CN110494388B - 磁流体动力电力产生器 - Google Patents

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Abstract

一种提供电能和热能中的至少一种的动力产生器，其包括：(i)至少一个反应单元池，其用于催化原子氢以形成可通过独特的分析和光谱特征识别的分数氢，(ii)包含至少两种选自以下的组分的反应混合物：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催化剂及原子氢源或原子氢的反应物；和使反应混合物具有高导电性的熔融金属；(iii)熔融金属注射系统，其包括至少一个泵，诸如电磁泵，其引起多个熔融金属流交叉，(iv)点燃系统，其包括电源，该电源向多个相交的熔融金属流提供低压、高电流电能以点燃等离子体以引发分数氢反应的快速动力学和由于形成分数氢而产生的能量增益，(v)提供给等离子体的H2和O2的来源，(vi)熔融金属回收系统，和(vii)功率转换器，其能够(a)使用集中器热光伏单元池将来自单元池的黑体辐射器的高功率光输出转换成电，或者(b)使用磁流体动力转换器将高能等离子体转换成电。

Description

磁流体动力电力产生器
相关申请的交叉引用
本申请要求以下申请的权益：2017年2月12日提交的美国临时申请号62/457,935、2017年2月21日提交的美国临时申请号62/461,768、2017年2月26日提交的美国临时申请号62/463,684、2017年4月4日提交的美国临时申请号62/481,571、2017年5月31日提交的美国临时申请号62/513,284、2017年5月31日提交的美国临时申请号62/513,324、2017年6月23日提交的美国临时申请号62/524,307、2017年7月14日提交的美国临时申请号62/532,986、2017年7月26日提交的美国临时申请号62/537,353、2017年8月14日提交的美国临时申请号62/545,463、2017年9月11日提交的美国临时申请号62/556,941、2017年10月17日提交的美国临时申请号62/573,453、2017年11月10日提交的美国临时申请号62/584,632、2017年12月04日提交的美国临时申请号62/594,511、2017年12月29日提交的美国临时申请号62/612,304、和2018年1月17日提交的美国临时申请号62/618,444，上述所有申请通过引用并入本文中。
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磁流体动力功率转换器、光-电力转换器、等离子体-电力转换器、光子-电力转换器或者热-电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。这些燃料可以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。光动力可以通过光伏转换成电力。
本公开的某些实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：多个电极，如固体或熔融金属电极，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多个电极；以及至少一个磁流体动力功率转换器，其被定位为接收高温和高压等离子体，或光伏(“PV”)功率转换器，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，产生电能和热能中的至少一种的
Figure GDA0003990253620000021
动力系统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；反应物包括：(i)至少一种包含新生H2O的催化剂源或催化剂，(ii)至少一种H2O源或H2O，(iii)至少一种原子氢源或原子氢，和(iv)熔融金属；熔融金属注射系统，其包括至少两个熔融金属储罐，每个储罐包括泵和注射器管；至少一个反应物供应系统，以补充在反应物产生电能和热能中的至少一种的反应中消耗的反应物；至少一个点燃系统，其包括电源，以向所述至少两个熔融金属储罐提供相反的电压，每个储罐包括电磁泵，以及至少一个功率转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力。
在一个实施方式中，熔融金属可以包括本领域已知的任何导电金属或合金。熔融金属或合金可具有低熔点。示例性金属和合金是镓、铟、锡、锌和Galinstan合金(镓铟锡合金)，其中典型的低共晶混合物的实例为68％ Ga、22％ In和10％ Sn(重量)，但是比例可以在62–95％ Ga，5–22％ In，0–16％ Sn(重量)之间变化。在其中金属可与氧和水中的至少一种反应以形成相应的金属氧化物的实施方式中，分数氢反应混合物可包含熔融金属、金属氧化物和氢。金属氧化物可以用作形成HOH催化剂的氧源。氧可以在金属氧化物和HOH催化剂之间再循环，其中可以再供应为形成分数氢而消耗的氢。
熔融金属注射系统可以包括至少两个熔融金属储罐，每个熔融金属储罐包括电磁泵以注射在容器内部相交的熔融金属流，其中每个储罐可以包括熔融金属液位控制器，该控制器包括入口上升管。点燃系统可以包括电源，以向至少两个熔融金属储罐提供相反的电压，每个熔融金属储罐包括电磁泵，该电磁泵提供通过交叉的熔融金属流的电流和功率流，以引起包含点燃的反应物的反应，从而在容器内部形成等离子体。点燃系统可以包括：(i)向至少两个熔融金属储罐提供相反的电压的电源，每个储罐包含电磁泵和(ii)从至少两个熔融金属储罐喷射的至少两个交叉的熔融金属流，每个金属储罐包含电磁泵，其中电源能够递送足以使反应物反应以形成等离子体的短脉冲高电流电能。递送足以使反应物反应以形成等离子体的短脉冲高电流电能的电源可以包括至少一个超级电容器。每个电磁泵可以包括以下中的一种(i)DC或AC导电型，其包括通过电极提供给熔融金属的DC或AC电流源和恒定或同相交替的矢量交叉磁场源，或者(ii)感应型，其包括通过熔融金属短回路的交变磁场源，所述熔融金属短回路引起金属中的交流电和同相交替的矢量交叉磁场源。泵和相应储罐的至少一个连接件或包括容器、注射系统和转换器的部件之间的另一个连接件可以包括湿密封件、凸缘和垫圈密封件、粘合剂密封件和滑动螺母密封件中的至少一个，其中垫圈可以包括碳。熔融金属点燃系统的DC或AC电流可以在10A至50,000A的范围内。熔融金属点燃系统的电路可以通过熔融金属流的交叉而闭合，以引起点燃以进一步引起0Hz至10,000Hz范围内的点燃频率。感应式电磁泵可以包括形成熔融金属的短回路的陶瓷通道。动力系统可以进一步包括感应耦合加热器，以由相应的固体金属形成熔融金属，其中所述熔融金属可以包括银、银铜合金和铜中的至少一种。动力系统可以进一步包括真空泵和至少一种冷却器。动力系统可以包括至少一个功率转换器或反应功率输出的输出系统，如以下组中的至少一种：热光伏转换器、光伏转换器、光电转换器、磁流体动力转换器、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、加热器和锅炉。锅炉可以包括辐射锅炉。反应容器的一部分可以包括黑体辐射器，其可保持在1000K至3700K的温度范围内。动力系统的储罐可以包括氮化硼，容器的包括黑体辐射器的部分可以包括碳，并且与熔融金属接触的电磁泵部件可以包括抗氧化金属或陶瓷。分数氢反应的反应物可以包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氧气和水中的至少一种。反应物供应可以将甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氧气和水中的每一种保持在0.01Torr至1Torr的压力范围内。被引导到热光伏转换器或光伏转换器的由动力系统的黑体辐射器发射的光可以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可以是集中器单元池，其包括选自以下的至少一种化合物：晶体硅、锗、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化砷铟镓(InGaAsSb)、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。由反应等离子体发射并且被引导到热光伏转换器或光伏转换器的光可以主要是紫外光，并且光伏单元池可以是包括选自III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN和InGaNGaN的至少一种化合物的集中器单元池。
在一个实施方式中，PV转换器可以进一步包括通向PV单元池的UV窗。PV窗可以代替黑体辐射器的至少一部分。窗可以对UV基本透明。窗可以抵抗熔融金属的润湿。窗可以在高于熔融金属的熔点和高于熔融金属的沸点中的至少一个的温度下运行。示例性窗是蓝宝石、石英、MgF2和熔融二氧化硅。窗可以被冷却，并且可以包括用于在运行期间或在维护期间进行清洁的装置。
Figure GDA0003990253620000041
可以进一步包括电场和磁场中的至少一个的源，以将等离子体限制在避免与窗和PV单元池中的至少一个接触的区域中。源可以包括静电沉淀系统。源可以包括磁约束系统。等离子体可以通过重力限制，其中窗和PV单元池中的至少一个处于围绕等离子体产生位置的合适高度。
作为另选，磁流体动力功率转换器可以包括连接到反应容器的喷嘴、磁流体动力通道、电极、磁体、金属收集系统、金属再循环系统、热交换器，及可选地，气体再循环系统，其中反应物可以包括在H2O蒸气、氧气和氢气中的至少一种。反应物供应可以将O2、H2和反应产物H2O中的每一个保持在0.01Torr至1Torr的压力范围内。反应物供应系统补充在反应物产生电能和热能中的至少一种的反应中消耗的反应物，所述系统可以包括O2和H2中的至少一种的气体供应器、气体外壳、在至少一个反应容器壁中的选择性透气膜、磁流体动力通道、金属收集系统和金属再循环系统、O2、H2和H2O分压传感器、流量控制器、至少一个阀和计算机，以保持O2和H2压力中的至少一个。在一个实施方式中，动力系统的至少一个组件可以包括陶瓷，其中陶瓷可以包括金属氧化物、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铪、碳化硅、碳化锆、二硼化锆和氮化硅中的至少一种。熔融金属可以包括银，并且磁流体动力转换器可以进一步包括氧源以形成供应到储罐、反应容器、磁流体动力喷嘴和磁流体动力通道中的至少一个的银颗粒气溶胶，其中反应物供应系统可以另外供应和控制氧气源以形成银气溶胶。熔融金属可以包括银。所述磁流体动力转换器还可以包括单元池气体，所述单元池气体包括与所述储罐和容器中的至少一个中的银接触的环境气体。动力系统可以进一步包括保持单元池气体流与熔融银接触以形成银气溶胶的装置，其中单元池气体流可以包括强制气流和对流气流中的至少一种。单元池气体可以包括稀有气体、氧气、水蒸气、H2和O2中的至少一种。保持单元池气体流的装置可以包括气泵或压缩机中的至少一种，如磁流体动力气泵或压缩机、磁流体动力转换器，以及由熔融金属注射系统和等离子体中的至少一个引起的湍流。
动力系统的感应式电磁泵可以包括两级泵，其包括：包括金属再循环系统的泵的第一级，和包括金属注射系统的泵的第二级，其注射与容器内的其他相交金属流的熔融金属流。点燃系统的电源可以包括感应点燃系统，该感应点燃系统可以包括通过熔融金属的短回路的交变磁场源，其在金属中产生包括点燃电流的交流电。交变磁场源可以包括包含变压器电磁体和变压器磁轭的初级变压器绕组，并且银可以至少部分地用作次级变压器绕组，如包围初级变压器绕组的单匝短路绕组并且包含其作为感应电流回路。储罐可以包括连接两个储罐的熔融金属交叉连接通道，使得电流回路包围变压器轭，其中感应电流回路包括在储罐中包含的熔融银中产生的电流、交叉连接通道、注射器管中的银和相交以完成感应电流回路的注射的熔融银流。
在一个实施方式中，发射器产生电能和热能中的至少一种，其中发射器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，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)至少一种可以透过容器壁的原子氢源或原子氢；d)熔融金属，诸如银、铜或银-铜合金；和e)氧化物，诸如CO2、b2O3、LiVO3和不与H2反应的稳定氧化物中的至少一种；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功率转换器的电力；回收熔融金属和氧化物的系统；至少一个功率转换器或输出系统，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至少一种点燃系统，所述点燃系统包括：i)来自下组的电极：a)至少一组耐火金属或碳电极，以限制熔融金属；b)由电磁泵从电隔离的熔融金属储罐输送的耐火金属或碳电极和熔融金属流，和c)由至少两个电磁泵从多个电隔离熔融金属输送的至少两个熔融金属流；及ii)提供足以使反应物反应形成等离子体的高电流电能的电源，其中熔融金属点燃系统电流在50A至50,000A的范围内；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；所述发射器还包括用于回收熔融金属和氧化物的系统，如包括能够使熔体在重力作用下流动的壁的容器、和与容器连通的储罐中的至少一个，并且还包括冷却系统，以将储罐保持在比容器低的温度，以使金属收集在储罐中；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，该单元池包括高温黑体辐射器和能够保持压力低于、等于或高于大气压的外部腔室；其中黑体辐射器保持在1000K至3700K的温度范围内；其中包含黑体辐射器的内部反应单元池包括耐火材料，诸如碳或W；其中从单元池外部发出的黑体辐射入射在光-电力转换器上；其中，反应功率输出的至少一个功率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，由单元池发射的光主要是包括可见光和近红外光的黑体辐射，并且光伏单元池是包括选自以下的至少一种化合物的集中器单元池：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，并且所述动力系统进一步包括真空泵和至少一个散热系统，并且黑体辐射器进一步包括黑体温度传感器和控制器。可选地，发射器可以包括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。另外的反应物注射系统可以进一步包括计算机、H2O和H2压力传感器和流量控制器中的至少一种，所述流量控制器包括以下组中的至少一种或多种：质量流量控制器、泵、注射器泵和高精度电子控制阀；所述阀包括针阀、比例电子阀和步进电动机阀中的至少一种，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。
在一个实施方式中，通过将H转化为分数氢来产生动力的产生器可以从氢产生以下产物中的至少一种：
a)氢产物，其拉曼峰在0.23cm-1至0.25cm-1的整数倍+0至2000cm-1的矩阵位移；
b)氢产物，其红外峰在0.23cm-1至0.25cm-1的整数倍+0至2000cm-1的矩阵位移；
c)氢产物，其X射线光电子能谱峰在500eV至525eV的能量范围内+0至10eV的矩阵位移；
d)氢产物，其产生高场MAS NMR矩阵位移；
e)氢产物，其相对于TMS具有大于-5ppm的高场MAS NMR或液相NMR位移；
f)氢产物，其具有在200nm至300nm范围内的至少两个电子束发射光谱峰，其间隔为0.23cm-1至0.3cm-1的整数倍+0至5000cm-1范围内的矩阵位移；和
g)氢产物，其具有在200nm至300nm范围内的至少两个UV荧光发射光谱峰，其间隔为0.23cm-1至0.3cm-1的整数倍+0至5000cm-1范围内的矩阵位移。
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，其中所述电源接收来自功率转换器的电力；
回收熔融金属的系统；
至少一个功率转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力。
在一个实施方式中，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。
所述电极可以包括耐火金属。
在一个实施方式中，递送足以使反应物反应形成等离子体的短脉冲高电流电能的电源包括至少一个超级电容器。
熔融金属注射系统可以包括电磁泵，所述电磁泵包含提供磁场和电流源以提供矢量交叉电流分量的至少一个磁体。
熔融金属储罐可以包括感应耦合加热器。
熔融金属点燃系统可以包括至少一组电极，这些电极被分开以形成开路，其中通过注射熔融金属来关闭开路以使高电流流动以实现点燃。
熔融金属点燃系统电流可以在500A至50,000A的范围内。
所述熔融金属点燃系统的电路可以通过金属注射闭合，以引发频率为1Hz至10,000Hz的点燃，其中熔融金属包括银、银铜合金和铜中的至少一种，并且所述另外的反应物可以包括H2O蒸气和氢气中的至少一种。
在一个实施方式中，另外的反应物注射系统可以包括计算机、H2O和H2压力传感器和流量控制器中的至少一种，所述流量控制器包括以下组中的至少一种或多种：质量流量控制器、泵、注射器泵和高精度电子控制阀；所述阀包括针阀、比例电子阀和步进电动机阀中的至少一种，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。
另外的反应物注射系统可以将H2O蒸气压力保持在0.1Torr至1Torr的范围内。
在一个实施方式中，用于回收反应物产物的系统包括：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中的至少一个，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，所述回收系统可以包括电极电磁泵，所述电极电磁泵包含提供磁场和量交叉点燃电流分量的至少一个磁体。
在一个实施方式中，动力系统包括容器，其能够保持压力低于、等于或高于大气压，并且包含内部反应单元池、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。
动力系统可以包括至少一种反应功率输出的功率转换器，其包含下组中的至少一种：热光伏转换器、光伏转换器、光电转换器、等离子体功率转换器、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，由单元池发射的光主要是包含可见光和近红外光的黑体辐射，并且光伏单元池是包含选自下组的至少一种化合物的集中器单元池：钙钛矿、晶体硅、锗、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化砷铟镓(InGaAsSb)、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。
在一个实施方式中，由单元池发射的光主要是紫外光，并且光伏单元池是包含选自下组的至少一种化合物的集中器单元池：III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN和InGaN。
动力系统可以进一步包括真空泵和至少一个制冷器。
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功率转换器的电力；
回收熔融金属的系统；
至少一个功率转换器或输出系统，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)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的电源；
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50,000A的范围内；
其中所述熔融金属点燃系统，其中电路闭合以引发频率为1Hz至10,000Hz的点燃；
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、比例电子阀和步进电动机阀中的至少一种，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功率转换器包括热光伏转换器和光伏转换器组中的至少一种；
其中，由单元池发射的光主要是包含可见光和近红外光的黑体辐射，并且光伏单元池是包含选自下组的至少一种化合物的集中器单元池：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)、GroupIII/V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，并且
所述动力系统还包括真空泵和至少一个制冷器。
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功率转换器的电力；
回收熔融金属的系统；
至少一个功率转换器或输出系统，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)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的电源；
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50,000A的范围内；
其中所述熔融金属点燃系统，其中电路闭合以引发频率为1Hz至10,000Hz的点燃；
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、比例电子阀和步进电动机阀中的至少一种，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、包含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，反应功率输出的至少一种功率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，由单元池发射的光主要是包含可见光和近红外光的黑体辐射，并且光伏单元池是包括选自下组的至少一种化合物的集中器单元池：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)、GroupIII/V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，并且
所述动力系统还包括真空泵和至少一个制冷器。
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功率转换器的电力；
回收熔融金属的系统；
至少一个功率转换器或输出系统，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)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的电源；
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50,000A的范围内；
其中，在所述熔融金属点燃系统中，所述电路闭合以引发频率为1Hz至10,000Hz的点燃；
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括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、比例电子阀和步进电动机阀中的至少一种，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功率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集中器单元池：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，并且
所述动力系统进一步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
至少一个功率转换器或输出系统，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、等离子体功率转换器、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；
至少一个功率转换器或输出系统，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；
至少一个功率转换器或输出系统，其将光和热中的至少一种输出为电力和/或热力。
本公开的某些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直接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；
发送短脉冲高电流电能的电源；
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
至少一个等离子体功率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100A/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；在光伏转换器中接收至少一部分光；使用光伏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。可允许等离子体膨胀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。
本发明的某些实施方式涉及一种动力产生系统，其包括：至少约100A/cm2或至少约5,000kW的电源；电耦合到电源的多个电极；被配置为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；以及等离子体功率转换器、光伏转换器和热-电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为接收导电性燃料的燃料加载区域，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；在光伏转换器中接收至少一部分光；使用所述光伏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；和等离子体功率转换器，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。本公开的某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；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。本公开的某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；用于将燃料移入所述燃料加载区域的递送机构；光伏转换器，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。另外的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；用于将燃料移入所述燃料加载区域的递送机构；等离子体功率转换器，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；用于将燃料移入所述燃料加载区域的递送机构；光伏转换器，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。某些实施方式可以包括以下附加特征中的一个或多个：光伏转换器可以位于真空单元池内；光伏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；和至少一对电极，其被配置为接收燃料和电力，其中所述电极选择性地将电力引导至电极周围的局部区域以点燃局部区域内的燃料。某些实施方式涉及一种产生电力的方法，其包括：将燃料供应至电极；向所述电极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。
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；电连接至所述电源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。
另外的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域，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；和功率转换器，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域，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；和功率转换器，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，功率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2I28是根据本公开的实施方式的具有和不具有磁体的SF-CIH单元池或
Figure GDA0003990253620000251
动力产生器的电磁泵的磁轭组装件的示意图。
图2I69是根据本公开的实施方式的热光伏
Figure GDA0003990253620000252
动力产生器的示意图，其显示电磁泵和储罐组装件的分解剖视图。
图2I80是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000253
动力产生器的示意图，所述双EM泵注射器具有容纳在单个外部压力容器中的组件，其显示横截面视图。
图2I81是包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000254
动力产生器的示意图，其显示根据本公开的实施方式的储罐和黑体辐射器组装件。
图2I82是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000255
动力产生器的示意图，其显示储罐和黑体辐射器组装件的透视图。
图2I83是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000256
动力产生器的示意图，其显示黑体辐射器和双喷嘴的下半球。
图2I84是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000257
动力产生器的示意图，其显示所述产生器具有外部压力容器，显示外部压力容器的基座的穿透部。
图2I85是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000258
动力产生器的示意图，其显示外部压力容器顶部被移除的产生器，显示外部压力容器的基座的穿透部。
图2I86是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000259
动力产生器的示意性冠状xz截面图。
图2I87是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000261
动力产生器的示意性yz横截面图。
图2I88是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000262
动力产生器的示意图，其显示产生器支撑组件。
图2I89是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000263
动力产生器的示意图，其显示产生器支撑组件。
图2I90是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000264
动力产生器的示意图，其显示产生器支撑组件。
图2I91是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000265
动力产生器的示意图，其显示产生器支撑组件。
图2I92是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000266
动力产生器的示意图，其显示产生器支撑组件。
图2I93是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000267
动力产生器的示意图，其显示处于向上或储罐加热位置的竖直可回缩天线。
图2I94是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000268
动力产生器的示意图，其显示处于向下或冷却加热位置的竖直可回缩天线。
图2I95是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000269
动力产生器的示意图，其显示致动器以改变加热器线圈的垂直位置。
图2I96是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA00039902536200002610
动力产生器的示意图，其显示致动器以改变加热器线圈的垂直位置的驱动机构。
图2I97是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA00039902536200002611
动力产生器的横截面示意图，其显示致动器以改变加热器线圈的垂直位置。
图2I98是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA00039902536200002612
动力产生器的示意图，其显示电磁泵组装件。
图2I99是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000271
动力产生器的示意图，其显示滑动螺母储罐连接器。
图2I100是显示根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000272
动力产生器的外部和横截面视图的示意图，其包含滑动螺母储罐连接器。
图2I101是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000273
动力产生器的顶部横截面示意图。
图2I102是显示根据本公开的实施方式的颗粒绝缘安全壳的横截面示意图。
图2I103是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000274
动力产生器的横截面示意图，其显示颗粒绝缘安全壳。
图2I104-2I114是根据本公开的实施方式的括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000275
动力产生器的示意图，所述双EM泵注射器具有X射线液位传感器、滑动螺母连接器和用于容纳功率调节器和电源的下腔室。
图2I115是根据本公开的实施方式的电磁泵(EM)法拉第笼的示意图，其容纳两个EM磁体和冷却回路。
图2I116是根据本公开的实施方式的电磁泵(EM)法拉第笼的示意图，其容纳一个EM磁体和冷却回路。
图2I117-2I126是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000276
动力产生器的示意图，所述双EM泵注射器具有X射线液位传感器、滑动螺母连接器和容纳功率调节器和电源的下腔室。
图2I127-2I130是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器和滑动螺母连接器的热光伏
Figure GDA0003990253620000277
动力产生器的原型的示意图。
图2I131是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器和滑动螺母连接器的热光伏
Figure GDA0003990253620000278
动力产生器的原型的部件的示意图。
图2I132是根据本公开的实施方式的
Figure GDA0003990253620000279
动力产生器的示意图，其显示光学分布和光伏转换器系统的细节。
图2I133是根据本公开的实施方式的光伏转换器或热交换器的网格圆密集接收器阵列的三角形元件的示意图。
图2I134是根据本公开的实施方式的
Figure GDA0003990253620000281
动力产生器的示意图，其显示立方次级辐射器和光伏转换器系统的细节，其中感应耦合加热器处于激活位置。
图2I135是根据本公开的实施方式的
Figure GDA0003990253620000282
动力产生器的示意图，其显示立方次级辐射器和光伏转换器系统的细节，其中感应耦合加热器处于存储位置。
图2I136是根据本公开的实施方式的包括立方次级辐射器的立方光伏转换器系统的示意图。
图2I137是根据本公开的实施方式的
Figure GDA0003990253620000283
动力产生器的示意图，其显示立方次级辐射器和光伏转换器系统的细节，其中加热天线被移除。
图2I138是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000284
动力产生器的示意图，其显示具有入口上升管的电磁泵组装件。
图2I139是根据本公开的实施方式的储罐-EM-泵-组装件湿密封件的示意图。
图2I140是根据本公开的实施方式的储罐-EM-泵-组装件湿密封件的示意图。
图2I141是根据本公开的实施方式的储罐-EM-泵-组装件内部或反向滑动螺母密封件的示意图。
图2I142是根据本公开的实施方式的储罐-EM-泵-组装件压缩密封件的示意图。
图2I143是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000285
动力产生器的示意图，其显示具有入口上升管和半径增大的PV转换器的倾斜电磁泵组装件，以减小黑体光强度。
图2I144-2I145各自是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000286
动力产生器的示意图，其显示具有入口上升管的倾斜电磁泵组装件。
图2I146-2I147各自是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的热光伏
Figure GDA0003990253620000287
动力产生器的示意图，其显示具有入口上升管和透明的反应单元池室的倾斜电磁泵组装件。
图2I148是根据本公开的实施方式的感应耦合加热器的RF天线的俯视示意图，所述感应耦合加热器包括两个单独的天线线圈，每个天线线圈包括上部扁平支架和下部EM-泵-管-平面-平行的Ω形扁平线圈，各天线线圈电容器盒和用于水平移动的双向致动器。
图2I149是根据本公开的实施方式的感应耦合加热器的RF天线的俯视示意图，所述感应耦合加热器包括两个单独的天线线圈，每个天线线圈包括上部扁平支架和下部EM-泵-管-平面-平行的Ω形扁平线圈，具有柔性天线连接的普通天线线圈电容器盒和用于水平移动的双向致动器。
图2I150是根据本公开的实施方式的感应耦合加热器的RF天线的示意图的两个视图，所述感应耦合加热器包括具有每个环路包括柔性天线部分的均围绕两个储罐的上部分椭圆形，和下部EM-泵-管-平面-平行的Ω形扁平线圈，其具有柔性天线连接的普通天线线圈电容器盒和用于水平移动的双向致动器。
图2I151是根据本公开的实施方式所示的感应耦合加热器的RF天线的示意图的两个视图，所述感应耦合加热器包括分开的上圆周椭圆形线圈和连接到所述椭圆形线圈的一半的下部扁平线圈，其中当两半处于闭合位置时，椭圆形的两半通过回路电流连接器连接。
图2I152是根据本公开的实施方式的感应耦合加热器的RF天线的示意图的四个视图，所述感应耦合加热器包括分开的上圆周椭圆形线圈和连接到所述椭圆形线圈的一半的下部扁平线圈，其中当打开位置中示出的两半移动到闭合位置时，椭圆形的两半通过回路电流连接器连接。
图2I153-2I155各是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的
Figure GDA0003990253620000291
热力产生器的示意图，其显示具有嵌插式冷却剂管的壁以接收来自黑体辐射器的热力并将热量传递给冷却剂的腔体热吸收器，然后是次级热交换器以输出热空气。
图2I156是根据本公开的实施方式的包括上部和下部热交换器以输出水蒸气的
Figure GDA0003990253620000292
热力产生器的示意图。
图2I157-2I158各是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的
Figure GDA0003990253620000293
热力产生器的示意图，其显示输出水蒸气的上锅炉管和下锅炉管。
图2I159是根据本公开的实施方式的输出水蒸气的
Figure GDA0003990253620000294
热力产生器的锅炉管和锅炉室的示意图。
图2I160是根据本公开的实施方式的输出水蒸气的
Figure GDA0003990253620000295
热力产生器的反应室、锅炉管和锅炉室的示意图。
图2I161是根据本公开的实施方式的阴极、阳极、绝缘体和汇流条馈通件凸缘的磁流体动力(MHD)转换器组件的示意图。
图2I162-2I166是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的
Figure GDA0003990253620000301
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐和包含一对MHD返回EM泵的磁流体动力(MHD)转换器。
图2I167-2I173是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的
Figure GDA0003990253620000302
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐和包含一对MHD返回EM泵和一对MHD返回气泵或压缩机的磁流体动力(MHD)转换器。
图2I174-2I176是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的
Figure GDA0003990253620000303
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐、陶瓷EM泵管组装件和包含一对MHD返回EM泵的磁流体动力(MHD)转换器。
图2I177是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的磁流体动力(MHD)
Figure GDA0003990253620000304
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐、陶瓷EM泵管组装件和直线MHD通道。
图2I178是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的磁流体动力(MHD)
Figure GDA0003990253620000305
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐和直线MHD通道。
图2I179-2I183是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的磁流体动力(MHD)
Figure GDA0003990253620000306
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐、球形反应单元池室、直线MHD通道和气体添加壳体。
图2I184是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的磁流体动力(MHD)
Figure GDA0003990253620000307
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐、球形反应单元池室、直线磁流体动力(MHD)通道、气体添加壳体及用于注射的单级感应EM泵和单级感应或DC传导MHD返回EM泵。
图2I185是根据本公开的实施方式的单级感应注射EM泵的示意图。
图2I186是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的磁流体动力(MHD)
Figure GDA0003990253620000308
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐、球形反应单元池室、直线磁流体动力(MHD)通道、气体添加壳体、用于注射和MHD返回的两级感应EM泵以及感应点燃系统。
图2I187是根据本公开的实施方式的储罐底板组装件及入口上升管、喷射器管和喷嘴和凸缘的连接组件的示意图。
图2I188是根据本公开的实施方式的两级感应EM泵的示意图，其中第一级用作MHD返回EM泵，并且第二级用作注射EM泵。
图2I189是根据本公开的实施方式的感应点燃系统的示意图。
图2I190-2I191是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的磁流体动力(MHD)
Figure GDA0003990253620000311
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐、球形反应单元池室、直线磁流体动力(MHD)通道、气体添加壳体，用于注射和MHD返回的两级感应EM泵(各自具有强制空气冷却系统)、及感应点燃系统。
图2I192是根据本公开的实施方式的包括作为液体电极的双EM泵注射器的磁流体动力(MHD)
Figure GDA0003990253620000312
动力产生器的示意图，其显示倾斜的储罐、球形反应单元池室、直线磁流体动力(MHD)通道、气体添加壳体、用于注射和MHD返回的两级感应EM泵(各自具有强制空气冷却系统)、感应点燃系统、和EM泵管、储罐、反应单元池室和MHD返回管道上的感应耦合加热天线。
图3是根据本公开的实施方式，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1.3MW的平均NIST计算的光能量(总积分7-485nm平均功率:1.267MW；积分的峰值功率：4.97MW；箭头指示积分Mightex光谱(200-485nm)平均功率：290.7kW,积分的峰值功率:1140kW)，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至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是根据本公开的实施方式的分数氢反应单元池室的示意图，其包括引爆线以用作反应物源中的至少一种的装置和传播分数氢反应以形成包含诸如分子分数氢等低能氢的大聚集体或聚合物的装置。
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式中众所周知的参数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mH原子可以作为另一(m+1)H原子的m·27.2eV催化剂[1]。例如，H原子通过空间能量转移(如磁或感应电偶极-偶极耦合)从另一个H中接受27.2eV形成中间体而可以作为另一个H的催化剂，所述中间体随着连续谱带的发射衰减，其具有短波长的截止点和能量
Figure GDA0003990253620000321
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
Figure GDA0003990253620000322
态的H原子催化剂反应中，mH原子用作另一(m+1)H原子的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：
Figure GDA0003990253620000323
Figure GDA0003990253620000331
Figure GDA0003990253620000332
并且，总反应为：
Figure GDA0003990253620000333
关于新生H2O[1]的势能的催化反应(m＝3)为：
Figure GDA0003990253620000334
Figure GDA0003990253620000335
Figure GDA0003990253620000336
并且，总反应为：
Figure GDA0003990253620000337
在向催化剂的能量转移(式(1)和(5))后，形成中间体
Figure GDA0003990253620000338
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
Figure GDA0003990253620000339
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
Figure GDA00039902536200003310
并且延伸至比相应的截止更长的波长：
Figure GDA00039902536200003311
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：
Figure GDA0003990253620000341
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：
Figure GDA0003990253620000342
其中p≤137为整数(12)
取代了用于氢激发态的里德伯式中熟知的参数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n＝(1/整数)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。氢是式(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：
Figure GDA0003990253620000343
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
Figure GDA0003990253620000344
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：
Figure GDA0003990253620000345
Figure GDA0003990253620000351
Cat(q+r)++re-→Catq++m·27.2eV (17)并且
总反应为：
Figure GDA0003990253620000352
q、r、m和p为整数。
Figure GDA0003990253620000353
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
Figure GDA0003990253620000354
是半径为H半径的
Figure GDA0003990253620000355
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)：
Figure GDA0003990253620000356
其中p是大于1的整数，s＝1/2，
Figure GDA0003990253620000357
是普朗克常数的拔，μo是真空渗透率，me是电子质量，μe是由
Figure GDA0003990253620000358
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
Figure GDA0003990253620000359
由式(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))：
Figure GDA00039902536200003510
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+P21.59 X 10-3)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(如分数氢原子、氢负离子或分子)在固体基质(诸如氢氧化物的基质，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 1HNMR)。
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。
Figure GDA0003990253620000361
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：
Figure GDA0003990253620000371
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：
Figure GDA0003990253620000372
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))＝-p227.20 eV (25)
ED由式(23-25)给出：
ED＝-p227.20 eV-ET
＝-p227.20 eV-(-p231.351 eV-p30.326469eV)
＝p24.151 eV+p30.326469 eV. (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：诸如，包含两个质子和电子的产物、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位移。
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
Figure GDA0003990253620000381
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))：
Figure GDA0003990253620000382
Figure GDA0003990253620000383
其中，第一个术语适用于H2，p＝1并且对于H2(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+P21.49 X 10-3)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＝p20.515902 eV (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
Figure GDA0003990253620000391
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
Figure GDA0003990253620000392
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)给出的能级的H态或分数氢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
Figure GDA0003990253620000401
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。
在其他实施方式中，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
Figure GDA0003990253620000411
(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αH/p(其中αH是普通氢原子的半径而p是整数)的分数氢的标记是H[αH/p]。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
Figure GDA0003990253620000412
的结合能(例如在
Figure GDA0003990253620000413
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
Figure GDA0003990253620000421
的结合能，例如在
Figure GDA0003990253620000422
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
Figure GDA0003990253620000423
的结合能(例如在
Figure GDA0003990253620000424
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
Figure GDA0003990253620000425
的结合能(例如在
Figure GDA0003990253620000426
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
Figure GDA0003990253620000427
的结合能(例如在
Figure GDA0003990253620000428
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
Figure GDA0003990253620000429
(例如，总能量在
Figure GDA0003990253620000431
的约0.9～1.1倍范围内)，其中p是整数，
Figure GDA0003990253620000432
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
Figure GDA0003990253620000433
(例如，总能量在
Figure GDA0003990253620000441
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
Figure GDA0003990253620000442
或普通
Figure GDA0003990253620000443
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
Figure GDA0003990253620000444
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)，以产生结合能为约
Figure GDA0003990253620000445
(其中p是整数，优选是2～137的整数)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(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负离子化合物)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移动。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功率转换器等装置，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或
Figure GDA0003990253620000471
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以包括本公开的SF-CIHT、CIHT、或热单元池实施方式。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结合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条件的参数，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 InducedHydrino Transition(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)单元池和功率转换器
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)导体和导电基质中的至少一种；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、磁流体动力转换器、光伏转换器、光整流天线(如A.Sharma,V.Singh,T.L.Bougher,B.A.Cola,“Acarbon nanotube optical rectenna”,Nature Nanotechnology,Vol.10,(2015),第1027–1032页,doi:10.1038/nnano.2015.220所报道的，以其整体通过引用并入本文)、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，再生系统可以包括水合、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-电转换器可以包括等离子体动力学功率转换器、
Figure GDA0003990253620000491
直接转换器、磁流体动力功率转换器、磁流体磁镜动力功率转换器、电荷漂移转换器、Post或Venetian Blind功率转换器、振动陀螺仪、光子集束微波功率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-电转换器可以包括热力发动机、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、热离子功率转换器、和热电力转换器的组中的至少一种。
Figure GDA0003990253620000492
可以包括多个电极。在一个实施方式中，分数氢反应选择性地发生在极化电极(如正电极化电极)上。反应选择性可能是由于正偏压电极处的分数氢反应的动力学高得多。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620000493
的至少一个组件(如反应单元池室5b31壁)可以施以正偏压以增加分数氢反应速率。
Figure GDA0003990253620000494
可以包括连接到黑体辐射器的下半球5b41的导电储罐5c，其中储罐施以正偏压。偏压可以通过储罐5c中的熔融金属与施以正偏压的EM泵管5k6和5k61中的至少一个之间的接触来实现。通过点燃电磁泵汇流条5k2a与电源2的正电极端子的连接，可以对EM施以正偏压。
点燃可以导致高功率EUV光的释放，其可以使光电有源电极电离以在电极处产生电压。点燃等离子体对于EUV光可以是光学厚的，使得EUV光可以选择性地限制在正电极上，以进一步引起正电极处的光电子效应的选择性定位。
Figure GDA0003990253620000495
可以进一步包括连接在电负载上的外部电路，以利用由于光电子效应和基于分数氢的功率引起的电压。在一个实施方式中，形成分数氢的点燃事件引起电磁脉冲，该电磁脉冲可以作为多个电极处的电力被捕获，其中整流器可以对电磁功率进行整流。
除了本公开的UV光伏和热光伏之外，
Figure GDA0003990253620000496
可以包括本领域已知的其他电转换装置，例如热离子、磁流体动力、涡轮机、微型涡轮机、兰金或布雷顿循环涡轮机、化学和电化学动力转换系统。兰金循环涡轮机可以包括超临界CO2、诸如氢氟烃或碳氟化合物等有机物，或水蒸气工作流体。在兰金或布雷顿循环涡轮机中，
Figure GDA0003990253620000497
可以为涡轮机系统的预热器、换热器、锅炉和外部燃烧器型热交换器级中的至少一个提供热力。在一个实施方式中，布雷顿循环涡轮机包括集成到涡轮机的燃烧部分中的
Figure GDA0003990253620000501
涡轮加热器。
Figure GDA0003990253620000502
涡轮加热器可以包括接收来自压缩机和换热器中的至少一个的气流的管道，其中空气被加热并且管道将加热的压缩流引导至涡轮机的入口以执行压力-容积工作。
Figure GDA0003990253620000503
涡轮加热器可以替代或补充燃气轮机的燃烧室。可以关闭兰金或布雷顿循环，其中功率转换器还包括冷凝器和冷却器中的至少一个。
转换器可以是Mills先前的出版物Mills先前的申请中给出的转换器。诸如H源和HOH源和
Figure GDA0003990253620000504
系统的分数氢反应物可以包括本公开或在先前的美国专利申请中的那些，如2008年4月24日提交的PCT氢催化剂反应器，PCT/US08/61455；2009年7月29日提交的PCT非均相氢催化剂反应器，PCT/US09/052072；2010年3月18日提交的PCT非均相氢催化剂动力系统PCT/US10/27828；2011年3月17日提交的PCT电化学氢催化剂动力系统，PCT/US11/28889；2012年3月30日提交的基于H2O的电化学氢催化动力系统，PCT/US12/31369；13年5月21日提交的CIHT动力系统，PCT/US13/041938；动力产生系统和与其相关的方法，PCT/IB2014/058177；2014年4月1日提交的PCT光伏动力产生系统和与其相关的方法，PCT/US14/32584；2015年5月29日提交的PCT电力产生系统和与其相关的方法，PCT/US2015/033165；2015年12月15日提交的PCT紫外电力产生系统和与其相关的方法，PCT/US2015/065826，和2016年1月8日提交的PCT热光伏电力产生器，PCT/US16/12620(“Mills先前申请”)，此处以其整体通过引用并入本文。
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可以包括可通过施加高电流(诸如，大约100A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的高电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。等离子体电压可以较低，如在约1V至100V的范围内。然而，反应混合物可以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，反应物可以包括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源的反应物可以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可以包括与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，反应物可以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以包括(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。在一个示例性实施方式中，60Hz电压小于15V峰值，电流范围为100A/cm2到50,000A/cm2峰值，功率范围为1,000W/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(诸如水)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]。热解可以通过如单元池部件中的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。
Figure GDA0003990253620000531
可以包括热解氢气产生器，其包括
Figure GDA0003990253620000532
辐射器、金属氧化物、水源、喷水器以及氢气和氧气收集系统。来自黑体辐射体5b4的黑体辐射可以入射金属氧化物，该金属氧化物在加热时分解成氧和金属。氢产生器可以包括水源和喷射金属的喷水器。金属可以与水反应形成金属氧化物和氢气。可以使用本领域已知的分离器和收集系统收集气体。所述反应可以表示为
MxOy＝xM+y/2O2
xM+yH2O＝MxOy+yH2
金属和氧化物可以是本领域已知支持H2O热解形成氢的那些，如ZnO/Zn和SnO/Sn。其他示例性氧化物是氧化锰、氧化钴、氧化铁和它们的混合物，如本领域已知的和在以下网址给出的https：//www.stage-ste.eu/documents/SF％201％202011％20solar_fuels％20by％20SolarPACES.pdf，以其整体通过引用并入本文。
在一个实施方式中，SF-CIHT或
Figure GDA0003990253620000533
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；
反应物包含：
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；
至少一个反应物注射系统；
至少一个反应物点燃系统，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；
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，
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
至少一个功率转换器或输出系统，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、等离子体功率转换器、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，喷丸燃料可以包括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。水合物可以包括MgCl2·6H2O、BaI2·2H2O和ZnCl2·4H2O中的至少一种。作为另选，喷丸可以包括银、铜、吸收氢和水中至少一种。
点燃系统可以包括：
a)至少一组电极，其限制反应物；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反应物反应以形成等离子体。电源可自功率转换器接收电力。在一个实施方式中，反应物点燃系统包括至少一组电极，其分隔开形成开路，其中该开路通过反应物的注射而闭合，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反应物引发电流的流动。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。点燃系统可以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部分期间关闭动力。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以包括热及光伏可转换的光动力。在一个实施方式中，光-电转换器可以包括利用光伏效应、热离子效应及光电子效应中的至少一种的光-电转换器。功率转换器可为将高动能电子的动能转换为电的直接功率转换器。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。电力转换器可以包括热离子功率转换器。示例性热离子阴极可以包括掺杂钪的钨。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单元池可以包括光(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PV转换器26a的窗外侧。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。
在实施方式中，如图2I28、2I69和2I80-2I149所示的SF-CIHT单元池或产生器(也称为
Figure GDA0003990253620000551
)包括六个基本的低维护系统，一些不具有移动部件并且能够长时间运行：(i)启动感应耦合加热器，其包括电源5m、引线5p和天线线圈5f，以首先熔化银或银-铜合金以包括熔融金属或熔体，并且可选地包括电极电磁泵，其包括最初引导的磁体点燃等离子体流；(ii)燃料注射器，如包括氢气供应(如通过黑体辐射器的氢气渗透供应)的燃料注射器，其中氢气可以通过电解或热解从水中获得，和注射系统，其包括用于注射熔融银或熔融银-铜合金和氧源(诸如氧化物诸如LiVO3或本公开的另一氧化物)的电磁泵5ka，或者注射水蒸气和氢气中的至少一种的气体注射器5z1；(iii)点燃系统，用于在一对电极8上产生低压、高电流，将熔融金属、氢气和氧化物，或者熔融金属以及H2O和氢气中的至少一种注入其中以形成辉煌的发光等离子体；(iv)由等离子体加热至白炽灯温度的黑体辐射器；(v)光-电转换器26a，其包括所谓的集中器光伏单元池15，其接收来自黑体辐射器的光并在高光强度下工作，如超过1000Suns；和(vi)燃料回收和热管理系统31，其使点燃后的熔融金属返回注射系统。在另一个实施方式中，来自点燃等离子体的光可以直接照射PV转换器26a以转换成电。
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，燃料可以包括具有捕集氢和捕集H2O中的至少一种的银。光发射主要可以包括紫外线光，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单元池可以包括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单元池可以包括多个结。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。多结单元池和顺序连接的单元池层中的至少一个可以包括旁路二极管，以最小化由于单元池层之间的电流失配导致的电流和功率损耗。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掺杂剂可以包括氧，且p掺杂剂可以包括Mg。示例性三结单元池可以包括InGaN//GaN//AlGaN，其中//可指隔离透明晶片接合层或机械堆叠。PV可在等于集中器光伏装置(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。窗可以包括涂层，诸如在PV单元池上的UV透明涂层。涂层可以包括本公开的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。
PV转换器26a的单元池可以包括光子设计，其迫使发射器和单元池单模在半导体带隙上方交叉共振耦合和阻抗匹配，从而产生“压缩的”窄带近场发射光谱。具体而言，示例性PV单元池可以包括表面等离子体激元极化子热发射器和银背衬半导体薄膜光伏单元池。
EM泵5ka(图2I28、2I69和2I80-2I163)可以包括EM泵热交换器5k1、电磁泵冷却剂管线馈通组装件5kb、磁体5k4、磁轭和可选的热障5k5，其可以包括气体或者具有可选的辐射屏蔽的真空间隙、泵管5k6、汇流条5k2和具有馈通件5k31的汇流条电流源连接5k3，其具有可以由来自PV转换器的电流供电的馈通件5k31。磁路的磁体5k4和磁轭5k5中的至少一个可以由EM泵热交换器5k1冷却，如用诸如具有冷却剂入口管线31d和冷却剂出口管线31e的冷却剂冷却到制冷器31a的EM泵热交换器。示例性EM泵磁体5k4包括钴钐，诸如SmCo-30MGOe和钕-铁-硼(N44SH)磁体中的至少一种。磁体可以包括返回磁通电路。
在一个实施方式中，通过在式(18)中转变为高p值的分数氢的氢可以实现非常高的功率和能量中的至少一种。在这里称为歧化，如Mills GUT第5章中给出，将其通过引用并入本文。氢原子H(1/p)p＝1,2,3,...137可以进一步转变为由式(10)和(12)给出的低能态，其中一个原子的转变由第二个催化，所述第二个原子共振且非辐射地接受m·27.2eV，伴随其势能的相反变化。由m·27.2eV至H(1/p')的共振转移引起的H(1/p)至H(1/(p+m))的转变的总体通式由式(35)给出，并如下表示
H(1/p')+H(1/p)→H+H(1/(p+m))+[2pm+m2-p'2+1]·13.6 eV (35)
来自分数氢过程的EUV光可以解离二分数氢分子，并且所得的分数氢原子可以用作转变为较低能态的催化剂。示例性反应包括通过H(1/4)催化H至H(1/17)，其中H(1/4)可以是通过HOH催化另一个H的反应产物。预计分数氢的歧化反应会引起X射线区域的特征。如式(5-8)所示，HOH催化剂的反应产物是
Figure GDA0003990253620000571
考虑在含有H2O气体的氢云中可能的跃迁反应，其中第一个氢型原子
Figure GDA0003990253620000581
是H原子，而用作催化剂的第二个受体氢型原子
Figure GDA00039902536200005813
是
Figure GDA00039902536200005814
