Vapour Compression Refrigeration System(वाष्प संपीड़न प्रशीतन प्रणाली)

वाष्प संपीड़न प्रशीतन प्रणाली(Vapour Compression Refrigeration System)

इतिहास(History):

1805 में, अमेरिकी आविष्कारक ओलिवर इवांस ने वैक्यूम के तहत ईथर द्वारा बर्फ के उत्पादन के लिए एक बंद वाष्प-संपीड़न प्रशीतन चक्र का वर्णन किया। वाष्पीकृत रेफ्रिजरेंट को पुनर्चक्रित करके वातावरण से गर्मी को हटा दिया जाएगा, जहां यह एक कंप्रेसर और कंडेनसर के माध्यम से आगे बढ़ेगा, और फिर से फिर से प्रशीतन प्रक्रिया को दोहराने के लिए एक तरल रूप में वापस आ जाएगा। हालांकि, इवांस द्वारा ऐसी कोई प्रशीतन इकाई नहीं बनाई गई थी।(In 1805, the American inventor Oliver Evans described a closed vapor-compression refrigeration cycle for the production of ice by ether under vacuum. Heat would be removed from the environment by recycling vaporized refrigerant, where it would move through a compressor and condenser, and would eventually revert to a liquid form in order to repeat the refrigeration process over again. However, no such refrigeration unit was built by Evans).

1834 में, ग्रेट ब्रिटेन के एक अमेरिकी प्रवासी जैकब पर्किन्स ने दुनिया में पहला काम करने वाले वाष्प-संपीड़न प्रशीतन प्रणाली का निर्माण किया। (In 1834, an American expatriate to Great Britain, Jacob Perkins, built the first working vapor-compression refrigeration system in the world).

एक समान प्रयास 1842 में अमेरिकी चिकित्सक जॉन गोरी द्वारा किया गया था, जिन्होंने एक कामकाजी प्रोटोटाइप बनाया था, लेकिन यह एक व्यावसायिक विफलता थी। अमेरिकी इंजीनियर अलेक्जेंडर ट्विनिंग ने वाष्प संपीड़न प्रणाली के लिए 1850 में ब्रिटिश पेटेंट लिया था जिसमें ईथर का इस्तेमाल किया गया था।(A similar attempt was made in 1842, by American physician, John Gorrie, who built a working prototype, but it was a commercial failure. American engineer Alexander Twining took out a British patent in 1850 for a vapor compression system that used ether).

पहली व्यावहारिक वाष्प संपीड़न प्रशीतन प्रणाली का निर्माण एक ब्रिटिश पत्रकार जेम्स हैरिसन द्वारा किया गया था, जिन्होंने ऑस्ट्रेलिया में प्रवास किया था। उनका 1856 का पेटेंट ईथर, अल्कोहल या अमोनिया का उपयोग करके वाष्प संपीड़न प्रणाली के लिए था। उन्होंने 1851 में विक्टोरिया के गीलॉन्ग में रॉकी प्वाइंट में बरवन नदी के तट पर एक यांत्रिक बर्फ बनाने वाली मशीन का निर्माण किया, और 1854 में उनकी पहली व्यावसायिक बर्फ बनाने वाली मशीन का पालन किया। हैरिसन ने ब्रुअरीज और मांस पैकिंग के लिए वाणिज्यिक वाष्प-संपीड़न प्रशीतन भी पेश किया। घरों और, 1861 तक, ऑस्ट्रेलिया और इंग्लैंड में उनके दर्जनों सिस्टम चालू थे।(The first practical vapour compression refrigeration system was built by James Harrison, a British journalist who had emigrated to Australia. His 1856 patent was for a vapor compression system using ether, alcohol or ammonia. He built a mechanical ice-making machine in 1851 on the banks of the Barwon River at Rocky Point in Geelong, Victoria, and his first commercial ice-making machine followed in 1854. Harrison also introduced commercial vapor-compression refrigeration to breweries and meat packing houses and, by 1861, a dozen of his systems were in operation in Australia and England).

