Durchflussmesser für Wasserstofftankstellen

Wasser­stoff gewin­nt als Energi­eträger für Brennstof­fzellen zunehmen an Beudeu­tung, da er auf dem Weg zu ein­er kli­mafre­undlicheren Mobil­ität unab­d­ing­bar ist. Die sichere Befül­lung von PKW an speziellen Tankstellen stellte jedoch bish­er eine Her­aus­forderung dar: Da sich Wasser­stoff im Ver­gle­ich zu anderen Gasen beim Expandieren erwärmt, treten beim Betanken Druck- und Tem­per­aturschwankun­gen auf, die es genau zu erfassen gilt. 
Das Unternehmen Hein­richs Messtech­nik GmbH entwick­elt in diesem Zuge den sogen­nan­ten “TMU‑W 004” Masse­durch­flussmess­er entwick­elt, der eine präzise Men­gener­fas­sung trotz Druck- und Tem­per­aturschwankun­gen gewährleis­tet. Das Gerät ist als eines der ersten sein­er Art nach der inter­na­tionalen Norm OIML R 139 2018 zer­ti­fiziert und somit für Wasser­stoff­tankstellen zuge­lassen. Ein robustes, schmal dimen­sion­iertes Schutzge­häuse ver­birgt speziell ange­ord­nete Sen­soren und Mess­chleifen, die sich die Cori­o­lis-Kraft zu Nutze machen und eine präzise Durch­flussmes­sung ermöglichen. Über den angeschlosse­nen Mes­sum­former kön­nen die Sig­nale der Sen­soren aus­ge­le­sen und zur Bes­tim­mung der Durch­fluss­menge weit­er aus­gew­ertet wer­den. Zeit­gle­ich kann auch die Tem­per­atur des Medi­ums erfasst wer­den. Der Durch­flussmess­er ist außer­dem für alle Hochdruck­an­wen­dun­gen bis 1.000 bar geeignet. Die Neuen­twick­lung ist bere­its in ersten Tankstellen der börsen­notierten Nel Hydro­gen im Einsatz.
Wasser­stoff als Energi­eträger gewin­nt in Deutsch­land nicht nur durch die beschlosse­nen Kon­junk­tur­pakete der Regierung zunehmend an Bedeu­tung. Im europäis­chen Ver­gle­ich gibt es in der Bun­desre­pub­lik laut Sta­tista derzeit die meis­ten öffentlichen Wasser­stoff-Tankstellen. Weltweit belegt Deutsch­land hier nach Japan den zweit­en Platz. Da der Druck beim Betanken expandiert und sich erwärmt, wird der Wasser­stoff vorgekühlt, bevor er in den Tank gelangt. Diese Hochdruck­umge­bung in Kom­bi­na­tion mit der gerin­gen Größe des Wasser­stoff­moleküls erfordert eine beson­ders präzise Durchflussüberwachung.
Das Unternehmen opti­miert seine Cori­o­lis-Masse­durch­flussmess­er für solche Hochdruck­an­wen­dun­gen und bietet nun eine Vari­ante speziell für das Han­dling von Wasser­stoff. Das Mess­gerät stellt sich­er, dass die beim Befüllen abgegebene Menge an Wasser­stoff in den Hochdruck­tank des Fahrzeuges gemessen wird. Somit ist eine kor­rek­te Abrech­nung beim Betanken mit Wasser­stoff, was Voraus­set­zung für die Betankung an öffentlichen Wasser­stoff­tankstellen ist, möglich. Dabei lässt sich ein Mess­bere­ich von 0,133 kg/min H₂ bis 4 kg/min H₂ abdecken.
Damit das Mess­gerät in Nels schmalen Zapf­säulen ver­baut wer­den kann, wurde der Durch­flussmess­er im Ver­gle­ich zu den bish­eri­gen Mod­ellen wesentlich schlanker dimen­sion­iert. Im Gehäuse befind­en sich zwei in U‑Form-gebo­gene Mess­rohre, die par­al­lel zueinan­der laufen. „Die Mess­rohre wer­den durch ein Erregersys­tem zum Schwin­gen mit ihrer Eigen­fre­quenz gebracht. Strömt dabei das Medi­um durch diese hin­durch, kommt es zu zusät­zlichen, phasen­ver­schobe­nen Auslenkun­gen der Mess­rohre, die durch die Cori­o­lis-Kraft her­vorgerufen wer­den“, erk­lärt Thomet­z­ki. „Durch geeignete Sen­soren wer­den die phasen­ver­schobe­nen Auslenkungs-Sig­nale aufgenom­men und an den Mes­sum­former (auch Trans­mit­ter genan­nt) zur weit­eren Auswer­tung über­mit­telt. Daraus wird dort der momen­tan durch­fließende Masse­durch­fluss berech­net.“ Das robuste, vol­lver­schweißte Schutzge­häuse mit Sick­en zur Ver­stei­fung sorgt für den nöti­gen Schutz der sen­si­blen Mes­saus­rüs­tung vor äußeren Einflüssen.
Vom Mes­sum­former aus lässt sich über den Puls- oder Sta­tusaus­gang eine Auswer­tung der Durch­fluss­menge vornehmen. „Zudem erhält der Anwen­der Infor­ma­tio­nen über die Tem­per­atur des fließen­den Medi­ums und option­al über dessen Dichte. Dadurch lässt sich dann der Kom­pres­sor zum Pumpen des Wasser­stoffs entsprechend steuern, das heißt eine höhere Pump­menge oder eben auch eine Unter­brechung der Förderung ein­stellen“, so Thomet­z­ki. Der Mes­sum­former ver­fügt über ein zweizeiliges LCD-Dis­play, auf dem die Werte auch direkt ables­bar sind. Mit­tels vier Knöpfen kann das Gerät ein­fach kon­fig­uri­ert wer­den. Darüber lassen sich unter anderem Aus­gänge definieren oder Fehler­analy­sen durchführen.