由于
Figure GDA00039902536200005815
的势能为42·27.2eV＝16·27.2eV＝435.2eV，因此跃迁反应表示为
Figure GDA0003990253620000585
Figure GDA0003990253620000586
Figure GDA0003990253620000587
并且，总反应为
Figure GDA0003990253620000588
由
Figure GDA0003990253620000589
中间体(例如式(16)和式(37))引起的远紫外连续辐射谱带预计具有短波长截止和由下式给出的能量
Figure GDA00039902536200005810
Figure GDA00039902536200005811
并延伸到比相应的截止波长更长的波长。这里，预测由于
Figure GDA00039902536200005812
中间体的衰变导致的远紫外连续辐射谱带在E＝3481.6eV；0.35625nm处具有短波长截止并且延伸到更长波长。最近在美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台和XMM-Newton观测到的珀尔修斯星团中有一个宽的X射线峰值，其截止频率为3.48keV[E.Bulbul,M.Markevitch,A.Foster,R.K.Smith,M.Loewenstein,S.W.Randall,“Detection of an unidentified emissionline in the stacked X-Ray spectrum of galaxy clusters,”The AstrophysicalJournal,第789卷,第1期,(2014)；A.Boyarsky,O.Ruchayskiy,D.Iakubovskyi,J.Franse,“An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseusgalaxy cluster,”(2014),arXiv:1402.4119[astro-ph.CO]]，其与任何已知的原子跃迁都不匹配。由BulBul等人分配给未知身份的暗物质的3.48keV匹配特征
Figure GDA0003990253620000591
跃迁并进一步确认分数氢与暗物质相同。
在一个实施方式中，产生器可以可以用低压H2O产生高功率和高能量。水蒸气压可以在约0.001Torr至100Torr、0.1mTorr至50Torr、1mTorr至5Torr、10mTorr至1Torr和100mTorr至800Torr的至少一个范围内。低H2O蒸气压可以是由水蒸气源供应和维持的至少一种，以及控制流速和压力中的至少一个的装置。水供应可足以维持所需的点燃速率。水蒸气压可以通过稳态或动态控制和平衡控制中的至少一种来控制。产生器可以包括泵13a，其在所需区域中保持较低的水蒸气压。可以通过差动泵送除去水，使得电极区域外部的单元池区域可以具有较低的压力，如较低的水分压。
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/阱可以包括降低蒸气压力的要素，诸如保持减小温度(诸如低温)的制冷器、H2O吸收材料(诸如活性炭或干燥剂)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。冷却可以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。阱干燥剂可以包括分子筛，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。
在示例性实施方式中，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，诸如来自通过相应歧管和管线供应的罐311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。单元池可以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要素，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要素移除的速率。泵可以包括水储罐/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。水可以通过EM泵管5k4通过流量控制器注射，流量控制器还可以包括压力阻止器和回流止回阀，以使熔融金属流回水供应器，如质量流量控制器。可通过注射器泵供应气体。作为质量流量控制器的替代方式，可通过高精度电子控制阀(诸如针阀、比例电子阀和步进器电动机阀中的至少一种)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311的温度来增大或减小供应侧压力。水可以通过EM泵管5k6供应。
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熔融银金属等熔融金属同时注射。水、水蒸气和氢注射器中的至少一种可以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熔融金属同时注射。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。在感测到金属注射或点燃时，控制器可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。同步可为通过公共管线。在一个实施方式中，注射器包括注射喷嘴。注射器的喷嘴可以包括气体歧管，诸如与包含电极8的金属流对准的气体歧管。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。
在改善产生器的能量平衡的实施方式中，诸如31的制冷器可以由可以包括由单元池产生的热量的热力驱动。热力可以来自内部耗散和来自分数氢反应。制冷器可以包括本领域技术人员已知的吸收式制冷器。在一个实施方式中，待排出的热量被可以蒸发的冷却剂或制冷剂(如水)吸收。吸附式制冷器可以使用热量来冷凝制冷剂。在一个实施方式中，水蒸气被吸收材料(吸附剂)吸收，诸如Silicagel、Zeolith或纳米结构材料(如太平洋西北实验室的P.McGrail的材料)。吸收的水被加热以使其在腔室中释放，其中压力充分增加以使水冷凝。
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、EM泵磁体和感应耦合加热器中的至少一种)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、多普勒、洛伦兹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)感应耦合加热器和电磁泵5k的电压、电流和功率；(v)单元池中的压力；(vi)单元池组件的壁温度；(vii)各区部分中的加热器功率；(viii)电磁泵的电流和磁通量；(ix)银熔体温度、流动速率和压力；(xi)各渗透或注射气体(诸如H2和H2O及通过可以通过共用气体注射歧管递送的调节器形成的混合物)的压力、温度和流动速率；(xi)PV转换器的入射光的强度；(xii)PV转换器的电压、电流和功率输出；(xiii)任何功率调节设备的电压、电流、功率和其他参数；(xiv)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；(xv)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(xvi)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。如果参数超过期望范围，例如经历过高的温度，则产生器可以包括安全关闭机构，如本领域公知的安全关闭机构。关闭机构可以包括计算机和开关，其向产生器的至少一个组件提供电力，该部件可以被打开以引起关闭。
在一个实施方式中，单元池可以包括至少一种吸气剂，如至少一种用于空气、氧气、氢气、CO2和水的吸气剂。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(misch金属)(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8重量％Vulcan XC-72、LaNi5、Cu或Ni-Al、Ni-Cr(诸如约10％的Cr)、Ce-Ni-Cr(诸如约3/90/7重量％)、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。吸气剂可以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：25重量％La、50重量％Ce、7重量％Pr、18重量％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以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，吸气剂可以包括低温阱，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液位增大至对应单元池气体含量传感器感测的非容许液位时判定。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
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中。
并入至熔体中的氢和水可在通过相应的泵(诸如机械泵)产生的压力下从罐5u和311流动通过歧管和给料管线。作为另选，可由通过加热水罐311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311、水蒸气产生器和水蒸气管线将H2O提供为水蒸气。氢可渗透通过与电解或热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充当真空泵。可通过低温泵凝结H2O和O2。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、3400F Max阱超级电容器)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端子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，从而在熔融金属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，所述电极可以包括熔融金属注射器。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。
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电电动机的制冷器的DC动力；(v)包括DC电电动机的真空泵的DC动力；及(vi)至计算机和传感器的DC动力。输出功率调节可以包括来自PV转换器的DC动力或来自使用反相器将来自PV转换器的DC动力转换为AC的AC动力)。
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)的集中器单元池。集中器PV单元池可以包括可在约1sun至1000suns的范围中运行的c-Si。硅PV单元池可以在执行至少一种改善带隙的功能的温度下运行，以更好地匹配黑体光谱并改善排热，从而降低冷却系统的复杂性。在示例性实施方式中，集中器硅PV单元池在约130℃在200至500Suns下运行以提供约0.84V的带隙以匹配3000℃黑体辐射器的光谱。PV单元池可以包括多个结，诸如三结。集中器PV单元池可以包括多个层，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以包括栅极线。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。晶片接合层可以包括透明导电层。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)可以包括中间接合层。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。PV单元池可以包括InGaP//GaAs//InGaAsNSb//导电层//导电层//GaSb//InGaAsSb。基板可以是GaAs或Ge。PV单元池可以包括Si-Ge-Sn和合金。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单元池可以包括单结。示例性单结PV单元池可以包括单晶硅单元池，诸如Sater等(B.L.Sater、N.D.Sater，“High voltage silicon VMJ solar cells for up to 1000sunsintensities”,Photovoltaic Specialists Conference,2002.Conference Record ofthe Twenty-Ninth IEEE，2002年5月19至24日，第1019-1022页)(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，单结单元池可以包括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下运行的三结集中器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下运行的c-Si。在一个示例性实施方式中，PV可以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。PV单元池可以包括GaAs1-x-yNxBiy合金。
PV单元池可以包括硅。硅PV单元池可以包括可以在约5Suns至2000Suns的强度范围内运行的集中器单元池。硅PV单元池可以包括晶体硅，并且至少一个表面可以进一步包括与结晶Si层可具有更宽带隙的非晶硅。非晶硅可以具有比晶体硅更宽的带隙。非晶硅层可以执行使单元池电透明并防止表面处的电子空穴对重组的至少一种功能。硅单元池可以包括多结单元池。这些层可以包括单个单元池。可以对诸如包括Ga、As、InP、Al和In中的至少一种的顶部单元池的至少一个单元池进行离子切片并机械堆叠在Si单元池上，如Si底部单元池上。多结单元池和串联连接的单元池单中的至少一层可以包括旁路二极管，以最小化由于单元池层之间的电流失配导致的电流和功率损耗。单元池表面可以被纹理化以促进光穿透进入单元池。单元池可以包括抗反射涂层以增强光穿透到单元池中。抗反射涂层可以进一步反射低于带隙能量的波长。涂层可以包括多个层，如约2至20层。增加的层数可以增强带通所需波长范围的选择性，如高于带隙能量的光，并反射另一个范围，例如低于带隙能量的波长。从单元池表面反射的光可以反射到可以吸收光的至少一个其他单元池。PV转换器26a可以包括闭合结构，如网格圆穹顶，以提供反射光的多次反射，以增加PV吸收和转换的横截面。网格圆穹顶可以包括多个接收器单元，如覆盖有PV单元池的三角形单元。穹顶可以用作积分球。未转换的光可以再循环。光再循环可以通过诸如网格圆穹顶的成员接收器单元之间的反射而发生。表面可以包括可反射低于单元池带隙能量的波长的滤波器。单元池可以包括底部镜，如银或金底层，以反射通过单元池未吸收的光。其他未被吸收的光和由单元池表面滤波器反射的光可被黑体辐射器吸收并重新发射到PV单元池。在一个实施方式中，PV基板可以包括对从底部单元池传输到基板背面上的反射器的光透明的材料。具有透明基板的示例性三结单元池是InGaAsP(1.3eV)、InGaAsP(0.96eV)、InGaAs(0.73eV)、InP基板及铜或金IR反射器。在一个实施方式中，PV单元池可以包括集中器硅单元池。可以出于更高的电压选择多结III-V单元池，或者可以出于降低成本选择Si单元池。通过使用诸如透明导电氧化物(TCO)等透明导体可以减少汇流条遮蔽。
PV单元池可以包括钙钛矿单元池。示例性钙钛矿单元池包括从顶部到底部的Au、Ni、Al、Ti、GaN、CH3NH3SnI3、单层h-BN、CH3NH3PbI3-xBrx、HTM/GA、底部接触(Au)的层。
单元池可以包括多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，光伏单元池可以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型底层可以包括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单元池可以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单元池可以包括具有金属结的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。
转换器可以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基座区域中各包括p型二维空穴气。各自可以包括至金属薄膜层(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AlNn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，转换器可以包括光伏(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单元池可以包括固态单元池，诸如GaN PE单元池。PE单元池各自可以包括光阴极、间隙层和阳极。示例性PE单元池包括切口的GaN(阴极)/AlN(分隔物或间隙)/可切口的的Al、Yb或Eu(阳极)。PV单元池各自可以包括本公开的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，燃料可以包括银、铜或Ag-Cu合金熔体，所述熔体可以进一步包含捕集氢和捕集H2O中的至少一种。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单元池可以包括集中器UV单元池。所述单元池可以响应黑体辐射。黑体辐射可以是对应于约1000K至6000K的至少一个温度范围的辐射。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运行，诸如约小于300℃和小于150℃中的至少一个温度范围。PV单元池可以包括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单元池可以包括多个结。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掺杂剂可以包括氧，且p掺杂剂可以包括Mg。示例性三结单元池可以包括InGaN//GaN//AlGaN，其中//可指隔离透明晶片接合层或机械堆栈。PV可在等于集中器光伏装置(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。封端层可以包括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。涂层可以包括本公开的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以包括窗。电极和窗可以包括铝。窗可以包括铝、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
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至
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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，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。转换器可以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。多个层的一个可以包括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。
光伏转换器可以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)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成电，产生器可以包括光分配系统和光伏转换器26a，如图图2I132所示。光分配系统可以包括沿着从单元池发射的光的传播轴以百叶窗式堆叠布置的多个半透镜，其中在所述堆叠的每个镜构件23处，光至少部分地反射到PC单元池15上，如与光传播方向平行排列以接收横向反射光的单元池。光-电板15可以包括PE、PV和热电子单元池中的至少一种。通向转换器的窗可以对于单元池发射的光(诸如短波长光或对应于约2800K至4000K的温度的黑体辐射)是透明的，其中功率转换器可以包括热光伏(TPV)功率转换器。通向PV转换器的窗可以包括蓝宝石、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可以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膜)或铝上SiC膜中的至少一种。
在一个实施方式中，可以通过在黑体发射器5b4的表面上使用选择性发射体(诸如镱)来增加TPV转换效率。镱是一类稀土金属的示例性成员，其不发射正常的黑体光谱，而是发射类似于线辐射光谱的光谱。这允许相对窄的发射能谱与TPV单元池的带隙非常接近地匹配。
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。等离子体可以包括光学上较厚的等离子体。等离子体可以包括黑体。可通过保持高气压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(28重量％)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(诸如反应单元池室5b31的壁)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。在另一实施方式中，单元池组件的至少一种(诸如锥体储罐5c)可充当冷却剂以冷却热解H以防止其转化回H2O。
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4000K中的至少一个范围中。光伏单元池可以包括热光伏(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。其他示例性单元池为InGaAsP(1.3eV)/InGaAsP(0.96eV)/InGaAs(0.73eV)/InP基板/铜或金IR反射体及InAlGaAs(1.3eV)/InGaAs(0.96eV)/渐变缓冲层/Ge子单元池/铜或金IR反射体。PV单元池可以包括在多结GaSb单元池顶部上的多结GaAs单元池堆，如2JGaSb单元池上的3J GaAs单元池。转换器可以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膜)或铝和蓝宝石上SiC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滤波器以使与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，其中发射器可以包括诸如电极等热单元池组件。黑体辐射器5b4可以涂覆有选择性发射体(例如稀土金属，诸如镱)，其发射更有利于热光伏转化的光谱，如类似于线辐射光谱的光谱。
选择单元池的带隙以优化给定黑体运行温度和相应光谱的电输出效率。在以约3000K或3500K运行的示例性实施方式中，TPV单元池结的带隙在表1中给出。
表1.n＝1、2、3或4个结(J)的单元池的最佳带隙组合。
Figure GDA0003990253620000721
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功率输出，其中多余功率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要素(诸如通过改变点火频率和电流、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压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。产生器可以包括压力控制系统(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压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。水或湿度传感器可以包括绝对、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，其可以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，诸如电极电磁泵的磁体。管可以通过诸如水冷等装置和诸如热管等被动装置主动冷却。包含金属蒸气的单元池气体可以进入管，其中金属蒸气由于管的较低温度而冷凝。冷凝的金属可以通过诸如重力流和泵送中的至少一种的方式流到锥形储罐，使得待检测的气体在没有金属蒸气的情况下流入传感器。作为另选，可以在外室5b3a中测量气压，其中气体可以渗透到反应单元池室5b31中。渗透可以通过黑体辐射器5b4。
在一个实施方式中，产生器包括可以用作包含反应单元池室5b31a的容器的黑体辐射器5b4。在一个实施方式中，PV转换器26a包括位于金属外壳内部的PV单元池15，该金属外壳包括包含黑体辐射器5b4的单元池室5b3。PV冷却板可以位于单元池室的外部。腔室5b3、5b3a和5b31中的至少一个能够保持低于大气压、大气压和高于大气压的至少一个的压力。PV转换器可以进一步包括至少一组电馈通，以将电力从电池室内表面内的PV单元池输送到单元池室外部。馈通可以是气密和真空或压力中的至少一种。
在一个实施方式中，至少一个单元池组件(诸如储罐5c)可以是绝缘的。绝缘材料可以包括隔热罩还可以包括其他形式的绝缘材料，如陶瓷绝缘材料，诸如MgO、耐火砖、Al2O3、氧化锆(诸如Zicar)、氧化铝增强隔热材料(AETB)(诸如AETB 12隔热材料)、ZAL-45和碳-碳气凝胶(AFSiC)。示例性AETB 12绝缘材料厚度为约0.5cm至5cm。绝缘材料可以封装在两层之间，如内部耐火金属或材料单元池组件壁和外部绝缘壁，及外部绝缘壁，其可以包括相同或不同的材料，诸如不锈钢。可以冷却单元池组件。外绝缘封装壁可以包括冷却系统，诸如将热量传递给制冷器或辐射器31的冷却系统。
在一个实施方式中，制冷器可以包辐射器31，并且可以进一步包括至少一个风扇31j1和至少一个冷却剂泵31k，以冷却辐射器并使冷却剂循环。辐射器可以是空气冷却的。示例性辐射器包括汽车或卡车辐射器。制冷器可以进一步包括冷却剂储罐或罐31l。罐31l可以用作流动的缓冲器。冷却系统可以包括旁通阀，以使来自罐的流动返回到辐射器。在一个实施方式中，冷却系统包括旁通回路，当由于冷却管路中的泵送降低或停止而辐射器入口管线压力低时冷却剂在罐和辐射器之间再循环，以及辐射器和罐之间的辐射器过压或溢流管线中的至少一个。冷却系统以进一步包括旁通回路中的至少一个止回阀。冷却系统还可以进一步包括辐射器溢流阀(诸如止回阀)和从辐射器到溢流槽31l的溢流管线。辐射器可以用作罐。诸如辐射器31和风扇31j1等制冷器可具有流入和流出罐31l的流动。冷却系统可以包括从辐射器到罐31l的罐入口管线，以输送冷却的冷却剂。冷却剂可以从罐31l泵送到公共罐出口歧管，该歧管可以向待冷却的每个组件供应冷却的冷却剂。辐射器31可以用作罐，其中辐射器出口提供冷却的冷却剂。作为另选，每个待冷却的组件，诸如感应耦合加热器、EM泵磁体5k4和PV转换器26a可以具有单独的冷却剂流动回路，其中冷却器由诸如辐射器和风扇等制冷器冷却。每个回路可以包括多个泵31k或泵的单独泵和多个阀31m的阀。每个回路可以从单独的泵31k接收流量，该泵31k调节回路中的流动。作为另选，每个回路可以接收来自泵31k的流动，泵31k向多个回路提供流动，其中每个回路包括阀31m，诸如调节回路中的流动的电磁阀。通过每个回路的流动可以由其控制器独立控制，诸如热传感器，如热电偶、流量计、可控值、泵控制器和计算机中的至少一个。
在一个实施方式中，反应单元池室5b31被密封以限制燃料气体(诸如水蒸气和氢气中的至少一种)、和氧气源(诸如氧化物)、以及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。反应单元池室5b31的外表面可以包括黑体辐射器5b4，其可以包括能够在非常高的温度下，例如在约1000℃至4000℃的范围内操作的材料。在一个实施方式中，黑体辐射器5b4可以包括熔点高于熔融金属(诸如银)的熔点的材料。示例性材料是来自下组的金属和合金的至少一种：WC、TaW、CuNi、哈斯特洛合金(Hastelloy)C、斯特洛合金(Hastelloy)X、Inconel、Incoloy、碳钢、不锈钢、铬-钼钢(诸如改性的9Cr-1Mo-V(P91)、21/4Cr-1Mo钢(P22))、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、碳、陶瓷，诸如SiC、MgO、氧化铝、Hf-Ta-C、氮化硼，和本领域已知的可用作黑体的其他高温材料。
黑体辐射器吸收来自等离子体的动力以加热至其高运行温度。在热光伏实施方式中，黑体辐射器5b4提供入射至PV转换器26a的光。黑体辐射器可具有高发射率，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，可通过本公开的要素增大或减小发射率。在金属黑体辐射器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。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。黑体辐射器5b4与PV转换器26a之间的间隙中的滤波器、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或碳黑体辐射器5b4的运行温度为W白炽灯泡的运行温度，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集中器光伏单元池15(诸如本公开的响应于对应辐射的集中器光伏单元池，诸如响应于可见光及近红外线光的集中器光伏单元池)的PV转换器26a。单元池可以包括多结单元池，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。黑体辐射器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)感测黑体辐射器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要素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、氢压力、燃料注射速率、点燃频率和点燃电压和电流中的至少一种来控制分数氢反应速率。对于来自加热黑体辐射器5b4的反应单元池室5b31的给定分数氢反应动力，可通过选择和控制黑体辐射器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黑体辐射器5b4的所需运行黑体温度。在一个实施方式中，来自黑体辐射器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。可通过修改黑体辐射器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，热解碳涂层可施加至黑体辐射器5b4以增大其发射率。还可通过氧化和粗糙化W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W表面中的至少一种减小发射率。产生器可以包括氧化气体源(诸如氧和H2O中至少一种)和还原气体源(诸如氢)及控制单元池室中的气氛组成和压力的要素。产生器可以包括气体传感器，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体辐射器5b4的发射率。
可通过诸如气隙或真空间隙等间隙分隔黑体辐射器5b4与PV转换器26a，以防止由于向PV转换器的热传导而使PV转换器过热。黑体辐射器5b4可以包括多个合适的形状，诸如包含平板或穹顶的形状。可针对结构完整性和优化至PV区域的光透射中的至少一种选择形状。示例性形状是立方形、圆柱形、多边形和网格圆球形。黑体辐射器5b4如碳黑体辐射器等可以包括片，诸如可以胶合在一起的板。示例性立方形反应单元池室5b31和可以包括碳的黑体辐射器5b4可以包括两个半立方体，其由碳的实心立方体加工并粘合在一起。
腔的基座可以包括几何形状，诸如锥形通道，以允许熔融金属流回到储罐中。基座可以比上壁更厚，以用作绝缘材料，使得功率优先从非基座表面辐射。腔可以包括沿周边厚度变化的壁，以便沿着包括黑体辐射器5b4的外表面产生所需的温度曲线。在示例性实施方式中，立方反应单元池室5b31可以包括壁，所述壁包括以每个壁为中心的球形部分，以产生外表面的均匀黑体温度。球形部分可以加工成壁形式，或者它们可以粘合到平面内壁表面上。可以选择球形部分的球形半径以获得所需的黑体表面温度曲线。
为了增强单元池电输出和效率，黑体发射器5b4和接收PV转换器26a的面积可以最佳匹配。在一个实施方式中，诸如储罐5c等其他单元池组件可以包含诸如碳、BN、SiC或W等耐火材料的材料，以用作PV转换器的黑体辐射器，所述PV转换器沿周向布置到组件以接收黑体辐射。诸如黑体辐射器5b4和储罐5c等至少一个单元池组件可以包括优化PV单元池15的堆叠以接收来自组件的光的几何形状。在示例性实施方式中，单元池组件可以包括多面的表面，诸如多边形，如三角形、五边形、六边形、正方形和矩形中的至少一个，其具有PV单元池15的匹配几何形状。可以选择黑体辐射器和PV转换器的几何形状以优化从前者到后者的光子转移，考虑诸如照射光子的入射角和对PV效率的相应影响等参数。在一个实施方式中，PV转换器26a可以包括移动PV单元池(诸如PV转盘)的装置，以使得在单元池上入射的时间平均辐射更均匀。PV转盘可以旋转轴对称的PC转换器，诸如包括围绕对称或z轴的横向多边形环的转换器。多边形可以包括六边形。旋转可以由机械驱动连接、气动电动机、电磁驱动或本领域技术人员已知的其他驱动引起。
可以改变黑体辐射器5b4表面以改变发射率，同时改变从黑体辐射器辐射的功率。黑体辐射器发射率可以通过以下改变：(i)改变表面的抛光、粗糙度或纹理，(ii)添加诸如碳化物(诸如钨、钽和铪碳化物中的至少一种)的涂层，或对碳的热解涂层，和(iii)在碳黑体辐射器中加入包层，诸如W包层。在后一种情况下，W可以通过诸如螺钉(具有诸如槽等膨胀装置)等紧固件机械地连接到碳上。在示例性实施方式中，TaC(诸如碳黑体散射器5b4上涂布、平铺或包层的TaC)的发射率约为0.2，而碳约为1。
黑体辐射器5b4可以包括第一几何形状的腔，诸如球形腔5b31，其在诸如立方体的第二几何形状的实心形状内(图2I134-2I138)。在另一个实施方式中，第一几何形状的第一腔5b31可以在第二几何形状的第二腔5b4a1的内部。示例性实施方式包括中空立方体腔中的球形壳腔。相应的第二腔5b4a1可以包括黑体腔，该黑体腔包括黑体辐射体外表面5b4a。可以通过第一几何形状的内部第一腔将第二腔的内部加热到黑体温度。来自相应的第二黑体辐射器5b4a的黑体辐射可以是入射PV单元池15，其可以以匹配的几何结构组织。可以是可以布置成具有匹配几何形状的阵列。在一个实施方式中，通过使用PV单元池增加第二腔和PV单元池之间的间隔中的至少一个，可以将接收到PV单元池中的光功率减小到在黑体辐射器的运行温度下发射的光功率的可容忍强度，其使用包括在表面上的部分镜子以反射入射光的一部分的PV单元池，使用诸如钨的次级辐射器而不是具有降低的辐射率的碳，并且在PV单元池前面使用具有针孔的反射器，所述针孔仅部分透射从主要或次要黑体辐射器到PV单元池的黑体辐射并理想地反射非透射光。在一个实施方式中，可以选择次级辐射器5b4a的几何形状和PV转换器26a的几何形状匹配以降低PV冷板、PV冷却器或PV热交换器26b的复杂性。示例性立方体几何形状可以使PV冷板的数量最小化，使PV冷板的尺寸最大化，并且导致电互连和冷却剂管线连接(冷板PV冷却剂系统的入口31b和出口31c)的低复杂性。
可以通过支持卤素循环的方式保护W次级黑体辐射器免于升华。在一个实施方式中，包围W黑体辐射器的腔室(诸如腔室5b3)的气体(图2I80)可以包括卤素源，例如I2或Br2，或烃溴化合物，其与升华钨形成络合物。该络合物可在热钨表面上分解，以将钨再沉积在黑体辐射器5b4上。可以是多层的PV单元池15上的窗可以支持温度梯度以支持钨-卤素物质的挥发以支持卤素循环。
在一个实施方式中，可以通过施加外部压力来保护诸如碳黑体辐射器5b4等碳单元池组件免于升华。在示例性实施方式中，通过施加约100个大气压的压力，碳对于升华至4500K是稳定的。压力可以通过高压气体施加，诸如惰性气体、氢气和熔融金属蒸气(诸如银蒸气)中的至少一种。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b4包括可以连接到储罐5c的球形穹顶。黑体辐射器可以是除了球形以外的形状，例如立方形，并且可以进一步用材料涂覆或包覆以改变其发射率，以使辐射功率更好地匹配PV单元池的能力。示例性包覆黑体辐射器5b4包括具有比碳具有更低辐射率的耐火材料的碳立方包层，其具有来自黑体运行温度下的蒸发或升华的低蒸气压。至少一个单元池组件(诸如储罐5c、黑体辐射器5b4、和黑体辐射器包层中的至少一个)可以包括以下中的至少一种：石墨(升华点＝3642℃)、耐火金属(诸如钨(M.P.＝3422℃)或钽(M.P.＝3020℃))、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℃)、Ta4HfC5(M.P.＝4000℃)、Ta4HfC5TaX4HfCX5(4215℃)、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等陶瓷可耐受与H2反应。在示例性实施方式中，诸如在碳黑体辐射器5b4上平铺或包层的TaC涂层等TaC的发射率约为0.2，而碳约为1。诸如储罐等示例性电池组件包括MgO、氧化铝、ZrO、ZrB2、SiC或BN。示例性黑体辐射器5b4可以包括碳或钨。诸如石墨等单元池组件材料可涂覆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、TaC、HfC、WC)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。处理方法可以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，可通过预涂布或在运行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，反应单元池室5b31可以包括碳与单元池气体(诸如H2O、H2、CO和CO2中的至少一种)的反应产物以抑制碳的进一步反应。在一个实施方式中，诸如泵管5k6的下部和EM泵组装件5kk等至少一个组件可以包括高温钢，诸如Haynes 230。在一个实施方式中，稀有气体-H2等离子体(诸如氩-H2(3％至5％))通过分数氢反应维持，可以将石墨形式的碳转化为类金刚石形式或金刚石中的至少一种。
诸如储罐5c或黑体辐射器5b4等单元池组件可以被铸造、研磨、热压、烧结、等离子体烧结、渗透、放电等离子体烧结、通过粉末床激光熔化3D打印，并且通过本领域已知的其他方法形成。在一个实施方式中，诸如外壳5b3a等至少一个组件可以通过冲压或压印组件材料(诸如金属)来制造。
在热离子和热电实施方式的情况下，热离子或热电转换器可以与热黑体辐射器5b4直接接触。黑体辐射器5b4还可将热传递至热力发动机(诸如兰金、布雷顿或斯特林热力发动机)或可充当热-电转换器的加热器。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，烃或超临界二氧化碳可代替涡轮发电机的兰金循环中的水，并且具有外部燃烧器设计的空气可用作涡轮发电机的布雷顿循环的工作介质。示例性超临界二氧化碳循环产生器包括Echogen动力系统(https://www.dresser-rand.com/products-solutions/systems-solution s/waste-heat-recovery-system/http://www.echogen.com/_CE/pagecontent/Documents/News/Echogen_brochure_2016.pdf)。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要素，诸如本公开的热传递要素。在另一实施方式中，
Figure GDA0003990253620000802
Figure GDA0003990253620000801
可以包括磁流体动力(MHD)或等离子体流体动力学(PHD)电力产生器，其中在单元池室5b31中产生的高压等离子体流入MHD或PHD产生器并转换成电力。回流可以进入反应单元池室。
可使用泵13a通过诸如13b等泵管线抽空单元池室5b3或5b3a1和反应单元池室3b31中的至少一种。对应的泵管线阀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、诸如CO2、CO等气态氧化物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。可通过本公开的要素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，阀和气体供应器保持所需气压，其中使用测量的气压的回馈控制阀开口以供应流体保持所需的气压。可通过以下部件供应H2O和H2：氢罐和管线311(可以包括电解系统以提供H2)、H2O/水蒸气罐和管线311、氢给料管线5ua、氩气罐5u1和给料管线5u1a、诸如H2、氩气中的至少一种的气体注射器、和可以通过EM泵管的H2O/水蒸气注射器。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式。分数氢气可扩散穿过单元池壁和连接件或流动出选择气阀。
在另一实施方式中，反应单元池室5b31在惰性气氛下运行。SF-CIHT产生器可以包括惰性气体源(诸如罐)，以及压力计、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个，以读取压力和控制压力。惰性气体压力可以在约1Torr至10大气压的范围内。
在一个实施方式中，在启动之后，加热器可以脱开，并且可以接入冷却以将单元池组件(诸如储罐5c、EM泵和PV转换器26a)保持在其运行温度，如本公开中给出的运行温度。
在实施方式中，如图2I28、2I69和2I80-2I149所示的SF-CIHT单元池或产生器(也称为
Figure GDA0003990253620000811
)包括六个基本的低维护系统，某些不具有移动部件并且能够长时间运行：(i)启动感应耦合加热器，其包括电源5m、引线5p和天线线圈5f，以首先熔化银或银-铜合金以包括熔融金属或熔体，并且可选地包括电极电磁泵，其包括最初引导点燃等离子体流的磁体；(ii)燃料注射器，如包括氢气供应(如通过黑体辐射器的氢气渗透供应)的燃料注射器，其中氢气可以通过电解或热解从水中获得，和注射系统，其包括用于注射熔融银或熔融银-铜合金和氧源(诸如氧化物，诸如CO2、CO、LiVO3或本公开的另一氧化物)的电磁泵5ka，或者气体注射器，其可以包括通过EM泵管5k6注射水蒸气和氢气中的至少一种的端口；(iii)点燃系统，用于在一对电极8上产生低压、高电流，将熔融金属、氢气和氧化物，或者熔融金属以及H2O和氢气中的至少一种注入其中以形成辉煌的发光等离子体；(iv)由等离子体加热至白炽灯温度的黑体辐射器5b4；(v)光-电转换器26a，其包括所谓的集中器光伏单元池15，其接收来自黑体辐射器的光并在高光强度下工作，如超过一千Suns；和(vi)燃料回收和热管理系统，其使点燃后的熔融金属返回注射系统，并至少冷却至单元池组件，诸如感应加热器天线5f、EM泵磁体5k4和PV转换器26A。在另一个实施方式中，来自点燃等离子体的光可以直接照射PV转换器26a以转换成电。在另一实施方式中，EM泵5ka可以包括热电泵、机械泵(诸如齿轮泵，诸如陶瓷齿轮泵)，或本领域已知的另一种，诸如包括能够高温运行的叶轮，诸如在约900℃至2000℃的温度范围内。
在一个实施方式中，PV转换器26a的黑体辐射器可以包括高温材料(诸如碳)，耐火金属(诸如W、Re)，或陶瓷，诸如过渡元素(诸如铪、锆、钽和钛)的硼化物、碳化物和氮化物、Ta4HfC5(M.P.＝4000℃)、TaB2、HfC、BN、HfB2、HfN、ZrC、TaC、ZrB2、TiC、TaN、NbC、ThO2，氧化物，诸如MgO、MoSi2、W-Re-Hf-C合金和本公开的其他。黑体辐射器可以包括有效地将光传输到PV并且优化PV单元池堆积的几何形状，其中光的功率从反应单元池室5b31流出。示例性黑体辐射器可以包括多边形或球形穹顶。黑体辐射器可以通过气体或真空间隙与PV转换器26a分离，PV单元池定位成接收来自黑体辐射器的黑体光。
产生器可以进一步包括能够对大气密封的外围腔室，并且还能够保持小于、等于和大于大气压的压力中的至少一个。产生器可以包括在穹顶外围的球形压力或真空容器，其包括单元池室5b3，其中PV转换器包括壳体或压力容器。单元池室可以由本领域技术人员已知的合适材料构成，其提供结构强度、密封和热传递。在示例性实施方式中，单元池室包括不锈钢和铜中的至少一种。PV单元池可以覆盖单元池室的内部，并且PV冷却系统(诸如热交换器87)可以覆盖单元池室的外表面。在热光伏实施方式中，PV转换器26a可以包括用于PV转换器26a的可见波长的选择性滤波器，诸如光子晶体。
在一个实施方式中，黑体辐射器包括球形穹顶5b4。在一个实施方式中，石墨球的内表面涂覆有耐高温的碳化物(诸如Ta4HfC5(M.P.＝4000℃)、碳化钨、碳化铌、碳化钽、碳化锆、碳化钛或碳化铪)。相应的金属可以与石墨表面的碳反应以形成相应的金属碳化物表面。穹顶5b4可以通过气体或真空间隙与PV转换器26a分离。在减小入射在PV单元池上的光强度的实施方式中，PV单元池可以远离黑体辐射器定位。例如，可以增加外围球形腔室的半径以减小从内部球形黑体辐射器发射的光的强度，其中PV单元池安装在外围球形腔室的内表面上(图2I143)。PV转换器可以包括由多个PV单元池组成的密集接收器阵列(DRA)。DRA可以包括镶木地板形状。各个PV单元池可以包括三角形、五边形、六边形和其他多边形中的至少一种。形成穹顶或球形的单元池可以以网格圆图案组织。在次级黑体辐射器的示例性实施方式中，其在诸如3500K的高温下运行，辐射发射率是发射率的约8.5MW/m2倍。在这种情况下，通过施加碳化钨涂层，具有约1的发射率的碳穹顶5b4的发射率可以降低到约0.35。黑体辐射器5b4可以包括不同材料的包层26c(图2I143)，以将发射率变得更理想。在示例性实施方式中，TaC(诸如涂覆、平铺或包层在碳黑体辐射器5b4上的TaC)的发射率约为0.2，而碳约为1。在另一个实施方式中，诸如包括外网格圆穹顶的PV单元池可以是成角度的至少一个并且包括反射涂层以将PV单元池吸收的光减少到PV单元池的强度容量内的液位。至少一个PV电路元件(诸如PV单元池电极、互连线和汇流条中的至少一种)可以包括具有高发射率的材料，诸如抛光导体，诸如抛光铝、银、金或铜。PV电路元件可以将来自黑体辐射器5b4的辐射反射回黑体辐射器5b4，使得PV电路元件不会显著地影响PV功率转换损耗。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b4可以包括多个可以是可分离的部分，诸如可分离的顶部和底部半球。两个半球可以在凸缘处连接。完成的W可以通过本领域已知的技术制造，例如烧结W粉末、放电等离子体烧结、铸造和通过粉末床激光熔化的3D打印。下室5b5可以在半球凸缘处连接。单元池室可通过能够在真空、大气压和高于真空的压力中的至少一个的凸缘连接到下室。下室可以与单元池室和反应单元池室中的至少一个密封。气体可以在单元池室和反应单元池室之间渗透。气体交换可以平衡两个腔室中的压力。可以将诸如氢气和稀有气体(诸如氩气)中的至少一种气体添加到单元池室中，以通过渗透或流动将气体供应到单元池反应室。渗透和流动可以是对所需气体(诸如氩-H2)的选择性。诸如银金属蒸气等金属蒸气可以是不可渗透的或流动受限的，使得它选择性地仅保留在单元池反应室中。可以通过将储罐5c保持在冷凝金属蒸气的温度并将其蒸气压保持在所需液位来控制金属蒸气压。产生器可以用气压(诸如氩气-H2气压)开始，该压力低于工作压力(诸如大气压)，使得当单元池加热并且气体膨胀时不会产生过压。可以用诸如计算机、压力传感器、阀、流量计和本公开的真空泵的控制器来控制气压。
在一个实施方式中，分数氢反应由作为导电基质的银蒸气维持。至少一种连续注射可以提供银蒸气，其中至少一部分变成蒸气并且银从储罐5c直接沸腾。电极可以为反应提供高电流以去除电子并引发分数氢反应。来自分数氢反应的热量可有助于向反应单元池室提供金属蒸气，诸如银金属蒸气。
点燃功率供应可以包括电容器和电感器中的至少一个。点燃电路可以包括变压器。变压器可输出高电流。产生器可以包括逆变器，其从PV转换器接收DC动力并输出AC。产生器可以包括DC到DC电压和电流调节器，以改变可以输入到逆变器的PV转换器的电压和电流。变压器的AC输入可以来自逆变器。逆变器可以以期望的频率运行，例如在大约1Hz到10,000Hz范围内的频率。在一个实施方式中，PV转换器26a输出可以直接馈入逆变器的DC动，或者可以在输入到逆变器之前进行调节。诸如60Hz AC的反向功率可以直接为电极供电，或者可以输入到变压器以增加电流。在一个实施方式中，电源2向电极提供连续的DC或AC电流。电极和电磁泵可以支持注入的熔体(诸如熔融Ag)的连续点燃，其可以进一步包括氧源(诸如氧化物)。可以通过渗透经过黑体辐射器来添加氢。
可以通过本公开的手段实现负载跟随。在一个实施方式中，当来自反应单元池室5b31的功率向下调节时，黑体辐射器5b4到PV转换器26a可以非常快地辐射其存储的能量。在一个实施方式中，辐射器表现为具有类似光停止时间的白炽灯丝，其中功率流从反应单元池室5b31到辐射器5b4中断。在另一个实施方式中，可以通过以大约恒定功率流运行辐射器来实现电负载跟随，该恒定功率流对应于大约恒定的运行温度，其中到负载的不需要的功率被耗散或倾倒到电阻元件(诸如电阻器，诸如SiC电阻器)或者本公开的其他加热元件中。
在一个实施方式中，产生器可以包括智能控制系统，其智能地激活和停用多个负载的负载以控制峰值聚合负载。产生器可以包括多个产生器，这些产生器可以用于可靠性和提供峰值功率中的至少一个。智能计量和控制中的至少一个可以通过遥测来实现，诸如通过使用具有WiFi的手机或个人计算机。
在一个实施方式中，来自黑体辐射器5b4的黑体光是随机定向的。光可以是辐射器黑体辐射器5b4和PV单元池15之间来回反射、吸收和再辐射中的至少一种。PV单元池可以成最佳角度以实现期望的PV吸收和光电转换。PV覆盖玻璃的反射率可以根据位置而变化。可以利用空间可变反射率的PV窗来实现反射率的变化。可以通过涂层实现可变性。示例性涂层是MgF2-ZnS抗反射涂层。PV单元池可以在几何上布置以实现期望的PV单元池吸收和反射，其涉及黑体辐射器5b4和PV单元池中的至少两个之间，多个PV单元池之间以及多个PV单元池和黑体辐射器5b4之间的功率流相互作用。在一个实施方式中，PC单元池可以布置在具有作为表面角度的函数的可变半径的表面中，诸如褶皱表面，诸如褶皱网格圆穹顶。在一个实施方式中，黑体辐射器5b4可以具有相对于彼此成角度的元件，以朝向PV单元池的方向发射、吸收和反射辐射中的至少一个。在一个实施方式中，黑体辐射器5b4可以包括在黑体辐射器表面上的元件发射器板以匹配PV取向，以实现到PV单元池的期望的功率传输。黑体辐射器、反射器或吸收器表面中的至少一个可以具有发射率、反射率、吸收系数和表面积中的至少一个，其被选择以实现到涉及辐射器和PV单元池的PV转换器的期望功率流。功率流可以涉及PV单元池和黑体辐射器之间的辐射弹跳。在一个实施方式中，选择黑体辐射器5b4的内表面与外表面的发射率和表面积中的至少一个，以实现到PV单元池的所需功率流，而不是回到反应单元池室5b31中的功率流。
在一个实施方式中，诸如UV和EUV中的至少一种的高能光可以在反应单元池室5b31中离解H2O和H2中的至少一种，以提高分数氢反应的速率。解离可以是热解作用的替代方式。
在另一实施方式中，运行产生器以在反应单元池室5b31中保持高金属蒸气压。高金属蒸气压可以产生光学厚的等离子体中的至少一种，以将来自分数氢反应的UV和EUV发射转换成黑体辐射，并且用作反应物，诸如用于分数氢反应以提高其反应速率的导电基质。分数氢反应可以在由水的热分解支持的反应单元池室中传播。金属蒸气和黑体温度中的至少一个可以是高的，诸如在1000K至10,000K的范围内，以支持水的热分解以增加分数氢反应速率。分数氢反应可以在气相和等离子体相中的至少一个中发生。金属可以通过电磁泵注射并通过点燃电流和来自分数氢反应的热量中的至少一种蒸发。可以调节反应条件、电流和金属注射速率以获得所需的金属蒸气压。
在超过金属蒸气的金属源的沸点的温度下产生器的运行可导致反应单元池室压力大于大气压。金属蒸气压可以通过控制通过电磁(EM)泵供应到腔室的金属蒸气的量和通过控制诸如单元池储罐等单元池组件的温度中的至少一个来控制。在一个实施方式中，反应单元池室5b31和储罐5c中的至少一个可以包括至少一个挡板，以引起来自反应单元池室的一个区域的热蒸气的对流电流，其中蒸气具有最高温度，温度在储罐5c的较冷的液态金属表面发生分数氢反应的区域。热循环可以通过冷凝蒸气来控制银蒸气压力，其中蒸气压力可以通过输送速率和蒸气压力的至少一个来确定，其取决于可以控制的液态银温度。储罐可以足够深以保持液态银液位。储罐可以通过热交换器冷却以保持液态银。可以使用冷却(诸如水冷)来控制温度。在示例性实施方式中，从储罐延伸到反应单元池室中的直的挡板可以将外部冷流与内部热流分开。在另一个实施方式中，可以控制EM泵以在达到所需的金属蒸气压力时停止泵送。作为另选，单元池室5b3或5b3a1的压力可以与反应单元池室5b31的压力匹配，使得在腔室之间存在期望的可容许的压力梯度。通过从由阀、调节器、控制器和压力传感器控制的气体供应向单元池室添加诸如稀有气体等气体，可以减小或平衡或平衡腔室压力的差异。在一个实施方式中，气体可在单元池室5b3或5b3a1与反应单元池室5b31之间使用。腔室气体(但不是金属蒸气)可以移动并平衡两个腔室的压力。两个腔室可以用诸如稀有气体等气体加压到高压。压力可以高于金属蒸气的最高运行分压。最高金属蒸气分压可对应于最高运行温度。在运行期间，金属蒸气压可以增加反应单元池压力，使得气体选择性地从反应单元池室5b3流到单元池室5b3或5b3a1，直到压力平衡，反之亦然。在一个实施方式中，两个腔室之间的气压自动平衡。可以通过腔室之间的气体的选择性移动来实现平衡。在一个实施方式中，避免了压力的偏移，从而避免了大的压差。
单元池室中的压力可以保持大于反应单元池室中的压力。外部单元池室中的较大压力可用于将单元池组件黑体辐射器56b4和储罐5c机械地保持在一起。
在一个实施方式中，金属蒸气保持在稳态压力下，其中蒸气的冷凝最小化。电磁泵可以在所需的金属蒸气压下停止。可以间歇地启动EM泵以泵送来维持期望的稳态压力。金属蒸气压可以保持在0.01Torr至200atm、0.1Torr至100atm和1torr至50atm的至少一个范围内。
在实现高分数功率的实施方式中，控制电极电磁泵浦动作以控制点燃电流参数，诸如波形、峰值电流、峰值电压、恒定电流和恒定电压。在一个实施方式中，波形可以是任何期望的，其优化期望功率输出和效率。波形可以是恒定电流、恒定电压、恒定功率、锯齿、方波、正弦波、梯形、三角形、具有截止的斜升、斜坡上升斜坡以及本领域中已知的其他波形。在波形具有约零电压或电流的部分的情况下，占空比可以在约1％至99％的范围内。频率可以是任何期望的，例如在约0.001Hz至1MHz、0.01Hz至100kHz和0.1Hz至10kHz的至少一个范围内。波形的峰值电流可以在约10A至1MA、100A至100kA和1kA至20kA的至少一个范围内。电压可以由电阻和电流的乘积给出。在一个实施方式中，电源2可以包括点燃电容器组90。在一个实施方式中，可以冷却诸如电容器组的电源2。冷却系统可以包括本公开的一种冷却系统，诸如辐射器。
在一个实施方式中，电源2包括具有不同数量的串联和并联电容器的电容器组，以提供最佳的电极电压和电流。PV转换器可以将电容器组充电到期望的最佳电压并保持最佳电流。可以通过增加电极两端的电阻来增加点燃电压。通过在更高的温度下运行电极，诸如在约1000K至3700K的温度范围内，可以增加电极电阻。可以通过控制点燃过程和电极冷却来控制电极温度以保持所需温度。电压可以在约1V至500V、1V至100V、1V至50V和1V至20V的至少一个范围内。电流可以在至少约10A至100kA、100A至10kA、100A至5kA的至少一个范围内。在示例性实施方式中，在150A和250A之间的恒定电流下电压为约16V。在一个实施方式中，由于较高的分数氢反应速率，由于分数氢反应产生的功率在正电极处较高。较高的速率可能是由于正电极更有效地从反应等离子体中除去电子。在一个实施方式中，分数氢反应取决于在较高施加电极电压下有利的电子去除。通过将单元池组件与反应等离子体接触，也可以增强电子的去除。产生器可以包括附加的接地或正偏压电极。电容器可以包含在点燃电容器壳体90中(图2I89)。
点燃电压可以升高，诸如在约1V至100V、1V至50V和1V至25V的至少一个范围内。电流可以是脉冲的或连续的。电流可以在约50A至100kA、100A至10kA和300A至5kA的至少一个范围内。汽化的熔体可以提供导电路径以从分数氢催化反应中除去电子以提高反应速率。在示例性实施方式中，由于在约2162℃至4000℃的温度范围内的蒸发，银蒸气压升高，例如在约0.5atm至100atm的范围内。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620000871
可以包括液体电极。电极可以包括液态金属。液态金属可以包括燃料的熔融金属。注射系统可以包括至少两个储罐5c和至少两个电磁泵，其可以基本上彼此电隔离。多个注射系统中的每一个的喷嘴5q可以定向成使多个熔融金属流相交。每个流可以具有到电源2的终端的连接，以向交叉流提供电压和电流。电流可以从一个喷嘴5q流过其熔融金属流到另一个流和喷嘴5q并返回到电源2的相应终端。单元池包括熔融金属返回系统以便于将注入的熔融金属返回到多个储罐层。在一个实施方式中，熔融金属返回系统使点燃电流和通过熔融金属的注入电流中的至少一个的短路最小化。反应单元池室5b31可以包括底板，该底板将注入的熔融金属的回流引导到单独的储罐5c中，使得银在单独的储罐5c中基本上隔离，以通过银连接储罐最小化电气短缺。通过储罐之间的银的回流而不是通过交叉银，导电的电阻可以显著更高，使得大部分电流流过交叉流。单元池可以包括储罐电隔离器或隔膜，其可以包括电绝缘体，诸如陶瓷或低导电率的耐火材料，诸如石墨。
分数氢反应可能导致产生高浓度的电子，这可能减缓进一步的分数氢产生，从而抑制分数氢反应速率。点燃电极8处的电流可以去除电子。在一个实施方式中，固体电极(诸如固体耐火金属电极)在其为正电极或阳极时易于熔化，这是因为优选在阳极处除去电子，导致高的分数反应速率和局部加热。在一个实施方式中，电极包含液体和固体电极的混合物。阳极可以包括液态金属电极并且阴极可以包括固体电极，诸如W电极，反之亦然。液态金属阳极可以包括至少一个EM泵和喷嘴，其中注入液态金属以与阴极接触以闭合点燃电路。
在一个实施方式中，当分数氢反应在没有电功率输入的情况下传播时终止点燃功率。分数氢反应可以在由水的热分解支持的反应单元池室中传播。点燃功率独立反应可以在合适的反应条件下自我传播。反应条件可以包括高温和合适的反应物浓度中的至少一种。可以控制至少一种分数氢反应条件和电流以在至少一部分电极上实现高温以实现热解。反应温度和一部分电极的温度中的至少一个可以是高的，例如在约1000℃至20,000℃、1000℃至15,000℃和1000℃至10,000℃的至少一个范围内。合适的反应浓度可以包括在约0.1Torr至10,000Torr、0.2Torr至1000Torr、0.5Torr至100Torr和0.5Torr至10Torr的至少一个范围内的水蒸气压。合适的反应浓度可以包括在约0.1Torr至10,000Torr、0.2Torr至1000Torr、0.5Torr至100Torr和0.5Torr至10Torr的至少一个范围内的氢气压力。合适的反应浓度可以包括在约1Torr至100,000Torr、10Torr至10,000Torr和1Torr至760Torr的至少一个范围内的金属蒸气压。反应单元池室可以保持在维持金属蒸气压的温度，该温度使分数氢反应速率最优化。
在一个实施方式中，可以将化合物加入到熔融金属(诸如熔融Ag或AgCu合金)中以降低其熔点和粘度中至少一个。所述化合物可包含助熔剂，诸如硼砂。在一个实施方式中，可以将诸如本公开之一的固体燃料添加到熔融金属中。在一个实施方式中，熔融金属(如熔融的银、铜或AgCu合金)包含将水结合或分散在熔体中的物质组合物，诸如可以水合的助熔剂，诸如可以水合至不同程度的硼砂，诸如脱水硼砂、五水合硼砂和十水合硼砂。熔体可包含助熔剂以从泵管内部除去氧化物。移除可以在电磁泵汇流条5k2的区域处保持熔融金属与泵管5k6之间的良好电接触。
在一个实施方式中，可以将包含氧源的化合物添加到熔融金属中，诸如熔融银、铜或AgCu合金。在一个实施方式中，金属熔体包括不粘附于单元池组件(诸如锥形储罐和锥形或穹顶)的金属。金属可以包括合金，诸如Ag-Cu，诸如AgCu(28重量％)或Ag-Cu-Ni合金。化合物可以储罐5c和电磁泵的运行温度下熔化，使得其至少一种溶解并与熔融金属混合。所述化合物可以在低于其熔点的温度下溶解并混合在熔融金属中的至少一种。包含氧源的示例性化合物包括氧化物，诸如金属氧化物或第13、14、15、16或17族氧化物。金属氧化物的示例性金属是具有低水反应性的金属中的至少一种，诸如下组：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。相应的氧化物可以热力学上有利地与氢反应形成HOH催化剂。示例性金属氧化物及其相应的熔点是：四硼酸钠十水合物(M.P.＝743℃、水合物)、CuO(M.P.＝1326℃)、NiO(M.P.＝1955℃)、PbO(M.P.＝888℃)、Sb2O3(M.P.＝656℃)、Bi2O3(M.P.＝817℃)、CO2O3(M.P.＝1900℃)、CdO(M.P.＝900-1000℃)、GeO2(M.P.＝1115℃)、Fe2O3(M.P.＝1539-1565℃)、MoO3(M.P.＝795℃)、TeO2(M.P.＝732℃)、SnO2(M.P.＝1630℃)、WO3(M.P.＝1473℃)、WO2(M.P.＝1700℃)、ZnO(M.P.＝1975℃)、TiO2(M.P.＝1843℃)、Al2O3(M.P.＝2072℃)、碱土氧化物、稀土元素氧化物，过渡金属氧化物、内过渡金属氧化物、碱金属氧化物(诸如Li2O(M.P.＝1438℃)、Na2O(M.P.＝113℃)、K2O(M.P.＝740℃)、Rb2O(M.P.＝>500℃)、Cs2O(M.P.＝490℃))、氧化硼(诸如B2O3(M.P.＝450℃))、V2O5(M.P.＝690℃)、VO(M.P.＝1789℃)、Nb2O5(M.P.＝1512℃)、NbO2(M.P.＝1915℃)、SiO2(M.P.＝1713℃)、Ga2O3(M.P.＝1900℃)、IN2O5(M.P.＝1910℃)、Li2WO4(M.P.＝740℃)、Li2B4O7(M.P.＝917℃)、Na2MoO4(M.P.＝687℃)、LiVO3(M.P.＝605℃)、Li2VO3、MN2O5(M.P.＝1567℃)和Ag2WO4(M.P.＝620℃))。其他示例性氧化物包括氧化物的混合物，诸如包含至少两种碱金属氧化物的混合物，诸如Li2O和Na2O和Al2O3、B2O3和VO2。该混合物可以产生更理想的物理性质，例如更低的熔点或更高的沸点。可以干燥氧化物。在氧源(诸如Bi2O3或Li2WO4)的示例性实施方式中，氧源的氢还原反应在热力学上是有利的，并且还原产物与水反应形成氧源可在运行条件(诸如红热条件)下发生。在示例性实施方式中，在红热下，铋与水反应形成三氧化铋(III)氧化物(2Bi(s)+3H2O(g)→Bi2O3(s)+3H2(g))。在一个实施方式中，氧化物蒸发成气相或等离子体。反应单元池室5b31中的氧化物摩尔数可能限制其蒸气压。在一个实施方式中，形成HOH催化剂的氧源可包含多种氧化物。多种氧化物中的每一种可以是挥发性的，以在某些温度范围内用作HOH催化剂源。例如，LiVO3可以作为高于其熔点并且低于第二氧源(诸如第二氧化物)的熔点的主要氧源。第二氧化物可以在更高的温度下用作氧源，诸如高于其熔点。示例性的第二氧化物是Al2O3、ZrO、气态的。可以通过添加到反应单元池室5b31的摩尔数来调节压力。可以调节氧化物和银蒸气压的比率以优化分数氢反应条件和速率。
在一个实施方式中，氧源可以包括无机化合物，诸如以下中的至少一种：H2O、CO、CO2、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5、SO、SO2、SO3、PO、PO2、P2O3、P2O5。诸如CO2和CO中的至少一种的氧源可以是室温下的气体。诸如气体等氧源可以在外部压力容器室5b31a中。氧源可以包括气体。气体可以是从外部压力容器室5b31a扩散或渗透到反应单元池室5b31中，及从反应单元池室5b31扩散或渗透到压力容器腔室5b31a中的至少一种。可以通过控制其在外部压力容器室5b31a.中的压力来控制反应单元池室5b31内的氧源气体浓度。氧源气体可以通过供应管线作为反应单元池室内的气体添加到反应单元池室中。供应管线可以进入较冷的区域，诸如在储罐底部的EM泵管中。氧源气体可以通过固体或液体如冷冻的CO2、碳酸盐或碳酸的分解或蒸发来提供。外部压力容器室5b31a和反应单元池室5b31中的至少一个中的压力可以用压力计(诸如本公开之一)测量。可以用控制器和气体源控制气压。
反应单元池室5b31气体可以进一步包括H2，其可以渗透黑体辐射器5b4或者通过EM泵管或另一个入口供应。诸如CO2、CO和H2O中的至少一种等另一种气体可以通过渗透和流过诸如EM泵管的入口中的至少一种来供应。H2O可以包括水蒸气和气态水或水蒸气中的至少一种。外室中渗透黑体辐射器(诸如碳黑体辐射器5b4)以供应反应单元池室5b31的气体可以包括H2、H2O、CO和CO2中的至少一种。气体可以是从外部压力容器室5b31a扩散或渗透到反应单元池室5b31，及从反应单元池室5b31扩散或渗透到外部压力容器室5b31a中的至少一种。控制外室中的相应气压可以控制每个气体的反应单元池室5b31的浓度。可以用相应的传感器感测反应单元池室5b31的每种气体的压力或浓度。反应单元池室5b31中CO、CO2和H2的存在可以抑制H2O与任何由碳组成的单元池组件(诸如碳反应单元池室)的反应。在一个实施方式中，H2O与分数氢(诸如H2(1/4))反应的氧产物可能有利于分数氢反应。氧产物与单元池组件的氧化副反应可以通过氢的存在来抑制。在运行期间可以形成的熔融金属涂层也可以保护单元池组件免于与H2O和氧气中的至少一种反应。在一个实施方式中，在反应单元池室的情况下，诸如反应单元池室内壁的壁可以涂覆有涂层(诸如热解石墨)，其中涂层可选择性地渗透所需气体。在示例性实施方式中，黑体辐射器5b4包括碳，并且反应单元池室5b31的内壁包括热解石墨，其可透过H2，同时不透过O2、CO、CO2和H2O中的至少一种。内壁可以涂有熔融金属(诸如银)，以防止壁与氧化性物质(诸如O2和H2O)发生反应。
氧源可以包括含有氧阴离子的化合物。所述化合物可包含金属。所述化合物可选自以下中的一种：氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硫酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐、硝酸盐、亚硝酸盐、高锰酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、亚氯酸盐、高亚氯酸盐、次氯酸盐、溴酸盐、高溴酸盐、亚溴酸盐、高亚溴酸盐、碘酸盐、高碘酸盐、亚碘酸盐、高亚碘酸盐、铬酸盐、重铬酸盐、碲酸盐、硒酸盐、砷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钴氧化物、碲氧化物和其他含氧阴离子(诸如卤素、B、Si、N、As、S、Te、Sb、C、S、P、Mn、Cr、Co和Te的氧阴离子)，其中所述金属可以包括碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属或稀土金属、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Se、和Te中的一种或多种。氧源可以包括MNO3、MClO4、MOx、MxO和MxOy中的至少一种，其中M是金属，诸如过渡金属、内过渡金属、稀土元素金属、Sn、Ga、In、铅、锗、碱金属或碱土金属，并且x和y是整数。氧源可以包括以下中的至少一种：SO2、SO3、S2O5Cl2、F5SOF、M2S2O8、SOxXy(诸如SOCl2、SOF2、SO2F2或SOBr2)、XxX’yOz(其中X和X’是卤素，诸如ClO2F、ClO2F2、ClOF3、ClO3F和ClO2F3)、氧化碲(诸如TeOx，诸如TeO2或TeO3、Te(OH)6)、SeOx(诸如SeO2或SeO3)、氧化硒(诸如SeO2、SeO3、SeOBr2、SeOCl2、SeOF2或SeO2F2)、P2O5、POxXy(其中X是卤素，诸如POBr3、POI3、POCl3或POF3)、氧化砷(诸如As2O3或As2O5)、氧化锑(诸如Sb2O3、Sb2O4或Sb2O5)、或SbOCl、Sb2(SO4)3、氧化铋、另一种铋化合物(诸如BiAsO4、Bi(OH)3、Bi2O3、BiOBr、BiOCl、BiOI、Bi2O4)、金属氧化物或氢氧化物(诸如Y2O3、GeO、FeO、Fe2O3或NbO、NiO、Ni2O3、SnO、SnO2、Ag2O、AgO、Ga2O、As2O3、SeO2、TeO2、In(OH)3、Sn(OH)2、In(OH)3、Ga(OH)3或Bi(OH)3)、CO2、CO、高锰酸盐(诸如KMnO4和NaMnO4)、P2O5、硝酸盐(诸如LiNO3、NaNO3和KNO3)、过渡金属氧化物或氢氧化物(具有至少一个O和OH的Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn)、羟基氧化物(诸如FeOOH)、第二或第三过渡系列氧化物或氢氧化物(诸如Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Osd氧化物或氢氧化物)、贵金属氧化物(诸如PdO或PtO)、金属和氧阴离子(诸如Na2TeO4或Na2TeO3、CoO)、含有至少两个来自氧和不同卤素原子的原子的化合物(诸如F2O、Cl2O、ClO2、Cl2O6、Cl2O7、ClOF3、ClO2F、ClO2F3、ClO3F、i2O5)、还原时可形成金属的化合物。氧源可以包括含氧气体，诸如O2、N2O和NO2中的至少一种。
在一个实施方式中，熔体包含至少一种添加剂。添加剂可以包括氧源和氢源之一。氧源和氢源中的至少一种可以包括以下组中的一种或多种：
H2、NH3、MNH2、M2NH、MOH、MAlH4、M3AlH6、和MBH4、MH、MNO3、MNO、MNO2、M2NH、MNH2、NH3、MBH4、MAlH4、M3AlH6、MHS、M2CO3、MHCO3、M2SO4、MHSO4、M3PO4、M2HPO4、MH2PO4、M2MoO4、M2MoO3、MNbO3、M2B4O7、MBO2、M2WO4、M2CrO4、M2Cr2O7、M2TiO3、MZrO3、MAlO2、M2Al2O2、MCoO2、MGaO2、M2GeO3、MMnO4、M2MnO4、M4SiO4、M2SiO3、MTaO3、MVO3、MIO3、MFeO2、MIO4、MOCl、MClO2、MClO3、MClO4、MClO4、MScO3、MScOn、MTiOn、MVOn、MCrOn、MCr2On、MMN2On、MFeOn、MxCoOn(x是整数或分数)，MNiOn、MNi2On、MCuOn、MZnOn，其中n＝1、2、3或4，并且M是金属，诸如碱金属、Mg3(BO3)2、和M2S2O8；
混合金属氧化物或嵌插氧化物，诸如锂离子电池嵌插化合物，诸如以下组中的至少一种：LiCoO2、LiFePO4、LiNixMnyCozO2、LiMN2O4、LiFeO2、Li2MnO3、Li2MnO4、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2VO3、Li2NbO3、Li2SeO3、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2HfO3、Li2MoO3或Li2MoO4、Li2TiO3、Li2ZrO3和LiAlO2；
助熔剂，如四硼酸钠(M.P.＝743℃，水合物)、K2SO4(M.P.＝1069℃)、Na2CO3(M.P.＝851℃)、K2CO3(M.P.＝891℃)、KOH(M.P.＝360℃)、MgO，(M.P.＝2852℃)、CaO，(M.P.＝2613℃)、SrO，(M.P.＝2531℃)、BaO，(M.P.＝1923℃)、CaCO3(M.P.＝1339℃)；
分子氧化剂，其可以包括气体，诸如CO、CO2、SO2、SO3、S2O5Cl2、F5SOF，SOxXy(诸如SOCl2、SOF2、SO2F2、SOBr2)、PO2、P2O3、P2O5，POxXy(诸如POBr3、POI3、POCl3或POF3)、I2O5、Re2O7、I2O4、I2O5、I2O9、SO2、CO、CO2、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5、Cl2O、ClO2、Cl2O3、Cl2O6、Cl2O7、NH4X，其中，X是硝酸盐或本领域技术人员已知的其他合适的阴离子，诸如包含下组中的一种：NO3-、NO2-、SO42-、HSO4-、CoO2-、IO3-、IO4-、TiO3-、CrO4-、FeO2-、PO43-、HPO42-、H2PO4-、VO3-、ClO4-和Cr2O72；
氧阴离子，诸如下组中的至少一种：NO3-、NO2-、SO42-、HSO4-、CoO2-、IO3-、IO4-、TiO3-、CrO4-、FeO2-、PO43-、HPO42-、H2PO4-、VO3-、ClO4-和Cr2O72-；
强酸、氧化剂、分子氧化剂的氧阴离子，诸如下组中的至少一种：V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2和NH4X，其中，X是硝酸盐或本领域技术人员已知的其他合适的阴离子；
氢氧化物，诸如下组中的至少一种：Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、和W、MOH、MOH、M’(OH)2，其中，M是碱金属，并且M’是碱土金属、过渡金属氢氧化物，Co(OH)2、Zn(OH)2、Ni(OH)2，其他过渡金属氢氧化物、稀土氢氧化物、Al(OH)3、Cd(OH)2、Sn(OH)2、Pb(OH)、In(OH)3、Ga(OH)3、Bi(OH)3，包含
Figure GDA0003990253620000931
Figure GDA0003990253620000932
和
Figure GDA0003990253620000933
的化合物，复合离子氢氧化物，诸如Li2Zn(OH)4、Na2Zn(OH)4、Li2Sn(OH)4、Na2Sn(OH)4、Li2Pb(OH)4、Na2Pb(OH)4、LiSb(OH)4、NaSb(OH)4、LiAl(OH)4、NaAl(OH)4、LiCr(OH)4、NaCr(OH)4、Li2Sn(OH)6和Na2Sn(OH)6；
酸，诸如H2SO3、H2SO4、H3PO3、H3PO4、HClO4、HNO3、HNO、HNO2、H2CO3、H2MoO4、HNbO3、H2B4O7、HBO2、H2WO4、H2CrO4、H2Cr2O7、H2TiO3、HZrO3、MAlO2、HMN2O4、HIO3、HIO4、HClO4，或酸的来源，诸如无水酸，诸如下组中的至少一种：SO2、SO3、CO、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3和P2O5；
固体酸，诸如下组中的至少一种：MHSO4、MHCO3、M2HPO4和MH2PO4其中，M是金属，诸如碱金属；
