CN105197890A - 制备低氘氚水的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种制备低氘氚水的系统及方法，所述系统包括制氢设备、氧气输送设备、水生成设备；所述深层海水抽取设备与海水提纯装置连接，经提纯后的海水输送至制氢设备，作为制氢设备的部分原料；制氢设备设有膜分离装置，通过膜分离装置将氢气中的氕分离出，而氢气中的氘、氚无法从膜分离装置过滤出；所述氧气输送设备通过制备而提供氧气，或者仅输送制备好的氧气；所述水生成设备接收制氢设备制备的氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。本发明可制备不含具有放射性元素氘氚的轻水，提升人们的生活品质，满足人们对健康的需求。此外，本系统具有便携性，方便人们携带。

Description

制备低氘氚水的系统及方法

技术领域

本发明属于健康饮用水制备技术领域，涉及一种水制备系统，尤其涉及一种健康水制备系统；同时，本发明还涉及一种制备低氘氚水的系统。

背景技术

氕、氘、氚是氢三种同位素；H氕原子核内有1个质子，无中子，丰度为99.98％；氘D(又称重氢)，原子核内有1个质子，1个中子，丰度0.016％；氚T(又称超重氢)，原子核内有1个质子，2个中子，丰度0.004。

然而，有研究发现，随着时间的沉淀，太阳辐射的能量在地球上部分以氘、氚的形式存在于水中，因此，如今水中氘、氚的含量高于以往，并处于增长态势。

氘(deuterium)为氢的一种稳定形态的放射性同位素，也被称为重氢，元素符号一般为D或2H。原子核中有一个质子和一个中子，氢中有0.016％的氘。在大自然的含量约为一般氢的7000分之一，用于热核反应，聚变时放出β射线后形成质量数为3的氦；氘被称为“未来的天然燃料”。

氚(tritium)元素符号为T或3H。原子核中有一个质子和两个中子。并带有放射性，会发生β衰变，其半衰期为12.43年。由于氚的β衰变只会放出高速移动的电子，不会穿透人体，因此只有大量吸入氚才会对人体有害。在地球的自然界中，相比一般的氢气，氚的含量极少。氚的产生是当宇宙射线所带的高能量中子撞击氘核，其氘核与中子结合为氚核。氚与氘一样，都是制造氢弹的原料。自然界中存在极微，从核反应制得，主要用于热核反应。

由此可见，水中存在的氘、氚具有放射性，在一定程度上影响人们的健康；重水(超重水)含量越高，对细胞周期影响越大，会缩短细胞的生命周期；重水有毒，水中重水的含量如果超过一定值，可以致命。然而，如今还没有解除水中氘、氚的方法；更没有出现体积小、适用于家用的水制备设备。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的水制备设备，以便克服现有水处理方式的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备低氘氚水的系统，可制备不含氘氚的轻水，提升人们的生活品质。

此外，本发明还提供一种制备低氘氚水的方法，可制备不含氘氚的轻水，提升人们的生活品质。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种制备低氘氚水的系统，所述系统包括：制氢设备、氢气发电装置、氧气输送设备、水生成设备；

所述制氢设备包括固态氢气储存容器、快速启动装置、液体储存容器、换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的上部；

液体储存容器中储存有液态的甲醇和水；通过固态氢气储存容器中储存固态氢气或/和快速启动装置为制氢设备提供启动能源；所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢设备启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气为氢气发电装置发电，作为制氢设备的启动电源；

所述快速启动装置包括第一启动装置、第二启动装置；所述第一启动装置包括第一加热机构、第一气化管路，第一气化管路的内径为1～2mm，第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上；所述第一气化管路的一端连接液体储存容器，通过原料输送装置将甲醇送入第一气化管路中；第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第一气化管路输出后直接自燃；所述第二启动装置包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第一气化管路或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热；

所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；所述原料输送装置向原料提供1.1～5MPa的压强，使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强；

气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为350℃～409℃；所述重整室上部的温度为400℃～570℃；重整室与分离室通过连接管路连接；所述分离室内的温度设定为400℃～570℃；

所述催化剂包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化剂总质量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化剂总质量的6％～12％，Fe的氧化物占催化剂总质量的3％～8％，Zn的氧化物占催化剂总质量的8％～20％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的6％～40％，其余为过渡金属氧化物；

或者，所述催化剂为铜基催化剂，包括物质及其质量份数为：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃；

