JP6305878B2 - Microbial fuel cell - Google Patents
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Description
微生物の代謝を利用した微生物燃料電池に関する。 The present invention relates to a microbial fuel cell utilizing microbial metabolism.
従来、建築物の屋上や壁面に植物を定着する都市緑化が行われている。都市緑化においては、建築物に土壌層を配置した上で植物を根付かせる方法や、土壌層を用いずに人工的に植物を固定化する方法などがとられている。 Conventionally, urban greening has been performed in which plants are planted on the rooftops and walls of buildings. In urban greening, a method of rooting a plant after placing a soil layer on a building, a method of artificially fixing a plant without using a soil layer, and the like are taken.
都市緑化のメリットとしては、例えば下記が挙げられる。一つは植物(および土壌層)による保水、蒸散の過程において、気化熱によって建築物を冷まし建築物内の温度上昇を抑え、結果的に省エネ効果を得ることができる。これにより都市全体としてはヒートアイランド現象を抑制する効果がある。 The following are examples of merits of urban greening. One is that in the process of water retention and transpiration by plants (and soil layers), the building is cooled by heat of vaporization to suppress the temperature rise in the building, resulting in an energy saving effect. As a result, the city as a whole has the effect of suppressing the heat island phenomenon.
また、植物によって建築物の紫外線や風雨に曝されることによる劣化を低減し、建築物の寿命を延ばす効果がある。さらに、植物による光合成の過程で二酸化炭素が固定されるため、空気浄化や地球温暖化防止につながる効果がある。加えて、植物によって建築物および都市の景観を向上することが可能になる。 In addition, there is an effect of reducing deterioration caused by exposure of the building to ultraviolet rays and wind and rain, and extending the life of the building. Furthermore, carbon dioxide is fixed in the process of photosynthesis by plants, which has the effect of purifying air and preventing global warming. In addition, plants can improve the landscape of buildings and cities.
ここで建築物に関して同様にエコロジー効果がある技術として、太陽光発電などの自然エネルギー利用発電が知られている。 Here, natural energy-based power generation such as solar power generation is known as a technology having an ecological effect on buildings.
一方で、土や泥中の微生物の働きによって発電する微生物燃料電池が知られている。微生物燃料電池が開示された文献としては、例えば特開2007−324005号公報(特許文献1)や、特開2013−84541号公報(特許文献2)が挙げられる。特許文献1では光合成細菌によるバイオ燃料電池が開示されている。特許文献2では嫌気性微生物による微生物燃料電池が開示されている。
On the other hand, microbial fuel cells that generate electricity by the action of microorganisms in soil and mud are known. Examples of documents disclosing microbial fuel cells include Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-32405 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-84541 (Patent Document 2).
本発明者らは、緑化構造物であると同時に、緑化面を有効に利用して発電することができる発電システムを提供することを検討した。発電システムとしては、クリーンであるという点で優れていることから、上記したような太陽光発電システムや、微生物燃料電池を用いることを検討した。 The inventors of the present invention have studied to provide a power generation system that can generate power by effectively using a greening surface as well as a greening structure. As the power generation system, since it is excellent in that it is clean, the use of the above-described solar power generation system or microbial fuel cell was examined.
しかしながら、太陽光発電システムや特許文献1に記載されている微生物燃料電池の場合、発電するために光が必要であり、同じく光が必要な緑化面を有効に利用することは難しかった。また、上記特許文献2に記載されている微生物燃料電池は、ヘドロに電池筒を埋設して使用するものであり、緑化面を構成することは難しく、緑化構造物として使用することができなかった。
However, in the case of the photovoltaic power generation system and the microbial fuel cell described in
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、緑化構造物であると同時に、緑化面を有効に利用して発電することができる微生物燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a microbial fuel cell that is a greening structure and at the same time capable of generating power by effectively using a greening surface. .
