微型焦湯制冷器的研究進(jìn)展及展望

沈智峰，崔曉鈺，王 軍

(上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200093)

1 前言

大多數(shù)紅外探測(cè)器組件的運(yùn)行往往要求較低的工作溫度以及較短的制冷時(shí)間，而到達(dá)這種要求的技術(shù)手段有很多種，利用焦耳－湯姆遜節(jié)流致冷效應(yīng)(以下簡稱J－T效應(yīng))的微型焦湯制冷器具備體積小、制冷溫度低、降溫速度快、低溫端無運(yùn)動(dòng)部件、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于紅外探測(cè)和成像設(shè)備中會(huì)是一種非常有效的制冷手段。

在氣體液化和低溫制冷技術(shù)中，利用實(shí)際氣體的焦耳－湯姆遜節(jié)流致冷效應(yīng)是一種最常用的方法，而且早在1895年，一次J－T效應(yīng)節(jié)流制冷循環(huán)就用于工業(yè)上的氣體液化［1］。微型J－T效應(yīng)制冷器的研制始于20世紀(jì)50年代，它通常由逆流回?zé)釗Q熱器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器組成。一般采用管徑細(xì)小(為 0.5～1 mm)的不銹鋼管，管外繞肋片后再在芯軸上繞成螺旋管，不銹鋼管的一端裝有節(jié)流元件(固定或可調(diào)小孔、毛細(xì)管或多孔材料)，然后插入杜瓦管。節(jié)流后的氣液混合物在杜瓦管底部(稱為頭部蒸發(fā)腔)蒸發(fā)制冷，杜瓦管內(nèi)壁與芯軸間的環(huán)形縫隙是返流氣體的通道，用返流的低壓氣體來預(yù)冷節(jié)流前的高壓熱氣流［1］，如圖1所示。

圖1 具有逆流回?zé)釗Q熱器的單級(jí)J－T效應(yīng)制冷器Fig.1 One stage J－T crycooler

近年來，研究人員對(duì)微型J－T效應(yīng)制冷器的結(jié)構(gòu)、制冷系統(tǒng)及混合工質(zhì)的運(yùn)用三個(gè)方面都做了大量研究，這些研究都有力地推動(dòng)了微型J－T效應(yīng)制冷器的發(fā)展。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析

2.1 J－T效應(yīng)制冷器結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

節(jié)流元件作用是降壓獲取低溫，主要結(jié)構(gòu)形式有:微孔、多孔粉末冶金片、毛細(xì)管等?；?zé)釗Q熱器以返流預(yù)冷來流，以螺旋管翅式居多。J－T效應(yīng)制冷器按蒸發(fā)腔外形可劃分為柱形、塔形和平板式等。按氣流控制分為開放式和自調(diào)式，其中自調(diào)節(jié)式從最初的波紋管、雙金屬材料、壓電陶瓷到近期的記憶合金等。按與被冷卻器件連接方式分類，則有整體式、模塊式和噴射式。關(guān)于近年來J－T效應(yīng)制冷器結(jié)構(gòu)的研究文獻(xiàn)綜述如下:

1998 年，H.J.Holland［2］等人研發(fā)了兩種微型焦湯制冷器并對(duì)其做了實(shí)驗(yàn)研究。兩者換熱段擁有相同的內(nèi)外管徑(內(nèi)管內(nèi)徑0.1 mm，壁厚0.13 mm，外觀內(nèi)徑0.53 mm，壁厚0.07 mm)，區(qū)別在于一種換熱器換熱段長度為270 mm，而另一種為105 mm。兩者的最低冷端溫度均能達(dá)到82 K。圖2為其中一種的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 微型焦湯制冷器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The structure diagram of the micro J－T crycooler

