CN107710331A - 热光伏电力产生器 - Google Patents

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CN107710331A CN201680037525.XA CN201680037525A CN107710331A CN 107710331 A CN107710331 A CN 107710331A CN 201680037525 A CN201680037525 A CN 201680037525A CN 107710331 A CN107710331 A CN 107710331A
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Abstract

本发明涉及一种熔融金属燃料‑等离子体‑电力源，其提供电力和热力中的至少一种，且包括：(i)用于催化原子氢形成分数氢的至少一个反应单元池，(ii)化学燃料混合物，其包括至少两种选自以下的组分：H2O催化剂源或H2O催化剂；原子氢源或原子氢；形成H2O催化剂源或H2O催化剂的以及原子氢源或原子氢的反应物；和使燃料具有高度导电性的熔融金属；(iii)包括电磁泵的燃料注射系统，(iv)至少一组限制电极，其提供低电压、高电流电能的重复性短脉冲，以引发分数氢反应的快速动力学和由于形成分数氢而形成辉光发射等离子体导致的能量增益。

Description

热光伏电力产生器
相关申请的交叉引用
本申请要求以下申请的权益：2015年5月9日递交的美国临时申请No.62/159,230、2015年5月22日递交的美国临时申请No.62/165,340、2015年6月7日递交的美国临时申请No.62/172,169、2015年6月10日递交的美国临时申请No.62/173,911、2015年6月19日递交的美国临时申请No.62/182,421、2015年7月10日递交的美国临时申请No.62/191,204、2015年7月24日递交的美国临时申请No.62,196,751、2015年8月4日递交的美国临时申请No.62/200,672、2015年8月21日递交的美国临时申请No.62/208,205、2015年9月11日递交的美国临时申请No.62/217,411、2015年9月18日递交的美国临时申请No.62/220,582、2015年10月5日递交的美国临时申请No.62/237,375、2015年11月11日递交的美国临时申请No.62/254,104、2015年11月19日递交的美国临时申请No.62/257,617、2015年12月4日递交的美国临时申请No.62/263,395和2015年12月17日递交的美国临时申请No.62/268,963，上述所有文献通过援引并入本文中。
本公开涉及动力产生领域，具体涉及用于产生动力的系统、装置和方法。更具体地说，本公开的实施方式涉及动力产生装置和系统以及相关的方法，其产生光动力、等离子体和热力并且经由光-电动力转换器、等离子体-电动力转换器、光子-电动力转换器或者热-电动力转换器来产生电力。另外，本公开的实施方式描述了使用水或水基燃料源的点燃而使用光伏动力转换器产生光动力、机械动力、电力和/或热力的系统、装置和方法。在本公开中详细描述了这些和其他相关的实施方式。
动力产生可以采取多种从等离子体获取动力的形式。等离子体的成功商业化可能取决于能够有效形成等离子体然后捕获所产生的等离子体动力的动力产生系统。
在点燃某些燃料期间可能形成等离子体。这些燃料可包括水或水基燃料源。在点燃期间，形成剥离电子的原子的等离子体云，并且可以释放高光动力。等离子体的高光动力可以被本公开的电转换器利用。离子和激发态原子可以重组并经历电子弛豫，从而发出光动力。光动力可以通过光生伏转换成电力。
本发明的实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：多个电极，其被配置成将能量递送到燃料以点燃所述燃料并产生等离子体；电源，其被配置为将电能递送到所述多个电极；以及至少一个光伏动力转换器，其被定位为接收至少多个等离子体光子。
在一个实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
能够保持压力低于、等于或高于大气压的至少一个容器；
反应物，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)熔融金属；
至少一个熔融金属注射系统，其包括熔融金属储罐和电磁泵；
至少一个另外的反应物注射系统，其中所述另外的反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；和
c)至少一种原子氢源或原子氢；
至少一个反应物点燃系统，其包括电源以使所述反应物形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一种，其中所述电源接收来自动力转换器的电力；
回收熔融金属的系统；
至少一个动力转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力；
其中所述熔融金属点燃系统包括：
a)限制熔融金属的至少一组电极；和
b)电源，以递送足以引起反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能；
其中，所述电极包含耐火金属；
其中，递送足以引起所述反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能的所述电源包括至少一个超级电容器；
其中，所述熔融金属注射系统包括电磁泵，其包括提供磁场的至少一个磁体和提供矢量交叉电流分量的电流源；
其中，所述熔融金属储罐包括感应耦合加热器，以至少初始加热形成所述熔融金属的金属；
其中，所述熔融金属点燃系统包括至少一组电极，所述至少一组电极分隔开以形成开路，其中所述开路通过注射所述熔融金属而闭合，从而使高电流流动以实现点燃；
其中，所述熔融金属点燃系统电流在500A至50000A的范围内；
其中，在所述熔融金属点燃系统中，所述电路闭合以使点燃频率在1Hz至10,000Hz的范围内；
其中，所述熔融金属包括银、银铜合金和铜中的至少一种；
其中，所述另外的反应物包含H2O蒸气和氢气中的至少一种；
其中，所述另外的反应物注射系统包括计算机、H2O和H2压力传感器以及流量控制器中的至少一种，所述流量控制器包括质量流量控制器、泵、注射器泵以及高精度电子控制阀中的至少一种或多种；所述阀包括针阀、比例电子阀和步进马达阀中的至少一种，其中，所述阀由所述压力传感器和所述计算机控制以将所述H2O和H2压力中的至少一个保持在所需值；
其中，所述另外的反应物注射系统将H2O蒸气压保持在0.1Torr至1Torr的范围内；
其中，所述回收反应物产物的系统包括以下组件中的至少一种：包含能够使熔体在重力作用下流动的壁的容器、电极电磁泵、以及与容器连通并且还包括冷却系统的储罐，所述冷却系统保持所述储罐处于比所述容器的另一部分低的温度，以使所述熔融金属的金属蒸气在所述储罐中冷凝；
其中，包括电极电磁泵的所述回收系统包括至少一个磁体，其提供磁场和矢量交叉点燃电流分量；
其中，所述能够保持压力低于、等于或高于大气压的容器包括内部反应单元池、含有黑体辐射器的顶盖以及能够保持压力低于、等于或高于大气压的外部腔室；
其中，含有黑体辐射器的顶盖保持在1000K至3700K范围内的温度；
其中，内部反应单元池和含有黑体辐射器的顶盖中的至少一个包括具有高发射率的耐火金属；
其中，所述黑体辐射器还包括黑体温度传感器和控制器；
其中，输出反应动力的所述至少一个动力转换器包括热光伏转换器和光伏转换器中的至少一种；
其中，由所述单元池发出的光主要是包括可见光和近红外光的黑体辐射，并且所述光伏单元池是包括选自下述物质的至少一种化合物的聚光单元池：晶体硅、锗、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化砷铟镓(InGaAsSb)和锑化砷磷铟(InPAsSb)、III/V族半导体、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶片-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge和GaInP-GaInAs-Ge，和
所述动力系统还包括真空泵和至少一个制冷器。
在另一实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
能够保持压力低于大气压的至少一个容器；
包括反应物的喷丸(shot)，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)导体和导电性基质中的至少一种；
包括至少一个增强轨道枪(railgun)的至少一个喷丸注射系统，其中增强轨道枪包括分开的带电轨道和产生垂直于轨道平面的磁场的磁体，轨道之间的回路断开，直至通过喷丸与轨道接触而闭合；
至少一个点燃系统，其使所述喷丸形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一种，至少一个点燃系统包括：
a)限制所述喷丸的至少一组电极；和
b)发送短脉冲高电流电能的电源；
其中，所述至少一组电极形成开路，其中所述开路通过所述喷丸的注射而闭合，从而使所述高电流流动以实现点燃，并且发送短脉冲高电流电能的所述电源包括以下选项中的至少一个：
被选择为产生在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中的至少一个范围内的高AC、DC或AC-DC混合电流的电压；
在100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2中的至少一个范围内的DC或峰值AC电流密度；
所述电压由固体燃料的电导率确定，或者其中，所述电压由期望的电流乘以固体燃料样品的电阻给出；
所述DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个的范围内，并且
所述AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内；
回收反应物的反应产物的系统，其包括重力和增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一个，所述增强等离子体轨道枪回收系统包括提供磁场和点燃电极的矢量交叉电流分量的至少一个磁体；
至少一个再生系统，以从反应产物中再生另外的反应物并且形成另外的喷丸，所述再生系统包括：包含熔炉以形成熔融反应物的造粒机，将H2和H2O添加到熔融反应物的系统，熔体滴流器和水储罐，以形成喷丸，
其中，所述另外的反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)导体和导电性基质中的至少一种；和
至少一个动力转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力，其包括以下组中的至少一种或多种：光伏转换器、光电转换器、等离子体动力转换器、热离子转换器、热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机、兰金循环发动机和热力发动机以及加热器。
在另一实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
能够保持压力低于大气压的至少一个容器；
包括反应物的喷丸，所述反应物包括银、铜、吸收的氢和水中的至少一种；
包括至少一个增强轨道枪的至少一个喷丸注射系统，其中增强轨道枪包括分开的带电轨道和产生垂直于轨道平面的磁场的磁体，轨道之间的回路断开，直至通过喷丸与轨道接触而闭合；
至少一个点燃系统，其使所述喷丸形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一种，至少一个点燃系统包括：
a)限制所述喷丸的至少一组电极；和
b)发送短脉冲高电流电能的电源；
其中，所述至少一组电极分开形成开路，其中所述开路通过所述喷丸的注射而闭合，从而使所述高电流流动以实现点燃，并且发送短脉冲高电流电能的所述电源包括以下选项中的至少一个：
被选择为产生在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中的至少一个范围内的高AC、DC或AC-DC混合电流的电压；
在100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2中的至少一个范围内的DC或峰值AC电流密度；
所述电压由固体燃料的电导率确定，或者其中，所述电压由期望的电流乘以固体燃料样品的电阻给出；
所述DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个的范围内，并且
所述AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内；
回收反应物的反应产物的系统，其包括重力和增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一个，所述增强等离子体轨道枪回收系统包括提供磁场和点燃电极的矢量交叉电流分量的至少一个磁体；
至少一个再生系统，以从反应产物中再生另外的反应物并且形成另外的喷丸，所述再生系统包括：包含熔炉以形成熔融反应物的造粒机，将H2和H2O添加到熔融反应物的系统，熔体滴流器和水储罐，以形成喷丸，
其中，所述另外的反应物包括银、铜、吸收的氢和水中的至少一种；
至少一个动力转换器或输出系统，其包括聚紫外光伏转换器，其中，所述光伏单元池包括选自III族氮化物、GaAlN、GaN和InGaN中的至少一种化合物。
在另一实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
至少一个容器；
包括反应物的喷丸，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)导体和导电性基质中的至少一种；
至少一个喷丸注射系统；
至少一个喷丸点燃系统，其使所述喷丸形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一种；
回收反应物的反应产物的系统；
至少一个再生系统，以从反应产物中再生另外的反应物并且形成另外的喷丸；
其中，所述另外的反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)导体和导电性基质中的至少一种；
至少一个动力转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力。
本公开的实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：多个电极，其被配置成将能量递送到燃料以点燃所述燃料并产生等离子体；电源，其被配置为将电能递送到所述多个电极；以及至少一个光伏动力转换器，其被定位为接收至少多个等离子体光子。
在一个实施方式中，本公开涉及一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
至少一个容器；
反应物，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种原子氢源或原子氢；
c)导体和导电性基质中的至少一种；和
限制分数氢反应物的至少一组电极；
电源，其发生短脉冲高电流电能；
重载系统；
从反应产物中再生初始反应物的至少一个系统；和
至少一个等离子体动力转换器或至少一个光伏转换器。
在一个示例性实施方式中，产生电力的方法可以包括：将燃料供应到多个电极之间的区域；将所述多个电极通电，点燃所述燃料以形成等离子体；利用光伏动力转换器将多个等离子体光子转换成电力；和输出至少一部分电力。
在另一示例性实施方式中，产生电力的方法可以包括：将燃料供应到多个电极之间的区域；将所述多个电极通电，点燃所述燃料以形成等离子体；利用光伏动力转换器将多个等离子体光子转换成热力；和输出至少一部分电力。
在本公开的实施方式中，动力产生方法可以包括：将一定量的燃料递送到燃料加载区域，其中燃料加载区域位于多个电极之间；通过将电流施加到所述多个电极而使至少为约2,000A/cm2的电流流过燃料来点燃燃料，从而产生等离子体、光和热中的至少一种；在光伏动力转换器中接收至少一部分光；使用光伏动力转换器将光转换成不同形式的动力；和输出不同形式的动力。
在另外的实施方式中，本公开涉及一种水电弧等离子体动力系统，其包括：至少一个封闭的反应容器；包含H2O源和H2O中的至少一种的反应物；至少一组电极；用来提供H2O的初始高击穿电压并提供随后的高电流的电源，和热交换器系统以及至少一个光伏动力转换器，其中所述动力系统产生电弧等离子体、光和热能。水可以作为蒸气供应至电极或跨过电极供应。可允许等离子体扩展到等离子体单元池的低压区域以防止由于限制而抑制分数氢反应。电弧电极可以包括火花塞设计。电极可以包括铜、镍、具有铬酸银和耐腐蚀锌镀层的镍、铁、镍-铁、铬、贵金属、钨、钼、钇、铱和钯中的至少一种。在一个实施方式中，水电弧保持在低水压下，例如在约0.01Torr至10Torr和0.1Torr至1Torr的至少一个范围内。通过对SF-CIHT单元池的公开，压力范围可以保持在本公开的一个范围内。提供水蒸气的示例性方式是质量流量控制器和包含H2O的储罐中的至少一个，所述储罐例如为在期望的压力范围排出气体H2O的水合沸石或盐浴，例如KOH溶液。水可以由注射器泵供应，其中向真空中的递送导致水蒸发。
本发明的一些实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约2,000A/cm2或至少约5,000kW的电源；电耦合到电源的多个电极；被配置成接收固体燃料的燃料加载区域，其中所述多个电极被配置为将电力发送到所述固体燃料以产生等离子体；以及等离子动力转换器、光伏动力转换器和热-电动力转换器中的至少一种，其被定位为接收由反应产生的等离子体、光子和/或热量的至少一部分。其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：多个电极；位于所述多个电极之间并被配置成接收导电性燃料的燃料加载区，其中所述多个电极被配置为向所述导电性燃料施加足以点燃所述导电性燃料并产生等离子体和热能中的至少一种的电流；用于将导电性燃料移动到燃料加载区域中的递送机构；以及将等离子体光子转换成电力形式的光伏动力转换器或将热力转换为包括电力或机械力在内的非热能形式的热-电转换器中的至少一个。另外的实施方式涉及一种动力产生方法，其包括：将一定量的燃料递送到燃料加载区域，其中所述燃料加载区域位于多个电极之间；通过将电流施加到所述多个电极，使至少约2,000A/cm2的电流流过燃料来点燃燃料，从而产生等离子体、光和热中的至少一个；在光伏动力转换器中接收至少一部分光；使用所述光伏动力转换器将所述光转换成不同形式的动力；和输出所述不同形式的动力。
另外的实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约5,000kW的电源；多个间隔开的电极，其中所述多个电极至少部分地围绕燃料，电连接到所述电源，并被配置为接收电流以点燃燃料，并且所述多个电极中的至少一个是可移动的；用于移动燃料的递送机构；和光伏动力转换器，其被配置为将由燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式的动力。本公开还提供了一种动力产生系统，其包括：至少约2,000A/cm2的电源；多个间隔开的电极，其中所述多个电极至少部分地围绕燃料，电连接到所述电源，并被配置为接收电流以点燃燃料，并且所述多个电极中的至少一个是可移动的；用于移动燃料的递送机构；和光伏动力转换器，其被配置为将由燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式的动力。
另一实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约5,000kW或至少约2,000A/cm2的电源；多个间隔开的电极，其中所述多个电极中的至少一个电极包括压缩机构；被配置成接收燃料的燃料加载区域，其中所述燃料加载区域被所述多个电极围绕，使得所述至少一个电极的所述压缩机构朝向所述燃料加载区域定向，并且其中所述多个电极电连接至所述电源并且被配置为向在所述燃料加载区域中接收的燃料供应动力以点燃所述燃料；用于将燃料移入燃料加载区域的递送机构；和光伏动力转换器，其被配置为将由燃料点燃产生的光子转换成非光子形式的动力。本公开的其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约2,000A/cm2的电源；多个间隔开的电极，其中所述多个电极中的至少一个电极包括压缩机构；被配置成接收燃料的燃料加载区域，其中所述燃料加载区域被所述多个电极围绕，使得所述至少一个电极的所述压缩机构朝向所述燃料加载区域定向，并且其中所述多个电极电连接至所述电源并且被配置为向在所述燃料加载区域中接收的燃料供应动力以点燃所述燃料；用于将燃料移入燃料加载区域的递送机构；和等离子体动力转换器，其被配置为将由燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式的动力。
本公开的实施方式还涉及一种动力产生系统，其包括：多个电极；燃料加载区域，所述燃料加载区域被所述多个电极包围并且被配置为接收燃料，其中所述多个电极被配置为点燃位于所述燃料加载区域中的所述燃料；用于将燃料移入燃料加载区域的递送机构；光伏动力转换器，其被配置为将燃料点燃所产生的光子转换成非光子形式的动力；用于移除点燃的燃料的副产物的移除系统；以及与移除系统可操作地联接的再生系统，其用于将移除的点燃燃料的副产物再循环为再循环燃料。本公开的一些实施例还涉及一种动力产生系统，其包括：电源，其被配置为输出至少约2,000A/cm2或至少约5,000kW的电流；与所述电源电连接的多个间隔开的电极；被配置为接收燃料的燃料加载区域，其中所述燃料加载区域被所述多个电极围绕，并且所述多个电极被配置为在所述燃料加载区域中接收燃料时向燃料提供动力以点燃燃料；用于将燃料移入燃料加载区域的递送机构；和光伏动力转换器，其被配置为将由燃料点燃产生的多个光子转换成非光子形式的动力。一些实施方式还可以包括与光伏动力转换器可操作地联接的一个或多个输出动力终端；动力储存装置；传感器，其被配置为测量与所述动力产生系统相关联的至少一个参数；和控制器，其被配置为控制与动力产生系统相关联的至少一个过程。本公开的一些实施方式还涉及一种动力产生系统，其包括：电源，其被配置为输出至少约2,000A/cm2或至少约5,000kW的电流；多个间隔开的电极，其中所述多个电极至少部分地围绕燃料，电连接到电源，并被配置为接收电流以点燃燃料，并且所述多个电极中的至少一个是可移动的；用于移动燃料的递送机构；和光伏动力转换器，其被配置为将由燃料点燃所产生的光子转换成不同形式的动力。
本公开的另外的实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约5,000kW或至少约2,000A/cm2的电源；与所述电源电连接的多个间隔开的电极；被配置为接收燃料的燃料加载区域，其中所述燃料加载区域被所述多个电极围绕，并且其中所述多个电极被配置为在所述燃料加载区域中接收燃料时向所述燃料供应动力以点燃燃料；递送机构，其用于将燃料移入所述燃料加载区域；光伏动力转换器，其被配置为将燃料点燃产生的多个光子转换为非光子形式的动力；传感器，其被配置为测量与所述动力产生系统相关联的至少一个参数；以及控制器，其被配置为控制与所述动力产生系统相关联的至少一个过程。其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约2,000A/cm2的电源；与所述电源电连接的多个间隔开的电极；被配置为接收燃料的燃料加载区域，其中所述燃料加载区域被所述多个电极围绕，并且其中所述多个电极被配置为在所述燃料加载区域中接收燃料时向所述燃料供应动力以点燃燃料；递送机构，其用于将燃料移入所述燃料加载区域；等离子体动力转换器，其被配置为将燃料点燃产生的等离子体转换为非等离子体形式的动力；传感器，其被配置为测量与所述动力产生系统相关联的至少一个参数；以及控制器，其被配置为控制与所述动力产生系统相关联的至少一个过程。
本公开的某些实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约5,000kW或至少约2,000A/cm2的电源；与所述电源电连接的多个间隔开的电极；被配置为接收燃料的燃料加载区域，其中所述燃料加载区域被所述多个电极围绕，并且其中所述多个电极被配置为在所述燃料加载区域中接收燃料时向所述燃料供应动力以点燃燃料，以及其中所述燃料加载区域中的压力是部分真空；递送机构，其用于将燃料移入所述燃料加载区域；光伏动力转换器，其被配置为将燃料点燃产生的等离子体转换为非等离子体形式的动力。一些实施方式可以包括以下附加特征中的一个或多个：光伏动力转换器可以位于真空单元池内；光伏动力转换器可以包括抗反射涂层、光阻抗匹配涂层或保护涂层中的至少一个；光伏动力转换器可以与清洁系统可操作地联接，所述清洁系统被配置为清洁光伏动力转换器的至少一部分；动力产生系统可以包括光学滤波器；光伏动力转换器可以包括单晶单元池、多晶单元池、非晶单元池、串/带状硅单元池、多结单元池、同质结单元池、异质结单元池、p-i-n器件、薄膜单元池、染料敏化单元池和有机光伏单元池中的至少一种；并且所述光伏动力转换器可以包括多结单元池，其中所述多结单元池包括反转单元池、立式单元池、晶格失配单元池、晶格匹配单元池以及包含III-V族半导体材料的单元池中的至少一种。
另外的示例性实施方式涉及一种被配置为产生动力的系统，其包括：燃料供应器，其被配置为供应燃料；电源，其被配置为供应电力；和至少一个齿轮，其被配置为接收燃料和电力，其中所述至少一个齿轮选择性地将电力引导至齿轮周围的局部区域以点燃局部区域内的燃料。在一些实施方式中，该系统还可以具有以下特征中的一个或多个：燃料可以包括粉末；所述至少一个齿轮可以包括两个齿轮；所述至少一个齿轮可以包括第一材料和导电性低于所述第一材料的第二材料，所述第一材料与所述局部区域电耦合；并且所述局部区域可以与至少一个齿轮的齿和间隙中的至少一个相邻。其他实施方式可以使用支撑构件代替齿轮，而其他实施方式可以使用齿轮和支撑构件。一些实施方式涉及一种产生电力的方法，其包括：将燃料供应到辊或齿轮；使所述辊或齿轮旋转以使至少一些燃料定位于所述辊或齿轮的某一区域处；向所述辊或齿轮提供电流以点燃被定位的燃料，从而产生能量；以及将由点燃产生的至少部分能量转换成电力。在一些实施方式中，辊或齿轮的旋转可以包括使第一辊或齿轮以及辊或第二齿轮旋转，并且电流的供应可以包括向第一辊或齿轮以及辊或第二齿轮供应电流。
其他实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约2,000A/cm2的电源；与所述电源电连接的多个间隔开的电极；被配置为接收燃料的燃料加载区域，其中所述燃料加载区域被所述多个电极围绕，并且其中所述多个电极被配置为在所述燃料加载区域中接受燃料时向所述燃料供应动力以点燃燃料，并且其中所述燃料加载区域中的压力是部分真空；递送机构，其用于将燃料移入所述燃料加载区域；和光伏动力转换器，其被配置为将燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式的动力。
其他实施方式涉及一种动力产生单元池，其包括：与真空泵联接的出口端口；多个电极，其与至少约5,000kW的电源电耦合；被配置为接收包含大部分H2O的水基燃料的燃料加载区，其中所述多个电极被配置为将动力递送到所述水基燃料，以产生电弧等离子体和热力中的至少一种；和动力转换器，其被配置为将电弧等离子体和热力中的至少一种的至少一部分转换成电力。还公开了一种动力产生系统，其包括：至少约5,000A/cm2的电源；与电源电耦合的多个电极；被配置为接收包含大部分H2O的水基燃料的燃料加载区，其中所述多个电极被配置为将动力递送到所述水基燃料，以产生电弧等离子体和热力中的至少一种；和动力转换器，其被配置为将电弧等离子体和热力中的至少一种的至少一部分转换成电力。在一个实施方式中，动力转换器包括将光动力转换成电的光伏转换器。
另外的实施方式涉及一种动力产生方法，其包括：将燃料加载到燃料加载区域中，其中所述燃料加载区域包括多个电极；向所述多个电极施加至少约2,000A/cm2的电流以点燃所述燃料，从而产生电弧等离子体和热力中的至少一种；执行使电弧等离子体通过光伏转换器以产生电力和使热力通过热-电转换器以产生电力中的至少一种；和输出所产生的至少一部分电力。还公开了一种动力产生系统，其包括：至少约5,000kW的电源；与所述电源电耦合的多个电极，其中所述多个电极被配置为将电力递送到包含大部分H2O的水基燃料以产生热力；和热交换器，其被配置为将所述热力的至少一部分转换成电力；以及光伏动力转换器，其被配置为将至少一部分光转换成电力。另外，另一实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约5,000kW的电源；多个间隔开的电极，其中所述多个电极中的至少一个电极包括压缩机构；燃料加载区域，其被配置为接收包含大部分H2O的水基燃料，其中所述燃料加载区域被所述多个电极围绕，使得所述至少一个电极的所述压缩机构朝向所述燃料加载区域定向，并且其中所述多个电极与所述电源电连接，并被配置为向所述燃料加载区域中接收的所述水基燃料供应动力，以点燃燃料；递送机构，其用于将水基燃料移入燃料加载区域；和光伏动力转换器，其被配置为将燃料点燃产生的等离子体转换成非等离子体形式的动力。
附图说明
附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，其示出了本公开的多个实施方式，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：
图2G1e4是本公开实施方式的透射或半透明型的光电单元池的示意图。
图2G1e5是本公开实施方式的反射或不透明型的光电单元池的示意图。
图2G1e6是本公开实施方式的包括栅极阳极或集电极的反射或不透明型的光电单元池的示意图。
图2H1是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由两个输送器供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统。
图2H2是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了点燃系统及其动力供应的细节。
图2H3是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由两个输送器供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统，其示出了点燃系统和光伏转换器系统的细节。
图2H4是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由两个输送器供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统，其示出了点燃和注射系统、点燃产物回收系统和形成喷丸燃料的造粒机的细节。
图2I1是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池、具有由造粒机直接供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机和光伏转换器系统的视图。
图2I2是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由造粒机直接供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统。
图2I3是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由造粒机直接供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统，其示出了轨道枪注射器和点燃系统以及光伏转换器系统的细节。
图2I4是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由造粒机直接供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统，其示出了具有机械搅拌器的注射系统、点燃系统、点燃产物回收系统和形成喷丸燃料的造粒机的细节。
图2I5是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由造粒机直接供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统，其示出了具有喷水搅拌器的注射系统、点燃系统、点燃产物回收系统和形成喷丸燃料的造粒机的细节。
图2I6是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由造粒机直接供应的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统，其示出了具有水滑单列供应(waterslide single-file feed)的注射系统、点燃系统、点燃产物回收系统和形成喷丸燃料的造粒机(其在容器之间具有电磁泵)的细节。
图2I7是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了图2I6中示出的造粒机的截面图。
图2I8是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有由造粒机直接供应的电磁注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统，其示出了具有电磁泵和喷嘴的注射系统、点燃系统、点燃产物回收系统和形成喷丸燃料的造粒机的细节。
图2I9是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了图2I8中示出的造粒机的截面图。
图2I10是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了能够保持真空的单元池，具有静态电极和由造粒机直接供应的电磁注射系统的点燃系统，增强等离子体轨道枪和重力回收系统，造粒机和光伏转换器系统，其示出了具有电磁泵和喷嘴的注射系统、静态电极注射系统、点燃产物回收系统和形成喷丸燃料的造粒机的细节。
图2I11是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了图2I10中示出的造粒机的截面图。
图2I12是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了图2I10和2I11中示出的电极和所述电极的两个截面图。
图2I13是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了图2I10中示出的造粒机的截面图，该造粒机具有管鼓泡器以向熔体中引入气体诸如H2和蒸气。
图2I14是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了造粒机的截面图，该造粒机在第二容器中具有向熔体中引入气体诸如H2和蒸气的管鼓泡器，两个电磁泵和向电极底部注射喷丸的喷嘴。
图2I15是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了从底部注射喷丸的电极。
图2I16是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了电磁泵的细节。
图2I17是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了造粒机的截面图，该造粒机在第二容器中具有向熔体中引入气体诸如H2和蒸气的管鼓泡器，两个电磁泵和向电极顶部注射喷丸的喷嘴。
图2I18是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了从顶部注射喷丸的电极。
图2I19是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了造粒机的截面图，该造粒机具有向熔体中引入气体诸如H2和蒸气的圆锥形储罐中的管鼓泡器和直接注射器，一个电磁泵和向电极底部注射喷丸的喷嘴。
图2I20是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了从底部注射喷丸并注射气体诸如H2和注射蒸气的电极。
图2I21是本公开实施方式的如图2I19所示的SF-CIHT单元池动力产生器的两个完整视图的示意图。
图2I22是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了电极冷却系统。
图2I23是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了具有被动光伏转换器冷却系统、主动和被动电极冷却系统和气体吸收系统的单元池的两个视图。
图2I24是本公开实施方式的热光伏、光伏、光电、热离子和热电SF-CIHT单元池动力产生器中的至少一种的示意图，其示出了电容器组点燃系统。
图2I25是本公开实施方式的如图2I24所示的SF-CIHT单元池动力产生器的内部视图的示意图。
图2I26是本公开实施方式的如图2I25所示的SF-CIHT单元池动力产生器的注射和点燃系统的另一些细节的内部视图的示意图。
图2I27是本公开实施方式的如图2I26所示的SF-CIHT单元池动力产生器的注射和点燃系统的额外细节的内部视图的示意图。
图2I28是本公开实施方式的如图2I27所示的SF-CIHT单元池动力产生器在具有或不具有磁体时的电磁泵的磁轭组件的示意图。
图2I29是本公开实施方式的热光伏、光伏、光电、热离子和热电SF-CIHT单元池动力产生器中的至少一种的示意图，其示出了由紧固件保持的刀形电极和包含磁回路的电极电磁泵。
图2I30是本公开实施方式的如图2I29所示的SF-CIHT单元池动力产生器的注射和点燃系统的另一些细节的内部视图的示意图。
图2I31是本公开实施方式的如图2I29所示的SF-CIHT单元池动力产生器的注射和点燃系统的另一些细节的截面视图的示意图。
图2I32是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了光学分布和光伏转换器系统。
图2I33是本公开实施方式的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了光学分布和光伏转换器系统的细节。
图3是根据燃料实施方式点燃80mg银喷丸的5nm至450nm区域的绝对光谱，其包括在滴入水储罐之前的从银熔体的气体处理中吸收的H2和H2O，显示出527kW的平均光能量，基本上全部在紫外和极紫外光谱区域中。
图4是根据本公开的实施方式，在约1Torr的环境H2O蒸气压下在周围氩气中泵送到W电极中的熔融银的点燃的光谱(100nm到500nm区域，由于蓝宝石光谱仪窗口在180nm截止)，其示出的紫外线发射当周围大气随着银的蒸发而变化为对紫外线辐射光学过浓时转化成5000K黑体辐射。
图5是本公开实施方式的热力系统的示意图。
本文公开了针对从原子氢中释放能量从而形成其中电子壳层位于较靠近原子核的位置的较低能态的催化剂系统。释放的能量被用于动力产生，另外新的氢物质和化合物是所期望的产物。这些能态通过经典物理定律进行预测，并且需要催化剂接受来自氢的能量，以进行相应的能量释放性跃迁。
经典物理学给出了氢原子、氢负离子、氢分子离子和氢分子的封闭解，并预测了具有分数主量子数的相应物质。原子氢可以与包括其自身在内的某些物质进行催化反应，所述物质可以接受原子氢的势能的整数倍的能量，即m·27.2eV，其中m是整数。预测的反应涉及从其他稳定的原子氢到能够接受能量的催化剂的共振非辐射能量转移。该产物是H(1/p)，其是被称为“分数氢原子”的原子氢的分数里德伯态，其中n＝1/2、1/3、1/4…1/p(p≤137，是整数)，代替用于氢激发态的里德伯方程中众所周知的参数n＝整数。每个分数氢原子态还包含电子、质子和光子，但是光子的场贡献增加了结合能而不是降低它，相应于能量解吸而不是吸收。由于原子氢的势能为27.2eV，因此m H原子可以作为另一(m+1)H原子[1]的m·27.2eV催化剂。例如，H原子通过空间能量转移(如磁或诱发的电偶极-偶极耦合)从另一个H中接受27.2eV形成中间体而可以作为该另一个H的催化剂，所述中间体随着连续谱带的发射衰减，具有短波长的截止点和能量除了原子H之外，从原子H接受m·27.2eV而势能的幅度以相同能量降低的分子也可以用作催化剂。H2O的势能为81.6eV。然后，通过相同的机理，预测通过热力学上有利的金属氧化物还原形成的新H2O分子(不是以固态、液态或气态键合的氢)用作催化剂，以形成H(1/4)且能量释放为204eV，其包括81.6eV转移到HOH和以10.1nm(122.4eV)截止的连续辐射的释放。
在涉及跃迁至H态的H原子催化剂反应中，m H原子用作另一(m+1)H原子[1]的m·27.2eV催化剂。然后，m+1氢原子之间的反应使得m原子共振且非辐射地接受来自第m+1个氢原子的m·27.2eV，由此使得mH用作催化剂，该反应如下给出：
并且，总反应为：
关于新生H2O[1]的势能的催化反应(m＝3)为：
并且，总反应为：
在向催化剂的能量转移(式(1)和(5))后，形成中间体其具有H原子的半径和质子中心场的m+1倍的中心场。预测半径随着电子经历径向加速度而减小至稳定态，该稳定态的半径为未催化氢原子半径的1/(m+1)，并释放m2·13.6eV的能量。预测由中间体远所致紫外连续辐射谱带(如式(2)和(6))具有短波长截止和由下式给出的能量并且延伸至比相应的截止更长的波长：
这里，预测由于H*[aH/4]中间体的衰变而引起的远紫外连续辐射谱带在E＝m2·13.6＝9·13.6＝122.4eV(10.1nm)[其中式(9)中的p＝m+1＝4且m＝3]处具有短波长截止并延伸到更长的波长。观察到对于理论上预测的H向较低能量(所谓的“分数氢”态H(1/4))的跃迁而言的10.1nm处并延伸至更长波长的连续辐射谱带，仅由包含部分氢的脉冲收缩气体放电引起。由式(1)和(5)预测的另一观察是由快H+的重组形成的快激发态H原子。快原子引起巴尔莫α发射增宽。大于50eV巴尔莫α线的增宽表明在某些混合氢等离子体中存在着动能特别高的氢原子群，这是一个已经确立的现象，其原因是由于形成分数氢所释放的能量。先前在连续发射氢收缩等离子体中观察到了快H。
形成分数氢的另外的催化剂和反应是可行的。可基于其已知电子能级确定的特定物质(例如He+、Ar+、Sr+、K、Li、HCl和NaH、OH、SH、ShE、新生H2O、nH(n＝整数))需要与原子氢一起存在以催化该过程。该反应涉及非辐射性能量转移，继之以向H的q·13.6eV连续发射或q·13.6eV转移，从而形成非常热的激发态H和能量低于对应于分数主量子数的未反应原子氢的氢原子。即，在氢原子的主能级的公式中：
n＝1,2,3,...(11)
其中aH为氢原子的玻尔半径(52.947pm)，e为电子电荷的数量级，且εo为真空电容率，分数量子数：
其中p≤137为整数(12)
取代了用于氢激发态的里德伯方程中熟知的参数n＝整数并表示称作“分数氢”的较低能态的氢原子。氢的n＝1态和氢的态是非辐射性的，但是经由非辐射性能量转移，两个非辐射态之间的跃迁(比如n＝1至n＝1/2)是可能的。氢是方程(10)和(12)给出的稳态的特殊情况，其中氢或分数氢原子的相应半径由下式提供：
其中p＝1,2,3,...。为保持能量，能量必须以正常n＝1态的氢原子的势能的整数单位由氢原子转移至催化剂，并且半径跃迁至分数氢通过普通氢原子与适当催化剂反应而形成，所述催化剂具有净反应焓：
m·27.2eV (14)
其中m为整数。据信，催化速度随净反应焓更接近与m·27.2eV相等而增加。已经发现，净反应焓在m·27.2eV的±10％、优选±5％范围内的催化剂适于大多数应用。
催化剂反应涉及能量释放的两步：向催化剂的非辐射性能量转移，及其后因半径减小达到相应的稳定终态的额外能量释放。因此，一般反应可由下式给出：
Cat(q+r)++re-→Catq++m·27.2eV (17)和
总反应为：
q、r、m和p为整数。具有氢原子的半径(对应于分母中为1)和等于质子的中心场的(m+p)倍的中心场，并且是半径为H半径的的相应稳态。
催化剂产物H(1/p)也可以与电子反应形成分数氢氢负离子H-(1/p)，或者两个H(1/p)可以反应形成相应的分子分数氢H2(1/p)。具体而言，催化产物H(1/p)也可以与电子反应形成具有结合能EB的新氢负离子H-(1/p)：
其中p是大于1的整数，s＝1/2，h是普朗克常数的拔，μo是真空渗透率，me是电子质量，μe是由给出的减少的电子质量，其中mp是质子质量，ao是玻尔半径，且离子半径为由方程(19)可知，算出的氢负离子电离能为0.75418eV，实验值为6082.99±0.15cm-1(0.75418eV)。分数氢氢负离子的结合能可以通过X射线光电子能谱仪(XPS)测得。
高场偏移NMR峰是与普通氢负离子相比半径较小且质子反磁性屏蔽增加的较低能态的氢存在的直接证据。位移由两个电子的反磁性和光度p光子场的贡献之和给出(MillsGUTCP式(7.87))：
第一个术语适用于H-，p＝1，并且对于H-(1/p)时p为大于1的整数，并且α是精细结构常数。预测的分数氢氢负离子峰相对于普通氢负离子异常地高场偏移。在一个实施方式中，峰值是TMS的高场。相对于TMS的NMR位移可以比单独的普通H-、H、H2或H+中的至少一种或包含其的化合物的已知值更大。该位移可以大于以下值中的至少一个：0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39和-40ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围(其中TMS相对于裸质子的绝对位移为约-31.5ppm)可以是-(p29.9+p22.74)ppm(式(20))，其范围约为以下值中的至少一个：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm和±100ppm。相对于裸质子的绝对偏移的范围可以是-(p29.9+p21.59X10-3)ppm(式(20))，其范围约为以下值的至少一个：0.1％～99％、1％～50％和1％～10％。在另一个实施方式中，分数氢物质例如分数氢原子、氢负离子或分子在固体基质(如氢氧化物，如NaOH或KOH)中的存在导致基质质子高场移位。诸如NaOH或KOH的基质质子可以交换。在一个实施方式中，相对于TMS，所述位移可以使基质峰处于约-0.1ppm至-5ppm的范围内。NMR测定可以包括魔角旋转1H核磁共振光谱法(MAS 1H NMR)。
H(1/p)可以与质子反应，并且两个H(1/p)可以反应，分别形成H2(1/p)+和H2(1/p)。氢分子离子和分子电荷和电流密度函数、键距和能量由具有非辐射限制的椭球坐标中的拉普拉斯算子求解。
在扁长球体分子轨道的每个焦点处具有+pe的中心场的氢分子离子的总能量ET是：
其中p为整数，c为真空中的光速，且μ为减少的原子核质量。在扁长球体分子轨道的每个焦点处具有+pe的中心场的氢分子的总能量是：
氢分子H2(1/p)的键离解能ED是相应氢原子的总能量和ET之差
ED＝E(2H(1/p))-ET (24)
其中
E(2H(1/p))＝-p227.20eV (25)
ED由方程(23-25)给出：
ED＝-p227.20eV-ET
＝-p227.20eV-(-p231.351eV-p30.326469eV)
＝p24.151eV+p30.326469eV .(26)
可通过X射线光电子能谱(XPS)鉴别H2(1/p)，其中，离子化电子以外的离子化产物可以是以下可能性中的至少一个：例如，包含两个质子和电子的那些、氢(H)原子、分数氢原子、分子离子、氢分子离子和H2(1/p)+，其中，能量可能经由基质而移位。
