JP4990710B2 - 医療用精製水製造装置及びナノ濾過膜の熱水消毒方法 - Google Patents

Description

本発明は、医療用途、特に、人工透析などに使用される精製水を製造する医療用精製水製造装置及びナノ濾過膜の熱水消毒方法に関する。

人工透析において使用される透析液としては、透析液の原液を高純度の精製水で希釈したものが使用される。この人工透析用の精製水には、カルシウム、鉄などの２価の陽イオン、塩素、細菌類、不純物などを含まないことが要求される。
そのため、人工透析用の精製水は、水道水などの原水を軟水化装置（前処理装置）で軟水化し、活性炭などで残留塩素を除去した後、さらに逆浸透膜モジュール（ＲＯモジュールともいう）で細菌類、不純物等を濾過によって取り除くことによって製造される。

図２は、人工透析などに使用される精製水を製造する従来の精製水製造装置の一例を示す概略構成図である。
この精製水製造装置は、水道などから供給される原水を貯留する原水タンク１０と、原水タンク１０から送られる原水を軟水化するイオン交換樹脂および原水中の残留塩素を除去する活性炭が収納された前処理装置１１と、軟水化された原水を逆浸透膜で濾過して精製水を得る、並列に配置された逆浸透膜モジュール１２，１２と、精製水を貯留する精製水タンク１３と、精製水タンク１３内の精製水を殺菌する紫外線ランプ１４と、逆浸透膜モジュール１２および精製水タンク１３を洗浄・消毒する薬液を貯留する薬液タンク１５とを備えている。

また、この精製水製造装置は、一端が原水タンク１０に接続し、他端が前処理装置１１に接続し、途中に電動弁２０およびこれより下流側に原水ポンプ３０が設けられた原水供給ライン４０と、一端が前処理装置１１に接続し、他端が逆浸透膜モジュール１２，１２に接続し、途中に電動弁２１およびこれより下流側に加圧ポンプ３１が設けられた軟水移送ライン４１と、一端が逆浸透膜モジュール１２，１２に接続し、他端が精製水タンク１３に接続し、途中に逆止弁２２，２２が設けられた精製水移送ライン４２と、一端が精製水タンク１３に接続し、途中に送水ポンプ３３およびこれより下流側に電動弁２３が設けられた精製水送水ライン４３と、一端が逆浸透膜モジュール１２，１２に接続し、途中に流量調整弁２４およびこれより下流側に電動弁２５が設けられた濃縮水排出ライン４４とを備えている。

さらに、この精製水製造装置は、一端が濃縮水排出ライン４４の流量調整弁２４と電動弁２５との間から分岐し、他端が電動弁２１と加圧ポンプ３１との間の軟水移送ライン４１に接続し、途中に電動弁２６およびこれより下流側に逆止弁２７が設けられた濃縮水返送ライン４５と、一端が精製水送水ライン４３の送水ポンプ３３と電動弁２３との間から分岐し、他端が精製水タンク１３に接続する精製水循環ライン４６と、一端が精製水送水ライン４３の送水ポンプ３３と電動弁２３との間から分岐し、途中に電動弁２８が設けられた精製水排出ライン４７と、一端が薬液タンク１５に接続し、他端が電動弁２１と加圧ポンプ３１との間の軟水移送ライン４１に接続し、途中に電動弁２９が設けられた薬液供給ライン４８と、これら電動弁、流量調整弁、各ポンプに電気的に接続してこれらの制御を行う制御部（図示略）とを具備している。

そして、逆浸透膜モジュール１２は、図３に示すように、逆浸透膜５０の中央に複数の集水孔５１が形成された集水管５２を置いた状態で逆浸透膜５０を二つ折りにし、逆浸透膜５０の間に通液性支持繊維５３を挟んだ状態で重なった逆浸透膜５０の３辺を接着し、二重の逆浸透膜５０に網目スペーサー５４を重ねた状態で集水管５２を中心に二重の逆浸透膜５０を円柱状に巻いて逆浸透膜エレメント５５とし、この逆浸透膜エレメント５５を円筒状のケーシング５６に収納したものである。

この逆浸透膜モジュール１２において、原水は、逆浸透膜エレメント５５の一方の端面に形成される原水入口５７に導入され、網目スペーサー５４で形成される流路を流れ、この間に原水の一部は、逆浸透膜５０を透過して精製水となり、通液性支持繊維５３で形成された流路を通って集水管５２に導かれ、集水管５２端部の透過水出口５８から排出される。一方、逆浸透膜５０を透過しなかった原水は、濃縮水となって逆浸透膜エレメント５５の他方の端面に形成される濃縮水出口５９から排出される。

ところで近年、上述した精製水製造装置において、装置内の水の滞留による細菌や発熱性物質であるエンドトキシン等の発生を抑制するために、上述した逆浸透膜モジュール１２の前段に設けられたイオン交換樹脂を用いた前処理装置１１に替えて、ナノ濾過膜モジュールを設けた精製水製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上述した従来の精製水製造装置では、薬液を流すことで精製水タンク１３および各種流路の消毒が可能に構成されている。しかし、薬液を用いて消毒を行う場合、薬液と直接的に接触する部分のみが消毒されるため、例えば配管内に空気溜りが生じ易い箇所や、配管の継ぎ手のネジ部分などでは十分な消毒がなされず、細菌などが増殖し、逆浸透膜モジュールに負担がかかる虞がある。そこで、逆浸透膜モジュールに熱水を循環させて消毒を行うものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−０３３９４７号公報 特開平１１−３３３２６６号公報

しかしながら、上述した従来の精製水製造装置では、逆浸透膜モジュールだけ熱水消毒を行っているため、その前段のナノ濾過膜モジュールの消毒が十分になされず、ナノ濾過膜モジュールからリークした細菌やエンドトキシン等が逆浸透膜モジュールの一次側に流入して負担がかかる場合がある。

