KR102434676B1 - 휴대용 물 포집장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 물 포집장치에 관한 것으로, 일 실시예에서, 통 형상의 방열판, 상기 방열판을 둘러싸는 통 형상의 응축판, 및 상기 방열판과 응축판 사이에 개재되어 배치된 하나 이상의 열전소자로 구성된 열전모듈; 및 상기 열전소자에 인가하는 전원의 온오프를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부에 의해 상기 열전소자에 전원을 인가하여 상기 방열판을 발열시키고 응축판을 냉각시킴으로써 공기 중의 수분을 응축판에서 응축하여 물을 포집하도록 구성된 휴대용 물 포집장치를 제공한다.

Description

휴대용 물 포집장치 {Portable water-collecting device}

본 발명은 물을 포집하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 휴대용이며 열전소자를 이용하여 공기중 물을 응축하여 물을 포집하는 휴대용 물 포집장치에 관한 것이다.

사막과 같이 낮과 밤의 기온차가 심한 건조한 지역은 충분한 양의 비가 내리지 않아 사람들이나 동식물들에 필요한 물이 절대적으로 부족하다. 이러한 지역에서의 종래의 물공급 방법들은 바닷물을 담수로 바꾸어 사용하거나 지하수를 개발하여 사용하는 방법이 있지만 바다에서 멀리 떨어진 지역의 경우 원거리의 물공급 장치를 별도로 구비하여야 하고, 지하수 개발을 위해 상당히 깊게 굴착해야 하는 등 물을 확보하기 위해 많은 비용과 시간 및 장치가 요구되는 문제가 있다.

물을 확보하는 다른 방안으로서 공기 중의 수증기, 습한 공기, 안개 등으로부터 수증기를 응축하여 물을 생산할 수 있도록 하는 방법도 있으나 포집량이 많지 않아 크게 활용되지 못하고 있다. 또한 이러한 장치들은 대개 크고 무거운 설비를 필요로 하므로 예컨대 극한 환경이나 재난 상황시 물을 확보할 수 없다는 문제가 있다.

특허문헌1: 한국 공개특허 제2009-0080763호 (2009년 7월 27일 공개) 특허문헌2: 한국 등록특허 제10-1676727호 (2016년 11월 16일 공고)

본 발명은 이러한 종래 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 휴대하기 간편하고 극한 환경이나 재난 상황시 공기 중에서 물을 포집하여 확보할 수 있는 휴대용 수분 포집 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휴대용 물 포집장치로서, 통 형상의 방열판, 상기 방열판을 둘러싸는 통 형상의 응축판, 및 상기 방열판과 응축판 사이에 개재되어 배치된 하나 이상의 열전소자로 구성된 열전모듈; 및 상기 열전소자에 인가하는 전원의 온오프를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부에 의해 상기 열전소자에 전원을 인가하여 상기 방열판을 발열시키고 응축판을 냉각시킴으로써 공기 중의 수분을 응축판에서 응축하여 물을 포집하도록 구성된 휴대용 물 포집장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전소자를 이용하여 방열판을 가열하고 응축판을 냉각하여 응축판에 물을 응축시켜 물을 포집하는 원리를 이용한다. 이 때 휴대하기에 적합한 크기를 갖는 케이스 내에 방열판과 응축판을 배치시켜야 하므로 본 발명에서는 열전모듈을 통 형상으로 구성하되 내측에 방열판을 배치하고 외측에 응축판을 배치함으로써 제한된 공간에 가능한 넓은 응축판 표면적을 갖도록 구성하였다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전소자를 이용하여 방열판을 가열하고 응축판을 냉각하여 물을 포집하는 원리를 이용하되 휴대가 용이한 컴팩트한 크기의 휴대용 물 포집장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 물 포집 동작시 공기배출구로 찬바람이 배출되므로 포집장치를 냉방기로 사용할 수도 있으며, 구동팬의 회전 방향을 반대로 하여 공기 흐름을 반대로 하면 방열판에 의해 데워진 공기가 배출되므로 난방기로 사용할 수 있으므로 필요에 따라 냉방기/난방기 겸용으로 사용 가능한 이점이 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 열전소자의 방열판에 수분을 흡착하는 흡습제를 형성한 경우 수분 포집 능력을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉 방열판이 수분 흡착 모드에서 공기중 수분을 흡착하는 역할을 하고 수분 응축 모드에서 방열판의 수분을 증발시켜 응축판으로 전달하고 응축판에서 이 수분을 응축하여 물을 포집하므로 물 포집 능력을 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 물 포집장치의 사시도,
도2는 일 실시예에 따른 물 포집장치의 분해사시도,
도3은 일 실시예에 따른 물 포집장치의 단면도,
도4 및 도5는 대안적 실시예에 따른 방열핀 구조를 나타내는 도면,
도6은 일 실시예에 따른 물 포집장치의 일부 기능부들의 블록도,
도7은 일 실시예에 따른 물 포집 방법의 흐름도,
도8은 일 실시예에 따른 물 포집 동작시 전압 인가와 수분 포집량을 설명하는 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "위"(또는 "아래", "오른쪽", 또는 "왼쪽")에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소의 위(또는 아래, 오른쪽, 또는 왼쪽)에 직접 위치될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.

