JP2016013349A - 透析液希釈用水素水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用する水の無駄を低減しつつ、透析液を希釈した際に容易に適切なｐＨ範囲とすることができる水素水を製造する。
【解決手段】透析液を希釈するための水素水を製造する透析液希釈用水素水製造装置１において、水素ガスを供給する水素供給部４２と、供給された水素ガスと水とを混合して水素水を生成する気液混合器３０と、気液混合器３０の下流に配置され、水素水に対して逆浸透膜によるろ過を行う逆浸透膜モジュール６０と、気液混合器３０の下流に配置され、気液混合器３０を通過した水素水に溶存している水素濃度を測定する溶存水素濃度センサ９０と、測定された水素濃度に基づいて、水素供給部４２により供給する水素ガスの量を制御する制御部４３と、を有するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透析液を希釈するために使用される水素水を製造する透析液希釈用水素水製造装置に関する。

血液透析は、腎臓の血液浄化機能を人工的に行う方法として広く知られている。２００７年の世界の血液透析患者は、およそ２００万人にのぼるという報告があり、年々増加傾向にある。血液透析は、ポンプなどを用いて体外に取り出した血液を、中空糸の集合体を備えたダイアライザに通し、血液内の老廃物を除去し、再び体内に戻すという操作を連続的に行う治療法である。腎機能障害を持つ患者は、週に２，３回、通院して、所定時間（例えば、４〜８時間）、血液透析の治療を受ける必要がある。

透析液は、血液中の各種イオンとブドウ糖を含む組成を持ち、複数の原液を混合し、あるいは粉末状態の原粉を水（ＲＯ水）に溶解して原液を作製してから複数の当該原液を混合して調整される。原液あるいは原末（以後、総称して「原剤」と称する）は、一般的に、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の塩を含むＡ剤と、重炭酸塩を含むＢ剤とで構成される。これは、２価のカルシウムイオンあるいはマグネシウムイオンと、重炭酸塩とが反応して不溶性の炭酸塩を生成するからである。ブドウ糖は、上記Ａ剤に予め混合されている。

原剤を構成する上記Ａ剤に含まれるブドウ糖は経時的に分解し、ブドウ糖分解産物（例えば、メチルグリオキサール）が生成される。ブドウ糖分解産物を含む透析液を治療に供すると、生体への酸化ストレスが惹起され、細胞障害や慢性炎症を引き起こすことが知られている。かかる問題を解決する手法として、透析液を希釈する際に使用する水（ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ）水）に所定量の水素ガスを溶存させておき、透析液原剤に水素溶存希釈水を混合するという方法が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２を参照）。

特開２００７−２８９２６７号公報 特開２０１０−６３６２９号公報

例えば、特許文献１の技術によると、水の電気分解により生成される陽極水は、透析においては不要であるので、通常はそのまま排水されてしまう。陽極水は、一般には、陰極水と同量だけ生成されるので、かなりの水の無駄となっている。また、水の電気分解により生成された陰極水は、水素を含むと共に、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を含むため、ｐＨが９〜１０程度となり、この陰極水をそのまま透析液の希釈水に用いると、透析液がアルカリ化し、人体に悪影響を及ぼす虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、使用する水の無駄を低減しつつ、人体に悪影響を及ぼす虞の少ない透析液希釈用水素水を製造する技術を提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の一形態に係る透析液希釈用水素水製造装置は、透析液を希釈するための水素水を製造する透析液希釈用水素水製造装置であって、水素ガスを供給する水素供給部と、水素供給部から供給された水素ガスと水とを混合して水素水を生成する気液混合器と、気液混合器の下流に配置され、水素水に対して逆浸透膜によるろ過を行う逆浸透膜モジュールと、気液混合器の下流に配置され、気液混合器を通過した水素水に溶存している水素濃度を測定する溶存水素濃度センサと、測定された水素濃度に基づいて、水素供給部により供給する水素ガスの量を制御する制御部と、を有する。

本発明の他の形態に係る透析液希釈用水素水製造装置は、さらに、気液混合器の下流には、上流からの水素水の一部を、圧力を下げて取り出す減圧弁が配置され、溶存水素濃度センサは、減圧弁により取り出された水素水の水素濃度を測定する。

