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フリーピストン・スターリングエンジン(FPSE)

1964
  • William Beale
Free-Piston Stirling Engine in a mechanical engineering laboratory.

(画像はイメージです)

フリーピストン スターリング Engine (FPSE) eliminates the crankshaft and all mechanical linkages. The piston and displacer oscillate freely, their motion governed by the interplay of gas プレッシャー forces from the 熱力学 サイクル力とバネ力。この設計により、作動ガスの気密シールが可能になり、潤滑油が不要で、極めて高い信頼性と長い動作寿命を実現し、メンテナンスフリー用途に最適です。

FPSEの動作は、動的に安定した共振システムの構築に依存しています。ディスプレーサーとパワーピストンは機械的に接続されていませんが、結合された質量-ばねシステムとして設計されています。「ばね」は機械式(フレキシブルベアリング)でも、より一般的にはガスばねとして機能するガスの塊でも構いません。エンジンは、このシステムの固有共振周波数が所望の動作周波数と一致するように設計されています。熱力学サイクルが駆動力を提供し、ディスプレーサーの動きとパワーピストンの動きの間の位相遅れはシステムのダイナミクスによって自然に確立されるため、サイクルは自己維持されます。

動力は通常、回転軸ではなく、リニアオルタネータによって取り出されます。動力ピストンは、コイル内で振動する磁石に取り付けられており、それによって直接電流が誘導されます。回転部品、ベアリング、潤滑を必要とする摺動シールが一切ないことが、FPSEの最大の利点です。これにより、摩耗や故障の主な原因が排除され、メンテナンスなしで数万時間を超える動作寿命を実現できます。そのため、深宇宙や密閉された電源ユニット内など、信頼性が最優先され、物理的なアクセスが困難または不可能な用途に非常に適しています。

UNESCO Nomenclature: 3313
機械工学

タイプ

物理デバイス

混乱

実質的な

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • The conventional kinematic stirling engine (beta and gamma types)
  • 機械共振と調和振動子の理論
  • 直線型電動機および交流発電機の開発
  • ガススプリングとフレキシブルベアリングの概念

アプリケーション

  • 宇宙探査機用の長寿命電源システム(例:NASAの先進的なスターリング式放射性同位体発電機)
  • 衛星搭載の赤外線センサーや軍事機器を冷却するための極低温冷却器
  • 住宅用マイクロコージェネレーション(mchp)システム
  • 太陽熱発電
  • 実験的な人工心臓
  • 携帯型電源装置

特許:

  • US3552120A

潜在的なイノベーションのアイデア

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

歴史的背景

フリーピストン・スターリングエンジン(FPSE)

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1963
1965-12-21
1970
1970
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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