JP6017911B2

JP6017911B2 - 個人透析用の人工透析用水製造装置

Info

Publication number: JP6017911B2
Application number: JP2012220106A
Authority: JP
Inventors: 紳勝森澤; 直樹仲西; 三浦　薫; 薫三浦; 智暢阿瀬
Original assignee: Nihon Trim Co Ltd; Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Nihon Trim Co Ltd; Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: JP2014014645A

Description

本発明は、医療施設での個別透析および在宅で慢性腎不全患者が使用することができる、一人または二人用として好適な個人透析用の人工透析用水製造装置と、それを用いた透析液製造装置に関する。

従来、電解水製造装置と逆浸透膜装置（ＲＯ装置）を組み合わせた透析用水および透析液の製造装置が知られている（特許文献１）。
これらは医療施設において、多人数の患者の治療に対応するための装置であることから、高い製造能力を有しているものであり、電解水製造装置への原水（水道水）供給量は５００Ｌ／ｈｒを超える量となる。そのため、特許文献1の人工透析用水製造装置では、４台の電解水製造装置を用いた水素含有透析用水の製造例が示されている。
また、特許文献２に示されるように、従来の電解水製造装置は電解効率を高めるために、供給水の電気伝導度を１００μＳ／ｃｍ以上とするようにイオン分を加えて所望する溶存水素濃度を達成しているため、使用する原水に制限を受けるものであった。

医療施設における個別透析や家庭での透析治療においては、大型装置は必要ではなく、小型の装置であることが望まれる。
また、地域によってはイオン分の少ない低電導度の水道水等を原水として使用する場合もあるため、低電導度の原水でも十分な治療効果をもたらす溶存水素濃度が得られるような電解効率の高い電解水製造装置が求められている。

特許第３４３６９１２号公報特許第３９３３４０３号公報

本発明は、一人または二人用として好適な個人透析用の小型で電解効率の高い溶存水素含有人工透析用水製造装置と、それを用いた透析液製造装置を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
軟水器、吸着装置、電解水製造装置、逆浸透膜装置（ＲＯ装置）およびＲＯ装置処理水（人工透析用水）タンクを有する個人透析用の人工透析用水製造装置であって、
前記電解水製造装置が、
陰極（−）と陽極（＋）が、合計７枚以上で、交互に配置されており、
隣接する陰極（−）と陽極（＋）の間隔が均等間隔で、かつ３〜５ｍｍの範囲であり、
陰極（−）と陽極（＋）の間に隔膜が配置された電気分解槽を有しているものである、個人透析用の人工透析用水製造装置と、それを用いた透析液製造装置を提供する。

本発明の個人透析用の人工透析用水製造装置によれば、小型で低電導度の供給水を使用した場合でも溶存水素濃度の高い人工透析用水を一人または二人用として、適量を製造することができる。

本発明の個人透析用の人工透析用水製造装置の概念図（製造フロー図）。図１で使用した電解水製造装置の概略図。本発明の個人透析用の人工透析用水製造装置の一側面図。

＜個人透析用の人工透析用水製造装置＞
図１により説明する。
原水（水道水または地下水）と軟水器１は、原水ライン１１で接続されている。このとき、家庭での使用の場合、軟水器１の原水入口と蛇口を原水ライン１１で接続して使用することができる。
原水は、原水ライン１１に設置された原水ポンプ２１を駆動させて軟水器１に送られる。
なお、水道の蛇口に接続した場合には、水圧を利用することで原水ポンプ２１を省略することもできる。
また、必要に応じて軟水器１の前にプレフィルターを設置することができる。

軟水器１は、原水中の硬度成分（カルシウム、マグネシウムイオン等）の濃度を低減させるためのものである。
軟水器１は、市販の軟水器を使用することができる。
軟水器１で硬度成分の濃度が低減された水は、ライン１２から吸着装置２に送られる。

吸着装置２は、ケース内に活性炭、ゼオライト等の吸着剤が充填されたものである。
吸着装置２は、残留塩素等を吸着除去するための装置である。
吸着装置２で残留塩素等が除去された水は、ライン１３から電解水製造装置３に送られる。

