JP6186095B1 - 分解処理装置付きバイオトイレおよびそれを備えた組立て便所 - Google Patents
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Abstract
Description
また、世界保健機構(WHO)は、水洗トイレほど大量の人命を救い人々の健康を改善したものはないことを指摘したうえで、「生活排水」や「排泄物の垂れ流し」が原因で「下痢性の疾患」は広がっており、年間150万人以上の子供の死に繋がっていると訴えている。そして、単にトイレという道具を設置すれば足りるという問題ではなく、正しい排泄物の処理のためのインフラの構築が必要であるという問題であると各国政府に訴えている。
ここで、オガクズを活用した分解処理装置付きバイオトイレの基本原理を概説すると、有機廃棄物である「し尿」は、水分の蒸発だけで、全体量の約90%以上が消滅し、有機廃棄物の残りの約10%のうち約90%は微生物が分解し、オガクズ中で消滅する。僅かに残ったものは、食べ物に含まれていた肥料分(無機物の窒素、リン、カリウムなど)であり、オガクズ全体の約50%を占める空隙に付着し、最終的に再利用可能な有機肥料となる。
(1)水を使用しないこと、(2)普通のオガクズを活用すること、(3)特別な「菌」などは使用しないこと、(4)処理能力(オガクズ充填量は0.05〜24立米)が違う機種が多数あること、(5)オガクズの交換は1年に2〜3回程度で済むこと、(6)使用後のオガクズは有機肥料として活用できること、(7)災害時のトイレとして有効であること。
また、本願出願人は、JICAの普及実証事業(委託事業費約1億円)としてベトナムにおける分解処理装置付きバイオトイレの実証実験を、観光船に3台、船着き場に3台、小学校に3台、一般家庭を含むコミュニティに11台、合計20台設置して、併せて、分解処理装置付きバイオトイレの特徴や使用方法、メンテナンスなどについてユーザへ理解の浸透を促進するための教育活動および現地での生産・販売・改良改善・メンテナンス等のベトナム国内でのビジネス化や雇用創出の実現活動を2015年12月〜2018年5月のスケジュールで実施している。
このような海外展開も視野に入れると、分解処理装置付きバイオトイレには、下水道設備が十分ではない海外地域の特性に応じること(メンテナンス・保守運営を含む。)も考慮する必要が生じてきている。
また、し尿およびオガクズへの異物の混入等により、し尿およびオガクズを攪拌するための2本のスクリューのうち少なくとも一方に過負荷が生じた場合への対策も特に講じられていなかった。
上面に便器用開口部および点検用開口部を有する処理槽内に駆動回転可能な2つの回転軸が水平状に並列架設され、それぞれの前記回転軸の周囲に螺旋帯状に形成された搬送ブレードが支持される分解処理装置と、
前記分解処理装置の前記便器用開口部に覆い被せられる便器取付板に取り付けられた非水洗便器と
を有する分解処理装置付きバイオトイレであって、
前記搬送ブレードは、前記回転軸の略中央部を境にその両側に配置されると共に、その両側で螺旋方向が逆向きになるように、かつ、その長さ方向に隙間を介して複数に分割されて形成され、
前記搬送ブレードと前記処理槽の軸方向側の内側面との間には、し尿およびオガクズを前記内側面へ付着させないように周方向へ攪拌する周方向攪拌部材が、それぞれの前記回転軸に固定され、
前記処理槽の外側面に2つの駆動機構が設けられ、前記2つの回転軸は、それぞれの前記回転軸に1対1に対応して接続されたそれぞれの前記駆動機構により駆動回転され、
前記分解処理装置に設けられた1つの制御装置により前記2つの駆動機構がそれぞれ異なる制御回路で制御され、
前記制御装置は、前記2つの駆動機構を前記2つの回転軸が同方向に回転するように、かつ、前記2つの回転軸が共に所定の停止時間を挟んでそれまでの回転方向とは反対側へ回転することを繰り返すように制御し、
前記2つの回転軸の駆動回転中に少なくとも一方に過負荷が生じた場合、前記制御装置は、前記2つの駆動機構を前記2つの回転軸が共に所定時間、前記過負荷が生じるまでの回転方向とは反対側へ回転するように制御し、その後、再度、前記過負荷が生じるまでの回転方向へ回転するように制御し、前記過負荷が、前記過負荷が生じるまでの回転方向とは反対側へ回転することおよび前記再度の前記過負荷が生じるまでの回転方向へ回転することの一連の制御を3回繰り返しても解消しないときには、前記制御装置は、前記2つの駆動機構の作動を停止するように制御し、かつ、所定の報知手段により前記過負荷が生じたことを報知し、
