阅读说明：本技术 一种磁制冷系统及控制方法 (Magnetic refrigeration system and control method ) 是由 刘�东 徐文山 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：一种磁制冷系统及其控制方法,磁制冷系统包括N个基础流路,每个基础流路为包括磁蓄冷器的换热回路,每个基础流路的换热循环包括热流动时间和冷流动时间,基础流路的循环周期为T,N个基础流路并联连接,N个基础流路相邻两个基础流路的相位差为T/N,每个基础流路中热流动时间t1和冷流动时间t2满足关系式t1:t2＝(N-1):1,其中N>＝2,其为自然数。采用本发明可以稳定的实现制冷,可以实现制冷系统的稳定制冷,相同的磁制冷结构实现更大的温跨制冷。(The magnetic refrigeration system comprises N basic flow paths, each basic flow path is a heat exchange loop comprising a magnetic regenerator, the heat exchange cycle of each basic flow path comprises heat flow time and cold flow time, the cycle period of each basic flow path is T, the N basic flow paths are connected in parallel, the phase difference of two adjacent basic flow paths of the N basic flow paths is T/N, and the heat flow time T1 and the cold flow time T2 in each basic flow path satisfy the relation T1: T2 ═ 1 (N-1), wherein N > -2 is a natural number. The invention can realize refrigeration stably, realize stable refrigeration of a refrigeration system, and realize larger temperature span refrigeration by the same magnetic refrigeration structure.)

一种磁制冷系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种制冷系统及控制方法，具体而言，涉及一种磁制冷系统及控制方法。

背景技术

制冷系统广泛地应用于家庭和工业领域，制冷系统在冷凝和蒸发期间利用制冷剂与其它介质如空气产生热交换，常用的制冷剂如氯氟烃或氢氯氟烃。然而，这样的制冷剂会引起环境问题，诸如臭氧层的破坏和全球变暖。

磁冷却装置是目前替代制冷剂冷却装置的最佳选择。磁冷却装置是利用磁热效应的冷却装置。具体地，磁冷却装置利用磁性材料由于磁场变化产生的吸热或放热过程，进而完成与空气之间的热交换。

在常规磁冷却装置中，包括磁性材料的至少一个磁蓄冷器在磁体产生的磁场的内部和外部之间旋转或往复运动，导致磁蓄冷器中包括的磁性材料的温度变化。由于磁性材料的冷热交替变化，那么仅仅一个蓄冷器无法实现制冷的连续性。由此，多个蓄冷器交替工作实现制冷的连续性为目前急需解决的问题。

中国专利文献CN 109780751A，公开了一种磁制冷系统，尽管该文献声称采用其控制方案实现了系统的连续制冷，但仔细分析不难发现，该文献仅仅实现了蓄冷液/冷却液的连续流动而非冷却液吸热过程的连续性。其方案是单个基础流路中磁化+热流动和去磁+冷流动在整个控制周期类各占一半，这在磁制冷系统上是不合理的，其方案必然导致制冷不稳定、制冷效率低、制冷温跨小。

中国专利文献CN105452783A，公开了一种磁制冷装置。该文献通过永磁体旋转方式实现多个蓄冷器轮流制冷，通过阀体切换流路实现连续制冷。但分析其方案不难发现，其流路切换周期必然是其一个制冷周期的1/2处。其存在的问题同上一个中国专利文献。

磁制冷系统要想达到制冷的稳定和大的温跨，必须要有回冷/回热过程。蓄冷器吸热过程中，长时间的冷却液流动会增加制冷端的热负荷，降低制冷系统的效率。研究表明，一个制冷周期中，蓄冷器吸热时间占 30％左右为合理状态。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种磁制冷系统及其控制方法，可以稳定的连续制冷。具体地：

一种磁制冷系统的控制方法，所述磁制冷系统包括N个基础流路，每个基础流路为包括磁蓄冷器的换热回路，每个基础流路的循环周期为 T，每个循环周期T内包括热流动时间t1和冷流动时间t2，N个基础流路并联连接，还包括如下步骤：

磁制冷系统换热时：控制N个基础流路相邻两个基础流路的相位差为T/N；控制每个基础流路中热流动时间t1和冷流动时间t2满足关系式t1:t2＝(N-1):1,其中N>＝2，其为自然数。

