JPWO2016047257A1 - 電解水生成装置及びそれを備えた透析液調製用水の製造装置 - Google Patents

電解水生成装置及びそれを備えた透析液調製用水の製造装置 Download PDF

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Abstract

電解水生成装置4は、電気分解される水が流入する電解室6が形成された電解槽5と、電解室6内で、互いに対向して配置された陽極給電体61及び陰極給電体62と、陽極給電体61と陰極給電体62との間に配され、かつ、電解室6を陽極給電体61側の陽極室6aと陰極給電体62側の陰極室6bとに区分する隔膜63と、水を濾過処理する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール8と、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水を陽極室6aに供給する濃縮水供給水路9とを備える。

Description

本発明は、電解水生成装置及びそれを備えた透析液調製用水の製造装置に関する。
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(例えば、特許文献1参照)。
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(以下、本明細書等では、「溶存水素水」と記す。)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。電解水生成装置では、溶存水素水に溶け込んだ水素ガスの濃度(溶存水素濃度)の制御が重要である。例えば、溶存水素水が血液透析に用いられる場合、陰極室で大量の水素ガスを発生させて、溶存水素濃度を高めるのが望ましいとされている。
特許336549号公報
上記特許文献1に開示されている電解水生成装置にあっては、陽極室で酸素ガスが生成される。かかる酸素ガスは支燃性を有するため、酸素ガスを気体の状態で陽極室から排出するのは望ましくない。そこで、電解水生成装置では、陽極室内の水に酸素ガスを溶け込ませ、電解酸素水(以下、本明細書等では、「溶存酸素水」と記す。)として排出する技術が知られている。
しかしながら、上述のごとく溶存水素濃度を高める場合にあっては、陽極室では大量の酸素ガスが発生するため、陽極室内の水に酸素ガスを十分に溶け込ませるためには、陽極室に供給される水量を増やす必要がある。ところが、陽極室から排出される溶存酸素水は、通常、排水として処理される。従って、高い溶存水素濃度の溶存水素水を生成する際に副次的に大量発生する酸素ガスの処理は、水の有効利用を図るうえでの足枷となっている。
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、水の利用効率を高めつつ、高い溶存水素濃度の溶存水素水を生成することができる電解水生成装置等を提供することを主たる目的としている。
本願の第1発明は、電気分解される水が流入する電解室が形成された電解槽と、前記電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記陽極給電体側の陽極室と前記陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜と、水を濾過処理する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールとを備えた電解水生成装置であって、前記逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水を前記陽極室に供給する濃縮水供給水路をさらに備えたことを特徴とする。
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記陽極室に水を供給する給水路は、前記濃縮水供給水路のみであることが望ましい。
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記逆浸透膜モジュールは、前記電解槽の下流側に設けられ、前記陰極室にて生成された電解水が前記逆浸透膜モジュールに供給されることが望ましい。
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記逆浸透膜モジュールは、前記電解槽の上流側に設けられ、前記逆浸透膜モジュールによって濾過処理された処理水が前記陰極室に供給されることが望ましい。
本発明に係る前記電解水生成装置において、前記隔膜は、固体高分子電解質膜を含むことが望ましい。
本願の第2発明は、前記電解水生成装置を備え、前記陰極室にて生成された電解水を用いて、透析原剤を混合する透析液調製用水を製造することを特徴とする透析液調製用水の製造装置である。
