用于生产混合燃料的方法与设备 本发明涉及到分别如权利要求1，7，19，20和24引言所述的方法、设备以及按上述方法生产出的混合燃料。
从申请书EP0495506A3和DE4101305A1中已知有上述类型的方法与设备。其中，将液体燃料以及最好是低氮的空气和水放入一箱室。该箱室内设置有至少一个超声波振荡器，从而，填加给该箱室的燃料会位于所述振荡器的周围。此外，上述箱室内还设置有一个涡空部件，该部件是一片状圆盘并且可在操作过程中旋转。在启动振荡器和涡空部件并且在至少与液体燃料压力相同的情况下将空气和水放入上述箱室内时，低氮空气会溶于燃料，而所放入的水则会至少部分地分解成自身的组成成份并在燃料中弥散，从而能形成具有泡沫状粘稠性的混合物。由于上述混合物的组成成份可以很完全地弥散开来，所以，该混合物能够有效地完全燃烧，也就是说，在燃烧物中几乎检测不到污染物。对氧化氮、一氧化碳和诸如油烟之类的未燃烧的碳氢化化合物特别是如此。
依照本发明人的设想以及先前的研究发现，放入箱室内地原材料会按下述方式分解并且相互溶解：超声波和涡空会将所放入的水分解成氢、氧、H2O、H2O2等成分以及氢原子团、氧原子团和OH原子团。氢、氧、氢原子团、氧原子团以及H2O2会使燃料的碳氢链分裂。通过使碳氢链分裂，氢原子团、氧原子团和OH原子团会按化合价接合于分裂后的碳氧链。但是，其余游离的原子团非常活泼，因而能很快地复原成H2O。涡空以及超声波对燃料的作用也会使碳氢链分裂。在所形成的混合物中，还会出现由分子组成的氢和氧，它们也会接合于碳氧链。由分子组成的氢和氧会因涡空作用而很少量地嵌入油滴并被很薄的油膜所包围。
上述已知方法中需要加以改进的是，在分裂之后仍然存在有较大量的未分解的H2O和H2O2以及大量的游离原子团，而且，由于H2O具有原子团俘获性质，所以，特别不希望有H2O。的确，所出现的H2O2也会使碳氢链分解，但它也会很容易地转化为诸如H2SO4之类的酸，为此，同样不希望有H2O2。未接合于碳氧链即未用于分裂的氢分子和氧分子会很容易地重新化合成H2O，因此，所形成的混合物很不稳定，会在几小时内分解成水和碳的混合物。
此外，用上述已知的方法生产前述混合物要耗费大量的时间和能量，时间和能量的消耗应予以减少。另外，使几种物质完全分解是不可能的，所以，这些物质不会进一步参与以后的燃烧，而仅会防碍反应并降低效率。但是，在上述已知混合物的燃烧过程中，最佳的是，碳氢链可以很完全地分解，并且，燃烧所需要的氧气同样会以很完全分解的状态溶入混合物，因此，可以实现以前不能实现的完全燃烧，从而获得以前不能获得的高效率。
本发明的目的是根据权利要求1的引言部分以下方式改进前述周知的方法，即：一方面，可以用比以前更少的能量和基本上更快的速度来生产所说的混合物，另一方面，所生产的混合物具有更长的寿命并且更加稳定；此外，还形成一种用于实现上述方法的设备并提供一种新型更稳定的混合燃料。
依照本发明，通过权利要求1、7、19、20和24所述的步骤和/或特征，可以实现上述目的。
在本发明的方法中，生产所述混合物过程中所放入的水还会在箱室内以电解的方式至少部分地分解。因此，水会基本上更完全地分解并且主要是分解成氧、氢以及使碳氢链分裂的氧原子团和氢原子团。所以，利用本发明的方法，可以更快速地形成较大量的氧、氢以及氧原子团和氢原子团，以便对碳氢链加以分解。此外，在依照本发明所生产出的混合燃料中，几乎不会出现更多的H2O和H2O2，而所说的混合燃料则在有同样热量输出和同样总量的情况下比相应已知的燃料混合物包含更少的燃料和更多的水。业已证明，按上述方式生产出的混合燃料基本上要比已知的混合燃料有更长的寿命并且更加稳定。