そこで、例えば、ナノ濾過膜モジュールの一次側に熱水循環用の配管を接続し、ナノ濾過膜モジュールおよび逆浸透膜モジュールを同時に熱水消毒する方法が考えられるが、ナノ濾過膜モジュールおよび逆浸透膜モジュールのいずれか一方だけ消毒が必要な場合であっても、全ての経路に熱水を循環させなければならず、必要のない場所の熱水消毒を行う分だけ、多量の熱水が必要になり、無駄に消費エネルギーが増加してしまう。

そこで、この発明は、ナノ濾過膜モジュールおよび逆浸透膜モジュールの熱水消毒時の消費エネルギーの増加を抑制することができる精製水製造装置及びナノ濾過膜の熱水消毒方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ポリアミドを材質として用いたナノ濾過膜によって原水を軟水化する軟水化手段（例えば、実施の形態におけるナノ濾過膜モジュール６１）と、軟水化された原水を逆浸透膜（例えば、実施の形態における逆浸透膜５０）でろ過して精製水を得る精製手段（例えば、実施の形態における逆浸透膜モジュール１２）と、前記精製水を貯留する貯留手段（例えば、実施の形態における精製水タンク１３）と、該貯留手段に貯留される精製水を加熱する加熱手段（例えば、実施の形態におけるヒータ１７）と、前記貯留手段の精製水を逆浸透膜の上流側に返送する第１返送ライン（例えば、実施の形態における熱水供給ライン７８）と、前記貯留手段の精製水を軟水化手段の上流側に返送する第２返送ライン（例えば、実施の形態における熱水供給ライン７７）と、前記逆浸透膜の下流側に接続され該逆浸透膜から流出する水を排出する第１排水ライン（例えば、実施の形態における濃縮水排出ライン４４）と、前記軟水化手段の下流側に接続され該軟水化手段から流出する水を排出する第２排水ライン（例えば、実施の形態における熱水排出ライン９２）と、前記第１排水ラインおよび前記第２排水ラインが合流接続される主排水ライン（例えば、実施の形態における主排出ライン１００）と、前記主排水ラインに原水を流入させる原水移送ライン（例えば、実施の形態における原水移送ライン９４）と、前記第１返送ライン、前記第２返送ライン、前記第１排水ライン、前記第２排水ラインおよび前記原水移送ラインのそれぞれの開閉状態を切換可能であり、前記貯留手段に貯留される前記精製水の温度が８０〜９５℃に温度調整されるように前記加熱手段を駆動制御可能であり、かつ前記主排水ラインを流過する排水の温度を５０℃以下に維持するべく前記原水移送ラインの開閉状態を制御して主排水ラインへの原水の混入割合を制御可能な制御部（例えば、実施の形態における制御部１６）と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記制御部は、前記第１返送ラインと前記第１排水ラインとを開放して前記加熱した精製水を前記逆浸透膜のみに通水する通水制御と、前記第２返送ラインと前記第２排水ラインとを開放して前記加熱手段で過熱した精製水を前記軟水化手段にのみ通水する通水制御とを実行可能に構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記軟水化手段の上流に吸着材（例えば、実施の形態における活性炭フィルタ６０）を設け、前記貯留手段の精製水を前記吸着材の上流側に返送する第３返送ライン（例えば、実施の形態における熱水供給ライン７６）を設け、前記吸着材の下流側に水を排出する第３排水ライン（例えば、実施の形態における熱水排出ライン９０）を設け、前記第３排水ラインが前記主排水ラインに合流接続され、前記第３返送ラインと前記第３排水ラインとの開閉状態が前記制御部によって制御可能に構成され、前記制御部は、前記第３返送ラインと前記第３排水ラインとを開放して前記加熱手段で加熱した精製水を前記吸着材にのみ通水する通水制御を実行可能に構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、ポリアミドを材質として用いたナノ濾過膜によって原水を軟水化する軟水化手段と、軟水化された原水を逆浸透膜でろ過して精製水を得る精製手段と、前記精製水を貯留する貯留手段と、該貯留手段に貯留される精製水を加熱する加熱手段と、前記貯留手段の精製水を軟水化手段の上流側に返送する返送ラインと、前記逆浸透膜の下流側に接続され該逆浸透膜から流出する水を排出する第１排水ラインと、前記軟水化手段の下流側に接続され該軟水化手段から流出する水を排出する第２排水ラインと、前記第１排水ラインおよび前記第２排水ラインが合流接続される主排水ラインと、前記主排水ラインに原水を流入させる原水移送ラインと、前記返送ライン、前記第１排水ライン、前記第２排水ラインおよび前記原水移送ラインのそれぞれの開閉状態を切換え可能であり、前記貯留手段に貯留される前記精製水の温度が８０〜９５℃に温度調整されるように前記加熱手段を駆動制御可能であり、かつ前記主排水ラインを流過する排水の温度を５０℃以下に維持するべく前記原水移送ラインの開閉状態を制御して主排水ラインへの原水の混入割合を制御可能な制御部と、を備えた精製水製造装置における精製水製造装置のナノ濾過膜の熱水消毒方法あって、前記制御部からの操作信号により、前記貯留手段に貯蓄された精製水から前記返送ラインを通じて、精製水を上流側より還流すると同時に、前記加熱手段により、精製水を加熱することで、前記ナノ濾過膜を熱水に曝すことを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、前記加熱手段の昇温速度５℃／分以下で予め設定された所定温度まで昇温することを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、加熱手段によって加熱された精製水を第２返送ラインを介してナノ濾過膜を備えた軟水化手段の一次側に供給するとともに、第２排水ラインによってナノ濾過膜を通過した水を排出することができるため、軟水化手段単体を熱水消毒することができ、したがって、熱水使用量を抑制して消費エネルギーを低減することができる効果がある。
また、ナノ濾過膜を備えた軟水化手段を熱水消毒することで、軟水化手段からリークする細菌やエンドトキシン等によって逆浸透膜に負担がかかるのを抑制することができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、精製手段のみに通水する通水制御と軟水化手段にのみ通水する通水制御とを個別に実行することができるため、熱水消毒が必要な箇所にのみ熱水を通水することができ、したがって、更なる熱水使用量の抑制を図ることができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、第３返送ラインを介して軟水化手段の上流側に設けられた吸着材に貯留手段の加熱手段によって加熱された精製水を供給することができるため、消費エネルギーの増加を抑制しつつ、吸着材の熱水消毒を行い、ナノ濾過膜を備えた軟水化手段の負担を軽減することができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、制御部からの操作信号により、貯留手段に貯蓄された精製水から返送ラインを通じて精製水を上流側より還流するとともに、加熱手段により精製水を加熱することができるため、ナノ濾過膜を熱水に曝すことができるため、軟水化手段からリークする細菌やエンドトキシン等によって逆浸透膜に負担がかかるのを抑制することができる効果がある。

