KR102072409B1 - 나무여과상자 및 이를 이용한 배수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나무여과상자에 관한 것으로, 내부에 나무가 설치되는 나무여과상자에 있어서, 내부가 뚫린 기둥형태로 이루어져 상하부가 개방된 형태로 이루어지며, 상기 나무의 지하부가 내부에 배치되는 케이싱; 및 상기 케이싱의 하단에 배치되고, 투수성 소재로 이루어지는 받침판을 포함하여 구성되고, 상기 케이싱은 미네랄울 소재로 이루어진다.
또한, 본 발명은 나무여과상자를 이용한 배수시스템에 관한 것으로, 도로변에 위치되는 집수구 주변에 설치되는 나무여과상자를 이용한 배수시스템에 있어서, 상기 집수구로부터 소정의 간격을 두고 설치되는 미네랄울을 이용한 나무여과상자; 상기 집수구와 상기 나무여과상자 사이에 배치되고, 일단이 상기 집수구 상부에 위치되며 타단이 상기 나무여과상자의 내부로 연결되는 유입관을 포함하여 구성되고, 상기 유입관의 상기 집수구측에 빗물유입 가이드가 설치된다.
본 발명에 따른 나무여과상자는 생장하는 나무의 뿌리가 공간에 구애받지 않고 뻗어나갈 수 있어 나무의 생장이 방해받지 않고, 강우량이 많을 시에는 많은 수분을 저장하고 반대로 강우량이 적을 시에는 많은 수분을 배출할 수 있어 지속적으로 나무에 수분을 공급할 수 있다.

Description

나무여과상자 및 이를 이용한 배수시스템 {Filering box for tree and drainage system using thereof}

본 발명은 나무여과상자 및 이를 이용한 배수시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나무여과상자의 본체를 이루는 케이싱이 미네랄울과 같은 소재로 이루어져 나무의 뿌리가 케이싱 내부에 갇히지 않고 외부로도 뻗어나갈 수 있어 나무의 생장이 방해받지 않고, 수분이 지속적으로 공급될 수 있는 나무여과상자 및 이를 이용한 배수시스템에 관한 것이다.

급속한 산업발전과 도시화로 인하여 수질문제가 제기되면서 세계의 많은 도시들은 수질보호를 위해 경제적으로 효율적이고 지속 가능한 물순환 체계의 필요성을 언급하기 시작하였다. 또한 생태계 보호와 수질 관리에 있어 기존의 물 관리 시스템의 효과에 대한 의문이 제기되었다.

도시화에 따른 토지이용 패턴의 변화로 인하여 불투수층이 증가하여 홍수 피해, 도시의 비점오염 피해, 지하수 고갈 및 그에 따른 지반 침하현상, 하천의 건천화 등의 여러 문제는 더욱 심해지고 있기 때문이다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 대안으로 미국에서 처음 저영향 개발(Low Impact Development, LID)이라는 새로운 도시계획 기법을 제안하였다(위키백과).

이러한 불투수층의 증가 즉 물순환의 왜곡을 방지하기 위한 구조물의 일 예로서 나무여과상자가 제시된다. 나무여과상자는 가로수가 식재되거나 화단이 조성되는 식생공간을 가지면서 비점오염물질을 처리할 수 있도록 하는 것으로 가로수나 화단을 조성함과 아울러 일측 상단에 강우유출수 등의 유입구가 구비된 박스체와, 상기 박스체의 내부하단에 충전되는 여재층과, 상기 여재층의 상부에 충전되는 식생토양층과, 상기 박스체의 하부에 구비되어 상기 여재층에 의해 여과처리된 처리수를 지중이나 우수관로 또는 집수조로 배수하기 위한 배수관을 포함한다. 또한 상기 박스체 일측 상단에 구비된 유입구는 나무여과상자를 도로변에 설치하였을 경우 도로를 따라 흐르는 강우유출수가 유입될 수 있도록 도로를 향하여 배치된다.

이러한 종래의 나무여과상자가 ‘특허문헌 1’에 개시되어 있다.

‘특허문헌 1’의 나무여과상자는 나무여과상자에 있어서, 하면에 배치되는 제1 수분흡수체의 테두리에 결합된 하부 프레임; 상기 제1 수분흡수체의 상단에 배치되는 월류관; 상기 하부 프레임의 테두리를 따라 상방으로 결합되고, 외주면 하부에는 다수의 타공이 형성되며, 내주면 하부에는 제2 수분흡수체가 결합된 측부 프레임; 및 상기 측부 프레임의 상단에 결합되고, 중앙에 나무가 배치되도록 형성되며, 일측에 우수가 유입되는 유입구가 형성된 상부 프레임;을 포함하여 구성된다.

