低壓有源高效流體磁化管電路

張子威 毛書凡

摘 要 本項目針對現(xiàn)有磁化器的使用情況，提供一種低壓有源高效流體磁化管電路，用于改善并提高輸送管路中燃氣燃油的磁化的效果，同時提高流體燃料燃燒率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞 低壓 有源電源 流體 磁化

中圖分類號：TP211 文獻標(biāo)識碼：A

0引言

磁化技術(shù)是一種高效節(jié)能技術(shù)，該技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生及日常生活等領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用，在節(jié)能方面發(fā)揮著很大的作用，尤其是在磁化燃油、燃氣中取得了明顯的效果。眾所周知，液體和氣體磁化后物理和化學(xué)性能會發(fā)生很大變化，所以，磁化后的液體或氣體被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。如磁化水，用來促進作物生長和提高產(chǎn)量，磁化酒用來加快釀酒過程，磁化燃油和燃氣用來提高燃燒效率等。同時，液體燃料經(jīng)磁化后更易霧化，霧化后的顆粒更小，能更充分的與空氣混合，燃燒更加充分。氣體燃料經(jīng)過強磁場的磁化后，也能使燃燒更為充分，提高熱效率，達到節(jié)約氣體燃料的效果?，F(xiàn)有磁化器的磁化方式有兩種，一種是采用永磁體產(chǎn)生的磁場進行磁化，由于受現(xiàn)有永磁材料產(chǎn)生的磁場強度的限制，只能在磁場強度要求不高的條件下使用；而另一種是采用電磁線圈產(chǎn)生電磁場進行磁化，電磁線圈產(chǎn)生的磁場可以遠遠大于永磁體產(chǎn)生的磁場，超導(dǎo)磁體可產(chǎn)生更大的磁場，但由于現(xiàn)有技術(shù)的制約，超導(dǎo)磁體只能應(yīng)用在特定的場合，不宜普及。因而從液體和氣體的分子間的范德華力和分子內(nèi)部的化學(xué)鍵角度分析，要想拉大距離只有提高磁化的磁場強度，在此原理的基礎(chǔ)上，我們研制出了此產(chǎn)品。

1技術(shù)處理

現(xiàn)有的流體燃料磁化管路存在著應(yīng)用范圍小，限制條件多，以及由于國家對安全電壓的限制，造成流體燃料磁化不足等缺陷。本產(chǎn)品要解決的問題是，提供一種低壓有源高效氣體磁化管電路。以車載燃油磁化裝置為例，該驅(qū)動電路利用12V直流電由電磁線圈和導(dǎo)磁體產(chǎn)生恒定磁場，分別用兩只開關(guān)管互補脈沖式導(dǎo)通控制一只電容器，由一只二極管進行隔離后，自舉電壓升壓到約22V；同時另有兩只開關(guān)管互補脈沖導(dǎo)通控制另一只電容器，由另一只二極管進行隔離后，自舉電壓升壓到34V，達到的脈沖電壓驅(qū)動電磁線圈和導(dǎo)磁體，產(chǎn)生脈沖磁場，再對氣體進行磁化處理，進而實現(xiàn)12V電壓產(chǎn)生的恒定磁場與34V脈沖電壓產(chǎn)生的脈沖磁場疊加，達到加強磁化的效果。

為達到預(yù)期成果，本技術(shù)所采用的技術(shù)方案由：（1）電源+Ec端和GNE端；（2）PWM控制電路；（3）MOS管高壓驅(qū)動電路；（4）吸收電容器和磁化線圈電路四部分組成；基本流程框圖如圖1-1。

其中所述的PWM控制電路由單端輸出PWM脈寬調(diào)制集成穩(wěn)壓驅(qū)動芯片和相應(yīng)的外圍器件所組成，該芯片輸出端out為圖騰柱式輸出；所述的MOS管高壓驅(qū)動電路電路由一只P溝道開關(guān)管、一只N溝道開關(guān)管、隔離二極管和電容器、輸入端in、輸出端out組成。

