अवशीतलन

सबकूलिंग (जिसे अंडरकूलिंग भी कहा जाता है) शब्द अपने सामान्य क्वथनांक से नीचे के तापमान पर उपस्थित तरल को संदर्भित करता है। उदाहरण के लिए, जल 373 K पर उबलता है; कमरे के तापमान (293 K) पर तरल जल को उपशीतलित कहा जाता है। उपशीतलित तरल वह सुविधाजनक अवस्था है जिसमें, मान लीजिए, रेफ्रिजरेंट प्रशीतन चक्र के शेष चरणों से निकल सकते हैं। सामान्यतः, प्रशीतन प्रणाली में उप-शीतलन चरण होता है, जिससे तकनीशियनों को यह सुनिश्चित करने की अनुमति मिलती है कि जिस गुणवत्ता में रेफ्रिजरेंट थर्मल विस्तार वाल्व तक पहुंचता है, वह वांछित है। हीट एक्सचेंजर्स और उनके बाहर सबकूलिंग हो सकती है। समान और विपरीत दोनों प्रक्रियाएं होने के कारण, प्रशीतन प्रणाली की स्थिरता और अच्छी तरह से काम करने के लिए सबकूलिंग और अत्यधिक गरम होना महत्वपूर्ण हैं।

विस्तार वाल्व संचालन और कंप्रेसर सुरक्षा
सबकूलिंग का उपयोग सामान्यतः इसलिए किया जाता है जिससे जब रेफ्रिजरेंट थर्मोस्टेटिक विस्तार वाल्व तक पहुंचे, तो इसका सारा तरल पदार्थ में हो, जिससे वाल्व ठीक से काम कर सके। यदि गैस विस्तार वाल्व तक पहुंचती है तो अवांछित घटनाओं की श्रृंखला घटित हो सकती है। ये अंततः फ़्लैश-गैस घटना के साथ देखे गए व्यवहार के समान हो सकते हैं: पूरे चक्र में पॉलीओलेस्टर में समस्याएं; विद्युत् और ऊर्जा संरक्षण का अत्यधिक और अनावश्यक दुरुपयोग; स्थापना में कई घटकों की खराबी और गिरावट; समग्र प्रणालियों का अनियमित प्रदर्शन, और अनदेखी स्थिति में, उपकरण बर्बाद हो गए।

सबकूलिंग का अन्य महत्वपूर्ण और सामान्य अनुप्रयोग सुपरहीटिंग प्रक्रिया पर इसका अप्रत्यक्ष उपयोग है। सुपरहीटिंग ऑपरेटिव विधि से सबकूलिंग के समान है, और दोनों प्रक्रियाओं को आंतरिक हीट एक्सचेंजर का उपयोग करके जोड़ा जा सकता है। यहां सबकूलिंग स्वयं को सुपरहीटिंग से बचाता है और इसके विपरीत, उच्च दबाव (तरल) पर रेफ्रिजरेंट से कम दबाव (गैस) में गर्मी प्रवाह की अनुमति देता है। जब कोई थर्मोडायनामिक प्रणाली या ओपन प्रणाली नहीं होता है तो यह सबकूलिंग और सुपरहीटिंग घटना के बीच ऊर्जावान तुल्यता बनाता है। सामान्यतः, जिस तरल पदार्थ को उपठंडा किया जा रहा है, वह उस रेफ्रिजरेंट की तुलना में अधिक गर्म होता है जिसे अत्यधिक गरम किया जा रहा है, जिससे आवश्यक दिशा में ऊर्जा प्रवाह की अनुमति मिलती है। गैस कंप्रेसर के संचालन के लिए सुपरहीटिंग महत्वपूर्ण है क्योंकि इसकी कमी वाले प्रणाली कंप्रेसर को संतृप्त तरल प्रदान कर सकते हैं, ऐसी स्थिति जो सामान्यतः गैस कंप्रेसर के विनाश की ओर ले जाती है क्योंकि तरल असम्पीडित होता है। यह सुपरहीटिंग प्रक्रिया के लिए सबकूलिंग को गर्मी का आसान और व्यापक स्रोत बनाता है।

प्रणाली अनुकूलन और ऊर्जा बचत
उपकूलिंग प्रक्रिया को कंडेनसर के बाहर होने देना (आंतरिक हीट एक्सचेंजर की तरह) संघनक उपकरण की सभी ताप विनिमय क्षमता का उपयोग करने की विधि है। प्रशीतन प्रणालियों का बड़ा भाग उप-शीतलन के लिए कंडेनसर के भागो का उपयोग करता है, जो चूँकि बहुत प्रभावी और सरल है, इस प्रकार नाममात्र संघनक क्षमता में कम होने वाला कारक माना जा सकता है। इसी तरह की स्थिति बाष्पीकरणकर्ता में होने वाले सुपरहीटिंग के साथ पाई जा सकती है, इस प्रकार गर्मी को अधिकतम करने के लिए आंतरिक हीट एक्सचेंजर अच्छा और अपेक्षाकृत अल्पमूल्य समाधान है।

