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逆卡诺循环是由两个等温过程和两个绝热过程组成（如图３），假设低温热源（即被冷却物体）的温度为Ｔ２，高温热源（即环境介质）的温度为Ｔ１，则工质的温度在吸热过程中为Ｔ２，在放热过程中为Ｔ１，就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差，即传热是在等温下进行的，压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行的。其具体循环过程为：首先工质通过膨胀阀进行等温膨胀过程Ｄ→Ｃ，即在Ｔ１下从空气中吸取热量Ｑ１；然后通过压缩机绝热压缩经过过程Ｃ→Ｂ，使其温度由Ｔ１升高至热水的目标温度Ｔ２；
再在Ｔ２下进行等温压缩Ｂ→Ａ，并向环境介质（即高温热源）放出热量Ｑ２，最后再进行绝热膨胀Ａ→Ｄ，使其温度由Ｔ２降至Ｔ１，使工质回到初始状态Ｄ，从而完成一次循环。
通过让制冷剂如Ｒ２２（氢氯氟烃类）不断完成蒸发（吸取环境中的热量）—压缩—冷凝（放出热量）—节流—再蒸发的循环过程，将空气的能量转移到水中。热泵热水器载热工质的循环是：在低压液态下吸收环境空气的热能，在蒸发器内蒸发汽化，通过压缩机的工作提高Ｒ２２的温度，再通过冷凝器使Ｒ２２冷凝为液态，同时释放其能量并传给水箱中的水，达到制取热水的目的。
热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量Ｑ１在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电Ｗ；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热Ｑ２，Ｑ２＝Ｑ１＋Ｗ，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功Ｗ和热泵从环境中吸收的热量Ｑ１之和；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。
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