不需燃料的发动机

陈邦铸

朋友，你相信吗?有这样的发动机，它不需要石油、煤、天然气作燃料，也不以电能和核能为动力。它需要的唯一能源是热水，所以取名“热机”——尼丁诺发动机。

镍钛合金的奇妙特性

“尼丁诺”是镍钛合金英文缩写字的译音，也有人译作“镍钛诺”。在室温下，一根尼丁诺丝就象铁丝一样坚硬挺直。但把它浸在冷水里，它就会变得象柳条一样柔软，可以任意弯曲。然后，把它浸在相当于室温的热水里，它又突然变成原来那样坚硬挺直，并在回弹过程中能产生很大的力。尼丁诺的这种双向形状记忆特性，是在1958年由美国工程师威廉斯·布勒发现的。1973年，美国科学家李奇微·朋克利用尼丁诺这一特性，试制了一台小型发动机。发动机的轮子下面是水槽，水槽被平分成两部分，分别盛热水和冷水。轮子的每根轮辐上都挂着一个弯成U形的尼丁诺环，环的一端固定在轮辐上，另一端套联在套管上，套管能沿着轮辐滑动。每当U形环进入轮子下面的热水槽时，环就突然伸直，从而产生一个径向力，沿着轮子半径向外传递，同时产生一个切向力，与轮子的半径相垂直，推动轮子转动。在热水里伸直的尼丁诺环进入冷水槽后，由于它的双向形状记忆特性，便自动地恢复了弯曲的形状，轮子因此就能持续不断地运转下去。尽管这个发动机只是产生了半瓦的功率，但引起了人们极大的重视。

科学家的种种设想

目前，世界各国对尼丁诺的基础研究和应用研究正在蓬勃开展。英国、西德、瑞士、日本、美国等都在研究尼丁诺热机。

科学家提出了许多种利用尼丁诺热机的设想。例如，由于尼丁诺的形状记忆特性能在温差仅为9℃的条件下产生，所以，就能以太阳热和地热来高效地驱动尼丁诺热机，作灌溉水泵之用。再如，在一些国家里，约有三分之二的工厂能量是以不能利用的低温废热浪费掉的，利用尼丁诺热机就可以把这些废热变为有用的机械能。另外，尼丁诺合金发生形状记忆效应的温差范围是随合金中镍和钛的含量不同而变化的。因此，只要配制适当比例的镍和钛，就能使热机在相当大的温差范围内工作。利用这些特点，就可以制成为自动火灾报警或自动灭火装置中的关键部件；也能制成各种热水给送器的安全装置。此外，科学家也在研制一系列的尼丁诺热机，它们能在工厂排出的低温热水中工作。这种低温热水是造成江河湖泊热污染的主要原因。低温尼丁诺热机利用工厂的低温废热，不仅可以把这种废热转换为机械能，还能带来可贵的生态平衡。

从长远的观点看，尼丁诺热机的最大热源是海洋、湖泊和水电站的水库。这些水源往往是地球上最大的太阳能吸收器和贮热器。海洋表面的暖水层与较深的冷水层之间的温差约为20℃。这种温差正是尼丁诺热机的最佳工作温度。在水电站的水库中使用尼丁诺热机，可以使电站的发电量提高一倍以上。

尼丁诺热机将对太阳电池、太阳能贮热塔和生物气兰金涡轮机提出挑战。太阳能贮热塔是依靠许多镜片把太阳光聚焦在中心锅炉，从而产生蒸汽推动汽轮发电机的，可惜它只能在白天工作，而尼丁诺热机却能二十四小时工作。利用生物产生的氨工作的兰金循环涡轮机曾被认为是最佳的海洋热能转换系统，但是，尼丁诺热机远比兰金涡轮机结构简单，而且耐腐蚀，能直接同海水接触而不污染海洋。

令人乐观的前景

目前，尼丁诺合金还处在初期发展阶段，还存在许多问题有待于解决。例如，当它受的应力超过一定限度后就产生永久变形，或出现疲劳。它的价格还比较贵。另外，为了使它能在一定的温度下变形和工作，必须把镍和钛的百分成分的精度控制在千分之一以下。生产尼丁诺合金要求特殊的真空炉和复杂的控制纯度的装置。迄今为止生产的尼丁诺合金的纯度还不够高，以至要求尼丁诺热机在3～4℃温度下工作还有困难。但是，前景是令人乐观的。地球上的镍和钛含量都比较丰富，因此尼丁诺的价格有可能进一步降低，精度也可以进一步提高。科学家们预料，尼丁诺热机的诞生和使用，对于世界范围内新能源的开发研究，将会产生巨大的影响。

(摘自《知识就是力量》1982年第12期，原题为《崭新的发动机》)

(题图:宋丽萍)