复合制冷系统的制作方法

1.本技术涉及制冷技术领域，具体涉及一种复合制冷系统。


背景技术：

2.随着传统蒸汽压缩式制冷技术在对环境的不友好性和换热效率方面的弊端日渐明显，新型制冷技术(非蒸气压缩式制冷)的研发日趋紧迫。磁制冷技术则是发展前景最被看好的新型制冷技术之一，尤其是其在环境友好性和高效能方面的优势十分突出，相比传统蒸汽压缩式制冷，磁制冷的制冷效率可达卡诺循环效率的40％～50％，比传统的压缩制冷方式高30％左右；此外磁制冷方式采用磁性材料进行固
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液换热，无对环境有害的气体；并且磁复合制冷系统的运行频率低，产生的噪声小。凭借上述优势，磁制冷技术成为近年来受关注度最高的新制冷技术。
3.磁复合制冷系统是一种利用磁热材料的物理特性进行制冷的设备，该装置的技术基础是磁热材料的磁热效应，即：在对磁热材料施加变化磁场时，会导致磁热材料温度的升高或者降低，磁场强度增加时材料磁熵减小、放热、温度升高，磁场强度降低时材料磁熵增加、吸热、温度降低。但是由于目前磁热材料的材料属性的限制，使得磁复合制冷系统的环境温度使用范围受到了较大的限制，存在无法兼顾大冷量和大温跨的问题。
4.专利文件us20070240428a1公开了一种复合制冷系统，其采用混合制冷系统，该系统包括第一制冷剂循环的蒸汽压缩制冷循环装置和使第二制冷剂循环的磁制冷循环装置，其技术方案在于通过将磁制冷循环的热端换热器与蒸汽压缩制冷循环的冷端换热器进行热交换，让磁制冷循环系统内的换热流体可以进行两级冷却，使得磁制冷循环系统中的冷端换热器可以达到更低的温度，进而实现深度制冷。
5.上述现有技术仍无法解决磁制冷系统的温跨小导致的推广性差的问题。


技术实现要素：

6.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种复合制冷系统，能够改善磁热材料的工作温度，兼顾大冷量和大温跨的问题，提高复合制冷系统的工作效率。
7.为了解决上述问题，本技术提供一种复合制冷系统，包括蒸发冷却系统和磁制冷系统，磁制冷系统包括依次连接的第一泵、第一换热器、第一蓄冷器、第二换热器和第二蓄冷器，蒸发冷却系统被配置为对第一换热器进行蒸发冷却，以调整第一换热器内的换热流体的温度，第一泵的出口能够选择地与第一换热器或者第二换热器连通。
8.优选地，第一泵为双向泵。
9.优选地，磁制冷系统还包括控制阀，控制阀被配置为调节第一泵出口的换热流体的流动路径，以使第一泵的出口能够选择地与第一换热器或者第二换热器连通。
10.优选地，蒸发冷却系统包括水箱、第二泵和喷淋装置，第二泵被配置为将水箱的水泵送至喷淋装置，喷淋装置设置在第一换热器上方，喷淋装置被配置为对第一换热器进行喷淋。
11.优选地，水箱设置在第一换热器的下方，并回收喷淋装置的喷淋水。
12.优选地，蒸发冷却系统还包括进风口和排风口，第一换热器设置在进风口和排风口之间。
13.优选地，蒸发冷却系统还包括风机，排风口设置在喷淋装置上方，进风口对应于第一换热器的底部设置，风机设置在排风口处。
14.优选地，第一蓄冷器外并联设置有第一旁通管路，第一旁通管路上设置有第一控制阀；和/或，第二蓄冷器外并联设置有第二旁通管路，第二旁通管路上设置有第二控制阀。
15.本技术提供的复合制冷系统，包括蒸发冷却系统和磁制冷系统，磁制冷系统包括依次连接的第一泵、第一换热器、第一蓄冷器、第二换热器和第二蓄冷器，蒸发冷却系统被配置为对第一换热器进行蒸发冷却。该复合制冷系统可以通过蒸发冷却系统控制第一换热器内的流体温度，使得第一换热器内的流体温度能够调节至磁热材料适宜工作的温度范围，从而能够提高复合制冷系统的制冷效率，实现大冷量和大温跨，提高复合制冷系统的工作效率。
