CN215176161U - 复合制冷系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种复合制冷系统。该复合制冷系统包括压缩制冷系统和磁制冷系统，压缩制冷系统包括压缩机(1)第一换热器(2)、节流装置(3)和第二换热器(4)，磁制冷系统包括双向泵(6)、第一蓄冷器(7)和第二蓄冷器(8)，第一蓄冷器(7)与节流装置(3)并联，第一蓄冷器(7)和节流装置(3)能够选择地与第一换热器(2)连通，压缩机(1)所在的第一管路外并联有第二管路，双向泵(6)和第二蓄冷器(8)串联在第二管路上，第二蓄冷器(8)位于双向泵(6)和第二换热器(4)之间。根据本申请的复合制冷系统，能够充分发挥不同制冷系统的优势，兼顾大冷量和大温跨的问题，提高复合制冷系统的工作效率。

Description

复合制冷系统

技术领域

本申请涉及制冷技术领域，具体涉及一种复合制冷系统。

背景技术

随着传统蒸汽压缩式制冷技术在对环境的不友好性和换热效率方面的弊端日渐明显，新型制冷技术(非蒸气压缩式制冷)的研发日趋紧迫。磁制冷技术则是发展前景最被看好的新型制冷技术之一，尤其是其在环境友好性和高效能方面的优势十分突出，相比传统蒸汽压缩式制冷，磁制冷的制冷效率可达卡诺循环效率的40％～50％，比传统的压缩制冷方式高30％左右；此外磁制冷方式采用磁性材料进行固-液换热，无对环境有害的气体；并且磁复合制冷系统的运行频率低，产生的噪声小。凭借上述优势，磁制冷技术成为近年来受关注度最高的新制冷技术。

磁复合制冷系统是一种利用磁热材料的物理特性进行制冷的设备，该装置的技术基础是磁热材料的磁热效应，即：在对磁热材料施加变化磁场时，会导致磁热材料温度的升高或者降低，磁场强度增加时材料磁熵减小、放热、温度升高，磁场强度降低时材料磁熵增加、吸热、温度降低。但是由于目前磁热材料的材料属性的限制，使得磁复合制冷系统的环境温度使用范围受到了较大的限制，存在无法兼顾大冷量和大温跨的问题。

专利文件US20070240428A1公开了一种复合制冷系统，其采用混合制冷系统，该系统包括第一制冷剂循环的蒸汽压缩制冷循环装置和使第二制冷剂循环的磁制冷循环装置，其技术方案在于通过将磁制冷循环的热端换热器与蒸汽压缩制冷循环的冷端换热器进行热交换，让磁制冷循环系统内的换热流体可以进行两级冷却，使得磁制冷循环系统中的冷端换热器可以达到更低的温度，进而实现深度制冷。

上述现有技术仍无法解决磁制冷系统的温跨小导致的推广性差的问题。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种复合制冷系统，能够充分发挥不同制冷系统的优势，兼顾大冷量和大温跨的问题，提高复合制冷系统的工作效率。

为了解决上述问题，本申请提供一种复合制冷系统，包括压缩制冷系统和磁制冷系统，压缩制冷系统包括压缩机第一换热器、节流装置和第二换热器，磁制冷系统包括双向泵、第一蓄冷器和第二蓄冷器，第一蓄冷器与节流装置并联，第一蓄冷器和节流装置能够选择地与第一换热器连通，压缩机所在的第一管路外并联有第二管路，双向泵和第二蓄冷器串联在第二管路上，第二蓄冷器位于双向泵和第二换热器之间。

