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第9章 发明3(1)

自古以来人们就渴望有一个冬暖夏凉、随心所愿的住所,当时针指向20世纪,这种想法终于得以实现——冷暖两心知——从古至今说空调人类从开始使用工具时,就总在想着改变周遭的环境,当然,也包括空气。空气的变化无常使他们期望着合适的温度、湿度。公元前2500年,埃及壁画上就有这样一幅图像:一些奴隶在扇有孔的水罐,周围的人似乎感到很凉快。看来,这是一个原始而又方便的降温方法。到了古罗马中世纪,人们开始用表面潮湿的水器皿取暖或是冷却空气,空气在对流中逐渐地变得令人舒适。只能是奴隶主所能享受到的水器皿,后来被李奥那多·戴斯尼斯所改变,这位科学家与一个有钱的赞助商合作制造出了一种水轮式蒸发冷却皿。虽然这种机器历史上记载不多,但我们大致可以推测他是通过水轮的动力使器皿的水分蒸发达到降温的目的。

到了工业革命时期,科技的进步向人类提出了更多的要求。由于纺织业成为最早工业化的行业之一,棉花在机械化加工中需要保湿,这就成为一个迫切需要解决的问题。最后由一名叫威廉斯·凯瑞尔的博士发明了蒸雾空气洗涤器。

当然,这是一种粗糙的工业空调,蒸发器毕竟不同于空调,而第一台家用空调的出现则富有传奇色彩。

1881年7月,美国总统菲尔德在华盛顿车站不幸遭遇枪击,被送到医院抢救。时值盛夏,只有降低室温才能使生命垂危的总统伤口不致感染而能尽快复合,国会当即召开紧急会议,最后一位矿工技师急中生智,想到用空气压缩后放热,将压缩空气减压即可吸热的原理,从而制成了第一台原始空调压缩机。他成功地使空气从36℃降至25℃。至此,空调机开始逐步实用化。

从1902年开始,美国人威利斯·卡里尔在一家印刷厂研究空气湿度的调节。并于1904年率先设计出迄今仍在使用的带有喷水过滤装置的空调机。到1911年,他又绘制出供设计空调设备时计算使用的空气湿度曲线图,从此名声大振。

最早应用的空调器是1919年在芝加哥的一家电影院里安装建成的,同年在纽约市布鲁克林区一家百货商场里也安装上了空调器。从1923年到1929年,空调机在美国的一些部门得到应用。从1930年起,它的发展速度可以用突飞猛进来形容,它被广泛用于剧场、影院、商场、办公室以及火车、汽车、轮船等地方。

空调实际是对空气的调节,其过程是增加或减少空气所具有的湿热过程。一般人常常只看到空调对温度变化的影响,实际上湿度控制、气流调节、空气净化都是空调应具备的功能,一般来说,过于潮湿、干燥的环境会使人们感到不舒服,最好是40%~70%的相对湿度。

空调机的工作原理和电冰箱相似,目前我们使用的多是压缩式制冷方式。制冷剂经压缩机后液化,并在冷凝器内放出热量,然后经过毛细管节流,降压后在蒸发器内汽化,吸热降温,使其周围空气变冷,经风扇的作用,从空调机出风口吹出冷气,从而使室内温度下降。同时,在蒸发的过程中,室内空气中的水分变成水凝结在蒸发器上,并沿蒸发器流到集水盘排出室外,达到降温的效果。

空调大致有两个家族:窗式空调和分体式空调。窗式空调机,是将压缩机、蒸发器、冷凝器、风机等均安置于窗户上,它体积小,安装简便,使用灵活,价格低;分体式空调机,是将压缩机和冷凝器制成一体,置于室外,蒸发器、温控器制成一体,在室内可以降低噪声。为了与室内布局一致,室内的空调又分壁挂式、悬吊式、藏入天花板式、落地式。

