JP6586801B2 - Microbial fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は廃水及び廃棄物等に含まれる有機性物質から微生物の作用によって電気エネルギーを回収する微生物燃料電池に関する。 The present invention relates to a microbial fuel cell that recovers electrical energy by the action of microorganisms from organic substances contained in waste water and waste.
近年、廃水及び廃棄物等に含まれる有機性物質から微生物の作用によって電気エネルギーを回収する微生物燃料電池の実用化を図るべく、エネルギー回収効率を向上させる試みがなされている(特許文献1,2等)。
In recent years, attempts have been made to improve energy recovery efficiency in order to put to practical use a microbial fuel cell that recovers electrical energy from organic substances contained in waste water and wastes by the action of microorganisms (
従来の微生物燃料電池リアクタ(以下、リアクタと称する)は、リアクタ内の角部若しくは内壁面または電極などの表面の凹凸部の近傍領域において基質液の流れが停滞しやすくなる。特に、前記凹凸部の角度を有する部分の基質液の流れの停滞領域においては、リアクタの有効容積を減じるデットスペースが発生しやすくなっている。 In a conventional microbial fuel cell reactor (hereinafter referred to as “reactor”), the flow of the substrate liquid tends to stagnate in the vicinity of the corners or the inner wall surface of the reactor or the surface irregularities such as electrodes. In particular, a dead space that reduces the effective volume of the reactor is likely to occur in the stagnant region of the substrate liquid flow in the portion having the angle of the uneven portion.
さらに、微生物燃料電池の基質として確保の容易さから、下水の生物処理などで発生する汚泥など高濃度有機物は有望な基質と考えられるが、このような有機物や無機物などの固形分を多く含有する原料を微生物燃料電池の基質とするには次の問題があった。 In addition, high-concentration organic substances such as sludge generated by biological treatment of sewage are considered to be promising substrates because of their ease of securing as a substrate for microbial fuel cells, but they contain a large amount of solids such as organic and inorganic substances. There were the following problems in using the raw material as a substrate for a microbial fuel cell.
すなわち、有機物や無機物などの固形分を多く含有する原料を微生物燃料電池の基質とした場合には、高濃度で流動性がよくなく、また、可溶化処理を施したとしても、リアクタへ供給する基質中の濁質成分となる固形分の量を極めて低レベルとすることは、実用上、困難である。そのため、リアクタの底部とともに、前記流れの停滞領域には、濁質成分が蓄積しやすくなりやすい。 That is, when a raw material containing a large amount of solids such as organic matter and inorganic matter is used as a substrate for a microbial fuel cell, it is supplied to the reactor even if it is high in concentration and poor in fluidity and is subjected to a solubilization treatment. It is practically difficult to reduce the amount of solids that are turbid components in the substrate to an extremely low level. Therefore, turbid components tend to accumulate in the stagnant region of the flow along with the bottom of the reactor.
例えば、特許文献1,2などに開示されている直方体のリアクタで水平方向へ基質液が流れるようにした場合、リアクタの底部やリアクタ内部の角部、さらに、特許文献2のリアクタ内壁と電極が接する部分に、流れの停滞領域が形成されやすくなる。
For example, when the substrate liquid is allowed to flow in the horizontal direction in a rectangular parallelepiped reactor disclosed in
そのため、前記流れの停滞領域に設置されている電極では、(1)新鮮な有機性基質の供給が十分に行えないことや、(2)電極面を濁質成分が覆うことで有効に機能する電極面積が減少し、(3)さらに、改善する手段がないことで、微生物発電に供しない電極領域が存在し、これが増加することで、継続的に安定した電気エネルギーの回収が行えないこととなる。 Therefore, the electrodes installed in the flow stagnation region function effectively by (1) not being able to sufficiently supply fresh organic substrates, and (2) by covering the electrode surface with turbid components. The electrode area is reduced, and (3) there is no means for improvement, and there is an electrode region that is not subjected to microbial power generation. By increasing this, it is impossible to continuously recover electric energy stably. Become.
