हिट पम्प तथा रेफ्रिजेरेसन चक्र

थर्मोडायनामिक हिट पम्प चक्र वा रेफ्रिजरेसन चक्र हिट पम्प, वातानुकूलन र रेफ्रिजरेसनल प्रणालीहरूका लागि अवधारणात्मक र गणितीय मोडेलहरू हुन्। हिट पम्प एक मेकानिकल प्रणाली हो जसले एक स्थानबाट ताप प्रसारण गर्दछ ("स्रोत") एक निश्चित तापक्रममा अर्को स्थानमा ("सिङ्क" वा "तातो सिङ्क") उच्च तापक्रममा।The Systems and Equipment volume of the ASHRAE Handbook, ASHRAE, Incorporated, Atlanta, Georgia, 2004. यसैले यदि कुनै स्थानलाई तताउनु उद्देश्य हो भने (जस्तै जाडो समयमा घरको भित्री भागलाई न्यानो बनाउने) हिट पम्पलाई "हीटर" को रूपमा सोच्न सकिन्छ। तापको स्रोतलाई चिसो बनाउने उद्देश्य हो भने हिट पम्पलाई  "फ्रिज" वा "कुलर"को रुपमा सोच्न सकिन्छ । दुवै अवस्थामा सञ्चालन सिद्धान्तहरू एउटै हो, तापलाई चिसो ठाउँबाट तातो ठाउँमा सार्न उर्जाको प्रयोग गरिन्छ।

 थर्मोडायनामिक चक्र 
थर्मोडायनामिक्सको दोस्रो नियम अनुसार, गर्मी स्वत रूपमा चिसो स्थानबाट तातो स्थानमा प्रवाह हुन सक्दैन-यसको लागि यांत्रिक कार्य आवश्यक छ।Fundamentals of Engineering Thermodynamics, by Howell and Buckius, McGraw-Hill, New York. एउटा एसी उपकरणलाई मानिस बस्ने ठाउँबाट तापलाई भित्री स्थानबाट बाहिरी स्थानमा प्रसार गरेर बस्ने ठाउँलाई चिसो बनाउन यान्त्रिक कार्य चाहिन्छ। (तापको स्रोत बाहिरतिर (ताप सिङ्क) । त्यसै गरी, रेफ्रिजेरेटरले चिसो आइसबक्स (तापको स्रोत) भित्रबाट तापलाई भान्साकोठाको तातो -तापमान हावामा सार्छ (तातो सिङ्क) । सन् १८२४ मा सादी कार्नोटद्वारा कार्नोट चक्र प्रयोग गरेर गणितीय रूपमा आदर्श ताप इन्जिन सञ्चालन सिद्धान्तको वर्णन गरिएको थियो। एक आदर्श रेफ्रिजरेटर वा हिट पम्पलाई एक आदर्श ताप इन्जिनको रूपमा सोच्न सकिन्छ जुन विपरीत  कार्नोट चक्रमा सञ्चालन भइरहेको छ।

हिट पम्प चक्र र प्रशीतन चक्रलाई भेपर कम्प्रेसन, भेपर एब्जर्पसन, ग्याँस चक्र, वा स्टर्लिङ चक्र रूपमा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ।

 भेपर कम्प्रेसन चक्र 

दायाँ|फ्रेम|वाष्प-कम्प्रेशन रेफ्रिजरेशन The Ideal Vapor-Compression Cycle 
अङ्गुठाकार|तुलनाको लागि, एक गर्मी पम्पको वाष्प-कम्प्रेसन रेफ्रिजरेसन चक्रको एक साधारण शैलीकृत रेखाचित्रः 1 कन्डन्सर, 2 विस्तार वाल्व, 3 वाष्पीकरणकर्ता, 4 कम्प्रेसर (नोट गर्नुहोस् कि यो रेखाचित्र ठाडो र तेर्सो रूपमा अघिल्लो एकको तुलनामा पल्टियो     
भेपर-कम्प्रेसन चक्र धेरै रेफ्रिजरेसन, वातानुकूलन, र अन्य शितलन उपकरण र न्यानो बनाउन हिट पम्पमा प्रयोग गरिन्छ। यसमा दुईवटा हिट एक्सचेन्जरहरू हुन्छ:  एउटा कन्डेन्सर हो, जुन तातो हुन्छ र ताप छोड्छ, र अर्को इभापोरेटर हो, जुन चिसो हुन्छ र ताप  सोस्छ। ताप र शीतलन दुवै मोडहरूमा सञ्चालन गर्न आवश्यक पर्ने अनुप्रयोगहरूका लागि, यी दुई हिट एक्सचेन्जर्को भूमिका परिवर्तन गर्न रिभर्सिङ्ग भल्भ प्रयोग गरिन्छ।

