CN112361642B - 磁蓄冷器、蓄冷床、磁制冷系统和磁制冷控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种磁蓄冷器、蓄冷床、磁制冷系统和磁制冷控制方法。该磁蓄冷器包括第一磁热单元(33)和第二磁热单元(32)，第一磁热单元(33)和第二磁热单元(32)并排设置，第一磁热单元(33)包括单一磁热材料，第一磁热单元(33)沿着流体流动方向的两端分别开设有第一接口(31b)，第二磁热单元(32)包括多层磁热材料，多层磁热材料沿着流体流动方向依次设置，第二磁热单元(32)沿着流体流动方向的两端分别开设有第二接口(31a)。根据本申请的磁蓄冷器，能够提高磁蓄冷器对环境温度的适应性，使得磁蓄冷器在不同的温跨范围内均能够保持在较佳的工作状态。

Description

磁蓄冷器、蓄冷床、磁制冷系统和磁制冷控制方法

技术领域

本申请涉及磁制冷技术领域，具体涉及一种磁蓄冷器、蓄冷床、磁制冷系统和磁制冷控制方法。

背景技术

磁制冷技术是一种高新的制冷技术，近年来一直受到国内外的关注。磁制冷不像传统的制冷技术那样依靠气体压缩和膨胀使工质发生相的改变来实现制冷，也不需要容易导致大气臭氧层破坏的物质以及应用结构复杂的气体压缩机等设备，而只要借助磁制冷材料的可逆磁热效应，又称磁卡效应(Magnetocaloric Effect，MCE)，即磁制冷材料磁化时向外界放出热量，退磁时温度降低从外界吸取热量，从而达到制冷目的。

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，其发展前景被广泛看好。

磁制冷系统的一个完整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；(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。

参见图1和图2所示，磁工质的加磁与去磁的熵变与绝热温变都与其加磁与去磁前的温度相关，绝热温变最大值对应的温度称为居里温度，在居里温度附近，磁工质的熵变与绝热温变较大，磁工质发生磁热效应的温度与居里温度差值较大，则磁热效应减小。

因此为提高蓄冷器的温跨，在蓄冷器中应填充多种不同居里温度的磁工质，且从蓄冷器的热端到冷端，磁工质的居里温度降低，这会提高蓄冷器的温跨，但会产生以下问题：多层磁工质虽然会提高蓄冷器温跨，但会降低低温跨下蓄冷器的制冷量，如系统的冷量最大条件下，温跨为0℃，蓄冷床中磁工质的温度相同，这就决定了蓄冷床中只能放置一种磁工质，当放置n种磁工质时，必然有n-1种磁工质的居里温度与其工作温度的差值较大，磁工质不在最佳状态点工作，制冷量低。

蓄冷器填充单层磁工质时，蓄冷器能达到的最大温跨较小，但其低温跨下制冷量高于多层磁工质的制冷量：小温跨下，单层磁工质的制冷量大于多层磁工质的制冷量；大温跨下，多层磁工质的制冷量大于单层磁工质的制冷量。

此外制冷设备比如酒柜，冰箱、空调等。这些制冷设备工作的环境温度范围相对较宽，按照国标要求，以温带气候为例，酒柜与冰箱的环境使用温度范围为10～38℃，空调的环境温度范围为-7～43℃。这就要求制冷设备具备较好的变温性能。而蓄冷器内热端磁工质的居里温度为某一定值，当环境使用温度与居里温度的差值较大时，磁热效应减小，系统制冷性能下降。

由于单层磁工质与多层磁工质所适用的温跨范围不同，导致当前的磁制冷设备只能够满足单一的小温跨情况下的系统制冷性能，或者单一的大温跨情况下的系统制冷性能，当从小温跨环境转换为大温跨环境时，或者从大温跨环境转换为小温跨环境时，会导致系统的性能下降，使得磁工质对环境温度的适应性较差，难以始终保持在较佳的运行状态。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种磁蓄冷器、蓄冷床、磁制冷系统和磁制冷控制方法，能够提高磁蓄冷器对环境温度的适应性，使得磁蓄冷器在不同的温跨范围内均能够保持在较佳的工作状态。

为了解决上述问题，本申请提供一种磁蓄冷器，包括第一磁热单元和第二磁热单元，第一磁热单元和第二磁热单元并排设置，第一磁热单元包括单一磁热材料，第一磁热单元沿着流体流动方向的两端分别开设有第一接口，第二磁热单元包括多层磁热材料，多层磁热材料沿着流体流动方向依次设置，第二磁热单元沿着流体流动方向的两端分别开设有第二接口。

优选地，第一磁热单元还包括第一盒体，单一磁热材料填充在第一盒体内，第一盒体的两端开设有第一接口，第二磁热单元还包括第二盒体，多层磁热材料填充在第二盒体内，第二盒体的两端开设有第二接口。

优选地，第一盒体和第二盒体为一体式结构。

优选地，磁蓄冷器还包括壳体，壳体沿着流体流动方向的两端分别设置有第三接口，第一磁热单元和第二磁热单元设置在壳体内，第一接口和第二接口能够选择地与第三接口连通。

优选地，磁蓄冷器还包括致动器，致动器被配置为驱动第一磁热单元和第二磁热单元在壳体内运动，以调节第一接口和第二接口与第三接口的连通状态。

优选地，第一磁热单元和第二磁热单元固定连接，致动器与第一磁热单元或第二磁热单元驱动连接。

优选地，致动器设置在壳体外，致动器通过连接件与第一磁热单元驱动连接。

优选地，第二盒体内设置有多个隔板，多个隔板被配置为将多层磁热材料的不同磁热材料间隔开。

根据本申请的另一方面，提供了一种蓄冷床，包括磁蓄冷器，盖磁蓄冷器为上述的磁蓄冷器。

优选地，蓄冷床包括磁体，第一磁热单元和第二磁热单元沿第一方向排列，磁体在第一方向上与第一磁热单元和第二磁热单元的相对位置可调，以使第一磁热单元处于磁体的磁场范围内，或者使第二磁热单元处于磁体的磁场范围内。

