為何導熱性感測器是良好的氫氣洩漏偵測器

從重型卡車到公車和汽車，以及飛機和船舶，氫氣發電因其零排放、快速重新填充、長續航力和高效率等眾多優點，正逐漸在運輸領域中受到歡迎。與傳統化石燃料內燃機 (ICE) 排放的溫室氣體相比，氫燃料電池僅會排放水蒸氣。雖然成本與基礎設施仍是採用上的障礙，但科技的進展持續提升效率，去碳的推動力也日益增強，因此將氫氣當作化石燃料的潔淨替代方案，將持續吸引關注與投資。

隨著氫動力運輸廣泛受到採用，這些系統對於氫氣洩漏偵測的需求將相當龐大。洩漏在氫氣動力系統中相當常見，主要是因為氫分子極小且具有高擴散性，因此能穿透材料和密封元件而逸出。此外，氫氣會導致氫脆化，這種氫氣滲入並隨時間弱化鋼材等材料的過程，會增加洩漏的風險。氫氣也具有高度可燃性，更是一種無色、無味且無嗅的氣體，能迅速造成危險且高風險的情況。無論何時何地，只要發生洩漏，都必須立即偵測。

雖然有多種方法可以偵測氫氣洩漏，例如電化學感測器和催化珠感測器，但最有效且準確的方法是導熱性偵測 (TCD) 感測器。這些裝置的運作方式會精確測量氫氣通過感測器時的熱性質，並將其與空氣的熱性質進行比較。

HLD 感測器的顯著特點

TCD 感測器特別適合用於氣體洩漏偵測，尤其是氫氣洩漏偵測器 (HLD)感測器，是因為以下主要特點，包括在衝擊和振動等多變情況下的穩定性、不到 2 秒的快速反應時間、高準確度以及高靈敏度。Honeywell Sensing & Productivity Solutions 的 HLD-111-111-001 感測器 (圖 1) 採用先進的補償演算法來偵測低氫氣洩漏，且可在 10 年內無人工介入的情況下提供準確的解決方案。

圖 1：Honeywell 的 HLD-111-111-001 感測器使用導熱性偵測技術，能可靠且精確地監測氫氣洩漏。(圖片來源：Honeywell Sensing & Productivity Solutions)

此外，TCD 式的 HLD 較不容易受到化學物污染的影響，但對其他感測器技術來說可能會是干擾。HLD 感測器不像隨時間退化的化學感測器，或是易受硫等化合物中毒影響的催化感測器，其不使用反應性材料，因此具有更長的壽命和更高的可靠性。

TCD 感測器的啟動時間也不到一秒，且工作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C (-40°F 至 +185°F)。

TCD 感測器當作氫氣洩漏偵測器的主要優勢

使用導熱性偵測感測器來監測氫氣洩漏有多項優點。除了確保高準確度之外，還可提供長久的操作壽命。HLD 感測器的設計可運作長達 10 年，且無需人工介入及校準，因此可減少維護成本與停機時間。與其他氣體感測器不同，以導熱性為基礎的 HLD 感測器不需要氧氣，就可提供高效且穩定的偵測效果。HLD 感測器能在惰性或缺氧的環境中運作，但其他類型的感測器，如催化珠，就無法運作。

HLD 感測器也具有非常快速的反應時間，這對於汽車或燃料電池系統等應用的安全來說相當重要。憑藉高靈敏度與高準確度，這些感測器能偵測超微量的氫氣洩漏，以免其構成安全風險。快速的洩漏偵測能促成迅速的修正行動，避免有害情況升級。更可在嚴苛的工業環境中達到可靠且耐用的操作，並且支援氫氣安全標準與業界規範。

最後，由於結構較簡單，因此成本較低，且可使用大量生產且可重複使用的固態感測元件製造，因此是適合大規模部署的經濟選擇。

典型 HLD 應用

TCD 感測器的典型應用包括燃料電池電動車 (FCEV)、氫氣加氣站、氫氣產生機，還有像是化學處理、金屬精煉及半導體製造等工業應用，以及氫氣儲存與分配、海洋應用。

