专利名称：氢离子及氢氧离子混合物的制造方法
氢离子及氢氧离子混合物的制造方法技术领域
本发明关于一种氢离子及氢氧离子的制造方法，特别是一种可以使氢离子及氢氧离子维持离子状态而单独存在的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法。
背景技术：
传统自液态水制造氢氧的方式，多因氧气的外部粒径比氢气大，而导致科学上的误解，以为液态水裂解后直接产出氢及氧。事实上，目前通过高温燃烧液态水分子的手段，以迫使液态水分子于高温条件下产生氢氧键的断裂，直接自液态水分子裂解得氢离子及氢氧离子的混合物。
然而，该些氢及氢氧离子混合物若未于短时间内再经适当的分离处理，则往往容易于静置过程，再次诱导氢及氢氧重新离子键融合恢复成为最稳定的水分子状态，以此将传统氢及氢氧混合物应用于器械设备时，因重新融合的水分子而造成器械设备衍生有难以预估的损害风险，以致传统产制的氢及氢氧混合物始终无法以离子形态单独存在，而于不损害器械设备的情况加以应用。
如申请号为200610126868.2、200410062479.8 及 200910012966.6 的中国专利案，皆为利用锅炉内的高温以热裂解方式产出氢氧混合物或氢氧焰，并由产出的氢氧混合物达到辅助碳氢化物及一氧化碳等不完全燃烧的物质达到完全燃烧的目的。由此可知，而于高温燃烧不断产出氢氧混合物的同时，如果于瞬间吸收热能过多的情形下，会使得氢氧离子产生再次键结断裂释放出更多的氢离子，遂使锅炉内转变为高氧环境，于高氧环境下，若未适当控制氢气的自燃现象，则可能衍生有持续氢自燃而导致锅炉爆炸的危险。
除此之外，如申请号为02131308.3,02131309.1200910069848.9等的中国专利案，皆为将产制的氢气或氢气及氧气应用于内燃机，不仅仍存在有如上所述氢自燃而引发爆炸的风险外，该些现有专利案皆误解液态水产制的产物为氢及氧，而更衍生有如下所述的问题:
由于液态水裂解后产出氢及氢氧离子，然该些现有专利案皆无法迫使氢及氢氧以离子形态单独存在，故未经处理的氢及氢氧混合物，遂于环境温度趋近露点温度以下，且经接地而丧失电压差时，带正电的氢离子便会与带负电的氢氧离子重新融合而产生凝结水，若以此应用于各式内燃机或锅炉等燃烧设备，则因凝结水极容易与石化燃料中的硫磺成分反应，以致于短时间内即生成大量硫酸根及亚硫酸根离子，严重因酸化、腐蚀而造成内燃机或锅炉等燃烧设备 的损坏。
甚至，经重新融合后所产出的分子氢，容易与内燃机或锅炉燃烧室内的钢质零件作用，而导致钢质零件产生氢酸蚀现象。于长时间使用下，非但无法持续发挥内燃机或锅炉的较佳效用，以内燃机为例，更可能因气密零件酸蚀造成发动机压缩压力丧失，导致燃烧石化燃料的效果不彰，而于内燃机内堆积有大量不完全燃烧物质，以致无法释出足够的热能，严重降低内燃机的扭力且相对提高排气的温度，最终遂导致内燃机无法提供车辆于高耗能及高出力时的动力所需。
有鉴于此，确实有必要发展一种可以使氢离子及氢氧离子维持离子状态而单独存在的氢离子及氢氧离子制造方法，广泛应用于内燃机、锅炉...等各种燃烧机构，以解决如上所述的种种问题。发明内容
本发明主要目的乃改善上述缺点，以提供一种氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其能够迫使氢离子及氢氧离子以离子形态单独存在，避免氢及氢氧离子再次融合后产氢，而于高氧环境下导致氢自燃。
本发明次一目的是提供一种氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，能够将产制的氢及氢氧离子应用于各式燃烧机构，以完全燃烧碳氢化合物等不完全燃烧物质，而达到充分燃烧、增加机构扭力且降低排气温度。
