रेफ्रिजरेटर और फ्रीजर के लिए रेफ्रिजरेंट प्रकारों का विश्लेषण

घरेलू और व्यावसायिक उपयोग के लिए कम तापमान वाले भंडारण उपकरण के रूप में, रेफ्रिजरेटर और फ़्रीज़र में "रेफ्रिजरेशन दक्षता अनुकूलनशीलता" और "पर्यावरणीय नियामक आवश्यकताओं" के आधार पर रेफ्रिजरेंट के चयन में निरंतर परिवर्तन देखे गए हैं। विभिन्न चरणों में मुख्यधारा के प्रकार और विशेषताएँ उपकरण की आवश्यकताओं के साथ अत्यधिक संरेखित हैं।

प्रारंभिक मुख्यधारा: "उच्च दक्षता लेकिन उच्च हानि" वाले सीएफसी रेफ्रिजरेंट का अनुप्रयोग

1950 के दशक से 1990 के दशक तक, R12 (डाइक्लोरोडाइफ्लोरोमीथेन) पूर्णतः मुख्यधारा का रेफ्रिजरेंट था। उपकरणों की अनुकूलता के संदर्भ में, R12 के ऊष्मागतिक गुण निम्न-तापमान भंडारण की आवश्यकताओं के लिए पूरी तरह उपयुक्त थे – -29.8°C के मानक वाष्पीकरण तापमान के साथ, यह रेफ्रिजरेटर के ताज़ा भंडारण कक्षों (0-8°C) और फ़्रीज़िंग कक्षों (-18°C से नीचे) की तापमान आवश्यकताओं को आसानी से पूरा कर सकता था। इसके अलावा, इसमें अत्यधिक मजबूत रासायनिक स्थिरता और रेफ्रिजरेटर के अंदर तांबे के पाइप, स्टील के आवरण और खनिज चिकनाई तेलों के साथ उत्कृष्ट संगतता थी, जिससे शायद ही कभी जंग या पाइप में रुकावट आती थी, और यह उपकरण का 10 वर्षों से अधिक समय तक सेवा जीवन सुनिश्चित कर सकता था।

R12 का ODP मान 1.0 (ओजोन-क्षयकारी क्षमता का एक मानक) और GWP मान लगभग 8500 है, जो इसे एक प्रबल ग्रीनहाउस गैस बनाता है। मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल के लागू होने के साथ, 1996 से नए निर्मित फ़्रीज़र्स में R12 के वैश्विक उपयोग पर धीरे-धीरे प्रतिबंध लगा दिया गया है। वर्तमान में, केवल कुछ पुराने उपकरणों में ही ऐसे रेफ्रिजरेंट बचे हैं, और रखरखाव के दौरान वैकल्पिक स्रोतों के अभाव की दुविधा का सामना करना पड़ता है।

संक्रमण चरण: HCFCs रेफ्रिजरेंट के साथ “आंशिक प्रतिस्थापन” की सीमाएँ

R12 के चरणबद्ध उपयोग को पाटने के लिए, R22 (डाइफ्लोरोमोनोक्लोरोमीथेन) का इस्तेमाल कुछ व्यावसायिक फ्रीजर (जैसे छोटे सुविधा स्टोर के फ्रीजर) में कुछ समय के लिए किया गया था। इसका लाभ यह है कि इसका ऊष्मागतिकीय प्रदर्शन R12 के करीब है, फ्रीजर के कंप्रेसर और पाइपलाइन डिज़ाइन में कोई बड़ा बदलाव करने की आवश्यकता नहीं है, और इसका ODP मान 0.05 तक कम हो जाता है, जिससे इसकी ओज़ोन-क्षयकारी क्षमता काफ़ी कम हो जाती है।

हालाँकि, R22 की कमियाँ भी स्पष्ट हैं: एक ओर, इसका GWP मान लगभग 1810 है, जो अभी भी उच्च ग्रीनहाउस गैसों से संबंधित है, जो दीर्घकालिक पर्यावरण संरक्षण प्रवृत्ति के अनुरूप नहीं है; दूसरी ओर, R22 की प्रशीतन दक्षता (COP) R12 की तुलना में कम है, जिससे घरेलू रेफ्रिजरेटर में उपयोग किए जाने पर बिजली की खपत में लगभग 10%-15% की वृद्धि होगी, इसलिए यह घरेलू रेफ्रिजरेटर की मुख्यधारा नहीं बन पाया है। 2020 में HCFC रेफ्रिजरेंट के वैश्विक चरण-आउट में तेजी के साथ, R22 मूल रूप से रेफ्रिजरेटर और फ्रीजर के क्षेत्र में उपयोग से हट गया है।

