KR20140129291A - 투석액 제조용수의 제조 장치 - Google Patents
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고체 고분자막(5)을 사용하여 전기 분해를 행하는 전해수 생성 장치(2)와, 역침투막 처리 장치(3)를 구비하는 투석액 제조용수의 제조 장치(1)에 의해, 배수를 가급적으로 감소시킬 수 있으며, pH를 높게 하지 않고도 용존 수소량을 높이기 위한 강한 전기 분해가 가능한 전해수 생성 장치를 구비하는 투석액 제조용수의 제조 장치(1)를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 투석액을 제조하기 위한 투석액 제조용수를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.
신장 기능이 저하되고, 수분량의 조절과 요소 등의 노폐물을 포함하는 체내 유해 물질의 제거를 행하기 위한 오줌 배설이 불가능한 신부전 환자를 위한 유효한 치료법의 하나로, 혈액 투석이 알려져 있다. 혈액 투석은 혈액 펌프를 사용하여 혈액을 체외로 인출하고, 이것을 투석기(다이얼라이저)를 개재하여 투석액과 혈액을 접촉시킴으로써, 농도 구배에 의한 확산 현상을 이용하여 체내 유해 물질 및 수분을 제거한 후, 다시 체내로 되돌리는(반혈) 조작을 연속하여 행하는 치료법이다.
근년, 혈액 투석에 있어서 투석 환자에게 산화 스트레스가 발생하는 것이 알려져 있다. 이것은 투석시에 발생하는 활성 산소가 원인이라고 생각되고 있고, 이 활성 산소를 소거하여 산화 스트레스의 경감을 도모하는 것이 제안되어 있다. 예를 들어 일본 특허 공개 제2000-350989호 공보(특허문헌 1)에서는, 혈액 투석용의 투석액을 제조하는 방법이며, 상기 방법은 격막에 의해 분리된, 음극을 포함하는 음극실과 양극을 포함하는 양극실을 갖는 전해수 생성기를 준비하는 공정과, 적어도 나트륨, 칼륨, 마그네슘 및 칼슘 이온을 포함하는 원수(原水)를 상기 음극실 및 상기 양극실 각각에 보내주는 공정과, 상기 음극과 양극 사이에 전류를 통전하여 상기 원수를 전기 분해하는 공정과, 상기 음극실 내에 있는 물을 취출하는 공정을 구비하고 있고, 상기 음극실 내에 있는 물은 백금 전극을 사용하여 측정된 산화 환원 전위 실측값이 -150mV 내지 0mV의 범위 내에 있고, pH가 8.0 내지 9.5의 범위에 있으며, 체내에서 발생하는 활성 산소를 소거할 수 있는 것을 특징으로 하는 혈액 투석용의 투석액을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
환원수가 갖는 이러한 효과에 대해서, 역침투수를 생성하는 장치에 외장하는 전해 환원수의 생성 장치나, 환원수 생성 장치와 역침투막을 일체화하여, 용이하게 역침투수를 생성하는 장치가 개발되어 있다.
여기서, 도 3은 종래의 전형적인 투석액용수 처리 시스템(101)을 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 3에 나타내는 바와 같이, 종래의 투석액용수 처리 시스템(101)은 원수(시수(市水))(102)를 가압 펌프(103)로 가압하고, 10 내지 30㎛ 공경의 필터(104)로 원수(102) 중의 고형물을 처리한 후, 활성탄 여과 장치(105)로 원수(102)에 포함되는 차아염소산을 제거한 후, 연수화 장치(106)에서 원수(102)의 경도를 낮춘다. 그 후, 전해수 생성 장치(107)에서 전기 분해하여 얻어진 환원수를 환원수 탱크(108)에 저수한다. 환원수 탱크(108)로부터 환원수를 가압 펌프(109)로 가압하여 역침투막 처리 장치(110) 내의 역침투막에 통과시킨다. 역침투막을 통과한 환원수를 RO 탱크(111)에 저수한다. RO 탱크(111)로부터 송수된 환원수는 UV 살균등(112)에 의해 살균 처리가 실시되고, 마이크로 필터(113)를 통과시켜 투석액 공급 장치(114)에 공급한다. 투석액 공급 장치(114)에서는, 공급된 역침투막 처리가 실시된 환원수와 투석 A 원액(115) 및 투석 B 원액(116)을 혼합하여 투석액으로서 각 환자 감시 장치(도시하지 않음)에 공급하여, 환자 감시 장치에 설치되어 있는 투석기를 통하여 환자의 혈액 정화가 행해진다.
