一种磁制冷系统的制作方法

本发明属于磁制冷技术领域，具体涉及一种磁制冷系统。

背景技术：

随着环境问题越来越受到人们的关注，传统的蒸汽压缩式制冷由于产生的臭氧层破坏、温室效应等环境问题，因而急需一种环保节能的新型制冷技术。磁制冷技术是一种基于磁热效应的新型制冷技术，而磁热效应是指磁热材料在磁场增强或减弱时放热或吸热的物理现象。当磁场给磁热材料加磁时，磁热材料变热；去掉磁场时，磁热材料变冷。磁制冷就是利用磁热效应的现象可以实现制冷的目的。

磁制冷循环包括加磁、热流动、去磁和冷流动4个过程。其中磁布雷顿循环由两个等场(bc和da)和两个绝热(ab和cd)过程，如图1所示。过程：绝热磁化(ab)→等磁场放热(bc)(外磁场保持不变，温度下降)→绝热去磁(cd)→等磁场吸热(da)(外磁场保持不变，温度上升)。绝热磁化过程和绝热去磁过程过程无热量交换。因此，绝热磁化/去磁过程时，蓄冷床无流体通过。等场放热/吸热时，流体才流过蓄冷床把热量/冷量带走。也就是说加磁和去磁过程中系统流量为0，在热流动和冷流动过程中通过流体把热量/冷量带走，系统流量不为0，这样就形成了一个流量不连续的可调节系统。对可调节系统而言，由于流量不连续，导致系统负载(泵与电机负载)不恒定，泵与电机的耗功增大，同时提供的冷热量也不连续。

由于现有技术中的磁制冷系统存在流量不连续，导致系统负载(泵与电机负载)不恒定，泵与电机的耗功增大，同时提供的冷热量也不连续等技术问题，因此本发明研究设计出一种磁制冷系统。

技术实现要素：

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存在流量不连续，导致系统负载(泵与电机负载)不恒定，泵与电机的耗功增大的缺陷，从而提供一种磁制冷系统。

本发明提供一种磁制冷系统，其包括：

n个基础流路，其中所述基础流路为包括至少两组蓄冷床的一个回路，且这两组蓄冷床的工作状态相反，即一组蓄冷床加磁时、另一组蓄冷床去磁，或者一组蓄冷床热流动时、另一组蓄冷床则进行冷流动，其中n为自然数；

且n个基础流路中相邻两个基础流路的相位差为t/(2n)，且每个基础流路中绝热磁化时间t1和等磁场放热时间t2之间满足关系式t1：t2＝1：(n-1)；或者n个基础流路中相邻两个基础流路的相位差为t/(2m)，其中n＝m*n、且m、n均为自然数，且每个基础流路中绝热磁化时间t1和等磁场放热时间t2之间满足关系式t1：t2＝1：(m-1)。

优选地，

每个基础流路的循环周期均为t，包括：绝热磁化时间t1、等磁场放热时间t2、绝热去磁过程时间t3和等磁场吸热时间t4，t＝t1+t2+t3+t4，且有t1＝t3，t2＝t4。

优选地，

并且t1+t2＝t/2，t3+t4＝t/2。

优选地，

当n为大于1的质数时：

n个基础流路的相位差为t/(2n)，每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(n-1)。

优选地，

当n为大于1的合数时：

n个基础流路的相位差为t/(2n)，每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(n-1)。

优选地，

当n为大于1的合数时：

将n个基础流路分为n组，在每组中均包括m个基础流路、且n组基础流路之间的结构和控制步骤均相同，n＝m*n，并且每组中m个基础流路中相邻两个基础流路的相位差为t/(2m)，且每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(m-1)。

优选地，

每组中m个基础流路中每两个相邻基础流路的相位差为t/(2m)。

优选地，

n个基础流路的换热流体均由同一泵泵送。

优选地，

n个基础流路之间并联连接。

优选地，

所述泵的泵出端与n个所述基础流路之间通过分流器连通、所述泵的回流端与n个所述基础流路之间通过汇流器连通。

本发明提供的一种磁制冷系统具有如下有益效果：

本发明的磁制冷系统通过根据基础流路的个数而将相邻的基础流路之间设置成依次存在指定的相位差，并且设置每个流路中的绝热磁化时间t1和放热时间t2的比例，即能够调节加磁/去磁与热流动/冷流动的时间，使得在其中一个基础流路中进行加磁或去磁时、其他的基础流路在进行放热或吸热的流体流动，同样地其他基础流路中的某一流路在进行加磁或去磁时、另外的基础流路在进行放热或吸热的流体流动，从而使得n个基础流路的在某一时间段内的流量相加的总和均为恒定值，能够有效解决现有磁制冷系统在加磁/去磁/放热/吸热时泵与电机的泵送流量不恒定、致使电机负载不恒定和电机效率低、能耗高的技术问题，使得系统的流量恒定，电机负载恒定，且同时提供的冷热量趋于连续和稳定，与流量忽大忽小的调节型系统相比更为节能。

