专利名称：利用压电与热释电复合效应的高效省油器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车高效省油器，特别是涉及一种利用压电与热释电复合效应的高效省油器，属于节能环保技术领域。它使用压电陶瓷材料、低温、高强度远红外线陶瓷材料、热释电、负离子材料和远红外磁性球体组合，是一种压电一远红外线一负离子一热释电一磁体式省油器。该省油器节油、环保效果显著、成本低、长期稳定好、可靠性高、寿命长， 是一种能够在宽温区(在热带、温带和高寒地带)使用的高效、长寿命的高科技产品，不仅适宜汽油车使用，而且颇适用于柴油车和以汽油、柴油等为燃料的各种燃油设备。
背景技术：
汽车产销量年年递增，石油资源日趋紧张，油品价格节节攀升，因此省油器已经成为国际热门产品之一。在国外申报的专利比较多，例如，世界专利W02011094123、美国专利 USP6402991、USP7617815和USP7406956。在我国申报的专利厂家也不少，例如，中国台湾建铭生活国际公司申报的CN201206514专利、中国台湾王帆申报的CN2712697专利、中国台湾刘信宏申报的CN201232595、中国台湾吴德盛申报的CN201080868专利等。它们大都是投入汽车油箱内工作的远红外线式汽车省油器。CN201206514是利用远红外线和磁场工作，具体地说，采用陶瓷块体结构(方块体、六角块体、半圆块体)，并在该块体上制作了多个小孔和一个以上的大孔。制作小孔的目的是增加与油类的接触面积；而大孔是为了便于块体的连接。它的主要缺点是发射的远红外线频谱窄，强度低，从而节油效果欠佳。此外，陶瓷块体容易沉积油污和杂质，该省油器的寿命很短，超不过问3个月。CN2712697专利的省油器采用环保陶瓷球，并放入投入型容器中实现的。CN201232595的省油器外形是药丸状陶瓷球。它包括一内层体和一表层体，它们依次由二价铁有机化合物颗粒和第一凝胶、二价铁有机化合物颗粒和第二凝胶构成。它的主要缺点也是发射的远红外线频谱窄，强度低，从而节油效果欠佳，也存在寿命短的问题。 CN201080868专利利用绿保(原文是保，不是宝)石矿石辐射的远红外线打碎汽油的大分子团，实现节油功能。它的主要缺点与CN201206514和CN201232595相同，该省油器的寿命也很短，超不过3个月。这些专利技术先进，功能强，但是存在如下缺点1)上述陶瓷全部为体型远红外线结构，比表面积小。因为远红外线透入深度较浅，所以陶瓷内部的远红外线不能透射出来， 仅表面远红外线材料起作用，显然远红外线的辐射强度较低。因此它们对某些分子团，例如对二甲苯分子团具有较强的分解作用，但是倘若作为高性能的燃油质量提升装置把较大的碳氢分子链打断，环烃分子链开环，使其变为较小的碳氢分子链，其功能却不能令人满意。
2)上述陶瓷辐射的远红外线频谱较窄，通常波长在8 时，其远红外线的辐射强度最大，而当波长低于7Mm或高于时，其远红外线的辐射强度剧烈地衰减。因此仅对汽油的活化、改质有效果，而对柴油、煤油、重油等燃油的改质和活化作用却比较差。3)通常，上述陶瓷材料的远红外线辐射强度不高，因此对燃油进行改质和活化作用很弱，导致改质、活化过程很长，有时甚至经改质、活化的燃油量小于发动机的燃油消耗量，显然严重地影响节油率。4)上述远红外线陶瓷材料组分大都是普通远红外线陶瓷材料组分。因此，它们仅适宜在热带、温带地区的车辆使用，不适合在高寒地区或温带地区冬季行驶的车辆使用。现有的远红外线省油器大都仅仅考虑省油器的远红外线宽频谱设计问题或者高强度辐射远红外线材料的开发问题等，例如上述中国专利以及世界专利W02011094123、 美国专利USP6402991、USP7617815和USP7406956，而没有人研究远红外线省油器的宽温区使用技术，特别是没有人研制适合高寒地区用远红外线省油器。换言之，目前还没有人研究在高寒地区的冬季仍旧能够节油的远红外线省油器技术。尤其我国的三北地区(东北、 西北、华北)，有的地方冬季的室外气温低至-45 _20°C，黑龙江省漠河县的最低温度曾达到_52°C。对他们而言，适合高寒地区冬季使用的省油器产品的问世简直就是雪中送炭。为了克服目前省油器存在的缺点，降低成本，解决大批量生产问题，本发明提供了一种压电特性好、热释电特性良、负离子特性佳、远红外线频谱宽、在低温和常温条件下远红外线辐射强度高、磁性强、价格低廉的汽车省油器。换言之，提供了一种适合多种燃料(汽油、柴油、煤油、重油等)，并且在高寒地区也可全天候使用的高效省油器。就其工作机制而言，它是一种压电一远红外线一负离子一热释电一磁体式省油器。
