固體製冷劑,冰箱新潮流

2021-01-20 大科技雜誌社

傳統冰箱遇瓶頸

冰箱現在是每家每戶最常見的家用電器之一,而在20世紀80年代的中國,電冰箱還是象徵生活富裕的「四大件」之一,可見冰箱在我們的日常生活中是非常重要的,但就像汽車一樣,冰箱在帶給人們方便的同時,它們對環境的影響也不可忽略。

傳統冰箱的工作原理叫做蒸汽壓縮,冰箱管道裡的製冷劑液體吸收儲存的食物產生的熱量,變成氣體,氣體進入冰箱內的壓縮機放熱降溫成為液體,然後再次進入管道中給食物降溫,這樣循環反覆保持著冰箱內部的低溫。可是製冷劑氣體對環境產生的負面影響也不容忽視,這些氣體嚴重破壞了地球的保護傘——臭氧層,並且加劇了溫室效應,實驗結果表明,一千克的製冷劑對溫室效應的貢獻相當於兩噸二氧化碳。

有沒有更環保的製冷劑呢?目前我們想到的主要替代品為碳氫化合物,如R134a(四氟乙烷)和R600a(異丁烷)等。但這不過是一個過渡的權宜之計,因為R134a含氟,仍然對大氣層有傷害,R600a相對而言更加環保,但是它會排出易燃易爆的氣體,安全性得不到保障。

有沒有什麼好的替代品呢?最近科學家找到了更好的製冷劑——塑性晶體,一種固體製冷劑。

什麼是塑性晶體

組成物質的粒子,如原子、分子等,有規律地排列所形成的固體物質我們叫做晶體,晶體具有對稱的形狀和固定的熔化溫度,比如食鹽、冰塊、金屬等。而塑料內部的粒子排列順序是不規則的,也沒有固定的熔化溫度,加熱到一定程度後,塑料會一直熔化,所以塑料不屬於晶體。

但有一種材料既有晶體的特性,也有塑料的特性,被稱為「塑性晶體」。塑性晶體的分子結構表現出高度無序性,即晶格排列不規則;但是相對較小的壓力便能誘導這些結構發生變化,從而可在晶體和非晶體之間轉換。因此,這些材料是可高度壓縮的,並且具有可逆性,即壓縮後還可再恢復原狀,這個性狀我們稱為「塑性」。因為這種新材料具有塑性,所以被命名為塑性晶體,比如中科院的科學家最近在研究的新戊二醇就是一種塑性晶體材料,這種材料可以作為冰箱的新型固態製冷劑。

固體製冷新時代

塑性晶體可做製冷劑的優勢是,當塑性晶體在外力的影響下,它內部的分子排列會發生變化,這時它不僅會改變形狀,還會產生較大的能量變化,從而改變溫度。傳統冰箱採用的是壓縮機來控制壓力,使液態製冷劑改變形態和溫度,來調節冰箱內溫度的機制,塑性晶體就是取代了傳統的液態製冷劑,起到調節溫度的作用。

初始時,塑性晶體的分子是無序排列的,它的溫度跟室溫一致。循環開始,壓縮機加壓,塑性晶體中的分子從無序狀態轉變成有序排列,溫度上升。冰箱內部的散熱器將塑性晶體的熱量排到外部環境中,晶體的溫度恢復到初始值,但是分子排列還是有序的。壓縮機壓力消失後,晶體分子回到無序狀態,這時候它的溫度大幅度下降,遠遠低於初始溫度,塑性晶體就可以吸收冰箱內部食物散發的熱量,等到晶體和冰箱內部溫度一致時,壓縮機再次加壓,進入下一次循環。

科學家發現,新戊二醇這種材料的分子排列從有序變成無序的過程中,溫度下降的度數是傳統製冷劑的數十倍,因此這種固體製冷劑不再需要流動也能保持整個冰箱內部的低溫狀態。

因為塑性晶體在整個製冷過程都是固體狀態,不會產生破壞大氣層、造成溫室效應的氣體,而且使用時也不會受到高壓氣體的威脅,不需要密集的蒸汽密封管道系統,新型冰箱可以製造成任何形狀,冷卻系統甚至可以縮小成單個微晶片,這大大提高了冰箱的便攜程度。不過依賴塑性晶體製冷還有一個問題需要解決,與傳統冰箱比起來,塑性晶體需要更大的外力來改變分子狀態,這意味著需要消耗更多的能源。研究者們正在試驗更節能的方法,也許兩三年後我們就可以看到這樣迷你環保的新冰箱。

