第5章 冷媒の種類と性質
フルオロカーボン（CFC・HCFC・HFC）・混合冷媒・アンモニアや二酸化炭素などの自然冷媒の性質と、冷凍則による分類・取扱いの注意。
1. 冷媒に求められる性質
冷媒は、冷凍サイクルの中で蒸発と凝縮をくり返して熱を運ぶ物質です。一般に次のような性質が望まれます。
・蒸発潜熱が大きい（少ない量で多くの熱を運べる）
・圧縮機が吸い込む蒸気の比体積が小さい（同じ能力を小さな圧縮機で出せる）
・凝縮圧力があまり高くならず、蒸発圧力があまり低くならない（大気圧より低いと空気を吸い込みやすい）
・化学的に安定で、装置の材料を腐食させにくい
・燃えにくく、毒性が小さい
・漏れたときに発見しやすい
・オゾン層を破壊せず、地球温暖化への影響が小さい
すべてを満たす冷媒はないので、用途に合わせて選びます。
2. フルオロカーボン（フロン類）
フルオロカーボンは、炭素にフッ素などが結びついた物質の総称で、冷凍空調の冷媒として広く使われてきました。化学的に非常に安定で扱いやすく、人体への毒性が小さいとされています（環境省「フロン排出抑制法の背景・目的」）。
環境省の説明では、次のように分けられます。
・CFC（クロロフルオロカーボン）・HCFC（ハイドロクロロフルオロカーボン） … オゾン層を破壊する（特定フロン）。温室効果も大きい
・HFC（ハイドロフルオロカーボン、代替フロン） … オゾン層は破壊しないが、温室効果が二酸化炭素の100倍から10,000倍以上と大きい
冷媒の名前には番号があり、たとえばR22はHCFC、R134a・R32はHFCです。
取扱いの注意（一般的な性質）
・フルオロカーボンの蒸気は空気より重いので、漏れると床面付近や地下にたまりやすい。毒性は小さくても、大量に漏れて空気と置き換わると酸欠のおそれがある
・ほとんどにおいがなく、漏れに気づきにくい
・炎や高温の面にふれると分解し、有毒なガスが出ることがある
また、冷凍保安規則（以下「冷凍則」）では、可燃性ガスにあたるものを除くフルオロカーボンを不活性ガスとしています（冷凍則 第2条第1項第3号）。そのうち、温度60度、圧力0パスカルにおいて着火したときに火炎伝ぱを発生させるものを特定不活性ガスとしています（冷凍則 第2条第1項第3号の2）。わずかに燃える性質をもつR32などが、これにあたるものとして扱われています。
HFO（ハイドロフルオロオレフィン）冷媒
HFCより地球温暖化への影響が小さい冷媒として、HFOと呼ばれる冷媒も使われています。代表例がR1234yfで、HFCと同じく塩素を含まず、オゾン層を破壊しません。環境省のシンポジウムで紹介された日本冷凍空調工業会の資料（2017年）では、R1234yfの地球温暖化係数は4、燃焼性はASHRAEの区分でA2L（微燃性）とされ、カーエアコンではR134aからR1234yfへの転換が進められている例として挙げられています。
また、日本冷凍空調学会の「冷媒ガスの燃焼性判定結果」では、R32やR1234yfは特定不活性ガス、R22・R134a・R410Aなどは（特定不活性ガス以外の）不活性ガスとされています。
3. 混合冷媒（共沸・非共沸）
2種類以上の冷媒をまぜたものを混合冷媒といいます。
・共沸混合冷媒 … 一定の圧力のもとで、単一の冷媒と同じように一定の温度で蒸発・凝縮する（R500番台）
・非共沸混合冷媒 … 一定の圧力のもとで蒸発・凝縮するとき、温度が少しずつ変化する（温度すべり）（R400番台。例：R407C。R410Aは温度すべりがごく小さく擬似共沸混合冷媒とも呼ばれるが、番号は400番台）。蒸発するとき液と蒸気で成分の割合がちがう
