KR101927603B1 - 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 산지와 농지가 인접하여 있는 소규모 농촌마을로 이루어진 우리나라의 농촌환경에 적합하면서도 적은 설치비용 및 유지비용으로 운영할 수 있는 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템을 제공하기 위한 것으로, 빗물이 모이는 집수정 주변 산 사면(斜面)에 마련된 복수의 빗물 집수판과, 상기 빗물 집수판에 의해 모아진 상기 집수정의 빗물을 공급받아 정수처리를 하는 빗물 처리조와, 상기 빗물 처리조에서 정수처리된 빗물을 공급받아 저장하고, 저장된 빗물을 용수로 공급하는 빗물 저장탱크를 포함하되, 상기 빗물 저장탱크는 산중턱의 지하에 산 아래쪽으로 경사하여 매설된 것을 특징으로 한다.

Description

자연유하식 산지 빗물 집수 시스템{Natural Flow-Type Raining Water Collecting System}
본 발명은 산지 빗물 집수 시스템으로서, 구체적으로는 무동력으로 우기에 산지(山地)의 빗물(雨水)을 집수하여 저장한 후, 필요 및 용도에 따라 농업용수 등으로 공급할 수 있는 자연유하식(自然流下式) 산지 빗물 집수 시스템에 관한 것이다.
최근 우리나라의 기후 특성을 살펴보면, 기후 변화에 따라 국지적인 게릴라성 폭우 현상이 증가하고 있으며, 이러한 국지적 게릴라성 폭우는 일시에 비가 쏟아져 내리기 때문에 빗물이 지하로 침투하지 못하고 일시에 하천으로 유입되기 때문에 한편으로는 홍수의 위험에 처하면서도 다른 한편으로는 물부족을 겪는 불균형을 초래하고 있다.
특히, 산악지역이 많은 우리나라 지형의 특성상, 산지에 쏟아지는 국지적 게릴라성 폭우는 산을 타고 내려오는 동안 위치에너지가 운동에너지로 바뀌어 산사태나 토석류 등의 산지재해를 야기하고, 또한 비점오염원으로 작용하여 하천의 수질오염을 초래한다.
따라서, 산 중턱에서 빗물을 집수하여 이를 필요시 용수로 사용할 수 있는 활용방안이 필요한데, 한국등록특허 제977,173호(이하, "특허문헌 1"이라 함.)에서는, 산지에서 빗물을 모으기 위한 공간을 확보하는 방안으로 터널형 공간을 만들거나 종래에 산중에 형성된 공간을 이용하여 빗물 저장조로 활용하고 집수 저장된 빗물을 다목적으로 사용할 수 있는 구조를 갖는 산에 설치되는 다목적 빗물관리시스템에 관하여 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1의 '다목적 빗물관리시스템'은, 빗물을 집수 저장하는 빗물 저장조 뿐만 아니라 빗물 저장조 내의 수위 및 수온을 감시/조절하는 원격 모니터링 센서, 상기 빗물 저장조 내에 저장된 빗물을 배출하기 위한 펌프 장치, 외부 중앙 관제 센터, 및 원격 송수신장치를 구비하는 것으로, 대규모 시설투자 및 비용이 요구된다는 점에서 산지와 농지가 인접하여 있는 소규모 농촌마을로 이루어진 우리나라의 농촌환경에는 적합하지 않다는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 한국등록특허 제977,173호 공보
본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점을 감안한 것으로, 산지와 농지가 인접하여 있는 소규모 농촌마을로 이루어진 우리나라의 농촌환경에 적합하면서도 적은 설치비용 및 유지비용으로 운영할 수 있는 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템은, 계곡수가 흐르는 집수정 주변 산 사면(斜面)에 마련된 복수의 빗물 집수판과, 상기 빗물 집수판에 의해 모아진 상기 집수정의 빗물을 공급받아 정수처리를 하는 빗물 처리조와, 상기 빗물 처리조에서 정수처리된 빗물을 공급받아 저장하고, 저장된 빗물을 용수로 공급하는 빗물 저장탱크를 포함하되, 상기 빗물 저장탱크는 산중턱의 지하에 산 아래쪽으로 경사하여 매설된 것을 특징으로 한다.
또한, 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템의 상기 빗물 집수판은, 판상의 본체와, 상기 본체의 상면에서 아래로 오목하게 형성된 복수의 팽이형 오목부와, 4개의 상기 팽이형 오목부가 서로 접하는 중앙부에 상기 본체를 관통하는 복수의 관통구멍을 포함하되, 상기 본체의 하면은 상기 복수의 팽이형 오목부에 의하여 요철구조로 형성되어 있는 것 것을 특징으로 한다.