第1発明の電解水生成装置は、電気分解される水が流入する電解室が形成された電解槽と、電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、電解室を陽極給電体側の陽極室と陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜と、水を濾過処理する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールとを備える。陰極室における電気分解と逆浸透膜モジュールにおける濾過処理とによって、不純物が除去された溶存水素水が得られる。
このとき陽極室で副次的に生成される酸素ガスは、濃縮水供給水路を介して供給された濃縮水に溶け込んで、陽極室から排出される。従って、高い溶存水素濃度の溶存水素水を生成するときに大量発生する酸素ガスを安全な状態で電解水生成装置から排出可能となる。さらに、これまで単に排出していた濃縮水を陽極室に供給し、酸素ガスを溶け込ませて溶存酸素水を生成するために再利用しているので、水の利用効率を高めることが可能となる。
第2発明の透析液調製用水の製造装置では、上記電解水生成装置によって生成された溶存水素水を用いて透析原剤を混合する透析液調製用水を製造する。これにより、水の利用効率を高めつつ、酸化ストレスの低減に有効な高い溶存水素濃度の透析液調製用水を製造することが可能となる。
本発明の透析液調製用水の製造装置の一実施形態を示すブロック図である。 本発明の電解水生成装置の一実施形態を示すブロック図である。 本発明の透析液調製用水の製造装置の別の実施形態を示すブロック図である。 本発明の電解水生成装置の別の実施形態を示すブロック図である。
以下、本願発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図1は、本願の第1発明の電解水生成装置を備えた透析液調製用水の製造装置(第2発明)の一実施形態を示している。
透析液調製用水の製造装置(以下、単に「製造装置」と記すこともある。)1は、軟水化装置2と、活性炭処理装置3と、電解水生成装置4等とを備えている。
軟水化装置2には、水道水等の原水が供給される。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。軟水化装置2は、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する。
活性炭処理装置3は、微細な多孔質物質である活性炭を有し、軟水化装置2から供給される水から塩素等を吸着・除去する。活性炭処理装置3を通過した水は、送水路11を介して電解水生成装置4に送られる。
電解水生成装置4は、活性炭処理装置3から流入する水を電気分解して、例えば、血液透析治療に好適な溶存水素水を生成する。電解水生成装置4は、電解槽5と、加圧ポンプ7と、逆浸透膜モジュール8と、濃縮水供給水路9とを有している。逆浸透膜モジュール8は、供給された水から不純物を取り除き、浄水を生成する。従って、本発明の電解水生成装置4は、血液透析治療の他の用途にも適用可能である。
電解槽5には、電気分解される水が流入する電解室6が形成されている。電解室6の内部には、陽極給電体61及び陰極給電体62が互いに対向して配置されている。陽極給電体61及び陰極給電体62は、その厚さ方向で水が行き来可能に形成され、隔膜63に当接して設けられるのが望ましい。このような陽極給電体61及び陰極給電体62は、例えば、エキスパンドメタル等によって構成することができる。陽極給電体61及び陰極給電体62には、制御回路(図示せず)等を介して直流電圧が印加される。
陽極給電体61と陰極給電体62との間には隔膜63が配設されている。隔膜63は、電解室6を陽極給電体61側の陽極室6aと陰極給電体62側の陰極室6bとに区分する。
本実施形態では、上記送水路11の一端は活性炭処理装置3に、他端は電解室6の陰極室6bにそれぞれ接続されている。従って、活性炭処理装置3を通過した水(活性炭処理水)は、送水路11を介して電解室6のうち陰極室6bのみに供給される。なお、陰極室6bに供給された水の一部は、隔膜63を通過して陽極室6aに移動する。また、陽極室6aには、後述するように、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水が供給される。こうして、電解室6の陽極室6a及び陰極室6bの両方に水が供給され、陽極給電体61及び陰極給電体62に直流電圧が印加されることにより、電解室6内で水の電気分解が生ずる。
隔膜63は、電気分解で生じたイオンを通過させる。隔膜63を介して陽極給電体61と、陰極給電体62とが電気的に接続される。陽極給電体61と陰極給電体62との間に直流電圧が印加されると、電解室6内で水が電気分解され、電解水が得られる。
本実施形態では、隔膜63として、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ている。固体高分子電解質膜の両面には、例えば、白金からなるめっき層が形成されている。固体高分子電解質膜を隔膜63に用いた電解槽5では、隔膜63の陽極側と陰極側とで以下に示される反応が生ずる。
陽極側 : 6H2O → 4H3O + O2 + 4e
