CN110345681A - 一种蓄冷器和磁制冷系统和控制方法 - Google Patents
一种蓄冷器和磁制冷系统和控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种蓄冷器和磁制冷系统和控制方法，蓄冷器包括：分隔的第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室中均设置有磁工质，且第一腔室的一端连通设置有第一进口、另一端连通设置有第一出口，第二腔室的一端连通设置有第二进口、另一端连通设置有第二出口，蓄冷器能够设置于磁制冷系统中、使得蓄冷器加磁时换热流体只从第一进口进入第一腔室中而被加热、而后第一出口流出，蓄冷器去磁时换热流体只从第二进口进入第二腔室中而被降温、而后从第二出口流出。通过本发明提供了两个流动方向相反用于不同的加磁和去磁的独立的流路和腔室，解决蓄冷器会滞留体积并且反向流动的问题，有效地提高了换热效率；并且简化了管路并降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于磁制冷技术领域，具体涉及一种蓄冷器和磁制冷系统和控制方法。
背景技术
磁制冷技术是一种把磁性材料的磁热效应应用于制冷领域的技术，磁热效应是磁性材料的一种固有属性，它是将外磁场的变化所引起的材料自身磁熵改变，同时伴随着材料吸热、放热过程。例如对于铁磁性材料来说，磁热效应在它的居里温度(磁有序-无序转变的温度)附近最为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放出热量；反之，当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸收热量，这就和气体的压缩-膨胀过程中所引起的放热-吸热现象相似。
磁制冷是一种绿色环保的新型制冷技术。与传统蒸汽压缩式制冷相比，磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，对臭氧层无破坏作用，无温室效应，磁制冷技术近年来得到了较快地发展，其发展前景被各国专家所看好。
一个完整的蓄冷器循环包括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；(3)去磁:装有磁工质的回热器退出磁场空间；(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。
但是磁制冷系统中管路、蓄冷器中会存在滞留体积的问题：热流动结束后管路、蓄冷器中会存在滞留体积，这些滞留体积温度较高，在冷流动过程开始时，这些流体反向流入冷端换热器，向冷端换热器释放热量；冷流动结束后，管路、蓄冷器中存在温度较低的流体，这些流体本应流向冷端换热器吸收热量，在热流动开始时刻，这些流体反向流入热端换热器，这会降低系统制冷量。
为解决管路中的滞留体积，申请号201811582894.4的专利中提出了如图1所示的磁制冷样机系统流路图，系统包括磁装置、蓄冷器、冷端换热器、热端换热器、单向阀、流体、活塞。其中11、12为蓄冷器，蓄冷器是填充磁工质的容器，磁工质以颗粒状、片状或粉末状填充在蓄冷器中，蓄冷器11、12形状相同，都拥有一个开口，一个入口，磁工质在蓄冷器中不分层；21、22为活塞杆，21推动流体向上流动，22推动流体向下流动。31、32冷端换热器，流体从包含去磁的磁工质蓄冷器流出之后，进入冷端换热器，吸收冷端换热器热量，从而制冷。41、42为热端换热器，流体吸收磁工质热量，并将热量传递给热端换热器。51、52、61、62、71、72为单向阀，其作用是限定流体的流向。
该样机的循环包括两个过程，过程1：杆21推动流体向上流动，流体经过单向阀51，流入蓄冷器11，流体释放热量给蓄冷器11，流体温度降低，之后经单项阀61流入冷端换热器，并吸收冷端换热器的热量，然后流入蓄冷器12，流体温度升高，进入热端换热器41，释放热量给冷端换热器41，最后经单向阀71流回活塞。
过程2：杆22推动流体向下流动，流体经过单向阀52，流入蓄冷器12，流体释放热量给蓄冷器12，流体温度降低，之后经单项阀62流入冷端换热器，并吸收冷端换热器的热量，然后流入蓄冷器11，流体温度升高，进入热端换热器42，释放热量给冷端换热器42，最后经单向阀72流回活塞。
