空气能热泵制热技术是一项相当“古老”的技术，早在1775年，爱丁堡的化学教师库仑即发现利用乙醚的蒸发，可以使水降温并且发生结冰的现象。他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象，提出了物质状态变化时的“潜热”概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。
法国的青年工程师卡诺先生在1824年发现了这一现象：只要增加气体的压力，就会提高其温度。反之，如果减小气体的压力，会降低其温度。并断言利用这一现象可以实现热量的转移。同年他还提出了理论上循环效率最高的“卡诺循环”，但是由于当时机械制造技术的限制，卡诺本人并没有提出可以实现的热泵结构设计。卡诺循环当时针对的是热动力机，而卡诺循环的反向循环，即是热泵(或制冷)循环。
由于制冷(热泵)机组工作时，蒸发器一端总是吸收热量，而冷凝器一端总是释放热量，而且两个过程总是同时进行的，在理想状态下，冷凝器一端释放的热量要大于蒸发器一端吸收的热量，开尔文注意到这一现象：与电热丝发热相比，同样的耗电在热端获得的热量要多很多倍，他当时把这样的装置称为“能量倍增器”。
到了1834年，在伦敦工作的美国发明家波尔金斯(Perkins)造出了第一台以乙醚为工质的蒸汽压缩式制冷机，并正式申请了英国第6662号专利。这是后来所有蒸汽压缩式制冷机的雏形，直到今天也没有根本改变，但由于它使用的工质是乙醚，很容易发生燃烧和爆炸，影响了这种机型的推广应用。到1875年卡利和林德改用氨作制冷剂，大大提高了制冷机的效率和稳定性(氨制冷机组至今还是相当重要的冷冻方法)，从此蒸汽压缩式制冷机开始占有统治地位。
在此期间，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象也开始用于制冷。1844年，美国医生约翰•弋里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调机，空气制冷机使他一举成名二威廉•西门斯在空气制冷机中引人了回热器，进一步提高了制冷机的性能。
1859年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统，并申请了原理专利。早期的冰箱即是由该原理制成，那时候的冰箱和现在的不同，它需要一个小火炉向其供热，火源可以是煤气或者是煤油;直到20世纪30年代，由于蒸汽压缩制冷技术的快速发展，使用更为高效和方便，才陆续取代了这种吸收式冰箱。1910年左右，马利斯，莱兰克发明了蒸汽喷射式制冷系统。
到20世纪，制冷技术有了更大发展。全封闭制冷压缩机研制成功(美国通用电器公司)，米里杰发现氟里昂制冷剂并用于蒸汽压缩式制冷循环以及混合制冷剂的应用；伯宁顿发明回热式除湿器循环以及热泵的出现，都极大的推动了制冷技术的发展。
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