JP7212731B1

JP7212731B1 - 電気分解装置

Info

Publication number: JP7212731B1
Application number: JP2021124682A
Authority: JP
Inventors: 正人三宅
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-01-25
Anticipated expiration: 2041-07-29
Also published as: JP2023019733A

Abstract

【課題】電解槽の液体漏れに適切に対応できる電気分解装置を提供する。【解決手段】電気分解装置１は、電極３１、３２が設けられた電解槽３と、電極３１、３２に印加する電解電圧を制御する制御部と、電解槽３に液体を供給するための供給路２と、供給路２から電解槽３への液体の流入を遮断するための遮断装置６と、電解槽３から液体を取り出すための排出路４と、電解槽３からの液漏れを検出したときに対応する液漏れ信号を制御部に出力するセンサー７とを含む。制御部は、センサー７から液漏れ信号を受け取ったとき、電解槽３への液体の流入が遮断されるように遮断装置６を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、液体を電気分解するための電気分解装置に関する。

従来、電極が設けられた電解槽を有する電気分解装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１３６５３１号公報

電解槽は、内部に電極を配する構造上、複数の外壁パーツによって構成されている。液体の電気分解によって気体が発生することに伴い、電解槽内の圧力が高まって、上記外壁パーツの合わせ目や配管との接合部で液体漏れが生ずるおそれがある。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、電解槽の液体漏れに適切に対応できる電気分解装置を提供することを主たる目的としている。

本発明は、液体を電気分解するための電気分解装置であって、電極が設けられた電解槽と、前記電極に印加する電解電圧を制御する制御部と、前記電解槽に前記液体を供給するための供給路と、前記供給路から前記電解槽への前記液体の流入を遮断するための遮断装置と、前記電解槽から前記液体を取り出すための排出路と、前記電解槽からの液漏れを検出したときに対応する液漏れ信号を前記制御部に出力するセンサーとを含み、前記制御部は、前記センサーから前記液漏れ信号を受け取ったとき、前記電解槽への前記液体の流入が遮断されるように前記遮断装置を制御する。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記制御部は、前記センサーから前記液漏れ信号を受け取ったとき、前記電解電圧の印加を停止する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記遮断装置は、前記供給路に配された開閉弁を含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記遮断装置は、前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス路と、前記液体の流路を前記供給路または前記バイパス路に切り替える切替弁とを含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記電解槽から漏れた前記液体を収容するための容器をさらに含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記センサーは、前記容器の重量を検出する重量計を含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記制御部は、前記容器の前記重量の変化に基づいて前記電解槽から漏れた前記液体の量を計算して記憶する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記容器に収容された前記液体を前記供給路に帰還させる第１流路をさらに含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記容器に収容された前記液体を前記排出路に導く第２流路をさらに含む、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記電解槽は、複数設けられ、前記センサーは各電解槽に対応するように複数設けられ、前記制御部は、各センサーから入力された信号に基づいて、前記液漏れが生じた前記電解槽を特定し、記憶する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記供給路は、主供給路と、前記主供給路から分岐して、各電解槽に接続される副供給路とを含み、前記遮断装置は、前記主供給路に配されている、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記供給路は、主供給路と、前記主供給路から分岐して、各電解槽に接続される複数の副供給路とを含み、前記遮断装置は、各副供給路に配されている、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記制御部は、前記液漏れが生じた前記電解槽に対して、前記電解電圧の印加を停止する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、電気分解装置の外部と通信可能な通信装置をさらに含み、前記制御部は、前記通信装置を介して前記液漏れに関する情報を送信する、ことが望ましい。

本発明に係る前記電気分解装置において、前記制御部は、前記通信装置を介して受信した信号に応じて、前記電極及び前記遮断装置を制御する、ことが望ましい。

本発明の前記電気分解装置では、前記制御部は、前記センサーから前記液漏れ信号を受け取ったとき、前記電解槽への前記液体の流入が遮断されるように前記遮断装置を制御する。これにより、前記電解槽内の圧力上昇が抑制され、前記液漏れが抑制される。