또한, 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템의 상기 빗물 처리조는, 상기 집수정에서 유입된 빗물이 일시 저수되는 저수조와, 상기 저수조와 격막으로 분리되며 상기 저수조에서 이동한 빗물이 정수 처리되는 정수부를 포함하며, 상기 저수조와 정수부 사이의 격막에는 거름망이 구비한 관통구멍의 거름부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템의 상기 빗물 처리조는, 상기 저수조의 중앙부에 마련되며, 상기 저수조의 바닥에 마련되는 기단부와, 상기 기단부에 대해 회전 가능한 축부와, 상기 축부의 상측에 마련된 복수의 날개부를 포함하는 수차를 더 포함하고, 상기 저수조는, 상면이 개구되고 저수공간을 가지는 통형상으로, 상단 테두리의 일부를 절개하여 상기 집수정에서 유입되는 빗물의 입구가 형성되며, 상기 빗물의 입구로부터 수평으로 일정 간격으로 떨어진 상단 테두리의 다른 위치에에 상기 저수조의 여유수가 흘러나가는 빗물의 출구가 형성되되, 상기 빗물의 입구의 하단보다 상기 빗물의 출구의 하단이 더 낮게 형성되며. 상기 수차의 날개부는, 판 형상의 날개와, 상기 날개와 축부를 수평으로 연결하는 샤프트 부재로 이루어지되, 상기 날개부의 날개의 상단은 상기 저수조의 상단 테두리보다 낮으며, 상기 날개의 하단은 상기 거름부의 상단보다 낮고 하단보다 높은 위치로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템의 상기 정수부는, 상기 저수조에서 상기 거름부를 거쳐 유입된 빗물이 일시 머무르는 유입 공동부와, 상기 유입 공동부의 하측에서 유입된 빗물에 포함된 부유물질이나 유기물질을 걸러내는 필터부와, 상기 필터부의 하측에 마련되며 상기 필터부에서 정수 처리된 빗물이 상기 빗물 저장태로로 배출되기 전에 일시 머무르는 유출 공동를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템의 상기 빗물 저장탱크는, 속이 비어 있는 탱크 본체부와, 상기 탱크 본체부의 상면에서 상측으로 돌출되고 지면으로 개구된 상면이 노출되는 맨홀부를 포함하며, 상기 탱크 본체부의 일측 상단 모서리에 상기 빗물 처리조로부터 유입되는 빗물의 입구가 형성되며, 상기 탱크 본체부의 타측 최하단 모서리에 상기 탱크 본체부 내의 침전물을 포함하는 빗물을 배출하는 퇴수 배출구가 형성되고, 상기 퇴수 배출구의 상측에 상기 탱크 본체부 내에 저장된 빗물을 용수로 공급하는 용수 배출구가 형성되되, 상기 퇴수 배출구에는 개폐가 가능한 마개부가 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템의 상기 마개부의 상단은 상기 퇴수 배출구의 상단에 대해 수직방향으로 회전가능하게 결합되어 있으며. 상기 탱크 본체부의 내에는. 상기 맨홀부 연직 아래쪽에 위치하는 볼을 포함하는 플로팅부와, 상기 플로팅부의 상하방향의 이동에 의하여 상기 마개부를 개폐하는 마개 개폐부와, 상기 플로팅부의 상하이동에 의한 동력을 마개 개폐부를 포함하되, 상기 탱크 본체부의 내에 저장되는 빗물의 수위에 따라 상기 볼이 상하방향으로 이동하면서 상기 플로팅부가 상하방향으로 이동하며, 상기 탱크 본체부의 내에 저장되는 빗물의 수위가 만수위일 때, 상기 볼이 상기 맨홀부의 개구를 밀폐하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 산지 빗물 집수 시스템을 자연유하식으로 구성하여, 산지와 농지가 인접하여 있는 소규모 농촌마을로 이루어진 우리나라의 농촌환경에 적합하면서도 적은 설치비용 및 유지비용으로 운영할 수 있으며, 우기시 산지에 내리는 빗물을 효율적으로 저장하여 깨끗하고 신선한 빗물을 농지 등에 용수로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템(이하, "집수 시스템"이라 함.)을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 집수 시스템의 빗물 저장탱크가 산등성이의 지하에 매설된 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 집수 시스템의 빗물 집수판을 나타낸 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 측단면도.
도 4는 본 발명의 집수 시스템의 빗물 처리조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 집수 시스템의 빗물 저장탱크를 나타낸 도면.
본 발명의 구체적인 실시예에 대하여, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 이하에서 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 집수 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 집수 시스템의 빗물 저장탱크가 산등성이의 지하에 매설된 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 집수 시스템의 빗물 집수판을 나타낸 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 측단면도이며, 도 4는 본 발명의 집수 시스템의 빗물 처리조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 집수 시스템의 빗물 저장탱크를 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명의 집수 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 빗물이 모이는 집수정(集水井) 주위의 산사면(山斜面)에 마련된 복수의 빗물 집수판(100)과, 상기 빗물 집수판(100)에 의해 모아진 집수정(集水井)의 빗물을 공급받아 정수처리를 하는 빗물 처리조(200)와, 상기 빗물 처리조(200)에서 정수처리된 빗물을 저장하고 용수(用水)로 공급하는 빗물 저장탱크(300)를 포함한다.
일반적으로 산지(山地)를 흐르는 물은 산의 사면(斜面)을 따라 계곡으로 모여 흐르고, 계곡을 흐르는 물은 계곡 중간 중간의 평탄한 지역에서 물웅덩이를 형성하며, 이러한 물웅덩이는 계곡을 흐르는 물을 일시 저장하거나 정체시켜 물의 흐름을 조절하게 된다.
따라서, 본 발명의 집수 시스템에 있어서, 상기 집수정(S)으로 산지 계곡에 자연적으로 형성된 상기 물웅덩이가 바람직하게 이용될 수 있다.
이러한 상기 집수정(S)으로 모이는 물은 평시에는 산이 가지는 자체의 정화 기능에 의하여 맑은 물이 모이며, 상기 집수정(S)의 물은 다시 계곡(F)을 따라 흐르게 된다.
그러나 우기에, 특히 국지성 집중 호우의 경우, 집중 호우에 의하여 산 사면의 토양을 침식시켜 흙을 포함하는 탁수(濁水)가 상기 집수정(S)으로 모이게 되고, 이러한 탁수가 계곡(F)을 따라 흘러내리면서 점점 불어나 계곡(F)의 하류에서 산지재해를 야기하거나 비점오염원으로 작용하여 하천의 수질오염을 초래하게 된다.
