电卡制冷技术的发展与前景之我见

付宏阳

摘要：人们对于酷暑的炎热，对于食物易变质的特性，对于冷鲜食品无法保鲜的遗憾，某些高精尖科学研究对于极低温的精确控制都因为传统的蒸汽压缩制冷技术的发展迎刃而解。但是随着近些年能源的逐步消耗，能源问题日益严重，还有因为氟的过量排放而产生的全球变暖现象，国际社会的环保组织等逐步提出了一系列的条约限制了HFC这类制冷剂的滥用。那么随着传统蒸汽压缩制冷技术逐渐被淘汰，我们要怎样解决继承的问题呢——去发现一种新的环保（应对全球变暖），节能（能源危机）的新型制冷技术是解决当前世界性问题的关键。磁卡制冷，电卡制冷，弹卡制冷，压卡制冷，辐射制冷等新型的制冷技术因为环保，噪音小，转换率高等有点而被世界所关注，是最有可能取代传统蒸汽压缩制冷技术的新技术。接下来分析电卡制冷技术作为其中的一种有哪些优点或缺点，还有哪些面临的技术层面的挑战。

关键词：制冷技术;能源;环保;电卡制冷

一、传统制冷技术的局限性

空调的出现缓解了人们对于酷暑的无可奈何，人们因此可以在酷暑中享受清凉的片刻。冰箱的出现则解决了人们对于某些棘手的食品保存问题，即使在酷暑也看一看将没有吃完的佳肴放进冰箱，等待下次临幸。冷库的出现则实现了内陆区域享受海鲜的梦想。也许我们普通人现在对于制冷技术的产生与发展并没有那么的重视，但是试问若是在你的生活中，没有了空调没有了冰箱，没有了冷冻海鲜，你的生活会是怎样的乏味与痛苦。

但是随着传统制冷技术的使用时间逐渐久远，局限性开始暴露出来，早在上个世纪八九十年代，人们就发现了气候变暖这一残酷的事实，人们对于制冷技术的依赖造成了HFC排放物的过量排放。至今这个问题仍未解决，南北极上空的臭氧层空洞甚至达到了北美洲相同大小，臭氧層对于人类乃至整个地球上的所有生物都比制冷技术要重要的多，人们对于此事件的关注度也越来越高，对于取代传统制冷技术的欲望也越加强烈。

除此之外，近几年全世界各种资源的匮乏问题也逐渐显现，不仅仅是制冷行业的问题，包括与我们出行息息相关的石油资源的匮乏涨价，还有我们每天离不开的电力，国内最近的停电限电等措施更是彰显了能源问题的严重。

最后一点，也可能是年轻人最注重的一点，那就是随着移动设备技术的日渐发展，如今的手机已经不再是以前只用来打电话发短信的工具了，更多的是作为一个助手，不仅仅是帮助我们处理远距离通信，更能够在我们需要学习或者娱乐的时候提供我们一个便捷的渠道，让我们可以在一个小小的手机上完成很多很多事情。但是手机芯片的日益发达，随之而来的就是为追求性能而引起的功耗问题，功耗变大，导致芯片温度升高，温度升高又会导致性能降低，这样一个死循环的解决办法就是制冷，但是在一个移动端设备怎么可能将庞大的压缩制冷设备置入其中呢，常见的风冷又效果一般且噪音巨大，这就是制冷技术随着科技发展显现的又一技术瓶颈。

这样严重的两方面问题和面临的技术瓶颈共同加速了传统蒸汽压缩制冷技术局限性的暴露，也驱使人们主动去探索新的制冷技术。

二、电卡制冷技术原理

电卡制冷的原理基础就是热电效应。科学家最开始发现鲨鱼的觅食方式较为特殊，鲨鱼的鼻子中存在着一种胶体，这种胶体会感受到海水中细微的因其他生物游过而产生的温度变化，这种胶体会将这种温度的变化转换为电信号直接传递给神经细胞，这样鲨鱼就可以精准的找到猎物的位置，完成狩猎。这告诉我们，热和电是可以相互转化的。

而在热力学中，温度与物质排列的整齐程度负相关，顾名思义就是，越整齐温度会升高，并且在通电材质中存在着很多电偶极，电偶极就是有正电荷和负电荷组成的一个一个小单元，电卡效应就是利用这一个一个小单元的整齐程度完成对温度的把控。

电卡效应是科学家在上世纪三十年代在罗息盐中发现的一种物理现象——对某种特定的材质，给他施加一个电场，这样材料中的电偶极子会从一种高度自由状态转变为低自由状态，也就是一种有序的状态，造成材料整体系统的熵减少，在外界温度不变的时候，会放热导致温度上升，在热量交换结束后，对指定材料进行相反的操作，即刚才施加电场，所以现在就屏蔽电场，材料中的电偶极子会从低自由状态变为高度自由状态，造成材料整体的熵增加，在外界温度不变的时候，会吸热温度降低，这样一整个先放热后吸热的循环，就是电卡制冷的工作原理。虽然这样一个制冷过程是间歇式的，但是可以完成空间循环，让这样一个制冷过程变为连续式的。