优选地，蓄冷床还包括驱动机构，驱动机构被配置为在加磁或者去磁时控制磁体与磁蓄冷器之间的相对运动。

根据本申请的另一方面，提供了一种磁制冷系统，包括第一蓄冷床和第二蓄冷床，该第一蓄冷床和/或第二蓄冷床为上述的蓄冷床。

优选地，磁制冷系统还包括泵、冷端换热器和热端换热器，泵、第一蓄冷床、热端换热器、第二蓄冷床和冷端换热器依次连接形成流体回路，磁制冷系统还包括第一旁通管路和第二旁通管路，第一旁通管路的第一端连接在泵和第一蓄冷床之间的管路上，第一旁通管路的第二端连接在第二蓄冷床和冷端换热器之间的管路上，第二旁通管路的第一端连接在第一旁通管路与泵之间的管路上，第二旁通管路的第二端连接在第一旁通管路和第二蓄冷床之间的管路上，第一旁通管路的第一端与第二旁通管路的第一端之间的管路上设置有第一控制阀，第一旁通管路的第二端与第二旁通管路的第二端之间的管路上设置有第二控制阀，第一旁通管路上设置有第三控制阀，第二旁通管路上设置有第四控制阀。

优选地，磁制冷系统还包括泵、冷端换热器和热端换热器，泵、第一蓄冷床、热端换热器、第二蓄冷床和冷端换热器依次连接形成流体回路，第一接口被配置为连接第一流体管路，第二接口被配置为连接第二流体管路，第一流体管路和第二流体管路上分别设置有控制管路通断的截止阀，位于磁蓄冷器同一端的第一流体管路和第二流体管路共同连接至该端的流体回路。

优选地，蓄冷床包括磁体和驱动机构时，磁制冷系统还包括运动控制器，运动控制器通讯连接至驱动机构，运动控制器被配置为控制磁体与磁蓄冷器之间的相对运动速度。

优选地，磁制冷系统还包括泵、冷端换热器和热端换热器，泵、第一蓄冷床、热端换热器、第二蓄冷床和冷端换热器依次连接形成流体回路，磁制冷系统还包括主控制器、第一温度传感器、转速控制器、第二温度传感器和流量传感器，运动控制器、第一温度传感器、转速控制器、第二温度传感器和流量传感器均电气连接至主控制器，第一温度传感器被配置为检测热端换热器的温度，第二温度传感器被配置为检测冷端换热器的温度，转速控制器被配置为控制泵的转速，流量传感器被配置为检测流体流量。

优选地，磁制冷系统还包括泵、冷端换热器、热端换热器和温度调节装置，泵、第一蓄冷床、热端换热器、第二蓄冷床和冷端换热器依次连接形成流体回路，温度调节装置被配置为调节进入到第一蓄冷床的流体温度；和/或温度调节装置被配置为调节进入到第二蓄冷床的流体温度。

优选地，温度调节装置包括两个半导体制冷装置，其中一个半导体制冷装置设置在热端换热器与第一蓄冷床之间，另一个半导体制冷装置设置在热端换热器与第二蓄冷床之间。

优选地，半导体制冷装置包括多个半导体制冷片，一部分半导体制冷片的热端与流体管路的外表面相贴合，另一部分半导体制冷片的冷端与流体管路的外表面相贴合。

根据本申请的另一方面，提供了一种上述的磁制冷系统的磁制冷控制方法，包括：

获取磁制冷系统的工作模式；

获取外部环境温度T0和调温空间设定温度T1；

计算外部环境温度T0和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T0|；

当|T1-T0|≤b时，控制第一磁热单元处于工作状态，第二磁热单元处于闲置状态；

当|T1-T0|＞b时，控制第二磁热单元处于工作状态，第一磁热单元处于闲置状态；

其中调温空间为需要进行温度调节的空间。

优选地，当|T1-T0|≤b时，控制第一磁热单元处于工作状态，第二磁热单元处于闲置状态；当|T1-T0|＞b时，控制第二磁热单元处于工作状态，第一磁热单元处于闲置状态的步骤包括：

当|T1-T0|≤b时，控制致动器调节第一磁热单元和第二磁热单元的位置，使得第一磁热单元处于工作位置，第二磁热单元处于闲置位置；

当|T1-T0|＞b时，控制致动器调节第一磁热单元和第二磁热单元的位置，使得第一磁热单元处于闲置位置，第二磁热单元处于工作位置。

优选地，磁制冷控制方法还包括：

获取调温空间温度；

计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|；

当|T1-T|≤a时，控制磁制冷系统进入系统功耗控制模式；

当|T1-T|＞a时，控制磁制冷系统进入磁制冷优化控制模式。

优选地，磁制冷优化控制模式包括：

获取调温空间温度；

以磁体平移速度、流体流量、流体热入口温度值、磁工质配置为设计变量，计算出到达调温空间设定温度T1的最小时间下的磁体平移速度、流体流量、最佳磁工质配置、流体热入口温度值。

