KR102510780B1 - 대기 중 물 수확 생성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대기 중 물 수확 생성장치에 관한 것으로서, 나노포어 구조를 가지는 흡착제와 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함하여 건조한 기후에서도 대기에서 물을 효율적으로 수확할 수 있을 뿐만 아니라, 적은 전력으로도 장치의 구동이 수월하며, 간단한 제어만으로도 대기의 흐름을 제어하여 효율적일 뿐만 아니라 연속적으로 물을 수확할 수 있는 대기 중 물 수확 생성장치에 관한 것이다.

Description

대기 중 물 수확 생성장치{atmospheric water harvesting generator}
본 발명은 대기 중 물 수확 생성장치에 관한 것으로서, 건조한 기후에서도 대기에서 물을 효율적으로 수확할 수 있을 뿐만 아니라, 적은 전력으로도 장치의 구동이 수월하며, 간단한 제어만으로도 대기의 흐름을 제어하여 효율적일 뿐만 아니라 연속적으로 물을 수확할 수 있는 대기 중 물 수확 생성장치에 관한 것이다.
지구 표면은 약 70%의 물로 구성되어 있고, 그 중 사람들이 사용 가능한 담수는 약 2.5%이며, 이 담수 중 80%는 빙하와 빙원에 갇혀 사용이 불가능한 물이다. 그 외 여러 이유로 사람들이 사용할 수 있는 물의 양은 지구상의 물 중 약 1% 정도에 불과하다. 이와 같이, 지구에서 순환하는 사용 가능한 물의 양은 일정하나, 지구상의 인구와 물 사용량은 세계 2차대전 이후로 해마다 2.5~3%씩 증가하고 있다. 물 역시 지구상의 한정된 자원이므로 현존하는 담수를 관리하고 마실 수 있는 물을 생성해 내는 기술을 만들어 내는 것이 인류의 중요한 과제이다.
물 부족으로 고통받고 있는 지역의 사람들에게 마실 수 있는 물을 생성하는 과학 기술은 크게 네 가지로 분류할 수 있다. 첫 번째 기술은 바닷물의 NaCl을 제거해서 담수로 바꿔주는 바닷물 담수화 기술이다. 바닷물에서 소금, 즉 NaCl을 제거하는 기술은 역삼투압 방식과 증발 방식이 있다. 역삼투압 기술은 물은 통과시키지만 소금은 통과시키지 않는 반투막 물질을 바닷물과 소금물 사이에 놓고, 바닷물에 압력을 가하여 바닷물에 녹아 있는 소금을 거르는 기술이다. 증발 기술은 바닷물을 가열하여 증발된 물을 모은 물에서 불순물을 제거하는 담수화 기술이다. 두 번째 기술은 수자원 관련 모든 시설, 즉 상수도, 하수도, 하천, 저수지 등을 통합 관리하는 시스템을 도입해서 수자원을 통합 관리하는 기술이다. 실제로 센서를 설치해서 비의 양, 하천과 저수지 수위, 온도와 습도, 바람의 세기 등의 데이터를 모아서 수자원을 관리하여 물을 절약하는 기술이다. 잘 알려진 하수 처리 기술의 한 가지 예는 거품을 이용해서 물 속 부유물을 응집시킨 뒤 침전하여 1차 정화하고, 이렇게 1차 정화된 물을 약물 처리하여 2차 정화 후 사용 가능한 물로 정화하는 기술이다. 세 번째 기술은 인공 강우 기술이다. 인공 강우 기술은 구름 층은 형성되어 있으나 구름 속 응결 핵이 적어서 구름이 빗방울로 성장하지 못할 때 인위적으로 비의 씨가 되는 물질을 뿌려 특정 지역에 비가 내리게 하는 기술이다. 네 번째 기술은 공기중의 수증기나 아주 작은 물방울로 존재하는 물을 응축시켜서 마실 수 있는 물로 모아주는 기술이다. 이 기술은 크게 외부 에너지의 도움을 받아 물을 응축시키는 기술과 외부 에너지의 도움없이 일교차와 응축기만 사용하는 방법으로 나눌 수 있다.
대기 중의 물 응축을 통해서 물을 생성하는 기술은 어디에서나 접근할 수 있으며 지역 요구에 따라 재생 가능한 에너지원과 쉽게 연계할 수 있어야 한다. 일반적으로 실행 가능한 대기 중 물을 수확하는 기술은 아래 5가지의 기본적인 조건을 충족해야 한다. 첫번째는 효율적이어야 한다. 두번째는 저렴해야 한다. 세번째는 확장 가능해야 한다. 네번째는 광대역이어야 한다. 다섯번째는 일년 내내 수확이 가능해야 한다.
하지만, 열역학적으로 볼 때 에너지면으로 비효율적인 기술로 인해서 현재 사용되는 대기 중 물 수확 생성장치(Atmospheric Water Harvesting Generator (AWG)) 중 어느 것도 이 다섯 가지 기준을 충족하지 못하는 실정이다.
한국 공개특허번호 10-2022-0032168호(공개일 : 2022.03.15)
본 발명은 상술한 문제를 극복하기 위해 안출된 것으로, 건조한 기후에서도 대기에서 물을 효율적으로 수확할 수 있는 대기 중 물 수확 생성장치를 제공하고자 한다.
또한, 적은 전력으로도 장치의 구동이 수월하여 경제적으로 유리한 대기 중 물 수확 생성장치를 제공하고자 한다.
