Ionocaloric refrigeration
આયોનોકેલોરિક રેફ્રિજરેશન ચક્ર એ એક અદ્યતન ઠંડક તકનીક છે જે કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ રેફ્રિજરેશન પ્રાપ્ત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ક્ષેત્ર દ્વારા સંચાલિત આયોનોકેલોરિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. આયન ઉમેરા અથવા દૂર કરીને વિદ્યુતરાસાયણિક ક્ષમતામાં હેરફેર કરીને, તાપમાનમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો અને એન્ટ્રોપી ભિન્નતા પ્રાપ્ત થાય છે. આ ચક્ર વિવિધ ઉદ્યોગોમાં સંભવિત ઉપયોગો સાથે પરંપરાગત રેફ્રિજરેશન પ્રણાલીઓનો ટકાઉ વિકલ્પ પ્રદાન કરે છે. ચાલુ સંશોધન તેની કામગીરી અને સદ્ધરતા વધારવા માટે આયોનોકેલોરિક સામગ્રી અને સિસ્ટમ ડિઝાઇનને શ્રેષ્ઠ બનાવવા પર કેન્દ્રિત છે. તે ઊર્જા વિભાગના લોરેન્સ બર્કલે રાષ્ટ્રીય પ્રયોગશાળામાં ડ્રૂ લિલી અને રવિ પરાશર દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. ઝાંખી આયોનોકેલોરિક રેફ્રિજરેશન ચક્ર એ એક અદ્યતન ઠંડક તકનીક છે જે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને શૂન્ય ગ્લોબલ વોર્મિંગની ક્ષમતા પ્રદાન કરે છે. આ નવીન ચક્ર એડિયાબેટિક તાપમાનમાં નોંધપાત્ર ફેરફારો અને આઇસોથર્મલ એન્ટ્રોપી ફેરફારો હાંસલ કરવા માટે વિદ્યુતરાસાયણિક ક્ષેત્ર દ્વારા સંચાલિત આયોનોકેલોરિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. ટકાઉ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ રેફ્રિજરેશન પ્રણાલીઓની તાત્કાલિક જરૂરિયાતના ઉકેલ તરીકે વિકસિત, આયોનોકેલોરિક રેફ્રિજરેશન ચક્ર કામગીરી અને ઊર્જા કાર્યક્ષમતાના સંદર્ભમાં આશાસ્પદ પરિણામો દર્શાવે છે. પરંપરાગત રેફ્રિજરેશન તકનીકો, જેમ કે વરાળ-સંકોચન (વી. સી.) પ્રણાલીઓ, રેફ્રિજન્ટ તરીકે હાઇડ્રોફ્લોરોકાર્બન (એચ. એફ. સી.) પર આધાર રાખે છે. જોકે, એચ. એફ. સી. ગ્લોબલ વોર્મિંગની ઊંચી સંભાવના ધરાવે છે અને ગ્રીનહાઉસ ગેસના ઉત્સર્જનમાં નોંધપાત્ર યોગદાન આપે છે. આ પર્યાવરણીય ચિંતાઓને દૂર કરવા માટે, સંશોધકોએ સોલિડ-સ્ટેટ કેલરી સામગ્રીની શોધ કરી છે જે બાહ્ય ક્ષેત્રો હેઠળ રેફ્રિજરેશન અસરો દર્શાવે છે. જ્યારે અગાઉની કેલરી સામગ્રીઓએ મર્યાદિત કામગીરી અને કામગીરીના નીચા ગુણાંક (સી. ઓ. પી.) દર્શાવ્યા છે, ત્યારે આયોનોકેલોરિક ચક્ર નોંધપાત્ર સુધારા દર્શાવે છે. આયોનોકેલોરિક અસર આયનોના ઉમેરા અથવા દૂર કરીને નક્કર તબક્કાની આસપાસના વિદ્યુતરાસાયણિક