CN208250427U - 一种低氘水生产设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低氘水生产设备，包括纯净水存储装置、电解复合单元、高氘水生成单元和低氘水生成单元；纯净水存储装置与电解复合单元通过纯净水输送管道连通；电解复合单元外接有电源；高氘水生成单元包括一级气液分离装置和与一级气液分离装置连通的高氘水存储单元；低氘水生成单元包括二级气液分离装置和与二级气液分离装置连通的低氘水存储单元；本实用新型的装置设计具有低能耗，能够高效的从普通的纯净水中获得低氘水，并得较高浓度的含氘水，本实用新型适于家庭制备低氘水。
Description
技术领域
本实用新型涉及同位素的化学分离领域，尤其涉及到低氘水生产设备。
背景技术
轻水和重水的分离归根到底是氢同位素的分离，而其中主要是氕和氘的分离。
电解法是目前国际上分离氕氘氚最为有效的方法之一，主要有碱性电解法和固体聚合物电解质(SPE)电解法。
SPE水电解技术采用质子交换膜替代传统的碱性水电解质和石棉隔膜，其电解法较传统的碱性电解桶具有体积更小、电流密度与电解效率更高、气体纯度更高、使用寿命更长、系统工艺也更简单等优点，从而在现代电解装置中得到了越来越多的应用。
除了采用化学的方法富集氘外，在浓缩重水方面，还有一些物理的方法，例如根据轻水和重水在膜中扩散系数的差异，在一定温度和压力下，让轻水透过半透膜，而重水的扩散速度较慢，透过的量少，这样就一定程度浓缩了重水。其它还可以利用轻水和重水的比重差异、热焓差异等来分离重水。
总的来说，轻水和重水的分离，或者主要是氕和氘的分离，就是利用它们之间的物理化学性质的差异，主要是动力学方面的差异，在适当的条件下实现的。但当前所有工艺，均存在成本高，分离系数小等问题，因此这些技术均在不断的改进中。
根据广泛深入的研究结果表明，水中不论氘的含量多少，对生命体都是有毒的，氘损伤DNA、修复酶乃至整个身体，高含量的氘对人体的遗传、代谢和酶系等有不良影响。而且生命机体对氘没有任何抵御能力，一旦进入生命体内就很难代谢出去。低氘水对生物体新陈代谢、细胞繁衍有积极作用，有益健康和长寿，因此也被称为生命圣水。
迄今为止，也没有一种高效的方法或装置来直接从普通的纯净水中获得低氘水或称超轻水，并得到另一副产物即较高浓度的含氘水。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的问题，提供一种低氘水生产设备。
本实用新型的一种低氘水生产设备，包括纯净水存储装置、电解复合单元、高氘水生成单元和低氘水生成单元；所述纯净水存储装置与电解复合单元通过纯净水输送管道连通；所述电解复合单元外接有电源；
所述高氘水生成单元包括一级气液分离装置和与一级气液分离装置连通的高氘水存储单元；一级气液分离装置与电解复合单元通过一级输送管道和一级输气管道形成环路，所述一级输送管道上设有一级单向阀，所述一级输气管道上设有一级气泵；
所述低氘水生成单元包括二级气液分离装置和与二级气液分离装置连通的低氘水存储单元；二级气液分离装置与电解复合单元通过二级输送管道和二级输气管道形成环路，所述二级输送管道上设有二级单向阀，所述二级输气管道上设有二级气泵。
作为本实用新型的进一步改进，所述一级气液分离装置为氢气和高氘水分离器；所述二级气液分离装置为氧气和低氘水分离器。
作为本实用新型的进一步改进，所述纯净水存储装置连接有纯净水生成装置。
作为本实用新型的进一步改进，还包括供氢电解电池，所述供氢电解电池一端与纯净水存储装置连通，另一端与电解复合单元连通，用于为电解复合单元补充氢气。
作为本实用新型的进一步改进，所述电解复合单元上连接有气压监控装置202。
作为本实用新型的进一步改进，所述气压监控装置为气压控制表。
作为本实用新型的进一步改进，所述电解复合单元上设有保险阀。
作为本实用新型的进一步改进，还包括控制装置，所述电解复合单元上连接有气压监控装置和保险阀，所述纯净水输送管道、一级输送管道、一级输气管道、二级输送管道和二级输气管道上设有电磁阀，所述控制装置分别与气压监控装置、保险和电磁阀通过通信连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述控制装置连接有报警装置或显示装置，所述报警装置为警示铃，所述显示装置为显示面板。
作为本实用新型的进一步改进，所述二级输气管道外接有氧气存储单元。
作为本实用新型的进一步改进，所述电解复合单元包括电解电池和复合电池，所述电解电池包括电解阳极和电解阴极，所述复合电池包括复合阳极和复合阴极，所述电解阳极与复合阴极相适配，所述电解阴极与一级气液分离装置相适配；所述复合阳极与一级气液分离装置相适配；所述复合阴极与二级气液分离装置相适配；
