百年前斯特林發動機“換芯”重生：輻射冷卻驅動，把熱量“射”向太空來發電

19世紀的一項發明有了全新演繹。

在10年前，美國斯坦福大學的科學家們發明了可通過向太空輻射熱量實現制冷的超薄材料。該技術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，加州大學戴維斯分校的研究人員以該理念為基礎開發了一個變體方案：利用輻射冷卻將斯特林發動機降溫至環境溫度以下，從而產生機械能和電能。“通過優化發動機設計，我們認為這種方法能催生新型被動式全天候發電系統，與太陽能形成互補，助力建設彈性離網基礎設施。”加州大學戴維斯分校電氣與計算機工程教授杰里米·芒迪（Jeremy Munday）表示。

斯特林發動機自19世紀初沿用至今，其核心是密封在氣密室內的氣體。氣體受熱時膨脹，氣密室內壓力上升；冷卻時收縮，壓力下降。反復加熱和冷卻氣體會形成膨脹收縮循環，驅動活塞發電。這類發動機還能直接產生機械能以循環空氣或泵水。

芒迪和同事將斯特林發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。天線可將斯特林發動機冷卻至環境溫度以下，降低其內部的氣壓，隨后氣體因環境熱量而膨脹，形成持續的動力循環。

為期一年的夜間實驗顯示，該裝置通常可實現超過10℃的制冷效果。斯特林發動機利用該冷卻效應，可產生超過每平方米400毫瓦的機械功率，足以直接驅動一臺風扇或通過小型電機發電。科學家們在2025年11月的《科學進展》中詳細介紹了相關發現。

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

研究人員測算，該裝置可產生超過每分鐘5立方英尺的氣流，該數值是美國采暖、制冷與空調工程師協會規定的公共建筑內最小氣流速率。該規定旨在最大限度降低對健康的不利影響。其潛在應用包括加速溫室內二氧化碳的循環以促進植物生長，以及改善住宅建筑內部的舒適度。

芒迪表示，其研究團隊希望在溫室中部署該裝置作為概念驗證應用。他們也有意改進該設備，使其在日間運行，這就要求發動機在發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。

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

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本文轉載自“悅智網”，原標題《發動機通過向太空散熱發電》。

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