さらに、原料として、下水処理場において多量に確保が可能となっている、消化槽の消化汚泥を基質とした場合、消化汚泥中にはメタン菌が残留しているため、リアクタ内の蓄積汚泥において嫌気状態が形成されてメタン発酵菌が増殖しやすくなる。そして、このメタン菌の増殖によって基質(汚泥)中の有機分が消費されてしまうため、電流生成菌の活性が下がり、その結果、アノードに担持された電流生成菌の鉄呼吸が行われなくなり、発電が阻害されることとなる。 Furthermore, when digested sludge from the digestion tank, which can be secured in a large amount at the sewage treatment plant, is used as a raw material, methane bacteria remain in the digested sludge, so in the accumulated sludge in the reactor An anaerobic state is formed, and methane-fermenting bacteria are easy to grow. And since the organic component in the substrate (sludge) is consumed by the growth of this methane bacterium, the activity of the current producing bacterium decreases, and as a result, the iron respiration of the current producing bacterium carried on the anode is not performed, Power generation will be hindered.
したがって、微生物燃料電池を広く普及させるためには、上記の従来のリアクタの問題点を解決することが必要である。 Therefore, in order to widely spread the microbial fuel cell, it is necessary to solve the problems of the conventional reactor described above.
そのため、リアクタ構造を工夫することで基質液の流れを改善し、基質の多様化(溶解性の有機性基質、濁質成分を含有する有機性基質)への対応や、リアクタ内に堆積した濁質成分を除去しやすくすること、あわせて、電極を含めたリアクタのメンテナンス性の向上が課題とされている。 Therefore, the flow of the substrate liquid can be improved by devising the reactor structure to cope with diversification of substrates (soluble organic substrates and organic substrates containing turbid components) and turbidity accumulated in the reactor. The problem is to make it easier to remove the quality component and to improve the maintainability of the reactor including the electrode.
本発明は、以上の事情に鑑み、微生物燃料電池において継続的に安定した電気エネルギーの回収を実現できることを課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to realize continuous and stable recovery of electric energy in a microbial fuel cell.
本発明は、上端側から電力の生産に供される基質液が供給されて下端側から当該電力の生産に供された基質液が排出される筒状の発電容器と、この発電容器内に収容されて前記基質液が供されるアノードと空気が供されるカソードとこのアノードとカソードとの間に介在させるイオン透過性隔膜とを備えた電極部を有する電極ユニットを備える。 The present invention provides a cylindrical power generation container in which a substrate liquid supplied for power generation is supplied from the upper end side and a substrate liquid supplied for power generation is discharged from the lower end side, and is housed in the power generation container. And an electrode unit having an electrode portion including an anode for supplying the substrate solution, a cathode for supplying air, and an ion-permeable diaphragm interposed between the anode and the cathode.
本発明によれば、微生物燃料電池において継続的に安定した電気エネルギーの回収を実現でき、微生物燃料電池を広く普及させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the collection | recovery of the stable electric energy can be implement | achieved continuously in a microbial fuel cell, and a microbial fuel cell can be spread widely.
