KR102003600B1 - 액체 배출 장치 - Google Patents

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포항공과대학교 산학협력단
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Abstract

일 실시 예에 따르면 액체 배출 장치는, 자극에 반응하여 액체를 배출 가능한 수화젤; 상기 수화젤을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 하우징; 및 상기 수화젤로부터 배출되는 상기 액체를 외부로 유동시키기 위한 유동부를 포함할 수 있다.

Description

액체 배출 장치{LIQUID DISCHARGE DEVICE}
아래의 설명은 액체 배출 장치에 관한 것이다.
수화젤은 친수성의 고분자로 구성되어 있으며, 고분자 내에 다량의 액체를 함유하여 저장할 수 있다. 특히 수화젤은 많은 양의 물을 흡수하여 머금을 수 있다. 수화젤이 외부의 자극(광, 온도 또는 압력)을 받거나 건조 지역에 노출될 경우, 수화젤에 저장된 물은 표면으로 배출될 수 있다. 이러한 물의 저장 및 배출 특성으로 인해 수화젤은, 건조 지역의 경작지에 사용될 수 있다. 예를 들어, 건조 지역의 경작지에 수화젤을 매립하여, 수화젤이 물을 머금고 있다가 토양이 건조해지면 수분을 내보내도록 하여, 토양의 습도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 그러나 수화젤의 뛰어난 물 흡수 및 저장 성능은 수화젤로부터 물을 방출하는데 방해가 될 수 있다.
자극 반응성 수화젤은 특정 온도, 빛, pH, 습도 등에 반응하여 물성이 변화하여 물을 흡수하거나, 저장된 물을 배출한다. 이러한 성질을 이용하여, 특정 pH 또는 온도 조건에서 수화젤에 저장된 약물을 방출시키는 연구가 활발하게 이루어 지고 있다. 그러나 자극 반응성 수화젤에 저장된 액체를 효과적으로 배출시키는 방법에 대한 연구는 부족한 실정이다.
수화젤은 질량 대비 90% 이상의 수분을 머금을 수 있고, 자극 반응성 수화젤의 경우에는 온도나 특정 자극에 의해 저장하고 있던 액체를 배출시키는 특성을 지니고 있다. 이러한 자극 반응성 수화젤이 가진 물 저장 및 방출 특성을 이용하면 수화젤에 물이나 약물 같은 액체를 사전에 저장해 두었다가, 필요할 시 수화젤에 자극을 가하여 액체를 배출시켜 활용할 수 있다. 그러나 수화젤이 가진 강한 물 흡수 능력 및 수화젤 표면의 친수성으로 인해 수화젤 바깥으로 액체를 배출시키는 데에는 어려움이 따른다. 또한 외부 자극에 의해 수화젤 표면으로 배출된 액체를 단순히 받아두기만 하면 수화젤 내부로 다시 흡수될 수 있다. 이에 따라 자극 반응성 수화젤에 저장된 액체를 사용하고자 하는 곳으로 유도할 수 있는 장치가 요구된다.
일 실시 예의 목적은, 특정 조건(온도, 습도, pH 등)에 반응하여 자극 반응성 수화젤에서 배출되는 액체를 외부 에너지 공급 없이 도관으로 이송시켜 활용하는 것이다.
일 실시 예에 따르면 액체 배출 장치는, 자극에 반응하여 액체를 배출 가능한 수화젤; 상기 수화젤을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 하우징; 및 상기 수화젤로부터 배출되는 상기 액체를 외부로 유동시키기 위한 유동부를 포함할 수 있다.
상기 유동부는, 상기 액체를 외부로 유동시키는 도관; 및 상기 수용 공간 및 도관을 연통시키는 슬릿을 포함할 수 있다.
상기 슬릿은 상기 도관을 반경 방향으로 관통할 수 있다.
상기 슬릿의 테두리부는 상기 도관을 둘러쌀 수 있다.
