[創意科學]熱聲轉換成電

如何從熱與聲音當中取得電力？

Symko 透過聲音讓熱轉換成電力的研究起源於他目前進行中的研究，他要開
發熱聲（thermoacoustic）冰箱來冷卻電子裝置。

在 2005 年他開始一個為期五年的熱--聲--電轉換研究計畫，名為
Thermal Acoustic Piezo Energy Conversion (TAPEC，熱聲壓能源轉換)。
Symko 與來自於華盛頓州立大學與密西西比大學的同僚一起工作。

此計畫在過去二年內接收 200 萬美元的資金，而 Symko 希望當熱--聲--電
裝置縮的更小時資金能夠增加，讓他們能將與微機械（即 MEMS）結合，用
來冷卻電腦與其他電子裝置，例如：擴大器。

使用聲音將熱轉換成電力有兩個關鍵步驟。Symko 與同事開發出不同樣式的
新型熱引擎（技術上稱為 "thermoacoustic prime movers，熱聲原始動力"
），以完成第一步：將熱轉換成聲音。

接著，他們使用現存的技術將聲音轉換成電流："piezoelectric（壓電）"
裝置，會對壓力的擠壓產生回應，包括聲波，並將壓力轉換成電流。
"Piezo" 表示壓力或是擠壓。

Symko 實驗室中所製造出來的大部分熱轉電力聲學裝置，都是裝載在圓柱體
的共振器（resonators）當中，那可以放在你的手上。每一個圓柱體，或共
振器，包含了一疊表面積很大的物質 -- 例如金屬或塑膠板，或是玻璃纖維
，棉花或鋼絲絨 -- 那放置在冷卻熱交換器（cold heat exchanger）與加
溫熱（hot heat）交換器之間。

當熱被施加時 -- 經由導火線（matches），一個小型發焰裝置或電熱元件
-- 熱會創造出一個門檻。接著變熱且移動中的空氣會產生單一頻率的聲音
，類似吹入長笛中的空氣。

"你有熱，那如此地混亂、無秩序，接著你在一瞬間，你有單一頻率的聲音
出現， Symko 說。

接著，聲波會擠壓壓電裝置，產生電壓。Symko 說那類似你手肘中的神經撞
到東西時，產生疼痛的電神經脈衝時所發生的事。

較長的共振器圓柱體產生較低的音調，較短則會較高。

能夠將熱轉換成聲音接著是電流的裝置缺乏可動部件。所以這種裝置幾乎不
需要維護，而且很經久耐用。它們不需要建造的如同，例如：引擎中的活塞
那樣精準，引擎活塞若磨損時效率會降低。

Symko 說，該裝置不會製造噪音汙染。首先，當較小的裝置被開發，它們會
將熱轉換成超音波，人們無法聽到。其次，音量在轉換成電力時會變小。最
後，"可以很容易地在裝置四周放置聲音吸收器以阻絕噪音，" 他說。