特許 7385616 電解水生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-14

(45)【発行日】2023-11-22

(54)【発明の名称】電解水生成装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/461 20230101AFI20231115BHJP

   C02F 1/20 20230101ALI20231115BHJP

   B01D 19/00 20060101ALI20231115BHJP

   B01D 61/02 20060101ALI20231115BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20231115BHJP

   B01D 61/00 20060101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

C02F1/461 A

C02F1/20 A

B01D19/00 H

B01D61/02 500

C02F1/44 A

B01D61/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021047812

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2022146706

(43)【公開日】2022-10-05

【審査請求日】2022-12-01

(73)【特許権者】

【識別番号】591201686

【氏名又は名称】株式会社日本トリム

(74)【代理人】

【識別番号】100104134

【弁理士】

【氏名又は名称】住友 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100156225

【弁理士】

【氏名又は名称】浦 重剛

(74)【代理人】

【識別番号】100168549

【弁理士】

【氏名又は名称】苗村 潤

(74)【代理人】

【識別番号】100200403

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 幸信

(72)【発明者】

【氏名】山内 悠平

【審査官】相田 元

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１７９３４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０４７２５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０１４６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０２１５０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００９－５２３８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９５８０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４６－ １／４８

Ｃ０２Ｆ １／２０

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ １９／００

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ａ６１Ｍ １／００－ １／３８

Ａ６１Ｍ ６０／００－６０／９０

Ｃ２５Ｂ １／００－ ９／７７

Ｃ２５Ｂ １３／００－１５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水を電気分解して血液透析用の電解水を生成する電解水生成装置であって、
陽極給電体が配された陽極室と陰極給電体が配された陰極室とが隔膜によって区分された電解槽と、
前記陰極室から供給された前記電解水から電解逆浸透水を生成する逆浸透膜モジュールと、
前記逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水から水素ガスを回収する、回収モジュールとを含む、
電解水生成装置。

【請求項2】

前記回収モジュールは、回収した前記水素ガスを前記陰極室に供給される前記水に混合する、請求項１に記載の電解水生成装置。

【請求項3】

前記回収モジュールは、多孔質膜を含む、請求項１又は２に記載の電解水生成装置。

【請求項4】

前記濃縮水を前記回収モジュールに圧送するポンプを含む、請求項３に記載の電解水生成装置。

【請求項5】

前記水素ガスが回収された前記濃縮水を前記陽極室から取り出された前記電解水と共に排出する排出部を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の電解水生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水を電気分解して血液透析用の電解水を生成する電解水生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電解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。例えば、特許文献１には、ＲＯ装置の濃縮水ラインが電解水製造装置に接続されている精製水の製造装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－８７７８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に開示されている装置では、濃縮水に含まれる水素ガスが電解水製造装置に戻されるので、水素ガスが有効に利用できる。

【0005】

しかしながら、水素ガスの一部は、再度電気分解される陽極側の水にも含まれるので酸性水として排出される。従って、水素ガスの利用効率の点で改良が望まれている。また、濃縮水がＲＯ装置と電解水製造装置との間を循環する際、何度も逆浸透膜を通過するため、逆浸透膜が早期に消耗する。

【0006】

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、水素ガスの有効利用を図ると共に、逆浸透膜の消耗を抑制できる電解水生成装置を提供することを主たる目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、水を電気分解して血液透析用の電解水を生成する電解水生成装置であって、陽極給電体が配された陽極室と陰極給電体が配された陰極室とが隔膜によって区分された電解槽と、前記陰極室から供給された前記電解水から電解逆浸透水を生成する逆浸透膜モジュールと、前記逆浸透膜モジュールから排出された濃縮水から水素ガスを回収する、回収モジュールとを含む。

【0008】

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記回収モジュールは、回収した前記水素ガスを前記陰極室に供給される前記水に混合する、ことが望ましい。

【0009】

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記回収モジュールは、多孔質膜を含む、ことが望ましい。

【0010】

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記濃縮水を前記回収モジュールに圧送するポンプを含む、ことが望ましい。