ક્ષેત્રમાં હેરફેર કરીને કાર્ય કરે છે. પ્રજાતિઓનું આ વિદ્યુતરાસાયણિક મિશ્રણ નોંધપાત્ર ઊર્જાસભર ફેરફારોને પ્રેરિત કરે છે, જેના પરિણામે પ્રણાલીમાં ઉષ્મીય પ્રતિભાવ અને તાપમાનમાં વિવિધતા આવે છે. અન્ય કેલરી અસરોથી વિપરીત, જ્યાં લાગુ કરેલું ક્ષેત્ર સામગ્રીની સંયુક્ત ક્ષેત્ર જોડી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે આયોનોકેલોરિક અસર વિપરીત રીતે કાર્ય કરે છે. વિદ્યુતરાસાયણિક ક્ષમતાનું નિયંત્રણ તાપમાન, દબાણ અને વોલ્ટેજ જેવા વિવિધ ક્ષેત્ર ચલ દ્વારા રાસાયણિક પ્રજાતિઓની સાંદ્રતામાં ફેરફાર કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. આયોનોકેલોરિક રેફ્રિજરેશન ચક્ર સતત અને કાર્યક્ષમ રેફ્રિજરેશન પ્રદાન કરવા માટે થર્મોડાયનેમિક ચક્રમાં આયોનોકેલોરિક અસરનો સમાવેશ કરે છે. આ ચક્રમાં ચાર તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છેઃ આઇસેન્ટ્રોપિક મિશ્રણ, ગરમીના શોષણ દ્વારા આઇસોકોમ્પોઝિશનલ અને આઇસોથર્મલ ગલન, આઇસેન્ટ્રોપિક વિભાજન, અને ગરમીના અસ્વીકાર દ્વારા આઇસોકોમ્પોઝિશનલ અને આઇસોથર્મલ સ્ફટિકીકરણ. આ પગલાંઓનું પાલન કરીને, ચક્ર કાર્નોટ જેવી વર્તણૂક પ્રાપ્ત કરે છે અને કાર્યક્ષમ ઠંડકને સક્ષમ કરે છે. વિવિધ આયોનોકેલોરિક પ્રણાલીઓમાં, ઇથિલિન કાર્બોનેટ-સોડિયમ આયોડાઇડ પ્રણાલીએ ખાસ ખાતરી દર્શાવી છે. તે ફ્યુઝનની ઉચ્ચ સુપ્ત ગરમી, ઓરડાના તાપમાનથી ઉપર ગલનબિંદુ અને પર્યાવરણીય સુસંગતતા દર્શાવે છે, જે તેને વ્યવહારુ કાર્યક્રમો માટે એક આકર્ષક વિકલ્પ બનાવે છે. આ પ્રણાલીમાં આયનોકોલોરિક અસર આજની તારીખમાં નોંધાયેલી અન્ય કેલરી અસરોને વટાવી જાય છે, જે નોંધપાત્ર રીતે ઊંચા એડિયાબેટિક તાપમાનના ફેરફારો અને એકમ દળ અને કદ દીઠ એન્ટ્રોપી ફેરફારો દર્શાવે છે. આયોનોકેલોરિક રેફ્રિજરેશન ચક્રના વ્યવહારુ અમલીકરણમાં દ્રાવણને અલગ કરવા અને સિસ્ટમને પુનર્જીવિત કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોડાયલિસિસ જેવી ડિસેલિનેશન તકનીકોનો ઉપયોગ થાય છે. જ્યારે ઇસી/એન. એ. આઈ. પ્રણાલીના સૈદ્ધાંતિક ગુણધર્મો સ્પર્ધાત્મક કામગીરી દર્શાવે છે, ત્યારે વાસ્તવિક દુનિયાની કાર્યક્ષમતા અલગ કરવાની પ્રક્રિયાની વિગતો પર આધારિત હશે. ઇલેક્ટ્રોડાયલિસિસ જેવી ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ તકનીકો ઉચ્ચ કાર્યકારી દબાણ અથવા ક્ષેત્રોની જરૂર વગર ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરે છે, જે તેમને વ્યવહારુ ઉપયોગ માટે