따라서, 본 발명의 집수 시스템에서는, 상기 집수정(S) 주변의 산 사면에 복수의 빗물 집수판(100)을 포설(鋪設)하고 있다.
상기 빗물 집수판(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 판상의 본체 상면에서 아래로 오목하게 형성된 복수의 팽이형 오목부(110)가 가로 및 세로 방향으로 나열하여 형성되며, 가로 및 세로로 서로 인접하는 4개의 상기 팽이형 오목부(110)가 서로 접하는 중앙부에 상기 빗물 집수판(100)을 고정하기 위한 복수의 관통구멍(120)이 형성되어 있다.
상기 팽이형 오목부(110)는, 판상의 본체의 상면에서 아래로 타원형으로 오목하게 형성된 것으로, 상기 빗물 집수판(100) 전체의 측면에서 보았을 때 상기 팽이형 오목부(110)는 판상의 본체로부터 아래로 볼록하게 튀어나온 형상이다.
또한, 반드시 한정되는 것은 아니지만, 상기 빗물 집수판(100)의 운반 및 포설작업 등을 고려했을 때, 상기 빗물 집수판(100)의 본체는 1,200㎜ X 1,200㎜의 사각 판상이 바람직하며, 이때 상기 팽이형 오목부(110)의 상면 지름은 60~80㎜, 상하폭은 25~30㎜ 정도가 바람직하다.
또한, 상기 팽이형 오목부(110)와 팽이형 오목부(110) 사이의 간격은 30~40㎜ 정도가 바람직하며, 이때 상기 관통구멍(120)의 크기는 지름 40㎜ 정도의 원형구멍으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 관통구멍(120)은, 가로 및 세로로 서로 인접하는 4개의 상기 팽이형 오목부(110)가 서로 접하는 중앙부마다 형성할 수도 있고, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 4개의 상기 팽이형 오목부(110)가 서로 접하는 중앙부를 한 칸씩 건너거나 또는 두 칸씩 건너 형성할 수도 있다.
다만, 후술하는 바와 같이, 상기 관통구멍(120)을 통해 상기 빗물 집수판(100)를 지면에 고정하고, 시간이 지난 후 상기 관통구멍(120)들이 자란다는 점에서 상기 관통구멍(120)의 수는 많을수록 바람직하나, 상기 관통구멍(120)의 수가 많아지면 상기 빗물 집수판(100) 전체의 인장강도가 약해진다는 점을 고려했을 때, 4개의 상기 팽이형 오목부(110)가 서로 접하는 중앙부를 한 칸씩 건너 형성하는 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 빗물 집수판(100)은, 상기한 바와 같이, 팽이형 오목부(110)가 판상의 본체에서 아래로 볼록하게 튀어 나와 있기 때문에, 상기 빗물 집수판(100)의 하면은 요철(凹凸)구조를 갖게 된다.
이와 같은 상기 빗물 집수판(100)의 하면이 요철구조로 이루어져 있기 때문에, 상기 빗물 집수판(100)의 포설 후 요철구조 사이로 흙 등이 개재되면서 상기 빗물 집수판(100)과 지면 사이에 밀착도(고정력)가 높아지게 된다.
따라서 우기에 빗물에 의하여 상기 빗물 집수판(100)이 산 사면을 따라 미끄러져 내리는 등 고정된 위치로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 빗물 집수판(100)의 포설은, 복수의 상기 빗물 집수판(100)을 상기 집수정(S) 주변의 산 사면에 나란히 배치하고, 상기 빗물 집수판(100)에 형성된 복수의 관통구멍(120)에 나뭇가지 또는 시간이 지나면서 분해 가능한 친환경 소재의 고정구를 이용하여 지면에 고정한다.
즉, 상기 관통구멍(120)은, 상기 빗물 집수판(100)를 산사면에 고정하기 위한 것으로, 상기 빗물 집수판(100)을 산사면에 포설할 때에는 상기 고정구를 이용하여 상기 빗물 집수판(100)을 지면에 고정하나, 포설 후 시간이 지나면서 상기 빗물 집수판(100)를 고정한 고정구는 분해되는 한편, 상기 고정구가 분해된 상기 관통구멍(120)을 통해 풀 또는 줄기가 가는 관목(灌木)들이 생장하여 상기 빗물 집수판(100)를 항구적으로 산 사면에 고정하면서 다시 자연환경을 조성하게 된다.
이와 같이, 상기 집수정(S) 주변의 산 사면에 복수의 빗물 집수판(100)을 포설함으로써, 상기 집수정(S) 주변의 산 사면의 토양이 국지성 집중 호우에 의해 침식되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 상기 집수정(S)에는 비교적 깨끗한 빗물이 모이게 된다.
또한, 상기 집수정(S)에 모인 빗물이 일정 수준에 이르면, 상기 집수정(S)에 모인 빗물 중의 일부가 제1 유수로(W1)를 통해 빗물 처리조(200)로 유입된다.
상기 빗물 처리조(200)는, 상기 제1 유수로(W1)를 통해 유입된 빗물이 일시 저수되는 저수조(210)와, 상기 저수조(210) 내로 유입된 빗물의 흐름에 따라 회전하는 수차(220)와, 상기 저수조(210)와 격막으로 분리되며 상기 저수조(210)의 빗물이 이동하여 정수 처리되는 정수부(230)를 포함한다.
