CN109539624B - 一种磁制冷机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁制冷机及其控制方法，包括：蓄冷床；冷端换热器，与蓄冷床相连；热端换热器，与蓄冷床相连；第一气缸，与冷端换热器相连、使得冷端换热器位于第一气缸和蓄冷床之间；第二气缸，与热端换热器相连、使得热端换热器位于第二气缸和蓄冷床之间；第一泵，连接设置在冷端换热器和第一气缸之间的管路上、以抽吸蓄冷床和管路中的滞留流体；第二泵，连接设置在冷端换热器和第二气缸之间的管路上、以抽吸蓄冷床和管路中的滞留流体。通过本发明能够有效地减小了甚至是杜绝了蓄冷床中以及管路中的滞留流体，防止冷、热流体发生掺混，提高了磁制冷机的制冷量或制热量。

Description

一种磁制冷机及其控制方法
技术领域
本发明属于磁制冷技术领域，具体涉及一种磁制冷机及其控制方法。
背景技术
现有技术中的磁制冷机工作时蓄冷床中会存在滞留体积的问题，如当流体热流动结束时，由于流体不受活塞推力作用，蓄冷床、管路内被加热的液体不能流入热端换热器，而是在下一过程的冷流动中在气缸中的活塞推动下，流向冷端换热器，将热量传递给冷端换热器，这部分液体不仅不能制冷，而且还释放热量给冷端换热器，降低磁制冷机制冷量。
当冷流动结束时，此时气缸中的活塞没有推力，蓄冷床、管路内被冷却的液体不能流入冷端换热器制冷，而是在下一过程的热流动中在气缸中的活塞推动下流向热端换热器，从热端换热器吸收热量，降低磁制冷机制冷量。
由于现有技术中的磁制冷机中的蓄冷床及管路容易存在滞留体积而导致冷、热流体发生掺混，致使磁制冷机的制冷量或制热量较低等技术问题，因此本发明研究设计出一种磁制冷机及其控制方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的磁制冷机中的蓄冷床及管路容易存在滞留体积而导致冷、热流体发生掺混，致使磁制冷机的制冷量或制热量较低的缺陷，从而提供一种磁制冷机及其控制方法。
本发明提供一种磁制冷机，其包括：
蓄冷床，能够对流经所述蓄冷床中的传热流体进行励磁或去磁；
冷端换热器，与所述蓄冷床相连、且能够使得经过所述蓄冷床去磁后的传热流体流经所述冷端换热器中以对外部进行吸热；
热端换热器，与所述蓄冷床相连、且能够使得经过所述蓄冷床励磁后的传热流体流经所述热端换热器中以对外部进行放热；
第一气缸，与所述冷端换热器相连、使得所述冷端换热器位于所述第一气缸和所述蓄冷床之间；
第二气缸，与所述热端换热器相连、使得所述热端换热器位于所述第二气缸和所述蓄冷床之间；
第一泵，连接设置在所述冷端换热器和所述第一气缸之间的管路上、以抽吸所述蓄冷床和管路中的滞留流体；
第二泵，连接设置在所述冷端换热器和所述第二气缸之间的管路上、以抽吸所述蓄冷床和管路中的滞留流体。
优选地，
连接所述第一气缸和所述冷端换热器之间的管路为第一管路，且还包括第一支路，所述第一支路并联设置在所述第一管路上，且所述第一泵设置在所述第一支路上。
优选地，
连接所述第二气缸和所述热端换热器之间的管路为第二管路，且还包括第二支路，所述第二支路并联设置在所述第二管路上，且所述第二泵设置在所述第二支路上。
优选地，
还包括第一控制器，所述第一控制器能够采集所述第二气缸的活塞运动信号、并能够控制所述第一泵打开工作、关闭或调节打开的开度。
优选地，
所述第一控制器还能够采集所述第一管路中流体的体积信号、并控制所述第一泵进行打开、关闭或调节打开的开度。
优选地，
还包括第二控制器，所述第二控制器能够采集所述第一气缸的活塞运动信号、并能够控制所述第二泵打开工作、关闭或调节打开的开度。