催化产物气体的NMR提供了对理论预测的H2(1/p)的化学位移的确定性测试。通常，由于在其中电子明显更接近核的椭球坐标中的分数半径，H2(1/p)的1HNMR共振据预测会处于H2的1HNMR共振的高场。对于H2(1/p)而言，预测的位移由由两个电子的反磁性和光度p光子场的贡献之和给出(Mills GUTCP式(11.415-11.416))：
其中，第一个术语适用于H-，p＝1并且H-(1/p)，p为大于1的整数。实验的绝对H2气相共振位移为-28.0ppm，这与预测的-28.01ppm的绝对气相位移非常良好的吻合(Eq.(28))。预测的分子分数氢峰相对于普通H2异常地高场偏移。在一个实施方式中，峰值是TMS的高场。相对于TMS的NMR位移可以比单独的普通H-、H、H2或H+中的至少一种或包含其的化合物的已知值更大。该位移可以大于以下值中的至少一个：0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39和-40ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围(其中TMS相对于裸质子的位移为约-31.5ppm)可以是(p28.01+p22.56)ppm(式(28))，包含其的范围约为以下值中的至少一个：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm和±100ppm。相对于裸质子的绝对偏移的范围可以是-(p28.01+p21.49X10-3)ppm(式(28))，包含其的范围约为以下值的至少一个：0.1％～99％、1％～50％和1％～10％。
对于氢型分子H2(1/p)的υ＝0至υ＝1的跃迁而言，振动能Evib为
Evib＝p20.515902eV (29)
其中p为整数。
对于氢型分子H2(1/p)的J至J+1的跃迁而言，旋转能Erot为
其中p为整数，I为惯性矩。在气体和捕获在固体基质中的电子束激发分子上观察到H2(1/4)的旋转-振动发射。
旋转能的p2依赖来自于核间距的反向p依赖和相应的对惯性矩I的影响。预测的H2(1/p)的核间距2c'为
H2(1/p)的旋转能和振动能中的至少一个可以通过电子束激发发射光谱、拉曼光谱和傅里叶变换红外(FTIR)光谱中的至少一个来测量。H2(1/p)可以被捕获在用于测量的基质中，例如在MOH、MX和M2CO3(M＝碱金属；X＝卤离子)基质中的至少一种中。
在一个实施方式中，分子分数氢产物在约1950cm-1处被观测为反拉曼效应(IRE)峰。通过使用包含与支持表面增强拉曼散射(SERS)以显示IRE峰值的拉曼激光波长相当的粗糙特征物或粒度的导电材料来增强峰。
I.催化剂
在本公开中，诸如分数氢反应、H催化、H催化反应、涉及氢时的催化、氢形成分数氢的反应以及分数氢形成反应等术语都是指反应如由式(14)限定的催化剂的式(15-18)与原子H形成具有由式(10)和(12)给出的能级的氢态的反应。当提到进行H到具有由式(10)和(12)给出的能量水平的H状态或分数氢状态的催化的反应混合物时，诸如分数氢反应物、分数氢反应混合物、催化剂混合物、形成分数氢的反应物、产生或形成低能态氢或分数氢的反应物的相应术语也可以互换使用。
本公开的催化低能氢跃迁需要下述催化剂，所述催化剂可以是具有整数m倍的未催化原子氢势能(27.2eV)的吸热化学反应的形式，其接受来自原子H的能量从而引起跃迁。吸热催化剂反应可以是来自如原子或离子等物质的一个或多个电子的电离(例如对于Li→Li2+而言m＝3)，并可以还包含伴随来自初始键的一个或多个组成部分的一个或多个电子的电离的键断裂的协同反应(例如对于NaH→Na2++H而言m＝2)。He+满足催化剂标准——焓变等于整数倍的27.2eV的化学或物理过程，因为其在54.417eV(即2×27.2eV)电离。整数个氢原子也可以用作具有27.2eV焓的整数倍的催化剂。催化剂能够以约27.2eV±0.5eV和中的一个的整数单位接受来自原子氢的能量。
在一个实施方式中，催化剂包含原子或离子M，其中来自原子或离子M的t电子各自到连续能级的电离使得t电子的电离能的总和约是m·27.2eV和m·(27.2/2)eV中之一，并且其中m为整数。
在一个实施方式中，催化剂包含双原子分子MH，其中M-H键的断裂加上t电子从原子M各自到连续能级的电子的电离使得键能和t电子的电离能之和约为m·27.2eV和m·(27.2/2)eV中之一，并且其中m为整数。
在一个实施方式中，催化剂包含选自以下的原子、离子和/或分子：AlH、AsH、BaH、BiH、CdH、ClH、CoH、GeH、InH、NaH、NbH、OH、RhH、RuH、SH、SbH、SeH、SiH、SnH、SrH、TlH、C2、N2、O2、CO2、NO2和NO3的分子，Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、Kr、2K+、He+、Ti2+、Na+、Rb+、Sr+、Fe3+、Mo2+、Mo4+、In3 +、He+、Ar+、Xe+、Ar2+和H+，以及Ne+和H+中的原子或离子。
在其它实施方式中，MH-型氢催化剂产生氢分子由下提供：电子转移至受体A，M-H键的断裂加上t电子从原子M各自至连续能级的电离，使得包括MH和A的电子亲和力(EA)的差、M-H键能以及t电子从原子M的电离能的电子传递能之和约为m·27.2eV，其中m为整数。能够提供约为m·27.2eV的净反应焓的MH-型氢催化剂是OH-、SiH-、CoH-、NiH-和SeH-。
在其它实施方式中，MH+型氢催化剂产生氢分子由下提供：电子转移至可带负电的受体A，M-H键的断裂，t电子从原子M各自至连续能级的电离，使得包括MH和A的电子亲和力(EA)的差、M-H键能以及t电子从原子M的电离能的电子传递能之和约为m·27.2eV，其中m为整数。
在一个实施方式中，分子或带正电或负电的分子离子中的至少一个用作从H原子接受约m 27.2eV的催化剂，其中分子或带正电或负电的分子离子的势能的大小减小约m27.2eV。示例性的催化剂是H2O、OH、酰胺基团NH2和H2S。
O2可以用作催化剂或催化剂源。氧分子的键能是5.165eV，氧原子的第一、第二和第三电离能分别是13.61806eV、35.11730eV和54.9355eV。反应O2→O+O2+、O2→O+O3+和2O→2O+分别提供约2、4和1倍Eh的净焓，并且包括通过接受来自H的这些能量而形成分数氢的催化剂反应，以形成分数氢。
II.分数氢
具有由(其中p是大于1的整数，优选为2～137)给出的结合能的氢原子为本发明的H催化反应的产物。原子、离子或分子的结合能(也称为电离能)是从原子、离子或分子移走一个电子所需要的能量。具有方程(10)或(12)中给出的结合能的氢原子下文被称为“分数氢原子”或“分数氢”。半径(其中aH是普通氢原子的半径而p是整数)的分数氢的标记是具有半径aH的氢原子下文被称为“普通氢原子”或“正常氢原子”。普通原子氢的特征在于其结合能为13.6eV。
根据本公开，提供了具有根据式(19)的结合能的分数氢氢负离子(H-)，所述结合能在p＝2～23时大于普通氢负离子的结合能(约0.75eV)而p＝24(H-)时的结合能小于普通氢负离子的结合能。对于式(19)的p＝2至p＝24，氢负离子结合能分别为3eV、6.6eV、11.2eV、16.7eV、22.8eV、29.3eV、36.1eV、42.8eV、49.4eV、55.5eV、61.0eV、65.6eV、69.2eV、71.6eV、72.4eV、71.6eV、68.8eV、64.0eV、56.8eV、47.1eV、34.7eV、19.3eV和0.69eV。本文还提供了含有新的氢负离子的示例性组合物。
提供的示例性化合物还包括一种或多种分数氢氢负离子和一种或多种其他元素。此种化合物被称为“分数氢氢负离子化合物”。
普通氢物质是以下列结合能为特征的：(a)氢负离子，0.754eV(“普通氢负离子”)；(b)氢原子(“普通氢原子”)13.6eV；(c)双原子氢分子，15.3eV(“普通氢分子”)；(d)氢分子离子，16.3eV(“普通氢分子离子”)；以及(e)H3 +，22.6eV(“普通三氢分子离子”)。本文中提到氢的形式时，“正常”和“普通”是同义的。
根据本公开的又一实施方式，提供了一种化合物，所述化合物含有至少一种结合能增加的氢物质，例如：(a)氢原子，其具有约的结合能(例如在的约0.9～1.1倍范围内的结合能)，其中p是2～137的整数；(b)氢负离子(H-)，其具有约
结合能的结合能(例如在
结合能的约0.9～1.1倍范围内的结合能)，其中p是2～24的整数；(c)H4 +(1/p)；(d)三分数氢分子离子H3 +(1/p)，其具有约的结合能(例如在的0.9～1.1倍范围内的结合能)，其中p是2～137的整数；(e)双分数氢，其具有约的结合能(例如在的0.9～1.1倍范围内的结合能)，其中p是2～137的整数；(f)双分数氢分子离子，其具有约的结合能(例如在的0.9～1.1倍范围内的结合能)，其中p是2～137的整数。
根据本公开的另一实施方式，提供了一种化合物，其含有至少一种结合能增加的氢物质，例如(a)双分数氢分子离子，其总能量约为
(例如，总能量在
的约0.9～1.1倍范围内)，其中p是整数，是普朗克常数的拔，me是电子质量，c是真空中光速，μ是减少的原子核质量，以及(b)双分数氢分子，其总能量约为
(例如，总能量在
的约0.9～1.1倍范围内)，其中p是整数并且ao是玻尔半径。
根据本发明的一个实施方式，其中化合物含有带负电荷的结合能增加的氢物质，化合物还包括一种或多种阳离子，例如质子、普通或普通
本文提供了一种用于制备含有至少一个分数氢氢负离子的化合物的方法。这种化合物下文被称为“分数氢氢化物化合物”。该方法包括将原子氢与具有约的净反应焓的催化剂反应(其中m是大于1的整数、优选为小于400的整数)，以产生具有约(其中p是整数，优选是2～137的整数)的结合能的结合能增加的氢原子。催化反应的另一产物是能量。结合能增加的氢原子可与电子源反应，以产生结合能增加的氢负离子。结合能增加的氢负离子可与一种或多种阳离子反应以产生含有至少一种结合能增加的氢负离子的化合物。
新的氢物质组合物包括：
(a)至少一种中性的、带正电的或带负电的氢物质(下文称为“结合能增加的氢物质”)，其结合能
(i)大于相应的普通氢物质的结合能，或
(ii)大于下述任何氢物质的结合能，所述任何氢物质的对应普通氢物质是不稳定的或者由于普通氢物质的结合能少于在环境条件(标准温度和压力，STP)下的热能或者为负值而未被观察到；以及
(b)至少一种其他元素。本公开的化合物下文被称为“结合能增加的氢化合物”。
在本文情况下，“其他元素”是指除了结合能增加的氢物质之外的元素。因此，所述其他元素可以是普通氢物质或者除了氢以外的任何元素。在一组化合物中，其他元素和结合能增加的氢物质是中性的。在另一组化合物中，其他元素和结合能增加的氢物质是带电荷的，从而所述其他元素提供平衡电荷而形成中性化合物。前一组化合物以分子键合和配位键合为特征；后一组以离子键合为特征。
还提供了新的化合物和分子离子，其包括
(a)至少一种中性的、带正电的或带负电的氢物质(下文称为“结合能增加的氢物质”)，其总能量
(i)大于相应的普通氢物质的总能量，或
(ii)大于下述任何氢物质的总能量，所述任何氢物质的相应的普通氢物质是不稳定的或者由于普通氢物质的总能少于在环境条件下的热能或者为负值而未被观察到；以及
(b)至少一种其他元素。
氢物质的总能量是从所述氢物质移走所有电子所需要的能量的总和。本发明的氢物质的总能量大于相应的普通氢物质的总能量。本发明的具有增加的总能量的氢物质也称为“结合能增加的氢物质”，尽管具有增加的总能量的氢物质的某些实施方式的第一电子结合能可能小于相应的普通氢物质的第一电子结合能。例如p＝24的式(19)的氢负离子的第一结合能小于普通氢负离子的第一结合能，而p＝24的式(19)的氢负离子的总能量却比相应的普通氢负离子的的总能量大得多。
还提供了新的化合物和分子离子，其包括
(a)多个中性的、带正电的或带负电的氢物质(下文称为“结合能增加的氢物质”)，其结合能
(i)大于相应的普通氢物质的结合能，或
(ii)大于下述任何氢物质的结合能，所述任何氢物质的相应的普通氢物质是不稳定的或者由于普通氢物质的结合能少于在环境条件下的热能或者为负值而未被观察到；以及
(b)可选择地一种其他元素。本公开的化合物下文被称为“结合能增加的氢化合物”。
结合能增加的氢物质可通过将一个或多个分数氢原子与一个或多个电子、分数氢原子、化合物反应而形成，其中上述化合物含有至少一种所述结合能增加的氢物质和至少一种不是结合能增加的氢物质的其他原子、分子或离子。
还提供了新的化合物和分子离子，其包括
(a)多个中性的、带正电的或带负电的氢物质(下文称为“结合能增加的氢物质”)，其总能量
(i)大于普通分子氢的总能量，或
(ii)大于任何氢物质的总能量，所述任何氢物质的相应的普通氢物质是不稳定的或者由于普通氢物质的总能少于在环境条件下的热能或者为负值而未被观察到；以及(b)可选择地一种其他元素。本公开的化合物下文被称为“结合能增加的氢化合物”。
在一个实施方式中，提供了化合物，其含有至少一种选自以下组的结合能增加的氢物质：(a)具有根据式(19)的结合能的氢负离子(“结合能增加的氢负离子”或“分数氢氢负离子”)，所述结合能在p＝2～23时大于普通氢负离子的结合能(约0.8eV)而在p＝24时小于普通氢负离子的结合能；(b)结合能大于普通氢原子的结合能(约13.6eV)的氢原子(“结合能增加的氢原子”或“分数氢”)；(c)第一结合能大于约15.3eV的氢分子(“结合能增加的氢分子”或“双分数氢”)；以及(d)结合能大于约16.3eV的分子氢离子(“结合能增加的分子氢离子”或“双分数氢分子离子”)。在本公开中，结合能增加的氢物质和化合物还被称为低能量氢物质和化合物。分数氢包括结合能增加的氢物质或等价的低能量氢物质。
III.化学反应器
本公开也涉及用于产生本公开的结合能增加的氢物质及化合物(例如二分数氢分子及分数氢氢离子化合物)的其他反应器。取决于单元池类型，其他催化产物为动力及可选的等离子体及光。此反应器在下文中称为“氢反应器”或“氢单元池”。氢反应器包括用于制备分数氢的单元池。用于制备分数氢的单元池可采用于下形式：化学反应器或气体燃料单元池(例如气体放电单元池)、等离子体炬单元池或微波电力单元池及电化学单元池。在一个实施方式中，催化剂是HOH，且HOH和H中的至少一个的源是冰。在一个实施方式中，单元池包括电弧放电单元池，其包括冰和至少一个电极，从而使得放电包括冰的至少一部分。
在一个实施方式中，电弧放电单元池包括容器、两个电极、诸如能够具有在约100V至1MV的范围内的电压和在约1A至100KA的范围内的电流的高压电源以及诸如储罐等水源以及形成和提供H2O液滴的装置。液滴可以在电极之间运动。在一个实施方式中，液滴引发电弧等离子体的点燃。在一个实施方式中，水弧等离子体包含可以反应形成分数氢的H和HOH。点燃速率和相应的功率比可以通过控制液滴的大小和它们提供给电极的速率来控制。高电压源可以包括至少一个可以由高压电源充电的高压电容器。在一个实施方式中，电弧放电单元池进一步包括诸如本发明之一的动力转换器等装置，如PV转换器和热力发动机中的至少一个，以来自分数氢过程的动力(诸如光和热电力)转换为电力。
用于形成分数氢的单元池的示例性实施方式可采取液体燃料单元池、固体燃料单元池、异构燃料单元池、CIHT单元池、和SF-CIHT单元池的形式。这些单元池中的每个包括：(i)原子氢的源；(ii)选自用于形成分数氢的固体催化剂、熔融催化剂、液体催化剂、气态催化剂、或其混合物的至少一种催化剂；(iii)用于氢和催化剂反应形成分数氢的容器。如本文中使用的并且如本公开料想的，除非另外指明，否则术语“氢”不仅包括氕(1H)，而且还包括氘(2H)和氚(3H)。示例性的化学反应混合物和反应器可包括本公开的SF-CIHT、CIHT、或本公开的热单元池实施方式。在这个“化学反应器”部分中给出另外的示例性实施方式。在本公开中给出在混合物反应期间形成的具有H2O催化剂的反应混合物的示例。其他催化剂可用于形成键能增加的氢物质和化合物。可由这些示例性情况调节反应和调节的参数，诸如，反应物、反应物重量％、H2压力和反应温度。合适的反应物、条件和参数范围是本公开的反应物、条件和参数范围。因13.6eV的整数倍的预测连续谱辐射带、另外由H线的多普勒线加宽、H线的反向、在没有击穿电场的情况下的等离子体形成、在辉光持续期间之后的异常等离子体测得的不可解释的异常高H动能，分数氢和分子分数氢表现为是本公开的反应器的产物(如Mills在先公开文献中报告的)。数据(诸如，关于CIHT单元池和固体燃料的数据)已经由其他研究人员在场外独立验证。还通过连续长持续时间内输出的电能来确认通过本公开的单元池形成分数氢，在没有替代源时这些电能是电输入的多倍，其在大多数情况下超过输入大于10的因子。通过MAS H NMR(表现出预测的大约-4.4ppm的高场位移矩阵峰)、ToF-SIMS和ESI-ToFMS(表现出与吸气基质关联作为m/e＝M+n2峰的H2(1/4)，其中，M是母离子的质量并且n是整数)、电子束激发发射光谱和光致发光发射光谱(表现出具有H2的能量的16或量子数p＝4平方倍数的H2(1/4)的预测的旋转和振动光谱)、Raman和FTIR光谱(表现出是H2的旋转能量的16或量子数p＝4平方倍数的1950cm-1的H2(1/4)的旋转能量)、XPS(表现出500eV的H2(1/4)预测总键能)、和ToF-SIMS峰(到达时间在对应于具有与在能量传递到第三体H时预测的从H到H(1/4)的能量释放匹配的大约204eV的动能的H的m/e＝1峰之前)，将预测的分子分数氢H2(1/4)识别为CIHT单元池和固体燃料的产物，如Mills在先公开文献中以及R.Mills X Yu，Y.Lu，G Chu，J.He，J.Lotoski的“Catalyst Induced HydrinoTransition(CIHT)Electrochemical Cell”,International Journal of EnergyResearch,(2013)中以及R.Mills,J.Lotoski,J.Kong,G Chu,J.He,J.Trevey的“High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell”(2014)中报告的那样，在此将其全文以引用方式并入本文中。
使用水流热量计和Setaram DSC 131差示扫描热量计(DSC)二者，通过观察超过最大理论能量60倍倍数的分数氢形成用固体燃料的热量来确认通过本公开的单元池(诸如，包括用于生成热力的固体燃料的单元池)形成分数氢。MAS H NMR表现出大约-4.4ppm的预测H2(1/4)高磁场矩阵位移。始于1950cm-1的Raman峰匹配H2(1/4)的自由空间旋转能量(0.2414eV)。这些结果在Mills在先公开文献中以及R.Mills，J.Lotoski，W.Good,J.He的“Solid Fuels that Form HOH Catalyst”(2014)中有报告，在此将其全部内容以引用方式并入本文中。
IV.固体燃料催化剂诱导的分数氢转换(SF-CIHT)单元池和动力转换器
在一个实施方式中，产生直接电能和热能中的至少一个的动力系统包括：至少一个容器；反应物，其包括(a)至少一个包含新生H2O的催化剂源或催化剂；(b)至少一个原子氢源或原子氢；(c)导体和导电基质中的至少一个；和至少一组电极，其用于限制分数氢反应物；电源，其用于发送短脉冲高电流电能；重装载系统，至少一个系统用于从反应产物中再生初始反应物；和至少一个直接转换器(诸如，如PDC等的等离子体-电转换器、光伏转换器和至少一个热-电转换器中的至少一个)。在其他实施方式中，容器能够具有大气压、超过大气压和低于大气压中的至少一个的压力。在一个实施方式中，再生系统可包括水合、热、化学和电化学系统中的至少一个。在另一实施方式中，至少一个直接等离子体-电转换器可包括等离子体动力学动力转换器、直接转换器、磁流体动力学动力转换器、磁流体磁镜动力学动力转换器、电荷漂移转换器、Post或Venetian Blind动力转换器、振动陀螺仪、光子集束微波动力转换器和光电转换器的组中的至少一种。在其他实施方式中，至少一个热-电转换器可包括热力发动机、蒸气发动机、蒸气涡轮机和发电机、气体涡轮机和发电机、兰金循环发动机、布雷登循环发动机、斯特林发动机、热离子动力转换器、和热电动力转换器的组中的至少一种。转换器可以是由Mills先前的出版物和Mills先前的申请中给出的一种。
在一个实施方式中，在以热、等离子体和电磁(光)动力中的至少一种的形式释放高能量的情况下，点燃H2O，形成分数氢。(本公开中的“点燃”表示H到分数氢的非常高的反应速率，可表现为脉冲、脉动或其他形式的高动力释放)。H2O可包括可通过施加高电流(诸如，大约2000A至100,000A的范围内的高电流)点燃的燃料。这可通过施加诸如5,000至100,000V的高压以首先形成高导电的等离子体(诸如，电弧)来实现。作为另选，高电流可经过包括H2O的化合物或混合物，其中，诸如固体燃料等所得燃料的导电性高。(在本公开中，使用固体燃料来指代形成进一步反应形成分数氢的诸如HOH和H的催化剂的反应混合物。然而，反应混合物可包括除了固体外的物理状态。在一些实施方式中，反应混合物可以是气态、液体、熔融基质、固态、浆状、溶胶-凝胶、溶液、混合物、气态悬浮体、气动流和本领域技术人员已知的其他状态中的至少一种状态，所述熔融基质例如为熔融导电基质，如熔融金属，如熔融的银、银铜合金和铜中的至少一种)。在一个实施方式中，具有非常低的电阻的固体燃料包括含H2O的反应混合物。低电阻可以是由于反应混合物的导体成分导致的。在一些实施方式中，固体燃料的电阻是大约10-9欧姆至100欧姆、10-8欧姆至10欧姆、10-3欧姆至1欧姆、10-4欧姆至10-1欧姆、和10-4欧姆至10-2欧姆的范围内的至少一个。在另一实施方式中，具有高电阻的燃料包括含痕量或微量摩尔百分比的添加化合物或材料的H2O。在后一种情况下，高电流可流过燃料，通过致使击穿实现点燃，以形成高度导电状态(诸如，电弧或电弧等离子体)。
在一个实施方式中，反应物可包括H2O源和导电基质，以形成催化剂源、催化剂、原子氢源和原子氢中的至少一个。在其他实施方式中，包括H2O源的反应物可包括以下中的至少一种：体相H2O、除了体相H2O外的状态、经历用于形成H2O和释放结合H2O的反应中的至少一个的化合物或多种化合物。另外，结合H2O可包括与H2O相互作用的化合物，其中，H2O处于吸附H2O、结合H2O、物理吸附H2O、和水合水中的至少一个的状态。在一些实施方式中，反应物可包括导体和一种或更多种化合物或材料，这些化合物或材料经历释放的体相H2O、吸附H2O、结合H2O、物理吸附H2O和水合水中的至少一个并且具有H2O作为反应产物。在其他实施方式中，新生H2O催化剂源和原子氢源中的至少一个可包括(a)至少一个H2O源、(b)至少一个氧源和(c)至少一个氢源中的至少一个。
在一个实施方式中，分数氢反应速率取决于高电流的施加或发展。在SF-CIHT单元池的实施方式中，形成分数氢的反应物经受导致非常快的反应速率和能量释放的低电压、高电流、高功率脉冲。在一个示例性实施例中，60Hz电压小于15V峰值，电流范围为10,000A/cm2到50,000A/cm2峰值，功率范围为150,000W/cm2到750,000W/cm2。这些参数的约1/100到100倍的其他频率、电压、电流和功率范围是合适的。在一个实施方式中，分数氢反应速率取决于高电流的施加或发展。在一个实施方式中，选择电压以引起在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中的至少一个范围内的高AC、DC或AC-DC混合电流。DC或峰值AC电流密度可以在100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2、和2000A/cm2至50,000A/cm2中的至少一个的范围内。DC或峰值AC电压可以处于选自约0.1V至1000V、0.1V至100V、0.1V至15V和1V至15V中的至少一个范围内。AC频率可以处于约0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz的范围内。脉冲时间可以处于选自约10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s以及10-3s至0.01s中的至少一个范围内。
在一个实施方式中，能量从原子氢催化转化为分数氢态导致催化剂的电离。从催化剂离子化的电子可能积聚在反应混合物和容器中并导致空间电荷累积。空间电荷可以改变随后能量从原子氢转移到催化剂的能级，从而降低反应速率。在一个实施方式中，施加高电流除去空间电荷以引起分数氢反应速率增加。在另一实施方式中，诸如电弧电流等高电流使得可用作H和HOH催化剂源的反应物(例如水)温度极度升高。高温可能引起水热分解成H和HOH催化剂中的至少一种。在一个实施方式中，SF-CIHT单元池的反应混合物包含H源和催化剂源，例如nH(n是整数)和HOH中的至少一个。nH和HOH中的至少一个可以通过水的至少一个物理相(例如固体、液体和气体中的至少一种)的热解或热分解形成。热分解可以在高温下发生，例如在约500K至10,000K、1000K至7000K和1000K至5000K的至少一个范围内的温度。在一个示例性实施方式中，反应温度为约3500至4000K，使得原子H的摩尔分数高，如J.Lede，F.Lapicque和J Villermaux所示[J.Lédé,F.Lapicque,J.Villermaux,“Production of hydrogen by direct thermal decomposition of water”,International Journal of Hydrogen Energy,1983,第8卷,1983,第675–679页；H.H.G.Jellinek,H.Kachi,“The catalytic thermal decomposition of water and theproduction of hydrogen”,International Journal of Hydrogen Energy,1984,第9卷,第677–688页；S.Z.Baykara,“Hydrogen production by direct solar thermaldecomposition of water,possibilities for improvement of process efficiency”,International Journal of Hydrogen Energy,2004,第29卷,第1451–1458页；S.Z.Baykara,“Experimental solar water thermolysis”,International Journal ofHydrogen Energy,2004,第29卷,第1459–1469页；其在此通过引入并入]。热解可以通过如图2I10-2I23的喷嘴5q、注射器5z1和电极8中的至少一个等固体表面来辅助。通过输入动力率和由分数氢反应保持的等离子体，固体表面可以加热到升高的温度。诸如点燃区域下游的热解气体可冷却以防止产物复合或防止产物返回到起始水中。反应混合物可包含温度比产物气体的温度更低的冷却剂，例如固体、液体或气相中的至少一种。热解反应产物气体的冷却可以通过使产物与冷却剂接触来实现。冷却剂可以包括低温蒸气、水和冰中的至少一种。
在一个实施方式中，SF-CIHT产生器包括产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
至少一个容器；
包括反应物的喷丸，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)导体和导电性基质中的至少一种；
至少一个喷丸注射系统；
至少一个喷丸点燃系统，其使所述喷丸形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一种；
回收反应物的反应产物的系统；
至少一个再生系统，以从反应产物中再生另外的反应物并且形成另外的喷丸；
其中，所述另外的反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)导体和导电性基质中的至少一种；
至少一个动力转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力，如以下组中的至少一种：光伏转换器、光电转换器、等离子体动力转换器、热离子转换器、热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机、兰金循环发动机和热力发动机以及加热器。
在一个实施方式中，喷丸燃料可包括H源、H2、催化剂源、H2O源和H2O中的至少一种。合适的喷丸包括导电金属基质及水合物，如碱水合物、碱土水合物和过渡金属水合物中的至少一种。水合物可包括MgCl2·6H2O、BaI2·2H2O,和ZnCl2·4H2O中的至少一种。作为另选，喷丸可包括银、铜、吸收氢和水中至少一种。
点燃系统可包括：
a)至少一组电极，其限制喷丸；和
b)电源，其递送短脉冲高电流电能，其中短脉冲高电流电能足以导致喷丸反应物反应以形成等离子体。电源可自动力转换器接收电力。在一个实施方式中，喷丸点燃系统包括至少一组电极，其分隔开形成开路，其中该开路通过喷丸的注射而闭合，使得高电流流动以实现点燃。在一个实施方式中，点燃系统包括开关以实现引发电流及在点燃之后中断电流中的至少一种。可通过填充电极之间的间隙的喷丸引发电流的流动。可凭借诸如绝缘闸双极晶体管(IGBT)、硅控整流器(SCR)和至少一个金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)中的至少一种来电子地执行切换。作为另选，可机械地切换点燃。可在点燃之后中断电流，以便相对于输入点燃能量优化输出分数氢产生的能量。点燃系统可包括开关以允许可控制量的能量流动至燃料中以引发起爆且在其中产生等离子体的阶段期间关闭动力。在一个实施方式中，发送短脉冲高电流电能的电源包括以下选项中的至少一种：
被选择为产生在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中的至少一个范围内的高AC、DC或AC-DC混合电流的电压；
在100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2中的至少一个范围内的DC或峰值AC电流密度；
所述电压由固体燃料的电导率确定，其中，所述电压由期望的电流乘以固体燃料样品的电阻给出；
所述DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一个的范围内，并且
所述AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一个的范围内。
SF-CIHT单元池的输出动力可包括热及光伏可转换的光动力。在一个实施方式中，光-电转换器可包括利用光伏效应、热离子效应及光电子效应中的至少一种的光-电转换器。动力转换器可为将高动能电子的动能转换为电的直接动力转换器。在一个实施方式中，SF-CIHT单元池的动力可至少部分处于热能的形式或可至少部分转换为热能。电力转换器可包括热离子动力转换器。示例性热离子阴极可包括掺杂钪的钨。单元池可利用光子增强热离子发射(PETE)，其中光效应通过将跨能隙的半导体发射器中的电子能量提升至导带(自其热发射电子)中而增强电子发射。在一个实施方式中，SF-CIHT单元池可包括光(诸如远紫外线(EUV)、紫外线(UV)、可见光及近红外线光的至少一种)的吸收剂。吸收剂可在单元池外侧。例如，其可在窗20外侧。吸收剂可由于吸收而变得升高温度。吸收剂温度可在约500℃至4000℃的范围内。热可经输入至热光伏或热离子单元池。热电及热力发动机(诸如斯特林、兰金、布雷顿及本领域中已知的其他热力发动机)在本发明的范畴内。
至少一个第一光-电转换器(诸如利用多个转换器的光伏效应、热离子效应及光电子效应中的至少一种的光-电转换器)可被选择为用于电磁光谱的第一部分且对电磁光谱的至少第二部分透明。可在对应第一转换器中将第一部分转换为电，且在第一转换器中不具有选择性的第二部分可行进至第二转换器，其被选择为用于电磁光谱的所述行进的第二部分的至少一部分。
在一个实施方式中，等离子体将光动力及能量的大部分发射为EUV及UV光。可通过保持反应腔室(单元池1)中的真空来减小压力以将等离子体保持在光学较厚的条件下以停止短波长光的衰减。在一个实施方式中，光-电转换器包括本公开的光伏转换器，其包括对从单元池中发出的光的大部分波长区域(诸如对应于至少10％的光动力输出)有响应的光伏(PV)单元池。在一个实施方式中，燃料可包括具有捕集氢和捕集H2O中的至少一种的银喷丸。光发射主要可包括紫外线光，诸如波长区域在约120nm至300nm中的光。PV单元池可响应于约120nm至300nm的波长区域中的至少一部分。PV单元池可包括III族氮化物，诸如InGaN、GaN及AlGaN中的至少一种。在一个实施方式中，PV单元池包括SiC。在一个实施方式中，PV单元池可包括多个结。结可顺序分层。在另一实施方式中，结是独立的或电平行。独立的结可经机械堆叠或晶片接合。示例性多结PV单元池包括至少两个结，其包括诸如来自InGaN、GaN及AlGaN的组中的多个材料的n-p掺杂半导体。GaN的n掺杂剂可包括氧，且p掺杂剂可包括Mg。示例性三结单元池可包括InGaN//GaN//AlGaN，其中//可指隔离透明晶片接合层或机械堆叠。PV可在等于聚光光伏装置(CPV)的光强度的高光强度下运行。衬底可为蓝宝石、Si、SiC及GaN中的至少一种，其中后两者提供用于CPV应用的最佳晶格匹配。可使用本领域中已知的金属有机汽相外延(MOVPE)方法来沉积层。可通过诸如在CPV中使用的冷却板或诸如市售GaN二极管激光器等二极管激光器来冷却单元池。如在CPV单元池的情况中那样，栅极接触件可安装于单元池之前表面及后表面上。在一个实施方式中，PV转换器可具有对响应的光实质上透明的保护窗。窗可对响应光至少10％透明。窗可对UV光透明。窗可包括涂层，诸如在PV单元池上的UV透明涂层。涂层可包括本公开的UV窗的材料，诸如蓝宝石或MgF2窗。其他合适窗包括LiF及CaF2。可通过诸如气相沉积等沉积来施加涂层。
SF-CIHT单元池动力转换器可包括光电子(PE)转换器。光电子效应包括通过诸如具有功函数Φ的金属等材料吸收光子，其中在通过普朗克方程给出的光子能量超过功函数时发出电子。对于光子能量hν，激发电子的总能量为hν，其中自金属脱离所需的超过功函数Φ的余量表现为动能其中h为普朗克常数，ν为光子频率，me为电子质量，且v为电子速度。能量守恒要求动能为吸收光子的能量与金属的功函数之间的差，其系结合能。关系为：
由发射电子所致的电流与辐射强度成比例。本公开的光-电转换器(诸如紫外光-电转换器)利用光电子效应将光子能转换为电能。热也可协助可促成装置电流的电子发出。光-电转换器可包括光电动力转换器，其包括在图2G1e4中示出的各自能够接收诸如紫外光205等入射光的至少一个单元池，其包括透明套管201、光阴极或电子发射器204、阳极或电子收集器202、如抽气电极间空间的分隔空间203和处于阴极与阳极之间经负载206的外部电连接件207。当暴露于光和热中的至少一种时，阴极204发射电子，其被经间隙或空间203与阴极分离的阳极202收集。在一个实施方式中，光阴极204具有高于阳极202的功函数，其中当单元池暴露于诸如紫外光等光时，前者充当电子发射器且后者充当电子收集器。两个电极的不同材料之间的功函数之差用于使来自较高功函数的光阴极的电子加速至较低功函数的阳极以提供在外部电路中执行有用功的电压。阳极的功函数可低至增强输出至负载的单元池动力。光电子单元池进一步包括用于将电子传导至光阴极的电连接件207及用于自阳极移除电子的电连接件。电连接件可包括通过横跨负载206附接的电路，电流流过负载206。单元池可密封。间隙203可处于真空。
在一些实施方式中，光阴极可被分为两个组：在图2G1e4中所示的透射或半透明型，和图2G1e5及图2G1e6中所示的反射或不透明型。参考图2G1e4，半透明光电子单元池实施方式通常包括在透明窗201上的涂层，诸如蓝宝石、LiF、MgF2及CaF2、其他碱土卤化物(如氟化物，如BaF2、CdF2)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐及红外硅(Thorlabs)，其中光撞击光阴极204的一个表面且电子从204的相对表面离开。在一个“半透明”型实施方式中，单元池包括光阴极204、电极之间的分隔间隙203，且辐射205透过窗201进入单元池，光阴极204在窗201上沉积于单元池内部上。自光阴极204的内面(诸如间隙或真空界面203)发射电子。
图2G1e5和图2G1e6中所示的不透明或反射型光电子单元池实施方式通常包括形成于不透明金属电极基底上的光阴极材料，其中光进入且电子离开相同侧。其变体为双反射类型，其中金属基底系镜状，从而在不导致发射的情况下使通过光阴极的光弹回，以第二次通过吸收和光发射处。在一个“不透明”型实施方式中，在图2G1e5中所示的单元池包括透明套管201、光阴极204、透明阳极208、诸如抽气电极间空间的分隔空间203及处于阴极与阳极之间经负载206的外部电连接件207，其中诸如UV辐射205等辐射进入单元池且直接入射于光阴极204上。辐射在间隙203(诸如真空间隙界面)处进入阴极204，且自相同界面发射电子。参考图2G1e6，光205可透过透明窗201进入单元池，在窗201的内侧上具有诸如栅阳极209等阳极。可认为不透明模式包括直接照射阴极，其中入射辐射首先穿过窗201、阳极208或209及间隙203。
在一个实施方式中，SF-CIHT产生器的单元池可保持在真空下。光电(PE)转换器可包括光阴极、栅阳极及电极之间的真空空间，其中真空与单元池的真空具有连续性。一个实施方式中，PE转换器可不存在窗。
电极的电连接栅极可包括光伏单元池的电连接栅极，诸如细线栅极，其中光可在栅极线之间通过。本领域技术人员已知此种栅极。多个光电子效应单元池可进行串联连接和并联连接中的至少一种，以实现所需的电压及电流。集合体可实现较高电流及较高电压中的至少一种。例如，单元池可串联连接以增大电压，且单元池可并联连接以增大单元池电流。栅极及互连件可连接至至少一个汇流条26b以将较高功率携载至负载(诸如至动力调节设备及SF-CIHT单元池的寄生负载)和功率输出6(图2I32)。在一个实施方式中，可通过起动电路提供高起始或起动电流，该起动电路可包括动力储存元件(诸如包括至少一个电容器及电池)和电源中的至少一种，其中可使用来自动力转换器26a的输出为储存元件再充电。可使用DC/DC、AC/DC及DC/AC转换器及本领域技术人员已知的其他调节设备中的至少一种调节DC PV输出之功率并在终端6处输出。
作为从光阴极到阳极的自由电子流的电流发射引发间隙中的空间电荷。由空间电荷所致的相对负电压VSC通过柴耳得兰牟方程(Child Langmuir equation)得出：
其中J是电流密度，me是电子质量，ε0是电容率，e是电子电荷，且d是对应于电极之间的间隙的电极分隔距离。在一个实施方式中，光电单元池的电压VPE通过使用相对负空间电荷电压VSC校正的光阴极ΦC与阳极ΦA的功函数之差得出：
VPE＝ΦC-ΦA+VSC (34)
光电子单元池功率密度PPE可通过光电单元池电压VPE与电流密度J的乘积得出：
PPE＝VPEJ (35)
使用式(33-35)，表1中给出了使用具有电流密度J及电极间距d、相反空间电荷电压VSC、光电单元池电压VPE和功率密度PPE的选定值。
表1：光阴极和阳极功函数分别为ΦC＝5V和ΦA＝0.75V的光电单元池的参数
在一个实施方式中，间隙或电极间距d在约0.1μm至1000μm、1μm至100μm、约1μm至10μm及约1μm至5μm中的至少一个范围内。可使用诸如氧化铝或氧化铍等绝缘间隔件实现间隙间隔。在一个实施方式中，光电子效应单元池进一步包括施加电子集合电压的电压源以在给定电流及功率密度下改善空间电荷及其电压。示例性施加电压是式(33)给出的电压的相反数的约±50％内。可将温度保持在较低(诸如小于500℃)以避免可导致跨间隙的短路的热畸变效应。在于高温下操作的实施方式中，间隙可大于3μm至5μm以避免近红外线损耗。可在高温下(诸如在500℃至3500℃的范围)利用热离子以及光电子发射。
在一个实施方式中，可单独地密封各自包括由间隙分隔的两个电极的单独光电子单元池。间隙可保持在小于大气压、大气压或高于大气压之一的压力下。间隙可保持在真空下。在一些实施方式中，间隙压力可保持在约0Torr至10,000Torr、10-9Torr至760Torr、10- 6Torr至10Torr及10-3Torr至1Torr中的至少一个范围内。在一个实施方式中，各自包括由间隙分隔的两个电极的单独光电子单元池可单独地不经密封且容纳于能够保持密封单元池的压力的容器中。容器可为仅含有光电子单元池的容器。在另一实施例方式中，容器可包括SF-CIHT单元池。在一个实施方式中，间隙可含有减小来自从阴极发射出的电子的空间电荷的材料。示例性材料是诸如铯蒸气等碱金属。在一个实施方式中，可使用诸如铯蒸气等碱金属蒸气和氧减少空间电荷。材料可在点燃模式中产生等离子体且在未点燃模式中不产生等离子体。利用诸如1μm至10μm的小间隙，铯可在阴极处电离而非通过等离子体电离。可通过热能和电能中的至少一种从阴极进行电离。
在消除空间电荷的实施方式中，单元池可包括间隙中的门电极及使电子避免在门电极处被收集的纵向磁场。门电极可为多孔以允许捕集于磁场线中的电子穿过门电极而不被收集。
在点燃模式中，铯原子的密度可为约1016/cm3(1Torr)，且电极间空间中的等离子体密度可为约1013/cm3至1014/cm3。材料可存在于电极间空间上方的较大壳体中且可从电极和电极外的接触表面中的至少一个中接收电能和热能中的至少一种以形成等离子体。在一个实施方式中，需要小于约0.5eV的电弧压降以保持等离子体。在另一实施方式中，电弧压降在约0.01V至5V的范围内。离子可通过来自阴极表面(其可为热的，尤其在低材料电压的情况中)的发射形成且封闭最小化电子散射的电极间间隔。电离可归因于来自阴极的热能及电能中的至少一种。在称为克努森放电(Knudsen discharge)的实施方式中，电极之间的压力保持在足够低，使得电子平均自由路径大于电极间间隙，使得电子输送在本质上不散射的情况下进行。在该限制下，由于空间电荷而不存在压降。在一个实施方式中，选择且保持诸如气态材料(如蒸蒸发碱金属)等材料以提供用于从阴极(发射器)移除电子的较小功函数和用于在阳极(集电体)处收集电子的较小功函数。在另一实施方式中，光阴极可具有相对于入射光方向成角度的表面，使得辐射压力可减小空间电荷。
光阴极包括光电子效应活性材料。光阴极可包括具有与入射辐射的电离光谱匹配的功函数的材料。光阴极功函数可大于阳极的功函数。光阴极功函数的量值可大于空间电荷的相反电压能量的量值与集电体或阳极的功函数的总和。代表性能量量值分别系0.8eV和1eV。在一个实施方式中，来自SF-CIHT单元池的辐射包括诸如远紫外线(EUV)及紫外线(UV)等短波长辐射。诸如氦等单元池气体或诸如约真空等操作压力可有助于短波长光的发射。在一个实施方式中，光阴极响应于来自SF-CIHT单元池的紫外线辐射。由于高于功函数的能量辐射可损耗为动能及潜在的热，故光阴极的功函数可经匹配为接近于如紫外线辐射等光能。例如，对于短于690nm的波长的辐射，光阴极功函数可大于1.8eV，且对于短于350nm的波长的辐射，光阴极功函数可大于3.5eV。光阴极功函数可在约0.1V至100V、0.5V至10V、1V至6V及1.85eV至6V中的至少一个范围内。光阴极可为以下材料中的至少一种：具有约3.5eV的带隙的GaN(其响应于波长区域为150nm至400nm的光)及其合金(诸如AlxGa1-xN、InxGa1-xN)；具有约5.4eV的带隙的碱金属卤化物(诸如KI、KBr和CsI)，其响应于小于200nm的波长区域的光；多碱(诸如包含Na-K-Sb-Cs的S20Hamamatsu)，其响应于大于150nm的波长区域的光；GaAs，其响应于大于300nm的波长区域的光；CsTe，其响应于150nm至300nm的波长区域的光；具有约5.47eV的带隙的金刚石，其响应于小于200nm的波长区域的光；Sb-Cs，其响应于大于150nm的波长区域的光；Au，其响应于峰值波长为185nm的光；Ag-O-Cs，其响应于300nm至1200nm的波长区域的光；双碱，诸如Sb-Rb-Cs、Sb-K-Cs或Na-K-Sb；及InGaAs。示例性不透明光阴极可包括GaN、CSI及SbCs中的至少一种。示例性半透明光阴极可包括CsTe。III-V型材料UV光阴极具有合适的大带隙，诸如对于GaN为3.5eV且对于AlN为6.2eV。可通过诸如经改变光阴极的材料组成，如经改变AlxGa1-xN中的GaN与AlN之比等手段来精细地调节能量或波长响应区域。例如，可通过使用铯或Mg和氧进行适当表面处理而将p掺杂材料的薄膜活化为负电子亲和性。额外的示例性光阴极包括Ag、MgF2、MgO及CuI2上的MgO薄膜。示例性金属光阴极包括Cu、Mg、Pb、Y和Nb。示例性涂布金属光阴极包括Cu-CsBr、Cu-MgF2、Cu-Cs及Cu-CsI。示例性金属合金光阴极分别包括CsAu及诸如Al、Mg及Cu等纯金属与少量Li、Ba及BaO的合金。示例性半导体光阴极包括CsTe、RbTe、碱金属锑化物、Cs3Sb、K2CsSb、Na2KSb、NaK2Sb、CsK2Sb、Cs2Te、超碱金属、正电子亲和(PEA)型；Cs:GaAs、Cs:GaN、Cs:InGaN、Cs:GaAsP、分级掺杂、三级结构、负电子亲和(NEA)型。半导体光阴极可保持在如小于约10-7Pa的高真空中。PE单元池的大小可如预期且能够进行制造。例如，已制造出具有亚毫米尺度至20cm×20cm大的PE单元池，其等经气密封装而包括光阴极、阳极及窗作为密封结构组件。在一个实施方式中，光电单元池可包括包含具有与诸如Pt等光阴极大致匹配的功函数的金属接触件的阴极、包括GaN、AlN及AlxGa1-xN中的至少一种的光阴极、诸如真空等间隔件或由柱(诸如蚀刻AlN层的主)组成的间隔件及诸如金属薄膜或栅极等阳极。阳极金属可具有与接触材料大致匹配的功函数。在另一实施方式中，光电单元池可包括包含具有与诸如Pt等光阴极大致匹配的功函数的金属接触件的阴极、包括p掺杂GaN、AlN及AlxGa1-xN中的至少一种的光阴极(诸如包括约50％的AlN的光阴极)、诸如Siδ掺杂GaN等n+GaN层及诸如金属薄膜或栅极等阳极，其中功函数可与接触层大致匹配。光电单元池可包括包含具有与诸如Pt等光阴极大致匹配的功函数的金属接触件的阴极、包括p-GaN的光阴极、诸如Siδ掺杂GaN等n+GaN层和诸如金属薄膜或栅极等阳极，其中功函数可与接触层大致匹配。光电单元池可包括包含具有与诸如Pt等光阴极大致匹配的功函数的金属接触件的阴极、包括p-AlxGa1-xN(如约50％的AlN)的光阴极、诸如Siδ掺杂GaN等n+GaN层和诸如金属薄膜或栅极等阳极，其中功函数可与接触层大致匹配。光电单元池可包括包含具有与诸如Pt等光阴极大致匹配的功函数的金属接触件的阴极、包括p-AlxGa1-xN(如约50％的AlN)的光阴极、n+InGaN层和诸如金属薄膜或栅极等阳极，其中功函数可与接触层大致匹配。可实质上精确地形成诸如Siδ掺杂GaN等n+GaN层。该层可包括单层。分子束外延可用于形成单层。分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)可用于形成n+掺杂InGaN层。
阴极及阳极接触件中的至少一种可包括栅极或薄膜。薄膜可对紫外线(UV)及远紫外线(EUV)辐射中的至少一种透明。薄膜可具有在约至1μm、至和至中至少一个范围内的厚度。在一个实施方式中，光电单元池可包括固态装置，如具有固体间隔件(光电子可穿隧通过其)。固体间隔件可具有在约至10μm、至1μm、至和至中至少一个范围内的厚度。示例性单元池包括包含GaN、AlN、AlxGa1-xN和SiC中的至少一种的阴极、固体间隔件(如由薄AlN、蓝宝石、MgF2或UV窗层组成)和金属栅阳极。示例性的对UV及EUV光透明的性金属栅阳极为Yb、Eu和Al中的至少一种的薄膜。阳极可被选择为对诸如UV和EUV辐射等单元池辐射透明且具有低功函数，如Yb、Eu及Cessiated Al薄膜中的至少一种。其他PV及PE单元池接触件包括Au、Ni、NiAu合金及Pt中的至少一种。在其他实施方式中，光阴极上的金属接触件可位于所述层的前部或顶部上，而非底部或背侧上。示例性单元池包括金属/间隔件或绝缘体/金属/光阴极，其中金属可为本公开的薄膜且间隔件或绝缘体和光阴极是本公开的间隔件或绝缘体和光阴极。
