JP2023103715A - 熱源機およびその運転方法、ならびに熱源機用冷凍機油 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機油の劣化、および、冷媒が冷凍機油に溶解した際の粘度低下を抑制できる冷凍機油を用い、所定の手段を採用した熱源機およびその運転方法を提供する。【解決手段】本開示の熱源機１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が主配管Ｌ１～Ｌ８によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）が冷媒循環回路内に充填され、冷凍機油を圧縮機１１に供給する冷凍機油供給部１５を備え、冷凍機油供給部１５は、冷凍機油が貯留された貯留部１５ａを含み、冷凍機油は、４０℃における動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以上１８０ｍｍ２／ｓ以下のエステル系基油、および、冷凍機油の総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下でエポキシ系酸捕捉剤を含み、機器設計温度が１３０℃以上２２５℃以下である。【選択図】図１

Description

本開示は、熱源機およびその運転方法、ならびに熱源機用冷凍機油に関するものである。

従来、ヒートポンプ装置および冷凍機などの熱源機の冷媒として、ハイドロフルオロカーボン系の冷媒（ＨＦＣ冷媒）が用いられている。ＨＦＣ冷媒としては、例えば、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（ＨＦＣ－１３４ａ）がある。ＨＦＣ冷媒は、オゾン層破壊係数がゼロであり、熱安定性が高い。

一方、ＨＦＣ冷媒は、地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ、ＧＷＰ）が数百～数千と非常に高い。そのため、ＨＦＣ冷媒の使用は、地球環境保護の観点から望ましくない。

そこで近年、環境保護の観点からＧＷＰの低いハイドロフルオロオレフィン系冷媒（ＨＦＯ冷媒）を使用した熱源機が開発されている（特許文献１，２参照）。ＨＦＯ冷媒としては、例えば、２，３，３，３－テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ－１２３４ｙｆ）などのテトラフルオロプロペン系冷媒がある。

また近年、熱源機は、化石燃料等を燃焼させて湯および蒸気を生み出すボイラ製品の代替として注目されている。熱源機では、電気で湯および蒸気を生み出すため、温室効果ガスＣＯ_２の排出を抑制できる。

特許第６０６５４２９号公報 特開２０１３－１２９７３２号公報

ヒートポンプ装置および冷凍機などの熱源機では、圧縮機に冷凍機油が供給される。冷媒としてＨＦＣ－１３４ａが充填される１００℃未満の出湯（出力）の熱源機は、２段圧縮１段膨張エコノマイザサイクルで構成され、冷凍機油には粘度グレードＩＳＯ ＶＧ１００以下のものが用いられる。冷凍機油の一部は、熱源機の作動中に冷媒循環回路に漏れ出て、冷媒と共に冷媒循環回路内を循環する。ここで冷凍機油は、冷媒に相溶し、圧縮機の潤滑を補助する。

冷凍機油は、熱および酸化により分解され、劣化する。殊に、ＨＦＯ冷媒を使用する圧縮機においては、冷凍機油の劣化が加速されることがあり、冷凍機油の劣化は、圧縮機の潤滑不良発生の要因となりうる。また、冷媒や冷凍機油の分解によって生じた酸成分（フッ酸、カルボン酸等）は、凝縮器、蒸発器および配管等の金属を腐食させる。金属の腐食は、冷媒が大気に漏れる要因となりうる。

また、１００℃を超える出湯（出力）または蒸気を作る熱源機では、循環する冷媒や冷凍機油が、熱・酸化劣化した場合、以下の事象にて製品化（システムとして成立）できない課題がある。

熱・酸化劣化によって、冷凍機油（添加剤）の分解が進むと、圧縮機が潤滑不良を起こす要因となりうる。

劣化によって発生した酸成分（フッ酸、カルボン酸等）によって、熱交換器および配管等の金属が腐食し、冷媒等が大気に漏れる可能性がある。

仮に、設計機器要求温度（運転時湯温１６０℃以下）で安定的に使える冷凍機油を見つけたとしても、冷媒に冷凍機油が溶解すると油の粘度が低下するため、油の粘度低下が著しい場合には、摺動面（潤滑面）への油膜形成が不十分となり、異常摩耗を引き起こす要因となりうる。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、冷凍機油の劣化、および、冷媒が冷凍機油に溶解した際の粘度低下を抑制できる所定の冷凍機油を用い、所定の手段を採用した熱源機およびその運転方法、ならびに熱源機用冷凍機油を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の熱源機およびその運転方法、ならびに熱源機用冷凍機油は以下の手段を採用する。