또한, 간단한 제어만으로도 대기의 흐름을 제어하여 효율적일 뿐만 아니라 연속적으로 물을 수확할 수 있는 대기 중 물 수확 생성장치를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 공기 유입공이 형성되어 있어, 상기 공기 유입공을 통해 외부에서 내부로 수분을 포함하는 공기를 유입시키고, 공기 순환공이 형성되어 있어, 상기 공기 순환공을 통해 수분이 제거된 공기를 유입시키며, 유입된 공기를 냉각 또는 가열시키는 펠티어 소자 기반 냉각/가열부, 상기 냉각/가열부와 연결되어, 냉각/가열부에서 냉각 또는 가열된 공기가 유입되고, 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착 또는 탈착시키는 흡착/탈착부, 흡착/탈착부 및 냉각/가열부와 연결되어, 흡착/탈착부에서 공기가 유입되고, 유입된 공기에 포함된 수분은 응축시키며, 수분이 제거된 공기는 외부로 배출하거나 냉각/가열부로 이송시키는 응축부 및 응축부와 연결되어, 응축부에서 응축된 응축수를 저장하는 저수부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 냉각/발열부는 냉각 챔버(cold chamber), 펠티어 소자(peltier element) 및 가열 챔버(hot chamber)를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 공기 유입공은 냉각 챔버에 형성되어 있어, 수분을 포함하는 공기를 냉각 챔버 내부로 유입시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 공기 순환공은 가열 챔버에 형성되어 있어, 수분이 제거된 공기를 가열 챔버 내부로 유입시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 냉각 챔버는 펠티어 소자의 차가운 면과 맞닿아 있고, 가열 챔버는 펠티어 소자의 뜨거운 면과 맞닿아 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 냉각 챔버 및 가열 챔버는 서로 분리되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 흡착/탈착부는 제1챔버 및 제2챔버를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제1챔버는 내부에 복수 개의 흡착제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제2챔버는 내부에 복수 개의 흡착제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제1챔버 및 제2챔버는 서로 분리되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 응축부는 흡착/탈착부에서 유입되는 공기를 냉각시키는 냉각기 및 흡착/탈착부에서 유입되는 공기에 포함된 수분을 응축시키는 응축기를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 냉각/가열부에서 흡착/탈착부로 공기가 이동하는 경로에 설치되어, 냉각/가열부에서 흡착/탈착부로 이동하는 공기의 흐름을 조절하는 제1밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 흡착/탈착부에서 응축부 또는 냉각/가열부로 공기가 이동하는 경로에 설치되어, 흡착/탈착부에서 응축부 또는 냉각/가열부로 이동하는 공기의 흐름을 조절하는 제2밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 제1밸브, 제2밸브, 공기 유입공 및 공기 순환공에 연결되어, 제1밸브, 제2밸브, 공기 유입공 또는 공기 순환공을 통해 이동하는 공기의 흐름을 분석하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 제어부에 연결되어, 제어부, 제1밸브, 제2밸브, 공기 유입공, 공기 순환공 또는 펠티어 소자에 전기를 공급하는 전기공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 전기공급부는 스마트폰 충전용 보조 배터리 또는 휴대용 태양광 충전 배터리일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 흡착제는 나노포어 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 나노포어 구조는 4350 ~ 4,000 ㎡/g의 BET 비표면적, 5 ~ 50 Å의 기공크기 및 0.2 ~ 6.0 ㎡/g의 기공부피를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 흡착제는 금속 유기 골격체(MOF ; Metal-Organic Framework)를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 금속 유기 골격체는 MOF-801, MOF-803, MOF-805, MOF-841, MIL-101(Cr), MIL-101(Al), MIL-53(Al), UiO-66, Cr-soc-MOF-1, CAU-10-H, DUT-67 및 Co2Cl2(BTDD) 중에 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 응축기는 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판은 소수성 또는 초소수성 일면에 친수성 또는 초친수성 입자를 포함하는 구조일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판은 소수성 또는 초소수성 일면에 친수성 또는 초친수성 패턴이 형성된 구조일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판은 소수성 표면 및 친수성 표면의 면적비가 1 : 0.05 ~ 0.6일 수 있다.
한편, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 외부에서 내부로 유입되는 공기가 공기 유입공, 냉각 챔버, 제1밸브, 수분을 흡착하는 제1챔버, 제2밸브 및 냉각기로 순차적으로 이동한 후, 내부에서 외부로 배출되는 제1공기의 흐름과, 응축부에서 생성된 수분이 제거된 공기가 공기 순환공, 가열 챔버, 제1밸브, 수분을 탈착하는 제2챔버, 제2밸브 및 응축기로 순차적으로 이동한 후, 응축기에서 응축된 응축수가 저수부에 저장되는 제2공기의 흐름을 포함하고, 제1공기의 흐름 및 제2공기의 흐름을 동시에 진행되어 연속적으로 물을 수확할 수 있다.
나아가, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 제1밸브에 의해서 제1챔버와 제2챔버의 역할이 전환되어, 제1챔버는 수분을 탈착하고 제2챔버는 수분을 흡착하며, 이와 동시에 제2밸브에 의해서 응축부와 가열 챔버로 이동하는 공기의 흐름이 조절되어, 연속적으로 물을 수확할 수 있다.
이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 설명한다.