상기 슬릿은, 상기 수용 공간에 접하는 입구부; 및 상기 도관에 접하는 출구부를 포함하고, 상기 입구부의 면적은 상기 출구부의 면적 보다 작을 수 있다.
상기 출구부는 둥근 폐곡면을 가질 수 있다.
상기 슬릿은 상기 도관의 하부에 접할 수 있다.
상기 도관 및 슬릿 중 적어도 하나 이상은 친수성 재질을 가질 수 있다.
상기 도관은 상기 수화젤 아래에 배치될 수 있다.
상기 하우징은 상기 수화젤의 둘레를 둘러싸고, 상기 수화젤에 선택적으로 자극을 가할 수 있다.
상기 하우징은 상기 수화젤의 온도를 변화시키기 위한 열선을 포함할 수 있다.
상기 액체 배출 장치는, 상기 수화젤의 상측에 구비되고, 상기 수화젤에 공급되는 태양광의 양을 조절할 수 있는 집광 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 액체 배출 장치는, 상기 수화젤에 인가되는 압력을 조절할 수 있는 가압 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 액체 배출 장치는, 자극 반응성 수화젤; 중력 방향을 기준으로 상기 자극 반응성 수화젤 아래에 배치되는 도관; 및 상기 자극 반응성 수화젤 및 도관을 연통시키는 슬릿을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 자극 반응성 수화젤에서 배출되는 액체는 다시 수화젤로 흡수되지 않고, 외부 에너지 공급 없이 도관으로 이송될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 내부가 도시되는 액체 배출 장치의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치의 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A 절개선을 따라 절개한 액체 배출 장치의 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B 절개선을 따라 절개한 액체 배출 장치의 단면도이다.
도 7은 도 4의 C-C 절개선을 따라 절개한 액체 배출 장치의 단면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 슬릿에 액체가 스며드는 모습을 순서대로 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 도관에 액체가 스며드는 모습을 순서대로 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 집광 부재를 포함하는 액체 배출 장치의 분해 사시도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 가압 부재를 포함하는 액체 배출 장치의 분해 사시도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 내부가 도시되는 액체 배출 장치의 사시도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치(100)는 수화젤(H)을 수용할 수 있다. 액체 배출 장치(100)는 수화젤(H)로부터 배출되는 액체를 외부로 방출시킬 수 있다. 액체는 예를 들어 물 또는 약물일 수 있다. 액체 배출 장치(100)는 수화젤(H)로부터 배출되는 액체의 재흡수 양을 줄여줄 수 있다. 액체 배출 장치(100)는, 수화젤(H), 하우징(110) 및 유동부(120)를 포함할 수 있다.
수화젤(H)은 자극, 예를 들어, 온도, pH 또는 습도 등에 반응하여 물성이 변화할 수 있고, 수화젤(H) 내부에 수용되는 액체의 양이 변화할 수 있다. 수화젤(H)은 자극 반응성 수화젤(H)로 이해될 수 있다. 예를 들어, 액체 배출 장치(100)는 수화젤(H)에 선택적으로 자극을 가하여, 수화젤(H)로 하여금 액체를 배출하게 할 수 있다. 다른 예로, 액체 배출 장치(100)는 수화젤(H)을 외부 환경에 노출시킬 수 있고, 수화젤(H)은 외부 환경에 따라 액체를 배출할 수 있다. 예를 들어, 액체 배출 장치(100)는 건조 지역의 경작지에 매립될 수 있고, 수화젤(H)의 상기 경작지의 건조 정도에 따라 액체를 배출할 수 있다.
하우징(110)은 수화젤(H)을 수용하기 위한 수용 공간을 형성할 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)은 수화젤(H)의 둘레를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 상기 수용 공간은 수화젤(H)의 형상에 맞게 제작될 수 있다. 도면에서는 수용 공간이 직육면체 형상인 것으로 도시되어 있으나, 수용 공간의 형상은 이에 제한되지 않음을 밝혀둔다.
