KR102116189B1 - 빗물을 이용한 신 재생에너지의 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물위로 떨어지는 빗물을 한곳으로 모으는 지붕구조를 통해 집수된 빗물과 각층의 생활하수를 여과하면서 집수하여 물탱크에 저장한 생활하수를 이용한 신재생에너지 발전장치에 관한 것으로, 비가오고 있는 동안에 빗물이 한꺼번에 하천으로 유입되지 않게 하여 홍수를 억제하고 이렇게 저장한 빗물을 활용해서 수력발전을 하고 이 빗물을 생활용수 및 다양한 용도로 활용함으로서 가뭄을 해갈하고 물부족문제도 해결할 수 있는 것이며, 또한 이렇게 만들어진 지붕은 해갈하고 물부족문제도 해결할 수 있는 것이며, 또한, 이렇게 만들어진 지붕은 태양광모듈을 설치할 수 있는 어레이로 활용하여 태양광발전시설까지 설치하여 한가지 시설물을 최대한 활용하여 친환경재생에너지를 생산함으로서 생산비가 절감되는 재생에너지를 생산할 수 있다.
그리고 버려지는 생활하수물을 활용해서도 수력발전을 하고 이 과정에서 하천으로 그냥 버려지는 하수찌꺼기도 걸러 줌으로서 환경오염도 줄일 수 있다.
또한 산악지역에 내린 빗물을 저장하고 이를 이용해서 수력발전도 하고 산불진화를 위한 설비를 갖추어 산불이 발생했을 때 효과적으로 그 진화가 가능하게 하고 그 외에도 다양한 용도로 활용한다.
그리고 평야지대의 논은 많은 비가 오면 갈데가 없어 논전체를 침수기키며 벼가 모두 물에 잠겨 한해 농사를 망치는 일이 자주 있는데 비가오면 벼가 물에 잠기기 전에 작은 둑을 넘친 빗물을 유공관을 통해 집수정을 거쳐 물탱크에 저장함으로서 논이 빗물에 침수되는 것을 방지한다.

Description

빗물을 이용한 신 재생에너지의 발전장치{A Development Device for Renewable Energy Using Rainwater}

본 발명은 도시지역의 홍수를 억제할 수 있는 방안으로 건물의 옥상에서 빗물을 받아 저장을 하고, 이렇게 저장한 빗물을 이용한 소수력발전을 통한 신재생에너지의 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지금까지는 빗물을 건물밖으로 흘려 버리는 구조로 되어 있는 지붕을 빗물이 한곳으로 모일 수 있는 구조로 바꾸고 이 빗물을 저장탱크에 저장하여, 홍수억제를 하면서 또한 이 빗물을 그 건물의 생활용수로 사용하여 물부족문제를 해결하고, 그 외에 남은 빗물의 위치에너지를 이용한 소수력발전을 하고, 또한, 그 건물의 생활용수로 사용하고 배출되는 생활하수를 여과장치를 통해 찌꺼기를 걸러주고 EM발효액이나 소독약으로 정화를 하여 이물을 또 다른 물탱크에 저장하였다가 위의 동일한 소수력발전시설을 통하여 전기를 생산하는 신재생에너지의 발전장치에 관한 것이다.

우리나라는 1년 중 70%의 비가 여름 한철에 집중적으로 오고 나머지 기간은 비가 거의 오지 않아 가뭄으로 고통을 겪는다.

이러한 홍수와 가뭄을 동시에 극복하기 위해서 비가 많이 올때 빗물을 저장했다가 비가 오지 않아 가뭄이 들때 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 생각은 많은 사람들이 하고 있으며 도시침수를 방지하겠다고 도시 곳곳에 국책사업으로 대규모 저류조시설을 하고 대규모 아파트단지에서는 그 지하공간에 저류조시설을 하도록 의무화하는 것도 고려하고 있다.

그러나 많은 자금을 들여 짓는 저류조가 단지 비가 많이 올 때 저장했다가, 비가 오지 않을 때 버리는 것 이외에는 아무런 효용가치가 없어 너무 소모적이다.