优选地，第一蓄冷器、节流装置与第一换热器之间通过三通阀连接。

优选地，节流装置所在的管路上设置有第一截止阀，第一蓄冷器所在的管路上设置有第二截止阀。

优选地，第一蓄冷器外并联设置有第一旁通管路，第一旁通管路上设置有第一控制阀。

优选地，第二蓄冷器外并联设置有第二旁通管路，第二旁通管路上设置有第二控制阀。

优选地，第一控制阀为电磁阀。

优选地，第二控制阀为电磁阀。

优选地，节流装置为电子膨胀阀。

本申请提供的复合制冷系统，包括压缩制冷系统和磁制冷系统，压缩制冷系统包括压缩机第一换热器、节流装置和第二换热器，磁制冷系统包括双向泵、第一蓄冷器和第二蓄冷器，第一蓄冷器与节流装置并联，第一蓄冷器和节流装置能够选择地与第一换热器连通，压缩机所在的第一管路外并联有第二管路，双向泵和第二蓄冷器串联在第二管路上，第二蓄冷器位于双向泵和第二换热器之间。该复合制冷系统将磁制冷系统和压缩制冷系统耦合在一起，使得磁制冷系统和压缩制冷系统的换热流体均使用蒸汽压缩式制冷系统的制冷剂，通过控制不同流路的切换，使得该复合系统具有蒸汽压缩制冷、磁制冷、自然冷源制冷三种工作模式，充分发挥各系统的优势，提高了系统制冷效率。

附图说明

图1为本申请一个实施例的复合制冷系统的结构示意图；

图2为本申请一个实施例的复合制冷系统在压缩制冷模式下的工作流路示意图；

图3为本申请一个实施例的复合制冷系统在磁制冷模式下的工作流路示意图；

图4为本申请一个实施例的复合制冷系统在自然冷源制冷模式下的工作流路示意图；

图5为本申请一个实施例的复合制冷系统的结构示意图；

图6为本申请一个实施例的复合制冷系统的控制方法流程图。

附图标记表示为：

1、压缩机；2、第一换热器；3、节流装置；4、第二换热器；5、三通阀； 6、双向泵；7、第一蓄冷器；8、第二蓄冷器。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本申请的实施例，复合制冷系统包括压缩制冷系统和磁制冷系统，压缩制冷系统包括压缩机1第一换热器2、节流装置 3和第二换热器4，磁制冷系统包括双向泵6、第一蓄冷器7和第二蓄冷器8，第一蓄冷器7与节流装置3并联，第一蓄冷器7和节流装置3能够选择地与第一换热器2连通，压缩机1所在的第一管路外并联有第二管路，双向泵6和第二蓄冷器8串联在第二管路上，第二蓄冷器8位于双向泵6和第二换热器4之间。

该复合制冷系统将磁制冷系统和压缩制冷系统耦合在一起，使得磁制冷系统和压缩制冷系统的换热流体均使用蒸汽压缩制冷系统的冷媒，通过控制不同流路的切换，使得该复合系统具有蒸汽压缩制冷、磁制冷、自然冷源制冷三种工作模式，充分发挥各系统的优势，提高了系统制冷效率。

上述的复合制冷系统可以利用蒸汽压缩制冷系统进行快速制冷，利用磁制冷系统或者自然冷源实现低功耗制冷，可以根据复合制冷系统的不同工作状态选择不同的控制模式，实现复合制冷系统的能效最大化。

第一蓄冷器7、节流装置3与第一换热器2之间通过三通阀5连接。第一蓄冷器7、节流装置3与第一换热器2之间也可以通过其他阀或者阀的组合来实现。

例如，在一个实施例中，节流装置3所在的管路上设置有第一截止阀，第一蓄冷器7所在的管路上设置有第二截止阀。

所述节流装置为电子膨胀阀。

压缩机1和双向泵6可以驱动系统流路内的冷媒在封闭回路内进行循环流动，第一换热器2设置在非制冷区域，用于将系统产生的热量散发到非制冷区域中，第二换热器4则设置在制冷区域内，用于将系统产生的冷量散发到制冷区域内，以实现制冷目的。

