【記者部落格】餘熱發電技術的兩難困境
| DATE | 2008/12/22 |  |
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【日經BP社報導】 首先，請大家看一段並非魔術，而是將熱轉換為聲的視訊演示。只需在我們平常司空見慣的塑膠管中，插入網眼大小為數mm見方的鐵絲網，並加熱。就會開始發出這種聲音。
這種現象被稱為“熱聲現象”，是被加熱的空氣在通過鐵絲網的細小網眼時，發出聲音的非線形現象。在日本這種現象自古就為人所知，位於日本岡山縣岡山市 的吉備津神社很早以前就舉行過通過這種聲音來占卜吉兇的“鳴釜神事”儀式。但在利用熱能的各種產品中，這種多餘的聲波振動現象只被視為累贅，而幾乎從未被 用於實際用途。
近年來，隨著對節能及新能源的關注度提高，這種熱聲現象也日益受到關注。例如製作本文開篇視訊的日本同志社大學渡邊好章教授的研究小組，正在 利用這種熱聲現象開發冷卻技術。具體做法是先將熱轉換為聲，再將聲波通過管道傳輸到目的地後轉換成熱能。據渡邊介紹，管中聲波的能量為100W，換算成音 量則是160dB，“飛機引擎正下方的噪音為120dB左右。也就是說，相當於大約100台飛機引擎集合在一起時的聲音”。幸好，聲波完全被封閉在管中， 不會擊穿位於附近的人的耳膜。
遺憾的是，這種冷卻技術雖然冷卻功能高，但在能量轉換效率上仍存在許多課題。尤其是如果裝置變小，管道的表面積相對於體積增大，聲波在傳輸過程中的損耗也會增大，從而造成效率降低。
那麼，不採用冷卻的方法而是將聲波的能量轉換為電力又將如何呢？產生這種想法的是幾位美國研究人員。他們的研究是把在管道外部不太能聽到聲音，但實際上音量極大的管道內部放入一種麥克風，將聲波轉換為電力（參閱本站報導）。其中有的研究人員認為，以超過40％的效率產生功率達到數百瓦的電能是可行的。
用蠟燭使LED發光
請大家再看一張照片，這是將燭火的熱量轉換為電力，讓LED發光的演示。是筆者採訪美國Nextreme Thermal Solutions時拍攝的。“蠟燭的能量多半轉化成了熱量。像這樣利用熱量使LED發光，會比蠟燭本身的火焰更明亮”（該公司）。
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這些技術都是旨在將此前作為廢物的餘熱巧妙地轉換為電力的應用。作為有望得到應用的發熱源實例有，蒸汽機及熱水供應管道、汽車廢氣及引擎、IC及微處理器、高速通信設備的信號發送器、太陽以及人體（體溫）等。
延長老式汽車壽命的技術？
雖然一方面上述每項技術都令我們感興趣、並充滿期待，但另一方面，如果站在技術的角度來看，還有一些令人擔憂之處。這就是，絕大多數情況下， 這些技術存在的理由是因為在那些領域的能量轉換效率較低。也就是說，如果汽車引擎的能量轉換效率提高，產生的熱量很少的話，那麼餘熱發電技術就沒有必要。 筆者在採訪時就聽到過這樣的說明，“即便是汽油車，近年來引擎的小型化及高效化都不斷提高，餘熱的溫度已開始下降”。
在為餘熱技術而進行的採訪中，筆者發現，汽車廠商中格外熱衷於技術開發的，只有美國通用汽車以及德國寶馬等歐美廠商。通用汽車究竟應該走哪條 道路，是實現高效率熱電轉換技術的實用化，還是開發電動汽車？或者說，我們應通過餘熱利用技術循環利用白熾燈的熱量，還是應全部改用螢光燈及LED照明？ 不可否認，餘熱利用技術在提高能量轉換效率的技術競爭中略微處於劣勢。
儘管如此，餘熱利用技術不會完全無用。因為人不會沒有體溫，太陽也不會停止發射熱量。筆者希望能夠從長計議，耐心培育出餘熱利用技術。（記者：野澤 哲生）
■日文原文
廃熱を電力に変える技術のジレンマ
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