１．    制冷理论概况

 

人工制冷经历130多年的历史，近30年的发展引起世界性的电荒，电网不平衡，环境污染。发展完善理论克服电荒,环保的问题，推动技术创新，是时代的要求。建议大会讨论：制冷与热力学,制冷理论建设等根本问题，为中国成为世界制冷强国做出贡献。

1．1热力学：

1775年诞生，不断发展完善，到1875年已经成熟为经典理论。其核心是热力学定律及卡诺循环。热力学发展的同时诞生制冷技术，但制冷与热力学没有任何联系。

1．2 1875年，开尔文·林德首先依据系统的热力学知识和第二定律，建立起制冷理论。

理论的核心是：压缩机制冷循环是实用的冷机循环，即逆卡诺循环是理想的制冷机循环。习惯上称为提升论。

1．3 1875年～1885年十年间，压缩机制冷成为制冷业的绝对统治者。

1．4  20世纪末，制冷的发展引起能源供应和环保问题。

取缔CFC节能为标志的可持续发展原理,提出了更高的要求，产生蓄冷等新技术，吸收制冷得到再度发展，冲击了热力学理念指导的压缩机制冷。热力学指导制冷的理念对吗？制冷应该怎样发展，成为科技进步的焦点。

 

  本文研究制冷理论建设与发展方向。

 

２．          热力学与制冷理论

热力学与制冷是各自独立的，讨论它们在理论上怎样成为一个统一体，对建设制冷理论是有参考价值的。

２．１制冷与热力学结合的过程

2．1．1 共性：

制冷循环与逆卡诺循环在工质、传热、补能表现出基本一致。气相工质工作，通过绝热过程补能，实现工质的传热，传热是由低温上升到高温，由于科学原理还不能明确它们之间的差别，在制冷需要理论时，热力学理论已经成熟，制冷与热力学的结合是历史进步的必然。

2．1．2 差别的认识：

制冷与逆卡诺循环还存在明显的差别，主要是热能运动和循环形式。对于热能运动差别的认识，采用等效代换法，求同存异，证明传热本质是相同的；对于循环形式差别的认识，采用理想与实际的差别加以说明，差别是必然存在的，不影响本质。制冷循环与逆卡诺循环的差别是可以用科学推理来说明的。

2．1．3 等效代换^[2]:

制冷循环和热机循环都有蒸发换热，所处的温度区域不同，蒸发的等压换热与热机中的等温膨胀换热进行等效代换，在实际技术中已经得到认可。同理，冷凝与等温压缩换热代换。由此，等效代换完成了热能传递一致性的推理，证明热能存在、运动、变化和数值在两个循环中是一致的。因此制冷循环的热能运动与逆卡诺循环在本质上是一致的，是等效的。

2．1．4理想循环^【3】：

为了说明制冷与逆卡诺循环的差别是客观存在的，是必然的。用T-S图分析“相同温度范围内，循环耗功大小”的热力学评估的方法，结果：“一切实际的制冷循环的制冷系数，都小于相同温度范围的逆卡诺循环的制冷系数”。因此，制冷循环是实际型的逆卡诺循环。

2．1．5 热力学指导制冷的理念－提升论：

热力学只研究热与功的转换，制冷包括循环与环境的热能交换，如何从逻辑和原理上说明热力学加上制冷后，仍然是热力学范畴，没有超过理论界限。提升论的方法是：把工质物理变化与传热分开，承认物理变化的客观存在，传热是热力学理论作用的结果。“制冷工质的物理变化，从较低温度物体（称低温源）吸取一定的热量Q₀，通过一个消耗功W(或者热量)的补偿过程，向较高温度的物体（称高温热源）放出热量Q_K，并且，它们在数量上符合热力学第一定律，Q₀+W = Q_K”。提升论认为：制冷工质的物理变化是形式，热能运动是本质，确立了制冷循环是冷机循环，即逆卡诺循环的实际形式。

 

３．    制冷理论的缺陷

 

3．1 相变机理:

