本发明涉及一种通过对水进行电解而生成电解氢水的电解水生成装置。
背景技术：
一直以来，已知有如下的电解水生成装置：其具备电解槽，该电解槽具有由固体高分子电解质膜分隔的阳极室和阴极室，该电解水生成装置用于对流入电解槽内的原水进行电解。
在电解水生成装置的阴极室中，生成溶解有氢气的电解氢水。另外，近年来，在电解水生成装置中生成的溶解氢水适合去除血液透析治疗时产生的活性氧并适合减轻患者的氧化应激反应而受到关注(例如，参照专利文献1)。使用电解水的血液透析被称为电解水透析。
在大医院的电解水透析中，为了能够同时治疗多名患者而要求电解氢水的供给能力提高的电解水生成装置。这种电解水生成装置能够通过具备大容量的电解水生成部来实现。
上述大容量的电解水生成部例如能够通过包括并联连接的多个电解槽的电解单元来实现。并且，优选电解水生成部被构造为能够易于更换经长时间使用而消耗的部件。
专利文献1：日本专利公开2016-137421号公报
技术实现要素：
本发明是鉴于上述实际情况而提出的，其主要目的在于提供一种能够易于更换经长时间使用而消耗的部件的电解水生成装置。
本发明的电解水生成装置通过对水进行电解而生成电解水，所述电解水生成装置的特征在于，具备主体框架和收容在所述主体框架内的电解水生成部，所述主体框架具有沿水平方向延伸的上横材和在所述上横材的下方沿水平方向延伸的下横材，所述电解水生成部具有多个电解单元，各电解单元包括：基座，能够装卸地固定在所述上横材及所述下横材上；和电解槽，被固定在所述基座上且由隔膜划分阳极室和阴极室，所述基座以连结所述上横材和所述下横材的方式沿上下方向延伸配设。
在本发明所涉及的所述电解水生成装置中，优选所述各电解单元被配设为能够在所述上横材及所述下横材的引导下从所述主体框架内拉出。
在本发明所涉及的所述电解水生成装置中，优选所述上横材具有水平面，所述基座具有受到所述水平面的支撑的被支撑面。
在本发明所涉及的所述电解水生成装置中，优选所述各电解单元包括固定部件，所述固定部件用于在所述水平面上固定所述被支撑面。
在本发明所涉及的所述电解水生成装置中，优选所述下横材具有与所述水平面正交的垂直面，所述基座具有在装卸时受到所述垂直面的引导的被引导面。
在本发明所涉及的所述电解水生成装置中，优选所述基座具有卡合部，所述卡合部与所述下横材卡合且限制所述基座向所述垂直面的法线方向运动。
本发明的电解水生成装置具备主体框架和收容在主体框架内的电解水生成部。主体框架具有沿水平方向延伸的上横材及下横材，电解水生成部具有多个电解单元。各电解单元包括：基座，能够装卸地固定在上横材及下横材上；和电解槽，被固定在基座上。并且，基座以连结上横材和下横材的方式沿上下方向延伸配设。由此，各电解单元的基座被牢固地固定在主体框架上，并且通过从上横材及下横材中拆卸基座，能够容易进行电解单元的维修，并且能够易于更换已消耗部件。
附图说明
图1是表示包括本发明的电解水生成装置的透析液调制用水的制备装置的一实施方式的大致结构的立体图。
图2是从后面侧表示电解水生成装置结构的立体图。
图3是从正面侧表示电解水生成装置结构的立体图。
图4是表示电解水生成装置结构的主视图。
图5是表示电解水生成装置结构的左视图。
图6是从正面侧表示电解单元的立体图。
图7是从后面侧表示电解单元的立体图。
图8是表示电解单元的安装结构的侧剖视图。
图9是表示进行电解水生成部的维修的状态下的电解水生成装置的立体图。
图10是从后面侧表示进水管的立体图。
图11是从后面侧表示出水管的立体图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的一实施方式进行说明。
图1表示包括本实施方式的电解水生成装置1的透析液调制用水的制备装置100(以下，简称为制备装置100)的大致结构。制备装置100包括前处理装置200、电解水生成装置1及后处理装置300。
前处理装置200被设置在电解水生成装置1的上游侧，通过从原水中去除钙离子和镁离子等硬度成分而进行软水化，进而使用作为微细的多孔性物质的活性炭而从软水中吸附并去除氯等。待供给到前处理装置200中的原水一般使用自来水，但除此之外例如可使用井水、地下水等。