在一个实施方式中，光阴极的有效性表达为量子效率，其定义为发射电子与光的冲击光子或量子之比。在一个实施方式中，通过提供强电场和优化几何形状、温度并凭借诸如添加如碱金属等添加剂的手段优化材料组成中的至少一种来优化量子效率。在一个实施方式中，光阴极被选择为优化光子吸收参数、电子输送性质及表面能态以实现最大光电子效率。在后一情况中，表面可经处理或活化至负电子亲和性，使得到达表面的传导电子具有高于真空电子的能量且因此最佳地形成光电子。例如，可通过cesiation、氢化、涂布LiF和RbF单层及使用PH3化学气相沉积的磷掺杂将金刚石的表面处理或活化至负电子亲和性。可使用Cs和氧活化GaN光阴极的表面。其他示例性掺杂剂包括硅和锗。在半透明模式实施方式中，窗背侧的膜厚度被选择为优化量子效率，其中以波长依赖方式，入射光子的吸收随着膜厚度增大，而电子对表面透明的可能性减小。在示例性半透明实施方式中，光阴极膜厚度可在约0.1nm至100μm、1nm至10μm、10nm至5μm和100nm至1μm中的至少一个范围内。一般而言，电极、阴极或阳极的厚度、如电极膜厚度可在约0.1nm至100μm、1nm至10μm、10nm至5μm和100nm至1μm中的至少一个范围内。
在一个实施方式中，光阴极包括转换更宽范围的光子波长的多个层。多层光阴极可包括对于沿着传播路径的连续层的光子透明的薄层。在示例性实施方式中，可对穿透性最低的光选择顶层，且连续层被配置为基于多层结构中的衰减速率或穿透深度来选择。在示例性三层光阴极中，顶层可选择为用于穿透性最低的波长且具有对应最高的功函数，中间层可选择为用于中等穿透波长且具有对应中等功函数，且沿光传播路径的底部或最远层可选择为用于穿透性最高的波长且具有对应最低的功函数。穿透深度、相对层位置和功函数的其他组合在本发明的范畴内。
阳极包括能够收集电子的材料。阳极功函数尽可能低以根据式(34)增大单元池电压。阳极功函数可低于约2V、1.5V、1V、0.9V、0.8V、0.7V、0.6V、0.5V、0.4V和0.3V中的至少一个。阳极可包括具有约0.76eV的功函数的如铯等碱金属或铝酸钙电子化物(C12A7:e)、具有约0.9eV的功函数的磷掺杂金刚石纳米膜和钪掺杂钨中的至少一种。
阴极和阳极中的至少一个电极可使其表面的至少一部分结构化或不平坦，使得入射光的一部分可反射至另一光阴极、光阴极的一部分和光学元件(诸如反射光且将其反射至光阴极的另一部分或至少一个其他光阴极的镜面)中的至少一种。以此方式，光阴极接收入射光的多次反弹(反射)以增大光阴极用于产生光电子的吸收截面。在一个实施方式中，光阴极包括结构化衬底以增大效率，其中光阴极中的光子吸收路径增大而电子脱离路径保持与平坦衬底相同或小于该平坦衬底。示例性结构化表面具有45°交替内角的Z字形。在另一实施方式中，Z字形角度可在45°与90°之间交替。其他角度在本公开的范畴内。
在一个实施方式中，可通过改变入射辐射的角度和在光阴极内使用多个全内反射中的至少一种来实现材料内的增大光子吸收且同时减小光电子行进至表面必须经过的距离。当各光子最多产生单一光电子时，使用关于光电子从光阴极后表面的反射的后一方法有利一些材料于大于50％的转换效率的实现。例如，一些GaN光阴极生长在AlN的薄缓冲层上，该薄缓冲层具有大能隙能量且充当反射层。根据入射辐射角度的光转换效率随着相对于法线的角度增大直至达到全反射点。再者，如果在半透明模式中操作的光阴极可生长在透明基板上以使其具有Z字形光活性层，则传导电子可产生为与在平坦衬底的情况中相比更接近于脱离表面，且因此应具有更高可能性脱离至真空中。作为另选，光阴极生长在平坦表面上以避免源于晶格失配的实质劣化。例如，GaN通常生长于在表面处具有C平面的蓝宝石或碳化硅衬底的匹配晶格上。在另一实施方式中，类似反射系统和方法可应用于阳极。在半透明模式单元池中，阳极可包括双反射类型，其中金属基底为镜面状，从而使得在不导致发射的情况下通过光阴极的光反弹回至光阴极以进行第二次照明。
用于使光通过至单元池中的窗可对诸如短波长光(诸如紫外光)等光透明。示例性紫外光具有对应于约小于690nm的波长的大于约1.8eV的能量。窗可包括蓝宝石、LiF、MgF2和CaF2、其他碱土卤化物(诸如氟化物，如BaF2、CdF2)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐及红外硅(Thorlabs)中的至少一种。
在一个实施方式中，光电(PE)及光伏(PV)转换器的至少一种可安装在本公开的再循环系统的挡板8d(图2I10)后。在一个实施方式中，PE或PV转换器替代挡板8d。PE或PV转换器的窗可将挡板的功能用作阻碍点燃产物流的向上轨迹且提供进入至光-电转换器(此实施方式中为PE或PV转换器)中的光的透明度的构件。在一个实施方式中，挡板8d和窗的至少一种可非常薄(诸如约至厚)，使得其对来自单元池的UV及EUV发射透明。示例性薄透明薄膜为Al、Yb和Eu薄膜。
在一个实施方式中，膨胀等离子体由带正电粒子和电子组成。在一个实施方式中，电子具有高于正离子的移动率。可发展为空间电荷效应。在一个实施方式中，通过使单元池的至少一个导电组件(诸如单元池壁)接地来消除空间电荷。在另一实施方式中，两个电极均电连接至单元池，其中自电源2(图2I2)至辊式电极的基本上所有电流流动通过燃料以由于燃料的极低电阻(诸如燃料喷丸或颗粒的极低电阻)而导致点燃。空间电荷及其对应电压的消除可增大分数氢反应速率。在一个实施方式中，单元池在真空下运行。真空条件可促进可减小分数氢反应速率的空间电荷及限制中的至少一种的消除。真空条件还可防止PE转换至电力所需的UV光的衰减。
在单元池在诸如真空等抽气条件下操作的情况中，SF-CIHT单元池产生器可包括真空泵以将抽气保持在由压力计和控制器控制的所需压力下。可通过泵送和吸气剂(诸如可为连续及周期性再生中的至少一种的氧吸气剂)中的至少一种移除诸如氧等产物气体。后者可通过施加氢减少吸气剂来移除吸气剂且再生吸气剂以形成诸如水等产物而实现。
单元池可在抽气条件下操作。单元池可包括真空腔室，诸如可具有穹顶状端帽的圆柱形腔室或锥形圆柱形腔室。在一个实施方式中，通过重力实现向上膨胀点燃等离子体的回收，重力抵抗向上的速度以减慢、停止且接着向下加速点燃产物以最终收集于再生系统中以重新形成燃料。收集可通过本公开的方法进行。可通过使初始动能等于重力势能来计算单元池的高度：
1/2mv2＝mgh (36)
其中m为粒子质量，v是初始粒子速度，g是重力加速度(9.8m/s2)，且h是因重力减速所致的最大粒子轨迹高度。对于最初以5m/s行进的粒子，最大高度为1.2m，因而单元池可高于1.2m。在一个实施方式中，可通过本公开的挡板减慢向上速度以减小单元池高度要求。
在另一实施方式中，通过利用轨道枪(诸如可进一步包括增强轨道枪类型的等离子体电枢类型)的原理使用劳仑兹力实现燃料再循环。劳仑兹力使得点燃等离子体经引导流动至诸如板或收集仓等收集区域中，其可将产物材料供给至再生系统中。电流和磁场可在水平或xy平面中，使得根据式(37)将劳仑兹力沿着负z轴向下引导至诸如板或仓等收集系统组件。在另一实施方式中，电流可在xy平面中且沿着z轴引导B磁场，使得根据式(37)将劳仑兹力在xy平面中横向引导至收集系统组件。点燃等离子体可将来自电源2(图2I2)的电流携载至电极8或携载来自外部电源的电流以充当式(37)中的电流。使用点燃电流的至少一部分，电极和汇流条及对应电路中的至少一种可被设计为在点燃期间提供等离子体电流和磁场中的至少一种以产生所需的劳仑兹力以按照所需方式(诸如移动出其中在点燃期间形成等离子体的区域)移动等离子体。可通过延迟电路元件(诸如在晚于点燃事件的时间提供电流及磁通量的延迟线)来将为等离子体电流和磁通量中的至少一种供电以提供劳仑兹力的点燃电流延迟。延迟可允许等离子体在其被劳仑兹力移除之前发光。可通过本领域中已知的电路或控制手段控制延迟。还可通过具有沿着板间轴的电流方向的平行板电极在所需方向上通过电源施加诸如高DC电流等电流。可自诸如PE或PV转换器等动力转换器导出电流源动力，其中动力可储存于电容器组中。可通过在点燃期间流动通过电极的电流和增强磁场(增强轨道枪设计在本文中被称为增强等离子体轨道枪回收系统)中的至少一种提供式(37)的磁场。增强磁场源可包括电磁体和永久磁体中的至少一种。可通过亥姆霍兹线圈(Helmholtz coil)(诸如具有在沿着线圈间轴的所需方向上的磁场的一对分开的轴对准线圈)施加增强等离子体轨道枪的磁场。可通过电流控制器控制磁场强度以控制劳仑兹力的强度并因此控制点燃产物的回收速率。多个电磁体可具有不同受控磁场以将等离子体和点燃产物引导至所需位置以供收集。在一个实施方式中，可通过至少一个感应线圈及交替电压或电流驱动器感应地产生增强电场和磁场中的至少一种。在另一实施方式中，可通过具有在沿着极面间轴的所需方向上的磁场的一对分开的轴对准永久磁体提供磁场。永久磁体可包括AlNiCo、钕、稀土或本领域中已知的其他高磁场磁体。磁通量可为任何所需值，如约0.001T至10T、0.01T至1T和0.1T至0.5T中的至少一个范围中。可通过电源为电磁体供电，其中可自诸如PE或PV转换器等动力转换器导出电磁动力，其中动力可储存于电容器组中。来自电极的电源2(图2I2)和增强磁场源中的至少一种的磁场被配置为导致点燃产物等离子体的所需流根据劳仑兹力流动至收集系统中。收集系统可包括本公开的收集系统，诸如可给料至再生系统中的收集板和仓中的至少一种。仓可包括再生系统的容器。在另一实施方式中，增强等离子体轨道枪(电磁泵)可用于聚焦等离子体和将等离子体泵送至单元池中的所需位置中的至少一种以导致等离子体发射的光经引导至光伏转换器。增强等离子体轨道枪(电磁泵)可通过空间地及临时地引导等离子体中的至少一种来显示将等离子体光聚焦或校准至动力转换器的效果。在其他实施方式中，可使用磁瓶和本领域中熟知的其他等离子体限制手段磁性地限制等离子体。
在单元池压力较低(诸如真空)的情况中，可使用本公开的其他手段(诸如静电沉淀(ESP))实现点燃产物的再循环。ESP收集电极可在通过分数氢反应产生的射线路径外。ESP可在点燃等离子体区域中操作。可通过诸如真空等低单元池气体压力来支持等离子体操作。ESP可使用在实质上并不接触至少一种类型的ESP电极(诸如收集电极(阴极或阳极))的区域中的点燃等离子体操作。ESP收集电极可在点燃等离子体的周边，其中在自反电极至收集电极的电路径中存在具有高电阻的真空和低电压区域中的至少一种。一对ESP电极中的至少一个可包括阻挡电极。阻挡电极可限制电流且保持高电场以静电地收集点燃产物。一个电极类型可覆盖有高电阻层以允许称为电阻阻挡放电的DC操作。电极阻挡物可包括诸如砷化镓层等半导体以替代介电阻挡层从而能够使用高电压DC。例如，电压可在580V至740V之范围内。高电压可以是脉冲的。可将点燃产物自收集电极输送至再生系统。输送可为重力协助输送及通过本公开的其他方法(诸如静电及电磁方法)实现的方法中的至少一种。
在一个实施方式中，由反应产物中再生初始反应物且形成喷丸的再生系统包括造粒机，其包括形成熔融反应物的熔炉、将H2及H2O添加至熔融反应物的系统、熔体滴落器及形成喷丸的冷却剂。造粒机可包括第一和第二容器，其可包括用作点燃产物的熔融器的加热器或炉，点燃产物可包括诸如纯金属或合金(诸如Ag、Cu或Ag-Cu合金)等金属。形成熔体的加热器可包括本公开的加热器，诸如电阻、电弧或感应耦合加热器。来自SF-CIHT单元池的光输出可用于加热燃料样本以形成颗粒。来自热交换器的热可递送至来自SF-CIHT单元池的另一组件的熔体。加热器可包括具有耐受高温的加热元件的电阻加热器，诸如包括镍铬合金、钨、钽、钼、SiC、MoSi2、贵金属及耐火金属中的至少一种的加热器。元件可气密封装。加热器可包括诸如电弧加热器等非灯丝类型。在一个实施方式中，通过诸如重力和增强等离子体轨道枪回收系统等手段收集点燃产物。收集的产物可流动至进一步包括加热器的第一容器、坩埚或漏斗中。可通过加热器熔融产物，且熔体可透过连接通路流动至第二容器中。至第二容器的通路出口可浸没在熔体(诸如第二容器中的熔融点燃产物)的表面下方。第一容器可将熔体排放在第二容器的表面下方。可通过诸如折射器线(诸如W或Mo线)等电阻探针感测任一容器中的熔体水平，折射器线与容器壁电隔离以在不与熔体接触的情况下感测开路且在与熔体接触时感测低电阻。可基于第一及第二容器中的熔体水平及第一及第二容器中的任何气体压力通过第一与第二容器之间的压力差来控制自第一容器至第二容器的流动。熔体水平可改变以控制容器之间的流动。在一个实施方式中，通路及第一容器中的至少一种中的熔融点燃产物的柱高使得通过熔体密度、重力加速度和柱高的乘积加上第一容器中的气体压力得出的对应压力大于或等于第二容器中的压力。第一容器中的气体压力可包括SF-CIHT单元池的气体压力。在一个实施方式中，使用至少一个压力传感器、至少一个阀、至少一个气体压力控制器、至少一个泵和计算机控制第一和第二容器中的至少一个的压力。还可或进一步通过阀、扭塞或闸阀控制通过通路的流动。
第二容器或坩埚进一步包括形成喷丸的至少一个喷嘴或杓。熔体可流动出第二容器的孔口或喷嘴至水储罐以形成喷丸，且所得水平及压力改变可导致熔体自第一容器流动至第二容器。在一个实施方式中，孔口或喷嘴开口尺寸可被控制为控制喷丸尺寸和金属流动速率中的至少一种。具有可调节尺寸的示例性孔口可包括螺线管阀、快门阀或闸阀。高温喷嘴阀可包括耐火衬底蝶形阀。可使用电磁圈或其他机械、电子或机电致动器控制开口大小。在另一实施方式中，孔口可具有固定尺寸，诸如对于如Ag-Cu(72wt％/28wt％)的合金而言为1mm直径。孔口可具有在约0.01mm至10mm范围内的直径。可通过可控制地调整以下参数的至少一种来控制喷丸尺寸：孔口尺寸、燃料熔体温度、容器之间的连接通路的直径、第一容器中的压力、第二容器的压力、第一容器与第二容器之间的压力差、燃料组成(诸如导电基质的至少一种(诸如，Ag-Cu合金等金属合金之纯金属部件的重量百分比)和水结合化合物的百分比组成、水含量和氢含量中的至少一种)。
在一个实施方式中，点燃产物在具有强热(诸如通过电弧(如具有直接携载至少一部分电弧电流的点燃产物的电弧及接近于第一容器(如点燃产物粉末流过的耐火金属管)的电弧中的至少一种)提供的强热)的第一区域或容器中熔融。熔体可流动至温度高于可通过第二容器加热器(如电阻加热器，诸如包括镍铬合金、SiC及MoSi中的至少一种的电阻加热器)保持的点燃产物熔点的另一区域或容器中。
作为另选，加热点燃产物的加热器(诸如第一容器加热器)可包括感应加热组件，如电磁加热器，如交替频率(AC)感应耦合加热器。第二容器加热器可包括感应耦合加热器。频率可在约1Hz至10GHz、10Hz至100MHz、10Hz至20MHz、100Hz至20MHz、100kHz至1MHz、500Hz至500kHz、1kHz至500kHz和1kHz至400kHz中的至少一个范围内。容器可包括耐热AC或RF透明材料，如陶瓷，如氮化硅(诸如Si3N4)、Al2O3、氧化铝、蓝宝石或二氧化锆、锆氧化物。加热器可在容器与感应耦合线圈之间包括可通过诸如水冷等手段冷却的的高绝缘体。在另一实施方式中，第二容器可为部分及完全通过在第一容器中形成和升温的熔体加热中的至少一种。诸如感应耦合加热器等第一容器加热器可将熔体加热至高于第二容器中所需的温度以将热提供至第二容器。自第一容器流动至第二容器的金属的温度和流动速率可被控制为实现第二容器中的所需温度。在一个实施方式中，第一和第二容器的至少一个的加热器包括以下至少一种：感应耦合加热器、转移源于反应物的反应的热动力的热交换器及转移源于反应物的反应的光动力的至少一个光学元件。
在一个实施方式中，加热器可包括微波加热器，诸如在约2.4GHz下操作的微波加热器。在其他实施方式中，微波频率可为约300MHz至300GHz的范围。微波加热器可包括至少一个微波产生器，诸如至少一个磁控管。微波加热器可包括围绕含有固体燃料(诸如包括熔融银的固体燃料)的容器(如5b和5c)的空腔。可通过微波产生器的天线输出使用微波泵送该空腔。容器壁可包括吸收微波且间接加热固体燃料的诸如金属等材料。在另一实施方式中，容器壁可包括诸如石英、氧化铝、蓝宝石、氧化锆或氧化硅等材料，其可对微波透明，使得微波直接加热固体燃料以熔融固体燃料。示例性固体燃料包括与H2O和H2的至少一种一起注射的银。在一个实施方式中，将一惰性微波吸收材料添加至固体燃料以吸收微波。微波吸收剂可为H2O和H2的至少一种。
造粒机还可包括一个或多个电磁泵以控制粉末和熔体中的至少一种穿过造粒机流动。在一个实施方式中，造粒机进一步包括复热器以回收或收回来自冷却喷丸的至少部分热且将其传递至进入的点燃产物以在点燃产物进入包括加热器的熔炉或第一容器时预加热点燃产物。熔体可自滴落器滴落至水储罐中且形成热喷丸，其在较热时被回收。可通过复热器至少部分回收或收回来自冷却喷丸的热。经回收或收回的热可用于以下至少一种：预加热经回收点燃产物粉末、熔融粉末、加热熔体和保持造粒机的至少一部分的温度。造粒机可进一步包括热泵以增大回收热的温度。
第二容器可能够将气体保持在小于、等于或大于大气压的压力下。第二容器可密封。第二容器可能够在气体流动条件下保持所需的受控气氛。可在静态或流动条件下将气体(诸如H源、H2、催化剂源、H2O源和H2O中的至少一种)供应至第二容器。在一个实施方式中，可再循环诸如氢和水蒸气等气体和混合物。再循环系统可包括至少一个阀、一个泵、一个流量和压力调节器及一个气体管线的组中的一个或多个。在一个实施方式中，诸如H2和H2O等多种气体可为使用共同管线或分开管线流入或流出容器的至少一种。为允许气体透过熔体起泡，入口气体端口可浸没在熔体中，且气体出口可高于熔体。可通过流动H2、H2O和H2与H2O的混合物中的至少一种来供应H2和H2O两者。载体气体可流动通过H2O起泡器以在气流(诸如包括H2气流的气流)中挟带H2O，且接着混合物可流入熔体。氢可包括透过H2O起泡的载体气体以还充当分数氢反应中的反应物。在另一实施方式中，载体气体可包括惰性气体，诸如稀有气体，诸如氩。经气体处理的熔体可滴落至H2O中以形成并入诸如H2O和H2的至少一种的气体的喷丸。经添加或流动的气体可单独包括H2及单独包括H2O。熔体可包括氧化物以进一步增大H源、催化剂源、H2和H2O中的至少一种的喷丸含量。可通过添加可流入熔体的O2源或O2气体而形成氧化物。氧化物可包括本公开的氧化物，诸如过渡金属氧化物。诸如CuO等氧化物可使用H2还原(CuO+H2→Cu+H2O)或其可包括对H2还原有抗性的氧化物，诸如碱、碱土或稀土氧化物。氧化物能够可逆地水合。可分别通过添加H2O及加热或点燃达成水合/脱水。在一个实施方式中，诸如硼砂等熔剂可添加至熔体以增强H2和H2O中的至少一种在喷丸中的并入。
单元池可在抽气条件下操作。单元池可包括真空腔室，诸如可具有穹顶状端帽的圆柱形腔室或锥形圆柱形腔室。锥形圆柱形腔室可有利于优化光(以最小单元池容积自电极发射)自圆锥体的传播。在另一实施方式中，单元池具有足够直径，使得点燃等离子体光实质上在离开至PV或PE转换器的窗中的至少一个且直接入射于PV或PE转换器上之前并不接触壁。点燃产物可收集于单元池壁上且诸如通过振动等机械地变位。点燃电极8可至少部分刚性地连接至壁以将来自喷丸燃料点燃的振动传递至壁，以使来自壁的点燃产物变位。连接可电隔离电极与单元池壁。可通过重力或通过本公开的其他手段(诸如电磁地或静电地)将点燃产物收集于诸如造粒机的第一腔室的容器中。单元池可在诸如真空等低压下操作。
在一个实施方式中，可通过以下方式的至少一种移除点燃产物：(i)重力，其中单元池可在诸如真空等降低压力(0Torr至100Torr的范围)下操作，(ii)作为电枢的具有点燃等离子体的增强轨道枪，其在本文中被称为增强等离子体轨道枪回收系统，及(iii)静电沉淀器。在一个实施方式中，可通过诸如电晕放电等手段使较大粒子带电且通过电场(诸如可通过电源施加至排斥栅极的静电场)排斥离开光-电转换器。在一个实施方式中，增强等离子体轨道枪回收系统移除或回收本质上所有细粒，使得单元池对通过点燃产生的光透明。重力可移除或回收剩余物。在一个实施方式中，单元池高度是足够的，使得未通过增强等离子体轨道枪回收系统移除或回收或通过重力在向上轨迹中停止的粒子经冷却至导致粒子未附着至转换器窗或转换器(诸如PV或PE转换器)中的任一个的温度。SF-CIHT产生器可包括从转换器或窗的表面移除点燃产物的手段，诸如可在表面上方扫掠或扫描的离子溅射束。作为另选，从窗或转换器的表面移除点燃产物的清洁手段可包括跨表面周期性地移动的机械刮刀，如铲刀，如剃刀刀片。运动可为具有窗的宽度的刀片的扫掠或较小刀片的情况中的扫描运动。本公开的挡板可进一步包括机械刮刀(如铲刀)或离子束清洁器以按相同方式从挡板移除点燃产物。在诸如圆柱形锥形单元池等圆柱形对称单元池的情况中，对称擦拭器可围绕单元池的内侧(诸如在锥形表面上)行进。表面清除系统可包括单元池擦拭器及PV转换器上的擦拭器。可通过使用控制器控制的电马达移动擦拭器或刀片。擦拭器可包括未被银润湿且也未研磨的碳。碳擦拭器可在窗上保持石墨的薄涂层以防止诸如银或铜附着等熔体附着。
在一个实施方式中，注射器是静电、电、电动力、磁、磁动力及电磁中的至少一种。路径轨迹在电极间区域中，诸如在相对辊式电极的最接近接触件的中心点。目标运输可包括燃料喷丸或颗粒的注射。注射可完成辊之间的电接触，由此可导致高电流流动以导致喷丸或颗粒点燃。在一个实施方式中，注射器包括静电注射器，诸如本公开的静电注射器。可使喷丸或颗粒静电地带电，使辊式电极相反带电，且可通过电场推进喷丸或颗粒以注射至电极间区域中以点燃。在一个实施方式中，燃料喷丸或颗粒的高导电率允许由于磁场和电场中的至少一种的时间相关施加而感应表面电流，其中感应电流引起通过喷丸或颗粒产生的磁场。可沿着诸如通过引导磁场(诸如通过电流携载轨道提供的引导磁场)提供的路径来加速对应磁化的喷丸或颗粒。可随时间引发磁场梯度以沿着路径加速喷丸或颗粒。
在另一实施方式中，喷丸或颗粒注射器包括轨道枪。在一个实施方式中，轨道枪包括高电流源、包括高导体的至少一对轨道和包括也充当抛射体的喷丸或颗粒的电枢。轨道枪注射器可包括可再用的软壳。作为另选，轨道枪可使用等离子体电枢，其可包括可为点燃产物和燃料中的至少一种的金属，所述燃料在携载高电流且导致喷丸或颗粒沿着轨道枪注射器的轨道加速时汽化且变为喷丸或颗粒后的等离子体。电流源可提供在约1A至100MA、10A至10MA、100A至1MA、1000A至100KA和1kA至10kA中的至少一个范围的电流脉冲。电流源可包括导致点燃的连接辊式电极的电源2(图2I2)，诸如包括通过光-电转换器(诸如PV或PE转换器)充电的电容器组的电源。轨道可包括正轨道和负轨道，其包括诸如铜和银的至少一种的高导体。可在诸如1000Hz等所需频率下启动轨道枪注射器以提供充足燃料以保持所需燃料点燃速率，其中传导到达喷丸或颗粒可完成辊式电极之间的电路以导致喷丸或颗粒点燃。在一个实施方式中，注射启动频率可控制在约0.01Hz至1MHz、1Hz至10kHz和10Hz至1kHz中的至少一个范围内。注射启动频率可经控制以控制SF-CIHT单元池的功率输出。注射启动控制可包括开关。开关可包括用于连接辊式电极的电源2(图2I2)的本公开的开关中的一种，诸如机械或电子开关，诸如包括IGBT、SCR和MOSFET晶体管中的至少一种的开关。在另一实施方式中，轨道作为开路而经持续通电，该开路在通过燃料喷丸或颗粒完成电路的情况下闭合以允许高电流流动。在一个实施方式中，每当喷丸或颗粒接触轨道以完成电路时，其经加速且注射至电极中以点燃。电源可能够在任何给定时间保持沿着轨道加速的多个喷丸或颗粒中的各喷丸或颗粒的所需电流。可通过电路元件和控制器中的至少一种控制电流。在另一实施方式中，在给定情况中，在轨道上加速的整数n个喷丸或颗粒中分配轨道枪电流，使得通过n个喷丸或颗粒的同时加速及顺序注射补偿式(37)的单个喷丸或颗粒的注射速度的减小。此补偿机制可取决于轨道枪电流保持大致恒定的注射速率。在另一实施方式中，跨轨道的电压独立于喷丸或颗粒的数目而保持大致恒定，使得每一喷丸或颗粒的电流由于喷丸或颗粒的类似电阻而大约相同。可通过包括大电容的电源(诸如包括电容器组的电源)供应大致恒定的电压。在一个实施方式中，轨道可提供连续导引路径，但包括用于电流的分段区段，使得电流可在喷丸沿着不同区段传播时变化且受到控制。可通过计算机、传感器及多个电流源控制各区段中的电流，以控制任何给定区段中的喷丸的速度和能量，从而控制注射或多个注射的时序，其中多个喷丸可在包括可变电流区段的轨道上。
可保持恒定电压低于导致电弧及后续喷丸-轨道熔接或轨道电弧损坏的电压。在一个实施方式中，电压可为小于约100V、小于约50V、小于约20V、小于约10V、小于约5V、小于约1V、小于约0.5V和小于约0.25V中的至少一种。可通过诸如包括超级电容器的电容器组、PV转换器及具有高短路电流的电池中的至少一种供应电力。在一个实施方式中，轨道可散热以避免喷丸-轨道熔接。散热器可与包括轨道和喷丸的电路电隔离。还可为良好热导体的电绝缘体可提供电隔离。示例性散热器包括高质量的高热传导材料，诸如可与钻石膜(其也为良好热导体以及电绝缘体)的顶层电绝缘的Al、Cu或Ag的块体。在另一实施方式中，轨道可包括导体，诸如耐受熔接的石墨。在另一实施方式中，轨道可包括耐火金属导体，诸如耐受熔接的钨或钼。可通过诸如空气或水冷却的方法冷却轨道以防止熔接。在一个实施方式中，轨道至少部分浸没在冷却轨道合喷丸且防止熔接的水中。水还可防止喷丸与轨道之间的电弧。可具有高于单元池气体的击穿电压的导电润滑剂和电接触剂(诸如石墨或MoS2)可涂布于轨道上以减少电弧。电流可小于导致喷丸-轨道熔接的电流。在一个实施方式中，轨道可为围绕其纵轴(圆柱坐标中之z轴)旋转的长圆柱体以与喷丸更好地接触。相对轨道旋转可朝向该对中心反向地旋转以推动喷丸更紧密抵靠轨道。更紧密连接可减缓喷丸-轨道的熔接。在一个实施方式中，通过滑轮驱动器驱动的辊继而通过(例如)滑轮或链联接在反向旋转上驱动另一辊。在另一实施方式中，辊在相同方向上延伸，其中一个使用喷丸作为联接来驱动另一个。此种构造可对喷丸施加向下压力以进行更好电接触，且喷丸的滚动可进一步减小电弧损害。
劳仑兹力可以较高，其中通过诸如电磁体或永磁体等磁体施加的磁场来增强磁场而具有来自轨道电流的低磁场贡献。在示例性增强轨道枪实施方式中，可通过一对亥姆霍兹线圈提供所施加的磁场，其中一种在轨道平面(xy平面)上方且一种在轨道平面下方；各自平行于xy平面以提供垂直于xy平面的磁场。可通过两个永磁体(诸如磁盘)替代xy平面中的亥姆霍兹线圈来产生类似的z轴定向磁场。在另一实施方式中，永磁体可包括在具有沿着z轴定向的磁场的轨道上方和下方且平行于该轨道延伸的矩形棒。永磁体可包括AlNiCo、稀土或本领域已知的其他高磁场磁体。磁通量可为任何所需值，诸如在约0.001T至10T、0.01T至1T和0.1T至0.5T中的至少一个范围内。在一个实施方式中，多个喷丸可存在于轨道上以分配所施加电力，从而防止电弧及喷丸对轨道的对应熔接或对轨道的电弧损坏。可通过阻尼电路组件(诸如旁路二极管、延迟线和电路传感器中的至少一种)改善导致熔接或轨道损坏的电流骤增。轨道枪注射器可具有冗余度，使得若一个故障，则另一个可替代使用直至故障轨道枪修复。在故障是轨道上的颗粒熔接所致的情况中，可通过(例如)研磨或车床加工机械地移除颗粒或诸如通过高电流下的汽化电移除颗粒。
轨道枪注射器可包括低摩擦、低压弹簧负载顶导件以促进喷丸与轨道之间的电接触。在一个实施方式中，通过施加至注射器的振动协助喷丸-轨道电接触。振动可施加为导致轨道与喷丸之间的低电阻电接触。还可通过诸如在图2I4和图2I5中示出的机械及喷水搅拌器等搅拌器促进接触。在一个实施方式中，增强轨道枪注射器的所施加磁场可包括平行于颗粒运动方向且横向于通过喷丸的电流的分量，使得根据式(37)得出的劳仑兹力迫使喷丸向下至轨道上以得到且保持喷丸与轨道之间的良好电接触。可通过永磁体及电磁体中的至少一种提供运动平行磁场。在后一情况中，磁场可变化以控制喷丸上的向下力以优化接触，同时避免过度摩擦。可通过计算机、传感器及可变电流电源提供对磁场的控制。在一个实施方式中，轨道可包括耐氧化材料诸如银的轨道，以限制轨道氧化及对应的电阻增大。
轨道枪注射器可包括多个轨道枪注射器，其可具有可使用诸如微处理器或计算机等控制器控制的同步注射启动。多个注射器可增大注射速率。多个轨道枪注射器可包括注射器阵列以增大注射速率。轨道枪的轨道可笔直或弯曲以实现从喷丸或颗粒供应器至发生点燃的电极间区域的所需注射路径。辊式电极的旋转速度可经增大以容纳更多燃料且增大SF-CIHT单元池的功率输出。辊直径可按比例调整以达成增大旋转速度。例如，钢的最大旋转速度约为1100m/s[J.W.Beams，"Ultrahigh-Speed Rotation"，第135至147页]。考虑到喷丸或颗粒的直径加上一系列喷丸或颗粒的分离空间为3mm的示例性情况，通过轨道枪或多个轨道枪供应的最大燃料流动速率为每秒367,000。在每一喷丸或颗粒具有500J的示例性能量的情况下，转换为电力的对应总功率可为180MW。可通过使用注射器添加多个辊式电极对来实现额外功率，其中，电极可在相同或不同轴上。
在另一实施方式中，注射器包括高斯枪(Gauss gun)或线圈枪，其中颗粒或喷丸包括抛射体。颗粒或喷丸可包括铁磁材料，诸如Ni、Co或Fe中的至少一种。示例性喷丸包括具有捕集H2及H2O的Ag和铁磁材料。线圈枪可包括沿着包括用于颗粒或喷丸的导件的桶的至少一个电流线圈、在至少一个线圈中提供高电流及磁场的电源和导致电流流动以朝向线圈中心拉动喷丸或颗粒的开关，其中在喷丸或颗粒通过通过线圈中心而经历反向力之前切断电流。开关可为本公开的开关，诸如包括IGBT的开关。电源可包括至少一个电容器。在一个实施方式中，通过施加外部动力或通过外部时间相关场(诸如时间相关磁场)使电流流动通过喷丸或颗粒以产生喷丸或颗粒磁场。可通过磁感应实现喷丸或颗粒电流流动。可通过电流线圈的时间变化磁场引发磁感应。在一个实施方式中，到达至少一个电流线圈的临时电流流动经控制以沿着桶推进喷丸或颗粒。
在一个实施方式中，辊式电极表面上的喷丸或颗粒的递送速度和位置可经控制以可控制地修复对表面的任何点燃损坏。例如，可通过控制喷丸或颗粒加速电流脉冲的时序以及轨道枪注射器的电流、位置及操纵能力来实现控制。在控制辊速度和点燃电流的情况下的受控位置递送可促进喷丸或颗粒接合至电极。接合可通过在所需位置处将喷丸或颗粒烧结、熔融及熔接至电极表面中的至少一种。在一个实施方式中，可制成特定百分比的喷丸或颗粒以具有较少或不具有分数氢反应物(诸如氢和HOH的至少一种)。在一个实施方式中，这可通过在未将水蒸气及H2中的至少一种添加至造粒机中的情况下形成喷丸而实现。可在喷丸形成期间通过消除供应或通过降低熔体温度以减小熔体中的溶解度而实现H2O和H2的减少或消除。作为另选，可使颗粒缺失或具有减少量的H2O和H2的至少一种。对应的“失效”喷丸或颗粒可分开施加或按所需百分比与普通喷丸或颗粒混合。在一个实例中，整数n的一个喷丸或颗粒是在注射时变得接合至电极的失效喷丸或颗粒。整数n可取决于待修复的损坏量而控制为较大或较小。在一个实施方式中，回收点燃粉末，停止喷丸形成程序，并通过等离子体轨道枪注射器或增强等离子体轨道枪注射至电极中，其中部分粉末支持等离子体以使其被推进。通过其他喷丸的点燃支持的点燃电流和点燃等离子体中的至少一种可导致粉末接合至电极。可通过诸如使用精密研磨机或车床的方法机械移除多余材料。作为另选，可通过放电机械加工(EDM)移除多余材料，其中EDM系统可包括电极和电源。
在轨道枪注射器的实施方式中，电流从电源的正终端行进，向上通过正轨道，跨过包括燃料喷丸或颗粒的电枢，且向下通过负轨道返回至电源。在轨道中流动的电流产生围绕各轨道轴的方位或圆形磁场。磁场线在围绕正轨道的逆时针圆中延伸且在围绕负轨道的顺时针圆中延伸，其中轨道之间的净磁场垂直定向。在诸如增强轨道枪的其他实施方式中，电流穿隧通过额外对的平行导体，平行导体被配置为增大施加至喷丸或颗粒的磁场。另外，可施加在电流流动通过喷丸或颗粒时作用于喷丸或颗粒上的外部磁场。喷丸或颗粒抛射体经受垂直于磁场及流动跨过包括喷丸或颗粒的电枢的电流方向引导的劳仑兹力。平行于轨道的劳仑兹力F通过以下得出：
F＝Li×B (37)
其中i是电流，L是通过轨道之间的喷丸或颗粒的电流的路径长度，且B是磁通量。可通过增大燃料喷丸或颗粒的直径或电流量来增大力。可通过增大轨道长度来增大喷丸或颗粒的动能。在劳仑兹力的影响下，抛射体加速至轨道的端部且离开以飞向电极间区域。可透过孔隙离开。在离开的情况下，电路破坏，由此停止电流流动。对于1kA的示例性电流、3mm的喷丸直径和0.01T的B通量而言，力是0.03N。对于5cm长轨道而言，对应的动能为0.0015J。根据该动能，80mg喷丸的最终速度为6m/s。
喷丸或颗粒可给料至注射器中。给料可从漏斗开始。给料机可包括本公开的给料机，诸如机械给料机。给料机可包括振动器。给料机可包括压电振动器和致动器中的至少一种。给料机可包括螺旋钻和料槽中的至少一种。后者可具有沿着底部的沟槽以沿着轨道枪给料。可自沿着轨道枪的多个位置供给喷丸或颗粒。可通过机械和水力中的至少一个方法实现给料。
在一个实施方式中，自淬火水浴回收的喷丸在进入注射器系统的抽气区域(诸如给料至诸如轨道枪注射器等注射器)之前在诸如烘箱(诸如真空烘箱)等干燥器中进行干燥。在一个实施方式中，造粒机、用于冷却且形成喷丸的水储罐或水浴，和自水储罐中移除喷丸的输送器中的至少一个在真空条件下连接至单元池。输送器可从喷丸排出多余水。示例性输送器包括可渗透水的传送器。当足够热以使表面吸收的水汽化时可移除喷丸。可通过诸如真空泵或低温泵等泵从单元池气氛移除从喷丸和水储罐的至少一种中汽化的水以保持所需低压。低温泵可包括水冷凝器。冷凝器可代替真空泵使用以对单元池部分抽气和将单元池保持在低压下的至少一种。水冷凝器可通过凝结水而降低由水蒸气所致的压力。水可再循环至储罐或浴中。可通过诸如返回水滴管等返回水管将来来自冷凝器的水再循环至储罐或浴。可使用制冷器(诸如空气冷却辐射器、冰箱制冷器及帕耳帖制冷器(Peltierchiller)中的至少一种)冷冻水冷凝器。本领域中已知的其他制冷器可用于将冷凝器冷冻至所需温度。在一个实施方式中，通过冷凝器的温度(其可为约0℃至100℃的范围)判定单元池中的水蒸气压力。在示例性实施例中，典型的工业水制冷器在约17℃下操作，其对应于约13Torr的水蒸气压力。在另一实施方式中，制冷器可直接冷冻储罐或浴，使得水蒸气直接凝结至储罐或浴中且消除返回水管。可通过第二输送器将干燥喷丸输送至注射器，例如通过螺旋钻输送至喷丸注射器。喷丸注射器可包括轨道枪注射系统，其中高导电喷丸可充当电枢且其与带电轨道的接触可触发跨轨道的电流，从而引发劳仑兹力推进喷丸至诸如辊式电极等电极中。
示例性喷丸包括具有捕集的气体(诸如H2和H2O的至少一种)的银球。可通过在诸如水浴或储罐等浴或储罐中滴落且淬灭对应熔融材料而形成喷丸。在一个实施方式中，喷丸输送器螺旋钻和喷丸注射器给料螺旋钻被替换。在一个实施方式中，喷水器使水流化床给料至轨道枪注射器，其中轨道枪的入口在水浴中且在浴外侧行进至注射点。流化水浴可用于防止热/冷却喷丸的附着以及输送且装载喷丸的目的。在一个实施方式中，用于冷却熔体且形成喷丸的水浴或储罐进一步包括搅拌器以搅拌喷丸。搅拌器可包括可通过至少一个水泵驱动的喷水器。喷水器的作用可形成流化床。搅拌器可进一步包括诸如螺旋钻等机械搅拌器、搅拌棒或诸如电磁或压电振动器等振动器，以及本领域中已知的其他搅拌器。在一个实施方式中，浴包括在接收喷丸且将其推进至电极中以供点燃的位置的轨道枪。轨道枪的喷丸输入区段可定位于浴的底部中且可包括沟槽或漏斗以接收通过搅拌器在水浴中搅拌的喷丸。轨道枪注射器可穿透浴壁以引导至电极的点燃区域处。轨道枪可具有将喷丸从浴的底部输送至诸如辊式电极等电极的点燃区域的导引路径形状。轨道枪可包括排出在喷丸行进(具有高于浴水位的至少一些垂直行进)时随着喷丸移动回至浴中的任何水的手段。未流动回至浴中的水(诸如随着喷丸射出的水)可落入至单元池底部处的接收漏斗中，且使用排水泵泵送回至浴中。因热喷丸蒸发的水可通过浴制冷器凝结至浴中。喷丸可为热的以提供干燥。喷丸的高温可来自未完全冷却的熔融状态的残余热且来自轨道枪中的电阻加热(来自流过喷丸的电流以导致劳仑兹力)。在一个实施方式中，可在气体压力及抽气单元池气氛方面持续保持单元池、造粒机(诸如包括腔室的造粒机)、水浴及注射轨道枪。
在一个实施方式中，SF-CIHT单元池可根据独立于其相对于地球的定向及独立于重力中的至少一种而操作。喷丸水浴可密封、可扩张且能够保持在约0.001Torr至100atm的范围内的压力。压力P可大约匹配或超过式(38)得出的浴高度h的水压柱的压力，其中密度ρ为水密度且g为重力加速度(9.8m/s2)。
P＝ρgh (38)
喷丸滴落器可为高度热绝缘以通过与浴水接触而防止滴落器中熔体的过度冷却。输送燃料和点燃产物的系统可使用通过固有或增强磁场和电流施加的劳仑兹力来操作。喷丸注射系统可包括本公开的增强轨道枪。点燃产物回收系统可包括本公开的增强等离子体轨道枪。造粒机可使用包括所施加磁场和流过粉末和熔体中的至少一种的所施加电流的增强轨道枪输送粉末点燃产物和熔体中的至少一种。在一个实施方式中，电流及磁场横向于所需流动方向且根据式(37)相互垂直。系统可包括适当的电流电极和磁体以实现输送。轨道枪输送器可具有传感器和控制器以监测劳仑兹力、流动速率且施加电流以实现所需的力和流动速率。经造粒机输送粉末和熔体中的至少一种的手段可包括泵，诸如电磁泵，诸如文献中已知的电磁泵。诸如喷水器等搅拌器可搅拌浴中的喷丸以输入至轨道枪。机械搅拌器还可将喷丸供给至增强轨道枪注射器。在一个实施方式中，机械搅拌器可相对于水浴较大，使得搅拌器可无关于单元池相对于重力的定向而起作用。在示例性实施方式中，与水储罐的顶部及底部具有相等间隙的大直径螺旋钻可独立于单元池的定向而将喷丸推动至轨道枪。水泵可通过按匹配任何损耗的速率将喷丸水浴损耗的任何水通过轨道枪注射器泵送返回。
在一个实施方式中，SF-CIHT单元池(诸如在图2I10至图2I20中示出的实施方式)可根据独立于其相对于地球的定向及独立于重力中的至少一种而运行。单元池可固定于常平架上，使得其始终保持成使z轴远离地球重心。接着，单元池将独立于安装常平架的轴件的定向而运行。在无重力的环境中，SF-CIHT单元池可包括自旋或允许SF-CIHT单元池、至少一个组件及至少一个系统中的至少一种自旋或旋转的离心平台，其中诸如注射系统及造粒机系统等组件或系统定位于单元池中允许离心力产生的位置中，离心力在单元池运行中(诸如在将喷丸或点燃产物返回至造粒机的操作中)替代重力的作用。在一个实施方式中，自旋或旋转可迫使点燃粒子到达外周。被迫至外周的粒子可输送至造粒机入口。输送可通过本公开的手段和方法进行，诸如机械输送或泵送。电磁泵可实现泵送。电流可从电流源流动通过点燃产物且可通过沿着外周定位的磁体施加磁场，磁体提供与电流交叉的磁场以产生劳仑兹力以实现输送。在其他实施方式中，诸如单元池壁、电极、注射系统、点燃产物回收系统及造粒机等至少一个组件或系统可包括导致其自旋以产生离心力来替代重力作用的机构。自旋机构可为本领域技术人员已知的自旋机构，诸如保持安装于轴承上且通过电马达驱动的组件或系统的平台或结构支撑件。
系统可包括(i)单元池，诸如真空单元池，(ii)点燃系统，其包括辊式电极和汇流条，(iii)注射器，诸如轨道枪注射器，(iv)点燃产物回收系统，其可包括增强等离子体轨道枪回收系统和重力流入(v)漏斗中的至少一种，(v)漏斗，其连接至单元池底部，(vi)造粒机，其包括接收来自漏斗的点燃产物的第一容器、熔融点燃产物的加热器及将氢气及水蒸气中的至少一种施加至熔体的第二容器，(vii)接收来自第二容器的滴落器的滴落熔体以形成喷丸的浴，诸如H2O浴，(viii)喷丸传送器，(ix)接收喷丸的干燥器，诸如真空烘箱，(x)将喷丸输送至注射器的手段，诸如具有可控制真空锁通路的滑槽，(xi)将喷丸输送至诸如轨道枪注射器等注射器的传送器，诸如螺旋钻，和(xii)真空泵，其为单元池抽气。
图2H1中示出了SF-CIHT单元池动力产生器的实施方式，其示出了能够保持真空的单元池、具有通过两个输送器给料的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪和重力回收系统、造粒机及光伏转换器系统。如图2H1所示，SF-CIHT单元池动力产生器可包括：i.)单元池26，诸如可包括具有真空泵13a的圆锥形圆柱体的真空单元池；ii.)点燃系统8a，其具有电源2；iii.)光伏转换器系统26a，其包括光伏单元池或面板15以接收来自经点燃燃料的光且将其转换为电，该转换器具有用于冷却的热交换器87，其中热冷却剂经入口31b流入光伏转换器冷却系统31中且冷冻冷却剂经出口31c离开；及iv.)燃料形成及递送系统8b，其具有用于淬灭滴落熔体以形成喷丸的水储罐，该储罐具有冷却系统31a，其中热冷却剂经入口31d流入水储罐冷却系统31a中且冷冻冷却剂经出口31e离开。图2H2中示出了点燃系统8a及其电源2的细节。在一个实施方式中，点燃系统8a包括电源2以使高电流流过汇流条9和10、滑环73a、轴件7和辊式电极8，辊式电极8安装于通过轴承4a悬挂的轴件7上，轴承4a附接至安装于基座支撑件61上的结构支撑件4。通过辊驱动滑轮71a使轴件及附接电极8转向，通过各具有皮带张力器72a的皮带72、悬挂于轴承73上的马达轴件和滑轮71以及马达12和13驱动辊驱动滑轮71a。图2H3中示出了点燃系统8a和光伏转换器系统26a的细节。在一个实施方式中，可通过增强轨道枪注射器8f注射燃料。电源2可自光伏转换器26a接收动力且将高电流供应至辊式电极8以导致燃料点燃，从而在点燃位置8e中形成等离子体。可通过可为凹形的透光挡板8d中断点燃产物的向上轨迹。可通过抽气单元池26中的重力及通过包括亥姆霍兹线圈磁体8c和透过等离子体在电极8之间流动的电流的增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种回收点燃产物。图2H4中示出了点燃8a和燃料形成及递送系统8b的细节，其包括点燃产物回收系统8c、形成喷丸燃料的造粒机5a和注射系统8f。在一个实施方式中，可通过增强轨道枪注射器8f将喷丸燃料注射至辊式电极8中，增强轨道枪注射器8f供给有来自造粒机5a的水储罐11的颗粒，通过喷丸输送螺旋钻66a将喷丸燃料传送至注射器螺旋钻漏斗66b，接着传送至通过注射器螺旋钻马达和驱动轴件67驱动的注射螺旋钻66中。辊式电极8可从电源2接收高电流，其流动通过各自顺序注射的喷丸以导致燃料点燃，从而形成发射等离子体的亮光以通过光伏转换器26a(图2H1及图2H3)转换为电。可通过透光挡板8d中断点燃产物的向上轨迹，且可通过抽气单元池26中的重力及通过包括亥姆霍兹线圈磁体8c及经等离子体在电极8之间流动的电流的增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种回收点燃产物。点燃产物可流动至造粒机5a的第一容器5b中，第一容器5b可包括可使用绝缘体5e绝缘的坩埚5d。可通过感应耦合加热器5f将产物加热为熔体。未点燃的喷丸可连同经回收的点燃产物流动至造粒机5a的第一容器5b。熔体可流动至造粒机5a的第二容器5c中，其中熔体可经暴露于通过入口管线5g和5h供应的水蒸气及氢气中的至少一种。气体可再循环以将气体并入至滴落出喷丸滴落器5i且在水储罐11中淬灭的熔体中以形成喷丸。可从通过水电解再填充的罐中供应氢，且可为水罐供应水，其中在两种情况中在消耗水时周期性地再填充水。可通过诸如吸湿材料等吸水材料吸收来自大气的水。作为另选，可使用通过SF-CIHT单元池供电的冷凝器凝结来自大气的水。可以相同方式产生多余的饮用水。储罐可具有冷却系统31a，其中热冷却剂经入口31d流入水储罐冷却系统31a中且冷冻冷却剂经出口31e离开。浴以及抽气单元池26的温度可控制为控制单元池中的水蒸气的蒸气压。还可使用在图2H1中示出的真空泵13a控制单元池压力。
图2I1的两个透视图示出了SF-CIHT单元池动力产生器的一个实施方式，其示出了能够保持真空的单元池、具有直接从造粒机给料的轨道枪喷丸注射系统的点燃系统、增强等离子体轨道枪及重力回收系统、造粒机和光伏转换器系统。如图2I2中的透视图之一所示，SF-CIHT单元池动力产生器可包括：i.)单元池26，诸如可包括具有真空泵13a的圆锥形圆柱体的真空单元池；ii.)点燃系统8a，其具有电源2；iii.)光伏转换器系统26a，其包括光伏单元池或面板15以接收来自经点燃燃料的光且将其转换为电，该转换器具有用于冷却的热交换器87，其中热冷却剂经入口31b流入光伏转换器冷却系统31中且冷冻冷却剂经出口31c离开；及iv.)燃料形成和递送系统8b，其具有用于淬灭滴落熔体以形成喷丸的水储罐，该储罐具有冷却系统31a，其中热冷却剂经入口31d流动至水储罐冷却系统31a中且冷冻冷却剂经出口31e离开。图2H2中示出了点燃系统8a及其电源2的细节。图2I3中示出了点燃系统8a和光伏转换器系统26a的细节。在一个实施方式中，可通过增强轨道枪注射器8f注射燃料。电源2可从光伏转换器26a接收电力且将高电流供应至辊式电极8以导致燃料点燃，从而在点燃位置8e中形成等离子体。可通过可为凹形的透光挡板8d中断点燃产物的向上轨迹。可通过抽气单元池26中的重力及通过包括亥姆霍兹线圈磁体8c和透过等离子体在电极8之间流动的电流的增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种回收点燃产物。增强等离子体轨道枪回收系统可包括具有诸如亥姆霍兹线圈等电磁体的永久磁体，以作为可调整或匀场磁体，以改善磁场给出对燃料回收过程的精确控制。图2H4中示出了点燃8a以及燃料形成和递送系统8b的细节，其包括点燃产物回收系统8c和形成喷丸燃料的造粒机5a以及注射系统8f。在一个实施方式中，诸如8c等磁体可定位于单元池26的外侧，其中单元池材料对于磁体的磁场可透过。在一个实施方式中，可通过增强轨道枪注射器8f将喷丸燃料注射至辊式电极8中，增强轨道枪注射器8f自造粒机5a的水储罐11供给颗粒，通过使用螺旋钻搅拌器16a或由搅拌器喷水管线15给料的喷水搅拌器传送喷丸燃料(图2I5)。辊式电极8可接受来自电源2的高电流，其流动通过各自顺序注射的喷丸以导致燃料点燃，从而形成发射等离子体的亮光以通过光伏转换器26a(图2I1、图2I2及图2I3)转换为电。可通过透光挡板8d中断点燃产物的向上轨迹，且可通过抽气单元池26中的重力及通过包括亥姆霍兹线圈磁体8c和经等离子体在电极8之间流动的电流的增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种回收点燃产物。点燃产物可流动至造粒机5a的第一容器5b中，第一容器5b可包括可使用绝缘体5e绝缘的坩埚5d。可通过感应耦合加热器5f将产物加热为熔体。未点燃的喷丸可连同经回收的点燃产物流动至造粒机5a的第一容器5b。熔体可流动至造粒机5a的第二容器5c中，其中熔体可经暴露于通过入口管线5g和5h供应的水蒸气及氢气中的至少一种。气体可再循环以将气体并入至滴落出喷丸滴落器5i且在水储罐11中淬灭的熔体中以形成喷丸。储罐可具有冷却系统31a，其中热冷却剂经入口31d流动至水储罐冷却系统31a中且冷冻冷却剂经出口31e离开。浴以及抽气单元池26的温度可控制为控制单元池中的水蒸气的蒸气压。还可使用图2I1、图2I2和图2I3中示出的真空泵13a控制单元池压力。
在图2I6和图2I7中所示的实施方式中，造粒机5a的第一容器5b和第二容器5c中的压力相同，使得金属头压力差平衡，其中可通过从金属通路5j的出口至第二容器5c中的金属水平的高度来判定第二容器5c中的金属压力差且可通过从金属通路5j的出口至第一容器中的金属水平的高度来判定第一容器5b中的金属压力差。第二容器中的金属水平可因此原理而自动调整以几乎恒定保持在平均值。在另一实施方式中，诸如在将诸如氢气和水蒸气中的至少一种的高压气体添加至第二容器以并入至喷丸中的情况中，两个容器中的压力不同。在此情况中，诸如电磁泵5k等泵可控制第二容器5c中的金属水平。可使用诸如导电传感器或光学传感器(诸如红外线传感器)等传感器感测水平且通过电磁泵电源和计算机控制水平。造粒机可包括用于流入泵5k的金属流量的至少一个传感器，其具有安全闭合阀，以在存在流入泵中的金属体积或流减小中的至少一种时切断流入泵的电流。类似地，流量传感器可定位于诸如5b和5c等容器中以用于将诸如熔体流量和熔体体积的至少一种输入数据提供至控制器，以在造粒机的这些区域中存在不足的熔体体积或流量时切断诸如5f和5o等加热器。
在图2I6和图2I7中示出的实施方式中，各喷丸滴落器以匹配注射速率及点燃速率的速率单列产生喷丸，以实现稳态动力输出及质量流量连续性。来自滴落器的喷丸流的此种匹配速率及单列态可用于以匹配速率装载诸如轨道枪注射器等注射器。从滴落器排出的各喷丸最初为熔融状态。喷丸可在输入至注射器的路线中冷却。喷丸可沿着水滑道51单列流动。水滑道51可包括具有流动水的诸如通道、滑道或沟槽等导管，诸如通过喷水器16水浴11提供的导管，其在喷丸从滴落器流动到输入至诸如轨道枪等注射器时冷却喷丸。通道可将喷丸直接引导至轨道枪注射器而不将其等排放至水浴11中。水可以将喷丸装载至轨道上以待注射的方式围绕轨道流动。作为另选，通道可将喷丸排放至水浴11中，水浴11可足够浅以保持流动至注射器输入的单列喷丸流。水可经制冷器31a再循环以保持低温且移除在喷丸部分冷却中释放的热。喷丸可单列到达轨道枪注射器8f，使得滑道及浅浴中的至少一种可替代诸如螺旋钻16或喷水器16a(图2I5)等搅拌器以促进装载轨道枪注射器8f。