1999 年，S.Pradeep Narayanan 和G.Venkatarathnam［3］對(duì)一種微型J－T制冷器(圖3)進(jìn)行了數(shù)值模擬，用以理解其內(nèi)部復(fù)雜的對(duì)流及導(dǎo)熱問題并同時(shí)提出了對(duì)這種換熱器的一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。這種J－T制冷器的所有元器件均被刻在了薄玻璃或者不銹鋼薄板上，厚度為1～2 mm，制作寬度一般為10～20 mm，長度為50～100 mm，通道為矩形通道，大小為200 μm ×30 μm。

圖3 微型制冷器結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The structure diagram of the micro J－T crycooler

2007年，Lerou［4］在玻璃圓片上運(yùn)用刻蝕加工技術(shù)制作了微J－T效應(yīng)制冷器，由三層玻璃薄片組成，層間刻蝕有矩形槽道，做成的換熱器共有8種不同設(shè)計(jì)14個(gè)樣品，槽深從2～4 mm，長度從15～35 mm，采用氮?dú)鉃楣べ|(zhì)。目標(biāo)制冷量10 mW，頂端溫度96 K。測(cè)量最大可達(dá)到制冷量20 mW，頂端溫度100 K。

2010 年，Adhika Widyaparaga［5］實(shí)驗(yàn)了 50 mm長軟線型同心逆流回?zé)崞?如圖4和圖5所示)(外層材料為聚醚醚酮，外徑0.6 mm，壁厚0.1 mm，內(nèi)層是同心不銹鋼，外徑0.3 mm，內(nèi)徑0.1 mm)微小J－T效應(yīng)制冷器。工質(zhì)分別C2H4、CO2、N2純工質(zhì)，實(shí)驗(yàn)顯示乙烯節(jié)流制冷效果最好。同時(shí)采用換熱和流動(dòng)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式分布計(jì)算了此微小J－T效應(yīng)制冷器流量和頂部溫度，并且與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比。研究表明在此裝置中焦湯效應(yīng)相比回?zé)釗Q熱對(duì)制冷的影響更為重要。同時(shí)評(píng)估了入口效應(yīng)、粗糙度和軸向?qū)岬淖饔谩?/p>

圖4 線形焦湯制冷器尺寸圖Fig.4 The dimension figure of the wire-type J－T crycooler

圖5 線形焦湯制冷器蒸發(fā)器尺寸圖Fig.5 The dimension figure of the wire-type J－ T crycooler’s evaporator

2010 年，美國科羅拉多大學(xué) M H Lin［6－7］等實(shí)驗(yàn)研究的微型焦湯制冷器采用毛細(xì)玻璃管中內(nèi)置六個(gè)中空玻璃纖維管，玻璃纖維管內(nèi)為高壓來流，小管與大管間為低壓返流，頂端為平板型，節(jié)流元件為J－T膨脹閥，結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。采用5種成分組成的混合工質(zhì)，實(shí)驗(yàn)極端制冷溫度可以達(dá)到77K。

圖6 J－T效應(yīng)制冷器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 The structure diagram of the micro J－T crycooler

2012年，江慶［8］等人介紹了節(jié)流制冷器的工作原理和設(shè)計(jì)過程，輔以懲罰函數(shù)法的優(yōu)化方法設(shè)計(jì)了閉式節(jié)流制冷器的兩種結(jié)構(gòu)形式，其熱交換器的結(jié)構(gòu)均為螺旋肋片管盤管，區(qū)別在于一種繞制了兩層肋片管，而另一種繞制了三層。其制冷性能對(duì)比如表1所示。

表1 微型焦湯制冷器制冷性能對(duì)比Tab.1 The refrigeration performance comparison of two micro J－T crycoolers

從表格可發(fā)現(xiàn)，兩層的節(jié)流制冷器要比三層的降溫快，但制冷溫度相對(duì)三層來說要高，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇兩層或三層節(jié)流制冷器，從而達(dá)到滿足不同使用要求的目的。