請求項５に記載した発明によれば、請求項４の効果に加え、５℃／分以下の割合で所定温度まで昇温させることにより、急な温度変化を抑制することができるため、軟水化手段を構成するポリアミドの耐熱性が比較的低い材質の物を使用した場合であっても、軟水化手段の劣化を抑制できる効果がある。

以下、図面を用いて本発明の精製水製造装置を説明する。
図１は、本発明の精製水製造装置の一例を示す概略構成図である。
この精製水製造装置は、水道などから供給される原水を貯留する原水タンク１０と、原水タンク１０から送られる原水中の残留塩素を除去する活性炭が収納された活性炭フィルタ６０と、ナノ濾過膜エレメントが収納されたナノ濾過膜モジュール６１（軟水化手段）と、軟水化された原水を逆浸透膜で濾過して精製水を得る、並列に配置された逆浸透膜モジュール１２，１２（精製手段）と、精製水を貯留する精製水タンク１３（貯留手段）と、精製水タンク１３内の精製水を殺菌する紫外線ランプ１４とを備えている。

また、図１に示す精製水製造装置は、一端が原水タンク１０に接続し、他端が活性炭フィルタ６０に接続し、途中に電動弁２０およびこれより下流側に原水ポンプ３０が設けられた原水供給ライン４０と、一端が活性炭フィルタ６０に接続し、他端がナノ濾過膜モジュール６１に接続する原水移送ライン７０と、一端がナノ濾過膜モジュール６１に接続し、他端が逆浸透膜モジュール１２，１２に接続し、途中に電動弁２１およびこれより下流側に加圧ポンプ３１が設けられた軟水移送ライン４１と、一端が逆浸透膜モジュール１２，１２に接続し、他端が精製水タンク１３に接続し、途中に逆止弁２２，２２が設けられた精製水移送ライン４２と、一端が精製水タンク１３に接続し、途中に送水ポンプ３３およびこれより下流側に電動弁２３が設けられた精製水送水ライン４３と、一端が逆浸透膜モジュール１２，１２に接続し、途中に流量調整弁２４およびこれより下流側に電動弁２５が設けられた濃縮水排出ライン４４と、一端が濃縮水排出ライン４４の流量調整弁２４と電動弁２５との間から分岐し、他端が電動弁２１と加圧ポンプ３１との間の軟水移送ライン４１に接続し、途中に電動弁２６およびこれより下流側に逆止弁２７が設けられた濃縮水返送ライン４５と、一端が濃縮水排出ライン４４の電動弁２５よりも下流側から分岐し、他端が原水タンク１０に接続し、途中に電動弁８０が設けられた濃縮水返送ライン７１とを備えている。

さらに、精製水製造装置は、一端がナノ濾過膜モジュール６１に接続し、途中に流量調整弁８１が設けられた濃縮水排出ライン７２と、一端が濃縮水排出ライン７２の流量調整弁８１よりも下流側から分岐し、他端が電動弁２０と原水ポンプ３０との間の原水供給ライン４０に接続し、途中に逆止弁８２が設けられた濃縮水返送ライン７３と、一端が精製水送水ライン４３の送水ポンプ３３と電動弁２３との間から分岐し、他端が精製水タンク１３に接続する精製水循環ライン４６と、一端が精製水送水ライン４３の送水ポンプ３３と電動弁２３との間から分岐し、途中に電動弁２８が設けられた精製水排出ライン４７と、これら電動弁、流量調整弁、各ポンプに電気的に接続してこれらの制御を行う制御部１６とを具備している。

ここで、軟水移送ライン４１は、加圧ポンプ３１と逆浸透膜モジュール１２，１２との間において、逆浸透膜モジュール１２，１２の原水入口５７，５７に原水を流す第１の流路４１ａと、逆浸透膜モジュール１２，１２の濃縮水出口５９，５９に原水を流す第２の流路４１ｂとに分岐し、これら流路の分岐点には切替弁８４が設けられている。また、濃縮水排出ライン４４は、逆浸透膜モジュール１２，１２と流量調整弁２４との間において、逆浸透膜モジュール１２，１２の濃縮水出口５９，５９から排出される濃縮水を流す第１の流路４４ａと、逆浸透膜モジュール１２，１２の原水入口５７，５７から排出される濃縮水を流す第２の流路４４ｂとに分岐し、これら流路の合流点には切替弁８５が設けられている。また、原水入口５７付近における第１の流路４１ａおよび第２の流路４４ｂには共通の配管が使用され、濃縮水出口５９付近における第２の流路４１ｂおよび第１の流路４４ａには共通の配管が使用されている。

ところで、上述した精製水タンク１３には、精製水タンク１３内の精製水を加熱するヒータ１７が設けられ、このヒータ１７によって、精製水タンク１３内の精製水が加熱可能に構成されている。そして、精製水タンク１３には、加熱した熱水を装置内の所定箇所に循環させるための熱水循環ライン７５が接続されている。