优选地，每个基础流路还包括：与磁蓄冷器相连通的第一热交换器、与磁蓄冷器相连通的第二热交换器。

优选地，N个基础流路并联连接的方式为：各个基础流路中的磁蓄冷器并联连接后与第一热交换器、第二热交换器分别连接，各个基础流路共用所述第一热交换器和第二热交换器。

优选地，N为3，各个基础流路中的磁蓄冷器并联连接后通过四通管与第一热交换器、第二热交换器分别连接。

优选地，通过四通管的切换实现不同基础流路之间的循环切换。

优选地，N个基础流路换热时：第N个基础流路的相位减去第N-1 个基础流路的相位差为T/N；或者，第N-1个基础流路的相位减去第N 个基础流路的相位差为T/N。

一种磁制冷系统，包括N个基础流路，每个基础流路为包括磁蓄冷器的换热回路，每个基础流路的循环周期为T，每个循环周期T内包括热流动时间t1和冷流动时间t2，每个基础流路的循环周期为T,N个基础流路并联连接，N个基础流路相邻两个基础流路的相位差为T/N,每个基础流路中热流动时间t1和冷流动时间t2满足关系式t1:t2＝(N-1):1, 其中N>＝2，其为自然数。

优选地，每个基础流路包括磁蓄冷器、与磁蓄冷器相连的第一换热器、与磁蓄冷器相连的第二换热器。

优选地，N个基础流路并联连接的方式为：各个基础流路中的磁蓄冷器并联连接后与第一换热器、第二换热器分别连接，各个基础流路共用所述第一换热器和第二换热器。

优选地，N为3，N个基础流路为3个基础流路，分别为第一、第二、第三基础流路。

优选地，第一基础流路包括第一磁蓄冷器，第二基础流路包括第二磁蓄冷器，第三基础流路包括第三磁蓄冷器，其中：

第一换热器的一端连通第一四通管的第四端口，第一四通管的第一、第二、第三端口分别连通第一、第二、第三磁蓄冷器的一端；

第一换热器的另一端连通第三四通管的第四端口，第三四通管的第一、第二、第三端口分别连通第一、第二、第三磁蓄冷器的一端；

第二换热器的一端连通第二四通管的第四端口，第二四通管的第一、第二、第三端口分别各自连通第一、第二、第三磁蓄冷器的一端；

第二换热器的另一端连通第四四通管的第四端口，第四四通管的第一、第二、第三端口分别连通第一、第二、第三磁蓄冷器的一端。

优选地，第一、第二、第三磁蓄冷器中的至少一个通过电磁阀与第一、第二、第三、第四四通管中的至少一个连通。

优选地，第一、第二和第三磁蓄冷器的两端均设有电磁阀。

优选地，第N个基础流路的相位减去第N-1个基础流路的相位差为 T/N；或者，第N-1个基础流路的相位减去第N个基础流路的相位差为 T/N。

优选地，第一换热器形成为散热端，第二换热器形成制冷端。

优选地，N＝4，t1＝3T/4，t2＝T/4。

采用本发明可以稳定的实现制冷，可以实现制冷系统的稳定制冷，相同的磁制冷结构实现更大的温跨制冷。其中温跨是指散热端和制冷端的温差。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的制冷系统的示意图。

图2本发明的各个磁蓄冷器冷、热流动周期示意图。

图3本发明的制冷系统在0～T/3时间内，热流动路径示意图。

图4本发明的制冷系统在T/3～2T/3时间内，热流动路径示意图。

图5本发明的制冷系统在2T/3～T时间内，热流动路径示意图。

其中：40-1，第一热交换器；40-2，第二热交换器；30-1，第一四通管；30-2，第二四通管；30-3，第三四通管；30-4，第四四通管；20-1，第一电磁阀；20-2，第二电磁阀；20-3，第三电磁阀；20-4，第四电磁阀；20-5，第五电磁阀；20-6，第六电磁阀；H,散热端；C，制冷端。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图1-2对本发明中的具体实施方式的内容进行详细描述：

