不需燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)

陳邦鑄

朋友，你相信嗎?有這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，它不需要石油、煤、天然氣作燃料，也不以電能和核能為動(dòng)力。它需要的唯一能源是熱水，所以取名“熱機(jī)”——尼丁諾發(fā)動(dòng)機(jī)。

鎳鈦合金的奇妙特性

“尼丁諾”是鎳鈦合金英文縮寫字的譯音，也有人譯作“鎳鈦諾”。在室溫下，一根尼丁諾絲就象鐵絲一樣堅(jiān)硬挺直。但把它浸在冷水里，它就會(huì)變得象柳條一樣柔軟，可以任意彎曲。然后，把它浸在相當(dāng)于室溫的熱水里，它又突然變成原來(lái)那樣堅(jiān)硬挺直，并在回彈過(guò)程中能產(chǎn)生很大的力。尼丁諾的這種雙向形狀記憶特性，是在1958年由美國(guó)工程師威廉斯·布勒發(fā)現(xiàn)的。1973年，美國(guó)科學(xué)家李奇微·朋克利用尼丁諾這一特性，試制了一臺(tái)小型發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的輪子下面是水槽，水槽被平分成兩部分，分別盛熱水和冷水。輪子的每根輪輻上都掛著一個(gè)彎成U形的尼丁諾環(huán)，環(huán)的一端固定在輪輻上，另一端套聯(lián)在套管上，套管能沿著輪輻滑動(dòng)。每當(dāng)U形環(huán)進(jìn)入輪子下面的熱水槽時(shí)，環(huán)就突然伸直，從而產(chǎn)生一個(gè)徑向力，沿著輪子半徑向外傳遞，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)切向力，與輪子的半徑相垂直，推動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。在熱水里伸直的尼丁諾環(huán)進(jìn)入冷水槽后，由于它的雙向形狀記憶特性，便自動(dòng)地恢復(fù)了彎曲的形狀，輪子因此就能持續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)下去。盡管這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)只是產(chǎn)生了半瓦的功率，但引起了人們極大的重視。

科學(xué)家的種種設(shè)想

目前，世界各國(guó)對(duì)尼丁諾的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究正在蓬勃開(kāi)展。英國(guó)、西德、瑞士、日本、美國(guó)等都在研究尼丁諾熱機(jī)。

科學(xué)家提出了許多種利用尼丁諾熱機(jī)的設(shè)想。例如，由于尼丁諾的形狀記憶特性能在溫差僅為9℃的條件下產(chǎn)生，所以，就能以太陽(yáng)熱和地?zé)醽?lái)高效地驅(qū)動(dòng)尼丁諾熱機(jī)，作灌溉水泵之用。再如，在一些國(guó)家里，約有三分之二的工廠能量是以不能利用的低溫廢熱浪費(fèi)掉的，利用尼丁諾熱機(jī)就可以把這些廢熱變?yōu)橛杏玫臋C(jī)械能。另外，尼丁諾合金發(fā)生形狀記憶效應(yīng)的溫差范圍是隨合金中鎳和鈦的含量不同而變化的。因此，只要配制適當(dāng)比例的鎳和鈦，就能使熱機(jī)在相當(dāng)大的溫差范圍內(nèi)工作。利用這些特點(diǎn)，就可以制成為自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警或自動(dòng)滅火裝置中的關(guān)鍵部件；也能制成各種熱水給送器的安全裝置。此外，科學(xué)家也在研制一系列的尼丁諾熱機(jī)，它們能在工廠排出的低溫?zé)崴泄ぷ?。這種低溫?zé)崴窃斐山雍礋嵛廴镜闹饕?。低溫尼丁諾熱機(jī)利用工廠的低溫廢熱，不僅可以把這種廢熱轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，還能帶來(lái)可貴的生態(tài)平衡。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，尼丁諾熱機(jī)的最大熱源是海洋、湖泊和水電站的水庫(kù)。這些水源往往是地球上最大的太陽(yáng)能吸收器和貯熱器。海洋表面的暖水層與較深的冷水層之間的溫差約為20℃。這種溫差正是尼丁諾熱機(jī)的最佳工作溫度。在水電站的水庫(kù)中使用尼丁諾熱機(jī)，可以使電站的發(fā)電量提高一倍以上。

尼丁諾熱機(jī)將對(duì)太陽(yáng)電池、太陽(yáng)能貯熱塔和生物氣蘭金渦輪機(jī)提出挑戰(zhàn)。太陽(yáng)能貯熱塔是依靠許多鏡片把太陽(yáng)光聚焦在中心鍋爐，從而產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)的，可惜它只能在白天工作，而尼丁諾熱機(jī)卻能二十四小時(shí)工作。利用生物產(chǎn)生的氨工作的蘭金循環(huán)渦輪機(jī)曾被認(rèn)為是最佳的海洋熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，但是，尼丁諾熱機(jī)遠(yuǎn)比蘭金渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且耐腐蝕，能直接同海水接觸而不污染海洋。

令人樂(lè)觀的前景

目前，尼丁諾合金還處在初期發(fā)展階段，還存在許多問(wèn)題有待于解決。例如，當(dāng)它受的應(yīng)力超過(guò)一定限度后就產(chǎn)生永久變形，或出現(xiàn)疲勞。它的價(jià)格還比較貴。另外，為了使它能在一定的溫度下變形和工作，必須把鎳和鈦的百分成分的精度控制在千分之一以下。生產(chǎn)尼丁諾合金要求特殊的真空爐和復(fù)雜的控制純度的裝置。迄今為止生產(chǎn)的尼丁諾合金的純度還不夠高，以至要求尼丁諾熱機(jī)在3～4℃溫度下工作還有困難。但是，前景是令人樂(lè)觀的。地球上的鎳和鈦含量都比較豐富，因此尼丁諾的價(jià)格有可能進(jìn)一步降低，精度也可以進(jìn)一步提高。科學(xué)家們預(yù)料，尼丁諾熱機(jī)的誕生和使用，對(duì)于世界范圍內(nèi)新能源的開(kāi)發(fā)研究，將會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。

(摘自《知識(shí)就是力量》1982年第12期，原題為《嶄新的發(fā)動(dòng)機(jī)》)

(題圖:宋麗萍)