सबकूलिंग का एक और व्यापक अनुप्रयोग बूस्टिंग और मितव्ययी है। सुपरहीटिंग के विपरीत, सबकूलिंग, या सबकूलिंग प्रक्रिया पर तरल रेफ्रिजरेंट से गर्मी हस्तांतरण की मात्रा, प्रणाली की प्रशीतन क्षमता में वृद्धि के रूप में प्रकट होती है। इसका अर्थ यह है कि संघनन (उपशीतलन) के बाद किसी भी अतिरिक्त गर्मी को हटाने से वाष्पीकरण का अनुपात अधिक हो जाता है। सुपरहीटिंग का बिल्कुल विपरीत प्रभाव पड़ता है। आंतरिक हीट एक्सचेंजर अकेले प्रणाली की क्षमता को बढ़ाने में सक्षम नहीं है क्योंकि सुपरहीटिंग से सबकूलिंग का बूस्टिंग प्रभाव कम हो जाता है, जिससे शुद्ध क्षमता का लाभ शून्य के बराबर हो जाता है। कुछ प्रणालियाँ कम विद्युत् का उपयोग करके रेफ्रिजरेंट को स्थानांतरित करने या गर्मी को दूर करने में सक्षम हैं क्योंकि वे ऐसा उच्च दबाव वाले तरल पदार्थों पर करते हैं जो बाद में कम दबाव वाले तरल पदार्थों को ठंडा या उपठंडा करते हैं (जिन्हें ठंडा करना अधिक कठिन होता है)।

अंतरिक्ष उड़ान में
अंतरिक्ष उड़ान अनुप्रयोगों में, यह शब्द क्रायोजेनिक्स ईंधन या ऑक्सीडाइज़र को संदर्भित करता है जो उनके क्वथनांक से अधिक नीचे (किंतु पिघलने बिंदु से नीचे नहीं) ठंडा किया जाता है। इसके परिणामस्वरूप उच्च ईंधन घनत्व होता है, और इसलिए उनके वजन में वृद्धि किए बिना ईंधन टैंक की उच्च क्षमता होती है। साथ ही वाष्पीकरण हानि कम हो जाती है।

स्पेसएक्स का फाल्कन 9 रॉकेट अपने ऑक्सीडाइज़र के लिए सबकूलिंग का उपयोग करता है। इस विधि के लिए सुपरचिलिंग शब्द का भी प्रयोग किया जाता है।

प्राकृतिक और कृत्रिम उपशीतलन
उप-शीतलन प्रक्रिया कई अलग-अलग विधियों से हो सकती है; इसलिए, उन विभिन्न भागों के बीच अंतर करना संभव है जिनमें प्रक्रिया होती है। सामान्यतः, सबकूलिंग का तात्पर्य तापमान में गिरावट के परिमाण से है जिसे सरलता से मापा जा सकता है, किंतु कुल गर्मी को हटाए जाने के संदर्भ में सबकूलिंग के बारे में वार्तालाप करना संभव है। सबसे सामान्यतः ज्ञात सबकूलिंग कंडेनसर सबकूलिंग है, जिसे सामान्यतः कंडेनसर के अंदर होने वाली कुल तापमान गिरावट के रूप में जाना जाता है, तरल पदार्थ के पूरी तरह से संघनित होने के तुरंत बाद, जब तक कि यह संघनक इकाई को छोड़ नहीं देता है।

कंडेनसर सबकूलिंग सामान्यतः कुल सबकूलिंग से भिन्न होता है क्योंकि कंडेनसर के बाद, पूरे पाइपिंग में, रेफ्रिजरेंट स्वाभाविक रूप से और भी अधिक ठंडा हो सकता है, विस्तार वाल्व तक पहुंचने से पहले, किंतु कृत्रिम सबकूलिंग के कारण भी होता है। कुल उप-शीतलन वह संपूर्ण तापमान ड्रॉप है जो रेफ्रिजरेंट अपने वास्तविक संघनन तापमान से लेकर विस्तार वाल्व तक पहुंचने पर कंक्रीट के तापमान तक होता है: यह प्रभावी उप-शीतलन है।

