高温用熱媒体油は、製品資料に記載された「最高耐熱温度」だけで選定してはいけません。

正しい選定手順は、まず連続使用温度、短時間のピーク温度、膜温度、システムが開放式か密閉式かを確認し、その後、低温始動性、熱安定性、酸化安定性、揮発性、熱伝達効率、ポンプ輸送性、材料適合性を比較することです。

一般的な鉱物系熱媒体油、合成熱媒体油、フェニルシリコーンオイルには、それぞれ異なる適用範囲があります。すべての高温システムに適した単一の材料は存在しません。

「最高耐熱温度」だけで選ぶと、なぜ選定を誤りやすいのか？

熱媒体油は、装置内のすべての場所で同じ温度になるわけではありません。選定時には、少なくとも次の3種類の温度を区別する必要があります。

連続使用温度

連続使用温度とは、装置が通常運転している間、熱媒体が継続的に受ける温度です。熱媒体油の熱分解速度と寿命に直接影響します。

短時間ピーク温度

短時間ピーク温度とは、装置の起動・停止、負荷変動、異常運転などで一時的に発生する最高温度です。

この温度を推奨連続使用温度の代わりに使用することはできません。

膜温度

膜温度とは、加熱管の壁面と直接接触している薄い油膜の温度です。通常、システムで測定されるバルク温度より高くなります。

計器に表示される出口温度が規定範囲内であっても、局部的な膜温度が高すぎると、熱分解、コーキング、粘度変化などが発生する可能性があります。

Eastmanの熱媒体技術資料では、一部のシステムにおいて、膜温度がバルク温度より約20～30℃高くなる可能性が示されています。実際の温度差は、熱流束、流速、熱伝達係数によって異なります。

したがって、製品の最大許容バルク温度と最大許容膜温度の両方を確認する必要があります。「最高耐熱温度」という1つの数値だけでは不十分です。

開放式システムと密閉式システムの違いは何か？

開放式システム

開放式システムでは、熱媒体油が空気と直接または間接的に接触します。高温下では、酸素によって油の酸化が促進され、酸性物質、ガム質、スラッジ、堆積物などが生成し、粘度が上昇する可能性があります。

開放式システム用の熱媒体油を選定する際は、次の項目を重点的に確認します。

• 酸化安定性

• 高温での揮発損失

• 引火点と防火要件

• 補充および排気条件

• 酸化後の酸価と粘度変化

• 膨張槽の温度と空気への曝露状態

材料自体の熱安定性が高くても、高温で長期間空気に接触すると、寿命が短くなる可能性があります。

密閉式システム

密閉式システムでは、熱媒体油と空気の接触を減らせます。ただし、酸化、揮発、圧力に関するリスクが完全になくなるわけではありません。

次の項目も確認する必要があります。

• 膨張槽が高温部に設置されていないか

• 不活性ガスによる保護を採用しているか

• シール構造が信頼できるか

• 空気が継続的に流入していないか

• 低沸点成分を正常に排出できるか

• システム圧力が媒体の蒸気圧に適合しているか

• 冷間時と高温時の体積変化が十分に考慮されているか

密閉式システムは一般に酸化の抑制に有利ですが、システム設計、脱気、窒素シール、保守も同様に重要です。

一般的な鉱物系熱媒体油は、どのような用途に適しているか？

鉱物系熱媒体油は、一般に入手しやすく、比較的低コストです。温度要求が中程度で、システム設計が成熟しており、保守条件が明確な工業用熱伝達システムに使用できます。

次の条件では、優先的に評価できます。

• 連続使用温度が製品TDSの規定範囲内にある

• 極低温での始動を必要としない

• 酸価、粘度、引火点を定期的に測定できる

• 揮発、コーキング、寿命に対する要求が極端に厳しくない

• 初期材料コストを重視する

鉱物系熱媒体油は、高温かつ酸素が存在する条件下で、酸化、熱分解、増粘、コーキングなどを起こす可能性があります。

グレードによって使用温度の上限は大きく異なるため、「鉱物油は一般に何度まで使用できるか」という概算で、個別製品のデータを代用してはいけません。

合成熱媒体油は、どのような用途に適しているか？

合成熱媒体油には、芳香族系、アルキル芳香族系、その他の化学構造を持つ合成系があります。使用温度範囲、低温性能、蒸気圧、安全要件は、化学構造によって大きく異なる可能性があります。