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[微生物燃料電池の基本構成例]
図1を参照しながら本実施形態の微生物燃料電池の基本構成について説明する。
[Example of basic configuration of microbial fuel cell]
The basic configuration of the microbial fuel cell of this embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態の微生物燃料電池1は、有機性物質を含む基質液が供給される発電容器2と、この発電容器2内に収容される電極ユニット3とを備える。
The
発電容器2は、電極ユニット3を収容する筒状の電極収容部20と、この電極収容部20の上端部に接続されて基質液が流入する流入部21と、電極収容部20の下端部に接続される排出部22とから成る。
The
流入部21は中空円錐状を成す。流入部21は電極ユニット3や発電容器2内のメンテナンスの利便性の観点から電極収容部20に対して着脱自在となっている。また、流入部21の上端部には基質液を流入させる流入管23が接続される。流入管23はシリコーンチューブに例示される耐薬品性の材料から成る。また、前記基質液は図示省略の定量ポンプによって流入管23に導入される。
The
排出部22は中空逆円錐状を成し、その下端部には電極収容部20の内部液を流出させる流出管24が接続される。流出管24も流入管23と同様に前記耐薬品性の材料からなる。流出管24の先端位置は、電極収容部20の内部液がサイフォン効果により排出されないように、流入部21内の内部液の液面よりも上方に配置される。なお、排出部22の下部に流出管24を介して排出ポンプを接続することで内部液を引き抜いてもよい。
The
電極収容部20,流入部21及び排出部22の構成材料としては、アクリル樹脂が例示される。前記構成材料は、耐蝕性があり、発電容器2内に供される基質液並びに電極ユニット3の質量に耐えられ、また、電極ユニット3の取付けのための機械加工等が行えれば、特にアクリル樹脂に限定されない。アクリル樹脂以外の構成材料としては、ステンレス鋼に例示される鋼材、アクリル以外の樹脂、例えば塩化ビニル、その他、FRP、コンクリートなどが適宜適用できる。
As a constituent material of the
以上のように、発電容器2は、流入部21が円錐状を成しているので、流入部21内に導入された基質液が電極収容部20内にて水平方向に広がる分散流を形成させ、電極収容部20内の電極ユニット3にほぼ均一に基質液を分散できる。なお、この構造で期待する分散流が得られない場合には、流入部21内に基質液の流れを分散させる分散部材を設置してもよい。
As described above, since the
[電極ユニットの構成例]
図2,3を参照して電極ユニット3の構成例について説明する。
[Configuration example of electrode unit]
A configuration example of the
電極ユニット3は、基質が供されるアノード31と空気が供されるカソード32とこのアノード31とカソード32との間に介在させるイオン選択性隔膜33とを備えた電極部34と、一対の電極部34がカソード32を対向させて取り付けられる枠体35を備える。
The
アノード31は、板状に成形された炭素繊維等の表面に電流生成菌(嫌気性微生物)を担持して成る。この電流生成菌が担持される材料としては、例えば、グラファイト、多孔質グラファイト、充填グラファイト粉末、カーボンクロス、カーボンフェルト、カーボンペーパー、カーボンウール、導電性金属、導電性ポリマーなどが適用される。
The
カソード32は、その主面がアノード31の主面と略同寸法のカーボン平板に白金触媒を塗布して成る。カーボン平板も前記例示したアノード31の材料からなる。カソード32に担持する触媒としては、通常は白金が採用されるが、他にも、コバルト、銅、鉄、ニッケル、パラジウム、錫、及び、タングステン、並びに、白金貴金属など、及び、これらを含む合金あるいは化合物なども採用できる。
The
イオン選択性隔膜33は、フッ素樹脂の共重合体に例示されるイオン交換膜から成る。イオン選択性隔膜33は、フッ素樹脂の共重合体の以外にも、陽イオン選択性隔膜として、テトラフルオロエチレンの共重合体や、パーフルオロビニルエーテルスルホン酸などが適宜採用される。また、陽イオン選択性隔膜以外にも、陰イオン選択性隔膜として、アンモニウムヒドロキシド基(4級アンモニウム基)を有する水酸化物イオン(陰イオン)交換膜が適宜採用される。
The ion
