[發(fā)明專利]采用全碳氣凝膠回熱填料的自由活塞式脈管制冷機

有效

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• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN103267383A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 甘智華;王博;劉東立;王龍一;張小斌;汪偉偉;劉雨夢;吳鎂;郭永祥
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種采用全碳氣凝膠回熱填料的自由活塞式脈管制冷機，包括由熱橋耦合的多個脈管制冷機單元，多個脈管制冷機單元中的至少一個包括依次連接的壓縮裝置、回熱器、冷端換熱器、脈管以及脈管熱端換熱器，其特征在于，所述脈管內(nèi)置有一個自由活塞系統(tǒng)，該自由活塞系統(tǒng)包括彈簧和自由活塞，自由活塞通過彈簧與脈管熱端換熱器相連；所述自由活塞是由氣凝膠柱構成，該氣凝膠柱與脈管間隙密封配合；多個脈管制冷機單元中的最低溫度級脈管制冷機單元的回熱器的低溫端填充有全碳氣凝膠層，其中，所述回熱器的低溫端是指回熱器在10K及10K以下工作溫區(qū)的部分。

2.根據(jù)權利要求1所述的采用全碳氣凝膠回熱填料的自由活塞式脈管制冷機，其特征在于：所述氣凝膠柱的長度為脈管長度的1/3-1/2。

3.根據(jù)權利要求1所述的采用全碳氣凝膠回熱填料的自由活塞式脈管制冷機，其特征在于：所述脈管制冷機單元為兩個，分為第一級預冷脈管制冷機單元和第二級低溫脈管制冷機單元，第一級預冷脈管制冷機單元和第二級低溫脈管制冷機單元內(nèi)采用的壓縮裝置為低頻壓縮機組；所述第二級低溫脈管制冷機單元的回熱器包括第二級預冷段回熱器、第二級預冷段回熱器冷端換熱器和第二級低溫段回熱器；

所述第一級預冷脈管制冷機單元和第二級低溫脈管制冷機單元之間通過連接在第一級預冷脈管制冷機單元的第一級冷端換熱器和第二級預冷段回熱器冷端換熱器之間的熱橋進行熱耦合；

所述第一級預冷脈管制冷機單元包括依次連接的第一級低頻壓縮機組、第一級回熱器、第一級冷端換熱器、第一級脈管、第一級脈管熱端換熱器以及第一級調(diào)相機構；

所述第二級低溫脈管制冷機單元包括依次連接的第二級低頻壓縮機組、第二級預冷段回熱器、第二級預冷段回熱器冷端換熱器、第二級低溫段回熱器、第二級冷端換熱器、第二級脈管以及第二級脈管熱端換熱器，所述第二級脈管內(nèi)置有第二級自由活塞，第二級自由活塞系統(tǒng)由第二級自由活塞和第二級彈簧組成，第二級自由活塞通過第二級彈簧與第二級脈管熱端換熱器相連；

所述第二級低溫段回熱器的低溫端填充有全碳氣凝膠層；所述第二級自由活塞是由與第二級脈管間隙配合的第二級氣凝膠柱構成。

4.根據(jù)權利要求3所述的采用全碳氣凝膠回熱填料的自由活塞式脈管制冷機，其特征在于，所述第一級調(diào)相機構包括：第一級氣庫，通過管路與所述第一級脈管熱端換熱器的連通；第一級小孔閥，設于所述第一級氣庫與所述第一級脈管熱端換熱器之間的管路上；第一級雙向進氣閥，一端與所述第一級低頻壓縮機組與第一級回熱器之間的管路連通，另一端與第一級小孔閥與所述第一級脈管熱端換熱器之間的管路連通。

5.根據(jù)權利要求1所述的采用全碳氣凝膠回熱填料的自由活塞式脈管制冷機，其特征在于：所述脈管制冷機單元為兩個，分為第一級預冷脈管制冷機單元和第二級低溫脈管制冷機單元，第一級預冷脈管制冷機單元和第二級低溫脈管制冷機單元內(nèi)采用的壓縮裝置為低頻壓縮機組；所述第二級低溫脈管制冷機單元的回熱器包括第二級預冷段回熱器、第二級預冷段回熱器冷端換熱器和第二級低溫段回熱器；

所述第一級預冷脈管制冷機單元和第二級低溫脈管制冷機單元之間通過連接在第一級預冷脈管制冷機單元的第一級冷端換熱器和第二級預冷段回熱器冷端換熱器之間的熱橋進行熱耦合；