본 발명에서 사용되는 용어인 "저온"은 0 ~ 30℃, 바람직하게는 2 ~ 10℃의 온도를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어인 "중온"은 10 ~ 50℃, 바람직하게는 20 ~ 40℃의 온도를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어인 "고온"은 30 ~ 90℃, 바람직하게는 50 ~ 80℃의 온도를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어인 "저습"은 10 ~ 50%RH, 바람직하게는 20 ~ 40%RH의 습도를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어인 "고습"은 40 ~ 100%RH, 바람직하게는 50 ~ 90%RH의 습도를 의미한다.
다만, 본 발명에서 사용되는 용어인 "저온", "중온", "고온", "저습", "고습"은 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치를 사용하는 지역의 온도 및 습도에 따라 상대적으로 정의될 수 있으므로 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 건조한 기후에서도 대기에서 물을 효율적으로 수확할 수 있다.
또한, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 적은 전력으로도 장치의 구동이 수월하여 이동성이 우수하고 경제적으로도 유리하다.
또한, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 간단한 제어만으로도 대기의 흐름을 제어하여 효율적일 뿐만 아니라 연속적으로 물을 수확할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 대기 중 물 수확 생성장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치에서, 공기의 흐름과 연속적으로 물을 수확할 수 있는 작동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
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 참조부호를 부가한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 펠티어 소자 기반 냉각/가열부(10), 흡착/탈착부(20), 응축부(30) 및 저수부(40)를 포함한다.
먼저, 펠티어 소자 기반 냉각/가열부(10)는 공기 유입공(11)이 형성되어 있어, 공기 유입공(11)을 통해 내부에 수분을 포함하는 공기를 유입시키고, 유입된 공기를 냉각 또는 가열시킬 수 있다. 또한, 펠티어 소자 기반 냉각/가열부(10)는 공기 순환공(12)이 형성되어 있어, 공기 순환공(12)을 통해 응축부(30)에서 수분이 제거된 공기가 유입되고, 유입된 공기를 냉각 또는 가열시킬 수 있다.
구체적으로, 냉각/가열부(10)는 냉각 챔버(cold chamber)(13), 펠티어 소자(peltier element)(14) 및 가열 챔버(hot chamber)(15)를 포함할 수 있다.
펠티어 소자(14)는 펠티에 효과(Peltier effect, thermoelectric effect)를 이용한 전자소재로서, 전류를 흘려주면 전도성 물질 여러 층의 양끝에 온도차이가 지속되는 현상이 발생하는 것을 펠티에 효과라고 한다. 펠티에 효과는 프랑스의 물리학자 장 펠티에(Jean Charles Athanase Peltier)가 1834년에 발견해 1900년대 초에 이론적으로 확립됐다. 펠티에 효과를 이용한 물건이 펠티어 소자 또는 열전소자라고 하며, 저온 냉각을 필요로 하는 반대편의 고온부분을 강제 냉각시키면 저온부의 열이 고온쪽으로 전달되는 것이다. 제벡 효과(Seebeck effect)에 의해 한쪽이 차가워지면 다른쪽은 뜨거워진다. 뜨거워지는 면을 잘 냉각시켜야 효율이 좋아지며, 과열되면 효율이 떨어지다가 급기야 소자가 파괴되거나, 열 역전 현상이 일어나 저온부와 고온부가 뒤바뀔 수도 있다.
이처럼, 펠티어 소자(14)는 후술할 전기공급부(60)를 통해 전기가 공급되면 차가운(cold) 면과 뜨거운(hot) 면을 가질 수 있다. 이 때, 냉각 챔버(13)는 펠티어 소자(14)의 차가운 면과 맞닿아 있고, 가열 챔버(14)는 펠티어 소자(13)의 뜨거운 면과 맞닿아 있을 수 있다.
또한, 냉각/가열부(10)는 열교환을 원활하게 하기 위하여 펠티어 소자(14) 차가운 면과 뜨거운 면의 표면적을 확장시켜서, 냉각/가열부(10)에 유입되는 공기를 더 빨리 차갑게하고, 더 빨리 뜨겁게 할 수 있는 금속 구조체를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉각 챔버(13) 및 가열 챔버(15)는 서로 분리되어 있을 수 있다.
또한, 공기 유입공(11)은 냉각 챔버(13)에 형성되어 있어, 대기 중 물 수확 생성장치의 외부에 존재하는 수분을 포함하는 공기를 냉각 챔버(11) 내부로 유입시킬 수 있다.
또한, 공기 순환공(12)은 가열 챔버(14)에 형성되어 있어, 응축부(30)에서 수분이 제거된 공기를 가열 챔버(15) 내부로 유입시킬 수 있다.
또한, 공기 유입공(11)에는 공기필터가 설치되어 있을 수 있으며, 공기필터를 통해 냉각 챔버(13) 내부로 유입되는 공기에 이물질이나 불순물을 제거하여 순수한 공기만을 냉각 챔버(13) 내부로 유입시킬 수 있다.
또한, 공기 순환공(12)에는 공기필터가 설치되어 있을 수 있으며, 공기필터를 통해 가열 챔버(15) 내부로 유입되는 공기에 이물질이나 불순물을 제거하여 순수한 공기만을 가열 챔버(15) 내부로 유입시킬 수 있다.
다음으로, 흡착/탈착부(20)는 냉각/가열부(10)와 연결되어, 냉각/가열부(10)에서 냉각 또는 가열된 공기가 유입되고, 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착 또는 탈착시킬 수 있다.