本発明の微生物燃料電池は、電流発生菌及び有機物を含む微生物含有層と、微生物含有層に接触して配置され、電流発生菌による有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、酸素を含む外部環境に対して、前記外部環境の酸素が接触するように配置され、酸素に電子を供与する正極と、上方の外部環境中に植物を生育可能な緑化基材層とを備えたものである。 The microbial fuel cell of the present invention includes a microorganism-containing layer containing current-generating bacteria and organic matter, a negative electrode that is disposed in contact with the microorganism-containing layer and extracts electrons generated by decomposition of the organic matter by the current-generating bacteria, and an external environment containing oxygen On the other hand, it is provided with a positive electrode that is arranged so that oxygen in the external environment is in contact with it and donates electrons to oxygen, and a greening base layer that can grow plants in the external environment above.
本発明の一実施形態において、上記正極は上記緑化基材層としても機能する。
本発明の一実施形態において、上記緑化基材層は着脱可能に設けられている。
In one embodiment of the present invention, the positive electrode also functions as the greening substrate layer.
In one Embodiment of this invention, the said greening base material layer is provided so that attachment or detachment is possible.
本発明の一実施形態において、上記正極と上記負極と間に配置されたイオン伝導膜を備える。 In one Embodiment of this invention, the ion conductive film arrange | positioned between the said positive electrode and the said negative electrode is provided.
本発明において、上記微生物含有層は、好ましくは土を含む。
本発明の一実施形態において、上記植物は苔類の植物である。
In the present invention, the microorganism-containing layer preferably contains soil.
In one embodiment of the invention, the plant is a moss plant.
本発明によると、緑化構造物であると同時に、緑化面を有効に利用して発電することができる微生物燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microbial fuel cell that is a greening structure and at the same time can generate power by effectively using a greening surface.
本発明の微生物燃料電池は、電流発生菌及び有機物を含む微生物含有層と、当該微生物含有層に接触して配置され、当該電流発生菌による有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、酸素を含む外部環境に対して、前記外部環境の酸素が接触するように配置され、当該酸素に電子を供与する正極と、上方の外部環境中に植物を生育可能な緑化基材層とを備える構成である。以下、実施形態を例示して、本発明の微生物燃料電池についてより具体的に説明する。以下で詳述する各実施形態の微生物燃料電池においては、微生物含有層として負極側土層が設けられている。 The microbial fuel cell of the present invention includes a microorganism-containing layer containing current-generating bacteria and organic matter, a negative electrode that is disposed in contact with the microorganism-containing layer and extracts electrons generated by the decomposition of organic matter by the current-generating bacteria, and oxygen Arranged so that oxygen in the external environment is in contact with the external environment, and includes a positive electrode that donates electrons to the oxygen, and a greening base layer that can grow plants in the external environment above. . Hereinafter, the microbial fuel cell of the present invention will be described more specifically by exemplifying embodiments. In the microbial fuel cell of each embodiment described in detail below, a negative electrode side soil layer is provided as a microorganism-containing layer.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図1に示す微生物燃料電池11は、上方に開口を有する筐体1を有し、筐体1の下方から順に負極部20と正極部30とが設けられている。正極部30内の正極側土層32は、上方の外部環境に植物61を生育可能な緑化基材層としても機能する。負極部20と正極部30とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the microbial fuel cell of the first embodiment. A