प्राकृतिक उप-शीतलन सामान्यतः कंडेनसर (कंडेनसर उप-शीतलन) के अंदर उत्पन्न तापमान में गिरावट को दिया गया नाम है, जो किसी भी प्रकार के हीट एक्सचेंजर्स को छोड़कर, अकेले पाइपलाइन के माध्यम से होने वाले तापमान में गिरावट के साथ संयुक्त होता है। जब कोई यांत्रिक उप-शीतलन (अर्थात आंतरिक हीट एक्सचेंजर) नहीं होता है, तो प्राकृतिक उप-शीतलन को कुल उप-शीतलन के बराबर होना चाहिए। दूसरी ओर, मैकेनिकल सबकूलिंग किसी कृत्रिम प्रक्रिया द्वारा कम किया गया तापमान है जिसे संकल्पपूर्वक सबकूलिंग बनाने के लिए रखा जाता है। यह अवधारणा मुख्य रूप से आंतरिक हीट एक्सचेंजर्स, स्वतंत्र सबकूलिंग कैस्केड, इकोनॉमाइज़र या बूस्टर जैसे उपकरणों को संदर्भित करती है।

अर्थशास्त्री और ऊर्जावान दक्षता
सबकूलिंग घटना का प्रशीतन प्रणालियों में कुशल ऊर्जा उपयोग से गहरा संबंध है। इससे इस क्षेत्र पर बहुत सारे शोध हुए हैं। अधिकांश रुचि इस तथ्य में है कि कुछ प्रणाली श्रेष्ठ (उच्च) ऑपरेटिंग दबावों के कारण दूसरों की तुलना में श्रेष्ठ परिस्थितियों में काम करते हैं, और जो कंप्रेसर सबकूलिंग लूप का भाग होते हैं वे सामान्यतः उन कंप्रेसर की तुलना में अधिक कुशल होते हैं जिनके तरल सबकूलिंग होते हैं.

अर्थशास्त्री सक्षम स्क्रू कम्प्रेसर का निर्माण किया जा रहा है, जिसके लिए विशेष विनिर्माण कुशलता की आवश्यकता होती है। ये प्रणाली कंप्रेसिंग स्क्रू के अंतिम भाग में मुख्य बाष्पीकरणकर्ता के अतिरिक्त आंतरिक हीट एक्सचेंजर से आने वाले रेफ्रिजरेंट को इंजेक्ट करने में सक्षम हैं। नामित हीट एक्सचेंजर में, उच्च दबाव पर रेफ्रिजरेंट तरल को उप-ठंडा किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप यांत्रिक उप-शीतलन होता है। बूस्टर डिस्प्ले में भी भारी मात्रा में प्रणाली बनाए जा रहे हैं। यह मितव्ययिता के समान है, क्योंकि कंप्रेसर (उच्च दबाव पर काम करने वाला) की कंप्रेसर दक्षता दूसरे (कम दबाव पर काम करने वाले कंप्रेसर) की तुलना में श्रेष्ठ मानी जाती है। इकोनॉमाइज़र और बूस्टर प्रणाली सामान्यतः इस तथ्य में भिन्न होते हैं कि पहले वाले केवल कंप्रेसर का उपयोग करके एक ही सबकूलिंग करने में सक्षम होते हैं जो कि मितव्ययी है, बाद वाले प्रणाली को दो अलग-अलग कंप्रेसर के साथ प्रक्रिया करनी चाहिए।

बढ़ावा देने और मितव्ययिता के अतिरिक्त, कैस्केड सबकूलिंग प्रणाली का उत्पादन करना संभव है, जो समान और अलग प्रणाली के साथ तरल को सबकूल करने में सक्षम है। यह प्रक्रिया जटिल और बहुमूल्य है क्योंकि इसमें केवल सबकूलिंग के लिए पूर्ण प्रणाली (गैस कम्प्रेसर और सभी गियर के साथ) का उपयोग सम्मिलित है। फिर भी, इस विचार ने कुछ जांच बढ़ा दी है क्योंकि इसके कुछ कथित लाभ हैं। इसके अतिरिक्त, संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग ने संघीय प्रौद्योगिकी चेतावनी प्रचलित की जिसमें रेफ्रिजरेंट सबकूलिंग को प्रणाली के प्रदर्शन में सुधार और ऊर्जा की बचत की विश्वसनीय विधि बतायी गयी है। उल्लिखित दावों के कारण इस प्रकार की प्रणाली को मुख्य प्रणाली और वस्तु से परिचालनात्मक रूप से स्वतंत्र बनाना अध्ययन का विषय है। उप-शीतलन इकाई को मुख्य चक्र से अलग करना (डिज़ाइन के संदर्भ में) आर्थिक रूप से व्यवहार्य विकल्प नहीं माना जाता है। इस प्रकार की प्रणाली में सामान्यतः द्रव थर्मोडायनामिक स्थितियों की निगरानी के लिए बहुमूल्य इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणालियों के उपयोग की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, चिली में किसी भी सामान्य अविशिष्ट प्रशीतन प्रणाली में मैकेनिकल सबकूलिंग जोड़कर प्रणाली की क्षमता बढ़ाने में सक्षम उत्पाद विकसित किया गया है।