虽然这种流路可以解决系统中管路的滞留体积反向流动的问题，但蓄冷器仍会存在滞留体积反向流动的问题。而且这个系统的流路复杂，单向阀数量较多。而且现有蓄冷器中的磁工质会存在磁工质加磁与去磁的温度显著偏离居里温度的问题，导致磁热效应变弱，从而降低制冷量。
由于现有技术中的磁制冷系统中的蓄冷器内部存在滞留体积，滞留体积反向流动会导致换热效率降低；且以往磁制冷系统中大多需要较多的单向阀，导致成本高、管路复杂；磁工质在加磁与去磁的工作温度会偏离居里温度，严重降低制冷性能等技术问题，因此本发明研究设计出一种蓄冷器和磁制冷系统和控制方法。
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系统中存在蓄冷器内部存在滞留体积，滞留体积反向流动会导致换热效率降低的缺陷，从而提供一种蓄冷器和磁制冷系统和控制方法。
本发明提供一种蓄冷器，其包括：
分隔的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和所述第二腔室中均设置有磁工质，且所述第一腔室的一端连通设置有第一进口、另一端连通设置有第一出口，所述第二腔室的一端连通设置有第二进口、另一端连通设置有第二出口，所述蓄冷器能够设置于磁制冷系统中、使得所述蓄冷器加磁时换热流体只从所述第一进口进入所述第一腔室中而被加热、而后所述第一出口流出，所述蓄冷器去磁时换热流体只从所述第二进口进入所述第二腔室中而被降温、而后从所述第二出口流出。
优选地，
所述第一腔室和所述第二腔室之间设置有阻隔体，通过所述阻隔体实现所述第一腔室和所述第二腔室之间的流体分隔。
优选地，
所述阻隔体为沿从所述第一进口至所述第一出口的方向延伸设置；和/或，所述阻隔体为铜片；和/或，所述阻隔体为至少两个，且至少两个所述阻隔体沿从所述第一腔室至所述第二腔室的方向依次排布设置。
优选地，
所述第一腔室和所述第二腔室之间还设置有半导体制冷片，所述半导体制冷片为沿从所述第一进口至所述第一出口的方向延伸设置，所述半导体制冷片通电时能传递热量，断电时能阻止热量传递。
优选地，
当所述蓄冷器包括阻隔体时，所述阻隔体包括设置于所述半导体制冷片和所述第一腔室之间的第一金属片、和设置于所述半导体制冷片和所述第二腔室之间的第二金属片。
优选地，
所述半导体制冷片为至少两片、且沿流体流动方向的垂直的方向依次排布，且至少两片所述半导体制冷片彼此间隔设置或相接为一体而设置。
优选地，
所述蓄冷器内部填充居里温度不同的多种磁工质，且多种磁工质沿流体流动方向的垂直的方向被布置为多层结构，每种磁工质占据至少一层。
优选地，
每片所述半导体制冷片与每层所述磁工质一一对应设置。
优选地，
还包括控制装置和温度传感器，所述温度传感器能够检测所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度，且当检测到所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度处于居里温度范围内时，所述控制装置控制所述半导体制冷片断电，当检测到所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度处于居里温度范围以外时，所述控制装置控制所述半导体制冷片通电。
优选地，
所述居里温度范围为[T居-t误差，T居+t误差]，其中T居为当前磁工质的居里温度，t误差为误差温度。
本发明还提供一种磁制冷系统，其包括一个前任一项所述的蓄冷器，其为第一蓄冷器，还包括第二热端换热器、第一冷端换热器、第二冷端换热器和第一泵，且所述第一进口通过第一管路与所述第二冷端换热器连通、所述第二出口通过第二管路与所述第一冷端换热器连通，所述第一出口通过第三管路与所述第二热端换热器连通、所述第二进口通过第四管路与所述第一泵连通。
优选地，
还包括第二蓄冷器，其也包括分隔的第三腔室和第四腔室，所述第三腔室和所述第四腔室中均设置有磁工质，且所述第三腔室的一端连通设置有第三进口、另一端连通设置有第三出口，所述第四腔室的一端连通设置有第四进口、另一端连通设置有第四出口。
优选地，
所述第二蓄冷器还包括设置于所述第三腔室和所述第四腔室之间的第二半导体制冷片，所述第二半导体制冷片也能根据第二蓄冷器中磁工质的温度而被控制器控制进行通电和断电之间的切换；和/或，所述第三腔室和所述第四腔室之间还设置有用于进行流体分隔的金属片。