所述第一級預冷脈管制冷機單元包括依次連接的第一級低頻壓縮機組、第一級回熱器、第一級冷端換熱器、第一級脈管、第一級脈管熱端換熱器；所述第一級脈管內(nèi)置有第一級自由活塞系統(tǒng)，第一級自由活塞系統(tǒng)由第一級自由活塞和第一級彈簧組成，第一級自由活塞通過第一級彈簧與第一級脈管熱端換熱器相連；

所述第二級低溫脈管制冷機單元包括依次連接的第二級低頻壓縮機組、第二級預冷段回熱器、第二級預冷段回熱器冷端換熱器、第二級低溫段回熱器、第二級冷端換熱器、第二級脈管以及第二級脈管熱端換熱器；所述第二級脈管內(nèi)置有第二級自由活塞系統(tǒng)，第二級自由活塞系統(tǒng)由第二級自由活塞和第二級彈簧組成，第二級自由活塞通過第二級彈簧與第二級脈管熱端換熱器相連；

所述第二級低溫段回熱器的低溫端填充有全碳氣凝膠層；所述第一級自由活塞是由與第一級脈管間隙配合的第一級氣凝膠柱構成，所述第二級自由活塞是由與第二級脈管間隙配合的第二級氣凝膠柱構成。

6.根據(jù)權利要求1所述的采用全碳氣凝膠回熱填料的自由活塞式脈管制冷機，其特征在于：所述脈管制冷機單元為三個，分為第一級預冷脈管制冷機單元、第二級低溫脈管制冷機單元和第三級低溫脈管制冷機單元；所述第一級預冷脈管制冷機單元、第二級低溫脈管制冷機單元和第三級低溫脈管制冷機單元內(nèi)采用的壓縮裝置為線性壓縮機；所述第二級預冷脈管制冷機單元的回熱器包括第二級預冷段回熱器、第二級預冷段回熱器冷端換熱器、第二級低溫段回熱器；所述第三級低溫脈管制冷機單元的回熱器包括第三級第一預冷段回熱器、第三級第一預冷段回熱器冷端換熱器、第三級第二預冷段回熱器、第三級第二預冷段回熱器冷端換熱器、第三級低溫段回熱器；

所述第一級預冷脈管制冷機單元包括依次連接的第一級線性壓縮機、第一級回熱器、第一級冷端換熱器、第一級脈管以及第一級脈管熱端換熱器，第一級脈管內(nèi)置有第一級自由活塞系統(tǒng)，第一級自由活塞系統(tǒng)由第一級自由活塞和第一級彈簧組成，第一級自由活塞通過第一級彈簧與第一級脈管熱端換熱器相連；

所述第二級預冷脈管制冷機單元包括依次連接的第二級線性壓縮機、第二級預冷段回熱器、第二級預冷段回熱器冷端換熱器、第二級低溫段回熱器、第二級冷端換熱器、第二級脈管以及第二級脈管熱端換熱器，第二級脈管內(nèi)置有第二級活塞系統(tǒng)，第二級自由活塞系統(tǒng)由第二級自由活塞和第二級彈簧組成，第二級自由活塞通過第二級彈簧與第二級脈管熱端換熱器相連；

所述第三級低溫脈管制冷機單元包括依次連接的第三級線性壓縮機、第三級第一預冷段回熱器、第三級第一預冷段回熱器冷端換熱器、第三級第二預冷段回熱器、第三級第二預冷段回熱器冷端換熱器、第三級低溫段回熱器、第三級冷端換熱器、第三級脈管以及第三級脈管熱端換熱器，其中，第三級脈管內(nèi)置有第三級活塞系統(tǒng)，第三級自由活塞系統(tǒng)由第三級自由活塞和第三級彈簧組成，第三級自由活塞通過第三級彈簧與第三級脈管熱端換熱器相連；

所述第一級預冷脈管制冷機單元、第二級預冷脈管制冷機單元和第三級低溫脈管制冷機單元通過連接在第一級預冷脈管制冷機單元的第一級冷端換熱器、第二級預冷段回熱器冷端換熱器以及第三級第一預冷段回熱器冷端換熱器之間的第一級熱橋進行一次熱耦合，第二級預冷脈管制冷機單元和第三級低溫脈管制冷機單元通過連接在第三級第二預冷段回熱器冷端換熱器以及第二級預冷脈管制冷機單元的第二級冷端換熱器的第二級熱橋進行二次熱耦合；

所述第三級低溫段回熱器的低溫端填充有全碳氣凝膠層，所述第一級自由活塞是由與第一級脈管間隙配合的第一級氣凝膠柱構成，所述第二級自由活塞是由與第二級脈管間隙配合的第二級氣凝膠柱構成，所述第三級自由活塞是由與第三級脈管間隙配合的第三級氣凝膠柱構成。