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課題

燃料電池を利用することにより、商用電源を必要とせず、かつ昼夜及び天候の善し悪しを問わず使用可能であるコンパクトバイオトイレシステムを提供することを目的とする。

解決手段

糞尿を収容する発酵層21が設けられたバイオトイレ2と、燃料電池発電機7と、燃料電池発電機7からの排熱をバイオトイレ2の発酵層21に供給して発酵層21を所定の温度に加熱する排熱供給手段とを具備する。

概要

背景

収容された糞尿微生物にて生物分解するトイレである、いわゆるバイオトイレは、従来の仮設トイレに比べて環境性快適性に優れているので、国立公園、広域公園、山岳ハイキングコースイベント用等の仮設トイレとして利用されている。

このようなバイオトイレは、収容された糞尿を所定の温度(60〜80℃)にて保持して微生物による生物分解を促進するものであるが、従来のバイオトイレにおいては、この所定の温度に保持するために、商用電源を用いた電熱ヒータ等を用いていた。

概要

燃料電池を利用することにより、商用電源を必要とせず、かつ昼夜及び天候の善し悪しを問わず使用可能であるコンパクトバイオトイレシステムを提供することを目的とする。

糞尿を収容する発酵層21が設けられたバイオトイレ2と、燃料電池発電機7と、燃料電池発電機7からの排熱をバイオトイレ2の発酵層21に供給して発酵層21を所定の温度に加熱する排熱供給手段とを具備する。

目的

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、燃料電池を利用することにより、商用電源を必要とせず、かつ昼夜及び天候の善し悪しを問わず使用可能であるコンパクトなバイオトイレシステムを提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
5件

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請求項1

糞尿を収容する発酵層が設けられたバイオトイレと、燃料電池発電機と、燃料電池発電機からの排熱をバイオトイレの発酵層に供給して発酵層を所定の温度に加熱する排熱供給手段とを具備して成ることを特徴とするバイオトイレシステム

請求項2

燃料電池発電機の排熱とバイオトイレの発酵層を加熱するための熱媒との間の熱交換を行う熱交換装置によって排熱供給手段を構成して成ることを特徴とする請求項1に記載のバイオトイレシステム。

請求項3

発酵層内を攪拌する攪拌装置と、燃料電池発電機にて発電される起電力が供給されると共にこの起電力を制御した制御電力を攪拌装置に供給する電源制御装置とを具備して成ることを特徴とする請求項1又は2に記載のバイオトイレシステム。

請求項4

太陽光発電装置を設け、太陽光発電装置にて発電された起電力が電源制御装置に供給されると共にこの起電力を制御した制御電力を電源制御装置から攪拌装置に供給可能に形成して成ることを特徴とする請求項3に記載のバイオトイレシステム。

請求項5

空調装置を設け、制御電力を電源制御装置から空調装置に供給可能に形成して成ることを特徴とする請求項3又は4に記載のバイオトイレシステム。

請求項6

照明装置を設け、制御電力を電源制御装置から照明装置に供給可能に形成して成ることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載のバイオトイレシステム。

請求項7

貯水タンクと、水浄化装置と、貯水タンクから水洗用の水をバイオトイレに供給する水洗水供給手段と、貯水タンクから水浄化装置を経由して燃料電池発電機に水を供給する発電用水供給手段とを具備して成ることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のバイオトイレシステム。

請求項8

燃料電池発電機からの排熱を利用して貯水タンク中の水を加温する加温手段を具備して成ることを特徴とする請求項7に記載のバイオトイレシステム。

請求項9

燃料電池発電機として、プロパンガス発電用燃料とするものを設けて成ることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のバイオトイレシステム。

請求項10

燃料電池発電機として、固体高分子型燃料電池を具備するものを設けて成ることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のバイオトイレシステム。

技術分野

0001

本発明は、収容された糞尿微生物にて生物分解するバイオトイレシステムに関し、特に商用電源が確保しにくい山岳部、国立公園等にて使用されるバイオトイレシステムに関するものである。

背景技術

0002

収容された糞尿を微生物にて生物分解するトイレである、いわゆるバイオトイレは、従来の仮設トイレに比べて環境性快適性に優れているので、国立公園、広域公園、山岳ハイキングコースイベント用等の仮設トイレとして利用されている。

0003

このようなバイオトイレは、収容された糞尿を所定の温度(60〜80℃)にて保持して微生物による生物分解を促進するものであるが、従来のバイオトイレにおいては、この所定の温度に保持するために、商用電源を用いた電熱ヒータ等を用いていた。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、商用電源を用いるバイオトイレシステムでは、電源工事等が必要となり、設置にあたっての簡便性に問題を有している。

0005

そこで、商用電源に代わるものとして太陽光発電等の独立電源の使用が考えられるが、太陽光利用の場合は天気の悪い日や夜間では全く発電することができないので、バックアップ用の大容量の二次電池を必要とするものであった。

0006

一方、近年、環境に優しい発電源として、燃料電池が注目されており、従来のエンジン発電機に代わる可搬型の発電機としての開発が進められている。例えば本出願人は、発電燃料としてカセットコンロ用の小型ブタボンベブタンガスを使用し、このブタンガスを改質して得られる水素ガスを用いる携帯型燃料電池を提案しており、特願平8−184353号として出願している。更に、このような燃料電池の発電用燃料としては、ブタンガスに限らず、プロパンガス等の種々の炭化水素ガスを使用することができる。