I. वर्तमान मुख्यधारा के रेफ्रिजरेंट: एचएफसी और निम्न-जीडब्ल्यूपी प्रकारों का परिदृश्य-विशिष्ट अनुकूलन

वर्तमान में, बाजार में रेफ्रिजरेटर के लिए रेफ्रिजरेंट का चयन "घरेलू और वाणिज्यिक उपयोग के बीच अंतर, और पर्यावरण संरक्षण और लागत के बीच संतुलन" की विशेषताओं को दर्शाता है, जो मुख्य रूप से दो मुख्यधारा प्रकारों में विभाजित है, जो विभिन्न उपकरणों की कार्यात्मक आवश्यकताओं के अनुकूल है:

1. छोटे फ्रीजर: रेफ्रिजरेंट्स का “स्थिर प्रभुत्व”

R134a (टेट्राफ्लुओरोएथेन) वर्तमान रेफ्रिजरेटरों (विशेषकर 200 लीटर से कम क्षमता वाले मॉडल) के लिए सबसे मुख्य प्रशीतक है, जो 70% से अधिक के लिए जिम्मेदार है। इसके मुख्य अनुकूलन लाभ तीन पहलुओं में परिलक्षित होते हैं: पहला, यह पर्यावरण संरक्षण मानकों को पूरा करता है, इसका ODP मान 0 है, जो ओजोन परत को नुकसान के जोखिम को पूरी तरह से समाप्त करता है और वैश्विक पर्यावरण नियमों की बुनियादी आवश्यकताओं का अनुपालन करता है; दूसरा, इसका ऊष्मागतिक प्रदर्शन उपयुक्त है, जिसका मानक वाष्पीकरण तापमान -26.1°C है, जो रेफ्रिजरेटर के उच्च-दक्षता वाले कंप्रेसर के साथ मिलकर, हिमांक कक्ष के तापमान को -18°C से -25°C तक स्थिर रूप से प्राप्त कर सकता है, और इसकी प्रशीतन दक्षता (COP) R22 की तुलना में 8%-12% अधिक है, जो उपकरण की बिजली खपत को कम कर सकती है; तीसरा, इसमें विश्वसनीय सुरक्षा है, यह वर्ग A1 रेफ्रिजरेंट्स (गैर विषैले और गैर ज्वलनशील) से संबंधित है, भले ही मामूली रिसाव होता है, यह परिवार के वातावरण के लिए सुरक्षा खतरों का कारण नहीं होगा, और रेफ्रिजरेटर के अंदर प्लास्टिक भागों और कंप्रेसर स्नेहन तेल के साथ अच्छी संगतता है, कम विफलता दर के साथ।

इसके अलावा, कुछ मध्यम से उच्च श्रेणी के घरेलू रेफ्रिजरेटर R600a (आइसोब्यूटेन, एक हाइड्रोकार्बन) का उपयोग करेंगे - एक प्राकृतिक रेफ्रिजरेंट, जिसका ODP मान 0 और GWP मान केवल 3 है, जो R134a की तुलना में कहीं बेहतर पर्यावरणीय प्रदर्शन प्रदान करता है, और इसकी प्रशीतन दक्षता R134a की तुलना में 5%-10% अधिक है, जो ऊर्जा की खपत को और कम कर सकती है। हालाँकि, R600a वर्ग A3 रेफ्रिजरेंट (अत्यधिक ज्वलनशील) से संबंधित है, और जब हवा में इसकी मात्रा सांद्रता 1.8%-8.4% तक पहुँच जाती है, तो खुली लौ के संपर्क में आने पर यह फट जाएगा। इसलिए, यह केवल घरेलू रेफ्रिजरेटर में उपयोग करने के लिए सीमित है (चार्ज राशि सख्ती से 50 ग्राम -150 ग्राम तक सीमित है, वाणिज्यिक उपकरणों की तुलना में बहुत कम है), और रेफ्रिजरेटर को एंटी-लीकेज डिटेक्शन डिवाइस (जैसे दबाव सेंसर) और विस्फोट प्रूफ कंप्रेसर से लैस करने की आवश्यकता है, जिसकी लागत R134a मॉडल की तुलना में 15% -20% अधिक है, इसलिए इसे पूरी तरह से लोकप्रिय नहीं किया गया है।