所述氢气发电装置连接制氢设备，将发出的部分直流电输送至制氢设备；制氢设备通过自己制得的直流电带动电磁加热装置为重整室、分离室加热；同时，还将发出的直流电输送至系统的氧气输送设备、水生成设备，供这些设备运行，同时还供氢气发电装置自身运行；

所述电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体，设置于重整缸体外的第一加热线圈，分离缸体外的第二加热线圈，重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器，以及电磁控制器；电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流，能使重整室、分离室瞬间达到设定温度；

所述分离室内设有膜分离器，所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75％～78％，银占22％～25％；

重整得到的氢气中的氕能透过钯膜分离器，而大部分氘、氚则不能透过钯膜分离器；因而从膜分离器的输出端得到氕；

所述膜分离装置将氢气中的氕分离出，氢气中的氘、氚无法被分离出膜分离装置，未能分离的氘、氚被另外收集；膜分离装置内的温度设定为300～500℃，压强小于5Mpa或压差不超过15公斤；

系统启动时，通过快速启动装置制备氢气，将制备得到的氢气输送至氢气发电装置发电；而后将发出的电能启动制氢设备；

所述制氢设备还包括电能估算模块、氢气制备检测模块、电能存储模块；所述电能估算模块用以估算氢气发电装置实时发出的电能是否能满足重整、分离时需要消耗的电能；如果满足，则关闭快速启动装置；

氢气制备检测模块用来检测制氢设备实时制备的氢气是否稳定；若制氢设备制备的氢气不稳定，则控制快速启动装置再次启动，并将得到的电能部分存储于电能存储模块，当电能不足以提供制氢设备的消耗时使用；

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中；

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路；所述压缩的气体主要为氧气；空气与氧气在混合容器混合后进入电堆；

所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合的空气与氧气中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩氧气的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述阀门调节控制装置根据氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器的感应结果调节氧气输送阀门、空气输送阀门，控制压缩氧气、空气的输送比例；压缩氧气进入混合容器后产生的动力将混合气体推送至电堆反应；

所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器；

所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进行湿度交换，而气体之间无法流通；

所述氧气输送设备通过制备而提供氧气，或者仅输送氧气；所述水生成设备接收制氢设备制备的氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。

一种制备低氘氚水的系统，所述制备系统包括：制氢设备、氧气输送设备、水生成设备；

所述制氢设备设有膜分离装置，通过膜分离装置将氢气中的氕分离出，而氢气中的氘、氚无法从膜分离装置过滤出；

所述氧气输送设备通过制备而提供氧气，或者仅输送制备好的氧气；

所述水生成设备接收制氢设备制备的氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。

作为本发明的一种优选方案，所述膜分离装置将氢气中的氕分离出，氢气中的氘、氚无法被分离出膜分离装置，未能分离的氘、氚被另外收集；膜分离装置内的温度设定为300～500℃，压强小于5Mpa或压差不超过15公斤。

作为本发明的一种优选方案，所述制氢设备利用水解制备氢气，得到氢气及氧气；将制得的氢气通过钯膜分离装置分离出氘氚，仅让氕通过。

作为本发明的一种优选方案，所述制氢设备包括液体储存容器、换热器、气化室、重整室、分离室；所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂；所述分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中。

作为本发明的一种优选方案，所述制氢设备包括固态氢气储存容器、快速启动装置、液体储存容器、换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的上部；

所述液体储存容器中储存有液态的甲醇和水；通过固态氢气储存容器中储存固态氢气或/和快速启动装置为制氢设备提供启动能源；所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气为氢气发电装置发电，作为制氢设备的启动电源；

所述快速启动装置包括第一启动装置、第二启动装置；所述第一启动装置包括第一加热机构、第一气化管路，第一气化管路的内径为1～2mm，第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上；所述第一气化管路的一端连接液体储存容器，通过原料输送装置将甲醇送入第一气化管路中；第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第一气化管路输出后直接自燃；所述第二启动装置包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第一气化管路或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热；

所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；所述原料输送装置向原料提供1.1～5MPa的压强，使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强；

气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为350℃～409℃；所述重整室上部的温度为400℃～570℃；重整室与分离室通过连接管路连接；所述分离室内的温度设定为400℃～570℃；

所述催化剂包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化剂总质量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化剂总质量的6％～12％，Fe的氧化物占催化剂总质量的3％～8％，Zn的氧化物占催化剂总质量的8％～20％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的6％～40％，其余为过渡金属氧化物；

