2026冬奥会正在米兰激烈竞技,哈尔滨的冰雪大世界园区犹如与之遥相辉映,夜晚时游人如织、摩肩擦踵,错落的冰城堡、巨型冰雕群等等被五彩的霓虹灯晕染得如梦如幻。再放眼东北和其他包括南方的一些地方,“冰天雪地也是金山银山”的冰雪经济却是一派热气腾腾的景象。
冰雪经济就需要人造冰雪,自然离不了造雪机、造冰机这些工程设备,它们都是靠耗电来工作的,都用到了压缩机,都是传统空调的变种,就如同冰箱一样。
除了和冰雪经济直接相关,冰箱作为现代社会刚需的应用场景,也是上到空间站,下到潜水艇,中间走到千家万户。
一、传统冰箱的弊端
众所周知,冰箱是通过低温储存食物或其他物品的制冷设备。追根溯源,古人就开始堆垒冰块以冷藏肉类,其后还把冰块放在石柜内做成的原始冰箱。
1910年,世界上第一台压缩式制冷的冰箱问世,随后几十年,基于不同原理的冰箱被研发出来,直至上世纪五十年代,冰箱成熟被得到广泛应用。
得到社会化应用的冰箱是压缩式冰箱,它由电动机提供机械能,通过压缩机做功,把低沸点的制冷剂蒸发、汽化时吸收热量,制冷剂向外部排放掉所吸收热量后,再被压缩回液体进入新一轮工作循环。
走进社会生活已经近百年,作为耐用消费品的冰箱成为传统冰箱,虽然它不需要像快消品那样不断迭代升级,但是它的改进的确可谓鸭行鹅步,技术创新更是逡巡不前,已经与高速进步的现代需求渐行渐远。
1、从社会层面看,虽然传统冰箱并不像传统空调那样是电老虎,没有因为高耗电连锁严重的碳排放,但是全球化应用的庞大基数,它加速全球变暖的耗电量仍然不能小觑;而且,传统冰箱使用的氢氟烃等制冷剂一旦泄漏,1公斤泄漏就相当于1430公斤二氧化碳的温室效应。即使传统冰箱制冷剂泄漏量很小,考虑到全球数亿台的累积效应,影响不容忽视;作为耐用消费品,传统冰箱的使用年限较长,不能及时淘汰的传统冰箱不仅能效低、耗电更加多,还进一步加剧其负面影响。综合从生产、运输、使用到废弃处理的其他方面,传统冰箱的整个生命周期都会产生碳足迹,对环境保护造成很大的潜在危害;
2、个体使用层面看,传统冰箱作为贵重消费品,通常是一家一台、使用年限也较长,更多的潜在储存需求不能被满足,还会降低整体使用效果;传统冰箱的使用、维护还有一定门槛,不定期除霜、放置位置不当或温度设置不合理,都会增加耗电、降低储存效果;传统冰箱还占用不可忽略的室内空间,这对空间站、潜水艇这样“寸土寸金”的场景影响更加明显;
3、传统冰箱的应用可谓痛并快乐着,尤其在全球变暖的大背景下,碳中和的要求越来越严,传统冰箱带来的痛将更痛,快乐却并没有增多。为了减少碳足迹,我国已经将传统冰箱能效等级分级为1级到5级,用于衡量耗电量和能源效率高低。其中最节能的1级能效在核心技术、系统优化和材料应用上进行了全面升级,实现更高能效、更低能耗、更环保。
但是,1级能效的传统冰箱与其他能效等级的在基本工作原理上相同,仍然都是通过压缩机驱动制冷剂循环,实现热量从传统冰箱内部转移到外部,从而达到降温保鲜的目的,只是在制冷剂进行了环保维度的选择。2025年5月,三星公司研发的新热电冷却冰箱,被某些媒体称为“彻底颠覆”传统冰箱对环境有害的制冷剂依赖,也仍然只是在制冷剂工质层面的材料创新,也仍然被传统冰箱逆卡诺循环的底层逻辑所圈禁,不触及逆卡诺循环谈颠覆还不够分量。
逆卡诺循环百年来被天经地义地奉为制冷基础原理,像打入地下的一根楔子,拴住了一头幼象,一次次挣脱无望,就习得性无助地安于现状,哪怕长成大象,都不会去挣脱绳子,已经丧失了走向远方的“非份之想”。
逆卡诺循环是金科玉律?要突破非不为也,实不能也?——其实是非不能也,实不为也!时过境迁,科技在迅速发展,制冷技术已经突破了逆卡诺循环的底层逻辑!
