계측·안전

수소가 막을 넘어오는 양은 전류와 거의 상관없이 일정합니다. 압력 차 때문에 새는 것이라 전기를 적게 흘려도 비슷하게 넘어옵니다. 반면 산소는 전류에 비례해 나옵니다. 전류를 40%로 줄이면 산소도 40%로 줄어듭니다. 같은 스택에서 전류를 낮추는 것은 전류밀도를 낮추는 것과 같습니다. 자료에 A/cm² 로 적힌 값이 이것입니다. 관리 지표는 산소에 대한 수소의 비율입니다. 넘어오는 수소는 그대로인데 산소만 줄어드니 비율이 올라갑니다. 적어진 산소에 같은 양의 수소가 섞이는 셈입니다. 압력은 다른 경로로 올립니다. 압력을 올리면 막 양쪽의 수소 압력 차가 커져 넘어오는 수소의 양 자체가 늘어납니다. 그래서 낮은 부하와 높은 압력이 겹치면 두 가지가 함께 작용합니다. 실측값은 이렇습니다. HXS-2 23셀(0.1 M KOH · 43~45 °C)에서 상압 정격 0.39%, 상압 40% 부하 0.66%, 6 barg 정격 0.98%, 6 barg 40% 부하 1.75% 입니다. 가장 좋은 점과 가장 나쁜 점이 4.5배 차이이고, 6 barg 40% 부하는 관리 기준 2%까지 0.25%포인트밖에 남지 않습니다.

표의 「측정 방식」은 그 계기가 무엇을 물리적으로 재는지를 말합니다. 같은 산소 농도를 두고도 방식마다 잘 재는 구간이 다르고, 소모품과 교정 주기가 다릅니다. 값을 고르기 전에 이 칸부터 보시면 왜 어떤 모델은 저농도에 쓰고 어떤 모델은 고농도에 쓰는지가 보입니다. 농도를 재는 방식은 크게 두 갈래입니다. 대상 기체를 소모하며 재는 방식은 저농도에 강한 대신 센서에 수명이 있습니다. 소모하지 않고 재는 방식은 수명이 길고 교정 주기가 길지만 저농도로 내려갈수록 분해능이 떨어집니다. 유량계와 압력계는 농도가 아니라 흐르는 양과 압력을 재는 것이라 이 두 갈래에 들어가지 않습니다. 압력 쪽은 전기 신호를 내는 방식(피에조저항식·정전용량식)과 전원 없이 바늘로 읽는 기계식(부르동관·다이어프램), 그리고 접점을 직접 여닫는 기계식 접점까지 아래 표에 함께 적어 두었습니다. 같은 방식 안에서도 어디까지 내려가는지는 모델마다 다릅니다. 그것은 표의 측정 범위 열에서 보십시오. 누출 감지기의 눈금은 농도가 아니라 폭발하한(LEL)에 대한 비율입니다. 수소의 폭발하한은 공기 중 4 vol% 이므로 0~100% LEL 은 0~4 vol% 를 말하고, 0~20% LEL 짜리는 그 아래 0~0.8 vol% 구간을 더 잘게 봅니다. 경보를 몇 % 에 걸지는 이 환산을 하고 나서 정하십시오. 누출 감시에서 흔히 먼저 떠올리는 적외선(NDIR)식은 수소에 쓸 수 없습니다. 수소 분자는 적외선을 흡수하지 않아 신호 자체가 잡히지 않습니다. 다른 가연성 가스용으로 쓰던 적외선 감지기를 그대로 수소 자리에 옮겨 달지 마십시오. 수소 누출은 접촉연소식이나 전기화학식으로 잡습니다. 감지기는 쓰임이 두 갈래입니다. 벽이나 기둥에 붙여 두고 공간 농도를 상주 감시하는 고정형은 4-20 mA 나 접점을 내어 경보와 인터록에 걸립니다. 들고 다니는 휴대형은 이미 새는 것을 아는 상태에서 어디서 새는지를 찾습니다. 둘은 서로를 대신하지 못해 표를 그 축으로 나눠 두었습니다 — 상주 감시 자리에 휴대형을 놓으면 사람이 없는 시간에 아무것도 보지 못하고, 반대로 고정형 으로는 이음부를 하나하나 짚어 갈 수 없습니다.