或者，所述催化剂为铜基催化剂，包括物质及其质量份数为：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃；

所述分离室内设有膜分离器，所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75％～78％，银占22％～25％；

重整得到的氢气中的氕能透过钯膜分离器，而大部分氘、氚则不能透过钯膜分离器；因而从膜分离器的输出端得到氕；

系统启动时，通过快速启动装置制备氢气，将制备得到的氢气输送至氢气发电装置发电；而后将发出的电能启动制氢设备。

作为本发明的一种优选方案，所述氢气发电装置连接制氢设备，将发出的部分直流电输送至制氢设备；制氢设备通过自己制得的直流电带动电磁加热装置为重整室、分离室加热；同时，还将发出的直流电输送至系统的氧气输送设备、水生成设备，供这些设备运行，同时还供氢气发电装置自身运行；

所述电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体，设置于重整缸体外的第一加热线圈，分离缸体外的第二加热线圈，重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器，以及电磁控制器；电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流，能使重整室、分离室瞬间达到设定温度。

作为本发明的一种优选方案，所述制氢设备还包括电能估算模块、氢气制备检测模块、电能存储模块；所述电能估算模块用以估算氢气发电装置实时发出的电能是否能满足重整、分离时需要消耗的电能；如果满足，则关闭快速启动装置；

氢气制备检测模块用来检测制氢设备实时制备的氢气是否稳定；若制氢设备制备的氢气不稳定，则控制快速启动装置再次启动，并将得到的电能部分存储于电能存储模块，当电能不足以提供制氢设备的消耗时使用。

作为本发明的一种优选方案，所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中；

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路；所述压缩的气体主要为氧气；空气与氧气在混合容器混合后进入电堆；

所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合的空气与氧气中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩氧气的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述阀门调节控制装置根据氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器的感应结果调节氧气输送阀门、空气输送阀门，控制压缩氧气、空气的输送比例；压缩氧气进入混合容器后产生的动力将混合气体推送至电堆反应；

所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器，

所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进行湿度交换，而气体之间无法流通。

一种利用上述系统制备低氘氚水的方法，所述制备方法包括：

氢气制备步骤，在输送的过程中进行膜分离；膜分离步骤中，通过膜分离装置将氢气中的氕分离出，而氢气中的氘、氚无法从膜分离装置过滤出；

氧气输送步骤，通过制备而提供氧气，或者仅输送氧气；

水生成步骤，接收氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。

本发明的有益效果在于：本发明提出的制备低氘氚水的系统及方法，可制备不含具有放射性元素氘氚的轻水，提升人们的生活品质，满足人们对健康的需求。此外，本系统具有便携性，方便人们携带。

附图说明

图1为本发明制备低氘氚水的系统的组成示意图。

图2为本发明系统中制氢设备的组成示意图。

图3为制氢设备中快速启动装置的结构示意图

图4为制氢设备及其加热管路的结构示意图。

图5为设有安全阀的制氢设备的组成示意图。

图6为设有安全阀的制氢设备的另一种状态下的示意图。

图7为本发明系统中燃料电池系统的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种制备低氘氚水的系统，所述制备系统包括：制氢设备1、氧气输送设备2、水生成设备3。

制氢设备1用于制备氢气并输出，也可以仅为氢气输送设备，仅输送制备好的氢气，此时氢气输送设备连接膜分离装置，通过膜分离装置将氢气中的氕分离出，而氢气中的氘、氚无法从膜分离装置过滤出。氧气输送设备通过制备而提供氧气，或者仅输送氧气；水生成设备包括质子膜，接收制氢设备制备的氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。

本实施例中，请参阅图2，所述制氢设备1为小型便携式制氢设备，包括：液体储存容器10、原料输送装置50、快速启动装置40、制氢装置20、膜分离装置30、氢气输送管路60。

如图3所示，所述快速启动装置40包括壳体41、加热机构42、气化管路43，气化管路43的内径为1～2mm，气化管路43缠绕于加热机构42上；所述加热机构可以为电加热棒，利用交流电或蓄电池、干电池即可。

所述气化管路43的一端连接液体储存容器10，将甲醇送入气化管路43中；气化管路43的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，气化管路43的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从气化管路43输出后直接自燃；所述快速启动装置40为制氢装置(或者说整个制氢设备)提供启动能源。

