निम्नलिखित में से कौन सा एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली का उपयोग करता है?

व्याख्या:

कैस्केड प्रशीतन प्रणाली

परिभाषा: एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली एक विशेष प्रकार की प्रशीतन प्रणाली है जो बहुत कम तापमान प्राप्त करने के लिए विभिन्न रेफ्रिजरेंट के साथ दो या दो से अधिक प्रशीतन चक्रों का उपयोग करती है। प्रत्येक चक्र विभिन्न तापमान श्रेणियों पर संचालित होता है और श्रृंखला में जुड़ा होता है, जहाँ एक चक्र का बाष्पीकरण अगले चक्र के लिए संघनित्र का काम करता है।

कार्य सिद्धांत: एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली में, कई प्रशीतन सर्किट चरणों में उपयोग किए जाते हैं, प्रत्येक अपने रेफ्रिजरेंट के साथ जो उस विशिष्ट तापमान सीमा के लिए सबसे उपयुक्त है जिसमें वह संचालित होता है। पहला चरण (उच्च-तापमान चरण) अपेक्षाकृत उच्च क्वथनांक वाले रेफ्रिजरेंट का उपयोग करता है, जो उस तापमान पर संघनित होता है जो दूसरे चरण (निम्न-तापमान चरण) के लिए बाष्पीकरण तापमान के रूप में कार्य करता है। दूसरा चरण बहुत कम क्वथनांक वाले रेफ्रिजरेंट का उपयोग करता है, जो बेहद कम तापमान प्राप्त करने में सक्षम है।

उदाहरण के लिए, दो-चरण कैस्केड सिस्टम में, उच्च-तापमान चरण R-134a जैसे रेफ्रिजरेंट का उपयोग कर सकता है, जबकि निम्न-तापमान चरण R-23 जैसे रेफ्रिजरेंट का उपयोग कर सकता है। उच्च-तापमान चरण पर्यावरण से गर्मी को अवशोषित करता है और इसे निम्न-तापमान चरण में स्थानांतरित करता है, जहाँ दूसरा रेफ्रिजरेंट गर्मी को अवशोषित करता है और बहुत कम तापमान पर वाष्पित होता है, जिससे वांछित प्रशीतन प्रभाव मिलता है।

लाभ:

• बेहद कम तापमान प्राप्त करने की क्षमता जो एकल प्रशीतन चक्र से संभव नहीं है।
• विशिष्ट तापमान श्रेणियों के लिए अनुकूलित रेफ्रिजरेंट का उपयोग करके बढ़ी हुई दक्षता और प्रदर्शन।
• रेफ्रिजरेंट का चयन करने में लचीलापन जो पर्यावरण के अनुकूल हैं और वांछित तापमान सीमा के लिए उपयुक्त हैं।

नुकसान:

• कई प्रशीतन सर्किट और घटकों के कारण डिजाइन और संचालन में बढ़ी हुई जटिलता।
• एकल-चरण प्रणालियों की तुलना में उच्च प्रारंभिक लागत और रखरखाव आवश्यकताएँ।
• इष्टतम प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए विभिन्न चरणों के बीच सटीक नियंत्रण और समन्वय की आवश्यकता होती है।

अनुप्रयोग: कैस्केड प्रशीतन प्रणालियों का उपयोग आमतौर पर बहुत कम तापमान की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि क्रायोजेनिक्स, फार्मास्युटिकल उद्योग और वैज्ञानिक अनुसंधान प्रयोगशालाएँ।

अन्य विकल्पों का विश्लेषण:

विकल्प 2: दोनों चक्रों में एक ही रेफ्रिजरेंट

यह विकल्प गलत है क्योंकि एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली विशेष रूप से वांछित तापमान सीमा प्राप्त करने के लिए विभिन्न क्वथनांक वाले कई रेफ्रिजरेंट का उपयोग करती है। दोनों चक्रों में एक ही रेफ्रिजरेंट का उपयोग करने से सिस्टम को प्रभावी ढंग से बेहद कम तापमान तक नहीं पहुँचाया जा सकेगा।

विकल्प 3: केवल अमोनिया एक रेफ्रिजरेंट के रूप में

यह विकल्प गलत है क्योंकि जबकि अमोनिया विभिन्न प्रशीतन प्रणालियों में उपयोग किया जाने वाला एक सामान्य रेफ्रिजरेंट है, एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली को कुशलतापूर्वक संचालित करने के लिए विभिन्न क्वथनांक वाले कई रेफ्रिजरेंट की आवश्यकता होती है। केवल अमोनिया पर निर्भर रहने से चरणों के बीच आवश्यक तापमान अंतर प्रदान नहीं किया जाएगा।

विकल्प 4: केवल वायु एक कार्यशील द्रव के रूप में

यह विकल्प गलत है क्योंकि कैस्केड प्रशीतन प्रणालियों में वायु का उपयोग रेफ्रिजरेंट के रूप में नहीं किया जाता है। प्रशीतन प्रणालियाँ आमतौर पर ऐसे रेफ्रिजरेंट का उपयोग करती हैं जो गर्मी को अवशोषित करने और अस्वीकार करने के लिए चरण परिवर्तन (तरल से वाष्प और इसके विपरीत) से गुजरते हैं। इस संदर्भ में वायु में रेफ्रिजरेंट के रूप में प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए आवश्यक गुण नहीं हैं।