구체적으로, 흡착/탈착부(20)는 제1챔버(21) 및 제2챔버(22)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1챔버(21) 및 제2챔버(22) 각각은 내부에 복수 개의 흡착제(23)를 포함하며, 제1챔버(21) 및 제2챔버(22)는 서로 분리되어 있을 수 있다.
흡착/탈착부(20)는 나노포어 구조를 가지는 흡착제를 포함하며, 흡착/탈착부(20)는 냉각/가열부(10)와 연결되어 있어서, 제1챔버(21)가 수분 흡착의 역할을 할 때에는 냉각 챔버(13)에서 유입된 저온 고습 공기에서 수분을 흡착하고, 제2챔버(22)가 수분 탈착의 역할을 할 때에는 가열 챔버(15)에서 유입된 고온 저습 공기를 통해 수분을 탈착시킴으로, 유입된 저온 고습 공기와 고온 저습 공기로부터 흡착/탈착부(20)에서는 수분은 흡착 또는 탈착시킬 수 있다.
또한, 흡착/탈착부(20)에서의 제1챔버(21) 및 제2챔버(22)의 역할은 공기의 흐름만으로 그 역할을 전환시킬 수 있다.
흡착제(23)는 압력이나 온도의 변화를 통해 수분이 흡착하거나 탈착할 수 있는 소재로서, 에너지 효율을 증가시킬 수 있는 흡착체, 건조제 및/또는 흡착 복합체를 포함할 수 있으며, 나노포어 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 나노포어 구조는 350 ~ 4,000 ㎡/g의 BET 비표면적, 바람직하게는 2,000 ~ 2,600 ㎡/g의 BET 비표면적, 5 ~ 50 Å의 기공크기, 바람직하게는 15 ~ 20 Å의 기공크기, 0.2 ~ 6.0 ㎡/g의 기공부피, 바람직하게는 2.5 ~ 3.5 ㎡/g의 기공부피를 가지는 것일 수 있는데, 이와 같은 조건을 만족하지 않는다면, 물 수확 효율이 현저히 저하될 수 있다.
또한, 흡착제(23)는 금속 유기 골격체(MOF ; Metal-Organic Framework)를 포함할 수 있다. 이 때, 금속 유기 골격체는 MOF-801, MOF-803, MOF-805, MOF-841, MIL-101(Cr), MIL-101(Al), MIL-53(Al), UiO-66, Cr-soc-MOF-1, CAU-10-H, DUT-67 및 Co2Cl2(BTDD) 중에 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 다수개로 이루어진 흡착제(23)는 기후나 경제적인 상황에 맞게 제1챔버(21) 및/또는 제2챔버(22)에 탈부착이 가능하도록 설계되어 있을 수 있다.
다음으로, 응축부(30)는 흡착/탈착부(20) 및 냉각/가열부(10)와 연결되어, 흡착/탈착부(20)에서 공기가 유입되고, 유입된 공기에 포함된 수분은 응축시키며, 수분이 제거된 공기는 냉각/가열부(10)로 이송시킬 수 있다.
구체적으로, 응축부(30)는 냉각기(31) 및 응축기(32)를 포함하며, 흡착/탈착부(20)에서 유입되는 저온 저습 공기는 냉각기(31)에 순환됨으로서 응축부(30)를 냉각시키고, 탈 수분 공기는 대기 중 물 수확 생성장치의 외부로 배출될 수 있다. 또한, 흡착/탈착부(20)에서 유입되는 고온 고습 공기는 응축기(32)의 표면에서 수분을 응축시키며, 수분이 제거된 공기는 냉각/가열부(10)로 이송시킬 수 있다.
또한, 응축기(32)는 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함할 수 있다.
구체적으로, 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판은 소수성 또는 초소수성 일면에 친수성 또는 초친수성 입자를 포함하는 구조일 수 있다. 또한, 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판은 소수성 또는 초소수성 일면에 친수성 또는 초친수성 패턴이 형성된 구조일 수 있다.
또한, 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판은 소수성 표면 및 친수성 표면의 면적비가 1 : 0.05 ~ 0.6, 바람직하게는 1 : 0.2 ~ 0.4일 수 있으며, 이와 같은 면적비 범위를 만족함으로서, 우수한 물 수확 효율을 가질 수 있다.
마지막으로, 저수부(40)는 응축부(30)와 연결되어, 응축부(30)에서 응축된 응축수를 저장할 수 있다. 구체적으로, 저수부(40)는 물 정제필터(41)를 포함할 수 있으며, 응축부(30)에서 응축된 응축수는 물 정제필터(41)를 통과한 후, 저수부(40)에 저장될 수 있다.
한편, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 제1밸브(1) 및 제2밸브(2)를 더 포함할 수 있다.
제1밸브(1)는 냉각/가열부(10)에서 흡착/탈착부(20)로 공기가 이동하는 경로에 설치되어, 냉각/가열부(10)에서 흡착/탈착부(20)로 이동하는 공기의 흐름을 조절할 수 있다. 이 때, 제1밸브(1)로서 네방향 밸브(4-way valve)가 사용될 수 있다.
제2밸브(2)는 흡착/탈착부(20)에서 응축부(30) 및/또는 냉각/가열부(10)로 공기가 이동하는 경로에 설치되어, 흡착/탈착부(20)에서 응축부(30) 및/또는 냉각/가열부(10)로 이동하는 공기의 흐름을 조절할 수 있다. 이 때, 제2밸브(2)로서 네방향 밸브(4-way valve)가 사용될 수 있다.
