KR20060114036A - 동작 수명 동안 루멘 저하 특성을 갖는 광원의 감소된 광출력을 보상하는 장치 및 방법 - Google Patents

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마이론 케이. 고르딘
티모시 제이. 보일
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무스코 코포레이션
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Abstract

렘프 루멘 저하를 보상하는 방법, 장치, 및 시스템. 본 방법은 램프의 동작 수명의 제1 부분을 향하는 기간동안 정격 와트수하에서 램프(10)를 동작하는 단계를 포함한다. 동작 와트수는 한 번 이상의 이후의 시간에서 증가된다. 에너지 절감이 실현된다. 증가는 또한 램프 루멘 저하에 의한 적어도 일부의 광 손실을 복원한다. 장치(25)는 타이머(10)를 사용하여 램프(10)의 동작 시간을 추적한다. 이격된 시간에서 이루어진 다소의 와트수 변경은, 램프(10)에 커패시터를 변경시키는 것, 또는 램프 안정기(안정기1)에 상이한 탭을 사용하는 것을 포함하는, 다양한 방법으로 이루어질 수 있다.

Description

동작 수명 동안 루멘 저하 특성을 갖는 광원의 감소된 광 출력을 보상하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING FOR REDUCED LIGHT OUTPUT OF A LIGHT SOURCE HAVING A LUMEN DEPRECIATION CHARACTERISTIC OVER ITS OPERATIONAL LIFE}
본 발명은 동작 수명동안 루멘 저하를 나타내는 광원에 관한 것이며, 특히 이러한 루멘 저하를 적어도 부분적으로 보상하고, 비용을 감소시키고, 에너지를 절약하도록 광원을 동작시키는 방법, 장치, 및 시스템에 관한 것이다.
대부분의 고밀도방전(HID) 램프는 소위 램프 루멘 저하(LLD) 특성을 나타낸다. HID 램프는 이에 제한되지는 않지만 형광물질(fluorescent), 나트륨(HPS), 금속 할로겐(MH), 수은 증기(HgV), 및 저압 나트륨(LPS)을 포함한다. 이러한 구체적으로 언급된 형태의 HID 램프 각각은 램프에서 동작 및 개시 전압을 조정하는 안정기 변압기를 필요로 한다.
루멘 저하 즉 LLD의 한 가지 정의는 동작 시간에 걸친 소스의 광출력의 점진적 감쇄이다. 광원으로부터의 광출력은 정격 동작 와트수에서 동작된다면 일정하게 유지되지 않는다. 여러 요소, 주로 케미컬의 저하 및 전극의 부식으로부터의 아크 튜브 내부의 흑화(blackening)로 인해, 광출력은 통상 램프가 동작됨에 따라 떨어진다. 이 특성은 기술분야에서 주지되어 있다. 예를 들어, 일반적인 1500W MH 램프는 일반적인 3000시간의 누적 동작 수명동안 그 광출력의 약 50%까지 상실할 수 있다. 가령 도1의 그래프가 참고된다. 흥미롭게도, 몇몇 램프(많은 MH 램프 포함)에서, 루멘 저하는 최초의 수백 동작 시간동안 가장 빠르게 발생한다(가령 20% 광손실). 저하속도는 그 후 느려진다(가령, 때로는 이후 각각의 1000 동작 시간동안 추가 10% 손실 정도). 그러나, 누적적으로 최초 광출력에 대하여 램프는 그 정격 수명의 종료까지 광 생성 능력의 약 1/2을 상실할 것이다.
제조자는 HID 램프에 정격 동작 와트수(ROW)를 부여한다. ROW는 램프를 동작시키기 위한 추천되는 와트수이다. 제조자는 실질적으로 ROW을 넘는 동작을 추천하지는 않는데, 이는 고장을 일으킬 수 있거나 적어도 램프의 유효 수명을 감소시킬 수 있다고 제조자들은 믿기 때문이다. 제조자들은 ROW에서의 동작이 램프의 가장 효율적이고 오래 지속되는 동작을 제공할 것이라고 표시한다.
실질적으로 ROW 이하에서의 동작도 또한 추천되지 않는데, 이는 램프를 점등하는 것이 문제일 수 있다. 아크는 충분한 전력이 없다면 간단히 꺼질 수 있다. 또한, 정격 와트수 훨씬 아래에서의 동작도 램프의 효율에 물질적으로 영향을 줄 수 있다. 비용을 위하여 램프의 사용을 비현실적으로 만들 정도의 것도 광출력을 감소시킬 수도 있다. 램프 또는 그 광출력에 대한 다른 가능한 저하 효과가 가능하다고 믿어진다.
가령, 제조자는 일반적으로 1500W MH 램프가 1750W 이상(ROW의 약 15 내지 20% 이상) 또는 1000W 이하 (ROW의 약 30 내지 35% 이하)에서 작동되지 않을 것을 추천한다.
비록 LLD는 각 램프에 대해서 상이하지만(비록 동일한 형태, ROW, 및 제조자의 램프라도), 특징은 주지되어 있고 램프의 동일한 형태에 대해서 적절히 예측가능하다. 특정 램프에 대한 LLD는 통상적으로 제조자로부터의 이용가능한 기술적 정보에 의해 알 수 있다. 때때로 LLD는, 루멘 저하에 의해 발생되는 기간 동안 램프의 광 출력에서의 감소를 예측하기 위하여 조명 계산에 사용될 수 있는 곱셈 인자(루멘 저하 인자 또는 LDF)의 관점에서 표현될 수 있다. LDF는 유지되는 램프 루멘을 공개된 최초 램프 루멘으로 나눔으로써 일반적으로 결정될 수 있으며, 이는 일반적으로 1 미만의 값이 된다. LDF는 따라서 LLD로부터의 얼마나 많은 광 손실이 동작 수명동안 램프에 대해서 예측될 수 있는지의 지표로써 산업계에서 이용된다.
루멘 저하에 더해, 다른 인자들이 조명 고정물(fixture)에 대한 소위 총 광 손실 인자(total light loss factor)에 기여할 수 있다. 이러한 인자들 중 몇몇은 안정기 인자, 주변 고정구 온도, 공급 전압 변화, 광 인자, 및 표면 고정구 저하와 같은 램프 자체의 동작을 포함하지 않는다. 그러나, LLD는 총 광 손실 인자에 대한 주요한 공헌요소이다.
LLD 문제의 특수 예는 스포츠 조명의 관점에서 주어질 수 있다. 적어도 700 또는 800와트, 보다 빈번하게는 1,000와트, 1,500와트, 또는 그 이상의 정도의 ROW를 통상적으로 갖는 MH 램프가 일상적으로 사용된다. 램프 ROW는 특정 동작 전압에서 램프를 실행하기 위해 필요로 되는 전력량의 지표를 제공한다. 램프의 광 또 는 루멘 출력은 와트수(wattage)의 함수이다. 예를 들어 필립스 전자 N.V.의 디비전인 필립스 라이팅에 의한 1500W MH 램프(제품 주문 코드 MH1500/U)는 1500W에서 동작될 때 최초로 약 155,00 루멘을 출력하며 평균 124,000 루멘을 출력한다. 1000W MH 필립스 램프(제품 주문 코드 MH1000/U)는 최초로 약 105,000 루멘을 출력하며 평균 66,000 루멘을 출력한다. 보다 큰 광 출력으로 인해, 최근에 광역 실외 조명 시스템은 1000W 내지 1500W를 선호하는 경향이 있다. 1500W 이상의 램프가 점차로 이용가능해지고 사용되고 있다.
도5를 참조하면, 실외 스포츠 필드를 조명하기 위하여 스포츠 필드 조명에 사용되는 광역 실외 조명은 일반적으로 필드(24)뿐만 아니라 필드 위의 공간의 볼륨도 조명하여 플레이어가 플레이할 수 있게 하고 관중석(26)으로부터 다른 스포츠들을 볼 수 있게 하기 위해 HID 조명기구(14)(각각은 HID 램프(10)를 포함)의 여러 세트 또는 뱅크(16)를 이용한다. 종래의 접근은 조명 고정구(14)를 큰 폴(18)에 있는 세트(16)에 장착하는 것이다. 일반적인 형태의 조명 고정구 또는 조명기구(14)는 알루미늄 반사기(12)에 장착된 비교적 높은 와트수의 고밀도 방전(HID) 램프(10)를 포함한다. 전력(22)은 전력을 각각의 램프(10)에 분배하는 안정기 박스(20)에 있는 안정기에 전도성 케이블을 통하여 공급된다. 대부분의 시간에 광 레벨은 필드에 대해 구분된다. 조명은 (선택된 램프에 주로 의존하는 고정구로부터의 광출력에 기초한) 고정구의 수, 반사기의 크기 및 형태, 및 이들의 필드에 대한 목적하는 방향의 선택에 의해 이러한 광 레벨을 만족하도록 설계되어야 한다. 이러한 이슈는, 지정된 광 레벨을 만족시키기 위한 조명 구조의 선택 및 설계의 다 양한 방법이 존재하므로, 기술분야에서 주지되어 있다. 추천되는 조명의 레벨이 스포츠 필드의 다양한 크기, 형상, 및 타입에 대하여 가시성 및 안전에 대해 존재한다. 너무 낮은 광 레벨은 가시성 이슈뿐만 아니라 안전성 고려도 발생시킨다. 예를 들어, 낮거나 균일하지 않은 광 레벨은 플레이어가 빠른 이동하는 공을 보기 어렵게 한다.
이론적으로, 지정된 광 레벨로 필드를 조명하는 거의 무한대의 방법이 존재할 수 있다. 예를 들어, 천 개의 고정구가 폴 또는 다른 대형 구조물에 승강되어(elevated) 서로 밀도있게 채워질 수 있고 필드를 에워싼다. 그러나, 이는 통상적으로 실현불가능하다. 그렇게 많은 고정물(램프 포함)의 비용이 높을 뿐만 아니라, 이들을 승강시키기 위한 구조의 비용도 유사할 것이다. 유지의 비용도 또한 높을 것이다. 그리고, 시간에 따라서, 이들을 동작하기 위한 에너지의 비용이 높을 것이다. 많은(대부분이 아니라면) 운동장 조명 시스템들이 공공의 또는 비영리 기구(가령, 학교, 시 레크리에이션 부서, 사설 레크리에이션 연맹)에 의해 투자되기 때문에, 비용은 이러한 조명을 선택하는 주된 요인이다.
따라서, 고정구를 승강시키기 위해 사용되는 구조를 최소화하고 또한 자본 및 동작 비용 모두를 감소시키기 위하여 조명 어플리케이션용 고정구의 수를 최소화하기 위해 시도하는 것이 일반적이다. 이는 각각의 고정구가 더 많은 광 에너지를 출력할 수 있어서, 차례로, 더 적은 고정구가 필드용 특정 광 레벨을 만족시킬 수 있도록 HID 램프 제조자들에게 보다 강력한 램프를 개발하도록 했다. 더 적은 고정구는 더 적은 승강 구조(즉, 폴)를 가능하게 한다. 예를 들어, 1000W를 갖는 설비용 자본 비용은 1500W를 갖는 설비에 대해 적어도 30 퍼센트 더 높을 수 있다고 알려졌다.
그러나, 전술한 것처럼, MH 램프(및 대부분의 HID 램프)는 (최초의 "브레이크 인" 주기 후에) 정격 와트수에서 최초의 광 출력을 갖지만, 램프는 비록 전력 또는 정격 와트수의 동일한 레벨이 공급된다고 하더라도, 통상적으로 LLD로부터 루멘 출력을 천천히 상실한다. 루멘 저하의 실질적인 효과는 램프의 통상적인 동작 수명의 후단부에 의해, 그 광 출력이 그 개시 출력의 아주 일부라는 것이다. 만약 광원으로부터의 특정 광 레벨 또는 출력을 요구하는 시스템에서 사용된다면, 광원이 일찍 교체되어야 할 수 있는데, 이는 단독으로 또는 유사한 감소된 출력의 다른 램프와 조합하여 허용가능한 목적으로의 광 레벨을 감소시킬 수 있기 때문이다.
LLD를 다루는 한 가지 방법은 아무것도 하지 않는 것이다. 비록 LLD 특징이 가장 개연성 있게 광원으로부터의 광 레벨의 하락에 이르게 할 것 같지만, 많은 조명 어플리케이션에서 언급할 가치가 있다고 생각되지 않는다. 시간에 따른 광 레벨의 하락은 간단히 수용되거나, 기능적으로 또는 경제적으로 영향을 미칠 정도로 충분히 현저한 것으로 간주되지 않는다. HID 램프를 이용하면, 최초의 급속 하락은 통상적으로 10-20% 이하이다. 그리고, LLD로부터의 이후의 광 손실은 이러한 급속한 최초의 루멘 저하 주기 이후에 보다 느린 비율로 진행하는 경향이 있다. 루멘하락은 대부분의 관찰자에게는 심지어는 알아차릴 수 없을 수도 있다. 그러나, 광 출력이 광원에 대하여 또는 광원에 의해 조명될 영역 또는 표적에 대하여 특정되는 어플리케이션에서는, 광역 스포츠 조명에 대한 경우와 같이, 루멘 저하가 현저한 문제일 수 있다. 전술한 것처럼, 스포츠 조명에서는 만약 광 레벨이 너무 많이 하락하면 관중이 필드에서의 행동을 보기에 더욱 어려울 뿐만 아니라 플레이어에게도 위험할 수 있다. 따라서 LLD를 보상하기 위해서 아무것도 하지 않는 것은 이러한 조명 어플리케이션에 대해서는 만족스럽지 않다.
