Hidrogén, mint üzemanyag
Nyitott út áll az üzemanyagcellák előtt
Az első nagy pontosságú tömegáramlásmérő a hidrogén
töltőállomásokhoz, az OIML R 139 2018 nemzetközi szabvány szerint tanúsítva.
A hagyományos tankolással ellentétben,
amikor a jármű tartályát hidrogénnel töltik fel, a hőmérsékletet és a nyomást szigorúan ellenőrizni kell.
A klímabarát mobilitás felé vezető úton a hidrogén egyre fontosabbá válik, mint az üzemanyagcellák energiaforrása. A hidrogén, mint üzemanyag azonban összetettebb, mint a benzin és a gázolaj. Más gázokkal ellentétben a hidrogén tágulása közben felmelegszik, ami nyomás- és hőmérséklet-változásokat okoz az üzemanyag-ellátás során, amelyeket pontosan ellenőrizni kell. Ezért a Heinrichs Messtechnik GmbH kifejlesztette a TMU-W 004 tömegáramlásmérőt, amely biztosítja a pontos adagolást a nyomás és a hőmérséklet ingadozása ellenére is. Az eszköz első a maga nemében, amely az OIML R 139 2018 nemzetközi szabvány szerint tanúsított, és így hidrogén töltőállomásokra engedélyezett. Robusztus, mégis karcsú ház védi a speciálisan elrendezett érzékelőket és mérőhurokokat, amelyek a Corioliseffektust használják és nagyon pontos áramlásmérést tesznek lehetővé. A beépített átalakító az érzékelő jeleit le- olvashatóvá teszi, amely felhasználható az áramlási sebesség további elemzésére. Ugyanakkor a mérő a közeg hőmérsékletét is méri.
A TMU-W 004 1000 barig terjedő nagy nyomású alkalmazásokhoz alkalmas. Ezt az újonnan kifejlesztett készüléket már a tőzsdén is jegyzett Nel Hydrogen cég töltőállomásainál használják. A hidrogén, mint üzemanyag egyre nagyobb teret hódít Német- országban, részben a kormány által elfogadott ösztönző csomagok miatt. A Statista szerint jelenleg Németország rendelkezik a legtöbb nyilvános hidrogén-töltőállomással Európában. Világszerte Németország a második helyen áll Japán után. „Személygépkocsiknál a hidrogén üzemanyag töltését általában 700 bar nyomáson hajtják végre. Ez a nagy nyomás szükséges a hasznos tartományokhoz megfelelő energiasűrűség előállításához.”- magyarázza Guido Thometzki, a Heinrichs Messtechnik GmbH vezérigazgatója. „E folyamat során a hőmérséklet nem haladhatja meg a +85° C-ot, mert ellenkező esetben a tartály bélése sérülhet.” Mivel a tartály a töltés során kitágul és felmelegszik, a hidrogént lehűtik, mi- előtt a tartályhoz kerülne. Ez a nagy nyomású környezet és a kis méretű hidrogénmolekula különleges követelményeket támaszt az áramlásfigyelés pontosságával szemben.
A TMU-W 004 tömegáram mérőt kifejezetten hidrogén és más nagy nyomású alkalmazásokhoz tervezték.
Ez 0,133 kg/perc H₂ és 4 kg/perc H₂ mérési tartományt fed le.
Ezért a Heinrichs Messtechnik GmbH az ilyen nagy nyomású alkalmazásokhoz optimalizálta a bevált Coriolis tömegárammérőt, és most a TMU-W 004-et kínálja, az új TMU-W sorozat kifejezetten hidrogénkezelésre tervezett változatát. A mérő biztosítja, hogy a töltés során pontosan mérjék a jármű tartályába juttatott hidrogén mennyiségét. Ez lehetővé teszi a feltöltött mennyiség helyes számlázását, ami előfeltétele a nyilvános hidrogén-töltőállomások üzemanyag-ellátásának. Ez 0,133 kg/perc H₂ és 4 kg/perc H₂ mérési tartományt fed le. A fejlesztési szakaszban elvégzett szerkezeti és folyadékszimulációknak köszönhetően sikerült elérni az összes mechanikai és elektromechanikus alkatrész optimális elrendezését és méreteit. Ennek eredményeként az eszköz a világ első és egyelőre egyetlen áramlásmérője, amely megszerezte az OIML R 139 2018 nemzetközi szabvány tanúsítását, amely a járművek sűrített gáznemű üzemanyagainak mérőrendszereire terjed ki. A tőzsdén jegyzett norvég Nel Hydrogen vállalat már sikeresen használja a TMU-W 004-et töltőállomásain.
Az érzékelők speciális elrendezése pontos eredményt ad
Ahhoz, hogy a mérő illeszkedjen a Nel keskeny üzemanyag-adagolóihoz, lényegesen keskenyebbre tervezték, mint az elődmodelleket. A kompakt és deformációnak ellenálló ház belsejében két U alakú mérőcső helyezkedik el párhuzamosan. „Egy gerjesztőrendszer hatására a mérőcsövek természetes frekvenciájukon rezegnek. Amint a közeg átfolyik ezeken a csöveken, a Coriolis-effektus fáziseltolódásokat okoz a csövekben”- magyarázza Thometzki Guido. „A mérőcsövek optimális pontjain elhelyezett érzékelők felveszik ezeket a fáziseltolódásos eltéréseket, és jelekként továbbítják azokat az átalakítóhoz (távadóhoz) további elemzés céljából. Ezek alapján számítják ki az aktuális tömegáramot.” A speciális eszközarchitektúra -vagyis a mérőcsövek alakja és az érzékelők ideális elhelyezkedése a csöveken-, valamint a többi alkatrész, például a gerendalemezek további harmonizációja miatt ez egy különösen érzékeny és pontos mérőeszköz a mérőcsövek vastag falai ellenére is. A mérőcsövek ilyen erősségére azért van szükség, hogy ellenálljon a nagy, 1000 bar nyomásnak (a vizsgálati nyomás valójában 1500 bar). A kemény, teljesen hegesztett ház, amely a nagyobb merevség érdekében bordázattal van ellátva, megfelelő védelmet nyújt az érzékeny mérőelemek számára.