나아가, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 제어부(50) 및 전기공급부(60)를 더 포함할 수 있다.
제어부(50)는 제1밸브(1), 제2밸브(2), 공기 유입공(11) 및 공기 순환공(12)에 연결되어, 제1밸브(1), 제2밸브(2) 공기 유입공(11) 또는 공기 순환공(12)을 통해 이동하는 공기의 흐름을 조절하고 분석할 수 있다. 이와 같은 분석을 통해 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치가 효율적일 뿐만 아니라 연속적으로 물을 수확할 수 있게 제1밸브(1), 제2밸브(2), 공기 유입공(11) 또는 공기 순환공(12)에서 공기의 흐름을 조절할 수 있도록 제어할 수 있다.
전기공급부(60)는 제어부(50)에 연결되어, 전기를 필요로 하는 곳에 전기를 공급하는 역할을 하며, 구체적으로, 제어부(50), 제1밸브(1), 제2밸브(2), 공기 유입공(11), 공기 순환공(12) 또는 펠티어 소자(14)에 전기를 공급할 수 있다.
이 때, 전기공급부(60)는 스마트폰 충전용 보조 배터리 및/또는 휴대용 태양광 충전 배터리일 수 있으며, 이를 사용함으로서 간편히 휴대하여 대기 중 물 수확 생성장치를 사용할 수 있고, 또는 지속가능한 태양 에너지를 통해서 공급받아 연속적으로 대기 중 물 수확 생성장치를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 외부에서 내부로 유입되는 공기가 공기 유입공(11), 냉각 챔버(13), 제1밸브(1), 수분을 흡착하는 제1챔버(21), 제2밸브(2) 및 냉각기(31)로 순차적으로 이동한 후, 내부에서 외부로 배출되는 제1공기의 흐름과, 응축부(20)에서 생성된 수분이 제거된 공기가 공기 순환공(12), 가열 챔버(15), 제1밸브(1), 수분을 탈착하는 제2챔버(22), 제2밸브(2) 및 응축기(32)로 순차적으로 이동한 후, 응축기(32)에서 응축된 응축수가 저수부(40)에 저장되는 제2공기의 흐름을 포함하고, 제1공기의 흐름 및 제2공기의 흐름을 동시에 진행되어 연속적으로 물을 수확할 수 있다.
또한, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 제1밸브(1)에 의해서 제1챔버(21)와 제2챔버(22)의 역할이 전환되어, 제1챔버(21)는 수분을 탈착하고 제2챔버(22)는 수분을 흡착하며, 이와 동시에 제2밸브(2)에 의해서 응축부(30)와 가열 챔버(15)로 이동하는 공기의 흐름이 조절되어, 연속적으로 물을 수확할 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치에서의 공기의 흐름과 연속적으로 물을 수확할 수 있는 작동 메커니즘을 설명하고자 한다.
도 2의 좌측에 도시된 그림과 같이 냉각 챔버(13)에 형성된 공기 유입공(11)을 통해 수분을 포함하는 공기가 냉각 챔버(13) 내부로 유입되면, 유입된 공기는 냉각되어 저온 고습의 공기로 전환된다. 저온 고습의 공기는 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제1밸브(1)의 개폐 조절을 통해 제1챔버(21)로 이송된다. 제1챔버(21)로 이송된 저온 고습의 공기에 포함된 수분은 제1챔버 (21)에 포함된 흡착제(23)에 흡착된다. 흡착제(23)에 의해 수분이 빠져나간 저온 저습 공기의 일부는 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제2밸브(2)의 개폐 조절을 통해 응축부(30)의 냉각기(31)로 이송되고, 이로 인해 응축부(30)는 냉각되며, 이와 동시에 응축부(30)의 냉각기(31)로 이송되었던 공기는 탈 수분 공기로서 대기 중 물 수확 생성장치의 외부로 배출되고, 다른 일부는 응축부(30)를 빠져나온 중온 저습 공기로서 가열 챔버(15)로 이송된다. 응축부(30)에서 가열 챔버(15)로 이송된 중온 저습 공기는 가열되어 고온 저습의 공기로 전환된다. 고온 저습의 공기는 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제1밸브(1)의 개폐 조절을 통해 제2챔버(22)로 이송된다. 고온 저습의 공기에 의해 제2챔버(22)에 포함된 흡착제(23)는 수분을 탈착하여 고온 저습의 공기는 고온 고습의 공기로 전환된다. 고온 고습의 공기는 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제2밸브(2)의 개폐 조절을 통해 응축부(30)의 응축기(32)로 이송되고, 응축부(30)의 응축기(32)로 이송된 고온 고습의 공기는 응축기(32)의 양친매성 구조를 갖는 냉각된 수분 응축기판에 의해 수분이 응축되어 응축수를 생성하고, 생성된 응축수는 물 정제필터(41)를 통과한 후 저수부(40)로 이송시켜, 저수부(40)에서 응축수를 저장한다. 또한, 수분이 빠져나간 공기는 중온 저습 공기로서 가열 챔버(15)로 이송되어 재사용된다.