LLD 이슈에 대한 두 번째 접근법은 예측되는 동작 수명의 종료 훨씬 이전에 램프를 교체하는 것이다. 가령, 몇몇 설명서는 모든 램프들이 예측된 수명의 40%에서 교체될 것을 요구한다. 이는 LLD로부터의 광 손실을 다루려고 시도하지만, 예측된 수명 기간동안 램프를 일찍 교체하는 것은 조명 시스템에 현저한 비용을 부가시키며 일부 램프들의 잠재적인 유용성을 낭비한다.
그러나, 만약 루멘 저하가 스포츠 조명에서 다루어진다면, 가장 일반적인 방법은 다음과 같이 제3의 접근법이다. 설계는 필수적으로 적어도 제1의 급속한 10-20%의 저하에 의해 발생되는 광 출력 하락을 예측하여 광 고정구(따라서 부가적인 램프)의 초과량을 시스템에 엔지니어링하므로, 약 100-20 동작시간 이후에는, 광출력이 특정 어플리케이션에 대한 특정 레벨 부근에 있게 된다. 이러한 설계는 통상적으로 램프가 정격 동작 와트수에서 동작되도록 구체화된다. 초과 고정구, 및 보다 높은 에너지 사용은 더 적은 고정구(및 더 적은램프)와 비교하여 시스템에 대한 비용(자본 및 에너지)를 부가하지만, LLD로부터의 광 손실에 대해 (적어도 처음에는) 보상하려고 시도한다. 또한, 이러한 LLD를 다루는 방식은 부가적인 요소와 관련된 비용를, 램프에 또는 이들의 조명기구에 또는 전기 회로에 부가하지 않는다. 이는 부가적인 종래의 램프와 고정구를 더하는 것이다. 따라서, 조명 설계자는 일 반적으로 처음에는 누적적으로 조명 요건을 초과하는 종래의 HID 램프 및 고정구의 형태와 수를 선택하는데, 이는 설계자가 시간이 지남에 따라 루멘 저하가 추천된 표준 이하루 조명 레벨을 하락시킬 것임을 알기 때문이다. 그러나, 최초의 급속한 LLD 주기 이후에는, 루멘 레벨은 (다소 느리게) 감소하지만, 통상적으로는 추천된 광 레벨 이하로 점진적으로 이동할 것이다. 이러한 (최초의 보다 급속한 LLD 이후의) 후자의 LLD는 매번 시스템 설계에서 적절히 고려되지 않거나 무시된다.
설계자는 얼마나 많은 초과 광을 최초로 생산할 지 여부를 결정하는 것에 도움이 되도록 루멘 저하 인자 즉 LDF를 사용해도 좋다. 이는 전체 램프 수명에 대하여 예측된 LLD 광 손실을 계산에 넣으려고 하지만, 단지 평균만을 사용한다. 이러한 접근법은 최초에는 초과 광을 생성하지만 이후에는 충분한 광을 생성할 수 없는 많은 고정구를 여전히 사용한다. 이해될 수 있는 것처럼, 이러한 결과는 처음에는 부가된 자본 및 에너지 비용으로 귀결되고, 그 이후에는 부가된 에너지 및 유지 비용(가령, 이들의 전체 동작 수명에 대해 ROW에서 부가적인 램프를 동작시킴, 및 시간에 따라 보다 많은 램프르 교체해야 함)에 이르게 된다. 이는 또한 마지막에는 광의 결핍에 이르게 된다. 그러나, 이는 종래 기술의 상태에 의해 채택된 종래의 밸런스였다.
종래 기술의 상태는 따라서, 보다 높은 와트수 램프를 개발 및 사용하고, 어플리케이션에 대한 최초 광 출력의 최초 초과량을 생성하는 부갖거인 고정구로 의도적으로 설계하는 방향으로 이동하였다. 이는 LLD 이슈의 일부를 언급한 것이지만 그 전부를 언급한 것은 아니다. 이는 부가된 비용(자본 및 운영)을 언급하지 않았다. 따라서, 기술분야에는 개선의 여지가 있다.
HID 조명과 연루된 다른 개선을 이루고자 하는 계속된 시도가 또한 존재한다. 예를 들어, 각 램프로부터 필드로 보다 많은 광을 보내고자 조명 고정구의 효율을 증가시키는 데 대한 개선이 이루어져 왔고, 이에 대해 가령 미국특허 제 4,725,934, 4,816,974, 4,947,303, 5,075,828, 5,134,557, 5,161,883, 5,229,681, 및 5,856,721호를 참조하면 된다. 그러나, HID 램프의 루멘 저하로부터의 광 손실의 문제는 기술분야에서 여전히 문제점으로 남아있다.
또한 광의 선택적인 감광을 가능하게 하는 회로가 존재한다. 예를 들어, 무스코 코포레이션의 MULTI-WATTTM시스템과 미국특허 제4,994,718호를 참조하면 된다. 하나 이상의 램프로부터의 광 출력을 변경시키기 위하여 커패시턴스가 부가되거나 삭제된다. 그러나, 이는 사용자에게 언제든지 표적에 대한 많거나 적은 광 사이에서 선택하기 위한 옵션을 제공한다. 이는 LLD에 대한 보상을 언급하지 않는다.
램프로부터의 광출력을 그 수명동안 균일하게 유지하기 위하여 형광 램프용의 특수한 안정기가 또한 개발되어 왔다. 그러나, 이들은 비교적 복잡하고, 조명 시스템과의 현저한 인터페이스 요소 또는 회로를 요하며, 따라서 비교적 고가이며 실현불가능하다. 이들은 또한 스포츠 조명 또는 다른 혼합 영역 조명과 같은 조명구의 세트에 의한 혼합 조명의 이슈에 대해 언급하지 않았다. 따라서 그 형태의 특수 안정기는 일반적으로 대부분의 조명 어플리케이션에 사용하기에 매우 비싸다 고 생각된다.
A. 본 발명의 목적, 특징, 이점 및 측면
따라서, 본 발명의 주된 목적, 특징, 이점 또는 측면은 기술 분야의 상태에 대하여 개선하는 방법, 장치, 또는 시스템을 제공하는 것임이 정중하게 제출된다. 본 발명의 추가적인 목적, 특징, 이점 또는 측면은:
a. 시간에 따라서 소정의 환경에서 종래의 조명 시스템에 대하여 10-15% 정도로 에너지를 절약하는 것을 지향하며;
b. 실용적이며;
c. 비용 효율적이며 - 요소들이 부가되어야 하므로 초기 비용을 증가시킬 수 있지만, 그보다 많은 것이 많은 램프들의 수명 동안 에너지 절약으로부터 회복됨 -;
d. 복잡하지 않으며 비싸고, 복잡한 부가된 요소를 요하지 않으며;
e. (보다 낮은 최초 와트수에서의 동작으로 인해) 램프의 수명을 연장할 수 있고;
f. 주어진 조명 어플리케이션에 대하여 광원 및/또는 고정구의 크기, 전력, 또는 개수에서의 감소를 허용할 수 있으며;
g. 조명 시스템의 다른 부분과 간섭하지 않으며;
h. 고장의 경우 조명 시스템의 다른 부분에 영향을 주지 않으며;
i. 나날이, 그리고 해마다 램프의 통상의 동작 수명에 대하여 보다 일관된 광 출력을 제공하며;
j. 다양한 램프, 고정구, 및 어플리케이션에 대하여 적용가능한; 방법, 장치 또는 시스템을 포함한다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 목적, 특징, 이점, 및 측면은 첨부하는 명세서 및 특허청구범위를 참조하여 더욱 명백해 질 것이다.
B. 본 발명의 측면의 요약
따라서, 발명자들은 HID 램프의 동작 수명의 적어도 실질적인 부분에 대하여 전력의 사용을 최소화하는 한편, 실용적인 방법으로 램프의 수명동안 LLD에 대하여 합리적으로 보상하는, 종래 기술에 있어서의 필요성을 식별하였다. 본 발명의 일측면에서, 이는 다음과 같이 성취된다.
(1) HID 램프가 주어진 조명 어플리케이션에 대하여 선택된다.
(2) HID 램프의 최초 동작 시간의 제1 부분에 비교적 가까운 어떤 점에서(즉시 또는 수 내지 수백 시간의 동작 시간의 워밍업 또는 시운전 이후에), 램프에 대한 전기 동작 전력의 양이 램프의 정격 동작 와트수 이하로 감소된다. 사전 지식 또는 경험적 방법에 의하여, 램프에 대한 와트수가 바람직하게는 어플리케이션에 대하여 소망하거나 특정된 광 레벨(가령 가이드라인에 따라 적절하게 필드를 조명하도록 특정된 양)에 허용가능하게 근사한 광의 양을 생성하는 것 이하가 되지 않도록 감소된다.
(3) (다시, 사전 지식에 의하거나 경험적 데이터에 의해) 이후의 미리 예정된 시간에, 램프로의 와트수가 표적을 최초로 특정한 레벨로 또는 대략 그 레벨로 대략 되돌리는 양만큼 증가된다. 매번, 이와 같은 증가는 최초의 동작 와트수 감소보다 적다. 매번, 증가는 최초의 감소로부터 시간에 있어서 실질적으로 이격된다(가령, 수백 시간).
루멘 저하는 상당히 잘 예측될 수 있기 때문에, 와트수와 루멘 출력 사이의 관계가 예측될 수 있다. 따라서, 더 적은 전력이 최초에 사용되고, 램프의 동작 수명 동안 원하는 레벨로 또는 그 근처로 광 레벨을 다시 범프하기 위하여 와트수의 한 번 이상의 증가에 의해 LLD 보상이 성취된다. 이는 시작시에 보다 낮은 와트수를 사용하고 루멘 출력을 복원하기 위하여 필요할 때까지 부가적인 와트수를 사용하지 않음으로써 에너지를 절감한다.
선택적으로, 후속하는 이후의 시간에, 추가적인 와트수에 있어서의 증가가 루멘 출력을 특정 레벨 또는 그 근처로 복구하여 LLD를 보상하기 위하여 이루어질 수 있다. 따라서, 램프의 수명동안 여러 번의 증가가 존재할 수 있다. 그러나 수 차례 미만인 것이 바람직하다.
스포츠 조명에 관한 본 발명의 일 측면에서, 본 발명은 제1 동작 기간 동안 램프에 대한 정격 와트수보다 낮은 레벨로 동작 와트수를 처음에 공급함으로써 과도한 전력을 사용하는 것을 회피하고자 한다(광은 대략 필드에 필요한 만큼을 방출할 것이다). 주기적으로, 와트수는 루멘 출력의 감소에 저항하기 위하여 증가될 것이다. 와트수의 증가가 주기적으로 행해질 수 있지만, 본 발명의 일 측면에서 소량의 간헐적인(반드시 균등하게 이격될 필요는 없음) 시간 이하에서 행해질 것이다. 증가에 대한 시간을 설계하는 한 가지 방법은 램프의 누적 동작 시간을 모니터링하여, 미리 선택된 시간에, 램프의 전력 안정기에 대한 탭을 램프에 대한 전류의 양을 증가시키기 위하여 변경하는 타이머를 사용하는 것이다. 또 다른 방법은 커패시턴스를 부가하는 것이다. 다른 방법들도 가능하다.
본 발명의 또 다른 측면은 주어진 시간 기간 동안 ROW 이하에서 램프를 동작시킨 후 램프의 통상의 동작 수명에 걸쳐 일회 내지 수회 ROW쪽으로 동작 와트수를 점진적으로 증가시킴으로써 LLD 특성을 갖는 하나 이상의 램프를 이용하는 조명 어플리케이션에 대한 비용 및 에너지 절감을 위한 방법, 장치, 및 시스템을 포함한다. 이러한 측면은 또한 어플리케이션에 대하여 보다 일관된 광 레벨을 제공하는 경향이 있다.
도1은 도5의 조명 고정구 또는 다른 조명 어플리케이션용으로 사용될 수 있는 1500W 금속 할로겐 HID 램프에 대한 램프 루멘 저하 즉 LLD를 도시하는 다이어그램이다.
도2는 본 발명의 예시적 실시예에 따라 LLD를 보상하는 일반화된 방법의 흐름도이다.
도3은 도2의 방법을 이용하여 동작 와트수를 도시하는 도면이다.
도4는 도2의 방법을 이용하여 시간의 함수로써 램프의 루멘 출력을 도시하는 도면이다.
도5는 각각의 세트가 폴에 승강되고 메인 전원으로부터 전력을 공급받는 다수의 HID 조명 고정구 세트를 포함하며, 또한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따 라 광의 각각의 세트에 대하여 LLD 보상 회로의 포함을 개략적으로 표시하는, 스포츠 조명 설비의 도식적인 간략도이다.
도6은 도5의 LLD 보상 회로에서 램프에 미리선택된 시간에서 상이한 와트수 레벨을 제공하는 서브회로의 전기적 개략도이다.
도7은 도6의 것에 대한 대안의 서브회로의 전기적 개략도이다.
도8은 도6의 것에 대한 추가적 대안의 서브회로의 전기적 개략도이다.
도9는 중앙 위치에서 조명 시스템용의 모든 램프에 대해 LLD를 보상하는 대안의 방법의 전기적 개략도이다.
도10은 도5, 6, 7의 LLD 보상 회로에서 사용될 수 있는 캠 타이머의 등축도이다.
도11은 상이한 각으로부터의 도10의 캠 타이머의 등축도이다.
도12는 도10 및 도11의 캠 타이머용 리셋 휠의 등축 평면도이다.
도13은 상이한 시야각으로부터의 도10-12의 캠 타이머의 투시도이다.
