Zariadenie je prvé svojho druhu certifikované podľa medzinárodného štandardu OIML R 139 2018 a je tak schválené pre vodíkové čerpacie stanice. Odolné štíhle puzdro chráni špeciálne usporiadané snímače a meracie slučky, ktoré využívajú Coriolisov efekt a umožňujú veľmi presné meranie prietoku. Pripojený prevodník prevádza signály snímača na hodnotu, ktorú možno použiť na ďalšiu analýzu prietoku. Merač súčasne meria teplotu média. TMU-W 004 je vhodný pre vysokotlakové aplikácie do 1 000 bar. Toto novo vyvinuté zariadenie sa už používa na čerpacích staniciach spoločnosti Nel Hydrogen.
Vodík sa ako palivo v Nemecku dosť presadzuje, čiastočne vďaka stimulačným balíkom prijatým vládou. Podľa portálu Statista má Nemecko v súčasnosti najviac verejných čerpacích staníc na vodík v Európe. Na celom svete je Nemecko na druhom mieste za Japonskom. „Pre osobné automobily sa vodíkové palivo typicky čerpá pri tlaku 700 bar. Tento vysoký tlak je nevyhnutný na vytvorenie dostatočnej energetickej hustoty,“ vysvetľuje Guido Thometzki, generálny riaditeľ Heinrichs Messtechnik. „Počas tohto procesu nesmie teplota prekročiť +85 °C, pretože inak by mohlo dôjsť k narušeniu obloženia nádrže.“ Keďže sa nádrž počas plnenia rozpína a zahrieva, vodík ochladí skôr, ako sa dostane do nádrže. Toto vysokotlakové prostredie v kombinácii s malou veľkosťou molekuly vodíka kladie špeciálne požiadavky na presnosť merania prietoku.
Preto spoločnosť Heinrichs Messtechnik optimalizovala svoj osvedčený Coriolisov hmotnostný prietokomer pre vysokotlakové aplikácie a prichádza s prietokomerom TMU-W 004, ktorý je verziou novej série TMU-W špeciálne navrhnutej pre vodíkové aplikácie.
Prietokomer zaisťuje, že počas plnenia sa presne meria množstvo vodíka preneseného do nádrže vozidla. To umožňuje správne vyúčtovanie naplneného množstva, čo je predpokladom tankovania na verejných vodíkových čerpacích staniciach. Pokrýva rozsah merania od 0,133 kg/min H2 do 4 kg/min H2. Vďaka simuláciám štruktúry a prúdenia vykonaným počas vývoja bolo možné dosiahnuť optimálne usporiadanie a rozmery všetkých mechanických a elektromechanických komponentov. Výsledkom je, že zariadenie je prvým a zatiaľ jediným prietokomerom na svete, ktorý získal osvedčenie podľa medzinárodnej normy OIML R 139 2018, pokrývajúcej systémy merania stlačených plynných palív vo vozidlách. Nórska spoločnosť Nel Hydrogen už úspešne používa TMU-W 004 na svojich čerpacích staniciach.
Špeciálne usporiadanie snímačov poskytuje presné výsledky
Aby prietokomer zapadol do úzkych výdajných stojanov Nel, bol navrhnutý podstatne užšie ako jeho predchodcovia. Vnútri kompaktného krytu odolného proti deformáciám sú dve paralelne umiestnené meracie trubice v tvare písmena U. „Budiaci systém spôsobuje, že meracie trubice vibrujú na svojej prirodzenej frekvencii. Keď médium preteká týmito trubicami, Coriolisov efekt spôsobuje ďalšie fázovo posunuté vychýlenie trubíc,“ vysvetľuje G. Thometzki. „Senzory umiestnené v optimálnych bodoch meracích trubíc zachytávajú tieto fázovo posunuté odchýlky a posielajú ich ako signály do prevodníka (nazývaného tiež vysielač) na ďalšiu analýzu. Z nich sa počíta aktuálny hmotnostný tok.“
Špeciálna architektúra prístroja, to znamená tvar meracích trubíc a ideálne umiestnenie senzorov na trubiciach, spolu s harmonizáciou ďalších komponentov, ako sú klinové doštičky, z neho robia obzvlášť citlivý a presný merací prístroj aj napriek hrubým stenám meracích trubíc. Toto masívnejšie vyhotovenie meracích trubíc je nevyhnutné na to, aby prístroj vydržal vysoký tlak 1 000 bar (skúšobný tlak je v skutočnosti 1 500 bar). Pevné, plne zvárané puzdro s vlnovkami s väčšou tuhosťou poskytuje dostatočnú ochranu vnútornému citlivému meraciemu prístroju.