이에 따라, 제1 수분흡수체 및 제2 수분흡수체를 통해 내부가 습할 시 내부 습기를 외부로 배출시키고, 내부가 건조할 시 외부 습기를 내부로 흡수하여 내부 습도를 조절할 수 있는 장점이 있다.

그러나 ‘특허문헌 1’의 나무여과상자는 측부프레임 및 하부프레임이 플라스틱과 같은 합성수지를 이용하여 제작되므로 그 재질이 단단하기 때문에 나무의 생장을 방해하는 문제가 있다. 구체적으로 나무는 자라면서 더 많은 양분과 수분을 흡수하기 위하여 뿌리를 점점 뻗어나가는데, 단단한 재질의 프레임으로 인하여 그 뿌리가 뻗지 못하고 꺾이게 된다. 결국, 나무가 일정한 크기까지 자라는데는 문제가 없으나, 뿌리가 자라지 못하는 시점부터는 생장이 저해되는 문제가 있다.

KR 10-1957453 B1 (2019. 03. 12.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 케이싱이 미네랄울로 이루어져 나무의 뿌리가 자라더라도 뚫고 지나갈 수 있고, 흡수 가능한 수분의 양 즉, 보수율(保水率)이 높은 나무여과상자를 제공하는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나무여과상자는 부에 나무가 설치되는 나무여과상자에 있어서, 내부가 뚫린 기둥형태로 이루어져 상하부가 개방된 형태로 이루어지며, 상기 나무의 지하부가 내부에 배치되는 케이싱; 및 상기 케이싱의 하단에 배치되고, 투수성 소재로 이루어지는 받침판을 포함하여 구성되고, 상기 케이싱은 미네랄울 소재로 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템은 도로변에 위치되는 집수구; 상기 집수구로부터 소정의 간격을 두고 설치되는 나무여과상자; 상기 집수구와 상기 나무여과상자 사이에 배치되고, 일단이 상기 집수구 상부에 위치되며 타단이 상기 나무여과상자의 내부로 연결되는 유입관을 포함하여 구성되고, 상기 유입관의 상기 집수구측에 빗물유입 가이드가 설치되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 나무여과상자 및 이를 이용한 배수시스템은 생장하는 나무의 뿌리가 공간에 구애받지 않고 뻗어나갈 수 있어 나무의 생장이 방해받지 않고, 강우량이 많을 시에는 많은 수분을 저장하고 반대로 강우량이 적을 시에는 많은 수분을 배출할 수 있어 지속적으로 나무에 수분을 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나무여과상자의 측단면도
도 2는 본 발명에 따른 나무여과상자의 케이싱을 도시한 평면도
도 3은 본 발명에 따른 나무여과상자의 연결부재를 도시한 투영도
도 4는 본 발명에 따른 나무여과상자의 설치상태를 도시한 측단면도
도 5는 본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템의 설치상태를 도시한 측단면도
도 6은 본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템의 평면도

아래에서는 본 발명에 따른 나무여과상자를 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 나무여과상자에 관한 것으로, 도 1은 본 발명에 따른 나무여과상자의 측단면도, 도 2는 본 발명에 따른 나무여과상자의 케이싱을 도시한 평면도, 도 3은 본 발명에 따른 나무여과상자의 연결부재를 도시한 투영도 및 도 4는 본 발명에 따른 나무여과상자의 설치상태를 도시한 측단면도이다.

본 발명에 따른 나무여과상자는 내부가 뚫린 기둥형태로 이루어져 상하부가 개방된 형태로 이루어지며, 나무(T)의 지하부가 내부에 배치되는 케이싱(10); 및 케이싱(10)의 하단에 배치되고, 투수성 소재로 이루어지는 받침판(20)을 포함하여 구성된다.

아래에서는 각 구성요소에 대하여 상세히 설명한다.

케이싱(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내부가 뚫린 기둥형태로 이루어져 나무(T)의 지하부를 감싸는 구성이다. 케이싱(10)의 형상은 원기둥, 다각기둥 등 그 형상에는 제한이 없고 설치하는 환경에 따라 자유롭게 변경될 수 있다. 이하에서는 실시예로서 케이싱(10)이 사각기둥으로 이루어지는 것을 기준으로 설명한다. 구체적으로 케이싱(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 위에서 바라볼 때 사각형 구조로 배치되는 네 개의 블록(11)으로 구성되어 사각 기둥형상으로 이루어진다.

