थंड करणारे मशीन

रेफ्रिजरेशन मशीनबद्दलचे लेख

रेफ्रिजरेटर हे एक उष्णता इंजिन आहे जे उलट्या दिशेने कार्य करते. म्हणजेच, उष्णता इंजिन कमी-तापमानाच्या प्रदेशातून उष्णता घेते आणि ती उच्च-तापमानाच्या प्रदेशात बाहेर टाकते. ही प्रक्रिया घडण्यासाठी, इंजिनला कार्य करावे लागते. तथापि, उष्णता नैसर्गिकरित्या फक्त उच्च-तापमानाच्या प्रदेशातून कमी-तापमानाच्या प्रदेशात वाहते. उष्णता स्वतःहून कमी-तापमानाच्या प्रदेशातून उच्च-तापमानाच्या प्रदेशात वाहू शकत नाही. हे पूर्वी चर्चा केलेल्या क्लॉसियसच्या विधानानुसार आहे. रेफ्रिजरेटरमध्ये घडणाऱ्या प्रक्रियेसाठी, पूर्वीचे क्लॉसियसचे विधान खालीलप्रमाणे लिहिले जाऊ शकते:

चक्रात काम करणाऱ्या रेफ्रिजरेशन मशीनला कार्य केल्याशिवाय कमी तापमानाच्या ठिकाणाहून जास्त तापमानाच्या ठिकाणी उष्णता हस्तांतरित करणे अशक्य आहे ( उष्मागतिकीचा दुसरा नियम – क्लॉसियसचे विधान).

तिरप्या अक्षरांतील मजकूर हा औष्णिक गतिकीच्या दुसऱ्या नियमाचे एक विशेष विधान आहे. हे विधान केवळ प्रशीतन यंत्रांना लागू होते. ऊर्जेचे स्वरूप बदलण्याची आणि तिचे हस्तांतरण करण्याची प्रक्रिया.ऊर्जेवर थंड करणारे यंत्र खालील आकृतीप्रमाणे दिसते.

यंत्र कमी तापमानाच्या ठिकाणाहून (Q _L ) उष्णता घेण्यासाठी कार्य (W) करते आणि ती उष्णता जास्त तापमानाच्या ठिकाणी (Q _H ) सोडते. उर्जेच्या संवर्धनाच्या नियमानुसार, असा निष्कर्ष काढता येतो की Q _L + W = Q _H.

जर उष्णता इंजिनांमध्ये कार्यक्षमता ही संज्ञा वापरली जात असेल, तर प्रशीतन यंत्रांमध्ये कार्यप्रदर्शन गुणांक (KK) ही संज्ञा वापरली जाते. प्रशीतन यंत्राचा कार्यप्रदर्शन गुणांक (KK) म्हणजे कमी तापमानाच्या ठिकाणाहून हस्तांतरित झालेली उष्णता (Q _L ) आणि ती उष्णता हस्तांतरित करण्यासाठी केलेले कार्य (W) यांचे गुणोत्तर होय. गणितानुसार, हे खालीलप्रमाणे लिहिले जाऊ शकते:

जर तुम्हाला रेफ्रिजरेशन मशीनचा कार्यक्षमता गुणांक टक्केवारीत व्यक्त करायचा असेल, तर फक्त या समीकरणाला 100% ने गुणा. एका आदर्श रेफ्रिजरेशन मशीनचा कार्यक्षमता गुणांक (रेफ्रिजरेशन मशीनचा कार्नोट कार्यक्षमता गुणांक):

आपण सामान्यपणे वापरत असलेली अनेक शीतकरण यंत्रे आहेत, ज्यामध्ये रेफ्रिजरेटर, एअर कंडिशनर (एसी) आणि हीट पंप यांचा समावेश होतो.

रेफ्रिजरेटर

कंडेन्सर = वाफेचे द्रवात रूपांतर करतो, कंप्रेसर = संकुचित करतो. कूलिंग कॉइल्स सहसा रेफ्रिजरेटरच्या आत असतात, तर कंडेन्सर कॉइल्स रेफ्रिजरेटरच्या बाहेर (रेफ्रिजरेटरच्या मागील बाजूस) असतात.

कॉइल्सच्या आत एक द्रव पदार्थ असतो जो प्रावस्था समतोलात (द्रव आणि बाष्प अवस्थेत) असतो. या द्रवाला रेफ्रिजरंट म्हणतात. पूर्वी सामान्यतः वापरला जाणारा रेफ्रिजरंट फ्रिऑन होता. आज फ्रिऑनचा वापर केला जात नाही, कारण त्याच्या उत्सर्जनामुळे ओझोन थराला नुकसान पोहोचू शकते.