优选地，
所述第二控制器还能够采集所述第二管路中流体的体积信号、并控制所述第二泵进行打开、关闭或调节打开的开度。
本发明还提供一种磁制冷机的控制方法，其使用前任一项所述的磁制冷机，对磁制冷机的制冷和制热过程进行排出滞留流体的控制。
优选地，
当包括第一控制器时，且当检测到所述第二气缸中的活塞运动至底端时，开启所述第一泵、以对所述蓄冷床和磁制冷机中的管路中的滞留流体进行抽吸。
优选地，
当所述第一控制器检测到所述第一管路中的滞留流体的体积小于或等于第一预设体积时，控制所述第一泵关闭、以停止抽吸；当所述第一控制器检测到所述第一管路中的滞留流体的体积大于第一预设体积时，控制所述第一泵保持原有的开度不变。
优选地，
当包括第二控制器时，且当检测到所述第一气缸中的活塞运动至底端时，开启所述第二泵、以对所述蓄冷床和磁制冷机中的管路中的滞留流体进行抽吸。
优选地，
当所述第二控制器检测到所述第二管路中的滞留流体的体积小于或等于第二预设体积时，控制所述第二泵关闭、以停止抽吸；当所述第二控制器检测到所述第二管路中的滞留流体的体积大于第二预设体积时，控制所述第二泵保持原有的开度不变。
本发明提供的一种磁制冷机及其控制方法具有如下有益效果：
1.本发明通过在第一气缸和冷端换热器之间设置第一泵，能够对冷流动时对蓄冷床以及管路中的滞留流体进行抽吸排出的作用，此时的流动由第二气缸推动，当其推动至底端时在蓄冷床和管路中还会存在滞留流体，因此通过第一泵能够很好地对该部分滞留流体进行抽吸和排出，通过在第二气缸和热端换热器之间设置第二泵，能够对热流动时对蓄冷床以及管路中的滞留流体进行抽吸排出的作用，此时的流动由第一气缸推动，当其推动至底端时在蓄冷床和管路中还会存在滞留流体，因此通过第二泵能够很好地对该部分滞留流体进行抽吸和排出，从而有效地减小了甚至是杜绝了蓄冷床中以及管路中的滞留流体，防止冷、热流体发生掺混，提高了磁制冷机的制冷量或制热量；
2.本发明还通过设置第一控制器以及第二控制器，能够检测第一气缸以及第二气缸是否运动到极限状态(即活塞压缩到底端位置)，此时能够智能地控制第一泵或第二泵打开以进行抽吸排出滞留流体的作用，并且还通过能够检测管路中的滞留流体的体积，以根据该滞留流体是否降低到预设低体积以下时关闭该第一泵或第二泵，以实现冷流动运行结束的控制、切换为热流动，或是热流动运行结束的控制、切换为冷流动，进一步地实现了滞留流体被全部排出的智能控制。
附图说明
图1是本发明的磁制冷机的流体冷流动时的结构示意图；
图2是本发明的磁制冷机的流体热流动时的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1、第一气缸；2、冷端换热器；3、蓄冷床；4、热端换热器；5、第二气缸；6、永磁体；7、第一管路；10、第二管路；8、第三管路；9、第四管路；11、第一泵；12、第一控制器；13、第二泵；14、第二控制器；15、第一支路；16、第二支路。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供一种磁制冷机，其包括：
蓄冷床3，能够对流经所述蓄冷床中的传热流体进行励磁或去磁；
冷端换热器2，与所述蓄冷床3相连、且能够使得经过所述蓄冷床3去磁后的传热流体流经所述冷端换热器2中以对外部进行吸热(如图2)；
热端换热器4，与所述蓄冷床3相连、且能够使得经过所述蓄冷床3励磁后的传热流体流经所述热端换热器4中以对外部进行放热(如图1)；
第一气缸1，与所述冷端换热器2相连、使得所述冷端换热器2位于所述第一气缸1和所述蓄冷床3之间；