发明内容
本发明的目的是解决目前远红外线式省油器存在的缺陷，提供一种利用压电与热释电复合效应的高效省油器，它利用压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体和远红外磁性球体组合，获得压电特性好，热释电特性良，负离子特性佳，在低温和常温条件下，其远红外线频谱宽，辐射强度高，热释电特性良，磁场强度大，价格低，适宜各种石油燃料(汽油、 柴油、煤油、重油等)车辆在宽温区域(在热带和高寒地区)使用等特性。本发明的目的是这样实现的所述的利用压电与热释电复合效应的高效省油器是由远红外线透射率高的耐油塑胶外壳、远红外线透射率高的耐油无纺布袋、压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体和远红外磁性球体(由钕铁硼磁性材料和 AL2O3-SiO2-MgO-FeO远红外线陶瓷制作的)构成。其中，压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体和远红外磁性球体位于远红外线透射率高的耐油无纺布袋内，而内部装有的压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体和远红外磁性球体的耐油无纺布袋又置于远红外线透射率高的耐油塑胶外壳内。所述的远红外线省油器是置于汽车油箱内使用的。简言之，本发明省油器的心脏部分是压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体和远红外磁性球体。下面分别论述
一、压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体部分
众所共知，当省油器发射的远红外线波长与油箱内燃油的远红外线吸收波长匹配时， 才能产生共振效应，才能迫使环烃分子链开环，才能把较大的碳氢分子链打断，使其变为较小的碳氢分子链，才能与氧充分接触，实现充分燃烧，确保节能和环保效果。这是省油器特性优劣的关键所在。省油器发射远红外线的机理是由于省油器材料极性振动的非谐振效应产生的二声子辐射和多声子辐射。显然，高强度远红外线辐射材料存在极其强的红外激活极性振动， 而所述的极性振动是由于颇强的非谐振效应产生的。换言之，高辐射远红外线材料的辐射频带是从峰值谐振波长一直延伸到二声子组合区，甚至还包括部分多声子组合区。因此，宽频谱远红外线陶瓷体发射的波长为I 5Mffl的远红外线，主要是由于自由载流子的带内跃迁或电子从杂质能级直接跃迁到导带能级产生的；而发射高于波长为5Mffl的远红外线是由
于二声子组合区产生的。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，绝对黑体辐射的全能量Eb (W/cm2)可以用下式表示 Eb = αΤ4
式中，α是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。此外，还考虑到维恩位移定律。因此，本发明的利用压电与热释电复合效应的高效省油器采取的办法如下
1、省油器的基本组分材料必须是在宽温区内的每个区段都分别具有高强度辐射的远红外线材料；
2、陶瓷原材料的颗粒度必须是亚微米级，最好是纳米级，以便为陶瓷在烧结过程中迅速形成晶界，并且提供较高的活性；
