R290（プロパン冷媒）徹底解説：特性・安全対策・設計と法規制の実務ガイド

2025年12月28日 最終更新日時 : 2025年12月28日 エバープレイ編集部

はじめに：なぜ今R290が注目されるのか

R290（R‑290）は化学名プロパン（n‑propane、化学式 C3H8）を冷媒として用いる通称名です。フッ素化合物に比べて地球温暖化係数（GWP）が極めて低く、オゾン層破壊係数（ODP）はゼロであるため、冷凍空調業界で自然冷媒への転換が進む中、家庭用冷蔵庫や商業用冷凍ショーケース、特定の小型空調機器などで急速に採用が拡大しています。本稿ではR290の物性・効率面の特長、可燃性リスクと安全対策、設計上の留意点、関連規格・法規制、適用事例、レトロフィットや将来展望まで実務的観点で詳述します。

R290の基本特性

  • 化学・物理特性：常温常圧で気体、沸点は約 −42.1°C（1 atm）。NISTのデータベースに詳細な熱物性が掲載されています。
  • 環境影響：ODP＝0、GWP（100年値）はおおむね3前後と報告され、HFCに比べて非常に低環境負荷です。
  • 冷凍サイクル特性：体積冷凍量（単位容積当たりの冷凍能力）が比較的高く、圧縮機の容積効率を生かして高効率が期待できます。凝縮圧力や蒸発圧力の関係は用途や回路設計で変わりますが、一般にHFC類と同等か有利な熱力学特性を示す場面が多いです。
  • 安全性分類：ISO/ASHRAEの分類では安全性グループA3（低毒性・高可燃性）に属します。これが設計・施工・運用上の最大の制約要因です。

利点（メリット）

  • 環境性：極めて低いGWPにより、規制対応・カーボン排出削減の観点で強いメリットがあります。
  • エネルギー効率：適切な回路設計で従来のHFC冷媒に匹敵または上回る効率を示し、運転コスト低減に寄与します。特に直膨（DX）式小容量機器では顕著です。
  • 経済性：冷媒自体の価格が比較的安価であり、充填量を抑えた機器設計が可能な場合は総合コストが有利になります。

欠点・リスク（デメリット）

  • 可燃性：R290は高可燃性であり、発火範囲（可燃限界）や最低着火エネルギーなどを考慮した安全対策が必須です。閉鎖空間や電気系統の不備があると発火・爆発の危険性があります。
  • 充填量制約：多くの国・地域で居室内や公共空間に設置する機器の充填量に制限があるため、用途や設置場所によっては採用が難しい場合があります。
  • 整備・作業上の制限：整備員の資格・教育、指定工具や防爆仕様の計測器が必要になることがあり、保守コストが増える場合があります。

設計上の安全対策（実務的ポイント）

R290を安全に使うための設計・施工上のポイントは次のとおりです。

  • 充填量の最適化：回路を小分割して必要最小限の充填量に抑える、複数回路に分けるなどの工夫でリスクを低減します。
  • 換気と通気経路の確保：機器の設置場所で発生した漏洩ガスを速やかに希釈・排気するための自然・機械換気設計が必要です。床面付近に溜まりやすい性質を考慮し、低い位置に通気経路を設けることが有効です。
  • 電気部品と防爆配慮：火花が発生しやすいスイッチ・リレー類は機器内部から分離、あるいは防爆仕様を採用します。モーターやコンプレッサーも高信頼化が望ましいです。
  • 漏洩検知と防護システム：適切なガス検知器の設置とアラーム、非常停止・換気連動回路を設けます。可燃性ガス検知器はLFL（下限爆発限界）比で動作するタイプを選び、定期点検の体制を構築します。
  • 配管・継手の信頼性：溶接部やフレア継手の品質管理、耐震・振動対策、保温材の不燃化などを徹底します。
  • 整備手順書と教育：整備時のガス回収やリークチェック、密閉作業の手順を明確化し、作業者教育を義務付けます。作業時は火気厳禁の管理も必須です。