第二气缸5，与所述热端换热器4相连、使得所述热端换热器4位于所述第二气缸5和所述蓄冷床3之间；
第一泵11，连接设置在所述冷端换热器2和所述第一气缸1之间的管路上、以抽吸所述蓄冷床3和管路中的滞留流体；
第二泵13，连接设置在所述热端换热器4和所述第二气缸5之间的管路上、以抽吸所述蓄冷床3和管路中的滞留流体。
本发明通过在第一气缸和冷端换热器之间设置第一泵，能够对冷流动时对蓄冷床以及管路中的滞留流体进行抽吸排出的作用，此时的流动由第二气缸推动，当其推动至底端时在蓄冷床和管路中还会存在滞留流体，因此通过第一泵能够很好地对该部分滞留流体进行抽吸和排出，通过在第二气缸和热端换热器之间设置第二泵，能够对热流动时对蓄冷床以及管路中的滞留流体进行抽吸排出的作用，此时的流动由第一气缸推动，当其推动至底端时在蓄冷床和管路中还会存在滞留流体，因此通过第二泵能够很好地对该部分滞留流体进行抽吸和排出，从而有效地减小了甚至是杜绝了蓄冷床中以及管路中的滞留流体，防止冷、热流体发生掺混，提高了磁制冷机的制冷量或制热量。
系统主要由4个部分构成:(1)永磁体,为蓄冷床中的磁工质提供磁场；(2)主动式磁回热器(AMR)，AMR是一个装有磁性工质材料的多孔填料床,AMR既作为与换热流体换热的回热材料又作为产生冷量的制冷工质；(3)一个由电机驱动作往复运动的气缸-活塞系统,用来驱动传热流体流过回热器；(4)被动式回热器系统:包括一个冷端换热器和一个热端换热器,用来储存去磁过程产生的冷量和带走励磁过程中产生的热量。
该样机一个完整的AMR循环包括4个过程:(1)加磁:装有磁工质的回热器进入磁场空间；(2)热流动:流体在活塞驱动下,从冷端换热器流过AMR到热端换热器,并放出热量，如图1所示；(3)去磁:装有磁工质的AMR退出磁场空间；(4)冷流动:流体从热端换热器流过回热器到冷端换热器,并从冷端换热器吸收热量。连续上述过程就可以实现制冷，如图2所示。
优选地，
连接所述第一气缸1和所述冷端换热器2之间的管路为第一管路7，且还包括第一支路15，所述第一支路15并联设置在所述第一管路7上，且所述第一泵11设置在所述第一支路15上。通过在第一气缸和冷端换热器之间的第一管路上并联设置的第一支路、并将第一泵设置在该第一支路上，能够使得第一泵对磁制冷机中的传热流体的正常流动的干扰减小到最小，并且还能实现将蓄冷床和第一管路中的滞留流体完全排净的效果，提高磁制冷机的制冷量。
第一气缸与冷端换热器之间添加一流路，流路中包括一个泵，以及连接管道。泵通过控制器与推动流体进行冷流动的气缸相连接，活塞运动到底部时，泵开始工作，此时冷流动中的滞留体积，在泵的作用下流向冷端换热器，从冷端换热器吸收热量，然后流向气缸。泵通过控制器与管路中的流体相连接，当冷流动中的滞留体积为0时，在控制器的作用下泵停止工作，此时系统进行热流动。
优选地，
连接所述第二气缸5和所述热端换热器4之间的管路为第二管路10，且还包括第二支路16，所述第二支路16并联设置在所述第二管路10上，且所述第二泵13设置在所述第二支路16上。通过在第二气缸和热端换热器之间的第二管路上并联设置的第二支路、并将第二泵设置在该第二支路上，能够使得第二泵对磁制冷机中的传热流体的正常流动的干扰减小到最小，并且还能实现将蓄冷床和第二管路中的滞留流体完全排净的效果，提高磁制冷机的制热量。
第二气缸与热端换热器之间添加一流路，流路中包括一个泵，以及连接管道。泵通过控制器与推动流体进行热流动的气缸相连接，当活塞运动到气缸最底部时，控制器接收到信号，此时泵工作；泵通过控制器与管路中的流体相连接，当冷流动中的滞留体积为0时，在控制器的作用下，泵停止工作。
