Hielscher Ultrasonics
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超音波電気化学システム – 2000ワットの超音波

超音波電気化学は、電気化学とソノケミストリーの利点を組み合わせたものです。これらの手法の最大の利点は、簡便さ、低コスト、再現性、拡張性です。Hielscher Ultrasonicsは、バッチ処理およびインライン処理に使用できる、完全な超音波電気化学システムを提供しています。このシステムは、以下で構成されています。

  • 自動チューニング、振幅制御、高度なデータ記録機能を備えた先進的な超音波発振器（2000ワット）、
  • 超音波ホーンを備えた強力な振動子（産業用グレード、2000ワット、20kHz）、
  • 超音波振動を低減しない電気絶縁体
  • 振幅を増大または低減する超音波ブースターホーン
  • さまざまなソノトロード設計（ソノトロードが電極となります。陰極または陽極として使用します。）
  • セル壁を交換できるフローセル反応器（アルミニウム、ステンレス鋼、鋼、銅、…）

超音波と電気化学を組み合わせるためだけに、独自のシステム開発に時間を費やす必要はありません。標準的な超音波装置に電気的な改造を加える必要もありません。この産業用超音波電気化学システムを導入し、化学研究とプロセス最適化に労力と時間を集中させてください！

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2000ワットの超音波処理装置と電気化学インライン反応器を備えた、完全な超音波電気化学システムを示しています。

フローセル反応器を備えた完全な超音波電気化学システム

すぐに使用できる超音波電気化学システム

超音波電極は、電気化学プロセスの効率、収率、転化率を向上させます。Hielscher Ultrasonicsは、用途に合わせて調整できる柔軟な構成を備えた、使いやすい超音波電気化学システムを提供しています。このシステムは、一般的な研究開発やプロセス最適化に加え、中規模の生産にも適しています。UIP2000hdT（2000ワット、20kHz）のソノトロードは、バッチ処理システム、またはフローセルを用いたインライン処理で電極として使用できます。独自の電気絶縁設計を採用しています。超音波電気化学用に振動子をアップグレードしても、超音波出力は低下しません。
標準のソノトロード／電極はグレード5のチタン製で、側面に沿った超音波強度の均一性を最適化するように設計されています。ほかの設計や、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼などの材料も用意されています。この設計の専用フローセル反応器はアルミニウム製の本体を備え、両端のプラスチック製接続部によって電気的に絶縁されています。アルミニウム製の形材は低コストの犠牲電極として使用でき、鋼、ステンレス鋼、銅などのほかの材料に容易に交換できます。ほかのセル径や設計も用意されています。図に示すセルでは、超音波電極とセル本体の間に約2–4 mmの隙間があります。そのため、超音波はセル本体にも音響流とキャビテーションを生じさせます。この設計の標準品はすべて、ドイツと米国の当社倉庫に在庫があります。もちろん、同じシステムを、電気を使用しないほかのあらゆる超音波プロセスやソノケミストリープロセスにも使用できます。このシステムは、大きな電気パルス（HEP）を用いる超音波支援プロセスにも使用できます。

先進的な産業用グレードの構成部品

UIP2000hdTは、卓上試験と生産の間の隔たりを埋めるために、多くのお客様に使用されています。Hielscherの装置はすべて、連続運転 – 24h/7d/365dに対応するように製造されています。UIP2000hdTは、タッチスクリーン、イーサネットインターフェース、SDカードへの24/7のExcel互換CSV形式での記録機能、温度監視用の熱電対を備えています。ブラウザーからUIP2000hdTを制御できます。UIP2000hdTに接続できるデジタル圧力センサーも用意されています。UIP2000hdTは、電極における実際の正味出力を表示できます。これは、液体中の正味の機械的超音波出力です。これにより、例えばプロセス制御や最適化のために、超音波処理を毎秒監視し、確認できます。Hielscherの超音波装置は、非常に高い再現性と反復性を持つ結果をもたらします。得られた結果を生産規模まで線形にスケールアップできます。もちろん、Hielscherの技術チームが適切な実験の構築を支援し、Hielscherがお客様と協力してプロセスの実現に取り組みます。