电解水生成装置1通过对经过前处理装置200的水进行电解而生成电解氢水。本实施方式的电解水生成装置1被构造为在电解水透析过程中能够将大量的电解氢水供给到后处理装置300中。
后处理装置300使用反渗透膜对电解氢水进行净化。由反渗透膜净化处理的溶解氢水例如满足作为透析液调制用水的净化标准的iso13959标准，并且作为透析液调制用水而用于透析原液的稀释等中。
如图1所示，电解水生成装置1与上游侧的前处理装置200及下游侧的后处理装置300一同并排设置，以缩小制备装置100的设置空间(占用空间，footprint)。例如，如本实施方式那样，从制备装置100的正面观察时，优选以在水平方向上不存在间隙的方式并排设置前处理装置200、电解水生成装置1及后处理装置300。
图2及图3表示电解水生成装置1的大致结构。电解水生成装置1具备主体框架2、电源部3、电解水生成部4、电缆5、进水管6及出水管7。
主体框架2由沿铅直方向延伸的多个纵材21和沿水平方向延伸的多个横材22等构造，该主体框架2用于支撑电源部3、电解水生成部4、电缆5、进水管6及出水管7。对纵材21及横材22应用例如剖面为l字状的角钢材。主体框架2由纵材21及横材22形成为矩形状。主体框架2规定上部23、底部24、第一侧部25、第二侧部26、第三侧部27及第四侧部28。横材28具有上横材22a和配设在上横材22a的下方的下横材22b。
上部23和底部24在上下方向上位于相反侧。第一侧部25和第二侧部26位于水平方向的相反侧。在本实施方式中，第一侧部25位于制备装置100的正面侧，第二侧部26位于制备装置100的后面侧。第三侧部27及第四侧部28与第一侧部25及第二侧部26正交。第三侧部27及第四侧部28位于水平方向的相反侧。在本实施方式中，第三侧部27位于制备装置100的右侧面侧，第四侧部28位于制备装置100的左侧面侧。第三侧部27也可以位于制备装置100的左侧面侧，第四侧部28也可以位于制备装置100的右侧面侧。另外，第一侧部25、第二侧部26、第三侧部27及第四侧部28也可以由侧板来覆盖。
电源部3被固定在主体框架2的上部23。在本实施方式中，在上部23只设置有电源部3，未设置电解水生成部4、进水管6及出水管7。由此，能够易于隔离构造主要的电气系统的电源部3和构造水路的电解水生成部4、进水管6及出水管7，并且能抑制由电解水生成部4等中的漏水引起的电源部3的故障。在电源部3中也可以设置有控制电路(未图示)，该控制电路用于负责包括电解水生成部4的电解水生成装置1整体的控制。
电解水生成部4在电源部3的下方空间中被固定在主体框架2上。通过这种电源部3及电解水生成部4的配置，缩小电解水生成装置1的设置面积，并且容易在有限的空间中设置电解水生成装置1。
另外，由于电源部3位于电解水生成部4的上方，因此即使在电解水生成部4中产生漏水等的情况下，水也不易溅到电源部3，从而抑制对电气电路的影响。
电缆5用于电连接电解水生成部4和电源部3。经由电缆5，从电源部3向电解水生成部4供应用于电解的电解电流。
进水管6向电解水生成部4供给电解用的水。经过前处理装置200的水经由进水管6被供给到电解水生成部4中。
出水管7用于取出在电解水生成部4的阴极侧电解后的电解氢水并向后处理装置300供给。另外，出水管7包括第一排水管73。第一排水管73用于取出在电解水生成部4的阳极侧电解后的电解氧水并向电解水生成装置1的外部排出。
图4表示电解水生成装置1的正面，图5表示电解水生成装置1的左侧面。电解水生成部4包括多个电解单元41。
图6及图7表示电解单元41的结构。各电解单元41具有：板状的基座42；多个电解槽43，由隔膜划分阳极室和阴极室；和手柄44，被固定在基座42上。基座42以沿上下方向立起的姿势受到上横材22a及下横材22b的支撑。
电解槽43例如与日本专利公开2016-159237号公报中公开的结构相同。即，在电解槽43的阳极室及阴极室中分别配设有供电体，隔膜例如使用由具有磺酸基的氟类树脂材料形成的固体高分子电解质膜，该隔膜被形成为在上下方向上较长的矩形状。各电解槽43以立起姿势被固定在基座42上。如图5和图6所示，优选沿第三侧部27在水平方向(即，从第一侧部25侧朝向第二侧部26侧的方向)上排列各电解槽43。由此，能够在一个电解单元41内紧凑地收容多个电解槽43。
