Холодильно-газовые машины

установки для получения низкотемпературного холода (главным образом в интервале температур от 12 до 150 К) путём расширения сжатого газа. Характерная особенность Х.-г. М. Заключается в том, что применяемое рабочее тело (гелий, водород, неон, азот или воздух) совершает весь холодильный цикл, оставаясь неизменно в газовой фазе. Как правило, Х.-г. М. Представляет собой совокупность нескольких агрегатов (рис. 1). Рабочее тело, сжатое в компрессоре, проходит через водяной или воздушный холодильник, где отводится теплота сжатия, и после предварительного охлаждения в теплообменнике-регенераторе поступает в расширительное устройство. Полученный после расширения холодный газ охлаждает в камере объект и либо через теплообменник-регенератор возвращается в компрессор на повторное сжатие (замкнутый цикл), либо выбрасывается в атмосферу (разомкнутый цикл).

Вид расширительного устройства определяется выбранным способом расширения сжатого газа. В Х.-г. М. Наиболее часто используются Холодильные циклы, основанные на. Дросселировании сжатого газа через суженное отверстие (Джоуля - Томсона эффект). Расширении сжатого газа в Детандере с производством внешней работы. Расширении газа из постоянного объёма без совершения внешней работы. Цикл с дросселированием является самым простым, но термодинамически малоэффективным и поэтому применяется только для очень малых Х.-г. М. (т. Н. Микроохладителей). Благодаря высокой эффективности наибольшее распространение получили Х.-г. М. С детандерами, а среди них установки типа «Филипс», которые обычно представляют собой комбинацию в одном блоке компрессора, теплообменника-регенератора и детандера.

Работают по обратному холодильному циклу Стирлинга, состоящему из двух изотерм и двух изохор. По теоретической эффективности этот цикл равноценен Карно циклу. Х.-г. М. С детандерами строятся на Холодопроизводительность от нескольких вт (при 12—15 К) до десятков квт (при 77 К). Для Х.-г. М. Небольшой производительности наряду с детандерными циклами применяется также цикл, предложенный в 1959 Джиффордом и Мак-Магоном (т. Н. Тепловой насос), где использовался эффект охлаждения при расширении без совершения внешней работы. Основной элемент машины (рис. 2) — пластмассовый поршень-вытеснитель, перемещающийся в тонкостенном цилиндре с объёмами V1 (тёплый) и V2 (холодный), которые соединены через высокоэффективный регенератор с насадкой из тонкой металлической сетки.

Давление газа в обоих объёмах практически одинаково, и при перемещении поршня работа не совершается. Заполнение системы сжатым газом начинается при V1 = 0. При движении поршня вверх вошедший газ охлаждается в регенераторе, расширяется и охлаждается в объёме V1, отводя при этом теплоту от объекта охлаждения. При обратном движении поршня газ подогревается в регенераторе и покидает систему при температуре, превышающей температуру поступившего из компрессора газа. Разность энтальпий входящего и выходящего потоков газа определяет холодопроизводительность цикла. Энергия, отнятая от охлаждаемого объекта, передаётся в окружающую среду в виде теплоты. Термодинамическая эффективность такого цикла ниже, чем у циклов с детандером.

Однако Х.-г. М., работающие по данному циклу, компактны, просты по конструкции, легко могут быть выполнены в виде многоступенчатой системы, что позволяет получить весьма низкие температуры (80—100 К при одной ступени и 14—20 К при трёх). Х.-г. М. Применяются для охлаждения приёмников излучения, квантовых усилителей (мазеров) и т.д., а также для сжижения газов (См. Сжижение газов). Лит. Архаров А. М., Низкотемпературные газовые машины, М., 1969. Техника низких температур, М., 1975. А. Б. Фрадков. Рис. 1. Принципиальная схема холодильно-газовой машины. К — компрессор. Х — холодильник. Т-Р — теплообменник-регенератор. РУ — расширительное устройство. Н — охлаждаемый объект. Рис. 2. Схема холодильно-газовой машины Джиффорда — Мак-Магона.

К — компрессор. 1 — цилиндр. 2 — поршень-вытеснитель. 3 — регенератор. 4 — охлаждаемый объект. 5 — впускной клапан. 6 — выпускной клапан..