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12 六月 2025

本期文章是“压缩技术基石”系列文章的续篇,旨在回顾推动压缩机发明和技术演进的行业发展历程,以及支撑相关产业增长和发展的历史。本期文章将简要介绍用于“制冷”的压缩机,并作为该系列文章的最后一篇。

19 世纪 80 年代初,几家公司推出了制冷压缩机。到 1891 年,《工业制冷》杂志刊登了不少于 30 家美国制冰机和制冷机制造商的广告,以满足啤酒厂、肉类加工厂、乳品厂、酒店、餐馆、轮船和许多其他企业对制冰和机械制冷日益增长的需求。

到了19世纪90年代末,人们对小型制冷压缩机的需求日益增长,这类压缩机部件更轻、运行速度更快,适用于中等容量的制冷系统,服务对象包括酒店、餐厅、医院和各种工业厂房。由于蒸汽动力并非总是可用,其他类型的驱动方式应运而生。主要生产商弗里克公司于20世纪初制造出了第一台直连式直流电机驱动压缩机。这些适应性强的机器为机械制冷的广泛应用铺平了道路。

弗里克长行程卧式制冷压缩机,约 1913 年。

弗里克公司是大型立式制冷压缩机的先驱,该公司于 1911 年推出了长冲程卧式压缩机(图 1),这种压缩机一直使用到 20 世纪 50 年代。

封闭式压缩机极大地拓展了制冷技术的应用范围

随着开式压缩机的尺寸越来越小,支撑气缸的A型架最终被合并成一个整体。在此基础上,后来发展出了封闭式压缩机。这些机器最早于1915年制造,如图2所示,并及时推出了各种尺寸,以满足第一次世界大战期间营地、食品和火药厂、医院和船舶的迫切需求。封闭式设计保留了低速压缩机的许多优点,但配备自动润滑系统的封闭式压缩机无需持续维护即可安全运行。这为1922年自动控制系统的出现铺平了道路。随后,开发出了一系列高速电动往复式压缩机,其气缸数量多达九个,如图3所示的弗里克电动空调压缩机。

弗里克电动闭式压缩机。

用于工艺制冷的离心式压缩机

随着工艺制冷需求的增长,尤其是在低温、气体和化学加工应用领域,离心式压缩机迅速满足了这一需求。离心式压缩机在大型工业过程制冷和冷却应用中的首次使用早于第二次世界大战,到20世纪50年代,已有数家公司为该领域生产大型离心式压缩机。图4展示了一台约1960年用于丙烯制冷的离心式压缩机。

电力催生了实用的空调

被动式空调的历史可以追溯到史前埃及。这种技术一直广泛应用到20世纪,之后逐渐被以工业制冷和制冰机械为基础开发的动力空调所取代。医生约翰·戈里博士利用他于1850年获得专利的压缩机和制冰技术制冰,为他在佛罗里达州阿巴拉契科拉的医院里的病人降温。他希望最终能用他的制冰机来调节建筑物的温度,并设想建立能够为整个城市降温的集中式空调系统。不幸的是,戈里的主要资助者去世,使他的愿景未能实现。

弗里克电动空调压缩机。

电力普及后,才有可能开发出成本更低、效率更高的空调设备。威廉·H·卡里尔于1901年制造了被认为是第一台现代电动空调设备。它能够控制大型建筑物的温度和湿度。大型建筑物和工业设施的空调系统开始广泛应用,使用的正是如图3所示的电动压缩机。

1914年,第一台家用空调安装完毕;1931年,第一台独立房间空调问世;到了20世纪30年代末,汽车也开始配备空调。空调的普及为中小型压缩机开辟了一个全新的市场。

旋转螺杆式压缩机取代了往复式压缩机

20世纪50年代,瑞典斯德哥尔摩的Svenska Rotor Maskiner AB (SRM)公司研发并授权生产螺杆式压缩机,这种压缩机在空气压缩应用中成功取代了往复式压缩机。经过进一步研究,SRM开发出压力更高的螺杆式压缩机,并针对制冷循环进行了优化。首台此类压缩机于1962年交付,五年内,制冷用螺杆式压缩机的产量就超过了1000台。到20世纪60年代末,螺杆式压缩机开始在制冷和空调应用中取代大多数往复式压缩机,并很快主导了整个行业。

英格索兰离心式压缩机在丙烯制冷应用中的应用,约 1960 年。

专为住宅和汽车空调开发的涡旋式压缩机

20世纪70年代,家用和汽车空调的快速发展催生了对低成本、紧凑高效且能大规模生产的压缩机的强劲需求。20世纪80年代初,日本率先将实用的涡旋式压缩机应用于汽车和家用空调系统,满足了这一需求。1987年,经过10年的研发,位于俄亥俄州西德尼的科普兰公司(后并入艾默生公司)推出了其首款涡旋式压缩机。该产品的成功促使科普兰公司推出了一系列涡旋式压缩机,应用范围涵盖家用和轻型商用空调,以及食品、医疗保健和船舶集装箱行业的制冷。到21世纪初,涡旋式压缩机已广泛应用于商用和家用空调及制冷领域。

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