JP6870992B2 - 電解水生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、水を電気分解して電解水素水を生成する電解水生成装置に関する。

従来から、固体高分子電解質膜で仕切られた陽極室と陰極室とを有する電解槽を備え、電解槽内に流入させた原水を電気分解する電解水生成装置が知られている。

電解水生成装置の陰極室では、水素ガスが溶け込んだ電解水素水が生成される。また、近年、電解水生成装置で生成された溶存水素水は、血液透析治療の際に発生する活性酸素を除去し、患者の酸化ストレスの軽減に適しているとして注目されている（例えば、特許文献１参照）。電解水を用いた血液透析は、電解水透析と称される。

大病院での電解水透析では、同時に多数の患者の治療を可能とするために、電解水素水の供給能力を高めた電解水生成装置が要望されている。このような電解水生成装置は、大容量の電解水生成部を備えることにより実現可能である。

上述した大容量の電解水生成部は、例えば、並列に接続された複数の電解槽を含む電解ユニットによって実現可能である。そして、電解水生成部は、長期間の使用にわたって消耗した部品を容易に交換できるように構成されているのが望ましい。

特開２０１６−１３７４２１号公報

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、長期間の使用にわたって消耗した部品を容易に交換できる電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。

本発明の電解水生成装置は、本体フレームと、前記本体フレーム内に収容された電解水生成部とを備え、前記電解水生成部は、複数の電解ユニットを有し、前記各電解ユニットは、前記本体フレームに脱着可能に固定されているベースと、前記ベースに固定され、陽極室と陰極室とが隔膜によって区分された少なくとも一つの電解槽とを含み、前記電解槽は、前記ベースに片持ち状態で固定されていることを特徴とする。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記ベースは、前記電解槽を取り付けるための取付面を含み、前記電解槽は、前記隔膜が前記取付面に対して本質的に直交する向きに配置されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記電解槽は、前記陽極室及び前記陰極室を区画するための壁部を有する樹脂製のケースと、前記ケースを補強するための金属製の補強部材とを含み、前記補強部材は、前記壁部に沿って固定された本体部と、前記本体部から折れ曲がり前記取付面に固定されたフランジ部とを一体に含んでいることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記補強部材は、前記陽極室の側の第１補強部材と、前記陰極室の側の第２補強部材とを含み、前記第１補強部材と前記第２補強部材とは、前記ケースを介して互いに固定され、前記フランジ部は、前記第１補強部材に形成された第１フランジ部と、前記第２補強部材に形成された第２フランジ部とを含むことが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記ケースは、前記隔膜と直交する第１方向の厚さ寸法が、前記取付面と直交する第２方向の幅寸法よりも小さい偏平状に形成されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、複数の前記電解槽が、前記第１方向に並設されていることが望ましい。

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記本体フレームは、水平方向にのびる横材を有し、前記ベースは、前記横材に支持され固定具によって固定された被支持部を含み、前記ベースは、前記固定具の離脱により、前記被支持部が前記横材に支持されながら前記本体フレーム内から引き出し可能に配されていることが望ましい。

本発明の電解水生成装置は、電解水生成部は、複数の電解ユニットを有し、各電解ユニットは、ベースと電解槽とを含む。ベースは、本体フレームに脱着可能に固定されている。ベースを本体フレームから取り外すことにより、電解ユニットのメンテナンスが容易となり、消耗した部品が容易に交換可能とされる。さらに、電解槽がベースに片持ち状態で固定されている構造によって、電解槽がベースから容易に取り外し可能となり、電解槽の交換等のメンテナンスがより一層容易に行えるようになる。

本発明の電解水生成装置を含む透析液調製用水の製造装置の一実施形態の概略構成を示す斜視図である。 電解水生成装置の構成を示す正面図である。 電解水生成装置の構成を示す左側面図である。 電解ユニットの構成を示す斜視図である。 電解槽の構成を示す断面図である。 電解槽の組立図である。 電解水生成部のメンテナンスを行なっている状態の電解水生成装置を示す斜視図である。 電解槽の変形例の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の電解水生成装置１を含む透析液調製用水の製造装置１００（以下、単に製造装置１００と記す）の概略構成を示している。製造装置１００は、前処理装置２００、電解水生成装置１及び後処理装置３００を含む。

