Линия по получению обедненной дейтерием воды
Техническое решение относится к области получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием в ней дейтерия путем ее изотопного разделения на обедненную и обогащенную дейтерием фракции. Она включает блок питания 1 электрически связанный с электролизерами 2 и 5, газовые выходы катодных пространств которых 3 и 6 соединены газовыми трубопроводами с газовыми входами анодных пространств электролизеров 4 и 7 соответственно. Катодные пространства обоих электролизеров 3 и 6 соединены жидкостными трубопроводами по контуру, а их анодные пространства обоих 4 и 7 соединены параллельно с линией подачи исходной воды. Катодное пространство 3 электролизера 2 соединено водородопроводом с анодным пространством 7 электролизера 5. А катодное пространство 6 электролизера 5 соединено водородопроводом с анодным пространством 4 электролизера 2. Выход анодного пространства 4 электролизера 2 связан гидравлически со сборником обедненной дейтерием воды 9, а выход анодного пространства 7 электролизера 5 со сливом воды обогащенной дейтерием. Линия позволит более эффективно чем в прототипе получать качественный продукт при меньших материальных и энергетических затратах. 1 илл
Заявленное техническое решение относится к области получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием в ней дейтерия путем ее изотопного разделения на обедненную и обогащенную дейтерием фракции.
Вода с точки зрения химии является веществом, состоящим из молекул H2O. В природе совершенно чистой воды не бывает, она всегда содержит механические, химические и биологические примеси.
Молекула H2O состоит из двух элементов, каждый из которых представляет собой смесь изотопов. Водород в природе представлен двумя стабильными изотопами:
- протием (обозначение 1H или H)
- дейтерием (обозначение 2H или D).
Естественное содержание изотопов 1H и 2H в природных объектах составляет 99,985 и 0,015%. Легкая (обогащенная H или обедненная D) вода обладает высокой биологической активностью. Употребление легкой воды приводит к нормализации углеводного и липидного обмена, коррекции веса, выведению шлаков и токсинов из организма и т.д. Результатами клинических испытаний доказано [Лобышев В.Н., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. М.: Наука, 1978.], что при употреблении такой воды повышается работоспособность, физическая активность, выносливость и сопротивляемость организма.
Известно, что в легкой воде изменяется скорость протекания химических реакций, сольватация ионов, их подвижность и т.д. Легкая вода оказывает стимулирующее действие на живые системы, существенно повышает их активность, жизнестойкость к различным негативным факторам, репродуктивную деятельность, улучшает и ускоряет обмен веществ. Для сельскохозяйственных культур действие легкой воды проявляется в повышении всхожести и урожайности, для человека - в оздоровительном эффекте. Реакция биосистем при воздействии на них воды, может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава воды. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма, ограничивая возможность ее использования в лечебно-профилактических целях [Kushner D.J., Baker F., Dunstall T.G. Can. J. Physiol. Pharmacol. 1999, Feb. 77(2): 79-88].
В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод, полученных с помощью различных технологических процессов, относящихся к категории изотопно-легких, со сниженной в той или иной мере по сравнению с исходной концентрацией дейтерия. Т.е. количественные и качественные показатели изотопного состава воды существенным образом отражаются на ее эффективности при использовании воды в качестве растворителя или ингредиента. Поэтому очевидна необходимость в зависимости от целей применения регулирования изотопного состава воды, употребляемой человеком для технологических процессов, питья, в составе лекарственных, косметических, гигиенических, парфюмерных средств и т.д.
Уровень техники получения изотопно-легкой воды представлен рядом патентов: [Фролов В.Ю., Барышев М.Г., Болотин С.Н., Джимак С.С. RU 
2438765], [Фролов В.Ю., Барышев М.Г., Джимак С.С, Ломакина Л.В., Болотин С.Н., Петриев И.С. RU 128127], [Барышев М.Г., Джимак С.С, Долгов М.А., Ломакина Л.В., Фролов В.Ю., RU 113977], [Фролов В.Ю., Джимак С.С. RU 97994], [Фролов В.Ю., Барышев М.Г., Ломакина Л.В., Джимак С.С, Болотин С.Н. RU 106559], [Фролов В.Ю., Барышев М.Г., Ломакина Л.В., Джимак С.С. RU 101648]. Известен также ряд физико-химических методов изменения изотопного состава водорода, входящего в состав воды [Андрееев Б.М. и др., Разделение стабильных изотопов физико-химическими методами. Москва: Энергоатомиздат.1982. сс. 44-49, 68-69.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является патент [RU 128127 опубл. 20.05.13]. Согласно прототипу линия по получению воды с пониженным содержанием дейтерия содержащая электролизер, осушитель электролизных газов, преобразователь электролизных газов в воду, конденсатор паров воды и сборник обедненной дейтерием воды, отличается тем, что электролизер в ней выполнен в виде двух газодиффузионных водородных электродов, и она дополнительно снабжена питателем дистиллированной воды связанным с парогенератором, который по паропроводу связан с колонной противоточного каталитического изотопного обмена, включенной в водородопровод между катодом и анодом электролизера, при этом колонна соединена паропроводом с конденсатором паров воды и далее со сборником.