基座42能够装卸地固定在上横材22a及下横材22b上。通过从上横材22a及下横材22b中拆卸基座42，能够容易进行各电解单元41的维修，并且能够易于更换已消耗部件。
基座42以连结上横材22a和下横材22b的方式沿上下方向延伸配设。由此，各电解单元41的基座42被牢固地固定在主体框架2上。
各电解单元41被配设为能够在上横材22a及下横材22b的引导下从主体框架2内拉出。通过沿上横材22a及下横材22b向主体框架2的外侧拉出电解单元41，容易从主体框架2中拆卸电解单元41，并且通过将其他电解单元4压入主体框架2的内侧来更换电解单元41。
图8表示电解单元41的固定结构。上横材22a具有法线朝向上方的水平面22c。法线为与面垂直的直线。对水平面22c可应用构造上横材22a的角钢材的一侧面。如图6至图8所示，基座42具有支撑电解槽43的主体部42a和受到水平面22c的支撑的被支撑面42c。主体部42a被形成为平板状。被支撑面42c被形成为从主体部42a大致垂直地立起的部分。这种基座42通过压制加工等来容易制造。由于被支撑面42c载置在水平面22c上，因此能够由上横材22a来支撑电解单元41的荷载。
各电解单元41包括固定部件45，该固定部件45用于在水平面22上固定被支撑面42c。固定部件45例如由具有与设置于上横材22a的内螺纹对应的外螺纹的旋钮等构造。对固定部件45也可以使用所谓快速紧固件等。通过这种固定部件，能够将各电解单元41迅速且牢固地固定在上横材22a上。
另一方面，下横材22b具有与水平面22c正交的垂直面22d。对垂直面22d可应用构造下横材22b的角钢材的一侧面。基座42具有被引导面42d，该被引导面42d在该基座42的装卸时受到垂直面22d的引导。如图7所示，对被引导面42d可应用主体部42a的后面。
基座42具有与下横材22b卡合的卡合部42e。卡合部42e包括被引导面42d和与被引导面42d相对的被引导面42f。被引导面42d及被引导面42d通过在两者之间夹着下横材22b而与下横材22b卡合。通过下横材22b与卡合部42e之间的卡合，限制基座42向垂直面22d的法线方向即图4所示的第三水平方向h3运动。由此，各电解单元41被牢固地固定在横材22上，并且容易进行各电解单元41的装卸。
电解单元41包括：第一电解单元41a，被设置在第一侧部25侧；和第二电解单元41b，被设置在第二侧部26侧。
图9表示进行电解水生成部4的维修的状态下的电解水生成装置1。第一电解单元41a通过横材22来支撑，并且被构造为能够以横材22为导轨沿从第二侧部26朝向第一侧部25的第一水平方向h1拉出及沿从第一侧部25朝向第二侧部26的第二水平方向h2压入。通过沿第一水平方向h1拉出第一电解单元41a，能够易于更换构造第一电解单元41a的电解槽43等的消耗部件，并且能够在短时间内容易进行第一电解单元41a的维修。
第二电解单元41b通过横材22来支撑，并且被构造为能够以横材22为导轨沿第二水平方向h2拉出及沿第一水平方向h1压入。通过沿第二水平方向h2拉出第二电解单元41b，能够易于更换构造第二电解单元41b的电解槽43等的消耗部件，并且能够在短时间内容易进行第一电解单元41a的维修。
此外，第一电解单元41a也可以是其整体向主体框架2的外部拉出的结构，也可以是其一部分向主体框架2的外部拉出的结构。同样，第二电解单元41b也可以是其整体向主体框架2的外部拉出的结构，也可以是其一部分向主体框架2的外部拉出的结构。
即，如图9中的上段的第一电解单元41a及第二电解单元41b所示，电解单元41可以是能够从主体框架2中完全拆卸的结构，并且如下段的第一电解单元41a及第二电解单元41b所示，电解单元41也可以是至少在其一部分从主体框架2拉出的状态下能够支撑在主体框架2上的结构。在前者的情况下，通过更换电解单元41整体，能够缩短维修所需的时间。在后者的情况下，能够维持电解单元41被支撑在主体框架2上的状态的同时，将电解单元41的一部分向主体框架2的外部拉出，从而能够只拆卸并更换需要更换的部件。