規格・法規制（国際・地域ごとの要点）

R290の利用には複数の国際規格や各国の法令が関係します。主なものは次の通りです。

  • 安全分類：ISO 817、ASHRAE 34によりA3（低毒性・高可燃性）と分類されます。
  • 設計・性能規格：EN 378（欧州）やISO 5149は冷凍設備の安全要求を定め、可燃性冷媒に関する指針や最大充填量の算出方法を含みます。IECや各種電気安全規格（例：IEC 60335‑2‑40／2‑89 など）も機器別に可燃性冷媒対応を規定しています。
  • 地域規制：欧州連合のF‑Gas規制やその実装指令により、低GWP冷媒導入が促進されており、特定用途でのR290採用が広がっています。米国ではEPAのSNAPプログラムなどで用途ごとの適合性が整理されています。日本国内でも関連業界団体のガイドラインや消防・高圧ガスに関する規制を踏まえて導入が進められています。

※規格は改訂されるため、設計や施工に当たっては最新の規格・通知を必ず確認してください。

適用分野と実際の採用例

  • 家庭用冷蔵庫：小容量かつ封じ込めが比較的容易なため、世界的に普及が進んでいます。多くの機種が数十〜百数十グラムの充填量で設計されています。
  • 商業用冷凍ショーケース・冷蔵ショーケース：店頭展示用のガラス扉型キャビネットなどで幅広く使われています。多回路や局所換気などの安全対策を組み合わせることで大型化にも対応しています。
  • 小型エアコン・ヒートポンプ：欧州やアジア市場で小〜中容量の機種を中心にR290搭載モデルが出始めています。エネルギー効率の良さが評価されていますが、室内設置時の充填量規制が障壁となる場合があります。
  • 産業用途：大容量の産業冷凍には可燃性のため慎重な設計が必要で、アンモニアやCO2など他の自然冷媒との使い分けが行われています。

レトロフィット（既存機の置換）について

既存システムをR290へレトロフィットすることは理論的には可能ですが、注意点が多く実務上は推奨されないケースが多いです。主な理由は以下のとおりです。

  • 既設配管やコンポーネントが可燃性冷媒に適合していない可能性。
  • 充填量増加や漏洩時のリスク評価が変わるため、換気や検知の追加が必要になる。
  • 電気部品や制御系が防爆対策を満たさない場合がある。

したがって、レトロフィットを検討する場合は現地調査とリスクアセスメントを行い、必要に応じて新機器への置換を含めた総合判断を行うことが現実的です。

運用・保守のポイント

  • 定期点検とリークチェック：漏洩検知器の点検、配管・継手の定期確認、冷媒回収手順の徹底が重要です。
  • 作業者教育：可燃性冷媒の特性と緊急時対応（避難、消火、通報）を整備し、定期的な訓練を行います。
  • 廃棄と回収：冷媒の回収・再利用・適正処理には法令や自治体ルールが関わるため、作業マニュアルを整備します。

経済性とライフサイクル評価

R290導入は初期設計や安全対策コストが増えることはあるものの、運転効率の改善や冷媒コスト低減、規制適合による将来のリスク低減などでトータルコストが有利になるケースが多いです。LCA（ライフサイクルアセスメント）では、GWPやエネルギー消費の低減が大きく影響するため、地域の電源事情や運転時間も含めた評価が必要です。

今後の展望

各国の規制強化と顧客の低炭素志向に伴い、R290を含むハイドロカーボン冷媒の採用は今後も拡大すると見られます。一方で可燃性を前提とした機器設計、施工体制の普及と標準化、整備人材の育成が普及の鍵となります。また、A3冷媒の安全設計技術や検知技術の進歩により、より多様な用途での適用が期待されます。

まとめ

R290は低GWPで効率の良い自然冷媒として魅力が大きい一方、高可燃性という特性が設計・施工・運用に大きな影響を与えます。設計段階から充填量の最小化、換気・検知・防爆などの安全対策を組み込み、関連規格・法令を遵守した上で導入することが不可欠です。用途に応じた適材適所の判断と、整備・運用体制の整備が普及の鍵となります。

参考文献

カテゴリー
建築・土木
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