熱水循環ライン７５には、熱水供給ライン７６，７７，７８が分岐接続されている。熱水供給ライン７６は、活性炭フィルタ６０の上流側の原水供給ライン４０に合流接続され、その途中には熱水供給ライン７６を開閉する電動弁８８が介装されている。熱水供給ライン７７は、活性炭フィルタ６０とナノ濾過膜モジュール６１との間の原水移送ライン７０に合流接続され、その途中には熱水供給ライン７７を開閉する電動弁８７が介装されている。熱水供給ライン７８は、ナノ濾過膜モジュール６１と逆浸透膜モジュール１２との間の軟水移送ライン４１に合流接続され、その途中には熱水供給ライン７８を開閉する電動弁８６が介装されている。

活性炭フィルタ６０とナノ濾過膜モジュール６１との間の原水移送ライン７０には、さらに熱水を排出するための熱水排出ライン９０が分岐接続されている。この熱水排出ライン９０は、種々の排水を集合させる主排水ライン１００に合流接続され、その途中には熱水排出ライン９０を開閉する放出弁９１が介装されている。同様に、ナノ濾過膜モジュール６１と逆浸透膜モジュール１２との間の軟水移送ライン４１には、熱水を排出する熱水排出ライン９２が分岐接続されている。この熱水排出ライン９２は、熱水排出ライン９０と同様に、主排水ライン１００に合流接続され、その途中には熱水排出ライン９２を開閉する放出弁９３が介装されている。

原水供給ライン４０には、原水移送ライン９４が分岐接続されている。この原水移送ライン９４は、主排水ライン１００に合流接続され、その途中には原水移送ライン９４を開閉する電動弁８９が介装されている。この電動弁８９が開放されることで、主排水ライン１００に原水が流入し排水温度を低下させることができる。

逆浸透膜モジュール１２としては、図３に示すような集水管５２のまわりに逆浸透膜５０を巻き回した円柱状の逆浸透膜エレメント５５を円筒状のケーシング５６に収納した、いわゆるスパイラル型逆浸透膜モジュールが通常使用される。なお、本発明における逆浸透膜モジュールは、このスパイラル型逆浸透膜モジュールに限定はされず、原水を、逆浸透膜を透過した精製水と逆浸透膜を透過しない濃縮水とに分離できるものであれば、いずれのものも使用できる。

また、逆浸透膜モジュール１２は、図１の例では２本を並列にして用いているが、必要な水量に応じた本数を用いればよい。逆浸透膜５０は、精製水製造装置で通常使用されている逆浸透膜を用いればよく、特に限定はされない。その材質としては、例えば、ポリアミド、ポリスルフォン、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。

ナノ濾過膜モジュール６１は、図３に示す逆浸透膜モジュール１２と同じ構造を有するモジュールであり、集水管のまわりにナノ濾過膜を巻き回した円柱状のナノ濾過膜エレメントを円筒状のケーシングに収納したものであり、原水入口から導入された原水を、ナノ濾過膜を透過した軟水とナノ濾過膜を透過しない濃縮水とに分離するものである。

ここで、ナノ濾過膜（ＮＦ膜、マイクロフィルターともいう）とは、限外濾過膜（ＵＦ膜）と逆浸透膜（ＲＯ膜）との中間の細孔径を持ち、かつ膜素材表面に荷電を持つ膜のことを指し、さらに最近のＩＵＰＡＣの定義｛Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１２０，１４９−１５９（１９９６）に記載された「膜および膜プロセス用語（１９９６ ＩＵＰＡＣ推奨）」｝によると、ナノ濾過膜とは「２ｎｍより小さい程度の粒子や高分子が阻止される圧力駆動の膜分離プロセス」とされている（ちなみに、精密濾過膜（ＭＦ膜）は０．１μｍより大きいもの、限外濾過膜（ＵＦ膜）は０．１μｍ〜２ｎｍの範囲のものを阻止できる膜とされている）。すなわち、ナノ濾過膜は、細孔による分離（サイズ分離）と膜表面の荷電と溶質中のイオン成分との電気的相互作用による分離効果とが組み合わされて、その膜固有の阻止性能、透過性能を示すものである。

本発明においては、ナノ濾過膜としては、ポリアミドを材質として用いたもの（以下、ポリアミド系ナノ濾過膜と記す）が使用される。ポリアミド系ナノ濾過膜は、膜素材表面にマイナスの固定荷電を有するので、一般的なナノ濾過膜である酢酸セルロース系、ポリスルホン系、ポリアクリロニトリル系に比べ、２価以上の陽イオン、特にカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの硬度成分の除去能力が高く、原水の軟水化に最適である。また、ポリアミド系ナノ濾過膜は、イオン交換樹脂に比べ、原水の滞留が少ないので、細菌が繁殖しにくい。

また、ポリアミド系ナノ濾過膜は、２ｎｍより小さい程度の粒子や高分子を阻止できるので、エンドトキシンの除去が可能である。また、ポリアミド系ナノ濾過膜は、一般的なナノ濾過膜である酢酸セルロース系に比べ、流量が多く、使用できるｐＨ範囲・温度範囲が広く、エンドトキシンの除去能力が高く、耐薬品性が高い。

原水ポンプ３０、加圧ポンプ３１および送水ポンプ３３に使用される高圧ポンプとしては、精製水製造装置で通常使用されているものであれば特に限定はされず、例えば、多段渦巻ポンプ、プランジャーポンプなどを用いることができる。

制御部１６は、それぞれ図示しない処理部と、インターフェイス部と、カレンダータイマとから概略構成され、活性炭フィルタ６０、ナノ濾過膜モジュール６１および逆浸透膜モジュール１２への原水の供給開始と、これらへの原水の供給停止と、精製水の排出開始とを制御し、かつこれらの制御をカレンダータイマに設定された任意の日時に行うことができるものである。

前記カレンダータイマは、年月日および時刻を管理する時計部と、精製水製造装置の運転スケジュールを記憶する記憶部とを具備してなり、記憶部に記憶された設定日時に電気信号を発信できるようにされている。
前記インターフェイス部は、各ラインに設けられたすべての弁、ポンプと処理部との間を電気的に接続するものである。
前記処理部は、カレンダータイマからの電気信号や処理部に入力された操作信号に基づいて、各ラインに設けられた弁の開閉およびポンプの運転の開始、停止を制御するものである。

