JP2011224200A - 電気焼却式便器及び電気焼却式便器の焼却制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】臭気成分を除去するだけでなく、敷紙が燃焼したときに発生する煙煤も除去することができ、臭気成分や煙煤が排出されることを防止できる電気焼却式便器及び電気焼却式便器の焼却制御方法を提供する。
【解決手段】処理開始信号の入力により充填物加熱ヒータを作動させて煙煤除去用充填物層を３５０℃以上の煙煤除去温度に加熱し、該煙煤除去用充填物層の温度が煙煤除去温度に上昇したときに焼却用ヒータを作動させるとともに排気ブロワを作動させて焼却処理を行い、焼却容器の温度があらかじめ設定された焼却処理終了温度に上昇したときに焼却用ヒータ及び充填物加熱ヒータを停止させ、焼却用ヒータの停止後にあらかじめ設定された排気終了温度に低下したときに排気ブロワを停止させる。
【選択図】図１
【解決手段】処理開始信号の入力により充填物加熱ヒータを作動させて煙煤除去用充填物層を３５０℃以上の煙煤除去温度に加熱し、該煙煤除去用充填物層の温度が煙煤除去温度に上昇したときに焼却用ヒータを作動させるとともに排気ブロワを作動させて焼却処理を行い、焼却容器の温度があらかじめ設定された焼却処理終了温度に上昇したときに焼却用ヒータ及び充填物加熱ヒータを停止させ、焼却用ヒータの停止後にあらかじめ設定された排気終了温度に低下したときに排気ブロワを停止させる。
【選択図】図１
Description
本発明は、電気焼却式便器及び電気焼却式便器の焼却制御方法に関し、詳しくは、排泄物を焼却処理して無臭、無菌状態にする電気焼却式便器及びこの電気焼却式便器における排泄物の焼却処理を制御する電気焼却式便器の焼却制御方法に関する。
上下水道が完備していない場所に設置されるトイレの便器として、便座の下方に設置した焼却処理炉の焼却容器内に敷紙とともに落下させた排泄物を焼却用ヒータで加熱して焼却処理し、排泄物や敷紙を無臭、無菌の無機質の焼却灰にするとともに、焼却時に発生する燃焼排ガス中の臭気成分、例えばアンモニアなどの窒素化合物を脱臭触媒によって除去する電気焼却式便器が知られている。この電気焼却式便器は、一般の仮設トイレに多く用いられている溜め置き式便器に比べて高価ではあるが、溜まった排泄物を処理設備に搬送して処理する必要がなく、衛生的であり、市街化区域の建設現場、キャンプ地、訓練地、屋外スポーツ施設、地下工事空間に設置するトイレに適しており、特に、地下室やシールド工事現場など、人が過密に生活又は仕事をする空間に設置するトイレとして最適である（例えば、特許文献１参照。）。
このような電気焼却式便器において、使用頻度が想定を大きく超えたときなどに、焼却容器内に落下した敷紙が焼却用ヒータからの加熱により、炎を上げて激しく燃焼する状態となることがある。敷紙が激しく燃焼したときに発生する煙や煤（煙煤）や紙が燃えたときの臭いは、脱臭触媒では十分に除去することができないため、敷紙が燃焼すると煙煤を含んだ燃焼排ガスが外部に排出されて環境を汚染してしまう。
また、電気焼却式便器の使用頻度が過度に高いと、焼却処理の際に、焼却処理炉の内部に水蒸気、タール状物質及び煙煤が共存する過渡時間帯が長くなり、焼却処理時間の大部分が過渡時間帯となってしまうことがある。焼却処理炉内の水蒸気やタール状物質、煙煤は、燃焼排ガスと共に排気ブロワに吸引されて排気口から外部に排出されるが、過渡時間帯が長いと、便器ハウジングの中で水分が結露するとともに煙煤やタール状物質が沈着し、これが温度検出器類や電流制御器の端子類の部分に発生すると電気的不全を起こすおそれがある。
そこで本発明は、臭気成分を除去するだけでなく、敷紙が燃焼したときに発生する煙煤も除去することができ、臭気成分や煙煤が便器の外部に排出されることを防止でき、煙煤に起因する電気的不全の発生も防止できる電気焼却式便器及び電気焼却式便器の焼却制御方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の電気焼却式便器は、便座の下部に設けられて底が開閉可能なフラッシングボウルと、該フラッシングボウルの下方に設けられた焼却容器と、前記フラッシングボウルから敷紙とともに焼却容器内に落下した排泄物及び敷紙を加熱して焼却する焼却用ヒータと、前記焼却容器内で発生した燃焼排ガスを焼却容器内から排気経路を介して外部に排出する排気ブロワとを備えた電気焼却式便器において、前記排気経路に、前記燃焼排ガスと３５０℃未満の温度で接触することによって燃焼排ガス中に含まれる臭気成分を除去する脱臭触媒を充填した脱臭触媒充填部を設けるとともに、前記燃焼排ガスと３５０℃以上の温度で接触することによって燃焼排ガス中に含まれる煙煤を除去する煙煤除去用充填物を充填した煙煤除去用充填物充填部と、前記煙煤除去用充填物を加熱するための充填物加熱ヒータとを備えていることを特徴としている。