그러나 빗물을 저장하는 것을 통해 또 다른 효용가치가 더 있다면 막대한 국가재정을 들이지 않더라도, 개인이나 기업차원에서 자발적인 투자를 유도할 수 있을 것이다.

그래서 본발명을 통해 홍수억제 능력을 키우고, 물부족문제도 해결하면서, 버려지는 친환경재생에너지를 생산함으로서, 국가적인 재난을 극복할 수 있는 방안을 강구하고자 하는 것이다.

그리고 우리가 일상생활을 하면서 많은 물을 사용하고 여기서 나오는 생활하수 또한 엄청나게 많이 버려지고 있다.

이러한 생활하수를 많은 사람들이 집단적으로 모여 생활하는 아파트나 대형건물을 통해 배출되는 하수물에서도 재활용가능한 활용가치를 찾아 활용할 수 있다면 국가적으로 볼 때 바람직한 일이 될 것이다.

상기의 문제점으로 인하여 특허등록 제1060100호 저에너지 자연정화 수직흐름 설비를 구비하는 빗물 처리시스템이 제안된 바 있다.

이러한 빗물 처리시스템은 수직흐름설비를 빗물저류조 상부에 설치함으로서 녹지공간 등을 최대한 활용토록 하여 소규모 공간의 활용성을 높여 주변 환경과 친화될 수 있는 자연학습장을 제공하면서 정화수를 재활용할 수 있는 저에너지 자연정화 수직흐름 설비를 구비하는 빗물 처리 시스템이다.

상기와 같은 빗물처리 시스템은 빗물을 수거하여 사용하기는 하나 저장조가 없어 홍수를 조절능력이 없으며 빗물을 단지 정화하여 생활용수를 사용할 뿐 빗물의 위치에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 없어 빗물 처리에 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 특허등록 제1665872호 빗물 집수구조를 갖춘 신재생에너지 발전장치가 제안된 바 있는데 상기의 발전장치는 태양광 및 풍력과 같은 신재생에너지를 이용한 전력을 생산하면서도 다양한 용도로 사용할 수 있도록 빗물을 집수 및 저장하는 빗물 집수구조를 갖춘 것으로서 산간이나 오지 등에 설치하여 생활에 필요한 전력을 얻을 수 있음은 물론 빗물을 집수 및 저장하여 식수 또는 소방수로 유용하게 활용할 수 있는 것이다.

그러나 상기와 같은 발전장치는 빗물로 발전하는 것이 아니라 태양광이나 풍력에 의한 발전으로 설비의 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었으며 이 또한 빗물을 저장조에 저장하여 다양한 용수로 사용할 뿐이여서 빗물을 이용한 재생에너지 생산은 전혀 없으며 홍수조절능력 또한 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 해결하고자 하는 그 첫번째 과제가 비가 너무 많이 올때는 홍수피해를 입고, 반대로 비가 오지 않으면 가뭄의 피해로 인해 국가적으로 엄청난 재난피해를 입고, 또한 이를 복구하기 위해서도 천문학적인 국가재정을 낭비하고 있는 난국을 극복하기 위해서 건물옥상의 지붕을 통해 빗물을 모아 물탱크에 저장하여, 홍수억제능력을 증가시키고, 또한 이렇게 저장한 빗물을 그 건물의 생활용수로 사용하고 에너지자원으로도 활용함으로서 에너지 자원이 부족한 우리나라에서 신재생에너지를 생산함서 에너지부족문제를 해결하는데 목적이 있다.

그 두 번째 과제가 버려지는 생활하수를 지져분하다며 혐오스럽게만 생각하고 내가 버린 오폐수가 환경에 어떠한 영항을 미치는지에 대해서는 무관심하여 생각없이 버려지는 생활하수가 환경을 오염시키고, 또 이를 정화하기 위해 많은 재정예산이 들어가고 있다.