상기 저수조(210)는 상면이 개구되고 저수공간을 가지는 통형상으로 상단 테두리의 일부를 절개하여 상기 제1 유수로(W1)와 연결된 입구가 형성되며, 상기 제1 유수로(W1)와 연결된 입구로부터 수평으로 일정 간격으로 떨어진 상단 테두리에 상단 테두리의 일부를 절개하여 상기 저수조(210)의 여유수(餘裕水)가 흘러나가는 제2 유수로(W2)와 연결된 출구가 형성된다.
이때, 상기 제1 유수로(W1)와 연결된 입구의 하단보다 상기 제2 유수로(W2)와 연결된 출구의 하단이 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1 유수로(W1)를 통해 상기 저수조(210)로 유입된 빗물은 상기 저수조(210)의 저수공간에 저수되며, 저수 위치가 상기 제2 유수로(W2)와 연결된 출구의 하단에 이르렀을 때, 상기 제2 유수로(W2)를 통해 배출되게 된다.
또한, 상기 제2 유수로(W2)는 상기 계곡(F)으로 연결되어, 상기 저수조(210)의 저수공간에서 저수할 수 있는 수량을 넘어선 빗물은 상기 제2 유수로(W2)를 통해 다시 계곡(F)으로 흘러들어가기 때문에 상기 저수조(210) 자체에서 빗물이 넘치는 일이 없게 된다.
또한, 상기 저수조(210)와 정수부(230)는 격막으로 구분되며, 상기 저수조(210)와 정수부(230) 사이의 격막에는 거름망을 구비한 관통구멍의 거름부(211)가 형성된다.
도 3에서는, 원통형의 저수조(210)와 정수부(230)가 별체(別體)로 이루어지고, 상기 저수조(210)의 측면부가 격막으로 기능하는 것으로 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 저수조(210) 내에 별도의 격막으로 이용하여 공간을 구분하여 정수부(230)를 형성할 수도 있다.
이때, 상기 거름부(211)의 상단은 상기 제2 유수로(W2)와 연결된 출구의 하단과 같거나 낮은 위치에 형성되고, 상기 거름부(211)의 하단은 후술하는 상기 정수부(230)의 필터부(232)의 상면보다 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 저수조(210)의 저수공간에서 저수된 빗물은 상기 거름부(211)가 형성된 위치에 이르러 먼저 상기 거름부(211)를 통해 상기 정수부(230)로 유입된다. 그럼에도 상기 저수조(210)의 저수공간에서 저수되는 빗물의 양이 늘어나 상기 거름부(211)를 넘어 상기 제2 유수로(W2)와 연결된 출구까지 늘어난 빗물은 여유수량(餘裕水量)으로 상기 제2 유수로(W2)를 통해 다시 계곡(F)으로 흘러들어가게 되는 것이다.
또한, 상기 저수조(210) 일측의 하단부에는 개폐 가능한 청소구(212)를 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1 유수로(W1)를 통해 상기 저수조(210)로 유입된 빗물은 산지에 자연적으로 형성된 상기 집수정(S)에서 공급되기 때문에, 자연스럽게 흙이나 모래, 나뭇잎 등이 함께 유입될 수 있다.
이때, 빗물와 함께 유입된 흙이나 모래 등의 이물질은 물보다 밀도가 크기 때문에 상기 저수조(210)의 바닥에 가라앉게 되는데, 상기 청소구(212)를 통해 바닥에 가라앉은 흙이나 모래 등의 침전물을 용이하게 제거할 수 있게 된다.
이와같이, 상기 제1 유수로(W1)를 통해 상기 저수조(210)로 유입된 빗물은, 먼저 상기 저수조(210)에서 물보다 밀도가 큰 이물질이 침전시켜 제거되는 한편, 물보다 밀도가 작은 나뭇잎 등의 부유물은 상기 거름부(211)에서 걸러진 후 상기 정수부(230)로 보내어 추가적인 정수처리가 이루어지는 것이다.
이때, 상기 거름부(211)는, 상기 저수조(210)에서 상기 정수부(230)로 흐르는 빗물에 포함된 나뭇잎 등의 부유물을 걸러 상기 정수부(230)로 유입되는 것을 방지하가는 하지만, 나뭇잎 등의 부유물이 상기 거름부(211)에 달라붙어 상기 저수조(210)에서 상기 정수부(230)로 흐르는 빗물의 흐름을 방해할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 저수조(210) 내의 상부의 빗물을 회전시켜 상기 거름부(211)에 붙은 나뭇잎 등의 부유물을 제거하기 위한 수차(220)를 더 포함하고 있다.
상기 수차(220)는 상기 저수조(210) 내의 중앙부에 마련되며, 상기 저수조(210)의 바닥에 마련되며 베어링을 포함하는 기단부(221)와, 상기 기단부(221)에 대해 회전 가능한 축부(222)와, 상기 축부(222)의 상측에 마련된 복수의 날개부(223)를 포함한다.
또한, 상기 날개부(223)는 판형상의 날개와, 상기 날개와 축부(222)를 수평으로 연결하는 샤프트 부재로 이루어진다.
이때, 상기 날개부(223)의 날개의 상단은 상기 저수조(210)의 상단 테두리보다 낮은 위치에 위치하며, 상기 날개의 하단은 상기 거름부(211)의 상단보다 낮고 하단과 같거나 높은 위치에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1 유수로(W1)를 통해 상기 저수조(210)로 유입된 빗물은 상기 저수조(210)의 저수공간에 저수되고, 저수되는 빗물이 상기 제2 유수로(W2)와 연결된 출구의 하단을 넘어서면 상기 제2 유수로(W2)로 배출되는데, 이에 의하여 상기 저수조(210) 내에는 상기 제1 유수로(W1)와 연결된 입구로부터 상기 제2 유수로(W2)와 연결된 출구로 흐르는 빗물의 흐름이 형성된다.