또한 본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부', '하부', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미할 수도 있지만, 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 사용되는 상대적 표현일 수 있다.

본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)된다고 언급하는 경우 그것은 다른 구성요소에 직접적으로 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)되거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소를 개재하여 간접적으로 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 길이, 두께, 또는 넓이는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이며 어느 한 구성요소와 다른 구성요소의 상대적 크기도 구체적 실시예에 따라 달라질 수 있다.

본 명세서에서 구성요소의 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', '~로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다'라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 물 포집장치(이하 간단히 “물 포집장치” 또는 “포집장치”라고도 한다)의 사시도이고 도2는 물 포집장치의 분해사시도, 그리고 도3은 물 포집장치의 단면도를 개략적으로 도시하였다.

도1 내지 도3을 참조하면 일 실시예에 따른 휴대용 물 포집장치(100)는 상부 케이스(20)와 하부 케이스(30)가 탈착 가능하게 체결되어 대략 원기둥 또는 다각기둥 형상의 모양을 가진다. 상부 케이스(20)는 통형상의 부재로서 상부가 폐쇄되고 하부는 개방되어 있고 원통 또는 다각형 통 형상을 가질 수 있다. 상부 케이스(20)는 내부에 열전모듈(10)을 수용할 수 있는 공간을 가진다. 상부 케이스(20)의 외주면에는 내부 공기를 외부로 배출하는 공기배출구(21)가 형성되어 있다. 도면에 도시하지 않았지만 상부 케이스(20)는 외주면에 버튼이나 디스플레이 등 사용자 명령을 입출력하고 동작 상태를 표시하는 장치를 더 구비할 수 있다.

일 실시예에서 상부 케이스(20)는 공기가 통과하는 관통구(24)를 더 포함할 수 있고, 이 관통구(24)를 필요에 따라 개폐할 수 있는 개폐수단(예컨대 관통구(24)를 덮는 두껑 등)을 더 포함할 수 있다. 도시한 실시예에서는 다른 예로서 상부 케이스(20)의 상부면에 회전가능하게 부착된 회전판(25)을 개폐수단으로 구현하였다. 이 실시예에서 회전판(25)은 표면에 하나 이상의 관통구(25a)가 형성되며 체결 샤프트(27)에 의해 상부 케이스(20)에 회전 가능하게 부착된다. 따라서 사용자가 필요에 따라 회전판(25)을 소정 각도 회전시킴에 따라 관통구(24,25a)를 통해 상부 케이스(20)의 내부 공간과 외부 공간이 연통할 수 있다.

일 실시예에서 본 발명의 물 포집장치(100)는 휴대용으로 사용하기에 적합한 크기로 제작될 수 있다. 예를 들어 물 포집장치(100)는 직경이 대략 20cm 내지 50cm 이고 높이가 대략 30cm 내지 60cm인 통 형상을 가질 수 있으며 따라서 사용자가 백팩처럼 등에 매고 다닐 수 있다.