그래서 본 발명을 통해 버려지는 생활하수물을 물 탱크에 잠시 저장을 했다가 방류하면서 수력발전기를 돌려 재생에너지를 생산하고, 이 과정에서 집수정에서 걸음망을 통해 하수찌꺼기를 걸러 내고, 미세휠터로 된 여과장치로 미세한 불순물까지도 걸러 내고 또한, EM등의 미생물과 소독약으로 생물학적이고 화학적인 정화처리까지 함으로서 하수오염물질을 최대한 여과하고 정화하여 방류하는 것이다.

건물에서 발생한 생활하수를 하천으로 방류하기 전에 최소한 하수찌꺼기라도 걸러주고, 간단한 정화라도 하여 자연환경을 보호하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지금까지 건물의 지붕은 비가 오면 그 빗물을 건물밖으로 흘려버리는 구조로 되어 있어, 모든 빗물이 한꺼번에 강이나 하천으로 흘러 들어 홍수의 원인이 되었는데, 이제부터는 여기에서 벗어나 빗물을 건물의 한곳으로 끌어 모을 수 있도록 지붕의 구조를 바꾸는 것이다.

바뀐 구조의 지붕을 통해서 끌어 모은 빗물을 물탱크에 저장을 하여 비가 오는 동안에는 강이나 하천으로 빗물이 흘러가지 않게 가두어 둠으로서 홍수를 억제할 수 있는 것이고, 이렇게 저장한 빗물은 그 건물의 생활용수나 각종 허드렛물로 활용함으로서 물부족 문제까지도 해결할 수 있다.

또한, 옥상에 저장되어 있는 빗물은 엄청난 위치에너지를 가지고 있는 신재생에너지자원이므로, 옥상에서 지상으로 흘러가면서 발생하는 운동에너지를 최대한 효율적으로 활용할 수 있는 방안으로, 옥상에서 지상으로 연결된 우수관에 소수력발전기를 최대한 많이 연속적으로 설치하여 단 한번의 운동에너지를 최대한 효율적으로 활용하여 재생에너지를 생산한다.

한편, 생활하수를 그냥 하천으로 흘려 버릴 것이 아니라 집수정으로 끌어 들여 1차적으로 걸음망을 통해 오폐수찌꺼기를 걸러내고 미세휠터여과장치로 미세입자의 분순물도 걸러내고, EM등의 미생물과 소독약으로 정화하여 이물을 다시 물탱크에 저장했다가 방류하는 과정에서 위의 우수관에 설치된 소수력발전기를 통해서 재생에너지를 생산하는 것이다.

그러므로 소수력발전기가 설치된 우수관은 아래의 도2에서 보는 바와 같이 옥상에 저장한 빗물을 이용하여 발전을 하기도 하고, 한편, 생활하수를 모아서 배출하는 과정에서도 발전을 할 수 있다.

상기 소수력발전기가 설치된 동일한 우수관을 통하여 발전한 빗물 또는 하수물을 구분하여 배출할 수 있도록 분류배관에 밸브를 설치한다.

도시침수의 원인은 대부분의 토지가 콘크리트나 아스팔트로 포장되어 있고 모든 건물에서는 빗물을 한꺼번에 건물밖으로 흘려 버림으로서 비가 오면 그 빗물이 땅속으로 스며들지 못하고 도시의 저지대쪽으로 한꺼번에 모여 순식간에 침수가 발생하고 더 나가 홍수의 원인이 된다.

그래서 본 발명은 지붕의 구조를 비가 오면 빗물을 건물의 한곳으로 끌어 모으는 구조로 바꾸고, 이 빗물을 물탱크에 저장하고자 하는 것이다.

만일 도시지역의 모든 건물에서 이와 같이 지붕개조를 통해서 그 건물에 내린 빗물을 비가 그칠때까지만 가두어 주기만 한다면 홍수는 절대로 발생하지 않을 것이다.

아울러 위와 같이 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 목적이 달성된다면 아래와 같은 효과가 기대된다.

첫 번째로 엄청난 예산을 투입하고도 해결되지 않은 홍수문제를 해결할 수 있다.

