エコロジカルライフ via DIY
2008 年秋〜
Rev.
40
 Original :Tue.Sep.01'09
 Updated : 2015-12-23 Wed
エコトイレ
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 雨水や残り湯を有効利用して生活経費を節約する・・・・。肯定・否定様々なご意見があるだろうが、
個人的経験から述べれば、それなりの初期投資が必要だが、十分効果は認められると断言できる。

How much money do you save?  読者が最も関心があると思われる『水道料金の軽減
はどの程度のものか。』とか『投資額の償却は可能か
またその期間は?』などについて対策前そして対策後
の具体的な実績金額をこちらに示す。⇒⇒ 
 

エコロジカルライフ via DIY

 我が家のトイレットを以下に紹介しよう。

 トイレの数   :  1F、2F 計2カ所
 トイレ機器   :  TOTO 製 便座:C-720R / ロウタンク:S-721B 
 ( このモデルは使用水量に大小の区別が無いモデル )
 型式 サイフォンゼット式
 一回の使用で上水道を 13半暖颪靴討い襦

 便座は サンヨー製温水洗浄便座 PT-M56 を使用。

我が家のエコトイレ : 基本アイデア

 ** 基本アイデア ** 
 トイレット洗浄用の水は風呂の残り湯(必要に応じ雨水)を家の裏にセットした 500箸離織鵐に貯めた
水を使用する。この水は便器のフラッシュ(洗浄用)にのみ使用され、ロータンク上部の手洗い用、おしり
洗浄用は上水道が使用される。

 貯水タンクからトイレットまでは貯水タンク内の水中ポンプで自動送水する。

************************************************************

 今回の『エコロジカルトイレット』 を実現するためには水位を感知する方法が不可欠だ。トイレの水洗
レバーを操作すればロウタンクの水が放出される。当然補給しなければならないが適切な位置で給水が
止まらなければ溢れ出た水が無駄になり逆に補給量が足りないと次回の水洗で問題が生じる可能性があ
る。 裏庭に設置した貯水タンクにも同様の配慮が必要だ。
 またトイレットの機能には直接関係ないが、雨水や残り湯の貯水タンクの貯水量を(直接タンクを覗か
なくても)屋内で知りたい希望もあり、この場合は広範囲に変化する水位の感知能力が必要だ。
参考:ディジタル容量表示 ⇒⇒

 『水位検知方法』はいろいろと試みたが現時点ではフロートスイッチを使用する方法がベストだと考えている。
 参考のために試作段階で試みたアイデアも別ページに記しておいたので、興味があるお方は参照されたい。

 ◆.侫蹇璽肇好ぅ奪舛鮖藩僂垢詈法。⇒⇒
    現時点ではこの方法がベストだと考えている。

◆◆.泪哀優奪肇好ぅ奪舛鮖藩僂垢詈法。⇒⇒
    窓やドアの開閉などを感知するマグネットスイッチは DIY ショップの防犯コーナーで入手可能だ。耐久性
    と信頼性で(実際にどこにこのスイッチをセットするかなど)疑問が多い。
 
、 モジュール化された専用素子を使用する方法。⇒⇒ 電子部品専門店などで モジュール / IC 化された
   傾斜センサーなどが入手可能だ。これも同様の問題がある。

ぁ◆.肇薀鵐献好拭爾覆匹埜|硫麩を手作りする方法。⇒⇒ 水には導電性(電流を流す性質)を持つためこれ
   を応用する方法。耐久性と信頼性で問題外。

ロウタンクの水位を知る方法


 現時点( As 2014年5月 )ではフロートスイッチを使用する方法がベストだと考えている。現時点で満5年以上の
信頼性と耐久性が得られている。
   
 上の図はそのトイレタンクのイメージだ。従来の浮き球でトイレ洗浄水を給水 /停止 するメカニズムはそのまま
残すので、ロウタンク上部の手洗い用は水道水が供給される。
 タンクのレバーが操作され洗浄水が流れ落ちて水位が低下するとフロートスイッチが動作して裏庭の残り湯タン
ク中のポンプをスタートさせる。ポンプから中水が送られ水位が規定位置まで上昇するとフロートスイッチがポンプ
を Off するわけだ。

_


現在稼働中のシステム

 これが 2014年6月の時点の現在稼働中のシステムの概略図だ。基本アイデアは 2009年と大きく変わっていない
が、マイクロプロセサーを各所に組み込んで各モジュールがインテリジェント化されたことが大きく異なる。