可以例如在车辆中直接生产出用本发明的设备所生产的混合燃料，并且，上述混合燃料不需要机动车中有代用能源如氢能或电能等所必需的大且笨重的能源箱。所以，配备有本发明设备的车辆或者靠本发明燃料行驶的车辆要比靠代用能源行驶的车辆有更好的能量平衡。此外，除CO2以外，事实上很明显地不会排放出污染物。总之，在到目前为止所进行的系列试验中，未检测到本发明的设备中有公认的污染物排放出来。本发明的混合燃料在受控燃烧过程中的效果是不再出现排放NOx的现象。此外，在燃烧过程中几乎可完全排除CO2的形成。结果是有较大比例的氧，对这种现象的解释是：包含在可燃碳氢化合物中的碳会在燃烧期间完全转化为能量。由于在这种碳氢化合物的混合物中有少量的碳，所以，燃烧之后不可能剩余有单质的碳(如油烟等)。在试验中，业已在废气中检测到按体积计的24％的氧含量。
本发明方法的最佳实施例构成了附属权项的主题。
在如权利要求3所述的本发明实施例中，电解过程中提供有至少一种催化剂，以便降低能耗并加速电解。
在如权利要求4所述的本发明实施例中，将由催化材料制成的电极用于电解过程。
在如权利要求5所述的本发明实施例中，本发明的方法是最佳的。在该实施例中，将水加入箱室之前已经对水进行了预先电解分解，因此，在对箱室内的水进行分解时只需要较少的能量，并且，可以更完全和更迅速地进行分解。
在如权利要求6所述的本发明实施例中，当有催化剂存在时，会产生部分分解。
用于实现上述方法的设备构成了权利要求7至18的主题。
业已证明，如权利要求19所述的按本发明生产出的混合燃料在几天的时间内是稳定的。
从DE3001308A1和EP0301766A1中已知有一种燃料，它具有与权利要求20和24所述的混合燃料相似的定量组成。但是，在先有技术中，用超声波来形成一种燃料烟雾，而在按本发明所形成的混合燃料中则使低氮空气溶入所说的燃料。依照DE3001308A1，形成一种由燃料和水构成的混合燃料。只是在混合物产生雾化过程中才放入水，所以燃料溶液内不会存在有空气。与EP0301766A1的混合燃料相比，按本发明生产出的混合燃料具有基本上比较高的水含量以及相应较低的燃料含量。
以下根据附图详细说明本发明的实施例，在附图中：
图1显示了本发明用于生产混合燃料的设备的纵剖图；
图2显示了沿图1中2—2线的剖面图；
图3显示了经过一部分分解喷嘴的纵剖面。
图1显示了用于生产混合燃料的设备，它包括一立方形的封闭容器1，该容器具有一上部外壁4、一下部外壁5以及四个相邻的外部侧壁3，这些壁面限定了容器1的内部箱室9。每个外部侧壁3均具有一较大的圆形开孔6，而超声波振荡器7则插在相应的开孔6内。
容器1的剖面形状并不重要。重要的仅在于超声波振荡器7具有尽可能大的朝向箱室9的有效区域，如果在箱室9内以彼此对向的方式成对地设置超声波振荡器，则会有最佳效果。
超声波振荡器7由诸如压电陶瓷之类的强电介质构成并通过导线8与超声波发生器11相连。用于超声波振荡器7的超声波发生器是周知的。例如在EP—A—0340470和DE—OS3625149中均说明了超声波发生器的结构。在本文中，仅仅重要的是将该发生器的电路构造成能将不同的频率供给超声波振荡器7。所说的频率取决于超声波振荡器7的几何形状、取决于液体燃料的粘性、最终取决于对空气成分所作的预定选择—出现在空气中的每种气体成分均具有不同的最佳频率，在该频率下，所说的气体可溶于液体。