陰極側 : 4H3O + 4e → 2H2 + 4H2O
このとき、陽極側で生じたオキソニウムイオン4H3Oは、固体高分子電解質膜を通過して陰極側に移動し、電子4eと結合して、水素ガス2H2が発生する。陰極側で生じた水素ガスH2は、陰極室6b内の水に溶け込み、溶存水素水を構成する。陰極室6bで生じた溶存水素水は、送水路12を介して加圧ポンプ7に送水される。
一方、陽極室6aでは、酸素ガスO2が発生する。陽極側にて生じた酸素ガスO2は、陽極室6a内の水に溶け込み、溶存酸素水を構成する。陽極室6aで生じた溶存酸素水は、排水路13を介して電解水生成装置4の外部に排出される。
本実施形態の電解水生成装置4では、加圧ポンプ7及び逆浸透膜モジュール8は、電解槽5の下流側に設けられている。加圧ポンプ7及び逆浸透膜モジュール8は、電解水生成装置4の外部に配設されていてもよい。加圧ポンプ7は、陰極室6bで生じた溶存水素水を逆浸透膜モジュール8に圧送する。すなわち、加圧ポンプ7によって加圧された溶存水素水は、送水路14を介して逆浸透膜モジュール8に供給される。
逆浸透膜モジュール8は、逆浸透膜(図示せず)を有している。逆浸透膜は、加圧ポンプ7によって圧送された水を濾過する。すなわち、逆浸透膜は、加圧ポンプ7によって圧送された溶存水素水から微量な金属類等の不純物を取り除き、溶存水素水を浄化する。逆浸透膜モジュール8は、加圧ポンプ7によって圧送された溶存水素水を、逆浸透膜によって浄化された処理水と、不純物を含む濃縮水とに分離して送出する。本実施形態において、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。なお、逆浸透膜モジュール8には、例えば、特開2011−36752号公報等に開示されている公知の構成を適用することができる。
逆浸透膜を透過して浄化処理された溶存水素水は、送水路15を介して希釈装置100に供給され、透析原剤の希釈に用いられる。
一方、逆浸透膜モジュール8において、逆浸透膜を透過できなかった不純物を含む濃縮水は、濃縮水供給水路9を介して逆浸透膜モジュール8の外部に排出される。
本実施形態の電解水生成装置4では、濃縮水供給水路9の一端は逆浸透膜モジュール8の濃縮水排出口に、他端は陽極室6aにそれぞれ接続されている。濃縮水供給水路9は、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水を陽極室6aに供給する。陽極室6aと陰極室6bとは、隔膜63によって隔離されているため、陽極室6a内の濃縮水に含まれる不純物は、陰極室6bに移動して処理水と混ざることはない。
既に述べたように、電解室6内での水の電気分解において、陽極室6aでは酸素ガスが副次的に生成される。本実施形態では、陽極室6aには、濃縮水供給水路9を介して濃縮水が継続的に供給されるので、発生した酸素ガスは、濃縮水に溶け込んで、濃縮水と共に陽極室6aから排水路13を介して排出される。従って、高い溶存水素濃度の溶存水素水を生成するときに大量発生する酸素ガスを安全な状態で電解水生成装置4から排出可能となる。さらに、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水を濃縮水供給水路9を介して陽極室6aに供給し、溶存酸素水を生成するために再利用しているので、水の利用効率を高めることが可能となる。
図1に示されるように、本実施形態では、陽極室6aに水を供給する給水路は、濃縮水供給水路9のみである。従って、水の利用効率をより一層高めることが可能となる。なお、濃縮水の供給によっては陽極室6aで発生する酸素ガスを十分に溶け込ませることができないおそれがある場合には、例えば、原水又は活性炭処理装置3を通過した水の一部を陽極室6aに供給できるように構成してもよい。このような構成にあっても、濃縮水の再利用によって、水の利用効率を高めることが可能となる。
希釈装置100は、例えば、製造装置1の外部に設けられている。希釈装置100は、逆浸透膜モジュール8によって浄化された溶存水素水を用いて透析原剤を希釈する。希釈装置100が溶存水素水を用いて透析原剤を希釈することにより、透析液が調製される。本実施形態では、透析原剤の希釈に用いられる溶存水素水は、陰極室6bにて生成された電解水である。なお、溶存水素水と混合される透析原剤の形態は、液体の他、粉末状であってもよい。粉末状の透析原剤は、溶存水素水に溶解し、透析液が調製される。
電解水生成装置4は、製造装置1に内蔵される形態に限られることなく、例えば、飲用の溶存水素水を生成する装置として単独でも使用可能である。
図2は、飲用の溶存水素水の生成に用いられる電解水生成装置4の一実施形態を示している。電解水生成装置4は、電解槽5と、加圧ポンプ7と、逆浸透膜モジュール8と、濃縮水供給水路9とを有している。電解槽5には、電気分解される水が流入する電解室6が形成されている。電解室6の内部には、陽極給電体61及び陰極給電体62が互いに対向して配置されている。電解室6は、陽極給電体61と陰極給電体62との間に配設された隔膜63によって、陽極室6aと陰極室6bとに区分されている。