さらに、本発明の電気焼却式便器は、前記煙煤除去用充填物充填部の大きさが、ガス流れ方向の長さが５〜５０ｃｍの範囲であり、断面積が５０〜２００ｃｍ２の範囲であることを特徴としている。
また、本発明の電気焼却式便器の焼却制御方法は、前記電気焼却式便器における焼却制御方法であって、処理開始信号の入力により前記充填物加熱ヒータを作動させて前記煙煤除去用充填物をあらかじめ設定された３５０℃以上の煙煤除去温度に加熱し、該煙煤除去用充填物の温度が前記煙煤除去温度に上昇したときに前記焼却用ヒータを作動させるとともに前記排気ブロワを作動させて焼却処理を行い、前記焼却容器の温度があらかじめ設定された焼却処理終了温度に上昇したときに前記焼却用ヒータを停止させるとともに前記充填物加熱ヒータを停止させ、該焼却用ヒータの停止後に、電気焼却式便器の内部があらかじめ設定された排気終了温度に低下したときに前記排気ブロワを停止させることを特徴としている。
さらに、本発明の電気焼却式便器の焼却制御方法は、前記焼却用ヒータ及び前記充填物加熱ヒータは、作動開始からの時間が、前記焼却容器内に収容される排泄物の最大量を燃焼させるのに必要なあらかじめ設定された時間を超えたときに作動を停止することを特徴としている。また、前記焼却用ヒータは、表面温度が５００〜６００℃の範囲に制御されること、前記焼却処理終了温度が１００〜２５０℃の範囲に設定されていることを特徴としている。
本発明の電気焼却式便器によれば、３５０℃未満の脱臭触媒によって燃焼排ガス中の臭気成分を除去するとともに、３５０℃以上の煙煤除去用充填物によって燃焼排ガス中に含まれる煙煤を除去することができる。また、本発明の電気焼却式便器の焼却制御方法によれば、煙煤除去用充填物が３５０℃以上に加熱された後に焼却用ヒータ及び排気ブロワを作動させるので、煙煤除去用充填物で煙煤を確実に除去することができる。
電気焼却式便器は、便器ハウジング１１の上部に設けられた便座１２と、便座１２の下部に連設されたフラッシングボウル１３と、フラッシングボウル１３の下方に設けられた二重壁構造の焼却処理炉１４と、焼却処理炉１４の上部円筒部内に配置された螺旋状の焼却用ヒータ１５と、焼却処理炉１４の下部半円筒部内に出し入れ可能に設けられた有底円筒状の焼却容器１６と、焼却処理炉１４の上部開口を開閉可能に覆う炉蓋１７と、焼却処理炉１４の上部背面側に設けられた開口１４ａに連設された排気経路１８と、排気経路１８を介して焼却処理炉１４内から燃焼排ガスを吸引する排気ブロワ１９と、排気経路１８に設けられた脱臭触媒充填部２０及び煙煤除去用充填物充填部２１と、煙煤除去用充填物充填部２１内に充填された煙煤除去用充填物を加熱するための充填物加熱ヒータ２２とを備えている。
さらに、便器ハウジング１１の背面には、排気ブロワ１９で吸引した燃焼排ガスを外部に排出するための排気口２３が設けられ、便器ハウジング１１の正面下部には、焼却容器１６を出し入れするための容器出し入れ口２４が設けられている。また、便器ハウジング１１の側面には、用便終了後に操作するペダルや点検口（図示せず）などが設けられている。さらに、便器ハウジング１１の底面には、電気焼却式便器を設置した床面への熱伝達を抑えるため、耐熱グラスウールなどを充填した断熱部２５が設けられている。また、焼却容器１６は、二重構造などの適宜な断熱構造を有するとともに、容器出し入れ口２４を通しての出し入れを容易に行えるような構造及び形状に形成されている。
また、焼却容器１６は、上部外周に設けた鍔部１６ａを焼却処理炉１４の下部半円筒部の上部内周に設けられた係止片１４ｂに係止するとともに、焼却処理炉１４の底板に設けられた板バネ１４ｃにより上方に付勢されて焼却処理炉１４の上部円筒部の下面に焼却容器上部開口を密着させた状態に保持され、容器出し入れ口２４側に設けられた把手兼用のクリップ係止部１６ｂに固定用クリップ（図示せず）を係止することによって所定位置に保持される。
