KR101669791B1 - 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치 - Google Patents

인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치에 관한 것으로, 지선에 의하여 지상으로부터 세로로 지지되고, 서로 이격되어 설치된 제1 철탑(104) 및 제2 철탑(108); 상기 제1 철탑(104)에 일단이 결합되며, 이 일단으로부터 타측으로 일정거리 이격된 부분은 상기 제2 철탑(108)에 결합되며, 타단은 지상으로 연장되며, 상기 제1 철탑(104) 및 상기 제2 철탑(108) 사이를 연결한 부분에는 다수 개의 분사노즐(112)이 형성된 호스(110); 상기 호스(110)의 타단과 지상에 설치된 물탱크(116)에 연결되어 상기 호스(110)로 상기 물탱크(116)에 수용된 물을 공급하는 고압펌프(118); 및 상기 호스(110)의 분사노즐(112)이 형성된 제1 위치로부터 아래로 일정한 거리 이격된 제2 위치에 상단부가 설치되고, 하단부는 상기 제2 위치의 아래에 위치하는 제3 위치에 설치되어, 기류의 수평적 흐름을 방해하여 구름의 형성을 조성하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 구름형성공간으로 제공하는 망상의 제1 스크린(130); 및 상기 제1 스크린(130)의 상단부에서 전후 방향으로 분기되어 기류의 수직적 흐름을 방해하기 위한 망상의 제2 스크린(140);을 포함하고, 상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)에 의하여 습도가 높은 구름의 형태 또는 습도가 낮은 대기의 형태로 미세먼지를 수집하여 지상으로 하강하도록 구성된다.

Description

인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치{Apparatus for Producing Artificial Rain and Reducing Fine Particles}
본 발명은 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치에 관한 것으로, 특히 지상으로부터 일정한 높이에 설치된 망상의 스크린을 통하여 기류의 수평적 흐름을 방해하여 수증기의 응결을 이루어 구름이 생성되게 하고, 또한 망상의 스크린에 의하여 대기중의 미세먼지를 수집하여 망상의 스크린의 아래측 지상으로 하강하도록 하여 대기중의 미세먼지를 저감시킬 수 있는 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치에 관한 것이다.
인구증가와 경제의 발달은 자원의 수요가 증가하는 결과를 가져왔으며, 특히 인간의 생활에 있어 필수요소인 수자원은 산업의 발달과 실생활의 쓰임새의 다양화로 인해 그 수요가 급속히 증가하고 있는 추세이다.
하지만, 모로코, 리비아, 오만, 이집트 등의 나라와 함께 물부족국가로 분류되어있는 실정을 감안하면 우리나라도 시급히 해결해야할 사항이다.
또한, 우리나라는 연평균 강수량 중 많은 양이 여름철에 집중되고 있으며 강수의 지역적, 계절적 편차가 심하고, 하천 유역의 경사가 급하여 효율적인 수자원 확보가 쉽지 않은 실정이므로, 자연상태에서의 수자원공급을 증가시킬 수 있는 인공강우 기술이 효과적인 대안이 될 수 있다.
과학적인 인공강우의 연구를 미국의 GE사에서 시작한 이래 40년이 흘렀다. 지난 40년간은 많은 연구가 행해졌으며 거의 전 세계적으로 이 분야에 관심을 기울여왔다.
이에 따라 인공적으로 비를 형성하거나 강우량을 증가시키려는 시도는 계속되어 왔으며, 이러한, 인공강우는 구름에 인공적인 영향을 주어 비가 내리게 하는 방법 또는 그러한 비를 말하며, 인공강우는 구름 속에 씨를 뿌리므로 구름에의 씨뿌리기(cloud seeding)라고도 한다.
상기 인공강우는 1965년 미국 과학원에서 검토한 실험결과에 따르면 지형성 및 저기압성 강우계에 대해서는 씨뿌리기(cloud seeding)에 의해 10 ~ 20%의 강수량 증가를 기대할 수 있으나, 적운계의 구름에 대한 실험에서는 씨뿌리기(cloud seeding)가 유효하지 못하다는 결과를 증명했다.
