(57)【要約】  使用中のエネルギー消費が少なく、水消費が少ない、加熱廃棄物脱水室を含む、屎尿および雑排水残留電解凝集物用のコンパクトな脱水エンジンおよび方法。このシステムは、複数のトイレおよび再利用のための雑排水源を含む、固定または移動プラットホームに使用できる。
2008518138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屎尿およびその他の水汚染物質を、処分するのに安全な乾燥粉末に変えるための、および汚染水を濾過し且つ浄化するためのシステムであって、
排出物用脱水エンジン、
水洗便器、保持タンク、トイレ蓋、前記水洗便器の弁座上のセンサ、およびオゾン源を有する自己完結型脱水トイレ、
前記トイレ水洗便器を入力として直接前記脱水エンジンに結合し、および保持タンクからの水およびオゾンを水洗便器の中に放流してその内容物が前記脱水エンジンへ流れるようにするために手動ハンドルの手動操作によって作動できる放出弁、
前記脱水エンジンは、前記放出弁によって前記トイレ水洗便器に結合した各上部に第１および第２開口を有し、並べて取付けた一つ以上のシリンダ室を有し、前記シリンダは、このトイレから洗い流した廃棄物を加熱するために各シリンダの外面の周りに取付けてある一つ以上の細長い電気加熱素子を含み、
前記シリンダの外壁上の各加熱素子に接続し、所定の時間に前記加熱素子を作動させる制御装置、
液体を撹拌するために各シリンダ内に縦に配置してあり、液体を貫通させるために多数の孔を有する羽根部材および羽根軸を含むプラスチック螺旋羽根、
モータ、
前記羽根軸は、室内で前記螺旋羽根を交互方向に回転できるおよびこれらの加熱素子用の前記制御装置によって作動させられる、電源に接続した前記モータと係合していて、
これらの加熱素子への電力のための前記制御装置は、温度感知および時間によってこれらの加熱素子のための最も効率的出力曲線を決めそれによってスラリーを蒸発するために所定回数の水洗の後に前記加熱素子を作動させるソフトウェアプログラムを含み、
前記シリンダへの蒸気導管接続、および
電源に接続してあり且つこの脱水エンジン内の温度が一旦１００°Ｃに達すると作動する排気ファンであって、前記脱水エンジンに接続してあり且つ前記蒸気導管によって出力として清水保持タンクにも接続してありそれで蒸気を前記エンジンから前記蒸気導管の中への流れ通気孔を介して清水保持タンクへ回収した復水として移動するファンを含むシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の発明品であって、
電源および電解凝集室を含む電解凝集室を有する雑排水回収システムを含む発明品。
【請求項３】
請求項１に記載の発明品に於いて、システムを、ボート、船、飛行機、自動車、トラック、可搬式トイレ、およびＲＶまたは商用車のような、移動プラットホームに設置できる発明品。
【請求項４】
請求項１に記載の発明品に於いて、システムが最小限の修正で既存の保持タンクおよび腐敗システムと共に機能するように設計してある発明品。
【請求項５】
請求項１に記載の発明品に於いて、システムを、災害現場へ迅速に移送できる、または軍隊で、環境に悪影響することなく軍隊に衛生施設を提供する、敏速な作戦展開車両として使える、複数のトイレ、シャワー、および流しを含む移動トレーラに設置できる発明品。
【請求項６】
請求項２に記載の発明品に於いて、システムが電解凝集室、水を電解凝集した後に更に処理するためにオゾンおよび紫外線を使う独特の専有分離／滅菌タンク、並びに前記分離タンクからの凝集物を乾燥して家庭ゴミで処分するのに適した粉末にするためにこの脱水エンジン室へ移すスキミング装置を使う発明品。
【請求項７】
請求項２に記載の発明品に於いて、専有電解凝集室が独特で、使い捨ての、一旦それが使い古されると取替えが容易であり、およびそれが廃水から重金属、栄養素、胞子、バクテリア、および種々のその他の自然汚染物質を分離する発明品。
【請求項８】
請求項２に記載の発明品に於いて、システムが生物反応室と組合わせてあり、そこで全てのトイレ、流し、シャワー、小便器、並びにその他の水を使う設備および器具から液体がこのシステムに流れ込み、それで構造物からの全ての廃水を処理して清浄水として再利用し、およびそこでこの生物反応室の中の廃水を伝統的腐敗タンクシステム同様に微生物で処理するが排水圃がない発明品。
【請求項９】
請求項１に記載の発明に於いて、自己完結型トイレ、脱水エンジン、および電解凝集室を含む、この発明の各構成要素は、各構成要素または構成要素の組合わせを複数の産業の種々の用途、例えば、雑排水および屎尿の処理は勿論、調理の廃棄物処理要求を満たすように配置できるようにモジュール式に設計してある発明品。
【請求項１０】
水から屎尿およびその他の水汚染物質を除去してそれらを安全な処分のために乾燥粉末形に変えるための、かつ雑排水（または廃水）を濾過し、浄化し、および精製するための方法であって、
ａ．  屎尿をトイレ脱水エンジンに入れる工程、
ｂ．  上記脱水エンジンの中で、この廃棄物と雑排水の混合物を滅菌し且つ脱臭するためにオゾンを加える工程、
