Geregeltes Flüssigkeiten-Dosiersystem für portable Anwendungen

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines geregelten Dosiersystems für flüssige Medien im Bereich 0,5–10 mL min -1 und 0–100 kPa vorgestellt. Das System wurde für eine portable Reformer-Brennstoffzelle entwickelt. Daher sollte das Dosiersystem möglichst klein, leicht und energiesparend sein. Ein weiteres sehr wichtiges Kriterium war das Erzielen möglichst geringer Herstellkosten. Eine Pumpe, die diese Anforderungen erfüllt, war bislang nicht bekannt. Daher wurden vier Konzepte zur Erfüllung der Anforderungen erarbeitet, bewertet und das Konzept regelbarer Bypass ausgewählt. Das Konzept besteht aus einer Pumpe und einem hydraulisch parallel dazu angeordneten 2/2-Wege-Ventil. Somit wird der Pumpen-Volumenstrom in einen Bypass- und Dosiervolumenstrom aufgeteilt. Die in einer Marktrecherche ermittelten preiswerten Pumpen erzeugen bei einem niedrigen Volumenstrom ? V = 10 mL min -1 keinen ausreichenden Druck. Daher kann solch eine Pumpe nicht alleine eingesetzt werden. Die Bypassanordnung ermöglicht den Betrieb einer Pumpe bei einem hohen Volumenstrom und somit die Bereitstellung eines ausreichenden Drucks. Weiter wird die Pulsation, begünstigt durch die hohe Pumpendrehzahl und den Einsatz eines hydraulischen Dämpfers, auf unter ±20 % minimiert. Durch eine Regelung des Dosiervolumenstroms mit einem mikrotechnisch hergestellten Strömungssensor wird die nicht ausreichende Genauigkeit der preiswerten Komponenten ausgeglichen. Somit wird eine Dosierlinearität von = 2,5% vom Endwert (bei ? V = 8 mL min -1 ) und eine Wiederholgenauigkeit von 1,5–2,5% vom Messwert erreicht. Das Bypass-Ventil ist das Stellglied der Regelung. Der Durchfluss wird mit Pulsweitenmodulation beeinflusst. Hier unterscheidet sich der regelbare Bypass von der aus der Literatur bekannten Lösung, da nicht der Dosiervolumenstrom selbst, sondern der Bypassvolumenstrom vom Stellglied beeinflusst wird. Vorteile dieser neuen Anordnung sind eine automatische Anpassung des Systemdrucks an den Gegendruck und die Einsparung eines Druckregel-Ventils.