高圧ホモジナイザーの種類
高圧ホモジナイザーはどのように分類されますか?
高圧ホモジナイザーの分類。高圧ホモジナイザーは、電源、加圧原理、相互作用チャンバーの設計と構造など、さまざまな視点に基づいて分類することができます。
高圧ホモジナイザー：分類
- エネルギー源による分類
電動式
電動ホモジナイザーは電動モーターで駆動されます。このカテゴリーのホモジナイザーはさらに2つのタイプに分けられます：直接駆動型と増圧型。
直接駆動型：モーターがクランクシャフトを駆動してプランジャーを前後に動かし、直接材料を加圧します。クランクシャフト内の複数のプランジャーが協力して一定の圧力と高い流量を生み出しますが、一定の圧力を維持するためには多量の材料が必要です。クランクシャフトを駆動するためには、マルチステージの減速機構が必要であり、そのため装置は大型化します。クランクシャフトを備えたホモジナイザーは低圧アプリケーションでの大規模な生産に適しています。
増圧型：増圧型高圧ホモジナイザーでは、モーターが増圧装置を駆動して材料を加圧します。増圧装置はより高い圧力を提供し、ホモジナイゼーションプロセスの性能を向上させます。増圧型ホモジナイザーの流量は直接駆動型よりも低く、少量の材料で高い圧力を実現します。このタイプは、少量のサンプルでの研究用途や高圧での生産用途に使用できます。ダイヤモンドのインタラクションチャンバーを装備した電動増圧型高圧ホモジナイザーは、高級ホモジナイザーのカテゴリーに属します。このタイプは、生物学、医薬品、ナノテクノロジーの研究室で広く使用されています。従来の増圧装置は油圧式ですが、新しいタイプのリニアアクチュエータによる電気シリンダーも性能が向上して登場しました。
手動式
手動ホモジナイザーは手動で材料を加圧します。手動ホモジナイザーの流量は少ないですが、携帯性があり、組み立てや分解が簡単です。非常に少量の材料が必要であり、小規模な実験に適しています。このタイプの装置は、バイオ医薬品研究開発のニーズをサポートする能力を持っています。手動高圧ホモジナイザーはハンドジェナイザー1とも呼ばれています。
エア駆動式
エア駆動式ホモジナイザーは圧縮ガスの圧力を油圧に変換します。そのため、窒素シリンダーまたはエアコンプレッサーのサポートが必要です。このホモジナイザーはガスの消費量と騒音レベルが高く、一般的に最大均質化圧力が低いです。ただし、独立した増圧ポンプ構造がないため、体積が小さく、圧縮窒素を備えた場所に適しています。
- 高圧ホモジナイザーにおける原理とインタラクションチェンバーの構造
第一世代: インパクトタイプ
キャビテーションノズル: このノズルの主な機能はキャビテーションであり、これによって乳化液が分離され、粒子サイズが増大します。ホモジナイザーの圧力の下で、物質は音速数倍の非常に小さい口径を持つキャビテーションノズルに流れ込みます。その間、粒子と金属バルブ部品との間で激しい摩擦と衝突が起こります。この摩擦により、装置の寿命が短くなり、衝突によって金属粒子が最終製品に混入する原因となります。
インパクトバルブ: インパクトバルブとインパクトリング構造は、タングステン合金材料を使用して局所的な摩耗を適度に減少させ、ホモジナイゼーションチェンバーの寿命を延ばします。インパクトバルブの役割は、インパクトとキャビテーションの組み合わせです。ただし、その基本原理は懸濁液中の物質が高硬度金属（タングステン合金など）の構造物と衝突することです。したがって、インパクトバルブは依然として金属粒子の残留問題を解決することはできませんでした。20世紀初頭までに、ほとんどの高圧ホモジナイザーにはインパクトバルブ部品が追加されました。
第二世代: インタラクションタイプ