ｃ．  この廃棄物をエネルギーを制御する温度制御部材で所定の温度に加熱する工程、および
ｄ．  乾燥粉末廃棄残留物を生成する工程を含む方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法に於いて、乾燥粉末をこの脱水エンジンから、この粉末を、貯蔵袋の中へ吸引する結合した真空によって取出し、その袋を取出して家庭廃棄物の中に捨てられる方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、雑排水を、とりわけ、重金属、栄養素、胞子、バクテリアを含む固体汚染物質を、後に溜め（分離／滅菌タンク）の底に沈殿させるかおよび／またはこの水の表面からスキミング装置によって掬い取る、凝結した粒子に凝集するために電源を有する電解凝集室へ導き、そこからこの浄化した水を、次に請求項１０に記載した滅菌プロセスを受けるためにこの脱水エンジンの中へ放出する方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法に於いて、廃水の中の汚染物質を電解凝集してから、電解凝集室から放出した水を溜めに放出した紫外線源およびオゾンで更に処理および滅菌する方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法に於いて、システムが生物反応室と組合わせてあり、そこで全てのトイレ、流し、シャワー、小便器、並びにその他の水を使う設備および器具から液体がこのシステムに流れ込み、それで構造物からの全ての廃水を処理して清浄水として再利用し、およびそこでこの生物反応室の中の廃水を伝統的腐敗タンクシステム同様に微生物で処理するが排水圃がない方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
移動または固定モジュール式、自己完結型脱水トイレ、脱水エンジンおよび雑排水回収システム、並びにトイレの一部として作るかまたは複数のトイレからの屎尿を効率的に処理するために遠く離して設置した脱水エンジンを含み且つ雑排水を回収および再利用するために移動または固定プラットホームに関連して使用する方法。
【背景技術】
【０００２】
世界的規模の人口増加および水不足を生じる厳しい旱魃のために、清水および／または石油または石炭の燃焼から発生する電気のような天然資源を使わずに屎尿を効率的に処理するという重要な要求がある。有毒な化学製品を使うことは、安全な代替案ではない。屎尿の効率的処理および雑排水の回収に対するもう一つの要求は、全世界に亘る軍隊の移動、難民キャンプから生じる、または自然災害からの復興中の多数の人々の極端な移動に基づく。可搬式または固定の消費電力が少ない脱水トイレおよび雑排水回収システムは、工業国だけでなく発展途上国でも屎尿の処理を解決するために望ましい。
【０００３】
多くの種類の可搬式トイレが先行技術に示してある。これらのトイレの幾つかは、家庭および産業廃水から油、懸濁固形物、および重金属を凝結し且つ除去するために電解凝集を使用する。この電解凝集法は、屡々電解板から、廃水に流す調整電流を使い、それが次にこの廃水（１μｍ未満の粒子を含む）の中の粒子を帯電し、それが凝集する。これらの凝集した粒子は、凝結し、一緒に凝集した混合物の性質に依って表面に浮くか底に沈殿するかの塊を作る。一旦これらの凝結した粒子が浮遊しているか底に沈殿してしまうと、それらを除去することができる。電解凝集は、化学製品を使う必要が無く、病原菌およびその他の微生物を殺し、この廃水から大抵の汚染物質を除き、および操業コストが低いので、廃水を処理するために非常に効果的でコスト効率のよい方法である。
【０００４】
ガブレル外に２００４年４月１３日に発行された米国特許第６，７１９，８９４号は、廃液の電解凝集のためのプロセスを記述する。加圧した廃水を帯電した電解板の間に通して有機質、微粒子群、および金属汚染物質の沈殿粒子を作る。この水および微粒子群は、次にこの反応容器から浮上分離室へ移り、そこで廃水を清澄化するために溶解ガスがこれらの沈殿粒子を表面へ浮上させる。
【０００５】
ハーブストに２００４年６月８日に発行された米国特許第６，７４６，５９３号は、廃水を処理するための大容量電解水処理システムおよび方法を記載する。その発明では、固形物を廃水から取除き、それを次に、脂肪、油、グリース、および界面活性剤のような物質を不安定にする電解凝集電極を含むタンクへ移す。この廃水の電解凝集は、汚染物質を凝結させ、表面へ浮上させる。泡および浮遊スラッジを泡除去装置によって除去し、清澄水を放流堰通過後清浄水放出管から放出する。
【０００６】
ハートコムに１９８０年６月２４日に発行された米国特許第４，２０９，３８９号は、廃水液から病原性微生物および溶解した有機汚染物質を除去するためにバクテリアを使う方法を記述する。記載したプロセスの第１段階は、電解凝集を使って実質的に全てのコロイド物質を除去することを伴う。その後、特別に選択した微生物をこの廃水に加えて残りの有機汚染物質を除去する。
【０００７】