本発明の他の形態に係る透析液希釈用水素水製造装置は、更に、溶存水素濃度センサが、逆浸透膜モジュールの下流に配置されている。

本発明の他の形態に係る透析液希釈用水素水製造装置は、更に、溶存水素濃度センサが、逆浸透膜によるろ過によって得られた水素水に溶存している水素濃度を測定する。

本発明の他の形態に係る透析液希釈用水素水製造装置は、更に、制御部が、溶存水素濃度センサにより測定された水素濃度が所定の目標濃度となるように、水素供給部により供給する水素ガスの量を制御する。

本発明の他の形態に係る透析液希釈用水素水製造装置は、更に、目標濃度が、１０ｐｐｂ（parts per billion）以上４５０ｐｐｂ以下の範囲の濃度である。

本発明の他の形態に係る透析液希釈用水素水製造装置は、さらに、逆浸透膜によりろ過されなかった水素水を気液混合器の上流に戻す返還流路を有する。

本発明によると、使用する水の無駄を低減しつつ、人体に適したｐＨの透析液希釈用水素水を製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る透析液希釈用水素水製造装置の模式図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る透析液希釈用水素水製造装置について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る透析液希釈用水素水製造装置の模式図である。

透析液希釈用水素水製造装置１において、例えば、水道水等の原水が軟水化装置１０に供給される。軟水化装置１０は、供給された原水に対して軟水化処理を施す。軟水化処理では、原水からカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分を除去することにより原水を軟水化する。

軟水化装置１０の後段（下流ともいう。）には、配管１１を介して活性炭フィルタ２０が接続されている。活性炭フィルタ２０には、軟水化装置１０で軟水化された水が配管１１を介して供給される。活性炭フィルタ２０は、軟水化された水に対して活性炭処理を施す。活性炭処理では、活性炭の吸着作用を利用して、水に含まれる残留塩素、クロラミン、有機物等が除去される。活性炭フィルタ２０を通過する水の量は、例えば、１．０ｔ／ｈである。

活性炭フィルタ２０の後段（下流）には、配管２１を介して気液混合器３０が接続されている。配管２１には、後述するようにＲＯ膜モジュール６０の逆浸透膜を通過していない水の一部が配管６１から返還される。気液混合器３０には、配管２１を介して活性炭処理が施された水及び配管６１を介して返還された水が供給される。配管６１から返還される水の量は、例えば、０．３５ｔ／ｈであり、気液混合器３０に供給される水量は、活性炭フィルタ２０を通過した水とあわせて、例えば、１．３５ｔ／ｈとなる。また、気液混合器３０には、後述する水素供給装置４０から発生された水素ガスも供給される。

水素供給装置４０は、水素ガスを発生する水素発生部４１と、水素発生部４１により発生された水素ガスを気液混合器３０に供給するポンプ（水素供給部）４２と、ポンプ４２により気液混合器３０に供給する水素ガスの供給量を制御する制御部４３とを有する。水素発生部４１は、例えば、純水を電気分解して水素ガスを発生させる。水素発生部４１としては、例えば、株式会社堀場エステックのポータブル水素発生機（形式：ＯＰＧＵ−２２００）を使用することができる。水素発生部４１で発生した水素ガスは、ポンプ４２により、配管４４を介して気液混合器３０に供給される。

制御部４３は、後述する溶存水素濃度センサ９０により配管８１内の水を測定した溶存水素濃度の値に基づいて、ポンプ４２により供給する水素ガスの供給量を制御する。例えば、制御部４３は、溶存水素濃度センサ９０により測定された溶存水素濃度が所定の目標濃度（例えば、１０ｐｐｂ（parts per billion）以上４５０ｐｐｂ以下の目標濃度）となるように、ポンプ４２による水素ガスの供給量を制御する。具体的には、制御部４３は、溶存水素濃度センサ９０により測定された溶存水素濃度と、予め設定されている目標濃度とに基づいて、ＰＩＤ制御を行うことにより、ポンプ４２による供給量を制御するための制御値を決定する。ここで、本実施形態に係る透析液希釈用水素水製造装置１では、例えば、水素供給装置４０により気液混合器３０に供給する水素ガスの量を２００ｍｌ／ｍｉｎとすると、溶存水素濃度センサ９０により測定される水素濃度を、例えば、４５０ｐｐｂ以上にすることができるので、溶存水素濃度を１０ｐｐｂ以上４５０ｐｐｂ以下の目標濃度とすることは、問題なく実現できる。なお、使用目的に応じて、供給する水素ガスの量を増加させることにより、４５０ｐｐｂよりも高い目標濃度としても良い。