3、必须在基本材料组分中再添加某些功能材料组分，例如压电陶瓷材料、负离子材料、热释电材料和远红外磁性体材料等，并且使它们能与基本组分材料良好地结合或复合， 从而导致远红外线特性的互补、叠加和放大。例如，在省油器内每个陶瓷球体最外面制作一层压电陶瓷颗粒层。显然，汽车行驶中的加速、减速以及汽车的颠簸或振动，往往会引起省油器内的各个陶瓷球体的碰撞或发生陶瓷球体与省油器外壳的撞击。当省油器内的各个陶瓷球体最外层的压电陶瓷颗粒微球层彼此碰撞或与外壳撞击时，根据压电效应，则会产生瞬间的高电位。该高电位能够使陶瓷球体的晶格产生畸变；尽管在压电弛豫时间过后，该电位会消失，可是在该压电电位存在期间内，将使陶瓷复合材料固熔体的远红外线陶瓷原子的某些轨道电子在特定的轨道之间发生跳跃，导致复合材料固熔体的多晶体结构对称性的丧失，从而改变了偶极距，提高了晶格振动的活性，因此导致远红外线辐射波长范围的扩大和其辐射强度的提高。此外，本发明利用陶瓷半导体表面原子的自由电子受激易离开原子， 在轨道之间发生跳跃，因此可以利用远红外磁性体的磁力线在20 IOOOMffl间的晶格振动， 激励远红外线陶瓷材料介电体和半导体原子，使得它们的某些轨道电子在特定的轨道之间发生跳跃，改变了偶极距，提高了晶格振动的活性。由于激励的移动，促进了能量的传递，进一步提闻了远红外线福射效率。4、不同的远红外线陶瓷材料组分具有不同的远红外线频谱特性，这是由它们固有的晶格振动特性决定的。简单的金属材料组合或与氧化物材料组合，很难奏效。必须在材料组分中添加一些过渡金属氧化物材料组分、稀土金属氧化物材料组分和特种材料组分等， 例如坎塔尔高电阻合金(Kanthal)粉、钍钨直流焊接电极条颗粒、无烟煤粉、镀钛铜粉等， 改善复合材料固熔体的远红外线辐射强度和波长范围。换言之，通过添加一些新组分材料降低复合材料固熔体的多晶体结构的对称性，改变偶极距，提高晶格振动的活性，从而使远红外线辐射特性得到改善。5、选择适宜的烧结助剂，提高工艺可行性，改善复合材料体的远红外线特性，提高复合材料体的机械硬度和韧性，增强复合材料体的抗撞性，延长高效省油器的寿命，提高成品率，降低制作成本。6、增添球形远红外磁性体。它由Nd-Fe-B磁粉材料、AL2O3-SiO2-MgO-FeO远红外陶瓷粉末、环氧树脂加压成形，在150°C固化构成。不仅具有很强磁场，而且还具有较高的远红外线辐射强度。此远红外磁性体能够使汽油在高磁场作用下活化、改性，它不仅能够清除汽油在储存时由于氧化聚合作用产生的酸性物质而析出的胶状物和固体杂质，而且可以降低胶状物的粘度，提高改质活化度。当固体杂质和高粘性胶体被清除后，远红外线的作用更加均匀、高能化，从而进一步提高节油率。此外，还能够利用陶瓷半导体表面原子的自由电子受激易离开原子，在轨道之间发生跳跃，因此可以利用远红外磁性体的磁力线在20 IOOOMffl间的晶格振动，激励远红外线陶瓷材料介电体和半导体原子，使得它们的某些轨道电子在特定的轨道之间发生跳跃，改变了偶极距，提高了晶格振动的活性。由于激励的移动，促进了能量的传递，进一步提高了远红外线辐射效率。简言之，利用压电与热释电复合效应的高效省油器的核心技术是研制在低温和常温区范围内都具有高强度、宽频谱的远红外线材料以及开发高效省油器的新结构。因此，本发明的压电一远红外线一负离子陶瓷球体包括以氧化铝和氧化镁构成的陶瓷球为芯材，在芯材外面设置有两层复合陶瓷层一压电陶瓷微球层和远红外线一负离子一热释电陶瓷层。压电陶瓷微球层是最外层，远红外线一负离子一热释电陶瓷层是中间层。所述的压电陶瓷微球层是制作在远红外线一负离子一热释电陶瓷层的外表面上，而远红外线一负离子一热释电陶瓷层的内表面与氧化铝、氧化镁材料制作的陶瓷球芯材相结
口 ο压电陶瓷颗粒微球层是把球状压电陶瓷颗粒制作在压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体最外层，其表层呈现明显的凸凹不平，以便改善碰撞效果。其厚度应不超过中间层的远红外线一负离子一热释电材料层是由下述组分材料构成具有远红外线辐射的高温陶瓷组分材料、元素周期表的3 11族金属氧化物之低温陶瓷组分材料、负离子组分材料、变质岩颗粒粉末组分材料、多相催化合金粉末组分材料等。显然，所述的压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体是一种压电特性好、负离子特性佳、远红外线频谱宽、价格低廉的气孔率高的多孔压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体。详细地讲，远红外线一负离子一热释电一热释电材料层的组分材料分别是贵阳石粉、麦饭石粉、锆石粉、坎塔尔高电阻合金粉、钍钨直流焊接电极条颗粒、镀钛铜粉、 无烟煤粉、氧化锡粉末、氧化钥粉、氧化铁粉、氧化镍粉末、硅藻土、聚乙烯醇，采用适当工艺在氧化铝和氧化镁陶瓷球芯上制作成远红外线一负离子一-热释电材料层。中间层的远红外线一负离子一热释电材料层材料的配比(重量比)如下
