KR101632287B1 - 무동력 빗물 집수 장치 및 집수 장치를 이용한 이동식 간이 화장실 - Google Patents

Abstract

상부에 개구부가 형성되고, 내부에 물을 저장할 수 있는 집수 물탱크; 상기 집수 물탱크의 내부에 위치하며, 상기 집수 물탱크의 내부에 저장된 물의 수위에 대응하여 상하로 이동할 수 있는 부력 기구; 상기 개구부의 적어도 일부가 노출되도록 상기 집수 물탱크의 상부에 위치하며, 상기 집수 물탱크에 대해 설치 각도가 변화될 수 있도록 힌지 결합된 집수판; 상기 부력 기구의 상하 위치 변화에 대응하여 상기 집수판의 설치 각도가 연동되도록 상기 부력 기구와 상기 집수판을 연결하는 연결부; 를 포함하는 무동력 빗물 집수 장치 및 집수 장치를 이용한 이동식 간이 화장실에 관한 것이다.

Description

무동력 빗물 집수 장치 및 집수 장치를 이용한 이동식 간이 화장실 {Non-motorized rainwater catchment device and portable toilet}

상부에 개구부가 형성되고, 내부에 물을 저장할 수 있는 집수 물탱크; 상기 집수 물탱크의 내부에 위치하며, 상기 집수 물탱크의 내부에 저장된 물의 수위에 대응하여 상하로 이동할 수 있는 부력 기구; 상기 개구부의 적어도 일부가 노출되도록 상기 집수 물탱크의 상부에 위치하며, 상기 집수 물탱크에 대해 설치 각도가 변화될 수 있도록 힌지 결합된 집수판; 상기 부력 기구의 상하 위치 변화에 대응하여 상기 집수판의 설치 각도가 연동되도록 상기 부력 기구와 상기 집수판을 연결하는 연결부; 를 포함하는 무동력 빗물 집수 장치 및 집수 장치를 이용한 이동식 간이 화장실에 관한 것이다.

최근 OECD는 2050년이 되면 대한민국이 회원국 가운데 가장 물이 부족한 나라가 될 것이라는 전망을 하고 있으며, 서울 시민 한 명이 하루에 쓰는 물이 약 300리터에 달하는 등, 인간이 살아가는 데 가장 필요한 물을 절약하는 방법에 대한 논의가 대두되고 있다. 여러 대안 중에서 빗물을 활용하는 방안이 논의되고 있는데, 옥상에 떨어진 빗물을 통 등에 받아서 그대로 화장실 용수로 사용하는 방식이 빗물을 재활용하는 방법으로 제안되었다.

그러나, 기존의 빗물을 재활용하는 화장실은 단순히 지붕을 경사지게 하거나, 지붕 끝의 빗물받이를 통하여 빗물을 저장하는 방식이어서, 짧은 시간에 다량의 빗물을 모으는 데 효과적이지 못하여, 현실적으로 물부족 현상을 해결하는 데 크게 도움이 되지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같이 기존의 빗물을 재활용하는 화장실의 집수량이 적은 문제점을 해결하고자, 집수 물탱크, 부력 기구, 집수판, 연결부, 스프링, 배수구, 조절 장치 등을 포함하는 무동력 빗물 집수 장치를 제안한다.