さらに、この電気焼却式便器は、前記焼却用ヒータ１５，前記充填物加熱ヒータ２２及び前記排気ブロワ１９を制御するため、図３に示すような回路構成を有する制御手段３０が設けられている。この制御手段３０には、焼却処理炉１４の下部の温度を検出する焼却処理炉下部温度検出器（ＴＳ）３１と、焼却処理炉１４の上部の温度を検出する焼却処理炉上部温度検出器（ＩＴＳ）３２と、焼却用ヒータ１５の表面温度を検出する焼却用ヒータ表面温度検出器（ＴＣ１）３３と、焼却容器１６の底面温度を検出する焼却容器温度検出器（ＴＣ２）３４と、充填物加熱ヒータ２２の表面温度を検出する充填物加熱ヒータ表面温度検出器（ＴＣ３）３５と、便器ハウジング１１内の上部温度を検出する上部温度検出器（ＳＴＳ）３６と、これらの温度検出器３１〜３６で検出した温度に基づいて焼却用ヒータ１５，充填物加熱ヒータ２２及び排気ブロワ１９をそれぞれ制御する焼却用ヒータ制御器（ＴＣ−Ｃ１）３７、焼却処理完了制御器（ＴＣ−Ｃ２）３８及び充填物ヒータ制御器（ＴＣ−Ｃ３）３９とがそれぞれ設けられている。さらに、焼却用ヒータ１５や充填物加熱ヒータ２２の最長作動時間を規制する焼却時間制御用タイマ（Ｔ１）４０及び充填物加熱時間制御用タイマ（Ｔ３）４１が設けられている。
前記脱臭触媒充填部２０及び煙煤除去用充填物充填部２１は、金網や多孔板等の通気性を有する仕切部材２０ａ，２１ａによってそれぞれ区画されている。脱臭触媒充填部２０には、燃焼排ガス中に含まれるアンモニアなどの窒素系化合物を主とする臭気成分を分解するための脱臭触媒Ａとして、強酸性のゼオライト、シリカ、活性アルミナ、チタニア、ニオビア、シリカ・アルミナ、ジルコニア等の担体に白金を担持させた白金触媒やパラジウムを担持させたパラジウム触媒が充填されている。脱臭触媒Ａは、３５０℃未満の温度、好ましくは２５０℃以上３５０℃未満の温度、通常は３００℃付近の温度で燃焼排ガスと接触することにより、燃焼排ガス中に含まれるアンモニアなどの臭気成分を効果的に除去することができる。なお、脱臭触媒の温度が低すぎても、高すぎても触媒反応を十分に進めることができなくなる。
また、前記煙煤除去用充填物充填部２１内には、焼却処理炉１４内で敷紙が燃焼した際に発生する煙や煤（煙煤）の主成分である炭素粒子を除去するとともに、ガス中の臭気成分や炭素粒子に吸着された臭気成分を除去するための煙煤除去用充填物Ｂが充填されている。燃焼排ガス中に含まれる炭素粒子は、３５０℃以上の高温、好ましくは４００〜７００℃の高温に加熱された煙煤除去用充填物の充填層内を通過する際に高温となり、空気中の酸素と反応して二酸化炭素となる。さらに、炭素粒子に吸着されていた臭気成分は、炭素の酸化反応（燃焼）の際に炭素粒子から放出され、放出された臭気成分は、高温で分解したり、反応したりすることにより、例えば、窒素系化合物を窒素ガスと二酸化炭素と水とに分解して燃焼排ガス中から除去する。なお、煙煤除去用充填物の温度が低すぎると炭素粒子の酸化反応を十分に行うことができなくなり、煙煤除去用充填物の温度を高くし過ぎると、煙煤除去用充填物充填部２１を形成する材料の負担が大きくなり、電力消費量も増大する。
したがって、煙煤除去用充填物には、炭素の酸化反応を促進する機能と臭気成分を除去する機能とを備えた物質を使用する必要がある。このような物質としては、例えば、ゼオライト、パーライト、パーミライト、コージュライト、熱活生アルミナ等各種のセラミツクス、沸石、鹿沼土等の無機系多孔質体を用いることができる。さらに、これらの多孔質体に、白金、パラジウム、金、ルテニウム、ロジウム、銀等の貴金属や銅、亜鉛、ニツケル、コバルト、鉄等の金属及びこれらの硝酸塩や塩化物、酸化物を担持させて前記酸化反応などを促進させたものも使用することができ、前記脱臭触媒充填部２０に充填した白金触媒やパラジウム触媒を使用することもできる。これらの各種物質は、それぞれ単独で用いることもでき、複数種類を適宜混合して用いることもできる。
また、排泄物などの燃焼によって発生する燃焼ガスと、水分が蒸発した水蒸気とを合計した燃焼排ガスの量は、処理状態によって変化するが、最大で１０００ｃｍ３／ｃｍ２・秒に達することがある。脱臭触媒充填部２０は、一般に、断面積が５０〜２００ｃｍ２、流れ方向長さが１〜５ｃｍに設定されているので、煙煤除去用充填物充填部２１の大きさは、この脱臭触媒充填部２０の断面積や、便器ハウジング１１内の設置可能スペースに制約される。通常、煙煤除去用充填物充填部２１は、脱臭触媒充填部２０の下流側に連続して設けることが好ましいため、煙煤除去用充填物充填部２１の断面積は、脱臭触媒充填部２０の断面積と同程度、即ち断面積は５０〜２００ｃｍ２の範囲で、長さは５〜５０ｃｍの範囲に設定されるが、煙煤除去用充填物充填部２１に充填した煙煤除去用充填物の状態により、最適なガス滞留時間を得られるようにするため、煙煤除去用充填物充填部２１の大きさは、断面積が８０〜１８０ｃｍ２、長さが６〜３０ｃｍの範囲が好ましく、断面積が８０〜１３０ｃｍ２、長さが６〜２０ｃｍの範囲に設定することが更に好ましい。
