トラップ周辺の機器 前編

1. 温度制御の問題点

2. 蒸気の圧力制御

3. 100℃以下の蒸気 前編
(真空蒸気とは？)

4. 100℃以下の蒸気 後編
(真空蒸気加熱システム)

100℃以下の蒸気 後編（真空蒸気加熱システム）

真空蒸気加熱システムとは？

スチーム加熱機能が組み合わされた電子レンジの新製品が発売され、評判を呼びました。これは過熱蒸気（スーパーヒート蒸気）で＜焼く＞方式のようですね。つまり、蒸気の直接加熱利用の一つです。一方、私達が工業分野で蒸気を加熱源として用いる場合は、熱交換器などを用いる間接加熱が多く採用されています。
間接加熱利用で、60℃や90℃などの熱源温度が必要な場合は、温水を循環させる方式がよく用いられますが、蒸気でもこれらの温度域の加熱ができることをご存知ですか？しかも、熱源である蒸気の温度そのものを60℃や90℃にすることができるのです。私達はこの蒸気を真空蒸気と呼んでいます。
真空蒸気加熱システムは大気圧以下の飽和蒸気を加熱源として用いることができるシステムです。他の熱源に比べ、真空蒸気加熱システムには以下の特長があります。
   ・温度ムラのない均一な加熱ができる
   ・温水などに比べて素早い加熱ができる
   ・製品と熱源の温度差（ヒートショック）を小さくできる
   ・設備の省スペース化が図れる
などです。

真空蒸気加熱と温水加熱の違いについて

真空蒸気加熱と温水加熱の違いをイメージ図で表してみました。温度ムラや加熱の速さなどに差が生じるメカニズムを図説しています。

総括伝熱係数について

熱の伝わり易さは、総括伝熱係数Uという数値で表されます。U値が大きいほど熱が良く伝わるといえます。熱量の移動はQ=AUΔTで表されますので、同じ伝熱面積（＝同じ釜）同じΔT（＝被加熱物と目標温度がおなじ）であれば、U値が大きいほどたくさんの熱量が伝えられることになります。
Q：熱量[kJ]、A：伝熱面積[m²]、ΔT(T1-T6)：温度差[℃]、U：総括伝熱係数[W/m²k]
すなわち、同じ釜で同じ生産物でもU値を上げればバッチ時間を短縮できる可能があるということです。
U値は伝熱抵抗Rの逆数として表されますので、U=1/Rの関係があります。
熱源側の熱の伝わりやすさをh1で表します（hを境膜伝熱係数と呼びます）。
  *温水：1000〜6000[W/m²k]、蒸気：6000〜15000[W/m²k]
被加熱物側の熱の伝わりやすさをh2で表します。
  *水の場合：1000[W/m²k]程度
釜の熱の伝わりやすさをλ（熱伝導率）で表します。
  *炭素鋼：50[W/mk]、ガラス：0.9[W/mk]など釜の厚みをLで表します。
  *0.015[m]など
このように置くとR=1/h1+L/λ+1/h2＝1/Uの関係があります。

このように見てみると、釜の材質に大きく左右されることがわかります。ご家庭でも銅やアルミのなべの方が美味く調理できる・・というのはこのことからも言えそうです。ガラスのなべを使う料理人はあまりいないようです。ガラスは熱を伝えにくいのです。そのため、炭素鋼の釜では熱源を変えると数十%向上するU値が、ガラスライニングされた釜などでは、熱源を変えてもU値の変化は数%程度になってしまいます。しかし、逆に釜部分でほとんど律速するとあきらめられがちな釜でも熱源変更だけで数%もU値を向上させることができるならチャンスという見方もできます。釜の材質を変えられないけれども既存設備の能力をアップさせたいという場合には熱源変更が大きな意味を持ってきます。

U値:総括伝熱係数の計算

下記の例を参考に数値を入力し｢計算する｣をクリックしていただけますと、総括伝熱係数が計算できます。

各数値の参考例）
項目		参考値				単位
h1:熱源の熱の伝わりやすさ		温水:1000〜6000		蒸気：6000〜15000		[W/m²k]
h2:被加熱物の熱の伝わりやすさ		水：1000				[W/m²k]
λ:釜の熱の伝わりやすさ		炭素鋼：50		ガラス：0.9		[W/m･k]
L：釜の厚み		0.015				[m]

100℃以下の蒸気 プチ・クイズ

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