制備低氘氚水的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于健康飲用水制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水制備系統(tǒng)，尤其涉及一種健康水制備系統(tǒng)；同時，本發(fā)明還涉及一種制備低氘氚水的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氕、氘、氚是氫三種同位素；H氕原子核內(nèi)有I個質(zhì)子，無中子，豐度為99.98% ;氘D(又稱重氫)，原子核內(nèi)有I個質(zhì)子，I個中子，豐度0.016% ;氣T(又稱超重氫)，原子核內(nèi)有I個質(zhì)子，2個中子，豐度0.004。
[0003]然而，有研究發(fā)現(xiàn)，隨著時間的沉淀，太陽輻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，并處于增長態(tài)勢。
[0004]氘(deuterium)為氫的一種穩(wěn)定形態(tài)的放射性同位素，也被稱為重氫，元素符號一般為D或2H。原子核中有一個質(zhì)子和一個中子，氫中有0.016%的氖。在大自然的含量約為一般氫的7000分之一，用于熱核反應(yīng)，聚變時放出β射線后形成質(zhì)量數(shù)為3的氦；氘被稱為“未來的天然燃料”。
[0005]氣(tritium)元素符號為T或3H。原子核中有一個質(zhì)子和兩個中子。并帶有放射性，會發(fā)生β衰變，其半衰期為12.43年。由于氚的β衰變只會放出高速移動的電子，不會穿透人體，因此只有大量吸入氚才會對人體有害。在地球的自然界中，相比一般的氫氣，氚的含量極少。氚的產(chǎn)生是當(dāng)宇宙射線所帶的高能量中子撞擊氘核，其氘核與中子結(jié)合為氚核。氚與氘一樣，都是制造氫彈的原料。自然界中存在極微，從核反應(yīng)制得，主要用于熱核反應(yīng)。
[0006]由此可見，水中存在的氘、氚具有放射性，在一定程度上影響人們的健康；重水(超重水)含量越高，對細(xì)胞周期影響越大，會縮短細(xì)胞的生命周期；重水有毒，水中重水的含量如果超過一定值，可以致命。然而，如今還沒有解除水中氘、氚的方法；更沒有出現(xiàn)體積小、適用于家用的水制備設(shè)備。
[0007]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的水制備設(shè)備，以便克服現(xiàn)有水處理方式的上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種制備低氘氚水的系統(tǒng)，可制備不含氘氚的輕水，提升人們的生活品質(zhì)。
[0009]此外，本發(fā)明還提供一種制備低氘氚水的方法，可制備不含氘氚的輕水，提升人們的生活品質(zhì)。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]—種制備低氘氚水的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:制氫設(shè)備、氫氣發(fā)電裝置、氧氣輸送設(shè)備、水生成設(shè)備；
[0012]所述制氫設(shè)備包括固態(tài)氫氣儲存容器、快速啟動裝置、液體儲存容器、換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室的上部；
[0013]液體儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水；通過固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣或/和快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣，當(dāng)制氫設(shè)備啟動時，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣為氫氣發(fā)電裝置發(fā)電，作為制氫設(shè)備的啟動電源；
[0014]所述快速啟動裝置包括第一啟動裝置、第二啟動裝置；所述第一啟動裝置包括第一加熱機(jī)構(gòu)、第一氣化管路，第一氣化管路的內(nèi)徑為I?2mm，第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機(jī)構(gòu)上；所述第一氣化管路的一端連接液體儲存容器，通過原料輸送裝置將甲醇送入第一氣化管路中；第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點(diǎn)火機(jī)構(gòu)點(diǎn)火燃燒；或者，第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點(diǎn)，甲醇從第一氣化管路輸出后直接自燃；所述第二啟動裝置包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設(shè)置于所述重整室內(nèi)，第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣?；所述重整室?nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；
[0015]所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供1.1?5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；
[0016]氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為350 °C?409 °C;所述重整室上部的溫度為400 °C?570 °C;重整室與分離室通過連接管路連接；所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為400°C?570°C ;