케이싱(10)은 미네랄울 소재로 이루어져 ①투수성, ②여과성, ③저장성, ④투과성 및 ⑤경량성의 성질을 갖는다.

①투수성은 물이 통과하는 성질로서 외부에서 수분의 유입이 가능하도록 하는 것이고, ②여과성은 미네랄울의 입자 크기로 인하여 물이 케이싱(10)을 지나는 과정에서 이물질 등이 필터링되는 것을 의미한다. 특히, 이와 관련한 사항은 저장탱크(32)와 관련한 사항으로 후술한다.

그리고 ③저장성은 미네랄울이 섬유이므로 물을 흡수하는 성질을 갖고, 수분을 흡수하는 능력 즉, 보수율이 높아 강유량이 많아 수분의 유입이 많을 경우, 이를 그대로 흘려보내는 것이 아닌 내부에 저장하는 성질을 의미한다. 이렇게 저장된 수분은 강우량이 적은 건기에 토양으로 배출하여 나무가 흡수할 수 있도록 함으로써 지속적으로 나무에 수분이 공급될 수 있도록 한다.

④투과성은 미네랄울은 광물로 이루어지기는 하나, 동시에 섬유이므로 그 강도가 순수한 광물보다는 낮기 때문에 뿌리가 케이싱(10) 내부 공간을 넘어설 정도로 자라더라도 케이싱(10)을 관통할 수 있는 성질을 의미한다. 종래에는 케이싱(10)에 대응하는 구성이 콘크리트나, 경화플라스틱 등으로 이루어져 나무의 뿌리가 그 공간을 넘어서지 못하고 내부로만 자라고, 이러한 과정끝에 수분부족으로 나무가 죽는 문제가 있었다. 본 발명은 케이싱(10)을 구성하는 블록(11)의 재질에 미네랄울을 사용함으로써 도 4에 도시된 바와 같이 나무(T)의 뿌리(R)가 자라면서 케이싱(10)을 관통해 뻗어나갈 수 있게 하여 이러한 문제를 해결하였고, 이에 따라 나무의 생장을 지속적으로 유지할 수 있다.

마지막으로 ⑤경량성은, 미네랄울은 그 중량이 콘크리트나 플라스틱에 비해서 굉장히 가벼우므로 이동이 편리하고, 설치에 부담이 적은 것을 의미한다.

한편, 미네랄울 소재는 평균입도가 1.0~2.5㎠이고, 보수율이 89~97%인 다각형의 입방체로 이루어진다.

유로(12)는 케이싱(10) 그 자체에 형성되는 것으로, 유입된 수분이 흐를 수 있는 공간을 말한다. 유로(12)는 별도로 형성하는 것보다는 섬유 재료인 미네랄울이 갖는 고유의 특성으로 인해 존재하는 것으로서, 유로(12)를 통해 수분이 이동할 수 있다. 이동된 수분은 후술할 저장탱크(32)에 저장될 수 있다.

연결부재(14)는 케이싱(10)이 조립식으로 이루어질 경우 부가될 수 있는 구성이다. 원칙적으로 케이싱(10)이 여러 개의 블록(11)으로 이루어지더라도 지반에 매립되기 때문에 지지될 수 있어 연결부재(14)가 필수적인 것은 아니지만, 강우량이 지나치게 많아져 유동성이 높아지거나 지진과 같은 외부 힘에 의하여 지반이 움직일 경우 케이싱(10)이 그 형태를 보존할 수 없으므로, 이를 방지하기 위한 구성이다.

구체적으로 연결부재(14)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 내부가 뚫린 사각형 띠 형상으로 이루어져 네 개의 블록(11) 내측에 배치되는 프레임(15); 네 개의 블록(11) 외측에 각각 배치되어 프레임(15)에 대향되는 복수 개의 브래킷(16); 및 블록(11)을 관통하도록 배치되고, 일단이 프레임(15)에 연결되고 타단이 브래킷(16)에 연결되는 링크(17)를 포함하여 구성된다.

프레임(15)은 케이싱(10)의 내측을 지지하는 구성으로, 블록(11)이 배치되는 구성에 맞게 이루어진다.

브래킷(16)은 케이싱(10)의 외측을 지지하는 구성으로, 프레임(15)의 길이방향을 따라 복수 개가 소정의 간격을 두고 배치된다.

링크(17)는 프레임(15)과 브래킷(16)을 연결하는 구성으로, 블록(11)을 관통한다.

이와 같은 연결부재(14)의 구조로 인하여 블록(11)들이 정해진 위치에서 이탈되지 않고 고정될 수 있다.