하우징(110)은 수화젤(H)의 둘레를 둘러싸고, 수화젤(H)에 선택적으로 자극을 가할 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)은 수화젤(H)의 온도를 변화시키기 위한 열선(미도시)을 포함할 수 있다. 사용자는 하우징(110)의 구비된 열선의 온도를 조절하여 수화젤(H)로부터 배출되는 액체의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 액체 배출 장치(100)는 주변 환경의 습도를 감지하는 센서(미도시)와, 상기 습도에 설정 값 이하로 떨어질 경우 자동으로 상기 열선을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
유동부(120)는 수화젤(H)로부터 배출되는 액체를 외부로 유동시킬 수 있다. 유동부(120)는 수화젤(H)의 하면을 지지할 수 있다. 수화젤(H)로부터 배출되는 액체는 중력에 의해 유동부(120)의 표면으로 이동될 수 있다. 유동부(120)는 베이스(123), 도관(122) 및 슬릿(121)을 포함할 수 있다.
베이스(123)는 하우징(110)의 하부에 연결되는 부재일 수 있다. 예를 들어, 베이스(123)는 하우징(110)의 밑면과 동일한 밑면을 포함하고, 일정 높이를 갖는 기둥 형상의 부재일 수 있다. 도관(122) 및 슬릿(121)은 베이스(123)를 가공하는 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도관(122)은 베이스(123)를 관통하는 방식으로 형성될 수 있고, 슬릿(121)은 도관(122)의 길이 방향을 따라 홈을 생성하는 방식으로 형성될 수 있다.
도관(122)은 액체를 외부로 유동시킬 수 있다. 예를 들어, 도관(122)은 베이스(123) 내부에 기둥 형상으로 관통 형성될 수 있다. 도관(122)은 길이 방향을 따라 압력 구배를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도관(122)의 일 단부는 타 단부 보다 아래에 배치될 수 있다. 도관(122)은 외부에 직접적으로 노출되지 않을 수 있고, 슬릿(121)에 의해 외부로 노출될 수 있다. 도관(122)의 길이 방향에 대해 수직한 평면을 기준으로, 도관(122)은 원형의 단면을 가질 수 있다. 도관(122)은 일정 간격을 두고 복수 개가 구비될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 복수 개의 도관(122)은 평행하게 배치될 수 있다.
슬릿(121)은 상기 수용 공간 및 도관(122)을 연통시킬 수 있다. 슬릿(121)은 도관(122)을 반경 방향으로 관통할 수 있다. 슬릿(121)은 도관(122)의 길이 방향을 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 슬릿(121)의 개수에 따라 수화젤(H)로부터 외부로 배출되는 액체의 양이 조절될 수 있다. 예를 들어, 슬릿(121)의 개수와 수화젤(H)로부터 외부로 배출되는 액체의 양은 비례할 수 있다. 수화젤(H)로부터 배출되는 액체는 모세관현상에 의해 슬릿(121) 내부로 스며들 수 있다. 슬릿(121) 내부로 스며드는 액체는 도관(122)으로 전달되고, 최종적으로 외부로 배출될 수 있다. 도관(122) 및 슬릿(121) 중 적어도 하나 이상은 친수성 재질로 형성될 수 있어서, 수화젤(H)로부터 배출되는 액체는 원활하게 슬릿(121) 내부로 스며들 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치의 평면도이고, 도 5는 도 4의 A-A 절개선을 따라 절개한 액체 배출 장치의 단면도이고, 도 6은 도 4의 B-B 절개선을 따라 절개한 액체 배출 장치의 단면도이고, 도 7은 도 4의 C-C 절개선을 따라 절개한 액체 배출 장치의 단면도이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치(100)는, 수화젤(H, 도 3 참조), 하우징(110) 및 유동부(120)를 포함할 수 있다. 유동부(120)는 베이스(123), 도관(122) 및 슬릿(121)을 포함할 수 있다.
