CN103803494A - 利用太阳能生产重水的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用太阳能直接提取重水的方法及设备，由具有高效吸收太阳光的N+1个容器，水蒸气收集器及重水收集器组成。其利用太阳能对天然水进行N+1级的蒸馏，所述第N级的普通水流入第N+1级中，第N+1级的水经太阳光照射蒸发形成的水真气导入到第N级的水中，在所述第1级收集水蒸气，通过冷凝形成轻水，收集所述第N+1级中的水，即可得到高纯度的重水。本发明所的优点在于：本发明所述的提取重水的设备具有结构简单，施工方便，造价低廉的特点，由于直接利用太阳能提炼重水，在节约成本的同时有效的减少了二氧化碳的排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种提炼重水的方法及设备，特别是利用太阳能直接提炼重水的方法及设备。
背景技术
目前全世界的核电厂有两种基本类型，一种使用重水反应堆，另一种使用轻水（普通水）反应堆。两种类型各有千秋。，由于轻水能够吸附中子，需要在核反应堆中使用浓缩的铀，浓缩铀的使用存在安全低及成本高的缺陷；而由于重水不吸收中子，是最好的减速剂，因此重水核反应堆可以使用天然的非浓缩铀，其成本较低且安全性相对较高， 但缺点是重水昂贵。所以加起来，轻水核电厂和重水核电厂代价差不多。
在重水核电厂建设过程中，重水费用占基础投资比重较大，二十吨天然水中含有三公斤重水，虽然从天然水中提取重水比从天然铀中制取浓缩铀容易，但是由于天然水重水含量太低，所以重水仍然是一种相当昂贵的材料。
通常的，制取重水的方式主要有：①电解法，由于重水不易被电解，这样可以从普通水中把它分离出来；②蒸馏法，该方法是利用重水沸点高于普通水通过反复蒸馏得到；③水——硫化氢交换法（GS法），GS法是基于在一系列塔内（通过顶部冷和底部热的方式操作）水和硫化氢之间氢与氘交换的一种方法，在此过程中，水向塔底流动，而硫化氢气体从塔底向塔顶循环，使用一系列多孔塔板促进硫化氢气体和水之间的混合，在低温下氘向水中迁移，而在高温下氘向硫化氢中迁移，氘被浓缩了的硫化氢气体或水从第一级塔的热段和冷段的接合处排出，并且在下一级塔中重复这一过程，最后一级的产品（氘浓缩至高达30%的水）送入一个蒸镏单元以制备反应堆级的重水（即99.75%的氧化氘）；④氨——氢交换法， 氨——氢交换法可以在催化剂存在下通过同液态氨的接触从合成气中提取氘，合成气被送进交换塔，而后送至氨转换器，在交换塔内气体从塔底向塔顶流动，而液氨从塔顶向塔底流动，重水的生产氘从合成气的氢中洗涤下来并在液氨中浓集，液氨然后流入塔底部的氨裂化器，而气体流入塔顶部的氨转换器，在以后的各级中得到进一步浓缩，最后通过蒸馏生产出反应堆级重水。
上述四种方法存在共同的缺陷为：都需要消耗大量的燃料，不利于节能环保。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用太阳能直接提取重水的方法及设备，本发明所述的提取重水的方法在节约成本的同时能有效的实现节能减排，由于提取设备结构简单，来源广泛，具有价格低廉，方便实施的特点。
本发明所述的利用太阳能直接提取重水的方法为：利用太阳能对天然水进行N+1级的蒸馏，所述第N级的普通水流入第N+1级中，第N+1级的水经太阳光照射蒸发形成的水真气导入到第N级的水中，在所述第1级收集水蒸气，通过冷凝形成轻水，收集所述第N+1级中的水，即可得到高纯度的重水。
实现本发明所述的利用太阳能直接提取重水的设备为：由具有高效吸收太阳光的N+1个容器，水蒸气收集器及重水收集器组成；所述的容器与容器之间通过两根导管级连，一根导管为导水管，用于容器与容器之间的导水，一根导管为水蒸气导管，用于将第N+1级的水蒸气导入到第N级的水中；所述的水蒸气收集器位于第1级容器相连，用于收集第1级容器中的水蒸气；所述的重水收集器于第N+1级容器相连，用于收集第N+1级容器中的重水。
进一步的，所述水蒸气导管内可设置防水电动风扇，将第N+1级容器中的水蒸气快速抽取到第N级的水中。
进一步的，所述第1级容器中设置强力真空泵，使容器内的水的沸点降低，加快水蒸气蒸发。
进一步的，所述的容器为管状容器或箱状容器，所述容器中间真空，内部涂有高效率吸热低辐射率的涂料。
进一步的，所述的容器内部装满填料以促进气液交换，所述的填料为具有薄波纹蜂窝状结构和接触表面积大塑料、陶瓷或金属构成。