 青い矢印は配管、赤いドットラインはコントロール/モニターラインだ。トイレットを使用してロウタンクの水位が
下がると、マスターにリクエストを送り、マスターは該当の水中ポンプをスタートさせる。ロウタンクがフルになれば
停止のリクエストが送られポンプは停止する。単純な工程なのでマイクロプロセサーを使用するまでもないのだが
主目的は70才を過ぎた頭の錆び付き防止のためにプログラム化しただけのことだ。
 MPU ( Micro Processing Unit ) 化したメリットは各プロセスにチェック機能が加えられることが上げられる。
たとえばポンプが通常の平均的送水時間以上駆動している時は強制的に OFF させるとか、本来の便器には付属
していない機能を追加するなど頭の体操にはもってこいなのだ。
_ 
 上図(↑)でスレーブ MPU と記されたモジュールを制作中の画像(↓)だ。

 中央と左のモジュールが Slave MPU で、右端のモジュールは友人宅で1年以上稼働していた(別の機能を持った)
作品だ。蛇足だが、伝票を整理していて、画像の白いキャビネット ( TAKACHI 社の SY-110A ) の発注数は累計で 100個を
越えた事を知った。つまり、この種の作品をそれだけの個数制作したわけだ。


 前述したように、ロータンクの水位のチェックやポンプの動作状況をモニターしている。 制作報告 (現在進行中) ⇒⇒



 2014年8月、水流センサーを入手した。既に水流をディジタル表示する作品を製作したが、⇒⇒
近い将来、トイレットにも使用するつもりだ。たとえば何かの理由でロウタンクに給水できないときなどの状況を速やか
に把握するためだ。
 たとえば、最も一般的なエラーチェックの方法はタイマーを利用する方法で、一定時間を経過してもポンプが停止 or
駆動しないなどのチェックに利用されている。
 しかし、水流センサーを利用すれば、ポンプスタートさせたのに水管内に水が流れていない⇒即ポンプ or リレーの異常
だと判断できる。何も操作していないのに水管内に水が流れている。⇒水位スイッチなどの誤動作がポンプをスタートさせ
た。などと異常を把握する範囲が広がるのだ。

風呂の残り湯をトイレで再利用。
 現在 ( as of 2011年11月 ) 稼働満二年を超えた我が屋のエコトイレ via DIY だ.

外観上の変化は ・・・・ です。
 外観上変わった点は残り湯を供給するラインが追加されたことだ。使用方・使用感は以前と全く変わらない。
FYI. 手洗い用のタンク上部を開けると ⇒⇒

 数種類のフロートスイッチを試みたが、ベストと思われる現在使用中のフロートスイッチを示す。(
業務用のフロートスイッチ。少々高価な品だ。
 化学工場や食品工場などで使用されるステンレス製の業務用の製品で価格も高価だ。

ロウタンク取り付け用のアダプターを自作。
 ローウタンク内部にフロートスイッチを取り付けるため塩ビパイプでアダプターを
作った。

不要な箇所はシーリングしておく。
 機能には直接関係ないことだが。、不要な箇所にはシーリングしておく。
_
現時点(2011年11月)、特に問題なく稼働中。
 現時点( 2011年11月)で、ほぼ2年以上経過したが全く問題なく稼働している。
1、トイレの使用でタンク内の水位が下がると、
2、浮き球が下がり上水道が供給される、同時にフロートスイッチが働き信号を残り湯タンクのポンプへ送り
  残り湯が追加された残り湯ラインから供給される。
3、上水道と残り湯の供給ででタンクの水位が上がると浮き球は上水道を止め、フロートスイッチはポンプを
   Off する。
4、一回の使用で消費される水量は 13 で、その内上水が約3函∋弔蠹鬚鰐 10函,消費される。

2012-06-09 Sat.
 その後中古の水道メーターを入手したので消費水量を調べてみた。

1F トイレット 画像 #11-4218 残り湯=10函‐綽綟察2.2函々膩 12.2
2F トイレット 画像 #11-4260 残り湯=10.8函‐綽綟察1.8函々膩 12.6
2F トイレット 画像 #11-4263 残り湯=6.8函‐綽綟察3.8函々膩 10.6


追加した消音機能
 追加した残り湯はロータンクの底部へ給水する様にデザインした。これにより水面へ吸水する時に発する水音
(ジャバジャバ)を大幅に小さくすることができた。また水面へ給水する場合はタンク底部に汚れなどが残ったまま
だったが、底部給水でこれらの汚れが攪拌・送水されるため、ロウタンク底部に蓄積される汚れが激減した。
 アイデアとしては面白いが、(この種の実務経験者には常識だろうが)単純にこのままセットしたのでは想定外
の問題が生じることにご注意。