Az áramlási sebességet, valamint egyéb adatokat, például a hőmérsékletet a jeladó impulzus-, vagy állapotkimenetének segítségével lehet kiértékelni.
Az áramlási mennyiséget a jeladó impulzusának vagy állapotkimenetének segítségével lehet kiértékelni. „A felhasználó információt kap az áramlás hőmérsékletéről és opcionálisan a sűrűségről is. Ezeket fel lehet használni a hidrogént pumpáló kompresszor vezérlésére, például nagyobb térfogatra történő átállásra, vagy fordítva, a szivattyúzás megszakítására”- teszi hozzá Thometzki. Az átalakító kétsoros LCD kijelzővel rendelkezik, amely közvetlenül mutatja az értékeket. Az egység könnyen konfigurálható a rajta található négy billentyű segítségével. Egyéb funkciók mellett a felhasználó meghatározhatja a kimeneteket és hibaanalízist is végezhet a gombokkal. Az átalakító két kivitelben létezik, egy hengeres kijelzőben, vagy egy kapcsolószekrénybe telepíthető állványos változat. Mind a TMU-W 004 ház, mind az átalakító terepi háza nyomásálló és gyújtószikramentes, ami segít megelőzni a tüzet vagy robbanást abban az esetben, ha gáz távozik.
A kompakt és alakváltozásnak ellenálló házban párhuzamosan elrendezett két U alakú mérőcső található. A mérőhurkok alsó végén lévő optimális helyzetben lévő érzékelők rögzítik a fáziseltolódást, és a jelátalakítóhoz küldik azt további elemzésre.
A szimulációk és az áramlásmérések biztosítják a mérés pontosságát
A műszer fejlesztése, gyártása és kalibrálása során a Heinrchs Messtechnik GmbH számos szimulációs és optimalizálási módszert alkalmaz annak érdekében, hogy minden elképzelhető körülmény mellett biztosítsa készülékeinek pontosságát és megbízhatóságát. „Ahogy a nagynyomású gázok -mint például a hidrogén- kezelésére szolgáló eszközök, úgy természetesen a hidrogén töltőállomásokhoz szánt új TMU-W 004 sem lehet kivétel.” – magyarázza Thometzki. „Éppen ellenkezőleg, a TMU-W 004 fejlesztésekor különösen az áramlás és a szerkezeti tervezés speciálisan kidolgozott nagy pontosságú szimulációs módszereit használtuk, mint például a FEM (Finite Element Method), a CFD (Computational Fluid Dynamics) és az FSI (Fluid Structure Interaction). ”
Csak így volt lehetséges a TMU-W 004-ben a nagy nyomáson történő gázkezelés legnagyobb mérési pontosságának és rendkívüli megbízhatóságának látszólag ellentmondásos követelményeinek teljesítése. A mérési pontosságnak magasnak kellett maradnia a töltés közbeni nyomás és hőmérsékletingadozások ellenére is. „Az a tény, hogy a TMU-W 004 nemcsak megfelel az OIML R 139 2018 követelményeinek, hanem jelentősen meghaladja azokat a hidrogénre adott 1,5-ös pontossági osztállyal, különösen nemzetközi összehasonlításban megmutatja, hogy a TMU-W 004 fejlesztői csapata mennyire felkészült – mondta Dr. Thomas Chatzikonstantinou, a Heinrichs Messtechnik GmbH műszaki igazgatója. Az 1911-ben Düsseldorfban alapított Heinrichs Messtechnik GmbH már több mint száz éve fejleszt és értékesít áramlásmérőket. Kezdettől fogva egyik fő piaca a vegyipar és a petrolkémiai ipar volt, ezért a 60-as évek óta a vállalat a csupafém lebegőtestes áramlásmérők fejlesztését szorgalmazta.
Az 1980-as évek közepén a Heinrichs volt az első európai vállalat, amely a Coriolis-effektust felhasználva megépítette a tömegáramlásmérőt, és az azt követő években folyamatosan bővítette Coriolis-műszer választékát. Ma a vállalatnak számos iparágban vannak vevői, beleértve az energia-, olaj-, gáz- és vegyipart, valamint a gépgyártást. 2008-ban a Heinrichs a Kobold-csoport tagja lett, amivel kiterjedt értékesítési hálózatot kapott a csoport nemzetközi leányvállalatainak köszönhetően. A Heinrichs minden termékét házon belül fejleszti és gyártja kölni központjában, amely jelenleg 60 embert foglalkoztat. A Heinrichs Messtechnik gyártási, tervezési és szimulációs szakemberei, akik megalkották a TMU-W 004 Coriolis tömegáram mérőt, amely világ első- és egyelőre egyetlen műszere, amely megfelel az OIML R139 2018 szabványnak, így az hidrogén-töltőállomásokra jóváhagyott.
Balról jobbra:
Michael Manderfeld, Julian Zimmer, Daniel Striegler,
Miguel Bogdan, Mihail Belov, Dr. Thomas Chatzikonstantinou, Alexander Wizke.
Dr. Chatzikonstantinou a Heinrichs Messtechnik GmbH műszaki igazgatója, a TMU-W 004 projekt kezdeményezője és vezetője.