前処理装置２００は、電解水生成装置１の上流側に設置され、原水からカルシウムイオン及びマグネシウムイオン等の硬度成分を除去して軟水化し、さらに微細な多孔質物質である活性炭を用いて軟水から塩素等を吸着・除去する。前処理装置２００に供給される原水には、一般的には水道水が利用されるが、その他、例えば、井戸水、地下水等を用いることができる。

電解水生成装置１は、前処理装置２００を通過した水を電気分解し、電解水素水を生成する。本実施形態の電解水生成装置１は、電解水透析において、大量の電解水素水を後処理装置３００に供給可能となるように構成されている。

後処理装置３００は、逆浸透膜を用いて電解水素水を浄化する。逆浸透膜によって浄化処理された溶存水素水は、例えば、透析液調製用水の浄化基準であるＩＳＯ１３９５９の基準を満たし、透析液調製用水として透析原剤の希釈等に用いられる。

図１に示されるように、製造装置１００の設置スペース（フットプリント）を小さくするために、電解水生成装置１は、上流側の前処理装置２００及び下流側の後処理装置３００と共に並べて設置される。例えば、本実施形態のように、製造装置１００の正面から視て、前処理装置２００、電解水生成装置１及び後処理装置３００が水平方向に隙間なく並べて設置されるのが望ましい。

図２及び３は、電解水生成装置１の概略構成を示している。電解水生成装置１は、本体フレーム２、電源部３、電解水生成部４、入水管６及び出水管７（図１参照）を備える。

本体フレーム２は、鉛直方向にのびる複数の縦材２１と水平方向にのびる複数の横材２２等によって構成され、電源部３、電解水生成部４、入水管６及び出水管７を支持する。縦材２１及び横材２２には、例えば、断面がＬ字状のアングル鋼材が適用される。本体フレーム２は、縦材２１及び横材２２によって矩形状に形成されている。本体フレーム２は、上部２３、底部２４、第１側部２５、第２側部２６、第３側部２７及び第４側部２８を規定する。横材２２は、上横材２２Ａと、上横材２２Ａの下方に配される下横材２２Ｂとを有する。

上部２３と底部２４とは、上下方向で反対側に位置する。第１側部２５と第２側部２６とは、水平方向の反対側に位置する。本実施形態では、第１側部２５は、製造装置１００の正面側に位置され、第２側部２６は、製造装置１００の背面側に位置される。第３側部２７及び第４側部２８は、第１側部２５及び第２側部２６と直交する。第３側部２７と第４側部２８とは、水平方向の反対側に位置する。本実施形態では、第３側部２７は、製造装置１００の右側面側に位置され、第４側部２８は、製造装置１００の左側面側に位置される。第３側部２７は、製造装置１００の左側面側に位置され、第４側部２８は、製造装置１００の右側面側に位置されていてもよい。また、第１側部２５、第２側部２６、第３側部２７及び第４側部２８は、側板で覆われていてもよい。

電源部３は、本体フレーム２の上部２３に固定されている。本実施形態では、上部２３には、電源部３のみが設けられ、電解水生成部４、入水管６及び出水管７は設けられていない。これにより、主要な電気系統を構成する電源部３と、水路を構成する電解水生成部４、入水管６及び出水管７とを容易に隔離することができ、電解水生成部４等での水漏れに起因する電源部３のトラブルを抑制できる。電源部３には、電解水生成部４を含む電解水生成装置１全体の制御を司る制御回路（図示せず）が設けられていてもよい。

電解水生成部４は、電源部３の下方の空間で本体フレーム２に固定される。このような電源部３及び電解水生成部４の配置によって、電解水生成装置１の設置面積が小さくなり、限られたスペースへの電解水生成装置１の設置が容易となる。

また、電源部３が電解水生成部４の上方に位置するため、電解水生成部４で水漏れ等が生じた場合であっても、電源部３に水がかかりにくく、電気回路への影響が抑制される。

電解水生成部４と電源部３とは、電気ケーブル（図示せず）によって電気的に接続されている。電気ケーブルを介して、電源部３から電解水生成部４に電気分解のための電解電流が供給される。

