WO2020179341A1 - 水素付加方法及び水素付加装置 - Google Patents

水素付加方法及び水素付加装置 Download PDF

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悠平 山内
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株式会社日本トリム
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    • A61M1/14—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
    • A61M1/16—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis with membranes
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01J7/00—Apparatus for generating gases
    • B01J7/02—Apparatus for generating gases by wet methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/68—Treatment of water, waste water, or sewage by addition of specified substances, e.g. trace elements, for ameliorating potable water

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogenation method and a hydrogenation apparatus for adding hydrogen to water.
  • Patent Document 1 includes an electrolyzed water generator that dissolves hydrogen in water, and a reverse osmosis membrane treatment device that performs reverse osmosis membrane treatment on water in which hydrogen is dissolved.
  • hemodialysis using dissolved hydrogen water has attracted attention because it can be expected to have an action of reducing oxidative stress in patients, and further improvement is expected to increase the concentration of dissolved hydrogen.
  • the present invention has been devised in view of the above circumstances, and its main object is to provide a hydrogenation method and a hydrogenation device that can generate hydrogenated water having a high dissolved hydrogen concentration.
  • a first invention of the present invention is a hydrogenation method for adding hydrogen to water, comprising: a first step of producing a dissolved hydrogen water containing hydrogen gas in a bubble state; and the reverse osmosis of the dissolved hydrogen water.
  • a second invention of the present invention is a hydrogenation apparatus for adding hydrogen to water, comprising: a dissolved hydrogen water producing unit for producing dissolved hydrogen water containing hydrogen gas in a bubble state; and the reverse osmosis membrane, A reverse osmosis membrane module having a first chamber and a second chamber separated from each other, wherein the dissolved hydrogen water producing unit supplies the dissolved hydrogen water to the first chamber, and the reverse osmosis membrane is provided with the dissolved hydrogen.
  • the dissolved hydrogen water containing the hydrogen gas atomized in the second chamber is obtained by allowing water to permeate and atomizing the hydrogen gas in the form of bubbles.
  • the dissolved hydrogen water producing unit is provided with an anode power feeding body and a cathode power feeding body, and further includes an electrolysis chamber that produces the dissolved hydrogen water by electrolyzing water. Is desirable.
  • the electrolytic chamber is divided into an anode chamber on the anode feeder side and a cathode chamber on the cathode feeder side by a solid polymer film.
  • the hydrogen addition device preferably includes a pressurizing device that supplies the dissolved hydrogen water to the reverse osmosis membrane module in a pressurized state.
  • the dissolved hydrogen water containing the hydrogen gas produced in the first step in a bubble state is supplied to the one side of the reverse osmosis membrane in the second step. ..
  • the dissolved hydrogen water is permeated to the other side of the reverse osmosis membrane
  • the hydrogen gas is atomized by the reverse osmosis membrane and permeated to the other side.
  • the dissolved hydrogen water containing the atomized hydrogen gas is obtained on the other side of the reverse osmosis membrane.
  • the atomized hydrogen gas can be easily dissolved in the dissolved hydrogen water on the other side of the reverse osmosis membrane, and the dissolved hydrogen concentration of the dissolved hydrogen water obtained on the other side can be easily increased.
  • the hydrogen addition device of the second invention supplies the dissolved hydrogen water containing the hydrogen gas generated in the dissolved hydrogen water generation unit in a bubble state to the first chamber of the reverse osmosis membrane module. Then, the reverse osmosis membrane allows the dissolved hydrogen water to permeate, and the hydrogen gas in a bubble state is atomized to permeate the hydrogen gas, so that the dissolved hydrogen water containing the hydrogen gas atomized in the second chamber is included. Is obtained. As a result, the atomized hydrogen gas can be easily dissolved in the dissolved hydrogen water in the second chamber, and the dissolved hydrogen concentration of the dissolved hydrogen water obtained in the second chamber can be easily increased. ..
  • the figure which shows schematic structure of the hydrogenation apparatus of FIG. The figure which shows schematic structure of the reverse osmosis membrane module of FIG.
  • the block diagram which shows the electric constitution of the hydrogenation apparatus of FIG. The figure which shows the modification of the hydrogenation apparatus of FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of the hydrogenation apparatus of the present invention.
  • the hydrogenation device 1 is a device for adding hydrogen to water, and is incorporated in the reverse osmosis membrane treatment device 100, for example, and is used for producing dialysate preparation water.
  • the reverse osmosis membrane treatment device 100 for example, and is used for producing dialysate preparation water.
  • hemodialysis using hydrogenated water as dialysate preparation water has been attracting attention as being effective in reducing oxidative stress in patients.
  • the reverse osmosis membrane treatment device 100 includes a water softening treatment device 101, an activated carbon treatment device 102, a hydrogen addition device 1, and a tank 103.
  • the reverse osmosis membrane treatment apparatus 100 produces hydrogenated water in the hydrogenation apparatus 1 and further purifies the hydrogenated water by reverse osmosis treatment to produce dialysate preparation water.
  • Raw water such as tap water is supplied to the water softening treatment device 101.
  • Tap water is generally used as the raw water, but in addition, for example, well water, groundwater and the like can be used.
  • the water softening treatment device 101 removes hardness components such as calcium ions and magnesium ions from the raw water to soften the water.