枠体35の長手側面部の一端付近には接続管36が接続されている。接続管36には、枠体35内に空気を供給する給気管37と、枠体35内の雰囲気(カソード32側の雰囲気)を換気する排気管38と、一方の電極部34のアノード31,カソード32に各々接続された導線39と、他方の電極部34のアノード31,カソード32に各々接続された導線39とが挿通される。
A
枠体35、接続管36の構成材料としては、アクリル樹脂が例示されるが、耐蝕性があり、接続の取付けのための機械加工等が行えれば、特にアクリル樹脂に限定されない。アクリル樹脂以外の構成材料としては、ステンレス鋼に例示される鋼材、アクリル以外の樹脂、例えば塩化ビニル、その他、FRP、コンクリートが適宜適用できる。
An acrylic resin is exemplified as a constituent material of the
導線39には、絶縁材質で被覆された電線が適用される。アノード31と導線39との接続部分、カソード32と導線39との接続部分は、周知の電気絶縁性のパテ材によって絶縁処理が適宜施される。
An electric wire covered with an insulating material is applied to the
一対の電極部34は、図3に示したように、カソード32を対向させ、さらに、一方の電極部34のアノード31,カソード32の導線39及び他方の電極部34のアノード31,カソード32の導線39が接続管36を介して枠体35から引き出された状態で、枠体35の開口周縁部30に接着剤などによって液密的に固定される。
As shown in FIG. 3, the pair of
また、図2に示されたように、枠体35内では、排気管38の先端部が給気管37の先端部から極力離れた部位に配置される。さらに、接続管36の内面と導線39,給気管37,排気管38との間隙は接着剤やパテ(例えば、電気絶縁性のパテ)などによって液密処理される。そして、接続管36を介して枠体35から引き出された導線39は、外部の図示省略の電気回路と電気的に接続される。
Further, as shown in FIG. 2, in the
電極ユニット3は、給気管37を介して枠体35内に空気(他でも酸素を含む気体であれば可)を供給する一方で排気管38を介して枠体35から排出することにより、枠体35内のカソード32を微生物燃料電池1のエアカソードとして機能させる。
The
電極ユニット3の内部を送気と排気することで換気する目的は、下記の通りである。
The purpose of ventilating the inside of the
イオン選択性隔膜33に陽イオン交換膜が採用された場合、カソード32側の反応においては空気中の酸素が消費されて水が生成される。このため、常に換気を行って酸素を補給するとともに水分を除いてカソード32が過度に濡れるのを防ぐ必要があるからである。
When a cation exchange membrane is employed for the ion-
一方、イオン選択性隔膜33に陰イオン交換膜を採用された場合、カソード32側の反応においては酸素とカソード32の表面の水が消費されて水酸化物イオンが生成される。このため、常に換気を行って酸素を補給すると共に水分を補給してカソード32が乾燥するのを防ぐ必要があるからである。
On the other hand, when an anion exchange membrane is employed for the ion
また、本発明の電極ユニットは、電極部34を少なくとも一つ備えていればよい。さらに、電極ユニットの一面全体に電極部34が備えられる必要はなく、少なくとも電極ユニットの一部に電極部34が具備すればよい。
Moreover, the electrode unit of this invention should just be provided with at least one
なお、電極収容部20の外部における電極ユニットの接続管36などとの接続は、ワンタッチ継手ならびに差込形電線コネクタなどによって簡易接続を可能としてもよく、これによって作業性が向上する。
In addition, connection with the
[実施形態1]
図1〜4を参照しながら実施形態1の微生物燃料電池1について説明する。
[Embodiment 1]
A
図4に示された本実施形態の微生物燃料電池1は、発電容器2の電極収容部20の内周面に図2の電極ユニット3が適宜複数(図示の事例では8つ)備えられている。
The