इन सभी अनुप्रयोगों के पीछे उप-शीतलन सिद्धांत यह तथ्य है कि, गर्मी हस्तांतरण के संदर्भ में, सभी उप-शीतलन को सीधे रेफ्रिजरेंट की शीतलन क्षमता में जोड़ा जाता है (क्योंकि सुपरहीटिंग सीधे कटौती की जाएगी)। चूँकि सबकूलिंग कंप्रेसर इस आसान परिस्थितियों पर काम करते हैं, उच्च दबाव उनके रेफ्रिजरेंट चक्र को अधिक कुशल बनाता है, और इस माध्यम से निकाली गई गर्मी ऊर्जा की स्थितियों में मुख्य प्रणाली द्वारा निकाली गई गर्मी से अल्पमूल्य होती है।

ट्रांसक्रिटिकल कार्बन डाईऑक्साइड प्रणाली
एक सामान्य वाष्प-संपीड़न प्रशीतन में, रेफ्रिजरेंट गैस से तरल में और तरल से वापस गैस में चरण परिवर्तन से निकलता है। यह सुपरहीटिंग और सबकूलिंग घटनाओं पर विचार करने और चर्चा करने में सक्षम बनाता है, मुख्य रूप से क्योंकि गैस को तरल बनने के लिए ठंडा किया जाना चाहिए और गैस बनने के लिए तरल को वापस गर्म किया जाना चाहिए। चूँकि अंडरकूलिंग या ओवरहीटिंग के बिना बहने वाले रेफ्रिजरेंट की समग्रता के लिए इसे पूरा करने की बहुत कम संभावनाएँ हैं, पारंपरिक वाष्प-संपीड़न रेफ्रिजरेशन में दोनों प्रक्रियाएँ अनिवार्य हैं और सदैव दिखाई देती हैं।

दूसरी ओर, ट्रांसक्रिटिकल चक्र, चक्र के समय रेफ्रिजरेंट को पदार्थ की दूसरी अवस्था से निकलता है। विशेष रूप से, रेफ्रिजरेंट (सामान्यतः कार्बन डाइऑक्साइड) नियमित संघनन प्रक्रिया से नहीं निकलता है, किंतु सुपर तरल पदार्थ में गैस कूलर से निकलता है। इन परिस्थितियों में संघनन तापमान और उपशीतलन के बारे में वार्तालाप करना पूरी तरह से संभव नहीं है। इस विषय पर कई चरणों वाली प्रक्रियाओं, इजेक्टरों, विस्तारकों और कई अन्य उपकरणों और उन्नयनों से संबंधित बहुत सारे वास्तविक शोध हैं। गुस्ताव लोरेंटज़ेन (वैज्ञानिक) ने इस प्रकार की प्रणालियों के लिए दो चरणबद्ध आंतरिक उपशीतलन सहित चक्र में कुछ संशोधनों की रूपरेखा तैयार की हैं। इन प्रणालियों की विशेष प्रकृति के कारण, सबकूलिंग के विषय को तदनुसार व्यवहार किया जाना चाहिए, यह ध्यान में रखते हुए कि सुपरक्रिटिकल प्रणाली में गैस कूलर छोड़ने वाले तरल पदार्थ की स्थितियों को सीधे तापमान और दबाव का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।

यह भी देखें

 * गर्मी का हस्तांतरण
 * अर्थशास्त्री
 * वाष्पीकरण
 * अत्यधिक गरम पानी
 * कंडेनसर (गर्मी हस्तांतरण)
 * गैस कंप्रेसर#रोटरी स्क्रू कंप्रेसर
 * रेफ्रिजरेंट # रेफ्रिजरेंट का वर्गीकरण
 * रेफ्रिजरेंट्स की सूची
 * कार्बन डाईऑक्साइड
 * थर्मल विस्तार वाल्व
 * प्रशीतन चक्र
 * वाष्प-संपीड़न प्रशीतन
 * उष्मा का आदान प्रदान करने वाला
 * वाष्पीकरण
 * ऊष्मप्रवैगिकी
 * गुस्ताव लोरेंटज़ेन (वैज्ञानिक)