また、脱臭触媒充填部２０に充填する脱臭触媒及び煙煤除去用充填物充填部２１に充填する煙煤除去用充填物は、適当な粒径のものを適当な充填率、例えば１０〜６０％の充填率で充填し、適度な通気抵抗が得られるようにしておく。例えば、粒径が小さすぎるものは、燃焼排ガスとの接触面積は大きくなるが、通気抵抗が大きくなるなどの問題があり、粒径が大きすぎるものは、燃焼排ガスとの接触面積が小さくなり、通気抵抗も小さくなるため、燃焼排ガスの滞留時間が短くなって十分な反応を行えなくなるなどの問題がある。
このように形成された電気焼却式便器は、便座１２の蓋１２ａを開き、フラッシングボウル１３に適当な枚数の敷紙を敷いた状態で用便を行った後、蓋１２ａを閉じてペダルを踏むことによってフラッシングボウル１３と炉蓋１７とが連動して開き、排泄物が敷紙と共に焼却容器１６に落下し、ペダルから足を離すことでフラッシングボウル１３と炉蓋１７とが閉じ、焼却処理炉１４が半密閉状態になる。そして、ペダルに連動したスイッチあるいは独立して設けられたスイッチからなる処理開始スイッチ（ＳＷ）４２がＯＮになることによって制御手段３０が作動状態になり、制御手段３０があらかじめ設定された手順で焼却用ヒータ１５、充填物加熱ヒータ２２及び排気ブロワ１９の動作を制御し、排泄物を敷紙と共に焼却処理する。焼却処理によって発生した燃焼排ガスは、脱臭触媒充填部２０で脱臭処理されるとともに、煙煤除去用充填物充填部２１で脱煙煤処理されて排気口２３から便器ハウジング１１の外部に排出される。
制御手段３０は、処理開始スイッチ４２の投入により、充填物加熱時間制御用タイマ４１がカウントを開始するとともに、充填物ヒータ制御器３９が充填物加熱ヒータ２２への通電を開始して充填物加熱ヒータ（Ｈｅａｔｅｒ３）２２を作動状態にする。充填物ヒータ制御器３９は、充填物加熱ヒータ表面温度検出器３５の検出温度によって充填物加熱ヒータ２２への通電を制御し、煙煤除去用充填物充填部２１内に充填された煙煤除去用充填物をあらかじめ設定された３５０℃以上、例えば、４５０〜６００℃の範囲の所定温度に加熱して煙煤除去用充填物を煙煤除去可能な状態とする。
充填物加熱ヒータ表面温度検出器３５の検出温度があらかじめ設定された温度に上昇すると、焼却時間制御用タイマ４０がカウントを開始するとともに、焼却用ヒータ制御器３７が焼却用ヒータ１５への通電を開始して焼却用ヒータ（Ｈｅａｔｅｒ１）１５を作動状態にする。同時に、排気ブロワ１９のモータ（ＢＭ）に通電されて排気ブロワ１９が作動を開始し、排気運転が行われる。焼却用ヒータ制御器３７は、焼却用ヒータ表面温度検出器３３の検出温度によって焼却用ヒータ１５への通電を制御し、焼却用ヒータ表面温度を４５０℃以上、好ましくは５００〜６００℃の範囲で設定した温度に制御する。焼却容器１６に落下した排泄物及び敷紙は、焼却用ヒータ１５からの輻射熱で加熱されることによって水分が上昇した後、敷紙及び排泄物の燃焼、有機物の熱分解が始まる。
燃焼処理によって焼却処理炉１４内で発生した燃焼排ガス（水蒸気を含む）は、排気ブロワ１９の吸引力により排気経路１８に吸い込まれ、脱臭触媒充填部２０を通過する。脱臭触媒充填部２０に充填された脱臭触媒は、煙煤除去用充填物充填部２１や焼却用ヒータ１５からの輻射熱及び高温の燃焼排ガスと接触することによって温度上昇し、２５０〜３５０℃程度の温度、通常は３００℃付近に上昇して安定した状態になる。燃焼排ガス中の臭気成分は、３００℃付近に温度上昇した脱臭触媒と接触することにより、窒素化合物などの臭気成分が、脱臭触媒の触媒作用で窒素や水などに分解して排ガス中から除去される。
一方、電気焼却式便器の使用頻度が高かったりして、固形物や敷紙、特に敷紙の温度が３００℃を超えると、敷紙が自然着火し、炎を上げて激しく燃焼することがある。敷紙が激しく炎を上げて燃焼すると、燃焼によって煙煤（煙や煤）が発生し、この煙煤が通常の燃焼排ガスと共に排気経路１８に吸引される。煙煤は、脱臭触媒充填部２０に充填した脱臭触媒ではほとんど除去することができないため、脱臭触媒充填部２０を通過し、脱臭触媒充填部２０の下流側に連設した煙煤除去用充填物充填部２１に流入する。煙煤除去用充填物充填部２１で３５０℃以上の所定の温度に加熱された煙煤除去用充填物内をある程度時間を掛けて通過することにより、燃焼排ガス中の煙煤の主成分である炭素粒子が酸素と反応して二酸化炭素となり、煙や煤の原因である炭素粒子が燃焼排ガス中から除去される。
また、煙煤中の炭素粒子に付着あるいは吸着していた臭気成分などは、炭素粒子が燃焼する際に炭素粒子から放出されるが、煙煤除去用充填物層内の高温の雰囲気中で熱分解したり、酸素と反応したりすることによって燃焼排ガス中から除去される。さらに、燃焼時に発生した一酸化炭素も、脱臭触媒充填部２０や煙煤除去用充填物充填部２１で酸化されて二酸化炭素になる。
