J. Inst. Electrostat. Jpn.

静電気学会誌，35, 3 (2011)133-138

帯電分離式フロン再生装置に関する研究
誠*,1，小 野 泰 蔵**，水 野

大 野彰***（2010 年 9 月 14 日受付；2011 年 5 月 6 日受理）

Electrostatic Regeneration of Fluorocarbons for Recycle or Improvementof Efficiency
Makoto OHNO,*,1 Taizo ONO** and Akira MIZUNO***(Received September 14, 2010; Accepted May 6, 2011)

An apparatus has been developed for recycling fluorocarbons using electrostatic separation ofcontaminated oil mists. After evaporating the recovered CFCs, contaminating oil mists are charged bytribo-charging, and separated using parallel electrodes with a dc electric field. The tribo-charging of the oil
mists by the metal needle valve is found to be about 50 times larger than that by a Teflon tube. The results
indicate that the apparatus can regenerate contaminated fluorocarbons nearly to their initial quality withthe applied voltage of 600 V. With this regeneration, destruction of contaminated CFCs can be avoided inmany cases, and the efficiency of the air conditioning system can be improved, resulting in reduction of
CO2 emission.
1.

はじめに温暖化が懸念されている．

冷凍空調機等に冷媒として使用されるフロン（CFC，平成20年度には回収したフロンの74%が破壊され無害HCFC）は，大気中に放出されるとオゾン層を破壊し，化されているが，フロンを破壊するためには，1 kgあた

その結果，地表に届く紫外線量が増加し皮膚ガンや白内り2 kW以上のエネルギーを必要とする 3) ．冷媒回収推

障の発生率が上昇する可能性があり，生態系にも重大な進・技術センター（RRC）では，LCA(Life Cycle Asses

1)影響をもたらすおそれがある ．また，代替フロン（HFC）

sment)による比較検討が必要と考え，認定再生事業所3は，オゾン層を破壊しないが，二酸化炭素の数千倍の温社の協力を得て，蒸留再生と破壊処理にかかるデータを暖化効果があるため，地球規模での気温上昇が進行し，集め，検討した．その結果，破壊処理に比べ蒸留再生の海面の上昇，自然災害の発生など地球環境にとってさま温暖化影響分はCO 2 換算した平均で約1/12と試算しておざまな影響が生じる．これらのことを背景としてフロンり，蒸留再生使用が望ましいことを確認した 4-6)．

は，家電リサイクル法やフロン回収破壊法で回収して無2)フロンは非常に安定な物質であり，長年使用しても他害化することが義務付けられている ．しかし，フロンの物質に変化することは少ないが，封入しているフロンの業務用冷凍空調機での回収率は，30%弱と低水準にとへの水分や空気の混入，或いはフロンに混合して使用しどまり，未回収フロンの放出によりオゾン層破壊や地球ている冷凍機油の劣化により本来の冷媒としての性能が発揮できなくなる．こうしたフロン性能低下の原因とキーワード：帯電，フロン，再生，ニードルバルブ* アサダ株式会社（462-8551 愛知県名古屋市北区上飯田西町 3-60）
ASADA Company, 3-60 Kamiida, Nishi-machi, Kita-ku,Nagoya, Aichi 462-8551, Japan** 産業技術総合研究所 中部センター（463-8560 愛知県名古屋市守山区下志段味穴ヶ洞 2266-98）
National Institute of Advanced Industrial Science andTechnology,2266-98Anagahora,
Shimo-Shidami,
Moriyama-ku, Nagoya, Aichi 463-8560, Japan***豊橋技術科学大学（441-8580 愛知県豊橋市天伯町雲雀ヶ丘 1-1）
Toyohashi University of Technology Toyohashi University ofTechnology, 1-1 Hibarigaoka, Tenpaku-cho, Toyohashi, Aichi
441-8580, Japan1
ohno@asada.co.jp

