CN106150651B - 适于纳米磁流体冷却循环的重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，包括步骤：检测冷却流体的实时温度；在发动机运行工况中，当温度低于下限值时，切换所述第一三通换向阀、第二三通换向阀，使冷却流体流经旁接通路，利用磁场将冷却流体内的纳米颗粒通过旁接通路汇集至纳米颗粒捕获装置，减少冷却流体内的纳米颗粒含量；当温度高于上限值时，切换所述第一三通换向阀、第二三通换向阀，使冷却流体流经旁接通路，利用磁场将纳米颗粒捕获装置内的纳米颗粒通过旁接通路释放至冷却流体内，增加冷却流体内的纳米颗粒含量。本发明通过磁场控制作用冷却系统纳米流体的浓度,达到实时调节冷却液温度的目的，具有体积小、安装方便、动态调整纳米流体浓度等优点。

Description

适于纳米磁流体冷却循环的重构方法

技术领域

本发明涉及一种冷却系统，特别涉及一种适于纳米流体冷却循环的重构方法。

背景技术

发动机冷却液过热在我国是一个非常严重、普遍的问题。发动机散热能力不足已成为影响发动机正常工作的重要因素,若在高原地区或发动机处于大负荷高速运行,散热不足现象更突出。随着发动机热负荷越来越高，更加实用高效的冷却系统的应用变得日益迫切。为避免因冷却液过热产生的发动机经济性下降及排放污染,各国家都在积极探索解决问题的技术途径,而纳米流体作为新型传热介质,为解决发动机散热不足问题,降低油耗及排放指标,提供一种可供探索的新途径。新型传热介质纳米流体即以一定的方式和比例将纳米级金属或非金属氧化物粒子添加到流体中,纳米流体作为一种新型传热介质可以显著强化传热,热量传递发生在颗粒表面。目前在国内将纳米流体应用在发动机冷却系中的研究还处于初始阶段,纳米流体虽然相对于传统冷却液有着换热能力强等优势，但是也有着长期稳定性差，制备成本高等缺点。故如何利用好纳米流体换热强的优势并有效的控制成本和延长其稳定性是一个难点和瓶颈点。

目前适于纳米磁流体冷却循环的重构系统在国内没有成熟产品。例如专利号为号201210493567的一种可控式发动机冷却系统,虽然利用阀门控制冷却系统各回路的流量,达到实时调节冷却液温度的目的,但纳米流体的超强换热能力并没有得到应用和发挥，利用更高导热系数的纳米流体无疑可以进一步更好的降温。调节冷却液温度大多采用阀门控制冷却液的流量,但使用过程中,阀门增大了流通阻力,产生泵液损失，如果能够直接实时控制纳米流体的浓度即以质的调节形势，如发动机过热时只需增加纳米流体浓度即可强化换热性能，无需增大流量，这无疑节约了泵功减低了能耗，并能消除常规发动机调节阀门开闭产生的节流损失，同等工况下，发动机可以使用更少量的冷却液和更小的散热器，更加节能环保，符合当今轻量化低碳化的环保要求。研究表明纳米流体在发动机冷却系统的应用可以将重型汽车的冷却系统的尺寸和重量减小10%，将增大大于5%的燃烧效率，采用纳米流体还可以使用承受较高温度的冷却液，减少热损失，这种高温散热器的应用将散热器的尺寸减少30%，由此可以减少空气流动阻力、减少冷却液的流动损失以及驱动风扇的损失，可以节省10%的油耗。对于发展高强化发动机具有重要的意义。目前市场上纳米流体冷却应用还有着长期稳定性差、成本较高，压损大的缺点，造成使用不方便，给消费者带来负担。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的纳米流体在冷却系统中易沉淀稳定性差、压损大等缺点，提供一种适于纳米磁流体冷却循环的重构系统及方法，具有安全可靠、使用便捷的优点。

本发明的技术方案如下:

一种适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，该方法基于的重构系统包括依次连接形成冷却流体循环回路的发动机水套(1)、散热器(2)、水泵(3)、具有两个出口的第一三通换向阀(4)和第二三通换向阀(6 )，其特征在于：所述第一三通换向阀(4)、第二三通换向阀(6 )另一出口之间设置旁接通路，所述通路上串接有根据冷却流体实时温度并利用磁场调节流体内磁性纳米颗粒浓度的纳米颗粒捕获装置(5)，所述第一三通换向阀(4)上设置有与所述纳米颗粒捕获装置(5)电路连接的温度传感器，包括步骤：

检测冷却流体的实时温度；

在发动机运行工况中，当温度低于下限值时，切换所述第一三通换向阀、第二三通换向阀，使冷却流体流经旁接通路，利用磁场将冷却流体内的纳米颗粒通过旁接通路汇集至纳米颗粒捕获装置，减少冷却流体内的纳米颗粒含量；当温度高于上限值时，切换所述第一三通换向阀、第二三通换向阀，使冷却流体流经旁接通路，利用磁场将纳米颗粒捕获装置内的纳米颗粒通过旁接通路释放至冷却流体内，增加冷却流体内的纳米颗粒含量。