キシ外に１９９１年３月１９日に発行された米国特許第４，９９９，９３０号は、生下水を乾燥する装置を示す。このシステムは、下水のいくらかの脱水をするために跳ね回らせる複数の熱球を使う。このシステムは、汚物を脱水しようとする試みで化学元素の効率の悪いアレイを要する。
【０００８】
やはりキシ外に１９９２年８月６日に発行された米国特許第５，１５２，０７４号は、加熱素子として伝導加熱を利用する類似の装置を示す。
ブランケンシップに１９９３年６月１５日に発行された米国特許第５，２１８，７２４号は、取外し可能触媒容器を備える焼却器トイレを示す。この装置の欠点の一つは、それが減臭用に着脱するペレットを使うことである。
【０００９】
ハチマに１９９４年１月１１日に発行された米国特許第５，２７６，９２４号は、誘導加熱を含む、屎尿処理方法および装置を示す。
ハモンドに２０００年８月１５日に発行された米国特許第６，１０１，６３８号は、乾燥粉末廃棄物を作るために空気圧、摩砕および熱を利用するトイレを示す。第２の特許、ハモンドに２００２年１２月２４日に発行された米国特許第６，４９６，９８８号は、コンパクトな再利用電気脱水トイレを示す。これらの両特許は、自己完結型の屎尿を処理するための有用な方法およびシステムを記述するが、特に移動および自己完結環境では、エネルギー消費が望むより高いと信じられている。
【００１０】
水は、人間生活に最も不可欠の要素であり、屎尿で汚染された最大の天然資源の一つである。工業国では、各トイレフラッシュが、６Ｌ水洗トイレを義務づけられているところを除いて、１５Ｌと２７Ｌの間の水を使用する。平均して、典型的家庭がトイレを洗浄するだけで毎年１５１，０００Ｌ以上の水を使用する。湖および海に、世界の多くの領域を汚染した屎尿が部分的にしか処理されず、そして、ときには全く処理されずに大量に押寄せている。可搬式トイレの問題には、典型的に小さな表面積を介する沸騰水での大量のエネルギーの消費、および残留物としての真の乾燥した脱水粉末を妨害する、３０パーセント以上が油脂であるかも知れない人糞に固有の体脂肪分解の不首尾がある。幾つかの可搬式トイレで１フラッシュ当りに必要とする電力量は高く−ある場合には１フラッシュ当り３ｋＷを超える。ここの説明する本発明は、屎尿を脱水し且つ殺菌するためのエネルギー効率のよい方法を提供することによって上記の問題を克服する。
【００１１】
伝統的トイレを使うことに固有の上水の消費とその後の汚染および移動する屎尿に関する効率の悪さに加えて、あらゆる種類の洗浄から作り出されて水を人間の消費に不適当にする大量の雑排水がある。雑排水は、洗剤並びに、洗車、洗濯機放水、シャワーおよび流しからの廃水に見られるもののような、その他の廃棄物を含む。大量の雑排水も、住宅用、商用および工業用構造物のような固定用途は勿論、ボートおよびＲＶのような車両での水の消費および後処理に関係するので可搬性における重要項目である。米国のある地域は、慢性の水供給問題および非常に限られた水量しか使えない旱魃がある。発展途上国には、水不足および汚水排出系を欠き、病気および死という結果になる発展途上国がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、固定または可搬式トイレで並びに雑排水およびその再利用のための回収を扱う全体的問題で見つかった問題の多くを克服する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
複数のトイレが遠く離して設置した脱水エンジンに接続してあり、および／または全雑排水回収システムがやはりトイレに設置できる脱水室、電解凝集反応室、分離／滅菌室、水保持タンク／シスターンおよび一つ以上のトイレ、電源、回路基板、並びに電源を含む、単一自己完結型トイレに使用する可搬式自己完結型脱水エンジンのための方法およびシステム。この脱水室は、熱および蒸発を使ってこの雑排水回収システムから人糞を安全な乾燥粉末および脱水凝集物に変えることができる。この乾燥粉末は、家庭ゴミに捨てるために掃除機袋に吸引する。
【００１４】
この方法およびシステムは、住宅用、商用または工業用構造物におよびトラック、ＲＶ、乗用車、船、ボート、気動車、または航空機のような移動プラットホームで使うことができる。この方法およびシステムは、複数の伝統的水洗トイレおよび雑排水投入に役立つ腐敗タンクまたは保持タンクを利用する既存の衛生システムを改良するために使うことができる。この発明は、屎尿を飲用水で動かしまたは水洗する必要を無くしおよび屎尿の下水管または腐敗排水圃への放出を無くする。この発明からの放出物は、再利用に適する水および家庭ゴミに捨てるに適する乾燥無菌粉末である。この脱水エンジンそれ自体は、液体を脱水し、液体を還元し、スラリーを食品に加工し、または水を脱塩する必要のある何れかの用途、またはその様な工業的用途で使うに十分多能である。工業的用途で使う多くの溶剤は、この雑排水システムと脱水エンジンの組合わせを使って処理して中和できる。
【００１５】