本发明再一目的是提供一种氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，能够迫使处于水位液面的液态水分子转变为纳米级水分子微粒，以于常温条件下回收机构的排气余热，且在低能耗的环境完成水分子的气化裂解，而降低水分子裂解所需耗费的能量。
为达到前述发明目的，本发明的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，包含:一裂解步骤，通过裂解能破坏液态水分子间的氢氧键结，使得氢离子自运行轨道脱离，以裂解产出富含氢离子及氢氧离子的混合物；及一正电化步骤，以恒定交流高电压加载带正电荷的自由电子于该混合物内，迫使自由电子扰动带负电的氢氧离子，使得带负电的氢氧离子转变为带正电的氢氧离子，以与该混合物内带正电的氢离子产生互斥作用，而获得以离子形态单独存在的氢离子及氢氧离子。
本发明氢离子及氢氧离子混合物的制造方法的前处理步骤利用低压高频的震荡冲击液态水分子，以迫使接近水液面的表层水分子产生雾化，而形成纳米级的液态水分子微粒。
其中，于该前处理步骤中，以低压高频震荡器产生持续性高频震荡，使得表层水分子趋近离子化，并且达到水分子的微粒大小为20 1000纳米之间。
其中，于该正电化步骤中，以交流电输出恒定高电压，以于每秒每立方米下加载大于108的带正电荷的自由电子于该混合物内。且，该交流电所输出的恒定高电压是指电压为1926伏特、电流为I安培，且该交流电的形态属方波型，频率为20 2400Hz。
此外，于该正电化步骤中，可以选择以高密度碳丝的尖端放电释出恒定高电压。且，特别以电压为12伏特的 直流电，经一直流/交流转换电路转变为电压高达1926伏特的交流电，以再由该交流电输出恒定高电压。
并且，于该裂解步骤中，还可以选择以高频电弧或微波射频的方式持续送出裂解能，且高频电弧的电弧产生电压为方波直流Iio伏特，微波射频的射频电压为方波直流380伏特。
图1:本发明氢离子及氢氧离子混合物的制造方法的流程示意图。
主要元件符号说明
SI前处理步骤 S2裂解步骤
S3正电化步骤具体实施方式
为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下:
请参照图1所示，其为本发明一较佳实施例，该氢离子及氢氧离子混合物的制造方法包含一前处理步骤S1、一裂解步骤S2及一正电化步骤S3。特别的是，本发明仅需通过上述的裂解步骤S2及正电化步骤S3，便可轻易迫使水分子裂解产出氢及氢氧离子，而使氢及氢氧离子以离子形态单独存在，故依照操作者的选择可决定是否需进行该前处理步骤SI。于此，本发明较佳实施例为了能借助低耗能高效率的原则，以完成氢及氢氧离子以离子形态单独存在的目的，较佳选择先操作该前处理步骤SI后，再接续进行裂解步骤S2及正电化步骤S3，以达成如上所述使氢及氢氧离子以离子形态单独存在的目的，关于上述各步骤的详细说明将呈现如下。
其中，本发明于下所述的“裂解能”泛指所有能破坏液态水分子间氢氧键结的能源〔例如:电能、热能、化学能、...等〕;且，本发明于下所述的“恒定高电压”泛指所有能输出足量带正电荷的自由电子，以扰动液态水裂解后的氢氧离子的电压值。关于“裂解能”及“恒定高电压”的其他条件限定，于下述说明各步骤内容时再予以一并详述。
