ХОЛОДИЛЬНО-ГАЗОВЫЕ МАШИНЫ

ХОЛОДИЛЬНО-ГАЗОВЫЕ МАШИНЫ установки
для получения низкотемпературного холода (гл. обр. в интервале темп-р 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 неск.
агрегатов (рис. 1). Рабочее тело, сжатое в компрессоре, проходит через
водяной или возд. холодильник, где отводится теплота сжатия, и после предварит,
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 произ-вом
внеш. работы; расширении газа из постоянного объёма без совершения внеш.
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", к-рые
обычно представляют собой комбинацию в одном блоке компрессора, теплообменника-регенератора
и детандера. Работают по обратному холодильному циклу Стерлинга, состоящему
из двух изотерм и двух изо-хор. По теоретич. эффективности этот цикл равноценен
Карно
циклу. Х.-г. м. с детандерами строятся на холодопро-изводительность
от
неск. вт (при 12-15 К) до десятков кет (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. Осн. элемент машины (рис. 2) - пластмассовый поршень-вытеснитель,
перемещающийся в тонкостенном цилиндре с объёмами
Vi (тёплый) и
V(холодный),
к-рые соединены через высокоэффективный регенератор с насадкой из тонкой
металлич. сетки. Давление газа в обоих объёмах практически одинаково, и
при перемещении поршня работа не совершается. Заполнение системы сжатым
газом начинается при Vгаз охлаждается в регенераторе, расширяется и охлаждается в объёме Vотводя при этом теплоту от объекта охлаждения. При обратном движении поршня
газ подогревается в регенераторе и покидает систему при темп-ре, превышающей
темп-ру поступившего из компрессора газа. Разность энтальпий входящего
и выходящего потоков газа определяет холодопроизводи-тельность цикла. Энергия,
отнятая от охлаждаемого объекта, передаётся в окружающую среду в виде теплоты.
Термоди-намич. 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 темп-ры (80-100 К при одной ступени и 14-20 К при
трёх).

Рис. 1. Принципиальная схе-ма холодильно-газовой
машины: К - компрессор; X - 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-вытес-нитель;
3 - регенератор; 4 - охлаждаемый объект; 5 -впускной клапан;
6
-
выпускной клапан.

Х.-г. м. применяются для охлаждения приёмников
излучения, квантовых усилителей (мазеров) н т. д., а также для сжижения
газов.

Лит.: Архаров А. М., Низкотемпературные
газовые машины, М., 1969; Техника низких температур, М., 1975.

А. Б. Фрадков.