CN113396009B - 加氢装置以及氢透过膜的消耗度判定方法 - Google Patents

Abstract

加氢装置(1)具备：第一室(31)，被供给氢气；第二室(32)，被供给原水；氢透过膜(33)，为了在第二室(32)生成加氢水，使氢气从第一室(31)向第二室(32)移动；压力传感器(51)，检测第一室(31)的压力；以及控制部，至少根据第一室(31)的压力来判定氢透过膜(33)的消耗度。

Description

加氢装置以及氢透过膜的消耗度判定方法

技术领域

本发明涉及用于生成在水中加氢而得到的加氢水的装置以及氢透过膜的消耗度判定方法。

背景技术

作为在水中加氢的方法，已知如下技术：使用由氢透过膜(气体透过膜)划分出氢气流通部和原料水流通部的组件，向氢气流通部供给经加压的氢气，并使氢溶解于供给至原料水流通部的原料水(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2009-125654号公报

发明内容

(发明要解决的课题)

上述组件因氢透过膜的消耗而劣化，因此推荐进行定期的更换。氢透过膜的消耗度例如能根据上述组件的使用时间等来简易地估计。

然而，由于氢透过膜价格高昂，因此为了以低廉的运行成本生成加氢水，要求建立更准确地判定氢透过膜的消耗度的技术。

本发明鉴于以上事实而提出，主要目的在于，提供一种加氢装置以及氢透过膜的消耗度判定方法，能以简单且廉价的构成来准确判定氢透过膜的消耗度。

(用于解决课题的技术方案)

本发明的第一发明是一种加氢装置，用于在水中加氢，所述加氢装置具备：第一室，被供给氢气；第二室，被供给原水；氢透过膜，为了在所述第二室中生成加氢水，使所述氢气从所述第一室向所述第二室移动；压力检测部，检测所述第一室的压力；以及判定部，至少根据所述压力来判定所述氢透过膜的消耗度。

优选地，在本发明所涉及的所述加氢装置的基础上，还具备氢浓度检测部，所述氢浓度检测部检测从所述第二室取出的所述加氢水的溶氢浓度。

优选地，在本发明所涉及的所述加氢装置的基础上，还具备氢气生成部，所述氢气生成部生成向所述第一室供给的所述氢气。

优选地，在本发明所涉及的所述加氢装置的基础上，所述氢气生成部具有电解槽，所述电解槽具有阳极供电体和阴极供电体，通过对水进行电解来生成所述氢气并供给至所述第一室，所述加氢装置还具备控制部，所述控制部控制向所述阳极供电体以及所述阴极供电体施加的电压，所述控制部控制所述电压以使所述溶氢浓度恒定。

优选地，在本发明所涉及的所述加氢装置的基础上，所述判定部还根据所述溶氢浓度来判定所述氢透过膜的消耗度。

优选地，在本发明所涉及的所述加氢装置的基础上，所述判定部根据所述压力与所述溶氢浓度的关系来判定所述氢透过膜的消耗度。

优选地，在本发明所涉及的所述加氢装置的基础上，还具备流量检测部，所述流量检测部检测所述原水到所述第二室的每单位时间的供给量，所述判定部还根据所述供给量来判定所述氢透过膜的消耗度。

本发明的第二发明是氢透过膜的消耗度判定方法，在氢透过组件中判定所述氢透过膜的消耗度，所述氢透过组件具备：第一室，被供给氢气；第二室，被供给原水；以及氢透过膜，使所述氢气从所述第一室向所述第二室移动，所述消耗度判定方法包含：检测所述第一室的压力的步骤；以及至少根据所述压力来判定所述氢透过膜的消耗度的步骤。

(发明效果)

在本第一发明的所述加氢装置中，所述氢气透过所述氢透过膜而从所述第一室向所述第二室移动，从而在所述第二室生成所述加氢水。例如，若所述氢透过膜消耗，则所述第一室的所述压力有时超过预先设想的范围。为此，在本第一发明中，所述判定部至少根据所述第一室的所述压力来判定所述氢透过膜的所述消耗度，从而能以简单且廉价的构成来准确地判定所述氢透过膜组件的所述消耗度。

本第二发明的所述氢透过膜的所述消耗度判定方法包含检测所述第一室的所述压力的步骤和至少根据所述压力来判定所述氢透过膜的消耗度的步骤，因此能以简单且廉价的构成来准确地判定所述氢透过膜组件的所述消耗度。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的加氢装置的概略构成的图。

