TW202033456A

TW202033456A - 加氫方法以及加氫裝置

Info

Publication number: TW202033456A
Application number: TW109105878A
Authority: TW
Inventors: 山内悠平
Original assignee: 日本多寧股份有限公司
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2020-09-16
Also published as: JP2020142209A; WO2020179341A1; CN113438968A

Abstract

本發明提供能以簡單的構成生成溶氫濃度高的加氫水的加氫方法等。加氫方法包含：第一工序（S1），生成以氣泡狀態包含氫氣的溶氫水；第二工序（S2），將溶氫水供給至反滲透膜的一側；第三工序（S3），使溶氫水透過至反滲透膜的另一側；第四工序（S4），使氫氣通過反滲透膜進行微細化並透過至另一側；以及第五工序（S5），在另一側得到包含微細化後的氫氣的溶氫水。

Description

加氫方法以及加氫裝置

本發明涉及用於在水中加氫的加氫方法以及加氫裝置。

從以往，提出了多種應用用於在水中加氫的技術的裝置（例如，參照專利文獻1）。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開2015-177912號公報

有鑑於此，吾等發明人乃潛心進一步研究，並著手進行研發及改良，期以一較佳設作以解決上述問題，且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。

（發明要解決的課題）

在上述專利文獻1中公開的裝置包含使氫溶解於水中的電解水產生裝置、以及對溶解有氫的水進行反滲透膜處理的反滲透膜處理裝置。近年，使用溶氫水的血液透析因能降低患者的氧化應激的作用而備受關注，為了提高溶氫濃度，期待進一步的改良。

本發明鑑於以上事實而提出，主要目的在於，提供一種加氫裝置以及加氫方法，能生成溶氫濃度高的加氫水。

（用於解決課題的技術方案）

本發明的第一發明是一種加氫方法，用於在水中加氫，所述加氫方法包含：第一工序，生成以氣泡狀態包含氫氣的溶氫水；第二工序，將所述溶氫水供給至反滲透膜的一側；第三工序，使所述溶氫水透過至所述反滲透膜的另一側；第四工序，使所述氫氣通過所述反滲透膜進行微細化並透過至所述另一側；以及第五工序，在所述另一側得到包含微細化後的所述氫氣的所述溶氫水。

本發明的第二發明是一種加氫裝置，用於在水中加氫，所述加氫裝置具備：溶氫水生成部，生成以氣泡狀態包含氫氣的溶氫水；以及反滲透膜組件，是由反滲透膜將第一室與第二室隔開而成的，所述溶氫水生成部將所述溶氫水供給至所述第一室，所述反滲透膜使所述溶氫水透過，並使氣泡狀態的所述氫氣微細化而透過，從而在所述第二室中得到包含微細化後的所述氫氣的所述溶氫水。

優選地，在本發明所涉及的所述加氫裝置的基礎上，所述溶氫水生成部還具備電解室，所述電解室設置有陽極供電體和陰極供電體，通過對水進行電解來生成所述溶氫水。

優選地，在本發明所涉及的所述加氫裝置的基礎上，所述電解室由固體高分子膜劃分為所述陽極供電體側的陽極室與所述陰極供電體側的陰極室。

優選地，在本發明所涉及的所述加氫裝置的基礎上，包含所述加壓裝置，所述加壓裝置將所述溶氫水以加壓狀態供給至所述反滲透膜組件。

（發明效果）

本第一發明的所述加氫方法將在所述第一工序中生成的以氣泡狀態包含所述氫氣的所述溶氫水在所述第二工序中供給至所述反滲透膜的所述一側。而且，在所述第三工序中使所述溶氫水透過至所述反滲透膜的所述另一側，在第四工序中使所述氫氣由所述反滲透膜進行微細化並透過至所述另一側。由此，在所述第五工序中在所述反滲透膜的另一側得到含有微細化後的所述氫氣的所述溶氫水。微細化後的所述氫氣在所述反滲透膜的另一側能容易地溶入所述溶氫水，在所述另一側得到的所述溶氫水的溶氫濃度容易提高。

