KR102436135B1 - 대기 중 물 생산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 대기 중 물 생산장치는, 내부에 복수개의 냉매부재가 설치되는 응축 관로가 형성되는 응축부; 응축부로 고온의 공기를 공급하도록 공기를 가열하는 버너부; 및 응축 관로와 연결되어 고온 포화 공기의 냉각시 발생하는 응축수를 전달받아 저장하는 저수부;를 포함한다.

Description

대기 중 물 생산장치{Apparatus for Water harvesting from the air}

본 발명은 대기 중 물 생산장치에 관한 것으로, 고온 다습 공기를 응축시켜 물을 생산하는 대기 중 물 생산장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업화 및 공해물질로 인한 수질오염이 심각해짐에 따라 수돗물에 대한 불신이 높아지면서 수돗물을 정수기로 정화하여 식수로 사용하거나, 시중에서 판매되는 생수를 식수로 많이 사용하고 있다.

통상적으로 사용되는 정수기는 수돗물을 여러 개의 필터를 통과시켜 침전, 여과, 살균 등의 과정을 거쳐 수돗물에 함유된 중금속 및 기타 유해물질을 제거할 수 있도록 이루어지며, 정화된 물을 소정온도로 냉각하거나 가열하여 냉수 및 온수를 선택적으로 마실 수 있도록 되어 있다.

또한, 생활여건이 향상되면서 낚시나 등산과 같은 여가활동에 대한 관심이 높아지고, 이에 따른 용품들이 다양화되면서 야외에서 강물이나 시냇물 또는 호수의 물을 여과하여 식수나 취사용수로 사용할 수 있는 휴대용 정수기가 개발되어 사용되고 있다.

이와 같이 일상생활이나 여가 활동시 다양한 방법으로 원수(原水)를 정화하여 식수로 사용하게 되지만, 강물이나 시냇물 등의 민물과 거리가 멀거나 이러한 민물을 구하기 어려운 야외 환경이나 야영장에서는 식수 및 생활수를 확보하기 어려운 실정이다.

이에 민물을 확보하기 어려운 야외 환경에서 대기 중에 포함된 습기를 응축시켜 물을 생성하여 식수나 생활수를 확보하여야 할 필요가 있었다.

한국공개특허 제10-2010-0098143호(출원일: 2009.02.27)

본 발명은 실온 공기를 가열하여 고온 공기를 생성한 후 이 고온 공기를 냉각하여 공기 중 습기를 응축시킴으로써 야외 대기 중에서 물을 생산할 수 있는 대기 중 물 생산장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 대기 중 물 생산장치는, 내부에 복수개의 냉매부재가 설치되는 응축 관로가 형성되는 응축부; 상기 응축부로 고온의 공기를 공급하도록 공기를 가열하는 버너부; 및 상기 응축 관로와 연결되어 상기 고온 포화 공기의 냉각시 발생하는 응축수를 전달받아 저장하는 저수부;를 포함한다.

여기서, 상기 버너부는 휴대용 가스연료가 설치되는 소켓을 포함하며, 상기 저수부의 중앙부위에 구비될 수 있다.

또한, 상기 저수부는 내부에 상기 응축수를 저장하는 저수 공간이 형성되고 중앙 부위에 상기 버너부가 설치되도록 단면이 고리 형상일 수 있다.

또한, 상기 응축부의 응축 관로는 상기 버너부에서 가열된 공기를 상방 유동하도록 안내하는 중앙 관로; 상기 중앙 관로에 연결되며 상기 공기를 하방 유동하도록 안내하는 제1수직 관로; 및 상기 제1수직 관로에 연결되며 상기 공기를 상방 유동하도록 안내하며 상기 공기를 외부로 배출하도록 공기 배출공과 연통하는 제2수직 관로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1수직 관로는 상기 버너부에서 가열된 공기를 냉각하기 위한 복수개의 냉매부재가 구비되며, 상기 냉매부재는 상기 공기와 열교환하도록 상기 공기와 접촉될 수 있다.

또한, 상기 냉매부재는 고리형상을 가지며 상기 제1수직 관로에 서로 마주하게 쌍으로 구비되며, 상기 냉매부재는 상기 제1수직 관로에 복수개의 쌍이 구비될 수 있다.

또한, 상기 제2수직 관로는 서로 마주하게 쌍으로 구비하는 냉매부재가 복수개의 쌍으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 응축부는 상기 제1수직 관로 및 상기 제2수직 관로에서 형성된 응축수를 상기 저수부로 전달하는 집수부를 포함하며, 상기 집수부는 일측이 상기 제1수직 관로 및 상기 제2수직 관로와 연통하고 타측이 상기 저수부와 연통할 수 있다.