電解水製造装置３は、軟水装置１と吸着装置２で処理した前処理水を電気分解して、電解陰極水と電解陽極水を得るためのものである。
電解水製造装置自体は公知のものであるが（例えば、特許文献１、２参照）、本発明で使用する電解水製造装置３は、一人または二人用の個人透析用の人工透析用水製造装置として好適な構造となっている。
電解水製造装置３は、電解水製造装置と、軟水器１および吸着装置２およびＲＯ装置が一体にされた装置にすることもできる。

本発明で使用することができる電解水製造装置３を図２により説明する。
電解水製造装置３は、電気分解槽３１内にライン１３から送られた前処理水が満たされており、その中に浸漬された状態で、陰極３２が４枚と陽極３３が３枚（合計７枚）が交互に、かつ両端部側が陰極３２になるように配置されている。
また、一定回数もしくは一定時間使用ごとに電極板の極性を反転して、前記の一定回数もしくは一定時間の運転中に電解陰極水側の電極に付着したスケールを電解陽極水側に排出させることもできる。
隣接する陰極３２と陽極３３の間隔は均等間隔であり、かつ３〜５ｍｍの範囲、好ましくは３〜４．５ｍｍの範囲である。
陰極３２と陽極３３の間には隔膜３４が、陰極３２と陽極３３の間を等分に区切るように配置されており、陰極３２が配置された陰極槽４１〜４３、６２と陽極３３が配置された陽極槽５１、５２、６１に分離されている。
なお、陰極と陽極の間と陽極と陰極の間にて電解が生じるため、図２では、７枚の電極で挟まれた合計６のゾーン（電解槽）で電解が生じることになる。６つの電解槽はそれぞれ隔膜３４で２つに仕切られているので、６つの電解槽は６つの陰極セルと６つの陽極セルからなっている。

電極板（陰極と陽極）の大きさは、電解水製造装置３の大きさに合わせて調整する。本発明の人工透析用水製造装置は個人透析用であり、２５〜８０Ｌ／ｈｒ量（一人用または二人用として好適な量）の透析用水が調製されれば流量的には十分であるため、電極板も医療施設で一般的に使用されている電解水製造装置と比べると小型になる。
図２では陰極３２と陽極３３が合計で７枚であるが、８枚以上の枚数にすることもできる。前記の通り、本発明の電解装置で調製される必要水量が小さいため、水素を発生させる陰極槽における電解条件（電流密度、槽内の滞留時間）も、電極板面積、陰極槽内流量に応じて、適宜、設定される。

電解水製造装置３の運転により陰極槽４１〜４３、６２では、溶存水素濃度の高い電解陰極水が得られ、陽極槽５１、５２、６１では、相対的に溶存水素濃度の低い電解陽極水が得られる。
電解陰極水量と電解陽極水量の生成量は、電解陰極水量の方が多くなるようにすることが望ましく、例えば電解陰極水量：電解陽極水量＝４〜６：１にすることができる。
電解陰極水は、ポンプ２２を駆動させてライン１４からＲＯ装置４に送られ、電解陽極水はライン１５から排出される。
なお、電解水製造装置３とポンプ２２の間に電解陰極水を貯水するための電解陰極水タンクを設置して、電解陰極水タンクに貯水した電解陰極水をＲＯ装置４に送るようにすることもできる。

ＲＯ装置４は公知のものを用いることができ、例えば、ダイセン・メンブレン・システムズ株式会社より販売されている、装置型式ＶＣＲ２０シリーズ、を用いることができる。

ＲＯ装置４で得られた透過水は、ライン１６から透過水タンク（ＲＯ水タンク）５に送られて貯水される。
個人透析による人工透析は、多人数透析と比べると使用頻度が低く、ＲＯ装置の停止期間が長くなり、外部からの菌汚染を生じる可能性があるため、必要に応じてＲＯ装置４の出口にＵＦ膜モジュール（ＵＦ装置）を設けて、ＵＦ膜処透過水をＲＯ水タンク（人工透析液用水タンク）５に貯水することもできる。
ＲＯ装置４では、溶存水素濃度の高い電解陰極水を処理しているため、ＲＯ水中の溶存水素濃度も高くなっており、一方、残存するイオン成分がさらに除去されており、電気伝導度は１〜２０μＳ程度にまで低下されている。
ＲＯ水タンク５内のＲＯ水は、ライン１７から採水されて人工透析液用水として使用される。
ＲＯ装置３で得られた濃縮水は、ライン１８から電解水製造装置３に送られて再度電気分解処理してもよいし、ライン１９から排出されるようにしてもよい。