廃棄するファンヒーターから回収したフロートスイッチ
 部品の入手手段の問い合わせのリプライを頂くことも多い。その場合はweb やオークションでの入手を紹介して
いるが他にも入手手段はある。
 この事例は先日動作が不安定なため廃棄することにした石油ファンヒーターから回収した灯油の液面センサー
として使用されていたフロートスイッチだ。


 マグネット・フロートは市販されていないので、私は廃棄する
 ファンヒーターから取り外す方法で入手した。
 まれに Web オークションで入手することも可能だ。
 取り外し作業例 ⇒⇒

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現在( As 2010年8月)利用していないアイデア
トライアル : 洗濯機からの排水も利用する

memo'   以下に紹介するシステムは現在稼働を停止している。我が家は残り湯と雨水の再利用で充分なため、
       結果としてアイデアの具現化実験となったが、3年以上停止の状態で、試みに通電したところ、排水の
       汚染濃度の判断能力の低下以外は正常に動作できた。

2009-09-12-Sat.
 現在我が家のトイレは風呂の残り湯を再利用しているが更に洗濯機からの排水もトイレに利用したいと考えている。
我が家の場合残り湯の取水量に比べトイレで消費する水量が僅かに多い日が時々あるのだ。
 すでにこのアイデアを具現化したプロトタイプを現在 OJT 中だ。見苦しい作品だが試行中である事をご理解願いたい。

洗面所からの排水は二カ所。
 我が家の洗濯機は洗面所にあり、排水は洗面台とは異なる配管で下水へ捨てられている。

この様な受け皿を製作した。
 洗濯機排水用のアングルに150mmφの塩ビ管のエンドキャップを接続して1箸曚匹陵憧錣鮴什遒靴拭この
容器を画像とは逆さまの位置でマンホールの洗濯排水穴に取り付けて・・・・。


 洗濯機の排水は一旦この容器に溜まった後捨てられるわけだ。
 この容器にバスポンプをセットして取水を試みた。容器の水位が上がればポンプを On 下がれば Off の操作を
手元のスイッチで操作したのだ。一回のOn-Off で約 500〜600cc 程度が得られる。また水量が多い時はポンプの
能力もあり排水の殆どが流れ去る。この様なラフな手段でも一回の洗濯で 10〜20板度は簡単に回収可能だ。
しかし水位を見ながら操作を続ける労苦を考えると得られる水量には不満がありお勧めできる方法とは言えない。

洗濯機の排水もトイレに流用したい。
 手動では煩わしいので水位をチェックするセンサーを容器の上部と底部に2セット取り付けてみたl。
1、上部センサーが上昇した水位をセンスするとポンプをスタートして取水する。
2、取水され水位が底部センサー以下になるとポンプを停止する。一回のプロセスで約 700cc 強が取水される。
 洗濯機は洗濯プロセスに応じて排水の量が大幅に変わる。量が多い時は今回の方法でも全てを取水できない。
しかしこの単純な動作だけでも一回の洗濯で約100半暖颪垢訖緡未 50〜60% の回収は可能だ。


 大量に排水する時は安価なバスポンプで追いつけない。容器からこぼれ落ちる洗濯排水。


 しかし排水量が少ないモードではほぼ 100% 取水可能だ。私が水位を目視しながらポンプスイッチを On/Off する
より自動運転の方が効率は高かった。

 初期の排水は洗剤などを多く含んでいるため透明度が低い『汚れた水』なので便器に給水された時のイメージが
良くないのだ。
 画像 #09-2113 は透明度の低い排水、画像 #09-2110 は透明度の高い排水だ。


 現時点のテスト中の『洗濯排水回収装置』はこの水の透明度を自動判断して透明度の低い排水は取水しない様
にプログラムされている。 透明度のチェック方法だが水中で LED を点灯数センチ先でフォトトランジスターで受
光する案だ。透明度と光量には比例関係があるので適当なスレッシュホールド値をセットすれば水質の選別は可能だ。

 この洗濯機の排水をトイレに再利用するシステムは(今のところ)試行のみで恒常的に使用する考えは持っていな
い。しかし各種数値データを採るため試行は続けるつもりだ。

 しかし試作品とは言えあまりにも見苦しいため、汚濁、水位センサーの回路を改良し配線をすっきりとまとめてビニ
ールホースに束ねた。機能は #09-2116と同等 or 同等以上だ。
排水の汚濁レベルに応じて採水の可否を自動切り替えする。
画像 #09-2154 に見える排水は汚れが事前にセンサーにセットした値より高いためポンプ動作は自動的に拒否さ
れる。(取水しない。)

