專利名稱：氫離子及氫氧離子混合物的制造方法
氫離子及氫氧離子混合物的制造方法技術領域
本發明關于一種氫離子及氫氧離子的制造方法，特別是一種可以使氫離子及氫氧離子維持離子狀態而單獨存在的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法。
背景技術：
傳統自液態水制造氫氧的方式，多因氧氣的外部粒徑比氫氣大，而導致科學上的誤解，以為液態水裂解后直接產出氫及氧。事實上，目前通過高溫燃燒液態水分子的手段，以迫使液態水分子于高溫條件下產生氫氧鍵的斷裂，直接自液態水分子裂解得氫離子及氫氧離子的混合物。
然而，該些氫及氫氧離子混合物若未于短時間內再經適當的分離處理，則往往容易于靜置過程，再次誘導氫及氫氧重新離子鍵融合恢復成為最穩定的水分子狀態，以此將傳統氫及氫氧混合物應用于器械設備時，因重新融合的水分子而造成器械設備衍生有難以預估的損害風險，以致傳統產制的氫及氫氧混合物始終無法以離子形態單獨存在，而于不損害器械設備的情況加以應用。
如申請號為200610126868.2、200410062479.8 及 200910012966.6 的中國專利案，皆為利用鍋爐內的高溫以熱裂解方式產出氫氧混合物或氫氧焰，并由產出的氫氧混合物達到輔助碳氫化物及一氧化碳等不完全燃燒的物質達到完全燃燒的目的。由此可知，而于高溫燃燒不斷產出氫氧混合物的同時，如果于瞬間吸收熱能過多的情形下，會使得氫氧離子產生再次鍵結斷裂釋放出更多的氫離子，遂使鍋爐內轉變為高氧環境，于高氧環境下，若未適當控制氫氣的自燃現象，則可能衍生有持續氫自燃而導致鍋爐爆炸的危險。
除此之外，如申請號為02131308.3,02131309.1200910069848.9等的中國專利案，皆為將產制的氫氣或氫氣及氧氣應用于內燃機，不僅仍存在有如上所述氫自燃而引發爆炸的風險外，該些現有專利案皆誤解液態水產制的產物為氫及氧，而更衍生有如下所述的問題:
由于液態水裂解后產出氫及氫氧離子，然該些現有專利案皆無法迫使氫及氫氧以離子形態單獨存在，故未經處理的氫及氫氧混合物，遂于環境溫度趨近露點溫度以下，且經接地而喪失電壓差時，帶正電的氫離子便會與帶負電的氫氧離子重新融合而產生凝結水，若以此應用于各式內燃機或鍋爐等燃燒設備，則因凝結水極容易與石化燃料中的硫磺成分反應，以致于短時間內即生成大量硫酸根及亞硫酸根離子，嚴重因酸化、腐蝕而造成內燃機或鍋爐等燃燒設備 的損壞。
甚至，經重新融合后所產出的分子氫，容易與內燃機或鍋爐燃燒室內的鋼質零件作用，而導致鋼質零件產生氫酸蝕現象。于長時間使用下，非但無法持續發揮內燃機或鍋爐的較佳效用，以內燃機為例，更可能因氣密零件酸蝕造成發動機壓縮壓力喪失，導致燃燒石化燃料的效果不彰，而于內燃機內堆積有大量不完全燃燒物質，以致無法釋出足夠的熱能，嚴重降低內燃機的扭力且相對提高排氣的溫度，最終遂導致內燃機無法提供車輛于高耗能及高出力時的動力所需。
有鑒于此，確實有必要發展一種可以使氫離子及氫氧離子維持離子狀態而單獨存在的氫離子及氫氧離子制造方法，廣泛應用于內燃機、鍋爐...等各種燃燒機構，以解決如上所述的種種問題。發明內容
本發明主要目的乃改善上述缺點，以提供一種氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其能夠迫使氫離子及氫氧離子以離子形態單獨存在，避免氫及氫氧離子再次融合后產氫，而于高氧環境下導致氫自燃。
本發明次一目的是提供一種氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，能夠將產制的氫及氫氧離子應用于各式燃燒機構，以完全燃燒碳氫化合物等不完全燃燒物質，而達到充分燃燒、增加機構扭力且降低排氣溫度。