또한, 대기에 형성된 구름에 인공강우를 실시하여 성공할 경우 이로 인해 다른 지역에 행해질 수 있는 강우(降雨)를 방지하여 다른 지역이 가뭄이 발생할 수도 있는 결과를 가져오는 문제점도 있다.
한편, 산업 발전 및 기술의 진보에 따라 대기중에 오염물질이 방출되어 대기가 심각하게 오염되고 있고, 특히 차량의 배기 가스, 공장의 굴뚝에서 발생하는 미세먼지는 인체에 유입되어 기관지염, 비염, 천식, 폐질환과 같은 질병을 유발하고 있는데, 미세먼지는 기구적 규모의 순환경로를 따라 대규모로 이동하면서 인간의 삶의 질을 악화시키고 있다. 이러한 미세먼지 문제를 해결하기 위한 문헌으로서, 등록특허 제10-1517906호 등이 개시되어 있는데, 비교적 소규모의 공간에 적용할 수 있을 뿐이고 큰 도시나 지역 전체의 분포하는 미세먼지를 제어하기에는 한계가 있다.
공개특허 제10-2007-66549호 (2007.06.27. 공개) 등록특허 제10-1517906호 (2014.12.30. 공개)
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구름이 형성되어 있을 때는 인공 강우율을 높이도록 하며, 구름이 형성되지 않았을 때에는 습도가 높은 구름이 형성될 수 있도록 하여 인공적으로 강우을 형성하도록 함은 물론 인공강우 지역을 국부적으로 한정할 수 있게 함으로써, 필요한 지역에 인공적 강우를 제공할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 망상의 스크린을 우산 형태로 설치하여 기류의 상승을 방해하여 스크린 부근에 기류를 가두어 기류에 포함된 미세먼지를 수집하여 대기중의 미세먼지를 저감시킬 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.
기타 본 발명의 다른 목적은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 상세한 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치는, 지선에 의하여 지상으로부터 세로로 지지되고, 서로 이격되어 설치된 제1 철탑(104) 및 제2 철탑(108); 상기 제1 철탑(104)에 일단이 결합되며, 이 일단으로부터 타측으로 일정거리 이격된 부분은 상기 제2 철탑(108)에 결합되며, 타단은 지상으로 연장되며, 상기 제1 철탑(104) 및 상기 제2 철탑(108) 사이를 연결한 부분에는 다수 개의 분사노즐(112)이 형성된 호스(110); 상기 호스(110)의 타단과 지상에 설치된 물탱크(116)에 연결되어 상기 호스(110)로 상기 물탱크(116)에 수용된 물을 공급하는 고압펌프(118); 및 상기 호스(110)의 분사노즐(112)이 형성된 제1 위치로부터 아래로 일정한 거리 이격된 제2 위치에 상단부가 설치되고, 하단부는 상기 제2 위치의 아래에 위치하는 제3 위치에 설치되어, 기류의 수평적 흐름을 방해하여 구름의 형성을 조성하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 구름형성공간으로 제공하는 망상의 제1 스크린(130); 및 상기 제1 스크린(130)의 상단부에서 전후 방향으로 분기된 아치 형상의 스크린으로서, 기류의 수직적 상승 흐름을 방해하기 위한 망상의 제2 스크린(140);을 포함하고, 상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)에 의하여 습도가 높은 구름의 형태 또는 습도가 낮은 대기의 형태로 미세먼지를 수집하여 지상으로 하강하도록 구성된다.