相關焦點

  • 冰箱製冷劑是什麼,冰箱添加製冷劑要怎麼做?
    冰箱如果其它方面都正常運行但是卻不製冷很有可能就是缺乏製冷劑了,冰箱的製冷劑是實現製冷的基礎,如果想要讓冰箱重新發揮製冷作用,就需要添加製冷劑,今天咱們就來給大家講解一下冰箱製冷劑吧。首先什麼是製冷劑?
  • 磁製冷讓冰箱告別化學製冷劑 綠色環保更高效
    在近來興起的智能家居浪潮中,冰箱也在變得越來越智能化,但是如今的冰箱依然採用將近一百年沒變的壓縮製冷原理,依然離不開壓縮機、冷凝管和含氟製冷劑,而這些製冷劑不是破壞臭氧層就是產生溫室氣體。那麼,怎樣才能讓冰箱擺脫化學製冷劑、變得更加環保呢?
  • 冰箱除溼機中常見的製冷劑都有什麼?
    家用除溼機多採用壓縮機式除溼技術  既然是要將空氣降低,那麼製冷劑就是必不可少的。而你了解家中的冰箱或者除溼機採用了什麼製冷劑,這些製冷劑又各自有什麼特點?  氟利昂——臭氧空洞始作俑者  在上個世紀的時候,筆者總是能聽到「氟利昂」這個名詞,很多時候這個名詞都是與冰箱出現在一起。而氟利昂在早起便是家用冰箱的製冷劑。氟利昂通常指代的是「二氟二氯甲烷」,即「R12」,美國杜邦公司在1931年將其商業化,並大量投入生產。
  • 冰箱知識講解:製冷劑都有哪些作用?
    介紹冰箱產品時,都會說到冰箱的製冷劑,那麼製冷劑到底起到了什麼作用呢?下面給大家詳細介紹一下:製冷劑又稱為製冷工質,是製冷循環的工質介質。
  • 容聲冰箱F2故障是什麼原因?你有多久沒關注冰箱製冷劑了!
    容聲冰箱是很多朋友都在用的一款冰箱,產品質量值得信賴。但是再好的家電隨著使用年限的延長,多少會出現一些小毛病,容聲冰箱也不例外,比如容聲冰箱顯示F2報錯,這是什麼原因造成的?應該如何解決?下面就來一起看一下吧。
  • 冰箱製冷原理是什麼
    市民對於冰箱是如何製冷感到很是疑惑,其實,它所用的原理很簡單,液體化為氣體時要吸熱。反之,氣體化為液體時要放熱。那麼,下面來具體看看冰箱製冷原理是什麼吧。一、冰箱的種類及對應冰箱製冷原理:1.壓縮式電冰箱:該種電冰箱由電動機提供機械能,通過壓縮機對製冷系統作功。製冷系統利用低沸點的製冷劑,蒸發時,吸收汽化熱的原理製成的。其優點是壽命長,使用方便,目前世界上91~95%的電冰箱屬於這一類。2.吸收式電冰箱:該種電冰箱可以利用熱源(如煤氣、煤油、電等)作為動力。
  • 新發現:磁鐵能吸熱 未來可當冰箱製冷劑
    最近一期的《物理評論快報》報導了美國麻省理工學院的科學家近日發現了熱電學中描述電子傳輸的方程
  • 固體高分子電解質燃料電池優劣綜合對比分析
    固體高分子電解質燃料電池優劣綜合對比分析   無錫冠亞恆溫製冷技術有限公司致力於致力於製冷加熱控溫系統、超低溫冷凍機、新能源汽車部件測試系統、VOCs冷凝回收裝置、加熱循環系統等生產銷售,固體高分子電解質燃料電池,節能環保,性能穩定,歡迎新老客戶來電選購!
  • 早期的冰箱竟然會致人中毒?愛因斯坦為此發明了不用插電的冰箱
    此外,愛因斯坦還解釋了布朗運動的本質、提出了新的固體比熱容理論、創立了狹義相對論與廣義相對論……1905年,愛因斯坦提出光量子假說、完整的狹義相對性原理,因此這一年被稱為「愛因斯坦奇蹟年」。因為愛因斯坦等人的孜孜不倦,20世紀的物理學得到飛速發展。
  • 早期的冰箱竟然會致人中毒?愛因斯坦為此發明了一款不用插電的冰箱
    此外,愛因斯坦還解釋了布朗運動的本質、提出了新的固體比熱容理論、創立了狹義相對論與廣義相對論……1905年,愛因斯坦提出光量子假說、完整的狹義相對性原理,因此這一年被稱為「愛因斯坦奇蹟年」。因為愛因斯坦等人的孜孜不倦,20世紀的物理學得到飛速發展。
  • 固體高分子電解質燃料電池特點及劣勢之處分析