入水管６は、電解水生成部４に電気分解用の水を供給する。入水管６は、入水管６０を含む。入水管６０は、前処理装置２００と電解水生成装置１とを接続する。前処理装置２００を通過した水は、入水管６を介して電解水生成部４に供給される。

出水管７は、電解水生成部４の陰極側で電気分解された電解水素水を取り出して、後処理装置３００に供給する。また、出水管７は、出水管７０及び排水管７３（後述する図７参照）を含む。出水管７０は、電解水生成装置１と後処理装置３００とを接続する。電解水生成部４によって生成された電解水は、出水管７０を介して後処理装置３００と接続される。排水管７３は、電解水生成部４の陽極側で電気分解された電解酸素水を取り出して、電解水生成装置１の外部に排出する。

電解水生成部４は、複数の電解ユニット４１を含んでいる。各電解ユニット４１は、電解水生成部４において、水平方向及び鉛直方向にマトリクス状に配列されている。これにより、限られたスペース内に多数の電解ユニット４１が効率よく配される。

図４は、電解ユニット４１の構成を示している。電解ユニット４１は、板状のベース４２と、少なくとも一つ（本実施形態では複数）の電解槽４３と、ベース４２に固定されたハンドル４４とを有している。ベース４２は、上下方向に起立した姿勢で、上横材２２Ａ及び下横材２２Ｂによって支持されている。

図５は、電解槽４３の構成を示している。電解槽４３は、例えば、特開２０１６−１５９２３７号公報に開示されている構成と同等である。すなわち、電解槽４３は、陽極室４７と陰極室４８とが隔膜４９によって区分されている。電解槽４３の陽極室４７及び陰極室４８には、給電体（図示せず）がそれぞれ配され、隔膜４９には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系の樹脂材料からなる固体高分子電解質膜が用いられ、上下方向に長い矩形状に形成されている。各電解槽４３は、ベース４２に起立姿勢で固定されている。

ベース４２は、上横材２２Ａ及び下横材２２Ｂに脱着可能に固定される。上横材２２Ａ及び下横材２２Ｂからベース４２を取り外すことにより、各電解ユニット４１のメンテナンスが容易となり、消耗した部品が容易に交換可能とされる。

電解槽４３は、ベース４２に片持ち状態で固定されている。「片持ち状態で固定されている」とは、電解槽４３が、一つの側部４３ａ（例えば、隔膜４９の長辺に沿う側部４３ａ）においてベース４２に片持ち梁状に固定され、支持されていることを意味する。このような構造によって、電解槽４３がベース４２から容易に取り外し可能となり、電解槽４３の交換等のメンテナンスがより一層容易に行えるようになる。

ベース４２は、電解槽４３を取り付けるための取付面４２ａを含んでいる。取付面４２ａは、平面状に形成されている。電解槽４３は、隔膜４９が取付面４２ａに対して本質的に直交する向きに配置されている。「本質的に直交する」とは、隔膜４９の厚さ方向の中心面が直交する形態であり、隔膜４９が局所的に微小な凹凸を含んでいる（例えば、隔膜４９が波形状に形成されている）構成では、上記凹凸をならした中心線が取付面４２ａに対して直交する形態もこれに含まれる。

図４に示されるように、ベース４２は、上横材２２Ａに支持される被支持部４２ｂを有する。被支持部４２ｂは、取付面４２ａが形成された本体部から略垂直に起立された部分に形成されている。このようなベース４２は、プレス加工等により、容易に製造される。被支持部４２ｂが上横材２２Ａに載置されることにより、電解ユニット４１の荷重が上横材２２Ａによって支持されうる。

各電解ユニット４１は、上横材２２Ａに被支持部４２ｂを固定する固定具４５を含む。固定具４５は、例えば、上横材２２Ａに設けられた雌ねじに対応する雄ねじを有するノブ等によって構成される。固定具４５には、いわゆるクイックファスナー等が用いられてもよい。このような固定具４５によって、各電解ユニット４１は上横材２２Ａに迅速かつ強固に固定されうる。