  • the activated carbon treatment device 102 has activated carbon which is a fine porous substance, and adsorbs and removes chlorine and the like from the water supplied from the water softening treatment device 101.
  • the water that has passed through the activated carbon treatment device 102 is sent to the hydrogenation device 1 via the water channel 11.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of the hydrogen addition device 1.
  • the hydrogenation device 1 includes a dissolved hydrogen water production unit 2 that produces dissolved hydrogen water, and a reverse osmosis membrane module 6 having a reverse osmosis membrane 73.
  • the hydrogen addition device 1 adds hydrogen to the water supplied from the activated carbon treatment device 102 in the dissolved hydrogen water production unit 2 and the reverse osmosis membrane module 6.
  • the dissolved hydrogen water generation unit 2 generates dissolved hydrogen water 201 in which hydrogen gas is dissolved.
  • the dissolved hydrogen water 201 generated by the dissolved hydrogen water generating unit 2 is hydrogen-added water (first hydrogen-added water) to which hydrogen has been added.
  • the dissolved hydrogen water generation unit 2 generates dissolved hydrogen water 201 containing hydrogen gas 301 in a bubble state.
  • the bubble state is, for example, a state containing bubbles having a size that can be visually confirmed.
  • the dissolved hydrogen water 201 generated by the dissolved hydrogen water generating unit 2 is supplied to the reverse osmosis membrane module 6 via the water channel 12.
  • FIG. 3 shows the reverse osmosis membrane module 6 in an enlarged manner.
  • the reverse osmosis membrane module 6 separates the dissolved hydrogen water 201 supplied from the dissolved hydrogen water generation unit 2 into treated water purified by the reverse osmosis membrane 73 and concentrated water containing impurities.
  • the reverse osmosis membrane module 6 is separated into a first chamber 71 and a second chamber 72 by a reverse osmosis membrane 73.
  • the reverse osmosis membrane 73 is a porous membrane in which a large number of extremely fine holes 73a having a size of 2 nm or less are formed, and water molecules and hydrogen molecules pass through the holes 73a.
  • Dissolved hydrogen water 201 generated by the dissolved hydrogen water generation unit 2 is supplied to the first chamber 71.
  • the reverse osmosis membrane 73 filters the dissolved hydrogen water 201 supplied to the first chamber 71, removes a trace amount of impurities such as metals, and purifies the dissolved hydrogen water 201. That is, the treated water that has passed through the reverse osmosis membrane 73 and obtained in the second chamber 72 becomes the dissolved hydrogen water 202 purified by the reverse osmosis membrane 73.
  • the reverse osmosis membrane module 6 may have a known configuration disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-36752.
  • the treated water obtained in the second chamber 72 is the dissolved hydrogen water 202 that maintains the state in which the hydrogen gas is dissolved even after passing through the hole 73a.
  • the dissolved hydrogen water 202 in the second chamber 72 is supplied to the tank 103 via the water channel 13.
  • the tank 103 stores the dissolved hydrogen water 202 supplied from the second chamber 72 of the reverse osmosis membrane module 6.
  • the dissolved hydrogen water 202 stored in the tank 103 after being purified by the reverse osmosis membrane 73 satisfies, for example, the standard of ISO13959, which is the purification standard of dialysate preparation water, and is used as dialysate preparation water. It is used for diluting dialysis raw materials.
  • the reverse osmosis membrane treatment device 100 may be provided with a water channel connecting the tank 103 and the dissolved hydrogen water generation unit 2. With such a configuration, the dissolved hydrogen concentration can be increased while circulating the dissolved hydrogen water 202 between the dissolved hydrogen water generating unit 2, the reverse osmosis membrane module 6 and the tank 103.
  • the reverse osmosis membrane 73 allows the dissolved hydrogen water 201 to permeate, and the hydrogen gas 301 in the form of bubbles to be finely permeated. That is, when the dissolved hydrogen water 201 permeates the reverse osmosis membrane 73, the hydrogen gas 301 in a bubble state is miniaturized by the reverse osmosis membrane 73 having many fine holes 73a.
  • the atomized hydrogen gas 302 permeates the reverse osmosis membrane 73 and moves to the second chamber 72, whereby the dissolved hydrogen water 202 containing the atomized hydrogen gas 302 in the second chamber 72 (second Hydrogenated water) is obtained.
  • the micronized hydrogen gas 302 has an increased surface area in contact with water molecules, and can be easily dissolved in the dissolved hydrogen water 202 in the second chamber 72. As a result, the dissolved hydrogen concentration of the dissolved hydrogen water 202 obtained in the second chamber 72 is increased. That is, the first hydrogen-added water supplied to the reverse osmosis membrane module 6 becomes the second hydrogen-added water to which hydrogen has been further added by the reverse osmosis membrane module 6, and is supplied to the tank 103.
  • the electrolytic cell 4 is applied as the dissolved hydrogen water generating unit 2.
  • the electrolysis tank 4 generates hydrogen molecules by electrolyzing water. When these hydrogen molecules dissolve in water, dissolved hydrogen water 201, which is the first hydrogenated water, is generated.
  • the electrolysis tank 4 includes an electrolysis chamber 40, and has a first power feeding body 41 and a second power feeding body 42 in the electrolysis chamber 40.
