CN116830213A - 红外光回收热光伏氢电力产生器 - Google Patents
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Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
描述了一种提供电力和热力中的至少一者的动力产生器，其包括(i)用于反应的至少一个反应池，所述反应涉及可通过独特的分析特征和光谱特征鉴别的原子氢产物，(ii)熔融金属注入系统，其包括向所述反应池提供熔融金属料流的至少一个泵诸如电磁泵和接收所述熔融金属料流的至少一个储罐，以及(iii)点燃系统，其包括电力源，所述电力源向所述至少一个熔融金属料流提供低压高电流电能以点燃等离子体从而引发所述反应的快速动力学和能量增益。在一些实施方式中，所述动力产生器可包括：(v)供应至所述等离子体的H2和O2的源，(vi)熔融金属回收系统，和(vii)功率转换器，其能够(a)使用具有光回收的聚光型热光伏池将来自所述池的黑体辐射器的高功率光输出转换为电，或者(b)使用磁流体动力转换器将所述高能等离子体转换为电。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求以下专利申请的优先权：2021年3月8日提交的美国序列号63/158,349、2021年3月28日提交的美国序列号63/167,110、2021年4月16日提交的美国序列号63/176,054、2021年6月23日提交的美国序列号63/214,236、2021年8月13日提交的美国序列号63/233,199、2021年8月23日提交的美国序列号63/236,198、2021年9月20日提交的美国序列号63/246,282、2021年10月12日提交的美国序列号63/254,589、2021年10月21日提交的美国序列号63/270,537、2021年12月17日提交的美国序列号63/291,342、2022年1月10日提交的美国序列号63/298,190，特此将这些专利每一者全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开涉及动力产生领域，具体而言，涉及用于产生动力的系统、装置和方法。更具体而言，本公开的实施方式涉及动力产生装置和系统以及相关方法，其产生光动力、等离子体和热力并经由磁流体动力功率转换器、光动力-电力转换器、等离子体-电力转换器、光子-电力转换器或热力-电力转换器产生电力。此外，本公开的实施方式描述了利用水或水基燃料源的点燃以使用光伏功率转换器产生光动力、机械动力、电力和/或热力的系统、装置和方法。本公开中详细描述了这些和其他相关的实施方式。
背景技术
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的动力的动力产生系统。
在点燃某些燃料期间可能形成等离子体。这些燃料可包括水或水基燃料源。在点燃期间，形成由剥离电子的原子构成的等离子体云，并且可以释放高的光动力。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复合并经历电子弛豫，从而发出光动力。光动力可以通过光伏转换成电。
利用等离子体来产生动力通常难以持续和实现。不仅等离子体反应难以持续，而且由等离子体产生的高能量对周围系统具有深远影响，常常引起用于产生和维持这些等离子体的组件分解。此外，等离子体输出的光的转换通常与系统能量损失相关联，例如，低能量光(例如红外光)低于光伏带隙，因此会损失。此外，输出至光伏装置的等离子体光常常受反应池与光伏装置之间的窗的阻碍，该窗易受某些变形以及在其上的材料积聚的影响，从而导致光至光伏装置递送较低以及系统损失能量。
发明内容
本公开涉及产生电能和热能中的至少一者的动力系统，其包括：
至少一个容器，其能够维持低于大气压的压力；
反应物，其能够经历产生足够能量以在所述容器中形成等离子体的反应，所述反应物包含：
a)氢气与氧气的混合物，和/或
水蒸气，和/或
氢气与水蒸气的混合物；
b)熔融金属；
质量流量控制器，其用以控制至少一种反应物进入该容器的流量；
真空泵，其用以在一种或多种反应物正流入所述容器时使所述容器中的压力维持低于大气压；
熔融金属注射器系统，其包括容纳所述熔融金属中的一些的至少一个储罐、被构造用于递送所述储罐中的所述熔融金属并穿过注射器管从而提供熔融金属料流的熔融金属泵系统(例如，一个或多个电磁泵)以及用于接收所述熔融金属料流的至少一个非注射器熔融金属储罐；
至少一个点燃系统，其包括电力源或点燃电流源以将电力供应至所述至少一个熔融金属料流以在所述氢气和/或氧气和/或水蒸气正流入所述容器时点燃所述反应；
反应物供应系统，其用以补给在所述反应中消耗的反应物；
功率转换器或输出系统，其用以将从所述反应产生的能量(例如，来自所述等离子体的光和/或热输出)的一部分转换为电力和/或热力。
本公开的动力系统(本文称为“SunCell”)可以包括：
a)能够维持低于大气压的压力的至少一个容器，其包括反应腔室；
b)两个电极，其被构造为允许熔融金属在其间流动以完成电路；
c)连接至所述两个电极的动力源，其用以在所述电路闭合时在所述两个电极之间施加点燃电流；
d)等离子体产生池(例如，辉光放电池)，其用以引发由递送至该池的气体形成第一等离子体；其中将所述等离子体产生池的流出物引向所述电路(例如，所述熔融金属、所述阳极、所述阴极、浸没在熔融金属储罐中的电极)；
其中当在整个电路上施加电流时，该等离子体产生池的流出物发生反应以产生第二等离子体和反应产物；和
e)包含热光伏转换器的动力适配器，其被构造为将来自第二等离子体的能量转换和/或传递成机械能、热能和/或电能；
其中来自第二等离子体的能量在黑体辐射器中被吸收以产生黑体辐射，并且所述黑体辐射在热光伏转换器中转换。在一些实施方式中，动力适配器为多个热光伏适配器。热光伏适配器可包括位于短程线(geodesic)圆顶中的光伏转换器，其中光伏转换器可包括由三角形元件构成的接收器阵列(例如，密集接收器阵列)；并且
其中每个三角形元件包括能够将黑体辐射转换成电的多个聚光型光伏池。在一些实施方式中，两个电极中的经正偏压的电极是黑体辐射器、包括黑体辐射器或连接至黑体辐射器。在多个具体实施中，能量低于光伏池带隙的由等离子体产生的光子(例如，红外)朝等离子体产生池(例如，朝黑体辐射器)反射回来。
通常，从反应池和/或黑体辐射器输出的光被收集在用于产生电的光伏和/或以热和光的方式输出能量的黑体辐射器中，它们中的每一者都可以被单独收集。在一些实施方式中，该系统可包括介于包含第二等离子体的反应池与热光伏转换器之间的PⅤ窗。为了维持能量产生，可通过利用本发明的材料、系统和方法使熔融金属(例如，锡)不会润湿PV窗。在一些实施方式中，气体可以是不会导致锡氧化或对锡氧化最小的反应混合物(例如，系统中小于10％或小于5％或小于1％的熔融金属不会被提供给系统的气体氧化达12小时)。在多个具体实施中，PV窗可以包括(或主要包括)平坦表面，动力适配器包括光伏(PV)转换器，并且PV转换器包括具有匹配PV窗的几何形状的平坦密集接收器阵列面板以接收透过PV窗的等离子体发射。这些构造可将低能量光的反射率降至最低，所述低能量光未被光伏吸收而被往回导向反应池用于光回收。在一些实施方式中，PV窗包含石英、蓝宝石、氮氧化铝和MgF2中的至少一者。
系统生成的高强度环境对系统组件有着极大的影响。每个组件的相对尺寸、几何形状和布置都与稳态等离子体的产生有关。这些组件应该是协调的以便保持系统能够产生第一等离子体和第二等离子体。通常，两个电极中的每个电极包括熔融金属储罐和电馈通件以仅向其中的熔融金属提供电流并从而提供点燃电流。在多个具体实施中，该系统可以包括连接至储罐的反应池腔室，其中储罐和反应池腔室中的至少一者的壁通过陶瓷涂层和衬里中的至少一者电隔离。在一些实施方式中，储罐和反应池腔室中的至少一者通过衬里绝热。衬里可以是或包含任选涂覆有陶瓷涂层的碳和/或钨。在其他实施方式中，储罐通过储罐中至少一者内的电断路器(electrical break)而彼此电隔离。
在两个电极之间流动的熔融金属可以由与包含熔融金属的一个或多个熔融金属储罐独立地流体连通的双熔融金属注入系统形成；
其中每个熔融金属注入系统包括电磁泵和喷嘴，其中每个电磁泵使熔融金属流过喷嘴以形成熔融金属的料流；
其中所述电极与熔融金属料流连通，从而形成相反极性的双熔融金属料流；并且其中所述完整的回路通过使该双熔融金属料流相交而形成。储罐可以包括电断路器以将电极彼此电隔离。熔融金属料流的对准，特别是操作期间的对准对于维持等离子体产生是重要的。为了实现这种对准，该系统可以包括柔性元件和至少一个致动器以使储罐的注射器电极倾斜来引起熔融金属料流的对准。在多个具体实施中，储罐可以包括由多个支撑件支撑的底板，其中用于使储罐的注射器电极倾斜的所述至少一个致动器使至少一个支撑件伸长或缩短。在某些方面，柔性元件可以包括在一端上的固定框架和在相对端上的可移动框架，并且还包括附接至该可移动框架和框架的至少一个致动器，其中该致动器在柔性元件的一侧收缩并在相对侧扩张以致使注射器倾斜。该柔性元件可包括波纹管。
涉及熔融金属的等离子体生成通常导致涂覆PV窗(例如，涂覆有熔融金属、涂覆有熔融金属的氧化物)从而阻止光传输至光伏转换器。通过最小化这种积聚，本公开的系统可以用于除了光伏转换之外的许多应用。例如，在一些实施方式中，双熔融料流可以在包括窗的腔室中相交并且由第二等离子体或黑体辐射产生的光离开该窗以加热负载。该负载可以是由第二等离子体或黑体辐射产生的光加热的烘箱腔室(或其中的空气/水/蒸汽)。在一些实施方式中，第二等离子体反应在包括PV窗的反应池腔室中发生；
从PV移除熔融金属或氧化的熔融金属，并且：
a)PV窗包含石英、蓝宝石、氮氧化铝、CaF2和MgF2中的至少一者；
b)将PV窗加热至熔融金属的氧化物(例如，锡氧化物)的熔点以上；
c)熔融金属的氧化物的氢还原通过使氢气以足以实现所述氢还原的压力下流入反应腔室中来进行；以及/或者
d)在产生第二等离子体期间PV窗具有注入到其表面上的熔融金属(例如，来自电磁泵)。
在一些实施方式中，该系统包括PV窗和至少一个热吸收器，其中来自第二等离子体反应的光功率通过辐射功率传递经由PV窗传递至热吸收器，并且所述热吸收器传输来自所述辐射功率传递的热力。在一些实施方式中，该系统包括或者是由来自热吸收器的热力加热的水锅炉。在一些实施方式中，该系统包括由来自热吸收器的热力加热的空气热交换器。在一些实施方式中，该系统被外部腔室包围，该外部腔室可以填充诸如水之类的负载。在操作过程中，来自第二等离子体的能量可以以热的方式和/或以光的方式传递至负载。
还提供了用于从PV窗移除熔融金属氧化物(例如，锡氧化物)的系统。这些系统可包括：
去积聚材料的源，其中所述去积聚材料被引向所述PV窗；并且
所述去积聚材料是氢气或熔融金属氧化物的熔融金属。
还提供了方法。例如，该方法可以产生动力或产生光，或产生等离子体。在一些实施方式中，该方法包括：
a)对熔融金属进行电偏压；
b)引导等离子体产生池(例如，辉光放电池)的流出物与所述经偏压的熔融金属相互作用并引发等离子体的形成。在某些具体实施中，等离子体产生池的流出物由在操作期间通过等离子体产生池的氢(H2)和氧(O2)气体混合物产生。
还提供了方法。例如，该方法可以包括：
a)在辉光放电池中由引导至其中的气体形成第一等离子体；
b)产生经电偏压的熔融金属料流；
c)将来自辉光放电池的流出物导向该经电偏压的熔融金属料流以形成产生紫外光、可见光和/或红外光的第二等离子体。
该光可用于加热负载和/或用于光伏转换器中以生成电。在一些实施方式中，等离子体产生池中的气体包含氢(H2)和氧(O2)的混合物。
本公开还包括用于从PV窗移除熔融金属氧化物(例如，锡氧化物)的方法。该方法可以包括，例如，将去积聚材料导向所述PV窗；
其中所述去积聚材料是氢气或熔融金属氧化物的熔融金属。在一些实施方式中，该去积聚材料是熔融金属(例如，锡)，其中该窗暴露于等离子体并且该熔融金属以一定速率被引导到该窗上以防止或减少所述窗与过热相关的结构变形(例如，翘曲、开裂、透明度降低)或经历与过热相关的任何结构变形(例如，翘曲、开裂)。
在一些实施方式中，等离子体产生池中的气体是氢(H2)和氧(O2)的混合物。例如，氧与氢的相对摩尔比为0.01-50(例如0.1-20、0.1-15、小于10、小于5、小于2等)。在一些实施方式中，氧与氢的相对流量在室温下以体积计为0.01-50(例如0.1-20、0.1-15、小于10、小于5、小于2等)。在某些具体实施中，熔融金属是镓或锡。在一些实施方式中，反应产物具有至少一种如本文所述的光谱特征(例如，本文中和2021年8月23日提交的美国申请第62/236,198号的附录或子附录中描述的那些，特此将该专利全文通过引用并入本文，特别是，其中的光谱测量结果诸如由本公开的系统产生并且随后收集的材料的EPR和拉曼光谱)。在多个方面中，第二等离子体在反应池中形成，并且所述反应池的壁包括衬里，该衬里对与熔融金属形成合金具有增加的抵抗力并且该衬里和反应池的壁对反应产物具有高渗透性(例如不锈钢诸如347SS诸如4130合金SS或Cr-Mo SS、镍、Ti、铌、钒、铁、W、Re、Ta、Mo、铌和Nb(94.33重量％)-Mo(4.86重量％)-Zr(0.81重量％))。衬里可以由结晶材料(例如，SiC、BN、石英)和/或难熔金属诸如Nb、Ta、Mo或W中的至少一者制成。在某些实施方式中，在反应池中形成第二等离子体，其中反应池腔室的壁包括第一区段和第二区段，
第一区段由不锈钢诸如347SS诸如4130合金SS或Cr-Mo SS、镍、Ti、铌、钒、铁、W、Re、Ta、Mo、铌和Nb(94.33重量)-Mo(4.86重量％)-Zr(0.81重量％)构成；
第二区段包括与第一区段中的金属不同的难熔金属；
其中所述不同金属之间的活接头(union)由层合材料(例如，陶瓷诸如BN)形成。
该动力系统可以包括用于混合氢气和氧气和/或水分子的气体混合器以及氢与氧复合器和/或氢解离器。在一些实施方式中，氢与氧复合器包括等离子体池。等离子体池可以包括中心正电极和接地管状体对电极，其中跨越电极施加电压(例如，50V至1000V范围内的电压)以引发由氢气(H2)和氧气(O2)混合物形成等离子体。在一些实施方式中，氢与氧复合器包含由惰性载体材料担载的复合器催化金属。在某些具体实施中，供应给等离子体产生池以产生第一等离子体的气体混合物包含非化学计量的H2/O2混合物(例如，按混合物的摩尔百分比计，具有小于1/3摩尔％的O2或0.01％至30％、或0.1％至20％、或小于10％、或小于5％、或小于3％的O2的H2/O2混合物)，其流过等离子体池(例如，辉光放电池)以产生能够以足够放热进行反应以产生第二等离子体的反应混合物。非化学计量的H2/O2混合物可穿过该辉光放电以产生原子氢和新生H2O的流出物(例如，具有处于一定浓度并且具有足以防止形成氢键的内能的水的混合物)；
辉光放电流出物被引导进反应腔室中，在这里在两个电极之间(例如，熔融金属在其间通过)提供点燃电流，并且在流出物与经偏压的熔融金属(例如，镓或锡)相互作用时，引发新生水与原子氢之间的反应，例如，在形成电弧电流时。
该动力系统可以包括反应腔室(例如，在其中新生水和原子氢发生第二等离子体形成反应)和/或储罐中的至少一者，该储罐包括抵抗与熔融金属形成合金的至少一种难熔材料衬里。反应腔室的内壁可以包括陶瓷涂层、衬有W、Nb或Mo衬里、衬有W板的碳衬里。在一些实施方式中，储罐包括碳衬里并且所述碳被储罐中所容纳的熔融金属覆盖。在多个具体实施中，反应腔室壁包含对反应产物气体高度可渗透的材料。在多种实施方式中，反应腔室壁包含不锈钢(例如，Mo-Cr不锈钢)、铌、钼或钨中的至少一者。
该动力系统可以包括冷凝器以冷凝熔融金属蒸气及金属氧化物颗粒和蒸气并使它们返回至反应池腔室。在一些实施方式中，该动力系统可还包括真空管线，其中该冷凝器包括该真空管线从反应池腔室到真空泵的区段，该区段相对于反应池腔室垂直并且包括惰性的高表面积填充材料，该材料使熔融金属蒸气及金属氧化物颗粒和蒸气冷凝并使它们返回到反应池腔室，同时允许真空泵维持反应池腔室中的真空压力。
该动力系统可包括黑体辐射器和用以输出来自该黑体辐射器的光的窗。这些实施方式可用于产生光(例如，用于照明)。
在一些实施方式中，该动力系统还可包括用于混合氢气与氧气的气体混合器以及氢与氧复合器和/或氢解离器。例如，该动力系统可包括氢与氧复合器，其中该氢与氧复合器包含由惰性载体材料负载的复合器催化金属。
可以以使反应(具体而言，能够输出足够能量以维持等离子体生成和净能量输出的反应)最大化的参数来操作该动力系统。例如，在一些实施方式中，在操作期间容器的压力在0.1托至50托的范围内。在某些具体实施中，氢质量流量以1.5至1000范围内的倍率超过氧质量流量。在一些实施方式中，该压力可在50托以上，并且还可包括气体再循环系统。
在一些实施方式中，将惰性气体(例如，氩)注入至该容器中。该惰性气体可用于延长某些原位形成的反应物(诸如新生水)的寿命。
该动力系统可包括水微量注射器，该水微量注射器被构造用于将水注入至该容器中，使得由所述反应的能量输出产生的等离子体包含水蒸气。在一些实施方式中，该微量注射器将水注入至该容器中。在一些实施方式中，水作为蒸汽朝向经偏压的交叉熔融料流流动。在一些实施方式中，在辉光放电池中产生水。在一些实施方式中，水蒸气存在于气体混合物中。在一些实施方式中，在气体中使用湿空气，从而将水递送至反应池。在一些实施方式中，用于产生第二等离子体的H2摩尔百分比在水蒸气(例如，由微量注射器注入的水蒸气、辉光放电池的流出物中存在的水)的摩尔百分比的1.5至1000倍的范围内。
该动力系统还可包括加热器，以使金属(例如，锡或镓或银或铜或它们的组合)熔融而形成熔融金属。该动力系统可还包括被构造用于在反应之后回收熔融金属的熔融金属回收系统，该熔融金属回收系统包括从非注射器熔融金属储罐收集溢流的熔融金属溢流通道。
熔融金属注入系统可还包括位于所述熔融金属储罐和所述非注射熔融金属储罐中的电极；并且所述点燃系统包括电力源或点燃电流源以将相反电压供应至所述注射器储罐电极和所述非注射器储罐电极；其中所述电力源供应流经所述熔融金属料流的电流和功率，以引起所述反应物的所述反应从而在所述容器内侧形成等离子体。
电力源通常递送足以引起反应物反应而形成第二等离子体的电流电能。在某些实施方式中，电力源包括至少一个超级电容器。在多个具体实施中，来自熔融金属点燃系统的电流可在10A至50,000A的范围内。
通常，熔融金属泵系统被构造用于将熔融金属从熔融金属储罐泵送至非注射储罐，其中在该熔融金属储罐与该非注射储罐之间形成熔融金属料流。在一些实施方式中，该熔融金属泵系统是一个或多个电磁泵并且每个电磁泵包括以下中的一种：a)DC或AC导电型，其包括穿过电极提供给所述熔融金属的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，其包括穿过熔融金属的短接回路的交变磁场源，其在所述金属中感应产生交变电流；和同相交替的矢量交叉磁场源。
在一些实施方式中，熔融金属点燃系统的电路由熔融金属料流闭合而引起点燃，以进一步引起点燃(例如，以小于10,000Hz的点燃频率)。该注射器储罐可包括与其中的熔融金属接触的电极，并且该非注射器储罐包括与由注射器系统提供的熔融金属形成接触的电极。
在多个具体实施中，该非注射器储罐在该注射器上方对准(例如，与该注射器竖直对准)并且该注射器被构造用于产生朝该非注射器储罐取向的熔融料流，使得来自该熔融金属料流的熔融金属可收集在该储罐中并且该熔融金属料流与非注射器储罐电极形成电接触；并且其中该熔融金属汇集在该非注射器储罐电极上。在某些实施方式中，至非注射器储罐的点燃电流可包括：
a)气密密封的容许高温的馈通件，其穿透该容器；
b)电极汇流条，和
c)电极。
点燃电流密度可至少出于如下原因而与容器几何结构有关：容器几何结构与最终等离子体形状有关。在多个具体实施中，该容器可包括沙漏形几何结构(例如，一种几何结构，其中该容器内表面区域中间部分的横截面比沿长轴的每一远端的横截面小20％或10％或5％以内)并且在横截面的竖直定向上取向(例如，长轴与重力大致平行)，其中该注射器储罐在腰部下面并且经构造而使得该储罐中的熔融金属液位大致临近该沙漏的腰部以增加点燃电流密度。在一些实施方式中，该容器是围绕纵向主轴对称的。在一些实施方式中，该容器可以是沙漏形几何结构并且包括难熔金属衬里。在一些实施方式中，具有沙漏形几何结构的容器的注射器储罐可包括用于点燃电流的正电极。
熔融金属可包含锡、银、镓、银-铜合金、铜或它们的组合中的至少一者。在一些实施方式中，熔融金属具有低于700℃的熔点。例如，熔融金属可包含铋、铅、锡、铟、镉、镓、锑或合金(诸如洛斯金属(Rose’s metal)、希洛西弗(Cerrosafe)、伍德合金(Wood's metal)、菲尔德金属(Field’s metal)、希洛卢(Cerrolow)136、希洛卢117、Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl和镓铟锡合金(Galinstan))中的至少一者。在某些方面中，该动力产生系统的接触熔融金属的组件中的至少一者(例如，储罐、电极)包含、包覆有或涂覆有抵抗与熔融金属形成合金的一种或多种抗合金材料。示例性的抗合金材料是W、Ta、Mo、Nb、Nb(94.33重量％)-Mo(4.86重量％)-Zr(0.81重量％)、Os、Ru、Hf、Re、347SS、Cr-Mo SS、硅化物涂覆物、碳，以及陶瓷诸如BN、石英、Si3N4、沙帕尔陶瓷(Shapal)、AlN、塞隆陶瓷(Sialon)、Al2O3、ZrO2或HfO2。在一些实施方式中，该容器的至少一部分由陶瓷和/或金属构成。陶瓷可包含金属氧化物、石英、氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铪、碳化硅、碳化锆、二硼化锆、氮化硅和玻璃陶瓷中的至少一者。在一些实施方式中，该容器的金属包含不锈钢和难熔金属中的至少一者。
在一些实施方式中，该动力产生系统通过等离子体产生池产生水/氢混合物，该混合物待引向熔融金属池。在这些实施方式中，离子体产生池诸如辉光放电池引发由气体(例如，包含氧和氢的混合物的气体)形成第一等离子体；其中该等离子体产生池的流出物被引向熔融金属回路的任何部分(例如，熔融金属、阳极、阴极、浸没在熔融金属储罐中的电极)。在经偏压的熔融金属与该流出物相互作用时，可以形成第二等离子体(比等离子体产生池所产生的等离子体能量更高)。在这些实施方式中，可以向该等离子体产生池供给具有摩尔过量的氢的氢(H2)和氧(O2)混合物，使得流出物包含原子氢(H)和水(H2O)。该流出物中的水可以是新生水的形式，水被充分能量化并且处于一定浓度而使得它不与流出物中的其他组分发生氢键键合。该流出物可行进到涉及所述H和HOH的第二更高能反应中，该反应形成等离子体，在与熔融金属以及所提供的穿过熔融金属和等离子体中至少一者的外部电流相互作用时该等离子体增强，可产生额外的原子氢(来自流出物中的H2)以进一步传播该第二高能反应。
在一些实施方式中，该动力系统还可包括至少一个热交换器(例如，耦合至容器的壁的热交换器、可将热转移至熔融金属或从熔融金属转移热或者将热转移至熔融金属储罐或从熔融金属储罐转移热的热交换器)。在一些实施方式中，热交换器包括(i)板式热交换器，(ii)壳中块式热交换器，(iii)SiC环形槽式热交换器，(iv)SiC多块式热交换器，以及(v)管壳式热交换器中的一种。在某些具体实施中，管壳式热交换器包括管道、歧管、分配器、热交换器入口管线、热交换器出口管线、外壳、外部冷却剂入口、外部冷却剂出口、挡板、用以使来自储罐的热熔融金属再循环穿过热交换器并将冷熔融金属返回储罐的至少一个泵，以及一个或多个水泵和水冷却剂或者一个或多个空气鼓风机和空气冷却剂用以使冷的冷却剂流经外部冷却剂入口和外壳，其中冷却剂被来自管道的热传递加热并离开外部冷却剂出口。在一些实施方式中，管壳式热交换器包括管道、歧管、分配器、热交换器入口管线和热交换器出口管线、外壳、外部冷却剂入口、外部冷却剂出口和包含不锈钢的挡板，所述管道、歧管、分配器、热交换器入口管线和热交换器出口管线包含碳，所述碳形成衬里并独立于所述管道、歧管、分配器、热交换器入口管线、热交换器出口管线膨胀。热交换器的外部冷却剂包含空气，来自微型涡轮压缩机或微型涡轮回热器的空气迫使冷空气穿过外部冷却剂入口和外壳，其中冷却剂被来自管道的热传递加热并离开外部冷却剂出口，并且从外部冷却剂出口输出的热冷却剂流入微型涡轮机以将热力转换为电。
在一些实施方式中，该动力系统包括反应功率输出的至少一个功率转换器或输出系统，包括以下各者的群组中的至少一者：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(Sterlingengine)、超临界CO2循环转换器、布雷顿循环转换器(Brayton cycle converter)、外部燃烧器型布雷顿循环发动机或转换器、兰金循环发动机或转换器、有机兰金循环转换器、内部燃烧型发动机和热力发动机、加热器和锅炉。该容器可包括将光从容器的内部传输至光伏转换器的透光光伏(PV)窗以及容器几何形状和包含旋转窗的至少一个挡板中的至少一者。该旋转窗包括用以还原镓或锡氧化物的系统，该系统包括氢还原系统和电解系统中的至少一者。在一些实施方式中，该旋转窗包含以下各者或由以下各者构成：石英、蓝宝石、氮氧化铝、氟化镁或它们的组合。在若干具体实施中，该旋转窗涂覆有抑制镓或锡以及镓或锡氧化物中的至少一者的粘附的涂层。该旋转窗涂层可包含类金刚石碳、碳、氮化硼和碱金属氢氧化物中的至少一者。在一些实施方式中，正点燃电极(例如，顶部点燃电极，位于另一个电极上方的电极)更靠近该窗(例如，与负点燃电极相比)，并且该正电极透过该光伏窗发射黑体辐射至光伏转换器。
功率转换器或输出系统可包括磁流体动力(MHD)转换器，该磁流体动力(MHD)转换器包括连接至该容器的喷嘴、磁流体动力通道、电极、磁体、金属收集系统、金属再循环系统、热交换器和任选的气体再循环系统。在一些实施方式中，熔融金属可包含银。在具有磁流体动力转换器的实施方式中，可将氧气递送至该磁流体动力转换器以在与熔融金属料流中的银发生相互作用之后形成银纳米颗粒(例如，其在分子态中的大小是诸如小于约10nm或小于约1nm)，其中该银纳米颗粒穿过磁流体动力喷嘴而被加速度以赋予从反应产生的功率的动能存量。反应物供应系统可将氧气供应至转换器并且控制氧气至转换器的递送。在多个具体实施中，在磁流体动力通道中将银纳米颗粒的动能存量的至少一部分转换为电能。此形式的电能可导致该纳米颗粒的聚结。该纳米颗粒可在磁流体动力转换器的冷凝区段(在本文中也称为MHD冷凝区段)中聚结为至少部分地吸收氧的熔融金属，并且通过金属再循环系统使包含所吸收的氧的熔融金属返回至注射器储罐。在一些实施方式中，可通过容器中的等离子体而将氧从金属释放。在一些实施方式中，使等离子体维持在磁流体动力通道和金属收集系统中以增强熔融金属对氧的吸收。
熔融金属泵系统可包括第一级电磁泵和第二级电磁泵，其中该第一级包括用于金属再循环系统的泵，而该第二级包括金属注射器系统的泵。
由反应物诱发的反应产生足够能量以便引发等离子体在容器中形成。这些可测量的光谱特征和反应可以用于识别第二等离子体的性质。例如，这些反应可产生表征为以下中的一者或多者的氢产物：
a)分子氢产物H2(例如，包含未成对电子的H2(1/p)(p为大于1且小于或等于137的整数))，其产生电子顺磁共振(EPR)谱信号；
b)分子氢产物H2(例如，H2(1/4))，其EPR谱包含g因子为2.0046386的主峰，所述主峰任选分裂成一系列成对峰，其成员以自旋-轨道耦合能分开，所述自旋-轨道耦合能为相应电子自旋-轨道耦合量子数的函数，其中
(i)基于H2(1/4)的反磁化率，所述未成对电子磁矩在所述H2(1/4)分子轨道的成对电子中感应出反磁矩；
(ii)所述固有成对-未成对电流相互作用的相应磁矩和由于绕核间轴的相对旋转运动引起的磁矩产生所述自旋-轨道耦合能；
(iii)每个自旋-轨道分裂峰进一步亚分裂成匹配整数个磁通量子能量的一系列等间距的峰，所述整数个磁通量子能量为与所述跃迁中涉及的角动量分量的数量相对应的电子磁通量子量子数的函数，以及
(iv)此外，由于磁能随分子轨道累积的磁通量链增加而增加，自旋-轨道分裂随所述系列成对峰的低场侧的自旋-轨道耦合量子数而增加。
c)对于9.820295GHz的EPR频率，
(i)由于磁能和H2(1/4)的自旋-轨道耦合能引起的组合位移，低场峰位置
为/>
(ii)具有量子化自旋-轨道分裂能ES/O和电子自旋-轨道耦合量子数m＝0.5,1,2,3,5....的高场峰位置为
和/或
(iii)对于电子磁通量子量子数mΦ＝1,2,3，在每个自旋-轨道峰位置的整数系列峰的间距ΔBΦ为
和
d)在共同原子轨道中包含成对和未成对电子的氢负离子H-(例如，H-(1/p))，其展示出通过在400-410nm范围内的高分辨率可见光谱在H-(1/2)上观察到的以h/2e为量子化单位的磁链。
e)当通过拉曼光谱期间的激光辐射以及通过来自电子束的高能电子与H2(1/4)碰撞来激发H2(1/4)的转动能级时，观察到以h/2e为量子化单位的磁链；
f)分子分数氢(例如，H2(1/p))，其具有未成对电子的自旋磁矩与分子转动引起的轨道磁矩之间的自旋-轨道耦合的拉曼光谱跃迁，其中
(i)转动跃迁的能量因这些自旋-轨道耦合能量而发生位移，所述自旋-轨道耦合能量是相应电子自旋-轨道耦合量子数的函数；
(ii)因自旋-轨道能量而发生位移的分子转动峰进一步因磁通量子链能量发生位移，其中每个能量对应于其电子磁通量子量子数，该磁通量子量子数取决于转动跃迁中涉及的角动量分量的数量，和/或
(iii)观察到的拉曼光谱峰的亚分裂或位移是由于在发生转动跃迁时自旋磁矩与分子转动磁矩之间的自旋-轨道耦合期间以磁通量量子h/2e为单位的磁链引起的；
g)H2(1/4)，其具有示例性的拉曼光谱跃迁，所述跃迁包括
(i)具有自旋-轨道耦合和磁通量子耦合的纯H2(1/4)J＝0至J'＝3转动跃迁；E拉曼＝ΔEJ＝0→J'+ES/O,rot+EΦ,rot＝11701cm-1+m528cm-1+mΦ31cm-1，
(ii)包括J＝0至J'＝2,3转动跃迁与J＝0至J＝1自旋转动跃迁的协同跃迁：
E拉曼＝ΔEJ＝0→J'+ES/O,rot+EΦ,rot＝7801cm-1(13,652cm-1)+m528cm-1+mΦ3/246cm-1，或
(iii)最终转动量子数J'p＝2和J'c＝1、J'p＝3和J'c＝2的双跃迁：
其中在所述纯跃迁、协同跃迁和双跃迁中也观察到了相应的自旋-轨道耦合和磁通量子耦合；
h)H2(1/4)UV拉曼峰(例如，在12,250-15,000cm-1区域中观察到的在复合物GaOOH:H2(1/4):H2O和暴露于反应等离子体的Ni箔上记录的，其中示例性谱线匹配具有自旋-轨道耦合和磁通量子链分裂的协同的纯转动跃迁ΔJ＝3和ΔJ＝1自旋跃迁：
E拉曼＝ΔEJ＝0→3+ΔEJ＝0→1+ES/O,rot+EΦ,rot＝13,652cm-1+m528cm-1+mΦ31cm-1)；
i)HD(1/4)拉曼光谱的转动能量相对于H2(1/4)的转动能量位移了3/4倍；
j)HD(1/4)拉曼光谱的示例性转动能量匹配以下的那些：
(i)具有自旋-轨道耦合和磁通量子耦合的纯HD(1/4)J＝0至J'＝3,4转动跃迁：
E拉曼＝ΔEJ＝0→J'+ES/O,rot+EΦ,rot＝8776cm-1(14,627cm-1)+m528cm-1+mΦ31cm-1，
(ii)包括J＝0至J'＝3转动跃迁与J＝0至J＝1自旋转动跃迁的协同跃迁：
或
(iii)最终转动量子数J'p＝3；J'c＝1的双跃迁：
其中在纯跃迁和协同跃迁二者中也观察到了自旋-轨道耦合和磁通量子耦合；k)用电子束的高能电子辐照的H2(1/4)-稀有气体混合物显示出在8.25eV处具有截止值的在紫外(150-180nm)区中的具有相等的0.25eV间隔的谱线发射，所述谱线发射匹配具有对应于H2(1/4)P分支的一系列转动跃迁的H2(1/4)v＝1至v＝0振动跃迁，其中
(i)谱图拟合很好地匹配420.515eV-42(J+1)0.01509；J＝0,1,2,3...。其中0.515eV和0.01509eV分别为普通分子氢的振动能和转动能，
(ii)观察到小卫星线，其匹配也通过拉曼光谱观察到的转动自旋-轨道分裂能，以及(iii)转动自旋-轨道分裂能间距匹配m528 cm-1m＝1,1.5，其中1.5涉及m＝0.5和m＝1分裂；
l)通过电子束激发俘获在KCl晶体基质中的H2(1/4)观察到具有v＝1至v＝0振动跃迁的H2(1/4)P分支转动跃迁的光谱发射，其中
(i)转动峰匹配自由转子的转动峰；
(ii)振动能因由于所述H2(1/4)的振动与所述KCl基质的相互作用而引起的有效质量的增加而发生位移；
(iii)谱图拟合很好地匹配包含以0.25eV间隔开的峰的5.8eV-42(J+1)0.01509；J＝0,1,2,3...，以及
(iv)H2(1/4)振动能位移的相对大小匹配由被俘获在KCl中的普通H2引起的对振转谱的相对影响；
m)使用HeCd能量激光器的拉曼光谱显示出在8000cm-1至18,000cm-1区中的具有1000cm-1(0.1234eV)等能量间隔的系列，其中拉曼光谱转换为荧光或光致发光光谱将匹配揭示为H2(1/4)的二阶振转谱，该二阶振转谱对应于由5.8eV-42(J+1)0.01509；J＝0,1,2,3...给出的KCl基质中的H2(1/4)的电子束激发发射光谱，并且包含具有0.25eV能量间隔的转动跃迁峰的基质偏移的v＝1至v＝0振动跃迁；
n)在高于4400cm-1的能量区中观察到H2(1/4)的红外转动跃迁，其中强度随着除了固有磁场外的磁场的施加而增加，并且还观察到与自旋-轨道跃迁耦合的转动跃迁；
o)通过X射线光电子能谱(XPS)观察到对应于496eV总能量的康普顿效应允许的H2(1/4)双重电离；
p)考虑到氢和氦具有最快的先前已知迁移速率和相应的最短保留时间，气相色谱法观察到H2(1/4)，其显示出比任何已知气体更快的迁移速率；
q)极紫外(EUV)光谱记录了具有10.1nm截止值的极紫外连续辐射(例如，如对应于由新生HOH催化剂催化的分数氢反应跃迁H至H(1/4)的极紫外连续辐射)；
r)质子魔角自旋核磁共振谱(1H MAS NMR)记录了在-4ppm至-5ppm区域中的高场基质-水峰；
s)当多个氢产物分子的磁矩协同相互作用时的本体磁性诸如顺磁性、超顺磁性以及甚至铁磁性，其中超顺磁性(例如，如使用振动样品磁强计测量包含反应产物的化合物的磁化率所观察到的)；
t)通过独特地观察到M+2多聚体单元(例如，K+[H2:K2CO3]n和K+[H2:KOH]n，其中n为整数)和由于氢负离子的稳定性而产生的强H-峰，在暴露于来自所述反应产物的分子气体源的K2CO3和KOH上记录的飞行时间次级离子质谱(ToF-SIMS)和电喷雾飞行时间次级离子质谱(ESI-ToF)显示反应产物(例如，H2(1/4)气体)与包含氧阴离子的无机化合物络合，以及
u)由分子氢核组成的反应产物，所述反应产物表现得像有机分子，如有机分子基质柱上的色谱峰所证明的那样，其断裂成无机离子。在多个具体实施中，该反应产生可表征为以下各项中的一者或多者的高能特征：
(i)在包含H原子及新生HOH或H基催化剂的等离子体(诸如氩-H2、H2和H2O蒸气等离子体)中具有超过100eV的H巴耳莫α线的异常多普勒谱线增宽，
(ii)H激发态谱线反转，
(iii)反常的H等离子体余辉持续时间，
(iv)等效于大约10倍摩尔数的火药的冲击波传播速度和相应的压力，其中仅大约1％的所述功率耦合至所述冲击波，
(v)来自10μl水合银喷丸的高达20MW的光功率，和
(vi)在340,000W功率水平下验证的SunCell动力系统的量热法。这些反应可产生表征为以下中的一者或多者的氢产物：
a)在以下的一个或多个范围内具有拉曼峰的氢产物：1900至2200cm-1、5500至6400cm-1和7500至8500cm-1，或者范围1900至2200cm-1的整数倍；