집수 물탱크 위에 집수판을 설치하고 집수 물탱크의 수위에 따라서 부력 장치가 상하로 움직이며 그에 따라 집수판이 집수 물탱크의 개구부과 이루는 각도가 조절되어 빗물을 받는 집수면적을 최대한으로 넓힐 수 있다. 이 때, 집수 물탱크의 수위가 높은 경우 집수판은 평상시의 화장실 지붕과 같은 역할을 하지만, 수위가 낮은 경우 집수판이 날개를 펼치듯 펼쳐지며 빗물을 받을 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 무동력 빗물 집수 장치는, 집수 물탱크와 부력 기구, 집수판으로만 이루어져 단순히 빗물을 저장하는 저장고의 용도로 사용될 수도 있고, 배수구와 조절장치를 포함하여 수도관을 통해 수돗물 사용 장치로 제공할 수도 있다. 이 때, 수돗물 사용 장치는 일회용 간이 화장실의 물탱크, 좌변기, 소변기, 세면대 등 수돗물을 사용하는 일반적인 장치에 모두 적용될 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치는, 상부에 개구부가 형성되고, 내부에 물을 저장할 수 있는 집수 물탱크; 상기 집수 물탱크의 내부에 위치하며, 상기 집수 물탱크의 내부에 저장된 물의 수위에 대응하여 상하로 이동할 수 있는 부력 기구; 상기 개구부의 적어도 일부가 노출되도록 상기 집수 물탱크의 상부에 위치하며, 상기 집수 물탱크에 대해 설치 각도가 변화될 수 있도록 힌지 결합된 집수판; 및 상기 부력 기구의 상하 위치 변화에 대응하여 상기 집수판의 설치 각도가 연동되도록 상기 부력 기구와 상기 집수판을 연결하는 연결부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치는, 상기 집수판이 상기 집수 물탱크에 힌지 결합되는 힌지점을 기준으로 하여, 일측이 상기 연결부를 통해 상기 부력 기구와 연결되고, 타측이 상기 집수 물탱크의 바깥쪽으로 뻗어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치는, 상기 집수 물탱크와 상기 부력 기구를 연결하는 부재가 스프링인 것을 특징으로 하며, 상기 스프링은 특히 인장 스프링으로 구성될 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치는, 상기 집수 물탱크의 하면에 위치하여, 상기 집수 물탱크에 모인 물을 수도관을 통해 수돗물 사용 장치로 제공하는 배수구; 및 상기 수도관에 위치하여 상기 배수구의 배수량을 조절하는 조절 장치; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 수돗물 사용 장치는, 이동식 화장실인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치는, 상기 집수 물탱크가 외부 상수도관과 연결되어 선택적으로 상기 외부 상수도관으로부터 수돗물을 공급받을 수 있는 것을 특징으로 하며, 상기 집수판은 수평면을 기준으로 경사진 방향이 바뀔 수 있도록 설치 각도가 변동되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치를 이용한 이동식 간이 화장실은, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 무동력 빗물 집수 장치; 및 상기 집수 물탱크에 모인 빗물을 공급받는, 좌변기, 소변기, 세면대 중 적어도 어느 하나를 포함하는 화장실 설비; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

종래의 이동식 간이 화장실 상단에 빗물저장고를 설치하는 경우와 대비하여, 본 발명의 집수판을 이용하는 무동력 빗물 집수 장치는 기존의 화장실 지붕넓이 대비 최대 3~5배 가량 넓힐 수 있다. 또한, 집수 물탱크에 저장된 물과 그 물 위에 부력을 이용하여 떠 있는 부력 기구의 자연적인 힘(부력)에 의하여 집수판을 움직이게 되므로, 집수판을 움직이게 하는 별도의 동력 장치 없이도 집수판의 집수 면적을 최대로 조절할 수 있다.

특히, 빗물에는 여러 오염물질이 포함될 수 있지만 집수 장치에 모인 빗물을 이동식 화장실의 좌변기 또는 소변기의 물탱크 등에 이용하여, 별도의 여과기 설치가 없이도 무동력 빗물 집수 장치만을 이용하여 물 절약에 크게 도움이 될 수 있는 장점이 있다.

또한, 수돗물의 정수에 이용되는 원자력, 화력 등의 에너지 소모에 비하여, 자연적으로 내리는 빗물을 이용하여 실생활에 적용될 수 있는 무동력 빗물 집수 장치를 제공함으로써, 친환경 스마트 간이화장실의 제작에도 큰 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치를 나타내는 측면도이다.
도 3, 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치의 동작을 나타내는 예시도이다.
도 5, 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치를 포함하는 이동식 간이 화장실의 동작에 대해 나타나는 예시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '무동력 빗물 집수 장치'를 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.

도 1, 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치를 나타내는 사시도 및 측면도이다.

