前川製作所 技術研究所 R&D CENTER

研究開発紹介 Research and Development Introduction

TOP>研究開発紹介>冷媒とナチュラルファイブ(1)

冷媒とナチュラルファイブ(1)

1.はじめに

今日、冷媒は、私たちの生活に身近に存在し、欠かす事の出来ないものとなっています。例えば、家庭用には、冷凍冷蔵庫があり、冷凍品の保存、氷の製造、野菜や食品類の冷蔵に利用していますし、各部屋にはエアコンが設置されていて、夏は冷房、冬は暖房に快適な生活環境となるべく活躍しています。自動車用にも、カーエアコンが搭載されており、快適なドライブ環境を提供してくれています。町を歩けば、飲料用として、自動販売機を必ず目にしますし、夏は、つめたい飲み物を、冬は、あたたかい飲み物を買って、ホッと一息という経験は、一度はあるのではないでしょうか?このように、私たちの身近に冷媒が充填された機器が存在しており、毎日の生活に利用しています。


2.冷媒と構成元素

ただ、単に冷媒と言っても、聞き慣れない方もいらっしゃるかもしれませんが、フロンと言えば、一度は耳にしたことがある方もいるのではないでしょうか?フロンは、冷媒の仲間であり、オゾン層破壊や地球温暖化といった環境問題に関係しています。

ここでは、冷媒に関する情報とマエカワが推奨しているナチュラルファイブについて少し紹介いたいと思います。まず、冷媒を構成している元素について説明します。表1に元素周期表を示します。化学の時間に水素から順番に『水兵リーベ僕の船…』と暗記された方もいらっしゃるかもしれませんが、そのほとんどが常温で固体であり、冷媒には向かないとされています。実際に冷媒を構成している元素は、表1の中で緑色で枠をつけました8種類しかありません。表2に8種類の元素に関して、整理したいと思います。6種類の組成を構成する元素と2種類の使用用途が限定された希ガスが冷媒として利用されていまして、これからも変わることは無いと言われています。

表1 元素周期表

周期
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H                                 He
2 Li Be                     B C N O F Ne
3 Na Mg                     Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ca Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba ※1 Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra ※2                              

※1 ランタノイド、※2 アクチノイド
常温(15℃程度) 赤字:気体 青字:液体 黒字:固体


表2 冷媒を構成する元素

元素記号 名称 備考
H 水素 爆発性あり、燃料電池の燃料として近年注目元素。
C 炭素 CO2や有機物の構造体を作る基本となる元素。
O 酸素 大気中に20%程度存在。燃焼性あり
N 窒素 大気中に80%程度存在。不活性ガス、高温超電導冷却媒体。
Cl 塩素 不燃性化、油潤滑、成層圏でのオゾン層破壊の原因
F フッ素 不燃性化のため、フロンに利用。温暖化に寄与。
He ヘリウム 絶対温度(-273℃)付近冷却、水素液化等
Ne ネオン -200℃付近の冷却、窒素液化等

3.フロン系冷媒

まず、フロン系冷媒について説明します。水素と炭素からなる炭化水素の中の可燃性を有する水素のすべて、またはその一部を塩素、フッ素に置換することで、燃焼性を小さくしましたのがフロンです。表3にフロン系冷媒について説明します。CFC、HCFC系フロン(特定フロン)は、塩素を構造に含むため、オゾン層保護の観点から、使用禁止になることが決まっています。現在は、オゾン層を破壊しないHFC系フロン(代替フロン)に転換しています。基本的に、安定した物質が多く、地球温暖化への影響が大きいと言われております。最近、R32と言う新しい冷媒を用いた空調機器のCMが展開されておりますが、これもHFC系フロンの仲間であり、実は新しい物質ではありません。現在、エアコンでは、R410Aという混合冷媒が使用されておりますが、その重量の半分はR32が使用されています。近年、代替フロンの地球温暖化への影響が問題となっており、温暖化係数(GWP)の小さいHFO系フロンが開発されて、注目を浴びています。分解が早く安定性に課題がありますが、そのため地球温暖化の影響は小さいとされています。

表3 フロン系冷媒

名称 特徴・状況
CFC クロロフルオロカーボン
(塩素+フッ素+炭素)
・塩素、フッ素、炭素からなる。
・日本では特定フロンとして、すでに全廃。
HCFC ハイドロクロロフルオロカーボン
(水素+塩素+フッ素+炭素)
・水素、塩素、フッ素、炭素からなる。
・日本では特定フロンとして、2020年全廃。
HFC ハイドロフルオロカーボン
(水素+フッ素+炭素)
・水素、フッ素、炭素からなる。
・代替フロンとして、現在使用中。
・オゾン層は破壊しないが、地地球温暖化に影響。
HFO ハイドロフルオロオレフィン
(水素+フッ素+炭素)
(C=Cの二重結合有り)
・水素、フッ素、炭素からなる。
・地球温暖化の寄与が小さい。
・近年開発された。
※炭素と炭素の結合に2重結合を有するため、分解が早いので、GWPはきわめて小さい。

次へ→