本開示は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）（１，１，１，４，４，４－ヘキサフルオロ－２－ブテン）が前記冷媒循環回路内に充填されている熱源機であって、冷凍機油を前記圧縮機に供給する冷凍機油供給部を備え、前記冷凍機油供給部は、前記冷凍機油が貯留された貯留部を含み、前記冷凍機油は、４０℃における動粘度が１００ｍｍ^２／ｓ以上１８０ｍｍ^２／ｓ以下のエステル系基油、および、前記冷凍機油の総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下でエポキシ系酸捕捉剤を含み、機器設計温度が１３０℃以上２２５℃以下である熱源機を提供する。

また、本開示は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）が前記冷媒循環回路内に充填されている熱源機の運転方法であって、機器設計温度を１３０℃以上２２５℃以下とし、４０℃における動粘度が１００ｍｍ^２／ｓ以上１８０ｍｍ^２／ｓ以下のエステル系基油、および、前記総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下でエポキシ系酸捕捉剤を含む冷凍機油を前記圧縮機に供給する熱源機の運転方法を提供する。

また、本開示は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）が前記冷媒循環回路内に充填されている熱源機用の冷凍機油であって、前記熱源機は、前記冷凍機油を前記圧縮機に供給する冷凍機油供給部を備え、前記冷凍機油供給部は、前記冷凍機油が貯留された貯留部を含み、機器設計温度が１３０℃以上２２５℃以下であり、４０℃における動粘度が１００ｍｍ^２／ｓ以上１８０ｍｍ^２／ｓ以下のエステル系基油、および、総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下でエポキシ系酸捕捉剤を含む、熱源機用冷凍機油を提供する。

エステル系基油は、ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）との相溶性を有する。冷凍機油の総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下、好ましくは１質量％以上６質量％以下、さらに好ましくは３質量％以上６質量％以下のエポキシ系酸捕捉剤を添加することで、冷媒と冷凍機油の混合液が熱化学的に安定化される。該混合液は冷媒共存下で使用温度域２２５℃以下でも熱酸化劣化を抑制できる。上記冷凍機油は冷媒が該冷凍機油に溶解した際にも粘度低下を抑止し、設計要求値を満足できる。

本開示によれば、冷媒が冷凍機油に溶解した際でも必要な粘度を確保しつつ、熱による冷凍機油の劣化を抑制できる。これにより、圧縮機の（潤滑）寿命を向上させ、高温用ヒートポンプシステム（機器構成）を成立させ、安定した装置となる。

熱源機の一例を示す概略構成図である。 熱分解性の試験結果を示すグラフである。

以下に、本開示に係る熱源機およびその運転方法、ならびに熱源機用冷凍機油の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る熱源機の一例を示す概略構成図である。
熱源機１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１によって圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１２－１、凝縮器１２－２、凝縮器１２－３と、凝縮器１２－１からの液冷媒を膨張させる第１膨張弁１３－１と、凝縮器１２－２からの液冷媒を膨張させる第２膨張弁１３－２と、第２膨張弁１３－２によって膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器１４と、を備えている。

熱源機１０は、冷凍機油供給部１５を備えている。

熱源機１０は、蒸発器１４出口からの冷媒ガスと凝縮器１２－１出口からの冷媒液を熱交換するインタークーラ（インターヒータ）１７を備えている。熱源機１０は、インタークーラ１７への液冷媒流量を調整するインタークーラ流量調整弁１８－１とインタークーラバイパス弁１８－２を備えている。ただし、インタークーラ１７、インタークーラ流量調整弁１８－１、インタークーラバイパス弁１８－２は無くても良い。

