我想要这样的生活:天上无霾,地下无霜

 

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小探去年图省钱买了个二手的冰箱。结果不到半年,冰室里就变成了这个样子。

 

 

为了除霜,小探拿电吹风吹。

 

 

拿大菜刀砍。

 

 

总之,能想到的都想到了。最后,霜没除尽,冰箱坏了,扔了。

 

 

小探于是狠狠心买了台无霜冰箱,但是,这并不是幸福的开始。由于无霜冰箱是通过风扇吹冷风在冰箱循环来制冷,食物在冰箱中很容易串味、变干。

 

鲜鱼变鱼干

 

虽然被称为无霜冰箱,但其实霜还是会结在风道里。冰箱里需要一个加热机制定期除去风道里的霜。换句话说,加热器的存在使得冰箱消耗大量电能,占用冰箱内的空间体积也更大。

 

同样需要制冷技术的空调、热泵、冷藏库,不仅面临着结霜、除霜过程中消耗能源大、占用空间大的问题,甚至生霉、腐蚀导致机械受损等情况也时有发生。

 

那么对于除霜与制冷,有没有什么更高效的办法呢?

 

在硅谷,还真有这么一家新兴科技公司 Nelumbo,他们致力于制冷行业热传导研究。他们不是依靠简单的机械工程原理,而是用化学工程技术来改善目前的制冷行业。

 

 

今天,小探跟随公司的三位创始人Liam Berryman、Lance Brockway和David Walther实地考察了Nelumbo的实验室,为大家探探这家公司到底要怎样助力制冷行业。

 

材料学:未来最具潜力学科

 

Nelumbo在英语中是莲花的意思。一个科技公司,为什么要取这么文艺的名字呢?

 

“水滴在莲花的叶子上会滑过,而不会停留、聚集。这就好像是我们的技术,让热传导时机器里的水滴不易形成,很难停留,从而更无法因温度低而结霜、成冰。” CTO Lance 这样说。

 

 

出淤泥而不染,濯清涟而不妖 —— 大概是CTO Lance 所说的中文翻译。

 

但是,为何水滴成了众矢之的?它给目前制冷行业带来哪些问题呢?

 

根据CEO Liam的介绍,由于水蒸汽容易在冰箱、空调、以及热量转化器内生成水,结霜、生霉、腐蚀而导致的机械受损时有发生。为了对抗水的生成,前人们用附加的加热系统来“吹散”小水珠,但是效果并不明显。

 

“机械工程解决不了的问题,我们化学工程的可以试试。别忘了,材料科学可是未来最有潜力的学科,” 两位创始人异口同声。

 

说着,CTO Lance 直接将几滴水倾倒在Nelumbo研发的Ice-N™材料表面,水滴没有停留片刻而直接流走,果真像莲花叶子一样不沾水。而在另一个普通冰箱制冷盘的材料表面,水滴开始不断聚集。

 

通过显微镜观察, 可以发现,在Ice-N™材料表面,水分子不断从表面跳起来。在这个被称为Droplet Ejection的过程中,Droplet(R)Eject™这种特殊涂料,作为传热机制,使液态水滴从表面弹跳开。

 

图像来自Nelumbo

 

在冷凝过程中,当空气中的水蒸气变成冷水表面上的液态水时,随着液滴的不断扩大、合并,来自空气的小干扰导致这些水滴不断离开表面,从而使得表面干净如初。

 

因此,冰箱内结霜、上冻的速度大大放缓。

 

左图为Nelumbo材料所制的制冷器,右为普通材料制作的制冷器

 

是不是很神奇?

 

Nelumbo 的两位创始人Liam 和Lance 早年相识于伯克利大学。在新加坡政府资助的科研项目“Bears”中,二人与其他23位科学家一同为一项可持续清洁能源商业化做研究。

 

正是在这项研究中,二人发现了利用材料科学可以更好地解决传统机械学难以处理的制冷产生的出多问题。

 

在伯克利大学的实验室中,二人决定成立一家公司,从材料学角度入手来解决热传导的问题。于是,就有了Droplet(R)Eject™这种特殊涂料与Ice-N™材料的研发。随后,Berkeley Catalyst基金和Photon Fund对Nelumbo进行了投资。

 

“我们的这项技术不仅可以运用于冰箱行业,还可以应用于许多行业的传热系统,包括空调、大规模制冷、运输、发电和化学加工。”

 

具体来看,冰箱、空调、集中供暖,甚至还有电动汽车行业都可以受益于这种新型材料。

 

生鲜产业的新福音

 

在冰箱行业,无霜家用冰箱的除霜机制使冰箱的实际使用面积大幅减小。小探试了一下,如果拆除这一装置,可以多装两大盒巧克力!当然,拆了之后估计巧克力也就被冻在那里拿不出来了。

 

同时,为了除霜需要的能量消耗很大。据Lance解释,无霜冰箱的耗能中,除霜加热器占到了冰箱总体电能消耗的15% - 20% 。

 

按照平均每台家用冰箱消耗一度电来看,如果利用Ice-N™材料,除霜频率会减少50%,一台冰箱一年可以节约70度电,一万台冰箱一年可以节约70万度电!