透明度が設定値以上なので採水が行われる。
 数分後洗濯機のすすぎ洗いのプロセスが進み排水は満足できる透明度になった。この後水位が上がればポンプが
スタートして取水される。

排水の透明度の判断方法。
 排水の透明度によって、取水・破棄を判断しているのだが、この切り分けもマイクロコンピューターが判断している。
コンピューターの基本ロジックは2進法なので、温度や重量などを処理する場合、明るい/暗い、重い/軽いとしか判断
できない。これでは使い物にならないが、実は A/D コンバーター機能を内蔵したマイクロコンピューターが多く販売され
ているのだ。
 A:アナログ信号を D:ディジタルにコンバート(変換)する機能は、たとえば今回の使用例の場合、透明度の高い水道水
をゼロ(0)、透明度が最も悪い排水を100、のようにマイクロコンピューターが数値化してくれるのだ。そのためプログラ
ムを、45以下の透明度の洗濯排水は取水、46以上は破棄。と組めば対応できるのだ。
 私は A/D コンバーター機能を内蔵したマイクロコンピューターを仮組立して、センサー部を洗濯排水にセットし、透明度
の数値データーを集め、プログラムのパラメーターに採用し排水処理プログラムを完成させた。


 2009年当時の画像がないため、 2014年のものを載せておくが、この様な仮組立回路で、温度や重量などのアナログデータ
をディジタル数値として採集した。


その後 Lower & Upper sensor をモディファイした。
 その後 Lower & upper sensor をフロートタイプにモディファイした。電子式では接点の汚れで動作不能の可能性が
考えられるためだ。

AC100V のポンプモーターを On/Off させる。
 フロートスイッチで上限と下限の水位をセンスするようにしたコントロールモジュール。今回バスポンプは ACアダ
プターを使用するので SSR :ソリッドステートリレーで AC100ボルトを On/Off している。

現在稼働中の Lower & Upper sensor
 上記スイッチ付近の画像だ。さらなる対策としてフロートが壁面に触れ動作が妨げられないようにガードを付けるつ
もりだ。
_
トライアル : 排水透明度のチェック
 最初の試験回路は LED を水中で発光させフォトトランジスターで受光したレベルで透明度を判断した。ご存じのよう
に電子回路を水中で使用すれば漏れ電流が大きく影響するため Latest version では光ファイバーを利用している。
光ファイバーを利用して排水の透明度を調べた。
  二本の光ファイバーの片方でLEDの光を反射板へ向けて照射する。 ◆光は反射板で反射するが、光量は
排水の汚染度に比例する。、この反射光をもう一方の光ファイバーで受けフォトトランジスターへ送る。フォトトラ
ンジスターの出力をあらかじめ設定して置いた数値と比較して取水の判断を行う。ぁ∈2鷄水に浸るのはこの光
ファイバーと反射板のみなので電子回路は水の影響を受けない。

反射板は [ 金 :Gold ] を使用した。
 水底に古い PC から取り外した LSI を置き反射板として使用した。この表面は本物の [ 金 ] なのだ。(無論数
ミクロンのメッキなのだが)錆びる心配のない金はこの様な目的には最適なのだ。 しかし現実問題として数ヶ月
以上の長期間の使用では汚物が付着して反斜度は低下する事が考えられる。


Memo' -1
 今回使用したバスポンプの性能は 12.0 / min' at 揚程 1.5m の製品だ。
販売元 カインズ 型式 TP-C30 PID #4-977977-207106

Memo' -2
 ポンプを塩ビダクトに組み込んだ理由はポンプの姿勢を安定させるためで、ポンプが傾いた時の低水位の時
の取水効率の悪化を防ぐためだ。ポンプフィルタークリーニングの時はポンプがダクトに固定された状態でも通
常の様にポンプのフィルターカバー部は簡単に取り外し可能だ。

2010-02-07 Sun.
 物置床のフロアリッドを開けると・・・・。
この床下で洗濯排水回収モジュールは24時間自動運転しているのだ。
 現時点の洗濯排水回収モジュールは物置の床下に隠れて24時間自動運転している。排水を感知すると排水の
透明度(汚染の度合い)を自動判別して裏庭の500肇織鵐へ回収した排水を送水している。回収する水量だが
洗濯物の汚れの度合いも関係するため1回の洗濯で約20〜50箸回収されている。500肇織鵐が満タン状態で
あれば当然送水を停止する機能を持つ。

memo'   前述したがこのシステムは現在稼働を停止している。我が家は残り湯と雨水の再利用で充分なため、
       結果としてアイデアの具現化実験となったが、3年以上停止の状態で、試みに通電したところ、排水の
       汚染濃度の判断能力の低下以外は正常に動作できた。

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