圧縮機１１、凝縮器１２－１、凝縮器１２－２、凝縮器１２－３、第１膨張弁１３－１、第２膨張弁１３－２および蒸発器１４は、配管Ｌ_１～Ｌ_８によって接続されて冷媒を循環させる閉じた系（ヒートポンプサイクル／冷媒循環回路）を構成している。ヒートポンプサイクル内には、冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）が充填されている。熱源機１０の各構成部材は、冷媒からの圧力に耐えうるよう設計されている。熱源機１０の機器設計温度は１３０℃以上２２５℃以下に設計されている。

圧縮機１１は、高圧力比が得られる遠心圧縮機等である。図１において圧縮機１１は、低圧側圧縮機１１Ｌと高圧側圧縮機１１Ｈとで構成されている。低圧側圧縮機１１Ｌの排出側と高圧側圧縮機１１Ｈの吸入側とが配管Ｌ_１で接続されている。高圧側圧縮機１１Ｈの排出側には配管Ｌ_２の一端が接続されている。圧縮機１１は、作動時の冷媒温度を２２５℃程度まで高めることができる。

配管Ｌ_２の他端は、凝縮器１２－１の吸入側に接続されている。凝縮器１２－１の吐出側には配管Ｌ_３の一端が接続されている。凝縮器１２－１は、高圧冷媒と温水との間で熱交換を行う熱交換器である。凝縮器１２－１としては、プレート式熱交換器、プレートフィン式熱交換器が好適に用いられるが、シェルアンドチューブ式熱交換器で合ってもよい。凝縮器１２－１において、高温高圧の冷媒は被加熱温水により凝縮潜熱が奪われ、中温高圧の液冷媒となる。温水は凝縮潜熱により昇温され、１００℃を超える高圧水となる。

配管Ｌ_３の他端は、第１膨張弁１３－１の吸入側に接続されている。第１膨張弁１３－１の吐出側には配管Ｌ_４の一端が接続されている。

配管Ｌ_４の他端は、凝縮器１２－２の吸入側に接続されている。凝縮器１２－２の吐出側には、配管Ｌ_５の一端が接続されている。凝縮器１２－２は、中温中圧冷媒と温水Ａとの間で熱交換を行う熱交換器である。

配管Ｌ_５の他端は、第２膨張弁１３－２の吸入側に接続されている。第２膨張弁１３－２の吐出側には配管Ｌ_６の一端が接続されている。

第１膨張弁１３－１、第２膨張弁１３－２は、電子式膨張弁または電動ボール弁などである。第１膨張弁１３－１、第２膨張弁１３－２は、図示しない制御部によって開度が制御され得る。凝縮器１２－２から吐出された液冷媒は、第２膨張弁１３－２で減圧膨張される。

配管Ｌ_６の他端は、蒸発器１４の吸入側に接続されている。蒸発器１４の吐出側には配管Ｌ_７の一端が接続されている。蒸発器１４は、冷媒と熱源水Ｂとの間で熱交換を行う熱交換器である。蒸発器１４としては、プレート式熱交換器が好適に用いられる。第２膨張弁１３－２から吐出された低温低圧の液冷媒は、蒸発器１４において蒸発し低温低圧ガスとなる。ここで、熱源水Ｂは蒸発潜熱によって冷却される。

配管Ｌ_７の他端は、インタークーラ１７の吸入側に接続されている。インタークーラ１７の吐出側には配管Ｌ_８の一端が接続されている。インタークーラ１７は、蒸発器１４で蒸発した低温低圧のガス冷媒と、凝縮器１２－１から吐出された高温高圧の液冷媒と、の間で熱交換を行う熱交換器である。配管Ｌ_８の他端は、圧縮機１１（低圧側圧縮機１１Ｌ）の吸入側に接続されている。

配管Ｌ_３の一部は、インタークーラバイパス経路となる。インタークーラバイパス経路には、インタークーラバイパス弁１８－２が設置されている。バイパス経路の入口側には、配管Ｌ_９の一端が接続されている。配管Ｌ_９の他端は、インタークーラ１７を経由し、バイパス経路の出口側に接続されている。インタークーラ流量調整弁１８－１は、配管Ｌ_９の他端側に設置されている。

熱源機１０の制御部（図示略）は、熱源機１０の制御盤内の制御基板に設けられており、ＣＰＵおよびメモリを備えている。制御部は、温水入口・出口温度、冷媒圧力、熱源水入口・出口温度等に基づき制御周期ごとにデジタル演算により各制御量を算出するようになっている。

