低压有源高效流体磁化管电路

张子威 毛书凡

摘 要 本项目针对现有磁化器的使用情况，提供一种低压有源高效流体磁化管电路，用于改善并提高输送管路中燃气燃油的磁化的效果，同时提高流体燃料燃烧率，实现节能减排。

关键词 低压 有源电源 流体 磁化

中图分类号：TP211 文献标识码：A

0引言

磁化技术是一种高效节能技术，该技术在工业、农业、医疗卫生及日常生活等领域有着较为广泛的应用，在节能方面发挥着很大的作用，尤其是在磁化燃油、燃气中取得了明显的效果。众所周知，液体和气体磁化后物理和化学性能会发生很大变化，所以，磁化后的液体或气体被广泛应用于各领域。如磁化水，用来促进作物生长和提高产量，磁化酒用来加快酿酒过程，磁化燃油和燃气用来提高燃烧效率等。同时，液体燃料经磁化后更易雾化，雾化后的颗粒更小，能更充分的与空气混合，燃烧更加充分。气体燃料经过强磁场的磁化后，也能使燃烧更为充分，提高热效率，达到节约气体燃料的效果。现有磁化器的磁化方式有两种，一种是采用永磁体产生的磁场进行磁化，由于受现有永磁材料产生的磁场强度的限制，只能在磁场强度要求不高的条件下使用；而另一种是采用电磁线圈产生电磁场进行磁化，电磁线圈产生的磁场可以远远大于永磁体产生的磁场，超导磁体可产生更大的磁场，但由于现有技术的制约，超导磁体只能应用在特定的场合，不宜普及。因而从液体和气体的分子间的范德华力和分子内部的化学键角度分析，要想拉大距离只有提高磁化的磁场强度，在此原理的基础上，我们研制出了此产品。

1技术处理

现有的流体燃料磁化管路存在着应用范围小，限制条件多，以及由于国家对安全电压的限制，造成流体燃料磁化不足等缺陷。本产品要解决的问题是，提供一种低压有源高效气体磁化管电路。以车载燃油磁化装置为例，该驱动电路利用12V直流电由电磁线圈和导磁体产生恒定磁场，分别用两只开关管互补脉冲式导通控制一只电容器，由一只二极管进行隔离后，自举电压升压到约22V；同时另有两只开关管互补脉冲导通控制另一只電容器，由另一只二极管进行隔离后，自举电压升压到34V，达到的脉冲电压驱动电磁线圈和导磁体，产生脉冲磁场，再对气体进行磁化处理，进而实现12V电压产生的恒定磁场与34V脉冲电压产生的脉冲磁场叠加，达到加强磁化的效果。

为达到预期成果，本技术所采用的技术方案由：（1）电源+Ec端和GNE端；（2）PWM控制电路；（3）MOS管高压驱动电路；（4）吸收电容器和磁化线圈电路四部分组成；基本流程框图如图1-1。

其中所述的PWM控制电路由单端输出PWM脉宽调制集成稳压驱动芯片和相应的外围器件所组成，该芯片输出端out为图腾柱式输出；所述的MOS管高压驱动电路电路由一只P沟道开关管、一只N沟道开关管、隔离二极管和电容器、输入端in、输出端out组成。

图1为恒定磁场叠加脉冲磁场磁化器驱动电路原理图，其各电路的连接关系是：电源+Ec端与脉宽调制电路的电源端与脉宽调制电路的电源供给端Vcc、控制电路内的MOS管的源极和二极管的负极相连，GNE端与MOS管高压驱动电路的GND、吸收电容器的一端和磁化线圈的一端相连接，PWM控制电路内的out端与MOS管高压驱动电路内的开关管的栅极相连、MOS管高压驱动电路内的开关管的栅极和MOS管高压驱动电路内的in端相连，MOS管高压驱动电路内的开关管的漏极与电容器的一端相连，电容器的另一端与隔离二极管的负极相连，MOS管高压驱动电路内的out端与MOS管高压驱动电路内的开关管的栅极相连，MOS管高压驱动电路内的开关管V的栅极与电容器的一端相连，电容器的另一端与吸收电容器的另一端、磁化线圈的一端和二极管的负极相连接。

2相关原理图和模拟图

本发明由于采用两级电容升压电路将12V直流电压升至34V脉冲电压。（见图1）

通过二级升压，产生一个具有一定峰值和频率的矩形方波，再通过磁化装置产生脉动的磁场，对管内的流体进行磁化。提高了磁场强度，脉冲式磁场的作用减小了分子间的作用力，提高了磁化率，原理图如图1所示。

