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       法國工程師Nicolas Léonard Sadi Carnot于1824年在研究蒸汽機的熱功轉化過程效率時，總結提出了卡諾循環(Carnot cycle)原理。卡諾循環包括四個步驟: 等溫吸熱， 絕熱膨脹，等溫放熱，絕熱壓縮。即理想氣體從狀態1(P₁，V₁，T₁)等溫吸熱到狀態2(P₂，V₂，T₁)，再從狀態2絕熱膨脹到狀態3(P₃，V₃，T₂)，此后，從狀態3等溫放熱到狀態4(P₄，V₄，T₂)，最后從狀態4絕熱壓縮回到狀態1。這種由兩個等溫過程和兩個絕熱過程所構成的循環稱為卡諾循環。卡諾循環的四個具體步驟分別是:（1）等溫吸熱，系統從高溫熱源中吸收熱量; （2）絕熱膨脹，系統對環境作功，溫度降低; （3）等溫放熱，系統向環境中放出熱量; （4）絕熱壓縮，系統恢復原來狀態。在等溫放熱和絕熱壓縮過程中系統對環境作負功。卡諾循環可以認為是工作于兩個恒溫熱源之間的準靜態過程，其高溫熱源的溫度為T₁，低溫熱源的溫度為T₂。卡諾假設工作物質只與兩個恒溫熱源交換熱量，滿足沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗的理想實驗條件，為使過程滿足準靜態過程條件，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，脫離熱源后只能是絕熱過程。卡諾循環分正、逆兩種，正循環稱卡諾熱機，把熱量持續不斷地轉化為機械功，如蒸汽機、內燃機；逆循環稱卡諾制冷機，通過對系統做功，實現高低溫熱源之間的持續熱量交換。如圖1，ɑ-b-c-d-ɑ為正卡諾循環，ɑ-b為等溫吸熱過程，工質在溫度T₁下從相同溫度的高溫熱源吸入熱量Q₁；b-c為絕熱膨脹過程,工質溫度自T₁降為T₂；c-d為等溫放熱過程，工質在溫度T₂下向相同溫度的低溫熱源排放熱量Q₂；d-ɑ為絕熱壓縮過程,工質溫度自T₂升高到T₁，完成一個熱機循環,對外作出凈功W（內燃機做功）。逆卡諾循環與上述正向循環反向,沿ɑ-d-c-b-ɑ方向,因而Q₂是工質從低溫熱源吸入的熱量(通稱制冷量)，Q₁是工質排放給高溫熱源的熱量，W是完成逆向循環所需的外界輸入的凈功（壓縮機做功）。正卡諾循環的熱力學指標用卡諾循環熱效率η_t表示，逆卡諾循環的熱力學指標用卡諾制冷系數ε表示（制冷系統）或用卡諾供暖系數ε′表示(熱泵系統)。根據熱力學第二定律，在相同的高、低溫熱源溫度T₁與T₂之間工作的所有熱循環中,以卡諾循環的熱效率為最高，稱為卡諾定理。卡諾循環具有重要的理論和實際意義。雖然完全按照卡諾循環理想條件工作的裝置是難以實現的，但是卡諾循環卻為提高應用卡諾循環原理設計的熱機和制冷機優化循環熱效率指明了方向，并給出了熱效率的理論極限值。

圖1卡諾循環示意圖

   現代商用的制冷系統和熱泵系統都是采用逆卡諾循環原理的卡諾制冷機系統，圖2闡釋了單級蒸汽壓縮制冷循環系統的制冷機理。單級蒸汽壓縮制冷系統，由蒸發器、制冷壓縮機、冷凝器和節流閥四個基本部件組成。它們之間用釬焊依次連接制成循環管道，形成一個密封的制冷系統，充注入壓縮機中的制冷劑在系統中不斷地循環流動，發生氣態和液態的狀態轉化，與外界進行熱量交換。制冷壓縮機吸收來自蒸發器的制冷劑蒸汽，提高壓力后將高溫高壓蒸汽輸送到冷凝器，使制冷劑在系統中循環流動。可用于制冷系統和熱泵系統。制冷系統從被冷卻介質吸熱，向環境介質放熱，蒸發溫度低于被冷卻介質溫度，冷凝溫度高于環境介質溫度。熱泵系統從大氣吸熱，向需要溫度較高的區域供熱，蒸發溫度低于大氣溫度，冷凝溫度高于供熱區溫度。但壓縮機在制冷系統和熱泵系統中發揮的功能毫無差別。

圖2 單級蒸汽壓縮制冷循環裝置示意圖

     如圖2所示，蒸氣壓縮式制冷循環可概括為四個過程：（1））絕熱膨脹節流過程：經壓縮冷凝的制冷劑經過毛細管膨脹閥絕熱節流，降壓降溫至濕蒸汽狀態；（2））等溫吸熱蒸發過程：濕蒸汽狀態的制冷劑進入蒸發器（冷凍室），進行定壓蒸發汽化,吸收待冷卻的物體熱量，形成干飽和蒸汽狀態；（3）絕熱壓縮過程：從蒸發器出來的制冷劑干飽和蒸汽被吸入壓縮機進行壓縮，升壓升溫至過熱蒸汽狀態；（4）等溫放熱冷凝過程：過熱蒸汽狀態的制冷劑進入冷凝器，進行定壓放熱，制冷劑凝結為液體狀態；從冷凝器出來的制冷劑液體再經過毛細管膨脹閥節流降壓至濕蒸汽狀態進入蒸發器（冷凍室）吸熱，不斷進行以上四個過程的制冷循環，從而達到連續制冷的目的，將冷凍室中的熱量不斷傳遞到外部環境中，保持冷凍室獲得低于環境溫度的制冷溫度。

制冷壓縮機是制冷系統的“心臟”，制冷劑是制冷系統中不斷循環的“血液”，壓縮機按照制冷劑壓縮型式分為速度式和容積式兩種，大型冷庫和中央空調系統普遍采用速度式的離心壓縮機，小型工業產品所用的制冷壓縮機則基本上都是容積式的。實驗室冷凍離心機采用的制冷壓縮機屬于全封閉容積式活塞往復型小功率低溫壓縮機，由于制冷系統中的制冷劑是不容許泄漏的，因此系統中凡與制冷劑接觸的部件都應絕對密封。全封閉式壓縮機將壓縮機構和電機驅動機構組裝在一個密閉的薄壁機殼中。使用時只要焊接管路，與冷凝器、毛細管節流閥、蒸發器形成密封系統，然后抽真空，充注入合適的制冷劑，就可以形成制冷系統。圖3為全封閉式容積型活塞往復壓縮機的示意圖

圖3 全封閉式容積型活塞往復壓縮機結構示意圖