羟基氧化物，诸如下组中的一种：WO2(OH)、WO2(OH)2、VO(OH)、VO(OH)2、VO(OH)3、V2O2(OH)2、V2O2(OH)4、V2O2(OH)6、V2O3(OH)2、V2O3(OH)4、V2O4(OH)2、FeO(OH)、(α-MnO(OH)石灰石和γ-MnO(OH)水锰矿)、MnO(OH)、MnO(OH)2、MN2O3(OH)、MN2O2(OH)3、MN2O(OH)5、MnO3(OH)、MnO2(OH)3、MnO(OH)5、MN2O2(OH)2、MN2O6(OH)2、MN2O4(OH)6、NiO(OH)、TiO(OH)、TiO(OH)2、Ti2O3(OH)、Ti2O3(OH)2、Ti2O2(OH)3、Ti2O2(OH)4、和NiO(OH)、羟铬矿(CrO(OH))、水铝石(AlO(OH))、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、针铁矿(-Fe3+O(OH))、石灰石(Mn3+O(OH))、圭亚那岩(CrO(OH))、黑铁钒矿((V,Fe)O(OH))、CoO(OH)、NiO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)、和Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)、RhO(OH)、InO(OH)、铁镁石(GaO(OH))、水锰矿(Mn3+O(OH))、钇钨华-(Y)YW2O6(OH)3、钇钨华-(Ce)((Ce、Nd、Y)W2O6(OH)3)、未命名(钇钨华-(Ce)的Nd类似物)((Nd、Ce、La)W2O6(OH)3)、锑酸氢氧化铜(frankhawthorneite)(Cu2[(OH)2[TeO4])、碲铅铜石(khinite)
Figure GDA0003990253620000941
副碲铅铜石(parakhinite)
Figure GDA0003990253620000942
和MxOyHz，其中x、y和z是整数，并且M是金属，诸如过渡金属、内过渡金属或稀土金属，诸如金属羟基氧化物；
氧化物，诸如下组中的一种：氧阴离子化合物、铝酸盐、钨酸盐、锆酸盐、钛酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、铬酸盐和锰酸盐、氧化物、亚硝酸盐、硼酸盐、氧化硼(诸如B2O3)、金属氧化物、非金属氧化物、碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属的氧化物，以及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge和B，以及形成氧化物或氧阴离子的其他元素，包含选自碱金属、碱土金属、过渡金属，内过渡金属和稀土金属的阳离子，以及Al、Ga、In、Sn和Pb阳离子中的至少一种的氧化物，金属氧化物阴离子和阳离子，诸如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属和稀土金属阳离子，以及其他金属和类金属的氧化物，诸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se和Te的氧化物，诸如MM’2xO3x+1或MM’2xO4(M＝碱土金属，M’＝过渡金属，诸如Fe或Ni或Mn，x＝整数)和M2M’2xO3x+1或M2M’2xO4(M＝碱金属，M’＝过渡金属诸如Fe或Ni或Mn，x＝整数)，M2O和MO，其中M是金属，诸如碱金属，诸如Li2O、Na2O和K2O，和碱土金属，诸如MgO、CaO、SrO和BaO，MCoO2，其中M是金属，诸如碱金属，CoO2、MnO2、MN2O3、Mn3O4、PbO2、Ag2O2、AgO、RuO2，包含银和氧的化合物，过渡金属的氧化物诸如NiO和CoO，V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl的氧化物，及W过渡金属和Sn，诸如SnO，碱金属的氧化物，诸如Li2O、Na2O和K2O，和碱土金属的氧化物，诸如MgO、CaO、SrO和BaO，MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MnO、MN2O7、HfO2、CO2O3、CoO、CO3O4、PdO、PtO2、BaZrO3、Ce2O3、LiCoO2、Sb2O3、BaWO4、BaCrO4、BaSi2O5、Ba(BO2)2、Ba(PO3)2、BaSiO3、BaMoO4、Ba(NbO3)2、BaTiO3、BaTi2O5、BaWO4、CoMoO4、CO2SiO4、CoSO4、CoTiO3、CoWO4、CO2TiO4、Nb2O5、Li2MoO4、LiNbO3、LiSiO4、Li3PO4、Li2SO4、LiTaO3、Li2B4O7、Li2TiO3、Li2WO4、LiVO3、Li2VO3、Li2ZrO3、LiFeO2、LiMnO4、LiMN2O4、LiGaO2、Li2GeO3、LiGaO2；
水合物，诸如本公开的水合物，诸如硼砂或四硼酸钠六水合物；
过氧化物，诸如H2O2、M2O2，其中M是碱金属，诸如Li2O2、Na2O2、K2O2，其他离子过氧化物，诸如碱土金属过氧化物，诸如Ca、Sr或Ba的过氧化物，其他正电金属，诸如镧系元素的过氧化物，和共价金属过氧化物，诸如Zn、Cd和Hg的过氧化物；
超氧化物，诸如MO2，其中M是碱金属，诸如NaO2、KO2、RbO2和CsO2，和碱土金属超氧化物；
包含至少一种氧物质的化合物，诸如O2、O3、
Figure GDA0003990253620000951
O、O+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH、OOH-、O-、O2-、
Figure GDA0003990253620000952
和
Figure GDA0003990253620000953
中的至少一种，及H物质，诸如H2、H、H+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH和OOH-中的至少一种；
能够进行水合反应的酸酐或氧化物，包括例如下组中的一种的元素、金属、合金或混合物：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co和Mg、Li2MoO3、Li2MoO4、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3、LiAlO2、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2VO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO4、Li2HfO3、LiCoO2和MO(其中M金属，诸如碱土金属，诸如MgO的Mg)、As2O3、As2O5、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、Bi2O3、SO2、SO3、CO、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3和P2O5；
氢负离子，诸如下组中的一个：R-Ni、La2Co1Ni9H6、La2Co1Ni9H6、ZrCr2H3.8、LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75、ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2，以及其他能够储存氢的合金，诸如下组中的一个：MmNi5(Mm＝混合金属)，诸如MmNi3.5Co0.7Al0.8，AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)型，其中“ABx”表示A类元素(LaCePrNd或TiZr)与B类元素(VNiCrCoMnAlSn)的比例、AB5-型，MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm＝混合金属：25重量％La、50重量％Ce、7重量％Pr、18重量％Nd)、La1-yRyNi5-xMx、AB2-型：Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12合金，基于镁的合金，Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1合金、Mg0.72Sc0.28(Pd0.012+Rh0.012)和Mg80Ti20、Mg80V20，La0.8Nd0.2Ni2.4CO2.5Si0.1，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，TiFe、TiCo和TiNi，ABn化合物(n＝5，2或1)，AB3-4化合物，ABx(A＝La、Ce、Mn、Mg；B＝Ni、Mn、Co、Al)，ZrFe2，Zr0.5Cs0.5Fe2，Zr0.8Sc0.2Fe2，YNi5，LaNi5，LaNi4.5Co0.5，(Ce，La，Nd，Pr)Ni5，混合金属-镍合金，Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5，La2Co1Ni9，FeNi，TiMN2，TiFeH2，一种M-N-H系统，诸如LiNH2、Li2NH或Li3N，以及碱金属氢负离子，其进一步包括硼，诸如硼氢负离子或铝(诸如铝氢负离子)，碱土金属氢负离子(诸如MgH2)，金属合金氢负离子(诸如BaReH9、LaNi5H6、FeTiH1.7和MgNiH4)，金属硼氢负离子(诸如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，氢负离子金属或半金属，其包括碱金属(Na、K、Rb、Cs)，碱土金属(Mg、Ca、Ba、Sr)，来自IIIA族的元素(诸如B、Al、Ga、Sb)，来自IVA族的元素(诸如C、Si、Ge、Sn)，来自VA族的元素(诸如N、P、As)，过渡金属合金和金属间化合物ABn，其中A代表一种或多种能形成稳定氢负离子的元素，B是形成不稳定氢负离子的元素，表2中给出的金属间化合物，在金属间化合物中，部分位点A和/或站点B被另一元素取代，诸如代表LaNi5的M，金属间合金可以由LaNi5-xAx表示，其中A是例如Al、Cu、Fe、Mn和/或Co，并且La可以被混合金属取代，稀土元素金属的混合物包含30％至70％的铈、钕和极少量来自同一系的元素，其余为镧，诸如Li3Mg，K3Mg，Na3Mg等合金形成混合氢负离子，诸如MMgH3(M＝碱金属)、聚氨基硼烷、胺硼烷络合物(诸如胺硼烷)，氢负离子硼氨化物、肼-硼烷络合物、二硼酸二乙酯、环硼氮烷和八氢三硼酸铵或四氢硼酸盐、咪唑鎓离子液体，诸如烷基(芳基)-3-甲基咪唑鎓N-双(三氟甲磺酰基)亚氨酸盐、硼酸磷和碳酸盐物质。其他示例性化合物是氨硼烷、碱性氨硼烷(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、及氨基硼烷和硼烷胺，诸如氨基二硼烷、n-二甲基氨基二硼烷、三(二甲基氨基)硼烷、二正丁基硼胺、二甲基氨基硼烷、三甲基氨基硼烷，氨-三甲基硼烷和三乙基氨基硼烷。其他合适的储氢材料是具有吸收氢的有机液体，诸如咔唑和衍生物，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；
表2.形成氢负离子的元素和组合。
Figure GDA0003990253620000971
氢渗透膜，诸如Ni(H2)、V(H2)、Ti(H2)、Fe(H2)或Nb(H2)；
诸如本公开的包含氧和氢中的至少一种的化合物，其中其他金属可以替代本公开的金属，M也可以是另一种阳离子，例如碱土金属、过渡元素、内过渡元素或稀土金属阳离子，或者13至16族阳离子，诸如Al、Ga、In、Sn、Pb、Bi和Te，并且金属可以是熔融金属之一，诸如银和铜中的至少一种，
和氢和氧中至少一种的其他这类来源，诸如本领域技术人员已知的那些。在一个实施方式中，由分数氢反应释放的能量和在电极上施加的电压中的至少一种足以破坏氧源的氧键以释放氧。电压可以在约0.1V至30V、0.5V至4V和0.5V至2V的至少一个范围内。在一个实施方式中，氧源比氢还原产物(诸如水)和包含较少氧的氧源更稳定。氢还原产物可与水反应形成氧源。还原的氧源可以与水和氧中的至少一种反应，以在反应单元池室5b31中保持低浓度的这些氧化剂。还原的氧源可以保持穹顶5b4。在包括W穹顶和高度稳定的氧化物(诸如Na2O)的示例性实施方式中，还原的氧源是N金属蒸气，其与H2O和O2反应以从反应单元池室中清除这些气体。Na还可以将穹顶上的W氧化物还原为W以保持其免受腐蚀。
诸如具有能够溶解或混合到熔体(诸如熔融银)中的合适熔点和沸点的示例性氧源是选自下组中的至少一个：NaReO4、NaOH、NaBrO3、B2O3、PtO2、MnO2、Na5P3O10、NaVO3、Sb2O3、Na2MoO4、V2O5、Na2WO4、Li2MoO4、Li2CO3、TeO2、Li2WO4、Na2B4O7、Na2CrO4、Bi2O3、LiBO2、Li2SO4、Na2CO3、Na2SO4、K2CO3、K2MoO4、K2WO4、Li2B4O7、KBO2、NaBO2、Na4P2O7、CoMoO4、SrMoO4、Bi4Ge3012、K2SO4、MN2O3、GeO2、Na2SiO3、Na2O、Li3PO4、SrNb2O6、Cu2O、LiSiO4、LiNbO3、CuO、CO2SiO4、BaCrO4、BaSi2O5、NaNbO3、Li2O、BaMoO4、BaNbO3、WO3、BaWO4、SrCO3、CoTiO3、CoWO4、LiVO3、Li2VO3、Li2ZrO3、LiMN2O4、LiGaO2、Mn3O4、Ba(BO2)2*H2O、Na3VO4、LiMnO4、K2B4O7*4H2O和NaO2。
在一个实施方式中，氧源(诸如过氧化物，如Na2O2)、氢源(诸如氢负离子或氢气，如氩气/H2(3％至5％))和导电性基质(诸如熔融银)可以用作固体燃料以形成分数氢。反应可在惰性容器中进行，诸如碱土金属氧化物容器，诸如MgO容器。
添加剂可进一步包括通过对氧源的氢还原而形成的化合物或元素。还原的氧源可以通过与反应单元池室5b31中过量的氧和水中的至少一种反应形成氧源(诸如氧化物)。氧源和还原氧源中的至少一种可以包括注入的熔体的重量百分比，所述熔体包括熔融金属(诸如银)、氧源(诸如硼砂)和还原的氧源以使分数氢反应速率最大化种的至少两种。氧源和还原的氧源种的至少一种的重量百分比可以在约0.01重量％至50重量％、0.1重量％至40重量％、0.1重量％至30重量％、0.1重量％至20重量％、0.1重量％至10重量％，1重量％至10重量％、和1重量％至5重量％的至少一个重量百分比范围内。反应单元池室气体可以包括气体混合物。所述混合物可以包括稀有气体，诸如氩气和氢。反应单元池室5b31可以保持在包含氢分压的气氛下。氢压力可以在约0.01Torr至10,000Torr、0.1Torr至1000Torr、1Torr至100Torr、和1Torr至10Torr的至少一个范围内。稀有气体(诸如氩气)压力可以在约0.1Torr至100,000Torr、1Torr至10,00Torr和10Torr至1000Torr的至少一个范围内。氧源可以与氢反应形成H2O。H2O可以用作HOH催化剂以形成分数氢。氧源可能在热力学上不利于氢还原。HOH可以在点燃期间形成，诸如在等离子体中。还原产物可与点燃期间形成的水反应。水反应可以将反应单元池室5b31中的水保持在低液位。低水液位可以在约小于40Torr、小于30Torr、小于20Torr、小于10Torr、小于5Torr和小于1Torr的至少一个范围内。反应单元池室中的低水蒸气压可以保护至少一个单元池组件(诸如穹顶5b，诸如W或石墨穹顶)不会发生腐蚀。作为氧源的氧化钨可以参与钨循环以保持钨穹顶5b4免受腐蚀。氧和钨库存的平衡可能保持接近恒定。通过来自氧化钨的氧与钨金属反应而造成的任何氧化钨腐蚀产物可以用来自氧化钨的钨金属代替，该氧化钨被还原以提供氧反应物。
添加剂可以包括增强另一种添加剂(诸如氧源)的溶解度的化合物。所述化合物可以包括分散剂。所述化合物可以包括助熔剂。产生器可以进一步包括搅拌器，以将诸如银等熔融金属与诸如氧源等添加剂混合。搅拌器可以包括机械的、气动的、磁性的、电磁的至少一种，诸如使用洛伦兹力、压电和本领域已知的其他搅拌器。搅拌器可以包括超声波仪，诸如超声波超声仪。搅拌器可以包括电磁泵。搅拌器可以包括电极电磁泵和注射电磁泵5ka中的至少一个。搅拌可以在保持熔体的单元池组件(诸如储罐和EM泵中的至少一种)中发生。可以调节熔体组合物以增加添加剂的溶解度。熔体可以包括银、银铜合金和铜中的至少一种，可调节熔融组合物以增加添加剂的溶解度。增加溶解度的化合物可以包括气体。气体可以与添加剂(诸如氧源)发生可逆反应。可逆反应可以增强氧源的溶解度。在示例性实施方式中，气体包含CO和CO2中的至少一种。示例性的可逆反应是CO2与氧化物(诸如碱件氧化物，诸如Li2O)反应形成碳酸盐。在另一实施方式中，该反应包括氧源的还原产物(诸如金属)与金属氧化物(诸如碱金属氧化物，诸如Li2O或Na2O，过渡金属氧化物，诸如CuO和氧化铋)的水的反应。
在示例性实施方式中，熔体或注射的熔融金属包含熔融银、和LiVO3和M2O(M＝Li或Na)中的至少一种，其在约0.1摩尔％至5摩尔％、1摩尔％至3摩尔％和1.5摩尔％至2.5摩尔％的至少一个浓度范围内。反应单元池室5b31气体包含稀有气体(诸如氩气)以及氢气，其保持在约1％至10％，2％至5％和3％至5％中的至少一个范围内。消耗的氢气可以通过向单元池室5b3或5b31a供应氢气来替换，同时监测诸如单元池室中的氢分压和总压力中的至少一个，其中由于惰性特性和氩气存量的恒定性，氢压力可以由总压力推断出来。氢回流速率可以在约0.00001摩尔/秒至0.01摩尔/秒、0.00005摩尔/秒至0.001摩尔/秒和0.0001摩尔/秒至0.001摩尔/秒的至少一个范围内。黑体辐射器5b4可以包括W或碳。黑体辐射器5b4可以包括金属布或编织物，诸如包含钨的金属布或编织物，其包含细钨丝，其中编织密度对气体是可渗透的，但防止银蒸气从反应单元池室内渗透到单元池室。储罐5c和EM泵组件(诸如泵管5k6)中的至少一个可以包括铌、钼、钽、钨、铼、钛、钒、铬、锆、铪、钌、铑、锇和铱中的至少一种。可以通过烧结粉末焊接、激光焊接、电子束焊接、放电加工、铸造、使用螺纹连接件、使用包含耐火材料的Swageloks、使用用于Mo的合金剂(诸如铼钛和锆(TZM))以及电镀连接的组中的至少一种接合或制造技术来连接这些组件。在包括耐火金属的实施方式中，EM泵汇流条5k2处的泵管5k6的部分可以由实心件加工或通过诸如动力烧结铸件的方式铸造。所述部分可以包括入口管和出口管，用于邻接泵管的相应入口和喷嘴部分。可以通过本公开的装置进行连接。相邻的管部分可以电子束焊接成直线部分，然后弯曲以形成泵回路。来自储罐的泵管入口部分和喷嘴部分可以分别邻接储罐的底部并穿过底部。可以通过电子束焊接在储罐底部的每个穿透处焊接管。
在一个实施方式中，使用诸如耐火金属或材料O形环等O形环将螺纹耐火金属单元池组件密封在一起。螺纹连接件可以在平坦和刀口对处连接，其中刀口压缩O形环。示例性耐火金属或材料是本公开的那些，诸如W、Ta、Nb、Mo和WC。在一个实施方式中，单元池的部件(诸如EM泵的部件，诸如泵管喷嘴5q、储罐5c的泵管5k6入口和出口、以及储罐5c、锥形储罐5b和穹顶5b4中的至少一个)可以通过螺纹、O形环、VCR型配件、扩口式管连接件和压缩配合以及Swagelok配件或Swagelok型配件中的至少一个连接到邻接部分。配件和O形环中的至少一个可以包括耐火材料，诸如W。O形环、VCR型配件的压缩环、Swagelok配件或Swagelok型配件中的至少一个可以包括较软的耐火材料，诸如Ta或石墨。单元池部件和配件中的至少一个可以包括Ta、W、Mo、W-La2O3合金、Mo、TZM和铌(Nb)中的至少一种。诸如穹顶5b4的部件可以由实心W或W-氧化镧合金加工而成。例如黑体辐射器5b4(如W穹顶)的部分可以通过选择性激光熔化(SLM)形成。
在一个实施方式中，产生器进一步包括能够承受低于大气压、大气压和高于大气压的单元池室，其容纳穹顶5b4和相应的反应单元池室5b31。单元池室5b3壳体和下室5b5壳体可以是连续的。作为另选，下室5b5可以是分开的，具有其自己的压力控制系统，该压力控制系统可以在与单元池室不同的压力下运行，诸如大气压或真空。单元池室5b3和下室5b5的隔膜可以包括位于储罐5c的顶部5b81或底部5b8处的板。板5b8可以通过板5b81或5b8与储罐5c之间的螺纹紧固到储罐。螺纹黑体辐射器和具有基板的储罐中的至少一个可以作为锻造钨的单件机器加工。压制的钨电磁泵汇流条5k2可以通过施加在高温运行期间形成烧结焊缝的钨粉而烧结焊接到泵管壁压痕上。对于单元池组件使用诸如钨等耐火材料可以避免在黑体辐射器和储罐之间或者在储罐和EM泵之间具有诸如绝热体(诸如SiC)等热障。
在一个实施方式中，反应单元池室5b31可以包括银锅炉。在一个实施方式中，允许熔融金属(诸如银)的蒸气压力在运行温度下达到平衡，使得金属蒸发过程停止，并且大约消除了散热的银蒸发和冷凝的功率损失。在3000K和3500K的运行温度下的示例性银蒸气压分别为10atm和46atm。在单元池运行温度下维持平衡银蒸气压包括在单元池动力产生运行期间用回流液态银维持单元池压力的稳定装置。由于穹顶5b4可能在高压和高温下破裂，在一个实施方式中，单元池室5b3中的压力与反应单元池室5b31中的压力相匹配，使得在黑体辐射器5b4上基本上不存在净压差。在一个实施方式中，可以在反应单元池室5b31中保持略微过压，诸如在约1mTorr至100Torr的范围内，以防止钨穹顶黑体辐射器5b4的蠕变，诸如克服重力蠕变。在一个实施方式中，可以通过向黑体辐射器5b4的金属添加稳定添加剂来抑制蠕变。在一个实施方式中，钨掺杂有添加剂，诸如少量的K、Re、CeO2、HfC、Y2O3、HfO2、La2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2和K2O中的至少一种，以减少蠕变。添加剂可以是任何所需的量，诸如在1ppm至10重量％的范围内。
在作为银锅炉运行的反应单元池室5b31的实施方式中，单元池组件，诸如黑体辐射器5b4和储罐5c分别包括诸如钨或碳和氮化硼的耐火材料。在启动模式中，可以利用诸如感应耦合加热器5m的加热器将储罐5c加热到足够的温度，以引起金属蒸气压力(诸如银金属蒸气压力)以加热黑体辐射器5b4。当EM泵和电极被激活以引起泵送和点燃时，温度可以高于银的熔点。在一个实施方式中，氧源(诸如氧化物，诸如LiVO3)可以涂覆在黑体辐射器5b4壁上，以便在启动期间的预热期间金属蒸气回流时掺入熔体中。
在一个实施方式中，分数氢反应由作为导电基质的银蒸气维持。其中至少一部分变成蒸气的连续注射和银从储罐中直接沸腾中的至少一种可以提供银蒸气。电极可以为反应提供高电流以去除电子并引发分数氢反应。来自分数氢反应的热量可有助于向反应单元池室提供金属蒸气，诸如银金属蒸气。在一个实施方式中，通过电极的电流可以至少部分地转向与等离子体接触的替代电极或辅助电极。在银蒸气的压力变得足够高之后可以发生电流转移，使得银蒸气至少部分地用作导电基质。与等离子体接触的替代或辅助电极可以包括一个或多个中心电极和围绕反应单元池室周边的反电极。单元池壁可以用作电极。
在一个实施方式中，PV转换器26a包含在具有外室5b3a1的外部压力容器5b3a中(图2I80-2I94)。外部压力容器可具有任何期望的几何形状，其包含PV转换器和包括光源以照射PV转换器的内部单元池组件。外室可以包括具有至少一个穹顶端盖的圆柱形主体。外部压力容器可以包括穹顶或球形几何形状或能够容纳PV转换器和穹顶5b4并且能够保持小于、等于或大于真空中的至少一个的压力的其他合适的几何形状。在一个实施方式中，包含PV单元池、冷板和冷却系统的PV转换器26a位于外部压力容器的内部，其中电线和冷却剂管线穿过密封的穿透部和馈通部(诸如本公开的那些之一)而穿透容器。在一个实施方式中，外部压力容器可以包括圆柱形主体，该圆柱形主体可以包括至少一个穹顶顶部。在一个实施方式中，产生器可以包括圆柱形腔室，该圆柱形腔室可以具有穹顶盖以容纳黑体辐射器5b4和PV转换器26a。产生器可以包括容纳PV转换器的顶部腔室和容纳电磁泵的底部腔室。腔室可以在相同或不同的压力下运行。
在一个实施方式中，外部压力容器包括PV转换器支撑件，诸如PV穹顶，其形成包含封闭反应单元池室5b3的穹顶5b4的单元池室5b3。外部压力容器可以包括穹顶或球形几何形状或能够容纳穹顶5b4并且能够保持小于、等于或大于真空中的至少一个的压力的其他合适的几何形状。在一个实施方式中，PV单元池15位于外部压力容器壁的内侧，例如球形穹顶壁，并且冷板和冷却系统位于壁的外侧。电连接可以通过密封的穿透部和馈通部(例如本公开的那些之一)穿透容器。可以在壁上发生可以导热的热传递。合适的壁材料包括金属，诸如铜、不锈钢或铝。PV单元池内部的PV窗可以包括透明部分，其可以通过诸如硅粘合剂等粘合剂连接以形成气密透明窗口。窗可以保护PV单元池免受将从穹顶5b4蒸发的金属再次返回到穹顶的气体的影响。气体可以包括卤素循环的气体。诸如穹顶形容器等压力容器PV容器可以通过ConFlat或其他这样的凸缘密封件密封到上腔室或下腔室或其他腔室之间的隔板5b81或5b8。上腔室可以包含黑体辐射器5b4和PV单元池15，下腔室可以包含EM泵。下腔室可以进一步包含下腔室冷板或冷却管线5b6a(图2I89)。
钨的熔点为3422℃，是所有金属中最高的，在所有元素中仅次于碳(3550℃)。耐火陶瓷和合金具有较高的熔点，特别是熔点为4215℃的Ta4HfC5TaX4HfCX5，在3900℃的碳化铪和在3800℃的碳化钽。在实施方式中，诸如黑体辐射器5b4和储罐5c等单元池组件可以包括耐火材料，诸如W、C和耐火陶瓷或合金中的至少一种。在黑体辐射器包括石墨的实施方式中，单元池室5b3包含高压气体，诸如高压惰性气体气氛，其抑制石墨的升华。
在一个实施方式中，黑体辐射器可以包括碳。从诸如球形石墨黑体辐射器的石墨黑体辐射器升华的碳可以通过静电沉淀(ESP)从单元池室5b3中除去。ESP系统可以包括阳极、阴极、电源和控制器。颗粒可以通过一个电极充电并通过另一个反电极收集。收集的烟灰可能从收集电极上脱落并导致落入收集箱中。可以通过机械系统实现移除。在一个实施方式中，透明容器的内壁可以带负电，并且穹顶可以通过施加的电压源带正电。从石墨黑体辐射器5b4升华的带负电的碳颗粒可以在壁和黑体辐射器5b4之间的场的影响下迁移回到穹顶。在一个实施方式中，可以通过主动转移除去碳，诸如通过使气体流过单元池室53b，然后通过碳颗粒滤波器过滤器。
在一个实施方式中，穹顶5b4可以包括石墨，并且储罐可以包括耐火材料，诸如氮化硼。石墨可以包括各向同性石墨。本公开组分的石墨可以包括下文中给出的玻璃碳：Compressed glassy carbon:An ultrastrong and elastic interpenetrating graphenenetwork,Science Advances 2017年6月09日，第3卷，第6期，e1603213DOI:10.1126/sciadv.1603213,http://advances.sciencemag.org/content/3/6/e1603213.full，此处通过引用将其并入本文。在一个实施方式中，石墨黑体辐射器(诸如球形穹顶)可以包括衬里，以防止反应单元池室5b31内的熔融金属侵蚀石墨。衬里可以包括耐火材料，例如钨。衬里可以包括形成在石墨穹顶内部的网或片。衬里可以防止流动的熔融金属的剪切力侵蚀反应单元池室的内表面。
PV转换器可以包括PV单元池，每个PV单元池具有窗，该窗口可以包括至少一个热光伏滤波器，诸如红外滤波器。滤波器可以优先反射具有未被PV转换器转换为电的波长的光。PV转换器的单元池可以在背面上形成镜像，以将穿过单元池的光反射回黑体辐射器。镜可以选择性地用于不被PV单元池转换成电的红外光。红外镜可以包括金属。单元池的背面可以是金属化的。金属可以包括红外反射器，诸如金。金属可以通过收缩点附着到PV单元池的半导体基板上。接触点可以分布在单元池的背面。这些点可以包括诸如Ti-Au合金或Cr-Au合金等接合材料。PV单元池可以包括至少一个结。在3500K下工作的代表性单元池包括GaAs基板上的GaAs或作为单结单元池的InP或GaAs基板上的InAlGaAs以及作为双结单元池的InP或GaAs基板上的InAlGaAs。在3000K运行的代表性单元池包括GaAs基板上的GaAs或作为单结单元池的InP或GaAs基板上的InAlGaAs以及作为双结单元池的InP或GaAs基板上的InAlGaAs。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b4的网格圆PV转换器26可以包括光分配系统23，诸如本公开的光分配系统(图2I132)。光分配系统23可以将光分成不同的波长区域。可以通过诸如本公开的镜和滤波器中的至少一个来实现分离。狭缝光可以对分离和入射光有选择地入射相应的PV单元池15。光分配系统23可以布置成从围绕球形黑体辐射器5b4的网格圆球向外突出的柱。
产生器可以包括用于单元池室和反应单元池室压力中的至少一个的精确气压传感和控制系统。本公开的系统可以包括气罐和管线，诸如氢气和稀有气体罐中的至少一个以及诸如5u和5ua1的管线。气体系统可以进一步包括压力传感器、歧管、入口管线、馈通装置、注射器、注射器阀、真空泵(诸如13a)、真空泵管线(诸如13b)、控制阀、以及管线和馈通装置。可以向单元池室5b3或5b3a1中添加稀有气体(诸如氩气或氙气)以匹配反应单元池室5b31中的压力。可以通过测量黑体温度并使用金属蒸气压和温度之间的关系来测量反应单元池室压力。可以使用其黑体光谱发射来测量穹顶的温度。可以使用光学高温计测量温度，所述光学高温计可以使用光纤来收集光并将光传输到传感器。温度可以通过多个二极管测量，所述二极管可以具有选择性地对黑体曲线的部分进行采样以确定温度的滤波器。单元池组件(诸如储罐5c)可以包括耐火材料，诸如氧化铝、蓝宝石、氮化硼和碳化硅中的至少一种，其对可见光和红外光中的至少一种至少部分透明。组件(诸如储罐，诸如氮化硼储罐)可以包括组件中的凹陷或变薄的点，以更好地允许光通过组件到达光学温度传感器。
除了稀有气体之外，外部压力容器室5b3a1、单元池室5b3中的至少一个中的气体也可以包含氢气。通过罐、管线、阀和注射器供应到至少一个腔室的氢气可以在单元池运行温度下扩散通过氢可渗透的单元池组件，以代替消耗形成分数氢的单元池组件。氢可以渗透黑体辐射器5b4。分数氢气产物可以从腔室(诸如5b3或5b3a1和5b31)扩散到环境大气或扩散到收集系统。作为另选，可以选择性地将分数氢气产物泵出至少一个腔室。在另一实施方式中，可以将氢分子气体收集在吸气剂中，该吸气剂可以定期更换或再生。
在一个实施方式中，包围W黑体辐射器的腔室的气体可以进一步包含卤素源(诸如I2或Br)或烃溴化合物，其与升华钨形成络合物。该络合物可在热钨穹顶表面上分解，以将钨再沉积在黑体辐射器5b4上。可以将诸如W等某些穹顶耐火金属添加到诸如银等熔融金属中以被蒸发并沉积在内穹顶表面上以代替蒸发或升华的金属。
在一个实施方式中，单元池进一步包括对反应单元池室的氢供应。供应可以通过EM泵管、储罐和黑体辐射器中的至少一个穿透单元池。供应可以包括耐火材料，诸如W和Ta中的至少一种。供应可以包括氢可渗透膜，诸如包含耐火材料的膜。氢供应可以穿透温度低于黑体辐射器的单元池区域。供应可以穿透EM泵管或储罐处的单元池。供应可以包括氢可渗透膜，其在EM泵管或储罐中的熔融银的运行温度下是稳定的。氢可渗透膜可包含Ta、Pt、Ir、Pd、Nb、Ni、Ti或其他合适的氢可渗透金属，其具有本领域技术人员已知的合适熔点。
在一个实施方式中，在反应单元池室和黑体辐射器的运行温度下，将至少一个外室或反应单元池室5b31外部的腔室加压至约为反应单元池室内部压力的外部压力。外部压力可以与内部压力匹配在约±0.01％至±500％的范围内。在示例性实施方式中，黑体辐射器和反应单元池室外部的一个容器的至少一个腔室在运行温度为约3000K下的外部压力为约10atm，以匹配反应单元池室的10atm银蒸气压力。黑体辐射器能够支持随着黑体辐射器温度升高到运行温度而减小的外部压差。
在图2I80-2I103所示的实施方式中，
Figure GDA0003990253620001051
包括外部压力容器5b3a，其具有腔室5b3a1，所述腔室5b3a1包含PV转换器26a、黑体辐射器5b4、储罐5c和EM泵。外部压力容器5b3a的壁可以由冷却剂管线、冷板或热交换器5b6a水冷。
Figure GDA0003990253620001052
组件(诸如外部压力容器5b3a的壁)可以包括热或辐射屏蔽物以辅助冷却。屏蔽物可以具有低发射率以反射热量。外部压力容器5b3a可在外侧包括热交换器翅片。翅片可以包括高热导体，诸如铜或铝。产生器可以进一步包括提供来自散热片的强制对流热传递的装置。该装置可以包括风扇或鼓风机，其可位于压力容器下方的壳体中。风扇或鼓风机可以迫使空气向上越过翅片。外部压力容器可以包括部分(诸如圆柱形部分)以容纳和安装单元池组件(诸如PV转换器26a、黑体辐射器5b4、储罐5c和EM泵组装件5ka)。安装和支撑单元池组件的连接包括适应组件与安装件和支撑件之间的不同速率或热膨胀量的装置，从而避免膨胀损坏。安装件和支撑件可以包括伸缩连接件和可膨胀连接器或紧固件中的至少一个，例如垫圈和衬套。连接器和紧固件可以包括可压缩碳，诸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)或由六边形氮化硼组成的碳。垫圈可以包括压制的MoS2、WS2、CelmetTM诸如包括Co、Ni或Ti的材料，诸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric)，布或带，诸如包括含有高氧化铝和耐火氧化物的陶瓷纤维的材料(诸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)，或本公开的另一种材料。在一个实施方式中，电气、气体、传感器、控制和冷却管线可以穿透外部压力容器5b3a的底部。外部压力容器可以包括圆柱形和穹顶壳体以及壳体密封的底板5b3b。壳体可以包括碳纤维，或涂覆的不锈钢或钢。涂层可以包括镀镍。壳体可以拆卸，以便于访问内部
Figure GDA0003990253620001061
组件。底板5b3b可以包括电气、气体、传感器、控制和冷却管线中的至少一个的馈通件。在管线可以与壳体电短路的情况下，馈通件可以是压力密封的并且是电隔离的。在一个实施方式中，PV转换器冷却系统包括歧管，所述歧管具有到元件的冷板的分支，诸如密集接收器阵列的三角形元件。底板馈通件可以包括i.)连接到电源2的点燃汇流条连接器10a2，诸如在壳体90中包含点燃电容器组的点燃汇流条连接器，其可以进一步包括由PV转换器26a输出供电的DC到DC转换器，以及进一步连接到馈通件10a的10a2，其用于点燃汇流条9和在点燃汇流条馈通组装件10a1处穿透底板的10(示例性点燃电压和电流约为50V DC及50A至100A)，ii.)连接到EM电源5k13并进一步连接到在EM泵汇流条馈通件凸缘5k33处穿透底板的EM泵馈通件5k31的EM泵汇流条连接器5k33；电源5k13可以包括由PV转换器26a输出供电的DC-DC转换器(示例性EM泵电压和电流为约0.5V至1V DC和100A至500A)，iii.)感应耦合的加热器天线馈通组件5mc，其中天线由感应耦合加热器电源5m供电，其可以包括由PV转换器26a输出供电的DC-DC转换器、变压器，至少一个IGBT和射频发射器(示例性感应耦合加热器频率、电压和电流为约15kHz、250V AC或DC当量，和100A至300A)，iv.)氢气管线5ua和氩气气体管线5ua1的贯穿件5h1和5h3，分别连接到氢气罐5u和氩气罐5u1，v.)用于连接到热交换器冷却剂管线5k11的EM泵冷却剂管线31d和31e的贯穿件，其中EM泵热交换器5k1的冷却剂管线5k11和EM泵冷板5k12可各自包括跨越两个热交换器5k1的一个件，vi.)PV冷却剂管线31b和31c的贯穿件，和vii.)用于从PV转换器26a到功率调节器或逆变器110的功率流的贯穿件。入口冷却剂管线(诸如31e)连接到散热器入口管线31t，并且出口冷却剂管线(诸如31d)连接到水泵出口31u。除了辐射器31之外，产生器还通过空气风扇31j1冷却。在一个实施方式中，PV转换器26a包括下部和上部半球形件，它们紧固在一起以配合在黑体辐射器5b4周围。PV单元池可各自包括PV单元池上的窗。PV转换器可以搁置在PV转换器支撑板5b81上。支撑板可以悬挂以避免与黑体辐射器或储罐接触，并且可以穿孔以允许整个外部压力容器之间的气体交换。诸如下半球的半球可以包括围绕诸如底部的区域的一部分的镜，以将光反射到PV转换器的PV单元池。镜可以适应理想的网格圆穹顶与接收来自黑体辐射器并且可以由PV元件形成的光之间的任何不匹配。由于包括网格圆穹顶的PV元件的几何形状，非理想性可能是由于围绕黑体辐射器安装PV元件的空间限制。
示例性PV转换器可以包括由阵列模块化三角形元件组成的网格圆穹顶，每个元件包括多个集中器PC单元池和背衬冷板。元件可以拼合在一起。示例性阵列可以包括十二面体。示例性阵列可以包括六个五边形和16个三角形。在一个实施方式中，PV转换器26a的基座可以包括在网格圆PV转换器阵列的三角形PV元件不适合的位置处的反射器。反射器可以将入射光反射到PV转换器的另一部分中的至少一个并返回到黑体辐射器。在一个实施方式中，来自下半球5b41的基座的功率至少部分地被恢复为光和热中的至少一种。在一个实施方式中，PV转换器26a包括围绕下半球5b41的基座的PV单元池的轴环。在一个实施方式中，通过热交换器(诸如热导管)将功率收集为热量。热量可用于冷却。可以将热量供应给本领域技术人员已知的吸收式冷却器以实现冷却。
在一个实施方式中，可以通过允许冷却剂(诸如水，诸如水池过滤水)经历相变来减少冷却系统(诸如冷却器和散热器中的至少一个)的占地面积。相变可以包括液体到气体。相变可发生在冷板内，其从PV单元池移除热量。液体到气体的相变可以发生在微通道冷板的微通道中。冷却剂系统可以包括真空泵，以降低冷却系统中至少一个位置的压力。可以通过维持冷却剂系统中的减压来辅助相变。减压可以保持在冷却系统的冷凝器部分中。PV转换器、冷板和PV单元池中的至少一个可以浸入冷却剂中，该冷却剂经历诸如沸腾的相变以增加热量移除。冷却剂可以包括本领域已知的冷却剂，诸如惰性冷却剂，诸如3MFluorinert。
在一个实施方式中，冷却剂系统可以包括多个冷却剂回路。第一冷却剂回路可以直接或通过冷板(诸如包括微通道板的冷板)从PV单元池提取热量。冷却剂系统可以进一步包括至少一个热交换器。第一热交换器可以将热量从第一冷却剂回路传递到另一个。冷却剂相变可以在至少一个其他冷却剂回路中发生。相变可以是可逆的。相变可以在给定流速下增加冷却剂的容量以将热量交换到环境并冷却PV转换器。另一个冷却剂回路可以包括加热器交换器，以将热量从其冷却剂传递到空气。可以在每个冷却剂回路中控制运行参数(诸如流量条件、流量、压力、温度变化、平均温度和其他参数)以控制第一冷却剂回路内的期望的传热速率和期望的运行参数，诸如冷板的微通道板内的冷却剂的运行参数。微通道中的示例性条件是冷却剂的温度变化范围为约10℃至20℃，平均温度为约50℃至70℃，以及层流以避免湍流。
在减小冷却系统尺寸的实施方式中，第一冷却剂回路可以在升高的温度下运行(诸如尽可能高的温度)，而不会显著降低PV单元池的性能，例如在40℃至90℃之间的温度。冷却剂的温差在第一回路中可小于在另一冷却剂回路中的温差。在示例性实施方式中，第一回路中的冷却剂的温差可以是大约10℃；然而，另一回路(诸如第二回路)中的冷却剂的温差可以更高，例如约50℃。示例性的相应温度范围分别为80℃至90℃和40℃至90℃。在至少一个冷却回路中可能发生相变，以增加热传递从而减小冷却系统的尺寸。
在一个实施方式中，冷却PV单元池的微通道板可以由热交换器、热导管、传热块、冷却剂喷射器和冷却剂浴(诸如包括惰性冷却剂，诸如蒸馏水或去离子水的冷却剂浴)、或介电液体(诸如3M Fluorinert、R134a或Vertrel XF)中的至少一个代替。在水冷却剂的情况下，冷却剂系统可以进一步包括水净化或处理系统，以防止水过度腐蚀。冷却剂可以包括抗腐蚀剂，诸如本领域已知的用于铜的抗腐蚀剂。辐射器可以包括耐腐蚀的不锈钢、铜或铝中的至少一种。冷却剂可以包括防冻剂，诸如Dowtherm、乙二醇、氨和醇(诸如甲醇和乙醇中的至少一种)中的至少一种。单元池可以连续运行以防止冷却剂冻结。冷却剂系统还可以包括加热器以防止水冻结。PV单元池可以浸入冷却剂浴中。PV单元池可以将热量从非照明侧传递到冷却剂浴。冷却剂系统可以包括至少一个泵，其中冷却剂可循环以在冷却系统的一个位置吸收热量并在另一个位置将其排出。PV单元池可以在较高运行温度和较高温度范围的至少一种条件下运行，由此可以减小冷却系统的尺寸。冷却剂系统可以包括冷凝器，其中随着来自PV单元池的热传递而发生相变。冷却剂系统可以是加压的、大气压或低于大气压。可以控制压力以控制冷却剂沸点温度。在压力下运行的冷却剂系统可以包括具有入口和出口的泵以及将冷却剂返回到低压泵入口侧的压力排放阀，其中其通过出口泵送到热交换器，诸如辐射器或制冷器。在制冷器的情况下，冷却的冷却剂可以再循环以降低温度并增加冷却剂PV之间的温差以增加传热速率。冷却的冷却剂可以进一步泵送到PV单元池-冷却剂传热界面以接收热量，由此冷却剂可以沸腾。冷却剂系统可以在低于临界热通量的热流下运行，临界热通量是形成足够蒸气，冷却表面不再连续润湿的点。冷却剂可以在过冷沸腾下运行。PV单元池可以在维持过冷沸腾的温度下运行，同时由于在相应的热交换器(诸如辐射器)上的大的冷却剂-空气热梯度而使到周围环境的热传递速率最大化。示例性PV运行温度为130℃。可以操作该系统以避免膜沸腾。热冷却剂和环境空气之间的热交换器可以包括辐射器，诸如环绕式辐射器，诸如具有汽车辐射器设计的辐射器。热交换器可以包括至少一个风扇以移动空气。风扇可以居中。单元池也可以居中。
PV单元池可以安装在传热介质上，诸如散热片，诸如铜板。铜板可以连接至少一个传热装置，诸如热交换器、热导管和传热块中的至少一个，传热块传递热量并与冷却剂接口以增加传热接触面积。传热装置可以径向散热。冷却剂可以经历相变以增加热传递，由此可以减小冷却剂系统的尺寸。传热装置可以涂覆销以增加用于传热的表面积。冷却剂系统可以包括冷凝冷却剂的装置和散热系统，诸如至少一个冷却剂循环泵和冷却剂与环境之间的热交换器，诸如可加压的辐射器。在一个实施方式中，PV转换器的半径、PV单元池冷却剂系统的半径(诸如PV冷却剂系统的热交换器、热导管或传热块中的至少一个的半径)中的至少一个可以增加，以减少从PV单元池转移到环境的热通量负荷，以有效地冷却PV单元池。PV转换器可以包括与黑体辐射器5b4保持相等距离的形状。黑体辐射器可以是球形的，并且PV转换器可以与黑体辐射器具有恒定的距离，以实现入射到PV的期望光强度，其可以包括均匀的辐射强度。
在一个实施方式中，PV转换器冷却系统可以包括球形歧管，该球形歧管包括具有散热片镶嵌球形沸腾表面的冷却剂储罐，该沸腾表面包括位于PV单元池背面的散热片和锅炉板。锅炉板可以用销涂覆以增加用于传热的表面积。冷却剂可以通过至少一个泵流动。该流动可以包括来自顶部的至少一个入口和冷却剂储罐底部的至少一个出口的球形流动。可以将加热的冷却剂泵送通过辐射器以进行冷却并返回到储罐。在另一实施方式中，冷却剂可以泵送通过锅炉板中的通道，所述通道结合到PC单元池的背部并从PV单元池接收热量。
传热板或元件可以包括多孔金属表面涂层，诸如包括烧结金属颗粒的涂层。该表面可以提供多孔层结构，其特征在于相互连接的通道的图案。通道的尺寸正确，为蒸气成核提供了许多稳定的位置，因此，对于表面和冷却剂饱和温度之间的给定温差，大大增加了热通量(多达10X)。表面涂层还可以增加临界热通量(CHF)。表面可以包括导电微孔涂层，形成用于成核的微腔。示例性表面包括烧结铜微孔表面涂层(SCMPSC，参见Jun等，NuclearEngineering and Technology，2016)。表面增强方法可以与短销(也是多孔涂层)结合使用，以进一步增加表面积。可以铸造表面区域增强件，诸如多孔涂层销或短柱。在示例性实施方式中，可以在传热板(诸如铜板)的背面上铸造具有多孔表面区域增强的短柱(诸如铜柱)。
来自辐射器的回流可以配置成在锅炉板的表面上提供对流。多个入口可以将冷却剂流分成多个入口射流，所述多个入口射流在球形或圆柱形冷却剂储罐的壁上切向地成角度，以提供整体旋转移动。该移动可以在表面产生对流沸腾，从而从成核位置除去蒸气泡，抑制CHF。在一个实施方式中，可以使用除水之外的冷却剂，因为对于具有较小表面张力的流体(诸如有机液体、制冷剂和传热流体)，可以增加在增强的成核位点存在下的沸腾。可以基于非加压系统的饱和(P-T)状态来选择冷却剂。在实现温度均匀性并且考虑到跨PV元件的冷却剂的对流传导率的变化的实施方式中，每个元件可以用相同的微通道散热片冷却。
在一个实施方式中，PV转换器26a可以包括多个三角形接收器单元(TRU)，每个单元包括多个光伏单元池(诸如前集中器光伏单元池)、安装板和安装板背面上的冷却器。冷却器可以包括多通道板、支撑冷却剂相变的表面和热导管中的至少一个。三角形接收器单元可以连接在一起以形成至少部分网格圆穹顶。TRU可以进一步包括电连接、汇流条和冷却剂通道中的至少一个的互连。在一个实施方式中，接收器单元和连接图案可以包括降低冷却系统的复杂性的几何形状。可以减少PV转换器组件的数量，诸如网格圆球形PV转换器的三角形接收器单元的数量。PV转换器可以包括多个部分。这些部分可以连接在一起以形成围绕黑体辐射器5b4的部分外壳。PV转换器和黑体辐射器中的至少一个可以是多面的，其中黑体辐射器和接收器单元的表面可以在几何上匹配。外壳可以由三角形、正方形、矩形、圆柱形或其他几何单元中的至少一种形成。黑体辐射器5b4可以包括正方形、球形或其他期望的几何形状中的至少一个，以照射PV转换器的单元。在示例性实施方式中，外壳可以包括围绕可以是球形或方形的黑体辐射器5b4的五个方形单元。外壳可以进一步包括接收器单元，以接收来自黑体辐射器的基座的光。基座单元的几何形状可以是优化光收集的几何形状。外壳可以包括正方形和三角形的组合。外壳可以包括顶部正方形，连接到包括四个交替的正方形和三角形对的上部部分，连接到六个正方形作为中间部分，连接到包含连接到部分或不存在的底部正方形的四个交替的正方形和三角形对至少部分下部部分。
图2I133中示出了光伏转换器的网格圆密集接收器阵列的三角形元件的示意图。
PV转换器26a可以包括由三角形元件200组成的密集接收器阵列，每个三角形元件
200包括能够将来自黑体辐射器5b4的光转换成电的多个集中器光伏单元池15。PV单元池15可以包括GaAs N晶片上的GaAs P/N单元池、InP上的InAlGaAs和GaAs上的InAlGaAs中的至少一种。每个单元池可以包括至少一个结。三角形元件200可以包括盖体203(诸如包括冲压的科瓦板，如冲压的科瓦铁镍合金板)、热端口202和冷端口204(诸如包括压配合管的端口)，以及连接凸缘203(诸如包括用于连接连续的三角形元件200的冲压的科瓦板，如冲压科瓦铁镍合金板的连接凸缘203)。
在包括热能源的实施方式中，热交换器26a包括多个热交换器元件200，诸如图2I133中所示的三角形元件200，每个热交换器元件200包括热冷却剂出口202和冷冷却剂入口204以及吸收来自黑体辐射器5b4的光并将功率作为热量传递到流过元件的冷却剂的装置。冷却剂入口和出口中的至少一个可以附接到共同的水歧管。如图2I108-2I109的实施方式所示，热交换器系统26a进一步包括冷却剂泵31k、冷却剂罐31l和负载热交换器，诸如辐射器31和其通过辐射器的空气流向负载提供热空气的空气风扇31j1。除了网格圆几何形状之外，诸如本领域已知的其他几何形状的热交换器也在本公开的范围内。图2I134至2I138中示出了示例性立方体几何形状，其分别示出了通向热负载的热冷却剂入口和冷出口管线31b和31c，其中模块化平板热交换器元件26b不存在PV单元池15。热交换器26a可以具有所需的几何形状，其优化了传热、尺寸、功率要求、简单性和成本中的至少一个。在一个实施方式中，热交换器系统26a的面积缩放到黑体辐射器5b4的区域，使得接收的功率密度是期望的。
至少一个接收器单元可以用镜替换或部分地替换，所述镜的至少一个将黑体辐射直接或间接地反射到其他接收器单元或由PV单元池覆盖的接收器单元上的其他位置。在球形黑体辐射器5b4的情况下，接收器单元可以在最佳高强度照射区域(诸如中心圆形区域)上填充PV单元池，其中非PV填充区域可以被镜覆盖。接收相似量的辐射的单元池可以连接以形成所需匹配电流的输出，其中单元池可以串联连接。包括较大面积接收器单元(诸如正方形接收单元)的外壳可各自包括相应的冷却器或热交换器26b(图2I134-2I138)。每个接收器单元(诸如正方形接收器单元)的冷却器或热交换器26b可以包括冷却剂壳体中的至少一个，冷却剂壳体包括至少一个冷却剂入口和一个冷却剂出口，至少一个冷却剂分配结构(诸如分流器挡板，诸如具有通道的板)和安装在PV单元池安装板上的多个冷却剂翅片。翅片可以由高导热材料构成，诸如银、铜或铝。可以选择翅片的高度、间隔和分布以在PV单元池区域上获得均匀的温度。冷却器可以通过热环氧树脂安装到安装板和PV单元池中的至少一个上。PV单元池可以通过三叶草玻璃或窗在前侧(照明侧)受到保护。在一个实施方式中，包括接收器单元的外壳可以包括压力容器。可以调节压力容器的压力以至少部分地平衡反应单元池室5b31内的熔融金属蒸气压的内部压力。
在一个实施方式(图2I143)中，相对于黑体辐射器的半径可以增加PV转换器的半径，以基于光功率通量的半径平方依赖性来减小光强度。作为另选，光强度可以通过光分配系统减小，该光分配系统包括沿着黑体辐射器射线路径(图2I132)的一系列半透明反射镜23，其部分地将入射光反射到PV单元池15并且进一步将一部分光传输到该系列的下一个部件。光分配系统可以包括镜以减小沿径向路径、Z字形路径或其他路径的光强度，这些路径便于堆叠一系列PV单元池和镜以实现所需的光强度分布和转换。在一个实施方式中，黑体辐射器5b4可以具有与光分配和PV转换系统配合的几何形状，该PV转换系统包括与相应PV单元池组合的一系列镜、透镜或滤波器。在示例性实施方式中，黑体辐射器可以是正方形的并且匹配直线光分配和PV转换系统几何形状。
可以选择冷却系统的参数以优化产生器的成本、性能和功率输出。示例性参数是冷却剂的特性、冷却剂的相变、冷却剂压力、PV温度、冷却剂温度和温度范围、冷却剂流速、PV转换器和冷却剂系统的半径相对于黑体辐射器的半径、PV前面或背面的光回收以及波部分选择性滤波器或反射器，以不能通过PV转换为电能的PV入射光量，或者用于回收通过PV单元池时无法转换的PV。示例性冷却剂系统是执行以下中的至少一个的冷却剂系统：i.)在PV单元池处形成蒸气、输送蒸气、并冷凝蒸气以在交换界面与环境处释放热量，ii.)在PV单元池处形成流，将其冷凝回液体，并在热交换器处通过诸如辐射器等环境从单相中排出热量，以及iii.)用微通道板从PV单元池中移除热量，并在环境中排出热交换器处的热量。在冷却PV单元池期间，冷却剂可以保持为单相。
PV单元池可以安装在冷板上。可以通过冷却剂导管或冷却剂管将热量从冷板移除到冷却歧管中。歧管可以包括围绕PV转换器的多个环形管，其可沿PV转换器的垂直轴或z轴间隔开，并包括从其流出的冷却剂导管或冷却剂管。
黑体辐射器可以包括多个密封在一起的部件，以包括反应单元池室5b31。多个部件可以包括下半球5b41和上半球5b42。其他形状也在本公开的范围内。两个半球可以在密封件5b71处紧固在一起。密封件可以包括凸缘、至少一个垫圈5b71和紧固件(诸如夹具和螺栓)中的至少一个。密封件可以包括诸如Perma-Foil(Toyo Tanso)的石墨垫圈和诸如石墨或W螺栓和螺母的耐火螺栓，其中诸如W螺栓和螺母的金属螺栓和螺母可以进一步包括石墨或Perma-Foil垫圈或垫片，用于补偿碳与螺栓和螺母金属(诸如W)之间的不同热膨胀系数。黑体辐射器5b41的下半球和储罐5c可以连接。连接可以包括密封凸缘、螺纹连接件、焊接连接件，胶合连接件或其他连接件，诸如本公开的或本领域技术人员已知的连接件。密封件可以包括由密封剂形成的胶合或化学粘合的密封件。示例性石墨胶是Aremco Products，Inc.Graphi-Bond 551RN石墨粘合剂和具有Resbond 931粘合剂的Resbond 931粉末。可以对胶合的碳部分进行热处理以形成化学碳键。键可以与每个部件的结构相同或相似。键合可以包括石墨化。在一个实施方式中，诸如上半球和下半球的两个部件可以是螺纹的与螺纹连接并胶合中的至少一种。连接部分可以是榫槽，以增加接触面积。
在一个实施方式中，下半球5b41和储罐5c可以包括单件。储罐可以包括底板，该底板通过诸如本公开之一的连接件或本领域技术人员已知的连接件附接。作为另选，底板和储罐主体可以包括可进一步包括与下半球的一个件。储罐底板可以连接到储罐支撑板5b8，储罐支撑板5b8提供与外部压力容器5b3a壁的连接以支撑储罐5c。EM泵管5k6和喷嘴5q可以穿过并通过连接件连接到储罐5c底板上，街头诸如机械配件，诸如Swagelok型和VCR型配件5k9和Swagelok型连接件O形环5k10中的至少一个(图2I69)。在一个实施方式中，顶部半球5b42、底部半球5b42、储罐5c、储罐5c的底板和EM泵管5k6、喷嘴5q和连接器5k9中的至少一个包括W、Mo和碳中的至少一个。碳管组件(诸如具有弯曲的碳管组件，诸如碳上升管或注射器管和喷嘴)可以通过铸造形成。在一个实施方式中，顶部半球5b42、底部半球5b41、储罐5c和储罐5c的底板包括碳。在一个实施方式中，碳单元池部件(诸如储罐和黑体辐射器)可以包括衬里。衬里可以防止诸如碳表面的下面的表面侵蚀。衬里可以包括耐火材料片或网中的至少一种。衬里可以包括W箔或网或WC片。箔可以退火。在一个实施方式中，石墨单元池组件的衬里，诸如黑体辐射器、储罐和VCR-型配件的内部可以包括涂层，诸如热解石墨，碳化硅或本公开或本领域已知的可以防止碳侵蚀的另一涂层。通过在涂层上施加并保持高气压，可以在高温下稳定涂层。
在包含单元池组件涂层的某些实施方式中，可以选择涂层和基板(诸如碳)中的至少一种，使得热膨胀系数匹配。
在一个实施方式中，一对电极中的至少一个电极包括液体电极8。在一个实施方式中，电极可以包括液体和固体电极。液体电极可以包括电磁泵注射器的熔融金属流。点燃系统可以包括电磁泵，其将熔融金属注射到固体电极上以完成电路。点燃电路的完成可能由于来自电源2的电流而引起点燃。固体电极可以与熔融电极电隔离。电绝缘可以通过固体电极的电绝缘涂层在其穿透处提供，例如在储罐5c侧壁处。固体电极可以包括负电极，并且液体电极可以包括正电极。液体正电极可以消除由于来自正电极处的高动力学的高热而导致正电极熔化的可能性。固体电极可以包括锻造W。电极可以包括导电陶瓷，诸如碳化物(诸如WC、HfC、ZrC和TaC中的一种)、硼化物(诸如ZrB2)、以及可在高达1800℃的温度下工作复合材料(诸如ZrC-ZrB2和ZrC-ZrB2-SiC复合材料)中的至少一种。导电陶瓷电极可以包括涂层或覆盖物，例如套管或轴环。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001141
包括至少两个EM泵注射器，其产生至少两个相交的熔融金属流，以包括至少双液体电极。EM泵的相应储罐可以是垂直的，其具有偏离垂直的喷嘴，使得喷射的熔融金属流相交。每个EM泵注射器可以连接到相反极性的电源，使得电流在交叉点处流过金属流。电源2的正端子可以连接到一个EM泵注射器，负端子可以连接到另一个EM泵注射器。点燃电连接可以包括点燃电磁泵汇流条5k2a。电源2可以向点燃过程提供电压和电流，同时避免与EM泵电源的实质电干扰。电源2可以包括浮动电压电源和开关电源中的至少一个。电连接可以在EM泵的导电组件(EM泵管5k6、传热块5k7和EM泵汇流条5k2中的至少一个)处。每个传热块5k7可以通过导电膏(诸如金属粉末，诸如W或Mo粉末)热耦合到泵管5k6。点燃功率可以连接到每组传热块5k7，使得在电源2和每组传热块5k7之间建立相反极性的良好电连接。传热块可以沿着传热块分配来自点燃电源的热量。喷嘴可以浸没在液态金属中以防止电弧和加热损坏。包括储罐熔融金属液位传感器和EM泵控制器(诸如EM泵电流控制器)的液位控制系统可以将储罐熔融金属液位保持在合理的公差范围内，使得来自浸没式喷嘴的注射至少是浸没液位未显著改变的一种，并且液位控制系统控制EM泵送以调节浸没液位。EM泵可以将金属泵出浸没式喷嘴5q，使得喷射的熔融金属可以形成抵抗重力行进的流。可以引导该流与包括双熔融金属注射器的
Figure GDA0003990253620001151
实施方式的相对流相交。
Figure GDA0003990253620001152
可以包括至少一个熔融金属流偏转器。可以将至少一个流(诸如浸没的电极流)引导至流偏转器。流偏转器可以使流重定向以与双熔融金属注射器实施方式的相对流相交。偏转器可以包括耐火材料，诸如碳、钨或本公开的其他。偏转器可以包括反应单元池室5b31的延伸部分，例如黑体辐射器5b41的下半球的延伸部分或突出部分。偏转器可以包括电绝缘体。绝缘体可以使偏转器电隔离。
在双熔融金属EM泵注射器(诸如包括至少一个浸没式喷嘴的喷注射器)的实施方式(图2I139-2I147)中，至少一个储罐和EM泵管5k61的相应喷嘴部分可以偏置，使得熔融流被引导比非偏置时更偏向中心。偏置的储罐可以包括EM泵组装件5kk的偏置基板。储罐支撑板5b8可以包括匹配的倾斜，以支撑EM泵组装件5kk的偏置基板。作为另选，包括磁体5k4和磁冷却5k1的储罐5c、EM泵组装件5kk和EM泵5ka中的至少一个可以远离EM泵5ka的基座处的中心倾斜，以使得在储罐5c顶部处向内偏置。储罐支撑板5b8可以包括匹配的倾斜以支撑偏置的储罐和EM泵组装件5ka。储罐管5c的顶部可以以一定角度切割，以与黑体辐射器5b41的下半球抵靠平面连接的底板。作为另选，黑体辐射器5b41的下半球可以包括相应的偏置连接件，诸如包括偏置套环和连接器的连接件，诸如从下半球5b41延伸的滑动螺母连接器，以允许从黑体辐射器5b4到储罐5c的热梯度。在滑动螺母连接件5k14的示例性实施方式中，储罐5c包括氮化硼，下半球5b41滑动螺母连接器包括碳，螺母包括碳，并且垫圈5k14a包括碳，其中选择石墨和BN的热膨胀系数以实现可以热循环的密封。在一个实施方式中，碳和BN部件具有匹配的热膨胀系数，或者BN的热膨胀系数略大于碳部件的热膨胀系数以构成压缩连接件。垫圈可以压缩以防止热膨胀超过碳部件的拉伸强度。压缩可以是可逆的以允许热循环。
可以选择入口上升管的高度和位置，以在
Figure GDA0003990253620001161
运行期间保持喷嘴的浸没。入口上升管可以包括端部开口的管，其中流入管中的流动发生直到熔融金属高度大约为管开口的高度。管端开口可以以与熔融金属液位相偏置匹配的方式切割。可以选择管开口的尺寸以节流或抑制向内流速，以维持双熔融金属注射器系统的两个储罐之间的液位控制的稳定性。管开口可以包括多孔覆盖物(诸如网)，以实现流动节流。EM泵速率可以调节液位控制以维持相对液位稳定性。可以通过控制EM泵电流来调节EM泵速率，其中管开口节流和动态电流调节范围中的至少一个足以实现相对液位控制稳定性和流的对准，用于包括略微倾斜于另一个的一个流的实施方式。
入口上升管可以包括耐火电绝缘体，诸如BN管，其可插入连接到EM泵组装件基座的支架中或上方。在示例性实施方式中，支架包括较短的金属管，诸如连接到EM泵组装件基座的Mo或SS。入口上升管(诸如顶部开槽的BN管)可以通过紧固器(诸如固定螺钉)或通过压缩配合保持在支架内的适当位置。入口上升管可以通过耦合器连接到支架，该耦合器安装在入口上升管和支架的两端。在一个实施方式中，入口上升管可以包括碳。与EM泵组装件5kk的碳入口上升管连接可以包括至少一个螺纹和压缩配合，该压缩配合连接到支架(诸如管支架)，其可通过紧固件(诸如螺纹和焊缝中的至少一个)紧固到EM泵组装件的基座。诸支架(诸如管支架)可以包括不与入口上升管支架反应的材料。用于固定碳入口上升管的示例性支架包括耐碳化物反应的管，诸如镍或铼管，或耐碳化的SS管，诸如包括SS 625或Haynes230的管。入口上升管(诸如碳管)在运行期间可能被熔融金属涂覆，其中熔融金属可以保护管免受反应等离子体的侵蚀。
在一个实施方式中，入口上升管5qa、EM泵管5k61的喷嘴部分、和喷嘴5q中的至少一个可以包含对氧化稳定的耐火材料，诸如耐火贵金属，诸如Pt、Re、Ru、Rh或Ir，或耐火氧化物，诸如MgO(M.P.2825℃)、ZrO2(M.P.2715℃)、对H2O稳定的氧化镁氧化锆、锆酸锶(SrZrO3 M.P.2700℃)、HfO2(M.P.2758℃)、二氧化钍(M.P.3300℃)或本公开的其他。陶瓷泵注射器部件(诸如入口上升管5qa、EM泵管5k61的喷嘴部分和喷嘴5q)可以是紧固到EM泵组装件5kk附近或其处的金属EM泵入口或出口。紧固件可以包括本公开之一。紧固件可以包括螺纹或金属化和螺纹陶瓷部件、螺纹泵组件部分和金属化陶瓷部件中的至少一个，该金属化陶瓷部件钎焊到EM泵组装件5kk附近或其处的金属EM泵入口或出口。金属化可以包括不氧化的金属，诸如镍或耐火金属。紧固件可以包括扩口式管连接件。陶瓷部件可以包括可以是圆锥形的扩口，或者它可以是扁平的。紧固件的外螺纹部分可以连接到EM泵组装件5kk的基座。扩口式管连接件的外螺纹可以包括金属螺纹套环和凸形管部分，以与内螺纹套环配合，当紧固匹配螺纹时，该内螺纹套环将陶瓷部件的扩口收紧到外螺纹管部分。紧固件可以进一步包括垫圈，诸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)垫圈。金属部件，诸如EM泵组装件5kk的金属部件，可以包括与垫圈不反应的材料，诸如镍。由配合螺纹部件形成的任何空隙可以用惰性材料填充，以防止熔融金属(诸如熔融银)渗透，并用作减轻热膨胀和收缩压力的要素。填料可以包括垫圈材料，诸如本公开的一种材料，诸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)。在示例性实施方式中，陶瓷管到EM泵组装件5kk的基座的紧固件可以包括(i)陶瓷部件和EM泵组装件5kk部件螺纹，(ii)陶瓷部件金属化和金属穿孔或钎焊到EM泵组装件附近或其处的金属EM泵入口或出口(氧化铝是待金属化和钎焊的常用材料)，和(iii)包括陶瓷管的扩口式管连接件，其中每个都有一个圆锥形或扁平的扩口端和一个带螺纹的金属滑动内螺旋套环，用于连接到焊接在EM泵组装基板上的螺纹套环上；扩口式管连接件可以进一步包括Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)垫圈，并且EM泵组装件可以包括镍金属部件以防止与碳以及水反应。可以选择诸如外螺旋紧固件部件材料的材料以匹配内螺旋部件的热膨胀系数。
在避免部件腐蚀的实施方式中，(i)反应单元池室5b31(诸如碳反应单元池室)可以是涂有熔融金属(诸如银)保护层的至少一种，其包括热解石墨或热解石墨表面涂层，被负偏压，其中负偏压可以由点燃电压中的至少一个提供，诸如与负注射器和储罐的连接，(ii)EM泵管的内表面可以包括非水反应性材料，诸如镍，和(iii)储罐、入口上升管和注射器可以包括陶瓷，诸如MgO或本领域技术人员已知的其他耐火且稳定的陶瓷。在一个实施方式中，施加到碳下半球5b41的负偏压保护碳免受与氧化物储罐(诸如MgO或ZrO2储罐)的碳还原反应。偏压可以施加到碳部分而不是接触氧化物部分。作为另选，氧化物和碳之间的结合可以包括湿密封件或垫圈，以限制氧化物和碳之间的接触。在一个实施方式中，控制温度和压力使得在热力学上不可能使碳还原氧化物(诸如MgO)。示例性压力(P)和温度(T)条件约为T/P0.0449<1200。碳可包含热解碳以降低碳还原反应性。该气氛可包含CO2以降低碳还原的自由能。碳可以用保护涂层(诸如来自熔融银蒸发的银)或石墨Cova涂层(http://www.graphitecova.com/files/coating_4.pdf)保护。Cova涂层可以包括以下多个层：铝加化合物/铝加合金/纯铝/金属/石墨。在一个实施方式中，石墨涂覆有涂层以避免与氢反应。示例性涂层包括由ZrC；Nb、Mo和/或Nb-Mo合金；和/或MO2C组成的金属和非金属层。
在一个实施方式中，储罐5c、下半球5b41和上半球5b42中的至少一个包括陶瓷，诸如氧化物，如金属氧化物，如ZrO2、HfO2、Al2O3或MgO。下半球5b41、上半球5b42和储罐5c的组中的至少两个部分可以胶合在一起。在一个实施方式中，下半球5b41、上半球5b42和储罐5c的组中的至少两个部分可以模制为单个组件。在一个实施方式中，储罐可以通过滑动螺母连接件、湿密封件连接件、垫圈连接件和本公开的其他连接件中的至少一个接合到下半球和EM泵组装件5kk中的至少一个。滑动螺母连接件可以包括碳垫圈。螺母、EM泵组装件5kk和下半球中的至少一个可以包括耐碳化和碳化物形成的材料，诸如镍、碳和耐碳化的不锈钢(SS)，诸如SS 625或Haynes 230SS。在一个实施方式中，通过诸如包括冷却至低于碳还原反应温度的湿密封件的连接件及由于与氧化物储罐连接的碳下半球的套环合适长度而保持在碳还原反应温度以下的滑动螺母连接件中的至少一种装置避免碳下半球与氧化物储罐(诸如MgO储罐)在其结合处的碳还原反应。在一个实施方式中，通过在非反应温度下保持包含氧化物与碳接触的连接件来避免碳还原反应，所述非反应温度低于碳还原反应温度。在一个实施方式中，MgO碳还原反应温度高于约2000℃至2300℃。功率转换可以通过诸如磁流体动力学等系统来实现，该系统能够在非反应温度下与连接件有效地转换。在一个实施方式中，下半球5b41、上半球5b42和储罐5c包括陶瓷，诸如金属氧化物，诸如氧化锆，其中，部件是模制和胶合在一起的至少一个，并且EM泵组装件处的连接件包括湿密封件。在一个实施方式中，下半球5b41和储罐5c包括氧化锆，其中部件是模制和胶合在一起的至少一个，并且EM泵组装件处的连接件包括湿密封件。在一个实施方式中，黑体辐射器5b4包括用MgO、TiO2或氧化钇稳定的ZrO2。由于较低的ZrO2发射率约为0.2，PV穹顶的半径可以相对于具有相同入射功率密度的碳黑体辐射器的
Figure GDA0003990253620001181
的半径减小。PV转换器的更同心的几何形状可以更有利于黑体辐射在PV单元池上的正常入射。
在包含下半球5b41(其包括电绝缘体)的实施方式中，储罐5c可以包括导体，诸如金属，诸如耐火金属、碳、不锈钢或本公开的其他导电材料。包括电绝缘体的下半球5b41可以包括金属氧化物，诸如ZrO2、HfO2、Al2O3或MgO，或涂有绝缘体的碳，诸如莫来石或本公开的其他电绝缘涂层。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b4的发射率对于在PV单元池的带隙之上的光是低的，对于在PV单元池带隙之下的辐射而言是高的。PV带隙下方的光可以通过从PV单元池反射，由黑体辐射器5b4吸收而再循环，并且作为黑体辐射在黑体辐射器的运行温度(例如在约2500K至3000K的范围内)重新发射。在一个实施方式中，在带隙下方的反射辐射对于黑体辐射器5b4可以是透明的，使得它被反应单元池室5b31气体和等离子体吸收。吸收的反射功率可以加热黑体辐射器以帮助维持其温度，从而实现带隙光下的反射的再循环。在包括具有低发射率和用于低于带隙光的高透射率的黑体辐射器的实施方式中，黑体辐射器(诸如陶瓷黑体辐射器，诸如氧化锆黑体辐射器)包括添加剂(诸如涂层或内层)以吸收带隙光以下的反射并将其循环到PC单元池中。涂层或内层可以包括高发射率，使得它吸收从PV单元池反射的光。添加剂可以包括碳、碳化物、硼化物、氧化物、氮化物或本公开的其他耐火材料。示例性添加剂是石墨、ZrB2、碳化锆和ZrC复合材料，诸如ZrC-ZrB2和ZrC-ZrB2-SiC。添加剂可以包括粉末层。黑体辐射器5b4可以包括层压结构，诸如内表面耐火材料，诸如陶瓷/中高发射率耐火化合物/外表面耐火材料，诸如陶瓷。表面耐火材料(诸如陶瓷)可以是水和氧气不可渗透的。示例性层压结构是内表面ZrO2/中间ZrC/外表面ZrO2。可以通过在模具中浇铸内层，用中间层化合物喷涂浇铸层，然后在模具中浇铸外层来制造层压结构。
由于氧化锆用于光学涂层的沉积，并且它是可从近紫外到中红外使用的高折射率材料，由于其在该光谱区域中的低吸收，黑体辐射器包含氧化锆，其中带隙以下的光透过黑体辐射器，被吸收在反应单元池室5b31内部，并再循环到PV转换器26a。在一个实施方式中，近紫外到中红外光对黑体辐射器5b4是透明的，诸如氧化锆黑体辐射器。反应单元池室等离子体的黑体发射可以直接传输到PV单元池，以及被吸收以将黑体辐射器加热到其黑体运行温度。
在一个实施方式中，PV转换器包括窗，以覆盖PV单元池并保护它们远离来自黑体辐射器的蒸发材料，诸如汽化金属氧化物，诸如MgO或ZrO2。窗可以包括可以自动清洁窗户的擦拭器，诸如机械擦拭器。在一个实施方式中，PV窗包括材料并设计成从黑体辐射器5b4形成凝聚的汽化金属氧化物的透明涂层。在示例性实施方式中，黑体辐射器5b4包括诸如氧化锆的材料，其对于在大约近紫外到中红外的波长范围内的辐射是透明的，使得氧化锆沉积到PV窗上不会使窗对来自黑体辐射器的黑体辐射显著地不透明化。
在一个实施方式中，在黑体辐射器上保持高气压，诸如惰性气体如稀有气体如氩气的压力，以抑制蒸发。气压可以在约1atm至500atm，2atm至200atm和2atm至10atm的至少一个范围内。可以在外部压力容器5b3a中保持气压。外部压力容器5b3a中的压力可以在启动期间减小，以减少感应耦合加热器消耗的功率，其中在单元池产生的功率超过维持所需运行温度所需的功率之后可以重新建立压力。黑体辐射器(诸如金属氧化物黑体辐射器)可以涂覆有涂层以抑制蒸发。涂层可以包括本公开之一。示例性金属氧化物涂层是ThO2(M.P＝3390℃)。氧化钍以及氧化钇和氧化锆可以进一步用作黑体辐射器5b4上的气体套，以产生更高的PV转换效率。在一个实施方式中，金属氧化物陶瓷组件(诸如黑体辐射器5b4)保持在氧化气氛(诸如包含H2O和O2中的至少一种的氧化气氛)中，其增加金属氧化物的稳定性。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001201
包含加热的金属氧化物源，其中至少一种作为沉积在至少一种通过蒸发损失金属氧化物的组分的来源，并且用作气化金属氧化物的来源以抑制来自至少一个金属氧化物单元池组件的蒸发。
在一个实施方式中，反应单元池室的内壁5b31包括不与水反应的耐火材料。耐火材料可以包括铼、铱、陶瓷(诸如金属氧化物(诸如氧化锆)、硼化物(诸如二硼化锆)、和碳化物(诸如碳化钽、碳化铪、碳化锆和钽铪碳化物))中的至少一种。碳反应单元池室5b31的壁可包含铼，因为它耐碳化物形成。可以通过化学气相沉积将铼涂层施加到碳壁上。所述方法可以包括以下的方法：Yonggang Tong,Shuxin Bai,Hong Zhang,Yicong Ye,“Rheniumcoating prepared on carbon substrate by chemical vapor deposition”,AppliedSurface Science,第261卷，2012年11月15日，第390-395页，以其整体通过引用并入本文。碳反应单元池室5b31的壁上的铱涂层可以施加在铼夹层上以增加粘合强度并减轻一些热膨胀不匹配。可以通过化学气相沉积将铼涂层施加到碳壁上，并且可以电化学地施加铱涂层。所述方法可以包括以下的方法：Li'an Zhu,Shuxin Bai,Hong Zhang,Yicong Ye,WeiGao,“Rhenium used as an interlayer between carbon–carbon composites andiridium coating:Adhesion and wettability”,Surface&Coatings Technology,第235卷，(2013),第68–74页，以其整体通过引用并入本文。在一个实施方式中，黑体辐射器包括对水反应稳定的陶瓷，所述陶瓷涂覆有在运行温度下不挥发的材料，诸如ZrC、W、碳、HfC、TaC、钽铪碳化物或本公开其他合适的耐火材料。不与水反应的材料可以包括反应单元池室5b31的内壁。示例性实施方式包括涂覆有石墨或ZrC的ZrO2。
在一个实施方式中，反应单元池室的碳壁5b31涂覆有涂层，该涂层防止碳与氧源或催化剂(诸如Li2O、水和HOH中的至少一种)反应。涂层可包含氟。碳反应单元池室的内表面可涂覆末端与碳结合的氟。在一个实施方式中，反应单元池室包括氟源，诸如熔融金属氟化物(诸如氟化银)或与熔融金属接触的单元池组件的金属的氟化物(例如氟化镍、氟化铼、氟化钼或氟化钨)以保持氟封端的碳，其保护氧化(诸如通过氧源或水的氧化)。
在一个实施方式中，反应单元池室5b31包含嵌插碳中的物质或物质来源。该物质可以包括碱金属(诸如锂)、与水反应的金属(诸如碱金属或碱土金属)和不与水反应的金属(诸如镍、铜、银或铼)中的至少一种。锂金属可以交换由嵌插的锂与水反应形成的Li2O或LiOH。
在一个实施方式中，形成HOH催化剂的氧源可以包括氧化物。氧化物可以不溶于熔融金属(诸如银)。氧化物可以包括氧化锂。反应单元池室的壁可以涂覆有熔融金属，诸如银。氧源可以与氢反应以形成HOH催化剂。银涂层可以保护反应单元池室壁，诸如包含碳的反应单元池室壁，使其不接触氧源。银涂层可以保护碳壁不与氧源反应。碳壁可包含嵌插的锂。锂可以与碳反应从而将其还原。通过对碳施加负电位可以还原碳。碳可以具有锂离子电池的碳阳极的组成。阳极组合物可以保护碳免受氧气和HOH中的至少一种氧化。可以相对于诸如银的熔融金属，至少一个储罐5c和至少一个熔融金属电极(例如正电极)中的至少一种施加还原电位。石墨壁通过氧源(诸如氧化锂)的碳还原反应可能受到银涂层、插入的金属离子(诸如锂离子)和施加的电压中的至少一种的阻碍。如本领域技术人员已知的，锂化碳可以电化学形成。可以通过使用碳作为具有锂对电极的电化学单元池的阳极来形成锂化，其中通过对单元池充电来形成锂化。在一个实施方式中，熔融金属(诸如银)包括嵌插剂(诸如锂)。嵌插剂可通过向反应单元池室5b31施加负电势而嵌插碳中。反应单元池室可以包括电化学单元池以形成锂嵌插碳。碳穹顶可以电连接到负熔融金属注射器系统。碳穹顶可以连接到负储罐。负储罐可以包括碳。碳穹顶可以通过连接件(诸如滑动螺母)连接到碳储罐。碳穹顶和负储罐可以包括单个单元。碳储罐可以通过湿密封件或本公开或本领域已知的其他连接与EM泵组装件5kk基座连接。正熔融金属注射器可以用作电化学单元池的对电极，其中至少一个形成并保持物质嵌插碳，诸如锂嵌插碳。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b4可以包括表面涂层，以使得高能光的选择性发射比黑体辐射的比例更大。涂层可以允许黑体辐射器5b4在较低温度下运行，例如在约2500K至3000K范围内的温度，同时实现对应于较高黑体温度的PV转换效率。黑体辐射器5b4(诸如金属氧化物黑体辐射器，诸如ZrO2或HfO2黑体辐射器)可以在合适的运行温度范围内工作，以避免蒸发，同时由于涂层而实现所需的PV转换效率。涂层可以包括本公开的或本领域已知的热光伏滤波器。涂层可以包括选择性管线发射器，诸如壁炉涂层。黑体辐射器5b4上用于产生更高PV转换效率的示例性罩是氧化钍和氧化钇。
在一个实施方式中，光可以直接从分数氢等离子体传播到PV转换器26a的PV单元池。由于反应单元池室5b31的透明性，反应单元池室5b31可以在给予PV单元池的给定光功率流下保持在较低的黑体温度下(图2I146-2I147)。反应单元池室5b31可以包括透明材料，诸如透明耐火材料，诸如陶瓷。陶瓷可以包括金属氧化物。金属氧化物可以是多晶的。反应单元池室5b31可以包括光学透明的氧化铝(蓝宝石)Al2O3、氧化锆(立方氧化锆)ZrO2、氧化铪(HfO2)、氧化钍ThO2及其混合物中的至少一种。保持在反应单元池室5b31内部的分数氢等离子体可以发射诸如黑体的光和对反应单元池室5b31透明的管线发射。透明度可以是至少具有能量高于PV转换器26a的PV单元池的带隙的波长。PV单元池可以反射未转换的光，其具有带隙上方和下方中的至少一个的能量。光可以被反射到镜、另一个PV单元池和黑体辐射器中的至少一个，该黑体辐射器可以包括反应单元池室5b31内部的等离子体。由于等离子体的散射、电离和黑体特征，等离子体可以高度吸收反射的辐射。反射光可以再循环回PV单元池，以进一步转化为电能。反应单元池室5b31可以包括具有镜的部分，以将光反射到PV单元池中和再生光中的至少一个。反应单元池室5b31可以包括不透明部分。不透明部分可以是不透明或较冷的至少一种。可以在期望的位置形成银镜以保持不透明性。镜可以通过冷凝由熔融银形成。储罐5c和下半球5b41的下部中的至少一个可以是不透明的。反应单元池室5b31可以在高于熔融金属(诸如银)的沸点的温度下运行，以避免金属在透明部分上冷凝。穹顶5b4能够在高于2162℃的银的沸点的温度下运行，使得其对等离子体黑体辐射保持透明以照射PV单元池。能够在高于银的沸点(B.P.＝2162℃)下运行的示例性透明陶瓷是氧化锆(立方氧化锆)ZrO2、氧化铪(HfO2)、氧化钍ThO2及其混合物。在一个实施方式中，透明穹顶5b4(诸如蓝宝石穹顶)可以在熔融金属的沸点以下运行，其中等离子体使熔融金属过热以防止其在透明穹顶部分上冷凝。单元池部件(诸如下半球5b41、上半球5b42和储罐5c)可以包括单个部件或者可以包括多个连接的部件。接合可以借助于本发明，诸如通过使用陶瓷胶将部件胶合在一起。在一个实施方式中，透明穹顶5b4可以包括多个透明穹顶，每个穹顶的直径较小。多个穹顶可以包括单个件或胶合在一起的复合穹顶。
在一个实施方式中，透明反应单元池室5b31内部的等离子体温度保持在约为PV单元池(诸如商业PV单元池，诸如Si和III-V半导体基PV单元池中的至少一种)的电转换的最佳温度。作为本公开的那些，其中单元池可以包括集中器单元池。黑体温度可以保持在大约太阳的温度，诸如约5600K。