脱臭触媒充填部２０及び煙煤除去用充填物充填部２１で処理された燃焼排ガスは、便器ハウジング１１内の空気と一緒に排気ブロワ１９に吸い込まれ、高温の燃焼排ガスと外部の空気とが混合して排気口２３から排出される。したがって、排気ブロワ１９が吸引する燃焼排ガスと空気との混合割合を適切に設定することにより、排気口２３から排出される排気温度を低く、例えば５０℃以下の安全な温度に下げることができる。また、便器ハウジング１１内が負圧状態になるので、燃焼排ガスが外部に漏れ出すことはなく、燃焼処理や酸化反応に必要な空気（酸素）を焼却処理炉１４内に取り込むことができる。
このような焼却処理は、焼却容器温度検出器３４が検出した焼却容器１６の底面温度（ＡＳＰＡＮ）があらかじめ設定された１００℃以上に上昇したときに、焼却処理完了制御器３８が焼却用ヒータ制御器３７を介して焼却用ヒータ１５への通電を遮断することにより終了する。焼却容器１６の底面温度は、焼却容器１６内に水分が残っている間、平地の大気圧下では１００℃を超えることはなく、焼却容器１６内から水分が完全に蒸発した後、焼却容器１６内の温度は１００℃以上に上昇する。また、断熱構造を有する焼却容器１６では、焼却容器１６内面から底面（外面）に熱が伝わるまでに時間がかかるため、底面温度が１００℃以上に上昇したことを検知してから焼却処理を終了することにより、焼却容器１６の内部での排泄物の焼却処理を確実に行うことができる。また、便器ハウジング１１の底面に断熱部２５を設けるとともに、板バネ１４ｃにより上方に付勢して断熱部２５から離れた状態にしておくことにより、焼却容器１６の底面温度をより正確に検出することができる。
さらに、電気焼却式便器の使用頻度が高かったり、維持管理が不十分だったりすると、未燃焼の炭素の微粒子を核として水分などが付着することによりタール状となった物質（タール状物質）が焼却容器１６の内面などに付着することがある。このタール状物質は、定期的に焼却容器１６を清掃したり、焼却用ヒータ１５による空焚きを行うことによって除去することができるが、適切な維持管理を行わないと大量に付着し、一部のタール状物質が排気経路１８にも流入し、触媒などに悪影響を与えたり、部材を腐食させたり、更には電気配線を短絡させたりするおそれがある。
このため、焼却容器１６内の水分が完全に蒸発した後、焼却容器１６内に残留するタール状物質を空焚き状態と同じようにして焼却処理することができるように、焼却容器１６の底面温度があらかじめ設定した１００℃以上の温度、好ましくは１２０℃以上、更に好ましくは１５０℃以上に上昇したときに焼却用ヒータ１５を止めることにより、各焼却処理において焼却容器１６内にタール状物質が残留していても、水分を完全に処理してから停止することによって長時間の空焚き状態になることを防止することができるので、電気焼却式便器各部や設置環境が過度に温度上昇することがなくなり、焼却処理炉１４の熱劣化も抑えることができ、電力の無駄な消費も抑えることができる。さらに、焼却容器１６の底面温度が１８０〜２５０℃に達してから焼却用ヒータ１５を停止させるように設定することにより、焼却容器１６内のタール状物質や炭化物を完全に処理し、焼却容器１６内に塩化ナトリウムの結晶などの無臭・無菌の灰だけが残留する状態にすることが可能である。
また、電気焼却式便器の使用頻度が過度に高く、焼却処理の際に、焼却処理炉１４の内部に水蒸気、タール状物質及び煙煤が共存する過渡時間帯が長くなってしまうことがあっても、上述のようにタール状物質を焼却処理するとともに、煙煤除去用充填物充填部２１で煙煤を除去することにより、便器ハウジング１１の中で水分が結露しても煙煤やタール状物質が沈着することはなく、温度検出器類や電流制御器の端子類が電気的不全を起こすことがなくなる。
焼却用ヒータ１５への通電が遮断されるのと同時に充填物加熱ヒータ２２への通電も遮断され、焼却時間制御用タイマ４０及び充填物加熱時間制御用タイマ４１もリセットされて焼却処理は終了するが、排気ブロワ１９への通電は継続され、電気焼却式便器の各部を適当な温度まで冷却する冷却運転を行う。この冷却運転は、例えば、焼却処理中に高温となる焼却処理炉１４の上部の温度を焼却処理炉上部温度検出器３２で検出し、検出した温度があらかじめ設定された排気終了温度以下、例えば、手などが接触しても火傷を負わないような温度である８０℃以下、好ましくは、５５℃以下に低下するまで継続される。