なる不純物を除去することでフロンの性能は回復する．
表1にフロンの品質規定を示す．我々は，上述したフロン再生のメリットを考慮し，劣化フロン中の不純物を取り除いてフロンを再生する方法論について検討を行った．再生の具体的な目標値として表1に示すフロン品質規定を想定した．また，実用的な観点から，フロンの回収現場で簡便に再生が行える装置開発を念頭においた．
フロンは低沸点の物質であるため，ガス化により冷凍機油分を始めとする不純物の大部分を分離し，回収することが可能であるが，このガス化操作だけでは僅かなオイルミストや水分などが残る．これら微量不純物成分を

134(40)

静電気学会誌

第 35 巻第3号(2011)

表 1 フロン品質規定（ JIS K 1517）
Table 1 Standard for refrigerant (JIS K 1517).
Refrigerant

CFC12Purity (%)

99.5 以 上

Oil (HBR) content (%)

0.01 以 下

Acid content (%)

0.0001 以 下

Moisture content (ppm)

10 以 下*Mean ± SD.
完全に除いてフロン品質規定を達成することは，それ程簡単なことではなく，フロン再生に必要な研究要素とな

図 1 実験装置
Fig. 1 Experimental setup.

る．我々は，フロンをガス化した時に，フロンガス気流中に運ばれる微量の水分やオイルミストを除く方法とータ(Keithley 6514)を使用して行った．

して，摩擦による帯電現象が利用可能と考え，種々の樹

2.1.1 樹脂チューブの材質が与える帯電量への影響

脂チューブにニードルバルブで流量を調整したフロン

樹脂チューブの材質の違いにより，帯電量が大きく変気流を通し，フロン中の不純物の摩擦帯電性と帯電不純わることが考えられるので，市販で入手できる種々の樹

7)

物粒子の分離について検討を行ってきた ．その実験過脂チューブについて検討した．樹脂チューブを流れるフ程で，驚いたことに樹脂チューブとの摩擦より，流量調

ロンガスの流量は，ファラデーゲージの後ろに接続した節のために用いたニードルバルブを通過する際に極め流量計を用いて測定し，11.6 L/min に調整した．て高い効率で不純物の帯電化が起こることを発見した．

樹脂チューブは，テフロン，ナイロン，ポリエチレン

すでに，ニードルバルブの径，流速，帯電フィルター電製のものを用意し，すべて外径φ6 mm × 内径φ4 mm

8)位等がフロン再生に与える影響について報告したが ，× 長さ 1 m とした．

その結果を踏まえ，改めて樹脂チューブとニードルバル

2.1.2 流速による帯電量への影響ブとの接触によって生じるフロン中不純物の帯電量の樹脂チューブ内を流れるフロンの流速は，フロン気流比較をした．に随伴するオイルミストの摩擦帯電化に影響を与える

本報告では，オイルミストと材質の異なる種々の樹脂可能性がある．この流速の違いによる影響は，樹脂チュチューブ，さらにニードルバルブとの摩擦で発生する帯ーブの管径変えることによって行った．管径の違うフッ電量を測定し，比較した．ここで得られた結果を元に，素樹脂チューブ，外径φ8 mm × 内径φ6 mm，外径φ6再生処理速度が速く，高品質にフロンを再生することを

mm × 内径φ4 mm，外径φ 4 mm × 内径φ2 mm（す開発目標として，ニードルバルブを組み込んだフロン再べて長さは 1m）を用意し，前項と同じくフロンの流量生装置を製作し，再生実験を行い，最終形状である商品を 11.6 L/min と一定に保って帯電量を測定した（流速比モデルを完成させ，その再生能力を測定した．

