CN104807265B - 磁制冷设备及其热交换液流量控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁制冷设备及其热交换液流量控制方法和控制装置，所述磁制冷设备包括有可控磁场系统及热交换液驱动泵，所述可控磁场系统的磁场强度T为T=A*cos(wt+θ)，所述方法包括：获取可控磁场系统中磁场强度的角速度w和初始相位θ；按照公式V=B*cos[w(t‑T0)+θ]计算热交换液流量V；根据热交换液流量计算出所述热交换液驱动泵的转速n，控制驱动泵按照转速n旋转，从而实现了对磁制冷设备中热交换液流量的自动、快速、准确控制。

Description

磁制冷设备及其热交换液流量控制方法和控制装置

技术领域

本发明属于磁制冷技术领域，具体地说，是涉及磁制冷设备及其热交换液流量控制方法和控制装置。

背景技术

现有制冷设备大多是蒸汽压缩式制冷设备，主要是通过制冷剂蒸发吸热达到制冷目的。但随着人们环境、健康、静音观念的转变，无污染、低噪音的制冷机越来越成为消费者选择制冷产品的主要关注点，因此磁制冷设备前景光明。

磁制冷设备是采用磁热效应进行制冷的制冷设备。磁热效应是磁性材料在磁化和退磁过程中由于内部磁熵变化而引起材料吸放热的一种性质，是材料的一种固有特性，磁制冷就是通过材料的磁热效应来实现制冷目的的。

磁制冷设备主要由磁场系统、磁工质、换热器及热交换液驱动泵等部件构成，磁工质在磁场变化时发生热量或冷量的变化，此时热交换液流过磁工质并带走这些热量或冷量到换热器，从而实现制冷和制热。现有磁制冷设备中的热交换液是通过驱动泵提供动力在整个系统中进行热循环，热交换液的流量对热交换效率起着决定性的作用。倘若流量太小，磁工质放热或吸热周期过大，导致系统制冷量大大降低。倘若流量过大，未及时放完热量的热交换液会再回到制冷端的热交换器中，提高了冷端温度，使制冷效率大大降低。

目前，主要是通过手动不断改变热交换液的流量来观察磁床冷端的温度，从而确定最佳的流量。但这样做，不仅耗时耗力，且调节精确度低，调节效率较低。在本发明的技术方案提出之前，本申请人还未能找到有效调节热交换液流量的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁制冷设备及其热交换液流量控制方法和控制装置，以实现对磁制冷设备中热交换液流量的自动、快速、准确控制。

为实现上述发明目的，本发明提供的流量控制方法采用下述技术方案予以实现：

一种磁制冷设备中热交换液流量控制方法，所述磁制冷设备包括有可控磁场系统及热交换液驱动泵，所述可控磁场系统的磁场强度T为T=A*cos(wt+θ)，所述方法包括下述步骤：

获取可控磁场系统中磁场强度的角速度w和初始相位θ；

按照下述公式计算热交换液流量V：V=B*cos[w(t-T0)+θ]；

根据热交换液流量计算出所述热交换液驱动泵的转速n，控制驱动泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制；

其中，A为磁场强度的最大值，B为热交换液流量调节系数，为定值，T0为所述热交换液驱动泵所驱动的热交换液流量变化相对于该驱动泵转速变化的延时时间，为定值。

优选的，所述热交换液驱动泵包括电连接的伺服控制器和伺服电机以及与伺服电机轴连接的液体泵；在对所述热交换液驱动泵进行控制时，先根据热交换液流量V计算出所述伺服电机的转速n，然后根据转速n计算伺服控制器的输出脉宽，然后，伺服控制器输出该脉宽信号控制伺服电机以转速n转动，进而控制液体泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制。

为实现前述发明目的，本发明提供的流量控制装置采用下述技术方案予以实现：

一种磁制冷设备中热交换液流量控制装置，所述磁制冷设备包括可控磁场系统，所述可控磁场系统的磁场强度T为T=A*cos(wt+θ)，所述控制装置包括热交换液驱动泵，所述控制装置还包括：

磁场强度参数获取及存储单元，用于获取并保存所述可控磁场系统中磁场强度的角速度w和初始相位θ；

热交换液流量计算单元，与所述磁场强度参数获取及存储单元相连接，用于按照公式V=B*cos[w(t-T0)+θ]来计算热交换液流量；

驱动泵转速计算及输出单元，与所述热交换液流量计算单元及所述热交换液驱动泵相连接，用于根据热交换液流量计算所述热交换液驱动泵的转速，并将转速信号输出至热交换液驱动泵，以控制驱动泵按照转速旋转。

优选的，所述热交换液驱动泵包括电连接的伺服控制器和伺服电机以及与伺服电机轴连接的液体泵，所述控制装置还包括输出脉宽计算及输出单元，与所述热交换液流量计算单元相连接，根据热交换液流量计算单元的结果计算所述伺服控制器的输出脉宽，并输出该输出脉宽至所述伺服控制器，伺服控制器输出该脉宽信号控制伺服电机以转速n转动，进而控制液体泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制。