本第二發明的所述加氫裝置將在所述溶氫水生成部中生成的以氣泡狀態包含所述氫氣的所述溶氫水供給至所述反滲透膜組件的第一室。而且，所述反滲透膜使所述溶氫水透過，並使氣泡狀態的所述氫氣微細化而透過，從而在所述第二室中得到含有微細化後的所述氫氣的所述溶氫水。由此，微細化後的所述氫氣能在所述第二室中容易地溶入所述溶氫水，在所述第二室得到的所述溶氫水的溶氫濃度容易提高。

關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供鈞上深入瞭解並認同本發明。

以下，基於附圖來說明本發明的一實施方式。

圖1示出了本發明的加氫裝置的一實施方式的概略構成。加氫裝置1是用於在水中加氫的裝置，例如，通過組裝於反滲透膜處理裝置100的內部來用於透析液製備用水的製造。近年，使用加氫水來作為透析液製備用水的血液透析對患者的氧化應激降低有效，因此備受關注。

反滲透膜處理裝置100包含軟水化處理裝置101、活性炭處理裝置102、加氫裝置1以及罐103。反滲透膜處理裝置100在加氫裝置1中生成加氫水，進而通過反滲透處理對該加氫水進行淨化，從而製造透析液製備用水。

向軟水化處理裝置101供給自來水等原水。雖然原水一般採用自來水，但能使用其他水，例如，井水、地下水等。軟水化處理裝置101從原水中去除鈣離子以及鎂離子等硬度成分而軟水化。

活性炭處理裝置102具有作為微細的多孔質物質的活性炭，從軟水化處理裝置101供給的水中吸附或去除氯等。經過活性炭處理裝置102的水經由水路11送往加氫裝置1。

圖2示出了加氫裝置1的概略構成。加氫裝置1具備生成溶氫水的溶氫水生成部2、以及具有反滲透膜73的反滲透膜組件6。加氫裝置1在溶氫水生成部2以及反滲透膜組件6中對從活性炭處理裝置102供給的水加氫。

溶氫水生成部2生成溶入有氫氣的溶氫水201。由溶氫水生成部2生成的溶氫水201是加氫得到的加氫水（第一加氫水）。溶氫水生成部2生成含有氣泡狀態的氫氣301的溶氫水201。氣泡狀態例如是包含能通過目視確認的程度的大小的氣泡的狀態。由溶氫水生成部2生成的溶氫水201經由水路12而被供給至反滲透膜組件6。

圖3放大示出了反滲透膜組件6。反滲透膜組件6將從溶氫水生成部2供給的溶氫水201分離為由反滲透膜73淨化後的處理水與包含雜質的濃縮水。反滲透膜組件6由反滲透膜73隔出第一室71與第二室72。

反滲透膜73是大量形成有大小為2nm以下的極微細的孔73a的多孔質膜，使水分子以及氫分子從孔73a通過。由溶氫水生成部2生成的溶氫水201被供給至第一室71。反滲透膜73將供給至第一室71的溶氫水201進行過濾，去除微量的金屬類等的雜質，來淨化溶氫水201。即，透過反滲透膜73而在第二室72得到的處理水成為由反滲透膜73淨化後的溶氫水202。另一方面，停留在第一室71中的雜質經濃縮的濃縮水經由水路14（參照圖1至3）而排出至反滲透膜組件6的外部。此外，對於反滲透膜組件6，例如能應用JP特開2011-36752號公報等所公開的公知的構成。

在第二室72中得到的處理水是在經過孔73a後仍維持溶解有氫氣的狀態的溶氫水202。第二室72的溶氫水202經由水路13而被供給至罐103。

如圖1所示，罐103貯存從反滲透膜組件6的第二室72供給的溶氫水202。在本實施方式中，由反滲透膜73淨化處理後貯存於罐103的溶氫水202例如滿足透析液製備用水的淨化基準即ISO13959的基準，並作為透析液製備用水而用於透析原劑的稀釋等。

反滲透膜處理裝置100也可以設置有對罐103與溶氫水生成部2進行連接的水路。通過這樣的構成，能使溶氫水202在溶氫水生成部2、反滲透膜組件6以及罐103之間循環的同時，提高溶氫濃度。