优选地，磁制冷控制方法还包括：

每隔时间△t1获取调温空间温度T；

进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤。

优选地，磁制冷优化控制模式还包括：

获取流入半导体制冷装置的流体温度、流体流量和接触热阻；

根据获取到的流体温度、流体流量和接触热阻确定流体热入口温度值与半导体制冷片电流值的对应关系。

优选地，磁制冷控制方法还包括：

获取磁制冷优化控制模式计算的流体热入口温度值所对应的半导体制冷片电流值；

将半导体制冷片电流值调节至该对应的半导体制冷片电流值。

优选地，磁制冷控制方法还包括：

每隔时间△t1获取调温空间温度T；

判断调温空间温度T是否稳定；

当调温空间温度T稳定时，进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤；

当调温空间温度T不稳定时，使得磁体平移速度和流体流量保持不变，继续对调温空间温度进行调节。

优选地，判断调温空间温度T是否稳定的步骤包括：

获取t1时刻的调温空间温度T与2t1时刻的调温空间温度T之间的差值c1；

获取2t1时刻的调温空间温度T与3t1时刻的调温空间温度T之间的差值c2；

若c1和c2均在±d范围内，则判断调温空间温度稳定。

优选地，系统功耗控制模式包括：

计算系统功耗最小条件下的磁体平移速度、流体流量、流体热入口温度值、磁工质配置，并将相应的参数调整至计算出的数值；

每隔△t2时间获取调温空间温度T；

进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤。

优选地，磁制冷控制方法还包括：

在磁制冷系统完成一次循环之后，再次进入到获取外部环境温度T0和调温空间设定温度T1的步骤。

本申请提供的磁蓄冷器，包括第一磁热单元和第二磁热单元，第一磁热单元和第二磁热单元并排设置，第一磁热单元包括单一磁热材料，第一磁热单元沿着流体流动方向的两端分别开设有第一接口，第二磁热单元包括多层磁热材料，多层磁热材料沿着流体流动方向依次设置，第二磁热单元流体流动方向的两端分别开设有第二接口。本申请的磁蓄冷器，采用了至少两个并排设置的磁热单元，其中一个磁热单元采用单层磁热材料，另一个磁热单元采用多层磁热材料，因此在使用该磁蓄冷器时，可以根据温跨大小选择相应的磁热单元工作，在温跨较小时，可以选择单层磁热材料的磁热单元工作，在温跨较大时，可以选择多层磁热材料的磁热单元工作，从而根据温跨的不同选择合适的磁热单元，实现单一磁工质与多种磁工质的任意切换，使得磁蓄冷器能够适用于不同温跨范围的工作需求，且均能够有效保证磁热材料的磁热效应，提高了磁蓄冷器对于环境温度的适应性，能够保证磁蓄冷器始终能够处在最佳运行状态，提高了系统性能。

附图说明

图1为不同种类磁热材料的绝热温变随温度的变化曲线图；

图2为蓄冷器采用单层磁热材料和四层磁热材料时系统在不同温跨下的制冷量；

图3为本申请一个实施例的磁蓄冷器的立体结构图；

图4为本申请一个实施例的磁蓄冷器的分解结构图；

图5为本申请一个实施例的磁蓄冷器的另一状态的立体结构图；

图6为本申请一个实施例的磁制冷系统的半导体制冷装置的结构示意图；

图7为本申请一个实施例的磁制冷系统的结构原理图；

图8为本申请一个实施例的磁制冷系统的控制系统图；

图9为本申请一个实施例的磁制冷系统的控制流程图。

附图标记表示为：

10、磁蓄冷器；101、冷端换热器；102、泵；103、第一控制阀；104、第一蓄冷床；105、热端换热器；106、第二蓄冷床；107、第二控制阀；108、第四控制阀；109、第三控制阀；110、驱动机构；111、第一温度传感器、112、运动控制器；113、主控制器；114、转速控制器；115、第二温度传感器；116、流量传感器；117、半导体制冷装置；11、壳体；11a、第三接口；20、致动器；21、连接件；30、第一盒体；31、第二盒体；31a、第二接口；31b、第一接口；32、第二磁热单元；33、第一磁热单元；34、第二盒盖；35、第一盒盖。

具体实施方式

结合参见图3至图8所示，根据本申请的实施例，磁蓄冷器包括第一磁热单元33和第二磁热单元32，第一磁热单元33和第二磁热单元32并排设置，第一磁热单元33包括单一磁热材料，第一磁热单元33沿着流体流动方向的两端分别开设有第一接口31b，第二磁热单元32包括多层磁热材料，多层磁热材料沿着流体流动方向依次设置，第二磁热单元32沿着流体流动方向的两端分别开设有第二接口31a。

本申请的磁蓄冷器，采用了至少两个并排设置的磁热单元，其中一个磁热单元采用单层磁热材料，另一个磁热单元采用多层磁热材料，因此在使用该磁蓄冷器时，可以根据温跨大小选择相应的磁热单元工作，在温跨较小时，可以选择单层磁热材料的磁热单元工作，在温跨较大时，可以选择多层磁热材料的磁热单元工作，从而根据温跨的不同选择合适的磁热单元，实现单一磁工质与多种磁工质的任意切换，使得磁蓄冷器能够适用于不同温跨范围的工作需求，且均能够有效保证磁热材料的磁热效应，提高了磁蓄冷器对于环境温度的适应性，能够保证磁蓄冷器始终能够处在最佳运行状态，提高了系统性能。

由于本申请的第一磁热单元33和第二磁热单元32均具有用于与流体管路相连的接口，因此使得第一磁热单元33和第二磁热单元32能够选择地与流体管路进行连接，从而能够根据系统工作时的温跨来选择合适的磁热单元，可以根据系统的工作需求来调整进行工作的磁热单元，使得磁热单元能够与温跨进行匹配，当温跨较小时可以选择单层磁热材料的第一磁热单元33，当温跨较大时可以选择多层磁热材料的第二磁热单元32，使得第一磁热单元33和第二磁热单元32能够根据需要移出和移入流路系统，从而能够适用于不同温跨下的温度调节，并且使得系统均能够保持在较高工作能效。

第一磁热单元33还包括第一盒体30，单一磁热材料填充在第一盒体30内，第一盒体30的两端开设有第一接口31b，第二磁热单元32还包括第二盒体31，多层磁热材料填充在第二盒体31内，第二盒体31的两端开设有第二接口31a。

第一磁热单元33还包括第一盒盖35，第二磁热单元32还包括第二盒盖34，其中第一盒盖35盖设在第一盒体30的开口处，第二盒盖34盖设在第二盒体31的开口处。

在一个实施例中，第一盒体30和第二盒体31为一体式结构。第一盒体30和第二盒体31可以为一体成型，在第一盒体30和第二盒体31之间形成有中间隔板，将第一盒体30和第二盒体31的填充空间间隔开，进而将填充在第一盒体30内的单层磁热材料和填充在第二盒体31内的多层磁热材料间隔开，避免磁热材料发生混合。