図１に示す製造装置の各ラインには、必要に応じて電磁弁等からなる開閉弁、流量計、温度計等を設置することができる。
図１に示す製造装置は、適宜清浄水で通水洗浄することができるほか、ＲＯ装置４、タンク５および各ラインは、過酢酸水溶液等の殺菌剤で殺菌・洗浄することもできる。また、電解水製造装置３を除く前記装置類・各ラインは加熱殺菌することができる。さらに、タンク５には、ＵＶ殺菌灯を設けてもよい。

図３により本発明の製造装置の好ましい実施形態を説明する。
本発明の製造装置は、個人透析用の人工透析用水製造装置であることから、狭いスペースに設置することが多くなる。
図３は、本発明の製造装置を個人用としてより使い易いようにまとめた好ましい実施形態を示している。
個人透析用の人工透析用水製造装置１０は、金属製乃至は合成樹脂製の外側ケース１１内に、原水源（例えば、水道管）と接続された軟水装置１、吸着装置２、電解水製造装置３、電解陰極水タンク１２、ＲＯ装置４、ＵＦ装置１３が配置され、原水ポンプ２１、ＲＯポンプ２２が配置されている。
ＲＯ水タンク（人工透析液用水タンク）５は、ケース１１の外側にケース１１と一体にかつ着脱自在に設置されている。
破線で示した吸着装置２とＲＯポンプ２２は、反対側に配置されていることを示している。
図３で示す人工透析用水製造装置１０は、個人透析用としての十分な製造能力を維持したままで、縦幅３００〜５００ｍｍ、横幅９００〜１１００ｍｍｍ、高さが９５０〜１２００ｍｍ程度の大きさにすることができる。

本発明の製造装置は医療施設の個別透析や、家庭での在宅透析に使用できるものであるが、地域によっては原水となる水道水や地下水の電気伝導度が異なる場合がある。
本発明の製造装置で使用する電解水製造装置３は、電極枚数が７枚以上と多く、電極間の距離が小さいことから、電気伝導度が低い原水でも使用することができ、例えば、電気伝導度が４０〜１００μＳ／ｃｍと１００μＳ／ｃｍ以下の低電導度の原水でも、十分な濃度の溶存水素を含む電解陰極水を製造することができる。
また、電解電圧を７０Ｖまで高めること、電極枚数を増やすことで陰極槽数を増やし、陰極槽当たりの供給流量を相対的に少なくすることにより陰極槽内滞留時間を長くして、より電解効率を高め、低電導度の原水でも溶存水素量を増やすことができる。
本発明の電解装置においては、電解電圧を高めることにより、電流密度は、０．５Ａ／dm2〜２．０Ａ／dm2、好ましくは０．６Ａ／dm2〜１．５Ａ／dm2の範囲を設定でき、また、陰極槽内滞留時間を０．４〜２．３秒、好ましくは１〜２秒の範囲で設定することにより、効率よく高濃度の溶存水素水を製造することができる。

本発明の製造装置は、原水として家庭の水道水や地下水を使用した場合、さらに上記した電気伝導度の低い原水を使用した場合においても、溶存水素濃度が１００〜１６００ppbの人工透析用水を２５〜８０Ｌ／ｈｒ量（一人用または二人用として好適な量）製造することができる。
また、本発明の電解効率の高い電解装置を適用し、軟水器、活性炭、逆浸透膜装置と一体化することにより、本発明の透析用水製造装置全体が個人透析用に適応した小型装置として、製作することが可能となる。

本発明の製造装置により得られた溶存水素濃度の高い人工透析用水と必要成分を混合して得られた人工透析液は、抗酸化作用が高く、活性酸素種に対して抗酸化作用（還元作用）を発揮することで、人工透析患者に好ましい影響を与えることが期待される。

＜透析液製造装置＞
本発明の透析液製造装置は、上記した個人透析用の人工透析用水製造装置と透析液を調製する手段を有するものである。
透析液を調製する手段は、人工透析用水と周知の透析原剤（例えば、特許第３４３６９１２号公報に記載されているもの）を混合する手段である。