 

परिचय(Introduction):

वाष्प-कम्प्रेशन रेफ्रिजरेशन या वाष्प-कम्प्रेशन रेफ्रिजरेशन सिस्टम (VCRS), जिसमें रेफ्रिजरेंट का दौर बदल जाता है, कई रेफ्रिजरेशन साइकल में से एक है और यह इमारतों और ऑटोमोबाइल की एयर-कंडीशनिंग के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि है। इसका उपयोग घरेलू और वाणिज्यिक रेफ्रिजरेटर, खाद्य पदार्थों और मीट, प्रशीतित ट्रकों और रेलमार्गों के ठंडा या जमे हुए भंडारण के लिए बड़े पैमाने पर गोदामों और अन्य वाणिज्यिक और औद्योगिक सेवाओं के एक मेजबान में भी किया जाता है। तेल शोधन, पेट्रोकेमिकल और रासायनिक प्रसंस्करण संयंत्र, और प्राकृतिक गैस प्रसंस्करण संयंत्र कई प्रकार के औद्योगिक संयंत्रों में से हैं जो अक्सर बड़े वाष्प-संपीड़न प्रशीतन प्रणाली का उपयोग करते हैं। 2 कम्प्रेसर का उपयोग करके कैस्केड प्रशीतन प्रणाली भी लागू की जा सकती है।(Vapour-compression refrigeration or vapor-compression refrigeration system (VCRS), in which the refrigerant undergoes phase changes, is one of the many refrigeration cycles and is the most widely used method for air-conditioning of buildings and automobiles. It is also used in domestic and commercial refrigerators, large-scale warehouses for chilled or frozen storage of foods and meats, refrigerated trucks and railroad cars, and a host of other commercial and industrial services. Oil refineries, petrochemical and chemical processing plants, and natural gas processing plants are among the many types of industrial plants that often utilize large vapor-compression refrigeration systems. Cascade refrigeration systems may also be implemented using 2 compressors).

प्रशीतन को एक संलग्न स्थान के तापमान को कम करने के रूप में परिभाषित किया जा सकता है ताकि उस स्थान से गर्मी को हटाकर इसे कहीं और स्थानांतरित किया जा सके। एक उपकरण जो इस फ़ंक्शन को करता है, उसे एयर कंडीशनर, रेफ्रिजरेटर, एयर सोर्स हीट पंप, जियोथर्मल हीट पंप या चिलर (हीट पंप) भी कहा जा सकता है।{Refrigeration may be defined as lowering the temperature of an enclosed space by removing heat from that space and transferring it elsewhere. A device that performs this function may also be called an air conditioner, refrigerator, air source heat pump, geothermal heat pump, or chiller (heat pump)}.

विवरण(Description):

वाष्प-संपीडन एक परिचालित तरल प्रशीतक का उपयोग उस माध्यम के रूप में करता है जो अवशोषित होने के लिए स्थान से ऊष्मा को अवशोषित करता है और हटाता है और बाद में उस ऊष्मा को अन्यत्र अस्वीकार कर देता है।(Vapour-compression uses a circulating liquid refrigerant as the medium which absorbs and removes heat from the space to be cooled and subsequently rejects that heat elsewhere).

ऐसी सभी प्रणालियों में चार घटक होते हैं: एक कंप्रेसर, एक कंडेनसर, एक थर्मल विस्तार वाल्व, और एक बाष्पीकरण करनेवाला।(All such systems have four components: a compressor, a condenser, a thermal expansion valve, and an evaporator).