두 번째로 저장한 빗물을 에너지자원으로 활용하여 친환경재생에너지를 생산함으로서 경제적이득이 발생한다.

세 번째로 이렇게 저장한 빗물을 생활용수 및 다양한 용도로 활용함으로서 물부족 문제도 해결할 수 있다.

이러한 효용가치로 인한 이득은 설치하는 사람에게는 경제적인 이득을 주고, 홍수 억제능력이 향상되어 홍수피해를 입지 않는 사람에게도 이득이고 국가적으로 당연히 도움이 되는 것이므로 국가로서는 홍수로 인한 피해와 그 복구비용으로 들어가는 비용을 줄이기 위해서라도 지원을 아끼지 않고 장려해야 할 것이다.

그리고 생활하수를 재활용하여서도 재생에너지를 생산하고 하수찌꺼기를 걸러줌으로서 하천의 오염도 줄일 수 있고, 하수처리비용까지 절약하는 효과가 있을 것이므로 국가의 예산절감에 많은 도움이 될 것이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 빗물을 이용한 신재생에너지의 발전장치를 나타낸 설명도,
도 2는 본 발명에 따른 빗물을 이용한 신재생에너지의 발전장치를 나타낸 다른 실시예의 설명도,
도 3은 본 발명에 따른 빗물을 이용한 신재생에너지의 발전장치를 나타낸 다른 실시예의 생활용수 처리 시설을 나타낸 설명도이다.

본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명 한다.

하기의 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

(제 1실시예)

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 빗물을 이용한 신재생에너지의 발전장치를 나타낸 설명도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 빗물을 이용한 신 재생에너지의 발전장치의 빗물을 집수할 수 있는 집수부(10)와, 집수부(10)에 집수된 빗물을 저장하는 저장부(20)와, 상기 저장부(20)에서 배출되는 빗물을 에너지로 전환하는 발전부(30)로 구성된다.

도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명을 하면 우선 당해 건물에 내린 빗물을 한곳으로 모을 수 있도록 지붕구조를 바꾸어야 한다.

도 1에서는 깔데기 모양으로 표시하였으나 그 모양은 상황에 맞게 다양화할 수 있다.

이렇게 지붕(11)을 통해서 한곳으로 모은 빗물은 도 1에 도시된 바와 같이 집수정(12)을 거쳐 각종 찌꺼기를 걸러내고 오버플로우관(13)에 설치된 미세필터(14)를 거쳐 미세입자의 불순물까지 필더링하여 저장부(20)에 저장한다.

집수정(12)에서 오버플로우된 빗물은 주탱크(21)에 저장되고, 주탱크(21)에서 오버플로우된 빗물은 보조탱크(23)에 저장된다.

상기 저장부(20)의 주탱크(21)와 메인보조탱크(22) 및 다수의 서브보조탱크(23)는 모두 그 상단에 오버플로우관(24)을 순차적으로 연결하고 그 하단에는 공급관(25)으로 연결되도록 형성하고 다수의 서브보조탱크(23) 상호간을 연결하는 공급관(25)과 메인보조탱크(22)와 연결된 공급관(25)에는 밸브가 없이 항상 개방되어 메인보조탱크(22)의 빗물수위가 떨어지면 수압에 의한 자연적인 흐름으로 메인보조탱크(22)와 다수의 서브보조탱크(23)의 수위는 같은 수위를 유지하며 메인보조탱크(22)로 빗물이 계속적으로 공급되고 메인보조탱크(22)의 방류배관(27)만으로 모든 보조탱크의 빗물관리가 가능하다.

주탱크(21) 메인보조탱크(22)를 연결하는 공급관(25)에는 밸브를 설치하여 주탱크의 생활용수가 부족하여 보조탱크의 빗물을 보충받을 필요가 있을 때에만 개방하도록 형성한다.

