증기와 온수는 모두 산업계에서 열원으로 널리 사용됩니다. 이 둘은 서로 달라 보이지만, 실제로는 전부 물로 구성됩니다. 그렇다면 이 두 가지 열원을 어떻게 다르게 사용해야 할까요?

대기압에서 물의 끓는점은 100 °C 입니다. 100 °C가 넘는 온도에서 물을 액체 형태로 사용하려면 포화온도 이상의 압력을 지속적으로 유지해야 합니다.

반대로, 대기압에서 증기의 포화 온도는 100 °C 이므로 감압 밸브를 사용하여 증기 압력을 낮추는 방법만으로는 온도가 100 °C 보다 낮은 포화 증기를 만들 수 없습니다.100 °C 보다 낮은 온도에서 증기를 정확하게 조절하려면 진공 펌프가 필요합니다.

그렇기 때문에 100 °C 미만의 온도로 가열하기 위해서는 온수를 사용하고 100 °C 가 넘는 온도에서 가열하려면 증기를 사용하는 경우가 대부분입니다.

여기서는 포화 증기를 간단히 증기라고 지칭하겠습니다. 증기는 가열 매체로 사용하면 다음과 같은 장점이 있습니다.

• 응축을 통해 열을 전달합니다. 응축 시에 많은 양의 잠열을 방출합니다.
• 일정한 온도(포화 온도)에서 응축됩니다.

이 두 가지 이유로 증기는 온수보다 더 빠르고 균일하게 가열할 수 있습니다.

진공 증기 가열 시스템은 포화 증기의 장점을 100 °C 미만에서 가열하는 데 이용할 수 있도록 개발되었습니다. 반대로, 온수는 대류를 통해 현열을 전달합니다. 이 과정에서 온수는 현열을 제품에 전달하고, 온수 자체의 온도가 낮아집니다.

그러므로 온수 가열은 증기 가열보다 균일하지 않고 열 전달 속도가 더 느립니다.

진공 증기 가열 시스템이 출현하자 100 °C 미만에서도 증기 가열이 가능해졌습니다. 균일성과 열 전달율이 증기 가열보다 낮은 온수 가열이 아직도 장점이 있을까요?

TLV는 그렇다고 주장합니다. 온수 가열의 특징은 증기 가열과 다릅니다. (예를 들어 발열 반응 등을 통해) 제품 자체에서 열이 발생하고 제품이 가열 매체보다 더 뜨거워지는 몇몇 가열 공정이 있습니다. 이런 추가 열을 올바르게 제거하지 않으면 전체 온도가 너무 높아져 제품을 망칠 수 있습니다.

이렇게 되지 않도록 과도한 열을 제거하고 제품을 적절하게 식혀야 합니다. 온수는 이런 경우에 강력한 도구가 됩니다. 온수를 제품 냉각 매체로 사용할 수 있습니다. 냉각 공정에서는 온수가 대류를 통해 제품의 열을 다시 흡수합니다. 온수가 이 열을 모으는 효율은 가열 공정에서 열을 전달하는 효율과 같습니다.

이런 공정에서는 온수가 전체 열전달 표면을 지속적으로 통과하는 열전달 방식인 강제 대류를 사용합니다. 물이 강제 대류를 통해 제품의 열을 흡수하므로 열을 외부로 전달하여 시스템을 냉각할 수 있게 됩니다.

증기를 냉각 용도로 사용하면 어떨까요? 증기는 온수와 마찬가지로 제품보다 온도가 더 낮을 경우 열전달 표면을 지나서 이동할 때 제품의 열을 일부 흡수합니다.

증기를 가열 공정에 사용하면 열을 잃은 후 응축되어 새 증기가 챔버에 유입될 수 있습니다. 하지만 증기 자체를 가열하면 증기가 응축되지 않으며 새 증기가 챔버에 유입되지 않습니다. 게다가 스팀트랩이 장비에서 증기가 유출되지 않도록 하기 때문에 증기가 제품을 식힐 만큼 열을 충분히 가져가지 못합니다.

증기가 간접 냉각 공정에 적합하지 않는 또 다른 이유는 열용량이 온수보다 낮기 때문입니다.

예를 들어 체온이 일반적으로 약 36.5 °C 인 성인은 기온이 30 °C 인 날에 밖에 서 있으면 덥다고 느끼지만, 수온이 30 °C 인 욕조 안에 앉아있으면 한기를 느낄 수 있습니다. 온도가 같아도 공기 (증기 같은 기체) 는 물보다 열전달 효율이 더 낮기 때문에 인체에서 흡수하는 열이 더 적습니다.

• 증기 가열: 가열 공정에서 유용한 빠르고 균일한 열전달
• 온수 가열: 가열 및 냉각이 모두 가능하여 냉각을 수반하는 가열 공정에 유리

증기 또는 온수 중 무엇을 사용하여 가열할지 선택할 때 이런 차이점을 기억하십시오.

하지만 냉각 공정에 관해서는 온수의 대안으로 고려할 수 있는 진공 증기 냉각이라는 또 다른 방법이 있습니다. 진공 증기 냉각에 대해서는 이 기사에서 더 자세히 설명합니다.