优选地，
还包括第一控制器12，所述第一控制器12能够采集所述第二气缸5的活塞运动信号、并能够控制所述第一泵11打开工作、关闭或调节打开的开度。还通过设置第一控制器，能够检测第一气缸是否运动到极限状态(即活塞压缩到底端位置)，此时能够智能地控制第一泵打开以进行抽吸排出滞留流体的作用，有效地且最大程度地利用了第二气缸的功，将其最大作用功推出后再进行泵吸作用，提高了磁制冷机的整机能效值。
优选地，
所述第一控制器12还能够采集所述第一管路7中流体的体积信号、并控制所述第一泵11进行打开、关闭或调节打开的开度。还通过能够检测管路中的滞留流体的体积，以根据该滞留流体是否降低到预设低体积以下时关闭该第一泵，以实现冷流动运行结束的控制、切换为热流动，进一步地实现了滞留流体被全部排出的智能控制。
优选地，
还包括第二控制器14，所述第二控制器14能够采集所述第一气缸1的活塞运动信号、并能够控制所述第二泵13打开工作、关闭或调节打开的开度。还通过设置第二控制器，能够检测第二气缸是否运动到极限状态(即活塞压缩到底端位置)，此时能够智能地控制第二泵打开以进行抽吸排出滞留流体的作用，有效地且最大程度地利用了第一气缸的功，将其最大作用功推出后再进行泵吸作用，提高了磁制冷机的整机能效值。
优选地，
所述第二控制器14还能够采集所述第二管路10中流体的体积信号、并控制所述第二泵13进行打开、关闭或调节打开的开度。还通过能够检测管路中的滞留流体的体积，以根据该滞留流体是否降低到预设低体积以下时关闭该第二泵，以实现热流动运行结束的控制、切换为冷流动，进一步地实现了滞留流体被全部排出的智能控制。控制器接受气缸及管路流量的信号，向泵输出信号，调节泵的工作状态。
本发明还提供一种磁制冷机的控制方法，其使用前任一项所述的磁制冷机，对磁制冷机的制冷和制热过程进行排出滞留流体的控制。通过在第一气缸和冷端换热器之间设置第一泵，能够对冷流动时对蓄冷床以及管路中的滞留流体进行抽吸排出的作用，此时的流动由第二气缸推动，当其推动至底端时在蓄冷床和管路中还会存在滞留流体，因此通过第一泵能够很好地对该部分滞留流体进行抽吸和排出，通过在第二气缸和热端换热器之间设置第二泵，能够对热流动时对蓄冷床以及管路中的滞留流体进行抽吸排出的作用，此时的流动由第一气缸推动，当其推动至底端时在蓄冷床和管路中还会存在滞留流体，因此通过第二泵能够很好地对该部分滞留流体进行抽吸和排出，从而有效地减小了甚至是杜绝了蓄冷床中以及管路中的滞留流体，防止冷、热流体发生掺混，提高了磁制冷机的制冷量或制热量。
优选地，
当包括第一控制器12时，且当检测到所述第二气缸5中的活塞运动至底端时(活塞运动底端指图1-2中的第二气缸中的活塞运动到最左端的位置，此时第二气缸已做出最大的功)，开启所述第一泵11、以对所述蓄冷床3和磁制冷机中的管路中的滞留流体进行抽吸。这是本发明的第一控制器根据第二气缸中的活塞运动位置进行控制第一泵的优选控制方式，能够最大程度地利用第二气缸的功，使其运动到极限时再开启第一泵，从而进行滞留流体的抽吸工作，提高系统能效值，减小滞留流体的残留。第一泵11通过第一控制器12与第二气缸5相连接，当第二气缸5中的活塞移动到最左端时，第一泵11工作；第一泵11通过第一控制器12与第一管路7中的流体连接，当流体滞留体积流量为0时，第一泵11停止工作。
优选地，