一种磁制冷系统的控制方法，所述磁制冷系统包括N个基础流路，每个基础流路为包括磁蓄冷器的换热回路，每个基础流路的循环周期为 T，每个循环周期T内包括热流动时间t1和冷流动时间t2，N个基础流路并联连接，还包括如下步骤：

磁制冷系统换热时：控制N个基础流路相邻两个基础流路的相位差为T/N；控制每个基础流路中热流动时间t1和冷流动时间t2满足关系式t1:t2＝(N-1):1,其中N>＝2，其为自然数。

其中的相邻两个基础流路的相位差为T/N，是指第N个与第N-1个或第N+1个相位差为T/N。即只要使其运行时，两个基础流路存在相位差，以使其整体达到制冷稳定即可。其中的冷流动是指制冷剂在制冷端 C和磁蓄冷器之间循环的过程。热流动是指制冷剂在散热端H和磁蓄冷器之间循环的过程。通过控制磁蓄冷器的加磁和去磁，或通过控制基础流路不同的启动时间可以实现不同基础流路相位的变化，通过控制磁蓄冷器的加磁和去磁可以控制冷流动和热流动时间的比例。

优选地，每个基础流路还包括：与磁蓄冷器相连通的第一热交换器 (40-1)、与磁蓄冷器相连通的第二热交换器40-2。

优选地，N个基础流路并联连接的方式为：各个基础流路中的磁蓄冷器并联连接后与第一热交换器40-1、第二热交换器40-2分别连接，各个基础流路共用所述第一热交换器40-1和第二热交换器40-2。

优选地，N为3，各个基础流路中的磁蓄冷器并联连接后通过四通管与第一热交换器40-1、第二热交换器40-2分别连接。

优选地，通过四通管的切换实现不同基础流路之间的循环切换。

四通管具有四个端口，通过对端口的控制可以实现不同的基础流路之间切换。

优选地，N个基础流路换热时：第N个基础流路的相位减去第N-1 个基础流路的相位差为T/N；或者，第N-1个基础流路的相位减去第N 个基础流路的相位差为T/N。

另外本发明还提供一种磁制冷系统，包括N个基础流路，每个基础流路为包括磁蓄冷器的换热回路，每个基础流路的循环周期为T，每个循环周期T内包括热流动时间t1和冷流动时间t2，N个基础流路并联连接，N个基础流路相邻两个基础流路的相位差为T/N,每个基础流路中热流动时间t1和冷流动时间t2满足关系式t1:t2＝(N-1):1,其中N>＝2，其为自然数。

其中的相邻两个基础流路的相位差为T/N，是指第N个与第N-1个或第N+1个相位差为T/N。即只要使其运行时，两个基础流路存在相位差，以使其整体达到制冷稳定即可。其中的冷流动是指制冷剂在制冷端 C和磁蓄冷器之间循环的过程。热流动是指制冷剂在散热端H和磁蓄冷器之间循环的过程。通过控制磁蓄冷器的加磁和去磁，或通过控制基础流路不同的启动时间可以实现不同基础流路相位的变化，通过控制磁蓄冷器的加磁和去磁可以控制冷流动和热流动时间的比例。

优选地，每个基础流路包括磁蓄冷器、与磁蓄冷器相连的第一热交换器40-1、与磁蓄冷器相连的第二热交换器40-2。

优选地，N个基础流路并联连接的方式为：各个基础流路中的磁蓄冷器并联连接后与第一热交换器40-1、第二热交换器40-2分别连接，各个基础流路共用所述第一热交换器40-1和第二热交换器40-2。