2012 年，Yuanyuan Zhou［9］等人對(duì)一種螺旋套管換熱器做了熱力優(yōu)化分析，這種換熱器運(yùn)用于焦湯制冷系統(tǒng)中。他們引入了“運(yùn)作損失”這么一個(gè)概念，其綜合考慮了換熱器運(yùn)行過程中熱力性能和水力性能的損失，并以此作為一種優(yōu)化螺旋套管換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)的判定參數(shù)。

2012年，姚青華［10］研發(fā)了一種錐形自調(diào)式節(jié)流制冷器，與傳統(tǒng)波紋管型自調(diào)式節(jié)流制冷器相比，有制冷速度快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等特點(diǎn)。其制冷時(shí)間在6 s左右，制冷溫度可達(dá)到88K左右。

2.2 J－T效應(yīng)制冷器制冷系統(tǒng)研究進(jìn)展

J－T效應(yīng)制冷器制冷系統(tǒng)通常包括壓縮機(jī)、換熱器、節(jié)流元件及蒸發(fā)器。按制冷級(jí)數(shù)可分為單級(jí)和多級(jí)。對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)往往能使J－T效應(yīng)制冷器的冷端達(dá)到更低的溫度，達(dá)到更好的能效比，獲得更大的制冷量，近年來文獻(xiàn)綜述如下:

2004 年，M.Q.Gong［11］等人研究了運(yùn)行混合工質(zhì)的三種焦湯制冷系統(tǒng)。研究表明，不同的制冷系統(tǒng)擁有不同的最優(yōu)混合物配比;對(duì)于擁有分相器的制冷系統(tǒng)，混合工質(zhì)中含有較多高沸點(diǎn)的成分將提升其熱力性能;當(dāng)三種制冷系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)用最優(yōu)混合物運(yùn)行時(shí)，三者表現(xiàn)出相近的熱力性能。

2008 年，Jianlin YU［12］在蒸發(fā)腔后加入抽吸噴射裝置構(gòu)成新的焦湯閉式制冷循環(huán)(如圖7所示)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示制冷效率和制冷量都得到顯著提升。

圖7 制冷循環(huán)系統(tǒng)圖Fig.7 The system diagram of the refrigeration cycle

2008年，劉剛［13］介紹了多種運(yùn)用于紅外探測(cè)和成像設(shè)備的焦湯制冷系統(tǒng)，并表明在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了研發(fā)制冷性能更好的節(jié)流制冷器，往往會(huì)綜合運(yùn)用多種制冷系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)。

2011 年，H.S.Cao［14］等人設(shè)計(jì)了一種二級(jí)制冷的焦湯制冷器，系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)圖如圖8和圖9所示，該制冷器由三層玻璃薄片組成，外層有一層鍍金層以減少制冷器的熱輻射損失。預(yù)冷循環(huán)蝕刻在中層，制冷循環(huán)蝕刻在底層。通過所建立的動(dòng)態(tài)有限元模型分析了該焦湯制冷器的制冷性能并計(jì)算得到了能滿足制冷要求的該種制冷器所能達(dá)到的最小尺寸，大小為20.4 mm×85.8 mm×0.72 mm，其一階段制冷所能達(dá)到的制冷量為50 mW，頂端溫度為97 K，二階段制冷所能達(dá)到的制冷量為20 mW，頂端溫度為28 K。

圖8 制冷循環(huán)系統(tǒng)圖Fig.8 The system diagram of the refrigeration cycle

圖9 微型焦湯制冷器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 The structure diagram of the micro J－T crycooler

2012 年，Maoqiong Gong［15］等人設(shè)計(jì)，制造并測(cè)試了一種二級(jí)制冷的運(yùn)行混合工質(zhì)的焦湯制冷器，主路循環(huán)及預(yù)冷循環(huán)中所運(yùn)用的換熱器均為套管式換熱器，J－T膨脹閥均運(yùn)用的是毛細(xì)管。在沒有熱負(fù)荷的情況下，冷端溫度可以達(dá)到75.5K。在達(dá)到99K的時(shí)候可以獲得110 W的制冷量。