非共沸混合冷媒は、蒸気だけを取り出すと成分の割合が変わってしまうので、容器から充てんするときは原則として液の状態で取り出すことが大切です。冷凍則 第5条でも、非共沸混合冷媒ガスについては「気液平衡状態の蒸気」「気液平衡状態の液」の値を使うように、ほかの冷媒と分けて定めています。
4. 自然冷媒（アンモニア・二酸化炭素など）
環境省は、フロン系冷媒の代わりとしてアンモニア冷媒、二酸化炭素冷媒などの自然冷媒の普及をすすめています（環境省「自然冷媒化の推進」）。
アンモニア
・冷凍則では可燃性ガスであり、毒性ガスでもある（冷凍則 第2条第1項第1号・第2号）
・空気より軽い（分子量がアンモニア約17、空気約29）。漏れると上のほうへ広がる
・特有の強い刺激臭があり、わずかな漏れでも気づきやすい
・銅や銅合金を腐食させるので、アンモニアの冷媒設備には鋼管などを使う
・水によく溶ける
・オゾン層を破壊せず、温暖化への影響もとても小さい
二酸化炭素
・冷凍則では不活性ガス（冷凍則 第2条第1項第3号）
・オゾン層を破壊しない。地球温暖化係数は、二酸化炭素を基準（1）にした数なので1
・運転圧力がとても高い。また臨界温度が低いので、凝縮させずに高い圧力のまま冷やす使い方（超臨界サイクル）になることがある
自然冷媒の冷媒番号
自然冷媒にも冷媒番号があります。アンモニアはR717、二酸化炭素はR744、プロパンはR290です（環境省のシンポジウム資料など）。
・プロパン（R290）は炭化水素の冷媒で、オゾン層を破壊せず温暖化への影響も小さい反面、燃焼性はA3（可燃性）に分類されます
・同じ資料では、アンモニア（R717）は毒性が高く、燃焼性は微燃性（ASHRAEの安全区分でB2L）、二酸化炭素（R744）は不燃性で毒性が低い（同じくA1）とされています
5. 水分・油と冷媒、法令の数値C
・フルオロカーボンは水にほとんど溶けないので、装置内に水分があると、温度が下がる膨張弁で氷になって冷媒の流れをふさぐことがある。また水分は冷媒や油と反応して酸をつくり、腐食の原因になる。そのためフルオロカーボン装置にはドライヤ（乾燥器）を付ける
・アンモニアは水によく溶けるので、膨張弁での氷結はフルオロカーボンほど問題になりにくい
・冷凍機油との関係：フルオロカーボンは油とよく溶け合う。アンモニアは鉱油をほとんど溶かさず、油はアンモニア液より重いので底にたまる（第6章）
法令の冷凍能力の計算（冷凍則 第5条第4号 R＝V／C）では、冷媒ごとに数値Cが決まっています。気筒1個の体積が5,000cm³以下の圧縮機では、たとえば二酸化炭素1.8、アンモニア8.4、R22は8.5、R134aは14.4です。同じピストン押しのけ量なら、Cが小さい冷媒ほど1日の冷凍能力（トン）は大きく算定されます。例：アンモニア圧縮機（気筒1個5,000cm³以下）で押しのけ量84m³/hなら、R＝84÷8.4＝10トン。
POINT
6. ここだけは覚える
・CFC・HCFC＝オゾン層を破壊。HFC＝オゾン層は破壊しないが温室効果が大きい（環境省）
・フルオロカーボン：安定・毒性小。空気より重い・においがない・炎で分解して有毒ガス・大量漏えいで酸欠
・冷凍則：不活性ガス＝可燃性を除くフルオロカーボン・二酸化炭素など。特定不活性ガス＝60度・0Paで着火すると火炎伝ぱするフルオロカーボン
・非共沸混合冷媒は温度すべりあり。充てんは液で
・アンモニア：可燃性かつ毒性（冷凍則）。空気より軽い・刺激臭・銅を腐食・水に溶ける・鉱油を溶かさない
・二酸化炭素：不活性ガス、GWP＝1、運転圧力が高い
・フルオロカーボン装置の水分は氷結と酸の原因→ドライヤ
・R＝V／C、Cが小さいほどトン数は大きい（アンモニア8.4など）