(負極部)
負極部20は、負極側土層22とこれに接するように設けられた負極21とを備える。図1において、負極21は、負極側土層22の上方に設けられ、下方部が負極側土層22と接するように設けられているが、このような配置に限定されることはなく、負極側土層22と接する配置であれば、負極側土層22の内部に設けられても、負極側土層22の下方に設けられてもよい。
(Negative electrode part)
The
負極側土層22は、電流発生菌及び当該電流発生菌が代謝可能な有機物を含む土であって、必要に応じて各種の栄養剤を含んでいてもよい。負極側土層22は、例えば腐葉土である。負極側土層22の水の含有量は特に限定されることはなく、水の含有量が多い泥状態であってもよい。また、負極側土層22は必ずしも土であることに限定されず、電流発生菌及び当該電流発生菌が代謝可能な有機物を含む水溶液や、それを含む絶縁材料(例えばロックウール、脱脂綿など)であっても構わない。負極側土層22においては、電流発生菌が有機物を分解する次の反応(反応R1)が生じて電子が放出され、負極側土層22に接する負極21によって、負極配線23を介して放出された電子が外部に取り出される。
The negative electrode
有機物+2H2O → CO2+H++e− (反応R1)
電流発生菌とは、糖や酢酸などの有機物を分解して電子を放出する菌であり、例えばShewanella菌が挙げられる。本実施形態において、負極21の近傍では酸素濃度が低いことが好ましく、それゆえ負極側土層22は正極部30の下方に配置し、酸素が供給されにくい状態としているため、電流発生菌は嫌気性菌であることが好ましい。
Organic substance + 2H 2 O → CO 2 + H + + e − (reaction R1)
Current-generating bacteria are bacteria that decompose organic substances such as sugar and acetic acid to release electrons, and examples include Shewanella bacteria. In the present embodiment, it is preferable that the oxygen concentration is low in the vicinity of the
負極21は、耐腐食性の高いカーボン材料で形成されていることが好ましく、例えばカーボンフェルト、金属基材にカーボンコーティングした材料を用いることができる。金属基材としては、SUSからなり、表面積が大きなメッシュ状のものを用いることが好ましい。カーボンコーティング方法としては、溶融塩による炭素めっき、不織布吹き付け、炭素含有塗装、スパッタリング等が挙げられる。
The
負極配線23は、耐腐食性の高いSUS等からなるものが好ましく、さらに絶縁樹脂等で被覆されているものであってもよい。
The
(正極部)
正極部30は、正極側土層32とこれに接するように設けられた正極31とを備える。図1において、正極31は、正極側土層32の上方に設けられ、下方部が正極側土層32と接するように設けられているが、このような配置に限定されることはなく、正極側土層32と接し、負極21と通電することなく、かつ正極側土層32が緑化基材層として機能することを妨げない配置であれば、正極側土層32の内部に設けられても、正極側土層32の下方に設けられてもよいが、正極31は酸素濃度の高い場所への配置が好ましいことから、正極側土層32の上方、つまり開口部側に設けられることが好ましい。
(Positive part)
The
本実施形態において正極側土層32は、緑化基材層62としても機能するため、植物61を生育可能な緑化基材からなる。正極側土層32は、植物61に供給される酸素および水を取り込むことができる。ここで用いられる緑化基材は、例えば土や泥炭等からなり、必要に応じて各種の肥料を含んでいてもよい。また、正極側土層32は必ずしも土であることに限定されず、酸素や植物61の養分を含む水溶液や、それを含む絶縁材料(例えばロックウール、脱脂綿など)であっても構わない。正極側土層32においては、正極側土層32に接する正極31から酸素に電子が供与され、酸素の還元反応である次の反応(反応R2)が生じる。負極側土層22における反応R1で生じる水素イオン(H+)が正極側土層32に移動して、反応R2における水素イオン(H+)として利用される。
In this embodiment, since the positive electrode
O2+4H++4e− → 2H2O (反応R2)
正極31は、酸素還元能力を有す材料もしくはそれらをコーティングした材料であることが好ましい。例えば、白金、金、カーボン等のほか、白金触媒を修飾したカーボン、酸素還元能を有す酵素触媒を修飾したカーボン、微生物を修飾したカーボンなどを用いることができる。コストや製造の簡便さ考慮すると、耐腐食性の高いカーボン材料で形成されていることが好ましく、例えばカーボンフェルト、金属基材にカーボンコーティングした材料を用いることができる。金属基材としては、SUSからなり、表面積が大きなメッシュ状のものを用いることが好ましい。カーボンコーティング方法としては、溶融塩による炭素めっき、不織布吹き付け、炭素含有塗装、スパッタリング等が挙げられる。
O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O (reaction R2)
The