请参阅图4，为了提高制氢装置的加热速度，在所述制氢装置20的重整室内壁设有加热管路21，加热管路21内放有催化剂(如可以将加热温度控制在380℃～480℃)；所述快速启动装置40通过加热所述加热管路21为重整室加热，可以提高加热效率。

如图2所示，制氢装置20还可以设置第二启动装置70，所述第二启动装置70包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于重整室内，第二气化管路为重整室加热(还可以为制氢设备其他单元加热)。第一气化管路或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化。当第二启动装置可以持续制得气化的甲醇后设定时间，可以关闭上述快速启动装置，从而进一步减少对电能等外部能源的依靠。

除此之外，所述制氢装置20包括换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室内的上部。所述液体储存容器与制氢装置连接；液体储存容器中储存有液态的甲醇和水。

所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300℃～420℃。所述重整室上部的温度为400℃～570℃；重整室与分离室通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，能通过重整室上部的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近。所述分离室内的温度设定为350℃～570℃；分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气。通过上述改进，可以分别保证重整室内催化剂的低温要求，以及分离室的高温要求，进而提高氢气制备效率；同时，本发明的预热方式(将分离室设置于重整室内的上部)非常便捷。

所述催化剂包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化剂总质量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化剂总质量的6％～12％，Fe的氧化物占催化剂总质量的3％～8％，Zn的氧化物占催化剂总质量的8％～20％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的6％～40％，其余为过渡金属氧化物；

或者，所述催化剂为铜基催化剂，包括物质及其质量份数为：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃。

此外，所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢装置；所述原料输送装置向原料提供0.15～5MPa的压强，使得制氢装置制得的氢气具有足够的压强。所述制氢装置制得的氢气输送至膜分离装置进行分离，用于分离氢气的膜分离装置的内外压强之差大于等于0.7MPa。通过该改进，使得制氢装置制得的氢气具有足够的压强，可提高制氢效率及制得氢气的纯度。

所述制氢设备启动后，制氢设备通过制氢装置制得的氢气提供运行所需的能源；此时，可以关闭快速启动装置。由于制氢装置制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氢设备运行，从而可以减少对外部能源的依靠，自适应能力强。

经申请人研究发现，氢气透过钯合金，可以将具有放射性的氘、氚与氕分离。因此，本发明中，所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金(或钯钇合金)，钯银合金(或钯钇合金)的质量百分比钯占75％～78％，银(或钇)占22％～25％。本发明利用该钯膜分离装置，氢气的纯度更高；且可以将氢中具有放射性的氘、氚与氕分离。在钯占76％(质量百分比)，银占24％(质量百分比)时，分离效果较佳。

具体地，所述膜分离装置将氢气中的氕分离出，氢气中的氘、氚无法被分离出膜分离装置，未能分离的氘、氚被另外收集；膜分离装置内的温度设定为300～500℃，压强小于5Mpa或压差不超过15公斤。

此外，请参阅图5、图6，所述氢气输送管路60设有弹簧安全阀61，弹簧安全阀61包括阀主体、弹簧机构、弹起端；所述原料输送装置50包括输送泵，弹起端靠近输送泵的开关设置(当然原料输送装置50也可以为其他动力装置)，在弹起端弹起时能断开原料输送装置的开关。通过在氢气输送管路设置机械安全阀，在气压达到设定值时机械安全阀打开，并能控制原料输送装置停止输送原料。从而可以提高设备运行的安全性，防止氢气泄露及爆炸。

具体地，本实施例中，所述输送泵的开关包括接触段62及三个端口，三个端口分别为第一端口63、第二端口64、第三端口65。所述接触段62的一端可旋转地设置于第一端口63，第一端口63连接输送泵；接触段62的另一端能接触第二端口64或第三端口65。

所述第二端口64连接电源，第一端口63连接第二端口64时，能控制输送泵工作。所述第三端口65连接报警发送装置，当第一端口连接第三端口65时，能控制输送泵不工作，同时报警发送装置发送报警信息(如通过短信的方式)至对应的服务器或客户端，可以通知相应人员。

所述氢气发电装置连接制氢设备，将发出的部分直流电输送至制氢设备；制氢设备通过自己制得的直流电带动电磁加热装置为重整室、分离室加热；同时，还将发出的直流电输送至系统的氧气输送设备、水生成设备，供这些设备运行，同时还供氢气发电装置自身运行。