또한, 상기 제1 유수로(W1)와 연결된 입구로부터 상기 제2 유수로(W2)와 연결된 출구로 흐르는 빗물의 흐름이 상기 날개부(223)의 날개에 작용하여 상기 축부(222)가 회전하게 되고, 상기 축부(222)의 상측에 마련된 복수의 날개부(223)가 회전하여, 상기 저수조(210) 내의 저수공간에 저수된 빗물의 상부에서 수평방향으로 회전하는 흐름을 유도하게 된다.
또한, 상기 날개부(223)의 회전에 의하여, 저수된 빗물의 상부에 형성된 수평방향으로 회전하는 빗물의 흐름은, 빗물의 상부에 떠있는 나뭇잎 등의 부유물질을 상기 날개부(223)의 회전방향으로 움직여 나뭇잎 등의 부유물이 상기 거름부(211)에 붙는 것을 방해하거나, 상기 거름부(211)에 붙은 나뭇잎 등의 부유물을 떼어낸 후, 상기 제2 유수로(W2)를 통해 여유수와 함께 배출시켜 제거하게 된다.
이와 같이, 상기 저수조(210)에서 빗물에 포함된 무거운 흙이나 모래는 침전시키고, 가벼운 나뭇잎 등의 부유물질은 거르고 부유시켜 제거를 하고 있지만, 빗물 내에 포함된 작은 입자의 부유물이나 유기물질까지 완벽하게 제거하기는 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 상기 저수조(210)의 빗물을 상기 정수부(230)로 보내어 추가적인 정수처리를 통해 빗물 내에 포함된 작은 입자의 부유물이나 유기물질까지 제거될 수 있도록 하고 있다.
상기 정수부(230)는, 상기 저수조(210)에서 상기 거름부(211)를 거쳐 유입된 빗물이 일시 머무르는 유입 공동(空洞)부(231)와, 상기 유입 공동부(231)의 하측에서 유입된 빗물에 포함된 부유물질이나 유기물질을 걸러내는 필터부(232)와, 상기 필터부(232)의 하측에 마련되며 상기 필터부(232)에서 정수 처리된 빗물이 배출되기 전에 일시 머무르는 유출 공동부(233)를 포함한다.
먼저, 상기 필터부(232)는 부직포층(232a), 모래층(232b), 숯층(232c)으로 이루어지는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 해당 산지의 특성에 따라 빗물에 달리 포함되는 부유물질이나 유기물질을 가장 적절하게 걸러낼 수 있는 필터 소재를 사용할 수 있다. 즉, 상기 필터부(232)는 공지의 필터소재를 적절하게 배치하여 사용할 수 있으며, 이는 공지 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 필터부(232)의 상측에 상기 저수조(210)에서 상기 거름부(211)를 거쳐 유입된 빗물이 일시 머무르는 유입 공동부(231)를 마련함으로써, 상기 저수조(210)에서 상기 정수부(230)로 흐르는 빗물의 유속을 완화시켜 상기 거름부(211)의 거름망에 달라붙은 나뭇잎 등의 부유물질을 효율적으로 제거할 수 있게 된다.
즉, 상기 저수조(210)에서 상기 거름부(211)를 거쳐 상기 정수부(230)로 흐르는 빗물의 유속이 상기 저수조(210) 내의 수차(220)에 의하여 회전방향으로 흐르는 빗물의 유속보다 빠른 경우, 상기 빗물에 포함된 나뭇잎 등의 부유물질은 상기 정수부(230) 쪽으로 이동하려는 경향이 강하기 때문에 상기 거름부(211)의 거름망에 달라 붙게 된다.
그러나, 본 발명에서는, 상기 저수조(210)에서 상기 거름부(211)를 거쳐 유입된 빗물이 상기 유입 공동부(231)가 채워져, 상기 저수조(210)의 수위와 상기 정수부(230)의 수위가 같아지게 되면서, 상기 저수조(210)에서 상기 정수부(230)로 흐르는 빗물의 유속은 급격히 저하되게 되므로, 상기 저수조(210) 내의 수차(220)에 의하여 회전방향으로 흐르는 빗물의 흐름이, 나뭇잎 등의 부유물이 상기 거름부(211)에 붙는 것을 방해하거나, 상기 거름부(211)에 달라붙은 나뭇잎 등의 부유물을 떼어내어 제거할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이, 상기 빗물 처리조(200)는, 상기 저수조(210)에서 흙이나 모래 등은 침전시키고, 나뭇잎 등의 부유물질은 부유시켜 효율적으로 제거한 후, 재차 상기 정수부(230)에서 미세한 부유물질이나 유기물질을 제거한 후 깨끗하게 정수된 빗물을 제3 유수로(W3)를 통해 상기 빗물 저장탱크(300)로 공급하게 된다.
또한, 도 4에서, 상기 빗물 처리조(200)의 저수조(210) 및 정수부(230)의 상면을 개방하고 있는 것으로 도시하고 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 상기 저수조(210) 및 정수부(230)의 개구된 상면에 덮개를 마련하여 이물질이 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저수조(210)는, 상기 필터부(232)의 하측에 빗물이 일시 머무르는 유출 공동부(233)를 마련함으로써, 후술하는 바와 같이 빗물 저장탱크(300) 내의 저수를 위한 여유공간이 없게 된 상태에서는 상기 빗물 저장탱크(300)로 공급하는 빗물의 양을 조절하게 된다.