0007

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、燃料電池を利用することにより、商用電源を必要とせず、かつ昼夜及び天候の善し悪しを問わず使用可能であるコンパクトなバイオトイレシステムを提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0008

本発明の請求項1に係るバイオトイレシステムは、糞尿を収容する発酵層21が設けられたバイオトイレ2と、燃料電池発電機7と、燃料電池発電機7からの排熱をバイオトイレ2の発酵層21に供給して発酵層21を所定の温度に加熱する排熱供給手段とを具備して成ることを特徴とするものである。

0009

また請求項2の発明は、請求項1の構成に加えて、燃料電池発電機7の排熱とバイオトイレ2の発酵層21を加熱するための熱媒との間の熱交換を行う熱交換装置10によって排熱供給手段を構成して成ることを特徴とするものである。

0010

また請求項3の発明は、請求項1又は2の構成に加えて、発酵層21内を攪拌する攪拌装置と、燃料電池発電機7にて発電される起電力が供給されると共にこの起電力を制御した制御電力を攪拌装置に供給する電源制御装置11とを具備して成ることを特徴とするものである。

0011

また請求項4の発明は、請求項3の構成に加えて、太陽光発電装置14を設け、太陽光発電装置14にて発電された起電力が電源制御装置11に供給されると共にこの起電力を制御した制御電力を電源制御装置11から攪拌装置に供給可能に形成して成ることを特徴とするものである。

0012

また請求項5の発明は、請求項3又は4の構成に加えて、空調装置12を設け、制御電力を電源制御装置11から空調装置12に供給可能に形成して成ることを特徴とするものである。

0013

また請求項6の発明は、請求項3乃至5のいずれかの構成に加えて、照明装置13を設け、制御電力を電源制御装置11から照明装置13に供給可能に形成して成ることを特徴とするものである。

0014

また請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれかの構成に加えて、貯水タンク6と、水浄化装置9と、貯水タンク6から水洗用の水をバイオトイレ2に供給する水洗水供給手段と、貯水タンク6から水浄化装置9を経由して燃料電池発電機7に水を供給する発電用水供給手段とを具備して成ることを特徴とするものである。

0015

また請求項8の発明は、請求項7の構成に加えて、燃料電池発電機7からの排熱を利用して貯水タンク6中の水を加温する加温手段を具備して成ることを特徴とするものである。

0016

また請求項9の発明は、請求項1乃至8のいずれかの構成に加えて、燃料電池発電機7として、プロパンガスを発電用燃料とするものを設けて成ることを特徴とするものである。

0017

また請求項10の発明は、請求項1乃至9のいずれかの構成に加えて、燃料電池発電機7として、固体高分子型の燃料電池28を具備するものを設けて成ることを特徴とするものである。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、本発明の実施の形態を説明する。

0019

図1は本発明の一実施形態におけるバイオトイレシステム1の構成を模式的に示した概略図である。

0020

本実施形態におけるバイオトイレシステム1は、図1に示すように、バイオトイレ2、燃料電池発電システム5、貯水タンク6、空調装置12、照明装置13、及び太陽光発電装置14が設けられている。

0021

バイオトイレ2はトイレ室(図示せず)内に配設された水洗便器4と、水洗便器4の下方に配置されて水洗便器4から排出された糞尿が収容される生物分解部3とから構成されている。

0022

バイオトイレ2の生物分解部3は、図2に示すように、糞尿が収容されると共に微生物が収納される発酵層21と、発酵層21内の糞尿や微生物を攪拌する攪拌装置と、発酵層21の外側に配設される二重管構造熱交換器24とから構成されている。

0023

この図2に示す例では、二重管構造の熱交換器24は上方が開口する容器の外周部と底部とを構成する外壁内部に中空部を形成したものであり、外壁に囲まれた内側に発酵層21が形成されている。またこの外壁の外面には内部の中空部に連通する媒体入口24aと媒体出口24bとがそれぞれ形成されており、媒体入口24aから熱交換器24の中空部内に熱媒が供給されると共に、中空部内の熱媒が媒体出口24bから排出されるようになっている。尚、熱交換器24を熱媒が流通する配管として形成すると共に、内側に発酵層21が形成される容器を設け、この容器の外周に沿って熱交換器24を配設するようにしても良い。

0024

また、撹拌装置モータ23と攪拌棒22にて構成される。攪拌棒22は、内側に発酵層21が形成されている容器(図示の例では熱交換器24)の外側から内側に向けて一端側が挿通されていると共に、他端側が容器(熱交換器24)の外側においてモータ23に接続されており、モータ23が作動することによって攪拌棒22が軸回転するようになっている。また発酵層21内においては攪拌棒22の外面の複数箇所から外側に向けて副棒25が突設されており、攪拌棒22が回転する際にこの副棒25が攪拌棒22の回転軸を中心に回動して、発酵層21内を攪拌するようになっている。

0025

ここで、上記の発酵層21に収容される微生物としては、糞尿を分解するために通常用いられる適宜のものを用いることができ、このような微生物を付着させたオガクズ等を発酵層21内に投入するなどして、発酵層21内に供給される。

0026

空調装置12と照明装置13とはトイレ室(図示せず)内に配設されている。空調装置12はバイオトイレ2のトイレ室の換気を行うものであり、通常は換気扇を用いることができるが、エアーコンディショナーを配設しても良い。また照明装置13は一般に使用される蛍光灯白熱灯等のランプを用いることができる。