気液混合器３０は、配管２１により供給される水（活性炭処理後の水および返還された水素水）と、配管４４により供給される水素ガスとを混合する。これにより、水素（Ｈ_２）が溶存する水（水素水）が生成される。気液混合器３０の後段（下流）には、配管３１を介してポンプ５０が接続される。ポンプ５０の後段（下流）には、配管５１を介してＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ：逆浸透）膜モジュール６０が接続される。ポンプ５０は、配管３１側の水を吸引し、配管５１側に供給する。これにより、ポンプ５０の動作中は、配管５１の水は、加圧状態となっている。本実施形態では、ポンプ５０は、気液混合器３０に供給される水量と同じ水量（例えば、１．３５ｔ／ｈ）を配管５１側に供給する。

ＲＯ膜モジュール６０は、配管５１から供給される水素水に対して逆浸透膜処理を行う。逆浸透膜処理では、配管５１から供給される水素水を逆浸透膜によりろ過してＲＯ水を生成する。この逆浸透膜処理により、水素水から金属類、塩類などの不純物を取り除くことができる。なお、水素水に含まれる水素分子は、逆浸透膜を通過することができる。このため、逆浸透膜処理では、水素水を含むＲＯ水を生成することができる。また、ＲＯ膜モジュール６０は、逆浸透膜処理を行う膜等の配置や構造により、配管５１から流入する水と、その水に溶存していない水素ガスとの混合を促進し、水に溶存する水素の濃度を効果的に向上させる作用がある。本実施形態では、ＲＯ膜モジュール６０の逆浸透膜を通過するＲＯ水の量は、例えば、０．５ｔ／ｈとなっている。この場合には、配管５１から流入する水量が、１．３５ｔ／ｈであるので、ＲＯ膜モジュール６０の逆浸透膜を非通過の水量は、例えば、０．８５ｔ／ｈとなる。なお、本実施形態では、ＲＯ膜モジュール６０を透過するＲＯ水の活性炭フィルタ２０を透過した水に対する割合を５０％となるようにしているが、本発明はこれに限られず、例えば、ＲＯ膜モジュール６０を透過するＲＯ水の活性炭フィルタ２０を透過した水に対する割合を６５％以上７０％以下となるようにしても良い。この場合には、後述する配管６１を通る水の排水量及び返還水量を調整すれば良い。

ＲＯ膜モジュール６０は、その下流側の配管６１及び配管６２にそれぞれ接続されている。ＲＯ膜モジュール６０の逆浸透膜を通過した水（ＲＯ水）は、配管６２を流れ、逆浸透膜を通過していない水は、配管６１に流れる。配管５１内の水は加圧状態となっているので、配管６２に流れるＲＯ水も、加圧状態となっている。

配管６１は、図示しない排水口に至る流路と、配管２１に至る流路（すなわち、ＲＯ膜モジュール６０の逆浸透膜を通過していない水を活性炭フィルタ２０より下流であって、気液混合器３０よりも上流に戻して再びＲＯ膜モジュール６０に送られるようにする流路（返還流路））とに分岐している。本実施形態では、例えば、排水量を、０．５ｔ／ｈとし、返還水量を、０．３５ｔ／ｈとしている。これにより、排水する水の量を低減することができる。また、返還される水は、既に水素が溶存している水素水であるので、更に、気液混合器３０とＲＯ膜モジュール６０とを通過させることにより、水素水中の溶存水素の水素濃度をより高くすることが容易である。

配管６２は、その下流側において貯留タンク７０に接続されている。また、配管６２は、貯留タンク７０に至る途中で配管６３に分岐している。配管６３は、その下流側において減圧弁８０に接続されている。減圧弁８０は、配管６３内の水素水を、圧力を下げて配管８１内に常に流す（取り出す）ように作用する。配管８１内に流す水素水の量は、比較的少量であり、後述する溶存水素濃度センサ９０による溶存水素濃度の測定が可能な量である。これによって、配管６２及び配管６３内の水素水の圧力を比較的高く維持した状態で、その水素水の一部を配管８１に導くことができる。