当所述第一控制器12检测到所述第一管路7中的滞留流体的体积小于或等于第一预设体积时，控制所述第一泵11关闭、以停止抽吸；当所述第一控制器12检测到所述第一管路7中的滞留流体的体积大于第一预设体积时，控制所述第一泵11保持原有的开度不变。这是本发明的冷流动结束时的进一步优选控制方法，能够检测管路中的滞留流体的体积，以根据该滞留流体是否降低到预设低体积以下时关闭该第一泵，以实现冷流动运行结束的控制、切换为热流动，进一步地实现了滞留流体被全部排出的智能控制。
当冷流动结束时，此时第二气缸5中的活塞运动到最左端，此时在第一控制器12的作用下第一泵11工作，装置中的滞留流体在泵的作用下，均流向冷端换热器2，流体吸收冷端换热器2的热量，实现制冷，当与第一控制器12连接的第一管路7中无滞留流体时，控制器将信号传递给第一泵11，第一泵11停止工作，此时第一气缸1中的活塞推动流体开始进行热流动。
优选地，
当包括第二控制器14时，且当检测到所述第一气缸1中的活塞运动至底端时(活塞运动底端指图1-2中的第一气缸中的活塞运动到最右端的位置，此时第一气缸已做出最大的功)，开启所述第二泵13、以对所述蓄冷床3和磁制冷机中的管路中的滞留流体进行抽吸。这是本发明的第二控制器根据第一气缸中的活塞运动位置进行控制第二泵的优选控制方式，能够最大程度地利用第一气缸的功，使其运动到极限时再开启第二泵，从而进行滞留流体的抽吸工作，提高系统能效值，减小滞留流体的残留。
泵的工作状态受控制器控制，第二泵13通过第二控制器14与第一气缸1相连接，当第一气缸1中的活塞移动到最右端时，第二泵13工作；第二泵13通过第二控制器14与第二管路10中的流体连接，当第二管路10左端流体滞留体积流量为0时，第二泵13停止工作。
优选地，
当所述第二控制器14检测到所述第二管路10中的滞留流体的体积小于或等于第二预设体积时，控制所述第二泵13关闭、以停止抽吸；当所述第二控制器14检测到所述第二管路10中的滞留流体的体积大于第二预设体积时，控制所述第二泵13保持原有的开度不变。这是本发明的热流动结束时的进一步优选控制方法，能够检测管路中的滞留流体的体积，以根据该滞留流体是否降低到预设低体积以下时关闭该第二泵，以实现热流动运行结束的控制、切换为冷流动，进一步地实现了滞留流体被全部排出的智能控制。
当磁制冷机蓄冷床处于热流动状态时，第一泵11、第二泵13不工作，流体由冷端换热器2经过蓄冷床3被加热，然后热流体流入热端换热器4，向热端换热器4释放热量。当第一气缸1中的活塞推到最右端时，此时在第二控制器14的作用下，第二泵13工作，在第二泵13的作用下，管路及蓄冷床中的滞留流体均流向热端换热器4，释放热量给热端换热器4，流过热端换热器的流体流向第二气缸5。当与第二控制器14连接的第二管路10中的滞留体积流量为0时，控制器将信号传递给泵，第二泵13停止工作，此时第二气缸5中的活塞推动流体开始进行冷流动过程，此时第一泵11、第二泵13不工作，流体由热端换热器4经过蓄冷床3被冷却，然后冷流体流入冷端换热器2，向冷端换热器2释放冷量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种磁制冷机，其特征在于：包括：
蓄冷床(3)，能够对流经所述蓄冷床中的传热流体进行励磁或去磁；
冷端换热器(2)，与所述蓄冷床(3)相连、且能够使得经过所述蓄冷床(3)去磁后的传热流体流经所述冷端换热器(2)中以对外部进行吸热；
热端换热器(4)，与所述蓄冷床(3)相连、且能够使得经过所述蓄冷床(3)励磁后的传热流体流经所述热端换热器(4)中以对外部进行放热；
第一气缸(1)，与所述冷端换热器(2)相连、使得所述冷端换热器(2)位于所述第一气缸(1)和所述蓄冷床(3)之间；
第二气缸(5)，与所述热端换热器(4)相连、使得所述热端换热器(4)位于所述第二气缸(5)和所述蓄冷床(3)之间；