本発明の電解水生成装置の概略構成を示す図である。図１の電解水生成装置の電気的構成を示すブロック図である。図１の電気分解装置の変形例の概略構成を示す図である。図３の電気分解装置の変形例の概略構成を示す図である。図１の電気分解装置の別の変形例の概略構成を示す図である。図５の電気分解装置の変形例の概略構成を示す図である。図６の電気分解装置の変形例の概略構成を示す図である。

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、本実施形態の電気分解装置１００の流路構成を示している。図２は、電気分解装置１００の電気的構成を示している。

本実施形態の電気分解装置１００は、液体を電気分解するための装置である。「液体」には、純水、水道水、地下水等の他、逆浸透膜処理された逆浸透水が適用される。また、電解補助液が溶解した水が適用されてもよい。電気分解可能な液体であれば、上記水に限られない。

電気分解装置１００は、血液透析治療における透析液調製用水の生成に用いて好適である。すなわち、電気分解装置１００で生成された電解水を逆浸透膜処理することにより、透析液調製用水が生成される。また、逆浸透膜処理された逆浸透水を電気分解装置１００で電気分解することによっても、透析液調製用水が生成される。

電気分解装置１００は、供給路２と、電解槽３と、排出路４と、制御部５と、遮断装置６と、センサー７とを含んでいる。

供給路２は、電解槽３に接続されている。供給路２は、電解槽３に液体を供給するための管等によって構成されている。すなわち、液体は、供給路２を通って電解槽３に流入する。

電解槽３の内部には、一対の電極３１、３２が設けられている。電解槽３は、電極３１、３２間に隔膜３３を有する有膈膜電解槽（図１参照）であってもよく、電極３１、３２間に隔膜３３を有さない無膈膜電解槽（図示せず）であってもよい。

電極３１、３２の極性は、制御部５によって制御される。これにより、電極３１、３２のうち、一方が陽極、他方が陰極となる。

液体として、水が使用される場合、陽極で酸素ガスが生成され、陰極で水素ガスが生成される。水素ガスが溶け込んだ電解水は、電解水素水と称される。近年、電解水素水を用いた血液透析治療が、患者の酸化ストレスを軽減できるとして、注目されている。

排出路４は、電解槽３に接続されている。電解槽３が有膈膜電解槽である場合、排出路４は、いずれか一方の電極３１もしくは３２側の電解室または両方の電解室（図１では、電極３２側の電解室）と接続されている。排出路４は、電解槽３から液体を取り出すための管等によって構成されている。すなわち、液体は、排出路４を通って電解槽３から流出する。

制御部５は、例えば、各種の演算処理、情報処理等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＣＰＵの動作を司るプログラム及び各種の情報を記憶するメモリ等を有している。制御部５の各種の機能は、ＣＰＵ、メモリ及びプログラムによって実現される。

制御部５は、電極３１、３２に印加する電解電圧を制御する。電極３１、３２と制御部５との間には、電解電流を検出する電流検出手段３４が設けられている。電流検出手段３４は、検出した電解電流に相当する電気信号を制御部５に出力する。制御部５は、電流検出手段３４からの電気信号に基づいて、電解電流が所望の値となるように電極３１、３２に印加する電解電圧をフィードバック制御する。

遮断装置６は、供給路２から電解槽３への液体の流入を遮断する装置である。遮断装置６は、制御部５によって制御される。

本電気分解装置１００の遮断装置６は、供給路２に配された開閉弁６１が適用されている。開閉弁６１が開放されることにより、供給路２から電解槽３に液体が流入する。開閉弁６１が閉鎖されることにより、電解槽３への液体の流入が遮断される。

センサー７は、電解槽３からの液漏れを監視する。センサー７は、液漏れを検出したとき、対応する液漏れ信号を制御部５に出力する。

制御部５は、センサー７から液漏れ信号を受け取ったとき、電解槽３への液体の流入が遮断されるように遮断装置６を制御する。これにより、電解槽３内の圧力上昇が抑制され、液漏れが抑制される。

