शीतलन मशीन

प्रशीतन मशीनों के बारे में लेख

रेफ्रिजरेटर एक ऊष्मा इंजन है जो विपरीत दिशा में कार्य करता है। अतः, एक ऊष्मा इंजन कम तापमान वाले क्षेत्र से ऊष्मा ग्रहण करता है और उसे उच्च तापमान वाले क्षेत्र में छोड़ता है। इस प्रक्रिया के लिए इंजन को कार्य करना आवश्यक है। हालांकि, ऊष्मा स्वाभाविक रूप से केवल उच्च तापमान वाले क्षेत्र से कम तापमान वाले क्षेत्र की ओर प्रवाहित होती है। ऊष्मा स्वतः कम तापमान वाले क्षेत्र से उच्च तापमान वाले क्षेत्र की ओर प्रवाहित नहीं हो सकती। यह पहले चर्चा किए गए क्लॉसियस के कथन के अनुरूप है। रेफ्रिजरेटर में होने वाली प्रक्रिया के लिए, क्लॉसियस के पूर्व कथन को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

किसी प्रशीतन यंत्र (जो चक्र में कार्य करता है) के लिए बिना कार्य किए कम तापमान वाले स्थान से उच्च तापमान वाले स्थान पर ऊष्मा स्थानांतरित करना असंभव है ( ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम - क्लॉसियस का कथन)।

इटैलिक में लिखा पाठ ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का एक विशेष कथन है। यह कथन केवल प्रशीतन मशीनों पर लागू होता है। ऊर्जा के रूप को बदलने और उसे स्थानांतरित करने की प्रक्रियाऊर्जा चालू कूलिंग मशीन नीचे दिए गए चित्र के समान दिखती है।

मशीन कम तापमान वाले स्थान (Q _L ) से ऊष्मा ग्रहण करने और उसे उच्च तापमान वाले स्थान (Q _H ) में छोड़ने के लिए कार्य (W) करती है । ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत के आधार पर, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि Q _L + W = Q _H।

यदि ऊष्मा इंजनों में दक्षता शब्द का प्रयोग किया जाता है, तो प्रशीतन मशीनों में निष्पादन गुणांक (KK) शब्द का प्रयोग किया जाता है। प्रशीतन मशीन का निष्पादन गुणांक (KK) कम तापमान वाले स्थान से स्थानांतरित ऊष्मा (Q _L ) और ऊष्मा स्थानांतरण में किए गए कार्य (W) का अनुपात होता है। गणितीय रूप से, इसे इस प्रकार लिखा जा सकता है:

यदि आप किसी प्रशीतन मशीन के निष्पादन गुणांक को प्रतिशत में व्यक्त करना चाहते हैं, तो बस इस समीकरण को 100% से गुणा करें। एक आदर्श प्रशीतन मशीन का निष्पादन गुणांक (कार्नोट प्रशीतन गुणांक):

हम आमतौर पर कई प्रकार की शीतलन मशीनों का उपयोग करते हैं, जिनमें रेफ्रिजरेटर, एयर कंडीशनर (एसी) और हीट पंप शामिल हैं।

कुल्कास

कंडेंसर वाष्प को द्रव में परिवर्तित करता है, कंप्रेसर संपीड़ित करता है। कूलिंग कॉइल आमतौर पर रेफ्रिजरेटर के अंदर स्थित होते हैं, जबकि कंडेंसर कॉइल रेफ्रिजरेटर के बाहर (रेफ्रिजरेटर के पीछे) स्थित होते हैं।

कॉइल के अंदर एक तरल पदार्थ अवस्था संतुलन में होता है (तरल और वाष्प दोनों अवस्थाओं में मौजूद)। इस तरल पदार्थ को रेफ्रिजरेंट कहा जाता है। अतीत में आमतौर पर फ्रिऑन रेफ्रिजरेंट का उपयोग किया जाता था। फ्रिऑन का उपयोग अब बंद हो चुका है क्योंकि इसके रिसाव से ओजोन परत को नुकसान पहुंच सकता है।