次の条件では、優先的に評価できます。

• 連続使用温度が比較的高い

• 熱分解や堆積物形成のリスクを抑える必要がある

• 長い保守周期が求められる

• システムの運転温度範囲が広い

• 低温でのポンプ輸送性に明確な要求がある

• 対応する液相または気相の熱伝達方式を採用できる

一部の合成熱媒体油は主に液相システムで使用され、別の製品は液相または気相で使用できます。

選定時には、具体的な化学構造とTDSを確認する必要があります。「合成熱媒体油」という名称だけで判断することはできません。

フェニルシリコーンオイルは、どのような用途に適しているか？

ポリシロキサン構造にフェニル基を導入すると、耐熱性、酸化安定性、低温性能、粘度温度特性を調整できます。

フェニルシリコーンオイルは、一部の高温システム、広い温度範囲で使用されるシステム、または揮発性や安定性に特別な要求があるシステムで、熱媒体の候補になります。

次のような条件では、重点的に評価できます。

• 装置を広い温度範囲で運転する必要がある

• 高温下でも粘度変化を比較的安定させる必要がある

• 電気絶縁性能も必要である

• 低温始動性と高温熱伝達性能の両立が必要である

• 現在の熱媒体油で酸化、揮発、コーキング、寿命不足が発生している

• システム材料とフェニルシリコーンオイルの適合性を検証できる

フェニルシリコーンオイルが、すべての高温条件で合成熱媒体油より優れているわけではありません。

熱安定性、揮発損失、引火点、粘度、熱伝達性能、ポンプ輸送性、システムの密閉性、材料適合性を実際の条件で確認する必要があります。

IOTAフェニルシリコーンオイルの参考候補

IOTA-255シリーズのメチルフェニルシリコーンオイルは、高温熱媒体の候補として評価できます。

このシリーズには複数の粘度グレードがあり、システムの温度限界、低温始動条件、循環流量、ポンプ条件に応じて選定できます。

IOTA-255シリーズでは、次の性能を重点的に評価できます。

• 高温下での熱安定性

• 酸化安定性

• 水に対する安定性

• 広い温度範囲における粘度変化

• 高温熱媒体システムにおける揮発とコーキングの抑制

• シール材、金属、旧油残留物との適合性

具体的なグレードの連続使用温度、短時間温度、引火点、粘度、揮発分、熱物性は、各製品の正式なTDSと実際のシステムによる検証結果に基づいて判断してください。

シリーズ内の1つの数値を、すべてのグレードに適用することはできません。

3種類の熱媒体をどのように初期評価するか？

温度が中程度で、購入コストを重視する場合

温度条件を満たす鉱物系熱媒体油を最初に評価できます。同時に、酸化、コーキング、保守周期が許容できるかを確認します。

連続高温運転で、実績のある工業用途を重視する場合

目標温度範囲に適合する合成熱媒体油を評価できます。液相または気相の使用方式、最高バルク温度、膜温度、低温ポンプ輸送条件を確認してください。

広い温度範囲、低温始動、または特別な安定性が必要な場合

フェニルシリコーンオイルやその他のシロキサン系熱媒体を候補に加え、TDS、実験室での熱老化試験、システム試運転によって適用性を判断します。

これは材料カテゴリーの初期分類にすぎず、装置の熱設計計算に代わるものではありません。

比熱容量と熱伝導率はなぜ重要なのか？

耐熱温度は、材料が目標温度で使用できる可能性を示すだけです。システムに必要な熱伝達効率を満たすかどうかは示しません。

比熱容量

比熱容量は、単位質量の媒体の温度を1℃上昇させるために必要な熱量を示します。

質量流量と温度差が同じ場合、比熱容量が高い媒体ほど、一般に多くの熱を輸送できます。

熱伝導率

熱伝導率は、材料が熱を伝える能力を示し、加熱器や熱交換器の表面における熱伝達効率に影響します。

一部のシリコーンオイルでは、比熱容量が約0.33～0.37 cal/(g·℃)、熱伝導率が約0.14～0.16 W/(m·K)です。

ただし、実際の数値は化学構造、粘度、温度によって変化するため、すべてのフェニルシリコーンオイルに共通する固定値として使用することはできません。

シリコーンオイルは水と比べて、一般に比熱容量と熱伝導率が低くなります。同じ熱負荷を処理する場合、シリコーンオイルシステムでは次の対応が必要になる可能性があります。