在一个实施例中，单层磁热材料为多层磁热材料中的一种。

磁蓄冷器也可以包括更多个磁热单元，这些磁热单元每个磁热单元内可以填充多层磁热材料，也可以填充单层磁热材料，每个磁热单元所包括的磁热材料种类均是不同的，从而能够适用更多不同温跨环境的温度调节，进一步提高系统的适用性，提高系统的工作性能。

在其中一个实施例中，磁蓄冷器还包括壳体11，壳体11沿着流体流动方向的两端分别设置有第三接口11a，第一磁热单元33和第二磁热单元32设置在壳体11内，第一接口31b和第二接口31a能够选择地与第三接口11a连通。在本实施例中，将第一磁热单元33和第二磁热单元32能够活动地设置在壳体11内，从而能够通过调节第一磁热单元33和第二磁热单元32在壳体11内的位置，使得第一接口31b和第二接口31a能够选择地与第三接口11a连通，实现第一磁热单元33和第二磁热单元32的工作状态的切换。

磁蓄冷器还包括致动器20，致动器20被配置为驱动第一磁热单元33和第二磁热单元32在壳体11内运动，以调节第一接口31b和第二接口31a与第三接口11a的连通状态。致动器20主要用于为第一磁热单元33和第二磁热单元32在壳体11内的运动提供驱动力。

在其中一个实施例中，第一磁热单元33和第二磁热单元32上均连接有致动器20，在第一磁热单元33需要运动时，可以通过与第一磁热单元33连接的致动器20驱动第一磁热单元33和第二磁热单元32一同运动，使得第一磁热单元33运动到第一接口31b与第三接口11a连通的位置，在第二磁热单元32需要运动时，可以通过与第二磁热单元32连接的致动器20驱动第一磁热单元33和第二磁热单元32一同运动，使得第二磁热单元32运动到第二接口31a与第三接口11a连通的位置。

为了避免流体流动过程中发生泄漏，第一磁热单元33沿着流体流动方向的两端与壳体11的内壁之间是密封贴合的，第二磁热单元32沿着流体流动方向的两端与壳体11的内壁之间也是密封贴合的，从而使得第一磁热单元33和第二磁热单元32在壳体11内滑动时，不会发生流体泄漏。

在一个实施例中，第一磁热单元33和第二磁热单元32固定连接，致动器20与第一磁热单元33或第二磁热单元32驱动连接。由于第一磁热单元33和第二磁热单元32是固定连接的，因此仅需要一个致动器20，就能够同时实现对第一磁热单元33和第二磁热单元32的运动位置的调节。

致动器20设置在壳体11外，致动器20通过连接件21与第一磁热单元33驱动连接。为了提高磁热单元运动的平衡性，致动器20通过两个或者更多个连接件21与第一磁热单元33驱动连接，其中至少一个连接件21连接在第一磁热单元33的第一端，至少一个连接件21连接在第一磁热单元33的第二端。本实施例中的连接件21例如为连接杆。

第二盒体31内设置有多个隔板，多个隔板被配置为将多层磁热材料的不同磁热材料间隔开。

对于第二磁热单元32里面的多层磁热材料而言，沿着流体的流动方向，磁热材料的居里温度是递增或者递减的。

多层磁热材料内的磁热材料的种类最少为两种，也可以为三种或者以上。

根据本申请的实施例，蓄冷床包括磁蓄冷器10，该磁蓄冷器10为上述的磁蓄冷器。

蓄冷床包括磁体，第一磁热单元33和第二磁热单元32沿第一方向排列，磁体在第一方向上与第一磁热单元33和第二磁热单元32的相对位置可调，以使第一磁热单元33处于磁体的磁场范围内，或者使第二磁热单元32处于磁体的磁场范围内。

对于蓄冷床而言，在进行第一磁热单元33和第二磁热单元32的状态切换时，可以通过调节第一磁热单元33和第二磁热单元32的位置来实现，也可以通过调节磁体的位置实现。

当通过调节第一磁热单元33和第二磁热单元32的位置来实现时，可以采用第一磁热单元33和第二磁热单元32能够在壳体11内滑动的结构。当通过调节磁体的位置实现时，既可以使得磁蓄冷器10运动，使磁蓄冷器10能够整体相对于磁体发生沿着第一磁热单元33和第二磁热单元32的排列方向的位移，也可以使得磁体运动，使磁体能够相对于发生沿着第一磁热单元33和第二磁热单元32的排列方向的位移。

蓄冷床还包括驱动机构110，驱动机构110被配置为在加磁或者去磁时控制磁体与磁蓄冷器10之间的相对运动。驱动机构110可以驱动磁蓄冷器10运动，也可以驱动磁体运动，从而实现对第一磁热单元33和第二磁热单元32的工作状态的调节。

结合参见图3至图8所示，根据本申请的实施例，磁制冷系统包括第一蓄冷床104和第二蓄冷床106，第一蓄冷床104和/或第二蓄冷床106为上述的蓄冷床。

作为一个优选的实施例，第一蓄冷床104和第二蓄冷床106均为上述的蓄冷床。

在一个实施例中，磁制冷系统还包括泵102、冷端换热器101和热端换热器105，泵102、第一蓄冷床104、热端换热器105、第二蓄冷床106和冷端换热器101依次连接形成流体回路，磁制冷系统还包括第一旁通管路和第二旁通管路，第一旁通管路的第一端连接在泵102和第一蓄冷床104之间的管路上，第一旁通管路的第二端连接在第二蓄冷床106和冷端换热器101之间的管路上，第二旁通管路的第一端连接在第一旁通管路与泵102之间的管路上，第二旁通管路的第二端连接在第一旁通管路和第二蓄冷床106之间的管路上，第一旁通管路的第一端与第二旁通管路的第一端之间的管路上设置有第一控制阀103，第一旁通管路的第二端与第二旁通管路的第二端之间的管路上设置有第二控制阀107，第一旁通管路上设置有第三控制阀109，第二旁通管路上设置有第四控制阀108。