또한, 상기 저수부는 상기 버너부의 하측에 외부와 연통하여 외부 공기가 유입되는 공기 유입공이 형성되어 상기 외부 공기가 상기 공기 유입공을 통해 상기 버너부로 공급될 수 있다.

또한, 상기 저수부는 상기 외부 공기의 이물질을 제거하도록 상기 공기 유입공에 구비되는 에어필터를 포함할 수 있다.

본 발명의 대기 중 물 생산장치에 따르면, 수돗물, 강물, 시냇물 등의 민물 확보가 어려운 야외 환경에서도 대기 중 습기를 수집하여 식수나 생활수로 활용할 수 있는 물을 생산할 수 있다.

또한, 본 발명의 대기 중 물 생산장치는 휴대가 용이한 휴대용 가스연료를 사용하여 물을 생산할 수 있고 부피가 크지 않아 이동 설치가 매우 용이할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대기 중 물 생산장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 물 생산장치의 사시도이다.
도 3은 도 1의 물 생산장치의 부분 절개 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대기 중 물 생산장치의 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 대기 중 물 생산장치(100)는 버너부(110), 응축부(120) 및 저수부(130)를 포함한다.

버너부(110)는 휴대용 가스연료(10)와 결합되어 공기를 가열하기 위한 화염을 발화하기 위한 것으로, 물 생산장치(100)의 하측 중앙위치에서 저수부(130)에 결합된다. 이때 버너부(110)의 하측부는 외부와 연통되어 외부 공기가 유입되는 공기 유입공(132)이 형성된다. 또한 이 공기 유입공(132)을 통해 외부로부터 이물질이 물 생산장치(100)의 내부로 유입됨을 방지하도록 공기 유입공(132)을 막도록 배치되는 에어필터(133)가 더 구비된다. 에어필터(133)는 복수개의 미세 구멍이 형성된 원반형태를 가질 수 있으며, 지면에 안착된 물 생산장치(100)의 하부로부터 유입되는 외부 공기에서 먼지와 같은 미세 이물질을 차단할 수 있다.

버너부(110)는 휴대용 가스연료(10)와 결합되는 소켓(111)을 구비하며, 이 소켓(111)을 통해 휴대용 가스연료(10)에 보관된 가스, 예를 들어 부탄가스나 LPG 가스 등이 유입되어 버너부(110)에 공급될 수 있다. 구체적으로 도시하지는 않았으나 버너부(110)는 가스를 점화하기 위한 점화 스위치를 더 구비할 수 있으며, 이 점화 스위치는 물 생산장치(100)의 외부로 연결되어 물 생산장치(100)의 외부에서 조작될 수 있다.

버너부(110)에서 발생된 화염은 공기 유입공(132)을 통해 유입되는 외부 공기를 가열하여 고온 포화 공기를 생성하게 되며, 이러한 고온 포화 공기는 응축부(120)의 응축 관로(121)를 따라 이동되게 된다.

응축부(120)는 고온 포화 공기를 냉각하여 고온 포화 공기 내에서 응축수를 수집하기 위한 것으로, 전체적으로 원기둥 형상을 가지며 그 내부에 고온 포화 공기가 유동하는 응축 관로(121)가 형성된다. 응축 관로(121)는 버너부(110)에서 가열된 고온 포화 공기가 지면을 기준으로 상승하게 유동되는 중앙 관로(121a), 중앙 관로(121a)와 연결되며 고온 포화 공기를 지면을 향해 하강하게 안내하는 제1수직 관로(121b), 제1수직 관로(121b)와 연결되고 냉각된 공기를 외부로 배출하도록 공기 배출공(122)과 연결되며 지면을 기준으로 공기를 상승하게 안내하는 제2수직 관로(121c)를 포함할 수 있다. 즉, 버너부(110)에서 가열된 공기는 중앙 관로(121a)를 통해 상승하여 제1수직 관로(121b)와 제2수직 관로(121c)를 따라 유동되어 공기 배출공(122)을 통해 외부로 배출되게 된다. 도 1과 같이 본 실시예에서 응축 관로(121)는 하나의 중앙 관로(121a), 제1수직 관로(121b) 및 제2수직 관로(121c)로 구성되었으나, 수직 관로의 수량은 자유롭게 변경 가능할 수 있다. 즉, 수직 관로의 수를 더 늘리기 위해 응축부(120)의 폭을 증가시킬 수 있다.