図１に示す製造装置で、電解水製造装置３として図２に示すものを備えた製造装置を使用して、室温（２０〜２５℃）で人工透析用水を製造した。
使用した装置の詳細は次のとおり。

軟水器：オートトロール社のATS-18
活性炭（吸着装置）：繊維状活性炭
ＲＯ装置：ダイセン・メンブレン・システムズ（株）のVCR-42S（４インチスパイラルモジュール・２本；食塩除去率が99％のもの）
溶存水素濃度の測定：東亜ディーケーケー（株）のポータブル溶存水素計DH-35A

＜電解水製造装置＞
定格電圧：ＡＣ１００Ｖ，５０／６０Ｈｚ，７０Ｖ（max）
電解電流：５Ａ（max）
電気分解槽：７枚電極（プラチナメッキ電極）
電極槽数：６槽
電極板（＋及び−）：１１０ｍｍ×６９ｍｍ
隣接する電極板の間隔：３．５ｍｍ
入水圧力範囲：０．０５〜０．２ＭＰａ
電解陰極水量：１．０〜６．５Ｌ／分
電解陽極水量：０．２〜１．３Ｌ／分
生成量比率：電解陰極水量：電解陽極水量＝５：１

実施例１
原水として、ｐＨ７．５６、電気伝導度１７９．４μＳの水道水を３．８Ｌ／分で電解装置に供給して、最終的に８０Ｌ／ｈｒのＲＯ水を製造した。但し、電解水製造装置３では、電解電流５Ａで運転した。
電解水製造装置３で得られた電解陰極水は、溶存水素濃度３６７ppb、ｐＨ１０．０４であり、ＲＯ水は、溶存水素濃度２９８ppb、ｐＨ１０．３９であった。

実施例２
原水として、ｐＨ７．５６、電気伝導度１７９．４μＳの水道水を３．８Ｌ／分で電解装置に供給して、最終的に８０Ｌ／ｈｒのＲＯ水を製造した。但し、電解水製造装置３では、電解電流３．５Ａで運転した。
電解水製造装置３で得られた電解陰極水は、溶存水素濃度２７０ppb、ｐＨ９．７６であり、ＲＯ水は、溶存水素濃度２１３ppb、ｐＨ１０．１５であった。

実施例３
原水として、ｐＨ７．５６、電気伝導度１０１．４μＳの水道水を３．８Ｌ／分で電解装置に供給して、最終的に８０Ｌ／ｈｒのＲＯ水を製造した。但し、電解水製造装置３では、電解電流５Ａで運転した。
電解水製造装置３で得られた電解陰極水は、溶存水素濃度３５４ppbであった。

実施例４
原水として、ｐＨ７．５６、電気伝導度１０１．４μＳの水道水を３．８Ｌ／分で電解装置に供給して、最終的に８０Ｌ／ｈｒのＲＯ水を製造した。但し、電解水製造装置３では、電解電流３．５Ａで運転した。
電解水製造装置３で得られた電解陰極水は、溶存水素濃度２７４ppbであった。

実施例５
原水として、ｐＨ７．２５、電気伝導度１０９．６μＳの水道水を４．５Ｌ／分で電解装置に供給して、最終的に８０Ｌ／ｈｒのＲＯ水を製造した。但し、電解水製造装置３では、電解電流５Ａで運転した。
電解水製造装置３で得られた電解陰極水は、溶存水素濃度３４９ppb、ｐＨ９．５８であり、ＲＯ水は、溶存水素濃度３２８ppb、ｐＨ１０．０６であった。

実施例６
原水として、ｐＨ７．１３、電気伝導度７５．０５μＳの水道水を４．６Ｌ／分で電解装置に供給して、最終的に８０Ｌ／ｈｒのＲＯ水を製造した。但し、電解水製造装置３では、電解電流５Ａで運転した。
電解水製造装置３で得られた電解陰極水は、溶存水素濃度３３６ppb、ｐＨ９．６５であり、ＲＯ水は、溶存水素濃度３１３ppb、ｐＨ９．９２であった。