2012 年，Yoichi Sato［16］等人對(duì)一種運(yùn)用于日本“Astro－H”衛(wèi)星上的機(jī)械制冷器進(jìn)行了熱力性能及可靠性的優(yōu)化。對(duì)此焦湯制冷器制冷系統(tǒng)的修正改進(jìn)主要有兩方面，一方面是對(duì)壓縮機(jī)性能的改進(jìn)，另一方面是在高壓入流至換熱器之間加入了吸氣劑，以清理工質(zhì)中的雜質(zhì)。焦湯制冷器冷端溫度在達(dá)到4.5 K的情況下可以獲得40 mW的制冷量，并且經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，它還能做到更低的制冷溫度及更大的制冷量。

2013 年，Jisung Lee［17］等人設(shè)計(jì)了幾種有預(yù)冷階段的制冷系統(tǒng)用來提高以氖氮作為混合物的焦湯制冷器的制冷效率。一般的焦湯制冷器冷端溫度在80K以上時(shí)才能表現(xiàn)出良好的熱力性能，而這里所提出的經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的具備預(yù)冷系統(tǒng)的焦湯制冷器，可以做到更低的制冷溫度及更高的能效比。

2.3 J－T效應(yīng)制冷器混合工質(zhì)研究進(jìn)展

采用混合工質(zhì)比運(yùn)用純工質(zhì)的J－T效應(yīng)制冷器制冷能力顯著提高、運(yùn)行壓力降低、降溫速度縮短，這些優(yōu)勢(shì)在許多文獻(xiàn)中一再被證實(shí)。近年來文獻(xiàn)綜述如下:

1994年，美國W A Little教授在混合工質(zhì)中加入小量滅火劑CF3Br解決了混合工質(zhì)可燃［18］問題。

1995年，羅二倉和周遠(yuǎn)［19］報(bào)告了國內(nèi)外運(yùn)用混合工質(zhì)的焦湯制冷器的研究情況。從其報(bào)告文獻(xiàn)表明，相較于純工質(zhì)，運(yùn)用混合工質(zhì)可使得焦湯制冷器獲得更大的制冷量及更高的熱效率。

1996 年，許名堯、何雅玲［20－21］等發(fā)表多篇文章對(duì)氮?dú)夂头航M成的混合工質(zhì)進(jìn)行了節(jié)流特性和相平衡分析，認(rèn)為可以取代氮?dú)夂屯闊N或者烯烴混合工質(zhì)。

1999年，羅二倉［22］等人報(bào)道了他們研發(fā)的針對(duì)運(yùn)用于不同場合的節(jié)流制冷系統(tǒng)的混合工質(zhì)。

2001年，浙江大學(xué)陳琪［23］對(duì)兩元混合工質(zhì)小型J－T效應(yīng)制冷機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和熱力學(xué)分析研究。

2006年，Maytal采用9種工質(zhì)組成混合工質(zhì)［24］(氮?dú)?、氬氣、甲烷、R14、乙炔、乙烷、丙烷、異丁烷、異戊烷。)用智能優(yōu)化法優(yōu)選比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，擁有更多成分的混合工質(zhì)可以做到更大的制冷量，但同時(shí)要求配備更大的回?zé)釗Q熱器;制冷器冷端溫度達(dá)到90 K和80 K的最優(yōu)化混合物所做到了制冷量差不多;混合工質(zhì)在制冷器冷端溫度達(dá)到80 K時(shí)，其能使得換熱器達(dá)到的緊湊度比純氮?dú)夤べ|(zhì)多出50%，但在制冷器冷端溫度達(dá)到90 K時(shí)，沒有一種混合工質(zhì)可以使得換熱器的緊湊度比純氬氣做的高。

