操作上の安全性

センシリオンのサーマルマスフローセンサーは、天然ガスまたは水素を使用する場合、安全に関する制限はありません。マイクロセンサー素子の最高温度と最大蓄積熱エネルギーは、フローセンサーの電圧調整に不備があっても、水素の着火温度や着火エネルギーを大きく下回ります。センシリオンのサーマルマスフロー測定技術が純水素の条件の厳しいガス分析アプリケーションでも長年使用され、評価されているのはこのためです。

あらゆる水素含有率に対して一貫したコンパクトなサイズ

天然ガスに水素を添加する場合は、水素の体積あたりの発熱量が一般的な天然ガス混合物の約3倍であることを考慮する必要があります。実際には、天然ガスの代わりに純水素をガス機器の燃料に使用する場合、同等の火力を得るには、約3倍のガス量を供給しなければならないことになります。この場合、本来、天然ガス用に設計されたガスメーターは、水素を混合して増加したガス量を測定できる必要があります。その結果、より大きなサイズで、ダイナミックレンジも拡張された体積天然ガスメーターを選択する必要がある場合があります（天然ガスと純水素の両方と互換性が必要な場合）。メーターの外寸が大きいと、コストが高くなるかあるいは広い設置スペースが必要になります。水素を含まない天然ガス用に設計されたガスメーターに、本来よりも大量のガスがを流れると、メーターの機構部の摩耗が進み、寿命が短くなります。

同様に、超音波ガスメーターは、水素が天然ガスに比べて音速が速い（約3倍）ために生じる課題があります。つまり、音の伝達路を物理的に長くし、測定に使用する電子機器を大幅に高速化する必要があります。そのようなメーターはより大きく、複雑で、高価になると予想されます。

対照的に、熱質量流量測定技術は、可動部品がなく、質量流量を直接測定する静的測定原理です。つまり、体積流量が増加して追加の摩耗を引き起こしても、熱質量ガスメーターの耐用年数に影響しません。体積ガスメーターや超音波ガスメーターとは異なり、熱質量ガスメーターは同じサイズを維持でき、天然ガスで動作する場合でも、オプションの水素含有量で動作する場合でも同じようにシンプルに操作できます。熱質量測定原理では、メーターを流れる気体の量ではなく、混合気体のレイノルズ数を考慮することが重要なパラメーターになります。レイノルズ数は装置内で乱流（レイノルズ数が高い）または層流（レイノルズ数が低い）のどちらのフロー条件が形成されているかを示す流体力学パラメータです。純粋なメタンReCH₄（天然ガス混合物）と純水素ReH2のレイノルズ数を比較すると、同じメーターの筐体形状であれば、ReH₂の方がReCH4よりも6倍以上も低いことが分かります。水素の流量が3倍になったと仮定すると（天然ガスの3分の1という水素の発熱量の低さを補正するため）、ReH₂はReCH₄の約2倍になります。メタンに比べて水素はレイノルズ数が小さいため、体積流量が3倍になっても、同じメーター筐体の形状で常に安定した測定条件を保つことができます。

同様に、メーター全体の圧力降下は、求められる水素流量が多くても増加しません。メーター全体の圧力降下は、ガス密度×速度2乗に比例します。水素の密度はメタンの14分の1であるため、水素をメタンの3倍の速度で流す時の圧力損失は実際には低くなります。

そのため、同じサイズのメーターであれば、天然ガスと最大100%の水素の両方に容易に使用することができます。代表的なG4マスメーターは、天然ガスの運転中は6 m³/h、水素で使用した場合は20 m³/hを超えるQmaxを計測できます。さらに、使うガスの種類を切り替えるために再校正や設定の変更は不要で、同じセンサーが供給されるガスに合わせてシームレスに調整できます。

まとめと今後の展望

ここで紹介する測定データは、熱質量測定原理が、様々な天然ガスと水素と純水素の混合物に対して、MIDにより規定された測定精度と空熱比の誤差限界に適合していることを示しています。100%の水素を使っても、操作上の安全性に制限は掛かりません。熱質量ガスメーターは非常にコンパクトなサイズであり、水素を混合した場合でも、このサイズを維持することができます。これは、機械式メーターと超音波式メーターを比較した場合の明確な利点です。熱質量ガスメーターの場合、高価な大型メーターを設計する必要がなく、物流や設置もシンプルで、価格を抑えられます。

近年のガスメーターの技術的発達により、スマートメーターとしての通信機能が組み込まれています。水素混合ガスに対応することで、ガスメーター業界の近代化が進み、従来の機械・体積に基づく測定原理から、様々なメリットをもたらす水素によるオペレーションへの移行が可能になります。すでに世界で600万以上のガス利用者が、熱式ガスメーターで実現した信頼性の高い公正な請求システムの恩恵を受けています。今後、水素混合ガスによって、コンパクトで静的な測定技術の普及が促進されるでしょう。

センシリオンについて - 環境・フローセンサーのエキスパート

スイスのシュテファを本社とするSensirion AGは、デジタルマイクロセンサーとシステムで世界をリードする製造メーカーです。ガスや液体フローセンサー、微差圧センサー、さらに温度・湿度測定、揮発性有機化合物（VOC）、二酸化炭素（CO₂）、ホルムアルデヒドや粒子状物質（PM2.5）など環境センサーまで、取り扱い製品は広範囲に渡って設計されています。米国、ヨーロッパ、中国、台湾、日本、韓国に営業所を展開する国際的なネットワークを通じ、様々なアプリケーションに適した標準およびカスタムセンサーシステムソリューションで、お客様をサポートしています。センシリオンのセンサー製品は、医療、産業、自動車、分析測定器、民生製品、HVAC製品などの分野で幅広く使用されています。

センシリオン製品最大の特徴は、センサー素子、ロジック、校正データ、デジタルインターフェースをチップに集積化し、スマートなシステムを実現する特許技術「CMOSens®技術」を採用していることです。信頼性の高いサプライヤーとしての位置付けは、得意固定顧客、品質に対する評価（ISO/TS 16949）、優れた顧客との履歴から、裏付けられています。

热式测量原理：未来氢气燃气表的理想选择

相关传感器

SGM63xx

燃气表模块（用于天然气、 LNG 和氢气混合气体计量）

SGM64xx

燃气表模块（用于天然气、LNG、氢气混合气体和纯氢气计量）