Используя электрохимические датчики и датчики дальнего действия (LoRa), исследователи разработали недорогой датчик для обнаружения утечек легковоспламеняющихся хладагентов при нижнем пределе воспламеняемости менее чем на 5%. Об этом сообщил Мунис Элли, старший научный сотрудник Окриджской национальной лаборатории (ORNL).
Он описал детектор утечки в презентации на конференции IEA по тепловым насосам, состоявшейся в мае 2023 года в Чикаго (США).
Система обнаруживает и сообщает о наличии горючих газов – пропана (R290), бутана (R600) и водорода – с запрограммированными интервалами, которые могут составлять всего лишь одну секунду. Датчики отправляют информацию с использованием нелицензионных (бесплатных) радиочастот LoRa 902-928 МГц и радиусом действия 5-10 км на единую станцию мониторинга, это позволяет централизовать и анализировать данные с нескольких датчиков.
Мы создали недорогой детектор утечки пропана из готовых компонентов, спаянных вместе в единую схему. При обнаружении пропана генерируется соответствующее напряжение и посылается сигнал.
— пояснил Элли.
«Платформа обеспечивает быструю скорость отклика и не требует калибровки в полевых условиях», – добавил он. Кроме того, датчик проводит самодиагностику: если сигнал самопроверки не поступает в запрограммированный интервал времени, это означает, что датчик вышел из строя и его необходимо заменить.
«Эта технология теперь доступна для [коммерческого] лицензирования», – сказал Элли, добавив, что в настоящее время лаборатория создает одну платформу за 25,00 долларов. Элли считает, что стоимость может быть меньше половины от этой суммы, если датчики будут производиться серийно.
Тем, кто заинтересован в коммерциализации системы обнаружения утечек пропана, следует связаться с Андреаной Лесковян, коммерческим менеджером лицензионного офиса ORNL, по адресу leskovjanac@ornl.gov
Тестирование
При нижнем пределе воспламеняемости (НПВ) пропана на уровне 2,1% по объему пропана в воздухе в процессе испытаний платформы использовались стандартные уровни концентрации пропана: 47,6% НПВ (1% пропана в воздухе), 28,8% НПВ (0,6% пропана в воздухе) и 4,8% НПВ (0,1% пропана в воздухе).
Показатели обнаружения пропана при трех уровнях концентрации соответствуют следующим откликам напряжения: около 2,25 В для 47,6% НПВ, 2,0 В для 28,8% НПВ и 1,25 В для 4,8% НПВ. «Как только датчик подвергается воздействию пропана, он генерирует пик», — сказал Элли. Удаление концентрации «быстро» возвращает напряжение к базовому уровню.
«Платформа проверяет наличие горючих газов с помощью тестов, проводимых для обнаружения пропана и водорода», — сказал Элли, при этом реакция напряжения на водород аналогична той, что наблюдается для пропана. Датчик не тестировался на наличие газов, которые могут вызвать ложное срабатывание: краска, закись азота, окись азота или двуокись азота.
Данные по утечкам хладагентов
Европейские данные, касающиеся холодильных систем на пропане, показывают, что утечки чаще всего происходят в конденсаторе — на участке высокого давления, небольшие утечки также происходят и в других частях системы.
Удивительно, но данные указывают на то, что если утечки возможны, то «обычно они происходят на второй-третий год эксплуатации установки». Элли резюмирует, что основная причина утечек в пропановых холодильных системах связана с «тряской, падением и вибрациями» оборудования во время монтажа, а не с ожидаемым износом.
Пропан является эффективным хладагентом, но существуют стандарты безопасности из-за его воспламеняемости. «Эта платформа поможет OEM-компаниям, которые ищут долгосрочные решения со сроком эксплуатации оборудования более 15 лет, соответствовать правилам и стандартам безопасности в США и Европейском союзе», — сказал Элли.
«Мы использовали этот датчик уже более года без каких-либо проблем», — сказал Элли, когда его спросили о ожидаемом сроке службы платформы.
«Целевое сокращение выбросов парниковых газов было основной движущей силой этого проекта при финансовой поддержке Министерства энергетики США», — пояснил Элли, сославшись на низкий ПГП пропана и быстрый рост рынка холодильного оборудования и тепловых насосов, которые использует данный хладагент.