2007 年，J M Pfotenhauer，J F Pettitt等［25］對(duì)混合工質(zhì)單級(jí)壓縮多頭J－T效應(yīng)制冷器進(jìn)行研究，混合工質(zhì)采用了氮?dú)?9%、乙烷55%、甲烷6%，建立了一種綜合考慮各種因素的模型來對(duì)混合工質(zhì)JT效應(yīng)制冷器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2010年，M H Lin等［6］發(fā)表五種組分組成(氮、乙烷、甲烷、丙烷、氖。)的混合工質(zhì)微型焦湯制冷器的研究論文。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，混合工質(zhì)能在更小的質(zhì)量流量及高低壓比的情況下，做到與純工質(zhì)相同的制冷量。

在功率突變時(shí),λ1無法跟隨系統(tǒng)做出相應(yīng)改變,雖然對(duì)開關(guān)動(dòng)作次數(shù)的放大倍數(shù)沒變,但是由于給定功率發(fā)生了變化,功率誤差也會(huì)有相應(yīng)的浮動(dòng),此時(shí),定系數(shù)降頻控制策略的開關(guān)函數(shù)在代價(jià)函數(shù)中的比重反向改變。假設(shè)給定功率由3 000 W突變?yōu)? 500 W,穩(wěn)定后,功率誤差絕對(duì)值之和也會(huì)降低,此時(shí),為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定跟蹤,開關(guān)函數(shù)系數(shù)應(yīng)當(dāng)相應(yīng)降低,而λ1未改變,那么開關(guān)函數(shù)在代價(jià)函數(shù)中的比重反而上升,造成了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能下降。而在變系數(shù)降頻控制策略中,由于同時(shí)考慮了給定功率和功率誤差,在功率突變時(shí),λ2會(huì)做出相應(yīng)的改變,依然維持著高品質(zhì)的功率跟蹤。

2010年，浙江大學(xué)王勤［26］研究的兩元混合工質(zhì)小型J－T效應(yīng)制冷器涉及6種混合工質(zhì)搭配(R23/R134a、R23/R227ea、R23/R236ea、R170/R290、R170/R600a及 R170/R600)。經(jīng)研究表明，混合物組份配比及運(yùn)行壓力的大小將決定J－T效應(yīng)制冷器的制冷性能。同年浙江大學(xué)張紹志［27］研究采用復(fù)疊式制冷的J－T冷凍醫(yī)療手術(shù)設(shè)備的性能，工質(zhì)為R50、R23、R600A混合物，組份經(jīng)過優(yōu)化配比，使得這種J－T冷凍醫(yī)療手術(shù)設(shè)備達(dá)到更低的制冷溫度及更大的制冷量。

2010 年，N.S.Walimbe等［28］實(shí)驗(yàn)研究了三組運(yùn)用于閉式J－T制冷系統(tǒng)的混合工質(zhì)(①氖、氮?dú)?、甲烷、乙烷、丙烷、異丁?②R134a、R404A、R23 及氮?dú)?③R134a、R404A、R23、氮?dú)饧凹淄?，由實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)非可燃混合物更適合運(yùn)用于制冷溫度相對(duì)較高的領(lǐng)域;要提高運(yùn)用于制冷溫度相對(duì)較高領(lǐng)域的制冷器的制冷性能，運(yùn)用包含最少可燃工質(zhì)的混合物(例如由R134a、R404A、R23、氮?dú)饧凹淄榻M成的混合物)是一種方法。

2011 年，N.Lakshmi Narasimhan 和 G.Venkatarathnam［29］研究了混合物成分變化對(duì)焦湯制冷器熱力性能的影響，混合工質(zhì)由氮?dú)?、甲烷、乙烷及丙烷組成。經(jīng)研究表明:制冷量由系統(tǒng)運(yùn)行壓力決定，而系統(tǒng)運(yùn)行壓力將根據(jù)混合物成分的變化而變化;擁有最好的制冷效應(yīng)的混合物組分不一定能獲得最大的制冷量;在給定混合物組分的情況下，通過選擇合適的換熱器及節(jié)流管的長度，制冷器可以達(dá)到最好的熱力性能。