電極収容部20の周壁部27には、電極ユニット3の接続管36が挿通される支持穴28が電極収容部20の周方向に沿って一定間隔に複数形成されている。一方、電極ユニット3の接続管36には、電極ユニット3を周壁部27に固定させる締結具29の雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が形成されている。
A plurality of support holes 28 through which the connecting
電極収容部20の内周面においては、支持穴28によって支持された電極ユニット3の枠体35の周縁部と当接する位置決めストッパ26を備え付けるとよい。電極ユニット3の取り付け作業時に電極ユニット3の位置決めが容易となる。さらに、微生物燃料電池1の運用中、発電容器2内で接続管36に保持された電極ユニット3は位置決めストッパ26に当接支持されるので、発電容器2内における電極ユニット3の固定強度が増し、燃料電池の性能維持の信頼性が向上する。
On the inner peripheral surface of the
また、前記内周面においては、位置決めストッパ26の代わりに、前記支持された電極ユニット3の枠体35の下端部と当接する図示省略の位置決めストッパを備えても、電極ユニットの位置決めが容易となると共にその固定強度が増す。そして、この位置決めストッパを位置決めストッパ26と併用させると、前記固定強度がさらに増す。
Further, on the inner peripheral surface, even if a positioning stopper (not shown) that contacts the lower end portion of the
図4を参照しながら発電容器2への電極ユニット3の固定方法について説明する。
A method of fixing the
電極収容部20の支持穴28に電極ユニット3の接続管36を挿通し、電極収容部20の外に突出した接続管36にパッキン及びOリングを装着し、この接続管36に締結具29が螺着させると、電極ユニット3は電極収容部20内に固定される。そして、この接続管36から引き出された導線39,給気管37,排気管38は外部の電気回路,給気管,排気管に各々接続される。
The
図1,4を参照しながら微生物燃料電池1の運用中の発電容器2での基質液の流れについて説明する。
The flow of the substrate solution in the
発電容器2は流入部21の内面が末広がりのテーパ状となっているので発電容器2に導入された基質液の流れは、流入部21の領域ではその内面に沿う拡散流となり、電極収容部20の領域では下降流となる。また、排出部22の内面が下細りのテーパ状となっているので、電極ユニット3に供された基質液は沈殿物と共に残留することなく発電容器2から排出される。
In the
さらに、発電容器2は円筒状に形成され、発電容器2内の複数の電極ユニット3は流入部21から供された基質液の流れ方向に沿って配置されている。これにより、基質液の流れ方向に対する発電容器2,電極ユニット3の表面による抵抗が低減し、発電容器2内での基質液の流れが停滞しやすくなる領域が解消する。
Furthermore, the
そして、複数の電極ユニット3が発電容器2の軸心から放射状に配置され、電極収容部20の外周面から電極ユニット3の導線39,給気管37,排気管38が引き出されているので、電極ユニット3の配線及び配管に起因する基質液の流れの乱れも解消される。
And since the
以上のように本実施形態の微生物燃料電池1によれば、基質液の流れが改善し、発電容器2内に堆積した濁質成分が除去されるので、継続的に安定した電気エネルギーの回収が実現する。
As described above, according to the
なお、本実施形態の発電容器2は円筒体を成すが、本発明に係る発電容器の形状は円筒体に限定することなく、例えば、樽状に例示される曲面を有する筒体を採用してもよい。つまり、本発明に係る発電容器は、基質液の流下方向に対して、その内面が基質液の流れが滞りやすい屈曲角度が90°以下である面を有していなければよい。よって、中空多角柱状の筒体を採用してもよい。
In addition, although the
また、本実施形態において、図2の電極ユニット3の代わりに、図5に示した電極ユニット3を備えてもよい。電極ユニット3は、枠体35の長手側面部の一端付近に導線39が挿通される第一接続管41と、カソード32に空気が供給される第二接続管42を備える一方、同外面部の他端付近に枠体35内の雰囲気(カソード32側の雰囲気)を換気する第三接続管43を備える。そして、電極収容部20の周壁部27においては、この第一接続管41〜第三接続管43の各々が挿通される支持穴28が形成される。
