[发明专利]一种有效提取重水的方法

说明书

本发明是关于从原水中有效提取重水的一种方法.重水在核领域及能源领域有着很大的用途.但是，通常的重水提取方法，都需要耗费极大的能量.如何降低能耗，是一项非常迫切的任务.

本发明利用重水(D₂O)不易电解的特性(相对于轻水H₂O).在电解过程中，氢离子在阴极优先电解，被还原成氢气.而在原水中的重水，随着电解过程持续进行，其浓度不断增大.从而，达到从原水中浓缩和分离重水的目的.

本发明利用电解槽是电能转换成化学能的装置，而氢氧燃料电池(下称燃料电池)则是化学能转换成电能的装置，将这两个互补的能量转换器巧妙地组合起来，从而，能有效地降低整个系统的能耗.

根据热力学第二定律：

电解槽中所耗费电能和转换成化学能的关系是：E₁＝＝a₁Q₁.............(1)

式中E₁：所耗费的电能.

a₁：为转换效率.(小于1)

Q₁：转换成的化学能.

燃料电池中所需化学能和转换成电能的关系是：Q₂＝＝a₂E₂.............(2)

式中Q₂：所需的化学能.

a₂：为转换效率.(小于1)

E₂：为转换成的电能.

若系统稳定工作，两式中必须Q₁＝＝Q₂.那未，式(2)代入式(1)得：

E₁＝＝a₁a₂E₂..........(3)

令A＝＝a₁a₂                    E₁＝＝A E₂..........(4)

式中的A即为系统的效率.

系统所需额外补充电能为         E₃＝＝E₂-E₁＝＝(1-A)E₂......(5)

式中的右边项的(1-A)E₂即是提取重水所需的电能.

综上所述：只要另外替加一只直流电源来补充效率上损耗的电能E₃即可，根据热力学第二定律：A永远小于1，当A越接近1，额外补充电能E₃也越接近0；效率也越高.实际上，这种效率上的损耗便是系统所需的能耗.这样就实现了低能耗，有效地提取重水的愿望.另外也揭示了，提高两个互补换能装置的转换效率是降低能耗的关键因素.

本发明的工艺流程如图1：氢氧燃料电池(下称燃料电池)2输出的电能E₂，经串联一个直流电源4，输入电解槽1中，使电解槽中的原水进行电解，分别在阴极逸出氢气H₂；在阳极逸出氧气O₂.逸出的H₂和O₂，分别在热交换器3中，由燃料电池排出的热水蒸汽进行预热，以提高效率.热氢气和热氧气分别进入燃料电池的氢电极和氧电极，经电解质中的离子迁移，将化学能转换成电E₂，再输入到电解槽1中，进行电解.随着过程不断循环，使原水中的重水浓度也不断升高.从而，达到低耗有效地提取重水的目标.

根据热力学第二定律：A永远小于1，故不足的电能，则由直流电源4来弥补.所以，直流电源4输出的电能：E₃就是系统所需要的能耗。