磁制冷系统在运行过程中，每个周期包括两个过程。

在第一个过程中，第一蓄冷床104加磁，第二蓄冷床106去磁，泵102推动流体向左流动，流体经过第一控制阀103流入第一蓄冷床104，之后流入热端换热器105，流体向热端换热器105释放热量，之后流体流向第二蓄冷床106，然后经第二控制阀107流入冷端换热器101，最后流回泵102。在第一个过程中第一蓄冷床104处于磁场中，第二蓄冷床106处于磁场外，第一控制阀103、第二控制阀107处于打开状态，第三控制阀109、第四控制阀108断开。

在第二个过程中，泵102推动流体向左流动，流体经过第四控制阀108流入第二蓄冷床106，之后流入热端换热器105，流体向热端换热器105释放热量，之后流体流向第一蓄冷床104，然后经第三控制阀109流入冷端换热器101，最后流回泵102。在第二个过程中第二蓄冷床106处于磁场中，第一蓄冷床104处于磁场外，第三控制阀109、第四控制阀108处于打开状态，第一控制阀103、第二控制阀107断开。

在一个实施例中，磁制冷系统还包括泵102、冷端换热器101和热端换热器105，泵102、第一蓄冷床104、热端换热器105、第二蓄冷床106和冷端换热器101依次连接形成流体回路，第一接口31b被配置为连接第一流体管路，第二接口31a被配置为连接第二流体管路，第一流体管路和第二流体管路上分别设置有控制管路通断的截止阀，位于磁蓄冷器10同一端的第一流体管路和第二流体管路共同连接至该端的流体回路。

在本实施例中，提供了一种不用切换第一磁热单元33和第二磁热单元32的位置就能够实现两者工作状态切换的方式，通过控制第一磁热单元33和第二磁热单元32与流体管路的连通状态的方式，实现对第一磁热单元33和第二磁热单元32的工作状态的切换。

上述的控制阀例如为电磁阀。

蓄冷床包括磁体和驱动机构110时，磁制冷系统还包括运动控制器112，运动控制器112通讯连接至驱动机构110，运动控制器112被配置为控制磁体与磁蓄冷器10之间的相对运动速度。驱动机构110包括驱动电机，驱动电机通过螺杆传动等方式，实现对磁体相对于磁蓄冷器10在去磁或者加磁过程中的平移运动控制，运动控制器112用于对驱动电机进行控制，进而通过驱动电机控制磁体去磁或者加磁过程中的平移运动速度。

在一个实施例中，磁制冷系统还包括泵102、冷端换热器101和热端换热器105，泵102、第一蓄冷床104、热端换热器105、第二蓄冷床106和冷端换热器101依次连接形成流体回路，磁制冷系统还包括主控制器113、第一温度传感器111、转速控制器114、第二温度传感器115和流量传感器116，运动控制器112、第一温度传感器111、转速控制器114、第二温度传感器115和流量传感器116均电气连接至主控制器113，第一温度传感器111被配置为检测热端换热器105的温度，第二温度传感器115被配置为检测冷端换热器101的温度，转速控制器114被配置为控制泵102的转速，流量传感器116被配置为检测流体流量。

在一个实施例中，磁制冷系统还包括泵102、冷端换热器101、热端换热器105和温度调节装置，泵102、第一蓄冷床104、热端换热器105、第二蓄冷床106和冷端换热器101依次连接形成流体回路，温度调节装置被配置为调节进入到第一蓄冷床104的流体温度；和/或温度调节装置被配置为调节进入到第二蓄冷床106的流体温度。

温度调节装置包括两个半导体制冷装置117，其中一个半导体制冷装置117设置在热端换热器105与第一蓄冷床104之间，另一个半导体制冷装置117设置在热端换热器105与第二蓄冷床106之间。

半导体制冷装置117包括多个半导体制冷片，一部分半导体制冷片的热端与流体管路的外表面相贴合，另一部分半导体制冷片的冷端与流体管路的外表面相贴合。

磁制冷系统还包括致动器控制器和半导体制冷控制器，致动器控制器和半导体制冷控制器均与主控制器113通讯连接，并通过主控制器113进行控制。其中致动器控制器用于控制致动器20的动作，使得致动器20驱动第一磁热单元33和第二磁热单元32的运动位置，实现第一磁热单元33和第二磁热单元32的位置调节。半导体制冷控制器用于控制半导体制冷装置117的制冷片电流的大小。

半导体制冷装置117也可以设置在储水箱上，直接对储水箱内的流体进行温度调节，使得储水箱内的流体温度能够达到磁热单元的最佳工作温度。

结合参见图9所示，根据本申请的实施例，一种上述的磁制冷系统的磁制冷控制方法包括：获取磁制冷系统的工作模式；获取外部环境温度T0和调温空间设定温度T1；计算外部环境温度T0和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T0|；当|T1-T0|≤b时，控制第一磁热单元33处于工作状态，第二磁热单元32处于闲置状态；当|T1-T0|＞b时，控制第二磁热单元32处于工作状态，第一磁热单元33处于闲置状态；其中调温空间为需要进行温度调节的空间。

例如当磁制冷系统用于房间温度调节时，此时的调温空间为室内，外部环境为室外，当磁制冷系统用于冰箱或者冰柜时，此时的调温空间为箱内或柜内空间，外部环境为箱外或柜外空间。因此，此处的调温空间和外部空间为相对空间，并非特指，而是由调整温度所要实现的目的而定。

通过判断外部环境温度T0和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T0|与预设阈值之间的关系，可以判断系统温跨大小，从而根据温跨大小选择合适的磁热单元进行工作，实现对调温空间温度的快速准确控制，同时保证系统参与工作的磁热单元能够与温跨匹配，使磁制冷系统处在最佳运行状态，提高系统性能。

上述的b为温跨阈值，其取值可以根据磁热单元的居里温度确定，或者是由控制器通过自学习方式获得，作为一种可选的实施例，上述的b取值范围为4℃～6℃。

如外部环境温度T0与调温空间温度差值较小如3℃，此时程序计算得到蓄冷器的磁热材料均相同，制冷性能最好，此时致动器控制器控制致动器20不运动，流体流入第一磁热单元33换热。当环境温度与房间设定温度较大如13℃，此时致动器20推动第二磁热单元32到加磁与去磁区，使得流体与多种不同居里温度的磁热材料换热。