Moreover, in this embodiment, you may provide the
本態様の電極ユニット3のように第一接続管41,第二接続管42,第三接続管43を備えることにより、発電容器2に対する固定箇所が複数となり、発電容器2内にて電極ユニット3をより安定的に支持できる。
By providing the
また、第二接続管42と第三接続管43は枠体35の長手側面部において離れて配置されているので、図2の電極ユニット3のように枠体35内に排気管38の先端部を引き込む必要がなくなる。
Further, since the
[実施形態2]
図6に示された微生物燃料電池1は、発電容器2から取り出し可能に発電容器2(電極収容部20)と同軸に配置される円筒状の取り付け筒部5を備える。そして、取り付け筒部5の外周面に適宜複数(図示の事例では4つ)の電極ユニット3が取り付け支持されて、当該複数の電極ユニット3が発電容器2の軸心から放射状に配置されている。
[Embodiment 2]
The
図2の電極ユニット3が取り付け筒部5に複数支持される場合、取り付け筒部5の周壁部50には、図2の電極ユニット3の接続管36が挿通されて電極ユニット3を支持する支持穴51が取り付け筒部5の外周に沿って一定間隔に複数形成される。
When a plurality of
図5の電極ユニット3が取り付け筒部5に支持される場合、取り付け筒部5の周壁部50には、第一接続管41〜第三接続管43の各々が挿通されて電極ユニット3を支持する支持穴51が取り付け筒部5の外周に沿って一定間隔に複数形成される。
When the
取り付け筒部5に取り付けられた全ての電極ユニット3は、この全ての電極ユニット3を包囲して結束される結束バンド53によって電極ユニット3の脱落防止が図られている。結束バンド53としては、フッ素樹脂製やステンレス製のバンドが用いられる。
All the
取り付け筒部5の径が比較的大径である場合には図4を参照して説明した電極ユニット3の取付け方法と同様の要領で電極ユニット3が取り付け筒部5に取り付けられる。例えば、図2の電極ユニット3を取り付け筒部5に取り付ける場合、電極ユニット3の接続管36に締結具52の雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が予め形成される。次いで、取り付け筒部5の外側から支持穴51に挿通されて取り付け筒部5内に導入された接続管36にパッキン、Oリングが装着され、この接続管36に締結具52が螺着されると、電極ユニット3は取り付け筒部5に固定される。そして、この取り付け筒部5内の接続管36から引き出されている導線39,給気管37,排気管38はさらに発電容器2の外部に導出されて図示省略の電気回路,給気管,排気管に各々接続される。
When the diameter of the
図5の電極ユニット3も以上説明した取り付け方法と同様の方法によって取り付け筒部5に取り付け支持される。この取り付け筒部5内に導入された第一接続管41から引き出された導線39は発電容器2の外部に導出されて図示省略の電気回路に接続される。また、取り付け筒部5内に導入された第二接続管42,第三接続管43は発電容器2の外部から導入された別途の給気管,排気管に各々接続される。
The
また、取り付け筒部5の径が比較的小径である場合、予め、取り付け筒部5に図2または図5の電極ユニット3が取り付け支持され、さらに、この電極ユニット3の導線39が図示省略の電気回路に接続されると共に電極ユニット3の給気管37,排気管38若しくは第二接続管42,第三接続管43が別途の給気管,排気管に各々接続された後に、この取り付け筒部5が発電容器2に導入されて電極収容部20内に配置される。
When the diameter of the mounting
以上の実施形態2の微生物燃料電池1は、複数の電極ユニット3が取り付けられた取り付け筒部5が発電容器2から引き出し可能であるので、実施形態1の効果に加えて、複数の電極ユニット3を一括して発電容器2内に備える一方で発電容器2から取り出すことが可能となる。したがって、微生物燃料電池1のメンテナンスの際などに、電極ユニット3の取扱いが容易となる。
In the
また、電極ユニット3に装着させた取り付け筒部5を、例えば汚泥消化槽などの既存排水処理施設の液相に浸漬すれば、既存の排水処理施設を利用した発電を行うことができる。
Moreover, if the
以上のように本実施形態の態様は微生物燃料電池の適用が広がるものと期待される。 As described above, the application of the microbial fuel cell is expected to expand the aspect of this embodiment.
