一， 絕世天才的設(shè)想

1900年，20世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠之一、尼古拉 特斯拉(Nikola Tesla)在美國“世紀(jì)雜志”發(fā)文，提出了以環(huán)境溫度，作為他稱之為自運(yùn)行熱機(jī)“Self-Acting Engine”能源的設(shè)想。通過制冷獲得機(jī)械能是他提出的若干利用太陽輻射能構(gòu)想的一部分。

1883年，尼古拉 特斯拉開始考慮制造以環(huán)境溫度為能源的自運(yùn)行熱機(jī)，他的設(shè)想是：以少量高品位能源(或其它形式)為代價，人為制造并保持一個“冷洞”，環(huán)境溫度在壓(溫)差的作用下(根據(jù)熱力學(xué)定律，高溫向低溫轉(zhuǎn)移)被迫持續(xù)向冷洞釋放能量，這個能量可以轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這之前，尼古拉特斯拉完全了解卡諾和開爾文有關(guān)熱力學(xué)的觀點：“不可能通過無生氣的機(jī)械制冷并利用由此產(chǎn)生的熱來制造熱機(jī)”。

1895年，參觀過卡爾 林德博士自壓縮制冷裝置(self cooling )氣體液化實驗后，尼古拉 特斯拉認(rèn)為該實驗印證了他的設(shè)想。他設(shè)計的自運(yùn)行熱機(jī)采用低溫相變工質(zhì)，從環(huán)境溫度吸熱做功，副產(chǎn)品是制冷。熱力循環(huán)過程，他擯棄了冷凝器以提高熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率。尼古拉特斯拉確信熱機(jī)汽輪機(jī)輸出大于壓縮機(jī)輸入，系統(tǒng)大于1。然而，尼古拉 特斯拉在其有生之年并沒有造出他的自運(yùn)行熱機(jī)。

一方面，人們懷疑自運(yùn)行熱機(jī)違背了熱力學(xué)定律，一方面是由于上世紀(jì)中期中東石油的大發(fā)現(xiàn)，世界進(jìn)入廉價化石能源時代，尼古拉特斯拉的這一設(shè)想逐漸被人們遺忘。

其實，尼古拉 特斯拉設(shè)計的自運(yùn)行熱機(jī)并不違反熱力學(xué)定律。因為熱機(jī)的壓縮制冷過程不是能量轉(zhuǎn)換(冰箱制冷COP大于1)，不受熱力學(xué)定律--能量守恒的限制。尼古拉特斯拉所以沒有實現(xiàn)他的設(shè)想，是因為他的想象太過超前，以當(dāng)時的技術(shù)手段無法實現(xiàn)。正如他的眾多其它發(fā)明一樣。

下圖：尼古拉特斯拉設(shè)計的自運(yùn)行熱機(jī)。注意，循環(huán)過程沒有冷凝器，沒有冷凝熱的對外釋放。

再看一看制冷機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)的循環(huán)過程，一目了然，尼古拉 特斯拉設(shè)計的自運(yùn)行熱機(jī)，實際就是熱泵+有機(jī)郎肯循環(huán)ORC。

制冷機(jī)循環(huán)：

汽輪發(fā)電機(jī)循環(huán)：

自尼古拉 特斯拉提出自運(yùn)行熱機(jī)已經(jīng)過去了一個多世紀(jì)，世界發(fā)生了翻天覆地的變化。今天，我們享受的眾多科技文明仍然拜尼古拉特斯拉所賜，例如交流電、交流發(fā)電機(jī)、變壓器、無線電、X光、熒光燈等100多項涵蓋眾多不同領(lǐng)域的重大發(fā)明。他的一些超越時代的發(fā)明如激光、移動通訊(互聯(lián)網(wǎng))、無線電力傳輸?shù)纫苍诮裉斓玫搅俗C實和應(yīng)用。

今天，人類享受著工業(yè)革命和信息技術(shù)革命帶來的空前繁榮，卻仍然未能擺脫能源短缺的困擾，大量消費(fèi)化石能源，導(dǎo)致全球變暖，為人類的生存和繁衍蒙上陰影。我們有必要回過頭重新審視這位科學(xué)巨人設(shè)計的自運(yùn)行熱機(jī)，從中獲得啟發(fā)。因為與其它未來能源如核聚變、微粒子、磁力能、零點能量、暗物質(zhì)等比較，利用環(huán)境溫度為能源或許距離我們更近。