2012 年，H.M.Skye［30］等人通過對(duì)一種有預(yù)冷系統(tǒng)的，采用混合工質(zhì)的冷凍探針建立了一種經(jīng)驗(yàn)修正模型，并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)和優(yōu)化研究，混合工質(zhì)由氬氣、R14及R23組成。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)驗(yàn)修正模型與等溫焓差模型及夾點(diǎn)模型相比，在預(yù)測(cè)制冷量方面具備更好的準(zhǔn)確性。同時(shí)，這三種模型又被用來預(yù)測(cè)二元混合工質(zhì)(R14，R23)在冷凍探針中的最佳分配方案，經(jīng)驗(yàn)修正模型所測(cè)得最佳混合物分配方案中，高沸點(diǎn)成分相對(duì)居多。

2013 年，Ryan Lewis［31］等人設(shè)計(jì)了四組運(yùn)用于焦湯制冷器的混合工質(zhì)(①甲烷、乙烷、乙烯、異丁烷、異己烷;②甲烷、乙烷、乙烯、異丁烷、異戊烷;③甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷、戊烷;④甲烷、乙烯、丙烷、丁烷、戊烷)。運(yùn)行壓力范圍為0.1～0.4MPa，實(shí)驗(yàn)對(duì)比了其在有和沒有預(yù)冷段的制冷系統(tǒng)中的熱力性能表現(xiàn)，同時(shí)將兩種純工質(zhì)也加入到了實(shí)驗(yàn)研究中。研究表明，沒有預(yù)冷段制冷系統(tǒng)中的這四組混合工質(zhì)所能做到的制冷量比設(shè)計(jì)值要低，原因在于有液相工質(zhì)堆積在壓縮機(jī)和制冷器之間;在有預(yù)冷系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)中，這四組混合工質(zhì)在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，由于液相工質(zhì)在壓縮機(jī)和制冷器間不斷堆積，導(dǎo)致流量會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，因而導(dǎo)致了制冷溫度的波動(dòng);純工質(zhì)相對(duì)混合工質(zhì)來說冷卻的更快，但混合工質(zhì)可以做到更低的制冷溫度。

3 總結(jié)與展望

通過上述近年來對(duì)于微型焦湯制冷器在結(jié)構(gòu)、制冷系統(tǒng)及混合工質(zhì)運(yùn)用三方面的研究，可以獲得以下的一些結(jié)論與展望:

(1)從國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于微型焦湯制冷器結(jié)構(gòu)的研究可看出，制冷器的換熱及節(jié)流通道不斷往微細(xì)化的方向發(fā)展，制冷器的整體的結(jié)構(gòu)往細(xì)長化的方向發(fā)展。換熱通道可以考慮做成蜿蜒曲折型以加強(qiáng)高低壓流體間的換熱，同時(shí)應(yīng)注意制冷器設(shè)計(jì)長度，過短會(huì)導(dǎo)致制冷器高低溫端過近，軸向?qū)嵩龃蟆?/p>

(2)從微型焦湯制冷器制冷系統(tǒng)考慮，可以對(duì)制冷器加入一個(gè)或多個(gè)預(yù)冷級(jí)，設(shè)計(jì)合理可以減少制冷器制冷時(shí)間，達(dá)到更低的工作溫度，獲得更大的制冷量及能效比。同時(shí)，也可以考慮向制冷系統(tǒng)添加分相器、抽吸噴射裝置、吸氣劑等設(shè)備來提高制冷系統(tǒng)的熱力性能。

(3)從制冷工質(zhì)角度考慮，應(yīng)當(dāng)積極運(yùn)用混合工質(zhì)，其相對(duì)于純工質(zhì)，往往可以使得制冷器達(dá)到更低的制冷溫度，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的壓力要求降低，擁有更快的降溫速度，獲取更大的制冷量。同時(shí)應(yīng)當(dāng)針對(duì)所研究的焦湯制冷系統(tǒng)找到最佳混合物配比方案，使得制冷器達(dá)到最佳的熱力性能。

［1］ YANG Haiming.The optimal design and experiment research of J－ T cryocooler［D］.Hefei:Hefei University of Technology，2002.(in Chinese)楊海明.節(jié)流制冷器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2002.