当|T1-T0|≤b时，控制第一磁热单元33处于工作状态，第二磁热单元32处于闲置状态；当|T1-T0|＞b时，控制第二磁热单元32处于工作状态，第一磁热单元33处于闲置状态的步骤包括：当|T1-T0|≤b时，控制致动器20调节第一磁热单元33和第二磁热单元32的位置，使得第一磁热单元处于工作位置，第二磁热单元32处于闲置位置；当|T1-T0|＞b时，控制致动器20调节第一磁热单元33和第二磁热单元32的位置，使得第一磁热单元处于闲置位置，第二磁热单元32处于工作位置。

磁制冷控制方法还包括：获取调温空间温度；计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|；当|T1-T|≤a时，控制磁制冷系统进入系统功耗控制模式；当|T1-T|＞a时，控制磁制冷系统进入磁制冷优化控制模式。

此处的a为设定温度偏差，主要用于判断调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值是否过大，当差值过大时，需要进入到磁制冷优化控制模式，进行快速调温，使得调温空间温度能够快速调节到调温空间设定温度T1，或者是接近调温空间设定温度T1，当差值较小时，此时需要进行精确调节，因此无需较快的温度调节速度，此时主要实现系统功耗控制，减小系统功耗。上述的a值例如为0.5℃。

磁制冷优化控制模式包括：获取调温空间温度；以磁体平移速度、流体流量、流体热入口温度值、磁工质配置为设计变量，计算出到达调温空间设定温度T1的最小时间下的磁体平移速度、流体流量、最佳磁工质配置、流体热入口温度值。

磁制冷控制方法还包括：每隔时间△t1获取调温空间温度T；进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤。此处的△t1例如为30s～300s。

磁制冷优化控制模式还包括：获取流入半导体制冷装置的流体温度、流体流量和接触热阻；根据获取到的流体温度、流体流量和接触热阻确定流体热入口温度值与半导体制冷片电流值的对应关系。

磁制冷控制方法还包括：获取磁制冷优化控制模式计算的流体热入口温度值所对应的半导体制冷片电流值；将半导体制冷片电流值调节至该对应的半导体制冷片电流值。

磁制冷控制方法还包括：每隔时间△t1获取调温空间温度T；判断调温空间温度T是否稳定；当调温空间温度T稳定时，进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤；当调温空间温度T不稳定时，使得磁体平移速度和流体流量保持不变，继续对调温空间温度进行调节。

判断调温空间温度T是否稳定的步骤包括：获取t1时刻的调温空间温度T与2t1时刻的调温空间温度T之间的差值c1；获取2t1时刻的调温空间温度T与3t1时刻的调温空间温度T之间的差值c2；若c1和c2均在±d范围内，则判断调温空间温度稳定。其中的d例如为0.2℃。

系统功耗控制模式包括：计算系统功耗最小条件下的磁体平移速度、流体流量、流体热入口温度值、磁工质配置，并将相应的参数调整至计算出的数值；每隔△t2时间获取调温空间温度T；进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤。上述的△t2例如为5s～20s。

磁制冷控制方法还包括：在磁制冷系统完成一次循环之后，再次进入到获取外部环境温度T0和调温空间设定温度T1的步骤。

在磁制冷系统完成一次循环后，会再次回到获取外部环境温度T0的步骤，因此能够及时获取到外部环境温度T0的变化，将房间有家用电器工作时，热源产生的热负荷考虑进去，使得调温空间温度能够快速准确调节到位。

磁制冷系统处于开机状态时，用户根据需求选择制冷模式或制热模式或除湿模式，温度传感器将室内温度传递给主控制器113，主控制器113控制显示装置显示调温空间温度值，之后用户设定要制冷或制热的温度值，主控制器113接收流体流入半导体制冷区的温度值，通过内部的半导体制冷装置换热程序，计算出在不同制冷片电流下，流体流出半导体制冷区的温度值(即流体热入口温度值)。主控制器113计算出|T-T1|，即调温空间设定温度与调温空间温度的差值的绝对值，并将绝对值与设定偏差a如0.5℃相比较，此时分为两种情况即大于或小于等于。

当差值绝对值大于设定偏差a时，主控制器113将温度设定值T1与调温空间温度T带入到磁制冷优化程序，进入到磁制冷优化控制模式。

磁制冷换热仿真程序根据获取的调温空间温度设定值、调温空间初始温度，以磁体平移速度、流体流量、流体热入口温度值、磁工质配置为设计变量，计算出到达调温空间设定温度T1的最小时间下的磁体平移速度、流体流量、最佳磁工质配置、流体热入口温度。

然后通过半导体换热仿真程序得到流体热入口温度对应的半导体制冷片电流值，之后主控制器113通过半导体制冷装置117调节半导体制冷片的电流大小；主控制器113利用负反馈调节方法通过泵转速控制器114调节泵102流量至设定值，通过运动控制器112调节电机转速，从而将磁体平移运动速度调节至设定值，通过致动器控制器调节磁工质的配置，主控制器113控制电磁阀第一控制阀103、第二控制阀107、第四控制阀108、第三控制阀109的工作频率，磁体平移速度与流体流量达到稳定之后，每隔时间Δt1，温度传感器将温度值传递给主控制器113，主控制器113判定调温空间温度T是否稳定，判断方法如下：上一时刻2t1时的调温空间温度T与上上时刻t1时的调温空间温度T的差值，这一时刻3t1时的调温空间温度T与上一时刻2t1时的调温空间温度T的差值均在±0.2℃范围之内，即认为调温空间温度稳定。当调温空间温度稳定时将调温空间温度T与调温空间设定温度T1相比较，判定|T-T1|是否大于a。当调温空间温度不稳定时，则磁体平移速度、流量保持不变。

