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磁制冷機及其載冷劑流量控制方法和控制裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410121380.4

申請日:

2014.03.28

公開號:

CN104949410A

公開日:

2015.09.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):F25B 49/00登記生效日:20180119變更事項:專利權人變更前權利人:海爾集團公司變更后權利人:海爾集團公司變更事項:地址變更前權利人:266101 山東省青島市嶗山區海爾路1號海爾工業園變更后權利人:266101 山東省青島市嶗山區海爾路1號海爾工業園變更事項:共同專利權人變更前權利人:青島海爾股份有限公司變更后權利人:青島海爾股份有限公司 青島海爾智能技術研發有限公司|||授權|||實質審查的生效 IPC(主分類):F25B 49/00申請日:20140328|||公開
IPC分類號: F25B49/00; F25B21/00 主分類號: F25B49/00
申請人: 海爾集團公司; 青島海爾股份有限公司
發明人: 馬壯; 劉杰; 唐林強; 張立臣; 王晶晶; 徐培培
地址: 266101山東省青島市嶗山區海爾路1號海爾工業園
優先權:
專利代理機構: 青島聯智專利商標事務所有限公司37101 代理人: 李升娟
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410121380.4

授權公告號:

|||104949410B||||||

法律狀態公告日:

2018.02.09|||2017.06.27|||2015.11.04|||2015.09.30

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種磁制冷機及其載冷劑流量控制方法和控制裝置。所述方法包括下述步驟:對磁制冷機冷端載冷劑的溫度進行實時采樣,獲得溫度采樣值;根據所述溫度采樣值計算溫度的變化;將所述溫度的變化乘以比例系數,作為載冷劑速度的變化;將所述速度的變化與速度修正值相加,獲得實際速度;控制所述載冷劑驅動裝置以所述實際速度旋轉,驅動載冷劑流動,實現對載冷劑流量的控制;其中,所述比例系數和所述速度修訂值為常數。在磁制冷機中采用該方法,可以實現對磁制冷機中載冷劑流量的自動、快速、準確控制。

權利要求書

權利要求書
1.  一種磁制冷機的載冷劑流量控制方法,所述磁制冷機包括有磁場系統、設置在所述磁場系統內部的磁制冷床、填充在所述磁制冷床中的磁工質、冷端換熱器、熱端換熱器、在磁制冷機中流動的載冷劑及為載冷劑提供動力的驅動裝置,所述冷端換熱器和所述熱端換熱器分別與所述磁工質的冷端和熱端連接,其特征在于,所述方法包括下述步驟:
對磁制冷機冷端載冷劑的溫度進行實時采樣,獲得溫度采樣值;
根據所述溫度采樣值計算溫度的變化;
將所述溫度的變化乘以比例系數,作為載冷劑速度的變化;
將所述速度的變化與速度修正值相加,獲得實際速度;
控制所述載冷劑驅動裝置以所述實際速度旋轉,驅動載冷劑流動,實現對載冷劑流量的控制;
其中,所述比例系數和所述速度修訂值為常數。

2.  根據權利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述溫度的變化為所述溫度采樣值與室溫之間的溫差。

3.  根據權利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述溫度的變化為采樣時間內的溫差變化率,所述速度的變化為所述采樣時間內的速度變化率。

4.  根據權利要求1至3中任一項所述的控制方法,其特征在于,在所述冷端換熱器上設置溫度傳感器,將所述溫度傳感器檢測的溫度作為所述冷端載冷劑的溫度。

5.  根據權利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述溫度傳感器為紅外溫度傳感器。

6.  根據權利要求5所述的控制方法,其特征在于,所述紅外溫度傳感器為多個,分散設置在所述冷端換熱器上;所述冷端載冷劑的溫度為多個所述紅外溫度傳感器所檢測的溫度值的加權平均值。

7.  一種磁制冷機的載冷劑流量控制裝置,所述磁制冷機包括有磁場系統、設置在所述磁場系統內部的磁制冷床、填充在所述磁制冷床中的磁工質、冷端換熱器、熱端換熱器、在磁制冷機中流動的載冷劑及為載冷劑提供動力的驅動裝置,所述冷端換熱器和所述熱端換熱器分別與所述磁工質的冷端和熱端連接,其特征在于,所述裝置還包括:
溫度采集單元,用于對磁制冷機冷端載冷劑的溫度進行實時采樣,獲得溫度采樣值;
溫度變化計算單元,與所述溫度采集單元相連接,用于根據所述溫度采樣值計算溫度的變化;
載冷劑實際速度計算單元,與所述溫度變化計算單元相連接,用于將所述溫度的變化乘以比例系數,作為載冷劑速度的變化,并將所述速度的變化與速度修正值相加,獲得實際速度;
速度控制單元,與所述載冷劑實際速度計算單元及所述載冷劑驅動裝置相連接,用于控制所述載冷劑驅動裝置以所述實際速度旋轉,驅動載冷劑流動。

