根據本發明的膨脹機單元及脈管型自由活塞斯特林制冷機，膨脹機單元包括膨脹活塞、膨脹活塞彈簧、膨脹活塞桿、一級熱端換熱器、二級熱端換熱器、回熱器、脈沖管以及冷端換熱器，膨脹活塞管為直管用于連接制冷機的脈沖管，膨脹活塞管內具有柱形的熱交換腔和柱形的膨脹活塞腔，壓縮活塞管為直管，壓縮活塞管內具有柱形壓縮活塞腔，壓縮活塞腔與膨脹活塞腔同軸線且相連通，平行于壓縮活塞腔軸線，圓盤上設置有多個連通壓縮活塞腔與外部的通孔，壓縮活塞腔的內徑大于膨脹活塞腔的內徑，膨脹活塞腔的內徑大于熱交換腔的內徑，熱交換腔的內徑與脈沖管的內徑相同，膨脹活塞在膨脹活塞管中，壓縮活塞、膨脹活塞、壓縮活塞腔以及膨脹活塞腔構成壓縮腔。

技術領域

本發明屬于制冷領域，具體涉及一種膨脹機單元及脈管型自由活塞斯特林制冷機。

背景技術

低溫制冷機制冷作為一種重要的獲取低溫的方法，其廣泛應用于航空、軍事、超導、通信、電子、冶金、工業氣體液化以及生物醫療等領域。特別是近年來，我國航天事業的蓬勃發展，使得低溫制冷機在航空航天的應用需求越來越明顯，低溫制冷機在超導、紅外探測器以及氣體低溫液化方面的應用也越來越廣泛。

GLACIER(General Laboratory Active Cryogenic ISSExperimentRefrigerator)是NASA研制的第一臺可同時用于空間站及飛船兩個平臺的-80℃低溫存儲裝置，采用自由活塞斯特林制冷機制冷，在風模式下，可實現4℃至-95℃的制冷溫度；在水冷卻模式下，可實現4℃至-160℃的低溫存儲。為進一步提高在軌及上、下行過程中低溫存儲能力，NASA與阿拉巴馬大學伯明翰分校合作開發了單模塊單元尺寸(273x460x522mm)的低溫存儲產品Polar。該裝置同樣采用了自由活塞斯特林制冷機作為冷源，可實現-80℃低溫存儲及樣本運輸，最大保存容積為12.7L。

由于空間制冷對能耗有嚴格的要求，因此提高制冷機的效率一直就是空間制冷機的主流研究方向，目前主流的空間制冷機主要是斯特林制冷機和脈管制冷機，比較二者的理論制冷效率，從熱力學角度而言，同溫限工作下的脈管制冷機效率總是低于斯特林制冷機的。

脈管制冷機的效率之所以低于斯特林制冷機，主要是因為脈管制冷機不像斯特林制冷機有膨脹活塞這樣的結構將氣體的膨脹功“反饋”至壓縮腔，脈管熱端的膨脹功主要以熱量的形式通過調相機構如慣性管和小孔等耗散至環境中，造成脈管制冷機效率較低。

發明內容

為了在保證脈管制冷機自身優點的同時，提高其制冷效率，聲功回收型脈管制冷機應運而生。對于小冷量需求的場合，脈管制冷機在調相機構中耗散的聲功非常小，聲功回收的意義并不十分顯著，而對于在中高溫區制冷的大功率脈管制冷機而言，其熱端耗散的聲功十分可觀，對這部分聲功的有效回收有望大幅提高其制冷效率。因此，聲功回收型脈管制冷機在中溫區大冷量方面具有較高研究價值。

本發明的目的之一在于提供一種用于自由活塞斯特林制冷機的新型膨脹機單元及脈管型自由活塞斯特林制冷機。