优选地，
所述磁制冷系统还包括第一热端换热器和第二泵，且所述第三进口通过第五管路与所述第一冷端换热器连通、所述第四出口通过第六管路与所述第二冷端换热器连通，所述第三出口通过第七管路与所述第一热端换热器连通、所述第四进口通过第八管路与所述第二泵连通。
优选地，
所述第四管路上设置有只能允许流体从所述第一泵朝所述第二进口的方向流动的第一单向阀；和/或所述第八管路上设置有只能允许流体从所述第二泵朝所述第四进口的方向流动的第二单向阀。
本发明还提供一种磁制冷系统的控制方法，其使用前任一项所述的磁制冷系统，对流路的切换进行控制。
本发明提供的一种蓄冷器和磁制冷系统和控制方法具有如下有益效果：
1.本发明通过设置两个彼此分隔的腔室，且两个腔室各自有独立的进、出口，蓄冷器加磁时流体只在其中特定的一个腔室内流动而被加热、去磁时只在其中特定的另一个腔室内流动而被制冷，从而提供了两个流动方向相反用于不同的加磁和去磁的独立的流路和腔室，进而有效地解决了蓄冷器会滞留体积并且反向流动的问题，有效地提高了换热效率；并且相对于现有的磁制冷方案有效地减小了单向阀的数量(至少减少了4个单向阀)，简化了管路并降低了成本，解决了以往磁制冷系统中大多需要较多的单向阀，导致成本高、管路复杂的问题；
2.本发明还通过设置半导体制冷片能够使得一侧未有流体流过的腔室中的磁工质将其加磁产生的热量或去磁产生的冷量通过半导体制冷片传递给有流体流过的一侧腔室中，有效提高对能量的利用，且提高换热效率；并且半导体制冷片还能在磁工质到达居里温度范围区间内时控制半导体制冷片断电，从而停止两侧腔室中的热量传递，在居里温度范围以外时控制半导体制冷片通电，促使两侧腔室进行热量或冷量的传递，这样能够使得蓄冷器中的磁工质在居里温度或附近加磁、去磁，磁热效应大，从而实现整个蓄冷器的放热量或吸热量全部传递给流体，不会发生磁工质能量的浪费，有效控制半导体制冷片的工作状态与磁制冷系统流路运行周期相匹配，实现了磁制冷系统的精准控制。
附图说明
图1是现有技术中的磁制冷系统的流路结构图；
图2是本发明的蓄冷器的结构示意图；
图3是应用本发明的新型蓄冷器的磁制冷系统的流路结构图。
图中附图标记表示为：
11、第一蓄冷器；111、第一腔室；112、第一金属片；113、第一半导体制冷片；114、第二金属片；115、第二腔室；116、第一进口；117、第一出口；118、第二进口；119、第二出口；12、第二蓄冷器；211、第三腔室；213、第二半导体制冷片；215、第四腔室；126、第三进口；127、第三出口；128、第四进口；129、第四出口；21、第一泵；22、第二泵；31、第一冷端换热器；32、第二冷端换热器；41、第一热端换热器；42、第二热端换热器；51、第一单向阀；52、第二单向阀；62、单向阀；101、第一管路；102、第二管路；103、第三管路；104、第四管路；105、第五管路；106、第六管路；107、第七管路；108、第八管路。
具体实施方式
如图2-3所示，本发明提供一种蓄冷器，其包括：
分隔的第一腔室111和第二腔室115，所述第一腔室111和所述第二腔室115中均设置有磁工质，且所述第一腔室111的一端连通设置有第一进口116、另一端连通设置有第一出口117，所述第二腔室115的一端连通设置有第二进口118、另一端连通设置有第二出口119，所述蓄冷器能够设置于磁制冷系统中、使得所述蓄冷器加磁时换热流体只从所述第一进口116进入所述第一腔室111中而被加热、而后所述第一出口117流出，所述蓄冷器去磁时换热流体只从所述第二进口118进入所述第二腔室115中而被降温、而后从所述第二出口119流出。
本发明通过设置两个彼此分隔的腔室，且两个腔室各自有独立的进、出口，蓄冷器加磁时流体只在其中特定的一个腔室内流动而被加热、去磁时只在其中特定的另一个腔室内流动而被制冷，从而提供了两个流动方向相反用于不同的加磁和去磁的独立的流路和腔室，进而有效地解决了蓄冷器会滞留体积并且反向流动的问题，有效地提高了换热效率；并且相对于现有的磁制冷方案有效地减小了单向阀的数量(至少减少了4个单向阀)，简化了管路并降低了成本，解决了以往磁制冷系统中大多需要较多的单向阀，导致成本高、管路复杂的问题。蓄冷器两端有四个开口，第二进口118与第一出口117位于蓄冷器的一端，第一进口116与第二出口119位于蓄冷器的另一端，其中第二进口118与第二出口119位于蓄冷器的第二腔室115的端部，第一进口116与第一出口117位于蓄冷器的第一腔室111的端部。