この超音波電気化学システムには、追加で望むものはほとんどありません。残る唯一のものは、二本目の電極として使用する二台目のUIP2000hdTかもしれません。

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超音波電極の使用について詳しい情報をご希望の場合は、以下のフォームをご利用ください。お客様の要件を満たす超音波システムをご提案いたします。





超音波電気化学Hielscherは、超音波電気化学プロセスの装置構成で電極として使用できる超音波処理装置を製造しています。この構成を学術研究や製造にご活用ください。超音波処理は電流を増加させ、不動態皮膜を除去し、物質移動を改善することで、反応速度と収率を向上させます。

この化学分野に初めて取り組む方は、以下でソノケミストリー、電気化学、超音波電気化学について詳しくご覧いただけます。

ソノケミストリー + 電気化学 = 超音波電気化学

超音波電気化学は、電気化学とソノケミストリーを組み合わせたものです。

電気化学

電気化学は、物理化学に電気を加えます。電子を移動させることで試薬や反応物を活性化する高度な手法です。目的に応じた選択的な化学変換を可能にします。電気化学は表面現象です。

ソノケミストリー

ソノケミストリーは、化学反応に音響流とキャビテーションによる流れ、および活性化エネルギーを加えます。ソノケミストリーにおいて最も重要な機構はキャビテーションです。超音波場でキャビテーション気泡が崩壊すると、5000ケルビンを超える温度、最大1000気圧の圧力、最大時速1000キロメートルの液体ジェットなど、極端な条件を持つ局所的なホットスポットが生じます。これにより、電極表面での電気化学反応が改善されます。
ソノケミストリーについて詳しくはこちら！

超音波電気化学

超音波電気化学は、電気化学システムに超音波処理を適用することで、上記の二つの手法を組み合わせます。超音波は、重要な電気化学的パラメーターと化学プロセスの効率に影響を与えます。超音波の存在により、電気化学セル内の電気化学溶液、または電気化学分析対象物質の流体力学的挙動が大幅に改善されます。電極を超音波ホーンに結合すると、電極表面の活性と、セル全体における電気化学分析対象化学種の濃度分布に好影響を与えます。超音波の機械的作用は、バルク溶液から電気化学活性表面への電気化学種の物質移動を改善します。超音波電極は、電極表面の拡散層の厚さを低減し、電極上の析出層／電気めっき層の厚さを増大させ、電気化学反応の速度、収率、効率を向上させ、電極上の析出層の多孔性と硬度を高め、電気化学溶液からのガス除去を改善します。また、電極表面を洗浄して再活性化し、電極表面での金属の不動態化の解除と気泡の除去（キャビテーションと音響流によって誘起される）によって電極の過電圧を低減し、電極の汚損を抑制します。超音波電気化学の用途には、電解重合、電気凝集、有機電解合成、材料電気化学、環境電気化学、電気分析化学、水素製造、電極上への析出などがあります。

2kWの超音波装置と電解セルを備えた超音波電気化学装置

超音波電気化学プロセスにすぐに使用できる超音波装置

フローケミストリー用途における超音波電気化学

フローシステムで超音波電気化学プロセスを実施する場合、流量を変えることで超音波電気化学反応の滞留時間を調整できます。再循環させて繰り返し処理することも、ポンプでセルを一回だけ通過させることもできます。再循環は、例えば冷却や加熱のために熱交換器を通過させるなど、温度制御に有利な場合があります。
超音波電気化学セル反応器の出口に背圧弁を使用すると、セル内部の圧力を高めることができます。セル内部の圧力は、超音波処理を強化し、気相の生成に影響を与えるうえで非常に重要なパラメーターです。また、沸点の低い反応物や生成物を扱う場合にも重要です。
フロースルーモードでの運転は連続運転を可能にし、その結果、より多量の生産が可能になります。
材料がソノトロードとセル壁などの二つの電極の間を流れる場合、電極間の距離を短くできます。これにより、移動する電子数をより適切に制御でき、反応の選択性も向上します。その結果、生成物の精度、分布、収率が改善される可能性があります。
一般に、フローセル反応器を用いた超音波電気化学反応は、バッチプロセスにおける対応する反応よりもはるかに速く進む場合があります。最大で数時間かかることのある反応も、数分で完了し、より良い生成物を得られる場合があります。

関連トピック

文献／参考文献

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