図１において、中間吐出の配管Ｌ_１には中間抽気のための配管Ｌ_１０の一端が接続されている。配管Ｌ_１０の他端は、中間抽気の逆流防止弁１６の入口側に接続されている。中間抽気の逆流防止弁１６の出口側は配管Ｌ_１１を介して、凝縮器１２－３の流入側に接続されている。凝縮器１２－３の流出側は配管Ｌ_１２の一端に接続されている。配管Ｌ_１２の他端は、配管Ｌ_４に接続されている。

冷凍機油供給部１５は、圧縮機１１に接続されている。図１において、冷凍機油供給部１５は、タンク等の貯留部１５ａ、ポンプ等の送給手段１５ｂ、供給ラインＬ_１３、排油ラインＬ_１４および排油ラインＬ_１５を備えている。

貯留部１５ａは、送給手段１５ｂおよび供給ラインＬ_１３を介して低圧側圧縮機１１Ｌおよび高圧側圧縮機１１Ｈの油入口に接続されている。貯留部１５ａには冷凍機油が貯留されている。

排油ラインＬ_１４は、低圧側圧縮機１１Ｌの油出口と貯留部１５ａとをつないでいる。排油ラインＬ_１５は、高圧側圧縮機１１Ｈの油出口と貯留部１５ａとをつないでいる。

冷凍機油供給部１５は、上記に限定されず、冷凍機油を圧縮機１１に送給できる構成であればよく、例えば、圧縮機底部に組み込まれていてもよい。供給ラインＬ_１３は低圧側圧縮機１１Ｌ、高圧側圧縮機１１Ｈの２系統に分岐されるが、図１のように油ポンプ（送給手段１５ｂ）１個で途中で供給ラインが分かれる構成に限定されず、油ポンプを２個として２系統で独立に供給する構成としてもよい。

冷凍機油は、基油および酸捕捉剤を含む。冷凍機油は、酸化防止剤等の添加物を含んでもよい。ただし、リン系の潤滑剤は添加しないほうが望ましい。リン酸エステル系化合物は、酸とアルコールの脱水縮合反応物であるエステルを加水分解させる、または、熱すると酸を生成する要因となりうる。

基油は、４０℃における動粘度（ＪＩＳ Ｋ ２２８３に準拠）が１００ｍｍ^２／ｓ以上１８０ｍｍ^２／ｓ以下のエステル系油であり、当該動粘度は、好ましくは１２０ｍｍ^２／ｓ以上１７０ｍｍ^２／ｓ以下、より好ましくは１３０ｍｍ^２／ｓ以上１６０ｍｍ^２／ｓ以下である。エステル系油は、冷媒ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）との相溶性を有する。基油の動粘度が高い場合、圧縮機１１の起動トルクが上昇し、メカロスが発生する。そのため、可能限り、基油粘度は低くすることが好ましい。一方、潤滑性を担保するためには基油の動粘度は高い方が好ましい。

例えば、基油は、多価アルコールと、Ｃ５～Ｃ１８の脂肪酸とを脱水縮合したポリオールエステルである。基油の動粘度は、多価アルコールの骨格と、脂肪酸の炭素数、ブレンド比により調整できる。多価アルコールは、ネオペンチルグリコール（－ＯＨ：２価）、トリメチロールプロパン（－ＯＨ：３価）、ペンタエリスリトール（－ＯＨ：４価）、ジペンタエリスリトール（ＤＰＥ，－ＯＨ：６価）等である。

酸捕捉剤は、冷凍機油の総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下、好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上添加され、５質量％以下または４質量％以下であってよい。

酸捕捉剤は有機酸および無機酸を捕捉するエポキシ系化合物である。酸捕捉剤は、例えば、ブチルグリシジルエーテル、酪酸グリシジルエステル、ヘキシルグリシジルエーテル、ヘキサン酸グリシジルエステル、２－エチルヘキシルグリシジルエーテル、２－エチルヘキサン酸グリシジルエステル、ネオペンチルグリシジルエーテル、ピバル酸グリシジルエステル、デシルグリシジルエーテル、デカン酸グリシジルエステル、ステアリルグリシジルエーテル、ステアリン酸グリシジルエステル、オレイルグリシジルエーテル、オレイン酸グリシジルエステル、フェニルグリシジルエーテル、安息香酸グリシジルエステル、トルイルグリシジルエーテル、キシレニルグリシジルエーテル、ターシャリーブチルフェニルグリシジルエーテル、フタル酸グリシジルエステル、またはオキサシクロヘキシルメチルオキサシクロヘキシルカルボン酸エステルである。