在上述的各个附图中，其中的A0、A1、A2、B0、B1、B2、C1、C2为流路；S1为第一控制阀，S2为第二控制阀。

本申请所述系统可以根据工作需求进行不同工作模式的切换，以达到不同的制冷功能和系统性能。通过对压缩机1和双向泵6的启停控制，图1所示的复合制冷系统可以具有至少以下三种工作模式：

(1)模式1：蒸汽压缩制冷模式

该模式是在当非制冷区域的温度较高时，即环境温度与制冷目标温度相差较大时工作。启动该模式时，控制器控制压缩机1开始运行，同时控制双向泵 6停止运行，并控制三通阀5接通管路A0与管路A1，这样便形成了压缩机1- 第一换热器2-三通阀5-节流装置3-第二换热器4-压缩机1的循环流路，如图2 所示。这个模式与传统的蒸汽压缩制冷系统基本相同，可以在短时间内使制冷区域内的温度降低到目标温度值。

更具体的，该蒸汽压缩制冷模式的工作原理为：压缩机1将从第二换热器 4循环过来的冷媒进行高度压缩，再将气态的冷媒压缩为高温高压的状态送到第一换热器2中，向非制冷区域进行散热后成为中温高压的液态冷媒。而该液态冷媒又可经过三通阀5通过节流装置3进行进一步的降压、降温，变成低压低温的气液混合状态，然后进入第二换热器4中，气液两相的冷媒在第二换热器4内汽化，冷媒从液态到气态的相变过程吸收大量的热量，实现对制冷区域的制冷。从第二换热器4出来的冷媒变成了过热的气态，然后气态的冷媒回到压缩机1继续循环。

(2)模式2：磁制冷模式

磁制冷系统的工作原理是：对磁热材料施加变化的磁场会使其发生磁热效应，即在磁场发生器对蓄冷器施加磁场(加磁)时，磁热材料会向外释放热量，在磁场发生器对蓄冷器去除磁场(去磁)时，磁热材料会向外释放冷量。本系统中的磁场发生器产生变化磁场的方式可以是通过电磁铁产生的变化磁场，也可以是永磁体与蓄冷器进行运动产生变化磁场。

该模式是在当非制冷区域的温度较低时，即环境温度与制冷目标温度相差较小时工作。启动该模式时，控制器控制双向泵6开始运行，同时控制压缩机 1停止运行，并控制三通阀5接通管路A0与管路A2，这样便形成了双向泵6- 第一换热器2-三通阀5-第一蓄冷器7-第二换热器4-第二蓄冷器8-双向泵6的循环流路，如图3所示。这个模式与现有的磁制冷系统基本相同，可以在温跨需求小的工作条件下以较低的频率运行，并实现制冷。该模式与压缩制冷模式相比，充分发挥了磁制冷系统的优势，即制冷效率高、运行频率低、低噪音功耗小。在利用压缩制冷模式进行快速制冷之后，便可利用磁制冷模式进行小温跨的制冷平衡，使制冷区域内的温度动态的保持在目标温度附近。

更具体的，该磁制冷模式的工作原理为：系统中的第一蓄冷器7与第二蓄冷器8在磁场发生器的作用下会周期性的进行加磁和去磁，且两者的加磁去磁状态刚好相反，即当第一蓄冷器7在进行加磁生热时，第二蓄冷器8在进行去磁生冷，反之，当第一蓄冷器7在进行去磁生冷时，第二蓄冷器8在进行加磁生热。该模式工作时，管路中的冷媒在双向泵6的驱动下进行往复流动。

按照管路中冷媒的流向将该模式的每个工作循环周期分为第一阶段和第二阶段，其具体工作情况如下：

第一阶段：磁场发生器给第一蓄冷器7加磁，给第二蓄冷器8去磁。当第一蓄冷器7加磁产生热量时，冷媒在双向泵的作用下沿第一蓄冷器7-管路A2- 管路A0-第一换热器2的方向进行流动，如此冷媒即可将第一蓄冷器7内的热量传送到第一换热器2中进行散热；与此同时，第二蓄冷器8去磁产生冷量，冷媒在双向泵6的驱动下沿双向泵6-管路B2-第二蓄冷器8-管路B0-第二换热器4的方向进行流动，如此冷媒即可将第二蓄冷器8内的冷量传送到第二换热器4中，再通过第二换热器4与制冷区域的空气进行换热使得制冷区域的温度逐渐降低。