优选地，
所述第一腔室111和所述第二腔室115之间设置有阻隔体，通过所述阻隔体实现所述第一腔室111和所述第二腔室115之间的流体分隔。通过阻隔体能够有效地实现对两个腔室之间的流体分隔作用。
优选地，
所述阻隔体为沿从所述第一进口116至所述第一出口117的方向延伸设置；和/或，所述阻隔体为铜片；和/或，所述阻隔体为至少两个，且至少两个所述阻隔体沿从所述第一腔室111至所述第二腔室115的方向依次排布设置。
这是本发明的阻隔体的优选设置形式，以及优选材料和结构形式，以及两个以上的阻隔体的优选排布形式，阻隔体的作用：在磁工质与半导体制冷片之间传递热量；避免半导体制冷片与水直接接触；将蓄冷器分成两个区域，防止两个区域的流体、磁工质互相掺混，优选铜片、其传热效果更好；阻隔体从第一进口至第一出口的方向延伸设置、即沿流体的流动方向延伸设置，能够在流体流动方向对腔室之间起到分隔且传热的作用，沿流体流动方向垂直的方向排布、能够对该方向将腔室进一步实现分隔且传热，进一步提高换热效果。
优选地，
所述第一腔室111和所述第二腔室115之间还设置有第一半导体制冷片113，所述第一半导体制冷片113为沿从所述第一进口116至所述第一出口117的方向延伸设置，所述第一半导体制冷片113通电时能传递热量，断电时能阻止热量传递。
本发明还通过设置半导体制冷片能够使得一侧未有流体流过的腔室中的磁工质将其加磁产生的热量或去磁产生的冷量通过半导体制冷片传递给有流体流过的一侧腔室中，有效提高对能量的利用，且提高换热效率。
优选地，
当所述蓄冷器包括阻隔体时，所述阻隔体包括设置于所述第一半导体制冷片113和所述第一腔室111之间的第一金属片112、和设置于所述第一半导体制冷片113和所述第二腔室115之间的第二金属片114。
现有流路蓄冷器存在滞留体积，滞留体积在另一过程开始时会发生返向流动，从而降低磁制冷机制冷量，为解决这一问题，现设计了一种新型的蓄冷器，这种蓄冷器如图2所示，蓄冷器分为两个区域，分别为第一腔室111、第二腔室115，两个区域之间依次为第一金属片112(优选薄铜片)、第一半导体制冷片113、第二金属片114(优选薄铜片)，薄铜片的作用：在磁工质与半导体制冷片之间传递热量；避免半导体制冷片与水直接接触；将蓄冷器分成两个区域，防止两个区域的流体、磁工质互相掺混。半导体制冷片的厚度非常小不大于2mm，第一半导体制冷片113的冷端与薄铜片相连接，热端与薄铜片相连接。制冷片的冷端、热端与薄铜片焊接或导热硅脂粘接，半导体制冷片的数量可根据需要沿流体流动方向放置多个。半导体相当于热开关的作用，通电时传递热量，断电时阻止热量传递。半导体制冷片在本专利中的作用是把无流体通过的蓄冷器区域的磁工质的热量或冷量传递给有流体通过的蓄冷器区域。
优选地，
所述第一半导体制冷片113为至少两片、且沿流体流动方向的垂直的方向依次排布，且至少两片所述第一半导体制冷片113彼此间隔设置或相接为一体而设置。这是本发明的第一半导体制冷片的进一步优选结构形式，通过设置为多个、能够在流体流动垂直的方向上对多层进一步细分的腔室之间进行导热传递的作用，进一步提高换热效率。
优选地，
所述蓄冷器内部填充居里温度不同的多种磁工质，且多种磁工质沿流体流动方向的垂直的方向被布置为多层结构，每种磁工质占据至少一层。多种磁工质的设置形式、且设置为多层，能够产生不同的吸热或放热的效果，可根据需要进行换热流体的导入和导出，能够提高换热能力。
优选地，
每片所述第一半导体制冷片113与每层所述磁工质一一对应设置。每片第一半导体制冷片与每层磁工质层一一对应设置，能够使得每一半导体制冷片对相邻磁工质层进行有针对性的传热或关闭传热，提高换热效果。
优选地，
还包括控制装置和温度传感器，所述温度传感器能够检测所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度，且当检测到所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度处于居里温度范围内时，所述控制装置控制所述第一半导体制冷片113断电，当检测到所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度处于居里温度范围以外时，所述控制装置控制所述第一半导体制冷片113通电。