在1970年^【5】发展到完善程度，在高科技领域广泛应用，制冷也跨入了环保、节能的时代，产生了蓄冷技术，再次推动吸收制冷的发展，开始怀疑热力学的制冷理论的正确性。

3．2 热能的认识：

制冷循环中的热能是制冷工质蒸发后使低于环境温度的物体降温输出的热能，由显热Q₀转换为气化热mq₀，即潜热。潜热随气体工质的运动经过压缩，在冷凝处冷却和凝结，气化热转换为显热Q_K，释放到高温环境。热力学中逆卡诺循环的热是显热，显热的运动和传递。制冷循环中与逆卡诺循环中的热能在种类、性质、运动都不一样。所以，热力学中的热能运动规律是不能代替制冷循环的。

3．3 等效代换：

制冷循环与逆卡诺循环中进行了等效代换，即用蒸发和冷凝的代换了膨胀和压缩的等温换热。蒸发制冷中的热是显热与潜热的交换；逆卡诺循环中的换热是显热与显热的交换，所以制冷循环与逆卡诺循环中的换热在热的形态、性质、规律都不相同，是不能进行代换的。这样是错误的。

3．4 理想的制冷机循环：

热力学证明理想的制冷机循环推理也是不对的。T-S图上，相同温度范围内耗功最小,制冷的温度范围为T₀ – T_k，它是在环境温度以下，由制冷工质实现的。热力学中的T₂ – T₁是在环境温度以上，由机械能产生的热能W(Q)实现的。所以，T-S图根本不适用于制冷循环。

在绝热过程压缩的制冷循环中，热能运动有两条路线：一个是制冷循环的潜热运动传递系统，另外一个是显热循环传递的系统。后者的热能运动、形态、性质、规律都符合逆卡诺循环，但是此部分与制冷循环无关，因此“理想的制冷机循环”就是把不可比较的进行了比较，得出的结论；其次，应该进行比较的，没有比较，所以它是错误的，不符合实际的。

3．5 提升论是主观的产物：

3．5．1 它不能全面说明制冷。

热力学中工质的界限是不能发生物理变化，而在制冷中，工质必须发生物理变化。现代相变机理资料^【5】认为：相变是传质传热过程、相变与传热是不可分割的。提升论是采用把物理变化与传热分开，传热是热力学规律。所以，提升论没有表达物理变化与传热的关系，没有全面说明制冷与热力学的关系。

3．5．2 热能传递的概念不清。

提升论用“工质吸热”来说明制冷过程中热能交换，回避制冷与热力学在热能方面的差别：热能形态、性质、传递。制冷工质不是简单吸热，而是完成了显热的转换，例如，蒸发时显热转换为气化热，气化热与显热是不同的。

3．5．3 消耗功和补偿过程。

提升论是指低温热Q₀的消耗功，得到补偿后，到高温处放热。由于制冷循环中传热的热能是气化热，它不是低温热Q₀。Q₀在循环之外，它不能在循环中消耗功和得到补偿。因此，把消耗功和得到补偿的对象搞错了，不是Q₀，应当是气体工质。

3．5．4  Q₀＋W=Q_k的失误。

首先，它是用于表示制冷循环中热能平衡，一般的称为热力学第一定律。实际上，此公式中Q₀～Q_k是热能的运动方向，Q₀＋W是热力学第二定律，热能的传递和转换的表达式，是逆卡诺循环中的能量关系。上式的本质是热力学第二定律Q₂+W=Q₁的翻版，保留了它的形式和内容，是用Q₀代替Q₂，Q_k代替Q₁，得到的等式，这是不对的，因为Q₀没有与W直接发生关系。事实上，它是绝热过程压缩制冷系统的显热传递平衡式，既不是热力学的第一或第二定律传热的数值计算的平衡式。

3．6 制冷初级理论：

绝热过程压缩实现的制冷循环，不是热力学原理，是初级制冷理论。绝热过程压缩补充了压力能W(P)和热能W(Q)，W(Q)作无用功，W(P)使气化热从mq₀上升到mq_k，在凝结处mq_k转换为Q_k释放。