酸化防止剤は、例えば、酸化・劣化反応における連鎖伝播体（ＲＯＯ・、Ｒ・）を捕捉し、連鎖反応を停止させるフェノール系の化合物である。酸化防止剤は、冷凍機油の総質量に対し０．２質量％以上１．５質量％以下、好ましくは０．２質量％以上１．０質量％以下添加される。

酸化防止剤は、例えば、２，６－ジターシャリーブチル－ｐ－クレゾール、４，４’－メチレンビス（２，６－ジターシャリーブチル－ｐ－クレゾール）、２，２’－メチレンビス（４－メチル－６－ターシャリーブチルフェノール）、３，５－ジターシャリーブチル－４－ヒドロキシフェニルプロピオン酸－２－エチルヘキシルエステル、３－ターシャリーブチル－４－ヒドロキシ－５－メチルフェニルプロピオン酸－２－エチルヘキシルエステル、３，５－ジターシャリーブチル－４－ヒドロキシフェニルプロピオン酸トリデシルエステル、３－ターシャリーブチル－４－ヒドロキシ－５－メチルフェニルプロピオン酸トリデシルエステル、３，５－ジターシャリーブチル－４－ヒドロキシフェニルプロピオン酸ステアリルエステル、３－ターシャリーブチル－４－ヒドロキシ－５－メチルフェニルプロピオン酸ステアリルエステル、ビス（３，５－ジターシャリーブチル－４－ヒドロキシフェニルプロピオン酸）―トリグリコールエステル、ビス（３－ターシャリーブチル－４－ヒドロキシ－５－メチルフェニルプロピオン酸）－トリグリコールエステル、または２，５－ターシャリーアミルヒドロキノンである。

次に、図１の熱源機１０の運転方法について説明する。
熱源機１０の冷媒循環回路中には、図示しない供給口から冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）を充填し、循環させる。

冷凍機油供給部１５の貯留部１５ａには、エステル系の基油、エポキシ系の酸捕捉剤およびフェノール系の酸化防止剤を含む冷凍機油を貯留する。ポンプ１５ｂを作動させ、冷凍機油を圧縮機１１（低圧側圧縮機１１Ｌおよび高圧側圧縮機１１Ｈ）へと送給する。冷凍機油に含まれる酸捕捉剤および酸化防止剤の量は上述の通りである。

当該冷凍機油は、冷媒（ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ））と相溶する。当該冷凍機油は、酸捕捉剤を添加しなかった場合と比較して、冷媒共存下であっても、使用温度域２２５℃以下で熱・酸化劣化が抑制され、良好な状態をより長い時間維持できる。「良好な状態」とは、冷凍機油の酸価が０．５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、冷媒溶解粘度の設計要求に対する安全率(余裕度)が、１以上を満足する状態である。冷凍機油の酸価が０．５ｍｇＫＯＨ／ｇを超えた場合、または溶解粘度の設計要求に対する安全率(余裕度)が、１を下回った場合には、冷凍機油を交換する。酸価は、ＪＩＳ Ｋ ２５０１に規定する指示薬滴定法または電位差滴定法等で測定できる。また、ここでいう冷媒溶解粘度の設計要求値は、例えば、表２に記載のとおり、軸受に接触する冷凍機油温度の計画値（１３０℃または１５０℃）、軸受部圧力の計画値（０．３１ＭＰａ、０．５３ＭＰａまたは０．８５ＭＰａ）における冷媒溶解粘度の値を意味する。

冷媒循環回路では、蒸発器１４から吐出された低圧ガス冷媒が、低圧側圧縮機１１Ｌにて圧縮され、中圧ガス冷媒となる。圧縮された中圧ガス冷媒は、高圧側圧縮機１１Ｈにてさらに圧縮され、高圧ガス冷媒となり、配管Ｌ_２へと吐出される。