磁工质的分布是按照居里温度以一定规律分布的，半导体制冷片还能在磁工质到达居里温度范围区间内时控制半导体制冷片断电，从而停止两侧腔室中的热量传递，在居里温度范围以外时控制半导体制冷片通电，促使两侧腔室进行热量或冷量的传递，这样能够使得蓄冷器中的磁工质在居里温度或附近加磁、去磁，磁热效应大，从而实现整个蓄冷器的放热量或吸热量全部传递给流体，不会发生磁工质能量的浪费，有效控制半导体制冷片的工作状态与磁制冷系统流路运行周期相匹配，实现了磁制冷系统的精准控制。
在两个腔室(第一腔室111、第二腔室115)中添加测温元件如热电偶，测温元件测量磁工质的温度值，并将温度值传递给控制装置，控制装置控制半导体制冷片的工作状态、工作时间、电流大小。
蓄冷器中的磁工质加磁之后温度升高，第二腔室115的磁工质没有流体通过，这时第二腔室115中的热电偶将磁工质的温度值传递给控制装置，从而使电源给半导体制冷片通电，将第二腔室115的热量释放给第一腔室111，当磁工质温度值降低到居里温度或与居里温度偏差极小如在1℃范围内时，这时控制装置使半导体制冷片无电流通过，半导体制冷片不工作，第一腔室111、第二腔室115之间不发生热量的传递；第一腔室111的磁工质向流体释放热量，磁工质温度逐渐降低，第一腔室111中的热电偶将磁工质温度值传递给控制装置，当磁工质温度降低到与居里温度相同或在1℃范围内时，热流动结束，这时流体不流动，之后磁工质进行去磁。
蓄冷器中的磁工质去磁之后温度降低，第一腔室111没有流体通过，第一腔室111中的热电偶将磁工质的温度值传递给控制装置，控制装置使半导体制冷片通电，将第二腔室115中的热量传递给第一腔室111，当磁工质温度值升高到居里温度或与居里温度偏差极小如在1℃范围内时，这时控制装置使半导体制冷片无电流通过，半导体制冷片不工作；蓄冷器下部区域磁工质吸收流体的热量温度升高，下部区域的热电偶将磁工质温度值传递给控制装置，当磁工质温度升高到与居里温度相同或在1℃范围内时，冷流动结束，这时流体不流动，之后磁工质进行加磁。
这种类型的蓄冷器可使磁工质在居里温度或附近加磁、去磁，磁热效应大，而且磁工质发生磁热效应后，半导体制冷片可将第二腔室115区域的热量传递给第一腔室111，从而实现整个蓄冷器的放热量或吸热量全部传递给流体，不会发生磁工质能量的浪费。通过控制器控制，半导体制冷片的工作状态与整机流路流动及磁场变化相匹配。
优选地，
所述居里温度范围为[T居-t误差，T居+t误差]，其中T居为当前磁工质的居里温度，t误差为误差温度，通常取1℃。这是本发明的居里温度范围的优选范围，即在相应磁工质的居里温度的误差温度范围内，能够使得磁工质在居里温度或附近加磁、去磁，磁热效应大，实现整个蓄冷器的放热量或吸热量全部传递给流体，不会发生磁工质能量的浪费。
本发明还提供一种磁制冷系统，其包括一个前任一项所述的蓄冷器，其为第一蓄冷器11，还包括第二热端换热器42、第一冷端换热器31、第二冷端换热器32和第一泵21，且所述第一进口116通过第一管路101与所述第二冷端换热器32连通、所述第二出口119通过第二管路102与所述第一冷端换热器31连通，所述第一出口117通过第三管路103与所述第二热端换热器42连通、所述第二进口118通过第四管路104与所述第一泵21连通。
本发明的磁制冷系统，通过设置两个彼此分隔的腔室，且两个腔室各自有独立的进、出口，蓄冷器加磁时流体只在其中特定的一个腔室内流动而被加热、去磁时只在其中特定的另一个腔室内流动而被制冷，从而提供了两个流动方向相反用于不同的加磁和去磁的独立的流路和腔室，进而有效地解决了蓄冷器会滞留体积并且反向流动的问题，有效地提高了换热效率；并且相对于现有的磁制冷方案有效地减小了单向阀的数量(至少减少了4个单向阀)，简化了管路并降低了成本，解决了以往磁制冷系统中大多需要较多的单向阀，导致成本高、管路复杂的问题。
优选地，