본 실시예의 응축부(120)는 고온 포화 공기를 냉각시키기 위한 냉매부재(123)를 포함하며, 냉매부재(123)는 그 내부에 냉매를 포함하며 전체적으로 고리 형태를 가질 수 있다. 즉, 냉매부재(123)는 내주면 또는 외주면이 고온 포화 공기에 접촉되어 열교환을 실시하여 고온 포화 공기를 냉각시킨다. 고온 포화 공기의 냉각 중 발생하는 응축수는 제1수직 관로(121b) 및 제2수직 관로(121c)의 내벽을 따라 맺혀 자중에 의해 하강하게 된다. 냉매부재(123)는 제1수직 관로(121b) 또는 제2수직 관로(121c)에 복수개가 구비되게 된다. 도 1과 같이 본 실시예에서는 제1수직 관로(121b)에 4쌍의 냉매부재(123)가, 제2수직 관로(121c)에는 3쌍의 냉매부재(123)가 구비되었으나, 냉매부재(123)의 수량은 다양하게 설계변경될 수 있다. 즉, 응축 관로(121)를 더 길게 형성하여(응축부의 높이 증가) 냉매부재(123)의 수량을 더 증가시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 제1수직 관로(121b) 및 제2수직 관로(121c) 모두에 냉매부재(123)가 구비되었으나 이와 달리 제1수직 관로(121b)에만 냉매부재(123)가 구비될 수도 있다. 이와 같이 냉매부재(123)의 수량 및 배치는 자유롭게 설계변경이 가능할 것이다. 냉매부재(123)는 고온 공기와의 열교환이 용이한 물, 암모니아수와 같은 액체형 냉매, 폴리머겔과 이온합금을 혼합한 합성 냉매, 흡열 및 방열 효율이 높은 고체형 냉매나 금속형 냉매, 열전소자로 구성될 수 있다.

본 실시예의 응축부(120)는 제1수직 관로(121b) 및 제2수직 관로(121c)에서 생성된 응축수를 모아 저수부(130)로 전달하기 위한 집수부(124)가 형성될 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 집수부(124)는 제1수직 관로(121b) 및 제2수직 관로(121c)에서 응축수를 모으기 위해 제1수직 관로(121b) 및 제2수직 관로(121c)에 연통되며 이에 인접한 부위는 넓은 직경을 가질 수 있다. 즉, 도 1과 같이 집수부(124)는 단면이 깔때기 형상을 가질 수 있으며, 집수부(124)는 타측이 저수부(130)로 연결되어 있다.

저수부(130)는 응축부(120)의 하측부에 연결되게 결합되며 응축부(120)의 집수부(124)를 통해 전달되는 응축수, 즉 물을 저장하기 위한 것이다. 본 실시예의 저수부(130)는 중앙부위에 버너부(110)가 설치되도록 단면이 고리형상이며 그 내부에 물을 보관하는 저수 공간이 형성된다. 또한 저수부(130)는 저장된 물을 외부로 공급하는 공급 밸브(131)가 구비되며, 공급 밸브(131)는 사용자에 의해 수동으로 개폐될 수 있는 수도꼭지로 구성될 수 있다. 이와 달리 공급 밸브(131)는 수동으로 개폐되어 물을 선택적으로 공급할 수 있는 구조라면 어느 것을 적용하더라도 무방할 것이다. 또한 저수부(130)의 하측부는 외부와 연통되어 외부 공기가 유입되는 공기 유입공(132)이 형성되고, 공기 유입공(132)을 막도록 배치되는 에어필터(133)가 더 구비된다. 에어필터(133)는 복수개의 미세 구멍이 형성된 원반형태를 가질 수 있으며, 지면에 안착된 물 생산장치(100)의 하부로부터 유입되는 외부 공기에서 먼지와 같은 미세 이물질을 차단할 수 있다.

도 2는 도 1의 물 생산장치의 사시도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 대기 중 물 생산장치(100)는 전체적으로 원기둥 형상을 가질 수 있다. 이와 달리 물 생산장치(100)는 직사각 기둥이나 정사각 기둥 형태를 가질 수도 있다. 물 생산장치(100)는 상부측의 응축부(120)와 하부측의 저수부(130)로 구분되되 응축부(120)와 저수부(130)는 일체로 구성될 수도 있다.

응축부(120)의 외주면에는 응축부(120)에서 냉각된 공기를 외부로 배출하도록 외부와 연통되는 공기 배출공(122)이 복수개가 형성되어 있다. 이 복수개의 공기 배출공(122)은 지면에 수직하게 복수개가 등간격을 이루도록 형성되어 있으며, 수직 방향으로의 복수개의 공기 배출공(122) 그룹이 응축부(120)의 외주면을 따라 등간격으로 형성되게 된다. 즉, 본 실시예의 물 생산장치(100)는 응축부(120)의 중심으로부터 방사상 방향으로 냉각 공기가 외부로 배출될 수 있다.