도2와 도3을 참조하면, 열전모듈(10)은 통 형상의 방열판(12), 상기 방열판을 둘러싸는 통 형상의 응축판(14), 및 상기 방열판과 응축판 사이에 개재되어 배치된 하나 이상의 열전소자(11)로 구성될 수 있다. 도시한 실시예에서는 방열판(12)과 응축판(14)이 각각 원통 형상인 것으로 도시하였지만 대안적으로 방열판(12)과 응축판(14)이 사각형 또는 육각형 등 다각형 통 형상으로 구성될 수도 있다.

방열판(12)과 응축판(14) 사이에 하나 이상의 열전소자(11)가 개재되어 있으며 열전소자(11)의 일측 면은 방열판(12)과 열적으로 접촉하고 타측 면은 응축판(14)과 열적으로 접촉하여 배치된다. 도면에 도시하지 않았지만 물 포집장치(100)는 열전소자(11)에 인가하는 전원의 온오프를 제어하는 제어부(도시 생략)를 포함하며, 제어부에 의해 열전소자(11)에 전원을 인가하여 방열판(12)을 발열시키고 응축판(14)을 냉각시킴으로써 공기 중의 수분을 응축판(14)에서 응축하여 물을 포집할 수 있다.

또한 일 실시예에서 방열판(12)과 응축판(14) 사이의 공간에 단열재(도시 생략)가 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 즉 방열판(12)과 응축판(14) 사이의 공간 중 열전소자(11)가 없는 영역에 단열재를 채울 수 있고 이에 따라 방열판(12)과 응축판(14) 사이에 열이 직접 이동하는 것을 방지할 수 있다.

방열판(12)과 응축판(14)은 각각 금속이나 합금 등 열전도성이 높은 재질로 구성된다. 방열판(12)의 내측 표면에는 하나 이상의 방열핀(13)이 방사상 내측 방향으로 돌출 형성되어 공기 및/또는 수분과의 접촉 면적을 늘리도록 구성된다. 마찬가지로 응축판(14)의 외측 표면에는 하나 이상의 응축핀(15)이 방사상 외측 방향으로 돌출 형성되어 공기 및/또는 수분과의 접촉 면적을 늘리도록 구성된다.

도시한 것처럼 방열판(12)에 방열핀(13)을 상하 방향으로 길게 돌출 형성하면 방열판(12) 중심의 제1 공기통로(P1)를 통해 상하 방향으로 흐르는 공기가 서로 이웃하는 방열핀(13)들 사이를 흐르므로 방열핀(13)과의 접촉 면적을 늘려서 방열 효과를 높일 수 있다.

또한 응축판(14)에서도 응축판(15)을 상하 방향으로 길게 형성하여 응축판(15)에 응축된 물방울이 아래쪽으로 쉽게 떨어질 수 있도록 하여 응축량을 높일 수 있다.

일 실시예에서 응축핀(15)의 아래쪽 단부를 하방으로 경사지게 하여 뾰족한 단부(15a)를 형성할 수 있으며, 이와 같이 뾰족한 단부(15a)를 형성하게 되면 응축핀(15)의 표면에 응축된 물이 단부(15a)쪽으로 안내되어 아래로 떨어지므로 응축핀(15)에 모인 물을 더 빨리 흘러내리게 할 수 있다.

또한 도시한 실시예에서 방열판(12)과 방열핀(13)을 통한 열의 신속한 방출을 위해 방열판(12)/방열핀(13)의 높이를 열전소자(11) 밍 응축판(14)/응축핀(15)의 높이보다 더 높게 형성한다. 즉 방열판(12)/방열핀(13)의 크기나 표면적을 응축판(14)/응축핀(15) 보다 더 크도록 구성하며, 예를 들어 방열판(12)과 방열핀(13)을 합한 표면적 또는 무게가 응축판(14)과 응축핀(15)을 합한 표면적 또는 무게보다 대략 2배 내지 4배 크도록 구성한다.

대안적 실시예에서 방열핀(13) 및/또는 응축핀(15)의 배열이 다르게 형성할 수도 있으며 방열핀(13)과 응축핀(15)은 특정 재질이나 형상에 제한되지 않는다.

도4와 도5는 대안적인 실시예에 따른 방열핀(13) 구조를 개략적으로 나타내었다. 도4(a)와 도4(b)의 대안적 실시예에서 방열판(12)은 내부 공간에 격자 형상의 방열핀(13-1 또는 13-2)이 형성되어 있으며 이러한 구성에 의하면 방열핀(13-1,13-2)의 표면적을 늘릴 수 있어 방열판(12)에서 열을 보다 효과적으로 배출할 수 있게 된다.