所述制氢设备包括电磁加热装置；电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体，设置于重整缸体外的第一加热线圈，分离缸体外的第二加热线圈，重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器，以及电磁控制器；电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流，能使重整室、分离室瞬间达到设定温度。

所述制氢设备还包括电能估算模块、氢气制备检测模块、电能存储模块；所述电能估算模块用以估算氢气发电装置实时发出的电能是否能满足重整、分离时需要消耗的电能；如果满足，则关闭快速启动装置。

氢气制备检测模块用来检测制氢设备实时制备的氢气是否稳定；若制氢设备制备的氢气不稳定，则控制快速启动装置再次启动，并将得到的电能部分存储于电能存储模块，当电能不足以提供制氢设备的消耗时使用。

请参阅图7，本实施例中，所述氢气发电装置200为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆201；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆201中。

本实施例中，气体供给装置为压缩气体供给装置202，所述压缩气体输送至一混合容器203后进入电堆201，混合容器203的一端连接空气；压缩气体进入混合容器203后产生的动力将自然空气按设定比例吸进电堆反应，调节氧气含量。

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路，空气进气管路、出气管路均经过湿化系统204。所述压缩的气体主要为氧气(也可以为空气)；自然空气与压缩氧气在混合容器混合后进入电堆201。

所述燃料电池系统还包括气体调节系统，气体调节系统设置于混合容器203内；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器。

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合的空气与氧气中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置。

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩氧气的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置。

所述阀门调节控制装置根据氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器的感应结果调节氧气输送阀门、空气输送阀门，控制压缩氧气、自然空气的输送比例(如自然空气比例可以为0-70％)；压缩氧气进入混合容器后产生的动力将混合气体推送至电堆反应，利用自然空气做稀释减压。

所述湿化系统204包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器。

所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进行湿度交换，而气体之间无法流通。湿度交换管路在湿度交换容器中螺旋设置，可以充分进行湿度交换。

本发明制氢设备、氧气输送设备的体积均可以设计的很小，从而可以方便人们携带。

本发明还揭示一种上述制备低氘氚水的系统制备低氘氚水的方法，该制备方法包括如下步骤：

【步骤S1】将水做净化处理，作为制氢设备1的部分原料。或者，将水蒸发，配同对应的甲醇，输入至制氢设备。

【步骤S2】氢气制备步骤，制备氢气，具体包括：

-步骤S21、快速启动步骤；所述制氢设备利用快速启动装置提供启动能源启动；具体包括：

加热机构通电设定时间，待加热机构达到设定温度后向气化管路通入甲醇；由于气化管路紧密地缠绕于加热机构上，甲醇温度逐步升高；气化管路输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，气化管路输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从气化管路输出后直接自燃；

气化的甲醇通过燃烧放热，为制氢装置提供启动能源；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热；

-步骤S22、制氢设备启动后，制氢设备通过制氢装置制得的氢气提供运行所需的能源；待制氢设备运行制得足够的氢气，关闭快速启动装置，由制氢装置制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氢装置运行；制氢过程具体包括：

所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至制氢装置的换热器换热，换热后进入气化室气化；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为300℃～420℃；

所述重整室上部的温度为400℃～570℃；重整室与分离室通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室的上部，能通过重整室上部的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与分离室之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与分离室的温度相同或接近；

所述分离室内的温度设定为350℃～570℃；分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢装置；所述原料输送装置向原料提供0.15～5MPa的压强，使得制氢装置制得的氢气具有足够的压强；所述制氢装置制得的氢气输送至膜分离装置进行分离，用于分离氢气的膜分离装置的内外压强之差大于等于0.7MPa；所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75％～78％，银占22％～25％；

-步骤S13、所述制氢装置启动制氢后，制氢装置制得的部分氢气或/和余气通过燃烧维持制氢装置运行；

-步骤S24、所述膜分离装置将氢气中的氕分离出，氢气中的氘、氚无法被分离出膜分离装置，未能分离的氘、氚被另外收集；膜分离装置内的温度设定为300～500℃，压强小于5Mpa或压差不超过15公斤；

-步骤S25、经过膜分离装置分离出的氢气进入氢气输送管路输送，氢气输送管路设有弹簧安全阀；在氢气输送管路内压力大于设定值时，弹簧安全阀的弹起端顶开输送泵的开关设置，断开原料输送装置的开关；