[実施形態3]
図7,8に示された実施形態3の微生物燃料電池1は、基質液を発電容器2の電極収容部20に導入した後に水平方向に分散させる点で、実施形態1の微生物燃料電池1の構成とは異なる。
[Embodiment 3]
The
実施形態3の微生物燃料電池1は、流入部21を備えない一方で基質液導入部6を発電容器2と同軸に備えたこと以外は、実施形態1の微生物燃料電池1と同じ構成となっている。なお、実施形態1と同様に、排出部22の下部に流出管24を介して排出ポンプを接続することで内部液を引き抜いてもよい。
The
基質液導入部6は、上端が発電容器2の電極収容部20から露出して電極収容部20と同軸に配置される中空円筒状の回転軸61と、この回転軸61の下端部に発電容器2の径方向に配置される円柱状の撹拌部62とを備える。回転軸61には、この回転軸61の上端開口部64から導入した基質液を排出するスリット63が電極ユニット3の長さに対応して回転軸61の長さ方向に沿って形成されている。
The substrate liquid introducing section 6 has a hollow cylindrical
基質液導入部6の回転軸61と電極収容部20の上蓋部25との間はグランドパッキン等の軸封部材によって液密的に封止されている。
A space between the
また、基質液導入部6の上端部の上端開口部64にはロータリージョイント65が取付けられ、このロータリージョイント65に流入管23が接続され、さらに、この流入管23の一端には基質液を供給する図示省略の定量ポンプが接続されている。
A rotary joint 65 is attached to the upper end opening 64 at the upper end of the substrate liquid introducing section 6, and the
そして、基質液導入部6とロータリージョイント65と間には、回転軸61を回転させるモータ(図示省略)の回転数を任意に調節する減速機66が具備されている。
A
図7,8を参照しながら微生物燃料電池1の運用中の発電容器2の基質液の流れについて説明する。微生物燃料電池1の運用中、基質液導入部6の回転軸61が回転した状態となっている。流入管23から供給された基質液が回転軸61に導入されると、回転する回転軸61のスリット63から基質液が排出され、発電容器2の周方向に放出する拡散流が得られる。また、電極収容部20の下端付近の液相は回転軸61により回転した撹拌部62によって撹拌された状態となっているので、発電容器2の排出部22に汚泥が堆積しない。さらに、排出部22の内面が末細りのテーパ状となっているので、電極ユニット3に供された基質液は沈殿物と共に残留することなく発電容器2から排出される。
The flow of the substrate solution in the
以上のように、実施形態3の微生物燃料電池1は、実施形態1,2の流入部21に相当する構造が不要となり、基質液導入部6の回転によって発電容器2の軸心から周方向へと広がる拡散流を形成するとともに、発電容器2内の固形物の沈殿を防止できる。また、電極ユニット3の表面の掃流も期待できるため、継続的に安定した電気エネルギーの回収を実現し、微生物燃料電池の適用が広がるものと期待される。
As described above, the
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変更等が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変更等が本発明の技術的範囲に属することは当然のことである。 Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and the like are possible within the scope of the technical idea of the present invention. It goes without saying that it belongs to the technical scope of the invention.
1…微生物燃料電池
2…発電容器、20…電極収容部、21…流入部、22…排出部、27…周壁部
3…電極ユニット、31…アノード、32…カソード、33…イオン透過性隔膜、34…電極部、35…枠体、39…導線
36…接続管、37…給気管、38…排気管
41…第一接続管、42…第二接続管、43…第三接続管
5…取り付け筒部、50…周壁部
6…基質液導入部、61…回転軸、62…攪拌部、63…スリット
DESCRIPTION OF
Claims (9)
この発電容器内に収容されて前記基質液が供されるアノードと空気が供されるカソードとこのアノードとカソードとの間に介在させるイオン透過性隔膜とを備えた電極部を有する電極ユニットと
を備え、
前記電極ユニットは、前記電極部の導線,前記カソードに空気を供給する給気管及び当該カソード側の雰囲気を換気する排気管が挿通される接続管を備え、
複数の前記電極ユニットは、前記発電容器の軸心から放射状に配置されたこと
を特徴とする微生物燃料電池。 A cylindrical power generation container in which a substrate liquid supplied for power production is supplied from the upper end side and the substrate liquid supplied for power production is discharged from the lower end side;
An electrode unit having an electrode portion including an anode housed in the power generation container and provided with the substrate solution, a cathode provided with air, and an ion permeable diaphragm interposed between the anode and the cathode. Bei example,
The electrode unit includes a lead pipe for the electrode part, a supply pipe for supplying air to the cathode, and a connection pipe through which an exhaust pipe for ventilating the atmosphere on the cathode side is inserted .