  • the first feeding body 41 and the second feeding body 42 are provided in the electrolytic chamber 40.
  • a diaphragm 43 is provided between the first feeding body 41 and the second feeding body 42.
  • the electrolytic chamber 40 is divided by the diaphragm 43 into a first pole chamber 40a in which the first power feeding body 41 is arranged and a second pole chamber 40b in which the second power feeding body 42 is arranged.
  • FIG. 4 shows the electrical configuration of the dissolved hydrogen water generation unit 2.
  • the polarities of the first feeder 41 and the second feeder 42 and the voltages applied to the first feeder 41 and the second feeder 42 are controlled by the control unit 9.
  • the control unit 9 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes various types of arithmetic processing and information processing, a program that controls the operation of the CPU, and a memory that stores various types of information.
  • the control unit 9 controls the respective units of the device in addition to the first power feeding body 41 and the second power feeding body 42.
  • a current detector 44 is provided in the current supply line between the first power feeding body 41 and the control unit 9.
  • the current detector 44 may be provided in the current supply line between the second power feeder 42 and the control unit 9.
  • the current detector 44 detects the electrolytic current supplied to the first feeding body 41 and the second feeding body 42, and outputs an electric signal corresponding to the value to the control unit 9.
  • the control unit 9 controls the DC voltage applied to the first feeding body 41 and the second feeding body 42, for example, based on the electric signal output from the current detector 44. More specifically, the control unit 9 applies a DC voltage to the first feeding body 41 and the second feeding body 42 so that the electrolytic current detected by the current detector 44 becomes a preset desired value. Feedback control. For example, when the electrolytic current is excessive, the control unit 9 reduces the voltage, and when the electrolytic current is too small, the control unit 9 increases the voltage. Accordingly, the electrolytic current supplied to the first power feeding body 41 and the second power feeding body 42 is appropriately controlled. More specifically, the control unit 9 controls the first power feeding body 41 and the second power feeding body based on the flow rate supplied to the electrolysis chamber 40 per unit time detected by the flow rate sensor 91 arranged in the water channel 11. The electrolytic current supplied to 42 is controlled.
  • Hydrogen gas and oxygen gas are generated by electrolysis of water in the electrolytic chamber 40.
  • hydrogen gas is generated, and dissolved hydrogen water 201 in which the hydrogen molecules are dissolved is generated and supplied to the reverse osmosis membrane module 6.
  • the dissolved hydrogen water produced by such electrolysis is also referred to as “electrolytic hydrogen water”.
  • oxygen gas is generated in the first electrode chamber 40a on the anode side.
  • the control unit 9 In order to generate the dissolved hydrogen water 201 containing the hydrogen gas 301 in the bubble state in the second electrode chamber 40b, a large amount of hydrogen gas may be generated per unit time in the second electrode chamber 40b. Therefore, the control unit 9 generates a large amount of hydrogen gas per unit time by increasing the electrolytic current supplied to the first power feeding body 41 and the second power feeding body 42, and the hydrogen gas 301 in the bubble state is included. Dissolved hydrogen water 201 is generated.
  • the diaphragm 43 for example, a solid polymer film made of a fluororesin having a sulfonic acid group is appropriately used.
  • the oxonium ion generated in the first electrode chamber 40a on the anode side is moved to the second electrode chamber 40b on the cathode side by electrolysis, and is used as a raw material for producing hydrogen gas. Therefore, the pH of the dissolved hydrogen water 201 does not change without generating hydroxide ions during electrolysis.
  • the hydrogen addition device 1 preferably includes a pressurizing device 5 that supplies the dissolved hydrogen water 201 to the reverse osmosis membrane module 6 in a pressurized state.
  • the pressurizing device 5 supplies the dissolved hydrogen water 201 to the first chamber 71 of the reverse osmosis membrane module 6 in a pressurized state, so that when the hydrogen gas 301 in a bubble state collides with the reverse osmosis membrane 73, it is atomized by water pressure. Since the hydrogen gas 302 that permeates the reverse osmosis membrane 73 increases, the dissolved hydrogen concentration of the dissolved hydrogen water 202 in the second chamber 72 can be easily increased.
  • the electrolytic cell 4 generates hydrogen gas 301 in the form of bubbles from water in the second electrode chamber 40b, so that the pressure in the second electrode chamber 40b is increased. Therefore, the electrolytic cell 4 functions as the pressurizing device 5.
  • a pump or the like may be provided for pumping the dissolved hydrogen water 201 generated in the dissolved hydrogen water generating unit 2 to the reverse osmosis membrane module 6.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an outline of a hydrogenation apparatus 1A which is a modification of the hydrogenation apparatus 1 of FIG.
  • the above-described configuration of the hydrogenation apparatus 1 can be adopted for a portion of the hydrogenation apparatus 1A not described below.
  • the hydrogen addition device 1A is different from the hydrogen addition device 1 in that the dissolved hydrogen water production unit 2A is arranged outside the reverse osmosis membrane treatment device 100A.
  • the reverse osmosis membrane treatment apparatus 100A includes a water softening treatment apparatus 101, an activated carbon treatment apparatus 102, a reverse osmosis membrane module 6A, and a tank 103.
  • a conventional device that does not have a function of adding hydrogen can be applied to the reverse osmosis membrane treatment device 100A.
