Einrichtung zur Erzeugung destillierten Wassers in Anlagen für die elektrolytische Zersetzung von Wasser. Bei der elektrolytischen Zersetzung von Wasser zwecks Gewinnung von Sauerstoff und Wasserstoff werden beträchtliche Wärmemengen frei, die abgeführt werden müssen. Die elektrolytischen Zellen werden, um ein zu starkes Erhitzen des zu zerset zenden Wassers zu verhindern, durch ein Kühlsystem, welches von kalter Flüssigkeit durchflossen wird, auf der noch zulässigen, höchsten Temperatur gehalten. In einem sol chen Kühlsystem erwärmt sich die kalte Kühlflüssigkeit, und es fällt infolgedessen bei der elektrolytischen Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff viel erwärmte Kühlflüssigkeit, und als solche kommt ins besondere Wasser in Betracht, an.
Ander seits benötigt man für den elektrolytischen Vorgang ein Wasser von grosser Reinheit, insbesondere was die in Lösung befindlichen, festen Stoffe anbetrifft. In den meisten Fäl len wird das durch Elektrolyse zu zerset zende Wasser vorgängig destilliert, das heisst es wird, um Destillat zu bekommen, Roh wasser verdampft und der erzeugte Dampf in Oberflächenkondensatoren niedergeschla gen. Eine solche Reinigung des Wassers er fordert jedoch eine besondere Apparatur und ist zudem recht kostspielig im Betrieb, infolge Auslagen für Kohle und Kraft.
Zur Behebung dieser Übelstände ist es schon vorgeschlagen wurden, das erwärmte Kühlwasser zwecks Gewinnung des in den elektrolytischen Zellen benötigten, destillier ten Wassers unter Vakuum zu setzen, um auf diese Weise zur Erzeugung des destil lierten Wassers Fremdwärme entbehren zu können. Als Kühlwasser wird dabei das zur Verfügung stehende Rohwasser benutzt. Eine zu starke Erwärmung derartigen Kühl wassers ist jedoch nicht angängig, weil das Kühlsystem sich zu rasch verkrusten würde.
Anderseits sollte aber das Kühlwasser, mit Rücksicht auf das praktisch in noch wirt schaftlicher Weise erreichbare Vakuum in der Destillationsanlage, bei grösseren Anla gen in wesentlichem Masse erwärmt werden, sofern eine reichliche Destillation erhalten werden soll. Um diesen verschiedenen Be dingungen Rechnung zu tragen, erfolgt bei einer Einrichtung gemäss vorliegender Erfin dung die Abführung der Wärme aus den Zellen durch einen in einem geschlossenen Kreislauf umgewälzten Wärmeträger, der in einem Wärmeaustauschsystem die Wärme auf das Kühlwasser überträgt.
Letzteres wird vorgängig in dem Kondensator einer Wasserdestillationsanlage möglichst weitge hend auf die Temperatur des niederzuschla genden Wasserdampfes erwärmt, Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Einrichtungen gemäss der Erfindung schematisch und beispielsweise veranschau licht, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Anlage, bei welcher der in einer elektrolytischen Zelle erwärmte Wärmeträger mittelbar zur Gewinnung de stillierten Wassers verwendet Wird, während Fig. 2 eine Anlage zeigt, bei welcher das Kühlwasser über eine Schlange rieselt, die zu dem geschlossenen System gehört, in wel chem der zum Abführen der Wärme aus den Zellen dienende Wärmeträger umgewälzt wird.
In beiden Figuren ist der Einfachheit halber nur eine elektrolytische Zelle veran schaulicht, obschon deren mehrere vorhan den sind.
1 bezeichnet die elektrolytische Zelle, de ren Pole mit den Bezugszeichen 2 und 3 be legt sind; ferner ist 4 ein Diaphragma und 5 der in der Zelle 1 gelegene Teil eines ge schlossenen Systems, zu dem auch noch eine Leitung 7, sowie eine Schlange 19 gehören. Letztere bildet einen Teil einer Wärmeaus tauschvorrichtung 18, 19, 20. Durch das ge schlossene System 5, 7, 19 wird mittelst einer Pumpe 6 ein Wärmeträger, vorzugs weise destilliertes Wasser, umgewälzt. Die ser Wärmeträger, der im Teil 5 die bei der Elektrolyse frei werdende Wärme aufnimmt, gibt im Wärmeaustauscher 18, 19, 20 diese in den Zelle 1 aufgenommene Wärme wie der an als Kühlwasser dienendes Rohwasser ab.
Dieses Kühlwasser durchströmt, vorgän gig seines Eintrittes in die Schlange 20 des Wärmeaustauschers 18, 19, 20, einen Ober flächenkondensator 10, in den es durch eine Pumpe 14 gefördert wird. In diesem Kon densator 10 wird Wasserdampf niederge schlagen, der in einem Verdampfer 8 aus dem demselben aus der Schlange 20 zuflie ssenden, erwärmten Kühlwasser erzeugt wird. Der Verdampfer 8 steht durch eine Leitung 9 mit dem Oberflächenkondensator 10 in Ver bindung, so dass in jenem im wesentlichen dasselbe Vakuum herrscht wie im Dampf raum des Kondensators 10.