在一个实施方式中，可以传输大部分等离子体辐射的辐射器5b4(诸如透明穹顶)包括冷却系统以冷却穹顶以避免超过其最大运行温度。冷却系统可以包括保持在壳体5b3中的气体，以通过传导、对流和强制对流中的至少一种方式移除热量。冷却系统可以包括具有气体制冷器的强制气体冷却系统。作为另选，冷却系统可以包括至少一个冷却剂管线、穹顶表面上可以是透明的冷却剂管线表面网格、可以是大致透明的冷却剂、冷却剂泵和制冷器。大约透明冷却剂可以包括熔融盐，诸如碱金属或碱土金属熔盐，诸如卤化物盐。在一个实施方式中，可以冷却穹顶的基座以防止光阻挡。在一个实施方式中，穹顶可以覆盖有耐火导体条，以使热量流到周边，以通过冷却系统移除。在一个实施方式中，穹顶的一些部分可以覆盖有高发射率耐火材料(诸如本公开之一)，以增强来自穹顶的辐射热损失以冷却它。在包括多个元件穹顶的实施方式中，所述元件穹顶可以包括单个件或胶合在一起的复合穹顶，冷却系统可以包括沿元件穹顶之间的缝隙延伸的冷却剂线。
在一个实施方式中，分数氢反应等离子体保持在包括透明球体的反应单元池室5b31的中心，以实现从反应单元池室5b31的中心到透明穹顶5b4的热梯度。通过控制分数氢反应物的注射和控制反应条件，诸如将导电熔融金属基质保持在中心以及控制点燃参数(诸如电压和电流)，可以在空间上控制分数氢反应速率以定位在球体的中心。在另一个实施方式中，可以沿着穹顶5b4的内壁注射非等离子体气体的缓冲层，以防止分数氢等离子体与壁直接接触。作为另选，
Figure GDA0003990253620001241
可以包括充电源，诸如电源和电极，以使壁和等离子体可以被充电，以在等离子体和壁之间引起电排斥，以防止直接等离子体与壁接触。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001242
可以包括用于等离子体磁约束的磁场源。等离子体可以通过磁场限制在穹顶的大约中心。穹顶可以包括磁瓶，其中等离子体被限制在中心，使得透明壁不会过热。
在一个实施方式中，入口上升管5qa和注射器5k61管中的至少一个可以包括碳或陶瓷。陶瓷可以包括不与H2O反应的陶瓷，诸如氧化物，诸如ZrO2、HfO2、ThO2、MgO、Al2O3中的至少一种，和本公开或本领域技术人员已知的陶瓷。陶瓷可以包含碳化物，其中至少一种碳化物形成保护性氧化物涂层并且能够抵抗与水的反应，诸如ZrC。管可以在基端包括螺纹，并且可以拧入EM泵组装件5kk的基座。
在一个实施方式中，入口上升管5qa、注射器5k61和储罐5c中的至少一个是至少部分导电的并且被负偏压以避免腐蚀。示例性导电耐火陶瓷是碳化硅、氧化钇稳定的氧化锆、以及本领域技术人员已知的其他陶瓷。负偏压部件(诸如至少一种入口上升管5qa、注射器5k61和储罐5c中的至少一个)可以包括耐火导体(诸如石墨)。正偏压部件可以包括对氧化稳定的耐火材料，诸如耐火贵金属(诸如Pt、Re、Ru、Rh或Ir)或耐火氧化物(诸如MgO)或本公开的其他材料。在一个实施方式中，单元池组件可以包括非反应性表面涂层以避免腐蚀，诸如通过氧化剂(诸如氧气和水蒸气)氧化腐蚀。示例性部件(诸如EM泵管5k4、入口上升管5qa和注射器5k61中的至少一种)的涂层可以包括Ni、Co、耐火贵金属(诸如Pt，Re，Ru，Rh或Ir)或陶瓷(诸如MgO)、Al2O3，莫来石或本公开的其他材料。与高温H2O接触的部件可以包括抗氧化不锈钢，诸如Haynes 230、
Figure GDA0003990253620001243
合金625、Carpenter L-605合金和
Figure GDA0003990253620001244
Carpenter
Figure GDA0003990253620001245
合金中的至少一种。在高温下运行的部件可涂覆有非反应性耐火涂层。涂层可以通过本领域技术人员已知的方法实现，诸如通过电镀、化学沉积、喷涂和气相沉积。在示例性实施方式中，Mo或W入口上升管5qa和注射器5k61中的至少一个可涂覆有铼(M.P.＝3180℃)、铱(M.P.＝2410℃)和相应合金中的至少一种。在一个实施方式中，可以使用羰基热分解方法用铼涂覆诸如Mo管注射器5k61和W喷嘴5q的组件。癸羰基铼(Re2(CO)10)在170℃下分解，Re2(CO)10可以蒸发并分解到保持在170℃以上的温度的部件上。其他合适的涂覆方法是本领域已知的那些，诸如电镀、气相沉积和化学沉积方法。焊接或紧固件(诸如扩口式管连接件)可用于将金属入口上升管5qa和注射器5k61中的至少一个(诸如重新镀Mo和W中的至少一个)连接到EM泵组装件5kk的基板上。与镍一样，铼在普通条件下不与水反应。不与水反应的金属可以是至少一种不被氧化的金属，并且通过保持包含氢的气氛可以将氧化物还原成金属和水。氧化镍和氧化铼可各自通过与氧反应形成。在示例性实施方式中，保持氢气氛可以还原氧化镍和氧化铼中的至少一种。EM泵组装件5kk可以包括用于入口上升管5qa和注射器5k61的套环。套环可以焊接到基板上或机加工到基板中。套环以及入口上升管5qa和注射器5k61管可以包括抵抗与H2O反应的材料。套环、入口上升管5qa和注射器5k61管可以被镍、铂、贵金属和铼中的至少一种涂覆。通过螺纹到套环中，涂覆的入口上升管5qa和注射器5k61中的至少一个可以连接到EM泵组装件5kk的基板上。
热解石墨与氢没有或几乎没有反应，也不会嵌插银；因此，碳部件(诸如反应单元池室5b31)可以包括可与氢气氛和熔融银一起使用的热解石墨。银还具有有利的性质，即它不会形成许多金属(诸如镍和铼)的合金。
单元池组件之间的结合或接合可以包括钎焊连接件。钎焊连接件可以包括本领域技术人员已知的连接件，诸如以下文章中描述的连接件：R.M.do Nascimento,A.E.Martinelli,A.J.A.Buschinelli,“Review Article:Recent advances in metal-ceramic brazing”,
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第49卷，(2003)第178-198页，此处通过引用以其整体并入本文。钎焊可以包括商业钎焊，诸如包括
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活性焊料(http：//www.s-bond.com)的钎焊，其能够将陶瓷(诸如氧化物、氮化物、碳化物、碳/石墨硅化物、蓝宝石和其他)连接到金属以及彼此。S-Bond合金具有添加到Sn-Ag、Sn-In-Ag和Sn-Bi合金中的活性元素(诸如钛和铈)，以产生焊料，该焊料可以在粘合之前直接与陶瓷和蓝宝石表面反应。S-Bond合金可生产可靠的密封连接件，其具有包括钢、不锈钢、钛、镍合金、铜和铝合金的所有金属，只要管理连接温度下的热膨胀不匹配。
在一个实施方式中，入口上升管5qa、注射器5k61管和储罐5c中的至少一个可以钎焊到EM组装件5kk基板上。入口上升管5qa、注射器5k61管和储罐5c中的至少一个可以包括陶瓷，诸如金属氧化物，诸如ZrO2、HfO2和Al2O3中的至少一种，其可以钎焊到EM组装件5kk基板上。EM组装件5kk基板可以包括金属，诸如不锈钢(SS)，诸如400系列SS、钨、镍、钛、铌、钽、钼、陶瓷(诸如ZrO2或本公开的其他)。基板可以包括具有与储罐类似的热膨胀系数的材料。钎焊可以包括填充金属，其可以包括贵金属，诸如铑、钌、钯、铼、铱、铂、金、银中的至少一种，以及它们的合金，诸如Pd-Au合金。可以将诸如铪、锆和钛中的至少一种的活性金属添加到诸如贵金属的填充金属中。活性金属可以作为细粉加入。活性金属可以作为氢负离子(诸如在钎焊过程中分解形成细小的钛颗粒的钛氢负离子)加入。活性金属可以以所需的摩尔百分比加入填料金属中，例如在约1摩尔％至2摩尔％的范围内，以实现钎焊。活性金属可用于润湿陶瓷。活性金属可以部分地代替陶瓷金属，以实现陶瓷润湿和与陶瓷结合中的至少一种。接合部分可以尽可能紧密地匹配热系数，同时实现组件的期望运行特性。在示例性实施方式中，至少一个组件(诸如入口上升管5qa、注射器5k61管和储罐5c中的至少一个)可以包括可以包括钎焊到钼EM组件基板5kk的ZrO2、HfO2和Al2O3中的至少一种。在另一示例性实施方式中，至少一个组件(诸如入口上升管5qa、注射器5k61管和储罐5c中的至少一个)可以包括可以包括钎焊到410不锈钢EM组装件5kk基板的ZrO2、HfO2和Al2O3中的至少一种，其中钎焊包括Paloro-3V钯-金-钒合金(Morgan Advanced Materials)。可以调节合金的金属百分比以达到所需的最大运行温度，例如在约1150℃至1300℃范围内的温度，其中钎焊温度可以更高，例如100℃以上。
通过使用包括钎焊到EM组装件5kk基板和陶瓷部件的金属连接器的过渡元件，可以至少部分地校正连接的单元池组件之间的热膨胀系数的不匹配。金属连接器可以具有更接近地匹配陶瓷部件的热膨胀系数。由于基板和连接器金属的可变形性，连接器可以容纳与EM组装件5kk基板更大的热失配。示例性连接器是钼套环，其一端钎焊到金属氧化物部件上并且另一端钎焊或焊接到不锈钢EM组装件5kk基板上，其中钼更接近地匹配陶瓷(诸如氧化锆)的热膨胀系数，金属的变形适应两种金属结合时较高的热膨胀失配应力。在另一实施方式中，连接器可以包括波纹管以适应不同的膨胀。波纹管可以是电铸的。
钎焊可以在真空中进行。钎焊可以在高温真空炉中进行。填料和活性金属可以形成为与连接件的几何形状匹配的几何形状(诸如环)以包括钎焊材料。这些部件可以与介于这些部件之间的钎焊材料并置。炉可以在约为钎焊材料熔点的温度下运行，以使其熔化并形成钎焊。钎焊金属部件可涂覆有抗氧化涂层，诸如镍、贵金属或铂涂层，或本公开的其他涂层。
在示例性实施方式中，EM组装件5kk基板、EM泵管5k6和EM泵汇流条5k2包括钼。这些部件可以通过本领域已知的方法焊接在一起，诸如激光或电子束焊接。入口上升管5qa和注射器5k61管的套环可以加工到底板中，并且入口上升管5qa和注射器5k61管可以在组装期间通过螺纹连接到底板。使用具有1摩尔％至2摩尔％钛细粉的钯填料作为活性金属，将包含ZrO2、HfO2或Al2O3的储罐5c钎焊至钼EM组装件5kk基板。储罐放置在组装的EM组装件5kk的基板上，钎焊材料介于被钎焊的部件之间。钎焊在约1600℃的真空炉中进行以熔化钯(M.P＝1555℃)。作为另选，填料可以包括合金，例如Pd-Au 90％(M.P＝1300℃)。储罐5c内部的底板表面和EM泵管5k6的内部涂有氧化保护涂层，诸如铂或镍。涂层可以通过电镀、气相沉积或本领域技术人员已知的其他方法形成。
诸如金属或陶瓷柱的刚性柱可以支撑储罐支撑板5b8。前者可以通过将柱安装在诸如阳极氧化铝基板的绝缘体上而电隔离，其中柱和基板之间的连接可以包括阳极氧化的紧固件，诸如螺栓或螺钉。金属柱可以涂覆有绝缘涂层，诸如BN、SiC、莫来石、黑色氧化物或本公开的其他材料。
在另一实施方式中，喷嘴5q可以包括至少一个孔、狭缝或小开口，其以低流速通过熔融金属以涂覆喷嘴。流动可以连续地再生熔融金属表面，其通过等离子体而不是喷嘴而牺牲。孔可以通过钻孔、电极放电加工机、激光钻孔以及在制造期间形成，诸如通过铸造和本领域已知的其他方法。在另一实施方式中，喷嘴5q可以包括分流器，该分流器引导喷射的熔融金属的一部分流过喷嘴以保护喷嘴形成等离子体蒸发。在另一实施方式中，包括电源2的点燃电路还包括电弧传感器，该电弧传感器感测喷嘴处的电弧而不是通过熔融金属流，并且电弧保护电路终止喷嘴上的电弧电流。
在一个实施方式中，注射管5k61可以弯曲以将喷嘴5q放置在储罐5顶部的大约中心处。在一个实施方式中，注射管5k61可以从垂直方向成角度，以使喷嘴5q在储罐5c的顶部处居中。该角度可以固定在储罐5k9底部的连接器处。连接器可以建立角度。连接器可以包括Swagelok 5k9，其具有到储罐底座的锁定螺母，并且还包括到螺纹端注射管5k61的成角度的内螺旋连接器。内螺旋连接器可以包括具有内螺旋连接器或成角度螺母的弯曲套环，使得内螺纹的角度倾斜。作为另选，储罐底座可以成角度以建立注射器管的角度。在另一实施方式中，储罐底板中的螺纹可以是倾斜的。Swagelok配件5k9可以拧入倾斜或成角度的螺纹中。由于成角度的螺纹，EM泵管5k61的连接的直注射部分可以成角度。该角度可以将喷嘴5q置于储罐5c的中心。相对于储罐底部成角度的Swagelok配件5k9可以连接到储罐底板下方的成角度的套环，以允许与EM泵管5k6大致垂直连接，在那里它连接以穿透储罐底板。泵管5k6可以包括耐水反应的不锈钢(SS)，诸如锅炉中使用的SS。泵管可以焊接到EM泵管组件中，诸如倾斜的泵管组装件中。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001281
产生器包括两个储罐5c，和一个储罐，即注射储罐中的一个熔融金属注射器。熔融金属注射器可以包括EM泵注射器。其他储罐，非注射器储罐，可以填充熔融金属。由单个注射器注射的过量熔融金属可能溢出并返回到具有注射器的储罐中。下半球5b41可以倾斜以使金属流返回到注射储罐。通过电连接到点燃电源2的相应端子，储罐可以用作相反极化的端子或电极。极性可以是防止注射器的喷嘴5q被强烈的分数氢反应等离子体损坏。非注射器储罐可以包括正电极，注射器储罐可以包括负电极。
储罐支撑板或基板5b8可以包括电绝缘体，诸如SiC或氮化硼。作为另选，支撑板可以是能够在局部温度下运行的金属，诸如钛。金属可以是非磁性和高导电性中的至少一种，以限制从感应耦合加热器吸收的RF功率并具有高熔点。示例性金属是W和Mo。底板可包含碳。金属底板5b8的电隔离可以由板和安装夹具之间的绝缘体以及储罐和板提供。绝缘体可以包括绝缘垫圈或衬套，诸如SiC或陶瓷衬套。双储罐的支撑板可以是一个或单独的支撑板。储罐支撑板可以包括具有绝缘体套环或衬套(诸如SiC或BN套环或衬套)的纵向分离板，以电隔离储罐。储罐支撑板可以包括纵向分开的两件式基板，该基板具有用于垫圈的槽，诸如电绝缘垫圈，诸如SiC或BN垫圈，储罐安放在垫圈上。作为另选，每个储罐可以由独立基板支撑，使得在底板之间存在电流断开。底板可以包括对于感应耦合加热器的RF功率具有低吸收截面的材料。底板可以包括耐热冲击陶瓷，诸如碳化硅或氮化硼。底板可以包括具有低RF吸收的金属。底板可以包括涂覆有涂层诸如本公开之一的涂层的金属，其可以具有低RF吸收截面。
交叉点可以是任何期望的，例如在从储罐到反应单元池室5b31顶部的区域的范围内。交叉点可以在反应单元池室的中心附近。交叉点可以通过泵压力和喷嘴相对于垂直方向的相对弯曲或倾斜中的至少一个来控制。储罐可以是分开的并且是电隔离的。熔融金属(诸如熔融银)可以从反应单元池室流回到每个储罐以进行再循环。可以通过金属流中断器或分流器防止返回的银在两个储罐之间电短路，而中断银的连续性，否则银将桥接两个储罐并提供导电路径。分离器可以包括不规则表面，该不规则表面包括使得银珠成为中断储罐之间的电连接的材料。分流器可以包括在短路区域处的每个储罐壁的缩减，使得银在切口或滴落边缘上下降，使得连续性被破坏。分流器可以包括覆盖两个储罐的交叉点的穹顶或半球盖，其中穹顶或半球的基座包括用于每个储罐的切口。在一个实施方式中，两个储罐5c及其底部或底板以及黑体辐射器5b41的下半球可以包括一个件。黑体辐射器5b41的下半球可以包括底部中的凸起的穹顶或横向脊，所述横向脊在设置储罐的底部中。在一个实施方式中，每个储罐的顶部可以包括环板或垫圈，其用作唇部，返回的银流过该唇缘。唇部可以导致流入每个储罐的金属流中断，以破坏储罐之间的任何电流路径，否则这些电流路径可以流过返回的银。每个储罐的顶部可以包括机加工的圆周凹槽，垫圈安放在该圆周凹槽中以形成唇缘或滴水边缘5ca，如图2I83所示。至少一个单元部件，诸如分流器，诸如穹顶或半球分流器、储罐5c，黑体辐射器5b41的下半球、黑体辐射器5b41下半球的凸起或穹顶底部，以及每个储罐上的唇部可以包括碳。
在一个实施方式中，黑体辐射器的基座(诸如反应单元池室5b31的底板，诸如黑体辐射器5b41下半球的底板)可以包括凹槽或通道，以引导熔融金属在优选路径中流入储罐5c的入口使得两个相反带电的储罐之间的任何电连接断开或大约断开。通道可以将熔融金属引导到储罐的前部、侧部和后部中的至少一个。每个通道可以包括梯度以使重力流入储罐。通道可以是梯度的和倾斜的中的至少一种。该梯度可能导致朝向期望的储罐位置的倾斜，诸如储罐的后部相对于反应单元池室的中心。引导流动到注射器实施方式的两个储罐的给定储罐的梯度通道的倾斜可以是与另一个储罐的通道相对的镜，以使流动到相对的相对位置。在示例性实施方式中，在反应室的底板中心具有指定的xy-坐标系，其中储罐位于(-1,0)和(1,0)位置，梯度和相反倾斜通道的流动指向熔融金属到相对极角，以3/2和1/2的每个储罐为中心。底板可以包括在每个储罐开口的中心和前面的至少一个突起。流动可以优先向储罐的侧面和后面中的至少一个。
在一个实施方式中，产生器包括传感器和点燃控制器，以降低点燃电压和电流中的至少一个，以防止通过单元池组件(诸如下半球5b41)的短路对组件造成损坏。电短路传感器可以包括电流或电压传感器，其将信号馈送到点燃控制器中，该信号控制点燃电流和电压中的至少一个。
在一个实施方式中，熔融金属可以被动地流过两个储罐之间的导管，其中流动从过填充的储罐到填充不足的储罐。单元池可以包括在储罐之间的导管中的旋转隔膜，以中断熔融金属内的电路。通过熔融金属的点燃电流的电短路可以被包含可移动装置(诸如电绝缘栅)的分离器中断。栅可以包括具有多个叶片的可移动装置，以中断熔融金属导电路径。示例性设计是叶轮，而不是可以包括诸如SiC或氮化硼的耐火材料。叶轮可以容纳在导管中并允许金属流动而不允许储罐之间的电连接。
在一个实施方式中，返回熔融金属流可以通过至少一个系统破碎，该系统包括(i)滴落边缘，诸如放置在储罐入口顶部的平垫圈，(ii)至少一个喷嘴5q，熔融金属液位和入口上升管中的至少一个在储罐5c中降低，(iii)下半球5b41返回熔融金属流动路径，该流动路径分散流动以避免大流或破坏任何连接电流路径，(iv)来自储罐壁的多个电绝缘突起，(iv)多个电绝缘波纹或浮雕，切入滴落边缘、储罐顶部入口或储罐壁，(v)光栅，诸如储罐顶部的电绝缘光栅，和(vi)当电短路电流流过所述流时，施加的磁场使洛伦兹力将流偏转到珠中。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001301
包括储罐银液位均衡系统，其包括银液位传感器、EM泵电流控制器、以及诸如可编程逻辑控制器(PLC)或计算机100的控制器，其接收来自液位传感器的输入并驱动电流控制器保持储罐5c中大约相等的金属液位。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001302
包括熔融金属均衡器以维持大约相等的液位，例如每个储罐5c中的银液位。均衡器可以包括在每个储罐上的储罐液位传感器和EM泵速率控制器以及用于激活每个EM泵以维持大约相等液位的控制器。传感器可以包括基于至少一个物理参数的传感器，诸如放射性不透明度、电阻或电容、热发射、温度梯度、诸如超声频率等声音、依赖于液位的声共振频率、阻抗或速度、诸如红外发射等光学或本领域已知的其他传感器，其适合于通过由于液位界面的液位变化或变化引起的参数变化来检测指示储罐熔融金属液位的参数。液位传感器可以指示EM泵的激活液位，从而指示熔融金属流动。可以通过监视点燃电流和电压中的至少一个来监控点燃状态。
传感器可以包括放射性源5s1，诸如放射性核素，诸如镅(诸如发射60keVγ射线的241Am)、133Ba、14C、109Cd、137Cs、57Co、60Co、152Eu、55Fe、54Mn、22Na、210Pb、210Po、90Sr、204Tl或65Zn。放射性核素辐射可以是准直的。准直器可以产生多个光束，诸如两个，每个光束与中心轴成45°，其中一个放射性同位素源可以形成两个扇形光束以穿透两个储罐中的每一个，然后入射到一对的相应检测器中。准直器可以包括挡板，以在传感器不工作时阻挡辐射。源5s1可以包括X射线或γ射线产生器，诸如Bremsstrahlung X射线源，诸如http：//www.source1xray.com/index-1.html的X射线源。传感器可以进一步包括在储罐的相对于放射源的相对侧上的至少一个辐射检测器5s2。传感器可以进一步包括位置扫描器或诸如机械装置的装置，以沿着垂直储罐轴线移动至少一个辐射源和辐射检测器，同时保持源和检测器之间的对准。移动可以跨越熔融金属液位。扫描器可以包括移动感应耦合加热器天线5f的致动器，其中辐射源(诸如241Am源)和辐射检测器中的至少一个可以连接到线圈5f、线圈电容器盒90a和移动致动器机构中的至少一个上。在与准直辐射穿过液位时穿透辐射计数的变化可以识别液位。作为另选，扫描器可以循环地改变光源和检测器的相对取向，以扫描金属层的上方和下方，以便检测它。在另一实施方式中，传感器可以包括沿每个储罐的垂直轴布置的多个源5s1。传感器可以包括在储罐的相对于相应的源的相对侧上的多个辐射检测器5s2。在一个实施方式中，辐射检测器可以与辐射源配对，使得辐射沿着从源通过储罐到检测器的轴向路径行进。当存在时，辐射源可以被储罐金属衰减，使得当辐射路径上的液位上升时，辐射检测器将记录较低的信号，并且当液位下降到路径以下时，将记录较高的信号。源可以包括宽光束或具有宽角度辐射范围的光束，其穿过储罐到达空间膨胀的检测器或膨胀的检测器阵列，诸如X射线敏感的线性二极管阵列，以提供辐射路径中的储罐金属含量的纵向或深度特征的测量。示例性X射线敏感线性二极管阵列(LDA)是X-ScanImaging Corporation XI8800 LDA。金属液位对计数的衰减可以指示液位。示例性源可以包括来自放射性或X射线管源的扩散束，并且检测器可以包括膨胀闪烁或盖革计数器检测器。检测器可以包括盖革计数器、CMOS检测器、闪烁体检测器和闪烁体(诸如碘化钠或碘化铯)和光电二极管检测器中的至少一种。检测器可以包括电离检测器，诸如MOSFET检测器，诸如烟雾检测器中的检测器。电离室电极可以包括辐射进入侧上的至少一个薄箔或线栅，和烟雾检测器电路常用的对电极。
在一个实施方式中，包括穿透辐射源(诸如X射线)、检测器和控制器的传感器进一步包括算法，用于将在检测器处接收的信号的强度从源处理成储罐熔融金属液位读数。传感器可以包括单个广角发射器和单个广角检测器。X射线或γ射线可以以与储罐横向平面成一定角度穿透储罐的内部，以增加通过飞行中的熔融金属的区域到探测器的路径长度。该角度可以采样更大深度的熔融金属，以增加用于确定储罐中熔融金属深度的辨别力。可以针对已知的储罐熔融金属液位校准检测器信号强度。随着液位上升，检测器强度信号减小，其中可以从校准确定液位。示例性源是放射性同位素(诸如镅241)和X射线源(诸如Bremsstrahlung装置)。示例性检测器是盖革计数器和闪烁体和光电二极管。X射线源可以包括AmeTek源，诸如Mini-X，并且检测器可以包括NaI或YSO晶体检测器。可以扫描辐射源(诸如X射线源)和检测器中的至少一个以获得X射线衰减的纵向轮廓，从而获得金属液位。扫描器可以包括机械扫描器，例如诸如凸轮驱动的扫描器。凸轮可以由电动机驱动的旋转轴转动。扫描器可以包括机械、气动、液压、压电、电磁、伺服电机驱动或其他这样的扫描器或本领域技术人员已知的装置，以可逆地平移或重新定向X射线源和检测器中的至少一个以对金属液位进行深度分布。放射性同位素(诸如镅)可以被包裹在诸如W、Mo、Ta、Nb、氧化铝，ZrO，MgO等耐火材料中，或者诸如本公开之一的其他耐火材料中，以允许将其放置在非常接近于温度高的储罐中。X射线源和发射器和检测器中的至少一个可以安装在壳体中，该壳体可以具有受控的压力和温度中的至少一个。壳体可以安装在外部压力容器5b3a上。可移除壳体以允许容易地移除外部压力容器5b3a。壳体可以液位移除，以允许垂直移除外部压力容器5b3a。壳体可以具有用于X射线通过的内窗，同时保持窗上的压力梯度。窗可以包括碳纤维。壳体的外端可以向大气开放或封闭。
在一个实施方式中，液位传感器包括X射线或γ射线的源，其位于储罐5c内部的阱或壳体内。X射线或γ射线源可以是放射性核素，诸如41Am、133Ba、14C、109Cd、137Cs、57Co、60Co、152Eu、55Fe、54Mn、22Na、210Pb、210Po、90Sr、204Tl或65Zn。阱可以紧固到EM泵组装件5kk的基板上。放射性核素可以包封在耐火材料中，诸如碳、W、氮化硼或碳化硅。放射性核素可以包括耐火合金。放射性核素可以包括具有高熔点的元素或化合物，诸如14C、Ta4Hf14C5(M.P.4215℃)、133BaO、147PM2O2、144Ce2O3、90SrTiO3、60Co、242CM2O3或144CM2O3。阱壁可以包括易于被X射线或γ射线穿透的材料。示例性阱是氮化硼阱。储罐可以包括易于被X射线或γ射线穿透的材料，诸如氮化硼或碳化硅储罐。液位传感器可以包括多个X射线源或γ射线源，其可被准直以形成多个射束。液位传感器可以包括在储罐壁外部的多个X射线或γ射线检测器，并且定位成当不被熔融金属(诸如银)衰减时入射X射线或γ射线。光束衰减中差分的位置表示由处理器确定的液位位置。在一个实施方式中，阱内的X射线或γ射线源(诸如放射性核素)可能不是准直的。可以在储罐外部的至少一个检测器处检测X射线或γ射线信号的强度。检测器可以包括闪烁体晶体和光电二极管，诸如Gadox、CsI、NaI或CdW光电二极管。可以校准作为熔融金属液位的函数的信号强度。液位传感器可以包括处理器，其处理来自查询表的测量信号强度和校准数据并确定熔融金属液位。
在一个实施方式中，液位传感器包括颗粒后向散射类型。液位传感器可以包括颗粒源，诸如氦离子、质子、X射线或γ射线、电子和中子中的至少一种。源可以包括准直源。颗粒可以在多个垂直坐标位置处入射到储罐5c，或者可以随时间在多个垂直位置上扫描。当颗粒在低于液位时，在高于熔融金属液位的垂直位置处入射到储罐上时，颗粒可以以强度变化反向散射。强度变化可以根据颗粒及其能量而增加或减少。X射线可以被熔融金属(诸如银)吸收，使得由于介入的熔融金属，可以减少来自远储罐壁的反向散射。因此，当X射线在液位下方的垂直坐标位置处入射到储罐时，反向散射的X射线的强度可能降低。与储罐壁中的衰减相比，可以选择X射线的能量以在熔融金属(诸如银)中具有高衰减。可以选择X射线能量仅处于电子边缘，能量高于电子壳的结合能。X射线源可以包括放射性同位素或X射线产生器。在一个实施方式中，检测反向散射X射线的减少作为识别其中选择X射线能量的液位的要素，使得反向散射信号被低于该液位的银高度衰减，而不是高于该液位的银柱。高吸收能量可以是边缘，诸如银K边缘的25keV能量。
在一个实施方式中，入射颗粒可以产生二次颗粒或具有不同能量的相同颗粒。二次粒子发射强度的变化可用于检测液位。在示例性实施方式中，第一能量的X射线在不同的垂直位置处入射到储罐，并且第二能量的X射线由检测器检测。当液位在光束之间或光束之间交叉时，第二能量或荧光X射线的X射线强度的变化表示液位。检测器可以位于使荧光X射线信号最大化的位置，诸如沿着与入射光束相同的轴，例如0°或180°或at 90°。在一个实施方式中，当入射光束在液位下方而不是液位上方入射到储罐时，银的荧光X射线增加。液位传感器可以包括本领域已知的X射线荧光(XRF)或能量色散X射线荧光(EDXRF)系统。X射线源可以包括放射性同位素或X射线产生器。EDXRF系统可以包括高能粒子源，诸如电子或质子。检测器可以包括硅漂移检测器或本领域技术人员已知的其他检测器。
当中子从银柱反向散射指示液位位置时，强度可以增加。中子可以由241Am和铍金属产生。中子源可以包括中子产生器，诸如使用电场来加速氘离子和氚离子中的至少一种以产生具有中子产生的D-D或D-T融合的中子产生器。可以用相应的检测器(诸如X射线或中子检测器)检测反向散射的颗粒。在另一实施方式中，颗粒可以在储罐的一侧从源发射并且在储罐的另一侧上的相同轴上检测。作为检测器强度下降检测到的粒子束的增加的衰减的垂直储罐位置可以识别液位的位置。本公开的示例性中子反向散射和γ射线衰减液位传感器是可从Thermo Scientific商购的修饰用于储罐5c的几何形状的(https://tools.thermofisher.com/content/sfs/brochures/EPM-ANCoker-0215.pdf)。
在一个实施方式中，液位传感器可以包括电磁辐射源和对所反射辐射强度检测的检测器，电磁辐射自熔融金属液位下方的熔融金属选择性地反射。可以通过增强的激光反射强度来检测液位，该强度低于与液位之上的反射强度相比的液位。可以根据入射光束沿垂直储罐轴线的位置确定液位的位置，这导致增强的反射强度。辐射可以包括对储罐壁足够透明的波长，使得其穿透壁并被反射回检测器。储罐5c壁可以能够透射光。储罐可以包括对可见光和红外光透明的氧化铝、蓝宝石、氮化硼和碳化硅中的至少一种。辐射可以穿透熔融金属的薄膜。激光可以足够强大以穿透熔融金属的薄膜。在一个实施方式中，储罐壁可以包括氮化硼，其对于辐射的波长范围内的辐射具有一定的透明度，诸如在UV到红外的区域中。激光可以包括高功率可见或红外二极管激光。单元池组件(诸如储罐)可以对激光束透明。对红外透明的合适耐火材料是MgO、蓝宝石和Al2O3。激光可以包括红外激光以更好地保持聚焦。在包含氮化硼的实施方式中，波长可以为约5微米，因为BN在该波长处具有透射窗。在一个实施方式中，激光器具有足够的功率以穿透储罐壁，例如氮化硼壁，任何银壁涂层，以及从激光到检测器的轴向路径中的银蒸气。壁可以在激光束壁接触点处变薄。可以对壁进行机械加工以防止激光束扩散或散射。壁可以是平的。可以对壁进行机械加工以形成透镜，该透镜重新聚焦横穿壁的光。透镜可以与激光波长匹配。壁可以包括嵌插式透镜。透镜可以包括抗反射涂层。透镜可以包括四分之一波片以减少反射。透射光信号表明没有储罐银柱，并且没有光信号表明存在银柱，并且光信号不连续的垂直储罐位置可用于识别液位。激光可以包括透镜以增加焦点和功率密度(光束强度)中的至少一个。示例性商用激光在以下给出http://www.freemascot.com/match-lighting-laser.html或
http://www.freemascot.com/50mw-532nm-handheld-green-laser-pointer-1010-black.html？gclid＝CNu8gJ-EqtICFZmNswodZLMNQA。激光和检测器中的至少一个可以从储罐中脱离，以位于温度不会过度升高的区域中，从而损害激光器或检测器功能。可以冷却激光和诸如光电二极管等检测器中的至少一个。
熔融金属可以包括银。银具有波长约300nm的透射窗。辐射可以包括约250nm至320nm范围内的波长。辐射源可以包括UV二极管，诸如UVTOP310。UV二极管可以包括透镜，该透镜可以包括半球透镜以制作定向光束。辐射源可以包括激光，诸如二极管泵浦激光。银透射窗的波长区域中的示例性激光是KrF准分子、Nd：YAF四次谐波、InGaN二极管、XeCl、He-Cd、氮、XeF准分子和Ne+激光。检测器可以包括光电二极管。
激光型液位传感器可以包括激光扫描器，该激光扫描器随时间垂直地移动激光器和检测器中的至少一个，以截取该液位上方、液位处和下方的区域以检测液位。作为另选，当前的辐射照射型液位传感器可以包括多个辐射源和相应的垂直间隔的检测器，使得液位位于多个源附近的位置，使得液位的位置可以由源与其探测器之间的差分反射检测。辐射源和检测器可以相对于彼此成角度，使得源辐射可以在存在时从熔融金属柱反射并且变为入射到相应的检测器。储罐壁可以在辐射的入射和反射点处加工得更薄，以允许其在从熔融金属柱反射时从源传播到检测器。在另一实施方式中，在光束路径中没有熔融金属柱的情况下，辐射可以穿透储罐的两个壁，并且当光束路径低于该液位时，柱可以阻挡光束。光束通过储罐的传输可以由检测器检测，该检测器可以位于辐射源的相对侧，例如激光器。可以一致地扫描辐射源和相应的检测器，或者液位传感器可以包括多个辐射源和沿着储罐的垂直轴间隔开的相应的检测器，以通过熔融金属液位上方与下方的光束的透射差来检测液位。在一个实施方式中，RF线圈5f具有用于入射和反射或透射光束的开口。线圈5f可以设计成补偿任何开口，以在没有开口的情况下提供所需的加热功率分布。
传感器可以包括至少一个滴落边缘、向下倾斜的管或热源(诸如激光器，诸如二极管激光器和振动器)中的至少一个，以至少部分地消除在储罐壁上方的熔融金属膜。可能反映辐射的液位。在一个实施方式中，任何熔融金属膜可以通过在光束路径与储罐壁相交的点处返回金属的位置处的滴落边缘移除。单元池可以包括储罐振动器或填料和加热器中的至少一个。在交叉点处的任何熔融金属膜可以通过振动或通过在该点处加热壁来移除。通过使用更强大的光束和透镜中的至少一个，可以增强光束以穿透金属膜。
激光束可以相对于储罐壁以一定角度定向，以引起一定角度的反射，以增加通过任何薄银层的透射率，使得反射在监测时减小。在一个实施方式中，调节激光束角度以产生渐逝波，其中反射在银液位之下而不是在其上方增加。在一个实施方式中，传感器可以包括阱中的光纤电缆，其具有一些透明度，其中反射光被量化。由检测器(诸如光电二极管)检测的反射强度允许由处理器确定液位的位置。
可以选择激光波长以增加通过储罐壁和任何银膜涂层的透射率。示例性波长约为315nm，因为银具有约315nm的透射窗。光检测器(诸如光电二极管)可以可选地包括光学波长通过滤波器，可以选择性地响应激光。在一个实施方式中，灯可以代替激光器。灯可以包括强大的发光二极管(LED)阵列。液位传感器可以包括短波长光源，例如能够发射UV光的光源，例如在约315nm至320nm的波长范围内。短波长源可以包括氘灯以照亮储罐。灯可以包括可见光或红外灯。在一个实施方式中，银液位以上的照射源(诸如短波长的光)可以是等离子体发射。
在一个实施方式中，等离子体利用对储罐透明的强光照射熔融金属层上方的空间。透明储罐可以包括透明材料，诸如氮化硼、碳化硅和氧化铝中的至少一种。可以通过使用至少一个光检测器(诸如光电二极管)测量金属液位的光的不连续性来记录熔融金属液位。
在一个实施方式中，储罐5c壁能够透射光。储罐可以包括对可见光和红外光透明的氧化铝、蓝宝石、氮化硼和碳化硅中的至少一种。在一个实施方式中，包括光透射型液位传感器的熔融金属液位传感器检测从储罐5c内部传输到外部的光，并且由处理器处理至少一个光传感器的透射光强度的垂直变化以确定熔融金属液位。处理器可以从两个储罐接收数据并关联数据以消除在储罐壁上流动的熔融金属的任何混浊影响，否则可能错误地指示熔融金属液位的存在。
在一个实施方式中，通过反应单元池室5b31中点燃产生的等离子体照射储罐5c壁，并且一些光在熔融金属液位上方的区域中选择性地穿透壁。光传感器(诸如照相机或光电二极管)可以检测透过储罐壁的光。光传感器(诸如光电二极管)可以被垂直扫描，或者液位传感器可以包括多个垂直分离的光传感器(诸如光电二极管)。在确定熔融金属液位的实施方式中，处理器处理以下中的至少一个：i)相机图像上的光强度差异，ii)多个光传感器之间的光强度差异，以及iii)扫描光传感器的垂直位置之间的光强差异。
为了便于等离子体光通过储罐壁传输至光传感器，储罐可以包括至少一个光通道，诸如壁中的凹陷、凹槽或变薄区域。至少一个光传感器(诸如照相机)、多个光学传感器或扫描光学传感器(诸如二极管)可记录沿着储罐的通过高度的透射光变化。可以通过光纤电缆(诸如高温光纤光缆，诸如石英电缆))将光传导到每个远程光传感器。光纤电缆或其他光导管可以增加背景黑体光上的内部光信号。通过使用光检测器，可以在黑体辐射上增加来自等离子体光的内部信号，该光检测器相对于来自外部储罐壁的黑体辐射的光谱选择较短的波长。检测器可以包括检测器上的选择性短波长检测器或滤波器。检测器或滤波器可以允许选择性地检测蓝色或UV辐射。检测器可以检测由储罐壁传输的短波长光，例如在氮化硼壁的情况下长于约320nm的光。诸如黑体辐射的背景光可以用光盲窗阻挡，其沿着光通道的视线穿透。液位传感器可以包括至少一个固定或扫描的镜，以将来自至少一个壁位置的透射光反射到远程光传感器。在示例性实施方式中，为了适应加热器天线5f与储罐5c的接近，透射光被向下反射到产生器的基座以入射光检测器。镜可以安装在天线5f上。处理器可以接收并处理光传感器数据以确定熔融金属液位。
在一个实施方式中，液位传感器包括场源，诸如电流线圈、天线或单元池内部(诸如储罐内部)的灯，其发射场(诸如磁场和电磁辐射中的至少一个)到外部场检测器。检测信号的强度或空间变化是熔融金属液位的函数，并且处理器使用相应的数据来识别熔融金属液位。
在一个实施方式中，光透射熔融金属液位传感器包括光源，该光源照射储罐壁以产生图像或垂直光强度变化，其在输入到处理器以识别液位。光源可以包括灯、激光器和等离子体中的至少一种。灯可以在储罐的内部。灯可以包括白炽灯，诸如W灯或W卤素灯。灯可以包括裸W灯丝，其连接到封装在电绝缘体中的引线，该电绝缘体可以包括耐火陶瓷，诸如SiC或BN。灯可以包括两个分离的电极，其可以支持等离子体，诸如电弧等离子体。灯可以包括碳弧。绝缘体可以用作支撑件，或者灯可以包括用作支撑件的导管。导管可以包括耐火材料，诸如本公开种的一种。导致外部电源可能会为灯供电。电源可以是与EM泵电源、点燃电源和感应耦合加热器电源中的至少一个共用的电源。电源可以位于外部单元池壳体的第二腔室中。引线可以在EM泵组装件5kk的基座中的馈通件处穿透储罐。灯可以容纳在可以穿透EM泵组装件5kk的基座的阱中。阱壁可以对内部灯至少部分透明。所述阱可以包括耐火材料，诸如氧化铝、蓝宝石、氮化硼和碳化硅中的至少一种，其对光至少部分透明。在一个实施方式中，灯可以照亮阱的内部。灯可以在阱下。阱可以包括至少一个镜或光漫射器，以使光从阱径向传输(在水平平面中)。
光传感器可以消除来自储罐壁的背景黑体发射的干扰。光传感器可以选择性地响应等离子体或灯光。光传感器可以包括滤波器，以通过等离子体或灯光的特征波长区域。光传感器可以响应于等离子体或灯光的多个波长特征。光传感器可以包括光学高温计或光学温度传感器。
在一个实施方式中，将单元池加热至所需的温度曲线，该温度曲线支持等离子体形成和熔融金属再循环，并且在EM泵的熔融金属注射的开始时间附近。加热器线圈5f可以在黑体辐射器5b4的至少一部分上延伸，以将其加热到期望的温度曲线。加热器可以由致动器回缩。可以施加点燃电压，使得在来自双EM泵的熔融金属流相交时发生点燃和等离子体形成。等离子体光可以直接或通过通道传输通过储罐壁，以允许检测熔融金属液位。
传感器可以包括沿着储罐的垂直轴线间隔开的一系列电触点以及导电和电容计中的至少一个，以测量电触点之间的导电率和电容中的至少一个，其中导电率和电容中的至少一个可测量地在储罐内的熔融金属液位上变化。电触点可各自包括围绕内部或外部圆周或储罐的圆周的一部分的导电环。导电率计可以包括欧姆表。在一个实施方式中，导电或电容探针中的至少一个可以包括多个引线，这些引线通过EM泵管进入，沿着EM泵管行进，并且在熔融金属液位的期望高度范围内的多个空间上分开的位置处离开EM泵管。引线出口可以终止于传感器或探针中。作为另选，电线可以在阱中行进，该阱可以焊接到EM泵组装件5kk的底部。探针可以包括导体或电容器。单独探针之间的电导率或相对电导率可用于检测熔融金属液位，其中当探针与熔融金属接触时电导率增加。引线可以包括电绝缘的电线，该电绝缘电线在密封的馈通件(诸如Swagelok)处穿过储罐外部的EM泵管。引线可以通过可以密封或不密封的电绝缘穿透而离开储罐内部的EM泵管。电线可以涂有耐火电绝缘体，诸如氮化硼或本发明的另一种耐火涂层。电线可以涂有阳极氧化的Al。电线可以包括耐火导体，诸如Mo、W或本公开的其他。在一个实施方式中，电线可以由耐火光纤电缆代替，其中液位被光纤检测。
在包括包含电绝缘体(诸如SiC、BN、Al2O3或ZrO2)的储罐的实施方式中，多个纵向间隔的电线可以穿过储罐壁并跨越熔融金属液位的范围。电线可能是裸露的。电线可以通过压缩密封件来密封。在储罐制造期间，可以就地电线烧结或浇铸。作为另选，可以通过紧密配合的穿透插入线。诸如孔的穿透可以通过机械加工、放电铣削、水射流钻孔、激光钻孔或本领域已知的其他方法产生。紧密配合的电线可以具有比储罐材料更高的热膨胀系数，使得当储罐被加热时形成压缩密封件。电线可以随着熔融金属液位的变化而感测导电率变化和电容变化中的至少一个。
通过作为熔融金属液位的函数的变化电导率、电感、电容和阻抗中的至少一个来感测熔融银液位的液位传感器可以包括参考电触点，诸如EM泵组装件5kk的基座上的参考电触点和至少一根探针线容纳在阱中，该阱固定在储罐的底部，诸如EM泵组装件5kk的底部。电容传感器可以包括两个板，其可以根据液位填充熔融金属并且响应于液位。感应传感器可以包括线圈，其中由线圈连接的磁通取决于熔融金属液位。阱可以通过紧固件(诸如Swagelok)紧固，或者可以焊接到EM泵组装件的底部。电线可以在每个电线末端电连接和物理连接到阱的内壁。至少一根电线的相应电触点可以垂直间隔开。示例性阱包括耐火金属管(诸如Mo管)，其可以在EM泵组装件5kk的底部用焊接的不锈钢Swagelok紧固，其中由氧化铝护套绝缘的电导率探针电线进入底部的开口端，在管内行进，并通过焊接连接到焊接在管末端的Mo锥。在将其作为探针施加之前，可以预热能够在高温下重结晶的金属探针以使金属重结晶。在探针线和连接到EM泵组装件5kk的基座的参考触点之间测量电导率。在另一实施方式中，EM泵管5k6的出口部分用作阱。随着银液位升高，探针和参考下落之间的电导率由于探针电流通过熔融金属的平行路径而下降。可以校准作为金属液位的函数的电导率。校准可以根据阱温进行。阱可以进一步包含热电偶以测量探针处的阱温，以允许选择相应的校准。作为另选，电导率传感器可以包括在单独储罐中的两个匹配的探针，诸如两个匹配的重结晶W管，其中控制相对EM泵送速率以匹配两个探针的电导率以控制和匹配两个储罐中的熔融金属液位。传感器可以进一步包括探针之间的任何偏移电导率的校准曲线，作为平均电导率和运行温度中的至少一个的函数。电导率探针可以包括电绝缘套或涂层，以防止点燃功率产生电弧，同时保持足够的电连接以感测电导率。电导率探针可以包括可以掺杂的半导体。可以用高频探针电流或电压测量电导率，并且可以进一步过滤相应的电压或电流信号以确定电导率，以消除诸如由点燃电流引起的噪声的影响。
通过作为熔融金属液位的函数的多个导体之间或在多个导体处的差分电导率或电容中的至少一个来感测熔融银液位的液位传感器可以包括多个导体，诸如穿过储罐壁的电线。储罐壁可以包括电绝缘体，诸如氮化硼或碳化硅。由于电线相对于壁材料的不同膨胀，电线可以通过压缩密封。例如，Mo、Ta和Nb各自具有比SiC更好的热膨胀系数。在室温下通过至少一个加热壁和冷却线的初始步骤可以实现对单元池的密封，诸如通过施加诸如液氮之类的冷冻剂，然后通过储罐壁中的孔插入电线，所述储罐壁在没有壁式加热或电线冷却的情况下紧密配合。在另一实施方式中，可以通过模制、胶合或密封来密封电线。作为另选，可以通过将电线结合到壁材料中来在制造期间实现密封。可以使用胶水或密封剂在储罐制造期间将电线密封到适当位置。
传感器可以包括液位相关的声共振频率传感器。储罐可以包括腔。通常，腔体(诸如乐器，诸如部分填充的水瓶)各自具有共振频率，诸如取决于水填充液位的基本音符。在一个实施方式中，储罐腔具有取决于熔融金属填充液位的共振声频。频率可随着熔融金属液位的变化而变化，并且气体填充部分的体积相对于储罐腔的金属填充部分的体积发生变化。可以在储罐中支撑至少一个共振声波，其频率取决于填充液位。可以使用给定运行条件(诸如储罐和单元池温度)下的填充液位和相应频率来校准传感器。
共振声学传感器可以包括激发声波的装置，诸如驻波声波和声频分析器，以检测液位相关声波的频率。在储罐腔中激发声音的装置可以包括机械的、气动的、液压的、压电的、电磁的、伺服电动机驱动的源装置，以使储罐壁可逆地变形。用于激发和接收储罐腔中的声音中的至少一个的装置可以包括从动隔片。隔片可以导致声音传播到储罐中。隔片可以包括单元池部件，诸如EM泵、上半球和下半球中的至少一个。声激发源和用于声激发的组件之间的接触可以通过探针(诸如耐火材料探针)，该探针对于与组件的接触点的温度是稳定的。激发储罐腔中的声音的装置可以包括定位器，诸如声纳定位器。频率分析器可以是麦克风，其可以通过组件周围的气体作为声音接收储罐的共振频率响应。接收和分析声音的装置可以包括麦克风、换能器、压力换能器、可以通过声音变形并且可以具有残余电荷的电容器板，并且可以包括本领域中已知的其他声音分析仪。在一个实施方式中，引起储罐的声激发并接收共振声频的装置中的至少一个可以包括麦克风。麦克风可以包括频率分析器以确定填充液位。激发源和接收器中的至少一个可位于外部压力容器5b3a的外侧。
在一个实施方式中，声学传感器包括声频的压电换能器。传感器可以通过声音导管(诸如空心导管或实心导管)接收声音。声音可以通过储罐释放。压电换能器可以包括汽车爆震传感器。爆震传感器可以与储罐的声共振特性匹配，其中银处于期望液位。可以使用加速度计来确定共振特性。声音导管导体可以直接连接到储罐和换能器。声音导体可以包括耐火材料，诸如钨或碳。换能器可以位于热区域之外，诸如外部压力容器5b3a的外部。在示例性实施方式中，爆震传感器旋入连接到声音导体的外容器5b3a的基板5b3b中的孔中，所述声音导体在相对端与储罐接触。导管可以沿垂直轴行进以避免干扰线圈5f的移动。陷波滤波器可以选择性地通过适合于感测储罐中的银液位的频率。控制器可以调节EM泵电流以将银液位改变到来自作为液位函数的频率确定的期望液位。
声学传感器可以包括储罐内部的至少一个探针或腔。腔可以包括阱。阱可以焊接到EM泵组装件5kk的基座中。阱可以是中空的或实心的。探针可以包括通过紧固件(诸如Swagelok)连接到EM泵组装件5kk的基座的封闭端管或杆。可以通过定位器使探测器或腔体振动。定位器可以通过传递定位器的定位作用的连杆(诸如耐火材料连接杆，诸如包括Mo、W或Ta的连接杆或不锈钢)位于高温区域的外部。取向可以是在振动激发时最有效的取向。振动传感器(诸如麦克风)可以感测振动频率，其中频率是特征性的并且用于确定探针或腔周围的熔融金属液位。可以选择探针或腔以便于熔融金属液位的声频感测。可以校准熔融液位的频率依赖性。可以针对可以测量的运行温度调整校准。在作为探针施加之前，可以预热能够在高温下重结晶的金属探针以使金属重结晶。作为另选，声学传感器可以在单独的储罐中包括两个匹配的探针，诸如两个匹配的重结晶W管，其中控制相对EM泵送速率以匹配两个探针的频率，以控制和匹配两个储罐中的熔融金属液位。传感器可以进一步包括作为平均频率和运行温度中的至少一个的函数的探针之间的任何偏移频率的校准曲线。
探针或腔可以包括耐火材料，诸如Mo、钛-锆-钼(TZM)、钼-铪-碳(MHC)、钼-镧氧化物(ML)、钼-ILQ(MoILQ)、钼-钨(MoW)、钼-铼(MoRe)、钼-铜(MoCu)、钼-氧化锆(MoZrO2)、W、碳、Ta、氧化铝、氧化锆、MgO、SiC、BN，及本公开或本领域已知的其他耐火金属、合金和陶瓷中的至少一种。金属探针可以包括电绝缘覆盖物或护套或电绝缘涂层，诸如莫来石、SiC、或本公开或本领域已知的另一种，以防止具有点燃功率的电弧放电。陶瓷探针可以包括中空腔，诸如端部被密封的中空管。陶瓷探针可以通过螺纹连接件固定到EM泵组装件的底部，诸如在EM泵管组装件的基座上的匹配螺纹焊接在套环中。其他示例性紧固件包括锁定套环、夹具、固定螺钉套环或支架，以及Swagelok支架装置。示例性陶瓷探针包括钻孔的氮化硼(BN)管，其在一端不钻孔并且在另一端密封，其拧入焊接到EM泵管组装件的基座的螺纹不锈钢套环。探针可以进一步包括销，所述销穿透EM泵组装件的基座和陶瓷探针的密封端以穿透中空部分。销可以是带螺纹的。销可以拧入EM泵组装件的基座和陶瓷管的密封端中的至少一个。管可以包括氮化硼。所述销可用于沿探针发射和接收声能中的至少一种。探针可以包括压电或微机电系统(MEMS)，其中可以通过施加和感测压电电压或MEMS信号来实现对声频、振动和加速度中的至少一个的激发和感测。传感器可以包括加速计，其测量熔融金属阻尼加速度或探针振动频率。可以使用相同的装置实现激发和感测。销和传感装置可以组合在同一设备中。可以控制熔融金属液位以匹配单独探针中的单独探针的声学响应，其中可以通过校准确定任何偏移集并且在匹配控制算法中使用。
在一个实施方式中，声学传感器可以包括定位器，其激发移动，诸如EM泵管5k6的出口部分中的振动。激发可以是所需的频率，诸如EM泵管的机械共振频率或间歇频率。EM泵管的端部可以包括附接的振动阻尼器。振动阻尼器可以包括横向于EM泵管的纵向轴线的叶片。振动阻尼器可以包括耐火材料。所述材料可以是电绝缘体，诸如氮化硼或SiC。阻尼器可以通过紧固件紧固到喷嘴5q。可以使用螺纹部件实现紧固。螺纹阻尼器和EM泵管的喷嘴或端部可以拧在一起。阻尼器可以靠近熔融金属的表面。阻尼器可以浸没在金属表面上或部分地位于金属表面上方。熔融金属中的阻尼器的深度可以确定振动阻尼的量。可以通过EM泵管重新发射的声能中的频率、加速度或幅度变化中的至少一个来测量振动阻尼。所发射的声能可以在EM泵管上感测，诸如在储罐外部的位置。作为另选，可以从储罐壁感测所发射的声能。可以附接到储罐壁的耐高温导管可以传输声音。附件可以包括螺纹连接或围绕储罐的夹紧套环。在一个实施方式中，声学传感器包括外部声音阻尼或消除装置，以改善声学信号与噪声。阻尼装置可以包括吸声材料，例如本领域已知的那些。声音消除装置可以包括有源声音消除系统，例如本领域已知的系统。
作为另选，储罐内部的振动物体(诸如EM泵管或探针)可将其振动传递到同样会振动的储罐壁。可以通过检测最初入射到振动壁的反射光的频率或位置的偏移的装置来电磁测量储罐壁振动。入射的电磁辐射可以在具有高反射率的波长范围内，诸如在可见光到微波区域。分析器可以包括用于测量频移的外差或干涉仪或用于测量位置偏移的位置传感器。分析器可以包括将反射光束转换成电信号的装置，诸如光伏单元池、光电二极管或光电晶体管。传感器可以包括信号处理器，用于处理频率或位置转换成声信号，该声信号是熔融金属液位的函数。声学传感器可以包括可见光、红外或微波激光干涉仪麦克风。激光器可以包括二极管激光器。依赖于由储罐壁移动引起的返回或反射激光束的频移的示例性激光麦克风(其中通过干涉测量法检测频率偏移)通过普林斯顿大学给出(http://www.princeton.edu/～romalis/PHYS210/Microphone/)。依赖于由储罐壁移动引起的返回或反射激光束的位置偏移的示例性激光麦克风通过Lucidscience给出(http://www.lucidscience.com/pro-laser％20spy％20device-1.aspx；hackaday http://hackaday.com/2010/09/25/laser-mic-makes-eavesdropping-remarkably-simple/)。在另一实施方式中，激光脉冲的飞行时间作为时间的函数用于测量声学信号的壁位移和频率和幅度。声学传感器可以包括光检测和测距(LIDAR)系统。可以附接到储罐壁的麦克风可以测量壁振动。麦克风可以包括压电装置。
声学分析器可以是本公开的一种，诸如麦克风和频率分析器。可以控制熔融金属液位以匹配单独储罐的单独传感器的声学响应，其中可以通过校准确定任何偏移集并且在匹配控制算法中使用。作为另选，传感器可以包括探针，该探针还包括位于其末端的振动阻尼器。阻尼器可放大由于任何熔融金属液位变化引发的信号。
传感器可以包括两个平行板，通过EM泵组装件5kk的基座中的穿透件引入电传感连接。熔融金属可以将板填充到熔融金属的液位。可以通过定位器使金属板振动。感应和电容中的至少一个由于振动频率的变化而变化，该变化是板之间的熔融金属液位的函数。在另一实施方式中，相对的一对磁线圈和电容器板中的至少一个嵌插电绝缘阱中，诸如包括氮化硼的电绝缘阱。定位器可以使阱振动，并且可以通过电连接读取线圈或板之间的感应和电容中的至少一个，其中那些参数是该对相对构件之间的金属液位的函数。可以通过在线圈和板上施加电流和电压中的至少一个来实现读取。
液位传感器可以包括光检测和测距(LIDAR)系统，其中从传感器的发射器发射的激光脉冲的飞行时间，从液位反射，并且由传感器的检测器检测，其通过传感器测量以获取熔融金属液位的位置。在另一实施方式中，液位传感器可以包括引导雷达系统。诸如雷达的不同频率的电磁辐射可以代替LIDAR系统的光。
在另一实施方式中，液位传感器可以包括超声装置，诸如厚度计，其包括超声发射器和接收器，其通过转换声能脉冲的飞行时间来感测熔融金属液位，发送到并从储罐内回来。声音可以垂直移动以感测熔融金属的深度。发射器和接收器可以位于EM泵组装件5kk的基座，以沿垂直或储罐纵轴(也称为z轴)发送和接收声音。在在另一实施方式中，发射器和接收器可以位于储罐的侧面。声音可以沿横轴或平面发送和接收。当金属液位截断声音时，反射可以来自储罐对面壁或熔融金属表面。发射器和接收器可以包括沿z轴在空间上分开的多个装置，以对液位进行成像。发射器和接收器可以包括相同的装置，诸如压电换能器。换能器可以与EM泵组装件5kk的基座或储罐壁直接接触。作为另选，可以使用能够在高温下运行的声音导管来传输声音。示例性厚度传感器是Elcometer MTG系列测量仪(http://www.elcometerusa.com/ultrasonic-ndt/Material-Thickness-Gauges/)。飞行时间数据可以由校准的处理器处理，以根据数据确定金属液位并控制相对EM泵速率以控制储罐金属液位。
在另一实施方式中，液位传感器可以包括至少一个本领域已知的短截线传感器，诸如微波短截线传感器。可以在熔融金属液位区域上扫描短截线传感器以检测它。扫描可以通过致动器实现，诸如机械、机电、压电、液压、气动或本公开的或本领域已知的其他类型的致动器。作为另选，液位传感器可以包括多个短截线传感器，其可通过比较多个短截线传感器之间的信号来感测液位。
在一个实施方式中，液位传感器可以包括涡电流液位测量传感器(ECLMS)。ECLMS可以包括至少三个线圈，诸如主要和两个次要感测线圈。ECLMS可以进一步包括高频电流源，诸如RF源。RF电流可以施加到主要线圈以产生高频磁场，该高频磁场因此在表面处的熔融金属中产生涡电流。涡电流可以在两个感测线圈中感应出电压，该两个感测线圈可以位于主要线圈的任一侧。感测线圈的电压差随着从传感器到金属表面的不同距离而变化。ECLMS可以校准到熔融金属液位，因此它可以在单元池运行期间读取液位。
传感器可以包括响应于储罐银液位的阻抗计。阻抗计可以包括响应于作为金属液位的函数感应的线圈。线圈可以包括感应耦合加热器线圈。线圈可以包括高温或耐火金属电线，诸如涂有高温绝缘层的W或Mo。线圈的电线间距可以使得非绝缘线不会电短路。熔融银可以包括添加剂，诸如铁磁或顺磁金属或化合物，诸如本领域已知的添加剂，以增加感应响应。可以通过在交流波形驱动线圈上测量的电流和电压之间的相移来测量感应。频率可以是射频，诸如在约5kHz至1MHz的范围内。
在一个实施方式中，液位传感器可以包括成像传感器，其包括多个发射器和接收器，其发射来自多个位置的电磁信号并且在多个位置接收信号以对液位成像。图像信号可以相对于液位校准。发射器和接收器可以包括天线，诸如RF天线。频率范围可以在kHz到GHz范围内。示例性范围是5至10GHz RF。成像传感器可以包括RF阵列以从反射信号构建数据。传感器可以包括处理器，以从原始数据提供密度类型反馈以识别液位。示例性成像传感器是Walabot，其包括可编程3D传感器，其使用穿透储罐壁的射频技术观察物体。Walabot使用天线阵列照亮它前面的区域，并感知返回的信号。信号由VYYR2401 A3芯片上系统集成电路产生和记录。使用USB接口将数据传送到主机设备，该接口使用Cypress控制器实现。传感器可以包括RF滤波器以消除来自感应耦合加热器的RF干扰。
传感器可以包括一系列温度测量装置，诸如沿储罐的垂直轴线间隔开的热敏电阻或热电偶，以测量温度测量装置之间的温度，其中温度可测量地跨过储罐内的熔融金属液位。在一个实施方式中，传感器包括多个热电偶，这些热电偶在储罐内的不同高度处在空间上分开。感测的温度是熔融银液位的函数。热电偶可以套在热电偶套管中，该热电偶套管可以焊接到EM泵组装件5kk的底部。热电偶套管可以包括耐火材料，诸如Mo、Ta或本公开的另一种。热电偶套管可以通过紧固件(诸如Swageloks)紧固。诸如本公开的热电偶可以具有高温。多个热电偶可以在一个热电偶套管中垂直间隔开。EM泵管5k6的出口可以用作热电偶套管。EM泵管在储罐外部的穿透可以包括本领域已知的一种，诸如Swagelok或电馈通。热电偶可以由另一个温度传感器代替，诸如光学温度传感器。
传感器可以包括红外照相机。红外温度特征可以在银液位上变化。液位传感器可以包括至少一个阱和电磁辐射源以及相应的检测器。阱可以包括进入储罐5c内部的封闭管道，其可以连接在储罐的底部。附件可以位于EM泵组装件5kk的基座。阱可以包括电磁辐射透明材料，诸如电绝缘体，诸如氧化铝、MgO、ZrO2、氮化硼和碳化硅。传感器可以用电磁辐射照射阱内部，电磁辐射可以穿过阱壁并从熔融金属液位反射。用于对熔融金属液位成像的传感器可以检测反射的电磁辐射。电磁辐射可以包括可以在液位区域上扫描的光束。传感器可以包括处理器以处理反射图像以确定熔融金属液位。反射的电磁辐射可以照射电磁辐射检测器上的区域。该区域可以随着液位、入射电磁辐射和检测器的相对位置而改变。照射的检测器区域可以响应于金属液位和与熔融金属液位的交叉处的锥形阱的相应横截面而改变尺寸。例如，反射可以包括可以具有较小直径的环，因为液位较高。可以选择传感器的电磁辐射以减小背景电磁辐射。传感器的电磁辐射可以包括波长，在该波长处加热的阱或单元池的黑体辐射不具有显著背景强度。电磁辐射可以包括红外、可见和UV辐射中的至少一种。示例性波长范围为约250nm至320nm，其中银具有透射窗，使得反射选择性地归因于银柱而不是薄银膜。
在一个实施方式中，传感器包括压力传感器，其中压力随着液位的增加而增加。压力增加可能是由于储罐5c中熔融金属柱的额外重量导致的顶部压力增加。
在一个实施方式中，传感器包括重量传感器，以检测至少一个储罐的重量变化或储罐之间的重心变化，其中重量随着储罐熔融金属液位的增加而增加。储罐之间的不同重量分布改变了测量的重心。重量传感器可以位于响应于相应储罐中的质量增加而具有位移或压力变化的位置。该位置可以位于相应储罐的支撑上。重量传感器可以在储罐内，其中传感器可以响应于熔融金属液位的重量和压力变化中的至少一个。传感器可以在可以穿透单元池的至少一根电线上传输其信号。可以控制熔融金属液位以匹配单独储罐中的单独探针的重量或压力响应，其中可以通过校准确定任何偏移组并在匹配控制算法中使用。电线可以从储罐内部的传感器流入EM泵管5k6入口，并且在储罐5c外部的部分上穿过EM泵管5k6。可以用诸如馈通件或紧固件(诸如Swagelok)密封穿透。重量传感器可以包括需要具有最小位移的压力的传感器。传感器可以包括压电传感器或本领域技术人员已知的其他此类传感器。
在一个实施方式中，重量或压力传感器可以容纳在壳体中，该壳体从单元池高温移除，同时保持压力或重量的连续性。压力或重量连通性可以通过来自单元池组件(诸如储罐或EM泵管，诸如储罐外的部分管)的熔融金属连接来实现。熔融金属连接可以包括熔融金属柱，其密度高于储罐中熔融金属的密度。例如，包含在连接到储罐外部的EM泵管的管中的金柱可以连接到包含重量或压力传感器的壳体。在一个实施方式中，连续性连接可以包括具有比储罐中的金属更高密度和更低金属点的金属，以便于使用在较低温度下运行的重量或压力传感器。
响应熔融金属重量的液位传感器可以包括平衡，其中平衡的倾斜随着银液位而变化。平衡可以包括两个刚性连接的臂。臂可以在支点处附接到支撑件。平衡可以包括每个臂末端的触点。每个触点可以邻接储罐底部上的隔片或波纹管。隔片可以是凹坑，诸如向外凹陷以提供更多的移动。隔片可以是半球形的。隔片可以根据相应储罐中熔融金属的重量向下移动。一部分臂或触点中的至少一个可以是电绝缘的，以防止电流在储罐之间流动。平衡可以包括平衡梁，其在梁的每个端部上具有附接的活塞。活塞可以包括电绝缘体。每个活塞可以在储罐的底部邻接其隔片。诸如位移、应变或扭转传感器中的至少一个的倾斜传感器可以通过倾斜传感器感测梁或臂的倾斜。倾斜传感器可以包括来自梁的延伸，其放大由倾斜传感器感测的倾斜。示例性倾斜传感器可以包括从臂或平衡梁的至少一部分到应变仪的连接。示例性平衡包括金属梁，诸如在端部具有氧化铝或氮化硼活塞的不锈钢梁。每个活塞可以在EM泵组装件的基座与其焊接的薄不锈钢隔片接触，其中倾斜可以通过污渍计通过与梁的一端的连接来测量。连接可以允许应变仪从
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的高温区域移除。在一个实施方式中，连接和活塞中的至少一个可以包括耐火材料，该耐火材料也可以通过感应耦合加热器抵抗加热。可调节平衡以实现梁端部的重量平衡或在期望的熔融金属储罐液位下的臂之间的重量平衡。可以通过将重物添加到一个梁端或一个臂来实现平衡。作为另选，可以调整支点的位置。在一个实施方式中，平衡型传感器进一步包括处理器，以接收倾斜数据并调节EM泵电流以均衡储罐的熔融金属液位。包括平衡型的液位传感器还可以包括用于平移移动引起的力的传感器，例如在电源
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的情况下。平衡型液位传感器可以进一步包括加速度计、MEMS装置和陀螺仪中的至少一个，以向处理器提供数据，所述处理器修改对倾斜数据的响应，以在相对EM泵速率的控制中校正外部平移诱导力。平衡型液位传感器还可以包括振动阻尼或消除装置，诸如阻尼支架或衬套、减震器和主动振动消除系统中的至少一个，诸如本领域已知的减少外部振动影响的系统。
在一个实施方式中，重量型液位传感器包括伸缩仪，诸如裂纹开口位移(COD)计。示例性COD计是Epsilon型号3548COD、3448COD、3549COD和3648COD伸缩仪之一，每个伸缩仪都是应变计。伸缩仪可以包括诸如氧化铝或碳化硅棒的杆，其接触EM泵管组装件5kk中的隔片。伸缩仪可以包括非接触型，诸如包括用于测量距离的激光器。示例性传感器是Epsilon型号LE-05和LE-15激光伸缩仪，其中每个包括高速激光扫描器以确定反射点之间的间隔，诸如两个隔片中的每一个上的扫描器。隔片可以包括用于反射激光束的反射表面。包含具有高熔点的非氧化反射箔的示例性反射表面是Pt箔(MP＝1768℃)。可以过滤伸缩仪信号以去除诸如来自振动的噪声。
在一个实施方式中，隔片包括EM泵组装件5kk的底部区域的大部分，以最大化对柱高度变化和相应的重量变化的灵敏度。在一个实施方式中，与位移计或伸长计的压缩阻力或弹簧常数相比，隔片具有相对低的变形阻力。在这种情况下，液位检测对隔片温度的敏感性降低，这可能改变其抗变形性。在一个实施方式中，隔片包括响应变形而改变其阻力的材料。隔片可以包括惠斯通电桥的支腿，该支路根据熔融金属液位作为校准的电阻变化来感测变形。
在一个实施方式中，液位传感器包括驱动机械探针，当金属液位为所需高度时，该驱动机械探针至少部分地浸没在熔融金属中，熔融金属抵抗驱动探针的移动，并且测量电阻作为处理器的输入，该处理器根据电阻确定液位。探针可以是旋转和平移的至少一种。探针可以包括耐火材料，诸如W、SiC、碳或BN。探针可以穿过EM泵组装件5kk处的储罐5c。机械移动可以由能够承受高温的轴承支撑，例如962℃至1200℃。传感器可以包括允许纵向平移的波纹管。作为金属液位的函数的电阻可以用应变仪测量。
在一个实施方式中，液位传感器包括时间分辨电参数传感器(诸如时间分辨电抗、阻抗、电阻、电感、电容、电压、电流)和功率传感器中的至少一个，其测量取决于电磁泵处的熔融金属压头压力的电磁泵的至少一个电参数。可以改变至少一个电参数并且可以测量EM泵和电参数响应，其中响应是头压力的函数。处理器可以使用响应数据和查找校准数据集来确定熔融金属液位。
在一个实施方式中，产生器包括电路控制系统，该电路控制系统感测每个储罐中的熔融银液位并调节EM泵电流以维持储罐中的大约匹配液位。控制系统可以大约连续地保持每个EM泵上的最小注射压力，使得相对的熔融银流相交以引起点燃。在一个实施方式中，注射系统包括在同一平面中的两个金属流，其中流以不匹配的EM泵速度撞击，使得可以可变地控制速度以维持匹配的储罐银液位。在一个实施方式中，产生器可以包括一个储罐上的液位传感器，而不是包括两个液位传感器，每个储罐一个液位传感器。在封闭的反应单元池室5b31的情况下，熔融金属(诸如银)的总量是恒定的。因此，通过测量一个储罐中的液位，可以确定另一个储罐中的液位。产生器可以包括用于一个储罐的EM泵的电路控制系统，而不是包括两个电路控制系统，每个储罐的EM泵一个电路控制系统。没有液位传感器的储罐的EM泵的电流可以是固定的。作为另选，用于没有液位传感器的储罐的EM泵可以包括电路控制系统，该电路控制系统响应于具有液位传感器的储罐中感测到的液位。
当熔融金属液位在相应的储罐中升高时，由于头部压力增加，可能发生通过EM泵的熔融金属流速的自发增加。头部压力可以有助于泵压力并且在流速中产生相应的贡献。在一个实施方式中，储罐高度足以在包括最低和最高期望熔融金属液位的极值之间产生足够的头部压力差，以为至少一个EM泵提供控制信号以维持大约相等的熔融金属液位。EM泵传感器可以包括流量传感器，诸如洛伦兹力传感器或本领域已知的其他EM泵流量传感器。由于液位变化引起的头部压力变化，流速可能会发生变化。至少一个流量参数，诸如单个EM泵流量、组合流量、单个差分流量、组合差分流量、相对流量、单个流量的变化率、组合流量的变化率、相对流速的变化率和其他可用于检测至少一个储罐中的熔融金属液位的流量测量值。可以将所感测的流量参数与至少一个EM泵电流进行比较，以确定至少一个EM泵电流的控制调节，以维持大致相等的储罐熔融金属液位。
在一个实施方式中，下半球5b41可以包括镜像高度梯度通道，以将溢流从一个储罐5c引导到另一个储罐，并进一步促进熔融金属(诸如银)返回到储罐。在另一个实施方式中，通过连接两个储罐的导管使导管液位均衡，导管的每个端部处的滴落边缘以防止两个储罐之间的短路。过度填充的储罐中的银通过管道流回另一个，以更均衡液位。
在一个实施方式中，储罐5c之间的熔融金属液位通过主动和被动机构中的至少一个保持基本相同。主动机构可以包括响应于由传感器测量的熔融金属液位来调节EM泵速率。被动机构可以包括当熔融金属液位在相应的储罐中升高时由于头部压力增加而通过EM泵的熔融金属速率的自发增加。头部压力可以有助于固定或变化的EM泵压力以维持大致相等的储罐液位。在一个实施方式中，储罐高度足以在包括最低和最高期望熔融金属液位的极值之间产生足够的头部压力，以在运行期间保持储罐液位大致相同。由于不同压头部压力对应于储罐之间的熔融金属液位的差异，可以实现维护。
在一个实施方式中，EM泵包括入口上升管5qa(图2I138)，其包括入口上升管上的多个熔融金属入口或孔。入口上升管5qa可以包括中空导管，诸如管线。导管可以连接到EM泵磁体5k4的入口侧的EM泵管5k6。连接可以位于EM泵组装件5kk的基座。该连接可以包括本公开的一种连接，诸如匹配螺纹或Swagelok。入口上升管可以包括耐火材料，诸如耐火金属、碳或陶瓷，诸如W、Mo、SiC、氮化硼的陶瓷，和本公开的其他耐火材料。入口上升管的高度可以低于喷嘴5q的高度，以减小或消除点燃电流与入口上升管电短路的可能性。在一个实施方式中，入口上升管的最低入口可以比EM泵注入器的喷嘴5q的顶部高，使得喷嘴保持浸没。浸没式喷嘴可以是正电极，其可以浸没以保护它形成分数氢反应等离子体。入口上升管可以是不导电的。入口上升管可以涂覆有涂层，诸如本公开的涂层。涂层可以是非导体。入口上升管可以包括耐火金属，诸如Mo，其可以覆盖有护套或包层。护套或包层可以包括非导体。诸如BN护套的护套可以通过热压保持在入口上升管上。在一个实施方式中，EM泵管组装件5kk的基座与入口上升管5qa和EM泵管注射器5k61中的至少一个的联合中的至少一个可以包括配合的螺纹连接件。该管可以分别拧入EM泵管组装件5kk基座的EM泵的入口和出口。具有浸没式喷嘴的储罐的示例性入口上升管包括在EM泵出口处拧入EM泵组装件基座的BN管；入口包括位于管侧面的V形槽和敞开的顶部，V的底部的高度高于喷嘴尖端的高度，使得喷嘴保持浸没，其中喷嘴可以包括正电极。在在另一实施方式中，入口上升管的底部可以包括第一材料，诸如金属，诸如不锈钢或耐火金属，诸如Mo，其可以拧入或焊接到EM泵组装件的基座处的EM泵管出口处，并进一步包括上部分，所述上部分包括第二材料，诸如非导体或涂有或包覆有非导体的导体。示例性的上部入口上升管部分包括BN，BN可以是下部管部分的拧入和压配合中的至少一种。
入口开口可以从入口上升管的顶部到底部变小，以通过控制到EM泵的入口流速自动控制泵速和银液位。在一个实施方式中，入口上升管5qa包括垂直间隔开口，使得当储罐熔融金属液位增加时，EM泵送速率增加，这是由于至少一种以下效应：(i)熔融金属更快地流入入口上升管，因为总开口截面随着熔融金属高度的增加而增加，(ii)入口上升管中的熔融金属高度随着熔融金属液位的增加而增加，相应的EM泵头部压力增加，以及(iii)根据伯努利方程，由于较大的总开口横截面或面积导致的流量限制的减少减小了任何相应的压降，并且在入口流速限制入口上升管的填充的情况下，可进一步增加头部压力至在没有流量限制的情况下达到最大高度。与此相反，双注射器电极系统的反向入口上升管和注射器可能由于相对熔融金属液位的下降而经历相反的效果和相应的降低的EM泵送速率。在可以进行的多个垂直间隔开口的替代实施方式中，在开口的跨度上从顶部到底部限制入口流量，入口升管可以包括在入口升管的顶端处的至少一个垂直狭槽，其可以跨越高度范围，诸如熔融金属液位的所需高度范围的高度范围。狭槽的宽度可以从狭槽的顶部到底部逐渐变细，以产生具有熔融金属高度的相应的流动限制。入口上升管可以在顶部打开或关闭。在另一实施方式中，进入单个EM泵入口管的多个垂直间隔的孔中的每一个可以由相应的入口管代替。在一个实施方式中，多个入口管在磁体5k4之前或之后组合，或者它们保持分离，使得它们各自用作单独的EM泵注射器，当熔融金属在其独特高度处流入相应的入口端时，该注射器选择性地泵送。在一个实施方式中，EM泵可以包括电压和电流传感器中的至少一个，以测量总电压和电流中的至少一个。处理器可以使用传感器数据并控制总电压或单独电压和电流中的至少一个来控制总泵送速率或单个泵送速率。
可以选择储罐高度和平均熔融金属深度以实现期望的头部压力和头部压力下降中的至少一个，并且通过开口限制流动限制。由于自动流入和相应的泵送速率调节，熔融金属液位倾向于平衡，作为EM泵驱动的双熔融金属注射器电极的储罐的相对熔融金属液位的函数。每个注射器的EM泵可以设定在大约恒定电流。电流可能足以引起在反应单元池室5b31的中心附近的双注射金属流的交叉，在泵送速率范围内的任一侧偏离中心的小变化引起液位变化和相应的泵流入和EM泵送速率。由每个EM泵电源5k13提供的电流可以设置在期望的恒定液位。作为另选，
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可以包括EM泵电源5k13、EM泵电源电流传感器和控制器、点燃电流传感器和处理器。每个EM泵电流可以由其电流传感器感测并由控制器调节，以提供由点燃电流传感器测量并由处理器处理的所需初始点燃电流。点燃控制器还可以控制点燃功率参数。电流可以保持在这样的范围内，该范围提供在反应单元池室的大约中间的熔融金属流的交叉的稳定性。在示例性实施方式中，电流保持在所述电流的阈值以上以使得流交叉并且低于液位，所述液位将导致一个流在没有交叉点的情况下传播到相对储罐。每个EM泵电流的示例性电流范围是大约300A至550A。两个泵的电流可以大致相等。
EM泵速率可以通过依赖于液位高度的入口上升管流入横截面的入口流速控制和熔融金属液位传感器、液位处理器和EM泵电流控制器中的至少一个来控制。可以用相应的传感器感测EM泵电源5k13的电阻、电流、电压和功率中的至少一个的变化，并且可以控制EM泵电流以进一步控制相对EM泵送速率以实现储罐熔融金属液位之间的大约平衡。在一个实施方式中，EM泵5ka可以包括功率限制器，以在EM泵管电阻由于低熔融金属填充和流动而过度增加的情况下防止EM泵管5k6过电阻加热和相应高温。
在一个实施方式中，入口上升管开口可以包括保护装置，诸如用于诸如碳或金属氧化物颗粒的入口防护装置，其可以阻塞开口或堵塞入口上升管和EM泵管5k6中的至少一个。在示例性实施方式中，入口上升管开口在入口上升管的顶部跨越约1cm，其中期望的顶部熔融金属液位位于最后开口的顶部，并且最小开口略大于最大腐蚀产物，同时相对于不受限制的EM泵送速率提供流量限制。
每个EM泵可以由独立的电源供电。作为另选，诸如两个EM泵的多个EM泵可以通过并联电连接由公共电源供电。每个泵的电流可以由每个并联电路的电流调节器控制。每个并联电路可以包括隔离二极管，以使每个电路电隔离。电隔离可以防止EM泵注射器之间的点燃功率短路。在一个实施方式中，EM泵冷却剂管线5k11可以是两个EM泵组装件5ka共用的。在一个实施方式中，至少一个EM泵注射器的喷嘴5q可以浸没在熔融银中。浸没可以至少部分地防止喷嘴被等离子体降解。
喷嘴5q可以低于熔融金属液位，以防止喷嘴损坏等离子体。作为另选，泵管的喷嘴部分5k61可以升高，并且喷嘴可以包括侧孔，以引起朝向相对匹配喷嘴的侧向喷射，使得流相交。喷嘴可以成角度以使双流的交叉点在期望的位置处。喷嘴可以包括球形管端部，该球形管端部在球体上的角位置处具有孔，以将熔融金属引导到反应单元池室5b31中的期望位置。在一个实施方式中，喷嘴5q包括用于引导熔融金属流的方向的延伸部。延伸部可以包括短管，以使流朝向与双熔融金属注射系统的相对流的交叉点膛线。喷嘴管部分(诸如耐火喷嘴管部分，诸如包含W或Mo的喷嘴管部分)可以是垂直的。它可以包括与泵管的另一部分的螺纹连接。它可以包括与Swagelok或VCR配件的螺纹连接，诸如在储罐穿透5k9处的配件。喷嘴5q(诸如耐火喷嘴，诸如W或Mo喷嘴)可以具有成角度的出口。喷嘴可通过螺纹连接件连接泵管的喷嘴部分5k61。拧入的喷嘴可以保持在所需位置，该位置通过紧固件(诸如固定螺钉或锁紧螺母)或通过焊接导致熔融金属流的交叉。焊接可以包括激光焊接。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b41的下半球包括两个储罐和两个EM泵，它们被分成至少两个通过电绝缘密封件连接的部分。密封件可以包括凸缘、垫圈和紧固件。垫圈可以包括电绝缘体。密封件可以电隔离两个液体电极。在一个实施方式方式中，两个储罐之间的电绝缘边界可以通过垂直而不是水平地定向上部5b41和下部5b42半球的凸缘和垫圈来实现，使得黑体辐射器5b4包括在垂直凸缘处连接的左半部和右半部。每个半部可以包括黑体辐射器5b4的垂直截面的一半和一个储罐5c。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b41的下半球包括具有紧固或连接到其上的两个储罐5c的单独件。每个连接可以包括螺纹连接或连接件。每个储罐5c可以包括在顶部的外表面上的螺纹，其与下半球5b41的螺纹配合。螺纹可涂覆有膏剂或涂层，其至少部分地将每个储罐与下半球电隔离，以进一步将两个储罐彼此电隔离。涂层可以包括本公开的涂层，诸如ZrO。在一个实施方式中，电绝缘表面涂层可包含本公开的涂层或高温材料，诸如ZrO、SiC和官能化石墨中的至少一种。绝缘表面涂层可以包括陶瓷，诸如锆基陶瓷。示例性的氧化锆涂层包含氧化钇稳定的氧化锆，诸如3重量％的氧化钇。另一种可能的锆陶瓷涂层是二硼化锆(ZrB2)。表面涂层可以通过热喷涂或本领域已知的其他技术施加。涂层可以包括浸渍石墨涂层。涂层可以是多层。示例性多层涂层包括氧化锆和氧化铝的交替层。官能化石墨可包含封端石墨。封端石墨可包含H、F和O封端的石墨中的至少一种。在一个实施方式中，至少一个储罐可以是电隔离的，并且至少另一个可以与黑体辐射器5b41的下半球电接触，使得下半球可以包括电极。下半球可以包括负电极。在一个实施方式中，每个储罐5c和黑体辐射器5b41的下半球之间的连接远离反应单元池室5b31，使得连接的电绝缘涂层保持在低于涂层(诸如SiC或ZrO)的熔化或降解温度的温度。
储罐之间的电隔离可以通过包括电绝缘体间隔物(诸如碳化硅间隔物)来实现。下半球5b41可以包括与间隔物的延伸连接，其从下半球的主体充分延伸，使得连接处的温度适当地低于间隔物的温度。间隔物可以通过螺纹在延伸连接处连接，并且可以连接到储罐5c。与储罐5c的连接可以包括螺纹。间隔物可以包括碳化硅圆柱体，其通过螺纹连接到下半球5b41的延伸部并且通过螺纹连接到SiC圆柱体的相对端处的储罐5c。该连接件可以直接由螺纹密封，并且还可以包括密封剂和垫圈中的至少一种，诸如在间隔物和下半球之间的连接处的垫圈，以及在间隔物和储罐之间的连接处的垫圈。垫圈可以包括石墨，诸如Perma-Foil(Toyo Tanso)或Graphoil，或由六方氮化硼构成的石墨。垫圈可以包括压制的MoS2、WS2、CelmetTM，诸如包括Co、Ni或Ti的材料，诸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric)，布或带，诸如包括含有高氧化铝和耐火氧化物的陶瓷纤维的材料，诸如Cotronics CorporationUltra Temp 391或本公开的其他材料。SiC间隔物可以包括反应结合的SiC。包括螺纹的间隔物最初可以包括Si，其被碳化以形成带螺纹的SiC间隔物。间隔物可以结合到下半球和相应储罐的上部。结合可以包括化学结合。结合可以包括SiC。SiC间隔物可以熔合到碳组件，诸如相应的下半球和储罐。熔合可能在高温下发生。作为另选，结合可以包括粘合剂。间隔物可以包括滴落边缘，以防止熔融金属的返回流动使储罐电短路。可以将滴落边缘机械加工或铸造到诸如SiC间隔物的间隔物中。作为另选，间隔物可以包括用于插入诸如环形盘滴落边缘的滴落边缘的凹陷。间隔物可以包括本公开的其他耐火电绝缘材料，诸如氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆和MgO。在一个实施方式中，点燃系统包括安全切断开关，用于检测双储罐-注射器之间的电短路并终止点燃功率以防止损坏注射器，诸如喷嘴5q。传感器可以包括通过下半球5b41在储罐电路之间的电流的电流传感器。
在图2I95-2I147所示的实施方式中，单元池的连接件数量减少以避免失效的风险。在一个实施方式中，以下连接件之间中的至少一个被消除：(i)下半球5b41和上半球5b42，(ii)下半球和非导电间隔物，以及(iii)非导电间隔物和储罐。可以通过形成单个件而不是连接件来实现连接件消除。例如，下半球和上半球可以形成为包括单个穹顶5b4。可以通过形成单个件，以下之间的至少一个连接件被消除(i)下半球和非导电间隔物和(ii)非导电间隔物和储罐。下半球和上半球可以包括单个件或两个件，通过形成单个件，以下之间的至少一个连接件被消除其中(i)下半球和非导电间隔物和(ii)非导电间隔物和储罐。单个件可以通过铸造、模制、烧结、压制、3D打印、放电加工、激光烧蚀加工、激光烧蚀以及化学蚀刻(诸如在包含氧气的气氛中激光点燃碳-氧燃烧)气动或液体加工(诸如水喷射加工)、化学或热蚀刻、工具加工和本领域已知的其他方法中的至少一种方法形成。