当|T-T1|≤a时，主控制器113将调温空间设定温度T1与调温空间温度T带入到系统功耗控制模式，对系统进行系统功耗控制。

系统功耗控制模式与磁制冷优化控制模式的区别在于，系统功耗控制模式的目标函数为系统功耗，以稳定运行时间，以及调温空间的稳定温度为约束条件。

系统功耗控制模式计算出系统功耗最小条件下的磁体平移速度、流体流量、流体热入口温度值、磁工质配置，之后每隔时间Δt2，温度传感器将温度值T传递给主控制器113，主控制器113判定|T-T1|与a的关系，进而对磁制冷系统进行相应控制。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (28)

1.一种磁蓄冷器，其特征在于，包括第一磁热单元（33）和第二磁热单元（32），所述第一磁热单元（33）和所述第二磁热单元（32）并排设置，所述第一磁热单元（33）包括单一磁热材料，所述第一磁热单元（33）沿着流体流动方向的两端分别开设有第一接口（31b），所述第二磁热单元（32）包括多层磁热材料，所述多层磁热材料沿着流体流动方向依次设置，所述第二磁热单元（32）沿着流体流动方向的两端分别开设有第二接口（31a）；所述磁蓄冷器还包括壳体（11），所述壳体（11）沿着流体流动方向的两端分别设置有第三接口（11a），所述第一磁热单元（33）和所述第二磁热单元（32）设置在所述壳体（11）内，所述第一接口（31b）和所述第二接口（31a）能够选择地与所述第三接口（11a）连通；所述磁蓄冷器还包括致动器（20），所述致动器（20）被配置为驱动所述第一磁热单元（33）和所述第二磁热单元（32）在所述壳体（11）内运动，以调节所述第一接口（31b）和所述第二接口（31a）与所述第三接口（11a）的连通状态。

2.根据权利要求1所述的磁蓄冷器，其特征在于，所述第一磁热单元（33）还包括第一盒体（30），所述单一磁热材料填充在所述第一盒体（30）内，所述第一盒体（30）的两端开设有所述第一接口（31b），所述第二磁热单元（32）还包括第二盒体（31），所述多层磁热材料填充在所述第二盒体（31）内，所述第二盒体（31）的两端开设有所述第二接口（31a）。

3.根据权利要求2所述的磁蓄冷器，其特征在于，所述第一盒体（30）和所述第二盒体（31）为一体式结构。

4.根据权利要求1所述的磁蓄冷器，其特征在于，所述第一磁热单元（33）和所述第二磁热单元（32）固定连接，所述致动器（20）与所述第一磁热单元（33）或所述第二磁热单元（32）驱动连接。

5.根据权利要求4所述的磁蓄冷器，其特征在于，所述致动器（20）设置在所述壳体（11）外，所述致动器（20）通过连接件（21）与所述第一磁热单元（33）驱动连接。

6.根据权利要求3所述的磁蓄冷器，其特征在于，所述第二盒体（31）内设置有多个隔板，所述多个隔板被配置为将所述多层磁热材料的不同磁热材料间隔开。

7.一种蓄冷床，包括磁蓄冷器（10），其特征在于，所述磁蓄冷器（10）为权利要求1至6中任一项所述的磁蓄冷器。

8.根据权利要求7所述的蓄冷床，其特征在于，所述蓄冷床包括磁体，所述第一磁热单元（33）和所述第二磁热单元（32）沿第一方向排列，所述磁体在第一方向上与所述第一磁热单元（33）和所述第二磁热单元（32）的相对位置可调，以使所述第一磁热单元（33）处于所述磁体的磁场范围内，或者使所述第二磁热单元（32）处于所述磁体的磁场范围内。

9.根据权利要求8所述的蓄冷床，其特征在于，所述蓄冷床还包括驱动机构（110），所述驱动机构（110）被配置为在加磁或者去磁时控制所述磁体与所述磁蓄冷器（10）之间的相对运动。

10.一种磁制冷系统，包括第一蓄冷床（104）和第二蓄冷床（106），其特征在于，所述第一蓄冷床（104）和/或所述第二蓄冷床（106）为权利要求7至9中任一项所述的蓄冷床。

11.根据权利要求10所述的磁制冷系统，其特征在于，所述磁制冷系统还包括泵（102）、冷端换热器（101）和热端换热器（105），所述泵（102）、第一蓄冷床（104）、热端换热器（105）、第二蓄冷床（106）和所述冷端换热器（101）依次连接形成流体回路，所述磁制冷系统还包括第一旁通管路和第二旁通管路，所述第一旁通管路的第一端连接在所述泵（102）和所述第一蓄冷床（104）之间的管路上，所述第一旁通管路的第二端连接在所述第二蓄冷床（106）和所述冷端换热器（101）之间的管路上，所述第二旁通管路的第一端连接在所述第一旁通管路与所述泵（102）之间的管路上，所述第二旁通管路的第二端连接在所述第一旁通管路和所述第二蓄冷床（106）之间的管路上，所述第一旁通管路的第一端与所述第二旁通管路的第一端之间的管路上设置有第一控制阀（103），所述第一旁通管路的第二端与所述第二旁通管路的第二端之间的管路上设置有第二控制阀（107），所述第一旁通管路上设置有第三控制阀（109），所述第二旁通管路上设置有第四控制阀（108）。

12.根据权利要求10所述的磁制冷系统，其特征在于，所述磁制冷系统还包括泵（102）、冷端换热器（101）和热端换热器（105），所述泵（102）、第一蓄冷床（104）、热端换热器（105）、第二蓄冷床（106）和所述冷端换热器（101）依次连接形成流体回路，所述第一接口（31b）被配置为连接第一流体管路，所述第二接口（31a）被配置为连接第二流体管路，所述第一流体管路和所述第二流体管路上分别设置有控制管路通断的截止阀，位于所述磁蓄冷器（10）同一端的所述第一流体管路和所述第二流体管路共同连接至该端的流体回路。

13.根据权利要求10所述的磁制冷系统，其特征在于，所述蓄冷床包括磁体和驱动机构（110）时，所述磁制冷系统还包括运动控制器（112），所述运动控制器（112）通讯连接至所述驱动机构（110），所述运动控制器（112）被配置为控制所述磁体与所述磁蓄冷器（10）之间的相对运动速度。