또한, 본 발명은 상기 제1 철탑(104) 또는 상기 제2 철탑(108) 중 어느 하나의 첨두부에 전망대(202)가 설치되고, 상기 전망대(202)의 끝단에 번지점프대(208)가 더 설치되고, 지상으로부터 상기 전망대(202) 및 상기 번지점프대(208)에 접근할 수 있는 승강장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)의 직하방의 지상에 설치되어, 상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)에 의하여 수집되어 지상으로 하강하는 미세먼지를 모으기 위한 공기 청정시스템을 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치에 의하면, 지상에서 일정한 높이에 설치된 망상의 스크린 및 그 위에 설치된 분사노즐로부터 안내 형태로 분사되는 물(응결핵)에 의하여 구름이 형성되어 강우를 내리게 하고, 기류에 포함된 미세먼지가 강우와 함께 또는 별개로 하강하여 대기중의 미세먼지를 저감시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치의 개략적 구성을 도시하는 개념도;
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치의 망상의 제1 스크린 및 제2 스크린의 설치 형태를 보여주기 위한 사시도; 및
도 3은 미세먼지의 제거를 위한 제1 스크린 및 제2 스크린에 의하여 기류가 움직이는 양상을 도시하는 측면도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치의 개략적 구성을 도시하는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치의 망상의 제1 스크린 및 제2 스크린의 설치 형태를 보여주기 위한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치는, 제1 철탑(104) 및 제2 철탑(108), 호스(110), 고압펌프(118), 제1 스크린(130), 및 제2 스크린(140)을 포함하여 구성된다.
상기 제1 철탑(104) 및 제2 철탑(108)은 지선(101)에 의하여 지상으로부터 세로로 지지되고, 서로 이격되어 설치된다. 철탑의 높이는, 산악 지대가 아닌 평지에 대하여, 250 내지 350M로 설치하고, 철탑을 지지하기 위한 지선(101)은 철탑의 구성 부재의 여러 곳에서 지상으로 강하게 체결하여 지지할 수 있다. 평지가 아닌 높은 산 위에 시공하는 경우, 철탑(104, 108)의 높이를 1/2로 낮게 설치할 수 있다.
제1 철탑(104)과 제2 철탑(108) 사이의 거리는 철탑(104)이 안정적으로 유지될 수 있는 4KM 이내로 구성한다.
상기 호스(110)는 상기 제1 철탑(104)에 일단이 결합되며, 이 일단으로부터 타측으로 일정거리 이격된 부분은 상기 제2 철탑(108)에 결합되며, 타단은 지상으로 연장되며, 상기 제1 철탑(104) 및 상기 제2 철탑(108) 사이를 연결한 부분에는 다수 개의 분사노즐(112)이 형성된다. 호스(110)의 분사노즐(112)을 통하여 분사되는 물은 응결핵으로 작용하여 구름을 형성할 수 있도록 하고, 분사노즐(112)은 물을 안개와 같이 미세한 입자로 분사될 수 있도록 하여 아래에 스크린에 의하여 정체된 기류를 응결시킬 수 있도록 한다.
상기 고압펌프(118)는 상기 호스(110)의 타단과 지상에 설치된 물탱크(116)에 연결되어 상기 호스(110)로 상기 물탱크(116)에 수용된 물을 공급한다. 분사노즐(112)이 다수개가 형성되어 고압펌프(118)에 의하여 응결핵이 공급되면 이 응결핵은 도 1에 도시된 바와 같이 호스(110)의 분사노즐(112)을 통하여 하부의 스크린(130)으로 분사되어질 수 있게 된다. 물탱크(116)에 저장된 물(응결핵)에는 물 이외에, 염화나트륨, 염화칼륨, 요소 등을 적절히 배합하여 사용할 수 있다.
인공강우의 핵심 원리는 바로 응결핵과 빙정핵 역할을 하는 구름씨를 뿌려 구름이 비를 쉽게 내리도록 돕는 것이다. 본 발명에서는 구름씨를 뿌리기 위해 헬륨이 충전된 벌룬, 열기구 등을 이용한 것이다.
