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。

關鍵詞 低壓 有源電源 流體 磁化

中圖分類號：TP211 文獻標識碼：A

0引言

磁化技術是一種高效節(jié)能技術，該技術在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生及日常生活等領域有著較為廣泛的應用，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用于各領域。如磁化水，用來促進作物生長和提高產量，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。現(xiàn)有磁化器的磁化方式有兩種，一種是采用永磁體產生的磁場進行磁化，由于受現(xiàn)有永磁材料產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生電磁場進行磁化，電磁線圈產生的磁場可以遠遠大于永磁體產生的磁場，超導磁體可產生更大的磁場，但由于現(xiàn)有技術的制約，超導磁體只能應用在特定的場合，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部的化學鍵角度分析，要想拉大距離只有提高磁化的磁場強度，在此原理的基礎上，我們研制出了此產品。

1技術處理

現(xiàn)有的流體燃料磁化管路存在著應用范圍小，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，該驅動電路利用12V直流電由電磁線圈和導磁體產生恒定磁場，分別用兩只開關管互補脈沖式導通控制一只電容器，由一只二極管進行隔離后，自舉電壓升壓到約22V；同時另有兩只開關管互補脈沖導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，達到的脈沖電壓驅動電磁線圈和導磁體，產生脈沖磁場，再對氣體進行磁化處理，進而實現(xiàn)12V電壓產生的恒定磁場與34V脈沖電壓產生的脈沖磁場疊加，達到加強磁化的效果。

為達到預期成果，本技術所采用的技術方案由：（1）電源+Ec端和GNE端；（2）PWM控制電路；（3）MOS管高壓驅動電路；（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脈寬調制集成穩(wěn)壓驅動芯片和相應的外圍器件所組成，該芯片輸出端out為圖騰柱式輸出；所述的MOS管高壓驅動電路電路由一只P溝道開關管、一只N溝道開關管、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動電路原理圖，其各電路的連接關系是：電源+Ec端與脈寬調制電路的電源端與脈寬調制電路的電源供給端Vcc、控制電路內的MOS管的源極和二極管的負極相連，GNE端與MOS管高壓驅動電路的GND、吸收電容器的一端和磁化線圈的一端相連接，PWM控制電路內的out端與MOS管高壓驅動電路內的開關管的柵極相連、MOS管高壓驅動電路內的開關管的柵極和MOS管高壓驅動電路內的in端相連，MOS管高壓驅動電路內的開關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管高壓驅動電路內的out端與MOS管高壓驅動電路內的開關管的柵極相連，MOS管高壓驅動電路內的開關管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，再通過磁化裝置產生脈動的磁場，對管內的流體進行磁化。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：所述的脈寬調制電路由單端輸出PWM脈寬調制集成穩(wěn)壓驅動芯片和相應的外圍器件所組成，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溝道開關管T1、一只N溝道開關管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過一個電阻連到芯片，p溝道開關管的漏極接電源正極，n溝道開關管的源極接地，p溝道開關管的源極和n溝道開關管的漏極、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，兩個開關管交替導通，當n溝道開關管導通，p溝道開關管截止時，電容的兩端直接接在電源兩極，電容充電，當p開關管導通，n開關管截止時，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)。兩個開關管交替導通一次為一個周期，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溝道開關管T3、一只N溝道開關管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，經升壓電路1，由其工作原理，經過兩個開關管交替導通一次后生成一個將電源電壓升高3倍的脈沖信號，此信號經小電容濾波后輸出導線圈。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成，電源由升壓電路升壓后進入線圈，產生磁場。如圖5所示，產生一個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，得到的脈沖電壓驅動電磁線圈和導磁體，產生脈沖磁場，再對液體或氣體進行磁化處理，進而實現(xiàn)12V電壓產生的恒定磁場與34V脈沖電壓產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性質及燃燒性能。實驗表明：柴油經磁化處理后，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的改善。當采用本產品后，在標定轉速工況下節(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，使用我們的產品每年可節(jié)省2668.8元。

因此，我們的技術有極高的應用價值。

6結束語

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

（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，天津理工大學工程訓練中心，電力電子技術和節(jié)能。

參考文獻

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