一电冰箱可视作卡诺制冷机(卡诺循环 冰箱)

1. 一电冰箱可视作卡诺制冷机

制冷系数=制冷量/电功率。

不过一般是逆卡诺循环才能实现制冷。

2. 卡诺循环 冰箱

工业级超低温冰箱采用的制冷原理依然遵循逆卡诺循环。从结构上分为经典复叠制冷液化循环和自复叠制冷液化循环。

逆卡诺循环就是与卡诺循环相反的循环，是制冷理论的基础。

工业级超低温冰箱它采用了单压缩机自复叠技术，结构比较简单、能耗低、故障率低，采用无氟环保混合制冷剂。

3. 卡诺热机和卡诺冷机

卡诺循环强调的是热机，当然也可指制冷机，而布雷顿循环只是制冷机，而且卡诺循环的所有过程必须为可逆过程，而布雷顿循环不需要，因而它的效率计算不能直接用卡诺循环的所得出的结果，而要用最一般的效率计算公式

4. 一卡诺热机和卡诺制冷机

η=1-T2/T1

将温度改为势力学温度，T1=2100+273=2373K，T2=600+273=873K

η=1-873/2373=0.632

实际上没有这么高效率的热机。

5. 一台可逆卡诺制冷机

卡诺循环(Carnot cycle) 是只有两个热源（一个高温热源温度T1和一个低温热源温度T2）的简单循环。由于工作物质只能与两个热源交换热量，所以可逆的卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。

卡诺循环是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤： 等温吸热， 绝热膨胀，等温放热，绝热压缩。即理想气体从状态1（P1，V1，T1）等温吸热到状态2（P2，V2，T2），再从状态2绝热膨胀到状态3（P3，V3，T3），此后，从状态3等温放热到状态4（P4，V4，T4），最后从状态4绝热压缩回到状态1。这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环称为卡诺循环。

卡诺循环包括四个步骤：等温吸热，在这个过程中系统从高温热源中吸收热量； 绝热膨胀，在这个过程中系统对环境作功，温度降低； 等温放热，在这个过程中系统向环境中放出热量，体积压缩； 绝热压缩，系统恢复原来状态，在等温压缩和绝热压缩过程中系统对环境作负功。卡诺循环可以想象为是工作于两个恒温热源之间的准静态过程，其高温热源的温度为T1，低温热源的温度为T2。这一概念是1824年N.L.S.卡诺在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、摩擦等损耗。为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程。作卡诺循环的热机叫做卡诺热机。

6. 设家用电冰箱是一个理想的卡诺制冷机

逆卡诺循环是理想制冷循环，利用液体汽化法实现逆卡诺循环，必须具备的热工设备是压缩机、冷凝器(高温热源)、膨胀机和蒸发器(低温热源)四大主件。

而且假设高、低温热源的温度恒定，工质在冷凝器和蒸发器中与外界无传热温差;流经各设备时无摩擦损失，膨胀机输出的功为压缩机所利用。

7. 一电冰箱可视作卡诺制冷机,当室温

简单地从设备角度回答一下，默认这里讲的都是

家用常温冰箱/分体式空调

。其他类型的冰箱/空调原理上一样但是具体系统和设备上面会略有不同。

直观地讲，冰箱的功能是把冷藏/冷冻室里的热量搬运到冰箱外面（冰箱后面的“网格”是用来散热的），制冷空调的功能是把室内的热量搬运到房子外面（室外机吹的热风），二者的功能很类似。热力学第二定律决定了热量只会自发地从高温物体传向低温物体，因此冰箱和空调需要付出额外的代价（电能）将热量从低温搬运到高温。因此

从热力学原理角度讲，冰箱和空调是一样的，同属于消耗功搬运热量的反向卡诺循环

。

然而由于

工作温度区间

和

搬运热量的大小

不同，冰箱和空调系统在

压缩机/制冷剂

，

膨胀机构

，

换热器设计

等方面还是有很大的不同。

压缩机/制冷剂

：一般的家用冰箱需要能够在室温（25°C）下保持冷冻室-18°C的低温；相比之下家用空调的运行温度在室外40°C 和 室内16°C 之间。由于冰箱的温差（~45°C）大于空调（~25°C），因此冰箱一般会使用能提供