माथिको छलफल आदर्श भेपर कम्प्रेसन रेफ्रिजरेसन चक्रमा आधारित छ र प्रणालीमा घर्षण, प्रेसर ड्रप, रेफ्रिजरेन्ट वाष्पको कम्प्रेसनको समयमा हल्का थर्मोडायनामिक अपरिवर्ता, वा गैर-आदर्श ग्यास व्यवहार ) जस्ता वास्तविक- प्रभावहरूलाई ध्यानमा राख्दैन।

 भेपर एब्जर्पसन चक्र 
बीसौं शताब्दीको प्रारम्भिक वर्षहरूमा, पानी-अमोनिया प्रणालीहरू प्रयोग गरेर भेपर एब्जर्पसन चक्र लोकप्रिय र व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको थियो तर, भेपर कम्प्रेसन चक्रको विकास पछि, यसले यसको न्यून  दक्षता (भेपर कम्प्रेशन चक्रको लगभग पाँचौं भाग) को कारण धेरै महत्त्व गुमायो। आजकल, भेपर एब्जर्पसन चक्र त्यहाँ मात्र प्रयोग गरिन्छ जहाँ बिजुली भन्दा तापको स्रोत सजिलै उपलब्ध हुन्छ, जस्तै औद्योगिक फोहोर तातो, सौर्य तापीय ऊर्जा, वा मनोरञ्जनात्मक सवारी साधनहरूमा अफ-द-ग्रिड रेफ्रिजरेसन।

एब्जर्पसन चक्र भेपर कम्प्रेसन चक्र जस्तै हुन्छ, तर रेफ्रिजरेन्ट वाष्पको आंशिक दबाबमा निर्भर गर्दछ। एब्जर्पसन प्रणालीमा, कम्प्रेसरलाई एब्जर्बर र जेनेरेटरद्वारा प्रतिस्थापन गरिन्छ। एब्जर्बरले रेफ्रिजरेन्टलाई उपयुक्त तरल (हल्का घोल) मा विघटन गर्दछ र फिक्का घोल त्यसपछि गाढा घोल बन्छ। जेनरेटरमा, गर्मी थपमा, तापमान बढ्छ, र यसको साथ, रेफ्रिजरेन्ट वाष्पको आंशिक दबाव बलियो समाधानबाट जारी गरिन्छ। यद्यपि, जेनेरेटरलाई ताप स्रोत चाहिन्छ, जसले फोहोर ताप प्रयोग नगरेसम्म ऊर्जा खपत गर्दछ। अवशोषण रेफ्रिजरेटरमा, रेफ्रिजरेन्ट र अवशोषकको उपयुक्त संयोजन प्रयोग गरिन्छ। सबैभन्दा सामान्य संयोजनहरू अमोनिया- पानी (रेफ्रिजेरेन्ट-एबसोर्बेन्ट) र पानी- लिथियम ब्रोमाइड (रेफ्रिजेरेन्ट-एबसोर्बेंट) हुन्।

एब्जर्पसन रेफ्रिजरेसन प्रणालीहरू जीवाश्म ईन्धनहरू (जस्तै, कोइला, तेल, प्राकृतिक ग्यास, आदि) वा नवीकरणीय ऊर्जा (जस्तै, फोहोर-ताप रिकभरी, बायोमास दहन, वा सौर्य ऊर्जा) को दहनद्वारा संचालित गर्न सकिन्छ।

 ग्यास चक्र 

 स्टर्लिङ इन्जिन 
स्टर्लिङ चक्र ताप इन्जिनलाई विपरितमा सञ्चालन गर्न सकिन्छ। यान्त्रिक उर्जा प्रयोग गरेर विपरीत दिशामा तापको प्रसारण गरिन्छ। 

उल्टो दिशामा गर्मी स्थानान्तरण ड्राइभ गर्न एक यांत्रिक ऊर्जा इनपुट प्रयोग गरेर, उल्टो मा संचालित गर्न सकिन्छ (जस्तै एक गर्मी पम्प, वा रेफ्रिजरेटर) । त्यस्ता उपकरणहरूका लागि धेरै डिजाइन कन्फिगरेसनहरू छन् जुन निर्माण गर्न सकिन्छ। त्यस्ता धेरै सेटअपहरूलाई रोटरी वा स्लाइडिङ सिलहरू चाहिन्छ, जसले घर्षण हानि र रेफ्रिजरेन्ट चुहावट बिच गाह्रो ट्रेडअफहरू प्रस्तुत गर्न सक्छ।

सन्दर्भ सामग्रीहरू