为实现前述发明目的，本发明提供的磁制冷设备采用下述技术方案予以实现：

一种磁制冷设备，包括磁工质、换热器和可控磁场系统，所述可控磁场系统的磁场强度T为T=A*cos(wt+θ)，还包括上述所述的热交换液流量控制装置。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明通过获取磁制冷设备中可控磁场的性能参数来计算热交换液流量，进而根据流量对驱动泵进行转速控制来实现对热交换液流量的控制，可以实现对具有可控磁场系统的磁制冷设备中热交换液流量的准确控制，实现在不同磁场强度下的最佳热交换液流量，保证磁制冷设备的制冷量和制冷效率。而且，整个过程可以自动完成，无需人工调节，自动化程度高，提高了流量控制效率。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明磁制冷设备一个实施例的原理框图；

图2是图1实施例中热交换液流量控制装置一个实施例的原理框图；

图3是本发明热交换液流量控制方法一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

首先，简要说明本发明的技术思路：对于具有可控磁场系统的磁制冷设备来说，磁场强度不同，位于磁场系统内的磁工质会产生不同的冷量和热量。在不同的冷量或热量下，如果热交换液流量保持不变，势必容易造成制冷量降低或者制冷效率下降的问题。因此，对于具有可控磁场系统的磁制冷设备，如何在不同磁场强度下动态调整热交换液流量，保证不同工况下均具有最佳的热交换液流量，则是本发明要解决的技术问题。

而且，通过发明人研究发现，对于磁场强度按照余弦（或正弦）函数变化的磁制冷设备，如果也按照和磁场强度类似的函数来控制热交换液流量，则能够获得随磁场强度变化而跟随变化的最佳流量，保证在磁场强度变化时磁制冷设备的制冷量和制冷效率均最高。

请参考图1，该图所示为本发明磁制冷设备一个实施例的原理框图。

如图1所示，在该实施例中，磁制冷设备包括有可控磁场系统11、位于可控磁场系统11中的磁工质13。磁工质13与泵14、储液器15及冷端换热器16通过阀门（图中未标注）依次连接，形成第一磁制冷系统，而磁工质13还与泵17、储液器18及热端换热器19通过阀门（图中未标注）依次连接，形成第二磁制冷系统。可控磁场系统11可以是电磁场，或者是其他的磁场强度可控的磁场系统。而且，可控磁场系统11的磁场强度T满足下述函数关系：T=A*cos(wt+θ)。

此外，为对磁制冷设备中的热交换液进行流量控制，该实施例的磁制冷设备还设置有控制装置12，不仅能够对可控磁场系统11进行控制，还可以根据可控磁场系统11的变化对作为热交换液驱动泵的泵14和泵17进行控制。控制装置12的具体结构可以参考图2所示。

该实施例的磁制冷系统的工作过程简述如下：

初始状态下，可控磁场系统11无磁场,各阀门关闭,泵14及泵17不工作;

控制可控磁场系统11磁场变化,使得磁工质13在磁场效应下放热,热端换热器19所在第二磁制冷系统的泵17和阀门打开,热交换液流经磁工质13而将加热升温,升温后的热交换液在热端换热器19换热后送往储液器18;

泵17及其所在的第二磁制冷系统中的阀门关闭；

控制可控磁场系统11磁场变化，使得磁工质13在磁场效应下吸热,冷端换热器16所在第一磁制冷系统的泵14和阀门打开,热交换液流经磁工质13而放热降温,降温后的热交换液在冷端换热器16换热后送往储液器18;

泵14及其所在的第一磁制冷系统中的阀门关闭。完成一个循环。

请参见图2示出的热交换热流量控制装置一个实施例的原理框图，控制装置12包括：

磁场强度参数获取及存储单元121，用于获取并保存可控磁场系统11中磁场强度的角速度w和初始相位θ；

热交换液流量计算单元122，与磁场强度参数获取及存储单元121相连接，用于按照公式V=B*cos[w(t-T0)+θ]来计算热交换液流量；

驱动泵转速计算及输出单元123，与热交换液流量计算单元122及热交换液驱动泵（也即图1中的泵14及泵17）相连接，用于根据热交换液流量计算热交换液驱动泵的转速，并将转速信号输出至热交换液驱动泵，以控制驱动泵按照转速旋转。

对于热交换液驱动泵，可以采用包括电连接的伺服控制器和伺服电机以及与伺服电机轴连接的液体泵来实现。此情况下，控制装置12则还包括与热交换液流量计算单元相连接的输出脉宽计算及输出单元，用来根据热交换液流量计算单元的结构计算伺服控制器的输出脉宽，并输出该输出脉宽至伺服控制器，伺服控制器将输出该脉宽信号控制伺服电机以转速n转动，进而控制液体泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制。

上述控制装置12更具体的控制过程可参考图3方法实施例的描述。

请参见图3，该图示出了本发明热交换液流量控制方法一个实施例的流程图，该方法应用于图1及图2所示结构的磁制冷设备中。

如图3所示，对于具有可控磁场系统及热交换液驱动泵、且可控磁场系统的磁场强度T按照T=A*cos(wt+θ)来变化的磁制冷设备，A为磁场强度的最大值，为获得不同磁场强度下的最优制冷效率和制冷量，可以采用下述的方法对热交换液流量进行控制：