该前处理步骤SI是利用低压高频的震荡冲击液态水分子，以迫使接近水液面的表层水分子产生雾化，而形成纳米级的液态水分子微粒。详言之，可以选择以低压高频震荡器〔例如:声波震荡器、水雾震荡器...等〕产生持续性高频震荡，以迫使接近水液面的表层水分子受高频震荡作用，使得表层水分子雾化为纳米级的液态水分子微粒，特别是趋近水分子离子化的程度〔即水分子微粒的大小约为20 1000纳米之间〕，由于液态水分子到达离子化时，因离子化分子的尘散效应〔意指水分子的表面张力极剧变小，而使得水分子体积瞬间呈倍数增大〕，故离子化水分子便会自水液面剥离而成为雾气状态。如此，遂可以于常温环境〔约为摄氏18 78度〕下，迫使离子化的水分子快速经过不饱和状态进展为过饱和状态，而在后续裂解步骤S2中便可以于低耗能的原则下，轻易完成水分子的气化裂解，达到降低水分子裂解的能量耗损的功效。
举例而言，本实施例选择于一雾化槽内装设有一水雾震荡器，并于该雾化槽内注满液态纯水，通过该水雾震荡器以高频震荡液态水，使得接近水液面的表层水分子雾化为微粒大小不大于300纳米的液态水分子微粒，以致液态水分子微粒脱离水态而游离于空气中，水分子微粒便会向上漂流以进入一螺旋状导管内，此时流动于该螺旋状导管内的水分子受离心力作用，遂导致微粒较大的水分子快速凝结为水珠，加上水珠本身的重量而再次回流于该雾化槽内；同时，微粒较小的水分子便可导入一裂解反应槽内，以于该裂解反应槽内操作后续的裂解步骤S2。其中，该雾化槽内的液态水水位高度较佳符合低压高频震荡器的声波工作带范围，特别指维持水位高度达5 8厘米较为适当，以使接近水液面的表层水分子可轻易达到雾化为纳米级液态水分子微粒的功效。该裂解步骤S2通过裂解能破坏液态水分子间的氢氧键结，使得氢离子自运行轨道脱离，以裂解产出富含氢离子及氢氧离子的混合物。详言之，可以选择以各种裂解方式及机构〔例如:高频电弧〔plasma〕、微波射频〔W1-max〕、高温型钢热交换器〔Heat-Exchangers〕、钕铁硼材料磁化相拉器、...等〕持续送出裂解能，以破坏液态水分子间的氢氧键结，并将键结断裂后的氢离子推离运行轨道，以裂解产出氢离子及氢氧离子混合物，此时的氢离子带有正电荷，氢氧离子则带有负电荷。其中，上述经各种方式及机构裂解液态水分子的过程及原理，为属熟习该技艺的人士可轻易理解，故于此不再多加赘述，仅于下述列举其一实施例而言，更不以下述举例为限。
举例而言，本实施例选择将经由该前处理步骤SI所产出的纳米级液态水分子微粒，导入该裂解反应槽内，以通过高频电弧或微波射频等手段送出裂解能，并于低于350°C的氢自燃温度下作用，使得纳米级液态水分子微粒快速由不饱和状态进展至饱和状态，而于等熵裂解过程破坏液态水分子间的氢氧键结，并使键结断裂后的氢离子自运行轨道脱离，特别指将水分子微粒导入一废气涡轮增压机的排气侧，以通过该涡轮增压机出口处所设置的钢质热交换器，充分吸收废气涡轮增压机的排气余热后，便可产制出富含氢离子及氢氧离子的混合物。于该混合物内，氢离子带有正电荷，且氢氧离子则带有负电荷。其中，高频电弧的电弧产生电压为110伏特；或者，微波射频的射频电压为380伏特，以便达到液态水分子气化裂解的较佳效果。
该正电化步骤S3以恒定高电压加载带正电荷的自由电子于该混合物内，迫使自由电子扰动带负电的氢氧离子，使得带负电的氢氧离子转变为带正电的氢氧离子，以与该混合物内带正电的氢离子产生互斥作用，而获得以离子形态单独存在的氢离子及氢氧离子。详言之，可以选择以尖端放电技术释出恒定高电压〔即指可于每秒每立方米下加载大于108的带正电荷的自由电子为主要原则，特别指电压为1926伏特、电流为I安培的交流电，且交流电的形态属方波形，其频率可控制于20 2400Hz之间〕，通过恒定高电压于该混合物内加载大量带正电荷的自由电子，当自由电子与带负电的氢氧离子相互接触时，由于自由电子所带的正电荷高于水分子裂解后的氢离子正电荷甚多，以致自由电子能够扰动带负电的氢氧离子，迫使带负电的氢氧离子被填补自由电子后，遂能转变为带正电的氢氧离子。