附图说明
16.图1为本技术一个实施例的复合制冷系统的系统结构图；
17.图2为本技术一个实施例的复合制冷系统的磁制冷模式示意图；
18.图3为本技术一个实施例的复合制冷系统的蒸发冷却模式示意图；
19.图4为本技术一个实施例的复合制冷系统的系统结构图；
20.图5为本技术一个实施例的复合制冷系统的控制方法流程图。
21.附图标记表示为：
22.1、第一泵；2、第一换热器；3、第一蓄冷器；4、第二换热器；5、第二蓄冷器；6、蒸发冷却系统；61、水箱；62、第二泵；63、喷淋装置；64、风机；65、进风口；66、排风口。
具体实施方式
23.结合参见图1至图4所示，根据本技术的实施例，复合制冷系统包括蒸发冷却系统6和磁制冷系统，磁制冷系统包括依次连接的第一泵1、第一换热器2、第一蓄冷器3、第二换热器4和第二蓄冷器5，蒸发冷却系统6被配置为对第一换热器2进行蒸发冷却，以调整第一换热器2内的换热流体的温度，第一泵1的出口能够选择地与第一换热器2或者第二换热器4连通。
24.现有技术的磁制冷系统的工作原理是：对磁热材料施加变化的磁场会使其发生磁热效应，即在磁场发生器对蓄冷器施加磁场(加磁)时，磁热材料会向外释放热量，在磁场发生器对蓄冷器去除磁场(去磁)时，磁热材料会向外释放冷量。磁场发生器产生变化磁场的方式可以是通过电磁铁产生的变化磁场，也可以是永磁体与蓄冷器进行运动产生变化磁场。
25.由于磁制冷系统受现有磁制冷材料的影响，存在大温跨建立难度大的问题，这也使得磁制冷系统的推广应用受到了极大的阻碍。而本技术正是针对磁制冷系统目前存在的该问题所提出的。
26.该复合制冷系统可以通过蒸发冷却系统控制第一换热器2内的流体温度，使得第
一换热器2内的流体温度能够调节至磁热材料适宜工作的温度范围，从而能够提高复合制冷系统的制冷效率，实现大冷量和大温跨，提高复合制冷系统的工作效率。
27.在一个实施例中，第一泵1为双向泵。
28.在一个实施例中，第一泵1可以为单向泵，磁制冷系统还包括控制阀，控制阀被配置为调节第一泵1出口的换热流体的流动路径，以使第一泵1的出口能够选择地与第一换热器2或者第二换热器4连通。第一泵1通过控制阀来调节出口连通方向。
29.控制阀可以为多个三通阀组合而成，也可以采用一个单独的两位四通阀来实现。
30.在本技术中，以第一泵1为双向泵为例对各实施例进行说明。
31.蒸发冷却系统6包括水箱61、第二泵62和喷淋装置63，第二泵62被配置为将水箱61的水泵送至喷淋装置63，喷淋装置63设置在第一换热器2上方，喷淋装置63被配置为对第一换热器2进行喷淋。
32.水箱61设置在第一换热器2的下方，并回收喷淋装置63的喷淋水。
33.蒸发冷却系统6还包括进风口65和排风口66，第一换热器2设置在进风口65和排风口66之间。
34.蒸发冷却系统6还包括风机64，排风口66设置在喷淋装置63上方，进风口65对应于第一换热器2的底部设置，风机64设置在排风口66处。
35.本实施例的复合制冷系统包括三种工作模式，分别为磁制冷模式、蒸发冷却制冷模式和复合制冷模式。下面对三种制冷模式进行说明。
36.(1)磁制冷模式
37.该复合制冷系统中的磁制冷系统的工作原理如下：