正極31は、植物61が上方に生育するのを妨げることがないように、植物61が貫通可能な複数の貫通孔を有する。また、正極31が貫通孔を有することにより、正極側土層32は、上方の外部環境中の酸素や水、植物61に供給される酸素や水を取り込み易くなる。
The
正極配線33は、耐腐食性の高いSUS等からなるものが好ましく、さらに絶縁樹脂等で被覆されているものであってもよい。
The
(緑化基材層)
本実施形態において、緑化基材層62は、上述したように正極側土層32がこれを兼ねる。緑化基材層62は、植物61が上方の外部環境に生育可能に構成されている。植物61は、緑化基材層62に成長した状態で植生されてもよいし、植物61の種子を含む緑化基材を用いて種子から生育されてもよい。植物61の種類は限定されることなく、藻類、苔類、イネ科植物、マメ科植物等、種々の植物を用いることができる。なお、苔類は、少ない土で植生可能であるため、緑化基材層62の土の量を少なくすることができる点から好ましい。
(Greening base layer)
In the present embodiment, the greening
(筐体)
筐体1は、少なくとも負極21と正極31の通電を防止する絶縁体あるいは絶縁処理された材料からなる。
(Casing)
The
(用途・効果)
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応R1と反応R2とにより、負極配線23と正極配線33との間に起電力が生じる。本実施形態の微生物燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができるだけでなく、発生した起電力の大きさをモニタリングすることで緑化基材層62の状態(例えば、湿潤度、養分)を検出することも可能である。
(Use / Effect)
In the microbial fuel cell of the present embodiment, an electromotive force is generated between the
本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層62を備えるので、屋上緑化、壁面緑化に用いることができる。また、緑化基材層62においては、正極側土層32を兼ねるのでイオンの移動が生じる。したがって、緑化基材層62におけるイオンの移動を制御することにより、植物61の生育の調整を行うことが可能である。
Since the microbial fuel cell of this embodiment is provided with the greening
さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極31は、外部環境中の酸素または植物61に供給される酸素を反応R2に利用することができるので、正極側土層32のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。
Furthermore, in the microbial fuel cell of this embodiment, the
[第2の実施形態]
図2は、第2の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示す微生物燃料電池12は、上方に開口を有する筐体1を有し、筐体1の下方から順に負極部20と正極部30とが設けられている。正極部30内の正極側土層32は、上方の外部環境に植物61を生育可能な緑化基材層として機能する。負極部20と正極部30とはイオン伝導膜4を介して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the microbial fuel cell according to the second embodiment. A
本実施形態の微生物燃料電池は、第1の実施形態の構成とは、負極部20と正極部30との間にイオン伝導膜4が設けられている点と、負極部20内において、負極21が負極側土層22の内部に設けられている点のみが異なる。以下、第1の実施形態と違いがある要素についてのみ説明する。
The configuration of the microbial fuel cell of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that the ion
(イオン伝導膜)
イオン伝導膜4は、イオン伝導性を有する膜である。したがって、負極部20における反応R1で生じた水素イオン(H+)がイオン伝導膜4を透過して正極部30に移動し、正極部において反応R2における水素イオン(H+)として利用される。また、イオン伝導膜4は、正極部30から負極部20への酸素の移動を抑制または遮断することができるので、嫌気性菌である電流発生菌を用いた場合の反応R1をより効率的に進めることができる。
(Ion conductive membrane)
The ion
イオン伝導膜4としては、例えば寒天に塩化カリウムや塩化ナトリウムなどの塩を混入させることで形成することができる。またイオン伝導膜4は、市販されているナフィオン(登録商標、デュポン社製)等を使用してもよい。イオン伝導膜4には、さらに酸素吸収材を添加してもよい。酸素吸収材としては、例えば、酸素還元能を有する有機物、酸素吸着性を有する無機物等を用いることができる。イオン伝導膜4は、正極部30と負極部20の間に設けられており、図1においては、上面において正極側土層32と接し、下面において負極側土層22と接するように設けられている。正極部30および負極部20の構成によって、イオン伝導膜4が正極31または負極21に直接接触するような構成であってもよい。
The ion
(用途・効果)
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応R1と反応R2とにより、負極配線23と正極配線33との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができるだけでなく、発生した起電力の大きさをモニタリングすることで緑化基材層62の状態(例えば、湿潤度、養分)を検出することも可能である。
(Use / Effect)
In the microbial fuel cell of the present embodiment, an electromotive force is generated between the