받침판(20)은 투수성 소재로 이루어져 케이싱(10)의 하단에 설치되어 케이싱(10) 외부와 내부의 토양(S)을 구획한다. 받침판(20)은 토목섬유 재질로 이루어져 투수성을 갖으면서도 케이싱(10) 내부의 토양(S)이 외부의 것과 섞이는 것을 방지한다. 사용될 수 있는 토목섬유로는 지오텍스타일, 지오그리드, 지오컴포지트, 지오멤브레인 등 다양한 종류의 것이 사용될 수 있다.

여과수 저장부재(30)는 케이싱(10)을 통과함으로써 여과된 물을 저장할 수 있는 구성으로, 필요 이상으로 수량이 증가하여 버려지는 물을 여과수 저장부재(30)를 통해 별도로 저장하여 조경수 등에 이용할 수 있다. 구체적으로 여과수 저장부재(30)는 후술할 도 5에 도시된 바와 같이 케이싱(10)과 소정의 간격을 두고 배치되는 저장탱크(32); 및 케이싱(10)과 저장탱크(32) 사이에 배치되고, 일단이 케이싱(10)과 연결되어 유로(12)와 이어지며 타단이 저장탱크(32)와 연결되는 유로관(34)을 포함하여 구성된다.

저장탱크(32)는 케이싱(10)에서 여과된 물이 저장되는 곳으로, 케이싱(10)과 소정의 간격을 두고 배치된다. 저장탱크(32)는 지상에 설치될 수도 있겠으나, 부피로 인한 설치적 제약과 위치에너지 차이로 인한 에너지 소모 등을 고려하여 케이싱(10)과 동일하게 지중에 매립 설치하는 것이 바람직할 것이다.

유로관(34)은 상기 케이싱과 상기 저장탱크 사이에 배치되고, 일단이 케이싱(10)과 연결되어 유로(12)와 이어지며 타단이 저장탱크(32)와 연결되어 케이싱(10) 내를 흐르는 수분이 저장탱크(32)로 이동할 수 있도록 한다.

펌프(36)는 도 5에 도시된 바와 같이 저장탱크(32) 내부에 설치되어 저장탱크(32)에 저장된 물을 배출시켜 외부로 공급하는 역할을 한다.

태양열부재(38)는 펌프(36)에 전력을 공급하는 부가적인 구성으로, 펌프(36)에 외부 전력을 공급하기 위한 설치의 번거로움을 해소하고, 펌프(36) 구동으로 인한 전력사용 문제를 해결할 수 있다.

나무보호판(40)은 중공이 형성되는 판 형상으로, 케이싱 상부에 배치되어 케이싱(10) 내부로 이물질 등이 유입되는 것을 1차적으로 방지한다.

세라믹 여재(50)는 세라믹 재질로 이루어지는 여과재로서, 케이싱(10) 내부에 토양(S)이 깔린 뒤 그 위를 덮는다. 세라믹 여재(50)는 강우 시 토양(S)이 한쪽으로 쏠리는 쇄굴 현상을 방지하고, 외부 이물질 등이 토양으로 유입되는 것을 2차적으로 방지한다.

아래에서는 본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 나무여과상자를 이용한 배수시스템에 관한 것으로, 도 5는 본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템의 설치상태를 도시한 측단면도 및 도 6은 본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템의 평면도이다.

본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템은 도로변에 위치되는 집수구(100); 집수구(100)로부터 소정의 간격을 두고 설치되는 본 발명에 따른 나무여과상자(200); 및 집수구(100)와 나무여과상자(200) 사이에 배치되고, 일단이 집수구(100) 상부에 위치되며 타단이 나무여과상자(200)의 내부로 연결되는 유입관(300)을 포함하여 구성된다.

집수구(100)는 도로변에 설치되는 배수 시설이다. 강우 시 도로 상의 물을 배출하는 역할을 한다. 본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템은 집수구(100)가 설치된 도로변 근처에 설치될 수 있다.

나무여과상자(200)는 위에서 설명한 본 발명에 따른 나무여과상자를 의미한다.

유입관(300)은 집수구(100)와 나무여과상자(200)를 연결하는 관으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 일단이 집수구(100)의 상부, 즉 도로와 이어지는 부분에 위치되고, 타단이 나무여과상자(200)의 케이싱(10) 내부와 연결된다. 이에 따라 집수구(100)로 배출되는 물의 일부가 유입관(300)을 통해 나무여과상자(200)로 유입된다.

또한, 유입관(300)의 집수구측에 빗물유입 가이드(310)가 설치되어 유입관(300)으로의 우수 유입을 유도할 수 있다.