b)具有以0.23至0.25eV的整数倍间隔开的多个拉曼峰的氢产物；
c)在1900至2000cm-1的整数倍的范围具有红外峰的氢产物；
d)具有以0.23至0.25eV的整数倍间隔开的多个红外峰的氢产物；
e)具有在200至300nm的范围内以0.23至0.3eV的整数倍间隔开的多个UV荧光发射光谱峰的氢产物；
f)具有在200至300nm的范围内以0.2至0.3eV的整数倍间隔开的多个电子束发射光谱峰的氢产物；
g)具有在5000至20,000cm-1的范围内以1000±200cm-1的整数倍间隔开的多个拉曼光谱峰的氢产物；
h)具有处于在490至525eV的范围内的能量的X射线光电子能谱峰的氢产物；
i)引起高场MAS NMR基质位移的氢产物；
j)相对于TMS具有大于-5ppm的高场MAS NMR或液体NMR位移的氢产物；
m)包含金属氢化物和进一步包含氢的金属氧化物中的至少一者的氢产物，其中所述金属包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu和W中的至少一者；
o)包含无机化合物MxXy和H2的氢产物，其中M是阳离子且X是阴离子，其具有M(MxXyH2)n的电喷雾电离飞行时间次级离子质谱(ESI-ToF)和飞行时间次级离子质谱(ToF-SIMS)峰中的至少一者，其中n是整数；
p)包含K2CO3H2和KOHH2中的至少一者的氢产物，其具有分别为和的电喷雾电离飞行时间次级离子质谱(ESI-ToF)和飞行时间次级离子质谱(ToF-SIMS)峰中的至少一者；/>
q)包含金属氢化物和金属氧化物中的至少一者的磁性氢产物，该金属氧化物还包含氢，其中所述金属包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W和反磁金属中的至少一者；
r)包含金属氢化物和金属氧化物中的至少一者的氢产物，该金属氧化物还包含氢，其中所述金属包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W和通过磁性磁化率测量术(susceptometry)展现磁性的反磁金属中的至少一者；
s)包含在电子顺磁共振(EPR)谱中不活跃的金属的氢产物，其中所述EPR谱包括以下中的至少一者：约2.0046±20％的g因子、EPR谱分裂成具有约1至10G的间隔的一系列峰，其中每个主峰被亚分裂成具有约0.1至1G的间距的一系列峰；
t)包含在电子顺磁共振(EPR)谱中不活跃的金属的氢产物，其中所述EPR谱至少包括约m1 X 7.43X10-27 J±20％的电子自旋-轨道耦合分裂能和约m2 X 5.78X10-28 J±20％的磁通量子分裂能以及约1.58X10-23 J±20％的二聚物磁矩相互作用分裂能；
v)包含使用氢或氦载气时具有负气相色谱峰的气体的氢产物；
w)具有的四极矩/e的氢产物，其中p是整数；
x)包含分子二聚物的质子氢产物，所述分子二聚物具有在(J+1)44.30cm-1±20cm-1的范围内的整数J至J+1跃迁的翻滚旋转能，其中包含氘的该分子二聚物的对应旋转能是包含质子的该二聚物的相应旋转能的1/2；
y)包含分子二聚物的氢产物，所述分子二聚物具有来自以下各者的群组的至少一个参数：(i)的氢分子的间隔距离，(ii)23cm-1±10％的氢分子之间的振动能，以及(iii)0.0011eV±10％的氢分子之间的范德华能；
z)包含固体的氢产物，所述固体具有来自以下各者的群组的至少一个参数：(i) 的氢分子的间隔距离，(ii)23cm-1±10％的氢分子之间的振动能，以及(iii)0.019eV±10％的氢分子之间的范德华能；
aa)具有(i)(J+1)44.30cm-1±20cm-1、(ii)(J+1)22.15cm-1±10cm-1和(iii)23cm-1±10％的FTIR和拉曼光谱特征，和/或显示的氢分子间隔的X射线或中子衍射图案，和/或0.0011eV±10％/分子氢的汽化能的量热测定值的氢产物；
bb)具有(i)(J+1)44.30cm-1±20cm-1、(ii)(J+1)22.15cm-1±10cm-1和(iii)23cm-1±10％的FTIR和拉曼光谱特征，和/或显示的氢分子间隔的X射线或中子衍射图案，和/或0.019eV±10％/分子氢的汽化能的量热测定值的固体氢产物；
cc)包含氢氢负离子的氢产物，所述氢氢负离子是磁性的并且以在其束缚-自由结合能区中的磁单位来连接通量；和
dd)一种氢产物，其中使用有机柱采用含水溶剂，高压液相色谱(HPLC)显示出保留时间长于载体空体积时间的色谱峰，其中通过质谱诸如ESI-ToF检测所述峰显示出至少一种无机化合物的碎片。
在多个具体实施中，氢产物可类似地表征为从各种分数氢反应器形成的产物(诸如通过在包含水蒸气的气氛中的线爆轰形成的那些)。这类产物可以：
a)包含金属氢化物和进一步包含氢的金属氧化物中的至少一者，其中所述金属包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu和W中的至少一者并且所述氢包含H；
b)包含无机化合物MxXy和H2，其中M是金属阳离子且X是阴离子，并且电喷雾电离飞行时间次级离子质谱(ESI-Tof)和飞行时间次级离子质谱(ToF-SIMS)中的至少一者包含M(MxXyH(1/4)2)n的峰，其中n为整数；
c)有磁性并且包含金属氢化物和进一步包含氢的金属氧化物中的至少一者，其中所述金属包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W和反磁金属中的至少一者，并且所述氢为H(1/4)；以及
d)包含金属氢化物和进一步包含氢的金属氧化物中的至少一者，其中所述金属包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W和反磁金属中的至少一者，并且H为H(1/4)，其中所述产物通过磁性磁化率测量术展现磁性。
在一些实施方式中，通过所述反应形成的氢产物包含与以下中的至少一者络合的氢产物：(i)非氢的元素；(ii)包含H+、普通H2、普通H-和普通中的至少一者的普通氢物质；有机分子物质；和(iv)无机物质。在一些实施方式中，氢产物包含氧阴离子化合物。在多个具体实施中，氢产物(或来自包含吸气剂的实施方式的回收氢产物)可包含至少一种具有选自以下群组的结构式的化合物：
a)MH、MH2或M2H2，其中M为碱金属阳离子，且H或H2为氢产物；
b)MHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，且H为氢产物。
c)MHX，其中M为碱金属阳离子，X为诸如卤素原子之类的中性原子、分子或诸如卤素阴离子之类的带单个负电荷的阴离子中的一者，且H为氢产物；
d)MHX，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为氢产物；
e)MHX，其中M为碱土金属阳离子，X为带双负电荷的阴离子，且H为氢产物；
f)M2HX，其中M为碱金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为氢产物；
g)MHn，其中n为整数，M为碱金属阳离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
h)M2Hn，其中n为整数，M为碱土金属阳离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
i)M2XHn，其中n为整数，M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
j)M2X2Hn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
k)M2X3H，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且H为氢产物；
l)M2XHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，X为带双负电荷的阴离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
m)M2XX'H，其中M为碱土金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，X'为带双负电荷的阴离子，且H为氢产物；
n)MM'Hn，其中n为1至3的整数，M为碱土金属阳离子，M'为碱金属阳离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
o)MM'XHn，其中n为1或2，M为碱土金属阳离子，M'为碱金属阳离子，X为带单个负电荷的阴离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
p)MM'XH，其中M为碱土金属阳离子，M'为碱金属阳离子，X为带双负电荷的阴离子，且H为氢产物；
q)MM'XX’H，其中M为碱土金属阳离子，M'为碱金属阳离子，X和X'为带单个负电荷的阴离子，且H为氢产物；
r)MXX'Hn，其中n为1至5的整数，M为碱金属或碱土金属阳离子，X为带单或双负电荷的阴离子，X'为金属或类金属、过渡元素、内过渡元素或稀土元素，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
s)MHn，其中n为整数，M为诸如过渡元素、内过渡元素或稀土元素之类的阳离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
t)MXHn，其中n为整数，M为诸如碱金属阳离子、碱土金属阳离子之类的阳离子，X为另一阳离子诸如过渡元素、内过渡元素或稀土元素阳离子，且该化合物的氢内容物Hn包含所述氢产物中的至少一种；
u)(MHmMCO3)n，其中M为碱金属阳离子或其他+1阳离子，m和n各为整数，且该化合物的氢内容物Hm包含所述氢产物中的至少一种；
v)其中M为碱金属阳离子或其他+1阳离子，m和n各为整数，X为带单个负电荷的阴离子，且该化合物的氢内容物Hm包含所述氢产物中的至少一种；
w)(MHMNO3)n，其中M为碱金属阳离子或其他+1阳离子，n为整数，且该化合物的氢内容物H包含所述氢产物中的至少一种；
x)(MHMOH)n，其中M为碱金属阳离子或其他+1阳离子，n为整数，且该化合物的氢内容物H包含所述氢产物中的至少一种；
y)(MHmM'X)n，其中m和n各为整数，M和M'各为碱金属或碱土金属阳离子，X为带单或双负电荷的阴离子，且该化合物的氢内容物Hm包含所述氢产物中的至少一种；以及
z)其中m和n各为整数，M和M'各为碱金属或碱土金属阳离子，X和X'为带单或双负电荷的阴离子，且该化合物的氢内容物Hm包含所述氢产物中的至少一种。
由所述反应形成的氢产物的阴离子可以是一个或多个带单个负电荷的阴离子，包括卤离子、氢氧根离子、碳酸氢根离子、硝酸根离子、带双负电荷的阴离子、碳酸根离子、氧化物和硫酸根离子。在一些实施方式中，氢产物嵌入于晶格中(例如，借助使用位于(例如)容器中或排气管线中的吸气剂诸如K2CO3)。例如，氢产物可嵌入于盐晶格中。在多个具体实施中，该盐晶格可包含碱金属盐、碱金属卤化物、碱金属氢氧化物、碱土金属盐、碱土金属卤化物、碱土金属氢氧化物或它们的组合。
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1为示出了根据本公开的实施方式的热力产生器的细节的示意图，该热力产生器包括作为液体电极的注射器储罐中的单EM泵注射器和倒置基座。
图2至图4为示出了根据本公开实施方式的热力产生器的细节的示意图，该/>热力产生器包括作为液体电极的注射器储罐中的单EM泵注射器和部分倒置的基座以及用以遏制PV窗的金属化的锥形反应池腔室。
图5为示出了根据本公开的实施方式的热力产生器的细节的示意图，该热力产生器包括作为液体电极的注射器储罐中的单EM泵注射器、部分倒置的基座；感应点燃系统和PV窗。
图6为示出了根据本公开的实施方式的热力产生器的细节的示意图，该热力产生器包括具有衬里的立方体形反应池腔室以及作为液体电极的注射器储罐中的单EM泵注射器和倒置基座。
图7A为示出了根据本公开的实施方式的热力产生器的细节的示意图，该热力产生器包括沙漏形反应池腔室衬里以及作为液体电极的注射器储罐中的单EM泵注射器和倒置基座。
图7B为示出了根据本公开的实施方式的热力产生器的细节的示意图，该热力产生器包括作为电极的注射器储罐中的单EM泵注射器和倒置基座。
图7C为示出了根据本公开的实施方式的热力产生器的细节的示意图，该热力产生器包括作为电极的注射器储罐中的单EM泵注射器和倒置基座，其中EM泵管包括多个部件的组装件，所述部件抵抗镓或锡合金形成和氧化中的至少一者。
图7D至图7H为示出了根据本公开的实施方式的泵送的熔融金属-至-空气热交换器的细节的示意图。
图8A和图8B为根据本公开的实施方式的陶瓷动力产生器的示意图，该陶瓷/>动力产生器包括双储罐和作为液体电极的DC EM泵注射器，其具有接合以形成反应池腔室的储罐。
图8C至图8D为倒置Y几何形状的动力产生器的示意图，该/>动力产生器包括双储罐和DC EM泵注射器。这些形成具有储罐的液体电极，其中相应的注入的熔融金属料流在反应池腔室中接合以形成回路。根据本公开的实施方式，该腔室连接至PV窗。
图8E为根据本公开的实施方式的光伏转换器和倒置Y几何形状的动力产生器的示意图，该/>动力产生器包括双储罐和作为液体电极的DC EM泵注射器，其具有接合以形成连接至PV窗的反应池腔室的储罐。PV窗被光伏池网络包围，用于收集和转换来自第二等离子体的光。
图8F至图8G为根据本公开实施方式的热光伏动力产生器的示意图，该动力产生器包括：作为液体电极的双EM泵注射器，其示出了具有入口上升管的倾斜的电磁泵组装件；内PV窗和外PV窗；以及一个或两个包括电断路器和波纹管的储罐。图8G提供了热光伏/>的内部横截面图。
图8H至图8L为根据本公开的实施方式的热光伏动力产生器的示意图，该动力产生器包括：作为液体电极的双EM泵注射器，该液体电极每个都示出了具有入口上升管的倾斜的电磁泵组装件；内部PV窗；外部PV窗；至少一个包括电断路器的储罐；以及至少一个包括波纹管的储罐。在图8L中，可以看到熔融金属料流的相交轨迹，它们相交形成闭合回路。
图9A至图9C为分数氢动力产生器的示意图，该分数氢动力产生器包括注射器储罐电极中的至少一个电磁泵注射器和电极、至少一个竖直对齐的对电极和用以形成HOH催化剂和原子H的连接至顶部凸缘的辉光放电池。A.一电极对实施方式的外部视图。B.一电极对实施方式的剖视图。C.双电极对实施方式的剖视图。
图9D至图9E是根据本公开的实施方式的分数氢动力产生器和锅炉的示意图。
图9F是根据本公开的实施方式的分数氢动力产生器和用于蒸汽和热水-空气热交换器的锅炉的示意图。
图9G至图9H是根据本公开的实施方式的分数氢动力产生器和直接热管热交换器的示意图。
图9I是根据本公开的实施方式的分数氢动力产生器的示意图，该分数氢动力产生器具有至少一个窗，该窗充当至少一个吸收器和空气热交换器的热辐射源。
图9J是根据本公开的实施方式的分数氢动力产生器的示意图，该分数氢动力产生器具有窗，该窗充当烘箱的热辐射源。
图9K是根据本公开的实施方式的分数氢动力产生器的示意图，该分数氢动力产生器具有窗，该窗充当锅炉的热辐射源。
图10是根据本公开的实施方式的动力产生器的示意图，示出了光分配和光伏转换器系统的细节。
图11是根据本公开的实施方式的光伏转换器或热交换器的短程线(geodesic)型密集接收器阵列的三角形元件的示意图。
图12至图13为根据本公开的实施方式的热光伏动力产生器的示意图，该动力产生器包括：作为液体电极的双EM泵注射器，该液体电极示出了具有入口上升管的倾斜的电磁泵组装件；和PV转换器，该PV转换器具有增加的半径以降低黑体光强度。
图14为等离子体上测量的发射光谱，该等离子体由氢气和氧气的混合物产生的辉光放电流出物与经电偏压的双锡熔融料流相互作用形成。
图15为等离子体的发射光谱，在反应池中的新生水和氢原子浓度降低后形成该等离子体。
具体实施方式
本文公开了动力产生系统和动力产生的方法，其将从涉及原子氢的反应输出的能量转换为电能和/或热能。这些反应可涉及催化剂系统，该催化剂系统从原子氢中释放能量从而形成电子层处于更靠近原子核位置的较低能态。所释放的动力用于动力生成，并且另外，新的氢物种和化合物为所需的产物。这些能态可通过经典物理定律预测，并且需要催化剂来接受来自氢的能量，以便经历相应的能量释放跃迁。
可以解释由本公开的动力产生系统产生的放热反应的理论涉及能量从原子氢非辐射转移至某些催化剂(例如，新生水)。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，并且预测了具有分数主量子数的相应物质。原子氢可经历与某些物质(包括其本身)的催化反应，所述物质可接受原子氢势能的整数倍的能量m·27.2eV，其中m为整数。所预测的反应涉及共振非辐射能量从原本稳定的原子氢传递至能够接受该能量的催化剂。产物为H(1/p)，其为称作“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，为整数)替代用于氢激发态的里德伯方程中的众所周知的参数n＝整数。各分数氢态也包含电子、质子和光子，但来自光子的场贡献增加结合能而非减小结合能，其对应于能量解吸而非吸收。因为原子氢的势能为27.2eV，所以m个H原子充当另外第(m+1)个H原子的m·27.2eV的催化剂[R.Mills,The Grand Unified Theory of ClassicalPhysics；2016年9月版，发布于https://brilliantlightpower.com/book-download-and-streaming/(“Mills GUTCP”)]。例如，一H原子可经由跨空间能量转移(诸如通过磁或感应电偶极-偶极耦合)从另一个H接受27.2eV而充当其催化剂，从而形成随具有短波限和的能量的连续谱带发射而衰减的中间体。除原子H以外，从原子H接受m·27.2eV且伴随分子势能大小减少相同能量的分子也可充当催化剂。H2O的势能为81.6eV。然后，通过相同机理，预测通过金属氧化物的热力学上有利的还原而形成的新生H2O分子(不是以固态、液态或气态键合的氢)充当催化剂，以形成H(1/4)，释放能量为204eV，其包括81.6eV转移至HOH和释放截止波长在10.1nm处的连续辐射(122.4eV)。
在涉及跃迁至态的H原子催化剂反应中，m个H原子充当另外第(m+1)个H原子的m·27.2eV的催化剂。然后，m+1个氢原子之间的反应(借此m个原子从第(m+1)个氢原子以共振和非辐射方式接受m·27.2eV而使得mH充当催化剂)通过以下给出：
并且，总反应为
关于新生H2O的势能的催化反应(m＝3)[R.Mills,The Grand Unified Theory ofClassical Physics；2016年9月出版，发布于https://brilliantlightpower.com/book-download-and-streaming/]为
并且，总反应为
在能量传递至催化剂(式(1)和(5))之后，形成具有H原子半径和中心场为质子中心场的m+1倍的中间体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经催化的氢原子半径的1/(m+1)，且释放出m2·13.6eV能量。由于中间体引起的极紫外连续辐射谱带(例如式(2)和式(6))预计具有由以下给出的短波限和能量/>
并且延伸至比相应的截止波长更长的波长。这里，预测由于H*[aH/4]中间体的衰减而引起的极紫外连续辐射谱带为在E＝m2·13.6＝9·13.6＝122.4eV(10.1nm)处具有短波限[其中在式(9)中，p＝m+1＝4且m＝3]并延伸至更长的波长。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))跃迁而言的10.1nm处且到达更长波长的连续辐射谱带，其仅由包含一些氢的脉冲箍缩气体放电引起。通过式(1)和式(5)预测的另一观察结果为由快H+的复合形成快激发态H原子。这些快速原子引起巴尔莫α发射增宽。大于50eV的巴尔莫α线增宽表明在某些混合氢等离子体中具有动能异常高的氢原子群体，这是一个已经确立的现象，其中原因是由于在分数氢的形成中所释放的能量。在连续发射氢箍缩等离子体中观察到快H。
用以形成分数氢的其他催化剂和反应是可能的。可基于其已知的电子能级来鉴别的特定物质(例如，He+、Ar+、Sr+、K、Li、HCl和NaH、OH、SH、SeH、新生H2O、nH(n＝整数))需要与原子氢一起来催化该过程。该反应涉及非辐射性能量转移，随后是q·13.6eV连续发射或q·13.6eV转移至H以形成异常热的激发态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。也就是说，在氢原子的主能级的式中：
n＝1,2,3,... (11)
其中aH为氢原子的波尔半径(52.947pm)，e为电子电荷的大小，且εo为真空电容率，分数量子数：
其中p≤137，为整数 (12)
取代用于氢激发态的里德伯式中众所周知的参数n＝整数并表示称为“分数氢”的较低能态氢原子。氢的n＝1态和氢的态为非辐射性的，但经由非辐射性能量转移，两种非辐射状态之间的跃迁(比如n＝1至n＝1/2)是可能的。氢为由式(10)和(12)给出的稳态的特例，其中氢或分数氢原子的相应半径是由下式给出：
其中p＝1,2,3,...。为使能量守恒，能量必须以正常n＝1态的氢原子的势能的整数单位从氢原子转移至催化剂，且半径跃迁至通过使普通氢原子与具有以下的净反应焓的合适催化剂反应而形成分数氢：
m·27.2eV (14)
其中m为整数。据信，随着净反应焓更接近地匹配m·27.2eV，催化的速率增加。
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。
催化反应涉及两步能量释放：非辐射性能量转移至催化剂，接着随着半径减小，进行另外的能量释放，直至相应的稳定最终状态。因此，一般反应由下式给出：
Cat(q+r)++re-→Catq++m·27.2eV和 (17)
总反应为
q、r、m和p为整数。具有氢原子的半径(对应于分母中为1)和等于质子中心场的(m+p)倍的中心场，且/>是半径为H半径的/>的对应稳态。
催化剂产物H(1/p)也可与电子反应而形成分数氢氢负离子H-(1/p)，或者两个H(1/p)可发生反应而形成相应的分子分数氢H2(1/p)。具体而言，催化剂产物H(1/p)也可与电子反应而形成具有结合能EB的新氢负离子H-(1/p)：
其中p＝整数>1，s＝1/2，为普朗克常数拔(Planck's constant bar)，μo为真空的磁导率，me为电子的质量，μe为由/>给出的约化电子质量，其中mp为质子的质量，ao为波尔半径，且离子半径为/>根据式(19)，氢负离子的计算电离能为0.75418eV，且实验值为6082.99±0.15cm-1(0.75418eV)。分数氢氢负离子的结合能可通过X射线光电子能谱法(XPS)测量。
高场偏移的NMR峰是存在较低能态氢的直接证据，所述低能态氢相对于普通氢负离子半径减小且质子的反磁性屏蔽增大。位移通过两个电子的反磁性和大小为p的光子场的贡献总和给出(Mills GUTCP式(7.87))：
其中第一项适用于H-，其中p＝1并且对于H-(1/p)，p＝整数>1，且α为精细结构常数。所预测的分数氢氢负离子峰相对于普通氢负离子异常地向高场偏移。在一个实施方式中，所述峰是TMS的高场。相对于TMS的NMR位移可以比单独的或构成化合物的普通H-、H、H2或H+中的至少一者的已知NMR位移大。该位移可大于以下中的至少一者：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范围(其中TMS的位移相对于裸质子为约-31.5)可为(p29.9+p22.74)ppm(式(20))，其约在以下中的至少一者的范围内：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm和±100ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围可为-(p29.9+p21.59×10-3)ppm(式(20))，其约在以下中的至少一者的范围内：0.1％至99％、1％至50％和1％至10％。在另一个实施方式中，分数氢物质(诸如，分数氢原子、氢负离子或分子)在固体基质(诸如，氢氧化物诸如NaOH或KOH的基质)中的存在可引起基质质子向高场偏移。基质质子(诸如NaOH或KOH的基质质子)可交换。在一个实施方式中，该位移可导致基质峰在相对于TMS约-0.1ppm至-5ppm的范围内。NMR测定可包括魔角旋转1H核磁共振谱法(MAS1HNMR)。
H(1/p)可与质子反应且两个H(1/p)可发生反应以分别形成H2(1/p)+和H2(1/p)。利用非辐射约束由椭球坐标中的拉普拉斯算子求解氢分子离子和分子电荷和电流密度函数、键距和能量。
在长椭球体分子轨道的各焦点处具有+pe的中心场的氢分子离子的总能量ET为：
其中p为整数，c为真空中的光速，且μ为约化的核质量。在长椭球体分子轨道的各焦点处具有+pe的中心场的氢分子的总能量为：
氢分子H2(1/p)的键解离能ED为对应氢原子的总能量与ET之间的差：
ED＝E(2H(1/p))-ET (24)
其中
E(2H(1/p))＝-p227.20eV (25)
ED由式(23-25)给出：
ED＝-p227.20eV-ET
＝-p227.20eV-(-p231.351eV-p30.326469eV)
＝p24.151eV+p30.326469eV (26)
H2(1/p)可由X射线光电子能谱法(XPS)鉴别，其中除电离电子之外的电离产物可为以下可能性中的至少一者：诸如包含两个质子和一个电子的那些、氢(H)原子、分数氢原子、分子离子、氢分子离子和H2(1/p)+，其中能量可因基质而位移。
催化产物气体的NMR提供了对H2(1/p)的理论预测的化学位移的确定性测试。一般来讲，由于椭球坐标中的分数半径(其中电子显著更靠近原子核)，H2(1/p)的1H NMR共振预测为在H2的NMR共振的高场。H2(1/p)的预测的位移由两个电子的反磁性和大小为p的光子场的贡献的总和给出(Mills GUTCP式(11.415-11.416))：
其中第一项适用于H2，其中p＝1，并且对于H2(1/p)，p＝大于1的整数。实验绝对H2气相共振位移-28.0ppm与预测的绝对气相位移-28.01ppm(式(28))十分相符。预测的分子分数氢的峰相对于普通H2异常地向高场偏移。在一个实施方式中，所述峰是TMS的高场。相对于TMS的NMR位移可以比单独的或构成化合物的普通H-、H、H2或H+中的至少一者的已知NMR位移大。该位移可大于以下中的至少一者：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的位移相对于裸质子为约-31.5ppm)可为-(p28.01+p22.56)ppm(式(28))，其约在以下的至少一者中的范围内：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm和±100ppm。相对于裸质子的绝对位移的范围可为-(p28.01+p21.49×10-3)ppm(式(28))，其约在以下中的至少一者的范围内：0.1％至99％、1％至50％和1％至10％。
氢型分子H2(1/p)从v＝0跃迁至v＝1的振动能Evib为：
Evib＝p20.515902eV (29)
其中p为整数。
氢型分子H2(1/p)从J跃迁至J+1的旋转能Erot为：
其中p为整数且I为转动惯量。在气体中的和捕获于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相关性由核间距离的反向p相关性和对转动惯量I的相应影响引起。H2(1/p)的预测的核间距离2c’为
H2(1/p)的旋转能和振动能中的至少一者可通过电子束激发发射光谱、拉曼光谱和傅里叶变换红外(FTIR)光谱中的至少一者来测量。H2(1/p)可捕获于用于测量的基质中(诸如于MOH、MX和M2CO3(M＝碱金属；X＝卤离子)中的至少一者中)。
在一个实施方式中，观察到作为约1950cm-1处的反向拉曼效应(IRE)峰的分子分数氢产物。通过使用包含与支持表面增强拉曼散射(SERS)的拉曼激光波长相当的粗糙度特征物或粒度的传导性材料来增强峰，以显示IRE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和分数氢形成反应均是指诸如由式(14)限定的催化剂与原子H形成具有由式(10)和(12)给出的能级的氢态的式(15-18)的反应。当提及进行将H催化至具有由式(10)和式(12)给出的能级的H态或分数氢态的反应混合物时，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互换地使用。
本公开的催化低能氢跃迁需要从原子H接受能量以引起跃迁的催化剂，该催化剂可呈未催化原子氢的势能27.2eV的整数m倍的吸热化学反应的形式。吸热催化剂反应可以是从诸如原子或离子之类的物质电离一个或多个电子(例如，对于Li→Li2+，m＝3)，并且可还包含键断裂与一个或多个电子从初始键的一个或多个搭配物电离的协同反应(例如，对于NaH→Na2++H，m＝2)。He+因为以54.417eV(其为2·27.2eV)电离，所以其满足催化剂标准——焓变等于27.2eV的整数倍的化学或物理过程。整数个氢原子也可充当具有27.2eV焓的整数倍的催化剂。催化剂能够以约27.2eV±0.5eV和中的一者的整数单位从原子氢接受能量。
在一个实施方式中，催化剂包含原子或离子M，其中t个电子各自从原子或离子M电离至连续能级，以使得t个电子的电离能的总和大致为m·27.2eV和 中的一者，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个电子各自从原子M电离至连续能级使得键能和t个电子的电离能的总和大约为m·27.2eV和中的一者，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分子，以及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+原子或离子。
在其他实施方式中，通过如下方式提供用以产生分数氢的MH-型氢催化剂：电子转移至受体A，M-H键断裂以及t个电子各自从原子M电离至连续能级，使得包括MH与A的电子亲和力(EA)之差、M-H键能和t个电子从M电离的电离能的电子传递能量之和为大约m·27.2eV，其中m为整数。能够提供大约m·27.2eV的净反应焓的MH-型氢催化剂为OH-、SiH-、CoH-、NiH-和SeH-。
在其他实施方式中，通过如下提供用以产生分数氢的MH+型氢催化剂：从可带负电的供体A转移电子，M-H键断裂以及t个电子各自从原子M电离至连续能级，使得包括MH与A的电离能之差、M-H键能以及t个电子从M电离的电离能的电子传递能量之和为大约m·27.2eV，其中m为整数。
在一个实施方式中，分子或带正电或带负电的分子离子中的至少一者充当从原子H接受约m·27.2eV的催化剂，其中所述分子或带正电或带负电的分子离子的势能的大小减小约m·27.2eV。示例性的催化剂为H2O、OH、酰胺基NH2和H2S。
O2可充当催化剂或催化剂源。氧分子的键能为5.165eV，并且氧原子的第一、第二和第三电离能分别为13.61806eV、35.11730eV和54.9355eV。反应O2→O+O2+、O2→O+O3+和2O→2O+分别提供约为Eh的2倍、4倍和1倍的净焓并且包括通过接受来自H的这些能量而形成分数氢的催化剂反应，以形成分数氢。
II.分数氢
具有由(其中p为大于1，优选为2至137的整数)给出的结合能的氢原子是本公开的H催化反应的产物。原子、离子或分子的结合能(也被称作电离能)是从原子、离子或分子移除一个电子所需的能量。具有式(10)和式(12)中给出的结合能的氢原子在下文被称作“分数氢原子”或“分数氢”。具有半径/>(其中aH为普通氢原子的半径且p为整数)的分数氢的标记为/>具有半径aH的氢原子在下文中被称作“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，提供一种具有根据式(19)的结合能的分数氢氢负离子(H-)，所述结合能在p＝2到最高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3、6.6、11.2、16.7、22.8、29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.6、72.4、71.6、68.8、64.0、56.8、47.1、34.7、19.3和0.69eV。本文还提供包含新颖氢负离子的示例性组合物。
还提供包含一种或多种分数氢氢负离子和一种或多种其他元素的示例性化合物。此类化合物被称为“分数氢氢化物化合物(hydrino hydride compound)”。
普通氢物质的特征在于以下结合能：(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”)；和(e)22.6eV(“普通三氢分子离子”)。本文中，关于氢的形式，“正常”与“普通”同义。
根据本公开的另一个实施方式，提供一种化合物，其包含至少一种结合能增加的氢物质，诸如：(a)氢原子，其具有约诸如在/>的约0.9倍至1.1倍的范围内的结合能，其中p为2至137的整数；(b)氢负离子(H-)，其具有约/>诸如在的约0.9倍至1.1倍的范围内的结合能，其中p为2至24的整数；(c)/>(d)三分数氢分子离子其具有约/>诸如在/>的约0.9倍至1.1倍的范围内的结合能，其中p为2至137的整数；(e)双分数氢，其具有约/>诸如在/>的约0.9倍至1.1倍的范围内的结合能，其中p为2至137的整数；(f)双分数氢分子离子，其具有约/>诸如在/>的约0.9倍至1.1倍的范围内的结合能，其中p为整数，优选为2至137的整数。
根据本公开的另一个实施方式，提供一种化合物，其包含至少一种结合能增加的氢物质，诸如：(a)双分数氢分子离子，其具有约
/>
，诸如在的约0.9倍至1.1倍的范围内的总能量，其中p为整数，/>为普朗克常数拔，me为电子的质量，c为真空中的光速，且μ为约化的核质量，以及(b)双分数氢分子，其具有约
，诸如在的约0.9至1.1倍的范围内的总能量，其中p为整数且ao为波尔半径。
根据本公开的一个实施方式，其中该化合物包含带负电的结合能增加的氢物质，该化合物还包含一种或多种阳离子，诸如质子、普通或普通/>/>
本文提供一种用于制备包含至少一种分数氢氢负离子的化合物的方法。此类化合物在下文被称作“分数氢氢化物化合物”。该方法包括使原子氢与净反应焓为约(其中m为大于1的整数，优选为小于400的整数)的催化剂反应，以产生结合能为约/>(其中p为整数，优选为2至137的整数)的结合能增加的氢原子。该催化的另一产物为能量。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包含至少一种结合能增加的氢负离子的化合物。
在一个实施方式中，通过在本文中被称作歧化(如Mills GUT第5章中所给出的，将其以引用的方式并入)的过程，氢经历向式(18)中具有高p值分数氢的跃迁，可实现极高功率和能量中的至少一者。氢原子H(1/p)p＝1,2,3,...137可经历向式(10)和(12)所给出的较低能态的进一步跃迁，其中一个原子的跃迁是通过以共振和非辐射方式接受m·27.2eV且伴随有其势能的相反变化的另一个原子来催化。由式(32)给出的由m·27.2eV共振传递至H(1/p')而诱导的H(1/p)至H(1/(p+m))的跃迁的总的一般方程通过以下表示：