또한, 환원수를 이용한 투석 장치로서, 예를 들어 일본 특허 공개 제2010-63629호 공보(특허문헌 2)에는 물에 수소를 혼합하고, 가압하여 수소를 물에 용해시키기 위한 기액 혼합 수단과, 기액 혼합 수단으로 얻어진 수소가 용해된 수중에서 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생 수단과, 미세 기포 발생 수단으로 얻어진 미세 기포를 포함하는 물을 투석액으로서 공급하는 투석액 공급 수단을 구비하는 투석 장치가 개시되어 있다. 이러한 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 투석 장치에 의하면, 투석 환자의 혈액 내의 활성 산소를 소거할 수 있는 투석액을 공급할 수 있음과 동시에, 전기 분해를 행하지 않은 종래 그대로 배수되고 있던 양극수를 생성시키는 일도 없기 때문에, 배수의 낭비를 억제할 수 있다.
도 4는, 종래의 전형적인 전해수 생성 장치(201)에 사용되는 전해조(202)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 환원수는 통상, 양극(203)과 음극(204) 사이에 격막(205)을 배치한 전해조(202) 내에서 전기 분해되며, 음극(204)측에서 얻어진 물을 사용한다. 전기 분해에서는 양극(203)측, 음극(204)측에서 각각 다음과 같은 반응이 일어나고 있다.
양극측: H2O→1/2O2+2H++2e-
음극측: 2H2O+2e-→H2+2OH-
상기 전기 분해에 의해, 전해조(202)의 양극(203)측에서는 전해 산성수가 생성되고 배수된다. 이 전해 산성수의 배수는 수도 요금을 상승시킬 뿐만 아니라, 자원의 낭비라고도 할 수 있다. 이로 인해 배수를 저감시키는 것은 큰 장점이지만, 통상의 전해수 생성 장치의 전해조는 그의 원리상 전해 산성수의 배수를 없앨 수는 없으며, 전해 산성수의 배수를 저감시키면, 양극측에서 생성되는 차아염소산 등이 환원수 측에 혼입되기 때문에, 배수를 저감시키는 데에는 한도가 있었다.
또한, 종래의 전형적인 전해수 생성 장치(201)에서 양극(203)측에는 H+ 이온이 발생하여 산성이 되고, 음극(204)측에는 OH- 이온이 발생하여 알칼리성이 된다. 용존 수소량은 전기 분해의 강도에 비례하기 때문에, 용존 수소를 증가시키려고 하면 음극(204)측의 알칼리성이 높아져 버린다. 그러나, 투석 장치에 적용할 때에 역침투막을 통과시키는 물로서는 pH 10 이상의 물을 통과시키는 것은 바람직하지 않다고 여겨지고 있어, pH의 한계에 의해 용존 수소의 양도 제한되고 있었다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그의 목적으로 하는 것은 배수를 가급적으로 감소시킬 수 있으며, pH를 높게 하지 않고도 용존 수소량을 높이기 위한 강한 전기 분해가 가능한 전해수 생성 장치를 구비하는 투석액 제조용수의 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치는 고체 고분자막을 사용하여 전기 분해를 행하는 전해수 생성 장치와, 역침투막 처리 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치에 있어서는, 역침투막 처리 장치를 통과한 물을 전해수 생성 장치에서 전기 분해할 수도 있고, 또한 전해수 생성 장치에서 생성된 물을 역침투막 처리 장치에 통과시킬 수도 있다.