図６は、電解槽４３の構成を示している。電解槽４３は、樹脂製のケース４６と、金属製の補強部材５０とを含んでいる。

ケース４６は、偏平状に形成されている。すなわち、隔膜４９と直交する第１方向Ｄ１の厚さ寸法Ｌ１が、取付面４２ａと直交する第２方向Ｄ２の幅寸法Ｌ２よりも小さい。このようなケース４６によって、容積に対する隔膜４９及び給電体の面積の比率が大きくなり、電気分解の効率の向上に寄与する。電解槽４３もまた、第１方向Ｄ１の厚さ寸法が、第２方向Ｄ２の幅寸法Ｌ２よりも小さい偏平状に形成されている。

図４に示されるように、本実施形態の電解ユニット４１では、複数の電解槽４３が、第１方向Ｄ１に並設されている。これにより、一つの電解ユニット４１内に多数の電解槽４３をコンパクトに収容できる。

図５に示されるように、ケース４６は、陽極室４７及び陰極室４８を区画するための壁部４６ａを有している。補強部材５０は、ケース４６を補強するために、壁部４６ａ外側に装着される。補強部材５０は、陽極室４７の側の第１補強部材５１と、陰極室４８の側の第２補強部材５２とを含んでいる。第１補強部材５１と第２補強部材５２とは、ケース４６を挟んでねじ５３（図５参照）等により互いに固定されている。

図５、６に示されるように、第１補強部材５１は、陽極室４７の側の壁部４６ａに沿って固定された第１本体部５１ａと、第１本体部５１ａから折れ曲がり、取付面４２ａに固定された第１フランジ部５１ｂとを含んでいる。第１本体部５１ａと第１フランジ部５１ｂとは、一体に形成されている。これにより、第１補強部材５１の剛性が高められ、第１補強部材５１による補強効果が向上する。本実施形態では、第１フランジ部５１ｂがねじ５４等によってベース４２に固定されているので、第１補強部材５１の剛性がより一層高められ、第１補強部材５１による補強効果がさらに向上する。

第２補強部材５２は、陰極室４８の側の壁部４６ａに沿って固定された第２本体部５２ａと、第２本体部５２ａから折れ曲がり、取付面４２ａに固定された第２フランジ部５２ｂとを含んでいる。第１補強部材５１と同様に、第２本体部５２ａと第２フランジ部５２ｂとが一体に形成され、また、第２フランジ部５２ｂがベース４２に固定されるので、第２補強部材５２の剛性がより一層高められ、第２補強部材５２による補強効果が向上する。

第１補強部材５１は、第１本体部５１ａから第２補強部材５２の側に折れ曲がる第３フランジ部５１ｃを含んでいる。第２補強部材５２は、第２本体部５２ａから第１補強部材５１の側に折れ曲がる第４フランジ部５２ｃを含んでいる。第３フランジ部５１ｃ及び第４フランジ部５２ｃによって、ベース４２から離れた領域でも補強部材５０の剛性が高められ、ケース４６が効果的に補強される。

図７は、電解水生成部４のメンテナンスを行なっている状態での電解水生成装置１を示している。電解ユニット４１は、横材２２によって支持され、横材２２をレールとして、第２側部２６から第１側部２５を向く第１水平方向Ｈ１又は第１側部２５から第２側部２６を向く第２水平方向Ｈ２に引き出し及び押し入れ可能に構成されている。電解ユニット４１の引き出し及び押し入れの際には、ハンドル４４が用いられる。電解ユニット４１が第１水平方向Ｈ１に引き出されることにより、電解ユニット４１を構成する電解槽４３等の消耗部品を容易に交換することが可能となり、電解ユニット４１のメンテナンスが容易かつ短時間で行えるようになる。

なお、電解ユニット４１は、その全体が本体フレーム２の外部に引き出される構成であってもよく、その一部分が本体フレーム２の外部に引き出される構成であってもよい。すなわち、図７中、上段の電解ユニット４１に示されるように、電解ユニット４１は、本体フレーム２から完全に取り外し可能に構成されていてもよく、下段の電解ユニット４１に示されるように、電解ユニット４１は、少なくともその一部分が本体フレーム２から引き出された状態で本体フレーム２に支持可能に構成されていてもよい。前者の場合は、電解ユニット４１ごと交換することにより、メンテナンスに要する時間を短縮できる。後者の場合は、電解ユニット４１が本体フレーム２に支持された状態を維持しつつ電解ユニット４１の一部分を本体フレーム２の外部に引き出して、交換が必要な部品のみを取り外して交換することができる。