【0011】

本発明に係る前記電解水生成装置において、前記水素ガスが回収された前記濃縮水を前記陽極室から取り出された前記電解水と共に排出する排出部を含む、ことが望ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明の前記電解水生成装置は、前記回収モジュールが前記逆浸透膜モジュールから排出された前記濃縮水から前記水素ガスを回収する。従って、前記水素ガスの有効利用を図ることが可能となる。また、前記濃縮水が逆浸透膜モジュールと電解槽との間を循環しないので、逆浸透膜の消耗が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の電解水生成装置を含む透析システムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】図１の電解水生成装置の構成を示す図である。

【図3】図２の電解水生成装置の変形例の構成を示す図である。

【図4】図３の電解水生成装置の変形例の構成を示す図である。

【図5】図３の電解水生成装置の別の変形例の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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、本実施形態の電解水生成装置１を含む透析システム１００の概略構成を示している。透析システム１００は電解水で調製された透析液を用いた血液透析の治療を行うためのシステムである。

【0015】

透析システム１００は、前処理装置１０と、電解水生成装置１と、透析液調製装置１１と、透析装置１２とを含んでいる。

【0016】

前処理装置１０は、原水を逆浸透処理によって浄化して前処理水として電解水生成装置１に供給する。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。

【0017】

前処理装置１０は、例えば、軟水化処理装置と、活性炭処理装置等によって構成される。軟水化処理装置は、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、軟水化処理装置から供給される水から塩素等を吸着・除去する。軟水化処理装置の上流側には、原水を貯えるためのタンクが設けられていてもよい。

【0018】

電解水生成装置１は、透析液の調製に用いられる電解水を生成するための装置である。電解水生成装置１は、前処理装置１０から供給された前処理水を電気分解して電解水を生成し、透析液調製装置１１に供給する。なお、前処理装置１０と電解水生成装置１とは、１つの装置として統合された構成であってもよい。

【0019】

本実施形態の電解水生成装置１には、逆浸透膜処理を行う逆浸透膜モジュール（後述する図２参照）が含まれており、電解水生成装置１から透析液調製装置１１に供給される電解水は、電気分解の後、逆浸透膜処理された電解逆浸透水であり、透析液調製用水として用いられる。電解水生成装置１の詳細は、図２等を参照して後述する。

【0020】

透析液調製装置１１は、電解水生成装置１から供給された電解逆浸透水を用いて、例えば、透析原剤を希釈して、透析液を調製する。透析原剤は、液状の他粉末状のものが適用される。透析液調製装置１１によって調製された透析液は、透析装置１２に送られる。

【0021】

透析装置１２は、透析液供給装置とダイアライザーとを含んでいる。透析液供給装置は、透析液調製装置１１から供給された透析液をダイアライザーに送出する。ダイアライザーは、例えば、中空糸膜等の多孔質膜によって構成された透析膜を含む人工腎臓であり、透析膜を介して透析液調製装置１１から供給された透析液を透析治療の患者の血液に作用させ、血液から老廃物及び水分を除去する。

【0022】

なお、例えば、個人用（少人数用）の透析システム１００にあっては、透析液調製装置１１と透析装置１２とが統合された装置が適用されてもよい。

【0023】

図２は、電解水生成装置１の概略構成を示している。電解水生成装置１は、電解槽４と、
逆浸透膜モジュール５と、回収モジュール６とを含んでいる。

【0024】

前処理装置１０から供給された前処理水は、電解槽４に送り込まれて電気分解される。電解槽４は、電解室４０と、陽極給電体４１と、陰極給電体４２と、隔膜４３とを含んでいる。電解室４０は、隔膜４３によって、陽極給電体４１が配された陽極室４０ａと陰極給電体４２が配された陰極室４０ｂとに区分される。前処理水は、例えば、二股に分岐する流路を介して、陽極室４０ａ及び陰極室４０ｂに供給される。

【0025】

陽極給電体４１と陰極給電体４２との間に印加される電圧は、制御部（図示せず）によって制御される。制御部は、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に供給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、陽極給電体４１及び陰極給電体４２に印加する電解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、制御部は、上記電圧を増加させる。これにより、電解電流が適切に制御される。