なお、この処理部は専用のハードウエアにより実現されるものであってもよく、また、この処理部はメモリおよび中央演算装置（ＣＰＵ）によって構成され、処理部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
また、制御部１６には、周辺機器として、入力装置、表示装置等が接続されるものとする。ここで、入力装置とは、ディスプレイタッチパネル、スイッチパネル、キーボード等の入力デバイスのことをいい、表示装置とは、ＣＲＴや液晶表示装置のことをいう。

また、上述した制御部１６の制御指令に従って電動弁８６〜８８と放出弁９１，９３との開閉作動が制御されている。これら電動弁８６〜８８と放出弁９１，９３との開放を制御することで、活性炭フィルタ６０、ナノ濾過膜モジュール６１および逆浸透膜モジュールに対して個別に熱水の循環が可能になっている。制御部１６には、さらに主排水ライン１００の排水温度を計測する排水温度センサ（図示せず）が接続されている。制御部１６は、この排水温度センサの計測結果に基づいて、主排水ライン１００を流過する排水の温度を所定温度（例えば５０℃）以下に維持するべく、原水移送ライン９４の電動弁８９を開閉制御して、主排水ライン１００への原水の混入割合を調整する。

さらに制御部１６には、上述したヒータ１７が接続されている。制御部１６は、精製水タンク１３内の精製水温度を計測する温度センサ（図示略）の出力に基づいてヒータ１７の駆動制御を行い、精製水タンク１３内の精製水の温度調整を行う。ここで、制御部１６によって熱水を循環させる際、精製水温度が６０〜９５℃程度に制御される。なお、精製水温度を制御部１６で監視してヒータ１７を制御する場合について説明したが、精製水温度の制御方法は上記の制御方法に限られるものではない。

また、制御部１６は、予め設定された所定の水温（例えば８０℃）における消毒時間を、現在の精製水温度に換算した等価消毒時間を求め、この等価消毒時間だけ熱水を循環制御する。この場合、現在の精製水温度が低いほど等価消毒時間は長くなり、現在の精製水温度が高いほど等価消毒時間は短くなる。

制御部１６に接続された表示装置には、上述した等価消毒時間が表示可能になっている。そして、この等価消毒時間の表示により、ユーザは熱水消毒の時間すなわち等価消毒時間を監視することができるようになっている。

上述した熱水が通水される各ラインを構成する部品は少なくとも９０℃以上の耐熱性能を有しており、例えば、配管部分はステンレス等、熱伝導率の比較的高い金属性のものを採用している。また、活性炭フィルタ６０、逆浸透膜モジュール１２およびナノ濾過膜モジュール６１は耐熱仕様のものを採用していている。このように構成することで、熱水により各ラインや活性炭フィルタ６０、逆浸透膜モジュール１２およびナノ濾過膜モジュール６１が加熱されるため、とりわけ配管の継ぎ手部分など従来薬液を接触させるのが困難だった部分の熱消毒が熱伝導により可能となっている。なお、図示都合上、図１では制御部１６が一部の電動弁にのみ接続されているが、電子制御可能な全ての弁、および全てのポンプの駆動回路に接続される。

次に、この精製水製造装置を用いた精製水の製造方法について説明する。
精製水製造時には、精製水排出ライン４７の電動弁２８、精製水返送ライン７４の電動弁８３、および薬液供給ライン４８の電動弁２９は閉じられ、その他の電動弁は開かれている。また、精製水製造開始時には、軟水移送ライン４１は、切替弁８４によって第１の流路４１ａが選択され、濃縮水排出ライン４４は、切替弁８５によって第１の流路４４ａが選択されている。

原水タンク１０から原水供給ライン４０を通って供給された原水は、原水ポンプ３０によって昇圧された後、活性炭フィルタ６０に通される。活性炭フィルタ６０にて原水中の残留塩素を除去された原水は、原水移送ライン７０を通ってナノ濾過膜モジュール６１に供給される。ナノ濾過膜モジュール６１に供給された原水の一部は、ナノ濾過膜を透過して軟水化される。一方、ナノ濾過膜を透過しなかった残りの原水は濃縮水となり、一部の濃縮水は濃縮水排出ライン７２から分岐した濃縮水返送ライン７３を通って原水供給ライン４０に戻されて原水として再利用され、残りの濃縮水は濃縮水排出ライン７２を通って装置外に排出される。このとき、ナノ濾過膜モジュール６１内の原水圧力の調整は、流量調整弁８１によって行われる。

ナノ濾過膜モジュール６１にて軟水化された原水は、軟水移送ライン４１の加圧ポンプ３１によって昇圧された後、第１の流路４１ａを通って逆浸透膜モジュール１２，１２に供給される。逆浸透膜モジュール１２に供給された原水の一部は、逆浸透膜を透過して精製水となり、精製水移送ライン４２を通って精製水タンク１３に貯留される。一方、逆浸透膜を透過しなかった残りの原水は濃縮水となり、一部の濃縮水は濃縮水排出ライン４４から分岐した濃縮水返送ライン４５を通って軟水移送ライン４１に戻されて軟水化された原水として再利用され、一部の濃縮水は濃縮水排出ライン４４から分岐した濃縮水返送ライン７１を通って原水タンク１０に戻されて原水として再利用され、残りの濃縮水は濃縮水排出ライン４４を通って装置外に排出される。このとき、逆浸透膜モジュール１２内の原水圧力の調整は、流量調整弁２４によって行われる。

精製水タンク１３に貯留された精製水は、送水ポンプ３３を駆動させることによって精製水送水ライン４３から装置外に送水され、人工透析用の希釈水などとして使用される。
また、精製水タンク１３に貯留された精製水は、常時駆動されている送水ポンプ３３によって、精製水送水ライン４３から取り出された後、精製水循環ライン４６を経て精製水タンク１３に返送されており、絶えず流動状態にある。さらに、精製水タンク１３に貯留された精製水は、紫外線ランプ１４によって、常時殺菌処理されている。