0027

太陽光発電装置14はトイレ室(図示せず)の外側の屋外に設置されている。太陽光発電装置14は、太陽光照射を受けることにより起電力を発生する太陽電池からなる太陽光発電パネルにて構成することができる。

0028

燃料電池発電システム5は、燃料電池発電機7、燃料ガスボンベ8、水浄化装置9、熱交換装置10及び電源制御装置11にて構成されている。水浄化装置9と燃料電池発電機7とは、水浄化装置9から燃料電池発電機7へ浄水を供給する浄水供給流路16にて接続されており、また燃料ガスボンベ8と燃料電池発電機7とは燃料ガスボンベ8から燃料電池発電機7へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路17にて接続されている。また燃料電池発電機7と電源制御装置11とは、燃料電池発電機7にて発電された起電力を電源制御装置11へと送電する起電力送電線18aにて接続されている。

0029

燃料ガスボンベ8としては、燃料ガスであるメタンエタンプロパンブタン等の炭化水素系ガスや、メタノールエタノール等のアルコール貯蔵されたものを用いることができる。特に燃料ガスとしてプロパンガスが貯蔵されているプロパンガスボンベは、手な量のプロパンガスが貯蔵されているものが広く市販されていて容易に入手可能であるため、好適に用いることができる。

0030

燃料電池発電機7は図3に示すように、改質器27と燃料電池28にて構成されている。浄水供給流路16と燃料ガス供給流路17とは改質器27に接続され、また改質器27は改質ガス供給流路29によって燃料電池28と接続されている。改質器27は浄水供給流路16から供給される浄水と、燃料ガス供給流路17から供給される燃料ガスとを、改質触媒を用いて水蒸気改質反応させて、水素ガスに富む改質ガスを生成し、この改質ガスを改質ガス供給流路29を介して燃料電池に供給するものである。改質触媒としては、担体に金属を担持させたものが挙げられる。担持金属としては、ルテニウムロジウムニッケル等が挙げられる。この担持金属を担持する担体としては、ジルコニアアルミナが適しているが、他にシリカゲル活性アルミナチタニアコージェライトゼオライトモルデナイト、シリカゲル、活性炭等を用いたものでもよい。起電力送電線18aは燃料電池28に接続されており、燃料電池28にて発電された起電力が起電力送電線18aを介して電源制御装置11に供給される。また図中のHで示される矢印は燃料電池発電機7からの排熱の流れを示すものであり、後述するように燃料電池発電機7からの排熱は熱交換装置10によって回収されて、熱媒を介して生物分解部3の発酵層21に供給されるようになっている。

0031

燃料電池28としては、リン酸型燃料電池溶融塩型燃料電池固体高分子型燃料電池等の適宜の方式のものを用いることができるが、特に固体高分子電解質を用いる固体高分子型の燃料電池28を用いることが好ましい。燃料電池28の電解質として固体高分子電解質を用いると、電池内に液体を一切含まず、固体高分子電解質自体が両極ガスを隔離する材料の役割を兼ね、電池自体は固体材料のみで形成されるため、燃料電池28の構造を簡素化することができ、そのため燃料電池発電システム5の構造の簡素化に寄与することができるものである。

0032

更に、固体高分子型の燃料電池28は作動温度が100℃以下であるため、60〜80℃程度の排熱、すなわちバイオトイレ2の生物分解部3における発酵層21の加熱温度と同等の温度の排熱が得られるものであり、燃料電池28から回収される排熱に対して特に温度制御を行わなくても発酵層21の加熱を行うことができるものであって、簡便な構成で効果的な排熱の利用を行うことができるものである。

0033

固体高分子型の燃料電池28の一例を、図4に示す。図示のように、固体高分子型の燃料電池28は高分子電解質膜30、電極31、及びフレーム34から成り、フレーム34と電極31との間に形成される電極室33,33は、それぞれ水素室33a、酸素室33bとなる。上記電極31,31には白金板、高分子電解質膜30にはフッ素化スルフォン酸膜(デュポン社製、商品名「ナフィオン」)、フレーム34にはカーボン材をそれぞれ使用することができる。そして高分子電解質膜30の両面に電極31,31を挟んだものを、ホットプレス法成形することによって電極複合膜32を形成し、その両側をカーボン材で作成した一対のフレーム34,34で挟み込むことによって、固体高分子型の燃料電池28を作製することができるものである。各電極31,31と各フレーム34,34の間にはそれぞれ電極室33,33を形成する空間を設けてあり、二つの電極室33,33のうち一方を水素室33a、他方を酸素室33bとし、水素室33a側の電極31を水素極31a、酸素室33b側の電極31を酸素極33bとしてある。固体高分子型の燃料電池28には水素室33aに接続する改質ガス導入口35及び未反応改質ガス導出口36、並びに酸素室33bに接続する空気導入口37及び未反応空気出口38を設けてある。ここで、改質ガス導入口35は改質ガス供給経路41を介して改質ガス供給流路29に接続されている。

0034

改質器27から改質ガス供給流路29を経て燃料電池28に送られる改質ガスは、改質ガス導入口35から燃料電池28中の水素室33aに送られる。水素室33aに送られた改質ガス中の水素ガスは、水素極31a上に導入され、プロトン酸化される。生成したプロトンは高分子電解質膜30中を伝導して酸素極33bに導入される。このようにして、水素室33aに送られた改質ガスは水素ガスを消費し、その後、未反応改質ガス導出口36より燃料電池28外に排出される。また空気導入口37から空気が燃料電池28の酸素室33bに送られ、酸素極33b上に導入されたプロトンと空気中の酸素との燃焼反応が行われた後、未反応空気排出口38より、燃料電池28外に排出される。燃料電池28で発電された起電力は燃料電池28に接続された起電力送電線18aを通じて電源制御装置11に出力されるようになっている。燃料電池28は、実際は上記のような構成を有する単セル28aを複数個積層して燃料電池スタックとしたものを使用することができる。