第二阶段：磁场发生器给第一蓄冷器7去磁，给第二蓄冷器8加磁。当第一蓄冷器7去磁产生冷量时，冷媒在双向泵6的作用下沿第一蓄冷器7-第二换热器4的方向进行流动，如此冷媒即可将第一蓄冷器7内的冷量传送到第二换热器4中，再通过第二换热器4与制冷区域的空气进行换热使得制冷区域的温度逐渐降低；与此同时，第二蓄冷器8加磁产生热量，冷媒在双向泵6的驱动下沿管路B0-第二蓄冷器8-管路B2-双向泵6-第一换热器2的方向进行流动，如此冷媒即可将第二蓄冷器8内的热量传送到第一换热器2中，再通过第一换热器2向非制冷区域散发热量。

上述两种制冷模式是针对非制冷区域的温度高于制冷区域温度的情况下，需要对制冷区域进行制冷的工作模式。除此之外，在非制冷区域的温度低于制冷区域温度的情况下，需要对制冷区域进行制冷的，本申请的制冷系统可以采用以下工作模式：

(3)模式3：自然冷源制冷模式

在该制冷模式时，控制器控制双向泵6开始运行，同时控制压缩机1停止工作，同时控制磁场发生器停止工作，并控制三通阀5接通主干流路A0和支路流路A1，使得该复合制冷系统形成图4所示的系统回路，即双向泵6-第一换热器2-流路A0-三通阀5-流路A1-节流装置3-第二换热器4-流路B0-流路B2- 双向泵6。

更具体的，当非制冷区域的温度低于制冷区域的温度时，控制器切换系统到该模式，在该模式下，冷媒在双向泵6的作用下往复流动，根据冷媒的流动方向可以将该模式的每个流动循环周期分成两个阶段：

第一阶段：双向泵6将冷媒驱动到第一换热器2中，由于非制冷区域温度较低，所以进入第一换热器2中的冷媒温度降低，随后又在泵压的作用下流经三通阀5、节流装置3，再流入第二换热器4中，为制冷区域提供冷量，完成换热后，冷媒又回到双向泵中。

第二阶段：双向泵6将冷媒驱动到第二换热器4中，进行二次换热，进一步将冷媒中的冷量充分释放到制冷区域中，然后再经过节流装置3、三通阀5 流入第一换热器2中，将冷媒中的热量释放到非制冷区域，以获得冷量，再流入到双向泵6中。

经过第二阶段后再进行第一阶段的冷媒在泵压作用下流入第一换热器2时，实际上是进行二次制冷，使得冷媒中的冷量更大，使系统的换热效率更高。

该模式是在非制冷区域的温度低于制冷区域温度时，需要对制冷区域进行制冷时运行的，其充分利用自然冷源进行制冷，可以有效提高系统效率。

本申请所述的双向泵6可以是具有防腐功能的双作用活塞泵，该活塞泵通过活塞的往复运动实现冷媒的双向驱动，其活塞两侧的液体容纳体积应当相同。

为了使该复合制冷系统可以实现更加高效的自动控温及智能化制冷的需求，在系统内设置了若干传感器作为控制系统的信号输入源。在制冷区域设置了检测制冷区域温度的温度传感器，其检测的制冷区域的实时温度值为T1，在非制冷区域设置了检测非制冷区域温度的温度传感器，其检测的非制冷区域的温度值为T2。此外，该系统还需要设定制冷区域的目标温度值T0。