如此，于该混合物内，带有同样极性〔即皆为正电荷〕的氢及氢氧离子便会产生相斥作用，加上同极性电压差的存在，故可以于不与其他水分子接触，或者不与可供接地的化合物接触之下，维持氢及氢氧离子以离子形态单独存在，不再使氢与氢氧离子作用而重新融合为液态水分子，以便应用于如内燃机、锅炉、...等各种燃烧机构，不仅可避免于高氧浓度环境下的氢自燃现象，更可随产随用的 供给各种机构稳定的氢及氢氧离子混合物，以完全燃烧其中的不完全燃烧物质〔例如:碳、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳...等〕，而降低各式机构中的悬浮微粒堆积，以达到增加机构动能输出、扭力提升及降低机构排气温度等功效。
举例而言，本实施例是以高密度碳丝〔即所谓的石墨刷〕的尖端放电释出恒定高电压，并同时由恒定高电压加载带正电荷的自由电子于该混合物内，特别指于该热交换器的出口将带正电荷的自由电子射入。此处所言的恒定高电压较佳是指以电压为12伏特的直流电，经一直流/交流转换电路〔例如:逆变器、变流器...等〕转变为电压高达1926伏特的方波直流电，并控制方波形态的交流电频率维持于60-120HZ之间。此时，恒定高电压能于每秒每立方米下加载趋近108的自由电子，以由带正电荷的自由电子扰动带负电的氢氧离子，使得氢氧离子被填补电子后转变为带正电的氢氧离子，并与该混合物内带正电的氢离子产生相斥作用，使得氢离子与氢氧离子间永远存在同极性电压差，借此可轻易获得以离子形态单独存在的氢离子及氢氧离子。
特别注意的是，直流电经由直流/交流转换电路〔例如:逆变器、变流器...等〕转变为交流电的技术手段，此属熟习该技艺者可轻易理解，且仅为本发明施以恒定高电压的手段之一，不多加阐述更不以此为限。并且，氢氧离子经自由电子填补空洞后，其所呈现的正电荷大小值取决于经恒定高电压加载自由电子的电位值〔意即所加载的自由电子电位越高，被填补后的氢氧离子所呈现的正电荷则越高〕，此属熟习该技艺者依据本发明上述内容可轻易思及并据以实施，故不再逐一举例论证。
经上所述，液态水通过前处理步骤SI转变为纳米级液态水分子微粒后，遂能接续操作裂解步骤S2，以于裂解步骤S2中，通过裂解能破坏液态水分子的氢氧键结，而裂解出富含氢离子及氢氧离子的混合物；重要的是，上述混合物可再经正电化步骤S3，通过带正电荷的自由电子扰动，以使带负电的氢氧离子转变带正电的氢氧离子，而与带正电的氢离子产生互斥作用，最终获得以离子形态单独存在的氢离子及氢氧离子〔参阅下列化学式所示〕，以完成本发明的产制作业。
H20+e+ — OH +e++H+ = 0Η++Η+
e+ = 1.60217646 X IO^19J, OH- < e+ 〔化学式〕
如此，以离子形态单独存在的氢离子及氢氧离子混合物〔以下仅以“混合物”简称之〕，便可广泛用于如内燃机、锅炉、...等各式燃烧机构，本发明以应用于内燃机为例，简单叙述如下。
产制上述混合物的方法的另外一种例子，是以将14%的氢氧化钠水溶液充满水腔〔即如上所谓的电解槽，此为一实施方式〕，并在水腔内放置电解钢板，两极分别导接12伏特的直流电压，导入I安培的直流电流，使得阳极产生氢氧离子，阴极产生氢离子。该氢离子及氢氧离子混合物经导管进入一水气分离器，且于该水气分离器出口给予自由电子，使自由电子游离于该混合物之后的混合管内，再经毛细管(给气方向与进气总管气流方向成相同的平行方向)或通过高速低压的文氏管，并经流量调整螺丝控制流量大小后，以将低压的氢离子及氢氧离子混合物吸入涡轮增压机之后到进气总管之间。