Ночью вместо солнца: двигатель Стирлинга научили качать энергию из холода космоса

Инженеры Калифорнийского университета в Дейвисе показали, что компактный двигатель Стирлинга может получать механическую энергию ночью, используя разность температур между тёплой поверхностью Земли и холодом открытого космоса.

В работе профессор электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Дейвисе Джереми Мандей (Jeremy Munday) и аспирант Тристен Депп (Tristan Deppe) описывают устройство, которое превращает естественное ночное охлаждение в полезную мощность. В основе лежит двигатель Стирлинга — тепловой двигатель, способный работать при малой разнице температур, например между горячей чашкой кофе и окружающим воздухом. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, которым требуется большой температурный перепад и топливо, двигатель Стирлинга здесь использует доступное тепловое излучение.

Обычный двигатель Стирлинга должен быть жёстко подключён к более тёплому источнику с одной стороны и к более холодной среде — с другой. Если все части устройства имеют одинаковую температуру, оно не выдаёт мощности. В новом подходе тёплой стороной служит поверхность Земли, а холод обеспечивается «радиационным окном» в космос.

Авторы работы установили простой двигатель Стирлинга с поршнем и маховиком на специальную панель, которая работает как излучающая антенна: она отдаёт тепло в открытое небо и тем самым охлаждается за счёт инфракрасного излучения в космос. Весь блок размещался на земле под открытым небом ночью. Тёплый грунт создаёт одну сторону температурного перепада, охлаждённая панель — другую. При ясном небе панель может становиться заметно холоднее окружающей среды именно за счёт излучения тепла в космос.

Год ночных испытаний показал, что такая система способна устойчиво выдавать не менее 400 милливатт механической мощности на квадратный метр устройства. Учёные продемонстрировали работу вентилятора, напрямую запитанного от двигателя, а также подключили двигатель к небольшому электрогенератору и получили электрический ток.

Эффективность такого подхода, отмечают авторы, особенно высока в регионах с сухим климатом и преимущественно ясным небом, где тепловое излучение в космос меньше задерживается водяным паром и облаками. В перспективе подобные устройства можно применять для ночной вентиляции теплиц и жилых зданий, используя только естественный тепловой баланс между Землёй и космосом.

Калифорнийский университет подал предварительную патентную заявку на разработку.

 Источник: Science Advances