当停止对具有高温的喷丸进行喷丸冷却时，较小冷却负载可源自水流滑道vs将喷丸冷却至极低温的全水储罐系统。在一个实施方式中，喷丸可仅充分冷却以在外表面上形成薄固体壳，诸如厚度为约1nm至100μm、10nm至10μm和100nm至1μm中的至少一个范围的壳。在一个实施方式中，热喷丸在点燃功率下将需较小能量、较低点燃电流和较少时间中的至少一种，以通过到达预加热而点燃；由此，回收来自造粒机的部分热。再者，点燃可更完全，使得燃料形成和功率释放更为高效，而具有更高增益。预加热喷丸的注射时的仅部分冷却可充当复热器。预加热温度可为约100℃至950℃、300℃至900℃和400℃至900℃中的至少一个范围。每个喷丸的点燃能量可本质上熔融薄壳。点燃产物可包括等离子体、熔融金属和高温熔融金属中的至少一种。产物可在仍处于高温(诸如约100℃至950℃、300℃至850℃和400℃至900℃中的至少一个温度范围)时回收输入至造粒机。可通过诸如感应耦合加热器等加热器进一步升高热粉末的温度。高温可为约965℃至3000℃、965℃至2000℃和965℃至1500℃中的至少一个范围。在预加热动力下，造粒机输入热能可为熔融室温点燃产物的热能的一小部分。在优化反应物流量中，可最小化往返能量消耗，其包括来自将预加热薄壳喷丸熔融和热回收产物熔融至高熔融温度的贡献。考虑77mg Ag喷丸(对应于因并入H2及H2O而具有纯Ag的90％密度的2.5mm直径球体)的示例性实施方式，其中造粒机的第一容器入口处的粉末温度约为900℃，Ag熔体经加热至1300℃，喷丸壳厚度约为1μm，注射至辊式电极中的喷丸温度约为800℃，且喷丸可在喷丸熔融时点燃。接着，在仅将金属视为主要贡献者的情况下，相较于约400J的输出光，用于反应物的往返输入能量约为20J。
在图2I8和图2I9中示出的实施方式中，注射器包括泵，诸如将诸如用氢源和催化剂源(诸如H2及水蒸气)处理的熔融银金属等熔融燃料泵送至诸如辊式电极8等电极之间的间隙中的电磁泵5k。泵5k可通过与轨道枪相同的原理操作，其中电流流动通过熔体且垂直施加的磁场在所需流动方向上产生劳仑兹力。本领域中已知的能够泵送熔融燃料的其他电磁泵(诸如使用按感应原理工作的特殊线圈的电磁泵)在本发明的范畴内。泵还可包括机械泵。在一个实施方式中，机械熔融金属泵并入石墨或陶瓷叶轮。
泵5k可包括电磁泵，电磁泵包括强永磁体和DC电流以推进熔融金属，从而消除机械泵叶轮。通过根据劳仑兹力定律供应电流以通过强磁场内的金属而将原动力直接施加至液体金属。在一个实施方式中，电流强度直接控制金属上的力，并由此控制流动体积。在一个实施方式中，通过高强度永磁体供应磁场，且电流是通过工业标准整流器电源供应的直流电或DC电流。在一个实施方式中，结果是在相较于AC电磁泵的能量消耗减小的情况下具有较高流动速率的电磁泵。用于液体金属的合适电磁泵和流量计的示例性制造商及供货商为Hazelett、CMI Novacast、Suzhou Debra Equipment Corporation和CreativeEngineers,Inc。
在电磁泵5k的一个实施方式中，金属流动通过在其部分长度上部分平坦化的直管，在直管上定位磁体面(使极面之间的间隙保持较小)。为在诸如银熔点等高温(诸如962℃至1300℃的范围)下操作，电磁泵的管可包括高温金属，诸如耐火金属，诸如钼、钽、铌或钨泵管。在泵管难以机械加工的情况中，可通过本领域中已知的其他方法制造泵管，诸如铸造、放电机械加工和金属印刷。在一个实施方式中，熔体可包括熔点低于不锈钢和非耐火金属中的至少一种的熔体。例如，熔体可包括诸如银铜合金等合金，诸如熔点为779℃的Ag-Cu(72wt％/28wt％)。具有较高熔点的示例性泵管为高温不锈钢，诸如Haynes 188、Haynes230、Haynes HR-160、Hastelloy X、镍及钛。在一个实施方式中，泵管具有银的润湿性等至少一个性质，使得其受到保护以免与H2O反应且并不与水反应。用于在足够的熔点情况下缺乏H2O反应性的管的合适示例性材料是来自以下组中的金属和合金中的至少一种：Cu、Ni、CuNi、Haynes 188、Haynes 230、Haynes HR-160、Hastelloy C、Hastelloy X、英高镍、英高合金、碳钢、不锈钢、诸如改质9Cr-1Mo-V(P91)、21/4Cr-1Mo钢(P22)等铬钼(chromoly)钢、Co、Ir、Fe、Mo、Os、Pd、Pt、Re、Rh、Ru、Tc、Ta、Nb及W。可通过本领域技术人员已知的方法(诸如化学、机械和等离子体蚀刻以及电镀中的至少一种)移除泵管内壁上的任何氧化物涂层，该氧化物涂层可减小通过泵管壁的电流以及与熔体(诸如管内侧的银熔体)的连接。移除内壁氧化物的化学方法可包括酸蚀刻和中和。移除内壁氧化物的等离子体方法可包括放电机械加工和气相沉积中的至少一种。在一个实施方式中，通过本领域中已知的方法(诸如酸或等离子体蚀刻)从泵管内侧移除任何氧化物涂层。管内侧可涂布有燃料熔体的金属(诸如银或银铜合金)以保护内壁免受氧化直至投入使用。可通过包括施加熔融金属、电镀、化学镀覆、气相沉积、化学沉积及本领域技术人员已知的其他方法中的至少一种方法实现涂布。
泵进一步包括具有至管侧的电连接的汇流条或金属片，在此相同区域中，将电流引入至熔融金属中。汇流条可与高电阻焊道附接，或陶瓷馈通5k31(图2I24和图2I27)可用于EM泵管的汇流条以将电流供应至诸如Ag金属等经泵送熔融金属。可通过诸如气体或水冷却等手段冷却陶瓷馈通。各个EM泵汇流条或金属片可通过以下步骤直接接触至诸如熔融银等熔融金属：(i)在管壁侧中(在相对壁上)机加工出当管处于高温时各自与汇流条紧密适配的诸如矩形穿透部等穿透部，(ii)加热该管以使穿透部扩张以容纳汇流条，(iii)使汇流条插入穿过穿透部，(iv)冷却该管以将汇流条压缩接合至泵管，且(v)在低于用于使穿透部扩张以容纳汇流条的温度下操作泵。作为另选，各个EM泵汇流条或金属片可通过以下步骤直接接触至诸如熔融银等熔融金属：(i)在管壁侧中(在相对壁上)机加工出各自与汇流条紧密适配的襟翼(flap)，(ii)使汇流条插入穿过襟翼的狭缝，且(iii)将襟翼机械地挤压至汇流条上以形成汇流条与泵管的压缩接合。在另一实施方式中，金属片可焊接至在平坦化管的相对侧壁中制成的向内突出的凹坑中。在另一实施方式中，可通过相对于与泵管壁接触的区域增大泵汇流条与金属的接触区域而选择性地将电流供应至管内侧的熔体。可通过使汇流条凸出穿过管内侧的泵管壁以将汇流条插入至熔体中，从而增大与熔体的接触区域。内凸出部可包括诸如弯曲板等形状或结构以增大与熔体的接触表面积。汇流条可通过焊接和压缩接合中的至少一种紧固至泵管壁。示例性泵管和汇流条包括来自锆、铌、钛及钽的组中的至少一种。
汇流条可各自在汇流条与穿透部管壁的接触区域处包括诸如氧化物涂层等低导电涂层。示例性汇流条和对应的低导电涂层分别为锆和氧化锆、铌和氧化铌、钛和氧化钛、镍和氧化镍以及钽和氧化钽。可通过在氧气中加热或阳极氧化处理形成氧化物。可在氧化期间遮蔽接触熔体的期望导电的区段，或可在通过诸如机械磨损、化学蚀刻或化学还原等手段使汇流条涂布有氧化物后从熔体接触区域移除氧化物。汇流条与单元池壁之间的高电阻导致低电阻电路径穿过泵管内侧的金属熔体。电流可流动跨过平坦化区段而磁通量可以与电流成直角穿过平坦化区段，且这可以在金属上产生与电流和磁通量成直角的力。电磁泵可按直流电或交流电操作。在前一情况中，磁体可包括永磁体或DC电磁体。当使用交流电操作时，磁体包括AC电磁体。在AC情况中，金属中电流动方向可每半个循环改变，且还可通过相同交流电为电磁体供电，使得磁场也可在每半个循环改变方向，因此金属上的力可脉动化，且可始终在相同方向上。泵可经对流冷却。不过，如果诸如银等经泵送的金属温度较高(诸如1000℃以上)，则可使用诸如强制对流和水冷却等补充冷却来冷却泵。在一个实施方式中，通过电流流过金属以随着金属的欧姆加热消散能量，而通过电磁泵5k进行泵送，且此能量通过第二容器5c的加热器5o补充加热。在一个实施方式中，可通过使用与金属接触的电极使电流流过金属而直接电阻加热金属。
泵5k可包括3相线性环形感应泵。该泵可包括被空间分离的两个环形管。金属可流动通过两个同心管之间的环形空间，其中两个管的内部可含有磁芯，移动径向磁场线环绕穿过磁芯。围绕管的3相定子可产生磁场。感应电流的流动可在环形空间内为圆形，从而切割场线。轴向施加的力可使液体金属移动通过泵。
造粒机可包括流量计，诸如本领域技术人员已知的流量计。流量计可包括测量由运动中的液体金属与所施加磁场之间的相互作用导致的整合或整体劳仑兹力的劳仑兹力速度计或劳仑兹流量计。流量计可包括基于法拉第感应定律的流量计，其中沿着横向x轴施加磁场，沿着横向y轴施加一组电极，且导电熔融金属沿着z轴的流动产生跨电极的电压，该电压根据法拉第电磁感应定律与流动速度成线性比例。流量计可包括无接触电磁流量计，其通过量测由导体在磁场内的移动导致的该磁场中的畸变量而操作。为实现这一效应，永磁体可设定在移动材料附近。移动材料可容纳于或可不容纳于管道或导管内。可在对应于由校准指示器读出为流动速率的熔体速度的熔体流动方向上测量磁场的位移量。
在熔融燃料自喷嘴5q喷出时，熔融燃料的压力可足以形成喷丸5t。可相对于单元池压力升高气体压力，诸如在约0.01Torr至100atm、1Torr至10atm、10Torr至5atm和100Torr至1atm中的至少一个范围中。电磁泵5k可产生大于气体压力的压力以导致熔体流动且自容器和喷嘴喷出。喷丸5t可包括进入电极间区域以在原本非接触电极8之间形成接触的抛射体。所致的高电流流动导致燃料点燃，诸如等离子体的形成。在一个实施方式中，燃料可包括连续流而非喷丸或与喷丸混合的间隔连续流的组合。在一个实施方式中，造粒机5a中通过泵5k产生的压力大于施加至诸如H2和水蒸气等熔体的任何气体压力和对应于电极超过喷嘴5q的高度处的重力压力中的至少一种。在后一情况中，在离开喷嘴5q之后，喷出的燃料具有足够动能以抵抗重力将其输送至电极之间的点燃位点。
在一个实施方式中，回收点燃产物且收集于造粒机的第一容器5b中，并熔融。可通过至少一个电磁泵5k泵送熔体。在一个实施方式中，可沿着单元池26的垂直轴(z轴)对准第一容器5b的入口。熔体可从第一容器5b流动至泵5k中，泵5k将熔体泵送至第二容器5c中。第二容器5c可具有弯曲区段，使得熔体流动方向逐渐由沿着负z轴改变为沿着正z轴朝向包括最紧密接近于相对的分隔电极8的区域的注射或点燃地点。第一容器5b和第二容器5c中的至少一种可为管道状。容器包括弧形、半圆形、U状或其他此形状以允许在入口处从单元池接收点燃产物且在出口或喷嘴处将所再生燃料注射至单元池的电极中。在用于造粒机中的电磁(EM)泵的改良封装的实施方式中，减小从泵管至EM泵顶部的EM泵高度。诸如钕磁体和磁路的浅磁极件等永磁体的高度可给出所需的总高度。泵管远端的EM泵区段可冷却。远端区段在磁路中可包括热绝缘间隔件和冷板以热隔离并冷却远端磁体。冷却板或冷板可包括微通道板，诸如一聚光光伏单元池(诸如Masimo制成的聚光光伏单元池)的微通道板或本领域中已知的二极管激光冷板。
第二容器5c可包括在熔体朝向引导至注射地点的管道状第二容器5c的端部处喷嘴5q流动时将H2和气体H2O中的至少一种供应至熔体的至少一个歧管，诸如氢歧管和输入管线5w以及水蒸气歧管和输入管线5x。在一个实施方式中，H2和H2O注射系统包括气体管线、歧管、压力表、调节器、流量计和注射器，且在使用共用歧管注射两种气体的情况中可进一步包括H2-水蒸气混合器和调节器。在一个实施方式中，液体水可注射至熔体中。可通过诸如蠕动泵等泵及重力给料种的至少一种实现注射。在一个实施方式中，燃料金属可包括铜银合金。通过氢歧管和输入管线5w注射至熔体中的H2气体可用于减少在单元池操作期间形成的任何诸如CuO等合金的氧化物。另外，可通过可间歇地添加氢气而在单元池中原位减少合金的氧化物。还可通过单元池外侧的氢处理减少合金的氧化物。
造粒机5a可使用诸如至少一个感应耦合加热器等至少一个加热器加热。在一个实施方式中，感应耦合加热器可包括感应耦合加热器电源5m。可使用沿着第一容器5b从其入口延伸至电磁泵5k的入口的第一感应耦合加热器线圈5f加热造粒机5a。包括线圈5f的第一感应耦合加热器可为具有坩埚5d和绝缘体5e的第一容器5b的外周。加热器可进一步包括可沿着第二容器5c自电磁泵5k的出口延伸至第二容器5c的喷嘴5q的第二感应耦合加热器线圈5o。包括线圈5o的第二感应耦合加热器可在具有坩埚5d和绝缘体5e的第二容器5c的外周。对应的第一和第二加热线圈界定第一和第二加热区段或区域。第一区段可加热至至少高于银熔点(962℃)的温度以形成泵送的熔体。容器和线圈可包括高Q腔，其进一步包括回收的产物熔体。在一个实施方式中，诸如H2O和H2的至少一种等气体可注射出以增大熔体的电阻，从而改善来自感应耦合加热器的辐射与熔体的耦合。第二区段可相对于第一区段过加热。第二区段中熔体的温度可保持在约965℃至3000℃、965℃至2000℃和965℃至1300℃中的至少一个范围中。光学高温计、热阻器或热电偶可用于监测熔体温度。在一个实施方式中，因诸如电阻加热等机制而在泵5k中消散的动力可贡献于加热熔体。过加热可增大熔体中的至少一种处理气体(诸如H2及水蒸气的至少一种)的吸收。
在一个实施方式中，造粒机可包括多个加热器(诸如各自包括线圈天线等天线的感应耦合加热器)和通过感应耦合加热器引线5p将电磁动力供应至加热器线圈5f和5o的感应耦合加热器电源5m。感应耦合加热器电源5m可包括连接多个天线的共有电源，其中可通过诸如匹配或调谐电路等电路调整至各个天线的功率。在另一实施方式中，各个天线可由其独立电源驱动。在共有或独立电源供应器的情况中，各个加热器可进一步包括由各个线圈递送动力的控制器。在另一实施方式中，感应耦合加热器包括由一个电源驱动的一个天线，其中天线被设计为选择性地将所需比例的动力递送至各个第一加热区段和第二加热区段。可根据诸如以下选项中的固定差异等分隔手段在两个区段之间划分加热动力：(i)通过(例如)不同数目个线圈匝实现的天线增益，(ii)可变可控制的天线增益，(iii)开关，和(iv)匹配或调谐网络。可通过可桥接电磁泵5k的区段之间的额外感应耦合加热器引线5p连接两个线圈区段。引线可被设计为传输而非消散动力，使得通过线圈5f和5o将加热动力选择性地递送且消散至燃料熔体中。
通过感应耦合加热器加热的区段各自可包括坩埚，坩埚包括对诸如感应耦合加热器的RF辐射等辐射透明的材料。示例性材料是二氧化硅(诸如石英或硅石)、氧化锆和蓝宝石、氧化铝、MgF2、氮化硅和石墨。各坩埚可使用还对感应耦合加热器的辐射透明的高温绝缘体5e绝缘。第二容器5c与电磁泵5k接触的部分可包括导体和可渗透磁场的材料，使得泵5k的所施加电流和磁场可通过熔体。RF透明区段可通过接头(诸如包括凸缘及垫圈的接头)连接至导电且可渗透磁场的区段。接头可包括诸如C夹钳等夹钳、抓斗类型、螺栓配件或拉紧线。接头可在高温下操作且可对熔融燃料保持稳定。示例性垫圈是石墨垫圈。作为另选，垫圈可包括熔融燃料单元池中常见的湿封类型，其中燃料在容器中为液体且在容器与泵的接头或管套的周边(其中温度低于熔点)处为固体。管套可包括用于管道起泡器的穿透部和阀中的至少一种。
在泵具有适用于常见坩埚和管材料及泵管的类型的情况中，穿过电磁泵5k的泵管可包括对感应耦合加热器的辐射透明的材料。泵管的材料可为与第一容器和第二容器的至少一个的材料相同的材料。接头可包括陶瓷-陶瓷接头，其中陶瓷包括对感应耦合加热器的辐射透明的材料，诸如二氧化硅、石英、氧化铝、蓝宝石、氧化锆、MgF2和氮化硅中的至少一种。作为另选，在泵具有适用于常见坩埚和管材料的类型且泵管包括与容器的至少一个相同或等同的材料的情况中，可消除接头，使得存在容器至泵的连续性。示例性感应型或机械泵的容器和泵管中的至少一个的示例性材料是氮化硅。在另一实施方式中，来自第一容器、第二容器、第二容器的歧管区段和泵管的组中的至少一个组件可包括吸收感应耦合加热器的辐射的材料(诸如金属或石墨)，使其间接加热组件中含有的燃料金属。加热器可加热组件，且来自经加热组件的热传递可二次加热组件内侧的燃料金属。
在特定的示例性实施方式中，第一容器5b包括诸如石英等RF透明材料。第一容器的石英区段连接至金属弯头，诸如连接至金属管道管(诸如电磁泵5k的高温不锈钢(SS)管道管)的高温不锈钢(SS)弯头。该管连接至包括诸如高温不锈钢(SS)弯头等金属弯头的第二容器5c，金属弯头进一步连接至诸如石英等RF透明材料。石英管在喷嘴5q中结束。第二容器可进一步包括可穿透单元池且对准喷嘴5q与电极8的间隙8g的S或C状区段。连接各区段之间的各接头可包括夹钳进和诸如石墨垫圈等垫圈。在一个实施方式中，造粒机包括诸如RF透明区段等短加热区段5b、至泵管的金属接头过渡体、可处于容器5b的垂直区段中的电磁泵5k、至弯头(诸如具有用于延伸穿过在喷嘴5q中结束的第二较长RF透明加热区段5c的管道起泡器5z的金属配件或穿透部的金属弯头)的过渡体。包括第一和第二容器的RF透明区段可包括石英，至金属接头的石英可包括与夹钳一起保持的连结区段上的石英和金属凸缘。示例性管道管尺寸及容器尺寸分别为1cm ID和2cm ID。管道管可包括高温不锈钢，且RF透明容器可包括石英。
在另一实施方式中，造粒机组件的至少一个(诸如熔体导管组件和气体递送组件，其包括第一容器5b、第二容器5c、泵管、第二容器5c的歧管区段(图2I11)和管道起泡器5z(图2I13))可包括从感应耦合加热器吸收至少部分动力且间接加热诸如银或Ag-Cu合金熔体等燃料熔体的材料。在后一情况中，诸如石英、二氧化硅、蓝宝石、氧化锆或陶瓷壁等容器壁可对感应耦合加热器的RF功率透明。造粒机组件可包括高温不锈钢、铌、镍、诸如改质9Cr-1Mo-V(P91)、21/4Cr-1Mo钢(P22)等铬钼钢、钼、钨、H242、TZM、钛、铬、钴、碳化钨及具高于燃料熔体的熔点的其他金属及合金。金属可具有高效率，以吸收来自加热器的辐射。诸如容器等组件可较窄以有效地间接加热燃料熔体。示例性容器为管尺寸为1/4英寸至3/8英寸ID的管。可通过诸如在氧气氛中加热的手段预氧化诸如容器、泵管和管道起泡器等组件的熔体接触表面，以便形成钝化层，从而防止与注射水蒸气或变为水蒸气的水反应。在一个实施方式中，可使用诸如银熔体等熔体润湿组件壁以保护壁免于与水反应。在此情况中，水反应性金属可用于造粒机组件。接头可为焊缝、接头套管及本领域中已知的用于连接金属零件的其他接头。零件可由与泵管相同的材料制成，诸如锆、铌、钛、钽、其他耐火金属和高温不锈钢中的至少一种，高温不锈钢诸如Haynes 188、Haynes 230和Haynes HR-160中的至少一种。
在一个实施方式中，通过诸如5f和5o等感应耦合加热器种的至少一种加热之造粒机的至少一个容器包括诸如吸收感应耦合加热器的辐射功率且间接加热容器中含有的诸如银等金属的金属等材料。十分高效地吸收感应耦合加热器的RF辐射的示例性金属为钽、铌、铁金属及铬钼金属。在一个实施方式中，造粒机的至少一个容器包括管路，管路包括高效地吸收来自感应耦合加热器的辐射的材料，诸如钽、铌或铁金属，如铬钼钢。管路可卷绕以获得加热感应耦合加热器的线圈内的较长长度区段。管路可具有诸如在约1mm至10mm的范围内的小直径以有效地间接加热管路内侧的金属。诸如抛光或电抛光管路等管路可具有低发射率。可使用诸如实质上对感应耦合加热器的辐射透明的绝缘体等包裹管路。绝缘体可有效地最小化导电和对流热损耗，且可进一步至少部分反射来自管路的红外线辐射以减小辐射功率损耗。在一个实施方式中，造粒机可进一步包括真空腔室或围绕造粒机放入至少部分提供真空腔室的单元池延伸部分。围绕容器的真空可减小导电和对流热损耗，且降低所需加热器功率以将熔体保持在所需温度。真空可进一步减少管路的氧化以保持其所需的低发射率。
在包括气体歧管的气体处理区段中，容器壁可包括具有减小至低氢渗透性且能够承受高温的材料。合适的材料是诸如钨和钼等耐火金属及氮化物结合氮化硅管。在歧管区段中缺乏感应耦合加热器的情况下，容器可与绝缘体并列。可通过第二容器的连续区段绝缘且加热此区段，熔体自第二容器流动至此区段中。必要时，除绝缘体以外，可通过加热金属壁且间接加热熔体的感应耦合加热器保持温度。作为另选，可使用另一类型的加热器，诸如电阻加热器。在一个实施方式中，歧管区段进一步包括混合器以增大H2和气体H2O并入熔体中的速率。混合器可包括电磁类型(诸如利用电流和磁场的至少一种在熔体中产生涡流的电磁类型)和包括移动搅拌棒叶片或叶轮的机械类型。H2和气体H2O变得并入至熔体中以形成在点燃地点处从喷嘴5q喷出的熔融燃料。造粒机5a进一步包括H2和H2O的源，诸如分别连接至歧管5w和5x的气罐及管线5u和5v。作为另选，通过H2O罐、水蒸气产生器及水蒸气管线5v将H2O提供为水蒸气。可使用通过产生器产生的电由水电解提供氢气。
从喷嘴5q喷出高压熔体实现了将燃料注射至电极中，其中通过至少一个电磁泵5k产生高压。可通过相对于熔体容器5c的截面面积控制弹射喷嘴5q的截面面积而增大压力。可调整并控制喷嘴孔口。导电传感器或光学传感器(诸如红外线传感器)和计算机可控制泵5k的压力和注射速率。喷嘴5q可进一步包括阀，诸如本公开的可提供额外注射控制的阀。阀可包括针型，其中喷嘴开口作为阀座。在包括电磁泵5k的SF-CIHT单元池的实施方式中，电磁泵的诸如快电流控制器等快控制器充当阀，因为在基本上与根据取决于电流的劳仑兹力(式(37))的电流相同的时间范围消除了泵产生的压力。可通过控制喷嘴大小、跨喷嘴孔口的压力、使用诸如电磁或压电振动器等振动器施加至喷嘴的振动和熔体的温度、粘度和表面张力中的至少一种来控制喷丸大小。可使用诸如光学传感器(如红外线传感器)等传感器感测喷丸的移动。位置数据可回馈至注射和点燃的控制器中的至少一个中，以同步使燃料流动至点燃过程中。可通过法拉第笼围绕喷嘴5q以防止RF场感应喷丸中的涡流并导致喷丸偏离至发生点燃的电极间隙中的直线路径。
通过表面张力形成并随后由喷嘴5q喷出的喷丸可辐射热并冷却。从喷嘴5q至电极8之间的点燃点的飞行距离可足以使金属形成球体，且各球体可充分冷却以在外部形成壳。为增强冷却速率以协助形成球形喷丸和具有外固体壳的球形喷丸中的至少一种，可使用喷雾器(如本公开的喷雾器)用诸如水滴等水喷洒喷出的熔融燃料流。示例性水喷雾器是美国专利第5,390,854号的Fog Buster Model #10110。可使用制冷器凝结多余水以保持单元池中的大致真空。在一个实施方式中，喷雾器和水冷凝器或制冷器可使用可在喷丸5t喷出时冷却喷丸5t的喷嘴冷却器5s代替。冷却可包括散热器(诸如包括辐射热的蓄热体的散热器)、具有至制冷器的管线31d和31e的喷嘴上的热交换器和制冷器31a和喷嘴5s上的帕耳帖制冷器中的至少一种。流动至造粒机5a的喷嘴区段中的熔体可具有实质上的高温，以便吸收上游气体施加区段中的诸如H2和H2O等所施加的气体。可使用喷嘴冷却使熔体温度淬灭。正当熔体喷出时可将温度降低至刚高于熔点。低温熔体可形成球体，且各自可在其从喷嘴行进至电极时随后一辐射冷却形成固体壳。使用诸如散热器和热交换器及制冷器等大致高容量冷却构件，喷出处的温度可经建立在不精细的温度范围内，诸如熔体熔点的约50℃内。可使用诸如帕耳帖制冷器等高度可控制的低容量冷却器实现所需温度附近的更精确温度，诸如在熔体熔点的约1℃至5℃内。
造粒机5a可进一步包括制冷器以冷却感应耦合加热器，还可包括分开的制冷器或与喷嘴制冷器31a和诸如PV转换器制冷器31等动力转换器制冷器中的至少一个相同的制冷器。还可使用将热排斥至制冷器的热交换器来冷却点燃系统8a(图2H2)，制冷器可包括还冷却诸如PV转换器等另一系统的诸如31等制冷器。点燃系统冷却器可冷却诸如滑动轴承等电连接轴承或滑环、滚轮轴件和辊式电极中的至少一种。点燃系统冷却器可包括诸如围绕滑环的水套的热交换器。水套水还可流动通过轴件7和辊式电极8。可通过本领域中熟知的轴件的端部的水密轴件密封轴承或水密滑环将水流与轴件7连接。
燃料的点燃形成分数氢及氧，其可使用真空泵13a(图2I2)(诸如鲁氏泵、涡旋泵、低温泵、隔膜泵、干真空鲁氏泵及本领域技术人员已知的其他泵)抽出。多余水和氢可回收且再循环。可通过差分泵送移除水。在一个实施方式中，可通过泵送和本公开的其他手段(诸如通过分液手段)移除形成于等离子体中的氢及氧。氢和氧的移除可用作移除多余水的方法。在电极处保持包括水的气氛的情况中，可通过泵送移除多余的水。水可在单元池26中或与单元池26内侧连接的制冷器处凝结且再使用。作为另选，例如，还可使用泵13a抽出水。压力可保持在防止通过单元池发出的光过度衰减的至少一种且允许点燃粒子在重力影响下实质上不受阻碍地落下的压力范围中。压力可保持在约1nanoTorr至100atm、0.1milliTorr至1atm及10milliTorr至2Torr中的至少一个压力范围中。
热燃料的点燃可需少于冷燃料的能量；因此，点燃时刻在热燃料情况中可较早。点燃时刻可被控制为实现在所需区域(诸如提供朝向诸如光伏转换器26a(图2I2)等动力转换器引导的光的区域)中形成光。在从辊式电极8下方注射燃料的情况中，辊速度可增大以向上输送燃料，从而导致在所需区域中发射出光。系统可包括诸如延迟线等点燃电流延迟组件，以在通过辊输送燃料时延迟点燃，从而在所需区域中产生光。可通过控制喷丸的注射速率和尺寸来控制功率。可通过控制泵送速率来控制流动速率。还可通过控制诸如气体压力、暴露时间和熔体温度等气体吸收条件来控制H2和H2O含量以控制SF-CIHT单元池的动力输出。
在原位修复诸如辊式电极8等电极的实施方式中，可在缺乏气体处理和冷却(诸如使用水喷雾器、热交换器及制冷器或帕耳帖制冷器)中的至少一种的情况下注射诸如熔融银等熔体。未处理金属充当“无效”材料，其中不进行形成分数氢的点燃，使得材料可接合至电极表面。在熔体未冷却为具有外壳的喷丸的情况中，接合可更分散且均匀。熔融液滴可因注射撞击电极表面以随着时间使用新金属覆盖表面。可通过本公开的手段(诸如通过使用修整轮、精密磨床和车床的至少一种)机械加工多余金属。可使用固定研磨叶片实现碾磨，其在辊式电极旋转时碾磨表面。叶片的高度是可调节的。作为另选，可通过放电机械加工(EDM)移除多余材料，其中EDM系统可包括电极和电源。各个电极可具有修整轮以整理表面。可通过碾磨、研磨、抛光、超压光和热处理中的至少一种使辊平滑且形成为所需半径。在另一实施方式中，电极修补或修复系统包括诸如光学传感器(诸如激光)等传感器以探测辊损害。控制器可控制沉积、多余材料的移除和修整以修复冲击损害以将电极保持在特定所需尺寸的容限内。
在可独立于单元池相对于重力的定向的实施方式中，可通过静电及电磁回收系统中的至少一种回收点燃产物。在一个实施方式中，静电回收系统包括可保持在高压下放入至少一组电极以使得点燃产物粉末变得经一个电极(诸如正(负)电极)带电且通过相反带电的电极(诸如负(正)电极)收集带电粒子。可通过使用负电极处放电(诸如电晕放电)产生的电子使粒子带电。作为另选，诸如包括银的粒子等可在ESP电极之间的高场中变得带正电。通过电极产生的磁场的方向可使得粒子在沿着笛卡儿坐标系的至少两个方向的轨迹中行进。粒子可直接行进至收集器，收集器可为造粒机的输入端。粉末可在造粒机中熔融，且电磁泵可泵送熔体以进行输送。可使用气体处理熔体以使其变为燃料且注射至电极中。
在另一实施方式中，点燃产物粉末可主要沿着笛卡儿坐标系的一个轴输送以收集于至少一个收集电极上。然后，可通过诸如机械和静电输送机等至少一个输送机将粉末输送至造粒机。电极可包括阻挡电极，其中将电荷保持在收集电极的表面上。收集的带电粉末可保持在带电状态中。可通过一系列电隔离的收集电极输送粉末，其中通过施加电压而使该系列n整数个电极的电极n+1带电同时电极n经放电或带相反电，使得粉末被吸引至电极n+1且不再附接电极n或被电极n排斥。可顺序电激活及电去活该系列电极以将粉末移动至所需位置(诸如至造粒机)。该n系列电极可将粉末在任何所需方向上移动，诸如在具有垂直引导光的标准设计以颠倒定向操作的情况中垂直移动。在一个实施方式中，该系列电极可将粉末移动至单元池的含有等离子体的区域，其中本公开的增强等离子体轨道枪回收系统可完成粉末的回收。在等离子体导电率较低的情况中，可使用静电沉淀器收集点燃产物或将其等引导至具有高导电率的区域。在具有高等离子体导电率的区域中，可通过阻挡电极静电沉淀器和增强等离子体轨道枪回收系统中的至少一种回收点燃产物。
静电沉淀器(ESP)可包括高电压电源，其可关闭光伏(PV)转换器和PV转换器电力的动力调节机中的至少一种。电源可在ESP电极之间供应动力以导致静电沉淀。在一个实施方式中，ESP沉淀器进一步包括诸如中心电极等组电极，如具有极性的线电极88(图2I23)和具有相反极性的至少一个相对电极89。线电极可与相对电极产生电晕放电。线可包括诸如尖针等物件以增强电场。诸如收集或沉淀器电极等相对电极可包括单元池壁和入口或围绕造粒机入口的区域中的至少一种。诸如高压电源等ESP电源可将高负电压施加至诸如线电极等中心电极，且诸如单元池壁和入口中的至少一种等收集电极可接地。诸如包括银的粒子等变得带正电且经收集于负线或棒上。在替代实施方式中，高压电源可将高正电压施加至诸如线或棒电极等中心电极，且诸如单元池壁和入口中的至少一种等收集电极可接地，使得带正电的银粒子收集于单元池壁和入口上(当粒子带负电时，两种情况发生相反状况)。收集的粒子可输送至造粒机的入口。可通过重力、静电场、电磁场和机械方式中的至少一种进行输送。作为另选，至少一个电极可包括至少一个线(图2I23的88)、线网(图2I23的89)或实质上不阻挡单元池发射至PV转换器的线筛。电极可包括诸如耐火金属(诸如Mo或W)等耐火导体，使得可主要通过辐射实现冷却。在示例性实施方式中，中心线带负电至500V至1500V之间，而半径为10cm的两个对电极板接地。单元池压力约为30mTorr至50mTorr。在50mA下将带正电的银粒子静电地收集于负中心电极上。粒子在接触中心线后中和，且中和的银粒子因重力落入收集器中。可通过减小电极的间隔且通过增大所施加ESP电极电压而增大电场强度以提供更高ESP力和ESP效应。可通过增大电极沿着点燃产物的轨迹的垂直长度来增大作用时间和ESP效应。
在一个实施方式中，单元池26可包括传输线或波导，其被设计为基于用于沿着单元池传播交替频率功率的等离子体介质的阻抗匹配而具有在与冲击区域相距所需距离处反射等离子体和粒子的阻抗。交替频率可具有可受控的点燃波形的特性。单元池的尺寸可控制。控制可促进等离子体动力传播至单元池的区域中直至等离子体动传播的阻抗不再匹配至单元池阻抗。可通过等离子体的导电率可控制地改变等离子体阻抗，等离子体的导电率可由于离子-电子重组而沿着传播路径下降。等离子体传播可被停止或反射。可通过等离子体的停止或反射至少部分地促进点燃产物的回收。
至少一个极性电极可包括UV镜表面(诸如本公开的UV镜表面，诸如涂布MgF2的Al)以反射单元池发射和防止点燃产物附着中的至少一种。在后一情况中，另一抗附着涂层包括蓝宝石。在另一实施方式中，壁可包括铝箔(诸如可包括薄保护氧化物涂层的Al箔)以作为抗附着表面。壁可包括钼(诸如具有氧化物涂层的Mo箔)、碳化钨(WC)、涂布WC的金属(诸如涂布WC的Mo或W)、钨、Ta、Nb、TaW、渗碳金属(诸如钢或相关合金)、阳极氧化铝、氧化铝(诸如可溅射涂布在不锈钢等基板上的α氧化铝)、石墨、柔性石墨、石墨烯和涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu、Mo或W)中至少一种以作为抗附着材料。在一个实施方式中，壁可包括涂布碳的支撑件，诸如陶瓷或金属支撑件。碳可包括石墨。可通过本领域中已知的手段(诸如在支撑件上固化的液体喷雾)施加石墨。其他手段包括气相沉积、溅射、化学沉积及本领域中已知的其他方法。壁可包括支撑件，诸如涂布有石墨的金属，石墨可为热解石墨。涂层可具有热解石墨瓷砖。涂层可为碳化硼(例如，B4C)、诸如特氟龙(PTFE)等氟碳聚合物、氧化锆+8％氧化钇、富铝红柱石、氧化锆-富铝红柱石或可在高温下操作的氧化钇-富铝红柱石稳定的氧化锆(YSZ)。涂层(诸如高温不锈钢或铜上的涂层)可包括阳极氧化铝。可通过本领域中已知的涂布方法(诸如热喷涂或电弧喷涂和电镀)施加铝。铝涂层可经阳极氧化。可在电解池(诸如包括硫酸电解质的电解池)中执行阳极氧化。在一个实施方式中，单元池壁(诸如包括耐受点燃产物的润湿或附着的表面的单元池壁)可与点燃产物粒子的传播轨迹方向成角度或自其倾斜以促进点燃产物粒子偏离壁而不附着。单元池壁和单元池顶部中的至少一种可包括具有诸如耐受点燃产物附着的阳极氧化铝或石墨等材料的波形表面，使得诸如熔融Ag粒子等点燃产物粒子并不垂直撞击且附着。在一个实施方式中，壁可包括经拉伸以吸收来自冲击粒子的撞击的箔，以防止其嵌入。在另一实施方式中，箔可相对于冲击方向成角度，以偏转粒子，避免附着。在一个实施方式中，壁可包括不同材料以便提供所需的选择性能力，诸如耐热性和UV光在所需单元池区域中的反射。例如，单元池壁较靠近PV转换器的顶部可包括涂布有MgF2的Al以反射UV光，且在电极和点燃产物入口处的单元池壁底部可包括石墨、Mo或碳化钨，以在高温下操作。壁底部区段的高温可促进将点燃产物返回至接近于或高于其熔融温度以减小通过造粒机再生燃料喷丸的输入能量。氢气氛、因泵送所致的低氧分压或氧吸气剂可防止诸如石墨和铝等可氧化组分氧化。相同情况适用于可氧化电极组件。
ESP系统可进一步包括阻挡电极区段以使粒子带电。在一个实施方式中，光伏(PV)转换器的壁和表面的至少一种可带正电以排斥带正电的银粒子，从而防止其附着至单元池壁或PV转换器。可通过高电压电晕放电使粒子带正电。在另一实施方式中，光伏(PV)转换器的壁和表面中的至少一种可包括阻挡电极，或可在点燃区域与壁或PV转换器之间具有阻挡电极。阻挡电极可带电为与点燃产物粒子相同的极性，以排斥其且防止附着至壁或转换器表面。在示例性实施方式中，诸如银粒子等粒子带正电，且阻挡电极带正电以排斥粒子。
在另一实施方式中，通过时间变化场(诸如包括激发场的射频场)在粒子中感应涡流。涡流可感应由粒子产生的场。感应场可与激发场相互作用以导致粒子经受捕集和平移中的至少一种。激发场可被控制为实现远离单元池壁和PV转换器的至少一种的平移以防止附着。至少一个天线和RF产生器可施加RF场。至少一个天线可包括一组电极。天线可包括RF线圈。线圈和RF产生器或电源可包括感应耦合加热器。为防止附着于单元池壁和PV转换器中的至少一种上，线圈可围绕其中需要限制点燃产物的区域。在一个实施方式中，在通过相对天线定向形成的感应耦合腔中保持稳定电磁波，其在金属粒子中感应涡流且将其等捕集于腔中。射频场对粒子的捕集作用降低其从点燃冲击获取的速度，使得重力可最终使其等落下至单元池底部，以收集至造粒机的入口。防止粒子附着的系统可包括RF源和至少一个天线，以在粒子中感应涡流并可进一步包括诸如静态磁场和静态电场中的至少一种的施加场。可通过永磁体和电磁体中的至少一种施加静态磁场。可通过一组电极和电源施加静态电场。天线激发电磁捕集系统的频率可在约1Hz至100GHz、1kHz至10GHz和100kHz至100MHz中的至少一个频率范围内。可基于粒子大小选择频率。较高频率可应用于较小粒子。本领域技术人员可测试不同线圈几何形状、功率和频率以实现一定的力(诸如金属粉末点燃产物的悬浮或其从顶部单元池区域的排出)。
在一个实施方式中，防止通过固体燃料点燃形成的等离子体的电离粒子静电附着至单元池表面(诸如PV转换器窗、PV转换器和单元池壁)。在包括产生垂直于点燃方向和等离子体跨电极的电流方向的磁场的磁体(诸如8c(图2I10))的实施方式中，通过劳仑兹力从PV转换器窗和PV转换器扫除电离粒子的至少一部分，且其余未电离粒子的至少一部分由于其电中性而并不静电地附着至表面。中性粒子可自表面弹性散射。在一个实施方式中，使用诸如接地等手段通过电中和进一步防止粒子静电附着至表面。可通过使用与未中和粒子接触的导体实现接地。材料可具有低功函数、高表面积、高热离子活性和高光电活性等特性中的至少一种。材料可包括cessiated的金属。在一个实施方式中，中和诸如带正电粒子等带电粒子的手段包括中和电子源，诸如至少一个电接地路径和自由电子注射器。可通过诸如电子束和光阴极等手段注射自由电子。光阴极可因使用来自等离子体等适当高能光照明而发射光电子。光阴极可为本公开的光阴极，诸如GaN。还可通过使用在加热时发射电子的加热灯丝(如W或涂钍W灯丝)实现中和。可在加速栅极与灯丝之间施加正偏压以改善注射至等离子体中的电流量以使其中和。
在一个实施方式中，光伏(PV)单元池和面板中的至少一种远离于横向平面倾斜至来自固体燃料喷丸点燃的粒子的传播方向。PV单元池和面板中的至少一种的阵列可被配置为百叶窗式，使得来自点燃的移动粒子以一定角度掠射该阵列。在一个实施方式中，掠射入射防止粒子附着至PV单元池和面板中的至少一种。粒子可弹性散射。小粒子具有高表面张力以形成可促进弹性散射和不附着的球体。倾斜PV单元池和面板可将粒子弹性偏转或散射至非附着表面(诸如石墨、铝、锆或WC表面)。非附着表面可包括连接被配置为百叶窗式构型的阵列的一个部件的上边缘与毗邻部件的下边缘的垂直缝翼。粒子可落下或可从非附着表面输送至造粒机入口。可与本公开的其他方法组合应用PV转换器的掠射入射特征以防止粒子附着，诸如使用诸如点燃电流等交叉电流和通过磁体施加的磁场以导致粒子的劳仑兹力偏转，且PV单元池各自可经涂布有诸如铝等非附着表面。在一个实施方式中，倾斜或百叶窗式PV阵列可增大PV转换器的表面积以首先更高的动力输出。
在一个实施方式中，等离子体和等离子体发射以浅入射角度入射一系列镜面(诸如本公开的UV镜面)中的每一个。浅或掠射角度导致比法线入射角度的反射系数高得多的反射系数。该系列镜面选择性地分离光与粒子。粒子可经受镜面的非弹性碰撞以从等离子体移除，而光透过该系列镜面反射以引导至PV转换器上。包括固体燃料点燃产物的粒子收集于造粒机入口处。可通过重力流或本公开的其他方法进行收集。
在另一实施方式中，收集电极可包括诸如斗式提升机等机械输送机。作为另选，输送机可包括传送带，其中粉末可静电地附着且经机械地输送至造粒机。带电电极可产生静电场，其在导电粒子中感应镜偶极且通过电荷和感应电荷相互作用将粒子静电地保持于带上。可通过范德格拉夫产生器(van de Graaf generator)的机构使带带电。传送器可包括范德格拉夫产生器。作为另选，可使用在电流方向上交替且嵌入绝缘体中的电流携载线来产生场。在光复制技术中熟知此种输送机，其中静电结合板结合且输送具有相反感应极性充电的纸。可通过场放电而在所需处释放粉末，诸如释放至造粒机中。可如在光复制技术的硒板的情况中那样，使用照明实现放电。在另一实施方式中，粒子可附着至磁化传送器，诸如包括带的传送器，该带包括当与传送器表面接触时供应通过粒子的电流的表面电极。粒子电流引起与传送带的磁化相互作用的粒子磁场以导致粒子附着。可通过停止通过导电粒子的电流来释放粒子。在静电和磁性实施方式中，粒子可因顶部带辊处的离心力而飞离带。例如，还可使用刮刀机械地移除粒子。在一个实施方式中，诸如传送带等机械输送机可替代在图2I6中示出的轨道枪注射器(其中燃料喷丸替代本公开的粒子)。
本公开的其他实施方式可如下设想：混合及匹配本公开的现有实施方式的方面(诸如回收系统、注射系统及点燃系统的方面)。例如，喷丸或颗粒可从造粒机或造粒机在辊上方的喷丸滴落器(图2H1至图2H4及图2I1至图2I9)直接落下至辊式电极中。点燃产物可流动至可在辊上方或下方的造粒机中。可在辊下方形成喷丸且在辊上方输送喷丸。金属可经泵送至其中可制成喷丸的辊上方，且喷丸可滴落或注射至辊中。在另一实施方式中，点燃产物可输送至可在辊上方的造粒机。PV面板可被定向为最大化光的捕获，其中具有常规知识的本领域技术人员可预期并判断除对光伏转换器26a(图2H1、图2I1及图2I2)所示的定向以外的其他位置。相同情况应用于本公开的其他系统和系统组合的相对定向。
在图2I10至图2I23中所示的实施方式中，点燃系统包括一对固定电极8(在其之间具有建立开路的间隙8g)、导致燃料2点燃的电源2及将电源2连接至该对电极8的一组汇流条9和10。可通过点燃系统的冷却系统冷却电极和汇流条的至少一种。间隙8g可填充有导电性燃料，并且通过熔融燃料从注射系统(诸如包括电磁泵5k和喷嘴5q的注射系统)的注射闭合电路。注射的熔融燃料可包括球形喷丸5t，其可为熔融、部分熔融且与固化壳一起熔融中的至少一种。固体燃料可作为喷丸流、连续流或喷丸与流的组合递送。供给至电极的熔融燃料可进一步包括连续流或间歇周期的喷丸和连续流。电源2可包括至少一个电容器，诸如通过光-电转换器(诸如PV或PE转换器)充电的电容器组。充电电路可与电源2和电极8并联。在另一实施方式中，充电电路可与电源2和辊2串联，其中开关在电极处于开路状态中时将充电电路连接至电源。电压可为约0.1V至10V的范围。可通过串联连接电容器来实现所需的最大电压。电压调节器可控制最大充电电压。峰值电流可为约100A至40kA的范围。可通过并联连接电容器来实现所需的最大电流，通过串联连接的并联组实现所需电压。点燃电路可包括浪涌保护器以保护点燃系统不受点燃期间产生的电压浪涌的影响。示例性浪涌保护器可包括至少一个电容器和一个二极管，如威世二极管(Vishay diode)(VS-UFB130FA20)。电压和电流被选择为实现点燃以在最小化输入能量时在动力转换器具有选择性的区域中产生最大光发射。示例性电源包括两个串联电容器(Maxwell Technologies K2超级电容器2.85V/3400F)，以提供约5V至6V和2500A至10,000A。示例性电源包括两个串联电容器(Maxwell Technologies K2超级电容器2.85V/3400F)，以提供约5V至6V和2500A至10,000A。另一示例性电源包括四个串联电容器(Maxwell Technologies K2超级电容器2.85V/3400F)，以提供约9.5V和约4kA。示例性电源包括两组两个串联电容器(MaxwellTechnologies K2超级电容器2.85V/3400F)，其并联连接以提供约5V至6V和2500A至10,000A。
在图2I13和图2I14中所示的实施方式中，歧管和注射器包括在第一容器5b和第二容器5c中的至少一种的内侧纵向延伸的管道起泡器5z。在一个实施方式中，管道起泡器5z包括用于气体的封闭通道或导管和沿着其长度以将气体递送至围绕其的燃料熔体中的至少一个穿透部。在一个实施方式中，管道起泡器具有沿着其长度分布于其表面上的穿透部或开孔，以沿着其长度在其表面上递送气体。管道起泡器可为至少一个容器内侧的中心线。可通过沿着管道起泡器的辐条支撑件保持中心线位置。在其输入端处，管道起泡器可在第一容器的开放入口处进入第一容器5b的内部且可延伸穿过第一容器5b和第二容器5c中的至少一种，使得其在喷嘴5q(图2I13)之前结束。在图2I14中所示的避免管道起泡器延伸穿过电磁泵5k的另一实施方式中，管道起泡器在不延伸穿过泵5k的情况下在第一或第二容器的至少一种中延伸。管道起泡器5z可将穿透部形成在容器的壁区域(诸如在接头或弯头(如第二容器5c(图2I16)的接头或弯头)处)中且可在进入泵5k(图2I14)之前停止。管道起泡器可供应有至少一个氢气管线、液体或气体水管线和共用氢和液体或气体水管线(诸如来自连接至H2及H2O中的至少一种源的歧管的管线5y以及5v和5u)。
在一个实施方式中，第一容器5b和第二容器5c中的至少一种可包括具有卷绕管道起泡器5z的线圈，其可增大留存时间以将H2O和H2中的至少一种注射至燃料熔体中。造粒机组件的至少一种(诸如容器5b和5c、泵管和管道起泡器5z)可由金属构成，其中可间接加热燃料熔体。可使用穿过容器壁的固定螺钉将管道起泡器定位于容器内部。例如，可通过调整围绕容器圆周以120°隔开设定的三个螺钉各自的相对凸出长度而实现管道起泡器中心定位。
造粒机可进一步包括接收来自诸如第一容器等容器的熔体的腔室。腔室可包括至少一个起泡器管(诸如腔室中的多个起泡器管)且可进一步包括供给至起泡器管的歧管。水可作为水蒸气供应至腔室以并入至诸如熔融银等熔体中。水蒸气可至少预加热至腔室的温度以避免热损耗。可通过来自造粒机的加热区段(诸如第一容器)的热交换来预加热水蒸气。可使用诸如感应耦合加热器等加热器加热水蒸气。经水蒸气和氢的至少一种处理的熔体(诸如熔融银)可流动出腔室至第二容器，第二容器可包括可使用诸如感应耦合加热器等加热器加热的管路。管路可穿透单元池壁且在将熔体注射至电极中的喷嘴5q中停止。腔室可在腔室入口和出口的至少一种中包括泵，诸如电磁泵。
在管道起泡器附接至H2和H2O气罐两者的情况中，管线5u及5v可分别附接至诸如歧管等气体混合器，歧管随后通过连接管道5y(图2I14)附接至管道起泡器。在另一实施方式中，管道起泡器可包括多个管道起泡器。各自可分别通过管线5u和5v独立地连接至诸如H2和H2O气罐等分开的气体供应器。管道起泡器可包括多个区段，其在组装和拆卸期间(诸如在制造和维护期间)可进行连接和断开连接中的至少一种。管道起泡器可包括合适的接头以实现连接。一个第一管道起泡器区段可用于将气体递送至熔体中，直至电磁(EM)泵。第二管道起泡器区段可执行沿着EM泵区段引导和递送气体中的至少一种，且第三管道起泡器区段可沿着第二容器5c递送气体。在另一实施方式中，多区段管道起泡器包括在第一容器内部延伸穿过其入口且沿着其长度延伸的第一区段和在第二容器5c内部且在喷嘴5q之前停止的第二管道起泡器区段。在一个实施方式中，管道起泡器可在泵5k之后进入容器，使得来自注射气体的压力并不导致熔体逆流。起泡器5z可通过诸如弯头等连结区段进入容器，弯头可连接通过本公开的接头5b1连接的不相似容器材料(诸如金属和石英)(图2I14及图2I16)。感应耦合加热器可包括两个完整线圈。第一感应耦合加热器线圈5f加热第一容器且第二感应耦合加热器线圈5o加热第二容器5c。管道起泡器可包括金属或合金，其在操作温度下耐受与H2O反应，能够保持其完整性且避免在熔体温度下形成银合金。在足够熔点情况下无H2O反应性的合适的示例性材料为来自以下组中的金属和合金的至少一种：Cu、Ni、CuNi、Hastelloy C、Hastelloy X、Inconel、Incoloy、碳钢、不锈钢、诸如改质9Cr-1Mo-V(P91)、21/4Cr-1Mo钢(P22)等铬钼钢、Co、Ir、Fe、Mo、Os、Pd、Pt、Re、Rh、Ru、Tc和W。
管道起泡器可在输入端处分别通过管线5u和5v附接至H2和H2O气罐中的至少一个。作为另选，通过H2O罐、水蒸气产生器和水蒸气管线5v将H2O提供为水蒸气。在一个实施方式中，造粒机包括水蒸气产生器5v以用于将H2O添加至容器(诸如5b和5c的至少一种，其可包括石英容器)中的熔体(诸如银熔体)。在一个实施方式中，水蒸气产生器包括毛细管芯吸系统，其具有热梯度以在一端处产生水蒸气且自相对端将水芯吸出储罐。在一个实施方式中，水蒸气产生器包括高表面积加热材料(诸如金属泡沫或垫，诸如包括镍或铜的金属泡沫或垫)，以提供用于将来自H2O储罐的水转换为水蒸气以使喷丸水合的沸腾地点。其他示例性高表面积材料包括诸如沸石、二氧化硅和氧化铝等陶瓷。水蒸气产生器可在压力下运行以增大水蒸气温度和热含量。可通过控制水蒸气流出口的尺寸来获得压力，以控制流动限制，使得以相对于受限输出流的速率产生水蒸气以形成所需的水蒸气压力。管线可包括减压剂。水蒸气产生器可包括冷凝器以凝结水滴和低温水蒸气。凝结的水可回流至池中。水蒸气可流动通过管道起泡器5z且注射至熔体(诸如注射至电极8中的熔融银)中。在另一实施方式(诸如其中通过本公开的气体注射器将气态水注射至等离子体中的实施方式)中，压力可保持在较低，如约0.001Torr至760Torr、0.01Torr至400Torr和0.1Torr至100Torr的至少一个范围。低热、冷冻液体水、保持冰和冷却冰中的至少一种可应用于储罐或罐(诸如5v)中的水，储罐或罐在减压下操作以形成低压气态水。可使用诸如31和31a等制冷器保持冷冻和冰。可通过真空泵13a提供减压。在一个实施方式中，银中水的wt％对于分数氢反应可为最佳的，其中速率随着H2O wt％从纯金属等离子体开始而增大，在最佳wt％处达到最大速率和分数氢收率，且可由于竞争过程(诸如HOH的氢键键合降低新生HOH浓度和原子H的重组降低原子H浓度)而随着H2O等离子体含量增大而减小。在一个实施方式中，包括导电基质(诸如金属，诸如银、银铜合金和铜)的点燃等离子体的H2O重量百分比(wt％)为约10-10至25、10-10至10、10-10至5、10-10至1、10-10至10-1、10-10至10-2、10-10至10-3、10-10至10-4、10-10至10-5、10-10至10-6、10-10至10-7、10-10至10-8、10-10至10-9、10-9至10-1、10-8至10-2、10-7至10-2、10-6至10-2、10-5至10-2、10-4至10-1、10-4至10-2、10-4至10-3及10-3至10-1中的至少一个wt％范围。在其中喷丸仅包括铜或具有诸如金属(诸如银)的另一材料的实施方式中，单元池气氛可包括氢以与可通过与单元池中形成的氧反应而形成的任何氧化铜反应。氢压可为约1mTorr至1000Torr、10mTorr至100Torr和100mTorr至10Torr中的至少一个范围。氢压可为以其形成的速率与氧化铜反应的压力，或高于及低于使来自燃料点燃的UV光显著衰减的压力。SF-CIHT产生器可进一步包括氢传感器和控制器以控制单元池中来自诸如5u等源的氢压。