• 循環流量を増やす

• ポンプ能力を高める

• 熱交換面積を拡大する

• 流路と乱流設計を最適化する

• 加熱器表面の熱流束を再計算する

他の媒体からフェニルシリコーンオイルへ切り替える際は、耐熱性と粘度だけを確認するのではなく、熱負荷計算もやり直す必要があります。

熱膨張係数を無視できないのはなぜか？

熱媒体油は、温度が上昇すると体積が増加します。熱膨張係数は、膨張槽の容量、システムの充填量、運転圧力に直接影響します。

膨張槽の容量が不足すると、次の問題が発生する可能性があります。

• 高温時のオーバーフロー

• システム圧力の異常上昇

• 安全弁の頻繁な作動

• 高温媒体が加熱されるべきでない区域へ流入する

• 冷却後に液面が低下し、空気を吸い込む

一部のフェニルシリコーンオイルでは、体積膨張係数の参考範囲が約780～910×10⁻⁶/℃です。ただし、フェニル含有量、粘度、温度によって変化する可能性があります。

設計時には、具体的なグレードのTDSに記載された密度－温度データまたは体積膨張データを使用してください。

膨張槽は常温時の充填量だけで計算してはいけません。最低冷間温度から最高運転温度までの体積変化を吸収できる容量と、必要な安全余裕を確保する必要があります。

選定前に確認すべき使用条件

少なくとも次の情報が必要です。

1. 通常の連続使用温度

2. 最高ピーク温度とその継続時間

3. 加熱器表面で予想される最高膜温度

4. 開放式、半密閉式、完全密閉式のどれであるか

5. 不活性ガス保護を採用しているか

6. 最低周囲温度と低温始動温度

7. 必要流量、ポンプ形式、許容粘度範囲

8. 目標温度における比熱容量と熱伝導率

9. 媒体の熱膨張係数と膨張槽の有効容量

10. システム内の金属、シール材、その他の非金属材料

11. 設置場所の標高、運転圧力、負圧区域の有無

12. 食品、医薬品、電子機器などに関する特別な規制要件

13. 現在の熱媒体油で発生している現象が、揮発、増粘、酸価上昇、コーキングのどれか

14. 予定している保守、サンプリング、交換周期

これらの情報が不完全な場合、特定の熱媒体油を直接指定することは推奨されません。

一般的な熱媒体油が揮発またはコーキングするのはなぜか？

バルク温度が材料の使用限界を超えている

長期間の過熱は分子の熱分解を促進し、低沸点成分と高沸点成分を生成します。

低沸点成分は、システム圧力や揮発損失を増加させる可能性があります。高沸点成分は、粘度上昇や堆積物形成の原因になります。

局部的な膜温度が高すぎる

加熱器表面の温度が高すぎる、循環流量が不足している、または配管内にスケールが付着している場合、局部過熱が発生する可能性があります。

バルク温度が正常でも、管壁に接する油膜では深刻な熱劣化が発生することがあります。

システム内へ空気が侵入している

高温の油が酸素に接触すると、酸化が促進され、酸性物質、ガム質、スラッジなどが生成する可能性があります。

循環流量が不足している

ポンプ能力の不足、フィルターの詰まり、不適切な配管設計は、局部的な熱伝達効率を低下させ、膜温度を上昇させる可能性があります。

他の媒体が混入している

水分、洗浄剤、工程材料、異なる種類の熱媒体油などが混入すると、油の特性が変化し、異常な劣化が加速する可能性があります。

コーキングは、「より高温に耐える」熱媒体油へ交換するだけでは解決できません。設備設計と運転状態も同時に確認する必要があります。

高地または低圧環境は選定にどのような影響を与えるか？

高地では大気圧が低く、負圧システムでは局部的な絶対圧力も低くなる可能性があります。

このような条件では、熱媒体がその圧力に対応する沸騰条件へ到達しやすくなり、揮発損失、気泡形成、ポンプ入口でのキャビテーションリスクが増加する可能性があります。

次の項目を重点的に確認してください。

• 目標温度における蒸気圧

• ポンプ入口の有効NPSH

• 膨張槽とポンプの設置高さ

• システムの最低絶対圧力

• 配管内の局部的な圧力損失

• 窒素シールまたはその他の加圧方法

• 高地環境における火災および漏洩リスク

引火点は、規定された試験方法によって測定された数値です。高地環境における実際の安全温度へ単純に換算することはできません。

高地または負圧システムでは、常圧下の引火点だけで判断せず、蒸気圧曲線、沸点と圧力の関係、ポンプのキャビテーション条件を含めて工学的に計算する必要があります。

引火点が高ければ、連続耐熱温度も高いのか？

いいえ。