前記分解処理装置の前記便器用開口部、又は前記点検用開口部から前記処理槽内に投入されたオガクズは、前記処理槽の一側面に設けられた2つのオガクズ取出口から取り出すことができる。
また、2つの回転軸の駆動回転中に少なくとも一方に過負荷が生じた場合、制御装置は、2つの駆動機構を2つの回転軸が共に所定時間、反回転するように制御し、その後、再度、順回転するように制御し、過負荷が、反回転および再度の順回転の一連の制御を3回繰り返しても解消しないときには、制御装置は、2つの駆動機構の作動を停止するように制御し、かつ、所定の報知手段により過負荷が生じたことを報知するので、回転軸や駆動機構の故障リスクをより小さくし、分解処理装置付きバイオトイレの稼働率を高めると共に保守運営コストを低減することができる。
図1乃至図6に示すように、本実施の形態における分解処理装置付きバイオトイレBは、分解処理装置1と、便器取付板2に取り付けられた非水洗便器3とからなる。
図1乃至図6に示すように、本実施の形態における分解処理装置1は、有機廃棄物としての、し尿rやトイレットペーパー等(以下、「し尿r」と総称する。)を、微生物分解処理媒体としてのオガクズpを利用して、最終的には再利用可能な有機堆肥となるように処理する装置であり、処理槽10の上面に便器用開口部15と点検用開口部16を備え、処理槽10内に、し尿rをオガクズpと共に攪拌する攪拌部材としての2つのスクリュー20を備えている。
図1乃至図6を参照して、処理槽10を詳述すると、処理槽10は、ステンレス等の耐腐食性金属板からなり、上方開口箱状の筐体11内に、図6に示すように、2つのスクリュー20の周形状に対応した2つの曲面状板を横に連ねた形状の底板13を固着して、左右2つの槽底部分が形成されている。図6に示すように、側方断面視で底板13が略W型に形成されているため、左右2つの槽底部分の境界部分が凸状となり、搬送ブレード22の搬送力により処理槽10の底板13に押し付けられ付着固化しようとする、し尿rおよびオガクズpに対して、搬送ブレード22からの距離が離れるために攪拌力が弱くなる、という事態を回避することができる構造となっている。
また、処理槽10の底板13の左右の側面のいずれかに設けられる、2つの底板用オガクズ取出口14(図3参照)は、開口部に開閉可能な扉を設けてなり、オガクズp(し尿rを含む。)を定期的に回収できるようにしている。
そして、筐体11の上方開口部を上板12によって閉鎖しており、その上板12には、便器用開口部15と、オガクズpを投入したり内部の点検に使用される開閉可能な蓋付の点検用開口部16が設けられている。
上板12には、便器用開口部15に対応して、非水洗便器3が取り付けられた便器取付板2が覆い被せられるように設けられている。
なお、処理槽10内には、予めオガクズpが投入されている必要があるが、オガクズpの上方からの投入は、非水洗便器3から便器用開口部15を介して行われても、点検用開口部16の蓋を開けて行われてもいずれでもよい。
換気管には、必要に応じて、換気用中間ファンが設けられたり、その通気路内に脱臭フィルターが設けられたり、外部からの雨の侵入を防止する立ち上がり片が設けられたりしてもよい。また、必要に応じて、排気流量にバランスさせるように一方が処理槽10内へ給気を行うようにしてもよい。
ヒーター19は、例えば、電力量が800Wの周知のヒーターであり、処理槽10の底板14の下面に1つ、又は複数固定され、処理槽10内の水分を蒸発し、処理槽10内の温度が微生物分解に好適な温度(60〜80度)の範囲内になるように電圧制御されている。処理槽10内に、し尿rによる水分が多い際には、その水分を蒸発させるために、ヒーターの通電電圧が高くされ、また、水分が蒸発により少なくなってきた際には、処理槽10内を微生物分解に好適な温度(60〜80度)にすべくヒーター19の通電電圧が下げられるように制御されてもよい。