이때 주탱크(21)와 메인보조탱크(22)는 서브보조탱크(23) 보다 필요충족수위만큼 더 깊게 만들어 주탱크(21)의 수위가 필요충족수위 이하로 떨어지기 전에 보조탱크에서 보충받을 수 있도록 형성한다.

상기에서 저장부(20)를 구성하는 탱크는 각각 설치 목적이 구분되어져 있다.

주탱크(21)는 생활용수 목적으로 저장하여 생활용수공급관(26)을 통해 당해 건물에 공급하고, 보조탱크(메인 및 서브)들은 평상시에는 주탱크(21)의 생활용수가 부족할 때 보충하기 위한 보조역활을 하고, 많은 비가 예보되면 메인보조탱크(22)의 방류배관(27)을 통해 보조탱크의 빗물을 모두 방류하여 저장공간을 확보함으로서 홍수를 억제하는 역할을 한다.

만일 확보된 저장공간을 초과할 정도로 많은 비가 오면 불가피하게 마지막 서브보조탱크(23)의 오버플로우관(24)을 통해 배출하게 된다.

이때 마지막 서브보조탱크(23)의 오버플로우관924)은 메인보조탱크(22)의 방류배관(27)과 연결되어 소수력발전기(32)가 설치된 우수관931)으로 배출되도록 형성한다.

본 발명의 발전부(30)가 되는 우수관(31)의 구성은 도 2와 같이 당해 건물의 옥상에서 지상까지의 높이 간격사이에 역학적으로 설치가능한 범위에서 최대한 많은 소수력발전기(32)를 설치하여 빗물의 운동에너지를 최대한 효율적으로 활용하고자 하였다.

(제 2실시예)

위의 제 1실시예에서는 건물위로 떨어지는 빗물을 활용하여 소수력발전을 하는 것이지만. 제 2실시예에는 생활하수로 쓰고 하수관을 통해 버려지는 생활하수를 활용하여 소수력발전을 하는 것이다.

이래의 도 2는 건물의 생활?수를 이용하여 소수력발전이 이루어지는 구성도이다.

이를 참조하여 설명을 하면 일단 각층 생활하수관(44)에서 나오는 하수물을 각층의 생활하수집수정(40)으로 끌어 들여 걸음망(45)으로 1차적으로 하수찌꺼기를 걸러내고, 생활하수집수정(40)에서 오버플로우되는 하수물은 생활하수오버플로우관(42)에 생활하수미세휠터(41)를 설치하여 미세입자의 하수찌꺼기를 2차적으로 걸러내어 생활하수저장탱크(43)에 저장하게 된다.

그래서 퇴적된 하수찌꺼기는 생활하수집수정(40)에서 처리하고, 생활하수집수정(40)에서 EM등의 미생물을 이용한 유기물을 처리하고 생활하수저장탱크(43)에서 소독까지 하여 방류함으로서 오염물질이 하천으로 유입되어 환경을 오염시키는 것도 막을 수 있도록 형성하였다.

그리고 생활하수저장탱크(43)에는 수위를 감지할 수 있는 센서(S)를 설치하여 만수위가 되면 자동으로 방류밸브(46)를 열어 주고, 최저수위가 되면 방류밸브(46)를 닫아 주도록 형성하였다.

그리고 발전효율을 극대화하기 위해서 도 3에서 도시된 바와 같이 각층의 생활하수는 생활하수집수정(40)을 거쳐 필터링 된 생활하수는 그 아래층의 생활하수저장탱크에 저장했다가 방류하여 되도록 많은 수력발전기를 가동하여 발전효율을 높이고자 형성하였다.

그리고 각각의 생활하수저장탱크(43)에 설치된 수위감지센서에 의해 생활하수물이 만수위가 되었을 때 자동으로 방류밸브(46)를 열어 방류하면 방류배관(47)을 통해 수력발전기(32)가 설치된 같은 우수관(31)으로 방류하도록 하여 수력발전을 할 수 있도록 형성한다.

또한, 제 1실시예의 발전부(30)와 제 2실시예의 발전부(30)는 도 3에서 도시된 바와 같이 동일한 발전부(30)를 통하여 발전을 하게 형성함으로서 효율성을 높였다.

