专利名称：制造低重氧及氘含量水的方法及其蒸馏装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低重氧及氘含量水的制备，特别是涉及一种利用具有缓冲件的蒸 馏装置制备低重氧及氘含量水。
背景技术：
水分子H2O是由氢和氧两种元素所组成的无机物，水也是地球上最常见的物质之 一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源。由于氢的同位素1H、2H(D)及3H(T)以及氧 的同位素160、170及18O存在，使得除了因氚(T)具有辐射性且半衰期短外，基本上水是九种 组成，如 H2160、H218O, H217O, HD16O, HD18O, HD17O, D216O, D218O 及 D217O15 天然水中除了 占 99. 76% 的H216O轻水外，其余均属于重水。水的氢氧同位素组成，可由氢氧同位素比值质谱仪进行 180/160及D/H 的分析，并以 V-SMOW(Vienna Standard Mean Ocean) δ (%。)表示，按研究机构 在1990至1998年对台北地区的降水分析及统计，其δ 18O为-5. 4%, δ D为-33. 0%。(Wang and Peng, Western Pacific Earth Sci.，2001，429)。地球上天然水的氧与氢同位素比值 相关性为SD = Sx δ 180+10，因此，重氧同位素比值较低的水，其氘的比值也较低。一般生物因重水的“同位素效应”不利于生长。因此，科学家致力于减低天然水 中重氧及氘的含量，目前，在东欧有采用高度大于25公尺的超高蒸馏塔分馏多次以得到低 氘含量的水，然而该方法需要耗费大量热能，且效率不高。另外，也有采电化学的手段，例 如 Kotai，Ind. Eng. Chem.，1999、Sinvac, Acta. Astronautica，2003 及 Matusima et al.， Energy，2005所披露的方法，然而该方法同样有其限制，无法快速得到低重氧及氘含量水。已知重氧及氘含量较低的水对于生物，尤其是麦类植物的成长及细胞培养具有特 殊效果。因此，如何以简便和快速的方法及装置获得低重氧及氘含量水，俨然为目前急欲解 决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造低重氧及氘含量水的方法及其蒸馏装置，其可以简 便和快速的方法及装置获得低重氧及氘含量水。为达到上述目的，本发明提供一种制造低重氧及氘含量水的蒸馏装置，包括容 槽，用以容纳原料水；加热单元，用以加热该容槽内的原料水以产生水蒸气；第一收集槽， 用以接收低重氧及氘含量的水；第一缓冲槽，连接该容槽与第一收集槽，该水蒸气经该第一 缓冲槽输送至该第一收集槽，且该第一缓冲槽内设有缓冲件，以改变水蒸气通过该第一缓 冲槽的路径；以及减压单元，用以降低该蒸馏装置内的压力。在一具体实施例中，本发明的蒸馏装置还包括第二收集槽，以接收来自第一收集 槽的低重氧及氘含量的水。在另一具体实施例中，本发明的蒸馏装置还包括冷凝单元，以控制该第一收集槽 的温度从而令该水蒸气冷凝于该第一收集槽内。且在具有第二收集槽的实施例中，本发明 的蒸馏装置可还包括冷凝单元，以控制该第一收集槽及第二收集槽的温度。