作为本实用新型的进一步改进，所述电解阳极与复合阴极通过氧气输送通道和电解复合单元内的离子交换膜相适配；
作为本实用新型的进一步改进，所述电解阴极与一级气液分离装置通过一级输送管道相适配；
作为本实用新型的进一步改进，所述复合阳极与一级气液分离装置通过一级输气管道相适配
作为本实用新型的进一步改进，所述复合阴极与二级气液分离装置通过通过二级输送管道相适配；
作为本实用新型的进一步改进，所述电解复合单元包括包括离子交换膜、膜电极和流场板，为现有的电解池的直接采购组合，只需满足电解水和复合水的目的即可。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的装置设计具有低能耗，能够高效的从普通的纯净水中获得低氘水，并得较高浓度的含氘水，本实用新型适于家庭制备低氘水。通过将纯净水中的氢同位素进行分离，得到主要含氕的水，即低氘水或称超轻水，其中氘水含量在经分离后可以由150ppm左右下降到30ppm以下。
本实用新型的电解复合单元包括水电解电池和氢氧复合电池，本实用新型的水电解电池、氢氧复合电池、补充氢气用的水电解电池均采用了SPE即质子交换膜电极技术，通过该技术将纯净水进行电解生成氢和氧，同时又将电解生成的氢和氧进行复合生成低氘水。其中水电解电池用于将水电解产生氢气和氧气，而氢氧复合电池则是将水电解电池产生的氢气和氧气进行复合，得到低氘水，低氘水中的氘含量由纯净水时的150ppm左右下降到30ppm以下。
补充氢气用的水电解电池可以生成氢气，并补充到电解复合单元中，以弥补由于溶解或逸散导致的氢气的损失，从而保证水的电解与氢氧复合可以在同一电流密度下进行，得到稳定的运行环境。
本实用新型制备得到的低氘水，可以应用在酒、饮料、化妆品、医用生理盐水等领域，对生命的维护有着重要的作用。
本实用新型充分利用了氢同位素氕和氘之间的物理与化学性质方面的差异。在水电解与氢氧复合过程中，由于氕同位素的重量只有氘的一半，所以在动力学上氕比氘具有更高的活性。在SPE电解体系中，在阳极催化剂表面，氕同位素水优先被电解，氕质子通过质子交换膜到达阴极并形成氕含量高的氢气。另外，氕在膜中移动速度也远大于氘的速度，到达电解电池阴极后，氕有更高的活性，比氘更容易还原，总体的效果就是氘同位素水多被留在阴极，相对其初始比例更多的氕被电解还原，这就是氢的同位素效应。
电解后生成的氢输送到复合电池的阳极，放出电子后的质子再通过质子交换膜到达阴极与氧发生电化学反应生成目标水，即低氘水，其间由氢氧复合产生的电能则被用来补偿水解消耗的电能。
附图说明
图1是本实用新型低氘水生产设备的结构示意图。
图中，1-纯净水存储装置，101-纯净水输送管道，102-纯净水生成装置，2-电解复合单元，201-电源，202-气压监控装置，203-保险阀，301-一级气液分离装置，302-高氘水存储单元，303-一级输送管道，304-一级输气管道，305-一级单向阀，306-一级气泵，401-二级气液分离装置，402-低氘水存储单元，403-二级输送管道，404-二级输气管道，405-二级单向阀，406-二级气泵，407-氧气存储单元，5-供氢电解电池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的解释说明。
实施例1
一种低氘水生产设备，包括纯净水存储装置1、电解复合单元2、高氘水生成单元和低氘水生成单元；纯净水存储装置1与电解复合单元2通过纯净水输送管道101连通；电解复合单元2外接有电源201；
高氘水生成单元包括一级气液分离装置301和与一级气液分离装置301连通的高氘水存储单元302；一级气液分离装置301与电解复合单元2通过一级输送管道303和一级输气管道304形成环路，一级输送管道303上设有一级单向阀305，一级输气管道304上设有一级气泵306；
低氘水生成单元包括二级气液分离装置401和与二级气液分离装置401连通的低氘水存储单元402；二级气液分离装置401与电解复合单元2通过二级输送管道403和二级输气管道404形成环路，二级输送管道403上设有二级单向阀405，二级输气管道404上设有二级气泵406。
实施例2
其余与实施例1一致，一级气液分离装置301为氢气和高氘水分离器；二级气液分离装置401为氧气和低氘水分离器。
实施例3
其余与实施例1或2一致，纯净水存储装置1连接有纯净水生成装置102。
实施例4
其余与实施例1-3任一项一致，还包括供氢电解电池5，供氢电解电池5一端与纯净水存储装置1连通，另一端与电解复合单元2连通，用于为电解复合单元补充氢气。供氢电解电池5为水电解电池。
