线圈式制冷机及其控制方法

本发明属于磁制冷机，具体涉及一种线圈式磁制冷机及其控制方法。

背景技术：

1、随着国际社会对环保需求的不断提高，传统制冷技术在环保和能效方面面临挑战。为了应对这些挑战，发展环境友好、节能高效的新型制冷技术成为有效的解决手段之一。在这样的背景下，磁制冷这项创新性绿色制冷技术应运而生，与传统压缩制冷相比，磁制冷技术具有高效节能、环保无污染的优势。

2、目前，磁制冷设备根据其部件加磁和消磁的运行方式可分为旋转式和往复式两种类型。但以上形式的磁制冷部件普遍依靠永磁体来进行，为了保证设备达到较好的制冷效果就很难避免使用大量的永磁体提供足够的磁场强度，这就很容易导致磁制冷设备体积庞大臃肿、重量冗余，并且增加设备成本，加剧消耗有限的稀土资源。

3、传统磁制冷工质通过运动部件进行励磁，虽然具有工作机理简单，可实时调节磁场强度等优点，但其存在一定局限性，例如部件磨损、体积臃肿、噪音大等问题；此外，现有的磁制冷设备在控制磁场大小和切换速度方面存在一定的限制，导致制冷温区受限。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种线圈式磁制冷机及其控制方法。

2、本发明的技术方案为：线圈式磁制冷机，包括冷端、热端、控制模块及成对设置的蓄冷床组件，所述蓄冷床组件具有磁工质腔，所述磁工质腔的内部设置有磁工质，成对设置的两个所述蓄冷床组件的所述磁工质腔外侧分别设置有第一线圈及第二线圈，所述第一线圈及第二线圈与所述控制模块相连接，所述控制模块用于控制第一线圈、第二线圈的导通或断开，所述磁工质腔的两端均分别通过第一流路、第二流路与所述冷端、热端相连接，所述第一流路、第二流路上分别设置有第一电磁阀及第二电磁阀，所述控制模块用于控制所述第一电磁阀、第二电磁阀的接通或截止。

3、所述磁工质腔的内部设置有用于所述磁工质相匹配的安装槽，所述磁工质安装在所述安装槽的内部。

4、所述蓄冷床组件的两端均设置有端块，所述端块的端部均设设置有两个与所述磁工质腔相连通的管接头，所述管接头用于与第一流路、第二流路连接。

5、所述的线圈式磁制冷机，还包括固定框架，所述固定框架具有底座，所述底座的上方固定架设有支撑环，所述支撑环的内部同心固定设置有支撑柱，所述端块的一侧固定设置有安装块，所述安装块装配固定在所述支撑柱的端部。

6、所述支撑柱上均匀设置有三对所述蓄冷床组件。

7、所述控制模块包括电源及控制器，所述电源上并联有第一加磁电路、第二加磁电路，所述第一加磁电路上并联有第一加磁过渡电路，所述第二加磁电路上并联有第二加磁过渡电路；

8、所述第一加磁电路具有沿电流方向依次设置的所述第一线圈及第一开关电路；

9、所述第二加磁电路具有沿电流方向依次设置的所述第二线圈及第三开关电路；

10、所述第一加磁过渡电路具有相串联的第二开关电路及第一电容器，所述第二开关电路设置在所述第一电容器与所述第一线圈之间，所述第二开关电路由第一电容器向所述第一线圈单向导通；

11、所述第二加磁过渡电路具有相串联的第四开关电路及第二电容器，所述第四开关电路设置在所述第二电容器与所述第二线圈之间，所述第四开关电路由第二电容器向所述第二线圈单向导通；

12、所述第一线圈上背离所述电源正极的一端通过第二二极管与所述第一电容之间单向导通，所述第二线圈上背离所述电源正极的一端通过第三二极管与所述第二电容器之间单向导通；

13、所述控制器用于控制所述第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路及第四开关电路的导通或截止。