贵阳石粉10 22% ;麦饭石粉6 15% ;锆石粉5 10% ;坎塔尔高电阻合金 (Kanthal)粉18 30% ;钍钨直流焊接电极条颗粒10 20% ;镀钛铜粉12 25% ;无烟煤粉11 20% ;氧化锡粉末0· 2 I. 8% ;氧化钥粉末0· 8 3. 6% ;氧化镍粉末0· 8 4. 4% ;氧化铁粉0. 6 3% ;硅藻土 3 8% ;聚乙烯醇5 9. 0%。上述粉末的颗粒度为400 600目。利用适当工艺把它们制作成的多孔陶瓷层。然后再在中间陶瓷层的表面制作PZT压电陶瓷颗粒微球层；PZT压电陶瓷粉的颗粒度为80 100目。该省油器的远红外线辐射频谱宽，辐射率高，低温特性好。在15°C左右，辐射波长范围可高达2. 4 23Mm;在该波长范围内，其远红外线辐射率可达78 92% (以绝对黑体为基准)。本发明中专门添加了 PZT压电陶瓷粉、硅藻土、镀钛铜粉、坎塔尔高电阻合金(Kanthal)粉、钍钨直流焊接电极条颗粒、无烟煤粉、氧化锡粉末、氧化钥粉末、氧化镍粉、氧化铁粉的目的就是提升在2 7Mm和当波长14 23ΜΠ1波长范围的远红外线辐射强度，以及改善远红外线在低温和常温条件下的辐射率，以便减低油料在低温时的物理粘度。之所以压电一远红外线一负离子一-热释电陶瓷体、远红外磁性体都加工成球状体，是因为有如下理由
1)增加陶瓷体的比表面积，改善与燃油接触面积，提高改质、活化度；
2)增大机械强度，提高球状陶瓷体的抗撞击能力；
3)提高球状陶瓷体的PZT压电陶瓷层与其它球状陶瓷体或外壳的碰撞几率。二、远红外磁性球体
所述的远红外磁性球体5是由Nd-Fe-B磁粉、AL2O3-SiO2-MgO-FeO红外线陶瓷粉末和环氧树脂，经混料、搅拌、加压成形(压力是680MPa)，在145°C固化2h而成。Nd-Fe-B磁粉的粒度是80目，AL2O3-SiO2-MgO-FeO远红外线陶瓷粉末的粒度是100目。其配方(重量比)如下=Nd-Fe-B磁粉75% ;AL203-Si02-Mg0_Fe0远红外线陶瓷粉末22% ;环氧树脂3%。此远红外磁性球体利用远红外磁性体的磁力线在20 IOOOMm间的晶格振动，激励远红外线陶瓷材料原子，使得它们的某些轨道电子在特定的轨道之间发生跳跃，改变了偶极距，提高了晶格振动的活性。由于激励的移动，促进了能量的传递，进一步提高了远红外线辐射效率。此外，磁性球的高磁场不仅能够清除汽油在储存时由于氧化聚合作用产生的酸性物质而析出的胶状物和固体杂质，而且可以降低胶状物的粘度，提高改质活化度。当固体杂质和高粘性胶体被清除后，远红外线的作用更加均匀、高能化，提高节油率。三、远红外线透射率高的耐油无纺布袋
耐油无纺布袋是采用双层编织丝法制作的。它的内层网是管状平织网，外层网是管状斜织网，耐油无纺布袋的网孔是连环编织结构，其最大网孔尺寸为500目。这是为了防止陶瓷球体碎末或远红外磁性体碎末泄漏出来，堵塞车辆输油管的过滤器，导致输油管道的堵塞而发生故障。无纺布袋的一端是以无纺布封闭。它的另一端是以金属缩紧卡夹住。这样结构不仅工艺简单，密封效果好，而且金属缩紧卡同时还具有对燃油进行合金催化的功效， 例如镀钛铜丝、铝丝等。四、远红外线透射率高的耐油塑胶外壳
其外壳呈变形椭圆柱壳状，从而省油器在油箱内不易滚动，但可以晃动，因此既不易产生滚动噪声，也不容易使油污和杂质在沉积在外壳表面。另外，塑胶外壳表面采用镜面加工技术处理，光滑如镜，从而油污和杂质很难粘附、沉积在外壳表面。更重要的是省油器外壳的材质是耐燃油浸、水浸，抗腐蚀，机械强度高的材料，例如氨基甲酸已脂(尿烷)、聚四氟乙烯塑料等。为了增加与燃油的接触，在省油器外壳上制作了一些通孔。本发明的有益效果