図1乃至図7を参照して、2つのスクリュー20を詳述すると、駆動回転可能な2つの回転軸21は、処理槽10内の略中央高さ位置に水平状に並列架設されている。回転軸21は、両端部が、処理槽10の筐体11の側面を貫通するとともに、処理槽10の筐体11の側面に固定されたベアリングに支持され、その一端部が、それぞれ駆動機構としての2つの駆動モーター30に1対1に対応して接続されている。そして回転軸21の周りに、搬送ブレード22、周方向攪拌部材24を支持してなる。
なお、スクリュー20の態様は、処理槽10内の微生物分解を促すように、し尿rおよびオガクズpを攪拌混合する機能を有するものであれば、上記構成のものに限定されない。
図7を参照して、スクリュー20の搬送ブレード22を詳述すると、搬送ブレード22は、回転軸21周りに螺旋状に沿う形状に形成される螺旋帯状体を、隙間sを介して長さ方向に複数に分割し、かつ、周方向に三分割した略2/3の形状に形成されたものが両端部22−1、22−6の部材で、両端部より内側の4つの部材22−2、22−3、22−4、22−5は周方向に三分割した略1/3の形状に形成されたものである。搬送ブレード22のそれぞれの部材22−1〜22−6は回転軸21から遠心方向へ放射状に延設された3つ又は2つの支持部材23の先端に溶着されている。
また、搬送ブレード22としての螺旋帯状体は、回転軸21の軸方向の略中央部を境にしてその両側に各々配置されるとともに、その両側で間欠螺旋状の螺旋帯状体の螺旋方向が逆向きになるように形成されている。すなわち、部材22−1、22−2および22−3のセットと、22−4、22−5および22−6のセットとで螺旋方向が逆向きとなっている。
すなわち、この隙間sが大きすぎる場合、搬送ブレード22がし尿rおよびオガクズpを軸方向へ搬送する能力を低下させてしまい、隙間sが小さすぎる場合には、搬送ブレード22に生じる応力を逃せなくなってしまう。
図7を参照して、スクリュー20の周方向攪拌部材24を詳述すると、周方向攪拌部材24は、回転軸21と略直交する主攪拌棒部と、主攪拌棒部を回転軸21中央方向から筋交い状に支持する補強攪拌棒部と、主攪拌棒部から回転軸21端部方向(処理槽10の内側面側)へ突出する複数の掻落し片とからなり、回転軸21の端部側の外周に固定されている。
主攪拌棒部は、断面略矩形状の長尺な金属板からなり、そのやや膨らんだ略中央部に回転軸21を貫挿させて回転軸21に溶着されており、処理槽10内の、し尿rおよびオガクズpを回転軸21の周方向に攪拌する。
補強攪拌棒部は、処理槽10の側面側から、し尿rおよびオガクズpを介して受ける反力により変形又は破損しないように、主攪拌棒部を、回転軸21の中央方向側から筋交い状に支持しており、主攪拌棒部と共に、し尿rおよびオガクズpを回転軸21の周方向に攪拌する作用を奏する。
掻落し片は、平面視矩形状の金属板であり、その突端を処理槽10の内側面に近接させるように、主攪拌棒部に複数溶着されている。掻落し片は、搬送ブレード22の搬送力により処理槽10の内側面に押し付けられ付着固化しようとする、し尿rおよびオガクズpを、掻き落すようにして回転軸21の周方向へ攪拌する。
図1乃至図5に示すように、2つのスクリュー20のそれぞれの回転軸21には、処理槽10の筐体11の外側面に固定された駆動モーター30の駆動軸が連結されている。駆動モーター30は、ギヤを内蔵することで駆動軸の回転速度を下げるとともに負荷トルクを軽減するように構成したギヤモーターであり、制御装置としての制御盤60により2つの駆動モーター30がそれぞれ異なる制御回路(不図示)で制御されることで、2つのスクリュー20を連続、又は適時に、駆動回転(正転・逆転)させる。
なお、駆動機構としての態様は、上記に限定されるものでなく、モーターおよびチェーン、スプロケットを用いた機構であっても構わないし、処理槽10の筐体11の外に露出している回転軸21の端部にハンドルを設け、そのハンドルを回すことによって、手動等の人力でスクリュー20を回せるようにした構成であってもよい。
特に、分解処理装置付きバイオトイレにおいては、し尿rおよびオガクズpを効率的に乾燥させるためには、処理槽10の体積が同一の場合、面積が小さく深い構造であるよりも、面積が大きく浅い構造であることが好ましく、そして、面積を大きくするとし尿rおよびオガクズpを十分に攪拌するためにはスクリュー20が複数必要となってくる。
