Способ определения концентрации электролита Советский патент 1979 года по МПК G01N7/14 

Изобретение относится к области аналитической техники, используемой при прямом преобразовании химической энергии в электрическую и может най применение при разработкеи эксплуатации топливных элементов, работающих на газообразных реагентах. Известен способ определения концентрации электролита.в матричном топливном элементе по кривой затопления (зависимость поляризации или напряжения элемента от объема электролита при заданном значении тока в отсутствии отвода воды) 1. Для определения концентрации эле тролита во время работы топливного элемента необходимо знать начальные (заправочные) значения концентрации и объема электролита. Тогда, снимая (Кривую затопления, можно определить концентрацию электролита в любой про межуток времени, так как увеличение объема электролита в элементе без отвода воды однозначно связано с выработанным количествомэлектричества.. Недостатки этого способа состоят в том, что не всегда известны началь ные значения концентрации и объема электролита и в процессе эксплуатаци топливного элемента могут быть случайные потери электролита за счет вытекания (при снятии кривых затопления) или химического взаимодействия с матрицей. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения концентрации электролита в водо|5одно-кйслородном матричном топливном элементе при непрерывной его работе и динамическом отводе воды, вк.гаочающий измерение давления рабочих газов и температуры пароводородной смеси на выходе из элемента и нахождение величины концентрации электролита по измеренным эксплуатационным параметрам процесса 2. При динамическом способе удаления воды подводимый к элементу водород циркулирует через его газовую камеру и отнимает из электролита воду до тех пор, пока давление водяных паров в газовом потоке не достигает давления паров над электролитом. Измеряя состав смеси (концентрацию паров воды) в контуре циркуляции водорода газовым хроматографом, можно однозначно определить и концентрацию электролита в топливном элементе. Для сокрао1ения времени определения концентрации электролита строят графическую зависимость состава пароводородной смеси от концентрации электролита на основании справочных данных при известных значениях температуры и давления пароводородной смеси При использовании этого способа значительно повышается точность в определении концентрации электролита в элементе, но при этом усложняется и удорожается сам способ, так как для проведения анализа требуется организация и термостатирование коммуникаций для отбора малых количеств парогазовой смеси и установка измерителей потоков и анализаторов.состава. Целью изобретения является увеличение точности определения концентрации электролита в водородно-кислородном матричном топливном элементе без отбора и анализа проб пароводородной смеси из контура циркуляции водорода. Цель достигается тем, что по пред лагаемому способу дополнительно изме ряют температуру пароводородной смес . на выходе из конденсатора и кратност циркуляции водорода и определяют кон центрацию электролита в топливном элементе по заранее построенной зави симости концентрации электролита от температуры пароводородной смеси на выходе из конденсатора при различных кратностях циркуляции (для заданной температуры топливного элемента и давления смеси). Достоинством предлагаемого способ является также и то, что не требуетс организации и термостатирования ком муникаций для отбора проб пароводоро ной смеси из контура циркуляции водо рода и не нужна установка анализаторов состава Пример. Проводились испытани водородно-кислородного матричного ТОПЛИВНОГО элемента при динамическом способе отвода воды. Температур пароводородной смеси на выходе из топливного.элемента и конденсатора измеряют датчиками температуры -Ата ИС-545А, она равна 94° с и 70С соот ветственно, Поддерживают давление рабочих газов 4 бар. В качестве эле тролита используют водный раствор КОН. Для определения концентрации щелочи заранее строят зависимость кон центрации электролита (Сцон) ° температуры (Т°с) пароводородной смеси на выходе из конденсатора при различных кратностях (N) циркуляции водорода для температуры элемента f Э4°С и давления газов 4 бар. Для каждой заданной температуры пароводородной смеси на выходе из кон денсатора задают поочередно разные ачения кратности циркуляции ворода: 7, 10, 20, 30, 50, 100 и 200. Для определения концентрации щелов топливном элементе необходимо полнительно определить кратность ркуляции водорода в работающем топвном элементе. Кратность циркуляции одорода - это отношение массового асхода газа (водорода) на входе в пливный элемент (mf) к количеству дорода израсходованному на электромическую реакцию дт. Массовый расд водорода на входе в топливный емент определяют с помощью расходй диафрагмы, установленной перед Сдом в элемент, и рассчитывают по рмуле -Кл/дРде К .- экспериментальный коэффициент; . ЛР - перепад давления на диафрагме; - плотность пароводородной смеси; Рнз плотность водорода. Количество водорода,которое пошо на электрохимическую реакцию, ассчитывают по закону Фарадея , где Э - электрохимический эквивалент ; 1 - ток, выработанный элементом;Т - время генерации тока. И окончательно кратность циркуляции водорода определяют по формуле 2 При подстановке численных знаений в уравнении получается ы 0.0359-У4-20,-4-2-0,2441-- 000-9 0,42-0,336-3,72 -Таким образом, концентрация раствора щелочи в топливном элементе при температуре пароводородной смеси на выходе из конденсатора и кратности циркуляции водорода 20 равняется 29,5%. С помощью газового хроматографа была измерена концентрация паров воды в пароводородной смеси на выходе из топливного элемента (при этих же условиях), которая оказалась равной концентрации паров воды над 29,5% раствором щелочи при температуре 9 4 С, Использование,предлагаемого способа определения концентрации электролита в топливном элементе обеспечивает по сравнению с существующими способами следующее преимущество:

возможность определения концентрации электролита в матричном топливном элементе без отбора и анализа проб парогазовой смеси из контура циркуляции водорода, т.е. без нарушения режима влагоудаления и целостности трассы циркуляции пароводородной смеси.

Формула изобретения .

Способ определения концентрации электролита в водородно-кислородном матричном топливном элементе при непрерывной его работе и динамическом отводе воды, включающий измерение

давления рабочих газов и температуры пароводородной смеси на выходе из элемента и нахождение величины концентрации электролита по измеренным эксплуатационным параметрам процесса,о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют температуру пароводородной смеси на выходе из конденсатора и кратность циркуляции водорода.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1,Фильтих В, Топливные элементы, М., 1968, с. 196-201,

2,Фильтих В, Топливные элементы, На, 1968, с. 203 (прототип).