图2I10至图2I23的固定电极8可被定型为引发等离子体并由此使等离子体发出的光朝向PV转换器26a(图2I2)投射。电极可被定型为使得熔融燃料最初流动通过包括颈部或较窄间隙的第一电极区段或区域8i(图2I12)至具有较宽间隙的第二电极区段或区域8j。点燃优先发生在第二区段8j中，使得等离子体自第二电极区段8j朝向PV转换器26a扩张。颈部区段可产生Venturi效应以使熔融燃料快速流动至第二电极区段。在一个实施方式中，电极可包括使点燃事件远离注射方向朝向PV转换器突出的形状。合适的示例性形状为最小能量表面、伪球体、锥形圆柱体、上薄片拋物线、上半薄片双曲线、上半薄片悬链曲面和具有截断为包括第一区段的合适入口的顶点的上半薄片星状线。电极可包括呈三维且具有可在半区段(图2I12)之间填充有绝缘体8h的裂缝的表面，以包括具有开路间隙8g的两个分隔电极8。通过熔体喷丸的注射闭合开路以形成跨具有包括间隙8g的几何形状的导电部件的接触。在另一实施方式中，电极可包括有裂缝的三维表面的矩形区段。在任一实施方式中，可通过机械加工移除材料而形成裂缝8h，使得除包括裂缝8h的移除材料以外的几何形状仍在。在一个实施方式中，喷丸的速度可被控制为足以引发等离子体且发出的光引导至PV转换器26a的区域8l中。电磁泵5k的动力和喷嘴孔口尺寸可被控制为对喷嘴5q处的压力和喷丸速度进行控制。
电极表面上的点燃地点的控制可用于控制单元池中的区域以及等离子体扩张和光发射的方向。在一个实施方式中，电极8被定型为将熔体喷丸5t模制为具有较小电阻的聚焦区域的几何形状以导致电流集中于聚焦区域中，从而选择性地导致聚焦区域中的集中点燃。在一个实施方式中，选择性集中点燃导致等离子体扩张和光发射进入引导至PV转换器26a的单元池区域8l中的至少一种。在一个实施方式中，电极8可部分导电且部分电绝缘。绝缘区段8i可将来自注射地点8k的燃料导引至导电区段8j中以进行点燃，使得等离子体优先扩张进入朝向PV转换器26a的区域8l中。在一个实施方式中，导致点燃的高电流自熔融喷丸最初完成电极之间的电连接的时间延迟进行。延迟可允许喷丸熔体行进至注射地点8i的相对侧上电极8j的一部分。在相对侧8j上随后点燃可朝向PV转换器26a引导等离子体和光。延迟电路可包括电感器和延迟线中的至少一种。
在一个实施方式中，电极可包括最小能量表面，如最小能量表面、伪球体、锥形圆柱体、上薄片拋物线、上半薄片双曲线、上半薄片悬链曲面及具有截断顶点de上半薄片星状线。不存在氢和H2O以使其无法进行点燃的“失效”熔体可注射至电极中。熔体可根据最小能量分布于电极表面上。分布可复原原始电极表面以修复任何点燃损害。系统可进一步包括将电极表面改造为原始形状随后沉积熔体的工具。工具可为本公开的工具，诸如机械工具(诸如碾磨机或研磨机)或电工具(诸如放电机械加工(EDM)工具)。可使用可通过控制器控制的电马达移动的机械工具(诸如擦拭器、刮刀或铲刀)移除燃料金属。
在一个实施方式中，电极可包括不同于诸如银等燃料传导基质的诸如高导电金属等金属，如铜。可通过将电极加热至超过燃料金属的熔点但低于电极金属的熔点的温度而移除诸如银等燃料金属至电极的多余附着。将温度保持在低于电极的熔点还可防止电极和诸如Cu和Ag等燃料金属的合金形成。在此情况中，多余金属可流动离开电极以恢复原始形式。多余金属可流动至造粒机中以回收。可通过使用热来实现电极加热，所述热来自使用源于电源2的动力的点燃程序和来自分数氢形成的动力中的至少一种。可通过减少使用电极冷却系统进行的电极的任何冷却而实现加热。
在一个实施方式中，电极可包括具有熔点高于喷丸的导电材料。示例性材料是来自以下组的金属和合金中的至少一种：WC、TaW、CuNi、Hastelloy C、Hastelloy X、Inconel、Incoloy、碳钢、不锈钢、诸如改质9Cr-1Mo-V(P91)、21/4Cr-1Mo钢(P22)等铬钼钢、Nd、Ac、Au、Sm、Cu、Pm、U、Mn、掺杂Be、Gd、Cm、Tb、掺杂Si、Dy、Ni、Ho、Co、Er、Y、Fe、Sc、Tm、Pd、Pa、Lu、Ti、Pt、Zr、Cr、V、Rh、Hf、Tc、Ru、掺杂B、Ir、Nb、Mo、Ta、Os、Re、W和C及合金。电极可在高于喷丸熔点的温度下操作，使得喷丸流出电极而非固化且阻挡间隙8g。在包括Ag喷丸的情况中，电极操作温度可高于962℃。在一个实施方式中，电极可包括具有熔点高于喷丸沸点的导电材料。示例性材料为WC、耐火金属、Tc、Ru、掺杂B、Ir、Nb、Mo、Ta、Os、Re、W和C。电极可在高于喷丸沸点的温度下操作，使得喷丸流动且沸腾出电极而非固化或润湿电极且阻挡间隙8g。在包括Ag喷丸的情况中，电极操作温度可高于2162℃。高操作温度可通过导电和辐射中的至少一种提供电极的热移除。
在一个实施方式中，电极8可包括启动电极加热器以升高电极的温度。电极可包括多个区域、组件或层，其任一种可通过至少一个加热器选择性加热或可包括加热器。加热可减小喷丸的附着。加热器可包括电阻加热器或本公开的其他加热器。在用于启动的实施方式中，电极包括加热其以防止喷丸附着的启动加热器。电极加热器可包括电源2和使电极短路的手段(诸如电极之间的可移动传导桥)或移动电极使其接触而使其短路直至实现加热的手段。可暂停任何电极冷却直至电极随着操作温度(诸如对于本公开的合适材料为100℃至3000℃的范围)改变。电极温度可保持在低于电极的熔点。可在启动期间的电极升温期间通过抽出冷却剂而暂停冷却。制冷器泵可抽出冷却剂。电极可在低于喷丸的熔点、高于喷丸的熔点及高于喷丸的沸点中的至少一个温度范围中操作，其中电极包括适于此温度操作的材料。
在一个实施方式中，电极可包括双层。侧8k上的底层可包括诸如陶瓷等绝缘体，如碱土氧化物、氧化铝、阳极氧化铝或氧化锆，且侧8l上的顶层可包括导体，如铜、银、铜-银合金、钼、碳化钨(WC)、钨、Ta、TaW、Nb和涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W)。涂布石墨的W可形成可极为耐磨的金属-碳化物-碳(W-WC-C)结构。
在一个实施方式中，电极8包括金属(银对其具有低附着力或实质上并不润湿)，诸如铝、钼、钨、Ta、TaW、碳化钨(WC)和涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W)中的至少一种。诸如铝电极等低熔点电极可冷却以防止熔融。非导电底层可包括绝缘体，诸如碱土氧化物、氧化铝或阳极氧化铝。在一个实施方式中，底层可包括具有比电极的导电率低得多的导体。底层可为导电性且电隔离的。双层电极可进一步包括导电层之间的薄绝缘间隔件，其中仅诸如顶层等高传导层连接至电源2。导电率相对于电极的点燃部分(诸如银、铜、Mo、钨、Ta、TaW、WC或涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W部分))较低的示例性底层包括石墨。在一个实施方式中，石墨充当诸如银喷丸等喷丸不附着于其上的层。
在一个实施方式中，电极可保持在高温下以防止可导致不良电短路的熔体快速冷却和附着至电极。可通过点燃事件和点燃电流中的至少一种移除任何附着熔体。在一个实施方式中，启动电源可预加热电极以防止冷却熔体附着至电极。在操作中，电极冷却系统可被控制为保持电极温度以在电极上的所需位置实现点燃，同时防止熔体不良的方式附着。
电极温度可保持在避免诸如银喷丸等熔融喷丸润湿或附着至电极的温度范围中。诸如W电极等电极可在诸如约300℃至3000℃和300℃至900℃中的至少一个高温范围内操作，其中高Ag接触角是较佳的。作为另选，诸如WC电极等电极可在诸如约25℃至300℃的低温下操作，其中高Ag接触角是较佳的。可通过使用电极冷却系统入口和出口31f和31g(图2I13)的冷却来实现低温。底层和顶层各自可包括连接的间隙8g。在一个实施方式中，诸如W板电极等电极包括W板之间的间隙和诸如铜汇流条等汇流条，使得W电极在导致银蒸发的温度下操作，诸如在约1700℃至2500℃的温度下操作。
在启动模式中，电极电磁(EM)泵的通道可通过EM泵5k注射有熔融固体燃料。固体燃料可包括可固化的银。来自电源2的电流可流动通过固体直至其温度高于熔点，且可通过电极EM泵将银抽出通道。电极EM泵的通道中的材料的加热会加热电极。因此，电极EM泵的通道可充当启动加热器。
双层电极可用于将点燃时间远离侧8k上的注射方向而朝向PV转换器突出。通过熔体喷丸的注射闭合开路以仅在顶层中导致跨间隙8g的导电部分接触。非导电底层的间隙8g可足够深，使得对来自燃料点燃冲击的耐压性可优先迫使发光等离子体向上扩张以发射在区域8l中。在示例性实施方式中，双层电极组包括在陶瓷底层(诸如氧化铝、氧化锆、MgO或耐火砖，具有至顶层的间隙8g的孔)上的铜、Mo、钨、Ta、TaW、碳化钨(WC)或涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W)上电极。顶层和底层可包括在两个层和间隙的界面处具有颈部的相对锥体或锥形区段。作为另选，该层可在截面中形成背对背的V。此种示例性双层电极是下V状石墨或氧化锆底层和上V状W或WC上层。电极沿着横向轴恒定以形成具有填充有喷丸的间隙的V状沟以导致电路闭合且发生点燃。下V状层可具有低导电率且可将喷丸导引至点燃等离子体的高导电率第二层。顶层的上V状可将等离子体和光引导向PV转换器。
在一个实施方式中，电极可包括双层电极，诸如包括下V状层(诸如石墨或氧化锆底层)及具有朝向间隙8g的垂直壁或近垂直壁的顶层的双层电极。顶层的示例性材料为W、WC和Mo。通过熔体喷丸的注射闭合开路，以仅在顶层中导致跨间隙8g的导电部分接触。
在一个实施方式中，电极可包括三层电极，诸如包括包含下V状的底层、中间电流递送层(诸如板边缘稍微延伸至间隙8g中的平板)和凹离间隙8g的上V状电极引线层的三层电极。底层可包括耐受诸如银喷丸熔体等喷丸熔体的附着的材料。合适的示例性材料为石墨和氧化锆。石墨可高度定向以将最佳耐受附着的面定向成接触喷丸。石墨可为热解石墨。中间电流递送层可包括具有高熔点和高硬度的导体，诸如W、WC或Mo板。顶电极引线层可包括还可为高热导以协助热传递的高导体。合适的示例性材料为铜、银、铜-银合金和铝。在一个实施方式中，顶引线电极层还包括耐受诸如银或Ag-Cu合金等喷丸熔体的附着的材料。合适的示例性非附着引线电极为WC及W。作为另选，诸如铜电极等引线电极可涂布有或包覆有耐受喷丸熔体的附着的表面。合适的涂层或覆层为WC、W、碳或石墨。涂层或覆层可施加于在点燃期间暴露于喷丸熔体放入表面区域上方。可通过熔体喷丸放入注射闭合开路，以仅在中间层中导致跨间隙8g的导电部分接触。顶引线层可冷却，诸如透过内部导管冷却。中间层与顶冷却层之间的接触可散热且冷却中间层。底层与中间冷却层之间的接触可散热且冷却底层。在测试实施方式中，喷丸注射速率为1000Hz，跨电极的压降小于0.5V，且点燃电流为约100A至10kA的范围。
电极可包括多个层，诸如引线部分(诸如铜部分)上的Mo、钨、Ta、TaW、WC或涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W)，其中对Mo、W、Ta、TaW、WC或涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W表面)点燃，且电极可进一步包括非导电层以在PV转换器的方向上引导点燃。W或Mo可焊接至或电镀在引线部分上。可通过本领域中已知的沉积技术沉积WC，该沉积技术诸如焊接、热洒、高速氧燃料(HVOF)沉积、等离子体气相沉积、电火花沉积和化学气相沉积。在另一实施方式中，在引线部分上包括石墨的双层电极的石墨层可包括点燃电极。石墨点燃电极可较薄且包括与诸如铜或银板引线等高导电引线的大面积连接。然后，电阻可较低，且石墨表面可防止粘附。在一个实施方式中，石墨电极可包括导电组件(诸如石墨电极中的铜杆)以赋予石墨更大的导电性。杆可如下添加：在石墨中钻孔且机械地添加杆或通过将熔融铜倒入孔中然后对面向点燃的清洁石墨铜杆表面进行机加工。
分别在图2I14和图2I17中示出的SF-CIHT单元池动力产生器的示意图，其示出了在第二容器中的将诸如H2和水蒸气等气体引入至熔体的管道起泡器、两个电磁泵及将喷丸注射于电极的底部和顶部上的喷嘴的造粒机的截面。分别在图2I15和图2I18中示出了对应的注射和点燃系统的细节。在图2I16中示出了电磁(EM)泵和管道起泡器容器穿透部的细节。电磁泵5k可包括多级且可定位于沿着造粒机(图2I14)的多个位置处。在图2I28中示出了电磁(EM)泵组合体5ka。EM泵5k(图2I16和图2I24至图2I28)可包括EM泵热交换器5k1、电磁泵冷却剂管线馈通组合体5kb、磁体5k4、磁轭和可选的热障5k5(其可包括具有可选的辐射屏蔽的气体或真空间隙)、泵管5k6、汇流条5k2、及具有可通过来自PV转换器的电流供应的馈通5k31的汇流条电流源连接件5k3。泵管5k6可经涂布以减小腐蚀。示例性涂层为具有熔点高于诸如镍和贵金属(诸如Ag或Ag-Cu合金熔体情况中的Pt或Ir)的燃料金属的抗腐蚀金属。磁体和磁路中的至少一种可包括诸如面向间隙的端面的抛光表面以充当辐射屏蔽。可通过EM泵热交换器5k1(诸如使用诸如水等冷却剂冷却的EM泵热交换器，其具有至制冷器31a的冷却剂入口管线31d和冷却剂出口管线31e)冷却磁体5k4和磁路的磁轭5k5中的至少一种。EM泵5k的泵管5k6可通过本公开的接头5b1连接至诸如第一容器5b、第二容器5c等容器和喷嘴5q的容器区段。在一个实施方式中，EM泵5k可定位于第一容器5b的端部，且另一个可定位于第二容器5c的端部的容器壁处。后者的泵管的延伸部分可用作穿透单元池壁且经密封于单元池壁处的管线。泵管延伸部分可包括S状管以用于在电极8下方注射。在另一实施方式中，泵管延伸部分可垂直进入单元池，在弯头或弯管处水平平移，且喷嘴5q可包括具有端部出口的弯管。作为另选，喷嘴可包括在端部封盖的管的侧壁中的孔，使得管中的压力将熔体弹射出侧壁孔且进入至电极8中。单元池中的管区段可为绝缘和加热的至少一种，以将熔体保持在所需温度。可使用穿透单元池壁且包封管的至少一部分的感应耦合加热器线圈进行加热。单元池内部的管区段和单元池中的任何其他对象(诸如加热器线圈和汇流条)可涂布有耐受点燃产物附着的材料。本公开的示例性材料包括石墨、钨及碳化钨。
在一个实施方式中，从电极喷出等离子体和附着的金属喷丸，且通过采用轨道枪(诸如的喷丸和等离子体电枢类型，其可进一步包括在本文中被称为电极电磁泵的增强轨道枪类型)的原理使用劳仑兹力实现燃料再循环。劳仑兹力可导致附着喷丸流动至电极的点燃区段中并导致点燃等离子体引导且流动至诸如燃料再生系统(诸如造粒机)的入口等收集区域中。
在图2I14和图2I15中所示的实施方式中，电极可包括下(负z轴定向)V状，其在V的顶部的8g处具有间隙。可通过安装于支撑件(在顶部形成具有间隙的V)的相对面上的平板电极形成V。包括于高温下操作且耐受Ag附着的导体的示例性电极材料为W、WC和Mo。支撑件可水冷却。支撑件可至少部分中空。中空部分各可包括导管以使冷却剂流动通过导管且冷却电极。在一个实施方式中，电极可进一步包括在间隙8g处具有垂直壁或近垂直壁的上区段。该壁可形成通道。可通过熔体喷丸的注射闭合电极的点燃开路，以在V顶部处导致跨间隙8g的导电部分的接触。
可暴露于点燃产物的单元池表面可涂布有抗粘着材料，诸如石墨或可阳极氧化的铝或本公开的另一此类材料。表面可涂布有氧化铝，诸如可溅射涂布于诸如高温金属等基板上的α氧化铝。在另一实施方式中，表面可涂布有外壳，其包括或涂布有耐受熔体粘着的材料，诸如本公开的材料。汇流条可透过分离共用凸缘而穿透单元池，其中各汇流条是电隔离的。汇流条、电极座和电极中的至少一种可定型为最小化点燃产物粘着的表面和拥有用于积累诸如Ag或Ag-Cu熔体的返回熔体的低截面中的至少一种。在一个实施方式中，电极8可包括在端部处倾斜的直棒汇流条9和10以形成电极8或电极座。各倾斜汇流条的表面可覆盖有紧固电极板。汇流条可包括具有安装至内表面的电极的平坦铜汇流条。各汇流条可覆盖有诸如钨板等板电极或其他耐久性导体。板可弯曲形成间隙8g。弯曲板可包括管或电连接至汇流条的管的半圆截面中的至少一种。管电极还可连接至具有诸如棒等具有不同几何形状的汇流条。管可与棒连接点同心。跨间隙8g的示例性电极间距为约0.05mm至10mm和1mm至3mm的至少一个范围。诸如包括板或管的电极等可能够经受高温。电极可包括耐火金属，诸如Tc、Ru、掺杂B、Ir、Nb、Mo、Ta、Os、Re、W和C及本公开的另一此类金属中的至少一种。高温电极可充当用于热光伏动力转换的黑体辐射器。电极可包括抗热脆化组合物。电极可包括烧结材料，如烧结耐火金属。电极可为分段和/或较厚的，以避免在热脆化时断裂。电极可包括在耐火金属板与汇流条之间的热绝缘层或间隙以允许电极温度相对于汇流条升高。弯曲板电极可形成热绝缘层或间隙。诸如MgO或Al2O3等热绝缘材料可包括可经模制或机械加工的陶瓷。汇流条和电极座的至少一种可冷却，诸如水冷或风冷。诸如熔融金属(诸如熔融锂)等其他冷却剂在本公开的范围内。
在一个实施方式中，电极进一步包括磁场源，诸如在电极通道的相对端处的一组磁体，诸如图2I14和图2I15的8c。磁体在跨汇流条9和10安装时可通过电绝缘体(诸如可通过诸如喷涂等手段施加于汇流条接触区域上的陶瓷或高温涂料或涂层，如氮化硼涂层)与汇流条9和10电隔离。诸如陶瓷管等绝缘体套筒可电隔离诸如螺栓或螺钉等紧固件。其他此种零件可通过本公开的电绝缘材料与另一电系统电隔离。支持点燃电流的磁体8c和通道8g可包括电磁泵，其发挥喷出附着至电极和通道中的至少一种上的任何喷丸且喷出来自电极8和通道8g中的点燃粒子的功能。喷出可根据式(37)通过劳仑兹力进行，劳仑兹力通过交叉施加磁场(诸如来自磁体8c的交叉施加磁场)及通过等离子体粒子和喷丸(诸如附着至电极表面(诸如通道8g的电极表面)的银喷丸)中的至少一种的点燃电流形成。携载电流的粒子可带电。等离子体可另外包括电子和离子。点燃电流可来自电源2(图2I10)。可通过附着底层的电极且使该等电极短路的金属携载电流。电流与所施加磁场交叉，使得劳仑兹力产生以从电极表面推动附着金属。磁场和电流的方向可被选择为导致喷丸和等离子体粒子(诸如来自喷丸点燃的等离子体粒子)被引导为在正方向或负方向上离开通道8g(图2I15和图2I17)，其中可在正z轴方向(图2I14和图2I15)或负z轴方向(图2I17和图2I18)上注射喷丸。磁体可产生沿着y轴的磁场，y轴平行于电极或通道轴且垂直于沿x轴的点燃电流。包括沿着正z轴引导的电磁(EM)泵的具有交叉电流和磁场的通道可发挥以下功能：将注射的喷丸向上泵送至电极中以点燃、向上泵送附着喷丸以点燃、将附着喷丸向上泵送出电极及通道和将点燃粒子向上泵送出电极和通道中的至少一个。作为另选，通过使电流或磁场方向中的一种反向，由于交叉点燃电流和磁场所致的劳仑兹力可发挥以下功能：向下泵送附着喷丸以点燃、将附着喷丸向下泵送出电极和通道、将点燃粒子向下泵送出电极和通道，将点燃离子向下泵送离开PV转换器和朝向造粒机入口向下泵送点燃粒子以回收点燃产物中的至少一个。交叉电流和磁场的强度以及通道的尺寸提供贯穿包括电磁泵管的通道的泵压力。泵管和任何展开物的宽度可选择以分配来自电源2的电流以用于点燃和泵送以实现二者的优化。电极EM泵可进一步包括开关，其可使电流方向反向以使EM泵的方向反向。在通过EM泵5k和由于附着喷丸所致的电极短路向上注射喷丸的示例性实施方式中，可激活电极EM泵开关以使电流反向并将喷丸向上泵送至造粒机的入口。电极可进一步包括传感器和控制器。传感器可包括可探测电极短路的电流传感器。传感器可将短路数据供应至控制器中，控制器可停止EM泵5k以停止喷丸的进一步注射且激活开关以使电极EM泵的电流反向直至短路消除。在本公开的其他实施方式中，电极和磁体可被设计为以上弓形引导等离子体以发挥以下至少一个功能：(i)喷出来自电极和诸如8g等通道的喷丸和粒子；及(ii)将点燃产物和未点燃喷丸回收至造粒机，同时避免将点燃粒子引导至PV转换器26a。
在一个实施方式中，电极可包括下(z轴负方向)V状，其在V顶部处具有间隙8g。可通过熔体喷丸的注射闭合开路以在V顶部处导致跨间隙8g的导电部分的接触。可通过安装于支撑件的相对面(形成在顶部处具有间隙的V)上的平板电极形成V。包括在高温下操作且耐受Ag附着的导体的示例性电极材料为W、WC和Mo。电极可进一步包括第一电极EM泵，其包括高于间隙8g的电极顶部处的通道，其中磁场源8c交叉连接至点燃电流。在示例性实施方式中，可在z轴正方向(图2I14和图2I15)上从下方注射熔融喷丸，且电极EM泵可发挥以下功能：促进喷丸向上流动至间隙8g中以导致点燃、将附着喷丸泵送出电极和通道以及将点燃产物泵送出电极和通道8g中的至少一个。在一个实施方式中，电极包括包含磁体8c1和第二电极通道8g1的第二电极EM泵，第二电极通道8g1产生劳仑兹力以迫使粒子远离PV转换器和促进粒子回收至造粒机中的至少一种。第二电极EM泵可高于第一电极EM泵以接收来自点燃的等离子体和粒子且将粒子泵送离开PV转换器26a。第二电极EM泵的磁体的极性可与第一电极EM泵的磁体相反，而使用与电极和两个电极EM泵共用的一部分点燃电流。电极EM泵可为增强类型。第一EM泵和第二电极EM泵的至少一种可包括可与点燃电流相同或不同的方向的单独电流源。电流源可来自PV转换器。在第二电极EM泵的一个实施方式中，电流可在与点燃电流方向不同的方向上，其中交叉磁场被定向为在点燃粒子上产生远离PV转换器的力和至少部分促进粒子输送至造粒机入口的力中的至少一种。例如，单独电流可为点燃电流的相反方向，且磁场可在与第一电极EM泵相同的方向上。在一个实施方式中，第二电极EM泵的磁体和电流的至少一种可稍弱于第一电极EM泵的那些参数，使得点燃粒子的速度减小。在一个实施方式中，粒子方向可不完全反向。劳仑兹力和重力中的至少一种可防止粒子撞击PV转换器和促进粒子回收中的至少一种。
在一个实施方式中，第一和第二电极泵的第一和第二组磁体各自被安装至汇流条9和10上，且通过热隔离或冷却磁体中的至少一个方法防止磁体过热。各电极电磁泵的磁体可包括热障或热隔离手段(诸如绝缘体或热绝缘间隔件)和冷却手段(诸如冷板或水冷却管线或线圈和制冷器)中的至少一种。冷却板或冷板可包括微通道板，诸如聚光光伏单元池(诸如Masimo制造的聚光光伏单元池)的微通道板或本领域中已知的二极管激光冷板。
在另一实施方式中，第二电极EM泵包括通道、可包括电源的一部分以导致点燃的电流源，和磁体，其中通道、电流和磁场中的至少一种的定向产生可沿着正或负z轴且具有xy平面中的分量的劳仑兹力。第二电极EM泵的劳仑兹力可被定向为在点燃粒子上产生远离PV转换器的力和至少部分促进粒子输送至造粒机入口的力中的至少一种。在一个实施方式中，劳仑兹力可在z正方向上且具有xy平面中的分量。本公开的电极EM泵的实施方式的交叉电流和磁场可导致附着喷丸喷出且使等离子体粒子流动至诸如造粒机等再生系统。泵送的点燃粒子的轨迹可避免撞击PV转换器。粒子轨迹可进一步朝向单元池壁的所需部分，诸如不具有诸如电极穿透部等穿透部的部分。
在一个实施方式中，电极和点燃等离子体中的至少一种具有沿着z轴的电流分量和xy平面中的分量，且诸如8c和8c1等磁体被定向为提供与电流交叉的磁场。在一个实施方式中，来自磁体的交叉施加磁场导致在横向xy平面中和z轴方向上具有分量的劳仑兹力。z方向上的力可使等离子体和附着至电极的任何喷丸喷出。xy平面方向上的力可迫使点燃粒子至单元池壁以回收。在一个实施方式中，电极沿着z轴偏移(一有稍高于另一个的高度的电极)，使得点燃电流和等离子体电流的至少一种的分量系沿着z轴并在xy平面中。在一个实施方式中，可在顺时针或逆时针方向上沿着弯曲轨迹迫使点燃粒子，其中原点是电极的点燃点。弯曲路径可为以下至少一种：(i)将粒子引导至与汇流条9和10(图2I14)及电极8的穿透部的位置相对的壁；和(ii)将粒子输送至造粒机入口。电极和围绕其的任何镜(诸如拋物面)可将发出的光引导至PV转换器26a。
在一个实施方式中，通过至少一个等离子体和粒子偏转器(诸如在通道出口中的中心锥体，其中锥体尖端面向点燃电极的方向)防止粒子撞击并附着至PV转换器。偏转器可包括在基座处连接的两个锥体以促进粒子返回至造粒机。等离子体可被引导至至少一个额外等离子体偏转器，其选择性地将等离子体和光偏转至PV转换器。粒子可与多个偏转器碰撞以损失速度且落入和流入造粒机入口中的至少一种。等离子体可沿S状轨迹经通过中心和周边偏转器形成的通道，同时停止粒子止，使得其可流动至造粒机入口。
在一个实施方式中，通过至少一个实体障壁防止粒子撞击并附着至PV转换器，至少一个实体障壁在至少部分阻挡点燃粒子的同时选择性地透射等离子体和光。实体障壁可包括沿着z轴定位的多个组件，各个包括部分开放的实体障壁，其中至少部分通过一系列n个元件之外的另一元件阻挡穿过第n个组件的开放部分的沿着z轴的位点线，其中n系一整数。多个实体元件可包括多个水平交错的栅极，诸如沿着自点燃点朝向PV转换器的方向定位的屏幕。组件可在阻挡粒子的同时允许等离子体和光的物理透射。等离子体气体可围绕交错栅极流动，而粒子撞击阻挡部分，损失动量，从而促进粒子回收至造粒机入口中。
在一个实施方式中，电极组合件可进一步包括磁场源，诸如永磁体或电磁体。使用磁场，等离子体可为受限、聚焦和引导至区域8l(图2I12)中的至少一种，使得来自等离子体的光被引导至PV转换器。电极磁体可迫使来自间隙8g的等离子体至单元池区域8l中。磁体可进一步提供对等离子体的限制以导致其在PV转换器的方向上发光。限制磁体可包括磁瓶。诸如图2I10的8c等磁体可进一步包括本公开的点燃产物回收系统。
SF-CIHT单元池可进一步包括诸如本公开的栅极电极等电极，其可在等离子体外周且主要在选定区域中含有等离子体，使得等离子体在所需方向上(诸如在PV转换器26a的方向上)发射。在一个实施方式中，来自点燃的等离子体和粒子可相反带电且以不同速率迁移，使得其在单元池中的各自迁移在时间上分开。等离子体可由离子和电子组成。粒子可相对大量。等离子体可因电子的极高移动率而带负电。粒子可带正电。等离子体与粒子相比可迁移得快得多，使得其在粒子之前从电极扩张出。诸如对粒子流动开放的栅极电极等电极可用于选择性地引导和限制等离子体中的至少一种，使得光被引导至PV转换器26a，而劳仑兹力将粒子引导至单元池的所需区域(诸如远离PV转换器26a且返回至造粒机)。电极可为浮动、接地和充电中的至少一种以实现将等离子体选择性地输送和限制至单元池的所需区域(诸如8l)中的至少一种。所施加电压和极性可被控制为实现将等离子体选择性地输送和限制至单元池的所需区域(诸如8l)中的至少一种。
在一个实施方式中，喷丸可形成为具有小直径，使得保持大致球体形状的表面张力大于电极附着力；因此，喷丸并不附着至电极。喷丸尺寸可为约0.01mm至10mm、0.1mm至5mm和0.5mm至1.5mm中的至少一个直径范围。可通过使用较小喷嘴5q、较高熔体流动速率、较高熔体压力和较低熔体黏性中的至少一种使喷丸具有较小直径。
在有效防止喷丸附着至电极的另一实施方式中，电极包括喷丸分离器，诸如至少一个细线，诸如跨需要喷丸点燃的间隙的耐火线。示例性线包括铜、镍、具有铬酸银和镀锌以抗腐蚀的镍、铁、镍铁、铬、贵金属、钨、钼、钇、铱、钯、诸如SiC、TiC、WC等碳化物和诸如氮化钛等氮化物种的至少一种。至少一个线可将喷丸分割为散布于大于未分离喷丸的面积上的多个片段。电极间隙可足够大(诸如大于喷丸)，使得喷丸在不存在分离器的情况下通过间隙而下点燃。分离器可散布喷丸且导致电流流动通过散布的喷丸。喷丸的散布可导致点燃受限于宽间隙区域，使得通过避免喷丸与电极的其他区域(其中喷丸可另外附着)接触而避免附着至电极。电极可倾斜以形成上V状，使得在朝向PV转换器引导的区域5l中发光。喷丸分离器可移动且电极间隙可调整，使得可在启动期间进行散布且在长持续时间操作期间升高电极温度以防止喷丸附着至电极。
在一个实施方式中，点燃系统进一步包括对准机构，诸如机械或压电机构，其调整电极8和喷嘴5q中的至少一种的位置，使得喷丸5t从喷嘴行进至电极的所需位置(诸如中心孔或间隙8g)。可通过诸如光学或电传感器和计算机等传感器和控制器感测并控制对准。对准机构可进一步用于在启动期间使电极短路，其中短路用于加热电极。在一个实施方式中，喷嘴5q可以一定角度偏离中心以防止熔体滴回且中断该流，其中调整机构可保持喷丸5t从电极8下方注射至间隙8g中。
参考图2I14至2I31，单元池可在抽气条件下操作。单元池26可包括真空腔室，诸如可具有穹顶状端帽的圆柱形腔室或锥形圆柱形腔室。单元池可包括具有至燃料回收和注射系统(诸如造粒机)的锥形基座的直圆柱体。电极可穿透可以是真空气密件的阳极氧化馈通。作为另选，如在图2I24至2I27中所示，单元池26可容置于腔室5b3中且电磁泵5k可容置于能够处于真空下的腔室5b5中。造粒机的入口和出口(诸如喷嘴)可穿过单元池壁至单元池的真空空间中，使用用于各入口和出口馈通的密封件保持真空空间。单元池26的内部可包括耐受银附着的表面，诸如Al、W、WC、Mo和石墨表面中的至少一种。单元池26的内部、汇流条9和10以及除直接接触熔体以供应点燃电流的电极组件以外的电极组件中的至少一种可涂布有耐受熔体附着的材料。示例性涂层包括诸如抛光阳极氧化铝等铝、W、Mo、WC、石墨、碳化硼、诸如特氟龙(PTFE)等氟碳聚合物、氧化锆+8％氧化钇、富铝红柱石或富铝红柱石-YSZ。在另一实施方式中，引线和电极组件可覆盖有外壳，诸如可涂布有耐受熔体附着的本公开的材料的高温不锈钢外壳。涂层可通过本公开的其他手段以及本领域中已知的其他方法进行喷涂、抛光或沉积。涂层可在诸如耐火金属(诸如锆、铌、钛或钽)或高温不锈钢(诸如Hastelloy X)等支撑件上。真空单元池的内部可包括具有抗附着表面的锥形内衬。内衬可包括本公开的壁材料和涂层。造粒机可至少包括从第一容器5b至第一泵5k的泵管的减压器、从泵管至第二容器5c的扩张器和在第二容器5c与第二泵5k的泵管之间的立式减压器。在示例性实施方式中，泵管为约3/8”OD且容器各为约1”ID。在一个实施方式中，造粒机入口在单元池锥体26的底部处。包括第二容器5c和喷嘴5q的造粒机出口可在电极8下方(图2I14和图2I15)或电极顶部(图2I17和图2I18)处注射。包括磁体8c和通道8g的第一电极EM泵和包括磁体8c1和第二电极通道8g1的第二电极EM泵中的至少一种可进行以下至少一种：(i)促进将喷丸和粒子注射至间隙8g中以导致点燃；(ii)促进将点燃产物和未点燃喷丸回收至造粒机；(iii)促进引导和导引点燃粒子远离PV转换器26a中的至少一种以避免粒子撞击；和(iv)提供限制以增大分数氢收率。限制可产生约1atm至10,000atm、2atm至1000atm和5atm至100atm中的至少一个范围的压力。多余注射Ag喷丸和粒子可进行泵送、引导和促进至造粒机入口中的至少一种。系统可使用约1000℃的底壁温度操作，使得银保持熔融。因此，即使并非所有喷丸参与点燃，能量损耗大部分仍可为十分低的泵能量。第一容器中的最小加热量是必要的，因为来自固体燃料点燃的部分能量可加热银。
在一个实施方式中，可通过点燃产物和点燃过程中的至少一种加热包括造粒机的入口的区域中的单元池壁的单元池底板。底板可在诸如高于燃料金属(诸如银)的熔点的高温下操作。底板可加热回收产物的至少一部分。收集较热的回收产物和通过底板加热的回收产物可流动至预加热的造粒机中以消耗较少能量。熔融的点燃产物可作为液体从底板流动至造粒机中。未在电极8处点燃的喷丸5t落下至底板且也流动至造粒机中。可作为液体或固体流动。在大量动力于被清除之前通过点燃产物吸收的情况中，点燃产物可变得极为热，因此可降低在造粒机中消散的能量。
在图2I19至2I21中示出的实施方式中，单元池锥体的底部包括熔体储罐或锥体储罐5b。单元池锥体可包括具有抗银附着、能够经受高温和非磁性的组中的至少一个性质的材料。用于单元池的至少一个组件(诸如包括单元池壁的锥体储罐和上锥体的至少一种)的示例性材料为石墨、钨、钼、碳化钨、氮化硼、碳化硼、碳化硅、涂布SiC的石墨和高温不锈钢。材料可经涂布。示例性实施方式为涂布SiC的石墨、富铝红柱石及涂布富铝红柱石-YSZ的不锈钢。单元池26内部、汇流条9和10以及除直接接触熔体以供应点燃电流的电极组件以外的电极组件(诸如磁体8c和8c1、通道8g1、电极8至汇流条9和10的连接件、喷嘴5q和注射器5z1)中的至少一种可涂布有耐受熔体附着的材料。示例性涂层包括诸如抛光阳极氧化铝等铝、W、Mo、WC、石墨、碳化硼、诸如特氟龙(PTFE)等氟碳聚合物、氧化锆+8％氧化钇、富铝红柱石或富铝红柱石-YSZ。在另一实施方式中，引线和电极组件可覆盖有外壳，诸如可涂布有耐受熔体附着的本公开的材料的高温不锈钢外壳。SF-CIHT单元池可进一步包括监测涂层完整性和施加诸如石墨等更多涂层中的至少一种的手段。为执行常规维护，SF-CIHT单元池可进一步包括诸如喷涂器等石墨涂层施加器。喷涂器可包括将包括石墨等喷雾引导至锥体表面上的至少一个喷嘴和石墨源(诸如本领域中已知的干石墨润滑剂)。诸如石墨等材料可经抛光。可使用精细磨料(诸如至少包括氧化铝、碳化硅及金刚石粉末的精细磨料)进行抛光。在一个实施方式中，可通过3D打印制造包括石墨的锥体储罐。在一个实施方式中，通过切割机从石墨切割出单元池锥体。切割机可包括激光或喷水器。切割机可包括机械锯。切割机可成一定角度且旋转。作为另选，可从倾斜且旋转的石墨块切割出锥体。锥体可制成为多个区段，诸如上圆柱体、中间锥体(诸如具有45°壁的中间锥体)和底部锥体储罐。
在一个实施方式中，锥体包括分段件，诸如组装形成锥体的三角件。该工件可为薄片。薄片可切割为三角件且装配在一起以形成锥体。该工件可包括诸如不锈钢锥形框架或锥体等支撑结构的覆层。可将组合机构中包括的公件(male piece)的工件装配至包括母槽(female slot)的顶环和底环中以接纳公件。顶环和底环可直接或间接紧固至框架(诸如真空腔室26)上，其中紧固导致该工件保持在一起。底环可进一步包括附接至锥体储罐5b的凸缘。由石墨组成的锥体元件的附接点可包括伸缩接头。
上锥体和锥体储罐中的至少一种的示例性实施方式为形成为锥体的石墨和涂布SiC的石墨中的至少一种、衬砌支撑件(诸如不锈钢锥体)的石墨和涂布SiC的石墨中的至少一种、衬砌不锈钢锥体的分段石墨和涂布SiC的石墨板中的至少一种、机械地保持在一起的分段石墨和涂布SiC的石墨板中的至少一种、形成为锥体的W箔、镀W的不锈钢锥体、衬砌支撑件(诸如不锈钢锥体)的W箔、衬砌不锈钢锥体的分段W板、机械地保持在一起的分段W板、具有诸如约60°的陡角且涂布富铝红柱石或富铝红柱石-YSZ的不锈钢、形成为锥体的Mo箔、镀Mo的不锈钢锥体、衬砌支撑件(诸如不锈钢锥体)的Mo箔、衬砌不锈钢锥体的分段Mo板、机械地保持在一起的分段Mo板、具有诸如约60°角度等陡角且涂布富铝红柱石或富铝红柱石-YSZ的不锈钢。诸如不锈钢锥体的锥体加热至高于熔体(诸如Ag或Ag-Cu合金熔体)的熔点。可通过诸如感应耦合加热器和电阻加热器等加热器和通过分数氢反应中的至少一种实现加热。用于上锥体、诸如PV窗等窗和外壳中的至少一种以防止点燃产物附着的其他材料包括蓝宝石、氧化铝、硼硅玻璃、MgF2和陶瓷玻璃中的至少一种。
在一个实施方式中，锥体储罐上方的单元池壁可包括熔点低于锥体储罐的操作温度的诸如金属等材料，如铝。在此情况中，对应的上锥体(诸如包括分段铝件或板的上锥体)可在锥体储罐之前结束且可进一步延伸于与锥体储罐的另外连接边缘上方，使得返回熔体可流过边缘至锥体储罐中。上锥体可为包括诸如厚板等散热器和可冷却以防止熔融中的至少一种。表面可包括诸如氧化铝等氧化物以防止熔体附着。
锥形单元池26和锥体储罐5b中的至少一种可包括或涂布有云母、木材、纤维素、木质素、碳纤维及碳纤维强化碳中的至少一种，其中至少部分表面可碳化为石墨。来自分数氢过程的热可导致锥体壁过热。木质锥体储罐或锥体单元池可包括可冷却的背衬散热器，诸如金属散热器。冷却可包括可附接至锥体储罐或锥体单元池壁的热交换器。热交换器可包括可通过制冷器31a冷却的冷却剂。热交换器可包括紧固至锥体壁的管道，其中通过诸如风扇等通风机使诸如空气等气体流过管道。系统可以是开放的，使得壁通过风冷而冷却。
可通过加热使储罐中的金属熔融或保持在熔融状态中。可通过加热储罐外部间接加热金属或直接加热金属。可使用诸如电阻加热器和包括引线5p和线圈5f的外部或内部感应耦合加热器5m中的至少一种的加热器加热储罐。由于银具有高热导率，故对于内部电阻加热器而言，内部热应快速且均匀地转移。能够耐受高温的合适电阻加热器为包括镍铬合金、石墨、钨、钼、钽、SiC或MoSi2、贵金属和耐火金属加热元件的电阻加热器。几何形状可使得存在具有最小化空间的快速热传递，诸如盘状加热器。可在于水蒸气和氢气中的至少一种的界面处使用适当的保护涂层处理加热器。作为另选，可通过使用诸如银等熔体润湿加热组件而保护其以防止与水蒸气和氢气中的至少一种反应。来自燃料点燃的光主要向上传播至PV转换器26a；然而，向下传播的任何光和热可用于加热点燃产物(诸如锥体储罐5b中的点燃产物)以限制所消耗的加热器电量。储罐可保持在通过能够处于真空的腔室5b5和真空连接件5b6提供的单元池真空中，以通过诸如传导和对流等手段减小热损耗。储罐可进一步包括可具有用于使诸如熔融银等点燃产物返回的通路的辐射屏蔽体。如在燃料单元池的示例性情况中，储罐可包括热组件或真空套壁，使得热损耗最小。在SF-CIHT单元池的空闲条件中，储罐可仅需周期性地加热以保持熔体，使得单元池处于准备操作的条件中。作为示例性情况，已知在燃料单元池的技术中，需要按约每12小时至24小时的时段进行加热。
储罐可包括至少一个起泡器管5z以将水和氢的至少一种供应且并入至熔体中。起泡器管5z可包括蛇形气流场或鼓泡器，诸如燃料单元池(诸如熔融燃料单元池)领域中已知的鼓泡器。起泡器管可包括倒转杯以捕集诸如H2O和H2等注射气体以进行溶解和混合至熔体中的至少一种。气体可释放于倒转杯状鼓泡器内部。鼓泡器可浸没于熔体下方，且熔体可围绕鼓泡器顶部流动至下侧以接收气体。捕集气体可提供压力以促进熔体流动至电磁泵5k中。诸如流场等起泡器管5z可包括银并不润湿的材料，诸如石墨、W和WC中的至少一种。缺乏润湿性可防止银阻塞起泡器的气孔。管道起泡器5z可包括可渗透氢的薄膜，诸如包括以下材料的至少一个薄膜：诸如木材、纤维素或木质素(其中表面可经碳化)等碳和石墨、碳纤维强化碳以及Pd-Ag合金、Ni、铌、Pd、Pt、Ir、贵金属和本领域中已知的其他可渗透氢的薄膜。薄膜可接收诸如来自源5u的氢气且促进其跨薄膜扩散至熔体，诸如Ag、Ag-Cu合金和Cu熔体中的至少一种。管道起泡器5z可进一步包括可渗透水的薄膜或玻璃料，诸如多孔陶瓷薄膜或玻璃料。可渗透H2O的玻璃料可包括不与H2O反应且不被熔体润湿的诸如氧化锆、富铝红柱石、富铝红柱石-YSZ或多孔石墨等材料。薄膜可包括蜂窝结果。其他示例性薄膜和玻璃料包括氧化钇稳定的氧化锆、氧化钪稳定的氧化锆、钆掺杂氧化铈，其可进一步包括金属陶瓷。替代薄膜包括纤维素、木材、碳化木材和碳纤维强化碳。来自诸如5u和5v等源的压力可控制H2和H2O供应至熔体的速率。
H2O和H2中的至少一种可以独立于对应所施加气体的分压的方式溶解于熔体中。在诸如在图2I17中示出的实施方式中，包括熔融金属燃料的造粒机5a进一步包括至少两个阀以选择性、作为另选密封第二容器5c和来自歧管5y的气体，使得诸如H2O和H2的至少一种等加压气体施加至第二容器5c中的熔体。首先，可关闭第二容器5c的入口上的阀以防止回流至第一EM泵5k中，且打开歧管阀以允许熔体使用通过歧管5y供应的加压气体处理。接着，第二泵5k和气体压力中的至少一种可迫使经气体处理的熔体离开第二容器5c且通过喷嘴5q。接着，关闭至歧管5y的阀且打开至第二容器5c的入口的阀以允许第一EM泵5k将熔体泵送至第二容器5c中以重复加压气体处理及处理熔体喷出的循环。本领域者技术人员已知的替代性阀、泵和气体及熔体管线以及连接件处于本公开的范围内。造粒机可包括具有入口和歧管阀的多个第二腔室5c。可在腔室之间同步燃料水合以实现大致连续的处理熔体注射。
多个起泡器可由歧管5y给料。可通过诸如5u和5v等各气体源供应H2和H2O中的至少一种。在示例性实施方式中，由源5v提供水、水汽和水蒸气中的至少一种。可通过水汽产生器和水蒸气产生器5v中的至少一种供应水汽和水蒸气中的至少一种。水汽产生器可包括载体气体和水源，其中载体气体透过诸如水储罐5v的水起泡。氢可包括透过H2O起泡的载体气体以还充当分数氢反应中的反应物。SF-CIHT产生器可进一步包括可循环任何未反应H2的回收和再循环系统。回收系统可包括诸如金属等吸气剂，其选择性地结合氢以将其提供至诸如泵等再循环系统。回收系统可包括用于H2的选择性过滤器或本领域技术人员已知的其他系统。在另一实施方式中，载体气体可包括惰性气体，如稀有气体，如氩。SF-CIHT产生器可进一步包括可循环载体气体的回收和再循环系统。回收系统可包括用于载体气体的选择性过滤器或本领域技术人员已知的其他系统。包括已吸收H2O和H2中的至少一种的熔体的燃料可输送出储罐。储罐可输出至电磁(EM)泵5k。在图2I14至2I18中所示的实施方式中，EM泵可输出至第二容器5c中，第二容器5c包括可使用诸如感应耦合加热器5o等加热器轨道加热的注射管。管路(诸如本公开的管路)可十分高效地吸收感应耦合加热器辐射。该管可具有低发射率，诸如可在真空腔室中延伸的抛光或电抛光的管路。作为另选，第二容器5c的诸如电阻加热器等加热器可在第二容器内部，其中第二容器具有足够的直径或尺寸以容纳内部加热器。
为了启动，泵管5k6可填充有诸如银或银铜合金等燃料金属以增大热传递截面积。面积可增大，以增大沿着从加热锥体储罐5b至泵5k入口的管路传导热的速率。作为另选，可使用电阻轨道加热来加热泵管路，或管路可绝缘。在一个实施方式中，管路包括可变或可调整的绝缘以控制绝缘体之间的热传递并在热传递处起作用。在泵启动期间可使绝缘体处于高绝缘性的状态中，且在操作期间可使绝缘体处于提供高热传递的状态中以防止泵过热。在一个实施方式中，可变、可调整或可控制的绝缘包括围绕泵管路的真空套。真空套可在启动期间抽气，且可添加气体至该套中以在泵操作后进行快速热传递。可使用水冷却来冷却真空套的歧管外部，以提供额外热移除能力以防止过热。作为另选，泵管路和汇流条可包括能够在超过泵操作期间可实现温度的温度下操作的高温材料，诸如Ta。能够经受高温的泵管(诸如Ta泵管)可涂布有高温抗氧化涂层。汇流条可包括与泵管金属相比导电性更大的金属。汇流条能够在高温下操作。辐射热传递可限制最大操作温度。泵管可包括诸如增大表面积的散热片等元件以增大热传递。能够经受高温的管可包括涂层以防止氧化。作为另选，泵管可包括冷却系统(诸如与其表面接触的水线圈)，其中在启动期间首先将水抽空。一旦泵处于操作温度下，可通过冷却系统泵送水或其他合适冷却剂，以按受控方式视需要移除多余热。可通过控制冷却剂泵速度、制冷器热排速率和冷却剂入口及出口温度而实现控制。在图2I19中所示的另一实施方式中，电磁泵容置于可填充有诸如惰性气体(诸如氩或氦)的热传递气体的下腔室5b5中。惰性气体可进一步包括氢(诸如稀有气体-氢气混合物，诸如包括约1％至5％H2的稀有气体-氢气混合物)，以便防止泵管氧化。可使用凸缘和诸如石墨垫圈等垫圈将下腔室5b5密封至单元池26。压力可经调整以控制泵管温度。冷却系统可包括惰性气体罐、泵、压力计、压力控制器和温度记录器以控制来自泵管的热传递速率。
在另一实施方式中，第二容器5c包括其入口端处的弯管和在喷嘴5q处结束的注射区段，其中注射区段接收来自泵5k的熔体且充当导管以将熔体输送至喷嘴5q以注射至电极8中。单元池锥体储罐可渐缩至泵管5k入口中。泵管可垂直定向。第二容器可弯曲成在约90°至300°的范围内的弧形，使得第二容器的注射区段朝向电极8定向。第二容器5c可在路线上行进返回通过锥体储罐以将熔体注射至电极中。诸如第二容器等造粒机组件的直径或尺寸可被选择为使得对流动的拖曳并不过度。另外，可通过诸如电阻加热器或感应耦合加热器等加热器加热(诸如轨道加热)第二容器。加热注射区段的诸如感应耦合加热器等加热器可包括加热入口部分的线圈(诸如5f)且可进一步包括可穿透单元池26壁且加热注射区段的线圈5o。第二容器的入口部分可包括管状回路，其通过具有围绕管状回路的线圈5f的感应耦合加热器来加热。
在图2I19和2I20中所示的实施方式中，单元池壁26包括耐受银附着的材料，诸如石墨、涂布石墨的金属(诸如涂布石墨的高温不锈钢)、钨和碳化钨中的至少一种。单元池壁可渐缩至锥形底部中。单元池底部可包括凸缘，其可连接至匹配凸缘，该匹配凸缘连接至锥体储罐5b，以含有诸如银熔体等熔体。锥体储罐5b能够经受高温操作且可包括诸如石墨、钽、铌、钛、镍、钼、钨等材料或诸如高温不锈钢等其他高温或耐火材料或金属。锥体储罐可衬砌有耐受诸如银熔体等熔体附着的材料。示例性锥体储罐和内衬包括石墨或衬砌有石墨的钽或铌。石墨衬垫可连接至单元池。可通过用诸如高温螺钉(诸如Mo、Ta或Nb螺钉)等紧固件紧固在一起的匹配凸缘进行连接。紧固件可包括锚，其中配对螺栓或螺钉穿入锚中。在锥体储罐处于真空或惰性气氛中的实施方式中，其还可包括不具有内衬的石墨。可通过能够处于真空的腔室5b5提供真空或惰性气氛。锥体储罐可包括连接至电磁泵5k的泵管入口的匹配凸缘的底凸缘。包括围绕线圈5f的感应耦合加热器可将锥体储罐5b和泵5k入口的至少一部分加热至高于熔融金属(诸如银、银铜合金和铜金属的至少一种)的熔点的温度。将凸缘连接件限定为原点，该管可首先指向下且接着形成具有合适曲率半径的回路以在垂直方向上放置该管，以横穿锥体储罐5b。入口可过渡至直泵管5k6中，其中泵送方向可垂直定向。泵的出口管可垂直延伸以横穿锥体储罐壁。横穿可在锥体最大半径处以提供泵轭和磁体5k4和5k5(图2I16)与锥体储罐5b的最大距离，以提供在低于锥体储罐的合适温度下操作这些泵组件。泵磁路5k4和5k5可正切于锥体储罐定向，且汇流条5k2可较短且垂直于锥体储罐定向，其中至电流源的引线5k3与汇流条5k2的方向成约90°处。磁路5k4和5k5的定向可最大化与高温组件的距离。诸如锥体储罐和入口管、泵管5k6和出口管等高操作温度组件需要高于熔体的熔点，且诸如EM泵5k的磁路5k4和5k5的低操作温度组件需要处于低得多的温度(诸如小于约300℃)下。为保持两种类型组件之间的温度分离，造粒机可在这些组件之间包括绝缘体。另外，可通过冷却系统(诸如包括水冷却热传递板5k1和制冷器31a的冷却系统)冷却磁路。感应耦合加热器5f的水冷却线圈亦可用于冷却电磁泵5k的磁路且反之亦然。锥体储罐和泵入口可包括第一容器5b。电磁(EM)泵5k可通过第二容器5c将诸如银熔体等熔体从锥体储罐泵送至电极，第二容器5c可包括泵出口管(诸如直径为约3/8英寸的钽或铌管)和喷嘴5q。泵入口和出口管的回路可包括至少约180°返回并穿过锥体储罐壁的弯管。管5c可在锥体储罐5b内部行进(在诸如包含于锥体储罐中的银熔体水平的下方区域中)，且凸出至在喷嘴5q中结束的熔体水平上方。喷嘴可稍高于熔体水平，使得熔体在流动至管中时保持熔融而不需要容器加热器。在喷嘴明显远离熔体水平的其他实施方式中，通过诸如感应耦合加热器等加热器将热施加于第二容器远端的注射区段。在诸如前一情况的实施方式中，电极可被定位为非常接近于熔体水平。在一个实施方式中，熔体与电极的分隔距离为约1mm至100mm、1mm至50mm和1mm至10mm的至少一个范围。单元池可在单元池的底部处具有较大直径的真空外壳凸缘以含有内锥体储罐凸缘和至锥体储罐的入口。能够保持真空或惰性气氛的下腔室5b5可连接至真空外壳凸缘。真空外壳的内部真空可通过真空连接线5b6连接至单元池的内部真空。作为另选，真空连接线5b6可连接至单元池真空泵13a的共用歧管。能够处于真空的下腔室5b5可包括可具有穹顶状端帽的直圆柱体。能够处于真空的下腔室5b5可含有锥体储罐5b、包括泵管5k6及其入口和出口的电磁泵5k的至少一部分、EM泵汇流条5k2和磁路5k4和5k5的至少一部分以及加热线圈5f中的至少一种。EM泵的汇流条的电连接件5k3、感应耦合加热器线圈的引线5p和任何传感器引线可穿透能够处于真空的下腔室5b5的壁。EM泵磁路5k4和5k5的一部分可穿透或具有穿透能够处于真空的下腔室5b5的通量，其中磁体和可选的磁路5k4和5k5的一部分可在能够处于真空的下腔室5b5的外部。真空可保护诸如石墨、Ta和Nb等空气敏感材料以防氧化。在另一实施方式中，能够保持真空或密封于大气外的下腔室5b5可不连接至单元池的真空。在此情况中，下腔室5b5可填充有诸如氮等惰性气体或诸如氩等稀有气体。可通过使用诸如电镀或物理涂层(诸如陶瓷)等保护涂层涂布大气气体反应性材料而实现进一步的保护。
在一个实施方式中，感应耦合加热器线圈引线穿透至产生器的密封区段中，诸如单元池26或下腔室5b5的至少一种。对应壁(诸如单元池、腔室5b5和二者之间的分割(诸如电磁泵凸缘板)中的至少一种)的引线5p穿透部可电隔离，使得引线5p并未电短路。穿透可发生在壁处或可发生在远离壁的位置处，以便提供其中温度低于壁的位置。壁可通过在不电接触的情况下容置引线的导管连接至远程位置。与密封的穿透部相对的导管端可经焊接至要穿透的壁以在壁位置处形成密封。在引线穿透热导元件的实施方式中(其中真空密封件在远程位置处)，引线可穿过诸如电磁泵凸缘板等元件中的孔而不与元件电接触。引线可抛光以降低发射率及至引线的热传递。导管可在导管与热导元件(其中温度低得多)相对的端部处使用电绝缘体围绕引线而进行真空密封。绝缘体可包括低温密封件，如特氟龙密封件，诸如具有Kalrez O环的特氟龙Swagelok或Ultra-Torr。作为另选，真空气密引线穿透部可包括市售的高温RF穿透部。