图2是表示加氢装置的主要构成的图。

图3是表示加氢装置的电气构成的框图。

图4是表示本发明一实施方式的消耗度判定方法的处理过程的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明本发明的一实施方式。

图1示出了本发明的加氢装置的一实施方式的概略构成。加氢装置1是用于在水中加氢的装置，已加氢的加氢水例如作为透析液制备用水而用于透析液的制备(以下，有时还将加氢水记为透析液制备用水)。近年，在透析液的制备中采用加氢水的血液透析对于患者的氧化应激抑制是有效的，故而受到关注。

加氢装置1例如配置于反渗透膜处理装置200的下游侧。加氢装置1与反渗透膜处理装置200可以整合而构成为一个装置。在加氢装置1的下游侧，例如连接有使用透析液制备用水来对液状的透析原剂进行稀释的透析原剂稀释装置(未图示)。

反渗透膜处理装置200使用反渗透膜对从外部供给的水进行净化。反渗透膜处理装置200与加氢装置1通过处理水供给通道10进行连接。由反渗透膜处理装置200净化处理后的水(以下，记为处理水)经过处理水供给通道10而被供给至加氢装置1来作为用于生成透析液制备用的加氢水的原水(以下，记为原水)进行使用。

用于生成透析液制备用水的加氢装置1在从反渗透膜处理装置200供给的原水中加氢来生成透析液制备用的加氢水。加氢装置1与上述透析原剂稀释装置通过加氢水供给通道20进行连接。由加氢装置1生成的加氢水经过加氢水供给通道20而被供给至上述透析原剂稀释装置，用于透析液的制备。

图2示出了加氢装置1的主要构成。加氢装置1包含氢气生成部2和氢透过膜组件3。

氢气生成部2生成氢气，并将该氢气供给至氢透过膜组件3。在本实施方式中，应用了电解槽4来作为氢气生成部2。电解槽4通过对水进行电解来产生氢气。

电解槽4是由隔膜43将配有第一供电体41的第一极室40a与配有第二供电体42的第二极室40b隔开而成的。

第一供电体41的极性与第二供电体42的极性不同。即，第一供电体41及第二供电体42当中的一者用作阳极供电体，另一者用作阴极供电体。在本实施方式中，第一供电体41用作阳极供电体，第二供电体42用作阴极供电体。通过向电解室40的第一极室40a以及第二极室40b的两者供给水，并对第一供电体41及第二供电体42施加直流电压，从而在电解室40内发生水的电解。

图3是表示加氢装置1的电气构成的框图。第一供电体41及第二供电体42的极性以及对第一供电体41及第二供电体42施加的电压由控制部9控制。控制部9例如具有执行各种运算处理、信息处理等的CPU(Central Processing Unit)以及对负责CPU的动作的程序以及各种信息进行存储的存储器等。控制部9除了控制第一供电体41及第二供电体42以外，还负责装置各部的控制。

在第一供电体41与控制部9之间的电流供给线，设置有电流检测器44。电流检测器44也设置于第二供电体42与控制部9之间的电流供给线。电流检测器44检测供给至第一供电体41、第二供电体42的电解电流，将相当于其值的电信号输出至控制部9。

控制部9例如根据从电流检测器44输出的电信号，控制施加于第一供电体41以及第二供电体42的直流电压。更具体而言，控制部9对施加于第一供电体41以及第二供电体42的直流电压进行反馈控制，以使由电流检测器44检测的电解电流成为预先设定的期望的值。例如，在电解电流过大的情况下，控制部9使上述电压减少，电解电流过小的情况下，控制部9使上述电压增加。由此，对供给至第一供电体41以及第二供电体42的电解电流适当地进行控制。

在图1、2中，通过在电解室40内中对水进行电解来产生氢气以及氧气。例如，在阴极侧的第二极室40b中产生氢气，并将该氢气供给至氢透过膜组件3。另一方面，在阳极侧的第一极室40a中，产生氧气。

隔膜43例如酌情采用由具有磺酸基的氟系树脂构成的固体高分子膜。固体高分子膜通过电解使在阳极侧的第一极室40a中产生的氧鎓离子向阴极侧的第二极室40b移动来作为氢气的生成原料。因此，在电解时不产生氢氧化物离子，第一极室40a以及第二极室40b内的电解水的pH不变化。