制氢设备开始工作时，开关的接触段连接第一端口、第二端口，原料输送装置工作；当弹起端弹起时，能顶开位于弹起端顶部的接触段，由于接触段的一端能旋转地固定在第一端口上，接触段以第一端口为轴心逆时针旋转；此时，接触段的另一端变为连接第三端口，原料输送装置无法工作；同时，由于第一端口通过接触段连接第三端口能驱动报警发送装置工作，发送报警信息至对应的服务器或客户端，通知相应人员；

【步骤S3】氧气输送步骤；通过制备的方式提供氧气，或者仅输送已经制备好的氧气；

【步骤S4】接收制氢设备制备的氢气、氧气输送设备输送的氧气，通过质子膜制得健康水。

实施例二

本实施例中，制备低氘氚水的系统不包括制氢设备，而仅包括氢气输送设备、膜分离装置，仅输送制备好的氢气，此时氢气输送设备连接膜分离装置，通过膜分离装置将氢气中的氕分离出，而氢气中的氘、氚无法从膜分离装置过滤出。

当然，制备低氘氚水的系统还可以包括氧气制备设备，制备氧气。氧气制备设备也设有钯合金膜分离装置(可以与实施例一种的结构相似)，可以将氧中的放射性同位素与16O分离，使得人们的饮用水更加安全。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，制氢设备利用水解制氢，将制备的氢气通过钯膜分离装置将氢气中的氕分离出，而氢气中的氘、氚无法从膜分离装置过滤出。氧气输送设备通过制备而提供氧气，或者仅输送氧气；水生成设备包括质子膜，接收制氢设备制备的氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。

实施例四

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，制备低氘氚水的系统还包括水抽取设备，水抽取设备包括电动泵体，所述电动泵体包括：泵本体、甲醇制氢系统、氢气发电系统、电机，甲醇制氢系统、氢气发电系统、电机、泵本体依次连接；泵本体包括叶轮、泵壳、泵轴、轴承和填料密封装置。

电动泵体的甲醇制氢系统、氢气发电系统可以与利用深层海水制备低氘氚水的系统中的对应系统共用。

综上所述，本发明提出的健康水制备系统，可制备不含具有放射性元素氘氚的轻水，提升人们的生活品质，满足人们对健康的需求。此外，本系统具有便携性，方便人们携带。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种制备低氘氚水的系统，其特征在于，所述系统包括：制氢设备、氢气发电装置、氧气输送设备、水生成设备；

所述制氢设备包括固态氢气储存容器、快速启动装置、液体储存容器、换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的上部；

液体储存容器中储存有液态的甲醇和水；通过固态氢气储存容器中储存固态氢气或/和快速启动装置为制氢设备提供启动能源；所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢设备启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气为氢气发电装置发电，作为制氢设备的启动电源；

所述快速启动装置包括第一启动装置、第二启动装置；所述第一启动装置包括第一加热机构、第一气化管路，第一气化管路的内径为1～2mm，第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上；所述第一气化管路的一端连接液体储存容器，通过原料输送装置将甲醇送入第一气化管路中；第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第一气化管路输出后直接自燃；所述第二启动装置包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第一气化管路或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热；

所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；所述原料输送装置向原料提供1.1～5MPa的压强，使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强；

气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为350℃～409℃；所述重整室上部的温度为400℃～570℃；重整室与分离室通过连接管路连接；所述分离室内的温度设定为400℃～570℃；

所述催化剂包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化剂总质量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化剂总质量的6％～12％，Fe的氧化物占催化剂总质量的3％～8％，Zn的氧化物占催化剂总质量的8％～20％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的6％～40％，其余为过渡金属氧化物；

或者，所述催化剂为铜基催化剂，包括物质及其质量份数为：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃；

所述氢气发电装置连接制氢设备，将发出的部分直流电输送至制氢设备；制氢设备通过自己制得的直流电带动电磁加热装置为重整室、分离室加热；同时，还将发出的直流电输送至系统的氧气输送设备、水生成设备，供这些设备运行，同时还供氢气发电装置自身运行；

所述电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体，设置于重整缸体外的第一加热线圈，分离缸体外的第二加热线圈，重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器，以及电磁控制器；电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流，能使重整室、分离室瞬间达到设定温度；

所述分离室内设有膜分离器，所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75％～78％，银占22％～25％；

重整得到的氢气中的氕能透过钯膜分离器，而大部分氘、氚则不能透过钯膜分离器；因而从膜分离器的输出端得到氕；

所述膜分离装置将氢气中的氕分离出，氢气中的氘、氚无法被分离出膜分离装置，未能分离的氘、氚被另外收集；膜分离装置内的温度设定为300～500℃，压强小于5Mpa或压差不超过15公斤；