यह एक संपीड़न प्रक्रिया है, जिसका उद्देश्य सर्द दबाव को बढ़ाना है, क्योंकि यह एक बाष्पीकरणकर्ता से बहता है। उच्च दाब प्रशीतक प्रारंभिक कम दबाव प्राप्त करने और बाष्पीकरणकर्ता पर वापस जाने से पहले एक कंडेनसर / हीट एक्सचेंजर के माध्यम से बहता है।(It is a compression process, whose aim is to raise the refrigerant pressure, as it flows from an evaporator. The high-pressure refrigerant flows through a condenser/heat exchanger before attaining the initial low pressure and going back to the evaporator).

चरण -1 कंप्रेसर(Step-1 Compressor)

सर्द (उदाहरण के लिए R-717) कम तापमान और कम दबाव पर कंप्रेसर में प्रवेश करता है। यह गैसीय अवस्था में है। यहां, तापमान और सर्द दबाव बढ़ाने के लिए संपीड़न होता है। सर्द कंप्रेसर को छोड़ देता है और कंडेनसर में प्रवेश करता है। चूंकि इस प्रक्रिया में काम की आवश्यकता होती है, इसलिए एक इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग किया जा सकता है। कंप्रेशर्स स्वयं स्क्रॉल, पेंच, केन्द्रापसारक या पारस्परिक प्रकार के हो सकते हैं।(The refrigerant (for example R-717) enters the compressor at low temperature and low pressure. It is in a gaseous state. Here, compression takes place to raise the temperature and refrigerant pressure. The refrigerant leaves the compressor and enters to the condenser. Since this process requires work, an electric motor may be used. Compressors themselves can be scroll, screw, centrifugal or reciprocating types).

चरण -2 कंडेनसर(Step-2 Condenser)

कंडेनसर अनिवार्य रूप से एक हीट एक्सचेंजर है। गर्मी को सर्द से पानी के प्रवाह में स्थानांतरित किया जाता है। यह पानी ठंडा-ठंडा संघनन के मामले में ठंडा करने के लिए एक शीतलन टॉवर में जाता है। ध्यान दें कि समुद्री जल और वायु-शीतलन विधियां भी इस भूमिका को निभा सकती हैं। जैसे ही कंडेनसर के माध्यम से सर्द बहता है, यह एक निरंतर दबाव में है।(The condenser is essentially a heat exchanger. Heat is transferred from the refrigerant to a flow of water. This water goes to a cooling tower for cooling in the case of water-cooled condensation. Note that seawater and air-cooling methods may also play this role. As the refrigerant flows through the condenser, it is in a constant pressure).

चरण -3 विस्तार वाल्व(Step-3 Expansion Valve)

जब सर्द थ्रॉटलिंग वाल्व में प्रवेश करता है, तो यह फैलता है और दबाव जारी करता है। नतीजतन, तापमान इस स्तर पर गिर जाता है। इन परिवर्तनों के कारण, सर्द थ्रॉटल वाल्व को तरल वाष्प मिश्रण के रूप में छोड़ देता है। थ्रॉटलिंग वाल्व वाष्प संपीड़न चक्र में दो महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। सबसे पहले, वे कम और उच्च दबाव वाले पक्षों के बीच एक दबाव अंतर बनाए रखते हैं। दूसरा, वे बाष्पीकरण में प्रवेश करने वाले तरल प्रशीतक की मात्रा को नियंत्रित करते हैं।(When the refrigerant enters the throttling valve, it expands and releases pressure. Consequently, the temperature drops at this stage. Because of these changes, the refrigerant leaves the throttle valve as a liquid vapor mixture. Throttling valves play two crucial roles in the vapor compression cycle. First, they maintain a pressure differential between low- and high-pressure sides. Second, they control the amount of liquid refrigerant entering the evaporator).