도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 무동력 빗물 집수 장치는, 상부에 개구부가 형성되고, 내부에 물을 저장할 수 있는 집수 물탱크(100), 상기 집수 물탱크의 내부에 위치하며, 상기 집수 물탱크의 내부에 저장된 물의 수위에 대응하여 상하로 이동할 수 있는 부력 기구(110), 상기 개구부의 적어도 일부가 노출되도록 상기 집수 물탱크의 상부에 위치하며, 상기 집수 물탱크에 대해 설치 각도가 변화될 수 있도록 힌지 결합된 집수판(120), 상기 부력 기구의 상하 위치 변화에 대응하여 상기 집수판의 설치 각도가 연동되도록 상기 부력 기구와 상기 집수판을 연결하는 연결부(130)를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 무동력 빗물 집수 장치는, 상기 집수 물탱크의 하면과 상기 부력 기구의 하측을 연결하며, 상기 집수판의 개구부와의 각도를 조절할 때 집수판을 지탱하는 스프링(140), 상기 집수 물탱크의 하면에 위치하여, 상기 집수 물탱크에 모인 물을 수도관을 통해 수돗물 사용 장치로 제공하는 배수구(150), 상기 수도관에 위치하여 상기 배수구의 배수량을 조절하는 조절 장치(160)를 더 포함할 수 있다.

먼저, 집수 물탱크(100)는 상부에 개구부(105)가 형성되고, 내부에 물을 저장할 수 있다. 집수 물탱크의 형태는 도면에 나온 것과 같이 육면체 모양이 될 수도 있고, 원통 모양이 될 수도 있으며, 일반적으로 사용되는 물을 담을 수 있는 저장고의 모든 형태에 적용될 수 있다.

집수 물탱크는 집수판을 통해 빗물을 저장하게 되는 단순한 저장고의 기능을 할 수 있다. 또한, 집수 물탱크의 하면(101)에 위치하며 집수 물탱크에 모인 물을 수도관을 통해 수돗물 사용 장치로 제공하는 배수구(150) 및 배수구에 연결된 수도관(151), 배수구의 배수량을 조절하는 조절 장치(160)를 추가하여, 무동력 빗물 집수 장치에 모인 물을 효과적으로 사용할 수 있다.

부력 기구(110)는 집수 물탱크의 내부에 위치하며, 집수 물탱크의 내부에 저장된 물위에 떠 있을 수 있다. 부력 기구는 그 형상이 구, 육면체, 원통 등의 이용될 수 있는 모든 형태에 물보다 비중이 가벼운 물질(ex; 공기, 질소, 헬륨, 기름 등)을 채워넣은 기구이거나, 부력 기구 자체가 물보다 비중이 가벼운 물질(ex; 플라스틱, 스티로폼 등)로 이루어져 본 발명의 무동력 빗물 집수 장치에 이용될 수 있다.

집수판(120)은 상기 개구부의 적어도 일부가 노출되도록 상기 집수 물탱크의 상부에 위치하며, 상기 집수 물탱크에 대해 설치 각도가 변화될 수 있도록 힌지 결합되어 형성된다. 이 때, 집수판은 집수 물탱크의 수위에 따른 부력 기구의 높이 변화에 따라 수평면을 기준으로 경사진 방향이 바뀔 수 있도록 개구부(105)와 이루는 설치 각도(θ,106)가 조절되어 빗물의 집수면적을 조절하게 된다. 집수면적을 조절하는 구체적인 상세한 내용은 후술하는 도 3, 4에서 설명하도록 한다.

집수판은 집수 물탱크의 측면(102) 상부에서 힌지점(121)을 통해 연결되며, 집수판의 일측은 집수 물탱크 안쪽으로 뻗어나와 연결부를 통해 부력 기구와 연결되며, 집수판의 타측은 집수 물탱크 바깥쪽으로 뻗어나와 빗물을 최대한 많은 양을 받을 수 있도록 한다. 종래의 빗물을 받을 수 있는 장치가 개구부(105)만큼 집수 면적을 갖추고 있는 반면, 본 발명은 집수판(120)을 추가적으로 갖추어 개구부와 집수판의 면적만큼 더한 집수 면적을 통하여 빗물을 효과적으로 모을 수 있게 된다.

힌지점(121)은 집수판이 상하로 움직일 때 가장 적절하게 움직일 수 있도록, 집수판의 무게중심을 이용하여 지정하고, 집수 물탱크 안쪽으로 잘 기울여지도록 설계하는 것이 바람직하다.