0035

また熱交換装置10は、燃料電池発電機7から発生する排熱を回収し、この排熱を熱媒を介して生物分解部3の発酵層21に供給するものである。熱媒としては水を用いることができるが、フッ素系等の他の熱媒を用いることもできる。

0036

燃料電池発電機7と熱交換装置10との構成を図5に示す。図示の例では、料電池28の各単セル28aに改質ガス供給流路29を分岐して接続するようにしてある。熱交換装置10は、改質器27と燃料電池28の少なくとも一方から排熱を回収する排熱回収装置39と、排熱回収装置39にて回収された排熱を蓄熱すると共にこの排熱を発酵層21に供給する蓄熱タンク40とから構成されている。

0037

排熱回収装置39としては、改質器27や燃料電池28の熱を空気の送風で搬送し、この空気流路の周囲に水等の熱媒が循環するものを設けることによって排熱の回収を行なうようにしてもよいが、排熱回収を効率高く行なうには、改質器27や燃料電池28の周囲に熱媒を循環させて熱媒に排熱を回収させる方式の排熱回収装置39を設けるのが好ましい。勿論、この二種類の排熱回収装置39を組み合わせることも可能である。

0038

図5の実施の形態では排熱回収装置39を、燃料電池28の各単セル28aの間に設けた熱媒が循環可能な冷却板42と、改質器27の排気経路57と改質ガス供給経路41にそれぞれ巻き付けパイプで形成される熱交換器43,44とから形成してあり、冷却板42間や、冷却板42と熱交換器43の間や、熱交換器43,44間は接続管45で接続してある。このように形成される排熱回収装置39は蓄熱タンク40に接続してある。すなわち、燃料電池28の冷却板42を熱媒往路管46で蓄熱タンク40に接続し、改質器27の熱交換器44を熱媒復路管47で接続するようにしてあり、熱媒復路管47には循環ポンプ48が設けてある。

0039

蓄熱タンク40は蓄熱作用を有する各種の蓄熱材充填して形成されるものであり、例えばレンガコンクリート等を加熱して蓄熱したり、物質融解凝固を利用して蓄熱を行なう潜熱蓄熱材を用いるようにしたりすることができるが、図6の実施の形態では、蓄熱材兼熱媒として水54を充填して蓄熱タンク40を貯湯タンクとして形成するようにしてある。水54は比熱が高く安全性に優れるために、水54を蓄熱材兼熱媒として用いることが好ましい。上記の排熱回収装置39の熱媒往路管46は蓄熱タンク40の熱媒出口50に、熱媒復路管47は熱媒入口51にそれぞれ接続してある。

0040

そしてこの蓄熱タンク40の給水口52は水道配管等の給水配管26に、送水口53は熱媒供給主流路20にそれぞれ接続してあり、水道水等の水が給水口52から蓄熱タンク40に供給され、蓄熱タンク40内で加熱された後に送水口53から送り出されるようになっている。このように給水口52と送水口53によって送水機構が形成されるものである。また熱媒供給主流路20の配管途中には図示のように加熱装置49を設けることができ、この加熱装置49は電気ヒーターヒートポンプ灯油やガスのボイラー等を加熱手段として有するものを用いることができるが、改質器27で用いる原燃料と同じものを燃焼させるボイラーを加熱手段とするものが好ましい。また熱媒供給主流路20は二つの熱媒供給流路20a,20bに分岐され、一方の熱媒供給流路20aはバイオトイレ2における生物分解部3の媒体入口24aを介して熱交換器24に接続され、他方の熱媒供給流路20bは貯水タンク6に接続されている。

0041

このように構成される熱交換装置10では、循環ポンプ48によって蓄熱タンク40の水が熱媒として排熱回収装置39との間で循環されており、蓄熱タンク40から熱媒往路管46を通して排熱回収装置39に送り出された水は、燃料電池28の冷却板42を通過する際に燃料電池28の排熱を回収し、さらに改質器27の熱交換器43,44を通過する際に改質器27の排熱を回収し、熱媒復路管47を通して蓄熱タンク40に返送される。このように蓄熱タンク40の水を排熱回収装置39との間で循環させることによって、改質器27や燃料電池28の排熱を回収して蓄熱タンク40に蓄熱することができるものであり、図2の蓄熱タンク40では改質器27や燃料電池28の排熱は温水として蓄熱されるものである。

0042

ここで、熱媒を排熱回収装置39に通して改質器27や燃料電池28の排熱を回収するにあたって、図5の実施の形態のように、熱媒が燃料電池28の排熱を回収した後に改質器27の排熱を回収するように循環経路を形成するのが好ましい。排熱の温度は燃料電池28よりも改質器27のほうが高いので、先に温度の低い燃料電池28との間で熱交換させて熱媒に燃料電池28の排熱を回収した後、温度の高い改質器27との間で熱交換させて熱媒に改質器27の排熱を回収させるようにすることによって、効率高く排熱の回収を行なうことができるものである。