8.  根據權利要求7所述的控制裝置,其特征在于,所述溫度的變化為所述溫度采樣值與室溫之間的溫差;或者,所述溫度的變化為采樣時間內的溫差變化率,此時,所述速度的變化為所述采用時間內的速度變化率。

9.  根據權利要求7或8所述的控制裝置,其特征在于,所述溫度采集單元為設置在所述冷端換熱器上的溫度傳感器;所述溫度傳感器包括有多個分散設置在所述冷端換熱器上的紅外溫度傳感器。

10.  一種磁制冷機,包括有磁場系統、設置在所述磁場系統內部的磁制冷床、填充在所述磁制冷床中的磁工質、冷端換熱器、熱端換熱器、在磁制冷機中流動的載冷劑及為載冷劑提供動力的驅動裝置,所述冷端換熱器和所述熱端換熱器分別與所述磁工質的冷端和熱端連接,其特征在于,所述磁制冷機還包括有上述權利要求7至9中任一項所述的控制裝置。

說明書

說明書磁制冷機及其載冷劑流量控制方法和控制裝置
技術領域
 本發明屬于磁制冷技術領域,具體地說,是涉及磁制冷機及其載冷劑流量控制方法和控制裝置。
背景技術
磁制冷機是采用磁熱效應進行制冷的制冷設備。磁熱效應是磁性材料在磁化和退磁過程中由于內部磁熵變化而引起材料吸放熱的一種性質,是材料的固有特性,磁制冷就是通過材料的磁熱效應來實現制冷目的的。磁制冷機包括有磁場系統、設置在磁場系統內部的磁制冷床、填充在磁制冷床中的磁工質、冷端換熱器、熱端換熱器、在磁制冷機中流動的載冷劑及為載冷劑提供動力的驅動裝置。磁制冷床具有與冷端換熱器連接的冷端和與熱端換熱器連接的熱端。磁工質在磁場變化時發生熱量或冷量的變化,驅動裝置驅動載冷劑流過磁工質,帶走這些熱量或冷量。冷端流出的載冷劑進入到冷端換熱器中,實現對冷端換熱器周圍的降溫。熱端流出的載冷劑進入到熱端換熱器,釋放熱量,從而可以利用冷端換熱器實現制冷的目的。
現有磁制冷機中的載冷劑是通過驅動裝置提供動力在整個設備中循環,載冷劑的流量對換熱效率和換熱能力起著決定性的作用。如果流量太小,磁工質放熱或吸熱周期過大,導致系統制冷量降低,影響制冷能力。若流量過大,未及時放完熱量的載冷劑再回到冷端換熱器中,則會提高冷端溫度,使得制冷效率大大降低。
目前,主要是通過手動改變載冷劑的流量來觀察冷端流出的載冷劑的溫度,從而確定最佳的流量。但這樣做,不僅耗時耗力,且調節精確度和調節效率均較低。
發明內容
本發明的目的是提供一種磁制冷機及其載冷劑流量控制方法和控制裝置,以實現對磁制冷機中載冷劑流量的自動、快速、準確控制。
為實現上述發明目的,本發明提供的載冷劑流量控制方法采用下述技術方案予以實現:
一種磁制冷機的載冷劑流量控制方法,所述磁制冷機包括有磁場系統、設置在所述磁場系統內部的磁制冷床、填充在所述磁制冷床中的磁工質、冷端換熱器、熱端換熱器、在磁制冷機中流動的載冷劑及為載冷劑提供動力的驅動裝置,所述冷端換熱器和所述熱端換熱器分別與所述磁工質的冷端和熱端連接,所述方法包括下述步驟:
對磁制冷機冷端載冷劑的溫度進行實時采樣,獲得溫度采樣值;
根據所述溫度采樣值計算溫度的變化;
將所述溫度的變化乘以比例系數,作為載冷劑速度的變化;
將所述速度的變化與速度修正值相加,獲得實際速度;
控制所述載冷劑驅動裝置以所述實際速度旋轉,驅動載冷劑流動,實現對載冷劑流量的控制;
其中,所述比例系數和所述速度修訂值為常數。
如上所述的控制方法,所述溫度的變化可以為所述溫度采樣值與室溫之間的溫差。或者,所述溫度的變化為采樣時間內的溫差變化率,所述速度的變化為所述采樣時間內的速度變化率。
如上所述的控制方法,在檢測冷端載冷劑溫度時,優選在所述冷端換熱器上設置溫度傳感器,將所述溫度傳感器檢測的溫度作為所述冷端載冷劑的溫度。
優選的,所述溫度傳感器為紅外溫度傳感器。