本发明的有益的效果是节能效果显著，在低温时节能效果仍良好。表I给出小轿车(日产牌，也称为尼桑牌)使用本发明省油器前、后的耗油情况。表I日产牌小轿车使用本发明装置前后耗油情况之对比
权利要求
1.利用压电与热释电复合效应的高效省油器，包括远红外线吸收率低的耐油塑胶外壳、远红外线吸收率低的耐油无纺布袋、压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体和远红外磁性球体，其特征在于所述的压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体和远红外磁性球体位于远红外线吸收率低的耐油无纺布袋中，而耐油无纺布袋置于远红外线吸收率低的耐油塑胶外壳内。
2.根据权利要求I所述的利用压电与热释电复合效应的高效省油器，其特征在于所述的压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体是以氧化铝和氧化镁材料制作的陶瓷球为芯材，在芯材外面设置有两层复合陶瓷层。
3.根据权利要求I和权利要求2所述的利用压电与热释电复合效应的高效省油器，其特征在于所述的压电一远红外线一负离子一热释电陶瓷球体的两层复合陶瓷层中，最外层的是压电陶瓷微球层，中间层是远红外线一负离子一热释电陶瓷层。
4.根据权利要求I和权利要求3所述的利用压电与热释电复合效应的高效省油器，其特征在于所述的压电陶瓷微球层是把球状压电陶瓷颗粒制作在远红外线一负离子一热释电陶瓷层的表面上，並且此表层表面呈现明显的凸凹不平。
5.根据权利要求I和4所述的利用压电与热释电复合效应的高效省油器，其特征在于远红外线一负离子一热释电陶瓷层由贵阳石粉、麦饭石粉、锆石粉、坎塔尔高电阻合金粉、钍钨直流焊接电极条颗粒、镀钛铜粉、无烟煤粉、氧化锡粉、氧化钥粉、氧化镍粉末、氧化铁粉、硅藻土、聚乙烯醇构成，按重量计，贵阳石粉10 22% ;麦饭石粉6 15% ;锆石粉 5 10% ;坎塔尔高电阻合金(Kanthal)粉18 30% ;钍钨直流焊接电极条颗粒10 20% ； 镀钛铜粉12 25% ;无烟煤粉11 20% ;氧化锡粉0. 2 I. 8% ;氧化钥粉0. 8 3. 6% ； 氧化镍粉0. 8 4. 4% ;氧化铁粉0. 6 3% ;娃藻土 3 8% ;聚乙烯醇5 9. 0%。
6.根据权利要求I所述的利用压电与热释电复合效应的高效省油器，其特征在于所述的远红外磁性球体是由Nd-Fe-B磁粉、AL2O3-SiO2-MgO-FeO远红外陶瓷粉末、环氧树脂加压成形制成。
7.根据权利要求I和权利要求6所述的利用压电与热释电复合效应的高效省油器，其特征在于按重量配比计，所述的远红外磁性体各组分是Nd-Fe-B磁粉75% ； AL2O3-SiO2-MgO-FeO远红外线陶瓷粉末22% ;环氧树脂3%。
全文摘要
一种利用压电与热释电复合效应的高效省油器是由耐油塑胶外壳、无纺布袋、压电—红外线—负离子—热释电陶瓷球和远红外磁性球构成，置于油箱内使用，属于节能环保领域。所述陶瓷球以氧化铝和氧化镁制作的陶瓷球为芯材，其外面依次设置压电陶瓷微球层和远红外线—负离子—热释电陶瓷层。其中远红外线—负离子—热释电陶瓷层由贵阳石粉、麦饭石粉、锆石粉、坎塔尔高电、钍钨直流焊接电极条颗粒、镀钛铜粉、无烟煤粉、氧化锡粉末、氧化钼粉、氧化镍粉、氧化铁粉、硅藻土等构成。远红外磁性球由钕铁硼磁性和AL2O3-SiO2-MgO-FeO陶瓷构成。其波长范围为2.4～23μm，辐射率为78～92%。可应用于汽车、轮船等，其成本低、长期稳定好、可靠性高、寿命长，在-10℃时的节油率可高达16.4～21.4%。
文档编号F02M27/00GK102588158SQ20121007988
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月24日 优先权日2012年3月24日
发明者林冬辉 申请人:哈尔滨凡祺节能技术开发有限公司