0043

上記のように改質器27や燃料電池28の排熱が蓄熱された蓄熱タンク40の下部に給水口52から水道水などの低温の水(CW)を給水すると、給水された水の分量だけ、蓄熱タンク40内の上部の温水(HW)が送水口53から熱媒供給主流路20を通して加熱装置49に送水される。そして蓄熱タンク40から加熱装置49に送水された温水の温度が所定温度よりも低いときには、加熱装置49で所定の温度にまで加熱して、給湯配管31から送り出されて給湯されるようになっている。従って、改質器27や燃料電池28の排熱の量が少なく、蓄熱タンク40内の蓄熱が少なくても、加熱装置49によって追い炊きして所定の温度の湯を給湯することができるものであり、改質器27や燃料電池28から大量の排熱が発生するように燃料電池発電システムを大型に形成する必要がなくなるものであり、また蓄熱タンク40の容積を給湯の最大使用量に合わせて設計する必要がなく、蓄熱タンク40の小型化を図ることもできるものである。

0044

ここで、加熱装置49で水を加熱するにあたって、水道水等の水を加熱装置49で加熱してから蓄熱タンク40に供給するのではなく、図5の実施の形態のように、水は蓄熱タンク40を経由して加熱装置49に供給されるようにするのが好ましい。水を加熱装置49で加熱してから蓄熱タンク40に供給して蓄熱タンク40から給湯されるようにすると、給湯される湯の温度調整が不可能になる。これに対して、上記ように蓄熱タンク40に蓄熱された排熱で加熱した温水を加熱装置49に供給するようにすれば、加熱装置49で温水の温度調整をして給湯することができるものである。

0045

図7は蓄熱タンク40の他の実施の形態を示すものであり、このものでは蓄熱タンク40内に熱交換器55を設け、熱交換器55の熱媒出口50に排熱回収装置39の熱媒往路管46を、熱交換器55の熱媒入口51に排熱回収装置39の熱媒復路管47をそれぞれ接続するようにしてある。蓄熱タンク40内には蓄熱材として水54が充填してある。このものでは、循環ポンプ48を作動させて熱媒を熱交換器55と排熱回収装置39との間で循環させて、熱媒に改質器27や燃料電池28の排熱を回収させ、蓄熱タンク40内において熱交換器55で熱媒と水54との間で熱交換させて蓄熱タンク40内に蓄熱するようになっている。この実施の形態では、熱媒はこのように熱交換器55と排熱回収装置39との間で循環するので、熱媒は水である必要はなく、エチレングリコールプロピレングリコール及びこれらの水溶液などの不凍液オイルを用いることが可能になる。従って熱媒の凍結を防止できると共に水の沸騰温度より高い温度でも使用が可能になり、寒冷地での使用や高温の排熱の回収が可能になるものである。また蓄熱タンク40内の蓄熱材を加熱する熱交換器55は、図7のように蓄熱タンク40内に設ける他に、蓄熱タンク40の外周に巻き付ける形で設けるようにしてもよく、このようにすれば、熱交換器55が破損して熱媒が漏れ出ても、蓄熱タンク40内の蓄熱材を汚染するようなことがなくなるものである。

0046

図8は蓄熱タンク40のさらに他の実施の形態を示すものであり、このものでは蓄熱タンク40内に熱交換器56を設け、熱交換器56の給水口52に水道配管などの給水配管26を、熱交換器56の送水口53に熱媒供給主流路20をそれぞれ接続するようにしてある。この熱交換器56で送水機構を形成することができるものである。また蓄熱タンク40内には蓄熱材兼熱媒となる水54が充填してある。このものでは、水道水等の水は給水口52から熱交換器56に供給され、蓄熱タンク40内に蓄熱された熱で加熱されて温水となって送水口53から送り出され、熱媒供給主流路20から加熱装置49へ供給されるようになっている。

0047

図9は蓄熱タンク40のさらに他の実施の形態を示すものであり、このものでは蓄熱タンク40内に上記の熱交換器55と熱交換器56の両方を設けるようにしてある。このものでは改質器27や燃料電池28から回収された排熱で熱交換器55によって蓄熱タンク40内の蓄熱材57が加熱されて蓄熱され、また熱交換器56に通される水道水等の水は蓄熱タンク40内の蓄熱材57によって加熱され、温水を得ることができるものである。このものでは蓄熱材57は蓄熱タンク40から出ることがないので、水である必要はなく、各種の蓄熱材料を用いることができる。また図8図9のものは、水道配管は熱交換器56に接続してあって、水道の水圧が蓄熱タンク40に直接作用することがないので、蓄熱タンク40を耐圧構造にする必要がないものである。

0048

また電源制御装置11はコンバータを具備しており、起電力送電線18aを介して燃料電池発電機7から供給された直流の起電力をコンバータにて制御し、この制御された電力を出力できるようになっている。ここで電源制御装置11としては、直流の起電力をDC12VやDC24Vのような所定の安定な電圧を有する直流の電力に変換するDC−DCコンバータを具備するものや、AC100Vのような所定の安定な電圧を有する交流の電力に変換するDC−ACコンバータを具備するものを用いることができる。

0049

またこの電源制御装置11は起電力送電線18bを介して太陽光発電装置14と接続されており、起電力送電線18bを介して太陽光発電装置14から起電力が供給されるようになっている。電源制御装置11は太陽光発電装置14から起電力送電線18bを介して送電された起電力を、上記の燃料電池発電機7から供給される起電力の場合と同様にしてコンバータにて制御し、この制御された電力を出力できるようになっている。