系统启动时，通过快速启动装置制备氢气，将制备得到的氢气输送至氢气发电装置发电；而后将发出的电能启动制氢设备；

所述制氢设备还包括电能估算模块、氢气制备检测模块、电能存储模块；所述电能估算模块用以估算氢气发电装置实时发出的电能是否能满足重整、分离时需要消耗的电能；如果满足，则关闭快速启动装置；

氢气制备检测模块用来检测制氢设备实时制备的氢气是否稳定；若制氢设备制备的氢气不稳定，则控制快速启动装置再次启动，并将得到的电能部分存储于电能存储模块，当电能不足以提供制氢设备的消耗时使用；

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中；

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路；所述压缩的气体主要为氧气；空气与氧气在混合容器混合后进入电堆；

所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合的空气与氧气中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩氧气的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述阀门调节控制装置根据氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器的感应结果调节氧气输送阀门、空气输送阀门，控制压缩氧气、空气的输送比例；压缩氧气进入混合容器后产生的动力将混合气体推送至电堆反应；

所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器；

所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进行湿度交换，而气体之间无法流通；

所述氧气输送设备通过制备而提供氧气，或者仅输送氧气；所述水生成设备接收制氢设备制备的氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。

2.一种制备低氘氚水的系统，其特征在于，所述制备系统包括：制氢设备、氧气输送设备、水生成设备；

所述制氢设备设有膜分离装置，通过膜分离装置将氢气中的氕分离出，而氢气中的氘、氚无法从膜分离装置过滤出；

所述氧气输送设备通过制备而提供氧气，或者仅输送制备好的氧气；

所述水生成设备接收制氢设备制备的氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。

3.根据权利要求2所述的制备低氘氚水的系统，其特征在于：

所述膜分离装置将氢气中的氕分离出，氢气中的氘、氚无法被分离出膜分离装置，未能分离的氘、氚被另外收集；膜分离装置内的温度设定为300～500℃，压强小于5Mpa或压差不超过15公斤。

4.根据权利要求2所述的制备低氘氚水的系统，其特征在于：

所述制氢设备利用水解制备氢气，得到氢气及氧气；将制得的氢气通过钯膜分离装置分离出氘氚，仅让氕通过。

5.根据权利要求2所述的制备低氘氚水的系统，其特征在于：

所述制氢设备包括液体储存容器、换热器、气化室、重整室、分离室；所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂；所述分离室内设有膜分离器，从膜分离器的产气端得到氢气；

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中。

6.根据权利要求2所述的制备低氘氚水的系统，其特征在于：

所述制氢设备包括固态氢气储存容器、快速启动装置、液体储存容器、换热器、气化室、重整室；膜分离装置设置于分离室内，分离室设置于重整室的上部；

所述液体储存容器中储存有液态的甲醇和水；通过固态氢气储存容器中储存固态氢气或/和快速启动装置为制氢设备提供启动能源；所述固态氢气储存容器中储存固态氢气，当制氢系统启动时，通过气化模块将固态氢气转换为气态氢气，气态氢气为氢气发电装置发电，作为制氢设备的启动电源；

所述快速启动装置包括第一启动装置、第二启动装置；所述第一启动装置包括第一加热机构、第一气化管路，第一气化管路的内径为1～2mm，第一气化管路紧密地缠绕于第一加热机构上；所述第一气化管路的一端连接液体储存容器，通过原料输送装置将甲醇送入第一气化管路中；第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，而后通过点火机构点火燃烧；或者，第一气化管路的另一端输出被气化的甲醇，且输出的甲醇温度达到自燃点，甲醇从第一气化管路输出后直接自燃；所述第二启动装置包括第二气化管路，第二气化管路的主体设置于所述重整室内，第一气化管路或/和第二气化管路输出的甲醇为重整室加热的同时加热第二气化管路，将第二气化管路中的甲醇气化；所述重整室内壁设有加热管路，加热管路内放有催化剂；所述快速启动装置通过加热所述加热管路为重整室加热；

所述液体储存容器中的甲醇和水通过原料输送装置输送至换热器换热，换热后进入气化室气化；所述原料输送装置提供动力，将液体储存容器中的原料输送至制氢设备；所述原料输送装置向原料提供1.1～5MPa的压强，使得制氢设备制得的氢气具有足够的压强；

