Waterstof uit elektrolysers, reformers of opslagsystemen is zelden droog. Zelfs kleine hoeveelheden waterdamp veranderen de thermische eigenschappen van het gas, met directe gevolgen voor de nauwkeurigheid van een thermische massastroomregelaar (MFC).
⏱ ca. 5 minuten leestijd
Een thermische MFC werkt op basis van warmteoverdracht. In de sensor wordt een klein deel van het gas langs een verwarmd element geleid. De temperatuurverschil voor en na dit element is evenredig met de massaflow, maar alleen als de thermische eigenschappen van het gas bekend en constant zijn.
De centrale eigenschap is de soortelijke warmte bij constante druk: Cp. De MFC is af-fabriek gekalibreerd op droog waterstof met een vaste Cp-waarde. Zodra die Cp verandert, door de aanwezigheid van een andere gascomponent, leest de meter systematisch fout.
Werkingsprincipe: Q = ṁ × Cp × ΔT → ṁ = Q / (Cp × ΔT)
Als Cp verandert terwijl Q en ΔT gelijk blijven, berekent de MFC een verkeerde massaflow.
Dit is de kern van het probleem. Waterstof heeft een extreem hoge soortelijke warmte, de hoogste van alle gassen. Waterdamp heeft een aanzienlijk lagere Cp. Als die twee mengen, daalt de effectieve Cp van het mengsel.
Het verschil is dramatisch: de Cp van waterdamp is een factor ~7,5 lager dan die van waterstof. Dit betekent dat zelfs een klein percentage waterdamp een merkbare verlaging van de effectieve Cp veroorzaakt en daarmee een meetfout introduceert.
Naast de Cp-verandering heeft vocht nog een tweede, meer sluipend effect: wateradsorptie op het sensoroppervlak. Het verwarmde sensor-element en de omliggende capillair werken als condensatiekernen bij wisselende temperaturen.
Een dunne vochtfilm op het sensor-element verandert de warmteoverdrachtscoëfficiënt, vertraagt de responstijd van de sensor, en kan bij herhaalde cycli leiden tot kalibratie-drift. Dit is niet corrigeerbaar via software, het vereist fysieke droging van het gas of reiniging van de sensor.
Oplossing 1: Droog het gas voor de MFC.
De meest robuuste aanpak. Gebruik een Nafion-droger (bijv. PermaPure) of een moleculaire zeef direct voor de MFC-inlaat. Droge H₂ (< 10 ppm H₂O) geeft optimale MFC-nauwkeurigheid.
Oplossing 2: MFC met Cp-correctie voor gasmengsel.
Sommige MFC’s ondersteunen een gasmengselmodus waarbij je de Cp van het werkelijke mengsel kunt invoeren. Voor een bekende en stabiele vochtconcentratie is dit een werkbare benadering.