전기화학식 (연료전지형 셀)

대상 기체가 전극에서 반응할 때 흐르는 전류를 잰다. 전류가 농도에 비례한다. 셀이 연료전지처럼 스스로 전기를 내어 외부 전원이 필요 없다. 저농도에 강해 모델에 따라 ppm 단위, 낮게는 그 아래까지 내려간다. 대신 전극과 전해액이 반응에 쓰여 셀이 교체품이다

고분자 전기화학식

액체 전해액 대신 고체 고분자막을 쓴다. 액이 마르거나 새지 않아 자세 제약과 보충이 없다

열전도식

기체마다 열을 옮기는 능력이 다른 것을 쓴다. 가열한 소자에서 빠져나가는 열량으로 조성을 읽는다. 수소는 열전도도가 공기의 일곱 배쯤이라 차이가 크게 나 이 방식이 특히 잘 맞는다. 소모품이 없는 대신 두 성분 혼합에만 쓴다. 세 번째 기체가 섞이면 값을 믿을 수 없다

열자기식

산소가 자기장에 끌리는 성질을 열전달로 바꿔 읽는다. 자기장 안에서 산소가 움직이며 만드는 열의 흐름을 감지 소자가 잰다. 산소를 소모하지 않아 수명이 길고 고농도 산소에 강하다

자기력식 (덤벨)

자기장 안에 아령 모양 부유체를 매달고, 산소가 끌려 들어오며 부유체를 밀어내는 힘의 크기로 농도를 낸다. 같은 자기 원리인데 힘을 직접 재는 쪽이다

자기압력식

자기장을 켜고 끌 때 산소가 끌려오며 생기는 미세한 압력 변화를 잰다. 셋 중 유일하게 압력을 신호로 쓴다

발광 광학식

형광 물질에 빛을 쏘면 빛을 내는데, 산소가 닿으면 그 발광이 줄어든다. 줄어드는 정도와 되돌아오는 시간으로 농도를 읽는다. 산소를 소모하지 않아 교정 주기가 길다. 대신 형광막을 씌운 캡이 주기적 교체품이다

열식 질량유량

흐르는 기체가 가열부에서 빼앗아 가는 열량으로 질량유량을 잰다. 기체 종류마다 보정계수가 달라 수소용으로 설정된 것을 받아야 한다

층류 차압식 질량유량

층류로 흐르게 만든 소자의 앞뒤 압력차가 유량에 비례하는 것을 쓴다. 압력과 온도를 함께 재서 질량유량으로 환산한다. 응답이 빠르다

접촉연소식 (펠리스터)

가연성 가스가 촉매를 입힌 구슬 위에서 타면서 내는 열로 백금 코일의 저항이 오르는 것을 잰다. 폭발하한(LEL)에 대한 비율로 읽어 공간의 누출 감시에 쓴다. 연소가 일어나야 하므로 산소가 일정 농도 이상 있어야 하고, 산소가 모자란 곳이나 불활성 분위기에서는 값이 낮게 나온다. 촉매 피독이 수명을 정한다

추적가스 스니퍼식

재려는 물건 안에 수소 추적가스(보통 수소 5% · 질소 95%)를 채우고, 수소에만 반응하는 센서를 단 프로브로 겉면을 훑어 새는 지점을 찾는다. 눈금이 %LEL 이 아니라 ppm 이라 아주 작은 구멍까지 잡고, 프로브를 옮겨 가며 어디인지를 짚을 수 있다. 대신 대상에 가스를 채워 넣어야 하므로 운전 중인 설비의 공간 농도를 감시하는 데는 쓰지 못한다

피에조저항식

압력이 다이어프램을 밀면 뒤에 붙은 실리콘 칩의 저항이 바뀌는 것을 읽는다. 범위 폭이 넓고 값이 눅어 압력계의 표준이다. 접액면이 금속이라 어떤 금속인지가 매질 적합성을 정한다

정전용량식 (세라믹)