2.1控制升压电路

PWM控制电路：所述的脉宽调制电路由单端输出PWM脉宽调制集成稳压驱动芯片和相应的外围器件所组成，该芯片输出端out为图腾柱式输出主要部分是一个芯片，输入电压通过电阻分压后，进入误差放大器，即芯片1的1脚和2脚，由阻容元件产生的锯齿波通过芯片的4脚输入到芯片，由芯片的6脚输出占空比随输入电压变化的pwm波，由这一路pwm波控制后端电路。如图2所示。

MOS管高压驱动电路：两次升压电路如图3。

升压电路1：所述的升压电路由一只P沟道开关管T1、一只N沟道开关管T2、隔离二极管D1和电容器C2 所组成，两个开环管的栅极连在一起经过一个电阻连到芯片，p沟道开关管的漏极接电源正极，n沟道开关管的源极接地，p沟道开关管的源极和n沟道开关管的漏极、以及电容的负极接在一起。电容的正极接二极管的负极，二极管的正极接电源正极。在工作时，两个开关管交替导通，当n沟道开关管导通，p沟道开关管截止时，电容的两端直接接在电源两极，电容充电，当p开关管导通，n开关管截止时，电容两端的电压直接反向加在二极管两端，使二极管截止，此时电容与电源串联。两个开关管交替导通一次为一个周期，其中半个周期输入电压升高一倍后输出。

升压电路2：所述的二次升压电路由一只P沟道开关管T3、一只N沟道开关管T4、隔离二极管D2和电容器C4 。升压电路2工作时，两个开关管的集电极相连后输出一个和芯片6脚反向的pwm波形。将此信号重新输入到升压电路1的电路内，经升压电路1，由其工作原理，经过两个开关管交替导通一次后生成一个将电源电压升高3倍的脉冲信号，此信号经小电容滤波后输出导线圈。最后输出幅值为34V，频率为1KHz的脉冲信号。

2.2磁化电路

吸收电容器和磁化线圈电路：由一个磁化线圈和电容构成，电源由升压电路升压后进入线圈，产生磁场。如图5所示，产生一个28.4T的磁场（如图6所示），对流体燃料进行磁化。

3现有成果和比较

针对现有磁化器的应用范围小，体积大，普遍性不高和磁化效果不好的不足，本技术实现了通过利用12V直流电自举电压升压到34V，得到的脉冲电压驱动电磁线圈和导磁体，产生脉冲磁场，再对液体或气体进行磁化处理，进而实现12V电压产生的恒定磁场与34V脉冲电压产生的脉冲磁场的叠加磁场的磁化磁场，提高了磁场强度，脉冲式磁场的作用减小了分子间的作用力，从而提高了磁化率。本技术采用的两级电容升压电路将12V直流电压升至34V脉冲电压，利用12V叠加34V脉冲电压产生的磁场进行磁化，具有磁场强度高，扩大分子间距，提高磁化率等优势。弥补的现有磁化器的不足，弥补了现有磁化器的缺陷。相关比较如下图表1。

4实际实物

图7为最终研制的模型样品，并获得国家专利（如图8所示），本产品可直接镶嵌在采暖炉底部，对底部流进的可燃流体，进行磁化，扩大分子间距，提高流体的使用率，节约能源，提高采暖炉效率。也可将本电路装置安装在净水管路下端，对上面流体管内流进的水流，进行磁化，杀菌消毒，提升水的安全性。

5实际效果

我们对磁化节油器磁化柴油机进行实验分析，进而分析其物理化学性质及燃烧性能。实验表明：柴油经磁化处理后，其组分中的C8～C12，增加了41.8% ，而C13～C20，则减少了7.26%。在柴油组分变化的同时，其密度下降，粘度下降，最高分馏温度降低，馏程范围缩小。由于磁化柴油物性的变化有利于提高燃料的喷射雾化质量及其着火燃烧性能，从而可使柴油机的燃烧过程得到相应的改善。当采用本产品后，在标定转速工况下节油率平均可达27.8% ，实际流体燃料的燃尽率如图9所示。

按现在6元/升，每升可节约1.668元。以一辆1.6排量的轿车为例，按百公里油耗8升计算，一年行驶两万公里，需要耗油1600升，使用我们的产品每年可节省2668.8元。

因此，我们的技术有极高的应用价值。

6结束语

用该方法制成的磁化电路，在低压有源电源驱动下，便可以产生高电压脉冲，通过磁化电路，产生的脉冲磁场在工业、农业、医疗卫生及日常生活等领域具有非常广泛的应用。产生了可观的經济效益，可以为祖国节能减排及环保事业做出应尽的努力和贡献。

（通讯作者：毛书凡）

作者简介：张子威（1996—），男，汉，河南省安阳市，本科，电气工程及自动化。通讯作者： 毛书凡（1963—），男，汉，天津，本科，高级工程师，天津理工大学工程训练中心，电力电子技术和节能。

参考文献

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