本發明再一目的是提供一種氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，能夠迫使處于水位液面的液態水分子轉變為納米級水分子微粒，以于常溫條件下回收機構的排氣余熱，且在低能耗的環境完成水分子的氣化裂解，而降低水分子裂解所需耗費的能量。
為達到前述發明目的，本發明的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，包含:一裂解步驟，通過裂解能破壞液態水分子間的氫氧鍵結，使得氫離子自運行軌道脫離，以裂解產出富含氫離子及氫氧離子的混合物；及一正電化步驟，以恒定交流高電壓加載帶正電荷的自由電子于該混合物內，迫使自由電子擾動帶負電的氫氧離子，使得帶負電的氫氧離子轉變為帶正電的氫氧離子，以與該混合物內帶正電的氫離子產生互斥作用，而獲得以離子形態單獨存在的氫離子及氫氧離子。
本發明氫離子及氫氧離子混合物的制造方法的前處理步驟利用低壓高頻的震蕩沖擊液態水分子，以迫使接近水液面的表層水分子產生霧化，而形成納米級的液態水分子微粒。
其中，于該前處理步驟中，以低壓高頻震蕩器產生持續性高頻震蕩，使得表層水分子趨近離子化，并且達到水分子的微粒大小為20 1000納米之間。
其中，于該正電化步驟中，以交流電輸出恒定高電壓，以于每秒每立方米下加載大于108的帶正電荷的自由電子于該混合物內。且，該交流電所輸出的恒定高電壓是指電壓為1926伏特、電流為I安培，且該交流電的形態屬方波型，頻率為20 2400Hz。
此外，于該正電化步驟中，可以選擇以高密度碳絲的尖端放電釋出恒定高電壓。且，特別以電壓為12伏特的 直流電，經一直流/交流轉換電路轉變為電壓高達1926伏特的交流電，以再由該交流電輸出恒定高電壓。
并且，于該裂解步驟中，還可以選擇以高頻電弧或微波射頻的方式持續送出裂解能，且高頻電弧的電弧產生電壓為方波直流Iio伏特，微波射頻的射頻電壓為方波直流380伏特。
圖1:本發明氫離子及氫氧離子混合物的制造方法的流程示意圖。
主要元件符號說明
SI前處理步驟 S2裂解步驟
S3正電化步驟具體實施方式
為讓本發明的上述及其他目的、特征及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明的較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下:
請參照圖1所示，其為本發明一較佳實施例，該氫離子及氫氧離子混合物的制造方法包含一前處理步驟S1、一裂解步驟S2及一正電化步驟S3。特別的是，本發明僅需通過上述的裂解步驟S2及正電化步驟S3，便可輕易迫使水分子裂解產出氫及氫氧離子，而使氫及氫氧離子以離子形態單獨存在，故依照操作者的選擇可決定是否需進行該前處理步驟SI。于此，本發明較佳實施例為了能借助低耗能高效率的原則，以完成氫及氫氧離子以離子形態單獨存在的目的，較佳選擇先操作該前處理步驟SI后，再接續進行裂解步驟S2及正電化步驟S3，以達成如上所述使氫及氫氧離子以離子形態單獨存在的目的，關于上述各步驟的詳細說明將呈現如下。
其中，本發明于下所述的“裂解能”泛指所有能破壞液態水分子間氫氧鍵結的能源〔例如:電能、熱能、化學能、...等〕;且，本發明于下所述的“恒定高電壓”泛指所有能輸出足量帶正電荷的自由電子，以擾動液態水裂解后的氫氧離子的電壓值。關于“裂解能”及“恒定高電壓”的其他條件限定，于下述說明各步驟內容時再予以一并詳述。