圖1為恒定磁場疊加脈沖磁場磁化器驅(qū)動電路原理圖，其各電路的連接關(guān)系是：電源+Ec端與脈寬調(diào)制電路的電源端與脈寬調(diào)制電路的電源供給端Vcc、控制電路內(nèi)的MOS管的源極和二極管的負極相連，GNE端與MOS管高壓驅(qū)動電路的GND、吸收電容器的一端和磁化線圈的一端相連接，PWM控制電路內(nèi)的out端與MOS管高壓驅(qū)動電路內(nèi)的開關(guān)管的柵極相連、MOS管高壓驅(qū)動電路內(nèi)的開關(guān)管的柵極和MOS管高壓驅(qū)動電路內(nèi)的in端相連，MOS管高壓驅(qū)動電路內(nèi)的開關(guān)管的漏極與電容器的一端相連，電容器的另一端與隔離二極管的負極相連，MOS管高壓驅(qū)動電路內(nèi)的out端與MOS管高壓驅(qū)動電路內(nèi)的開關(guān)管的柵極相連，MOS管高壓驅(qū)動電路內(nèi)的開關(guān)管V的柵極與電容器的一端相連，電容器的另一端與吸收電容器的另一端、磁化線圈的一端和二極管的負極相連接。

2相關(guān)原理圖和模擬圖

本發(fā)明由于采用兩級電容升壓電路將12V直流電壓升至34V脈沖電壓。（見圖1）

通過二級升壓，產(chǎn)生一個具有一定峰值和頻率的矩形方波，再通過磁化裝置產(chǎn)生脈動的磁場，對管內(nèi)的流體進行磁化。提高了磁場強度，脈沖式磁場的作用減小了分子間的作用力，提高了磁化率，原理圖如圖1所示。

2.1控制升壓電路

PWM控制電路：所述的脈寬調(diào)制電路由單端輸出PWM脈寬調(diào)制集成穩(wěn)壓驅(qū)動芯片和相應(yīng)的外圍器件所組成，該芯片輸出端out為圖騰柱式輸出主要部分是一個芯片，輸入電壓通過電阻分壓后，進入誤差放大器，即芯片1的1腳和2腳，由阻容元件產(chǎn)生的鋸齒波通過芯片的4腳輸入到芯片，由芯片的6腳輸出占空比隨輸入電壓變化的pwm波，由這一路pwm波控制后端電路。如圖2所示。

MOS管高壓驅(qū)動電路：兩次升壓電路如圖3。

升壓電路1：所述的升壓電路由一只P溝道開關(guān)管T1、一只N溝道開關(guān)管T2、隔離二極管D1和電容器C2 所組成，兩個開環(huán)管的柵極連在一起經(jīng)過一個電阻連到芯片，p溝道開關(guān)管的漏極接電源正極，n溝道開關(guān)管的源極接地，p溝道開關(guān)管的源極和n溝道開關(guān)管的漏極、以及電容的負極接在一起。電容的正極接二極管的負極，二極管的正極接電源正極。在工作時，兩個開關(guān)管交替導(dǎo)通，當(dāng)n溝道開關(guān)管導(dǎo)通，p溝道開關(guān)管截止時，電容的兩端直接接在電源兩極，電容充電，當(dāng)p開關(guān)管導(dǎo)通，n開關(guān)管截止時，電容兩端的電壓直接反向加在二極管兩端，使二極管截止，此時電容與電源串聯(lián)。兩個開關(guān)管交替導(dǎo)通一次為一個周期，其中半個周期輸入電壓升高一倍后輸出。

升壓電路2：所述的二次升壓電路由一只P溝道開關(guān)管T3、一只N溝道開關(guān)管T4、隔離二極管D2和電容器C4 。升壓電路2工作時，兩個開關(guān)管的集電極相連后輸出一個和芯片6腳反向的pwm波形。將此信號重新輸入到升壓電路1的電路內(nèi)，經(jīng)升壓電路1，由其工作原理，經(jīng)過兩個開關(guān)管交替導(dǎo)通一次后生成一個將電源電壓升高3倍的脈沖信號，此信號經(jīng)小電容濾波后輸出導(dǎo)線圈。最后輸出幅值為34V，頻率為1KHz的脈沖信號。