制御部５は、センサー７から液漏れ信号を受け取ったとき、電解電圧の印加を停止する、ように構成されているのが望ましい。これにより、電解槽３内に液体が充填されていない状態での、電極３１、３２に電解電圧が印加されることが回避される。

本電気分解装置１００では、電解槽３から漏れた液体を収容するための容器８をさらに含む、のが望ましい。本実施形態の容器８は、例えば、電解槽３の下方に配されている。容器８の容積は、電解槽３の容積を考慮して設定される。電解槽３から漏れた液体が容器８に収容されることにより、電気分解装置１００からの液漏れが抑制され、電気分解装置１００が設置されている家屋や施設等への影響が抑制される。

センサー７は、容器８の重量を検出する重量計７１を含む、のが望ましい。重量計７１は、検出した容器８の重量に相当する電気信号を制御部５に出力する。制御部５は、重量計７１から入力された電気信号に基づいて容器８の重量変化を監視する。容器８の重量が増加したとき、電解槽３から水漏れが生じていると判定できる。重量計７１を用いることにより、液漏れを高精度に検出できるセンサー７を簡素かつ安価に構成できる。

制御部５は、容器８の重量の変化に基づいて電解槽３から漏れた液体の量を計算しうる。算出した液体の量は、内部メモリ等に記憶する、のが望ましい。

本電気分解装置１００では、容器８に収容された液体を供給路２に帰還させる第１流路９１をさらに含む、のが望ましい。第１流路９１によって容器８から液体が取り出されることにより、容器８から液体が溢れ出ることが抑制される。また、容器８に収容された液体を再利用することが可能となる。

図１において、破線で示されるように、本電気分解装置１００では、容器８に収容された液体を排出路４に導く第２流路９２をさらに含んでいてもよい。第２流路９２によって容器８から液体が取り出されることにより、容器８から液体が溢れ出ることが抑制される。

本電気分解装置１００では、電気分解装置１００の外部と通信可能な通信装置１０をさらに含む、のが望ましい。通信装置１０は、有線または無線の回線を介して、通信を行う。通信装置１０は、制御部５によって制御される。

制御部５は、通信装置１０を介して電解槽３の液漏れに関する情報を送信する。「液漏れに関する情報」とは、例えば、液漏れが生じていること、その日時、液漏れの量等の情報である。

また、制御部５は、通信装置１０を介して受信した信号に応じて、電極３１、３２及び遮断装置６を制御する、ように構成されているのが望ましい。このような構成により、上記液漏れに関する情報を取得した遠隔地から、電極３１、３２及び遮断装置６を遠隔的に制御可能となる。

図３は、図１の電気分解装置１００の変形例である電気分解装置１０１を示す図である。電気分解装置１０１のうち、以下で説明されてない部分については、上述した電気分解装置１００の構成が採用されうる。

電気分解装置１０１では、複数の電解槽３Ａ、３Ｂが設けられている。３個以上の電解槽３Ａ、３Ｂ．．．が設けられていてもよい。同様に、複数のセンサー７Ａ、７Ｂ及び複数の容器８Ａ、８Ｂも各電解槽に対応するように、設けられている。

制御部５は、各センサー７Ａ、７Ｂから入力された液漏れ信号に基づいて、液漏れが生じた電解槽３Ａまたは３Ｂを特定し、記憶する。これにより、液漏れが生じた電解槽３Ａまたは３Ｂの修理等が容易となる。

電気分解装置１０１において、供給路２は、主供給路２Ｘと、主供給路２Ｘから分岐して、各電解槽３Ａ、３Ｂに接続される副供給路２Ａ、２Ｂとを含んでいる。同様に、排出路４は、各電解槽３Ａ、３Ｂに接続される副排出路４Ａ、４Ｂと、副排出路４Ａ、４Ｂが統合された主排出路４Ｘとを含んでいる。