更優選的,所述紅外溫度傳感器為多個,分散設置在所述冷端換熱器上;而且,所述冷端載冷劑的溫度為多個所述紅外溫度傳感器所檢測的溫度值的加權平均值。
為實現前述發明目的,本發明提供的流量控制裝置采用下述技術方案予以實現:
一種磁制冷機的載冷劑流量控制裝置,所述磁制冷機包括有磁場系統、設置在所述磁場系統內部的磁制冷床、填充在所述磁制冷床中的磁工質、冷端換熱器、熱端換熱器、在磁制冷機中流動的載冷劑及為載冷劑提供動力的驅動裝置,所述冷端換熱器和所述熱端換熱器分別與所述磁工質的冷端和熱端連接,所述裝置還包括:
溫度采集單元,用于對磁制冷機冷端載冷劑的溫度進行實時采樣,獲得溫度采樣值;
溫度變化計算單元,與所述溫度采集單元相連接,用于根據所述溫度采樣值計算溫度的變化;
載冷劑實際速度計算單元,與所述溫度變化計算單元相連接,用于將所述溫度的變化乘以比例系數,作為載冷劑速度的變化,并將所述速度的變化與速度修正值相加,獲得實際速度;
速度控制單元,與所述載冷劑實際速度計算單元及所述載冷劑驅動裝置相連接,用于控制所述載冷劑驅動裝置以所述實際速度旋轉,驅動載冷劑流動。
如上所述的控制裝置,所述溫度的變化為所述溫度采樣值與室溫之間的溫差;或者,所述溫度的變化為采樣時間內的溫差變化率,此時,所述速度的變化為所述采用時間內的速度變化率。
優選的,所述溫度采集單元為設置在所述冷端換熱器上的溫度傳感器;所述溫度傳感器包括有多個分散設置在所述冷端換熱器上的紅外溫度傳感器。
為實現前述發明目的,本發明提供的磁制冷設備采用下述技術方案予以實現:
一種磁制冷機,包括有磁場系統、設置在所述磁場系統內部的磁制冷床、填充在所述磁制冷床中的磁工質、冷端換熱器、熱端換熱器、在磁制冷機中流動的載冷劑及為載冷劑提供動力的驅動裝置,所述冷端換熱器和所述熱端換熱器分別與所述磁工質的冷端和熱端連接,其特征在于,所述磁制冷機還包括有上述權利要求7至9中任一項所述的控制裝置。
與現有技術相比,本發明的優點和積極效果是:本發明通過采集磁制冷機冷端載冷劑的溫度、根據溫度的變化計算出載冷劑的實際速度,進而根據實際速度對驅動裝置進行轉速控制,實現對載冷劑流量的控制,能夠獲得磁制冷機運行過程中的最佳載冷劑流量,保證磁制冷機的制冷量和制冷效率。而且,整個過程可以自動完成,無需人工參與,自動化程度高,提高了流量控制效率。
結合附圖閱讀本發明的具體實施方式后,本發明的其他特點和優點將變得更加清楚。
附圖說明
圖1是本發明磁制冷機一個實施例的原理框圖;
圖2是圖1實施例中載冷劑流量控制裝置一個實施例的原理框圖;
圖3是本發明載冷劑流量控制方法一個實施例的流程圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白,以下將結合附圖和實施例,對本發明作進一步詳細說明。
請參見圖1,該圖所示為本發明磁制冷機一個實施例的原理框圖。
如圖1所示,該實施例的磁制冷機包括有磁場系統和設置在磁場系統內部的磁制冷床。具體來說,磁場系統包括有第一磁場系統11和第二磁場系統13,在第一磁場系統11內設置有第一磁制冷床12,在第二磁場系統13內設置有第二磁制冷床14。在第一磁制冷床12和第二磁制冷床14內均填充有磁工質(圖中未示出)。此外,磁制冷機還包括有冷端換熱器15、驅動裝置16和熱端換熱器17。具體的,冷端換熱器15與磁工質的冷端相連接,熱端換熱器17與磁工質的熱端相連接。驅動裝置16與在磁制冷機中流動的載冷劑連通,用于為載冷劑提供流動的動力。
為對磁制冷機中的載冷劑進行流量控制,該實施例的磁制冷機還設置有控制裝置18。具體而言,控制裝置18通過檢測冷端載冷劑的溫度(具體來說,是圖1中虛線框所示位置的溫度),獲得驅動裝置17的控制參數,具體來說是指驅動裝置17中泵的轉速,進而通過控制驅動裝置17實現對載冷劑流量的控制。控制裝置18的具體結構可以參考圖2所示。