实施例5
其余与实施例1-4任一项一致，电解复合单元2上连接有气压监控装置202。
实施例6
其余与实施例1-5任一项一致，气压监控装置202为气压控制表。
实施例7
其余与实施例1-6任一项一致，电解复合单元2上设有保险阀203。
实施例8
其余与实施例1-7任一项一致，还包括控制装置，电解复合单元2上连接有气压监控装置202和保险阀203，纯净水输送管道101、一级输送管道303、一级输气管道304、二级输送管道403和二级输气管道404上设有电磁阀，控制装置分别与气压监控装置202、保险阀203和电磁阀通过通信连接。
实施例9
其余与实施例1-8任一项一致，控制装置连接有报警装置或显示装置，报警装置为警示铃，显示装置为显示面板。
实施例10
其余与实施例1-9任一项一致，二级输气管道404外接有氧气存储单元407。
实施例11
其余与实施例1-10任一项一致，电解复合单元2包括电解电池和复合电池，电解电池包括电解阳极和电解阴极，复合电池包括复合阳极和复合阴极，电解阳极与复合阴极相适配，电解阴极与一级气液分离装置相适配；复合阳极与一级气液分离装置301相适配；复合阴极与二级气液分离装置401相适配；电解阳极与复合阴极通过氧气输送通道和电解复合单元内的离子交换膜相适配；电解阴极与一级气液分离装置301通过一级输送管道303相适配；复合阳极与一级气液分离装置301通过一级输气管道304相适配复合阴极与二级气液分离装置401通过通过二级输送管道403相适配；电解复合单元包括包括离子交换膜、膜电极和流场板，为现有的电解池的直接采购组合，只需满足电解水和复合水的目的即可。
电解电池为水电解电池，所述复合电池为氢氧复合电池。
实施例12
本实用新型采用了由纯净水生成装置提供的纯净水，其室温电导率小于10µScm¯1，通过电解复合单元，将由纯净水生成装置提供的纯净水电解生成氢气与氧气，再将氢氧进行复合得到低氘水，充分利用了氢氧复合产生的电能，因此整体的能耗较低。
本实用新型将水电解与氢氧复合联合一起，做成电解复合单元，即将水电解电池和氢氧复合电池组合在一起形成一组复合电池堆，使用同一直流电源供电，从而可以将氢氧复合产生的电能用于水电解，达到节省能源的目的。在这样的复合单元中，输入与输出均为水，只是输出的水分为两部份，一部份具有较低的氘含量，另一部份具有较高的氘含量，另外，由于能够将氢氧复合产生的电能加以利用，所以整个过程所消耗的能量较简单的电解过程少了接近一半，从而生产成本大为下降。
本申请的电解电池用的水电解电池、复合电池用的氢氧复合电池和供氢电解电池用的水电解电池均采用了SPE即质子交换膜电极技术，通过该技术将纯净水进行电解生成氢和氧，同时又将电解生成的氢和氧进行复合生成低氘水。
本申请纯净水存储装置或纯净水生成装置内的纯净水，其室温电导率小于10µScm¯1。
水电解电池用于将纯净水进行电解产生氢气和氧气，而氢氧复合电池则是将水电解电池产生的氢气和氧气进行复合，得到低氘水，低氘水中的氘含量由纯净水时的150ppm左右下降到20-100ppm。
水电解电池和氢氧复合电池可以组合在一起形成一组复合电池堆，使用同一直流电源供电，从而可以将氢氧复合产生的电能用于水电解，达到节省能源的目的。
将纯净水由纯净水生成装置102输入到纯净水存储装置1，在通过纯净水输送管道101输送到电解复合单元2，进行电解与复合。电解时由电解电池阳极生成的氧气被送入到复合电池的阴极，由电解电池阴极生成的氢气则携带着水份由一级单向阀305进入到一级气液分离装置301即氢水分离器，经气液分离后，液体水流入到高氘水存储单元302，而氢气则由一级气泵306输送到复合电极的阳极，在阳极电解，生成的质子通过质子交换膜到达复合电池的阴极，在阴极与氧进行化学复合生成低氘水，低氘水与未反应的氧气随后通过二级单向阀405进入到二级气液分离装置401即氧水分离器，分离后的液体水流到低氘水存储单元402，分离后的氧气与补充进来的氧一起由二级气泵406输送到电解复合单元2，实现氧气的循环。在经过这样的电解复合过程后，在二级气泵406中的液体水的氘含量将下降到100ppm以下，好的催化分离能力可将氘含量下降到50ppm以下，更好的分离能力可将氘含量下降到20ppm以下；同时，在高氘水存储单元302中得到的水的氘含量将增加到200ppm以上，好的催化分离能力可将氘含量提高到400ppm以上，更好的分离能力可将氘含量提高到600ppm以上。