駆動モーター30を2つ設けると、処理槽10のサイズによっては、それぞれの駆動モーター30は小型でも問題ない場合があり、大型の駆動モーターが不要となり、汎用の駆動モーターを利用できるとコストの低減も図られる。
図1乃至図4に示すように、分解処理装置1に設けられた1つの制御装置としての制御盤40により2つの駆動モーター30がそれぞれ異なる制御回路(不図示)で制御されている。制御盤40は1つであるため省スペースが実現されている。なお、制御装置はその他の公知の情報処理装置により実現されてもよい。
また、制御盤40は、スクリュー20が定期的に攪拌動作と停止を繰り返すように駆動モーター30を制御し、かつ、ヒーター19を、少なくともスクリュー20の攪拌動作中に作動させるとともに、スクリュー20の停止時間中におけるすべての時間または一部の時間において停止させるように制御している。
なお、駆動モーター30は、スクリュー20が停止時間を挟んで正転と逆転を繰り返すように制御されている。したがって、し尿rおよびオガクズpの主な搬送方向は、スクリュー20が定時間置きに逆転するため、反対の方向へ転換することとなるが、し尿rおよびオガクズpは左右2つの槽底部分にわたっても移動している。
タイマー手段は、リレー回路やシーケンサー等によって構成された制御回路であり、接点手段がONにされる毎に設定時間のカウントを開始するとともに、そのカウント中、分解処理装置1内のヒーター19への通電を継続し、その設定時間内に接点手段がONにされない場合には、その設定時間経過後にヒーター19への通電を遮断する。
具体的には、接点手段がONにされると、駆動モーター30により分解処理装置1内のスクリュー20が所定時間回転し、同時にタイマー手段のカウントおよびヒーター19への通電が開始される。
そのカウント中に、再度接点手段がONにされた場合には、タイマー手段のカウントが再度ゼロ秒から開始されるとともに、ヒーター19への通電も継続される。
また、そのカウント中に、一度も接点手段がONにされない場合には、設定された時間が経過した後に、ヒーター19への通電が遮断される。
また、設定された時間が経過した後に、接点手段がONにされた場合には、タイマー手段のカウントが再度ゼロ秒から開始されるとともに、ヒーター19への通電も再開され、上述した動作が繰り返される。
ヒーター19を上記タイマー手段によって制御しているため、処理槽10内の乾燥し過ぎによる微生物分解処理効率の低下を防止できると共に火災の発生も抑止できる。
そして、上記所定時間の経過後、制御盤40は、再度、2つの駆動モーター30をいずれも、2つのスクリュー20が共に順回転(反対側に回転させていたのを元の回転方向に戻す。)するように制御する。この時点で、スクリュー20への過負荷が解消していれば、問題解決となる。一方で、なおも2つのスクリュー20の少なくとも一方の過負荷が解消せずに継続している場合、改めて、制御盤40は、2つの駆動モーター30をいずれも、2つのスクリュー20が共に所定時間、反回転するように2度目の制御を行う。そして、上記所定時間の経過後、制御盤40は、再度、2つの駆動モーター30をいずれも、2つのスクリュー20が共に順回転するように制御する。
このように、反回転および再度の前記順回転の一連の制御を複数回(効果と効率等から好適には3回。)繰り返し、その最中に過負荷が解消すれば問題解決となり、逆に、それでもなお2つのスクリュー20の少なくとも一方の過負荷が解消せずに継続している場合には、制御盤40は、2つの駆動モーター30の作動を停止するように制御する。そして、制御盤40は、制御盤40に設けられた所定の報知手段としての警報ランプの点灯・点滅やスピーカーからの警告音の出力等により、2つのスクリュー20の少なくとも一方に過負荷が生じたことを報知する。なお、2つの駆動モーター30はそれぞれ異なる制御回路で制御されているのでその信号を分析して、どのスクリュー20に過負荷が生じたかを特定して報知することであってもよい。これに応じて点検作業等がなされることでスクリュー20が破損したり、駆動モーター30が焼け付く等の故障が発生することが未然に防止され、故障リスクをより小さくし、分解処理装置付きバイオトイレBの稼働率を高めると共に保守運営コストの低減が図られる。
分解処理装置1の処理槽10の上板12の上には、便器用開口部15に対応して、非水洗便器3が取り付けられた略正方形状の便器取付板2が覆い被せられるように設けられている。