한편, 이와 같은 일련의 과정을 수행함으로서, 제2챔버(22)에 포함된 흡착제(23)에서 수분을 완전히 탈착하고, 제1챔버(21)에 포함된 흡착제(23)에서 수분을 완전히 흡착하게 되면, 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제1밸브(1)와 제2밸브(2)의 개폐 조절을 통해 도 2의 좌측에 도시된 그림과 같이 제1챔버(21)와 제2챔버(22)의 역할이 바뀌게 된다.
구체적으로, 냉각 챔버(13)에 형성된 공기 유입공(11)을 통해 수분을 포함하는 공기가 냉각 챔버(13) 내부로 유입되면, 유입된 공기는 냉각되어 저온 고습의 공기로 전환된다. 저온 고습의 공기는 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제1밸브(1)의 개폐 조절을 통해 제2챔버(22)로 이송된다. 제2챔버(22)로 이송된 저온 고습의 공기에 포함된 수분은 제2챔버(22)에 포함된 흡착제(23)에 흡착된다. 흡착제(23)에 의해 수분이 빠져나간 저온 저습 공기의 일부는 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제2밸브(2)의 개폐 조절을 통해 응축부(30)의 냉각기(31)로 이송되고, 이로 인해 응축부(30)는 냉각되며, 이와 동시에 응축부(30)에 이송되었던 공기는 탈 수분 공기로서 대기 중 물 수확 생성장치의 외부로 배출되고, 다른 일부는 응축부(30)를 빠져나온 중온 저습 공기로서 가열 챔버(15)로 이송된다. 응축부(30)에서 가열 챔버(15)로 이송된 중온 저습 공기는 가열되어 고온 저습의 공기로 전환된다. 고온 저습의 공기는 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제1밸브(1)의 개폐 조절을 통해 제1챔버(21)로 이송된다. 고온 저습의 공기에 의해 제1챔버(21)에 포함된 흡착제(23)는 수분을 탈착하여 고온 저습의 공기는 고온 고습의 공기로 전환된다. 고온 고습의 공기는 제어부에서 분석한 정보를 바탕으로 제2밸브(2)의 개폐 조절을 통해 응축부(30)의 응축기(32)로 이송되고, 응축부(30)의 응축기(32)로 이송된 고온 고습의 공기는 응축기(32)의 양친매성 구조를 갖는 냉각된 수분 응축기판에 의해 수분이 응축되어 응축수를 생성하고, 생성된 응축수는 물 정제필터(41)를 통과한 후 저수부(40)로 이송시켜, 저수부(40)에서 응축수를 저장한다. 또한, 수분이 빠져나간 공기는 중온 저습 공기로서 가열 챔버(15)로 이송되어 재사용된다. 또한, 가열 챔버(14)로 이송되는 중온 저습 공기의 양이 부족할 때는 제2밸브(2)의 개폐 조절을 통해 저온 저습 공기 일부를 보충 받을 수 있다.
이처럼, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 펠티어 소자(14)의 작동으로 냉각 챔버(13)와 가열 챔버(15)의 기능을 그대로 유지하면서 대기 중 물 수확 생성장치 내부에서의 공기의 흐름만을 전환시킴으로서, 효율적일 뿐만 아니라 연속적으로 물을 수확할 수 있는 것이다. 달리 말하면, 제1챔버(21)에 포함된 흡착제(23)가 수분을 흡착하는 역할을 할 때에는 제2챔버(22)에 포함된 흡착제(23)가 수분을 탈착하는 역할을 하고, 제2챔버(22)에 포함된 흡착제(23)에서 수분을 완전히 탈착하고, 제1챔버(21)에 포함된 흡착제(23)에서 수분을 완전히 흡착하게 되면, 대기 중 물 수확 생성장치 내부에서의 공기의 흐름이 전환시켜, 제1챔버(21)에 포함된 흡착제(23)는 수분을 탈착하는 역할을 하고, 제2챔버(22)에 포함된 흡착제(23)는 수분을 흡착하는 역할을 함으로서, 앞서 설명한 것과 동일한 대기 중 물 수확 생성장치의 작동 메커니즘을 연속적으로 반복할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 제1챔버(21) 및 제2챔버(22)에 각각 포함된 흡착제(23)로서 나노포어구조를 갖는 금속 유기 골격체(MOF ; Metal-Organic Framework)를 사용하므로 외부에서 유입된 공기의 습도가 30~40% 이하를 갖는 사막 기후에서도 냉각 챔버(13)에서 차가워진 공기로부터 공기의 습도에 상관 없이 수분을 흡착할 수 있기 때문에 사막과 같은 건조한 기후에도 상관 없이 대기 중 물 수확 생성장치의 작동이 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 대기 중 물 수확 생성장치는 흡착/탈착부(20)의 제2챔버(22)에 포함된 흡착제(23)에서 수분을 완전히 탈착한 고온 고압의 공기를 응축부(30)의 냉각이 가능한 응축기(32)로 이송하므로 저온에서 수분을 응축시켜서 응축수를 생성하는데 있어서, 응축기(32)의 표면이 양친매성 구조를 갖고 냉각이 가능한 수분 응축기판을 나노포어 구조를 갖는 흡착제와 함께 병행해서 사용할 경우 사막과 같은 건조한 기후에도 상관 없이 대기 중 물 수확 생성장치의 작동이 더 가능하게 할 수 있다.