월류관(400)은 L형 관 형상으로 수직부가 케이싱(10) 내부에 위치되고, 수평부는 나무여과상자(200)와 집수구(100)를 연결하도록 설치된다. 월류관(400)은 여름철 우기 시에 급격하게 증가하는 강우량 등 여러 요인에 의해 나무여과상자(200)의 케이싱(10) 내부의 물이 범람할 경우, 케이싱(10) 상부로 물이 넘치는 것을 방지하는 역할을 한다. 만약 월류관(400)이 없을 경우, 케이싱(10) 내부의 토사가 밖으로 넘칠 수 있기 때문이다.

이와 같은 본 발명에 따른 나무여과상자를 이용한 배수시스템에서 물이 이동하는 과정을 설명하면, 도 5의 화살표와 같이 유입관(300)을 통해 물이 나무여과상자(200) 내부로 유입되고, 유입된 물은 토양으로 스며들어 나무의 생장을 돕는다. 충분히 유입된 물은 케이싱(10)에도 흡수되어 일부는 저장되고, 나머지 일부는 케이싱(10)을 지나 유로관(34)을 지나 저장탱크(32)에 저장된다. 이렇게 저장된 물은 이물질이 필터링이 된 상태이므로 조경수 등에 이용될 수 있어 물을 절약할 수 있는 장점이 있다.

10: 케이싱 11: 블록
12: 유로 14: 연결부재
15: 프레임 16: 브래킷
17: 링크 20: 받침판
30: 여과수 저장부재 32: 저장탱크
34: 유로관 36: 펌프
38: 태양열부재 40: 나무보호판
50: 세라믹 여재 100: 집수구
200: 나무여과상자 300: 유입관
310: 빗물유입 가이드 400: 월류관
T: 나무 R: 뿌리
S: 토양

Claims (11)

1. 내부에 나무가 설치되는 나무여과상자에 있어서,
   사각형 구조로 배치되는 네 개의 블록으로 구성되어 내부가 뚫린 사각 기둥형태로 이루어져 상하부가 개방된 형태로 이루어지며, 상기 나무의 지하부가 내부에 배치되는 케이싱;
   상기 케이싱의 하단에 배치되고, 투수성 소재로 이루어지는 받침판; 및
   상기 네 개의 블록을 연결하는 연결부재를 포함하여 구성되고,
   상기 케이싱은 미네랄울 소재로 이루어지며,
   상기 연결부재는,
   내부가 뚫린 사각형 띠 형상으로 이루어져 상기 네 개의 블록 내측에 배치되는 프레임;
   상기 네 개의 블록 외측에 각각 배치되어 상기 프레임에 대향되는 복수 개의 브래킷; 및
   상기 블록을 관통하도록 배치되고, 일단이 상기 프레임에 연결되고 타단이 상기 브래킷에 연결되는 링크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나무여과상자.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 미네랄울 소재는, 평균입도가 1.0~2.5㎠이고, 보수율이 89~97%인 다각형의 입방체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나무여과상자.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이싱 내부에 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 나무여과상자.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 케이싱에서 여과된 물을 저장하는 여과수 저장부재를 더 포함하고,
   상기 여과수 저장부재는,
   상기 케이싱과 소정의 간격을 두고 배치되는 저장탱크;
   상기 케이싱과 상기 저장탱크 사이에 배치되고, 일단이 상기 케이싱과 연결되어 상기 유로와 이어지며 타단이 상기 저장탱크와 연결되는 유로관; 및
   상기 저장탱크 내부에 설치되는 펌프를 함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나무여과상자.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 여과수 저장부재에 태양열부재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 나무여과상자.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이싱 상부에 배치되는 나무보호판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나무여과상자.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이싱 내부에 배치되는 세라믹 여재를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 나무여과상자.
   
10. 도로변에 위치되는 집수구 주변에 설치되는 나무여과상자를 이용한 배수시스템에 있어서,
    상기 집수구로부터 소정의 간격을 두고 설치되는 청구항 1, 2 및 5 내지 9 중 어느 한 항에 따른 나무여과상자;
    상기 집수구와 상기 나무여과상자 사이에 배치되고, 일단이 상기 집수구 상부에 위치되며 타단이 상기 나무여과상자의 내부로 연결되는 유입관을 포함하여 구성되고,
    상기 유입관의 상기 집수구측에 빗물유입 가이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 나무여과상자를 이용한 배수시스템.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 나무여과상자의 케이싱에 월류관이 더 설치되고,
    상기 월류관의 일단은 상기 집수구와 연결되는 것을 특징으로 하는 나무여과상자를 이용한 배수시스템.
    

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