また、制御部のカレンダータイマに記憶された一定時間ごと、または利用者の切り替え操作によって、切替弁８４および切替弁８５を切り替え、軟水移送ライン４１として第２の流路４１ｂを選択し、濃縮水排出ライン４４として第２の流路４４ｂを選択して、逆浸透膜モジュール１２への原水の導入方向および逆浸透膜モジュール１２からの濃縮水の排出方向出口を切り替えることも可能である。

次に、精製水製造装置の停止時について説明する。
夜間、休日など精製水を使わない日時が設定された制御部１６のカレンダータイマからの停止信号や利用者の停止操作に基づいて、制御部１６は、原水ポンプ３０の運転を停止し、原水供給ライン４０の電動弁２０、軟水移送ライン４１の電動弁２１、精製水送水ライン４３の電動弁２３および濃縮水排出ライン４４の電動弁２５を閉じて、精製水の製造を停止させる。

これと同時に、制御部１６は、熱水供給ライン７８の電動弁８６を開く。これにより、精製水タンク１３に貯留された精製水は、送水ポンプ３４によって、精製水送水ライン４３から取り出された後、熱水循環ライン７５および熱水供給ライン７８を経て軟水移送ライン４１に返送される。

軟水移送ライン４１に返送され精製水は、第１の流路４１ａ（または第２の流路４１ｂ）を通って逆浸透膜モジュール１２，１２に供給される。逆浸透膜モジュール１２に供給された精製水の一部は、逆浸透膜を透過し、精製水移送ライン４２を通って精製水タンク１３に送られる。一方、逆浸透膜を透過しなかった残りの精製水は、濃縮水排出ライン４４から分岐した濃縮水返送ライン４５を通って軟水移送ライン４１に戻され、再度、逆浸透膜モジュール１２，１２に供給される。

このように、精製水製造装置の停止時においては、精製水タンク１３内の精製水は、送水ポンプ３４、逆浸透膜モジュール１２の順に送られ、再び精製水タンク１３に戻される。すなわち、精製水は、精製水タンク１３−送水ポンプ３４−逆浸透膜モジュール１２−精製水タンク１３の順に絶えず循環している。

次に、精製水製造装置の消毒時の熱水循環を説明する。
制御部１６は、活性炭フィルタ６０、ナノ濾過膜モジュール６１および逆浸透膜モジュール１２のメンテナンス後、所定の時間経過した場合に、装置内の消毒を行うための熱水循環を行う。ここで、活性炭フィルタ６０、ナノ濾過膜モジュール６１および逆浸透膜モジュール１２にはそれぞれ個別に消毒を行うまでの所定の時間が予め設定されている。制御部１６は、この予め設定された所定の時間が経過した時点で、精製水タンク１３の精製水をヒータ１７で加熱して熱水とし、この熱水をそれぞれ活性炭フィルタ６０、ナノ濾過膜モジュール６１および逆浸透膜モジュール１２に対して個別に通水する。

ナノ濾過膜モジュール６１に熱水を通水する場合は、ナノ濾過膜制御部１６は、消毒開始と同時に、熱水供給ライン７７の電動弁８７を開放するとともに、熱水排出ライン９２の放出弁９３を開放して熱水循環ライン７５の送水ポンプ３４を駆動させ、あわせて、精製水タンク１３の精製水をヒータ１７による精製水の加熱を開始する。このとき、電動弁８６，８８は閉塞状態に維持することが好ましい。これにより、熱水は、精製水タンク１３、熱水循環ライン７５、熱水供給ライン７７、原水移送ライン７０、ナノ濾過膜モジュール６１、熱水排出ライン９２および主排水ライン１００を順次流過する。
なお、このとき、ヒータ１７は、５℃／分以下で所定温度まで昇温させることにより、たとえナノ濾過膜を構成するポリアミドの耐熱性が低い材質の物を使用する場合であっても、ナノ濾過膜の劣化を防止できるので好ましい。

また、逆浸透膜モジュール１２に熱水を通水する場合も、制御部１６は、消毒開始と同時に、熱水供給ライン７７の電動弁８７を開放するとともに、熱水排出ライン９２の放出弁９３を開放して熱水循環ライン７５の送水ポンプ３４を駆動させ、あわせて、精製水タンク１３の精製水をヒータ１７による精製水の加熱を開始する。このとき電動弁８７，８８は閉塞状態に維持する。これにより、熱水は、精製水タンク１３、熱水循環ライン７５、熱水供給ライン７８、軟水移送ライン４１、第１の流路４１ａまたは第２の流路４１ｂ、逆浸透膜モジュール１２、第１の流路４４ａまたは第２の流路４４ｂ、濃縮水排出ライン４４および主排水ライン１００を順次流過する。
なお、このとき、ヒータ１７は、５℃／分以下の割合で所定温度まで昇温させることにより、たとえナノ濾過膜を構成するポリアミドの耐熱性が低い材質の物を使用する場合であっても、ナノ濾過膜の劣化を防止できるので好ましい。

活性炭フィルタ６０に熱水を通水する場合、制御部１６は、精製水タンク１３の精製水が十分に加熱され所定温度の熱水になったことが検出されたら、熱水供給ライン７６の電動弁８８を開放するとともに、熱水排出ライン９０の放出弁９１を開放して熱水循環ライン７５の送水ポンプ３４を駆動させることが好ましい。ナノ濾過膜モジュール６１や逆浸透膜モジュール１２と異なり、耐熱性の高い活性炭を洗浄する場合については、精製水を所定温度まで熱してから還流を開始することにより、より少量の精製水で短時間に洗浄を終了させることができるからである。
このとき、電動弁８６，８７は閉塞状態に維持する。これにより、熱水は、精製水タンク１３、熱水循環ライン７５、熱水供給ライン７６、原水供給ライン４０、活性炭フィルタ６０、熱水排出ライン９０および主排水ライン１００を順次流過する。