Основным недостатком описанной линии является использование в ней сложного и дорогостоящего оборудования, в частности парогенератора и колонны изотопного каталитического обмена и его существенная энергоемкость.
Технической задачей заявляемого решения является упрощение и удешевление линии и снижение ее энергопотребления:
Для решения технической задачи предлагается линия по получению обедненной дейтерием воды, содержащая блок питания, электролизер с механически разделенными катодным и анодным пространствами и сборник обедненной дейтерием воды. При этом линия дополнительно содержит второй идентичный первому электролизер, электрически включенный параллельно с ним и катодные пространства электролизеров соединены между собой замкнутым по контуру трубопроводом, который содержит насос, образуя циркуляционный контур католита. Анодные пространства электролизеров параллельно связаны между собой и соединены с линией подачи исходной, например, водопроводной воды, а газовые выходы анодных пространств каждого электролизера соединены водородопроводами с газовыми входами катодных пространств противоположных электролизеров. Выход анодного пространства одного из электролизеров связан со сборником обедненной дейтерием воды, а другого - со сливом обогащенной дейтерием воды.
На Фиг. 1 схематически изображена линия по получению обедненной дейтерием воды
Линия содержит блок питания 1 электрически связанный с электролизерами 2 и 5, газовые выходы катодных пространств которых 3 и 6 соединены газовыми трубопроводами с газовыми входами анодных пространств электролизеров 4 и 7 соответственно. Катодные пространства обоих электролизеров 3 и 6 соединены жидкостными трубопроводами по контуру, а их анодные пространства обоих 4 и 7 соединены параллельно с линией подачи исходной воды. Катодное пространство 3 электролизера 2 соединено водородопроводом с анодным пространством 7 электролизера 5. А катодное пространство 6 электролизера 5 соединено водородопроводом с анодным пространством 4 электролизера 2. Выход анодного пространства 4 электролизера 2 связан гидравлически со сборником обедненной дейтерием воды 9, а выход анодного пространства 7 электролизера 5 со сливом воды обогащенной дейтерием.
Работа линии осуществляется следующим образом.
Переменный трехфазный ток внешней электрической сети преобразуется в постоянный блоком питания 1 и поступает на электролизеры 2 и 5 куда подается и дистиллированная вода. Образовавшийся в катодном пространстве 6 электролизера 5 водород обедненный дейтерием поступает по газовому трубопроводу в анодное пространство 4 электролизера 2, где электрохимически превращается в воду обедненную дейтерием, а вода обогащенная дейтерием в составе католита поступает из катодного пространства 6 электролизера 5 в катодное пространство 3 электролизера 2 где превращается в водород обогащенный дейтерием, который поступает по водородопроводу из катодного пространства 3 электролизера 2 в анодное пространство 7 электролизера 5, где образует воду обогащенную дейтерием, которая направляется на слив. Далее нормализованная вода из катодного пространства 3 электролизера 2 посредством насоса 8 возвращается в катодное пространство 6 электролизера 5, замыкая цикл.
Реализуемая предложенной линией циркуляция электролита между катодными пространствами электролизеров приводит к попеременному обогащению и обеднению дейтерием воды католита с поддержанием постоянной концентрации дейтерия в циркулирующем электролите. При этом легкий водород, образующийся в катодном пространстве одного электролизера поступает в анодное пространство другого электролизера, где образует обедненную дейтерием - «легкую» воду. А водород обогащенный дейтерием поступает из катодного пространства противоположного элекролизера в анодное другого, где образует воду обогащенную дейтерием - «тяжелую», которая разбавляется исходной водой до безопасной концентрации дейтерия и выводится на слив. Перекрестная циркуляция водорода между электродными пространствами двух электролизеров приводит к увеличению эффективности процесса за счет сокращения энергозатрат на процесс каталитического изотопного обмена между водородом и парами воды, а также связный с ним процесс парообразования. При этом из линии исключено такое оборудование как парогенератор и конструктивно сложная колонна каталитического изотопного обмена
Таким образом, предлагаемая линия позволяет более эффективно чем в прототипе получать качественный продукт при меньших материальных и энергетических затратах.
Линия по получению обедненной дейтерием воды, содержащая блок питания, электролизер с механически разделенными катодным и анодным пространствами и сборник обедненной дейтерием воды, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит второй идентичный первому электролизер, электрически включенный параллельно с ним, а катодные пространства электролизеров соединены между собой трубопроводом, замкнутым по контуру, который содержит насос, образуя циркуляционный контур католита, причем анодные пространства электролизеров параллельно связаны между собой и соединены с линией подачи исходной воды, а газовые выходы анодных пространств каждого электролизера соединены водородопроводами с газовыми входами катодных пространств противоположных электролизеров, при этом выход анодного пространства одного из электролизеров связан со сборником обедненной дейтерием воды, а другого - со сливом обогащенной дейтерием воды.