図８は、電解ユニット４１の変形例である電解ユニット４１Ａを示している。電解ユニット４１Ａは、隔膜４９とベース４２の取付面４２ａとが本質的に平行になるように電解槽４３が配されている点で、電解ユニット４１とは異なる。電解ユニット４１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解ユニット４１の構成が採用されうる。

電解ユニット４１Ａでは、ケース４６がベース４２と補強部材５５とによって挟み込まれて固定される。ベース４２及び補強部材５５によってケース４６が補強される。電解ユニット４１Ａは、第１水平方向Ｈ１に引き出し可能であり、電解ユニット４１Ａを構成する電解槽４３等の消耗部品を容易に交換することが可能である。また、電解槽４３は、ベース４２に片持ち状態で固定されているので、電解槽４３がベース４２から容易に取り外し可能となり、電解槽４３の交換等のメンテナンスがより一層容易に行えるようになる。なお、電解ユニット４１Ａは、第３水平方向Ｈ３に複数並設されていてもよい。

以上、本実施形態の電解水生成装置１が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、電解水生成装置１は、少なくとも、本体フレーム２と、本体フレーム２内に収容された電解水生成部４とを備え、電解水生成部４は、複数の電解ユニット４１を有し、各電解ユニット４１は、本体フレーム２に脱着可能に固定されているベース４２と、ベース４２に固定され、陽極室４７と陰極室４８とが隔膜４９によって区分された少なくとも一つの電解槽４３とを含み、電解槽４３は、ベース４２に片持ち状態で固定されていればよい。

１ 電解水生成装置
２ 本体フレーム
４ 電解水生成部
２２ 横材
４１ 電解ユニット
４２ ベース
４２ａ 取付面
４２ｂ 被支持部
４３ 電解槽
４５ 固定具
４６ ケース
４６ａ 壁部
４９ 隔膜
５１ 第１補強部材
５１ｂ 第１フランジ部
５２ 第２補強部材
５２ｂ 第２フランジ部

Claims (7)

1. 水を電気分解して電解水を生成する電解水生成装置であって、
   水平方向にのびる横材を含む本体フレームと、前記本体フレーム内に収容された電解水生成部とを備え、
   前記電解水生成部は、複数の電解ユニットを有し、
   前記各電解ユニットは、前記本体フレームに脱着可能に固定されているベースと、前記ベースに固定され、陽極室と陰極室とが隔膜によって区分された少なくとも一つの電解槽とを含み、
   前記ベースは、前記横材に支持される被支持部を有し、前記横材に脱着可能に前記被支持部において固定され、
   前記電解槽は、前記ベースに片持ち状態で固定されていることを特徴とする電解水生成装置。
2. 前記ベースは、前記電解槽を取り付けるための取付面を含み、
   前記電解槽は、前記隔膜が前記取付面に対して本質的に直交する向きに配置されている請求項１記載の電解水生成装置。
3. 前記電解槽は、前記陽極室及び前記陰極室を区画するための壁部を有する樹脂製のケースと、前記ケースを補強するための金属製の補強部材とを含み、
   前記補強部材は、前記壁部に沿って固定された本体部と、前記本体部から折れ曲がり前記取付面に固定されたフランジ部とを一体に含んでいる請求項２記載の電解水生成装置。
4. 前記補強部材は、前記陽極室の側の第１補強部材と、前記陰極室の側の第２補強部材とを含み、
   前記第１補強部材と前記第２補強部材とは、前記ケースを介して互いに固定され、
   前記フランジ部は、前記第１補強部材に形成された第１フランジ部と、前記第２補強部材に形成された第２フランジ部とを含む請求項３記載の電解水生成装置。
5. 前記ケースは、前記隔膜と直交する第１方向の厚さ寸法が、前記取付面と直交する第２方向の幅寸法よりも小さい偏平状に形成されている請求項３又は４に記載の電解水生成装置。
6. 複数の前記電解槽が、前記第１方向に並設されている請求項５記載の電解水生成装置。
7. 前記被支持部を前記横材に固定するための固定具を含み、
   前記ベースは、前記固定具の離脱により、前記被支持部が前記横材に支持されながら前記本体フレーム内から引き出し可能に配されている請求項１乃至６のいずれかに記載の電解水生成装置。

Images