A. 개관
본 발명의 더 나은 이해를 위하여, 본 발명에 따른 특정 예시적인 실시예가 상세히 기재될 것이다. 이러한 실시예는 예시 및 설명의 목적이며 제한의 목적이 아니다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
이 설명에서는 빈번한 참조가 도면에 이루어질 것이다. 도면 번호 및 문자는 도면에서의 특정 부품 또는 위치를 지시하기 위해 사용될 것이다. 동일한 도면 부호 또는 문자는 달리 지시되지 않는다면 도면 전체를 통하여 동일한 부품 및 위치를 지시하기 위하여 사용될 것이다.
B. 실시예 1
본 발명의 첫 번째 비교적 간단한 예가 LLD(루멘 저하) 특성을 갖는 단일 HID 광원의 관점에서 기재될 것이다.
첫째로, 램프가 얼마나 오랜 시간 동작하고 있는지가 추적된다. 이는 여러 방식으로 행해질 수 있다.
둘째로, 램프는 ROW 이하의 동작 와트수에서 동작되거나, 일정 주기의 동작 시간 동안 최초의 동작 와트수로부터 "범프 다운(bumped down)"될 수 있다. 범프 다운의 시기(timing)와 양은 변할 수 있다. 일반적으로 범프 다운의 크기는 적어도 범프 다운 주기 동안에 물질적 에너지 절약이 있을 정도로 충분히 실질적인 것이 바람직하다. 그러나, 램프 성능(가령, 개시, 효력, 색상, 또는 램프 수명)에 물질적으로 영향을 주거나 램프로부터의 광출력을 너무 많이 감소시킬 정도로 그렇게 낮지 않은 것이 바람직하다. MH 램프에 대하여, 범프 다운은 통상적으로 5% 이상 30% 이하일 것이다. 10% 내지 20%의 범위가 바람직할 것이다. 2% 이하의 범프가 사용되거나 30% 이상의 범프가 감소(하거나 이후 논의될 것처럼 증가)하는 것은 바람직하지 않다. 비록 보다 낮은 동작 와트수에서 일반적으로 최초 광출력에서의 감소가 존재하며, 루멘 저하가 진행될 것이지만, 범프 다운의 이익은 에너지 절약이다. 램프의 보다 낮은 와트수에서의 동작은 더 적은 에너지를 사용한다. 또한 최초 동작 와트수의 약간의 감소(그러나 너무 많이는 아님)는 램프 수명을 연장할 수 있다는 암시이다. 감소의 시기는 그 즉시에서 약간 이후의 시간까지 변할 수 있다. 예를 들어, 램프의 최초 개시를 위한 ROW 또는 최초의 "침입(break in)" 주기를 위한 ROW를 제공하는 것(가령, "최초 루멘" 상태에 도달할 때까지)과 같이, 범프 다운을 지연하는 이유가 존재한다.
셋째로, 범프 다운 기간 이후에, 동작 와트수가 증가된다. 동작 와트수의 "범프 업(bump up)"의 시기는 변할 수 있다. 한 가지 기준은 램프의 LLD 곡선이 참조될 수 있다(가령, 도1). 한 가지 범프 업 시간 후보는 램프의 최초의 급속 루멘 저하의 종단에 존재할 것이다. 에너지 절약이 범프 다운 기간 동안에 실현될 것이다. 그러나 그 시간 동안 광출력이 너무 많이 떨어지기 때문에, 램프에 대한 동작 와트수를 "범프 업" 시키거나 증가시킴에 의해, 역시 범프 다운 레벨의 말단부쪽으로 동작될 때 출력에 대해 램프로부터의 광출력을 증가시키거나 "범프 업"시킬 것이다. 이는 범프 다운 기간 동안 발생한 LLD 광손실에 대해서 약간 보상한다. 범프 업의 크기는 변할 수도 있다. 그 범위는 (a) 범프 다운 이전의 레벨로 되돌아가는 동작 와트수의 완전한 복원으로부터 (b) 그 일부까지이다. 바람직하게는, 범프 업이 램프 광 출력을 최초 레벨로 이동시킬 것이나, 여전히 범프 다운 이전의 와트수 아래에 있을 것이다. 이러한 균형은 두 가지 이점 - 계속된 에너지 절약 및 적어도 잠깐 동안(LLD가 다시 범프 다운할 때까지) 약간의 광 레벨의 복원 - 을 성취할 것이다. 만약 범프 업이 최초의 급속 저하 기간의 말단부에서 선택된다면, 광 레벨은 통상적으로 나중에 보다 느린 속도로 저하한다. 따라서, 비록 동작 와트수에 있어서의 제1 범프 업이 에너지 절약의 양을 감소시킬 것이지만, LLD가 최 초의 급속 저하와 유사한 양으로 램프 광 출력 레벨을 떨어뜨리기 까지는 훨씬 더 긴 시간이 될 것이다. 따라서, 에너지 절약(비록 크기는 적지만)이 보다 긴 기간동안 성취될 수 있다.
이러한 간단한 예는 어떻게 본 발명의 방업이 간단하고 실용적인 방법으로 LLD를 보상하는 창조적인 방법을 가능하게 하는지를 보여준다. 이는 램프의 수명 동안 다소의 선택된 시간에서 동작 와트수의 실질적이지만 대단하지 않은 변경을 이룸으로써 광출력의 유지와 함께 에너지 절약을 균형맞출 수 있다. 트레이드오프가 이루어진다. 예를 들어, 비록 광 레벨이 연속적으로 유지되지는 않지만, 적어도 잠깐 동안 최초 레벨로 또는 그 근처로 복원된다. 그리고 비록 에너지 절약이 짧은 기간 동안 대단하지는 않지만 시간이 지남에 따라 절약이 실질적일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 와트수 변경의 크기와 시기의 선택은 관련된 램프에 대한 LLD 곡선에 대한 밀접한 참조로 이루어진다. 하나 이상의 범프 업이 이루어질 수 있다. 주기적으로 적절한 범프 업을 이용함으로써, 광출력은 반복적으로 복원되는 한편 (비록 그러한 절약이 시간에 따라 감소될지라도) 에너지 절약을 계속해서 실현한다. 한 가지 중요한 결과는 그렇지 않았다면 최초출력의 반에 접근하고 있을 정격 수명의 뒤쪽 부분에서도 광출력이 연속적으로 램프의 전체 수명에 걸쳐 최초 출력쪽으로 되돌려진다는 점이다. 그리고, 에너지 절약이 가장 개연성있게 성취될 것이다.
이 예에서 이해될 수 있는 것처럼, 범프 업의 수는 변할 수 있다. 바람직하게는, 범프 업이 아마도 전체 시간(a hand full of time)을 초과하지는 않을 것이 다. 그리고, 당업자에게 이해될 수 있는 것처럼, 동작 와트수 대 광출력의 균형맞춤은 광 또는 조명 어플리케이션의 필요 또는 소망에 기초하고 램프의 타입 및 그 램프에 대한 루멘 저하 곡선에 기초하여 케이스별로 이루어질 수 있다.
C. 실시예 2
보다 구체적인 예가 이제 기재될 것이다. 실시예 1과 관련하여 상술된 보다 일반적인 방법론을 사용한다. 이러한 광원의 한 가지 예는 도5에 도시된 것과 같은 HID 램프(10)이지만, LLD를 나타내는 임의의 HID 램프가 가능하다. 램프(10)가 도1의 곡선(2)과 같은 전형적인 LLD 특성을 갖는 1500W MH 램프라고 가정하자. X축은 T0에서 시작하는 램프(10)의 누적 동작 시간을 나타낸다. Y축은 램프가 정격 동작 와트수(ROW)에서 동작된다면 100%에서 시작되는 최초 루멘의 퍼센트로써 램프(10)의 루멘 출력을 나타낸다. 곡선(2)은 시간에 따라 얼마나 많은 루멘 출력이 저하하는지를 보여준다. 램프(10)의 통상적인 수명의 말단부 근처에서, 루멘 출력은 약 50%로 강등된다. 누적 동작 시간의 제1 기간(가령, 전형적인 1500W MH 램프에 대하여 100-200 동작 시간)은 광출력에 있어서 약 20% 감소에 이르게 된다(도1에서 T0 내지 T1에서 도면부호 4를 참조). 기간(4)내의 곡선(2)의 경사(6)는 비교적 가파르다. 곡선(2)는 동작 수명의 나머지에 대해서 평평해지지만(그 경사가 줄어든다, 도면부호 8 참조), 여전히 광출력의 비교적 일정한 손실이 존재한다. 곡선(2)의 영역(9)은 그 최초 루멘과 비교하여 얼마나 많은 광손실이 그 수명동안 램프(10)에 대해서 발생하는지를 나타낸다.
도2의 흐름도(200)와 도3 및 도4의 그래프를 더 참조하여, 그 수명 동안 램 프(10)의 광 손실의 일부를 보상하는 방법이 이제 기재될 것이다.
C-1. 설계전의 선택
램프의 수명동안 도1에 의해 표시된 크기의 광 손실을 겪는 것을 회피하는 합리적이고, 실용적이며, 비용 효율적인 방법을 제공하는 것이다. 도1의 곡선(2)은 제1 급속한 저하 기간(4)이 램프(10)에 대한 동작 시간의 약 200시간에서 종료함을 지시한다. 예측된 수명(T0-T4)이 대략 3000시간이라고 가정한다. 램프에 대한 LDF가 0.7이라고 가정한다.
설계는 와트수 변경을 위하여 네 개의 점을 곡선(2)을 따라 잡는다. 우선, T0에서의 동작 와트수의 범프 다운이 동작 에너지를 절감하기 위하여 설계된다. 제1 범프 업은 최초의 급속한 저하의 말단부(대략 200시간)인 T1에서 일어나서 제1의 다소 가파른 손실 이후에 광 출력을 되돌릴 것이다. 곡선(2)은 그 후 평평해지므로, 설계는 추가적인 증가를 위하여 두 개의 다소 넓게 이격된 시간 T2(1000시간) 및 T3(2000시간)를 잡는다.
와트수 변경의 크기는 도3에 도시되어 있다. 이러한 설계는 최초의 범프 다운된 와트수를 램프에 대한 LDF에 상관시킨다; 즉 ROW *LDF=1500W*0.7=1050W. 따라서, 그 제1 기간(T0-T1)동안 1500W에서 동작하는 450W의 범프 다운(도면부호 31 참조)과 제1 기간동안 1050에서 램프를 동작시키는 것은 계획된 현저한 에너지 절감(도면부호 39A로 표시된 영역을 참조)을 나타낸다. 이는 램프에 대한 LDF에 기초하기 때문에, 그 수명동안 램프에 대해 예측되는 광 손실과 상관된다. 이 방정식을 사용하는 것은 에너지 절감을 위하여 광 출력을 감소시키기 위해 시도하지만, 동시에 어플리케이션에 대하여 만족스러운 광의 양을 여전히 제공한다.
설계는 제1 급속 저하 기간의 대략 말단부(시간 T1, 즉 약 200 동작 시간까지)까지 연장하기 위하여 범프 다운 기간의 길이를 선택한다. T1에서, 설계는 램프 광 레벨을 그 최초 레벨로 또는 그 근처로 기본적으로 복원하기 위하여 계산되어 와트수를 범프 업시킨다. 이 예에서, 약 10% 범프 업(도면부호 33 참조, 가령 105W)을 요하는 것을 알 수 있다. 약 1155W의 동작 와트수는 시간 T1(램프에 대한 200시간의 누적 동작 시간)과 T2(램프에 대한 1000시간의 누적 동작 시간) 사이에서 발생한다(도면부호 34 참조). 이 시간 동안 예측되는 부가적인 에너지 절감은 도3에 도면부호 39B로 표시되어 있다.
그 후 유사하게 설계는 T2 및 T3에서 두 번 더 범프 업(도면부호 35 및 37)을 갖는다. T2와 T3 사이에는 약 10%의 범프 업(도면부호 36, 가령 약 1270W로)이 설계되어 추가적인 에너지 절감(도면부호 39C)이 실현되며, 이와 같이 T3 이후에 약 10% 범프 업이 이루어진다(도면부호 37, 가령 1397W로 및 도면부호 39D). 모든 와트수 범프 업은 여전히 1500 ROW 이하이다. 따라서, 램프를 1500W에서 동작시키는 것에 대한 에너지 절감이 그 동작 수명 전체를 통하여 계획되고 실현된다.
C-2. 누적적인 램프 동작의 시간 측정
이제 도2의 흐름도를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예의 측면에 따라서 방법(200)이 상세히 기재될 것이다. 방법(200)은 램프의 누적 동작 시간의 값(T)을 T0로 초기화(가령, T0의 값을 영으로 설정)함으로써 시작한다(도2, 단계 209). 램프(10)의 누적된 "온" 시간이 추적된다. 이는 다양한 방법으로 행해질 수 있지만, 여기서의 예는 램프(10)가 "온"인 모든 시간에서(단계 210) 누적 타이머(단계 212)를 단순히 실행한다. 만약 램프가 온이 아니라면, 아무것도 발생하지 않고 타이머는 증가되지 않을 것이다(값 T는 증가하지 않는다).
C-3. 최초 동작 와트수를 감소
T0 내지 T1 사이의 동작 시간(T) 동안, 램프(10)의 동작 와트수는 그 정격 동작 와트수 이하로 감소되거나 떨어진다. 이는 여러 방법으로 이루어질 수 있다. 특정 예가 이후 논의될 것이다.
