[实用新型]采用全碳气凝胶回热填料的自由活塞式脉管制冷机

权利要求书

1.一种采用全碳气凝胶回热填料的自由活塞式脉管制冷机，包括由热桥耦合的多个脉管制冷机单元，多个脉管制冷机单元中的至少一个包括依次连接的压缩装置、回热器、冷端换热器、脉管以及脉管热端换热器，其特征在于，所述脉管内置有一个自由活塞系统，该自由活塞系统包括弹簧和自由活塞，自由活塞通过弹簧与脉管热端换热器相连；所述自由活塞是由气凝胶柱构成，该气凝胶柱与脉管间隙密封配合；多个脉管制冷机单元中的最低温度级脉管制冷机单元的回热器的低温端填充有全碳气凝胶层，其中，所述回热器的低温端是指回热器在10K及10K以下工作温区的部分。

2.根据权利要求1所述的采用全碳气凝胶回热填料的自由活塞式脉管制冷机，其特征在于：所述气凝胶柱的长度为脉管长度的1/3-1/2。

3.根据权利要求1所述的采用全碳气凝胶回热填料的自由活塞式脉管制冷机，其特征在于：所述脉管制冷机单元为两个，分为第一级预冷脉管制冷机单元和第二级低温脉管制冷机单元，第一级预冷脉管制冷机单元和第二级低温脉管制冷机单元内采用的压缩装置为低频压缩机组；所述第二级低温脉管制冷机单元的回热器包括第二级预冷段回热器、第二级预冷段回热器冷端换热器和第二级低温段回热器；

所述第一级预冷脉管制冷机单元和第二级低温脉管制冷机单元之间通过连接在第一级预冷脉管制冷机单元的第一级冷端换热器和第二级预冷段回热器冷端换热器之间的热桥进行热耦合；

所述第一级预冷脉管制冷机单元包括依次连接的第一级低频压缩机组、第一级回热器、第一级冷端换热器、第一级脉管、第一级脉管热端换热器以及第一级调相机构；

所述第二级低温脉管制冷机单元包括依次连接的第二级低频压缩机组、第二级预冷段回热器、第二级预冷段回热器冷端换热器、第二级低温段回热器、第二级冷端换热器、第二级脉管以及第二级脉管热端换热器，所述第二级脉管内置有第二级自由活塞，第二级自由活塞系统由第二级自由活塞和第二级弹簧组成，第二级自由活塞通过第二级弹簧与第二级脉管热端换热器相连；

所述第二级低温段回热器的低温端填充有全碳气凝胶层；所述第二级自由活塞是由与第二级脉管间隙配合的第二级气凝胶柱构成。

4.根据权利要求3所述的采用全碳气凝胶回热填料的自由活塞式脉管制冷机，其特征在于，所述第一级调相机构包括：第一级气库，通过管路与所述第一级脉管热端换热器的连通；第一级小孔阀，设于所述第一级气库与所述第一级脉管热端换热器之间的管路上；第一级双向进气阀，一端与所述第一级低频压缩机组与第一级回热器之间的管路连通，另一端与第一级小孔阀与所述第一级脉管热端换热器之间的管路连通。

5.根据权利要求1所述的采用全碳气凝胶回热填料的自由活塞式脉管制冷机，其特征在于：所述脉管制冷机单元为两个，分为第一级预冷脉管制冷机单元和第二级低温脉管制冷机单元，第一级预冷脉管制冷机单元和第二级低温脉管制冷机单元内采用的压缩装置为低频压缩机组；所述第二级低温脉管制冷机单元的回热器包括第二级预冷段回热器、第二级预冷段回热器冷端换热器和第二级低温段回热器；

所述第一级预冷脉管制冷机单元和第二级低温脉管制冷机单元之间通过连接在第一级预冷脉管制冷机单元的第一级冷端换热器和第二级预冷段回热器冷端换热器之间的热桥进行热耦合；

所述第一级预冷脉管制冷机单元包括依次连接的第一级低频压缩机组、第一级回热器、第一级冷端换热器、第一级脉管、第一级脉管热端换热器；所述第一级脉管内置有第一级自由活塞系统，第一级自由活塞系统由第一级自由活塞和第一级弹簧组成，第一级自由活塞通过第一级弹簧与第一级脉管热端换热器相连；