屎尿を扱うこの脱水室は、並べて取付けた一つ以上（好ましくは二つ）のシリンダで構成してあり、その各々は、各シリンダのほぼ全長に伸びる螺旋形の羽根、修正したオーガ、またはパドルを含む。並列のシリンダの利点は、内容物を露出する加熱表面対容積比を増すことである。各螺旋羽根は、その中心で軸に結合してある。モータが歯車、ベルト、ウオーム歯車、またはチェーンを使って両螺旋羽根を直接駆動する。これらのシリンダまたは羽根は、これらのシリンダの内部を所定の温度にする電気加熱素子を含んでもよい。これらの螺旋羽根（各シリンダに一つずつ）は、固形物をシリンダの垂直壁に当てて破砕するこれらの羽根の回転作用のために回転中に汚物に作用して液体と固形汚物のスラリーを作る。これらの羽根は、またこのスラリーを加熱した表面に当てて持上げ、より急速に蒸発するスラリーの薄膜を作る。
【００１６】
シリンダを使うことによって、容量およびスラリーを露出する表面積対容積比を最大にするために、より多くを容易に並列に加えることができ、それによってエネルギー消費効率を大きく向上する。定期的に、このスラリーを脱水室内で１７７°Ｃに加熱してこれらの汚物を乾燥粉末に変える。この蒸発物または蒸気を脱水室から外部へ排気する。この蒸気を次の水洗のために回収するか、または雑排水回収システムへ送る。円筒形脱水管またはシリンダの各々は、各シリンダの外周に縦に取付けた複数の電気加熱棒（抵抗加熱）を含み、または成形品または押出し品の内部に作ってある。その代りに、撹拌パドルが加熱素子を含んでもよい。これらの加熱棒は、電池式（ＤＣ）の電源に接続してあるか、または従来の交流（ＡＣ）で使う。回路基板とソフトウェアが加熱棒へ供給する電気の時間および量を制御し、電流を整流し、およびこの脱水エンジンのエネルギー効率を最大にする。これは、液体廃棄物を蒸発するために脱水室内部の最大温度を維持するので、必要な電流量を最少にする。この作用は、この室内の固形物を乾燥粉末に変えるときに、液体を蒸発するための電気エネルギーの最も効率的使用をもたらす。この加熱システムは、トイレの各使用後または各水洗後に調整してもしなくてもよい。この廃棄物スラリーの加熱および“蒸煮”は、脱水エンジンの使用法に依って日に１回にまたは週に１回にさえプログラムすることができる。その代りに、頻繁使用中、このトイレが通常使用を再開したと決めるまでこのシステムがそのままでもよい。電気エネルギーを節約するためにこのトイレの所定の使用数を数えることができる。この脱水室の加熱は、１２１°と１７７°Ｃの間の温度を必要とする。この加熱処理中排気ファンを付けてこの脱水室を通気し、蒸気を外部環境空気へ通気するか回収させる。エンジン温度が１７９°Ｃを超えるかまたはキャビネットカバーの温度が６５．６°Ｃを超えるならば、センサがこのシステムを停止する。
【００１７】
便器と脱水室の間に結合してあるのは、便器の中の屎尿を洗い流して脱水室へ引込ませる、手動または自動で作動する電気放出弁である。この効力は、通気孔に結合した直列排気ファンによって向上する。この電気放出弁は、加熱処理中密閉してあり、それは蒸気をこの通気孔から出し、蒸気および悪臭が便器にまたは浴室領域に出るのを防ぐ。安全のために、この脱水エンジンは、弁座が下げた位置になるまで始動しないだろう。
【００１８】
これらの脱水シリンダは、熱をこの室の方へ反射し戻すために宇宙ブランケットのような断熱材料でまたは断熱セラミックコーティングで断熱してある。セラミック断熱材がこのブランケットまたはコーティングを囲み、より多くの熱を保持する。この断熱セラミックコーティングは、感電の機会も減らす。
【００１９】
この脱水室は、水密であり水回りで安全である。このユニットの電気的側面は、漏電保護装置を備える。この脱水室を使って種々の異なる製造業者から複数のトイレ設計を受入れることができる。最善のモデルは、この用途のために特別に設計した高圧ジェットで少水量しか使わないだろう。これは、脱水すべき水の量を減らし、エネルギーコストを減らす。便器を洗浄するために高圧、低容量スプレージェットを使う、専有トイレ設計もこの発明に組込んである。この専有トイレを使う理由は、水洗のために使う水の少ないことが脱水のために必要な電気エネルギーの少ないことに繋がるからである。
【００２０】
この自己完結型脱水トイレシステムは、小さい水保持タンク（１１．３Ｌ）を含み、そこにこの水を便器の洗浄に使うために衛生的に保つためにオゾンを注入する。オゾンは、水を滅菌するように作用し、放出悪臭を減らす。この室からの蒸気通気管路が周囲空気に通気し、この管内の復水を水洗に使うためにこの保持タンクへ戻すことができる。
【００２１】
オゾンは、糞の中にある体脂肪を分解しおよびこの滅菌プロセスを強化するために脱水室に導入する。オゾンを使うもう一つの副産物は、この廃棄物の“蒸煮”中に全ての悪臭を除去することである。このオゾンの導入は、屎尿の中にある固形物および液体を酸化するだけでなく、過剰な電気または加熱素子を使うことなくこの蒸発プロセスを実際に始める。１．９Ｌの液体を最小限のエネルギー使用で二三日間で蒸発できる。オゾンは、洗浄水を無菌に保つために洗浄水保持タンクに導入する。
【００２２】
空気は、二つの目的でこれらのシリンダに引込む。第１に、これらのシリンダから乾燥粉末にした廃棄物を排出するために真空サイクル中にこれらのシリンダに空気を引込む。第２に、通常の蒸煮サイクル冷却中に乾燥プロセスを促進するために予熱空気をこの室に引込むためにこれらのシリンダに空気を引込む。