进一步地，在进行检测冷却流体的实时温度之前还包括步骤：

发动机在启动且暖机之后，切换所述第一三通换向阀、第二三通换向阀，使冷却流体流经旁接通路，同时，纳米颗粒捕获装置的线圈产生将磁性纳米颗粒从腔体内分散出去达到重构纳米流体冷却液的目的磁场。

进一步地，所述切换所述第一三通换向阀、第二三通换向阀，使冷却流体流经旁接通路的同时，水泵加大功率运行预定时间，从而加快纳米颗粒的分散速度。

进一步地，发动机启动且暖机之前，还包括步骤：

启动发动机，冷却流体在水泵的作用下经第一三通换向阀、第二三通换向阀依次流入发动机水套、散热器，以此利用换热较弱基础溶液来加速暖机，达到减少暖机过程中的污染排放的目的。

进一步地，还包括步骤：

在发动机停机前，纳米颗粒捕获装置的线圈产生吸引磁性纳米颗粒使其汇聚在腔体内的磁场。从而减少停机后纳米流体在发动机水套内腔、散热器等结构尤其是死区内的沉淀。

进一步地，在发动机停机前，所述水泵加大功率运行预定时间。加大水泵功率能够冲刷冷却系统尤其是死区内的纳米颗粒，水垢杂质等沉淀，结合磁场吸引作用使其汇聚在腔体内，以减少锈蚀缸套，堵塞等问题。

相比现有技术，本发明具有如下优点:

本发明利用磁场对磁性纳米流体的作用达到重构纳米流体冷却液的目的，使纳米流体内的纳米颗粒更加稳定均匀，较大限度减少纳米颗粒的沉淀，提高了纳米流体的使用寿命,达到节能和降低成本的效果，同时通过实时随动的调节纳米流体的浓度，属于质调节，克服了传统节温器调节能力差和常规通过阀门靠量调节耗能大的弱点，保证了发动机工作在最佳运行工况。延长了发动机的使用寿命并降低成本，调节冷却能力时，调节磁场比调节水泵功率或者阀门开度耗能少，具有节能作用，本发明具有体积小、安装方便、降温效果好成本低等优点。

附图说明

图1为本发明的实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例在常态运行时冷却系统状态示意图。

图3为本发明实施例重构回路接通状态示意图。

图中:1.发动机水套,2.散热器,3.水泵,4.第一三通换向阀,5.纳米颗粒捕获装置,6. 第二三通换向阀。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

纳米磁性材料种类多种多样，但是Fe3O4纳米颗粒由于其合成工艺多种多样、生物安全性高、对人体的毒副作用小、而且在纳米量级呈超顺磁特性等优点，应用最为广泛。因此，下面就以Fe3O4纳米流体作为发动机冷却液做简单论述。

如图1所示，一种适于纳米磁流体冷却循环的重构系统,包括依次连接形成冷却流体循环回路的发动机水套1、散热器2、水泵3、具有两个出口的第一三通换向阀4和第二三通换向阀6 ，所述第一三通换向阀4、第二三通换向阀6 另一出口之间设置旁接通路，所述通路上串接有根据冷却流体实时温度并利用磁场调节流体内磁性纳米颗粒浓度的纳米颗粒捕获装置6 。所述纳米颗粒捕获装置5与所述第一三通换向阀4、第二三通换向阀6 电路连接，用于控制所述第一三通换向阀4、第二三通换向阀6 的切换，包括串接于所述旁接通路中的腔体和紧邻所述腔体的线圈。所述线圈能够产生磁场，以达到发动机停机前汇聚和发动机启动时分散磁性纳米颗粒重构纳米流体冷却液的目的，所述腔体主要是作为停机时容纳纳米颗粒的容器。

具体而言，所述第一三通换向阀4上设置有与所述纳米颗粒捕获装置5电路连接的温度传感器，用于将检查到的冷却流体实时温度反馈至所述纳米颗粒捕获装置5。

另外，所述腔体内设置有用于过滤杂质的过滤装置，能够过滤掉冷却液中的水垢、水锈等杂质，保证纳米流体的纯净。

一种基于所述重构系统的适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，包括步骤：

检测冷却流体的实时温度；

在发动机运行工况中，当温度低于下限值时，切换所述第一三通换向阀4、第二三通换向阀6 ，使冷却流体流经旁接通路，利用磁场将冷却流体内的纳米颗粒通过旁接通路汇集至纳米颗粒捕获装置5，减少冷却流体内的纳米颗粒含量；当温度高于上限值时，切换所述第一三通换向阀4、第二三通换向阀6 ，使冷却流体流经旁接通路，利用磁场将纳米颗粒捕获装置5内的纳米颗粒通过旁接通路释放至冷却流体内，增加冷却流体内的纳米颗粒含量。

