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자동차에 가장 중요한 역할을 하는 전조등은 인간의 눈과 같은 역할로 할로겐, 고휘도 방전램프(HID, High Intensity Discharge), 발광다이오드(LED) 및 레이저 이용까지 다양한 광원의 전조등이 등장하고 있다.^1-3) 전조등은 전기에너지를 빛에너지와 열에너지로 변환하여 빛을 이용해 야간에 운전자의 시야를 확보할 수 있는 장치이다. 그러나 빛에너지 사용으로 수반되는 열에너지는 전조등 구성부품의 손상을 초래하거나 전조등 외형에 백화현상(Haze)이 발생함에 따라 해결해야 하는 문제점으로 부각되고 있다.^4,5) 이러한 문제들은 방열이 낮은 LED나 레이저를 광원으로 이용하면 해결이 가능하지만, 전조등 내부의 수분증발을 돕지 못해 나타나는 결로현상이나 겨울철 전조등에 쌓인 눈에 의한 결빙현상으로 전조등의 빛 투과율이 줄어들어 운전자의 시야를 가리는 추가적인 문제점들이 나타난다.^5-8)

본 연구는 저온 환경에서 자동차 전조등에 사용되는 광원별 방열 특성을 실험적으로 측정하여 빛 투과율에 미치는 영향력을 예측하는데 목적이 있다.

실험에 사용된 차량은 국내 H사의 차량이며, 내연기관에 따라 발생되는 열을 고려하여, 열 발생을 최소화하기 위해 EV차량을 이용하였다. 그리고 사용된 전조등 램프는 방열이 높은 할로겐 램프와 방열이 낮은 발광다이오드 두 종류를 이용하였으며, Fig. 1에 사용한 각 램프의 특징을 나타내었다. 전조등의 온도측정은 Fig. 2와 같이 전조등의 앞 표면에 5개소(Fig. 2(a))와 전조등 뒤의 2개소(Fig. 2(b)) 측정부위를 선정 후 다채널 온도측정기(Anbai AT4808)를 이용하였다. 이렇게 구성한 실험장치는 상온, 풍동(Wind tunnel) 및 영하 20 ^oC의 저온 환경에서 전조등의 온도 변화 측정을 실시하였다. 각 측정은 실내의 상온에서 전조등을 작동하여 1시간 동안 전조등의 방열에 대한 온도변화를 실시간으로 측정하였으며, 상온 측정은 Fig. 2(c)와 같이 실시하였다. Fig. 3은 풍동측정을 위해 풍동장비를 차량의 전조등과 1000 mm의 거리를 두고 인가하였으며, 일반적으로 차량의 실제 주행 시 풍동발생은 여러 가지 외부인자에 의해 1 m/s~6 m/s 정도가 발생되나 본 실험에서는 3 m/s를 적용하여 인가하였다. 또한, 저온측정은 일정한 저온 환경을 위해 전조등을 탈착 후 영하 20 ^oC로 유지할 수 있는 온도조절 챔버 내에 전조등을 장착 및 온도측정 장치를 이용하여 1시간 동안 온도변화를 측정하였다(Fig. 4).

Fig. 1 
Headlamps of halogen and LED

Fig. 2 
Radiant heat measuring system of headlamp; (a, b) measurement location of headlamp and (c) multi-channel thermometer

Fig. 3 
Radiant heat measuring system of headlamp for a wind tunnel temperature environment

Fig. 4 
Radiant heat measuring system of headlamp for a low-temperature environment

본 연구는 저온 환경에서 자동차 전조등의 빛 투과율에 미치는 영향력을 예측하기 위해 사용되는 할로겐 램프와 LED 램프의 방열 특성을 실험적으로 측정하여 평가하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.

• 1) 할로겐 램프는 상온에서 최대 100 ^oC 이상의 방열 특성을 나타내었고, 영하 20 ^oC 이하의 저온의 환경에 놓이더라도 전조등 내부의 온도가 상온상태로 유지되어 저온에서 결로⋅결빙현상에는 큰 영향이 없을 것으로 판단할 수 있다.
• 2) LED 램프는 할로겐 램프와 반대로 방열 특성이 낮아 상온 대비 주행 풍에 의한 온도 변화는 거의 없지만 저온 환경에서는 전조등 내부의 온도가 매우 낮아짐을 알 수 있었다.
• 3) LED 램프는 광도가 우수하지만 5 %의 빛 투과율 영역에서는 할로겐 램프 대비 광도가 더 낮아짐을 확인하였고, 이는 저온 환경에서 발생할 수 있는 결로⋅결빙현상에 매우 취약할 것으로 볼 수 있다.
• 4) 향후 높은 광원 대비 방열 특성이 낮은 램프가 적용된 전조등은 저온 환경에서 결로⋅결빙현상을 제거할 수 있는 발열소자를 적용한다면, 운전자의 시야에 영향을 주는 문제점들에 대한 해결방안이 될 수 있을 것이다.