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Sep 10, 2023

過熱蒸気とは何ですか?またその用途は何ですか?

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過熱水蒸気というと涼しそうですが（かなり熱いです）、一体何なのでしょうか？ 実際に何に使えるのでしょうか？

ここでは、過熱蒸気という用語の意味を探り、その興味深い用途と利点のいくつかを明らかにします。

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過熱蒸気は、所定の圧力下で、原料液体の沸点、別名蒸発点よりも高い温度の蒸気の形態です。

これは、飽和蒸気または湿った蒸気と呼ばれるものに対する相対的な状態です。 この種類の蒸気は、所定の圧力で発生源の沸点をわずかに超える蒸気です。

飽和蒸気は、原料液体と蒸気の両方が同じ温度で、蒸発/凝縮速度が平衡状態にあるときに形成されます。 つまり、同じ空間に蒸気と液体が共存できるということです。

この点を超える追加の熱と温度が蒸気に加えられた場合、それは x 量の「過熱度」とみなされます。 この時点で、すべてではないにしても、ほとんどの水分の痕跡が消去され、「乾燥」し、過熱蒸気が形成される傾向があります。

したがって、過熱蒸気は「ある程度冷却（内部エ​​ネルギーを失い）することができ、その結果、状態をガスから飽和蒸気と液体の混合物に変化させる（つまり、凝縮させる）ことなく温度を下げることができます。」 - ウィキペディア。

実際、過熱水から生成された蒸気は、その中に非常に多くのエネルギーを蓄えているため、実際に火災を引き起こすために使用することができます。

「不飽和蒸気（水蒸気と液体の水滴の両方を含む混合物）を一定の圧力で加熱すると、蒸気の質（乾燥度または飽和蒸気の割合を考えてください）が 100% に向かって増加し、乾燥するにつれて、その温度も一定に保たれます（継続的な熱入力により、乾燥した飽和蒸気が「超」加熱されます。 - ウィキペディア。

過熱蒸気は、例えばボイラーから汲み出された蒸気を利用して生成することができる。 次に、過熱器と呼ばれる別の加熱装置を通過し、直接接触または放射によって追加のエネルギーが蒸気に伝達されます。

このタイプの蒸気は、飽和蒸気または湿った蒸気よりもはるかに多くのエネルギーを持っており、飽和蒸気よりも強く働くことができます。 ただし、過熱蒸気のエネルギー含有量は、特定の用途にはあまり役に立ちません。

「過熱蒸気は空気と同じ熱伝達率を持ち、断熱性があり熱伝導率が低いためです。

飽和蒸気は加熱用途に好まれますが、過熱蒸気は主に発電やタービンで使用されます。 発電と加熱の両方に蒸気が必要な場合は、蒸気を過熱して飽和状態まで減温することができます。」 - Nationalboiler.com。

過熱蒸気の代表的な用途をいくつか紹介します。

過熱蒸気にはいくつかの消毒用途がありますが、必ずしも最良の選択肢であるとは限りません。 過熱水蒸気は、結局のところ、効果的に乾燥します。

これは、過熱蒸気には飽和蒸気または湿り蒸気に対していくつかの欠点があるためです。 実際、後者は過熱蒸気よりも熱の伝達に優れており、消毒目的により適しています。

過熱蒸気は湿り蒸気よりもはるかに高い温度に達する必要があるため、製品を長時間さらす必要があります。 同じ理由で、過熱蒸気は暖房には役に立ちません。

ただし、わずかに過熱した蒸気は、バイオフィルムや硬い表面などの抗菌消毒に使用できます。

過熱蒸気は発電などに最適です。 その膨大な内部エネルギーは、タービンブレードや往復ピストンに対する機械的膨張を介して運動反応に有効に利用できます。

過熱蒸気は、仕事のために大量の内部エネルギーを放出し、（タービン/ピストン エンジン内の所定の圧力で）液体の水蒸気点以上に留まることができるため、飽和蒸気よりも好まれます。

高圧では、湿った蒸気には液滴が含まれており、一般に圧縮するのが非常に困難です。 このような液滴は、タービンやエンジンの機械要素に衝撃による損傷を引き起こす可能性もあります。

飽和蒸気も温度と圧力が低下すると凝縮する可能性があります。 液体の液滴が形成されると、タービンブレードに孔食が発生する可能性があります。

十分な力がかかると、タービンやエンジンの重要なコンポーネントが曲がったり、ひび割れたり、破損したりする可能性もあります。 明らかに、これは、特に大型で高価なタービンにとっては望ましくない。

過熱蒸気は、パイプを通過する蒸気速度を高めることもできます (通常、100m/秒 ）。 これは、(圧力降下が過度にならない限り) より小さなパイプを使用して伝送できることを意味します。

原子力発電所でも広く使用されています。

過熱蒸気は蒸気機関車やその他の蒸気エンジンで広く使用されました。 機関車を動かすには飽和蒸気よりも経済的で効率的であることが証明されました。

実質的に乾燥しているため、蒸気が機関車のシリンダー内で凝縮する可能性が低くなり、定期的にシリンダーを排水する必要がなくなりました。

過熱蒸気は、次のようなさまざまな加工用途にも使用されます。

- 乾燥

- クリーニング

- 水蒸気酸化

- 重ね着

- 反応工学

- エポキシ乾燥

- 硬化

- 化学反応処理

- 触媒作用

- エネルギーシステム

- ナノテクノロジー

ほんの少し例を挙げれば。

食品加工にも使用でき、大きな効果を発揮します。 過熱蒸気は適切な状況で熱を素早く伝達できるため、何かを急速に加熱するために使用できます。

「食品加工に過熱蒸気を使用する主な利点は、製品の品質 (色、収縮、再水和特性) の向上、酸化損失の減少、エネルギー効率の向上です。」 - Alfy A. et al.

過熱蒸気は、ある種の害虫駆除にも使用できます。 たとえば、土壌蒸しに使用できます。

ここで蒸気が土壌に誘導され、ほとんどすべての有機材料が劣化します。 土壌蒸しは、農業における化学物質の使用に代わる効果的な代替手段です。

これは問題の原料液体に完全に依存します。 蒸気が過熱されるには、液体成分のすべてではないにしても、ほとんどが失われる程度にその液体の沸点を超える必要があります。