在拉出第一电解单元41a及第二电解单元41b时使用手柄44。在本实施方式中，如图6所示，一对手柄44隔着多个电解槽43在第一水平方向h1及第二水平方向h2的两侧被固定在基座42上。能够通过使用一个手柄44而易于拉出第一电解单元41a及第二电解单元41b，并且能够通过使用两个手柄44且用双手易于抬起第一电解单元41a及第二电解单元41b，并从主体框架2中拆卸第一电解单元41a及第二电解单元41b。
在一个电解单元41中也可以设置有单个手柄44。在该情况下，例如在第一电解单元41a中，优选手柄44比电解槽43更在第一水平方向h1侧被固定在基座42上。由此，能够通过使用手柄44而易于拉出第一电解单元41a。同样，在第二电解单元41b中，优选手柄44比电解槽43更在第二水平方向h2侧被固定在基座42上。
优选第一电解单元41a和第二电解单元41b沿第二水平方向h2排列。由此，能够将多个电解单元41紧凑地收容在主体框架2的内侧。
如图4、图5及图9所示，优选多个第一电解单元41a沿电解水生成装置1的上下方向排列。另外，优选多个第二电解单元41b沿电解水生成装置1的上下方向排列。由此，能够与上述的沿第三侧部27在第二水平方向h2上排列的电解槽43相结合，将多个电解单元41紧凑地收容在主体框架2的内侧。
如图4所示，优选多个第一电解单元41a沿与第二水平方向h2(第一水平方向h1)正交的第三水平方向h3排列。同样，优选多个第二电解单元41b沿第三水平方向h3排列。由此，能够与上述的沿电解水生成装置1的第二水平方向h2及上下方向排列的电解单元41相结合，将多个电解单元41紧凑地收容在主体框架2的内侧。
电解水生成部4以靠近主体框架2的第四侧部28侧的方式被固定在主体框架2上。上述“靠近第四侧部28侧”是指电解水生成部4的中心与主体框架2的中心相比更向第四侧部28侧偏移。由此，电解水生成部4被汇集在第四侧部28侧，能够将大容量的电解水生成部4紧凑地收容在主体框架2的内部。
另一方面，电缆5的主要部分通过作为电解水生成部4与第三侧部27之间的空间的第三侧部侧空间29，将电解水生成部4和电源部3电连接。由此，容易进行电缆5的维修。另外，在拉出第一电解单元41a及第二电解单元41b时，能够抑制第一电解单元41a及第二电解单元41b与电缆5之间的干涉，并且能够在短时间内容易进行电解水生成部4的维修。
如图1至图3所示，进水管6具有相对于前处理装置200及电解水生成装置1而配设在第二水平方向h2侧的进水管60。进水管60在制备装置100的后面侧与前处理装置200相连。同样，出水管7具有相对于后处理装置300及电解水生成装置1而配设在第二水平方向h2侧的出水管70。出水管70在制备装置100的后面侧与后处理装置300相连。
通过上述进水管60及出水管70，能够简化制备装置100的正面侧的结构。另外，伴随这种进水管6及出水管7的管道结构，在电解水生成装置1的后面侧产生的空间能够作为用于拉出第二电解单元41b且进行维修的空间来有效地使用。
图10表示电解水生成装置1内部的进水管6的结构。进水管6具有主进水管61、61a、61b和直径小于主进水管61、61a、61b的直径的副进水管62a、62b。
主进水管61在主体框架2的内部与进水管60连接。主进水管61和进水管60也可以形成为一体。主进水管61a、61b从主进水管61分支。主进水管61a为了向各电解单元41的各电解槽43的阴极室供给水而设置。主进水管61b为了向各电解单元41的各电解槽43的阳极室供给水而设置。
副进水管62a的一端从主进水管61a分支，另一端与各电解槽43(参照图4至图6)的阴极室连接。经过前处理装置200的水依次经由主进水管61、61a及副进水管62a流入各电解槽43的阴极室。副进水管62b的一端从主进水管61b分支，另一端与各电解槽43的阳极室连接。经过前处理装置200的水依次经由主进水管61、61b及副进水管62b，从而也流入各电解槽43的阳极室。
优选在主进水管61b上设置有节流阀61d。由此，能够限制流入阳极室的水(即，成为电解氧水而排出的水)，从而实现水的有效利用。在该情况下，可将主进水管61b的直径设为小于主进水管61a的直径，从而实现电解水生成装置1的小型化及成本降低。
