卡諾循環(huán)由四個循環(huán)過程、兩個絕熱過程和兩個等溫過程組成。它是1824年NN的。.L.S.卡諾(見卡諾父子)在理論研究熱機(jī)*可能的效率時提出的問題?？ㄖZ假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為了使過程準(zhǔn)靜態(tài)，工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)為無溫差等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)為等溫壓縮過程。由于只與兩個熱源交換熱量的限制，離開熱源后只能是一個絕熱過程?？ㄖZ循環(huán)的熱機(jī)被稱為卡諾熱機(jī)。

卡諾進(jìn)一步證明了以下卡諾定理：①所有在同一高溫?zé)嵩春屯坏蜏責(zé)嵩粗g工作的可逆熱器效率相等，與工作材料無關(guān)，其中T1、T2是高溫和低溫?zé)嵩吹慕^對溫度。②所有在同一高溫?zé)嵩春屯坏蜏責(zé)嵩粗g工作的不可逆熱器的效率都不能大于可逆卡諾熱器?？赡婧筒豢赡鏌崞鞣謩e經(jīng)歷了可逆和不可逆的循環(huán)過程。

卡諾定理闡述了熱機(jī)效率的限制，指出了提高熱機(jī)效率的方向（提高T1）、降低T2、減少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損失，使循環(huán)盡可能接近卡諾循環(huán)），成為熱機(jī)研究的理論依據(jù)、熱機(jī)效率的限制、實際熱力學(xué)過程的不可逆性和相關(guān)研究，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的建立。

在卡諾定理的基礎(chǔ)上建立的絕對熱力學(xué)溫度標(biāo)準(zhǔn)與溫度測量物質(zhì)和溫度測量屬性無關(guān)，使溫度測量基于客觀的基礎(chǔ)。此外，卡諾循環(huán)和卡諾定理的應(yīng)用還可以研究表面張力、飽和蒸汽壓力與溫度的關(guān)系以及可逆電池的電動勢。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，卡諾定理是一項普遍的理論研究，不包括特定設(shè)備和特定工作物質(zhì)的抽象，已經(jīng)貫穿于整個熱力學(xué)研究中。

逆卡諾循環(huán)為制冷理論奠定了基礎(chǔ)，反卡諾循環(huán)揭示了空調(diào)制冷系數(shù)（通常稱為EER或COP）的極限。所有的蒸汽壓縮制冷都不能突破逆卡諾循環(huán)。[1]

理論

在逆卡諾循環(huán)理論中，只有以下兩個方法可以提高空調(diào)的制冷系數(shù):

1.提高壓機(jī)效率。從上面的推導(dǎo)可以發(fā)現(xiàn)，小型空調(diào)理論上只有19%的效率提高空間；大型螺桿水機(jī)效率提高9%。

2.膨脹功損失與內(nèi)部摩擦損失(所謂內(nèi)部不可逆循環(huán))：其中，減少內(nèi)部摩擦損失幾乎沒有空間和意義。在songrui版主的液壓電機(jī)問世之前，解決膨脹功損失的唯一途徑就是使用比容大的制冷劑來降低輸送質(zhì)量。R410A等復(fù)合制冷劑由于比容大于R22，減少了膨脹功的損失，相對提高了制冷系數(shù)。但就目前的情況來看，通過使用比容大的制冷劑，制冷系數(shù)的增加空間不會超過6%。(極限空間12%)[1]

原理

根據(jù)逆卡諾循環(huán)的基本原理：

經(jīng)膨脹機(jī)構(gòu)節(jié)流處理后，低溫高壓液體制冷劑變成低溫低壓液體制冷劑，進(jìn)入空氣交換機(jī)蒸發(fā)吸熱，從空氣中吸收大量熱量Q2；

蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮后變成高溫高壓制冷劑(此時制冷劑中的熱量分為兩部分:一部分是從空氣中吸收的熱量Q2，另一部分是壓縮制冷劑時輸入壓縮機(jī)中的電能轉(zhuǎn)化為的熱量Q1；

壓縮的高溫高壓制冷劑進(jìn)入熱交換器，將熱量（Q1+Q2）釋放到熱交換器中，冷水加熱至60℃，直接儲存在保溫水箱中供用戶使用；

放熱制冷劑以液態(tài)形式進(jìn)入膨脹機(jī)構(gòu)，節(jié)流降壓...如此不間斷的循環(huán)。

冷水獲得的熱量Q3=制冷劑從空氣中吸收的熱量Q2+驅(qū)動壓縮機(jī)的電能轉(zhuǎn)化為熱量Q1。在標(biāo)準(zhǔn)條件下:Q2=3.6Q1，即消耗一個電能，獲得4.6個熱量。[2]

分解

它由兩個等溫過程和兩個保溫過程組成。假設(shè)低溫?zé)嵩矗蠢鋮s物體）溫度為T0，高溫?zé)嵩矗喘h(huán)境介質(zhì)）溫度為TK，吸熱過程中工質(zhì)溫度為T0，放熱過程中工質(zhì)與冷源、高溫?zé)嵩粗g無溫差，即傳熱在等溫下進(jìn)行，壓縮膨脹過程無損失。其循環(huán)過程為：

首先，工質(zhì)從T0下的冷源（即冷卻物體）吸收熱量q0，等溫吸收4-1，然后通過絕熱壓縮1-2，將其溫度從T0升高到環(huán)境介質(zhì)，然后在TK下等溫放熱2-3，將熱量qk釋放到環(huán)境介質(zhì)（即高溫?zé)嵩矗?后將絕熱膨脹3-4，使其溫度從TK降低到T0，即使工質(zhì)恢復(fù)到初始狀態(tài)4，從而完成一個循環(huán)。

對于逆卡諾循環(huán)：

(S1-S4)Q0=T0

qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4）

w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-(S1-S4)

逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk為：T0/(Tk-從上面的公式可以看出，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與工作質(zhì)量的性質(zhì)無關(guān)，只取決于冷源(即冷卻物體)的溫度T0和熱源(即環(huán)境介質(zhì))的溫度TK；減少TK和提高T0可以提高制冷系數(shù)。此外，熱力學(xué)第二定律還可以證明：“逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)是在給定的冷源和熱源溫度范圍內(nèi)工作的*高逆循環(huán)。”。任何實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)都小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。

綜上所述，理想的制冷循環(huán)應(yīng)該是逆卡諾循環(huán)。事實上，逆卡諾循環(huán)是不可能實現(xiàn)的，但它可以作為評估實際制冷循環(huán)改進(jìn)程度的指標(biāo)。通常在相同溫度下工作的實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk之比，稱為制冷機(jī)循環(huán)的熱完善度，符號η表示。即：η=ε/εk。

熱完善是用來表示制冷循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)的程度。它也是制冷循環(huán)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但不同于制冷系數(shù)的意義。不同工作溫度的制冷循環(huán)不能根據(jù)制冷系數(shù)的大小來比較循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，只能根據(jù)循環(huán)熱完善的大小來判斷