水蒸気発生装置とは
水蒸気発生装置とは、水を加熱して水蒸気を生成する装置のことです。
水の加熱には、タービンや燃焼炉などを用いる方法と電力を用いる方法があります。電力を使用する加熱にはヒーターを用いる電熱式のほかに、水そのものに電気を流す電極式や電磁誘導を利用する方法などがあります。
水蒸気発生装置の使用用途
図1. 温度により変わる水蒸気の用途
水蒸気発生装置は食品業界に大きな需要があり、電子レンジやオーブンなどの家庭用調理器に内臓されている事例数も多いです。食品以外の業界においても、樹脂やプラスチック材料の焼成・炭化処理・軟化処理や金属・ガラスなどの加熱加工や洗浄・乾燥処理、器具の殺菌、あるいはゴミの減容や焼却などに使われています。
特に、クリーンスチーム発生装置やピュアスチーム発生装置は、高い清浄性が求められる食品・製薬・医療分野や、半導体・化学工場での部品洗浄と乾燥、研究所の滅菌工程やクリーンルームの加湿などに不可欠です。温度100℃以上の飽和水蒸気を用いれば、酸化を起こさずに食品の調理・焙煎・焼成や殺菌・乾燥などを行うことができるため、さまざまな分野で重宝されています。
水蒸気発生装置の原理
水蒸気発生装置は、求められる純度に応じて原料水 (水道水など) から不純物を取り除くための軟水器あるいは純水製造装置と純化処理された水の貯留タンク、そして水蒸気を生成する加熱部分で構成されます。
1. 高純度水蒸気発生装置
図2. 過熱水蒸気発生装置とクリーンスチーム発生装置
水蒸気の純度を高めるためには、原料の水の純度が高いことと、製造工程で不純物や飛沫水の混入を防ぐことが重要です。 クリーンスチームやピュアスチームを得るためには、蒸気の元となる水からの異物除去を徹底する必要があり、原料として用いられるのは純水あるいは超純水です。
また、蒸気発生装置の水と接する面 (内面) からの成分溶出を抑えるため、内面全てをステンレスで覆います。さらに、汚染物質を多量に発生するボイラーなどを直接の熱源とはせずに、別途発生させた蒸気を熱源としてステンレス製の熱交換器を用いることで、原料水を加熱する方法が一般的です。
2. 過熱水蒸気発生装置
通常の水蒸気発生装置で発生した水蒸気をさらに加熱するために、電熱ヒーターなどを用います (図2) 。加熱空気 (熱風) と比べた場合の過熱水蒸気の利点は、保有熱量が極めて大きいことと、酸素をほとんど含まないことです。
そのため、酸化反応による劣化や火災・爆発などの事故を防ぎながら、食品や機械部品などの乾燥や加熱加工を効率よく行えます。温度が170℃を超えると、過熱水蒸気の乾燥能力が同じ温度の空気 (熱風) を上回るとされています。
図3. 過熱水蒸気と加熱空気の保有熱量の差
過熱水蒸気中に物体を置くと、複雑な形状であっても隅々まで水蒸気が行き届くため、物体を均一に加熱することが可能です。物体が加熱されて表面温度が100℃を超えると、表面の水が急速に蒸発して乾燥が促進され、さらに加熱を進めると炭水化物の炭化が起こります。
水蒸気発生装置の種類
1. 過熱水蒸気発生装置
水は1気圧下で100℃を超えると、全て蒸発して水蒸気となります。この水蒸気をさらに加熱して超高温の水蒸気を作るのが、過熱水蒸気発生装置です。
専用の高圧容器の中で発生させる過熱水蒸気は研究機関などで使用されていますが、大型で高価な装置を必要とし、高圧水蒸気そのものの取り扱いが難しいため、用途は限られます。そのため、一般的に用いられるのは、大気圧下で使用される常圧過熱水蒸気です。
最高温度が1,200℃という過熱水蒸気を発生させる製品もありますが、通常は500℃以下での使用事例が多くなっています。
2. 高純度水蒸気発生装置
発生させる水蒸気が過熱水蒸気かどうかにかかわらず、食品加工、半導体の洗浄、医薬品の製造などでは、不純物や飛沫の混入をできるだけ抑えた純度の高い水蒸気を求められる場合があります。このような需要に合致するものが、クリーンスチーム (蒸気) 発生装置あるいは ピュアスチーム (蒸気) 発生装置として販売されています。
| 普通の蒸気 | クリーンスチーム | ピュアスチーム | ||
|---|---|---|---|---|
| 用途例 | 一般加熱用途 | 食品加工 | 医療機関等での滅菌・加湿、化粧品製造 | 製薬、SIP（定置殺菌） |
| 給水の質 |
軟水 +清缶剤等 |
軟水 +食品添加物等 |
純水 | 超純水 |
| 配管等の材質 | 炭素鋼や鋳鉄等 | ステンレス | ||
| 浄化方法 | ー | フィルター | 純度の高い原水を用い、汚染の無い製造環境を保つ | |
参考文献
https://www.shinnetsu.co.jp/products/product04/
https://www.racoon.co.jp/product/ps.html
http://www.dhf.co.jp/products/machine/induction/steam/
https://www.aperza.com/catalog/page/5941/15558/
https://www.nomura-genesis.com/duties/
https://www.tokuden-upss.com/