还包括第二蓄冷器12，其也包括分隔的第三腔室211和第四腔室215，所述第三腔室211和所述第四腔室215中均设置有磁工质，且所述第三腔室211的一端连通设置有第三进口126、另一端连通设置有第三出口127，所述第四腔室215的一端连通设置有第四进口128、另一端连通设置有第四出口129。这是本发明的磁制冷系统的进一步优选结构形式，即还通过设置第二蓄冷器，能够使得经过第一蓄冷器制冷、和第一冷端换热器中蒸发吸热后的流体在第二蓄冷器中被加磁后的磁工质加热，再进入第一热端换热器中放热，实现磁制冷中一路的完整制冷和制热循环；并且第二蓄冷器的结构与第一蓄冷器相同，也能有效避免滞留流体的情况发生，且减小了阀的数量，使得结构更为简单。
优选地，
所述第二蓄冷器12还包括设置于所述第三腔室211和所述第四腔室215之间的第二半导体制冷片213，所述第二半导体制冷片213也能根据第二蓄冷器12中磁工质的温度而被控制器控制进行通电和断电之间的切换；和/或，所述第三腔室211和所述第四腔室215之间还设置有用于进行流体分隔的金属片。本发明还通过在第二蓄冷器中设置第二半导体制冷片能够使得一侧未有流体流过的腔室中的磁工质将其加磁产生的热量或去磁产生的冷量通过半导体制冷片传递给有流体流过的一侧腔室中，有效提高对能量的利用，且提高换热效率。
优选地，
所述磁制冷系统还包括第一热端换热器41和第二泵22，且所述第三进口126通过第五管路105与所述第一冷端换热器31连通、所述第四出口129通过第六管路106与所述第二冷端换热器32连通，所述第三出口127通过第七管路107与所述第一热端换热器41连通、所述第四进口128通过第八管路108与所述第二泵22连通。通过该泵以及多个管路的设置能够实现对第二蓄冷器的四个出口的连接，实现第二蓄冷器中两个腔室的独立流动、且独立换热+相互传热，防止滞留体积，结构更为简单。
优选地，
所述第四管路104上设置有只能允许流体从所述第一泵21朝所述第二进口118的方向流动的第一单向阀51；和/或所述第八管路108上设置有只能允许流体从所述第二泵22朝所述第四进口128的方向流动的第二单向阀52。本发明的磁制冷系统中，如图3所示，其与图1相比明显减少了四个单向阀，只需要两个单向阀便能实现对两路流体的防回流的控制作用，而且蓄冷器中滞留体积不会发生反向流动。
本发明还提供一种磁制冷系统的控制方法，其使用前任一项所述的磁制冷系统，对流路的切换进行控制。本发明的磁制冷系统，通过设置两个彼此分隔的腔室，且两个腔室各自有独立的进、出口，蓄冷器加磁时流体只在其中特定的一个腔室内流动而被加热、去磁时只在其中特定的另一个腔室内流动而被制冷，从而提供了两个流动方向相反用于不同的加磁和去磁的独立的流路和腔室，进而有效地解决了蓄冷器会滞留体积并且反向流动的问题，有效地提高了换热效率；并且相对于现有的磁制冷方案有效地减小了单向阀的数量(至少减少了4个单向阀)，简化了管路并降低了成本，解决了以往磁制冷系统中大多需要较多的单向阀，导致成本高、管路复杂的问题。
第二蓄冷器12与第一蓄冷器11形状相同，第二半导体制冷片213靠近第四腔室215的一端为冷端，靠近第三腔室211的一端为热端。
图3的每个循环包括两个过程，分别为过程1、过程2。下面结合图2与图3对这两个过程进行详细描述。
过程1：第一泵21(包括活塞)推动流体经过第一单向阀51，从第二进口118流入处于去磁状态的第一蓄冷器11，从第二出口119流出蓄冷器，之后流体流入第一冷端换热器31，并吸收第一冷端换热器31的热量，流出第一冷端换热器31的流体经第三进口126流入加磁状态的第二蓄冷器12，吸收第二蓄冷器12中的热量，从第三出口127流入第一热端换热器41，向第一热端换热器41释放热量，之后流回第二泵22(包括活塞)。
与上述过程同时进行的是：其中去磁状态的第一蓄冷器11，第一腔室111没有流体通过，第一半导体制冷片113通电，将第一腔室111中的冷量传递给第二腔室115。其中加磁状态的第一蓄冷器11，第四腔室215没有流体通过，第二半导体制冷片213通电，将第四腔室215中的热量传递给第三腔室211。
过程2：第二泵22(包括活塞)推动流体经过第二单向阀52，从第四进口128流入第二蓄冷器12，从第四出口129流出蓄冷器，之后流体流入第二冷端换热器32，吸收第二冷端换热器32的热量，流出第二冷端换热器32的流体经第一进口116流入第一蓄冷器11，吸收第一蓄冷器11中的热量，从第一出口117流入第二热端换热器42，向第二热端换热器42释放热量，之后流回第一泵21(包括活塞)。