此时，遂能使混合物平顺地导入内燃机内，并控制需要填加的混合物与进入内燃机的空气容积比于0.4 3%之间，且因内燃机的高压缩比而增加了氢离子与氢氧离子的浓度，在高浓度氢离子及氢氧离子的环境下，经由氢气离子的自身火焰燃烧速度高于辛烷及16碳烷的效果及氢氧离子的助燃效果，导致混合物的燃烧速度增快，进而通过高燃烧速度辅助石化燃料达完全燃烧，并于内燃机的燃 烧室内释放足量烷烃的热能，达到扭力提升及排气温度降低等效果。为能够保持这个低排放、高效能的燃烧效果，可以通过排气管内所安装的排气温度感测器(Exhaust Temperature Sensors)与氧感测器(Oxygen Sensors)的信号输出及 EQJ 的控制达到闭环回路控制(Close Loop)的效果。
如此，不仅可由氢及氢氧离子增加燃烧速度，以完全燃烧碳、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、...等物质；甚至，更能因扭距的提高，降低重载车辆在爬坡、起步、提速等高耗能及高排放的动力需求，通过油门位置感测器及进气空气感测器及ECU的控制达到减少燃料耗损及维持使用寿命等功效，并同时因排气温度的降低，而减少重载车辆的氮氧化物排放量，以达工业发展与环境保护并行的功效。
本发明氢离子及氢氧离子混合物制造方法的主要特征在于:通过一恒定高电压加载大量带正电荷的自由电子，遂能借助自由电子的扰动，使得带负电的氢氧离子被填补电子后，即刻转变为带正电的氢氧离子，如此便能与原本即带正电的氢离子产生互斥作用，并通过同极性氢及氢氧离子间所存在的电压差，达到避免氢及氢氧离子再次融合为液态水的功效，而获得以离子形态单独存在的氢离子及氢氧离子，以完成本发明的产制作业。
若将本发明产制的氢及氢氧离子应用于各式内燃机或锅炉等燃烧设备，不仅可以杜绝氢及氢氧离子再次融合产生凝结水，使得凝结水与石化燃料中的硫磺成分反应，以于短时间内生成大量硫酸根及亚硫酸根离子，严重因酸化、腐蚀而造成内燃机或锅炉等燃烧设备损坏的现象。甚至，更可避免水分子再次生成所产出的分子氢，与内燃机或锅炉燃烧室内的钢质零件作用，而导致钢质零件产生氢酸蚀的现象。如此，应用本发明产制的氢及氢氧离子混合物，便可以于长时间使用下，持续发挥内燃机或锅炉的较佳效用，并以内燃机为例，更可以提升燃烧石化燃料的效果，而使得内燃机内所堆积的大量不完全燃烧物质获得完全燃烧，以释出足够烷烃的热能，达到提升内燃机的扭力及降低排气温度等功效，最终遂能利用内燃机提供车辆于高耗能及高排放时的较佳动力需求。
除此之外，利用低压高频震荡液态水的技术，更可以迫使接近水液面的表层水分子先行雾化成纳米级的液态水分子微粒，以通过趋近离子化的水分子快速由不饱和蒸气过渡为饱和蒸气，并于低熵转化的过程中，完成于低温环境裂解液态水分子为氢离子及氢氧离子的作业，借此降低液态水分子裂解所需耗费的能量，达到节省成本支出，以及缩短后续水分子裂解时间而提高作业效率等功效。
综上所述，本发明氢 离子及氢氧离子混合物的制造方法能够迫使氢及氢氧离子以离子形态单独存在，以达到避免氢及氢氧离子再次融合后产氢，而于高氧环境下导致氢自燃的功效。再者，本发明氢离子及氢氧离子混合物的制造方法还可以将产制的氢及氢氧离子应用于各式燃烧机构，以完全燃烧机构内的不完全燃烧物质〔例如:碳、碳氢化合物、一氧化碳、...等〕，达到增加机构扭力且降低排气温度的功效。甚至，本发明氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其更可以迫使液态水分子先行转变为纳米级水分子微粒，以于后续步骤中，即可在低温环境下完成水分子的气化裂解，而达到降低水分子裂解所需耗费能量的功效。