본 발명에 따르면, 고체 고분자막을 사용하여 전해수 생성 장치에 적용함으로써, 전기 분해 후의 양극측의 물을 배수할 필요가 없어, 전기 분해로 줄어든 물만큼만 보급하면 된다. 또한 고체 고분자막을 사용한 전해수 생성 장치에서는 전기 분해의 전후에서 pH가 변화하지 않기 때문에, 강하게 전기 분해를 행한 물을 역침투막 처리 장치에 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 용존 수소의 양을 증가시키기 위하여 높은 전압을 가한다 하더라도 pH가 변화하지 않기 때문에, 그러한 전기 분해를 행한 후의 물을 역침투막 처리에 제공할 수 있다. 또한, 고체 고분자막(5)을 사용한 전해수 생성 장치(2)에서는 순수(純水)에서도 전기 분해할 수 있기 때문에, 역침투막 처리 장치(3)에서 역침투막 처리를 실시한 후의 물을 전해수 생성 장치(2)에 의한 전기 분해에 제공하도록 할 수도 있고, 이와 같이 함으로써 역침투막 처리 후의 물을 저장하기 위한 탱크(RO 탱크)(21)와는 별도로 전해수 생성 장치(2)에서의 전기 분해 후의 물을 저장하기 위한 탱크나 그를 위한 펌프를 별도 설치할 필요가 없어, 소형화 및 비용 절감도 도모할 수 있다. 또한, 고체 고분자막(5)을 사용한 전해수 생성 장치(2)에서는 미네랄분이 석출되는 경우가 없어, 이것이 전해의 방해가 되는 것을 방지할 수 있다는 효과도 있다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 일례의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)에 있어서의 전해수 생성 장치(2)에 있어서의 전해조(4)를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 종래의 전형적인 투석액용수 처리 시스템(101)을 나타내는 도면이다.
도 4는, 종래의 전형적인 전해수 생성 장치(201)에 사용되는 전해조(202)를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)에 있어서의 전해수 생성 장치(2)에 있어서의 전해조(4)를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 종래의 전형적인 투석액용수 처리 시스템(101)을 나타내는 도면이다.
도 4는, 종래의 전형적인 전해수 생성 장치(201)에 사용되는 전해조(202)를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 일례의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)에 있어서의 전해수 생성 장치(2)에 있어서의 전해조(4)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 고체 고분자막(5)을 사용하여 전기 분해를 행하는 전해수 생성 장치(2)와, 역침투막 처리 장치(3)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서의 전해수 생성 장치(2)에 사용되는 고체 고분자막(5)은, 연료 전지의 분야에 있어서 종래부터 사용되고 있는 적절한 고체 고분자막을 특별한 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들어 불소계 이온 교환 수지 등의 이온 교환 기능을 가진 수지 재료로 형성된 고체 고분자막(5)을 적절하게 사용할 수 있다. 구체적으로는 나피온(듀퐁사 제조), 플레미온(Flemion)(아사히 글래스사 제조), 아시플렉스(Aciplex)(아사히 글래스사 제조) 등의 시판품을 본 발명에 있어서의 고체 고분자막(5)으로서 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 전해수 생성 장치(2)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 고체 고분자막(5)의 양면에 금속층(6)을 개재하여 서로 전기적으로 접속된 양극(7) 및 음극(8)이 배치된 구조체가, 전기 분해에 제공하는 물(10)을 수용한 전해조(9) 내에 침지된 구조를 구비한다.
양극(7)의 재료로서는, 예를 들어 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 니켈, 지르코늄, SUS 등의 도전성 기재에, 백금, 이리듐을 단체(單體) 또는 복합으로 코팅한 것 등을 들 수 있다.
또한 음극(8)의 재료로서는, 예를 들어 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 니켈, 지르코늄, SUS 등의 도전성의 기재에, 백금, 이리듐을 단체 또는 복합으로 코팅한 것 등을 들 수 있다.
양극(7)과 고체 고분자막(5) 사이, 및 음극(8)과 고체 고분자막(5) 사이에 개재되는 금속층(6)을 형성하는 금속 재료로서는, 예를 들어 백금(Pt), 이리듐(Ir)의 단체 또는 복합재 등을 들 수 있다. 금속층(6)의 두께는 특별히 제한되지 않는다.