Y型インタラクションチェンバー: Y型インタラクションチェンバーは、アメリカのいくつかのメーカーで使用されている、最も強力な均質化チェンバーの一つとされています。これらのシステムでは、流れは二つのチャンネルに分割され、同じ平面上で直角にリダイレクトされて単一の流れに進みます。高圧により、二つの流れの交差点で高速度が発生し、単一の流出流れ上で高いせん断、乱流、キャビテーションが生じます。ユニークなY型構造により、高速移動する物質が高圧溶液中で互いに衝突し、従来の設計よりもチェンバーの寿命が大幅に向上します。ダイヤモンド材料の使用により、金属粒子の残留物の形成を防ぎます。
Y型インタラクションチェンバーは、医薬品の乳化剤の調製に広く使用されており、キャビテーションを最小限に抑え、精巧で安定した粒子サイズとPDI（多分散性指数）の制御能力を提供します。Genizer社とMicrofluidics Corp.は、ダイヤモンドインタラクションチェンバーの主要なメーカーです。現在、Y型ダイヤモンドインタラクションチェンバーは主にハイエンドのナノテクノロジーで使用され、米国の医薬品産業の90%以上を占めています。Genizerの温度制御インタラクションチェンバーは、温度の急変を回避し、最大60,000 psiの作業圧力を実現します。
インパクト原理で設計された均質化チェンバーは、乳化効率の低下や金属粒子の残留物の発生などの問題を引き起こします。医薬品注射物の製造時に、粒子が内部の金属部品と衝突すると、不活性の金属粒子が残留します。これらの金属粒子は集まり、より大きな粒子を形成する可能性があります。医薬品の応用では、これは大きな粒子が毛細血管血流を減少させ、結果として人体の組織に機械的な損傷を引き起こし、急性または慢性の炎症を引き起こす問題となります。インタラクションチェンバーは、粒子残留物と乳化の問題を解決します。ただし、チェンバーの内部構造は、製品の濃度と粘度が高い場合、流れの遮断を引き起こしやすくなるという特性を持って
- 加圧の原理による分類
高圧ホモジナイザーは、シリンダ内のピストンを押すために大きな推力が必要とされます。回転モーターは速度を低下させ、トルクを増加させ、直線運動を直線往復運動に変換し、高い推力を得る必要があります。加圧の原理は、直接駆動型とインテンシファイア型のホモジナイザーでは異なる方法で動作します。
直接駆動型：モーターはクランクシャフトを駆動してプランジャを前後に動かし、材料を直接加圧します。複数のプランジャが一定の圧力を提供し、このタイプのホモジナイザーでは流量が高くなります。ただし、最小材料要件や残渣の生成量も高くなります。モーターによって駆動されるクランクシャフトは、多段減速機構を必要とし、ホモジナイザーの効率を中程度に制限し、大型の寸法が必要となります。このタイプのホモジナイザーは、食品や化学産業など、高圧要件がない他のアプリケーションに適しています。
インテンシファイア型：インテンシファイア型ホモジナイザーは、近年の超高圧技術の発展の結果です。その仕組みの一つは、モーターがオイルポンプを駆動して液圧システムを介して材料を加圧するものです。液圧システムによる圧力は、直接駆動型ホモジナイザーよりも高く、体積や最小材料要件も小さくなります。インテンシファイア型ホモジナイザーは、高圧を必要とするラボや生産ホモジナイザーの両方に適用できます。液圧ホモジナイザーは費用がかかりますが、液圧インテンシファイアは低周波で高推力のピストン運動を実現し、機械の寿命を延ばし、メンテナンスコストを削減できます。また、パラレル四気筒技術を使用することで、アキュムレータなしで安定した圧力を得ることができ、最大45,000 psiの超高圧を実現できます。
過去には、ほとんどの高圧ホモジナイザーは直接駆動型でしたが、このタイプの欠点が明らかになっています。寿命が短く、圧力が100 MPaを超える場合には特に耐圧部品の頻繁なメンテナンスが必要です。液圧ホモジナイザーは製造コストが高いですが、耐久性が高く、耐圧部品のメンテナンスコストが低くなります。