該實施例的磁制冷機的工作過程簡述如下:
當磁制冷機的第二磁場系統13發生變化,使得其內的磁工質處于退磁狀態,磁工質吸熱。同時,第一磁場系統11發生反向變化,使得其內的磁工質處于磁化狀態,磁工質放熱。此時,驅動裝置17驅動載冷劑從右往左逆時針流動,使得載冷劑從熱端換熱器16進入到第二磁制冷床14。在第二磁制冷床14中,磁工質吸熱,載冷劑被冷卻,然后從冷端進入到冷端換熱器15中,對冷端換熱器15周圍進行降溫制冷。載冷劑繼續流動,從冷端換熱器15進入到第一磁制冷床12。此時,第一磁制冷床12中的磁工質處于放熱狀態,載冷劑吸熱。此后,載冷劑在驅動裝置17的作用下繼續流動,進入到熱端換熱器16中散熱。
此后,在第一磁場系統11和第二磁場系統13發生反向變化時,載冷劑在驅動裝置17的驅動下順時針轉動,繼續對冷端換熱器15周圍進行降溫。經過多次循環,最終實現冷端換熱器15周圍溫度的逐漸降溫制冷。
其中,控制裝置18的具體實現結構可參見圖2的原理框圖所示。
如圖2所示,控制裝置12包括有依次連接的溫度采集單元181、溫度變化計算單元182、載冷劑實際速度計算單元183及速度控制單元184。各單元的功能簡述如下:
溫度采集單元181,用于對磁制冷機冷端載冷劑的溫度進行實時采樣,獲得溫度采樣值。具體來說,溫度采集單元181可以選用能夠檢測到圖1中虛線框所示位置處的載冷劑溫度的結構來實現。優選的,溫度采集單元181為設置在冷端換熱器15上的溫度傳感器,通過檢測冷端換熱器溫度,來近似其內流動的載冷劑溫度。而且,溫度傳感器優選為紅外溫度傳感器。如此設置,可以避免采用在管壁內部設置與載冷劑直接接觸的接觸式傳感器所引起的溫度采集速度慢、增大管壁內載冷劑流動阻力的問題。并且,優選在冷端溫度傳感器上分散布設多個紅外溫度傳感器,以提高溫度檢測準確性。
溫度變化計算單元182,與溫度采集單元181相連接,用于根據溫度采集單元181采集的溫度采樣值來計算溫度的變化。
載冷劑實際速度計算單元183,與溫度變化計算單元182相連接,用于將溫度的變化乘以比例系數,作為載冷劑速度的變化,并將所述速度的變化與速度修正值相加,獲得載冷劑實際速度。更具體的計算方法可參考圖3方法流程圖所示及下述對圖3流程的描述。
速度控制單元184,與載冷劑實際速度計算單元183及載冷劑驅動裝置17相連接,用于控制驅動裝置17以載冷劑實際速度計算單元183計算出的實際速度旋轉,驅動載冷劑流動,從而實現對載冷劑流量的控制。
圖3所示為本發明載冷劑流量控制方法一個實施例的流程圖。該方法運行于圖1及圖2示出的磁制冷機中,實現對載冷劑流量的自動、準確、高效控制。
如圖3所示,該實施例實現磁制冷機中載冷劑流量控制的具體步驟包括:
步驟301:流程開始。
步驟302:對磁制冷機冷端載冷劑的溫度進行實時采樣,獲得溫度采樣值。
如前所述,在采集冷端載冷劑溫度時,可以采用溫度傳感器來實現。具體來說,可以采用在冷端載冷劑流經的管壁內設置接觸式傳感器來采集,也可以采用間接方式實現對冷端載冷劑溫度的采集。作為優選實施方式,該實施例采用在冷端換熱器15上設置溫度傳感器來檢測冷端換熱器15的表面溫度,將該表面溫度作為冷端載冷劑的溫度。更優選的,冷端換熱器15上分散設置多個紅外溫度傳感器,通過多個紅外溫度傳感器的檢測溫度來獲取冷端載冷劑的溫度。采用紅外溫度傳感器,溫度感應速度快,測溫準確。利用多個測溫點獲取溫度,測溫準確性進一步提升。而且,通過在冷端換熱器15上設置溫度傳感器,有效避免了在管壁內設置而增大載冷劑流動阻力、干擾載冷劑流量控制精度問題的發生。
