Холоди'льно-га'зовые маши'ны, 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.

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

  А. Б. Фрадков.

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.

Рис. 1. Принципиальная схема холодильно-газовой машины: К — компрессор; Х — холодильник; Т-Р — теплообменник-регенератор; РУ — расширительное устройство; Н — охлаждаемый объект.

Холоди'льные рассо'лы, см. в ст. Холодильные теплоносители.

Холоди'льные теплоноси'тели, хладоносители, жидкие или газообразные вещества, применяемые в холодильных установках как промежуточная среда для переноса теплоты от охлаждаемого тела к кипящему в испарителе холодильной машины холодильному агенту (хладагенту). Установки с Х. т. применяются в тех случаях, когда непосредственное охлаждение тела с помощью кипящего хладагента оказывается невозможным, затруднительным или невыгодным, например при разветвлённости сети холодопотребителей или их удалённости от машинного зала. К Х. т. предъявляется ряд требований: низкая температура замерзания, небольшая вязкость, высокие значения теплоёмкости и теплопроводности, нетоксичность, взрывобезопасность, нейтральность к конструкционным материалам и т.д. В качестве Х. т. используются водные растворы солей (холодильные рассолы): хлорида натрия (для температур до —15 °С), хлорида магния (до —27 °С), хлорида кальция (до —45 °С). В низкотемпературных установках применяются антифризы и фреоны: водные растворы пропиленгликоля (до —47 °С) и этиленгликоля (до —60 °С), фреон-30 (до —90 °С), фреон-11 (до —100 °С). В установках для охлаждения (кондиционирования) воздуха при положительных температурах в качестве Х. т. используют воду.

  В. А. Гоголин.

Холоди'льные ци'клы, обратные круговые термодинамические процессы, в результате которых теплота переходит от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой за счёт затраты работы. Х. ц. используются в холодильных машинах, холодильно-газовых машинах. Практически наиболее широко применяются Х. ц., основанные на испарении жидкости, использовании Джоуля — Томсона эффекта, расширении рабочего тела в детандере. С помощью этих Х. ц. можно получать низкие температуры, вплоть до ~ 0,3 К. Одним из наиболее энергетически выгодных (см. Холодильный коэффициент) является обратный Карно цикл. К нему приближается цикл идеальной парокомпрессионной холодильной машины, представленный на рис. Цикл состоит из двух адиабатических процессов (1—2, 3—4) и двух изотермических процессов (4—1, 2—3). В этом цикле в испарителе холодильной машины происходит кипение хладагента (линия 4—1) при температуре T_o и давлении p_k за счёт теплоты охлаждаемой среды. Испарившийся хладагент отсасывается компрессором, адиабатически (энтропия S-const) сжимается в нём до давления p_k и температуры T_k (линия 1—2) и подаётся в конденсатор, где происходит его конденсация (линия 2—3) при неизменных давлении и температуре. Отвод теплоты конденсации осуществляется охлаждающей жидкостью или воздухом. Полученный жидкий хладагент возвращается в испаритель через расширительный цилиндр — детандер, в котором происходит адиабатическое понижение давления и температуры (линия 3—4) до исходных значений (p и T). Процесс сопровождается частичным испарением хладагента. В реальной парокомпрессионной холодильной машине, в отличие от идеальной, Х. ц. идёт с перегревом паров при сжатии в компрессоре, кроме того, вместо детандера здесь имеется регулирующий вентиль, и поэтому процесс расширения хладагента не адиабатический, а изоэнтальпийный. Всё это приводит к снижению значения холодильного коэффициента. Для повышения энергетической эффективности в реальных холодильных машинах применяются усложнённые Х. ц. В области умеренных температур охлаждения при одноступенчатом сжатии хладагента используют циклы с регенеративным теплообменом. Для достижения температур ниже —30 °С в парокомпрессионных холодильных машинах обычно применяют многоступенчатые, каскадные и др. Х. ц. Холод получают также с помощью Х. ц., в которых в процессе их осуществления не происходит фазовых превращений (испарение, конденсация) хладагента. В воздушно-расширительных холодильных машинах используется Х. ц., состоящий из двух адиабат и двух изобар. В этом цикле хладагент (воздух) засасывается из охлаждаемого помещения компрессором, адиабатически сжимается в нём и далее, пройдя охладитель, адиабатически расширяется в детандере и с температурой —70 °С и ниже поступает в охлаждаемое помещение, после чего цикл повторяется. Энергетически более выгодным является регенеративный Х. ц., состоящий из двух изотермических и двух изохорных процессов (обратный цикл Стирлинга); используется в холодильно-газовых машинах типа «Филипс» и позволяет получать криогенные температуры.