在又一具体实施例中，本发明的蒸馏装置还包括第二收集槽及第二缓冲槽，该第 二缓冲槽连接该第一收集槽与第二收集槽。而该第二缓冲槽内可视需要还设有缓冲件，以 改变水蒸气通过该第二缓冲槽的路径。此外，本发明还提供一种制造低重氧及氘含量水的方法，其使用本发明的蒸馏装 置；以及该方法包括在该蒸馏装置内压力低于环境压力条件下，蒸馏该容槽内的原料水以 产生水蒸气，并令该水蒸气经该第一缓冲槽以冷凝于该第一收集槽中，其中，蒸馏出该容槽 的水体积不超过原料水体积60%。在一具体实施例中，本发明的方法还包括又一步骤，其是以第二收集槽接收来自 该第一收集槽的低重氧及氘含量的水，该步骤包括降低该容槽的温度至室温以及加热该第 一收集槽使该第一收集槽内的水被蒸馏至该第二收集槽中，其中，蒸馏出该第一收集槽的 水体积不超过该第一收集槽内的水的50%。在采用第二收集槽的实施例中，可还包括第二缓冲槽，以连接该第一收集槽与第 二收集槽，而该第二缓冲槽内可视需要还设有缓冲件，以改变水蒸气通过该第二缓冲槽的 路径。本发明利用缓冲件改变水蒸气通过该第一缓冲槽的路径，而水蒸气中含重氧及/ 或氘等较重的水成分在第一缓冲槽中凝结下来，较轻的水成分则在第一收集槽中得到，故 而无需使用大尺寸蒸馏塔或进行多次蒸馏即可在第一收集槽中冷凝得到低重氧及氘含量 水。
图1为本发明一实施例的结构示意图；图2为本发明另一实施例的结构示意图。主要元件符号说明10 容槽11 接口20加热单元30第一收集槽31 出口40第一缓冲槽41缓冲件50冷凝单元60减压单元70第二收集槽80第二缓冲槽100、200 蒸馏装置
具体实施例方式以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明 书所揭示的内容了解本发明的其他优点与功效。CN
请参阅图1，其显示本发明的制造低重氧及氘含量水的蒸馏装置100，包括容槽 10，用以容纳原料水；加热单元20，用以加热该容槽10内的原料水以产生水蒸气；第一收 集槽30，用以接收低重氧及氘含量的水；第一缓冲槽40，连接该容槽10与第一收集槽30， 使该水蒸气经该第一缓冲槽40输送至该第一收集槽30，且该第一缓冲槽40内设有缓冲件 41，以改变水蒸气通过该第一缓冲槽40的路径；以及减压单元60，用以降低该蒸馏装置100 内的压力。在本实施例中，选择能均勻受热的容槽供装填原料水，容槽可为如图所示的圆底 瓶。图1显示批次式设备，故该容槽的接口 11可作为进料口及出料口，但为连续生产或半 连续生产，则可选择进料口及出料口位于不同位置的容槽。本发明的加热单元20用以加热 该容槽10内的原料水以产生水蒸气，该加热单元20可为一般常用的加热器，或者该加热单 元20可与该容槽10合并组设。而本发明的第一收集槽30用以接收低重氧及氘含量的水， 通常，为使较轻的水蒸气得以在第一收集槽30中冷凝下来，本发明的蒸馏装置100还包括 冷凝单元50，以控制该第一收集槽30的温度从而令该水蒸气冷凝于该第一收集槽30内，该 冷凝单元的实例包括冷凝管或供容纳第一收集槽30的容器，其通过或不通过介质与第一 收集槽30接触以控制温度。为了避免水蒸气直通第一收集槽30或为阻挡含重氧及/或氘等较重的水蒸气成 分，本发明的蒸馏装置包括第一缓冲槽40，其连接该容槽10与第一收集槽30，从而使该水 蒸气经该第一缓冲槽40输送至该第一收集槽30，且该第一缓冲槽40内设有缓冲件41，以 改变水蒸气通过该第一缓冲槽40的路径，该缓冲件41并非用以完全阻挡水蒸气通过，而是 避免形成水蒸气时压力使水蒸气太快地输送至第一收集槽30。本发明的一具体实施中，是 使用玻璃纤维作为缓冲件41并填充于第一缓冲槽40中，当然，所使用的第一缓冲槽40也 可包括与第一缓冲槽40—体成形的缓冲件。此外，除了玻璃纤维外缓冲件的实例包括不会 与水或水蒸气反应或作用的固体材料。另一方面，本发明的蒸馏装置还包括减压单元60，用以降低该蒸馏装置100内的 压力，该减压单元60连接于第一收集槽的出口 31，减压单元60的实施例，包括但不限于水 式或可调油式的减压机。