該前處理步驟SI是利用低壓高頻的震蕩沖擊液態水分子，以迫使接近水液面的表層水分子產生霧化，而形成納米級的液態水分子微粒。詳言之，可以選擇以低壓高頻震蕩器〔例如:聲波震蕩器、水霧震蕩器...等〕產生持續性高頻震蕩，以迫使接近水液面的表層水分子受高頻震蕩作用，使得表層水分子霧化為納米級的液態水分子微粒，特別是趨近水分子離子化的程度〔即水分子微粒的大小約為20 1000納米之間〕，由于液態水分子到達離子化時，因離子化分子的塵散效應〔意指水分子的表面張力極劇變小，而使得水分子體積瞬間呈倍數增大〕，故離子化水分子便會自水液面剝離而成為霧氣狀態。如此，遂可以于常溫環境〔約為攝氏18 78度〕下，迫使離子化的水分子快速經過不飽和狀態進展為過飽和狀態，而在后續裂解步驟S2中便可以于低耗能的原則下，輕易完成水分子的氣化裂解，達到降低水分子裂解的能量耗損的功效。
舉例而言，本實施例選擇于一霧化槽內裝設有一水霧震蕩器，并于該霧化槽內注滿液態純水，通過該水霧震蕩器以高頻震蕩液態水，使得接近水液面的表層水分子霧化為微粒大小不大于300納米的液態水分子微粒，以致液態水分子微粒脫離水態而游離于空氣中，水分子微粒便會向上漂流以進入一螺旋狀導管內，此時流動于該螺旋狀導管內的水分子受離心力作用，遂導致微粒較大的水分子快速凝結為水珠，加上水珠本身的重量而再次回流于該霧化槽內；同時，微粒較小的水分子便可導入一裂解反應槽內，以于該裂解反應槽內操作后續的裂解步驟S2。其中，該霧化槽內的液態水水位高度較佳符合低壓高頻震蕩器的聲波工作帶范圍，特別指維持水位高度達5 8厘米較為適當，以使接近水液面的表層水分子可輕易達到霧化為納米級液態水分子微粒的功效。該裂解步驟S2通過裂解能破壞液態水分子間的氫氧鍵結，使得氫離子自運行軌道脫離，以裂解產出富含氫離子及氫氧離子的混合物。詳言之，可以選擇以各種裂解方式及機構〔例如:高頻電弧〔plasma〕、微波射頻〔W1-max〕、高溫型鋼熱交換器〔Heat-Exchangers〕、釹鐵硼材料磁化相拉器、...等〕持續送出裂解能，以破壞液態水分子間的氫氧鍵結，并將鍵結斷裂后的氫離子推離運行軌道，以裂解產出氫離子及氫氧離子混合物，此時的氫離子帶有正電荷，氫氧離子則帶有負電荷。其中，上述經各種方式及機構裂解液態水分子的過程及原理，為屬熟習該技藝的人士可輕易理解，故于此不再多加贅述，僅于下述列舉其一實施例而言，更不以下述舉例為限。
舉例而言，本實施例選擇將經由該前處理步驟SI所產出的納米級液態水分子微粒，導入該裂解反應槽內，以通過高頻電弧或微波射頻等手段送出裂解能，并于低于350°C的氫自燃溫度下作用，使得納米級液態水分子微粒快速由不飽和狀態進展至飽和狀態，而于等熵裂解過程破壞液態水分子間的氫氧鍵結，并使鍵結斷裂后的氫離子自運行軌道脫離，特別指將水分子微粒導入一廢氣渦輪增壓機的排氣側，以通過該渦輪增壓機出口處所設置的鋼質熱交換器，充分吸收廢氣渦輪增壓機的排氣余熱后，便可產制出富含氫離子及氫氧離子的混合物。于該混合物內，氫離子帶有正電荷，且氫氧離子則帶有負電荷。其中，高頻電弧的電弧產生電壓為110伏特；或者，微波射頻的射頻電壓為380伏特，以便達到液態水分子氣化裂解的較佳效果。