步骤301：流程开始。

步骤302：获取可控磁场系统中磁场强度的角速度和初始相位。

由于磁场系统为可控磁场系统，因此，可以直接从控制可控磁场系统的控制单元中获取到可控磁场系统中磁场强度的角速度w和初始相位θ。

步骤303：计算热交换液流量。

热交换液流量V按照下述公式计算出来：V=B*cos[w(t-T0)+θ]。

其中，B为热交换液流量调节系数。该调节系数B是与磁制冷设备本身的结构参数，如换热器面积、热交换液流经管路的管径等相关的一个系数，对于结构确定的磁制冷设备，该调节系数B是一个定值，且可以是一个经验值。角速度和初始相位与磁场强度相同，分别为w和θ。而参数T0是磁制冷设备中热交换液驱动泵所驱动的热交换液流量变化相对于该驱动泵转速变化的延时时间，该延时时间是与驱动泵自身功率等结构参数及磁制冷设备的结构参数相关的一个值，磁制冷设备的结构及驱动泵确定之后，该延时时间T0也为一个定值，且也可以是一个经验值。

步骤304：根据热交换液流量计算出热交换液驱动泵的转速n，控制驱动泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制。

获得热交换液流量之后，可以根据驱动泵的工作函数计算出驱动泵的转速。然后，控制驱动泵按照转速旋转，就可以控制热交换液流量根据磁场强度的变化而变化。

具体来说，如果热交换液驱动泵为伺服泵，包括电连接的伺服控制器和伺服电机以及与伺服电机轴连接的液体泵，在对所述热交换液驱动泵进行控制时，先根据热交换液流量V计算出伺服电机的转速n，然后根据转速n计算伺服控制器的输出脉宽。然后，伺服控制器输出该脉宽信号控制伺服电机以转速n转动，进而控制液体泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制。

采用上述方法及装置，能够根据磁场强度的变化自动对热交换液流量进行控制，确保在不同磁场强度下均具有最佳的热交换液流量，保证了磁制冷设备的制冷量和制冷效率的最大化。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种磁制冷设备中热交换液流量控制方法，所述磁制冷设备包括有可控磁场系统及热交换液驱动泵，所述可控磁场系统的磁场强度T为T=A*cos(wt+θ)，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

获取可控磁场系统中磁场强度的角速度w和初始相位θ；

按照下述公式计算热交换液流量V：V=B*cos[w(t-T0)+θ]；

根据热交换液流量计算出所述热交换液驱动泵的转速n，控制驱动泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制；

其中，A为磁场强度的最大值，B为热交换液流量调节系数，为定值，T0为所述热交换液驱动泵所驱动的热交换液流量变化相对于该驱动泵转速变化的延时时间，为定值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述热交换液驱动泵包括电连接的伺服控制器和伺服电机以及与伺服电机轴连接的液体泵；在对所述热交换液驱动泵进行控制时，先根据热交换液流量V计算出所述伺服电机的转速n，然后根据转速n计算伺服控制器的输出脉宽，然后，伺服控制器输出该脉宽信号控制伺服电机以转速n转动，进而控制液体泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制。

3.一种磁制冷设备中热交换液流量控制装置，所述磁制冷设备包括可控磁场系统，所述可控磁场系统的磁场强度T为T=A*cos(wt+θ)，所述控制装置包括热交换液驱动泵，其特征在于，所述控制装置还包括：

磁场强度参数获取及存储单元，用于获取并保存所述可控磁场系统中磁场强度的角速度w和初始相位θ；

热交换液流量计算单元，与所述磁场强度参数获取及存储单元相连接，用于按照公式V=B*cos[w(t-T0)+θ]来计算热交换液流量；

驱动泵转速计算及输出单元，与所述热交换液流量计算单元及所述热交换液驱动泵相连接，用于根据热交换液流量计算所述热交换液驱动泵的转速，并将转速信号输出至热交换液驱动泵，以控制驱动泵按照转速旋转；

其中，A为磁场强度的最大值，B为热交换液流量调节系数，为定值，T0为所述热交换液驱动泵所驱动的热交换液流量变化相对于该驱动泵转速变化的延时时间，为定值。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述热交换液驱动泵包括电连接的伺服控制器和伺服电机以及与伺服电机轴连接的液体泵，所述控制装置还包括输出脉宽计算及输出单元，与所述热交换液流量计算单元相连接，根据热交换液流量计算单元的结果计算所述伺服控制器的输出脉宽，并输出该输出脉宽至所述伺服控制器，伺服控制器输出该脉宽信号控制伺服电机以转速n转动，进而控制液体泵按照转速n旋转，实现对热交换液流量的控制。

5.一种磁制冷设备，包括磁工质、换热器和可控磁场系统，所述可控磁场系统的磁场强度T为T=A*cos(wt+θ)，其特征在于，还包括上述权利要求3或4所述的热交换液流量控制装置。