電気分解装置１０１では、遮断装置６として単一の開閉弁６１が適用されている。開閉弁６１は、主供給路２Ｘに配されている。

制御部５は、各センサー７Ａ、７Ｂから入力された液漏れ信号に基づいて、いずれかの電解槽３Ａまたは３Ｂから液漏れが生じたことを知得したとき、開閉弁６１を閉鎖する。これにより、単一の開閉弁６１によって全ての電解槽３Ａ、３Ｂへの液体の流入を遮断でき、電気分解装置１０１の構成が簡素化される。

図４は、図３の電気分解装置１０１の変形例である電気分解装置１０２を示す図である。電気分解装置１０２のうち、以下で説明されてない部分については、上述した電気分解装置１０１等の構成が採用されうる。

電気分解装置１０２では、複数の開閉弁６１Ａ、６１Ｂが設けられている。開閉弁６１Ａ、６１Ｂは、各副供給路２Ａ、２Ｂに配されている。すなわち、開閉弁６１Ａ、６１Ｂによって構成される遮断装置６は、主供給路２Ｘに配されている。

制御部５は、各センサー７Ａ、７Ｂから入力された液漏れ信号に基づいて、液漏れが生じた電解槽３Ａまたは３Ｂを特定し、液漏れが生じた電解槽（例えば、電解槽３Ａ）の側の開閉弁（上記例では、開閉弁６１Ａ）のみを閉鎖する。これにより、液漏れが生じていない電解槽（上記例では、電解槽３Ｂ）への液体の供給は継続される。従って、電気分解装置１０２が透析液調製用水の生成用途に適用される場合であって、いずれかの電解槽で液漏れが生ずる状況においても、他の電解槽からの電解水の供給は継続されるので、患者への血液透析治療は継続される。

図５は、図１の電気分解装置１００の別の変形例である電気分解装置１０３を示す図である。電気分解装置１０３のうち、以下で説明されてない部分については、上述した電気分解装置１００の構成が採用されうる。

電気分解装置１０３において、遮断装置６は、供給路２と排出路４とを接続するバイパス路６５と、液体の流路を供給路２またはバイパス路６５に切り替える切替弁６６とを含んでいる。切替弁６６は、いわゆる三方弁等により実現される。

切替弁６６の位置は、図１における開閉弁６１の位置と同等である。すなわち、バイパス路６５及び切替弁６６によって構成される遮断装置６は、主供給路２Ｘに配されている。

制御部５は、センサー７から液漏れ信号を受け取ったとき、電解槽３への液体の流入が遮断されるように遮断装置６を制御する。より具体的には、制御部５は、液体の流路を供給路２からバイパス路６５に切り替える。これにより、電解槽３内の圧力上昇が抑制され、液漏れが抑制される。このとき、液体がバイパス路６５を介して排出路４に流れ込み、電気分解装置１０３の下流への液体の供給は継続される。従って、電気分解装置１０３が透析液調製用水の生成用途に適用される場合であって、電解槽３で液漏れが生ずる状況においても、バイパス路６５を介して供給された液体を用いた透析液調製用水の生成が継続される。そして、液漏れの前後に亘って、液体の供給量は不変である。これにより、電解水を用いた血液透析から通常の血液透析に切り替えながら、治療を継続することが可能となる。

図６は、図５の電気分解装置１０３の変形例である電気分解装置１０４を示す図である。電気分解装置１０４のうち、以下で説明されてない部分については、上述した電気分解装置１０３等の構成が採用されうる。

電気分解装置１０１と同様に、電気分解装置１０４では、複数の電解槽３Ａ、３Ｂが設けられている。３個以上の電解槽３Ａ、３Ｂ．．．が設けられていてもよい。同様に、複数のセンサー７Ａ、７Ｂ及び複数の容器８Ａ、８Ｂも各電解槽に対応するように、設けられている。

また、制御部５は、各センサー７Ａ、７Ｂから入力された信号に基づいて、液漏れが生じた電解槽３Ａまたは３Ｂを特定し、記憶する。これにより、液漏れが生じた電解槽３Ａまたは３Ｂの修理等が容易となる。