进一步的，在管状容器或箱状容器周围可设置太阳能集热器，并将聚合的太阳照射到容器的底部。
进一步的，所述的太阳能集热器为抛物面聚焦镜。
进一步的，所述N+1个容器连接组成的直线型蒸馏器与水平面成一定的夹角，使第N级的水自动流入第N+1级的容器中。
本发明所述的利用太阳能直接提取重水的方法及设备的优点在于：本发明所述的提取重水的设备具有结构简单，施工方便，造价低廉的特点，由于直接利用太阳能提炼重水，在节约成本的同时有效的减少了二氧化碳的排放。
附图说明
图1利用太阳能生产重水的流程原理图。
具体实施方式
如图1所示，利用太阳能直接提取重水的设备为：由具有高效吸收太阳光的材料制备的N+1个容器，水蒸气收集器及重水收集器；所述的容器与容器之间通过两根导管级连，一根导管为导水管，用于容器与容器之间的导水，一根导管为水蒸气导管，用于将第N+1级的水蒸气导入到第N级的水中；所述的水蒸气收集器位于第1级容器相连，用于收集第1级容器中的水蒸气；所述的重水收集器于第N+1级容器相连，用于收集第N+1级容器中的重水。为加快转化效率，一方面可在水蒸气导管内可设置防水电动风扇，将第N+1级容器中的水蒸气快速抽取到第N级的水中；另一方面，可以在所述N+1个容器连接组成的直线型蒸馏器与水平面成一定的夹角，使第N级的水自动流入第N+1级的容器中。第一级使用强力真空泵，导致真空下水的沸点降低。
本发明的原理是根据质量守恒定律，在第1级容器中收集的水蒸气的量加上存留在所有容器中水的量等于注入水的总量。由此通过发明实现利用太阳能直接提取重水的方法为：利用太阳能对天然水进行N+1级的蒸馏，所述第N级的普通水流入第N+1级中，第N+1级的水经太阳光照射蒸发形成的水蒸气导入到第N级的水中，在所述第1级收集水蒸气，通过冷凝形成轻水，收集所述第N+1级中的水，即可得到高纯度的重水。
为加快容器内水蒸发的速度，可在容器周围设置如抛物面聚焦镜类太阳能集热器，用于进一步加热容器。
Claims (8)
1.利用太阳能直接提取重水的方法：利用太阳能对天然水进行N+1级的蒸馏，所述第N级的普通水流入第N+1级中，第N+1级的水经太阳光照射蒸发形成的水真气导入到第N级的水中，在所述第1级收集水蒸气，通过冷凝形成轻水，收集所述第N+1级中的水，即可得到高纯度的重水。
2.实现如权利要求1所述的利用太阳能直接提取重水的设备为：由具有高效吸收太阳光的N+1个容器，水蒸气收集器及重水收集器组成；所述的容器与容器之间通过两根导管级连，一根导管为导水管，用于容器与容器之间的导水，一根导管为水蒸气导管，用于将第N+1级的水蒸气导入到第N级的水中；所述的水蒸气收集器位于第1级容器相连，用于收集第1级容器中的水蒸气；所述的重水收集器于第N+1级容器相连，用于收集第N+1级容器中的重水。
3.如权利要求2所述的所述利用太阳能直接提取重水的设备，其特征在于，所述水蒸气导管内可设置防水电动风扇，将第N+1级容器中的水蒸气快速抽取到第N级的水中，所述第1级容器中设置强力真空泵，使容器内的水的沸点降低，加快水蒸气蒸发。
4.如权利要求2所述的所述利用太阳能直接提取重水的设备，其特征在于，所述的容器为管状容器或箱状容器，所述容器中间真空，内部涂有高效率吸热低辐射率的涂料。
5.如权利要求2所述的所述利用太阳能直接提取重水的设备，其特征在于，所述的容器内部装满填料以促进气液交换，所述的填料为具有薄波纹蜂窝状结构和接触表面积大塑料、陶瓷或金属构成。
6.如权利要求2所述的所述利用太阳能直接提取重水和轻水的设备，其特征在于，在管状容器或箱状容器周围可设置太阳能集热器，并将聚合的太阳照射到容器的底部。
7.如权利要求2所述的所述利用太阳能直接提取重水和轻水的设备，其特征在于，所述的太阳能集热器为抛物面聚焦镜。
8.如权利要求2所述的所述利用太阳能直接提取重水和轻水的设备，其特征在于，所述N+1个容器连接组成的直线型蒸馏器与水平面成一定的夹角，使第N级的水自动流入第N+1级的容器中。
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| CN107074539A (zh) * | 2014-08-29 | 2017-08-18 | 国立大学法人信州大学 | 低氘水的制造方法、重水和轻水的分离方法及富氘水的制造方法 |
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