한편, 18℃의 온도 및 35% 습도의 공기를 가지는 장소에 도 1에 도시된 본 발명의 제1대기 중 물 수확 생성장치, 제2대기 중 물 수확 생성장치 및 제3대기 중 물 수확 생성장치를 각각 설치하고, 각각 3시간동안 작동시켜 물을 수확하였다. 제1대기 중 물 수확 생성장치, 제2대기 중 물 수확 생성장치 및 제3대기 중 물 수확 생성장치는 각각 동일하게 구성하되, 제1대기 중 물 수확 생성장치에는 2,312 ㎡/g의 BET 비표면적, 17 Å의 기공크기 및 3.1 ㎡/g의 기공부피의 나노포어 구조를 가지는 것을 흡착제로 사용하였고, 제2대기 중 물 수확 생성장치에는 1,248 ㎡/g의 BET 비표면적, 55 Å의 기공크기 및 7.3 ㎡/g의 기공부피의 나노포어 구조를 가지는 것을 흡착제로 사용하였으며, 제3대기 중 물 수확 생성장치에는 6,146 ㎡/g의 BET 비표면적, 1.9 Å의 기공크기 및 1.5 ㎡/g의 기공부피의 나노포어 구조를 가지는 것을 흡착제로 사용하였다.
제1대기 중 물 수확 생성장치, 제2대기 중 물 수확 생성장치 및 제3대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량을 확인한 결과, 제1대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량을 100%로 기준으로 할 때, 제2대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량은 86%, 제3대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량은 91%임을 확인할 수 있었다.
또한, 18℃의 온도 및 35% 습도의 공기를 가지는 장소에 도 1에 도시된 본 발명의 제4대기 중 물 수확 생성장치, 제5대기 중 물 수확 생성장치, 제6대기 중 물 수확 생성장치, 제7대기 중 물 수확 생성장치 및 제8대기 중 물 수확 생성장치를 각각 설치하고, 각각 3시간동안 작동시켜 물을 수확하였다.
제4대기 중 물 수확 생성장치, 제5대기 중 물 수확 생성장치, 제6대기 중 물 수확 생성장치, 제7대기 중 물 수확 생성장치 및 제8대기 중 물 수확 생성장치는 각각 동일하게 구성하되, 제4대기 중 물 수확 생성장치는 응축기에 소수성 일면에 친수성 입자를 포함하는 구조를 갖고, 소수성 표면 및 친수성 표면의 면적비가 1 : 0.31인 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함시켰고, 제5대기 중 물 수확 생성장치는 응축기에 소수성 일면에 친수성 입자를 포함하는 구조를 갖고, 소수성 표면 및 친수성 표면의 면적비가 1 : 0.43인 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함시켰으며, 제6대기 중 물 수확 생성장치는 응축기에 소수성 일면에 친수성 입자를 포함하는 구조를 갖고, 소수성 표면 및 친수성 표면의 면적비가 1 : 0.17인 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함시켰고, 제7대기 중 물 수확 생성장치는 응축기에 소수성 일면에 친수성 입자를 포함하는 구조를 갖고, 소수성 표면 및 친수성 표면의 면적비가 1 : 0.63인 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함시켰으며, 제8대기 중 물 수확 생성장치는 응축기에 소수성 일면에 친수성 입자를 포함하는 구조를 갖고, 소수성 표면 및 친수성 표면의 면적비가 1 : 0.03인 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함시켰다. 제4대기 중 물 수확 생성장치, 제5대기 중 물 수확 생성장치, 제6대기 중 물 수확 생성장치, 제7대기 중 물 수확 생성장치 및 제8대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량을 확인한 결과, 제4대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량을 100%로 기준으로 할 때, 제5대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량은 95%, 제6대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량은 93%, 제7대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량은 86%, 제8대기 중 물 수확 생성장치에서 생성된 물 수확량은 81%임을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. 공기 유입공이 형성되어 있어, 상기 공기 유입공을 통해 외부에서 내부로 수분을 포함하는 공기를 유입시키고, 공기 순환공이 형성되어 있어, 상기 공기 순환공을 통해 수분이 제거된 공기를 유입시키며, 유입된 공기를 냉각 또는 가열시키는 펠티어 소자 기반 냉각/가열부;
    상기 냉각/가열부와 연결되어, 냉각/가열부에서 냉각 또는 가열된 공기가 유입되고, 유입된 공기에 포함된 수분을 흡착 또는 탈착시키는 흡착/탈착부;
    상기 흡착/탈착부 및 냉각/가열부와 연결되어, 흡착/탈착부에서 공기가 유입되고, 유입된 공기에 포함된 수분은 응축시키며, 수분이 제거된 공기는 외부로 배출하거나 냉각/가열부로 이송시키는 응축부; 및
    상기 응축부와 연결되어, 응축부에서 응축된 응축수를 저장하는 저수부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각/가열부는 냉각 챔버(cold chamber), 펠티어 소자(peltier element) 및 가열 챔버(hot chamber)를 포함하고,
    상기 공기 유입공은 냉각 챔버에 형성되어 있어, 외부에서 수분을 포함하는 공기를 냉각 챔버 내부로 유입시키며,
    상기 공기 순환공은 가열 챔버에 형성되어 있어, 수분이 제거된 공기를 가열 챔버 내부로 유입시키고,
    상기 냉각 챔버는 펠티어 소자의 차가운 면과 맞닿아 있고, 상기 가열 챔버는 펠티어 소자의 뜨거운 면과 맞닿아 있으며,
    상기 냉각 챔버 및 가열 챔버는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡착/탈착부는 제1챔버 및 제2챔버를 포함하고,
    상기 제1챔버 및 제2챔버 각각은 내부에 복수 개의 흡착제를 포함하며,
    상기 제1챔버 및 제2챔버는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 응축부는
    흡착/탈착부에서 유입되는 공기를 냉각시키는 냉각기; 및