【００２３】
この自己完結型脱水エンジンは、保持タンク、脱水室、加熱素子および電力制御回路基板およびソフトウェアプログラム、蒸気通気孔、フラッシュ弁、空気ポンプ、オゾン発生器、空気取入れ口、一つ以上のトイレ並びに放出弁および蒸気弁を備える便器、真空掃除機、排気ファン並びに、一旦脱水した固形廃棄物粒子を集めるための袋のような、回収部を含む。この基本脱水ユニットは、船内のような移動環境で、その可搬性のために軍隊で使用するための陸上車、航空機または、住宅用、商用、および複数のトイレを備える工業用にさえ使える総合的システムとして複数トイレ施設をもたらすような方法で結合することができる。
【００２４】
脱水エンジンとしてのこの脱水室は、屎尿の安全な処分の効率を高め且つ清水およびエネルギーの消費を大きく減らすだけでなく、雑排水も同様に処理および回収するための方法およびシステムとも結合できる総合的システムで使うことができる。雑排水は、シャワー、流し、および建物、車両等を含むその他の種類の洗浄作業からの廃水のような、清掃および洗浄目的で使った水である。典型的に、雑排水は、汚れだけでなく、溶剤およびその他の種類の石けん、石けんかすおよびその他の種類の化学製品も含む。我々の場合、尿をこの雑排水システムで処理することは、それを脱水するより遙かにコスト効果が高く迅速であるので、人尿をこの混合物に含める。この清水回収は、トイレの中にあるまたはトイレなしに取付けた脱水エンジンを、電解凝集および我々の組合わせた分離／汚物処理タンクの使用と組合わせる。このシステムの中心は、オゾンと紫外線の使用を具体化する分離／汚物処理タンクに基づく。水は、流し、シャワー、皿洗い機、小便器、およびエアコン用の他の種類の排水管から集める。この雑排水をフィルタ・スクリーン、溜めに通して、この分離／汚物処理タンクに入る前に専有の使い捨て可能電解凝集反応室で処理する。この分離室内で、これらの凝集物の大部分は水面に浮び、脱水室へ落ちる。この処理した雑排水を除去した固形物と共に次にオゾン処理しおよび紫外線で処理し、次に保持タンクへ送り、およびシャワー、ボート洗い、トイレ水洗および皿洗い機用に再利用する。この水のある量を処理し且つ更に滅菌して別の保持タンクに飲用水を得ることができる。処理した雑排水を有するこの分離／汚物処理タンクは、放出弁を介して、それ自体幾つかの投入トイレに役立つ脱水エンジンにも結合することができる。この分離／汚物処理タンク内で、水でない殆どあらゆるものが泡に変えられ、表面に浮く。この泡を表面から掬い取り、脱水室へ導く。最も重要なことは、複数の伝統的トイレを全ての雑排水と共に単一保持タンクへ流し込むことができ、液体を汲出してこの同じ雑排水システムで処理することができる。固形物を消化して液体に変える、微生物を使う伝統的方法も使ってよい。この脱水エンジンの出力装置は、この脱水エンジンから固体脱水廃棄物粒子を取除く真空ユニットだろう。この脱水エンジンは、屎尿だけでなく、この雑排水処理に使う電解凝集からの残留廃棄物も処理する。
【００２５】
この様に、一つの総合的自己完結型システムおよび方法で、最小限のエネルギーを使って屎尿を成功裏に処理でき、一方、同時に、大量の雑排水を低エネルギー使用で化学製品の投入無く（オゾンを例外に）再利用のために成功裏に回収できる。廃棄物を処理するために電解凝集を多年に亘って使用してきたが、処理中にできるきわめて多量の凝集物（泡）のために、これまで実行可能な方法ではなかった。多くの場合、これらの凝集物は、衛生的でないか、埋立てゴミ処理に許容できないかも知れない。このシステムは、最小限の維持費で、無菌化した凝集物の安全処分を可能にする。
【００２６】
この発明の目的は、組合わせておよび別々に、可能な最少量の水を使って屎尿を効率的に処理するための改良したモジュール式で万能の自己完結型方法およびシステムを提供すること、再利用のために雑排水を無菌化および回収すること、並びに使用するエネルギーを最少にすることである。
【００２７】
この発明のもう一つの目的は、屎尿を効率的に成功裏に処理することができ且つ移動または固定で、住宅用、商用、または工業用に有用であるだけでなく、ボート、船、航空機、および陸上車のような移動環境ででも有用な、単一自己完結型トイレまたは複数トイレシステムに組込める可搬式脱水エンジンを提供することである。
【００２８】
この発明の別の目的は、屎尿を成功裏に処理でき、悪臭を除去でき、および屎尿を容易に処分するために粉末に変えられる、モジュール式可搬または固定トイレおよび雑排水システムを提供することである。
【００２９】
この発明の更に別の目的は、これらの異なる機能を、水を回収しおよび屎尿を処理する際の水の使用量およびエネルギーを大幅に節減する結果になる、移動または固定、高効率システムに統合できる、総合的自己完結型システムおよび方法を提供することである。
【００３０】
これらおよび以後明白になろうその他の目的に従って、次に本発明を特に添付の図面を参照して説明する。
【実施例】
【００３１】