氢透过膜组件3具备第一室31、第二室32以及氢透过膜33。第一室31与第二室32由氢透过膜33隔开。

第一室31与电解槽4的第二极室40b通过氢供应通道5进行连接。由电解槽4的第二极室40b生成的氢气经过氢供应通道5而被供给至第一室31。

另一方面，第二室32与处理水供给通道10连接。原水从反渗透膜处理装置200供给至第二室32。

氢透过膜33例如由作为供氢气透过的多孔质膜的中空纤维膜构成。由电解槽4生成的氢气接连被供给至第一室31，因此第一室31内的压力得以提高。中空纤维膜使氢气从压力大的第一室31向压力小的第二室32移动。氢透过膜33只要是具有使氢气从高压的流体侧透过至低压的流体侧的功能的膜即可，不限于中空纤维膜。

在本实施方式中，为了在第二室32中生成加氢水，氢透过膜33使从电解槽4接连供给的氢气从第一室31向第二室32移动。由此，无需用于加压氢气的泵等的构成，而能以简单且廉价的构成来生成加氢水。

可是，氢透过膜33随着使用而消耗。而且从第二室32取出的加氢水的溶氢浓度取决于氢透过膜33的消耗度。更具体而言，氢透过膜33新的时候，在第二室32中生成的加氢水的溶氢浓度高，随着氢透过膜33消耗，上述溶氢浓度下降。为此，在本加氢装置1中，控制部9作为判定氢透过膜33的消耗度的判定部发挥功能，并监视氢透过膜33的消耗度。此外，控制部9进行的氢透过膜33的消耗度的判定随时或定期地执行。

在氢供给通道5设置有压力传感器(压力检测部)51。压力传感器51检测氢供给通道5内的压力。氢供给通道5与第一室31连通，因此氢供给通道5内的压力与第一室31的压力实质上相等。因此，通过压力传感器51来检测第一室31内的压力。压力传感器51也可以设置于第一室31。压力传感器51将与检测到的第一室31的压力对应的电信号输出至控制部9。

例如，若所述氢透过膜消耗，则存在所述第一室的所述压力超过预先设想的范围的情况。因此，在第一室31的压力超过预先设定的阈值的情况下，能判定为氢透过膜33的消耗正在进行。上述阈值可以设定多个。为此，控制部9根据从压力传感器51输入的电信号，即，第一室31的压力，来判定氢透过膜33的消耗度。由此，能以简单且廉价的构成来准确地判定氢透过膜组件3的消耗度。

在本加氢装置1中设置有输出部91，所述输出部91输出由控制部9判定出的氢透过膜33的消耗度。输出部91通过声音或图像等来输出上述消耗度。这样的输出部91能通过扬声器装置、LED(发光二极管)、液晶显示器(Liquid Crystal Display)等来实现。另外，输出部91可以构成为向管理加氢装置1的计算机装置输出与氢透过膜33的消耗度对应的基于无线或有线的信号。通过这样的输出部91，加氢装置1的管理者能容易地得知氢透过膜33的消耗度。

如图1所示，在本实施方式中，作为要在电解槽4电解的水，应用由反渗透膜处理装置200进行反渗透膜处理后的处理水。处理水经处理水供给通道10以及从处理水供给通道10分支出的处理水供给通道11等而被供给至电解槽4。即，氢气生成部2的电解槽4和氢透过膜组件3的第二室32从作为同一水源的反渗透膜处理装置200接受处理水的供给。通过这样的构成，来简化加氢装置1及其周边的配管。

优选地，在加氢水供给通道20设置有氢浓度传感器(氢浓度检测部)21。氢浓度传感器21检测从第二室32取出的加氢水的溶氢浓度，并将对应的电信号输出至控制部9。

例如，氢透过膜33的消耗有时对加氢水的溶氢浓度造成影响。因此，在加氢水的溶氢浓度小于预先设定的阈值的情况下，能判定为氢透过膜33的消耗正在进行。为此，控制部9可以构成为：根据从氢浓度传感器21输入的电信号，即加氢水的溶氢浓度，来判定氢透过膜33的消耗度。

例如，控制部9可以构成为仅根据加氢水的溶氢浓度来判定氢透过膜33的消耗度，也可以构成为根据第一室31的压力以及加氢水的溶氢浓度来判定上述消耗度。进而，在后者的情况下，也可以构成为：通过对根据第一室31的压力而判定出的消耗度与根据加氢水的溶氢浓度而判定出的消耗度取逻辑与(AND)函数或逻辑或(OR)函数，来综合地判定上述消耗度。进而另外，也可以构成为在根据第一室31的压力来判定氢透过膜33的消耗度后，根据加氢水的溶氢浓度来校正上述消耗度，还可以构成为在根据加氢水的溶氢浓度来判定氢透过膜33的消耗度后，根据第一室31的压力来校正上述消耗度。由此，能以简单且廉价的构成来准确地判定氢透过膜组件3的消耗度。