H(1/p')+H(1/p)→H+H(1/(p+m))+[2pm+m2-p'2+1]·13.6eV (32)
来自分数氢过程的EUV光可解离双分数氢分子并且所得分数氢原子可充当催化剂以跃迁至较低能态。示例性的反应包括通过H(1/4)将H催化为H(1/17)，其中H(1/4)可为通过HOH对另一H进行催化的反应产物。预计分数氢的歧化反应产生X射线区域中的特征。如由式(5-8)所示，HOH催化剂的反应产物为考虑在含H2O气体的氢云中很可能有跃迁反应，其中第一氢型原子/>为H原子，并且充当催化剂的第二受体氢型原子/>为因为/>的势能为42·27.2eV＝16·27.2eV＝435.2eV，所以该跃迁反应由以下给出：
并且，总反应为
/>
由于中间体引起的极紫外连续辐射谱带(例如式(16)和式(34))预计具有由以下给出的短波限和能量/>
并且延伸至比相应的截止波长更长的波长。此处，预计由于中间体的衰变而引起的极紫外连续辐射谱带具有在E＝3481.6eV；0.35625nm的短波限并且延伸至更长波长。美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台(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]]在英仙座星团中观察到具有3.48keV临界值的宽X射线峰，其不匹配任何已知原子跃迁。BulBul等人将其归属于未知身份暗物质的3.48keV特征匹配/>跃迁并且进一步证实分数氢的身份为暗物质。
物质的新颖氢组合物可包含：
(a)至少一种具有以下结合能的中性、正或负氢物质(在下文中为“结合能增加的氢物质”)
(i)大于对应普通氢物质的结合能，或者
(ii)大于其对应普通氢物质不稳定或因为该普通氢物质的结合能小于环境条件(标准温度和压力，STP)下的热能或者为负而观察不到的任何氢物质的结合能；和
(b)至少一种其他元素。通常，本文描述的氢产物是结合能增加的氢物质。
在此上下文中，所谓“其他元素”意指除结合能增加的氢物质以外的元素。因此，其他元素可为普通氢物质，或除氢以外的任何元素。在一组化合物中，其他元素和结合能增加的氢物质为中性的。在另一组化合物中，其他元素和结合能增加的氢物质带电荷，使得所述其他元素提供平衡电荷以形成中性化合物。前一组化合物表征为分子和配位键合；后一组表征为离子键合。
还提供新颖化合物和分子离子，其包含：
(a)至少一种具有以下总能量的中性、正或负氢物质(在下文中为“结合能增加的氢物质”)
(i)大于对应普通氢物质的总能量，或者
(ii)大于其对应普通氢物质不稳定或因为该普通氢物质的总能量小于环境条件下的热能或为负而观察不到的任何氢物质的总能量；和
(b)至少一种其他元素。
氢物质的总能量为从氢物质移除所有电子的能量的总和。根据本公开的氢物质(诸如在生成第二等离子体期间产生的那些氢物质)可能具有大于未与本文所述的新生水发生反应的相应氢物质的总能量的总能量。根据本公开的总能量增加的氢物质也被称作“结合能增加的氢物质”，即使总能量增加的氢物质的一些实施方式可具有比对应普通氢物质的第一电子结合能小的第一电子结合能。例如，p＝24时式(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时式(19)的氢负离子的总能量远远大于对应普通氢负离子的总能量。
本文还提供新颖化合物和分子离子，其包含：
(a)多种具有以下结合能的中性、正或负氢物质
(i)大于对应普通氢物质的结合能，或者
(ii)大于其对应普通氢物质不稳定或因为该普通氢物质的结合能小于环境条件下的热能或为负而观察不到的任何氢物质的结合能；和
(b)任选的一种其他元素。本公开的化合物可被称作“结合能增加的氢化合物”。本文所述的各种光谱特征可以鉴别这些物质。
可通过使一种或多种分数氢原子与电子、分数氢原子、化合物中的一者或多者反应来形成结合能增加的氢物质，所述化合物含有所述结合能增加的氢物质中的至少一者和至少一种除结合能增加的氢物质以外的其他原子、分子或离子。
还提供新颖化合物和分子离子，其包含：
(a)多种具有以下总能量的中性、正或负氢物质
(i)大于普通分子氢的总能量，或者
(ii)大于其对应普通氢物质不稳定或因为该普通氢物质的总能量小于环境条件下的热能或为负而观察不到的任何氢物质的总能量；和
(b)任选的一种其他元素。
在一个实施方式中，提供一种化合物，其包含至少一种选自以下的结合能增加的氢物质：(a)根据式(19)的结合能对于p＝2至最高23大于且对于p＝24小于普通氢负离子的结合能(约0.8eV)的氢负离子(“结合能增加的氢负离子”或“分数氢氢负离子”)；(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)具有大于约15.3eV的第一结合能的氢分子(“结合能增加的氢分子”或“双分数氢”)；和(d)具有大于约16.3eV的结合能的分子氢离子(“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也称作低能氢物质和化合物。分数氢包含结合能增加的氢物质或等同地较低能量的氢物质。
III.化学反应器
本公开还涉及用于产生本公开的结合能增加的氢物质和化合物(诸如双分数氢分子和分数氢氢化物化合物)的其他反应器。根据池类型，其他催化产物为动力以及任选的等离子体和光。此类反应器在下文中被称作“氢反应器”或“氢池”。氢反应器包括用于制备分数氢的池。用于制备分数氢的池可采用以下形式：化学反应器或气体燃料池(诸如气体放电池)、等离子体炬池或微波动力池和电化学池。在一个实施方式中，催化剂为HOH并且HOH和H中的至少一者的来源为冰。冰可具有高表面积以增加从冰形成HOH催化剂和H的速率以及分数氢反应速率中的至少一者。该冰可呈精细切片的形式以增加表面积。在一个实施方式中，池包括电弧放电池，其包括冰至少一个电极以使得放电涉及冰的至少一部分。
在一个实施方式中，电弧放电池包括容器、两个电极、高电压动力源(诸如能够提供在约100V至1MV范围内的电压和在约1A至100kA范围内的电流的动力源)，以及水源(诸如储罐以及形成并供应H2O液滴的构件)。液滴可在电极之间移动。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，该水电弧等离子体包含可发生反应以形成分数氢的H和HOH。可通过控制液滴尺寸以及将液滴供应至电极的速率来控制点燃速率和对应功率比。高电压源可包括至少一个可由高电压动力源充电的高电压电容器。在一个实施方式中，电弧放电池还包括诸如功率转换器之类的构件，所述功率转换器为诸如本公开的功率转换器，诸如用以将来自分数氢过程的动力(诸如光和热)转换成电的PV转换器和热力发动机中的至少一者。
用于制备分数氢的池的示例性实施方式可采用以下形式：液体燃料池、固体燃料池、异质燃料池、CIHT池和SF-CIHT或池。这些池中的每一者包括：(i)包括原子氢源的反应物；(ii)至少一种用于制备分数氢的催化剂，其选自固体催化剂、熔融催化剂、液体催化剂、气态催化剂或它们的混合物；和(iii)用于使氢与催化剂反应来制备分数氢的容器。如本文所使用并且如本公开所设想的，除非另外规定，否则术语“氢”不仅包括氕(1H)，而且还包括氘(2H)和氚(3H)。示例性的化学反应混合物和反应器可包括本公开的SF-CIHT、CIHT或热池实施方式。在此“化学反应器”章节中给出了额外的示例性实施方式。在本公开中给出了在混合物反应期间形成的具有用作催化剂的H2O的反应混合物的实例。其他催化剂可用于形成结合能增加的氢物质和化合物。可在诸如反应物、反应物的重量％、H2压力和反应温度之类的参数方面根据这些示例性情况调节反应和条件。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。通过13.6eV整数倍的预测连续辐射谱带、由H线的多普勒线增宽所测得的在其他方面无法解释的超高H动能、H线的反向、在无击穿电场的情况下形成等离子体以及如在Mills先前出版物中所报导的异常等离子体余辉持续时间显示分数氢和分子分数氢是本公开的反应器的产物。其他研究人员已对数据(诸如关于CIHT池和固体燃料的数据)在场外进行了独立验证。通过本公开的池形成分数氢也通过在长的持续时间内连续输出的电能所证实，这些电能是电输入的多倍，其在大多数情况下超过在无替代源情况下的输入的10倍以上。所预测的分子分数氢H2(1/4)通过以下各者而鉴别为CIHT池与固体燃料的产物：MAS HNMR，其显示了约-4.4ppm的预测高场位移基质峰；ToF-SIMS和ESI-ToFMS，其显示了H2(1/4)与吸气基质复合成为m/e＝M+n2峰，其中M为母离子的质量并且n为整数；电子束激发发射光谱和光致发光发射光谱，其显示了具有H2能量的16倍或量子数p＝4平方倍数的H2(1/4)的预测转动和振动光谱；拉曼和FTIR光谱，其显示了1950cm-1的H2(1/4)的转动能，其为H2的转动能的16倍或量子数p＝4平方倍数；XPS，其显示了500eV的H2(1/4)的预测总结合能；以及到达时间在m/e＝1峰之前的ToF-SIMS峰，该m/e＝1峰对应于动能约204eV的H，该动能将所预测的H至H(1/4)的能量释放与传递至第三体H的能量相匹配，如以下中所报导的：Mills先前出版物和R.Mills X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,“Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell”,International Journal of Energy Research,(2013)以及R.Mills,J.Lotoski,J.Kong,GChu,J.He,J.Trevey,“High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell”(2014)，将其以全文引用的方式并入本文中。
使用水流热量计和Setaram DSC 131差示扫描量热计(DSC)二者，通过观察到来自形成分数氢的固体燃料的超过最大理论能量60倍的热能，证实通过本公开的池(诸如包括用以产生热力的固体燃料的池)形成了分数氢。MAS H NMR显示了约-4.4ppm的预测H2(1/4)高场基质位移。始于1950cm-1的拉曼峰匹配H2(1/4)的自由空间旋转能(0.2414eV)。这些结果报导于Mills先前出版物以及报导于R.Mills,J.Lotoski,W.Good,J.He,“Solid Fuelsthat Form HOH Catalyst”,(2014)中，将其以全文引用的方式并入本文中。
IV.SunCell和功率转换器
产生电能和热能中的至少一者的动力系统(本文中也称为“SunCell”)可包括：
a)能够维持低于大气压的压力的至少一个容器，其包括反应腔室；
b)两个电极，其被构造为允许熔融金属在其间流动以完成电路；
c)连接至所述两个电极的动力源，其用以在所述电路闭合时在所述两个电极之间施加点燃电流；
d)等离子体产生池(例如，辉光放电池)，其用以引发由递送至该池的气体形成第一等离子体；其中所述等离子体产生池的流出物被引向所述电路(例如，所述熔融金属、所述阳极、所述阴极、浸没在熔融金属储罐中的电极)；
其中当在整个电路上施加电流时，该等离子体产生池的流出物发生反应以产生第二等离子体和反应产物；和
e)包含热光伏转换器的动力适配器，其被构造为将来自第二等离子体的能量转换和/或传递成机械能、热能和/或电能；
其中来自第二等离子体的光能(例如紫外光、可见光和红外光中的一者或多者)在热光伏转换器中转换。作为另一种选择，来自第二等离子体的能量在黑体辐射器中被吸收以产生黑体辐射，并且所述黑体辐射在热光伏转换器中被转换。在一些实施方式中，动力适配器为多个热光伏适配器。热光伏适配器可包括位于短程线圆顶中的光伏转换器，其中光伏转换器可包括由三角形元件构成的接收器阵列(例如，密集接收器阵列)；并且
其中每个三角形元件包括能够将黑体辐射转换成电的多个聚光型光伏池。在一些实施方式中，两个电极中的经正偏压电极是黑体辐射器、包括黑体辐射器或连接至黑体辐射器。在多个具体实施中，能量低于光伏池带隙的由等离子体产生的光子(例如，红外)朝等离子体产生池(例如，朝黑体辐射器)反射回来。在一些实施方式中，流出物包含新生水和原子氢(或由新生水和原子氢组成)。在一些实施方式中，流出物包含新生水和分子氢(或由新生水和分子氢组成)。在一些实施方式中，流出物包含新生水、原子氢和分子氢(或由新生水、原子氢和分子氢组成)。在一些实施方式中，流出物还包含稀有气体(例如氩)。在特定的实施方式中，输送到辉光放电池的气体是氧气(O2)和氢气(H2)在稀有气体诸如氩中的混合物。氧与氢的摩尔比可以是(例如)小于(或0.1至)10、小于5、或小于2。
转换器可为Mills先前出版物和Mills先前专利申请中给出的转换器。分数氢反应物(诸如H源和HOH源)和系统可包括本公开或诸如以下的先前美国专利申请中的分数氢反应物和/>系统：Hydrogen Catalyst Reactor(氢催化剂反应器)，PCT/US08/61455，2008年4月24日提交的PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor(非均相氢催化剂反应器)，PCT/US09/052072，2009年7月29日提交的PCT；HeterogeneousHydrogen Catalyst Power System(非均相氢催化剂动力系统)，PCT/US10/27828，2010年3月18日提交的PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System(电化学氢催化剂动力系统)，PCT/US11/28889，2011年3月17日提交的PCT；H2O-Based ElectrochemicalHydrogen-Catalyst Power System(基于H2O的电化学氢催化剂动力系统)，2012年3月30日提交的PCT/US12/31369；CIHT Power System(CIHT动力系统)，2013年5月21日提交的PCT/US13/041938；Power Generation Systems and Methods Regarding Same(动力产生系统和与其相关的方法)，PCT/IB2014/058177，2014年1月10日提交的PCT；Photovoltaic PowerGeneration Systems and Methods Regarding Same(光伏动力产生系统和与其相关的方法)，PCT/US14/32584，2014年4月1日提交的PCT；Electrical Power Generation Systemsand Methods Regarding Same(电力产生系统和与其相关的方法)，PCT/US2015/033165，2015年5月29日提交的PCT；Ultraviolet Electrical Generation System MethodsRegarding Same(紫外电力产生系统和与其相关的方法)，PCT/US2015/065826，2015年12月15日提交的PCT；Thermophotovoltaic Electrical Power Generator(热光伏电力产生器)，PCT/US16/12620，2016年1月8日提交的PCT；Thermophotovoltaic Electrical PowerGenerator Network(热光伏电力产生器网络)，PCT/US2017/035025，2017年12月7日提交的PCT；Thermophotovoltaic Electrical Power Generator(热光伏电力产生器)，PCT/US2017/013972，2017年1月18日提交的PCT；Extreme and Deep UltravioletPhotovoltaic Cell(极紫外光伏池和深紫外光伏池)，PCT/US2018/012635，2018年01月05日提交的PCT；
Magnetohydrodynamic Electric Power Generator(磁流体动力电力产生器)，
PCT/US18/17765，2018年2月12日提交的PCT；Magnetohydrodynamic ElectricPower Generator(磁流体动力电力产生器)，PCT/US2018/034842，18年5月29日提交的PCT；Magnetohydrodynamic Electric Power Generator(磁流体动力电力产生器)，PCT/IB2018/059646，18年12月05日提交的PCT；Magnetohydrodynamic Electric PowerGenerator(磁流体动力电力产生器)，PCT/IB2020/050360，20年01月16日提交的PCT；以及Magnetohydrodynamic Hydrogen Electrical Power Generator(磁流体动力氢电力产生器)，PCT/US21/17148，2021年2月8日提交(“Mills先前专利申请”)，将它们以全文引用的方式并入本文中。
在一个实施方式中，EM泵磁体5k4沿与注入的熔融金属料流相同的轴取向，所述注入的熔融金属料流连接两个电极，所述两个电极可沿相同的轴相对，如图1至图30和7A至图7C所示。该磁体可以位于EM泵管5k6的相对侧上，其中一个沿注入轴定位在与另一个相反的方向上。EM泵汇流条5k2可以各自垂直于注入轴取向并且在远离最近磁体侧的方向上取向。EM泵磁体可各自还包括L形磁轭，用于在相对于EM泵管5k6的横向方向上并垂直于管中熔融金属流动的方向和EM泵电流上的方向引导来自相应竖直取向的磁体的磁通量。点燃系统可包括具有时变波形的点燃系统，该波形包括电压和电流，诸如AC波形，诸如60Hz波形。磁体的竖直取向可以保护它们不被时变点燃电流退磁。
在一个实施方式中，从被催化为分数氢状态的原子氢转移能量导致催化剂的电离。从催化剂电离的电子可积聚在反应混合物和容器中并引起空间电荷累积。该空间电荷可改变后续能量从原子氢转移至催化剂的能级，从而降低反应速率。在一个实施方式中，施加高电流会移除空间电荷，以引起分数氢反应速率的增加。在另一个实施方式中，熔融金属回路上施加的电流诸如电弧电流致使反应物诸如水的温度极快升高。高温可引起水热解为H和HOH催化剂中的至少一者。在一个实施方式中，的反应混合物包含H源和催化剂(诸如nH(n为整数)和HOH中的至少一者)源。nH和HOH中的至少一者可通过至少一种物理相的水(诸如，固态、液态和气态水中的至少一者)的热解或热分解而形成。热解可在高温(诸如，在约500K至10,000K、1000K至7000K和1000K至5000K的至少一个范围内的温度)下发生。在一示例性实施方式中，反应温度为约3500至4000K，以使得原子H的摩尔分数较高，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，将它们以引用的方式并入本文中]。热解可由固体表面(诸如池组件中的一者)辅助。可通过输入功率和通过分数氢反应所维持的等离子体将固体表面加热至高温。可冷却热解气体(诸如点燃区域的下游的那些气体)以防止产物复合或逆反应成初始的水。反应混合物可包含处于比产物气体的温度低的温度下的冷却剂，诸如固相、液相或气相中的至少一者。热解反应产物气体的冷却可通过使产物与冷却剂接触而实现。冷却剂可包含低温蒸气、水和冰中的至少一者。
在一个实施方式中，气体中存在的反应物可包含H源、H2、催化剂源、H2O源和H2O中的至少一者。合适的反应物可包含传导性金属基质和水合物，诸如碱金属水合物、碱土金属水合物和过渡金属水合物中的至少一者。水合物可包含MgCl2·6H2O、BaI2·2H2O和ZnCl2·4H2O中的至少一者。作为另一种选择，反应物可包含银、锡、铜、氢气、氧气和水中的至少一者。
在一个实施方式中，反应池腔室5b31(其为反应物可经历等离子体形成反应的地方)可以在低压下操作以实现高气体温度。然后，可通过反应混合物气体源和控制器增加压力以增加反应速率，其中所述高温通过水二聚物的H键以及H2共价键中的至少一者的热解而维持新生HOH和原子H。用以实现热解的例示性阈气体温度为约3300℃。具有比约3300℃高的温度的等离子体可使H2O二聚物键断裂以形成新生HOH从而充当分数氢催化剂。反应池腔室H2O蒸气压、H2压力和O2压力中的至少一者可在约0.01托至100大气压、0.1托至10大气压和0.5托至1大气压中的至少一个范围内。EM泵送速率可在约0.01ml/s至10,000ml/s、0.1ml/s至1000ml/s和0.1ml/s至100ml/s中的至少一个范围内。在一个实施方式中，可初始维持高点燃功率和低压力中的至少一者以加热等离子体和池从而实现热解。
在一个实施方式中，点燃功率可以处于本公开的初始功率水平和波形，并且可以在反应池腔室达到期望温度时切换到第二功率水平和波形。在一个实施方式中，该第二功率水平可以小于初始功率水平。该第二功率水平可以大约为零。切换功率水平和波形中的至少一者的条件是实现反应池腔室温度高于阈值，其中在以第二功率水平操作的同时分数氢反应动力学可以维持在初始速率的20％至100％内。在一个实施方式中，温度阈值可以在约800℃至3000℃、900℃至2500℃和1000℃至2000℃的至少一个范围内。
在一个实施方式中，将反应池腔室加热至将在没有点燃功率的情况下保持第二等离子体的温度。在一个实施方式中，在点燃功率终止后可以维持或不维持EM泵送，其中在的点燃关闭操作期间维持供应分数氢反应物诸如H2、O2和H2O中的至少一者。在一个示例性的实施方式中，图1中所示的/>用二氧化硅-氧化铝纤维绝缘件很好地绝缘，2500sccm H2和250sccm O2气体在Pt/Al2O3珠粒上方流过，并将/>加热至在900℃至1400℃范围内的温度。随着H2和O2流以及EM泵送的持续维持，分数氢反应在没有点燃功率的情况下自我维持，这可以通过在没有输入点燃功率的情况下温度随时间推移而升高来证明。
点燃系统
在一个实施方式中，点燃系统包括用于进行以下中的至少一者的开关：引发电流和在实现点燃之后中断电流。可通过熔融金属料流的接触引发电流的流动。可通过构件(诸如以下中的至少一者)以电子方式执行切换：绝缘栅双极晶体管(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)。作为另外一种选择，可以机械方式对点燃进行开关。可在点燃之后中断电流以便相对于输入点燃能量优化输出分数氢产生的能量。点燃系统可包括开关以允许可控量的能量流入燃料中以引起爆轰并在其中产生等离子体的阶段期间关掉动力。在一个实施方式中，用以递送高电流电能短脉冲的电力源包含以下中的至少一者：
选择用于产生高AC、DC或AC-DC混合电流的电压，该电流在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中的至少一者的范围内；
在以下中的至少一者的范围内的DC或峰值AC电流密度：1A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2和2000A/cm2至50,000A/cm2；
其中该电压由固体燃料的电导率确定，其中该电压由所需电流乘以固体燃料样品的电阻而得到；
DC或峰值AC电压在0.1V至500kV、0.1V至100kV和1V至50kV中的至少一者的范围内，以及
AC频率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz和100Hz至10kHz中的至少一者的范围内。
系统可还包括诸如蓄电池(诸如锂离子蓄电池)的启动动力/能量源。作为另一种选择，可通过从外部动力源至产生器的连接件提供用于启动的外部动力诸如电网动力。连接件可包括动力输出汇流条。启动动力能量源可进行以下中的至少一者：向加热器供应动力以维持熔融金属传导性基质、给注入系统提供动力以及给点燃系统提供动力。
可包括高压水电解器，诸如包括质子交换膜(PEM)的电解器，其使水处于高压下以提供高压氢。H2和O2腔室中的每一者可包括分别用以消除污染物O2和H2的复合器。PEM可充当阳极和阴极隔室的分离器和盐桥中的至少一者，以允许在阴极处产生氢并且在阳极处产生氧作为单独的气体。阴极可包含二硫族化物析氢催化剂，诸如包含铌和钽中的至少一者的催化剂，其可进一步包含硫。阴极可包括本领域已知的阴极，诸如Pt或Ni。氢可在高压下产生，并且可直接地或通过渗透通过氢可渗透膜供应至反应池腔室5b31。可包括从阳极室至将氧气递送到储存容器或排气孔的点的氧气管线。在一个实施方式中，/>包括传感器、处理器和电解电流控制器。
在另一个实施方式中，可依据以下方式获得氢燃料：水电解；重整天然气；通过使蒸汽与碳发生反应以形成H2和CO以及CO2而进行的合成气反应和水-气变换反应中的至少一者；以及本领域技术人员已知的其他氢产生方法。
在另一个实施方式中，氢可通过使用所供应的水和由产生的热量热解来产生。热解循环可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中的至少一者)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，氢可通过热解产生，使得附加电力要求极低。/>可包括蓄电池诸如锂离子蓄电池以提供动力来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那些。
熔融金属料流生成
在一个实施方式中，诸如图8A至图8B中所示的实施方式中，包括两个储罐5c，每个包括电磁(EM)泵诸如本公开的DC、AC或另一EM泵和还充当点燃电极的注射器以及用于调平该储罐中的熔融金属液位的储罐入口上升管。熔融金属可包含银、银-铜合金、镓或锡、镓铟锡合金或本公开的另一者。/>还可包括反应池腔室5b31、储罐与反应池腔室之间的电隔离凸缘(诸如电隔离Conflat凸缘)以及用以将储罐和EM泵彼此电隔离的位于每个储罐顶部的滴落边缘，其中点燃电流流动与两个EM泵注射器的相交熔融金属料流接触。在一个实施方式中，每个储罐5c、反应池腔室5b31和EM泵管5k6的内部中的至少一者涂覆有陶瓷或包括陶瓷衬里诸如以下中的一者：BN、石英、二氧化钛、氧化铝、钇、铪、氧化锆、碳化硅或诸如TiO2-Yr2O3-Al2O3之类的混合物或本发明的另一者。在一个实施方式中，还包括外部电阻加热器，诸如缠绕在至少一个/>组件的外表面上的加热线圈诸如Kanthal线。在一个实施方式中，SunCell的至少一个组件(诸如反应池5b3、储罐5c和EM泵管5k6)的外表面涂覆有陶瓷以电隔离缠绕在表面上的电阻加热器线圈诸如Kanthal线。在一个实施方式中，/>还可以包括热交换器和热绝缘件中的至少一者，其可以包裹在至少一个/>组件的表面上。热交换器和加热器中的至少一者可以被封装在热绝缘件中。
在一个实施方式中，电阻加热器可包括用于加热元件诸如加热线的支撑件。该支撑件可包括气密地密封的碳。密封剂可包含陶瓷诸如SiC。SiC可以通过Si与碳在真空炉中在高温下反应而形成。
加热器415可为电阻加热器或感应耦合加热器。示例性的/>加热器415包括Kanthal A-1(康泰尔公司(Kanthal))电阻加热线、能够有至多1400℃的操作温度且具有高电阻率和良好抗氧化性的铁素体-铬-铝合金(FeCrAl合金)。用于合适加热元件的另外的FeCrAl合金为Kanthal APM、Kanthal AF、Kanthal D和Alkrothal中的至少一者。诸如电阻线元件之类的加热元件可包含可在1100℃至1200℃范围内操作的NiCr合金，诸如Nikrothal 80、Nikrothal 70、Nikrothal 60和Nikrothal40中的至少一者。作为另一种选择，加热器415可包括能够在氧化气氛中在1500℃至1800℃范围内操作的二硅化钼(MoSi2)，诸如Kanthal Super 1700、Kanthal Super1800、Kanthal Super 1900、KanthalSuper RA、Kanthal Super ER、Kanthal Super HT和Kanthal Super NC中的至少一者。加热元件可包含与氧化铝形成合金的二硅化钼(MoSi2)。加热元件可具有抗氧化涂层诸如氧化铝涂层。电阻加热器415的加热元件可包含可能能够在高达1625℃的温度下操作的SiC。
电磁泵可各自包括用于液态金属的两种主要类型的电磁泵中的一者：AC或DC传导泵，其中跨越容纳有液态金属的管建立AC或DC磁场，并且将AC或DC电流穿过连接至管壁的电极分别馈送至液体；和感应泵，其中行波场感应出所需电流，如同感应电动机中一样，其中电流可与所施加的AC电磁场交叉。感应泵可包括三种主要形式：环形线性、扁平线性和螺旋形。泵可包括本领域已知的其他泵，诸如机械泵和热电泵。机械泵可包括具有电动机驱动的叶轮的离心泵。给电磁泵的功率可以是恒定的或脉冲式的，以分别引起熔融金属的相应恒定或脉冲式注入。该脉冲式注入可由程序或函数产生器驱动。该脉冲式注入可在反应池腔室中维持脉冲等离子体。EM泵可包括多级泵。
在一个实施方式中，EM泵管5k6包括流量断续器(flow chopper)以引起间歇式或脉冲式熔融金属注入。该断续器可包括阀，诸如进一步包括控制器的电子控制阀。该阀可包括电磁阀。作为另一种选择，该断续器可包括具有至少一个通路的旋转圆盘，该旋转圆盘周期性地旋转而横切熔融金属流以允许熔融金属流动穿过该通路，其中金属流由旋转圆盘不包括通路的区段阻挡。
熔融金属泵可以包括移动磁体泵(MMP)。示例性的商用AC EM泵为CMI NovacastCA15，其中加热和冷却系统可经改良以支持泵送熔融金属。
在一个实施方式中，EM泵可包括AC感应型，其中熔融金属上的洛伦兹力由通过熔融金属的时变电流和交叉同步时变磁场产生。通过熔融金属的时变电流可由第一时变磁场的法拉第感应产生，该第一时变磁场由EM泵变压器绕组电路产生。第一时变磁场源可包括初级变压器绕组，并且熔融金属可充当次级变压器绕组，诸如包括电流回路的EM泵管区段和EM泵电流回路返回区段的单匝短路绕组。
在其中熔融金属注射器包括至少一个EM泵(其包括电流源和磁体以引起洛伦兹泵送力)的实施方式中，EM泵磁体5k4可包括永磁体或电磁体诸如DC或AC电磁体。在磁体为永磁体或DC电磁体的情形中，EM泵电流源包括DC动力源。在磁体5k4包括AC电磁体的情形中，EM汇流条5k2的EM泵电流源包括AC动力源，该AC动力源提供的电流与施加在EM泵管5k6上的AC EM泵电磁场同相以产生洛伦兹泵送力。在其中将磁体诸如电磁体浸入腐蚀性冷却剂诸如水浴中的实施方式中，可将磁体诸如电磁体气密密封在密封剂诸如热塑性塑料、涂层或壳体中，该密封剂可以是非磁性的，诸如不锈钢壳体。
在另一个实施方式中，点燃系统包括感应系统，其中施加至传导性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。点燃系统可包括无电极系统，其中点燃电流由通过感应点燃变压器组装件的感应来施加。感应电流可流动穿过来自通过泵(诸如EM泵)维持的多个注射器的相交熔融金属料流。在一个实施方式中，储罐5c可还包括陶瓷交叉连接通道，诸如储罐5c的底座之间的通道。感应点燃变压器组装件可包括感应点燃变压器绕组和感应点燃变压器磁轭，该磁轭可延伸穿过由储罐5c、来自多个熔融金属注射器的相交熔融金属料流和交叉连接通道形成的感应电流回路。感应点燃变压器组装件可与EM泵变压器绕组电路的感应点燃变压器组装件类似。
在一个实施方式中，用以使金属熔融的加热器可包括电阻加热器，诸如包括线，诸如Kanthal或本公开的其他线的电阻加热器。电阻加热器可包括可缠绕在待加热组件周围的难熔电阻丝或线。示例性的电阻加热器元件和组件可包含高温导体，诸如碳、镍铬合金(Nichrome)、300系列不锈钢、英高合金(Incoloy)800和英高镍(Inconel)600、601、718、625、海恩斯(Haynes)230、188、214、镍、赫史特合金(Hastelloy)C、钛、钽、钼、TZM、铼、铌和钨。所述丝或线可灌封于灌封化合物中以保护其免受氧化。加热元件(如丝、线或网)可在真空中操作以保护其免受氧化。示例性的加热器包括Kanthal A-1(Kanthal)电阻加热线、能够有高达1400℃的操作温度且具有高电阻率和良好抗氧化性的铁素体-铬-铝合金(FeCrAl合金)。另一示例性的丝是形成非剥落性氧化物涂层的Kanthal APM，该氧化物涂层耐氧化和碳化环境并且可操作至1475℃/1375K和发射率为1下的热损失率为200kW/m2或0.2W/cm2。操作至1475K的市售电阻加热器具有4.6W/cm2的功率。可使用加热元件外部的绝缘件增加加热。
示例性的加热器415包括Kanthal A-1(Kanthal)电阻加热线，其为能够有高达1400℃的操作温度并且具有高电阻率和良好抗氧化性的铁素体-铬-铝合金(FeCrAl合金)。用于合适加热元件的另外的FeCrAl合金为Kanthal APM、Kanthal AF、Kanthal D和Alkrothal中的至少一者。诸如电阻线元件之类的加热元件可包含可在1100℃至1200℃范围内操作的NiCr合金，诸如Nikrothal 80、Nikrothal 70、Nikrothal 60和Nikrothal 40中的至少一者。作为另一种选择，加热器415可包括能够在氧化气氛中在1500℃至1800℃范围内操作的二硅化钼(MoSi2)，诸如Kanthal Super 1700、Kanthal Super 1800、KanthalSuper 1900、Kanthal Super RA、Kanthal Super ER、Kanthal Super HT和Kanthal SuperNC中的至少一者。加热元件可包含与氧化铝形成合金的二硅化钼(MoSi2)。加热元件可具有抗氧化涂层诸如氧化铝涂层。电阻加热器415的加热元件可包含可能能够在高达1625℃的温度下操作的SiC。加热器可包含绝缘件，以增加其效率和有效性中的至少一者。该绝缘件可包含陶瓷诸如本领域技术人员已知的陶瓷，诸如包含氧化铝-硅酸盐的绝缘件。绝缘件可为可移除的或可逆的中的至少一者。绝缘件可在启动之后移除以更有效地将热传递至所需接收器，诸如周围环境或热交换器。绝缘件可以机械方式移除。绝缘件可包括可抽真空的腔室和泵，其中通过抽真空而施加绝缘件，并且通过添加诸如稀有气体(诸如氦)之类的热传递气体使绝缘件逆转。具有可添加或泵离的诸如氦之类的热传递气体的真空腔室可充当可调节绝缘件。
点燃电流可为时变的，诸如约60Hz AC，但可具有其他特性和波形，诸如具有在1Hz至1MHz、10Hz至10kHz、10Hz至1kHz和10Hz至100Hz中的至少一个范围内的频率、在约1A至100MA、10A至10MA、100A至1MA、100A至100kA和1kA至100kA中的至少一个范围内的峰值电流以及在约1V至1MV、2V至100kV、3V至10kV、3V至1kV、2V至100V和3V至30V中的至少一个范围内的峰值电压的DC或AC波形，其中波形可包含正弦波、方波、三角形或其他所需波形，该波形可包括诸如在1％至99％、5％至75％和10％至50％中的至少一个范围内的占空比。为了使高频下的集肤效应最小化，点燃系统的绕组可包括编织线、复绞线和利兹线中的至少一者。在一个实施方式中，选择点燃功率波形诸如点燃电流的周期性方波以及频率和占空比，以优化输出功率和由功率输出与点燃功率的比率给出的功率增益中的至少一者。示例性频率方波波形在1到500Hz的范围内。在另一个示例性的实施方式中，点燃功率包括随时间推移不同电流的重复模式，诸如在高电流诸如1500A和低电流诸如500A之间交替的方波，其中高电流和低电流的方波宽度可以相同或不同。
动力系统和构造