吐出された高圧ガス冷媒は、配管Ｌ_２を通って凝縮器１２－１、インタークーラ(インターヒータ)１７、凝縮器１２－２へと順次導かれる。凝縮器１２－１では、高圧ガス冷媒が温水Ａとの間で熱交換により冷却され、高圧液冷媒となる。

高圧液冷媒は配管Ｌ_３を通って第１膨張弁１３－１へと導かれる。第１膨張弁１３－１に導かれた高圧液冷媒は、減圧膨張させられ、中圧液冷媒となる。中圧液冷媒は、配管Ｌ_４を通って凝縮器１２－２に導かれる。凝縮器１２－２では、中圧液冷媒が温水Ａとの間で熱交換することにより冷却される。中圧液冷媒は配管Ｌ_５を通って第２膨張弁１３－２へと導かれる。

第２膨張弁１３－２に導かれた中圧液冷媒は、減圧膨張させられ、熱負荷容量に応じて流量が調整され、低圧液冷媒となる。低圧液冷媒は、配管Ｌ_６を通って蒸発器１４へと導かれる。

蒸発器１４に導かれた低圧液冷媒は、熱源水Ｂとの熱交換により蒸発して低圧ガス冷媒となる。蒸発器１４で蒸発した低圧ガス冷媒は、配管Ｌ_７、インターヒータ(インタークーラ)１７を通って低圧過熱ガスとなる。低圧過熱ガス冷媒は、配管Ｌ_８を通って低圧側圧縮機１１Ｌに流れ込み、再び圧縮される。

低圧側圧縮機１１Ｌから吐出された中圧冷媒ガスの一部は、配管Ｌ_１０、逆流防止弁１６、配管Ｌ_１１を通過後、凝縮器１２－３で中圧液冷媒になる。中圧液冷媒は、配管Ｌ_１２を通って凝縮器１２－２へと導かれる。

次に、冷凍機油の選定理由および組成の設定根拠について説明する。

＜試験１：粘度抵抗および相溶性＞
試験油１～４について、圧縮機起動時の負荷（油の粘度抵抗）および冷媒との相溶性について評価した。

冷媒：ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）（１，１，１，４，４，４－ヘキサフルオロ－２－ブテン、ケマーズ社製）
試験油１：パラフィン鉱油系冷凍機油（４０℃における動粘度：１００．４ｍｍ^２／ｓ）
試験油２：ポリオールエステル油（４価および６価の多価アルコールと脂肪酸とから合成されるエステルを含む冷凍機油（４０℃における動粘度：８９．８ｍｍ^２／ｓ））
試験油３：ポリオールエステル油（４価および６価の多価アルコールと脂肪酸とから合成されるエステルを含む冷凍機油（４０℃における動粘度：１５１．０ｍｍ^２／ｓ））
試験油４：ポリオールエステル油（６価の多価アルコールと脂肪酸とから合成されるエステルを含む冷凍機油（４０℃における動粘度：２０８．２ｍｍ^２／ｓ））

各試験油の粘度抵抗を動粘度計（ＪＩＳ Ｋ ２２８３準拠）で測定した。

試験油２ｇおよび冷媒８ｇを試験管にはかりとり、冷媒と冷凍機油とが＋３０℃から－６０℃において相互に溶解しているかを観察した。なお、表１中、「相溶」は、上記温度範囲において、冷媒と冷凍機油とが相互に溶解したことを意味し、「非相溶」は、上記温度範囲の一部において、冷媒と冷凍機油とが二層に分離したことを意味する。（ＪＩＳ Ｋ２２１１：２００９附属書Ｄ「冷媒との相溶性試験方法」に準拠）。

表１に各試験油における動粘度および相溶性の評価結果を示す。
＊１，２ ＪＩＳ－Ｋ－２２１１参照、使用温度域において、冷媒と溶け合い、均一な一層の液体であること、冷媒と冷凍機油を混合して冷却したときに、二層に分離（白濁）に達する前の温度

試験油１～３は圧縮機での使用に適した粘度抵抗であることが確認された。また、試験油２，３のエステル油が、ＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）と相溶性を有することが確認された。