本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層62を備えるので、屋上緑化、壁面緑化に用いることができる。また、緑化基材層62においては、正極側土層32を兼ねるのでイオンの移動が生じる。したがって、緑化基材層62におけるイオンの移動を制御することにより、植物61の生育の調整を行うことが可能である。
Since the microbial fuel cell of this embodiment is provided with the greening
本実施形態の微生物燃料電池は、イオン伝導膜4を用いることにより、発電量を向上させることができ、また同じ発電量を得る場合には、薄型化することができる。したがって、微生物燃料電池をより軽量に構成することが可能となり、屋上緑化、壁面緑化用途として用いる場合に有用である。
The microbial fuel cell of the present embodiment can improve the amount of power generation by using the ion
さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極31は、外部環境中の酸素または植物61に供給される酸素を反応R2に利用することができるので、正極側土層32のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。
Furthermore, in the microbial fuel cell of this embodiment, the
[第3の実施形態]
図3は、第3の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図3に示す微生物燃料電池13は、上方に開口を有する筐体1を有し、筐体1の下方から順に負極部20と正極部30とが設けられている。そして、筐体1の開口部の上方にさらに緑化基材層62が取り外し可能に設けられている。負極部20と正極部30とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部20と正極部30の間には、第2の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。
[Third Embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the microbial fuel cell according to the third embodiment. A
本実施形態の微生物燃料電池は、第1の実施形態の構成とは、筐体1の開口部の上方に正極部30とは別に緑化基材層62が設けられており、正極部30の正極側土層32が緑化基材層62を兼ねるように構成されていない点のみが異なる。なお、正極31は、第1の実施形態と同様に複数の貫通孔を有するように構成されており、正極側土層32は、上方の外部環境中の酸素や水、上方の緑化基材層62に植生される植物61に供給される酸素や水を取り込み易くなる。以下、第1の実施形態と違いがある要素についてのみ説明する。
The microbial fuel cell of the present embodiment is different from the configuration of the first embodiment in that a greening
(緑化基材層)
緑化基材層62は、正極側土層32を兼ねない点、筐体1の開口部の上方に取り外し可能に設けられている点以外は第1の実施形態で説明した通りである。
(Greening base layer)
The greening
(用途・効果)
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応R1と反応R2とにより、負極配線23と正極配線33との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。
(Use / Effect)
In the microbial fuel cell of the present embodiment, an electromotive force is generated between the
本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層62を備えるので、屋上緑化、壁面緑化に用いることができる。緑化基材層62は容易に取り外し可能であることから、植物61の状態、季節等に合わせて植物61を容易に交換することができる。
Since the microbial fuel cell of this embodiment is provided with the greening
さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極31は、外部環境中の酸素または植物61に供給される酸素を反応R2に利用することができるので、正極側土層32のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。
Furthermore, in the microbial fuel cell of this embodiment, the
[第4の実施形態]
図4は、第4の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図4に示す微生物燃料電池14は、上方に開口を有する筐体1を有し、筐体1の下方から順に負極部20と正極部30の正極側土層32とが設けられている。そして、筐体1の開口部の上方にさらに正極部30の正極31が取り外し可能に設けられている。正極31は、上方の外部環境に植物61を生育可能な緑化基材層としても機能する。負極部20と正極部30とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部20と正極部30の間には、第2の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the microbial fuel cell of the fourth embodiment. The
本実施形態の微生物燃料電池は、第1の実施形態の構成とは、正極部30の正極側土層32ではなく正極31が緑化基材層62を兼ねるように構成されている点、正極31が筐体1の開口部の上方に取り外し可能に設けられている点のみが異なる。以下、第1の実施形態と違いがある要素についてのみ説明する。