附图说明

图1是本发明的磁制冷系统一个基础流路中的磁布雷顿循环示意图；

图2是本发明的磁制冷系统一个基础流路中流过单个蓄冷床的流量周期图；

图3是本发明的磁制冷系统中由泵驱动的基础流路的结构示意图；

图4是本发明的磁制冷系统中由活塞驱动的基础流路的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、蓄冷床a；2、磁体；3、蓄冷床b；4、冷端换热器；5、热端换热器；6、热进阀；7、热出阀；8、冷进阀；9、冷出阀；10、泵；11、活塞；12、单向阀。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明提供一种磁制冷系统，其包括：

n个基础流路，其中所述基础流路为包括至少两组蓄冷床的一个回路(如图3或4所示，其为一个基础流路，多个基础流路的结构未示出，即在一个基础流路的基础上进行并联或其他连接方式)，且这两组蓄冷床的工作状态相反，即一组蓄冷床加磁时、另一组蓄冷床去磁，或者一组蓄冷床热流动时、另一组蓄冷床则进行冷流动，其中n为自然数；

且n个基础流路中相邻两个基础流路的相位差为t/(2n)，且每个基础流路中加磁时间t1(即绝热磁化时间)和等磁场放热(即热流动)时间t2之间满足关系式t1：t2＝1：(n-1)；或者n个基础流路中相邻两个基础流路的相位差为t/(2m)，其中n＝m*n、且m、n均为自然数，且每个基础流路中绝热磁化时间t1和等磁场放热(热流动)时间t2之间满足关系式t1：t2＝1：(m-1)。

本发明的磁制冷系统通过根据基础流路的个数而将相邻的基础流路之间设置成依次存在指定的相位差，并且设置每个流路中的绝热磁化时间t1和放热时间t2的比例，即调节加磁/去磁与热流动/冷流动的时间，使得在其中一个基础流路中进行加磁或去磁时、其他的基础流路在进行放热或吸热的流体流动，同样地其他基础流路中的某一流路在进行加磁或去磁时、另外的基础流路在进行放热或吸热的流体流动，从而使得n个基础流路的在某一时间段内的流量相加的总和为恒定值，能够有效解决现有磁制冷系统在加磁/去磁/放热/吸热时泵与电机的泵送流量不恒定、致使电机负载不恒定和电机效率低、能耗高的技术问题，使得系统的流量恒定，电机负载恒定，且同时提供的冷热量趋于连续和稳定，与流量忽大忽小的调节型系统相比更为节能。

即本发明提供一种磁热设备中加磁/去磁与冷热流动时间比的确定方法，使系统中单个基础流路的循环过程属于流量可变的调节型系统，但通过多个基础流路的叠加，整个系统确流量恒定。

优选地，

每个基础流路的循环周期均为t，包括：绝热磁化时间t1、等磁场放热时间t2、绝热去磁过程时间t3和等磁场吸热(冷流动)时间t4，t＝t1+t2+t3+t4，且有t1＝t3，t2＝t4。进一步优选地，并且t1+t2＝t/2，t3+t4＝t/2。

如图1所示，本发明的磁制冷系统采用磁布雷顿循环，且磁布雷顿循环周期为t，其中绝热磁化时间为t1，等磁场放热(热流动)时间为t2，绝热去磁过程时间为t3，等磁场吸热(冷流动)时间为t4。且t1+t2＝t/2，t1＝t3，t2＝t4。

磁热设备中的基础流路为至少包括两组蓄冷床的封闭回路(如图3或4)。每组蓄冷床的数量大于1，蓄冷床中有载热流体通过，载热流体由泵或活塞驱动。运行时，这两组蓄冷床的工作状态恰好相反：即一组蓄冷床加磁时，另一组蓄冷床去磁或者一组蓄冷床进行热流动时，另一组蓄冷床则进行冷流动。蓄冷床中载热流体热流动和冷流动的流动方向相反，流量相等，每个蓄冷床的循环周期为t。

优选地，

当n为大于1的质数时：

n个基础流路的相位差为t/(2n)，每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热(热流动)时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(n-1)，此时系统流量恒定。

这是本发明的n个基础流路的个数为大于1的质数时，实现泵送流量恒定的优选控制方式(第一种布置结构形式、能够实现多个基础流路总流量的始终恒定)，即n个基础流路中相邻两个基础流路之间存在依次的相位差t/(2n)，且每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热(热流动)时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(n-1)，使得一个基础流路在加磁或去磁的换热流体不流动时、其他基础流路中存在换热流体的流动，且n中基础流路中换热流体流动的总流量是恒定的。

①如下表(表1)所示，磁热设备共有4个蓄冷床(即2个基础流路)，单个基础流路结构如图3或图4，因此磁热设备共有2个基础流路。

将2个基础流路中相邻两基础流路的相位差设置成依次为t/4，且t1：t2＝1：1，从而使得整个磁制冷系统在任一时刻都存在一个床在加磁，一个床在去磁，1个床在热流动，1个床在冷流动。设基础流路中进行热流动和冷流动时的流量为a，则系统恒定流量为a。一个基础流路中的两个蓄冷床分别用序号a、b表示，2个基础流路中每个床的工作状态如表1：