箱室9的内部设置有由铂构成的镀镍盘状涡空部件13，该涡空部件13通过传动轴15与一未示出的旋转传动装置相连并带有若干个轴向通孔17。此外，箱室9内位于涡空部件13上方和下方的位置处以居中的方式为涡空部件13设置有星形镀铂的阳极33，每个阳极33均带有一中心开口35。星形阳极33通过导线39与直流电源41相通连，而导线39则通过绝缘件23与容器1的外壁3，4和5作电绝缘。上部和下部外壁4和5还通过导线37与直流电源41相连(与外壁4相对应的导线未示出)。由镍制成的上部和下部外壁4和5构成了一阴极。下部外壁5朝向箱室9的内部呈锥形且居中地逐渐变细并且具有一居中的箱室开孔25，该开孔用于吸入水和低氮空气。上部外壁4也朝向箱室9的内部呈锥形且居中地逐渐变细，因此，从剖面上看，可连同下部外壁5一道形成抛物形的左半箱室9A和右半箱室9B。操作过程中超声波振荡器7所产生的超声波振荡会因在向内呈锥形且居中逐渐变细的外壁4和5上的反射而集中于抛物体的焦点。在这些焦点处会形成高达5000℃的非常热的区域即所谓的过热点。此外，下部外壁5带有：一偏心设置的箱室开孔21，它用于吸入燃料；以及，一同样偏心设置的出口31，它用于排放所形成的混合燃料。用于水和低氮空气的箱室开孔25朝向底部与螺纹孔51相通。
正如以下要详细说明的那样，所放入的燃料料会与超声波振荡器7的至少一个即朝内的有效区域7i相接触。此外，最佳的是，也可以同样地使用超声波振荡器7的朝外的有效区域7a，该区域可按同样的方式产生振荡。为此，还将向外凸出的罩盖27固定在容器1的外侧，因此，在罩盖27与相应的超声波振荡器7之间会形成一个外部箱室29，可以通过未示出的管线将要供给箱室9的如燃料、水或低氮空气等提供给上述外部箱室。
在图2中，可以看到其中插入有超声波振荡器7的外部侧壁3和阳极33。阳极33带有多个朝向离开阳极中心开口35方向的指状件45。由绝缘材料构成的四个支承件19将阳极33固定在箱室9内，而四个支承件则固定在箱室9的角上，阳极33固定在支承件19的槽形凹口内。
图3显示了一部分分解喷嘴55，该喷嘴通过上部螺纹部分57旋拧在图1所示的螺纹孔51内。部分分解喷嘴55基本上包括三部分，即：一外部镍套，它构成了阴极61；一绝缘环75；以及，一栓状镀铂的阳极71。阴极61具有一下部圆柱形部分59和一螺纹部分57，并且，该阴极还具有一居中的内部通孔63以及径向的空气入口65和与通孔63相通的径向入水口67。绝缘环75连同设置在该绝缘环内部的栓状阳极71被压入内部通孔63的一部分内，而通孔63则延伸进下部圆柱形部分59。阳极71朝向螺纹部分57逐步地变窄。阴极61和阳极71通过导线与第二直流电源77相连。
以下根据附图详细说明用于生产混合燃料的设备的操作方式。将诸如柴油或诸如菜油等由有机物制成的油之类的液体燃料通过箱室开孔21填加进箱室9。在这种连接关系中，不必象迄今为止通常要对燃料进行处理那样去替换从植物原料中所获得的油酯。所放入的燃料会流向以较高圆周速度旋转的涡空部件13并流过开孔17，然后径向向外地高速流向超声波振荡器7。在涡空部件13的边缘处会产生所谓的涡空现象，从而使放入的燃料分裂，即：燃料高度分解，因此，燃料中所包含的长碳氢链分裂成短碳氢链。同箱室内有氧、氢、OH和H2O2的原子团的情况一样，超声波振荡器7在箱室9内产生的超声波振荡还会使碳氢链进一步分裂。
