前一陣子可能是因為做了隨身冷氣的開箱，廣告就一直推送我超多冷氣的廣告，其中有一個廣告提到冷氣的發明人開利，對，他就是開利冷氣那位開利！這引起了我的好奇，到底當時怎麼會發明冷氣這種令人愉悅的產品？不查還好，一查居然發現，冷氣居然不是因為要發明冷氣而發明的？接下來就來聊聊，到底冷氣原理是什麼？開利又是怎麼發明冷氣的？
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說到冷氣，我想身於亞熱帶的台灣，應該很少家中沒有裝冷氣的朋友，連之前到北歐瑞典出差時，原本根本不需要冷氣的地區，都因為天氣越來越炎熱不得不裝，在炎熱天氣中能窩在冷氣房真的是一種救贖！冷氣的發明，根本就是一種神的存在。
說到冷氣發明，我們就要回到 1902 年的紐約，當時在地一家印刷廠因為天氣炎熱潮濕，造成紙張受潮變形，印刷過程沒辦法順利完成，於是他們找上冷氣發明人開利所任職的水牛城鍛造公司幫忙。這家公司根本就不是製作冷氣，而是暖氣系統公司，不過他們被委託的任務主要是要降低濕度，所以也是合情合理。
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那要怎麼降低濕度呢？除濕的原理其實並不會太複雜，就像是你從冰箱中拿出冰涼的可樂，過沒多久瓶身上就會附著空氣中的水氣凝結成水珠。開利用的方式也很類似，他們公司原本是製作暖氣機，是以循環蒸氣將熱能利用管線傳送到室內空間中，但他改用循環冷水注入管線，當潮濕空氣接觸到溫度較低的管線後，就會凝結附著在上，於是他就成功解決這個問題，也發明了除濕機的原型。
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不過這台除濕機有個副作用，也就是使用時氣溫會降低，就在同年他利用了這個副作用，設計了冷氣機的原型並申請專利，到1906 年時正式取得專利。後來他也在原本的水牛城鍛造公司旗下，開設了開利空氣調節公司，並不斷地改良與推銷產品，除了工廠外，還推向商場、賣場、電影院，甚至軍用。後來在 1928 年開發了家用空調，也開啟現在家家有冷氣的時代。
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其實現在的冷氣，有大部分還是採用與開利當時設計的系統類似，都是利用管線中的液體或氣體循環流動，來交換室內室外溫度，也就是所謂的水冷式冷氣與氣冷式冷氣。水冷式大多就是用在大樓的中央空調，就像是在大樓樓頂常常會看到圓筒狀大型水冷塔，那就是水冷式冷氣，而氣冷式冷氣大多用在住家，就像是我們現在家用冷氣就是氣冷式。
接下來簡單的來說明一下氣冷式與水冷式冷氣原理，可能稍微有點枯燥，但我盡量用最簡單的方式說明。
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氣冷式冷氣
所謂的氣冷式冷氣，就是在管線中注入冷媒，冷媒是一種容易在液態與氣態間轉換的物質，當由液態轉為氣態時，會吸取熱量，讓環境降溫；當由氣態轉為液態時，就會放出熱量。當冷媒循環到室內時，就是由液態轉為氣態的時刻，用以讓冷氣機的冷卻鰭片降溫，並藉由風扇將冷風吹出；當冷媒循環到室外時，就會從氣態轉為液態，並將吸收到的熱量在室外逸散。所以要怎麼將冷媒在氣態與液態間轉換就是關鍵。
循環到室內時，有個關鍵的裝置，就是蒸發器，在這空間中壓力比較低，而冷媒在低壓環境容易蒸發，所以會從逸體轉為氣體，這時候就會吸熱；變成氣體的冷媒循環到室外後，要將其轉換成液體，這時候就需要利用壓縮機加壓，讓氣態冷媒變回液態。這整個流程就是氣冷式冷氣的循環，其中最耗電的零件就是壓縮機，而壓縮機的效率就是決定冷氣效率的關鍵，也因此某品牌冷氣都會強調 “日本壓縮機非常稀少”，這也可以看出壓縮機所扮演的角色。
對了，冷媒當然也是關鍵，從最早會造成人體傷害的氨水，變成對人體無害但會破壞臭氧層的氟氯碳化物，後來禁用後，轉成氫氟碳化物，用以降低對臭氧層的傷害，就像現在冷氣大多強調使用R410A、或是 R32，這就是有著更高冷房效率，也能降低對環境傷害的冷媒。
水冷式冷氣
而水冷式冷氣結構會稍微複雜一點，常見的可以分兩類，一種就是餐廳內那種大型箱型冷氣，同樣使用冷媒與壓縮機系統，但其壓縮機是裝在室內箱體中，那怎麼將壓縮後的熱量排除呢？就是利用室外的圓筒狀冷卻水塔循環後冷卻水導到室內，將壓縮後的熱量移除。
另外一類則是大型飯店中央空調常用，它與氣冷式冷氣有著相同在室內蒸發、室外排熱的方式進行，特別的是這系統還有另一個循環，也就是在室內會有一個冰水主機系統，利用冷媒將其降溫，再利用管線將冷卻後的水循環到各房間作為降溫使用。
以上就是冷氣的發明，還有氣冷式、水冷式冷氣的簡單介紹。話說，其實現在也有持續研究利用致冷晶片的冷氣，但因為能源轉換效率還沒有壓縮機來的高，所以很少看到用在家庭冷氣上，不過這部分有機會再跟大家分享。