在本实施方式中，控制部9根据从氢浓度传感器21输入的电信号，即加氢水的溶氢浓度，来控制施加于第一供电体41以及第二供电体42的直流电压。例如，在由氢浓度传感器21检测出的溶氢浓度小于目标值的情况下，通过提高施加于第一供电体41以及第二供电体42的直流电压来提高第一室31的压力，从而提高加氢水的溶氢浓度。另一方面，在由氢浓度传感器21检测出的溶氢浓度超过目标值的情况下，通过降低施加于第一供电体41以及第二供电体42的直流电压来抑制第一室31的压力，从而降低加氢水的溶氢浓度。如此，控制部9控制施加于第一供电体41以及第二供电体42的直流电压以使溶氢浓度恒定，从而在加氢装置1中生成期望的溶氢浓度的加氢水，并供给至透析原剂稀释装置。

如上所述，若氢透过膜33的消耗进行，则加氢水的溶氢浓度呈下降趋势，因此控制部9为了弥补该下降，提高施加于第一供电体41以及第二供电体42的直流电压从而提高第一室31的压力。

为此，本加氢装置1的控制部9根据从压力传感器51输入的电信号即第一室31的压力，来判定氢透过膜33的消耗度。由此，能以简单且廉价的构成来准确地判定氢透过膜组件3的消耗度。

另外，在氢透过膜33的消耗进行时，呈如下趋势：即使提高第一室31的压力，加氢水的溶氢浓度也难以充分上升。由此，控制部9可以构成为根据第一室31的压力与加氢水的溶氢浓度的关系来判定氢透过膜33的消耗度。例如，可以构成为：通过实验等来预先确定表示第一室31的压力及加氢水的溶氢浓度与氢透过膜33的消耗度之间的相关的关系式，并将上述压力及溶氢浓度代入上述关系式，从而求取氢透过膜33的消耗度。

在处理水供给通道10中设置有入水阀12以及流量计(流量检测部)13。入水阀12例如通过由控制部9控制的电磁力进行驱动，限制在处理水供给通道10内流动的处理水。流量计13对在处理水供给通道10内流动的处理水即供给至第二室32的原水的每单位时间的流量(以下，仅记为流量或供给量)进行检测，并输出至控制部9。控制部9根据从流量计13输入的流量来控制入水阀12。由此，对作为原水被供给至第二室32的处理水的流量进行优化。

在处理水供给通道11中设置有供水阀14。供水阀14例如通过由控制部9控制的电磁力进行驱动，限制在处理水供给通道11内流动的处理水。更具体而言，在向电解槽4填充或补充用于电解的水时，供水阀14打开，其后，在向氢透过膜组件3的第二室32供给原水时，供水阀14关闭。

从第二室32取出的加氢水的溶氢浓度还取决于原水到第二室32的供给量。例如，若原水到第二室32的供给量增加，则加氢水的溶氢浓度呈下降趋势。

为此，控制部9优选构成为：在由上述压力传感器51检测出的第一室31的压力等的基础上，还根据由流量计13检测出的原水的供给量，来判定氢透过膜33的消耗度。由此，控制部9能进一步更加准确地判定氢透过膜33的消耗度。

在从电解室40的第一极室40a向上方延伸的排气通道15(参照图2)中设置有排气阀16。通过电解而在第一极室40a生成的氧气从排气通道15以及排气阀16排出。

图4示出了在氢透过膜组件3中判定氢透过膜33的消耗度的方法的处理过程。氢透过膜33的消耗度判定方法包含：步骤S1，检测第一室31的压力；步骤S2，检测溶氢浓度；步骤S3，检测原水的供给量；步骤S4，判定氢透过膜33的消耗度；以及步骤S5，输出判定结果。

在步骤S1中，第一室31的压力由压力传感器51进行检测。在步骤S2中，从第二室32取出的加氢水的溶氢浓度由氢浓度传感器21进行检测。在步骤S3中，原水到第二室32的供给量由流量计13进行检测。步骤S1至步骤S3的顺序不问。即，例如，也可以先执行步骤S3，其后再执行步骤S1、S2。