は，9：4：1）．
2.1.3 樹脂チューブとニードルバルブの帯電量の比較

2.
2.1

実験方法
帯電量測定

前項で電荷量の多い樹脂チューブを選定し，ニードルバルブの帯電量と比較した．樹脂チューブとニードルバ

フロン中の冷凍機油の帯電量を測定するための実験

ルブに流すフロンの流量をどちらも前項と同じく 11.6装置を図 1 に示す．まず，オイルミストを含んだフロン

L/min とした．ニードルバルブによる帯電量の測定は，ガスを発生させるために，フロン回収用のボンベに

図 1 のテフロンチューブの位置に図 2 のニードルバルブ

HCFC22 と冷凍機油（SUNISO 3GS）を重量比 9:1 で混合を 入 れ 替 え 測 定 し た ． ニ ー ド ル バ ル ブ は ， SMC 製したフロンを充填した．ボンベをヒータで加熱すること

AS2200-2 を使用し，ニードルの材質は黄銅で直径はφ4によりオイルミストを含んだフロンを作成し（オイルミmm である．

スト含量については 3.1 帯電量測定の項参照），そのガス2.2化したオイルミスト含有フロンを樹脂チューブやニー帯電分離装置により実際にフロンが再生できるか確認すドルバルブに通した際に摩擦で発生した電荷をファラるためにフロン再生実験を行った．実験には，2.1 で選定しデーケージで計測した．帯電量の測定は，エレクトロメたテフロンチューブとニードルバルブを使用し，集塵装置

フロン再生実験

帯電分離式フロン再生装置に関する研究（大野135(41)誠ら）

図 2 帯電用ニードルバルブ
Fig. 2 Needle valve for charging.

図 4 集塵装置
Fig. 4 Electrostatic separator.

1/2HP オイルレス方式）で圧縮されて，凝縮装置で冷却され液化される．液化されたフロンは，再生フロンボンベに充填される．
集塵装置の詳細図を図 4 に示す．直径 110 mm，長さ200 mm 程の塩化ビニール製の管の中に，平行平板型集塵電極を設置した．幅 48 mm，長さ 95 mm，厚み 0.8 mmのステンレス製の集塵電極を 15 枚，2 mm 間隔で構成し
図 3 CFCs 循環システム
Fig. 3 CFCs recycling system.

た．直流電源（松定プレシジョン製）を集塵電極に交互で正・負となるように接続して，電極間に電界を形成した．に印加する電圧が再生フロンの純度に与える影響を比較しフロン再生実験では，フロン中の冷凍機油の除去に必た．また，今までの実験で最適化した帯電分離装置を組み要な電圧を測定した．回収ボンベに HCFC22 と冷凍機油込み，商品モデルを製作し，再生能力について実証実験を（SUNISO 3GS）を重量比 9:1 で混合したフロンを用意行った．さらに，HCFC22 以外にフロン HFC410A についし，流量 11.6 L/min で集塵装置を通過させ，フロンを再ても同様の検証を行った．

生した．集塵装置内の流速は 7.25 m/min となる．フロン

2.2.1 フロン再生実験

中の冷凍機油残分が 0.01%以下になる電圧を測定した．

フロン再生実験装置を図 3 に示す．フロン中の不純物

フロン中に含まれている冷凍機油の割合（蒸発残分）を帯電させるニードルバルブとその不純物を捕集するの測定方法は以下である．再生ボンベから試料採取用ボ平行平板型の集塵装置，ガス化したフロンを圧縮するコンベ（スウェージロック社製 304L- HDF4- 150）に試料ンプレッサ，ガス化したフロンを冷やし液化する凝縮装を 100 g 採取する．そのフロンをヒータに載せた蒸発皿置，再生前のフロンを充填した回収ボンベと再生後のフに入れ，すべてのフロンを蒸発させた後に分析天秤（島ロンが充填される再生ボンベで構成されている．