所述第二级低温脉管制冷机单元包括依次连接的第二级低频压缩机组、第二级预冷段回热器、第二级预冷段回热器冷端换热器、第二级低温段回热器、第二级冷端换热器、第二级脉管以及第二级脉管热端换热器；所述第二级脉管内置有第二级自由活塞系统，第二级自由活塞系统由第二级自由活塞和第二级弹簧组成，第二级自由活塞通过第二级弹簧与第二级脉管热端换热器相连；

所述第二级低温段回热器的低温端填充有全碳气凝胶层；所述第一级自由活塞是由与第一级脉管间隙配合的第一级气凝胶柱构成，所述第二级自由活塞是由与第二级脉管间隙配合的第二级气凝胶柱构成。

6.根据权利要求1所述的采用全碳气凝胶回热填料的自由活塞式脉管制冷机，其特征在于：所述脉管制冷机单元为三个，分为第一级预冷脉管制冷机单元、第二级低温脉管制冷机单元和第三级低温脉管制冷机单元；所述第一级预冷脉管制冷机单元、第二级低温脉管制冷机单元和第三级低温脉管制冷机单元内采用的压缩装置为线性压缩机；所述第二级预冷脉管制冷机单元的回热器包括第二级预冷段回热器、第二级预冷段回热器冷端换热器、第二级低温段回热器；所述第三级低温脉管制冷机单元的回热器包括第三级第一预冷段回热器、第三级第一预冷段回热器冷端换热器、第三级第二预冷段回热器、第三级第二预冷段回热器冷端换热器、第三级低温段回热器；

所述第一级预冷脉管制冷机单元包括依次连接的第一级线性压缩机、第一级回热器、第一级冷端换热器、第一级脉管以及第一级脉管热端换热器，第一级脉管内置有第一级自由活塞系统，第一级自由活塞系统由第一级自由活塞和第一级弹簧组成，第一级自由活塞通过第一级弹簧与第一级脉管热端换热器相连；

所述第二级预冷脉管制冷机单元包括依次连接的第二级线性压缩机、第二级预冷段回热器、第二级预冷段回热器冷端换热器、第二级低温段回热器、第二级冷端换热器、第二级脉管以及第二级脉管热端换热器，第二级脉管内置有第二级活塞系统，第二级自由活塞系统由第二级自由活塞和第二级弹簧组成，第二级自由活塞通过第二级弹簧与第二级脉管热端换热器相连；

所述第三级低温脉管制冷机单元包括依次连接的第三级线性压缩机、第三级第一预冷段回热器、第三级第一预冷段回热器冷端换热器、第三级第二预冷段回热器、第三级第二预冷段回热器冷端换热器、第三级低温段回热器、第三级冷端换热器、第三级脉管以及第三级脉管热端换热器，其中，第三级脉管内置有第三级活塞系统，第三级自由活塞系统由第三级自由活塞和第三级弹簧组成，第三级自由活塞通过第三级弹簧与第三级脉管热端换热器相连；

所述第一级预冷脉管制冷机单元、第二级预冷脉管制冷机单元和第三级低温脉管制冷机单元通过连接在第一级预冷脉管制冷机单元的第一级冷端换热器、第二级预冷段回热器冷端换热器以及第三级第一预冷段回热器冷端换热器之间的第一级热桥进行一次热耦合，第二级预冷脉管制冷机单元和第三级低温脉管制冷机单元通过连接在第三级第二预冷段回热器冷端换热器以及第二级预冷脉管制冷机单元的第二级冷端换热器的第二级热桥进行二次热耦合；

所述第三级低温段回热器的低温端填充有全碳气凝胶层，所述第一级自由活塞是由与第一级脉管间隙配合的第一级气凝胶柱构成，所述第二级自由活塞是由与第二级脉管间隙配合的第二级气凝胶柱构成，所述第三级自由活塞是由与第三级脉管间隙配合的第三级气凝胶柱构成。