优选地，N为3，N个基础流路为3个基础流路，分别为第一、第二、第三基础流路。

优选地，第一基础流路包括第一磁蓄冷器，第二基础流路包括第二磁蓄冷器，第三基础流路包括第三磁蓄冷器，其中：

第一热交换器40-1的一端连通第一四通管30-1的第四端口，第一四通管30-1的第一、第二、第三端口分别连通第一、第二、第三磁蓄冷器的一端；

第一热交换器40-1的另一端连通第三四通管30-3的第四端口，第三四通管30-3的第一、第二、第三端口分别连通第一、第二、第三磁蓄冷器的一端；

第二热交换器40-2的一端连通第二四通管30-2的第四端口，第二四通管30-2的第一、第二、第三端口分别各自连通第一、第二、第三磁蓄冷器的一端；

第二热交换器40-2的另一端连通第四四通管30-4的第四端口，第四四通管30-4的第一、第二、第三端口分别连通第一、第二、第三磁蓄冷器的一端。

优选地，第一、第二、第三磁蓄冷器中的至少一个通过电磁阀与第一、第二、第三、第四四通管30-4中的至少一个连通。

优选地，第一、第二和第三磁蓄冷器的两端均设有电磁阀。

优选地，第N个基础流路的相位减去第N-1个基础流路的相位差为 T/N；或者，第N-1个基础流路的相位减去第N个基础流路的相位差为 T/N。

优选地，第一热交换器40-1形成为散热端H，第二热交换器40-2 形成制冷端C。

优选地，N＝4，t1＝3T/4，t2＝T/4。

优选地，本发明的四通管可为四通阀。

下面结合附图1，2对本发明的磁制冷系统及其控制方法的原理和工作过程作进一步描述：如图1所示，一种磁制冷系统及其控制方法，有 N个，N为大于等于2的自然数，优选为3个并联基础流路。图1示意出了采用3个基础流路并联方式，其中磁蓄冷器并联后通过四通管与散热端H、制冷端C，分别组成回路，通过四通管控制不同基础流路之间的切换。

本发明的制冷系统包括第一热交换器40-1，第二热交换器40-2，四通管，磁蓄冷器，电磁阀，其中，第一热交换器40-1形成散热端H，第二热交换器40-2形成制冷端C；四通管包括第一四通管30-1，第二四通管30-2，第三四通管30-3，第四四通管30-4；磁蓄冷器包括第一磁蓄冷器，第二磁蓄冷器，第三磁蓄冷器，第四磁蓄冷器；电磁阀包括第一电磁阀20-1，第二电磁阀20-2，第三电磁阀20-3，第四电磁阀20-4，第五电磁阀20-5，第六电磁阀20-6。

如图2所示，每个相邻基础流路之间相位差为T/3,每个基础流路的热流动时间t1和冷流动时间t2之间满足关系式t1：t2＝2：1。其中，冷流动是指制冷剂在制冷端C和磁蓄冷器之间循环的过程。热流动是指制冷剂在散热端H和磁蓄冷器之间循环的过程。如图2和表一所示，表一为各磁蓄冷器冷、热流动时间分配情况，可以看出一个工作周期T中冷流动时间只有1/3T,剩下的都为热流动时间。

表一

如图1，2所示，本发明具体的工作过程为：

在0～T/3时间内，冷流动路径：

第二热交换器40-2-->第二四通管30-2-->第五电磁阀20-5-->第一磁蓄冷器-->第六电磁阀20-6-->第四四通管30-4-->第二热交换器 40-2；

热流动路径：如图3所示，其中示意出了热流动路径。

在T/3～2T/3时间内，冷流动路径：

第二热交换器40-2-->第二四通管30-2-->第三电磁阀20-3-->第二磁蓄冷器-->第四电磁阀20-4-->第四四通管30-4-->第二热交换器 40-2。

热流动路径，如图4所示，其中示意出了热流动路径。

在2T/3～T时间内，冷流动路径：

第二热交换器40-2-->第二四通管30-2-->第一电磁阀20-1-->第三磁蓄冷器-->第二电磁阀20-2-->第四四通管30-4-->第二热交换器 40-2。

热流动路径，如图5所示，其中示意出了热流动路径。

本发明通过对相位差的控制和冷、热流动时间的控制，本发明的制冷系统可以实现制冷系统的稳定制冷，相同的磁制冷系统实现更大的温跨制冷，

有益效果：

本发明的制冷系统及其控制方法，可以实现制冷系统的稳定制冷，相同的磁制冷结构实现更大的温跨制冷。本发明的优选方案采用3个基础流路并联方式，其中磁蓄冷器并联后通过四通管与散热端H、制冷端C，分别组成回路，通过四通管控制不同基础流路之间的切换，使其结构简单，可有效降低成本，提高效率。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。