  • the hydrogen addition device 1A adds a function of adding hydrogen to the structure of the existing reverse osmosis membrane treatment device 100A, and reduces the initial introduction cost of hydrogen water dialysis.
  • the hydrogen addition device 1A includes a dissolved hydrogen water production unit 2A arranged outside the reverse osmosis membrane treatment device 100A, and a reverse osmosis membrane module 6A forming a part of the reverse osmosis membrane treatment device 100A.
  • the dissolved hydrogen water producing unit 2A has the same configuration as the dissolved hydrogen water producing unit 2, and the reverse osmosis membrane module 6A has the same configuration as the reverse osmosis membrane module 6.
  • one end of a bypass water channel 11A extending to the outside of the reverse osmosis membrane treatment apparatus 100A is connected to the activated carbon treatment apparatus 102, and the other end of the bypass water channel 11A is dissolved hydrogen water. It is connected to the generation unit 2A.
  • the water that has passed through the activated carbon treatment device 102 is sent to the hydrogenation device 1A via the bypass water channel 11A.
  • the reverse osmosis membrane module 6A is connected to one end of a bypass water channel 12A extending to the outside of the reverse osmosis membrane treatment apparatus 100A, and the other end of the bypass water channel 12A is connected to the dissolved hydrogen water generating unit 2.
  • the dissolved hydrogen water 201 generated by the dissolved hydrogen water generating unit 2 is supplied to the reverse osmosis membrane module 6 via the bypass water channel 12A.
  • the hydrogen addition device 1A realizes hydrogen water dialysis easily at low cost by connecting the dissolved hydrogen water producing unit 2A to the reverse osmosis membrane treatment device 100A via the bypass water channels 11A and 12A.
  • FIG. 6 shows the procedure of the hydrogenation method realized by using the reverse osmosis membrane treatment device 100 or the like.
  • the hydrogenation method includes a first step S1 of generating dissolved hydrogen water 201, a second step S2 of supplying dissolved hydrogen water 201, a third step S3 of allowing dissolved hydrogen water 201 to permeate, and a hydrogen gas 302 to permeate.
  • the fourth step S4 and the fifth step S5 for obtaining the dissolved hydrogen water 202 containing the hydrogen gas 302 are included.
  • dissolved hydrogen water 201 containing hydrogen gas 301 in a bubble state is generated.
  • the hydrogen gas 301 in a bubble state together with the dissolved hydrogen water 201 is supplied to one side of the reverse osmosis membrane 73, that is, the first chamber 71.
  • the dissolved hydrogen water 201 permeates the other side of the reverse osmosis membrane 73, that is, the second chamber 72.
  • the hydrogen gas 301 is decomposed by the reverse osmosis membrane 73, and the atomized hydrogen gas 302 is transmitted to the second chamber 72 on the other side of the reverse osmosis membrane 73.
  • the third step S3 and the fourth step S4 are executed at the same time, but either of them may be executed in advance.
  • the dissolved hydrogen water 202 containing the atomized hydrogen gas 302 is obtained in the second chamber 72.
  • the atomized hydrogen gas 302 can be easily dissolved in the dissolved hydrogen water 202 in the second chamber 72, and the dissolved hydrogen concentration of the dissolved hydrogen water 202 can be easily increased.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned specific embodiment, but is modified to various embodiments. That is, in the hydrogenation device 1, at least the first chamber 71 and the second chamber 72 are formed by the dissolved hydrogen water producing unit 2 that produces the dissolved hydrogen water 201 containing the hydrogen gas 301 in the form of bubbles and the reverse osmosis membrane 73. And a reverse osmosis membrane module 6 separated from each other, the dissolved hydrogen water producing unit 2 supplies the dissolved hydrogen water 201 to the first chamber 71, and the reverse osmosis membrane 73 allows the dissolved hydrogen water 201 to permeate and form a bubble state. It suffices that the dissolved hydrogen water 202 containing the hydrogen gas 302 atomized in the second chamber 72 is obtained by atomizing the hydrogen gas 301 of FIG.
  • the dissolved hydrogen water producing unit 2 is not limited to the electrolytic cell 4.
  • the hydrogenation device 1 and the like can be applied to various uses other than the generation of hydrogenated water for preparing dialysate. For example, it can be widely applied to the production of hydrogenated water for drinking, cooking or agriculture.
  • the hydrogen addition method includes at least a first step S1 of generating dissolved hydrogen water 201 containing hydrogen gas 301 in a bubble state and a second step S2 of supplying the dissolved hydrogen water 201 to one side of the reverse osmosis membrane 73. And a third step S3 of permeating the dissolved hydrogen water 201 to the other side of the reverse osmosis membrane 73, and a fourth step S4 of refining the hydrogen gas 301 by the reverse osmosis membrane 73 and permeating to the other side of the reverse osmosis membrane 73.
  • the other side of the reverse osmosis membrane 73 may include the fifth step S5 of obtaining the dissolved hydrogen water 202 containing the atomized hydrogen gas 302.