단계 214에서, 이러한 감소 또는 범프 다운은 "ROW"(램프 제조자의 정격 동작 와트수) 마이너스 "L"(변수)로 표현된다. 이는 일반적으로 가능한 한 많은 에너지를 절감하기 위하여 가능한 한 낮게, 그러나 램프, 그 효력, 또는 그 동작에 물질적으로 악영향을 미치지 않도록 너무 멀지는 않게 최초의 동작 와트수를 떨어뜨리도록 표시된다. 예를 들어, ROW 밑으로 너무 먼 동작은 이러한 형태의 램프를 개시하고 유지하는 능력뿐만 아니라 램프의 일부 동작 특성에 영향을 준다고 믿어진다. 한 가지 테크닉은 특정 램프에 대하여 정격 동작 와트수 곱하기 루멘 저하 인자 이하, 즉 ROW*LDF 미만으로 와트수에 있어서의 최초 하락을 제한하는 것이다. 1500W MH 램프의 경우에, LDF는 약 0.7 내지 0.8인 경향이 있다. 따라서, 이러한 룰을 이용하는 것은 변수 L이 ROW(램프의 정격 동작 와트수)의 20% 내지 30% 정도로 되게 할 것이다. 따라서, L은 그러한 예에서 약 300 내지 450W일 수 있고, 이는 램프(10)에 대해 약 1050 내지 1200W의 최초 동작 와트수를 의미한다(단계 216).
최초 감소 오프셋을 결정하는 한 가지 방법은, 이것이 감소될 수 있는 양을 측정하고, 시간 T0와 T1 사이의 최초의 급속 저하 기간(4) 동안 최소 규정된 광 출력 및 다른 조명 요건을 유지하는 목적을 여전히 만족시키게 하는 것이다. 전술한 것처럼, 몇몇 램프는 최초의 100-200 시간 등에서 20%의 광 출력만큼을 상실한다. 램프(10)가 최초에 초과 광을 생성한다는 이전의 가정에 기초하여, 동작 와트수의 최초의 감소 또는 오프셋은 어플리케이션에 대한 소망의 광출력에 합리적으로 근사한 광출력을 유지하는 것 이하일 수 있다. 범프 다운의 양의 선택은 일반적으로 램프 개시에 물질적으로 영향을 주는 정도이어서는 안되지만, 바람직하게는 실질적인 에너지 절감에 기여해야 한다. 램프를 너무 낮게 실행시키지 않는 것이 바람직해 보이는데, 이는 램프가 너무 많은 효율의 손실을 겪을 수 있기 때문이다. 따라서, LDF(가령, 통상적이거나 평균적인 루멘의 0.7 내지 0.8 또는 70% 내지 80% 사이)에 기초한 곰셈기와 함께 시작할 것이 추천된다. 보다 높은 전력의 램프에 대하여, 0.7은 매우 많을 수 있는데 이는 너무 많은 효율 손실 때문이다.
도3의 사선 영역(39A)에 의해 표시된 것처럼,1050W에서의 동작은 결과적으로 T0 및 T1 사이의 시간 동안 1500W에서 동작하는 것과 비교하여 에너지의 절감에 이르게 될 것이다. 그러나, 도4에서 나타낸 것처럼, 근본적인 LLD 특성으로 인하여, 램프(10)는 여전히 루멘 저하를 겪을 것이다(도4의 도면부호 42 참조).
C-4. 동작 와트수를 증가
그러나, 방법(200)은 다음의 방법으로 이러한 LLD를 보상하려고 한다. 선택된 시간 T1에서, 타이머에 의해 추적을 유지함에 따라, 램프(10)의 동작 와트수는 증가될 것이다. 타이머가가 T1에 도달했음을 지시할 때(T=T1, 도2의 단계 214), 방법(200)은 동작 와트수의 양(M)을 이전에 감소된 양에 다시 더한다(도2의 단계 220).
증가량은 변할 수 있다. 이 예에서, 약 10%가 다시 더해지므로, T1에서 동작 와트수는 약 105W(도3의 도면부호 33 참조) 더해져 약 1155W로 된다. T1과 T2 사이의 시간의 길이가 T0과 T1 사이보다 얼마나 더 긴지에 주의하여야 한다. 이는 램프(10)에 대한 LLD 곡선(2)과 대응한다; 루멘 저하는 T1 이후에 훨씬 느리게 발생한다.
도4는, LLD가 광 출력을 계속해서 떨어지게 하도록 허용하는 대신에, 방법(200)이 광 레벨을 이것이 원래 있었던 곳 또는 그 주변으로 다시 복원함을 보여준다. 도3은 해칭(39B)에서, 연장된 기간 T1 내지 T2 동안 램프를 1500W에서 실행하는 것과 비교하여 부가적인 에너지가 저장됨을 보여준다. 그러나, 비록 에너지가 이러한 증가 또는 범프 업에 의해 램프(10)에 부가되고, 이는 광 출력을 100% 표시 주변으로 다시 범프 업시키지만(도4의 도면부호 43 참조), 이러한 소정의 레벨로의 광출력의 복원은 지속되지 않는다. 다시 LLD는 기간 T1-T2 동안 광출력이 감쇠하도록 할 것이다(도4의 도면부호 44 참조).
C-5. 원하는 경우, 동작 와트수를 다시 증가
방법(200)은 그러나, 방금 기술한 보상 절차를 간단히 반복한다. 시간 T2에서(도2의 단계218, T=T2일 때), 부가적인 와트수 증가(변수 N)가 이루어진다(도3의 와트수(36)로의 범프(35)를 참조). 도3에서, 이는 약 1270W로의 또 다른 10% 상승 이지만(도2의 단계224), 1500W에서 동작하는 것과 비교하여 여전히 에너지를 절감한다. 광 출력이 적어도 최초에는(도4의 도면부호 45 참조) 복원될 것이다. 도2의 흐름도(200)는 방정식 [(ROW-L)+(M+N)]에 의한 이러한 범프 업을 보여준다. 이 예에서, M과 N은 두 번의 10% 증가이다.
이러한 보상은 T3에서 세 번째로 반복될 수 있다(도2의 단계222 및 226). 이 예에서, 그러나, 또 한 번의 약 127W의 약 1397W로의 도약이 최종 증가이다. 이 예에서 부가적인 더해진 와트수(단계 226의 변수 P)는 바로 이전의 와트수로부터의 10% 증가이다.
일단 제3의 및 마지막 증가 또는 범프 업이 이루어졌다면, 타이머는 꺼질 수 있고(도2의 단계228) 방법은 본질적으로 완결된다. 추가적인 시간 측정이 필요하지 않은데, 이는 최종 동작 와트수가 램프가 고장나거나 교체될 때까지 사용되기 때문이다.
만약 새로운 램프가 동일한 어플리케이션에 대하여 설치된다면, 유사한 LLD를 갖는 유사한 램프가 교체될 수 있고 타이머는 0으로 설정되어 새로운 램프를 위한 누적 동작 시간의 새로운 추적을 시작하여 본 방법이 미리 선택된 시간에서 미리 선택된 와트수 변화를 제공할 수 있게 한다.
따라서, 흐름도(200)의 방법 하에서는, 램프(10)의 동작 시간이 모니터링되고 누적된다. ROW로부터의 최초의 동작 와트수의 감소 이후에 ROW로의 세 개의 재 증가가 이어진다. 그러나, 본 방법에서는 변경이 가능함이 이해되어야 한다. 예를 들어, 최초의 "ROW 이하" 동작 이후에 전력의 한 번의 범프 업이 선택되는 모든 것일 수 있다. 또는, 도2에서 표시된 세 번 이상의 추가적인 전력 범프 업이 램프(10)의 예측된 동작 수명 동안에 선택된 시간 및 양에서 미리 설계될 수 있다.
도3은 도2의 방법이 사용되는 경우 램프 동작 수명의 실질적인 부분에 대하여 실제 동작 와트수가 램프(10)에 적용되는 방법을 도시한다; 가령 제1 200시간 동안의 ROW(도면번호 31)로부터의 1050W(도면부호 32)로의 감소, 다음의 800시간동안의 1155W(도면부호 34)로의 범프 업(도면부호 33), 다음의 1000시간동안의 1270.5W(도면부호 36)로의 범프 업(도면부호 35), 및 램프 동작의 나머지 동안의 1397.55W(도면부호 38 - ROW로의 복귀 또는 그 부근)로의 범프 업(도면부호 37). 최초의 급속 저하 기간(제1 200시간) 이후의 곡선(2)의 훨씬 더 얕은 곡선으로 인해, 전력 범프 업의 시간들 사이의 이격(도면부호 33, 35, 37)은 실질적으로 증가될 수 있다. 이는 광 레벨을 복원하기 위해 더 적게 범프 업 함을 의미하지만, 또한 증가된 에너지 절감을 의미한다. 1500 ROW 라인 아래의 해치된 영역(39)은 1500W의 ROW에서 연속적으로 동작 램프(10)와 비교하여 본 방법(200)에 의해 절감된 에너지를 표시한다. 비록 작은 시간 기간에 대하여 절감이 비교적 작을지라도(가령, 시간당 몇 센트), 몇 천 시간에 걸쳐 누적적으로는 이는 증가할 수 있다(가령 $40-50). 그리고 물론 절감은 설비 당 고정구의 수에 의해 증폭된다. 만약 백 개의 고정구가 있다면, 이는 램프의 통상의 동작수명 동안에 에너지 절감에 있어서 $5,000 달러 정도임을 의미한다.
따라서, 본 방법(200)을 사용하여, 동작 수명의 말단부에 가까울수록, 동작 와트수는 1,500와트 부근에까지 이를 수 있다. 따라서, 적어도 이전 수명의 대부 분에 대하여, 사용된 전기의 양이 통상의 1,500 와트 ROW에서 동작할 때 사용된 것보다 더 적을 수 있다. 그런 루멘 출력은 최소의 소망 레벨로 또는 그 부근으로 주기적으로 복구된다. 루멘 저하는 따라서 항쟁된다(combated). 따라서 사용된 더 적은 최초 전기의 이익과 소망하는 광 레벨의 대략적인 유지의 이익 모두가 성취된다.
선택적으로, 와트수의 최종 범프 업은 동작 와트수가 1500W를 초과하도록(가령, 1500W 바로 위로부터 1650W 까지의 값 또는 다소 더 높게) 선택될 수 있다. 이는 램프(10)의 광 출력을 대략 최초의 소망 출력까지 복원하기 위해 필요할 수 있다. 다시 말해서, 램프 수명 마지막에 거의 램프의 최초 루멘으로 출력을 생성하도록 램프를 구동하기 위하여 ROW 1500W 이상을 취할 수도 있다. 이러한 "오버드라이브(overdriving)"는 결과적으로 (1500W에서 이를 동작시키는 것과 비교하여) 에너지의 작은 가외 비용에 이르게 될 수 있지만, 이른 기간 동안에 순수한 에너지 절감이 있었을 것이며, 광 출력을 원래의 출력 부근에 유지하는 이익이 얻어진다.
예비 표시에 따라서, 보다 낮은 와트수에서 최초로 이러한 형태의 HID 램프를 동작하는 것이 그 수명을 연장할 수 있다. 이는 본 방법(200)의 또 다른 이점이다.
물론, 흐름도(200)의 것과는 상이한 방법론이 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 와트수는 적절한 기법(가령 매 10시간마다 와트수를 조금씩 상승시킨다)으로 루멘 저하와 상응하여 직접 문언적으로 상승될 수 있다. 그러나, 이는 비실용적이거나 너무 비용이 들 수 있다. 이는 현재 와트수를 증가시키는 제한 된 수의 변경 - 아마도 램프의 수명동안 2, 3, 또는 4회의 변경 이상 -을 가질 것이라 상상된다. 연속적으로 동작 와트수를 모니터링하고 이를 조정하고자 하는 시도(이는 센서, 조명 시스템과의 인터페이스, 및 다른 부품을 필요로 할 수 있다)와 비교하여, 이는 낮은 비용의 전기 또는 전자 부품이 와트를 변경하기 위해 사용될 수 있게 해줄 것이다.