在一具体实施例中，本发明的蒸馏装置还包括第二收集槽，以接收来自第一收集 槽的低重氧及氘含量的水。在本发明的另一实施例中，本发明的蒸馏装置200还包括第二收集槽，以接收来 自第一收集槽的低重氧及氘含量的水。如图2所示，该第二收集槽70连接第一收集槽30， 通常，该第二收集槽70直接连接第一收集槽30即可，但因该第二收集槽70的设置为精制 低重氧及氘含量的水，是以，本实施例中，通过第二缓冲槽80连接该第一收集槽30与第二 收集槽70，而该第二缓冲槽80内可视需要还设有缓冲件41，以改变水蒸气通过该第二缓冲 槽80的路径，应注意的是图2虽显示第二缓冲槽80内还设有缓冲件41，但其仅用以说明较 佳的实施方式，而无意限制本发明。本发明的蒸馏装置200还包括冷凝单元50，以控制该第 二收集槽70的温度从而令该水蒸气冷凝于该第二收集槽70内，该冷凝单元50的实施例包 括冷凝管或供容纳第二收集槽70的容器，其通过或不通过介质与第二收集槽70接触以控 制温度。接着，还通过图1及图2说明本发明制造低重氧及氘含量水的方法及其结果。为
5得到低重氧及氘含量水，本发明是在该蒸馏装置100内压力低于环境压力条件下，蒸馏该 容槽10中的原料水以产生水蒸气，并令该水蒸气经该第一缓冲槽40以冷凝于该第一收集 槽30中，其中，蒸馏出该容槽的水体积不超过原料水体积60%。本发明降低蒸馏装置100的压力，并加热该容槽10内的水以进行蒸馏，但较佳地， 是在该容槽10内的原料水未沸腾的条件下进行蒸馏，以避免蒸馏速度过快，使含有重氧及 氘的水成分在蒸馏的初时即被蒸馏出来。此外，蒸馏的过程中可令该蒸馏装置100转动或 搅拌该原料水。在一具体实施例中，是在45至60mbar的装置压力及49至52°C的该容槽温度进 行蒸馏，且为收集低重氧及氘含量水，则控制该第一收集槽的温度为0至5°C以利于冷凝水 分。在蒸馏前，于该容槽中装填1000毫升的原料水，该原料水的实例包括自来水、贩售的 饮用水或未经处理的天然水，接着以前述条件进行蒸馏，由于原料水中包括含有重氧及氘 的水成分，因本发明的蒸馏装置设有缓冲槽，可令该较重的水成分被收集在缓冲槽内，较佳 地，该蒸馏装置设有多个缓冲槽，例如，图2所示的三个缓冲槽。在本实施例中，缓冲槽内填 充有如玻璃纤维的缓冲件，用以改变水蒸气通过该第一缓冲槽40的路径，该缓冲件41并非 用以完全阻挡水蒸气通过，而是避免形成水蒸气时压力使水蒸气太快地输送至第一收集槽 30。在蒸馏时，通常，缓冲槽的温度维持在常温或19至22°C。最后，蒸馏出该容槽的水体积 不超过原料水体积60%，在本实施例中，在第一收集槽收集到450毫升时，中止蒸馏，所得 到的低重氧及氘含量水的水同位素比值δ 18O为-14. 24%。，SD为_91.9%0。在另一具体实施例中，如图2所示，本发明还以第二收集槽70接收来自该第一收 集槽30的低重氧及氘含量的水，该步骤包括降低该容槽10的温度至室温以及加热该第一 收集槽30使该第一收集槽30内的水被蒸馏至该第二收集槽70中，其中，蒸馏出该第一收 集槽30的水体积不超过该第一收集槽内的水的50%。在本实施例中，是在第一收集槽30 收集到600毫升时，快速地降低容槽10的温度至常温，以阀门阻断第一缓冲槽40与第一收 集槽30的通路，接着，同样在减压条件下，以冷凝单元50 (冷凝单元也可具有加热功能)或 独立的加热器使第一收集槽30中的水温升至约50至55°C，并控制第二缓冲槽的温度为常 温或19至22°C且第二收集槽的温度为0至5°C，收集到300毫升的低重氧及氘含量水，其 中，水同位素比值δ 18O为-21.89%。，δ 为-150. 13%0。由此可知，本发明通过单一蒸馏装置中设有缓冲槽，令该较重的水成分被收集在 缓冲槽内，并在蒸馏时控制原料水未处于沸腾状态，快速及方便地得到低重氧及氘含量水， 具有无需使用大尺寸蒸馏塔或进行多次蒸馏即可获得低重氧及氘含量水的优点。本发明已通过较佳实施例例示性地证明本发明的原理及功效，但并非用以限定本 发明。此外，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，举凡依本发明权利要 求书所述的特征及精神当可做些许的变更，因此本发明的保护范围应以权利要求书的范围 为依据。