該正電化步驟S3以恒定高電壓加載帶正電荷的自由電子于該混合物內，迫使自由電子擾動帶負電的氫氧離子，使得帶負電的氫氧離子轉變為帶正電的氫氧離子，以與該混合物內帶正電的氫離子產生互斥作用，而獲得以離子形態單獨存在的氫離子及氫氧離子。詳言之，可以選擇以尖端放電技術釋出恒定高電壓〔即指可于每秒每立方米下加載大于108的帶正電荷的自由電子為主要原則，特別指電壓為1926伏特、電流為I安培的交流電，且交流電的形態屬方波形，其頻率可控制于20 2400Hz之間〕，通過恒定高電壓于該混合物內加載大量帶正電荷的自由電子，當自由電子與帶負電的氫氧離子相互接觸時，由于自由電子所帶的正電荷高于水分子裂解后的氫離子正電荷甚多，以致自由電子能夠擾動帶負電的氫氧離子，迫使帶負電的氫氧離子被填補自由電子后，遂能轉變為帶正電的氫氧離子。如此，于該混合物內，帶有同樣極性〔即皆為正電荷〕的氫及氫氧離子便會產生相斥作用，加上同極性電壓差的存在，故可以于不與其他水分子接觸，或者不與可供接地的化合物接觸之下，維持氫及氫氧離子以離子形態單獨存在，不再使氫與氫氧離子作用而重新融合為液態水分子，以便應用于如內燃機、鍋爐、...等各種燃燒機構，不僅可避免于高氧濃度環境下的氫自燃現象，更可隨產隨用的 供給各種機構穩定的氫及氫氧離子混合物，以完全燃燒其中的不完全燃燒物質〔例如:碳、碳氫化合物、一氧化碳、二氧化碳...等〕，而降低各式機構中的懸浮微粒堆積，以達到增加機構動能輸出、扭力提升及降低機構排氣溫度等功效。
舉例而言，本實施例是以高密度碳絲〔即所謂的石墨刷〕的尖端放電釋出恒定高電壓，并同時由恒定高電壓加載帶正電荷的自由電子于該混合物內，特別指于該熱交換器的出口將帶正電荷的自由電子射入。此處所言的恒定高電壓較佳是指以電壓為12伏特的直流電，經一直流/交流轉換電路〔例如:逆變器、變流器...等〕轉變為電壓高達1926伏特的方波直流電，并控制方波形態的交流電頻率維持于60-120HZ之間。此時，恒定高電壓能于每秒每立方米下加載趨近108的自由電子，以由帶正電荷的自由電子擾動帶負電的氫氧離子，使得氫氧離子被填補電子后轉變為帶正電的氫氧離子，并與該混合物內帶正電的氫離子產生相斥作用，使得氫離子與氫氧離子間永遠存在同極性電壓差，借此可輕易獲得以離子形態單獨存在的氫離子及氫氧離子。
特別注意的是，直流電經由直流/交流轉換電路〔例如:逆變器、變流器...等〕轉變為交流電的技術手段，此屬熟習該技藝者可輕易理解，且僅為本發明施以恒定高電壓的手段之一，不多加闡述更不以此為限。并且，氫氧離子經自由電子填補空洞后，其所呈現的正電荷大小值取決于經恒定高電壓加載自由電子的電位值〔意即所加載的自由電子電位越高，被填補后的氫氧離子所呈現的正電荷則越高〕，此屬熟習該技藝者依據本發明上述內容可輕易思及并據以實施，故不再逐一舉例論證。
經上所述，液態水通過前處理步驟SI轉變為納米級液態水分子微粒后，遂能接續操作裂解步驟S2，以于裂解步驟S2中，通過裂解能破壞液態水分子的氫氧鍵結，而裂解出富含氫離子及氫氧離子的混合物；重要的是，上述混合物可再經正電化步驟S3，通過帶正電荷的自由電子擾動，以使帶負電的氫氧離子轉變帶正電的氫氧離子，而與帶正電的氫離子產生互斥作用，最終獲得以離子形態單獨存在的氫離子及氫氧離子〔參閱下列化學式所示〕，以完成本發明的產制作業。
H20+e+ — OH +e++H+ = 0Η++Η+
e+ = 1.60217646 X IO^19J, OH- < e+ 〔化學式〕
如此，以離子形態單獨存在的氫離子及氫氧離子混合物〔以下僅以“混合物”簡稱之〕，便可廣泛用于如內燃機、鍋爐、...等各式燃燒機構，本發明以應用于內燃機為例，簡單敘述如下。