在一个实施方式中，锥体储罐和腔室5b在真空连接器中共同螺合且旋合至真空外壳的顶板。泵管可穿透顶板。容器5b可通过诸如焊接等手段附接至顶板。在一个实施方式中，可通过诸如感应耦合加热器等加热器单独加热泵管5k6，该加热器可将该管保持在高于熔体熔点的所需温度。在一个实施方式中，一个感应耦合加热器RF动力单元池可复用至多个感应耦合加热器线圈。泵管加热器可包括通过用于锥体储罐加热器的RF产生器按RF产生器的工作循环间歇地驱动的加热器线圈，该RF产生器随时间在驱动锥体储罐加热器线圈与泵管加热器线圈之间切换。工作循环可被控制为将锥体储罐和泵管保持在所需温度。示例性工作循环范围约为10％至90％。作为另选，可通过从产生器的热区段转移的热来加热EM泵管。热可来自加热器或来自分数氢反应。在一个实施方式中，热传递来自通过诸如铜等传导介质转移的加热锥体储罐5b，传导介质可包括热传递块体5k7(图2I26)。块体可被机加工或铸造为接触锥体储罐和泵管。为在泵管5k6与热传递块体5k7之间进行良好热接触，泵管可涂布有诸如Thermon T-99等热传递化合物。
各个汇流条9和10可包括与电容器组的连接件。电容器组可包括多个(例如，两个)并联组的双串联电容器(其中一个连接至正汇流条且一个连接至负汇流条)，其中通过汇流条连接对应的相反极性电容器终端。可由于喷丸到达电极之间而完成电路。电容器可连接至电源以为电容器供电且在操作期间保持其电压，其中在电容器处感测电压。各个汇流条可垂直穿透单元池壁且包括具有螺纹的诸如铜块等安装座以接纳对应电容器终端的螺纹。水平汇流条可旋合至各垂直汇流条的螺纹端中，且电极可滑动至水平区段端部上。可通过诸如具有螺栓或固定螺纹的夹具等紧固件固定电极。
电极可包括本公开的电极(诸如在朝向PV转换器26a的间隙8处形成通道的下V状)且进一步包括电极EM泵(其包括通道8和磁体8c)，和可选的第二电极EM泵(其包括磁体8c1和通道8g1)。为防止任一电极EM泵的磁体过度加热，诸如8c和8c1等磁体可定位于单元池26外部。可通过磁路8c(诸如可在高温下操作的铁磁轭，诸如铁、钴及50合金(49％Co、49％Fe、2％V)轭中的至少一种)将磁场供应至诸如8g和8g1等通道(图2I29至2I31)。在另一实施方式中，磁轭可在温度最大的间隙处包括诸如Co或50合金等一种材料且在磁体界面的较低温部分处包括诸如铁等另一材料。磁体可包括具有较高最大操作温度的材料，诸如CoSm磁体。为进一步热隔离CoSm，磁路可包括可在较高温度下操作的内磁体，诸如可在至多525℃(相较于CoSm的350℃)的最大温度下操作的AlNiCo磁体。电极EM泵磁路可包括磁体和磁轭且其各自可穿透单元池壁26。作为另选，磁通量可从第一外部磁路区段穿透壁至单元池内部的第二磁路区段。允许通量穿透的示例性壁材料为高温不锈钢。在替代性实施方式中，喷嘴5q可紧密接近于电极8定位，使得来自EM泵5k的压力通过电极间隙8g和可选的8g1泵送熔体，其中第一和第二电极EM泵中的至少一个是可选的。喷嘴5q可包括诸如石英等非导体或诸如石墨等低导体，使得其可接近于间隙8g或可与电极8接触以促进通过至少一个电极间隙或通道8g和8g1直接泵送熔体。作为另选，喷嘴可以诸如石英或陶瓷套筒等非导体为尖端，其涂布有诸如氮化硼等非导体或包括诸如泵管的材料等导体，但可在喷嘴与电极8之间保持最小间隙。单元池可电浮动而非接地以防止电流动通过喷嘴至单元池中的其他组件。单元池壁、汇流条9和10以及单元池中的任何其他元件可覆盖有耐受诸如银或银铜合金(诸如Ag 72wt％-Cu 28wt％)等熔体附着的护套。示例性护套材料为石墨、碳化硼、诸如特氟龙(PTFE)等氟碳聚合物、氧化锆+8％氧化钇、富铝红柱石或富铝红柱石-YSZ。通过电极点燃的喷丸可包括熔融金属(诸如熔融Ag)，其可进一步包括H2O和氢的组中至少一种气体。锥体储罐5b可包括至少一个气体管线或水管线(诸如来自连接至H2O和H2的至少一种的源的歧管5y的管线5u和5v)和管道起泡器或气体流场5z以将气体添加至熔体。管线可穿透锥体储罐5b壁以连接至管道起泡器5z或气体流场。
作为另选，可通过使用电极8处的注射器调节器和阀5z2调节的注射器5z1的注射而添加H2O和H2中的至少一种。注射器5z1可将H2O和H2中的至少一种注射至点燃等离子体的部分、点燃等离子体的中心的至少一种中，注射至熔体的一部分中且实质上注射至熔体流的中间以最大化地将H2O和H2中的至少一种并入至熔体和等离子体的至少一种中。示例性注射器5z1包括不锈钢管，其在端部处具有50μm孔以将H2O直接注射至等离子体中。注射器可包括下述喷嘴，其包含至少一个针孔(诸如各自具有约0.001μm至5mm范围的直径)。气体可自注射器5z1方向性地流动。气体可包括气体喷流或分子束，诸如H2O和H2喷流或射束中的至少一种。喷嘴可接近于点燃点定位(诸如在电极间隙8g的0.1mm至5mm内)以高效地将气体供应至点燃，同时避免单元池泵送出过多气体。注射可在电极间隙8g上方或下方进行。注射器5z1的尖端可包括耐受热损害的材料，诸如耐火材料，诸如本公开的耐火材料，如W或Mo。在另一实施方式中，注射器5z1的喷嘴可包括多个针孔或针孔阵列(诸如沿着电极长度对准的针孔)以将气体注射至熔融金属中。在示例性实施方式中，针孔的直径约为25μm。注射可处于高速。高速可帮助金属浸渗有气体，使得可以较大收率将气体引入至反应混合物。分子束可促进HOH催化剂的形成。在一个实施方式中，注射器5z1的尖端可包括鼓泡器以形成注射至要点燃的等离子体或燃料中的细密水雾。
在一个实施方式中，注射器5z1被设计为限制自等离子体至注射器的热传递速率，使得水以其流动速率保持来自分数氢过程的所需动力，且在注射器内时不会沸腾。注射器5z1可包括：i.)最小表面积，ii.)具有低热传递速率的材料，iii.)表面绝缘体和iv.)辐射屏蔽以限制至流动水的热传递。在分数氢反应为H2O→H2(1/4)+1/2O2+50MJ的示例性实施方式中，产生X瓦特动力的最小水流速率由以下得出：
流动速率＝(X瓦特/50MJ/摩尔H2O)×(1升H2O/55摩尔) (39)
在X＝500kW的示例性情况中，流动速率为0.18ml/s。导致0.18ml/秒的水从0℃初始温度沸腾的动力为490W。因此，注射器5z1被设计为使其从单元池(诸如自等离子体)接受热的最大速率对应于小于490W的动力。使用以下关系：
其中，P是压力，ρ是水密度，且ν是速度，3atm的水注射压力对应于25m/s的喷嘴5q流动速率。以此流动速率递送0.18ml/s(0.18×10-6m3)的喷嘴5q的孔口尺寸为7.2×10-9m2(95μm直径圆盘)。假定具有此直径的两倍的管(其中3cm浸没于等离子体中)，则管的等离子体接触面积为1×10-5m2，这需要热传递速率小于490W/1×10-5m2或4.9×107W/m2。具有低热接受速率的示例性耐热喷嘴包括可使用氧化钙或氧化钇稳定的氧化铝或氧化锆。喷嘴5q(诸如包括针孔的喷嘴)可具有导致水流散布至贯穿等离子体的所需部分分散水的体积中的形状。散布可包括水在等离子体中的均匀分散。水源5v可包括水储罐和将水供应至注射器5z1的泵。阀、流量计和调节器5z2可控制通过喷嘴5q注射的水流速率。
注射器5z1可包括增湿器，其可保持电极区域中的所需的H2O分压，诸如在约0.01Torr至1000Torr、0.1Torr至100Torr、0.1Torr至50Torr和1Torr至25Torr中的至少一个范围中的分压。
分子束可冷却形成可增大分数氢反应速率的冰晶。可通过制冷器31a提供冷却。可通过冷却诸如氢气或稀有气体等载体气体而实现冷却。水可冷却至结冰极限。可通过在水中溶解诸如氢等载体气体而降低冰冻点以形成超冷水。可通过使诸如氢等载体气体起泡而使超冷水雾化。在一个实施方式中，可通过诸如超音波雾化器等雾化器形成直径诸如在0.1μm至100μm范围中的微水滴。超音波频率可较高，诸如约1kHz至100kHz的范围中。雾化可导致冰晶形成。水可注射至真空中。在真空中的扩张可冷却水形成冰。注射至真空中的水的蒸发可形成冰。整发可冷却注射器5z1尖端，其可导致注射的水形成冰。可通过制冷器31a冷却注射水和尖端的至少一种。冷却可为导致注射的水形成冰晶而防止尖端结冰阻塞的温度。可通过使经冷却载体气体起泡而进一步促进冰晶形成。还可通过减小压力和消除水储罐(诸如起泡器)中的成核地点中的至少一种实现超冷却。在一个实施方式中，可在水中加入添加剂以降低冰冻点。示例性添加剂为盐、无机化合物和有机化合物。在后一情况中，可在单元池的操作期间消耗且替换有机化合物。诸如氢气等气体可通过水起泡以形成冰晶，冰晶可注射至熔体中以充当用于分数氢反应的H和HOH催化剂中的至少一种的源。在一个实施方式中，冰可升华且引导至电极。蒸发的冰可流动通过歧管。冰可通过与合适表面的物理接触而成核或沉积为较大晶体，其中较大粒子可流动至点燃地点中。流动可通过具有多个针孔的歧管。在一个实施方式中，注射器可定位于电极的壁中(诸如通道8g中)。在另一实施方式中，注射器5z1位于喷嘴5q的相对侧上。在示例性实施方式中，喷嘴5q将熔体注射至电极8中，且注射器5z1在电极的另一侧上(诸如在通道8g中)从顶部注射H2O和H2中的至少一种。水可呈细冰晶、蒸气和液体水的至少一种形式。在一个实施方式中，来自诸如5u和5v等源的输入气体注射至保持在真空下的单元池中。控制输入压力可小于大气压，则可控制气体通过注射器5z1的流动速率。可通过阀、泵、流量控制器和压力监测器及控制器5z2控制用于注射的输入气体压力和流动速率中的至少一种。可使用诸如制冷器、低温泵和真空泵13a中的至少一种等水蒸气冷凝器保持单元池真空。可使用水阱及诸如真空泵(诸如涡旋泵)等泵保持单元池真空。水冷凝器可包括制冷器和低温阱中的至少一种。在一个实施方式中，泵可包括高温泵，其在泵送时将单元池气体保持在高温，使得水蒸气组分本质上表现为理想气体。任何注射或形成的水可作为水蒸气被除，水蒸气可充当冷却单元池的手段。
在另一实施方式中，单元池包括化学吸气剂以用于从单元池气体移除水蒸气以保持真空。吸气剂可包括与水反应的化合物，诸如可形成氧化物的金属。可通过加热使水反应产物可逆。吸气剂可包括吸湿化合物，诸如干燥剂，诸如分子筛、硅胶、如蒙脱石粘土等粘土、如碱土氧化物(如CaO)等脱水碱基、如包括氧离子的碱土化合物等脱水水合物化合物(如硫酸盐，如CaSO4)和碱卤化物(其形成诸如LiBr等水合物以吸收单元池中的水蒸气)中的至少一种。可通过加热再生化合物。热可来自单元池产生的多余热。
化合物可循环地与单元池气体接触而移除、再生及返回。化合物可在加热时保持于密封腔室中，由此产生高于大气压的水蒸气压力。可透过打开的阀排放处于初始高压的水蒸气。阀可在相对于初始压力的减压(其仍大于大气压)下关闭，使得空气并不流动至腔室中。腔室可冷却且化合物暴露于单元池气体以在重复循环中吸收水。在输送化合物以实现暴露于单元池气体(从而在一个循环阶段中吸收水)且暴露于大气(以在另一循环阶段中释放吸收的水)的实施方式中，可通过本公开的手段(诸如通过机械手段，如通过螺旋钻或通过使用泵)输送化合物。作为另选，可通过使用气动手段(如本公开的气动手段)进行输送。在包括往复双阀干燥剂腔室水移除系统(其中未输送化合物以实现暴露于单元池气体以在一个循环阶段中吸收水且暴露于大气以在另一循环阶段中释放吸收的水)的实施方式中，化合物在具有至少两个阀的腔室中。第一吸收阀控制与单元池气体的连接且第二排放阀控制与诸如周围大气等排水区域的连接。在吸水阶段期间，吸收阀打开且排放阀关闭。在排水阶段期间，吸收阀关闭且排放阀打开。阀可交替地打开和关闭以实现吸水和排水。吸收阀可包括诸如门阀等大阀以增大暴露于化合物的气流。排放阀可包括诸如吹泄阀等较小压力调节阀，其在所需压力下打开且在较低所需压力下关闭。腔室可接近于单元池，使得单元池常规地对其加热。在吸收阶段期间，诸如31a等制冷器可冷却腔室。冷却可暂停以允许单元池在排放阶段期间加热。可通过停止冷却剂流而实现中止。冷却剂可具有高于腔室的最高操作温度的沸点。在另一实施方式中，可通过诸如热管道等热交换器将热移除或供应至腔室。在一个实施方式中，可通过多个往复双阀干燥剂腔室水移除系统连续地移除水，其中至少一个系统在吸收阶段中操作而另一个在排放阶段中操作。
在一个实施方式中，来自分数氢反应的紫外线和极紫外线光导致单元池中的水蒸气解离为氢和氧。通过本公开的手段分离氢和氧以提供这些有价值的工业气体供应。可通过本领域中已知的至少一个方法分离光子解离水的氢氧产物混合物，诸如来自以下组中的一个或多个：通过微孔薄膜分离H2；通过电扩散薄膜(诸如耐火氧化物，如CaO、CeO2、Y2O3和ZrO2)分离O2；通过无孔金属薄膜(诸如钯或Pd-Ag薄膜)分离H2；通过使用孔口和射束撇渣器产生高速喷流而分离气体；通过离心作用分离气体；和通过低温蒸馏分离气体。可通过将氢和氧供应至燃料单元池(诸如质子交换薄膜燃料单元池、熔融碳酸盐燃料单元池和本领域中已知的其他燃料单元池中的至少一种)而将气体转换为电。作为另选，氢和氧或大气氧可在热力发动机(诸如内燃机、布雷顿循环发动机、气体涡轮机和本领域中已知的其他热力发动机中的至少一种)中燃烧。
在一个实施方式中，注射器5z1可包括具有多个针孔的歧管以递送H2和H2O的至少一种，其中H2O可包括冰晶。注射器进一步包括泵5z2。水储罐5v可至少冷却至水的冰点。储罐可通过泵5z2而在小于大气压的压力下操作。低压可导致冰在超冷状态中升华，其中蒸气具有低于大气压下水的冰点的温度。冰的表面积可增大以增大升华速率。泵5z2可压缩超冷却的水蒸气以导致其结冰。泵可改变压力以导致液体至固体的相变。泵可包括蠕动泵。气泡腔室使用压力变化导致相变，其还在https://en.wikipedia.org/wiki/Bubble_chamber中给出。可应用这一原理以导致细冰晶的形成，以用于注射至点燃等离子体中，并通过点燃分数氢反应物而形成等离子体。可使用诸如31a等制冷器冷却接触超冷水蒸气及所形成的冰晶的泵零件。可通过泵5z2将冰晶泵送至注射器5z1(诸如具有多个针孔的歧管)中，且晶体可注射至燃料点燃地点中。
在一个实施方式中，氢注射器5z1可包括可渗透氢的薄膜，诸如镍、石墨或钯银合金薄膜，其中氢渗透薄膜且递送至保持在低压下的熔体。可渗透氢的薄膜可将氢流动速率减小至所需的速率，其中在电极处将氢注射至低压区域中(诸如单元池中)。流动速率可为对相应的大功率消耗没有贡献的流动速率。可针对真空泵13a管理流动速率以保持单元池压力。氢流动速率可在以下至少一个范围内：每一单元池(其产生约100kW的光)为约0.1标准立方厘米/分钟(sccm)至10标准公升/分钟(slm)、1sccm至1slm和10sccm至100sccm。H2O的电解可包括氢源5u。在一个实施方式中，诸如钯或Pd-Ag薄膜等薄膜可执行以下至少一个功能：将水电解气体混合物的氢与氧分离；以受控方式将H2注射至分数氢等离子体中(诸如在电极处)；和将分子氢解离为原子氢。可通过控制薄膜温度(诸如约100℃至500℃的范围)来控制渗透速率和选择性地进行氢渗透。分数氢等离子体可提供薄膜加热。在其他实施方式中，可通过本领域中已知的至少一个方法分离电解产物混合物的氢与氧，诸如来自以下组中的一个或多个：通过微孔薄膜分离H2；通过电扩散薄膜(诸如耐火氧化物，诸如CaO、CeO2、Y2O3和ZrO2)分离O2；通过无孔金属薄膜(诸如钯或Pd-Ag薄膜)分离H2；通过使用孔口和射束撇渣器产生高速喷流而分离气体；通过离心作用分离气体；和通过低温蒸馏进行气体分离。
在一个实施方式中，注射器将冰晶喷流供应至熔融金属中，其中冰晶可由于其高速度而浸渗至熔体中。在喷流包括用于输送水蒸气的载体气体(诸如氢或如氩等稀有气体)的情况中，使用冰晶替代水蒸气可显著增大每一载体气体体积递送至点燃的水的数量和浓度。还可通过本领域中已知的手段(诸如通过冰刮刀或削片机)机械地形成冰晶。机械冰晶机器可包括将固体冰破裂为具有所要尺寸的小冰粒的至少一个旋转刀片。可通过诸如高速研磨机(诸如Dremel工具)或高速钻机或研磨机(诸如牙医钻机或研磨机)中的至少一个机器工具将冰供应至电极。工具或钻机可在冰表面上方扫描，冰表面可在其被消耗时前移。可通过扫描机构产生扫描。可通过用来自基座处的结冰前端的补充物通过相应的机构前移在顶部处具有表面的冰列。诸如31a等制冷器可用于实现结冰。机械频率可在约1000RPM至50,000RPM的范围中。可通过诸如31a等制冷器冷冻诸如5u等储罐中的水而供应冰。在一个实施方式中，低温可限制H2O蒸气压以有助于HOH形成。I型冰结构亦可增强分数氢反应速率。在一个实施方式中，形成分数氢的固体燃料反应混合物包括冰作为H和HOH中的至少一种的源。冰可呈提供高表面积的物理形式，诸如可通过注射器5z1注射的冰晶。可在冰供应器5v中形成冰，冰供应器5v可进一步包括形成细粉末冰或小冰晶的手段，诸如使水结冰的诸如31a等制冷器和研磨器。作为另选，冰供应器可包括冰晶制造器，诸如包括冷冻扩张或雾化H2O的源的冰晶制造器。
在一个实施方式中，注射器5z1包括注射喷嘴。注射器的喷嘴可包括气体歧管，诸如与电极8的沟槽对准的气体歧管。喷嘴可进一步包括来自歧管的多个针孔，其递送H2O和H2中的至少一种的多个气体喷流。在一个实施方式中，在大于单元池的压力下通过诸如5v等H2O储罐使H2起泡，且在H2载体气体中挟带H2O。高压气体混合物流动通过针孔至熔体中以保持气体喷流。可通过压力控制器或流量控制器5z2调节流量，在大于单元池压力的高压下(诸如约1mTorr至10,000Torr、1mTorr至1000Torr和1mTorr至100Torr中的至少一个范围)供应流体。在电极处，可为混合物的气体可与传导基质、金属熔体组合。在施加高电流的情况下，对应的燃料混合物可点燃以形成分数氢。
针孔可为激光、喷水或机械钻孔。注射器中的气体可加压以促进多个高速气体注射喷流或分子束形成。未在分数氢的形成中消耗的气体可由诸如泵13a等手段收集且再循环。水可凝结并再循环。可使用低压泵实现凝结。氢可再循环，其中其可在再循环之前与其他气体分离。可使用选择性过滤器实现分离。
注射时机可以使喷丸和气体中同时产生等离子体。注射可为大致连续的。连续气体流动速率可被调整至点燃频率和燃料流动速率中的至少一种。燃料注射可为间歇的且与喷丸点燃同步。该定时可通过以下因素进行：注射器中的机械谐振和第n次点燃延迟和压缩用于第n+1次点燃的注射气体的压力波，其中n为整数。作为另选，诸如注射器5z1的电磁阀5z2等阀可控制注射。可通过点燃电流启动阀5z2。示例性阀是机械回馈伺服阀。阀可包括压力控制阀，诸如注射器出口处的压力控制阀，其中可在阀的供应侧中保持超压。水可为以下至少一种：供应和注射为液体或气体中的至少一种。气体供应可来自源5u和5v。
在一个实施方式中，可通过氢在本文中被称为歧化(如在Mills GUT Chp.5中给出，其以引用的方式并入)的过程中向式(18)中具有高p值的分数氢跃迁，而实现极高的动力和能量的至少一种。氢原子H(1/p)p＝1,2,3,...137可进一步跃迁至式(10)和(12)给出的较低能态，其中一个原子的跃迁由以谐振和非辐射方式接受m·27.2eV且伴随其势能的相反改变的第二原子催化。关于通过m·27.2eV谐振转移至H(1/p')所诱导的H(1/p)跃迁至H(1/(p+m))的一般总方程式由式(41)给出，其表示为：
H(1/p')+H(1/p)→H+H(1/(p+m))+[2pm+m2-p'2+1]·13.6eV (41)
来自分数氢过程的EUV光可解离二分数氢分子且所得分数氢原子可充当跃迁至较低能态的催化剂。示例性反应包括通过H(1/4)将H催化至H(1/17)，其中H(1/4)可为通过HOH催化另一H的反应产物。可预测，分数氢的歧化反应引起X射线区域中的特征。如式(5-8)所示，HOH催化剂的反应产物为考虑包含H2O气体的氢云中的类似跃迁反应，其中第一氢型原子为H原子且充当催化剂的第二受体氢型原子为由于的势能为42·27.2eV＝16·27.2eV＝435.2eV，故跃迁反应表示为
总反应为：
可预测，中间体(例如，式(16)和式(43))所致的远紫外线连续辐射谱带具有由下式给出短波长截止值和能量
其延伸至比对应的截止值更长的波长。此处，可预测，中间体衰变所致的远紫外线连续辐射谱带具有处于E＝3481.6eV；0.35625nm且延伸至更长波长的短波长截止值。最近在通过NASA的Chandra X-ray Observatory和XMM-牛顿卫星在英仙座星系团中观测到截止值为3.48keV的宽X射线峰[E.Bulbul、M.Markevitch、A.Foster、R.K.Smith、M.Loewenstein、S.W.Randall，“Detection of an unidentified emission line in thestacked X-Ray spectrum of galaxy clusters”，The Astrophysical Journal，第789卷，第1期(2014)；A.Boyarsky、O.Ruchayskiy、D.Iakubovskyi、J.Franse，“An unidentifiedline in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster”(2014)，arXiv：1402.4119[astro-ph.CO]]，其并不匹配至任何已知的原子跃迁。BulBul等将3.48keV特征指派为未知身份的暗物质，这与跃迁匹配，并进一步将分数氢确认的暗物质身份。
在一个实施方式中，产生器可使用低压H2O产生高动力和能量。水蒸气压力可约0.001Torr至100Torr、0.1mTorr至50mTorr、1mTorr至5Torr、10mTorr至1Torr和100mTorr至800Torr中的至少一个范围。可通过水蒸气源和控制流动速率和压力中的至少一种的手段来供应并保持低H2O蒸气压力中的至少一种。水供应器可足以保持所需的点燃速率。可通过稳态或动态控制和平衡控制中的至少一种控制水蒸气压力。可通过增湿点燃区域(诸如电极间和电极EM泵通道区域8g)中的气氛而将低压水添加至等离子体。产生器可包括保持所需区域(诸如电极区域外部的区域)中的较低水蒸气压力的泵13a。可通过微分泵送来移除水，使得电极区域外部的单元池区域可具有较低压力，诸如较低的水分压。可保持较低压力以减小可入射至PV转换器26a的诸如EUV光等光的衰减。
可通过与单元池连接的水储罐/阱保持单元池水蒸气压力。单元池水蒸气压力可在稳态或与水储罐/阱的水表面上方的水蒸气压力平衡中的至少一种中。水储罐/阱可包括降低蒸气压力的手段，诸如保持减小温度(诸如低温)的制冷器、H2O吸收材料(如活性炭或干燥剂)和溶质中的至少一种。水蒸气压力可为使用冰(其可为超冷态)在平衡或稳态中建立的低压。冷却可包括低温制冷器或浴，诸如二氧化碳、液氮或液氦浴。溶质可添加至水储罐/阱以降低水蒸气压力。可根据拉乌尔定律(Raoult’s Law)降低蒸气压力。溶质可高度溶解且呈高浓度。示例性溶质为糖和离子化合物，诸如碱、碱土和卤化氨、氢氧化物、硝酸盐、硫酸盐、重铬酸盐、碳酸盐和醋酸盐之至少一种，如K2SO4、KNO3、KCl、NH4SO4、NaCl、NaNO2、Na2Cr2O7、Mg(NO3)2、K2CO3、MgCl2、KC2H3O2、LiCl和KOH。阱干燥剂可包括分子筛，诸如示例性分子筛13X、4-8筛孔颗粒。
在移除多余水的实施方式中，阱可密封及加热；接着，液体水可抽出或其可排出为水蒸气。阱可再冷却及再运行。在一个实施方式中，H2添加至单元池26(诸如在电极处的区域中)以与O2反应产物反应，以将其转换为使用水储罐/阱控制的水。可通过可渗透氢的阴极(诸如PdAg阴极)处的电解提供H2。可使用传感器监测氢压，传感器将回馈信号提供至诸如电解控制器等氢供应控制器。
在示例性实施例中，通过诸如13X等水合分子筛将水分压保持在所需压力，诸如在约50mTorr至500mTorr的范围中的压力。分子筛释放的任何水可由水供应置换，诸如来自通过歧管和管线5x供应的罐5v的水供应。分子筛的面积可足以至少按保持所需分压需要的速率供应水。分子筛的排气速率可匹配分数氢过程的消耗速率与泵出速率的总和。可通过控制分子筛的温度来控制释放速率和分压中的至少一种。单元池可包括分子筛的控制器，其连接至单元池26。容器可进一步包括保持分子筛温度的手段，诸如加热器和制冷器及温度控制器。
在替代性的稳态实施方式中，通过流量控制器(诸如控制单元池中的质量流量和水蒸气压力的至少一种的流量控制器)保持水蒸气压力。水供应速率可调整为匹配在分数氢和任何其他单元池反应中消耗且通过诸如泵送等手段移除的速率。泵可包括水储罐/阱、低温泵、真空泵、机械真空泵、涡旋泵和涡轮泵中的至少一种。供应速率和移除速率中的至少一种可调整为实现所需的单元池水蒸气压力。另外，可添加所需分压的氢。可通过传感器和控制器(诸如压力计，诸如Baratron计和质量流量控制器)感测并控制H2O和H2压力中的至少一种。可通过注射器泵供应气体。作为质量流量控制器的替代方案，可通过高精度可电子控制阀(诸如针阀、比例电子阀和步进器马达阀中的至少一种)保持水蒸气压力。可通过水蒸气压力传感器和计算机控制阀以保持单元池水蒸气压力处于所需值，诸如约0.5Torr至2Torr的范围，其中控制可达诸如20％内的较小容差。阀可具有快速响应以随着单元池中的水蒸气压力的快速改变而保持容差。可通过改变阀的供应侧上的水蒸气压力而调整通过阀的流量的动态范围以适应不同的最小和最大范围。可分别通过增大或减小水储罐5v的温度来增大或减小供应侧压力。
在另一实施方式中，泵5k包括潜水泵，诸如浸没在包含于锥体储罐中的熔体中且透过导管或容器(诸如附接至泵5k出口的管)将熔体垂直泵送至电极的电磁泵。含有单相电磁绕组的示例性泵在1994年1月11日的美国专利No.5,277,551中给出。泵材料能够经受高温。在一个实施方式中，潜水电磁泵可包括垂直(z轴)定向的泵管，其入口浸没在熔体中。泵可包括DC电磁泵，其可被定向为电流沿着x轴且磁场沿着y轴施加。施加劳仑兹力的磁场的EM泵的y轴对准磁路可包括：可选的外周磁体冷却系统(诸如水冷却散热器)的镜像组；磁路，其包括诸如钕磁体等外周磁体；磁轭，其可进一步包括与热泵管接触的热障或绝缘体；及可选的冷板，其毗邻泵管。在一个实施方式中，热障包括气隙或真空间隙的至少一种。热障可进一步包括减小跨间隙的热辐射的手段(诸如辐射反射器或屏蔽的至少一种)和泵热零件(诸如磁路零件，诸如磁轭、汇流条和泵管)的减小发射率。可通过诸如形成光滑表面(诸如抛光、电镀或电抛光表面)等手段降低发射率。在示例性实施方式中，使用诸如铬等材料电镀Fe或Co轭以使其具有低发射率。可首先施加铜层，然后施加铬。示例性EM泵设计包括附接至矩形泵管的短侧壁的高传导宽汇流条，且垂直磁路具有以下布局：诸如钕或SmCo磁体等磁体(经冷却)/诸如铁氧体、铁或钴等磁轭(经冷却)/真空或气隙/泵管/真空或气隙/诸如铁氧体、铁或钴等磁轭(经冷却)/钕或SmCo磁体(经冷却)。y轴对准的镜像电流汇流条对可在外周端处连接至高电流源且在相对端上毗邻至泵管侧。包括磁路和电流汇流条的泵的xy平面可升高至熔体和锥体储罐最热区域中的至少一种的外侧。作为另选，泵可放置于在熔体水平以下的保护外壳中以保持熔体至泵的重力供给，或泵可保持在起动状态中，其中金属在泵电流携载区段中。汇流条和磁路中的至少一种可至少部分定位于单元池外部，其中穿透部穿过单元池壁。磁路可包括单元池外部的磁体，其提供穿过非磁性壁(诸如不锈钢壁)的通量，其中磁通量集中于磁路的内轭中且导引跨过泵管。汇流条穿透部各可包括凸缘(具有穿透通过凸缘的陶瓷绝缘导体)或本领域技术人员已知的其他可高温电馈通。EM泵的材料(诸如泵管、磁体和磁轭)能够在高温下操作。作为另选，EM泵可包括绝缘体、冷板、热交换器和本领域中已知的其他热移除系统以冷却材料。具有适合于磁体和磁路的高居里温度的示例性铁磁材料为Co(1400K)、Fe(1043K)、钕磁体(583-673K)和AlNiCo(973-1133K)。在一个实施方式中，诸如钕、AlNiCo、SmCo和铁磁体等磁体具有较高的最大操作温度。在对去磁敏感的磁体(诸如AlNiCo磁体)的情况中，磁体包括封套，诸如将屏蔽DC场的mu金属和将掩蔽RF场的金属屏(法拉第笼)。这些方面应用于本公开的EM泵的其他实施方式。泵的组件(诸如磁路和汇流条)各自可覆盖有外壳，其能够返回点燃产物以在外壳上方流动且流动至锥体储罐中。外壳可包括或可涂布有耐受点燃产物附着的材料。用于银的示例性非附着材料为石墨、WC、W和Al。泵管出口可连接至造粒机的注射区段，注射区段包括导管或容器(诸如至喷嘴5q的管)，其将熔融燃料(诸如包括H2O和H2中的至少一种的熔融银)注射至电极8中。诸如加热注射区段的感应耦合加热器等加热器可包括诸如5o等线圈，其可穿透单元池26的壁且加热注射区段。
在一个实施方式中，单元池锥体储罐可用于储存通过EM泵使用为了排空容器和EM泵的反向泵电流而向后泵送的金属。可允许金属通过移除加热动力而固化。接着，在启动期间，可首先激活加热器且接着激活EM泵以用前向泵作用使SF-CIHT产生器返回操作。
在一个实施方式中，可使用喷洒器将水喷洒至等离子体中，其中压力可保持在较低以避免因水蒸气所致而使诸如UV光等短波长光衰减。水蒸气压力可保持在小于10Torr。在另一实施方式中，水(诸如水蒸气)和氢的至少一种可与诸如银喷丸等熔融金属喷丸同时注射。水、水蒸气和氢注射器中的至少一种可包括在快速电磁阀中停止的递送管。电磁阀可串联电连接和并联电连接至电极中的至少一种，使得在电流流过电极时电流流过阀。在此情况中，水(诸如水蒸气)和氢的至少一种可与诸如银喷丸等熔融金属喷丸同时注射。在另一实施方式中，注射器系统包括光学传感器和控制器以导致注射。控制器可在感测到喷丸时打开和关闭诸如电磁阀等快速阀。在一个实施方式中，用于注射熔体(诸如银熔体)、水(诸如水蒸气)和氢中的至少两种的管线可同步。同步可为通过通用管线。在一个实施方式中，注射器包括注射喷嘴。注射器的喷嘴可包括气体歧管，诸如与电极8的沟槽对准的气体歧管。喷嘴可进一步包括来自递送H2O和H2中的至少一种的多个气体喷流的歧管的多个针孔。在一个实施方式中，H2在大于单元池压力的压力下通过H2O储罐起泡，且在H2载体气体中挟带H2O。高压气体混合物流过针孔至熔体中以保持气体喷流。在电极处，可为混合物的气体可与导电基质、金属熔体组合。在施加高电流的情况下，对应的燃料混合物可点燃形成分数氢。
图2I17中示出了下述造粒机的截面图，其在第二容器中具有管道起泡器以将诸如H2和水蒸气等气体引入至熔体、两个电磁泵和将喷丸注射在电极顶部上的喷嘴，电极的细节在图2I18中示出。在图2I17中所示的实施方式中，第一容器5b处的造粒机5a入口可单独定位于单元池26底部处。单元池可被定型为锥体或漏斗以导致点燃产物流动至造粒机入口中。第一容器5b、第二容器5c和喷嘴5q可形成回路的至少一部分，其中第一容器5b在单元池26底部处以接收点燃产物且第二容器5c和喷嘴5q在分开的位置中以将喷丸递送至电极8。第二容器5c可穿透单元池26侧面。在一个实施方式中，第二容器5c和喷嘴5q可将燃料的喷出点升高至电极8上方。喷嘴可将燃料递送至第二电极区段8j(图2I12和2I18)，使得点燃扩张和光发射在第二单元池区域8l中发生。可通过重力和来自泵的压力中的至少一种促进弹射。在一个实施方式中，第一电极区段可仅包括电极间隙或可被绝缘体闭合，使得等离子体仅在光伏转换器26a的方向上扩张。
在一个实施方式中，电极可包括双层电机组，其包括顶导电层(其上发生点燃)和具有绝缘体的底板(其形成间隙8g中的底板)。导电顶层可包括铜、Mo、Ta、TaW、钨、碳化钨(WC)或涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W)中的至少一种，且非导电底层可包括陶瓷，诸如氧化铝、氧化锆、MgO和耐火砖。顶导电层可包括或可覆盖有银不粘着的材料，诸如可冷却的铝、钼、钨、Ta、TaW、碳化钨(WC)和涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W电极8)。被银润湿的材料(诸如铜、银和CuAg合金)各自可覆盖有诸如银喷丸等喷丸不附着的材料。
电极可包括多个层，诸如覆盖层、点燃层和底非导电板。非附着覆盖层可包括绝缘体、导电率相比于导致燃料点燃的电极部分较低的导体和导体中的至少一种。在非附着层具有导电性的情况中，其可与电极的点燃部分电隔离。电极可包括顶喷丸非附着层、薄绝缘间隔层和仅连接至电源2的高传导点燃部分层。导电率相比于电极部分较低的导体部分(诸如银或铜部分)较低的示例性顶层包括石墨。在示例性实施方式中，石墨或氧化锆充当诸如银等喷丸不附着的层。可通过诸如陶瓷层等绝缘层使非附着层与诸如铜部分等点燃部分电隔离。非附着层可包括漏斗以将喷丸导引至电极点燃部分的间隙8g中。
在一个实施方式中，电极可包括双层电极，诸如包括上V状顶层(诸如石墨或氧化锆顶层)的双层电极。顶层可将喷丸导引至点燃底层。包括导体的底层可具有朝向间隙8g的垂直壁或近垂直壁。底层或点燃层的示例性材料为W、WC和Mo。通过熔体喷丸的注射闭合开路以仅在底层中导致跨间隙8g的导电部分的接触。在一个实施方式中，可沿着y轴递送喷丸。喷嘴5q可将喷丸沿着y轴水平递送至电极的顶部(图2I17和2I18)。光可被约束为因电极设计所致而主要向上传播，该电极设计允许来经点燃的顶负载喷丸的等离子体主要在正z方向上沿z轴朝向PV转换器26a扩张。
在一个实施方式中，电极可包括三层电极，诸如包括包含上V状的顶层、中间电流递送层(诸如板边缘稍微延伸至间隙8g中的平板)和凹置远离间隙8g的下V状电极层的三层电极。顶层可包括耐受诸如银等喷丸熔体附着的材料。合适的示例性材料为非导体或不良导体(诸如阳极氧化铝、石墨和氧化锆)或导体(诸如铝、钼、钨、Ta、TaW、碳化钨(WC)和涂布石墨的导体(诸如涂布石墨的Cu或W))中的至少一种。诸如铝电极等低熔点电极可进行冷却以防止熔融。顶层可与中间层电绝缘。中间电流递送层可包括具有高熔点和高硬度的导体，诸如W、WC或Mo板。在一个实施方式中，电源2可连接至中间层和可充当引线层的底层中的至少一种。电极引线底层可包括还可为高热导性的高导体以有助于热传递。合适的示例性材料为铜、银、铜银合金和铝。在一个实施方式中，引线电极底层还包括耐受诸如银等喷丸熔体附着的材料。合适的示例性非附着引线电极为WC和W。作为另选，诸如铜电极等引线电极可涂布有或包覆有耐受喷丸熔体附着的表面。合适的涂层或覆层为WC、W、碳或石墨、碳化硼、诸如特氟龙(PTFE)等氟碳聚合物、氧化锆+8％氧化钇、富铝红柱石、富铝红柱石-YSZ和氧化锆。涂层或覆层可施加于在点燃期间暴露于喷丸熔体的表面区域上方。通过熔体喷丸的注射使开路闭合，以仅在中间层中导致跨间隙8g的导电部分的接触。可通过冷却剂流动系统(诸如包括电极内部导管的冷却剂流动系统)冷却底层。中间层与冷却底层之间的接触可散热并冷却中间层。顶层与中间冷却层之间的接触可散热并冷却顶层。在测试实施方式中，喷丸注射速率为1000Hz，跨电极的压降小于0.5V，且点燃电流为约100A至10kA的范围。
诸如图2I17和2I18的8c等磁体可导致等离子体粒子(诸如来自喷丸点燃的等离子体粒子)引导远离区域8k(图2I12)。在负z轴方向上引导劳仑兹力的示例性实施方式中，磁体和通道8g包括执行以下至少一个功能的电磁泵：(i)将区域8j中的喷丸注射至间隙8g中以进行点燃；(ii)将已附着至电极上部(诸如在区域8j处)的喷丸泵送至间隙8g中以进行点燃；(iii)喷出来自区域8i和间隙8g的未点燃喷丸和粒子；和(iv)将点燃产物和未点燃喷丸回收至造粒机。可通过使用交叉施加磁场(诸如来自磁体8c的交叉施加磁场)和通过等离子体粒子和喷丸(诸如附着至诸如8i、8g和8j等电极表面的银喷丸)中的至少一种的点燃电流形成的劳仑兹力喷出和回收。点燃电流可来自电源2(图2I10)。
考虑具有自图2I12的区域8k至8l的z轴的笛卡儿坐标。在一个实施方式中，电极可包括上(正z轴定向)V状，在V(图2I17和2I18)的底部的8g处具有间隙。可通过熔体喷丸5t从喷嘴5q的注射闭合开路以在V底部处导致跨间隙8g的导电部分的接触。可通过安装于支撑件的相对面(在底部处形成具有间隙的V)上的平板电极形成V。包括在高温下操作且耐受Ag附着的导体的示例性电极材料为W、WC及Mo。支撑件可进行水冷却。支撑件可为至少部分中空。中空部分可各自包括导管以使冷却剂流过导管且冷却电极。
在一个实施方式中，电极可进一步包括在间隙8g处具有垂直壁或近垂直壁的下区段。壁可形成通道。在一个实施方式中，电极进一步包括磁场源，诸如在电极通道的相对端处的一组磁体。磁体可产生平行于电极或通道轴且垂直于点燃电流的磁场。具有交叉电流和磁场的通道可包括电磁(EM)泵。EM泵可将附着的喷丸泵送至电极中以进行点燃。在一个实施方式中，由交叉磁场和点燃电流所致的劳仑兹力可进行向下泵送附着至电极上部壁的喷丸以进行点燃和将点燃粒子向下泵送远离PV转换器以回收入造粒机入口中的至少一种。
在示例性实施例中，可在V状电极8(图2I17和2I18)顶部上沿着y轴水平注射喷丸5t。在一个实施方式中，磁体8c被定位为沿着V状电极8的沟槽施加沿y轴的磁场。电路闭合且x轴导向的点燃电流流过喷丸，以提供跨间隙8g的电流路径，其中磁场横向于电流。交叉电流和磁场根据式(37)产生劳仑兹力，以将附着至电极的任何金属喷丸推出。劳仑兹力可进一步向下推动点燃粒子至区域8k(图2I12)，以回收未点燃喷丸且回收点燃粒子。劳仑兹力导致附着喷丸流动至电极的点燃区段中(在间隙8g处)且导致点燃等离子体引导且流动至诸如燃料再生系统(诸如造粒机)的入口等收集区域中。在本公开的其他实施方式中，电极和磁体可被设计为引导等离子体为上弓形，以执行以下至少一个功能：(i)将区域8i中的喷丸注射至间隙8g中以进行点燃；(ii)将已附着至电极上部(诸如在区域8j处)的喷丸喷出；(iii)将来自区域8i、8j和间隙8g的未点燃喷丸和粒子喷出；和(iv)将点燃产物和未点燃喷丸回收至造粒机，同时避免将点燃粒子导引至PV转换器26a。
在一个实施方式中，沿着y轴递送喷丸(图2I17和2I18)。喷嘴5q可将喷丸沿着y轴水平递送至电极顶部。固体燃料可递送为喷丸流、连续流或喷丸和流的组合。光可被约束为由电极设计所致而主要向上传播，该电极设计允许来自点燃的顶负载喷丸的等离子体主要在正z方向上沿着z轴向PV转换器26a扩张。电极可进一步包括至少一个磁体(诸如在电极的相对端处分开的一组磁体8c)以在垂直于点燃电流的方向上产生磁场。由交叉电流和磁场所致的劳仑兹力可导致将附着喷丸喷出且等离子体粒子流动至诸如造粒机等再生系统。劳仑兹力可在负z方向上。在劳仑兹力在负z方向上的情况中，区域、区段或层(诸如电极8的点燃层)可包括通道，其可充当用于喷出未作为粒子和等离子体喷出的点燃粒子和喷丸的电磁泵。通道的尺寸可被选择为提供对高压扩张点燃等离子体的流量限制以迫使等离子体和光向电极的区域8l扩张(图2I12)。电极的点燃部分可形成包括短电磁泵管的浅通道，使得粒子和附着喷丸填充泵管且将发出光的路径限制为仅沿着正z轴。交叉电流和磁场的强度以及通道的尺寸提供贯穿包括电磁泵管的通道的泵压力。泵管和任何展开物的宽度被选择为分配来自电源2的电流以用于点燃和泵送，从而实现二者的优化。
在希望进行等离子体扩张的相同侧(诸如侧8l)上注射喷丸的情况中，电源可在不具有实质时间延迟的情况下递送点燃电流。注射可进行定时，以避免第n+1次注射被来自第n次注射的点燃冲击的压力波中断，其中n为整数。可使用冲击和注射传感器(诸如光学、电流、电压和压力传感器中的至少一种)和控制器实现定时。控制器可控制电磁泵压力、喷嘴阀和点燃电流中的至少一种。
在一个实施方式中，SF-CIHT产生器可包括多个电极，其中各组可利用以下至少一种：(i)共用或分开的专用注射系统；(ii)导致点燃的共用或分开的专用电源；和(iii)共用或分开的专用PV转换系统。点燃系统可进一步包括如图2I22中所示的点燃系统的冷却系统。在一个实施方式中，冷却系统可包括穿过汇流条9和10(图2I14)和电极8的导管或入口31f和出口冷却剂管线31g以及冷却剂泵和制冷器31a，以冷却通过导管或管线泵送的冷却剂。电极冷却剂系统可包括适用于两个电极的一对冷却剂管线31f和31g(图2I23)，或各电极可具有单独入口管线31f和出口管线31g(图2I22)。在共用管线的情况中，可取决于平均局部冷却剂温度调整管线与电极的接触面积以实现从电极至冷却剂的高效热传递。在图2I23示出的另一实施方式中，可通过被动冷却系统31h冷却点燃系统的电极和汇流条，该被动冷却系统31h包括热交换器，诸如包括空气散热片和可选的至空气散热片的热管道的热交换器。在图2I23示出的实施方式中，还可通过被动冷却系统31i冷却光伏转换系统，该被动冷却系统31i包括热交换器，诸如包括空气散热片和可选的至空气散热片的热管道的热交换器。在图2I22示出的实施方式中，使用热交换器87冷却光伏(PV)转换器26a的光伏单元池或面板15，其中热冷却剂通过入口31b流动至光伏转换器冷却系统31中且冷冻冷却剂通过出口31c离开。PV单元池可在诸如30℃至450℃的高温下操作且可在减小的单元池压力下操作以防止水蒸气凝结在PV单元池上。
在改进产生器的能量平衡的实施方式中，可通过可包括经单元池产生的热的热动力驱动诸如31和31a中的至少一种的制冷器。热动力可来自内部消散且来自分数氢反应。制冷器可包括本领域技术人员已知的吸收制冷器。在一个实施方式中，通过冷却剂或制冷剂(诸如可汽化的水)吸收排除的热。吸收制冷器可使用热来凝结制冷剂。在一个实施方式中，水蒸气吸收于诸如硅胶、沸石或纳米结构材料(诸如Pacific Northwest Laboratory的P.McGrail等)等吸收材料(清除剂)中。可加热吸收的水以导致其释放在腔室中，其中压力充分增大以导致水凝结。
在一个实施方式中，燃料速度、喷丸尺寸、熔体喷丸粘度、电极之间的间隙8g宽度和电极8形状中的至少一种被选择为使点燃主要发生在电极8l相对于注射侧或区域8k的相对侧上的区域中。在一个实施方式中，电极8j的第二区段充当单元池8l的第二区域入口，其中等离子体和光优先朝向PV转换器26a(图2I2)引导。诸如熔融燃料等燃料的速度可为约0.01m/s至1000m/s、0.1m/s至100m/s和0.1m/s至10m/s中的至少一个范围。喷嘴5q处的压力和燃料粘度中的至少一种可用于控制燃料速度。喷嘴孔口尺寸、熔体压力、熔体流动速率、熔体粘度和熔体温度可用于控制熔体喷丸尺寸。热平衡可被控制为控制熔体温度，其继而控制熔体粘度。电磁泵5k的动力和喷嘴孔口尺寸可被控制为控制喷嘴5q处的压力。加热动力、绝缘、冷却和熔体流动速率中的至少一种可用于控制热平衡。电磁泵动力可用于控制熔体流动速率。熔体温度可用于控制熔体表面张力。可手动选择电极间隙5g。作为另选，可通过诸如机械、水力或压电等手段调整可调整或可变形的电极间隙。可手动选择电极形状。作为另选，可通过诸如机械、水力或压电等手段调整可调整或可变形的电极。在一个实施方式中，诸如计算机等控制系统、电磁泵、喷嘴阀和加热器控制诸如压力、喷嘴尺寸和熔体温度和粘度等参数以控制喷出速度以及喷出率。喷出速度可被控制为补偿重力加速度以保持所需的注射速率。喷嘴5q的高度可被调整为支持最大注射速率。最大高度可基于燃料熔体流形成隔离球体或熔体喷丸的速率。在一个实施方式中，SF-CIHT产生器包括用户界面(诸如计算机的触控屏幕显示器)以控制产生器，产生器进一步包括具有注射系统、点燃系统、燃料回收系统、燃料再生系统(诸如造粒机)和转换器系统(诸如光伏和光电子转换器系统中的至少一种)的传感器和控制系统的计算机。具有传感器和控制系统的计算机可感测并控制电磁泵、感应耦合加热器、注射器流、喷嘴、点燃系统电流和脉冲速率、产物回收系统(诸如所施加的磁体和电流)和静电沉淀器(ESP)、光伏(PV)转换器系统、冷却系统、功率调节和操作本领域技术人员已知的产生器的其他系统监测和控制。传感器可将输入提供至控制器保护系统(诸如针对加热容器区段中的熔体流和体积以及输入至EM泵的熔体流和体积的控制器保护系统)，其中控制器在流或体积低于容许限制时关闭加热器和EM泵。控制系统可进一步包括可程序化的逻辑控制器和本领域技术人员已知的其他此类装置，以便实现控制。
SF-CIHT产生器包括具有进行感测和控制的诸如本公开的参数等的组件。在一些实施方式中，具有传感器和控制系统的计算机可感测并控制：(i)各个冷却系统(诸如PV转换器、电极、感应耦合加热器和喷嘴制冷器中的至少一种)的各个制冷器的入口和出口温度、冷却剂压力和流动速率；(ii)点燃系统电压、电流、功率、频率和工作循环；(iii)使用诸如光学传感器等传感器和控制器的喷丸轨迹和使用诸如光学、多普勒或电极电阻传感器等传感器和控制器的EM泵注射流动速率；(iv)感应耦合加热器、增强等离子体轨道枪、电磁泵5k、电极电磁泵和静电沉淀器回收系统的电压、电流和功率；(v)单元池中的压力；(vi)单元池的壁温度；(vii)任何吸气剂的消耗状态；(viii)各区段中的加热器功率；(ix)电磁泵的电流和磁通量；(x)容器中和诸如歧管和喷嘴等关键位置处的银熔体温度、流动速率和压力；(xi)各注射气体(诸如H2和H2O及在共用气体注射歧管的情况中通过调节器形成的混合物)的压力、温度和流动速率；(xii)PV转换器的入射光的强度；(xiii)PV转换器的电压、电流和功率输出；(xiv)任何功率调节设备的电压、电流、功率和其他参数；(xv)至附加负载和外部负载中的至少一种的SF-CIHT产生器输出电压、电流和功率；(xvi)输入至任何附加负载(诸如感应耦合加热器、电磁泵、制冷器和传感器和控制器中的至少一种)的电压、电流和功率；和(xii)具有能量储存的启动器电路的电压、电流和电荷状态。在一个实施方式中，待测量的参数可与具有高温(其将在传感器量测期间损害传感器)的系统区域分隔。例如，可通过使用诸如冷却塔等连接气体管线测量诸如H2和H2O中的至少一种等气体的压力，冷却塔连接至诸如5b或5c等单元池且在气体进入诸如Baratron电容压力计等压力变换器之前冷却气体。
单元池可包括少量或不包括移动零件。在一个实施方式中，冷却可包括至空气冷却热交换器的热排斥。图2I23中示出了用于电极31h和PV转换系统31i的示例性空气冷却系统。在此情况中，单元池可不包括或几乎不包括移动零件。唯一的移动零件可包括循环冷却剂的机械泵，且其可由不具有移动零件的机械泵替代。在冷却剂为诸如碱金属(诸如钠)等液体金属的情况中，泵可包括可不具有移动零件的电磁泵。在一个实施方式中，电磁泵冷却剂可以是不易燃的。作为另选，热管道和空气散热片或帕耳帖制冷器可用于作为非机械排热斥手段而移除热。示例性热管道为具有焊接纵向铜散热片(使用水或丙酮作为工作流体)的铜热管道和具有焊接纵向铝散热片(使用氨作为工作流体)的铝热管道。热源可为点燃电极，其中可通过大截面热汇流条9和10使热快速传导远离电极表面至冷却系统，大截面热汇流条9和10包括高热传导材料，诸如铜、银或银铜合金。热源还可包括PV转换器。
还可替换机械真空泵以将其作为具有移动零件的系统而消除。在一个实施方式中，可通过至少一种吸气剂13b(诸如用于氧、氢和水中的至少一种)保持单元池中的真空(图2I23)。诸如氧反应材料(诸如可精细分离的碳或金属)等氧吸气剂可扫除形成于单元池中的任何氧。在碳的情况中，可使用可逆的CO2洗气剂抽离产物二氧化碳。在本领域中已知二氧化碳洗气剂，诸如有机化合物(如胺类(如单乙醇胺))、矿物和沸石、氢氧化钠、氢氧化锂和基于金属氧化物的系统。精细分离的碳吸气剂还可用于扫除氧的目的以保护单元池中的氧敏感性材料(诸如包括Mo、W、石墨和Ta等氧敏感性材料的容器或泵管)。在此情况中，二氧化碳可使用CO2洗气剂移除或可使用真空泵泵除，其中经细分离的碳仅用于组件保护。