一方、焼却用ヒータ１５や充填物加熱ヒータ２２が連続的に作動して電気焼却式便器の各部、特に、便座１２の周囲温度が過度に上昇することを防止するため、焼却時間制御用タイマ４０や充填物加熱時間制御用タイマ４１にそれぞれ設定された時間を経過すると、焼却用ヒータ１５及び排気ブロワ１９や充填物加熱ヒータ２２への通電を自動的に遮断するようにしている。これらのタイマに設定する時間は、焼却容器１６が排泄物で満杯になった状態で、排泄物を確実に焼却処理でき、発生した煙煤を確実に除去できる時間、例えば、焼却時間制御用タイマ４０は、焼却容器１６に満杯状態となった小水を完全に蒸発させることができる時間に設定し、充填物加熱時間制御用タイマ４１は、焼却時間制御用タイマ４０より長い時間で、焼却用ヒータ１５の作動停止後の予熱で燃焼を続けたときに発生する煙煤を除去できる時間に設定することが好ましい。
さらに、安全対策として、上部温度検出器３６の検出温度があらかじめ設定された温度以上、例えば６０℃以上に上昇したときに焼却用ヒータ１５への通電を遮断するように設定するとともに、排気ブロワ１９を連続的に作動させて便器ハウジング１１内に外気を吸引するようにしている。同様に、焼却処理炉下部温度検出器３１の検出温度があらかじめ設定された温度、例えば１５０℃以上に上昇したときに焼却用ヒータ１５を停止して焼却処理炉１４の周囲が高温状態になることを防止している。これにより、電気焼却式便器の各部の温度が過度に上昇することを防ぐことができ、便座１２に腰掛けたときに火傷を負うような事故を防ぐことができる。
このように、排便後に排泄物及び敷紙の焼却処理を行う際に、充填物加熱ヒータ２２によって煙煤除去用充填物充填部２１内に充填された煙煤除去用充填物をあらかじめ設定された３５０℃以上に加熱してから焼却用ヒータ１５への通電及び排気ブロワ１９に通電を開始するように設定することにより、焼却処理中に脱臭触媒で除去できない煙煤が発生したとしても、煙煤除去用充填物充填部２１で煙煤を除去することができるので、煙煤が電気焼却式便器の外部に漏れ出すことを防止できる。これにより、電気焼却式便器を室内、特に、地下工事空間、地下室、シールド工事現場などに設置した場合でも、室内に煙煤が充満して環境を汚染することがなくなり、電気焼却式便器の使用範囲を広げることができる。
また、充填物加熱ヒータ２２で加熱された煙煤除去用充填物の熱で脱臭触媒充填部２０に充填した脱臭触媒を加熱することができるので、焼却処理開始時点で脱臭触媒の温度をある程度上昇させておくことができ、脱臭触媒による臭気成分の除去を効果的に行うことができる。さらに、煙煤除去用充填物充填部２１内に充填する充填物として、脱臭触媒の機能を有する物質を混合したり、煙煤除去機能と脱臭触媒機能とを併せ持った物質を用いたりることにより、煙煤を除去しながら臭気成分の除去も行うことができる。
さらに、焼却用ヒータ１５への通電の終了を焼却容器１６の温度に基づいて行うことにより、焼却容器１６内の排泄物を確実に焼却処理できるとともに、焼却容器１６内にタール状物質が残留することも防止でき、維持管理の負担も軽減することができる。また、各ヒータの最長作動時間をタイマで規制することにより、排泄物の焼却処理を確実に行いながら消費電力の削減が図れ、電気焼却式便器や設置場所の温度上昇も抑えることができる。
なお、各温度検出器における温度検出位置は、対象物の温度が制御可能な状態で検出できれば任意に設定することが可能であり、各温度設定値は、測定位置に応じて最適な温度に設定することができる。また、電気焼却式便器における細部の構成は、想定される最大使用頻度などに応じて適宜に変更することが可能である。
図１に示す構造の電気焼却式便器を使用して排泄物の焼却処理を行った。主要部の諸元を次に示す。焼却容器１６の容積は約２リットル、焼却処理炉１４は外径が２９０ｍｍの円筒形状、焼却用ヒータ１５のヒータ容量は１５００Ｗで設定温度は５４０℃、脱臭触媒充填部２０は幅１２５ｍｍ、高さ６８ｍｍ、厚さ１２ｍｍの炉体に沿った円弧形状、脱臭触媒は表面を白金パラジウム処理した市販の脱臭触媒で、充填量は１１０ｃｍ３、排気ブロワ１９の排気能力は毎分２ｍ３、煙煤除去用充填物充填部２１は幅１３０ｍｍ、高さ７２ｍｍ、長さ１６０ｍｍの角筒形状、充填物加熱ヒータ２２のヒータ容量は３００Ｗで設定温度は４５０℃、煙煤除去用充填物は、脱臭触媒と同じパラジウム触媒で、充填量は１３００ｃｍ３、焼却容器温度検出器３４の焼却処理終了設定温度は１２０℃、焼却処理炉上部温度検出器３２の排気ブロワ停止設定温度は５４℃である。
３枚の敷紙と共に５００ｇの小便を焼却容器１６に落下させるとともに、処理開始スイッチ４２を投入して焼却処理を開始した。充填物加熱ヒータ２２への通電開始から１８分で充填物加熱ヒータ表面温度検出器３５の検出温度が４５０℃を超え、充填物ヒータ制御器３９が充填物加熱ヒータ２２のＯＮ・ＯＦＦ制御を開始したのと同時に、焼却用ヒータ制御器３７が焼却用ヒータ１５への通電を開始するとともに、ブロワ制御器３８が排気ブロワ１９を作動させた。焼却用ヒータ１５の通電を開始してから５２分後に、焼却容器温度検出器３４の検出温度が１２０℃に上昇し、充填物加熱ヒータ２２及び焼却用ヒータ１５への通電が遮断され、焼却処理が完了した。焼却用ヒータ１５の通電終了後も焼却容器１６の底面温度は上昇し、５分後に１７３℃の最高温度に達した。また、排気ブロワ１９は、焼却処理炉上部温度検出器３２の検出温度が８０℃に低下したときに停止した。
