Wasserstoff spielt als alternativer Energieträger eine immer größere Rolle, auch als klimafreundlicher Treibstoff für Kraftfahrzeuge. Seine physikalisch-chemischen Eigenschaften machen die Versorgung von Pkw und Nutzfahrzeugen mit H2 zu einer messtechnischen Herausforderung. So ist beispielsweise die Temperatur beim Wasserstoff-Tanken eine kritische Größe. Ihre Überwachung erfordert ein spezifisches Thermoelement. Ein Hersteller von H2-Tankanlagen hat sich deswegen für eine Instrumentierung von WIKA entschieden.
Robust und reaktionsschnell: Das Hochdruck-Thermoelement Typ TC90 ist auf die Temperaturüberwachung beim Wasserstoff-Tanken zugeschnitten.
Auf den ersten Blick unterscheiden sich Tankstellen für Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb, die „Hydrogen Refueling Stations“ (HRS), kaum von denen für herkömmliche „Verbrenner“. Auch die Handgriffe für den Tankvorgang an den H2-Zapfsäulen, den Dispensern, muten vertraut an. Beim Equipment offenbart sich jedoch, dass kein Benzin oder Diesel durch die Zuleitung strömt: Der Einfüllstutzen für den Fahrzeugtank ist eine hochdrucksichere Konstruktion.
H2 erwärmt sich bei Expansion
Wasserstoff zum Tanken ist mit einem Druck bis zu 900 bar verdichtet, eine auf den üblichen Tankdruck von 700 bar abgestimmte Komprimierung. Je größer der Druckunterschied zwischen Dispenser und Fahrzeug, umso schneller fließt der Wasserstoff und verkürzt somit den Tankvorgang. Hierbei gilt es jedoch einen kritischen Aspekt im Auge zu behalten: Im Gegensatz zu anderen Gasen erwärmt sich Wasserstoff bei Expansion.
Deswegen spielt die Überwachung der Temperatur beim Wasserstoff-Tanken eine entscheidende Rolle. Diese Aufgabe bewegt sich in einem Bereich zwischen -40 °C und +85 °C. Der erste Wert ist die Temperatur des Wasserstoffs zu Beginn des Tankvorgangs, erreicht durch Herunterkühlen mittels Wärmetauscher. Der zweite Wert entspricht der Maximaltemperatur, für welche die gängigen H2-Fahrzeugtanks spezifiziert sind. Hierbei handelt es sich um Typ-4-Kohlenstofffaserbehälter.
Steigende Temperatur beim Wasserstoff-Tanken frühzeitig herunterkühlen
Die Temperatur beim Wasserstoff-Tanken darf folglich keinesfalls +85 °C überschreiten. Nähert sie sich diesem Wert, bremst das System den Tankvorgang frühzeitig ab und regelt ihn per Kühlung nach. Zur Überwachung der H2-Temperatur bedarf es eines Messgeräts, das Sensibilität und Robustheit in sich vereint und darüber hinaus den Medienstrom nur minimal beeinträchtigt. Deswegen wählte der erwähnte HRS-Hersteller das Hochdruck-Thermoelement Typ TC90 von WIKA. Im Einzelnen sprachen folgende Gründe für das Gerät:
- Das TC90 ist kompakt und für Messaufgaben in kleinen Rohrnennweiten konzipiert.
- Seine Fühlerspitze widersteht auch ungeschützt den beim Wasserstoff-Tanken auftretenden Drücken bis nahezu 900 bar.
- Die Ausführung mit spezieller Hochdruckverschraubung gibt dem TC90 die notwendige Festigkeit und hält die Messstelle zuverlässig dicht.
- Der unmittelbare Medienkontakt des Fühlers gewährleistet die kurzen Ansprechzeiten im niedrigen Sekundenbereich, die das Nachregeln der Kühlung erfordert.
- Alle medienberührten Bauteile sind aus H2-kompatiblen Werkstoffen gefertigt.
Thermoelement auch in Kombination mit einem SIL-2-Transmitter erhältlich
Entsprechend dem Einsatz in Tankanlagen, steht das Thermoelement TC90 in explosionsgeschützten Ausführungen gemäß ATEX und IEC Ex zur Verfügung. Es ist außerdem in Kombination mit einem WIKA-Transmitter lieferbar, zum Beispiel Typ T38 mit Ex- und SIL2-Zulassung.
Hinweis
Weitere Informationen zum Hochdruck-Thermoelement Typ TC90 sowie zum Temperaturtransmitter Typ T38 finden Sie auf der WIKA-Webseite. Dort erhalten Sie zudem einen Gesamtüberblick über WIKA-Lösungen zu Erzeugung und Nutzen von Wasserstoff, darunter auch für Wasserstoff-Tankstellen. Bei Fragen steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.
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