그리고 수력발전을 하고 지상에 도착한 빗물과 생활하수물은 분배기(35)를 통하여 빗물로 수력발전을 할 때는 하수관쪽 밸브를 잠그고, 생활하수로 수력발전을 할 때는 빗물관쪽 밸브를 잠가 분류 배출하는 장치를 통해 따로 구분해서 생활하수물은 생활하수관(34)으로 방류하고, 빗물은 빗물관(33)을 통해 하천으로 방류되도록 형성한다.

10 : 집수부 11 : 지붕
12 : 집수정 13 : 배출관
14 : 미세필터 15 : 걸름망
20 : 저장부 21 : 주탱크
22 : 메인보조탱크 23 : 서브보조탱크
24 : 오버플로우관 25 : 공급관
26 : 생활용수공급관 27 : 방류배관
30 : 발전부 31 : 우수관
32 : 발전기 33 : 빗물관
34 : 생활하수관 40 : 생활하수집수정
41 : 생활하수미세필터 42 : 생활하수오버플로우관
43 : 생활하수저장탱크 44 : 각층생활하수관
45 : 생활하수집수정걸름망 46 : 생활하수방류밸브
47 : 생활하수 방류배관

Claims (3)

1. 건물로 떨어지는 빗물을 집수할 수 있는 지붕(11)을 형성하고 상기 지붕(11)을 통하여 집수되어 빗물을 모으며 빗물의 이물질이 걸림 되도록 걸음망(15)을 내장한 집수정(12)을 형성하고 상기 집수정(12)에는 미세휠터(14)가 형성된 배출관(13)으로 형성된 집수부(10)와,
   상기 집수부(10)의 집수정(12)과 연결되어 집수되는 빗물을 보관할 수 있는 주탱크(21)를 형성하고 상기 주탱크(21)에는 메인보조탱크(22)와 다수의 서브보조탱크(23)의 상단을 각각 오버플로우관(24)을 순차적으로 연결하여 빗물이 순차적으로 저장되도록 형성하며 주탱크(21)와 메인보조탱크(22)의 하단에는 밸브(B)가 형성된 공급관(25)을 연결하고 메인보조탱크(22)와 서브보조탱크(23)를 잇는 밸브가 형성되지 않은 공급관(25)으로 빗물이 이동할 수 있으며 주탱크(21) 하단에는 밸브(B)가 형성된 생활용수공급관(26)을 통해 생활용수를 생활용수공급관(26)으로 공급하고 상기 공급되는 생활용수를 사용한 후 1차적으로 여과시켜 주는 생활하수집수정(40)을 건물 각각의 층에 형성하고 상기 생활하수집수정(40)의 상단에는 미세휠터여과장치(41)를 형성한 오버플로우관(42)에서 2차적으로 미세입자를 여과하며 상기 생활하수집수정(40)에서 배출되는 생활하수를 수위감지센서(S)가 내장된 생활하수저장탱크(43)에 저장하여 수위감지센서(S)의 측정에 의해 개폐되는 방류밸브(46)를 형성한 방류배관(47)을 형성하여 상기 방류배관(47)을 통하여 방류되는 생활하수를 발전부(30)의 우수관(31)을 통해 수력발전기(32)로 발전을 할 수 있도록 형성하며 메인보조텡크(22) 하단에는 밸브(B)가 형성된 방류배관(27)을 통해 방류하도록 형성한 저장부(20)와,
   상기 저장부(20)의 메인보조탱크(22)의 방류배관(27)과 서브보조탱크(23)의 오버플로우관(24)과 연통되도록 내경에 다수의 수력발전기(32)가 설치된 우수관(31)에는 밸브(B)가 형성된 빗물관(33)과 생활하수관(34)으로 분배할 수 있는 분배기(35)로 형성한 발전부(30)로 구성되는 것을 특징으로 하는 빗물을 이용한 신재생에너지의 발전장치.
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