この電解水生成装置4では、陰極室6bには原水が供給される。一方、陽極室6aには、上記と同様に、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水が供給される。これにより、電解室6内でそれぞれの水の電気分解が生じ、陰極室6bで溶存水素水が陽極室6aで溶存酸素水がそれぞれ生成される。
陰極室6bで生成された溶存水素水は、送水路12を介して加圧ポンプ7に送水される。十分な水圧の溶存水素水を逆浸透膜モジュール8に供給できる場合には、加圧ポンプ7は省略されていてもよい。この場合、溶存水素水が陰極室6bから逆浸透膜モジュール8に直接供給される。陰極室6bにおける電気分解と逆浸透膜モジュール8における濾過処理とによって、浄化処理された溶存水素水が得られる。
一方、陽極室6aで濃縮水を電気分解することにより生じた酸素ガスは、濃縮水に溶け込んで、排水路13を介して電解水生成装置4の外部に排出される。従って、陽極室6aで発生する酸素ガスを安全な状態で電解水生成装置4から排出可能となる。さらに、これまで単に排出していた濃縮水を陽極室6aに供給し、酸素ガスを溶け込ませて溶存酸素水を生成するために再利用しているので、水の利用効率を高めることが可能となる。
以下、本発明の別の実施形態が図面に基づき説明される。図3には、本発明の別の実施形態の製造装置1Aが示されている。
本実施形態の透析液調製用水の製造装置1Aは、上記電解水生成装置4に替えて電解水生成装置4Aを備える点で製造装置1とは異なっている。
電解水生成装置4Aは、加圧ポンプ7及び逆浸透膜モジュール8が電解槽5の上流側に設けられている点で、電解水生成装置4とは異なっている。本実施形態の透析液調製用水の製造装置1A及び電解水生成装置4Aのうち、以下で説明されてない部分については、上記透析液調製用水の製造装置1及び電解水生成装置4の構成が採用されうる。
製造装置1Aでは、活性炭処理装置3を通過した水は、送水路21を介して電解水生成装置4Aの加圧ポンプ7に送られる。加圧ポンプ7によって加圧された水は、送水路22を介して逆浸透膜モジュール8に供給される。
逆浸透膜モジュール8の逆浸透膜を透過して浄化された処理水は、送水路23を介して陰極室6bに供給される。一方、逆浸透膜モジュール8において、逆浸透膜を透過できなかった不純物を含む濃縮水は、濃縮水供給水路9Aを介して陽極室6aに供給される。本実施形態においても、濃縮水供給水路9Aの一端は逆浸透膜モジュール8の濃縮水排出口に、他端は陽極室6aにそれぞれ接続されている。濃縮水供給水路9Aは、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水を陽極室6aに供給する。
上記製造装置1と同様に、電解室6内でなされる電気分解によって、陰極室6bでは、水素ガスが発生し陰極室6b内の処理水に溶け込む。従って、陰極室6bでは、浄化処理された溶存水素水が生成される。この浄化処理された溶存水素水は、送水路24を介して希釈装置100に供給される。
一方、陽極室6aでは、酸素ガスが発生し陽極室6a内の濃縮水に溶け込む。従って、陽極室6aでは、不純物を含む溶存酸素水が生成される。この不純物を含む溶存酸素水は、排水路25を介して製造装置1Aの外部に排出される。
本実施形態でも、陽極室6aには、濃縮水供給水路9Aを介して濃縮水が継続的に供給されるので、発生した酸素ガスは、濃縮水に溶け込んで、濃縮水と共に陽極室6aから排水路25を介して排出される。従って、高い溶存水素濃度の溶存水素水を生成するときに大量発生する酸素ガスを安全な状態で製造装置1Aから排出可能となる。さらに、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水を陽極室6aに供給し、溶存酸素水を生成するために再利用しているので、水の利用効率を高めることが可能となる。
図3に示されるように、陽極室6aに水を供給する給水路は、濃縮水供給水路9Aのみである。従って、水の利用効率をより一層高めることが可能となる。なお、濃縮水の供給によっては陽極室6aで発生する酸素ガスを十分に溶け込ませることができないおそれがある場合には、例えば、原水又は逆浸透膜モジュール8の逆浸透膜を通過した処理水の一部を陽極室6aに供給できるように構成してもよい。このような構成にあっても、濃縮水の再利用によって、水の利用効率を高めることが可能となる。
本実施形態にあっても、電解水生成装置4Aは、製造装置1Aに内蔵される形態に限られることなく、例えば、飲用の溶存水素水を生成する装置として単独でも使用可能である。
図4は、飲用の溶存水素水の生成に用いられる電解水生成装置4Aの一実施形態を示している。電解水生成装置4Aは、加圧ポンプ7及び逆浸透膜モジュール8が電解槽5の上流側に設けられている点で、図2に示される電解水生成装置4とは異なっている。
この電解水生成装置4Aでは、加圧ポンプ7には、原水が供給される。十分な水圧の原水を逆浸透膜モジュール8に供給できる場合には、加圧ポンプ7は省略されていてもよい。この場合、原水が逆浸透膜モジュール8に直接供給される。