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Abstract

水素付加方法は、水素ガスが気泡状態で含まれる溶存水素水を生成する第１工程Ｓ１と、溶存水素水を逆浸透膜の一方側に供給する第２工程Ｓ２と、溶存水素水を逆浸透膜の他方側に透過させる第３工程Ｓ３と、水素ガスを逆浸透膜によって微細化し、他方側に透過させる第４工程Ｓ４と、他方側で、微細化された水素ガスが含まれる溶存水素水を得る第５工程Ｓ５とを含む。

Description

水素付加方法及び水素付加装置
　本発明は、水に水素を付加するための水素付加方法及び水素付加装置に関する。
　従来から、水に水素を付加するための技術を応用する装置が、種々提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５－１７７９１２号公報
　上記特許文献１にて開示されている装置は、水に水素を溶解させる電解水生成装置と、水素が溶解した水に対して逆浸透膜処理を行う逆浸透膜処理装置を含んでいる。近年、溶存水素水を用いた血液透析は、患者の酸化ストレスを低減する作用が期待できるとして注目され、溶存水素濃度を高めるために、さらなる改良が期待されている。
　本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、溶存水素濃度の高い水素付加水を生成できる水素付加方法及び水素付加装置を提供することを主たる目的としている。
　本発明の第１発明は、水に水素を付加するための水素付加方法であって、水素ガスが気泡状態で含まれる溶存水素水を生成する第１工程と、前記溶存水素水を前記逆浸透膜の一方側に供給する第２工程と、前記溶存水素水を前記逆浸透膜の他方側に透過させる第３工程と、前記水素ガスを前記逆浸透膜によって微細化し、前記他方側に透過させる第４工程と、前記他方側で、微細化された前記水素ガスが含まれる前記溶存水素水を得る第５工程とを含む。
　本発明の第２発明は、水に水素を付加するための水素付加装置であって、水素ガスが気泡状態で含まれる溶存水素水を生成する溶存水素水生成部と、前記逆浸透膜によって、第１室と第２室とが隔てられた逆浸透膜モジュールとを備え、前記溶存水素水生成部は、前記溶存水素水を前記第１室に供給し、前記逆浸透膜は、前記溶存水素水を透過させ、気泡状態の前記水素ガスを微細化して透過させることにより、前記第２室で微細化された前記水素ガスが含まれる前記溶存水素水を得る。
　本発明に係る前記水素付加装置において、前記溶存水素水生成部は、陽極給電体と陰極給電体が設けられ、水を電気分解することにより前記溶存水素水を生成する電解室をさらに備える、ことが望ましい。
　本発明に係る前記水素付加装置において、前記電解室は、固体高分子膜によって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に区分されている、ことが望ましい。
　本発明に係る前記水素付加装置において、前記溶存水素水を、加圧状態で前記逆浸透膜モジュールに供給する加圧装置を含む、ことが望ましい。
　本第１発明の前記水素付加方法は、前記第１工程で生成された前記水素ガスが気泡状態で含まれる前記溶存水素水を、前記第２工程で前記逆浸透膜の前記一方側に供給する。そして、前記第３工程で、前記溶存水素水を前記逆浸透膜の前記他方側に透過させ、第４工程で、前記水素ガスを前記逆浸透膜によって微細化し、前記他方側に透過させる。これにより、前記第５工程で、前記逆浸透膜の他方側で、微細化された前記水素ガスが含まれる前記溶存水素水が得られる。微細化された前記水素ガスは、前記逆浸透膜の他方側で前記溶存水素水に容易に溶け込むことができ、前記他方側にて得られる前記溶存水素水の溶存水素濃度が容易に高められる。
　本第２発明の前記水素付加装置は、前記溶存水素水生成部で生成された前記水素ガスが気泡状態で含まれる前記溶存水素水を、前記逆浸透膜モジュールの第１室に供給する。そして、前記逆浸透膜は、前記溶存水素水を透過させ、気泡状態の前記水素ガスを微細化して透過させることにより、前記第２室で微細化された前記水素ガスが含まれる前記溶存水素水が得られる。これにより、微細化された前記水素ガスは、前記第２室で前記溶存水素水に容易に溶け込むことができ、前記第２室にて得られる前記溶存水素水の溶存水素濃度が容易に高められる。
本発明の水素付加装置を含む逆浸透膜処理装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図。 図１の水素付加装置の概略構成を示す図。 図２の逆浸透膜モジュールの概略構成を示す図。 図２の水素付加装置の電気的構成を示すブロック図。 図１の水素付加装置の変形例を示す図。 本発明の水素付加方法の処理手順を示すフローチャート。
　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、本発明の水素付加装置の一実施形態の概略構成を示している。水素付加装置１は、水に水素を付加するための装置であり、例えば、逆浸透膜処理装置１００の内部に組み込まれることにより、透析液調製用水の製造に用いられる。近年、透析液調製用水として水素付加水を用いた血液透析は、患者の酸化ストレス低減に有効であるとして、注目されている。
　逆浸透膜処理装置１００は、軟水化処理装置１０１と、活性炭処理装置１０２と、水素付加装置１と、タンク１０３とを含んでいる。逆浸透膜処理装置１００は、水素付加装置１において水素付加水を生成し、さらにその水素付加水を逆浸透処理によって浄化して、透析液調製用水を製造する。
