1824年，法國青年工程師卡諾研究了一種理想熱機的效率，這種熱機的循環過程叫做“卡諾循環”。這是一種特殊的，又是非常重要的循環，因為採用這種循環的熱機效率最大。而逆卡諾循環就是與卡諾循環相反的循環，是製冷理論的基礎。
基本介紹
- 中文名：逆卡諾循環
- 外文名：reverse Carnot cycle
- 發明時間：1824年
- 發明人：卡諾
- 用途：理想熱機的循環過程
- 學科：物理學
簡介,理論,原理,分解,
簡介
卡諾循環是由四個循環過程組成，兩個絕熱過程和兩個等溫過程。它是1824年N.L.S.卡諾（見卡諾父子）在對熱機的最大可能效率問題作理論研究時提出的。卡諾假設工作物質只與兩個恆溫熱源交換熱量，沒有散熱、漏氣、磨擦等損耗。為使過程是準靜態過程，工作物質從高溫熱源吸熱應是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫熱源放熱應是等溫壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源後只能是絕熱過程。作卡諾循環的熱機叫做卡諾熱機。
卡諾進一步證明了下述卡諾定理：①在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切可逆熱機的效率都相等 ，與工作物質無關，其中T1、T2分別是高溫和低溫熱源的絕對溫度。②在相同的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切不可逆熱機的效率不可能大於可逆卡諾熱機的效率。可逆和不可逆熱機分別經歷可逆和不可逆的循環過程。
卡諾定理闡明了熱機效率的限制，指出了提高熱機效率的方向（提高T1、降低T2、減少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗，使循環儘量接近卡諾循環），成為熱機研究的理論依據、熱機效率的限制、實際熱力學過程的不可逆性及其間聯繫的研究，導致熱力學第二定律的建立。
在卡諾定理基礎上建立的與測溫物質及測溫屬性無關的絕對熱力學溫標，使溫度測量建立在客觀的基礎之上。此外，套用卡諾循環和卡諾定理，還可以研究表面張力、飽和蒸氣壓與溫度的關係及可逆電池的電動勢等。還應強調，卡諾定理這種撇開具體裝置和具體工作物質的抽象而普遍的理論研究，已經貫穿在整個熱力學的研究之中。
逆卡諾循環奠定了製冷理論的基礎，逆卡諾循環揭示了空調製冷係數（俗稱EER或COP）的極限。一切蒸髮式製冷都不能突破逆卡諾循環。
理論
在逆卡諾循環理論中間，要提高空調製冷係數就只有以下二招：
1.提高壓機效率，從上面推導可以發現小型空調理論上只存在效率提高空間19%；大型螺桿水機效率提高空間9%。
2.膨脹功損失與內部摩擦損失（所謂內部不可逆循環）：其中減少內部摩擦損失幾乎沒有空間與意義。在我們songrui版主的液壓馬達沒有問世之前，解決膨脹功損失的唯一方法是採用比容大的製冷劑，達到減少輸送質量的目的。如R410A等複合冷劑由於比容較R22大，使膨脹功損失有所減少，相對提高了製冷係數。但是就目前情況看通過採用比容大的製冷劑，製冷係數提高空間不會超過6%。（極限空間12%）
原理
根據逆卡諾循環基本原理：
低溫高壓液態製冷劑經膨脹機構節流處理後變為低溫低壓的液態製冷劑，進入空氣交換機中蒸發吸熱，從空氣中吸收大量的熱量Q2；
蒸發吸熱後的製冷劑以氣態形式進入壓縮機，被壓縮後，變成高溫高壓的製冷劑（此時製冷劑中所蘊藏的熱量分為兩部分：一部分是從空氣中吸收的熱量Q2，一部分是輸入壓縮機中的電能在壓縮製冷劑時轉化成的熱量Q1；
被壓縮後的高溫高壓製冷劑進入熱交換器，將其所含熱量（Q1+Q2）釋放給進入熱換熱器中的冷水，冷水被加熱到60℃直接進入保溫水箱儲存起來供用戶使用；
放熱後的製冷劑以液態形式進入膨脹機構，節流降壓......如此不間斷進行循環。
冷水獲得的熱量Q3=製冷劑從空氣中吸收的熱量Q2+驅動壓縮機的電能轉化成的熱量Q1， 在標準工況下：Q2=3.6Q1,即消耗1份電能，得到4.6份的熱量。
分解
它由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。假設低溫熱源（即被冷卻物體）的溫度為T0，高溫熱源（即環境介質）的溫度為Tk，則工質的溫度在吸熱過程中為T0， 在放熱過程中為Tk， 就是說在吸熱和放熱過程中工質與冷源及高溫熱源之間沒有溫差，即傳熱是在等溫下進行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進行的。其循環過程為：
首先工質在T0下從冷源（即被冷卻物體）吸取熱量q0，並進行等溫吸熱4-1，然後通過絕熱壓縮1-2，使其溫度由T0升高至環境介質的溫度Tk, 再在Tk下進行等溫放熱2-3，並向環境介質（即高溫熱源）放出熱量qk, 最後再進行絕熱膨脹3-4，使其溫度由Tk 降至T0即使工質回到初始狀態4，從而完成一個循環。
對於逆卡諾循環來說：
q0=T0(S1-S4）
qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4）
w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4）
則逆卡諾循環製冷係數εk 為：T0/(Tk-T0) 由上式可見，逆卡諾循環的製冷係數與工質的性質無關，只取決於冷源（即被冷卻物體）的溫度 T0 和熱源（即環境介質）的溫度 Tk；降低 Tk，提高 T0 ，均可提高製冷係數。此外，由熱力學第二定律還可以證明：“在給定的冷源和熱源溫度範圍內工作的逆循環，以逆卡諾循環的製冷係數為最高”。任何實際製冷循環的製冷係數都小於逆卡諾循環的製冷係數。
總上所述，理想製冷循環應為逆卡諾循環。而實際上逆卡諾循環是無法實現的，但它可以用作評價實際製冷循環完善程度的指標。通常將工作於相同溫度間的實際製冷循環的製冷係數ε與逆卡諾循環製冷係數εk之比，稱為該制冷機循環的熱力完善度，用符號η表示。即： η=ε/εk。
熱力完善度是用來表示制冷機循環接近逆卡諾循環循環的程度。它也是製冷循環的一個技術經濟指標，但它與製冷係數的意義不同，對於工作溫度不同的制冷機循環無法按其製冷係數的大小來比較循環的經濟性好壞，而只能根據循環的熱力完善度的大小來判斷。