상기 빗물 저장탱크(300)는, 속이 비어 있는 탱크 본체부(310)와, 상기 탱크 본체부(310)의 상면에서 상측으로 돌출되어 형성된 맨홀부(320)를 포함한다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탱크 본체부(310)는 산중턱의 산등성이 등의 지하에 매설되고, 상기 맨홀부(320)의 개구된 상면만 지상(E)으로 노출되어 있다.
이와 같이, 상기 탱크 본체부(310)를 산등성이 등의 지하에 매설함으로써 산지의 좁은 공간을 효율적으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 시설물에 의해 산지의 경관을 해치는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 맨홀부(320)는, 상기 빗물 저장탱크(300)의 내부를 관찰하거나 관리하기 위한 홀로서, 사람이 드나들 수 있는 정도의 크기로 개구되어 형성되며, 비록 도 2 및 도 5에서 자세하게 도시하고 있지 않으나, 당연히 상기 맨홀부(320)의 상면에 개구를 개폐할 수 있는 덮개를 더 구비한다, 또한, 상기 탱크 본체부(310) 내부에는 상기 맨홀부(320)에서 상기 탱크 본체부(310) 내부의 아래로 연결되는 사다리를 더 구비할 수 있다.
또한, 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 빗물 저장탱크(300)의 탱크 본체부(310)는 산 아래쪽으로 3 내지 5°기울어져 매립된다.
이와 같이, 상기 빗물 저장탱크(300)의 탱크 본체부(310)를 산 아래쪽으로 3 내지 5°기울여 매립함으로써 상기 탱크 본체부(310)에 먼저 유입된 오래된 빗물이나 침전물이 상기 탱크 본체부(310)의 산 아래쪽 방향의 하측 모서리로 모이도록 하고, 후술하는 바와 같이, 이를 별도의 퇴수유로(즉, 제5 유수로(W5))로 배출시켜 오래되고 침전물을 포함하는 빗물은 용수로의 사용을 배제할 수 있게 된다.
또한, 상기 탱크 본체부(310)의 내부구조에 대해서는 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에서는, 상기 빗물 저장탱크(300)의 탱크 본체부(310)를 수평으로 도시하고 있으나, 이는 단지 설명의 편의에 따른 것이고, 상기한 바와 같이, 실제 상기 빗물 저장탱크(300)의 탱크 본체부(310)는 산 아래쪽 방향으로 3 내지 5°기울어져 매립되어 있는 것이다.
또한, 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 탱크 본체부(310)의 내부는 상기 탱크 본체부(310)의 산 위쪽 방향의 상단 모서리에 상기 제3 유수로(W3)와 연결된 빗물 유입구가 형성되며, 상기 탱크 본체부(310)의 산 아래쪽 방향의 최하단 모서리에는 제5 유수로(W5)와 연결된 퇴수 배출구가, 그 바로 위에는 제4 유수로(W4)와 연결된 용수 배출구가 형성되어 있다.
또한, 상기 제4 유수로(W4)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 용수공급밸브(V)를 거쳐 농지 등에 용수를 공급하는 용수유로이며, 상기 제5 유수로(W5)는 상기 탱크 본체부(310)의 산 아래쪽 방향의 하측 모서리로 모여 있는 침전물을 먼저 유입되어 오래 저장된 빗물과 함께 정수처리시설(미도시) 등을 거쳐 하천이나 계곡으로 방류하는 퇴수유로이다.
또한, 상기 제5 유수로(W5)와 연결된 퇴수 배출구에는 개폐가 가능한 마개부(360)가 마련되어 있으며, 상기 마개부(360)의 상단은 상기 제5 유수로(W5)와 연결된 퇴수 배출구의 상단에 결합구(예를 들면, 힌지)에 의하여 수직방향으로 회동가능하게 결합되어 있다.
또한, 상기 탱크 본체부(310) 내에는, 상기 탱크 본체부(310)의 수위에 따라 상하방향으로 이동하는 플로팅부와, 상기 플로팅부의 상하방향의 이동에 따라 상하방향으로 이동하여 상기 마개부(360)를 개폐하는 마개 개폐부와, 상기 플로팅부의 상하방향의 이동에 의한 동력을 상기 마개 개폐부에 전달하여 상기 마개 개폐부를 상하방향으로 이동시키는 동력전달부(330)가 마련되어 있다.
상기 동력전달부(330)는, 상기 플로팅부의 상하방향의 이동에 의하여 회전하는 제1 기어(G1)와, 상기 제1 기어(G1)보다 지름이 작으며 상기 제1 기어(G1)와 맞물려서 플로팅부의 상하방향의 이동에 따라 마개 개폐부를 상하방향으로 이동시키는 제2 기어(G2)와, 상기 제2 기어(G2)에 맞물려서 상기 제2 기어(G2)를 지지하는 가이드 기어인 제3 기어(G3)를 포함한다.
이와 같이, 상기 플로팅부의 상하방향의 이동과 함께 회전하는 제1 기어(G1)보다 상기 마개 개폐부의 상하방향의 이동과 함께 회전하는 제2 기어(G2)의 지름을 작게 함으로써, 상기 플로팅부의 상하방향의 작은 변위에도 상기 마개 개폐부의 상하방향의 변위를 크게 할 수 있으며, 가이드 기어인 제3 기어(G3)로 상기 제2 기어(G2)를 지지함으로써 상기 제1 기어(G1)와 제2 기어(G2)의 맞물림이 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다.
따라서 상기 제1 기어(G1)와 제2 기어(G2)의 맞물림을 확실하게 하는 다른 수단이 마련된 경우에는, 가이드 기어인 상기 제3 기어(G3)가 반드시 필요한 것은 아니다.