津製作所 AUX320）で蒸発皿上に残った冷凍機油の重量

フロン再生のフローを説明する．回収フロンボンベにを測定する．蒸発残分は次式にて算出する．

充填されているフロンは，加熱によりボンベ内でガス化され，オイルミストを含んだフロンになる．そのガス化したフロンをテフロンチュ－ブもしくはニードルバル

冷凍機油残分の割合 ＝残った冷凍機油の質量（蒸発残分）

×100

試料の質量ブに通しその摩擦により，フロン中のオイルミストを帯2.2.2 フロン再生実証実験

電する．その後，帯電したオイルミストを，直流電界に2.2.1 の結果に基づき，集塵装置を組み込んだフロン再より平行平板型の集塵電極に捕集する．集塵装置で不純生装置の商品モデルを製作し，HCFC22 について再生能物が除去されたフロンは，コンプレッサ（トーマス製力を測定し，新品の品質まで再生できるか実証実験を行136(42)

静電気学会誌

第 35 巻第3号(2011)

図 6 樹脂チューブの材質と帯電量の関係
Fig. 6 Relationship between the charge and the tubematerial.
ロンをすべてガス化し，ボンベ中に残った冷凍機油の重量よりオイルミストの濃度を算出した．そのオイルミストの濃度は，混合したフロンの重量に対して 0.35%であった．
また，冷凍機油を入れずに，フロンだけを流した場合は，
図 5 CFCs 再生装置システムFig. 5 CFCs recycling-machine system.

電荷は発生せずに，冷凍機油を混入した場合のみ電荷が発生した．従って，摩擦によりオイルミストが帯電しているものと考えられた．

った．HFC410A についても同様の実証実験を行った．

3.1.1 樹脂チューブの材質が与える帯電量の影響

再生装置システムを図 5 に示す．回収したボンベに入っ樹脂チューブの材質と帯電量の関係を図 6 に示す．フロている液化フロンは，熱交換器に入る．コンプレッサでンを 60 秒間樹脂チューブに流し，最初の 30 秒間は帯電量フロンを圧縮し，そこで発生した熱を加えることにより，が安定しないので，安定した 30 秒後から 60 秒までの 30熱交換器においてフロンがガス化する．ガス化したフロ秒間の帯電量を積算した．5 回の測定の平均値はフッ素樹

ンは，オイルセパレータ中で冷凍機油のほとんどが分離

脂で 0.0032 μC/L，ナイロンで 0.0022 μC/L，ウレタンでされ，オイルミストと水分が含まれたフロンとなる．そ0.0017 μC/L となり，統計的に有意な差を示した．従って，の後，集塵装置によりオイルミストを除去し，後段のモ帯電性能はフッ素樹脂が最も高く，ナイロン，ウレタンのレキュラシーブ 500 g（ユニオン昭和 3A）を充填した容順であることが判った．材質が与える帯電量の影響に関す器を通すことにより，フロン中の水分を除去する．

る帯電メカニズム等の理論的な考察は今後の検討課題とし，フロン再生実証実験では，回収ボンベに HCFC22 の重ここでは実験事実を記載するに留めた．不純物を帯電する量に対し 10%の冷凍機油（SUNISO 3GS）と 100 ppm のための樹脂チューブの材質をこれ以後の検討ではフッ素樹水分を混入したフロン用意し，図 5 の再生装置でフロン脂とした．

を再生した．集塵装置には 600 V を印加した．こうして

3.1.2 流速による帯電量への影響得た再生フロン中に含まれる冷凍機油と水分を測定しテフロンチューブの口径を変えて帯電量を測定し，流速た．冷凍機油分の測定方法は，2.2.1 と同様とし，水分はが帯電性に与える影響を検討した．使用した樹脂チューブ水分測定装置（平沼産業製 A-2200）で測定した．また，の径の違いによりフロンの流速は，内径φ2 mm で3,724

同様に現在エアコン用の冷媒として多く出荷されていm/min，内径φ4 mm で931 m/min，内径φ6 mm で413 m/min

る HFC410A についても検証を行った．回収ボンベに重となり，流速には約9倍の開きがある．得られた流速と帯電量で 10%の冷凍機油（SUNICE T-32）と 100 ppm の水分量の関係を図7に示す．前項と同じく，30秒間の帯電量を積を混入した HFC410A を用意し，同様にフロンの再生を算した値で表した．その結果，流速は内径φ2 mm と内径行った．