【0026】

電解槽４で電気分解された電解水のうち、陰極室４０ｂで生成された電解水は陰極水として逆浸透膜モジュール５に送られる。一方、陽極室４０ａで生成された電解水は陽極水として、電解水生成装置１（透析システム１００）の外部に排出される。

【0027】

電解槽４内で水が電気分解されることにより、陰極室４０ｂで水素ガスが発生し、陽極室４０ａで酸素ガスが発生する。

【0028】

陰極室４０ｂで発生した水素ガスは、陰極室４０ｂ内の電解水に溶け込んで、陰極室４０ｂから取り出される。すなわち、陰極室４０ｂから逆浸透膜モジュール５に送られる陰極水は、陰極室４０ｂで電気分解され、水素ガスが溶け込んだ電解水素水である。

【0029】

陽極室４０ａで発生した酸素ガスは、陰極室４０ｂ内の電解水に溶け込んで、陽極水として陽極室４０ａから取り出され、電解水生成装置１の外部に排出される。

【0030】

逆浸透膜モジュール５は、逆浸透膜５１を備えている。逆浸透膜５１は、逆浸透膜モジュール５の内部を第１室５０ａと第２室５０ｂとに区分する。陰極室４０ｂからの陰極水は、第１室５０ａに供給される。第１室５０ａ内の陰極水は、逆浸透膜５１を透過して第２室５０ｂに移動する際に浄化される。これにより、前処理装置１０では除去できなかった不純物が逆浸透膜５１によって除去される。

【0031】

逆浸透膜モジュール５は、陰極室４０ｂから供給された陰極水を、逆浸透膜５１によって浄化された逆浸透水と、前処理装置１０では除去できなかった不純物を含む濃縮水とに分離する。すなわち、逆浸透膜モジュール５は、第１室５０ａに供給された陰極水を逆浸透膜５１を透過させて電解逆浸透水を生成する。一方、逆浸透膜モジュール５において、逆浸透膜５１を透過できなかった成分は、濃縮された不純物を含む濃縮水として回収モジュール６に送られる。

【0032】

第１室５０ａ内で陰極水に溶け込んでいる水素ガスの大部分は、陰極水と共に逆浸透膜５１を透過し、第２室５０ｂに移動する。しかしながら、一部の水素ガスは、陰極水と共に逆浸透膜５１を透過することなく、第１室５０ａ内に留まり不純物と共に、濃縮水として逆浸透膜モジュール５から排出される。すなわち、逆浸透膜モジュール５から排出される濃縮水は、不純物の他、陰極水に溶け込んだ水素ガスを含んでいる。

【0033】

回収モジュール６は、逆浸透膜モジュール５から排出された濃縮水から水素ガスを回収する。従って、水素ガスの有効利用を図ることが可能となる。

【0034】

一方、回収モジュール６は、水素ガスの回収後の濃縮水を、排水として電解水生成装置１（透析システム１００）の外部に排出する。これにより、濃縮水が逆浸透膜モジュール５と電解槽４との間を循環しないので、逆浸透膜５１の消耗が抑制される。

【0035】

回収モジュール６によって回収された水素ガスは、種々の用途に適用できる。例えば、水素ガスは、燃料電池等のエネルギー用途に使用できる。回収モジュール６としては、例えば、後述する多孔質膜モジュール等が適用される。

【0036】

陰極室４０ｂと逆浸透膜モジュール５とをつなぐ陰極水の流路には、ポンプ７が設けられるのが望ましい。ポンプ７は、陰極室４０ｂから取り出された陰極水を逆浸透膜モジュール５に圧送する。これにより、逆浸透膜モジュール５での第１室５０ａと第２室５０ｂとの間の圧力差が大きくなり、電解逆浸透水を効率よく生成可能となる。

【0037】

なお、逆浸透膜モジュール５の第２室５０ｂの下流側には、ＵＦ（限外フィルター）モジュール（図示せず）が設けられていてもよい。

【0038】

図３は、図２の電解水生成装置１の変形例である電解水生成装置１Ａを示している。電解水生成装置１Ａのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１の構成が採用されうる。