［2］ H J Holland，J F Burger，N Boersma，et al.Miniature 10－150 mW Linde-Hampson cooler with glass-tube heat exchanger operating with nitrogen［J］.Cryogenic，1998，38(4):407－410.

［3］ S Pradeep Narayanan，G Venkatarathnam.Analysis of performance of heat exchangers used in practical micro miniature refrigerators［J］.Cryogenics，1999，39(6):517－527.

［4］ P P P M Lerou，G C F Venhorst，T T Veenstra，et al.Allmicromachined Joule-Thomson cold stage［J］.Cryocoolers 2007，14:437 －441.

［5］ Adhika Widyaparaga，Masashi Kuwamoto，Atsushi Tanabe，et al.Study on a wire-type joule thomson microcooler with a concentric heat exchanger［J］.Applied Thermal Engineering，2010，30:2563 －2573.

［6］ M H Lin，P E Bradley，Marcia L Huber，et al.Mixed referigerants for a glass capillary micro cryogenic cooler［J］.Cryogenics，2010，55(8):439 －442.

［7］ P E Bradley，R Radebaugh，M Huber，et al.Development of a mixed refrigerant Joule-Thomson microcryocooler［J］.Cryocooler，2009，15:425 －432.

［8］ JIANG Qing，XU Haifeng，YANG Haiming，et al.The reasearch of a type of a J-T cooler［J］.Cryogenics and Superconductivity，2012，40(12):21 －23.(in Chinese)江慶，徐海峰，楊海明，等.一種節(jié)流制冷器的研制［J］.低溫與超導(dǎo)，2012，40(12):21 －23.

［9］ Yuanyuan Zhou，Jianlin Yu，Xiaojuan Chen.Thermodynamic optimization analysis of a tube-in-tube helically coiled heat exchanger for Joule-thomson refrigerators［J］.International Journal of Thermal Sciences，2012，58:151－156.

［10］ YAO Qinghua.Application reaearch of tapered self-regulated J-T cryocoolers［J］.Laser ＆ Infrared，2012，42(9):1004 －1006.(in Chinese)姚青華.錐形自調(diào)式節(jié)流制冷器的應(yīng)用研究［J］.激光與紅外，2012，42(9):1004 －1006.

［11］ M Q Gong，J F Wu，E G Luo.Performances of the mixedgases Joule-thomson refrigeration cycles for cooling fixedtemperature heatloads［J］.Cryogenics，2004，44:847－857.

［12］ Jianlin Yu.Improving the performance of small Joulethomson cryocooler［J］.Cryogenics，2008，48:426 －431.

［13］ LIU Gang.Joule-thomson cryocooler technology［J］.Laser＆ Infrared，2008，38(5):413 －416.(in Chinese)劉剛.節(jié)流微制冷技術(shù)［J］.激光與紅外，2008，38(5):413－416.

［14］ H S Cao，A V Mudaliar，J H Derking，et al.Design and optimization of a two-stage 28 K Joule-thomson microcooler［J］.Cryogenics，2012，52(1):51 －57.

［15］ Maoqiong Gong，Jianfeng Wu，Quiwei Cheng，et al.Development of a－186℃ cryogenic preservation chamber based on a dual mixed-gases Joule-Thomson refrigeration cycle［J］.Applied Thermal Engineering，2012，36:188－192.

［16］ Yoichi Sato，Keisuke Shinozaki，Hiroyuki Sugita，et al.Development of mechanical cryocoolers for the cooling system of the Soft X-ray Spectrometer onboard Astro-H［J］.Cryogenics，2012，52(4 －6):158 －164.

［17］ Jisung Lee，Gyuwan Hwang，Sangkwon Jeong，et al.Design of high efficiency mixed refrigerant Joule-Thomson refrigerator for cooling HTS cable［J］.Cryogenics，2011，51(7):408－414.