さて、図面、特に図１を参照すると、本発明が、トイレ２４からの入力がある脱水エンジン１２を含むブロック線図形で全体を概略的に１０で示してある。単一トイレの実施例では、トイレ２４をこの脱水エンジンへの入力として直接結合してもよい。この脱水エンジン１２も蒸気導管１７によって出力として清水保持タンク１４、排気ファン１７、およびやはり冷却した蒸気から生じる復水を回収するためにこの清水保持タンク１４に結合してある蒸気通気孔１６に結合してある。オゾン源２２も滅菌および悪臭を減少するためにこの脱水エンジンに結合してある。このプロセスは、固形廃棄物を加熱し液体が蒸発して乾燥粉末の形の残留物を生じ、それが殺菌され、この脱水エンジン１２に真空を掛け、それによってこの粉末を取出せる貯蔵袋の中に吸収して回収し且つ後に廃棄するための袋を含むかも知れない中央真空室または内部真空室２０から取出すまでこの脱水エンジンの中に留まるときに完了する。オゾン２２は、加熱が始る前に液体の大部分を蒸発させるための撹拌と同時に加えることができ、それによって最終脱水に要するエネルギーおよび時間を削減する。
【００３２】
次に図２を参照すると、本発明に使う方法が示してあり、それは単一トイレ用の工程を含む。初めに、廃棄物を便器に入れる。トイレ蓋２５を閉じるか手動オーバーライドを作動させると放出弁２６が作動する。オゾンおよび保持タンク３８からの水をこの便器に入れてこのトイレを洗い流し、排気ファンを４１（ｘ）秒間起動する。すると廃棄物が工程２８でこの脱水室に流れ込む。次に２９で放出弁を閉じてこの脱水室を封止する。
【００３３】
この脱水室内で、この廃棄物を回転螺旋羽根で混合・撹拌し、それがスラリーを創る。オゾンを定期的に加える３０。これらの螺旋羽根をモータおよび歯車方向（ベルト駆動、ウォーム駆動歯車、またはチェーン駆動を適用してもよい）に基づいて二つの別々の方向に回転することができる。工程３０終了後、所定回数水洗してからこの脱水室全体を加熱してスラリーを蒸気に変え、それを蒸気通気孔から排出する４０。冷却した蒸気が通気孔内で復水に変り４０、保持タンク内に集められ、そこでオゾンを定期的に加える３８。そこでこの保持タンク内の水を次の水洗に使う。
【００３４】
もう乾いた（液体の除去で）残りの廃棄物を螺旋羽根の反転に掛け、それがこの固定粉末を脱水室の反対端に押しやる。真空システムが工程３５ｃでオンになる準備をする。空気吸気弁が３５ａで開き、真空口が開き、および蒸気通気弁が３５ｂで閉じる。最後に、工程３６で、真空掃除機がオンになり、これらの固形物を真空口から袋の中へ移し、安全に輸送する。
【００３５】
図２を見ると、屎尿を貯蔵して粉末にした残留物に変えるためのこの作業の効率を著しく向上する幾つかの重要なシステム活動がある。工程３０でオゾンを使うことは、液体の低エネルギー蒸発を始めるための空気流の使用と共に、悪臭を減らし、排出物の滅菌を助ける。また、コンピュータプログラムによって制御する、加熱作業中、図２の工程３２で加熱素子に使う電気エネルギーは、加熱ユニットへのエネルギーの電力および時間を最大効率に制御することによって全体のユニットの効率を最大にするような方法で行う。
【００３６】
さて、図３を参照すると、この自己完結型脱水室が全体のキャビネットを除去し且つ断熱材を除去して示してある。このシステムの中心は、並べて取付けてあり且つ封止リングおよび洗浄弁４８によって水洗便器５０に結合してある頂部に共通の開口を有する、二つのアルミまたはステンレス鋼のシリンダ４４および４６から成る脱水エンジン４２である。ある場合には、必要な容量に依って一つのシリンダだけを使うことが安く且つ効率的である。この脱水室は、複合プラスチックまたはアルミとしての成形または注型した上半分およびプラスチック断熱カバーを備える鋳造アルミの下半分で構成できる。これらの半分を一緒に機械的に結合して封止する。この便器は、それにトイレ蓋５２が取付けてある。この弁座の中の接点がこのシステムをオン・オフできる。水およびオゾン保持タンク６８をこの便器に隣接して示し、この水洗便器５０の中に直接結合してあり、ハンドル７０を作動すると、それがこの水洗便器５０の中に加圧して放流すべき水を手動で提供する。その代りに、蓋５２の中の接点がこの洗浄サイクルを始めることができる。蒸気通気孔が、概略的に示す排気ファン５６を含む管５４を介して脱水室４２に結合してある。図４も参照すると、各シリンダ室４４および４６の内部に螺旋羽根７８および８４が有り、それらはシリンダ４４および４６内に縦に配置してあり、モータ６２に結合してあり、それがこれらの螺旋羽根の回転をもたらし、それらを第１方向におよび次に第２方向に動かす。これらの羽根の目的は、導電性加熱素子５８の加熱による蒸発を促進するために固形物を液体から分離することである。５８のような一連の細長い電気加熱素子が両シリンダ４４および４６の外面の周りに取付けてあり、それらが、モータ６２およびこの室外壁で加熱素子５８の各々に接続してある加熱出力７２を制御する、制御装置６０によって所定時間作動させられる。制御プログラムを使って、蒸発目的で液体の最も効率的沸騰または加熱をもたらすために、効率を良くするための一連の水洗の後におよび感知温度に基づいて、加熱素子５８へ供給する電力を制御する。この蒸気通気管５４は、滅菌したまたは蒸留した水を保持タンク６８へ戻すために保持タンク６８にも結合してあってよい。