도5는 또 다른 대안적 실시예에 따른 방열핀(13-3) 구조를 나타낸다. 이 실시예에서 복수개의 방열핀(13-3)의 각각은 상하 방향으로 지그재그 형상으로 길게 형성되어 있으며, 이 구성에 의하면 제1 공기통로(P1)를 통해 상하 방향으로 흐르는 공기도 방열핀(13-3) 사이의 지그재그 형상의 유로를 통해 흐르게 되므로 유속이 감소하여 공기와 방열핀(13-3) 사이의 접촉면적 뿐만 아니라 접촉시간도 늘어나므로 방열 효과를 더 높일 수 있다.

한편 일 실시예에서 방열판(12) 및/또는 방열핀(13)의 적어도 일부 표면에 수분을 흡착하는 흡습제(흡착제)가 형성될 수 있다. 흡습제는 상온(예컨대 섭씨 10도 내지 40도)에서 수분을 흡착하고 고온(예컨대 섭씨 50도 이상)에서 탈착하는 성질을 갖는 흡습 성능이 높은 임의의 다공성 재료가 사용될 수 있다.

예를 들어 흡습제로서 금속 유기 구조체(MOF: Metal Organic Framework), 수소결합 유기 구조체(HOF: Hydrogen-bonded Organic Framework) 등의 다공성 유무기 혼성체(Porous Organic-Inorganic Hybrid Materials), 제올라이트, 벤토나이트, 질석(vermiculite), 규조토 등의 천연 광물, 실리카겔 같은 상용흡습제, 수분을 함유하는 하이드로젤, 친수성을 가지는 무기바인더 물질, 그리고 활성탄 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

MOF 또는 HOF 등의 다공성 유무기 혼성체는 중심금속 이온이 유기 리간드와 결합하여 형성된 다공성의 유무기 고분자 화합물로 정의될 수 있으며, 구조체 내에 유기물과 무기물을 모두 포함하고 분자크기 또는 나노 크기의 다공성 구조를 갖는 결정성 화합물이며 예컨대 한국 공개특허 제2010-0118580호 등에 공지되어 있다.

일 실시예에서 흡습제를 딥코팅법, 스프레이 코팅법, 서스펜션 플라즈마 스프레이 코팅법, 압착 및 열처리 코팅법, 및 기판성장 기반 코팅법 중 하나의 코팅법에 의해 방열판(12) 및/또는 방열핀(13)의 표면에 코팅하여 부착할 수 있다.

딥코팅법은 흡습체를 분산시킨 용액에 방열판(12)/방열핀(13) 구조체를 담그었다 빼어 건조시킨 후 필요에 따라 열처리로 경화시키는 방법으로 3차원인 방열판(12)과 방열핀(13) 표면에 흡습체가 고르게 코팅되는 장점을 가지고 있다. 스프레이 코팅법은 흡습체를 분산시킨 용액을 스프레이 건으로 방열판(12)이나 방열핀(13)에 분사한 뒤 필요에 따라 열처리로 경화시키는 방법으로 공정이 싸고 용이하다는 장점을 가지고 있다. 서스펜션 플라즈마 스프레이 코팅법은 흡습제의 미세 입자를 용매와 무기 바인더 등에 분산시킨 현탁액(Suspension)을 플라즈마 제트에 투입하여 방열판(12)이나 방열핀(13) 표면을 항해 분사함으로써 표면에 피막을 형성하는 방법으로 따로 분사하면서 열처리도 함께 할 수 있는 장점이 있다. 압착 및 열처리 코팅법은 예컨대 흡습제 입자와 링커(linker) 등으로 구성된 파우더를 방열판(12)이나 방열핀(13) 표면에 도포하고 소정 시간동안 가압 가열하여 코팅하는 방법이다. 기판성장 기반 코팅법은 방열판(12)이나 방열핀(13)의 표면에 코팅 물질의 분자간의 상호작용을 통하여 규칙적인 구조물을 형성하는 것으로 본 발명에서는 예컨대 MOF 또는 HOF 등의 다공성 유무기 혼성체를 이러한 방식으로 코팅할 수 있다. 그 외에도 대안적 실시예에서 공지의 임의의 코팅 방법을 이용하여 흡습제를 방열판(12) 및/또는 방열핀(13)의 표면에 형성할 수 있음은 물론이다.