在本实施方式中，主进水管61a的一部分被配设在第三侧部侧空间29中，因此在相对于第一电解单元41a而第一水平方向h1的空间及相对于第二电解单元41b而第二水平方向h2的空间中未配设进水管6。由此，在拉出第一电解单元41a及第二电解单元41b时，能够抑制第一电解单元41a及第二电解单元41b与进水管6之间的干涉，并且能够在短时间内容易进行电解水生成部4的维修。
图11表示电解水生成装置1内部的出水管7的结构。出水管7具有主出水管71a、71b和直径小于主出水管71a、71b的直径的副出水管72a、72b。主出水管71a在主体框架2的内部与出水管70连接。主出水管71a和出水管70也可以形成为一体。主出水管71b在主体框架2的内部与第一排水管73连接。主出水管71b和第一排水管73也可以形成为一体。待取出电解氢水的主出水管71a经由出水管70与后处理装置300连接。待取出电解氧水的主出水管71b经由第一排水管73与排水装置(未图示)连接。
待取出电解氢水的副出水管72a的一端与各电解槽43(参照图4至图6)的阴极室连接，另一端与主出水管71a会聚。待取出电解氧水的副出水管72b的一端与各电解槽43的阳极室连接，另一端与主出水管71b会聚。在各电解槽43的阴极室中电解后的电解氢水依次经由副出水管72a和主出水管71a流入后处理装置300。另一方面，在各电解槽43的阳极室中电解后的电解氢水依次经由副出水管72b和主出水管71b排出。
在本实施方式中，主出水管71a的一部分被配设在第三侧部侧空间29中，因此在相对于第一电解单元41a而第一水平方向h1的空间及相对于第二电解单元41b而第二水平方向h2的空间中未配设出水管7。由此，在拉出第一电解单元41a及第二电解单元41b时，能够抑制第一电解单元41a及第二电解单元41b与出水管7之间的干涉，并且能够在短时间内容易进行电解水生成部4的维修。
如图6所示，电缆5包括：缆线56，用于向各电解槽43供应电解电流；和缆线57，用于传递来自设置于副出水管72a、72b的流量传感器63的输出信号。缆线56及57被构造为能够通过联接器55而分割为电解槽43侧和电源部3侧。由此，在拉出第一电解单元41a及第二电解单元41b时，能够快速分割缆线56及57，并且能够在短时间内容易进行电解水生成部4的维修。
副进水管62a、62b被构造为能够在各电解槽43的下部分割为电解槽43侧和主进水管61a、61b侧。另一方面，副出水管72a、72b被构造为能够在各电解槽43的上部分割为电解槽43侧和主出水管71a、71b侧。由此，在拉出第一电解单元41a及第二电解单元41b时，能够快速分割副进水管62a、62b及副出水管72a、72b，并且能够在短时间内容易进行电解水生成部4的维修。
如图2所示，优选在底部24配设有器皿状的储水部8。储水部8用于储存在进行电解水生成部4、进水管6及出水管7的维修等时漏出的水。
优选出水管7进一步具备：第一排水管73，用于将从各电解槽43的阳极室中取出的水排出到主体框架2的外部；和第二排水管74，从储水部8延伸且与第一排水管73连接。第二排水管74和第一排水管73也可以形成为一体。由于从储水部8延伸的第二排水管74与第一排水管73连接，因此易于排出储存在储水部8中的水。
以上，对本实施方式的电解水生成装置1进行了详细说明，但本发明并不限定于上述的具体实施方式，可以变更为多种方式来实施。即，电解水生成装置1至少具备主体框架2和收容在主体框架2内的电解水生成部4，主体框架2具有沿水平方向延伸的上横材22a和在上横材22a的下方沿水平方向延伸的下横材22b，电解水生成部4具有多个电解单元41，各电解单元41包括：基座42，能够装卸地固定在上横材22a及下横材22b上；和电解槽43，被固定在基座42上且由隔膜划分阳极室和阴极室，基座42以连结上横材22a和下横材22b的方式沿上下方向延伸。
附图标记说明
1电解水生成装置
2主体框架
4电解水生成部
6进水管
7出水管
21纵材
22横材
23上部
24底部
25第一侧部
26第二侧部
27第三侧部
28第四侧部
29第三侧部侧空间
41电解单元
41a第一电解单元
41b第二电解单元
42基座
43电解槽
44手柄
h1第一水平方向
h2第二水平方向