气化后的甲醇蒸气及水蒸气进入重整室，重整室内设有催化剂，重整室下部及中部温度为350℃～409℃；所述重整室上部的温度为400℃～570℃；重整室与分离室通过连接管路连接；所述分离室内的温度设定为400℃～570℃；

所述催化剂包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金属氧化物、过渡金属氧化物；其中，贵金属Pt含量占催化剂总质量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化剂总质量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化剂总质量的6％～12％，Fe的氧化物占催化剂总质量的3％～8％，Zn的氧化物占催化剂总质量的8％～20％，稀土金属氧化物占催化剂总质量的6％～40％，其余为过渡金属氧化物；

或者，所述催化剂为铜基催化剂，包括物质及其质量份数为：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃；

所述分离室内设有膜分离器，所述膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75％～78％，银占22％～25％；

重整得到的氢气中的氕能透过钯膜分离器，而大部分氘、氚则不能透过钯膜分离器；因而从膜分离器的输出端得到氕；

系统启动时，通过快速启动装置制备氢气，将制备得到的氢气输送至氢气发电装置发电；而后将发出的电能启动制氢设备。

7.根据权利要求2所述的制备低氘氚水的系统，其特征在于：

所述氢气发电装置连接制氢设备，将发出的部分直流电输送至制氢设备；制氢设备通过自己制得的直流电带动电磁加热装置为重整室、分离室加热；同时，还将发出的直流电输送至系统的氧气输送设备、水生成设备，供这些设备运行，同时还供氢气发电装置自身运行；

所述电磁加热装置包括形成重整室的重整缸体、形成分离室的分离缸体，设置于重整缸体外的第一加热线圈，分离缸体外的第二加热线圈，重整缸体、分离缸体内的温度传感器、压力传感器，以及电磁控制器；电磁控制器根据温度传感器、压力传感器感应到的数据控制第一加热线圈、第二加热线圈的电流，能使重整室、分离室瞬间达到设定温度。

8.根据权利要求2所述的制备低氘氚水的系统，其特征在于：

所述制氢设备还包括电能估算模块、氢气制备检测模块、电能存储模块；所述电能估算模块用以估算氢气发电装置实时发出的电能是否能满足重整、分离时需要消耗的电能；如果满足，则关闭快速启动装置；

氢气制备检测模块用来检测制氢设备实时制备的氢气是否稳定；若制氢设备制备的氢气不稳定，则控制快速启动装置再次启动，并将得到的电能部分存储于电能存储模块，当电能不足以提供制氢设备的消耗时使用。

9.根据权利要求2所述的制备低氘氚水的系统，其特征在于：

所述氢气发电装置为燃料电池系统，燃料电池系统包括：气体供给装置、电堆；所述气体供给装置利用压缩的气体作为动力，自动输送至电堆中；

所述燃料电池系统还包括空气进气管路、出气管路；所述压缩的气体主要为氧气；空气与氧气在混合容器混合后进入电堆；

所述燃料电池系统还包括气体调节系统；所述气体调节系统包括阀门调节控制装置，以及氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器；

所述氧气含量传感器用以感应混合容器中混合的空气与氧气中氧气的含量，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述压缩气体压缩比传感器用以感应压缩氧气的压缩比，并将感应到的数据发送至阀门调节控制装置；

所述阀门调节控制装置根据氧气含量传感器或/和压缩气体压缩比传感器的感应结果调节氧气输送阀门、空气输送阀门，控制压缩氧气、空气的输送比例；压缩氧气进入混合容器后产生的动力将混合气体推送至电堆反应；

所述燃料电池系统还包括湿化系统，湿化系统包括湿度交换容器、湿度交换管路，湿度交换管路为空气进气管路的一部分；所述反应后气体出气管路输送至湿度交换容器，

所述湿度交换管路的材料只透水不透气，使得反应后气体与自然空气进行湿度交换，而气体之间无法流通。

10.一种利用权利要求1至9之一所述系统制备低氘氚水的方法，其特征在于，所述制备方法包括：

氢气制备步骤，在输送的过程中进行膜分离；膜分离步骤中，通过膜分离装置将氢气中的氕分离出，而氢气中的氘、氚无法从膜分离装置过滤出；

氧气输送步骤，通过制备而提供氧气，或者仅输送氧气；

水生成步骤，接收氢气、氧气输送设备输送的氧气，制得健康水。