다시 도1 내지 도3을 참조하면, 물 포잡장치(100)의 하부 케이스(30)는 상부 케이스(20)의 하부에 탈착 가능하게 부착되도록 구성된다. 일 실시예에서 하부 케이스(30)의 중심부에는 상하 방향으로 공기가 관통할 수 있도록 관통영역(35)이 형성되고 관통영역(35) 둘레를 따라 적어도 일부 영역에 응축수를 저장하는 물 저장부가 형성된다. 일 실시예에서 물 저장부는 하부 케이스(30)의 외주면(31), 내주면(32), 상부면(33), 및 하부면(34)에 의해 정의되는 영역일 수 있다.

이 때 하부 케이스(30)의 상부면(33)에는 소정 위치마다 관통홀(33a)이 형성될 수 있고, 이 관통홀(33a)은 상부 케이스(20) 내에 설치된 물 수집부(22)의 관통홀(23)의 수직 하방에 각각 대응하여 위치한다. 따라서 열전모듈(10)의 응축판(14)에 응축된 물이 응축판(14) 아래쪽에 배치된 물 수집부(22)를 따라 흘러내린 후 관통홀(23)과 관통홀(33a)을 통해 물 저장부로 유입되어 저장된다.

일 실시예에 따른 물 포집장치(100)는 열전모듈(10)의 하부에 배치되는 팬(40)을 더 포함할 수 있다. 팬(40)은 팬 구동부(도시 생략)에 의해 구동될 수 있으며 물 포집장치(100) 주위의 공기를 포집장치(100) 내부로 흡입하고 제1 공기통로(P1)를 따라 상방향으로 이송시킬 수 있다. 따라서 팬(40)의 구동에 의해 하부 케이스(30)의 관통영역(35)을 통해 포집장치(100) 하부의 공기가 포집장치(100) 내부로 유입된 후 제1 공기통로(P1)를 따라 상승하고 그 후 (상부 케이스(200의 관통구(24,25a)가 폐쇄된 상태에서) 상부 케이스(20)의 내측 상부 공간의 제2 공기통로(P2)를 거쳐 상부 케이스(20)와 응축판(14) 사이의 공간의 제3 공기통로(P3)로 이송된다. 그 후 공기가 제3 공기통로(P3)를 지날 때 응축판(14) 및 응축핀(15)과 접촉하면서 공기중 수분이 응축되고 나머지 공기는 공기배출구(21)를 통해 상부 케이스(20) 외부로 배출될 수 있다. 이 때 핀(40)을 적절한 회전속도로 구동하여 이러한 공기 흐름을 조절할 수 있다.

한편 도시한 실시예에서는 물 포집장치(100) 내부로 유입된 공기가 제1 공기통로(P1)에서 상승하고 제3 공기통로(P3)에서 하강하도록 구성하였지만 이러한 공기통로의 구성은 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 대안적 실시예에서 포집장치(100) 내부로 유입된 공기가 제1 공기통로(P1)를 따라 하강한 후 제3 공기통로(P3)에서 상승하도록 구성할 수도 있으며 이 경우 관통영역(35)이나 공기배출구(21)의 설치 방향이나 위치가 달라질 수 있음을 이해할 것이다.

또한 도시한 실시예에서 팬(40)이 열전모듈(10) 아래쪽에 배치되어 있지만 대안적 실시예에서 팬(40)이 제1 내지 제3 공기통로(P1,P2,P3) 중의 임의의 위치에 하나 이상 설치될 수 있다.

도6은 도1 내지 도3에 도시하지 않았지만 본 발명의 물 포집장치에 구비될 수 있는 구성요소 중 일부를 기능블록으로 도시하였다. 도6을 참조하면, 입력부(120)는 사용자가 물 포집장치의 온/오프, 장치의 동작모드 등의 사용자 명령을 입력할 수 있는 입력수단으로, 예컨대 버튼이나 스위치, 터치패드 등으로 구현될 수 있다. 디스플레이(130)는 포집장치의 온/오프 상태, 동작모드 상태 등을 표시하는 출력수단이다. 입력부(120)와 디스플레이(130)는 상부 케이스(20)의 임의의 위치에 설치될 수 있다.