在一个示例性实施方式中，具有图1中所示的基座电极的包括(i)注射器储罐5c、EM泵管5k6和喷嘴5q、储罐底板409a以及球形反应池腔室5b31圆顶，(ii)非注射器储罐，其包括套管储罐409d，所述套管储罐可包含焊接至下部半球5b41的SS，在套管储罐409d端部处具有套管储罐凸缘409e，(iii)电绝缘体插入储罐409f，其包括顶部处的基座5c1和底部处的插入储罐凸缘409g，该插入储罐凸缘409g与套管储罐凸缘409e配接，其中插入储罐409f、还可包括滴落边缘5c1a的基座5c和插入储罐凸缘409g可包含陶瓷诸如氮化硼、稳定化的BN(诸如BN-CaO或BN-ZrO2)、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铪或石英，或难熔材料诸如难熔金属、碳或具有保护涂层(诸如SiC或ZrB2)的陶瓷，诸如包含SiC或ZrB2碳的陶瓷，和(iv)储罐底板409a，诸如包括SS(具有用于点燃汇流条的穿透部10a1)和点燃汇流条10的储罐底板，其中底板螺栓连接至套管储罐凸缘409e以包夹插入储罐凸缘409g。在一个实施方式中，/>可包括封围且气密地密封接头的真空壳体，所述接头包括套管储罐凸缘409e、插入储罐凸缘409g和储罐底板409a，其中该壳体在电极汇流条10处电隔离。在一个实施方式中，喷嘴5q可以螺纹连接到电磁泵管5k61的喷嘴区段上。喷嘴可包含难熔金属诸如W、Ta、Re或Mo。喷嘴可以是浸没的。
在图1中所示的实施方式中，倒置基座5c2和点燃汇流条和电极10为以下中的至少一者：在池5b3的大致中心取向和在负z轴上对准，其中在适用时，至少一个注射器对电极5k61对抗重力沿正z方向注入来自其储罐5c的熔融金属。在适用时注入的熔体流可对抗重力在基座5c2中维持液态金属的涂层或液池。液池或涂层可至少部分地覆盖电极10。液池或涂层可保护电极免受损坏诸如腐蚀或熔融。在后一情形中，可增加EM泵送速率以增加流动的注入熔融金属进行的电极冷却。也可增加电极面积和厚度来耗散局部热点以防止熔融。基座可被正偏压而注射器电极可被负偏压。在另一个实施方式中，基座可经负偏压而注射器电极可经正偏压，其中注射器电极可浸没于熔融金属中。诸如镓或锡之类的熔融金属可填充反应池腔室5b31的下部的一部分。除了注入熔融金属的涂层或液池以外，电极10诸如W电极也可通过所施加的负偏压而对于腐蚀稳定。在一个实施方式中，电极10可包括涂层诸如惰性传导性涂层(诸如铼涂层)以保护电极免受腐蚀。在一个实施方式中，可冷却电极。电极的冷却可降低电极腐蚀速率和与熔融金属形成合金的速率中的至少一者(例如，与不进行电极冷却的操作相比)。冷却可通过诸如中心线水冷之类的手段来实现。在一个实施方式中，通过增加与来自注射器电极的等离子体和熔融金属料流中的至少一者接触的表面的大小而增加对电极的表面积。在一个示例性实施方式中，将大的板或杯附接至电极10的端部。在另一个实施方式中，注射器电极可浸没以增加对电极的面积。图1示出了示例性的球形反应池腔室。其他几何结构诸如矩形、立方形、圆柱形和圆锥形在本公开的范畴内。在一个实施方式中，反应池腔室的基部(反应池腔室在此处连接至储罐的顶部)可以是倾斜的诸如圆锥形的。这样的构造可以利于熔融金属进入EM泵的入口时的熔融金属混合。在一个实施方式中，反应池腔室的外部表面的至少一部分可包覆于具有高传热系数的材料(诸如铜)中以避免反应池腔室壁上的热点。在一个实施方式中，包括多个泵(诸如EM泵)以在反应池腔室壁上注入熔融金属从而维持熔融金属壁以阻止反应池腔室中的等离子体使该壁熔融。在另一个实施方式中，反应池腔室壁包括衬里5b31a(诸如BN、熔融硅石或石英衬里)以避免热点。一示例性的反应池腔室包括以石英板加衬的立方体上部区段和包括在底部的EM泵的下部球形区段，其中该球形区段促进熔融金属混合。
在一个实施方式中，套管储罐409d可包括点燃汇流条和电极10的紧密配合电绝缘体，以使得熔融金属仅容纳于倒置基座5c2端部处的杯状或滴落边缘5c1a中。具有插入储罐凸缘409g的插入储罐409f可通过储罐底板409a、套管储罐409d和套管储罐凸缘409e安装至池腔室5b3。电极可透过电极穿透部10a1穿透储罐底板409a。电极可透过电极穿透部10a1穿透储罐底板409a。在一个实施方式中，插入储罐409f可以在电极汇流条10上包括涂层。在一个实施方式中，至少一个组件诸如插入储罐409f、反应池腔室衬里或涂层以及汇流条衬里或涂层可以包含陶瓷诸如BN、石英、二氧化钛、氧化铝、氧化钇、氧化铪、氧化锆、碳化硅、莫来石或混合物诸如ZrO2-TiO2-Y2O3、TiO2-Yr2O3-Al2O3或本公开的另一者，或者包含SiO2、Al2O3、ZrO2、HfO2、TiO2、MgO、BN、BN-ZrO2、BN-B2O中的至少一者的陶瓷，以及用于与组件的金属结合然后与BN或另一陶瓷结合的陶瓷。Oerlikon的包含BN的示例性复合涂层为Ni13Cr 8Fe 3.5Al 6.5BN、ZrO2 9.5Dy2O3 0.7BN、ZrO27.5Y2O3 0.7BN和Co 25Cr 5Al 0.27Y1.75Si 15hBN。在一个实施方式中，涂覆有BN的合适金属、陶瓷或碳可充当衬里或涂层。合适的金属或陶瓷能够在BN涂层粘附的/>温度下操作。在一个实施方式中，可通过加热和在真空下运行中的至少一者来烘烤/>组件(诸如套管储罐409d、反应池腔室衬里或涂层或者汇流条衬里或涂层)中的粘结剂。作为另一种选择，可以给陶瓷形成或施加钝化涂层。在一个示例性的实施方式中，使BN氧化以形成B2O3钝化涂层。
EM泵管5k6可以包含抵抗与镓或锡形成合金的材料、衬里或涂层，诸如以下中的至少一者：W、Ta、Re、Mo、BN、氧化铝、莫来石、二氧化硅、石英、氧化锆、氧化铪、二氧化钛或本公开的另一者。在一个实施方式中，泵管、衬里或涂层包含碳。碳可以通过悬浮手段施加，例如经固化和脱气的喷雾或液体涂层。在一个示例性的实施方式中，将碳悬浮液倒入泵管中以将其填充，使碳悬浮液固化，然后穿过该管加工出通道以在壁上形成碳衬里。在一个实施方式中，碳涂覆的金属诸如Ni可以抵抗在高温下形成碳化物。在一个实施方式中，EM泵管5k6可包括填充有衬里或涂层材料诸如BN的金属管，对该金属管进行钻孔以形成泵管。EM泵管可以包括组装件，该组装件包括多个部件。所述部件可包括抵抗与镓或锡形成合金的材料或衬里或涂层。在一个实施方式中，所述部件可以单独涂覆和组装。该组装件可以包括以下中的至少一者：容纳两个相对汇流条5k2的壳体、液态金属入口和液态金属出口，以及用于密封该壳体的构件诸如Swageloks。在一个实施方式中，EM泵汇流条5k2可包括与EM泵管内部的镓或锡接触的传导性部分，该传导性部分抵抗与镓或锡形成合金。该传导性部分可以包含抗合金材料诸如Ta、W、Re、Ir或Mo，或者另一金属诸如SS上的抗合金包覆层或涂层，诸如包含Ta、W、Re、Ir或Mo的抗合金包覆层或涂层。
在一个实施方式中，包括入口上升管5qa，以防止热镓或锡流至储罐基部5kk1并抑制镓或锡或锡合金形成。储罐基部5kk1可以包括衬里、包覆层或涂层以抑制镓或锡合金的形成。/>
在允许EM泵汇流条5k2与EM泵管5k6中的熔融金属之间的良好电接触的实施方式中，在EM泵汇流条通过诸如焊接之类的手段附接之前施加涂层。作为另一种选择，可以在操作之前通过本领域已知的手段诸如磨削、烧蚀或蚀刻从穿透到熔融金属中的汇流条移除任何涂层。
在另一个实施方式中，可用安装于储罐底板409a中的馈通件替换插入储罐凸缘409g，该馈通件将该馈通件和基座5c1或插入储罐409f的汇流条10与储罐底板409a电隔离。该馈通件可焊接至储罐底板。包括汇流条10的示例性馈通件是Solid SealingTechnology,Inc.(固体密封技术公司)的#FA10775。汇流条10可接合至电极8或汇流条10并且电极8可包括单件。储罐底板可直接接合至套管储罐凸缘。活接头可包括以居间垫圈螺栓连接在一起的Conflat凸缘。该凸缘可包括刀刃以密封软金属垫圈，诸如铜、镀银铜或钽垫圈或O型环。凸缘可以涂覆有涂层，诸如防火涂料(Flameproof)、氧化铝、CrC、TiN、Ta或本公开的防止与熔融金属形成合金的另一者。诸如Ta垫圈或O形环之类的垫圈或O形环可以是抗合金形成的。在一个实施方式中，凸缘可以由扁平金属板(没有螺栓孔)代替，诸如围绕每个接合的组件的周边的环形物。这些板可以在外边缘上焊接在一起以形成接缝。可以切掉或磨掉该接缝以将两块板分开。包括插入储罐409f的陶瓷基座5c1可钻孔于带埋头孔的储罐底板409a中，其中可以垫圈(诸如碳垫圈或本公开的另一者)密封基座与储罐底板之间的活接头。电极8和汇流条10可在端部处包括端板，在这里发生等离子体放电。可通过推动圆盘(其继而将压力施加至垫圈)施加压力至垫圈以密封基座与储罐底板之间的活接头。该圆盘可旋拧至电极8的端部上，使得转动圆盘会将压力施加至垫圈。馈通件可包括连接至汇流条和连接至电极的环状轴环。该环状轴环可包括在拉紧时将电极锁定就位的螺纹固定螺钉。位置可在由向上拉动基座的端盘施加的张力下以垫圈而锁定。基座5c1可包括用于通往固定螺钉的轴。该轴可以是带螺纹的，使得其可以非传导性固定螺钉(诸如陶瓷固定螺钉，诸如BN固定螺钉)密封于基座的外表面上，其中基座可包含BN，诸如BN-ZrO2。在另一个实施方式中，汇流条10和电极8可包括可根端连接的杆。在一个实施方式中，基座5c1可包括两个或更多个螺纹金属轴，每一螺纹金属轴具有抵靠汇流条10或电极8拉紧以在张力下将它们锁定就位的固定螺钉。张力可提供汇流条10与电极8的连接和垫圈上的压力中的至少一者。作为另一种选择，对电极包括缩短绝缘基座5c1，其中电极8和汇流条10中的至少一者包括阳螺纹、垫片和匹配的阴螺母，使得螺母和垫片抵靠该缩短绝缘基座5c1拉紧。作为另一种选择，电极8可包括在一端部上的阳螺纹，其旋拧至在汇流条10的一端部处的匹配阴螺纹中，并且电极8还包括固定垫片，其抵靠基座垫片和储罐底板409a(其可是钻孔的)拉紧该缩短绝缘基座5c1。对电极可包括本领域技术人员已知的固定所述基座、汇流条和电极的其他构件。
在另一个实施方式中，诸如以下各项的至少一个密封可包括湿式密封件(图1)：(i)插入储罐凸缘409g与套管储罐凸缘409e之间的密封件，和(ii)储罐底板
409a与套管储罐凸缘409e之间的密封件。在后一情形中，可用安装于储罐底板
409a中的馈通件替换插入储罐凸缘409g，该馈通件将该馈通件和基座5c1的汇流条10与储罐底板409a电隔离，并且该湿式密封件可包括储罐底板409a与馈通件之间的湿式密封件。由于镓或锡以1900℃的熔点形成氧化物，因此湿式密封件可包含固体镓和锡氧化物。
在一个实施方式中，可透过氢渗透膜(诸如结构强化的Pd-Ag或铌膜)将氢供应至池。可通过维持可渗透膜的外表面上的等离子体而增加穿过氢渗透膜的氢渗透速率。可包括半透膜，该半透膜可构成等离子体池的电极，诸如等离子池(例如辉光放电池)的阴极。/>诸如在图1中所示的/>还可包括外部密封等离子体腔室，其包括包围池5b3的壁的一部分的外壁，其中池5b3的金属壁的一部分构成等离子体池的电极。该密封等离子体腔室可包括在池5b3周围的腔室，诸如壳体，其中池5b3的壁可构成等离子体池电极，并且该壳体或该腔室中的独立电极可构成对电极。/>还可包括等离子体动力源和等离子体控制系统、气体源诸如氢气供应贮槽、氢供应监测器和调节器以及真空泵。
该系统可以经由两种等离子体的产生来操作。初始反应混合物诸如非化学计量的H2/O2混合物(例如，以混合物的摩尔百分比计，具有小于20％或小于10％或小于5％或小于3％的O2的H2/O2)可以通过等离子体池诸如辉光放电以产生能够以足够放热进行催化反应以产生如本文所述的等离子体的反应混合物。例如，非化学计量的H2/O2混合物可穿过辉光放电以产生原子氢和新生H2O的流出物(例如，具有处于一定浓度并且具有足以防止形成氢键的内能的水的混合物)。可将辉光放电流出物引导至反应腔室中，其中在两个电极之间提供电流(例如，以熔融金属在其间通过)。在流出物与经偏压的熔融金属(例如镓或锡)相互作用时，引发新生水与原子氢之间的催化反应，例如在形成电弧电流时。该动力系统可以包括：
a)等离子池(例如辉光放电池)；
b)一组电极，其经由在其间流动的熔融金属彼此电接触而使得可以对熔融金属施加电偏压；
c)熔融金属喷射系统，其使熔融金属在电极之间流动；
其中等离子体池的流出物朝经偏压的熔融金属(例如正电极或阳极)取向。
在一个实施方式中，包括至少一个陶瓷储罐5c和反应池腔室5b31诸如包含石英的一者。/>可以包括两个圆柱形反应池腔室5b31，每个在底部区段包括储罐，其中反应池腔室在顶部沿两者相交的接缝熔合，如图8A至图8B中所示。在一个实施方式中，由反应池腔室5b31的相交形成的顶点可包括垫圈密封件诸如两个凸缘，该两个凸缘以居间的垫圈诸如石墨垫圈栓接在一起以吸收热膨胀和其他应力。每个储罐可包括诸如入口上升管5qa的构件以维持储罐中时间平均的熔融金属液位。储罐的底部可各自包括储罐凸缘5k17，该容器凸缘5k17可密封至底板5kk1，该底板5kk1包括EM泵组装件5kk，该EM泵组装件5kk包括具有入口和注射管5k61穿透部的EM泵5ka并且还包括在每个底板下的EM磁体5k4和EM泵管5k6。在一个实施方式中，永久EM泵磁体5k4(图8A至图8B)可以用电磁体诸如DC或AC电磁体代替。在磁体5k4包括AC电磁体的情形中，EM汇流条5k2的EM泵电流源包括AC动力源，该AC动力源提供的电流与施加在EM泵管5k6上的AC EM泵电磁场同相以产生洛伦兹泵送力。每个EM泵组装件5kk可以以与相应的储罐5c相同的角度附接至储罐凸缘，使得储罐凸缘可以垂直于倾斜的储罐。EM泵组装件5kk可安装至带有支撑件409k的滑动工作台409c(图8B至图8G)，以安装和对准相应的倾斜EM泵组装件5kk和储罐5c。在一个实施方式中，每个EM泵组装件5kk可以包括多个EM泵级诸如两个级，每个级包括诸如永磁体或电磁体之类的磁体5k4以及可以装配在储罐5c的公共EM泵管5k6上的EM汇流条5k2。EM泵级可以在泵入口和出口之间串联或并联。在一个示例性的实施方式中，EM泵每一者都包括两级，其中该两级的EM汇流条5k2可以并联或串联布线，并且EM泵可以由单独的动力供应器提供动力，或者由相同的动力供应器通过EM泵之间的串联连接提供动力，该EM泵可以每一者都包括多个级诸如两级。SunCell支撑件409k可以包括可调节至任何高度的螺丝扣并且可以用锁紧螺母锁定。底板可以通过湿式密封件密封至储罐。在一个实施方式中，湿式密封件包含熔融金属与至少一种其他金属的合金。该合金可以具有比该熔融金属高的熔点。合金可以通过将至少一种其他金属施加至所需湿密封的区域来形成。作为另一种选择，本公开的湿式密封件可以用粘合剂或胶接头诸如石英、碳或陶瓷与金属或带涂层的金属之间的粘合剂或胶接头代替，其中涂层可以包含本公开的涂层诸如防火涂料、Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂以及氧化锆涂层诸如包含ZrO2–ZrSiO4的Aremco Ultra Temp516中的一种。示例性的粘合剂是Cotronics Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂、氧化锆涂层(诸如包含ZrO2–ZrSiO4的Aremco Ultra Temp516)和Duraband(作为诸如RK454)。底板还可以包括穿透部，每个穿透部具有用于将气体排出或供应至反应池腔室5b31的管，所述反应池腔室5b31包括在其中熔合储罐的区域。储罐还可以包括气体注入管710和储罐真空管711中的至少一者，其中至少一根管可以延伸到熔融金属液位上方。气体注入管线710和真空管线711中的至少一者可包括顶盖诸如碳顶盖或覆盖件诸如碳覆盖件，该顶盖或覆盖件具有侧面开口以允许气体流动同时至少部分地阻止熔融金属进入管中。在另一个实施方式中，气体注入管线710和真空管线711中的至少一者可以在反应池腔室开口端包括U形并且任选在该开口处包括熔块或填料以允许气体流动，同时防止熔融金属进入。在另一设计中，融合的储罐区段可以是水平切开的，并且竖直的圆筒可以在该切开区段处附接。圆筒还可以进一步包括密封顶板诸如石英板，或者可以接合至MHD转换器的缩扩喷嘴或包括PV窗的腔体。作为另一种选择，竖直圆柱形PV窗可以包括另一几何形状诸如矩形或多面体腔体。该顶板可以包括用于管线诸如真空管线和气体供应管线的至少一个穿透部。在一个实施方式中，该石英可以容纳在紧密配合的套中，该套提供支撑以防止该石英由于在高温和高压下的操作而向外变形。该套可以包含碳、陶瓷和具有高熔点并且在高温下抗变形的金属中的至少一者。示例性的套包含不锈钢、C、W、Re、Ta、Mo、Nb、Ir、Ru、Hf、Tc、Rh、V、Cr、Zr、Pa、Pt、Th、Lu、Ti、Pd、Tm、Sc、Fe、Y、Er、Co、Ho、Ni和Dy中的至少一者。SunCell组件的至少一个密封件(诸如储罐5c、反应池腔室5b31、缩扩喷嘴或MHD喷嘴区段307、MHD膨胀或产生区段308、MHD冷凝区段309、MHD电极穿透部、电磁泵汇流条5k2和将点燃功率提供给储罐的熔融金属的点燃储罐汇流条5k2a1诸如穿透储罐底板的杆或连接至储罐底板的连接件的密封件)可包括湿式密封件。在一个示例性的实施方式中，储罐凸缘5k17包括与底板5kk1的湿式密封件，其中凸缘的外周边可以通过冷却回路5k18诸如水冷回路来冷却。
在另一个示例性实施方式中，EM泵管包括诸如BN衬里之类的衬里，并且电磁泵汇流条5k2和点燃储罐汇流条5k2a1中的至少一者包括湿式密封件。在诸如包括PV窗的实施方式之类的实施方式中，EM泵管5k6可以包含诸如钽之类的材料，该材料抵抗与诸如锡或镓之类的熔融金属形成合金。EM汇流条可以包括焊入式部件，诸如焊入式Ta汇流条5k2。EM泵管5k6诸如Ta泵管可以通过活接头(诸如Swagelok)连接至底板5kk1或者通过焊接件(诸如通过扩散粘结形成的焊接件)粘结至底板5kk1。在一个示例性的实施方式中，不锈钢底板和TaEM泵之间的扩散粘结可以包括纯金属插入件诸如包含Cu、Ni或Fe的插入件。扩散粘结可以使用烘箱、激光器或本领域已知的其他方法来进行。可对粘结区域进行涂覆或加衬里以保护其不与熔融金属形成合金。在另一个示例性实施方式中，将包括焊入式Ta EM汇流条的TaEM泵管粘结至Kovar管，然后粘结至与储罐底板连接的不锈钢管。连接件可包含硬钎焊件诸如具有PdNiAu合金(AMS 4785熔点＝1135℃)的硬钎焊件或Paloro或类似硬钎焊件诸如以下链接处的硬钎焊件：https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious-brazing-filler-metals/。涂层或衬里可以包括来自本公开的一种。在一个示例性的实施方式中，涂层可以包含碳糊料(例如Aramco Graphibond 551)或VHT防火涂料。
在图8F至图8G所示的一个实施方式中，包括电断路器凸缘914下方储罐5c和相应电磁泵组装件5kk的断路器储罐EM泵组装件914a，以及包括储罐凸缘915下方储罐和相应电磁泵组装件5kk的储罐EM泵组装件915a中的至少一者，可以包含诸如W、Ta或碳之类的材料或者镀有或包覆有诸如W、Ta或碳之类的材料，该材料抵抗与熔融金属诸如镓或锡形成合金。示例性的碳涂层可以包含Aremco Products Graphitic Bond 551RN。电断路器凸缘914或储罐凸缘915中的至少一者的密封件可以包括垫圈诸如Conflat凸缘垫圈，诸如铜垫圈或镀银铜垫圈、石墨垫圈、湿式密封件和本公开的另一密封件。
在另一个实施方式中，每个EM泵汇流条5k2可以包括电馈通件，诸如可能容许高温诸如450℃至2000℃的电馈通件。示例性的EM汇流条馈通件是MPF A0106-5-W(https:// mpfpi.com/shop/power-feedthroughs/watercooled/12kv/a0106-5-w/)。馈通件可以被冷却，诸如使用热交换器冷却进行的强制空气冷却、水冷却、传导冷却和对流冷却中的至少一者。为了保护馈通件免于热失效，馈通件可以包括EM泵管5k6与硬钎焊至馈通件主体的陶瓷之间的支座，其中陶瓷使在馈通件的中心穿过陶瓷的导体实现电隔离。EM汇流条馈通件导体可以包含具有传导性并且能够抵抗与熔融金属形成合金的金属或经涂覆的金属，诸如W、Ta或经涂覆的不锈钢诸如碳化物或氮化物涂覆的SS诸如TiN、CrN、WC、CrC或铬涂覆的不锈钢或碳涂覆的不锈钢。硬钎焊件可以具有高熔点诸如大于600℃。示例性的硬钎焊件是Cu(72)-Ag(28)合金、铜、ABA、金ABA、PdNiAu合金(AMS 4785熔点＝1135℃)或Paloro或类似硬钎焊件诸如以下链接处的硬钎焊件：https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious-brazing-filler-metals/。
在一个实施方式中，将陶瓷诸如石英/>安装在金属底板5kk1上(图8B)，其中湿式密封件包括进入储罐5c的穿透部，其允许储罐中的熔融金属(诸如银)接触每个EM泵组装件的底板5kk1上的固化熔融金属以形成湿式密封件。每个底板可以连接至点燃动力源诸如DC或AC动力源的端子，使得该湿式密封件也可充当汇流条以获得点燃功率。EM泵可包括感应AC类型。陶瓷/>可包括多个组件诸如EM泵、储罐、反应池腔室和热光伏(TPV)组件，这些组件用带凸缘垫圈的活接头密封，该活接头可通过螺栓连接在一起。垫圈可以包含碳或陶瓷，诸如Thermiculite。
铼(熔点3185℃)能抵抗来自镓或锡、镓铟锡合金、银和铜的侵蚀，并且能抵抗氧和水以及分数氢反应混合物(诸如包含氧和水的混合物)的氧化；因而，其可以充当金属组件诸如EM泵组装件5kk的金属组件诸如底板5kk1、EM泵管5k6、EM泵汇流条5k2、EM泵注射器5k61、EM泵喷嘴5q、入口上升管5qa、气体管线710和真空管线711的涂层。可通过电镀、真空沉积、化学沉积和本领域已知的其他方法用铼涂覆该组件。在一个实施方式中，穿透部处的汇流条或电连接诸如EM泵汇流条5k2或者MHD产生器通道308中的MHD电极的穿透部可包含在穿透部处通过湿式密封件密封的固体铼。
在一个实施方式中(图8A至图8B)，用于熔化金属以形成熔融金属的加热器包括电阻加热器，诸如围绕储罐5c和反应池腔室5b31诸如包含石英者的Kanthal线加热器。EM泵5kk可以包括热传递块以将热量从储罐5c传递至EM泵管5k6。在一个示例性的实施方式中，加热器包括围绕储罐和反应池腔室缠绕的Kanthal线线圈，其中以陶瓷热传递膏附接至EM泵管5k6的石墨热传递块将热量传递至该管以熔化其中的金属。较大直径的EM泵管可用于更好地将热量传递至EM泵管以导致EM泵管中的熔化。容纳有熔融金属的组件可以用绝缘件诸如陶瓷纤维或本领域已知的其他高温绝缘件很好地绝热。可以缓慢加热该组件以避免热冲击。
在一个实施方式中，包括加热器，诸如电阻加热器。该加热器可以包括被定位于反应池腔室、储罐和EM泵管中的至少一者的上方的窑或炉。在其中EM泵管在窑内部的实施方式中，EM泵磁体和湿式密封件可通过冷却系统诸如水冷系统选择性地热绝缘和冷却。在一个实施方式中，每个储罐可在熔融金属基部的底板处包括热绝缘体，诸如陶瓷绝缘体。该绝缘体可包含BN或可模压的陶瓷诸如包含氧化铝、氧化镁、二氧化硅、氧化锆或氧化铪的陶瓷。熔融金属基部的陶瓷绝缘体可包括用于EM泵入口和注射器、气体管线和真空管线、热电偶和与熔融金属直接接触的点燃汇流条的穿透部。在一个实施方式中，绝热体通过减少对底板和湿式密封件冷却的热损失而允许熔融金属在储罐的基部熔化。可以扩大EM泵入口穿透部的直径以增加从储罐中的熔融金属到EM泵管中的熔融金属的热传递。EM泵管可以包括热传递块以将热量从入口穿透部传递至EM泵管。
在一个实施方式中，底板5kk1可以包含难熔材料或金属，诸如不锈钢、C、W、Re、Ta、Mo、Nb、Ir、Ru、Hf、Tc、Rh、V、Cr、Zr、Pa、Pt、Th、Lu、Ti、Pd、Tm、Sc、Fe、Y、Er、Co、Ho、Ni和Dy，其可以涂覆有衬里或涂层，诸如本公开的抵抗以下中的至少一者的衬里或涂层：O2和H2O中的至少一者的腐蚀和与熔融金属诸如镓、锡或银形成合金。在一个实施方式中，EM泵管可以衬有或涂覆有防止腐蚀或合金形成的材料。EM汇流条可以包含抵抗腐蚀或合金形成中的至少一者的导体。其中熔融金属是镓或锡的示例性EM泵汇流条是Ta、W、Re和Ir。其中熔融金属是银的示例性EM泵汇流条是W、Ta、Re、Ni、Co和Cr。在一个实施方式中，EM汇流条可以包含碳或具有高熔点的金属，其可以涂覆有导电涂层，该导电涂层抵抗与熔融金属诸如镓或锡和银中的至少一者形成合金。示例性涂层包含碳化物或二硼化物诸如钛、锆和铪的碳化物或二硼化物。
在其中熔融金属诸如铜、镓或锡可以与底板诸如包含不锈钢的底板形成合金的实施方式中，底板包括衬里或涂覆有不形成合金的材料诸如Ta、W、Re，或者陶瓷诸如BN、莫来石或氧化锆-二氧化钛-氧化钇。
在图8A至图8B所示的的实施方式中，熔融金属包含镓、锡或镓铟锡合金，底板5kk1处的密封件包括垫圈诸如Viton O形环或碳(Graphoil)垫圈，并且入口上升管5qa的直径足够大而使得在从两个储罐注入的熔融金属料流接近稳定的情况下，储罐5c中的熔融金属液位保持大致平稳。每个入口上升管的直径应大于银熔融金属实施方式的该直径，以克服镓、锡和镓铟锡合金较高的粘度。入口上升管直径可以在约3mm至2cm的范围内。底板5kk1可以是维持在约500℃以下的不锈钢或者可以是经陶瓷涂覆的以防止镓或锡合金形成。示例性底板涂层是莫来石和ZTY。
在一个实施方式中，穿透部的湿式密封件可以包括短管(nipple)，熔融银部分地延伸穿过该短管以与固化的银电极连续。在一个示例性的实施方式中，EM泵汇流条5k2包括湿式密封件，该湿式密封件包括内部的陶瓷涂覆的EM泵管5k6，该EM泵管5k6具有相对的短管，熔融银穿过该短管以接触包括EM泵动力连接器的固化区段，并且至少一个汇流条可任选还包括连接至点燃动力供应器的一根引线的连接器。
EM泵管5k6可以包含抵抗与镓、锡或银形成合金的材料、衬里或涂层，诸如以下中的至少一者：W、Ta、Re、Ir、Mo、BN、氧化铝、莫来石、二氧化硅、石英、氧化锆、氧化铪、二氧化钛或本公开的另一者。在一个实施方式中，泵管、衬里或涂层包含碳。碳可以通过悬浮手段施加，诸如经固化和脱气的喷雾或液体涂层。在一个实施方式中，碳涂覆的金属诸如Ni可以抵抗在高温下形成碳化物。在一个实施方式中，EM泵管5k6可包括填充有衬里或涂层材料诸如BN的金属管，对该金属管进行钻孔以形成泵管。EM泵管可以分区段或者包括组装件，该组装件包括多个部件(图7C)。所述部件可包括抵抗与镓或锡形成合金的材料诸如Ta或衬里或涂层。在一个实施方式中，所述部件可以单独涂覆和组装。该组装件可以包括以下中的至少一者：容纳两个相对汇流条5k2的壳体、液态金属入口和液态金属出口，以及用于密封该壳体的构件诸如Swageloks。在一个实施方式中，EM泵汇流条5k2可包括与EM泵管内部的镓或锡接触的传导性部分，该传导性部分抵抗与镓或锡形成合金。该传导性部分可以包含抗合金材料诸如Ta、W、Re或Mo，或者另一金属诸如SS上的抗合金包覆层或涂层，诸如包含Ta、W、Re、Ir或Mo的抗合金包覆层或涂层。在一个实施方式中，EM泵管的外部(诸如包含Ta或W的外部)可以涂覆有或包覆有本公开的涂层或包覆层以保护外部免受氧化。在示例性的实施方式中，Ta EM泵管可涂覆有Re、ZTY或莫来石或包覆有不锈钢(SS)，其中Ta EM泵管外部的包覆层可包括使用焊接或极限温度级SS胶诸如J-B Weld 37901粘附在一起的SS片。
在一个实施方式中，衬里可包括抵抗与镓或锡形成合金的薄壁、柔性金属，诸如W、Ta、Re、Ir、Mo或Ta管衬里，该管衬里可以插入到包含另一金属诸如不锈钢的EM泵管5k6中。可将衬里插入预制的EM泵管或直管(然后使其弯曲)中。EM泵汇流条5k2可以在将衬里安装在成形的EM泵管中之后通过诸如焊接之类的手段附接。EM泵管衬里可通过压合接头或密封材料诸如碳或陶瓷密封剂与EM泵汇流条5k2形成紧密密封。
在其中熔融金属和由熔融金属形成的任何合金中的至少一者可以排出气体以产生通过至少部分地阻断洛伦兹电流而干扰EM泵送的气体边界层的实施方式中，磁体5k4位置处的EM泵管5k6可以是竖直的以打破该气体边界层。
在一个实施方式中，包括干扰消除器，该干扰消除器包括用以缓解或消除点燃电路的电力源与EM泵5kk的电力源之间的任何干扰的构件。该干扰消除器可包括一个或多个电路元件和一个或多个控制器中的至少一者，以调节点燃和EM泵电流的相对电压、电流、极性、波形和占空比从而防止两个相应供应器之间的干扰。
还可包括光伏(PV)转换器和将光传输至PV转换器的窗。在图2至图3中所示的实施方式中，/>包括沿纵轴具有锥形横截面的反应池腔室5b31和在该锥形件顶点处的PV窗5b4。具有配合锥形件的窗可包括容纳PV阵列26a的任何所需几何形状，诸如圆形(图2)或正方形或矩形(图3)。该锥形物可遏制PV窗5b4的金属化以允许通过光伏(PV)转换器26a进行有效的光电转换。PV转换器26a可包括聚光型PV池(诸如本公开的PV池)的密集接收器阵列且还可包括冷却系统诸如包括微通道板的冷却系统。PV窗5b4可包括遏制金属化的涂层。可冷却PV窗以防止PV窗涂层热降解。/>可包括至少一个部分倒置的基座5c2，其在该倒置基座5c2的端部具有杯或滴落边缘5c1a，其类似于图1中所示的倒置基座，不同之处在于每个基座和电极10的纵轴可相对于纵轴或z轴以一定角度取向。该角度可在1°至90°的范围内。在一个实施方式中，至少一个注射器对电极5k61在适用时对抗重力沿正z方向斜向地注入来自其储罐5c的熔融金属。注射泵送可由安装于EM泵组装件滑动工作台409c上的EM泵组装件5kk提供。在示例性实施方式中，部分倒置的基座5c2和注射器对电极5k61如图2中所示在与水平轴或x轴成135°的轴上对准或如图3中所示在与水平轴或x轴成45°的轴上对准。具有插入储罐凸缘409g的插入储罐409f可通过储罐底板409a、套管储罐409d和套管储罐凸缘409e安装至池腔室5b3。电极可透过电极穿透部10a1穿透储罐底板409a。注射器电极的喷嘴5q可浸没于容纳于反应池腔室5b31和储罐5c的底部中的液态金属(诸如液体镓或锡)中。气体可供应至反应池腔室5b31，或腔室可经由气体端口诸如409h抽真空。
在图4中所示的备选实施方式中，包括：反应池腔室5b31，其沿着负垂直轴具有渐缩横截面；和PV窗5b4，其在该锥形件的较大直径端(包括反应池腔室5b31的顶部)处，与图2至图3中所示的实施方式的锥形件相反。在一个实施方式中，/>包括反应池腔室5b31，其包括直圆柱几何结构。注射器喷嘴和基座对电极可在垂直轴上在该圆柱体的相对端处或沿着相对于垂直轴倾斜的线对准。
在图2和图3所示的实施方式中，电极10和PV面板26a可以互换位置和取向，使得熔融金属注射器5k6和喷嘴5q垂直于对电极10注入熔融金属，并且PV面板26a从侧面接收来自等离子的光。
SunCell可包括透明窗以充当对窗透明的波长的光源。SunCell可包括可充当黑体光源的黑体辐射器5b4c。在一个实施方式中，包括光源(例如，来自该反应的等离子体)，其中在所需的照明应用(诸如居室、街道、商业或工业照明)中或针对加热或处理(诸如化学处理或光刻)而利用透过所述窗发射的分数氢等离子体光。
在一个实施方式中，顶部电极构成正电极。SunCell可以在正电极后面包括光学窗和光伏(PV)面板。正电极可以充当黑体辐射器以提供PV面板的热、光和照明中的至少一者。在后一情形中，PV面板的照明从入射光产生电。在一个实施方式中，光学窗可以包括真空密封的外窗和内旋转窗，以防止熔融金属粘附至内窗并使该窗变得不透明。在一个实施方式中，正电极可以加热黑体辐射器，该黑体辐射器透过PV窗向PV面板发射光。黑体辐射器可以连接至正极以通过传导以及辐射从正极接收热量。黑体辐射可以包含难熔金属，诸如难熔金属诸如钨(熔点＝3422℃)或钽(熔点＝3020℃)，或陶瓷诸如本公开中的一种，诸如以下群组中的一者或多者：石墨(升华点＝3642℃)、硼化物、碳化物、氮化物和氧化物诸如金属氧化物诸如氧化铝、氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧化镁、氧化铪或二氧化钍(ThO2)；过渡金属二硼化物诸如硼化铪(HfB2)、二硼化锆(ZrB2)或硼化铌(NbB2)；金属氮化物诸如氮化铪(HfN)、氮化锆(ZrN)、氮化钛(TiN)，和碳化物诸如碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化锆或碳化钽(TaC)以及它们的相关复合材料。具有所需高熔点的示例性陶瓷是氧化镁(MgO)(熔点＝2852℃)、氧化锆(ZrO)(熔点＝2715℃)、氮化硼(BN)(熔点＝2973℃)、二氧化锆(ZrO2)(熔点＝2715℃)、硼化铪(HfB2)(熔点＝3380℃)、碳化钨(WC)(熔点＝2785℃-2830℃)、碳化铪(HfC)(熔点＝3900℃)、Ta4HfC5(熔点＝4000℃)、Ta4HfC5TaX4HfCX5(4215℃)、氮化铪(HfN)(熔点＝3385℃)、二硼化锆(ZrB2)(熔点＝3246℃)、碳化锆(ZrC)(熔点＝3400℃)、氮化锆(ZrN)(熔点＝2950℃)、硼化钛(TiB2)(熔点＝3225℃)、碳化钛(TiC)(熔点＝3100℃)、氮化钛(TiN)(熔点＝2950℃)、碳化硅(SiC)(熔点＝2820℃)、硼化钽(TaB2)(熔点＝3040℃)、碳化钽(TaC)(熔点＝3800℃)、氮化钽(TaN)(熔点＝2700℃)、碳化铌(NbC)(熔点＝3490℃)、氮化铌(NbN)(熔点＝2573℃)、碳化钒(VC)(熔点＝2810℃)和氮化钒(VN)(熔点＝2050℃)。
电极发射器可具有小于反应池腔室壁或衬里的直径的直径以防止与壁的电短路。反应池腔室壁或衬里可包括非传导环形物诸如电极发射器后面的石英或陶瓷环形物以阻挡熔融金属从窗进入，而同时允许光穿过环形物和环形物的开放中心中的至少一者到达窗。在前一情形中，该环形物可以是透明的。
在一个实施方式中，包括具有储罐414的交叉连接通道的感应点燃系统、泵诸如感应EM泵、传导EM泵或注射器储罐中的机械泵和充当对电极的非注射器储罐。储罐414的交叉连接通道可包括限流构件以使得非注射器储罐可维持大致充满。在一个实施方式中，储罐414的交叉连接通道可容纳有不流动的导体，诸如固态导体，诸如固态银。
在一个实施方式(图5)中，包括在阴极和阳极汇流条或电流连接器之间的电流连接器或储罐跨接电缆414a。池主体5b3可包含非导体，或者池主体5b3可包含导体诸如不锈钢，其中至少一个电极与池主体5b3电隔离，使得迫使感应电流在电极之间流动。电流连接器或跨接电缆可将基座电极8中的至少一者和电连接器中的至少一者连接至EM泵和与EM泵的储罐5c中的金属接触的汇流条。/>(诸如图1至图4中所示的/>)的阴极和阳极(其包括基座电极，诸如倒置基座5c2或与z轴成角度的基座5c2)可包括通过由至少一个EM泵5kk注入的熔融金属料流形成闭合电流回路的阳极与阴极之间的电连接器。金属料流可通过接触熔融金属EM泵注射器5k61和5q或者储罐5c中的金属和基座的电极中的至少一者而闭合导电回路。/>还可包括在该闭合的传导性回路中具有其轭402的点燃变压器401以感应出充当单回路短接次级绕组的回路的熔融金属中的电流。变压器401和402可在该闭合电流回路中感应出点燃电流。在一个示例性实施方式中，初级绕组可在1Hz至100kHz、10Hz至10kHz和60Hz至2000Hz中的至少一个频率范围内操作，输入电压可在约10V至10MV、50V至1MV、50V至100kV、50V至10kV、50V至1kV和100V至480V中的至少一个范围内操作，输入电流可在约1A至1MA、10A至100kA、10A至10kA、10A至1kA和30A至200A中的至少一个范围内操作，点燃电压可在约0.1V至100kV、1V至10kV、1V至1kV和1V至50V中的至少一个范围内操作，并且点燃电流可在约10A至1MA、100A至100kA、100A至10kA和100A至5kA的范围内。在一个实施方式中，等离子体气体可包含任何气体，诸如稀有气体、氢、水蒸气、二氧化碳、氮、氧和空气中的至少一者。气体压力可在大约1微托至100大气压、1毫托至10大气压、100毫托至5大气压和1托至1大气压中的至少一个范围内。