저수부(130)의 중앙 부위에는 버너부(110)가 구비되며, 버너부(110)는 소켓(111)이 휴대용 가스연료(10)와 결합되어 가스를 공급받게 된다. 또한 저수부(130)는 응축부(120)에서 모아진 물을 외부로 선택적으로 배출하는 공급 밸브(131)가 구비된다.

도 3은 도 1의 물 생산장치의 부분 절개 사시도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 대기 중 물 생산장치(100)는 저수부(130)의 바닥면에 복수개의 지지부(134)가 구비되어 물 생산장치(100)와 지면 사이에 소정 높이의 공간이 형성되게 된다. 이 공간을 통해 외부 공기가 물 생산장치(100)의 내부로, 구체적으로는 버너부(110)의 하부에 형성된 공기 유입공(132)을 통해 유입되게 된다. 유입된 외부 공기는 버너부(110)에 의해 가열되어 중앙 관로(121a)를 통해 상승하여 제1수직 관로(121b) 및 제2수직 관로(121c)로 유동하게 된다. 도 3과 같이 제1수직 관로(121b)에는 고리 형상의 냉매부재(123) 4쌍이 서로 마주하게 구비되어 있어, 냉매부재(123)의 내주면 또는 외주면이 가열된 고온 포화 공기와 접촉되어 공기를 냉각시킴으로써 제1수직 관로(121b)에 물방울(응축수)이 맺히게 된다. 마찬가지로 제2수직 관로(121c)에도 냉매부재(123)가 구비될 수 있다. 제1수직 관로(121b)와 제2수직 관로(121c)의 표면에 맺히는 물방울은 자중에 의해 낙하하여 집수부(124)를 통해 저수부(130)로 전달되어 저수부(130)에 저장되게 된다.

한편, 본 발명의 물 생산장치(100)는 냉매부재(123)로 열이 인가되면 전기를 생성하는 열전소자(펠티어 소자)를 사용할 수 있다. 열전소자는 온도차를 전위차로 또는 전위차를 온도 차로 전환할 수 있는 소자로, 열전소자는 버너부(110)에서 가열된 공기로부터 전달되는 열을 흡수하여 가열 공기를 냉각할 수 있다. 이때 열전소자에서 흡수된 열에 의해 열전소자는 약 5~15V의 전기를 생성하게 되며, 열전소자에서 생성된 전기는 별도 충전배터리에 충전될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100: 물 생산장치
110: 버너부
120: 응축부
121a: 중앙 관로
121b: 제1수직 관로
121c: 제2수직 관로
122: 공기 배출공
123: 냉매부재
124: 집수부
130: 저수부
132: 공기 유입공
133: 에어필터

Claims (6)

1. 내부에 복수개의 냉매부재가 설치되는 응축 관로가 형성되는 응축부;
   상기 응축부로 고온의 공기를 공급하도록 공기를 가열하는 버너부;
   상기 버너부의 하측에 구비되어 미세 이물질이 외부로부터 물 생산장치 내부로 유입되는 것을 막는 에어필터 ; 및
   상기 응축 관로와 연결되어 상기 고온 공기의 냉각시 발생하는 응축수를 전달받아 저장하는 저수부;
   를 포함하고,
   상기 응축부의 응축 관로는,
   상기 버너부에서 가열된 공기를 상방 유동하도록 안내하는 중앙 관로;
   상기 중앙 관로에 연결되며 상기 공기를 하방 유동하도록 안내하는 제1수직 관로; 및
   상기 제1수직 관로에 연결되며 상기 공기를 상방 유동하도록 안내하며 상기 공기를 외부로 배출하도록 공기 배출공과 연통하는 제2수직 관로;
   를 포함하고,
   상기 냉매부재는 열전소자로 구비되며,
   상기 열전소자는 상기 고온의 공기에서 상기 냉매부재로 열이 인가될 때 전기를 생산하고,
   상기 버너부는 상기 저수부의 중앙부위에 구비되며,
   상기 제1수직 관로 및 상기 제2수직 관로는 상기 버너부에서 가열된 공기를 냉각하기 위한 복수개의 냉매부재가 구비되며, 상기 냉매부재는 상기 고온 공기와 열교환하도록 상기 고온 공기와 접촉되는 대기중 물 생산 장치
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 버너부는 휴대용 가스연료가 설치되는 소켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 생산장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 저수부는 내부에 상기 응축수를 저장하는 저수 공간이 형성되고 중앙 부위에 상기 버너부가 설치되도록 단면이 고리 형상인 것을 특징으로 하는 대기 중 물 생산장치.
   
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