0050

また、電源制御装置11は制御電力送電線19aにてバイオトイレ2の攪拌装置と接続され、また制御電力送電線19bにてバイオトイレ2の空調装置12及び照明装置13と接続されており、電源制御装置11から出力される電力を制御電力送電線19a,19bを介して攪拌装置、空調装置12、照明装置13に供給して駆動用の電力として利用できるようになっている。

0051

また水浄化装置9は既述のように浄水流路16にて燃料電池発電機7と接続されており、また水浄化装置9と貯水タンク6とは水供給流路15aにて接続されて貯水タンク6から水浄化装置9に水が供給されるようになっている。この水浄化装置9内には図10に示すように、水供給流路15aが接続されている側(上流側)にフィルタ58が設けられると共に、浄水流路16が接続されている側(下流側)にイオン交換樹脂59が設けられており、水供給流路15aから供給された水中の微粒子等のゴミをフィルタ58にて除去し、更に水中に溶存しているイオンをイオン交換樹脂59にて除去して、浄水流路16から排出するようになっている。尚、水浄化装置9の構成は、このようなフィルタとイオン交換樹脂とを組み合わせて具備するものに限られず、例えば逆浸透膜を具備するものや、逆浸透膜とイオン交換樹脂とを組み合わせて具備するものを用いることもできる。

0052

貯水タンク6は、雨水を貯水するものを用いることができるが、水道が敷設されている地域に設置する場合は水道から供給される水を貯水するものを用いることもできる。

0053

この貯水タンク6には、熱媒供給流路20bから供給される熱媒を介して燃料電池発電機7からの排熱にて貯水タンク6内の水を加温する加熱手段が設けられており、この加熱手段によって貯水タンク6内の水を加温することにより、寒冷時において貯水タンク6内の水が凍結しないようになっている。

0054

ここで、貯水タンク6には、図2に示す生物分解部3における二重管構造の熱交換器24と同様の熱交換器を設けると共に、貯水タンク6に接続される熱媒供給流路20bはこの熱交換器に接続するようにして、熱媒供給流路20bと熱交換器によって加温手段を構成することができる。また貯水タンク6を構成する容器内に、容器内の水に浸漬されるように配管を配設すると共に、この配管に熱媒供給流路20bを接続してこの配管と熱媒供給流路20bとによって、加熱手段を構成することができる。あるいは貯水タンク6を構成する容器の外周に配管を巻き付けて設けると共に、この配管に熱媒供給流路20bを接続してこの配管と熱媒供給流路20bとによって加熱手段を構成することもできる。その他、適宜の方法にて、熱媒を介して燃料電池発電機7からの排熱にて貯水タンク6内の水を加温する加熱手段を設けることができる。

0055

また貯水タンク6と水洗便器4とは、貯水タンク6中の水を水洗便器4に供給する水供給流路15bにて接続されており、貯水タンク6の水を水洗便器4の水洗用に利用できるようになっている。

0056

以上のようにして構成されるバイオトイレシステム1では、熱交換装置10、熱媒供給流路20a及び生物分解部3の熱交換器24によって、燃料電池発電機7にて発生した排熱をバイオトイレ2の生物分解部3における発酵層21に供給する排熱供給手段が構成されており、燃料ガスボンベ8から燃料ガス供給流路17を介して燃料電池発電機7に燃料ガスを供給すると共に、水浄化装置9から浄水供給流路16を介して燃料電池発電機7に浄水を供給して、燃料電池発電機7を稼動させて発電を行うと、熱交換装置24によって燃料電池発電機7の排熱が回収され、この排熱と熱媒との間で熱交換が行われ、この熱媒が熱媒供給流路20aを介して熱交換器24に供給される。そして、熱交換器24において熱媒と発酵層21との間で熱交換が行われて、発酵層21が所定の温度(60〜80℃)に加熱保持される。このため、燃料電池発電機7からの排熱を利用して発酵層21を加熱し、発酵層21における糞尿の生物分解を促進することができるものであり、従来必要であった電熱ヒータ等のような電力を消費する加熱手段を設ける必要がなくなるものである。

0057

ここで、排熱供給手段を構成するにあたって、上記のように熱交換装置10を設けて燃料電池発電機7からの排熱を回収すると共にこの排熱と熱媒との間で熱交換を行い、この熱媒を介して発酵層21を加熱するようにしたので、熱媒の流量や流速を制御するなどして排熱と熱媒との間の熱交換量を制御することにより発酵層21の加熱温度を容易に制御することができ、発酵層21の微妙な温度制御が可能となるものである。

0058

また、上記のようにして燃料電池発電機7を稼動させると、燃料電池発電機7にて発電される起電力が電源制御装置11によって制御され、この制御電力が制御電力送電線19aを介してバイオトイレ2の生物分解部3における攪拌装置のモータ23に駆動用の電力として供給され、発酵層21を攪拌して糞尿の生物分解効率を向上することができ、またこの制御電力は制御電力送電線19bを介して空調装置12、照明装置13にも、駆動用の電力として供給され、このバイオトイレ2の換気や照明を行うことができるものである。このように、バイオトイレ2において必要とされる電力は、燃料電池発電機7からの起電力を利用することができるものであり、バイオトイレ2を稼動させるために必要な電力の供給を商用電源から受ける必要がなくなるものである。