処理開始から処理終了までの間、排気口２３から排出されるガスに臭気はほとんどなく、煙も認められなかった。また、排出されるガスの温度は最高で４０℃であった。さらに、焼却容器１６内には僅かな灰のみが残っており、タール状物質は認められなかった。
一方、充填物加熱ヒータ２２を停止させて煙煤除去用充填物の加熱を行わなかった以外は、同じ条件で、処理開始スイッチ４２の投入により焼却用ヒータ１５及び排気ブロワ１９を作動させた場合は、脱臭触媒の温度が上昇するまでの数分間、排気口２３からアンモニア臭及び焦げ臭を有するガス及び煙が排出された。
実施例１と同じ諸元の電気焼却式便器を成人一人が一週間、連続的に使用したときの状況を想定して実験を行った。なお、充填物加熱ヒータ２２の設定温度は５６０℃とし、焼却容器１６内の残留物は毎日１回ずつ廃棄した。その結果、焼却処理に要する時間は平均で約９５分であり、焼却処理中に排気口２３から排出されるガスには、臭気及び煙煤はほとんど認められなかった。また、実験終了後に電気焼却式便器を分解し、便器ハウジング１１の内部を観察したが、汚れはほとんどなく、燃焼排ガスが通過する排気経路１８や排気ブロワ１９の内部にもタール状物質の付着は認められなかった。
焼却容器１６の容積が約３リットル、焼却処理炉１４の外径が３１０ｍｍ、焼却用ヒータ１５のヒータ容量が２８００Ｗで設定温度は５７０℃、脱臭触媒充填部２０が幅１３０ｍｍ、高さ７２ｍｍ、厚さ１２ｍｍ、脱臭触媒は市販のパラジウム触媒で、充填量が１１０ｃｍ３、排気ブロワ１９の排気能力が毎分４ｍ３、煙煤除去用充填物充填部２１が幅１３０ｍｍ、高さ７２ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、充填物加熱ヒータ２２のヒータ容量が４５０Ｗで設定温度が５９０℃、煙煤除去用充填物が市販のゼオライトＡ０４９で、充填量は１３００ｃｍ３（約７５０ｇ）、焼却容器温度検出器３４の焼却処理終了設定温度が１５０℃、焼却処理炉上部温度検出器３２の排気ブロワ停止設定温度が５４℃であり、脱臭触媒充填部２０と煙煤除去用充填物充填部２１の間には１０ｍｍの空間を設けて接続した電気焼却式便器を使用して実験を行った。なお、電気焼却式便器の基本的構造は、実施例１で使用した電気焼却式便器と同じである。
１０枚の敷紙と共に小便１４７６ｇ及び大便５２４ｇを焼却容器１６に落下させて焼却処理を開始した。開始から１５分後に充填物加熱ヒータ２２の表面温度が５９０℃に上昇して焼却用ヒータ１５及び排気ブロワ１９が作動を開始した。更にこの１３分後に焼却用ヒータ１５の表面温度が５７０℃に到達した。焼却用ヒータ１５及び排気ブロワ１９の作動開始後、しばらくの間は、小便の量が多いために排気口２３から排出されるガスに僅かなアンモニア臭を感じたが、不快を感じる程度ではなかった。また、煙の排出は認められなかったが、水分の蒸発による湿り気を感じた。９０分後に焼却容器１６の底面温度が１５０℃に上昇して焼却処理が完了し、更にその１０分後に焼却処理炉上部温度検出器３２の検出温度が８０℃に下がって排気ブロワ１９が停止した。
なお、充填物加熱ヒータ２２を作動させずに同じような焼却処理を行ったところ、敷紙の枚数が多いことから、敷紙が燃焼した大量の煙が排出され、同時にアンモニア臭も強く感じた。
焼却容器１６の容積が約３リットル、焼却処理炉１４の外径が３１０ｍｍ、焼却用ヒータ１５のヒータ容量が２８００Ｗで設定温度は５７０℃、脱臭触媒充填部２０が幅１８０ｍｍ、高さ１００ｍｍ、厚さ２４ｍｍ、脱臭触媒は市販のパラジウム触媒で、充填量が４５０ｃｍ３、排気ブロワ１９の排気能力が毎分４ｍ３、煙煤除去用充填物充填部２１が幅１８０ｍｍ、高さ１００ｍｍ、長さ１６０ｍｍ、但し、煙煤除去用充填物充填部２１の出口開口の大きさは幅１６０ｍｍ、高さ８０ｍｍ、充填物加熱ヒータ２２のヒータ容量が５００Ｗで設定温度が５８０℃、煙煤除去用充填物が市販のゼオライトＡ０４９の１２００ｃｍ３と実施例１と同じ脱臭触媒の１１００ｃｍ３とを均一に混合した混合充填物、焼却容器温度検出器３４の焼却処理終了設定温度が１５０℃、焼却処理炉上部温度検出器３２の排気ブロワ停止設定温度が５４℃であり、脱臭触媒充填部２０と煙煤除去用充填物充填部２１の間には３０ｍｍの空間を設けて接続した電気焼却式便器を使用して実験を行った。なお、電気焼却式便器の基本的構造は、実施例１で使用した電気焼却式便器と同じである。
