[发明专利]一种脉管型自由活塞斯特林制冷机及制冷方法

权利要求书

1.一种脉管型自由活塞斯特林制冷机，其特征在于，包括：

直线电机、压缩单元、膨胀机单元以及机架，

其中，所述机架包括法兰、膨胀活塞管、压缩活塞管、二级热端换热器以及底座，

所述法兰呈圆盘形状，该法兰的一侧面设置有同心的圆盘，另一侧面与所述底座相连，

所述膨胀活塞管为直通管，一端与所述圆盘相连，另一端为自由端，用于连接制冷机的脉冲管，所述膨胀活塞管内具有柱形膨胀活塞腔，

所述压缩活塞管为直通管，设置在所述底座中，一端与所述法兰相连，另一端为自由端，所述压缩活塞管内具有柱形压缩活塞腔，所述压缩活塞腔与所述膨胀活塞腔同轴线且相连通，

所述二级热端换热器设置在所述膨胀活塞管内，

平行于所述压缩活塞腔轴线，所述圆盘上设置有多个连通所述压缩活塞腔与外部的通孔，

所述压缩活塞腔的内径大于所述膨胀活塞腔的内径，所述膨胀活塞腔的内径与所述脉冲管的内径是相同的，

所述直线电机包括外轭铁、内轭铁以及动子，所述外轭铁、所述内轭铁分别设置在所述机架上且外轭铁、内轭铁之间具有间隙，所述动子设置在所述间隙中，

所述压缩单元具有压缩活塞、压缩活塞弹簧，所述压缩活塞弹簧通过连接件与所述机架固定连接，所述压缩活塞设置在所述压缩活塞管中，一端与所述动子相连且与所述压缩活塞弹簧相连，另一端为自由端，

所述膨胀机单元包括膨胀活塞、膨胀活塞弹簧、膨胀活塞杆、脉冲管、冷端换热器、导流器、一级热端换热器、回热器，

所述一级热端换热器呈圆筒状，套在所述膨胀活塞管的外壁上且设置在所述圆盘的端面上，

所述脉冲管的一端与所述膨胀活塞管相连，另一端与所述冷端换热器相连，所述冷端换热器位于所述脉冲管的开口端，

所述导流器设置在所述脉冲管一端且位于所述脉冲管内，

所述回热器呈圆筒状，设置在所述脉冲管的外侧，一端与所述冷端换热器相连，另一端与所述一级热端换热器相连，

所述膨胀活塞在所述膨胀活塞管中，所述膨胀活塞弹簧通过连接件与所述机架固定连接，所述膨胀活塞杆的一端与所述膨胀活塞相连，另一端穿过所述压缩活塞、所述压缩活塞弹簧后与所述膨胀活塞弹簧相连，

所述压缩活塞、所述膨胀活塞、所述压缩活塞腔以及所述膨胀活塞腔构成压缩腔，

所述膨胀活塞、所述二级热端换热器以及所述膨胀活塞腔构成膨胀腔，所述膨胀腔与所述压缩腔同轴布置。

2.根据权利要求1所述的脉管型自由活塞斯特林制冷机的制冷方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述膨胀活塞从下止点开始向上运动至上止点；

所述压缩活塞运动至下止点；

所述膨胀活塞将所述膨胀腔内的声波推回至所述脉冲管中；

工质气体在所述脉冲管内膨胀吸热，产生制冷效应；

在所述脉冲管顶部靠近所述导流器处达到最低制冷温度；

产生的冷量通过所述冷端换热器导出至用冷环境；

声波工质再沿原路径返回所述回热器内并与填料充分接触换热，吸收所述回热器内的热量后，重新返回所述压缩腔等待下一次压缩。

3.根据权利要求2所述的脉管型自由活塞斯特林制冷机的制冷方法，其特征在于：

其中，所述回热器呈筒状，采用聚酯类薄膜制成。

4.根据权利要求2所述的脉管型自由活塞斯特林制冷机的制冷方法，其特征在于：

在所述冷端换热器和所述回热器之间还设置有第一滤层，所述第一滤层呈筒状，采用不锈钢丝网制成。

5.根据权利要求2所述的脉管型自由活塞斯特林制冷机的制冷方法，其特征在于：

在所述一级热端换热器和所述回热器之间还设置有第二滤层，所述第二滤层呈筒状，采用脱脂羊毛制成。