또한, 상기 플로팅부는, 일단이 상기 제1 기어(G1)에 고정된 제1 레버(340)와, 상기 제1 레버(340)의 타단에 마련된 볼(341)을 포함하며, 상기 볼(341)은
부력체(浮力)체(體)로서, 의 수평방향의 넓이는 상기 맨홀부(320)의 개구의 크기보다 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마개 개폐부는 일단이 상기 제2 기어(G2)에 고정된 제2 레버(350)와, 상기 제2 레버(350)의 타단과 상기 제5 유수로(W5)와 연결된 퇴수 배출구에 마련된 상기 마개부(360)의 하단을 연결하는 연결선(351)을 포함한다.
다음으로, 상기 동력전달부(330), 플로팅부 및 마개 개폐부의 동작관계를 살펴본다.
먼저, 상기 탱크 본체부(310)에 빗물이 저수되기 전에는 상기 플로팅부의 볼(341)의 하단은 제1 수위인 P1에 위치한다.
상기 탱크 본체부(310) 내로 빗물이 저장되면서 저장되는 빗물이 상기 제1 수위인 P1 위치에 이르게 되면, 상기 플로팅부의 볼(341)이 위로 부유하면서 상기 제1 레버(340)와 연결된 상기 동력전달부(330)의 제1 기어(G1)가 시계방향으로 회전하게 된다.
이때, 상기 제1 기어(G1)와 맞물린 제2 기어(G2)가 반시계 방향으로 회전하면서 상기 마개 개폐부의 제2 레버(350) 및 연결선(351)를 수직방향으로 들어올리면서 상기 연결선(351)에 연결된 상기 마개부(360)의 하단을 상측으로 들어올려 상기 제5 유수로(W5)와 연결된 퇴수 배출구를 서서히 개방하게 된다.
이와 같이, 상기 제5 유수로(W5)와 연결된 퇴수 배출구가 개방되면서. 상기 탱크 본체부(310)의 산 아래쪽 방향의 하측 모서리에 쌓여 있는 침전물들이 먼저 유입되어 오래 저장된 빗물과 함께 상기 제5 유수로(W5)를 통해 배출되기 시작한다.
한편, 상기 탱크 본체부(310) 내에 저수된 빗물의 수위가 제2 수위의 P2 위치에 이르면, 상기 플로팅부의 볼(341)는 위로 상승하여 상기 맨홀부(320)의 하면에 밀착하여 상기 맨홀부(320)의 개구를 밀폐시키는 한편, 상기 제5 유수로(W5)와 연결된 퇴수 배출구를 폐쇄하고 있던 상기 마개부(360)는 완전히 개방되게 된다.
이와 같이, 만수위에서 상기 플로팅부의 볼(341)이 상기 맨홀부(320)의 개구를 밀폐시킴으로써, 상기 제5 유수로(W5)로 배출되는 빗물보다 상기 제3 유수로(W3)로 유입되는 빗물의 양이 더 많아도 상기 맨홀부(320)의 개구를 통해 넘치는 일이 없게 된다.
즉, 상기 탱크 본체부(310) 내로 공급되는 빗물은 자연유하식으로 공급되기 때문에, 상기 탱크 본체부(310) 내의 저수를 위한 여유공간이 없게 된 상태에서는 상기 제3 유수로(W3)로 유입되는 빗물의 양이 상기 제5 유수로(W5)로 배출되는 빗물의 양으로 조절되어 유입되게 된다.
따라서, 상기 플로팅부의 볼(341)는 상기 맨홀부(320)의 개구의 연직 아래에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 플로팅부의 상하 이동과 상기 마개 개폐부의 상하이동은, 이론적으로는 상기 제1 기어(G1) 및 제2 기어(G2)를 회전 중심으로 하는 회전운동이지만, 실질적으로는 회전반경이 크고 상하 이동거리가 짧기 때문에 직선운동으로 나타난다.
또한, 상기 탱크 본체부(310) 내로 유입되는 빗물의 양이 줄어들면서 저장된 빗물의 수위가 낮아지면, 상기 플로팅부의 볼(341)이 아래로 하강함에 따라, 상기 동력전달부(330)에 의해 상기 마개 개폐부의 제2 레버(350) 및 연결선(351)도 하강하게 되고, 상기 탱크 본체부(310) 내에 저수된 빗물의 수압 및 상기 마개부(360)의 자중에 의하여, 상기 마개부(360)는 상기 제5 유수로(W5)와 연결된 퇴수 배출구를 닫게 된다.
즉, 상기 플로팅부의 볼(341)이 상승할 때 상기 동력전달부(330)에 의한 상기 마개 개폐부의 상승에 의하여 상기 마개부(360)가 개방되고, 상기 플로팅부의 볼(341)이 하강할 때 상기 동력전달부(330)에 의한 상기 마개 개폐부의 하강에 의하여 상기 마개부(360)가 닫히게 됨으로써, 인위적 조작 없이 효율적으로 상기 탱크 본체부(310) 내에 저장되는 빗물을 신선한 물로 바꾸어 가며 저장할 수 있게 된다.