权利要求
1.一种氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其特征包含: 一个裂解步骤，通过裂解能破坏液态水分子间的氢氧键结，使得氢离子自运行轨道脱离，以裂解产出富含氢离子及氢氧离子的混合物；及 一个正电化步骤，以恒定高电压加载带正电荷的自由电子于该混合物内，迫使自由电子扰动带负电的氢氧离子，使得带负电的氢氧离子转变为带正电的氢氧离子，以与该混合物内带正电的氢离子产生互斥作用，而获得以离子形态单独存在的氢离子及氢氧离子。
2.如权利要求1所述的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其特征在于:于该裂解步骤前另操作一个前处理步骤，该前处理步骤利用低压高频的震荡冲击液态水分子，以迫使接近水液面的表层水分子产生雾化，而形成纳米级的液态水分子微粒。
3.如权利要求2所述的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其特征在于:于该前处理步骤中，以低压高频震荡器产生持续性高频震荡，使得表层水分子趋近离子化，并且达到水分子的微粒大小为2(Tl000纳米之间。
4.如权利要求1、2或3所述的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其特征在于:于该正电化步骤中，以高密度碳丝的尖端放电释出恒定高电压。
5.如权利要求1、2或3所述的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其特征在于:于该正电化步骤中，以电压为12伏特的直流电经一个直流/交流转换电路转变为电压高达1926伏特的交流电，并再由该交流电输出恒定高电压。
6.如权利要求1、2或3所述的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其特征在于:于该正电化步骤中，以交流电输出恒定高电压，以于每秒每立方米下加载大于108的带正电荷的自由电子于该混合物内。
7.如权利要求6所述的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其特征在于:该交流电所输出的恒定高电压指电压为1926伏特、电流为I安培，且该交流电的形态属方波型，频率为 20 2400 Hz。
8.如权利要求1、2或3所述的氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，其特征在于:于该裂解步骤中，以高频电弧或微波射频的方式持续送出裂解能，且高频电弧的电弧产生电压为110伏特，微波射频的 射频电压为380伏特。
全文摘要
一种氢离子及氢氧离子混合物的制造方法，包含一裂解步骤，通过裂解能破坏液态水分子间的氢氧键结，使得氢离子自运行轨道脱离，以裂解产出富含氢离子及氢氧离子的混合物；及一正电化步骤，以恒定高电压加载带正电荷的自由电子而游离于该混合物内，迫使自由电子扰动带负电的氢氧离子，使得带负电的氢氧离子转变为带正电的氢氧离子，以与该混合物内带正电的氢离子产生互斥作用，而获得以离子形态单独存在的氢离子及氢氧离子。
文档编号F02M25/12GK103145289SQ20111040313
公开日2013年6月12日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者吴道威, 吴之玄 申请人:睿福股份有限公司