    固體高分子電解質燃料電池特點及劣勢之處分析 ,「iyufk」  無錫冠亞恆溫製冷技術有限公司致力於致力於製冷加熱控溫系統、超低溫冷凍機、新能源汽車部件測試系統、VOCs冷凝回收裝置、加熱循環系統等生產銷售,固體高分子電解質燃料電池,節能環保,性能穩定,歡迎新老客戶來電選購!
  • 製冷劑替代品帶來新機遇
    兩大類CFC替代品的分割格局      《蒙特婁議定書》籤約後,世界一些發達國家與地區經過開發與比較,在CFC替代品上,逐漸形成氫氟烴類製冷劑與碳氫化合物製冷劑兩大類產品。其中前者在美國、日本等國應用廣泛,後者為歐洲各國所推崇使用。
  • 愛因斯坦還發明過不用插電的冰箱?
    此外,愛因斯坦還解釋了布朗運動的本質、提出了新的固體比熱容理論、創立了狹義相對論與廣義相對論……1905年,愛因斯坦提出光量子假說、完整的狹義相對性原理,因此這一年被稱為「愛因斯坦奇蹟年」。因為愛因斯坦等人的孜孜不倦,20世紀的物理學得到飛速發展。然而,鮮有人知道,這樣偉大的物理學家還發明過一種不用插電的冰箱!
  • 愛因斯坦還發明過不用插電的冰箱?
    此外,愛因斯坦還解釋了布朗運動的本質、提出了新的固體比熱容理論、創立了狹義相對論與廣義相對論…… 1905年,愛因斯坦提出光量子假說、完整的狹義相對性原理,因此這一年被稱為「愛因斯坦奇蹟年」。 因為愛因斯坦等人的孜孜不倦,20世紀的物理學得到飛速發展。
  • 磁鐵能吸熱 未來可當冰箱製冷劑
    科學家們預測磁鐵能用作冰箱的製冷劑。在鐵磁體中,本地磁矩能夠旋轉並以不同方向排列。在絕對零度時,磁矩排列使磁體產生的磁力最強;隨著溫度上升,更多磁矩自旋變得更不同步,磁力會變弱。而磁振子就是隨著這種溫度升高而產生的。磁振子是磁鐵中的一種準粒子,是磁矩共同旋轉形成的,也叫「自旋子」。磁振子很像電子。
  • 固體氧化物燃料電池(SOFC)正常運轉參數
    固體氧化物燃料電池(SOFC)正常運轉參數 ,「iyufk」   無錫冠亞恆溫製冷技術有限公司致力於致力於製冷加熱控溫系統、超低溫冷凍機、新能源汽車部件測試系統、VOCs冷凝回收裝置、加熱循環系統等生產銷售,固體氧化物燃料電池(SOFC),節能環保,性能穩定,歡迎新老客戶來電選購
  • 橡皮筋也能用來做冰箱?扭轉熱製冷是什麼黑科技?
    有沒有可能用橡皮筋製作出一臺真正可以使用的冰箱呢?舊理論與新發現故事要從200多年前說起。那時雙目失明的英國自然與實驗哲學家高夫(John Gough)憑藉著他對溫度細膩的感知能力發現:迅速拉伸橡皮筋時,周圍空氣溫度會上升;橡皮筋快速收縮時,溫度會下降。
  • 冰箱的製冷原理及使用建議
    所以有些人把冰箱門打開,想通過這種方式給室內降溫,是不可行的:冰箱的散熱量=冰箱製冷量+冰箱發熱量。所以越開冰箱門,室內溫度越高。冰箱消耗的電量去哪了在冰箱系統中,電能不參與製冷,它只為製冷劑提供動力——冰箱想要製冷,製冷劑必須不停的在管道內運動,這一點我們稍後說。
  • 愛因斯坦曾發明冰箱無毒製冷劑,獲得45項專利,但沒有廠家願意用
    因為冰箱冷凝管破裂,導致裡面的有毒物質洩漏,柏林某社區一家人中毒身亡。手拿報紙,愛因斯坦無比痛心,他叼著菸斗喃喃自語:「既然冰箱有這麼大的安全隱患,為什麼不用其他材料代替有毒物質?」想到這裡,他轉身向鄰居家走去。鄰居是一位年輕的技術員,喜歡動手製作各種新奇的東西,愛因斯坦決定向他請教怎樣才能研製出無毒製冷劑。鄰居二話不說答應了無毒製冷劑的研製。
  • 冰箱嗡嗡響,不是冰箱壞了,內行人告訴你為什麼冰箱會有聲音!
    冰箱是我們家裡經常會使用到的一個家電,冰箱不僅能夠給我們的食物進行保鮮,還可以給我們儲藏好吃的冰淇淋,有的時候我們家裡的冰箱會出現嗡嗡的聲音,難道是我們家裡了的冰箱壞了嗎?不是,其實我們家裡的冰箱嗡嗡香是有很多的原因的,今天小編就來說一說家裡的冰箱為什麼會響的原因在哪裡吧!