与上述过程同时进行的是：其中去磁状态的第二蓄冷器12，第三腔室211没有流体通过，第二半导体制冷片213工作，将第三腔室211中的冷量传递给第四腔室215。其中加磁状态的第一蓄冷器11，第二腔室115没有流体通过，第一半导体制冷片113工作，将第二腔室115中的冷量传递给第一腔室111。
以上为本发明的第一实施方式。
本发明的第二种实施方式与第一实施方式的区别：第二实施方式流体是不连续流动的，磁工质在加磁与去磁过程中流体不流动。
本发明的第三种实施方式与第一种实施方式的区别：蓄冷器可填充居里温度不同的多种磁工质，比如在本实施例中蓄冷器的上下两层可以沿流体流动方向布置多层不同居里温度的磁工质，半导体片沿流体流动方向设置多片，每一片与每一层磁工质相对应。
本发明的第四种与第三种实施方式的区别：其中所述多片半导体制冷片与每层磁工质不一一对应。
本发明的第五种实施方式与第三种实施方式的区别：其中所述多片半导体制冷片用一片半导体制冷片代替。
本发明的第六种实施方式与第二种实施方式的区别：蓄冷器可填充居里温度不同的多种磁工质，比如在本实施例中蓄冷器的上下两层可以沿流体流动方向布置多层不同居里温度的磁工质，半导体片沿流体流动方向设置多片，每一片与每一层磁工质相对应。
本发明的第七种与第六种实施方式的区别：其中所述多片半导体制冷片与每层磁工质不一一对应。
本发明的第八种实施方式与第六种实施方式的区别：其中所述多片半导体制冷片用一整片半导体制冷片代替。
此外该蓄冷床可用于其它磁制冷流路中。
本发明在于：1.设计了一种磁蓄冷器，磁蓄冷器由半导体组件分成两个区域，两个区域各填充了相同的磁制冷材料，所述半导体组件由半导体片制冷片及贴合在半导体制冷片冷端和热端的薄铜片组成，磁蓄冷器有两个入口，两个出口，两层薄铜片之间沿流体流动方向至少放置一个半导体制冷片(半导体制冷片的作用是将无流体区磁工质热量或冷量传递给有流体通过区域的磁工质和流体，通过阻隔体蓄冷器被分成两个区域，这两个区域的流体方向相反，且每个区域流体的流向恒定，从而避免了蓄冷床滞留体积反向流动的问题)。
2.磁蓄冷器的两个填充磁工质的区域中分别放置测温元件，半导体制冷片、测温元件及控制器构成控制系统，控制半导体制冷片的工作状态与磁制冷系统流路运行周期相匹配。
3.这种磁蓄冷器通过进出口分离，具有两个入口两个出口，这可将整个磁制冷流路划分成两个独立流路(这个是常规手段)，减小了单向阀的数量，简化了磁制冷流路。
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 (16)
1.一种蓄冷器，其特征在于：包括：
分隔的第一腔室(111)和第二腔室(115)，所述第一腔室(111)和所述第二腔室(115)中均设置有磁工质，且所述第一腔室(111)的一端连通设置有第一进口(116)、另一端连通设置有第一出口(117)，所述第二腔室(115)的一端连通设置有第二进口(118)、另一端连通设置有第二出口(119)，所述蓄冷器能够设置于磁制冷系统中、使得所述蓄冷器加磁时换热流体只从所述第一进口(116)进入所述第一腔室(111)中而被加热、而后所述第一出口(117)流出，所述蓄冷器去磁时换热流体只从所述第二进口(118)进入所述第二腔室(115)中而被降温、而后从所述第二出口(119)流出。
2.根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于：
所述第一腔室(111)和所述第二腔室(115)之间设置有阻隔体，通过所述阻隔体实现所述第一腔室(111)和所述第二腔室(115)之间的流体分隔。
3.根据权利要求2所述的蓄冷器，其特征在于：
所述阻隔体为沿从所述第一进口(116)至所述第一出口(117)的方向延伸设置；和/或，所述阻隔体为铜片；和/或，所述阻隔体为至少两个，且至少两个所述阻隔体沿从所述第一腔室(111)至所述第二腔室(115)的方向依次排布设置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的蓄冷器，其特征在于：
所述第一腔室(111)和所述第二腔室(115)之间还设置有第一半导体制冷片(113)，所述第一半导体制冷片(113)为沿从所述第一进口(116)至所述第一出口(117)的方向延伸设置，所述第一半导体制冷片(113)通电时能传递热量，断电时能阻止热量传递。
5.根据权利要求4所述的蓄冷器，其特征在于：
