Scienty

Фото: img.freepik.com

Ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе разработали прототип устройства, преобразующего механическую энергию ночью, благодаря разнице температур между окружающей средой и космическим вакуумом. В демонстрационной модели двигатель Стирлинга, объединенный с панелью для радиационного охлаждения, способен функционировать после наступления темноты без использования топлива. По мнению исследователей, данная технология может быть применена для вентиляции теплиц и зданий в районах с безоблачным ночным небом.

Разработчики сделали акцент на двигателе Стирлинга, поскольку он способен работать при незначительных колебаниях температуры. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, которым необходимы существенные температурные градиенты, двигатели Стирлинга могут работать при гораздо меньшей разнице. Профессор электротехники и вычислительной техники Джереми Мандей отметил, что эти двигатели отличаются высокой эффективностью при небольших температурных различиях, в то время как другие типы двигателей более продуктивны при больших перепадах и способны выдавать большую мощность. Именно эта особенность и повлияла на конструкцию.

Двигатель Стирлинга функционирует при наличии разницы температур между двумя поверхностями. Если температуры с обеих сторон выровнены, устройство не работает. По словам Мандея, при простом размещении его на столе, он не будет генерировать энергию, поскольку все его стороны имеют одинаковую температуру. Традиционно эту проблему решают путем нагрева одной из сторон. Однако Мандей и его аспирант Тристан Депп выбрали другой подход – они стремились найти способ создать эффективный отвод тепла, а не его источник. Для этого они использовали принцип излучения тепла в космическое пространство, подчеркивая, что физический контакт не обязателен. Мандей провел аналогию с тем, как тепло быстро рассеивается от тела человека, находящегося на улице в ясную ночь.

В процессе экспериментов Депп и Мандей собрали простой двигатель Стирлинга и установили его на панель радиационного охлаждения. Устройство разместили на земле, чтобы использовать почву в качестве теплой стороны, а панель, обращенная вверх, отводила тепло непосредственно в ночное небо. Такой перепад температур обеспечивал движение поршня и вращение маховика. Годовые ночные испытания выявили, что устройство способно производить не менее 400 милливатт механической мощности с квадратного метра. Для демонстрации работы был подключен небольшой вентилятор, а также система была подключена к электродвигателю для генерации электрического тока. Эти демонстрации показали, что отвод тепла через ночное небо может приводить в действие легкие механизмы без использования солнечного света.

Ученые констатируют, что оптимальная работа системы обеспечивается в условиях низкой влажности и при наличии регулярных ясных ночей. Предполагается, что данная технология способна поддерживать вентиляцию теплиц или обеспечивать циркуляцию воздуха в жилых помещениях в темное время суток. Для решения подобных задач требуется умеренная мощность, и здесь преимуществом может стать источник энергии, функционирующий при пониженных температурах, когда растениям или зданиям необходима циркуляция воздуха. Университет уже подал предварительную заявку на патентование этой разработки. В планах команды – совершенствование конструкции и изучение перспектив для более широкого использования. Полученные результаты демонстрируют, что космическое пространство может быть использовано в качестве эффективного радиатора для выработки энергии в ночное время.

Исследование в журнале Science Advances.