ナノ濾過膜モジュール６１に熱水を通水する場合、制御部１６は、精製水タンク１３の精製水が十分に加熱され所定温度の熱水になったことが検出されたら、熱水供給ライン７７の電動弁８７を開放するとともに、熱水排出ライン９２の放出弁９３を開放して熱水循環ライン７５の送水ポンプ３４を駆動させる。このとき、電動弁８６，８８は閉塞状態に維持する。これにより、熱水は、精製水タンク１３、熱水循環ライン７５、熱水供給ライン７７、原水移送ライン７０、ナノ濾過膜モジュール６１、熱水排出ライン９２および主排水ライン１００を順次流過する。

逆浸透膜モジュール１２に熱水を通水する場合、制御部１６は、精製水タンク１３の精製水が十分に加熱され所定温度の熱水になったことが検出されたら、熱水供給ライン７８の電動弁８６を開放して熱水循環ライン７５の送水ポンプ３４を駆動させる。このとき電動弁８７，８８は閉塞状態に維持する。これにより、熱水は、精製水タンク１３、熱水循環ライン７５、熱水供給ライン７８、軟水移送ライン４１、第１の流路４１ａまたは第２の流路４１ｂ、逆浸透膜モジュール１２、第１の流路４４ａまたは第２の流路４４ｂ、濃縮水排出ライン４４および主排水ライン１００を順次流過する。

ここで、逆浸透膜モジュール１２を流過する熱水の一部はろ過され、精製水移送ライン４２を介して精製水として精製水タンク１３に貯留される。なお、活性炭フィルタ６０、ナノ濾過膜モジュール６１および逆浸透膜モジュール１２に通水した熱水を、主排水ライン１００を介して排水する場合について説明したが、精製水タンク１３および原水タンク１０に返送して再利用するようにしてもよい。

また、制御部１６は、活性炭フィルタ６０、ナノ濾過膜モジュール６１および逆浸透膜モジュール１２のうち、隣り合うもの同士で消毒を実行する時期が近い場合については、同時に熱水の通水を行うようにしてもよい。この通水の一例として、例えば、活性炭フィルタ６０とナノ濾過膜モジュール６１との消毒時期が近い場合、熱水供給ライン７６の電動弁８８を開放するとともに、熱水排出ライン９２の放出弁９３を開放して、送水ポンプ３４を駆動する。これにより、熱水は、熱水循環ライン７５、熱水供給ライン７６、原水供給ライン４０、活性炭フィルタ６０、原水移送ライン７０、ナノ濾過膜モジュール６１、熱水排出ライン９２を順次流過し、活性炭フィルタ６０とナノ濾過膜モジュール６１とが同時に熱水消毒される。同様に、ナノ濾過膜モジュール６１と逆浸透膜モジュールとの消毒時期が近い場合、および、活性炭フィルタ６０とナノ濾過膜モジュール６１と逆浸透膜モジュール１２との全ての消毒時期が近い場合も、消毒対象となるものの最も上流側に接続された電動弁８６〜８８を開放して、複数の消毒対象に対して同時に熱水を流過させることができる。

以上説明したような精製水製造装置にあっては、精製水タンク１３のヒータ１７によって加熱された精製水である熱水を、熱水供給ライン７７を介してナノ濾過膜モジュール６１の一次側に供給するとともに、ナノ濾過膜モジュール６１を通過した熱水を熱水排出ライン９２によって排出することができるため、ナノ濾過膜モジュール６１単体を熱水消毒することができ、したがって、熱水使用量を抑制して消費エネルギーを低減することができる。

また、ナノ濾過膜モジュール６１を熱水消毒することで、ナノ濾過膜モジュール６１からリークする細菌やエンドトキシン等によって逆浸透膜モジュール１２に負担がかかるのを抑制することができる。

さらに、熱水供給ライン７６を介してナノ濾過膜モジュール６１の上流側に設けられた活性炭フィルタ６０に熱水を供給することができるため、消費エネルギーの増加を抑制しつつ、活性炭フィルタ６０の熱水消毒を行い、ナノ濾過膜モジュール６１の負担を軽減することができる。

そして、軟水化手段として、従来のイオン交換樹脂を備えた前処理装置の代わりに、ポリアミド系ナノ濾過膜を備えたナノ濾過膜モジュール６１を用いているので、原水の滞留が少なくなって細菌が繁殖しにくく、また、原水中のエンドトキシンの除去が可能である。また、ナノ濾過膜モジュール６１によって原水の軟水化を行うので、イオン交換樹脂および再生塩タンクが不要で、これに伴いイオン交換樹脂の再生時期の管理、薬剤の調製、イオン交換樹脂の再生操作なども不要となり、装置の維持管理が容易となり、さらに、装置の小型化も達成できる。また、ナノ濾過膜モジュール６１によって原水中のエンドトキシンをはじめ、細菌類、不純物の除去を行うので、逆浸透膜モジュール１２の負担が軽減され、逆浸透膜モジュール１２の薬洗の頻度を減らすことができる。

また、この精製水製造装置にあっては、精製水タンク１３の精製水を逆浸透膜モジュール１２や加圧ポンプ３１よりも上流側に返送する返送ライン（熱水循環ライン７５）を具備しているので、精製水製造装置の停止時に、装置内に精製水を循環させることができる。これにより、精製水製造装置の停止時であっても、加圧ポンプ３０、逆浸透膜モジュール１２、精製水タンク１３、送水ポンプ３４、およびこれらを接続する各ラインに滞留水が発生することがなく、細菌の繁殖を抑えることができる。

また、この精製水製造装置にあっては、逆浸透膜モジュール１２に供給される原水を原水入口５７に流す第１の流路４１ａと、逆浸透膜モジュール１２に供給される原水を濃縮水出口５９に流す第２の流路４１ｂと、第１の流路４１ａと第２の流路４１ｂとを切り替える切替弁８４とを具備しているので、逆浸透膜モジュール１２への原水の導入方向を適宜、切り替えることが可能である。これにより、原水が、濃縮水出口５９側の逆浸透膜エレメント５５において網目スペーサー５４で形成される流路全体を満遍なく流れ、濃縮水出口５９側の偏流や滞留が減少し、細菌の繁殖が抑えられる。

