外行学空分(11)一一热泵是什么？

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" b0 k" W1 y9 `; Y9 Z   水往低处流，热量由高温物体传向低温物体，都是自然界中会自然而然发生的事，而相反的过程虽然不会自然而然地发生，但是并不是不会发生。就象要想让水往高处流需要水泵一样，要想让热量从低温物体向高温物体流动也需要热泵一一输送热量的泵，但是热泵并不是简单的一个机械设备，而是一套装置一个系统。
   日常生活中最常见的热泵例子是冰箱空调及空气能热水器，冰箱空调是从温度低的冰箱贮藏室或室内吸收热量输出给温度高的大气环境，而空气能热水器则是从温度低的大气环境中吸收热量输送给温度高的热水器加热器用以加热热水，在这里所谓的环境是常温热容量无限大的热源体或受热体，少量的热量输出输入其温度是不变的，具体而言就是大气环境。
* t( S; U$ ~/ {0 H) V5 h   一个的典型的常规标准闭式热泵包括一个与高温物体相连的高温高压换热器，一个与低温物体相连的低温低压换热器，一台热泵循环工质压缩机，一个液体减压阀或液体膨胀机。它们之间用管道相连形成一个密闭的循环系统，管道内充满所谓循环工质。循环工质气体经压缩后在高温高压换热器中冷凝放热把热量传给高温物体，高压循环工质气体冷凝为循环工质液体，经节流减压阀或液体膨胀机减压后进入与低温物体相连的低温低压换热器中压力降低其蒸发温度也相应下降，从低温物体吸收热量气化，进入下一个循环，这样随着热泵循环的进行，热量就源源不断地从低温物体（热源体）流向高温物体（受热体），消耗的是热泵循环工质的压缩功，输送的是热量就象水泵输送水一样故称之为热泵。当然热泵也是千变万化的，有压缩式热泵有吸收式热泵有开式热泵有闭式热泵，但是万变不离其宗，都是热力学第二定律中的卡诺循环的逆向运用，即用少量的功（有效能）可以驱动大量的热量由低温物体输送给高温物体。高低温物体之间的温差越小，同样的功可以输送的热量越大！
( L- ]) k/ I, a: ?% E; [) v   压缩式热泵的核心原理是压力不同循环工质的气体及其液体其冷凝蒸发温度的不同，提高气体的压力则气体的冷凝蒸温度升高，压力越高气体冷凝温度越高，反之，循环工质液体也是一样压力越低蒸发温度越低。压力不同的液体其蒸发温度也不同，降低液体压力其蒸发温度相应降低就可以从低温物系吸收热量而气化。热泵循环工质气体压缩后压力提高，其冷凝温度相应提高，当其冷凝温度高于环境温度（高温物体）时，在高温高压换热器中冷凝就可以向环境输出热量自身冷凝液化！冷凝液化的循环工质减压后，其蒸发温度相应下降，当其蒸发温度低于低温物体（环境）的温度时，在低温低压换热器中就可以从低温物体输入热量，使自身气化，这样的循环的结果就是热量源源不断地从低温物体输送至高温受热体，如果需要制冷，只要将热泵系统的低温低压换热器与热源体相连，高温高压换热器与大气环境相连，随着热泵系统的运行，热量就不断地从热源体（温度低于环境温度）源源不断地输送给大气环境，这就是所谓的热泵制冷。如果需要制热，只要把热泵系统的高压高温换热器与受热体相连，低温低压换热器与大气环境相连，随着热泵系统的运行，大气环境中的热量就源源不断输送给受热体（温度高于环境温度）。这就是所谓的热家制冷制热，本质上是热量的输送！
6 x9 X4 a: s' |4 g$ @4 ?1 |" c    衡量热家系统的性能指标有两个，一是所谓的给热系数，输送的热量和热泵循环工质压缩功的比值，用公式表述就是Q/W！二是所谓的热泵有效能效率。受热体得到的热量有效能和热源体输出热量有效能的差值和循环工质压缩功的比值，用公式表述就是Q（T2-T1）/T2.T1/W！其中T1和T2都是绝对温度。热泵给热系数和热泵有效能效率（热泵效率）是两个不同的指标，前者常用后者更深刻！

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   很多的深冷空分专家也是热泵制冷的专家，与他们讨论时，当我指出深冷空分流程是开式热泵精馏流程时，他们都惊骇莫名，其原因在于他们用闭式热泵的范式在深冷空分流程中寻找热泵，当然找不到热泵，但在事实面前，他们最后都不得不承认这个事实。

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  热泵是热力学第二定律中热功转换卡诺循环的逆向运用。