Каскадный метод охлаждения

Каскадный метод охлаждения, процесс переноса тепла от более низкого температурного уровня к более высокому (т. е. охлаждение), осуществляющийся в холодильной установке с помощью нескольких замкнутых последовательно действующих холодильных циклов. При К. м. о., относящемся к методам глубокого охлаждения, конденсация холодильного агента низкотемпературного цикла происходит в результате испарения холодильного агента следующего за ним более высокого по температуре холодильного цикла. Число циклов, как правило, не превышает 4, т.к. в противном случае конструкция установки значительно усложняется. Холодильные циклы могут использовать одинаковые или различные термодинамические принципы переноса тепла в циклах и различные холодильные агенты.

  В конце 19 в. швейцарский физик Р. Пикте применил К. м. о. для сжижения воздуха. Сконструированная им каскадная холодильная установка включала 3 холодильных цикла. В первом высокотемпературном двухступенчатом цикле в качестве рабочего тела применялся хлористый метил (CH₃Cl), в среднем цикле — этилен (C₂H₄), в третьем цикле — кислород (O₂). В дальнейшем К. м. о. был усовершенствован и использовался для получения жидких водорода и гелия (см. Сжижение газов).

  К. м. о. применяют главным образом для получения температур до —110 °С в испытательных термокамерах и для технологических целей в химии, медицине, биологии и др.

  Наибольшее распространение получил К. м. о. с двумя парокомпрессионными циклами. В высокотемпературном цикле в качестве холодильного агента, обычно используется фреон 22 (CHClF₂), а в низкотемпературном — фреон 13 (CF₃Cl). Для получения температуры до —90 °С низкотемпературный цикл на фреоне 13 одноступенчатый, для температур ниже —90 °С — двухступенчатый. Перенос тепла от низкотемпературного цикла к высокотемпературному осуществляется в теплообменном аппарате (испарителе — конденсаторе) в результате конденсации низкотемпературного холодильного агента и кипения высокотемпературного холодильного агента. Пути совершенствования К. м. о.: использование более эффективных холодильных агентов, улучшение конструкции компрессоров, повышение эффективности теплообменной аппаратуры.

  Лит. см. при ст. Глубокое охлаждение.

  Л. Л. Генин.