Es tritt infolge dessen im Verdampfer 8 eine teilweise Ver dampfung des von der Pumpe 14 durch den Kondensator 10, sowie die Schlange 20 ge förderten und in diesen Teilen erwärmten Kühlwassers ein, wobei sich letzteres im Verdampfer 8 auf die Temperatur abkühlt, welche dem in demselben herrschenden Va kuum entspricht. Das abgekühlte Wasser fliesst durch ein Fallrohr 11 in einen Kanal 16 ab. Der Verdampfer 8 bildet somit eine Destillationsanlage.
Das im Kondensator 10 beim Niederschlagen der in dieser Destilla tionsanlage erzeugten Wasserdämpfe sich bildende Kondensat wird durch eine Pumpe 12 aus dem Kondensator 10 herausgeschafft und durch eine Leitung 13 hindurch in die Zelle 1 gefördert. 15 bezeichnet eine Luft pumpe, welche für die Entfernung der Luft aus dem Kondensator 10 und damit zur Auf- rechterhaltüng des gewünschten Vakuums dient. Die beschriebene Einrichtung bietet somit den grossen Vorteil, dass für die Küh lung der elektrolytischen Zelle 1 nicht dau ernd Frischwasser benützt werden muss, son dern dass in einem geschlossenen Kreislauf umgewälztes, destilliertes Wasser verwendet wird. Die Benützung von derart reinem Wasser verhindert den Ansatz von Krusten in dem Kühlsystem 5 der Zelle 1.
Der Be trieb innerhalb der elektrolytischen Zelle 1 erleidet .damit keine Schwankungen in der Stärke der Kühlung, und es erübrigen sich Reinigungsarbeiten zwecks Entfernung von Krustenansätzen aus dem System 5.
Bei der Einrichtung nach Fig. 2, wo der Einfachheit halber ebenfalls nur eine Zelle 1 dargestellt ist, ist eine der Schlange 19 der Fig. 1 entsprechende Kühlschlange 21 innerhalb des Verdampfers 8 angeordnet, wo das von der Pumpe 14 durch den Konden sator 11 geförderte Wasser über die Schlange 21 herunterrieselt und dabei den zur Küh lung der elektrolytischen Zelle 1 dienenden, auch hier in einem geschlossenen System 5, 7, 21 umgewälzten Wärmeträger rückkühlt.
Bei den beschriebenen Einrichtungen lässt sich das Wärmeaustauschsystem 18, 19, 20 in Fig. 1 beziehungsweise 8, 21 in Fig. 2, in welchem der Wärmeträger die Wärme an dass Rohwasser abgibt, praktisch immer so ausbilden, dass dessen Reinigung keine Schwierigkeiten bereitet. Dadurch, dass das Rohwasser veranlasst wird, vorgängig durch den Kondensator 10 beziehungsweise 11 der Destillationsaulage 8 zu gehen, wird es mög lich, die Abwärme der Elektrolyse fast voll ständig zur Destillaterzeugung auszunutzen, so dass das als Kühlwasser benutzte Roh wasser derart hoch erwärmt wird, dass De stillat in der benötigten Menge erzeugt wird.
Ferner wird bei diesen Einrichtungen le diglich eine geringe, elektrische Kraft für den Betrieb, der Pumpen 6, 12, 14, 15 benö tigt. Dieser Kraftbedarf ist nicht wesentlich höher als der einer entsprechenden, norma len Destillationsanlage, als Vielfacheffekt anlage gebaut und mit Frischdampf betrie ben. Er ist anderseits um ein Vielfaches kleiner, als der Kraftbedarf für eine De stillationsanlage, welche mit Brüdenverdich- tung arbeitet. Eine Einrichtung nach der Erfindung arbeitet daher in wirtschaftlicher Hinsicht in vorteilhafter Weise und ist fer ner betriebssicher, sowie sehr einfach.
Device for the production of distilled water in plants for the electrolytic decomposition of water. During the electrolytic decomposition of water for the purpose of producing oxygen and hydrogen, considerable amounts of heat are released that have to be dissipated. In order to prevent excessive heating of the water to be decomposed, the electrolytic cells are kept at the highest permissible temperature by a cooling system through which cold liquid flows. In such a cooling system, the cold cooling liquid heats up, and as a result, much heated cooling liquid is obtained during the electrolytic production of hydrogen and oxygen, and water in particular comes into consideration as such.
