化学プラントでは、反応制御や製品品質の維持のために冷凍機が欠かせません。その冷凍機に使われる冷媒フロンは、単なる設備要素ではなく、環境規制・法令対応・運転管理と密接に結びついた重要な存在です。
フロンは「漏らしてはいけない」という認識だけでも最低限の実務は回りますが、なぜ管理が必要なのか、なぜ冷媒が切り替わってきたのかを理解しておくと、設備更新やトラブル対応の判断が格段に楽になります。
この記事では、化学プラント向け冷凍機を前提に、冷媒フロンの管理の考え方と、CFC・HCFC・HFC・HFO・自然冷媒の位置づけを、一般知識として押さえるべきレベルで整理します。
フロン管理
冷凍機の冷媒であるフロンは管理が必要です。簡単に言うと、フロンを大気中に漏らさない・漏らしたら報告をするという2点です。
フロン漏洩はできるだけ少なくしましょう
漏らさないために、日常点検だけでなく専門家による定期点検が欠かせません。1年に1回点検することが普通でしょう。これはSDMや生産計画に直結します。
どれだけ管理点検をしてもフロンが漏れることはあります。冷媒が漏れたり消費したりすれば、その分を補充します。使わなくなった冷凍機から冷媒を回収して破壊します。冷媒が油などで汚染される場合も同じです。
こういう冷媒の使用量を把握して、1000t-CO2以上であれば官庁に届出する必要があります。この辺は実務者としては敏感になっています。
冷凍機独自の問題
冷媒は冷凍機に限らずエアコンなどにも使います。冷凍機ならではの課題として以下が挙げられます。
冷媒の話では、カーエアコン・ルームエアコンに対してチラー冷凍機やブライン冷凍機とグループ分けをすることがあります。
当然ですがカーエアコン・ルームエアコン向けの方が技術が先に進み展開されていきます。
CFC（昔）
CFCとは古くから使われている冷媒です。
| クロロ | Chloro | 塩素 |
| フルオロ | Fluoro | フッ素 |
| カーボン | Carbon | 炭素 |
分子中のH・F・Cの数によって種類がさまざまあります。冷媒番号と組成のルール付けもありますが、覚える必要はありません。
CFCはオゾン層破壊係数が高く地球規模での大問題となりました。1995年には生産停止しています。
冷媒を生産停止したからといって、その瞬間に冷媒が使えなくなるわけではなく在庫等を駆使？して使っています。さすがに現在でもCFCを使っている例は少ないと思いますが・・・。
HCFC（旧）
HCFCはCFCに水素が加わった構造をしています。
| ハイドロ | Hydro | 水素 |
| クロロ | Chloro | 塩素 |
| フルオロ | Fluoro | フッ素 |
| カーボン | Carbon | 炭素 |
冷凍機としてはR22という冷媒がメジャーです。HCFCはCFCよりもオゾン層破壊係数が低いのが特徴です。
とはいえ、これでも地球環境にとってはよろしくなく、2020年には生産停止となっています。現在ではHCFCから新冷媒への切り替えが実務上の課題となります。
HFC（現行）
HFCはHCFCから塩素を無くした構造をしています。
| ハイドロ | Hydro | 水素 |
| フルオロ | Fluoro | フッ素 |
| カーボン | Carbon | 炭素 |
冷凍機としてはR404Aがメジャーで他にはR407C・R134Aがたまにあるくらいでしょう。HFCは塩素Cを含まないため、オゾン層破壊係数はゼロです。オゾン層破壊係数がゼロだから問題なし！と思いきや、地球温暖化の原因として考えられています。
これを地球温暖化係数(GWP)として現在の冷媒の指標の1つとしています。ざっくりとしたイメージをまとめます。
| オゾン層破壊 | 地球温暖化 | |
| CFC | 大 | 大 |
| HCFC | 小 | 中 |
| HFC | 0 | 中 |
現在ではR32という冷媒が急速に増えていっています。いわゆる新冷媒です。R32は地球温暖化係数が相対的に低いですが、微燃性です。微燃性を嫌がる化学プラントは多いでしょう。
それでも使わざるを得ないという状況です。防爆型にするかどうかという防爆設計の問題が付いて回ります。
HFO（低GWP冷媒）
HFOはHFCの炭素部分がオレフィン(不飽和炭化水素)になった構造です。
| ハイドロ | Hydro | 水素 |
| フルオロ | Fluoro | フッ素 |
| オレフィン | Olefin | – |
HFCのパワーアップ版という感じですね。
| オゾン層破壊 | 地球温暖化 | 燃焼性 | |
| CFC | 大 | 大 | 不燃 |
| HCFC | 小 | 中 | 不燃 |
| HFC | 0 | 中 | 不燃～微燃 |
| HFO | 0 | 小 | 微燃 |
HFCよりも地球温暖化係数が低く、燃焼性はあまり変わらないというイメージです。HFOとしてはR-1234yfが現在では最有力のようです。冷凍機としてはやっとR32（HFC)が出てきたくらいなので、HFO化が進むのはもっと先になるでしょう。
とはいえ、個人的にはHFOは冷凍機の新冷媒としては最も期待するところです。R404A(HCFC)からR32(HFC)に移行している間に、HFOの冷凍機が増えてくるだろうと思います。その時にはR32(HFC)からHFOにまた移行するという、自転車操業になりそうです。
自然冷媒
自然冷媒としては炭化水素・二酸化炭素・アンモニアなどが考えられます。どれもデメリットが大きいです。
- 炭化水素 燃えやすい
- 二酸化炭素 高圧が必要
- アンモニア 毒性がある
候補としては残っているので、新冷媒の探索をするエンジニアとしてはチェックが欠かせません。
参考
最後に
化学プラント向け冷凍機における冷媒フロンについて、基礎的な考え方を整理しました。
- フロンは漏らさない・漏れたら把握と報告が基本
- 冷凍機では環境規制と防爆設計が強く関係する
- 冷媒はCFC → HCFC → HFC → HFOへと移行してきた
- 将来的には低GWP冷媒や自然冷媒が検討対象になる
最低限の枠組みを理解しておくだけでも、冷凍機更新やトラブル時の判断がしやすくなります。
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