愛因斯坦的冰箱為廿一世紀綠色能源發展所帶來的啟發

愛因斯坦和他的學生列奧·西拉德在1926年共同發明了一種吸收式製冷系統,既不用電,也沒有活動部件,後來被稱為愛因斯坦-西拉德冰箱。

愛因斯坦他們在很多國家申請到專利。一家瑞典製冷設備公司伊萊克斯為了防止這種新技術帶來的競爭,買斷了他們的專利。

德國的AEG也和他們簽約,並且發展出愛因斯坦-西拉德電磁汞與愛因斯坦冰箱原型,但由於不具毒性的製冷劑氟利昂於1930年代開始大量生產,發展愛因斯坦冰箱的需要不再成立。愛因斯坦-西拉德電磁汞後來被用在核子增殖反應爐的製冷系統。

當愛因斯坦與西拉德見面時,愛因斯坦由於相對論的研究已舉世聞名,而西拉德才剛在起步階段,是柏林大學的研究生助理。據說,他們倆人合作研發冰箱的動力是因1926年報載,柏林有一家人在睡眠時,由於冰箱密封處壞損,有毒氣體外漏滿溢屋子,導致全家死亡的悲劇。當時這樣的外漏現象發生頻率驚人,因為越來越多人以新式的,使用如氯甲烷、氨、二氧化硫等有毒氣體當作冷媒的機械冰箱,來取代傳統的冰桶。

此悲劇讓愛因斯坦感觸很深,他告訴西拉德說,一定有比使用機械壓縮機和有毒氣體的新式冰箱更好的設計。他們於是開始去尋找新方法,後來專心研究吸收性冰箱,即利用熱源來驅動吸收過程,經由化學溶液釋放出冷卻劑,當時常用的熱源是天然氣焰。相同的技術於1922年便已由瑞士的發明家採用,而西拉德則利用他在熱力學的專業知識找出了改良的方法,所使用的熱源是經由三組互聯電路以驅動氣體和液體的混合體。

雖然愛因斯坦和西拉德在6個國家申請了超過45個專利,卻沒有任何一個冰箱設計曾經商品化,只有拿到幾個許可,一方面適逢經濟大蕭條重挫了許多有潛力的製造商,另一方面最主要仍是因為在1930年代採用新的無毒氟氯烷冷媒後,愛因斯坦-西拉德冰箱的發展才整個宣告結束。

近年來人們由於對氣候變遷的關切,開始對他們的設計重燃起興趣。2008年,牛津大學的研究團隊在發展更適用裝置計劃中建造了他們設計的一個原型;喬治亞理工學院一位前研究生德蘭諾(Andy Delano)也建造了愛因斯坦和西拉德其中一種設計的原型;還有在劍橋的研究團隊也正試驗經由磁場來冷卻的方法。

Malcolm McCulloch,牛津大學一位電機工程師,其團隊打造了愛因斯坦-西拉德冰箱原型。

簡單來說,當週遭的氣壓變低時,液體在低溫下就會沸騰。比如說如果爬上聖母峰,水沸騰的溫度就會比在海平面時低了許多,這是因為大氣壓力變低。在這款冰箱原型中,科學家將長頸瓶裝滿液態丁烷,接著引入一道新蒸汽來減少氣壓,那能使液體沸騰溫度降低,導致丁烷沸騰。當丁烷沸騰時,它會從周圍吸取能量,並使冰箱內部降溫。

這款冰箱只需要用一種方式加熱液體,而 McCulloch 正在開發一款太陽能系統,以符合這項需求,所以這款冰箱不需要插電。

這種冰箱沒有可活動的部件可能也會是個優勢,它堅固耐用,只需要最少量的維護,因此特別適合農村地區。

舉一反三,我們應當可以聯想到更多發明,
比如說除了減壓降低沸點外,位在佛羅里達的 Matteran Energy 研發出如何不使用昂貴的太陽能電池來直接將太陽輻射轉換成電流,Matteran 的解決方案改為使用便宜很多的熱量收集技術來將一種合成的液體加熱,該液體具有很低的沸點(14.4℃),建立足夠的蒸汽來驅動一個特製的渦輪機。雖然液態循環系統將熱轉換成電並非新技術,Matteran 的創新解決方案卻能增加該系統的效能,讓小規模應用更具經濟效益。

又比如說瑞典「Climate Well」公司研發成功高效能太陽能冷氣機,無需冷媒,也不會排放二氧化碳。其儲熱原理是把水和鹽封在真空儲存槽,利用水在固態、液態、氣態間轉換,使熱能做有效利用。在產生冷氣的同時,並可供應熱水。該公司因為這項產品獲「世界經濟論壇」評選為2007年科技先鋒企業。



維基百科:https://en.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein
物理雙月刊:http://psroc.org.tw/Bimonth/article_detail_acc.php?classify=2&cid=172

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