The microbial fuel cell , wherein the plurality of electrode units are arranged radially from the axis of the power generation container .
この発電容器内に収容されて前記基質液が供されるアノードと空気が供されるカソードとこのアノードとカソードとの間に介在させるイオン透過性隔膜とを備えた電極部を有する電極ユニットと
を備え、
前記電極ユニットは、
前記電極部の導線が挿通される第一接続管と、
前記カソードに空気を供給する第二接続管と、
前記カソード側の雰囲気を換気する第三接続管と
を備え、
複数の前記電極ユニットは、前記発電容器の軸心から放射状に配置されたこと
を特徴とする微生物燃料電池。 A cylindrical power generation container in which a substrate liquid supplied for power production is supplied from the upper end side and the substrate liquid supplied for power production is discharged from the lower end side;
An electrode unit having an electrode portion including an anode housed in the power generation container and provided with the substrate solution, a cathode provided with air, and an ion permeable diaphragm interposed between the anode and the cathode. Bei example,
The electrode unit is
A first connecting pipe through which the conductive wire of the electrode portion is inserted;
A second connecting pipe for supplying air to the cathode;
A third connecting pipe for venting the cathode side atmosphere;
With
The microbial fuel cell , wherein the plurality of electrode units are arranged radially from the axis of the power generation container .
を特徴とする請求項1に記載の微生物燃料電池。 2. The microbial fuel cell according to claim 1 , wherein a support hole for supporting the electrode unit is formed in the peripheral wall portion of the power generation container through the connection pipe.
を特徴とする請求項2に記載の微生物燃料電池。 The peripheral wall of the generator container, according to claim, characterized in that said first connecting tube, a support hole, each of the second connecting tube and the third connection pipe for supporting the electrode unit is inserted is formed 2 A microbial fuel cell according to claim 1.
この取り付け筒部の周壁部には、前記接続管が挿通されて前記電極ユニットを支持する支持穴が形成されたこと
を特徴とする請求項1に記載の微生物燃料電池。 Further comprising a cylindrical mounting tube portion arranged coaxially with the power generation container so as to be removable from the power generation container,
This peripheral wall of the mounting tubular portion, microbial fuel cell according to claim 1, characterized in that the supporting holes for supporting the electrode unit and the connection pipe is inserted is formed.
この取り付け筒部の周壁部には、前記第一接続管,第二接続管及び第三接続管の各々が挿通されて前記電極ユニットを支持する支持穴が形成されたこと
を特徴とする請求項2に記載の微生物燃料電池。 Further comprising a cylindrical mounting tube portion arranged coaxially with the power generation container so as to be removable from the power generation container,
The peripheral wall of the mounting tubular portion, claims, characterized in that said first connecting tube, a support hole, each of the second connecting tube and the third connection pipe for supporting the electrode unit is inserted is formed 2. The microbial fuel cell according to 2.
この基質液導入部は、
前記発電容器と同軸に配置されて上端から前記基質液を導入する中空円筒状の回転軸と、
この回転軸の下端部に当該発電容器の径方向に配置される攪拌部と
を備え、
前記回転軸には、前記導入した基質液を排出するスリットが当該回転軸の長さ方向に沿って形成されたこと
を特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の微生物燃料電池。 A substrate liquid introduction part for introducing the substrate liquid into the power generation container;
This substrate solution introduction part
A hollow cylindrical rotating shaft that is arranged coaxially with the power generation vessel and introduces the substrate liquid from the upper end;
A stirring portion disposed in the radial direction of the power generation container at the lower end of the rotating shaft,
The microbial fuel cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein a slit for discharging the introduced substrate solution is formed in the rotating shaft along a length direction of the rotating shaft. .
を特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の微生物燃料電池。 The microbial fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the inflow portion of the substrate liquid in the power generation vessel has a hollow conical shape.
を特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の微生物燃料電池。 The microbial fuel cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the substrate liquid discharge part of the power generation container has a hollow inverted conical shape.
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