引火点は、規定の試験条件下で材料の蒸気が外部着火源によって引火する最低温度を示す、安全関連の指標です。

連続使用温度は、熱分解、酸化、粘度変化、堆積物の生成などに左右されます。

引火点が高い材料でも、長期的な熱安定性が必ず高いとは限りません。次の項目も確認する必要があります。

• 推奨最高バルク温度

• 最大許容膜温度

• 熱老化データ

• 酸化安定性

• 揮発損失

• 粘度変化

• システムの安全要件

自然発火温度にはどのような意味があるか？

自然発火温度AIT（Auto-Ignition Temperature）とは、外部着火源がない状態で材料が自然に発火する最低温度です。

高温配管、加熱器表面、断熱が不十分な高温部品が存在する場合、漏洩した熱媒体が自然発火温度を超える表面に接触すると、火災が発生する可能性があります。

シリコーンオイル系媒体の自然発火温度は一般に比較的高いですが、一般的な範囲を具体的な製品データの代わりに使用してはいけません。

システム設計では、次の対策が必要です。

• 具体的な製品TDSに記載された自然発火温度を確認する

• 装置内で最も高温になる可能性がある表面を特定する

• 高温表面に断熱および漏洩防止対策を施す

• 十分な設計安全余裕を確保する

• 漏洩監視と緊急対応手順を定める

引火点、自然発火温度、連続使用温度は異なる概念であり、相互に代用できません。

熱媒体油は、粘度が低いほど良いのか？

いいえ。

低粘度は、低温始動、循環、ポンプ輸送に有利であり、一部の条件では熱伝達効率の改善にも役立ちます。

ただし、粘度が低すぎると漏洩リスクが増加し、シール材やポンプの作動に影響する可能性があります。

高粘度はポンプ負荷を増加させ、低温始動時に循環不足や局部過熱を引き起こす可能性があります。

最低始動温度、使用温度における粘度、ポンプ形式、配管径、循環流量を総合的に評価して選定してください。

鉱物油または合成油からフェニルシリコーンオイルへ切り替える場合、システム洗浄は必要か？

旧油の状態と両媒体の適合性に基づいて、洗浄計画を策定する必要があります。旧油を排出した直後に新油を注入することは推奨されません。

残留した旧油、スラッジ、コークス、ガム質、酸性物質、洗浄剤は、次の問題を引き起こす可能性があります。

• 新しく充填したフェニルシリコーンオイルを汚染する

• 新油の酸化や劣化を促進する

• 沈殿物を形成したり、フィルターを詰まらせたりする

• 粘度と熱伝達性能を変化させる

• 試験結果と寿命に影響する

一般的な処理手順は次のとおりです。

1. 安全な温度で旧油をできる限り完全に排出する

2. 旧油の種類とコーキングの程度に応じて洗浄媒体を選ぶ

3. 洗浄媒体をシステム内で循環させる

4. フィルター、低部、管壁に付着した不溶物を除去する

5. 洗浄液を排出し、システムを乾燥させる

6. 必要に応じて少量の新媒体で置換洗浄する

7. 残留物、水分、洗浄剤が許容範囲内であることを確認してから正式に充填する

具体的な洗浄方法は、旧油の種類、堆積物の性質、設備構造、シール材料に応じて決定する必要があります。

洗浄剤についても、システム材料および新しい熱媒体との適合性を検証してください。

熱媒体油の交換時期を定量的に判断する方法

熱媒体油の廃棄・交換は、色だけで判断してはいけません。

より合理的な方法は、新油データ、製品TDS、過去の変化傾向、装置の運転状態を組み合わせて、判定基準を設定することです。

推奨監視項目

定量的な限界値をどのように設定するか？

廃棄・交換の限界値は、媒体の種類、設備、試験方法によって大きく異なります。すべての熱媒体油に同じ変化率を適用することは適切ではありません。

次の方法を推奨します。

1. 新油の完全な試験データを初期基準として保存する

2. 使用開始後、規定周期で同じ方法により採取・試験する

3. 製品TDSまたは供給元の技術基準に従って警戒値と交換値を設定する

4. 単一の測定結果ではなく、継続的な変化傾向を確認する

5. 油の分析値とシステムの流量、差圧、消費電力、熱交換効率を同時に分析する

6. 複数の指標が警戒値に近づいた場合は、試験周期を短縮する

7. 廃棄基準を超えた場合、または安全性や熱伝達に影響が出ている場合は、交換・洗浄計画を策定する

具体的な製品TDSや試験方法の根拠がない状態で、すべての熱媒体に共通する酸価、粘度変化率、引火点低下幅を強制的な廃棄基準として公開することは推奨されません。

推奨する選定手順

ステップ1：温度限界を設定する