슬릿(121)은 도관(122)을 반경 방향으로 관통할 수 있다. 예를 들어, 도관(122)이 지면에 대해 대략 평행할 경우, 슬릿(121)은 중력 방향과 나란한 방향으로 형성될 수 있다. 수화젤(H, 도 3 참조)로부터 배출되는 액체는 중력 및 모세관 현상에 의해 슬릿(121) 내부로 스며들 수 있다. 반대로, 중력은 슬릿(121) 내부에 스며든 액체의 역류를 방지할 수 있다.
도관(122)은 하우징(110)의 중공 공간에 직접적으로 노출되지 않고, 오직 슬릿(121)이 형성된 부분에서만 상기 중공 공간에 노출될 수 있다. 다시 말하면, 도관(122)은 수화젤(H)에 직접적으로 접촉하지 않는다. 또한, 도관(122)은 하우징(110)의 아래에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 도관(122)은 수화젤(H)의 아래에 배치될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 도관(122) 내에서 유동하는 액체는 중력에 의해 아래 방향의 힘을 받아 다시 하우징(110)으로 재흡수되지 않을 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 슬릿에 액체가 스며드는 모습을 순서대로 나타내는 도면이고, 도 9는 일 실시 예에 따른 도관에 액체가 스며드는 모습을 순서대로 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치(100)는, 수화젤(H, 도 3 참조), 하우징(110) 및 유동부(120)를 포함할 수 있다. 유동부(120)는 베이스(123), 도관(122) 및 슬릿(121)을 포함할 수 있다.
슬릿(121)은 입구부(1211), 출구부(1212), 상부 부분(1213) 및 하부 부분(1214)을 포함할 수 있다.
입구부(1211)는 하우징(110)의 수용 공간에 접하는 부분일 수 있다. 입구부(1211)는 폭이 좁은 길다란 사각형 형상일 수 있다. 수화젤(H)로부터 배출되는 액체는 입구부(1211)를 통해 슬릿(121) 내부로 스며들 수 있다.
출구부(1212)는 도관(122)에 접하는 부분일 수 있다. 출구부(1212)는 입구부(1211)와 동일한 폭을 갖고, 도관(122)의 적어도 일부를 둘러싸는 고리 형상일 수 있다. 예를 들어, 출구부(1212)는 둥극 폐곡면을 형성할 수 있다. 슬릿(121) 내부로 스며든 액체는 출구부(1212)를 통해 도관(122)으로 이동될 수 있다.
구체적으로, 입구부(1211)를 통해 슬릿(121) 내부로 스며드는 액체는 슬릿(121)의 상부 부분(1213)에 채워질 수 있다. 상부 부분(1213)에 채워진 액체는 도관(122)으로 이동하기 전, 모세관 현상에 의해 슬릿(121)의 하부 부분(1214)에 먼저 채워질 수 있다. 출구부(1212)를 둘러싸는 정도로 슬릿(121) 내부로 스며든 액체는 표면 장력에 의한 라플라스 압력(Laplace pressure)을 가질 수 있다. 다시 말하면, 입구부(1211)의 면적은 출구부(1212)의 면적보다 작기 때문에, 입구부(1211)에서의 액체의 압력은 출구부(1212)에서의 액체의 압력 보다 상대적으로 크게 되고, 수화젤(H)로부터 배출된 액체는 지속적으로 슬릿(121) 내부로 스며들 수 있다. 이와 같은 액체의 유입은 슬릿(121)의 상부 부분(1213) 및 하부 부분(1214)이 가득찰 때까지 이뤄질 수 있다.
상부 부분(1213)은 도관(122)을 기준으로 도관(122)의 상부에 위치한 슬릿(121)의 일 부분이고, 입구부(1211) 및 출구부(1212)를 연결할 수 있다.