如果使用外部箱室29，则燃料会在流进箱室9之前流经外部箱室29。在每个外部箱室29中，朝外的有效区域7a所产生的超声波振荡已经使得某些碳氢链发生了分裂，从而使燃料在外部箱室29内产生部分的先期分解。与朝外的有效区域7a相接触的燃料还会使在操作过程中变热的超声波振荡器7冷却。当然，也可以在以后将箱室9内产生的混合燃料填加进外部箱室29，或者，通过将水放入外部箱室29以便在把水放进箱室9之前使水部分地分解。此外，可以设想出箱室9的实施例，在该实施例中，超声波振荡器7可以自由地振荡并且燃料可在该振荡器的两侧流动；或者，也可以设想出其它的实施例，其中，一部分燃料可经由未示出的管线进入外部箱室并到达超声波振荡器7的朝外有效区域7a(利用所供给的燃料的良好电绝缘性质可以改善振荡器的效率和功能)，而另一部分燃料则直接填加给箱室9。填加给箱室9的水的比例约为30％至50％摩尔或者按燃料数量的体积计最多为95％。
在箱室9的外侧设置有一压缩机48，它对空气进行压缩并通过一未示出的积层式沸石座将空气置于例如为2.5巴的高压下。在吸收空气中氮气的积层式沸石座中，氧的比例会增加到60％至92％。通过被设计成相应尺寸的毛细管的进气管50，可以将高氧低氮的空气供给箱室9。使压缩机48与图1所示的设备成整体具有这样的优点，即：可根据转速从开始时就增加或减少所传输的空气量。按能够驱动涡空部件13和压缩机48转轴的方式来设置一未示出的旋转驱动装置。
此后，低氮空气和水几乎在把燃料放入箱室9的同时经由径向进气孔65和径向入水孔67分别流进部分分解喷嘴55。加载有直流电的阴极61和阳极71以电解的方式将水至少部分地主要分解成氧、氢、H2O2和氧原子团、氢原子团以及H2O2原子团。由未经分解的水、氧、氢、H2O2以及它们的原子团所构成的最终混合物会经由用于空气和水的箱室开孔25及内部通孔63流进箱室9。
利用下述手段将所放入的未分解的水分解成氧、氢、H2O2以及它们的原子团：
a)由涡空部件13所引起的涡空；
b)由超声波振荡器7所产生的超声波振荡；
c)箱室9内的其它电解法。
涡空部件13承担着若干项工作：它帮助长碳氢链分裂成短碳氢链。涡空部件使水部分地分解并且如以下要详细说明的那样使出现在使水分解过程中的产物弥散于燃料，因此，可以形成均匀的混合燃料。由于涡空部件13并不绝缘于设计成阴极的上部外壁4，所以，涡空部件13自身也起阴极的作用，因此，电解期间在涡空部件13处可以观察到显著增加的氧分解。在本发明的设备以及本发明的方法中，所产生的氧要多于使分裂后的碳氢链饱和所需的氧。多余的氧会使混合燃料中存在有化学氧化物，而化学氧化物则又会在以后混合燃料燃烧的过程中引起不希望有的反应。应避免上述情况，这是因为，涡空部件13会使得所产生的氧弥散，即所产生的氧会包含在瞬间的燃料泡内。超声波振荡又会同其它事件一道使微小的氧气泡在燃料内弥散，而燃料的体积有显著的减少，因而，会形成一种基质，该基质包括带有短碳氢链的燃料薄膜以及嵌在所述燃料薄膜中的氧气泡和氢气泡。最后，由于存在有开孔17，所以，旋转的涡空部件13会在箱室9内所产生的超声波扫描区中起一调制器的作用，该调制器会改变由超声波振荡器7所产生的超声波振荡的频率。