The configuration of the microbial fuel cell of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that the
(正極)
正極31は、導電できる材料と、緑化基材を備え、さらに取り外し可能な構成であれば限定されない。例えば、カーボンコーティングしたメッシュ状の金属基材と、金属基材内に緑化基材とを備え、これらが取り外し可能に一体に保持されている構成が挙げられる。緑化基材、植物61については、第1の実施形態で説明した通りである。
(Positive electrode)
The
(用途・効果)
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応R1と反応R2とにより、負極配線23と正極配線33との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。
(Use / Effect)
In the microbial fuel cell of the present embodiment, an electromotive force is generated between the
本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層62を備えるので、屋上緑化、壁面緑化に用いることができる。緑化基材層62を兼ねる正極31は容易に取り外し可能であることから、植物61の状態、季節等に合わせて植物61を容易に交換することができる。
Since the microbial fuel cell of this embodiment is provided with the greening
さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極31は、外部環境中の酸素または植物61に供給される酸素を反応R2に利用することができるので、正極側土層32のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。
Furthermore, in the microbial fuel cell of this embodiment, the
[第5の実施形態]
図5は、第5の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図5に示す微生物燃料電池15は、上方に開口を有する筐体1を有し、筐体1の下方から順に負極部20と正極部30の正極側土層32とが設けられている。正極部30内の正極側土層32は、上方の外部環境に植物61を生育可能な緑化基材層としても機能する。負極部20と正極部30とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部20と正極部30の間には、第2の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。
[Fifth Embodiment]
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the microbial fuel cell of the fifth embodiment. A
本実施形態の微生物燃料電池は、第1の実施形態の構成とは、筐体1の底面に複数の貫通孔が設けられている点のみが異なる。本実施形態の微生物燃料電池は、土層71に埋め込んで使用することが可能であり、このように使用した場合に、外部環境である土層71から負極側土層22に電流発生菌や分解対象の有機物が継続的に供給される。
The microbial fuel cell of this embodiment is different from the configuration of the first embodiment only in that a plurality of through holes are provided on the bottom surface of the
(用途・効果)
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応R1と反応R2とにより、負極配線23と正極配線33との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。
(Use / Effect)
In the microbial fuel cell of the present embodiment, an electromotive force is generated between the
本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層62を備え、また土層71に埋設させて使用することができるので、例えば、農地やグラウンドなどの大規模な土地の緑化に用いることができる。また、外部環境である土層71から負極側土層22に電流発生菌や分解対象の有機物が継続的に供給されるので、負極部20における反応R1が安定して生じやすく、長期間安定した電力を発生することが可能である。
The microbial fuel cell of the present embodiment includes the
さらに、本実施形態の微生物燃料電池において、正極31は、外部環境中の酸素または植物61に供給される酸素を反応R2に利用することができるので、正極側土層32のメンテナンスの頻度を少なくすることができる。
Furthermore, in the microbial fuel cell of this embodiment, the
[第6の実施形態]
図6は、微生物燃料電池を用いた第6の実施形態のシステムを模式的に示す断面図である。図6に示すシステムは、第1の実施形態の微生物燃料電池11を用いて構成されている。
[Sixth Embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a system of a sixth embodiment using a microbial fuel cell. The system shown in FIG. 6 is configured using the