二、钳温器赋予不用电冰箱可行性
1、钳温器首先是不用电空调
钳温器突破了逆卡诺循环原理的专利技术,也是从制冷功能这个原点出发形成的制冷新技术。
众所周知,(1)、热管是导热能力远远优于金属铜的超导热;(2)、潜热状态的固-固、固-液相变材料具有大储热量和温度平台的特性;(3)、热电转化部件能够把热能转化为非热的电能。钳温器是把“热管、固-固、固-液相变材料、热电转化部件”依此组合起来,目标物废热被热管快速导出、再被导入潜热状态的相变材料中大量暂储、已经暂储的废热最后被热电转化部件转化为非热的电能处理掉”,至此完成一个工作过程。“快导出、多暂储、转化掉”的过程循环往复,目标物的废热就持续减少直至被制冷到人为设定温度。
钳温器突比传统空调多出了可以直接制冷固、液体目标物,通过对墙壁等固体目标物制冷,由墙壁的中介作用就可以制冷室内环境温度,发挥传统空调的制冷功能。可见,钳温器的应用远远超越传统空调,加上其热电转化部件采用创新性的热电直接转化技术,更保证了它是不受限制的全时空应用,是不折不扣的不用电空调。钳温器是通过热转化而制冷,不同于包括逆卡诺循环在内的传统制冷的热交换方式,“自源制冷”同时“废热发电”的工作过程就称为钳温,这个嵌合性区别于传统制冷。
2、钳温器是不用电空调,也就是不用电冰箱
世界名著《格利佛游记》叙述了格利佛的四次航海游历,第一次出海,他漂流到了身高只有普通人身高十二分之一的“小人国”;第二次出海,他又来到了一个小岛上,这里是居民身高二十多米的“大人国”,名著在充满讽刺的意味中,叙述了一连串风趣的故事。进一步做一点儿现代演绎:在小人国里,逃走时的格利佛,把坏国王君臣居住的一间间空调房,摞起来、再装进一个盒子里打包背走,不就是带回到现实世界里的冰箱吗?反之,小巧伶俐的格利佛在大人国里,很得宠地生活在一个昂贵的冰箱之中,何尝不是呆在现实世界的空调房中?这样的演绎,格利佛眼中的空调、冰箱恐怕只是技术套娃。
空调是制冷房间的冰箱,冰箱是制冷食材的空调;房间在空调之外,食材在冰箱“肚内”,如此而已。
因为传统冰箱和传统空调一样遵循逆卡诺循环,技术上同宗同源,那么,钳温器既然是不用电空调,就也是可以打造不用电冰箱的技术平台。当然,核心原理之外的架构、工艺、材料需要推倒重来,需要复杂的工作才能形成颠覆性冰箱的基础模型,但是,钳温器专利技术决定了不用电冰箱必然从逆卡诺循环中走出。
二、由钳温器的技术特色,推断的不用电冰箱的未来面貌
钳温器赋予不用电空调了不耗电、无制冷剂等环保价值外,还有如下标签化的个体应用。
1、更像窖藏
传统冰箱和窖藏是两种截然不同的储存方式。传统冰箱是家电产品,通过制冷系统实现恒温保鲜,适合中短期储存;而窖藏是一种天然储藏,利用地下或洞穴的稳定温湿度,常用于酒类蔬菜等的长期储存。而钳温器打造的不用电冰箱更像是微缩版的窖藏储存箱,除了不用电、不排热、无噪音的绝对优势外,在保留传统冰箱的基础上,又融入了窖藏的好处;
2、隐身和碎片化
由于钳温器所具备的自源、简单、小型化,它可以先被预制成板材,并打造成实用的器具,不用电冰箱就能够隐身于这些器具中,而不需要独立存在的不用电冰箱去占用空间。例如在一个家庭中,传统冰箱是把多种食材等物品集中一个冰箱内、用一个温度去储存;而不用电冰箱可以是碎片化的,随处分布小冰箱、做到一品一窖藏;
3、个性化
个性化是时代主流,自源、简单、小型化之外,钳温器的创新性还体现在经济性的廉价上、一个家庭可以不再只能拥有一个不用电冰箱;而且廉价、自源、简单和小型化,可以激发想象力、再通过柔性生产,打造无穷个性化的不用电冰箱。
从冷库、不用电冰箱,再到冷藏车、冷藏箱、备用冰排等,冷链的作用犹如冰雪经济的血液。不用电冰箱仅仅是开始,钳温器将释放窖藏着的无限活力,沿着冷链在冰雪大世界之中越走越远。
1月26日,我国在建的“海上移动大冰箱”——大型远洋冷藏运输船开始合拢,全船的10个独立冷藏舱,舱容达15000立方米,用于渔获物、冷冻食品等温控货物的长距离远洋运输。当然,钳温器已经不赶趟,搭载不上这个移动大冰箱了,但是有这样的需求,钳温器必将让冰雪大世界在海上丝绸之路上劈波斩浪、开枝散叶。