金属吸气剂可选择性地经H2O与氧反应，使得其可使用氢再生。具有低水反应性的示例性金属包括Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W和Zn组中的金属。吸气剂或氧洗气剂可从SF-CIHT单元池中移除且再生。移除可为周期性或间歇性。可通过氢还原实现再生。再生可原位发生。原位再生可为间歇或连续的。本领域技术人员已知其他氧吸气剂及其再生，诸如形成包括氧的可逆配体键的沸石和化合物，如盐，如2-氨基对苯二甲酸盐连接的脱氧体系、[{(bpbp)CO2 II(NO3)}2(NH2bdc)](NO3)2.2H2O(bpbp-＝2,6-双(N,N-双(2-吡啶基甲基)氨甲基)-4-叔丁基苯酚、NH2bdc2-＝2-氨基-1,4-苯二甲酸二甲酯)的硝酸盐。高可燃性金属还可用作氧吸气剂，诸如示例性金属：碱、碱土、铝和稀土金属。高可燃性金属还可用作水清除剂。氢储存材料可用于清除氢。示例性氢储存材料包括金属氢化物、混合稀土(mischmetal)(诸如富Ml:La的混合稀土，如MlNi3.65Al0.3Mn0.3或Ml(NiCoMnCu)5)、Ni、R-Ni、R-Ni+约8wt％Vulcan XC-72、LaNi5、Cu或Ni-Al、Ni-Cr(诸如约10％的Cr)、Ce-Ni-Cr(诸如约3/90/7wt％)、Cu-Al或Cu-Ni-Al合金、M-N-H体系物种(诸如LiNH2、Li2NH或Li3N)和进一步包括硼(诸如硼氢化物)或铝(诸如铝氢化物)等碱金属氢化物。进一步合适的氢储存材料为金属氢化物(诸如碱土金属氢化物，如MgH2)、金属合金氢化物(如BaReH9、LaNi5H6、FeTiH1.7和MgNiH4)、金属硼氢化物(如Be(BH4)2、Mg(BH4)2、Ca(BH4)2、Zn(BH4)2、Sc(BH4)3、Ti(BH4)3、Mn(BH4)2、Zr(BH4)4、NaBH4、LiBH4、KBH4和Al(BH4)3)、AlH3、NaAlH4、Na3AlH6、LiAlH4、Li3AlH6、LiH、LaNi5H6、La2Co1Ni9H6和TiFeH2、NH3BH3)、聚胺基硼烷、胺硼烷络合物(诸如胺硼烷)、硼氢化物氨合物、肼-硼烷错合物、二硼烷二氨合物、环硼氮烷和八氢三硼酸铵或四氢硼酸铵、咪唑离子液体(诸如烷基(芳基)-3-甲基咪唑鎓N-双(三氟甲磺酰基)酰亚胺盐)、硼酸鏻和天然焦物质。进一步示例性化合物为氨硼烷、碱氨硼烷(诸如锂氨硼烷)和硼烷烷基胺络合物(诸如硼烷二甲胺络合物、硼烷三甲胺络合物)和胺基硼烷和硼烷胺(诸如胺基二硼烷、n-二甲基胺基二硼烷、三(二甲基胺基)硼烷、二正丁基硼胺、二甲基胺基硼烷、三甲基胺基硼烷、氨-三甲基硼烷和三乙基胺基硼烷)。进一步合适的储氢材料为具有吸收氢的有机液体，诸如咔唑及衍生物，诸如9-(2-乙基己基)咔唑、9-乙基咔唑、9-苯基咔唑、9-甲基咔唑和4,4,-双(N-咔唑基)-1,1,-联苯。吸气剂可包括能够储氢的合金，诸如AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)型中的一种，其中“ABx”名称指A类元素(LaCePrNd或TiZr)与B类元素(VNiCrCoMnAlSn)之比。另外合适的氢吸气剂为本领域技术人员已知的在金属氢化物单元池(诸如镍金属氢化物单元池)中使用的氢吸气剂。氢化物阳极的示例性合适的吸气剂材料包括R-Ni、LaNi5H6、La2CO1Ni9H6、ZrCr2H3.8、LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75、ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2的组中的氢化物和能够储氢的其他合金，诸如AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)型中的一种，其中“ABx”名称指A类元素(LaCePrNd或TiZr)与B类元素(VNiCrCoMnAlSn)之比。在其他实施方式中，氢化物阳极吸气剂材料包括以下至少一种：MmNi5(Mm＝混合稀土)(诸如MmNi3.5Co0.7Al0.8、AB5型：MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm＝混合稀土：25wt％La、50wt％Ce、7wt％Pr、18wt％Nd))、La1-yRyNi5-xMx、AB2型：Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12合金、镁基合金(诸如Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1合金、Mg0.72Sc0.28(Pd0.012+Rh0.012)和Mg80Ti20、Mg80V20)、La0.8Nd0.2Ni2.4C02.5Si0.1、LaNi5-xMx(M＝Mn、Al)、(M＝Al、Si、Cu)、(M＝Sn)、(M＝Al、Mn、Cu)和LaNi4Co、MmNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、LaNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、MgCu2、MgZn2、MgNi2、AB化合物(诸如TiFe、TiCo和TiNi)、ABn化合物(n＝5、2或1)、AB3-4化合物和ABX(A＝La、Ce、Mn、Mg；B＝Ni、Mn、Co、Al)。其他合适的氢化物吸气剂为ZrFe2、Zr0.5Cs0.5Fe2、Zr0.8Sc0.2Fe2、YNi5、LaNi5、LaNi4.5Co0.5、(Ce、La、Nd、Pr)Ni5、混合稀土-镍合金、Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5、La2Co1Ni9、FeNi和TiMn2。本公开的吸气剂及本领域技术人员已知的其他吸气剂可包括具有多于一个物种的单元池气体的吸气剂。额外的吸气剂可为本领域技术人员已知的吸气剂。示例性多气体吸气剂包括碱或碱土金属，诸如可吸收O2、H2O和H2的至少两种的锂。可通过本领域中已知的方法(诸如通过还原、分解和电解)再生吸气剂。在一个实施方式中，吸气剂可包括低温阱，其进行凝结诸如水蒸气、氧和氢中的至少一种气体和将气体捕集于冷却状态的吸收材料中的至少一种。可在较高温度下从吸收材料释放气体，使得在加热和泵送废气的情况下可再生吸气剂。吸收水蒸气、氧和氢中的至少一种的可通过加热和泵送再生的示例性材料为碳，诸如活性炭和沸石。氧、氢和水洗气剂再生的时机可在对应气体水平增大至对应单元池气体含量传感器感测的非容许水平时判定。在一个实施方式中，可通过本领域技术人员已知的系统和方法将单元池产生的氢和氧中的至少一种收集并作为商业气体出售。作为另选，收集的氢气可用于SunCell中。
并入至熔体中的氢和水可在通过对应泵(诸如机械泵)产生的压力下从罐5u和5v流动通过歧管和给料管线5w和5x。作为另选，可由通过加热水罐产生水蒸气压力而替代水泵，且可由通过电解产生压力以使氢流动而替代氢泵。作为另选，通过H2O罐、水蒸气产生器和水蒸气管线5v将H2O提供为水蒸气。氢可渗透通过与电解加压的氢罐连接的中空阴极。这些替代系统可消除具有移动零件的对应系统。
在一个实施方式中，SF-CIHT产生器可包括阀和储罐及可选的储罐泵，诸如本公开的储罐泵，如机械泵。可至少通过电磁泵5k将诸如银等燃料金属泵送至储罐中以储存。金属的转移可用于停机。储罐可包括诸如感应耦合加热器等加热器以熔融诸如银等燃料金属以再启动产生器。可通过重力和泵送中的至少一种使金属流动回至第一容器5b、第二容器5c和电磁泵5k中的至少一种中。泵送可通过储罐泵进行。可通过本公开的能量储存(诸如通过单元池或电容器)供应用于加热和流动(诸如通过泵送)中的至少一种的动力。在另一实施方式中，电磁泵5k可包括电磁泵加热器，诸如电阻加热器或感应耦合加热器。电阻加热器可至少部分包括产生劳仑兹力的泵的电流源。在一个实施方式中，可暂停电磁泵和加热器经以停机。通过使用感应耦合加热器(诸如5f和5o等)和电磁泵加热器熔融诸如银等燃料金属而实现启动。动力可来自本公开的能量储存。在另一实施方式中，产生器不停机，但仍在最小功率水平下操作以保持燃料金属流动。
在一个实施方式中，SF-CIHT包括电磁泵的至少一种(诸如5k)上的开关，其使泵电流的极性反向以使劳仑兹力和泵送方向反向。在包括包含电磁体的电磁(EM)泵的另一实施方式中，磁场方向可反向以使泵送方向反向。熔体的泵送方向可反向以将金属输送至储存器。储存器可包括单元池基座处的单元池的一部分(诸如第一容器5b入口处的基座锥体)、第一容器5b和第一EM泵5k入口中的至少一种。可通过移除加热动力而使熔体在储存器中固化。可通过使用第一感应耦合加热器5f将热施加至第一容器5b且通过EM泵加热器将热施加至EM泵5k而实现启动，其中流动通过泵管中的金属的泵电流可充当泵加热器。所得熔体可经泵送至造粒机的其他区段(诸如第二容器5c和喷嘴5q)中以由其他加热器(诸如加热第二容器5c的感应耦合加热器5o)加热。可通过本公开的能量储存(诸如通过电池或电容器)供应用于加热和流动(诸如通过泵送)中的至少一种的动力。
在一个实施方式中，SF-CIHT单元池组件和系统进行组合、小型化和其他方式优化中的至少一种以减小重量和尺寸、减小成本和减少维护中的至少一种。在一个实施方式中，SF-CIHT单元池包括用于制冷器和单元池真空泵的共用压缩器。用于排热的制冷器还可充当低温泵以保持单元池中的真空。可通过低温泵凝结H2O和O2以保持所要真空水平。在一个实施方式中，通过使用数目减小的电容器(诸如尽可能接近电极的示例性2.75V、3400FMaxwell超级电容器)使包括电容器组的点燃系统小型化。在一个实施方式中，至少一个电容器可使其正终端直接连接至正汇流条或正电极且至少一个电容器可使其负终端直接连接至负汇流条或负电极，其中可通过汇流条连接具有相反极性的电容器的其他终端，从而在喷丸通过桥接电极而闭合包括电容器的电路时，使电流流过该电路。在一个实施方式中，螺纹电容器终端可直接旋合至螺纹电极、电极座或汇流条中。跨电极串联连接的电容器组可成整数倍复制，以在需要时提供约整数倍的更多电流。在一个实施方式中，可通过使用来自PV转换器的动力充电而将电容器的电压保持在所需范围内。由于充电汇流条上的压降根据可变充电电流变化，故可在电容器处感测控制充电电流的电压。可通过诸如计算机等控制器使用远程感测的电压控制充电电流。电容器和一个或多个连接汇流条可被定位为使喷嘴5q可具有用于喷丸注射的无阻碍路径且点燃等离子体未过度阻碍光发射至PV转换器。
电源2附近消除了通过大量汇流条驱动高峰值点燃电流所需的额外电压。减小电容的点燃系统可安装在电极处且使用稳定电流持续充电，稳定电流可显著小于高脉冲点燃电流(诸如通过峰值脉冲电流乘以工作循环所得出的电流)。将高电流携载至电极的电路可包括具有诸如电感、电容和电阻等所需特性的电路组件以实现电容器与点燃负载的阻抗匹配。
可通过使用用于固有负载的所有DC动力简化SF-CIHT产生器的功率调节，其中通过PV转换器供应DC动力。在一个实施方式中，来自PV转换器的DC动力可供应以下至少一种：(i)包括连接电极8的电源2的点燃系统的电容器的DC充电动力；(ii)至少一个电磁泵的DC电流；(iii)电阻或感应耦合加热器的DC动力；(iv)包括DC电马达的制冷器的DC动力；(v)包括DC电马达的真空泵的DC动力；及(vi)至计算机和传感器的DC动力。输出功率调节可包括来自PV转换器的DC动力或AC动力(来自使用反相器将来自PV转换器的DC功率转换)。
在一个实施方式中，光-电转换器包括本公开的光伏转换器(包括光伏(PV)单元池)，该光伏单元池响应于从单元池发出的光的实质波长区域(诸如对应于光学动力输出的至少10％的波长区域)。在一个实施方式中，PV单元池为可接受高强度光(大于太阳光的强度，诸如约1.5suns至75,000suns、10suns至10,000suns和100suns至2000suns中的至少一种的强度范围)的聚光单元池。聚光PV单元池可包括可在约1sun至1000suns的范围中操作的c-Si。PV单元池可包括多个结，诸如三结。聚光PV单元池可包括多个层，诸如III/V族半导体的层，诸如以下组中的至少一种：InGaP/InGaAs/Ge；InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge；GaInP/GaAsP/SiGe；GaInP/GaAsP/Si；GaInP/GaAsP/Ge；GaInP/GaAsP/Si/SiGe；GaInP/GaAs/InGaAs；GaInP/GaAs/GaInNAs；GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs；GaInP/Ga(In)As/InGaAs；GaInP-GaAs-晶片-InGaAs；GaInP-Ga(In)As-Ge和GaInP-GaInAs-Ge。诸如三结或双结等多个结可串联连接。在另一实施方式中，结可并联连接。结可经机械堆栈。结可经晶片接合。在一个实施方式中，可由晶片接合替代结之间的隧道二极管。晶片接合可电隔离且对由随后或更深的结转换的波长区域透明。各个结可连接至独立电连接件或汇流条。独立汇流条可串联或并联连接。用于各个电独立结的电接触件可包括栅极线。可因电流在多个并联电路或用于独立结或结组的互连件上方的分布所致，而使线阴影区域最小化。可横向移除电流。晶片接合层可包括透明导电层。示例性透明导体为透明导电氧化物(TCO)(诸如氧化铟锡(ITO)、掺杂氟的氧化锡(FTO)和掺杂的氧化锌)和导电聚合物、石墨烯和碳纳米管及本领域技术人员已知的其他导体。苯环丁烯(BCB)可包括中间接合层。接合可在诸如玻璃(诸如硼硅玻璃)等透明材料与PV半导体材料之间。示例性双结单元池是包括接合至GaAs底层的GaInP晶穹顶层的单元池(GaInP//GaAs)。示例性四结单元池包括InP基板上的GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs，其中各个结由被隧道二极管(/)或隔离透明晶片接合层(//)单独分开，诸如给出为InP上GaInP//GaAs//GaInAsP//GaInAs的单元池。二极管和晶片接合的所有组合均在本公开的范围内。通过法国SOITEC制造在AM1.5d光谱的297倍浓度处具有44.7％转换功效的示例性四结单元池。PV单元池可包括单结。示例性单结PV单元池可包括单晶硅单元池，诸如Sater等(B.L.Sater、N.D.Sater，“High voltage silicon VMJ solar cellsfor up to 1000 suns intensities”,Photovoltaic Specialists Conference,2002.Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE，2002年5月19至24日，pp.1019-1022)(其全部内容以引用的方式并入本文中)给出的单晶硅单元池中的一种。作为另选，单结单元池可包括GaAs或与掺杂其他元素(诸如来自III和V族的元素)的GaAs。在示例性实施方式中，PV单元池包括在约1000suns下操作的三结聚光PV单元池或GaAs PV单元池。在另一示例性实施方式中，PV单元池包括在250suns下操作的c-Si。在一个示例性实施方式中，PV可包括可选择性地响应小于900nm波长的GaAs和在InP、GaAs和Ge的至少一种上的可选择性地响应900nm至1800nm的区域中的波长的InGaAs。包括InP上的GaAs和InGaAs的两类PV单元池可组合使用以增大效率。可使用两个此种单结类单元池以具有双结单元池的效应。可通过使用分色镜、分色滤镜和单独单元池或与镜组合的单元池结构中的至少一种实施上述组合以实现如本公开中给出的多种光弹射或反射。在一个实施方式中，各个PV单元池包括将入射光分离并分类、将其重新引导以撞击多结单元池中的特定层的多色层。在一个示例性实施方式中，单元池包括引导对应光的用于可见光的磷化铟镓层和用于红外光的砷化镓层。
单元池可包括多p-n结单元池，诸如包括分别转换EUV和UV的AlN顶层和GaN底层的单元池。在一个实施方式中，光伏单元池可包括在表面附近具有重p掺杂以避免诸如UV和EUV等短波长光过度衰减的GaN p层单元池。n型底层可包括AlGaN或AlN。在一个实施方式中，PV单元池包括在p-n结顶层中具有重p掺杂的GaN和AlxGa1-xN，其中p掺杂层包括二维空穴气。在一个实施方式中，PV单元池可包括具有半导体结的GaN、AlGaN和AlN中的至少一种。在一个实施方式中，PV单元池可包括具有金属结的n型AlGaN或AlN。在一个实施方式中，PV单元池响应于高于具有多个电子空穴对的PV材料的能隙的高能光。光强度可足以使重组机构饱和以改善效率。
转换器可包括多个以下组件中的至少一种：(i)GaN；(ii)AlGaN或AlN p-n结；和(iii)浅超薄p-n异质结光伏单元池，其在n型AlGaN或AlN基底区域中各包括p型二维空穴气。各自可包括至金属薄膜层(诸如Al薄膜层)的引线、n型层、耗尽层、p型层和至金属薄膜层(诸如Al薄膜，由于短波长光和真空操作而不具有钝化层)的引线。在包括AlGaN或AlN n型层的光伏单元池的实施方式中，具有适当功函数的金属可替代p层以包括Schottky整流障壁以包括Schottky障壁金属/半导体光伏单元池。
在另一实施方式中，转换器可包括光伏(PV)单元池、光电(PE)单元池和PV单元池与PE单元池的混合体中的至少一种。PE单元池可包括固态单元池，诸如GaN PE单元池。PE单元池各自可包括光阴极、间隙层和阳极。示例性PE单元池包括GaN(阴极)cessiated/AlN(分隔物或间隙)/可cessiated的Al、Yb或Eu(阳极)。PV单元池各自可包括本公开的GaN、AlGaN和AlN PV单元池中的至少一种。PE单元池可为混合体的顶层且PV单元池可为底层。PE单元池可转换最短波长光。在一个实施方式中，PE单元池的阴极和阳极层以及PV单元池的p层和n层中的至少一种可上下颠倒。结构可改变以改善电流收集。在一个实施方式中，将来自燃料点燃的光发射极化且转换器被优化为使用光极化选择材料优化光在单元池活性层中的穿透。可通过使用对应的电极或磁体(诸如磁体8c)施加诸如电场或磁场等场而使光极化。
在一个实施方式中，燃料可包括银、铜或Ag-Cu合金喷丸或具有捕集氢和捕集H2O中的至少一种的熔体。光发射可主要包括紫外光和远紫外光，诸如在约10nm至300nm的波长区域中的光。PV单元池可响应于约10nm至300nm的波长区域的至少一部分。PV单元池可包括聚光UV单元池。入射光强度可在约2suns至100,000suns和10suns至10,000suns中的至少一个范围中。单元池可在本领域中已知的温度范围中操作，诸如约小于300℃和小于150℃中的至少一个温度范围。PV单元池可包括III族氮化物，诸如InGaN、GaN及AlGaN中的至少一种。在一个实施方式中，PV单元池可包括多个结。结可串联分层。在另一实施方式中，结为独立的或电平行的。独立结可进行机械堆栈或晶片接合。示例性多结PV单元池包括至少两个结，其包括诸如来自InGaN、GaN和AlGaN的组中的多种的n-p掺杂半导体。GaN的n掺杂剂可包括氧，且p掺杂剂可包括Mg。示例性三结单元池可包括InGaN//GaN//AlGaN，其中//可指隔离透明晶片接合层或机械堆栈。PV可在等于聚光光伏装置(CPV)的光强度的高光强度下运行。基板可为蓝宝石、Si、SiC和GaN中的至少一种，其中后两者提供用于CPV应用的最佳晶格匹配。可使用本领域中已知的金属有机汽相外延(MOVPE)法来沉积层。可通过冷板(诸如在CPV或二极管激光器(诸如商业GaN二极管激光器)中使用的冷板)冷却单元池。如在CPV单元池的情况中那样，栅极接触件可安装于单元池的前表面和后表面上。在一个实施方式中，可对PV单元池的表面(诸如包括GaN、AlN和GaAlN中的至少一种的表面)封端。封端层可包括H和F中的至少一种。封端可减小缺陷的载体重组效应。可使用诸如AlN等窗对表面封端。
在一个实施方式中，光伏(PV)和光电(PE)转换器中的至少一种可具有实质上对其响应的光透明的保护窗。窗可对响应光至少10％透明。窗可对UV光透明。窗可在PV或PE单元池上包括涂层，诸如UV透明涂层。可通过诸如气相沉积等沉积来施加涂层。涂层可包括本公开的UV窗的材料，诸如蓝宝石或MgF2窗。其他合适的窗包括LiF和CaF2。诸如MgF2窗等任何窗可制造得较薄，以限制EUV衰减。在一个实施方式中，PV或PE材料(诸如硬玻璃状材料，诸如GaN)充当可清洁表面。诸如GaN等PV材料可充当窗。在一个实施方式中，PV或PE单元池的表面电极可包括窗。电极和窗可包括铝。窗可包括铝、碳、石墨、氧化锆、石墨烯、MgF2、碱土氟化物、碱土卤化物、Al2O3和蓝宝石中的至少一种。窗可十分薄(诸如约至厚)，使得其对来自单元池的UV和EUV发射透明。示例性透明薄膜为Al、Yb和Eu薄膜。可通过MOCVD、气相沉积、溅射和本领域中已知的其他方法施加薄膜。在一个实施方式中，重力回收系统、等离子体限制系统、增强等离子体轨道枪回收系统和静电沉淀回收系统中的至少一种可改善点燃产物与PV或其窗的接触和撞击。SF-CIHT产生器可包括从表面移除点燃产物的手段，诸如机械刮刀或离子溅射束。刮刀可包括未被银润湿且仍未研磨的碳。
在一个实施方式中，单元池可通过至少一个机制(诸如来自光伏效应、光电效应、热离子效应和热电效应的组中的至少一个机制)将入射光转换为电。转换器可包括各自在光伏层顶部上具有光电层的双层单元池。可通过顶层选择性地吸收且转换诸如远紫外光等较高能光。多个层的一个可包括UV窗，诸如MgF2窗。UV窗可保护紫外线(UV)PV以防其受电离辐射损害(诸如受软X射线辐射损害)。在一个实施方式中，可添加低压单元池气体以选择性地衰减将损害UV PV的辐射。作为另选，可通过光电子转换器顶层将此辐射至少部分转换为电且至少部分由UV PV阻挡。在另一实施方式中，诸如GaN等UV PV材料亦可使用光伏效应和光电效应中的至少一种将来自单元池的远紫外线发射的至少一部分转换为电。
光伏转换器可包括将紫外光转换为电的PV单元池。示例性紫外PV单元池包括通过沉积于掺杂Nb的氧化钛(SrTiO3：Nb)上p型半导电聚合物PEDOT-PSS：聚(3,4-乙烯二氧噻吩)掺杂的聚(4-苯乙烯磺酸酯)薄膜(PEDOT-PSS/SrTiO3：Nb异质结构)、GaN、用诸如锰等过渡金属掺杂的GaN、SiC、金刚石、Si和TiO2中的至少一种。其他示例性PV光伏单元池包括n-ZnO/p-GaN异质结单元池。
为了将高强度光转换为电，产生器可包括光学分布系统26a，诸如在图2I32和2I33中示出的光学分布系统。光-电面板15可包括PE、PV和热离子单元池中的至少一种。转换器的窗可对单元池发射的光(诸如短波长光)透明。PV转换器的窗可包括蓝宝石、LiF、MgF2和CaF2、其他碱土卤化物(诸如氟化物，诸如BaF2、CdF2)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐和红外硅(Thorlabs)中的至少一种。半透明镜23可对短波长光透明。材料可为与部分覆盖有反射材料(诸如镜，诸如UV镜)的PV转换器窗的材料相同。半透明镜23可包括反射材料的方格图案，诸如UV镜，诸如涂布MgF2的Al和氟化物薄膜(诸如MgF2或LiF薄膜)或铝上SiC薄膜中的至少一种。
在一个实施方式中，分数氢动力转换器可包括热光伏(TPV)动力转换器。诸如Mo或W电极等电极可保持在高温以产生辐射，诸如可使用光伏单元池转换为电的黑体辐射。在一个实施方式中，诸如Ag或AgCu熔体等熔体通过热电极加热且蒸发，使得围绕电极的区域对诸如EUV和UV等短波长光变得光学上较厚。蒸发金属可加入点燃等离子体。来自形成分数氢的燃料的点燃的动力可将等离子体加热至高黑体温度。可通过利用诸如控制燃料流动速率、点燃速率、水蒸气压力和本公开的其他手段控制分数氢反应的速率而控制黑体温度。在一个实施方式中，电极间隔或间隙8和电流被调整为实现主要发射超过UV和EUV发射的黑体辐射的等离子体。可通过本公开的手段调整电极间隙8。在一个实施方式中，可使用叠加脉冲使电流恒定。恒定电流可为约50A至30,000A、100A至10,000A和200A至2000A中的至少一个范围。峰值电流脉冲可为约50A至30,000A、500A至10,000A和1000A至5000A中的至少一个范围。电流脉冲的频率可为约1Hz至20,000Hz、100Hz至10,000Hz及500Hz至5000Hz中的至少一个范围。
在一个实施方式中，产生器进一步包括开关(诸如IGBT或本公开的或本领域中已知的另一开关)以在分数氢反应经热解自身传播的事件中关闭点燃电流。反应可自身保持升高的单元池和等离子体温度中的至少一种(诸如以足够的速率支持热解的温度)以保持温度和分数氢反应速率。等离子体可包括光学上较厚的等离子体。等离子体可包括黑体。可通过保持高气体压力实现光学上较厚的等离子体。在示例性实施方式中，随着在钨电极处注射各个熔融银和熔融银铜(28wt％)合金而发生热解，其中连续点燃电流在100A至1000A的范围中，叠加脉冲在约2kA至10kA的范围中，等离子体黑体温度为5000K且电极温度在约3000K至3700K的范围中。热解可在等离子体和与等离子体接触的单元池组件中的至少一种的高温下发生。温度可在约500K至10,000K、1000K至7000K和1000K至5000K中的至少一个范围中。单元池组件可为电极8、锥体储罐5b、锥体5b2和顶盖5b4中的至少一种。在另一实施方式中，单元池组件的至少一种(诸如锥体储罐5b2)可充当冷却剂以冷却热解H以防止其转化回H2O。可冷却汇流条和锥体储罐中的至少一种以充当冷却剂。
所保持的黑体温度可为发射可使用光伏单元池转换为电的辐射的温度。在示例性实施方式中，黑体温度可保持在约1000K至3690K中的至少一个范围中。光伏单元池可包括热光伏(TPV)单元池。用于热光伏转换的示例性光伏单元池包括多晶硅、锗、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑砷化铟镓(InGaAsSb)和锑砷磷化铟(InPAsSb)单元池。转换器可包括镜以进行将辐射引导和重新引导至热光伏转换器上中的至少一种。在一个实施方式中，后镜将未转换辐射反射回至源以贡献重新辐射至转换器的动力。示例性镜包括锥体材料的至少一种，诸如铝和阳极氧化铝、涂布MgF2的Al和氟化物薄膜(诸如MgF2或LiF薄膜)或铝和蓝宝石上SiC薄膜、可溅射涂布于诸如不锈钢等基板上氧化铝(诸如α氧化铝)、涂布MgF2的蓝宝石、硼硅玻璃、碱性铝硅玻璃(诸如金刚玻璃)、LiF、MgF2和CaF2、其他碱土卤化物(诸如氟化物，如BaF2、CdF2)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐、红外硅(ThorLabs)和在透明时可在外表面上呈镜像的陶瓷玻璃。诸如阳极氧化铝镜面等镜可漫射光以均匀地照射PV转换器。透明材料(诸如蓝宝石、氧化铝、硼硅玻璃、LiF、MgF2和CaF2、其他碱土卤化物(诸如氟化物，诸如BaF2、CdF2)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼硅酸盐、红外硅(ThorLabs)和陶瓷玻璃中的至少一种)可充当用于TPV转换器的窗。TPV转换器的另一实施方式包括黑体发射器过滤器以使与PV的能隙匹配的波长通过且将未匹配波长反射回至发射器，其中发射器可包括诸如电极等热单元池组件。
为优化包括多结单元池的热光伏转换器的性能，从单元池发出的光的黑体温度可保持大致恒定，诸如在10％内。接着，可使用功率调节设备控制动力输出，其中多余动力储存于诸如电池或电容器等装置中或排出(诸如作为热排出)。在另一实施方式中，可通过使用本公开的手段(诸如通过改变点燃频率和电流、金属注射速率及H2O和H2的至少一种的注射速率)减小反应速率而保持来自等离子体的动力，其中可通过控制等离子体的发射率而保持黑体温度。可通过添加诸如稀有气体等单元池气体改变单元池气氛(诸如最初包括金属蒸气的单元池气氛)而改变等离子体的发射率。
在一个实施方式中，使用对应的传感器或计量器感测单元池气体，诸如水蒸气、氢和氧的压力和总压力。在一个实施方式中，通过监测响应于至少一种气体压力改变而改变的至少一个单元池参数而感测至少一种压力(诸如水压和氢压中的至少一种)。可通过改变一个或多个压力的同时使用气体供应器监测改变效应而实现合意的水压和氢压中的至少一种。通过气体改变的示例性监测参数包括点燃电路的电行为和单元池的光输出。可在氢压和水蒸气压力中的至少一种的所需压力下使点燃电流和光输出中的至少一种最大化。光探测器(诸如二极管)和PV转换器的输出中的至少一种可测量单元池的光输出。电压计和电流计中的至少一种可监测点燃电路的电行为。产生器可包括压力控制系统(诸如包括软件的压力控制系统)、处理器(诸如计算机)和控制器，其从参数监测接收输入数据且调整气体压力以实现产生器所需动力输出的优化。在包括包含铜的燃料金属的实施方式中，氢可保持在实现来自铜与氧(来自H2O至分数氢的反应)的反应的氧化铜减少的压力下，其中通过监测参数调整水蒸气压力以优化产生器输出。在一个实施方式中，可通过电解供应H2而将氢压控制在大致恒定的压力下。电解电流可保持在大致恒定的电流下。氢可以以与大致所有分数氢反应氧产物反应的速率供应。多余氢可扩散穿过单元池壁以保持高于分数氢反应和与氧产物反应的消耗的恒定压力下。氢可渗透穿过中空阴极至反应单元池腔室5b31。在一个实施方式中，压力控制系统响应于点燃电流和频率及光输出而控制H2和H2O压力以优化至少一种。可使用二极管、功率计或光谱仪监测光。可使用万用表或数字示波器监测点燃电流。电磁泵5k的熔融金属的注射器速率还可被控制为优化点燃电路的电行为和单元池的光输出中的至少一种。
在另一实施方式中，传感器可测量多个组件。在示例性实施方式中，使用质谱仪(诸如四极质谱仪，如残余气体分析仪)测量单元池气体和总压力。质谱仪可分批感测或按趋势模式感测。水或湿度传感器可包括绝对、电容和电阻湿度传感器中的至少一种。能够分析多种气体的传感器包括等离子体源，诸如微波腔室和产生器，其中等离子体激发单元池气体发射诸如可见光和红外线光等光。通过光谱发射(诸如气体组分的特性线和强度)判定气体和浓度。可在取样之前冷却气体。在分析单元池气体的气体组成之前可从单元池移除金属蒸气。单元池中的金属蒸气(诸如包括银和铜的至少一种的金属蒸气)可冷却以凝结金属蒸气，使得单元池气体可在不存在金属蒸气的情况下流动至传感器。SF-CIHT单元池在本文中还被称为SF-CIHT产生器或产生器，其可包括用于来自单元池的气体流动的诸如管等通道，其中该管包括来自单元池的入口及用于凝结金属蒸气流动的出口和不可凝气体至至少一个气体传感器的出口。该管可冷却。可通过传导实现冷却，其中该管散热至冷却的单元池组件，诸如锥体储罐及其金属内容物、电极、汇流条和电极电磁泵(诸如8c)的磁体中的至少一种。可通过诸如水冷却等方法主动地冷却该管，并通过诸如热管道等被动手段冷却该管。包括金属蒸气的单元池气体可进入该管，其中金属蒸气由于管的较低温而凝结。凝结金属可通过重力流动和泵送的至少一种流动至锥体储罐，使得待感测气体在不存在金属蒸气的情况下流动至传感器中。
在一个实施方式中，可通过诸如通过测量氧化产物或由氧化产物所致的参数等手段间接感测氧。在示例性实施方式中，产生器可包括熔体导电率传感器。锥体储罐中的Ag-Cu合金熔体由于合金熔体顶部上的CuO而导电率减小，这可充当对添加更高H2流动速率的指征。在另一示例性实施方式中，产生器包括基于氧浓度或存在而可逆地吸收氧的标度和材料。氧传感器可包括具有H2可还原金属氧化物的可氧化金属，其中通过重量改变判定氧的存在。在一个实施方式中，通过将高可渗透气体(诸如反应单元池腔室5b31中的氢气)供应至单元池腔室5b3来控制气体的压力。可使用单元池腔室5b3中的对应气体传感器测量气体压力。单元池腔室气体压力可用于控制氢流动至单元池腔室5b3中，其随后流动或渗透至反应单元池腔室5b31中。在一个实施方式中，诸如氢等气体通过单元池26的至少一个壁(诸如锥体5b2或顶盖5b4的壁)从单元池腔室5b3流动或渗透至反应单元池腔室5b31。在一个实施方式中，反应腔室5b31中的H2保持在将反应腔室5b31中的氧消耗至所需压力的压力下。在一个示例性实施例中，氢压保持在足够浓度下以消耗反应单元池腔室5b31中形成的氧。在图2I24至2I31中示出的实施方式中，下腔室5b5与单元池腔室5b3连续，其中储罐5c基座处的板直径提供腔室之间的间隙。两个腔室均可填充有相同气体，诸如亦可渗透至反应单元池腔室5b31中的氢。在一个实施方式中，不可渗透气体可以使金属蒸气并不流出供应出口的方式直接供应至反应腔室5b31。在一个实施方式中，水供应注射器5z1包括足够小直径的喷嘴，使得水蒸气流动速率足以防止金属蒸气流动至注射器中(诸如至注射器5z1的喷嘴和H2O蒸气注射管中)。
在图2I24至2I28中示出的实施方式中，锥体5b可包括可在不同温度下操作的多种材料。举例而言，底部区段可包括具有氧化物涂层的耐热金属，诸如高温不锈钢，如Hastelloy，且顶部可包括阳极氧化铝。阳极氧化铝可经涂布于诸如不锈钢等另一材料上。可通过控制反应单元池腔室5b31中的温度和气氛(诸如氧和水中至少一种的分压)而保持材料的氧化物涂层。在一个实施方式中，单元池26壁(诸如锥体5b2壁)可包括蓝宝石。蓝宝石可包括片段或嵌板。各个嵌板可依靠诸如银薄片等反射器以将来自单元池的入射光反射回单元池中且朝向PV转换器反射。反射器可通过间隙与蓝宝石分离，间隙可保持在诸如真空等减压下以将反射器保持在低于蓝宝石嵌板的温度下。可通过使间隙与抽气单元池连续而实现低压条件。单元池可进一步包括对于PV转换器26a的蓝宝石窗。
在一个实施方式中，单元池26壁可包括锥体5b2和顶盖5b4，其形成可包括穹顶的反应单元池腔室5b31。穹顶可耐受诸如Ag或Ag-Cu合金熔体等燃料熔体的润湿。穹顶可保持在高温下以防止被熔体润湿。温度可保持在约100℃至1800℃的范围中。穹顶可为透明的。透明穹顶可包括蓝宝石、石英、MgF2和碱性铝硅玻璃(诸如金刚玻璃)中的至少一种。穹顶可颠倒，使得打开的1/2球体朝向PV转换器26a定向。倒穹顶的底部可被分区为形成至圆形锥体储罐5b的圆形连接。倒穹顶可包括穿透部、断流器或汇流条9和10中的至少一种的馈通、电极8和诸如水注射器5z1等气体注射器。倒穹顶可包括顶边缘处的金属环和外金属镜涂层(诸如耐火金属涂层，诸如W或Mo镜像)中的至少一种。可通过气相沉积(诸如通过有机金属化学气相沉积(MOCVD))施加镜像。用于沉积的示例性化学品为六羰钼或六羰钨。作为另选，倒穹顶可包括匹配的外圆周、可具有分离间隙的镜像穹顶反射器。反射器部分穹顶可通过间隙而与蓝宝石穹顶分离，间隙可保持在诸如真空等减压下以将反射器保持在低于蓝宝石穹顶的温度下。可通过使间隙与抽气单元池连续而实现低压条件。单元池可进一步包括至PV转换器26a的窗5b4，诸如蓝宝石窗。倒穹顶可包括锥体5b2且锥体5b2的打开顶部可被包括蓝宝石的窗5b4覆盖。窗可具有用于将光透射至PV转换器的所需形状。形状可与PV转换器的几何形状匹配，诸如平面或穹顶状。锥体储罐5b、窗5b4、汇流条9和10或电极8中的至少一种可接合至锥体5b2，其包括具有垫圈(诸如石墨垫圈，如Graphoil垫圈)的倒穹顶。在其他实施例中，倒穹顶可包括其他几何构型或形状。倒穹顶的示例性替代形状包括盖的一部分，诸如对应的球体、拋物面、梯形或立方体的表面的90％至10％范围中的覆盖物的一部分。
在一个实施方式中，穹顶可充当锥体5b2和窗5b4。穹顶可包括具有打开部分的球体的圆形区段。穹顶可不颠倒，其中打开部分与锥体储罐5b连接。在其他实施方式中，未颠倒穹顶可包括其他几何构型或形状。未颠倒穹顶的示例性替代形状包括锥体储罐的盖的一部分，诸如在对应的球体、拋物面、梯形、立方体或锥体储罐的其他壳体的表面的90％至10％范围中的覆盖物的一部分。最接近于锥体储罐5b的穹顶下部可镜像或包括圆周反射器以包括锥体5b2，且顶部可透明以包括至PV转换器26a的窗5b4。
锥体5b2可包括单穹顶或分段测地线结构，且窗5b4可分开或为穹顶的一部分。锥体5b2和窗5b4的至少一种可保持在高于防止诸如Ag或Ag-Cu熔体等燃料熔体附着的温度下。温度可保持在约200℃至2000℃、300℃至1500℃和400℃至1100℃中的至少一个范围中。诸如可在启动期间通过如感应耦合加热器等加热器保持温度。锥体5b2(诸如蓝宝石穹顶)与窗5b4的组合可包括主要透过窗5b4发射的高温黑体光源，窗5b4可足够小以在启动模式中通过感应耦合加热器方便地加热。可通过紧固件(诸如可包括诸如Mo等耐火金属的夹具或托架)将锥体片段保持在原位。可通过框架支撑托架。还可使用夹具或托架将诸如银面板等后反射器面板紧固至框架。作为另选，面板可经螺合、旋合或焊接至框架。片段和任何馈通(诸如用于电极的馈通)可与接头材料(诸如适应膨胀和收缩且耐热的接头材料)接合或联接。示例性接头材料包括诸如Graphoil等石墨。诸如汇流条(诸如至电极及电磁泵的汇流条)的零件可在接触点(诸如单元池腔室5b3或下真空腔室5b5的馈通处的接触点)处通过电绝缘构件(诸如绝缘涂层，诸如接触点处的富铝红柱石或氮化硼)而绝缘。
在一个实施方式中，电极8包括多个零件，其可包括不同材料。电极可包括在高温下操作的等离子体接触层。合适等离子体接触层材料为耐火金属，诸如W、Ta或Mo。等离子体接触层可安装于可包括汇流条9和10的另一安装层上。安装层可凹陷，使得仅一部分(诸如等离子体接触层的端部部分)接触安装层以提供电连接性。凹陷可在等离子体接触层与安装层之间产生间隙以允许等离子体接触层在高于安装层的温度下操作。可通过焊道、托架、夹钳或诸如可凹陷的螺钉或螺栓(诸如钻孔螺钉或内六角螺栓，诸如帽头螺栓)等紧固件制成接触区域处的附接。旋合在一起的任何零件可经涂布有诸如石墨等润滑剂以防止银粘着至螺纹。电极可包括叶片(图2I29至2I31)，其可通过诸如在叶片等汇流条端处的紧固件而附接至汇流条9和10。叶片可被定向为形成V以将经注射金属接受至V的最宽部分中。在一个实施方式中，电极仅包括诸如W或Mo等耐火金属。电极的电截面可按比例调整以补偿比铜低约3.5倍的导电率，其中示例性汇流条包括铜。耐火金属电极可通过焊缝或通过诸如螺栓或螺钉等紧固件附接至汇流条。可选择电极发射率、表面积、传导散热以及被动和主动冷却中的至少一种以将电极保持在所需操作温度内，诸如在使诸如Ag或Ag-Cu合金等熔体金属蒸发且低于电极的耐火金属熔点的范围中。可主要通过黑体辐射造成损耗。电极可保持在约1000℃至3400℃的温度范围中。
为能够调整电极间隙8g，电极和汇流条组合体可包括至电极连接器的铰接(articulating)接头汇流条。铰接臂可沿着汇流条偏移，使得电极(诸如钨叶片电极)的端部上的任何紧固件交错以实现电极的紧密间隔而不使任何凸出紧固件紧密接触。为实现进一步的紧密接近，电极可朝向端部连接件弯曲且在点燃区域中变直。为支持高温操作，馈通(诸如至点燃系统10a(图2I24)的汇流条的馈通和至EM泵的汇流条的馈通中的至少一种)可包括电绝缘陶瓷馈通，诸如本领域中已知的那些。可通过诸如空冷或水冷等手段冷却陶瓷馈通。馈通可包括微操纵系统以控制诸如叶片电极等附接电极的间隔和倾角中的至少一种。馈通可包括波纹管馈通以允许汇流条的移动，以通过微操纵系统(诸如本领域技术人员已知的微操纵系统)影响电极的定位。在另一实施方式中，电极间隙8g的调整机构包括连接至汇流条9和10的螺纹螺栓，其中可通过移动汇流条而影响电极8的移动。可通过推挤汇流条9和10以使用所施加的压力使其偏转的螺纹螺栓调整电极间隙8g，且汇流条在螺栓松开时经受弹力复原。在另一实施方式中，螺纹螺栓可在汇流条上拉动。
在一个实施方式中，产生器可包括调整电极间隙8g的自动控制系统，诸如本公开的自动控制系统或本领域技术人员已知的另一自动控制系统。自动间隙控制系统可包括计算机、至少一个传感器和机械机构(诸如伺服机构和马达)和螺线管、电磁定位器和压电定位器或微操纵器中的至少一种，其可使用来自诸如位置传感器或电流传感器中的至少一个传感器的输入通过计算机控制。包括间隙的电极分离可影响电流密度和反应限制，其中两者均可随着更小的间隙而增大。分数氢反应速率可通过增大电流密度而增大。在一个实施方式中，熔融金属注射速率可被控制为局部化金属以增大电流密度。电极宽度可增大以增大限制，其中电极长度可减小以保持高电流密度。缩短长度还可增大操作温度，该操作温度可优化以增大分数氢反应速率。在一个实施方式中，注射被控制为导致点燃电流脉冲以通过集肤效应增大电流密度。在一个实施方式中，反应限制可增大分数氢反应速率。在一个实施方式中，电极振动以提高分数氢反应速率。可通过电极和汇流条的至少一种中的电流导致的劳仑兹力导致振动。作为另选，产生器可包括使电极振动的振动器。示例性振动器为本公开的振动器，诸如电磁振动器或压电振动器。振动速率可在约1Hz至100MHz、100Hz至10MHz和100Hz至1MHz中的至少一个范围中。电极电流、质量、弹性常数、长度和阻尼卡具中的至少一种可被选择为实现所需的振动频率和振幅中的至少一种。振动可进一步用于通过电极泵送熔体。
在图2I24至2I28中所示的实施方式中，电极8可通过安装于分开或单独的真空凸缘中的馈通10a电连接至电源2。锥体5b2壁可包括用于使电极8通过的单独孔隙。孔隙可包括围绕汇流条9和10以及电极的至少一种的盖板以密封锥体5b2或穹顶，以防止诸如Ag或Ag-Cu熔体等的损失。在一个实施方式中，蓝宝石盖板覆盖使电极通过锥体或穹顶(诸如蓝宝石穹顶)的穿透部或孔隙。单元池26可容置于真空腔室5b3中。单元池壁可包括锥体5b2或穹顶。汇流条和电极可通过贯穿单元池腔室壁和穹顶壁的圆形导管。具有电极馈通的凸缘可密封腔室，且具有汇流条断流器的一个或多个蓝宝石盖板可密封穹顶。
在图2I24至2I28中示出的实施方式中，锥体5b2、内锥体表面和外锥体表面中的至少一种可由诸如具有低水反应性的金属等材料组成。具有低水反应性的示例性金属包括Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W和Zn的组中的那些。在一个实施方式中，锥体5b2、内锥体表面和外锥体表面中的至少一种可由诸如熔点高于Ag(M.P.＝962℃)或Ag-Cu合金(M.P.＝779℃)等燃料熔体的金属等材料组成且可进一步具有低发射率。示例性锥体和锥体表面材料包括抛光金属表面，诸如包括钢、PH-15-7MO型钢、Ni、Fe、Mo、Ta、镀锌金属(诸如钢或铁)和Pt或Au镀覆或包层金属(诸如Ni或Ti)的抛光金属表面。诸如锥体储罐5b和锥体5b2等单元池组件可包括在内壁和外壁中的至少一种上的高熔点、高发射率材料以将高动力辐射回至单元池中，其中可通过使用单元池组件(诸如锥体5b2)的圆周辐射屏蔽优先将热力辐射至单元池中。
在图2I24至2I28中示出的实施方式中，锥体5b2包括在内表面上具有低发射率的高熔点金属以将黑体辐射反射至PV转换器26a。在示例性实施方式中，锥体5b2包括在约等于燃料熔体的熔点的温度下操作的Mo或W，诸如在Ag或Ag-Cu合金燃料熔体的情况中约为1000℃至1100℃。可通过防止反射表面的氧化而保持高反射率。可在反应单元池腔室5b31中保持部分氢气氛以将任何金属氧化物还原为金属或与所产生的任何氧反应形成H2O。作为另选，单元池26可包括与单元池气氛接触的对电极和保持内锥体表面上的负电位的电源供应器，内锥体表面充当具有所施加电压的阴极以防止反射阴极表面的氧化。锥体金属(诸如本公开的锥体金属)可被选择为具有低水反应性。可通过真空泵13a和氢供应器5u和5w中的至少一种将单元池氧保持在低分压下，其中H2消耗氧。
1300K发射率为1的黑体辐射功率为162kW/m2。为在启动期间以此功率的一部分将锥体加热至诸如1000℃等温度，发射率可保持为较低。外锥体表面可包括具有低发射率的材料。在示例性实施方式中，外锥体表面包括抛光Mo或电解Ni，其中1000℃发射率分别为0.18和0.16。抛光W的室温发射率为0.04。抛光银(M.P.＝962℃)的1093℃发射率为0.03，其中较低温熔融Ag-Cu合金(M.P.28％Cu＝779℃)可用作燃料金属。可在启动期间使用诸如感应耦合加热器等加热器加热表面。可在启动期间使用诸如感应耦合加热器等加热器加热窗。在包括封闭反应单元池腔室5b31(其包括图2I24至2I27中示出的绝缘锥体5b2的足够厚内壁以沿着壁传导热)的实施方式中，单个感应耦合加热器线圈5f和感应耦合加热器5m在启动期间可足以将整个反应单元池腔室5b31加热至所需温度，诸如防止燃料熔体固化且附着至腔室表面的温度。示例性壁厚度约为1/4英寸。单元池中产生的黑体辐射可引导至PV转换器的窗，其中可通过将窗温度(诸如顶盖5b4的温度)保持在高于燃料熔体的熔点而防止点燃产物的金属附着。
在等离子体由于燃料(诸如包括Ag或Ag-Cu合金的燃料)蒸发而可选变厚的实施方式中，蒸气包含于单元池26中。在图2I24至2I28中示出的单元池组件的至少一种(诸如泵管5k6、泵汇流条5k2、热传递块体5k7、锥体储罐5b、储罐5c和锥体5b2)可由耐火材料(诸如Mo、Ta和W的至少一种)组成。在一个实施方式中，至少一个单元池组件包括坩埚材料，诸如SiC、石墨、MgO或本领域技术人员已知的其他陶瓷型材料。可通过辐射屏蔽围绕诸如锥体5b2等单元池组件。锥体5b2和屏蔽的至少一种可包括倒金属穹顶(打开端向上朝向PV转换器26a)。可通过金属旋转制造穹顶。在一个实施方式中，单元池26的锥体5b2包括诸如热屏蔽等多个辐射屏蔽。屏蔽可包括耐火金属，诸如本公开的耐火金属，诸如Mo、Ta或W。屏蔽可包括诸如高温真空炉等设计，诸如本领域中已知的高温真空炉。热屏蔽可包括可经滚轧且紧固的薄片或箔。薄片或箔可在端部处与凸起端弯管或榫槽重叠。屏蔽可为锥形且同心的，以将等离子体动力引导至PV转换器26a。锥体可包括至PV转换器26a的大发射孔隙或视角。锥体5b2可包括在锥体5b2基座处提供外部密封的外热屏蔽。作为另选，锥体5b2可包括密封容器，诸如包括内热屏蔽的反应单元池腔室5b31。锥体5b2(诸如包括热屏蔽的锥体)可密封至锥体储罐5b以含有单元池气体或蒸气(诸如水蒸气、氢和燃料金属蒸气中的至少一种)。密封可包括湿封，诸如熔融燃料金属的湿封。在一个实施方式中，锥体5b2壁的基座和内热屏蔽或外热屏蔽的基座中至少一种浸没在诸如熔融Ag或Ag-Cu合金等燃料金属的熔融储罐中以形成湿封。在另一实施方式中，湿封可包括沟槽，诸如在含有熔融燃料金属的锥体储罐5b外周的沟槽，且锥体5b2壁的基座和至少一个热屏蔽的基座中的至少一种浸没在熔融金属中。作为另选，湿封可包括锥体5b2壁的基座和至少一个热屏蔽的基座中的至少一种以及锥体储罐5b的循环熔融金属，其中前者浸没在后者中。热屏蔽可包括设定在锥体储罐5b底部的浸没脚架以在保持湿封时允许熔体在屏蔽下方流动。在基座处密封的锥体5b2壁和热屏蔽中的至少一种可朝向PV转换器26a具有足够的垂直高度，使得金属蒸气并不超过通过如图2I25中示出的单元池组件形成的反应单元池腔室5b31的高度。反应单元池腔室5b31可在真空下操作。等离子体的温度可判定反应单元池腔室5b31中的蒸气对抗重力的高度。控制由SF-CIHT产生器产生的功率可控制等离子体的温度。在一个实施方式中，控制来自分数氢过程的动力，以控制反应单元池腔室5b31中的金属蒸气的高度。可通过本公开的控制手段控制单元池动力。示例性方法包括通过控制泵电流和水蒸气压力而控制诸如频率、电流和电压、泵速率等点燃参数。
在一个实施方式中，金属蒸气可在操作期间变得带电。带电可减小或抑制分数氢反应速率直至粒子放电。可通过单元池26壁上的自发放电而使粒子放电。产生器可包括促进带电粒子放电的手段。产生器可包括使金属蒸气粒子上的静电荷放电的手段。产生器可包括一组电极。电极的一种可包括单元池26的导电壁。一个电极可浸没在可包括等离子体的金属蒸气气体中。可通过使用电压源在电极88与26(图2I23)之间施加诸如电场等场而使电荷放电。产生器可包括电极和电场源中的至少一种以使带电金属蒸气放电，以传播并保持分数氢反应。产生器可包括静电沉淀器(ESP)(图2I23)，诸如本公开的静电沉淀器。在一个实施方式中，ESP系统可被安装为使金属蒸气粒子放电以保持恒定的分数氢反应速率。
在一个实施方式中，产生器可操作为在单元池26中(诸如在反应腔室5b31中)产生至少部分金属蒸气气氛。可通过在电极处的蒸发形成包括诸如银或银铜合金蒸气等金属蒸气的单元池气氛。可通过点燃动力和分数氢反应动力中的至少一种供应蒸发动力。可通过本公开的手段控制分数氢反应速率和对应的动力以实现合适或合意的分数氢动力贡献，以实现合适或合意的金属蒸气压力。可通过使用诸如本公开的手段等手段(诸如控制泵送速率和加热速率或除热速率)控制熔融金属注射速率和熔融金属温度中的至少一种而控制金属蒸气压力。在一个实施方式中，泵送速率和随后的金属蒸发可控制从电极移除热的速率以将电极保持在所需温度下。金属蒸气压力可为约0.01Torr至100atm、0.1Torr至20atm和1Torr至10atm中的至少一个范围。金属蒸气可增强分数氢反应速率。等离子体可在进一步包括水蒸气和氢的至少一种的金属蒸气气氛中形成。等离子体可支持H和催化剂形成中的至少一种。温度可较高，使得热解可支持H和催化剂形成中的至少一种。催化剂可包括新生水(HOH)。金属蒸气可充当导电基质。导电基质可充当高电流的替代物，以移除通过催化剂电离形成的电子。电离的电子的移除可防止可抑制分数氢反应速率的空间电荷积累。施加至电极的点燃电流和脉冲频率可在本公开的范围内。在一个实施方式中，电流可具有在约100A至15,000A的范围中的脉冲和恒定电流分量中的至少一种。在分数氢反应产生黑体辐射的示例性操作模式中，电流恒定且为约100A至20kA、1kA至10kA和1kA至5kA中的至少一个范围。黑体条件可取决于金属蒸气气氛。气氛对于分数氢反应的高能发射而言可为光学上较稠厚的。
注射器喷嘴5q可在诸如叶片电极(图2I29至2I31)的电极8端部处，其中叶片电极可在相对端处紧固至汇流条9和10。喷嘴泵管可为端帽式，且喷嘴5q可在管侧壁中以在其端部处将喷丸注射至电极侧。作为另选，可从如图2I17和2I18中示出的电极的顶部上注射喷丸。在泵管和喷嘴5q进一步出自锥体储罐的熔融金属的情况中，热可从锥体储罐5b中的熔融金属转移至喷嘴5q端部以在启动期间加热喷嘴5q。泵管的喷嘴端可包括热传递套筒或块体(诸如包括诸如Mo或W等耐火金属的套筒或块体)以导致热传递。作为另选，喷嘴启动加热器可包括用于形成高电流连接的连接器(诸如喷嘴5q与一个电极8之间的螺线管驱动连接器)以充当电阻加热器。连接器可包括高熔点材料，诸如Mo或W。