在一个实施方式中，单元池组件(诸如黑体辐射器5b4，诸如穹顶黑体辐射器)的至少一个部分和至少一个储罐5c是非导电的。储罐5c和黑体辐射器(其包括穹顶5b4或下半球5b41和上半球5b42)中的至少一个的圆周部分可以是非导电的或包括非导体。黑体辐射器的非导电部分可以包括横向于双液体注射器实施方式的两个喷嘴之间的管线的平面。可以通过将组件的一部分的材料转换为非导体来形成非导体。非导体可以包括SiC或碳化硼，诸如B4C。可以通过分别使碳单元池组件与硅源或硼源反应来形成单元池组件的SiC或B4C部分。例如，碳储罐可以与液体硅或硅聚合物(诸如聚(甲基硅烯))中的至少一种反应以形成碳化硅部分。聚合物可以在组件的所需部分形成。可以加热单元池组件。可以使电流通过该组件以使反应形成非导电部分。非导电部分可以可以通过本领域技术人员已知的其他方法形成。储罐5c的外表面可以包括凸起的周向带，以在碳转化为所需部分中的碳化硅或碳化硼的过程中保持熔融硅或硼。碳化硅可以通过反应键合形成。由硼和碳形成碳化硼的示例性方法在https：//www.google.com/patents/US3914371中给出，其通过引用并入本文。碳化硅或碳化硼部分可以通过燃烧合成形成，如以下给出的https://www3.nd.edu/～amoukasi/combustion_synthesis_of_silicon_carbide.pdf，和Jesse C.Margiotta的多孔碳结构通过液体硅渗透研究硅碳化物形成，其通过引用并入本文。其他合适的储罐材料是非导电石墨，诸如热解石墨或掺杂石墨、SiC、氮化硅、碳化硼、氮化硼、氧化锆、氧化铝、AlN、AlN-BN(诸如SHAPAL Hi Msoft(Tokuyama Corporation))、二硼化钛，和其他高温陶瓷。储罐可以是复合材料，其中非导电部分可以形成用于母体储罐材料，诸如碳。储罐可以包括涂有耐火电绝缘体的材料，诸如SiC、氧化锆或氧化铝。涂覆材料可以是电导体，诸如通过涂层电绝缘的碳。在示例性实施方式中，碳储罐包括连续成核石墨，诸如Minteq PyroidSN/CN热解石墨，其可以是各向异性的，其中低电导率可以在横向平面中，并且储罐的端部可以涂覆有非导体(诸如SiC)，以防止电流沿纵向储罐轴线流动。在一个实施方式中，多孔SiC储罐可涂覆有碳以密封孔。涂层可以通过从源(诸如电碳弧)气相沉积碳。
如图2I95-2I147所示，穹顶54b和储罐5c可以包括单个件。单个件可以通过将单元池组件的材料加工成单个件来实现。作为另选，在这种情况下，单个件可以最初包括通过至少一个密封件连接的多个件，部件或组件，该密封件可以包括由密封剂形成的胶合或化学粘合密封。本公开的其他件、部件或组件可以类似地胶合或化学连接。示例性石墨胶是Aremco Products，Inc.Graphi-Bond 551RN石墨粘合剂和具有Resbond931粘合剂的Resbond 931粉末。储罐可以包括靠近穹顶的顶部附近的非导电部分。储罐可以连接到底板。储罐可以在内螺旋套环中。套环的外表面和储罐端部中的至少一个可以刚好位于带螺纹的套环顶部。紧固在螺纹上的螺母可以连接储罐和底板。螺纹可以以一定螺距，使得螺母的旋转将储罐和底板拉到一起。螺纹可以在具有配合螺母螺纹的相对件上具有相反的螺距。
储罐可以包括位于底板5b8端部的滑动螺母5k14，其中滑动螺母紧固在外螺纹底板套环5k15上以形成紧密接合。在一个实施方式中，滑动螺母可以包括凹槽和垫圈。滑动螺母可以在凹槽处附接到储罐。可以将凹槽浇铸或机械加工成圆柱形储罐壁。可以将O形环或垫圈压入凹槽中，并且可以将滑动螺母紧固在外螺纹底板套环5k15上以形成紧密接合。外螺纹底板套环还可以是锥形的，以容纳储罐。
滑动螺母5k14紧固件可以进一步包括垫圈5k14a或O形环，诸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)或六角形氮化硼垫圈或陶瓷绳O形环，以将储罐密封到底板上。BN储罐5c壁的突起可以包括六角形氮化硼垫圈。BN垫圈可以加工或铸造到BN储罐5c的壁中。
垫圈可以包括与储罐相同的材料。垫圈可以拧到储罐上。垫圈可以包括较宽的宽度，例如宽度范围为约1mm至20mm。EM泵组装件5kk套环和滑动螺母的螺母可以包括用于BN垫圈的凸缘状座表面。垫圈可以填充包括螺母、储罐壁和EM泵组装件5kk套环的垫圈座的腔。在示例性实施方式中，将宽螺纹BN垫圈拧到BN储罐上，其中用于垫圈的套环和螺母座的宽度匹配，以形成更大的垫圈座和密封区域。BN垫圈可以涂有BN胶，以填充滑动螺母密封件的空间填充空隙。示例性胶是Cotronics Durapot 810和Cotronics Durapot 820。
为了避免包含碳的垫圈的形成碳化物(诸如碳化铁)的反应性，包含铁或其他材料(诸如与碳反应的金属)的部件可涂覆有惰性涂层，诸如莫来石、SiC、BN、MgO、硅酸盐、铝酸盐、ZrO或本公开的其他材料。涂层可以包括密封剂，诸如Cotronics Resbond920陶瓷粘合剂膏剂、Cotronics Resbond 940LE陶瓷粘合剂膏剂，或本公开的密封剂。涂层可以包括不形成碳化物的金属或元素，其中元素可以包括合金元素，诸如钢中的合金元素。在钢中不形成碳化物的示例性元素是Al、Co、Cu、N、Ni和Si。接触碳的滑动螺母连接件(诸如碳垫圈)的连接部件(诸如螺纹套环和螺母)可以包括或可以用金属(诸如镍)电镀，该金属不形成碳化物或单元池运行温度时形成不稳定的碳化物。连接部件可以包覆有抗碳化物形成材料(诸如镍)。为了避免形成碳化铁的反应性，在垫圈接触铁或诸如包括铁的螺母的部件的情况下，垫圈可以是除碳之外的材料。连接部件可以包括耐渗碳的不锈钢，诸如Hayes 230。
在一个实施方式中，EM泵组装件5kk可以包括碳，使得其与石墨滑动螺母垫圈相容，其中螺母也可以包括碳。EM泵管5k61的注射部分和上升管5qa中的至少一个可以包括碳。碳部件可以通过3D打印、铸造、模制和机械加工中的至少一种形成。
还应避免其他此类化学不相容性。垫圈或O形环可以包括金属，诸如镍、钽或铌。垫圈可以包括压制的MoS2，WS2，CelmetTM，诸如包括Co、Ni或Ti的材料，诸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric)，布或带，诸如包括含有高氧化铝和耐火氧化物的陶瓷纤维的材料，诸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391或本公开的其他材料。储罐(诸如包含BN的储罐)和EM泵组装件5kk的套环(诸如包括不锈钢的套环)之间的连接可以包括化学结合，诸如BN和金属(诸如不锈钢)之间的结合。在一个实施方式中，EM泵组装件套环的内部是BN涂覆的，然后BN储罐管通过压配合和加热中的至少一种结合到套环的内部。化学结合可以通过本领域已知的其他方法形成，诸如通过Yoo等给出的等离子体活化烧结过程：“Diffusionbonding of boron nitride on metal substrates by plasma activated sinteringprocess”,Scripta Materialia,第34卷，第9期，(1996),第1383-1386页，以其整体通过引用并入本文。连接包括通过以下至少一个方法形成化学结合：压力施加、热喷涂或机械结合下的扩散结合，使用P/M技术的烧结结合(诸如当同时烧结陶瓷粉末并结合到金属基材上发生时的热等静压(HIP))，以及等离子体辅助烧结(PAS)工艺，以在烧结陶瓷层的同时在BN陶瓷层和金属基板之间形成良好的扩散结合。BN储罐和金属EM泵组装件套环之间的结合可以包括结合剂、化合物或复合陶瓷，诸如包括具有氮化硅-氧化铝和氮化钛-氧化铝陶瓷中的至少一种的BN的陶瓷，BN增强氧化铝和氧化锆中，硼硅酸盐玻璃，玻璃陶瓷，搪瓷和具有硼化钛-氮化硼、硼化钛-氮化铝-氮化硼和碳化硅-氮化硼组合物的复合陶瓷。连接可以包括本发明的滑动螺母或填料函类型。诸如六角形BN的垫圈或涂覆有结合剂、化合物或复合陶瓷的氧化铝-硅酸盐纤维垫圈可以使用结合剂在至少一个结合反应条件(诸如热和压力)下化学结合(胶合)至表面粗糙的陶瓷储罐(诸如BN储罐)。垫圈可以包括六角形BN或布或带，诸如包括含高氧化铝和耐火氧化物(诸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)的陶瓷纤维的材料，并且结合剂可以包括密封剂，诸如Cotronics Resbond陶瓷粘合膏剂，诸如Resbond 90。
在一个实施方式中，密封件可以包括Swagelok。在一个实施方式中，密封件可以包括Gyrolok，诸如包括前套圈、后套圈、对接密封件、主体和螺母中的至少一个的Gyrolok，其中前套圈、后套圈和扁平密封件中的至少一个可以包括垫圈，诸如本公开的垫圈。套圈可以被倒角。密封部件可与垫圈化学相容；例如，与碳垫圈接触的部件可以包括镍。
套环可以包括内部锥形，以接收储罐，以通过紧固滑动螺母来压缩垫圈。储罐可以包括外部锥形，该外部锥形由套环接收，以在紧固滑动螺母的情况下压缩垫圈。套环可以包括外部锥形，以通过紧固滑动螺母将张力施加到O形环。底板可以包括碳。储罐可以包括直壁。储罐壁可以包括至少一个用于至少一个垫圈的凹槽。除了在套环外侧上的螺纹以接收滑动螺母之外，EM泵管组装件5kk套环可以带内部螺纹以接收在储罐(诸如包含氮化硼的储罐)的端部上的匹配螺纹。螺纹可以是锥形的。螺纹可以包括管道螺纹。
储罐和EM泵管组装件5kk套环之间的连接可以包括在套环的内部部分和储罐之间的内部垫圈，诸如套环的内部底座和储罐的端部之间的内部垫圈。储罐端可以是锥形的以捕获垫圈。锥形可以将垫圈捕获在储罐的外壁和套环的内壁之间。垫圈密封件可位于储罐底座处。垫圈和螺纹中的至少一个可以用密封剂进一步密封，诸如Cotronics Resbond 920陶瓷粘合剂膏或Cotronics Resbond 940LE陶瓷粘合剂膏。
在一个实施方式中，连接可以包括配合的螺纹连接。储罐和EM泵管组装件5kk套环可以螺纹连接在一起。可以将密封剂施加到螺纹上。示例性密封剂是Cotronics Resbond920陶瓷粘合剂膏和Cotronics Resbond 940LE陶瓷粘合剂膏。该连接的螺纹或本公开的其他螺纹可以包括软金属，其与至少一个连接部分形成合金。在示例性实施方式中，软金属可以与套环形成合金，其中合金可以具有高熔点。锡金属可以用作套环到储罐螺纹的软金属密封剂，其中套环可以包括镍和铁中的至少一种，并且储罐可以包括氮化硼或碳化硅。可以通过在熔融锡中浸渍套环、气相沉积和电镀的至少一种方法用Sn涂覆套环。
底板可以包括与EM泵管的紧固件(诸如Swageloks)，其具有垫圈(诸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso))、六方氮化硼或硅酸盐垫圈和密封剂中的至少一个。垫圈可以包括压制的MoS2，WS2，CelmetTM，诸如包括Co、Ni或Ti的材料，诸如多孔Ni C6NC(SumitomoElectric)，布或带，诸如包括含有高氧化铝和耐火氧化物(诸如Cotronics CorporationUltra Temp 391)的陶瓷纤维的材料，或本公开的其他材料。作为另选，底板可以包括金属，诸如不锈钢或耐火金属。EM泵管可以通过焊接紧固至金属底板。可以选择底板金属以匹配储罐和连接件部件的热膨胀。滑动螺母和垫圈可以适应底板和储罐组件的膨胀差异。
在一个实施方式中，上滑动螺母可以包括石墨，其连接石墨下半球5b41上的匹配螺纹。EM泵组装件5kk可以包括不锈钢。下滑动螺母可以包括金属(诸如Mo、W、Ni、Ti)或不同的不锈钢类型，其具有比EM泵组装件不锈钢(SS)低的热膨胀系数，使得滑动螺母在滑动螺母垫圈上保持压缩。示例性组合是SS奥氏体(304)和SS铁素体(410)，其线性温度膨胀系数分别为17.3X 10-6m/mK和9.9X 10-6m/mK。作为另选，滑动螺母可以包括膨胀系数类似于储罐的膨胀系数的材料。在储罐是氮化硼或碳化硅的情况下，滑动螺母可以包括石墨、氮化硼或碳化硅。滑动螺母连接件的至少一个组件(诸如EM泵组装件的螺纹部分)可以包括热膨胀槽。热膨胀槽可以允许在所需方向上的热膨胀，诸如使槽相对于径向膨胀周向变窄。在一个实施方式中，膨胀槽横切在EM泵管组装件5kk的整个套环上。切口可以非常薄，使得它们随着套环的热膨胀而密封，其中或多或少地添加以实现密封组件运行温度，例如约1000℃。切割可以通过诸如机械加工、水射流切割和激光切割等方式进行。螺母可以包括碳、氮化硼或SiC。可以选择诸如碳或氮化硼类型的材料类型以允许某些螺母膨胀以避免其在单元池运行温度下(诸如在约1000℃至1200℃的温度范围内)破裂。可以选择凹槽或切口的数量、位置和宽度以匹配在单元池运行温度下的套环金属膨胀量。在一个实施方式中，膨胀槽可以仅部分地延伸穿过套环，诸如延伸套环宽度的50％至95％，以防止熔融金属泄漏。切口可以从外螺纹向内延伸，以允许在套环的螺纹区域处膨胀，其中当螺母紧固时，滑动螺母的相对的螺母螺纹配合。当其紧固时，切口可以基本上覆盖螺纹套环，其上通过螺母覆盖。切口可以穿过整个套环，诸如金属的材料通过诸如焊接的方式加回，以提供挤压或跛皱区域。加回金属可以是相同或不同的金属。添加的材料或金属可以是可延展的。
在一个实施方式中，储罐5c(诸如氮化硼管储罐)与EM泵管组装件5kk之间的连接可以包括压配。连接可以包括内螺纹EM泵管组件套环，双侧螺纹圆柱形插入件和螺纹端储罐。EM泵管组装件5kk的套环可以包括第一热膨胀系数的材料，诸如400或410不锈钢。双侧螺纹圆柱形可以包括具有第二热膨胀系数的材料，诸如304不锈钢，其可高于套环的膨胀系数。其他材料组合也是可能的，诸如304SS或410SS套环，器具有304SS底板、304焊接式EM泵管5k6、以及包含金属的插件，该金属在运行温度范围内不熔化，例如约1000℃至1200℃，所述金属诸如Ni、Ti、Nb、Mo、Ta、Co、W、304SS或400SS、410SS、Invar(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或Kovar(FeNiCo合金)。储罐管可以拧入插入件的内螺纹中，并且插入件可以拧入套环的内部。作为另选，插入件可以仅在内侧拧入，并且可以焊接到EM泵组装件5kk的基座处的套环上。在一个实施方式中，套环内、插入件外，插入件内侧和储罐内的至少两个之间的至少一个连接是无螺纹的。在一个实施方式中，插入件具有比套环更高的热膨胀系数；因此，插入件可以向内膨胀以压缩储罐管以形成压缩密封以及在其中配合插入件表面和套环和储罐表面中的至少一个是带螺纹的情况下的螺纹密封。压缩插入件可以通过膨胀形成紧密密封，以防止在配合表面之间形成间隙，而不会在储罐管上产生过大的应力，这可能导致其失效。在另一实施方式中，连接包括压缩密封件，其中储罐在具有或没有密封剂的情况下压配合到套环中。在一个实施方式中，至少一个EM泵组装件-储罐连接组件(诸如非螺纹套环、螺纹套环、螺纹插入件和非螺纹插入件中的至少一种)被加热，以使其在配合或者将其安装到连接的相应组件或将其压入相应组件之前膨胀。在一个实施方式中，至少一个EM泵组装件-储罐连接组件(诸如螺纹插入件、非螺纹插入件和储罐管中的至少一种)被冷却，以使其在配合将其安装到连接的相应组件或将其压入相应组件之前收缩。冷却可以达到低温。可以通过将组件暴露于冷冻剂(如液氮)来实现冷却。相应连接可以包括压缩配合、螺纹配件和密封配件中的至少一个。在一个实施方式中，储罐管(诸如BN管)可以位于EM泵组装件基座中的凹槽中。在另一实施方式中，储罐可以焊接或化学结合到EM泵组装件基座上。通过使BN表面粗糙化，并使焊接金属流入相应的孔中以形成与金属基板的结合，从而可以使BN与金属基座结合。
示例性EM泵组装件-储罐连接包括410SS、Invar(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或Kovar(FeNiCo合金)套环，其具有304SS底板，具有304SS或铌双面螺纹，或具有配合螺纹或非螺纹套环和BN储罐的非螺纹插入件，其中非螺纹部件可以包括通过差动加热或冷却部件形成的压缩配合，以实现压缩配合。
滑动螺母密封件可以包括多个密封件。滑动螺母密封件可以包括背对背滑动螺母。滑动螺母密封件可以包括标准和上下侧滑动螺母和垫圈。在一个实施方式中，滑动螺母可以包括上螺母和下螺母以及夹在其间的垫圈，其中两个螺母可以拧到EM泵组装件5kk的套环的外螺纹上。通过紧固螺纹施加到垫圈上的压力可以将垫圈推入储罐管5c中以形成紧密的压缩密封。储罐5c可以包括位于压缩垫圈位置的凹槽，以更好地接收垫圈并改善密封。储罐和EM泵组装件之间的密封件可以包括压盖密封件或填料函密封件。垫圈可以包括本公开的垫圈。填料函密封件还可以包括密封剂，诸如包含惰性耐火细粉末的密封剂，诸如本发明的密封剂。密封剂可具有高的热膨胀系数以在高温下填充填料函。在一个实施方式中，EM泵组装件基座可以代替填料函密封件的底部螺母，其中滑动螺母可以包括上螺母。填料可以在储罐的周围，其中储罐可以包括用于填料的凹陷。储罐还可以包括在滑动螺母内部的上凸缘，以压缩填料。
在一个实施方式中，连接可以简单地包括拧入内螺纹套环(诸如304不锈钢套环)中的外螺纹储罐(诸如氮化硼储罐)。本公开的连接螺纹(诸如储罐和套环之间的螺纹)可以包括管螺纹。连接可以进一步包括螺纹密封剂和滑动螺母密封件中的至少一种。示例性密封剂是Cotronics Resbond 920陶瓷粘合剂膏和Cotronics Resbond 940LE陶瓷粘合剂膏。在一个实施方式中，密封剂可以包括与插入件或套环形成合金的软金属，其中合金可具有高熔点。锡金属可以用作包含镍和铁中的至少一种的插入物或套环的软金属密封剂。通过从熔融锡中浸渍插入物、气相沉积和电镀的至少一种方法，可以用Sn涂覆插入件和套环中的至少一个。
在一个实施方式中，连接可以包括本公开的连接，诸如螺纹或非螺纹连接中的至少一个，诸如压缩密封件，并且连接可以进一步包括密封件，其包括EM泵组装件的基座上的储罐的底部边缘的齐平支座。储罐底部边缘和EM泵组装件基座之间的密封件可以进一步包括垫圈，诸如包含Celmet、MoS2的垫圈，或者布或带，诸如包含高氧化铝和耐火氧化物(诸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)的陶瓷纤维的垫圈。连接可以进一步包括滑动螺母连接。储罐管(诸如BN储罐管)可以包括在上部上的较小外径(OD)和在下部上的较大外径。通过EM泵组装件套环上的滑动螺母的螺纹，滑动螺母可以通过紧固包括两个直径的凸缘而将储罐底部边缘紧固到EM泵组装件基座上。在另一实施方式中，凸缘可以用诸如旋入式销钉之类的紧固件代替，以紧固螺母。包括螺母、螺纹套环和储罐管的滑动螺母连接件还可以包括位于凸缘顶部和螺母内侧之间的垫圈。凸缘垫圈可以包括Celmet、MoS2，或布或带，诸如包含高氧化铝和耐火氧化物(诸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)的陶瓷纤维的垫圈。示例性连接包括410SS套环、410SS基座、包括较小的上部OD和较大的下部OD的在套环螺纹处具有凸缘的BN储罐、410SS滑动螺母和Celmet垫圈，其中BN储罐的下边缘邻接EM泵组装件的基座，当滑动螺母拧到套环上时，通过将滑动螺母紧固到凸缘上来紧固基台。
在一个实施方式中，储罐可以包括绝缘体，诸如陶瓷，诸如SiC、氮化硅、碳化硼、氮化硼、氧化锆、氧化铝或其他高温陶瓷，其通过连接在穹顶5b4处连接。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℃)、Ta4HfC5(M.P.＝4000℃)、Ta4HfC5TaX4HfCX5(4215℃)、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℃)。绝缘体储罐5c可以包括在顶部处的滴落边缘，以防止熔融金属的回流引起的电短路。连接可以包括滑动螺母连接，诸如与连接和底板之间的滑动螺母连接相同的类型。滑动螺母可以包括耐火材料中的至少一种，诸如碳、SiC、W、Ta或其他耐火金属。陶瓷储罐可以通过诸如金刚石工具铣削的方式铣削，以形成适合于实现滑动螺母密封的精密表面。在陶瓷储罐(诸如包含氧化铝管储罐)的实施方式中，储罐的至少一端可以是带螺纹的。可以通过附接螺纹套环来实现螺纹。螺纹套环可以通过结合剂、粘合剂或胶粘附。胶可以包括陶瓷胶。
与垫圈或O形环相接的连接表面可以被粗糙化或开槽以形成高压密封。垫圈或O形环可以用密封剂进一步密封。可以将诸如硅粉末或液体硅的硅作为密封剂添加到包含碳的垫圈或O形环中，其中形成SiC的反应可以在高温下发生以形成化学结合。另一种示例性密封剂是石墨胶，诸如本公开的石墨胶。除了用于形成垫圈或O形环密封件的滑动螺母之外，连接部件可以包括配合螺纹以防止部件由于升高的反应单元池室压力而分离。连接可以进一步包括在黑体辐射器5b4与储罐5c或基板的底部之间的结构支撑，以防止连接在内部压力下分离。结构支撑件可以包括至少一个将部件保持在一起的夹具。作为另选，结构支撑件可以包括带有端螺母的端螺纹杆，端螺母将黑体辐射器和储罐或基板的底部连接在一起，其中黑体辐射器和储罐或基板的底部包括用于杆的结构锚。杆和螺母可以包括碳。
在一个实施方式中，连接可以包括至少一个端部凸缘和O形环或垫圈密封件。连接可以包括滑动螺母或夹具。在形成凸缘之前，可以将滑动螺母放置在连接件上。作为另选，滑动螺母可以包括金属，诸如不锈钢或耐火金属，其由至少两个件围绕储罐和套环中的至少一个焊接在一起。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b4的储罐5c和底部套环中的至少一个与储罐和底板-EM泵-注射器组装件5kk可以通过至少一个螺纹连接，所述螺纹可以在相对的储罐端部和滑动螺母连接上具有相反的螺距。螺纹连接的螺纹、滑动螺母的螺纹和滑动螺母垫圈中的至少一个可以通过本公开的胶胶合，诸如硅，其可以用碳或碳胶形成SiC。
在一个实施方式中，导电性较差或绝缘的储罐(诸如SiC或B4C储罐)可以代替碳储罐。绝缘储罐可以包括以下中的至少一个：(i)连接到下半球5b41或一体式黑体辐射器圆顶5b4的顶部处的螺纹和(ii)储罐底部，其中储罐和储罐底部是一体的。SiC储罐可以通过垫圈和包含硅的密封剂中的至少一种连接到碳下半球，其中硅可以与碳反应以形成SiC。也可以使用本领域已知的其他密封剂。储罐底部可以包括用于EM泵管紧固件的螺纹穿透部，诸如Swagelok紧固件。储罐底部可以是单独的独立件，诸如可以包括金属的底板。金属底板可以包括在穿透处与EM泵管的焊接连接件。底板可以包括螺纹套环，该螺纹套环连接到储罐的配合紧固件，诸如滑动螺母。套环可以是锥形的以容纳储罐。套环锥形可以是内部的。储罐端可以是锥形的。储罐锥形可以在外部以容纳在套环内部。紧固件可以包括垫圈，诸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)、六角形氮化硼或硅酸盐垫圈。垫圈或O形环可以包括金属，诸如镍、钽或铌。垫圈可以包括压制的MoS2，WS2，CelmetTM，诸如包括Co、Ni或Ti的材料，诸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric)，布或带，诸如包括含有高氧化铝和耐火氧化物(诸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)的陶瓷纤维的材料，或本公开的其他材料。滑动螺母的紧固可以对垫圈施加压力。
在一个实施方式中，黑体辐射器5b4可以包括一个件(诸如穹顶)，或者可以包括上半球和下半球，5b42和5b41。穹顶5b4或下半球5b41可以包括位于基座的至少一个螺纹套环。螺纹可以与储罐5c配合。套环和储罐的连接可以包括储罐上的外螺纹，该外螺纹拧入套环的内螺纹中，反之亦然。连接可以进一步包括垫圈。作为另选，连接可以包括在储罐上的滑动螺母，所述滑动螺母拧到套环上的外螺纹上。套环可以包括在容纳储罐的端部处的内部锥形。该连接件可以包括垫圈，诸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)、六角形氮化硼或硅酸盐垫圈，压制的MoS2，WS2，CelmetTM，诸如包括Co、Ni或Ti的材料，诸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric)，陶瓷绳或本领域技术人员已知的其他高温垫圈材料，诸如布或带，诸如包括含有高氧化铝和耐火氧化物(诸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)的陶瓷纤维的材料。垫圈可以位于储罐和套环之间的连接处。储罐可以包括非导体，诸如SiC、B4C或氧化铝。储罐可以铸造或机械加工。穹顶或下半球可以包括碳。滑动螺母可以包括耐火材料，诸如碳、SiC、W、Ta或其他耐火金属或材料，诸如本公开的耐火材料。
储罐可以进一步连接到EM泵端的底板组件。连接可以包括与黑体辐射器端相同类型的连接。底板组件可以包括(i)连接套环，其可以是内部或外部螺纹的以与匹配的螺纹储罐配合，(ii)连接套环，其可以在端部内部逐渐变细以接收储罐并且是外部螺纹的以与滑动螺母配合，(iii)储罐底部，和(iv)EM泵管组件，其中穿透部可以通过焊接连接。底板组件和滑动螺母可以包括不锈钢。在一个实施方式中，滑动螺母可以在凸缘或凹槽处附接到储罐。可以将凹槽浇铸或机械加工成圆柱形储罐壁。储罐和套环可以包括在至少一个端部上的凸缘，其中，连接包括在连接件的配合凸缘和夹紧件(其越过凸缘并在紧固时将它们拉到一起)之间的O形环或垫圈。
在另一实施方式中，密封件或连接件、诸如在储罐和EM泵组装件5kk之间的密封件或连接件可以包括湿密封件或冷的密封件(图2I139)。湿密封件可以是熔融碳酸盐燃料单元池湿密封件的设计。湿密封件可以包括在待连接的每个件上的配合凸缘，其形成用于熔融金属填充的通道，诸如储罐凸缘5k17和EM泵组装件套环凸缘5k19。在图2I140所示的另一实施方式中，EM泵组装件套环凸缘5k19可以是以下中的至少一个：(i)与储罐支撑板5b8配合，(ii)包括储罐支撑板5b8，和(iii)包括储罐支撑板5b8和EM泵组装件的基座5kk1，其包含EM泵管5k4的入口和出口。储罐支撑板5b8可以由固定到支撑基座5b83的柱5b82支撑。在一个实施方式中，湿密封冷却器5k18包括储罐支撑板5b8的周边和支撑柱5b82中的至少一个的冷却器，其可以对储罐支撑板5b8的周边散热。储罐凸缘5k17、储罐支撑板5b8、EM泵套环凸缘5k19、无环EM泵凸缘5k19、EM泵组装件的基座5kk1和储罐5c中的至少一个在偏置的储罐设计中可以偏置。凸缘可以用紧固件连接，诸如夹具、螺栓、螺钉、本公开的紧固件，以及本领域技术人员已知的紧固件。紧固件穿透部、储罐凸缘5k17和EM泵组装件套环凸缘5k19中的至少一个可以包括用于将湿密封部件和安装件(诸如储罐支撑板5b8的任何安装件)差异膨胀的装置。湿密封件冷却剂回路5k18通道可以径向延伸，使得通道的外部范围可以保持在低于熔融金属熔点的温度，诸如在银的情况下低于962℃。湿密封件的凝固金属区域可以包括与紧固件接触的区域，诸如螺栓5k20，以避免紧固件处的泄漏。螺栓可以包括碳，并且可以进一步包括用作膨胀垫的碳垫圈，诸如Perma-Foil或Graphoil垫圈。
在示例性实施方式中，湿密封件可以包括储罐5c(诸如氮化硼管)上的套环凸缘，其可以是EM泵组装件5kk的套环上的胶合和螺纹连接以及焊接的套环凸缘中的至少一种。湿密封件凸缘(诸如陶瓷储罐的凸缘)可以通过将凸缘板(诸如BN凸缘板)螺纹连接和胶合到圆柱形储罐(诸如BN储罐)上中的至少一种来形成。示例性胶是Cotronics Durapot 810和Cotronics Durapot 820。作为另选，湿密封件凸缘(诸如陶瓷储罐的凸缘)可以通过模制、热压和机械加工陶瓷(诸如BN)中的至少一种来形成。BN组件(诸如储罐5c、垫圈和储罐凸缘5k17中的至少一个)可以通过热压BN粉末并随后加工来制造。可以将氧化硼添加到由氮化硼粉末制成的部件中以获得更好的可压缩性。其他改变BN性能(诸如热膨胀、可压缩性、以及所需的拉伸和压缩强度)的BN添加剂是CaO、B2O3、SiO2、Al2O3、SiC、ZrO2和AlN。氮化硼薄膜可以通过化学气相沉积由三氯化硼和氮前体制造。氮化硼等级HBC和HBT不含粘合剂，并且可在高达3000℃的温度下使用。
通道的外边缘可以包括圆周带。带可以包括EM泵组装件套环凸缘的外圆周唇，BN凸缘位于该凸缘中。可以冷却通道以保持周边上的固体金属和通道入口处的熔融金属。
连接件冷却系统可以包括本公开的冷却系统，诸如包括液体或气体冷却剂或辐射器的冷却系统。可以通过至少一个冷却剂回路5k18在周边冷却连接件。冷却剂回路5k18可以包括来自EM泵冷却热交换器5k1、冷却剂管线5k11或冷板5k12的管线。连接件可以在周边通过至少一个散热器(诸如辐射器)或对流或传导散翅片冷却。可以通过至少一个热导管在周边冷却连接件。示例性湿密封冷却器包括铜管冷却剂回路5k18，其中冷却剂可以包括水。至少一个凸缘可以具有圆周凹槽，该圆周凹槽用作用于圆周冷却回路的通道。冷却回路可以相对于周向紧固件(诸如螺栓)径向向内，以使熔融金属从螺栓径向向内固化。在一个实施方式中，EM泵组装件套环凸缘5k19和储罐凸缘5k17可以足够宽，使得密封件周边的温度低于熔融金属的熔点，使得冷却剂回路5k18不是必需的。EM泵组装件套环凸缘5k19可以包括储罐支撑板5k8。储罐可以对可以是水平的储罐凸缘5k17偏置。在其他实施方式中，凸缘5k17和5k19以及储罐5c可以相对于彼此处于任何期望的角度，以实现熔融金属的密封和注入反应单元池室5b31。在一个实施方式中，凸缘(诸如5k17和5k19)的材料和厚度可以确定热传递，从而确定冷却。在示例性实施方式中，储罐凸缘5k17直接配合到板，该板包括储罐支撑板5b8、EM泵凸缘5k19和EM泵组装件基座5kk，EM泵组装件基座5kk还包括EM泵的EM泵管5k4的入口和出口，并且储罐凸缘5k17包括具有高导热率的BN。可以选择板5k17和配合板5k19的厚度和宽度以提供足够的冷却以保持湿密封。密封件还可以包括本发明的冷却器，诸如嵌插至少一个凸缘5k 17和5k 19的周边的冷却剂回路5k18。板5k17可以包括具有可偏置的附接储罐5c的套环。储罐可以通过模制、机械加工、螺纹加工和胶合中的至少一种附接到板凸缘5k17。
在一个实施方式中，偏置或倾斜的储罐可以包括适合于在储罐的基座处导致湿密封件的期望分离的长度。湿密封件可以包括覆盖固化金属部分的法拉第笼，以减少该部分的加热。配合凸缘、紧固件和湿密封的任何其他组件可以包括来自感应耦合加热器(诸如Mo和BN)具有低RF吸收的材料。湿密封件的冷却回路可以至少冷却湿密封件并且可以包括较大冷却系统的分支，诸如进一步冷却储罐5c、EM泵磁体5k4、EM泵管5k6、和其他EM泵或单元池组件中的至少一个。湿密封冷却系统可以包括至少一个冷却回路、至少一个泵、至少一个温度传感器和冷却剂流量控制器。
在一个实施方式中，配合凸缘密封件可以包括垫圈。垫圈可位于螺栓凸缘之间以形成密封件。垫圈可以包括密封到内螺旋组件的外螺旋组件。BN垫圈可以包括BN储罐凸缘5k17的突出部，其中BN垫圈可以包括外螺旋垫圈组件。垫圈可以包括本公开的其他垫圈，诸如氧化铝-硅酸盐陶瓷板垫圈。
在另一实施方式中，储罐陶瓷(诸如BM)可以包括对金属EM泵组装件5kk套环的金属化陶瓷或铜焊密封件中的至少一种。示例性金属化材料和钎焊包括Ag、Ag-Cu、Cu、Mo-Mn、W-Mn、Mo-W-Mn、Mo-Mn-Ti、Cu基合金、Ni基合金、Ag基合金、Au基合金、Pd基合金和活性金属钎焊合金中的至少一种。
在滑动螺母密封件的实施方式中，螺母、螺母上的螺纹涂层和螺母内部的填充物中的至少一个包括与储罐熔融金属(诸如银)形成合金的元素，所示元素熔点高于熔融金属。填料可以包括功率或包层，诸如金属粉末或包层。密封件可以包括填料函型，其中密封剂包括填料或包层。密封剂可以包括垫圈包含元素。元素可以包括Pt、稀土元素、Er、Gd、Dy、Ho、Pd、Si、Y和Zr中的至少一种。
在一个实施方式中，密封件可以包括反向滑动螺母设计(图141)，其中，螺母5k21拧到EM泵组装件5kk套环的内部，储罐管5c在EM泵组装件5kk的套环5k15的外侧滑动，并且垫圈5k14a位于储罐管5c的内圆周上。示例性垫圈和储罐管包括氮化硼。EM泵组装件5kk可以包括不锈钢。反向滑动螺母密封件可以进一步包括保持套筒5k16，诸如由W、Mo或C构成的压缩保持套筒，其可抵抗套环5k15和储罐5c的膨胀力，诸如热膨胀力。
密封件可以进一步包括反压缩型(图142)。在示例性实施方式中，在温度从室温上升时，EM泵组装件套环5k15相对储罐管5c膨胀。可选择储罐和EM泵组装件套环的材料以具有所需的热膨胀系数，以实现压缩密封而不会破坏储罐管。在反压缩型密封件的实施方式中，密封件进一步包括围绕储罐管5c的压缩保持套筒5k16，以增加管的拉伸强度。压缩保持套筒5k16可具有期望的低热膨胀系数，以防止储罐5c由于内膨胀EM泵组装件套环5k15而破裂。示例性压缩保持套筒5k16可以包括耐火材料，诸如W、Mo或C。示例性压缩密封件可以包括薄壁套环5k16中的至少一个，该套环包括具有低热膨胀系数的不锈钢，诸如410SS、Invar(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或Kovar(FeNiCo合金)，以减少热膨胀以防止BN储罐5c和石墨压缩保持套筒5k16破裂。
密封件可以包括反向滑动螺母和压缩密封件中的至少一个。在一个实施方式中，连接件(诸如反向滑动螺母和压缩密封件中的至少一个)可以进一步包括螺纹部件，诸如在压缩密封件的情况下，拧入外部储罐管内侧的EM泵管套环的外侧。在一个实施方式中，螺纹牙顶的高度可以相对于螺纹凹陷减小，以包括沿着压缩连接件接触区域的膨胀连接件。
可以组装底板和EM泵部件以包括底板-EM泵-注射器组装件5kk(图2I98和2I147)。在双熔融金属注射器实施方式的情况下，产生器包括两个电隔离的底板-EM泵-注射器组件。可以通过两个组件的物理分离来实现电隔离。作为另选，两个组件通过组件之间的电绝缘而电隔离。双液体注射器实施方式的喷嘴可以对齐。储罐可以倒置或倒置放置，并且用作熔融金属的金属可以通过至少一个储罐的开口端添加到反应单元池室中。然后，底板-EM泵-注射器组件可以连接到储罐。可以利用本公开的连接器(诸如湿密封件、压缩或滑动螺母-套环连接器)实现连接。底板-EM泵-注射器组件可以包括不锈钢或耐火金属(诸如Mo和W中的至少一种)中的至少一种。连接器的部件(诸如EM泵管、储罐底部、喷嘴、基座板和配合套环)可以是焊接和紧固在一起的至少一种。紧固件可以包括螺纹连接。双熔融注射器实施方式的两个基板5b8可以通过电绝缘板(诸如陶瓷板，诸如SiC、SiN、BN、BN+Ca、B4C、氧化铝或氧化锆板)通过装置(诸如紧固件，诸如螺栓)连接以形成单个储罐结构支撑，所述支撑可以通过诸如陶瓷柱的柱或电绝缘410SS、Invar(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或Kovar(FeNiCo合金)柱来升高，以减少热膨胀的影响。柱可以包括管以减少热膨胀的影响。在一个实施方式中，储罐支撑板5b8可以包括具有支架的单个件或多个件，以形成连续板以避免热翘曲。储罐结构支撑可以通过诸如陶瓷柱的柱或电绝缘410SS、Invar(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或Kovar(FeNiCo合金)柱来升高，所述柱可以包括管以减少热膨胀的影响。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001681
包括储罐位置调整系统或储罐调整器，以控制熔融金属注射器的对准。在包含双熔融金属注射器的实施方式中，
Figure GDA0003990253620001682
包括对柱进行长度调节的装置，该柱支撑储罐支撑板5b8以对准喷嘴5q，使得双熔融流相交。
Figure GDA0003990253620001683
可以包括储罐支撑板致动器，诸如机械、气动、液压、电测和压电致动器中的至少一个，诸如本公开的致动器。由于储罐支撑柱的不同膨胀，当单元池被加热时，喷嘴可能失去对准。为了避免热膨胀引起的失准，柱可以包括具有低热膨胀系数的材料，诸如耐火材料。柱可以是绝热和冷却中的至少一种，以防止它们膨胀。
Figure GDA0003990253620001684
可以包括柱冷却器，柱如热交换器或传导或常规冷却装置。可以通过沿着柱将热量传导到散热器来实现冷却。
Figure GDA0003990253620001691
可以包括通过控制和引起不同柱之间的不同热膨胀或收缩中的至少一个来选择性地控制支撑储罐支撑板5b8的柱的长度来对准喷嘴的装置。
Figure GDA0003990253620001692
可以包括至少一个或多个柱加热器和柱冷却器，以选择性地和差异地加热或冷却储罐支撑柱，以使长度通过膨胀或收缩选择性地改变，以使注射器对准。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001693
包括储罐位置调节系统或储罐调节器，诸如机械调节器，诸如可以穿透壳体5b3a的推拉杆调节器。作用在壳体5b3a壁上的杆上的螺纹机构可以提供推拉。调节器可以沿着或围绕至少一个轴提供移动。调节器可以能够垂直或水平地推动或拉动至少一个储罐或者绕x、y或z轴旋转它。可以进行调节以使双熔融金属注射器的熔融金属流最佳地相交。在其中储罐和EM泵组装件可以通过诸如湿密封的装置刚性连接的实施方式中，储罐可以在储罐5c与下半球5b41的连接件处旋转。储罐中心5c轴和EM泵组装件5kk中心轴可以与喷嘴沿相同的轴。允许BN储罐旋转的示例性连接器是滑动螺母连接器，其包括BN储罐5c、石墨下半球5b41、石墨垫圈和石墨螺母。h-BN和石墨均可以包含润滑剂。EM泵的连接器(诸如电流5k2和点燃5k2a汇流条的连接器)可以包括诸如连接件或枢轴的装置，以允许储罐充分旋转以引起注射的熔融金属流的对准。汇流条可以至少部分地包括堆叠的片或电缆，诸如编织电缆，以允许对准移动。在一个实施方式中，在由控制器控制的情况下调节EM泵电流可以控制流的垂直位置，并且流的横向位置可以由储罐调节器控制。在储罐刚性固定的实施方式中，对准可以作为服务运行实现，其中
Figure GDA0003990253620001694
被部分拆卸，喷嘴是对准的，并且
Figure GDA0003990253620001695
被重新组装。
在包含双熔融金属注射器的实施方式中，来自一个喷嘴的熔融金属流的轨迹可以在第一平面中，并且来自第二喷嘴的熔融金属流的轨迹的平面可以在绕第一平面的两个笛卡尔轴中的至少一个旋转的第二平面中。流可以沿着倾斜路径彼此接近。在一个实施方式中，第一喷嘴的熔融金属流的轨迹在yz平面内，并且第二喷嘴可以从yz平面横向移位并且朝向该yz平面旋转，使得流倾斜地接近。在示例性实施方式中，第一喷嘴的熔融金属流的轨迹在yz平面中，并且第二喷嘴的熔融金属流的轨迹在由围绕z轴的yz平面的旋转限定的平面中，使得第二喷嘴可以从yz平面横向移位并朝向该yz平面旋转，使得流倾斜地接近。在一个实施方式中，轨迹在第一流高度和第二流高度处相交，调整每个流高度以引起交叉。在一个实施方式中，第二EM泵的出口管从第一EM泵管的出口管偏离，并且第二EM泵的喷嘴朝向第一EM泵的喷嘴旋转，使得熔融流倾斜地接近每个另一个，可以通过调节流的相对高度来实现流交叉。流高度可以由控制器控制，诸如控制至少一个EM泵的EM泵电流的控制器。
在包括最初在相同的yz平面中对准的两个注射器的两个喷嘴的实施方式中，用于实现注射流交叉的注入的熔融金属流的倾斜相对轨迹可以通过至少一个相应储罐5c略微围绕z轴旋转的运行以及通过朝向yz平面旋转而略微弯曲平移出yz平面的喷嘴的运行中的至少一个来实现。感应耦合加热器天线5f(诸如平面部分)可以弯曲成非平面的，以容纳相应的EM泵管5k6。可以根据需要旋转其他组件和连接。例如，EM泵磁体5k4也可以旋转以保持它们相对于EM泵管5k6的垂直位置。
在另一实施方式中，注射系统可以包括场源(诸如磁场和电场中的至少一种的源)，以偏转至少一个熔融金属流，以实现注入流的对准。由于相应导体通过施加的磁场的移动以及诸如霍尔和点燃电流等至少一个电流与施加的磁场之间的力，所以注入的熔融金属流中的至少一个可以通过洛伦兹力偏转。可以通过控制磁场强度、熔融金属流速和点燃电流中的至少一个来控制偏转。磁场可以由永磁体、可以被冷却的电磁体和超导磁体中的至少一个提供。可以通过控制磁体和熔融流之间的距离以及通过控制电流来控制磁场强度中的至少一个来控制磁场强度。
测量点燃电流或电阻可以确定最佳交叉点。当电流在设定电压下最大化或电阻最低时，可以实现最佳对准。可以包括可编程逻辑控制器和计算机中的至少一个的控制器可以实现优化。
在一个实施方式中，每个储罐可以包括加热器(诸如感应耦合加热器)，以将储罐金属(诸如银)保持在熔融状态以至少启动。产生器可以进一步包括围绕黑体辐射器的加热器，以防止熔融金属(诸如银)至少在启动期间粘附。在其中不需要黑体辐射器5b4加热器的实施方式中，黑体辐射器(诸如5b41和5b42)可以包括熔融金属(诸如银)不会粘附到其上的材料。非粘附可以在通过来自储罐5c加热器的热传递实现的温度下发生。黑体辐射器可以包括碳，并且可以被加热到等于或高于熔融金属(诸如银)的温度，其在EM泵被激活之前不粘附。在一个实施方式中，黑体辐射器在启动期间由储罐加热器加热。黑体辐射器5b4的壁可以足够厚以允许从储罐到黑体辐射器的热传递，以允许黑体辐射器达到高于熔融金属粘附到黑体辐射器的温度和高于熔融金属熔点的至少一个的温度。在一个实施方式中，靠近加热的单元池组件(诸如盘绕在储罐5c周围)的感应耦合加热器(ICH)天线与单元池组件良好地绝热，其中来自ICH的RF辐射穿透绝缘体。隔热可以将从单元池组件到ICH天线的冷却剂的热流减少到期望的流速。
系统进一步包括启动电源/能量源，诸如电池，诸如锂离子电池。作为另选，可以通过从外部电源到产生器的连接来提供诸如电网电力的外部电力用于启动。连接可以包括功率输出汇流条。
在一个实施方式中，黑体辐射器可以在启动期间由外部辐射加热器(诸如至少一个加热灯)加热。加热灯可以在PV转换器26a的外部，并且可以通过PV转换器中的移除面板提供辐射。作为另选，可以在启动期间加热黑体辐射器，并且可以在单元池连续运行之后移除加热器并产生足够的功率以将反应单元池室5b31保持在足以维持分数氢反应的温度。
当感应耦合加热器在加热储罐(诸如陶瓷储罐，诸如BN或SiC储罐)方面效率低的情况下，储罐可以包括能够有效吸收感应耦合的加热器辐射的耐火覆盖物或套管。示例性RF吸收套管包含碳。
产生器可以包括致动器5f1，诸如齿条和小齿轮之类的机械装置、螺钉、线性齿轮和本领域已知的其他装置，气动、液压和电磁系统中的至少一个，用于施加和回缩加热器线圈并存储加热器线圈中的至少一个。电磁致动器可以包括扬声器机构。气动和液压可以包括活塞。加热器天线可以包括柔性部分以允许回缩。示例性柔性天线是铜编织的线编织的特氟龙管。在一个实施方式中，外部压力容器5b3a可以包括凹陷腔室以容纳回缩的天线。
感应耦合加热器天线5f可以包括可移动的部分。感应耦合加热器可以包括用于每个可回缩储罐的至少一个线圈5f(图2I84-2I152)。线圈可以包括有效地将动力施加到储罐的形状或几何形状。示例性形状是用于圆柱形储罐的托架或可调节蛤壳。托架可以在加热期间将RF功率施加到相应储罐，并且之后可以回缩。每个托架可以包括扁平线圈并且附接到公共扁平线圈，该扁平线圈定向在与由其基座下方的EM泵组装件5kk的EM泵管形成的平面平行的平面中。每个托架扁平线圈可以通过柔性或可膨胀的天线部分连接到公共扁平线圈。公共扁平线圈可以连接到可以安装在致动器上的感应耦合加热器电容器盒。作为另选，每个托架可以连接到相应的电容器盒和感应耦合加热器，或者两个单独的电容器盒可以连接到公共感应耦合加热器。托架扁平线圈、公共扁平线圈、公共电容器盒和单独的电容器盒中的至少一个可以安装或附接到致动器上，以实现在启动之后存储天线的移动。
在一个实施方式中，加热器(诸如感应耦合加热器)包括单个可回缩线圈5f(图2I93-2I94、2I134-2I135和2I148-2I152)。线圈可以围绕至少一个储罐5c。加热器可以包括围绕两个储罐5c的单个多匝线圈。加热器可以包括低频加热器，诸如15kHz加热器。加热器频率可以在约1kHz至100kHz、1kHz至25kHz和1kHz至20kHz的至少一个范围内。单个线圈可以沿着储罐的垂直轴线回缩。线圈5f可以通过致动器(诸如本发明的致动器，诸如气动、液压、电磁、机械或伺服电机驱动致动器、齿轮电机驱动致动器)沿垂直轴线移动。线圈可以用本领域技术人员已知的机械装置移动，诸如螺钉、齿条和小齿轮，以及活塞。可以用诸高温润滑剂(诸如六角形氮化硼、MoS2或石墨)剂润滑彼此机械地移动的致动器部件，诸如齿轮齿或滑动部件。其他是滑石、氟化钙、氟化铈、二硫化钨、软金属(铟、铅、银、锡)、聚四氟乙烯，某些固体氧化物、稀土氟化物和金刚石。线圈可以在一个或多个侧面或端部位置或其他方便的位置安装到致动器，该位置允许期望的移动，同时不会使致动器过重。天线可以通过柔性天线部分连接到电源以允许移动。在一个实施方式中，感应耦合加热器包括分离单元，该分离单元具有与加热器的平衡分离的发射器组件。单独的发射器组件可以包括电容器/RF发射器。电容器/RF发射器可以安装在致动器上。电容器/RF发射器可以通过外部压力容器室5b3a1中的、和冷却线连接到加热器的平衡部分。这些线可以穿透外部压力容器5b3a的壁。电容器/RF发射器可以安装在连接到RF天线的致动器上，其中天线也安装在致动器上。电容器可以安装在可以冷却的外壳盒中。盒可以包括热反射涂层。外壳盒可以用作安装夹具。盒可以包括用于导轨和其他驱动机构的安装支架。感应耦合加热器可以包括并联共振模型加热器，其使用长加热器，诸如6米至12米长的加热器。热交换器(诸如冷却板)可以安装在电容器/RF发射器上，并由天线冷却线提供冷却。致动器可以由受控制器控制的电动伺服电动机或齿轮电动机驱动，该控制器可以响应温度曲线输入以实现产生器组件(诸如储罐5c、EM泵、下半球5b41和上半球5b42)的期望温度曲线。
在一个实施方式中，加热器(诸如感应耦合加热器)包括单个可回缩线圈5f(图2I93-2I94、2I134-2I135和2I148-2I152)，其围绕在需要被加热的单元池组件周围，诸如黑体辐射器5b4的至少一部分、储罐5c和EM泵组件(诸如EM泵管5k6)中的至少一个。在一个实施方式中，加热器在加热期间可以是静止的。几何形状和线圈匝数密度可以被配置为选择性地将期望的加热功率施加到每个单元池组件或每个单元池组件的区域，以达到组件或区域特定的期望温度范围，诸如在970℃至1200℃的范围内。由于先前的加热校准和加热器设计，监测单元池上有限数量点的温度提供了单元池上非监测点的温度。在一个实施方式中，可以控制加热器功率和加热持续时间以实现期望的温度范围，其中可以不需要温度监测。控制熔融金属到反应单元池室的泵送和点燃功率的施加中的至少一个可以控制黑体辐射器的加热。温度传感器(诸如热电偶或光学温度传感器)向温度控制器提供输入可以监测黑体辐射器温度。可以扫描的示例性光学温度传感器是Omega iR2P。作为另选，可以使用EM泵送和点燃功率以及感应耦合加热功率的定时序列来实现期望的单元池温度曲线，诸如其中与熔融金属接触的单元池组件的温度高于金属熔点的温度曲线。
同时加热所需单元池组件的加热器线圈5f可以允许消除传热块5k7、微粒绝缘、微粒绝缘储罐5e1和控制系统至当加热器垂直移动时，至少一个是垂直移动加热器并控制加热器功率水平。感应耦合加热器5k4的磁体可以包括RF屏蔽物和由冷却系统提供的足够水冷却(诸如包含EM泵冷却剂管线5k11和EM泵冷板5k12的冷却系统)中的至少一个，以防止磁体过热至来自EM泵管5k6的液位处施加的热功率的磁化损失点。RF屏蔽物可以包括多层RF反射材料，诸如高导电材料，诸如Al、Cu或Ag，其可以包括金属箔或屏幕。
在一个实施方式中，感应耦合加热器屏蔽物可以包括磁性材料，以衰减入射在EM泵磁体上的磁通量。示例性磁性材料包括坡莫合金或Mu-金属，诸如具有高磁导率的镍基金属，诸如具有低饱和水平的渗透率为约300,000的金属。在加热器施加的磁场强度高的实施方式中，磁性材料可以包括较高饱和度的材料，诸如磁性金属，诸如碳钢或镍。在一个实施方式中，磁性材料可以具有设计和渗透性，以最小化由于永磁场被吸收到屏蔽金属中并且削弱EM泵管中的液态金属中的永磁场而对永磁EM泵磁体的永磁场线的负面影响。在另一实施方式中，屏蔽包括法拉第笼5k1a(图2I115)，其含围绕期望被屏蔽的组件(诸如EM泵磁体5k4)的高电导率金属(诸如铜)。法拉第笼部件5ka1(诸如平面)可以用紧固件(诸如高导电螺钉5k1b，诸如铜螺钉)紧固。在一个实施方式中，法拉第笼5k1a不影响永磁体5k4的静磁场，使得笼可以完全包围磁体。法拉第笼可以冷却。可以通过EM泵冷板5k12和EM泵冷却剂管线5k11提供冷却。在一个实施方式中，冷板可以包括用于冷却集中器PV单元池(诸如包含微通道单元池)的设计。在一个实施方式中，每个磁体可以包括单独的法拉第笼(图2I116)。法拉第笼的壁厚可以大于感应耦合加热器的RF发射的穿透深度。在一个实施方式中，感应加热频率的穿透深度小于0.3mm；因此，对于屏蔽，笼壁可以厚于0.3mm，其中增加的壁厚增加了屏蔽。在一个实施方式中，EM泵磁体5k4可以包括轭5k5或梯形磁体以引导磁通量穿过EM泵管5k6并且可以进一步包括磁路，其中磁体5k4和磁体冷却系统5k1可以位于一个位置，诸如在储罐5c外部的EM泵管5k6的下方居中。磁路可以包括轭，该轭引导磁通横向于EM泵杆5k2的位置处的电流。在一个实施方式中，磁体5k4可以包括金字塔形磁体，其沿着x轴将高磁场集中通过EM泵管5k6壁，具有沿z轴的电流和沿y轴的泵流动。在一个实施方式中，EM泵汇流条(诸如5k2和5k3中的至少一个)可以包括能够在高温下运行的高导电导体(诸如Mo)。磁路可以包括EM泵磁体5k4，包括高度可渗透材料的芯(其可以进一步包括在其部分之间的磁体)，用于EM泵管5k6的电路的间隙，以及在间隙处以将磁通量集中通过EM泵管5k6的轭。芯可以包括向上C形的可渗透材料，诸如铁氧体，其中间隙是C的开口。在另一实施方式中，EM泵包括具有多个绕组的定子和至少一个包含待泵送的熔融金属的圆柱形管道。在示例性实施方式中，具有三对螺旋绕组的定子产生旋转的扭曲磁场。产生轴向推力以及作用在圆柱形管道中的熔融金属上的旋转扭矩。
在一个实施方式中，感应耦合加热器线圈5f可以进一步包集中器，以通过增加单元池组件或电池部件的区域中的相应电流来增强期望区域中的电磁场。示例性的集中器可以包括高频率的铁氧体和低频率的垫片钢。集中器可用于实现单元池的所需温度曲线。在包括期望被加热的单元池组件但不包括容易与感应耦合加热器的RF功率耦合的材料的实施方式中，所述组件可以用诸如碳等RF吸收材料包覆。包层可以包括分裂或膨胀间隙，以适应不同的热膨胀系数。示例性实施方式包括圆柱形BN储罐5c，其包覆有圆柱形石墨套管，所述圆柱形石墨套管被分开以适应不同的热膨胀。
在一个实施方式中，可以水冷的感应耦合加热器天线线圈5f可以包括至少一个线圈，该线圈围绕两个储罐，并且线圈或线圈的一部分围绕黑体辐射器5b4的至少一部分。线圈可以进一步包括至少一个扁平线圈。扁平线圈的平面可以平行于储罐外部的EM泵管的平面。扁平线圈可以沿EM泵管的外部部分的至少一侧定位。扁平线圈可以加热两个EM泵管。作为另选，天线5f可以包括多个扁平线圈，其中扁平线圈可单独地或共同地加热每个EM泵管。扁平线圈可沿产生器的垂直轴线回缩。扁平线圈可以与储罐线圈一起回缩，并且可以是储罐线圈的一部分。天线可以包括多个单独的组件。天线可以包括两个天线，每个天线包括一对扁平线圈。两个扁平线圈可各自包括上部扁平线圈，以加热黑体辐射器的一部分和储罐中的至少一个。上部扁平线圈可以围绕加热表面安装。示例性形状分别是球形或椭圆形黑体辐射体底部周围的C形和圆柱形储罐周围的U形。线圈可以沿多个轴(诸如水平轴)回缩，然后可以在启动后存储垂直轴。致动器可以沿着这些轴移动每个天线5f以实现存储。天线的连接部分可以包括柔性导电水管，诸如柔性金属管，诸如波纹管。管道可以包括铜。
在一个实施方式中，扁平或其他线圈5f可以包括至少一个柔性部分。柔性部分可以允许线圈围绕单元池组件回缩，单元池组件诸如EM泵磁体5k4，轭5k5或法拉第笼上的突起，其容纳至少一个磁体，该磁体可选地包括磁通量集中轭。作为另选，EM泵可以包括可移动的轭(诸如可以在法拉第笼外部滑出的可移动轭)和可以在轨道上以便于扁平线圈回缩的可移动磁体5k4中的至少一个。在一个实施方式中，在EM泵点燃汇流条5k2a的区域处的加热组件(诸如EM泵管5k6)的部分可以通过感应耦合加热器天线5f通过至少一个包含其具有紧邻组件的线圈的一部分的天线和通过包含更好地耦合到RF场的材料(诸如不锈钢或钼上的磁钢)的组件选择性地加热。类似的材料可以通过与磁性金属的过渡附件连接在一起。示例性附件是焊接和螺栓和螺母紧固件。EM泵点燃汇流条5k2a可以包括焊接到不锈钢泵管5k6的不锈钢和焊接或紧固到EM泵点燃汇流条5k2a的不锈钢部分的磁钢。在一个实施方式中，点燃汇流条5k2a可以连接到底板5b8。
天线线圈5f可以包括至少一个线圈回路，其中线圈回路是可逆可伸缩的，使得线圈可以在靠近单元池的情况下收缩，以实现良好的RF功率耦合，然后伸展以允许天线的回缩和存储。可以利用本公开的致动器实现天线存储。线圈的每个回路可以包括伸缩或波纹管部分。在一个实施方式中，天线线圈5f的至少一个回路可以是可逆地可伸展的和可收缩的。回路可以包括伸缩或波纹管部分。水冷可以通过密封在线圈回路的可逆地可伸展和可收缩部分内部的管道来实现。管道可以包括特氟隆或其他高温水管，其可以插入导电线圈回路的内部以至少桥接可逆地可伸展和可收缩的部分。管道可以涂覆有导体，诸如柔性导体，诸如编织金属，诸如编织铜线。示例性柔性天线部分是电线编织特氟龙管或弹性管，诸如外科手术管。电线编织物可以包括铜编织物。作为另选，可伸长部分可以包括金属化塑料，诸如Mylar。天线线圈5f可以进一步包括致动器，以使至少一个回路伸展或收缩。在一个实施方式中，回路可以收缩以实现更接近于加热的单元池组件(诸如储罐)。接近可以实现与单元池组件的更大RF耦合。相同或至少一个另外的致动器可以使回路伸展以允许相同或另一个致动器移动线圈以存储它。移动可以是垂直的。存罐可以位于下室5b5中。线圈可以通过施加到天线线圈的水和真空压力而伸展和收缩，其中感应耦合的加热器电源和电容器的冷却回路可以通过电磁阀旁通。致动器的向下线性移动使弹簧加载的线圈在吊具上移动可以使线圈伸展。
在图2I148-2I152所示的实施方式中，围绕双熔融金属注射系统的两个储罐5c中的至少一个的圆周线圈和黑体辐射器5b4的至少一部分是可逆地可伸展和可收缩的。线圈可以在线圈的每个回路的两个位置垂直分开，轴向延伸(沿着单元池垂直)。柔性电连接器(诸如电线，诸如利兹线)可以桥接分开的回路部分。电线可以是高导电的，诸如铜线。电线可以是耐火的，诸如W或Mo。每个桥(诸如导线)可以通过诸如传导、对流和辐射等方式在外部冷却。桥可以用气体(诸如具有高传热能力的气体，诸如氦气)冷却。桥气体冷却系统可以包括强制对流或传导系统。桥冷却系统可以包括外部热交换器，诸如外部冷却剂热交换器。当处于折叠位置时，诸如电线的桥可以卷绕。桥线圈可以包括可逆地伸展和收缩的弹簧电线。在示例性实施方式中，天线可以包括耐火金属弹簧，以电跳跃感应耦合加热器天线的可回缩线圈部分。跳线可以是氦气冷却或由其他外部系统冷却，诸如单独的卷绕系统，诸如与天线跳线热接触的热交换器。作为另选，跳线可以不主动冷却。
在分开的椭圆形螺旋线圈的实施方式中，相对的分开线圈回路部分之间的连接包括接触连接(图2I151-2I152)。触点可以包括线圈回路端板。相对的线圈回路部分的端部上的触点可以包括外螺旋5f4和内螺旋5f5连接器或本领域技术人员已知的其他电触点连接器。触点可以通过致动器5f1接合和脱离，因为它将分开的线圈部分水平地平移进入和脱离接触。每个外螺旋插头连接器5f4可以包括圆形或指针端，使得当两个天线半部滑动在一起时，它更容易与内螺旋连接器5f5对准。连接的两个半天线部分可以形成椭圆形螺旋。当处于闭合(插在一起)的配置中时，天线可以作为椭圆形螺旋运行，其具有附接的垂直平面扁平线圈。在另一实施方式中，天线包括分开的椭圆形线圈，其中两个部分中的每一个包括一对扁平线圈的附接构件，该扁平线圈可以可选地包括用于配合所述对的电连接器。当天线处于闭合(插在一起)配置时，天线可以作为椭圆形螺旋运行，垂直平面扁平线圈包括两个连接或非连接部分。在闭合天线包括两件式扁平线圈的两个非连接构件的情况下，每个构件可以包括单独的水冷连接器系统。在一个实施方式中，可以进一步包括法拉第笼5k1a的至少一个EM泵磁体5k4可以可逆地移动，以适应分开的天线通过致动器的接合和脱离。磁体的回缩可允许扁平线圈在其由致动器移动期间通过。在扁平线圈已经移动到其运行位置之后，磁体可以移动到运行位置，诸如紧靠EM泵管5k6。
分开线圈的每一半的线圈回路可以包括在垂直连续的线圈回路端部之间延伸的水导管5f2。导管可以是相反的螺纹以拧入线圈的表面或边缘。天线环可以由天线隔板和支撑件5f3分开和支撑。在一个实施方式中，水导管5f2和线圈回路部分为冷却剂(诸如水)提供连续的流动路径。冷却剂导管可以是电隔离的或包括电绝缘体，诸如高温聚合物、陶瓷或玻璃。冷却剂导管可以包括在线圈回路处电隔离的导体。冷却剂导管可以是热屏蔽的。示例性的特氟龙或Delrin缩醛水导管将每个半线圈的邻接环部分的端部连接，以独立地水冷却每个半线圈。导管可以通过挤出、注塑、冲压、铣削、机加工和3D激光打印来制造。导管可以连接到可以焊接到天线线圈回路的冷却剂管。水导管(诸如特氟龙管)也可以用作结构支撑件。在一个实施方式中，水冷管道通道可以在每个环部分内是双向的。在一个实施方式中，天线可以包括单独的冷却剂导管，诸如特氟隆水导管5f2和结构支撑件或隔离件5f3。结构支撑件可以包括耐火绝缘体隔离物，诸如氮化硼或氮化硅，其可进一步抵抗热冲击。在一个实施方式中，每个半线圈连接到天线RF电源90a的电容器盒。动力连接可以冷却并用作冷却剂管线。每个半线圈可以进一步包括另一个冷却剂管线或连接冷却剂管线，以用作通过相应的半天线和热交换器(诸如制冷器)形成封闭的冷却剂回路的管道。每个连接冷却剂管线可以仅用于冷却，其中每个可以包括电绝缘体或者可以与天线电隔离。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001771
包括多个天线，诸如包围和加热储罐5c的两个线圈和至少一个加热EM泵管5k6的扁平线圈。每个线圈可以包括其自身的电容器盒和电源中的至少一个。电源可以包括功率分配器。天线可以包括两个上C线圈和至少一个扁平线圈，其可以包括单独的电源和单独的控制器，诸如每个包括温度传感器的控制器，诸如红外传感器，诸如光学高温计和功率控制器。当不运行时，线圈可以被至少一个致动器回缩。在一个实施方式中，诸如扁平线圈或线圈的至少一个线圈可以在不使用时排出冷却剂并保持在运行位置(未回缩)。线圈可以包括泵、冷却剂储罐或供应器、和控制器，以分别在运行和存储模式期间可逆地添加和排出冷却剂。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001781
包括多个天线，诸如包围和加热储罐5c的两个线圈和至少一个加热EM泵管5k6的扁平线圈，其中每个天线的斩波频率被独立调节以防止天线之间的耦合。至少一个天线可以是可回缩的。
Figure GDA0003990253620001782
可以包括至少一个致动器以实现回缩。作为另选，至少一个天线可以是固定的。固定天线可以作为热交换器发挥第二作用，在
Figure GDA0003990253620001783
动力产生运行期间消除多余的热量。热交换器天线可以包括具有高熔点的导体，诸如难熔金属，诸如钼或本公开的其他材料。天线可以包括水或另一种冷却剂，诸如熔融金属，熔融盐，或本公开或本领域已知的其他冷却剂。
Figure GDA0003990253620001784
启动后，固定天线的冷却液可能会耗尽。作为另选，冷却剂可用于在运行以产生动力时从
Figure GDA0003990253620001785
移除热量。固定天线可用于在启动期间加热至少一个
Figure GDA0003990253620001786
组件并在动力产生期间冷却至少一个组件。
Figure GDA0003990253620001787
组件可以是单元池组件(诸如EM泵5ka、储罐5c和反应单元池室5b31中的至少一个)，和MHD转换器组件(诸如MHD喷嘴部分307、MHD产生器部分308、MHD冷凝部分309、返回导管310、返回储罐311、返回EM泵312和返回EM泵管313中的至少一个)组中的至少一个。
在一个实施方式中，天线5f可以包括RF耦合材料，其可以将加热功率传递到储罐。RF耦合材料可以包括碳。碳可以包括装配到天线中的块，以填充空间并形成天线和储罐。RF耦合材料可以是可变形的，以允许在单元池启动之后储存天线。碳块可以是可变形的。碳块可以是伸缩的。可伸缩的碳块可以是弹簧加载的，以提供与储罐的良好的RF耦合和热接触。碳块可以收缩，以便可以存储天线。石墨块可以通过致动器系统(诸如气动、液压、电子、机械系统或本公开的其他致动器)延伸和收缩。液压系统可以施加来自冷却剂泵提供的天线冷却剂的压力，其中使用电磁阀感应耦合的加热器冷却回路可以旁通。气动系统可以施加由真空泵提供的真空或压力。机械致动器可以包括齿条和小齿轮或滚珠螺杆致动器或本公开的其他致动器。
每个磁体可以容纳在单独的法拉第笼中(图2I116)。在另一实施方式中，扁平线圈可以成形为在每个EM磁体下方具有允许其回缩的部分。由EM泵管限定的平面的一侧上的可回缩的扁平线圈可以包括倒置的双-背或环形-背C形线圈和双-背W形线圈中的至少一个，其中线圈在每个磁体下方通过那些位置。线圈5f(诸如扁平线圈)可以在加热部件(诸如EM泵管)的周围，以提高加热效率。诸如图2I151-2I152中所示的双-背W形线圈的线圈可以选择性地加热每个EM泵管的至少一部分(诸如入口侧和出口侧)，同时减小向磁体施加RF功率。为了实现从双-背W形线圈到EM泵管的良好RF功率传输，EM泵管可以在储罐之间的中间充分分离，以允许天线的每个支腿在天线倒置V-形部分中的相应泵管外部运行。可以通过使用线圈管弯曲的系统和方法来制造EM泵管和天线中的至少一个，以实现泵管在天线线圈内部的紧密配合。在另一实施方式中，双线圈的绕组在中间交叉，使得沿着天线线圈的路径是外-内-外-内v.s.外-外-内-内。
线圈5f(诸如圆周和扁平线圈中的至少一个)可以是电绝缘的。天线的管道可以包括宽扁平管道以覆盖更多的表面区域，以更好地将加热功率耦合到单元池组件。不能有效吸收RF功率的组件(诸如氮化硼储罐)可以覆盖有RF吸收剂覆盖物，该RF吸收剂覆盖物可以包含具有更好的RF耦合或吸收的材料(诸如碳)。用于储罐(诸如BN储罐)的间接RF加热的碳可以附接为诸如两个周向蛤壳的部分，其可以用紧固件(诸如W夹、带或线)保持就位。在一个实施方式中，蛤壳被设计成防止单元池的电极化部分之间的电接触以避免电短路。为避免形成碳化铁的反应性，碳蛤壳不应与含铁部分接触；在蛤壳接触铁或者诸如包括铁的螺母之类的部件中的情况下，蛤壳可以包括除碳之外的材料。还应避免其他此类化学不相容性。在一个实施方式中，RF吸收剂覆盖物可以包括诸如碳织物、蜂窝或泡沫的材料，其用于从感应耦合加热器吸收RF功率并用作热绝缘。天线电绝缘可以包括ibrex、Kapton带、环氧树脂、陶瓷、石英、玻璃和水泥中的至少一种。在启动之后可以回缩和存储至少一个线圈。存储可以位于容纳黑体辐射器的腔室内的第二隔室中。其他特殊的几何线圈，诸如发夹或扁平线圈，诸如沿着储罐外部的EM泵管的端部、侧面或底部的一部分的线圈，在本公开的范围内。任何线圈可以包括集中器。在另一实施方式中，产生器包括多个线圈致动器，其中加热单元池的天线可以包括多个线圈，这些线圈可以沿多个轴回缩。在示例性实施方式中，线圈可以水平回缩，然后垂直回缩。在一个实施方式中，产生器可以包括至少一个EM泵管加热器线圈和至少一个线圈致动器和至少一个EM泵磁体致动器。一个或多个加热器线圈可以在EM泵磁体回缩的情况下加热储罐外部的EM泵管部分，一个或多个线圈可以用一个或多个线圈致动器回缩，并且一个或多个EM泵磁体致动器可以在EM泵管冷却到低于内部熔融金属(诸如银)的熔点之前，移动EM泵磁倒支持泵送的位置。可以协调线圈回缩和磁体定位的运动。协调可以通过机械连接或通过控制器(诸如包括计算机和传感器的控制器)来实现。
在一个实施方式中，通过以下中的至少一个可以选择性地加热EM泵管5k6，同时保持EM泵磁体5k4冷却：(i)使用RF屏蔽和磁屏蔽或法拉第笼中的至少一个来减少RF功率入射EM泵磁体，(ii)使用集中器选择性地增强EM泵管处的电磁场并因此增加EM泵管中的RF电流和加热，其中集中器的磁场可以沿着避免与EM泵干扰的方向，诸如在EM泵电流的方向上或在EM泵管的方向上，(iii)使用选择性加热的RF线圈5f EM泵管5k6，(iv)使用传热装置，诸如传热块5k7、具有较大横截面的EM泵管或热导管，以将热量从加热的上部单元池组件传递到较少加热的EM泵管，和(v)通过冷却器诸如电磁泵热交换器5k1增加磁体冷却。储罐底板可以包括诸如陶瓷等材料，其抵抗来自感应耦合加热器的RF的吸收，使得EM泵管可以通过在相应的区域中施加的加热选择性地吸收更多的功率。
加热器线圈和电容器盒可以安装到致动器上，致动器可以在启动期间移动到加热位置，并且在不使用时回缩到存储室中。储存室可以包括外部压力容器室5b3a1中的部分，该部分还可包含功率调节器。线圈可以进一步用于水冷却储存室，其可以冷却功率调节器。移动加热器的装置可以包括本公开的装置，诸如电动机驱动的滚珠螺杆或可以安装在加热器存储室中的齿条和小齿轮机构。加热器储存室可以包括动力调节设备室。
在一个实施方式中，致动器可以包括驱动机构，诸如伺服电动机，其安装在凹陷腔室中，诸如在外部压力容器5b3b的基座中的凹陷腔室。伺服电动机或齿轮电动机可以驱动机械移动装置，诸如螺杆、活塞或齿条和小齿轮。线圈5f和用于感应耦合加热器的电容器中的至少一个可以通过移动装置移动，其中可以通过移动被移动的组件所附接的导向安装件来实现移动。在一个实施方式中，致动器可以至少部分地位于外部压力容器5b3a的外部。致动器可以至少部分地位于外部压力容器5b3b的基座的外部。提升机构可以包括气动、液压、电磁、机械或伺服电动机驱动机构中的至少一种。线圈可以用本领域技术人员已知的机械装置移动，诸如螺杆、齿条和小齿轮、及活塞。致动器可以包括至少一个具有活塞穿透部的提升活塞，活塞穿透部可以密封在波纹管中，其中垂直移动活塞的机构可以在压力容器5b3a的外部，诸如在外部压力容器5b3b的基座的外部。这种类型的示例性致动器包括MBE/MOCVD系统(诸如Veeco系统)，其包括示例性快门叶片波纹管。在一个实施方式中，致动器可以包括磁耦合机构，其中外部磁场可以引起外部压力容器5b3a内部的机械运动。磁耦合机构可以包括外部电动机、外部永磁体或电磁体、内部永磁体或电磁体以及机械运动装置。外部电动机可能引起外部磁体的旋转。旋转的外部磁体可以耦合到内部磁体以使其旋转。内部磁体可以连接到机械运动装置，诸如齿条和小齿轮或螺钉，其中旋转使装置移动线圈5f和电容器中的至少一个。致动器可以包括旋转磁场的电子外部源和内部磁耦合器。在一个实施方式中，可以在电子学上实现与内部磁体耦合的外部旋转磁场。旋转的外场可以由定子产生，并且耦合可以是内部转子，诸如电动机的内部转子。定子可以是电子换向型。在另一实施方式中，可以用高温润滑剂润(诸如MoS2或石墨)润滑彼此机械移动的致动器部件，诸如齿轮齿或滑动部件。
在诸如图2I95-2I149所示的实施方式中，电动机93(诸如伺服电动机或齿轮电动机)可以驱动机械运动装置，诸如带有轴承94a、活塞、齿条和小齿轮的滚珠螺杆94，或者悬挂在滑轮上的紧密电缆。天线和感应耦合加热器致动器盒中的至少一个可以附接到电缆，该电缆由通过电动机旋转的驱动滑轮移动。电动机93和诸如滚珠螺杆机构94的机械运动装置之间的驱动连接可以包括齿轮箱92。诸如齿轮电动机和机械运动装置(诸如齿条和小齿轮或球和螺钉94)，以及导轨92a的电动机可以在外部压力容器5b3a的内部或外部，诸如外部压力容器5b3b的基板的外部，并且可以进一步包括线性轴承95和轴承轴，其可以具有高温和高压中的至少一个。线性轴承95可以包括滑动材料(诸如Glyon)。轴承轴可以穿过外部压力容器腔室5b3a1，诸如穿过外部压力容器5b3b的基板，并且连接到加热器线圈5f和加热器线圈电容器盒中的至少一个，当轴通过机械运动装置向上或向下垂直驱动时，引起它们的垂直运动。线性轴承可以安装在凹陷腔室(诸如外压力容器5b3b基座的凹陷腔室)中。轴承轴可以通过孔穿过外压力容器5b3b的基板。用于感应耦合加热器的线圈5f和电容器90a中的至少一个可以通过移动装置移动，其中可以通过移动被移动的组件所附接的导向安装件来实现运动。
在一个实施方式中，单元池组件(诸如下半球5b41、上半球5b42、储罐5c和连接器)可以被加压到黑体辐射器的运行温度下的压力，诸如对应于10atm的银蒸气压的3000K。黑体辐射器可以用网状碳纤维瓶覆盖以保持高压。外部压力容器室5b3a1可以不加压以平衡反应单元池室5b31中的压力。外部压力容器可以具有大气压或低于大气压的压力。外部压力容器室5b3a1可以保持在真空下以避免热量传递到腔室壁。致动器可以包括位于外容器5b3a的基板5b3b处的密封轴承，用于通过控制器(诸如计算机)由外部电动机(诸如伺服或步进电动机控制器)驱动的转动或驱动轴的穿透。驱动系统可以包括步进电动机、同步皮带、紧固滑轮、驱动滑轮或用于增加扭矩的齿轮箱、编码器和控制器中的至少一个。驱动轴可以转动齿轮(诸如蜗轮、锥齿轮、齿条和小齿轮)、滚珠螺杆和螺母、斜板或其他机械装置以移动加热器线圈5f。用于驱动轴穿透部的轴承可以能够抵抗真空、大气压和高压中的至少一个。轴承可以在高温下运行。在一个实施方式中，轴承可以通过套环或管和凸缘配件从基板5b3b偏移，以将轴承定位在较低的运行温度环境中。
一种公认的现象是，与其液相平衡的任何气体的蒸气压是与其接触和平衡的最冷液体的蒸气压。在一个实施方式中，储罐5c中与反应单元池室5b31气氛接触的表面处的熔融金属液体的温度远低于反应单元池室5b31的温度，使得反应单元池室5b31中的金属蒸气压力比在黑体辐射器的温度下银蒸气压低得多。在示例性实施方式中，在与反应单元池室5b31气氛接触的表面处的银液体的温度在约2200℃至2800℃的范围内，使得反应单元池室5b31中的银蒸气压略高于一种气氛，其中高于此压力将导致在气-液界面处与液体冷凝。在一个实施方式中，单元池包括在反应单元池室5b31和储罐5c的内部之间建立高温梯度的装置。高温梯度可确保熔融金属液-气界面处于充分低于储罐5c的熔点的温度。温度还可提供所需的金属蒸气压。温度梯度装置可以包括隔热板、挡板、绝缘体中的至少一个，并且储罐直径变窄，并使反应单元池室5b31和储罐5c之间的开口变窄。另一种选择是使储罐壁厚度变窄，增加储罐壁面积，以及利用热交换器和诸如水冷辐射器的散热器来维持储罐冷却中的至少一种，以增加来自储罐的热传递。
在一个实施方式中，增加从反应单元池室5b31到储罐5c的液态金属界面的热梯度，其中反应单元池室5b31中的功率主要通过辐射传递，而熔融金属(诸如银)对熔融金属及其蒸气的发射率非常低，基本上所有来自反应单元池室5b31的功率都在液态银界面处被反射。在一个实施方式中，储罐被设计成利用功率反射回到反应单元池室5b31中。储罐可以包括反射器和挡板中的至少一个，以通过增加反射、减少传导和减少对流的机构中的至少一个在储罐5c处产生温度梯度。在另一实施方式中，熔融金属(诸如银)包含添加剂，该添加剂包含较低密度的材料，该材料可漂浮在液态金属的顶部上并改变界面处的发射率以增加功率反射。添加剂还可以执行增加金属蒸气的冷凝速率和降低金属蒸气的蒸发速率的至少一种功能。
在一个实施方式中，动力可以通过辅助系统电源的馈通件来向外部压力容器室5b3a1供电，该辅助系统电源为至少一个辅助系统供电，诸如至少一个感应耦合加热器、至少一个电磁泵、点燃系统和至少一个真空泵中的至少一个。在一个实施方式中，运行至少一个辅助系统的动力率由PV转换器26a的输出提供。辅助系统电源可以包括至少一个功率调节器，其接收来自外部压力容器室5b3a1内的PV转换器26a的功率输出并为至少一个辅助系统供电。辅助系统电源可以包括足以向辅助产生器负载提供动力的逆变器，诸如感应耦合加热器、至少一个电磁泵和点燃系统的辅助产生器负载。点燃系统可以由直接来自逆变器的AC动力供电，或者在动力调节之后间接供电。点燃系统可以由通过PV转换器26a供应的DC动力供电。PV转换器可以对能够输出期望电压和电流的电容器组充电，诸如在大约1V至100V的范围内的电压和在大约10A至100,000A的范围内的电流。PV的主要功率可以通过馈通件输出为DC功率。辅助负载的相应外部馈通件可以由包括来自PV转换器的内部调节功率的内部电源代替。在一个实施方式中，外部压力容器室5b3a1可以包括容纳至少一个功率调节器的功率调节设备室。功率调节设备室可以是热屏蔽、热绝缘和冷却中的至少一种。外部压力容器5b3a可以包括壳体，该壳体可在约大气压下运行，诸如大气压力在±100％之内。外部压力容器5b3a可以是任何所需的形状，诸如矩形。
产生器可以包括加热器系统。加热器系统可以包括可移动加热器、致动器、温度传感器(诸如热电偶)以及接收传感器输入的控制器，所述输入诸如单元池组件的温度，诸如上半球、下半球、储罐和EM泵组件的单元池组件的温度。热电偶可以包括热电偶阱中的一个热电偶，其提供对单元池内部温度的访问，诸如EM泵管内部的温度和储罐内部的温度中的至少一个。热电偶可以穿过EM泵管的壁穿入EM泵管和储罐中的至少一个。热电偶可以测量EM泵管和储罐的连接器的温度，诸如Swagelok温度，其可以在EM泵管内部测量。Swagelok温度可以用外部热电偶测量，该外部热电偶通过诸如结合装置等装置或诸如导热膏等热导体与Swagelok表面具有良好的热接触。热电偶可以安装在热电偶套管中，诸如在EM泵组装件5kk中焊接成一体。控制器可以驱动致动器以移动加热器线圈和控制加热器功率中的至少一个，以将单元池组件的温度控制在期望的范围内。每个范围可以高于熔融金属的熔点并低于单元池组件的熔点或破坏点。热电偶可以能够进行高温运行，诸如由硒化铅、钽组成的热电偶和本领域已知的其他热电偶。热电偶可以是电隔离的或偏置的，以防止对外部电源(诸如感应耦合加热器)的干扰。可以利用电绝缘的，耐高温的护套(诸如陶瓷护套)来实现电隔离。热电偶可以用红外温度传感器代替。光学传感器可以包括光纤温度传感器。至少一根光纤电缆可以将黑体辐射器5b4发射的光传输到光学热传感器，以测量黑体辐射器54b的温度。可以扫描的示例性光学温度传感器是Omega iR2P。可以对光学传感器进行空间扫描以测量产生器上的多个位置的温度。空间扫描可以通过致动器实现，诸如本公开或本领域技术人员已知的电磁或其他致动器。
测量下半球和上半球温度中的至少一个的热电偶可以是可回缩的。当测量的温度达到其运行的上限时，可发生反应。回缩器可以包括机械、气动、液压、压电、电磁、伺服电动机驱动或本领域技术人员已知的其他这种回缩器。回缩可以在冷却的PV转换器的以内或更远侧。高于热电偶运行温度的下半球和上半球中的至少一个的温度可以通过诸如高温计或光谱仪等光学传感器和PV转换器响应中的至少一个来测量。
在单元池启动后可以降低线圈。基板5b3b可以具有凹陷的壳体，用于线圈5f和安装在致动器上的相应电容器组中的至少一个。线圈可以包括水冷射频(RF)天线。线圈还可以用作热交换器以提供冷却水冷却。当线圈的运行温度由于来自反应单元池室5b31中的分数氢反应的加热而变得太高时，线圈可用于水冷却电磁泵，其中热量沿储罐5c传导到EM泵。单元池组件(诸如EM泵和储罐)可以是绝缘的，以在降低或终止加热功率的情况下保持组件的所需温度，其中天线还可以为非绝缘组件提供冷却。示例性的所需温度高于由EM泵注入的熔融金属的熔点。
在一个实施方式中，感应耦合加热器可以延伸到EM泵区域以加热EM泵管以在需要时(诸如在启动期间)保持熔融金属。磁体可以包括电磁辐射屏蔽，以反射来自感应耦合加热器的大部分加热功率。屏蔽可以包括高导电覆盖物，诸如包含铝或铜的覆盖物。EM泵磁体可以用RF反射器屏蔽，以允许线圈5f处于磁体水平。通过使用凹口线圈设计可以至少部分地实现避免加热EM泵磁体，其中凹口位于磁体位置。当EM泵功率降低时，感应耦合加热器功率可以增加，反之亦然，以保持稳定的温度，以避免引起EM泵和储罐连接器螺纹故障的快速变化。
EM磁体5k4可以包括用于内部冷却的导管。内部冷却系统可以包括两个同心水管线。水管线可以包括内部套管，其将水输送到磁体的EM-泵-管端部和外部返回水管线。水管线可以包括弯曲部或弯头，以允许外部压力容器5b3a通过基座5b3b垂直离开。每个磁体的两个同心内部水管线可以位于磁体的中心纵向轴线上。水管线可以压入磁体中的通道。内部冷却系统可以进一步包括传热膏以增加冷却线和磁体之间的热接触。内部水冷却线可以减小磁体冷却系统的尺寸，以允许加热器线圈5f在EM泵的区域中垂直移动。磁体可以包括非线性几何形状，以在泵管上提供轴向磁场，同时进一步提供紧凑设计。该设计可以允许线圈5f在磁体上通过。磁体可以包括L形，L形定向使得冷却线可以指向期望的方向以提供紧凑设计。水管线可以朝向外部压力容器5b3b的基座向下引导或者朝向两个储罐之间的中心水平地引导。考虑后一种情况的顺时针圆形路径，其遵循两个储罐的四个EM泵磁体的轴。磁极可以定向为S-N-S-N//S-N-S-N，其中//表示两组EM泵磁体，并且一个EM泵相对于另一个EM泵的电流定向可以颠倒。其他紧凑型磁体冷却设计在本公开的范围内，诸如磁体配合的冷却剂护套和线圈。
EM泵可以包括EM泵磁体5k4处的RF屏蔽，以防止磁体被感应耦合加热器线圈5f加热。当RF线圈5f以冷却模式与其接触时，屏蔽可以随后用作传热板，其中感应耦合加热器的RF关闭。在另一实施方式中，冷却剂管线可以穿过每个磁体穿过冷却剂回路中的磁体的侧面。可以使用其他冷却剂几何形状，其有利于从磁体移除热量，同时允许加热器线圈在垂直移动时通过它们。
在一个实施方式中，加热器通过加热储罐5c和容器中包含的熔融金属来间接加热泵管5k6。热量通过熔融金属(诸如银)、储罐壁和传热块5k7中的至少一各传递到泵管(诸如具有施加磁场的部分)。EM泵可以进一步包括温度传感器，诸如热电偶或热敏电阻。温度读数可以输入到控制系统，诸如可编程逻辑控制器和加热器功率控制器，其读取泵管温度并控制加热器以将温度保持在所需范围内，诸如高于金属的熔点并低于泵管的熔点，诸如在熔融金属的熔点的100℃内，诸如在熔融银的情况下，在1000℃至1050℃的范围内。
