小さな亀裂が入った内腔のあるステンレスをタンクに入れ、真空・常圧を繰り返すと、表面温度が上昇しますか

医療機器で高圧蒸気滅菌器があります。滅菌行程は、135度2気圧15分。その後、乾燥工程で、蒸気を真空で廃蒸し、弁を開け乾燥した空気をを取り込み、5回繰り返して乾燥する行程があります。釜内は、乾燥工程でも130～120度程度あります。
機器の対象物は、医療器材（手術器具）で、一部、滅菌パックという紙に入って滅菌します。通常の滅菌行程が終了して、確認すると、器材の形で、滅菌パックが炭化して燃えたようになっていました。器材を確認すると、グリップに小さな亀裂が入っているのを確認。数回、再現のため実験すると同様な現象が見られます。他施設に依頼して試験しても同様の試験結果が帰ってきました。ちなみに他の実験で、滅菌パックの燃焼温度は約245度です。メーカより器材提供を受け、グリップを切断してみると内腔は研磨等はされておらず金属粒が多く見られました。
内腔のある金属に小さな亀裂等のピンホールが開いた状態で、高温下で真空・常圧を繰り返すと、金属表面の温度は200度以上も上昇するのでしょうか。

質問者からの補足コメント

• ありがとうございます。100%水蒸気の飽和状態から真空・常圧を繰り返し乾燥させ、最終段階で、何らかの現象が起きると推測。静電気は全く考えていませんでした。実験で陰圧時に亀裂部からの大きな吹き出し（異常低温）を確認しています。この急激な吹き出しが静電気発生の要因と推測されると考えられますでしょうか

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2017/08/01 22:22

No.2 回答者： kazu0801 回答日時： 2017/08/01 22:53

No.1の2回目です。

乾燥気体の衝突で静電気が生じやすいです。
蒸気も乾き蒸気もありますし。
＞陰圧時に亀裂部からの大きな吹き出し（異常低温）を確認しています。この急激な吹き出しが静電気発生の要因と推測
亀裂部の吹き出しの気体の成分次第では静電気発生も考えるかもしれませんね。

申し訳ないですが、もう一つの原因として
気体に含まれた金属粒と割れ面での衝突接触による点火も考えられます。
酸素、可燃性の滅菌パック、金属粒の衝突接触による点火により、燃焼の3要素が
成り立ちます。
私が金属の研究と腐食損傷調査をやっていたのは25年ぐらい前なのでこれ以上は
お答え困難です。
興味はありますが、文章だけではこれ以上は・・・知りたいですね。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
温度ｾﾝｻｰの各部位の温度変化を計測していますが、高圧蒸気100%飽和状態からの1回目の陰圧（廃蒸）時に亀裂部が異常な低温（気化熱）20℃台（環境温度120℃）になり、大きな流量が推測できます。行程が進んでいく中で、確かに帯電の可能性も確か考えられると思います。滅菌ﾊﾟｯｸ側のX線定量分析では、鉄も検出されています。大変参考なりました。

お礼日時：2017/08/02 21:39

No.1 回答者： kazu0801 回答日時： 2017/08/01 00:44

＞亀裂等のピンホールが開いた状態で、高温下で真空・常圧を繰り返すと、金属表面の温度は200度以上も上昇するのでしょうか。

焦げた形状がグリップ形状と同じですね。
燃焼は乾燥空気の注入のタイミングですね。
圧力と温度の上下で応力がかかり割れが進展することはありますが、
温度上昇の可能性は割れの部分が振動でこすり合い加熱するかは考
えられないですね。

結論として、燃焼した原因は乾燥空気の注入時の静電気の発生です。
空気と物体の接触により静電気が発生し点火源となり245℃以上の
燃焼状態になったと考えます。
防止するには空気の流入速度を下げることです。
徐々に空気を入れると静電気発生防止になります。