  軟水化処理装置１０１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。軟水化処理装置１０１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１０２は、微細な多孔質物質である活性炭を有し、軟水化処理装置１０１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１０２を通過した水は、水路１１を介して水素付加装置１に送られる。
　図２は、水素付加装置１の概略構成を示している。水素付加装置１は、溶存水素水を生成する溶存水素水生成部２と、逆浸透膜７３を有する逆浸透膜モジュール６とを備える。水素付加装置１は、溶存水素水生成部２及び逆浸透膜モジュール６において、活性炭処理装置１０２から供給された水に水素を付加する。
　溶存水素水生成部２は、水素ガスが溶け込んだ溶存水素水２０１を生成する。溶存水素水生成部２によって生成された溶存水素水２０１は、水素が付加された水素付加水（第１水素付加水）である。溶存水素水生成部２は、気泡状態の水素ガス３０１が含まれる溶存水素水２０１を生成する。気泡状態とは、例えば、目視によって確認できる程度の大きさの気泡を含んだ状態である。溶存水素水生成部２にて生成された溶存水素水２０１は、水路１２を介して逆浸透膜モジュール６に供給される。
　図３は、逆浸透膜モジュール６を拡大して示している。逆浸透膜モジュール６は、溶存水素水生成部２から供給された溶存水素水２０１を、逆浸透膜７３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する。逆浸透膜モジュール６は、逆浸透膜７３によって、第１室７１と第２室７２とに隔てられている。
　逆浸透膜７３は、大きさが２nm以下の極めて微細な孔７３ａが多数形成された多孔質膜であり、孔７３ａから水分子及び水素分子を通過させる。第１室７１には、溶存水素水生成部２にて生成された溶存水素水２０１が供給される。逆浸透膜７３は、第１室７１に供給された溶存水素水２０１を濾過し、微量な金属類等の不純物を取り除き、溶存水素水２０１を浄化する。すなわち、逆浸透膜７３を透過し第２室７２で得られた処理水は、逆浸透膜７３によって浄化された溶存水素水２０２となる。一方、第１室７１に留まった不純物が濃縮された濃縮水は、水路１４（図１乃至３参照）を介して逆浸透膜モジュール６の外部に排出される。なお、逆浸透膜モジュール６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。
　第２室７２にて得られた処理水は、孔７３ａを通過した後にも水素ガスが溶解した状態が維持される溶存水素水２０２である。第２室７２の溶存水素水２０２は、水路１３を介してタンク１０３に供給される。
　図１に示されるように、タンク１０３は、逆浸透膜モジュール６の第２室７２から供給された溶存水素水２０２を蓄える。本実施形態において、逆浸透膜７３によって浄化処理された後、タンク１０３に蓄えられた溶存水素水２０２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。
　逆浸透膜処理装置１００は、タンク１０３と溶存水素水生成部２とを接続する水路が設けられていてもよい。このような構成によって、溶存水素水生成部２、逆浸透膜モジュール６及びタンク１０３間で溶存水素水２０２を循環させながら、溶存水素濃度を高めることができる。
　図３に示されるように、本水素付加装置１では、逆浸透膜７３は、溶存水素水２０１を透過させ、気泡状態の水素ガス３０１を微細化して透過させる。すなわち、溶存水素水２０１が逆浸透膜７３を透過する際、微小な孔７３ａを多数有する逆浸透膜７３によって気泡状態の水素ガス３０１が微細化される。微細化された水素ガス３０２は、逆浸透膜７３を透過し、第２室７２に移動し、これにより、第２室７２で微細化された水素ガス３０２が含まれる溶存水素水２０２（第２水素付加水）が得られる。
　微細化された水素ガス３０２は、水分子と接触する表面積が増大し、第２室７２で溶存水素水２０２に容易に溶け込むことができる。これにより、第２室７２にて得られる溶存水素水２０２の溶存水素濃度が高められる。すなわち、逆浸透膜モジュール６に供給された第１水素付加水は、逆浸透膜モジュール６によってさらに水素が付加された第２水素付加水となり、タンク１０３に供給される。
　図２に示されるように、本実施形態では、溶存水素水生成部２として電解槽４が適用されている。電解槽４は、水を電気分解することにより、水素分子を発生させる。この水素分子が水に溶け込むことにより、第１水素付加水である溶存水素水２０１が生成される。
　電解槽４は、電解室４０を備え、電解室４０内に第１給電体４１と、第２給電体４２と、を有する。第１給電体４１及び第２給電体４２は、電解室４０に設けられている。
　第１給電体４１と第２給電体４２との間には、隔膜４３が設けられている。電解室４０は、隔膜４３によって第１給電体４１が配された第１極室４０ａと第２給電体４２が配された第２極室４０ｂと区分される。
　図４は、溶存水素水生成部２の電気的構成を示している。第１給電体４１及び第２給電体４２の極性及び第１給電体４１及び第２給電体４２に印加される電圧は、制御部９によって制御される。制御部９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９は、第１給電体４１及び第２給電体４２の他、装置各部の制御を司る。