 चरण -4 वाष्पीकरण(Step-4 Evaporation)

वाष्प संपीड़न प्रशीतन चक्र के इस चरण में, सर्द अपने आसपास के तापमान से कम तापमान पर होता है। इसलिए, यह वाष्पीकरण की अव्यक्त गर्मी को वाष्पित और अवशोषित करता है। रेफ्रिजरेंट से हीट निष्कर्षण कम दबाव और तापमान पर होता है। कंप्रेसर सक्शन प्रभाव कम दबाव बनाए रखने में मदद करता है। बाजार में अलग-अलग बाष्पीकरण संस्करण हैं, लेकिन प्रमुख वर्गीकरण तरल शीतलन और वायु शीतलन हैं, यह निर्भर करता है कि वे क्रमशः तरल या वायु ठंडा करते हैं।(At this stage of the Vapor Compression Refrigeration Cycle, the refrigerant is at a lower temperature than its surroundings. Therefore, it evaporates and absorbs latent heat of vaporization. Heat extraction from the refrigerant happens at low pressure and temperature. Compressor suction effect helps maintain the low pressure. There are different evaporator versions in the market, but the major classifications are liquid cooling and air cooling, depending whether they cool liquid or air respectively).

Process Chart

 

लाभ(Advantages):

१) प्रशीतन की दी गई क्षमता के लिए इसका आकार छोटा है।(It has smaller size for the given capacity of refrigeration).

२)  इसकी रनिंग कॉस्ट कम है।(It has less running cost).

३) यह तापमान की एक बड़ी श्रृंखला पर नियोजित किया जा सकता है।(It can be employed over a large range of temperatures).

४) प्रदर्शन का गुणांक काफी अधिक है।(The coefficient of performances is quite high).

नुकसान(Disadvantages):

१)  प्रारंभिक लागत अधिक है।(The initial cost is high).

२) प्रशीतन के रिसाव की रोकथाम वाष्प संपीड़न प्रणाली में प्रमुख समस्या है।(The prevention of leakage of the refrigeration is the major problem in vapour compression system).

आवेदन(Application):

१)  घरेलू रेफ्रिजरेटर।(Domestic refrigerator).

२)  घरेलू एयर कंडीशनर।(Domestic Air conditioner).

३) 5 से 6 डिग्री सेंटीग्रेड के आसपास ठंडे पानी के लिए चिलर। (Chiller for cold water around 5 to 6 degree centigrade).

४)  सेंट्रल एयर कंडीशनिंग सिस्टम।(Central air conditioning system).

५)  सब्जियों और फलों को ठंडा करने के लिए कोल्ड स्टोरेज।(Cold storage to cool vegetables and fruits).

६)  बर्फ बनाने के लिए आइस प्लांट।(Ice plant to make ice).

७)  उद्योग आवेदन प्रक्रिया उद्योग की तरह।(Industry application like process industry).

 

सर्द तरल पदार्थ(Refrigerant Fluids):

सर्द भौतिक गुण और ऑपरेटिंग दबाव, वाष्पीकरण तापमान और ऊष्मा के परिवहन की क्षमता निर्धारित करते हैं। वाष्प संपीड़न रेफ्रिजरेंट तरल पदार्थों की एक विस्तृत विविधता व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है। पानी, शराब, ब्यूटेन और अमोनिया अच्छी तरह से अध्ययन किए गए सर्द तरल पदार्थों की सूची में शामिल हैं। ऑपरेटिंग दबाव रेंज, गर्मी क्षमता, वायुमंडलीय विघटन क्षमता, विस्फोट खतरा और संक्षारण क्षमता कुछ अनुप्रयोगों के लिए कुछ तरल पदार्थों को अनुपयुक्त बनाते हैं। R-134a और R-404a आम रेफ्रिजरेंट हैं जो वर्तमान में उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स कूलिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं।(The refrigerant physical properties and operating pressures determine its evaporating temperature and its capacity to transport heat. A wide variety of vapor compression refrigerant fluids are commercially available. Water, alcohol, butane, and ammonia are among the list of well-studied refrigerant fluids. Operating pressure range, heat capacity, atmospheric disruption potential, explosion hazard and corrosion potential make some fluids inappropriate for some applications. R-134a and R-404a are common refrigerants currently in use in high power electronics cooling applications).