结合参见图5所示，为另一种复合制冷系统的结构图，该结构与前述的复合制冷系统的结构基本相同，不同之处在于，在本实施例中，第一蓄冷器7外并联设置有第一旁通管路C1，第一旁通管路上设置有第一控制阀S1。第二蓄冷器8外并联设置有第二旁通管路C2，第二旁通管路上设置有第二控制阀S2。第一控制阀S1为电磁阀。第二控制阀S2为电磁阀。

在本实施例中，当系统处于自然冷源制冷模式时，控制器控制第一控制阀 S1接通第一旁通管路C1，第二控制阀S2接通第二旁通管路C2，使得冷媒可以从第一旁通管路C1和第二旁通管路C2中通过，从而使得系统的压阻减小，降低了系统功耗。

结合参见图6所示，根据本申请的实施例，上述的复合制冷系统的控制方法包括：获取制冷区域的设定目标温度T0；获取制冷区域的实时温度T1和非制冷区域的实时温度T2；判断|T1-T0|与a之间的关系；当|T1-T0|＞a时，控制复合制冷系统运行蒸汽压缩制冷模式；当|T1-T0|≤a时，判断T2与设定温度b 之间的关系；当T2≤b时，控制复合制冷系统运行自然冷源制冷模式；当T2 ＞b时，控制复合制冷系统运行磁制冷模式，并通过双向泵6进行冷媒流动路径的切换。

控制复合制冷系统运行蒸汽压缩制冷模式的步骤包括：控制双向泵6停止运行；控制磁场发生器停止工作；控制第一换热器2与节流装置3连通；启动压缩机1；控制冷媒依次流经压缩机1、第一换热器2、三通阀5、节流装置3 和第二换热器4，形成冷媒流动循环。

控制复合制冷系统运行自然冷源制冷模式的步骤包括：控制压缩机1停止工作；控制磁场发生器停止工作；控制第一换热器2与节流装置3连通；启动双向泵6；控制冷媒依次流经双向泵6、第一换热器2、节流装置3、第二换热器4，形成第一冷媒流动循环。

控制复合制冷系统运行自然冷源制冷模式的步骤还包括：获取复合制冷系统按照该第一冷媒流动循环运行的时间；当运行时间达到预设时间时，控制双向泵6换向，使冷媒一次流经双向泵6、第二换热器4、节流装置3、第一换热器2，形成第二冷媒流动循环。

控制复合制冷系统运行自然冷源制冷模式的步骤还包括：控制第一冷媒流动循环和第二冷媒流动循环周期性进行切换。

控制复合制冷系统运行自然冷源制冷模式的步骤包括：控制压缩机1停止工作；控制磁场发生器停止工作；控制第一换热器2与第一蓄冷器7所在管路连通；控制第一旁通管路和第二旁通管路连通；启动双向泵6；控制冷媒依次流经双向泵6、第一换热器2、第一旁通管路、第二换热器4、第二旁通管路，形成第一冷媒流动循环。

控制复合制冷系统运行磁制冷模式，并通过双向泵6进行冷媒流动路径的切换的步骤包括：控制压缩机1停止运行；控制第一换热器2与第一蓄冷器7 连通；控制双向泵6启动；根据第一蓄冷器7和第二蓄冷器8的工作状态控制双向泵6的泵出方向。

根据第一蓄冷器7和第二蓄冷器8的工作状态控制双向泵6的泵出方向的步骤包括：当第一蓄冷器7加磁，第二蓄冷器8去磁时，控制双向泵6向第一方向泵出；控制冷媒依次流经双向泵6、第二蓄冷器8、第二换热器4、第一蓄冷器7、第一换热器2，形成冷媒流动循环；当第一蓄冷器7去磁，第二蓄冷器8加磁时，控制双向泵6向第二方向泵出；控制冷媒依次流经双向泵6、第一换热器2、第一蓄冷器7、第二换热器4、第二蓄冷器8，形成冷媒流动循环。

