Gasblasengetriebene Pumpe für Mikroreaktoren

Abstract:
Wir präsentieren eine neue Mikropumpe für Flüssigkeiten, die durch Kapillarkräfte angetrieben wird. Als Energiequelle dient die Oberflächenenergie deformierter Gasblasen, die durch chemischen Umsatz in einer Mikro- Direkt-Methanol Brennstoffzelle (Mikro-DMFC) erzeugt werden. Ein konisch ausgeführter Mikrokanal verformt Gasblasen derart, dass sich unterschiedliche Krümmungsradien der Phasengrenzfläche an den Blasenenden ergeben. Die Oberflächenspannung führt dadurch zu einem Druckgradienten entlang der Blase. Dieser induziert schließlich einen konvektiven Fluss, der die Blase zu einem Auslass befördert und dabei die Flüssigkeit pumpt. Ein besonderes Merkmal der präsentierten Struktur ist, dass die Pumprate nicht nur durch die Gasflussrate, sondern auch durch Veränderung der geometrischen Parameter eingestellt werden kann. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Gasflussrate z.B. aufgrund einer vorgegebenen Reaktionskinetik festliegt, die Pumprate aber frei wählbar sein soll. In Experimenten wurden Pumpraten von bis zu 13% des eingeleiteten Gasvolumenstroms gemessen. Damit eignet sich das Pumpprinzip zur vollständig autonomen Versorgung von Mikro-DMFCs.