φ6 mm とでは9倍違うが，帯電量の測定値（5回の平均値）
は内径φ2 mm で0.0024 μC/L，内径φ4 mm で0.0029 μC/L，3.
3.1

結果と考察
帯電量測定

内径φ6 mm で0.0018 μC/L となり，統計的に有意な差は無かった．粉体の場合についても同様のことが知られてい実験を始める前に，ガス化したフロン中に含まれるオイる 9)が，今回のオイルミストの場合においても，流速によルミストの濃度を測定した．測定の方法は，ボンベ中のフる帯電量への影響がないことが判った．不純物を帯電する

帯電分離式フロン再生装置に関する研究（大野137(43)

誠ら）

図 8

テフロンチューブとニードルバルブの帯電量の比較
Fig. 8 Comparison of the tribo-charging characteristics ofa needle valve and a teflon tube.

図 7 フロンの流速と帯電量の関係
Fig. 7 Relationship between the charge and theCFCs flow rate.

Remaining oil （％）

ための樹脂チューブの口径は，入手が容易で扱い易いφ6 ×φ4 mm に決定した．
3.1.3 樹脂チューブとニードルバルブの帯電量の比較
前項で選んだテフロンチューブφ6 ×φ4 mm × 1m とニードルバルブの帯電量の比較を図 8 に示す．前項と同じく，30 秒間の帯電量を積算した値で表した．混合した HCFC22 の流量は，前項と同じく 11.6 L/min とした．
その結果，テフロンチューブの帯電量は，0.003 μC/L，0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.050▲ Teflon
tube■ Needle

0246
Applied voltage（ kV）

ニードルバルブは 0.16 μC/L となった．テフロンチュー
ブの樹脂チューブによる帯電よりニードルバルブによる金属の帯電の方が，約 50 倍電荷が多いことが判った．

図9

チューブやニードルバルブが無い場合では 0.001 μC/L 以Fig. 9下であることを確認した．
ニードルバルブの帯電量が多いことについては，まだ，これから検討を要するが，樹脂チューブではオイルミス
トとチューブ内壁との摩擦で帯電化するのに対し，ニードルバルブでは，オイルミストがまずニードルに衝突す

冷凍機油残分と電圧の関係
Relationship between the remaining oil and theapplied voltage.

表 2 フロン再生結果
Table 2 Result.
Refrigerant

HCFC22

HFC410A

Purity (%)

99.5 以 上

99.5 以 上ることにより微細化し，表面積が増大することが関与し

Oil (HBR) content (%)

0.005

0.005ていると考えている 10)．

Acid content (%)

0.00010.0001

1073.2

フロン再生実験

3.2.1 フロン再生実験Moisture content (ppm)＊

集塵装置には，600 V を印加した．

テフロンチューブもしくはニードルバルブを組み込んだフロン再生装置を製作し，フロンの再生に必要な電格を満足することが判った．また，HFC410A について圧を測定し比較した．その結果を図 9 に示す．フロン中も良好な結果が得られた．CFC12 や HCFC22 に使われての冷凍機油残分が 0.01%以下になる電圧を測定した結果，いる冷凍機油は鉱物油であるが，HFC に使われている冷テフロンチューブでは，5 kV，ニードルバルブでは，0.6凍機油は合成油である．合成油を使った HFC についてkV 必要であった．集塵装置に印加する電圧が 0.6 kV でも同様に有効であることが判った．

フロンを新品同様に再生できる簡便な帯電装置としてニードルバルブが優れていることが判った．
3.2.2 フロン再生実証実験

4.

