eerste gecertificeerde debietmeter voor waterstoftankstations
Op de weg naar een klimaatvriendelijke mobiliteit wint waterstof (H2) als energiebron voor brandstofcellen aan belang. Het tanken van H2 is echter complexer dan het tanken van benzine of diesel. Tijdens het tanken zet dit gas uit en warmt het op, en die druk- en temperatuurveranderingen vragen om een nauwgezette opvolging. Heinrichs Messtechnik GmbH ontwikkelde een massadebietmeter die de nauwkeurige dosering mogelijk maakt die vereist is voor toepassing in waterstoftankstations. Het bedrijf verkreeg als eerste de nodige certificering voor toepassing in waterstoftankstations.
Meting van debiet en temperatuur
Een robuuste, slanke behuizing beschermt speciaal geplaatste sensoren en meetlussen die functioneren volgens het Coriolis-principe en een uiterst nauwkeurige debietmeting mogelijk maken. Een transducer zet de sensorsignalen om in een uitlezing die dient voor verdere debietanalyse. Tegelijkertijd meet het toestel de temperatuur van het medium. De TMU-W 004 is geschikt voor hogedruktoepassingen tot 1.000 bar en heeft een meetbereik van 0,133 tot 4 kg/min H2.
uitdagingen bij het tanken van waterstof
Het tanken met waterstof gebeurt in het geval van personenauto's voornamelijk bij 700 bar - die hoge druk helpt om de energiedichtheid te genereren die nodig is voor een nuttige actieradius. Tijdens het tanken mag de temperatuur echter niet boven de 85 °C uitstijgen, anders tast dit de tankbekleding aan. Om opwarming en uitzetting van de tank tijdens het vullen tegen te gaan, is een voorkoeling van de waterstof nodig vooraleer die in de tank komt.
De hogedrukomgeving in combinatie met de kleine omvang van het waterstofmolecuul stelt bijzondere eisen aan de nauwkeurigheid van de debietbewaking. Daarom optimaliseerde Heinrichs Messtechnik GmbH zijn Coriolis-massadebietmeter voor hogedruktoepassingen. Het resultaat is een versie van de nieuwe TMU-W-serie die speciaal is ontworpen voor de behandeling van waterstof: de TMU-W 004. Door een nauwkeurige meting van de verpompte waterstof maakt die een correcte facturering van de getankte hoeveelheid mogelijk, wat een eerste vereiste is voor het tanken bij openbare waterstoftankstations.
Het systeem bestrijkt een meetbereik van 0,133 tot 4 kg/min H2. Structuur- en vloeistofsimulaties tijdens de ontwikkelingsfase leidden tot de optimale rangschikking en afmetingen van alle mechanische en elektromechanische componenten. Daarmee is het apparaat 's werelds eerste en op het moment van schrijven enige debietmeter die een certificering heeft verkregen volgens de internationale norm OIML R 139 2018, die betrekking heeft op meetsystemen voor gecomprimeerde gasvormige brandstoffen in voertuigen. Het beursgenoteerde Noorse bedrijf Nel Hydrogen gebruikt de TMU-W 004 al met succes in zijn tankstations.
optimaal geplaatste sensoren voor uiterst precieze meting
Om de meter in de smalle brandstofautomaten van Nel te laten passen, werd hij aanzienlijk smaller ontworpen dan zijn voorgangers. Binnenin de compacte en vervormingsbestendige behuizing bevinden zich twee parallel geplaatste U-vormige meetbuizen. Een opwekkingssysteem brengt de meetbuizen in trilling met hun natuurlijke frequentie. Wanneer het medium door deze buizen stroomt, veroorzaakt het Coriolis-effect extra faseverschuivingen van de buizen. Sensoren op optimale punten op de meetbuizen pikken deze faseverschuivingen op en sturen ze als signalen naar de zender (transducer) voor verdere analyse. Aan de hand daarvan gebeurt de berekening van het actuele massadebiet.
geïntegreerde storingsanalyse
Een evaluatie van het debiet is mogelijk aan de hand van de puls- of statusuitgang van de transducer. De gebruiker krijgt ook info over de temperatuur van het gas - en optioneel ook over de dichtheid. Dat kan dienen bij de aansturing van de compressor die de waterstof verpompt, bijvoorbeeld door over te schakelen op een groter volume of om het pompen te onderbreken. De transducer heeft een tweeregelige lcd die de realtimewaarden weergeeft. De unit is eenvoudig te configureren via de vier toetsen. De gebruiker kan daarmee onder meer uitgangen definiëren en storingsanalyses uitvoeren.
Brand- en explosieveilig
De transducer is op te stellen als een ronde versie of als een rack-versie in een schakelkast te installeren. Zowel de TMU-W 004-behuizing als de veldbehuizing van de transducer zijn drukbestendig en intrinsiek veilig, wat brand of explosie helpt voorkomen in geval van ontsnappend gas.
als enige geCertificeerd volgens norm meetsystemen voor gecomprimeerde gasvormige brandstoffen in voertuigen
Bij de ontwikkeling van de TMU-W 004 werden speciaal ontwikkelde uiterst nauwkeurige simulatiemethoden toegepast voor de stroming en het constructieve ontwerp, zoals FEM (eindige elementenmethode), CFD (computational fluid dynamics), en FSI (fluid structure interaction). Dat leidde tot de optimale rangschikking en afmetingen van alle mechanische en elektromechanische componenten. Daarmee is het apparaat 's werelds eerste en tot nu toe enige debietmeter waarvoor een certificering bestaat volgens de internationale norm OIML R 139 2018, die betrekking heeft op meetsystemen voor gecomprimeerde gasvormige brandstoffen in voertuigen.
Bij de ontwikkeling, productie en kalibratie van zijn meters past Heinrichs Messtechnik GmbH verschillende simulatie- en optimalisatietechnieken toe om de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van zijn toestellen onder alle denkbare omstandigheden te verzekeren. “Toestellen die moeten kunnen omgaan met hogedrukgassen zoals waterstof kunnen daarop geen uitzondering vormen", aldus CEO Guido Thometzki. “In tegendeel, bij de ontwikkeling van de TMU-W 004 in het bijzonder pasten we speciaal ontwikkelde simulatiemethoden met hoge precisie voor het stromings- en structuurontwerp, waaronder FEM (Finite Element Method), CFD (Computational Fluid Dynamics), en FSI (Fluid Structure Interaction).” Enkel zo kon de TMU-W 004 tegemoetkomen aan de schijnbaar tegenstrijdige vereisten: hoogste meetnauwkeurigheid en extreme betrouwbaarheid van het behandelen van hogedrukgassen. De meetnauwkeurigheid moest bovendien hoog blijven ondanks de druk- en temperatuurschommelingen tijdens het tanken. “Het feit dat de TMU-W 004 niet enkel voldoet aan de vereisten binnen OIML R 139 2018 maar die een stuk overtreft met voor de nauwkeurigheidsklasse een score van 1.5 voor waterstof, toont met name bij internationale vergelijkingen aan welk sterk staaltje het TMU-W 004 ontwikkelingsteam heeft neergezet,” besluit Dr Thomas Chatzikonstantinou, technical director bij Heinrichs Messtechnik GmbH.
Heinrichs Messtechnik GmbH behoort tot de Kobold Groep.
SINT-AMANDSTRAAT 2
1853 STROMBEEK-BEVER
02/267.21.55
02/267.34.14
info.be@kobold.com
www.kobold.com
