制冷的“前世今生”

姜梦祥

提起制冷想必大家都不会陌生，我们日常生活中冷藏食物的冰箱，或是提供凉爽舒适环境的空调，都离不开制冷。那制冷究竟是从何时开始？又经历怎么样的发展才变成了今天的样子呢？现在，就让我们一起回顾一下吧！

人类从蛮荒步入文明之后，为了求生存、求安定，不再为寻找食物而奔走迁徙，就必须储存食物。于是我们聪明的祖先，发明了晒干、烟熏以及腌制等办法，这些方法虽然能够储存食物，却无法保持食物的新鲜原味。就在这时，我们的另一位祖先想到——为什么我们不能用天然的寒冷来冷冻食物呢？于是古代制冷技术就这样萌发了。

中国是世界上最早利用储冰制冷的国家之一，早在公元前1000年就建筑了世界上最古老的冰窖“凌阴”。《诗经》中曾这样描写：“二之日凿冰冲冲，三之日纳于凌阴，四之日其蚤，献羔祭韭。”按今天的话来说，就是腊月里凿冰冲冲响，正月里存冰入冰窖，二月里取出冰来，冰镇羊羔肉和韭菜上供祭神。冰窖的形状类似于一个长方形棱台，内部有很多网柱用于支撑屋面的重量，窖底和边缘铺有稻糠，冰块上层覆盖草垫，并涂泥封闭，用来隔热。冰窖底部设有水道，与外河相通，融水可由此排出。窖底8.5m×9m，窖口10m×11.4m，深2m，可储冰190m3。那储存时是这么多，到夏天能剩多少呢？古人也有自己的經验公式，即“三其凌”，也就是还剩1/3，约为64m3。冰窖出现的年代之早，设计之巧妙，皆世所罕见。

用天然冰制冷，最低只能达到0℃。如果想人工制冰，必须达到比0℃更低的温度。于是，人们发现了冰盐混合物。这种冷却混合物的出现，是天然制冷向人工制冷的过渡。1550年，西班牙医生乌拉加宽发现在雪中加入硝石（硝酸钾），可以冻结奶油。冰盐混合物制冷很快得到了商业应用。现在夏季必备的雪糕，就是那时走向了千家万户。

产业革命的兴起加速了征服制冷的步伐。传统的制冷方法已经远远适应不了食物的长期储存和远途运输要求。于是，那个时代，许多具有开拓精神的科学家和工程师纷纷致力于新的冷藏方法和冷冻机械的研究。

1834年，美国工程师帕金斯取得了世界上第一项有关冷冻机的专利。帕金斯的装置已经包括了现代蒸气压缩式制冷机的所有基本特征。乙醚蒸汽在压缩机中被压缩，然后进入冷凝器，用水冷却，变成液体。液态的乙醚经过膨胀阀，变成气液混合物，在蒸发器中蒸发吸热。蒸发器浸在盐水中，从而得到低温盐水，满足人们的需要。

相比于蒸气压缩式制冷机，更早得到实际应用的是空气压缩式制冷装置。1844年，美国一家医院的院长格里制成了这种冷冻机，并将它应用在自家医院的病房上。但由于格里的冷冻机经济性较差，未能得到普遍推广。1862年，苏格兰人柯克制造了闭路循环空气压缩式制冷机。工程师科尔曼又对其改进，获得了Bell-科尔曼空气压缩制冷机，并被广泛地应用于远洋运输船。其工作原理是空气从冷冻室抽入压缩缸，在压缩缸压缩升温进入冷却器降温。降温后的空气进入膨胀缸做功，温度降低，低温气体进入冷冻室用于制冷。

在这两种制冷技术发展的同时，热操作的吸收式制冷也发展起来。1859年，卡列成功制造了氨吸收式制冷机。该装置以水为吸收剂，以氨气为制冷剂。从蒸发器出来的氨蒸气进入吸收器被水吸收，成为浓氨水。浓氨水用泵输入发生器中。在发生器里，氨水被加热，蒸发出来的氨气进入冷凝器，经水冷变成液态氨。液态氨经节流阀膨胀至低压态，变成低温湿蒸气，然后进入蒸发器吸收热量，恢复原状，完成循环。

1834—1859年，短短25年间，各种制冷技术相继诞生。他们在相互竞争中成长，共同促进了制冷技术的进步。至今也没有哪一种制冷方式完全退出舞台，各种制冷方式有各自的适应性，并在不同的领域取得成功。

我们更应该看到的是，首批制冷机的发明多半还是个人的天才创造，他们都没有利用热力学的知识，只是凭着经验去探索。这启示我们，如果有好的想法，不要犹豫，去实现它！暂时解释不了也没关系，先做出来！前辈的例子就摆在那里，也许下一个有着奠基性的发明就在你我的手中。当发明完成之后，我们应当对它的科学原理进行研究，这是作为科技工作者的本职工作，就像西门子和林德一样。

随着热力学原理与人工制冷先驱者实践的结合，我们迎来了制冷技术蓬勃发展的时期，制冷装置也逐步走近我们的身边。

1918年，1家公司推出了世界上第一台家用电冰箱。1919年，美国芝加哥兴建了第一座空调电影院。1930年，氟利昂制冷工质的出现引起了制冷技术的重大革新。制冷装置从这个时候开始，普及到千家万户。还是以冰箱为例，1921年，美国的电冰箱还只有5000台;到了1937年，49%的美国家庭都已经购置了电冰箱。很难想象，如果没有空调和冰箱，我们要如何度过这炎热的夏天。

但是，很快人们发现氟利昂的使用会导致大面积的臭氧空洞，危及地球的生命。而它的替代品，如我们常见的R134a（四氟乙烷，制冷剂），虽然不会破坏臭氧层，却会导致温室效应。因此，新一轮的开发使用制冷剂的竞争开始在世界各国的实验室展开，人们期待更优越、更环保的制冷剂问世。除了制冷剂方面，新的制冷理论及实践也取得了突破性的进展，如热声制冷技术，还有对绝对零度的探索。

在国际竞争激烈、节能和环保迫切要求的当下，制冷工业正处于飞速发展的时期，具备了新的发展前景。与已走过的历程一样，在未来，探索新的制冷技术的征途上，我们会遇到险峰崎路，也会遇到迷雾荒原，但这不会阻挡住我们的脚步，追求真理的火种永远也不会熄灭，迎接我们的必将是更加奇妙的世界。