＜試験２：冷媒溶解量および冷媒溶解粘度＞
振動式粘度計を入れた２００ｍｌの耐圧容器に冷凍機油（試験油２または３）１００ｇを入れ、容器内を真空脱気した後、冷媒を入れて作動流体組成物を表２に記載の所定の温度圧力に調整し、冷媒溶解粘度を測定した。冷媒は、試験１と同様のものを用いた。

結果を表２に示す。設計要求に対する動粘度の安全率(余裕度)を判定基準として示している。
＊１ 試験油２の粘度および試験油３の冷媒溶解粘度からの推定値
＊２ 軸受に接触する冷凍機油温度の計画値
＊３ 軸受部圧力の計画値

試験油２の冷媒溶解粘度は、１３０℃で、設計要求に対する動粘度の安全率(余裕度)が１を超えると推定されたものの、１５０℃では１を下回った。一方、試験油３の設計要求に対する動粘度の安全率(余裕度)は、１３０℃および１５０℃の両温度で１以上であり、設計要求値を満たす結果となった。上記結果によれば、試験油３は、設計温度２００℃となる熱源機の運転時油温度（軸受部冷凍機油温度）が１５０℃となる圧縮機への適用が可能である。

＜試験３：熱化学安定性＞
試験油３を基油とした冷凍機油について、ＪＩＳ Ｋ２２１１：２００９附属書Ｃ「オートクレーブテスト」に準拠して、熱化学安定性を評価した。冷媒は、試験１と同様のものを用いた。

試験油３に酸化防止剤（０．２質量％以下）および酸捕捉剤（３．０質量％）を添加したものを冷凍機油とした（初期酸価０．０１ｍｇＫＯＨ／ｇ）。酸化防止剤および酸捕捉剤の上記添加量は冷凍機油総質量を１００％としたときの値である。酸化防止剤には、フェノール系の酸化防止剤（２，６－ジ－ｔｅｒｔ．ブチル－ｐ－クレゾール）を用いた。酸捕捉剤には、エポキシ系の酸捕捉剤（デカン酸グリシジルエステル）を用いた。

含有水分量を１０００ｐｐｍに調整した冷凍機油３０ｇをオートクレーブに秤取し、触媒（鉄、銅、アルミの線）、冷媒３０ｇおよび空気１００ｐｐｍを封入した後、所定温度に加熱し、１６８時間後の冷凍機油の酸価（ＪＩＳ Ｋ ２５０１に準拠）を測定した。

表３に、試験結果を示す。

試験油３を基油とした冷凍機油は、２２５℃までの加熱であれば酸価を初期値に維持でき、２３４℃まで加熱しても酸価を０．５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下まで抑えられていた。表３には示さないが、試験油３を基油とした冷凍機油では、酸捕捉剤の添加量を４質量％、６質量％としても２３４℃加熱時に酸価を０．４ｍｇＫＯＨ／ｇ、０．５ｍｇＫＯＨ／ｇに抑えられることが確認された。

表４に、試験油２または試験油４を基油とし、酸化防止剤（０．２質量％以下）および酸捕捉剤（０．７質量％以上１．０質量％以下）を添加した冷凍機油（初期酸価０．０１ｍｇＫＯＨ／ｇ）で同様に酸価を測定した結果を示す。

試験油２，４を基油とした冷凍機油は、２００℃までの加熱であれば酸価を０．５ｍｇＫＯＨ／ｇに抑えられたが、２２５℃の加熱では著しく酸価が上昇した。

＜試験４：酸捕捉剤添加量＞
試験油３を基油とした冷凍機油について、酸捕捉剤の添加量を変化させて試験３と同様の方法で酸価を測定した。冷凍機油の初期酸価は、０．０１ｍｇＫＯＨ／ｇであった。酸捕捉剤には、デカン酸グリシジルエステルを用いた。酸化防止剤には、２，６－ジ－ｔｅｒｔ．ブチル－ｐ－クレゾールを用いた。