또한, 물론 와트수 변경의 크기 및 시기는 상이한 램프에 대한 상이한 루멘 저하 곡선에 대하여 조정될 수 있다. 현재의 이해 및 믿음에 기초하여, 도2의 방법에 대하여 표시된 다음의 바람직한 것들이 믿어진다.
a. 루멘 저하를 모니터링. 어떠한 센서나 특수한 루멘 저하 모니터도 요구되지 않는다.
b. 와트수 변경의 시간 측정. 와트수 변경을 위한 시간의 선택이 일반적으로 램프에 대한 루멘 유지 곡선에 기초한다. 큰 그러나 간단한 변경이 바람직하다. 다시 말해서, 바람직하게는 범프하기 위한 최선의 시간을 선택하나, 단지 약간의 시간만 범프한다.
c. 서로에 대한 와트수 변경의 크기. 간단한 것이 일반적으로 바람직하다. 따라서 와트수를 변경하기 위한 가장 간단하고 가장 값싼 방법과 같은 실용성에 기초한 와트수 변경이 바람직하다. 그러나, 범프는 크기에 있어서 선형이어서는 안된다.
d. 최초 와트수 범프 다운의 크기. 먼저 논의된 것처럼, 바람직하게는 범프 다운이 램프 성능 또는 개시에 물질적으로 영향을 주지 않을 것이며, 그 사용에 대 하여 합리적인 광 레벨을 얻을 것이다.
e. 최초 범프 업의 시간 측정. 최초의 감소된 동작 와트수가 낮을수록, 와트수의 최초의 범프 업 때까지의 시간은 길다.
f. 최초 범프 업의 크기. 최초 범프 램프가 최초 동작 기간 동안에 얼마나 많은 루멘 저하를 경험할 것인지에 의해 최초 증가를 결정하라. 루멘 출력을 목표에 합리적으로 근접하게 유지할 양을 증가시켜라.
g. 후속 범프 업의 크기. 후속 증가를, 존재한다면, 동일한 방법으로 결정하라. 규칙은 통상적으로 특정 램프에 대한 루멘 저하 곡선의 사전 지식을 갖는 것, 또는 양호한 추산을 수반한다.
h. 수명 와트수의 말단부의 크기. 수명의 말단부쪽으로 램프를 오버드라이브(ROW 위에서 동작)하는 것이 유리할 수 있다. 이는 램프가 여하튼 고장에 보다 가깝기 때문에 덜 위험하다. 만약 램프 수명의 말단부 쪽으로 오버드라이브 한다면, 너무 낮은 최초 와트수에서 시작할 필요는 없다. 램프 수명에 영향을 줄 정도로 충분히 크게 범프 업 하거나 오버드라이브 하는 것을 회피하는 것이 바람직하다고 믿어진다.
i. 와트수 변경의 범위. 따라서, 최저 와트수와 최고 와트수 사이의 비교적 좁은 범위를 갖는 것이 바람직한 것처럼 보인다; 램프의 효력, 효율, 또는 개시에 영향을 줄 정도로 그렇게 낮게 하지 말라. 이러한 목표는 또한 루멘 출력을 소망 출력의 +/- 10%내에서 유지하기 위하여 바람직한 목표와 결합되어야 한다.
j. 와트수 변경의 크기. 증가의 크기는 주로 실용성에 기초한다. 이는 비 용과 복잡성을 더하고 보다 많은 스위칭이 필요로 된다. 루멘 저하 속도는 최초 기간 이후에 극적으로 느려진다. 따라서, 균형이 최초의 급속 저하 기간의 말단부에서의 한 번의 증가와, 그 후 훨씬 큰 간격에서의 두 번 또는 세 번이 되도록 믿어진다. 최초 급속 저하는 10-20% 손실에 까지 해당할 수 있다. 부가적인 30-60%가 나머지 램프 수명에 대하여 가능하다.
k. 램프의 대체. 통상적인 시스템에서, 여러 번 동작 수명이 완료되기 전에 교체해야만 하는데, 이는 단순히 효과적일 만큼 충분한 양을 끄지 않기 때문이다. 여기서, 다 탈 때까지 또는 통상 수명의 말단부에 더 가까이 실행하라.
이 예에서, 비록 그 기간의 말단부까지 20% 손실로 귀결될 것이지만, 최초 T0-T1 기간 동안의 광 손실이 허용된다고 가정된다. 그러나, 대안적으로, 램프(10)는 그 최초 루멘 출력과 그 LLD(그 LDF 포함)를 고려함으로써 처음에 선택될 수 있어서, 어플리케이션에 대한 충분한 최초 루멘 광출력 이상과, 급속 LLD 기간(시간 T1)의 말단부에서의 대략 충분한 광출력을 제공할 것이다.
D. 실시예 3
본 발명의 일 에시적인 측면에 따른 방법론의 또 다른 실시예가 스포츠용 광역 조명의 관점에서 기재될 것이다. 그러한 형태의 조명 설비 및 시스템의 일 예가 도5에 도시되어 있다. 다수의 조명기구(14)(그 각각이 동일 형태 및 제조자의 1500W MH 램프(10)를 포함함)가 폴(18)에 있는 세트(16)에 승강된다. 전력이 그 각각의 안정기 박스(20)내에 있는 각 램프(10)에 대한 안정기를 경유하여 메인 라인 소스(22)로부터 각 램프(10)에 공급된다.
도2의 흐름도를 다시 참조함으로써, 도5의 램프(10)의 그룹에 대하여 동작 수명 동안에 램프(10)에 대해 발생할 루멘 저하(LLD)를 보상하는 방법이 기재될 것이다.
이 예에서, 스포츠 조명에 대하여 종래의 방식으로 선택된다. 필드에서 및 필드 위로의 최소 광 레벨을 포함하는, 필드의 조명용 설명서(specification)에 따라서 필드(24)용 조명 시스템을 설계하는 컴퓨터 프로그램은 당해 기술 분야에서 주지되어 있고 이용가능하다. 다른 방법이 가능하다. 제조자 정보 또는 경험적 테스트 및 측정으로부터, 최초의 광 출력(때로는 시즌의 100시간 후의 루멘 출력으로써 정의되며; 또한 때로는 최초 루멘이라고 한다)이 결정된다.
사용된 램프(10)의 형태에 대한 특징적인 루멘 저하(LLD)가 결정된다. 이는 램프 제조자의 정보로부터 결정도리 수 있다. 이는 또한 경험적으로 유도될 수 있다. 이러한 정보로부터, 도1과 같은 루멘 저하 곡선이 얻어지거나 유도될 수 있다. 이 예에서, 램프들이 유사할 때 곡선이 모든 램프(10)를 대표한다는 가정이 이루어진다. LDF(루멘 저하 인자)는 램프를 선택하기 위하여 사용될 수 있다.
도2의 방법(200)과 함께 논의된 것처럼, 램프(10)의 최초 루멘의 지식, LLD 곡선, 및 필드(24)에 대한 모든 램프(10)에 대한 구체화된 최소 광 레벨은, 구체화된 레벨에서 필드를 조명하기 우하여 정격 동작 와트수에서 실행하기 위해 필요로되는 것 이하에서 (고정구의 주어진 수 및 필드에 대한 이들의 위치에 대하여) 얼마나 많이 적은 전기 에너지가 램프(10)에 공급될 수 있는지의 근사값을 결정하기 위한 리버스 엔지니어링을 허용한다.
이러한 지식을 가지고, 주지된 설계 방법을 이용하여, 조명 시스템의 설계자는, 필드(24)에 대한 구체화된 광 레벨을 생성하기 위하여 최초에 필요한 각 램프(10)로부터의 광 출력을 근사하기 위하여 램프에 대해 예측되는 평균 루멘과 최초 루멘 사이의 오프셋에 기초하여, 램프용 동작 와트수에서의 최초의 하락을 고려하면서, 필드에 대한 충분한 누적 광을 가지도록 어플리케이션용 고정구의 수 및 위치를 선택할 수 있다.
이하의 표1은 다음의 설계 기준에 따라 선택될 수 있는 한 가지 요법(regimen)이다.
1. 목표 -- 통상의 램프의 수명(3000-4000시간)의 끝까지 각각의 1500W 램프로부터 100 피트 촉광 +/-10%를 유지.
2. 램프를 1500와트에서 시작(콜드 스타트 요법을 필요로 할 수 있음).
3. 램프를 1500W 대신에 1250W로 최초에 동작(ROW로부터 약 15% 하락).
4. 최초의 급속 저하 시간(가령 20시간)의 추산된 말단부인 시간 T1에서 타이머를 사용하여, 부가적인 전기 에너지(가령 약 5% 또는 1320W 증가)를 가함.
5. 부가적인 10% 광 출력(가령 1200시간)의 추산된 지점인 시간 T2에서 타이머를 사용하여, 부가적인 전기 에너지(가령 약 8% 또는 1440W)를 가함.
6. 또 다른 10% 루멘 하락의 추산된 지점인 시간 T3에서 타이머를 사용하여, 보다 많은 에너지(가령 2200시간에서 약 8% 내지 1560W로)를 가함.
작동 시간(T) 실제 작동 와트수
0 1260
200 1320
1200 1440
2200 1560
표1의 요법을 이용하여, T3 이후의 동작 시간을 제외하고, 도3과 유사한 에너지 절감이 예측될 것이다. T3 이후에 램프는 실제로 오버드라이브 된다(1560W에서 동작). 따라서, 에너지 절감이 없을 것이나, 실제로 에너지 사용이 증가한다. 증가는 비교적 미세할 것이다(정격 와트수에 대해 60W). 그러나, 중요하게는 이러한 램프 수명의 늦은 부분에서도, 광 출력은 잠깐 동안 복원될 것이며, 램프 수명의 정격 단부에 의해, 광 출력은 보상이 없는 것보다 실질적으로 높을 것이다.
표1의 요법을 이용하여, 도4에 도시된 것과 유사한 광 출력이 생성될 것이다. 도4는 도1의 루멘 저하 곡선(2)을 그래프에 중첩하여 최초 전력 및 이후의 전력에서의 범프 업이 램프(10)의 루멘 저하를 보상하는지를 설명함에 주의하여야 한다. 비록 이 예의 보상 방법은 광 손실이 지점 T0, T1, T2, 및 T3(및 지점 T3 이후) 사이에서 발생하도록 허용하지만(도4에 도면부호 49A-D로 표시된 영역을 참조), 이는 곡선(40)과 곡선(2) 사이에서 실질적인 광 손실을 회피한다(도4에 도면부호 50으로 표시된 영역을 참조). 최초의 급속 저하 기간 이후에 곡선(2)의 훨씬 더 얕은 경사로 인해, 전력 범프 업의 시간들 사이의 이격은 실질적으로 증가될 수 있다. 이는 광 레벨을 복원하기 위하여 덜 범프 업하는 것을 의미하지만, 또한 증가된 에너지 절감을 의미한다(도3 참조). 비록 절감이 작은 기간에 대해 미세하지만(가령 kW 시간 당 $0.07), 수천 시간에 대해 누적된다면 이는 증가할 수 있을 것이고(가령 램프당 $40-50), 물론 설비당 고정구의 수에 의해 증폭된다. 만약 백 개의 고정구가 존재한다면, 이는 에너지 절감에서 $5,000 달러 정도를 의미한다.
D-1. 장치
상술한 LLD 보상 방법의 실행은 많은 형태와 실시예를 취할 수 있다. 상기 LLD 보상 방법의 도5의 조명 시스템으로의 한 가지 특정 예시적인 구현은 다음과 같을 수 있다. 각각의 안정기 박스는, 각 램프(10)에 대한 표준 리드 피크(lead-peak) 안정기를 포함하며, 그 각각의 폴(18)에 있는 조명 고정구용 종래의 동작 요소를 포함한다. 이 예에서, 회로(28)가 각 안정기 박스(20)에 부가된다. 각각의 회로는 다수의 램프(10)(가령 6개의 램프)에서 LLD 보상을 행할 수 있다.
a) 램프
램프(10)는 필립스 전기 1500W MH 램프이다(제품 #MH 1500U).
b) 고정구
장착 무글(mogul)을 구비한 종래의 알루미늄 사발형 조명기구.
c) 전원
종래의 선 전류(스위치를 해제하기 위한 480V).
d) 램프로의 전력
전력은 리드-피크 안정기를 통해 각 램프(10)에 제공된다(벤처 모델 79-18-16410-2). 기술분야 실무하에서, 1500W 동작 전력이 통상적으로 각 램프(10)에 제공된다. 그러나, 이하에 설명될 것처럼, 변경된 전력 레벨이 제공된다.
e) 전력 레벨의 선택
네 개의 상이한 동작 전력 레벨을 제공하는 한 가지 방법은 도6의 회로(28A)에 의하는 것이다. 라인 소스(L1, L2)로부터의 전력(480V)이 접촉기 접촉(C1) 및 해제 스위치(각 폴(18)에서의 전력의 해제를 허용; 예를 들어 그 폴에 있는 광만을 유지하기 위하여)를 통하여 각각의 폴(18)에 대한 각각의 안정기 박스(20)내의 접속 점(A 및 B)에 공급된다. 하나 이상의 램프 회로가 점 A 및 B에 부착될 수 있다(가령 6개까지의 램프 회로). 도6은 하나의 램프 회로를 도시한다.
각각의 램프 회로는 종래의 램프 안정기(안정기1) 및 램프(10)를 갖는다. 480V가 2차회로의 보호용 퓨즈를 통하여 종래의 안정기1의 1차 코일로 램프 회로에 이용가능하다.
네 개의 평행 경로가 안정기1의 2차측과 램프(10) 사이에 존재한다. 각각의 경로는 커패시터(Cap 1, 2, 3, 4) 및 스위치를 포함한다.
모터(130)는 안정기1에 있는 240V, 20W 탭을 통하여 구동된다. 모터(1)는 따라서 전력이 램프(10)에 공급될 때만 동작한다. 모터(130), 그 캠, 및 그 사이의 기어는, 캠이 램프의 정격 수명 동안에 한 번 이하의 360도 또는 한 바퀴 회전하도록 선택되고 구성된다. 이 예에서 캠은 모터 동작의 매 4000 시간마다 한 번씩 회전하도록 설정된다. 따라서, 모터/캠 조합(때로는 캠 타이머라 함)은 본질적으로 램프(10)의 누적 동작시간의 추적을 유지한다. 상승된 영역의 적절한 구성 및 캠의 주변에서의 차단에 의해, 스위치는 4000시간 동안 적절한 시간에 개폐될 수 있다.
모터(130)는 도6의 스위치(S1, S2, S3-1 및 S3-2)를 포함하는 접촉기(접촉기 1-6, 도10 및 도11)를 동작하는 시간측정 캠(도10 및 11의 캠(1-6)을 참조)을 회전시킨다. 스위치는 임의의 주어진 시간에 램프(10)로 스위칭되는 커패시턴스의 양을 결정한다.
만약 T0에서 도2의 방법을 따른다면, 모터(130)와 연관된 캠은 리셋된다. 스위치(S1, S2, 및 S3-1)는 통상적으로 개방되며 S3-2는 통상적으로 폐쇄된다. 모터(130) 및 이의 캠들은 T0-T1 동안 스위치가 그 위치에 머물도록 구성된다. 이는 Cap1(28μf)만이 램프(10)와 인라인(in-line)이라는 것을 의미한다. Cap1의 커패시턴스는 램프(10)를 1500W의 정격 동작 와트수 이하, 가령 표1의 값에서 1260W에서 동작시키도록 선택된다.
