工程师研发7大前沿技术，让太阳能电池效率翻番？

密歇根州立大学机械工程教授诺伯特·穆勒（Norbert Müller）是发明者之一，他说，这种紧凑型发动机仅有家用蒸锅大小，需要的部件也比活塞式发动机少得多。这种发动机将不再需要活塞、连杆和汽缸。重量的减轻和燃油效率的提高"能在消耗同样数量燃料的前提下，让一辆装备再生制动装置的插电式混合动力车的行驶距离增加4倍，相应的二氧化碳排放量也会减少80%"。不仅如此，该系统还能使制造成本降低30%。

　　在位于美国东兰辛的实验室里，穆勒和他的研究组正在测试一部波—转子发动机原型。他们的目标是，制造出一台25千瓦（33马力）功率发动机。他希望首台发动机能量转化效率可达30%左右，而目前最好的柴油发动机所能达到的效率是45%。但是，他对改进型发动机能够将效率提升到65%持乐观态度。

　　在传统电火花点火发动机中，火花塞引燃汽缸中汽油和空气的混合物，来推进活塞驱动曲柄轴，曲柄轴再带动车轮旋转。柴油发动机是通过活塞来高度压缩燃料和空气，将它们点燃。燃烧的气体膨胀，将活塞推回去，进而带动曲柄轴。

　　在波—转子发动机设计中，产生动力的过程是在一个旋转的涡轮中进行的。涡轮就像平放在桌面上的电脑风扇（转子），有许多弯曲的叶片和外壳。压缩后的高温空气和燃料经过位于中央的轴，被导入叶片之间的空隙。当高度压缩的混合气体被点燃时，燃烧的气体在有限空间里急速膨胀而形成冲击波，压缩剩余部分的空气；从外壳上反射回来的冲击波也会进一步压缩和加热空气。最后，经过压缩和加热的气体会在恰当时机通过外壳释放出去。压缩气体在弯曲的叶片上施加的力，和气体喷射产生的力一起，驱动转子旋转，进而带动曲柄轴。

　　据波—转子发动机的另一发明人，波兰华沙科技大学（Warsaw University of Technology）的副教授雅努什·皮埃切纳（Janusz Piechna）介绍说，从1906年起，工程师们就开始研究波—转子装置了，而且它们已经被用在了一些赛车的增压器里。但是，穆勒说，里面不稳定的气流非常难控制。要想预测这些间歇性气流极其复杂的非线性行为，需要进行精细的数值计算，这类计算一直都因为太过费时或不够精确而无法达到要求，该问题直到近几年才得以解决。目前，密歇根州立大学和其他一些研究机构正通过高仿真模拟，来辅助叶片几何形状的精密设计，以及精确到零点几秒的燃烧时间控制，期望得到最佳性能。

　　计算机模型能否最终变成在路上跑的实际产品，我们还不得而知。"波—转子技术的应用可能会很困难，"丹尼尔·E·帕克森（Daniel E. Paxson）说，他在美国航空航天局戈兰研究中心（NASA Glenn Research Center）从事流体模型设计。帕克森认为，密歇根州立大学的研究 "毫无疑问是超前了"。他的评论既包含着务实的怀疑，更有从创新角度的赞赏。"无论最终的结果是什么，我确信他们都会学到很多"。

　　穆勒相信，他的研究组最终能制造出合适的波—转子发动机，并将它们成功应用于更清洁的混合动力车上，从小型摩托车到家用轿车和运输卡车，他对此似乎毫不怀疑。"这只是时间、努力和想象力的问题，当然，还有资金问题"。

　　家用电器

　　磁体制冷机

　　能为冰箱和房间制冷的特殊合金

家用电器磁体制冷机

　　在日常生活中，我们通常使用空调、冰箱和冰柜来制冷，但它们都需要能量驱动，所消耗的电能占到美国家庭耗电量的1/3。而一项依赖于磁体的全新制冷技术，能显著降低这部分能耗。

　　大多数商业化制冷机，都是通过反复压缩和膨胀气体或液体制冷剂来制冷。随着制冷剂的循环，能将热量从房间或设备中吸出带走。然而，压缩机的能耗巨大，并且要是最常用的那些制冷气体泄漏出去的话，它们的每一个分子对大气层的加热效率要比一个二氧化碳分子至少高1 000倍。

美国宇航公司（Astronautics Corporation of America）的研究人员正在研发一种不使用压缩机，而是基于磁体的新型制冷机。从某种程度上来说，所有磁性材料都会在被置入磁场后升温，在移出磁场后降温，这一特性被称为"磁致热效应"（magnetocaloric effect）。原子通过自身振动贮存能量；而当外加磁场将金属中的电子有序排列，并阻止它们自由移动时，金属原子的振动就会加强，温度随之增加。移除磁场后，温度则会降低。虽然这一效应早在1881年就被发现，但它的商用价值却一直被人忽视。这是因为，从理论上来说，只有在极低的温度下使用超导磁体，才能将这种效应最大化到产生可利用的效果。然而在1997年，美国能源部爱艾姆斯实验室（U.S. Department of Energy&r