该变压器由1000Hz AC动力供应器提供动力。在一个实施方式中，点燃变压器可由变频驱动器诸如单相变频驱动器(VFD)提供动力。在一个实施方式中，VFD输入功率经匹配以提供输出电压和电流(其进一步提供所需点燃电压和电流)，其中针对VFD的相应输出电压和电流而选择匝数和线规。感应点燃电流可在约10A至100kA、100A至10kA和100A至5kA中的至少一个范围内。感应点燃电压可在0.5V至1kV、1V至100V和1V至10V中的至少一个范围内。频率可在约1Hz至100kHz、10Hz至10kHz和10Hz至1kHz中的至少一个范围内。示例性的VFD为ATO 7.5kW、220V至240V输出单相500Hz VFD。
另一示例性的测试实施方式包括具有一个EM泵注射器电极和基座对电极(其之间具有连接的跨接电缆414a)的Pyrex诸如图5中所示的/>包括DC型电磁泵的熔融金属注射器泵送与基座对电极连接以闭合包括该料流、EM泵储罐和跨接电缆(在每一端处连接至相应的电极汇流条)的电流回路并通过60Hz变压器初级绕组的镓铟锡合金料流。该回路充当至60Hz变压器初级绕组的短接次级绕组。该次级绕组中的感应电流以低的功耗在大气中维持等离子体。感应点燃系统使本公开的基于银、镓或锡的熔融金属动力产生器成为可能，其中根据本公开，将分数氢反应物供应至反应池腔室。具体而言，(i)点燃变压器的初级回路在60Hz下操作，(ii)输入电压是300V峰值，并且(iii)输入电流是29A峰值。最大感应等离子体点燃电流是1.38kA。
在一个实施方式中，电力源或点燃动力源包括非直流(DC)源，诸如时变电流源，诸如脉冲或交流(AC)源。峰值电流可在诸如10A至100MA、100A至10MA、100A至1MA、100A至100kA、100A至10kA和100A至1kA中的至少一个范围内。峰值电压可在0.5V至1kV、1V至100V和1V至10V中的至少一个范围内。在一个实施方式中，可选择EM泵动力源和AC点燃系统以避免将导致无效EM泵送和所需点燃波形的畸变中的至少一者的推断。
在一个实施方式中，用以供应点燃电流的电力源或点燃动力源可包括以下中的至少一者：DC、AC以及DC和AC动力供应器，诸如由AC电、DC电以及DC和AC电中的至少一者提供动力的动力供应器，诸如开关式动力供应器、变频驱动器(VFD)、AC至AC转换器、DC至DC转换器和AC至DC转换器、DC至AC转换器、整流器、全波整流器、反相器、光伏阵列产生器、磁流体动力产生器和常规动力产生器，诸如兰金或布雷顿循环提供动力的产生器、热离子产生器和热电产生器。点燃动力源可包括用以产生所需点燃电流的至少一个电路元件，诸如过渡、IGBT、感应器、变压器、电容器、整流器、桥(诸如H-桥)、电阻器、运算放大器或本领域已知的另一电路元件或功率调节装置。在一个示例性实施方式中，点燃动力源可包括全波整流高频源，诸如以约50％占空比或更大占空比供应正方波脉冲的全波整流高频源。频率可约60Hz至100kHz的范围内。示例性的供应器提供在约10kHz至40kHz的范围内的频率下的约30至40V和3000至5000A。在一个实施方式中，用以供应点燃电流的电力可包括可与AC变压器或动力供应器串联的经充电至初始偏移电压(诸如在1V至100V的范围内的电压)的电容器组，其中所得的电压可包括具有AC调变的DC电压。DC组件可以以取决于其正常放电时间常数的速率衰减，或者可增加或消除放电时间，其中点燃动力源还包括将电容器组再充电的DC动力供应器。DV电压组件可辅助起始等离子体，其中此后可以较低电压维持等离子体。点燃动力源诸如电容器组可以包括快速开关诸如由伺服电机或螺线管控制的开关，以将点燃动力与电极连接和断开。
分数氢反应速率可随电流的增加而增加；然而持续的电流和功率可能会对SunCell造成热损害。SunCell点燃动力源可以包括充电动力供应器、电容器组(诸如由多个超级电容器组成的电容器组)、电压传感器、控制器和点燃开关。为了在实现高分数氢反应动力学的同时避免热损害，可以间歇性地施加高电流。这种点燃电流的间歇性施加可以通过用诸如DC动力供应器之类的动力供应器对电容器组连续充电来实现。点燃开关的触发可以使电容器组放电，然后通过触发点燃开关使电容器组放电以从第一电压设定点放电至第二较低电压设定点，这通过响应于电压传感器的控制器来控制。例如，可以选择第一和第二电压设定点使得其中电容器放电期间的峰值点燃电流大于由DC动力供应器提供的充电电流。
在一个实施方式中，分数氢等离子体和点燃电流中的至少一者可包含电弧电流。电弧电流可具有如下的特性：电流越高，电压越低。在一个实施方式中，选择反应池腔室壁和电极中的至少一者以形成且支持分数氢等离子体电流和包含电弧电流(即在非常高电流下具有非常低电压的电流)的点燃电流中的至少一者。电流密度可在约1A/cm2至100MA/cm2、10A/cm2至10MA/cm2、100A/cm2至10MA/cm2和1kA/cm2至1MA/cm2中的至少一个范围内。
在一个实施方式中，点燃系统可将高起始功率施加至等离子体并然后在电阻下降之后降低点燃功率。电阻可由于以下各项中的至少一者而下降：归因于点燃电路中(诸如电极或熔融金属料流上)任何氧化物的还原的电导率增加；以及等离子体的形成。在一个示例性实施方式中，点燃系统包括与AC串联的电容器组以产生高功率DC的AC调制，其中DC电压随着电容器的放电而衰减并且仅剩余较低AC或DC功率。
在一个实施方式中，基座电极8可凹陷于插入储罐409f中，其中所泵送熔融金属填充诸如5c1a之类的口袋以动态地形成与基座电极8接触的熔融金属汇集区。基座电极8可包含在的操作温度下不与熔融金属(诸如镓或锡)形成合金的导体。示例性的基座电极8包含钨、钽、不锈钢或钼，其中低于600℃的操作温度下Mo不与镓形成合金，诸如Mo3Ga。在一个实施方式中，EM泵的入口可包括过滤器5qa1诸如阻挡合金颗粒同时准许镓或锡进入的筛网或网格。为增加表面积，过滤器可以竖直方式和水平方式中的至少一者延伸并连接至入口。该过滤器可包含抵抗与镓或锡形成合金的材料，诸如不锈钢(SS)、钽或钨。示例性的入口过滤器包括具有等于入口的直径的直径但竖直地升高的SS圆柱体。作为日常维护的部分，可定期清洁过滤器。
在一个实施方式中，非注射器电极可间歇地浸没于熔融金属中以便使其冷却。在一个实施方式中，包括注射器EM泵及其储罐5c以及至少一个额外的EM泵，并且可包括用于该额外EM泵的另一储罐。使用该额外储罐，该额外EM泵可进行以下操作中的至少一者：(i)将熔融金属可逆地泵送进反应池腔室中以间歇地浸没非注射器电极以便使其冷却；以及(ii)将熔融金属泵送至非注射器电极上以便使其冷却。/>可包括具有冷却剂的冷却剂储槽、用以使冷却剂循环穿过非注射器电极的冷却剂泵以及用以排放来自冷却剂的热的热交换器。在一个实施方式中，非注射器电极可包括用于冷却剂(诸如水、熔融盐、熔融金属或本领域已知的另一冷却剂)的通道或套管以使非注射器电极冷却。
在图1中所示的倒置的实施方式中，使旋转180°，使得非注射器电极在池的底部并且注射器电极在反应池腔室的顶部，使得熔融金属注入是沿着负z轴。非注射器电极和注射器电极中的至少一者可安装于相应的板中并且可通过相应的凸缘密封件连接至反应池腔室。该密封件可包括垫圈，该垫圈包含不与镓或锡形成合金的材料，诸如Ta、W或陶瓷(诸如本发明或本领域已知的陶瓷)。在底部的反应池腔室区段可充当储罐，可消除前一储罐，并且EM泵可在该新的底部储罐中包括可穿透底部底板、连接至EM泵管并将熔融金属流提供至EM泵的入口升管，其中EM泵管的出口部分穿透顶部板并连接至在反应池腔室内侧的喷嘴。在操作期间，EM泵可泵送来自底部储罐的熔融金属并且将其注入至在反应池腔室的底部的非注射器电极8中。倒置的/>可通过由池的顶部的注射器电极注入的高流量镓或锡来冷却。非注射器电极8可包括用以汇集镓或锡的凹形腔以更好地使电极冷却。在一个实施方式中，非注射器电极可充当正电极；然而，相反极性也是本公开的实施方式。
在一个实施方式中，电极8可通过发射辐射来冷却。为增加热传递，可增加辐射表面积。在一个实施方式中，汇流条10可包括所附接的辐射器，诸如叶片辐射器，诸如平面板。可通过沿着汇流条10的轴固定边缘的面而附接该板。该叶片可包括桨轮模式。叶片可通过从汇流条10的热传导而加热，汇流条10可通过以下中的至少一者来加热：点燃电流以电阻方式加热以及分数氢反应加热。诸如叶片之类的辐射器可包含难熔金属，诸如Ta、Re或W。
在一个实施方式中，PV窗可包括在PV窗前面的静电沉淀器(ESP)以阻挡氧化物颗粒诸如金属氧化物。ESP可包括具有中心电晕放电电极(诸如中心线)的管和高电压动力供应器以在该线处引起放电(诸如电晕放电)。放电可以使氧化物颗粒带电，这些氧化物颗粒可能被ESP管的壁吸引并迁移到ESP管的壁上，在那里它们可以进行以下中的至少一者：收集和移除。ESP管壁可以是高度抛光的以将来自反应池腔室的光反射至PV窗和PV转换器诸如聚光型PV池的密集接收器阵列。
在一个实施方式中，PV窗系统包括以下各项中的至少一者：在固定密封窗前面的透明旋转挡板，其两者皆在xy平面中以使光沿着z轴传播；和窗，其可在xy平面中旋转以使光沿着z轴传播。一个示例性实施方式包括旋转透明圆盘，诸如旋转视窗(https://en.wikipedia.org/wiki/Clear_view_screen)，其可包括挡板和窗中的至少一者。在一个实施方式中，包括电晕放电系统，该系统包括负电极、对电极和放电动力源。在一个示例性的实施方式中，负电极可以包括可邻近PV挡板或窗(诸如旋转窗)的销、针或线。池主体可构成对电极。可以在PV窗附近维持电晕放电以使在动力产生操作期间形成的颗粒(诸如金属氧化物)和PV挡板或窗中的至少一者带负电，使得颗粒被PV挡板或窗排斥。
维持等离子产生
在一个实施方式中，包括真空系统，该真空系统包括通往真空管线的入口、真空管线、阱和真空泵。真空泵可包括具有高泵送速度的真空泵(诸如罗茨泵、多凸轮泵或涡旋泵)并且还可包括可与该真空泵串联或并联连接(诸如在真空泵前面串联连接)的用于水蒸气的阱。在一个实施方式中，包括不锈钢泵送组件的真空泵诸如多凸轮泵或者涡旋泵或罗茨泵可以抵抗由镓或锡合金形成所造成的损害。该水阱可包含吸水材料，诸如固体干燥剂或低温冷阱。在一个实施方式中，泵可包括低温泵、低温过滤器或冷却器中的至少一者以进行以下操作中的至少一者：使气体在进入泵之前冷却；以及使至少一种气体(诸如水蒸气)凝结。为增加泵送容量和速率，泵送系统可包括连接至反应池腔室的多个真空管线和连接至真空管线的真空歧管，其中该歧管连接至真空泵。在一个实施方式中，去往真空管线的入口包括用于使反应池腔室中的熔融金属颗粒停止进入真空管线的屏蔽件。示例性的屏蔽件可包括在入口上方但从入口的表面凸起的金属板或圆顶以为从反应池腔室进入真空管线的气体流提供选择性间隙。真空系统还可包括真空管线入口的颗粒流动限制器(诸如一组挡板)以允许气体流动同时阻挡颗粒流动。
真空系统可具有以下能力中的至少一者：超高真空；以及使反应池腔室操作压力维持在至少一个低范围诸如约0.01托至500托、0.1托至50托、1托至10托和1托至5托内。可在以下各项中的至少一者的情形中使压力维持为低：(i)添加H2，同时痕量的HOH催化剂作为痕量的水或作为与H2反应以形成HOH的O2提供；和(ii)添加H2O。在诸如氩之类的稀有气体也供应至反应混合物的情形中，可使压力维持在至少一个高操作压力范围内诸如约100托至100大气压、500托至10大气压和1大气压至10大气压，其中与其他反应池腔室气体相比较，氩可以是过量的。氩压力可增加HOH催化剂和原子H中的至少一者的寿命并且可阻止形成于电极处的等离子体快速扩散从而等离子体强度得以增加。
在一个实施方式中，反应池腔室包括用以通过响应于反应池腔室中的压力改变而改变体积来将反应池腔室压力控制在所需范围内的构件。该构件可包括：压力传感器；可机械扩展的区段；致动器，其用以使该可扩展区段扩展和收缩；和控制器，其用以控制通过该可扩展区段的扩展和收缩而形成的差异体积。该可扩展区段可包括波纹管。该致动器可包括机械致动器、气动致动器、电磁致动器、压电致动器、液压致动器和本领域已知的其他致动器。
在一个实施方式中，可包括(i)气体再循环系统，其具有气体入口和出口，(ii)气体分离系统，诸如能够将稀有气体(诸如氩)、O2、H2、H2O、空气、诸如GaX3(X＝卤离子)或NxOy(x，y＝整数)之类的反应混合物的挥发性物质和分数氢气体中的至少两者的混合物的至少两种气体分开的气体分离系统，(iii)至少一种惰性气体、O2、H2和H2O分压传感器，(iv)流量控制器，(v)至少一个注射器，诸如微注射器，诸如注入水的微注射器，(vi)至少一个阀，(vii)泵，(viii)排放气体压力和流量控制器，和(ix)电脑，用以维持稀有气体、氩、O2、H2、H2O和分数氢气体压力中的至少一者。再循环系统可包括半渗透膜以允许至少一种气体(诸如分子分数氢气体)从循环的气体中移除。在一个实施方式中，可在反应混合物的至少一种气体可从出口流出并且可穿过排气口排放的同时使至少一种气体(诸如稀有气体)选择性地再循环。稀有气体可实现以下各项中的至少一者：增加分数氢反应速率；以及增加反应池腔室中的至少一种物质离开排气口的运输速率。稀有气体可增加过量水的排放速率以维持所需压力。稀有气体可增加排放分数氢的速率。在一个实施方式中，诸如氩之类的稀有气体可由类稀有气体替换，该类稀有气体是以下情形中的至少一者：可容易地从环境气氛中获得；以及容易地排放至环境气氛中。类稀有气体可具有与反应混合物的低反应性。类稀有气体可从大气获得并排放，而非由再循环系统再循环。类稀有气体可由可容易地从大气获得并可排放至大气的气体形成。稀有气体可包含可在流动至反应池腔室中之前与氧分开的氮。作为另一种选择，空气可用作稀有气体源，其中可使氧与来自源的碳反应以形成二氧化碳。氮和二氧化碳中的至少一者可充当类稀有气体。作为另一种选择，可通过与诸如镓或锡之类的熔融金属反应而移除氧。可在镓或锡再生系统(诸如通过氢氧化钠水溶液与镓氧化物反应形成镓酸钠并将镓酸钠电解为镓金属和氧(其被排放)的镓或锡再生系统)中再生所得的镓和锡氧化物。
在一个实施方式中，可在显著地关闭反应物H2、O2和H2O中的至少一者的添加的情况下操作其中反应池腔室气氛包含反应物以及稀有气体(诸如氩)。可使稀有气体维持在升高的压力下诸如在10托至100大气压的范围内。气氛可以是以以下方式中的至少一者排放或通过再循环系统再循环：连续地和周期性地或间歇地。排放可移除过量的氧。与H2一起添加反应物O2可以是使得O2是次要物质并且在O2与过量H2一起注入至反应池腔室中时基本上形成HOH催化剂。喷枪可注入H2与O2混合物，其立即反应而形成HOH催化剂和过量的H2反应物。在一个实施方式中，可通过以下方式中的至少一者至少部分地从镓或锡氧化物释放过量的氧：氢还原、电解还原、热分解以及归因于Ga2O的挥发性的蒸发和升华中的至少一者。在一个实施方式中，存在以下情况中的至少一者：可控制氧存量；以及可通过在存在氢的情况下使氧间断地流至反应池腔室中而至少部分地允许氧存量形成HOH催化剂。在一个实施方式中，可通过与所添加的H2反应而使氧存量作为H2O循环。在另一个实施方式中，过量氧存量可作为Ga2O3移除并且通过本公开的构件(诸如通过本公开的撇渣器和电解系统中的至少一者)而再生。过量氧的源可以是添加O2和添加H2O中的至少一者。
在一个实施方式中，可通过控制泵送速率和再循环速率中的至少一者而至少部分地控制反应池腔室中的气体压力。可通过受压力传感器和控制器控制的阀来控制这些速率中的至少一者。用以控制气流的示例性阀是响应于较高和较低目标压力而打开和关闭的电磁阀以及可变流量限制阀(诸如受压力传感器和控制器控制以维持所需气体压力范围的蝶形阀和节流阀)。
在一个实施方式中，包括用以从反应池腔室5b31排出或移除分子分数氢气体的构件。在一个实施方式中，反应池衬里和反应池腔室的壁中的至少一者对分子分数氢诸如H2(1/4)具有高渗透速率。为了增加渗透速率，可以进行以下中的至少一者：使壁厚度最小以及使壁操作温度最高。在一个实施方式中，储罐5c壁和反应池腔室5b31壁中的至少一者的厚度可以在0.05mm至5mm厚的范围内。在一个实施方式中，反应池腔室壁在至少一个区域中相对于另一区域更薄，以增加来自反应池腔室5b31的分子分数氢产物的扩散或渗透速率。在一个实施方式中，反应池腔室壁的上部侧壁区段，诸如图7A至图7C和图7F至图7H的套管储罐凸缘409e正下方的区段变薄。减薄也可能是期望的以减少对套管储罐凸缘409e的热传导。相对于其他壁区域的减薄程度可在5％至90％的范围内(例如，变薄区域的横截面宽度为非变薄区段诸如邻近电极8并在其下方的反应腔室下部侧壁区段的截面横截面宽度的5％至90％)。
可包括温度传感器、温度控制器和热交换器(诸如水喷射口)，以可控地将反应池腔室壁维持在所需温度诸如在300℃至1000℃的范围内，以提供所需的高的分子分数氢渗透速率。
可对壁和衬里材料中的至少一者进行选择以增加渗透速率。可以选择各种衬里和衬里厚度以便维持一定的操作温度以使黑体发射与能量收集机构诸如聚光光伏池的密集接收器阵列相匹配。在一个实施方式中，反应池腔室5b31可包含多种材料，诸如接触镓或锡的一种或多种材料和通过衬里、涂层或包覆层诸如本公开的衬里、涂层或包覆层与镓或锡分隔的一种或多种材料。被分隔或保护的材料中的至少一者可包含相对于未被分隔或保护以免与镓或锡接触的材料而言对分子分数氢的渗透性增加的材料。在一个示例性的实施方式中，反应池腔室材料可包含不锈钢诸如347SS诸如4130合金SS或Cr-Mo SS、镍、Ti、铌、钒、铁、W、Re、Ta、Mo、铌和Nb(94.33重量％)-Mo(4.86重量％)-Zr(0.81重量％)中的一种或多种。结晶材料诸如SiC可能比无定形材料诸如塞隆陶瓷或石英更易渗透分数氢，使得结晶材料是示例性的衬里。
不同的反应池腔室壁诸如对分数氢具有高渗透性的反应池腔室壁可替换包含另一种渗透性较低的金属(诸如包含347或304SS的金属)的(图7B)的反应池腔室壁。壁区段可以是管状的区段。可通过本领域已知的方法，诸如涉及使用不同热膨胀系数的金属以匹配接合的材料的膨胀率的方法，将替换区段焊接、钎焊或硬钎焊至/>的其余区段。在一个实施方式中，可通过粘合剂诸如Coltronics公司的粘合剂诸如Resbond或Durabond 954将包含诸如Ta、W、Nb或Mo之类的难熔金属的替换区段粘合至诸如不锈钢之类的不同金属。在一个实施方式中，不同金属之间的结合部可包括层合材料，诸如所粘合的金属之间的陶瓷层合材料，其中每种金属结合至该层合材料的一个面上。陶瓷可包含本公开中的一者，诸如BN、石英、氧化铝、氧化铪或氧化锆。一个示例性活接头为Ta/Durabond954/BN/Durabond 954/SS。在一个实施方式中，凸缘409e和底板409a可用垫圈密封或焊接。
在一个实施方式中，包括碳衬里的反应池腔室包括具有高传热能力、大直径和高效冷却系统的壁中的至少一者，其中传热能力、大直径和冷却系统足以将碳衬里的温度维持在低于其将与分数氢反应混合物的至少一种组分诸如水或氢反应的温度。示范性的传热能力可在约10W/cm2至10kW/cm2壁面积的范围内；示例性的直径可在约2cm至100cm的范围内，示例性的冷却系统为外部水浴；示例性的所需衬里温度可以约低于700-750℃。反应池腔室壁还可对分子分数氢是高度可渗透的。衬里可以与壁接触以改善从衬里到冷却系统的热传递以维持所需温度。
在一个实施方式中，包括在衬里与至少一个反应池腔室壁之间的间隙和真空泵，其中该间隙包括由该真空泵抽空以移除分子分数氢的腔室。衬里可以是多孔的。在一个示例性的实施方式中，衬里包括多孔陶瓷诸如多孔BN、涂覆有SiC的碳、或石英，以增加渗透速率。在一个实施方式中，/>可以包括绝缘件。该绝缘件对于分数氢可以是高度可渗透的。在另一个实施方式中，/>包含分子分数氢吸气剂，诸如至少在反应池腔室的内部和外部的铁纳米颗粒，其中吸气剂结合分子分数氢以将其从反应池腔室移除。在一个实施方式中，可以将分子分数氢气体泵出反应池腔室。反应混合物气体诸如包含H2O和氢或本公开的另一者的反应混合物气体可包含冲洗气体诸如稀有气体以帮助通过抽空来移除分子分数氢气体。该冲洗气体可排放到大气中或通过本发明的再循环器循环。
在一个实施方式中，衬里可包含氢离解器诸如铌。衬里可以包含多种材料诸如在反应池腔室的最热区带中抵抗镓或锡合金形成的材料和在低于另一材料的镓或锡合金形成温度的温度下操作的至少一个区带中的该另一材料，诸如氢解离器。
静电沉淀器(ESP)还可包括用以使至少一种所需物质从来自反应池腔室的气体料流沉淀并使其返回至反应池腔室的构件。该沉淀器可包括运输构件(诸如本发明或本领域已知的螺旋钻、传送带、气动构件、机电构件或其他运输构件)以将沉淀器收集的颗粒往回运输至反应池腔室。沉淀器可安装于真空管线包括通过重力流使所需颗粒返回至反应池腔室的回流器的部分中，其中颗粒可通过重力流(诸如真空管线中的流)沉淀并回流至反应池腔室。该真空管线可在至少一个部分中竖直取向，其允许所需的颗粒经历重力返回流动。
在一个实施方式中，静电沉淀器(ESP)系统包括ESP和痕量氧的源(诸如空气)以在熔融金属颗粒(诸如镓或锡或锡颗粒)上形成氧化物涂层，使得可通过ESP移除该颗粒。该源可以包括流量调节器，该流量调节器可以将氧供应至ESP系统和通向抽空反应池腔室的真空泵的真空管线中的至少一者。该源可以包括空气，该空气还可充当吹扫气体以改善反应池腔室的抽空。
在一个实施方式中，反应池腔室和与反应池腔室直接接触的至少一个组件(诸如通向真空泵的真空管线)相对于负的顶部电极而言处于正电极性。该真空管线可以包括过滤器或阱以捕获金属和金属氧化物颗粒。该过滤器可充当ESP的正电极。该过滤器可还包括气体喷射口以至少间歇性地使反应物气体诸如氢、氧或蒸汽或惰性气体诸如氩回流而从过滤器移除收集的颗粒。反应物气体可以在流过该气体喷射口之前流过本公开的放电池900。在一个示例性实施方式中，过滤器在突出到反应池腔室中的真空管线的输入端处包括W或Ta网。该过滤器还可包括气体喷射口。钨或钽网过滤器可避免熔化以及避免合金形成和被诸如镓或锡之类的熔融金属润湿。可以选择过滤器网目大小而使得颗粒将不会通过，或者阻止大多数颗粒通过该网，但气体会通过。真空管线可以电连接至正反应池腔室而使得金属氧化物颗粒可以通过静电沉淀效应粘附。颗粒可能回落到反应池腔室中。过滤器可以周期性地或连续地用H2或氩气喷射料流反冲洗以迫使颗粒离开网并进入反应池腔室。
在一个实施方式中，SunCell可以包括如图9K所示的静电沉淀系统(ESP)系统。该ESP系统可以包括在真空管线711中靠近反应池腔室5b31的两个分离的电断路器945，以电隔离正极化的正真空管线区段944。该正区段可以包括真空管线上的正极引线，并且SunCell的组件诸如反应池腔室5b31可以包括负极引线。引线可以连接至高电压动力供应器使得该正区段被正偏压，而SunCell组件被负偏压或接地。施加到该正区段的电压可以在约10V到10MV、50V到1MV和100V到100kV的至少一个范围内，其中对应的正区段直径在约0.1mm到1m、1mm到10cm的至少一个范围内。管可以扁平化而使得用于真空泵送的横截面积保持与真空管线的连接区段(诸如电断路器945的连接区段)的横截面积相似。相应的电场可以在约1000V/m至108V/m的范围内，其中管中的气体压力可以在约0.1毫托至10大气压的范围内。反应池腔室中的等离子体可以使诸如镓或锡氧化物颗粒之类的氧化物颗粒带负电荷，并且流过真空管线的此类颗粒可以被静电吸引至隔离的正极化真空管线区段的带正电的壁。至正区段的真空管线可以是以下中的至少一者：包括电绝缘体或衬有电绝缘体，以防止带电颗粒在进入正真空管线区段之前失去电荷。ESP积聚的颗粒可以通过重力落回到反应池腔室中，或者通过诸如氢或氩气喷射口之类的气体喷射口的构件强制返回。
在一个示例性的测试实施方式中，在具有4ml/分钟H2O注入的情况下使反应池腔室维持在约1至2大气压的压力范围下。DC电压为约30V并且DC电流为约1.5kA。反应池腔室是6英寸直径不锈钢球体，诸如容纳3.6kg的熔融镓的图1中所示的不锈钢球体。电极包括DCEM泵的1英寸浸没式SS喷嘴和对电极，该对电极包括具有由BN基座覆盖的1cm直径引线的4cm直径、1cm厚W圆盘。EM泵速率为约30至40ml/s。借助浸没的喷嘴使镓极化为正，并且使W基座电极极化为负。通过EM泵注射器使镓良好混合。输出功率为约85kW，其由镓和SS反应器的质量、比热和温度升高的乘积测量。
在另一测试实施方式中，使2500sccm的H2和25sccm的O2流动穿过保持于与H2和O2气体入口以及反应池腔室在一条线上的外部腔室中的约2g的10％Pt/Al2O3珠粒。此外，在应用主动真空泵送的同时使氩以维持50托腔室压力的速率流动至反应池腔室中。DC电压为约20V并且DC电流为约1.25kA。输出功率为约120kW，其使用镓和SS反应器的质量、比热和温度升高的乘积测量。
在一个实施方式中，再循环系统或再循环器(诸如能够在低于大气压力、处于大气压力和高于大气压力中的一者或多者下操作的稀有气体再循环系统)可包括：(i)气体推进器，诸如真空泵、压缩机和鼓风机中的至少一者，其用以使来自反应池腔室的至少一种气体再循环，(ii)再循环气体管线，(iii)分离系统，其用以移除排放气体诸如分数氢和氧，和(iv)反应物供应系统。在一个实施方式中，气体推进器能够泵送来自反应池腔室的气体，推动该气体穿过分离系统以移出排放气体，并使再生的气体返回至反应池腔室。气体推进器可包括泵、压缩机和鼓风机中的至少两者作为同一单元。在一个实施方式中，泵、压缩机、鼓风机或它们的组合可包括低温泵、低温过滤器或冷却器中的至少一者以进行以下操作中的至少一者：使气体在进入气体推进器之前冷却；以及使至少一种气体(诸如水蒸气)凝结。再循环气体管线可包括从真空泵至气体推进器的管线、从气体推进器至用以移出排放气体的分离系统的管线，以及从用以移出排放气体的分离系统至可与反应物供应系统连接的反应池腔室的管线。示例性的反应物供应系统包括至少一个活接头，其管线去往反应池腔室，该反应池腔室具有用于稀有气体(诸如氩)、氧、氢和水中的至少一者的至少一个反应混合物气体补充管线。与H2一起添加反应物O2可以是使得O2是次要物质并且在O2与过量H2一起注入至反应池腔室中时基本上形成HOH催化剂。喷枪可注入H2与O2混合物，其立即反应而形成HOH催化剂和过量的H2反应物。反应物供应系统可包括连接至反应混合物气体供应管线的气体歧管和通往反应池腔室的流出管线。
用以移出排放气体的分离系统可包括低温过滤器或低温冷阱。用以从再循环气体移出分数氢产物气体的分离系统可包括半渗透膜以通过跨越薄膜从再循环气体扩散至大气或扩散至排放腔室或料流而选择性地排放分数氢。再循环器的分离系统可包括从再循环气体移出氧的氧清除器系统。清除器系统可包括容器和该容器中与氧发生反应的吸气剂或吸收剂(诸如金属，诸如碱金属、碱土金属或铁)中的至少一者。作为另一种选择，吸收剂(诸如活性炭或本领域已知的另一吸氧剂)可吸收氧。木炭吸收剂可包括可密封于气体可渗透的料筒(诸如可商购的气体可渗透的料筒)中的木炭过滤器。该料筒可以是可移除的。该清除器系统的吸氧剂可定期替换或通过本领域已知的方法再生。再循环系统的清除器再生系统可包括一个或多个吸收剂加热器和一个或多个真空泵中的至少一者。在一个示例性实施方式中，对木炭吸收剂进行以下操作中的至少一者：通过加热器加热；以及经受真空泵所施加的真空以释放氧，该氧被排放或收集，并重新使用所得的再生木炭。可将来自的热用于再生吸收剂。在一个实施方式中，/>包括至少一个热交换器、冷却剂泵和冷却剂流回路，该冷却剂流回路充当清除器加热器以再生诸如木炭之类的吸收剂。该清除器可包括大的体积和面积以有效地清除同时不显著地增加气流阻力。可通过连接至再循环管线的气体推进器维持流动。可使木炭冷却以更有效地吸收待从再循环气体(诸如包含稀有气体诸如氩的混合物)清除的物质。诸如木炭之类的吸氧剂还可清除或吸收分数氢气体。该分离系统可包括多个清除器系统，每一清除器系统包括(i)腔室，其能够维持气体密封，(ii)吸收剂，其用以移出排放气体诸如氧，(iii)入口和出口阀，其可隔离腔室与再循环气体管线且隔离再循环气体管线与腔室，(iv)通过控制器控制的构件诸如机器人机构，其用以将腔室与再循环管线连接和断开该连接，(v)用以再生吸收剂的构件，诸如加热器和真空泵，其中加热器和真空泵可以是通用的以使至少一个其他清除器系统在其再生期间再生，(v)控制器，其用以控制第n个清除器系统的断开连接、第n+1个清除器系统的连接，以及在第n+1个清除器系统充当现用清除器系统的同时第n个清除器系统再生，其中可使该多个清除器系统中的至少一者再生而同时至少一个其他清除器系统可活跃地清除或吸收所需的气体。清除器系统可允许在关闭排放条件下操作/>其中周期性地控制排放或气体回收。在一个示例性的实施方式中，可通过加热至不同温度而从吸收剂(诸如活性炭)独立地收集氢和氧，在该不同温度下大致独立地释放相应的气体。
在包含稀有气体、氢(H2)和氧(O2)的反应池腔室气体混合物的一个实施方式(其中反应池腔室气体的稀有气体的分压超过氢的分压)中，由于稀有气体诸如氩的反应物浓度稀释效应，可增加氧分压以补偿氢与氧之间的减小的反应速率从而形成HOH催化剂。在一个实施方式中，可在与诸如氩之类的稀有气体组合之前形成HOH催化剂。可通过复合器或燃烧器(诸如复合器催化剂)、等离子体源或热表面(诸如丝)致使氢和氧发生反应。复合器催化剂可包括：负载于陶瓷载体上的贵金属，诸如氧化铝、氧化锆、氧化铪、硅石或沸石粉末或珠粒上的Pt、Pd或Ir；本公开的另一负载型复合器催化剂；或解离器，诸如雷氏Ni、Ni、铌、钛或呈提供高表面积的形式(诸如粉末、垫、编织物或布)的本公开的其他解离器金属或本领域已知的解离器金属。示例性的复合器包括Al2O3珠粒上的10重量％Pt。等离子体源可包括辉光放电、微波等离子体、等离子体炬、电感或电容耦合的RF放电、介质阻挡放电、压电直接放电、声学放电或本公开或本领域已知的另一放电池。热丝可包括热钨丝、Pt丝或Pt上Pd黑丝或本领域已知的另一催化丝。
反应混合物物质诸如水、氢、氧、空气和稀有气体中的至少一者的入口流可以是连续的或间断的。可控制入口流量以及排放或真空流量以实现所需的压力范围。入口流可以是间断的，其中可使流在所需范围的最大压力处停止并且在该所需范围的最小值处开始。在反应混合物气体包含诸如氩之类的高压力稀有气体的情形中，反应池腔室可抽空，用反应混合物填充，并在大致静止的排放流条件下操作，其中在连续或间断流条件下维持反应物(诸如水、氢和氧中的至少一者)的入口流以将压力维持在所需范围内。另外，可使稀有气体以经济上可行的流量和相应的排放泵送速率流动，或者可由再循环系统或再循环器使稀有气体再生或净化和再循环。在一个实施方式中，可以通过叶轮或通过气体喷射口迫使反应混合物气体进入池中以增加通过池的反应物流量，同时将反应池压力维持在所需范围内。
在一个实施方式中，通过以下方式控制反应池腔室反应池混合物：通过控制反应物的注入速率和控制从反应池腔室5b31排出反应混合物的过量反应物和产物的速率的至少一个构件而控制反应池腔室压力。在一个实施方式中，包括压力传感器、真空泵、真空管线、阀控制器和阀，诸如响应于处理由传感器测量的压力的控制器而对自反应池腔室至真空泵的真空管线打开和关闭的压力启动阀，诸如电磁阀或节流阀。该阀可控制反应池腔室气体的压力。该阀可保持关闭直至池压力达到第一高设定点，然后该阀可启动以打开，直至通过真空泵使压力下降至第二低设定点，其可致使启动阀以关闭。在一个实施方式中，控制器可控制至少一个反应参数(诸如反应池腔室压力、反应物注入速率、电压、电流和熔融金属注入速率)以维持非脉冲或大致稳定的或连续的等离子体。
在一个实施方式中，包括压力传感器、反应混合物的至少一种反应物或物质的源(诸如H2O、H2、O2、空气和稀有气体(诸如氩)的源)、反应物管线、阀控制器和阀，诸如响应于处理由传感器测量的压力的控制器而对从反应混合物的至少一种反应物或物质的源以及反应池腔室的反应物管线打开和关闭的压力启动的阀，诸如电磁阀或节流阀。该阀可控制反应池腔室气体的压力。该阀可保持打开直至池压力达到第一高设定点，然后该阀可以启动以关闭直至通过真空泵使压力下降至第二低设定点，其可致使启动阀以打开。
在一个实施方式中，可包括注射器，诸如微型泵。该微型泵可包括机械或非机械装置。示例性的机械装置包括移动部件，该移动部件可包括致动膜和微阀膜以及阀瓣。可通过利用来自压电效应、静电效应、热-气动效应、气动效应和磁性效应的群组的至少一种效应而产生微型泵的驱动力。非机械泵可与电-流体动力机构、电渗机构、电化学机构、超声机构、毛细机构、化学机构和本领域已知的另一流产生机构中的至少一者联合。微型泵可包括压电微型泵、电渗微型泵、膜式微型泵、蠕动微型泵、注射器微型泵和无阀微型泵以及毛细和化学动力泵和本领域已知的另一微型泵中的至少一者。注射器诸如微型泵可连续地供应反应物诸如水，或者其可诸如以脉冲模式间断地供应反应物。在一个实施方式中，水注射器包括泵(诸如微型泵)、至少一个阀和水储罐中的至少一者，并且还可包括冷却器或延伸管道以使水储罐和用于反应池腔室的阀移开充分距离，以避免预注入水的过热或沸腾。
可包括注入控制器和至少一个传感器，诸如记录压力、温度、等离子体电导率或其他反应气体或等离子体参数的传感器。可通过使用来自至少一个传感器的输入来递送所需功率同时避免由过功率引起的对/>的损坏的控制器来控制注入序列。在一个实施方式中，/>包括多个注射器(诸如水注射器)以注入进反应池腔室内的不同区域，其中由控制器启动注射器以使等离子体热点的位置即时交替以避免对/>的损坏。注入可以是间断的、周期性间断的、连续的，或者包括实现所需功率、增益和性能优化的任何其他注入模式。
在一个实施方式中，包括氢源(诸如氢气)和氧源(诸如氧气)。氢源和氧源中的至少一者包括至少一个或多个气体贮槽、流量调节器、压力计、阀和通往反应池腔室的气体管线。在一个实施方式中，由氢和氧的燃烧产生HOH催化剂。可使氢气和氧气流入反应池腔室中。反应物(诸如氢和氧中的至少一者)的入口流可以是连续的或间断的。可控制流量以及排放或真空流量以实现所需压力。入口流可以是间断的，其中可使流在所需范围的最大压力处停止并且在该所需范围的最小值处开始。可控制H2压力和流量以及O2压力和流量中的至少一者以使HOH和H2浓度或分压中的至少一者维持在所需的范围内以控制并优化来自分数氢反应的功率。在一个实施方式中，氢存量和流量中的至少一者可显著大于氧存量和流量。H2对O2的分压和H2对O2的流量中的至少一者的比率可在约1.1至10,000、1.5至1000、1.5至500、1.5至100、2至50和2至10中的至少一个范围内。在一个实施方式中，可使总压力维持在支持高浓度的新生HOH和原子H的范围内，诸如在约1毫托至500托、10毫托至100托、100毫托至50托和1托至100托中的至少一个压力范围内。在一个实施方式中，可使储罐和反应池腔室中的至少一者维持在一定操作温度，该操作温度比羟基氧化镓或羟基氧化锡以及氢氧化镓或氢氧化锡中的至少一者的分解温度高。该操作温度可以在约200℃至2000℃、200℃至1000℃和200℃至700℃中的至少一个范围内。在抑制羟基氧化镓或羟基氧化锡以及氢氧化镓或氢氧化锡形成的情形中，可将水存量控制在气体状态。
在一个实施方式中，包括气体混合器以混合流入反应池腔室中的至少两种气体，诸如氢和氧。在一个实施方式中，用于水的微量注射器包括混合氢与氧的混合器，其中该混合物在其进入反应池腔室时形成HOH。该混合器还可包括至少一个质量流量控制器，诸如用于每种气体或气体混合物(诸如预混合气体)的质量流量控制器。该预混合气体可以每种气体的所需摩尔比包含所述气体，诸如包含氢和氧的混合物。H2-O2混合物的H2摩尔百分比可显著过量，诸如在O2的摩尔百分比的约1.5至1000倍的摩尔比范围内。质量流量控制器可控制氢和氧流量以及用以形成HOH催化剂的后续燃烧，使得进入反应池腔室的所得气流包含过量的氢和HOH催化剂。在一个示例性的实施方式中，H2摩尔百分比在HOH的摩尔百分比的约1.5至1000倍的范围内。该混合器可包括氢-氧炬。该炬可包括本领域已知的设计，诸如商业氢-氧炬。在示例性实施方式中，通过炬注射器混合O2与H2以致使O2发生反应而在H2料流内形成HOH从而避免氧与熔融金属诸如镓、锡或池组件发生反应。作为另一种选择，通过供应炬的单个流量控制器而非两个流量控制器使包含至少十倍摩尔过量的氢的H2-O2混合物流入反应池腔室中。