配管８１は、その下流側において溶存水素濃度センサ９０に接続されている。溶存水素濃度センサ９０は、配管８１内を流れる水に溶存する水素の濃度（溶存水素濃度）を測定する。溶存水素濃度センサ９０は、測定した溶存水素濃度の情報を制御部４３に通知する。本実施形態では、減圧弁８０の下流でＲＯ水の溶存水素濃度を測定するようにしているので、溶存水素濃度センサ９０を高い加圧状態に耐えるものにする必要がなく、溶存水素濃度センサ９０を加圧状態で測定できるように装置を構成し、若しくは維持したりする必要もなく、装置作製コストや運用コストを低減することができる。溶存水素濃度センサ９０としては、例えば、有限会社共栄電子研究所の溶存水素分析計ＫＭ２１００ＤＨを用いることができる。

貯留タンク７０は、配管６２を通って流れるＲＯ水を蓄える。貯留タンク７０の後段（下流）には、配管７１を介してポンプ１００が接続されている。ポンプ１００は、貯留タンク７０に蓄えられたＲＯ水を吸引して、透析液を希釈するために供給する。ここで、貯留タンク７０には溶存水素濃度が比較的高いＲＯ水が蓄えられているので、このように供給されるＲＯ水は、溶存水素濃度が高い、すなわち、豊富な水素を含んでいる。なお、貯留タンク７０に蓄えられているＲＯ水が所定の量（上側基準量）以上となった場合には、ポンプ５０を停止してＲＯ水が新たに生成されて貯留タンク７０に流入しないようにし、貯留タンク７０に蓄えられているＲＯ水が所定の量（下側基準量）未満となった場合には、ポンプ５０の動作を開始して、ＲＯ水を新たに生成して貯留タンク７０に流入するように制御しても良い。

また、透析液を希釈するために供給されるＲＯ水は、電気分解により得られた水ではないので、ｐＨが９〜１０と高くなることがない。このため、このＲＯ水を透析液の希釈に用いることにより、希釈された透析液を所望のｐＨ範囲（例えば、７．３〜７．４５）に容易に収めることができる。また、本実施形態においては、ＲＯ膜モジュール６０に供給する水は、電気分解により得られた水ではないので、活性炭フィルタ等により除去しきれていない有機物等に起因して電気分解処理時に発生してしまう塊状物が存在しない。このため、ＲＯ膜モジュール６０内のＲＯ膜を塊状物により劣化させることがなく、ＲＯ膜モジュール６０により生成されるＲＯ水の水質を高く維持できるとともに、ＲＯ膜モジュール６０の寿命を長期化することができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限られず、他の様々な態様に適用可能である。

例えば、上記実施形態では、透析液希釈用水素水製造装置１は、軟水化装置１０及び活性炭フィルタ２０を備えるようにしていたが、浄化された軟水を原水とする場合には、軟水化装置１０及び活性炭フィルタ２０の少なくともいずれか一方を備えなくても良い。

また、上記実施形態において、減圧弁８０の後段（下流）側に、水素水の酸化還元電位を測定する酸化還元電位計を設けるようにしても良い。

また、上記実施形態では、ＲＯ膜モジュール６０の通過側の配管６２を分岐させて、減圧弁８０により減圧された水素水を対象に溶存水素濃度センサ９０により溶存水素濃度を測定していたが、本発明はこれに限られず、例えば、ＲＯ膜モジュール６０の非通過側（例えば、図１の箇所Ａ）で配管６１を分岐させて、減圧弁８０により減圧された水素水を対象に溶存水素濃度センサ９０により溶存水素濃度を測定し、制御部４３の制御に用いるようにしても良く、また、ＲＯ膜モジュール６０よりも上流側（例えば、図１の箇所Ｂ）で配管５１を分岐させて、減圧弁８０により減圧された水素水を対象に溶存水素濃度センサ９０により溶存水素濃度を測定し、制御部４３の制御に用いるようにしても良い。なお、透析液を希釈するために供給される水素水における溶存水素濃度を示しているという点で、ＲＯ膜モジュール６０の通過側の配管６２を分岐させて、減圧弁８０により減圧された水素水を対象に測定した溶存水素濃度を、制御に用いることが好ましい。