14、所述磁工质为编织体制冷工质。

15、所述磁工质采用磁稀土基合金、铁磁合金、磁性氧化物、磁性聚合物、磁性金属中的任一种材料制成。

16、所述第一线圈及第二线圈为超导线圈。

17、线圈式磁制冷机的控制方法，包括以下步骤：

18、s1，控制模块控制第一线圈中电流逐渐升高，第二线圈中电流逐渐降低，第一电磁阀及第二电磁阀均截止，第一线圈进入加磁过渡状态，第二线圈进入退磁过渡状态；

19、s2，控制模块控制第一线圈中的电流保持工作范围，第二线圈中没有电流，第一电磁阀接通，第二电磁阀截止，第一线圈进入加磁状态，第二线圈进入退磁状态；

20、s3，控制模块控制第一线圈中电流逐渐降低，第二线圈中电流逐渐升高，第一电磁阀及第二电磁阀均截止，第一线圈进入退磁过渡状态，第二线圈进入加磁过渡状态；

21、s4，控制模块控制第一线圈中没有电流，第二线圈中的电流保持工作范围，第一电磁阀及第二电磁阀均截止，此时第一线圈进入退磁状态，第二线圈进入加磁状态；

22、s5，重复步骤s1~s4，直到线圈式磁制冷机停止运行。

23、本发明的有益效果：

24、（1）本发明中，控制模块能够控制第一线圈及第二线圈交替进行加磁退磁，节省了原本单个组合所需的等待退磁时间，提高了制冷效率；

25、（2）采用第一线圈及第二线圈作为加磁部件，较永磁体而言结构更加紧凑，无运动部件，解决了现有永磁体磁制冷机运行时噪音和振动大的问题，同时避免运动部件运动过程中的能量损耗，提高了能源效率；

26、（3）提供了能够改变第一线圈及第二线圈电流大小和方向来控制线圈形成的磁场大小的控制方式，实现了磁场大小的可变控制和快速切换，提高了制冷效率和扩大了制冷温区。

技术特征：

1.一种线圈式磁制冷机，其特征在于：包括冷端、热端、控制模块及成对设置的蓄冷床组件，所述蓄冷床组件具有磁工质腔，所述磁工质腔的内部设置有磁工质，成对设置的两个所述蓄冷床组件的所述磁工质腔外侧分别设置有第一线圈及第二线圈，所述第一线圈及第二线圈与所述控制模块相连接，所述控制模块用于控制第一线圈、第二线圈的导通或断开，所述磁工质腔的两端均分别通过第一流路、第二流路与所述冷端、热端相连接，所述第一流路、第二流路上分别设置有第一电磁阀及第二电磁阀，所述控制模块用于控制所述第一电磁阀、第二电磁阀的接通或截止。

2.根据权利要求1所述的线圈式磁制冷机，其特征在于：所述磁工质腔的内部设置有用于所述磁工质相匹配的安装槽，所述磁工质安装在所述安装槽的内部。

3.根据权利要求1所述的线圈式磁制冷机，其特征在于：所述蓄冷床组件的两端均设置有端块，所述端块的端部均设设置有两个与所述磁工质腔相连通的管接头，所述管接头用于与第一流路、第二流路连接。

4.根据权利要求3所述的线圈式磁制冷机，其特征在于：还包括固定框架，所述固定框架具有底座，所述底座的上方固定架设有支撑环，所述支撑环的内部同心固定设置有支撑柱，所述端块的一侧固定设置有安装块，所述安装块装配固定在所述支撑柱的端部。

5.根据权利要求4所述的线圈式磁制冷机，其特征在于：所述支撑柱上均匀设置有三对所述蓄冷床组件。

6.根据权利要求1所述的线圈式磁制冷机，其特征在于：所述控制模块包括电源及控制器，所述电源上并联有第一加磁电路、第二加磁电路，所述第一加磁电路上并联有第一加磁过渡电路，所述第二加磁电路上并联有第二加磁过渡电路；

7.根据权利要求1所述的线圈式磁制冷机，其特征在于：所述磁工质为编织体制冷工质。

8.根据权利要求7所述的线圈式磁制冷机，其特征在于：所述磁工质采用磁稀土基合金、铁磁合金、磁性氧化物、磁性聚合物、磁性金属中的任一种材料制成。

9.根据权利要求1所述的线圈式磁制冷机，其特征在于：所述第一线圈及第二线圈为超导线圈。

10.一种线圈式磁制冷机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种线圈式磁制冷机及其控制方法；线圈式磁制冷机，包括冷端、热端、控制模块及成对设置的蓄冷床组件，蓄冷床组件具有磁工质腔，磁工质腔的内部设置有磁工质，成对设置的两个蓄冷床组件的磁工质腔外侧分别设置有第一线圈及第二线圈，第一线圈及第二线圈与控制模块相连接，磁工质腔的两端均分别通过第一流路、第二流路与冷端、热端相连接，第一流路、第二流路上分别设置有第一电磁阀及第二电磁阀；本发明中，控制模块能够控制第一线圈及第二线圈交替进行加磁退磁，节省了原本单个组合所需的等待退磁时间，提高了制冷效率；解决了现有永磁体磁制冷机运行时噪音和振动大的问题。技术研发人员：鲍颖,董嘉诚,闫雨佳,李泽涵,张艺萱,李大庆,张红松,梁杰荣受保护的技术使用者：河南工程学院技术研发日：技术公布日：2024/6/18