American Stirling Company

Usi moderni dei motori Stirling

Le loro applicazioni pratiche oggi

Probabilmente stai dicendo qualcosa di simile a te stesso: “Se i motori Stirling sono così cool, a cosa servono oggi?”

Gli usi odierni dei motori Stirling vanno dai giocattoli e dai ventilatori per stufe a legna alle centrali di cogenerazione per le imprese, fino all’alimentazione dei sottomarini più silenziosi e letali dei mari.

Quindi quali usi sono inclusi in questo articolo?

Questa pagina include SOLO motori Stirling che sono prodotti prontamente disponibili. Non include progetti di ricerca o motori Stirling storici.

Ho anche scritto sul perché alcuni usi specifici dei motori Stirling come i motori per la tua auto e gli efficienti motori Stirling solari non sono suscettibili di prendere piede.

Fare clic o toccare i link qui sotto per passare a quella sezione:

1. Giocattoli
2. Strumenti Didattici
3. Stufa a Legna Fan
4. Combinata di Calore ed energia
5. Fresco di Stampa 3D di Esempio
6. Sottomarino Potenza
7. Aria Condizionata e Refrigerazione
8. Cryocoolers
9. Welfare per gli Scienziati e gli Ingegneri
10. Investimento Truffe
11. Motori Stirling per Auto, Mai
12. Generatori Solari – Efficiente e Costoso
13. Spazio Profondo Nucleare Motori Stirling

Giocattoli

motore di Stirling giocattoli possono essere incantevole e questo è stato vero in quanto da quando Robert Stirling li ha inventati.

Ci sono ancora antichi motori Stirling giocattoli che sono stati costruiti poco dopo Robert Stirling ha inventato il motore.

Più antico motore Stirling antico esistente

In genere, funzionano su una fiamma alcolica e ci sono migliaia di varianti di possibili disegni del motore.

I miei preferiti personali da un punto di vista visivo sono quelli che hanno solo un sacco di parti in movimento.

Giocattoli a bassa temperatura

Sono anche un grande fan dei motori Stirling a bassa temperatura che possono funzionare con il calore di una tazza di acqua calda o il calore della tua mano.

I prezzi partono da circa $30 e vanno fino a quanto si vuole pagare.

Strumenti didattici

I motori Stirling aiutano a coinvolgere gli studenti in modo sicuro

I motori Stirling occupano un posto speciale nelle aule universitarie e scolastiche.

Ciò è particolarmente vero per i motori Stirling a bassa temperatura che possono essere eseguiti senza riempire la classe con fumi di monossido di carbonio.

C’è qualcosa nel vedere un motore funzionare sul calore di una tazza di acqua calda o il calore della tua mano che è stimolante. Questi motori attirano gli studenti di scienze e ingegneria in un interesse più profondo e comprendono tutti i tipi di motori.

I laboratori di fisica e ingegneria in particolare possono beneficiare di un motore da laboratorio Stirling strumentato che può essere eseguito senza cappa aspirante e senza il rischio di perdite di monossido di carbonio.

Stufa a legna Ventilatori

Uno dei grandi problemi con l’utilizzo di una stufa a legna per riscaldare una casa è che di solito sarà troppo caldo vicino alla stufa, mentre altre parti della stanza sarà troppo freddo.

Ovviamente, hai bisogno di un modo per spostare l’aria intorno alla casa e, in alcuni casi, utilizzerai la stufa a legna in un’area in cui l’elettricità non è disponibile o semplicemente non vuoi usarla per qualche motivo.

Ecco dove brillano i ventilatori della stufa a legna del motore Stirling. Abbiamo una pagina dettagliata sui fan Stirling antichi e moderni che si potrebbe godere.

Move Air Without Electricity

È possibile acquistare ventilatori a legna per spostare delicatamente l’aria nella stanza senza elettricità.

Basta impostare la ventola sulla parte superiore della stufa a legna, attendere che si scaldi, girare le pale della ventola e avrai una ventola che muove l’aria delicatamente e silenziosamente per la stanza.

Non aspettarti che questo muova l’aria come farebbe un forte ventilatore elettrico. Ma se hai una stufa a legna e stai leggendo questo, potresti divertirti usando una ventola del motore Stirling per rendere la temperatura nella tua stanza più uniforme.

Cogenerazione

Uno dei problemi con tutti i tipi di motore è che non sono abbastanza efficienti. Ogni volta che un motore ha gas caldi che escono dal tubo di scarico, quel flusso di scarico caldo è energia che hai pagato, ma non hai potuto usare.