まとめ

帯電分離式フロン再生装置の開発のため，樹脂チューフロン再生装置によるフロン再生に関する結果を表 2ブの材質やフロン流速を変え，フロン中の冷凍機油とのに示す．モレキュラシーブにより，水分が除去され，冷摩擦で発生する帯電量を測定した．その結果，フッ素樹凍機油残分の割合（蒸発残分）が表 1 のフロン新品の規脂が最も帯電量が多く，フロン流速が帯電に与える影響

138(44)

静電気学会誌

第 35 巻第3号(2011)

は少ないことが判った．また，テフロンチューブとニー帯電分離でフロンが再生できることが判り，フロンをドルバルブで発生する帯電量を比較し，ニードルバルブ効率よく再生し，リユースすることにより，フロン破壊の方が 50 倍もオイルミストの帯電量が多いことが判っ時やフロン製造時に発生する CO2 を少なくし，地球環境た．の保全に寄与することが期待できる．

フロン中の不純物である冷凍機油を帯電させ，帯電した不純物を電気集塵装置で除去し，装置電圧と不純物除

本研究は経済産業省の地域新生コンソーシアム研究開発

去率の関係について研究を行った．その結果，ニードル事業（管理法人：中部科学技術センター）の一環として研バルブを使用することにより，オイルミストの帯電量を究したものである．ここに記して，感謝の意を表します．

増加させることができ，結果として集塵装置の電圧を下参考文献げることが可能となった．帯電分離方式によりフロンを簡便にしかも現場で再生することが可能な装置の設計

1)

M. J. Molina and F. S. Rowland: Nature, 249（1974）810が可能であることが判った．

2)

環境省：平成 17 年度環境白書，ぎょうせい, p.54
(2005/06)

最終的に商品モデルを製作し，フロン再生テストを行った．その結果，11.6 L/min の速さでフロンを簡便にし

3)36(2007) 427

かも on-site で新品同様にまで再生することが可能な帯
電分離式フロン再生装置の開発が達成された．これは，

4)
5)
6)

(1)
(2)

（ JIS K 1517）） まで再生できた．
商品モデルを製作し，11.6 L/min の速さでフロンを再生し，回収現場に持ち運ぶことが出来る小型，軽量なフロン回収装置を開発することができた．
(4)

エアコンの冷媒として使用されている HFC410A についても同様に再生できることが分かった．

大野 誠，水野 彰，アサダ(株)，豊橋技術科学大学：「フロンの再生方法」特許第 4486584 号 (2010)8)

A. Mihalcioiu, K. Takashima, A. Mizuno, M. Ohno and Y.
Ozawa: IEEE Trans. DEI, 16 (2009) 635

ニードルバルブを使い，フロン中のオイルミストを帯電させて，フロンが新品の品質（フロン品質規定

(3)

7)

樹脂チューブによる帯電よりニードルバルブによる帯電の方が，約 50 倍電荷が多いことが判った．

馬場範夫，河西詞朗，伊坪徳宏：日本 LCA 学会研究発
表会講演要旨集, p.138 (2009)

本実験で得られた成果をまとめると以下のとおりである．

関屋 章，岡本小百合，山崎栄司，本田崇之：第 31 回
フッ素化学討論会要旨集，p.81 (2007)

部品を交換している間にフロンの再生が完了することを意味する．

嶋村光助，馬場範夫，伊坪徳宏：日本 LCA 学会研究発
表会講演要旨集, p. 17 (2008)

10 kg のフロンを約 1 時間で再生する速度に相当する．
10 kg のフロンを充填したエアコンを修理する場合では，

大野 誠，小澤泰裕，水野 彰，小野泰蔵：環境技術，

9)

C. Dragon, A. Samuila, S. Das, D. Iancu, M. Bilici and L.
Dascalescu: J. Electrostat. , 67 (2009) 184

10) T.J. Harvey, R.J.K. Wood, G. Denuault and H.E.G. Powrie:
Tribology International, 35 (2002) 605