구름은 아주 작은 물방울인 ‘구름입자’로 이뤄져 있으며, 이들은 아래로 잡아당기는 중력보다 위로 띄우는 부력이 더 크기 때문에 구름입자는 하늘에 떠 있을 수 있다. 구름입자가 땅으로 떨어지려면 중력이 부력보다 더 커야 한다.
보통 구름입자 100만 개 이상이 합쳐져 2mm의 빗방울이나 1~10cm의 눈송이가 되면 중력이 부력보다 커져 땅으로 떨어진다. 계산에 따르면 순수한 구름입자만으로 빗방울이나 눈송이가 되려면 습도가 400% 이상이어야 한다. 구름입자만으로 비가 내리기 힘들다는 말이다.
본 발명에서는 습도 400%가 아니라 100%만 돼도 비가 내릴 수 있게 한 것으로, 구름입자가 서로 뭉치는 데 도움을 주는 응결핵을 구름 속에 직접 분사하여 구름입자가 서로 빠르게 뭉칠 수 있게 한 것이며, 특히, 상기한 응결핵의 분사를 위해 전제되어야 할 조건은 구름의 형성이라는 점에 착안하여 1차적으로 구름을 형성하고, 이 구름에 응결핵을 분사할수 있게 한 것이다.
상기 제1 스크린(130)은 상기 호스(110)의 분사노즐(112)이 형성된 제1 위치로부터 아래로 일정한 거리 이격된 제2 위치에 상단부가 설치되고, 하단부는 상기 제2 위치의 아래에 위치하는 제3 위치에 설치되어, 기류의 수평적 흐름을 방해하여 구름의 형성을 조성하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 구름형성공간으로 제공하고, 미세한 통과공이 형성된 그물망의 형태로 구성된다. 제1 스크린(130)은 철탑(104, 108) 사이에 넓게 펼쳐진 상태로 설치되는데, 제2 위치와 제3 위치 사이를 각각 연결하는 상하단 로프에 스크린이 상하단이 설치되고, 어느 한쪽에 스크린이 말린 상태로 존재하다가 조정선을 잡아당기면 밀린 스크린이 풀리면서 철탑 사이에 펼쳐지도록 구성할 수 있다. 이러한 스크린의 롤링 및 풀림 동작은 자동 또는 수동으로 달성할 수 있다. 또한, 스크린의 롤링을 위하여 철탑에 도르레를 각각 설치할 수 있다.
따라서, 기류가 제1 스크린(130)을 향하여 불어오면 이 기류가 제1 스크린(130)에 의하여 수평 방향을 흐름을 방해받게 되고, 이때 공기 입자들의 충돌이 일어나 수증기가 응결하여 구름을 형성하게 된다. 기류의 수평적 흐름의 방해는 기류의 요동을 초래하게 되고 후술하는 단열팽창 이론에 따른 수증기의 응결 및 구름의 형성을 달성하게 된다. 또한, 기류가 제1 스크린(130)에 저지되어 비틀리면서 기압이 낮아지고 이에 따라 단열팽창하고, 기류의 단열팽창시 주위로부터 열을 받을 수 있다면 온도변화가 없지만, 열을 받을 수 없다면 팽창하면서 밖으로 해준 일만큼 공기에서 에너지가 없어지므로 온도가 내려가게 된다.
특히, 급하게 공기가 상승하는 저기압의 경우에 이 효과가 더 두드러져 공기의 온도가 이슬점 이하로 떨어진다. 그러면 공기 중에 포함되어 있던 수증기가 물로 바뀌면서 구름을 생성하는 원인이 되는 것이다.
본 발명에서는 상기한 바와 같이 공기가 상승하면서 단열팽창할 때 응결핵을 분사해 줌으로써, 수증기가 물로 바뀌고, 또한, 이 물이 더욱 빨리 뭉쳐질 수 있게 하는 것이다.
제1 스크린(130)의 바람직한 설치 높이는, 평지를 기준으로, 지상에서 200M 내지 250M이다.
