מדוע חיישני מוליכות תרמית הם גלאי דליפות מימן טובים

ממשאיות כבדות ועד אוטובוסים ומכוניות, לצד מטוסים וספינות, אנרגיה מופקת-מימן צוברת פופולריות בתחבורה ממספר סיבות: אפס פליטות, תדלוק מהיר, טווח ארוך ונצילות גבוהה. בהשוואה לגזי החממה הנפלטים ממנועי בעירה פנימית (ICE) קונבנציונליים מבוססי דלקים פוסיליים, תאי דלק מימן מייצרים רק אדי מים כגז פליטה. למרות שהעלות והתשתיות נותרו מכשולים לאימוץ, פיתוחים טכנולוגיים משפרים עוד יותר את הנצילות, בעוד שהדחיפה הגוברת להפחתת-פחמן ממשיך לייצר עניין והשקעות במימן כחלופה נקייה לדלקים פוסיליים.

עם האימוץ הנרחב של תחבורה מונעת-מימן, קיים צורך עצום עבור גילוי דליפות מימן במערכות אלו. דליפות שכיחות במערכות הספקת-כוח מימן בעיקר משום שמולקולות המימן הן קטנות ביותר ובעלות דיפוזיביות גבוהה, מה שמאפשר להן לחדור דרך חומרים ואטמים. בנוסף, מימן יכול לגרום להפרכה (Embrittlement‏), תהליך שבו הוא מחלחל ומחליש חומרים כמו פלדה לאורך זמן תוך יצירת יותר הזדמנויות עבור דליפות. מימן הוא גם דליק ביותר, והוא גז חסר-צבע, חסר-ריח וחסר-טעם היכול ליצור במהירות מצבים מסוכנים. יש לגלות דליפות באופן מיידי בכל עת ובכל מקום בו הן מתרחשות.

בעוד שקיימות שיטות רבות לאיתור דליפות מימן, כגון חיישנים אלקטרוכימיים וחיישני חרוזים קטליטיים, השיטה היעילה והמדויקת ביותר היא חיישני גילוי מוליכות תרמית (TCD). אלה פועלים על ידי מדידה מדויקת של התכונות התרמיות של מימן כשהוא עובר דרך החיישן, תוך השוואתו לתכונות התרמיות של האוויר.

מאפיינים בולטים של חיישני HLD

המאפיינים העיקריים ההופכים חיישני TCD לאטרקטיביים עבור גילוי דליפות גז, ובמיוחד חיישני גלאי דליפות מימן (HLD), כוללים יציבות תחת תנאים משתנים כמו זעזועים ורעידות, זמני תגובה מהירים של פחות מ-2 שניות, דיוק גבוה ורגישות גבוהה. חיישן HLD-111-111-001‏ של Honeywell Sensing & Productivity Solutions‏ (איור 1) מממש אלגוריתמי קיזוז מתקדמים עבור גילוי דליפת מימן נמוכה וכדי לספק פתרונות מדויקים ללא התערבות ידנית במשך 10 שנים.

איור 1: חיישן HLD-111-111-001 של Honeywell משתמש בגילוי מוליכות תרמית כדי לנטר דליפות מימן בצורה אמינה ומדויקת. (מקור התמונה: Honeywell Sensing & Productivity Solutions)

בנוסף, חיישני HLD מבוססי-TCD הם פחות רגישים לזיהום מכימיקלים העלולים להפריע לטכנולוגיות חיישנים אחרות. בניגוד לחיישנים כימיים המתכלים עם הזמן או חיישנים קטליטיים הרגישים להרעלה מתרכובות כמו גופרית, חיישני HLD אינם משתמשים בחומרים ריאקטיביים, מה שמוביל לתוחלת חיים ארוכה בהרבה ולאמינות גבוהה יותר.

