Ionocaloric refrigeration
आयनकैलोरिक प्रशीतन चक्र एक उन्नत शीतलन तकनीक है जो कुशल और पर्यावरण के अनुकूल प्रशीतन प्राप्त करने के लिए एक विद्युत रासायनिक क्षेत्र द्वारा संचालित आयनकैलोरिक प्रभाव का उपयोग करती है। आयन जोड़ या हटाने के माध्यम से विद्युत रासायनिक क्षमता में हेरफेर करके, महत्वपूर्ण तापमान परिवर्तन और एन्ट्रापी भिन्नताएं प्राप्त की जाती हैं। यह चक्र विभिन्न उद्योगों में संभावित अनुप्रयोगों के साथ पारंपरिक प्रशीतन प्रणालियों के लिए एक स्थायी विकल्प प्रदान करता है। चालू शोध अपने प्रदर्शन और व्यवहार्यता को बढ़ाने के लिए आयनोकैलोरिक सामग्री और प्रणाली डिजाइन को अनुकूलित करने पर केंद्रित है। इसे ऊर्जा विभाग के लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला में ड्रू लिली और रवि पराशर द्वारा विकसित किया गया था। आयोनोकैलोरिक प्रशीतन चक्र एक अत्याधुनिक शीतलन तकनीक है जो उच्च दक्षता और शून्य ग्लोबल वार्मिंग क्षमता प्रदान करती है। यह नया चक्र महत्वपूर्ण एडियाबेटिक तापमान परिवर्तन और आइसोथर्मल एन्ट्रापी परिवर्तनों को प्राप्त करने के लिए आयनोकैलोरिक प्रभाव का उपयोग करता है, जो एक विद्युत रासायनिक क्षेत्र द्वारा संचालित होता है। टिकाऊ और पर्यावरण के अनुकूल प्रशीतन प्रणालियों की तात्कालिक आवश्यकता के समाधान के रूप में विकसित, आयनोकैलोरिक प्रशीतन चक्र प्रदर्शन और ऊर्जा दक्षता के मामले में आशाजनक परिणाम दिखाता है। वाष्प-संपीड़न (वी. सी.) प्रणालियों जैसी पारंपरिक प्रशीतन प्रौद्योगिकियों ने प्रशीतक के रूप में हाइड्रोफ्लोरोकार्बन (एच. एफ. सी.) पर भरोसा किया है। हालांकि, एच. एफ. सी. में उच्च ग्लोबल वार्मिंग क्षमता है और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में महत्वपूर्ण योगदान देता है। इन पर्यावरणीय चिंताओं को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ठोस-अवस्था कैलोरी सामग्री का पता लगाया है जो बाहरी क्षेत्रों के तहत प्रशीतन प्रभाव प्रदर्शित करते हैं। जबकि पिछली कैलोरी सामग्री ने सीमित प्रदर्शन और प्रदर्शन के कम गुणांक (सीओपी) को दिखाया है, आयनोकैलोरिक चक्र उल्लेखनीय सुधार प्रदर्शित करता है। आयनकेलोरिक प्रभाव आयनों के जोड़ या हटाने के माध्यम से एक ठोस चरण के आसपास के विद्युत रासायनिक क्षेत्र में हेरफेर करके संचालित होता है। प्रजातियों का यह विद्युत रासायनिक मिश्रण महत्वपूर्ण ऊर्जावान परिवर्तनों को प्रेरित करता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रणाली के भीतर तापीय प्रतिक्रिया और तापमान में भिन्नता होती है। अन्य कैलोरी प्रभावों के विपरीत, जहां लागू क्षेत्र सामग्री के संयुग्म क्षेत्र जोड़े के साथ बातचीत करता है, आयनोकैलोरिक प्रभाव विपरीत रूप से संचालित होता है। विद्युत रासायनिक क्षमता का नियंत्रण विभिन्न क्षेत्र चर जैसे तापमान, दबाव और वोल्टेज के माध्यम से रासायनिक प्रजातियों की सांद्रता में परिवर्तन करके प्राप्त किया जाता है। आयनकेलोरिक प्रशीतन चक्र निरंतर और कुशल प्रशीतन प्रदान करने के लिए एक ऊष्मागतिकीय चक्र में आयनकेलोरिक प्रभाव को शामिल करता है। इस चक्र में चार चरण शामिल