38.基于磁热效应，当磁场发生器对蓄冷器进行加磁作用时，蓄冷器内的磁热材料会向外释放热量，而当磁场发生器对蓄冷器进行去磁时，蓄冷器内的磁热材料会向外释放冷量。本技术中的磁制冷系统的磁场发生器即按照预定的规律对第一蓄冷器3和第二蓄冷器5进行加磁作用和去磁作用，且当磁场发生器对第一蓄冷器3加磁时，其对第二蓄冷器5的作用为去磁，反之，当磁场发生器对第一蓄冷器3去磁时，其对第二蓄冷器5的作用为加磁。如此，该磁制冷回路中的蓄冷器在同一时刻，有一半是处在加磁生热状态，而另一半则处在去磁生冷的状态，且两者的状态会周期性的进行切换，所以该回路的磁制冷的一个周期可以划分为两个阶段。
39.第一阶段：磁场发生器对第一蓄冷器3去磁，同时对第二蓄冷器5加磁。当第一蓄冷器3去磁产生冷量时，换热流体在第一泵1的作用下沿第一泵1
‑
第一换热器2
‑
第一蓄冷器3
‑
第二换热器4的方向进行流动，如此换热流体即可将第一蓄冷器3内的冷量传送到第二换热器4中，再通过第二换热器4与制冷区域的空气进行换热使得制冷区域的温度逐渐降低；与此同时，第二蓄冷器5加磁产生热量，换热流体在第一泵1的驱动下沿第二蓄冷器5
‑
第一泵1
‑
第一换热器2的方向进行流动，如此换热流体即可将第二蓄冷器5内的热量传送到第一换热器2中，再通过第一换热器2向非制冷区域散发热量。
40.第二阶段：磁场发生器对第一蓄冷器3加磁，同时对第二蓄冷器5去磁。当第一蓄冷器3加磁产生热量时，换热流体在第一泵1的作用下沿第二换热器4
‑
第一蓄冷器3
‑
第一换热器2的方向进行流动，如此换热流体即可将第一蓄冷器3内的热量传送到第一换热器2中，再通过第一换热器2与非制冷区域的空气进行换热，使得系统产生的热量可以散发到非制冷
区域；与此同时，第二蓄冷器5去磁产生冷量，换热流体在第一泵1的驱动下沿第一泵1
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第二蓄冷器5
‑
第二换热器4的方向进行流动，如此换热流体即可将第二蓄冷器5内的冷量传送到第二换热器4中，再通过第二换热器4与制冷区域的空气进行换热使得制冷区域的温度逐渐降低。
41.(2)蒸发冷却模式
42.当启动蒸发冷却系统6时，第二泵62开始工作，其将水箱61中的水通过泵压提升到第一换热器2上方的喷淋装置63处，通过喷淋装置63将水喷淋到期下方的第一换热器2上，喷出的水会以水雾或小水珠的方式在重力的作用下向下坠落，与第一换热器2的外表面接触，并附着在其外表面，当附着在第一换热器2外表面的水珠蒸发后，会将由于相变而从外界吸收热量，从而使得第一换热器2温度逐渐降低，进而使得第一换热器2内部的换热流体的实时温度降低。为了加快第一换热器2表面的水珠的蒸发速率，在第一换热器2上方设置了风机64，其在蒸发冷却系统开始运行时开始工作。在风机64的作用下，可以使空气从设置在蒸发冷却系统下方的进风口65处进入，经过第一换热器2后从风机64的出风口66排出，通过强制空气流动的方式提高了第一换热器2外表面的蒸发效率，进而使得第一换热器2内的换热流体的温度降低的更快。与此同时，启动第一泵1，通过泵压将磁制冷系统中的换热流体驱动进行往复流动，以此将蒸发冷却产生的冷量传输到第二换热器4中，对制冷区域进行制冷。
43.其中水箱61的作用是为第二泵62提供水源，同时也会承接从其上方的第一换热器2上滴落下来的水。
44.(3)复合制冷模式
45.首先启动蒸发冷却系统，蒸发冷却系统开始运行后，第一换热器2的温度开始逐渐降低，同时启动第一泵1，驱动磁制冷系统中的换热流体进行往复流动，以使换热流体的温度可以更快的降低。当换热流体的温度降低到适合磁制冷系统的磁热材料进行工作的温度的时候，启动磁制冷系统的磁场发生器，对蓄冷器进行加磁和去磁，而换热流体在泵的作用下将磁制冷产生的冷量传送到第二换热器4处，对制冷区域进行制冷，而将磁制冷产生的热量传送到第一换热器2处，通过蒸发冷却将热量带走，如此便实现了蒸发冷却对磁制冷系统的预先冷却，使磁制冷系统能工作在其磁热材料适宜的工作温度下，使得整体效率最佳；同时当蒸发冷却系统与磁制冷系统同时运行时，还可以利用蒸发冷却系统来降低磁制冷系统第一换热器2的温度，使得磁制冷系统可以获得更低的冷端温度。