【００３７】
この粉末残留物は、この蒸煮および加熱プロセスによって水分を蒸発してから、真空を創り且つ粉末にした残留物を集めて管７６を介して脱水シリンダ４４および４６から引出すための袋を含む真空システム７４によって取出す。この袋を真空ユニット７４から取出し、この残留物がオゾン処理によって幾らか滅菌してあるのでそれを安全に処分することができる。
【００３８】
図３に示すような本システムを特異なトイレとして使うためには、自動または電動でもよい、手動ハンドル７０を使って水洗便器５０の中の廃棄物を小さい保持タンク６８からの水およびオゾンで洗い流し、それが電動シスターン弁４８も開いてこの汚物を両シリンダ４４および４６で同時に受けられるようにする。次にこのシスターン弁４８閉じてこの脱水室４２全体を封止する。所定回数の水洗後、電力モジュール６０が加熱素子５８を所定の時間および温度に加熱させるだろう。一方、水洗間に、モータ６２が作動して各シリンダ４４および４６内部の螺旋羽根を第１方向に回転させて蒸発を遙かに容易にできるスラリーを創る。このときオゾンも加える。予め決めた時間に、好ましくはトイレを使わない夜に、この室を加熱し、全ての液体を蒸発しおよび残りの固形廃棄物の粉末残留物を作る。この粉末残留物を管７６から真空ユニット７４によって取出してこのユニット全体を空にすることができるのはこのサイクル中である。蒸気および蒸発するその他の液体は、この蒸煮プロセス中に管５４から通気孔５６を通して蒸発できる。モータ６２は、制御装置６０によって定期的に作動させられて分離プロセス中に羽根を一方向に動かさせ、およびこのモータ６２を逆転して羽根を他の方向に動かさせることによってこの残留物を逆方向に押しやって滅菌および脱臭するためにオゾンを加え且つ一旦粉末形の固形廃棄物を真空ユニット７４によって取出すためにシリンダ４４および４６内のよい位置へ動かさせる。
【００３９】
この電力のための制御装置６０は、温度感知および時間によって電気エネルギーを最も効率よく使うための温度およびその他の要因に基づくオン時間およびオフ時間に関する加熱素子５８のための最も効率的出力曲線を決められるソフトウェアプログラムまたはプロセッサを含む。最後に、これらの液体は、保持タンク６８へ戻せる凝結蒸気の形で蒸留水を提供することによって保持タンク６８に水を補給する助けをすることもできる。
【００４０】
図４は、脱水エンジン４２の基礎を作る熱伝導性金属で非常に堅いアルミまたはステンレス鋼であるシリンダ４４および４６を示す。
【００４１】
さて、図４を参照すると、二つの結合したシリンダ４４および４６を示し、それは、形状が螺旋形で長さが各シリンダ４４および４６の長さ内に収るサイズのプラスチック羽根７８および８４を含む。各羽根は、液体を貫通させるために全面に孔８２を有する羽根部材８０を含む。羽根８４は、全面に複数の孔８８を有する羽根部材８６を含む。羽根７８は、図３に示すモータに繋がる駆動軸９０を含む。この軸は、このモータによって動かされる直接ウオーム駆動によって駆動され得る。また、羽根８４の駆動軸９２は、モータ６２に繋がる。このモータは、スラリーを創るための基礎を作るこの作業の１段階中これらの羽根を同じ方向に回転推進できる。加熱素子５８を加熱すると、この加熱がシリンダを加熱し、内部の液体をこれらの液体が実際に蒸発しまたは沸騰する点まで加熱させる。一旦これらの液体が通気孔から蒸発すると、残りの廃棄物固体をこれらの汚物が粉末になるまで絶えず加熱する。その点で、滅菌および脱臭するためにオゾンを加えながら羽根の方向を反転でき、それで残留粉末を真空システムがこの粉末排出物を安全に且つ効率よく除去する、各シリンダ内の点の方へ動かす。これらの羽根自体は、プラスチックで作ってあり且つ駆動軸９０および９２に取付けてある。これらの羽根パドルは、形状が螺旋形である。
【００４２】
この脱水エンジンを図示し、単一自己完結型トイレに使用し、および屎尿を非常に僅かの水で捕え且つ取出しおよび図１ないし図５に示すように乾燥粉末の形を作るために複数トイレのシステムに結合することができる。
【００４３】
図５は、雑排水回収および屎尿処理を含み同時に、全てをポータブルシステムにできる、一連の複数トイレを有する大システムを示す。この雑排水システムの中心は、分離タンク９６、タンク１０８のオゾン源に囲まれた脱水室および電解凝集ユニットである。この雑排水は、大きな粒子を除去するためにフィルタまたはスクリーン１００を有する、９８で表す、シャワー、流しまたは下水から回収する。排水溜め１０２を使って処理すべき水を集め、次にそれを反応室１０４へ送り、そこでこの雑排水の処理として電解凝集が起る。処理した雑排水を次に導管１０６を介して分離タンク９６へ送る。この点で、凝集物がこの水の中の脂肪から分離する。その上、汚物処理を強化するためにこの水をオゾンで処理する。この分離タンクの上の矢印は、望ましくない部分の流去を示す。放出弁が設けてあり、それで凝集物を、この脱水エンジン１１２に結合した複数のトイレ１２６を含む、トイレシステム用のこの脱水エンジンの中に直接入れることができる。その水の更なる使用には、タンク１２４の中に安全な滅菌した飲用水を提供するための１２２での追加の処理がある。また、保持タンク１１６の中の再利用水をタンク１２０によって表すようにシャワー、ボート洗浄、トイレ水洗および皿洗い水に使うために戻すことができる。水のこの電解凝集処理は、ボックス１０４で示すように知られている。