또한, 전해조(9)로서는 특별히 제한되는 것은 아니고, 당 분야에 있어서 전기 분해용의 전해조로서 사용되는 적절한 전해조를 사용할 수 있다.
이러한 고체 고분자막(5)을 사용한 전해수 생성 장치(2)에서의 전기 분해에서는, 양극(7)측, 음극(8)측에서 각각 다음과 같은 반응이 일어난다.
양극측: H2O→1/2O2+2H++2e-
음극측: 2H++2e-→H2
이러한 고체 고분자막(5)을 사용한 전해수 생성 장치(2)에서는 전기 분해 후의 양극(7)측의 물을 배수할 필요가 없어, 전기 분해에서 줄어든 물의 분만큼만 보급하면 된다. 따라서, 발생한 산소 가스를 뺄 필요는 있지만, 종래의 전해수 생성 장치와 비교하여 배수를 거의 제로(0)로 할 수 있다.
또한, 고체 고분자막(5)을 사용한 전해수 생성 장치(2)에서는 전기 분해의 전후에서 pH가 변화하지 않는다. 따라서, 용존 수소의 양을 증가시키기 위하여 높은 전압을 가하여 강하게 전기 분해를 행했다고 하더라도 pH가 변화하지 않기 때문에, 그러한 전기 분해를 행한 후의 물을 역침투막 처리 장치에 제공하더라도 역침투막이 손상되지 않고 역침투막 처리를 실시할 수 있다.
한편, 고체 고분자막(5)을 사용한 전해수 생성 장치(2)에서는 순수에서도 전기 분해할 수 있기 때문에, 역침투막 처리 장치(3)에서 역침투막 처리를 실시한 후의 물을 전해수 생성 장치(2)에 의한 전기 분해에 제공할 수도 있다. 이렇게 본 발명에서는, 역침투막 처리 장치(3)를 통과한 물을 전해수 생성 장치(2)에서 전기 분해하도록 할 수도 있고, 또한 전해수 생성 장치(2)에서 생성된 물을 역침투막 처리 장치(3)에 통과시키도록 할 수도 있다. 도 1에는, 역침투막 처리 장치(3)를 통과한 물을 전해수 생성 장치(2)에서 전기 분해하도록 한 경우를 나타내고 있는데, 이렇게 함으로써, 역침투막 처리 후의 물을 저장하기 위한 탱크(RO 탱크)(21)와는 별도로 전해수 생성 장치(2)에서의 전기 분해 후의 물을 저장하기 위한 탱크나 그를 위한 펌프를 별도 설치할 필요가 없어, 소형화 및 비용 절감도 도모할 수 있다.
또한, 종래 사용되고 있었던 전해수 생성 장치에서는 음극면에 칼슘(Ca) 등의 미네랄분이 석출되어 전해의 방해가 되고 있었다. 이에 비해, 본 발명과 같이 고체 고분자막(5)을 사용한 전해수 생성 장치(2)에서는 미네랄분이 석출되는 경우는 없어, 이것이 전해의 방해가 되는 것을 방지할 수도 있다.
본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)에 있어서의 역침투막 처리 장치(3)로서는 종래 공지된 적절한 역침투(RO) 장치를 특별한 제한 없이 사용할 수 있고, 구체적으로는 HM500CX(재팬 워트 시스템(Japan Water System)사 제조) 등이 적합하다. 여기서 역침투막 처리란, 반투막을 경계로 하여 농도가 상이한 용액이 있는 경우, 저농도의 용액으로부터 고농도의 용액으로 물이 이동하는 현상인 침투에 대하여, 고농도의 용액측에 압력을 가함으로써 저농도측에 침투한 물을 얻는 처리를 가리킨다. 이 역침투막 처리에 의해, 상술한 일련의 처리에서 얻어진 원수로부터 미량 금속류 등의 불순물을 추가로 제거할 수 있고, 후술하는 ISO13959에 규정되는 수질 기준을 만족시키도록 할 수 있다.
