美國科學家利用熱電效應,研發出了一種能源捕獲設備,這種“能源捕手”可將工業過程中產生的廢熱變為電力,每年為工業生產節省數十億美元。
美國每年產生的能源中約有50%的能源作為廢熱被白白浪費。美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室的科學家,在斯科特·亨特的領導下研發出的這種廢熱轉化器,能在高效冷卻電子設備、光伏電池、電腦等設備的同時進行發電,節能潛力非常巨大。
亨特團隊的最新技術使用了大小約為1平方毫米的懸臂結構。該設備建立在一個能源捕獲系統上。該能源捕獲系統是一套微電子機械系統(MEMS)熱電電容器結構。當其被加熱和冷卻時,會導致電流在兩個方向交替流動,因此,其可以發電。在該裝置內,懸臂依附於一個錨上,這個錨黏在產生廢熱的基座上。當基座變熱時,因為其雙材料效應,該懸臂也會變熱並彎曲。
亨特解釋道,熱懸臂的尖端接觸到冷的表面時,懸臂上的熱會散發出去,快速散熱使懸臂彈回並再次同熱表面接觸,懸臂再次變冷,然後又彈回,如此迴圈,只要熱表面和冷表面之間存在溫差,懸臂就會持續散熱併發電。使用這種以反應快速且會週期性迴圈為特徵的懸臂式“能源捕手”陣列,熱電材料的熱電轉化效率可提高至10%到30%。而幾十年來,熱電材料的轉化效率一直徘徊在1%到5%,相關研究停滯不前。
表面積為1平方英尺的生熱設備(電腦晶片、集成光伏電池等)可容納1000個這樣的“能源捕手”。儘管每個設備產生的電力僅為1毫瓦到10毫瓦,但很多這樣的設備集結而成的陣列產生的電力則非常可觀,足以為遠程傳感系統提供電力,或為冷卻這些生熱系統提供幫助。
亨特認為,這項技術可以首先被用來給高性能電腦晶片降溫,幫助解決千萬億次(Petaflop)級超級電腦在運行過程中需要大量散熱的問題,並同時將其中大部分熱氣轉變成電力。
科技日報 2011/05/30 劉霞
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Energy harvesters transform waste into electricity (Physorg)
2011年5月30日 星期一
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