On the other hand, water of great purity is required for the electrolytic process, especially as regards the solid substances in solution. In most cases, the water to be decomposed by electrolysis is distilled beforehand, that is, in order to get distillate, raw water is evaporated and the steam generated is deposited in surface condensers. However, such cleaning of the water requires special equipment and is also quite expensive to run due to expenses for coal and power.
To remedy these inconveniences, it has already been proposed to put the heated cooling water for the purpose of obtaining the required in the electrolytic cells, distilled water under vacuum in order to be able to dispense with external heat to generate the distilled water in this way. The available raw water is used as cooling water. However, excessive heating of such cooling water is not acceptable because the cooling system would become encrusted too quickly.
On the other hand, however, the cooling water should be heated to a significant extent in larger systems, taking into account the vacuum in the distillation plant that can still be achieved in a practically economic way, provided that a copious distillation is to be obtained. In order to take these different conditions into account, a device according to the present invention removes the heat from the cells by means of a heat transfer medium circulated in a closed circuit, which transfers the heat to the cooling water in a heat exchange system.
The latter is previously heated as far as possible in the condenser of a water distillation system to the temperature of the water vapor to be deposited. In the accompanying drawing, two devices according to the invention are illustrated schematically and for example, namely: Fig. 1 shows a system in which the in an electrolytic cell heated heat transfer medium is used indirectly to obtain de distilled water, while Fig. 2 shows a system in which the cooling water trickles over a snake that belongs to the closed system in wel chem which is used to dissipate the heat from the cells Heat transfer medium is circulated.
For the sake of simplicity, only one electrolytic cell is illustrated in both figures, although there are several of them.
1 denotes the electrolytic cell, whose poles with the reference numerals 2 and 3 are placed; 4 is also a diaphragm and 5 is the part of a closed system located in cell 1, which also includes a line 7 and a snake 19. The latter forms part of a Wärmeaus exchange device 18, 19, 20. Through the closed system 5, 7, 19, a heat transfer medium, preferably distilled water, is circulated by means of a pump 6. The water heat transfer medium, which absorbs the heat released during the electrolysis in part 5, is in the heat exchanger 18, 19, 20 from this heat absorbed in the cell 1 as the raw water used as cooling water.
This cooling water flows through, vorgän gig of its entry into the coil 20 of the heat exchanger 18, 19, 20, an upper surface condenser 10, in which it is promoted by a pump 14. In this Kon capacitor 10, water vapor is hit down, which is generated in an evaporator 8 from the same from the coil 20 flowing in, heated cooling water. The evaporator 8 is connected to the surface condenser 10 via a line 9, so that essentially the same vacuum prevails in it as in the vapor space of the condenser 10.
It occurs as a result in the evaporator 8 a partial Ver evaporation of the pump 14 through the condenser 10, and the coil 20 ge promoted and heated in these parts of the cooling water, the latter cools in the evaporator 8 to the temperature that the same the prevailing vacuum. The cooled water flows through a downpipe 11 into a channel 16. The evaporator 8 thus forms a distillation system.
The condensate which forms in the condenser 10 when the water vapors generated in this distillation plant are precipitated is removed from the condenser 10 by a pump 12 and conveyed through a line 13 into the cell 1. 15 denotes an air pump which is used to remove the air from the condenser 10 and thus to maintain the desired vacuum. The device described thus offers the great advantage that fresh water does not have to be constantly used for cooling the electrolytic cell 1, but that distilled water circulated in a closed circuit is used. The use of such pure water prevents crusts from forming in the cooling system 5 of the cell 1.
The operation within the electrolytic cell 1 thus suffers no fluctuations in the strength of the cooling, and cleaning work to remove crust deposits from the system 5 is unnecessary.
In the device of Fig. 2, where for the sake of simplicity also only one cell 1 is shown, one of the coil 19 of FIG. 1 corresponding cooling coil 21 is arranged within the evaporator 8, where the pump 14 through the capacitor 11 promoted Water trickles down over the coil 21 and in the process cools down the heat transfer medium which is used to cool the electrolytic cell 1 and is also circulated in a closed system 5, 7, 21.
In the described devices, the heat exchange system 18, 19, 20 in FIG. 1 or 8, 21 in FIG. 2, in which the heat transfer medium gives off the heat to the raw water, can practically always be designed in such a way that its cleaning does not cause any difficulties. Because the raw water is caused to go through the condenser 10 or 11 of the distillation system 8 beforehand, it is possible, please include to use the waste heat from the electrolysis almost completely to generate distillate, so that the raw water used as cooling water is heated to such an extent that that distillate is produced in the required quantity.
Furthermore, le diglich a small electrical force for the operation of the pumps 6, 12, 14, 15 is taken in these facilities. This power requirement is not significantly higher than that of a corresponding, norma len distillation system, built as a multiple-effect system and operated with live steam. On the other hand, it is many times smaller than the power required for a distillation system that works with vapor compression. A device according to the invention therefore works in an advantageous manner from an economic point of view and is fer ner operationally safe and very simple.