100 빗물 집수판 110 팽이형 오목부
120 관통구멍
200 빗물 처리조 210 저수조
211 거름부 212 청소구
220 수차 221 기단부
222 축부 223 날개부
230 정수부 231 유입 공동부
232 필터부 233 유출 공동부
300 빗물 저장탱크 310 탱크 본체부
320 맨홀부 330 동력전달부
340 제1 레버 341 볼
350 제2 레버 351 연결선
360 마개부
G1 제1 기어 G2 제2 기어
G3 제3 기어(가이드 기어)
F 계곡
S 집수정
W1 제1 유수로 W2 제2 유수로
W3 제3 유수로 W4 제4 유수로
W5 제5 유수로

Claims (7)

  1. 빗물이 모이는 집수정 주변 산 사면(斜面)에 마련된 복수의 빗물 집수판과,
    상기 빗물 집수판에 의해 모아진 상기 집수정의 빗물을 공급받아 정수처리를 하는 빗물 처리조와,
    상기 빗물 처리조에서 정수처리된 빗물을 공급받아 저장하고, 저장된 빗물을 용수로 공급하는 빗물 저장탱크를 포함하되,
    상기 빗물 처리조는,
    상기 집수정에서 유입된 빗물이 일시 저수되는 저수조와, 상기 저수조와 격막으로 분리되며 상기 저수조에서 이동한 빗물이 정수 처리되는 정수부를 포함하되, 상기 저수조와 정수부 사이의 격막에는 거름망이 구비한 관통구멍의 거름부가 형성되며,
    상기 저수조는, 상면이 개구되고 저수공간을 가지는 통형상으로, 상단 테두리의 일부를 절개하여 상기 집수정에서 유입되는 빗물의 입구가 형성되며, 상기 빗물의 입구로부터 수평으로 일정 간격으로 떨어진 상단 테두리의 다른 위치에에 상기 저수조의 여유수가 흘러나가는 빗물의 출구가 형성되되, 상기 빗물의 입구의 하단보다 상기 빗물의 출구의 하단이 더 낮게 형성되며,
    상기 저수조의 중앙부에는, 상기 저수조의 바닥에 마련되는 기단부와, 상기 기단부에 대해 회전 가능한 축부와, 상기 축부의 상측에 마련된 복수의 날개부를 포함하는 수차가 마련되며,
    상기 수차의 날개부는, 판 형상의 날개와, 상기 날개와 축부를 수평으로 연결하는 샤프트 부재로 이루어지되, 상기 날개부의 날개의 상단은 상기 저수조의 상단 테두리보다 낮으며, 상기 날개의 하단은 상기 거름부의 상단보다 낮고 하단보다 높은 위치로 형성되고,
    상기 빗물 저장탱크는,
    속이 비어 있는 탱크 본체부와, 상기 탱크 본체부의 상면에서 상측으로 돌출되고 지면으로 개구된 상면이 노출되는 맨홀부를 포함하며,
    상기 탱크 본체부의 일측 상단 모서리에 상기 빗물 처리조로부터 유입되는 빗물의 입구가 형성되며, 상기 탱크 본체부의 타측 최하단 모서리에 상기 탱크 본체부 내의 침전물을 포함하는 빗물을 배출하는 퇴수 배출구가 형성되고, 상기 퇴수 배출구의 상측에 상기 탱크 본체부 내에 저장된 빗물을 용수로 공급하는 용수 배출구가 형성되며, 상기 퇴수 배출구에는 개폐가 가능한 마개부가 마련되고,
    상기 탱크 본체부 내에는, 상기 탱크 본체부의 수위에 따라 상하방향으로 이동하여 상기 맨홀부의 개구를 개폐하는 플로팅부와, 상기 플로팅부의 상하방향의 이동에 따라 상하방향으로 이동하여 상기 마개부를 개폐하는 마개 개폐부와, 상기 플로팅부의 상하방향의 이동에 의한 동력을 상기 마개 개폐부에 전달하여 상기 마개 개폐부를 상하방향으로 이동시키는 동력전달부가 마련되며,
    상기 동력전달부는, 상기 플로팅부의 상하방향의 이동에 의하여 회전하는 제1 기어와, 상기 제1 기어보다 지름이 작으며 상기 제1 기어와 맞물려서 플로팅부의 상하방향의 이동에 따라 마개 개폐부를 상하방향으로 이동시키는 제2 기어를 포함하고,
    상기 플로팅부는, 일단이 상기 제1 기어에 고정된 제1 레버와, 상기 제1 레버의 타단에 마련되며 볼을 포함하고,
    상기 마개 개폐부는 일단이 상기 제2 기어에 고정된 제2 레버와, 상기 제2 레버의 타단과 상기 퇴수 배출구에 마련된 상기 마개부의 하단을 연결하는 연결선을 포함하며,
    상기 탱크 본체부의 내에 저장되는 빗물의 수위가 만수위일 때, 상기 볼에 의하여 상기 맨홀부의 개구는 밀폐되고, 상기 마개부에 의하여 닫혀 있던 상기 퇴수 배출구는 개방되는 것을 특징으로 하는 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빗물 집수판은, 판상의 본체와, 상기 본체의 상면에서 아래로 오목하게 형성된 복수의 팽이형 오목부와, 4개의 상기 팽이형 오목부가 서로 접하는 중앙부에 상기 본체를 관통하는 복수의 관통구멍을 포함하되,
    상기 본체의 하면은 상기 복수의 팽이형 오목부에 의하여 요철구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정수부는, 상기 저수조에서 상기 거름부를 거쳐 유입된 빗물이 일시 머무르는 유입 공동부와, 상기 유입 공동부의 하측에서 유입된 빗물에 포함된 부유물질이나 유기물질을 걸러내는 필터부와, 상기 필터부의 하측에 마련되며 상기 필터부에서 정수 처리된 빗물이 상기 빗물 저장탱크로 배출되기 전에 일시 머무르는 유출 공동를 포함하는 것을 특징으로 하는 자연유하식 산지 빗물 집수 시스템.
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