单元池组件(诸如下半球5b41、上半球5b42、储罐5c、传热块5k7和EM泵管5k6中的至少一个)可以是绝缘的。启动后可以拆除绝缘体。绝缘体可以是可重复使用的。绝缘体可以包括颗粒、珠粒、颗粒和薄片中的至少一种，诸如包含MgO、CaO、二氧化硅、氧化铝、硅酸盐(诸如云母)和氧化铝-硅酸盐(诸如沸石)中的至少一种的绝缘体。绝缘体可以包括沙子。可以干燥绝缘体以除去水。绝缘体可以保持在容器5e1(图2I102和2I103)中，容器5e1可以对来自感应耦合加热器的辐射透明。容器可以配置成允许加热器线圈5f沿垂直轴移动。在示例性实施方式中，包括沙子的绝缘体包含在玻璃纤维或陶瓷容器5e1中，其中加热器线圈可以沿着线圈5f内部的容器垂直移动。颗粒状绝缘容器5e1可以包括入口5e2和出口5e3。可以排空或添加绝缘体以改变绝缘。绝缘体可能通过重力从容器中排出。移除可以使得绝缘体从储罐的顶部到EM泵管的底部依次被移除。可以从离产生分数氢反应的最近到最远的顺序去除绝缘体。移除的绝缘体可以储存在绝缘储罐中。绝缘体可以通过将其返回容器来回收。绝缘体可以通过机械和气动装置中的至少一种返回。绝缘体可以通过螺旋钻或传送带机械移动。绝缘体可以用鼓风机或抽吸泵气动移动。可以通过本领域技术人员已知的其他方法移动绝缘体。在一个实施方式中，颗粒状绝缘体(诸如沙子)可以由传热介质(诸如铜喷丸)代替，该传热介质可以在产生器启动之后从存储容器添加以从储罐和EM泵中的至少一个移除热量。传热可以是感应耦合加热器的水冷天线。
反应可在有利的反应条件下自维持，诸如升高的单元池温度和等离子体温度中的至少一种。反应条件可以足够的速率支持热解以保持温度和分数氢反应速率。在其中分数氢反应变得自维持的实施方式中，可以终止至少一个启动电源，诸如加热器功率、点燃功率和熔融金属泵送功率中的至少一个。在一个实施方式中，当单元池温度充分升高时，电磁泵可以终止，以保持熔融金属的足够高的蒸气压，使得不需要金属泵送来维持所需的分数反应速率。升高的温度可高于熔融金属的沸点。在示例性实施方式中，包含黑体辐射器5b4的反应单元池室的壁的温度在约2900K至3600K的范围内，并且熔融银蒸气压在约5atm至50atm的范围内，其中反应单元池室5b31用作回流熔融银的锅炉，因此可以消除EM泵功率。在一个实施方式中，熔融金属蒸气压力足够高，使得金属蒸气用作导电基质，以消除对电弧等离子体的需要，从而消除对点燃电流的需要。在一个实施方式中，分数氢反应提供热量以将单元池组件(诸如储罐5c、下半球5b41和上半球5b42)保持在所需高温，使得可以移除加热器功率。所需温度可高于熔融金属的熔点。在一个实施方式中，可以利用至少一个可移除电源实现单元池启动，诸如可移动加热器、点燃和EM泵电源中的至少一个。一旦启动，单元池可以连续运行。在一个实施方式中，可以利用能量存储装置实现启动，所述能量存储装置诸如是电池和电容器中的至少一个，诸如超级电容器装置。可以通过产生器的电力输出或通过独立的电源对设备充电。在一个实施方式中，产生器可以在工厂使用独立的启动电源启动，并且在没有启动电源(诸如加热器、点燃和泵电源中的至少一个)的连续运行中运输。
在示例性实施方式中，
Figure GDA0003990253620001871
包括通过双EM泵注入包括碳下半球5b41和碳上半球5b42的反应单元池室5b31的碳储罐中的熔融铝(MP＝660℃，B.P.＝2470℃)或熔融银(MP＝962℃，B.P.＝2162℃)，所述双EM泵包括：不锈钢(诸如Hayes 230)、Ti、Nb、W、V和Zr紧固件(诸如Swageloks 5k9)中的至少一个，和不锈钢(诸如Haynes230或SS 316)、Ti、Nb、W、V和Zr EM泵管中的至少一个，碳或铁传热块5k7，不锈钢、Ti、Nb、W、V和Zr的具有泵管的粘性焊接的W端部喷嘴5k61和W喷嘴的喷嘴泵管的初始部分中的至少一个。每个EM泵管可以进一步包括点燃源汇流条，用于连接到电源2的端子，其包括与EM泵管相同的金属。在一个实施方式中，点燃系统可以进一步包括电路，该电路包括开关，该开关在闭合时使点燃源EM泵管汇流条短路以在启动期间加热泵管。在单元池运行期间处于打开位置的开关导致电流流过交叉的熔融金属流。碳传热块可以包括传热碳粉末以排列EM泵管的压痕。可以使储罐更长以降低EM泵组件(诸如紧固件5k9和EM泵管5k6)的温度。具有添加的氢源(诸如氩气-H2(3％))的HOH催化剂的氧化物源可以包括CO、CO2、LiVO3、Al2O3和NaAlO2中的至少一种。HOH可以在点燃等离子体中形成。在一个实施方式中，与熔融铝接触的单元池组件可以包括陶瓷，诸如SiC或碳。储罐和EM泵管和喷嘴可以包括碳。该组件可以包括金属(诸如不锈钢)，其涂覆有保护涂层，诸如陶瓷。示例性陶瓷涂层是本公开的那些，诸如石墨、硅铝酸盐耐火材料、AlN、Al2O3、Si3N4和赛隆陶瓷。在一个实施方式中，与熔融铝接触的单元池组件可以包括至少一种耐腐蚀材料，诸如Nb-30Ti-20W合金、Ti、Nb、W、V、Zr、和陶瓷(诸如石墨、硅铝酸盐耐火材料、AlN、Al2O3、Si3N4和SiAlON)。
在一个实施方式中，分流器包括EM泵，该EM泵可以位于两个储罐的连接区域。EM泵可以包括电磁体和永磁体中的至少一种。EM泵汇流条上的电流和电磁体电流中的至少一个的极性可以周期性地反转，以将返回的银引导到一个储罐然后到另一个储罐，以避免储罐之间的电短路。在一个实施方式中，点燃电路包括电二极管，以迫使电流沿一个方向通过双EM泵注射器液体电极。
在一个实施方式中，由碳构成的单元池组件涂覆有涂层(诸如碳涂层)，其能够在单元池组件的运行温度下保持约零蒸气压。黑体辐射器的示例性运行温度是3000K。在一个实施方式中，抑制施加到表面(诸如碳单元池组件(诸如黑体辐射器5b4或储罐5c)的外表面)的升华的涂层包括热解石墨、Pyrograph涂层(Toyo Tanso)、石墨化涂层(Poco/Entegris)、碳化硅，TaC或本公开或本领域已知的抑制升华的其他涂层。通过在涂层上施加并保持高气压，可以在高温下稳定涂层。在一个实施方式中，EM泵管5k6、电流汇流条5k2、传热块5k7、喷嘴5q和配件5k9可以包括Mo和W中的至少一种。在一个实施方式中，Swagelok-型和VCR-型配件5k9可以包括碳，其中储罐可以包括碳。碳配件可以包括衬里，诸如耐火金属网或箔，诸如W箔。在一个实施方式中，电极在馈通件10a和黑体辐射器5b4的下半球5b41和储罐器5c中的至少一个处穿透压力容器壁。电极8可以用电极O形环锁紧螺母8a1在原位锁定。电极汇流条9和10可以通过汇流条电流收集器9a连接到电源。电极穿透部可以涂覆有电绝缘体，诸如ZrO。由于C具有低导电性，所以电极可以用诸如石墨膏等密封剂直接在穿透部(诸如储罐壁处的穿透部)处密封。作为另选，可以在VCR或Swagelok馈通件的穿透部处密封电极。具有不同热膨胀系数的部件的机械连接(诸如EM泵管和储罐5c的基座与电极和储罐壁之间的VCR型或类Swage型的配件中的至少一个)可以包括可压缩的密封件，诸如碳垫圈或垫圈，诸如Perma-Foil或Graphoil垫圈或或垫圈或六角形氮化硼垫圈。垫圈可以包括：压制的MoS2，WS2，CelmetTM，诸如包括Co、Ni或Ti的材料，诸如多孔Ni C6NC(SumitomoElectric)，诸如布或带，诸如包括含有高氧化铝和耐火氧化物(诸如CotronicsCorporation Ultra Temp 391)的陶瓷纤维的材料，或本公开的其他材料。
在示例性实施方式中，反应单元池室功率为400kW，具有6英寸直径的碳黑体辐射器的运行温度为3000K，EM泵的泵送速率为约10cc/s，熔化银的感应耦合加热器功率为约3kW，点燃功率为约3kW，EM泵功率为约500W，反应单元池气体包括Ag蒸气和氩气/H2(3％)，外室气体包括氩气/H2(3％)，并且反应单元池和外室压力各自约为10atm。
可以对外部压力容器加压以平衡反应单元池室5b31的压力，其中后者的压力由于基质金属(诸如银)的蒸发而随温度升高。压力容器可以最初加压，或者压力可以随着反应单元池室温度的升高而增加。可以将氢气添加到压力容器中以渗透到反应单元池室中。在黑体辐射是各向同性碳的实施方式中，穹顶至少部分地可透过气体，诸如氢气和惰性气体(如氩气)中的至少一种，以平衡压力并将氢气供应到反应中。在一个实施方式中，可以通过控制氢气流到反应单元池室5b31中的分数氢反应来控制功率。可以通过吹扫或抽空氢来终止分数氢反应。可以通过使惰性气体(如氩气)流动来实现吹扫。
Figure GDA0003990253620001891
可以包括高压水电解槽，诸如包括质子交换膜(PEM)电解槽的电解槽，其具有高压水以提供高压氢。每个H2和O2室可以包括分别用于消除污染物H2和O2的再结合器。PEM可以用作阳极和阴极隔室的隔膜和盐桥中的至少一个，以允许在阴极处产生氢气和在阳极处产生氧气作为单独的气体。阴极可包含二硫属化物析氢催化剂，诸如包含铌和钽中的至少一种的催化剂，其可进一步包含硫。阴极可以包括本领域已知的阴极，诸如Pt或Ni。氢可以在高压下产生，并且可以直接或通过渗透(诸如渗透通过黑体辐射器)供应到反应单元池室5b31。
Figure GDA0003990253620001892
可以包括从阴极室到输送氢气到单元池的氢气管线。
Figure GDA0003990253620001893
可以包括从阳极室到输送氧气到储存容器或通风口的氧气管线。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001894
包括传感器、处理器和电解电流控制器。传感器可以感测以下中的至少一个：(i)至少一个腔室中的氢气压力，诸如电解阴极室、氢气管线、外室5b3a1和反应单元池室5b31，(ii)
Figure GDA0003990253620001895
的功率输出，和(iii)电解电流。在一个实施方式中，通过控制电解电流来控制向单元池中的氢供应。氢供应可随着电解电流的增加而增加，反之亦然。氢可以是高压下的至少一种并且包括低库存，使得可以通过控制电解电流以快速时间响应来控制向单元池的氢供应。
在另一实施方式中，氢可以通过使用供应的水和由
Figure GDA0003990253620001896
产生的热量进行热解来产生。热解循环可以包括本公开或本领域已知的热解循环，诸如基于金属及其氧化物(诸如SnO/Sn和ZnO/Zn中的至少一种)的热解循环。在其中感应耦合加热器、EM泵和点燃系统仅在启动期间消耗功率的实施方式中，氢可以通过热分解产生，使得辅助电力要求非常低。
Figure GDA0003990253620001897
可以包括诸如锂离子电池的电池，以为运行系统(诸如气体传感器和控制系统，诸如用于反应等离子体气体的控制系统)提供动力。
可以通过测量由于内部压力引起的至少一个单元池组件的伸展或位移来测量反应室5b31的压力。由于内部压力引起的延伸或位移可以在给定的反应室5b31温度下通过测量这些参数中的至少一个作为在给定反应室温度下由不可冷凝气体引起的内部压力的函数来校准。
在一个实施方式中，石墨单元池组件的涂层(诸如黑体辐射器、储罐和VCR-型配件的表面)可以包括热解石墨、碳化硅或本公开其他涂层或本领域已知的不与氢反应的涂层。通过在涂层上施加并保持高气压，可以在高温下稳定涂层。
在一个实施方式中，将负(还原)电位施加到单元池组件，诸如黑体辐射器5b4、储罐5c和泵管中的至少一个，其可以与H2O和氧中的至少一种发生氧化反应。产生器可以包括电压源、至少两个电引线、导电基质、正电极和对电极，以将负电压施加到单元池组件。在一个实施方式中，黑体辐射器5b4、一个储罐5c和一个EM泵5ka中的至少一个可以用负电压或还原电压偏置。该对电极8的负电极可以包括一个EM泵5ka、黑体辐射器5b4和一个储罐5c的组中的至少一个组件，使得该组件以负电压或还原电压偏置。电极8可以包括熔融金属注射器电极。导电基质可以包括等离子体和金属蒸气中的至少一种。
正熔融电极可以包括第一EM泵5ka和第一储罐5c，其与黑体辐射器5b4、其他或第二储罐5c和其他或第二EM泵5ka中的至少一个电隔离。第一储罐5c可以至少部分地包括电绝缘体。点燃功率和第一EM泵5ka的正偏压中的至少一个可以由电源2供应。第一正偏压EM泵5ka的第一注射器喷嘴5q可以浸没。浸没可以减少或防止等离子体和水反应中的至少一种对喷嘴的损坏。
黑体辐射器5b4、第二储罐5c和第二EM泵5ka中的至少一个可以以负电压或还原电压偏置。黑体辐射器5b4，第二储罐5c和第二EM泵5ka种的至少一个的点燃功率和负偏压中的至少一个可以由电源2供电。第二储罐可以包括电导体，诸如石墨。作为另选，第二储罐可以包括电绝缘体，并且单元池进一步包括从负偏置源(诸如点燃电磁汇流条5k2a)到黑体辐射器5b4的电短路。短路可以包括EM泵组装件5kk的导电部分和黑体辐射器5b4之间的电导体。示例性短路包括应用于氮化硼管的石墨蛤壳，其中蛤壳接触EM泵组装件5kk和黑体辐射器5b4。蛤壳还可以帮助吸收来自感应耦合加热器的RF辐射。黑体辐射器5b4、第二储罐5c和第二EM泵5ka可以以负偏压电连接。
负偏压可足以防止黑体辐射器5b4、第二储罐5c和第二EM泵5ka中的至少一个与H2O和氧中的至少一种反应。在反应单元池室5b31中的至少一种熔融金属蒸气(诸如银蒸气)和点燃以及分数氢反应支持的等离子体可以用作完成正电极和负偏压单元池组件(诸如黑体辐射器5b4、第二储罐5c和第二EM泵5ka中的至少一个)之间的电解电路的装置。H2O、H2、CO和CO2中的至少一种可以渗透通过黑体辐射器5b4和至少一个储罐5c中的至少一个。H2O、H2、CO和CO2中的至少一种可以通过通向反应单元池室5b31(诸如包含EM泵管5k6的反应单元池室)的通道供给。H2O可以用作H和HOH催化剂中的至少一种的来源。氢可以作为H源中的至少一种以形成分数氢并与氧反应形成水，其中氧可以是来自H2O的产物，H2O作为H源以形成分数氢。通过保持氢气、二氧化碳和一氧化碳中的至少一种的气氛，可以进一步抑制碳氧化反应。
在一个实施方式中，产生器可以仅包括第一储罐5c和包括熔融金属注射器电极的第一EM泵5ka。对电极可以包括黑体辐射器5b4。电极可以由电源2供电。熔融金属注射器电极可以是正的并且黑体辐射器电极是负的。可以至少部分地保护负偏压黑体辐射器免于与H2O和O2中的至少一种反应。气体(诸如CO、CO2、H2和H2O中的至少一种)可以通过本公开的系统和方法提供。H2O、H2、CO和CO2中的至少一种可以透过黑体辐射体5b4和储罐5c中的至少一个。H2O、H2、CO和CO2中的至少一种可以通过通向反应单元池室5b31(诸如包括EM泵管5k6的反应单元池室)的通道供给。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001911
包括熔融金属添加剂，其化学地防止氧化或化学还原至少一种氧化单元池组件，诸如EM泵管、黑体辐射器、入口上升管和喷嘴中的至少一种。可以将还原剂/保护剂添加到银中以防止EM泵管被H2O和O2中的至少一种氧化。添加剂可以包括本领域已知的还原剂，诸如硫代硫酸盐、Sn、Fe、Cr、Ni、Cu或Bi。添加剂可以减少碳反应单元池室与水、氧气、二氧化碳和一氧化碳中的至少一种的反应。当碳组件(诸如反应单元池室5b31)被正偏压时，添加剂可以保护碳免受氧化。添加剂可以包括碳、烃和氢中的至少一种。在另一实施方式中，熔融金属和添加剂中的至少一种可以涂覆或润湿单元池组件的壁以保护其免受氧化。可以保护EM泵管5k6的内部和反应单元池室5b31(诸如碳反应单元池室)中的至少一个。在由于涂层或润湿相应的气体不能渗透至单元池组件(诸如黑体辐射器5b4或反应单元池室5b31(诸如碳反应单元池室)中的至少一个)的情况下，所提供的分数氢反应物(诸如H2O)可以通过EM泵管5k6供应。
EM泵管也可以通过施加负电位来保护。可以使用点燃电源2施加负电位。可以将电位可逆地施加到双熔融金属注射器的两个EM泵管中的每一个。点燃电源2可以包括开关，该开关在每个点燃汇流条5k2a处循环地反转极性。
Figure GDA0003990253620001922
可以包括黑体辐射器5b4(诸如碳黑体辐射器)，还包括到电压源的负端子的汇流条。电压源可以包括点燃电源2。负汇流条可以连接到顶部滑动螺母，其连接储罐和黑体辐射器5b4的基座。到热碳部件的连接器(诸如顶部滑动螺母)可以包括碳以避免金属连接器的金属碳化物形成。可以通过延伸部进行任何金属碳连接，该延伸部将连接放置在连接温度低于将导致金属碳化物形成的区域中。负电位可以包括恒定的负电位。汇流条可以包括诸如Mo或W等耐火电导体。在一个实施方式中，向黑体辐射器提供负偏压的连接可以包括机械跳线，以与点燃汇流条和黑体辐射器的基座直接或间接地可逆地形成电连接。该连接可以包括至少一个可逆机械开关和包围储罐5c的一部分的导体，诸如在储罐外侧(诸如在BN管的外侧)的碳蛤壳。应避免化学不相容。例如，应避免包含铁的部件与包含铁的部件接触，因为铁和碳可反应形成碳化铁。
在通过电解还原或通过化学还原来还原氧化的单元池组件之后，可以使氧化的添加剂再生。电解还原可以通过施加到至少一个单元池组件的负电位来提供。反应单元池室气氛5b31可包含水蒸气。反应单元池室5b31可以包括电解单元池阴极，其中等离子体完成阴极和阳极之间的电路。阳极可以包括正偏压的熔融金属电极。在元池负(阴极)放电电极处(诸如反应单元池室5b31壁处)形成的氢可以保护电极(壁)免受H2O的氧化。水还原/氧化反应可以是
阴极：2H2O+2e-→H2+2OH- (41)
阳极：4OH-→O2+2H2O+4e- (42)
在一个实施方式中，EM泵管5k6的内部可涂覆有熔融金属涂层，以保护其免受反应单元池室5b31、储罐5c和EM泵管5k6中的至少一个中的物质(诸如水、CO2、CO和O2中的至少一种)的腐蚀。银润湿涂层可以保护
Figure GDA0003990253620001921
的至少一个组件。在一个实施方式中，可以处理至少一个金属表面(如EM泵管5k6内部的金属表面)，以去除氧化物涂层，以允许熔融金属(诸如银)润湿表面。可以去除氧化物涂层以改善穿过熔融金属(诸如银)的汇流条的导电性。可以通过至少一种方法除去氧化物涂层，诸如机械和化学除去中的一种或多种。氧化物涂层可以通过使用诸如钢丝刷等磨蚀工具或通过喷砂除去。氧化物涂层可以通过蚀刻剂(诸如酸，诸如HCl或HNO3)或还原剂(诸如氢)除去。熔融金属(诸如银)可以来自涂层以保护反应单元池室5b31、储罐5c和EM泵管5k6的内部。至少一个电极可以浸没以保护其免受等离子体的腐蚀或腐蚀。在一个实施方式中，反应单元池室的壁可包含银涂覆的碳中的至少一种，诸如各向同性碳、热解碳和银涂覆的热解碳。银涂层可以在单元池运行期间形成，或者可以通过涂覆方法施加，诸如等离子喷涂、电镀、气相沉积、冷喷涂和本领域技术人员已知的其他方法。
单元池组件可以包括材料和涂层中的至少一种，以防止或减少氧化反应，诸如被氧气和水蒸气中的至少一种氧化的反应。在一个实施方式中，EM泵管5k4可以包括锅炉级不锈钢或镍，或者管可以内部涂覆有镍。在一个实施方式中，耐火EM泵管5k61可以包括防水材料，诸如Mo超合金，诸如TZM。EM泵管5k61的喷嘴或注射部分可以包括碳，诸如热解碳。EM泵管的内部可涂覆有银以防止与水反应。在一个实施方式中，入口上升管5qa、EM泵管5k61的喷嘴部分和喷嘴5q中的至少一个可以包括对氧化稳定的耐火材料，诸如耐火氧化物，诸如MgO(M.P.2825℃)，ZrO2(M.P.2715℃)，对H2O稳定的氧化镁氧化锆，锆酸锶(SrZrO3M.P.2700℃)，HfO2(M.P.2758℃)，二氧化钍(M.P.3300℃)或本公开的其他耐火氧化物。反应单元池室5b31可以包括碳，诸如可以涂覆有保护银的热解碳。反应单元池室5b31可以是负偏压的，以保护其免受氧化。储罐可以包括氮化硼，其可以包括添加剂或表面涂层以保护其免受氧化，诸如CaO、B2O3、SiO2、Al2O3、SiC、ZrO2和AlN中的至少一种，其中水和氧中的至少一种可以包括氧化剂。氮化硼可以包括结晶结构，诸如BN，其不与水反应。反应混合物可包含添加剂，诸如HxByOz，其可包含抑制BN氧化的气体。在一个实施方式中，单元池组件(诸如储罐5c)可以包括耐火氧化物，诸如MgO(M.P.2825℃)、ZrO2(M.P.2715℃)、对H2O稳定的氧化镁氧化锆、锆酸锶(SrZrO3 M.P.2700℃)、HfO2(M.P.2758℃)、二氧化钍(M.P.3300℃)，其在运行温度下对氧化稳定。
在一个实施方式中，可以将气态氧源(诸如水蒸气、CO2、CO和O2)浮在反应单元池室5b31的顶部。除了金属蒸气(诸如银蒸气)之外，反应单元池室气体还包括致密气体(诸如氙)，由于水的较高浮力，所述致密气体使水蒸气移位到反应单元池室的顶部。在一个实施方式中，银蒸气保持在足以使水蒸气浮到反应单元池室顶部的压力下。水蒸气的向上位移可以防止其引起单元池(组件诸如EM泵管5b6)的腐蚀。可以通过EM泵管供应至少一种反应气体，诸如H2O和H2。
化学还原可以通过还原气体(诸如氢)来提供。示例性还原气氛包括Ar/H2(3％)气体。氢可以透过至少一个单元池组件，诸如黑体辐射器5b4和EM泵管5k6中的至少一个。EM泵管可以包括氢可渗透金属，诸如不锈钢(SS)(诸如430SS)、钒、钽或铌或镍。氢可以渗透或注入正EM泵管中。在这种情况下，可以避免产生氧的氧化反应，其中氧化可以包括：
阳极：2OH-+H2→2H2O+2e- (43)
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001941
进一步包括正电极，用于在正电极和至少一个单元池组件之间施加电位的偏置电源，以及偏置电源的控制器。正电极可以包括熔融金属电极。正电极可以包括至少一部分熔融金属，诸如银，诸如在黑体辐射器5b41的储罐5c或下半球中的至少一个中的熔融金属。正电极可以包括对氧化稳定的导体，诸如贵金属，其也可以是耐火金属，诸如Pt、Re、Ru、Rh或Ir。正偏压可以施加在EM泵管外部，使得管的内部不是正偏压的。泵管的内部可以包括法拉第笼。EM泵管可以包括正电极，其是浸没的并且涂覆有在表面上流动的银的至少一种的正电极。流动的银可以在喷嘴和EM泵管中的至少一个中形成孔。孔可以选择性地在暴露于等离子体的EM泵管部分上。
通过单元池组件和正电极之间负偏压的施用可以保护至少一个单元池组件(诸如黑体辐射器54b、储罐5c和EM泵5ka中的至少一个)免受单元池反应物或产物(诸如氧源、CO、CO2、H2O和O2中的至少一种)氧化。偏置电位可以是至少引起单元池组件的氧化物还原中的至少一种并防止单元池组件氧化的电位。偏置电压可以在约0.1V至25V，0.5V至10V和0.5V至5V的至少一个范围内。正电极可以是消耗电极和可更换电极中的至少一种。正电极可包含碳。碳正电极可以附接到正EM泵管和喷嘴5q，其中正电极可以比喷嘴的尖端更靠近反应单元池室。正电极可以与正EM泵管和喷嘴电接触。氢和氧中的至少一种的来源可以包括H2O。分数氢反应产物可以包括H2(1/p)，诸如H2(1/4)和氧。正电极可与氧产物反应。碳电极可与过量氧反应并形成CO2。可以从反应单元池室5b31中除去CO2。可以通过泵送和扩散通过至少一个单元池组件(诸如黑体辐射器5b4)中的至少一种来去除CO2。
在图2I80-2I173所示的实施方式中，惰性气体、水或水蒸气、氢气和氧气中的至少一种可通过注入泵管5k6中(诸如在喷嘴5q末端处)和注入反应单元池室5b31中的至少一种供应至反应单元池室5b31。产生器可以包括至少一种惰性气体、水或水蒸气、氢气和氧气源，诸如罐和输送管线。阀(诸如流量阀或压力阀，诸如电磁阀)可以控制注射。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620001942
可以包括注水器，该注水器包括喷嘴、水管、流量和压力控制器、水源(如水箱)、以及蒸发水以形成气态H2O的装置中的至少一个。蒸发水以形成气态H2O的装置可以包括水蒸气产生器。流入单元池内部的水可以防止熔融金属回流到喷嘴中。喷嘴开口或孔口的尺寸可以使得维持分数氢反应的最小所需流速可以由管线中的水压提供，该水压至少是应单元池室5b31的压力。增加管线中的水压可以提供更高的供水速率。喷嘴和喷嘴孔中的至少一个可以包括由于高压水注入而耐腐蚀和侵蚀的材料。材料(诸如陶瓷，诸如氧化物陶瓷，诸如Al2O3、氧化锆或氧化铪)可以非常坚硬并且抗氧化。
在一个实施方式中，HOH催化剂源和H源包括注入到电极中的水。施加高电流以引起点燃为发光的发光等离子体。水源可以包括结合水。注入电极的固体燃料可以包括水和高导电性基质，诸如熔融金属，诸如银、铜和银-铜合金中的至少一种。固体燃料可包含含有结合水的化合物。可以提供给点燃的结合水化合物可以包括水合物，诸如BaI2 2H2O，其分解温度为740℃。可以包含结合水的化合物可以与熔融金属(诸如银)混溶。可混溶的化合物可以包括助熔剂，诸如水合Na2CO3、KCl、碳、硼砂(诸如Na2B4O7·10H2O)、氧化钙和PbS中的至少一种。结合水化合物对于水损失是稳定的，直至熔融金属的熔点。例如，结合水可以稳定至超过1000℃，并且在点燃事件中失去水。包含结合水的化合物可包含氧。在释放氧的情况下，熔融金属可包含银，因为银在其熔点下不形成稳定的氧化物。包含结合水的化合物可包含氢氧化物，诸如碱金属、碱土金属、过渡金属、内过渡金属、稀土元素、第13族、第14族、第15族和第16族氢氧化物中的至少一种，和诸如滑石的矿物质，由水合硅酸镁组成的矿物质(化学式为H2Mg3(SiO3)4或Mg3Si4O10(OH)2)，白云母或云母，铝和钾的页硅酸盐矿物(分子式为KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2或(KF)2(Al2O3)3(SiO2)6(H2O)。在一个实施方式中，脱水化合物用作干燥剂以维持低反应单元池室压力。例如，当加热到800℃时，氢氧化钡分解成氧化钡和H2O，并且所得BaO的沸点是2000℃，使得它在2300K以上的等离子体温度下保持基本上蒸发。在一个实施方式中，水源包括氧化物和也可以用作H源的氢。氢源可以包括氢气。氧化物可以通过氢还原形成H2O。例氧化物可以包括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中的至少一种。可以控制H2O化合物源、H2O化合物源的浓度、反应单元池室中的水蒸气压力、运行温度和EM泵送速率中的至少一种以控制供应给点燃的水的量。H2O化合物源的浓度可以在约0.001摩尔％至50摩尔％、0.01摩尔％至20摩尔％和0.1摩尔％至10摩尔％的至少一个范围内。在一个实施方式中，水溶解到燃料熔体中，诸如包含银、铜和银-铜合金中的至少一种的熔体。水的溶解度随着与熔体接触的水的分压(诸如反应单元池室的水蒸气分压)而增加。反应单元池室中的水压可以与单元池室中的水蒸气压力平衡。平衡可以通过本公开的方装置实现，诸如用于其他气体(如氩气)的方法。反应单元池室水蒸气压可以在约0.01Torr至100atm、0.1Torr至10atm和0.5Torr至1atm的至少一个范围内。EM泵送速率可以在约0.01ml/s至10,000ml/s、0.1ml/s至1000ml/s和0.1ml/s至100ml/s的至少一个范围内。
Figure GDA0003990253620001961
可以包括辐射热交换器和辐射锅炉中的至少一个(图2I153-2I160)。
Figure GDA0003990253620001962
可以包括辐射能量吸收器，诸如围绕黑体辐射器5b4的主热交换器87。辐射能吸收器可以包括黑体吸收器，诸如碳吸收器，并且可以进一步包括锅炉管以接收来自黑体吸收器的热量，其中水蒸气可在管中形成并通过热水或水蒸气出口111排出。管可嵌插在黑体吸收器中。水蒸气可以输送到负载，诸如市政水蒸气加热系统。
Figure GDA0003990253620001963
可以包括次级热交换器87a，其可以通过主热交换器87传递从黑体辐射器5b4或反应单元池室5b31吸收的热量，并将热量传递给第二介质，诸如固体、液体或气体介质。在一个实施方式中，次级热交换器可以将热量传递给可以通过风扇31j1经过热交换器87a或在热交换器87a上方吹过的空气。空气可以离开热空气管道112以流到热负载处。
在图2I156-2I160所示的热产生器实施方式中，冷的冷却液(诸如冷水)通过进水口113供应到热产生器，并且通过水蒸气和热水出口11中的至少一个输出热水和水蒸气中的至少一种。反应单元池室5b31中产生的热量可以辐射到上部加热器交换器114的锅炉管，以在锅炉室116中产生水蒸气。水蒸气锅炉进一步包括能够高压的上部热交换器和锅炉室壳体5b3a和基板5b3b。来自储罐5c和下部单元池组件的热量可以辐射到下部热交换器115，以形成离开出口111的热水和水蒸气中的至少一种。在一个实施方式中，锅炉管可以携带热水而不是水蒸气。
Figure GDA0003990253620001964
动力可以以直接辐射、热空气、热水和蒸气的形式用作热能。在另一实施方式中，锅炉或热交换器可以包括液滴辐射器，其包括颗粒吸收剂，诸如夹带在气流或流体流中的气溶胶或金属蒸气，其中颗粒吸收热通量并将其转移到移动的气体或液体冷却剂。液滴冷却系统可以包括液滴喷射和收集系统，诸如包括喷墨打印机的系统。从黑体辐射器到颗粒吸收器的热传递本质上可以主要是辐射的。包含耐火颗粒和具有高传热能力的气体的示例性实施方式包括悬浮在氢气或氦气流中的钨微粒。
在另一实施方式中，锅炉或热交换器可以包括传热介质，诸如固体、液体或气体介质以将热量从反应单元池室5b31或黑体辐射器5b4中的至少一个传递至锅炉的冷却剂或热交换器。传热机构可以包括辐射、对流和传导中的至少一种。示例性液体传热介质包括水、熔融金属和熔融盐中的至少一种。示例性的气体传热介质可以包括惰性气体、氢气、氦气、稀有气体和氮气中的至少一种。锅炉或热交换器可以包括气体传热介质和调节其压力的装置，诸如供应装置(诸如罐)、调节器、压力计、泵和控制器的供应，以实现期望的恒定或期望的可变压力以控制传热速率。
Figure GDA0003990253620001971
可以包括热交换器87(诸如反应单元池室5b31外表面5b4上的翅片)以加热流动的工作介质，诸如冷却剂，诸如熔融盐，诸如低共熔混合物、熔融金属、水或气体(如空气)。热交换器还可以包括在吸热器上的吸热器和传热翅片，其中吸热器可以从黑体辐射器5b4吸收热量。翅片可与气体或液体冷却剂/工作介质交换热量。吸收器可以包括高辐射率材料，诸如碳。布雷顿循环系统可以包括封闭的加压气体回路和涡轮机，以及环境热交换器，其中气体由
Figure GDA0003990253620001972
加热，在最高压力下流入燃气轮机，并且可以通过热交换器通过向周围环境的热量损失而使涡轮机后端的压力下降。化学系统可以包括诸如热分解系统的装置，以使用来自分数氢反应的热量将水转化为H2。氢气可以用于已知的转换器，诸如燃气轮机或燃料单元池，诸如PEM燃料单元池，以产生电力。作为另选，电化学循环可以包括具有氢负离子电解质、氢阴极和金属氢负离子阳极的燃料单元池。金属氢负离子可以热分解以维持可逆的金属氢负离子/金属加氢循环，其使用来自分数氢过程的热量来发电。氢负离子燃料单元池在本发明人的在先申请中描述，诸如美国专利申请，诸如2011年3月17日提交的电化学氢催化剂动力系统，PCT/US11/28889；2012年3月30日提交的基于H2O的电化学氢-催化剂动力系统，PCT/US12/31369；13年5月21日提交的CIHT动力系统，PCT/US13/041938；2014年1月40日提交的PCT动力产生系统及其方法，PCT/Ib2014/058177，以其整体通过引用并入本文。
在一个实施方式中，可以组合多个产生器以提供期望的功率输出。多个产生器可以串联和并联中的至少一个互连，以实现所需的功率输出。组合产生器的系统可以包括控制器，以控制产生器之间的串联和并联连接中的至少一个，以控制多个组合产生器的叠加输出电力的功率、电压和电流中的至少一个。多个产生器可各自包括功率控制器以控制功率输出。功率控制器可以控制分数氢反应参数以控制产生器功率输出。每个产生器可以包括PV转换器26a的PV单元池或PV单元池组中的至少一个之间的开关，并且进一步包括控制器，以控制PV单元池或PV单元池组之间的串联和并联连接中的至少一个。控制器可以切换互连以实现从PV转换器输出的期望电压、电流和电功率中的至少一个。组合的多个产生器的中央控制器可以控制组合产生器之间的串联和并联互连，至少在产生器上的分数氢反应参数，以及多个组合产生器中的至少一个产生器的至少一个PV转换器的PV单元池或PV单元池组之间的连接中的至少一个。中央控制器可以直接或通过各个产生器控制器控制产生器和PV连接和分数氢反应参数中的至少一个。功率输出可以包括DC或AC动力。每个产生器可以包括DC到AC逆变器，诸如逆变器。作为另选，多个产生器的DC动力可以通过产生器之间的连接组合，并且使用DC到AC转换器(诸如能够转换叠加的DC动力的逆变器)转换成AC动力。PV转换器和组合产生器系统中的至少一个的示例性输出电压是大约380V DC或780V DC。约380V输出可以转换成两相AC。约760V输出可以转换成三相AC。可以将AC动力转换为另一个期望的电压，诸如约120V、240V或480V。可以使用变压器来变换AC电压。在一个实施方式中，可以使用IGBT将DC电压改变为另一DC电压。在一个实施方式中，逆变器的至少一个IGBT也可以用作感应耦合加热器5m的IGBT。
在一个实施方式中，转换器包括多个组合转换器，以包括组合循环转换器。组合循环转换器可选自下组：光伏转换器、光电转换器、等离子体功率转换器、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和极紫外光。转换器可以包括组合循环转换器，其包括光电子转换器，然后是光电转换器，其中光电转换器对紫外光是透明的并且可以主要响应于极紫外光。转换器还可以包括另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、兰金循环发动机和磁流体动力转换器中的至少一个。
磁流体动力(MHD)转换器
基于在交叉磁场中形成离子或导电介质的质量流量的电荷分离是众所周知的磁流体动力学(MHD)功率转换。正离子和负离子在相反的方向上经历洛伦兹方向并且在相应的MHD电极处被接收以影响它们之间的电压。形成离子质量流量的典型MHD方法是通过喷嘴将接种有离子的高压气体膨胀，以产生通过交叉磁场的高速流动，其中一组MHD电极相对于偏转场交叉到接收偏转的离子。在一个实施方式中，压力通常大于大气压，并且定向质量流量可以通过分数氢反应形成等离子体和高导热、高压和高温的熔融金属蒸气来实现，所示熔融金属蒸气膨胀以产生通过MHD转换器的交叉磁场部分的高速流动。可以通过MHD转换器的流动可以是轴向的或径向的。利用限制磁体(诸如亥姆霍兹线圈或磁瓶)可以实现进一步的定向流动。
具体而言，图2I161-2I192所示的MHD电力系统可以包括本公开的分数氢反应等离子体源(诸如包含EM泵5ka的等离子体源)、至少一个储罐5c、至少两个电极(诸如包含双熔融金属注射器5k61的电极)、分数氢反应物源诸如HOH催化剂源和H、点燃系统，其包括用于向电极施加电压和电流以形成来自分数氢反应物的等离子体的电源2，以及MHD电力转换器。包括分数氢反应等离子体源和MHD转换器的MHD电力系统的组件可以包括抗氧化材料(诸如抗氧化金属)、包含抗氧化涂层的金属和陶瓷中的至少一种，使得系统可以在空气中运行。在双熔融金属注射器实施方式中，通过保持包括间歇电流的脉冲注射来实现高电场。等离子体由银流断开和重新连接脉冲。可以施加电压直到双熔融金属流连接。通过引起金属流的相应高频率的断开-重新连接，脉冲可以包括高频。连接-重新连接可以自发地发生，并且可以通过诸如本公开的方式和通过本公开的熔融金属注射速率控制至少一个分数氢反应功率来控制，诸如通过控制EM泵电流。在一个实施方式中，点燃系统可以包括电压和电流源，诸如DC电源和一组电容器，以输送具有高电流脉冲容量的脉冲点燃。
图2I161-2I192中所示的磁流体动力功率转换器可以包括横向于z轴的磁通量源，轴向熔融金属蒸气和等离子体的流动流过MHD转换器300的方向。由于气体沿z轴的膨胀，导电流可以沿z轴具有优先速度。利用诸如亥姆霍兹线圈或磁瓶等限制磁体可以实现进一步的定向流动。因此，金属电子和离子传播到横向磁通量的区域中。传播电子和离子的洛伦兹力由下式给出
F＝ev×B (44)
该力横向于电荷的速度和磁场，并且在正离子和负离子的相反方向上。因此，形成横向电流。横向磁场源可以包括作为沿z轴的位置的函数的不同强度提供横向磁场的组件，以便优化具有平行速度分散的流动电荷的交叉偏转(式(44))。
储罐5c熔融金属可以处于液态和气态中的至少一种状态。储罐5c熔融金属可以被定义为MHD工作介质并且可以被称为MHD工作介质或被称为熔融金属，其中隐含的是熔融金属可以进一步处于液态和气态中的至少一种状态。也可以使用诸如熔融金属、液态金属、金属蒸气或气态金属等特定状态，其中也可以存在另一种物理状态。示例性熔融金属是银，其可以处于液态和气态中的至少一种。MHD工作介质可以进一步包括添加剂，该添加剂包括添加金属(在运行温度范围内可以处于液态和气态中的至少一种)、化合物(诸如可以在运行温度范围内处于液态和气态中的至少一种的本发明的化合物)、和气体(诸如稀有气体(如氦或氩气)、水、H2、和本公开的其他等离子体气体中的至少一种)中的至少一种。MHD工作介质添加剂可以与MHD工作介质成任何所需的比例。在一个实施方式中，选择介质和添加剂介质的比率以给出MHD转换器的可选电转换性能。工作介质(诸如银或银-铜合金)可以在过饱和条件下运行。
在一个实施方式中，MHD电力产生器300可以包括法拉第、通道霍尔和盘霍尔类型中的至少一个。在通道霍尔MHD实施方式中，膨胀或产生器通道308可以沿z轴垂直定向，其中熔融金属等离子体(诸如银蒸气和等离子体)流过加速器部分，诸如限制器或喷嘴喉部307，随后是膨胀部分308。通道可以包括螺线管磁体306，诸如超导或永磁体，诸如横向于沿x轴的流动方向的Halbach阵列。磁体可以通过MHD磁体安装支架306a固定。磁体可以包括液体冷冻剂，或者可以包括具有或不具有液体冷冻剂的低温冰箱。低温冰箱可以包括干燥稀释冰箱。磁体可以包括用于磁场的返回路径，诸如磁轭，诸如C形或矩形后轭。示例性永磁材料是SmCo，示例性轭材料是磁性CRS、冷轧钢或铁。产生器可以包括至少一组电极，诸如沿y轴的分段电极304，横向于磁场(B)以接收横向洛伦兹偏转离子，其在MHD电极304上产生电压。在另一实施方式中，至少一个通道(诸如产生器通道308)可以包括除具有平面壁的几何形状之外的几何形状，诸如圆柱形壁通道。磁流体动力由Walsh描述[E.M.Walsh,EnergyConversion Electromechanical,Direct,Nuclear,Ronald Press Company,NY,NY,(1967),第221-248页]，其全部内容通过引用并入本文。
MHD磁体306可以包括永磁体和电磁体中的至少一种。电磁体306可以是非冷却的、水冷的和具有相应低温管理的超导磁体中的至少一种。示例性磁体是螺线管或鞍形线圈，其可以磁化MHD通道308和可以磁化盘通道的跑道线圈。超导磁体可以包括低温冰箱和低温-杜瓦系统中的至少一个。超导磁体系统306可以包括(i)超导线圈，其可以包括NbTi或NbSn的超导线绕组，其中超导体可以包覆在诸如铜线的普通导体(诸如铜线)上，以防止由装置引起的超导体状态的瞬态局部淬火，所述装置如振动或高温超导体(HTS)，诸如YBa2Cu3O7，通常称为YBCO-123或简称YBCO，(ii)在线圈两侧提供液氦的氦杜瓦，(iii)在螺线管磁体的内半径和外半径上具有液氮的液氮杜瓦，其中液氦和液氮杜瓦可以包括辐射挡板和辐射屏蔽，其可以包括铜、不锈钢和铝中的至少一种以及壁处的高真空绝缘体，和(iv)可以连接制冷泵和压缩机的每个磁体的入口，其可以通过其输出电源端子由
Figure GDA0003990253620002013
产生器的功率输出供电。
在一个实施方式中，磁流体动力功率转换器是分段法拉第产生器。在另一实施方式中，由离子流的洛伦兹偏转形成的横向电流在平行于离子输入流(z轴)的方向上经历进一步的洛伦兹偏转，以在至少第一MHD电极和沿z轴相对移位的第二MHD电极之间产生霍尔电压。这种装置在本领域中称为磁流体动力功率转换器的霍尔产生器实施方式。具有相对于xy平面中的z轴成角度的MHD电极的类似装置包括本发明的另一实施方式，并且被称为具有“窗框”结构的对角线产生器。在每种情况下，电压可以驱动电流通过电负载。分段法拉第产生器、霍尔产生器和对角线产生器的实施方式在以下文献中给出：[J.F.Louis,V.I.Kovbasyuk,Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation,MPetrick,和B.Ya Shumyatsky,Editors,Argonne National Laboratory,Argonne,Illinois,(1978),第157-163页]，将其全部内容通过引用并入本文。
在磁流体动力功率转换器的其他实施方式中，具有v||＞＞v⊥的沿z轴的离子流可以随后进入包括增加轴向磁场梯度的压缩部分，其中由于绝热不变量
Figure GDA0003990253620002011
平行于z轴V||方向的电子运动组件至少部分地转换成垂直运动v⊥。在z轴周围形成由于v⊥的方位角电流。通过轴向磁场在运动平面中径向偏转电流，以在盘式发电机磁流体动力功率转换器的内环和外环MHD电极之间产生霍尔电压。电压可以驱动电流通过电负载。等离子体功率还可以使用
Figure GDA0003990253620002012
直接转换器或本公开或本领域已知的其他电力装置的等离子体转换成电力。
MHD产生器可以包括接收膨胀流的冷凝器通道部分309，并且产生器进一步包括回流通道或导管310，其中MHD工作介质(诸如银蒸气)在其失去冷凝器部分中的温度、压力和能量中的至少一个时冷却，并通过通道或导管310流回储罐。产生器可以包括至少一个返回泵312和返回泵管313，以将返回流泵送到储罐5c和EM泵注射器5ka。返回泵和泵管可以泵送液体、蒸气和气体中的至少一种。返回泵312和返回泵管313可以包括电磁(EM)泵和EM泵管。EM泵的入口可以具有比出口泵管直径更大的直径，以增加泵出口压力。在一个实施方式中，返回泵可以包括EM泵-注射器电极5ka的注射器。在双熔融金属注射器实施方式中，产生器包括返回储罐311，每个返回储罐具有相应的返回泵，诸如返回EM泵312。返回储罐311可以平衡返回的熔融金属(诸如熔融银流)和液态银混合的冷凝或分离的银蒸气中的至少一个。储罐311可以包括热交换器以冷凝银蒸气。储罐311可以包括第一级电磁泵，以优先泵送液态银以将液体与气态银分离。在一个实施方式中，液态金属可以通过离心力选择性地注入到返回EM泵312中。返回管道或返回储罐可以包括离心机部分。离心机储罐可以从入口到出口逐渐变细，使得离心力在顶部比在底部更大，以迫使熔融金属到达底部并将其与气体(诸如金属蒸气和任何工作介质气体)分离。作为另选，
Figure GDA0003990253620002021
可以安装在离心台上，所述台围绕垂直于返回熔融金属流动方向的轴旋转，以产生离心力从而分离液态和气态物质。
在一个实施方式中，冷凝的金属蒸气流入两个独立的返回储罐311，并且每个返回EM泵312将熔融金属泵送到相应的储罐5c中。在一个实施方式中，两个返回储罐311和EM泵储罐5c中的至少一个包括液位控制系统，诸如本公开的液位控制系统，诸如入口上升管5qa。在一个实施方式中，返回熔融金属可以以更高或更低的速率被吸入返回储罐311，这取决于返回储罐中的液位，其中抽吸速率由相应的液位控制系统(诸如入口上升管)控制。
在一个实施方式中，MHD转换器300可以进一步包括至少一个加热器，例如感应耦合加热器。加热器可以预热与MHD工作介质接触的组件，例如反应单元池室5b31、MHD喷嘴部分307、MHD产生器部分308、MHD冷凝部分309、返回导管310、返回储罐311、返回EM泵312和返回EM泵管313中的至少一个。加热器可以包括至少一个致动器以接合和回缩加热器。加热器可以包括多个线圈和线圈部分中的至少一个。线圈可以包括本领域已知的线圈。线圈部分可以包括至少一个分开线圈，诸如本公开之一分开线圈。在一个实施方式中，MHD转换器可以包括至少一个冷却系统，诸如热交换器316。MHD转换器可以包括冷却器，其用于单元池和MHD组件(诸如下组中的至少一种：腔室5b31、MHD喷嘴部分307、MHD磁体306、MHD电极304、MHD产生器部分308、MHD冷凝部分309、返回导管310、返回储罐311、返回EM泵312和返回EM泵管313)中的至少一个。冷却器可以移除MHD流动通道中的热量损失，诸如从腔室5b31、MHD喷嘴部分307、MHD产生器部分308和MHD冷凝部分309中的至少一个损失的热量。冷却器可以从MHD工作介质返回系统(诸如回导管310、返回储罐311、返回EM泵312和返回EM泵管313中的至少一个)移除热量。冷却器可以包括辐射热交换器，其可将热量排放到环境大气中。
在一个实施方式中，冷却器可以包括再循环器或换热器，其将能量从冷凝部分309传递到储罐5c、反应单元池室5b31、喷嘴307和MHD通道308中的至少一个。传递的能量(诸如热量)可以包括来自剩余热能、压力能和工作介质的蒸发热中的至少一种的热量，诸如包括汽化金属、动力学气溶胶和诸如稀有气体的气体中的至少一种的热量。热导管是无源两相装置，能够在几米的距离下以几十度的温度降传输大的热通量，诸如高达20MW/m2；因此，仅使用少量工作流体就可以显著降低材料上的热应力。钠和锂热导管可以传递大的热通量并且沿轴向几乎保持等温。锂热导管可以传输高达200MW/m2。在一个实施方式中，热导管(诸如熔融金属热导管，熔融金属如液体碱金属，诸如包含在耐火金属(诸如W)中的钠或锂)可以从冷凝器309传递热量并将其再循环到反应单元池室5b31或喷嘴307中。在一个实施方式中，至少一个热导管回收银蒸发热并使其再循环，使得回收的热功率是输入到MHD通道308中的功率的一部分。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002031
的至少一个组件(诸如包含MHD转换器的组件)可以包括热导管，其用于将来自
Figure GDA0003990253620002032
动力产生器的一个部件的热量传递到另一个，和将来自加热器(诸如感应耦合加热器)的热量传递至
Figure GDA0003990253620002033
组件(诸如EM泵管5k6、储罐5c、反应单元池室5b31和MHD熔融金属返回系统(诸如MHD返回导管310、MHD返回储罐311、MHD返回EM泵312和MHD返回EM管))中的至少一种。作为另选，可以在烘箱(诸如本领域已知的烘箱)内加热至少一个
Figure GDA0003990253620002034
组件。在一个实施方式中，可以加热至少一个
Figure GDA0003990253620002035
组件以至少启动运行。加热器可以是电阻加热器或感应耦合加热器。在一个实施方式中，分数氢反应的热量可以在一个
Figure GDA0003990253620002036
组件处加热。在示例性实施方式中，加热器(诸如感应耦合加热器)加热EM泵管5k6、储罐5c和至少反应单元池室5b31的底部。至少一个其他组件可以通过分数氢反应的热释放加热，诸如反应单元池室5b31顶部、MHD喷嘴307、MHD通道308、MHD冷凝部分309和MHD熔融金属返回系统(诸如MHD返回导管310、MHD返回储罐311、MHD返回EM泵312和MHD返回EM管)中的至少一个。在一个实施方式中，MHD熔融金属返回系统(诸如MHD返回导管310、MHD返回储罐311、MHD返回EM泵312和MHD返回EM管)可以用高温熔融金属或金属蒸气加热，诸如熔融银或具有以下至少一个范围内的温度的蒸气：约1000℃至7000℃、1100℃至6000℃、1100℃至5000℃、1100℃至4000℃、1100℃至3000℃、1100℃至2300℃、1100℃至2000℃、1100℃至1800℃和1100℃至1500℃。可以使高温熔融金属或金属蒸气流过具有旁通的MHD组件，或禁止MHD转换成电。可以通过去除电场或通过电短路电极来实现停止(disablement)。
在一个实施方式中，单元池的至少一个组件和MHD转换器可以是绝缘的，以预防热损失。腔室5b31、MHD喷嘴部分307、MHD产生器部分308、MHD冷凝部分309、返回导管310、返回储罐311、返回EM泵312和返回EM泵管313的组中的至少一个可以绝缘的。从绝缘体中损失的热量可以在相应的冷却器或热交换器中消散。在一个实施方式中，工作液体(诸如银)可以用作冷却剂。可以增加EM泵注射速率以提供银以吸收热量以冷却至少一个单元池或MHD组件(诸如MHD喷嘴307)。银的蒸发可以冷却喷嘴MHD307。再循环器或换热器可以包括用于冷却的工作介质。在示例性实施方式中，将银泵送到待冷却的组件上并注入反应单元池室和MHD转换器中以回收热量同时提供冷却。
至少高压组件(诸如储罐5c、反应单元池室5b31和MHD转换器307和308的高压部分)可以保持在包含壳体5b3a和5b3b的压力腔室5b3a1中。压力腔室5b3a1可以保持在至少平衡高内部反应室5b31和MHD喷嘴307和MHD产生器通道308的至少一部分的压力。压力平衡可以减小产生器组件(诸如储罐5c和EM泵组装件5kk之间的组件)的连接件上的应变。高压容器5b3a可以选择性地容纳高压组件(诸如反应单元池室5b31、储罐5c和MHD膨胀通道308中的至少一个)。其他单元池组件可以容纳在低压容器或壳体中。
分数氢反应物源(诸如H2O、H2、CO2和CO中的至少一种)可以渗透到可渗透的单元池组件(诸如单元池室5b31、储罐5c、MHD膨胀通道308和MHD冷凝部分309中的至少一个)中。可以在至少一个位置将分数氢反应气体引入所述熔融金属流，诸如通过EM泵管5k6、MHD膨胀通道308、MHD冷凝部分309、MHD返回导管310、返回储罐311、MHD返回泵312、MHD返回EM泵管313。气体注射器(诸如质量流量控制器)可以是能够在MHD转换器的高压侧上以高压注射，诸如通过EM泵管5k6、MHD返回泵312和MHD返回EM泵管313中的至少一个。气体注射器可以是能够在MHD转换器的低压侧以较低压力注射分数氢反应物，诸如在至少一个位置处，诸如通过MHD冷凝部分309、MHD返回导管310和返回储罐311。在一个实施方式中，水和水蒸气中的至少一种可以通过EM泵管5k4通过流量控制器注射，该流量控制器可以进一步包括：压力阻止器和回流止回阀，使熔融金属流回水供应器，诸如质量流量控制器。水可以通过选择性渗透膜(如陶瓷或碳膜)注射。在一个实施方式中，转化器可以包括PV转化器，其中分数氢反应物注射器能够通过至少一种方法提供反应物，诸如通过在输送位置的运行压力下的渗透或注射。在另一实施方式中，
Figure GDA0003990253620002051
可以进一步包括氢气源和氧气源，其中两种气体组合以在反应单元池室5b31中提供水蒸气。氢源和氧源可各自包括相应的罐、直接或间接地将气体流入反应单元池室5b31的管线、流量调节器、流量控制器、计算机、流量传感器和至少一个阀门中的至少一个。在后一种情况下，气体可以流入与反应单元池室5b31(诸如EM泵5ka，储罐5c、喷嘴307、MHD通道308、和其他MHD转换器组件(诸如任何返回线310a、导管313a和泵312a)中到至少一个)具有气体连续性的腔室。在一个实施方式中，可以将H2和O2中的至少一种注入注射部分EM泵管5k61中。O2和H2可以通过双EM泵注射器的单独的EM泵管注射。作为另选，可以通过具有较低银蒸气压的区域(诸如MHD通道308或MHD冷凝部分309)中的注射器，将气体(诸如氧气和氢气中的至少一种)添加到单元池内部。氢气和氧气中的至少一种可以通过选择性膜(诸如陶瓷膜，诸如纳米多孔陶瓷膜)注射。氧可以通过氧渗透膜供应，诸如本公开的氧渗透膜，诸如BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧渗透膜，其可以涂覆有Bi26Mo10O69以提高氧渗透速率。氢可以通过氢渗透膜供应，诸如钯-银合金膜。
Figure GDA0003990253620002052
可以包括电解槽，例如高压电解槽。电解槽可以包括质子交换膜，其中纯氢可以由阴极室供应。可以通过阳极室供应纯氧。在一个实施方式中，EM泵部件涂覆有非氧化涂层或氧化保护涂层，并且在受控条件下使用两个质量流量控制器分别注射氢气和氧气，其中可以基于相应的气体传感器感测的单元池浓度来控制流量。
在一个实施方式中，包含内部隔室(诸如储罐5c、反应单元池室5b31、喷嘴307、MHD通道308、MHD冷凝部分309和其他MHD转换器组件(诸如任何返回线310a、导管313a和泵312a))的
Figure GDA0003990253620002053
和MHD转换器的至少一个组件容纳在气密的壳体或腔室中，其中腔室中的气体通过扩散穿过可渗透气体并且不透过银蒸气的膜而与内部单元池气体平衡。气体选择性膜可以包括半透性陶瓷，诸如本公开的陶瓷。单元池气体可以包括氢气、氧气和稀有气体(如氩气或氦气)中的至少一种。外壳可以包括用于每种气体的压力传感器。
Figure GDA0003990253620002061
可包含每种气体的源和控制器。诸如氩气等稀有气体源可以包括罐。氢和氧中的至少一种的源可以包括电解槽，例如高压电解槽。气体控制器可以包括流量控制器、气体调节器和计算机中的至少一个。可以控制壳体中的气压以控制单元池内(诸如在储罐、反应单元池室和MHD转换器组件内)的气每个气体的气压。每个气体的压力可以在约0.1Torr至20atm的范围内。在图2I179-2I192所示的示例性实施方式中，直线MHD通道308和MHD冷凝部分309包括气体壳体309b、压力计309c、和包括气体入口管线、气体出口管线和凸缘的气体供应和排出组装件309e，其中气体渗透膜309d可以安装在MHD冷凝部分309的壁中。该安装件可以包括烧结连接件、金属化陶瓷连接件、钎焊连接件或本公开的其他安装件。气体壳体309b可以进一步包括进入口。气体壳体309b可以包括金属(诸如抗氧化金属，诸如SS 625)或金属上的抗氧化涂层，诸如适合的CTE金属(诸如钼)上的铱涂层。作为另选，气体壳体309b可以包括陶瓷，诸如金属氧化物陶瓷，诸如氧化锆、氧化铝、氧化镁、氧化铪、石英或本公开的其他陶瓷。可以冷却通过金属气体壳体309b(诸如MHD返回导管310的金属气体壳体)的陶瓷穿透。穿透部可以包括碳密封，其中密封温度低于金属的碳化温度和陶瓷的降碳温度。可以移除密封件以使热熔融金属冷却。密封件可以包括冷却，诸如被动或强制空气或水冷。
在示例性实施方式中，感应耦合加热器天线5f可以包括一个线圈，如图2I178-2I179所示的三个单独的线圈，如图2I182-2I183所示的三个连续线圈，两个单独的线圈，或如图2I180-2I181所示的两个连续线圈。示例性感应耦合加热器天线5f包括上椭圆线圈和下EM泵管扁平线圈，其可以包括螺旋线圈，该螺旋线圈可以包括具有连续圆周电流方向的同心盒(图2I180-2I181)。如图2I162-2I192所示，反应单元池室5b31和MHD喷嘴307可以包括平面、多边形、矩形、圆柱形、球形或其他所需的几何形状。感应耦合加热器天线5f可以包括一组连续的三个转向件，其包括围绕每个储罐5c的两个螺旋线和平行于EM泵管的扁平线圈，如图2I182-2I183所示。围绕储罐的相对螺旋的圈可以被缠绕，使得电流在相同方向上以加强两个线圈的磁场，或相反方向以在螺旋之间的空间中抵消。感应耦合加热器天线5f还可用于冷却至少一个组件诸如EM泵5kk、储罐5c、反应单元池室的壁5b31和感应点燃系统的轭中的至少一个。至少一种冷却组件可以包括陶瓷，诸如本公开的陶瓷，诸如氮化硅、石英、氧化铝、氧化锆、氧化镁或氧化铪。
Figure GDA0003990253620002071
可以包括从MHD膨胀通道的末端到储罐5c的一个MHD工作介质返回管道，其中储罐5c可以包括密封的顶盖，其将储罐中的较低压力与反应单元池室5b31的较高压力隔离。EM泵注射器部分5k61和喷嘴5q可以穿透覆盖以在反应单元池室5b31中注射熔融金属(诸如银)。穿透部可以包括本公开的密封件，诸如压缩密封件、滑动螺母、垫圈钎焊件或填料函密封件。储罐可以包括入口上升管5qa，以控制储罐5c中的熔融金属液位。接收返回熔融金属流的被覆盖的储罐和EM泵组装件5kk可以包括双熔融金属注射器系统的第一注射器。包括第二储罐和EM泵组装件的第二注射器可以包括开放式储罐，其间接地从第一喷射器接收返回流。第二注射器可以包括正电极。第二注射器可以保持浸没在储罐中的熔融金属液位之下。相应的入口上升管5qa可以控制浸没。
Figure GDA0003990253620002072
可以包括从MHD产生器通道308的端部到熔融金属注射器系统的至少一个储罐5c的至少一个气态金属返回管道310。
Figure GDA0003990253620002073
可以包括两个从MHD产生器通道308的端部到双熔融金属注射器系统的两个相应的储罐5c的两个返回管道310。每个储罐5c可以包括密封的顶盖，其将储罐5c中的较低压力与较高反应单元池室5b31的压力隔离。EM泵注射器部分5ka和5k61以及喷嘴5q可以穿过储罐顶盖以在反应单元池室5b31中注射熔融金属(诸如银)。穿透部可以包括本公开的密封件，诸如压缩密封件、滑动螺母、垫圈、铜焊件或填料函密封件。每个储罐5c可以包括入口上升管5qa，以控制储罐5c中的熔融金属液位。反应单元池室5b31的温度可以高于熔融金属的沸点，使得注入反应单元池室的液态金属蒸发并通过返回管道310返回。
Figure GDA0003990253620002074
可以包括从MHD冷凝器通道309的端部至双熔融金属注射器系统的两个相应储罐5c的至少一个MHD工作介质返回导管310。
Figure GDA0003990253620002075
可以包括从MHD冷凝器通道309的端部至熔融金属注射器系统的至少一个储罐5c的至少一个MHD工作介质返回导管310。每个储罐5c可以包括密封的顶盖，其将储罐5c中的较低压力与反应单元池室5b31压力隔离。EM泵注射器部分5ka和5k61以及喷嘴5q可以穿过储罐以在反应单元池室5b31中注射熔融金属(诸如银)。穿透部可以包括本公开的密封件，诸如压缩密封件、滑动螺母、垫圈、钎焊或填料函密封件。每个储罐5c可以包括入口上升管5qa以控制储罐5c中的熔融金属液位。反应单元池室5b31的温度可以高于熔融金属的沸点，从而使得注入反应单元池室的液态金属气化，该蒸汽通过MHD喷嘴部分307加速，蒸汽的动能在产生器通道308中转化为电能，蒸汽在MHD冷凝器部分309中冷凝，熔融金属并通过返回管道310返回。
Figure GDA0003990253620002081
可以包括至少一个MHD工作介质返回导管310、一个返回储罐311和相应泵312。泵312可以包括电磁(EM)泵。
Figure GDA0003990253620002082
可以包括双熔融金属导管310；返回储罐311和相应EM泵312。相应入口上升管5qa可以控制每个返回储罐311中的熔融金属液位。返回EM泵312可以从MHD冷凝器通道309的端部泵送MHD工作介质至返回储罐311，然后至相应注射器储罐5c。在另一实施方式中，熔融金属回流通过返回导管310直接到达相应的返回EM泵312，然后到达相应注射器储罐5c.在一个实施方式中，MHD工作介质(诸如银)被泵送至诸如大约10atm的压力梯度，以完成包括注射、点燃、膨胀和返回流动的熔融金属流动回路。为了实现高压，EM泵可以包括一系列级。
Figure GDA0003990253620002083
可以包括双熔融金属注射器系统，其包括一对储罐5c，每个包含EM泵注射器5ka和5k61和入口上升管5qa以控制相应储罐5c中的熔融金属液位。返回流可以进入相应EM泵组装件5kk的基座5kk1。
在一个实施方式中，工作介质在至少一个位置中的速度可以是足够的，该位置包括MHD组件中的位置，诸如喷嘴的入口、喷嘴、喷嘴的出口和MHD通道的所需部分。使得即使在满足金属蒸气饱和条件的情况下也不会发生诸如冲击冷凝等冷凝。由于运输时间与冷凝时间相比较短，可能不会发生冷凝。可以通过控制等离子体压力、等离子体温度、喷射速度、工作介质组成和磁场强度来改变或选择冷凝动力学。金属蒸气(诸如银蒸气)可以冷凝在可以具有高表面积的冷凝器309上，并且收集的液态银可以通过返回导管和EM泵送系统返回。在一个实施方式中，利用喷嘴中避免冲击冷凝的短暂通过时间以允许在MHD通道307中产生有利的MHD转换条件，否则将导致冲击冷凝。
在一个实施方式中，MHD膨胀或产生器通道也被称为MHD通道，其包括扩张的MHD通道，以连续地获得功率转换，其中热梯度被转换为驱动动能流的压力梯度。来自银冷凝的热量可能有助于MHD通道中的压力梯度或质量流量。由冷凝银释放的蒸发热可以起到喷射发动机中的加力燃烧室的作用，以产生更高速度的流动。在示例性实施方式中，银蒸发热在喷射加力燃烧室中起到燃烧的作用，以增加或有助于银喷射流的速度。在一个实施方式中，通过银蒸气冷凝释放的蒸发热在没有冷凝的情况下将压力增加到高于压力。MHD通道可以包括几何形状，诸如扩口或喷嘴几何形状，以将压力转换成定向流动或由MHD转换器转换成电能的动能。可以调节由MHD磁体306提供的磁场，以防止在银蒸气冷凝并具有相应的导电率变化的情况下的等离子体失速。在一个实施方式中，MHD通道308的壁保持在高温，以防止金属蒸气在壁上冷凝，其具有相应的质量和动能损失。高电极温度还可以防止等离子体电弧放电，其可以在相对于较热等离子体具有较少导电或更绝缘的边界层的冷却电极的相反情况下发生。
通过将热量从反应单元池室5b31传递到MHD通道的壁，可以将MHD通道308保持在所需的高温。MHD转换器可以包括热交换器，以将热量从反应单元池室传递到MHD通道的壁。热交换器可以包括传导或对流热交换器，诸如包括传热块的传热块，传热块将热量从反应单元池室传导到MHD通道的壁。热交换器可以包括辐射热交换器，其中反应单元池室的至少一部分的外壁包括发射功率的黑体辐射器，并且MHD通道的壁的至少一部分可以包括黑体辐射器以吸收黑体辐射。热交换器可以包括可被泵送的冷却剂。泵可以包括EM泵，其中冷却剂是熔融金属。在另一实施方式中，分数氢反应进一步传播并保持在MHD通道308中，以保持MHD通道壁的温度高于在通道中流动的金属蒸气的冷凝温度。可通过供应反应物(如H和HOH催化剂或其来源)来维持分数氢反应。由于它们支持并加速分数氢反应速率的导电性，反应可以选择性地保持在电极上。MHD转换器可以包括至少一个温度传感器以记录MHD通道壁温度，以及控制器以控制传热装置(诸如热交换器)和分数氢反应速率中的至少一个，以维持所需的MHD通道壁温度。可以通过本公开控制分数氢反应速率，诸如控制分数氢反应物流向MHD通道的装置。
在另一实施方式中，等离子体、金属蒸气和冷凝金属蒸气中的至少一种被限制在通道中并且防止其通过通道限制装置收集在MHD壁上，所述通道限制装置诸如包括电场和磁场中的至少一种的源。限制装置可以包括磁性限制装置，如磁瓶。限制装置可以包括感应耦合场，如RF场。MHD转换器可以包括RF电源、至少一个天线、静电电极和电源，以及至少一个静磁场源中的至少一个以实现限制。
在一个实施方式中，工作介质包括MHD通道308中的汽化金属，其中工作介质的压力和温度通过金属蒸气沿着MHD通道冷凝释放的热量而增加，因为它由于MHD转换为电而失去动能。来自银冷凝的能量可以增加MHD通道中工作介质的压力、温度、速度和动能中的至少一个。通过利用文丘里效应或伯努利原理的通道几何形状可以增加流速。在一个实施方式中，流动的液态银可以用作蒸气的吸气介质，以使其在MHD通道中流动。
在一个实施方式中，MHD通道308直径和体积中的至少一个作为沿着从喷嘴307出口到MHD通道308出口的MHD通道的流动轴或z轴的距离的函数而减小。MHD信道308可以包括仅在z轴上会聚的通道。在另一实施方式中，沿z轴的通道尺寸保持相同或者发散小于传统的种子气体MHD工作介质转换器。当银凝结并释放热量以维持高能等离子体时，可以减小通道体积以保持沿z轴的压力和速度。从凝结的银蒸气释放的汽化热(254kJ/摩尔)与沿z轴的等离子体流可以增加工作介质的温度和压力，从而导致在沿通道z轴的任何给定位置处的非冷凝银的流动增加。流速的增加可能是由文丘里效应或伯努利原理引起的。磁通量可以沿着MHD通道的流动轴(z轴)永久地或动态地变化，以提取作为z轴位置的函数的MHD功率，以保持沿通道的所需压力、温度、速度、功率和能量库存，其中作为沿z轴的距离的函数的通道尺寸可以与z轴磁通量变化匹配，以至少部分地实现从作为电的汽化金属中提取汽化热的能量。等离子体气流也可以用作冷凝银蒸气的载气。
冷凝银可以包括水汽或雾。雾状态可能是有利的，因为银在给定压力下在远低于其沸点的温度下形成气溶胶的趋势。工作介质可以包括氧和银，其中熔融银在氧气存在下具有在远低于其沸点的温度下在给定压力下形成气溶胶的倾向，其中银可以吸收大量的氧。除了诸如银蒸气等金属蒸气之外，工作介质可以包括气雾化气体，诸如氮气、氧气、水蒸气、或稀有气体(诸如氩气)，以形成冷凝银的气溶胶。在一个实施方式中，整个反应单元池室和MHD通道中的气雾化气体的压力可以在运行条件下保持其稳态分布。MHD转换器可以进一步包括气雾化气体的供应源，诸如气雾化气体的罐、泵和至少一个测量计，以选择性地测量一个或多个位置处的气雾化气压。通过使用泵和气雾化气体供应添加或去除气雾化气体，可以将气雾化气体存量保持在期望的水平。在示例性实施方式中，液态银在恰好高于熔点的温度下形成雾或气溶胶，使得MHD通道308中的恒定环境压力气雾化气体(诸如氩气)导致银蒸气到液体的过渡以气溶胶的形式发生，气溶胶可以与等离子体流一起携带并在MHD冷凝器309上聚集。在一个实施方式中，冷凝蒸气的速度在冷凝物中保存。冷凝物的速度可以从汽化热的释放中增加。MHD通道可以包括将汽化热转换成冷凝物动能的几何形状。在一个实施方式中，通道可以变窄以将汽化热转换成冷凝物动能。在另一实施方式中，汽化热可以增加通道压力，并且压力可以通过喷嘴转换成动能。在一个实施方式中，铜或银铜合金可以代替银。在一个实施方式中，用作金属气溶胶源的熔融金属包括银、铜和银-铜合金中的至少一种。在存在气体，如氧气、水蒸气和稀有气体(诸如氩气)中的至少一种的情况下，可以形成气溶胶。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002111
包括保持单元池气体流与熔融银接触以形成熔融金属气溶胶(诸如银气溶胶)的装置。气体流可以包括强制气流和对流气流中的至少一种。在一个实施方式中，反应单元池室5b31和储罐5c中的至少一个可以包括至少一个挡板，以引起单元池气体的循环以增加气流。该流动可以由对流和压力梯度中的至少一个驱动，诸如由热梯度和来自等离子体反应的压力中的至少一个引起的那些。气体可以包括稀有气体、氧气、水蒸气、H2和O2中的至少一种。保持气流的装置可以包括气泵或压缩机中的至少一个，诸如MHD气泵或压缩机312a、MHD转换器，以及由EM泵熔融金属注射器和分数氢等离子体反应中的至少一个引起的湍流。可以控制气体流速和气体组成中的至少一种以控制气溶胶产生速率。在其中水蒸气再循环的实施方式中，
Figure GDA0003990253620002112
进一步包括将热化成H2和O2的任何H2O重新组合回H2O的重组器，将水蒸气冷凝成液态水的冷凝器，以及将加压水注入到供应至少一个内单元池组件(诸如储罐5c或反应单元池室5b31)的管线的液体水泵，其中加压水可以在注入单元池内部的途中转变成水蒸气。重组器可以是本领域已知的重组器，诸如包含雷尼镍、Pd和Pt中的至少一种的重组器。水蒸气可以在包括高压隔室的回路(诸如反应单元池室5b31和储罐5c之间)中再循环。
在一个实施方式中，储罐5c和反应单元池室5b31中的至少一个包括气体源，其温度足够低至冷凝银蒸气冷却至银气溶胶的和冷银气溶胶中的至少一个。由高能分数氢反应释放的热量可以形成银蒸气。蒸发可以在分数氢反应等离子体中发生。与分数氢反应接触的环境气体包括单元池气体。单元池气体和气溶胶中的至少一种的一部分可以通过热交换器和冷却器在包含至少一种气体、气溶胶和等离子体中的至少一种的储罐和反应单元池室的至少一种的内部区域中冷却。可以将单元池气体和气溶胶中的至少一种充分冷却至将银蒸气冷凝成气溶胶和冷却气溶胶中的至少一种。可以通过控制冷却期间的热传递和冷却的单元池气体和气溶胶的温度和压力中的至少一个来控制冷却单元池气体-气溶胶-水蒸气混合物的蒸气冷凝速率和温度和压力中的至少一个。
在一个实施方式中，为了避免沿着通道的质量损失，当蒸气冷凝时，银蒸气从雾中产生。可以使沿着通道失去其动能的摩尔分数形成雾，其中相应的汽化热将动能传递给相应的气溶胶颗粒，以保持原本损失质量的恒定初始速度。由于部分原子聚集成与剩余气体原子一起流动的气溶胶颗粒，通道可以是直线会聚以保持具有减少的颗粒数的速度。在一个实施方式中，MHD通道308的壁可以保持在诸如高于银熔点的温度，以通过支持雾的形成来避免冷凝的液体冷凝。
在一个实施方式中，银等离子体射流接触的MHD通道部件和表面可以包括抵抗银液润湿的材料。MHD通道壁308和MHD电极304中的至少一个可以包括抵抗润湿的表面。
可以对气溶胶颗粒进行充电和收集。该收集可以在MHD通道的末端发生。可通过静电沉淀或电喷雾沉淀除去气溶胶颗粒。在一个实施方式中，MHD转换器可以包括气溶胶颗粒充电装置，诸如至少一个颗粒充电电极，诸如高压源的电源，以及带电颗粒收集器，诸如至少一个电偏置以收集带电颗粒的电极。可以通过施加的电场在MHD通道的末端收集带电颗粒。
在一个实施方式中，通过等离子体流进行金属蒸气液滴。液滴可以在MHD电极和MHD通道壁中的至少一个的表面上形成薄膜。过量的冷凝液可以机械烧蚀并随等离子体和质量流量携带。在一个实施方式中，法拉第电流通过冷凝的金属蒸气(诸如冷凝银蒸气)，并产生霍尔电流，该霍尔电流迫使冷凝的银颗粒沿着等离子体射流的轨迹从MHD喷嘴307流出。霍尔电流可以使冷凝银流出MHD通道以返回到储罐5c。由于导电率高于金属蒸气，电流可优先流过冷凝银。在另一实施方式中，可以通过MHD通道的发散和会聚中的至少一个来辅助传输。在一个实施方式中，诸如盘产生器等MHD转换器可以包括在MHD通道的入口和出口处接触等离子体的电极，使得熔融金属在通道中短路的效果得到改善。
在一个实施方式中，工作介质包括金属，诸如银，其可以在低于其沸点的温度下升华，以防止金属在MHD通道的壁上冷凝，使得其流到再循环系统。在一个实施方式中，MHD通道出口处的压力保持在低压，诸如低于大气压的压力。可以在MHD通道的出口处保持真空，使得工作介质金属蒸气不会在MHD通道308中冷凝。真空可以由MHD气泵或压缩机312a维持(图2I167-2I173)。
在一个实施方式中，MHD通道可以包括入口部分中的产生器和出口部分中的压缩机。压缩机可以使冷凝的蒸气从MHD通道中泵出。MHD转换器可以包括电流源和电流控制器，以在与施加的磁场垂直的方向上可控制地将电流施加到MHD通道的工作介质，以使冷凝的工作介质蒸气从通道中流动，其中通道条件可以被控制以使蒸气冷凝以实现蒸气汽化热的释放。
在另一实施方式中，金属蒸气(诸如银金属蒸气)的汽化热可以通过在热交换器(诸如MHD冷凝器309)处冷凝蒸气来回收。冷凝可以在高于诸如银等金属沸点的温度下发生。热量可以通过本领域已知的方式传递到储罐5c的一部分，诸如通过对流、传导、辐射或通过冷却剂。传热系统可以包括耐火传热块，诸如Mo、W或碳块，其通过传导传递热量。热量可能导致储罐中的银蒸发。可以在汽化热中保存热量。分数氢反应可以进一步增加汽化金属的压力和温度。在包括工作介质添加剂(诸如稀有气体，诸如氩气或氦气)的实施方式中，MHD转换器还包括气泵或压缩机312(图2I167-2I173)，以将气体从MHD转换器的低压再循环至高压部分。气泵或压缩机312a可以包括驱动电动机312b和叶片或轮叶312c。MHD转换器可以包括泵入口(其可以包括从MHD冷凝部分309到泵入口的气体通道310a)和泵出口(其可以包括从泵或压缩机312a到反应单元池室5b31的气体通道313a)。泵可以将气体从低压(诸如约1atm至2atm)至高压力(诸如约4atm至15atm)。从MHD冷凝部分309到泵312a的入口导管310a可以包括在入口处的过滤器，诸如选择性膜或金属冷凝器，以将诸如稀有气体等气体与诸如银蒸气等金属蒸气分离。MHD冷凝器部分309中的挡板309a可以将熔融金属(诸如在MHD冷凝部分309中冷凝的熔融金属)引导到MHD返回导管310中。中心处的挡板的高度和到MHD返回导管310的熔融金属返回入口中的至少一个可处于其中向上的气压超过冷凝或液态熔融金属颗粒上的重力以促进其流入MHD返回导管310。
Figure GDA0003990253620002131
可以包括金属蒸气冷凝器，诸如恒定压力冷凝器，其可以是位于MHD冷凝部分309中，并且可以包括热交换器316。工作介质可以包括金属蒸气接种的载体或工作气体，诸如银蒸气接种的稀有气体(诸如氦气或氩气)。冷凝器可以冷凝金属蒸气，从而可以分别泵送液态金属和稀有气体。分离可以通过重力沉降、离心分离、旋风分离、过滤、静电沉淀和本领域技术人员已知的其他方法中的至少一种方法进行。在示例性实施方式中，从冷凝器的顶部除去分离的稀有气体，并从冷凝器的底部除去分离的液态金属。液体和气体可以通过挡板309a、滤波器、选择性渗透膜和可通过气体的液体屏障中的至少一种分离。
压缩机312a可以泵送或使气体再循环到反应单元池室5b31。EM泵312可以泵送液态银以将其返回储罐5c以重新注入到反应单元池室5b31中。压缩机312a和EM泵312分别对诸如氩气或氦气等工作介质气体和诸如液态银等液态金属进行再加压。工作介质气体可以通过导管313a返回到反应单元池室，导管313a可以连接EM泵管5k6、储罐5c、EM泵组装件5kk的基座5kk1和反应单元池室5b31中的至少一个。作为另选，气体可以通过连接到输送管313b的导管313a返回到反应单元池室5b31，诸如提供进入储罐5c或反应单元池室5b31的直接通道的输送管。气体可用于将熔融金属注入反应单元池室。熔融金属可能夹带在气体注入中以替换或补充EM泵熔融金属注射器。注射的熔融金属和蒸气(诸如液态和气态银蒸气)流速可通过控制气体流速、气压、气体温度、储罐温度、反应单元池温度、喷嘴入口压力、MHD喷嘴流速、MHD喷嘴出口压力和分数氢反应速率来控制。
用于工作介质气体和熔融金属中的至少一种的返回导管313b(诸如通过储罐5c的熔融金属的导管)可以包括耐火材料，诸如Mo、W、铼、铼涂覆的Mo或W、陶瓷(诸如金属氧化物，诸如ZrO2、HfO2、MgO、Al2O3)和本公开的其他金属中的至少一种。导管可以包括耐火材料管，该耐火材料管拧入EM泵管组装件基座5kk1中的套环或座中。返回导管313b的高度可以是输送气体所需的高度，同时允许其他组件的所需性能，诸如分别通过EM泵管5k61的注入部分和入口上升管5qa进行金属注射和液位控制。高度可以是储罐熔融金属液位。
在图2I71-2I73所示的实施方式中，气泵或压缩机312a可以泵送气态工作介质物质的混合物，诸如稀有气体、熔融金属种子和熔融金属蒸气(诸如银蒸气)中的至少两种。在一个实施方式中，气泵或压缩机312a可以泵送气态和液态工作介质，诸如稀有气体、金属蒸气和液态熔融金属(诸如液态银)中的至少一种。液体和气体可以通过导管313a返回到反应单元池室，导管313a可以连接EM泵管5k6、储罐5c、EM泵组装件5kk的基座5kk1和反应单元池室5b31中的至少一个。作为另选，气体可以通过连接到输送管313b的导管313a返回到反应单元池室5b31，诸如提供进入储罐5c或反应单元池室5b31的直接通道的输送管。
在一个实施方式中，气体和液体可以流过EM泵管5k6。气体可用于将熔融金属注入反应单元池室。熔融金属可以夹带在气体注入中，以增加和/或更换EM泵，从而将熔融金属泵送通过注射器管5k61和喷嘴5q。可以通过控制气泵或压缩机312a的流速和压力中的至少一个以及通过本公开的其他装置来控制注射速率。储罐5c的熔融金属液位可以由本公开的液位传感器和控制器控制，其控制一个气泵或压缩机312a相对于气泵或压缩机312a对中另一个的压力和流速中的至少一种。
在包括泵送所有工作介质(诸如银为种子的稀有气体)的气泵或压缩机的实施方式，和包括仅泵送稀有气体的气泵或压缩机的实施方式中，压缩可以等温运行。MHD转换器可以包括热交换器或冷却器，以在压缩之前和压缩期间冷却气态工作介质中的至少一种。气泵或压缩机可以包括中间冷却器。气泵或压缩机可以包括多级，诸如多级中间冷却器压缩机。冷却可以提高压缩气体的效率，以匹配反应单元池室5b31的运行压力。
在返回循环中的泵送阶段之后，可以加热返回的气态工作介质以增加其压力。可以利用热交换器实现加热，所述热交换器从MHD转换器或再生器接收热量，其可以从MHD冷凝部分309或其他热组件(诸如反应单元池室5b31、MHD喷嘴部分307、MHD产生器部分308和MHD冷凝部分309的组中的至少一个)接收热量。在一个实施方式中，通过使用入口阀和出口阀分别使气体流入反应单元池室5b31并从MHD喷嘴流出，可以显著减小气泵功率，其中，将低压气泵入反应单元池室，并通过等离子体反应功率将压力增加到所需压力，如10atm。产生的脉冲MHD功率可以被调节为稳定的DC或AC动力。返回MHD气体管313a可以包括打开的阀，以允许低于峰值反应单元池室运行压力的气体流动，并且MHD喷嘴部分307可以包括打开的阀，以允许通过反应单元池室5b31等离子体加热气体后高压气体流出喷嘴。阀可以通过气泵或压缩机促进低压气体注入反应单元池室，其中通过分数氢反应等离子体将气体加热到高压。阀可以同步以允许通过等离子体加热来增加反应室压力。阀门可以180°异相。阀可以包括旋转开关型。可以冷却MHD喷嘴以允许MHD喷嘴阀的运行。返回气体导管313a阀可以位于EM泵组装件5kk1的基座处或附近，以避免相应的气体输送管313b中的银冷凝。MHD转换器可以包括脉冲动力系统，诸如包括用于反应单元池室5b31的工作介质气体的入口阀和出口阀的脉冲动力系统。脉冲MHD功率可以通过功率调节设备(诸如包括动力存储器诸如电池或电容器等的设备)调平到恒定功率输出。
在一个实施方式中，再循环的熔融金属(诸如银)保持气态，其中包括任何返回管线310a、导管313a和泵312a的MHD转换器的温度保持在高于MHD系统中的工作压力或银分压下银的沸点的温度。