제어부(140)는 사용자 입력 및/또는 소정 시간주기에 따라 전원부(150)를 제어하여 열전소자(11)에 전압을 인가하고 또한 팬 구동부(160)에 전압을 인가하여 팬(40)을 구동할 수 있다. 일 실시예에서 제어부(140)는 열전소자(11)에 제1 방향의 전압을 인가하여 방열판(12)을 가열하고 응축판(14)을 냉각하여 물을 포집할 수 있고, 이 때 공기배출구(21)로 찬바람이 배출되므로 포집장치(100)를 냉방기로 사용할 수도 있다. 또한 필요에 따라 팬(40)의 회전 방향을 반대로 할 수 있으며 이 경우 공기배출구(21)로 공기가 유입되고 관통영역(35)으로는 방열판(12)에 의해 데워진 공기가 배출되므로 난방기로서 역할을 할 수도 있다.

한편 방열판(12) 및/또는 방열핀(13)에 흡착제를 형성한 경우 일 실시예에서 제어부(140)는 열전소자의 온/오프를 제어하여 열전모듈(10)이 수분 흡착 모드와 수분 응축 모드에서 순차적으로 동작하도록 하여 물을 보다 효과적으로 포집할 수도 있다.

이하에서 도7과 도8을 참조하여 제어부(140)의 이러한 물 포집 동작을 설명하기로 한다. 도7과 도8을 참조하면, 우선 단계(S110 및 S120)에서 제1 시간(T1) 동안 물 포집장치(100)가 열전모듈(10)의 방열판(12) 및/또는 방열핀(13)에 수분을 흡착하는 수분 흡착 모드에서 동작한다. 제1 시간(T1)은 기설정된 시간 주기일 수도 있지만 바람직하게는 사용자가 임의로 정한 시간일 수 있다. 도8(a)에 도시한 것처럼 일 실시예에서 이 시간 동안 열전소자(11)에 전압을 인가하지 않는다. 이 제1 기간(T1) 동안 관통영역(35)을 통해 포집장치(100) 내부로 유입된 공기가 방열판(12)과 접촉하며 공기중 수분이 흡습판에 흡착할 수 있다. 즉 이 시간(T1) 동안 응축판(14)이 수분을 응축하지 않으므로 포집량(C)은 0이지만 방열판(12)과 방열핀(13)에는 공기중 흡착되어 수분을 다량으로 포집하게 된다.

또한 이 때 바람직하게는 제1 기간(T1) 동안에는 가능한 많은 외부 공기가 방열판(12) 및 방열핀(13)을 통과하도록 하여 방열판(12)과 방열핀(13)이 가능한 많은 수분을 흡착하는 것이 좋으므로, 제1 기간(T1)에는 회전판(25)을 회전시켜 관통구(24,25a)를 개방하는 것이 바람직하다. 또는 대안적 실시예에서, 예컨대 상부 케이스(20)의 전부나 일부가 물 포집장치(100)에서 탈착가능한 경우 상부 케이스(20)의 전부나 일부를 탈착하여 열전모듈(10)을 공기 중에 완전히 노출시키는 것이 바람직할 수 있다.

대안적 실시예에서 열전소자(11)에 전압을 반대로 인가하여 방열판(12)을 소정 온도로 냉각시킬 수 있고 이에 의해 방열판(12)에 흡착되는 수분량을 증가시킬 수도 있다. 또한 대안적 실시예에서 제1 시간(T1) 동안 팬(40)을 구동하여 약한 공기 흐름을 만들어 공기 정체를 방지할 수도 있다.

