Тепловые машины на основе сплавов с памятью формы

До 60 % энергии, вырабатываемой в США, теряется. Значительную часть этих потерь составляет тепло, выделяемое миллионами транспортных средств и электростанциями. Ученые из компании «General Motors» («GM») пытаются уловить эту бесполезно теряемую энергию, используя экзотические материалы, которые называются сплавами с памятью формы. Такие материалы позволяют превращать тепло в механическую работу, которую далее можно преобразовать в электроэнергию. Первой целью, которую поставил себе руководитель этой группы Алан Браун (Alan Browne), было использование тепла от выхлопной системы автомобилей для питания кондиционеров или радиоаппаратуры, чтобы двигатель машины не тратил на это энергии.

Браун планирует использовать тепло с помощью приводного ремня из параллельных прядей никельтитанового сплава, способного «запоминать» определенную форму. Все такие сплавы совершают переходы туда и обратно между двумя состояниями. В данном случае это жесткое «исходное» состояние и более податливое состояние при более низкой температуре. В системе «GM» ремень охватывает три шкива, оси которых образуют углы треугольника. Один шкив должен находиться у горячей выхлопной системы, а два других — дальше от нее, где температура ниже. В результате сжатия при нагреве в высокотемпературном углу и расширения в более холодных углах ремень «гонит» себя вокруг шкивов, вращая их. Шкивы могут вращать вал генератора. Чем больше разница температур, тем быстрее движется ремень и тем больше энергии вырабатывается.

Построенный в «GM» опытный образец предназначен лишь для демонстрации осуществимости концепции, а не для практического применения. Его маленький десятиграммовый ремень способен вырабатывать всего около 2 Вт, достаточных для питания ночника. Браун утверждает, что технологию можно довести до выпуска на рынок в течение десяти лет и что нет технических препятствий для оснащения такими тепловыми машинами на основе сплавов с памятью формы существующего оборудования от бытовой техники до градирен элек тростанций. Поскольку эти сплавы могут работать уже при разности температур всего в 100 °С, они открывают широкий круг возможностей, которые раньше считались неосуществимыми, говорит Джефф Макнайт (Geoff McKnight), материаловед из «HRL Laboratories». Конструкция GM проста, но воплотить ее не так легко. Сплавам с памятью формы свойственна усталостная хрупкость, а для «закладки» памяти формы необходимы три месяца непрерывной обработки материала. Проволоку трудно соединить в ремень. Непросто обеспечить и эффективные нагрев и охлаждение ремня воздухом. Браун не уточняет, как именно подходит его группа к решению всех этих проблем, говоря только, что они пробуют проволоку разных диаметров, геометрию ремня и способы его нагрева и охлаждения — все, что наука и человек могут придумать для каждой переменной.

«GM» не одинока в своем стремлении использовать теряемое тепло. Разработкой материалов для преобразования тепла в электроэнергию занимается Санджив Синха (Sanjiv Sinha) из Иллинойсского университета. Если тепловые машины удастся встраивать в существующее и будущее оборудование, приложениям числа не будет: от тысяч градирен и промышленных котлов до миллионов бытовых радиаторов, холодильников и дымоходов, не говоря уже о тракторах, грузовиках, поездах и самолетах. Во всем мире можно будет генерировать квинтилионы джоулей, что позволит сократить потребление ископаемого топлива.

Тепловые машины на основе сплавов с памятью формы

Читайте также

Комментарии