上述内容为本实用新型的示例及说明，但不意味着本实用新型可取得的优点受此限制，凡是本实用新型实践过程中可能对结构的简单变换、和/或一些实施方式中实现的优点的其中一个或多个均在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低氘水生产设备，其特征在于：包括纯净水存储装置（1）、电解复合单元（2）、高氘水生成单元和低氘水生成单元；所述纯净水存储装置（1）与电解复合单元（2）通过纯净水输送管道（101）连通；所述电解复合单元（2）外接有电源（201）；
所述高氘水生成单元包括一级气液分离装置（301）和与一级气液分离装置（301）连通的高氘水存储单元（302）；一级气液分离装置（301）与电解复合单元（2）通过一级输送管道（303）和一级输气管道（304）形成环路，所述一级输送管道（303）上设有一级单向阀（305），所述一级输气管道（304）上设有一级气泵（306）；
所述低氘水生成单元包括二级气液分离装置（401）和与二级气液分离装置（401）连通的低氘水存储单元（402）；二级气液分离装置（401）与电解复合单元（2）通过二级输送管道（403）和二级输气管道（404）形成环路，所述二级输送管道（403）上设有二级单向阀（405），所述二级输气管道（404）上设有二级气泵（406）。
2.根据权利要求1所述的低氘水生产设备，其特征在于：所述一级气液分离装置（301）为氢气和高氘水分离器；所述二级气液分离装置（401）为氧气和低氘水分离器。
3.根据权利要求1所述的低氘水生产设备，其特征在于：所述纯净水存储装置（1）连接有纯净水生成装置（102）。
4.根据权利要求1所述的低氘水生产设备，其特征在于：还包括供氢电解电池（5），所述供氢电解电池（5）一端与纯净水存储装置（1）连通，另一端与电解复合单元（2）连通。
5.根据权利要求1所述的低氘水生产设备，其特征在于：所述电解复合单元（2）上连接有气压监控装置（202）。
6.根据权利要求5所述的低氘水生产设备，其特征在于：所述气压监控装置（202）为气压控制表。
7.根据权利要求1所述的低氘水生产设备，其特征在于：所述电解复合单元（2）上设有保险阀（203）。
8.根据权利要求1所述的低氘水生产设备，其特征在于：还包括控制装置，所述电解复合单元（2）上连接有气压监控装置（202）和保险阀（203），所述纯净水输送管道（101）、一级输送管道（303）、一级输气管道（304）、二级输送管道（403）和二级输气管道（404）上设有电磁阀，所述控制装置分别与气压监控装置（202）、保险阀（203）和电磁阀通过通信连接。
9.根据权利要求8所述的低氘水生产设备，其特征在于：所述控制装置连接有报警装置或显示装置，所述报警装置为警示铃，所述显示装置为显示面板。
10.根据权利要求8所述的低氘水生产设备，其特征在于：所述二级输气管道（404）外接有氧气存储单元（407）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201820751637.8U CN208250427U (zh) | 2018-05-21 | 2018-05-21 | 一种低氘水生产设备 |
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| CN201820751637.8U CN208250427U (zh) | 2018-05-21 | 2018-05-21 | 一种低氘水生产设备 |
Publications (1)
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| CN (1) | CN208250427U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109680286A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-04-26 | 王丽琴 | 一种制取氘的装置及方法 |
| CN111921345A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-11-13 | 深圳市瑞麟科技有限公司 | 氘气发生器重水回收装置 |
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2018
- 2018-05-21 CN CN201820751637.8U patent/CN208250427U/zh active Active
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