具体而言，在进行检测冷却流体的实时温度之前还包括步骤：

发动机在启动且暖机之后，切换所述第一三通换向阀4、第二三通换向阀6 ，使冷却流体流经旁接通路，同时，纳米颗粒捕获装置5的线圈产生将磁性纳米颗粒从腔体内分散出去达到重构纳米流体冷却液的目的磁场。

具体而言，所述切换所述第一三通换向阀4、第二三通换向阀6 ，使冷却流体流经旁接通路的同时，水泵3加大功率运行预定时间，从而加快纳米颗粒的分散速度。

具体而言，发动机启动且暖机之前，还包括步骤：

启动发动机，冷却流体在水泵3的作用下经第一三通换向阀4、第二三通换向阀6依次流入发动机水套1、散热器2，以此利用换热较弱基础溶液来加速暖机，达到减少暖机过程中的污染排放的目的。

具体而言，还包括步骤：

在发动机停机前，纳米颗粒捕获装置5的线圈产生吸引磁性纳米颗粒使其汇聚在腔体内的磁场。

具体而言，在发动机停机前，所述水泵3加大功率运行预定时间。

常态运行时冷却系统状态示意图如图2所示，此时冷却系统状态与常规系统没有区别。在发动机停机和启动时纳米颗粒捕获装置5控制第一三通换向阀4、第二三通换向阀6的切换，并加大水泵3的功率，如图3所示，停机之前加大水泵3功率能够冲刷冷却系统尤其是死区内的纳米颗粒，水垢杂质等沉淀，结合磁场吸引作用使其汇聚在腔体内，以减少锈蚀缸套，堵塞等问题。发动机启动时加大水泵3功率则能配合反向磁场的排斥作用加速纳米颗粒的均匀分布，加快纳米流体冷却液的形成，需要指出的是上述过程是在发动机暖机之后才开始的，以此利用普通溶液来加速暖机，达到减少暖机过程中的污染排放。除了启动和停机时的应用，在发动机运行工况中，当温度传感器检测到冷却液过冷时，纳米颗粒捕获装置5则会切换所述第一三通换向阀4、第二三通换向阀6 并开启磁场，利用磁场作用吸引减少纳米流体的浓度，以减少散热；反之，当冷却液过热时，则通过磁场释放腔体内的纳米颗粒，增加冷却流体内的纳米颗粒含量，以提高散热能力。如此实时随动的调节，保证了发动机工作在最佳运行工况。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，该方法基于的重构系统包括依次连接形成冷却流体循环回路的发动机水套(1)、散热器(2)、水泵(3)、具有两个出口的第一三通换向阀(4)和第二三通换向阀(6 )，其特征在于：所述第一三通换向阀(4)、第二三通换向阀(6)另一出口之间设置旁接通路，所述通路上串接有根据冷却流体实时温度并利用磁场调节流体内磁性纳米颗粒浓度的纳米颗粒捕获装置(5)，所述第一三通换向阀(4)上设置有与所述纳米颗粒捕获装置(5)电路连接的温度传感器，其特征在于，包括步骤：

检测冷却流体的实时温度；

在发动机运行工况中，当温度低于下限值时，切换所述第一三通换向阀(4)、第二三通换向阀(6 )，使冷却流体流经旁接通路，利用磁场将冷却流体内的纳米颗粒通过旁接通路汇集至纳米颗粒捕获装置(5)，减少冷却流体内的纳米颗粒含量；当温度高于上限值时，切换所述第一三通换向阀(4)、第二三通换向阀(6 )，使冷却流体流经旁接通路，利用磁场将纳米颗粒捕获装置(5)内的纳米颗粒通过旁接通路释放至冷却流体内，增加冷却流体内的纳米颗粒含量。

2.根据权利要求1所述的适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，其特征在于，在进行检测冷却流体的实时温度之前还包括步骤：

发动机在启动且暖机之后，切换所述第一三通换向阀(4)、第二三通换向阀(6 )，使冷却流体流经旁接通路，同时，纳米颗粒捕获装置(5)的线圈产生将磁性纳米颗粒从腔体内分散出去达到重构纳米流体冷却液的目的磁场。

3.根据权利要求2所述的适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，其特征在于：所述切换所述第一三通换向阀(4)、第二三通换向阀(6 )，使冷却流体流经旁接通路的同时，水泵(3)加大功率运行预定时间。

4.根据权利要求2所述的适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，其特征在于，发动机启动且暖机之前，还包括步骤：

启动发动机，冷却流体在水泵(3)的作用下经第一三通换向阀(4)、第二三通换向阀(6)依次流入发动机水套(1)、散热器(2)。

5.根据权利要求1所述的适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，其特征在于，还包括步骤：

在发动机停机前，纳米颗粒捕获装置(5)的线圈产生吸引磁性纳米颗粒使其汇聚在腔体内的磁场。

6.根据权利要求5所述的适于纳米磁流体冷却循环的重构方法，其特征在于：在发动机停机前，所述水泵(3)加大功率运行预定时间。