[0017]所述催化劑包括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、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物；其中，貴金屬Pt含量占催化劑總質(zhì)量的0.6%?1.8%，Pd含量占催化劑總質(zhì)量的1.1 %?4%，Cu的氧化物占催化劑總質(zhì)量的6%?12%，F(xiàn)e的氧化物占催化劑總質(zhì)量的3%?8%，Zn的氧化物占催化劑總質(zhì)量的8%?20%，稀土金屬氧化物占催化劑總質(zhì)量的6 %?40 %，其余為過渡金屬氧化物；
[0018]或者，所述催化劑為銅基催化劑，包括物質(zhì)及其質(zhì)量份數(shù)為:3-17份的Cu0，3_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;
[0019]所述氫氣發(fā)電裝置連接制氫設(shè)備，將發(fā)出的部分直流電輸送至制氫設(shè)備；制氫設(shè)備通過自己制得的直流電帶動電磁加熱裝置為重整室、分離室加熱；同時，還將發(fā)出的直流電輸送至系統(tǒng)的氧氣輸送設(shè)備、水生成設(shè)備，供這些設(shè)備運(yùn)行，同時還供氫氣發(fā)電裝置自身運(yùn)行；
[0020]所述電磁加熱裝置包括形成重整室的重整缸體、形成分離室的分離缸體，設(shè)置于重整缸體外的第一加熱線圈，分離缸體外的第二加熱線圈，重整缸體、分離缸體內(nèi)的溫度傳感器、壓力傳感器，以及電磁控制器；電磁控制器根據(jù)溫度傳感器、壓力傳感器感應(yīng)到的數(shù)據(jù)控制第一加熱線圈、第二加熱線圈的電流，能使重整室、分離室瞬間達(dá)到設(shè)定溫度；
[0021]所述分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%?78%，銀占22%?25% ；
[0022]重整得到的氫氣中的氕能透過鈀膜分離器，而大部分氘、氚則不能透過鈀膜分離器；因而從膜分離器的輸出端得到氕；
[0023]所述膜分離裝置將氫氣中的氕分離出，氫氣中的氘、氚無法被分離出膜分離裝置，未能分離的氘、氚被另外收集；膜分離裝置內(nèi)的溫度設(shè)定為300?500°C，壓強(qiáng)小于5Mpa或壓差不超過15公斤；
[0024]系統(tǒng)啟動時，通過快速啟動裝置制備氫氣，將制備得到的氫氣輸送至氫氣發(fā)電裝置發(fā)電；而后將發(fā)出的電能啟動制氫設(shè)備；
[0025]所述制氫設(shè)備還包括電能估算模塊、氫氣制備檢測模塊、電能存儲模塊；所述電能估算模塊用以估算氫氣發(fā)電裝置實(shí)時發(fā)出的電能是否能滿足重整、分離時需要消耗的電能；如果滿足，則關(guān)閉快速啟動裝置；
[0026]氫氣制備檢測模塊用來檢測制氫設(shè)備實(shí)時制備的氫氣是否穩(wěn)定；若制氫設(shè)備制備的氫氣不穩(wěn)定，則控制快速啟動裝置再次啟動，并將得到的電能部分存儲于電能存儲模塊，當(dāng)電能不足以提供制氫設(shè)備的消耗時使用；
[0027]所述氫氣發(fā)電裝置為燃料電池系統(tǒng)，燃料電池系統(tǒng)包括:氣體供給裝置、電堆；所述氣體供給裝置利用壓縮的氣體作為動力，自動輸送至電堆中；
[0028]所述燃料電池系統(tǒng)還包括空氣進(jìn)氣管路、出氣管路；所述壓縮的氣體主要為氧氣；空氣與氧氣在混合容器混合后進(jìn)入電堆；
[0029]所述燃料電池系統(tǒng)還包括氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)；所述氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括閥門調(diào)節(jié)控制裝置，以及氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器；
[0030]所述氧氣含量傳感器用以感應(yīng)混合容器中混合的空氣與氧氣中氧氣的含量，并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至閥門調(diào)節(jié)控制裝置；
[0031]所述壓縮氣體壓縮比傳感器用以感應(yīng)壓縮氧氣的壓縮比，并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至閥門調(diào)節(jié)控制裝置；
[0032]所述閥門調(diào)節(jié)控制裝置根據(jù)氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器的感應(yīng)結(jié)果調(diào)節(jié)氧氣輸送閥門、空氣輸送閥門，控制壓縮氧氣、空氣的輸送比例；壓縮氧氣進(jìn)入混合容器后產(chǎn)生的動力將混合氣體推送至電堆反應(yīng)；
[0033]所述燃料電池系統(tǒng)還包括濕化系統(tǒng)，濕化系統(tǒng)包括濕度交換容器、濕度交換管路，濕度交換管路為空氣進(jìn)氣管路的一部分；所述反應(yīng)后氣體出氣管路輸送至濕度交換容器；
[0034]所述濕度交換管路的材料只透水不透氣，使得反應(yīng)后氣體與自然空氣進(jìn)行濕度交換，而氣體之間無法流通；
[0035]所述氧氣輸送設(shè)備通過制備而提供氧氣，或者僅輸送氧氣；所述水生成設(shè)備接收制氫設(shè)備制備的氫氣、氧氣輸送設(shè)備輸送的氧氣，制得健康水。
[0036]—種制備低氖氣水的系統(tǒng)，所述制備系統(tǒng)包括:制氫設(shè)備、氧氣輸送設(shè)備、水生成設(shè)備；
[0037]所述制氫設(shè)備設(shè)有膜分離裝置，通過膜分離裝置將氫氣中的氕分離出，而氫氣中的氘、氚無法從膜分離裝置過濾出；
[0038]所述氧氣輸送設(shè)備通過制備而提供氧氣，或者僅輸送制備好的氧氣；
[0039]所述水生成設(shè)備接收制氫設(shè)備制備的氫氣、氧氣輸送設(shè)備輸送的氧氣，制得健康水。
[0040]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述膜分離裝置將氫氣中的氕分離出，氫氣中的氘、氚無法被分離出膜分離裝置，未能分離的氘、氚被另外收集；膜分離裝置內(nèi)的溫度設(shè)定為300?500°C，壓強(qiáng)小于5Mpa或壓差不超過15公斤。
[0041]作為本發(fā)