14.根据权利要求13所述的磁制冷系统，其特征在于，所述磁制冷系统还包括泵（102）、冷端换热器（101）和热端换热器（105），所述泵（102）、第一蓄冷床（104）、热端换热器（105）、第二蓄冷床（106）和所述冷端换热器（101）依次连接形成流体回路，所述磁制冷系统还包括主控制器（113）、第一温度传感器（111）、转速控制器（114）、第二温度传感器（115）和流量传感器（116），所述运动控制器（112）、第一温度传感器（111）、转速控制器（114）、第二温度传感器（115）和流量传感器（116）均电气连接至所述主控制器（113），所述第一温度传感器（111）被配置为检测所述热端换热器（105）的温度，所述第二温度传感器（115）被配置为检测冷端换热器（101）的温度，所述转速控制器（114）被配置为控制泵（102）的转速，所述流量传感器（116）被配置为检测流体流量。

15.根据权利要求10所述的磁制冷系统，其特征在于，所述磁制冷系统还包括泵（102）、冷端换热器（101）、热端换热器（105）和温度调节装置，所述泵（102）、第一蓄冷床（104）、热端换热器（105）、第二蓄冷床（106）和所述冷端换热器（101）依次连接形成流体回路，所述温度调节装置被配置为调节进入到第一蓄冷床（104）的流体温度；和/或所述温度调节装置被配置为调节进入到第二蓄冷床（106）的流体温度。

16.根据权利要求15所述的磁制冷系统，其特征在于，所述温度调节装置包括两个半导体制冷装置（117），其中一个所述半导体制冷装置（117）设置在所述热端换热器（105）与所述第一蓄冷床（104）之间，另一个所述半导体制冷装置（117）设置在所述热端换热器（105）与所述第二蓄冷床（106）之间。

17.根据权利要求16所述的磁制冷系统，其特征在于，所述半导体制冷装置（117）包括多个半导体制冷片，一部分所述半导体制冷片的热端与流体管路的外表面相贴合，另一部分所述半导体制冷片的冷端与所述流体管路的外表面相贴合。

18.一种如权利要求10至16中任一项所述的磁制冷系统的磁制冷控制方法，其特征在于，包括：

获取磁制冷系统的工作模式；

获取外部环境温度T0和调温空间设定温度T1；

计算外部环境温度T0和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T0|；

当|T1-T0|≤b时，控制第一磁热单元（33）处于工作状态，第二磁热单元（32）处于闲置状态；

当|T1-T0|＞b时，控制第二磁热单元（32）处于工作状态，第一磁热单元（33）处于闲置状态；

其中调温空间为需要进行温度调节的空间。

19.根据权利要求18所述的磁制冷控制方法，其特征在于，当|T1-T0|≤b时，控制第一磁热单元（33）处于工作状态，第二磁热单元（32）处于闲置状态；当|T1-T0|＞b时，控制第二磁热单元（32）处于工作状态，第一磁热单元（33）处于闲置状态的步骤包括：

当|T1-T0|≤b时，控制致动器（20）调节第一磁热单元（33）和第二磁热单元（32）的位置，使得第一磁热单元处于工作位置，第二磁热单元（32）处于闲置位置；

当|T1-T0|＞b时，控制致动器（20）调节第一磁热单元（33）和第二磁热单元（32）的位置，使得第一磁热单元处于闲置位置，第二磁热单元（32）处于工作位置。

20.根据权利要求18所述的磁制冷控制方法，其特征在于，磁制冷控制方法还包括：

获取调温空间温度；

计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|；

当|T1-T|≤a时，控制磁制冷系统进入系统功耗控制模式；

当|T1-T|＞a时，控制磁制冷系统进入磁制冷优化控制模式。

21.根据权利要求20所述的磁制冷控制方法，其特征在于，磁制冷优化控制模式包括：

获取调温空间温度；

以磁体平移速度、流体流量、流体热入口温度值、磁工质配置为设计变量，计算出到达调温空间设定温度T1的最小时间下的磁体平移速度、流体流量、最佳磁工质配置、流体热入口温度值。

22.根据权利要求21所述的磁制冷控制方法，其特征在于，磁制冷控制方法还包括：

每隔时间△t1获取调温空间温度T；

进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤。

23.根据权利要求21所述的磁制冷控制方法，其特征在于，磁制冷优化控制模式还包括：

获取流入半导体制冷装置的流体温度、流体流量和接触热阻；

根据获取到的流体温度、流体流量和接触热阻确定流体热入口温度值与半导体制冷片电流值的对应关系。

24.根据权利要求23所述的磁制冷控制方法，其特征在于，磁制冷控制方法还包括：

获取磁制冷优化控制模式计算的流体热入口温度值所对应的半导体制冷片电流值；

将半导体制冷片电流值调节至该对应的半导体制冷片电流值。

25.根据权利要求21所述的磁制冷控制方法，其特征在于，磁制冷控制方法还包括：

每隔时间△t1获取调温空间温度T；

判断调温空间温度T是否稳定；

当调温空间温度T稳定时，进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤；

当调温空间温度T不稳定时，使得磁体平移速度和流体流量保持不变，继续对调温空间温度进行调节。

26.根据权利要求25所述的磁制冷控制方法，其特征在于，判断调温空间温度T是否稳定的步骤包括：

获取t1时刻的调温空间温度T与2t1时刻的调温空间温度T之间的差值c1；

获取2t1时刻的调温空间温度T与3t1时刻的调温空间温度T之间的差值c2；

若c1和c2均在±d范围内，则判断调温空间温度稳定。

27.根据权利要求20所述的磁制冷控制方法，其特征在于，系统功耗控制模式包括：

计算系统功耗最小条件下的磁体平移速度、流体流量、流体热入口温度值、磁工质配置，并将相应的参数调整至计算出的数值；

每隔△t2时间获取调温空间温度T；

进入计算调温空间温度T和调温空间设定温度T1之间的差值绝对值|T1-T|的步骤。

28.根据权利要求18所述的磁制冷控制方法，其特征在于，磁制冷控制方法还包括：

在磁制冷系统完成一次循环之后，再次进入到获取外部环境温度T0和调温空间设定温度T1的步骤。

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