泵312a可以包括机械泵，诸如齿轮泵，或本领域已知的其他泵，诸如如包括叶轮的泵。泵312a可以在高温下运行，例如在约962℃至2000℃的温度范围内。泵可以包括涡轮机类型，诸如在燃气涡轮机中使用的涡轮机类型或者用作内燃机的涡轮增压器的类型。气泵或压缩机312a可以包括螺杆泵、轴流压缩机和涡轮压缩机中的至少一种。泵可以包括正排量类型。根据伯努利定律，气泵或压缩机可产生高气体速度，该气体速度将在固定的反应单元池室容积中转换成压力。返回气体导管313a可以包括诸如背压制动阀等阀，以迫使来自压缩机的流体进入反应单元池室，然后是MHD转换器。
易于被工作介质磨损的机械部件(诸如泵312a叶片或涡轮叶片)可涂覆有熔融金属(诸如熔融银)，以保护它们免受磨耗或磨损。在一个实施方式中，包括气泵或压缩机的气体和熔融金属返回系统的至少一个组件，诸如MHD返回管道310a、返回储罐311a、与返回气体和熔融金属接触的MHD返回气泵或压缩机312a部件(诸如叶片)和MHD泵管313a(图2I167-2I173)的组的组件包括涂层，该涂层执行热保护和防止熔融金属润湿的至少一种功能，以促进返回金属流到储罐5c。
在一个实施方式中，在
Figure GDA0003990253620002161
启动期间，压缩机312a可以再循环工作介质(如氦气或氩气)，以预热反应单元池室5b31和MHD组件((诸如MHD喷嘴部分307、MHD通道308、MHD冷凝部分309)中的至少一个，以及EM返回泵系统的至少一个组件(其包括MHD返回导管310、返回储罐311、MHD返回EM泵312和MHD返回EM泵管313))。工作介质可以转移至EM返回泵系统的至少一个组件。诸如对应于天线5f的感应耦合加热器可以加热可以再循环的工作介质，以引起反应单元池室5b31和至少一个MHD组件中的至少一个的预热。
在示例性实施方式中，MHD系统包括工作介质，该工作介质包括接种银或接种银-铜合金的氩或氦，其中大部分压力可能是由氩或氦引起的。随着稀有气体(诸如氩气)分压的增加，银或银-铜合金的摩尔分数下降，氩气分压使用氩气供应、传感和控制系统控制。
Figure GDA0003990253620002171
可以包括用于反应单元池室5b31和MHD组件(诸如MHD喷嘴部分307、MHD通道308和MHD冷凝部分309中的至少一个)的冷却系统。至少一个参数(诸如反应单元池室5b31和MHD通道的壁温)，和反应和气体混合物条件可以控制，以确定最佳的银或银铜合金库存或蒸气压力。在一个实施方式中，最佳银蒸气压是优化金属蒸气的导电率和能量存量以实现最佳功率转换密度和效率的压力。在一个实施方式中，一些金属蒸气在MHD通道中冷凝以释放热量，该热量转换成额外的动能并在MHD通道中转换成电能。泵或压缩机312a可以包括诸如用于银和氩的机械泵，或者MHD转换器可以包括两种泵类型，气体312a和熔融金属312。
在一个实施方式中，MHD转换器可以包括多个喷嘴，以在多级中产生高速传导的熔融金属流。第一喷嘴可以包括与反应单元池室5b31连接的喷嘴307。另一个喷嘴可以定位在冷凝部分309处，其中从冷凝银释放的热量可以在喷嘴的入口处产生高压。MHD转换器可以包括具有交叉磁体的MHD通道和每个喷嘴下游的电极，以将高速导电流转换成电。在一个实施方式中，MHD转换器可以包括多个反应单元池室5b31，诸如位于喷嘴前方的位置。
在不包括返回储罐311的实施方式中，其中MHD通道309的端部表现得像黑体辐射器5b41的下半球，并且返回EM泵312的速度快(不是返回速率限制)，那么银将以与本公开的黑体辐射器设计中相同的方式分配回到注射储罐5c。然后，如在本公开的黑体辐射器设计的情况下，相对注射速率可以由每个储罐5c的入口上升管5qa控制。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002172
包括位于加速喷嘴307正下游位置的EM泵，以将冷凝的熔融金属泵送回熔融金属注射器系统的至少一个储罐，诸如打开的双熔融金属注射器系统5ka和6k61的储罐5c。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002173
包括返回导管310和310a、返回储罐311和311a、返回EM泵312和压缩机312a、打开的注射器储罐5c、关闭的注射器储罐5c、打开的EM泵注射器部分5k61和喷嘴5q、及关闭的EM泵注射器部分5k61和喷嘴5q的其他组合和配置，其可以由本领域技术人员选择，以通过反应单元池室5b31和MHD转换器300实现MHD工作介质的所需流动回路。在一个实施方式中，任何储罐(诸如返回储罐311和注射储罐5c中的至少一个)的熔融金属液位控制器5qa可以包括入口上升管5qa、本公开的其他储罐和本领域技术人员已知的储罐中的至少一个。
在一个实施方式中，工作介质可以包括气相和液相的混合物，诸如至少一种液态金属和至少一种气体，诸如金属蒸气和气体(诸如稀有气体)中的至少一种。示例性工作介质包括液态银和气态银或者液态银、气态银和至少一种其他气体，诸如稀有气体或另一种金属蒸气。
在一个实施方式中，MHD转换器可以包括液态金属MHD(LMMHD)转换器，诸如本领域已知的转换器。LMMHD转换器可以包括热交换器，以使热量从反应单元池室5b31流到LMMHD转换器。MHD转换器可以包括利用兰金、布雷顿、埃里克松和奥勒姆循环中的至少一个的系统。在一个实施方式中，工作介质包括高密度并且相对于稀有气体保持高密度，使得工作流体的回收和再循环泵送中的至少一个通过工作流体的较少膨胀和更多的热保留中的至少一个来实现。工作介质可以包括熔融金属及其蒸气，诸如银和银蒸气。工作介质可以进一步包括液态和蒸气中的至少一种中的附加金属和气体中的至少一种，所述气体诸如稀有气体、蒸气、氮气、氟利昂、氮气和液态金属MHD(LMMHD)领域中已知的其他气体。在一个实施方式中，MHD转换器可以包括EM泵、MHD压缩机和机械压缩机或泵中的至少一个，以使工作介质再循环。
MHD转换器可以进一步包括混合器以将液体与气体混合，其中至少一种相可在混合之前加热。作为另选，可以加热混合相。包含相混合物的热工作介质流入MHD通道，以由于因加热而在工作介质中产生的压力而发电。在另一实施方式中，液体可以包含多种液体，诸如用作导电基质(诸如银)的液体，以及由于其在反应单元池室中蒸发而具有较低沸点以用作气态工作介质的液体。金属的蒸发可以允许热力学MHD循环。在MHD通道中产生具有两相导电流的电力。工作介质可以通过热交换器加热以产生压力以在通道中提供流动。反应单元池室可以将热量提供给热交换器的入口，其流到热交换器出口然后流到工作介质。
在一个实施方式中，分数氢等离子体蒸气在混合器中与液态银混合，以形成两相工作介质。加热产生通过MHD通道的主要为熔融银的高压流，其中热动能转换为电，并且MHD通道出口处的较冷、较低压的工作介质由MHD EM泵再循环。
在包括作为开放气体循环和闭合金属循环的混合循环的实施方式中，工作介质可包含氧气、氮气和接种有金属蒸气(诸如银金属蒸气)的空气中的至少一种。在反应单元池室5b31中蒸发以包含气体接种的液态金属(诸如银)可以在MHD通道出口308冷凝并再循环到储罐5c。存在于MHD通道中的诸如空气等气体可以与接种分离并且可以排放到大气中。可以从排出的气体中回收热量。诸如空气等环境气体可以被气泵或压缩机312a吸入。
在一个实施方式中，MHD转换器可以包括均质MHD产生器，其包括金属或金属混合物，其被加热以在MHD通道的入口处引起金属蒸发。转换器可以进一步包括通道入口热交换器，以将热量从反应单元池室传递到工作介质，以使其在进入MHD通道之前蒸发。均质MHD产生器可以进一步包括在MHD通道出口处的通道出口热交换器，以用作再生器，以在热量流入入口热交换器之前将热量传递给工作介质。入口热交换器可以包括穿过反应单元池室的工作介质管道。金属工作介质可以在出口热交换器下游的冷凝热交换器处冷凝，其中熔融金属然后通过再循环EM泵泵送。
在一个实施方式中，工作介质包括金属和气体，其在低温下可溶于熔融金属中并且在高温下不溶于或不易溶于熔融金属中。在示例性实施方式中，工作介质可以包括银和氧中的至少一种。在一个实施方式中，反应单元池室中的氧气压力保持在基本上防止熔融金属(诸如银)形式经历蒸发的压力下。分数氢反应等离子体可将氧和液态银加热至所需温度，诸如3500K。包含工作介质的混合物可以在诸如25atm等压力下流动通过锥形MHD通道，其中压力和温度随着热能转换成电而下降。随着温度下降，熔融金属(诸如银)可以吸收气体(诸如氧)。然后，可以将液体泵送回储罐以在反应单元池室中再循环，其中等离子体加热释放氧气以增加维持所需的反应单元池室压力和温度条件以驱动MHD转化。在一个实施方式中，MHD通道出口处的银的温度约为熔融金属的熔点，其中在一个大气压O2下氧的溶解度为约20cm3氧(STP)至1cm3银。包含溶解气体的液体的再循环泵送功率可以远小于游离气体的再循环泵送功率。此外，可以显著降低在热力学动力循环期间降低游离气体的压力和温度的气体冷却要求和MHD转换器体积。
在一个实施方式中，MHD通道可以是垂直的，并且通道中的工作介质的压力梯度可以大于由于重力引起的压力等效，使得熔融金属的工作介质流动保持在从反应单元池室5b31至MHD通道出口的循环中，其中熔融金属被泵回到储罐5c。在一个实施方式中，最小压力P是
P＝ρgh (45)
其中ρ是密度(对于银，1.05X104kg/m3)，g是重力常数，h是金属柱的高度。对于示例性h＝0.2m，P＝0.2atm。
喷嘴307中的膨胀可以是等熵的。在一个实施方式中，反应单元池室5b31中的分数氢反应条件可以提供并保持合适的MHD喷嘴307的温度和压力，使得喷嘴可以产生高速射流同时避免冷凝冲击。在MHD通道308的膨胀期间，可以保持密度、速度和面积的乘积约为恒定的约恒定速度条件和连续性条件中的至少一个。在一个实施方式中，超声速银蒸气在MHD通道308的入口处从MHD喷嘴307注射。某些银可在通道中冷凝，但由于等熵膨胀，冷凝可能受到限制。包含蒸气和任何冷凝液体的射流中的剩余能量以及银的蒸发热可以至少部分地通过冷凝器309处的冷凝和通过再循环器或再生器(诸如热导管)再循环来回收。在一个实施方式中，使用热导管实现再生，由此热导管至少回收银蒸发热并使其再循环，使得回收的热功率是输入MHD通道的功率的一部分；然后次功率平衡的组件仅通过热导管效率的降低。冷凝的金属蒸气的百分比可以是不显著的，例如在约1％至15％的范围内。在一个实施方式中，可以使冷凝的蒸气形成气溶胶。反应单元池室、喷嘴和MHD通道可含有诸如氩气等气体，其使冷凝蒸气来自气溶胶。蒸气可以在冷凝器(诸如冷凝器309)处在MHD通道308的末端冷凝。液态金属可以再循环，并且汽化热可以至少部分地由再生器回收，诸如包括热导管的再生器。
在另一实施方式中，可以迫使蒸气在所需区域(诸如喷嘴307部分)中冷凝。喷嘴膨胀可以是等熵的，其中临界温度和临界压力开始处纯气体(诸如银蒸气)的冷凝限制在50％的液体摩尔分数，对于银分别为506.6MPa和7480K。在一个实施方式中，这种对加压蒸气膨胀引起的冷凝的限制可以通过诸如去除热量使得熵可以减少和通过用至少一种其他气体对冷凝区域加压中的至少一种来克服。在诸如反应单元池室5b31、喷嘴307和MHD通道308区域中存在气体连续性的区域的所有部分中，气压可以相等。MHD转换器可以进一步包其他气体罐、气压表、气泵和气压控制器。至少一个其他气压可以由压力控制器控制。可以控制气压以使金属蒸气冷凝到比纯金属蒸气的等熵膨胀更大的程度。在一个实施方式中，所述气体包含可溶于蒸气金属的气体。在示例性实施方式中，金属包括银，并且气体包括O2和H2O中的至少一种。
在一个实施方式中，当金属气相快速冷凝到液态金属流上时，通过产生冷凝冲击来实现喷嘴307和MHD通道308中的至少一个中的压力产生，从而产生从两相至单相流的快速转变，导致释放出汽化热。能量释放表现为液体流的动能。液体流的动能在MHD通道308中转换成电。在一个实施方式中，蒸气冷凝成雾或气溶胶。气溶胶可以在气体环境气氛中形成，诸如包括气溶胶形成气体的气氛，诸如氧气和可选地，稀有气体(诸如氩气)。MHD通道308可以是直线的以保持MHD通道流的恒定速度和压力。气溶胶形成气体诸如氧和可选地的稀有气体(诸如氩气)可以流过储罐5c、反应单元池室5b31、MHD喷嘴307、MHD通道308、和其他MHD转换器组件(诸如任何返回管线310a、导管313a和泵312a)中的至少一个。气体可以通过MHD返回气泵或压缩机312a再循环。
在一个实施方式中，喷嘴307包括冷凝喷射注射器，其包括两相喷射装置，其中液态的熔融金属与其气相混合，产生压力高于两个入口流的任一压力的液体流。压力可以在反应单元池室5b31和喷嘴307中的至少一个中产生。喷嘴压力可以在喷嘴307的出口处转换成流速。在一个实施方式中，反应单元池室等离子体包括喷射装置一个相。来自至少一个EM泵注射器的熔融金属可以包括喷射装置的另一相。在一个实施方式中，诸如液相的另一相可以由独立的EM泵注射器注射，该EM泵注射器可以包括EM泵5ka、储罐诸如5c、EM泵管5k61的喷嘴部分和喷嘴5q。
在一个实施方式中，MHD喷嘴307包括气溶胶喷射注射器，其将反应单元池室5b31的高压等离子体转换成MHD通道308中的高速气溶胶流或喷射。喷射的动能可以来自于反应单元池室5b31中的等离子体压力和金属蒸气的汽化热冷凝以形成气溶胶喷射的组的至少一个源。在一个实施方式中，冷凝蒸气的摩尔体积比标准条件下的相应蒸气小约50至500倍。喷嘴307中的蒸气冷凝可以导致喷嘴出口部分的压力降低。降低的压力可导致冷凝流的速度增加，其可以包括液体和气溶胶喷射中的至少一种。喷嘴可以延伸并且可以会聚以将局部压力转换成动能。通道可以包括比喷嘴出口的横截面积更大的横截面积，并且可以是直线的以允许气溶胶流的传播。可以选择其他喷嘴307和MHD通道308几何形状，诸如具有会聚、发散和直线部分的几何形状，以实现金属蒸气的所需冷凝，其中至少一部分能量转换成MHD通道308中的导电流。
在一个实施方式中，某些残余气体可以在MHD通道308中保持未冷凝。未冷凝的气体可以支持MHD通道中的等离子体以提供导电MHD通道流。可以通过可以在MHD通道308中传播的分数氢反应维持等离子体。可以将分数氢反应物提供给反应单元池室5b31和MHD通道308中的至少一个。
在一个实施方式中，喷嘴307和MHD通道308中的至少一个中的压力产生是通过具有汽化热释放的金属蒸气(诸如银金属蒸气)的冷凝来实现的。能量释放表现为冷凝物的动能。流的动能可以在MHD通道308中转换成电力。MHD通道308可以是直线的以保持MHD通道流的恒定速度和压力。在一个实施方式中，蒸气冷凝成雾或气溶胶。气溶胶可以在包含惰性气体的环境气氛中形成，诸如包含氩气的气氛。气溶胶可以在包含氧气的环境气氛中形成。MHD转换器可以包括金属气溶胶源，诸如银气溶胶。源可以包括双熔融金属注射器中的至少一个。气溶胶源可以包括独立的EM泵注射器，其可以包括EM泵5ka、诸如5c的储罐、EM泵管5k61的喷嘴部分和喷嘴5q，其中熔融金属注射至少部分地转换成金属气溶胶。气溶胶可以流动或注入到需要冷凝金属蒸气的区域，诸如在MHD喷嘴307中。气溶胶可以使金属蒸气冷凝的程度大于经历等熵膨胀的金属蒸气可能的程度，如等熵喷嘴膨胀。金属蒸气冷凝可以释放金属蒸气汽化热，其可以增加气溶胶的温度和压力中的至少一个。相应的能量和功率可以有助于喷嘴出口处的气溶胶和等离子体流的动能和功率。由于来自金属蒸气汽化热的功率的贡献，流动的功率可以以高效率转换为电力。MHD转换器可以包括金属气溶胶源的控制器，以控制气溶胶流速和气溶胶质量密度中的至少一个。控制器可以控制EM泵气溶胶源的EM泵送速率。可以控制气溶胶注射速率以优化蒸气冷凝以回收蒸发汽化热和MHD功率转换效率。
在一个实施方式中，由喷嘴中的蒸气冷凝释放的汽化热至少部分地直接或间接地转移到反应单元池室等离子体。喷嘴可以包括热交换器以将热量传递到翻译单元池室。可以通过辐射、传导和对流中的至少一种方法传递热量。喷嘴可以通过释放的汽化热加热，并且热量可以通过传导传递到反应单元池室。喷嘴可以包括高导热性的材料，诸如耐火热导体，其可以包括抗氧化涂层。在示例性实施方式中，喷嘴可以包括氮化硼或碳，其可涂覆有抗氧化耐火涂层，诸如ZrO2涂层。该材料可以包括本公开的其他耐火材料和涂层。
在一个实施方式中，喷嘴307和MHD通道308中的至少一个中的压力产生是通过具有汽化热释放的金属蒸气(诸如银金属蒸气)的冷凝和来实现的。能量释放表现为冷凝物的动能。流的动能可以在MHD通道308中转换成电力。MHD通道308可以是直线的以保持MHD通道流的恒定速度和压力。在一个实施方式中，蒸气冷凝成雾或气溶胶。气溶胶可以在环境气氛中形成，诸如包含氩气和氧气中的至少一种的气氛。气溶胶可以通过使氧气和稀有气体中的至少一种注射、被动流动或强制流动通过液体银而形成。可以使用压缩机312a使气体再循环。气体可以在高压气流回路中再循环，诸如在反应单元池室531处接收气体并将其再循环到储罐5c，其中它流过熔融银以增加气溶胶的形成。在一个实施方式中，银可包含添加剂以增加气溶胶形成速率和程度。在替代实施方式中，可以通过以高速率循环液态金属来形成高速率的气溶胶产生。金属可以通过至少一个熔融金属注射器(诸如包括EM泵5kk的双熔融金属注射器)以高速注射。泵速可以在约1g/s至10g/s、10g/s至100g/s、1kg/s至10kg/s、10kg/s至100kg/s和100kg/s至1000kg/s的至少一个范围内。在一个实施方式中，通过在维持的单元池气氛(诸如包含所需氧浓度的气氛)中泵送熔融金属来形成银气溶胶的能量效率可高于将气泵送通过熔融银。
MHD转换器可以包括金属气溶胶源，诸如银气溶胶。由于储罐中包含的金属的温度高于金属熔点，源可以包括至少一个双熔融金属注射器和来自至少一个储罐的气溶胶形成中的一个或多个。气溶胶源可以包括独立的EM泵注射器，其可以包括EM泵5ka、诸如5c的储罐、EM泵管5k61的喷嘴部分和喷嘴5q，其中熔融金属注射至少部分地转换成金属气溶胶。气溶胶可以流动或注入到需要冷凝金属蒸气的区域，诸如在MHD喷嘴307中。气溶胶可以使金属蒸气冷凝的程度大于经历等熵膨胀的金属蒸气可能的程度，诸如等熵喷嘴膨胀。金属蒸气冷凝可以释放金属蒸气汽化热，其可以增加气溶胶的温度和压力中的至少一个。相应的能量和功率可以有助于喷嘴出口处的气溶胶和等离子体流动的动能和功率。由于来自金属蒸气汽化热的功率的贡献，流动的功率可以转换为效率提高的电力。MHD转换器可以包括金属气溶胶源的控制器，以控制气溶胶流速和气溶胶质量密度中的至少一个。控制器可以控制EM泵气溶胶源的EM泵送速率。可以控制气溶胶注射速率以优化蒸气冷凝以恢复蒸发的汽化热和MHD功率转换效率。
在其他等熵膨胀过程中导致银蒸气凝结的熵减小可以通过银的汽化熵ΔS来估
vap算，其由下式给出
Figure GDA0003990253620002241
其中T是银沸点，并且ΔH是银的蒸发焓。在银蒸气接触具有1500K的储罐vapvap的示例性温度的银雾或气溶胶的情况下，达到沸点的熵变为
Figure GDA0003990253620002242
其中dHfog是差雾焓，是Tfog雾温度，Cp是银在恒定压力下的比热容，Tres是储罐和初始雾化温度。因此，在雾的质量流量量是金属蒸气的质量流量量的约8倍的情况下，金属蒸气将冷凝以释放其在喷嘴中的汽化热，其中相应的能量可显著地转换成动能。考虑到作为雾或气溶胶的冷凝蒸气的示例性摩尔体积比相应的蒸气小约50倍，雾流仅需要是总气体/等离子体积流量的约15％以实现蒸气的冷凝，从而导致大约纯的雾或气溶胶等离子体流动。可以通过控制储罐温度、雾源注射速率(诸如EM泵速率)和气溶胶形成气体(诸如氧和可选地，氩气)的压力来控制雾流速。
在一个实施方式中，MHD热力循环包括维持分数氢反应等离子体的过程，所述分数氢反应等离子体通过添加冷银气溶胶或液体银金属注射中的至少一种来维持过热的银蒸气并将其冷凝成液滴的高动能气溶胶射流。气溶胶喷射功率库存可主要包括动能功率。电功率转换可主要来自MHD通道308中的动能功率变化。MHD转换器的运行模式可以包括与轨道枪相反或与DC导电电磁泵相反的运行模式。
蒸气冷凝以形成液态银液滴的高动能射流可以基本上避免能量和功率平衡中的汽化热的损失。冷银气溶胶可以在储罐中形成并输送到反应单元池室5b31和MHD喷嘴307中的至少一个。单元池可以进一步包括在等离子体流的下游侧通过反应单元池室至MHD转换器的混合室。冷气溶胶和过热蒸气的混合可以在反应单元池室5b31、混合室和MHD喷嘴307中的至少一个中发生。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002243
包含氧气源以形成发烟熔融银以促进银气溶胶形成。可以将氧气供应到储罐5c、反应单元池室5b31、MHD喷嘴307、MHD通道308、MHD冷凝部分309和
Figure GDA0003990253620002251
-MHD转换器产生器的其他内腔室中的至少一个。氧可以被熔融银吸收以形成气溶胶。通过在产生器内部存在稀有气体(诸如氩气气氛)可以增强气溶胶。可以通过本公开的系统(诸如氩罐、管线、阀、控制器和注射器)添加氩气氛并将其维持在所需压力。注射器可以在冷凝部分309或其他适当的区域中以避免银回流。在一个实施方式中，通过将银直接或间接注入喷嘴中，可以将过热的银蒸气冷凝以形成气溶胶射流。在一个实施方式中，反应单元池室5b31可以在较低温度和较低压力中的至少一个下运行，以允许较大部分的蒸气在膨胀下液化，例如等熵膨胀。示例性的较低温度和压力分别为约2500K和约1atm，与3500K和10atm。
在流速降低的情况下，可以增加雾的密度以保持通道中的恒定流量。通过银雾液滴的聚集可以增加密度。通道可以包括直线通道。在其他实施方式中，通道可以是会聚的或发散的，或者具有适合于优化MHD功率转换的另一种几何形状。
在一个实施方式中，喷嘴可以包括至少一个用于相对冷的金属蒸气气溶胶的通道和至少另一个用于银蒸气或过热的银蒸气的通道。通道可以输送相应的气溶胶以在喷嘴307中混合。混合可以降低熵以引起银蒸气冷凝。冷凝和喷嘴流动可导致喷嘴出口处的快速气溶胶喷射。可以通过控制源的温度(诸如储罐温度)来控制相对冷的气溶胶的流速，其中储罐可以用作源。可以通过控制分数氢反应速率和熔融金属注射速率中的至少一个来控制过热蒸气的流速。
在一个实施方式中，喷嘴出口压力和温度约等于MHD通道308出口处的压力和温度，并且MHD通道308入口处的输入功率Pinput大约是由与其速度v下的质量流量速
Figure GDA0003990253620002252
相关联的动能给出的输入功率。
Figure GDA0003990253620002253
MHD信道中的电转换功率Pelectric由下式给出
Pelectric＝VI＝ELJ＝ELσ(vB-E)A＝vBWLσ(vB-WvB)d2＝σv2B2W(1-W)Ld2(49)
其中V是MHD通道电压，I是通道电流，E是通道电场，J是通道电流密度，L是通道长度，σ是流量电导率，v是流速，B是磁场强度，A是电流横截面积(喷嘴出口面积)，d是电极间距，W是负载系数(负载两端的电场与开路电场的比率)。效率由MHD通道中的电转换功率(式(49))与输入功率(式(48))之比给出：
Figure GDA0003990253620002261
在质量流量
Figure GDA0003990253620002262
为1kg/s的情况下，电导率为50,000S/m，速度为1200m/s，磁通量为0.25T，负载系数为0.5，示例性直方矩形通道的通道宽度和电极间距为0.05m，通道长度为0.2m，功率和效率为：
Pinput＝720 kW (51)
Pelectric＝562 kW (52)
并且
η＝78 ％ (53)
式(53)是当总能量存量基本上是动能时的总焓效率，其中蒸发热也在喷嘴307中转换成动能。
在一个实施方式中，差分洛伦兹力dFL与银等离子体流速和沿MHD通道308的差分距离dx成比例：
dFL＝σvB2(1-W)d2dx (54)
差分洛伦兹力(式(54))可以重新排列为
Figure GDA0003990253620002263
或
Figure GDA0003990253620002264
其中，(i)导电率σ和磁通量B沿通道可以是恒定的，(ii)理想地，由于在稳态条件下注入通道入口的恒定速率和流动的连续性，沿着通道没有质量损失，使得质量m相对于距离是恒定的并且通道中的质量流量率
Figure GDA0003990253620002265
是恒定的，和(iii)在稳定流动条件下速度与距离的差异
Figure GDA0003990253620002266
是时间无关的。沿着通道的速度减小的恒定质量流量速可以对应于气溶胶颗粒的增加聚集到MHD通道出口处的完全液化的极限。然后，速度相对于通道距离的变化率与速度成正比：
Figure GDA0003990253620002271
其中，k是由边界条件决定的常数。式(57)的整给出
v＝v0e-kx (58)
通过比较式(57)至式(56)，常数k是
Figure GDA0003990253620002272
通过比较式(58)和式(59)，作为通道距离函数的速度是
Figure GDA0003990253620002273
由式(49)，通道的相应功率由下式给出
Figure GDA0003990253620002274
在质量流量
Figure GDA0003990253620002275
为0.5kg/s，电导率σ为50,000S/m，速度为1200m/s，磁通量B为0.1T，负载系数W为0.7，示例性直方矩形通道的通道宽度和电极间距d为0.1m，并且通道长度L为0.25m的情况下，功率和效率为：
Pinput＝360 kW (62)
Pelectric＝196 kW (63)
并且η＝54％ (64)
式(64)对应于转换为电力以为外部负载供能的初始通道动能的54％，和在内部电阻中耗散功率的46％，其中电功率密度为80kW/L。
电功率会聚到输入MHD通道的动能
Figure GDA0003990253620002276
功率乘以MHD通道的负载系数W。可以通过增加输入动能功率和减小通道尺寸来增加功率密度。后者可以通过增加质量流量速，磁通密度和流动传导率中的至少一个来实现。在质量流量
Figure GDA0003990253620002281
为2kg/s，电导率σ为50,000S/m，速度为1500m/s，磁通量B为1T，负载系数W为0.7，示例性直方矩形通道的通道宽度和电极间距d为0.05m，并且通道长度L为0.1m的情况下，功率和效率为：
Pinput＝2.25 MW (65)
Pelectric＝1.575 MW (66)
并且
η＝70 ％ (67)
式(67)对应于转换为电力以为外部负载供能的初始通道动能的70％和在内部电阻中耗散功率的30％，其中电功率密度为6.3MW/L。
由式(61)给出的功率可以表达为
Figure GDA0003990253620002282
其中，K0是初始通道动能。最大功率输出可以通过取相对于W的导数P，并将其设置为等于0来确定。
Figure GDA0003990253620002283
其中
Figure GDA0003990253620002284
然后，
(1+sW)＝es(1-W) (71)
在式(65-67)的示例性情况中，其中s＝125，使用重复方法，当W＝0.96时，功率是最佳的。在这种情况下，式(65-66)条件的功率为96％。
在一个实施方式中，反应单元池室5b31和喷嘴307中的至少一个可以包括磁瓶，其可以沿着MHD通道308的纵向轴线选择性地形成等离子体射流。功率转换器可以包括磁镜，其是在所需的离子流方向上的磁场梯度的来源，其中等离子体电子的初始平行速度v||随着轨道速度随着能量守恒而根据绝热不变量
Figure GDA0003990253620002291
而增加，线性能量从轨道运动汲取。随着磁通量B减小，离子回旋加速器半径a将增加，使得通量πa2B保持恒定。连接轨道的通量的不变性是“磁镜”机制的基础。磁镜的原理是，如果初始速度朝向镜并且从镜反射，则带电颗粒被强磁场区域反射。通过离子轨道的通量的绝热不变性是沿着z轴形成离子流的手段，其具有v⊥至v||的转换，使得v||＞v⊥。两个以上磁镜可形成磁瓶以限制等离子体，诸如在反应单元池室5b31中形成的等离子体。在中心区域中瓶中产生或包含的离子将沿着轴螺旋，但是将被每个末端的磁镜反射。具有与所需轴平行的高速度分量的更高能离子将在瓶的末端逸出。在MHD通道末端处的瓶可以是更加渗漏的。因此，瓶可以产生从磁瓶的端部进入磁流体动力转换器的通道入口的基本上线性的离子流。
具体而言，等离子体可以用磁镜磁化，该磁镜使得垂直于MHD通道或z轴的方向v⊥的离子运动的分量由于绝热不变量
Figure GDA0003990253620002292
而至少部分地转换成平行运动v||。离子沿z轴具有优先速度并传播到磁流体动力学功率转换器中，其中洛伦兹偏转离子在与相应横向偏转场交叉的电极处形成电压。电压可以驱动电流通过电负载。在一个实施方式中，磁镜包括电磁体或永磁体，其产生等效于亥姆霍兹线圈或螺线管的场。在电磁磁镜的情况下，可以通过控制电磁电流来调节磁场强度，以控制离子从反应单元池室流出以控制功率转换的速率。在MHD通道308的入口处
Figure GDA0003990253620002293
和
Figure GDA0003990253620002294
的情况下，由
Figure GDA0003990253620002295
给处的速度可以约95％平行于z轴。
在一个实施方式中，分数氢反应混合物可以包括氧、水蒸气和氢中的至少一种。MHD组件可以包括材料，诸如陶瓷，诸如金属氧化物，诸如氧化锆和氧化铪或二氧化硅或石英中的至少一种，其在氧化气氛下是稳定的。在一个实施方式中，MHD电极304可以包括运行期间不易腐蚀或降解的材料。在一个实施方式中，MHD电极304可以包括导电陶瓷，诸如导电固体氧化物。在另一实施方式中，MHD电极304可以包括液体电极。液体电极可以包括金在电极运行温度是液体的金属。液态金属可以包括工作介质金属，诸如熔融银。熔融电极金属可以包括浸渍有熔融金属的基质。基质可以包括耐火材料，诸如金属，诸如W、碳，可以是导电的陶瓷或本公开的另一种耐火材料。电极可以包括固体耐火金属。负极性可以保护负电极免受氧化。正电极可以包括液体电极。
液体电极可以包括施加电磁约束(洛伦兹力)以维持自由表面液态金属的装置。液态金属电极可以包括磁场源和电流源以维持电磁约束。磁场源可以包括MHD磁体306和另一组磁性中的至少一个，诸如永磁体磁体、电磁体和超导磁体。电流源可以包括MHD电流和来自外部电流源的施加电流中的至少一个。
在一个实施方式中，导电陶瓷电极可以包括本公开的导电陶瓷电极，诸如ZrC、HfC或WC的碳化物，或诸如ZrB2的硼化物，或者诸如ZrC-ZrB2、ZrC-ZrB2-SiC和ZrB2等复合材料，其具有可在高达1800℃的温度下工作20％ Si复合材料。电极可以包括碳。在一个实施方式中，可以通过公共歧管向多个液体电极供应液态金属。液态金属可以通过EM泵泵送。液体电极可以包括浸渍在非反应性基质(诸如陶瓷基质，诸如金属氧化物基质)中的熔融金属。作为另选，液态金属可以泵送通过基质以连续供应熔融金属。在一个实施方式中，电极可以包括连续注射的熔融金属，诸如点燃电极。注射器可以包括非反应性耐火材料，诸如金属氧化物，诸如ZrO2。在一个实施方式中，每个液体电极可以包括暴露于MHD通道等离子体的熔融金属的流动流。
在一个实施方式中，电极可以布置在霍尔产生器设计中。负电极可以靠近MHD通道的入口，而正电极可以靠近MHD通道的出口。电极可以靠近MHD通道的入口，可以包括液体电极，诸如浸没电极。靠近MHD通道出口的电极可以包括在电极运行温度下耐氧化的导体，其中在出口处的运行温度可以明显低于MHD通道的入口的运行温度。MHD出口处的示例性抗氧化电极可以包括诸如ZrC等碳化物或诸如ZrB2等硼化物。在一个实施方式中，电极可以包括由绝缘体部分分开的一系列电极部分，绝缘体部分包括MHD通道壁的突起部，该突起部可以包括电绝缘体。突出部分可以保持在防止金属蒸气冷凝的温度。绝缘部分可以包括壁条，所述壁条是加热和绝缘中的至少一种，以在MHD通道的运行压力下将条带温度保持在金属的沸点之上。通道出口处的电极可以包括抗氧化电极，诸如碳化物或硼化物，其可以在出口温度下对氧化稳定。在一个实施方式中，MHD通道可以保持在低于导致壁的绝缘体部分上的金属蒸气冷凝和电极腐蚀中的至少一个的温度，诸如碳化物或硼化物电极，诸如包含ZrC或ZrB2的电极，或诸如ZrC-ZrB2和ZrC-ZrB2-SiC复合材料等复合材料，气可在高达1800℃的温度下工作。在一个实施方式中，工作介质包括金属，诸如银，其可以在低于其沸点的温度下升华，以防止金属在MHD通道的壁上冷凝，使得其流到再循环系统。
在一个实施方式中，MHD磁体306可以包括交变场磁体，诸如电磁体，其可以将正弦或交变磁场施加到MHD通道308。正弦或交变施加的场可以使MHD电输出交变(AC)功率。交流电和电压频率可以是标准频率，诸如50Hz或60Hz。在一个实施方式中，通过感应将MHD功率传输出通道。感应产生器可以消除与等离子体接触的电极。
诸如将反应单元池室5b31和MHD加速通道或喷嘴307连接到MHD膨胀或产生器通道308的密封件314等组件之间的连接件和密封件可以包括垫圈式凸缘密封件或本公开的其他密封件。其他密封件(诸如返回导管310、返回储罐311、返回EM泵312、注射储罐5c和注射EM泵组装件5kk的密封件)可以包括本公开的密封件。示例性垫圈包括碳，诸如石墨或石墨烯，其中连接的金属氧化物部件(诸如包含氧化铝、氧化铪、氧化锆和氧化镁中的至少一种的部件)保持低于碳化还原温度，诸如低于约1300℃至1900℃的范围。基于它们的运行参数和要求，组件可以包括本公开的不同材料，诸如耐火材料和不锈钢。在示例性实施方式中，i.)EM泵组装件5kk、返回导管310、返回储罐311和返回EM泵管312中的至少一个包括不锈钢，其中内部可涂覆有氧化保护涂层，诸如镍、Pt、铼或其他贵金属，ii.)储罐5c、反应单元池室5b31、喷嘴307和MHD膨胀部分308中的至少一个包括电绝缘耐火材料，诸如氮化硼或耐火氧化物，诸如MgO(M.P.2825℃)、ZrO2(M.P.2715℃)、对H2O稳定的氧化镁氧化锆、锆酸锶(SrZrO3 M.P.2700℃)、HfO2(M.P.2758℃)或在运行温度下对氧化稳定的二氧化钍(M.P.3300℃)，iii.)反应单元池室5b31包括石墨，诸如各向同性和热解石墨中的至少一种，和iv.)入口上升管5qa、电磁泵管5k61的喷嘴部分、喷嘴5q和MHD电极304中的至少一个可以包括至少一种碳、Mo、W、铼、铼涂覆的Mo、铼涂覆的W。在示例性实施方式中，EM泵组装件5kk、返回导管310a、返回储罐311a和返回气泵或压缩机312a中的至少一个包括不锈钢，其内部可以涂覆有氧化保护涂层，诸如镍、Pt、铼或其他贵金属。
电极可以包括贵金属涂覆的导体，例如铜、镍、镍合金和钴合金上的Pt，或未涂覆的这些金属，其中冷却可以通过背衬热交换器或冷板施加。电极可以包括尖晶石型电极，诸如0.75MgAl2O4-0.25Fe3O4、0.75FeAl2O4-0.25Fe3O4、和铬酸镧La(Mg)CrO3。在一个实施方式中，MHD电极304可以包括液体电极，诸如液态银涂覆的耐火金属电极或冷却的金属电极。Ni和铼涂层中的至少一种可以保护涂覆的组分免于与H2O反应。MHD气氛可以包括氢以维持金属的还原条件，诸如EM泵管5k6、入口上升管5qa、电磁泵管5k61的喷嘴部分、喷嘴5q和MHD电极304的那些。MHD气氛可以包括水蒸气以维持氧化物陶瓷，诸如陶瓷组件的锆酸锶、氧化铪、ZrO2或MgO，诸如反应单元池室5b31、喷嘴307和MHD膨胀部分308中的至少一个。金属氧化物部件可以使用陶瓷胶胶粘或胶合在一起，陶瓷胶如磷酸氧化锆水泥、ZrO2水泥或氧化钙-氧化锆水泥。示例性Al2O3粘合剂是Rescor 960氧化铝(Cotronics)和Ceramabond671。其他示例性陶瓷胶是Resbond 989(Cotronics)和Ceramabond 50(Aremco)。在一个实施方式中，壁组件可以用MgO稳定的绝热陶瓷，诸如ZrO2或HfO2，并且分段电极的电极绝缘体可以包括导热陶瓷，诸如MgO。为了防止从外表面蒸发导致损失，陶瓷可以足够厚以便在外部充分冷却、主动或被动冷却、或包裹在绝缘体中的至少一个。
可以将几种氧化物加入ZrO2(氧化锆)或HfO2(氧化铪)中以稳定如下材料，诸如氧化钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、氧化钽(Ta2O5)、氧化硼(B2O3)、TiO2、氧化铈(Ce2O3)、SiC、钇、和铱。晶体结构可以是立方相，其被称为立方稳定氧化锆(氧化铪)或稳定氧化锆(氧化铪)。在一个实施方式中，至少一种单元池组件(诸如反应单元池室5b31)对氧和氧离子中的至少一种是可渗透的。示例性的氧化物可渗透材料是ZrO2。可以通过控制通过氧化物可渗透或氧化物移动材料(诸如ZrO2)的氧化物扩散速率来控制反应单元池室5b31的氧含量。单元池可以包括穿过氧化物可渗透材料的电压和电流源以及电压和电流控制系统，其中穿过材料的氧化物离子流由电压和电流控制。其他合适的耐火组分材料包括SiC(M.P.＝2830℃)，BN(M.P.＝2970℃)，HfB2(M.P.＝3250℃)，和ZrB2(M.P.＝3250℃)中的至少一种。
为避免MHD电极被熔融金属蒸气电短路，电极304(图2I161)可以包括导体，每个导体安装在电绝缘体覆盖的导电柱或用作隔离引线的引线305上，其进一步用作电极的间隔物。电极304可以是分段的，并且可以包括阴极302和阳极303。除了支座引线305之外，电极可以自由地悬挂在产生器通道308中。沿垂直轴的电极间距可足以防止熔融金属短路。电极可以包括耐火导体，诸如W或Mo。引线305可以连接到可以用诸如BN等耐火绝缘体绝缘的导线。导线可以连接在线束中，其在可以包括金属的MHD汇流条馈通件凸缘301处穿过。在MHD转换器之外，线束可以连接到功率合并器和逆变器。
在示例性实施方式中，在MHD转换成电力期间的黑体等离子体初始和最终温度是3000K和1300K。在一个实施方式中，MHD产生器在低压侧冷却以维持等离子体流动。霍尔或产生器通道308可以被冷却。冷却装置可以是本公开的冷却装置。MHD产生器300可以包括热交换器316，如辐射热交换器，其中热交换器可设计成根据其温度函数辐射功率，以维持所需的最低通道温度范围，例如在约1000℃至1500℃的范围内。辐射热交换器可以包括高表面，以使其尺寸和重量中的至少一个最小化。辐射热交换器316可以包括多个表面，这些表面可以配置成金字塔形或棱柱形小平面以增加辐射表面积。辐射热交换器可以在空气中运行。辐射热交换器的表面可以涂覆有这样的材料，该材料具有下组中的至少一种性质(i)能够高温运行，如耐火材料，(ii)具有高发射率，(iii)对于氧化稳定，并提供高表面积，诸如具有无阻碍或无障碍发射的纹理表面。示例性材料是陶瓷，诸如氧化物，诸如MgO，ZrO2，HfO2，Al2O3，和其他氧化稳定陶瓷，诸如ZrC-ZrB2和ZrC-ZrB2-SiC复合材料。
产生器可以进一步包括再生器或再生热交换器。在一个实施方式中，在以逆流方式通过以在膨胀部分308或其他热损失区域中接收热量以预热注入到单元池反应室5b31中的金属以维持反应单元池室温度之后，流体返回到主色系统。在一个实施方式中，作介质(诸如银和贵金属中的至少一种)、单元池组件诸如储罐5c、反应单元池室5b31和MHD转换器组件(诸如MHD冷凝部分309或其他热组件中的至少一个(诸如储罐5c、反应单元池室5b31、MHD喷嘴部分307、MHD产生器部分308和MHD冷凝部分309中的至少一个))中的至少一个可以通过热交换器加热，该热交换器从其他单元池或MHD组件(诸如储罐5c、反应单元池室5b31、MHD喷嘴部分307、MHD产生器部分308和MHD冷凝部分309中的至少一种)中的至少一个接受热量。再生器或再生热交换器可以转移从一个组件到另一个组件的热量。
在一个实施方式中，可以控制辐射加热器交换器316的辐射率、面积和温度中的至少一个以控制热传递速率。可以通过控制辐射器上的隔屏蔽的覆盖程度来控制面积。可以通过控制到辐射器的热流来控制温度。在另一实施方式中，热交换器316可以包括冷却剂回路，其中MHD热交换器316通过MHD冷却剂入口317接收冷却剂并通过MHD冷却剂出口318移除热量。热量可用于再生热交换器中以预热返回银流，单元池组件或MHD组件。作为另选，热量可用于加热和热电联产应用。
喷嘴喉部307可以包括耐磨损的耐火材料，诸如金属氧化物(诸如ZrO2，HfO2，Al2O3或MgO)，耐火氮化物，耐火碳化物(诸如碳化钽，碳化钨或钽碳化钨)，可以包括耐火包层(诸如钨)的热解石墨，或本发明的另一种耐火材料或可包覆在耐火材料上的材料，诸如碳。电极304可以包括耐火导体，诸如W或Mo。产生器通道308或电绝缘支撑件(诸如电极305的电绝缘支撑件)可以是耐火绝缘体，诸如本公开的耐火绝缘体，诸如陶瓷氧化物(诸如ZrO2)、氮化硼或碳化硅。在其中MHD组件被冷却的另一个实施方式中，MHD组件(诸如喷嘴307和通道308中的至少一个)可包含过渡金属，诸如Cu或Ni，其可涂覆有耐火材料，诸如Al2O3，ZrO2，莫来石或本公开的其他材料。电极可以包括可冷却的过渡金属，其中表面可涂覆有耐火导体，诸如W或Mo。所述组件可通过水、熔融盐或本领域技术人员已知的其他冷却剂冷却，诸如热油(如硅基聚合物)、熔融金属(如Sn、Pb、Zn、合金)、熔融盐(如碱金属盐)和共晶盐混合物(如碱金属卤化物碱金属氢氧化物混合物((MX-MOH M＝Li，Na，K，Rb，Cs；X＝F，Cl，Br，I))中的至少一种。可以使热的冷却剂再循环以预热注入反应单元池室5b31的熔融金属。相应的热回收系统可以包括换热器。
在一个实施方式中，MHD组件(诸如MHD喷嘴307、MHD通道308和MHD冷凝部分309)可以包括耐火材料，诸如本公开的耐火材料，诸如碳化物，碳，和硼化物，和金属中的至少一种。耐火材料可以是易于氧化成氧和水中的至少一种。为了抑制氧化反应，HOH催化剂的氧源可以包括含氧的化合物(诸如CO、碱金属或碱土金属氧化物中的至少一种)，或本发明的另一种氧化物或含氧化合物。硼化物可以包括可以掺杂SiC的ZrB2。碳化物可以包括ZrC，WC，SiC，TaC，HfC，和Ta4HfC5中的至少一种。诸如碳化物的导电材料可以用绝缘间隔物或套管电隔离，如在点燃和MHD电极中的至少一个的电隔离的情况下所指示的那样。
示例性MHD体积转化密度为约70MW/m3(70kW/L)。历史MHD的大多数问题源于气体点火情况下的低电导率特征以及煤点火对应物中的低电导率和结渣环境。在电压为12V时，来自10,000A电流的银
Figure GDA0003990253620002341
等离子体的电导率估计约为1m。从电弧尺寸来看，相应的电导率估计为1X 105S/m，相比之下碱接种的惰性MHD工作气体的的电导率约20S/m，其中功率密度与电导率成比例。
在一个实施方式中，工作介质可以包括银蒸气和银蒸气接种的稀有气体(诸如He，Ne或Ar)中的至少一种。在一个实施方式中，可以通过控制熔融金属蒸气压力(诸如银蒸气压力)和工作介质的电离中的至少一种来控制工作介质的电导率。可以通过控制分数氢反应功率、通过分数氢反应发射的EUV和UV光强度、点燃电压、点燃电流、熔融金属流的EM泵送速率，和诸如气体、电子、离子和黑体温度中的至少一个运行温度中的至少一个来控制工作介质的电离。可以通过控制点燃和分数氢反应条件中的至少一个来控制至少一个温度。示例性分数氢反应条件是气压和气体组成，诸如H2O、H2和惰性气体组成。分数氢反应条件和相应对照可以是本公开或其他合适的分数氢反应条件和相应。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002351
可以进一步包括熔融金属溢流系统，诸如包含溢流槽、至少一个泵、单元池熔融金属存量传感器、熔融金属存量控制器、加热器、温度控制系统、和用于存储和供应
Figure GDA0003990253620002352
所需的熔融金属存量的溢流系统可以通过传感器和控制器中的至少一个确定。溢流系统的熔融金属存量控制器可以包括本公开的熔融金属液位控制器，诸如入口上升管和EM泵。溢流系统可以包括MHD返回导管310、返回储罐311、返回EM泵312和返回EM泵管313中的至少一个。
在一个实施方式中，在确保等熵流动的条件下保持工作介质的膨胀。在一个实施方式中，选择入口工作介质条件用于超音速喷嘴膨胀，其将确保喷嘴中的可逆膨胀和MHD通道中的强驱动压力梯度。由于饱和，如果它在喷嘴中发生，将由于快速冷却速率(如约15K/us)而导致强烈的非平衡过冷，并且这可能进一步将引发在喷嘴发散部分中的冷凝冲击，喷嘴入口条件可以高度过热，以使蒸气在膨胀过程中不会饱和。在一个实施方式中，应避免冷凝冲击，因为它会导致偏离所需的等熵流条件的不可逆性并急剧降低喷嘴出口速度，并且所产生的高密度液体Ag液滴夹带在喷嘴超音速/发散部分中的蒸气流中，其可以导致喷嘴表面的加速腐蚀。在洛伦兹力不利于流动方向，使得MHD通道中的弱驱动压力梯度可导致通过系统的体积流量减小的实施方式中，喷嘴入口温度尽可能高以允许足够的过热，并且压力也适度高，以确保喷嘴下游的MHD部分具有强大的驱动压力梯度。在示例性实施方式中，反应单元池室5b31在喷嘴入口处的压力为约6atm，并且等离子体温度为约4000K，以导致等熵膨胀并且干燥蒸气出口喷嘴在约马赫数1.24，具有，约722m/s速度和大于2atm的压。较低的入口温度也是可能的，但这些可能各自产生较小的出口速度和压力。
在其中洛伦兹力可在达到期望的MHD通道308出口温度之前停止等离子体射流的实施方式中，等离子体传导率、磁场强度、气体温度、电子温度、离子温度、通道入口压力、射流速度和工作介质流量参数中的至少一个被优化，以实现所需的MHD转换效率和功率密度。在包括熔融金属接种的稀有气体等离子体(如银蒸气接种的氩或氦等离子体)的实施方式中，控制金属蒸气与稀有气体的相对流动以实现所需导电率、等离子体气体温度、反应室5b31压力和MHD通道308入口射流速度、压力和温度中的至少一种。在一个实施方式中，稀有气体和金属蒸气流可以通过控制相应的返回泵来控制，以实现所需的相对比率。在一个实施方式中，可以通过控制到反应单元池室5b31的相对稀有气体和金属注射速率来控制接种量来控制电导率。在一个实施方式中，可以通过控制分数氢反应速率来控制电导率。可以通过本公开控制分数氢反应速率，诸如通过控制催化剂源、氧源、氢源、水蒸气、氢气、导电基质的流动(诸如熔融银的注射)和点燃参数(诸如点燃电压和电流中的至少一个)中的至少一种的注射速率。在一个实施方式中，MHD转化器包括用于分数氢反应和MHD运行参数的传感器和控制系统，诸如(i)反应条件，诸如反应物压力、温度和相对浓度、反应物流(诸如HOH和H或它们的源的反应物流和如液体和汽化银等导电基质的流和泵送速率，和点燃条件(诸如点燃电流和电压)，(ii)等离子和气体参数，诸如通过MHD转换器的各个阶段的压力、速度、流速、电导率和温度，(iii)返回和再生材料参数，诸如稀有气体和熔融金属的泵送速率和物理参数，诸如流速、温度和压力，以及(iv)反应单元池室5b31、MHD喷嘴部分307、MHD通道308和MHD冷凝部分309中的至少一个中的等离子体电导率传感器。
在一个实施方式中，可以将诸如氢气的气体源(诸如H2气体和H2O中的至少一种)供应到反应单元池室5b31。
Figure GDA0003990253620002361
可以包括至少一个质量流量控制器以供应氢源，诸如H2气体和H2O中的至少一种，其可以是液体和气体形式中的至少一种。供应可以通过以下基座中的至少一个：EM泵组装件5kk1、储罐5c壁、反应单元池室的壁5b31、注射EM泵管5k6、MHD返回导管310、MHD返回储罐311、MHD返回EM泵312的泵管和MHD返回EM泵管313。添加到单元池或MHD内部的气体可以注入MHD冷凝器部分309或任何方便的单元池或连接到内部的MHD转换器组件。在一个实施方式中，可以通过选择性膜(如氢可渗透膜)提供氢气。氢供应膜可包含Pd或Pd-Ag H2可渗透膜或本领域技术人员已知的类似膜。用于气体的EM泵管壁的穿透部可以包括可以焊接或螺纹连接的凸缘。氢可以从氢罐供应。氢可以从氢负离子的释放中提供，其中可以通过本领域技术人员已知的方法控制释放，诸如通过控制氢负离子的压力和温度中的至少一个。可以通过水的电解来供应氢。水电解槽可以包括高压电解槽。电解槽和氢质量流量控制器中的至少一个可以由控制器控制，诸如包括计算机和相应传感器的控制器。可基于
Figure GDA0003990253620002371
的功率输出来控制氢流量，其可由诸如热测量装置、PV转换器或MHD转换器等转换器记录。
在一个实施方式中，可以将H2O供应到反应单元池室5b31。供应可以包括诸如通过EM泵管5k6或EM泵组装件5kk的管线。H2O可以提供H和HOH催化剂中的至少一种。分数氢反应可产生O2和H2(1/p)和产物。诸如H2(1/4)的H2(1/p)可以从反应单元池室和MHD转化器中的至少一个扩散到外部区域，诸如环境大气或H2(1/p)收集系统。由于其体积小，H2(1/p)可以扩散通过反应单元池室和MHD转化器中的至少一个的壁。O2产物可以从反应单元池室和MHD转化器中的至少一个扩散到外部区域，例如环境大气或O2收集系统。O2可以通过选择性膜、材料或值扩散。选择性材料或膜可以包括能够传导氧化物的材料，诸如氧化钇、镍/氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)/硅酸盐层状，或本领域技术人员已知的其他氧或氧化物选择性膜。O2可以通过可渗透的壁扩散，诸如能够传导氧化物的壁，诸如氧化钇壁。氧渗透膜可以包括反应单元池和MHD转换器的低压组件的多孔陶瓷，诸如MHD通道308的陶瓷壁。氧选择性膜可以包括BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧渗透膜，可以涂覆Bi26Mo10O69以提高氧气渗透速率。氧选择性膜可以包括Gd1-xCaxCoO3-d和Ce1-xGdxO2-d中的至少一种。氧选择性膜可以包括陶瓷氧化物膜，诸如SrFeCo0.5Ox、SrFe0.2Co0.5Ox、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2Ox、BaCo0.4Fe0.4Zr0.2Ox、La0.6Sr0.4CoOx和Sr0.5La0.5Fe0.8Ga0.2Ox中的至少一种。
EM泵或组件(诸如EM泵组装件5kk、EM泵5ka、EM泵管5k6、入口上升管5qa和注射EM泵管5k61中的至少一种)可以包括对于氧稳定的材料或涂层，诸如具有20％ SiC复合材料或至少一种贵金属(诸如铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铑(Rh)和铱(Ir)中的至少一种)的陶瓷，诸如Al2O3、ZrC、ZrC-ZrB2、ZrC-ZrB2-SiC、和ZrB2中的至少一种。
在图2I174-2I181所示的实施方式中，EM泵组装件5kk、EM泵5ka、EM泵管5k6、入口上升管5qa和注射EM泵管5k61中的至少一种可以包括抗氧化的陶瓷。陶瓷可以与O2是非反应性的。陶瓷可以包括对高温氧反应是稳定的电导体。示例性陶瓷是具有20％ SiC复合材料的ZrC、ZrB2、ZrC-ZrB2、ZrC-ZrB2-SiC和ZrB2。导电陶瓷可以是掺杂有SiC以提供防氧化保护。
铱(M.P.＝2446℃)不与银形成合金或固溶体；因此，铱可以用作EM泵组装件5kk和EM泵管5k6中的至少一个的合适的抗氧化涂层，以避免氧化。铱涂层可以施加到具有大约匹配的热膨胀系数(CTE)的金属上。在示例性实施方式中，EM泵组装件5kk和EM泵管5k6的内部用铱电镀，其中电镀组件包括不锈钢(SS)，诸如Haynes 230、310SS或625SS，其具有与铱类似的CTE。作为另选，钼EM泵组装件5kk可涂覆有铱，其中存在CTE匹配(例如约7ppm/K)。在一个实施方式中，使用管作为阴极来电镀EM泵管的内部，并且对电极可以包括具有绝缘间隔物的导线，该绝缘间隔物在对电极上周期性地移动以电镀由间隔物覆盖的区域。在一个实施方式中，铱涂层可以通过气相沉积施加，所述方法包括化学沉积包含铱的有机分子，如十二羰基四铱的热分解，以使铱沉积在保持在高温下的所需表面上。铱可以通过本领域已知的一种或多种方法沉积，诸如磁控溅射(直流磁控溅射(DCMS)和射频磁控溅射(RFMS))、化学气相沉积(CVD)、金属-有机CVD(MOCVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、激光诱导化学气相沉积(LCVD)、电沉积、脉冲激光沉积(PLD)和双辉光等离子体(DGP)中的至少一种。在一个实施方式中，EM泵5k6管的内部可以包覆有铱。包层的末端可以通过本发明的方法涂覆铱，诸如CVD或电镀。
在另一实施方式中，EM泵组装件诸如不锈钢EM泵组装件可以涂覆有耐火、抗氧化涂层，诸如氧化物和碳化物中的至少一种。涂层可以包括碳化物(诸如碳化铪/碳化硅(HfC/SiC))和氧化物(诸如HfO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、SiO2、Ta2O5和TiO2中的至少一种)中的至少一种。
在另一实施方式中，EM泵管5k6包括耐氧化不锈钢(SS)，诸如用于煤燃烧室和锅炉管的水壁，诸如奥氏体不锈钢。示例性材料是Haynes 230、SS 310和SS 625，奥氏体镍-铬-钼-铌合金具有出色的耐腐蚀性以及从低温到1800°F(982℃)的高强度的罕见组合。在一个实施方式中，诸如Haynes 230、SS 310或SS 625的材料可以被预氧化以形成保护性氧化物涂层。可以通过在包含氧气的气氛中加热来形成保护性氧化物涂层。诸如Haynes 230的SS可以在空气或受控气氛中预氧化，诸如包含氧气和稀有气体(如氩气)的气氛。在示例性实施方式中，Haynes 230，如具有W和Mo合金的Ni-Cr合金，在1000℃的空气中或氩气80％/氧气20％中预氧化24小时。可以在所需的运行温度和氧浓度下形成氧化物涂层。在一个实施方式中，诸如包括SS 625的那些金属部件，专注如EM泵组装件5kk，可以是3D打印的。在一个实施方式中，可以保护EM泵组装件的外部免受氧化。保护可以包括具有抗氧化涂层的涂层，诸如本公开的涂层。作为另选，EM泵组装件5kk的至少一部分可以嵌插抗氧化材料中，所述材料诸如陶瓷、石英、玻璃和水泥。氧化保护部分可以在空气中运行。在一个实施方式中，熔融金属(诸如银)可以包括可以防止或减少EM泵管内部氧化的添加剂。添加剂可包含还原剂(诸如硫代硫酸盐)或EM泵管的氧化产物，使得通过稳定管壁的保护性氧化物来抑制进一步的氧化。作为另选，熔融金属添加剂可以包括稳定泵管壁上的保护性金属氧化物的基座。
在一个实施方式中，EM泵组装件可以包括多种陶瓷，诸如导电和非导电陶瓷。在示例性实施方式中，除EM泵汇流条5k2外，EM组装件5kk可以包括非导电陶瓷，诸如氧化物，诸如Al2O3，氧化锆或氧化铪，并且EM泵汇流条5k2可以包括导电陶瓷，诸如ZrC，ZrB2，或复合材料，诸如ZrC-ZrB2-SiC。储罐5c可以包括与EM泵组装件5kk相同的非导电陶瓷。在一个实施方式中，陶瓷EM泵可以包括至少一个钎焊或金属化陶瓷部件以形成部件之间的连接。
电磁泵可以各自包括用于液态金属的两种主要类型的电磁泵中的一种：AC或DC传导泵，其中在包含液态金属的管上建立AC或DC磁场，并且AC或DC电流通过连接到管壁的电极分别被馈送到液体；和感应泵，其中行进场感应所需的电流，如在感应电动机中，其中电流可以与施加的AC电磁场交叉。感应泵可以包括三种主要形式：环形线性、扁平线性和螺旋形。泵可以包括本领域已知的其他泵，诸如机械泵和热电泵。机械泵可以包括具有电动机驱动叶轮的离心泵。
熔融金属泵可以包括移动磁体泵(MMP)，诸如在以下中描述的：M.G.Hvasta,W.K.Nollet,M.H.Anderson”Designing moving magnet pumps for high-temperature,liquid-metal systems”,Nuclear Engineering and Design,第327卷,(2018)，第228-237页，以其整体通过引用并入本文。MMP可以产生具有永磁体和多相场线圈的旋转阵列中的至少一个的行进磁场。在一个实施方式中，MMP可以包括多级泵，诸如用于MHD再循环和点燃注射的两级泵。两级MMP泵可以包括电动机，诸如转动轴的电动机。两级MMP可以进一步包括两个鼓，每个鼓包括一组周向安装的交替极性的磁体，其固定在每个鼓的表面上，以及陶瓷容器，其具有容纳鼓的U形部分，其中每个鼓可以通过轴旋转以在陶瓷容器中引起熔融金属流动。在另一个MMP实施方式中，交替磁体鼓由每个盘表面上的两个交替极性磁体盘代替，所述两个盘表面位于夹着的条带陶瓷容器的相对位置上，所述陶瓷容器包含通过盘的旋转泵送的熔融金属。在另一实施方式中，容器可以包括磁场可渗透材料，诸如非铁金属，诸如不锈钢或陶瓷，例如本公开的陶瓷。可以通过诸如空气冷却或水冷却的方式冷却磁体，以允许在升高的温度下运行。
示例性商用AC EM泵是CMI Novacast CA15，其中可以改变加热和冷却系统以支持泵送熔融银。包括入口和出口部分的EM泵管的加热器和包含银的容器可以通过本公开的加热器加热，诸如电阻或感应耦合加热器。诸如电阻或感应耦合加热器的加热器可以在EM泵管的外部，并且还包括传热装置，以将热量从加热器传递到EM泵管，诸如热导管。热导管可以在高温下运行，诸如具有锂工作流体的热导管。EM泵的电磁体可以通过本公开的系统冷却，诸如通过水冷回路和制冷器。
在一个实施方式中(图2I184-2I185)，EM泵400可以包括AC感应类型，其中银上的洛伦兹力由通过银的时变电流和交叉同步的时变磁场产生。通过银的时变电流可以通过由EM泵变压器绕组电路401a产生的第一时变磁场的法拉第感应产生。第一时变磁场的源可以包括初级变压器绕组401，并且银可以用作次级变压器绕组，诸如包括电流回路405的EM泵管部分和EM泵电流回路返回部分406的单匝短路绕组。初级绕组401可以包括AC电磁体，其中第一时变磁场通过磁路或EM泵变压器轭402通过银405和406的周向回路(感应电流回路)传导。银可以包含在容器中，诸如陶瓷容器405和406，诸如包含本公开的陶瓷的容器，诸如氮化硅(MP 1900℃)、石英、氧化铝、氧化锆、氧化镁或氧化铪。可以通过受控的被动氧化在亚硝酸硅上形成保护性SiO2层。容器可以包括封闭磁性电路或EM泵变压器轭402的通道405和40。容器可以包括扁平部分405，以使感应电流在与同步时变磁场垂直的方向上具有流动分量，和根据相应的洛伦兹力的所需的泵流方向。交叉同步时变磁场可以由包括AC电磁体403和EM泵电磁轭404的EM泵电磁电路403c产生。磁轭404可以在包含银的容器405的扁平部分处具有间隙。EM泵变压器绕组电路401a的电磁体401和EM泵电磁电路403c的电磁体403可以由单相AC电源或本领域已知的其他合适的电源供电。磁体可以靠近回路弯曲部定位，使得存在期望的电流矢量分量。为变压器绕组401和电磁体绕组403供电的AC电流的相位可以同步，以保持洛伦兹泵送力的期望方向。
在一个实施方式中(图2I184-2I185)，在包括这些组件的实施方式中，感应电流回路可以包括：入口EM泵管5k6、电流回路405的EM泵管部分、出口EM泵管5k6、和储罐5c中通过银的路径，其可以包括入口上升管5qa和注射器561的壁。EM泵可以包括监视和控制系统，诸如用于初级绕组的电流和电压的监视和控制系统以及具有泵送参数的SunCell功率产生的反馈控制。示例性测量的反馈参数可以是反应单元池室5b31处的温度和MHD转换器处的电力。监视和控制系统可以包括相应的传感器、控制器和计算机。
在仅具有一对电磁泵400的MHD转换器实施方式中，每个MHD返回导管310延伸并连接到相应的电磁泵5kk的入口。该连接可以包括诸如Y-连接的连接，其具有MHD返回导管310的输入和储罐基座的凸台308，诸如储罐底板组装件409的凸台。在包括具有MHD转换器，EM泵的注入侧，储罐和反应单元池室5b31的加压的
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的实施方式中，在相对于MHD返回导管310的高压下运行。每个EM泵的入口可仅包括MHD返回导管310。连接可以包括诸如Y形连接的连接，其具有MHD返回导管310的输入和储罐基座的凸台，其中泵动力防止从入口流动从储罐回流到MHD返回导管310。
在MHD动力产生器的实施方式中，注射EM泵和MHD返回EM泵可以包括本发明的任何泵，诸如DC或AC传导泵和AC感应泵。在示例性MHD动力产生器实施方式(图2I184)中，注射EM泵可以包括感应EM泵400，并且MHD返回EM泵312可以包括感应EM泵或DC传导EM泵。在另一实施方式中，注射泵还可以用作MHD返回EM泵。MHD返回导管310可以在比来自储罐的入口低的压力位置输入EM泵。来自MHD返回导管310的入口可以在适合于MHD冷凝部分309和MHD返回导管310中的低压的位置处进入EM泵。来自储罐5c的入口可以进入EM泵管压力较高的位置，诸如在压力为所需反应单元池室5b31工作压力的位置。注射器部分5k61处的EM泵压力可以至少是所需反应单元池室压力的EM泵压力。入口可以在管和电流回路部分5k6、405或406处附接到EM泵。
EM泵可以包括多级泵(图2I186-2I192)。多级EM泵可以接收输入金属流，诸如来自MHD返回导管310的输入金属流和来自不同泵级的储罐5c的基座的输入金属流，每个泵级对应于允许基本上仅使熔融金属向前流出EM泵出口和注射器5k61的压力。在一个实施方式中，多级EM泵组装件400a(图2I188)包括至少一个EM泵变压器绕组电路401a，其包括通过感应电流回路405和406的变压器绕组401和变压器轭402，并且还包括至少一个AC EM泵电磁电路403c，其包括AC电磁体403和EM泵电磁轭404。感应电流回路可以包括EM泵管部分405和EM泵电流回路返回部分406。电磁轭404可以在容器的扁平部分或电流回路405的EM泵管部分处具有间隙，电流回路405包含泵送的熔融金属，诸如银。
在一个实施方式中，多级EM泵可以包括多个AC EM泵电磁电路403c，其提供垂直于电流和金属流的磁通量。多级EM泵可以在入口压力适合于局部泵压力以实现正向泵流量的位置处沿着电流回路405的EM泵管部分接收入口，其中压力在下一个AC EM泵电磁电路403c阶段增加。在示例性实施方式中，MHD返回导管310进入电流回路，诸如在包括AC电磁体403a和EM泵电磁轭404a的第一AC电磁体电路403c之前的入口处的电流回路405的EM泵管部分。来自储罐5c的入口流可以在第一AC电磁体电路之后和第二AC电磁体电路403c之前进入，第二AC电磁体电路403c包括AC电磁体403b和EM泵电磁轭404b，其中泵在电流回路405中保持熔融金属压力，从而维持从每个入口至下一个泵级或泵出口和注射器5k61的所需流量。可以通过控制AC电磁体电路的相应AC电磁体的电流来控制每个泵级的压力。
在一个实施方式中，EM泵电流回路返回部分406(诸如陶瓷通道)可以包括熔融金属流动限制器或者可以填充有固体电导体，使得电流回路的电流完成，同时防止熔融金属从EM泵管的较高压力回流至较低压力部分。固体可以包括金属，诸如本公开的不锈钢，诸如Haynes 230、
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合金625、Carpenter L-605合金、
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Carpenter
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合金、Haynes 230、310SS或625SS。固体可以包括耐火金属。固体可以包括抗氧化的金属。固体可以包括金属或导电覆盖层或涂层(诸如铱)以避免固体导体的氧化。
在一个实施方式中，变压器和电磁体中的至少一个的磁性绕组通过变压器磁轭402和电磁电路轭404中的至少一个的延伸而与包含流动金属的电流回路405的EM泵管部分隔开。这些延伸部分允许至少一种更有效的加热，诸如EM泵管405的感应耦合加热，以及更有效地冷却变压器绕组401、变压器轭402和包括AC电磁体403的电磁电路403c中的至少一个。在两级EM泵的情况下，磁性电路可以包括AC电磁体403a和403b以及EM泵电磁轭404a和404b。变压器轭402和电磁轭404中的至少一个可以包括具有高居里温度的铁磁材料，诸如铁或钴。EM泵变压器绕组电路401a和EM泵电磁电路403c中的至少一个可以包括水冷系统，诸如本公开的水冷系统，诸如DC传导EM泵的磁体5k4的水冷系统(图2I115-2I116)。感应EM泵400b中的至少一个可以包括空气冷却系统400b(图2I190-2I191)。感应EM泵400c中的至少一个可以包括水冷系统(图2I192)。
示例性变压器包括硅钢叠片变压器芯。点燃变压器可以包括(i)在约10匝至10,000匝、100匝至5000匝和500匝至25,000匝的至少一个范围内的绕组数量；(ii)在约10W to1MW、100W to 500kW、1kW to 100kW和1kW to 20kW的至少一个范围内的功率，和(iii)在约0.1A至10,000A、1A至5kA、1A至1kA和1A至500A的至少一个范围内的初级绕组电流。在示例性实施方式中，点燃电流在约6V至10V的电压范围内，并且电流为约1000A；因此，具有50匝的绕组在约500V和20A下运行以在1000A下提供10V的点燃电流。EM泵电磁体可以包括在约0.01T至10T、0.1T至5T和0.1T至2T的至少一个范围内的通量。在示例性实施方式中，约0.5mm直径的磁线保持在约200℃以下。
EM泵管可以用感应耦合加热器天线(诸如扁平线圈天线)加热。天线可以是水冷的。在一个实施方式中，储罐5c可以用感应耦合加热器加热。加热器天线5f可以包括围绕储罐5c的两个圆柱形螺旋，其可以进一步连接到诸如扁平线圈的线圈以加热EM泵管。围绕储罐的相对螺旋的匝可以被缠绕，使得电流在相同方向上以加强两个线圈的磁场或相反方向以在螺旋之间的空间中抵消。在示例性实施方式中，感应耦合加热器天线5f可以包括三个匝的连续组，所述匝包括围绕每个储罐5c的两个螺旋和平行于EM泵管的扁平线圈，如图2I182-2I183、2I186和2I190-2I192所示，其中两个螺旋顺时针缠绕并且电流从一个螺旋的顶部流到底部，流入扁平线圈，然后从底部流到第二螺旋的顶部。电流回路405的EM泵管部分可以被通量集中器、EM泵管405材料的添加剂(诸如石英或氮化硅的添加剂)和泵管405的包层(诸如碳套管)中的至少一种选择性加热，其增加了来自感应耦合加热器的RF吸收。在一个实施方式中，电流回路405的EM泵管部可以通过包含围绕泵管405的螺旋的感应耦合加热器天线选择性加热。至少一条管线(图2I192)，诸如MHD返回导管310、EM泵储罐管线416和EM泵注射管线417中的至少一个，可以通过感应耦合加热器加热，所述感应耦合加热器可以包括缠绕管线的天线415，天线可以是水冷式的。用诸如5f和415的感应耦合加热器天线包裹的组件可以包括内层绝缘层。感应耦合加热器天线可以用于双重功能或加热和水冷却以维持相应部件的期望温度。SunCell可以进一步包括结构支撑件418，其固定诸如MHD磁体壳体306a、MHD喷嘴307和MHD通道308等组件、电输出、传感器和控制线419，其可以安装在结构支撑件418上，及加热屏障，诸如围绕EM泵储罐管线416和EM泵注射管线417的420。
电流回路405的EM泵管部分可以包括熔融金属入口和出口通道，其连接至相应的EM泵管5k6部分(图2I185)。每个EM泵管5k6的入口和出口可以是紧固至相应储罐5c、入口上升管5qa和注射器5k61。紧固件可以包括本公开的连接件、紧固件或密封件。密封件407a可以包括陶瓷胶。每个连接件可以包括凸缘密封的垫圈，诸如石墨垫圈。每个储罐5c可以包括陶瓷，诸如可以是陶瓷的连接至储罐底板的金属氧化物。底板连接可以包括凸缘和垫圈密封件，其中垫圈可以包括碳。底板可以包括储罐底板组装件409(图2I187)，其包括具有附接的入口上升管5qa的底板409a和具有喷嘴5q的注射器管5k61。管可以作为凸台408穿过储罐底板409a的基座。来自储罐5c的凸台408可以通过具有紧固件的凸缘连接407(诸如螺栓，诸如碳，钼或陶瓷螺栓)，和垫圈(诸如碳垫圈)中的至少一个连接到感应式EM泵400的EM泵管的陶瓷入口和出口，其中包含至少一种陶瓷组件的连接在低于碳还原的温度下运行。在其他实施方式中，连接可以包括本领域已知的其他连接，诸如Swageloks、滑动螺母或压缩配合。在一个实施方式中，点燃电流由电源提供，其正极和负极端子连接到相对的泵管、储罐、凸台和连接之一的导电组件。
在另一实施方式中，点燃系统包括感应系统(图2I186，2I189-2I192)，其中施加到导电熔融金属以引起分数氢反应点燃的电源提供感应电流、电压和功率。点燃系统可以包括无电极系统，其中点燃电流通过感应点燃变压器组装件410的感应施加。感应电流可以流过来自由诸如EM泵400等泵维持的多个注射器的交叉熔融金属流。在一个实施方式中，储罐5c可以进一步包括陶瓷交叉连接通道414，诸如储罐5c的基座之间的通道。感应点燃变压器组件410可以包括感应点燃变压器绕组411和感应点燃变压器轭412，其可延伸通过由储罐5c形成的感应电流回路，来自多个熔融金属注射器的交叉熔融金属流，和交叉连接通道414。感应点燃变压器组装件410可以与EM泵变压器绕组电路401a的类似。
在一个实施方式中，点燃电流源可以包括AC感应类型，其中熔融金属(诸如银)中的电流是通过穿过银的时变磁场的法拉第感应产生的。时变磁场的源可以包括初级变压器绕组、感应点燃变压器绕组411，并且银可以至少部分地用作次级变压器绕组，诸如单匝短路绕组。初级绕组411可以包括AC电磁体，其中感应点燃变压器轭412通过包括熔融银的圆周导电回路传导时变磁场。变压器电磁体可以由单相AC电源或本领域已知的其他合适的电源供电。可以增加变压器频率以减小变压器轭412的尺寸。变压器频率可以在至少约1Hz至1MHz、1Hz至100kHz、10Hz至10kHz和10Hz至1kHz的范围内。储罐5c可以包括熔融金属通道，诸如连接两个储罐5c的交叉连接通道414。包围变压器轭412的电流回路可以包括容纳在贮存器5c中的熔融银，交叉连接通道414，注射器管5k61中的银，以及相交以完成感应电流回路的熔融银的注射流。感应电流回路可以进一步至少部分地包括容纳在至少一个EM泵组件(诸如入口上升管5qa、EM泵管5k6、凸台和注射器5k61)中的熔融银。
交叉连接通道414可以处于储罐的熔融金属(诸如银)的所需液位。作为另选，交叉连接通道414可以处于低于所需储罐熔融金属液位的位置，使得在运行期间通道连续地填充有熔融金属。交叉连接通道414可以朝向储罐5c的基座定位。通道可以形成感应电流回路或环路的一部分，并且进一步促进熔融金属从具有较高银液位的一个储罐流动到具有较低液位的另一个储罐，以在两个储罐5c中保持所需水液位。熔融金属头部压力的压差可能导致储罐之间的金属流动在每个储罐中保持所需液位。电流回路可以包括交叉的熔融金属流、注射器管5k61、储罐5c中的熔融金属柱，以及在所需熔融银液位或低于所需液位连接储罐5c的交叉连接通道414。电流回路可以包围变压器轭412，其通过法拉第感应产生电流。在另一实施方式中，至少一个EM泵变压器轭402可以进一步包括感应点燃变压器轭412，以通过额外地通过点燃熔融金属回路提供时变磁场来产生感应点燃电流，所述点燃熔融金属回路是诸如由交叉的熔融金属流和包含在贮存器和交叉连接通道414中的熔融金属形成的熔融金属回路。储罐5c和通道414可以包括电绝缘体，诸如陶瓷。感应点燃变压器轭412可以包括盖413，其可以包括电绝缘体和绝热体中的至少一个，诸如陶瓷盖。可以包括周向缠绕的感应耦合加热器天线(诸如螺旋线圈)的在储罐之间延伸的感应点燃变压器轭412的部分可以通过盖子413进行热或电屏蔽。储罐5c、通道414，和盖413中至少一个的陶瓷可以是本公开的陶瓷，诸如氮化硅(MP 1900℃)、石英，诸如熔融石英、氧化铝、氧化锆、氧化镁或氧化铪。可以通过受控的被动氧化在亚硝酸硅上形成保护性SiO2层。
诸如石英部件等陶瓷部件可以使用诸如石墨或其他耐火惰性模具等模具铸造。在示例性实施方式中，通过本领域已知的诸如Hellma Analytics(http：//www.hellma-analytics.com/assets/adb/32/32e6a909951dc0e2.pdf)的热或冷液体方法铸造石英的模具包括四个部件，其包括两个镜像对的单元池组件的内表面和外表面，诸如储罐5c和反应单元池室5b31。
在一个实施方式中，交叉连接通道414使储罐银液位保持接近恒定。
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可以进一步包括注射器5k61的浸没喷嘴5q。由于每个储罐5c的熔融金属液位大致恒定，每个浸没式喷嘴的深度以及由此通过注射器注射的头部压力可以保持基本恒定。在包括交叉连接通道414的实施方式中，入口上升管5qa可以被移除并且用端口替换到储罐凸台408或EM泵储罐管线416中。
EM泵和点燃系统中的至少一个的变压器绕组401和411、电磁体403、轭402、404和412，和磁性电路401a、403a和410中的至少一个可以用感应耦合加热器的RF磁场屏蔽，以减少加热效果。屏蔽可以包括法拉第笼。笼壁厚度可以大于感应耦合加热器的RF场的趋肤深度。在包括感应点燃系统410的实施方式中，变压器轭412可以通过水冷天线5f的接近度至少部分地冷却，水冷天线5f可以进一步用于在运行期间冷却
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和储罐5c中的至少一个。
点燃电流可以是时变的，诸如约60Hz AC，但是可以具有其他特性和波形，诸如频率在1Hz至1MHz、10Hz至10kHz、10Hz至1kHz和10Hz至100Hz的至少一个范围内，峰值电流在of约1A至100MA，10A至10MA，100A至1MA，100A至100kA，和1kA至100kA的至少一个范围内，并且峰值电压在约1V至1MV，2V至100kV，3V至10kV，3V至1kV，2V至100V，和3V至30V的至少一个范围内的波形，其中，波形可以包括正弦波、方波、三角波或其他所需波形，其可以包括占空比，诸如在1％至99％、5％至75％和10％至50％的至少一个范围内的占空比。
在一个实施方式中，调节点燃频率以在反应单元池室5b31和MHD通道308中的至少一个中产生相应的分数氢动力产生频率。功率输出的频率(诸如约60Hz AC)可以通过控制点燃频率控制。可以通过改变感应点燃变压器组件410的时变磁场的频率来调节点燃频率。可以通过改变感应点燃变压器绕组411的电流频率来调节感应点燃变压器组件410的频率，其中可以改变到绕组411的功率的频率。MHD通道308中的时变功率可以防止气溶胶射流的冲击形成。在另一实施方式中，时变点燃可以驱动时变分数氢动力产生，其导致时变电功率输出。MHD转换器可以输出也可以包括DC组件的AC电力。AC组件可用于为至少一个绕组供电，诸如变压器和电磁体绕组(诸如EM泵变压器绕组电路401a的绕组和EM泵电磁电路403c的电磁体的绕组中的至少一个)中的一个或多个中的至少一个。
具有MHD转换器的加压
Figure GDA0003990253620002471
可以在不依赖于重力的情况下运行。诸如400的EM泵(诸如两级空气冷却EM泵400b)可以位于一个位置，以优化熔融金属入口和出口导管或管线的填充和最小化中的至少一个。示例性包装是这样的包装，其中EM泵位于MHD冷凝部分309的端部和储罐5c基座之间的中间位置。
在一个实施方式中，离开MHD喷嘴307并进入MHD通道308的银蒸气-银气溶胶混合物包括主要液体部分。为了在MHD通道308入口处获得主要液体部分，混合物可以在MHD喷嘴307的入口处包括主要液体。由分数氢反应产生的反应单元池室5b31的热功率可以主要转换成动能。在一个实施方式中，为了达到MHD喷嘴307出口处的主要能量存量是动能的条件，混合物必须是主要液体部分，并且在其熔点的混合物的温度和压力应该接近于熔融金属熔点。为了将混合物的较大部分的热能存量转换成动能，会聚-发散MHD喷嘴307(诸如德拉瓦尔喷嘴)的发散部分的喷嘴面积必须增加。当混合物的热能在MHD喷嘴307中转换成动能时，混合物的温度随着伴随的压降而下降。低压条件对应于低蒸气密度。低蒸气密度减小了横截面，以将前向动量和动能传递给混合物的液体部分。在一个实施方式中，可以增加喷嘴长度以在喷嘴离开之前产生更长的液体加速时间。在一个实施方式中，可以减小MHD喷嘴出口处的气溶胶射流的横截面积。面积减小可以通过至少一个聚焦磁体、挡板和本领域已知的其他装置中的一个或多个来实现。具有减小的面积的聚焦气溶胶射流可以允许MHD通道308的横截面积更小。MHD通道功率密度可能更高。由于磁化通道308的体积较小，MHD磁体306可以更小。
在一个实施方式中，MHD通道308入口处的混合物的温度接近熔融金属的熔点。在银的情况下，混合物温度可以在约965℃至2265℃，1000℃至2000℃，1000℃至1900℃和1000℃至1800℃的至少一个范围内。在一个实施方式中，银液体可以通过EM泵400、400a、400b或400c再循环到储罐5c，以回收液体中的至少一部分热能。
在包括含有陶瓷部件和碳垫圈的连接的实施方式中，再循环银的温度可以低于以陶瓷对石墨的碳还原温度和
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组件(诸如陶瓷组件)的材料的失效温度中的至少一个。在包括氧化钇稳定的氧化锆部件的示例性实施方式中，诸如返回导管310电流回路405的EM泵管部分、储罐5c、反应单元池室5b31、MHD喷嘴307、MHD通道308和MHD冷凝部分309，其具有陶瓷组件之间的至少一个碳垫圈凸缘连接407，银温度低于约1800℃至2000℃。包含动能和热能的气溶胶的功率可以在MHD通道中转换成电。气溶胶动能可通过液体MHD机构转换成电能。剩余热功率，诸如MHD通道308中的混合物的任何蒸气的剩余热功率可以通过作用在相应蒸气上的洛伦兹力转换成电力。热能的转换导致混合物温度下降。对应于低混合温度，银蒸气压可以低。MHD通道308可以保持在低背景压力下，诸如在约0.001Torr至760Torr、0.01Torr至100Torr、0.1Torr至10Torr的至少一个范围内的压力，以防止来自喷嘴307的气溶胶喷流经历诸如冷凝冲击或湍流的冲击，由此气溶胶产生增加的压力，诸如MHD通道308中的背压。
