百年制冷

消暑,驅寒,保鮮,儲藏。

在人類社會中,人工制冷扮演著越來越重要的角色,但你可知今天的成果是經過多少人不懈努力而得來的嗎?

嚴格意義上來講,真正的人工制冷技術始于19世紀三四十年代。誰是第一個發明人工制冷的尚且有爭議,有的說是美國一個叫約翰?格里的醫生為了幫助病人降溫而發明,還有人說是在英國工作的雅各布?帕金斯。從時間上來看,后者的可能性更大一些。

不過是誰第一個發明并不重要,因為隨著基礎科學的日益進步,人們對世界有了更理性的認知。尤其是蒸汽機的發明直接促成了熱力學的完善,這也為19世紀人工制冷的發明奠定了理論基礎。生活的需求使不少人都致力于制冷技術的研發,這才會出現誰是第一個發明人工制冷技術的爭議,換個角度來看,正是這種爭議,展現了19世紀人們對于制冷的極度關注。

帕金斯發明制冷的初衷就是為了儲存食物,這也是人們最廣泛的需求。根據水蒸發吸熱的道理,僅僅經過幾次調整,他很快便人工生成了冰塊。帕金斯發明制冷器的時候已經七十余歲,早已放下名利之心,所以雖然他是第一個發明制冷器并取得專利的人,卻并沒有將這項技術用于商業。

隨著制冷技術的誕生,人工制冷進入了高速發展期。

冰箱.png

1862年,蘇格蘭人約翰·哈里森在澳大利亞根據帕金斯原理改良研制成第一批冰箱,并成功上市。1879年,德國的工程師卡爾·馮·林德發明了第一臺家用冰箱。1939年,通用電器公司推出雙溫電冰箱(一部分冷凍,另一部分冷藏,即現在家庭所用的電冰箱),一進市場便很快“飛入尋常百姓家”。此后,恰如米吉萊所說“自從有了冰箱,人類再也不會為食物變質而發愁了。”

20世紀初,制冷技術被用于另一個重要的領域——空氣調節。

在約翰?格里自制成功人造冰后,他曾想用這種制冰技術來調節大樓的溫度,但因缺乏資金,并未付諸實現。一名新澤西州的工程師阿爾弗列德·渥爾夫協助設計嶄新的空氣調節系統,并把技術用于商業大廈,他被認為是令工作環境變得涼快的先驅之一

但這些嘗試都只是簡單用于降溫,人們并不能自由地從溫度、濕度等全方位對空氣進行調節,而真正將空氣調節現代化的,是一個叫做威利斯的紐約工程師。

威利斯.jpg

威利斯·開利(Willis Haviland Carrier,1876年11月26日-1950年10月7日),美國工程師及發明家,是現代空調系統的發明者,開利空調公司的創始人,因其對空調行業的巨大貢獻,被后人譽為“空調之父”。

威利斯1901年畢業于康奈爾大學后,前往水牛城鍛造公司的加熱工程部工作。他在1902年被一家布魯克林的印刷公司委托,設計一種能降低空氣濕度的器具。在悶熱的夏天,過高的空氣濕度導致油墨暈開,降低印刷質量。開利爾的設計不但能降低濕度,同時也降低了印刷機的溫度。

初代空調在1925年的國殤日接受到第一次大測試。威利斯在派拉蒙映畫新影院“里沃利”里打開了他空調的原型機。他當時甚至說服了阿道夫·朱克(派拉蒙映畫的傳奇老大),告訴他投資中央冷卻系統是一比回饋豐厚的投資。朱克自己也親身蒞臨國殤日的開機典禮。

人們第一次發現這個奇怪的大鐵盒能給自己帶來如此美妙的生活享受,也正是從那個時候開始,空調開始逐漸普及,而空調的廣泛應用更是直接促使了氟利昂的誕生。

空調.jpg

雖然空調和冰箱在不斷推陳出新,但其本質的工作原理一直沒有變——蒸發吸熱,液化散熱。

現代制冷系統可以簡略地分為以下四個模塊:

  • 壓縮機
    用于壓縮冷媒,提高它的溫度和壓強

  • 冷凝器
    給流經的冷媒氣體散熱,使其液化

  • 毛細血管
    節流液化冷媒,便于蒸發

  • 蒸發器
    將液化冷媒再度汽化,進行下一輪循環

制冷器3.png

上圖很好的展示了現代制冷原理。

首先,氣態冷媒(目前主要為氟利昂)通過壓縮機壓縮,變成高溫高壓的氣體,然后經過冷凝器放熱變為低溫高壓氣液混合物(冷凝一般無法完全液化氟利昂,殘余氣體多寡取決于制冷器效率)。之后混合物經過毛細血管節流,節流的作用主要是為了釋放壓力。由此得到低溫低壓的濕蒸汽(即氣液混合物)最后抵達蒸發器,經過蒸發后變成低溫低壓干飽和蒸汽。

低溫低壓的干飽和蒸汽進入壓縮機壓縮,然后......

可以看出,制冷器就是對冷媒進行液化汽化操作而獲得冷氣和熱氣。一般夏天我們使用空調的時候,室內是冷風,而室外是熱風就是這么來的。包括冰箱的背部一般都較熱,都能體現蒸發吸熱,液化散熱的基本原理。

這些看似簡單的東西不斷完善改進,直到如今,改變了了我們每一個人的生活,正應了那句話:科技,以人為本。

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