0059

このように、本発明のバイオトイレシステム1では、燃料電池発電機7における発電時に発生した排熱を利用して発酵層21を加熱して、発酵層21における糞尿の生物分解を促進し、また、発酵層21の攪拌や空調、照明等のような、バイオトイレ2に必要とされる電力は燃料電池発電機7の起電力を利用することができるものであり、バイオトイレ2を稼動させるためのエネルギーの供給を外部の商用電源等から受ける必要がなくなって、バイオトイレシステム1を設置するにあたって電源工事を行う必要がなくなる。特に商用電源が配設されていない地域にバイオトイレシステム1を設置する場合は、送電線の敷設工事等のような外部からのエネルギーの供給を受けるための工事を行う必要がなく、設置の利便性を向上することができるものである。

0060

また、燃料電池発電機7は、太陽光発電装置14のみを設置する場合とは異なり、天候の良し悪しや昼夜を問わず稼動させて発電を行うと共にこの発電時に発生する排熱を利用することができるものである。太陽光発電装置14のみを設置する場合には駆動用電力を得る場合には天候の悪い日中や夜間のためのバックアップ用の電力を蓄電するための大容量の二次電池を必要とするが、エネルギー供給源として燃料電池発電機7を用い、あるいは燃料電池発電機7と太陽光発電装置14とを併用することにより、このような大容量の二次電池を不要とすることができる。

0061

また、上記のように発電源として燃料電池発電装置7だけでなく太陽光発電装置14も設置し、太陽光発電装置14にて発電される起電力を電源制御装置11によって制御した制御電力も、バイオトイレ2の生物分解部3における攪拌装置のモータ23や、空調装置12、照明装置13に、駆動用の電力として供給すると、撹拌装置、空調装置12、照明装置13の駆動用の電力源として、燃料電池発電機7にて発電される起電力と、太陽光発電装置14にて発電される起電力とを、選択的に利用することができ、天候の良い日中には太陽光発電装置14にて発電される起電力を用い、天候の悪い日中や夜間には燃料電池発電機7にて発電される起電力を用いるようにしたり、あるいは状況によっては太陽光発電装置14にて発電される起電力と燃料電池発電機7にて発電される起電力とを同時に利用したりすることができ、燃料電池発電機7にて消費される燃料ガスの消費量を削減することができるものである。

0062

また、貯水タンク6と水浄化装置9とを接続する水供給流路15aと、水浄化装置9と燃料電池発電機7の改質器27とを接続する浄水流路16とは、貯水タンク6に貯水された水を水浄化装置9に供給して浄化し、水浄化装置9にて得られる浄水を更に燃料電池発電機7に供給する発電用水供給手段として設けられているものであり、また貯水タンク6とバイオトイレ2の水洗便器4とを接続する水供給流路15bは貯水タンク6に貯水された水を浄化せずにバイオトイレ2の水洗便器4に供給する水洗水供給手段として設けられている。このため貯水タンク6に貯水された水を、発電用水供給手段にて燃料電池発電機7に供給することにより改質器27における改質反応に利用することができると共に、貯水タンク6に貯水された水を水洗水供給手段にて水洗便器4に供給することにより水洗便器4の水洗用に利用することができる。このとき、燃料電池発電機7に供給に供給される水は水浄化装置9にて不純物が除去された浄水となっており、この浄水を改質反応に利用することができるものであり、貯水タンク6に水道水を貯水している場合は勿論のこと、貯水タンク6に雨水等の水道水以外の水を貯水している場合であっても、不純物が除去された浄水を燃料電池発電機7にて改質反応に利用することができるものである。

発明の効果

0063

上記のように本発明の請求項1に係るバイオトイレシステムは、糞尿を収容する発酵層が設けられたバイオトイレと、燃料電池発電機と、燃料電池発電機からの排熱をバイオトイレの発酵層に供給して発酵層を所定の温度に加熱する排熱供給手段とを具備するため、燃料電池発電機における発電時に発生した排熱を利用して発酵層を加熱することができ、発酵層における糞尿の生物分解を促進することができるものであり、従来必要であった電熱ヒータ等のような電力を消費する加熱手段を設ける必要がなく、発酵層の加熱のための駆動電力の供給を商用電源から受ける必要がなくなって、バイオトイレシステムを設置するにあたって電源工事を行う必要がなくなり、特に商用電源が配設されていない地域にバイオトイレシステムを設置する場合の設置の利便性を向上することができるものである。更に、天候の良し悪しや昼夜を問わず燃料電池発電機を稼動させて排熱を利用した発酵層の加熱を行うことができるものである。

0064

また請求項2の発明は、請求項1の構成に加えて、燃料電池発電機の排熱とバイオトイレの発酵層を加熱するための熱媒との間の熱交換を行う熱交換装置によって排熱供給手段を構成するため、熱媒の流量や流速を制御するなどして排熱と熱媒との間の熱交換量を制御することにより発酵層の加熱温度を容易に制御することができ、発酵層の微妙な温度制御が可能となるものである。

0065

また請求項3の発明は、請求項1又は2の構成に加えて、発酵層内を攪拌する攪拌装置と、燃料電池発電機にて発電される起電力が供給されると共にこの起電力を制御した制御電力を攪拌装置に供給する電源制御装置とを具備するため、攪拌装置にて発酵層内を攪拌することにより発酵層における糞尿の生物分解を更に促進することができ、またこの撹拌装置を駆動させるための電力として燃料電池にて発電される電力を利用することができ、駆動電力の供給を商用電源から受ける必要がなくなって、バイオトイレシステムを設置するにあたって電源工事を行う必要がなくなり、特に商用電源が配設されていない地域にバイオトイレシステムを設置する場合の設置の利便性を向上することができるものである。