본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)는, 상술한 고체 고분자막(5)을 사용한 전해수 생성 장치(2) 및 역침투막 처리 장치(3) 이외의 구성에 특별한 제한이 있는 것은 아니고, 종래의 투석액 제조용수의 제조 장치와 동일한 구성을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 나타내는 예의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)는 원수(시수)(22)를 가압 펌프(23)로 가압하고, 필터(24)로 원수(22)를 처리한 후, 활성탄 여과 장치(25), 연수화 장치(26)에서 순차 처리를 실시하도록 한다.
본 발명의 투석액 제조용수의 제조 장치(1)에 있어서, 원수(22)로서는 수돗물이나 우물물, 지하수 등을 사용할 수 있다. 이러한 원수(22)를 여과 처리하고, 원수(22) 중에 포함되는 녹(공급 배관으로부터의 석출됨), 모래 등의 거친 티끌을 제거하기 위한 필터(24)로서는 10 내지 30㎛ 공경의 필터를 적절하게 사용할 수 있고, 구체적으로는 25㎛ 필터(재팬 워터 시스템사 제조), 10㎛ 필터(재팬 워터 시스템사 제조) 등이 적합하다.
활성탄 여과 장치(25)는 다공질의 흡착 물질인 활성탄을 사용하여, 원수 중에 포함되는 잔류 염소, 클로라민, 유기물 등을 물리적인 흡착 작용에 의해 제거하는 처리를 실시하기 위한 것이고, 종래 공지된 적절한 활성탄 처리 장치를 특별한 제한없이 사용할 수 있고, 구체적으로는 섬유상 활성탄 MOF250C2(후타무라 가가꾸 고교사 제조) 등이 적합하다.
연수화 장치(26)는 경도 성분인 용해 고형물(칼슘 이온, 마그네슘 이온 등)을 포함하는 경수인 원수로부터, 이온 교환에 의해 경도 성분을 치환 반응에 의해 제거하여 연수로 하는 처리를 실시하기 위한 것이고, 종래 공지된 적절한 연수화 장치를 특별한 제한없이 사용할 수 있고, 구체적으로는 MARK-915U(재팬 워터 시스템사 제조) 등이 적합하다.
그 후, 역침투막 처리 장치(3)에 통과시켜 역침투막 처리를 실시한 물을 전해수 생성 장치(2)에 제공하고, 이것을 전기 분해한 후에 RO 탱크(21)에 저장한다. RO 탱크(21)로부터 송수된 환원수는 UV 살균등(27)에 의해 살균 처리를 실시하고, 마이크로 필터(28)에 통과시켜, 투석액 공급 장치(29)에 공급한다. 투석액 공급 장치(29)에서는, 공급된 역침투막 처리가 실시된 환원수와 투석 A 원액(30) 및 투석 B 원액(31)을 혼합하여 투석액으로서 각 환자 감시 장치(도시하지 않음)에 공급하여, 환자 감시 장치에 설치되어 있는 투석기를 통하여 환자의 혈액 정화가 행해진다.
1: 투석액 제조용수의 제조 장치, 2: 전해수 생성 장치, 3: 역침투막 처리 장치, 4: 전해조, 5: 고체 고분자막, 6: 금속층, 7: 양극, 8: 음극, 9: 전해조, 10: 물, 21: RO 탱크, 22: 원수, 23: 가압 펌프, 24: 필터, 25: 활성탄 여과 장치, 26: 연수화 장치, 27: UV 살균등, 28: 마이크로 필터, 29: 투석액 공급 장치, 30: 투석 A 원액, 31: 투석 B 원액.
Claims (3)
- 고체 고분자막(5)을 사용하여 전기 분해를 행하는 전해수 생성 장치(2)와, 역침투막 처리 장치(3)를 구비하는, 투석액 제조용수의 제조 장치(1).
- 제1항에 있어서, 역침투막 처리 장치(3)를 통과한 물을 전해수 생성 장치(2)에서 전기 분해하는 것인 장치(1).
- 제1항에 있어서, 전해수 생성 장치(2)에서 생성된 물을 역침투막 처리 장치(3)에 통과시키는 것인 장치(1).
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