表1：2个基础流路的系统中每个蓄冷床的工作状态

优选地，

当n为大于1的合数时：

n个基础流路的相位差为t/(2n)，每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热(热流动)时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(n-1)，此时系统流量恒定。

这是本发明的n个基础流路的个数为大于1的合数时，实现泵送流量恒定的优选控制方式(第二种布置结构形式、能够实现多个基础流路总流量的始终恒定)，即n个基础流路中相邻两个基础流路之间存在依次的相位差t/(2n)，且每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热(热流动)时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(n-1)(与第一种布置方式相同，参见表2)，使得一个基础流路在加磁或去磁的换热流体不流动时、其他基础流路中存在换热流体的流动，且n中基础流路中换热流体流动的总流量是恒定的。

如(表2)所示，磁热设备共有12个蓄冷床(即6个基础流路)，单个基础流路结构如图3或图4，因此磁热设备共有6个基础流路。

将6个基础流路中相邻两基础流路的相位差设置成依次为t/6，且t1：t2＝1：5，从而使得整个磁制冷系统在任一时刻都存在一个床在加磁，一个床在去磁，5个床在热流动，5个床在冷流动。设基础流路中进行热流动和冷流动时的流量为5a，则系统恒定流量为5a。一个基础流路中的两个蓄冷床分别用序号a、b表示，2个基础流路中每个床的工作状态如表2。

表2：6个基础流路的系统中每个蓄冷床的工作状态1

优选地，

当n为大于1的合数时：

将n个基础流路分为n组，在每组中均包括m个基础流路、且n组基础流路之间的结构和控制步骤均相同，n＝m*n，并且每组中m个基础流路中相邻两个基础流路的相位差为t/(2m)(优选为每两个相邻基础流路的相位差为t/(2m))，且每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热(热流动)时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(m-1)，此时系统流量恒定。

这是本发明的n个基础流路的个数为大于1的合数时，实现泵送流量恒定的优选控制方式(第三种布置结构形式、能够实现多个基础流路总流量的始终恒定)，即将n个基础流路可以分为两个数的乘积的方式，使得其中一个数n为组数，组数n之间的基础流路为完全相同，另一个数m为组内的基础流路数，组内的基础流路数m之间存在相位差的结构不同形式，并且m个基础流路中相邻两个基础流路之间存在依次的相位差t/(2m)，且每个基础流路中的绝热磁化时间t1和等磁场放热(热流动)时间t2之间均满足关系式t1：t2＝1：(m-1)，使得一个基础流路在加磁或去磁的换热流体不流动时、其他基础流路中存在换热流体的流动，且n中基础流路中换热流体流动的总流量是恒定的。

②如下表(表3)所示，n＝6，将6个基础流路分为2组(n＝2)，且将每组中3个(m＝3)基础流路的相位差设置为t/6，且t1：t2＝1：2，系统在任一时刻都存在两个床在加磁，两个床在去磁，4个床在热流动，4个床在冷流动。设基础流路中进行热流动和冷流动时的流量为a，则系统恒定流量为4a。一个基础流路中的两个蓄冷床分别用序号a、b表示，6个基础流路中每个床的工作状态如下表：

表3：6个基础流路的系统中每个蓄冷床的工作状态2

③如下表(表4)所示，n＝6，将6个基础流路分为3组(n＝3)，其中每组中2个(m＝2)基础流路的相位差依次为t/4，且t1：t2＝1：1，系统在任一时刻都存在3个床在加磁，3个个床在去磁，3个床在热流动，3个床在冷流动。设基础流路中进行热流动和冷流动时的流量为a，则系统恒定流量为3a。一个基础流路中的两个蓄冷床分别用序号a、b表示，6个基础流路中每个床的工作状态如下表：

表4：6个基础流路的系统中每个蓄冷床的工作状态3

优选地，

n个基础流路的换热流体均由泵或活塞泵送。这是本发明的磁制冷系统的两种不同的结构形式，即通过泵或活塞将换热流体泵送至蓄冷床a、蓄冷床b以及冷端换热器、热端换热器中，实现换热流体的驱动作用。

优选地，

n个基础流路之间并联连接。这是本发明的n个基础流路的优选连接方式。

优选地，

所述泵的泵出端与n个所述基础流路之间通过分流器连通、所述泵的回流端与n个所述基础流路之间通过汇流器连通。这样能够将泵或活塞的输出端流体通过分流器分流后再到达n个基础流路中、并且将n个基础流路中的换热流体经过换热后并由汇流器汇流回至泵或活塞中，本发明通过上述控制方法能够实现泵或活塞的恒定且稳定的流量供给，使得泵与电机功耗达到最小，使得整个系统稳定，提高系统稳定性且实现流体的连续制热或制冷。

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。