上述的复合制冷系统的运行控制方法如下：

启动该复合制冷系统后，控制器读取设定的制冷区域目标温度值T0，再通过传感器获得制冷区域实时温度T1和非制冷区域的实时温度T2，然后控制器判断|T1-T0|是否大于a：若|T1-T0|＞a，则目前制冷区域的实时温度较高，需要进行快速制冷，所以控制器启动并运行模式1，即利用蒸汽压缩制冷方式进行快速降温；若|T1-T0|≤a，则目前制冷区域的实时温度不是很高，可以不使用蒸汽压缩制冷模式进行制冷，而选择自然冷源或磁制冷方式进行稳定降温，以实现绿色、高效的制冷平衡。进一步的，控制器再判断非制冷区域温度T2 是否小于或等于温度值b，当非制冷区域温度T2小于或等于温度值b时，则目前非制冷区域的温度T2较低，可以利用自然冷源的方式实现对制冷区域的制冷，则控制器启动并运行模式3的自然冷源制冷模式，通过换热流体将非制冷区域的低温冷量带到制冷区域中，以实现绿色高效的制冷效果；反之，若非制冷区域温度T2大于b时，则目前非制冷区域的温度T2较高，不适合使用自然冷源的方式实现对制冷区域的制冷，则控制器启动并运行模式2的磁制冷模式，通磁热效应来实现绿色高效的制冷效果。其中的a为温度差设定值，b为温度设定值。

控制器按照上面所述的判断控制方法选择启动模式之后，会每间隔△t1的时间再读取制冷区域和非制冷区域的温度，并重新进行上述运行模式的选择判断。以此来实现该复合制冷系统可以根据环境温度和制冷区域温度的实时数据值来进行制冷运行模式的切换，以使复合制冷系统具有最佳的制冷性能和最佳的制冷经济效益。

其中，数值a是用于判断制冷区域是否需要进行快速制冷的温差值，数值 b是根据系统计算得出的，用于判断在当下的环境温度下，是否可以用自然冷源的方式进行制冷。

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 (8)

1.一种复合制冷系统，其特征在于，包括压缩制冷系统和磁制冷系统，所述压缩制冷系统包括压缩机(1)第一换热器(2)、节流装置(3)和第二换热器(4)，所述磁制冷系统包括双向泵(6)、第一蓄冷器(7)和第二蓄冷器(8)，所述第一蓄冷器(7)与所述节流装置(3)并联，所述第一蓄冷器(7)和所述节流装置(3)能够选择地与所述第一换热器(2)连通，所述压缩机(1)所在的第一管路外并联有第二管路，所述双向泵(6)和所述第二蓄冷器(8)串联在所述第二管路上，所述第二蓄冷器(8)位于所述双向泵(6)和所述第二换热器(4)之间。

2.根据权利要求1所述的复合制冷系统，其特征在于，所述第一蓄冷器(7)、所述节流装置(3)与所述第一换热器(2)之间通过三通阀(5)连接。

3.根据权利要求1所述的复合制冷系统，其特征在于，所述节流装置(3)所在的管路上设置有第一截止阀，所述第一蓄冷器(7)所在的管路上设置有第二截止阀。

4.根据权利要求1所述的复合制冷系统，其特征在于，所述第一蓄冷器(7)外并联设置有第一旁通管路，所述第一旁通管路上设置有第一控制阀。

5.根据权利要求1所述的复合制冷系统，其特征在于，所述第二蓄冷器(8)外并联设置有第二旁通管路，所述第二旁通管路上设置有第二控制阀。

6.根据权利要求4所述的复合制冷系统，其特征在于，所述第一控制阀为电磁阀。

7.根据权利要求5所述的复合制冷系统，其特征在于，所述第二控制阀为电磁阀。

8.根据权利要求1所述的复合制冷系统，其特征在于，所述节流装置为电子膨胀阀。

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