与包含多个氢键合的水分子的体相水和蒸汽相比，O2与过量H2的反应可形成约100％新生水作为初始产物。在一个实施方式中，使氢存在下的锡维持在高于300℃的温度下，使得锡可具有低的通过形成锡氧化物而消耗HOH催化剂的反应性。可使镓维持在低于100℃，使得镓可具有低的通过形成镓氧化物而消耗HOH催化剂的反应性。在一个示例性实施方式中，在高流量H2和痕量O2流(诸如超过99％H2/1％ O2)的条件下操作其中可使反应池腔室压力维持为低，诸如在约1至30托的压力范围内，并且可控制流量以产生所需的功率，其中通过形成H2(1/4)而产生的理论上最大功率可为约1kW/30sccm。可通过原位氢等离子体和电解还原来还原任何所得的金属氧化物(例如镓或锡氧化物)。在能够产生75kW的最大过量功率的示例性实施方式(其中真空系统能够实现超高真空)中，操作条件包括低操作压力诸如大约1至5托和高H2流量诸如约2000sccm以及作为穿过炬注射器的约10至20sccm氧供应的痕量HOH催化剂。
在一个实施方式中，接触金属的组件或组件表面(诸如反应池腔室壁、反应池腔室的顶部、储罐的内侧壁和EM泵管的内侧壁中的至少一者)可涂覆有不容易与镓或锡形成合金的涂层，诸如陶瓷(诸如莫来石、BN或本公开的另一者)或金属(诸如W、Ta、Re、Nb、Zr、Mo、TZM或本公开的另一者)。在另一个实施方式中，该表面可包覆有不容易与镓或锡形成合金的材料，诸如碳、陶瓷(诸如BN、氧化铝、氧化锆、石英或本公开的另一者)或金属(诸如W、Ta、Re或本公开的另一者)。在一个实施方式中，反应池腔室、储罐和EM泵管中的至少一者可包含Nb、Zr、W、Ta、Re、Mo或TZM。在一个实施方式中，/>组件或组件的部分(诸如反应池腔室、储罐和EM泵管)可包含不形成合金的材料，在接触镓或锡的温度超过极值(诸如超过约400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃的至少一个极值)时除外。可在一定温度下操作/>其中组件的部分未达到发生镓或锡合金形成的温度。可在通过诸如热交换器或水浴之类的冷却构件冷却的情况下控制/>操作温度。水浴可包括冲击水射流，诸如离开水歧管的射流，其中入射于反应腔室上的射流数目和每一射流的流量中的至少一者由控制器控制以将反应腔室维持在所需的操作温度范围内。在一个实施方式(诸如包括至少一个表面的水射流冷却的实施方式)中，/>的至少一个组件的外部表面可包覆有诸如碳之类的绝缘件以维持升高的内部温度同时允许操作性的冷却。在其中/>通过手段诸如悬浮在诸如水之类的冷却剂中或经受射入的冷却剂射流中的至少一者来冷却的实施方式中，EM泵管被热绝缘以防止冷的液态金属注入等离子体中而避免降低分数氢反应速率。在一个示例性热绝缘件实施方式中，EM泵管5k6可以浇注在作为非常好的热绝缘体的水泥型材料(例如，该水泥型材料可以具有小于1W/mK或小于0.5W/mK或小于0.1W/mK的热导率)中。可将高于在/>操作期间实现的温度极值而形成镓或锡合金的表面选择性地涂覆或包覆不容易与镓或锡形成合金的材料。既接触镓或锡又超过组件的材料(诸如不锈钢)的合金温度的/>组件的部分可包覆有不容易与镓或锡形成合金的材料。在一个示例性实施方式中，反应池腔室壁可尤其在电极(其中反应池腔室温度是最大的)附近的区域处包覆有W、Ta、Re、Mo、TZM、铌、钒或锆板，或陶瓷(诸如石英)。包覆层可包括反应池腔室衬里5b31a。衬里可包括设置在的衬里与壁之间以防止镓或锡渗漏至衬里后面的垫圈或其他不透镓或锡材料，诸如陶瓷糊料。衬里可通过焊接件、螺栓或本领域已知的另一紧固件或粘合剂中的至少一者附接至壁。
在一个实施方式中，汇流条(诸如10、5k2中的至少一者)和从汇流条至点燃及EM泵动力供应器中的至少一者的相应电引线可充当从反应池腔室5b31移除热量以用于施加的构件。可包括热交换器以从汇流条和相应引线中的至少一者移除热量。在包括MHD转换器的/>实施方式中，在汇流条及其引线上损失的热量可通过将热量从汇流条转移至熔融银(其通过EM泵从MHD转换器返回至反应池腔室)的热交换器返回至反应池腔室。
在一个实施方式中，反应池腔室的侧壁(诸如立方体反应池腔室的四个垂直侧面或圆柱体池的壁)可涂覆或包覆于诸如W、Ta或Re之类的难熔金属中或由诸如W、Ta或Re衬里之类的难熔金属覆盖。金属可抵抗与镓或锡形成合金。反应池腔室的顶部可包覆或涂覆有电绝缘体或者包括电绝缘衬里诸如陶瓷。示例性包覆层、涂层和衬里材料是以下中的至少一者：BN、gorilla玻璃(例如，https://en.wikipedia.org/wiki/Gorilla_Glass-可从康宁公司(Corning)获得的铝硅酸盐片状玻璃)、石英、二氧化钛、氧化铝、氧化钇、氧化铪、氧化锆、碳化硅、石墨诸如热解石墨、碳化硅涂覆的石墨，或混合物诸如TiO2-Yr2O3-Al2O3。顶部衬里可具有用于基座5c1的穿透部(图1)。顶部衬里可阻止顶部电极8电短接至反应池腔室的顶部。在一个实施方式中，顶部凸缘409a(图7A至图7C)可包括衬里诸如本公开中的一者或者涂层诸如陶瓷涂层诸如莫来石、ZTY、Resbond或本公开中的另一者或者涂料诸如VHTFlameproofTM。在图7F至图7H所示的实施方式中，SunCell包括顶部凸缘底板409a，其用垫圈诸如铜、镀银铜或钽垫圈或O形环密封到配合凸缘409e诸如Conflat凸缘。凸缘可以涂覆有涂层，例如防火涂料、氧化铝、CrC、TiN、Ta或本公开的防止与熔融金属形成合金的另一者。诸如Ta垫圈或O形环之类的垫圈或O形环可以是抗合金形成的。顶部凸缘底板409a可还包括顶部衬里。该顶部衬里可包括顶部凸缘上的绝热圆盘诸如Macor、石英或喷防火漆的碳圆盘以保护顶部凸缘不因热损害而失效。该圆盘可以足够厚诸如在0.1cm至10cm的厚度范围内以防止热损害。垫圈可以涂覆有涂层诸如防火涂料或本公开的另一者，以保护垫圈免于与熔融金属形成合金。在一个实施方式中，凸缘可以由扁平金属板(没有螺栓孔)代替，诸如围绕每个接合的组件的周边的环形物。这些板可以在外边缘上焊接在一起以形成接缝。可以切掉或磨掉该接缝以将两块板分开。
在一个实施方式中，包括底板409a热传感器、点燃动力源控制器、点燃动力源和切断开关，该切断开关可直接或间接连接至点燃动力源控制器和点燃动力源中的至少一者以在底板409a处发生短路以及过热时终止点燃。在一个实施方式中，陶瓷衬里包括多个区段，其中所述区段提供区段之间的膨胀间隙或接头中的至少一者以及限制沿衬里的所述多个区段的长度的热梯度。在一个实施方式中，衬里可以悬在液态金属水平面上方以避免在衬里的一部分浸没在镓或锡中的情况下形成陡峭的热梯度。衬里区段可以包括用于在操作期间具有不同温度范围的不同区域或区带的不同材料组合。在包括具有至少两类陶瓷的多个陶瓷区段的衬里的示例性实施方式中，最热区带(诸如靠近正电极的区带)中的区段可包含SiC或BN，并且至少一个其他区段可以包含石英。/>
在一个实施方式中，反应池腔室5b31包括内部热绝缘件(在本文也称为衬里)诸如至少一个陶瓷或碳衬里，诸如石英、BN、氧化铝、氧化锆、铪或本公开的另一衬里。在一些实施方式中，反应池腔室不包括衬里诸如陶瓷衬里。在一些实施方式中，反应池腔室壁可包含金属，该金属维持在低于与熔融金属发生合金的温度，诸如在不锈钢诸如347SS诸如4130合金SS或Cr-Mo SS或W、Ta、Mo、Nb、Nb(94.33重量％)-Mo(4.86重量％)-Zr(0.81重量％)、Os、Ru、Hf、Re或硅化物涂覆的Mo的情况下低于约400℃至500℃。在实施方式诸如其中反应池腔室浸没在诸如水之类的冷却剂中的实施方式中，反应池腔室5b31的壁厚度可以是薄的，使得内壁温度低于壁材料诸如347SS诸如4130合金SS、Cr-Mo SS或Nb-Mo(5重量％)-Zr(1重量％)与熔融金属诸如镓或锡形成合金的温度。反应池腔室壁厚度可以是约小于5mm、小于4mm、小于3mm、小于2mm和小于1mm中的至少一者。衬里内部的温度可能高得多，诸如在约500℃至6000℃、约500℃至3400℃、500℃至2500℃、500℃至1000℃和500℃至1500℃的至少一个范围内。在一个示例性的实施方式中，反应池腔室和储罐包括多个衬里，诸如BN最内层衬里(其可以包括W、Ta或Re镶嵌物并且可以是分区段的)以及一个或多个同心外层石英衬里。底板衬里可以包括内里的BN板和至少一个其他陶瓷板，每一者具有用于穿透部的穿孔。在一个实施方式中，可以用粘固剂诸如陶瓷粘固剂诸如Resbond或抵抗熔融金属合金形成的难熔粉末诸如在熔融镓或锡的情况下的W粉末来密封穿透部。示例性底板衬里是可模压的陶瓷绝缘盘。在一个实施方式中，衬里可以包括难熔的或陶瓷的镶嵌物诸如W或Ta镶嵌物。陶瓷镶嵌物可以包括瓷贴片，诸如包括堆叠成圆柱体的小高度半圆形环的瓷贴片。示例性陶瓷是氧化锆、氧化钇稳定化氧化锆、氧化铪、氧化铝和氧化镁。环的高度可以在约1mm至5cm的范围内。在另一个实施方式中，镶嵌物可以包括可通过高温粘合材料或粘固剂保持在就位的贴片或珠粒。作为另一种选择，可使贴片或珠粒嵌入难熔基质诸如碳、难熔金属诸如W、Ta或Mo、或难熔二硼化物或碳化物诸如Ta、W、Re、Ti、Zr或Hf的二硼化物或碳化物诸如ZrB2、TaC、HfC和WC或本公开的另一者中。
在一个示例性的实施方式中，衬里可包括在熔融金属表面水平具有石英的分区段环，并且该环的其余部分可包含SiC。石英区段可包括斜切石英板，该斜切石英板形成诸如六边形或八边形环之类的环。在另一个示例性实施方式中，反应池腔室壁可以是涂漆的、碳涂覆的或陶瓷涂覆的，并且衬里可以包含碳，具有内部的难熔金属衬里诸如包含Nb、Mo、Ta或W的衬里。另一内衬里可在镓或锡表面处包括难熔金属环诸如六边形或八边形环，诸如包括斜切难熔金属板的难熔金属环，诸如包括Nb、Mo、Ta或W板的难熔金属环。
热绝缘件可包括真空间隙。真空间隙可包括直径小于储罐直径的衬里与反应池腔室壁之间的空隙，其中反应池腔室压力低，诸如约低于50托。为了防止等离子体接触反应池腔室壁，反应池腔室可以包括顶盖或封盖，诸如陶瓷塞，诸如BN塞。分数氢反应混合物气体管线可供应反应池腔室，而真空管线可提供气体抽空。真空间隙可以通过单独的真空管线连接或通过与反应池腔室或反应池腔室的真空管线提供的真空连接来抽真空。为了防止热镓或锡接触储罐壁，储罐壁可以包括衬里诸如至少一个石英衬里，该衬里具有从储罐基部到刚好高于镓或锡液面的高度，其中衬里置换熔融镓或锡以防止热镓或锡与壁接触而提供热绝缘。
池壁可以是薄的以增强分子分数氢产物的渗透以避免产物抑制。衬里可包括多孔材料诸如BN、多孔石英、多孔SiC或气隙以促进分数氢产物从反应池腔室扩散和渗透。反应池腔室壁可以包括对分子分数氢高度可渗透的材料，诸如Cr-Mo SS，诸如4130合金SS。
在一个实施方式中，至少一个组件，诸如反应池腔室5b31的壁、储罐5c的壁、EM泵管5k6的壁、底板5kk1和顶部凸缘409a可以涂覆有涂层诸如本公开的一者诸如陶瓷，其实现以下中的至少一者：抗与熔融金属形成合金以及抗O2和H2O中的至少一者的腐蚀。涂层与被涂覆组件的热膨胀系数可以大致匹配，诸如在约0.1至10、0.1至5和0.1至2的因子的至少一个范围内。在具有低热膨胀系数的陶瓷涂层的情况下，选择具有相似热膨胀系数的被涂覆金属诸如Kovar或Invar用于被涂覆组件。
在一个实施方式中，EM泵管5k6和附接至EM泵管5k6的EM汇流条5k2具有大致匹配的热膨胀系数。在一个示例性的实施方式中，连接至EM泵汇流条5k2的EM泵管区段包含Invar或Kovar以匹配W汇流条的低热膨胀系数。
在一个实施方式中，包括衬里的至少一个组件通过冷却系统来冷却。冷却系统可以将组件温度维持在低于与熔融金属诸如镓或锡形成合金的温度。冷却系统可以包括组件浸入其中的水浴。冷却系统还可包括冲击被冷却组件的水射流。在一个示例性的实施方式中，该组件包括EM泵管，并且EM泵管的水浴浸没和水射流冷却可通过利用具有非常低的热导率的EM泵管衬里(诸如包含石英的衬里)对EM泵所泵送的热镓或锡进行最低程度冷却来实施。
新生水和原子氢的形成
在一个实施方式中，反应池腔室还包括解离器腔室，该解离器腔室容纳：氢解离器，诸如在载体诸如碳或陶瓷珠粒(诸如Al2O3、硅石或沸石珠粒)上的Pt、Pd、Ir、Re或其他解离器金属；雷氏Ni或Ni、铌、钛或呈提供高表面积的形式(诸如粉末、垫、编织物或布)的本公开的其他解离器金属。在一个实施方式中，包括复合器以将供应的H2和O2催化反应成HOH和H，该HOH和H流入反应池腔室5b31中。复合器还可以包括控制器，该控制器包括温度传感器、加热器和冷却系统(诸如热交换器)中的至少一者，其感测复合器温度并控制冷却系统(诸如水射流)和加热器中的至少一者以将复合器催化剂维持在所需的操作温度范围内，诸如在约60℃至600℃的范围内。上限温度受复合器催化剂烧结和失去有效催化剂表面积的温度限制。
H2/O2复合反应的H2O产率可能不是100％，尤其是在流动条件下。移除氧以防止形成氧化物涂层可以使点燃功率降低约10％至100％的范围。该复合器可包括通过将流入池中的氧转化为H2O来移除大致所有的氧的构件。复合器还可充当解离器以形成H原子和HOH催化剂，其通过气体管线流至反应池腔室。气体在复合器中较长的流动路径可能会增加在复合器中的停留时间并使O2与H2反应更接近完成。然而，复合器和气体管线中较长的路径可能允许更多不希望的H复合和HOH二聚化。因此，在复合器中优化流动路径长度的竞争效应的平衡，并且可以最小化从复合器/离解器到反应池腔室的气体管线的长度。
在一个实施方式中，向反应池腔室供应氧源诸如O2、空气或H2O导致反应池腔室的氧存量增加。在镓或锡为熔融金属的情况下，氧存量可以包含镓或锡氧化物、H2O和O2中的至少一者。氧存量对于分数氢反应的HOH催化剂的形成可能是必不可少的。然而，熔融金属上的氧化物涂层(诸如液态镓或锡上的镓或锡氧化物)可能会导致分数氢反应抑制和在固定点燃电流下点燃电压增加。在一个实施方式中，对氧存量进行优化。可通过用控制器间歇地使氧流动来实现优化。作为另一种选择，可以使氧高速流动直至积累最优的存量，然后可降低流量以在较低流量下维持所需的最优存量，该较低流量使通过诸如真空泵抽空之类的手段从反应池腔室和储罐移除而消耗的氧存量的速率相平衡。在一个示例性实施方式中，气体流量为约2500sccm H2/250sccm O2持续约1分钟以加载约100-cc反应池腔室和约1kg镓或锡储罐存量，然后此后为约2500sccm H2/5sccm O2。氧化物层未形成或正在消耗的指示是恒定点燃电流下点燃电压随时间降低，其中可通过电压传感器监测该电压，并且可通过控制器控制氧流量。
在一个实施方式中，包括点燃功率参数传感器和氧源流量控制器，其感测固定电流下的点燃电压、固定电压下的点燃电流和点燃功率中的至少一者并响应功率参数而改变氧源流量。氧源可以包含氧和水中的至少一者。在一个示例性的实施方式中，氧源控制器可基于点燃电压来控制流入反应池腔室的氧流量，其中点燃功率参数传感器感测到的低于阈值电压的电压时响应增加反应池腔室中的氧存量，以及感测到的高于阈值电压的电压时响应降低反应池腔室中的氧存量。
为了增加复合器产率，可增加复合器停留时间、表面积和催化活性。可选择具有较高动力学的催化剂。可以增加工作温度。
在另一个实施方式中，复合器包括热丝，诸如贵金属黑涂覆的Pt丝，诸如Pt黑-Pt丝。通过由动力供应器、温度传感器和控制器维持的电阻加热，可将所述丝维持在足够高的温度以维持期望的复合速率。
在一个实施方式中，H2/O2复合器包括等离子体源，诸如辉光放电等离子体、微波等离子体、射频(RF)等离子体、电感或电容耦合RF等离子体。充当复合器的放电池可以是容许高真空的。图9A至图9C和图8C至图8L中所示的示例性放电池900包括不锈钢容器或辉光放电等离子体腔室901，其在顶部具有Conflat凸缘902，该顶部具有用铜、镀银铜或钽垫圈或O形环密封的配合顶板903。凸缘可以涂覆有涂层，例如防火涂料、氧化铝、CrC、TiN、Ta或本公开的防止与熔融金属形成合金的另一者。诸如Ta垫圈或O形环之类的垫圈或O形环可以是抗合金形成的。在一个实施方式中，凸缘可以由扁平金属板(没有螺栓孔)代替，诸如围绕每个接合的组件的周边的环形物。这些板可以在外边缘上焊接在一起以形成接缝。可以切掉或磨掉该接缝以将两块板分开。该顶板可具有到内部钨杆电极905的高压馈通件904。池主体可以接地以充当对电极。该顶部凸缘可还包括至少一个用于分数氢反应混合物气体诸如以下中的至少一者的气体入口906：H2、O2、空气、H2O和稀有气体(例如Ar)或它们的混合物(例如，H2/O2、H2/空气、H2/H2O、H2/稀有气体、O2/稀有气体、H2/O2/H2O、H2/O2/稀有气体、H2/H2O/稀有气体、O2/H2O/稀有气体、H2/O2/H2O/稀有气体、H2/O2/空气、H2/空气/H2O、H2/空气/稀有气体、H2/O2/空气/H2O、H2/O2/空气/稀有气体、H2/O2/空气/H2O/稀有气体)。为了在向分数氢反应混合物添加氩的同时提高HOH催化剂产生的所需产率，可使氢气和氧气流过放电池，并且可使氩通过单独的气体入口流入反应池腔室5b31。该不锈钢容器的底部板907可包括到反应池腔室的气体出口。辉光放电池还包括动力源，诸如具有约10V至5kV范围内的电压和约0.01A至100A范围内的电流的DC动力源。可根据帕邢定律选择对于所需气体压力、电极间距和放电电流的辉光放电击穿电压和维持电压。辉光放电池还可包括诸如火花塞点燃系统之类的构件以引起气体击穿而启动放电等离子体，其中辉光放电等离子体功率在维持辉光放电的较低维持电压下操作。击穿电压可以在约50V至5kV的范围内，并且维持电压可以在约10V到1kV的范围内。辉光放电池可与其他组件诸如反应池腔室5b31和储罐5c电隔离，以防止点燃功率的短路。压力波可能会导致辉光放电不稳定，这导致流入反应池腔室5b31的反应物发生变化，并可能损害辉光放电动力供应器。为了防止由于分数氢反应引起的背压波传播到辉光放电等离子体腔室中，反应池腔室5b31可包括挡板诸如拧入到电极汇流条(在此处来自辉光放电池的气体管线进入反应池腔室)上的BN套管中的挡板。辉光放电动力供应器可包括至少一个电涌保护器元件，诸如电容器。可以使放电池的长度和反应池腔室高度最小化以减少从辉光放电等离子体到镓或锡的正表面的距离，用以通过减少可能复合的距离来增加原子氢和HOH催化剂的浓度。
辉光放电池可以由其他原子氢源代替，诸如通过在电子轰击加热的精细钨毛细管(热氢裂解器)中热离解氢来工作的原子氢源，其中通过沿着热壁反弹，分子氢裂解为原子氢。原子氢源可以是本领域已知的原子氢源，诸如Tec-Tra公司的H-通量原子氢源(H-fluxAtomic Hydrogen Source)的示例性商业原子氢源(https://tectra.de/sample- preparation/atomic-hydrogen-source/#:～:text＝H％2Dflux％20Atomic％ 20Hydrogen％20Source,is％20cracked％20to％20atomic％20hydrogen)。
在一个实施方式中，可以使原子H和HOH催化剂中的至少一者的源诸如等离子体池与反应池腔室5b31之间的连接区域最小化以避免原子H壁复合和HOH二聚化。等离子体池诸如辉光放电池可直接连接至电隔离器诸如陶瓷电隔离器诸如来自固体密封技术公司(Solid Seal Technologies,Inc.)的电隔离器，该电隔离器直接连接至反应池腔室的顶部凸缘409a。电隔离器可通过焊接件、凸缘接头或本领域已知的其他紧固件连接至放电池和凸缘。电隔离器的内径可以是大的，诸如约放电池腔室的直径，诸如在约0.05cm至15cm的范围内。在其中和放电池的主体维持在相同的电压诸如接地电平的另一个实施方式中，放电池可直接连接至反应池腔室，诸如在反应池腔室的顶部凸缘409a处。连接件可以包括焊接件、凸缘接头或本领域已知的其他紧固件。连接件的内径可以是大的，诸如约放电池腔室的直径，诸如在约0.05cm至15cm的范围内。
输出功率水平可通过氢和氧流量、放电电流、点燃电流和电压以及EM泵电流和熔融金属温度来控制。可包括用于这些及其他参数中的每一者的相应传感器和控制器，以控制输出功率。熔融金属诸如镓或锡可以维持在约200℃至2200℃的温度范围内。在一个示例性实施方式中，其包括直径为8英寸的4130 Cr-Mo SS池(该池具有沿反应池腔室壁的Mo衬里)、通过一组外径为0.75英寸的Conflat凸缘直接连接反应池腔室的凸缘409a的辉光放电氢解离器和复合器，辉光放电电压为260V；辉光放电电流为2A；氢流量为2000sccm；氧流量为1sccm；操作压力为5.9托；用水浴冷却将镓或锡温度维持在400℃；点燃电流和电压为1300A和26-27V；EM泵速率为100g/s，并且对于29kW的输入点燃功率输出功率超过300kW，对应于至少10倍的增益。
在一个实施方式中，可通过诸如水之类的冷却剂来冷却复合器诸如辉光放电池复合器。在一个示例性的实施方式中，复合器的电馈通件可以是水冷的。可以使复合器浸没在搅拌的水浴中进行冷却。复合器可包括安全终止开关，其感测杂散电压并在电压超过阈值诸如约0V至20V(例如0.1V至20V)的值时终止等离子体动力供应。
在一个实施方式中，包括作为驱动等离子体池诸如放电池诸如辉光放电、微波放电或者电感或电容耦合放电池，其中分数氢反应混合物包含本公开的分数氢反应混合物诸如相对于H2(66.6％)对O2(33.3％)摩尔百分比的化学计量混合物，对氧过量的氢。该驱动等离子体池可包括能够抽真空的容器、反应混合物供应器、真空泵、压力计、流量计、等离子体发生器、等离子体动力供应器和控制器。维持分数氢反应的等离子体源在Mills先前专利申请中给出，所述Mills先前专利申请以引用的方式并入本文。等离子体源可以在包含氢和氧的混合物的分数氢反应混合物中维持等离子体，与H2(66.6％)对O2(33.3％)摩尔百分比的化学计量混合物相比，该氢和氧的混合物的氧缺乏。氢-氧混合物的氧缺乏可以在化学计量混合物的约5％至99％的范围内。该混合物可包含约99.66％至68.33％的H2和约0.333％至31.66％的O2的摩尔百分比。这些混合物可在通过等离子体池诸如辉光放电时产生反应混合物，该反应混合物足以在与反应池腔室中的偏压熔融金属相互作用时引发如本文所述的催化反应。
在一个实施方式中，在可通过速度气体料流构件诸如叶轮或通过气体射流迫使在等离子体池的流出处形成的反应混合物气体进入反应池以增加通过该池的反应物流量同时将反应池压力维持在所需范围内。高速气体在被注入反应池腔室之前可穿过复合器等离子体源。
在一个实施方式中，等离子体复合器/离解器通过将原子H和HOH催化剂从外部等离子体复合器/离解器直接注入反应池腔室中而在反应池腔室中维持原子H和HOH催化剂中的至少一者的高浓度。相应的反应条件可能类似于反应池腔室中非常高的温度产生的那些条件，该条件产生非常高的动力学和功率效应。示例性的高温范围为约2000℃-3400℃。在一个实施方式中，包括多个复合器/离解器诸如注入原子H和HOH催化剂中的至少一者的等离子体放电池复合器/离解器，其中可以通过流动注入到反应池腔室中。
在另一个实施方式中，氢源诸如H2储槽可连接至歧管，该歧管可连接至至少两个质量流量控制器(MFC)。第一MFC可将H2气体供应至第二歧管，该第二歧管接受H2管线和来自稀有气体源(诸如氩储槽)的稀有气体管线。该第二歧管可向连接至壳体中的解离器(诸如催化剂，诸如Pt/Al2O3、Pt/C或本公开的另一者)的管线进行输出，其中该解离器的输出可以是通往反应池腔室的管线。第二MFC可将H2气体供应至第三歧管，该第三歧管接受H2管线和来自氧源(诸如O2储槽)的氧管线。该第三歧管可向通往壳体中的复合器(诸如催化剂，诸如Pt/Al2O3、Pt/C或本公开的另一者)的管线进行输出，其中该复合器的输出可以是通往反应池腔室的管线。
作为另一种选择，第二MFC可连接至由第一MFC供应的第二歧管。在另一个实施方式中，第一MFC可使氢直接流动至复合器或流动至复合器和第二MFC。氩可由第三MFC供应，该第三MFC从供应器诸如氩储槽接纳气体并将氩直接输出至反应池腔室中。
在另一个实施方式中，H2可从其供应器(诸如H2储槽)流动至向第一歧管进行输出的第一MFC。O2可从其供应器(诸如O2储槽)流动至向第一歧管进行输出的第二MFC。该第一歧管可向复合器/解离器进行输出，该复合器/解离器向第二歧管进行输出。诸如氩之类的稀有气体可从其供应器(诸如氩储罐)流动至向反应池腔室进行输出的第二歧管。其他的流方案在本公开的范畴内，其中所述流通过气体供应器、MFC、歧管和本领域已知的连接件以可能有序排列递送反应物气体。
在一个实施方式中，包括以下各项中的至少一者：氢源，诸如水或氢气，诸如氢储槽；用以控制来自该源的流量的构件，诸如氢质量流量控制器；压力调节器；低于腔室中的熔融金属液位的管线，诸如来自该氢源至储罐或反应池腔室中的至少一者的氢气管线；和控制器。可将氢源或氢气直接引入熔融金属中，其中浓度或压力可大于通过引入至金属外部而实现的浓度或压力。较高浓度或压力可增加氢在熔融金属中的溶解度。氢可溶解为原子氢，其中熔融金属诸如镓或锡或镓铟锡合金可充当解离器。在另一个实施方式中，氢气管线可包括氢解离器，诸如载体上的贵金属，诸如Al2O3载体上的Pt。可从反应池腔室中的熔融金属的表面释放原子氢以支持分数氢反应。气体管线可具有来自氢源的入口，该入口处于比进入熔融金属的出口高的海拔处以阻止熔融金属回流进质量流量控制器中。氢气管线可延伸至熔融金属中并且可还在端部处包括用以分配氢气的氢扩散器。管线诸如氢气管线可包括U形区段或阱。该管线可在熔融金属上方进入反应池腔室并且包括在熔融金属表面下面弯曲的区段。氢源(诸如氢储槽)、调节器和质量流量控制器中的至少一者可提供氢源或氢的足够压力以克服熔融金属在管线(诸如氢气管线)的出口处的排出压力以允许所需的氢源或氢气流动。
在一个实施方式中，包括氢源(诸如储槽)、阀、调节器、压力计、真空泵和控制器，并且还可包括至少一个构件以从氢源形成原子氢，诸如氢解离器(诸如本公开的氢解离器，诸如Re/C或Pt/C)和等离子体(诸如分数氢反应等离子体)源、可施加至/>电极以维持辉光放电等离子体的高电压动力源、RF等离子体源、微波等离子体源或本公开的用以维持反应池腔室中的氢等离子体的另一等离子体源中的至少一者。该氢源可供应加压的氢。加压氢源可以以可逆方式和间断方式中的至少一种方式用氢给反应池腔室加压。加压氢可溶解进熔融金属诸如镓或锡中。用以形成原子氢的构件可增加氢在熔融金属中的溶解度。反应池腔室氢压力可以在约0.01大气压至1000大气压、0.1大气压至500大气压和0.1大气压至100大气压中的至少一个范围内。可在允许吸收的保压时间之后通过抽空而移除氢。该保压时间可在约0.1秒至60分钟、1秒至30分钟和1秒至1分钟中的至少一个范围内。可包括多个反应池腔室和控制器，可对该控制器进行以下操作中的至少一者：用原子氢间断地供应该控制器；以及以协调方式用氢对该控制器加压和减压，其中每反应池腔室可正在吸收氢，而正在对另一反应池腔室加压或供应原子氢、抽空或在操作中维持分数氢反应。用于致使氢吸收进熔融镓或锡中的示例性系统和条件由Carreon[M.L.Carreon,“Synergistic interactions of H2 and N2 with molten gallium or tin in thepresence of plasma”,Journal of Vacuum Science&Technology A，第36卷，第2期，(2018)，021303第1-8页；https://doi.org/10.1116/1.5004540]给出，将该文献以引用的方式并入本文。在一个示例性实施方式中，在高氢压力诸如0.5至10大气压下操作其中等离子体显示脉冲行为，其具有比连续的等离子体和点燃电流的情况下低得多的输入功率。然后，使压力维持在约1托至5托，其中在大于90℃下1500sccm H2+15sccmO2流过1g的Pt/Al2O3并然后进入反应池腔室，其中随着镓或锡温度增加额外的H2从镓或锡脱气时形成高输出功率。可重复相应的H2加载(镓或锡吸收)和卸载(H2从镓或锡脱气)。
在一个实施方式中，可在将熔融金属推进至一对电极中的相对电极的方向上将氢源或氢气直接注入至熔融金属中，其中熔融金属浴充当电极。气体管线可充当注射器，其中氢源或氢注入诸如H2气体注入可至少部分地充当熔融金属注射器。EM泵注射器可充当包括至少两个电极和电力源的点燃系统的额外熔融金属注射器。
在一个实施方式中，包括分子氢解离器。该解离器可容纳于反应池腔室中或容纳于与反应池腔室气体连通的单独腔室中。单独的壳体可防止解离器由于暴露于诸如镓或锡之类的熔融金属而失效。解离器可包含解离材料，诸如负载型Pt，诸如氧化铝珠粒上的Pt或者本发明或本领域已知的另一者。作为另一种选择，解离器可包括热丝或等离子体放电源，诸如辉光放电、微波等离子体、等离子体炬、电感或电容耦合的RF放电、介质阻挡放电、压电直接放电、声学放电或本发明或本领域已知的另一放电池。该热丝可由动力源以电阻方式加热，该动力源使电流流过穿透反应池腔室壁的电隔离的馈通件并然后通过该丝。
在另一个实施方式中，可增加点燃电流以增加氢解离速率和等离子体离子-电子复合速率中的至少一者。在一个实施方式中，点燃波形可包括DC偏移(诸如在约1V至100V的电压范围内的DC偏移)以及在约1V至100V的范围内的叠加AC电压。DC电压可充分地增加AC电压以在分数氢反应混合物中形成等离子体，并且AC分量可在存在等离子体的情况下包含高电流诸如在约100A至100,000A的范围内。具有AC调制的DC电流可致使点燃电流以相应的AC频率(诸如在约1Hz至1MHz、1Hz至1kHz和1Hz至100Hz的至少一个范围内的AC频率)产生脉冲。在一个实施方式中，增加EM泵送以减少电阻并增加电流和点燃功率的稳定性。
在一个实施方式中，可借助于微中空阴极放电来维持高压辉光放电。微中空阴极放电可保持在开口直径大致100微米的两个紧密间隔的电极之间。示例性直流放电可维持至多约大气压。在一个实施方式中，高气压下的大体积等离子体可通过叠加平行操作的独立辉光放电来维持。等离子体电流可为DC或AC中的至少一者。
在一个实施方式中，通过供应比H2O或H2更容易解离的氢源而增加原子氢浓度。示例性的源是每个H原子具有较低焓和较低形成自由能中的至少一者的那些源，诸如甲烷、烃、甲醇、乙醇、包含H的另一有机分子。
在一个实施方式中，解离器可包括电极8，诸如图1中所示的电极8。电极8可包括解离器，该解离器能够在高温(诸如高达3200℃的高温)下操作并且可还包含抵抗与诸如镓或锡之类的熔融金属形成合金的材料。示例性的电极包含W和Ta中的至少一者。在一个实施方式中，汇流条10可包括附接的解离器，诸如叶片解离器，诸如平面板。可通过沿着汇流条10的轴固定边缘的面而附接该板。该叶片可包括桨轮模式。叶片可通过从汇流条10的热传导而加热，汇流条10可通过以下中的至少一者来加热：点燃电流以电阻方式加热以及分数氢反应加热。诸如叶片之类的解离器可包含难熔金属，诸如Hf、Ta、W、Nb或Ti。
熔融金属
在一备选的实施方式中，包括冷却剂流热交换器(包括泵送系统)，借此通过流动冷却剂使反应池腔室冷却，其中可使流量变化以控制反应池腔室在所需的温度范围内操作。热交换器可包括具有通道的板，诸如微通道板。在一个实施方式中，/>包括池，该池包括反应池腔室531、储罐5c、基座5c1和与分数氢反应等离子体接触的所有组件，其中一个或多个组件可包括池区带。在一个实施方式中，热交换器(诸如包含流动冷却剂的热交换器)可包括组织于池区带中的多个热交换器以将相应的池区带维持在独立的所需温度。
在一个实施方式(诸如图6中所示的实施方式)中，包括固定在反应池腔室5b31的内侧上处于熔融镓或锡液位处的热绝缘件或衬里5b31a以防止热镓或锡直接接触腔室壁。该热绝缘件可包含热绝缘体、电绝缘体和抵抗被诸如镓或锡之类的熔融金属润湿的材料中的至少一者。绝缘件可实现以下各项中的至少一者：允许镓或锡的表面温度增加；以及减少反应池腔室的壁上的可使壁熔融的局部热点的形成。另外，氢解离器(诸如本公开的氢解离器)可包覆于衬里的表面上。在另一个实施方式中，存在以下情形中的至少一者：增加壁厚度；以及热扩散器诸如铜块包覆于壁的外部表面上以分散壁内的热力以防止局部壁熔融。热绝缘件可包含陶瓷，诸如BN、SiC、碳、莫来石、石英、熔融硅石、氧化铝、氧化锆、氧化铪、本公开的其他者和本领域技术人员已知的材料。可选择绝缘件的厚度以实现熔融金属及镓或锡氧化物表面涂层的所需面积，其中较小面积可通过分数氢反应等离子体的浓缩而增加温度。由于较小面积可降低电子-离子复合速率，因此该面积可经优化以有利于镓或锡氧化物薄膜的消除同时优化分数氢反应功率。在包括矩形反应池腔室的一个示例性实施方式中，将矩形BN块螺栓连接至带螺纹螺柱上，该带螺纹螺柱在熔融镓或锡的表面的液位处焊接至反应池腔室的内侧壁。BN块在此位置处在反应池腔室的内侧上形成连续凸起表面。
在一个实施方式(图1和图6)中，包括在储罐5c的底部穿过EM泵的底板的汇流条5k2a1。该汇流条可连接至点燃电流动力供应器。该汇流条可延伸至熔融金属液位上方。除诸如镓或锡之类的熔融金属之外，该汇流条还可充当正电极。熔融金属可使汇流条散热以使其冷却。在熔融金属包含镓或锡的情形中该汇流条可包含不与熔融金属形成合金的难熔金属诸如W、Ta或Re。从镓或锡表面突出的汇流条(诸如W杆)可使等离子体集中在镓表面。注射器喷嘴(诸如包含W的注射器喷嘴)可浸没于储罐中的熔融金属中以保护其免受热损坏。
在一个实施方式(图1)中，诸如其中熔融金属充当电极的实施方式中，可使充当熔融电极的横截面面积最小以增加电流密度。熔融金属电极可包括注射器电极。注入喷嘴可以是浸没的。熔融金属电极可以是正极性。熔融金属电极的面积可以大致为对电极的面积。可使熔融金属表面的面积最小以充当具有高电流密度的电极。该面积可在约1cm2至100cm2、1cm2至50cm2和1cm2至20cm2中的至少一个范围内。反应池腔室和储罐中的至少一者可渐缩至熔融金属液位处的较小横截面面积。反应池腔室和储罐中的至少一者的至少一部分可在熔融金属的液位处包含难熔材料，诸如钨、钽或陶瓷(诸如BN)。在一个示例性实施方式中，可使反应池腔室和储罐中的至少一者在熔融金属液位处的面积最小以充当具有高电流密度的正电极。在一个示例性实施方式中，反应池腔室可以是圆柱形的并且还可包括通往储罐的减径管、锥形区段或过渡区，其中诸如镓或锡之类的熔融金属将储罐填充至一定液位，使得相应熔融金属表面处的镓或锡横截面面积是小的以集中电流并增加电流密度。在一个示例性实施方式(图7A)中，反应池腔室和储罐中的至少一者可包括沙漏形状或双曲面体的一块片材，其中熔融金属液位在约最小横截面面积的水平处。该区可包含难熔材料或包括难熔材料(诸如碳)、难熔金属(诸如W、Ta或Re)或陶瓷(诸如BN、SiC或石英)的衬里5b31a。在示例性实施方式中，反应池腔室可包含不锈钢诸如347SS诸如4130合金SS并且衬里可包含W或BN。在一个实施方式中，反应池腔室包括至少一个等离子体约束结构诸如以电极之间的轴为中心的环形圈，以将等离子体约束在该环形圈内。该环形圈可以使以下中的至少一者：与熔融金属和反应池腔室的壁短接以及通过至少一个电绝缘支撑件电隔离。
反应池或腔室构造
