Способ определения концентрации электролита

Авторы патента:

G01N7/14 - путем создания условий для выделения из материала газа или пара, например водяного пара, и измерения разности давления или объема

° °

Й.> обо

@нтhс т>»>

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЯ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< и 697879

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100578 (2>) 2618496/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.1179 Бюллетень HP 42

Дата опубликования описания 15.1 1.79 (51)М. Кл.

G N 7/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621.352.6 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ю.Л. Голин, В.A. жильцов, В. С. Карякин и A.A. Косяков (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТА

ИзОбретение относится к области аналитической техники, используемой при прямом преобразовании химической энергии в электрическую и может найти применение при разработке и эксплуатации топливных элементов, работаюг щих на газообразных реагентах.

Из в естен 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 элек- 15 тролита во время работы топливного элемента необходимо знать начальные (заправочные) значения концентрации и объема электролита. Тогда, снимая ,кривую затопления, можно определить 20 концентрацию электролита в любой промежуток времени, так как увеличение объема электролита в элементе без отвода воды однозначно связано с выработанным количеством электричества.

Недостатки этого способа состоят в том, что не всегда известны начальные значения концентрации и объема электролита и в процессе эксплуатации 0 топливного элемента могут быть случайные потери электролита эа счет вытекания (при снятии кривых затопления) или химического взаимодействия с матрицей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения концентрации электролита в водоРодно-кйслородном 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 (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.

697879

Для сокращения 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 н элементе, но при этом усложняется и удорожается сам способ, так как для пронедения анализа требуется организация и термостатирование коммуникаций для отбора малых количеств парогазовой смеси и устанонка 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 предлагаемому способу дополнительно измеряют температуру пароводородной смеси на выходе из конденсатора и кратность циркуляции водорода и определяют концентрацию электролита в топливном элементе по заранее построенной зависимости концентрации электролита от температуры пароводородной смеси на выходе из конденсатора при различных кратностях циркуляции (для заданной температуры топливного элемента и давления смеси), Достоинствам предлагаемого способа является также и то, что не требуется организации и термостатирования коммуникаций для отбора проб пароводород ной смеси из контура циркуляции водорода и не нужна установка анализаторов состава.

Пример. Проводились испытания водородно-кислородного матричного топливного элемента при динамическом способе отвода воды. Температуру паронодородной смеси на выходе из топливного элемента и конденсатора измеряют датчиками температуры типа

ИС 545А, она равна 94 С и 70 С соответственно, Поддерживают давление рабочих газов 4 бар. В качестве электролита используют водный раствор

КОН.

Для определения концентрации щелочи заранее строят зависимость концентрации электролита (C О„,Ъ) от температуры (Т С) пароводородной смеси на выходе из конденсатора при различных кратностях (N) циркуляции водорода для температуры элемента

94 С и давления газов 4 бар.

Для каждой заданной температуры па роводородной смеси на выходе из конденсатора задают поочередно разные п=К1ьр р

Рсм. вЂ” экспериментальный коэффициент; аР вЂ” перепад давления на диафрагме;

Р вЂ” плотность пароводородной смеси; гн2 ПЛОтнОсть ВОдОРОда

Количество водорода, которое пошло на электрохимическую реакцию, рассчитывают по закону Фарадея где К

25 и =Э1Г, У где Э вЂ” электрохимический эквивалент;

I вЂ” ток, выработанный элементом; с вЂ” время генерации тока. И окончательно кратность циРкуляции водорода определяют по формуле

- чу.„ р, этт

При подст ановке численных зна;чений н уравнении получается

О 035944 2O+2 О 244 1 (OOO 9

0,42.O,33Ü. 3,7 2

Таким образом, концентрация раствора щелочи в топливном элементе при температуре пароводородной смеси на выходе из конденсатора 70 С и кратности циркуляции водорода 20 равняется 29,5Ъ.

С помощью газонОгО 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 29,5Ъ раствором щелочи при темЬО пературе 94 C.

Использование предлагаемого способа определения концентрации электролита в топливном элементе обеспечивает по сравнению с существующими

65 способами следующее преимущество: значения кратности циркуляции водорода: 7, l0 20, 30, 50, 100 и 200.