权利要求
一种制造低重氧及氘含量水的蒸馏装置，其特征在于，包括容槽，用以容纳原料水；加热单元，用以加热该容槽内的原料水以产生水蒸气；第一收集槽，用以接收低重氧及氘含量的水；第一缓冲槽，连接该容槽与第一收集槽，使该水蒸气经该第一缓冲槽输送至该第一收集槽，且该第一缓冲槽内设有缓冲件，以改变水蒸气通过该第一缓冲槽的路径；以及减压单元，用以降低该蒸馏装置内的压力。
2.根据权利要求1所述的蒸馏装置，其特征在于还包括第二收集槽，用以接收来自第 一收集槽的低重氧及氘含量的水。
3.根据权利要求1所述的蒸馏装置，其特征在于还包括冷凝单元，以控制该第一收集 槽的温度，从而令该水蒸气冷凝于该第一收集槽内。
4.根据权利要求2所述的蒸馏装置，其特征在于还包括冷凝单元，以控制该第一收集 槽及第二收集槽的温度。
5.根据权利要求2所述的蒸馏装置，其特征在于还包括第二缓冲槽，连接该第一收集 槽与第二收集槽，且该第二缓冲槽内也设有缓冲件。
6.一种制造低重氧及氘含量水的方法，其特征在于，使用权利要求1所述的蒸馏装置；以及该方法包括在该蒸馏装置内压力低于环境压力条件下，在45至60mbar的装置压力及 49至52°C的容槽温度蒸馏该容槽内的原料水以产生水蒸气，并令该水蒸气经该第一缓冲 槽以冷凝于该第一收集槽中，其中，蒸馏出该容槽的水体积不超过原料水体积60%且控制 该第一收集槽的温度为0至5°C。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在该容槽内的原料水未沸腾的条件下进 行蒸馏。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于该蒸馏装置还包括一第二收集槽，用来接 收来自该第一收集槽的低重氧及氘含量的水，该步骤包括降低该容槽的温度至室温以及加 热该第一收集槽使该第一收集槽内的水被蒸馏至该第二收集槽中，其中，蒸馏出该第一收 集槽的水体积不超过该第一收集槽内的水的50%。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于还包括第二缓冲槽，以连接该第一收集槽 与第二收集槽。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于在以该第二收集槽接收来自该第一收集 槽的水的步骤时，降低该容槽温度至室温，并加热该第一收集槽至50至60°C且令该第二收 集槽的温度为0至5°C。
全文摘要
一种制造低重氧及氘含量水的方法及其蒸馏装置，该蒸馏装置包括容槽；加热单元；第一收集槽，用以接收低重氧及氘含量的水；第一缓冲槽，连接该容槽与第一收集槽，使该水蒸气经该第一缓冲槽输送至该第一收集槽，且该第一缓冲槽内设有缓冲件；以及用以降低该蒸馏装置内的压力的减压单元。本发明利用缓冲件改变水蒸气通过该第一缓冲槽的路径，无需使用大尺寸蒸馏塔或进行多次蒸馏即可在第一收集槽中冷凝得到低重氧及氘含量水。
文档编号C01B5/00GK101920935SQ20091014603
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者林元灏, 郭宪寿 申请人:中天生物科技股份有限公司