모터가 200시간 상당량(T1 까지)을 동작했을 때, 캠은 S1을 폐쇄한다. 이는 Cap1과 병렬로 Cap2의 1μf를 더하며, 이는 램프(10)의 동작 와트수를 1320W로 상승시킨다(약 5% 상승).
모터가 부가적인 1000시간 상당량(T2 -- 총 1200시간)을 동작했을 때, 캠은 Cap1 및 Cap2와 병렬로 Cap3(2μf)을 더 더하도록 스위치 S2를 폐쇄한다. 이는 램프(10)의 동작 와트수를 1440W로 상승시킨다(약 8% 상승).
마지막으로, 모터가 부가적인 1000시간(T3 -- 총 2200시간)을 동작했을 때, 캠은 Cap1 내지 Cap3과 병렬로 Cap4(2μf)를 더 더하도록 스위치 S3-1을 폐쇄하여, 램프(10)의 동작 와트수를 1560W로 상승시킨다(약 8% 상승). S3-1과 S3-2는 직렬로 그러나 반대로 작용한다. 따라서, Cap4가 부가될 때(최종 증가), 모터를 추가 동작할 필요가 없으므로, 스위치 S3-2는 모터에 전류를 차단하고 멈춘다. 표1의 요법은 단지 세 개의 와트수 범프를 행하도록 설계되었기 때문에, 추가적인 시간 측정이 필요하지 않다. 그러나, Cap1-4 모두는 램프(10)에 연결되어 남겨진다. 최종 범프 이후의 동작 수명에 있어서의 램프(10)의 나머지 추가적인 동작은 선 전류 및 Cap1-4에 의해 생성되는 동작 와트수에서 이루어질 것이다.
만약 램프(10)가 고장나서 교체된다면(또는 그렇지 않고 교체된다면), 스위치는, 캠과 모터가 그럴 수 있는 것처럼, 원래의 통상 위치로 리셋될 수 있다. 회로는 새로운 램프에 대하여 본 방법을 반복할 준비가 되어 있다.
도6의 회로는 따라서 종래의 램프 회로에 약간의 요소를 더한다. 그러나, 이들은 최소이며 비교적 고가이다. 캠 타이머는 각각 단지 수 달러이다. 하나의 캠 타이머는 다수(여기서 6개)의 램프(10)용으로 사용될 수 있다. 커패시터 및 관련된 결선은 단지 수 달러의 비용을 더할 뿐이다.
그러나, 중요하게는, 커패시터에 스위치하는 장치는 램프에 대해 필요한 선전압과 동작 오프된다. 어떠한 별도의 전원이나 배터리가 불필요하다. 또한, 전자기계 캠 타이머는 상당히 신뢰할 수 있고 오래 지속한다. 모터는 시간당 1회전(rph) 중 일부만 회전한다. 모터는 타이머이다. 어떠한 특수 시간측정 장치도 불필요하다. 또한, 램프 와트수의 레벨이 단지 커패시터의 커패시턴스를 선택하는 것에 으해 선택될 수 있기 때문에, 디자인이 유연하다. 동작 와트수의 변경은 크기에 있어서 등가일 필요는 없다. 대부분의 안정기 박스는 이러한 요소에 대한 충분한 공간을 가지고 있다.
f) 타이머
전술한 것처럼, 도10-13은 도6의 회로용으로 사용될 수 있는 예시적인 캠 타이머 어셈블리(100)을 도시한다.
일반적인 배치에 의해, 기어 모터는 상술한 커패시터를 부가하기 위하여 적절한 시간에 스위치를 동작시키는 캠을 회전시킨다. 이는 비교적 저가이며, 콤팩트하며, 내구성있고, 신뢰할 만하다. 이는 램프에 대해 전력을 차단하므로, 어떠한 가외 전력원이나 배터리가 필요 없다.
도10-12를 참조하면, 표준 기어 모터(130)(크라우젯(Crouzet) 제품 # 823040J2R4.32MW- 모터 커패시터 포함)는 단부 플레이트(104)에 장착된다. 모터(130)는 도6에 도시된 것처럼, 퓨즈(5 amp)를 달 수 있다. 모터(130)와 그 캠과 접촉기의 사이즈는 길이, 폭 및 높이에 있어서 수 인치의 정도일 수 있다.
기어 모터(130)(전기 모터와 기어의 조합)는 단부 플레이트(104)에 있는 베어링(116)에 있는 대향 단부에서 회전가능하게 지지되는(journal) 캠 샤프트(112)와, 장착 플레이트(102)내의 베어링(114)을 회전시킨다. 장착 플레이트(102)는 전체 캠 타이머 어셈블리(100)의 안정기 박스(20)로의 장착을 허용한다. 커버(비도시)는 어셈블리(100) 둘레에 배치될 수 있다.
캠 샤프트(112)는 일 세트의 유성 기어(planetary gear)를 통해 회전된다. 모터(130)가 동작할 때, 모터 축(126)은 시간당 1회전의 작은 부분으로, 구체적으로는 회전당 533시간으로, 피니언(128)(1.2인치 O.D.)을 회전시키며, 피니언은 단부 플레이트(104)에 장착된 샤프트(122)에서 회전하는 치차 기어(124)(2-1/2인치 O.D.)를 구동한다. 기어(124)는 여기에 단단히 장착된 감속 기어(120)(1/2인치 O.D. 치차), 기어(124)는 캠 샤프트 기어(118)(2-1/2인치 O.D. 치차)와 접하며 이를 구동하고, 캠 샤프트 기어(118)는 다시 캠 샤프트(112)를 구동한다. 기어비는 모터(130)의 회전 속도를 캠 샤프트(112)의 원하는 회전 속도로 변환하기 위하여 미리 설계되며, 이는 다시 원하는 속도(가령, 단일 회전당 13,300시간)로 캠 1-6을 회전시킨다. 기어는 마찰력으로 또는 맞물린 치차에 의해 구동된다.
접촉기 1-6은 도10 및 11에 도시된 것처럼, 레일(106 또는 108)에 장착된다. 스프링이 장착된, 통상적으로는 외부로 연장하는 스위치 헤드는 레일(106 및 108)내의 개구(110)를 통해 연장하여 캠이 접촉할 수 있게 해준다. 이해될 수 있는 것처럼, 미리 설계된 캠은 시간 당 회전(rph)의 미리 설계된 일부분으로 회전한다. 이들은 전력이 램프(10)에 제공될 때만 회전한다. 캠은 그 주변에 있는 편심 부품 똔느 핑거로 구성되어, 캠에 인접하여 위치된 접촉기 스위치를 동작시킨다. 비록 여섯 개의 캠과 접촉기가 도시되어 있지만, 모든 것이 이용되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 여섯 개 미만이 도6의 스위치를 동작시키기 위해 필요할 수 있다. 이 에에서, 각각의 캠 타이머는 여섯 개의 램프까지 제어할 수 있고, 이는 스포츠 조명 어플리케이션에서 각각의 안정기 박스에 대한 전형적인 개수이다. 또한, 도10에 있는 접촉기(6)(점선)에 의해 지시된 것처럼, 접촉기는 필요할 때 어셈블리(100)의 용량까지 더해지거나 감해질 수 있다. 유사하게, 캠의 수는 어셈블리(100)에 대한 물리적인 공간 용량까지 변할 수 있다.
이 예에서, 접촉기는 통상적으로 폐쇄되거나(NC) 또는 전도성이다. 캠은 접촉기의 스프링 장착된 플런저 요소를 압착하여 캠의 절단부가 플런저에 대한 특정 점에 도달할 때까지 이를 계속하여 개방한다(즉, 비전도성 상태로). 그 점에서, 스프링 장착된 플런저는 그 후 캠을 따라 안착되었을 때까지 캠을 떨어뜨리고(캠에 의해 아래로 유지되지 않음) 해방하며, 접촉기는 폐쇄된다(전도성으로 된다). 일단 플런저가 해방되면, 절삭이 설계되어 전체 캠 타이머가 리셋될 때까지 플런저를 다시 들어올리지 않을 것이다. 캠은 오른쪽 점에서 절삭을 제공하도록 맞춤 제작될 수 있다. 이 예에서, 캠은 약 200시간, 약 1000시간 이후, 및 그 후 또 한 번의 약 1000시간 이후에, 세 개의 스위치를 발생시키도록 설계된다.
이러한 방식으로, 어셈블리(100)는 효율적으로 그와 관련된 램프(10)의 누적 동작 시간을 모니터링하는 타이머로 된다. 모터(130)는 저렴하며, 낮은 전력이며, 긴 수명을 가지며(가령 10^7) 동작), 작고, 가볍고, 내구성이 있다(코일이며, 전기자 아님). 이는 양호한 시간 측정 특성을 위해 동기된다. 이는 단방향으로만 구동하도록 구성되지만(예, 니들 베어링 클러치), 세탁기 캠 타이머와 같이, 시작 위치로 이를 리셋하기 위해 그 방향으로 회전될 수 있다(가령 램프가 변경될 때). 도10 및 도12에서 지적된 것처럼, 리셋 휠(132)은 표식(도12의 화살표 134 참조)을 가질 수 있고, 이는 유지 작업자가 (리셋 휠(132)상에 있는 화살표(134)를 장착 플레이트(102)에 있는 표식(135)으로 정렬함으로써) 이를 리셋하기 위해 캠 샤프트(112)를 수동으로 얼마나 멀리 회전시킬 수 있는가를 쉽게 알 수 있게 해준다.
유사하게, 캠은 내구성이 있고, 비교적 작고, 가볍고, 저렴하다. 이들은 제조자에 의해 소프트웨어를 이용하여 규격에 맞게 절삭되거나 또는 특수 주문(special order)될 수 있다. 이들은 또한 주문 제작(custom built)될 수도 있다. 이들은 슬라이드가능하게 정방형 샤프트 캠 샤프트(112)에 장착된다.
접촉기(1-6)는 또한 상대적으로 저렴하며, 작다(정방형 D, 통상적 폐쇄(N/C)용 KA3 또는 통상적 개방(N/O)용 KA1 중 어느 하나의 제품). 이들은 램프(10)에 공급되는 전기 에너지의 양을 다룰 수 있는 누름 버튼 접촉기(보호된 마이크로스위치)이다. 이들은 거의 모든 외부 어프리케이션에 대해서 온도 견고성을 포함하는 환경 보호를 가진다. 이들은 또한 전압 변경에 대해 보호된다.
물론, 이러한 타이머가 지시된 기능을 실행하도록 구성될 수 있는 다양한 방법이 존재한다.
E. 장점/단점
이해될 수 있는 것처럼, 각 램프(10)에 대한 에너지 절감은 감소된 전력 레벨로 램프를 동작함으로써 실현될 수 있다. 이러한 절감은 포함된 다소 연장된 시간(수천 시간)동안 이루어진다. 절감은 또한 다수의 램프를 이용하여 시스템내에서 이루어진다. 결과는 에너지 사용, 그리고 이에 따라 비용에 있어서의 현저한 절감일 수 있다.
간단한 예가 이어진다. 만약 전기 비용이 7센트/KW-시간 이고, 램프가 매년 하루에 약 4시간동안 작동된다면, 그 램프의 동작은 대략 $100.00/yr(1400시간*$0.07)의 비용이 들 것이다. 만약 램프에 의해, 첫 해 동안 대략 20% 적은 에너지가 사용된다면, 약 $20의 절감이 실현될 것이다. 그리고, 조명 설비에 대해 100개의 램프가 존재한다면, $2000 절감이 이뤄질 것이다. 혼합 이익과 유사하게, 적은 이득이 현저하게 보이지 않을 수 있지만, 시간이 지남에 따라, 그리고 여러 유사한 이득에 의해 합성됨에 따라, 이는 현저해질 수 있다. 수천 동작 시간 동안에, 각 램프 당 그리고 모든 램프 당 총 절감이 축적될 것이다.
또한, 다중 고정구 시스템에 사용되는 고정구의 수를 감소시킴으로써 절감을 이룰 수 있다. 예를 들어, 램프 수명 후반에 광 레벨이 실질적으로 저하될 것임을 알고 있다면, 설계자는 비록 LLD가 감소된 광 레벨을 실질적으로 가질 때라도, 시작부에서의 초과 광이 그 상황에서 광의 합리적인 양을 여전히 제공할 것이라는 소망으로 고정구의 수를 "초과 지정"할 수 있다. 회로 28A를 이용하여, 광은 최초 지정된 레벨로, 심지어는 램프 수명의 후반에도 주기적으로 복원된다. 따라서, 설계에 가외의 광 고정구를 부가하려는 유혹을 회피할 수 있다.
회로 28A는 비교적 저렴하며, 복합적이지 않고, 선전력으로부터 발생되며, 복잡하지 않고, 조명 시스템의 다른 부품과 간섭하지 않는다. 또한, 비록 고장나더라도, 조명 시스템에 영향을 주지 않으며, 이것이 동작하는 한 에너지 절감이 실현될 것이다. 그러한 램프의 통상의 동작 수명 동안에 정격 동작 와트수에서 램프를 동작시키는 것에 대하여 10-15%의 에너지 절감이 일상적으로 가능하다고 추산된다.
F. 옵션/대안
전술한 예는 설명의 목적으로만 이루어지며, 본 발명을 제한하지 않는다. 당업자에게 자명한 변형이 본 발명에 포함된다. 약간의 예가 이하에 주어진다.