Для определения концентрации щелочи в топливном элементе необходимо дополнительно определить кратность

)циркуляции водорода в работающем топливном элементе. Кратность циркуляции водорода вЂ” это отношение массового расхода газа (водорода) на нходе в топливный элемент (mf) к количеству

10 водорода израсходонанному на электрохимическую реакцию ьщ. Массовый расход водорода на входе в топливный элемент определяют с помощью расходной диафрагмы, установленной перед вхОдом в элемент, и рассчитывают по формуле

697879

ФОрмула изобретения

Составитель Л. Дикая

ТехредЭ. Чужик Корректор

Тираж 1073 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4)5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Редактор И. Шубина

Заказ б919/31 возможность определения концентрации электролита в матричном топливном элементе беэ отбора и анализа проб гарогаэовой смеси из контура циркуляции водорода, т.е. без нарушения режима влагоудаления и целостности трассы циркуляции пароводородной смеси.

Способ определения концентрации

10 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 ич а ю щ и и r. я тTеeмM,, ч тTоo, с целью повышени я точности, дополнительно измеряют температуру пароводородной смеси на выходе из конденсатора и кратность циркуляции водорода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Фильтих В. Топливные элементы, М,, 19б8, с 196-201

2. Фильтих В. Топливные элементы.

М., 19б8, с. 203 (прототип).

Способ определения концентрации электролита

Устройство для измерения давления насыщенных паров жидкостей // 682795

Способ определения абсолютного значения ускорения силы тяжести // 640223

Устройство для измерения концентрации растворенных газов // 611139

Прибор для битермальных изопиестических измерений // 605152

Устройство для определения содержания воздуха в пористых пропитанных материалах // 596863

Способ выделения паров из пористых материалов в стержневой термостойкой оболочке // 585429

Установка для газового анализа // 582480

Устройство для измерения изотермического коэффициента сжимаемости жидкости // 579562

Автоматическое устройство для определения потребления кислорода в процессах окисления // 575541

Способ определения характеристик сорбции газов материалами // 2105284

Изобретение относится к области исследования физических и химических материалов, в частности к определению коэффициентов растворимости и концентраций газов в материалах

Способ анализа пористой структуры // 2141642

Изобретение относится к анализу физико-механических свойств материалов, а именно пористой структуры и сорбционных свойств разнообразных объектов, таких как мембраны, катализаторы, сорбенты, фильтры, электроды, породы, почвы, ткани, кожи, строительные материалы и др., и может быть использовано в тех областях науки и техники, где они применяются

Устройство для определения концентрации газа в жидкости // 2181882

Способ определения газосодержания раствора и устройство для его осуществления // 2187089

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначенной для определения концентрации газов в жидкости, в частности для определения концентрации кислорода в питательной и других водах теплоиспользующих установок, системах холодного и горячего водоснабжения

Способ и устройство оперативного контроля концентрации газовой фазы нерастворенного газа в потоке жидкости // 2188407

Изобретение относится к измерительной технике, определяющей газосодержание жидкости, и решает задачу оперативного контроля концентрации газовой фазы (нерастворенного газа) в потоке жидкости технологических контуров различных отраслей промышленности, преимущественно на ЯЭУ

Способ определения характеристик сорбции газов материалами // 2226267

Изобретение относится к области исследования физических и химических свойств материалов и может быть использовано в контрольно-измерительной технике химических лабораторий для определения коэффициентов растворимости и концентраций газов в материалах, а также для прогнозирования уровней концентраций газов в герметичных объемах, в которых находятся материалы, содержащие эти газы

Способ определения газосодержания в жидкости // 2243536

Изобретение относится к способам измерения газосодержания в жидкости и может быть использовано, например, в системах топливоподачи ракетных и авиационных двигателей

Способ определения характеристик перегонки жидких нефтепродуктов посредством мини-экспресс-перегонки и устройство для его осуществления // 2246717

Устройство для определения скоростей выделения токсичных газов из залитых литейных форм // 2247624

Изобретение относится к литейному производству

Способ определения концентрации ядер кавитации жидкости // 2256895

Изобретение относится к технике исследований теплофизических свойств состояния жидкостей и может найти применение при оценке прочностных свойств жидкостей, исследованиях антикавитационной устойчивости, например насосных устройств при перекачке нефтей