空调的产生与发展的确使人类得到不少好处,无论是年逾花甲的老人,还是嗷嗷待哺的婴儿,在关键时刻都能感受到空调的好处。但空调对环境的负面影响也是显而易见的,长期在有空调的环境中工作生活还会使人患上“空调病”,因此要慎重对待空调的使用。

自主式家用空调器是由美国人舒茨和谢尔曼研制成功的。他们在1931年申请了窗式空调器的专利。

空调器目前在发达国家已普及,美国和日本、德国等普及率都超过了50%。

经历了奴隶们汗流浃背运冰的年代,经历了木壳外观的尴尬年代,经历了内在材料的改朝换代,今天它昂首挺立在现代人的家庭中——冰得“鲜”境在人间——冰箱小传据说,在两千多年前的罗马帝国,每到冬天,皇帝便命令奴隶们将高山上的冰分割成完整的一大块一大块,运回来放到很深的地窖里,整整齐齐地排列好,储藏起来。当炎热的夏天来临时,再把冰一块块取出来,用来冰镇酒和牛奶。1784年,英国的W.卡伦发现,挥发性的液体在真空条件下蒸发时可以产生冷效应。随后他试着将装有乙醚的封闭容器沉入水中,并用真空泵抽气,结果发现水被冻结住了。

1822年,英国物理学家法拉第发现了一个现象:气态的二氧化碳、氨气、氯气在加压的情况下,会变成液体,压力减少后又会恢复成气体,在这过程中伴随着吸热与放热。不久,德国人林德利用这个现象制成了冷冻机,用氨来制冷。他先给氨加压使其液化,再使它从小孔中射出,使其立即蒸发,在蒸发的过程中会吸收大量热量,从而令周围温度下降,这样就达到了制冷的目的。然后利用压缩机把蒸发了的氨气重新压缩,使其液化,又开始下一个吸热制冷的循环过程。

此后,在1834年,美国的J.帕金斯试制成功了可以连续工作的制冷机。10年之后,同样是美国人的J.戈里试制了以空气为工作介质的制冷机,并且开始将其在医院中使用,用以制冷和冷却空气。

与其他的发明创造一样,理论上的进步为实际上的功用增添了许多的可能性。1852年,英国人W.汤姆森证明了用逆向卡诺循环可以降低物体的热量,并据此提出了可以供热的热泵的构思。1855年,世界上第一台吸收式制冷装置在法国出现。虽然这台机器功能非常有限,但它却为多年后出现的电冰箱奠定了基础。1872-1874年之间,D.贝尔和C.冯林德分别在美国和德国发明了氨压缩机,并制成了氨蒸气压缩式制冷机,这就是现代压缩式制冷机的开端。

1876年一艘名叫“罗萨姆”号的冷藏船上安装了一台氨蒸气压缩式制冷机,船舱内用盐水来冷却盘管。由于冷却盘管漏水,冷却系统失灵,加上天气炎热,船上所载羊肉很快就变质了,冷藏船的试验失败了。

但是,科学家们并不气馁,他们一方面分析原因,加以改进,另一方面继续试验。1880年,世界上第一艘可供实用的冷藏船“斯特拉斯列文”号成功地将冻肉运至伦敦。

当人们进入20世纪后,制冷技术日渐成熟。制冷机在得到不断改进和完善的基础上取得了长足的发展,其种类也不断增多,许多具有革新意义的技术开始被采用。与此同时,制冷机的用途也不断扩大。1910年,出现了蒸气喷射式制冷机。这一系列的不断突破使得电冰箱的诞生已经是呼之欲出了。

1913年,世界上第一台真正意义上的电冰箱终于在美国芝加哥诞生。

1921年,美国弗里吉代公司制成了第一台将压缩机安装在箱体内部的电冰箱。到了1926年,该公司又用钢板替代木板,制成了用钢板做外壳的电冰箱,以此延长电冰箱的使用寿命。这样,电冰箱在外观上与现在人们普遍使用的电冰箱已经比较接近了。而也就是在1926年,美国白宫添置了第一台电冰箱。在造型上得到进一步的改善之后,设计人员们就开始逐渐更多地考虑改进电冰箱的功能和使用效果了。