2. वाणिज्यिक फ्रीजर / बड़े रेफ्रिजरेटर: कम-GWP रेफ्रिजरेंट्स का “क्रमिक प्रवेश”

वाणिज्यिक फ़्रीज़र (जैसे सुपरमार्केट आइलैंड फ़्रीज़र) की "पर्यावरण संरक्षण" और रेफ्रिजरेंट की "रेफ्रिजरेशन दक्षता" की ज़रूरतें ज़्यादा होती हैं, क्योंकि उनकी क्षमता ज़्यादा होती है (आमतौर पर 500 लीटर से ज़्यादा) और रेफ्रिजरेशन लोड ज़्यादा होता है। वर्तमान में, मुख्य विकल्प दो श्रेणियों में आते हैं:

(1) एचएफसी मिश्रण: R404A का “उच्च-भार अनुकूलन”

R404A (पेंटाफ्लोरोइथेन, डाइफ्लोरोमीथेन और टेट्राफ्लोरोइथेन का मिश्रण) वाणिज्यिक निम्न-तापमान वाले फ्रीजर (जैसे -40°C त्वरित-ठंड वाले फ्रीजर) के लिए मुख्य प्रशीतक है, जिसकी मात्रा लगभग 60% है। इसका लाभ यह है कि निम्न-तापमान स्थितियों में इसका प्रशीतन प्रदर्शन उत्कृष्ट है – -40°C के वाष्पीकरण तापमान पर, इसकी प्रशीतन क्षमता R134a की तुलना में 25%-30% अधिक होती है, जो फ्रीजर की निम्न-तापमान भंडारण आवश्यकताओं को शीघ्रता से पूरा कर सकती है; और यह वर्ग A1 प्रशीतक (गैर-विषाक्त और गैर-ज्वलनशील) से संबंधित है, जिसकी चार्जिंग मात्रा कई किलोग्राम तक (घरेलू रेफ्रिजरेटर से कहीं अधिक) होती है, ज्वलनशीलता के जोखिमों की चिंता किए बिना, यह बड़े फ्रीजर के उच्च-भार संचालन के अनुकूल हो जाता है।

हालाँकि, R404A की पर्यावरण संरक्षण संबंधी कमियाँ धीरे-धीरे स्पष्ट हो रही हैं। इसका GWP मान 3922 जितना ऊँचा है, जो उच्च ग्रीनहाउस गैसों से संबंधित है। वर्तमान में, यूरोपीय संघ और अन्य क्षेत्रों ने इसके उपयोग को प्रतिबंधित करने के लिए नियम जारी किए हैं (जैसे कि 2022 के बाद नए उत्पादित वाणिज्यिक फ्रीजर में GWP>2500 वाले रेफ्रिजरेंट के उपयोग पर प्रतिबंध)। इसलिए, R404A को धीरे-धीरे कम-GWP रेफ्रिजरेंट द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।

(2) निम्न-GWP प्रकार: R290 और CO₂ के “पर्यावरणीय विकल्प”

कड़े पर्यावरणीय नियमों की पृष्ठभूमि में, R290 (प्रोपेन) और CO₂ (R744) वाणिज्यिक फ्रीजर के लिए उभरते विकल्प बन गए हैं, जो विभिन्न परिदृश्यों में विभिन्न आवश्यकताओं के अनुकूल हैं:

R290 (प्रोपेन): मुख्य रूप से छोटे वाणिज्यिक फ्रीजर (जैसे सुविधा स्टोर क्षैतिज फ्रीजर) में उपयोग किया जाता है। इसका ODP मान 0 है, GWP मान लगभग 3 है, अत्यंत मजबूत पर्यावरण संरक्षण के साथ; और इसकी प्रशीतन दक्षता R404A की तुलना में 10% -15% अधिक है, जो वाणिज्यिक फ्रीजर की परिचालन ऊर्जा खपत को कम कर सकती है (वाणिज्यिक उपकरण दिन में 20 घंटे से अधिक समय तक संचालित होते हैं, और ऊर्जा खपत लागत उच्च अनुपात के लिए जिम्मेदार होती है)। हालांकि, R290 वर्ग A3 रेफ्रिजरेंट (अत्यधिक ज्वलनशील) से संबंधित है, और चार्ज राशि को 200 ग्राम के भीतर सख्ती से नियंत्रित करने की आवश्यकता है (इसलिए यह केवल छोटे फ्रीजर तक ही सीमित है)। इसके अलावा, फ्रीजर को विस्फोट-प्रूफ कंप्रेसर, एंटी-लीकेज पाइपलाइनों (जैसे तांबा-निकल मिश्र धातु पाइप) और वेंटिलेशन और गर्मी अपव्यय डिजाइनों को अपनाने की आवश्यकता है।