0066

また請求項4の発明は、請求項3の構成に加えて、太陽光発電装置を設け、太陽光発電装置にて発電された起電力が電源制御装置に供給されると共にこの起電力を制御した制御電力を電源制御装置から攪拌装置に供給可能に形成するため、燃料電池にて発電される電力だけでなく、太陽光発電装置にて発電される電力も、撹拌装置を駆動させるための電力として利用することができ、天候の良い日中には太陽光発電装置にて発電される起電力を用い、天候の悪い日中や夜間には燃料電池発電機にて発電される起電力を用いるようにしたり、あるいは状況によっては太陽光発電装置にて発電される起電力と燃料電池発電機にて発電される起電力とを同時に利用したりすることができ、燃料電池発電機にて消費される燃料ガスの消費量を削減することができるものである。また太陽光発電装置のみによって駆動用電力を得る場合には天候の悪い日中や夜間のためのバックアップ用の電力を蓄電するための大容量の二次電池を必要とするが、燃料電池発電機と太陽光発電装置とを併用することにより、このような大容量の二次電池を不要とすることができるものである。

0067

また請求項5の発明は、請求項3又は4の構成に加えて、空調装置を設け、制御電力を電源制御装置から空調装置に供給可能に形成するため、空調装置によってバイオトイレの換気を行うことができると共に、この空調装置を駆動させるための電力として燃料電池にて発電される電力を利用することができ、駆動電力の供給を商用電源から受ける必要がなくなって、バイオトイレシステムを設置するにあたって電源工事を行う必要がなくなり、特に商用電源が配設されていない地域にバイオトイレシステムを設置する場合の設置の利便性を向上することができるものである。

0068

また請求項6の発明は、請求項3乃至5のいずれかの構成に加えて、照明装置を設け、制御電力を電源制御装置から照明装置に供給可能に形成するため、照明装置によってバイオトイレの照明を行うことができると共に、この照明装置を駆動させるための電力として燃料電池にて発電される電力を利用することができ、駆動電力の供給を商用電源から受ける必要がなくなって、バイオトイレシステムを設置するにあたって電源工事を行う必要がなくなり、特に商用電源が配設されていない地域にバイオトイレシステムを設置する場合の設置の利便性を向上することができるものである。

0069

また請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれかの構成に加えて、貯水タンクと、水浄化装置と、貯水タンクから水洗用の水をバイオトイレに供給する水洗水供給手段と、貯水タンクから水浄化装置を経由して燃料電池発電機に水を供給する発電用水供給手段とを具備するため、貯水タンクに貯水された水を、発電用水供給手段にて燃料電池発電機に供給することにより燃料ガスの改質反応に利用することができると共に、貯水タンクに貯水された水を水洗水供給手段にてバイオトイレに供給することによりバイオトイレの水洗用に利用することができるものである。しかも、燃料電池発電機に供給に供給される水は水浄化装置にて不純物が除去された浄水となっており、この浄水を改質反応に利用することができるものであり、貯水タンクに水道水を貯水している場合は勿論のこと、貯水タンクに雨水等の水道水以外の水を貯水している場合であっても、不純物が除去された浄水を燃料電池発電機にて改質反応に利用することができるものである。

0070

また請求項8の発明は、請求項7の構成に加えて、燃料電池発電機からの排熱を利用して貯水タンク中の水を加温する加温手段を具備するため、寒冷時において貯水タンク内の水が凍結することを防止することができるものである。

0071

また請求項9の発明は、請求項1乃至8のいずれかの構成に加えて、燃料電池発電機として、プロパンガスを発電用燃料とするものを設けるため、手頃な量のプロパンガスが貯蔵され、かつ広く市販されて容易に入手可能なプロパンガスボンベを燃料ガス源として利用することができるものである。

0072

また請求項10の発明は、請求項1乃至9のいずれかの構成に加えて、燃料電池発電機として、固体高分子型の燃料電池を具備するものを設けるため、燃料電池発電機の構造を簡素化することができるものであり、また固体高分子型の燃料電池は作動温度が100℃以下であるため、60〜80℃程度の排熱、すなわちバイオトイレの生物分解部における発酵層の加熱温度と同等の温度の排熱が得られるものであり、燃料電池から回収される排熱に対して特に温度制御を行わなくても発酵層の加熱を行うことができるものであって、簡便な構成で効果的な排熱の利用を行うことができるものである。

図面の簡単な説明

0073

図1本発明の実施形態の一例を示す概略図である。
図2同上の実施形態における生物分解部の構成を示す断面図である。
図3同上の実施形態における燃料電池発電機の構成の一例に示す概略図である。
図4同上の実施形態における燃料電池の構成の一例を示す断面図である。
図5同上の実施形態における燃料電池発電機と熱交換装置の構成の一例を示す斜視図である。
図6蓄熱タンクの一例を示す断面図である。
図7蓄熱タンクの他例を示す断面図である。
図8蓄熱タンクの他例を示す断面図である。
図9蓄熱タンクの他例を示す断面図である。
図10水浄化装置の構成を示す概略図である。

--

0074

1バイオトイレシステム
2バイオトイレ
6貯水タンク
7燃料電池発電機
9水浄化装置
10熱交換装置
11電源制御装置
12空調装置
13照明装置
14太陽光発電装置
21発酵層
28 燃料電池

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