如圖3所示，在本加氫裝置1中，反滲透膜73使溶氫水201透過，使氣泡狀態的氫氣301微細化而透過。即，溶氫水201透過反滲透膜73之時，由具有大量微小的孔73a的反滲透膜73對氣泡狀態的氫氣301進行微細化。微細化後的氫氣302透過反滲透膜73，並移動至第二室72，由此，在第二室72中得到包含微細化後的氫氣302的溶氫水202（第二加氫水）。

微細化後的氫氣302與水分子接觸的表面積增大，在第二室72中能容易地溶入至溶氫水202中。由此，在第二室72得到的溶氫水202的溶氫濃度得以提高。即，向反滲透膜組件6供給的第一加氫水成為通過反滲透膜組件6進一步加氫後的第二加氫水，並被供給至罐103。

如圖2所示，在本實施方式中，應用電解槽4作為溶氫水生成部2。電解槽4通過對水進行電解來生成氫分子。通過使該氫分子溶入於水中來生成作為第一加氫水的溶氫水201。

電解槽4具備電解室40，在電解室40內具有第一供電體41和第二供電體42。第一供電體41以及第二供電體42設置於電解室40。

在第一供電體41與第二供電體42之間設置有隔膜43。電解室40由隔膜43劃分為配置有第一供電體41的第一極室40a與配置有第二供電體42的第二極室40b。

圖4示出了溶氫水生成部2的電氣構成。第一供電體41及第二供電體42的極性以及對第一供電體41及第二供電體42施加的電壓由控制部9控制。控制部9例如具有執行各種運算處理、信息處理等的CPU（Central Processing Unit）以及對負責CPU的動作的程序以及各種信息進行存儲的存儲器等。控制部9除了控制第一供電體41及第二供電體42以外，還負責裝置各部的控制。

在第一供電體41與控制部9之間的電流供給線，設置有電流檢測器44。電流檢測器44也可以設置於第二供電體42與控制部9之間的電流供給線。電流檢測器44檢測供給至第一供電體41、第二供電體42的電解電流，並將相當於其值的電信號輸出至控制部9。

控制部9例如根據從電流檢測器44輸出的電信號，來控制施加於第一供電體41以及第二供電體42的直流電壓。更具體而言，控制部9對施加於第一供電體41以及第二供電體42的直流電壓進行反饋控制，以使由電流檢測器44檢測的電解電流成為預先設定的期望的值。例如，在電解電流過大的情況下，控制部9使上述電壓減少，在電解電流過小的情況下，控制部9使上述電壓增加。由此，對供給至第一供電體41以及第二供電體42的電解電流適當地進行控制。更具體而言，控制部9根據由配置於水路11的流量傳感器91檢測到的每單位時間向電解室40供給的流量，來控制向第一供電體41以及第二供電體42供給的電解電流。

在電解室40內對水進行電解來產生氫氣以及氧氣。例如，在陰極側的第二極室40b中產生氫氣，生成溶入有該氫分子的溶氫水201，並供給至反滲透膜組件6。此外，伴隨這樣的電解而生成的溶氫水也稱為“電解氫水”。另一方面，在陽極側的第一極室40a中，產生氧氣。

在第二極室40b中，為了生成含有氣泡狀態的氫氣301的溶氫水201，在第二極室40b中每單位時間產生大量的氫氣即可。故而，控制部9通過增大向第一供電體41以及第二供電體42供給的電解電流而在單位時間產生大量的氫氣，並生成含有氣泡狀態的氫氣301的溶氫水201。

隔膜43例如酌情採用由具有磺酸基的氟系樹脂構成的固體高分子膜。固體高分子膜通過電解使在陽極側的第一極室40a中產生的氧鎓離子向陰極側的第二極室40b移動來作為氫氣的生成原料。因此，在電解時不產生氫氧化物離子，溶氫水201的pH不變化。