상기 제2 스크린(140)은 상기 제1 스크린(130)의 상단부에서 전후 방향으로 분기되어 기류의 수직적 흐름을 방해하기 위한 구성요소로, 제1 스크린(130)과 같이 망상으로 구성된다. 제2 스크린의 설치는 철탑(104, 108)에 우산살 형태의 호상 부재(142)를 대칭적으로 설치하여, 이를 지지하여 철탑 사이에 펼쳐지도록 설치된다. 또한, 호상부재(142)를 안정적으로 유지시키기 위하여 지선(144)으로 지상에 고정하는 것도 바람직하다. 따라서, 상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)에 의하여 습도가 높은 구름의 형태 또는 습도가 낮은 대기의 형태로 미세먼지를 수집하여 지상으로 하강하도록 구성된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 제1 철탑(104) 또는 상기 제2 철탑(108) 중 어느 하나의 첨두부에 전망대(202)가 설치되고, 상기 전망대(202)의 끝단에 번지점프대(208)가 더 설치되고, 지상으로부터 상기 전망대(202) 및 상기 번지점프대(208)에 접근할 수 있는 승강장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)의 직하방의 지상에 설치되어, 상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)에 의하여 수집되어 지상으로 하강하는 미세먼지를 모으기 위한 공기 청정시스템(미도시)을 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 스크린은 세로로 넓게 펼쳐진 표면을 갖추고 있어, 이 면상에 광고를 게재할 수 있도록 하여, 상업적으로 이용할 수도 있을 것이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부된 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
104: 제1 철탑 108: 제2 철탑
110: 호스 112: 분사노즐
116: 물탱크 118: 고압펌프
130: 제1 스크린 140: 제2 스크린

Claims (3)

  1. 지선에 의하여 지상으로부터 세로로 지지되고, 서로 이격되어 설치된 제1 철탑(104) 및 제2 철탑(108);
    상기 제1 철탑(104)에 일단이 결합되며, 이 일단으로부터 타측으로 일정거리 이격된 부분은 상기 제2 철탑(108)에 결합되며, 타단은 지상으로 연장되며, 상기 제1 철탑(104) 및 상기 제2 철탑(108) 사이를 연결한 부분에는 다수 개의 분사노즐(112)이 형성된 호스(110);
    상기 호스(110)의 타단과 지상에 설치된 물탱크(116)에 연결되어 상기 호스(110)로 상기 물탱크(116)에 수용된 물을 공급하는 고압펌프(118);
    상기 호스(110)의 분사노즐(112)이 형성된 제1 위치로부터 아래로 일정한 거리 이격된 제2 위치에 상단부가 설치되고, 하단부는 상기 제2 위치의 아래에 위치하는 제3 위치에 설치되어, 기류의 수평적 흐름을 방해하여 구름의 형성을 조성하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 구름형성공간으로 제공하는 망상의 제1 스크린(130); 및
    상기 제1 스크린(130)의 상단부에서 전후 방향으로 분기된 아치 형상의 스크린으로서, 기류의 수직적 상승 흐름을 방해하기 위한 망상의 제2 스크린(140);
    을 포함하고,
    상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)에 의하여 습도가 높은 구름의 형태 또는 습도가 낮은 대기의 형태로 미세먼지를 수집하여 지상으로 하강하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 철탑(104) 또는 상기 제2 철탑(108) 중 어느 하나의 첨두부에 전망대(202)가 설치되고, 상기 전망대(202)의 끝단에 번지점프대(208)가 더 설치되고, 지상으로부터 상기 전망대(202) 및 상기 번지점프대(208)에 접근할 수 있는 승강장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)의 직하방의 지상에 설치되어, 상기 제1 스크린(130) 및 상기 제2 스크린(140)에 의하여 수집되어 지상으로 하강하는 미세먼지를 모으기 위한 공기청정시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공강우 생성 및 미세먼지 저감장치.
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