DE1902481A1

DE1902481A1 - Alcohol concn control in fuel cell - elements

Info

Publication number: DE1902481A1
Application number: DE19691902481
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Klaus Girlich
Original assignee: VARTA AG
Current assignee: VARTA AG
Priority date: 1969-01-18
Filing date: 1969-01-18
Publication date: 1970-08-13

Abstract

The alcohol concn. in fuel cell elements is controlled by feeding some of the electrolyte to a capillary tube and measuring the surface tension as a criterion.

Description

Verfahren zur Regelung der Alkoholkonzentration im Elektrolyten von Brennatoffelementen und dafür geeignete Vorrichtungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Regelung der Alkoholkonzentration im Elektrolyten von in Betrieb befindlichen Brennstoffelementen.Process for regulating the alcohol concentration in the electrolyte of Fuel elements and devices suitable therefor is the subject of the invention a method for regulating the alcohol concentration in the electrolyte of in operation located fuel elements.

Bei mit Alkohol als Brennstoff betriebenen Elementen wird v;Shrend der Stromerzeugung der in Elektrolyt gelöste Alkohol verbraucht, so daß sich die Alkoholkonzentration ständig verringert.In the case of elements operated with alcohol as fuel, v; Shrend The generation of electricity consumes the alcohol dissolved in the electrolyte, so that the Constantly decreasing alcohol concentration.

Es ergab sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, mit dem auf eine einfache und betriebssichere Weise der Zeitpunkt erraittelt werden kann, an dem die Alkoholkonzentration unter einen vorgegebenen Wert absinkt, bzw.It was therefore the task of finding a method with which the point in time can be determined in a simple and reliable manner, at which the alcohol concentration drops below a specified value, or

an dem nach Zugabe von Alkohol Zugabeeine Mindestkonzentration wieder überschritten ist. Vorzugsweise soll dieses Verfahren geeignet sein zur Von der Alkoholkonzentration abhängigen Erzeugung eines elektriachen#Signals, das zur Steuerung einer geeigneten, an sich bekannten Regelvorrichtung für die Zugabe von Alkohol verwendet werden kann.at which a minimum concentration after adding alcohol again is exceeded. This method should preferably be suitable for From the Alcohol concentration-dependent generation of an electrical # signal that is used for control a suitable, known control device for the addition of alcohol can be used.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Alkoholkonzentration im Elektrolyten von Brennatoffelementen gelöst, indem man die Oberflächenspannung als iIeßgröße verwendet; ein Teil der alkoholhaltigen Elektrolytflüssigkeit wird einem oder mehreren Kapillarrohren oder -spalten zugeführt und der Kapillardruck überprüft.This object is achieved by the control method according to the invention the alcohol concentration in the electrolyte of fuel elements dissolved by the surface tension is used as a parameter; part of the alcoholic electrolyte liquid is fed to one or more capillary tubes or columns and the capillary pressure checked.

Bei einer besonders bewährten Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Elektrolytraum des Brennstoffelementes oder dem Elektrolytspeicher in vorgege-benen Zeitabständen eine Meßprobe entnommen, die Kapillare mit dieser Lösung gespült und anschließend der Kapillardruck überprüft.In a particularly proven embodiment of the method according to the invention is given in the electrolyte space of the fuel element or the electrolyte storage A measurement sample is taken at intervals, the capillary is rinsed with this solution and then the capillary pressure is checked.

Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Regelung des Kapillardrucks nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Kapillarrohr am oberen Enede mit der Elektrolytzuleitung verbunden und taucht am unteren Ende in ein ttberlaufgefäß ein. Außerhalb und/oder innerhalb des Kapillarrohres sind zwei Elektroden angeordnet, welche mit einer an sich bekannten Wechselstrommeßanordnung verbunden sind. Wenn die mit Abstand voneinander angeordneten Elektroden nicht durch die Flüssigkeitssäule in der Kapillarröhre oder dem Kapillarspalt überdeckt werden, liegt die Alkoholkonzentration in der Blektrolytflüssigkeit oberhalb der für die Regelung festgelegten Mindestkonzentration. Bei absinkender Alkoholkonzentration nimmt die Oberflächenspannung zu, so daß die Flüssigkeits#ule hochsteigt.In an advantageous device for regulating the capillary pressure according to the method according to the invention is a capillary tube at the upper end with the Electrolyte feed line connected and dips into an overflow vessel at the lower end. Outside and / or inside the capillary tube are two electrodes arranged, which is connected to a known alternating current measuring arrangement are. When the spaced electrodes cannot pass through the liquid column are covered in the capillary tube or the capillary gap, the alcohol concentration is in the lead electrolyte liquid above the minimum concentration specified for the control. When the alcohol concentration drops, the surface tension increases, so that the The liquid column rises.