कंप्रेसर मोटर (विद्युतवर चालणारी) रेफ्रिजरंटला (वाफ स्वरूपात) आत खेचते आणि त्याला रुद्धोष्म पद्धतीने संकुचित करते. रुद्धोष्म संकोचनामुळे, वाफेचे तापमान वाढते. तापमान वाढल्यामुळे, वाफेचा दाबही वाढतो. कंप्रेसर (उच्च तापमान) आणि कंडेन्सर (कमी तापमान) यांच्यातील तापमानाच्या फरकामुळे, ही उच्च-तापमान आणि उच्च-दाबाची वाफ रेफ्रिजरेटरच्या मागील बाजूस असलेल्या कंडेन्सर कॉइल्समधून वाहते.

वाफेचे तापमान सभोवतालच्या हवेच्या तापमानापेक्षा जास्त असते, त्यामुळे जेव्हा ती कंडेन्सर कॉइलमधून जाते, तेव्हा वाफ सभोवतालच्या हवेला उष्णता देते. कंडेन्सरद्वारे तिचे संघनन होत असल्यामुळे, वाफ थंड होते आणि द्रवरूप बनते. जेव्हा ती एक्सपान्शन व्हॉल्व्हमधून जाते, तेव्हा द्रवरूप बनलेले रेफ्रिजरंट रुद्धोष्म पद्धतीने प्रसरण पावते. रुद्धोष्म प्रसरणामुळे द्रव थंड होतो (त्याचे तापमान कमी होते). हा थंड द्रव रेफ्रिजरेटरमधील कॉइल्सच्या आत वाहतो. कॉइल्समधील द्रव रेफ्रिजरेटरमधील हवेपेक्षा थंड असल्यामुळे, रेफ्रिजरंटचे बाष्पात रूपांतर होईपर्यंत उष्णता शोषली जाते (रेफ्रिजरेटरमधील द्रव उष्णता शोषून घेतो). बाष्पात रूपांतरित झालेले रेफ्रिजरंट कंप्रेसर मोटरद्वारे खेचले जाते आणि रुद्धोष्म पद्धतीने संकुचित केले जाते. आणि असेच पुढे चालू राहते… (ही प्रक्रिया पुन्हा पुन्हा होते). रेफ्रिजरेटरमधील उष्णता कॉइल्समधील द्रवाकडे जात असल्यामुळे, रेफ्रिजरेटर थंड होतो.

एसी (एअर कंडिशनर)

जरी उपकरणाची रचना वेगळी असली तरी, एअर कंडिशनरचे मूलभूत कार्यतत्त्व रेफ्रिजरेटरसारखेच असते. या प्रकरणात, रेफ्रिजरेटर म्हणजे एक खोली असते. सामान्यतः, कूलिंग कॉइल्स खोलीच्या आत असतात, तर कंडेन्सर कॉइल्स बाहेर असतात. कंडेन्सर कॉइल्सच्या मागे एक पंखा असतो. पंख्याचे काम फक्त हवेचे अभिसरण नियंत्रित करणे आणि कंडेन्सर कॉइल्सवर हवा फेकणे हे आहे, ज्यामुळे कंडेन्सर कॉइल्स आणि सभोवतालची हवा यांच्यातील उष्णता हस्तांतरणाची गती वाढते. याउलट, कूलिंग कॉइल्सच्या मागे एक ब्लोअर असतो. त्याचे कार्य पंख्यासारखेच असते. पंखा कंडेन्सर कॉइल्सवर बाहेरच्या दिशेने हवा फेकतो, ज्यामुळे उष्णता सभोवतालच्या हवेत जाते, तर ब्लोअर कूलिंग कॉइल्सवर आतल्या दिशेने हवा फेकतो, ज्यामुळे थंड हवा संपूर्ण खोलीत पसरते.

उष्णता पंप

हीट पंप सामान्यतः थंड हिवाळ्यात वापरले जातात. हीट पंपचे कार्यतत्त्व रेफ्रिजरेटरसारखेच असते. फरक एवढाच आहे की, रेफ्रिजरेटर हे खोली थंड करण्यासाठी वापरले जाणारे उपकरण आहे, तर हीट पंप खोली गरम करण्यासाठी वापरला जातो. रेफ्रिजरेटर खोलीतील उष्णता (QL ₎ शोषून घेऊन ती बाहेर सोडण्याचे (QH ₎ काम करतो , तर हीट पंप बाहेरून उष्णता (QL ₎ शोषून घेऊन ती खोलीत (QH ₎ सोडतो . या अतिरिक्त उष्णतेमुळे खोली उबदार होते. उन्हाळा सुरू झाल्यावर, हीट पंप उलट्या दिशेने चालवून एअर कंडिशनर (AC) म्हणून वापरता येतो.