第一泵(11)，连接设置在所述冷端换热器(2)和所述第一气缸(1)之间的管路上、以抽吸所述蓄冷床(3)和管路中的滞留流体；
第二泵(13)，连接设置在所述热端换热器(4)和所述第二气缸(5)之间的管路上、以抽吸所述蓄冷床(3)和管路中的滞留流体。
2.根据权利要求1所述的磁制冷机，其特征在于：
连接所述第一气缸(1)和所述冷端换热器(2)之间的管路为第一管路(7)，且还包括第一支路(15)，所述第一支路(15)并联设置在所述第一管路(7)上，且所述第一泵(11)设置在所述第一支路(15)上。
3.根据权利要求1或2所述的磁制冷机，其特征在于：
连接所述第二气缸(5)和所述热端换热器(4)之间的管路为第二管路(10)，且还包括第二支路(16)，所述第二支路(16)并联设置在所述第二管路(10)上，且所述第二泵(13)设置在所述第二支路(16)上。
4.根据权利要求2所述的磁制冷机，其特征在于：
还包括第一控制器(12)，所述第一控制器(12)能够采集所述第二气缸(5)的活塞运动信号、并能够控制所述第一泵(11)打开工作、关闭或调节打开的开度。
5.根据权利要求4所述的磁制冷机，其特征在于：
所述第一控制器(12)还能够采集所述第一管路(7)中流体的体积信号、并控制所述第一泵(11)进行打开、关闭或调节打开的开度。
6.根据权利要求3所述的磁制冷机，其特征在于：
还包括第二控制器(14)，所述第二控制器(14)能够采集所述第一气缸(1)的活塞运动信号、并能够控制所述第二泵(13)打开工作、关闭或调节打开的开度。
7.根据权利要求6所述的磁制冷机，其特征在于：
所述第二控制器(14)还能够采集所述第二管路(10)中流体的体积信号、并控制所述第二泵(13)进行打开、关闭或调节打开的开度。
8.一种磁制冷机的控制方法，其特征在于：使用权利要求1-7中任一项所述的磁制冷机，对磁制冷机的制冷和制热过程进行排出滞留流体的控制。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
当包括第一控制器(12)时，且当检测到所述第二气缸(5)中的活塞运动至底端时，开启所述第一泵(11)、以对所述蓄冷床(3)和磁制冷机中的管路中的滞留流体进行抽吸。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：
当所述第一控制器(12)检测到所述第一管路(7)中的滞留流体的体积小于或等于第一预设体积时，控制所述第一泵(11)关闭、以停止抽吸；当所述第一控制器(12)检测到所述第一管路(7)中的滞留流体的体积大于第一预设体积时，控制所述第一泵(11)保持原有的开度不变。
11.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：
当包括第二控制器(14)时，且当检测到所述第一气缸(1)中的活塞运动至底端时，开启所述第二泵(13)、以对所述蓄冷床(3)和磁制冷机中的管路中的滞留流体进行抽吸。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：
当所述第二控制器(14)检测到所述第二管路(10)中的滞留流体的体积小于或等于第二预设体积时，控制所述第二泵(13)关闭、以停止抽吸；当所述第二控制器(14)检测到所述第二管路(10)中的滞留流体的体积大于第二预设体积时，控制所述第二泵(13)保持原有的开度不变。
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