湿度、凝縮点、および達成し得る最大vH2O2

このブログは、vH₂O₂除染用途でプロセスパラメータによる凝縮と、過酸化水素蒸気の最大濃度に対する影響についてご説明する4部構成のシリーズの第1弾です。 

このシリーズでは、プロセスパラメータの4つの基本的なルールを提案します。凝縮と達成し得るvH₂O₂の最大濃度（ppm）に影響を与える最初のパラメーターについて説明する前に、相対湿度と相対水分飽和度という2つの重要な値について確認します。  

水（H₂O）と過酸化水素（H₂O₂）は分子構造が似ているため、どちらも空気の凝縮点に影響を与えます。ただし、相対湿度（RH）は特定の温度で空気中に含まれる水蒸気の量のみを示し、相対水分飽和度は空気中に含まれる水蒸気と過酸化水素蒸気の量を示します。そのため、空気に過酸化水素蒸気が含まれていると、相対湿度が100%になる前に結露が発生します。したがって、相対水分飽和度（RS）を計測することにより、凝縮点を確実に予測できます。 

相対水分飽和度が100%RSに到達すると、混合蒸気の凝縮が始まります。相対湿度と相対水分飽和度は、vH₂O₂が存在する場合は常に異なります。RHとRSの差は、存在する vH₂O₂の量によってさらに影響を受けます。凝縮が発生する（相対水分飽和度が100%RSに達する）と、vH₂O₂の濃度（ppm）は上昇できなくなります。実際に、一部のvH₂O₂が凝縮時に水と酸素に分解されると、H2O2蒸気濃度はしばしば低下します。蒸気濃度が低下した場合、vH₂O₂をさらに注入して補う必要があります。 

除染段階の終わりまでに結露の滴下がある場合、水滴によっ vH₂O₂が空気中に戻されるため、vH₂O₂の濃度（ppm）計測値が曝気の初期段階で上昇することがあります。

このことから、初期の湿度の量を下げると、凝縮前に使用できるH2O2蒸気の量が増加するという最初のルールが導き出されます。 

下のグラフは、調整段階の開始時に（除湿が行われなかったために）相対湿度が高い場合、除染時に凝縮がより早く発生することを示しています。したがって、調整開始時の相対湿度が低いほど、凝縮が発生する前に達成し得るvH₂O₂の最大濃度（ppm）が高くなります。 

除染段階では、一部のvH₂O₂が水と酸素に分解されます。分解されるvH₂O₂の量は、物質、温度、湿度、気流などの条件によって異なります。そのため、特定の条件下で想定される実際の分解を計測する必要があります。次のグラフでは、vH₂O₂の10%が初期値から分解され、それを補うためにより多くのH₂O₂が気化されていると想定しています。       

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グラフに示されているように、調整前の除湿は、達成し得るvH₂O₂の最大湿度（ppm）に影響を与えます。図 1aおよび図 1bで使用されている過酸化水素溶液は12%-mであり、図 1cおよび図 1dでは、濃度59%-mの溶液を使用しています。図 1aおよび図 1bは、他の点では類似している2つの除染サイクルを示しています。オレンジ色の線は、除湿なしのプロセスと、50%RHの相対湿度で開始する調整段階を示しています。青い線は、調整段階の前に10%RHまで除湿が完了したプロセスを示しています。

図 1aおよび図 1cは、調整および滞留段階における湿度の割合（相対湿度および相対水分飽和度で示される）に対する除湿の効果を示しています。図 1bおよび図 1dは、調整および滞留段階で達成し得る最大過酸化水素蒸気に対する除湿の効果を示しています。

第2弾のブログでは、H₂O₂溶液が、凝縮が発生する前に使用できるH₂O₂蒸気の量にどのように影響するかについて説明します。 
これらのブログの基になっているホワイトペーパーの全文については、「凝縮に対する考慮：過酸化水素蒸気除染における影響」のページからご覧になれます。