Afternoon Seminar 1 april 2009
Waterstof als draaggas voor uw lab Roel WUYTS – Sales Project Engineer
Gas toevoer Generator
Filters
GC of Cilinder
Regelaar/ Afsluiter
Afsluiter
Gas toevoer
• Cylinder – – – – – –
Leidingnet Wisselen Huur fles / aankoop vh gas Alle gassen Hoge druk in cylinder (200 bar) 10.000 L op voorraad
• Generator – – – –
Naast de GC’s Continue bevoorrading Eenmalige aanschaf Lucht, N2, H2
– Lage druk (tot 7 bar) – Tot 500 mL voorraad
Gas zuiverheid • Gaskwaliteiten: N45, N50, N55 – N45 Î 99.995% zuiver Î 50 ppm onzuiverheid – N50 Î 99.999% zuiver Î 10 ppm onzuiverheid – N55 Î 99.9995% zuiver Î 1 ppm onzuiverheid
• Onzuiverheden: H2O ; N2 ; O2 ; CxHx
Voordelen van goede gaskwaliteit • • • • • •
Langere levensduur kolom Minder ghostpeaks Langere levensduur van detectoren Kortere downtijd Minder frequent wisselen gasfilters Kwaliteit analyses
Overzicht waterstof generatoren • 3 toestellen – 20H: 160 mL / min (één PEM) – 40H: 250 mL / min ( één PEM) – 60H: 500 mL / min (twee PEM)
• Druk: 0 – 7 bar (100 psi) • Beveiliging: 7 niveau’s • Zeer betrouwbare waterstof cell – < 0.1% problemen in het veld – 2 jaar garantie !!
PEM Proton Exchange Membraan • PEM is een “omgekeerde” Fuel Cell – Een Fuel Cell zet waterstof om naar electriciteit en produceert water als bijprodukt – Een PEM Cell gebruikt electriciteit om water te splitsen in zijn elementen zuurstof en waterstof (electrolyse)
• Gedeioniseerd water wordt gebruikt als “brandstof” en koelmiddel voor de PEM Cell
Principe Hydrolyse • • • •
Electrolyse aan de anode Proton exchange door de membraan Electronen flow door het extern circuit Recombinatie van electronen en protonen, stelt H2 vrij
PEM Cell Technology
H2 + Water Water / Oxygen out
O2 + Water
Water / Hydrogen out Water In
Red support plate Insulator screen Cathode plate Support disc Membrane Support disc Anode support plate
Water
Schema
Toestel
Water Bottle
De-ionizer Cartridge Water Filter
PEM Cell Float
Dryer Columns Manifold
Controller Water Pump Power Supply
Waterkwaliteit • De « motor » van de waterstof generator is de PEM cell • Goede werking ervan vereist aangepast e waterkwaliteit • Een aantal controles zijn ingebouwd in het systeem
Waterkwaliteit • Slechte kwaliteit is de belangrijkste oorzaak van een beperkte levensduur van de PEM Cell • Ionen (< Na+, Ca+) blokkeren de actieve plaatsen en voorkomen proton transfert • Een groter potentiaal is vereist om de protonen door de membraan te sturen • Cell tempetuur stijgt • Hot spots / Cell burn out
X
Site blocked by metal ion Active site
Waterkwaliteit
• 18 megohm is de beste waterkwaliteit • Typisch labowater > 5 megohm • De minimum vereiste waterkwaliteit is 1 megohm
Waterkwaliteit behouden • Solvent in de labolucht kan difunderen via de vent van de waterstofgenerator in de watertank – Environmental filters als standaard – Actief kool / droogmiddel – 6 maand levensduur in TLV gecontamineerde lucht
• De-ionisatie cartridge – Storende ionen – Maar onvoldoende voor water van “slechte” kwaliteit
• Waterfilter
Alarmfucties ter bescherming van de Cell • Permanente monitoring van de vitale parameters • Alarm, auditief en visueel, bij afwijking nog voordat de cell beschadigd wordt • Gecontroleerde parameters – – – – –
Water niveau: pré-alarm + empty alarm Geleidbaarheid: pré-alarm (verander het water), water coductivity alarm Water flow: low alarm (water pomp) High / low voltage alarm High / low current alarm
Andere ingebouwde controles • Bij opstart: automatische systeem check: – Volledige controle van drukken en sensoren
• “Soft” start mode: Na lange periode in stand-by – Graduele en langzame opbouw van de spanning
• Beveiliging tegen overstromen
Opties • Extern alarm • Start stop vanuit controlekamer • Automatisch water toevoeging
Waterstof sensor
« The only drawback of the use of hydrogen is the danger of explosion in case of a leak in the column oven »
Waterstof sensor • Werking – Continue actieve monitoring van de lucht in de GC-oven – Flow door de gethermostatiseerde sensor via ventilator
Waterstof sensor • Specificaties – Detectielimiet: 0,5 Vol% H2 – Alarmwaarde: instelbaar van 0,5 Vol% tot 4,0 Vol% (standaard 1%)
• Bij Alarm – – – – –
Auditief signaal Alarm signaal begint te knipperen in het rood De ovenverwarming wordt onmiddellijk gestopt De GC-oven koelklep gaat open en de overlucht wordt geventielleerd Reset is mogelijk vanaf 0,8 Vol%
• Opties – Switch naar stikstof gas (bij Alarm of wanneer de spanning wegvalt) – Extern gasalarm signaal