Ma cosa succede se si potesse impostare un motore in modo che si stavano facendo due cose che erano preziosi per voi allo stesso tempo? Per esempio, la generazione di energia elettrica, mentre e anche fare acqua calda per riscaldare la vostra casa.

Ci sono diverse aziende con prodotti oggi sul mercato che producono elettricità e generano anche acqua calda per l’uso nel riscaldamento di case ed edifici o esigenze di acqua calda domestica o commerciale.

Potete leggere i nostri motori combinati consigliati per il calore e la potenza.

Cool 3D Printing Example

Quando le stampanti 3D sono diventate disponibili per la prima volta, ho subito capito che potevano essere utilizzate per costruire un motore Stirling. Lo hanno fatto anche molte altre persone.

L’unica domanda era quanto del motore si poteva effettivamente stampare? Ovviamente, la cosa più interessante e più difficile da fare sarebbe stampare l’intero motore senza parti non stampate richieste.

Motori parzialmente stampati

I primi motori Stirling stampati che ho visto sono stati stampati solo parzialmente.

Hanno usato cuscinetti a sfera per il volano e alcune parti metalliche insieme a un pistone in grafite molto slick di marca Airpot in esecuzione in un cilindro di vetro.

C’erano molti costosi componenti acquistati nei primi motori Stirling stampati in 3D.

Sapevo che sarebbe stato molto più interessante se qualcuno potesse trovare un modo per stampare l’intero motore.

Ho anche passato molto tempo a sviluppare i miei motori Stirling stampati in 3D. Non è stato facile.

Più cool esempio di stampa 3D mai

Fortunatamente, Don Clucas di Christ Church, Nuova Zelanda, ha capito come stampare un intero motore Stirling senza utilizzare alcun componente acquistato.

Don aveva precedentemente progettato il motore Stirling Whispergen combined heat and power, quindi era un esperto progettista di motori Stirling e capire come stampare un intero motore Stirling senza dover acquistare componenti aggiuntivi era quasi miracoloso.

Stampa un motore per ogni studente

Ora se la tua scuola ha una stampante 3D e vuoi fare un esperimento in classe con i motori Stirling, puoi semplicemente stamparne uno per ogni studente della classe.

È molto più interessante che avere solo pochi motori da guardare per gli studenti.

La soluzione di Don al problema del pistone stampabile

La parte difficile con la stampa di un intero motore Stirling 3D è il pistone. Le stampanti attuali non consentono di stampare un pistone di piccolo diametro con sufficiente precisione per funzionare.

La soluzione di Don era stampare un pistone che funzionasse come un soffietto. Nell’immagine sopra, il pistone è bianco. Il suo sito web si chiama Progetti per la stampa e c’è un link ad esso qui dalla nostra pagina link motore Stirling.

Potenza sottomarina

Potenza sottomarina – Propulsione indipendente dall’aria

I motori Stirling eccellono in tutte le applicazioni in cui le persone attribuiscono un valore molto alto al silenzio.

Poiché i motori Stirling possono essere costruiti per essere essenzialmente silenziosi, sono una partita naturale per alimentare i sottomarini.

Il costruttore svedese di sottomarini SAAB (precedentemente Kockums) aggiunse un motore Stirling alle loro classi di sottomarini Gotland e Södermanland.

Diesel + Batterie + Stirling

Questi sottomarini utilizzano la cosiddetta propulsione indipendente dall’aria per consentire loro di rimanere sommersi in piena capacità operativa fino a diverse settimane.

Sono essenzialmente sottomarini diesel-elettrici che possono semplicemente estendere il loro tempo operativo (fino a due settimane) con il motore Stirling che riempie le batterie.

I motori Stirling alimentano anche il sottomarino giapponese di classe Soryu e si dice che alimentino alcuni nuovi sottomarini cinesi2.

Aria condizionata

Non è immediatamente evidente quando si guarda un motore Stirling, ma ogni motore Stirling può essere trasformato in una pompa di calore collegando un motore elettrico all’albero di uscita e facendo funzionare il motore elettrico.

Naturalmente i motori Stirling a bassa temperatura, progettati per funzionare su piccole differenze di temperatura, producono piccole differenze di temperatura solo quando sono azionati da un motore.

Quindi non provare a farlo con un motore Stirling a bassa differenza di temperatura.

Provare a motorizzare un motore riscaldato a fiamma

Ma, se si collega un motore elettrico all’albero di uscita di qualsiasi motore Stirling progettato per funzionare su differenze di temperatura più elevate e far funzionare il motore elettrico, un lato si scalda e l’altro lato si raffredda.

Puoi farlo anche con modelli molto semplici, quindi provalo.