Množstvo prietoku možno vyhodnotiť pomocou impulzu alebo stavového výstupu prevodníka. „Používateľ tiež získa informácie o teplote a voliteľne tiež o hustote. To sa dá použiť pri riadení kompresora na čerpanie vodíka, napríklad pri prepínaní na vyšší objem alebo naopak prerušení čerpania,“ dodáva G. Thometzki. Prevodník má dvojriadkový LCD displej, ktorý priamo zobrazuje hodnoty. Jednotka sa ľahko konfiguruje pomocou štyroch tlačidiel, ktoré sú na nej umiestnené. Medzi ďalšími funkciami môže používateľ definovať výstupy a vykonať analýzu chýb pomocou kláves. Prevodník môže byť v okrúhlom vyhotovení alebo inštalovaný do rozvádzača. Kryt TMU-W 004 aj kryt prevodníka sú odolné proti tlaku a iskrovo bezpečné, čo v prípade úniku plynu pomáha predchádzať požiaru alebo výbuchu.
Simulácie a merania prietoku zaisťujú presnosť merania
Pri vývoji, výrobe a kalibrácii svojich meracích prístrojov využíva spoločnosť Heinrichs Messtechnik mnoho simulačných a optimalizačných metód na zabezpečenie presnosti a spoľahlivosti za všetkých možných podmienok. „Prístroje na meranie vysokotlakových plynov, napr. vodíka, akým je aj nový prietokomer TMU-W 004 pre vodíkové čerpacie stanice, prirodzene nemôžu byť výnimkou,“ vysvetľuje G. Thometzki. „Naopak pri vývoji modelu TMU-W 004 sme použili špeciálne vyvinuté vysoko presné simulačné metódy na návrh prúdenia a konštrukcie, ako sú FEM (metóda konečných prvkov), CFD (výpočtová dynamika tekutín) a FSI (interakcia kvapalín).“ Len tak bolo možné v TMU-W 004 splniť zdanlivo protichodné požiadavky na najvyššiu presnosť merania a extrémnu spoľahlivosť pri manipulácii s vysokotlakovými plynmi.
Presnosť merania tiež musela zostať vysoká napriek kolísaniu tlaku a teploty počas plnenia. „Skutočnosť, že TMU-W 004 nielenže spĺňa požiadavky OIML R 139 2018, ale ich významne prevyšuje hodnotením triedy presnosti 1,5 pre vodík, ukazuje, najmä v medzinárodnom porovnaní, čo vývojový tím TMU-W 004 dosiahol,“ hovorí na záver Dr. Thomas Chatzikonstantinou, technický riaditeľ spoločnosti Heinrichs Messtechnik.
O spoločnosti Heinrichs Messtechnik
Spoločnosť Heinrichs Messtechnik GmbH založená v nemeckom Düsseldorfe v roku 1911 už viac ako sto rokov vyvíja a predáva prietokomery. Jedným z ťažiskových odvetí sa už na začiatku fungovania spoločnosti stal aj chemický a petrochemický priemysel; aj preto sa od 60. rokov minulého storočia začala orientovať na vývoj celokovových plavákových prietokomerov. V polovici 80. rokov sa Heinrichs Messtechnik stala prvou spoločnosťou v Európe, ktorá vytvorila hmotnostný prietokomer využívajúci Coriolisov efekt. V nasledujúcich rokoch svoje portfólio Coriolisových prietokomerov trvale rozširovala. V súčasnosti má spoločnosť svojich zákazníkov v rôznych odvetviach priemyslu vrátane chemického, ropného a plynárenského, energetického, spracovateľského či strojárskeho. V roku 2008 sa spoločnosť Heinrichs Messtechnik stala súčasťou KOBOLD Group, vďaka čomu získala rozsiahlu predajnú sieť postavenú na pobočkách tejto spoločnosti v mnohých krajinách sveta. Vo svojej centrále v Cologne, ktorá zamestnáva niekoľko desiatok zamestnancov, stále sama vyvíja a vyrába všetky svoje produkty.