由一电解装置在箱室9内进行电解，该电解装置基本上包括阳极33和外壁4与5以及起阴极作用的涡空部件13。经由箱室开孔25流入的水会流经阳极33的中间开口35并且在大多数情况下会进一步向上流经涡空部件13上的开孔17，在该开孔处，涡空部件13会使水向外旋转。在所放入的水及燃料中，还可以在涡空部件13的边缘处检测到涡空现象，涡空现象表现为微小的涡空气泡。很快内爆从而形成高压和高温的微小涡空气泡又会使水分解并使碳氢链分裂。尽管在没有电解装置的情况下水和燃料也可能分解并在箱室9内弥散，但是，通过使用电解装置可以形成较多数量的原子团，而原子团则又会有助于使碳氢链在短时间内分裂。在使碳氢链分裂的过程中，起决定性作用的是：氢、氧或OH原子团可接合于分裂后的碳氢链，从而使得分裂后的碳氢链保持稳定并且不会重新接合成更长的碳氢链。电解装置可以显著地增加所形成的原子团的数量，所以，几乎不再会出现分裂后的碳氢链重新接合的现象。
前述箱室内的所有物理和化学现象均会形成一种混合燃料，它具有泡沫状的粘稠性。在这种混合燃料中，所放入并且分解的水以及所放入的空气会恰如其分地扩散进燃料，因此，氧和氢会溶入燃料。氢分子和氧分子会因涡空及超声波振荡而以非常少的数量嵌在油滴内，也就是说，这些氢分子和氧分子被一层薄油膜所包围，这层薄油膜会阻止氢分子和氧分子在氢氧气反应过程中重新接合或者重新化合成水。按这种方式形成的混合燃料会经由出孔31流进一燃料箱或直接流至燃烧室，在那里，混合燃料基本上无污染地燃烧。总地来说，只出现有水和氧，而几乎没有CO2出现。在所述设备的样机中，没有检测到污染物。在所述的燃烧过程中没有更多的未燃烧的碳氢化合物出现，这是因为，碳氢链非常短，而且，已经有非常多的氧溶入了燃料。此外，在混合燃料的燃烧过程中，还会在氢分子与氧分子之间产生氢氧气反应。氢氧气反应会提高整个混合燃料的热量输出，这种热量输出非常高，因而，对燃烧过程来说，只需要通常在其它情况下碳氢化合物供给量的1/10左右。
通过利用电解装置和部分分解喷嘴对水所进行的部分电解分解，可以在很短的时间内分解大量的水并形成原子团。在有催化剂存在的情况下通过进行电解可以进一步增加水的分解和原子团的形成。在附图所示的设备中，电极和涡空部件13本身均由催化材料制成，也就是说，阳极上镀有铂，阴极由镍构成。
但是，电极也可以由最好位于碳化硅基层上的导电陶瓷构成，并且，这样的结构是最佳的。催化材料的外表面越大，催化效果就越好。通过将催化材料以凝块的方式喷涂到导电陶瓷上或者喷涂到金属基底的材料上，还可以显著地增加所说的外表面。
业已证明，如果将不同的催化材料喷涂到相同的电极上，催化效果会非常好。在所示的设备中，从镧、锇、稀土元素以及过渡金属中选定催化材料。
所说的催化剂还会使所有的电极接收较低的电流，在使用了催化剂时，所有的电极均具有较小的表面。
在一个实施例中，100ml的液体燃料中溶有240ml的高氧低氮空气。
所形成的混合燃料具有这样的浓度，即：按体积计至多95％的水以及按体积计至多5％的油(按摩尔比来说，空气中油：氧为1∶5)。本发明人业已测定，按这种方法可以生产出一种可燃的油—水—氧混合物，该混合物按体积计包括多达95％的水。
所说的燃料可以是呈气体的碳氢化合物，如甲烷、丙烷、丁烷或类似的物质，它们可以溶于混合燃料的水中，或者，所说的燃料也可以是诸如碳黑或煤粉之类的单质碳，在后一种情况下，空气中碳与氧的摩尔比至少为1∶8。在前一种情况下，可在箱室9内形成基本上无污染物的混合气体。
除矿物油以外，也可以将诸如菜油、葵花籽油、豆油、桉树油、蓖麻油、鲸油等生物油用作油。
还可以考虑用乙醇、甲烷、丁烷或类似物质或者使用乙醚。