(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810486310.7
(22)申请日 2018.05.21
(71)申请人 廖建辉
地址 130000 吉林省长春市朝阳区立信街
18号
(72)发明人 廖建辉
(74)专利代理机构 南京正联知识产权代理有限
公司 32243
代理人 文雯
(51)Int.Cl.
C25B 1/04(2006.01)
C25B 15/08(2006.01)
C25B 9/00(2006.01)
(54)发明名称
一种低氘水生产设备
(57)摘要
本发明公开了一种低氘水生产设备，包括纯
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
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；本发
明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，
本发明适于家庭制备低氘水。权利要求书1页 说明书5页 附图1页CN 110512226 A 2019.11.29
C N 110512226
A
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）。
权 利 要 求 书1/1页CN 110512226 A
一种低氘水生产设备
技术领域
[0001]本发明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
[0002]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。[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
发明内容
[0009]本发明的目的是克服现有技术的问题，提供一种低氘水生产设备。
[0010]本发明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。
[0011]作为本发明的进一步改进，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。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述纯净水存储装置连接有纯净水生成装置。[0013]作为本发明的进一步改进，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。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述电解复合单元上连接有气压监控装置202。[0015]作为本发明的进
一步改进，所述气压监控装置为气压控制表。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述电解复合单元上设有保险阀。
[0017]作为本发明的进一步改进，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。
[0018]作为本发明的进一步改进，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。
[0019]作为本发明的进一步改进，所述二级输气管道外接有氧气存储单元。
[0020]作为本发明的进一步改进，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；
作为本发明的进一步改进，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；
作为本发明的进一步改进，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；
作为本发明的进一步改进，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
作为本发明的进一步改进，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；
作为本发明的进一步改进，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。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明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，本发明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。
[0022]本发明的电解复合单元包括水电解电池和氢氧复合电池，本发明的水电解电池、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。
[0023]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。
[0024]本发明制备得到的低氘水，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。
[0025]本发明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。
[0026]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
[0027]图1是本发明低氘水生产设备的结构示意图。
[0028]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
[0029]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。
[0030]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。
[0031]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
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