    흡착/탈착부에서 유입되는 공기에 포함된 수분을 응축시키는 응축기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각/가열부에서 흡착/탈착부로 공기가 이동하는 경로에 설치되어, 냉각/가열부에서 흡착/탈착부로 이동하는 공기의 흐름을 조절하는 제1밸브; 및
    상기 흡착/탈착부에서 응축부 또는 냉각/가열부로 공기가 이동하는 경로에 설치되어, 흡착/탈착부에서 응축부 또는 냉각/가열부로 이동하는 공기의 흐름을 조절하는 제2밸브;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1밸브, 제2밸브, 공기 유입공 및 공기 순환공에 연결되어, 제1밸브, 제2밸브, 공기 유입공 또는 공기 순환공을 통해 이동하는 공기의 흐름을 분석하는 제어부; 및
    상기 제어부에 연결되어, 제어부, 제1밸브, 제2밸브, 공기 유입공, 공기 순환공 또는 펠티어 소자에 전기를 공급하는 전기공급부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전기공급부는 스마트폰 충전용 보조 배터리 또는 휴대용 태양광 충전 배터리인 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 흡착제는 나노포어 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 나노포어 구조는 350 ~ 4,000 ㎡/g의 BET 비표면적, 5 ~ 50 Å의 기공크기 및 0.2 ~ 6.0 ㎡/g의 기공부피를 가지는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 흡착제는 금속 유기 골격체(MOF ; Metal-Organic Framework)를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속 유기 골격체는 MOF-801, MOF-803, MOF-805, MOF-841, MIL-101(Cr), MIL-101(Al), MIL-53(Al), UiO-66, Cr-soc-MOF-1, CAU-10-H, DUT-67 및 Co2Cl2(BTDD) 중에 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 응축기는 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판은 소수성 또는 초소수성 일면에 친수성 또는 초친수성 입자를 포함하는 구조 또는 소수성 또는 초소수성 일면에 친수성 또는 초친수성 패턴이 형성된 구조인 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 양친매성 구조를 갖는 수분 응축기판은 소수성 표면 및 친수성 표면의 면적비가 1 : 0.05 ~ 0.6인 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 대기 중 물 수확 생성장치는
    외부에서 내부로 유입되는 공기가 공기 유입공, 냉각 챔버, 제1밸브, 수분을 흡착하는 제1챔버, 제2밸브 및 냉각기로 순차적으로 이동한 후, 내부에서 외부로 배출되는 제1공기의 흐름과,
    응축부에서 생성된 수분이 제거된 공기가 공기 순환공, 가열 챔버, 제1밸브, 수분을 탈착하는 제2챔버, 제2밸브 및 응축기로 순차적으로 이동한 후, 응축기에서 응축된 응축수가 저수부에 저장되는 제2공기의 흐름을 포함하고,
    상기 제1공기의 흐름 및 제2공기의 흐름을 동시에 진행되어 연속적으로 물을 수확할 수 있는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 대기 중 물 수확 생성장치는
    상기 제1밸브에 의해서 제1챔버와 제2챔버의 역할이 전환되어, 제1챔버는 수분을 탈착하고 제2챔버는 수분을 흡착하며,
    이와 동시에 상기 제2밸브에 의해서 응축부와 가열 챔버로 이동하는 공기의 흐름이 조절되어, 연속적으로 물을 수확할 수 있는 것을 특징으로 하는 대기 중 물 수확 생성장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140061122A (ko) * 2012-11-13 2014-05-21 유길호 생활 용수 수집 장치
JP7033065B2 (ja) * 2016-08-04 2022-03-09 有限会社テル 飲料水の供給装置
KR20220032168A (ko) 2020-09-07 2022-03-15 주식회사 엠택코리아 대기 중 물 생산장치
KR20220049878A (ko) * 2020-10-15 2022-04-22 한국기계연구원 휴대용 물 포집장치

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3734293A (en) * 1970-03-04 1973-05-22 Air Prod & Chem Thermoelectric adsorber
US8506679B2 (en) * 2010-10-26 2013-08-13 Hamilton Sundstrand Space Systems International, Inc. Water recovery using thermally linked sorbent beds
US20120160098A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Hamilton Sundstrand Corporation Method and system for carbon dioxide removal
WO2018118377A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-28 Massachusetts Institute Of Technology Sorption-based atmospheric water harvesting device
US11602712B2 (en) * 2020-03-11 2023-03-14 Honeywell International Inc. Atmospheric water extraction system
US11638899B2 (en) * 2020-03-24 2023-05-02 The Johns Hopkins University Water harvesting device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140061122A (ko) * 2012-11-13 2014-05-21 유길호 생활 용수 수집 장치
JP7033065B2 (ja) * 2016-08-04 2022-03-09 有限会社テル 飲料水の供給装置
KR20220032168A (ko) 2020-09-07 2022-03-15 주식회사 엠택코리아 대기 중 물 생산장치
KR20220049878A (ko) * 2020-10-15 2022-04-22 한국기계연구원 휴대용 물 포집장치

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