さらに、電気分解装置１０４において、供給路２は、主供給路２Ｘと、副供給路２Ａ、２Ｂとを含んでいる。同様に、排出路４は、副排出路４Ａ、４Ｂと、主排出路４Ｘとを含んでいる。

電気分解装置１０４では、遮断装置６として単一のバイパス路６５及び切替弁６６の組み合わせが適用されている。バイパス路６５は、主供給路２Ｘと主排出路４Ｘとを接続している。切替弁６６は、図５における開閉弁６１の位置と同様に、主供給路２Ｘに配されている。

すなわち、バイパス路６５及び切替弁６６によって構成される遮断装置６は、主供給路２Ｘに配されている。これにより、単一のバイパス路６５及び切替弁６６によって全ての電解槽３Ａ、３Ｂへの液体の流入を遮断でき、電気分解装置１０４の構成が簡素化される。

図７は、図６の電気分解装置１０４の変形例である電気分解装置１０５を示す図である。電気分解装置１０５のうち、以下で説明されてない部分については、上述した電気分解装置１０４等の構成が採用されうる。

電気分解装置１０５では、複数のバイパス路６５Ａ、６５Ｂ及び複数の切替弁６６Ａ、６６Ｂが設けられている。

バイパス路６５Ａは、副供給路２Ａと副排出路４Ａとを接続し、バイパス路６５Ｂは、副供給路２Ｂと副排出路４Ｂとを接続している。切替弁６６Ａ、６６Ｂは、各副供給路２Ａ、２Ｂに配されている。

すなわち、バイパス路６５Ａ、６５Ｂ及び切替弁６６Ａ、６６Ｂによって構成される遮断装置６は、副供給路２Ａ、２Ｂに配されている。バイパス路６５Ａ、６５Ｂの下流側は、主排出路４Ｘに接続されていてもよい。

制御部５は、各センサー７Ａ、７Ｂから入力された液漏れ信号に基づいて、液漏れが生じた電解槽３Ａまたは３Ｂを特定し、液漏れが生じた電解槽（例えば、電解槽３Ａ）の側の切替弁（上記例では、切替弁６６Ａ）のみを動作させる。これにより、液漏れが生じていない電解槽（上記例では、電解槽３Ｂ）への液体の供給は継続される。また、液漏れが生じた電解槽の側でも、バイパス路（上記例では、バイパス路６５Ａ）を介して液体の供給が継続される。従って、液漏れの前後に亘って、液体の供給量は不変である。

制御部５は、センサー７Ａ、７Ｂから液漏れ信号を受け取ったとき、液漏れが生じた電解槽に対して、電解電圧の印加を停止する、ように構成されているのが望ましい。このとき、液漏れが生じていない電解槽に対しては、電解電圧の印加は継続される。これにより、溶存水素濃度の低下は最小に抑制される。

以上、本発明の電気分解装置１００等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、本発明は、少なくとも、液体を電気分解するための電気分解装置１００等であって、電極３１、３２が設けられた電解槽３と、電極３１、３２に印加する電解電圧を制御する制御部５と、電解槽３に液体を供給するための供給路２と、供給路２から電解槽３への液体の流入を遮断するための遮断装置６と、電解槽３から液体を取り出すための排出路４と、電解槽３からの液漏れを検出したときに対応する液漏れ信号を制御部５に出力するセンサー７とを含み、制御部５は、センサー７から液漏れ信号を受け取ったとき、電解槽３への液体の流入が遮断されるように遮断装置６を制御する、ように構成されていればよい。