在一个实施方式中，反应池腔室可包括管式反应器(图7B至图7C)，诸如包括具有真空或高压能力的不锈钢管式容器5b3的管式反应器。容器内的压力和反应混合物可通过经气体入口710流入气体和经真空管线711排出气体来控制。反应池腔室5b31可包括衬里5b31a诸如难熔衬里诸如陶瓷衬里诸如包含BN、石英、热解碳或SiC的陶瓷衬里，其可将反应池腔室5b31与容器5b3壁电隔离并且可以进一步防止镓或锡合金形成。作为另一种选择，难熔金属衬里诸如W、Ta或Re可减少镓或锡合金形成。EM汇流条5k2可包括导电并且抵抗镓或锡合金形成的材料、涂层或包覆层。示例性材料为Ta、Re、Mo、W和Ir。每个汇流条5k2可通过焊接件或紧固件(如Swagelok)固定至EM泵管，该焊接件或紧固件可包括涂层，该涂层包含陶瓷或耐镓或锡合金金属诸如Ta、Re、Mo、W和Ir中的至少一者。
在一个实施方式中，衬里(例如，EM泵的衬里、反应池衬里)包含多种材料的混杂物，诸如多种陶瓷或者陶瓷和难熔金属。陶瓷可以是本公开中的一种，诸如BN、石英、氧化铝、氧化锆、氧化铪，或者二硼化物或碳化物诸如Ta、W、Re、Ti、Zr或Hf的二硼化物或碳化物诸如ZrB2、TaC、HfC和WC。难熔金属可以是本公开中的一种，诸如W、Ta、Re、Ir或Mo。在管状池的示例性实施方式中(图7B至图7C)中，衬里包括BN管，该管在等离子体最强烈的区域具有凹陷带，其中直径略大于BN管衬里直径的W管区段保持在BN衬里的凹陷带中。在一个示例性的实施方式中，难熔金属管状反应池腔室5b31的衬里诸如包含铌或钒并且涂覆有陶瓷诸如氧化锆-二氧化钛-氧化钇(ZTY)以防止氧化的衬里包括内部BN管，该BN管在所需位置诸如在分数氢反应产生的等离子体最强烈的位置处具有至少一个难熔金属或陶瓷镶嵌物诸如W镶嵌物。
在一个实施方式中，至少一个组件(诸如储罐、反应池腔室、点燃馈通件和EM泵管)的陶瓷衬里、涂层或包覆层可包含金属氧化物、氧化铝、氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧化镁、氧化铪、碳化硅、碳化锆、二硼化锆、氮化硅(Si3N4)、玻璃陶瓷诸如Li2O×Al2O3×nSiO2系统(LAS系统)、MgO×Al2O3×nSiO2系统(MAS系统)、ZnO×Al2O3×nSiO2系统(ZAS系统)中的至少一者。至少一个/>组件诸如储罐、反应池腔室、EM泵管、衬里、包覆层或涂层可包含难熔材料诸如以下中的至少一者：石墨(升华点＝3642℃)、难熔金属诸如钨(熔点＝3422℃)或钽(熔点＝3020℃)、铌、铌合金、钒、陶瓷、超高温陶瓷以及陶瓷基质复合材料诸如硼化物、碳化物、氮化物和氧化物(诸如早期过渡金属的硼化物、碳化物、氮化物和氧化物诸如硼化铪(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)以及它们的相关复合材料)中的至少一者。具有所需高熔点的示例性陶瓷是氧化镁(MgO)(熔点＝2852℃)、氧化锆(ZrO)(熔点＝2715℃)、氮化硼(BN)(熔点＝2973℃)、二氧化锆(ZrO2)(熔点＝2715℃)、硼化铪(HfB2)(熔点＝3380℃)、碳化铪(HfC)(熔点＝3900℃)、Ta4HfC5(熔点＝4000℃)、Ta4HfC5TaX4HfCX5(4215℃)、氮化铪(HfN)(熔点＝3385℃)、二硼化锆(ZrB2)(熔点＝3246℃)、碳化锆(ZrC)(熔点＝3400℃)、氮化锆(ZrN)(熔点＝2950℃)、硼化钛(TiB2)(熔点＝3225℃)、碳化钛(TiC)(熔点＝3100℃)、氮化钛(TiN)(熔点＝2950℃)、碳化硅(SiC)(熔点＝2820℃)、硼化钽(TaB2)(熔点＝3040℃)、碳化钽(TaC)(熔点＝3800℃)、氮化钽(TaN)(熔点＝2700℃)、碳化铌(NbC)(熔点＝3490℃)、氮化铌(NbN)(熔点＝2573℃)、碳化钒(VC)(熔点＝2810℃)和氮化钒(VN)(熔点＝2050℃)，以及涡轮机叶片材料诸如选自以下群组的一者或多者：超合金、包含铬、钴和铼的镍基超合金、包含陶瓷基质复合材料的镍基超合金、U-500、Rene 77、Rene N5、Rene N6、PWA 1484、CMSX-4、CMSX-10、铬镍铁合金、IN-738、GTD-111、EPM-102和PWA 1497。诸如MgO和ZrO之类的陶瓷可以抵抗与H2反应。/>
在一个实施方式中，每个储罐5c、反应池腔室5b31和EM泵管5k6内部中的至少一者涂覆有陶瓷或包括陶瓷衬里诸如以下中的一者：BN、石英、碳、热解碳、碳化硅、二氧化钛、氧化铝、钇、铪、氧化锆或诸如TiO2-Yr2O3-Al2O3之类的混合物或本公开的另一者。示例性的碳涂层包括Aremco Products公司的Graphitic Bond 551RN，示例性的氧化铝涂层包括Cotronics公司的Resbond 989。在一个实施方式中，衬里包括至少两个同心蛤壳，诸如两个BN蛤壳衬里。蛤壳的竖直接缝(与储罐平行)可以偏移或错开相对旋转角度以避免从反应池腔室内的等离子体或熔融金属到反应池腔室壁的直接电路径。在一个示例性的实施方式中，在该竖直接缝处偏移为90°，其中蛤壳的两个区段允许衬里热膨胀而不会开裂，并且重叠的内衬里和外衬里由于同心蛤壳衬里接缝组的相对偏移而阻止等离子体电短接至反应腔室壁。另一个示例性实施方式包括蛤壳式内衬里和完整的外衬里，诸如BN蛤壳式内衬里和碳或陶瓷管式外衬里。在多个同心衬里的另一个实施方式中，至少内衬里包括竖直堆叠区段。内衬里的水平接缝可由外衬里覆盖，其中在外衬里也包括竖直堆叠区段的情况下内衬里的接缝与外衬里的接缝处于不同的垂直高度。所产生的接缝偏移可防止反应池腔室内的熔融金属和等离子体中的至少一者与反应池腔室壁之间的电短路。
衬里包括能够高温操作并具有良好抗热震性的电绝缘体。机械加工性、提供热绝缘的能力以及对与分数氢反应物和熔融金属的反应性的抵抗性也是合乎需要的。示例性的衬里材料是BN、AlN、塞隆陶瓷和沙帕尔陶瓷中的至少一者。氮化硅(Si3N4)、碳化硅、塞隆陶瓷、莫来石和Macor可用作BN内衬里周边的热绝缘件。衬里可包括多孔类型的衬里材料，诸如多孔塞隆陶瓷。另外的示例性衬里包括以下中的至少一者：具有Ta或W镶嵌物或内部BN衬里以保护其免受分数氢等离子体影响的SiC-碳釉面石墨、热解涂覆的碳、SiC-C复合材料、氮化硅粘合的碳化硅、氧化钇稳定化氧化锆、具有Ta或W镶嵌物的SiC。衬里可以是水平和竖直分区段中的至少一者以减少热冲击。带衬里的组件(诸如反应池腔室5b31和储罐5c中的至少一者)的温度可以以避免衬里(诸如SiC衬里)的衬里热冲击(例如，由于等离子体加热过快而产生的冲击，导致衬里中产生热梯度和基于胀差的应力，从而导致失效)的速率升高。升温速率可以在约1℃/分钟至200℃/s的范围内。分段的区段可以通过并列区段上的结构特征物诸如搭叠(ship lapping)或榫槽互锁。在一个实施方式中，每一者包括电绝缘体的区段的联锁可防止等离子体电短接至反应池腔室壁5b31。在另一个实施方式中，衬里可包括多孔陶瓷，诸如多孔的SiC、MgO、耐火砖、ZrO2、HfO2和Al2O3以避免热冲击。衬里可包括多个或堆叠的同心衬里材料，所述材料组合起来提供所需的衬里特性。最内层可具有高温化学惰性、高抗热震性和高温操作能力。外层可提供电绝缘和热绝缘以及在它们的操作温度下对反应性的抵抗。在一个示例性的实施方式中，石英在低于约700℃下操作以避免与镓或锡反应生成镓或锡氧化物。待测的示例性同心衬里层叠件从内到外为：BN-SiC-Si3N4，其中石英、SiC、SiC涂覆的石墨或SiC-C复合材料可代替Si3N4，而AlN、塞隆陶瓷或沙帕尔陶瓷可代替BN或SiC。
在一个实施方式中，衬里可包括反应池腔室5b31周边的壳体。该壳体的壁可包括本公开的陶瓷或带涂层或包覆层的金属。该壳体可填充有热稳定的热绝缘体。在一个示例性的实施方式中，壳体包括双壁式BN管衬里，该BN管衬里包括内部和外部BN管，在两个管之间具有间隙并且BN端板在间隙的顶部和底部密封以形成腔体，其中该腔体可填充有硅胶或其他耐高温热绝缘体诸如内部石英管。
在包括多个同心衬里的实施方式中，至少一个外部同心衬里可以是以下中的至少一者：(i)充当散热器和(ii)从并置的内衬里移除热量。外衬里可包含具有高传热系数的材料诸如BN或SiC。在一个示例性的实施方式中，最内层衬里可包括可分区段的BN，并且相应的外衬里可包括可分区段和堆叠的SiC，使得该最内层衬里区段和外衬里区段的接缝偏移或错开。
在一个实施方式中，由于镓或锡沸腾将储罐镓或锡与电极8之间的总压力增加到不能形成等离子体的程度，反应池腔室等离子体可短接至反应池腔室壁而不是连接至储罐镓或锡表面。点燃电压可随着压力增加而增加，直到通过低压本体气体至反应腔室壁的电阻降低。在一个实施方式中，可通过在恒定点燃电流下点燃电压的升高来感测镓或锡蒸发。控制器可以响应电压升高而降低点燃功率、改变气体压力、降低复合器等离子体功率或增加EM泵送和镓或锡混合以减少该蒸发。在另一个实施方式中，控制器可以实现以下中的至少一者：间歇地施加点燃电流以抑制镓或锡沸腾，其中分数氢反应等离子体可在点燃关闭的部分工作周期期间维持，以及使氩从源流入反应池腔室以通过增加压力来抑制镓或锡沸腾，同时避免H原子浓度降低。在实施方式诸如图9A至图9B中所示的实施方式中，EM泵5kk包括多个级或泵以增加熔融金属的搅拌以防止形成可能沸腾的局部热点。在图9C所示的实施方式中，可包括具有多个熔融金属注射器5k61的多个EM泵组装件5kk，每个注射器具有相应的对电极8。在一个实施方式中，EM泵可通过多个注射电极5k61将熔融镓或锡注入至至少一个对电极8。该多个电极对可增加电流同时降低等离子体电阻以增加分数氢反应功率和增益。还可以降低由于局部镓或锡表面过度加热导致的镓或锡沸腾而引起的高压。图9A至图9C中所示的还包括多个EM泵注射器5k61和对电极8的实施方式中，每个EM泵注射器电极和对电极可以包括独立控制的对应EM泵动力供应器和点燃动力供应器。在一个实施方式中，多个电极对包括难熔金属板电极诸如W板电极诸如用于圆柱形反应池腔室的W盘，该反应池腔室具有多个注射器或多个注射器喷嘴/根注射器泵管以在板上的多个分离的接触位置处注入熔融金属，其中接触位置充当对应的多个分离的电极。
在一个实施方式中，馈通件10a1可以包括电极汇流条10，该电极汇流条用能够粘结金属并且在诸如300℃至2000℃之类的高温下操作的灌封化合物或粘合剂灌封。示例性的灌封粘合剂是Cotronics Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂、氧化锆涂层(诸如包含ZrO2–ZrSiO4的Aremco Ultra Temp 516)和Duraband(作为诸如RK454)。在一个实施方式中，馈通件10a1的导体、电极汇流条10和电极8可以包含相同的导体诸如钨或钽。馈通件10a1可以包括通过高温硬钎焊件诸如本公开的硬钎焊件硬钎焊至中心导体和壳体的陶瓷绝缘体，其中壳体通过诸如粘合剂或焊接之类的手段紧固至凸缘板409a(图7A至图7C和图7F至图7H)。硬钎焊件可以具有高熔点诸如大于600℃。示例性的硬钎焊件是Cu(72)-Ag(28)合金、铜、ABA、金ABA、PdNiAu合金(AMS 4785熔点＝1135℃)或Paloro或类似硬钎焊件诸如以下链接处的硬钎焊件：https:// www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious-brazing- filler-metals/。在另一个实施方式中，馈通件10a1的导体、电极汇流条10和电极8中的至少一者可以包含不同的导体诸如铜导体和W导体，其中这些组件之间的连接件可以包括螺纹、焊接件和硬钎焊件中的至少一者。铜与W之间的示例性硬钎焊件是银焊料。
真空管线711可包括含有诸如金属棉(诸如SS棉)或陶瓷纤维(诸如包含氧化铝、硅酸盐、氧化锆、氧化镁和氧化铪中的至少一者的陶瓷纤维)之类的材料的区段，所述材料具有大表面积，但对气体具有高度扩散性。冷凝材料可冷凝镓或锡及镓或锡氧化物(其可以回流进反应池腔室中)，同时允许通过抽空移除诸如H2、O2、氩和H2O之类的气体。真空管线711可以包括竖直区段以增强镓或锡以及镓或锡产物回流至反应池腔室5b31。在一个实施方式中，可将镓或锡添加剂诸如至少一种其他金属、元素、化合物或材料添加至镓或锡中以防止沸腾。镓或锡添加剂可以包含银，该银可进一步在反应池腔室5b31中形成纳米颗粒以降低等离子体电阻和增加分数氢功率增益。
在实验上，由于等离子体电流密度、等离子体密度和相应的等离子体加热效应的增加，使用包括较小直径反应池腔室的增加了分数氢反应功率。随着辉光放电复合器的创新，等离子体浓度不再是必需的，因为放电等离子体产生高温效应，包括制备一定量的新生水，该新生水可表征为具有足以防止氢键形成的内能的水。在包括等离子体复合器诸如辉光放电复合器的实施方式中，通过使衬里远离分数氢等离子体来避免对衬里诸如BN衬里的损害。为了实现该远离，与产生类似功率的SunCell相比，衬里可以包括更大的直径。在一个实施方式中，衬里诸如BN衬里接触反应池腔室壁以改善向外部水浴的热传递，从而防止BN开裂。在一个实施方式中，衬里可以是分区段的并且在最强等离子区诸如熔融金属表面与对电极8之间的区带中包含多种材料诸如BN，并且还包括至少一种不同陶瓷的区段，诸如其他区中的碳化硅。此外，某些衬里诸如BN可提高反应产物(诸如分数氢)的钝性，以提供更有效的功率产生。
最内层衬里诸如BN衬里的至少一个区段可包括所需厚度诸如0.1mm至10cm厚，以至少径向地将热量从熔融金属诸如镓或锡传递至外部散热器诸如水冷却剂。在一个实施方式中，衬里诸如BN衬里可以与储罐壁和反应腔室壁中的至少一者进行良好的热接触。可对内衬里的直径进行选择以将其从反应池腔室的中心充分移除，从而将等离子体损害降低至所需程度。直径可以在0.5cm至100cm的范围内。衬里可以是难熔金属镶嵌物，诸如在等离子体最强烈的区域中的W镶嵌物。在一个示例性的实施方式中，直径为8cm的BN衬里与周边反应池腔室壁和储罐壁接触，其中浸没在熔融金属中的衬里部分包括穿孔以允许熔融金属接触储罐壁从而增加向储罐壁和外部冷却剂诸如水或空气冷却剂的热传递。在另一个示例性实施方式中，内部平头端堆叠的BN分区段衬里包括低于熔融金属液位的穿孔，并且外部同心衬里包括单件SiC圆柱体，其在底部切割有凹口以允许径向熔融金属流动和热传递。
在一个实施方式中，内衬里或外衬里中的至少一者包含难熔金属诸如W或Ta，并且另一者包含电绝缘体诸如陶瓷诸如BN，其中该难熔金属衬里可通过热传导和散热中的至少一者耗散局部热点。除了通过将热量从最内层衬里表面转移走来消除暴露于分数氢反应等离子体的最内层衬里上的热应力之外，分数氢渗透速率在具有高传热系数的衬里和反应池腔室材料(诸如Cr-Mo-SS对304-SS，或BN对塞隆陶瓷)中可能更高，这可通过减少分数氢产物抑制来增加分数氢反应速率。包括同心衬里和反应池腔室壁组件以促进分数氢产物渗透和热传递至外部冷却剂诸如水浴的示例性实施方式包括BN最内层衬里、相应的SiC外衬里和同心Cr-Mo SS反应池腔室壁，在同心组件之间具有良好的热接触。在其中期望热量保留在反应池腔室(诸如包括热交换器诸如熔融镓或锡到空气的热交换器的反应池腔室)中的实施方式中，反应池腔室可包括附加的外部同心热绝缘衬里诸如石英衬里，并且可以进一步包括绝热基部诸如包括底部石英衬里的基部。/>
在一个实施方式中，衬里可包含难熔金属，诸如W、Ta、Mo或Nb中的至少一者，其抵抗与镓或锡形成合金。金属衬里可以与池壁接触以增加向外部冷却剂诸如水的热传递。在一个实施方式中，从电极8的周围边缘到反应池腔室5b31壁的水平距离大于储罐中的熔融金属与电极8之间的竖直间隔，其中反应池腔室和储罐中的至少一者可任选包括衬里。在一个示例性的实施方式中，居中的钨电极8在直径在约6至8英寸范围内的反应池腔室中具有约1至1.5英寸的直径，其中W、Ta、Mo或Nb衬里与反应池腔室壁接触。具有足以避免在壁与电极8之间形成放电的直径的反应池腔室可不包括衬里以改善跨越壁的热传递和分数氢穿过壁扩散以避免分数氢产物抑制中的至少一者。在实施方式诸如图9A至图9B所示的实施方式中，储罐壁和反应池腔室壁的一部分中的至少一者可以用抵抗镓或锡合金形成的材料诸如金属诸如Nb、Mo、Ta或W代替。与池的其他组件(诸如反应池腔室5b31壁和储罐壁的其余部分)的接头911可以用焊接件、硬钎焊件或粘合剂诸如胶粘合。该粘合可以是在与替带区段重叠的唇缘处。
在一个实施方式中，最内层衬里可包括难熔材料(诸如包含W或Ta的材料)和熔融金属冷却系统中的至少一者。熔融金属冷却系统可包括EM泵喷嘴，该EM泵喷嘴将所注入的熔融金属(诸如镓或锡)的至少一部分引导到衬里上使其冷却。该熔融金属冷却系统可包括多个喷嘴，所述多个喷嘴将熔融金属喷射到对电极上并且还将熔融金属喷射到衬里的壁上以使其冷却。在一个示例性的实施方式中，该熔融金属冷却系统包括可浸没在储罐中容纳的熔融金属中、设置在储罐的中心区域诸如储罐的中心或靠近该储罐中心区域的注射器喷嘴以及衬里内部的环形圈注射器，该环形圈注射器包括一系列开孔或喷嘴以将环形喷雾喷射到衬里的内表面上。中心的注射器和环形圈注射器可以由同一个EM泵或独立的EM泵供应。衬里诸如BN或SiC衬里可具有高传热系数。衬里可与反应池腔室壁5b31紧密接触，可冷却反应池腔室壁5b31以冷却衬里。在示例性实施方式中，反应池腔室壁5b31可经水冷或空气冷却。
在一个实施方式中，衬里诸如石英衬里由熔融金属诸如镓或锡冷却。在一个实施方式中，包括多喷嘴熔融金属注射器或多个熔融金属注射器以通过搅拌和使反应分布在熔融金属表面上来散布由分数氢反应释放的热量。所述多个喷嘴可以分布反应功率以避免熔融金属的局部过度蒸发。
在一个实施方式中，Ta、Re或W衬里可构成Ta、Re或W容器，该容器包括壁诸如Ta、Re或W圆柱形管、焊接的Ta、Re或W底板和至少一个紧固的穿透组件诸如焊入式的Ta、Re或W EM泵管入口以及注射器出口、点燃汇流条和热电偶套管中的至少一者。在另一个实施方式中，该容器可包含陶瓷诸如SiC、BN、石英或本公开的另一种陶瓷，其中该容器可包括过渡到穿透组件的至少一个凸台，其中紧固件可包括带垫圈的活接头(诸如包括石墨垫片的活接头或本公开的另一者)或胶(诸如陶瓷-金属胶，诸如本公开的Resbond或Durabond)。该容器可以具有开放顶部。该容器可以容纳在金属外壳诸如不锈钢外壳中。穿透部诸如点燃汇流条可通过密封件(诸如Swageloks)或壳体(诸如由凸缘和垫圈形成的壳体)真空密封至该不锈钢外壳。该外壳可以在顶部密封。密封件可包括Conflat凸缘409e和底板409a(图7A至图7C)。凸缘可用螺栓(可包括弹簧加载的螺栓)、碟形弹簧垫片或锁紧垫片密封。容器衬里还可包括内衬里，诸如陶瓷衬里，诸如至少一个同心BN或石英衬里。包含Re的本公开的组件可包含涂覆有Re的其他金属。
在一个实施方式中，衬里5b31a可以覆盖反应池腔室5b31和储罐5c的所有壁。反应物气体供应管线710和真空管线711中的至少一者可以安装在顶部凸缘409a上(图7B至图7C)。真空管线可以竖直安装以进一步充当金属蒸气或期望回流的其他冷凝物的冷凝器和回流器。真空管线可以还包括静电沉淀器以从来自反应池腔室的气体中移除颗粒，其中捕集的颗粒可以通过重力或输送构件诸如螺旋钻或本领域技术人员已知的其他输送器返回到反应池腔室。可包括阱，诸如真空管线上的阱。示例性的阱可包括真空管线上的至少一个弯头，以使汽化的镓或锡冷凝和回流。该阱可通过诸如水之类的冷却剂来冷却。衬里可以包括诸如底板、顶板或凸缘板以及管体区段或多个堆叠体区段之类的组件。所述组件可包括碳或陶瓷诸如BN、石英、氧化铝、氧化镁、氧化铪或本公开的另一陶瓷。所述组件可以胶合在一起或用带垫圈的活接头接合。在一个示例性的实施方式中，所述组件包括胶合在一起的石英。作为另一种选择，所述组件包括BN，所述BN包括带石墨垫圈的活接头。
在一个实施方式中，熔融金属(诸如镓或锡)的温度可通过热电偶(诸如高温热电偶)监测，该热电偶可进一步抵抗与熔融金属(诸如镓或锡)形成合金。热电偶可包含W、Re或Ta，或者可包括保护套诸如W、Re、Ta或陶瓷保护套。在一个实施方式中，底板可包括用于热电偶的热电偶套管，其突出到熔融金属中并保护热电偶，其中可将传热膏用于在热电偶与套管之间形成良好的热接触。在一个示例性的实施方式中，Ta、Re或W热电偶或Ta、Re或W管式热电偶套管通过Swagelok连接至储罐的底板。作为另外一种选择，可将热电偶插入EM泵管的入口侧。
管式反应器的顶部(图7A至图7C)可包括带有馈通件的基座电极8和覆盖有电绝缘护套5c2的汇流条10，其中馈通件安装在底板409a中，底板409a通过凸缘409e连接至容器5b3。该容器的底部可包括具有至少一个热电偶端口712以监测熔融金属温度的熔融金属储罐5c和注射器电极诸如具有喷嘴5q的EM泵注射器电极5k61。EM泵5kk的入口可由入口筛网5qa1覆盖。EM泵管5k6可以是分区段的或者包括通过诸如焊接之类的手段固定在一起的多个区段，其中该分区段的EM泵管包含一材料或者衬有、涂覆有或包覆有一材料，所述材料为诸如Ta、W、Re、Ir、Mo或抵抗镓或锡合金形成或氧化的陶瓷。在一个实施方式中，到顶部电极8的馈通件可以被冷却，诸如水冷。点燃电极水冷却系统(图9A至图9B)可包括入口909和出口水910冷却管线。在另一个实施方式中，底板409a可包括支座以使馈通件进一步从反应池腔室5b31移开，以便在操作期间对其进行冷却。
在一个实施方式中，衬里可以包括较薄的上部区段和较厚的下部区段，在所述区段之间具有锥度，使得衬里在一个或多个区域诸如容纳上电极8的区域具有相对较大的横截面积以及在镓或锡液位处具有较小横截面积以增加镓或锡表面的电流密度。顶部区段与底部区段的横截面积的相对比率可以在1.01到100倍的范围内。
在一个实施方式中，可通过介质(诸如气体诸如空气或液体诸如水)来冷却。/>可包括热交换器，该热交换器可将热量(例如，反应池腔室的热量)传递给气体(诸如空气)或液体(诸如水)。在一个实施方式中，热交换器包括封闭的容器，诸如容纳或其热部分(诸如反应池腔室5b31)的管。该热交换器还可包括使水流过该管的泵。可以对流进行加压而使得可以抑制蒸汽产生以增加热传递速率。所得的过热水可流至蒸汽发生器以形成蒸汽，并且该蒸汽可以为蒸汽涡轮机提供动力。或者，该蒸汽可以用于加热。/>
在空气冷却式热交换器的一个实施方式中，热交换器可包括位于热外表面上的高表面积热翅片和鼓风机或压缩机，以使空气流过该翅片以从/>移走热量以供加热和电力生产应用。在另一空气冷却式热交换器实施方式中，熔融金属诸如镓或锡通过EM泵诸如5ka泵送至储罐5c之外并通过热交换器，然后在闭合回路中被泵回至储罐5c。
在其中跨反应池腔室壁的热传递至少部分地是通过传导机制的实施方式中，通过增加壁面积、减小壁厚度和选择包含具有比替代物诸如316不锈钢更高的热导率的材料诸如镍或不锈钢诸如铬钼钢的反应池腔室壁中的至少一者来增加跨越壁至冷却剂(诸如空气或水)的热传递。
在一个实施方式(图7A至图7D)中，热交换器可包括储罐5c、EM泵组装件5kk和EM泵管5k6，其中EM泵管入口与包括EM泵管汇流条5k2的区段之间的EM泵管区段延伸以实现至少一个回路或盘管管道在冷却剂浴诸如水浴、熔融金属浴或熔融盐浴中的期望面积。可以从至少一个供应歧管供料给多个回路或盘管，并且可以通过至少一个收集歧管收集熔融金属流以返回到EM泵。回路或盘管管道和歧管可包含抵抗与熔融金属(诸如镓或锡)形成合金并且具有高传热系数的材料。示例性的管道材料为Cr-Mo SS、钽、铌、钼和钨。该管道可以带涂层或涂漆以防止腐蚀。在一个示例性的实施方式中，EM泵管和热交换器管道包含Ta，所述Ta涂覆有CrN、陶瓷诸如莫来石或ZTY或涂料诸如VHT FlameproofTM，用以防止水腐蚀，并且EM泵汇流条5k2包含Ta。在另一示例性实施方式中，EM泵管和热交换器管道包含Nb，该Nb涂覆有CrN、陶瓷诸如莫来石或ZTY或者涂料诸如VHT FlameproofTM，用以防止水腐蚀，并且EM泵汇流条5k2包含Nb。
在一个实施方式中，包括至少一个组件诸如反应池腔室和储罐，该组件包括具有高传热系数、足够薄的壁以及足够大的面积以向散热器(诸如水浴)提供足够的热损失从而在产生所需量的功率期间维持所需的熔融金属温度的壁金属(诸如4130CrMo SS、Nb、Ta、W或Mo)。外部热交换器可能不是必需的。壁厚可以在约0.05mm至5mm的范围内。壁面积和壁厚可使用浴和期望的熔融金属温度作为热梯度由传导传热方程计算。/>的外表面可以涂覆有油漆(诸如VHT FlameproofTM)、陶瓷(诸如莫来石)或电镀的耐腐蚀金属(诸如SS、Ni或铬)，以防止被散热器的冷却剂(诸如水浴的水)腐蚀。
在一个实施方式中，喷嘴5q可用多个喷嘴代替，或者喷嘴可具有多个开口诸如喷头的开口，以将所注入的镓或锡从多个孔口朝对电极分散。这样的构造可促进以较高的熔融金属注入速率形成等离子体，诸如在与EM泵注入系统(包括EM泵管以及其入口和注入出口)串联的热交换器的单回路管道中维持高流量所需的速率。
热交换器
在图9D至图9E所示的实施方式中，SunCell 812在冷却剂储罐中冷却，该冷却剂储罐可以封闭以构成具有上部可移除区段33a和下部区段33b的压力容器，该压力容器具有电馈通件37和穿透部38。馈通件可包括陶瓷馈通件诸如Solid Sealing Technology公司编号FA10775、热塑性馈通件诸如特氟隆(Teflon)馈通件或经灌封的环氧树脂锅炉馈通件诸如用Coltronics灌封化合物(诸如Resbond，诸如940SS)灌封的馈通件。冷却剂可包含水。该容器可包括锅炉。该锅炉的至少一个壁诸如顶部，可以包括冷却剂出口34和阀。阀诸如虹膜阀或蝶阀可以控制蒸汽流量和锅炉压力中的至少一者。锅炉可以还包括水补充管线35和相应的补充水泵。在一个实施方式中，锅炉还包括用于点燃、EM泵、等离子体放电池900电流和传感器(诸如温度、气流、气压和功率传感器)的电连接件37的压力容器馈通件以及用于真空管线和反应物气体管线的穿透部38。SunCell的功率可以通过控制点燃电流、氢流量、氧流量、水蒸气流量、EM泵送速率、反应池腔室压力、反应池腔室温度和等离子体池900参数(诸如电压、电流和波形)中的至少一者来控制。可以控制SunCell的功率以控制蒸汽流量和锅炉压力中的至少一者。SunCell可以至少包括内部电阻加热器和外部电阻加热器以使熔融金属熔融。加热器可以包括多个独立控制的区带。加热器可以是电阻加热器，诸如镍铬合金或Kanthal元件电阻加热器或电感耦合加热器。加热器可以由SunCell、电容器组和电池中的一者或多者提供动力。在一个示例性实施方式中，包括窑加热器，该窑加热器可以可逆地降低到SunCell上以使熔融金属熔融然后将熔融金属移除。该窑可以包括处于窑底部的片状金属面板以容纳和支撑用于窑底部的热绝缘件。该面板可以是可容易拆除的。在一个示例性的实施方式中，面板通过磁体附接至窑的片状金属壳体。
在图9F所示的锅炉和加热空气动力系统实施方式中，SunCell 812容纳于锅炉压力容器33中，该锅炉压力容器包括绝热夹套923、第一蒸汽出口34、再循环蒸汽出口925、蒸汽返回件926、蒸汽和热水-空气热交换器927以及水返回泵。蒸汽可以从锅炉33流出，穿过管线925至热交换器927，并穿过返回管线926作为较冷的蒸汽或热水中的至少一者返回至锅炉33。锅炉蒸汽和热水的热功率中的至少一些可以通过热交换器927传递至诸如空气之类的气态冷却剂。SunCell 812可以在腔室916中包括内窗5ab4和PV转换器26a，以将从反应池腔室5b31中的分数氢等离子体发射的光转换为电。电可以给操作SunCell所需的至少一个附加负载提供动力。该负载可以包括EM泵动力供应器、点燃动力供应器、真空泵动力供应器、补充水泵动力供应器、蒸汽再循环泵动力供应器和辉光放电动力供应器。DC电可以从PV转换器通过动力线缆924流至动力调节器和可以给附加负载中的至少一者提供动力的供应器2。在一个示例性的实施方式中，负载和动力供应器为DC。真空泵519、补充水泵和蒸汽再循环泵可以各自包括DC电动机。
SunCell动力系统可以包括启动烘箱，该启动烘箱包括至少一个加热元件和绝缘件，该至少一个加热元件和绝缘件可以至少部分地容纳SunCell并将其加热至以下中的至少一者：(i)使熔融金属熔融和(ii)加热SunCell组件诸如PV窗、反应池腔室、储罐、EM泵管和EM泵注射器以防止熔融金属固化。启动烘箱可以包括外部动力源、温度传感器和用于控制烘箱的温度的控制器。锅炉可以包括加热器诸如启动烘箱。锅炉的壁(诸如33a和33b中的至少一者)包括加热元件诸如一个或多个镍铬合金或Kanthal电阻加热器元件以及热绝缘件诸如容许高温的绝缘件，该绝缘件可被气密密封诸如于壳体诸如不锈钢壳体中。壳体可以包括锅炉双壁。作为烘箱运行的锅炉可以在SunCell启动期间使SunCell中的熔融金属熔融。为了增加SunCell内部组件的加热速率，SunCell可以填充有具有高传热能力的气体诸如氦或氢，以及/或者SunCell的外表面可以涂覆有具有高发射率的涂层诸如黑色陶瓷涂料诸如防火涂料。当SunCell达到所需的温度和功率中的至少一者时，加热器和烘箱功率可以停止，并且锅炉通过水补充管线35和相应的水泵充满水以作为锅炉运行。在一个实施方式中，锅炉还包括热交换器诸如冷却塔和强制空气交换器诸如辐射器中的至少一者。锅炉和外部热交换器可以用于以下中的至少一者：冷却SunCell、冷却光伏转换器、向负载提供蒸汽和向负载提供经加热的空气。在一个实施方式中，至少一个SunCell组件诸如电磁泵磁体5k4或电磁泵组装件5kk可以穿透该烘箱/锅炉壁诸如底壁并且可以是以下中的至少一者：在烘箱/锅炉外部被加热和冷却。
在一个实施方式中，高的反应池腔室5b31壁温度诸如在150℃至2000℃范围内的壁温会增加分数氢渗透速率，据发现这对于通过减少产物抑制来增加分数氢反应速率是重要的。可以例如通过改变(例如，增加或降低)反应速率、利用装置中的绝热和/或冷却来进行适当的热传递来调节壁温度以在操作期间保持所需的温度。类似地，高的反应池腔室5b31温度诸如在150℃至3000℃范围内的温度也可能增加分数氢反应速率。在一个实施方式中，SunCell(诸如图8A至图8L所示)部分浸没在冷却剂诸如水中以经由自SunCell的浸没部分(诸如储罐5c和EM泵管5k6)的增强的热传递而提供选择性冷却。储罐5c可以制成任意长，具有相应的任意的锡存量以充当冷却路径。锅炉诸如图9D至图9F所示的锅炉可以衬有加热器线圈，或者池用加热带包裹。在一个实施方式中，没有水的锅炉容器33可以充当烘箱以使熔融金属熔融以允许SunCell启动，然后锅炉储槽33可以部分地填充有冷却剂以维持高的反应池腔室和壁温度，同时通过可以在长度上延伸以提供用于从内部熔融金属到冷却剂的热传递的附加表面积的储罐和EM泵管进行冷却。
在减少产物抑制的一个实施方式中，可以暂停分数氢反应以允许有时间通过至少一种机制诸如渗透和真空泵送将分数氢反应产物从反应池腔室5b31中移除。可以通过至少一种用以控制分数氢反应速率的方法来暂停分数氢反应，诸如以下中的至少一者：暂停点燃功率、EM泵送和至少一种反应物的流动，以及添加惰性气体，以及本公开的另外的手段。
在包括双熔融金属注射器的SunCell的另一个实施方式中，点燃动力供应器可以提供电阻加热以启动SunCell。SunCell的至少一个外表面，诸如通过电断路器913与断路器储罐EM泵组装件914a(图8G)电隔离的外表面或断路器储罐EM泵组装件914a的外表面，可以包括至少一个电引线连接件。示例性的外表面为以下中的至少一者的外壁：反应池腔室5b31和在电断路器913上方或下方的储罐5c。电引线连接件可以连接至点燃动力供应器的电压端子，其中相反极性的点燃动力供应器电压端子可以连接至通向储罐EM泵组装件的熔融金属和储罐EM泵组装件915a中的至少一者的引线。点燃功率可以从一根引线经过SunCell流到相反极性的另一根引线，以电阻加热SunCell或其包括熔融金属储罐的部分以及其中的熔融金属。在所需量的电阻加热(诸如实现熔融金属熔融的电阻加热)之后，可以在相对的熔融金属注射器的引线之间连接点燃功率。SunCell可以包括电阻/点燃开关，该开关通过连接相应的引线来在电阻加热功率与点燃功率之间切换连接。在另一个实施方式中，电阻加热可以由点燃动力供应器以外的动力供应器提供动力。在一个示例性的实施方式中，不是施加点燃功率，而是使用点燃功率源来熔化锡和加热SunCell，然后施加点燃功率以启动分数氢反应等离子体。
在本公开的一般实施方式诸如包括锅炉、空气热交换器或热光伏转换器设计的实施方式中，SunCell可以包括可逆绝缘件诸如真空夹套、压力计、气体供应器诸如氢或氦供应器、真空泵以及气体压力控制器，其中对夹套中的气压进行控制以控制绝缘水平。诸如EM泵管之类的其他组件可以包括陶瓷绝缘件或等效物。在另一个实施方式中，EM泵诸如5ka可以将熔融金属泵送到储存储罐诸如储罐5c外部的储罐中。该储存储罐可以包括EM泵并且还包括控制器、温度传感器、加热器和向加热器提供动力的加热器动力供应器诸如电池或电容器组。加热器可以熔化熔融金属，然后将该熔融金属泵送或虹吸到储罐5c中以允许SunCell启动。在一个实施方式中，熔融金属可以进行以下中的至少一者：通过至EM泵管5k6的连接件泵入或泵出储存储罐。
在锅炉实施方式诸如图9D至图9E所示的锅炉实施方式中，SunCell可以在锅炉储槽中无水的情况下进行启动。加热器可以加热SunCell，然后可在SunCell达到所需的操作温度(诸如高于熔融金属诸如锡、银、铜或其合金的熔点的温度)之后将水泵送进锅炉储槽中。在一个实施方式中，SunCell可以包括双熔融金属注射器5k61，每个注射器都在储罐5c中(图8F至图8L)，其中每个充当点燃载流电极，该电极可以进一步包括以下中的至少一者：可包括绝热衬里的电断路器913、电断路器凸缘914、储罐凸缘915、EM泵管组装件5kk、EM泵管5k6、EM汇流条5k2、EM泵磁体5k4和入口上升管5qa。SunCell可还包括真空管线711、放电池900和主体901、气体入口诸如穿过电馈通件的气体入口906a(图8J至图8L)、反应池腔室5b31、可包括实心板或内部PV窗凸缘的顶部凸缘26e、PV腔室916、内部PV窗5ab4、用于内部PV窗的座部26e1以及外部PV窗5b4。在一个示例性实施方式中，辉光放电动力供应器的正极引线连接至馈通件-气体入口906a的气体管线延伸部，并且负极引线附接至放电池凸缘906b或腔室901或反应池腔室5b31，其中负极连接可以通过连接至与放电池凸缘906b电接触的气体管线诸如氩管线906(图8C)而为间接的。放电池主体901可以如图8G所示直接安装在反应池腔室5b31上，或者可以通过连接件诸如弯头安装在反应池腔室5b31上，该弯头允许放电池主体以另一所需方向诸如竖直方向取向。在包括顶部凸缘409a的实施方式诸如图9A所示的实施方式中，放电池900可以以所需的方向诸如竖直地安装在顶部凸缘409a上。可以在运行SunCell以维持足以将熔融金属维持在熔融状态的温度之后添加锅炉水。锅炉水可以冷却以下中的至少一者：电断路器913、具有馈通件的EM汇流条5k2和EM泵磁体5k4。
至少EM泵管5k6可以是绝热的以防止内部的熔融金属固化。绝缘件可以包含可以气密密封在壳体诸如SS壳体中的陶瓷纤维或其他高温绝热材料，所述壳体可以通过焊接和金属胶(诸如J-B Weld 37901、Cotronics Resbond 940SS和Cotronics Resbond 907GF中的至少一者)中的至少一者接合在一起以及接合至EM泵管。作为另一种选择，EM泵可以用诸如碳之类的绝缘件包覆。在一个示例性的实施方式中，热绝缘件可以包括两个具有用于EM泵管的铣出通道的碳蛤壳，其中所述区块可以胶合至泵管以及彼此胶合以形成气密密封。胶可以包括碳胶或另一种这样的基于氧化物的胶诸如Resbond以防止泵管的碳化物形成。作为另外一种选择，EM泵管5k6的外部可以涂覆有避免碳化物形成的涂层诸如防火涂料或本公开的另一者，该涂层允许使用碳胶诸如Aremco Products Graphitic Bond 551RN。可以至少在外部和在内部对碳绝缘件进行涂覆。涂层诸如防火涂料或本公开的另一者可以防止氧化和碳化物形成中的至少一者。在另一个实施方式中，EM泵管5k6可以包括绝热衬里诸如碳、BN、陶瓷或石英衬里。
在一个实施方式中，EM泵管5k6可以包括热传递块，该热传递块包含高导热材料诸如铜，该材料包封EM泵以将热量从EM泵管的一个热区段传播至较冷区段。热传递块可以将热量传递至覆盖EM磁体5k4的EM泵管的区段。