在一个实施方式中，混合物的蒸气分数在喷嘴入口处被最小化以在喷嘴出口处减少它。蒸气分数可以在约0.01至0.3、0.05至0.25、0.05至0.20、0.05至0.15和0.05至0.1的至少一个范围内。给定喷嘴示例性入口参数为20atm压力，0m/s速度，3253K温度，混合物的液体质量分数0.9，声速137m/s，马赫数0，和0kJ/kg动能，喷嘴出口处的混合物示例性参数大约是表3中给出的那些。
表3.初始入口参数的喷嘴出口参数，压力为20atm，液体分数为0.9，并且质量流量为1kg/s。
Figure GDA0003990253620002482
在一个实施方式中，蒸气可以在MHD通道的末端处至少部分地冷凝，诸如在MHD冷凝部分309中。热交换器316可以移除热量以引起冷凝。作为另选，蒸气压可以足够低，使得MHD效率通过不冷凝蒸气而增加，其中蒸气在MHD通道308中保持静态平衡压力。在一个实施方式中，洛伦兹力大于MHD通道308中的任何未冷凝的蒸气的碰撞摩擦力。洛伦兹力可以通过增加磁场强度而增加到所需的。可以增加MHD磁体306的磁通量。在一个实施方式中，磁通量可以在约0.01T至15T，0.05T至10T，0.1T至5T，0.1T至2T和0.1T至1T的至少一个范围内。在一个实施方式中，银蒸气被冷凝，使得蒸发热加热再循环到两级EM泵的储罐或EM泵管的银，其中输出是注射器5k61。可以用压缩机312a压缩蒸气。压缩机可以连接到两级EM泵，诸如400c。
在一个实施方式中，银蒸气/气溶胶混合物在MHD喷嘴307的出口处几乎是纯液体加氧气。随着温度接近熔点，氧气在银中的溶解度增加，其中溶解度高达约40至50体积氧的体积为银。银吸收MHD通道308处的氧气，诸如在出口处，并且液态银和氧气都被再循环。氧气可以作为熔融银中吸收的气体再循环。在一个实施方式中，氧气在反应室5b31中释放以再生循环。高于熔点的银的温度也用作再循环或再生热能的手段。优化氧浓度以实现热力循环，其中再循环银的温度低于
Figure GDA0003990253620002491
组件的最高运行温度，诸如1800℃。在示例性实施方式中，(i)反应单元池室5b31和MHD喷嘴307中的至少一个中的氧气压力为1atm，(ii)MHD通道308出口处的银几乎全部为液体，例如气溶胶，(iii)氧气质量流速约为0.3重量％，和(iv)MHD通道出口处的温度约为1000℃，其中O2加速气溶胶，然后被1000℃的银吸收。将液体银-氧混合物再循环到反应单元池室5b31，其中释放氧气以形成热力循环。可以减少或消除气体压缩机(诸如312a)的需求和相应的辅助功率负载。在一个实施方式中，氧气压力可以在约0.0001atm至1000atm，0.01atm至100atm，0.1atm至10atm，和0.1atm至1atm的至少一个范围内。氧气可以在一个单元池区域中具有较高的分压，诸如相对于MHD通道出口308的反应单元池室5b31和喷嘴307中的至少一个。
Figure GDA0003990253620002492
的背景氧分压可能高于一个单元池区域，单元池区域如相对于MHD通道出口308的反应单元池室5b31和喷嘴307中的至少一个。由于氧的热容量高得多，并且在运行温度下不可冷凝，因此相对于仅使用银蒸气以实现气溶胶喷流加速的MHD转换器，MHD喷嘴的尺寸可以减小。
可以优化热力学循环以最大化电转换效率。在一个实施方式中，混合物动能最大化同时使蒸气分数最小化。在一个实施方式中，根据从MHD通道308的出口到反应单元池室5b31的再循环银的温度来实现热功率的再循环或再生。再循环银的温度可以保持低于
Figure GDA0003990253620002501
组件的最高运行温度，例如1800℃。在另一实施方式中，洛伦兹力可以冷却混合物以至少部分地冷凝液相，其中相应释放的蒸发热至少部分地转移到液相。MHD通道308中的MHD喷嘴膨胀、MHD通道308膨胀和洛伦兹力冷却中的至少一个可以将MHD喷嘴307出口和MHD通道308中的一个或多个处的混合物的温度降低到银熔点以下。通过蒸气冷凝释放的热量可以随着温度升高而朝向银和银热容量的熔化热吸收。由冷凝蒸气的蒸发热加热的银可以再循环以再生相应的热功率。在提高效率的另一实施方式中，可以通过诸如来自储罐5c的管道的方式将相对冷的气溶胶注入功率转换组件，诸如MHD喷嘴307或MHD通道308。
Figure GDA0003990253620002502
的陶瓷部件可以通过本公开的方式连接，诸如通过两个以上陶瓷部件的陶瓷胶、陶瓷钎焊到金属部件、滑动螺母密封件、垫圈密封件和湿密封件。垫圈密封件可以包括用垫圈密封的两个凸缘。凸缘可以用诸如螺栓等紧固件拉在一起。滑动螺母连接件或垫圈密封件可以包括碳垫圈。螺母、EM泵组装件5kk、储罐基座板5b8和下半球5b41中的至少一个可以包括耐碳化和碳化物形成的材料，诸如镍、碳和抗碳化的不锈钢(SS)，诸如SS 625或Haynes 230SS。EM泵组装件和陶瓷储罐之间的滑动螺母连接件可以包括EM泵组装件5kk，其包括螺纹套环和螺母，螺母包括耐碳化的不锈钢(SS)，(诸如SS 625或Haynes 230SS)和石墨垫圈，其中螺母拧到套环上以紧靠所述垫圈。EM泵组装件5kk和储罐5c之间的凸缘密封连接件可以包括具有螺栓孔的储罐基板5b8，具有带螺栓孔的凸缘的陶瓷储罐，和碳垫圈。具有储罐基座板的EM泵组装件可以包括耐碳化的不锈钢(SS)，诸如SS 625或Haynes230SS。储罐的凸缘可以通过紧靠碳或石墨垫圈的螺栓紧固到基板5b8。在一个实施方式中，通过保持包含氧化物的连接件在非反应温度(低于碳还原反应温度的温度)与碳接触，避免碳(诸如碳垫圈)与包含氧化物的部件之间的碳还原反应，所述包含氧化物的部件诸如氧化物储罐5c，诸如MgO、Al2O3或ZrO2储罐。在一个实施方式中，MgO碳还原反应温度高于约2000℃至2300℃的范围。
在示例性实施方式中，陶瓷(诸如氧化物陶瓷，诸如氧化锆或氧化铝)可以用诸如Mo-Mn等合金金属化。两个金属化陶瓷部件可以通过钎焊连接。金属化陶瓷部件和诸如EM泵汇流条5k2等金属部件可以通过钎焊连接。对金属化物可以涂覆以保护其免受氧化。示例性涂层在水氧化剂的情况下包含镍和贵金属，在氧的情况下包含贵金属。在示例性实施方式中，氧化铝或氧化锆EM泵管5k6在EM泵汇流条5k2的穿透处被金属化，并且EM泵汇流条5k2通过钎焊连接至金属化EM泵管穿透部。在另一示例性实施方式中，来自EM泵组装件5kk、EM泵5ka、EM泵管5k6、入口上升管5qa、注射EM泵管5k61、储罐、MHD喷嘴307和MHD通道308中的至少两个的列表中的部件可以用陶瓷胶粘在一起。可以使用本公开的方法或本领域已知的方法制造陶瓷部件。陶瓷部件可以由粉末模制、铸造或烧结，或粘合在一起，或螺纹连接在一起。在一个实施方式中，组件可以用生陶瓷制造并烧结。在示例性实施方式中，氧化铝部件可以烧结在一起。在另一实施方式中，多个部件可以制造为生胚部件，组装并烧结在一起。可以选择部件的尺寸和材料以补偿部件收缩。
在一个实施方式中，陶瓷
Figure GDA0003990253620002511
部件，诸如包含ZrC-ZrB2-SiC中的至少一种的部件可以通过球磨研磨组分粉末的化学计量混合物，在模具中形成所需形状，并通过诸如热等静压(HIP)或放电等离子体烧结(SPS)等方法烧结而形成。陶瓷可具有相对高的密度。在一个实施方式中，诸如EM泵管5k6等中空部件可以使用用于中空部件的球囊铸造。在铸造之后球囊可以放气并且部件烧结。作为另选，可以通过3D打印来制造这些部件。诸如下半球5b41和上半球5b42中的至少一个等部件可以是滑模铸造，并且诸如储罐5c等部件可以通过挤出和压制压中的至少一种形成。其他制造方法包括喷雾干燥、注塑、机械加工、金属化和涂覆中的至少一种。
在一个实施方式中，碳化物陶瓷部件可以制造为与相应的金属(诸如锆或硅)反应的石墨，以分别制造ZrC或SiC部件。包含不同陶瓷的部件可通过本公开的方法或本领域已知的方法连接在一起，诸如螺纹、胶合、湿密封、钎焊和垫圈密封。在一个实施方式中，EM泵管可以包括胶合在一起的管部分和弯头和汇流条凸片5k2。在示例性实施方式中，胶合的EM泵管部件包括ZrC或石墨，其与Zr金属反应以形成ZrC。作为另选，部件可包含ZrB2或类似的非氧化性导电陶瓷。
在一个实施方式中，MHD电极304包括液体电极，诸如液态银电极。MHD电引线305和馈通301中的至少一个可以包括固化的熔融金属，诸如类似于湿密封的固化银，其中可以冷却引线或馈通中的至少一个以维持固态金属状态。MHD转换器可以包括图案化结构，该图案化结构包括MHD电极组304，诸如305等电绝缘引线，绝缘电极隔板，以及诸如穿透MHD汇流条馈通件凸缘的馈通件(诸如310)等馈通件的组中的至少一个组件。图案化的结构部件包括液体电极(诸如银电极)和可以包括芯吸材料的绝缘隔膜，以将液态金属保持在所需形状，并且液体电极(诸如银电极)与其间的绝缘电极隔膜间隔开。图案化结构的芯吸材料和绝缘隔离物中的至少一个可以包括陶瓷。液体电极的芯吸材料可以包括多孔陶瓷。电绝缘隔膜可以包括致密陶瓷，其对银可以是不润湿的。引线可以包括电绝缘通道和可以被冷却，诸如水冷却的管，以保持引线的坚固性。示例性实施方式包括电绝缘的MHD电极引线305，其被冷却以将凝固的银保持在内部以用作导电引线。在另一实施方式中，MHD电引线305和馈通301中的至少一个可以包括铱，诸如涂层，诸如涂有铱的Mo，或抗氧化不锈钢，诸如625SS。
具有MHD转换器的SunCell的示例性材料包括(i)储罐5c、反应单元池室5b31和喷嘴307：固体氧化物，诸如稳定的氧化锆或氧化铪，(ii)MHD通道308：MgO或Al2O3，(iii)电极304：具有20％ SiC复合材料的ZrC或ZrC-ZrB2，ZrC-ZrB2-SiC，和ZrB2，其可在高达1800℃的温度下工作，或涂覆有贵金属的金属，(iv)EM泵5ka：金属，诸如涂覆有贵金属(诸如铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铑(Rh)和铱(Ir)中的至少一种)的不锈钢，或涂覆有相似热膨胀系数的材料的410不锈钢，诸如Paloro-3V钯-金-钒合金(Morgan Advanced Materials)，(v)储罐5c-EM泵组装件5kk连接：氧化物储罐，诸如钎焊到410不锈钢EM组装件5kk基板的ZrO2，HfO2或Al2O3，其中钎焊包括Paloro-3V钯-金-钒合金(Morgan Advanced Materials)，(vi)注射器5k61和入口上升管5qa：固体氧化物，诸如稳定的氧化锆或氧化铪，和(vii)氧选择性膜：BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧渗透膜，其可涂有Bi26Mo10O69以提高氧渗透速率。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002521
进一步包括氧传感器和氧控制系统，诸如用于以稀有气体稀释氧气和泵出稀有气体中的至少一种的装置。前者可以包括惰性气罐、阀、调节器和泵中的至少一个。后者可以包括阀和泵中的至少一个。
反应单元池室5b31的分数氢反应混合物可以进一步包括氧源，诸如H2O和包含氧的化合物中的至少一种。氧源，诸如含氧化合物可以过量以保持接近恒定的氧源存量，其中在单元池运行期间，一小部分可逆地与供应的H源(诸如H2气体)反应形成HOH催化剂。包含氧的示例性化合物是MgO，CaO，SrO，BaO，ZrO2，HfO2，Al2O3，Li2O，LiVO3，Bi2O3，Al2O3，WO3，和本公开的其他化合物。氧源化合物可以是用于稳定氧化物陶瓷的化合物，诸如氧化钇或氧化铪，诸如氧化钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锶(SrO)、氧化钽(Ta2O5)、氧化硼(B2O3)、TiO2、氧化铈(Ce2O3)、锆酸锶(SrZrO3)、锆酸镁(MgZrO3)、锆酸钙(CaZrO3)、和锆酸钡(BaZrO3)。
在其中电导率大于20kS/m和且等离子体气体温度为约4000K的示例性实施方式中，反应室压力保持在约15MPa至25MPa范围内以维持MHD通道308中抗洛伦兹力的流动。在示例性实施方式中，电导率保持在约700S/m，等离子体气体温度为约4000K，反应单元池室5b31压力为约0.6MPa，喷嘴307输出速度为约马赫1.24，喷嘴出口面积为约3.3cm2，喷嘴出口直径为约2.04cm，喷嘴出口压力为约213kPa，喷嘴出口处的温度为约2640K，通过喷嘴的质量流量为约250g/s，MHD通道308中的磁场强度为约2T，MHD通道308长度为约0.2m，MHD通道输出压力为约11kPa，MHD通道输出温度为约1175K，输出电力为约180kW。在理想实施方式中，通过Carnot方程确定效率，其中从等离子体温度到环境温度的不可避免的功率损失是气体和液体金属泵的损失。
在一个实施方式中，用于任何能够加热银以形成银蒸气和银气溶胶中的至少一种的任何动力源如核或燃烧的MHD转换器包括本公开的MHD转换器，其进一步包括至少一个热交换器以从电源传递热量，以加热储罐5c和反应单元池室5b31中的至少一个，以产生银蒸气和银气溶胶中的至少一种。MHD转换器可以进一步包括电离源，诸如至少一个种，诸如热电离的碱金属如铯，和离子产生器，如激光器、RF放电产生器、微波放电产生器和光辉放电产生器。
在包括加热器功率转换器的
Figure GDA0003990253620002531
动力系统的实施方式中，双熔融金属注射器的EM泵可各自包括感应式电磁泵，以注射与容器内部的另一个相交的熔融金属流。点燃系统的电源可以包括感应点燃系统410，其可以包括通过熔融金属的短路回路的交变磁场源，其在包括点燃电流的金属中产生交流电。交变磁场源可以包括包含变压器电磁体和变压器磁轭412的初级变压器绕组411，并且银可以至少部分地用作次级变压器绕组，诸如包围初级变压器绕组的单匝短路绕组，并包括作为感应电流回路。储罐5c可以包括熔融金属交叉连接通道414，其连接两个储罐，使得电流回路包围变压器轭412，其中感应电流回路包括在储罐5c中包含的熔融银中产生的电流，交叉连接通道414，注射器管5k61中的银和注射的熔融银流相交以完成感应电流回路。诸如氢气和氧气等反应气体可以通过气体壳体309b的气体入口和抽空组装件309e供应到单元池。气体壳体309e可以沿球形顶杆的轴线位于球形热交换器的外部。气体壳体可以包括在凸缘连接处连接到球形反应单元池室5b31顶部的薄气体管线。气体管线连接可以在同心冷却剂流管内部延伸，该冷却剂流管将冷却剂流供应到球形热交换器。在反应单元池侧，气体管线的凸缘连接可以连接到半透性气体309d膜，诸如多孔陶瓷膜。
Figure GDA0003990253620002541
加热器或热力产生器实施方式包括球形反应器单元池5b31，其具有空间分离的圆周半球形热交换器114，热交换器114包括通过来自球形反应器5b4的辐射接收热量的板或部分114a。每个板可以包括球形表面的一部分，该球形表面由穿过球体两极的两个大圆圈限定。热交换器114还可以包括歧管114b，诸如环形歧管，其具有来自热交换器的每个板114a的冷却剂管线114c和歧管冷却剂出口114f。每个冷却剂管线114c可以包括冷却剂入口端口114d和冷却剂出口端口114e。热力产生器可以进一步包括具有入口和出口309e的气缸421和气体供应管422，气体供应管422穿过热交换器114的顶部延伸到球形单元池5b31顶部的透气膜309d。气体供应管422可以穿过热交换器114顶部的冷却剂收集歧管114b。在另一
Figure GDA0003990253620002542
加热器实施方式中(图2I156-2I160)，反应单元池室5b31可以是圆柱形的，其具有圆柱形热交换器114。气瓶421可以在热交换器114的外部，其中气体供应管422通过反应单元池室5b31的顶部连接到半透气膜309d。冷水可以在入口113中进料并在热交换器114中加热以形成水蒸气，将水蒸气收集在锅炉116中并存在蒸气出口111。热力产生器可以进一步包括双熔融金属注射器，其包括感应EM泵400、储罐5c和反应单元池室5b31。至少一个
Figure GDA0003990253620002543
加热器组件(诸如储罐5c)可以用感应耦合加热器天线5f加热。
Figure GDA0003990253620002544
加热器可以包括感应点燃系统，诸如包括感应点燃变压器绕组411和感应点燃变压器轭412的感应点燃系统。
示例性实施方式
在本发明公开的
Figure GDA0003990253620002545
电力产生器包括PV转换器的示例性实施方式中：(i)EM泵组装件5kk可以包括不锈钢，其中暴露于氧化的表面(诸如EM泵管5k6的内部)可涂覆有抗氧化涂层(诸如镍涂层)，其中选择具有与镍相似的热膨胀系数的诸如Inconel的不锈钢，(ii)储罐5c可以包括氮化硼，诸如BN-Ca，其可以被对氧化稳定(iii)储罐和EM泵组装件5kk之间的连接可以包括湿密封件，(iv)熔融金属可以包括银，(v)入口上升管5qa和注射管5k61可以包括拧入EM泵组装件基座板5kk1中套环中的ZrO2，(vi)下半球5b41可以包括碳，诸如耐与氢反应的热解碳，(vii)上半球5b42可以包括碳，诸如耐与氢反应的热解碳，(viii)氧源可以包括CO，其中CO可以作为气体添加，由羰基的受控热分解或其他分解提供，所述羰基如金属羰基(例如W(CO)6、Ni(CO)4、Fe(CO)5、Cr(CO)6、Re2(CO)10和MN2(CO)10)，和作为CO2或CO2气体的源提供，其中CO2可以在分数氢等离子体中分解以释放CO或者可以与碳(诸如供应的牺牲碳粉末)反应以供应CO，或者O2可以通过本公开的氧渗透膜添加，诸如本公开的氧渗透膜，诸如BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧渗透膜，其可以涂覆有Bi26Mo10O69以增加氧渗透速率，其中添加的O2可与牺牲碳粉反应以维持所需的CO浓度，如用检测器监测并用控制器控制，(ix)氢源可以包括H2气体，其可以通过EM泵管5k4壁中的氢渗透膜(诸如Pd或Pd-Ag膜)，其使用质量流量控制器来控制来自高压水电解槽的氢气流量，(x)储罐和下半球5b41之间的连接可以包括滑动螺母，其可以包括碳垫圈和碳螺母，和(xi)PV转换器可以包括密集接收器阵列，该阵列包括由冷板冷却的多结III-V PV单元池。反应单元池室5b31可以包括牺牲的碳源(诸如碳粉末)，以清除O2和H2O，否则O2和H2O将与碳反应单元池室的壁反应。水与碳的反应速率取决于在牺牲碳的情况下与反应单元池室5b31壁的表面积相比更大数量级的表面积。在一个实施方式中，碳反应单元池室的内壁包含碳钝化层。在一个实施方式中，反应单元池室的内壁涂有铼涂层以保护壁免受H2O氧化。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002551
的氧气存量保持恒定。在一个实施方式中，可以添加额外的氧气存量作为CO2、CO、O2、和H2O中的至少一种。在一个实施方式中，添加的H2可与牺牲的粉末碳反应形成甲烷，使得分数氢反应物包含至少一种由O、C和H的元素形成的烃(诸如甲烷)，和至少一种由O、C和H元素形成的氧化合物，诸如CO或CO2。氧化合物和烃可以分别用作氧源和H源，以形成HOH催化剂和H。
Figure GDA0003990253620002552
可以进一步包括一氧化碳安全系统，诸如CO传感器、CO排气口、CO稀释气体和CO吸收剂中的至少一种。CO可以限制在浓度和总库存中的至少一个中以提供安全性。在一个实施方式中，CO可以限制在反应室5b31和可选的外容器室5b3a1中。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002553
可以包括第二腔室，以限制和稀释从反应单元池室5b31泄漏的任何CO。第二腔室可以包括单元池室5b3、外容器腔室5b3a1、下室5b5、和接收CO的另一腔室中的至少一个，至含有和稀释的泄漏的CO到安全水平的至少一个腔室。CO传感器可以检测任何泄漏的CO。
Figure GDA0003990253620002554
可以进一步包括稀释气体罐、稀释气罐阀、排气阀和CO控制器中的至少一个，以接收来自CO传感器的输入并控制和流量以稀释和释放或以使其浓度不超过所需或安全水平的速率排出CO。容纳泄漏的CO的腔室中的CO吸收剂也可以吸收泄漏的CO。示例性的CO吸收剂是亚铜铵盐、溶解在HCl溶液中的氯化亚铜、氨溶液或邻茴香胺，以及本领域技术人员已知的其他吸收剂。任何排出的CO的浓度可小于约25ppm。在其中反应单元池室CO浓度维持在约1000ppm CO并且反应单元池室CO包括总CO存量的示例性实施方式中，相对于反应单元池室容积的外隔室或第二腔室体积大于40倍，使得
Figure GDA0003990253620002561
本质上对CO泄漏是安全的。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002562
进一步包括CO反应器，诸如氧化剂，诸如燃烧器或分解器，诸如等离子体反应器，以使CO与诸如CO2或C和O2等安全产物反应。示例性催化氧化剂产物是包含Moleculite的Marcisorb CO吸收剂(Molecular，http：//www.molecularproducts.com/products/marcisorb-co-absorber)。
在一个实施方式中，氢可以用催化剂。提供nH(n是整数)作为催化剂的氢源和形成分数氢的H原子可以包括可以通过EM泵管5k4壁中的氢渗透膜(诸如Pd或Pd-Ag，诸如23％Ag/77％ Pd合金膜)供应的H2气体，其使用质量流量控制器来控制来自高压水电解槽的氢气流量。使用氢作为催化剂作为HOH催化剂的替代物可以避免至少一个单元池组件(诸如碳反应单元池室5b31)的氧化反应。保持在反应单元池室中的等离子体可以解离H2以提供H原子。碳可包含热解碳以抑制碳和氢之间的反应。
在本公开的
Figure GDA0003990253620002563
加热器的示例性实施方式中：(i)EM泵组装件5kk可以包括不锈钢，其中暴露于氧化的表面(诸如EM泵管5k6的内部)可涂覆有抗氧化涂层，诸如镍涂层，(ii)储罐5c可以包括通过MgO或Y2O3以立方形式稳定的ZrO2，(iii)储罐和EM泵组装件5kk之间的连接可以包括湿密封件，(iv)所述熔融金属可以包括银，(v)入口上升管5qa和注射管5k61可以包括拧入EM泵组装件基座板5kk1中套环中的ZrO2，(vi)下半球5b41可以包括通过MgO或Y2O3以立方形式稳定的ZrO2，(vii)上半球5b42可以包括通过MgO或Y2O3以立方形式稳定的ZrO2，(viii)氧源可以包括金属氧化物，诸如和碱金属或碱土金属氧化物或其混合物，(ix)氢源可以包括H2气体，其可以被供应通过EM泵管5k4壁中的氢渗透膜，其使用质量流量控制器来控制来自高压水电解槽的氢气流量，(x)储罐和下半球5b41之间的连接可以包括陶瓷胶，(x)下半球5b41和上半球5b42之间的连接可以包括陶瓷胶，和(xi)热交换器可以包括辐射锅炉。在一个实施方式中，下半球5b41和上半球5b42中的至少一个可以包括具有高导热率的材料，诸如导电陶瓷，诸如本公开的陶瓷材料，诸如ZrC、ZrB2和ZrC-ZrB2和ZrC-ZrB2-SiC复合材料中的至少一种，其对1800℃氧化是稳定的，以改善从单元池内部到外部的热传递。
在本公开的包含磁流体动力(MHD)转换器的
Figure GDA0003990253620002571
电力产生器的示例性实施方式中：(i)EM泵组装件5kk可以包括不锈钢，其中暴露于氧化的表面(诸如EM泵管5k6的内部)可涂覆有抗氧化涂层，诸如镍涂层，(ii)储罐5c可以包括通过MgO或Y2O3以立方形式稳定的ZrO2，(iii)储罐和EM泵组装件5kk之间的连接可以包括湿密封件，(iv)熔融金属可以包括银，(v)入口上升管5qa和注射管5k61可以包括拧入EM泵组装件基座板5kk1中套环中的ZrO2，(vi)下半球5b41可以包括通过MgO或Y2O3以立方形式稳定的ZrO2，(vii)上半球5b42可以包括通过MgO或Y2O3以立方形式稳定的ZrO2，(viii)氧源可以包括金属氧化物，诸如和碱金属或碱土金属氧化物或其混合物，(ix)氢源可以包括H2气体，其可以被供应通过EM泵管5k4壁中的氢渗透膜，其使用质量流量控制器来控制来自高压水电解槽的氢气流量，(x)储罐和下半球5b41之间的连接可以包括陶瓷胶，(x)下半球5b41和上半球5b42之间的连接可以包括陶瓷胶，(xi)MHD喷嘴307、通道308和冷凝309部分可以包括通过MgO或Y2O3以立方形式稳定的ZrO2，(xii)MHD电极304可以包括Pt涂覆的耐火金属，诸如Pt涂覆的Mo或W，对700℃水反应稳定的碳，ZrC-ZrB2和ZrC-ZrB2-SiC复合材料，其对1800℃氧化是稳定的，或银液体电极，和(xiii)MHD返回导管310、返回EM泵312、返回EM泵管313可以包括不锈钢，其中暴露于氧化的表面(诸如管道和导管内部)可涂覆有抗氧化涂层，诸如镍涂层。MHD磁体306可以包括永磁体，诸如具有1T磁通密度的钴钐磁体。
在本公开的包含磁流体动力(MHD)转换器的
Figure GDA0003990253620002572
电力产生器的示例性实施方式中：(i)EM泵可以包括两级感应型，其中第一级用作MHD返回泵并且第二级用作注射泵，(ii)电流回路405的EM泵管部分、EM泵电流回路406、连接件凸缘407、储罐底板组装件409和MHD返回导管310可以包括石英，诸如熔融石英、氮化硅、氧化铝、氧化锆，氧化镁或氧化铪，(iii)变压器绕组401、变压器轭404a和404b，和电磁体403a和403b可以是水冷的；(iv)储罐5c、反应单元池室5b31、MHD喷嘴307、MHD通道308、MHD冷凝部分309和气体壳体309b可以包括石英，诸如熔融石英、氮化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁或氧化铪，其中通过MgO或Y2O3以立方形式稳定ZrO2，(v)气体壳体309b和MHD冷凝部分中的至少一个可以包括不锈钢，诸如625SS或铱附涂覆的Mo，(vi)(a)组件之间的连接可以包括具有垫圈(诸如碳垫圈)的凸缘密封件、胶合密封件或湿密封件，其中，湿密封件可以连接不同的陶瓷或陶瓷和金属部件，诸如不锈钢部件，(b)具有石墨垫圈的凸缘密封件可以将金属部件或陶瓷连接到低于金属碳化温度的金属部件，和(c)具有垫圈的凸缘密封件可以以将金属部件或陶瓷连接到金属部件，其中石墨垫圈接触密封件的金属部分，该金属部件包括不易碳化的金属或涂层(诸如镍)，或者在合适的运行温度中使用另一个高温垫圈，(vii)熔融金属可以包括银，(viii)入口上升管5qa和注射管5k61可以包括拧入储罐可以底板组件中的套环的409ZrO2，(ix)氧源和氢源可以分别包括O2气体和H2气体，其通过MHD冷凝部分309壁中的气体渗透膜309d供应，其用质量流量控制器来控制来自高压水电解槽的每个气体的流量，(x)MHD电极304可以包括Pt涂覆的耐火金属，诸如Pt涂覆的Mo或W，对700℃水反应稳定的碳，ZrC-ZrB2和ZrC-ZrB2-SiC复合材料，其对1800℃氧化是稳定的，或银液体电极，和(xi)MHD磁体306可以包括永磁体，诸如具有约0.1T至1T范围内的磁通密度的钴钐磁体。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002581
电源可以包括电极，诸如包括耐火金属(诸如钨)的阴极，其可以穿透黑体辐射器5b4的壁和熔融金属注射器对电极。对电极，诸如EM泵管注射器5k61和喷嘴5q可以是浸没的。作为另选，对电极可以由电绝缘的耐火材料构成，诸如立方ZrO2或氧化铪。钨电极可以在黑体辐射器5b4穿透部处密封。电极可以通过储罐5c和黑体辐射器5b4之间的电绝缘体衬套或间隔件电隔离。电绝缘体衬套或间隔件可以包括BN或金属氧化物，诸如ZrO2，HfO2，MgO或Al2O3。在另一实施方式中，黑体辐射器5b4可以包括电绝缘体，诸如耐火陶瓷，诸如BN或金属氧化物，诸如ZrO2，HfO2，MgO或Al2O3。
其他实施方式
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002582
可以包括可逆地结合来自大气的水的水吸收器，将来自
Figure GDA0003990253620002583
的热组件(诸如热交换器26a)的热量传递到水负载吸收器的装置，冷凝释放水的冷凝器，和用于接收要在
Figure GDA0003990253620002584
中使用的冷凝水的收集容器。在一个实施方式中，HOH催化剂源和提供HOH催化剂和H反应物以形成分数氢的H源中的至少一种可以是大气水。可以使用吸水材料收集水，然后脱水以释放吸收的水。可以使用
Figure GDA0003990253620002591
提供的热量将水脱水或解吸。吸水材料可以包括金属有机骨架，诸如锆金属和己二酸的组合，或M2Cl2(BTDD)(M＝Mn(1)，Co(2)，Ni(3)；BTDD＝双(1H-1,2,3-三唑并[4,5-b],[4’,5’-l]二苯并[1,4]二噁英，其结合水蒸气并在加热时将其释放到冷凝器中。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002592
包括形成分数氢作为反应产物的反应混合物。反应可以形成高能等离子体。反应混合物可以进一步包含碳源，诸如石墨和烃中的至少一种。高能等离子体可以轰击固体碳或从碳源沉积在基板上的碳。在一个实施方式中，轰击将石墨碳转化为金刚石形式的碳。在Mills出版物描述的例性实施方式中：R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,B.Dhandapani,“Synthesis of HDLC Films from Solid Carbon,”J.Materials Science,J.Mater.Sci.39(2004)3309–3318和R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,B.Dhandapani,“Spectroscopic Characterization of the AtomicHydrogen Energies and Densities and Carbon Species During Helium-Hydrogen-Methane Plasma CVD Synthesis of Diamond Films,”Chemistry of Materials,第15卷,(2003),第1313–1321页，将其通过引用并入本文，
Figure GDA0003990253620002593
包括高能等离子体源，以使非金刚石形式的碳形成金刚石。可以通过1333cm-1拉曼峰的存在来测量金刚石的产生。
可以通过电离普通氢来纯化和分离分子分数氢气。可以通过电场和磁场中的至少一个来分离去除电离的氢。作为另选，可以通过与形成可缩合反应产物的反应物反应除去普通氢，其中通过等离子体条件使反应变得有利。示例性反应物是氮，其形成可冷凝氨，其在低温冷阱中被除去以产生纯化的分子分数氢气。作为另选，可以使用分子筛纯化和分离分子分数氢气，所述分子筛基于后者的较高扩散将普通氢气与分子分数氢气分离。示例性分离分子筛是Na8(Al6Si6O24)Cl2。
在一个实施方式中，来自黑体辐射器的热能可用于加热催化剂(诸如CeO2)，其与CO2和H2O的混合物反应以形成合成气体(CO+H2)。所述合成气体可用于形成烃燃料。燃料反应器可以包括Fischer Tropsch反应器。
在一个实施方式中，包含水蒸气的分数氢反应等离子体可以进一步包括氩气。氩气可以起到通过增加H2分子重组时间来增加H原子浓度，通过干扰水氢键增加新生HOH浓度和提供诸如Ar+催化剂等另外的催化剂源的至少一个作用。
分数氢反应可以在包含水的固体燃料中传播，所述固体燃料具有有组织的或重复的结构，诸如晶格。固体燃料可包含可以是结晶的水合物。固体燃料可以包括结晶形式的水，诸如冰，诸如I型冰。冰固体燃料可以是高能的，其中能量释放可以包括脉冲。脉冲可以以顺序方式执行，以在延长到不确定的持续时间内提供动力，诸如在内燃机中点燃空气燃料的情况下。冰燃料系统包括在冰中产生冲击波的装置。冰燃料系统可以包括冲击波限制装置。限制手段可以包括冰外壳。外壳可以包括壳，诸如金属壳。至少一个冲击波和限制可以导致冲击波破坏冰的水分子之间的某些氢键和某些水分子的至少一个氧氢键中的至少一个。冰燃料系统可以包括爆炸物以在包含H2O(诸如冰)的晶体结构中产生冲击波。爆炸物可以包括C-N-O-H型中的一种，诸如氢氧爆炸物的另一种，或本领域技术人员已知的另一种。爆炸物可以紧邻诸如冰等晶体结构，以有效地将冲击波耦合到晶体结构中。爆炸物可以嵌插诸如冰等晶体结构中的至少一个通道中。
作为另选，冰燃料系统可以包括用于在冰中产生冲击波的电气装置，诸如至少一根爆炸线。爆炸线可以包括高功率源，诸如高压和电流中的至少一个的源。高电功率源可以包括至少一个电容器。电容器可以具有高电压和电流。通过至少一根电线的至少一个电容器的放电可以导致其爆炸。电线爆炸系统可以包括细导线和电容器。示例性电线是包括金、铝、铁或铂的电线。在示例性实施方式中，电线的直径可小于0.5mm，并且电容器可具有约25kWh/kg的能量消耗并且释放04-106A/mm2的电荷密度脉冲，导致温度高达100,000K，其中爆炸可以在约10-5至10-8秒的时间段内发生。具体而言，可以使用DC电源将100μF充油电容器充电至3kV，并且电容器可以使用刀开关或气体电弧开关通过12英寸长度的30规格裸铁线放电，其中电线嵌插在被限制在钢套管中的冰中。冰燃料系统还可以包括电源，诸如对电容器充电的电池、燃料单元池和产生器(诸如
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)中的至少一种电源。示例性的高能材料包括Ti+Al+H2O(冰)，其由爆炸线点燃，该爆炸线可以包括Ti、Al和另一种金属中的至少一种。
在一个实施方式中，高能反应混合物和系统可以包含分数氢燃料混合物，诸如本公开内容和在先申请中的一种，其通过引用并入本文。反应混合物可包含至少一种物理状态的水，诸如冷冻固态，液态和气态。可以通过施加诸如约20A至50,000A范围内的电流的高电流来启动高能反应。电压可以是低的，诸如在约1V至100V的范围内。电流可以通过导电基质，诸如金属基质，诸如Al、Cu或Ag金属粉末。作为另选，导电基质可以包括容器，诸如金属容器，其中容器可包封或包住反应混合物。示例性金属容器包括Al、Cu或Ag DSC盘。包含冷冻水(冰)或液态水的示例性高能反应混合物包括Al坩埚Ti+H2O；Al坩埚Al+H2O；Cu坩埚Ti+H2O；Cu坩埚Cu+H2O；Ag坩埚Ti+H2O；Ag坩埚Al+H2O；Ag坩埚Ag+H2O；Ag坩埚Cu+H2O；Ag坩埚Ag+H2O O+NH4NO3(摩尔50：25：25)；Al坩埚Al+H2O+NH4NO3(摩尔50：25：25)中的至少一种。
除了作为冰处于冷冻状态之外，水可以包括结合形式的固态，诸如水合物形式的固态。反应混合物可以包括(i)氧源，诸如过氧化物，(ii)氢源，诸如金属氢负离子、水和水反应物(诸如还原剂，诸如金属，诸如金属粉末)，和烃(诸如燃料油)中的至少一种，和(iii)导电性基质，诸如金属粉末。示例性反应混合物包括Al坩埚Ti或TiH+Na2O2或水合Na2O2，诸如Na2O2·2H2O2·4H2O，Na2O2·2H2O，Na2O2·2H2O2，和Na2O2·8H2O中的至少一种。反应混合物可以分别用低电压高电流点燃，诸如约15V和27,000A。
在一个实施方式中，分数氢反应混合物可包含水反应性金属，诸如可具有高表面积的碱金属或碱土金属，诸如颗粒金属。金属颗粒可以包括保护涂层，诸如氧化物涂层。示例性分数氢反应物包括具有氧化物涂层的颗粒状Li金属。反应混合物可进一步包含水或冰。在一个实施方式中，将颗粒金属加入冷水(如1℃水)中并快速冷冻。可以用液氮实现快速冷冻以避免金属反应。反应混合物可包含导电基质，诸如本公开的导电基质。
爆炸线可以靠近诸如冰的晶体结构，以使冲击波在冰中传播。线可以嵌插冰中以使冲击波有效地耦合到冰上。在一个实施方式中，嵌插冰中的多根线被引爆，使得冲击波和压缩传播通过冰破碎结晶冰结构以形成H和HOH催化剂以形成分数氢。爆炸线可以产生导电的等离子体通路，其由于导电电弧电流而支持高动力学，所述电流是至少一种重组离子并且由于催化期间催化剂的电离而减小空间变化以增加反应速率。诸如冰的晶体结构可以进一步包括导体，诸如嵌插的金属，诸如金属线、金属粉末或金属网格，以由于它们的导电性而增加动力学。金属可以是高导电性的并且对于水是化学稳定的，诸如银或铜。在一个实施方式中，冰嵌插导电基质中，诸如金属网，诸如铜、镍、银或铝网，诸如Celmet(SumitomoElectric Industries,Ltd.)型网。
在一个实施方式中，冰燃料系统可以包括释放热量并产生氢的反应物，其与氧一起爆炸以在冰中产生冲击波，其中反应物可嵌插并限制在冰中。反应物可以包括铝热剂，诸如Fe2O3/Al金属粉末混合物，其至少部分地嵌插并包裹在冰中。外壳可以包括金属容器。铝热剂可包含摩尔过量的铝以与水反应形成H2气体以用作具有大气氧的爆炸。过量的金属也可以用作导体以提高反应速率。
在一个实施方式中，高能材料的募集，诸如包含合适形式的水(诸如冰)和可选的添加剂的材料，诸如包含氢源和导电性的至少一种的添加剂，导电性材料如金属，诸如高表面积金属，诸如Al粉末或碱金属粉末，诸如锂粉末。可以限制高能材料，使得由高能材料的点燃产生的冲击波受到限制。冲击波的限制可以促进H2O键的断裂以供应H和HOH。高能材料可以封装在诸如金属容器等密封容器中以提供限制。在一个实施方式中，可以通过使高电流通过穿过高能材料的至少一根线或者紧邻高能材料来执行点燃，其中高电流可以导致一根或多根电线爆炸。电线爆炸可以在高能材料中产生冲击波。电线可以布置成增强高能材料中的冲击波。在示例性实施方式中，电线可以彼此平行地延伸以从多个方向压缩高能材料。在另一实施方式中，可以在高能材料中产生内爆，其中高能材料中的冲击波指向内部。向内冲击波可以是球形向内的。内爆可以通过诸如TNT等常规爆炸物的一个或多个线爆炸中的至少一种产生。爆炸物可以成形以产生内爆。爆炸物可以包括球形电荷。冰中的内爆和冲击波可以导致冰爆炸。示例性的高能材料装置可以包括具有周围球形冲击波源的冰，诸如用爆炸线点燃的常规爆炸物。涉及高能材料的限制和内爆中的至少一种可以引起额外的高能材料的爆炸补充。在一个实施方式中，引爆线可以包括封闭结构，诸如螺线管或环形线圈，其围绕HOH和H的源，诸如水，诸如冰，以使其内爆，以更有效地形成HOH和H以反应形成分数氢。
在另一实施方式中，结晶固体燃料用相应的液体(诸如液态水)代替。
在一个实施方式中，高能反应系统包括HOH催化剂和H中的至少一种的来源，诸如任何物理状态的水，诸如气体、液体或固体，诸如I型冰和引爆冲击波的爆炸源。在一个实施方式中，高能反应系统包括多个冲击波源。冲击波源可以包括一种或多种爆炸线中的至少一种，诸如本公开的爆炸线和常规能量材料(诸如TNT或本公开中的其他材料)的一种或多种电荷。高能反应系统可以包括至少一种常规高能材料的雷管。高能反应系统还可以包括顺序触发装置，诸如延迟线或至少一个定时开关，以在至少第一和第二冲击波之间产生具有时间延迟的多个冲击波。顺序触发可以引起爆炸延迟以在第一和至少一个其他爆炸之间引起延迟，其中每个爆炸形成冲击波。触发器可以延迟施加到传统高能材料的爆炸线和雷管中的至少一个的功率。延迟时间可以在约1飞秒至1秒，1纳秒至1秒，1微秒至1秒和10微秒至10毫秒的至少一个范围内。
在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002631
可以包括化学反应器，其中可以将除分数氢反应物之外的反应提供给反应器以形成所需的化学产物。可以通过EM泵管提供反应物。可以通过EM泵管提取产物。可以在反应器关闭和反应开始之前分批加入反应物。通过在运行之后打开反应器，可以批量移除产物。可以通过反应器壁(诸如反应单元池室壁)的渗透来提取反应产物。反应器可以在1250K至10,000K的范围内的黑体温度下提供连续的等离子体。反应器压力可以在1atm至25atm的范围内。壁温可以在1250K至4000K的范围内。熔融金属可以包括一种所需的化学反应的支撑体，诸如银、铜、和银-铜合金中的至少一种。
在一个实施方式中，填充在冰中的爆炸线可以包括过渡金属，诸如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的至少一种。电线可以进一步包括铝。爆炸电压可以是高电压，诸如在1000V至100,000V和3000V至10,000V的至少一个范围内的电压。可以形成包括过渡金属和分数氢的薄膜，诸如铁、铬或锰分数氢氢负离子、分子分数氢复合物或原子分数氢复合物。其中H包含分数氢的FeH是通过使用4000V和千安培的包含Fe、Cr和Al的合金的线的爆炸形成的。FeH由ToF-SIM识别。其他包含分数氢的化合物和另一种元素(如另一种金属)可以通过使用包含相应元素(如另一种金属)的爆炸线形成。
在一个实施方式中，形成包含低能氢物质(诸如分子分数氢)的大聚合体或聚合物的装置包括HOH源和H源(诸如任何物理状态的水，诸如气体、液体和冰中的至少一种)，并且可以进一步包括高电流源，诸如爆炸线。形成包含低能氢物质(诸如分子分数氢)的大聚合体或聚合物的装置进一步包括限制分数氢反应产物的反应室。示例性的分数氢反应物是空气中的水蒸气或诸如稀有气体的另一种气体。水蒸气压可以在1mTorr至1000Torr的范围内。可以通过电力引爆线引发分数氢反应。在示例性实施方式中，通过使用本公开的爆炸装置，将本发明的电线在包含空气中的环境水蒸气的腔中引爆。环境水蒸气压可以在约约1Torr至50Torr的范围内。示例性产物是铁-分数氢聚合物，诸如FeH2(1/4)和钼-分数氢聚合物，诸如MoH(1/4)16。产物可以通过独特的物理性质鉴定，诸如新的组合物，诸如包含金属和氢的组合物，诸如铁-氢，锌-氢，铬-氢或钼-氢。如果存在，则在没有包含普通氢的相应组合物的已知磁性的情况下，该独特组合物可以是磁性的。在示例性实施方式中，独特的组合物聚合的铁-氢、铬-氢、钛-氢、锌-氢、钼-氢和钨-氢是磁性的。可以通过以下来识别包含低能氢物质(如分子分数氢)的大聚合体或聚合物：(i)飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)，其可以基于金属和氢负离子和高质量碎片(诸如H16和H24的碎片)的高质量分辨率明确地记录独特的金属和氢组分，诸如FeH和MoH16；(ii)傅里叶变换红外光谱(FTIR)，其可以记录在约1940cm-1处的H2(1/4)旋转能中的至少一个和指纹区域中的振动带，其中已知官能团的其他高能特征可以不存在，(iii)质子魔角自旋核磁共振波谱(1H MAS NMR)，其可以记录高场基质峰，诸如-4ppm至-6ppm区域中的峰，(iv)X射线衍射(XRD)，由于可以包含聚合物结构的独特组成，可以记录新的峰，(v)热重分析(TGA)，其可记录氢聚合物在非常低的温度下的分解，诸如在200℃至900℃的范围内，并提供独特的氢化学计量或组成，诸如FeH或MoH16，(vi)电子束激发发射光谱，其可以记录包括间隔为0.25eV的峰的260nm区域中的H2(1/4)旋转振动谱带；(vii)光致发光拉曼光谱，其可以记录包括间隔为0.25eV的峰的260nm区域中的H2(1/4)旋转振动谱带的二阶；(viii)拉曼光谱，其可以记录约1940cm-1处的H2(1/4)旋转峰，和(ix)X-射线光电子能谱(XPS)，其可以记录约500eV处的H2(1/4)的总能量。
在一个实施方式中，收集气态、物理吸收、液化或其他状态的分子分数氢的装置包括含有低能氢物质的大聚集体或聚合物源，包括含有低能氢物质的大聚集体或聚合物的腔室，热分解腔室中包含低能氢物质的大聚集体或聚合物的方法，以及收集从包含低能氢物质的大聚集体或聚合物释放的气体的方法。分解装置可以包括加热器。加热器可以将第一室加热到大于包含低能氢物质的聚集体或聚合物的分解温度的温度，诸如在约10℃至3000℃、100℃至2000℃、100℃至1000℃的至少一个范围内的温度。从包含低能氢物质的大聚集体或聚合物的分解中收集气体的装置可以包括第二腔室。第二腔室可以包括气泵、气阀、压力计和质量流量控制器中的至少一个，以存储和转移收集的分子分数氢气体中的至少一种。第二腔室可以进一步包括吸收分子分数氢气的吸气剂或制冷器，诸如用于液化分子分数氢的低温系统。制冷器可以包括低温泵或杜瓦瓶，其包含低温液体，诸如液氦或液氮。
形成含有低能氢物质的大聚集体或聚合物的装置可以进一步包括场源，诸如电场或磁场中的至少一种的源。电场源可以包括至少两个电极和电压源，以将电场施加到其中形成聚集体或聚合物的反应室。作为另选，电场源可以包括带静电的材料。带静电的材料可包括反应单元池室，诸如包含碳的室，诸如树脂玻璃室。本公开的爆炸可以对反应单元池室进行静电充电。磁场源可包括至少一个磁体，诸如永磁体、电磁体或超导磁体，以将磁场施加到其中形成聚集体或聚合物的反应室。
分子分数氢可包括对应于轨道角动量的有限l量子数。诸如H2(1/4)的多个分数氢分子的电子轨道角动量可以相耦合以产生永磁化。通常，角动量和相应的磁矩平均为零，并且由于轨道角动量没有净宏观或体磁。然而，当多个分子的角动量磁矩协同地相互作用时，分子分数氢可以产生非零或有限的体磁，其中可以发生磁自组装。三角函数时空依赖性Mills GUT的式(1.67，1.76，1.77，2.66-2.71)转换为三角函数平方项，该平均项不平均为零。由于磁性，分子分数氢可以通过电子顺磁共振光谱(EPR)独特地识别。独特的EPR核耦合以及由于电子半径和核间距减小而引起的电子核双共振光谱(ENDOR)特征是进一步的特征并且独特地识别分子分数氢。
诸如H2(1/4)等分子分数氢可以具有非零l和ml量子数，其对应于具有相应磁矩的轨道角动量。通过质子魔角旋转核磁共振光谱(1H MAS NMR)证明了分子分数氢的磁性。在固体基质(诸如碱金属氢氧化物-碱金属卤化物基质)中存在分子分数氢，其可进一步包含某些产生高场1H MAS NMR峰的水合水，其通常在-4至-5ppm，这是由于分子分数氢的顺磁基质效应。在非零角动量状态下产生分子分数氢的一种方便方法是在H2O存在下通过线爆炸以作为分数氢催化剂和H源。在包含水蒸气的气氛中的线爆炸产生包含分数氢的磁线性链，其包含分数氢氢，诸如分子分数氢具有非零l和ml量子状态，其具有可聚集形成网的金属原子或离子。自组装机构可包括磁性排序或自组装机构。众所周知，外部磁场的施加使得悬浮在溶剂(诸如甲苯)中的胶体磁性纳米颗粒(诸如磁铁矿(Fe2O3))聚集成线性结构。由于质量小且磁矩高，分子分数氢即使在没有磁场的情况下也能磁性自组装。在增强自组装和控制分数氢产物的替代结构的形成的实施方式中，将外部磁场施加到分数氢反应，诸如线爆炸。可以通过将至少一个永磁体放置在反应室中来施加磁场。作为另选，爆炸线可包括金属，其用作磁性颗粒(诸如磁铁矿)的源，以驱动分子分数氢的磁性自组装，其中源可以是水蒸气或其他源中的线爆炸。
在一个实施方式中，分子分数氢可以包括非零角动量量子数。分子分数氢可以是磁性的，其中磁性可以归因于非零角动量量子数。由于其固有的磁矩，分子分数氢可以自组装成大聚集体。在一个实施方式中，诸如H2(1/4)等分子分数氢可以组装成由磁偶极力束缚的线性链。在另一实施方式中，分子分数氢可以组装成三维结构，诸如在八个顶点中的每一个处具有H2(1/p)(诸如H2(1/4))的立方体。在一个实施方式中，八个H2(1/p)分子(诸如H2(1/4)分子)磁性结合到立方体中，其中每个分子的中心位于立方体的八个顶点之一，并且每个核间轴平行于以顶点为中心的立方体边缘。磁性排列使得每个分子外壳的每个北极和南极与立方体的三个最近邻居中的每一个相反地取向。H16可以用作通过自组装形成的更复杂的宏观结构的单元或部分。在另一实施方式中，可以将在正方形的四个顶点中的每一个处包含H2(1/p)(诸如H2(1/4))的H8单元添加到长方体H16中以包括H16+8n，其中n是整数。示例性的另外的大聚集体是H16，H24和H32。氢大聚集体中性物质和离子可以与作为中性物质或离子的其他物质(如O、OH、C和N)结合。在一个实施方式中，所得结构在飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)中产生H16峰，其中片段可以是对应于来自H16的整数H损失的观察质量，诸如H16、H14、H13和H12。由于H的质量为1.00794u，相应的+1或-1离子峰的质量为16.125，15.119，14.111，13.103，12.095…。诸如
Figure GDA0003990253620002661
或
Figure GDA0003990253620002662
等氢大聚集体离子可包含亚稳态。在正和负光谱中通过ToF-SIMS在16.125处观察到氢大聚集体离子
Figure GDA0003990253620002663
和
Figure GDA0003990253620002664
其具有宽峰的亚稳特征。在15.119处在负ToF-SIMS光谱中观察到
Figure GDA0003990253620002665
分别在正和负ToF-SIMS光谱中观察到H24亚稳态物质
Figure GDA0003990253620002666
和
Figure GDA0003990253620002667
在一个实施方式中，分子分数氢大聚集体(诸如H16)或分解产物(诸如H2(1/p)，诸如H2(1/4))可以包括磁共振成像(MRI)造影剂，诸如自旋极化Xeon。由于其成像的至少一个NMR活性质子或其对正常质子(诸如成像的人、动物或物体身体的水分子)的影响，可以吸入分子分数氢并用于MRI成像，其中分子分数氢的顺磁性影响相应的NMR位移或弛豫时间中的至少一个，诸如T1和T2中的至少一个。在一个实施方式中，分子分数氢的对位形式可通过自旋交换转化为NMR活性邻位形式。可以使用自旋交换剂(诸如磁性物质，诸如磁铁矿(Fe2O3)颗粒)来实现自旋交换。可以将气体与旋转交换剂一起温育以实现向邻位形式到H2(1/p)的转化。体内的邻位形式的寿命可以用作MRI造影剂的基础。
在一个实施方式中，通过H与OH和H2O催化剂中的至少一种的反应合成分数氢物质，诸如原子分数氢、分子分数氢或分数氢氢负离子。在一个实施方式中，
Figure GDA0003990253620002671
反应和高能反应中的至少一种的产物，诸如包含本公开的喷丸或电线点燃物以形成分数氢的产物，是分数氢化合物或包含分数氢物质，诸如与以下物质中的至少一种络合的H2(1/p)：(i)氢以外的元素，(ii)普通氢物质，诸如H+、普通H2、普通H-、和普通
Figure GDA0003990253620002672
中到至少一种，有机分子物质，诸如有机离子或有机分子，和(iv)无机物质，诸如无机离子或无机化合物。分数氢化合物可以包括含氧阴离子化合物，诸如碱金属或碱土金属碳酸盐或氢氧化物或本公开的其他此类化合物。在一个实施方式中，所述产物包括M2CO3·H2(1/4)和MOH·H2(1/4)(M＝碱金属或本公开到其他阳离子)络合物中的至少一种。所述产物可以通过ToF-SIMS鉴定为正光谱中的一系列离子，分布包括
Figure GDA0003990253620002673
和
Figure GDA0003990253620002674
其中n是整数并且整数和整数p>1可以代替4。在一个实施方式中，包含硅和氧的化合物，诸如SiO2或石英，可以用作H2(1/4)的吸气剂。H2(1/4)的吸气剂可以包括过渡金属、碱金属、碱土金属、内过渡金属、稀土元素金属、金属的组合，合金(诸如Mo合金，诸如MoCu)和储氢材料，诸如本公开的那些。
通过本公开的方法合成的包含分数氢物质的化合物可以具有式MH、MH2或M2H2，其中M是碱金属阳离子，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式MHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式MHX，其中M是碱金属阳离子，X是中性原子(如卤原子)，分子或单个带负电荷的阴离子(如卤素阴离子)中的一种，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式MHX，其中M是碱土金属阳离子，X是单负电荷的阴离子，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式MHX，其中M是碱土金属阳离子，X是双带负电的阴离子，H是分数氢物质。所述化合物可以具有式M2HX，其中M是碱金属阳离子，X是单个带负电的阴离子，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式MHn，其中n为整数，M是碱性阳离子，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢。所述化合物可以具有式M2Hn，其中n是整数，M是碱土金属阳离子，所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式M2XHn，其中n是整数，M是碱土金属阳离子，X是单个带负电的阴离子，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。化合物可以具有式M2X2Hn，其中n是1或2，M是碱土金属阳离子，X是单个带负电的阴离子，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式M2X3H，其中M是碱土金属阳离子，X是单个带负电的阴离子，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式M2XHn，其中n是1或2，M是碱土金属阳离子，X是双带负电阴离子，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式M2XX’H，其中M是碱土金属阳离子，X是单个带负电的阴离子，X’是双带负电阴离子，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式MM’Hn，其中n是1至3的整数，M是碱土金属阳离子，M’是碱金属阳离子，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式MM’XHn，其中n是1或2，M是碱土金属阳离子，M’是碱金属阳离子，X是单个带负电的阴离子，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式MM’XH，其中M是碱土金属阳离子，M’是碱金属阳离子，X是双带负电阴离子，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式MM’XX’H，其中M是碱土金属阳离子，M’是碱金属阳离子，X和X’是单个带负电的阴离子，并且H是分数氢物质。所述化合物可以具有式MXX’Hn，其中n是1至3的整数，M是碱或碱土金属阳离子，X是单或双带负电阴离子，X’是金属或或准金属、过渡元素、内过渡元素或稀土元素元素，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式MHn，其中n是整数，M是阳离子，诸如过渡元素、内过渡元素或稀土元素元素，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式MXHn，其中n是整数，M是阳离子，诸如碱金属阳离子、碱土金属阳离子，X是其他阳离子，诸如过渡元素、内过渡元素或稀土元素元素阳离子，并且所述化合物的氢含量Hn包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式(MHmMCO3)n，其中M是碱金属阳离子或其他+1阳离子，m和n是每个整数，并且所述化合物的氢含量Hm包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式
Figure GDA0003990253620002681
其中M是碱金属阳离子或其他+1阳离子，m和n各自是整数，X是单个带负电的阴离子，并且所述化合物的氢含量Hm包含至少一种分数氢物质。所述化合物可以具有式(MHMNO3)n，其中M是碱金属阳离子或其他+1阳离子，n是整数，并且所述化合物的氢含量H包含至少一种分数氢物质。化合物可以具有式(MHMOH)n，其中M是碱金属阳离子或其他+1阳离子，n是整数，并且所述化合物的氢含量H包含至少一种分数氢物质。所述包括阴离子或阳离子的化合物可以具有式(MHmM'X)n，其中m和n各自是整数，M和M'各自是碱或碱土金属阳离子，X是单或双带负电阴离子，并且所述化合物的氢含量Hm包含至少一种分数氢物质。所述包括阴离子或阳离子的化合物可以具有式
Figure GDA0003990253620002691
其中m和n各自是整数，M和M'各自是碱或碱土金属阳离子，X和X'是单或双带负电阴离子，并且所述化合物的氢含量Hm包含至少一种分数氢物质。阴离子可以包括本公开的阴离子。合适的示例性单带负电荷阴离子是卤离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子或硝酸根离子。合适的示例性双带负电荷阴离子是碳酸根离子、氧化物或硫酸根离子。
在一个实施方式中，分数氢化合物或混合物包括至少一个分数氢物质，诸如分数氢原子、分数氢氢负离子，和嵌插晶格的二分数氢分子，诸如结晶晶格，诸如金属或离子晶格。在一个实施方式中，晶格不与分数氢物质反应。基质可以是非质子的，诸如在嵌插的分数氢氢负离的情况下。所述化合物或混合物可包含嵌插盐晶格中的H(1/p)、H2(1/p)和H-(1/p)中的至少一种，诸如碱金属或碱土金属盐，诸如卤化物。示例性的碱金属卤化物是KCl和KI。在嵌插的H-(1/p)的情况下，盐可以不存在任何H2O。其他合适的盐晶格包括本公开的盐晶格。
本发明的分数氢化合物的纯度优选大于0.1原子％。更优选地，化合物的纯度大于1原子％。甚至更优选地，化合物的纯度大于10原子％。最优选地，化合物的纯度大于50原子％。在另一实施方式中，化合物的纯度大于95原子％。
实验
SF-CIHT单元池动力产生系统包括光伏功率转换器，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。在某些实施方式中，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示出了包含来自添加至熔融银中的水的吸收H2O的80mg银喷丸的5nm至450nm点燃区域中的示例性绝对光谱，当其冷却为喷丸时显示了1.3MW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。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。在一个实施方式中，可以增加焊接点燃电路的电感，以增加点燃后的电流衰减时间。较长的衰减时间可以维持分数氢等离子体反应以增加能量产生。
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以包括黑体。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。
包含氧源的熔体的示例性测试包括在氩气/5摩尔％H2气氛中点燃80mg银/1重量％硼砂无水喷丸，其光学功率通过绝对光谱测定。使用焊机(Acme 75KVA点焊机)在约1V的压降下施加约12kA的高电流，观察到250kW的功率，持续时间约1ms。包含氧源的熔体的另一示例性测试包括在氩气/5摩尔％H2气氛中点燃80mg银/2摩尔％Na2O无水喷丸，其光学功率通过绝对光谱测定。使用焊机(Acme 75KVA点焊机)在约1V的压降下施加约12kA的高电流，观察到370kW的功率，持续时间约1ms。包含氧源的熔体的示例性测试包括在氩气/5摩尔％H2气氛中点燃80mg银/2摩尔％Li2O无水喷丸，其光学功率通过绝对光谱测定。使用焊机(Acme 75KVA点焊机)在约1V的压降下施加约12kA的高电流，观察到500kW的功率，持续时间约1ms。
根据使用Edgertronics高速摄像机记录的等离子体的大小，分数氢反应和功率取决于反应体积。体积可能需要是最小化以优化反应功率和能量，用于点燃约30mg至100mg的喷丸约0.5至10升，诸如银丸和H和HOH催化剂源，如水化。从喷丸点燃开始，在非常高的银压力下，分数氢反应速率很高。在一个实施方式中，分数氢反应可以具有高动力学和高等离子体压力。基于高速光谱和Edgertronics数据，当等离子体体积最小且Ag蒸气压最高时，分数的反应速率最高。当熔化时(T＝1235K)，点燃1mm直径的Ag喷丸。80mg(7.4X 10-4摩尔)喷丸的初始体积为5.2×10-7升。相应的最大压力约为1.4×105atm。在示例性实施方式中，观察到反应在约声速(343m/s)下膨胀，反应持续时间为约0.5ms。最终半径为约17cm。没有任何背压的最终体积约为20升。最终的Ag分压约为3.7E-3atm。由于反应在较高压力下可具有较高的动力学，因此通过施加电极压力并允许等离子体垂直于电极间轴线膨胀，可通过电极限制来增加反应速率。
测量在97％氩气/3％氢气气氛的存在下通过以2.5ml/s向注入
Figure GDA0003990253620002711
点燃电极的熔融银中加入1摩尔％或0.5摩尔％氧化铋引起的分数氢反应释放的动力。在添加对应于氧化物添加的分数氢反应功率贡献之前和之后的时间反应单元池水冷却剂温度的斜率的相对变化乘以用作内标的恒定初始输入功率。对于重复运行，在添加氧源之后的具有分数氢功率贡献的总单元池输出功率由对应于7540W、8300W、8400W、9700W、8660W、8020W和10,450W的总输入功率的97、119、15、538、181、54和27的时间冷却剂温度响应的斜率比率的乘积确定。热爆发功率分别为731,000W、987,700W、126,000W、5,220,000W、1,567,000W、433,100W和282,150W。
测量在97％氩气/3％氢气气氛的存在下通过以2.5ml/s向注入
Figure GDA0003990253620002712
点燃电极的熔融银中加入1摩尔％氧化铋(Bi2O3)、1摩尔％钒酸锂(LiVO3)或0.5摩尔％钒酸锂引起的分数氢反应释放的动力。在添加对应于氧化物添加的分数氢反应功率贡献之前和之后的时间反应单元池水冷却剂温度的斜率的相对变化乘以用作内标的恒定初始输入功率。对于重复运行，在添加氧源之后的具有分数氢功率贡献的总单元池输出功率由对应于6420W、9000W和8790W的总输入功率的497、200和26的时间冷却剂温度响应的斜率比率的乘积确定。热爆发功率分别为3.2MW、1.8MW和230,000W。
在示例性实施方式中，点燃电流从约0V升高到2000A，对应于从约0V增长至1V的约0.5的电压，等离子体点燃该电压。然后将电压作为一个步骤增加到约16V并保持约0.25s，其中约1kA流过熔体并且串联流过等离子体体相的1.5kA通过除电极8之外的另一个接地回路。对于包含Ag(0.5摩尔％LiVO3)和氩气-H2(3％)的
Figure GDA0003990253620002721
输入功率为约25kW，其在9升/秒的流速下，功率输出超过1MW。点燃序列以约1.3Hz重复。
在示例性实施方式中，点燃电流约500A恒定电流且电压为约20V。对于包含Ag(0.5摩尔％LiVO3)和氩气-H2(3％)的
Figure GDA0003990253620002722
输入功率为约15kW，其在9升/秒的流速下，功率输出超过1MW。
在图5所示的实施方式中，形成包括低能氢物质的大聚集体或聚合物的系统500包括腔室507(诸如有机玻璃腔室)、金属线506、具有接地连接504的高压电容器505，(其可以由高压DC电源503充电)、和开关，诸如12V电开关502和触发火花间隙开关501，以将电路从电容器闭合至腔室507内部的金属线506以引起电线点燃。腔室可以包括水蒸气和诸如大气或稀有气体的气体。
形成包含低能氢物质的大聚集体或聚合物的示例性系统包括长度为46cm，宽度和高度为12.7cm的封闭的长方体有机玻璃室，长10.2cm，直径为0.22mm至0.5mm的安装在两个带有不锈钢螺母的不锈钢杆之间的距离腔室底部9cm的金属线，充电至约4.5kV，相当于557J的15kV电容器(Westinghous型号5PH349001AAA，55uF)，35kV DC电源充电电容器，带有触发式火花隙开关的12V(信息无限制，型号-Trigatron10，3kJ)，其用于关闭从电容器到腔室内金属线而使电线起火的电路。电线可以包括Mo(钼规格，20目，直径0.305mm，99.95％，Alpha Aesar)，Zn(直径0.25mm，99.993％，Alpha Aesar)，Fe-Cr-Al合金(73％-22％-4.8％，31规格，直径0.226mm，KD Cr-Al-Fe合金电线部件No#1231201848，HyndmanIndustrial Products Inc.)或Ti(直径0.25mm，99.99％，Alpha Aesar)电线。在示例性运行中，腔室包括包含约20Torr的水蒸气的空气。在关闭触发开关之前关闭高压DC电源。在峰值电流为5kA时，约4.5kV的峰值电压作为阻尼谐振子在约300us时放电。在电线起火后约3-10分钟形成包含低能氢物质的大聚集体或聚合物。从腔室底板和壁以及放置在腔室中的Si晶片上收集分析样品。分析结果与本公开的分数氢结构特征相匹配。
在一个实施方式中，通过电子束激发反应混合物气体观察分数氢旋转振动光谱，所述反应混合物气体包含惰性气体(诸如氩气)和水蒸气，其用作HOH催化剂和原子氢的来源。氩气可以在约约100Torr至10atm的压力范围内。水蒸气可以在约1mTorr至10Torr的范围内。电子束能量可以在约1keV至100keV的范围内。在145nm至300 nm区域中观察到来自大气压氩等离子体的旋转线，所述氩等离子体包括由12keV至16 keV电子束激发的约100mTorr水蒸气，该电子束通过氮化硅窗将气体入射到腔室中。通过MgF2观察反应气体室的另一个窗的发射。能量间隔为氢的42倍，将核间距设定为H2的1/4，并确定H2(1/4)(式(29-31))。该系列匹配H2(1/4)的P分支，用于包含P(1)、P(2)、P(3)、P(4)、P(5)、和P(6)的H2(1/4)振动过渡v＝1→v＝0，其分别在154.94、159.74、165.54、171.24、178.14和183.14 nm处观察到。在另一实施方式中，将包含分数氢的物质组合物(诸如本公开的组合物)热分解，并将包含分数氢的分解气体(诸如H2(1/4))引入反应气体室，其中分数氢气被电子束激发。并记录旋转振动发射光谱。
在另一实施方式中，(分数氢气诸如H2(1/4))被吸收剂(诸如碱金属卤化物或碱金属卤化物碱金属氢氧化物基质)吸收。可以通过吸气剂在真空中的电子束激发来观察旋转振动光谱。电子束能量可以在约1 keV至100 keV的范围内。峰值之间的旋转能量间隔可以由式(30)给出。由于结晶基质引起的有效质量较高，式(29)给出的振动能量可以转移到较低的能量。在示例性实验示例中，捕获在吸气剂晶格中的旋转振动发射H2(1/4)被入射的6KeV电子枪激发，其在5X10-6Torr的压力范围内具有10-20μA的束电流，并且通过无窗UV光谱记录。在UV透明基质KCl中的H2(1/4)(的分辨的旋转振动光谱所谓的260 nm谱带)在Mills等人的5W CIHT单元池堆中充当吸气剂(R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,“Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell,”(2012),Int.J.Energy Res.,(2013),DOI:10.1002/er.3142，将其通过引用并入本文)包括在258 nm处的峰值最大值，峰值的代表性位置在222.7、233.9、245.4、258.0、272.2和287.6nm，具有0.2491 eV的相等间隔。通常，能量与峰值数的关系曲线产生的线由y＝-0.249 eV+5.8 eV在R2＝0.999或更好时得到，与跃迁v＝1→v＝0和Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、P(1)、P(2)、P(3)和P(4)的H2(1/4)的预测值非常一致，其中，Q(0)可识别为系列最高强度的峰。
此外，吸收了分数氢反应产物气体的吸气剂的正离子ToF-SIMS光谱显示出具有二氢作为结构一部分的基质化合物的多聚体簇，M：H2(M＝KOH或K2CO3)。具体地，包含KOH和K2CO3[26-27]或具有这些化合物作为分数氢反应产物气体的吸气剂的现有分数氢反应产物的正离子谱显示K+(H2：KOH)n，并且K+(H2：K2CO3)n作为结构中的络合物的H2(1/p)一致。
在另一实施方式中，通过电子束激发包含分数氢的物质的组合物(诸如分子分数氢化合物或大聚集体，诸如H16，或分解产物，诸如H2(1/p))观察到分数氢旋转振动光谱。包含分数氢的物质的组合物可包含本公开的分数氢化合物。电子束能量可以在约1keV至100keV的范围内。可以通过EUV光谱法在真空中记录发射光谱。在示例性实验实施方式中，通过12keV至16keV电子束激发，在锌分数氢氢负离子的145nm-300nm区域中观察到H2(1/4)旋转振动线。光束在真空中入射化合物。根据本发明的方法，在空气中存在水蒸气的情况下，通过锌线爆炸形成锌分数氢氢负离子。能量间隔为氢的42倍，将核间距设定为H2的1/4，并确定H2(1/4)(式(29-31))。该系列匹配H2(1/4)的P分支，用于H2(1/4)振动跃迁v＝1→v＝0，其包括P(1)、P(2)、P(3)、P(4)、P(5)、P(6)、和P(7)。

Claims (34)

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，其中，熔融金属包括镓、铟、锡、锌、镓铟锡合金、银、银铜合金和铜中的至少一种；
熔融金属注射系统，其包括至少两个熔融金属储罐，每个储罐包括电磁泵和注射管；
至少一个反应物供应系统，以补充在反应物的产生电能和热能中至少一种的反应中消耗的反应物；
至少一个包括电源的点燃系统，以向所述至少两个熔融金属储罐提供相反的电压，每个熔融金属储罐包括电磁泵，和
至少一个功率转换器或输出系统，其中光和热中的至少一个输出为电功率和/或热功率，
其中，每个电磁泵包括以下中的一种：
a.DC或AC导电型，其包括通过电极提供给熔融金属的DC或AC电流源和恒定或同相交替的矢量交叉磁场源，或
b.感应型，其包括：通过熔融金属短回路的交变磁场源，其在金属中产生感应的交流电流；和同相交替的矢量交叉磁场源。
2.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所述至少两个熔融金属储罐，每个熔融金属储罐包括电磁泵，以将交叉的熔融金属流注射到所述容器内部。
3.如权利要求1所述的动力系统，其中，每个储罐包括熔融金属液位控制器，所述控制器包括入口上升管。
4.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述点燃系统包括电源，以向所述至少两个熔融金属储罐提供相反的电压，每个熔融金属储罐包括电磁泵，其通过交叉的熔融金属流供应电流和功率流，以引起反应物的反应，包括点燃，以在所述容器内部形成等离子体。
5.如权利要求1所述的动力系统，其中，所述点燃系统包括：
a)向所述至少两个熔融金属储罐提供相反电压的电源，每个熔融金属储罐包括电磁泵；
b)从所述至少两个熔融金属储罐喷射的至少两个交叉的熔融金属流，每个熔融金属储存罐包括电磁泵，其中所述电源能够递送足以使反应物反应以形成等离子体的短脉冲高电流电能。
6.如权利要求5所述的动力系统，其中，递送足以使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。
7.如权利要求1所述的动力系统，其中，泵和相应储罐的至少一个连接件、或包括容器、注射系统和转换器的部件之间的另一个连接件包括湿密封件、凸缘和垫圈密封件、粘合剂密封件和滑动螺母密封件中的至少一种。
8.如权利要求7所述的动力系统，其中，所述垫圈包含碳。
9.如权利要求4所述的动力系统，其中，熔融金属点燃系统电流在10A至50,000A的范围内。
10.如权利要求9所述的动力系统，其中，熔融金属点燃系统的电路因熔融金属流的交叉而闭合，引起点燃，以进一步引起0Hz至10,000Hz范围内的点燃频率。
11.如权利要求1所述的动力系统，其中，感应型电磁泵包括形成熔融金属短回路的陶瓷通道。
12.权利要求1所述的动力系统，进一步包括感应耦合加热器，以由相应的固体金属形成熔融金属。
13.权利要求1所述的动力系统，进一步包括真空泵和至少一个制冷器。
14.如权利要求1所述的动力系统，其中，反应功率输出的至少一个功率转换器或输出系统包括热光伏转换器、光伏转换器、光电转换器、磁流体动力转换器、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、加热器和锅炉的组中的至少一个。
15.如权利要求14所述的动力系统，其中，所述锅炉包括辐射锅炉。
16.如权利要求14所述的动力系统，其中，所述容器的一部分包括保持在1000K至3700K的温度下的黑体辐射器。
17.如权利要求16所述的动力系统，其中，储罐包括氮化硼，所述容器的包括所述黑体辐射器的部分包含碳，并且与熔融金属接触的电磁泵部件包括抗氧化金属或陶瓷。
18.如权利要求17所述的动力系统，其中，所述反应物包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氧气和水中的至少一种。
19.如权利要求18所述的动力系统，其中，所述反应物供应使甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气、氧气和水中的每一种保持在0.01Torr至1Torr的压力下。
20.如权利要求19所述的动力系统，其包括热光伏转换器或光伏转换器，其中，所述黑体辐射器发出的光主要是包括可见光和近红外光的黑体辐射，并且光伏单元池是包括选自以下的至少一种化合物的集中器单元池：晶体硅、锗、砷化镓(GaAs)、锑化镓(GaSb)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化砷铟镓(InGaAsSb)、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，其包括热光伏转换器或光伏转换器，其中，由反应等离子体发射的光主要是紫外光，并且光伏单元池是包括选自III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN和InGaN中的至少一种化合物的集中器单元池。
22.如权利要求14所述的动力系统，其中，所述磁流体动力转换器包括连接到反应容器的喷嘴、磁流体动力通道、电极、磁体、金属收集系统、金属再循环系统、热交换器和可选的气体再循环系统。
23.如权利要求22所述的动力系统，其中，所述反应物包括H2O蒸气、氧气和氢气中的至少一种。
24.如权利要求23所述的动力系统，其中，所述反应物供应使O2、H2和反应产物H2O中的每一个保持在0.01Torr至1Torr的压力下。
25.如权利要求24所述的动力系统，其中，补充在反应物的产生电能和热能中至少一种的反应中消耗的反应物的所述反应物供应系统包括：
a.O2和H2气体供应中的至少一种；
b.气体外壳；
c.在反应容器、磁流体动力通道、金属收集系统和金属再循环系统中的至少一个的壁中的选择性透气膜；
d.O2、H2和H2O分压传感器；
e.流量控制器；
f.至少一个阀，和
g.计算机，以保持O2和H2压力中的至少一个。
26.如权利要求1或25所述的动力系统，其中，所述动力系统的至少一个部件包括陶瓷。
27.如权利要求26所述的动力系统，其中，所述陶瓷包括金属氧化物、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铪、碳化硅、碳化锆、二硼化锆和氮化硅中的至少一种。
28.如权利要求22所述的动力系统，其中，所述熔融金属包括银，并且磁流体动力转换器进一步包括氧源，以形成供应到储罐、反应容器、磁流体动力喷嘴和磁流体动力通道中的至少一个的银颗粒气溶胶。
29.如权利要求28所述的动力系统，其中，所述反应物供应系统另外提供和控制所述氧源以形成银气溶胶。
30.如权利要求11所述的动力系统，其中，感应式电磁泵包括两级泵，其包括：包括金属再循环系统的泵的第一级，和包括金属注射系统的泵的第二级，其将与其他熔融金属流交叉的熔融金属流注射至所述容器内。
31.如权利要求30所述的动力系统，其中，包含电源的点燃系统包括感应点燃系统。
32.如权利要求31所述的动力系统，其中，感应点燃系统包括通过熔融金属的短路回路的交变磁场源，其在金属中产生包括点燃电流的交流电流。
33.如权利要求32所述的动力系统，其中，所述交变磁场源可以包括包含变压器电磁体和变压器磁轭的初级变压器绕组，并且熔融金属至少部分地用作次级变压器绕组，诸如包围初级变压器绕组的单匝短路绕组，并且作为感应电流回路包含。
34.如权利要求33所述的动力系统，其中，所述储罐包括连接两个储罐的熔融金属交叉连接通道，使得电流回路包围变压器轭，其中，感应电流回路包括在储罐中包含的熔融金属中产生的电流、交叉连接通道、注射管中的银和相交以完成感应电流回路的注射的熔融金属流。
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