実施例１〜６で示す通り、本発明の電解水製造装置を用いることにより、低い電気伝導度から通常の電気伝導度の広範囲の電導度の原水に対して、溶存水素濃度の高い電解陰極水を得ることができた。本発明の電解効率の良い電解水製造装置を使用することにより、透析用水製造装置全体が小型化でき、軟水器、活性炭、逆浸透膜装置も含めて、装置外形は、巾１００ｃｍ以内、高さ１２０ｃｍ以内、奥行き５０ｃｍ以内の寸法の個人透析用水製造装置を製作することができた。

（参考例）
実施例１〜６の電解水製造装置における印加電流密度と陰極槽における滞留時間を求めた。
１．電流密度の計算
1)電極面積は、電極の横幅６９ｍｍ（0.69dm）と高さ１１０ｍｍ（1.1dm）から、
０．６９dm×１．１dm＝０．７５９dm²となる。
2)電解電流
・実施例１、３、５、６の場合は電解電流５Ａである。図２における7枚の電極によって仕切られた電解槽は６槽であり、各電解槽あたりの印可電流は、全電解電流／電解槽数で求められる。
よって、５A／６槽＝０．８３Ａ／槽となる。
・実施例２、４の場合は電解電流３．５Ａである。
よって、３．５A／６槽＝０．５８Ａ／槽となる。
3)電流密度は、電解槽当たり電流値／電極面積で求められる。
・実施例１、３、５、６の場合は、０．８３／０．７５９＝１．１Ａ／dm²となる。
・実施例２、４の場合は、０．５８／０．７５９＝０．７Ａ／dm²となる。

２．滞留時間の算出
１）陰極槽の容積
図２の通り、電解装置は陰極３２と陽極３３が隔膜３４で等分に区切られて陰極槽と陽極槽を形成しており、それぞれの電極間距離は３．５mmでそれが等分に区切られた陰極槽、陽極槽を形成しているので、陰極槽の全容積と陽極槽の全容積は等しくなる。
電極槽は陰極槽と陽極槽を合わせて６槽あるので、陰極槽全体としては全電極槽容積の１／２（３槽分）となる。
従って、陰極槽全体容積は、６．９cm（電極高さ）×１１．０cm（電極幅）×０．３５cm（陰極槽厚み）×３（槽）＝７０．６９５cm³と計算される。
２）各実施例の陰極槽供給流量は次のように計算される。
実施例1〜４：全体供給水量３．８Ｌ／分＝５２．７７８ｍｌ／秒
５２．７７８ｍｌ／秒×５／６＝４３．９８ｍｌ／秒
実施例５：全体供給水量４．５Ｌ／分＝７５ｍｌ／秒
７５ｍｌ／秒×５／６＝６２．５ｍｌ／秒
実施例６：全体供給水量４．６Ｌ／分＝７６．６６７ｍｌ／秒
７６．６６７ｍｌ／秒×５／６＝６３．８９ｍｌ／秒
３）前記の陰極槽供給流量と陰極槽容積から陰極槽内滞留時間は下記の通りに計算される。
＜滞留時間＞
実施例１〜４：７９．６９５cm³／４３．９８ml/sec＝１．８１秒
実施例５：７９．６９５cm³／６２．５ml/sec＝１．２８秒
実施例６：７９．６９５cm³／６３．８９ml/sec＝１．２５秒

１軟水器
２吸着装置
３電解水製造装置
４ＲＯ装置
５ＲＯ水タンク

Claims

軟水器、吸着装置、電解水製造装置、逆浸透膜装置（ＲＯ装置）およびＲＯ装置処理水（人工透析用水）タンクを有する個人透析用の人工透析用水製造装置であって、
前記電解水製造装置が、
陰極と陽極が、合計７枚以上で、交互に配置されており、
隣接する陰極と陽極の間隔が均等間隔で、かつ３〜５ｍｍの範囲であり、
陰極と陽極の間に隔膜が配置された電気分解槽を有しているものである、個人透析用の人工透析用水製造装置。
軟水器の原水入口を蛇口に接続して使用する、請求項１記載の個人透析用の人工透析用水製造装置。
電気伝導度が４０〜３００μＳの原水を使用することができ、
溶存水素濃度が１００〜１６００ppbの人工透析用水を２５〜８０Ｌ／ｈｒの量で製造することができる、請求項１または２記載の個人透析用の人工透析用水製造装置。
請求項１〜３のいずれか１項記載の個人透析用の人工透析用水製造装置と透析液を調製する手段を有する透析液製造装置。