हैंः आइसेंट्रोपिक मिश्रण, गर्मी अवशोषण के माध्यम से आइसोकोम्पोसिशनल और आइसोथर्मल पिघलना, आइसेंट्रोपिक पृथक्करण, और गर्मी अस्वीकृति के माध्यम से आइसोकोम्पोसिशनल और आइसोथर्मल क्रिस्टलीकरण। इन चरणों का पालन करके, चक्र कार्नोट जैसे व्यवहार को प्राप्त करता है और कुशल शीतलन को सक्षम बनाता है। विभिन्न आयनोकैलोरिक प्रणालियों में, एथिलीन कार्बोनेट-सोडियम आयोडाइड प्रणाली ने विशेष उम्मीद दिखाई है। यह संलयन की उच्च अव्यक्त गर्मी, कमरे के तापमान से ऊपर एक पिघलने का बिंदु और पर्यावरणीय अनुकूलता प्रदर्शित करता है, जिससे यह व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए एक आकर्षक विकल्प बन जाता है। इस प्रणाली में आयनोकैलोरिक प्रभाव आज तक रिपोर्ट किए गए अन्य कैलोरी प्रभावों को पार कर जाता है, जो काफी अधिक एडियाबेटिक तापमान परिवर्तन और प्रति इकाई द्रव्यमान और आयतन में एन्ट्रापी परिवर्तन प्रदर्शित करता है। आयनोकैलोरिक प्रशीतन चक्र के व्यावहारिक कार्यान्वयन में विलवणीकरण तकनीकों का उपयोग शामिल है, जैसे कि इलेक्ट्रोडायलिसिस, समाधान को अलग करने और प्रणाली को पुनः उत्पन्न करने के लिए। जबकि ईसी/एन. ए. आई. प्रणाली के सैद्धांतिक गुण प्रतिस्पर्धी प्रदर्शन दिखाते हैं, वास्तविक दुनिया की दक्षता पृथक्करण प्रक्रिया के विवरण पर निर्भर करेगी। इलेक्ट्रोडायलिसिस जैसी इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीकें उच्च परिचालन दबाव या क्षेत्रों की आवश्यकता के बिना उच्च दक्षता प्रदान करती हैं, जो उन्हें व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त बनाती हैं। आदर्श आयनकेलोरिक पदार्थों के लिए संलयन की पर्याप्त एन्थैल्पी, उन्नत क्रायोस्कोपिक स्थिरांक और बड़े परावैद्युत स्थिरांक की आवश्यकता होती है, जो उच्च नमक घुलनशीलता का संकेत है। एथिलीन कार्बोनेट-सोडियम आयोडाइड प्रणाली प्रयोग के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार है। जबकि जेड एन सी एल 2 और एच जी सी एल 2 जैसे लवणों में उच्च घुलनशीलता होती है, कैटायन विनिमय झिल्ली के माध्यम से उनका मार्ग बाधित होता है, और वे विषाक्त क्लोरीन गैस का उत्पादन करने का जोखिम उठाते हैं। इसके विपरीत, उच्च घुलनशीलता और आयनिक चालकता के साथ एन. ए. आई. और के. आई., आयनकेलोरिक उपकरणों के लिए उपयुक्त हैं, बेहतर नमक घुलनशीलता के लिए एन. ए. आई. को प्राथमिकता दी जा रही है। अंत में, आयनोकैलोरिक प्रशीतन चक्र कुशल और पर्यावरण के अनुकूल शीतलन प्रणालियों के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करता है। विशेष रूप से, एथिलीन कार्बोनेट-सोडियम आयोडाइड प्रणाली और एन. ए. आई. जैसे विशिष्ट आयनकेलोरिक पदार्थों का उपयोग, जो अपनी उच्च घुलनशीलता और आयनिक चालकता के लिए जाना जाता है, इस नवीन तकनीक की प्रभावशीलता को और बढ़ाता है। आयनकेलोरिक प्रभाव का उपयोग करके और इसे सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए थर्मोडायनामिक चक्र में एकीकृत करके, हम शून्य ग्लोबल वार्मिंग क्षमता और अधिक टिकाऊ भविष्य की ओर बढ़ रहे हैं। इन आयनोकैलोरिक पदार्थों के चयन और अनुप्रयोग में निरंतर अनुसंधान