Was sind Gasmischer? Wie sie funktionieren und warum sie wichtig sind

Zahllose industrielle Prozesse, Verbraucheranwendungen und akademische Studienbereiche erfordern fein abgestimmte Gasgemische, um ihren Erfolg zu gewährleisten. In der Regel werden diese Gasgemische entweder in Chargen kommerziell hergestellt oder vor Ort aus verfügbaren reinen Gasvorräten generiert, je nachdem, was die Anwendung erfordert. In beiden Fällen ist ein genaues Gasmischsystem unerlässlich, um eine zuverlässige und konsistente Gaszusammensetzung für den Einsatz im Prozess des Endanwenders zu erreichen.

Das Mischen von Gasen ist in vielen Branchen von entscheidender Bedeutung. So verwenden z. B. sowohl Sport- als auch Berufstaucher in ihren Tauchflaschen sorgfältig ausgewogene "luftfreie" Atemgase. Diese Mischungen werden verwendet, um die Atmungsphysiologie der Taucher unter Wasser zu verbessern und das Risiko der Dekompressionskrankheit zu bekämpfen.

Gasmischer werden verwendet, um die Kompressoren zu speisen, die Atemgasflaschen mit einem sauerstoffangereicherten Atemgas, bekannt als Nitrox oder EAN, füllen. Während 32% O₂ / 68% N₂ (EAN-32) ist weit verbreitet, höhere O₂ Prozentsätze sind oft für bestimmte Anwendungen nützlich. Es ist nicht ungewöhnlich, dass kommerzielle Tauchbetriebe Luftzerlegungsanlagen (typischerweise ein Druckwechseladsorptionssystem) an Bord haben, so dass die kundenspezifischen Nitroxmischungen direkt auf dem Boot erzeugt werden können.

In der Industrie werden Gasmischer am häufigsten zur Erleichterung von Schweiß- oder Schneidprozessen eingesetzt. So verwenden beispielsweise sowohl Metall-Inertgas- (MIG) als auch Wolfram-Inertgas- (WIG) Schweißer je nach Dicke und Zusammensetzung des Werkstücks eine Vielzahl von Inert- und Aktivgasgemischen. Während die gängigsten Gemische für das MIG-Verfahren eine Mischung aus Argon (Ar) und Kohlendioxid (CO₂), sind die idealen Verhältnisse für eine bestimmte Legierung oder Dicke sehr unterschiedlich und häufig Gegenstand von Diskussionen. Wenn für die Prozessentwicklung mehrere handelsübliche Mischungen benötigt werden, kann die Logistik mühsam und die Kosten hoch werden. Moderne Fabriken lösen dieses Problem durch den Einsatz eigener Gasmischer. Diese Mischer liefern variable, präzise Multigasmischungen bei kontrolliertem Druck oder Durchfluss.

Gasmischer werden auch in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, um die Haltbarkeit von verderblichen Waren zu verlängern, indem die Gaszusammensetzung in Verpackungen mit modifizierter Atmosphäre (MAP) gesteuert wird. Dutzende von häufig verwendeten MAP-Gasmischungen werden am wirtschaftlichsten vor Ort aus reinen Gasvorräten hergestellt. Der Einsatz eines sorgfältig kontrollierten Hochdruckverteilungsnetzes ermöglicht den einzelnen Verpackungsstationen eine verbesserte Kosteneffizienz. Die Verteilung bietet die Flexibilität, auf derselben Produktionslinie problemlos von einer Art von Lebensmittelverpackung zu einer anderen zu wechseln.

Laboratorien, die entweder in der wissenschaftlichen Forschung oder in der Verfahrensentwicklung tätig sind, wissen nie von einem Tag auf den anderen, welche Gasgemische sie benötigen könnten. Müssten sie darauf warten, dass ein kommerzieller Hersteller ein maßgeschneidertes Gemisch liefert, würden sich ihre Forschungs- und Entwicklungszeiten auf ein unhaltbares Maß verlängern. Hier werden kleine, offene Gasmischsysteme zum "Gold wert", wenn es darum geht, die Mischung des Tages zu erstellen.

Gasmischer erzeugen eine kontrollierte Menge der einzelnen Gasbestandteile, um das gewünschte Gemisch zu bilden. Kommerzielle Gaslieferanten von Hochdruckgasflaschen haben verschiedene Möglichkeiten, dies zu erreichen. Dazu gehören die volumetrische Partialdruckmischung, die gravimetrische Massenanteilsmischung, die Druckschwingungs-/Membranreduktionsmischung und die Additivmischung mit präziser Massenkontrolle.

Die fortschrittlichste Technologie zur Gasmischung ist heute die Additivmischung mit Massenflussregelung (MFC). Ein Massendurchflussregler reguliert automatisch den Gasfluss, um eine vorgegebene Durchflussmenge zu erreichen. In einem idealen System würde dies durch das "Zählen von Molekülen" erreicht werden. In der realen Welt kommt man diesem Ideal am nächsten, wenn man volumetrische Maßeinheiten über die Zeit verwendet, die auf Standardbedingungen von Temperatur und Druck korrigiert sind. Technisch gesehen müsste dies als "Molarer Durchfluss" bezeichnet werden, aber die Industrie hat sich auf den Begriff "Massendurchfluss" geeinigt. Dieser gilt als "wahres Maß" für den Gasdurchfluss, da die Masse des Gasstroms im Gegensatz zu volumetrischen Messungen nicht durch den Umgebungsdruck oder die Temperatur beeinflusst wird. Das Ergebnis ist ein quantitativeres Maß für die Kontrolle von präzisen Gasmischungen.

Gasmischer mit Massendurchflussreglern können weiter in Kategorien unterteilt werden, die auf Differenzdruck oder auf Wärme basieren. In beiden Fällen wird ein Gasdurchflussmessgerät mit einem Proportionalregelventil und einem Rechenelement kombiniert. Diese Kombination ermöglicht die Beeinflussung von (molaren) Massendurchsätzen. Dieses Prinzip gilt unabhängig davon, ob es sich bei der Messeinheit um eine Reihe von piezoresistiven Messwertgebern oder um einen Kapillarrohr-Thermosensor handelt. Mit einem Hochgeschwindigkeits-Rückkopplungssystem können moderne MFCs die einzelnen Gasströme präzise einstellen und sie so kombinieren, dass die gewünschten Mischungsverhältnisse entstehen.

Alicat^® Das FusionFlow™-Team von Scientific hat eine eigene Reihe von Gasmischern mit den schnellen MFCs von Alicat entwickelt. Diese differenzdruckbasierten Massendurchflussregler übertreffen ihre thermischen Gegenstücke in Bezug auf Reaktionsgeschwindigkeit und nutzbaren Durchflussbereich bei weitem. Das Ergebnis ist ein genauer und zuverlässiger Gasmischprozess. Sie regeln Durchfluss und Druck präzise ohne zusätzliche Komponenten.

Die fortschrittlichen FusionFlow-Gasmischlösungen reichen von der MXM-Gasmischplattform und IMX-Industriegasmischer. Diese Systeme sind vollständig anpassbar und verfügen über eine Vielzahl von benutzerspezifischen Optionen, die auf die individuellen Anforderungen jedes Kunden zugeschnitten sind. Sie können mit bis zu zehn Gaskanälen konfiguriert werden, wobei jeder Kanal über 100 gängige reine oder gemischte Gase sowie kundenspezifische vorgemischte Mischungen unterstützt.

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