混合用途における音響キャビテーションと流体力学的キャビテーションの比較

混合・ブレンドのためのキャビテーション： 音響キャビテーションと流体力学的キャビテーションには違いがあるのでしょうか。また、一方のキャビテーション技術がお客様のプロセスにより適している可能性があるのはなぜでしょうか。
音響キャビテーション – 超音波キャビテーションとも呼ばれます – と流体力学的キャビテーションは、いずれもキャビテーションの一種です。キャビテーションとは、液体中で真空空洞が成長し、崩壊する過程を指します。音響キャビテーションは、液体に高強度の超音波を照射したときに発生します。一方、流体力学的キャビテーションは、液体が狭窄部を通過したり、障害物（例：ベンチュリノズル）の周囲を流れたりする際に、圧力が低下して蒸気空洞が形成されることで発生します。
キャビテーションによるせん断力は、均質化、混合、分散、乳化、細胞破砕のほか、化学反応の開始および促進にも利用されます。

音響キャビテーションと流体力学的キャビテーションの技術は、どちらもキャビテーション気泡の崩壊という同じ現象とその効果を利用しますが、超音波によって発生させる技術とベンチュリノズルを使用して発生させる技術の間には大きな違いがあります。

強力な超音波処理により、水中にキャビテーション気泡が発生します。その後、気泡が崩壊すると、液体中に極めて強い機械的せん断力が生じます。この作用により、例えば植物成分の抽出に向けて細胞を破砕したり、水中の油滴を非常に微細化したりすることができます（乳化）。このキャビテーション作用により、Hielscherの超音波ホモジナイザーは、分散、均質化、乳化、抽出に非常に有効です。Hielscher Ultrasonicsは、実験室から本格的な生産規模までの超音波処理に対応する、50ワットから16000ワットの超音波プローブを製造しています。

音響キャビテーションと流体力学的キャビテーションの違い、およびキャビテーションを利用するプロセスにプローブ型超音波装置を選ぶ理由について、以下でご紹介します：

流体力学的キャビテーションに対する音響キャビテーションの利点

1. より高い効率：音響キャビテーションでは、キャビテーションを発生させるために必要なエネルギーが通常、流体力学的キャビテーションよりも少ないため、一般に真空空洞をより効率的に生成できます。そのため、超音波式キャビテーション装置およびキャビテーション反応器は、エネルギー効率と経済性に優れています。超音波は、キャビテーションを発生させるうえで最もエネルギー効率の高い方法です。プローブ型超音波装置が発生させる音響／超音波キャビテーションは、不要な摩擦の発生を防ぎます。超音波プローブは垂直方向に振動し、エネルギーを浪費する不要な摩擦の発生を防ぎます。音響キャビテーションとは対照的に、流体力学的キャビテーションでは、ローター・ステーター式またはノズル式のシステムを使用してキャビテーションを発生させます。どちらの技術も – ローター・ステーターとノズル – モーターが大きな機械部品を駆動する必要があるため、摩擦を生じます。流体力学的キャビテーションのエネルギー効率を主張する研究は、各技術の公称出力のみを考慮し、実際の消費電力を考慮していません。これらの研究は通常、流体力学的キャビテーション技術のよく知られた望ましくない影響である、摩擦によるエネルギー損失を考慮していません。
2. より高い制御性：音響キャビテーションは、超音波の強度を精密に調整して所望のキャビテーションレベルを得られるため、より容易に制御・調節できます。一方、流体力学的キャビテーションは、液体の流動特性や狭窄部または障害物の形状に依存するため、制御がより困難です。さらに、ノズルは詰まりやすく、プロセスの中断や、多くの労力を要する洗浄につながります。
3. ほぼすべての材料に対応：ベンチュリノズルやその他の流体力学的フロー反応器では、固体、特に摩耗性材料の処理が困難であるのに対し、超音波キャビテーション装置は、ほぼあらゆる種類の材料を確実に処理できます。超音波キャビテーション反応器は、固形分負荷が高い場合でも、また摩耗性粒子や繊維状材料であっても、詰まりを起こさずに均質化できます。
4. より高い安定性：音響キャビテーションによって生成される蒸気空洞は、液体全体により均一に分布する傾向があるため、音響キャビテーションは一般に流体力学的キャビテーションよりも安定しています。一方、流体力学的キャビテーションでは、蒸気空洞が非常に局所的に生成されることがあり、不均一または不安定な流動パターンにつながる可能性があります。
5. より高い汎用性：音響／超音波キャビテーションは、均質化、混合、分散、乳化、抽出、溶解、細胞崩壊のほか、ソノケミストリーなど、幅広い用途に利用できます。一方、流体力学的キャビテーションは、主に流れの制御および流体力学の用途向けに設計されています。
   全体として、音響キャビテーションは、流体力学的キャビテーションと比較して、制御性、効率、安定性、汎用性に優れており、多くの産業用途にとって非常に有用な技術です。

超音波キャビテーション反応器

Hielscher Ultrasonicsは、産業用のさまざまな超音波プローブおよびキャビテーション反応器を提供しています。Hielscherのすべての超音波装置およびキャビテーション反応器は、高強度の用途と、全負荷での24時間・週7日運転に対応するよう設計されています。
設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質
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Hielscher UltrasonicsはISO認証企業であり、最先端技術と使いやすさを備えた高性能超音波装置に特に力を入れています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに適合しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。

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