【００４４】
図５に示すシステムは、住宅、商業ビル、ボート、および飛行機で使うために固定または可動にできる。そのサイズが小さく、消費電力が少ないために、このシステムは、大型１８輪トラックまたは牽引可能トレーラで使うことができ、および各要素を使い方に依ってサイズに合わせて調製することができる。例えば、シャワー、流し、下水およびエアコン排水管さえ有する可搬式車両を、複数トイレも含むトレーラベッドの上に取付けられるだろう。この全システムは、可動にでき、ほんの僅かしか水を使わず、雑排水を回収しおよび屎尿を最小の電力しか使わずに処理する。この車両からの排出物は、他の用途に使える過剰滅菌した水だろう。
【００４５】
図６に示すシステムは、保持タンク、腐敗タンク、または生物分解室と共に使うべきシステムである。複数のトイレ、流し、小便器、および雑排水源１０がこの生物反応室１１５若しくは既存の腐敗タンク、またはボート、飛行機、バスの中の保持タンク１１５へ排出する。排水ポンプ１１８がタンク１１５から排出物を汲出し、排出物を電解凝集反応室１２０を通して押出す。要素１１９でオゾンを加える。この排出物は、次に分離／汚物処理タンク１２２へ動き、そこで水でない殆どあらゆるものが浮くか沈むかの凝固物に変る。これらの凝固物は、次に脱水エンジン１３４に向うかまたはフィルタ１３５を通過する。清浄化した水をオゾン源１３０からのオゾンで処理し、紫外線１２６に当て、次に再利用のために保持タンク１３２へ向ける。このタンクの底に沈殿する凝固物は、後に微生物によって処理するために生物反応室１５へ放出し戻す。
【００４６】
図７に示すシステムは、分離／汚物処理タンク１２２である。電解凝集反応室１２０（図６）からの廃棄物が投入口１０７からタンク１２２に入る。この点で水が全ての固形物およびバクテリアから分離し、その固形物およびバクテリアが凝固物に変り、浮いてスキマー１０９で空になるか、または沈んで自動または手動放出弁１０１を経て生物反応室または保持タンク１１５へ戻る。タンク１２２の中のバッフル１５０がこのタンクの中に含まれる水位を保つ役割をし、この流れをそらしてこの水を長時間オゾン１２０および紫外線１３０に曝させ、および動くとき水が跳ね返るのを防ぐ。この水を出口１１６から放出する。
【００４７】
図８に示すシステムは、使い捨て金属板およびガスケットを備える電解凝集反応室１０４である。このシステムは、圧力箱１６６、蓋１６７、電源ストリップ１６９、一つの中心孔のある金属板１７２，各角に四つの孔のある１枚の金属板１７３、ガスケット１７４、取入れ口１８２および吐出口１８１、並びに内部ガスケット１７４および金属板１７３が水密になるようにする圧力板１８０から成る。汚水が取入れ口１８２に入る。ガスケット１７４が全ての面の間に置いてあり、金属板１７３が交互に置いてある。電源ストリップ１６９は、板を一つおきに正または負に帯電させるように各金属板１７３に接続してある。汚水は、全ての板を通過し、交互に正または負に帯電した粒子を受け、次にこの反応性の水を口１８１から排出し、その後この汚水は凝集し始める。金属板１７３は、用途または廃水の化学成分に依ってアルミまたは鉄または種々の他の金属の組合わせでもよい。
【００４８】
この発明をここに最も実際的で好ましい実施例と考えられるもので図示し且つ説明した。しかし、それにこの発明の範囲内からの逸脱をなし得ること、および当業者に明らかな修正が思いつくだろうことを認識する。この発明は、種々の用途および要求に対応するためにモジュール式にしてある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】脱水エンジンを使う自己完結型移動または固定脱水トイレのための、本発明の概略ブロック線図を示す。
【図２】本発明による脱水エンジンおよびトイレの作用の流れ図を示す。
【図３】本発明による脱水エンジンおよびトイレの、脱水エンジンキャビネットおよび断熱材を除去した斜視図を示す。
【図４】修正したオーガまたはその他の種類のパドルを使えることを記憶して螺旋羽根をファントム画法で見せる、脱水エンジンに使うシリンダの斜視図を示し、これらのシリンダは、二つの部品として注型して一緒にボルト留めし、または押出しおよび溶接し、またはプラスチックで作って加熱素子を螺旋の一部として作ることができる。
【図５】本発明における脱水エンジンと共に使う雑排水回収システムの概略ブロック線図を示し、もし望むなら、トイレを加えてもよい。
【図６】生物反応室または伝統的腐敗タンクから集めた全ての雑排水および汚水を処理するために使う雑排水システムの概略線図を示す。
【図７】分離／汚物処理タンクの側立面図を示す。
【図８】使い捨て電解凝集反応室の分解図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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