2.2磁化電路

吸收電容器和磁化線圈電路：由一個磁化線圈和電容構(gòu)成，電源由升壓電路升壓后進入線圈，產(chǎn)生磁場。如圖5所示，產(chǎn)生一個28.4T的磁場（如圖6所示），對流體燃料進行磁化。

3現(xiàn)有成果和比較

針對現(xiàn)有磁化器的應(yīng)用范圍小，體積大，普遍性不高和磁化效果不好的不足，本技術(shù)實現(xiàn)了通過利用12V直流電自舉電壓升壓到34V，得到的脈沖電壓驅(qū)動電磁線圈和導(dǎo)磁體，產(chǎn)生脈沖磁場，再對液體或氣體進行磁化處理，進而實現(xiàn)12V電壓產(chǎn)生的恒定磁場與34V脈沖電壓產(chǎn)生的脈沖磁場的疊加磁場的磁化磁場，提高了磁場強度，脈沖式磁場的作用減小了分子間的作用力，從而提高了磁化率。本技術(shù)采用的兩級電容升壓電路將12V直流電壓升至34V脈沖電壓，利用12V疊加34V脈沖電壓產(chǎn)生的磁場進行磁化，具有磁場強度高，擴大分子間距，提高磁化率等優(yōu)勢。彌補的現(xiàn)有磁化器的不足，彌補了現(xiàn)有磁化器的缺陷。相關(guān)比較如下圖表1。

4實際實物

圖7為最終研制的模型樣品，并獲得國家專利（如圖8所示），本產(chǎn)品可直接鑲嵌在采暖爐底部，對底部流進的可燃流體，進行磁化，擴大分子間距，提高流體的使用率，節(jié)約能源，提高采暖爐效率。也可將本電路裝置安裝在凈水管路下端，對上面流體管內(nèi)流進的水流，進行磁化，殺菌消毒，提升水的安全性。

5實際效果

我們對磁化節(jié)油器磁化柴油機進行實驗分析，進而分析其物理化學(xué)性質(zhì)及燃燒性能。實驗表明：柴油經(jīng)磁化處理后，其組分中的C8～C12，增加了41.8% ，而C13～C20，則減少了7.26%。在柴油組分變化的同時，其密度下降，粘度下降，最高分餾溫度降低，餾程范圍縮小。由于磁化柴油物性的變化有利于提高燃料的噴射霧化質(zhì)量及其著火燃燒性能，從而可使柴油機的燃燒過程得到相應(yīng)的改善。當(dāng)采用本產(chǎn)品后，在標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況下節(jié)油率平均可達27.8% ，實際流體燃料的燃盡率如圖9所示。

按現(xiàn)在6元/升，每升可節(jié)約1.668元。以一輛1.6排量的轎車為例，按百公里油耗8升計算，一年行駛兩萬公里，需要耗油1600升，使用我們的產(chǎn)品每年可節(jié)省2668.8元。

因此，我們的技術(shù)有極高的應(yīng)用價值。

6結(jié)束語

用該方法制成的磁化電路，在低壓有源電源驅(qū)動下，便可以產(chǎn)生高電壓脈沖，通過磁化電路，產(chǎn)生的脈沖磁場在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生及日常生活等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益，可以為祖國節(jié)能減排及環(huán)保事業(yè)做出應(yīng)盡的努力和貢獻。

（通訊作者：毛書凡）

作者簡介：張子威（1996—），男，漢，河南省安陽市，本科，電氣工程及自動化。通訊作者： 毛書凡（1963—），男，漢，天津，本科，高級工程師，天津理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心，電力電子技術(shù)和節(jié)能。

參考文獻

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