1930年,美国通用电器公司为了使冰箱进入千家万户,请工程师米吉莱研究新的制冷剂。

米吉莱仔细地研究了门捷列夫的元素周期表,注意到只有周期表右边的一些元素形成的化合物挥发性较大,有可能成为制冷剂。然而,这些元素的化合物并不稳定,而且有毒,必须排除在外。而惰性气体的沸点又太低,也不能利用。在此过程中,米吉莱找到了一条规律:在门捷列夫周期表上,元素的可燃性从左到右减少,而毒性则由底部向顶部逐渐减少。正是利用这一规律,他找到了氟化物,这是一种被许多制冷工程师忽略的物质。

米吉莱经过艰苦努力,终于合成了二氟二氯甲烷,它具有无毒、不燃、易压缩等优点。1930年,他发表了关于有机氟化物制冷剂的论文,轰动了美国。从此以后,冰箱和空调才逐渐进入家庭。米吉莱也因此而获得了多种荣誉,1944年他当选为美国化学学会主席。

虽然正是氟里昂在后来给整个地球的生态环境带来了极大的破坏,但在当时,它的优点还是突出的。很快,美国的通用电器公司就发明了用氟里昂作为制冷剂的电冰箱。这样,电冰箱的使用效果得到大幅度改进,功能也有一定突破。电冰箱开始慢慢地被普通民众接受。到了1944年,仅在美国就已经有了45家电冰箱生产厂家,他们的年产量总和也达到了125万台。电冰箱开始大踏步地进入了平民百姓的生活中。

到了20世纪80年代,研究者们发现氟化物破坏臭氧层,于是又开始寻找更新型的制冷剂,即研制对人类生存环境不会构成危害的绿色冰箱。

美国研制成一种用声音制冷的冰箱。这种冰箱效率比现有产品提高40%,且不用氟里昂制冷剂。法国研制出了光能冰箱,用太阳能制冷。日本三菱电机公司静冈电器厂的最新冰箱,是无氟的冰箱,容积大、省电,比同类产品少耗电20%,压缩机滑动部件磨损减少50%,冰箱使用寿命也延长了。多种多样的冰箱在为人们提供方便的同时,也越来越考虑人们的健康和环境的安全。

我国最早的诗歌合集《诗经》中有这样的诗句,“二之日凿冰冲冲,三之日纳于凌阴”(《豳风·七月》)。从中可以看出周朝早期就已经开始储冰备暑。

氟里昂对地球的臭氧层造成了巨大的破坏。观测结果表明,南极上空臭氧空洞的大小已经超过美国大陆的面积。1998年观测到的臭氧空洞面积最大,空洞达2720万平方千米。

想当初,倾国倾城如西施者,也不得不在溪边用双手浣纱,今天的家庭主妇们何其有幸,有了它——不闻万户捣衣声——洗衣机的发明使用在洗衣机发明之前,人们洗衣服一般都是用手在水里搓、用棒槌砸或搅。聪明人发明了搓衣板,更聪明的人把衣服放在水桶里,放上很原始的洗涤剂,如碱土、锅灰水、皂角水等,用棒搅拌也能洗干净衣服。在海上,海员们则把衣服拖在船尾上,让海水冲去衣服上的污垢。后来有人发明了手动洗衣机,即把需要洗涤的衣物放到一个盛着水的木盒子里,用一个手柄不断翻转木盒子里的衣物,也可以把衣物洗干净。1677年,科学家胡克记录了关于洗衣机的一项早期发明:霍斯金斯爵土的洗衣方法是把亚麻织品放在一个袋子里,袋子的一端固定,另一端用一个轮子和一个圆筒来回拧。用这种方法洗高级亚麻织品可以不损坏纤维。

