蒸氣流量控制

日常生活中，我們周圍充滿了水蒸氣。在我們的日常生活中，我們周圍都充滿了水蒸氣。它們進入我們的鼻子，我們以特定氣味的形式注意到它們的存在。另一個深刻的例子是我們家中空氣中的水蒸氣。如果空氣遇到較冷的表面（例如窗戶），則會很明顯。所含的水蒸氣可能會凝結在窗玻璃上，並成為可見且可觸摸的液體。

同樣在工業製程中，蒸氣也確實發揮有用的作用。是時候解釋一下：什麼是蒸氣，它們在哪裡使用，以及如何以受控方式將它們輸送到這些製程？

了解更多蒸汽流量控制

什麽是蒸氣
如何產生蒸氣
爲什麽要使用蒸氣
使用起泡器的傳統蒸氣流量控制
通過受控蒸發和混合改進蒸氣流解決方案
對於蒸氣流應用：避免冷凝
蒸氣流應用範例

找到您的蒸氣控制系統

什麽是蒸氣？

蒸氣與氣體非常相似，氣體是物質的基本狀態，就像固體和液體一樣。氣體和蒸氣由作為自由粒子移動的單獨分子組成。然而，氣體和蒸氣之間存在本質差異。如果一種化合物在室溫（約 20 °C）和常壓（1 大氣壓）下為液體，那麼我們將該化合物的「汽態」形式稱為蒸氣。這就是為什麼我們將「汽態」形式的水稱為蒸氣，而汽態形式的氧氣則稱為氣體，因為氧氣在常溫常壓下仍然是氣體。

如何產生蒸氣？

當升高溫度或降低壓力時，液體會蒸發並轉化為蒸氣。在分子層面上，在液體表面的任何溫度下，總是有分子以足夠的速度離開液體。因此，在液體上方總是存在著同一種液體的蒸氣。蒸發發生在任何溫度下，而不僅僅是在液體的沸騰溫度下。這個沸騰溫度只是一個定義：它是液體的蒸氣壓等於環境壓力的點。

利用溫度和壓力是控制蒸氣壓以及因此控制蒸氣量或（在動態情況下）蒸氣流量的兩種方法。控制蒸氣壓（實際上是降低蒸氣壓）的第三種方法是稀釋蒸氣，例如在蒸氣中添加惰性氣體（例如氮氣）。

爲什麽要使用蒸氣？

在某些情況下，您可能希望以受控方式將蒸氣添加到製程中。例如，燃料電池 - PEMFC - 其電解質需要處於水合狀態（濕潤）以保持高電導率，從而保持最佳性能。閲讀我們的應用故事。或者，您可能希望為濕度感測器的校準和認證提供準確的水蒸氣濃度，以便這些設備顯示正確的濕度值。

另一種類型的蒸氣輸送是將金屬有機蒸汽受控供應至反應器。這些蒸汽化合物可作為化學氣相沉積反應中的前驅物，以在物體上沉積薄層，例如沉積半導體薄膜。這裡需要精確的蒸氣供應，以精確控制薄膜生長 - 即使在複雜形狀的物體上 - 並避免溢出昂貴的金屬有機前驅物。

使用bubbler的傳統蒸氣流量控制

將蒸氣輸送到客戶製程的傳統方法是使用bubbler系統。在這裡，氣流氣泡通過充滿液體化合物的加熱容器。此carrier gas完全或部分被化合物蒸氣飽和，且該蒸氣流進一步由carrier gas引導至客戶的製程。儘管這是一個非常簡單且用途廣泛的設置，但也存在一些缺點。製程條件的微小變化可能會導致蒸汽流量發生較大變化，使其成為相對不準確且長期穩定性較差的輸送技術。由於蒸汽壓在很大程度上取決於容器溫度，溫度的微小變化就會導致蒸汽壓和蒸汽流量的較大偏差。此外，總壓力和載氣流量需要穩定才能提供穩定的蒸汽流。此蒸汽流解決方案強烈依賴溫度和壓力。

Carrier gas through the liquid

Vapor flow solution

通過受控蒸發和混合改進蒸氣流解決方案

克服上述障礙的一種方法是使用 CEM（Controlled Evaporation Mixing）系統進行蒸汽輸送。在此蒸汽系統中，氣體質量流量控制器（例如 EL-FLOW Select ）提供精確控制的載氣流量，而液體流量計（例如mini CORI-FLOW 或 LIQUI-FLOW）則測量待蒸發液體的流量，例如來自於室溫加壓液體容器中抽取。

隨後，混合控制閥允許將液流的微小液滴注入載氣流中，載氣流進入加熱的溫控混合和蒸發室，液體在其中完全蒸發，並產生蒸汽/氣體混合物。完整的 CEM 系統還包含一個讀取/控制單元，包括電源，用於 CEM 系統組件的操作。

CEM 系統是一種簡單的蒸汽輸送模組，在許多方面都優於bubbler。由於蒸發室內部的溫度分佈更加受控，蒸汽供應（即載氣攜帶的蒸汽量）更加準確且可重複。這使得隨著時間的推移可以有穩定的蒸汽輸送。由於氣體和液體流量儀表作為組件，該系統實際上與溫度和壓力無關，並且具有快速反應時間。

對於蒸氣流應用：避免冷凝

透過增加壓力或降低溫度，蒸氣可以相對容易地轉回液體，而一般氣體不太會。使用蒸汽的一項重大挑戰是防止冷凝，因為它可能會產生液滴，從而擾亂或損害正在進行的製程。

因此，在不改變系統壓力的情況下，保持 CEM 外部的溫度始終高於 CEM 內部的溫度。或者，在不改變溫度的情況下，保持 CEM 外部的壓力始終低於 CEM 內部的壓力。

蒸氣流應用範例

使用 CEM 系統進行蒸汽輸送通常發生在表面處理、食品和飲料行業、製藥應用和能源研究等應用。

例如，CEM 系統用於無菌包裝的滅菌過程。閱讀客戶故事。
此外，CEM還用於為汽車行業的燃料電池測試台提供模擬控制環境相對濕度。了解有關此應用的更多資訊。