이 때, 집수판의 형태는 본 발명의 도면에 나타난 바와 같이 정사각형 또는 직사각형으로 이루어질 수 있으며, 삼각형, 사다리꼴, 부채꼴, 원형, 반원형 등 통상의 기술자가 변경할 수 있는 범위 안에서 가능한 모든 형태를 적용할 수 있다.

연결부(130)는 부력 기구의 상하 위치 변화에 대응하여 상기 집수판의 설치 각도가 연동되도록 상기 부력 기구와 상기 집수판을 연결시켜 준다.

스프링(140)은 집수 물탱크의 하면(101)과 부력 기구(110)의 하측을 연결하며, 집수판의 개구부와의 각도를 조절할 때 집수판을 지탱한다. 스프링이 없이 부력 장치와 집수판만으로 집수를 하게 되면, 집수판이 상하로 움직일 때 고정이 되지 않아 집수판이 떨어질 위험이 존재하게 된다.

또한, 집수판을 위로 끌어올릴 때(개구부와 이루는 각도가 0이상일 때), 부력 장치 자체의 무게만으로는 집수판을 안정적으로 끌어올릴 수 없으므로, 집수 물탱크의 하면과 부력 기구 사이에 스프링을 설치하여 스프링의 탄성력을 더하여 힘을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 스프링의 부재는 인장 스프링으로 이루어진 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 무동력 빗물 집수 장치는, 집수 물탱크의 하면에 위치하여 상기 집수 물탱크에 모인 빗물을 수도관을 통해 수돗물 사용 장치로 제공하는 배수구(150) 및 수도관에 위치하여 상기 배수구의 배수량을 조절하는 조절 장치(160)를 통하여 집수 물탱크에 모인 물을 사용할 수 있다. 수돗물 사용 장치는, 상기 집수 물탱크에 모인 물을 사용할 수 있는 모든 사용 설비 및 장치를 포함하며, 이하 수돗물 사용 장치로 통칭하도록 한다.

이 때, 집수 물탱크에 모인 물은 빗물만을 사용할 수도 있으며, 외부 상수도관과 연결되어 선택적으로 상기 외부 상수도관으로부터 수돗물을 공급하기 위하여 외부 상수도관(170)과 연결하여 빗물을 보조적으로 사용하고, 비가 오지 않는 갈수기에도 물을 안정적으로 공급할 수도 있다.

또한, 상술한 부력 기구, 집수판, 연결부, 스프링, 배수구, 조절 장치, 외부 상수도관 등은 통상의 기술자가 변경할 수 있는 범위 안에서 1개 또는 필요에 따라 복수 개의 구성요소를 이용하여 본 발명의 무동력 빗물 집수 장치를 구현할 수 있다.

도 3, 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치의 동작을 나타내는 예시도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 집수 물탱크(100)에 저장된 물이 사용으로 인해 소진되고, 그 수위가 내려가게 되면 부력 기구(110)도 그에 따라 함께 내려가게 된다. 부력기구(110)가 내려가게 되면 연결부(121)와 연결된 집수판의 일측(122)이 함께 내려가며, 지렛대의 원리에 의해 힌지점(121)을 중심으로 집수판의 타측(123)은 올라가게 된다. 물이 다시 차오르면, 수위가 올라감에 따라 부력 기구도 함께 올라가며, 집수판의 기울기도 낮아지게 된다.

또한, 도 3의 각도(θ1)와, 도4의 각도(θ2)를 비교해 보면, 제2 각도(θ2)가 개구부와 이루는 각이 더 작으며, 따라서 빗물을 받을 수 있는 집수 면적이 더 증가하게 된다. 예를 들어, 제1 각도(θ1)가 60도, 제2 각도(θ2)가 30도일 때, 집수판의 면적을 2라고 하면, 제1 각도를 이룰 때 집수판은 2cos60° = 1 만큼의 집수 면적을 가지게 되고(빗물은 수직하여 떨어진다고 가정한다), 제2 각도를 이룰 때 집수판은 2cos30°= √3 만큼의 집수 면적을 가지게 된다. 따라서, 제2 각도의 집수면적은 제1 각도의 집수 면적에 비해 약 1.7배가 더 넓어지게 되며, 부력 기구의 위치에 따라서 집수판의 집수 면적이 조절 가능하게 된다.

