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科技创新

科学家利用一种古老引擎 将夜间自然温差转化为电力

来源:中国时报2025-11-18 12:2515

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当太阳下山,夜晚来临以后,环境的温度就降下来了,但是白天持续被太阳曝晒的地面,却还是有一些热热的温度,这是我们再常见不过的现象。不过科学家就在思考,这样的温度差可不可以加以利用?现在研究人员利用一种古老的引擎装置,试着从温暖的地面与寒冷的夜空之间产生的自然温差,转化为机械动力并用于发电。

这项研究成果近期发表在《科学进展》(Science Advances)期刊。加州大学戴维斯分校(UC Davis)的工程师们以史特林引擎(Stirling Engine)为基础进行更灵敏的改装。该研究的合着者,工程教授蒙迪(Jeremy Munday)表示,许多发动机,包括内燃机,都需要较大的温差才能产生动力。然而,史特林引擎只需较小的温差,就能出现反应,甚至一杯热咖啡与周围空气之间的温差,都能令它运转。

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史特林引擎是1819年由伦敦牧师史特林(Robert Stirling)提出,并申请专利的简单机械,多数的版本会需要一个飞轮,以及一个可让空气膨胀的加热室,当加热造成空气膨胀后,连杆带动飞轮转动,由于飞轮的惯性会继续推进,此时空间稍微冷却也会再带回连杆,所以连杆就回到原来地方,如此往复旋转。

由于史特林引擎构造简单易制,所以许多的中小学的科学课程也会指导并制作,很容易让孩子与青少年产生科学兴趣。

蒙迪教授说:「通常情况下,史特林引擎的工作原理是将一侧与热源接触,而将另一侧连接到较冷的环境。所以如果你只是把它放在桌子上,它本身不会产生任何电力,因为它的各个面温度都一样,因此我们会帮它准备一个热源,比如一杯热咖啡。」

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蒙迪和研究生德佩想(Tristan J. Deppe)知道,他们是否可以将较热的一侧接地面,而冷的一侧连接到到冷空气环境。

德佩和蒙迪的想法是,取一台简单的史特林发动机(本质上是一个活塞驱动飞轮),将其安装在一个可以接受辐射热量的面板上,然后将整个装置放在室外的地面上,于夜间进行测试。地面充当热端,另外设计一个天线,接收来自环境的冷空气。

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为期一年的夜间实验表明,这种小型装置确实能够产生每平方公尺至少400毫瓦(milliwatts,1/1000瓦)的机械功率。研究人员使用该装置进行了实验,直接驱动风扇,并将其与小型电动马达连接以产生电流。

实验表明,利用夜空发电是可行的。蒙迪表示,在湿度低、夜空晴朗的地区的发电潜质最大。这项小装置可用于温室或住宅建筑的通风。

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