試験条件および試験結果を表５に示す。

表５によれば、冷凍機油の総質量に対して酸捕捉剤を１％以上６％以下添加することで試験後の酸価を０．２ｍｇＫＯＨ／ｇ以下に抑えられた。酸捕捉剤の添加量が２質量％以上であれば、酸価を０．１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下に抑えられ、３質量％以上では初期値からの酸価値の上昇が認められなかった。表５には示さないが、酸捕捉剤０．１％以上１％以下の添加でも、同様に酸価を０．５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下に抑えられる。表５には示さないが、酸捕捉剤を７％以上添加した場合、スラッジ生成が確認された。

＜試験５：熱分解性＞
試験油３を基油とする冷凍機油（試験３に用いたものと同様の組成）について、熱重量・示差熱分析計（ＤＴＧ－６０、ＳＨＩＭＡＤＺＵ製）を用いて、熱重量および示差熱を測定した。

図２に結果を示す。同図において、横軸が温度（℃）、左縦軸が重量（％）、右縦軸が示差熱（μＶ）である。図２によれば、試験油３を基油とした冷凍機油は、２００℃で一次分解、２４０℃で二次分解が開始されていた。２６０℃まで昇温させると１０％程度分解されていたが、２４０℃以下であれば５％程度の分解にとどまることが確認された。

上記試験１～５によれば、試験油３を基油とし、所定量の酸捕捉剤を添加した冷凍機油は、機器設計温度が１３０℃以上２２５℃以下の広範囲において使用することができ、従来の低粘度の基油（例えばＩＳＯ ＶＧ３２，６８等）と比較して、熱化学安定性に優れ、かつ、１５０℃程度の高温になっても冷媒溶解粘度を維持でき、潤滑性を確保できる。

本開示に係る熱源機は、業務用または産業用の給湯、およびプロセス乾燥（蒸気製造）に適用可能である。該熱源機は、化石燃料等を燃焼させてお湯・蒸気を生み出すボイラ製品の代替機であり、電気で湯を沸かし、蒸気化させるため、温室効果ガス（ＣＯ_２）の排出を抑制できる。

１０ 熱源機
１１ 圧縮機
１１Ｈ 高圧側圧縮機
１１Ｌ 低圧側圧縮機
１２－１ 凝縮器
１２－２ 凝縮器
１２－３ 凝縮器
１３－１ 第１膨張弁（膨張弁）
１３－２ 第２膨張弁（膨張弁）
１４ 蒸発器
１５ 冷凍機油供給部
１５ａ 貯留部
１５ｂ ポンプ
１６ 逆流防止弁
１７ インタークーラ（インターヒータ）
１８－１ インタークーラ流量調整弁
１８－２ インタークーラバイパス弁

Claims (3)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）が前記冷媒循環回路内に充填されている熱源機であって、
   冷凍機油を前記圧縮機に供給する冷凍機油供給部を備え、
   前記冷凍機油供給部は、前記冷凍機油が貯留された貯留部を含み、
   前記冷凍機油は、４０℃における動粘度が１００ｍｍ^２／ｓ以上１８０ｍｍ^２／ｓ以下のエステル系基油、および、前記冷凍機油の総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下でエポキシ系酸捕捉剤を含み、
   機器設計温度が１３０℃以上２２５℃以下である熱源機。
2. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）が前記冷媒循環回路内に充填されている熱源機の運転方法であって、
   機器設計温度を１３０℃以上２２５℃以下とし、
   ４０℃における動粘度が１００ｍｍ^２／ｓ以上１８０ｍｍ^２／ｓ以下のエステル系基油、および、総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下でエポキシ系酸捕捉剤を含む冷凍機油を前記圧縮機に供給する熱源機の運転方法。
3. 圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が主配管によって接続されて冷媒を循環させる冷媒循環回路が構成され、冷媒としてＨＦＯ－１３３６ｍｚｚ（Ｚ）が前記冷媒循環回路内に充填されている熱源機用の冷凍機油であって、
   前記熱源機は、前記冷凍機油を前記圧縮機に供給する冷凍機油供給部を備え、前記冷凍機油供給部は、前記冷凍機油が貯留された貯留部を含み、機器設計温度が１３０℃以上２２５℃以下であり、
   ４０℃における動粘度が１００ｍｍ^２／ｓ以上１８０ｍｍ^２／ｓ以下のエステル系基油、および、総質量に対し０．１質量％以上６質量％以下でエポキシ系酸捕捉剤を含む、熱源機用冷凍機油。