कंप्रेसर मोटर (जो बिजली से चलती है) रेफ्रिजरेंट (वाष्प रूप में) को खींचती है और उसे रुद्धोष्म संपीडन द्वारा संपीड़ित करती है। रुद्धोष्म संपीडन के कारण वाष्प का तापमान बढ़ जाता है। तापमान बढ़ने के साथ-साथ वाष्प का दाब भी बढ़ जाता है। कंप्रेसर (उच्च तापमान) और कंडेंसर (निम्न तापमान) के बीच तापमान के अंतर के कारण उच्च तापमान और उच्च दाब वाली वाष्प रेफ्रिजरेटर के पीछे स्थित कंडेंसर कॉइल्स से होकर प्रवाहित होती है।

भाप का तापमान आसपास की हवा के तापमान से अधिक होता है, इसलिए जब यह कंडेंसर कॉइल से होकर गुजरती है, तो भाप आसपास की हवा में ऊष्मा छोड़ती है। कंडेंसर द्वारा संघनित होने के कारण, भाप ठंडी होकर द्रव में बदल जाती है। जब यह विस्तार वाल्व से होकर गुजरती है, तो द्रव में परिवर्तित रेफ्रिजरेंट रुद्धोष्म प्रवर्धन के कारण फैलता है। रुद्धोष्म प्रवर्धन के कारण द्रव ठंडा हो जाता है (इसका तापमान घट जाता है)। ठंडा द्रव रेफ्रिजरेटर के अंदर कॉइल्स में प्रवाहित होता है। चूंकि कॉइल्स में मौजूद द्रव रेफ्रिजरेटर की हवा से ठंडा होता है, इसलिए द्रव द्वारा ऊष्मा अवशोषित की जाती है जब तक कि रेफ्रिजरेंट वाष्प में परिवर्तित नहीं हो जाता (द्रव रेफ्रिजरेटर में ऊष्मा अवशोषित करता है)। वाष्प में परिवर्तित रेफ्रिजरेंट को कंप्रेसर मोटर द्वारा खींचा जाता है और रुद्धोष्म रूप से संपीड़ित किया जाता है। और यह प्रक्रिया दोहराई जाती है। चूंकि रेफ्रिजरेटर के अंदर की ऊष्मा कॉइल्स के अंदर मौजूद द्रव में स्थानांतरित हो जाती है, इसलिए रेफ्रिजरेटर ठंडा हो जाता है।

एसी (एयर कंडीशनर)

हालांकि उपकरण का डिज़ाइन अलग है, एयर कंडीशनर का मूल कार्य सिद्धांत रेफ्रिजरेटर के समान ही है। यहाँ रेफ्रिजरेटर एक कमरा है। आमतौर पर, कूलिंग कॉइल कमरे के अंदर स्थित होते हैं जबकि कंडेंसर कॉइल बाहर स्थित होते हैं। कंडेंसर कॉइल के पीछे एक पंखा लगा होता है। पंखे का काम हवा के संचलन को नियंत्रित करना और कंडेंसर कॉइल पर हवा फेंकना है, जिससे कंडेंसर कॉइल और आसपास की हवा के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण तेज होता है। इसके विपरीत, कूलिंग कॉइल के पीछे एक ब्लोअर लगा होता है। इसका कार्य पंखे के समान ही है। पंखा कंडेंसर कॉइल को बाहर की ओर धकेलता है, जिससे ऊष्मा आसपास की हवा में स्थानांतरित होती है, जबकि ब्लोअर कूलिंग कॉइल को अंदर की ओर धकेलता है, जिससे ठंडी हवा पूरे कमरे में फैलती है।

गर्मी पंप

हीट पंप का उपयोग आमतौर पर ठंडी सर्दियों में किया जाता है। हीट पंप का कार्य सिद्धांत रेफ्रिजरेटर के समान है। अंतर यह है कि रेफ्रिजरेटर कमरे को ठंडा करने का उपकरण है, जबकि हीट पंप कमरे को गर्म करने का उपकरण है। रेफ्रिजरेटर कमरे से ऊष्मा अवशोषित (QL ₎ करता है और उसे बाहर छोड़ता (QH ₎ , जबकि हीट पंप बाहर से ऊष्मा अवशोषित (QL ₎ करता है और उसे कमरे में छोड़ता (QH ₎ । इस अतिरिक्त ऊष्मा के कारण कमरा गर्म हो जाता है। गर्मियों के मौसम में, हीट पंप को एयर कंडीशनर (AC) के रूप में भी चलाया जा सकता है।