46.为了使该复合系统可以实现更加高效的自动控温及智能化制冷的需求，在系统内设置了若干传感器作为控制系统的信号输入源。在制冷区域设置了检测制冷区域温度的温度传感器，其检测的制冷区域的实时温度值为t1，在磁制冷系统的换热流体管路中设置了检测换热流体的实时温度的温度传感器，其检测的换热流体的实时温度为t2。此外，该系统还需要在启动时设定制冷区域的目标温度t3，并且在控制器存储器中含有其所用磁热材料的工作温度范围t4～t5。
47.结合参见图4所示，在另外一个实施例中，其与第一个实施例基本相同，不同之处在于，在本实施例中，第一蓄冷器3外并联设置有第一旁通管路a1，第一旁通管路上设置有第一控制阀s1；第二蓄冷器5外并联设置有第二旁通管路a2，第二旁通管路上设置有第二控制阀s1。
48.在本实施例中，当系统处于自然冷源制冷模式时，控制器控制第一控制阀s1接通第一旁通管路a1，第二控制阀s2接通第二旁通管路a2，使得冷媒可以从第一旁通管路a1和第二旁通管路a2中通过，从而使得系统的压阻减小，降低了系统功耗。
49.结合参见图5所示，根据本技术的实施例，上述的复合制冷系统的控制方法包括：获取制冷区域的实时温度t1；获取制冷区域的目标温度t3；判断|t3
‑
t1|与a之间的关系；当|t3
‑
t1|＞a时，控制复合制冷系统运行复合制冷模式；当|t3
‑
t1|≤a时，控制复合制冷系统运行磁制冷模式或蒸发冷却制冷模式。
50.控制复合制冷系统运行复合制冷模式的步骤包括：控制蒸发冷却系统6运行；获取第一蓄冷器3和第二蓄冷器5在处于去磁状态时的入口磁热材料的工作温度范围t4～t5；获取第一换热器2内的换热流体的实时温度t2；检测t2是否满足t4≤t2≤t5；若不满足t4≤t2≤t5，则停止或不启动磁制冷系统；每隔
△
t2时间检测一次换热流体的实时温度t2，并再次进行判断，直到换热流体的实时温度t2满足条件t4≤t2≤t5；若满足t4≤t2≤t5，则启动磁制冷系统或继续运行磁制冷系统；每隔
△
t3读取换热流体的实时温度t2，并判断换热流体的实时温度t2是否满足条件t4≤t2≤t5。
51.控制复合制冷系统运行磁制冷模式或蒸发冷却制冷模式的步骤包括：获取非制冷区域的实时温度t6；判断t2与设定温度b之间的关系；当t2≤b时，控制复合制冷系统运行蒸发冷却制冷模式；当t2＞b时，控制复合制冷系统运行磁制冷模式。
52.控制复合制冷系统运行蒸发冷却制冷模式的步骤包括：控制第一蓄冷器3和第二蓄冷器5停止工作；控制第一泵1运行；控制第二泵62运行，将水箱61中的水泵送至第一换热器2上方的喷淋装置63处，通过喷淋装置63喷淋第一换热器2进行蒸发冷却；使换热流体依次流经第一泵1、第一换热器2和第二换热器4，形成流动循环。
53.控制复合制冷系统运行蒸发冷却制冷模式的步骤包括：控制第一蓄冷器3和第二蓄冷器5停止工作；控制第一旁通管路和第二旁通管路连通；控制第一泵1运行；控制第二泵62运行，将水箱61中的水泵送至第一换热器2上方的喷淋装置63处，通过喷淋装置63喷淋第一换热器2进行蒸发冷却；使换热流体依次流经第一泵1、第一换热器2和第二换热器4，形成流动循环。