Sobald der Meniskus der Flüssigkeitsaäule zwischen den beiden Elektroden liegt, wird von der Wechselstrommeßanordnung ein entsprechendes Signal abgegeben, welches nach geeigneter Verst rRung eine egelvorrichtun zur Auslösung der Zugabe von Alkohol zum Elektrolyten betätigt.As soon as the meniscus of the column of liquid between the two electrodes a corresponding signal is emitted by the alternating current measuring arrangement, which, after suitable amplification, a control device to trigger the addition actuated by alcohol to electrolyte.

Die Oberflachenspannung einer Elektrolytflüssigkeit, welche beispielsweise Kalilauge und geringe Mengen Kaliumkarbonat enthält, ist im Wesentlichen von der Alkoholkonzentration abhängig. Die Steighöhe der Plüssigkeit in den Kapillaren ist daher eine zuverlässige Meßgröße für die Regelung der Alkoholkonzentration.The surface tension of an electrolyte liquid, which for example Containing potassium hydroxide and small amounts of potassium carbonate is essentially of the Alcohol concentration dependent. The height of the liquid in the capillaries is therefore a reliable measured variable for regulating the alcohol concentration.

Es besteht eine geringe Abhängigkeit von der Temperatur, welche Jedoch beim Betrieb eines Brennstoffes vernachlässigt werden kann.There is little dependence on temperature, which however can be neglected when operating a fuel.

Die Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erflndunseeäßen Vorrichtung; die an sich bekannten Dosiervorrichtungen zur periodischen Entnahme von Elektrolytflüssigkeit aus der Batterie und zur Zugabe frischen Alkohols wurden zwecks Vereinfachung in den Piguren weggelassen. Mit Hilfe der Dosiervorrichtung wird zunächst ein Teil der Elektrolytflüssigkeit am oberen Ende der Kapillare 1 eingeführt. Dadurch werden die Reste der Elektrolytflüssigkeit von der vorhergehenden Messung in das ÜberlaufgefuB 3 gespült. Anschließend wird ar. oberen Ende der Kapillare 1 wieder eine Verbindung mit der Atmosphäre hergestellt, wonach sich der Meniskus 4 der Flüssigkeitssäule in der Kapillare 1 in einer Höhe einstellt, die der Alkoholkonzentration entspricht.FIG. 1 shows a possible embodiment of the invention Contraption; the known metering devices for periodic removal of electrolyte fluid from the battery and adding fresh alcohol omitted from the Piguren for the sake of simplicity. With the help of the dosing device a part of the electrolyte liquid at the upper end of the capillary 1 introduced. This removes the remnants of the electrolyte fluid from the previous one Measurement flushed into overflow vessel 3. Then ar. upper end of the capillary 1 reconnected with the atmosphere, after which the meniscus 4 adjusts the liquid column in the capillary 1 at a level that corresponds to the alcohol concentration is equivalent to.

Außen an der Kapillare sind die beiden Ringelektroden 2 angeordnet, welche mit einer durch Wechselstrom betriebenen Meßvorrichtung verbunden sind. Die Stellung des Meniskus 4 in der Kapillare 1 kann durch die in einer vorgegebenen Höhe angebrachten beiden Ringelektroden 2 kapazitiv gemessen werden. Wenn sich der Meniskus 4 zwischen den beiden Ringelektroden 2 einstellt, wird durch ein entsprechendes Signal der Lteßvorrichtung die Regelvorrichtung betätigt.The two ring electrodes 2 are arranged on the outside of the capillary, which are connected to a measuring device operated by alternating current. the Position of the meniscus 4 in the capillary 1 can be determined by the in a predetermined Height attached two ring electrodes 2 are measured capacitively. If the Meniscus 4 between the two ring electrodes 2 is set by a corresponding Signal of the Lteßvorrichtung actuates the control device.

