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Motore Stirling a pistoni liberi (FPSE)

1964
  • William Beale
Motore Stirling a pistone libero in un laboratorio di ingegneria meccanica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un pistone libero Stirling Il motore FPSE elimina l'albero a gomiti e tutti i collegamenti meccanici. Il pistone e il dislocatore oscillano liberamente e il loro movimento è regolato dall'interazione tra gas e gas. pressione forze dalla termodinamico cicli e forze elastiche. Questa configurazione consente la tenuta ermetica del gas di lavoro, non richiede lubrificazione e offre un'affidabilità estremamente elevata e una lunga durata operativa, risultando ideale per applicazioni senza manutenzione.

Il funzionamento di un FPSE si basa sulla creazione di un sistema risonante dinamicamente stabile. Il pistone di spostamento e il pistone di potenza non sono collegati meccanicamente, ma sono progettati come un sistema massa-molla accoppiato. Le "molle" possono essere meccaniche (cuscinetti flessibili) o, più comunemente, volumi di gas intrappolati che agiscono come molle a gas. Il motore è progettato in modo che la frequenza di risonanza naturale di questo sistema corrisponda alla frequenza operativa desiderata. Il ciclo termodinamico fornisce la forza motrice e lo sfasamento tra il movimento del pistone di spostamento e quello del pistone di potenza è stabilito naturalmente dalla dinamica del sistema, consentendo al ciclo di essere autosostenuto.

L'energia viene tipicamente estratta non tramite un albero rotante, bensì con un alternatore lineare. Il pistone di potenza è collegato a magneti che oscillano all'interno di una bobina di filo, inducendo direttamente una corrente elettrica. Questa completa assenza di parti rotanti, cuscinetti e guarnizioni scorrevoli che richiedono lubrificazione è il principale vantaggio degli alternatori a pistone flessibile (FPSE). Elimina le principali fonti di usura e guasto, consentendo una durata operativa di decine di migliaia di ore senza manutenzione. Ciò li rende particolarmente adatti ad applicazioni in cui l'affidabilità è fondamentale e l'accesso fisico è difficile o impossibile, come nello spazio profondo o all'interno di un'unità di alimentazione sigillata.

UNESCO Nomenclature: 3313
- Ingegneria meccanica

Tipo

Dispositivo fisico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Nicchia/Specializzato

Precursori

  • Il motore Stirling cinematico convenzionale (tipo beta e gamma)
  • Teoria della risonanza meccanica e degli oscillatori armonici
  • Sviluppo di motori elettrici lineari e alternatori
  • Il concetto di molle a gas e cuscinetti flessibili

Applicazioni

  • sistemi di alimentazione a lunga durata per sonde spaziali (ad esempio, il generatore di radioisotopi Stirling avanzato della NASA)
  • crioraffreddatori per il raffreddamento dei sensori a infrarossi su satelliti e hardware militare
  • microsistemi di cogenerazione di calore ed energia (MCHP) per uso residenziale
  • generazione di energia solare termica
  • cuori artificiali sperimentali
  • generazione di energia portatile

Brevetti:

  • US3552120A

Idee e potenziali innovazioni

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Related to: free-piston, Stirling engine, FPSE, linear alternator, gas spring, hermetic seal, cryocooler, high reliability, no lubrication, William Beale.

Contesto storico

Motore Stirling a pistoni liberi (FPSE)

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1964
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1963
1965-12-21
1970
1970
1970

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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