54.控制复合制冷系统运行磁制冷模式的步骤包括：控制蒸发冷却系统6停止工作；获取第一蓄冷器3和第二蓄冷器5的工作状态；当第一蓄冷器3去磁，第二蓄冷器5加磁时，控制第一泵1运行；控制换热流体依次流经第一泵1、第一换热器2、第一蓄冷器3、第二换热器4和第二蓄冷器5，形成流动循环；当第一蓄冷器3加磁，第二蓄冷器5去磁时，控制第一泵1运行；控制换热流体依次流经第一泵1、第二蓄冷器5、第二换热器4、第一蓄冷器3和第一换热器2，形成流动循环。
55.启动该复合制冷系统后，控制器读取从传感器处获得的制冷区域实时温度t1，同时读取用户设定的制冷区域目标温度值t3和预先存储在存储单元中的磁热材料的工作温度范围t4～t5。然后控制程序进行运行模式判断，当制冷区域的实时温度t1与制冷区域的目标温度t3的差值|t3
‑
t1|＞a时，则控制器启动第三模式的复合制冷模式，即先运行蒸发冷却系统6，通过蒸发冷却系统6对磁制冷系统中的换热流体进行预冷却，同时启动泵1，当控制器获取的换热流体的实时温度t2不满足t4≤t2≤t5的条件时，则开停止或不启动磁制冷系统，并每隔时间
△
t2检测一次换热流体的实时温度t2，并再次进行判断，直到换热流体
的实时温度t2满足条件t4≤t2≤t5。当换热流体的实时温度t2满足条件t4≤t2≤t5时，则启动并运行磁制冷系统，此时便是蒸发冷却系统6和磁制冷模块同时运行，实现两个制冷系统的复叠。在此过程中，控制器会每隔
△
t3读取换热流体的实时温度t2，并判断换热流体的实时温度t2是否满足条件t4≤t2≤t5。
56.当启动复合制冷模式后。控制器判断制冷区域的实时温度t1与制冷区域的目标温度t3的差值|t3
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t1|≤a时，则启动用户预先设定的默认运行模式。之后。控制器会每隔
△
t1的时间返回获取制冷区域实时温度t1的步骤，读取制冷区域的温度t1，并再次进行|t3
‑
t1|与a之间关系的条件判断。
57.上述的用户预先设定的默认运行模式是指用户预先在终端设定的当
58.|t3
‑
t1|>a时默认运行的模式，该模式是蒸发冷却模式和磁制冷模式中的一种，用户可以根据其实际情况进行选择设定。
59.具体而言，是根据非制冷区域的实时温度t6与预设温度b之间的关系来判断选择蒸发冷却模式和磁制冷模式中的哪一种。在进行控制模式选择的过程中，需要首先获取非制冷区域的实时温度t6；然后判断t6与设定温度b之间的关系；当t6≤b时，控制复合制冷系统运行蒸发冷却制冷模式；当t6＞b时，控制复合制冷系统运行磁制冷模式，从而使得复合制冷系统选择更加合适的工作模式，既能够保证系统的有效制冷能力，又能够尽可能地减小能耗。
60.通过上面的磁制冷与蒸发冷却制冷的复合制冷系统及其控制方法，可以使该系统相对于现有技术具有以下优势：
61.①
可以通过蒸发冷却系统对磁制冷系统进行预冷却，使磁制冷系统内的换热流体的实时温度降到磁热材料适宜工作的温度范围，从而克服了现有技术中磁制冷系统应磁热材料工作环境温度不适宜而导致制冷效率低的问题；
62.②
在热负荷较大时，可以采用磁制冷与蒸发冷却同时运行的方式，实现大制冷量；
63.③
可利用蒸发冷却降低磁制冷热端温度的方式，使得复合系统可以实现温跨的复叠，以此来弥补蒸发冷却最低温度不能低于湿球温度的局限，并同时解决磁制冷系统的大温跨实现难度大的问题。
64.④
磁制冷为绿色、高效、安全的制冷方式，而蒸发冷却制冷为利用自然冷源的低能耗、绿色、安全的制冷方式，通过两者的复合实现更加高效、绿色的系统。
65.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
66.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。