最低始動温度、連続バルク温度、ピーク温度、予想最高膜温度を個別に記録します。

ステップ2：システム形式を明確にする

空気と接触するか、窒素シールを採用しているか、液相運転か、膨張槽と排気構造が適切かを確認します。

ステップ3：熱設計計算を行う

候補媒体について、使用温度における密度、粘度、比熱容量、熱伝導率、熱膨張係数を計算し、ポンプ、熱交換器、膨張槽との適合性を確認します。

ステップ4：材料カテゴリーを絞り込む

温度、低温始動性、揮発性、安全性、保守要件に基づき、鉱物系熱媒体油、合成熱媒体油、フェニルシリコーンオイルを初期比較します。

ステップ5：具体的なTDSを確認する

バルク温度、膜温度、粘度－温度関係、引火点、自然発火温度、流動点または凝固点、蒸気圧、熱物性、材料適合性を重点的に確認します。

ステップ6：サンプル試験とシステム検証を行う

可能であれば、熱老化、粘度変化、揮発損失、酸価、材料適合性、ポンプ輸送性、熱伝達性能を試験します。

ステップ7：運転監視制度を確立する

使用開始後は、外観、粘度、酸価、引火点、水分、低沸点成分、不溶分を定期的に検査し、システムの流量、差圧、消費電力の変化を記録します。

有機シリコーン産業のサプライチェーン全体をカバーするソリューションプロバイダーである IOTA SILICONE OIL (Anhui) CO., LTD. は、連続使用温度、ピーク温度、膜温度、システム構造、低温始動条件、熱負荷、不具合現象に基づき、IOTA-255シリーズのフェニルシリコーンオイル、その他の特殊シリコーンオイル、一般的な熱媒体を比較するための材料選定をサポートできます。

具体的なグレードは、正式なTDS、システムの熱設計計算、サンプル試験、実機検証に基づいて決定する必要があります。

よくある質問

高温熱媒体システムには、鉱物油、合成油、フェニルシリコーンオイルのどれを選ぶべきですか？

材料カテゴリーだけでは判断できません。連続使用温度、膜温度、システム形式、最低始動温度、熱伝達効率、揮発性、保守要件を総合的に検討する必要があります。

300℃対応と表示された熱媒体油は、300℃で連続運転できますか？

直接判断することはできません。

300℃が推奨連続バルク温度、最高許容温度、短時間ピーク温度のどれを示すのかを確認し、許容膜温度も併せて確認する必要があります。

密閉式システムは、必ず開放式システムより高温運転に適していますか？

密閉式システムは一般に酸化の抑制に有利ですが、空気漏れ、膨張槽温度、不活性ガス保護、排気、圧力設計も確認する必要があります。

一般的な熱媒体油がコーキングした場合、フェニルシリコーンオイルへ交換すれば解決しますか？

保証できません。

まず膜温度の過上昇、流量不足、空気侵入、汚染、設備内の堆積を調査し、交換前に旧油と堆積物を除去する必要があります。

フェニルシリコーンオイルは、必ず合成熱媒体油より高温に耐えられますか？

必ずしもそうではありません。

化学構造とグレードによって温度限界は大きく異なります。具体的なTDS、熱物性、実際の熱老化試験結果を比較してください。

フェニルシリコーンオイルは、必ず鉱物油より熱伝達効率が高いですか？

必ずしもそうではありません。

熱伝達効率は、使用温度における比熱容量、熱伝導率、粘度、密度、循環流量、熱交換器設計にも左右されます。

引火点が高いほど、熱媒体油の寿命は長くなりますか？

そのようには判断できません。

引火点は安全関連の指標です。寿命は、熱分解、酸化、膜温度、汚染、システム保守にも影響されます。

引火点と自然発火温度の違いは何ですか？

引火点は、外部着火源によって蒸気が引火する温度です。自然発火温度は、外部着火源がなくても材料が自然に発火する温度です。

どちらも連続使用温度の代わりにはなりません。

高地でも、常圧条件での選定結果をそのまま使用できますか？

推奨されません。

蒸気圧、システムの絶対圧力、ポンプの有効NPSH、窒素シール条件、揮発損失を再評価する必要があります。

鉱物系熱媒体油を排出した後、フェニルシリコーンオイルを直接充填できますか？

通常は推奨されません。

まず両媒体の適合性を評価し、旧油、スラッジ、コーキングの状態に応じて、排出、洗浄、乾燥、置換の手順を策定する必要があります。

熱媒体油を交換すべきか、どのように判断しますか？

粘度、酸価、引火点、水分、低沸点成分、不溶分、外観、システムの熱伝達性能を総合的に評価してください。

新油の基準値、具体的な製品TDS、継続的な監視データの変化傾向を判断根拠とする必要があります。