યોગ્ય બનાવે છે. આદર્શ આયનોકોલોરિક પદાર્થોને ફ્યુઝનની નોંધપાત્ર એન્થાલ્પી, એલિવેટેડ ક્રાયોસ્કોપિક કોન્સ્ટન્ટ અને મોટા ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટની જરૂર પડે છે, જે મીઠાની ઉચ્ચ દ્રાવ્યતાનો સંકેત આપે છે. ઇથિલિન કાર્બોનેટ-સોડિયમ આયોડાઇડ પ્રણાલી પ્રયોગો માટે આશાસ્પદ ઉમેદવાર છે. જ્યારે ઝેડ. એન. સી. એલ. 2 અને એચ. જી. સી. એલ. 2 જેવા ક્ષાર ઉચ્ચ દ્રાવ્યતા ધરાવે છે, ત્યારે કેટાયન વિનિમય પટલમાંથી તેમનો માર્ગ અવરોધિત થાય છે, અને તેઓ ઝેરી ક્લોરિન વાયુ ઉત્પન્ન કરવાનું જોખમ ધરાવે છે. તેનાથી વિપરીત, ઉચ્ચ દ્રાવ્યતા અને આયનીય વાહકતા સાથે એન. એ. આઈ. અને કે. આઈ. આયોનોકેલોરિક ઉપકરણો માટે યોગ્ય છે, જેમાં શ્રેષ્ઠ ક્ષાર દ્રાવ્યતા માટે એન. એ. આઈ. પસંદ કરવામાં આવે છે. નિષ્કર્ષમાં, આયોનોકેલોરિક રેફ્રિજરેશન ચક્ર કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ ઠંડક પ્રણાલીઓ માટે આશાસ્પદ અભિગમ રજૂ કરે છે. નોંધપાત્ર રીતે, ઇથિલિન કાર્બોનેટ-સોડિયમ આયોડાઇડ સિસ્ટમ અને એન. એ. આઈ. જેવી ચોક્કસ આયોનોકેલોરિક સામગ્રીનો ઉપયોગ, જે તેમની ઉચ્ચ દ્રાવ્યતા અને આયનીય વાહકતા માટે જાણીતો છે, આ નવીન તકનીકની અસરકારકતામાં વધુ વધારો કરે છે. આયોનોકેલોરિક અસરનો ઉપયોગ કરીને અને તેને કાળજીપૂર્વક રચાયેલ થર્મોડાયનેમિક ચક્રમાં એકીકૃત કરીને, અમે શૂન્ય ગ્લોબલ વોર્મિંગ સંભવિતતા અને વધુ ટકાઉ ભવિષ્ય તરફ આગળ વધી રહ્યા છીએ. આ નવી ઠંડક તકનીકની ક્ષમતાને સંપૂર્ણ રીતે સાકાર કરવા માટે આ આયોનોકેલોરિક સામગ્રીની પસંદગી અને ઉપયોગમાં સતત સંશોધન અને વિકાસ નિર્ણાયક છે. ઓપરેશનનો સિદ્ધાંત આયોનોકેલોરિક હીટ પંપ એ ઘન-પ્રવાહી આધારિત હીટ પમ્પિંગ ટેકનોલોજી છે જે ખૂબ ઊંચા તાપમાનના ગાળામાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે. તે સામગ્રીના ગલનબિંદુને નિયંત્રિત કરવા માટે મિશ્રણમાં મીઠાની સાંદ્રતામાં ફેરફાર કરીને આયોનોકેલોરિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે, અને તેથી ગરમીની માત્રા. આયોનોકેલોરિક અસરને લાગુ કરાયેલ વિદ્યુતરાસાયણિક ક્ષેત્ર (એટલે કે વિદ્યુતરાસાયણિક ક્ષેત્ર) માટે થર્મલ પ્રતિભાવ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. આયનીય ક્ષેત્ર). આયોનોકેલોરિક ગરમી/ઠંડક યોગ્ય થર્મોડાયનેમિક ચક્રમાં આયોનોકેલોરિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે (દા. ત. રિવર્સ કાર્નોટ અથવા સ્ટર્લિંગ ચક્ર). આયોનોકેલોરિક