加氫裝置1優選包含將溶氫水201以加壓狀態供給至反滲透膜組件6的加壓裝置5。加壓裝置5將溶氫水201以加壓狀態供給至反滲透膜組件6的第一室71，從而在氣泡狀態的氫氣301與反滲透膜73碰撞時，基於水壓而變得容易微細化，透過反滲透膜73的氫氣302增大，因此第二室72中的溶氫水202的溶氫濃度容易提高。

在本實施方式中，電解槽4在第二極室40b中從水生成氣泡狀態的氫氣301，從而第二極室40b的壓力得以提高。因此，電解槽4作為上述加壓裝置5起作用。

此外，作為上述加壓裝置5，可以設置用於將由溶氫水生成部2生成的溶氫水201向反滲透膜組件6加壓傳輸的泵等。

圖5是表示圖1的加氫裝置1的變形例的加氫裝置1A的概略的框圖。針對加氫裝置1A當中的以下未說明的部分，能採用上述加氫裝置1的構成。

加氫裝置1A在將溶氫水生成部2A配置於反滲透膜處理裝置100A的外部這點上與上述加氫裝置1不同。

反滲透膜處理裝置100A包含軟水化處理裝置101、活性炭處理裝置102、反滲透膜組件6A以及罐103。在反滲透膜處理裝置100A中能應用未搭載加氫功能的現有型的裝置。加氫裝置1A在這樣的既存的反滲透膜處理裝置100A的構成中追加加氫的功能，從而降低氫水透析的初始導入成本。

加氫裝置1A具備配置於反滲透膜處理裝置100A的外部的溶氫水生成部2A和構成反滲透膜處理裝置100A的一部分的反滲透膜組件6A。溶氫水生成部2A的構成與溶氫水生成部2相同，反滲透膜組件6A的構成與反滲透膜組件6相同。

在反滲透膜處理裝置100A以及加氫裝置1A中，延伸至反滲透膜處理裝置100A的外部的旁通水路11A的一端與活性炭處理裝置102連接，旁通水路11A的另一端與溶氫水生成部2A連接。經過活性炭處理裝置102的水經由旁通水路11A而被送至加氫裝置1A。

另一方面，延伸至反滲透膜處理裝置100A的外部的旁通水路12A的一端與反滲透膜組件6A連接，旁通水路12A的另一端與溶氫水生成部2連接。由溶氫水生成部2生成的溶氫水201經由旁通水路12A而被供給至反滲透膜組件6。

加氫裝置1A經由旁通水路11A以及12A將溶氫水生成部2A與反滲透膜處理裝置100A連接，從而廉價且容易地實現氫水透析。

圖6示出了使用反滲透膜處理裝置100等而實現的加氫方法的過程。加氫方法包含：生成溶氫水201的第一工序S1、供給溶氫水201的第二工序S2、使溶氫水201透過的第三工序S3、使氫氣302透過的第四工序S4以及得到含有氫氣302的溶氫水202的第五工序S5。

在第一工序中，生成含有氣泡狀態的氫氣301的溶氫水201。在第二工序中，氣泡狀態的氫氣301與溶氫水201一起被供給至反滲透膜73的一側即第一室71。

在第三工序S3中，溶氫水201透過至反滲透膜73的另一側即第二室72。在第四工序S4中，將氫氣301通過反滲透膜73進行分解，使微細化後的氫氣302透過至反滲透膜73的另一側的第二室72。雖然第三工序S3以及第四工序S4同時執行，但也可以其中一個工序先行執行。

而且，在第五工序S5中，在第二室72中得到含有微細化後的氫氣302的溶氫水202。微細化後的氫氣302能在第二室72中容易地溶入溶氫水202，溶氫水202的溶氫濃度容易提高。

以上詳細說明了本發明的加氫裝置1等，但本發明不限於上述具體的實施方式而變更為各種各樣的形態來實施。即，加氫裝置1構成為如下即可。加氫裝置1具備：溶氫水生成部2，至少生成以氣泡狀態包含氫氣301的溶氫水201；以及反滲透膜組件6，是由反滲透膜73將第一室71與第二室72隔開而成的，溶氫水生成部2將溶氫水201供給至第一室71，反滲透膜73使溶氫水201透過，使氣泡狀態的氫氣301微細化而透過，從而在第二室72中得到包含微細化後的氫氣302的溶氫水202。

