蒸気の基礎：過熱蒸気
過熱蒸気は、乾燥、洗浄、硬化などの用途に最適です。その利点を今すぐ知り、蒸気の専門家になりましょう。
過熱蒸気は、飽和蒸気や不飽和蒸気のような別の蒸気タイプです。このタイプの蒸気は、沸点を超えて加熱することで得られます。その結果、蒸気温度が高くなります（密度は低くなります）。このタイプは主に発電用および蒸気タービン用に使用されます。
過熱蒸気は、実際には100%乾燥していません。通常、3～5%の水分が含まれています。これにより、熱伝達効率が低下したり、パイプの腐食が生じたりするリスクがあります。しかし、過熱蒸気には水分が不足しています。乾燥、洗浄、硬化などにぴったりの組み合わせです。
過熱蒸気と飽和蒸気：その違いは何ですか?
飽和蒸気を、沸点を超えて過熱すると、過熱蒸気が発生します。その過程で、残っている水滴から蒸気を分離します。そのため、過熱蒸気と飽和蒸気にはいくつかの違いがあります。
圧力-温度関係
飽和蒸気とは異なり、過熱蒸気は圧力と温度の間に直接関係がありません。これは、過熱蒸気が広範囲の温度で存在する可能性があることを意味します。通常は、圧力と過熱度（飽和蒸気温度を超える温度）によって指定されます。
温度を下げる
飽和蒸気と比較して、過熱蒸気も密度が低くなります。飽和蒸気の温度を下げると、水滴を含む液体の状態に戻ります。これは過熱蒸気には当てはまりません。
用途での使用
用途によっては、異なる蒸気タイプが必要です。この表では、各用途に適した蒸気のタイプを簡単に説明します。とはいえ、微妙な違いがあります。詳細については、この記事をご覧ください。
アプリケーション |
飽和蒸気 |
過熱蒸気 |
加熱 |
V |
|
殺菌消毒 |
V |
X |
乾燥 |
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V |
剥離 |
|
V |
洗浄 |
X |
V |
除菌 |
|
V |
触媒（水蒸気改質） |
|
V |
過熱水蒸気はどうやって作るのですか?
飽和蒸気がボイラーのドラムから過熱器と呼ばれる二次加熱区域に流れると、過熱蒸気が得られます。これは、飽和蒸気を過熱蒸気に変換する二次加熱です。熱が蒸発するだけで、超過熱蒸気と水は共存できません。そのため、メインボイラードラムの外側に過熱蒸気を発生させる必要があります。
過熱蒸気は、複数の段階で生成されます
過熱蒸気の長所と短所
過熱蒸気に水分が不足していることはすでに述べました。これは、いくつかの理由で重要です。
- 湿気がないのでボイラーの効率が向上します。
- 腐食やウォーターハンマーの発生の可能性を低減します。
それ以外にも、過熱蒸気にはいくつかの利点があります。
- 通常の圧力での高温
- 高圧をかけなくても高温に達するため、簡単に配管できます。圧力容器やボイラーの仕様に関係なく、高温になることがあります。
- 非常に高い熱伝導率
- 過熱蒸気は、高温の空気と比較して非常に高い熱伝導性を提供します。単位体積あたりの熱容量が大きいことが原因です。
- 低酸素状態
- 過熱蒸気は、酸素レベルが低いガスです。そのため、過熱された部品の酸化を防ぎ、火災や爆発の可能性を低減します。
蒸気を発生するときの腐食とは?
蒸気がボイラードラムから蒸発すると、不純物が残ります。スチームが濡れていると、水滴が汚れた不純物を溶かします。その結果、不純物は蒸気ネットワークおよび装置に運ばれます。その凝縮物は腐食や炭酸腐食による損傷を引き起こす可能性があります。
ウォーターハンマーとは
ウォーターハンマーは、液体が動いて圧力サージや波を起こす現象です。油圧衝撃とも呼ばれます。蒸気の場合：凝縮液が一塊になって高速で流れ、配管に衝突します。騒音と振動からパイプの破裂や崩壊まで、さまざまな問題が発生する可能性があります。用途ごとに適切な蒸気を使用するなど、これらの影響を回避または低減する手段があります。また、ブローオフバルブを使用するなどの方法もあります。
加熱に使用する場合は、過熱蒸気には欠点もあります。
- 低熱伝達率
- その結果、生産性が低下し、必要な熱伝達面積が大きくなります。
- 一定の圧力でも、蒸気温度は変化します
- 過熱蒸気は高速を維持する必要があります。そうでない場合、熱が失われるため温度は低下します。
- 熱を伝達するのに適した顕熱
- つまり、温度が下がると、製品の品質に悪影響を及ぼす可能性があります。
- 温度が非常に高い場合があります
- 過熱蒸気は標準圧で作動するため、特殊な配管は必要ありません。しかし、温度が非常に高くなる可能性があるため、より強力な構造素材が必要になる場合があります。これには、より高い初期設備投資が必要です。
熱伝達係数とは?
熱伝達係数を使用して、熱の伝達率を計算します。先ほど、こう書きました：「高い熱伝達係数には小さな熱表面が必要です。その結果、初期設備費が減りました」 飽和蒸気にはより多くの水が蒸発しているため、蒸気はより多くの潜熱も吸収しています。その結果、同じ質量に含まれる熱が多くなります。そのため、より多くの作業を行うことができます。
まとめ
- 過熱蒸気は、沸点を超えて加熱される蒸気です。
- 過熱蒸気は高温で密度が低くなっています。
- 主に発電や蒸気タービンに使用されます。乾燥、洗浄、硬化などの用途に最適です。ただし、滅菌には使用できません。
- 過熱蒸気には水分が含まれていません。これにより、湿気を許容しないプロセスに適したアプローチになります。さらに、腐食やウォーターハンマーの可能性を低減します。
- 圧力と温度の間には直接的な関係はありません。飽和蒸気とは異なり、過熱蒸気は幅広い温度範囲に存在する可能性があります。
- 過熱度は飽和蒸気温度以上の度合いのことです。
- 過熱蒸気の温度を下げると、飽和蒸気のような液体状態に戻ることはありません。
過熱水蒸気の3大利点：
- 標準圧での高温：簡単な配管が使用できることを意味します。
- 単位体積あたりの容量が大きいため、熱空気と比較して熱伝導率が非常に高くなります。
- 低酸素状態：酸化を防止し、火災や爆発の可能性を低減します