F-1. 일반적으로
당업자에게 자명한, 다양한 특정 요소가 본 발명을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 방법론을 실행하기 위한 요법에 있어서의 변형이 또한 당업자의 기술 내에 있다. 약간의 예가 이하에 주어진다.
F-2. 램프
전술한 것처럼, 본 발명은 다양한 종류의 HID 램프(가령 MH, 형광 램프, 등)를 포함하며, 외피가 있건 아니건, 단일 단부이건 양단부이건 대부분의 HID 광에 관련된다고 믿어진다. 본 발명은 보다 높게 구동되는 HID 램프(가령 400W이상)에 대해 가장 경제적으로 효율적일 수 있으나, 시간에 따라 에너지 비용 절감과 관계없이 다른 이점을 가질 수 있다. 다수의 램프를 이용하는 어플리케이션용의 것이 단일 램프를 사용하는 어플리케이션용의 것에 대해 유리할 수 있다.
F-3. 와트수 변경을 설정하는 방법
와트수를 변경하는 시간의 선택은 소망 또는 필요에 따라서 변할 수 있다. 동작의 시간은 루멘 저하가 기초로 하는 모든 것(참고: 전압, 전류량, 온도, 등)처럼 매우 예측가능하다는 것이 발견되었다.
대부분의 이러한 형태의 램프들은, 이들이 오버드라이브(over-driven) 또는 언더드라이브(under-driven)될 때 발생하는 것을 포함하여 예측가능하다. 또한, 대부분의 경우 제조자는 램프의 LLD, LDF, 등에 관한 이용가능한 정보를 가질 것이다. 따라서, 설계자는 램프에 대한 LLD 곡선에 기초하여 램프 동작 와트수를 변경할 시기를 문언적으로 선택할 수 있다.
그러나, 시간에 따른 그러한 램프의 광 출력에 영향을 주는 다른 인자에 대한 허용이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 설계자는 와트수 변경 및 시간을 선택할 때 LLD뿐만 아니라 시간에 따라 램프에 대한 불순물 축적도 고려할 수 있다.
F-4. 와트수를 변경
원하는 시간에 이러한 램프들에 와트수, 에너지의 양을 변경하는 다양한 방법이 존재한다.
a) 커패시턴스를 부가
도6의 예에서, 램프 회로에 있는 커패시턴스는 커패시터를 제거하거나 삭제함으로써 변경된다. 커패시턴스는 스위치를 사용하여 변경되었다. 부가될 때 와트수는 상승한다; 제거될 때, 와트수는 감소한다(가령, 32 μf=1500 W에 기초하여, 28 μf=1260 W, 29 μf=1320 W, 31 μf=1440 W, 33 μf=1560 W). 전력 인자는 변하지 않는다.
b) 안정기 탭
도7은 안정기상의 상이한 탭들 사이에서 선택하도록 스위칭 네트워크를 이용함으로써 상이한 동작 전력을 획득하는 것을 도시한다(도7, 회로 28B). 안정기1의 제1측에 있는 탭을 변경함으로써 증폭기 흐름을 증가시키는 것은 보다 많은 커패시턴스를 가한다.
도7에서, 회로(28B)에 보내지는 선전압은 480V이다. 리드-피크 안정기1은 네 개의 탭 1-4를 가진다; 각각 650V, 592V, 533V, 및 480V. 32μf 커패시터 Cap1은 램프(10)와 인라인(in line)상에 있다. 도6의 회로와 유사하게, 캠 타이머(130)는 선 전압(240V, 0.1A)을 동작 오프한다. 스위치 S1-1(N/C)은 제1 기간(가령 T0-T1 또는 200시간)동안 램프(10)를 통하는 유일한 전류 경로이며 램프(10)를 1100W에서 실행시킨다.
제1 기간의 끝(가령 T1 또는 1200시간)에서, 캠 타이머(130)의 캠은 스위치(1)의 상태를 변경할 것이며, 이는 S1-1을 개방하지만 S1-2(N/O)를 폐쇄할 것이다. 스위치(1)는 S1-1이 차단되기 전에 S1-2를 폐쇄하도록 구성되므로 스위칭동안 전력의 연속성이 보장됨에 주의하여야 한다. 따라서, 592V가 이제 안정기1에 공급된다(650V 대신). 이는 다음의(여기서는 두 번째의) 시간 기간 동안 1215W의 램프(10)에 증가된 전력을 발생시킨다.
유사하게, 제2 시간 기간의 끝에서(가령 T2 또는 220시간까지), 캠 모터(130)는 S2-2(N/O)를 폐쇄한 후 S2-1(N/C)을 개방하도록 스위치 2를 동작시키고, 안정기1에 533V 또는 램프(10)에 1350W를 공급한다.
마지막으로, 제3 시간 기간의 끝에서(T3 또는 3200시간까지), 캠 모터(130)는 S3-2(N/O)를 폐쇄하고 S3-1(N/C)을 개방하고, 안정기1에 450V 및 램프(10)에 1500W를 공급한다. 또한, S3-3(N/C)이 개방되고 모터(130)를 차단한다.
이하의 표는 회로(28B) 및 그 동작에 관한 상세를 제공한다.
안정기탭 1차 2차 미놀타/콘
Watts Volts Amps Watts Volts Amps
208 1724 210 8.25 1630 302 5.94 196
240 1410 208 6.74 1340 293 4.88 160
277 1150 210 5.43 1079 271 4.49 105
전류 리드 안정기, 쿼드 탭 208 메인
장비:
쿼드 탭 안정기
1500 w/Z-램프 w/@600 시간 (필립스 제조, 무스코 코포레이션에 의해 입수가능),
32 μf 커패시터,
타입 6, SC-1 반사기 w/lens (무스코 코포레이션, 오스카루사(Oskaloosa), 아이오와(Iowa)),
미놀타 미터/콘
요코가마 미터.
전기 서비스: 108 v, 단상
절차: 램프는 각각의 안정기 탭 변경 후 0.5시간 실행
c) 벅/ 부스트 (buck/boost) 변압기
추가적인 예는 벅/부스트 1차 자동 변압기(탭을 구비한 리드 푸쉬(lead-push) 안정기)(비도시)의 이용일 것이다. 이는 전압에 덜 민감하다. 이는 반응기 안정기처럼 작동할 수 있다. 이는 커패시터를 부가하는 것보다 덜 비싸다.
d) 선형 반응기 안정기
도8은 선형 반응기 안정기("안정기1")를 구비한 회로(28C)를 도시한다. 이는 전압을 변환하지 않는다는 점에서 "진정한" 안정기가 아니다. 그러나, 도6 및 도7의 회로(28A 및 28B)와 유사하게, 회로(28C)는 제1 시간 주기 동안 (240V에 의해 구동되는 캠 타이머(130)에 의해) 제1 동작 와트수를 램프(10)에 공급할 것이다. 스위치(1)는 S1-1(N/C)이 폐쇄되도록 할 것이며, 입력 A와 B 사이의 램프(10)를 통하는 유일한 전류 경로를 제공한다. 도면에서 볼 수 있는 것처럼, 이는 안정기1의 탭1을 이용할 것이다. 32μf 커패시터가 입력 A와 B 사이를 가교한다.
제1 시간 기간의 끝에서, 도7의 회로(28B)와 유사하게, S1-2(N/O)는 S2-1(N/C)을 개방하기 전에 폐쇄될 것이고, 이는 안정기1의 탭2로 S1-2 및 S2-1을 통하는 전류 경로를 스위칭할 것이며, 램프(10)에 와트수를 증가시킨다.
제3 및 제4 와트수는 안정기의 탭3(S2-2(N/O), S3-1(N/C)), 그리고 그 후 탭4(S3-2(N/O))를 스위칭함으로써 제3 및 제4 시간에 공급될 것이다. 탭4, S3-3(N/C)가 또한 모터(130)를 끄지 위해 개방 또는 차단된다.
이 방법을 이용하여 반응기 안정기 탭은 물리적으로 변경된다. 이 방법은 전압에 더욱 민감하다.
e) 주 전압을 변경
또 다른 예는 전력이 필드로 오는 변압기에서 변압기 탭을 변경하는 것일 것이다. 다시 말해서, 조명되고 있는 필드 둘레에 있는 안정기 박스(20)의 각각으로 가는 전압의 양을 문언적으로 변경시킨다. 따라서, 한 장소에서, 모든 램프에 대한 동작 와트수가 제어될 수 있다.
또한 태핑된(tapped) 변압기는 폴에서 조명 모두에 대해 사용될 수 있을 것이다. 시간 요법은 전력을 증가시키기 위하여 전압을 변경하기 위해 사용될 것이다. 임의로 보내질 수 있고, 480V, 440V, 380V, 및 350V와 같은 증분에서 범프 아웃될 수 있다.
도9를 참조함으로써, 회로(28D)가 그 사이트(가령 3400V, 6800V, 등)에 대하여 선 전압(H1-H2-H3)을 다루는 변압기의 각각의 2차측에 다중 탭을 구비함으로써 이를 성취한다. 네 개의 상이한 전압은, 탭1-4 사이에서 선택하는 것에 의해 선전압(L1-L2-L3)에 대해 생성될 수 있고, 이는 (도9의 하나의 램프(10)에 대해 도시된 것과 같은 종래의 안정기 회로를 통하여) 시스템내의 모든 램프에 대해 이용가능하도록 제조될 것이다.
접촉기(C2, C3, C4, C5)는 원하는 탭을 선택하도록 제어될 것이다. 세 개의 집합의 탭1-4와 접촉기2-5가 1차 전압의 각 상에 대해 한 세트씩 존재한다. 각 세트의 접촉기 C2, C3, C4, 또는 C5는 L1, L2에 대하여 하나의 전압을 선택하기 위하여 함께 제어될 것이다. 따라서, 도7의 리드 피크 실시예와 유사하게, 접촉기 C2가 폐쇄될 때(다른 모든 것은 개방) 제1 전압(그리고 따라서 제1 동작 전력)이 탭1을 통해 회로내의 임의의 램프에 이용가능하다. 램프에 이용가능한 와트수를 증가시키기 위하여, C2는 개방되고 C3는 폐쇄되어 탭2를 선택함으로써 동작 와트수를 점진적으로 증가시킨다. 또한 증가는 탭3 또는 탭4를 선택함으로써 이용가능하다.
이는 도7의 회로(28B)와는 다르다. 예를 들어 필요로되는 스위칭에서의 오버랩이 존재하지 않는데, 이는 변압기에 부하가 없을 때 접촉 2-5가 유일하게 스위칭하기 때문이다. 만약 오버랩이 있다면, 위험한 상황을 만들 수 있다.
접촉기 C2-5의 스위칭은 여러 방식으로 수행될 수 있다. 한 가지 예는 공유, 동시 계류중인 2000년 6월 30일 출원되고 본원에 참조에 의해 포함되는 미국 특허출원 번호 09/609,000에 개시된 원격 제어 시스템을 사용하는 것이다. 각 램프의 동작 상태, 예를 들어, 각각의 램프가 온인지 오프인지 여부 및 얼마나 오래 램프가 동작되는 지 여부가 모니터링될 것이다. 컴퓨터는 동일한 것을 계속 추적할 수 있고 셀룰러 전화 시스템 제어 채널을 통하여 원격 컴퓨터와 통신할 수 있다. 미리 프로그램된 시간에, 명령어가 (변압기상에 부하가 없음의 확인 후) 원격 컴퓨터로부터 보내질 수 있고, 접촉기를 개방 또는 폐쇄할 것을 지시할 수 있다. 이 방법을 이용하면, 캠 타이머 또는 다른 타이머가 조명 사이트 또는 각각의 안정기 박스(20)내에 요구되지 않는다.
집중된 제어 시스템의 또 다른 예는 무스코 코포레이션의 CONTROL LINKTM이다. 이는 중앙 서버로부터 국가나 심지어는 세계를 가로지르는 상이한 위치에 있는 조명 시스템과 연관된 광역 분배 제어기로 통신하기 위하여 무선 인터넷을 사용한다.
탭은 일정 범위의 전압을 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 이들은 전압의 크기에 있어서 약 10% 이격될 수 있다. 이는 미리 선택된, 바람직하게는 LLD로 시간 측정된 시간에서 모든 램프 회로에 점진적 전압의 증가와, 따라서 동작 와트수의 점진적 증가를 허용할 것이다. 비록 램프가 그 동작 와트수가 변경되어야 하는 시간에 도달하지만, 프로그래밍과, 국부 제어기 및 중앙 컴퓨터의 인텔리전스에 의해 켜져 있기 때문에(즉, 변압기상에 부하가 존재함) 변경되지 않을 수 있더라도, 광이 변압기 탭을 변경하도록 꺼질 때까지 기다릴 수 있다. 본 방법의 유연성은, 비록 램프가 예를 들어 프로그래밍 된 200시간이 아닌 210시간 동작하더라도, 그 동작 와트수가 변경되기 이전에, 물질적인 효과를 갖지 않는 정도이다. 드물게는, 전체 조명 설비가 하루에 1/2 이상동안 연속적으로 켜져 있을 것이다.
따라서, 도9의 개념은 전체 회로에 한 장소에서 조명 설비의 모든 램프에 대한 전압 변경을 제공한다. 이해될 수 있는 것처럼, 변압기에 대한 가외의 탭이 다른 사용, 가령 구내 매점 스탠드 조명 및 전력을 위해 유보될 수 있다. 가외의 전압기가 보조 전력을 위해 사용될 수도 있다. 대안으로 탭1 또는 우회 접촉기이 있다.
