百年前斯特林發(fā)動機“換芯”重生：輻射冷卻驅(qū)動，把熱量“射”向太空來發(fā)電

19世紀(jì)的一項發(fā)明有了全新演繹。

在10年前，美國斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)明了可通過向太空輻射熱量實現(xiàn)制冷的超薄材料。該技術(shù)是一種輻射冷卻方式，能夠以8～13微米波長的紅外線釋放熱量。由于大氣層不吸收該特定波段，所以可將能量直接傳輸至太空真空。

在一項新的研究中，加州大學(xué)戴維斯分校的研究人員以該理念為基礎(chǔ)開發(fā)了一個變體方案：利用輻射冷卻將斯特林發(fā)動機降溫至環(huán)境溫度以下，從而產(chǎn)生機械能和電能。“通過優(yōu)化發(fā)動機設(shè)計，我們認(rèn)為這種方法能催生新型被動式全天候發(fā)電系統(tǒng)，與太陽能形成互補，助力建設(shè)彈性離網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。”加州大學(xué)戴維斯分校電氣與計算機工程教授杰里米·芒迪（Jeremy Munday）表示。

斯特林發(fā)動機自19世紀(jì)初沿用至今，其核心是密封在氣密室內(nèi)的氣體。氣體受熱時膨脹，氣密室內(nèi)壓力上升；冷卻時收縮，壓力下降。反復(fù)加熱和冷卻氣體會形成膨脹收縮循環(huán)，驅(qū)動活塞發(fā)電。這類發(fā)動機還能直接產(chǎn)生機械能以循環(huán)空氣或泵水。

芒迪和同事將斯特林發(fā)動機連接至一塊涂有輻射涂料的300毫米×300毫米金屬板熱輻射天線。天線可將斯特林發(fā)動機冷卻至環(huán)境溫度以下，降低其內(nèi)部的氣壓，隨后氣體因環(huán)境熱量而膨脹，形成持續(xù)的動力循環(huán)。

為期一年的夜間實驗顯示，該裝置通常可實現(xiàn)超過10℃的制冷效果。斯特林發(fā)動機利用該冷卻效應(yīng)，可產(chǎn)生超過每平方米400毫瓦的機械功率，足以直接驅(qū)動一臺風(fēng)扇或通過小型電機發(fā)電。科學(xué)家們在2025年11月的《科學(xué)進(jìn)展》中詳細(xì)介紹了相關(guān)發(fā)現(xiàn)。

由于該裝置的能量來源于地球環(huán)境熱量而非太陽熱能，因此其功率輸出“遠(yuǎn)低于太陽能光伏（的功率），約低兩個數(shù)量級”，芒迪指出，“但其目標(biāo)并非替代太陽能。相反，它實現(xiàn)了在夜間等太陽能不可用的時段有效做功。”

研究人員測算，該裝置可產(chǎn)生超過每分鐘5立方英尺的氣流，該數(shù)值是美國采暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會規(guī)定的公共建筑內(nèi)最小氣流速率。該規(guī)定旨在最大限度降低對健康的不利影響。其潛在應(yīng)用包括加速溫室內(nèi)二氧化碳的循環(huán)以促進(jìn)植物生長，以及改善住宅建筑內(nèi)部的舒適度。

芒迪表示，其研究團(tuán)隊希望在溫室中部署該裝置作為概念驗證應(yīng)用。他們也有意改進(jìn)該設(shè)備，使其在日間運行，這就要求發(fā)動機在發(fā)射紅外輻射的同時反射入射的太陽輻射，以避免被太陽能加熱。

研究人員認(rèn)為有大量方案可以提升該設(shè)備的性能。例如，可將密封在發(fā)動機內(nèi)部的空氣更換為氫氣或氦氣，以降低內(nèi)部的摩擦。

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本文轉(zhuǎn)載自“悅智網(wǎng)”，原標(biāo)題《發(fā)動機通過向太空散熱發(fā)電》。

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