在另一实施方式中，窗可与电极相距足够的垂直距离，使得点燃产物由于重力而不到达该窗。还可通过电极EM泵防止粒子入射至窗。EM泵可进一步减少喷出至锥体壁的上区段上和锥体壁上的点燃产物数量的至少一种。在一个实施方式中，诸如2I19和2I20中所示的实施方式中，喷丸垂直注射且包括磁体8c的EM泵向下泵送点燃产物。喷嘴5q可被定位和定向为导致喷丸具有其注射轨迹的横向分量和垂直分量。导致喷丸轨迹沿着具有相对于垂直成一定角度的轴行进的喷嘴位置和偏移可被选择为减少或防止向下泵送的点燃产物与注射喷丸碰撞。
可通过电极上的电磁泵防止点燃产物到达PV转换器。电极EM泵可迫使点燃产物向下。在图2I24和2I27中所示的实施方式中，可通过诸如钨或热绝缘铜汇流条等汇流条8和9冷却磁体。可通过诸如汇流条单元池穿透侧上的磁体等单个磁体提供电极EM泵磁场，其中可通过汇流条提供冷却。可通过流过汇流条的冷却剂(诸如可处于大气压或高压下的水)冷却汇流条、电极8和电极EM泵磁体(诸如8c和8c1)中的至少一种。诸如水冷却系统等汇流条冷却系统可包括穿过各汇流条的中心孔通道的入口管道，其中在中心管道与通道之间的环带中具有返回流。作为另选，冷却系统可包括在一个汇流条中的入口中心孔冷却剂通道和在另一汇流条中的返回中心孔冷却剂通道。汇流条之间的冷却剂管线连接可包括电绝缘体。汇流条9和10在电极紧固端处的端部可包括中空区段以充当至汇流条主区段的热障。磁体可包括绝缘体，诸如本公开的高温绝缘体，诸如AETB、Zicar、ZAL-45或SiC-碳气凝胶(AFSiC)。绝缘体可在诸如8和9等汇流条与诸如8c和8c1等磁体之间，并覆盖磁体，同时实现贯穿汇流条的冷却系统(诸如具有磁体的冷却剂回路)的充分热接触。磁体能够在高温下操作，诸如CoSm(350℃)或AlNiCo(525℃)。
还可通过从诸如8c和8c1等磁体在圆周上延伸至单元池外侧的冷却回路(诸如在本发明中给出的EM泵冷却系统的冷却回路)供应磁体冷却。作为另选，电极EM泵磁体可在单元池26外部以防止其过热。外部电极电磁泵磁体可定位于单元池外侧，其中在磁体与单元池壁之间具有间隙以将磁体的温度保持在低于其居里点。磁体可包括提供跨电极轴的通量的单独隔离磁体。磁体可包括单个磁体或包括至少一个磁体的磁路(图2I29至2I31)，其中各磁体可在圆周上延伸至锥体或锥体储罐，且从电极一端的区域延伸至另一端。磁路可包括至少一个磁体和具有高渗透性的磁轭材料(包括电路的其余部分)。磁体可包括单个磁体或磁路，其在磁体或磁路中的间隙处提供沿着电极轴的通量。电极可包括具有单个磁体或磁路的叶片电极，磁路从一端跨越半个回路或半圆至另一端且提供沿着电极轴且跨电极间隙的通量。磁路可为C形状。电极之间的磁体或磁路区段可被设计为避免电极短路。可使用电绝缘体或通过避免电极之间的电接触而避免短路。在示例性实施方式中，磁体包括各自在C状磁路中具有约10cm2至30cm2截面的CoSm或钕磁体，C状磁路具有包括钴和高纯度铁中的至少一种的磁轭，其中间隙为约6cm至10cm。可通过本公开的手段冷却磁体。磁体可在单元池壁外侧的位置处放置于单元池的腔室外壳的底板上。磁体可为散热至腔室底板和通过本公开的手段冷却中的至少一种。例如，磁体包括具有循环冷却剂的至少一个冷却线圈，循环冷却剂将热传递至诸如31或31a等制冷器，制冷器排热且冷却磁体和磁路中的至少一种。
在一个实施方式中，磁体可容置于与单元池腔室分开的腔室中。可在电极磁体腔室中冷却电极电磁(EM)泵的磁体。电极电磁(EM)泵组合体可包括图2I28中示出的EM泵5ka的组合体。电极电磁(EM)泵冷却系统组合体可包括EM泵(图2I28)的冷却系统5k1的一种。电极EM可包括电磁泵冷却剂管线馈通组合体5kb、磁体5k4、磁轭和可选的热障5k5(其可包括具有可选得辐射屏蔽的气体或真空间隙)、泵管5k6、汇流条5k2和可通过来自PV转换器的电流供应的汇流条电流源连接件5k3。磁体可产生平行于汇流条的场。在汇流条端部处的磁体可包括使汇流条和电极中的至少一种通过的缺口。电极EM泵可包括具有产生主要平行于汇流条的场的几何构造的单个磁体。单个磁体可定位成接近于点燃地点，诸如靠近电极的端部。至少一个EM泵磁体可包括可在启动器件激活的电磁体。一旦单元池壁较热以使得点燃产物流动至锥体储罐，可停止磁场。在另一实施方式中，可通过移除或收回诸如永磁体等磁体而停止磁场。可通过诸如机械系统或电磁系统等移动手段收回磁体。示例性磁体收回系统包括伺服马达和导轨上的螺杆驱动台或导轨上的螺线管驱动台。本领域技术人员已知其他移动手段。作为另选，可通过在磁体与电极之间插入诸如mu金属屏蔽等磁屏蔽而移除磁场。可使用诸如机械系统或电磁系统(诸如磁体收回系统的那些)等移动手段施加屏蔽。在一个实施方式中，一旦单元池处于一定温度下，磁场方向或点燃电流的极性可切换为使劳仑兹力和泵送方向反向以向上而非向下泵送注射金属，以增大通过电极的流动速率并因此增大动力输出。可使用开关(诸如IGBT或本发明或本领域中已知的另一开关)使DC点燃电流的极性反向。使电磁体的电流反向或通过机械地使永磁体的定向反向可使磁场极性反向。诸如锥体5b2等单元池26组件可包括陶瓷(诸如MgO、ZrB2、BN或本公开的其他陶瓷)，其是热绝缘的以使内壁温度快速升高。
在一个实施方式中，单元池高度可足以使点燃产物并不抵抗重力到达PV转换器或受诸如蓝宝石窗等窗阻挡。窗可保持为足够热以防止点燃产物附着。在另一实施方式中，导致点燃产物上向下的劳仑兹力的来自诸如永磁体或电磁体等磁体的磁场可未被停止。在另一实施方式中，单元池可包括挡板8d以延迟或阻止点燃粒子入射至PV窗。挡板可不透明且能够再次发射黑体辐射。挡板可包括可包含诸如W或Mo等耐火材料的栅极或板。作为另选，挡板可对黑体光透明。示例性透明挡板包括蓝宝石、石英以及碱和碱土晶体(诸如LiF和MgF2)中的至少一种。
在图2I24至2I31为包括热光伏、光伏、光电、热离子和热电SF-CIHT单元池动力产生器中的至少一种的实施方式，其示出了电容器组点燃系统2。在一个实施方式中，单元池26包括锥体5b2(其包括反应容器壁)、锥体储罐5b和储罐5c(其形成反应单元池腔室5b31的底板且充当用于燃料熔体的储罐)和顶盖5b4(其包括反应单元池腔室5b31的顶部)。在一个实施方式中，单元池包含在单元池腔室5b3中。可通过泵13a经真空连接件13b抽空单元池腔室5b3和反应单元池腔室5b31。可选择性地打开和关闭单元池腔室真空泵管线阀13e和反应单元池真空泵管线阀13f中的至少一种，而使用反应单元池真空泵管线和凸缘13c以及单元池腔室真空泵管线和凸缘13d中的至少一种或两种选择性地抽空腔室。
在一个实施方式中，锥体5b2包括具有围绕电极8的一个或多个热屏蔽的拋物面反射器盘。应理解，热屏蔽还可包括其他形式之热绝缘体5e，诸如陶瓷绝缘材料(诸如MgO)、耐火砖、Al2O3、氧化锆(诸如Zicar)、氧化铝增强热障(AETB)(诸如AETB 12绝缘体)、ZAL-45和SiC-碳气凝胶(AFSiC)。示例性AETB 12绝缘体厚度约为0.5cm至5cm。绝缘体可封装于诸如可包括反射器(诸如锥体5b2的反射器)的内耐火金属壁和可包括相同或不同金属(诸如不锈钢)的外绝缘壁等两个层之间。包括锥体5b2、绝缘体和外绝缘封装壁的反射器组合体可冷却。外绝缘封装壁可包括冷却系统，诸如将热传递至诸如31或31a等制冷器的冷却系统。在一个实施方式中，制冷器可包括散热器且可进一步包括至少一个风扇及一个冷却剂泵以冷却散热器且循环冷却剂。散热器可风冷。示例性散热器包括汽车或卡车散热器。制冷器可进一步包括冷却剂储罐或罐。罐可充当流动缓冲器。散热器可充当该罐。诸如散热器器和风扇等制冷器可具有进出罐的流动。类似地，待冷却的各组件(诸如感应耦合加热器、电极、单元池26和PV转换器26a)可具有与通过诸如散热器和风扇等制冷器冷却的罐分开的冷却剂流动回路。各回路可具有分隔泵，其可通过其控制器(诸如热传感器，诸如热电偶、流量计、可控制阀、泵控制器和计算机中的至少一种)单独控制。在另一实施方式中，多个经冷却单元池组件的冷却剂回路可组合。诸如热传递块体或热管道等热交换器或热导体可自锥体5b2外壁或外绝缘封装壁冷却。在一个实施方式中，石墨为可用作沿径向路径的高温绝缘体和沿平行于锥体壁的轴向路径的热导体的方向热导体。还应理解，诸如锥体5b2等反射器可包括拋物面盘以外的其他几何结构形式，以将来自分数氢反应的光(诸如黑体辐射)反射至PV转换器26a。示例性其他形式为三棱柱、球形盘、双曲线盘及拋物面沟槽。拋物面反射器盘和热屏蔽中的至少一种可包括诸如Mo、Ta或W等耐火金属。在示例性实施例中，锥体储罐5b可包括诸如Mo、Ta或W等高温材料，储罐5c和EM泵管5k6可包括高温不锈钢，且EM泵汇流条5k2可包括镍或不锈钢。诸如具有一个或多个热屏蔽或绝缘体5e的锥体5b2等拋物面反射器盘可密封至锥体储罐。包括锥体5b2和锥体储罐5b等单元池可容置于可密封的真空腔室5b3中。拋物面反射器盘和热屏蔽或绝缘体中的至少一种可密封至锥体储罐5b。密封可包括湿封、焊接、螺接及包括紧固件的密封中的至少一种。拋物面反射器盘和热屏蔽或绝缘体中的至少一种可包括用于电极的穿透部。穿透部可密封。密封可包括高温电绝缘体，诸如陶瓷。
在一个实施方式(诸如热光伏实施方式)中，分数氢反应加热燃料熔体以导致其蒸发。蒸气导致单元池气体对通过分数氢反应产生的辐射变得光学上较厚。吸收的辐射产生强高温黑体发射。包括具有一个或多个热屏蔽或绝缘体的拋物面反射器盘的锥体5b2可将黑体发射反射至PV转换器26a。通过等离子体加热的具有一个或多个热屏蔽或绝缘体的拋物面反射器盘的至少一种可在低于等离子体的温度且高于锥体5b2、锥体储罐5b、熔体(诸如熔融Ag或Ag-Cu)储罐5c和EM泵中的至少一个组件的温度下操作。等离子体的黑体温度的示例性范围约为1000℃至8000℃。具有一个或多个热屏蔽或绝缘体的拋物面反射器盘可在低于其熔点下操作，诸如在Mo的情况中低于约2623℃，在W的情况中低于约3422℃。单元池26的至少一个组件(诸如锥体5b2、锥体储罐5b、熔体(诸如熔融Ag或Ag-Cu)储罐5c和EM泵(诸如5k4))可冷却。单元池26的至少一个组件(诸如锥体5b2、锥体储罐5b、熔体储罐5c和EM泵)可在低于其材料的失效温度下操作，诸如在高温不锈钢单元池组件的情况中低于约1100℃。在一个实施方式中，单元池26的至少一个组件(诸如锥体5b2、锥体储罐5b、熔体储罐5c和EM泵)可在低于燃料熔体的沸点的温度下操作。蒸发的燃料熔体的蒸气可由于其温度低于沸点而在锥体储罐5b中凝结。银燃料熔体的示例性温度范围约为962℃至2162℃。在一个实施方式中，产生器可包括从锥体储罐处的凝结蒸气至注射金属和点燃等离子体中的至少一种的热逆流再循环器。产生器可包括注射系统预加热器或后加热器，其中在金属蒸气凝结中释放的热可加热融化金属以增大其温度。预加热器可包括可将热传递至喷嘴5q的热交换器。预加热器可包括热屏蔽。可使通过凝结释放的热入射于顶盖5b4上且转移至PV转换器26a。在一个实施方式中，PV转换器26a的窗5b4(诸如石英、碱性铝硅玻璃或蓝宝石窗)可在高于点燃产物的熔点且低于包括窗材料的失效温度的温度范围中操作，诸如在Ag-Cu(28wt％)作为点燃产物且蓝宝石作为窗材料的情况中在约800℃至2000℃的范围中。在一个实施方式中，产生器包括诸如热电偶等至少一个传感器以感测系统组件(诸如温度)。所感测参数可输入至计算机以将参数控制在所需范围内。在参数超过所需范围(诸如超温)的事件中，产生器可包括安全关闭机构，诸如本领域中已知的安全关闭机构。关闭机构可包括计算机和将动力提供至产生器中至少一个组件的开关(其可经打开以导致关闭)。在图2I24和2I31中示出了示例性热电偶及其馈通5k8(诸如陶瓷馈通)。
在一个实施方式中，单元池组件的至少一种(诸如锥体5b2、内锥体表面和外锥体表面)可包括诸如具有低水反应性、高熔点和高发射率中的至少一种的金属等材料。在发射率较高的情况中，单元池组件可因来自分数氢反应的热力变得升高温度且将黑体辐射二次辐射至PV转换器26a以转换为电。合适的材料为耐火金属，诸如本公开的耐火金属，诸如Mo、Ta和W和石墨。诸如金属等材料的表面可进行氧化和粗糙化的至少一种以增大发射率。单元池组件可包括至PV转换器26a的大发射孔隙或视角。
在一个实施方式中，包括锥体5b2、锥体储罐5b、熔体储罐5c和EM泵的单元池26包括由替代透明窗的不透明顶盖5b4封闭的容器。可通过焊接或使用垫圈在连接或接头处密封单元池组件，其中通过紧固件保持接头。示例性垫圈材料为石墨，如Graphoil。反应单元池腔室被密封以限制燃料气体(诸如水蒸气和氢中的至少一种)和燃料熔体的金属蒸气(诸如Ag或Ag-Cu合金蒸气)中的至少一种。顶盖5b4可包括能够在极高温下(诸如约1000℃至4000℃的范围)操作的材料，其可充当黑体。在一个实施方式中，顶盖5b4不对辐射透明，使得其加热以变为高温黑体辐射器。顶盖可包括诸如Mo、Ta或W等耐火金属。作为另选，顶盖可包括石墨或陶瓷(诸如SiC、MgO、氧化铝、Hf-Ta-C)或本领域中已知的可充当黑体的其他高温材料。顶盖吸收来自等离子体的黑体辐射及来自锥体和单元池的其他组件的二次黑体辐射以加热至其高操作温度。顶盖可具有高发射率，诸如接近1的数值。在一个实施方式中，发射率可调整为导致匹配PV转换器的能力的黑体功率。在示例性实施方式中，可通过本公开的手段增大或减小发射率。在金属顶盖5b4的示例性情况中，表面可进行氧化和粗糙化中的至少一种以增大发射率。顶盖的发射率可与波长呈非线性(诸如与波长成反比)，使得自外表面有利于短波长发射。在热光伏实施方式中，顶盖5b4包括提供入射至PV转换器26a的光的黑体辐射器。顶盖黑体辐射器5b4与PV转换器26a之间的间隙中的透镜和镜中的至少一种可以是选择性的，以使短波长光通过至PV转换器，同时使红外线光返回至辐射器5b4。在示例性实施方式中，W顶盖5b4的操作温度为W白炽灯泡的操作温度，诸如高达3700K。根据Stefan Boltzmann方程，在发射率为1的情况下，黑体辐射器功率高达10.6MW/m2。在一个实施方式中，使黑体辐射入射至包括聚光光伏单元池15(诸如本公开的响应于对应辐射的聚光光伏单元池，诸如响应于可见光及近红外线光的聚光光伏单元池)的PV转换器26a。单元池可包括多结单元池，诸如包括III/V半导体(诸如本公开的那些)的双结或三结单元池。SF-CIHT产生器可进一步包括黑体温度传感器和黑体温度控制器。顶盖5b4的黑体温度可保持并调整为优化黑体光至电的转换。可使用传感器(诸如光谱仪、光学高温计、PV转换器26a和使用发射率判定黑体温度的功率计中的至少一种)感测顶盖5b4的黑体温度。控制器(诸如包括计算机的控制器)和分数氢反应参数传感器及控制器可通过本公开的手段控制来自分数氢反应的动力。在控制温度和黑体温度的稳定性的示例性实施方式中，通过控制水蒸气压力、燃料注射速率、点燃频率和点燃电流中的至少一种来控制分数氢反应速率。对于来自加热顶盖5b4的反应单元池腔室5b31的给定分数氢反应动力，可通过选择和控制顶盖5b4的内表面和外表面中的至少一种的发射率中的至少一种来实现包括黑体辐射器的顶盖5b4的所需操作黑体温度。在一个实施方式中，来自顶盖5b4的辐射动力大致为与PV转换器26a匹配的光谱和动力。在一个实施方式中，外表面的发射率被选择(诸如在约0.1至1的范围中)为使顶盖5b4将动力辐射至PV转换器，其并不超过在所需黑体温度下的最大可接受入射动力。黑体温度可被选择为更好地匹配PV单元池的光伏转换响应性，使得转换效率可最大化。可通过修改顶盖5b4外表面来改变发射率。可通过施加具有增大或减小的发射率的涂层而增大或减小发射率。在示例性实施方式中，SiC涂层可施加至顶盖5b4以增大其发射率。还可通过氧化和粗糙化表面中的至少一种增大发射率，且可通过还原氧化表面和抛光粗糙表面中的至少一种减小发射率。产生器可包括氧化气体源(诸如氧和H2O中至少一种)和还原气体源(诸如氢)及控制单元池腔室中的气氛组成和压力的手段。产生器可包括气体传感器，诸如压力计、泵、气体供应器和气体供应控制器，以控制气体组成和压力从而控制顶盖5b4的发射率。
可通过诸如气隙或真空间隙等间隙分隔顶盖5b4与PV转换器26a以防止由于至PV转换器的热传导而使PV转换器过热。顶盖5b4可包括多个合适的形状，诸如平板或穹顶。可针对结构完整性和优化光透射至PV区域中的至少一种选择形状。为增强单元池的电输出和效率，黑体发射器5b4和接收PV转换器26a的面积可最大化以限制并不发射光的锥体5b2的面积。在一个实施方式中，其他单元池组件可包括诸如耐火金属(诸如W)等材料以充当至PV转换器的黑体辐射器，PV转换器可配置在组件外周以接收黑体辐射。诸如顶盖54b和锥体5b2等单元池26组件的至少一种可包括优化PV单元池15的堆叠的几何形状以接受来自组件的光。在示例性实施方式中，单元池组件可包括与PV单元池15的几何形状匹配的多面化表面，诸如多边形，诸如三角形、五边形、六边形、正方形和矩形中的至少一种。单元池可配置成具有匹配几何形状的阵列。
在一个实施方式中，通过沉积于内单元池26壁(诸如包括锥体的壁)上的金属蒸气判定壁的发射率。在此情况中，锥体可包括针对所需发射率以外的参数(诸如制造简易性、成本、耐久性和高温操作中的至少一种)选择的材料。锥体可包括以下材料中的至少一种：石墨(升华点＝3642℃)、耐火金属、陶瓷、超高温陶瓷和陶瓷基质复合物(诸如前过渡金属的硼化物、碳化物、氮化物和氧化物中的至少一种，诸如硼化铪(HfB2)、二硼化锆(ZrB2)、氮化铪(HfN)、氮化锆(ZrN)、碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)、二氧化钍(ThO2)、硼化铌(NbB2)和碳化钽(TaC)及其相关复合物)。具有所需高熔点的示例性陶瓷为氧化镁(MgO)(M.P.＝2852℃)、氧化锆(ZrO)(M.P.＝2715℃)、氮化硼(BN)(M.P.＝2973℃)、二氧化锆(ZrO2)(M.P.＝2715℃)、硼化铪(HfB2)(M.P.＝3380℃)、碳化铪(HfC)(M.P.＝3900℃)、氮化铪(HfN)(M.P.＝3385℃)、二硼化锆(ZrB2)(M.P.＝3246℃)、碳化锆(ZrC)(M.P.＝3400℃)、氮化锆(ZrN)(M.P.＝2950℃)、硼化钛(TiB2)(M.P.＝3225℃)、碳化钛(TiC)(M.P.＝3100℃)、氮化钛(TiN)(M.P.＝2950℃)、碳化硅(SiC)(M.P.＝2820℃)、硼化钽(TaB2)(M.P.＝3040℃)、碳化钽(TaC)(M.P.＝3800℃)、氮化钽(TaN)(M.P.＝2700℃)、碳化铌(NbC)(M.P.＝3490℃)、氮化铌(NbN)(M.P.＝2573℃)、碳化钒(VC)(M.P.＝2810℃)及氮化钒(VN)(M.P.＝2050℃)和涡轮机叶片材料(诸如来自超合金、包括铬、钴和铼的镍基超合金、包括陶瓷基质复合物的材料、U-500、Rene 77、Rene N5、Rene N6、PWA 1484、CMSX-4、CMSX-10、Inconel、IN-738、GTD-111、EPM-102和PWA 1497的组中的一种或多种)。诸如MgO和ZrO等陶瓷可对与H2反应有耐性。诸如锥体5b2等示例性单元池组件包括MgO、ZrO、ZrB2或BN。诸如石墨等锥体材料可涂布有另一高温或耐火材料，诸如耐火金属(诸如钨)或陶瓷(诸如ZrB2)或本公开或本领域中已知的另一材料。另一石墨表面涂层包括可通过锥体的等离子体处理形成于表面上的类金刚石碳。处理方法可包括本领域中已知的用于将类金刚石碳沉积于基板上的方法。在一个实施方式中，可通过预涂布或在操作期间将银蒸气沉积于表面上以保护锥体表面免于腐蚀。在一个实施方式中，反应单元池腔室5b31可包括碳与单元池气体(诸如H2O、H2和O2中的至少一种)的反应产物以抑制碳的进一步反应。
锥体5b2可经铸造、碾磨、热压、烧结、等离子体烧结、浸润和火花等离子体烧结且通过本领域中已知的其他方法形成。诸如W锥体等耐火金属锥体可经形成为绕线或编织物。锥体5b2可包括凸缘以与锥体储罐5b和顶盖5b4配接，其中凸缘永久地接合至锥体且可在锥体制造期间并入。作为另选，可通过使用诸如夹具、托架或弹簧等对应机构压缩而将锥体邻接单元池组件(诸如顶盖5b4和锥体储罐5b)紧固。顶盖5b4和锥体储罐5b可夹持至锥体5b2。接头可各自使用诸如Graphoil垫圈等垫圈密封。配接组件可形成沟槽或具有刻面以闩锁在一起，形成能够容纳金属蒸气的密封。锥体的内表面可为平滑的且可在操作期间覆盖有诸如银等燃料熔体。锥体可在操作之前预涂布有燃料熔体的金属以降低启动期间的发射率。在一个实施方式中，锥体储罐、储罐、EM泵管、EM泵汇流条和热传递块体中的至少一种可包括Mo。在燃料熔体为银的另一实施方式中，热传递块体可包括熔点高于燃料熔体的金属熔点的诸如铁、氮化铝、钛或碳化硅等材料。在块体具有磁性的情况中，其可在高于其居里温度下操作。
在一个实施方式中，反应单元池腔室5b31的气氛可包括密度上具有足够差异的稀有气体气氛(诸如氦气氛)以导致诸如Ag或Ag-Cu金属蒸气等沉降至锥体5b和锥体储罐5b的底部。在一个实施方式中，可通过控制单元池气体和压力来控制密度差异以导致等离子体更接近拋物面锥体5b2焦点聚焦。聚焦可导致顶盖5b4的更直接照明以在随后照射热光伏转换器26a。在其他实施方式中，热光伏转换器由光伏、光电、热离子和热电转换器中的至少一种替代，以接收来自包括黑体辐射器的顶盖5b4的发射或热流。在热离子和热电实施方式的情况中，热离子或热电转换器可与热顶盖5b4直接接触。热顶盖5b4还可将热传递至可充当热-电转换器的热力发动机(诸如兰金、布雷顿或斯特林热力发动机)或加热器。在一个实施方式中，诸如水或空气等标准介质以外的介质可用作热力发动机的工作介质。在示例性实施方式中，碳氢化合物可替代涡轮机产生器的兰金循环中的水，且超临界二氧化碳可用作涡轮机产生器的布雷顿循环的工作介质。作为另选，热盖5b4可充当热源或加热器或光源。流至热力发动机或加热器的热流可为直接或间接的，其中SF-CIHT产生器可进一步包括热交换器或热传递手段，诸如本公开的热传递手段。
可使用泵13a分别透过泵管线13b和13c抽空单元池腔室5b3和包括通过锥体5b2和顶盖5b4形成的腔室的反应单元池腔室中的至少一种。对应的泵管线阀13d和13e可用于选择泵送容器。单元池可进一步包括用于氧、氢、水蒸气、金属蒸气和总压力中的至少一种的能够经受高温的一个或多个传感器。可通过本公开的手段将水压和氢压控制至所需压力，诸如本公开的压力，如在0.1Torr至1Torr的范围中的水蒸气压力。在示例性实施方式中，通过阀和气体供应器保持所需气体压力，其中使用测量的气体压力的回馈控制阀开口以供应流体保持所需的气体压力。可通过以下部件供应H2O和H2：氢罐和管线5u(可包括电解系统以提供H2)、H2O/水蒸气罐和管线5v、氢歧管和给料管线5w、H2O/水蒸气歧管和给料管线5x、H2/水蒸气歧管5y、直接H2O/H2注射器5z1和直接H2O/H2注射器阀5z2。在单元池中产生的氧可与供应的氢反应以形成水，作为泵出或吸收氧的替代方案。分数氢气体可扩散穿过单元池壁和接头或流动出选择气体阀。
密封的反应单元池腔室5b31中的金属蒸气可涂布单元池壁以抑制壁材料的汽化和迁移。在一个实施方式中，诸如内单元池表面等表面最初可涂布有诸如本公开的涂层、金属或蒸气压低于表面材料的另一金属等材料。举例而言，Mo锥体可在内部涂布有W以降低内部Mo蒸气压力。涂层可进一步保护表面以防止表面材料的氧化和蒸发的至少一种。诸如气体等物质的组合物可添加至反应单元池腔室5b31气氛以稳定或再生单元池中的至少一个表面。例如，在锥体5b2和顶盖5b4的至少一种包括钨的情况中，碘气体可添加至反应单元池腔室5b31气氛以导致W重新沉积于W锥体5b2和W顶盖5b4表面中的至少一种上。可类似地再生锥体5b2和顶盖5b4的外表面。锥体储罐5b可在低于顶盖5b4和锥体5b2的至少一种的温度下操作以导致燃料熔体的金属蒸气凝结在锥体储罐5b中以提供燃料(诸如包括注射的熔融燃料金属和H2O及H2中的至少一种的燃料)的再生。反应单元池腔室5b31和容置单元池26的单元池腔室5b3中的至少一种可在真空下操作以防止诸如锥体5b2和顶盖5b4等单元池组件氧化。作为另选，反应单元池腔室5b31和单元池腔室5b3的至少一种可填充有惰性气体以防止锥体5b2和顶盖5b4的氧化和蒸发中的至少一种。在一个实施方式中，来自燃料熔体的金属蒸气涂布反应单元池腔室5b31的内表面且保护其免于被H2O燃料氧化。如在本公开中给出，添加H2气体或施加负电压至诸如锥体5b2和顶盖5b4等单元池组件可减少或避免其氧化。顶盖5b4可包括白炽灯泡的材料，诸如钨或钨铼合金。惰性气体可为本领域技术人员已知的用于白炽灯泡中的气体。惰性气体可包括诸如氩、氪或氙等稀有气体和氮及氢中的至少一种。惰性气体可处于诸如白炽灯泡中的压力等减压下。惰性气体压力可在约0.01atm至0.95atm的范围中。在通过蒸发和沉积将顶盖5b4的金属(诸如Mo或W)转移至另一单元池组件(诸如锥体5b2的外壁、容置单元池的单元池腔室和PV转换器26a的组件)的实施方式中，可通过将涂层暴露于氧中且收集金属氧化物来移除且循环诸如金属涂层等金属。氧暴露可在高温下进行。可通过将面板表面暴露于氧且清除金属氧化物来清洁PV面板15上的金属涂层。
与尺寸和密度无关，所有粒子经历相同重力加速度。在一个实施方式中，反应单元池腔室5b31在真空或不存在燃料以外的单元池气体(诸如水蒸气)的情况下操作，使得金属蒸气粒子可通过重力效应而限制至反应单元池腔室5b31的所需区域。该区域可包括电极区域。在另一实施方式中，反应单元池腔室5b31在存在热传递气体的部分真空下操作以导致金属蒸气形成粒子，该粒子在重力下落下以导致金属蒸气的限制。限制可为至电极区域。热传递气体可包括包含高传热剂的氢或诸如稀有气体(如氦)等惰性气体。热传递气体的压力可被调整为实现所需的限制。所需的限制条件可包括由气体和重力所致的雾化效应的平衡。
在另一实施方式中，反应单元池腔室5b31在惰性气氛下操作。惰性气体的密度可低于固体燃料熔体的金属蒸汽(诸如熔融Ag或Ag-Cu的蒸汽)的密度。示例性低密度惰性气体为氢和稀有气体(如氦或氩的至少一种)中的至少一种。金属蒸气可由于更轻的惰性气体的存在而被限制至拋物面反射器盘5b2的电极区域。可利用金属蒸气与惰性气体的密度差异控制限制程度，诸如金属蒸气的体积置换。基于密度的惰性气体选择和惰性气体压力中的至少一种可被控制为控制金属蒸气的限制。SF-CIHT产生器可包括惰性气体源(诸如罐)和压力计、压力调节器、流量调节器、至少一个阀、泵和计算机中的至少一种以读取压力且控制压力。惰性气体压力可为约1Torr至10atm的范围。在一个实施方式中，由于反应单元池腔室5b31的气氛中温度梯度所致的任何气氛对流可形成为有利于金属蒸气的所需限制。锥体储罐5b可比金属蒸气和与金属蒸气接触的其他邻近单元池组件(诸如拋物面反射器盘5b2)更冷。气体对流可由于其较低操作温度而朝向锥体储罐5b运动。金属蒸气可凝结在锥体储罐5b中以增强朝向锥体储罐5b的蒸气流动方向且增大金属蒸气限制。锥体储罐5b2可冷却。包括感应耦合加热器5f的天线的冷却剂线圈可用于冷却锥体储罐5b，或其可通过分开的冷却线圈或热交换器冷却。在通过储罐5c移除热的情况中，可通过控制沿储罐5c和其截面区域的热梯度来控制对应的热力。在图2I24至2I26中示出了感应耦合加热器馈通组合体5mc的示意图。感应耦合加热器包括引线5p，其还充当通过感应耦合加热器冷却剂系统入口5ma和感应耦合加热器冷却剂系统出口5mb连接至制冷器31的冷却剂管线。在一个实施方式中，感应耦合加热器线圈引线穿透进入产生器的密封区段(诸如单元池26或下腔室5b5的至少一种)。经加热的单元池组件壁的引线5p穿透部(诸如感应耦合加热器馈通组合体5mc的凸缘的穿透部和下真空腔室5b5的穿透部中的至少一种)可电绝缘，使得引线5p并不电短路。
在一个实施方式中，可通过使用本公开中针对金属粉末给出的至少一个鼓风机的受迫气流控制金属蒸气的限制。在另一实施方式中，可通过使用电流源使电流流过蒸气且通过施加磁通量引起朝向锥体储罐5b的劳仑兹力(如本公开中给出的那样)而限制金属蒸气。在另一实施方式中，可使用本公开中给出的静电沉淀器限制金属蒸气。
在一个实施方式中，在启动后，加热器可脱离，且可接入冷却以将诸如锥体储罐5b、EM泵、电极8、锥体5b2、窗5b4和PV转换器26a等单元池组件保持在其操作温度(诸如本公开中给出的操作温度)下。
SF-CIHT单元池电力产生系统包括光伏电力转换器，其被配置为捕获通过燃料点燃反应产生的等离子体光子且将其转换为可用能量。在一些实施方式中，可期望高转换效率。反应器可在多个方向(例如，至少两个方向)上排出等离子体，且反应半径可为约若干毫米至若干米的范围，例如，半径为约1mm至约25cm。另外，通过燃料点燃产生的等离子体光谱可类似于通过太阳产生的等离子体光谱及/或可包含额外短波长辐射。图3示出了在滴落至水储罐中之前包括来自银熔体气体处理的吸收H2和H2O的80mg银喷丸的5nm至450nm点燃区域中的示例性绝对光谱，显示了527kW的平均光功率，本质上均在紫外线和远紫外线光谱区域中。使用Taylor-Winfield型ND-24-75点焊接机以低电压、高电流实现点燃。跨喷丸的压降小于1V且电流约为25kA。高强度UV发射具有约1ms的持续时间。对照光谱在UV区域中是平坦的。在一个实施方式中，等离子体基本上100％电离，其可通过量测H Balmerα线的Stark增宽(broadening)而确认。固体燃料的辐射(诸如线和黑体辐射的至少一种)的强度可在以下范围的至少一个中：约2suns至200,000suns、10suns至100,000suns、100suns至75,000suns。
UV和EUV光谱可转换为黑体辐射。可通过使单元池气氛对于UV和EUV光子的至少一种的传播变得光学上较稠厚而实现转换。可通过使诸如燃料金属等金属在单元池中蒸发而增大光学厚度。光学上较厚的等离子体可包括黑体。可由于分数氢反应的超高功率密度容量和分数氢反应发射的光子的高能量而使黑体温度较高。图4中示出了在具有约1Torr的周围H2O蒸气压的氩气氛中泵送至W电极中的熔融银的点燃光谱(由于蓝宝石光谱仪窗而在100nm至500nm区域中于180nm处具有截止点)。电源2包括两组串联双电容器(MaxwellTechnologies K2超级电容器2.85V/3400F)，该两组并联连接以提供约5V至6V和300A的恒定电流，在约1kHz至2kHz的频率下具有至5kA的叠加电流脉冲。至W电极(1cm×4cm)的平均输入功率约为75W。当气氛在通过分数氢反应动力使银蒸发的情况下对UV辐射变得光学上较厚时，初始UV线发射跃迁至5000K黑体辐射。蒸发银的发射率为0.1的5000K黑体辐射器的功率密度为5.3MW/m2。所观察的等离子体的面积约为1m2。黑体辐射可加热单元池26的组件，诸如可在本公开的热光伏实施方式中充当至PV转换器26a的黑体辐射器的顶盖5b4。
在一个实施方式中，转换器包括联动产生组合循环的多个转换器。组合循环转换器可选自以下组：光伏转换器、光电子转换器、等离子体动力转换器、热离子转换器、热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机、兰金循环发动机和热力发动机以及加热器。在一个实施方式中，SF-CIHT单元池主要产生紫外线和远紫外线光。转换器可包括包含光电子转换器接光电转换器的组合循环，其中光电转换器对紫外线光透明且可主要相应于远紫外线光。转换器可进一步包括额外的组合循环转换器元件，诸如热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机和兰金循环发动机中的至少一种。
在一个实施方式中，本公开的高电流通过燃料在不起爆的情况下激活分数氢程序。可通过使用点焊接机(Taylor-Winfield型ND-24-75点焊接机，75KVA)在跨Mo箔的约1V的压降下施加25kA而实验性地确认本公开的这一方面。在不存在可见发射光的情况下，在来自UV发射的金属箔光阴极处观察到光电子效应。该效应随着焊接机重复激活而相继减少至零。结果归因于剩余氢反应形成分数氢，其中高电流引发反应。效应的暗性质表明，通过分数氢过程选择性地发射UV光子以导致光电子效应。随着Mo箔中的氢消耗或因施加焊接机动力驱出，该效应减小。
V.其他应用
在一个实施方式中，SF-CIHT单元池的输出功率可发射为电磁辐射，电磁辐射传输至负载，负载使用天线接收辐射。使用由SF-CIHT单元池产生的电力为传输器供电，可实现发射。使用诸如天线等方向性且对准的发射和接收装置，可使辐射具有方向性。在另一实施方式中，通过诸如磁感应等感应转移动力。磁感应可在任何所需功率水平下处于射频，诸如在约1kHz至1GHz的频率范围中。
在图5所示的实施方式中，产生器包括热力转换器，其包括单元池壁中的热交换器87、至少一个热交换器冷却剂入口管线84、至少一个热交换器冷却剂出口管线85、可选的第二热交换器、沸腾器、诸如水蒸气涡轮机等涡轮机和发电机86。在一个实施方式中，热力转换器包括本领域技术人员已知的水以外的冷却剂。在另一实施方式中，单元池壁包括加热冷却剂的热交换器。诸如水等冷却剂可响应于接收来自单元池的热而沸腾。通过沸腾形成的气体可流动至诸如涡轮机(诸如在气体为水蒸气的情况中的水蒸气涡轮机)等热力发动机中。在一个实施方式中，单元池可包括沸腾器。系统可进一步包括至少另一热交换器以及加热器、预热器、沸腾器、冷凝器和热力转换器的其他组件(诸如本领域技术人员已知的组件)。
在另一实施方式中，单元池壁的至少一部分包括与诸如斯特林发动机等热力发动机接触的热交换器。可通过诸如热管道等热导管连接壁与热力发动机，热管道将来自单元池和单元池壁的至少一种的热传递至热力发动机。
具有包括以微通道支撑的平板的发动机缸盖板的斯特林发动机用于热传递(诸如CPV的冷板的热传递)。可使用放电机械加工制造微通道。
SF-CIHT产生器可进一步包括光源和化学反应器中的至少一种以形成分数氢。光源可包括强紫外线和远紫外线光源。为充当光源，SF-CIHT单元池可进一步包括对所需光透明的窗。可将分数氢收集为气体或捕集于诸如KOH-KCl等吸气剂中。分数氢气体可在低温收集。

Claims (24)

1.一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
能够保持压力低于、等于或高于大气压的至少一个容器；
反应物，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)熔融金属；
至少一个熔融金属注射系统，其包括熔融金属储罐和电磁泵；
至少一个另外的反应物注射系统，其中所述另外的反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；和
c)至少一种原子氢源或原子氢；
至少一个反应物点燃系统，其包括电源，其中所述电源接收来自动力转换器的电力；
回收所述熔融金属的系统；
至少一个动力转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力。
2.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述熔融金属点燃系统包括：
a)限制熔融金属的至少一组电极；和
b)电源，其递送足以引起反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能。
3.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述电极包含耐火金属。
4.如权利要求3所述的动力系统，其中，递送足以引起所述反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能的所述电源包括至少一个超级电容器。
5.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述熔融金属注射系统包括电磁泵，其包括提供磁场的至少一个磁体和提供矢量交叉电流分量的电流源。
6.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述熔融金属储罐包括感应耦合加热器。
7.如权利要求2所述的动力系统，其中，所述熔融金属点燃系统包括至少一组电极，所述至少一组电极分隔开以形成开路，其中所述开路通过注射所述熔融金属而闭合，从而使高电流流动以实现点燃。
8.如权利要求7所述的动力系统，其中，所述熔融金属点燃系统电流在500A至50000A的范围内。
9.如权利要求8所述的动力系统，其中，在所述熔融金属点燃系统中，所述电路闭合以使点燃频率在1Hz至10,000Hz的范围内。
10.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述熔融金属包括银、银铜合金和铜中的至少一种。
11.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述另外的反应物包含H2O蒸气和氢气中的至少一种。
12.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述另外的反应物注射系统包括计算机、H2O和H2压力传感器以及流量控制器中的至少一种，所述流量控制器包括质量流量控制器、泵、注射器泵以及高精度电子控制阀中的至少一种或多种；所述阀包括针阀、比例电子阀和步进马达阀中的至少一种，其中，所述阀由所述压力传感器和所述计算机控制以将所述H2O和H2压力中的至少一个保持在所需值。
13.如权利要求12所述的动力系统，其中，所述另外的反应物注射系统将H2O蒸气压保持在0.1Torr至1Torr的范围内。
14.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述回收反应物的产物的系统包括以下组件中的至少一种：包含能够使熔体在重力作用下流动的壁的容器、电极电磁泵、以及与容器连通并且还包括冷却系统的储罐，并且所述冷却系统保持所述储罐处于比所述容器的另一部分低的温度，以使所述熔融金属的金属蒸气在所述储罐中冷凝。
15.如权利要求14所述的动力系统，其中，包括电极电磁泵的所述回收系统包括至少一个磁体，其提供磁场和矢量交叉点燃电流分量。
16.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述能够保持压力低于、等于或高于大气压的容器包括内部反应单元池、含有黑体辐射器的顶盖以及能够保持压力低于、等于或高于大气压的外部腔室。
17.如权利要求16所述的动力系统，其中，含有黑体辐射器的所述顶盖保持在1000K至3700K范围内的温度。
18.如权利要求17所述的动力系统，其中，所述内部反应单元池和含有黑体辐射器的所述顶盖中的至少一个包括具有高发射率的耐火金属。
19.如权利要求1所述的动力系统，其中，输出反应动力的至少一个动力转换器包括以下中的至少一种：热光伏转换器、光伏转换器、光电转换器、等离子体动力转换器、热离子转换器、热电转换器、斯特林发动机、布雷顿循环发动机、兰金循环发动机和热力发动机以及加热器。
20.如权利要求19所述的动力系统，其中，由所述单元池发出的光主要是包括可见光和近红外光的黑体辐射，并且所述光伏单元池是包括选自下述物质的至少一种化合物的聚光单元池：晶体硅、锗、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化砷铟镓(InGaAsSb)和锑化砷磷铟(InPAsSb)、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶片-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge和GaInP-GaInAs-Ge。
21.如权利要求19所述的动力系统，其中，由所述单元池发出的光主要是紫外光，且所述光伏单元池为包含选自以下物质的至少一种化合物的聚光单元池：III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN和InGaN。
22.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述动力系统还包括真空泵和至少一个制冷器。
23.一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
能够保持压力低于、等于或高于大气压的至少一个容器；
反应物，所述反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；
c)至少一种原子氢源或原子氢；和
d)熔融金属；
至少一个熔融金属注射系统，其包括熔融金属储罐和电磁泵；
至少一个另外的反应物注射系统，其中所述另外的反应物包括：
a)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂；
b)至少一种H2O源或H2O；和
c)至少一种原子氢源或原子氢；
至少一个反应物点燃系统，其包括电源以使所述反应物形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一种，其中所述电源接收来自动力转换器的电力；
回收熔融金属的系统；
至少一个动力转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力；
其中，所述熔融金属点燃系统包括：
a)限制熔融金属的至少一组电极；和
b)电源，其递送足以引起反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能；
其中，所述电极包含耐火金属；
其中，递送足以引起所述反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能的所述电源包括至少一个超级电容器；
其中，所述熔融金属注射系统包括电磁泵，其包括提供磁场的至少一个磁体和提供矢量交叉电流分量的电流源；
其中，所述熔融金属储罐包括感应耦合加热器；
其中，所述熔融金属点燃系统包括至少一组电极，所述至少一组电极分隔开以形成开路，其中所述开路通过注射所述熔融金属而闭合，从而使高电流流动以实现点燃；
其中，所述熔融金属点燃系统电流在500A至50000A的范围内；
其中，在所述熔融金属点燃系统中，所述电路闭合以使点燃频率在1Hz至10,000Hz的范围内；
其中，所述熔融金属包括银、银铜合金和铜中的至少一种；
其中，所述另外的反应物包含H2O蒸气和氢气中的至少一种；
其中，所述另外的反应物注射系统包括计算机、H2O和H2压力传感器以及流量控制器中的至少一种，所述流量控制器包括质量流量控制器、泵、注射器泵以及高精度电子控制阀中的至少一种或多种；所述阀包括针阀、比例电子阀和步进马达阀中的至少一种，其中，所述阀由所述压力传感器和所述计算机控制以将所述H2O和H2压力中的至少一个保持在所需值；
其中，所述另外的反应物注射系统将H2O蒸气压保持在0.1Torr至1Torr的范围内；
其中，所述回收反应物产物的系统包括以下组件中的至少一种：包含能够使熔体在重力作用下流动的壁的容器、电极电磁泵、以及与容器连通并且还包括冷却系统的储罐，并且所述冷却系统保持所述储罐处于比所述容器的另一部分低的温度，以使所述熔融金属的金属蒸气在所述储罐中冷凝；
其中，包括电极电磁泵的所述回收系统包括至少一个磁体，其提供磁场和矢量交叉点燃电流分量；
其中，所述能够保持压力低于、等于或高于大气压的容器包括内部反应单元池、含有黑体辐射器的顶盖以及能够保持压力低于、等于或高于大气压的外部腔室；
其中，含有黑体辐射器的顶盖保持在1000K至3700K范围内的温度；
其中，内部反应单元池和含有黑体辐射器的顶盖中的至少一个包括具有高发射率的耐火金属；
其中，所述黑体辐射器还包括黑体温度传感器和控制器；
其中，输出反应动力的所述至少一个动力转换器包括热光伏转换器和光伏转换器中的至少一种；
其中，由所述单元池发出的光主要是包括可见光和近红外光的黑体辐射，并且所述光伏单元池是包括选自下述物质的至少一种化合物的聚光单元池：晶体硅、锗、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化砷铟镓(InGaAsSb)和锑化砷磷铟(InPAsSb)、III/V族半导体、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶片-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge和GaInP-GaInAs-Ge，和
所述动力系统还包括真空泵和至少一个制冷器。
24.一种产生电能和热能中的至少一种的动力系统，其包括：
能够保持压力低于、等于或高于大气压的至少一个容器；
反应物，所述反应物包括：
a)至少一种H2O源或H2O；
b)H2气体；和
c)熔融金属；
至少一个熔融金属注射系统，其包括熔融金属储罐和电磁泵；
至少一个另外的反应物注射系统，其中所述另外的反应物包括：
a)至少一种H2O源或H2O；和
b)H2；
至少一个反应物点燃系统，其包括电源以使所述反应物形成发光等离子体和发热等离子体中的至少一种，其中所述电源接收来自动力转换器的电力；
回收熔融金属的系统；
至少一个动力转换器或输出系统，其将光和热输出中的至少一种转换为电力和/或热力；
其中，所述熔融金属点燃系统包括：
a)限制熔融金属的至少一组电极；和
b)电源，其递送足以引起反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能；
其中，所述电极包含耐火金属；
其中，递送足以引起所述反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能的所述电源包括至少一个超级电容器；
其中，所述熔融金属注射系统包括电磁泵，其包括提供磁场的至少一个磁体和提供矢量交叉电流分量的电流源；
其中，所述熔融金属储罐包括感应耦合加热器，以至少初始加热形成熔融金属的金属；
其中，所述熔融金属点燃系统包括至少一组电极，所述至少一组电极分隔开以形成开路，其中所述开路通过注射所述熔融金属而闭合，从而使高电流流动以实现点燃；
其中，所述熔融金属点燃系统电流在500A至50000A的范围内；
其中，在所述熔融金属点燃系统中，所述电路闭合以使点燃频率在1Hz至10,000Hz的范围内；
其中，所述熔融金属包括银、银铜合金和铜中的至少一种；
其中，所述另外的反应物注射系统包括计算机、H2O和H2压力传感器以及流量控制器中的至少一种，所述流量控制器包括质量流量控制器、泵、注射器泵以及高精度电子控制阀中的至少一种或多种；所述阀包括针阀、比例电子阀和步进马达阀中的至少一种，其中，所述阀由所述压力传感器和所述计算机控制以将所述H2O和H2压力中的至少一个保持在所需值；
其中，所述另外的反应物注射系统将H2O蒸气压保持在0.1Torr至1Torr的范围内；
其中，所述回收反应物的产物的系统包括以下组件中的至少一种：包含能够使熔体在重力作用下流动的壁的容器、电极电磁泵、以及与容器连通并且还包括冷却系统的储罐，并且所述冷却系统保持所述储罐处于比所述容器的另一部分低的温度，以使所述熔融金属的金属蒸气在所述储罐中冷凝；
其中，包括电极电磁泵的所述回收系统包括至少一个磁体，其提供磁场和矢量交叉点燃电流分量；
其中，所述能够保持压力低于、等于或高于大气压的容器包括内部反应单元池、含有高温黑体辐射器的顶盖以及能够保持压力低于、等于或高于大气压的外部腔室；
其中，含有黑体辐射器的顶盖保持在1000K至3700K范围内的温度；
其中，内部反应单元池和含有黑体辐射器的顶盖中的至少一个包括具有高发射率的耐火金属；
其中，所述黑体辐射器还包括黑体温度传感器和控制器；
其中，输出反应动力的所述至少一个动力转换器包括热光伏转换器和光伏转换器中的至少一种；
其中，由所述单元池发出的光主要是包括可见光和近红外光的黑体辐射，并且所述光伏单元池是包括选自下述物质的至少一种化合物的聚光单元池：晶体硅、锗、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化砷铟镓(InGaAsSb)和锑化砷磷铟(InPAsSb)、III/V族半导体、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶片-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge和GaInP-GaInAs-Ge，和
所述动力系统还包括真空泵和至少一个制冷器。
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