ઠંડક આયનો સાથે નક્કર તબક્કાની આસપાસ કામ કરે છે (એટલે કે. ઘન પર વિદ્યુતરાસાયણિક ક્ષેત્ર લાગુ કરવું), જે ઘનને પ્રવાહી તરીકે વધુ સ્થિર બનાવે છે. પ્રવાહીમાં પરિવર્તિત થવા માટે, તેને ઓગળવું પડે છે, જેનો અર્થ છે કે તે ઊર્જાને શોષી લે છે. જો એડિયાબેટિક રીતે ઓગાળવામાં આવે (અને તેથી આઇસેન્થાલ્પીક રીતે), તો તે તેની ઊર્જામાં વધારો કરશે જેથી તે પોતાની ઊર્જા ચોરીને પ્રવાહી બની શકે, જે સમગ્ર સામગ્રીને ઠંડુ કરે છે. એકવાર સામગ્રી ઠંડુ થઈ જાય પછી, ઘન પીગળવાનું ચાલુ રાખી શકે છે, પરંતુ હવે નીચા તાપમાને, આમ તેની આસપાસના વાતાવરણમાંથી ઊર્જા શોષી લે છે (એટલે કે. રેફ્રિજરેશન). આયોનોકેલોરિક હીટિંગ વિપરીત રીતે કામ કરે છે. પ્રવાહીમાંથી આયનોને દૂર કરીને, પ્રવાહી-જો કાળજીપૂર્વક પસંદ કરવામાં આવે તો-ઘન તરીકે વધુ સ્થિર બને છે. તેના નક્કર તબક્કામાં સંક્રમણ કરવા માટે, તેને સ્ફટિકીકરણ અને ઊર્જા મુક્ત કરવી આવશ્યક છે. જો એડિયાબેટિક રીતે સ્ફટિકીકરણ કરવામાં આવે, તો તે પોતાને ગરમ કરશે (એટલે કે, "રિકેલેસેન્સ"). એકવાર સામગ્રી ગરમ થઈ જાય પછી, તે સ્ફટિકીકરણ દ્વારા ઊર્જા મુક્ત કરવાનું ચાલુ રાખશે, પરંતુ હવે પર્યાવરણમાં ગરમી મુક્ત કરશે (એટલે કે. ગરમી પંપીંગ). આ ચાર પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર થઈને, કાર્નોટ જેવા હીટ પંપ ચક્ર શૂન્ય ગ્લોબલ વોર્મિંગ ક્ષમતા સાથે ઉભરી આવે છે. પ્રથમ પ્રદર્શિત પ્રોટોટાઇપ ગયા વર્ષે સાયન્સમાં પ્રકાશિત થયો હતો અને તે નકારાત્મક, પર્યાવરણીય રીતે સૌમ્ય, બિન-જોખમી, શૂન્ય-જીડબ્લ્યુપી, બિન-ઝેરી અને બિન-જ્વલનશીલ છે. ફાયદા પરંપરાગત રેફ્રિજરેશન તકનીકો કરતાં આયોનોકેલોરિક રેફ્રિજરેશનના ઘણા ફાયદા છે. તેને ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન (સી. એફ. સી.) અથવા હાઇડ્રોફ્લોરોકાર્બન (એચ. એફ. સી.) જેવા કોઈપણ હાનિકારક રેફ્રિજન્ટની જરૂર નથી, જે ગ્લોબલ વોર્મિંગ અને ઓઝોન અવક્ષયમાં ફાળો આપવા માટે જાણીતા છે. તેમાં ઉચ્ચ ઊર્જા કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરવાની ક્ષમતા છે, જે નોંધપાત્ર ખર્ચ બચત તરફ દોરી શકે છે અને પર્યાવરણીય અસરમાં ઘટાડો કરી શકે છે. રેફ્રિજરેટર રેફ્રિજરેશન ચક્ર પણ જુઓ વરાળ-સંકોચન રેફ્રિજરેશન સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ બર્કલે લેબ વૈજ્ઞાનિકોએ રેફ્રિજરેશન 2022 ની એક સરસ નવી પદ્ધતિ વિકસાવી છે પરિચય અમેરિકન શોધ કૂલિંગ ટેકનોલોજી થર્મોડાયનેમિક ચક્ર