 

以国内二线城市一家711便利店为例,使用普通冰箱,一个月电费一般4000-6000元左右,其中冰箱、冰柜会占3000 - 5000块。如果每个月可以节省15%-20%的电,即节省600-1000元一个月,那么一年下来就可以省7000 - 12000元!

 

 

省钱才是王道!

 

同时,由于无霜冰箱是通过风扇吹冷风在冰箱循环来制冷,食物如何在干燥空间长久保鲜成了个难题。

 

据2017年中怡康联合红顶奖的联合调查显示,消费者购买冰箱时最关注的三项因素分别是保鲜技术、节能环保与智能操控。其中保鲜技术的受关注度高达41.3%,接近一半。对保鲜技术的高度重视,要求无霜冰箱厂商要不断提高保鲜度。

 

许多高档冰箱正在以“高保鲜”的特点面向高端消费者。但是,动辄几万块的冰箱小探还没有买的打算。

 

而随着国内生鲜市场的不断发展,经销商们既希望降低冰箱的成本,又希望保鲜能力提高,这怎么办呢?

 

Nelumbo的技术对于商用冰箱来说是一项更大的福利了。Ice-N™材料可以让曾经的有霜冰箱摇身一变成为“无霜”冰箱,同时保鲜的问题也不用愁了!

 

从Liam模拟的市场模型来看,如果食品、药品的冷藏存储商都用Ice-N™材料制作制冷装置,平均每个商家每年将会节省高达20万美元的电费

 

那么使用这种特殊材料的冰箱会不会很贵?

 

Nelumbo的 CEO 表示,由于价格是制造商最关心的问题,因此Nelumbo的宗旨就是为客户提供高性价比的技术,为客户带来更多的收益。

 

“具体售价到时候要根据冰箱的大小而定”,在摆满了各种冰箱的实验室里,CTO Lance这样回答。

 

供暖、除霜两不误

 

每当冬天的时候,南方的朋友一对北方的暖气那是一个羡慕嫉妒恨。

 

 

且慢,南方的朋友们你们可曾见过烧煤供暖时那飘在空中的一层层雾霾?

 

你或许要问,为啥北方不能大面积空气源供暖?

 

 

作为半个“中国供暖通” 的Lance解释了原因。

 

“空气源供暖的问题,中国要比美国严重的多。你看到很多居民楼上的热泵了吗?这也成为了集中式供暖的限制条件。因为暖泵需要除霜,而为了省钱的居民们通过关闭供暖阀门停止供暖,同时打开电阻加热器(resistance heating) 来进行除霜,这会造成巨大的资源浪费。”

 

不知道大家还记不记得打开电阻加热器后那一股子难闻的气味?以及供暖阀门关闭后在屋子里冻得瑟瑟发抖的自己。

 

每一次关闭、重启都会造成能源的浪费。这是因为,初次升温时整个系统的结构均是冷的,此时能耗较高。而当系统达到设定温度后,系统所消耗的燃气只是为了弥补结构散热后的能耗,此时能耗相对较低。而每天开启、关闭供暖系统,等于是天天对整个系统进行升温、降温,所耗燃气反而会增加。

 

Nelumbo的Ice-N™材料给空气源供暖出了一招。当热泵以这种特殊材料制作时,除霜的频率会降低一半,除霜的过程也更短。以后大家再也不用频繁关闭供暖阀门来除霜了。省钱、省能源的同时,Nelumbo还给北方雾霾的解决措施添砖加瓦。

 

连特斯拉都需要的新科技

 

最后咱们来看看Ice-N™材料是如何助力电动车的除霜技术的。

 

在寒冷地区,电动车可以行使的距离会减少。这是因为霜冻首先会影响电动汽车的起步,之后电力发动机的运转也会受影响。即使在现有的除霜条件下,汽车的性能也会受损。

 

根据TeslaRati的数据统计,在冬天的挪威,充满电的特斯拉所能行使的里程比在其他地方要少40%!不仅是特斯拉,其他品牌的电动车也会面临同样的问题。

 

 

Liam指出,Ice-N™材料可以将除霜的频率减少一半,从而提高电动汽车的起步速度与行驶里程。

 

虽然目前Nelumbo公司主要集中在与热泵以及冷冻存储材料制造商的合作,但是未来在电动车领域也可能大有作为。

 

在采访的最后,CEO Liam 补充到:“不要忘了我们的技术还会影响到保险业。

 

目前大型超市、生鲜冷藏商、医药公司都会为自己的食品和冰柜缴纳不菲的保险费,以防食物或药品由于变质而影响销售,以及大型冰柜因结霜、腐蚀等原因引发的机械故障。如果机器的性能、以及食物的新鲜程度整体提高,那么保险的价格也会有所下降。

 

这样看来,一次材料科学上的进步竟然会影响到诸多产业

 

在采访的最后,CEO Liam 表示Nelumbo十分重视中国市场。希望在不久的将来能够在中国建厂,并销售他们的新材料。

 

小探认为:这个可以有!

 

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