三、对电卡制冷技术的个人理解

本人在网络上搜集资料了解到了宾州州立大学研制的自回热旋转的多层陶瓷电卡制冷原型机还有加州大学研制的用于电池制冷的原型机，这些原型机实例都是体型较小的制冷机械。在我看来电卡制冷技术就是对某材质物体通电，与停电之间的温度变化差，如何利用好这样的循环就是制冷技术的关键，比如在上文提到的移动设备的制冷问题中，我们就可以在手机的电池以及芯片部分增加这样的一个循环，在施加电场放热的时候，将散热部分导向空气，在卸掉电场的时候再将吸热部分通过某种特定的技术手段旋转到手机内部，完成对手机内部的散热功能，而且这其中需要的仅仅只是电力，也没有消耗过多的能源，没有造成环境污染问题，在我看来是一项很有前景技术。

四、电卡制冷技术发展需要克服的问题

在我寻找资料的时候，很多有关电卡制冷技术相关的文章中，提到最多的都是材质，也就是在原理中提到的这种通电物体，列举了许多我并不了解的材料，我想寻找一种最适合的材料是最最需要克服的问题。

这些材料最重要的特性就是对于温度变化的表征，也就是说这些材料可以在温差多少的范围内产生这种电卡效应，如果温差过小，显然对于我们制冷技术来说是不够的，我们常用的冷库需要的温度可以从室温到零下几十摄氏度不等，那么我们需要的可以满足冷库制冷的材料就一定要满足这样的温差才可以。

材料的另一个很重要的特点就是价格或者获取方式，我相信如果新型电卡制冷的空调问世，若他的价格远低于传统空调，那么我们以前制冷技术面临的问题都将迎刃而解，若价格相当或稍微高出一点，那么如若政府出手调控，也是非常理想的解决办法，但是若是因为这种通电材质的稀缺而导致空调价格的高昂，广大人们也是没办法接受的，那样的话也许可以用来满足一些高精尖的科学研究中的降温系统。

还有就是材料的大小，形式，前文提到的对于手机制冷技术的技术瓶颈就是蒸汽压缩制冷系统体积过于庞大，无法置入较小的移动设备中，电卡的大小也是问题的关键。

第二个问题就是电卡效应所产生的温度变化的大小，或者说是电卡效应的强度够不够，如果手机耗了百分之几十的电量，最后温度也没有降下去几度，这样的制冷效果一定是非常不实用的，所以如何用最小的电场量，创造最大的电致熵变也是发展上需要克服的重要难关。

第三个问题，就是我在关于手机制冷问题中提到的，如何将这个循环的散热放热时刻通过工艺进行空间循环。可以想象的是这样的制冷技术想必一定是需要通过旋转或者是左右横移的方式来完成吸热与放热之间的循环变化的，也有很多研究人员提出通过热二极管或者是一些其他的方式来避免运动部件，在这样循环的过程中如何避免能量的损失也都是难题。

五、电卡制冷技术发展前景

对于电卡制冷技术我相信不仅是我，还有广大的科研人员们一定都是秉持一种乐观的态度的，因为它确实拥有太多的优点，如果我们能够克服上文描述的这些技术难题，一定会成为改变世界的重要科学进步。

电卡制冷技术的优点：

1、电卡制冷没有造成任何的污染，不可燃，没有毒性，不会产生類似传统制冷技术的有害物过量排放导致的环境污染。

2、电卡制冷技术需要的唯一能源就是电能，电在当今社会已经是必不可少的能源，且是可以通过环保的方式比如风能，水能，太阳能这些方式获取的，不会存在不可再生资源的浪费。

3、电卡制冷或者说是热电制冷，是电能转化为热能的一次转换，不存在能量形式的多次转变，能量损耗小，转化效率高。

4、因为整体与电路相关，和电路有着相似的特点，就是易于集成，如果技术成熟，研制出的成品体积应该较小。

电卡制冷技术的缺点：

1、材料问题，能否找到转化率高，易获取，体积小的材料是关键，如若没有合适的材料，那么高端材料制成的电卡制冷产品只能应用于一些特定场合。

六、总结

不仅是电卡制冷技术，还有磁卡制冷，电卡制冷，弹卡制冷，压卡制冷，辐射制冷这些新型的制冷技术都是现如今科研人员努力的方向，相信有一天，会有新型的空调，冰箱走进我们的世界，届时我们也不再害怕南北极上空的臭氧空洞，不再害怕做不成低碳人！

参考文献：

[1]王文杰 .孟战国 .沈贵可 .新型固态制冷技术研究进展和应用分析[博西华电器（江苏）有限公司，210046].

[2]李子超 .施骏业 .陈江平 .钱小石 . 电卡制冷材料与系统发展现状与展望 .0253- 4339（ 2021） 01- 0001- 13.

[3]钱小石 .韩东霖 .李强 .杜飞宏 . 新型电驱动凝聚态制冷方法：电卡制冷效应、材料与系统.