逆浸透膜モジュール8の逆浸透膜を透過して浄化された処理水は、送水路23を介して陰極室6bに供給される。一方、逆浸透膜モジュール8において、逆浸透膜を透過できなかった不純物を含む濃縮水は、濃縮水供給水路9Aを介して陽極室6aに供給される。
上記電解水生成装置4と同様に、陰極室6bでは、処理水の電気分解によって、水素ガスが発生し陰極室6b内の処理水に溶け込む。従って、陰極室6bでは、浄化処理された溶存水素水が生成される。
一方、陽極室6aでは、濃縮水の電気分解によって酸素ガスが発生し陽極室6a内の濃縮水に溶け込む。従って、陽極室6aでは、不純物を含む溶存酸素水が生成される。この不純物を含む溶存酸素水は、排水路25を介して電解水生成装置4Aの外部に排出される。従って、陽極室6aで発生する酸素ガスを安全な状態で電解水生成装置4Aから排出可能となる。さらに、これまで単に排出していた濃縮水を陽極室6aに供給し、酸素ガスを溶け込ませて溶存酸素水を生成するために再利用しているので、水の利用効率を高めることが可能となる。
以上のような構成を有する本願の第1発明に係る電解水生成装置4又は4Aによれば、陰極室6bにおける電気分解と逆浸透膜モジュール8における濾過処理とによって、不純物が除去された溶存水素水が得られる。このとき陽極室6aで副次的に生成される酸素ガスは、濃縮水供給水路9又は9Aを介して供給された濃縮水に溶け込んで、陽極室6aから排出される。従って、高い溶存水素濃度の溶存水素水を生成するときに発生する酸素ガスを安全な状態で電解水生成装置4等から排出可能となる。さらに、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水を陽極室6aに供給し、酸素ガスを溶け込ませて溶存酸素水を生成するために再利用しているので、水の利用効率を高めることが可能となる。
また、本願の第2発明の透析液調製用水の製造装置1又は1Aによれば、上記電解水生成装置4又は4Aによって生成された溶存水素水を用いて透析原剤を混合する透析液調製用水を製造する。これにより、水の利用効率を高めつつ、酸化ストレスの低減に有効な高い溶存水素濃度の透析液調製用水を製造することが可能となる。
以上、本発明の電解水生成装置4、4A及び透析液調製用水の製造装置1、1A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4、4A及び透析液調製用水の製造装置1、1Aは、少なくとも、電気分解される水が流入する電解室6が形成された電解槽5と、電解室6内で、互いに対向して配置された陽極給電体61及び陰極給電体62と、陽極給電体61と陰極給電体62との間に配され、かつ、電解室6を陽極給電体61側の陽極室6aと陰極給電体62側の陰極室6bとに区分する隔膜63と、水を濾過処理する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュール8と、逆浸透膜モジュール8から排出された濃縮水を陽極室6aに供給する濃縮水供給水路9又は9Aとを備えていればよい。
1 透析液調製用水の製造装置
4 電解水生成装置
5 電解槽
6 電解室
6a 陽極室
6b 陰極室
8 逆浸透膜モジュール
9 濃縮水供給水路
9A 濃縮水供給水路
61 陽極給電体
62 陰極給電体
63 隔膜

Claims (6)

  1. 電気分解される水が流入する電解室が形成された電解槽と、
    前記電解室内で、互いに対向して配置された陽極給電体及び陰極給電体と、
    前記陽極給電体と前記陰極給電体との間に配され、かつ、前記電解室を前記陽極給電体側の陽極室と前記陰極給電体側の陰極室とに区分する隔膜と、
    水を濾過処理する逆浸透膜を有する逆浸透膜モジュールとを備えた電解水生成装置であって、
    前記逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水を前記陽極室に供給する濃縮水供給水路をさらに備えたことを特徴とする電解水生成装置。
  2. 前記陽極室に水を供給する給水路は、前記濃縮水供給水路のみである請求項1記載の電解水生成装置。
  3. 前記逆浸透膜モジュールは、前記電解槽の下流側に設けられ、
    前記陰極室にて生成された電解水が前記逆浸透膜モジュールに供給される請求項1又は2に記載の電解水生成装置。
  4. 前記逆浸透膜モジュールは、前記電解槽の上流側に設けられ、
    前記逆浸透膜モジュールによって濾過処理された処理水が前記陰極室に供給される請求項1又は2に記載の電解水生成装置。
  5. 前記隔膜は、固体高分子電解質膜を含む請求項1乃至4のいずれかに記載の電解水生成装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載の電解水生成装置を備え、
    前記陰極室にて生成された電解水を用いて、透析原剤を混合する透析液調製用水を製造することを特徴とする透析液調製用水の製造装置。
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