非水洗便器3としては、図1、図4乃至図6に示すような洋式便器に暖房便座がセットされたものや、図8に示すような平面視で略T型の開口部を備える和式T型便器(ステンレス製)等が適用可能である。和式T型便器は、便器の開口部の周縁が凸状であるため使用者の足の位置を最適な地点に容易に決定することができ、また、平面視で略T型の開口部は、後部が広く開口する形状であるため、便器に誤って大便を付着させてしまうことを最小限に抑制することができる
また、図8に示すような和式T型便器は、海外の下水道設備が完備されていない地域では、箱型の容器に跨って用を足すスタイルであることが多く、類似したスタイルの和式便器だと受け入れられやすく、洋式便器のように正しい使用方法がわからない等の不都合がなく、海外のトイレ市場に非常に合致したタイプとなり得る。
また、後壁には点検用扉60が設けられ、分解処理装置付きバイオトイレBの分解処理装置1の点検用開口部16から装置内部を点検する際の利便性の向上が図られている。
さらに、昇降階段や給気・排気フード等が設けられていたり、内部装備として室内照明、服掛フック、木製棚板、手洗器、手摺等が設けられていてもよい。
K 分解処理装置付きバイオトイレを備えた組立て便所
p オガクズ(微生物分解処理媒体)
r し尿(有機廃棄物)
s 隙間
1 分解処理装置
2 便器取付板
3 非水洗便器
10 処理槽
11 筐体
12 上板
13 底板
14 底板用オガクズ取出口
15 便器用開口部
16 点検用開口部
17 筐体用オガクズ取出口
18 換気口
19 ヒーター(加温部材)
20 スクリュー(攪拌部材)
21 回転軸
22 搬送ブレード
23 支持部材
24 周方向攪拌部材
30 駆動モーター(駆動機構)
40 制御盤(制御装置)
50 便所用オガクズ取出口
60 点検用扉
Claims (2)
- 上面に便器用開口部および点検用開口部を有する処理槽内に駆動回転可能な2つの回転軸が水平状に並列架設され、それぞれの前記回転軸の周囲に螺旋帯状に形成された搬送ブレードが支持される分解処理装置と、
前記分解処理装置の前記便器用開口部に覆い被せられる便器取付板に取り付けられた非水洗便器と
を有する分解処理装置付きバイオトイレであって、
前記搬送ブレードは、前記回転軸の略中央部を境にその両側に配置されると共に、その両側で螺旋方向が逆向きになるように、かつ、その長さ方向に隙間を介して複数に分割されて形成され、
前記搬送ブレードと前記処理槽の軸方向側の内側面との間には、し尿およびオガクズを前記内側面へ付着させないように周方向へ攪拌する周方向攪拌部材が、それぞれの前記回転軸に固定され、
前記処理槽の外側面に2つの駆動機構が設けられ、前記2つの回転軸は、それぞれの前記回転軸に1対1に対応して接続されたそれぞれの前記駆動機構により駆動回転され、
前記分解処理装置に設けられた1つの制御装置により前記2つの駆動機構がそれぞれ異なる制御回路で制御され、
前記制御装置は、前記2つの駆動機構を前記2つの回転軸が同方向に回転するように、かつ、前記2つの回転軸が共に所定の停止時間を挟んでそれまでの回転方向とは反対側へ回転することを繰り返すように制御し、
前記2つの回転軸の駆動回転中に少なくとも一方に過負荷が生じた場合、前記制御装置は、前記2つの駆動機構を前記2つの回転軸が共に所定時間、前記過負荷が生じるまでの回転方向とは反対側へ回転するように制御し、その後、再度、前記過負荷が生じるまでの回転方向へ回転するように制御し、前記過負荷が、前記過負荷が生じるまでの回転方向とは反対側へ回転することおよび前記再度の前記過負荷が生じるまでの回転方向へ回転することの一連の制御を3回繰り返しても解消しないときには、前記制御装置は、前記2つの駆動機構の作動を停止するように制御し、かつ、所定の報知手段により前記過負荷が生じたことを報知し、
前記分解処理装置の前記便器用開口部、又は前記点検用開口部から前記処理槽内に投入されたオガクズは、前記処理槽の一側面に設けられた2つのオガクズ取出口から取り出すことができる
分解処理装置付きバイオトイレ。 - 請求項1記載の分解処理装置付きバイオトイレを備えた組立て便所。
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