세라믹 다이어프램과 뒤판 사이의 정전용량이 변형에 따라 바뀌는 것을 읽는다. 접액면이 금속이 아니라 세라믹이고 봉입유가 없다. 알칼리·산성 매질을 다룰 때 금속 다이어프램 대신 이쪽을 보는 이유다

부르동관 (기계식)

휘어진 관에 압력이 들면 관이 펴지는데 그 움직임을 바늘에 옮긴다. 전원이 없어도 값을 읽을 수 있어 시운전과 현장 점검에 쓴다. 대신 신호가 나가지 않아 기록과 인터록에는 쓰지 못한다

다이어프램 (기계식)

얇은 막이 압력에 밀리는 변형을 바늘에 옮긴다. 부르동관보다 낮은 압력을 잘 잡고, 막에 PTFE 를 입히거나 압력실을 특수재로 바꿔 부식성 매질에 맞출 수 있다

기계식 접점

압력이 기준값을 넘으면 스프링과 지렛대가 접점을 물리적으로 붙이거나 뗀다. 전자회로를 거치지 않아 제어기가 죽어도 동작하고, 그래서 정지 인터록을 계통으로 분리할 때 쓴다. 값을 읽을 수는 없다

설치 자리가 방폭 구역이면 계측기도 그 구역에 맞는 것이라야 합니다. 카탈로그에 붙는 내압방폭 Ex db IIB+H₂ T6 Gb 같은 한 줄은 서로 다른 네 가지를 이어 적은 것입니다. 앞의 db 는 보호 방식입니다. 내압방폭(Ex d 계열)은 기기 안에서 불이 붙어도 튼튼한 용기가 밖으로 번지는 것을 막는 방식이고, 본질안전(Ex ia · Ex ib)은 회로에 흐르는 에너지를 애초에 점화에 못 미치게 낮춰 두는 방식입니다. 화면과 전원이 큰 분석기는 내압방폭 쪽이 많고, 표시부 없는 작은 트랜스미터는 본질안전 쪽이 많습니다. 가운데 IIB 나 IIC 는 가스 그룹입니다. 뒤로 갈수록 불이 붙기 쉬운 가스이고 수소는 가장 까다로운 IIC 에 들어갑니다. IIB 까지만 인증된 기기는 수소 구역에 쓰지 못합니다. 다만 수소만 따로 더해 IIB+H₂ 로 적는 표기가 있어서, IIB 라는 글자만 보고 거르시면 안 됩니다. T6 는 온도 등급입니다. 기기 표면이 그 가스의 발화 온도보다 낮게 유지된다는 뜻이고 T1 에서 T6 로 갈수록 더 낮은 온도까지 보장합니다. 끝의 Gb 는 기기 보호 수준이라 Ga 는 0종 장소, Gb 는 1종 장소, Gc 는 2종 장소에 대응합니다. 인증 체계는 나라마다 다릅니다. 유럽은 ATEX, 국제 공통은 IECEx, 한국은 KCs 입니다. 같은 기기라도 국내 설치에는 KCs 가 따로 필요할 수 있으니 설치 국가를 먼저 알려 주십시오. 아래는 제조사 자료에서 저희가 직접 확인한 것만 적은 것입니다. 확인이 안 된 모델은 비워 두었지 방폭형이 없다는 뜻이 아닙니다. 그리고 방폭형은 대개 같은 이름의 옵션이 아니라 별도 모델 번호입니다. 주문서에 형번을 잘못 적으면 일반 구역용이 옵니다.

Michell XTC601

내압방폭 Ex db IIB+H₂ T6 Gb · ATEX·IECEx·KCs

Michell XTP601

형번이 세 갈래다 — 일반 구역용 GP1·GP2 와 방폭형 EX1. EX1 은 내압방폭 Ex db IIB+H₂ T6 Gb · 분진방폭 Ex tb IIIC T85°C Db(IP66) · ATEX·UKCA·IECEx·cQPSus·TR CU Ex