本実施形態のシステムにおいては、微生物燃料電池11に加えて、負極配線23と正極配線33との間に得られた起電力により制御を行なう制御回路81と、予め水が蓄えられた貯水タンク82と、貯水タンク82に接続されている注水パイプ84と、貯水タンク82と注水パイプ84との間を開閉する電磁弁83が設けられている。
In the system of the present embodiment, in addition to the
負極配線23と正極配線33の間に得られた電気エネルギーは、制御回路81によって所定のタイミングで電磁弁83の開閉に使用される。電磁弁83が開けられると、貯水タンク82内の水は水圧によって注水パイプ84に流れ込み、注水パイプ84に設けられた注水口85から植物61に対して水が滴下される。電磁弁83は、所定のタイミングで負極配線23と正極配線33の間に得られた電気エネルギーによって再び閉じられる。
The electric energy obtained between the
本実施形態によれば、植物61に自動で水を供給できるシステムとすることができるため、植物61のメンテナンスが容易となる。また、制御回路81は、電磁弁83の開閉以外にも電力を使用できるように、電力を蓄える機能を有することが好ましい。貯水タンク82の水としては、例えば、蓄えた雨水を使用するようにしてもよいし、水道水を使用してもよい。電磁弁83に代えてポンプを用いてもよい。
According to this embodiment, since it can be set as the system which can supply water to the
図6においては、第1の微生物燃料電池11を用いてシステムを構成したが、第2〜第5の実施形態の微生物燃料電池を用いても同様にシステムを構成することができる。また、第1〜第5の微生物燃料電池の応用としては、これらに限定されることはなく負荷となるデバイスとしては種々のものとすることができる。例えば、得られた電力でLEDを点灯することにより、緑化箇所の照明や電飾として使用することができる。また、微生物燃料電池により得られる電力を、各種センサ用の電源として使用することもでき、例えば緑化箇所に防犯用途として人感センサを設けることができる。
Although the system is configured using the first
[第7の実施形態]
図7は、第7の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図7に示す微生物燃料電池16は、上方に開口を有する筐体1を有し、筐体1の下方から順に正極部30と負極部20とが設けられている。負極部20内の負極側土層22は、上方の外部環境に植物61を生育可能な緑化基材層として機能する。負極部20と正極部30とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部20と正極部30の間には、第2の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。また、イオン伝導膜を用いる場合、正極側土層32は省略することができる。
[Seventh Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the microbial fuel cell according to the seventh embodiment. A
本実施形態の微生物燃料電池は、第1の実施形態の構成とは、筐体1の底面に複数の貫通孔が設けられている点と、正極31が底面に配置されている点、緑化基材層62が負極側土層22である点が異なる。
The configuration of the microbial fuel cell of the present embodiment is different from that of the first embodiment in that a plurality of through holes are provided in the bottom surface of the
(用途・効果)
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応R1と反応R2とにより、負極配線23と正極配線33との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。
(Use / Effect)
In the microbial fuel cell of the present embodiment, an electromotive force is generated between the
本実施形態の微生物燃料電池は、緑化基材層62上に正極31が配置されていないため、一体化している構造にも関わらず、緑化基材層62のメンテナンスを行ないやすいという特徴がある。また、緑化基材層62のメンテナンスを行う場合においても、正極31、負極21を分解する必要がないため、メンテナンス前後において、安定した発電が可能である。さらに筐体1の底面に複数の貫通孔が設けられていることで、植物に与えた余分な水分を排出することも可能となる。
The microbial fuel cell according to the present embodiment is characterized in that since the
本実施形態の微生物燃料電池は、一般的な植木鉢と類似した構造とすることができるため、微生物燃料電池により得られる電力を利用して、LEDの点灯、植物や土の状態のセンシング、また第6の実施例に示すような自動水供給システムの駆動が可能な植木鉢を提供することが可能である。 Since the microbial fuel cell of the present embodiment can have a structure similar to that of a general flower pot, using the power obtained by the microbial fuel cell, lighting of LEDs, sensing of the state of plants and soil, It is possible to provide a flower pot capable of driving an automatic water supply system as shown in the sixth embodiment.