７枚の敷紙と共に小便５７５ｇ及び大便４２５ｇを焼却容器１６に落下させて焼却処理を開始した。開始から１５分後に充填物加熱ヒータ２２の表面温度が５８０℃に達して焼却用ヒータ１５及び排気ブロワ１９が作動を開始した。更にこの１４分後に焼却用ヒータ１５の表面温度が５７０℃に到達した。焼却用ヒータ１５及び排気ブロワ１９が作動を開始してから６４分後、焼却容器１６の底面温度が１５０℃に上昇して焼却処理が完了し、更にその１０分後に焼却処理炉上部温度検出器３２の検出温度が８０℃に下がったときに排気ブロワ１９が停止した。この焼却処理中、排気口２３から排出されるガスにアンモニア臭や煙を感じることは全くなかった。
なお、各実施例に示す電気焼却式便器を６畳の広さの室内に設置して同様の焼却処理実験を行ったところ、小便の水分が蒸発している間は室内の湿度が上昇し、焼却処理に伴って僅かずつ室温が上昇するが、不快を感じるほどではなく、通常の生活空間と同じ程度の環境を維持することができた。
１１…便器ハウジング、１２…便座、１２ａ…蓋、１３…フラッシングボウル、１４…焼却処理炉、１４ａ…開口、１４ｂ…係止片、１４ｃ…板バネ、１５…焼却用ヒータ、１６…焼却容器、１６ａ…鍔部、１６ｂ…クリップ係止部、１７…炉蓋、１８…排気経路、１９…排気ブロワ、２０…脱臭触媒充填部、２０ａ…仕切部材、２１…煙煤除去用充填物充填部、２１ａ…仕切部材、２２…充填物加熱ヒーター、２３…排気口、２４…容器出し入れ口、２５…断熱部、３０…制御手段、３１…焼却処理炉下部温度検出器（ＴＳ）、３２…焼却処理炉上部温度検出器（ＩＴＳ）、３３…焼却用ヒータ表面温度検出器（ＴＣ１）、３４…焼却容器温度検出器（ＴＣ２）、３５…充填物加熱ヒータ表面温度検出器（ＴＣ３）、３６…上部温度検出器（ＳＴＳ）、３７…焼却用ヒータ制御器（ＴＣ−Ｃ１）、３８…焼却処理完了制御器（ＴＣ−Ｃ２）、３９…充填物ヒータ制御器（ＴＣ−Ｃ３）、４０…焼却時間制御用タイマ（Ｔ１）、４１…充填物加熱時間制御用タイマ（Ｔ３）、４２…処理開始スイッチ（ＳＷ）、Ａ…脱臭触媒、Ｂ…煙煤除去用充填物
Claims (6)
- 便座の下部に設けられて底が開閉可能なフラッシングボウルと、該フラッシングボウルの下方に設けられた焼却容器と、前記フラッシングボウルから敷紙とともに焼却容器内に落下した排泄物及び敷紙を加熱して焼却する焼却用ヒータと、前記焼却容器内で発生した燃焼排ガスを焼却容器内から排気経路を介して外部に排出する排気ブロワとを備えた電気焼却式便器において、前記排気経路に、前記燃焼排ガスと３５０℃未満の温度で接触することによって燃焼排ガス中に含まれる臭気成分を除去する脱臭触媒を充填した脱臭触媒充填部を設けるとともに、前記燃焼排ガスと３５０℃以上の温度で接触することによって燃焼排ガス中に含まれる煙煤を除去する煙煤除去用充填物を充填した煙煤除去用充填物充填部と、前記煙煤除去用充填物を加熱するための充填物加熱ヒータとを備えていることを特徴とする電気焼却式便器。
- 前記煙煤除去用充填物充填部の大きさは、ガス流れ方向の長さが５〜５０ｃｍの範囲であり、断面積が５０〜２００ｃｍ２の範囲であることを特徴とする請求項１記載の電気焼却式便器。
- 請求項１又は２記載の電気焼却式便器における焼却制御方法であって、処理開始信号の入力により前記充填物加熱ヒータを作動させて前記煙煤除去用充填物をあらかじめ設定された３５０℃以上の煙煤除去温度に加熱し、該煙煤除去用充填物の温度が前記煙煤除去温度に上昇したときに前記焼却用ヒータを作動させるとともに前記排気ブロワを作動させて焼却処理を行い、前記焼却容器の温度があらかじめ設定された焼却処理終了温度に上昇したときに前記焼却用ヒータを停止させるとともに前記充填物加熱ヒータを停止させ、該焼却用ヒータの停止後に、電気焼却式便器の内部があらかじめ設定された排気終了温度に低下したときに前記排気ブロワを停止させることを特徴とする電気焼却式便器の焼却制御方法。
- 前記焼却用ヒータ及び前記充填物加熱ヒータは、作動開始からの時間が、前記焼却容器内に収容される排泄物の最大量を燃焼させるのに必要なあらかじめ設定された時間を超えたときに作動を停止することを特徴とする請求項３記載の電気焼却式便器の焼却制御方法。
- 前記焼却用ヒータは、表面温度が５００〜６００℃の範囲に制御されることを特徴とする請求項３又は４記載の電気焼却式便器の焼却制御方法。
- 前記焼却処理終了温度が１００〜２５０℃の範囲に設定されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の電気焼却式便器の焼却制御方法。
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