이러한 대안은 제1 변압기 스위칭을 위해 약간의 비용과 복잡성을 더할 수 있는데, 이는 광이 오프된 동안 스위칭될 필요가 있을 수 있기 때문이다.
F-5. 전력 변경의 시간의 선택
a) 캠 타이머
캠 타이머(130)는 저가이며, 램프 동작의 신뢰할만한 사실상의(de facto) 타이머이다. 전자 기계 세탁기 타이머와 같이, 직접적 스위칭 접촉을 갖는 캠 기반의 타이머가 수십년 동안 개발되어 왔고 높은 신뢰성을 갖는다.
b) 전자 타이머
그러나, 전자 타이머가 사용될 수 있다. 스위칭을 실현하기 위하여 릴레이 접촉을 제어할 수 있다. 그러나, 여기에 전력을 공급할 적절한 요소를 가질 필요가 있을 것이다. 만약 하루의 시간을 유지하는 것에 문언적으로 기초한다면, 램프가 꺼지고 어떠한 전력도 시스템에 이용가능하지 않을 때 배터리 백업이 이를 실행하기 위해 필요할 것이다. 다양한 그러한 타이머가 상업적으로 이용가능하다.
전자 또는 기계 릴레이, 접촉기, 또는 릴레이에 의해 구동되는 접촉이 스위칭변경을 이루기 위해 제어될 수 있다.
전자 디바이스의 일부 단점은 외부 환경(가령, 조명 타격)에 의해 발생되는 손상 또는 오류에 대한 가능성을 포함한다. 또한, 요소들은 비교적 값비싼 경향이 있다(가령, 마이크로프로세서는 $20 내지 $40 든다). 관련된 구조, 가령 접촉기, 래치 릴레이 더블은 또한 비용을 추가시킬 수 있다. 그러한 디바이스에는 본질적인 약간의 불신이 존재한다.
c) 컴퓨터/마이크로프로세서 제어
다른 예는 미국 특허 및 CONTROL LINKTM과 더불어 논의되었다. 로컬이든 원격이든 컴퓨터는 시간과 램프의 누적 동작시간을 계속 추적할 것이다. 컴퓨터는 스위칭 접촉기를 제어할 것이다. 이들은 이벤트를 추적하여 변화가 이루어질 때 기록할 수 있다.
이러한 디바이스는 공장에서 프로그래밍될 수 있다. 이들은 전자 제어기가 동작하고 있는 시간까지 램프 동작의 타이머를 누적함으로써 캠 타이머(130)과 같이 배터리 없이 동작할 수 있다.
F-6. 부가적인 옵션
부가적인 특징이 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 선택될 때마다 총 전격 와트수까지 램프를 범프 업 하는 우회 스위치가 존재할 수 있다. 일 예는 램프가 신규한 것일 때 토너먼트가 존재하는 경우일 것이다. 그러한 첫 번째 몇 시간동안 범프 다운된 와트수에서 이들을 실행하지 않고 루멘 출력을 증가시키고자 하는 욕구가 존재할 것이다. 이후에 스위치가 꺼질 수 있고 전술한 루멘 유지 방법론이 취해지거나 계속될 수 있다.
또한, 정격 와트수 이하에서 램프를 개시하는 이슈가 존재할 수 있다. 만약 쵸크가 사용된다면, 특히 시작시에 램프에 대한 전력 인자가 문제시될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위하여 보다 높은 개시 전압을 제공한 후 보다 낮은 동작전압으로 다시 떨어뜨리는 자동 회로가 존재할 수 있다(특히 추운 날씨의 경우). 예를 들어, 전에도 언급된 무스코 코포레이션의 MULTI-WATTTM 회로가 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 전극을 가열하기 위하여 램프에 전원을 가하고(kick in) 점화하도록 본질적으로 보다 높은 와트수가 필요로 될 수 있다. (손실을 줄인 후 범프 다운하기 위하여). 예를 들어, 선형 반응기 안정기를 이용하여, 추운 날씨에 "뜨거운 시작"을 제공하기 위하여 시작부에 정격 동작 와트수의 125%까지 동작 와트수를 범프하는 것이 유용할 수 있다. 이는 본원에서 논의된 와트수 변경을 이루는 것에 기재된 많은 방법을 포함하는 여러 방법으로 성취될 수 있다. 가령, 또 다른 탭이 반응기 안정기에 넣어질 수 있다.
추가적으로 지시될 것처럼, 본 발명의방법은 실제로 램프 수명을 증가시킬 수도 있다. 정격 와트수 이하에서 실행시킴으로써, LLD 곡선의 경사를 완화시킨다고 믿어진다. 이는 램프 수명을 증가시킬 수 있는데, 이는 시간이 지남에 따라 더 많은 광손실 없이 동작하기 때문이다. 이는 특히 본 방법으로 인해 램프 수명이 증가된다면, 램프 수명의 후반에 더 먼 와트수 범프 업이 이루어져야 함을 의미한다.
회로의 리셋은 상이한 방법으로 행해질 수 있다. 리셋 버튼 또는 다이얼(가령 도12)이 램프가 변경될 대 수동으로 동작될 수 있다. 대안으로, 접촉기를 요하지 않는 기계적 래치가 존재할 수 이다.
본 발명은 스포츠 조명에 한정되지 않는다. 유사한 본질의 루멘 저하를 받는 임의의 조명에 관한 것이라고 믿어진다. 다양한 램프, 고정구, 및 어플리케이션에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 한 가지 변형은 다음과 같다. 램프 동작의 최초의 시간 동안 램프 동작에 있어서 어떠한 변경도 이루어지지 않는다(가령, 램프는 누적 동작 시간의 처음 100시간 동안 ROW에서 동작된다). LLD에 의해 약간 감소된 램프의 광출력은 램프에 대해 "기본 값" 출력이 될 것이다. 램프는 그 후 부가적인 시간 동안 ROW에서 실행될 수 있다(가령, 200 누적 동작 시간 동안). 이 점에서, 램프의 동작 와트수는 발생한 루멘 저하의 적어도 일부를 복원하기 위하여 범프 업 될 수 있다. 상기 방법에 대한 대안은 처음의 100시간 동안 ROW에서 램프를 동작시키고, 그 후 100-200시간 동안 범프 다운시키고, 그 후 이후의 시간에 범프 업하는 것이다.
본 발명과 함께 사용될 수 있는 또 다른 선택적인 방법은 다음과 같다. 동작 와트수는 미리결정된 임계 이하로 광 레벨이 떨어질 때마다 범프 업될 수 있다. 예를 들어, 평균 피트 촉광(fc) 레벨이 축구 경기장에 대해서 선택될 수 있다. 자동 센서에 의한 것을 포함하는 일부 형태의 계측이 필드에서 피트 촉광 레벨을 모니터링할 수 있다. fc 레벨이 임계 이하로 떨어진다면 신호가 발생될 수 있다. 신호는 필드를 조명하는 하나 이상의 램프에 동작 와트수의 증가를 작동시킬 수 있다. 증가의 양은 경험적 테스트로부터 선택될 수 있다. 한 가지 예는, 만약 원하는 광 레벨이 100fc였다면, 측정 점에서의 광레벨이 90fc로 떨어질 때마다 동작 와트수의 증가가 광 레벨을 100fc로 또는 그 주변으로 되돌리기 위해 이루어지는 것이다. 램프로부터의 광출력의 그래프는 톱니와 유사할 것이다. 이는 90fc로 (LLD로부터) 떨어지고, 와트수 증가에 의해 100fc로 다시 점프하여 돌아오고, 90fc로 다시 떨어지고, 100fc로 다시 점프하여 돌아오는 것이 계속될 것이다. 대안으로, 일정 범위의 광 레벨(가령 105fc 내지 95fc)이 설정될 수 있고 최초로 램프가 필드에서 105fc를 제공하도록 설계될 수 있다. 광 레벨이 95fc로 떨어질 때, 램프에 동작 와트수의 증가를 통해 105fc로 다시 이를 범프한다. 이는 시간에 따라 평균 100fc를 필드에 제공하는 경향이 있을 것이다. 또 추가적으로, 만약 원하는 레벨이 필드에서의 100fc라면, 최초의 설계는 110fc를 발생시킬 수 있다. 100fc로 떨어질 때, 이를 110fc로 되돌리기 위해 와트수를 증가시킨다. 이러한 방법에 의해, 필드는 언제나 적어도 소망하는 조명 레벨을 가져야 한다. 다른 요법이 물론 가능하다.

Claims (12)

  1. 정격 동작 와트수(ROW)와 루멘 저하 특성을 갖는 광원을 동작하는 방법으로서,
    a. 제1 동작 기간 동안 제1 동작 와트수로 광원을 동작하는 단계; 및
    b. 상기 제1 동작 기간 종료 후에, 상기 제1 동작 와트수보다 큰 제2 실제 동작 와트수로 광원을 동작하는 단계를 포함하는, 광원 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 실제 동작 와트수는 ROW보다 적게 그러나 광원에 대해 거의 원하는 출력을 생성하도록 선택되는, 광원 동작 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 실제 동작 와트수는 ROW보다 적은 대략 2% 내지 0%의 범위에 있는, 광원 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 기간은 광원의 루멘 저하 특성과 상관되어 있으며 상기 제1 기간은 광원에 대한 최초의 급속 루멘 저하에 근사되는, 광원 동작 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 램프는 최초 동작 시간 동안 ROW에서 실행되며, 이후 제1 기간 동안 제1 동작 와트수에서 동작하며, 이후 제2 기간 동안 제2 동작 와트수에서 동작하는, 광원 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서, 제2 동작 기간 동안 통상의 동작 와트수 정격 미만에서 제2 실제 동작 와트수로 광원을 동작하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 실제 동작 와트수는 광원의 동작 수명에서 그 점에서의 루멘 저하를 보상하며, 광원의 광출력을 거의 원하는 광 출력으로 다시 증가시키기 위한 부가적인 와트의 양과 상관되어 있는, 광원 동작 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 기간은 상기 제1 기간보다 실질적으로 더 긴, 광원 동작 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    ⅰ. 제3 동작 기간 동안 통상의 동작 와트수 정격 미만,
    ⅱ. 제3 동작 기간 동안 통상의 동작 와트수 정격 또는 그 부근, 또는
    ⅲ. 제3 동작 기간 동안 통상의 동작 와트수를 초과,
    중 어느 하나에서, 제3 실제 동작 와트수로 광원을 동작하는 단계를 더 포함하는, 광원 동작 방법.
  9. 루멘 저하 특성을 갖는 광원으로서, 표적 영역에 일정 레벨의 조명을 제공하도록 적응된 광원을 동작하는 방법으로서,
    (a) 표적 영역에 대하여 원하는 조명을 지정하는 단계;
    (b) 원하는 조명 레벨을 적어도 만족하는 최초 조명을 제공하도록 최초 동작 와트수로 광원을 동작하는 단계;
    (c) 표적 영역에서 실제 조명 레벨을 모니터링하는 단계; 및
    (d) 표적 영역에서의 실제 조명 레벨이 임계점 미만으로 떨어질 때 램프에 동작 와트수를 증가시키는 단계를 포함하는, 광원 동작 방법.
  10. 루멘 저하 특성을 보상하는 장치로서,
    a. 추천된 동작 와트수에서 최초 루멘 출력을 생성하며 루멘 저하 특성을 갖는 광원;
    b. 광원에 동작 가능하게 연결된 안정기로서, 이를 통해 전기 에너지가 광원의 동작을 위해 공급되는 안정기;
    c. 광원 또는 안정기에 대해 다수의 전기 경로를 제공하도록 적응된 스위치로서, 각 전기 경로는 광원에 상이한 동작 와트수를 실행하는 스위치;
    d. 광원의 누적 동작 시간을 모니터링하는 타이머; 및
    e. 타이머에 의해 모니터링 된 누적 동작 시간동안 미리 선택된 시간에서 스위치를 동작시키도록 적응된 액츄에이터를 포함하는, 루멘 저하 특성 보상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    a. 광 고정구(light fixture)로서,
    ⅰ. 루멘 저하 특성과 정격 동작 와트수에서의 최초 광출력을 갖는 램 프;
    ⅱ. 램프가 위치되는 반사기;
    ⅲ. 지지 구조로의 램프와 반사기용 장착부;
    ⅳ. 램프에 그 광출력을 생성하도록 전기 에너지를 제공하는 안정기를 포함하는, 광 고정구;
    b. 램프의 누적 동작 시간을 모니터링하는 타이머;
    c. 다수의 동작 와트수를 램프에 제공하는 회로;
    d. 회로에서 다수의 동작 와트수로부터 선택하는 스위치; 및
    e. 타이머로부터의 한 번 이상의 시간에 기초하여 스위치를 작동시키는 액츄에이터를 더 포함하는, 루멘 저하 특성 보상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    a. 다수의 광 고정구;
    b. 각각의 광 고정구로서,
    ⅰ. 루멘 저하 특성과 정격 동작 와트수에서의 최초 광출력을 갖는 램프;
    ⅱ. 램프가 위치되는 반사기;
    ⅲ. 지지 구조로의 램프와 반사기용 장착부;
    ⅳ. 램프에 그 광출력을 생성하도록 전기 에너지를 제공하는 안정기를 포함하는, 각각의 광 고정구;
    c. 램프의 누적 동작 시간을 모니터링하는 타이머;
    d. 다수의 동작 와트수를 램프에 제공하는 회로;
    e. 회로에서 다수의 동작 와트수로부터 선택하는 스위치; 및
    f. 타이머로부터의 한 번 이상의 시간에 기초하여 스위치를 작동시키는 액츄에이터를 더 포함하는, 루멘 저하 특성 보상 장치.
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