当所述蓄冷器包括阻隔体时，所述阻隔体包括设置于所述第一半导体制冷片(113)和所述第一腔室(111)之间的第一金属片(112)、和设置于所述第一半导体制冷片(113)和所述第二腔室(115)之间的第二金属片(114)。
6.根据权利要求4或5所述的蓄冷器，其特征在于：
所述第一半导体制冷片(113)为至少两片、且沿流体流动方向的垂直的方向依次排布，且至少两片所述第一半导体制冷片(113)彼此间隔设置或相接为一体而设置。
7.根据权利要求6所述的蓄冷器，其特征在于：
所述蓄冷器内部填充居里温度不同的多种磁工质，且多种磁工质沿流体流动方向的垂直的方向被布置为多层结构，每种磁工质占据至少一层。
8.根据权利要求7所述的蓄冷器，其特征在于：
每片所述第一半导体制冷片(113)与每层所述磁工质一一对应设置。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的蓄冷器，其特征在于：
还包括控制装置和温度传感器，所述温度传感器能够检测所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度，且当检测到所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度处于居里温度范围内时，所述控制装置控制所述第一半导体制冷片(113)断电，当检测到所述第一腔室和/或所述第二腔室中磁工质的温度处于居里温度范围以外时，所述控制装置控制所述第一半导体制冷片(113)通电。
10.根据权利要求9所述的蓄冷器，其特征在于：
所述居里温度范围为[T居-t误差，T居+t误差]，其中T居为当前磁工质的居里温度，t误差为误差温度。
11.一种磁制冷系统，其特征在于：
包括一个权利要求1-10中任一项所述的蓄冷器，其为第一蓄冷器(11)，还包括第二热端换热器(42)、第一冷端换热器(31)、第二冷端换热器(32)和第一泵(21)，且所述第一进口(116)通过第一管路(101)与所述第二冷端换热器(32)连通、所述第二出口(119)通过第二管路(102)与所述第一冷端换热器(31)连通，所述第一出口(117)通过第三管路(103)与所述第二热端换热器(42)连通、所述第二进口(118)通过第四管路(104)与所述第一泵(21)连通。
12.根据权利要求11所述的磁制冷系统，其特征在于：
还包括第二蓄冷器(12)，其也包括分隔的第三腔室(211)和第四腔室(215)，所述第三腔室(211)和所述第四腔室(215)中均设置有磁工质，且所述第三腔室(211)的一端连通设置有第三进口(126)、另一端连通设置有第三出口(127)，所述第四腔室(215)的一端连通设置有第四进口(128)、另一端连通设置有第四出口(129)。
13.根据权利要求12所述的磁制冷系统，其特征在于：
所述第二蓄冷器(12)还包括设置于所述第三腔室(211)和所述第四腔室(215)之间的第二半导体制冷片(213)，所述第二半导体制冷片(213)也能根据第二蓄冷器(12)中磁工质的温度而被控制器控制进行通电和断电之间的切换；和/或，所述第三腔室(211)和所述第四腔室(215)之间还设置有用于进行流体分隔的金属片。
14.根据权利要求12或13所述的磁制冷系统，其特征在于：
所述磁制冷系统还包括第一热端换热器(41)和第二泵(22)，且所述第三进口(126)通过第五管路(105)与所述第一冷端换热器(31)连通、所述第四出口(129)通过第六管路(106)与所述第二冷端换热器(32)连通，所述第三出口(127)通过第七管路(107)与所述第一热端换热器(41)连通、所述第四进口(128)通过第八管路(108)与所述第二泵(22)连通。
15.根据权利要求14所述的磁制冷系统，其特征在于：
所述第四管路(104)上设置有只能允许流体从所述第一泵(21)朝所述第二进口(118)的方向流动的第一单向阀(51)；和/或所述第八管路(108)上设置有只能允许流体从所述第二泵(22)朝所述第四进口(128)的方向流动的第二单向阀(52)。
16.一种磁制冷系统的控制方法，其特征在于：使用权利要求11-15中任一项所述的磁制冷系统，对流路的切换进行控制。
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