Geregeltes Flüssigkeiten-Dosiersystem für portable Anwendungen

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In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines geregelten Dosiersystems für flüssige Medien im Bereich von 0,5–10 mL min -1 und 0–100 kPa beschrieben. Das System wurde für eine portable Reformer-Brennstoffzelle konzipiert und sollte klein, leicht und energiesparend sein, während die Herstellkosten möglichst gering gehalten werden sollten. Bisher war keine Pumpe bekannt, die diese Anforderungen erfüllte. Daher wurden vier Konzepte entwickelt und bewertet, wobei das Konzept eines regelbaren Bypasses ausgewählt wurde. Dieses besteht aus einer Pumpe und einem hydraulisch parallel angeordneten 2/2-Wege-Ventil, das den Pumpen-Volumenstrom in Bypass- und Dosiervolumenstrom aufteilt. Bei niedrigen Volumenströmen von 10 mL min -1 erzeugen handelsübliche Pumpen nicht genügend Druck, weshalb die Bypassanordnung den Betrieb bei hohem Volumenstrom ermöglicht. Zudem wird die Pulsation durch einen hydraulischen Dämpfer auf unter ±20 % minimiert. Ein mikrotechnisch hergestellter Strömungssensor regelt den Dosiervolumenstrom und kompensiert die Ungenauigkeit der kostengünstigen Komponenten, wodurch eine Dosierlinearität von ±2,5% (bei 8 mL min -1) und eine Wiederholgenauigkeit von 1,5–2,5% erreicht wird. Das Bypass-Ventil fungiert als Stellglied, wobei der Durchfluss durch Pulsweitenmodulation beeinflusst wird. Diese Anordnung ermöglicht eine automatische Anpassung des Systemdrucks an den Gegendruck und spart ein Druckregelventil ein.