冷媒とナチュラルファイブ

02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。

03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。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。

04ナチュラルファイブ＋α

次にマエカワが推奨しているナチュラルファイブ＋αについて、説明したいと思います。ナチュラルファイブと呼んでいます冷媒は、表2で示した物質のうち、すべての物質が水素、炭素、酸素、窒素のみで構成されています。これらの物質は、毒性や可燃性や使用用途が限られる等の課題はありますが、塩素を含まないため、オゾン層を破壊しませんし、炭素とフッ素の結合も無いので、地球温暖化への影響もフロン系冷媒に比べてきわめて小さいと言われています。ちなみに、アンモニアは、水素と窒素、二酸化炭素は、炭素と酸素、水は水素と酸素、空気は、酸素と窒素、炭化水素は、炭素と水素からそれぞれ構成されています。希ガスであるネオン、ヘリウムについても自然界にある物質で、化学的に合成したものではありませんので自然冷媒と言っても構わないかと思います。以下にそれぞれの冷媒の特徴を示します。

05おわりに

ここまで冷媒に関して、説明してきましたが、地球温暖化の寄与のみで評価しても、答えに辿り着くことは難しいと考えられます。なぜなら基本的に運転条件におけるさまざま条件を考慮する必要があるからです。一番問題となるのが、稼動中のエネルギー消費（消費電力）に関わるところになります。例えば、物質自体の地球温暖化の寄与が小さくても、システム自体の性能が悪ければ、逆に消費するエネルギー由来の地球温暖化の寄与が大きくなってしまう可能性もあるからです。こういった観点から、供給温度条件の拡大から、すべての条件を満たすような物質は、難しいのでは無いかと考えられます。今後は、冷媒を用途に応じて、適材適所で使い分けることにより、地球温暖化の寄与をいかにして最小にすることを考えることが重要であるのではないかと考えます。参考までに図1にナチュラルファイブ、代替フロンの供給温度別の適用可能性について整理しました。HC、HFCは種類が多いため、適用温度範囲は広いように見えますが、決して単一物質のみでカバーできるわけではありません。マエカワはナチュラルファイブを軸として、省エネ化＋ノンフロン化を同時に達成する技術開発を目指していきます。

図1 ナチュラルファイブおよび代替フロンの供給温度別適用可能性