而且,在采用多個溫度傳感器來獲取冷端載冷劑溫度時,將多個溫度傳感器所檢測的溫度值進行加權平均,求得的加權平均值作為冷端載冷劑的溫度采樣值。加權時,權值選取原則是:位于冷端換熱器15中間位置處的溫度傳感器檢測的溫度值具有最大的權值,離中間位置越遠,相應溫度傳感器檢測的溫度值的權值越小。
步驟303:根據溫度采樣值計算溫度的變化。
對于溫度傳感器的檢測精度低、對載冷劑驅動裝置的響應時間要求低的磁制冷機而言,溫度的變化為溫差。具體來說,該溫差是實時采集的溫度采樣值與室溫(也即磁制冷機所處環境的溫度)之間的溫差。
對于溫度傳感器的檢測精度高、對載冷劑驅動裝置的響應時間要求較高的磁制冷機而言,溫度的變化是指溫差變化率,也即單位時間內溫度變化的快慢。溫差變化率的具體計算方法,可采用現有技術來實現。
步驟304:將溫度的變化乘以比例系數,作為載冷劑速度的變化;將速度的變化與速度修正值相加,獲得實際速度。
在獲得溫度的變化之后,將溫度的變化與比例系數相乘,獲得與溫度的變化成正比的速度的變化。然后,用速度修正值對速度的變化進行修正,從而獲得在該溫度采樣值下所對應的載冷劑的實際速度。具體來說,如果溫度的變化為溫差,則速度的變化也為速度差。如果溫度的變化為采樣時間內的溫差變化率,則速度的變化為采樣時間內的速度變化率。這里,比例系數和速度修正值均為常數。其中,比例系數是與磁制冷機的磁工質大小及形狀、載冷劑類型、載冷劑流道狀況相關的一個參數,可以采用經驗值或實驗值。速度修正值是與磁制冷機中載冷劑流道阻力相關的一個參數,也可以采用經驗值或實驗值。
通過該步驟,使得載冷劑流量的變化與冷端載冷劑溫度的變化具有相同的變化趨勢。冷端載冷劑溫度變化大,換熱不飽和,控制載冷劑流量變化也增大,以提高換熱效率。如果冷端載冷劑溫度變化小,換熱基本飽和,控制載冷劑流量變化減小,避免過多的載冷劑反流至冷端而升高冷端換熱器溫度,降低制冷效率。
步驟306:控制載冷劑驅動裝置以實際速度旋轉,驅動載冷劑流動,實現對載冷劑流量的控制。
具體來說,如果驅動裝置為伺服泵,包括電連接的伺服控制器、伺服電機以及與伺服電機軸連接的液體泵。在對伺服泵進行控制時,先根據冷端載冷劑溫度的變化計算出載冷劑的實際速度、也即伺服泵的轉速n;然后,根據轉速n計算伺服控制器的輸出脈寬。最后,伺服控制器輸出該脈寬信號,控制伺服電機以轉速n轉動,進而控制液體泵按照轉速n旋轉,實現對載冷劑流量的控制。
步驟306:流程結束。
在上述各實施例中,檢測冷端載冷劑溫度的變化,并根據溫度的變化計算載冷劑速度的變化,使得載冷劑流量的變化與冷端載冷劑溫度的變化具有相同的變化趨勢,能夠獲得磁制冷機運行過程中的最佳載冷劑流量,保證了磁制冷機的制冷量和制冷效率的最優化。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案,而非對其進行限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明,對于本領域的普通技術人員來說,依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改,或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或替換,并不使相應技術方案的本質脫離本發明所要求保護的技術方案的精神和范圍。

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制冷機 及其 載冷劑 流量 控制 方法 裝置
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