　第１給電体４１と制御部９との間の電流供給ラインには、電流検出器４４が設けられている。電流検出器４４は、第２給電体４２と制御部９との間の電流供給ラインに設けられていてもよい。電流検出器４４は、第１給電体４１、第２給電体４２に供給する電解電流を検出し、その値に相当する電気信号を制御部９に出力する。
　制御部９は、例えば、電流検出器４４から出力された電気信号に基づいて、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧を制御する。より具体的には、制御部９は、電流検出器４４によって検出される電解電流が予め設定された所望の値となるように、第１給電体４１及び第２給電体４２に印加する直流電圧をフィードバック制御する。例えば、電解電流が過大である場合、制御部９は、上記電圧を減少させ、電解電流が過小である場合、制御部９は、上記電圧を増加させる。これにより、第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電解電流が適切に制御される。より具体的には、制御部９は、水路１１に配された流量センサー９１によって検出された単位時間あたりに電解室４０に供給される流量に基づいて、第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電解電流を制御する。
  電解室４０内で水が電気分解されることにより、水素ガス及び酸素ガスが発生する。例えば、陰極側の第２極室４０ｂでは、水素ガスが発生し、当該水素分子が溶け込んだ溶存水素水２０１が生成され、逆浸透膜モジュール６に供給される。なお、このような電気分解を伴って生成された溶存水素水は、「電解水素水」とも称される。一方、陽極側の第１極室４０ａでは、酸素ガスが発生する。
　第２極室４０ｂにおいて、気泡状態の水素ガス３０１が含まれる溶存水素水２０１を生成するためには、第２極室４０ｂで単位時間あたりに大量の水素ガスを発生させればよい。このため、制御部９は、第１給電体４１及び第２給電体４２に供給する電解電流を大きくすることにより、単位時間に大量の水素ガスを発生させ、気泡状態の水素ガス３０１が含まれる溶存水素水２０１を生成する。
  隔膜４３には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなる固体高分子膜が適宜用いられている。固体高分子膜は、電気分解により、陽極側の第１極室４０ａで発生したオキソニウムイオンを陰極側の第２極室４０ｂへと移動させて、水素ガスの生成原料とする。従って、電気分解の際に水酸化物イオンが発生することなく、溶存水素水２０１のｐＨが変化しない。
　水素付加装置１は、溶存水素水２０１を加圧状態で逆浸透膜モジュール６に供給する加圧装置５を含む、のが望ましい。加圧装置５が溶存水素水２０１を加圧状態で逆浸透膜モジュール６の第１室７１に供給することにより、気泡状態の水素ガス３０１が逆浸透膜７３に衝突したとき、水圧によって微細化されやすくなり、逆浸透膜７３を透過する水素ガス３０２が増大するため、第２室７２での溶存水素水２０２の溶存水素濃度が容易に高められる。
　本実施形態では、電解槽４が第２極室４０ｂで水から気泡状態の水素ガス３０１を生成することにより、第２極室４０ｂの圧力が高められる。従って、電解槽４が上記加圧装置５として機能する。
　なお、上記加圧装置５として、溶存水素水生成部２にて生成された溶存水素水２０１を逆浸透膜モジュール６に圧送するためのポンプ等が設けられていてもよい。
　図５は、図１の水素付加装置１の変形例である水素付加装置１Ａの概略を示すブロック図である。水素付加装置１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した水素付加装置１の構成が採用されうる。
　水素付加装置１Ａは、溶存水素水生成部２Ａが逆浸透膜処理装置１００Ａの外部に配されている点で、上記水素付加装置１とは異なる。
　逆浸透膜処理装置１００Ａは、軟水化処理装置１０１と、活性炭処理装置１０２と、逆浸透膜モジュール６Ａ、タンク１０３とを含んでいる。逆浸透膜処理装置１００Ａには、水素を付加する機能を搭載していない従来型の装置が適用されうる。水素付加装置１Ａは、このような既存の逆浸透膜処理装置１００Ａの構成に水素を付加する機能を追加して、水素水透析の初期導入コストを低減する。
　水素付加装置１Ａは、逆浸透膜処理装置１００Ａの外部に配された溶存水素水生成部２Ａと、逆浸透膜処理装置１００Ａの一部を構成する逆浸透膜モジュール６Ａとを備える。溶存水素水生成部２Ａの構成は、溶存水素水生成部２と同様であり、逆浸透膜モジュール６Ａの構成は、逆浸透膜モジュール６と同様である。
　逆浸透膜処理装置１００Ａ及び水素付加装置１Ａでは、活性炭処理装置１０２には、逆浸透膜処理装置１００Ａの外部に延びるバイパス水路１１Ａの一端が接続され、バイパス水路１１Ａの他端は、溶存水素水生成部２Ａに接続される。活性炭処理装置１０２を通過した水は、バイパス水路１１Ａを介して水素付加装置１Ａに送られる。
　一方、逆浸透膜モジュール６Ａには、逆浸透膜処理装置１００Ａの外部に延びるバイパス水路１２Ａの一端が接続され、バイパス水路１２Ａの他端は、溶存水素水生成部２に接続される。溶存水素水生成部２にて生成された溶存水素水２０１は、バイパス水路１２Ａを介して逆浸透膜モジュール６に供給される。
