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自由活塞斯特林发动机(FPSE)

1964
  • William Beale
机械工程实验室中的自由活塞斯特林发动机。

(图片仅供参考)

自由活塞 斯特灵 Engine (FPSE) eliminates the crankshaft and all mechanical linkages. The piston and displacer oscillate freely, their motion governed by the interplay of gas 压力 forces from the 热力学 循环力和弹簧力。这种设计可实现工作气体的密封,无需润滑,并具有极高的可靠性和超长的使用寿命,使其成为免维护应用的理想选择。

FPSE(浮式压力发动机)的运行依赖于构建一个动态稳定的谐振系统。位移器和动力活塞并非机械连接,而是设计成一个耦合的质量-弹簧系统。“弹簧”可以是机械的(例如挠性轴承),或者更常见的是,由封闭气体组成的气弹簧。发动机的设计使得该系统的固有谐振频率与所需的运行频率相匹配。热力循环提供驱动力,位移器运动与动力活塞运动之间的相位差由系统的动力学特性自然确定,从而使循环能够自持。

通常情况下,动力并非通过旋转轴产生,而是通过线性交流发电机产生。动力活塞连接到线圈内的磁体,磁体在线圈内振荡,直接感应出电流。FPSE 的最大优势在于完全没有旋转部件、轴承和需要润滑的滑动密封件。它消除了主要的磨损和故障源,使其无需维护即可运行数万小时以上。这使得它们特别适用于可靠性至关重要且物理接触困难或不可能的应用,例如深空或密封动力装置内部。

UNESCO Nomenclature: 3313
- 机械工程

类型

物理设备

中断

重大的

用法

小众/专业

前体

  • 传统的运动学斯特林发动机(β型和γ型)
  • 机械共振和简谐振子理论
  • 直线电机和交流发电机的开发
  • 气弹簧和挠性轴承的概念

应用程序

  • 用于太空探测器的长寿命电源系统(例如,NASA 的先进斯特林放射性同位素发生器)
  • 用于冷却卫星和军用硬件上红外传感器的低温冷却器
  • 用于住宅的微型热电联产(MCHP)系统
  • 太阳能热发电
  • 实验性人工心脏
  • 便携式发电

专利:

  • US3552120A

潜在创新理念

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

历史背景

自由活塞斯特林发动机(FPSE)

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1963
1965-12-21
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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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