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Wasserstoff-Technologie

Brennstoffzellen-Sensorik: Tank- und Prozessdrücke sicher messen

4. August 2015, 14:47 Uhr | Achim Schier, Manager Thin Film/Lars Kostede, Program Manager, Kavlico Pressure Sensors

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Übersicht: Die besten Sensoren für Wasserstoff-Umgebungen

Grundsätzlich gilt: Vor der Sensoren-Auswahl sollten Entwickler unbedingt immer eine Systembetrachtung bezüglich der auftretenden Drücke und der Leckage-Gefahren vornehmen. Deren Resultate verweisen dann darauf, welche Sensoren verbaut werden können.

Das müssen nicht unbedingt Sensoren mit Goldbeschichtungen sein – in Frage kommen auch Messfühler, die mit austenitischen Stählen wie 1.4404/1.4435 gefertigt wurden.

Grundsätzlich: Für jede Wasserstoffanwendung geeignet dürften sogenannte »Dünnfilmsensoren« sein, bei denen die Messelemente aus einer austenitischen Stahlzelle bestehen, die fest mit dem Druckanschluss verschweißt ist (vgl. Bild: »Kavlico PE5000-5107 auf der vorhergehenden Seite«). Diese Sensoren sind hinreichend gegen Überdruck beständig und widerstehen tiefen Temperaturen von -40°C, ohne Undichtigkeiten aufzuweisen. Da bei diesen Sensortypen das Wasserstoffgas von der Umgebung zuverlässig, auch bei hohen Drücken von bis zu 900 bar, getrennt ist und es im Sensorinneren keine Zündquellen gibt, kann bei diesen Sensoren auf eine EX-Zulassung verzichtet werden.

Drucküberwachung zwischen Tank und Rohrleitung: In einigen Wasserstoffkreisläufen wird der Gasdruck vor der Überführung von Tank zu Verbraucher vorübergehend reduziert, meist auf Verteildrücke zwischen 5 bar bis 20 bar. Zur Überwachung dieser Druckreduktion können hermetisch dichte Dünnfilm-Sensoren (vgl. Bild: »Kavlico PE5000-5106«) eingesetzt werden, die keiner EX-Klassifizierung unterliegen.

Drucküberwachung zwischen Rohrleitung und Verbraucher: Nach der Überführung zum Verbraucher wird der Wasserstoff-Gasdruck unmittelbar an der Verbrauchsstelle üblicherweise auf den Verbrauchsdruck angepasst und der Reaktionskammer zugeführt (das könnte außer einer Brennstoffzelle auch eine Gasmischvorrichtung oder ein Verbrennungsmotor sein). An diesen Verbrauchsstellen muss immer ein ausreichender Luftaustausch gewährleistet werden, damit keine explosiven Gasumgebungen entstehen können. Da nach der letzten Druckreduktion immer für genügend Luftaustausch gesorgt wird, sind EX-geschützte Sensorausführungen in der Regel nicht erforderlich. Diese geringen Prozessdrücke können mit Standardsensoren (vgl. Bild Kavlico P1A) erfasst werden.

Zusammenfassung

Welcher Sensor für welches Projekt geeignet ist, hängt natürlich vom jeweiligen Druckbereich sowie weiteren Spezifikationen ab. Grundsätzlich sollten Planer und Entwickler jedoch hochsicheren und zugleich wirtschaftlichen Materialien und Technologien wie austenitischen Stählen den Vorzug geben. Falls dabei Zweifel über die Eignung eines bestimmten Produktes bestehen bleiben, kann ein Blick auf dessen Zertifizierungen helfen: Die in der Automobilindustrie übliche, strenge EC79/2009-Norm gewährleistet hohe Betriebssicherheit – und genau die sollte beim Verwenden von Wasserstoff das Wichtigste sein