제1 시간(T1)이 경과하거나 또는 제1 시간(T1)의 경과 여부에 상관없이 사용자 입력을 수신하면(S120) 포집장치(100)는 제2 시간(T2) 동안 공기중 수분을 응축하여 제거하는 수분 응축 모드에서 동작한다(단계 S130 및 S140). 즉 제2 시간(T2) 동안에는 회전판(25)을 회전시켜 관통구(24,25a)를 폐쇄하고 제어부(140)의 제어에 의해 열전소자(11)에 제1 전압(V1)을 인가하여 방열판(12)을 발열시키고 응축판(14)을 냉각시킨다. 그리고 이와 동시에 제2 시간(T2) 동안 팬(40)을 소정 회전속도로 구동한다. 열전소자(11)에 인가된 전압(V1)에 의해 방열판(12)이 소정 온도 이상으로 가열되면 방열판(12)과 방열핀(13)에 흡착되어 있던 수분이 증발한다. 증발된 수분은 공기통로(P2,P3)를 따라 응축판(14)측으로 향한다. 이 때 열전소자의 인가 전압(V1)에 의해 응축판(14)이 냉각되므로 수분이 응축판(14)과 접촉하여 물방울로 응축되고 물방울이 응축판(14)에서 흘러내려 하부 케이스(30)의 물 저장부에 저장된다.

이와 같이 제2 시간(T2) 동안 열전소자(11)로의 전압(V1) 인가 및 팬(40)의 구동을 동시에 실행함으로써 도8(b)에 도시한 것처럼 시간의 경과에 따라 수분을 포집할 수 있다. 한편 제2 시간(T2)도 미리 설정된 시간 주기일 수 있지만 보다 바람직하게는 사용자가 임의로 정한 시간일 수 있다.

물 포집장치(100)는 수분을 응축하여 제거하는 제2 시간(T2)의 경과 후 다시 단계(S110)의 수분 흡착 모드에서 동작할 수 있고 위와 같은 수분 흡착 모드(S110,S120)와 수분 응축 모드(S130,S140)를 반복하며 물 포집 동작을 수행할 수 있다. 이 때 제1 시간(T1) 또는 제2 시간(T2)은 사용자가 필요에 따라 임의로 설정할 수 있는 시간이기 때문에 도8에 도시한 것처럼 수분 흡착 모드와 후분 응축 모드를 반복할 때마다 제1 시간(T1)이나 제2 시간(T2)의 각각의 시간 길이가 달라질 수 있음을 이해할 것이다.

또한 도7에 도시한 것과 같이 일 실시예에서 수분 흡착 모드와 수분 응축 모드를 1회 또는 복수회 반복할 때마다 살균 모드(S150,S160)를 추가로 수행할 수 있다. 이 단계(S150,S160)에서, 제2 시간(T2) 이후의 제3 시간(T3) 동안, 제1 전압(V1)과 극성이 반대인 제2 전압(V2)을 열전소자(11)에 인가하여 방열판(12)을 냉각시키고 응축판(14)을 소정 온도 이상으로 발열시킨다.

제3 시간(T3)은 미리 설정된 소정 시간일 수 있고, 바람직하게는 응축판(14)의 표면에 있는 박테리아(세균), 바이러스, 곰팡이 등을 살균할 수 있을 정도의 소정 온도 이상까지 응축판(14)이 가열될 수 있는 시간인 것이 바람직하다. 일 실시예에서 소정 온도는 예컨대 섭씨 60도 또는 70도이고 제3 시간(T3)은 예컨대 수십 초 내지 수 분일 수 있다. 또한 제3 시간(T3) 동안 열전소자(11)가 방열판(12)을 냉각시키기 때문에 제2 시간(T2) 동안 가열되었던 방열판(12)을 상온 또는 그 이하로 냉각하여 다음번 사이클의 수분 흡착 모드(S110,S120)에서의 수분 흡착을 준비할 수 있다. 이와 같이 단계(S150,S160)까지 진행하여 방열판(12)의 냉각 및 응축판(14) 표면의 살균 동작을 완료하면 다시 단계(S110,S120)의 수분 흡착 모드로 진행할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전소자의 발열면에 해당하는 방열판(12)이 수분을 적극적으로 흡착하는 역할을 하도록 구성하여 종래의 일반적인 열전소자 방식의 응축기에 비해 수분 포집 능력을 향상시킬 수 있다. 종래 열전소자 방식의 응축기에서는 열전소자의 방열판이 제습 동작에 아무런 기여를 하지 못했지만 본 발명에서는 수분 흡착 모드에서 방열판이 공기중 수분을 적극적으로 흡착하는 역할을 하고 수분 응축 모드에서 방열판의 수분을 증발시켜 응축판으로 전달하는 역할을 한다. 특히 수분 응축 모드에서 방열판의 고온의 에너지를 수분의 증발에 사용하기 때문에 방열판의 발열에 의한 주위 공기의 가열을 방지하거나 감소시켜 뜨거운 공기 배출을 근원적으로 감소시킬 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 열전모듈 11: 열전소자
12: 방열판 13, 13-1, 13-2, 13-3: 방열핀
14: 응축판 15: 응축핀
20: 상부 케이스 21: 공기배출구
22: 물 수집부 23: 관통홀
30: 하부 케이스 35: 관통 영역
40: 팬 P1, P2, P3: 공기통로