在步骤S4中，根据步骤S1中检测出的第一室31的压力、步骤S2中检测出的加氢水的溶氢浓度以及步骤S3中检测出的原水的供给量，由控制部9判定氢透过膜33的消耗度。而且，在步骤S4中，步骤S3的判定结果由输出部91进行输出。

根据本消耗度判定方法，能以简单且廉价的构成来准确地判定氢透过膜33的消耗度。

以上详细说明了本发明的加氢装置1等，但本发明不限于上述具体的实施方式而能变更为各种形态来予以实施。即，加氢装置1至少具备被供给溶氢水的第一室31、被供给原水的第二室32、为了在第二室32生成加氢水而使氢气从第一室31向第二室32移动的氢透过膜33、检测第一室31的压力的压力传感器51、以及至少根据第一室31的压力来判定氢透过膜33的消耗度的控制部9即可。

另外，在图1所示的加氢装置1中，生成用于供给至第一室31的氢气的氢气生成部2不限于对水进行电解的电解槽4。例如，可以是使通过水与镁的化学反应等而产生氢气的装置、或者是填充有氢气的储罐。

另外，作为检测第一室31的压力的压力检测部，可以代替压力传感器而构成为：控制部9例如根据电解电流的累计值来估计第一室31的压力。

加氢装置1除了生成透析液制备用的加氢水以外，还能适用于各种用途。例如，还能广泛适用于饮用、烹饪用或农业用的加氢水的生成等。

另外，消耗度判定方法，即氢透过膜33的消耗度判定方法至少包含检测第一室31的压力的步骤S1以及判定氢透过膜33的消耗度的步骤S4即可。例如，可以省略检测溶氢浓度的步骤S2或检测原水的供给量的步骤S3。在此情况下，在步骤S4中，根据步骤S1中检测出的透析液制备用水的溶氢浓度而由控制部9判定氢透过膜33的消耗度。

(标号说明)

1 加氢装置

2 氢气生成部

3 氢透过膜组件

4 电解槽

9 控制部(判定部)

13 流量计(流量检测部)

21 氢浓度传感器(氢浓度检测部)

31 第一室

32 第二室

33 氢透过膜

41 第一供电体(阳极供电体)

42 第二供电体(阴极供电体)。

Claims (6)

1.一种加氢装置，用于在水中加氢，

所述加氢装置具备：

第一室，被供给氢气；

第二室，被供给原水；

氢透过膜，为了在所述第二室中生成加氢水，使所述氢气从所述第一室向所述第二室移动；

压力检测部，检测所述第一室的压力；

判定部，至少根据所述压力来判定所述氢透过膜的消耗度；

流量检测部，检测所述原水到所述第二室的每单位时间的供给量；以及

氢浓度检测部，检测从所述第二室取出的所述加氢水的溶氢浓度，

所述判定部基于所述溶氢浓度取决于所述供给量的情况，还根据所述供给量来判定所述氢透过膜的消耗度。

2.根据权利要求1所述的加氢装置，其中，

所述加氢装置还具备氢气生成部，所述氢气生成部生成向所述第一室供给的所述氢气。

3.根据权利要求2所述的加氢装置，其中，

所述氢气生成部具有电解槽，所述电解槽具有阳极供电体和阴极供电体，通过对水进行电解来生成所述氢气并供给至所述第一室，

所述加氢装置还具备控制部，所述控制部控制向所述阳极供电体以及所述阴极供电体施加的电压，

所述控制部控制所述电压，以使所述溶氢浓度恒定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的加氢装置，其中，

所述判定部还根据所述溶氢浓度来判定所述氢透过膜的消耗度。

5.根据权利要求4所述的加氢装置，其中，

所述判定部根据所述压力与所述溶氢浓度的关系来判定所述氢透过膜的消耗度。

6.一种氢透过膜的消耗度判定方法，在氢透过组件中判定所述氢透过膜的消耗度，所述氢透过组件具备：第一室，被供给氢气；第二室，被供给原水；以及氢透过膜，使所述氢气从所述第一室向所述第二室移动，

所述氢透过膜的消耗度判定方法包含：

检测所述第一室的压力的步骤；

检测所述原水到所述第二室的每单位时间的供给量的步骤；以及

检测从所述第二室取出的加氢水的溶氢浓度的步骤，

基于所述溶氢浓度取决于所述供给量的情况，至少根据所述压力和所述供给量来判定所述氢透过膜的消耗度的步骤。