도 5, 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무동력 빗물 집수 장치를 포함하는 이동식 간이 화장실의 동작에 대해 나타나는 예시도이다.

상술한 무동력 빗물 집수 장치는, 집수 물탱크에 모인 빗물을 공급받는, 좌변기, 소변기, 세면대 중 적어도 어느 하나를 포함하는 화장실 설비와 결합되어 무동력 빗물 집수 장치를 이용한 이동식 간이 화장실을 구성할 수 있다.

집수 물탱크에 저장된 물은, 배수구를 통해서 화장실 설비에 제공될 수 있다. 이 때, 조절 장치(160)을 통하여 배수량을 조절할 수 있으며, 세면대 수도관(181)을 통하는 물은 세면대(183)로, 변기 수도관(182)을 통하는 물은 좌변기 또는 소변기(184)로 제공될 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 집수 물탱크
101: 집수 물탱크 하면
102: 집수 물탱크 측면
105: 개구부
106: 개구부와 집수판이 이루는 설치 각도
110: 부력 기구
120: 집수판
121: 힌지점
122, 123: 집수판의 일측과 타측
130: 연결부
140: 스프링
150: 배수구
151: 수도관
160: 조절 장치
170: 외부 상수도관
181: 세면대 수도관
182: 변기 수도관
183: 세면대
184: 좌변기, 소변기

Claims (9)

1. 상부에 개구부가 형성되고, 내부에 물을 저장할 수 있는 집수 물탱크;
   상기 집수 물탱크의 내부에 위치하며, 상기 집수 물탱크의 내부에 저장된 물의 수위에 대응하여 상하로 이동할 수 있는 부력 기구;
   상기 개구부의 적어도 일부가 노출되도록 상기 집수 물탱크의 상부에 위치하며, 상기 집수 물탱크에 대해 설치 각도가 변화될 수 있도록 상기 집수 물탱크의 상부 가장자리와 힌지 결합되어 빗물을 직접 집수하는 집수판; 및
   상기 부력 기구의 상하 위치 변화에 대응하여 상기 집수판의 설치 각도가 연동되도록 상기 부력 기구와 상기 집수판을 연결하는 연결부;
   를 포함하는 무동력 빗물 집수 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 집수판은,
   상기 집수 물탱크에 힌지 결합되는 힌지점을 기준으로 하여, 일측이 상기 연결부를 통해 상기 부력 기구와 연결되고, 타측이 상기 집수 물탱크의 바깥쪽으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 무동력 빗물 집수 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 집수 물탱크와 상기 부력 기구를 연결하는 부재가 스프링인 것을 특징으로 하는 무동력 빗물 집수 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 스프링은,
   인장 스프링인 것을 특징으로 하는 무동력 빗물 집수 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 집수 물탱크의 하면에 위치하여, 상기 집수 물탱크에 모인 물을 수도관을 통해 수돗물 사용 장치로 제공하는 배수구; 및
   상기 수도관에 위치하여 상기 배수구의 배수량을 조절하는 조절 장치;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 빗물 집수 장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 수돗물 사용 장치는,
   이동식 화장실인 것을 특징으로 하는 무동력 빗물 집수 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 집수 물탱크는,
   외부 상수도관과 연결되어 선택적으로 상기 외부 상수도관으로부터 수돗물을 공급받을 수 있는 것을 특징으로 하는 무동력 빗물 집수 장치.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 집수판은,
   수평면을 기준으로 경사진 방향이 바뀔 수 있도록 설치 각도가 변동되는 것을 특징으로 하는 무동력 빗물 집수 장치.
   
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 무동력 빗물 집수 장치; 및
   상기 집수 물탱크에 모인 빗물을 공급받는, 좌변기, 소변기, 세면대 중 적어도 어느 하나를 포함하는 화장실 설비;
   를 포함하는 무동력 빗물 집수 장치를 이용한 이동식 간이 화장실.
   

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