I motori Stirling possono essere utilizzati come condizionatori d’aria

Ovviamente, i refrigeratori appositamente costruiti avranno prestazioni migliori rispetto ai motori che sono stati convertiti in refrigeratori.

Se si vuole costruire uno per aria condizionata una casa, sarete in competizione contro la tecnologia di raffreddamento del ciclo del vapore consolidata che è stata ridotta nel prezzo nel corso di molte generazioni di produzione.

Quindi, poiché la maggior parte delle persone prende le proprie decisioni di acquisto per nuovi frigoriferi e condizionatori d’aria basati in gran parte sul prezzo di acquisto iniziale e dal momento che un nuovo condizionatore Stirling engine sarebbe probabilmente inizialmente più costoso, questa non è un’applicazione che è probabile vedere in largo uso in qualunque momento presto.

Ma Stirling condizionatori d’aria del motore e frigoriferi stati costruiti.

Ma dove la tecnologia del ciclo Stirling brilla davvero è dove altre tecnologie non possono facilmente competere, ad esempio nei criocooler.

Criocooler

Se si desidera ottenere temperature molto fredde per l’elettronica di raffreddamento per ottenere la superconduttività o per scopi di ricerca, i motori Stirling specificamente progettati per essere refrigeratori sono una scelta eccellente.

Refrigeratori come questo sono stati originariamente sviluppati a Phillips Electronics nel 1950 e continuano ad essere venduti e utilizzati oggi.

Se ne avete bisogno per le vostre applicazioni industriali, sono disponibili.

I refrigeratori Stirling a due stadi possono produrre temperature fino a circa 20 gradi Kelvin, che è abbastanza freddo da liquefare idrogeno e neon.

Welfare per scienziati e ingegneri

Su questo argomento, sembra che non sia serio, ma in realtà lo sono.

Una certa parte del bilancio di ricerca del governo viene speso ogni anno per progetti di sviluppo di nuove tecnologie. Questa è una questione di ordine pubblico.

Nei molti anni in cui mi sono interessato ai motori Stirling, ho visto persone richiedere e ricevere borse di ricerca governative per sviluppare motori Stirling.

Perché questo è un problema?

Il problema di questa ricerca finanziata dal governo è che raramente si traduce in nuovi prodotti per le persone a comprare. I prodotti sono spesso progettati per un alto livello di efficienza, complessità e costi, che li rende impossibili da produrre e vendere commercialmente.

Prendere la società Sunpower di Atene, Ohio per esempio.

Hanno sviluppato un sacco di prodotti interessanti nel corso degli anni, ma cercare di trovare uno di loro sul mercato oggi. Non puoi davvero.

Il cliente è il prossimo assegno di ricerca governativo

Sunpower ha trascorso così tanti anni a creare prodotti interessanti che non hanno mai raggiunto il mercato, che la mia unica ipotesi può essere che in realtà non intendessero portare prodotti sul mercato.

Invece, hanno creato questi prodotti al fine di ottenere il prossimo round di soldi di ricerca del governo.

Non c’è nulla di necessariamente sbagliato in questo, basta ricordare che le sovvenzioni governative raramente si traducono in nuovi prodotti.

Se siete interessati a perché i progetti di ricerca, spesso non si traducono in nuovi prodotti, leggere la mia pagina sul perché i motori Stirling non sono più popolari.

Truffe di investimento

Molte aziende di motori Stirling sono andate e vengono nel corso degli anni. Sia la tecnologia che i mercati sono difficili, quindi suppongo che alcuni di questi dovrebbero essere previsti.

Ma c’è un tipo speciale di società che è venuto e andato che sembra non aver mai avuto alcuna intenzione di fare altro che raccogliere fondi dagli investitori e pagare alti stipendi agli amministratori.

Hanno sempre bellissimi siti web e bellissimi uffici. Spesso hanno anche un prototipo che hanno acquistato da uno sviluppatore.

Ma sembra che non ci sia stato alcun vero tentativo di portare i motori Stirling sul mercato con alcuni di questi truffatori/aziende.

Come lo fanno sembrare reale

Il prototipo di solito viene acquistato da un ingegnere che ha trascorso un’enorme quantità di tempo a svilupparlo.

Lo vende ai truffatori sulla storia che stanno per portare il suo prodotto sul mercato con la loro esperienza di marketing superiore.

Ne scattano foto, costruiscono un bellissimo sito web, pubblicano opuscoli lucidi, raccolgono un sacco di soldi dagli investitori e svaniscono nella storia.

Il ciclo Scam and Vanish sembra ripetersi

Questo è successo così tante volte che mi deprimo ogni volta che ne vedo uno nuovo.