Messkonzept FTC 320

비방폭. 방폭형은 FTC 320 EX 별도 모델

Chang AI CI-PC551-2

내압방폭 Ex d IIB T6 Gb · IP65. 제조사 매뉴얼은 같은 자리를 Ex d C T6 Gb 로 적는다

GASDNA DA-600S

내압방폭 Ex db IIC T6 Gb(IP6X) · 분진방폭 Ex tb IIIC T85°C Db · KCs·ATEX·IECEx·JPEx·CE

Southland OMD-507

기본형은 비방폭. 본질안전 옵션이 있으나 제조사 사양서상 Class I Div 2 구역용이라 Zone 1 내압방폭과는 등급이 다르다

Michell Easidew

본질안전형은 Easidew I.S. 별도 모델 · IECEx·ATEX·UKCA

PRIGNITZ SPT

본질안전형은 PMP-S122-Exi 별도 형번 · II 1G Ex ia IIC T4 Ga · CSA·ATEX·IECEx. 그 데이터시트가 수소 승인을 명시한다

STORK DEWCom II

제조사 자료상 CE 표시만. 방폭 사양은 확인되지 않았다

Bronkhorst EL-FLOW Select

방폭 구역용은 EX-FLOW 별도 계열

MSA ULTIMA X5000

ATEX·IECEx·CSA·FM·INMETRO·DNV-GL 인증 · SIL 2 적합. 등급 표기는 형번과 센서에 따라 다르다

Honeywell Sensepoint XCD

ATEX II 2 GD Ex d IIC T6/T5 Gb · Ex tb IIIC T85°C Db · IECEx 동일. 수소는 IIC 라 가스 그룹이 넉넉하다

그 밖의 모델

저희가 제조사 자료로 아직 확인하지 못한 모델

같은 항목을 재도 값을 보는 자리가 모델마다 다릅니다. 표의 표시부 열이 그것을 적은 것입니다. 화면이 기기에 붙어 있는 쪽이 가장 단순합니다. 센서와 화면이 한 몸이면 센서 일체형 표시부, 제어반 문에 끼워 넣게 만든 것이면 판넬 마운트형입니다. 어느 쪽이든 현장에서 사람이 눈으로 값을 봅니다. 화면이 없는 모델은 값을 전류로만 내보냅니다. 4-20 mA 가 그것이고, 받는 쪽에 PLC 나 기록계, 또는 그 제조사가 따로 파는 리드아웃이 있어야 숫자가 보입니다. 이걸 빠뜨리면 계측기는 정상인데 아무도 값을 못 보는 상태가 됩니다. 같은 4-20 mA 라도 배선 가닥수가 다릅니다. 2선식은 전원과 신호를 같은 두 가닥으로 쓰고 3선식은 전원을 따로 받습니다. 커넥터에도 규격이 있어서 DIN 43650 커넥터를 쓰는 모델은 맞는 소켓을 같이 주문하셔야 합니다. 측정 범위가 넓은 기기에는 자동 레인지가 붙기도 합니다. 농도가 오르내리면 기기가 스스로 측정 범위를 바꿔 잡는 기능인데, 4-20 mA 로만 받으면 같은 20 mA 가 어떤 때는 1000 ppm, 어떤 때는 100%를 뜻하게 됩니다. 지금 어느 범위인지 알리는 신호를 함께 받을지 정하십시오.

계측을 상위 제어에 붙일 때 가장 자주 어긋나는 지점입니다. 명령이 장비에 도착했는지, 장비가 받아들였는지, 지금 실행 중인지, 끝났는지, 실패했는지를 각각 구분해 두어야 합니다. 이 구분이 없으면 화면에는 정상으로 보이는데 실제로는 아무 일도 일어나지 않는 상태가 생깁니다.

같은 항목이라도 장비마다 단위가 다릅니다. 이 표만 봐도 수소 내 산소를 %로 내는 것과 ppm으로 내는 것이 같이 있습니다. 태그 단위를 맞추지 않고 4-20 mA 스케일을 그대로 옮기면 만 배가 어긋나는데, 값이 그럴듯한 범위 안에 들어와서 한동안 아무도 눈치채지 못합니다. 압력을 같이 받으신다면 barg인지 bara인지도 같은 이유로 먼저 정하십시오.