Claims (10)

1. 휴대용 물 포집장치로서,
   통 형상의 방열판, 상기 방열판을 둘러싸는 통 형상의 응축판, 및 상기 방열판과 응축판 사이에 개재되어 배치된 하나 이상의 열전소자로 구성된 열전모듈;
   상기 열전소자에 인가하는 전원의 온오프를 제어하는 제어부;
   상기 열전모듈을 둘러싸되 상부가 폐쇄되어 있고 하부가 개방된 통 형상의 상부 케이스; 및
   상기 상부 케이스의 하부에 탈착 가능하게 부착되는 하부 케이스를 포함하고,
   상기 제어부에 의해 상기 열전소자에 전원을 인가하여 상기 방열판을 발열시키고 응축판을 냉각시킴으로써 공기 중의 수분을 응축판에서 응축하여 물을 포집하도록 구성되고,
   상기 상부 케이스는 공기가 통과하는 관통구를 구비하며,
   관통구를 구비하는 회전판이 상기 상부 케이스의 상부면에 회전가능하게 부착되고,
   상기 방열판에 수분을 흡착시키는 수분 흡착 모드 시 각각의 관통구가 연통되도록 상기 회전판이 회전되고, 상기 방열판을 발열시키는 수분 응축 모드 시 각각의 관통구가 폐쇄되도록 상기 회전판이 회전되는 것인, 휴대용 물 포집장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부 케이스의 중심부에 상하 방향으로 공기가 관통하는 관통 영역이 형성되고,
   상기 관통 영역을 통해 상부 케이스의 내부로 유입된 공기가 상기 통 형상의 방열판의 중심부의 제1 공기통로(P1) 및 상기 응축판과 상부 케이스 사이의 제3 공기통로(P3)를 순차적으로 통과한 후 외부로 배출되도록 구성된 것인, 휴대용 물 포집장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 열전모듈의 하부에 배치되고 외부의 공기를 상기 제1 공기통로(P1)로 이송하도록 구성된 팬 및 상기 팬을 구동하는 팬 구동부를 포함하는 것인, 휴대용 물 포집장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 하부 케이스가 상기 응축판에서 응축된 물을 저장하는 물 저장부를 포함하는 것인, 휴대용 물 포집장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 통 형상의 방열판의 내주면에 방사상 내측 방향으로 연장 형성된 복수개의 방열핀을 더 포함하는 것인, 휴대용 물 포집장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   각각의 상기 방열핀이 상하방향으로 지그재그 형상으로 형성되어 상기 제1 공기통로(P1)를 통과하는 공기와 상기 방열핀 간의 접촉시간과 접촉면적을 증가시키도록 구성된 것인, 휴대용 물 포집장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 방열판과 방열핀의 적어도 일부 표면에 수분을 흡착하는 흡습제가 형성된 것인, 휴대용 물 포집장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 흡습제가, 금속 유기 구조체(MOF), 수소결합 유기 구조체(HOF), 제올라이트, 벤토나이트, 질석, 규조토, 실리카겔, 수분을 함유하는 하이드로젤, 친수성을 가지는 무기바인더, 및 활성탄 중 적어도 하나로 구성된 것인, 휴대용 물 포집장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 열전소자에 의해 상기 방열판을 발열시키고 응축판을 냉각시킴으로써 상기 흡습제에서 증발된 수분을 상기 응축판으로 이송하여 응축판에서 응축시키도록 구성한 것인, 휴대용 물 포집장치.

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