Die Figur 2 zeigt eine ähnliche Vorriehtungo Der Unterschied besteht lediglich darin, daß die beiden Ringelektroden 5 im Innern des Kapillarrohres 1 angeordnet sind, so daß die Messung der Stellung des Meniskus 4 und damit der Oberflächenspannung der Elektrolytflüssigkeit durch eine ohm'sche Messung des Wechselstromwiderstandes der Flüssigkeit zwischen den beiden Elektroden 5 erfolgt.Figure 2 shows a similar arrangement o the difference exists only in the fact that the two ring electrodes 5 inside the Capillary tube 1 are arranged so that the measurement of the position of the meniscus 4 and thus the surface tension of the electrolyte liquid by an ohmic Measurement of the alternating current resistance of the liquid between the two electrodes 5 takes place.

In der Figur 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der die Länge der Flüssigkeitssäule zwischen der außerhalb der Kapillare angeordneten Rohrelektrode 6 und der in der Mitte der Kapillare 1 angeordneten Mitteleleketrode 7 kontinuierlich durch Kapazitätsfllessung zu ermitteln ist.In the figure 3 a device is shown with which the length the column of liquid between the tubular electrode arranged outside the capillary 6 and the central electrode 7 arranged in the middle of the capillary 1 continuously is to be determined by capacity filling.

Die Figur 4 zeigt eine ähnliche Anordnung wie die Figur 3 mit dem Unterschied, daß die Xohrelektrode 8 zusammen mit der Mittelelektrode 9 im Innern der Kapillare 1 angeordnet ist und auf diese Weise eine ohm'sche Messung der Länge der Flüssigkeitssäule zwischen den beiden Elektroden 8 und 9 ermöglicht wird.FIG. 4 shows an arrangement similar to FIG. 3 with the The difference is that the ear electrode 8 together with the center electrode 9 inside the capillary 1 is arranged and in this way an ohmic measurement of the length the liquid column between the two electrodes 8 and 9 is made possible.

In der Figur 5 ist eine Anordnung dargestellt, mit der ebenfalls festgestellt werden kann, ob sich der Meniskus 4 der Flüssigkeitssäule in der Kapillare 1 oberhalb einer bestimmten Höhe eingestellt hat. In diesem Falle verändert sich die Lichtmenge, welche von der mit einem Linsensystem versehenen Lampe 10 auf die Fotozelle 11 fällt.In the figure 5 an arrangement is shown with which also determined can be whether the meniscus 4 of the liquid column in the capillary 1 is above has set a certain height. In this case the amount of light changes, which falls from the lamp 10 provided with a lens system onto the photocell 11.

Zur Bestimmung der Oberflächenspannung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch die bekannten Kapillarelektrometeranordnungen verwendet werden.For determining the surface tension in the method according to the invention the known capillary electrometer arrangements can also be used.

Das Verfahren und die Vorrichtungen eruöglichen eine sehr einfache und dennoch voll ausreichende Bestimmung der Konzentration ein- und mehrwertiger Alkohole, beispielsweise Methanol, Äthanol und Glykol, in der Elektrolytflüssigkeit von Brennatoffelementen.The method and the devices enable a very simple one and yet fully sufficient determination of the concentration of monovalent and polyvalent ones Alcohols such as methanol, ethanol and glycol in the electrolyte liquid of fuel elements.

Claims

Process for regulating the alcohol concentration in the electrolyte of Fuel elements operated with liquid fuels, characterized in that that using the surface tension as a measured variable a part of the alcohol-containing Elekrolyflüsigkeit fed to one or more capillary tubes or gaps and the A # f concentration of the alcohol by a predetermined limit value of the capillary pressure is triggered.

2. The method according to claim 1, characterized in that a part the electrolyte liquid of the fuel element at predetermined time intervals is removed and fed to the capillaries.

3. Method according to claim 1, characterized in that electrolyte liquid is continuously fed to a capillary electrometer known per se.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the capillary dips into an overflow vessel at its lower end and two electrodes on or in the capillary to increase the height of the rise Liquid column are arranged in the capillary.