例如，溶氫水生成部2不限於電解槽4。例如，可以是使通過水與鎂的化學反應等而產生的氫分子溶解於水來生成溶氫水的裝置、或者是使從氫氣儲罐供給的氫氣（氫分子）溶解於水來生成溶氫水的裝置。

加氫裝置1除了生成透析液調製用的加氫水以外，還能適用於各種用途。例如，還能廣泛適用於飲用、烹飪用或農業用的加氫水的生成等。

另外，加氫方法至少包含以下工序即可：第一工序S1，生成以氣泡狀態包含氫氣301的溶氫水201；第二工序S2，將溶氫水201供給至反滲透膜73的一側；第三工序S3，使溶氫水201透過至反滲透膜73的另一側；第四工序S4，使氫氣301通過反滲透膜73進行微細化並透過至反滲透膜73的另一側；以及第五工序S5，在反滲透膜73的另一側得到包含微細化後的氫氣302的溶氫水202。

綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。

惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

〔本發明〕 1:加氫裝置 1A:加氫裝置 100:反滲透膜處理裝置 100A:反滲透膜處理裝置 101:軟水化處理裝置 102:活性炭處理裝置 103:罐 11:水路 11A:旁通水路 12:水路 12A:旁通水路 13:水路 14:水路 2:溶氫水生成部 2A:溶氫水生成部 201:溶氫水 202:溶氫水 301:氣泡狀態的氫氣 302:微細化後的氫氣 4:電解槽 40:電解室 40a:第一極室 40b:第二極室 41:第一供電體 42:第二供電體 43:隔膜 44:電流檢測器 5:加壓裝置 6:反滲透膜組件 6A:反滲透膜組件 71:第一室 72:第二室 73:反滲透膜 73a:孔 9:控制部 91:流量傳感器 S1:第一工序 S2:第二工序 S3:第三工序 S4:第四工序 S5:第五工序

[圖1]係表示包含本發明的加氫裝置的反滲透膜處理裝置的一實施方式的概略構成的框圖; [圖2]係表示圖1的加氫裝置的概略構成的圖; [圖3]係表示圖2的反滲透膜組件的概略構成的圖; [圖4]係表示圖2的加氫裝置的電氣構成的框圖; [圖5]係表示圖1的加氫裝置的變形例的圖; [圖6]係表示本發明的加氫方法的處理過程的流程圖。

S1:第一工序

S2:第二工序

S3:第三工序

S4:第四工序

S5:第五工序

Claims

一種加氫方法，用於在水中加氫，所述加氫方法包含：第一工序，生成以氣泡狀態包含氫氣的溶氫水；第二工序，將所述溶氫水供給至反滲透膜的一側；第三工序，使所述溶氫水透過至所述反滲透膜的另一側；第四工序，使所述氫氣通過所述反滲透膜進行微細化並透過至所述另一側；以及第五工序，在所述另一側得到包含微細化後的所述氫氣的所述溶氫水。
一種加氫裝置，用於在水中加氫，所述加氫裝置具備：溶氫水生成部，生成以氣泡狀態包含氫氣的溶氫水；以及反滲透膜組件，是由反滲透膜將第一室與第二室隔開而成的，所述溶氫水生成部將所述溶氫水供給至所述第一室，所述反滲透膜使所述溶氫水透過，並使氣泡狀態的所述氫氣微細化而透過，從而在所述第二室中得到包含微細化後的所述氫氣的所述溶氫水。
如請求項2所述之加氫裝置，其中，所述溶氫水生成部還具備電解室，所述電解室設置有陽極供電體和陰極供電體，通過對水進行電解來生成所述溶氫水。
如請求項3所述之加氫裝置，其中，所述電解室由固體高分子膜劃分為所述陽極供電體側的陽極室與所述陰極供電體側的陰極室。
如請求項2至4項中任一項所述之加氫裝置，其中，所述加氫裝置包含加壓裝置，所述加壓裝置將所述溶氫水以加壓狀態供給至所述反滲透膜組件。