蒸気をお湯に交換するにはどれくらいの量の蒸気が必要ですか?

蒸気で水を加熱するために必要な蒸気の量は、蒸気圧、温度、お湯の目標温度、熱伝達効率、システムの熱損失など、多くの要因によって異なります。以下は、蒸気の放出が主に潜熱であり、大きな熱損失がないことを前提とした簡略化された計算方法です。

1. 基本式：

   質問=mhot water⋅c⋅ΔT+mhot water⋅L(お湯を蒸発させる必要がある場合)Q = m_{\text{hot water}} \cdot c \cdot \Delta T + m_{\text{hot water}} \cdot L \quad (\text{お湯を蒸発させる必要がある場合})質問=メートルお湯​⋅c⋅ΔT+メートルお湯​⋅L(熱湯を蒸発させる必要がある場合)

   で：

   • $質問$: 総カロリー必要量（キロジュール、kJ）
   • mお湯m_{\text{お湯}} メートルお湯​: 熱水の質量（kg）、1立方メートルの熱水はおよそ1000kg（密度は約1g/cm³と仮定）
   • $c$水の比熱は約4.18 kJ/(kg·℃)です。
   • $\Delta T$：給湯温度上昇値（℃）
   • $L$: 水の蒸発潜熱（kJ/kg、蒸発が伴わない場合は無視できる）

2. 蒸気による熱供給： 蒸気から放出される熱は主に凝縮潜熱（蒸発潜熱）と可能顕熱。例えば：

   • 飽和蒸気（0.1 MPa、100°C）の蒸発潜熱は約2257 kJ/kgです。
   • 蒸気が凝縮した後、温度が下がり続けると、顕熱が放出されます（液体の水の比熱容量に応じて計算されます）。

   蒸気量の計算:

   msteam = Q 蒸気潜熱 + 顕熱（もしあれば）m_{\text{steam}} = \frac{Q}{\text{蒸気潜熱} + \text{顕熱（もしあれば）}}メートルスチーム​=蒸気の潜熱+顕熱（ある場合）質問​

3. 簡略化した例: 前提:

   • 1立方メートル（1000kg）の水を20℃から80℃まで（蒸発させずに）加熱する必要があります。
   • 蒸気は0.1MPaの飽和蒸気で、潜熱（2257kJ/kg）のみ考慮します。
   • 熱交換効率は100%です（実際には効率ロスを考慮する必要があります）。

   カロリー必要量:

   $$質問=1000\cdot 4.18\cdot (80-20)=250,800\text{キロジュール}$$

   必要な蒸気量:

   m 蒸気 = 250,8002257≈111 kg m_{\text{蒸気}} = \frac{250,800}{2257} \approx 111 \, \text{kg}メートルスチーム​=2257250,800​≈111kg

   したがって、およそ 111 kg 蒸気。

4. 実用的な考慮事項：

   • 熱伝達効率：実際のシステムでは、熱交換器効率が80%～95%になる場合があり、追加の蒸気量が必要になります。
   • 蒸気状態：高圧蒸気や過熱蒸気の潜熱と顕熱は異なるため、特定のパラメータに基づいた表（蒸気表など）を参照する必要があります。
   • 熱損失: パイプや機器からの放熱により蒸気需要が増加します。
   • 凝縮液回収：凝縮水の熱を回収すれば蒸気の消費量を削減できます。