［18］ Little W A，Sapozhnikov L.Development of a low cost cryogenic refrigeration system for cooling of cryoelectronics［J］.Adv Cryog Eng，1994，39:1467 －1474.

［19］ LUO Ercang，ZHOU Yuan.Joule-Thomson cooler using gas mixture as working substance［J］.Vaccum and Cryogenics，1995，1(3):163 －166.(in Chinese)羅二倉，周遠(yuǎn).采用混合物作工質(zhì)的J－T節(jié)流制冷機(jī)［J］.真空與低溫，1995，1(3):163 －166.

［20］ XU Mingyao，HE Yalin，WU Peiyi.Analysis of optimun composition of binary mixtures containing nitrogen and freon［J］.Cryogenics，1995，87(5):54 －58.(in Chinese)許名堯，何雅玲，吳沛宜.二元氮－氟利昂低溫混合工質(zhì)的最佳配比分析［J］.低溫工程，1995，87(5):54－58.

［21］ Mingyao XU，Yalin HE，Zhongqi CHEN.Analysis of binary cryogenic mixtures containing nitrogen and freon in cryocoolers［J］.Cryogenics，1996，36:243 －247.

［22］ LUO Ercang，GONG Maoqing，SHI Lei，et al.Report on cryogenic mixture Joule-Thomson refrigerators for different applications［J］.Crygenics，1999 110(4):43 － 49.(in Chinese)羅二倉，公茂瓊，石磊，等.不同用途的低溫混合工質(zhì)節(jié)流制冷系統(tǒng)研究的綜合報(bào)道［J］.低溫工程，1999 110(4):43－49.

［23］ CHEN Qi.The theoretical and experimental research of miniature mixed-coolants Joule-Thomson cryocooler［D］.Hangzhou:Zhejiang University，2001.(in Chinese)陳琪.小型混合工質(zhì)J－T節(jié)流制冷機(jī)理論和實(shí)驗(yàn)研究［D］.杭州:浙江大學(xué)，2001.

［24］ B Z Maytal，G F Nellis，S A Klein，et al.Elevated-pressure mixed-coolants Joule-Thomson cryocooling［J］.Cryogenics.2006，46:55 －67.

［25］ J M Pfotenhauer，J F Pettitt，D W Hoch，et al.Progress towards a low power mixed-gas Joule-Thomson cryocooler for electronic current leads［J］.Cryocoolers，2007，14:443－452.

［26］ Qin WANG，Kang CUI，Tengfei SUN，et al.Performance of a single-stage Linde-Hampson refrigerator operating with binary refrigerants at the temperature level of－60°C［J］.Journal of Zhejiang University-SCIENCE A(Applied Physics＆ Engineering)，2010，11(2):115 －127.

［27］ Shaozhi Zhang，Donbo Wu，Ge Yang，et al.Experimental study on a cryosurgery apparatus［J］.Journal of Zhejiang University-SCIENCE A(Applied Physics and Engineering)，2010，11(2):128 －131.

［28］ N S Walimbe，K G Narayankhedkar，M D Atrey.Exeperimential investigation on mixed refrigerant J－T cryocooler with flammable and non-flammable refrigerant mixture［J］.Cryogenies，2010，(50):653 －659.

［29］ N Lakshmi Narasimhan，G Venkatarathnam.Effect of mixture composition and hardware on the performance of a single stage JT refrigerator［J］.Cryogenics，2011，51(8):446－451.

［30］ H M Skye，K L Passow，G F Nellis，et al.Empirically tuned model for a precooled MGJT cryoprobe［J］.Cryogenics，2012，52(11):590 －603.

［31］ Ryan Lewis，Yunda Wang，Peter E.Bradley，et al.Experimental investigation of low-pressure refrigerant mixtures for micro cryogenic coolers［J］.Cryogenics，2013，54:37－43.