更高压缩比和温差的活塞式/压缩机

，能源效率也比较低（COP~2，1千瓦时的电产生2千瓦时冷量）；相比之下目前家用空调中最常用的是

涡旋式压缩机

，能源效率也比冰箱高（COP~3-4，1千瓦时电产生3-4千瓦时冷量）。空调中常用的

R134a/R22/R410A制冷剂

在常温下性能优秀，但无法在冰箱所需要达到的低温下有效的工作，因此冰箱中很多选用的是

低温性能更好R290/R407C/R404A制冷剂

。

膨胀机构

：在制冷循环中高温高压的制冷剂液体在冷凝结束后需要经过膨胀机构通过减压降到很低的温度来达到制冷的目标。制冷系统的目标制冷负荷特性会对膨胀机构的选用产生很大影响。冰箱虽然制冷的温度比空调要低，但是

制冷量往往远小于空调

，且

制冷的负荷比空调要稳定

。因此冰箱往往采用更便宜的

毛细管

作为制冷剂高压与低压端之间的膨胀机构，而空调的膨胀机构则需要应对不同的制冷负荷和大得多的制冷剂流量，因而常常使用专门的

热力或电子膨胀阀

。

换热器设计

：

（1）无论是冰箱还是空调，制冷系统都只能在一个小尺寸上面制造冷量，这些

冷量需要被流通到整个冷却空间中

。冰箱的制冷量比较小，换热器的尺寸一般也很小。冰箱的蒸发器一般在顶层的冷冻室内，大一些的冰箱会在冷冻室里面配风扇增强冷气的对流，小一些的冰箱直接依靠冷气密度较大会下沉的原理让冷气

自发

流遍冷冻室和下方的冷藏室（这也是大多数冷藏室在冷冻室下面的原因之一）。冰箱背后的“网格”其实是用来散热的冷凝器，显然绝大多数冰箱并没有专门的风扇来增强冷凝器的散热。空调相对而言制冷量大很多，因而需要更有效地将冷量输入室内/热量排出室外。空调的室内室外机都是配有

足够大的风扇

来强化传热的。为了提升室内冷却的效果，分体式空调的室内机往往装在高处，吹出来的冷风兼有风速和下沉的效果。

（2）作为面对空气的制冷系统，冰箱与空调在产生冷效应的同时都无法避免的会受空气中

水蒸气的影响

，但由于二者冷却温度的不同，水蒸气对二者的影响也有所差别。冰箱要达到冷冻的-18°C，蒸发器表面的温度往往需要低到-20°C以下。在这个温度下水蒸气会

凝结成霜

附着在蒸发器表面，

影响换热

。所以冰箱在一段时间后大都需要运行除霜，也就是反转循环让热的制冷剂流到蒸发器里面，融化表面的冰和霜，然后再正常运行。相比之下，制冷空调的蒸发温度一般在5°C以上，不存在结冰结霜的问题。但5°C一般也低于室内空气中水蒸气的饱和温度，所以水蒸气会在蒸发器上结露，这些冷凝水会自己滴落，一般对蒸发器性能影响不大，同时空调室内机会有一条专门的管线用来将蒸发器上的冷凝水导出室外。在更大规模的空调系统（比如中央空调）中，这种蒸发器冷凝空气中水蒸气的现象也被用来将室内的湿气搬运出室外，达到除湿的效果。

总之，冰箱和空调同为消耗功将热量从低温搬运到高温的逆卡诺循环，遵从相同的热力学原理。但同时由于制冷温度和制冷量的明显差异，冰箱往往制冷量较小能效比略低，需要低温性能好设备和设计，而空调的目标温差较小而制冷量较大，其能效比一般也比较高。