और विकास इस नई शीतलन तकनीक की क्षमता को पूरी तरह से महसूस करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। ऑपरेशन का सिद्धांत आयनोकैलोरिक हीट पंप एक ठोस-तरल आधारित हीट पंपिंग तकनीक है जिसमें बहुत अधिक तापमान अवधि में उच्च दक्षता होती है। यह एक मिश्रण में नमक की सांद्रता को बदलकर एक सामग्री के पिघलने के बिंदु को संशोधित करने के लिए आयनोकैलोरिक प्रभाव का उपयोग करता है, और इसलिए गर्मी की मात्रा। आयनकेलोरिक प्रभाव को एक लागू विद्युत रासायनिक क्षेत्र के लिए तापीय प्रतिक्रिया के रूप में परिभाषित किया गया है (अर्थात। आयनिक क्षेत्र)। आयोनोकैलोरिक हीटिंग/कूलिंग एक उपयुक्त थर्मोडायनामिक चक्र के भीतर आयोनोकैलोरिक प्रभाव का उपयोग करता है (जैसे। रिवर्स कार्नोट या स्टर्लिंग चक्र)। आयोनोकैलोरिक शीतलन आयनों के साथ एक ठोस चरण को घेरकर काम करता है (अर्थात। ठोस पर एक विद्युत रासायनिक क्षेत्र लागू करना), जो ठोस को तरल के रूप में अधिक स्थिर बनाता है। तरल में परिवर्तन के लिए, इसे पिघलना होगा, जिसका अर्थ है कि इसे ऊर्जा को अवशोषित करना होगा। यदि एडियाबेटिक रूप से पिघलाया जाता है (और इसलिए आइसेन्थैल्पिक रूप से), तो यह अपनी ऊर्जा को बढ़ाएगा ताकि यह अपने आप से ऊर्जा चुरा कर तरल बन सके, जो पूरी सामग्री को ठंडा कर देता है। एक बार जब पदार्थ ठंडा हो जाता है, तो ठोस पिघलना जारी रख सकता है, लेकिन अब कम तापमान पर, इस प्रकार अपने आसपास से ऊर्जा को अवशोषित करता है (यानी। प्रशीतन)। आयनोकलोरिक हीटिंग उल्टा काम करता है। तरल से आयनों को हटाने से, तरल-यदि सावधानी से चुना जाता है-ठोस के रूप में अधिक स्थिर हो जाता है। अपने ठोस चरण में संक्रमण के लिए, इसे क्रिस्टलीकृत होना चाहिए और ऊर्जा जारी करनी चाहिए। यदि एडियाबेटिक रूप से क्रिस्टलीकृत किया जाता है, तो यह खुद को गर्म कर लेगा (यानी, "पुनर्भरण")। एक बार सामग्री को गर्म करने के बाद, यह क्रिस्टलीकरण द्वारा ऊर्जा जारी करना जारी रखेगा, लेकिन अब पर्यावरण में गर्मी जारी करेगा (यानी। गर्मी पंपिंग)। इन चार प्रक्रियाओं के माध्यम से कदम रखते हुए, एक कार्नोट जैसे हीट पंप चक्र शून्य ग्लोबल वार्मिंग क्षमता के साथ उभरता है। पहला प्रदर्शित प्रोटोटाइप पिछले साल साइंस में प्रकाशित हुआ था और यह नकारात्मक, पर्यावरणीय रूप से सौम्य, गैर-खतरनाक, शून्य-जी. डब्ल्यू. पी., गैर-विषाक्त और गैर-ज्वलनशील है। लाभ पारंपरिक प्रशीतन प्रौद्योगिकियों की तुलना में आयोनोकैलोरिक प्रशीतन के कई फायदे हैं। इसमें क्लोरोफ्लोरोकार्बन (सी. एफ. सी.) या हाइड्रोफ्लोरोकार्बन (एच. एफ. सी.) जैसे किसी भी हानिकारक रेफ्रिजरेंट की आवश्यकता नहीं होती है, जो ग्लोबल वार्मिंग और ओजोन की कमी में योगदान करने के लिए जाने जाते हैं। इसमें उच्च ऊर्जा दक्षता प्रदान करने की क्षमता है, जिससे महत्वपूर्ण लागत बचत हो सकती है और पर्यावरणीय प्रभाव कम हो सकता है। प्रशीतक प्रशीतन प्रशीतन चक्र वाष्प-संपीड़न प्रशीतन संदर्भ बाहरी लिंक बर्कले प्रयोगशाला के वैज्ञानिकों ने प्रशीतन 2022 का एक अच्छा नया तरीका विकसित किया परिचय अमेरिकी आविष्कार शीतलन प्रौद्योगिकी ऊष्मागतिकीय चक्र