לחיישני TCD יש גם זמן הפעלה של פחות משנייה אחת, ותחום טמפרטורות פעולה של C‏°‏40‏- עד 85°C‏+ (F‏ִ°‏40- עד F‏ִ°‏185‏+).

היתרונות העיקריים של חיישני TCD כגלאי דליפות מימן

ישנם מספר יתרונות בשימוש בחיישני גילוי מוליכות תרמית עבור ניטור דליפות מימן. מלבד הבטחת רמת דיוק גבוהה, הם מציעים אורך חיי פעולה ארוך. חיישני HLD מפותחים כדי לפעול עד 10 שנים ללא התערבות ידנית וכיול, ובכך מפחיתים את עלויות התחזוקה ומקצרים את זמן ההשבתה. בניגוד לחיישני גז אחרים, חיישני HLD מבוססי מוליכות תרמית אינם דורשים חמצן כדי לספק גילוי יעיל ויציב. חיישני HLD יכולים לעבוד באווירה אינרטית או חסרת חמצן, שבה סוגים אחרים של חיישנים, כמו חרוזים קטליטיים, עלולים להיכשל.

לחיישני HLD יש גם זמני תגובה מהירים ביותר, שהם קריטיים עבור בטיחות ביישומים כמו מערכות רכב או תאי דלק. רגישות ודיוק גבוהים מאפשרים לחיישנים אלה לגלות דליפות מימן קטנות ביותר לפני שהן מהוות סיכון בטיחותי. גילוי מהיר של דליפות מאפשר פעולות מתקנות מהירות, ומונעות הסלמה של מצב מסוכן. בנוסף, הם אמינים ועמידים בתנאים תעשייתיים קשים, ותומכים בתקני בטיחות מימן ובתקנות התעשייה.

לבסוף, בשל בנייה פשוטה יותר, הם זולים יותר וניתן לייצר אותם באמצעות רכיבי חישה מצב-מוצק בנפח גבוה ועם עקביות תוצאות, מה שהופך אותם לאופציה חסכונית עבור פריסה נרחבת.

יישומי HLD טיפוסיים

יישומים טיפוסיים עבור חיישני TCD כוללים רכבים חשמליים מונעי תאי דלק (FCEVs‏), תחנות תדלוק מימן, גנרטורי מימן, יישומים תעשייתיים כמו עיבוד כימי, זיקוק מתכות וייצור מוליכים-למחצה, אחסון וחלוקה של מימן ויישומים ימיים.

כמו רכבים חשמליים אחרים, רכבי FCEV משתמשים בחשמל כדי להזין מנועים חשמליים, אותו הם מייצרים באמצעות תא דלק המופעל על ידי מימן. כתוצאה מכך, דליפות מימן במערכת הדלק עלולות להוות סכנה בטיחותית ולהפחית את יעילות הרכב. על ידי ניטור רציף של מיכלי המימן, הצינורות ותאי הדלק של רכב FCEV, חיישני HLD מגלים דליפות כדי למנוע מצבים מסוכנים ולשמור על נצילות דלק המימן (איור 2).

איור 2: חיישני HLD מבוססי TCD הפרוסים בכלי רכב חשמליים מופעלים באמצעות תאי דלק מונעים מצבים מסוכנים כגון דליפות ושומרים על נצילות דלק המימן. (מקור התמונה: Honeywell Sensing & Productivity Solutions)

בדומה, רכבים חשמליים המופעלים באמצעות במימן תלויים במיכלי אחסון בלחץ גבוה ובתחנות תדלוק, שבהן דליפות עלולות להוות סיכוני בטיחות משמעותיים. TCDs‏ מבטיחים כי על ידי ניטור מתמיד של תשתית התדלוק לאיתור דליפות, יצרני רכבים חשמליים יכולים להפחית את סיכוני ההתלקחות. במקביל, הצבת חיישנים אלה במתקני מימן ומערכות אחסון משפרת את היעילות התפעולית והבטיחות, ובכך ממזערת את זמן ההשבתה ובונה את אמון הצרכנים בתשתיות דלק מימן.