如同其他 EV、FCEV 使用電力驅動電動馬達，而此電力則是透過氫氣驅動的燃料電池來產生。因此，若燃料系統中出現氫氣洩漏，就會構成安全風險並降低車輛效率。HLD 感測器能持續監測 FCEV 的氫氣槽、管線及燃料電池堆疊，藉此偵測洩漏，以避免發生危險情況並維持氫燃料的效率 (圖 2)。

圖 2：燃料電池驅動的電動車所採用的 TCD 式 HLD 感測器，可避免發生洩漏等危險情況，並可維持氫氣燃料效率。(圖片來源：Honeywell Sensing & Productivity Solutions)

同樣地，氫氣動力 EV 仰賴高壓貯存槽和加氣站，但若這些地方發生洩漏，則會帶來重大安全風險。TCD 可持續監測加氣基礎設施是否洩漏，以便 EV 車廠減輕起火風險。將這些感測器同時放置在氫氣分配器和貯存系統中，就可提升操作效率與安全性，進而減少停機時間，並增強消費者對氫氣加氣基礎設施的信心。

同樣地，氫氣產生機對於工業、醫療及能源應用的現場製氫來說相當重要。為了保障產生機週邊使用者的安全，會在關鍵位置安裝 HLD 感測器，以偵測微量洩漏並避免有害情況發生，如氣體累積、火災或爆炸等 (圖 3)。

圖 3：氫氣產生機會使用 HLD 感測器以確保使用者安全。(圖片來源：Honeywell Sensing & Productivity Solutions)

其他產業，如化學製程、金屬精煉、半導體製造和倉儲物流等，也都可運用氫能的優勢。舉例而言，氫燃料電池堆高機因具備快速重新填充的能力及零排放，因此逐漸應用在倉庫中。可在關鍵位置安裝 HLD 感測器，並即時監測堆高機及加氣站周圍的洩漏情況 (圖 4)，就可保障工作場所安全。透過 HLD 感測器，倉庫操作人員就能確保氫動力堆高機的安全運作，同時維持操作效率並避免昂貴的停機時間。

圖 4：HLD 感測器可確保氫動力堆高機的安全運作。(圖片來源：Honeywell Sensing & Productivity Solutions)

提供敏感、穩定且可靠的解決方案

Honeywell Sensing & Productivity Solutions 的 HLD 系列感測器採用導熱性偵測技術，能在汽車、運輸、工業安全及住宅電力等眾多產業的許多應用中，提供高靈敏度、穩定性與可靠性。這些感測器結合了專有演算法，可補償溫度、壓力和濕度等因素，確保在多種工作條件下仍可提供準確的讀數。因此能偵測最低至每百萬分之 50 (ppm) 的洩漏，精確度為 ±10%，並可在兩秒內完成偵測。憑藉其獨特的特性，HLD 感測器也可在具有其他環境氣體下 (如一氧化碳或碳氫化合物)，避免出現錯誤讀數。

HLD 感測器可依應用需求客製化，例如輕量化及具備輔助輸出。解決方案可根據確切規格量身打造，以加快上市時間、降低整體系統成本，並增強可靠性。HLD 感測器亦提供兩種版本：一種為堅固的聚碳酸酯外殼，具備 UL94V0 耐燃等級及 IP67 侵入防護等級，方便使用且具保護功能；另一種為無外殼 (僅 PCB) 版本，適合客製化整合。

結論

氫氣在許多產業中越來越受歡迎，是一種有前景的潔淨能源替代方案，因具備減少溫室氣體排放及降低對化石燃料依賴的潛力，因此有助於達成永續能源目標。Honeywell Sensing & Productivity Solutions 透過其高準確度且可靠的 HLD 感測器系列，支援此產業轉型，藉以降低安全疑慮並增強客戶對氫燃料電池的信心。