Hơi nước siêu nhiệt

Thể tích (v), năng lượng (u), entanpi (h), và entropy (s) so với nhiệt độ (C) của một khối hơi nước siêu nhiệt
Hơi nước siêu nhiệt (superheated steam) là hơi nước nóng ở một nhiệt độ cao hơn điểm hóa hơi của nó ở áp suất tuyệt đối mà nhiệt độ được đo. Nó thường có nhiệt độ từ 300 tới 600°C.
Hơi nước siêu nhiệt do đó có thể nguội đi (mất nội năng) một phần, dẫn đến nhiệt độ của nó giảm đi nhưng sự thay đổi trạng thái (tức là ngưng tụ) từ chất khí trở thành một hỗn hợp hơi bão hòa và chất lỏng không xảy ra. Nếu một lượng hơi nước không bão hòa (một hỗn hợp chứa cả hơi nước và các giọt nước nhỏ) được cấp nhiệt ở áp suất không đổi, nhiệt độ của nó cũng không đổi trong khi chất lượng hơi (sự khô của hơi, hay phần trăm hơi bão hòa) sẽ lên đến 100%, và trở thành hơi nước bão hòa khô. Tiếp tục cấp nhiệt sẽ làm cho hơi nước bão hòa khô trở thành "siêu nhiệt". Điều này sẽ xảy ra nếu nước hơi bão hòa tiếp xúc với một bề mặt với nhiệt độ cao hơn.
Hơi nước siêu nhiệt và nước thể lỏng không thể cùng tồn tại trong trạng thái cân bằng nhiệt động, do bất kỳ lượng nhiệt thêm vào hỗn hợp hơi và nước sẽ chỉ làm bay hơi thêm nước và hơi nước sẽ trở thành hơi nước bão hòa. Tuy nhiên hạn chế này có thể bị vi phạm tạm thời trong những trường hợp không cân bằng. Để sản xuất hơi nước siêu nhiệt trong một nhà máy điện hoặc cho các quá trình khác (chẳng hạn, sấy khô giấy) hơi nước bão hòa xuất từ một lò hơi được dẫn qua một thiết bị làm nóng tách biệt (gọi là lò siêu nhiệt) để truyền thêm nhiệt vào hơi nước bằng cách tiếp xúc hay dùng bức xạ.
Hơi nước siêu nhiệt không phù hợp để dùng trong khử trùng. Đó là bởi vì hơi nước siêu nhiệt là cực kỳ khô. Hơi nước khô phải tới một nhiệt độ cao hơn và các vật liệu phải được tác dụng trong một thời gian lâu hơn để có cùng hiệu quả. Hơi nước siêu nhiệt cũng không hữu ích trong sưởi nóng, nó chứa nhiều năng lượng hơn và có thể thực hiện nhiều công hơn hơi nước bão hòa, nhưng thành phần nhiệt của nó kém hữu dụng hơn. Điều này là do hơi nước siêu nhiệt có hệ số dẫn nhiệt bằng với của không khí, do đó nó là chất cách nhiệt - một chất dẫn nhiệt kém.
Hơi nước gần như siêu nhiệt có thể được sử dụng trong khử trùng kháng khuẩn các màng sinh học trên các bề mặt cứng.
Giá trị sử dụng lớn nhất của hơi nước siêu nhiệt nằm ở nội năng khổng lồ của nó, có thể được sử dụng trong các tuabin hơi nước và piston tương hỗ, để gây ra chuyển động quay của một trục máy. Trong những ứng dụng này giá trị của hơi nước siêu nhiệt nằm ở chỗ nó có thể giải phóng lượng nội năng rất lớn nhưng vẫn ở trên nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước; ở áp suất mà tuabin phản ứng và động cơ piston tương hỗ hoạt động. Điều quan trọng nhất trong những ứng dụng trên là bởi vì hơi nước nếu chứa nhiều giọt nước nhỏ sẽ hầu như không nén được ở những áp suất đó. Trong một tua bin hơi hay một động cơ tương hỗ, nếu hơi nước thực hiện công bị nguội tới một nhiệt độ mà các giọt nước có thể hình thành thì các giọt này khi bị cuốn theo dòng hơi sẽ va đập vào các bộ phận máy móc với đủ lực để làm cong, nứt hay làm gãy chúng. Hơi nước siêu nhiệt và giảm áp suất thông qua giãn nở đảm bảo rằng dòng hơi vẫn ở dạng khí nén trong suốt quá trình đi qua tuabin hoặc động cơ, ngăn ngừa hư hỏng các bộ phận chuyển động bên trong.