また、上記実施形態では、溶存水素濃度センサ９０は、減圧弁８０により減圧された水素水を対象に溶存水素濃度を測定していたが、本発明はこれに限られず、配管６２内の水素水を対象に溶存水素濃度を測定しても良く、要は、生成されたＲＯ水の溶存水素濃度を測定できれば、いずれを対象としても良い。

また、上記実施形態における気液混合器３０としては、水中に水素のバブル（気泡）を発生させるバブル発生装置を用いるようにしても良い。発生させるバブルとしては、直径が１〜６０μｍのバブル（所謂マイクロバブル）や、直径が１μｍよりも小さなバブル（所謂ナノバブル）であっても良い。このようなバブル発生装置を用いると、効率よく水に水素を溶存させることができる。また、バブル発生装置で生成されたマイクロバブルやナノバブルが含まれている水が、ＲＯ膜モジュール６０に供給されると、ＲＯ膜モジュール６０の膜への不純物の付着を低減することができる。このため、ＲＯ膜モジュール６０の性能の劣化を低減でき、ＲＯ膜モジュール６０によりろ過されたＲＯ水の水質を高く維持することができる。また、ＲＯ膜モジュール６０の性能の劣化を低減できるので、ＲＯ膜モジュール６０の寿命を長期化することができ、ＲＯ膜モジュール６０の交換に要するコストを低減することができる。

また、上記実施形態においては、ＲＯ膜モジュール６０の逆浸透膜を通過していない水を配管２１に戻す流路（返還流路）を設けるようにしていたが、返還流路を設けないようにしても良い。

本発明は、透析液を希釈する水素水を製造する産業に利用できる。

１ 透析液希釈用水素水製造装置
３０ 気液混合器
６０ ＲＯ膜モジュール（逆浸透膜モジュール）
４０ 水素供給装置
４１ 水素発生部
４２ ポンプ（水素供給部）
４３ 制御部
６１ 配管（返還流路）
８０ 減圧弁
９０ 溶存水素濃度センサ

Claims (7)

1. 透析液を希釈するための水素水を製造する透析液希釈用水素水製造装置であって、
   水素ガスを供給する水素供給部と、
   前記水素供給部から供給された水素ガスと水とを混合して水素水を生成する気液混合器と、
   前記気液混合器の下流に配置され、前記水素水に対して逆浸透膜によるろ過を行う逆浸透膜モジュールと、
   前記気液混合器の下流に配置され、前記気液混合器を通過した水素水に溶存している水素濃度を測定する溶存水素濃度センサと、
   測定された前記水素濃度に基づいて、前記水素供給部により供給する水素ガスの量を制御する制御部と、を有する透析液希釈用水素水製造装置。
2. 前記気液混合器の下流には、上流からの前記水素水の一部を、圧力を下げて取り出す減圧弁が配置され、
   前記溶存水素濃度センサは、前記減圧弁により取り出された水素水の前記水素濃度を測定する請求項１に記載の透析液希釈用水素水製造装置。
3. 前記溶存水素濃度センサは、前記逆浸透膜モジュールの下流に配置されている請求項１又は請求項２に記載の透析液希釈用水素水製造装置。
4. 前記溶存水素濃度センサは、前記逆浸透膜によるろ過によって得られた水素水に溶存している水素濃度を測定する請求項３に記載の透析液希釈用水素水製造装置。
5. 前記制御部は、前記溶存水素濃度センサにより測定された前記水素濃度が所定の目標濃度となるように、前記水素供給部により供給する水素ガスの量を制御する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の透析液希釈用水素水製造装置。
6. 前記目標濃度は、１０ｐｐｂ以上４５０ｐｐｂ以下の範囲の濃度である請求項５に記載の透析液希釈用水素水製造装置。
7. 前記逆浸透膜によりろ過されなかった水素水を前記気液混合器の上流に戻す返還流路を更に有する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の透析液希釈用水素水製造装置。