CO₂ (R744): मुख्य रूप से अति-निम्न-तापमान वाणिज्यिक फ्रीजर (जैसे -60°C जैविक नमूना फ्रीजर) में उपयोग किया जाता है। इसका मानक वाष्पीकरण तापमान -78.5°C है, जो जटिल कैस्केड प्रशीतन प्रणाली के बिना अति-निम्न-तापमान भंडारण प्राप्त कर सकता है; और इसका ODP मान 0 और GWP मान 1 है, जो अपूरणीय पर्यावरणीय सुरक्षा प्रदान करता है, और यह गैर-विषाक्त और गैर-ज्वलनशील है, और R290 की तुलना में बेहतर सुरक्षा प्रदान करता है। हालाँकि, CO₂ का क्रांतिक तापमान कम (31.1°C) होता है। जब परिवेश का तापमान 25°C से अधिक हो जाता है, तो "ट्रांसक्रिटिकल साइकिल" तकनीक की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप फ्रीजर का कंप्रेसर दबाव 10-12MPa जितना अधिक हो जाता है, जिसके लिए उच्च-शक्ति वाले स्टेनलेस स्टील पाइपलाइनों और उच्च-दबाव-प्रतिरोधी कंप्रेसरों के उपयोग की आवश्यकता होती है, जिसकी लागत R404A फ्रीजर की तुलना में 30%-40% अधिक होती है। इसलिए, वर्तमान में इसका उपयोग मुख्य रूप से पर्यावरण संरक्षण और कम तापमान (जैसे चिकित्सा और वैज्ञानिक अनुसंधान फ्रीजर) के लिए अत्यधिक उच्च आवश्यकताओं वाले परिदृश्यों में किया जाता है।

II. रेफ्रिजरेंट के भविष्य के रुझान: कम GWP और उच्च सुरक्षा मुख्य दिशाएँ बनें

वैश्विक पर्यावरण नियमों (जैसे यूरोपीय संघ एफ-गैस विनियमन, चीन की मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल कार्यान्वयन योजना) और उपकरण प्रौद्योगिकी उन्नयन के साथ, रेफ्रिजरेटर और फ्रीजर के लिए रेफ्रिजरेंट भविष्य में तीन प्रमुख रुझान दिखाएंगे:

घरेलू रेफ्रिजरेटर: R600a धीरे-धीरे R134a की जगह ले रहा है - रिसाव-रोधी और विस्फोट-रोधी तकनीकों (जैसे नई सीलिंग स्ट्रिप्स, स्वचालित रिसाव कट-ऑफ उपकरण) की परिपक्वता के साथ, R600a की लागत धीरे-धीरे कम होगी (उम्मीद है कि अगले 5 वर्षों में लागत में 30% की गिरावट आएगी), और इसके उच्च पर्यावरण संरक्षण और उच्च प्रशीतन दक्षता जैसे लाभों पर प्रकाश डाला जाएगा। उम्मीद है कि 2030 तक घरेलू रेफ्रिजरेटर में R600a का अनुपात 50% से अधिक हो जाएगा, और यह R134a की जगह ले लेगा।

वाणिज्यिक फ्रीजर: CO₂ और HFOs मिश्रणों का "दोहरा ट्रैक विकास" - अल्ट्रा-कम तापमान वाले वाणिज्यिक फ्रीजर (-40 डिग्री सेल्सियस से नीचे) के लिए, CO₂ की तकनीकी परिपक्वता में सुधार जारी रहेगा (जैसे उच्च दक्षता वाले ट्रांसक्रिटिकल साइकिल कंप्रेसर), और लागत धीरे-धीरे कम हो जाएगी, जिसका अनुपात 2028 तक 40% से अधिक होने की उम्मीद है; मध्यम तापमान वाले वाणिज्यिक फ्रीजर (-25 डिग्री सेल्सियस से -18 डिग्री सेल्सियस) के लिए, R454C (HFOs और HFCs का मिश्रण, GWP≈466) मुख्यधारा बन जाएगा, जिसमें प्रशीतन प्रदर्शन R404A के करीब होगा, और यह वर्ग A2L रेफ्रिजरेंट (कम विषाक्तता और कम ज्वलनशीलता) से संबंधित होगा, जिसमें चार्ज राशि पर कोई सख्त प्रतिबंध नहीं होगा,