なお、本発明の精製水製造装置は、図示例のものに限定はされず、原水を逆浸透膜で濾過して精製水を得る精製手段（逆浸透膜モジュール）に加えて、次の（ｉ）〜(iii）の構成、（ｉ）ポリアミドを材質として用いたナノ濾過膜によって原水を軟水化する軟水化手段；（ii）精製水を貯留する貯留手段、貯留手段の精製水を精製手段の上流側に返送する返送ラインおよび返送ラインの途中で返送される精製水を一時貯留する一時貯留手段；(iii）逆浸透膜モジュールの原水入口に原水を供給し、濃縮水出口から濃縮水を取り出す第１の流路、逆浸透膜モジュールの濃縮水出口に原水を供給し、原水入口から濃縮水を取り出す第２の流路、および第１の流路と第２の流路とを切り替える切り替え手段、のうちの少なくともいずれか１つの構成を具備する精製水製造装置であればよい。

本発明の精製水製造装置の一例を示す概略構成図である。 従来の精製水製造装置の一例を示す概略構成図である。 逆浸透膜モジュールの一例を示す斜視および一部断面図である。

符号の説明

１２ 逆浸透膜モジュール（精製手段）
１３ 精製水タンク（貯留手段）
１６ 制御部
１７ ヒータ（加熱手段）
４０ 原水供給ライン
４４ 濃縮水排出ライン（第１排水ライン）
５０ 逆浸透膜
６０ 活性炭フィルタ（吸着材）
６１ ナノ濾過膜モジュール（軟水化手段）
７８ 熱水供給ライン（第１返送ライン）
７７ 熱水供給ライン（第２返送ライン）
９０ 熱水排出ライン（第３排水ライン）
９２ 熱水排出ライン（第２排水ライン）

Claims (5)

1. ポリアミドを材質として用いたナノ濾過膜によって原水を軟水化する軟水化手段と、
   軟水化された原水を逆浸透膜で濾過して精製水を得る精製手段と、
   前記精製水を貯留する貯留手段と、
   該貯留手段に貯留される前記精製水を加熱する加熱手段と、
   前記貯留手段の精製水を逆浸透膜の上流側に返送する第１返送ラインと、
   前記貯留手段の精製水を軟水化手段の上流側に返送する第２返送ラインと、
   前記逆浸透膜の下流側に接続され該逆浸透膜から流出する水を排出する第１排水ラインと、
   前記軟水化手段の下流側に接続され該軟水化手段から流出する水を排出する第２排水ラインと、
   前記第１排水ラインおよび前記第２排水ラインが合流接続される主排水ラインと、
   前記主排水ラインに原水を流入させる原水移送ラインと、
   前記第１返送ライン、前記第２返送ライン、前記第１排水ライン、前記第２排水ラインおよび前記原水移送ラインのそれぞれの開閉状態を切換え可能であり、前記貯留手段に貯留される前記精製水の温度が８０〜９５℃に温度調整されるように前記加熱手段を駆動制御可能であり、かつ前記主排水ラインを流過する排水の温度を５０℃以下に維持するべく前記原水移送ラインの開閉状態を制御して主排水ラインへの原水の混入割合を制御可能な制御部と、
   を備えた医療用精製水製造装置。
2. 前記制御部は、前記第１返送ラインと前記第１排水ラインとを開放して前記加熱した精製水を前記逆浸透膜のみに通水する通水制御と、前記第２返送ラインと前記第２排水ラインとを開放して前記加熱手段で過熱した精製水を前記軟水化手段にのみ通水する通水制御とを実行可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の医療用精製水製造装置。
3. 前記軟水化手段の上流に吸着材を設け、前記貯留手段の精製水を前記吸着材の上流側に返送する第３返送ラインと、前記吸着材の下流側に水を排出する第３排水ラインとを設け、前記第３排水ラインが前記主排水ラインに合流接続され、前記第３返送ラインと前記第３排水ラインとの開閉状態が前記制御部によって制御可能に構成され、前記制御部は、前記第３返送ラインと前記第３排水ラインとを開放して前記加熱手段で加熱した精製水を前記吸着材にのみ通水する通水制御を実行可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療用精製水製造装置。
4. ポリアミドを材質として用いたナノ濾過膜によって原水を軟水化する軟水化手段と、
   軟水化された原水を逆浸透膜でろ過して精製水を得る精製手段と、
   前記精製水を貯留する貯留手段と、
   該貯留手段に貯留される精製水を加熱する加熱手段と、
   前記貯留手段の精製水を軟水化手段の上流側に返送する返送ラインと、
   前記逆浸透膜の下流側に接続され該逆浸透膜から流出する水を排出する第１排水ラインと、
   前記軟水化手段の下流側に接続され該軟水化手段から流出する水を排出する第２排水ラインと、
   前記第１排水ラインおよび前記第２排水ラインが合流接続される主排水ラインと、
   前記主排水ラインに原水を流入させる原水移送ラインと、
   前記返送ライン、前記第１排水ライン、前記第２排水ラインおよび前記原水移送ラインのそれぞれの開閉状態を切換え可能であり、前記貯留手段に貯留される前記精製水の温度が８０〜９５℃に温度調整されるように前記加熱手段を駆動制御可能であり、かつ前記主排水ラインを流過する排水の温度を５０℃以下に維持するべく前記原水移送ラインの開閉状態を制御して主排水ラインへの原水の混入割合を制御可能な制御部と、
   を備えた精製水製造装置における精製水製造装置のナノ濾過膜の熱水消毒方法であって、
   前記制御部からの操作信号により、前記貯留手段に貯蓄された精製水から前記返送ラインを通じて精製水を上流側より還流すると同時に、前記加熱手段により精製水を加熱することで、前記ナノ濾過膜を熱水に曝すナノ濾過膜の熱水消毒方法。
5. 前記加熱手段の昇温速度５℃／分以下の割合で予め設定された所定温度まで昇温する請求項４に載の精製水製造装置のナノ濾過膜の熱水消毒方法。

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