引擎余热发电 每瓦15美分


  埃塔利姆公司(Etalim)位于加拿大温哥华,公司说,它的发动机尺寸大约相当于一个篮球,但可改进电力生产经济,用于家庭电源和热量的热联产电(cogeneration),作为一条途径,利用的热量产生于集中的太阳能集热器(solar collectors)。这家公司已经创造了一个原型,但还没有达到那种效率,就是超过40%,计算机模型表明是可以达到的。

  该装置分享了斯特林(Stirling)发动机的一些原则,其中一个外部热源被用于扩张一定量的工作气体(通常是氦),这种气体随后会收缩,因为它会被推到一个较凉的空间。这个扩张-收缩的周期重复进行,把热变成机械工作需要驱动一个活塞。

  埃塔利姆公司首席执行官罗恩·克勒普弗(Ron Klopfer)说,根本问题对于斯特林发动机而言,就是它们需要运行在极高的温度和压力才能有效,这就使它很难使气体密封在气缸内,汽缸裹着活塞。“在这些温度下,您不能使用传统的密封方法,”他说。“你不能使用橡胶,润滑剂。必须是干燥的金属对金属,而这些都是非常昂贵的高精密零件,会导致高昂成本。”

  埃塔利姆公司创始人和首席科学家是托马斯·施泰纳(Thomas Steiner),他看到了一个机会,可以消除所有的摩擦部件和密封,这些都容易磨损和泄漏,他使用的设计是基于热声学,就是利用热量控制声波强度,这都是在一个密封腔体中进行。

  包在埃塔利姆引擎核心内的是一个金属簧片,可取代传统的功能性活塞,这种活塞用于斯特林发动机。受压氦气在金属簧片顶部被加热,声波穿过气体并被放大,导致簧片振动,而金属隔膜(metal diaphragm)在下面(分隔是采用一个较冷的氦层)可以向下推动转动轴。所有的机械摩擦都被消除了。转动轴连接到交流发电机(alternator),可以产生电力。

  这一振动的簧片只移动转动轴,每个周期移动1毫米的十分之二,所以每个周期都没有太多的氦被移动。但发动机可以达到很快速度,就是每秒500次循环。“如果你到了高频率,你就可以用它获得更多的电力,”格雷格·斯威夫特(Greg Swift)说,他是洛斯·阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratories)的热声学专家,他看到过埃塔利姆公司引擎的早期型号。“施泰纳真的做得不错,它采取了不同的设计方向,而且没有出任何错。”

  公司拥有雄心勃勃的目标。第一台样机是在去年完成,表明这个概念管用,但相对而言只有较低的热量被利用,所以它的效率只有10%。第二台样机目标是达到20%至30%的效率,温度是500℃,预计在今年春天制成。

  一台商用产品要具有40%的效率,运行在700 ℃,这一目标计划在2012年实现。它最初销售,可以作为一种更便宜和更耐久的产品,与燃料电池竞争,用于住宅热电联产。该公司认为,它制造这种发动机,每瓦不到1美元,而且拥有一个长远目标,就是每瓦15美分,这将使它更便宜于相对照的内燃机。

  “一切可以让我们达到40%效率的,都符合我们所看到的,就是从我们的样机所看到的,迄今为止就是这样,”克勒普弗说,他补充说,50%是更长期的目标。“为了从40%达到50%,我们需要提高温度到1000℃,这就需要使用一些陶瓷。”

  迈克·海登(Mike Hayden),是西门菲沙大学(Simon Fraser University)物理学教授,他说,埃塔利姆公司的设计是有希望的,但大量的工程工作摆在面前,要证明该设备可以处理高温,并达到那种高效率,这会使它脱颖而出。“但毫无疑问,这些人有些事情是有趣的,”他说。