Области применения и методы получения низких температур

Холодильные и криогенные установки относятся к группе систем преобразования энергии, известных под названием термотрансформаторов. Их назначение — отвод теплоты от теплоотдатчика на низком температурном уровне То и подвод к теплоприемнику на более высоком уровне.

Холодильные установки (уровень отвода теплоты То > 120 К) предназначены для охлаждения и поддержания при низкой температуре различных объектов и технических систем.

Криогенные установки предназначены для тех же целей, но при температурах существенно более низких (уровень отвода теплоты То < 120 К). Криогенные установки используют для низкотемпературного разделения газовых смесей (воздуха, природного газа и др.) и ожижения газов (кислорода, азота, водорода, гелия, метана и др.).

Работа холодильных и криогенных установок определяется процессами внутреннего охлаждения, которые обеспечивают необходимое понижение температуры рабочего тела. В технике используют в основном три способа внутреннего охлаждения:

1. дросселирование рабочего тела в виде жидкости, влажного пара или газа в области, близкой к пограничной кривой жидкости (эффект Джоуля—Томсона);
2. детандирование рабочего тела в виде газа или влажного пара (расширение ведется в специальном устройстве — детандере с отдачей внешней работы);
3. пропускание электрического тока через спай соединенных попарно полупроводников р- и л-типов (эффект Пельтье).

Первые два способа применяют как раздельно, так и в сочетании и в холодильных, и в криогенных установках, третий — только в холодильных. Кроме того, в некоторых случаях для охлаждения используются эффект понижения температуры при взаимном растворении веществ, вихревой эффект температурного разделения газа (эффект Ранка)и др. Перечисленные способы охлаждения с использованием каскадного метода или регенерации теплоты позволяют образовать все множество современных холодильных и криогенных установок.