產制上述混合物的方法的另外一種例子，是以將14%的氫氧化鈉水溶液充滿水腔〔即如上所謂的電解槽，此為一實施方式〕，并在水腔內放置電解鋼板，兩極分別導接12伏特的直流電壓，導入I安培的直流電流，使得陽極產生氫氧離子，陰極產生氫離子。該氫離子及氫氧離子混合物經導管進入一水氣分離器，且于該水氣分離器出口給予自由電子，使自由電子游離于該混合物之后的混合管內，再經毛細管(給氣方向與進氣總管氣流方向成相同的平行方向)或通過高速低壓的文氏管，并經流量調整螺絲控制流量大小后，以將低壓的氫離子及氫氧離子混合物吸入渦輪增壓機之后到進氣總管之間。此時，遂能使混合物平順地導入內燃機內，并控制需要填加的混合物與進入內燃機的空氣容積比于0.4 3%之間，且因內燃機的高壓縮比而增加了氫離子與氫氧離子的濃度，在高濃度氫離子及氫氧離子的環境下，經由氫氣離子的自身火焰燃燒速度高于辛烷及16碳烷的效果及氫氧離子的助燃效果，導致混合物的燃燒速度增快，進而通過高燃燒速度輔助石化燃料達完全燃燒，并于內燃機的燃 燒室內釋放足量烷烴的熱能，達到扭力提升及排氣溫度降低等效果。為能夠保持這個低排放、高效能的燃燒效果，可以通過排氣管內所安裝的排氣溫度感測器(Exhaust Temperature Sensors)與氧感測器(Oxygen Sensors)的信號輸出及 EQJ 的控制達到閉環回路控制(Close Loop)的效果。
如此，不僅可由氫及氫氧離子增加燃燒速度，以完全燃燒碳、碳氫化合物、一氧化碳、二氧化碳、...等物質；甚至，更能因扭距的提高，降低重載車輛在爬坡、起步、提速等高耗能及高排放的動力需求，通過油門位置感測器及進氣空氣感測器及ECU的控制達到減少燃料耗損及維持使用壽命等功效，并同時因排氣溫度的降低，而減少重載車輛的氮氧化物排放量，以達工業發展與環境保護并行的功效。
本發明氫離子及氫氧離子混合物制造方法的主要特征在于:通過一恒定高電壓加載大量帶正電荷的自由電子，遂能借助自由電子的擾動，使得帶負電的氫氧離子被填補電子后，即刻轉變為帶正電的氫氧離子，如此便能與原本即帶正電的氫離子產生互斥作用，并通過同極性氫及氫氧離子間所存在的電壓差，達到避免氫及氫氧離子再次融合為液態水的功效，而獲得以離子形態單獨存在的氫離子及氫氧離子，以完成本發明的產制作業。
若將本發明產制的氫及氫氧離子應用于各式內燃機或鍋爐等燃燒設備，不僅可以杜絕氫及氫氧離子再次融合產生凝結水，使得凝結水與石化燃料中的硫磺成分反應，以于短時間內生成大量硫酸根及亞硫酸根離子，嚴重因酸化、腐蝕而造成內燃機或鍋爐等燃燒設備損壞的現象。甚至，更可避免水分子再次生成所產出的分子氫，與內燃機或鍋爐燃燒室內的鋼質零件作用，而導致鋼質零件產生氫酸蝕的現象。如此，應用本發明產制的氫及氫氧離子混合物，便可以于長時間使用下，持續發揮內燃機或鍋爐的較佳效用，并以內燃機為例，更可以提升燃燒石化燃料的效果，而使得內燃機內所堆積的大量不完全燃燒物質獲得完全燃燒，以釋出足夠烷烴的熱能，達到提升內燃機的扭力及降低排氣溫度等功效，最終遂能利用內燃機提供車輛于高耗能及高排放時的較佳動力需求。
除此之外，利用低壓高頻震蕩液態水的技術，更可以迫使接近水液面的表層水分子先行霧化成納米級的液態水分子微粒，以通過趨近離子化的水分子快速由不飽和蒸氣過渡為飽和蒸氣，并于低熵轉化的過程中，完成于低溫環境裂解液態水分子為氫離子及氫氧離子的作業，借此降低液態水分子裂解所需耗費的能量，達到節省成本支出，以及縮短后續水分子裂解時間而提高作業效率等功效。
綜上所述，本發明氫 離子及氫氧離子混合物的制造方法能夠迫使氫及氫氧離子以離子形態單獨存在，以達到避免氫及氫氧離子再次融合后產氫，而于高氧環境下導致氫自燃的功效。再者，本發明氫離子及氫氧離子混合物的制造方法還可以將產制的氫及氫氧離子應用于各式燃燒機構，以完全燃燒機構內的不完全燃燒物質〔例如:碳、碳氫化合物、一氧化碳、...等〕，達到增加機構扭力且降低排氣溫度的功效。甚至，本發明氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其更可以迫使液態水分子先行轉變為納米級水分子微粒，以于后續步驟中，即可在低溫環境下完成水分子的氣化裂解，而達到降低水分子裂解所需耗費能量的功效。