【0039】

電解水生成装置１Ａでは、回収モジュール６によって回収された水素ガスは、陰極室４０ｂに供給される前処理水と混合される。これにより、水素ガスが前処理水に溶け込んで、陰極水の初期の溶存水素濃度が高められる。従って、陰極室４０ｂから逆浸透膜モジュール５に供給される陰極水の溶存水素濃度が高められる。

【0040】

図４は、図３の電解水生成装置１Ａの変形例である電解水生成装置１Ｂを示している。電解水生成装置１Ｂのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１Ａの構成が採用されうる。

【0041】

電解水生成装置１Ｂは、水素ガスが回収された後の濃縮水を回収モジュール６から排出するための排出部８を含んでいる。排出部８は、回収モジュール６からのびる流路８１を含んでいる。

【0042】

流路８１は、陽極室４０ａからのびる流路８２に接続されている。流路８２は、陽極室４０ａから陽極水を排出するための流路である。電解水生成装置１Ｂにあっては、排出部８が、水素ガスが回収された後の濃縮水を、陽極室４０ａから取り出された電解水（陽極水）と共に排出する。これにより、電解水生成装置１Ｂひいては透析システム１００の構成が簡素化される。

【0043】

図５は、図３の電解水生成装置１Ａの別の変形例である電解水生成装置１Ｃを示している。電解水生成装置１Ｃのうち、以下で説明されてない部分については、上述した電解水生成装置１Ａの構成が採用されうる。

【0044】

電解水生成装置１Ｃにおいては、回収モジュール６として、多孔質膜モジュール６１が適用されている。多孔質膜モジュール６１は、多孔質膜６２を備えている。多孔質膜６２は、多孔質膜モジュール６１の内部を第１室６１ａと第２室６１ｂとに区分している。多孔質膜６２には、微細な孔が形成されている。例えば、本実施形態の多孔質膜６２では、孔の直径は、水素分子の直径以上であり、濃縮水に含まれるその他の分子の直径よりも小さい。

【0045】

第１室６１ａには、逆浸透膜モジュール５からの濃縮水が供給される。第１室６１ａ内の濃縮水の溶け込んだ水素ガスは、多孔質膜６２を透過して第２室６１ｂに移動する。これにより、濃縮水から水素ガスが分離され、回収される。

【0046】

電解水生成装置１Ｃでは、第２室６１ｂが、前処理水を陰極室４０ｂに供給するための流路の一部を構成している。これにより、陰極室４０ｂに供給される前処理水は、第２室６１ｂを通過する際に、多孔質膜６２を透過した水素ガスと混合される。これにより、水素ガスが前処理水に溶け込んで、陰極水の初期の溶存水素濃度が高められる。

【0047】

逆浸透膜モジュール５と多孔質膜モジュール６１とをつなぐ濃縮水の流路には、ポンプ９が設けられるのが望ましい。ポンプ９は、逆浸透膜モジュール５から取り出された濃縮水を多孔質膜モジュール６１に圧送する。これにより、多孔質膜モジュール６１での第１室６１ａと第２室６１ｂとの間の圧力差が大きくなり、水素ガスが効率よく多孔質膜６２を透過し、回収可能となる。

【0048】

以上、本発明の電解水生成装置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、本発明の電解水生成装置１等は、少なくとも、水を電気分解して血液透析用の電解水を生成する電解水生成装置であって、陽極給電体４１が配された陽極室４０ａと陰極給電体４２が配された陰極室４０ｂとが隔膜４３によって区分された電解槽４と、陰極室４０ｂにて生成された電解水から電解逆浸透水を生成する逆浸透膜モジュール５と、逆浸透膜モジュール５から排出された濃縮水から水素ガスを回収する、回収モジュール６とを含んでいればよい。

【符号の説明】

【0049】

１ 電解水生成装置
４ 電解槽
５ 逆浸透膜モジュール
６ 回収モジュール
８ 排出部
９ ポンプ
４０ａ 陽極室
４０ｂ 陰極室
４１ 陽極給電体
４２ 陰極給電体
４３ 隔膜
５１ 逆浸透膜
６２ 多孔質膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】