２供給路
２Ａ副供給路
２Ｂ副供給路
２Ｘ主供給路
３電解槽
３Ａ電解槽
３Ｂ電解槽
４排出路
５制御部
６遮断装置
７センサー
７Ａセンサー
７Ｂセンサー
８容器
８Ａ容器
８Ｂ容器
１０通信装置
３１電極
３２電極
６１開閉弁
６１Ａ開閉弁
６１Ｂ開閉弁
６５バイパス路
６５Ａバイパス路
６５Ｂバイパス路
６６切替弁
６６Ａ切替弁
６６Ｂ切替弁
７１重量計
９１第１流路
９２第２流路
１００電気分解装置
１０１電気分解装置
１０２電気分解装置
１０３電気分解装置
１０４電気分解装置
１０５電気分解装置

Claims

液体を電気分解するための電気分解装置であって、
電極が設けられた電解槽と、
前記電極に印加する電解電圧を制御する制御部と、
前記電解槽に前記液体を供給するための供給路と、
前記供給路から前記電解槽への前記液体の流入を遮断するための遮断装置と、
前記電解槽から前記液体を取り出すための排出路と、
前記電解槽からの液漏れを検出したときに対応する液漏れ信号を前記制御部に出力するセンサーとを含み、
前記制御部は、前記センサーから前記液漏れ信号を受け取ったとき、前記電解槽への前記液体の流入が遮断されるように前記遮断装置を制御し、
前記遮断装置は、前記供給路と前記排出路とを接続するバイパス路と、前記液漏れが生じたときに、前記液体の流路を前記供給路または前記バイパス路に切り替える切替弁とを含む、
電気分解装置。
前記制御部は、前記センサーから前記液漏れ信号を受け取ったとき、前記電解電圧の印加を停止する、請求項１に記載の電気分解装置。
前記遮断装置は、前記供給路に配された開閉弁を含む、請求項１または２に記載の電気分解装置。
前記電解槽から漏れた前記液体を収容するための容器をさらに含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電気分解装置。
前記センサーは、前記容器の重量を検出する重量計を含む、請求項４に記載の電気分解装置。
前記制御部は、前記容器の前記重量の変化に基づいて前記電解槽から漏れた前記液体の量を計算して記憶する、請求項５に記載の電気分解装置。
前記容器に収容された前記液体を前記供給路に帰還させる第１流路をさらに含む、請求項４ないし６のいずれか一項に記載の電気分解装置。
前記容器に収容された前記液体を前記排出路に導く第２流路をさらに含む、請求項５ないし６のいずれか一項に記載の電気分解装置。
液体を電気分解するための電気分解装置であって、
電極が設けられた電解槽と、
前記電極に印加する電解電圧を制御する制御部と、
前記電解槽に前記液体を供給するための供給路と、
前記供給路から前記電解槽への前記液体の流入を遮断するための遮断装置と、
前記電解槽から前記液体を取り出すための排出路と、
前記電解槽からの液漏れを検出したときに対応する液漏れ信号を前記制御部に出力するセンサーとを含み、
前記制御部は、前記センサーから前記液漏れ信号を受け取ったとき、前記電解槽への前記液体の流入が遮断されるように前記遮断装置を制御し、
前記電解槽は、複数設けられ、
前記センサーは各電解槽に対応するように複数設けられ、
前記制御部は、各センサーから入力された信号に基づいて、前記液漏れが生じた前記電解槽を特定し、記憶する、電気分解装置。
前記供給路は、主供給路と、前記主供給路から分岐して、各電解槽に接続される副供給路とを含み、
前記遮断装置は、前記主供給路に配されている、請求項９に記載の電気分解装置。
前記供給路は、主供給路と、前記主供給路から分岐して、各電解槽に接続される複数の副供給路とを含み、
前記遮断装置は、各副供給路に配されている、請求項９または１０に記載の電気分解装置。
前記制御部は、前記液漏れが生じた前記電解槽に対して、前記電解電圧の印加を停止する、請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の電気分解装置。
電気分解装置の外部と通信可能な通信装置をさらに含み、
前記制御部は、前記通信装置を介して前記液漏れに関する情報を送信する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の電気分解装置。
前記制御部は、前記通信装置を介して受信した信号に応じて、前記電極及び前記遮断装置を制御する、請求項１３に記載の電気分解装置。