하부 부분(1214)은 도관(122)을 기준으로 도관(122)의 하부에 위치한 슬릿(121)의 일 부분이다. 하부 부분(1214)의 하단 모서리는 도관(122)의 하부에 접할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 슬릿(121) 내부에 고이는 물의 양을 줄여줄 수 있고, 액체 배출 장치(100, 도 1 참조)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
슬릿(121)의 상부 부분(1213) 및 하부 부분(1214)은 각각 도관(122)의 상부 테두리 및 하부 테두리를 감쌀 수 있다. 다시 말하면, 슬릿(121)의 테두리부는 도관(122)을 둘러싸는 것으로 이해될 수 있다.
도 10은 일 실시 예에 따른 집광 부재를 포함하는 액체 배출 장치의 분해 사시도이다.
도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치(100)는, 수화젤(H, 도3 참조), 하우징(110), 유동부(120) 및 집광 부재(130)를 포함할 수 있다.
집광 부재(130)는 하우징(110) 및 유동부(120)의 상부에 위치하고, 하우징(110) 내의 중공 공간으로 태양광을 집광할 수 있다. 집광 부재(130)로부터 태양광을 받는 중공 공간 내의 수화젤(H)은 온도가 상승할 수 있고, 그에 따라 머금고 있던 액체를 외부로 배출시킬 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 액체 배출 장치(100)는 태양광이 강한 건조 지역의 경작지에 효과적으로 사용될 수 있다. 액체 배출 장치(100) 내의 수화젤(H)은 해가 진 시간대에 대기 중의 수증기를 흡수할 수 있고, 해가 떠있는 시간대에 태양광을 받아 물을 배출하는 방법으로 경작물에 충분한 물을 공급할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 가압 부재를 포함하는 액체 배출 장치의 분해 사시도이다.
도 11을 참조하면, 일 실시 예에 따른 액체 배출 장치(100)는, 수화젤(H, 도3 참조), 하우징(110), 유동부(120) 및 가압 부재(140)를 포함할 수 있다.
가압 부재(140)는 하우징(110) 내의 중공 공간에 구비된 수화젤(H)을 가압할 수 있다. 예를 들어, 가압 부재(140)는 하우징(110)의 개구부를 커버할 수 있고, 수화젤(H)의 상부를 가압할 수 있다. 예를 들어, 가압 부재(140)가 강하게 수화젤(H)을 가압할수록, 수화젤(H)로부터 배출되는 물의 양은 증가할 수 있다. 예를 들어, 액체 배출 장치(100)는 가압 부재(140)를 유동부(120) 쪽으로 당길 수 있는 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 자극에 반응하여 액체를 배출 가능한 수화젤;
    상기 수화젤을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 하우징; 및
    상기 하우징의 아래에 배치되는 도관과, 상기 수용 공간 및 도관을 연통시키는 슬릿을 포함하는 유동부를 포함하고,
    상기 수화젤로부터 배출되는 액체는 중력 및 모세관현상에 의해 상기 슬릿 내부로 스며들고,
    상기 슬릿 내부로 스며든 액체는 표면 장력에 의해 상기 도관으로 이동되는 액체 배출 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 도관을 반경 방향으로 관통하며, 상기 슬릿의 테두리부는 상기 도관을 둘러싸는 액체 배출 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은,
    상기 수용 공간에 접하는 입구부; 및
    상기 도관에 접하는 출구부를 포함하고,
    상기 입구부의 면적은 상기 출구부의 면적 보다 작은 액체 배출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 출구부는 둥근 폐곡면을 갖는 액체 배출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 수화젤 아래에 배치되며, 상기 도관의 하부에 접하는 액체 배출 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 수화젤의 둘레를 둘러싸고, 상기 수화젤에 선택적으로 자극을 가할 수 있는 액체 배출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 수화젤의 온도를 변화시키기 위한 열선을 포함하는 액체 배출 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수화젤의 상측에 구비되고, 상기 수화젤에 공급되는 태양광의 양을 조절할 수 있는 집광 부재를 더 포함하는 액체 배출 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 수화젤에 인가되는 압력을 조절할 수 있는 가압 부재를 더 포함하는 액체 배출 장치.
  14. 삭제
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