چکیده

با توجه به افزایش مصرف هیدروژن به عنوان سوختی پاک و تجدیدپذیر، استفاده از سنسورهای هیدروژنی به منظور توسعه ایمنی در سیستمهای تولید، توزیع و مصرف هیدروژن ضروری به نظر میرسد. به دلیل وسعت کاربرد و همچنین تنوع در سنسورها، انتخاب صحیح و متناسب با نوع کاربرد از گامهای مهم در طراحی یک سیستم ایمنی محسوب میشود. به همین دلیل درک صحیحی از مشخصات سنسورهای هیدروژنی میتواند به طور قابلتوجهی در انتخاب مناسب آنها کمک نماید. در این مقاله انواع سنسورهای هیدروژنی معرفی و پارامترهای عملکردی آنها مانند محدودهی اندازهگیری، حساسیت، انتخاب پذیری و زمان پاسخ بیان شده است. از طرفی به دلیل نامرئی بودن شعلهی هیدروژن و عدم تشخیص آن توسط حواس انسان، در کنار سنسورهای هیدروژنی، آشکارسازهای شعله نیز باید نصب گردند. پس ازمطالعه انواع آشکارسازهای شعله، آشکارساز چند طیفی IR به عنوان مناسبترین آشکارساز شعله هیدروژن تشخیص داده شد.

کلمات کلیدی ایمنی هیدروژن، شعله هیدروژنی، سنسور هیدروژن، آشکارساز شعله هیدروژن.

An overview of hydrogen sensors and hydrogen flame detectors

A. Saberi Mogaddam, Z. Mansuri, F. Jafari.

ABSTRACT

Due to increase use of hydrogen as a clean and renewable fuel, installation of hydrogen sensors is necessary to improve safety in the systems of production, distribution and consumption of hydrogen. Because of the wide use and sensors variation, accurate selection related to their application is an important step in the design of safety system. Therefore, the true perception of the characteristics of hydrogen sensors can significantly help to choose appropriate ones. In this paper hydrogen sensor types and their performance parameters such as measuring range, sensitivity, selectivity and response time are introduced. On the other hand, due to the hydrogen flame invisibility and lack of recognition by the human senses, besides hydrogen sensors, flame detectors should also be installed. After studying the types of flame detectors, multi IR flame

detector was recognized as the most appropriate hydrogen flame detector. Keywords
Hydrogen Safety, Hydrogen flame, Hydrogen sensors, Hydrogen flame detector.

i علی صابری مقدم، دانشگاه صنعتی مالک اشتر تهران، تلفن: ۲۲۹۶۱۰۵۸

۱

۱/۲ O2+2H++2e-➔ H2O

H2➔۲H++2e-
-1 مقدمه
امروزه هیدروژن به عنوان سوختی پاک و تجدید پذیر شناخته شده است و میتواند جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی باشد. انتقال حاملهای انرژی از ضروریات استفاده از منابع مختلف انرژی محسوب میشود. از اینرو توجه به ایمنی در انتقال حامل انرژی قطعی و غیرقابل اجتناب است. هیدروژن نیز به عنوان منبع جدید انرژی از این قاعده مستثنی نخواهد بود. لازم به ذکر است که هیدروژن گازی پایینترین چگالی را در بین سایر گازها داراست، از اینرو انتقال آن به صورت گازی مقرون به صرفه نبوده و تبدیل آن به هیدرژن مایع انتقال و توزیع آنرا امکانپذیرتر مینمایند.[۲] بنابراین، میبایست سنسورهای هیدروژنی، قابلیت شناسایی نشت هیدروژن در هر دو فاز مایع و گاز را داشته باشد. هیدروژن در دما و فشار نرمال بهصورت گاز است و سمی نیست، اما میتواند با رقیق کردن اکسیژن موجود در هوا، ایجاد خفگی کند. هیدروژن در بین گازها کمترین چگالی را دارد. چگالی هیدروژن در شرایط دما و فشار نرمال۰/۰۸۳۳ kg/m3 و این در حالیست که چگالی هوا در همان شرایط ۱/۲۰۵ kg/m3است[۳]، در نتیجه در این دما هیدروژن گازی شناوری بالایی دارد و تمایل دارد که پس از نشت بالا برود.[۴] همچنین ویسکوزیته کم هیدروژن و اندازه کوچک ذرات آن باعث میشود هیدروژن ازحفرههای موجود در تجهیزات، در مقایسه با دیگر گازها، به میزان بیشتری نشت مییابد.[۳] گاز هیدروژن بهعلت وزن اتمی کم و اندازه کوچک اتمها، دارای نفوذپذیری بالا است و میتواند سریعاً با هوای اطراف مخلوط گردد.[۵] هیدروژن نشت یافته بیرنگ، بیبو و بیمزه است و توسط حواس انسانی قابل شناسایی نیست. در

صورت مشتعل شدن هیدروژن نشت یافته، تابش از شعله هیدروژن نسبت به سایر سوختها کمتر است و این امر باعث میشود که شعله هیدروژن بهراحتی قابل تشخیص نباشد۶] و.[۳ محدودهی اشتعال پذیری هیدروژن در هوای خشک در فشار ۱۰۱/۳ kPa و در دمای محیط، بین ۴/۱% تا ۷۴/۸% میباشد که از محدودهی اشتعالپذیری پروپان و متان هم گسترده تراست. حداقل انرژی اشتعال مورد نیاز برای مخلوط استوکیومتری هیدروژن – هوا، ۰/۰۲ mJ است که این مقدار، از انرژی مورد نیاز برای احتراق متان (mJ 0/29) و بنزین((mJ0/24 نیز کمتر است.[