发明空调是为了“救你”?错!

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  炎炎夏日,空调成了很多人眼中的必备品。而空调的发明人、美国工程师威利斯·开利,也成了很多人赞扬的目标。甚至有网友戏称他为“开利大菩萨”,说自己的命“都是这个人给的”……

  不过,有意思的是,威利斯·开利设计制造空调的初衷,却不是“在酷暑天气给网友以生命”。他最初设计空调,其实是给“纸”用的——

  看到这里,你会不会产生“命比纸薄”的感慨呢?故事要从20 世纪初美国纽约的一间工厂说起。

  

发明空调是为了“救你”?错!-第1张图片-趣闻屋


  Sackett-Wilhelms平板印刷和出版公司的印刷厂 图片来源:开利官网

  这是 Sackett-Wilhelms 平板印刷和出版公司设在布鲁克林区的一间印刷工厂。

  在这里,工人们用套色印刷的方法制作杂志封面:一幅图像包含几种颜色,就有多少块印刷版。在第一块版上印出第一种颜色的部分之后,再去第二块版印第二种颜色……

  本来一切都好好的,但在 1902 年夏天,工人们碰到了大麻烦。

  这一年的夏天特别闷热,印刷车间里尤其如此。因为湿度过大,所以,印刷用的纸张不断地从空气中吸收水分,构成纸张的纤维因此膨胀变形——这么一来,印刷的时候,不同颜色之间对应的位置就没那么准确了,印刷的成功率极大下降。

  有麻烦归有麻烦,活儿不能停。于是,工厂的老板辗转找到布法罗锻造公司,希望这里的工程师能帮助自己解决问题。这家公司的一位年轻工程师接受了任务。你一定猜到了,他就是威利斯·开利。

  一开始,他打算沿用之前一位工程师的想法,用浓盐水来解决湿度问题——道理很简单,浓盐水会从空气当中吸收水分,降低浓度。不过,这个做法并不好用。直接把空气中的水分给吸掉不行,那只有换一个思路了,降低室内的温度。温度低了,空气湿度自然也就降下来了。

  在那个时代,人们已经发明了很多降低温度的方法。1889 年,就在纽约,卡耐基音乐厅就安装了一套特殊的通风系统:冰块和巨大的鼓风机让观众能在清凉中欣赏音乐。但对印刷车间来说,这也不是什么好办法。该怎么解决难题呢?

  但难题就是难题,威利斯·开利毫无头绪。好在他从未放弃,而是持续不断地思考了好几周,直到有一天,他站在月台上,看到蒸汽机车轰鸣着喷出大量的水汽。他的心思豁然开朗:雾不就是湿度为 100% 的空气吗?只要确定了什么是百分之百的湿度,那么想确定其它湿度,不就很容易了吗?

  在这片灵感之雾中,威利斯·开利想出了一个绝妙的办法:

  他制造了一个密闭的盒子,先把外面的空气吸到盒子中,再向这些空气喷出冷水,盒中空气就变成了雾,也就是湿度为百分百的空气,这时候,威利斯·开利再往盒子中加入适量的干燥空气,两者一混合,就能调配出任何湿度的空气了。

  这个原理听起来有点像“面多了加水,水多了加面”,十分简单,但十分有效。而这,就是世界上第一台空调的原型机。这台设备的发明者威利斯·开利,当时只有 25 岁。

  在原型机的基础上,1902 年 7 月 17 日,威利斯·开利提交了新的设计图,新方案可以直接降低室内空气的温度来控制湿度。原理也非常简单——如果让蒸气经由管道穿过房间,就可以让房间变暖,那么让冷水做同样的动作,不就能实现相反的目的了吗?这台机器最终有效解决了印刷车间的湿度问题。

  一开始,冷却用水来自附近一口深井。第二年春天,他开始利用氨压缩机来进一步让水冷却。印刷车间因此能够全年保持 55% 的相对湿度。现代意义上的空调就此诞生,而 7 月 17 日,也被广泛接受为空调的“生日”——没错,空调刚刚度过了自己的 120 岁生日。

  

发明空调是为了“救你”?错!-第2张图片-趣闻屋


  最初,威利斯·开利的发明被用来控制湿度,在纺织、制药等行业,工厂主们很快就用上了这套新设备。1903年,新建成的纽约证券交易所交易大厅成为第一个出于温度控制原因而安装空调的建筑。

  如此巨大的成功,让威利斯·开利欣喜不已。但他并没有满足于此,而敏锐地看到了空调的应用前景和价值,不断研究和优化自己的设计理念。1906年,他确立了“持续性露点降低法则”,并根据这个准则设计了第一台自动调节空调。

  1911 年,他又找到了“合理湿度公式”,为整个空调行业设立了标准规范。在此期间,1915 年,威利斯·开利和朋友们一起开办了用自己的名字命名的公司“开利工程公司”。直到现在,这家公司依然在供暖、空调和通风系统领域,具有举足轻重的地位。

  如今,空调已经应用在了大多数公共设施以及许多家庭中,我们如今使用的空调,其基本原理仍然与百年前的那项发明一致。从一张印刷纸开始的灵感之风,最终吹拂了整个世界。

  威利斯·开利的厉害之处在于,他没有停留在完成一项发明的层面,而是研究其背后的原理,发现更广泛的规律性,从而促进了其它行业乃至学科的发展。另外,他的持续研究还降低了空调的大小和价格,使其能惠及大众,这是一项走进千家万户的发明。

  威利斯·开利发明空调的最初目的并不是给人降温,而是让纸张不变形。其实在科技史上有很多发明初衷与最终应用十分不同的例子,很像一种“无心插柳柳成荫”。但真正让威利斯·开利取得更大成功、做出更大贡献的,却不只是那最初的灵感迸发,而是他在第一次成功之后的继续探索和恒久努力。无心插柳之后,也要有心才会成荫。

  

发明空调是为了“救你”?错!-第3张图片-趣闻屋


  图片来源:开利官网

  也许威利斯·开利最开始只是在“救纸”时“顺便救了一下人”,但得益于他在空调领域半个世纪的工作,当我们悠闲地捧着书坐在空调房里时,真应该说一句“谢谢开利!”

  作者|王江山、徐来

  审核|秦宗民 中国制冷学会委员 高级工程师

  参考资料:

  [1]https://www.newyorker.com/tech/annals-of-technology/an-apparatus-for-treating-air-the-modern-air-conditioner

  [2]https://en.wikipedia.org/wiki/Willis_Carrier

  [3]https://en.wikipedia.org/wiki/Air_conditioning


标签: 发明 空调

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