[第8の実施形態]
図8は、第8の実施形態の微生物燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図8に示す微生物燃料電池17は、上方に開口を有する筐体1を有し、筐体1の下方から順に正極31、負極側土層22を兼ねる正極側土層32、負極21、正極側土層32を兼ねる負極側土層22、正極31が設けられている。再表面にある負極側土層22は、上方の外部環境に植物61を生育可能な緑化基材層62として機能する。ここで緑化基材層は、第3の実施形態に示すように正極31上に独立されていても構わないし、第4の実施形態に示すように正極31自体が緑化基材層となっていても構わない。負極部20と正極部30とは接触して設けられており、両者間をイオンが移動できるように構成されている。なお、負極部20と正極部30の間には、第2の実施形態で設けられているようなイオン伝導膜を設けることもできる。イオン伝導膜を設けることにより、発電量を向上させることができる。
[Eighth Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the microbial fuel cell according to the eighth embodiment. The
本実施形態の微生物燃料電池は、第7の実施形態の構成とは、正極31が上面にも配置されている点が異なる。
The microbial fuel cell of this embodiment is different from the configuration of the seventh embodiment in that the
(用途・効果)
本実施形態の微生物燃料電池においては、上記した反応R1と反応R2とにより、負極配線23と正極配線33との間に起電力が生じる。本実施形態の燃料電池により生じた起電力は、電化機器を作動させるための電源として用いることができる。
(Use / Effect)
In the microbial fuel cell of the present embodiment, an electromotive force is generated between the
本実施形態の微生物燃料電池は、正極31が筺体の底面と上面に配置されていることで、正極の電極面積を増やすことができ、微生物燃料電池の発電量を増やすことが可能である。さらに筐体1の底面に複数の貫通孔が設けられていることで、植物に与えた余分な水分を排出することも可能となる。
In the microbial fuel cell of the present embodiment, the
本実施形態の微生物燃料電池は、一般的な植木鉢と類似した構造とすることができるため、微生物燃料電池により得られる電力を利用して、LEDの点灯、植物や土の状態のセンシング、また第6の実施例に示すような自動水供給システムの駆動が可能な植木鉢を提供することが可能である。 Since the microbial fuel cell of the present embodiment can have a structure similar to that of a general flower pot, using the power obtained by the microbial fuel cell, lighting of LEDs, sensing of the state of plants and soil, It is possible to provide a flower pot capable of driving an automatic water supply system as shown in the sixth embodiment.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 筐体、4 イオン伝導膜、11,12,13,14,15,16,17 微生物燃料電池、20 負極部、21 負極、22 負極側土層、23 負極配線、30 正極部、31 正極、32 正極側土層、33 正極配線、61 植物、62 緑化基材層、71 土層、81 制御回路、82 貯水タンク、83 電磁弁、84 注水パイプ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記微生物含有層に接触して配置され、前記電流発生菌による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、
酸素を含む外部環境に対して、前記外部環境の酸素が接触するように配置され、酸素に電子を供与する正極と、
上方の外部環境中に植物を生育可能な緑化基材層とを備えた、
前記緑化基材層は着脱可能に設けられている、
微生物燃料電池。 A microorganism-containing layer containing current generating bacteria and organic matter;
A negative electrode that is disposed in contact with the microorganism-containing layer and extracts electrons generated by the decomposition of the organic matter by the current-generating bacteria;
A positive electrode that is arranged so that oxygen in the external environment is in contact with an external environment containing oxygen, and donates electrons to oxygen;
With a greening base material layer capable of growing plants in the upper external environment,
The greening base layer is detachably provided,
Microbial fuel cell.
前記微生物含有層に接触して配置され、前記電流発生菌による前記有機物の分解によって生じる電子を取り出す負極と、A negative electrode that is disposed in contact with the microorganism-containing layer and extracts electrons generated by the decomposition of the organic matter by the current-generating bacteria;
酸素を含む外部環境に対して、前記外部環境の酸素が接触するように配置され、酸素に電子を供与する正極と、A positive electrode that is arranged so that oxygen in the external environment is in contact with an external environment containing oxygen, and donates electrons to oxygen;
上方の外部環境中に植物を生育可能な緑化基材層と、A greening substrate layer capable of growing plants in the upper external environment;
前記正極と前記負極との間に配置されたイオン伝導膜とを備える、微生物燃料電池。A microbial fuel cell comprising an ion conductive membrane disposed between the positive electrode and the negative electrode.
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