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蒸気の基本

クリーンスチームとピュアスチーム

蒸気の質とは?

「蒸気の質」について考えてみたことはありますか?食品、電子材料、医薬品等生産物によっては、使用する蒸気に一定の質が求められる場合があります。蒸気の質への取り組みとは、ゴミなどの異物やドレン水滴などが含まれていない「きれいな蒸気」を理想として、どれだけその状態に近づけられるかという取り組みであると言えます。

そもそも蒸気は水が蒸発したものであるため、凝縮ドレンはともかく、純粋なH2O(水)の気体であれば、H2O以外の異物は何も混じっていないはず、なのですが、実際にはそれほど簡単な話ではないようです。

蒸気の質を左右する要素

蒸気の質を左右する要素として、以下が挙げられます。順番に詳しく見ていきましょう。

  • 水とその処理方法
  • 蒸気発生装置
  • 蒸気輸送過程
水とその処理方法

通常、蒸気は軟水化処理した水を沸騰させて発生させます。ボイラーへの給水として用いられる軟水は、目に見えるような大きな異物はもちろん、水中に多く含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオンを規定値以下まで除去しています。

それでも、規定値以下のイオンや除去対象以外のイオンが含まれます。また、脱気の程度によっては、酸素や二酸化炭素などのガスが混在しています。更に、一般のボイラーではボイラー缶体(ドラムや伝熱管など)保護のための清缶剤や、配管保護のための復水処理剤などの薬剤がしばしば注入されます。

ガスは蒸気と共にボイラーや蒸気発生器から流れていきます。イオンや薬剤などは、蒸気発生器内の水の一部が蒸気にならずに水のまま飛び出すと、それらと一緒に使用先に向かって流れていきます。その結果、蒸気使用先ではH2O以外のガスやイオン、薬剤などが混じった蒸気を使用することになります。従って、蒸気の質を成分のレベルまで掘り下げて考える場合には、蒸気の元である水に、何がどの程度混じっているのかという点が重要になります。

蒸気発生装置、蒸気輸送過程

液体の水を気体である蒸気に変えるボイラーや、蒸気発生装置についてはどうでしょうか。ボイラーや蒸気発生装置の伝熱面は、水や蒸気に直接触れます。そのため、伝熱面から成分が溶出するようなことがあると、いくら給水の質にこだわっても蒸気の質が低下してしまう可能性があります。蒸気輸送過程も同様で、溶出などによって蒸気の質を低下させる恐れがあります。

蒸気の質に応じて求められるシステム

間接加熱の熱源として使用するため、異物などが多少混在していても問題ない場合通常の蒸気システム

目視できるレベルで異物の混入がなければよい場合通常の蒸気発生、蒸気輸送の設備を用いて、蒸気を使用する直前にフィルターを通す

純粋なH2Oのみの蒸気でなければならない場合元の水から異物除去を行い、発生及び輸送の過程でも混入がない設備を用いる

純粋な蒸気(クリーンスチーム/ピュアスチーム)のための条件

最も条件が厳しい、純粋なH2Oのみの蒸気でなければならない場合には、蒸気の元となる水の段階から、徹底して異物除去を行う必要があります。そのため純粋な蒸気を得るためにはRo水などの純水が使用されます。蒸気発生装置も接液部からの成分溶出を抑えるため、ステンレス製の伝熱面を持ったものが用いられます。

そのため、蒸気発生器はボイラー用に直火を熱源とするのではなく、ボイラーで発生させた一般蒸気を熱源として、ステンレス製の熱交換器で蒸気を発生させるリボイラーの様式が採られます。もちろん、輸送配管やバルブ類もステンレス製が使用されます。このようにして生成され、輸送される蒸気は、クリーンスチームやピュアスチームと呼ばれます。

純水を超えた水「超純水」

純粋を超えた水として、「超純水」というものが存在します。JIS規格では「TOC値(有機物中の炭素量)が非常に少ない」「抵抗率が18MΩ/cm以上」などと定義されていますが、成分ごとの量などで明確な規定があるわけではないようです。
純水(Ro水)と超純水は以下のように区別されます。

純水

(Ro水の場合)逆浸透膜を通して不純物を除去した水

超純水

純水をベースに、用途にとって有害な成分を更に減らす処理(活性炭処理、紫外線処理、限外ろ過膜処理など)を施した水
※医薬・医療の分野では、精製水・滅菌精製水・注射用水などと分類されることもあります。

超純水を使用する工程では、原料や製品に触れる蒸気、原料や製品が流れる配管に触れる蒸気も、全て超純水から発生させた蒸気が使用されます。具体的には、輸液製剤や注射液、注射剤などの原料や製品が流れるラインを殺菌消毒するSIP(定置殺菌)用蒸気などです。

  普通の蒸気 クリーンスチーム ピュアスチーム
蒸気の用途 一般加熱用途 食品用途など クリーンルーム
加湿など
輸液製剤・注射液・注射剤・SIP(定置殺菌)など
ボイラー給水の質 軟水(+清缶剤+復水処理剤 など)
※食品用途では食品添加物グレードの薬剤を使用
純水 超純水
蒸気製造・
輸送機器の材質
炭素鋼や鋳鉄がメイン ステンレス製
蒸気をきれいに
するための方法
何もしない 普通の蒸気をフィルターに通して異物を除去 きれいな水からきれいな蒸気を作り、きれいな状態を維持して輸送する
※元々きれいな蒸気なのでフィルター等は使用しない