בדומה, גנרטורי מימן חיוניים עבור ייצור מימן באתר עצמו ביישומים תעשייתיים, רפואיים ואנרגיה. למען בטיחות המשתמשים סביב גנרטורים אלה, חיישני HLD ממוקמים במקומות מרכזיים כדי לגלות דליפות מינימליות ולמנוע סכנות כגון הצטברות גז, שריפה או התפוצצות (איור 3).

איור 3: גנרטורי מימן משתמשים בחיישני HLD עבור בטיחות המשתמשים. (מקור התמונה: Honeywell Sensing & Productivity Solutions)

תעשיות אחרות, כגון עיבוד כימי, זיקוק מתכות, ייצור מוליכים-למחצה ולוגיסטיקה במחסנים, גם הן מנצלות את היתרונות של אנרגיית מימן. לדוגמה, מלגזות מונעות תאי דלק מימן נמצאות בשימוש הולך וגובר במחסנים בשל יכולות תדלוק מהירות ואפס פליטות. בטיחות במקום העבודה מובטחת על ידי הצבת חיישני HLD במיקומים מרכזיים וניטור בזמן-אמת אחר דליפות סביב מלגזות ותחנות תדלוק (איור 4). באמצעות חיישני HLD, מפעילי מחסנים מבטיחים הפעלה בטוחה של מלגזות המונעות במימן תוך שמירה על יעילות תפעולית ומניעת השבתות יקרות.

איור 4: חיישני HLD מבטיחים הפעלה בטוחה של מלגזות המונעות במימן. (מקור התמונה: Honeywell Sensing & Productivity Solutions)

מתן פתרון רגיש, יציב ואמין

סדרת החיישנים HLD של Honeywell Sensing & Productivity Solutions משתמשת בטכניקות גילוי מוליכות תרמית כדי להעניק רגישות, יציבות ואמינות גבוהות עבור יישומים רבים במספר תעשיות, כולל רכב, תחבורה, בטיחות תעשייתית וחשמל למגורים. חיישנים אלה משלבים אלגוריתם קנייני כדי לקזז גורמים כמו טמפרטורה, לחץ ולחות, ומבטיחים קריאות מדויקות במגוון רחב של תנאי פעולה. כתוצאה מכך, הם יכולים לגלות דליפות נמוכות עד 50 חלקים למיליון (ppm) בדיוק של ±10%, ולעשות זאת בתוך שתי שניות. בשל תכונותיהם הייחודיות, חיישני HLD גם מונעים קריאות שגויות עקב נוכחות של גזי סביבה אחרים, כגון פחמן חד-חמצני או פחמימנים.

חיישני HLD ניתנים להתאמה-מיוחדת כדי לענות על צורכי היישום, כגון משקל קל ויציאת עזר. ניתן להתאים פתרונות למפרטים מדויקים עבור שיפור זמן היציאה לשוק, עלות מערכת כוללת נמוכה יותר ואמינות משופרת. חיישני HLD זמינים גם במארז פוליקרבונט עמיד עבור הגנה וקלות שימוש עם דירוג אש של UL94V0 ורמת הגנת חדירות של IP67, וגם בגרסה ללא מארז (PCB בלבד) עבור אינטגרציה בהתאמה-מיוחדת.

סיכום

מימן צובר פופולריות בתעשיות רבות כחלופה מבטיחה עבור אנרגיה נקייה להשגת יעדי אנרגיה בני-קיימא, בשל הפוטנציאל שלו להפחית את פליטת גזי החממה וההסתמכות על דלקים פוסיליים. חברת Honeywell Sensing & Productivity Solutions תומכת במעבר זה באמצעות סדרת חיישני HLD המדויקת והאמינה ביותר שלה, המפחיתה חששות בטיחות ומסייעת לבניית אמון הלקוחות בתאי דלק מימן.