早期的洗衣机还称不上“洗衣机”,充其量是洗衣的机械装置而已。1776年,人们发明了洗衣机的雏形,借助外力来洗衣服,19世纪中叶,以机械模拟手工洗衣动作进行洗涤的尝试取得了可喜的进展。1867年,世界上第一台洗衣机问世,虽然它也只是一件十分粗糙的手动装置而已。1874年,美国一位玉米播种器的制造者比尔·布莱克斯特发明了一种木制洗衣机,它已具有了现代洗衣机的雏形。这种洗衣机的主体是一个木桶,桶中心的转轴上装有6个拨爪,摇动手柄,就可通过传动机带动拨爪,拖着衣服在木桶中转动,这样,可以靠水流的冲刷达到洗涤目的。

在蒸汽机发明之后,有人用它代替手工转动衣物的系统,初步实现了洗衣的机械化。一个名叫莫顿的人曾于1884年获得蒸汽洗衣机的专利。他的专利证书上是这样介绍他发明的洗衣机:即便是一个小孩,在一刻钟内也能洗6条被单,而且比其他洗衣机洗得更白。再后来有人用汽油发动机替代蒸汽机带动洗衣机。而真正现代意义上的洗衣机的诞生要等到电动机发明之后。

世界上第一台电动洗衣机是美国人阿尔瓦·丁·费希尔在1901年设计并制造出来的。也有人说是1911年。直到二次世界大战前夕,美国才大批量生产立缸式洗衣机。洗涤缸内装有涡轮喷洗头或立轴式搅拌旋翼。30年代中期,美国本得克斯航空公司下属的一家子公司制成了世界上第一台集洗涤、漂洗和脱水于一身的多功能洗衣机,并使用定时器控制洗涤时间,使用起来更为方便,1937年投放市场后大受欢迎,一下子就卖了三十多万台。到60年代,滚筒式洗衣机问世。高效合成洗涤剂和强力去垢剂的出现大大促进了家用洗衣机的发展。

近年来,家用洗衣机的家族越来越大,种类、型号也越来越多。除了单缸、双缸之分外,还出现用电脑控制的全自动洗衣机,有的还具备烘干功能。一件很脏的衣服扔进洗衣机,一按电钮,洗涤、甩水、烘干等各道程序依次进行,一件干干净净的衣服很快就可以穿到身上。

另外,洗衣机的品种尽管很多,从洗涤方式上主要可分为三大类,一类为滚筒式,一类为波轮式,一类为搅拌式。加上近来出现的超声波洗衣机、“模糊逻辑”洗衣机。但是不管哪一种、哪一类,其去除衣物上的污垢的原理都与手工洗涤是一样的,都是通过在水液中摩擦、碰撞、翻搅的物理运动和化学反应,达到去污除垢的目的。

据统计,靠简单的手搓、棒打、脚踩的方式,一个4口之家平均每天至少要花30分钟以上的时间洗衣服,洗衣机的发明为日益繁忙的现代人减轻了负担。

中国从1979年开始生产洗衣机,主要是引进日本涡卷式洗衣机生产技术。在最近十几年,我国洗衣机生产发展非常迅速,到1993年产量就达1000多万台,占世界总年产量的14。

好事可以变成坏事,坏事也可以变成好事,本来是研制新型的战争武器,谁料变成了在厨房大显身手的新贵——告别烟与火的年代——“烹调之神”微波炉1980年的巴黎日用品展览会上,一项与人们生活极为密切的表演吸引了数不清的观众的注意。只见表演者将装有食品的器皿放进一个电视机大小的箱子内,关上箱门按动开关后仅几分钟的时间,香味扑鼻的饭菜就做好了。这个仅用通常做饭时间的几分之一就可以做熟一顿饭的箱子,就是现在作为理想的烹饪厨具而进入越来越多家庭的“微波炉”。微波炉的革新意义在于,烧饭做菜用的是微波,而不是自古以来的火。微波是一种电磁波。电磁波按波长可分为长波、短被、超短波。微波是超短波。巧的是,科学家起初研究微波并不是为了做饭菜。

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