Così, truffatori, si prega di trovare un diverso centro tecnologico le vostre truffe in giro.

Ovviamente c’è bisogno di nuovi soldi per gli investitori per fare il giusto tipo di sviluppo del motore Stirling, ma le aziende con una storia di avere un buon personale di marketing e nessun personale di ingegneria probabilmente non sono quelle per portare nuovi prodotti del motore Stirling sul mercato.

Perché i motori Stirling nelle auto sono improbabili

I motori Stirling hanno senso per molte applicazioni, ma alimentare le automobili non è uno di questi.

Perché?

1. Sono lenti all’avvio
2. È difficile cambiare rapidamente i livelli di potenza
3. Non accelerano rapidamente
4. Sono più pesanti e costosi

I motori Stirling Amano correre a velocità costante

Tutte queste cose, oltre al fatto che sono più costose di un tipico motore a combustione interna, le rendono un cattivo mix per le auto.

Veicoli ibridi

Ora che stiamo vedendo più veicoli ibridi, più persone stanno valutando quale impatto potrebbe avere un motore Stirling.

I motori Stirling hanno senso come fonte di energia in alcuni veicoli ibridi elettrici, ma, ancora una volta, tendono ad essere pesanti.

Se riesci a risolvere il problema del peso, potrebbero essere una buona partita.

Generatori di energia solare

Che dire dei motori Stirling per l’energia solare?

Sembra abbastanza ovvio che i motori Stirling possano essere utilizzati per funzionare con energia solare concentrata.

Il problema con questo approccio è che i programmi di ingegneria per sviluppare questi motori hanno solitamente avuto l’alta efficienza come obiettivo. Ciò significa che verranno utilizzate costose leghe ad alta temperatura e che quando il motore funziona come previsto, è troppo costoso competere con le celle solari.

Concentrating sunshine produce motori ad alta temperatura che devono utilizzare costosi metalli ad alta temperatura e, mentre sono state fatte molte ricerche in questo settore, oggi non sono disponibili prodotti commerciali sul mercato.

Motori Stirling a propulsione nucleare nello spazio profondo

I motori Stirling possono funzionare con qualsiasi forma di calore. Per quanto riguarda il motore, il calore di un isotopo nucleare è buono come qualsiasi altro tipo di calore.

Questo è stato ben studiato nei cosiddetti generatori di radioisotopi Stirling per l’uso nell’esplorazione spaziale.

Importante Quando i Satelliti non Sono Vicino al Sole

e ‘ facile pensare che le celle solari possono essere utilizzati ovunque nello spazio, ma non può.

Come un satellite vola più lontano dall’orbita della Terra intorno al Sole, solare densità è semplicemente non abbastanza per alimentare l’elettronica del tv e avete bisogno di un altro metodo per la produzione di energia.

I motori Stirling sono stati sviluppati per questa applicazione, utilizzando un isotopo radioattivo come fonte di calore collegata a un motore Stirling.

Più potenza Dallo stesso plutonio

I motori Stirling configurati in questo modo, possono produrre circa tre volte più elettricità di quanto otterrebbero utilizzando un dispositivo termoelettrico.

I motori possono essere sviluppati per funzionare quattro anni senza alcuna manutenzione.

Sunpower di Atene Ohio, costruisce questi per NASA⁵.

Si prega di commentare qui sotto

Grazie per aver letto questa pagina.

Si prega di lasciare le vostre domande, commenti o suggerimenti qui sotto.

Assicurati di controllare le nostre altre pagine sui motori Stirling fai-da-te.

1FOTO di credito: Ökofen

2Farley, R. (2018). “Sottomarini a propulsione indipendente dall’aria: furtivi, economici e il futuro?”L’interesse nazionale. Washington, D. C. Centro per l’Interesse Nazionale. Estratto dahttp://nationalinterest.org/blog/the-buzz/air-independent-propulsion-submarines-stealth-cheap-the-24245

3FOTO di credito: Janis

⁴Schreiber, J., & Wong, W. (2007). Generatore di radioisotopi Stirling avanzato per la scienza spaziale della NASA e le missioni di esplorazione. Cleveland, OH: National Aeronautics and Space Administration. Estratto da: https://web.archive.org/web/20120929064709/http://www.grc.nasa.gov/WWW/TECB/RPS_ASRG_%20Handout.pdf

⁵NATIONAL Aeronautics and Space Administration. (Aprile 2018). NASA Glenn Research Center. Estratto da https://tec.grc.nasa.gov/rps/stirling-research-lab/advanced-stirling-convertor/