उन्नत सुरक्षा मानक: "निष्क्रिय सुरक्षा" से "सक्रिय निगरानी" तक - घरेलू या वाणिज्यिक उपकरणों की परवाह किए बिना, भविष्य के रेफ्रिजरेंट सिस्टम आम तौर पर "बुद्धिमान रिसाव निगरानी + स्वचालित आपातकालीन उपचार" कार्यों (जैसे घरेलू रेफ्रिजरेटर के लिए लेजर रिसाव सेंसर, वाणिज्यिक फ्रीजर के लिए एकाग्रता अलार्म और वेंटिलेशन लिंकेज डिवाइस) से लैस होंगे, विशेष रूप से ज्वलनशील रेफ्रिजरेंट जैसे कि R600a और R290 के लिए, तकनीकी साधनों के माध्यम से संभावित सुरक्षा खतरों को खत्म करने और कम-GWP रेफ्रिजरेंट के व्यापक लोकप्रियकरण को बढ़ावा देने के लिए।

III. मुख्य परिदृश्य मिलान की प्राथमिकता

विभिन्न उपयोगकर्ताओं की आवश्यकताओं के लिए, रेफ्रिजरेटर रेफ्रिजरेंट का चयन करते समय निम्नलिखित सिद्धांतों का पालन किया जा सकता है:

घरेलू उपयोगकर्ता: R600a मॉडल (पर्यावरण संरक्षण और ऊर्जा बचत में संतुलन) को प्राथमिकता दी जाती है – अगर बजट अनुमति देता है (R134a मॉडल से 200-500 युआन ज़्यादा), तो "R600a रेफ्रिजरेंट" वाले रेफ्रिजरेटर को प्राथमिकता दी जानी चाहिए। इनकी बिजली खपत R134a मॉडल की तुलना में 8%-12% कम होती है, और ये पर्यावरण के लिए ज़्यादा अनुकूल होते हैं; खरीदने के बाद, रेफ्रिजरेटर के पिछले हिस्से (जहाँ कंप्रेसर लगा होता है) को खुली लपटों के पास न आने दें, और रिसाव के जोखिम को कम करने के लिए दरवाज़े की सील की जकड़न की नियमित जाँच करते रहें।

वाणिज्यिक उपयोगकर्ता:तापमान की आवश्यकताओं के अनुसार चुनें (लागत और पर्यावरण संरक्षण को संतुलित करते हुए) - मध्यम तापमान वाले फ्रीजर (जैसे कि सुविधा स्टोर फ्रीजर) के लिए R290 मॉडल का चयन किया जा सकता है, जिसमें दीर्घकालिक परिचालन ऊर्जा खपत लागत कम होती है; अल्ट्रा-कम तापमान वाले फ्रीजर (जैसे कि त्वरित-ठंड उपकरण) के लिए, यदि बजट पर्याप्त है, तो CO₂ मॉडल को प्राथमिकता दी जाती है, जो पर्यावरणीय नियमों की प्रवृत्ति के अनुरूप होते हैं और भविष्य में चरणबद्ध तरीके से समाप्त होने के जोखिम से बचते हैं; यदि अल्पकालिक लागत संवेदनशीलता एक चिंता का विषय है, तो प्रदर्शन और पर्यावरण संरक्षण को संतुलित करते हुए, संक्रमण के रूप में R454C मॉडल का चयन किया जा सकता है।

रखरखाव और प्रतिस्थापन: मूल रेफ्रिजरेंट प्रकार का ही उपयोग करें - पुराने रेफ्रिजरेटर और फ्रीजर का रखरखाव करते समय, रेफ्रिजरेंट के प्रकार को मनमाने ढंग से न बदलें (जैसे R134a को R600a से बदलना), क्योंकि अलग-अलग रेफ्रिजरेंट की कंप्रेसर स्नेहन तेल और पाइपलाइन दबाव के लिए अलग-अलग आवश्यकताएँ होती हैं। मिश्रित उपयोग से कंप्रेसर क्षति या रेफ्रिजरेशन विफलता हो सकती है। उपकरण के नामपट्ट पर अंकित प्रकार के अनुसार रेफ्रिजरेंट जोड़ने के लिए पेशेवरों से संपर्क करना आवश्यक है।