權利要求
1.一種氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其特征包含: 一個裂解步驟，通過裂解能破壞液態水分子間的氫氧鍵結，使得氫離子自運行軌道脫離，以裂解產出富含氫離子及氫氧離子的混合物；及 一個正電化步驟，以恒定高電壓加載帶正電荷的自由電子于該混合物內，迫使自由電子擾動帶負電的氫氧離子，使得帶負電的氫氧離子轉變為帶正電的氫氧離子，以與該混合物內帶正電的氫離子產生互斥作用，而獲得以離子形態單獨存在的氫離子及氫氧離子。
2.如權利要求1所述的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其特征在于:于該裂解步驟前另操作一個前處理步驟，該前處理步驟利用低壓高頻的震蕩沖擊液態水分子，以迫使接近水液面的表層水分子產生霧化，而形成納米級的液態水分子微粒。
3.如權利要求2所述的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其特征在于:于該前處理步驟中，以低壓高頻震蕩器產生持續性高頻震蕩，使得表層水分子趨近離子化，并且達到水分子的微粒大小為2(Tl000納米之間。
4.如權利要求1、2或3所述的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其特征在于:于該正電化步驟中，以高密度碳絲的尖端放電釋出恒定高電壓。
5.如權利要求1、2或3所述的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其特征在于:于該正電化步驟中，以電壓為12伏特的直流電經一個直流/交流轉換電路轉變為電壓高達1926伏特的交流電，并再由該交流電輸出恒定高電壓。
6.如權利要求1、2或3所述的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其特征在于:于該正電化步驟中，以交流電輸出恒定高電壓，以于每秒每立方米下加載大于108的帶正電荷的自由電子于該混合物內。
7.如權利要求6所述的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其特征在于:該交流電所輸出的恒定高電壓指電壓為1926伏特、電流為I安培，且該交流電的形態屬方波型，頻率為 20 2400 Hz。
8.如權利要求1、2或3所述的氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，其特征在于:于該裂解步驟中，以高頻電弧或微波射頻的方式持續送出裂解能，且高頻電弧的電弧產生電壓為110伏特，微波射頻的 射頻電壓為380伏特。
全文摘要
一種氫離子及氫氧離子混合物的制造方法，包含一裂解步驟，通過裂解能破壞液態水分子間的氫氧鍵結，使得氫離子自運行軌道脫離，以裂解產出富含氫離子及氫氧離子的混合物；及一正電化步驟，以恒定高電壓加載帶正電荷的自由電子而游離于該混合物內，迫使自由電子擾動帶負電的氫氧離子，使得帶負電的氫氧離子轉變為帶正電的氫氧離子，以與該混合物內帶正電的氫離子產生互斥作用，而獲得以離子形態單獨存在的氫離子及氫氧離子。
文檔編號F02M25/12GK103145289SQ20111040313
公開日2013年6月12日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者吳道威, 吳之玄 申請人:睿福股份有限公司