　水素付加装置１Ａは、逆浸透膜処理装置１００Ａに、バイパス水路１１Ａ及び１２Ａを介して溶存水素水生成部２Ａを接続することにより、安価かつ容易に水素水透析を実現する。
　図６は、逆浸透膜処理装置１００等を用いて実現される、水素付加方法の手順を示している。水素付加方法は、溶存水素水２０１を生成する第１工程Ｓ１と、溶存水素水２０１を供給する第２工程Ｓ２と、溶存水素水２０１を透過させる第３工程Ｓ３と、水素ガス３０２を透過させる第４工程Ｓ４と、水素ガス３０２が含まれる溶存水素水２０２を得る第５工程Ｓ５とを含んでいる。
　第１工程では、気泡状態の水素ガス３０１が含まれる溶存水素水２０１が生成される。第２工程では、溶存水素水２０１と共に気泡状態の水素ガス３０１が、逆浸透膜７３の一方側すなわち第１室７１に供給される。
　第３工程Ｓ３では、溶存水素水２０１が逆浸透膜７３の他方側すなわち第２室７２に透過する。第４工程Ｓ４では、水素ガス３０１を逆浸透膜７３によって分解し、微細化された水素ガス３０２を逆浸透膜７３の他方側の第２室７２に透過させる。第３工程Ｓ３及び第４工程Ｓ４は同時に実行されるが、いずれかが先行して実行されてもよい。
　そして、第５工程Ｓ５では、第２室７２で、微細化された水素ガス３０２が含まれる溶存水素水２０２が得られる。微細化された水素ガス３０２は、第２室７２で溶存水素水２０２に容易に溶け込むことができ、溶存水素水２０２の溶存水素濃度が容易に高められる。
　以上、本発明の水素付加装置１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、水素付加装置１は、少なくとも、水素ガス３０１が気泡状態で含まれる溶存水素水２０１を生成する溶存水素水生成部２と、逆浸透膜７３によって、第１室７１と第２室７２とが隔てられた逆浸透膜モジュール６とを備え、溶存水素水生成部２は、溶存水素水２０１を第１室７１に供給し、逆浸透膜７３は、溶存水素水２０１を透過させ、気泡状態の水素ガス３０１を微細化して透過させることにより、第２室７２で微細化された水素ガス３０２が含まれる溶存水素水２０２を得るように構成されていればよい。
　例えば、溶存水素水生成部２は、電解槽４に限られない。例えば、水とマグネシウムとの化学反応等により発生した水素分子を水に溶解させて溶存水素水を生成する装置、又は、水素ガスボンベから供給された水素ガス（水素分子）を水に溶解させて溶存水素水を生成する装置であってもよい。
　水素付加装置１等は、透析液調製用の水素付加水の生成の他、種々の用途に適用可能である。例えば、飲用、料理用又は農業用の水素付加水の生成等にも広く適用可能である。
　また、水素付加方法は、少なくとも、水素ガス３０１が気泡状態で含まれる溶存水素水２０１を生成する第１工程Ｓ１と、溶存水素水２０１を逆浸透膜７３の一方側に供給する第２工程Ｓ２と、溶存水素水２０１を逆浸透膜７３の他方側に透過させる第３工程Ｓ３と、水素ガス３０１を逆浸透膜７３によって微細化し、逆浸透膜７３の他方側に透過させる第４工程Ｓ４と、逆浸透膜７３の他方側で、微細化された水素ガス３０２が含まれる溶存水素水２０２を得る第５工程Ｓ５とを含んでいればよい。
１　　　　水素付加装置
２　　　　溶存水素水生成部
４　　　　電解槽
５　　　　加圧装置
６　　　　逆浸透膜モジュール
４１　　　第１給電体
４２　　　第２給電体
４３　　　隔膜
７１　　　第１室
７２　　　第２室
７３　　　逆浸透膜
１００　　逆浸透膜処理装置
２０１　　溶存水素水
２０２　　溶存水素水
３０１　　気泡状態の水素ガス
３０２　　微細化された水素ガス
Ｓ１　　　第１工程
Ｓ２　　　第２工程
Ｓ３　　　第３工程
Ｓ４　　　第４工程
Ｓ５　　　第５工程

Claims (5)

  1. 　水に水素を付加するための方法であって、
    　水素ガスが気泡状態で含まれる溶存水素水を生成する第１工程と、
    　前記溶存水素水を逆浸透膜の一方側に供給する第２工程と、
    　前記溶存水素水を前記逆浸透膜の他方側に透過させる第３工程と、
    　前記水素ガスを前記逆浸透膜によって微細化し、前記他方側に透過させる第４工程と、
    　前記他方側で、微細化された前記水素ガスが含まれる前記溶存水素水を得る第５工程とを含む、
    　水素付加方法。
  2. 　水に水素を付加するための装置であって、
    　水素ガスが気泡状態で含まれる溶存水素水を生成する溶存水素水生成部と、
    　逆浸透膜によって、第１室と第２室とが隔てられた逆浸透膜モジュールとを備え、
    　前記溶存水素水生成部は、前記溶存水素水を前記第１室に供給し、
    　前記逆浸透膜は、前記溶存水素水を透過させ、気泡状態の前記水素ガスを微細化して透過させることにより、前記第２室で微細化された前記水素ガスが含まれる前記溶存水素水を得る、
    　水素付加装置。
  3. 　前記溶存水素水生成部は、陽極給電体と陰極給電体が設けられ、水を電気分解することにより前記溶存水素水を生成する電解室をさらに備える、請求項２記載の水素付加装置。
  4. 　前記電解室は、固体高分子膜によって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に区分されている、請求項３記載の水素付加装置。
  5. 　前記溶存水素水を、加圧状態で前記逆浸透膜モジュールに供給する加圧装置を含む、請求項２乃至４のいずれかに記載の水素付加装置。
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