在图7E至图7G所示的示例性热交换器813实施方式中，接触熔融镓或锡的组件包含碳，并且接触空气冷却剂的组件包含不锈钢。管道衬里801a、歧管或阀盖802、热交换器入口管线803和热交换器出口管线804包含碳，并且管道801、分配器805、外壳806、外部冷却剂入口807、外部冷却剂出口808和挡板809包含不锈钢。每个不锈钢管道801在每一端焊接至相应的分配器805。分配器805焊接至外壳806上而使得空气冷却剂仅接触不锈钢。阀盖802、入口803和出口804位于不锈钢壳体806a的内部，该壳体806a具有连接至壳体806a外部的碳热交换器入口管线803和出口管线804的焊入式入口803c管线和焊入式出口管线804c，其中连接件包括带垫圈的凸缘活接头。垫圈可包含碳。每个分配器805可包括两个零件，一个外部零件805a包含胶合至衬里801a的端部的碳，而内部零件包含焊接至壳体806a和外壳806的不锈钢。来自镓或锡循环EM泵810的管线803和至储罐5c的返回管线804可包括膨胀接头，诸如波纹管或弹簧加载的接头。
在图7E至图7G中所示的示例性实施方式中，接触熔融镓或锡的组件包含碳，并且接触空气冷却剂的组件包含不锈钢。管道衬里801a、歧管或阀盖802、热交换器入口管线803和热交换器出口管线804包含碳，并且管道801、分配器805、外壳806、外部冷却剂入口807、外部冷却剂出口808和挡板809包含不锈钢。每个不锈钢管道801在每一端焊接至相应的分配器805。分配器805被焊接至外壳806上而使得空气冷却剂仅接触不锈钢。阀盖802、入口803和出口804位于不锈钢壳体806a的内部，该壳体806a具有连接至壳体806a外部的碳热交换器入口管线803和出口管线804的焊入式入口803c管线和焊入式出口管线804c，其中连接件包括带垫圈的凸缘活接头。垫圈可包含碳。每个分配器805可包括两个零件，一个外部零件805a包含胶合至衬里801a的端部的碳，而内部零件包含焊接至壳体806a和外壳806的不锈钢。来自镓或锡循环EM泵810的管线803和至储罐5c的返回管线804可包括膨胀接头，诸如波纹管或弹簧加载的接头。
在一个实施方式中，可将热力诸如从热交换器输出的蒸汽用于空气调节、冷却负载诸如服务器和其他以及通过将SunCell输出与吸收式制冷器配合来制冷，该吸收式制冷器为诸如由Trane制造的吸收式制冷器(https://www.trane.com/commercial/asia-pacific/ph/en/products-systems/equipment/chillers/absorption-liquid-chillers/single-stage-chillers.html)。
在一个实施方式中，SunCell可以包括直接壁热交换器。可将SunCell 812设置在机罩39中(图9G至图9H)用于外表面上的引导气流，以移除热量。SunCell的至少一个表面诸如反应池腔室和储罐的壁中至少一者的壁可以至少部分地用壁热传递构件覆盖以增加有效壁表面积，从而增加至空气的传热速率，该空气在壁热传递构件上方流动或流过壁热传递构件。该热传递构件可以包括散热器和热交换器。示例性的热传递构件是翅片、热管、蒸汽腔室和通道板诸如包括螺旋空气通道的通道板，该螺旋空气通道包括具有高传热的高表面积材料诸如铝或铜喷丸。示例性的热管是熔融盐热管及钠、钾或铯热管，该热管可以包含相容的金属诸如Alloy 600或Hayes 230。热交换器可以包括任何取向的热管并且可以包括热传输系统以允许热管以所需的位置和取向进行取向和布置。直接壁热交换器可以还包括鼓风机或压缩机42以使空气流过该壁热传递构件。
热交换器可以还包括一个或多个蒸汽室、回路热虹吸管、散热器和输送热管组装件中的至少一者。散热器可以包括具有适当几何形状的热传递块以连接至反应池腔室和储罐中的至少一者的壁的表面。散热器可包含具有高传热系数的材料诸如铜或铝材料。由SunCell产生的热力也可以通过增加反应池腔室和储罐中至少一者的几何面积来扩散至较大的面积而促进向空气的传递。在一个示例性的实施方式中，通过增加SunCell的至少一个尺寸以增加壁表面积，跨越反应池腔室壁和储罐壁中的至少一者传递的功率密度与外部热交换器将功率传递至空气的能力相匹配。
在图9G至图9H所示的直接热交换器的一个实施方式中，SunCell 518容纳在机罩39中，并且热交换器包括垂直安装在反应池腔室诸如具有立方体或矩形几何形状的反应池腔室5b31的外壁上的热管45。热管45可以在其基部安装在诸如铜板或铝板之类的冷板44或者诸如蒸汽腔室之类的散热器44中，该蒸汽腔室可以具有比安装其的壁面积更大的表面积。该散热器可以沿着平行于SunCell的轴线延伸。冷板或散热器44可以包括通道、凹槽或开放区域46以用于分数氢经由反应池腔室壁扩散以从反应池腔室5b31排放。热交换器可以还包括冷却剂热传递元件诸如翅片43以将热量从热管45传递至流动的冷却剂诸如空气或水。在一个实施方式中，诸如空气或水之类的冷却剂可以分别通过鼓风机或压缩机42或水泵42流过入口41。冷却剂流可以包含在机罩39中并且流出出口40。在一个实施方式中，热交换器还包括用于点燃、EM泵、等离子体放电池900电流和传感器(诸如温度、气流、气压和功率传感器)的电连接件的机罩馈通件以及用于真空管线和反应物气体管线的穿透部。热交换器可以包括鼓风机或水泵的控制器，其中通过控制冷却剂流量来控制出口冷却剂温度。可以对热管进行选择而使得其在反应池腔室壁温度为所需温度诸如在约100℃至3000℃范围内的温度时启动热量传输。在一个示例性的实施方式中，热管的工作流体可以包含碱金属而使得其在壁接近该碱金属的沸点时传输热量。
在图9G至图9H所示的包括热管空气热交换器的SunCell 812的实施方式中，反应池腔室5b31可以包含难熔金属诸如不锈钢诸如CrMo钢、铌、钽、钛、铁、镍或钼，该难熔金属涂覆有石墨或陶瓷涂层以防止与诸如锡或镓之类的熔融金属形成合金。陶瓷涂层可以包含防火涂料、莫来石、ZTY或本公开的其他类似涂层或本领域已知的涂层。反应池腔室可以还包括至少一个衬里以保护涂层免受等离子体损害，诸如具有高熔点并且能够抵抗与熔融金属形成合金的衬里，诸如包含石英、碳、陶瓷(诸如BN或SiC)或难熔金属(诸如W或Ta)的衬里。EM泵管可以包括高温热绝缘体和抗熔融金属合金的涂层或诸如石英衬里之类的衬里。在一个实施方式中，EM泵管可以通过EM泵管冷却器诸如包括热交换器(诸如包含液态或气态冷却剂的热交换器)的EM泵管冷却器选择性地冷却。
在主要通过辐射传递由分数氢反应产生的热量的实施方式诸如图9I所示的实施方式中，SunCell可以包括至少一个PV窗5b4，其中每个窗透射来自反应池腔室5b31和由PV窗形成的任何腔室的光以照射吸收器44，该吸收器将热量传递至热交换器诸如包含热管45和热交换器翅片43的热交换器。SunCell可以包括至少一个镜以将透过至少一个PV窗的发射反射至至少一个吸收器44。在一个实施方式中，诸如空气或水之类的冷却剂可以分别通过鼓风机或压缩机42或水泵42流过入口41。冷却剂流可以包含在机罩39中并且流出出口40。在一个实施方式中，SunCell包括在PV窗5b4与光功率吸收器44之间的间隙44a，其中吸收器44的几何面积大于PV窗的面积以在较大面积的吸收器上传播强发射的光功率。
在一个实施方式中，EM泵能够在高温下诸如在约200℃至1500℃的范围内操作。在一个实施方式中，EM泵包括具有焊入式EM汇流条5k2的金属泵管5k6，其中泵管内部以及该汇流条的与熔融金属接触的至少一部分中的至少一者涂覆有具有以下中的至少一种特性的涂层：高电导率、抗与熔融金属形成合金、抗氧化性以及高温稳定性。该涂层的电导率可在约1000微欧姆厘米至1微欧姆厘米的范围内。该涂层的稳定温度可以高于100℃。涂层的合金抗性可以考虑与和镓、铟、锡、铜和银中的至少一者形成合金相关的抗性。涂层的抗氧化性可以考虑与氧和水中的至少一者到至少100℃的温度引起的氧化相关的抗性。可以在EM汇流条焊接至EM泵管之前或之后施加EM汇流条涂层。该涂层可以包含氮化物、碳化物或硼化物中的至少一者。示例性的传导性涂层是碳浆料诸如包含Aremco ProductsGraphitic Bond 551RN或喷涂涂层的碳浆料；碳化钒热扩散涂层；热化学硼化/渗硼(DHB)涂层；TiCN、氮化钛或碳化物CVD涂层；高级HVOF CoreGardTM(Praxair)涂层；盐浴氮化涂层；气体氮化涂层；离子等离子体氮化涂层；铬、碳化铬、钽化涂层；热化学钽化涂层；渗铝涂层；铝化铂扩散涂层；热化学渗铝涂层；ZrN、TiN、WC、VC、热化学CrC涂层；CrC或Al涂层诸如扩散涂层诸如扩散浆料、封装扩散和气相扩散中的至少一者；CrC、CrN、AlTiN、TiAlN、AlTiCN、TiAlSiCN、TiB2和ZrB2。可以通过等离子体气相沉积、物理气相沉积、HVOF方法、热喷涂、热扩散、化学气相沉积(CVD)、热化学、化学沉积、电化学沉积、电镀和本领域已知的其他方法来施加涂层。EM泵管的涂层可以包括钽涂层诸如通过使用诸如热化学沉积之类的方法渗化而施加的钽涂层。在一个实施方式中，Ta涂覆的EM泵管可以包括不锈钢管5k6和可以焊入的不锈钢EM汇流条5k2中的至少一者。EM泵管的涂层可以包含非传导性材料诸如陶瓷诸如防火涂料，而EM汇流条的涂层可以包含可进一步抵抗与熔融金属形成合金的诸如TiN之类的传导性涂层或诸如Ta或W之类的导体。在一个示例性的实施方式中，EM泵管包含防火涂料涂覆的不锈钢(SS)，并且EM汇流条包含焊入SS泵管中的TiN涂覆的SS。在另外的示例性实施方式中，EM泵管包含防火涂料涂覆的不锈钢(SS)，并且EM汇流条包括两个区段，即与熔融金属接触的电极区段和连接至EM泵管的紧固件区段。EM汇流条可以包括紧固至焊入SS泵管中的SS紧固件的W或Ta杆。W或Ta杆可以通过紧固件紧固至SS，该紧固件包括螺纹接头诸如旋拧进具有相应阴螺纹的焊入式SS短柱中的Ta或W阳螺纹杆。在另一个实施方式中，紧固件包括焊接至泵管的SS轴环，其中Ta或W杆穿透该轴环到达EM泵管的内部。杆的另一端可以焊接或硬钎焊至该SS轴环。作为另一种选择，Ta或W杆可以用不锈钢部分包覆，其中不锈钢包覆部分焊接至EM泵管使得未包覆的W区段突出进泵管中并且全包覆的EM汇流条突出到EM泵管外部。可以在EM汇流条紧固之前或之后涂覆EM泵管。通过使用重力、离心力、气压、静电力、波纹管或本领域已知的另一种选择性施加方法选择性地施加涂层，或者通过使用掩蔽方法诸如本公开中的一种，可以在不涂覆EM汇流条的情况下选择性地涂覆泵管。
在一个实施方式诸如图6、图8A至图8L和图13所示的实施方式中，储罐底板5kk1可以是传导性的并充当点燃电极。一个示例性的底板点燃电极包含金属诸如不锈钢，其涂覆有传导性涂层诸如碳化物诸如CrC、氮化物诸如TiN、或硼化物诸如TiB2或ZrB2，该涂层进行以下中的至少一者：保护底板免于与熔融金属形成合金以及氧化。汇流条可以从点燃动力源的端子直接连接至底板点燃电极和/或点燃储罐汇流条5k2a1。在一个实施方式中，注射器管5k61包括不含氧化物涂层的高传导性金属诸如W或Ta和薄壁诸如厚度在0.1mm至5mm的范围内的壁中的至少一者，以减小储罐中的熔融金属与注射器管中的熔融金属之间的点燃电流的电阻。可以增加注射器管的直径以减小跨越管壁的电阻。示例性的注射器管5k61的直径在约1mm到10cm的范围内。
在一个实施方式中，反应池腔室可以取代包括倒置Y几何形状的SunCell的PV窗。外部热交换器诸如图9G至图9H所示的外部热交换器可安装至反应池腔室的壁上。在一个示例性实施方式中，反应池腔室壁可以包含涂覆有陶瓷诸如防火涂料的金属诸如CrMo钢，其中反应池腔室包括难熔衬里诸如石英、SiC或W衬里。
热光伏转换器
Z.Omair等人“Ultraefficient thermophotovoltaic power conversion byband-edge spectral filtering”,PNAS，第116卷，第3期，(2019)，第15356-15361页报道了具有红外光回收的1207℃黑体发射的单结III/V族半导体PV转换的测试，以引用方式将该文献全部并入。Omair等人实现了30％的转换效率并且预测在镜、PV、黑体发射率、视角因子、串联电阻及其他改进的情况下有50％的效率。通过在120℃下运行的单结聚光型硅PV池，3000K SunCell发射的热光伏(TPV)转换效率计算为84％并且实际预期为50％。在一个实施方式中，包括热光伏(TPV)转换器，该热光伏转换器包括至少一个光伏池和至少一个黑体辐射器或发射器。用于具有光回收的热光伏转换的黑体辐射器包括以下中的一者或多者：(i)SunCell组件的外壁中的至少一者和(ii)反应池腔室中透过PV窗向PV转换器发射光的分数氢等离子体。具有充当黑体辐射器的外壁的SunCell组件可以包括以下中的至少一者：包含抵抗与熔融金属形成合金的难熔材料的反应池腔室和储罐，诸如包含Mo、Ta、W、Nb、Ti、Cr、Zr合金并且内部经涂覆的诸如VHT防火涂料或类似陶瓷涂料或陶瓷涂覆的钢或不锈钢或难熔金属之类的壁。作为另一种选择，该壁可以包含以下中的至少一者：碳、石英、熔融二氧化硅和陶瓷诸如氧化铝、铪、氧化锆、碳化硅、氮化硼(BN)和本公开的另一者。在一个实施方式中，黑体辐射器可以包括滤波器以阻挡红外光发射至TPV池。TPV池可以包括前表面上的诸如红外滤波器之类的滤波器和后表面上的诸如红外镜之类的镜中的至少一者。进入PV池的具有低于池带隙的能量的光子可以透过PV窗反射回SunCell诸如反射回SunCell组件壁和反应池腔室中的至少一者以回收相应的低能量光子。
由于等离子体和回收的光被反应池腔室内的熔融金属反射和多次反射，直接等离子体发射、杂散等离子体和SunCell组件发射(诸如壁、熔融金属和正电极发射)以及可能离开反应池腔室或可透射过PV窗的回收光的百分比可以是100％。在一个实施方式中，反应池腔室和储罐中的至少一者可以是绝热的，使得从SunCell透过PV窗传递至负载(诸如PV转换器、烘箱吸收器或锅炉吸收器)的功率由辐射主导。辐射的分数氢反应功率的百分比随熔融金属发射率和反应池腔室壁温度而变化，熔融金属辐射率通常在约0至0.3的范围内，反应池腔室壁温度可以在500℃至3500℃的范围内。所透射的辐射的百分比可以随着熔融金属发射率的降低和反应池腔室壁温度的升高而增加。在包括与下部反应池腔室连接的上部透明半圆顶PV窗的示例性实施方式中，在等离子体黑体温度为3000K、熔融金属发射率为0.3以及反应池腔室壁温度为1700℃的情况下，通过PV窗的透射经计算为约100％。
在一个实施方式(图9A至图9C)中，为了增加绝热以实现所需的熔融金属操作温度诸如约300℃至3000℃的范围内的温度，增加反应池腔室直径以容纳较厚的衬里诸如具有W内衬里的碳衬里以及任选的至少衬在最强等离子体区的W板多边形。在一个实施方式中，反应池腔室5b31的顶部包括部分覆盖件，以减小顶板409a和相应的凸缘密封件409e的尺寸。反应池腔室的顶部可以包括位于焊接的环形物的中心的焊接圆柱体，该圆柱体由连接至配合板409a的凸缘409e封端，该配合板409a具有用于点燃电极8的馈通件。
在一个实施方式中，衬里可以包含石墨、热解石墨、BN以及陶瓷涂覆的石墨、热解石墨或BN中的至少一者。在一个示例性实施方式中，涂层可以包括以下中的至少一者：高温陶瓷涂料、防火涂料或者Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂，以及氧化锆涂层诸如包含ZrO2–ZrSiO4的Aremco Ultra Temp 516。在图8C至图8D所示的示例性实施方式中，双注射器储罐5c包括带碳衬里的、防火陶瓷或其他陶瓷涂覆的管，并且反应池腔室5b31包括具有碳衬里的、防火陶瓷或其他陶瓷涂覆的腔室，其中在反应池腔室等离子体区中具有钨衬里。碳衬里和W衬里中的至少一者可以涂覆有陶瓷诸如本公开中的一种陶瓷诸如高温陶瓷涂料、防火涂料或Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂，或者氧化锆涂层诸如包含ZrO2–ZrSiO4的AremcoUltra Temp 516。
在一个实施方式中，SunCell可以包括双储罐和注入熔融金属的注射器电极使得注入的熔融金属料流相交以形成等离子体。在一个实施方式中，至少反应池腔室壁可以对可见光和红外光中的至少一者是透明的。反应池腔室壁可以包括PV窗。SunCell可以包括具有多边形形状诸如正方形、矩形、五边形、六边形等的反应池腔室。反应池腔室的表面可以包覆有PV池诸如热光伏(TPV)池，其中在反应池腔室壁与PV池之间可以存在间隙。在一个实施方式中，至少一个窗或滤波器包括诸如表面纹理或四分之一波片之类的构件以减少反射。在另一个实施方式中，SunCell可以还包括PV窗，该PV窗包括通过接头诸如带凸缘接头连接至反应池腔室的腔室。TPV池可以围绕PV窗以接收等离子体发射并将其转换为电。TPV池可以将未转换成电的光诸如红外光反射回等离子体以进行回收。
在一个实施方式中，熔融金属可以包含锡。反应池腔室温度可以维持在热力学上不利于锡与水蒸气形成锡氧化物的反应的温度以上，其中水作为分数氢反应混合物诸如包含氢、氧和水蒸气中的至少两者的混合物的一部分供应至分数氢反应中。在其中分数氢反应混合物包含水蒸气的一个示例性实施方式中，反应池腔室维持在875K以上。添加分子或原子氢作为分数氢反应混合物的一部分会降低热力学上不利于锡与水蒸气形成锡氧化物的反应的温度。
在一个实施方式中，SunCell包括诸如氢源和氧源之类的水注射器和诸如等离子体池之类的复合器、诸如在载体(诸如氧化铝)上的贵金属之类的复合器催化剂或本公开的另一复合器。氢和氧的源可以是由气体管线、质量流量控制器、阀、流量和压力传感器、计算机和本公开的其他系统供应的相应气体。作为另一种选择，水可以作为水蒸气气体来供应。水蒸气气体可以通过质量流量控制器从维持在质量流量控制器操作的所需压力的水储槽可控地流入反应池腔室和熔融金属中的至少一者中。水蒸气压力可以通过控制水蒸气源诸如封闭的水储槽的温度来控制。在一个示例性的实施方式中，水蒸气质量流量控制器诸如MKS型号1150、1152m和1640(https://www.mksinst.com/c/vapor-mass-flow- controllers；
https://ccrprocessproducts.com/product/1640a-mass-flow-controller- mks/)中的至少一者包括感测入口和出口压力差并使用该数据来控制水蒸气流量的水蒸气质量流量控制器。
在图8C至图8D所示的示例性实施方式中，用于具有光回收的热光伏(TPV)转换的SunCell包括倒置Y几何形状，其中该倒置Y几何形状的倒置“V”部分包括连接至反应池腔室5b31的两个注射储罐5c，并且倒置Y几何形状的直的部分包括黑体辐射器或PV窗5b4。倒置V部分可以还包括辉光放电池900和真空管线711中的至少一者，该辉光放电池连接至具有用于反应物气体诸如H2和O2气体的气体入口的反应池腔室5b31，该真空管线连接至真空泵以排空反应池腔室。辉光放电池可以包括位于顶部的凸缘以提供对至少放电电极的可及性以进行更换。辉光放电池900和真空管线711中的至少一者可以向上倾斜以避免填充熔融金属并且可以衬有避免与熔融金属形成合金的衬里诸如本公开中的一者。辉光放电池衬里可以是导电的或者包括部分衬里，其中不加衬里的池壁的一部分充当电极。
直的部分PV窗可以包括具有通向反应池腔室的开口的矩形腔体。作为另一种选择，PV窗可以包括覆盖反应池腔室的平板。该板可以包括壳体中的窗，该壳体可以用垫圈诸如Rayotek的垫圈密封。该窗可以经金属化并硬钎焊或焊接至壳体。该窗可以通过胶诸如本公开的一种胶胶粘至壳体上。作为另一种选择，窗可以包括胶粘至反应池腔室顶部上的凸缘的平板。胶可为本公开中的一者。示例性的胶或粘合剂是Cotronics Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂、氧化锆涂层(诸如包含ZrO2–ZrSiO4的Aremco Ultra Temp 516)和Duraband(作为诸如RK454)。在一个实施方式中，至少一个平坦面板PV密集接收器阵列布置为平坦的并且平行于矩形PV窗面或平板窗以接收来自PV窗腔体或反应池腔室内部的光发射。间隙可以将每个密集接收器阵列与对应的PV窗面或板分隔开。
倒置Y几何形状的V部分可以包含难熔金属诸如Mo、Ta、W、Nb、Ti、Cr以及内部经涂覆的钢、不锈钢或难熔金属。该涂层可以包括高温陶瓷涂料诸如VHT防火涂料或类似的陶瓷涂料或陶瓷涂层诸如莫来石。PV窗可以包括石英、蓝宝石、MgF2、氮氧化铝或本公开的其他PV窗。在一个实施方式中，PV窗可以包括加热器以对其进行预热以防止熔融金属固化。在一个示例性的实施方式中，PV窗诸如石英、蓝宝石、氮氧化铝或MgF2 PV窗可以用诸如电阻加热器、氢-氧火焰加热器或等离子体复合反应加热器之类的加热器预热。
在一个实施方式中，可使双注射器对准以致使相应的注入熔融金属料流相交。考虑到储罐的基部、储罐和相交的金属料流形成顶点在料流相交点的三角形，可以通过增加基部长度来增加顶角以避免交叉料流的相互洛伦兹偏转(例如，料流轨迹变得更线性，弧形更小)。
V部分和直的部分可通过密封件诸如垫圈密封件26d(图8C)接合。该垫圈可以包含碳，并且密封件26d可以包括螺栓连接的凸缘。作为另一种选择，倒置V部分和直的部分之间的密封件和活接头26d可以包含胶(图8D)。在一个实施方式中，可连接高温窗诸如Rayotek的那些高温窗(https://rayoteksightwindows.com/products/high-temp-sight-glass- windows.html)以形成等离子体腔室或腔体，其中窗包括用于等离子体发射至具有光回收的PV转换器的PV窗。该连接可以通过焊接窗的边缘以形成多边形腔体来实现，该多边形腔体可以进一步在腔体的底部开口处焊接至反应池腔室。
在倒置Y几何形状实施方式中，包括金属双注射器池，该金属双注射器池包括倒置V几何形状区段诸如不锈钢区段(图8A至图8D)，其中与熔融金属接触的所有金属表面诸如EM泵管、储罐和反应池腔室的那些金属表面均涂覆有防火涂料以提供电隔离。涂覆可以通过液体浸渍或气溶胶施加来实现。在一个实施方式中，将来自点燃动力源的动力提供至容纳在储罐5c中的熔融金属的点燃电极8的电隔离件可以借助于馈通件912穿透储罐诸如储罐底板5kk1。馈通件912可以包含抵抗与熔融金属形成合金的金属诸如不锈钢(诸如在低于400℃下操作的347SS)、W或Ta。在另一个实施方式中，该馈通件可以包含铜，该铜连接至抵抗与熔融金属形成合金的金属诸如不锈钢(诸如在低于400℃下操作的347SS)、W或Ta，其中该铜可以涂覆有陶瓷涂层诸如防火涂料或本公开的一者以保护铜免于与熔融金属诸如镓或锡形成合金。在一个实施方式中，SunCell还包括至少一个点燃馈通件912、热交换器、诸如水之类的冷却剂、循环泵、温度传感器、流量计、控制器以及用以冷却每个馈通件的馈通件入口管线和出口管线。在一个示例性实施方式中，每个馈通件都经水冷却。
在一个实施方式中，馈通件912(图8C至图8D)可以包括用能够粘结金属并且在诸如300℃至2000℃之类的高温下操作的灌封化合物或粘合剂灌封的点燃电极8。示例性的灌封粘合剂是Cotronics Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂、氧化锆涂层(诸如包含ZrO2–ZrSiO4的Aremco Ultra Temp 516)和Duraband(作为诸如RK454)。
在一个实施方式中，点燃电极8和EM泵电极5k30(图8D)中的至少一者可以包括以下中的至少一者：电馈通件、灌封在灌封化合物或粘合剂诸如本公开的一者中的电极、用Swagelok或类似紧固件紧固的带涂层的电极以及用Swagelok或类似紧固件紧固并通过绝缘套圈诸如特氟龙、石墨或BN套圈隔离的电极。电极涂层可以包括陶瓷涂层诸如防火涂料涂层或氧化物涂层。诸如氧化钨或氧化钽之类的氧化物涂层可以通过在空气中加热电极、电沉积、溅射或通过阳极氧化电极来形成。在期望导电的传导表面(诸如连接至点燃动力供应器或将EM泵电极连接至EM泵电力源的EM泵汇流条5k2a的传导表面以及与储罐5c中的熔融金属形成接触的传导表面)上，电极可以不经涂覆。可在施加诸如防火涂料之类的涂层之后选择性地从传导表面诸如EM泵管的内部移除涂层，或者可以通过例如掩模来避免在传导性表面上施加涂层。掩模可以是本领域已知的掩模。掩模可以包含蜡，该蜡可以通过使蜡熔融来移除。掩模可以包含金属诸如锡，该锡可以通过使该金属熔融来移除。掩模可以包含玻璃或陶瓷，该玻璃或陶瓷可以通过诸如在内部添加滚珠的情况下机械摇动EM泵管之类的手段破坏掩模来移除。掩模也可以通过以下中的至少一个步骤来破坏：将掩模润湿以及通过诸如浸入低温液体诸如液氮中之类的手段冷冻掩模。在一个备选的实施方式中，掩模可以分别包含水溶性、酸溶性或碱溶性材料诸如无机化合物或金属(诸如NaCl、CaCO3或金属)以及金属氧化物，其可以分别通过相应的溶剂移除。掩模可以包括纸。掩模可以包括溶剂可溶性条带诸如水溶性条带以掩蔽EM泵汇流条以供涂覆EM泵管的内部。可以通过诸如机械或气动移除、用酸诸如HCl溶解纸、用水溶解水溶性条带或将纸或条带氧化成CO2之类的方法在涂覆EM泵管的内表面之后移除纸或水溶性条带。示例性的燃烧方法是添加易燃液体诸如打火机液并施加点燃火花或火焰。在一个实施方式中，可以通过强碱(诸如加热的饱和碱金属氢氧化物诸如NaOH)移除在期望具有传导性的表面(诸如期望与熔融金属接触的电极表面)上形成的任何不希望的氧化钨。
在一个实施方式中，进一步抵抗与熔融金属形成合金的电绝缘涂层包括涂料诸如防火涂料。在涉及加热涂料以使其固化的步骤中，可以关闭或密封反应池腔室并在真空或惰性气氛下加热以避免EM汇流条电极诸如被掩蔽以避免被涂料涂覆的电极的氧化。涂料可以通过超声、压力、采用静电沉积的蒸汽或雾化以及本领域技术人员已知的给暴露于熔融金属的表面施加完全覆盖的其他方法来分散。
在一个实施方式中，EM泵管可以包括馈通件与之焊接的馈通件轴环。在将馈通件焊接至泵管之前，EM泵管可以涂覆诸如防火涂料之类的涂层。馈通件的中心电极与其可焊接壳体之间的间隙可以进行以下中的至少一者：用涂层诸如氧化铝、渗铝涂层、热化学渗铝涂层、防火涂料涂覆以及用陶瓷诸如Cotronics Resbond 940HT、Cotronics Resbond940SS、Sauereisen Electrotemp水泥诸如https://www.sauereisen.com/wp-content/ uploads/8.pdf或https://www.sauereisen.com/ceramic-assembly/product-index/或本公开的另一种陶瓷罐封，其中可以与EM泵管内的熔融金属接触的表面也可以涂覆防火涂料和灌封材料中的至少一者。
在一个实施方式中，诸如点燃电极之类的电极和EM泵汇流条可以经涂覆以防止暴露于空气期间诸如在向池中加载熔融金属的情形下的氧化。涂层可以是以下中的至少一者：导电性的、在熔融金属的熔融温度下抗氧化以及可移除。该涂层可以包含充当抗氧化的传导性涂层的碳化物诸如碳化钨。碳化钨涂层可以通过HVOF工艺(https:// www.asbindustries.com/tungsten-carbide-coatings)或本领域已知的另一种方法施加。涂层可以包含金属诸如熔融金属诸如锡，可以通过熔融来移除该金属。诸如镍、铜、锌或银之类的金属可以与待移除的熔融金属形成合金。金属涂层可以通过浸渍于金属熔体中、电镀、气相沉积和本领域已知的其他涂覆工艺来施加。
在一个实施方式中，入口上升管、注射EM泵管、一个或多个储罐和反应池腔室中的至少一者可以包括电绝缘体或者涂覆有或衬有电绝缘体诸如本公开的一者以防止双储罐、注射器和点燃动力源之间的短路。示例性的实施方式包括以下中的至少一者：(i)内部和外部涂有防火漆的入口上升管和注射EM泵管、(ii)经氧化以形成电绝缘氧化钨涂层的W入口上升管和注射EM泵管和(iii)包括钨衬里的反应池腔室5b31和一个或多个储罐5c中的至少一者，该钨衬里包括电绝缘氧化钨涂层。
一种示例性的带涂层电极是在端部上具有传导性表面的经氧化的钨电极，其中在高温下在空气中在端部上具有掩模的情况下氧化钨电极，在需要时移除该掩模。作为另一种选择，氧化整个电极，并且通过蚀刻或机械磨削从电极上移除氧化层。磨削可以通过机械方式进行。在另一个实施方式中，电极诸如具有绝缘涂层的电极可以用套圈紧固，该套圈为以下中的至少一者：形成绝缘氧化物涂层并且是软的使得它们不会损坏电极上的电绝缘涂层诸如陶瓷涂层或氧化物涂层诸如W或Ta涂层。示例性的套圈包含黄铜、铝、铜、银和钽。示例性的氧化物涂覆的套圈是经阳极氧化的铝套圈。另一个示例性的氧化物涂覆的套圈是经氧化的不锈钢。
在用以电隔离包括双注射器的SunCell点燃电极的构件的备选实施方式中：(i)至少一个储罐可以包括隔离接头诸如带凸缘接头，该接头包括绝缘垫圈和经隔离的螺栓诸如陶瓷螺栓或包括绝缘轴衬的螺栓，以及(ii)反应池腔室和至少一个储罐中的至少一者包括电绝缘壁区段(隔离器，或电断路器)诸如陶瓷壁区段诸如本公开的陶瓷诸如氧化铝、SiC、BN或石英，该电绝缘壁区段将两个储罐彼此电隔离，其中(a)储罐隔离器可以包括在每一端上具有与两个储罐区段配合或者与一储罐区段和反应池腔室配合的凸缘的陶瓷管，诸如带凸缘的电隔离器或电断路器诸如示例性的CF带凸缘的真空陶瓷断路器(CF FlangedVacuum Ceramic Break)，https://www.lesker.com/newweb/feedthroughs/ ceramicbreaks_vacuum.cfm？pgid＝cf还包括与储罐的匹配凸缘配合的垫圈和诸如陶瓷衬里诸如本公开的陶瓷衬里之类的衬里中的至少一者，该衬里可实现以下中的至少一者：保护该垫圈和电断路器分别免于与熔融金属形成合金以及热冲击，(b)储罐隔离器可以包括陶瓷管，该陶瓷管每一端具有可焊接的金属环诸如Kovar或Invar环以通过焊接配合两个储罐区段或者一储罐区段和反应池腔室，诸如示例性的可焊接真空陶瓷断路器(WeldableVacuum Ceramic Break)，https://www.lesker.com/newweb/feedthroughs/ceramicbreaks_vacuum.cfm？pgid＝weld，以及(c)储罐隔离器可以包括陶瓷管，该陶瓷管在每一端上具有湿式密封件，该湿式密封件与两个储罐区段配合或与一储罐区段和反应池腔室配合。在一个实施方式中，电断路器包括陶瓷圆柱体诸如氧化铝圆柱体，该圆柱体首先镀有Mo-Mn合金，然后镀有Ni，该Ni硬钎焊至镀有Ni的Kovar。硬钎焊件可以具有高熔点诸如大于600℃。示例性的硬钎焊件是Cu(72)-Ag(28)合金、铜、ABA、金ABA、PdNiAu合金(AMS4785熔点＝1135℃)或Paloro或类似硬钎焊件诸如以下链接处的硬钎焊件：
https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/ precious-brazing-filler-metals/。
在一个实施方式中，图8C至图8L所示的双注射器SunCell的两个储罐都包括电断路器，该电断路器实现以下中的至少一者：(i)将一个储罐的点燃电压与另一个储罐的点燃电压隔离直至从每个储罐注入的熔融金属料流相交并且至少部分地将一个储罐的EM泵动力供应器与另一储罐的电磁泵动力供应器隔离，以及(ii)还可以至少部分地将点燃动力供应器与EM泵动力供应器隔离。在另一个实施方式中，点燃动力供应器、第一储罐的EM泵动力供应器和第二储罐的EM泵动力供应器中的至少两个动力供应器具有相对于至少一个其他动力供应器大致自主地操作的能力。每个动力供应器可以是本领域已知的动力供应器或者是用电压和电流波动抑制电抗改良以抵消快速的电压和电流点燃瞬态从而允许大致独立的动力供应器操作的动力供应器。示例性的抑制电抗包括与EM泵动力供应器并联的至少一个电容器组或与EM泵动力供应器串联的至少一种电感器。
在一个实施方式中，包括电断路器的储罐可以足够长以将电断路器移到离反应池腔室足够远的位置使得其不会过热。在一个实施方式中，电断路器可以包括至少一个内衬里，该内衬里包括热绝缘体使得该断路器可以保持在其失效温度以下而衬里内部的熔融金属温度可以更高。电断路器可以涂覆有至少一种涂层诸如CrC、氧化铝、TiN、WC或本公开的另一者以避免以下中的至少一者：氧化诸如外部上的氧化以及合金形成诸如在内部上的合金形成。电断路器的金属-陶瓷活接头硬钎焊件可以覆盖有灌封材料诸如Resbond 940SS或本公开的另一者。在一个示例性的实施方式中，熔融金属包含银，并且衬里包含至少一种难熔材料诸如碳、BN、石英、氧化铝、可模制或可浇注的陶瓷、陶瓷珠粒诸如氧化铝珠粒，其可以还包含粘合剂诸如Resbond、难熔金属和本公开的其它衬里。衬里可以充满储罐，除了用于EM泵入口和出口的通道之外。电断路器和衬里的高度可以最小化以允许经由通道的热传导来维持熔融金属跨越断路器和衬里。在一个实施方式中，电断路器可经外部冷却。EM泵管撑臂可以包括本公开的电断路器衬里。
在包括电隔离器以电隔离包括双注射器的SunCell的点燃电极的实施方式中，至少一个储罐可以包括电断路器，该电断路器包括陶瓷储罐壁区段，该陶瓷储罐壁区段可以进一步在每一端上包括陶瓷-金属活接头以在每一端处与储罐壁配合。在一个实施方式中，储罐熔融金属液位是在反应池腔室侧的隔离器的陶瓷部分的顶部下方的所需液位。在一个示例性实施方式中，储罐熔融金属液位是在反应池腔室侧的电断路器的陶瓷-金属活接头的顶部下方的所需液位。可调节入口上升管入口的高度以与该所需液位相匹配以将最大熔融金属液位控制在该所需水平。电断路器可以包括内部绝热圆盘，其具有用于使熔体流至熔融金属储罐或熔融金属储罐的下部、至EM泵管的入口上升管和该圆盘的EM泵侧上的点燃汇流条中的至少一者的孔。注射EM泵和电极可以穿过该绝缘圆盘到达反应池腔室侧以将熔融金属注入至对电极。
在一个实施方式中，流入入口上升管的熔融金属的速率比喷嘴注入熔融金属的速率快。可对入口上升管开口的尺寸和注入喷嘴的尺寸中的至少一者进行选择以在前者处实现所需的比后者处更大的流量。
在一个实施方式中，每个储罐可以包括排放塞以允许在服务和维护期间在重力辅助下熔融金属从储罐的底部移除。在一个实施方式中，入口上升管可以包括滤过器诸如金属筛网以保护EM泵和喷嘴免于被流入入口上升管的碎屑堵塞。
电断路器的EM泵侧的储罐的长度可以增加以增加储罐熔融金属存量。储罐的长度可以在断路器的反应池腔室侧增加以使电断路器进一步从等离子体移开从而降低其操作温度。在另一个实施方式中，电断路器可以容许高温诸如450℃和1500℃之间的高温，其中对该断路器的硬钎焊件进行选择以具有高于操作温度的熔点。示例性的高温电断路器包含Kovar和铌中的至少一者以及相容的高温硬钎焊件诸如Paloro-3V、类似的硬钎焊件诸如链接：https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious- brazing-filler-metals/处的硬钎焊件，或本公开的另一者。
电断路器可以包括陶瓷(例如97％氧化铝)、围绕该陶瓷绝缘体周边的焊接适配器凸缘诸如包含Cu/Ni(例如70％-30％)或Fe/Ni(如50％-50％)的焊接适配器凸缘以及沿周向硬钎焊或焊接至该焊接适配器凸缘的Conflat凸缘(例如304不锈钢)。该电断路器可以还包括CF凸缘与焊接适配器凸缘之间的波纹管或S-凸缘(隔膜)。
两个储罐5c的最大熔融金属存量是使得包括初始填充体积和在与电断路器储罐相对的储罐的入口上升管的最低高度之上的熔融金属体积的电断路器侧中的最大熔融液位不超过电断路器的陶瓷的高度。
在具有储罐电断路器的示例性实施方式中，反应池腔室中未经氧化的最内侧W衬里可以与中间碳衬里和外侧W衬里或包覆层一起使用。衬里可以覆盖反应池腔室5b31壁、反应池腔室的底面和储罐5c中的至少一者。反应池腔室底面衬里5b31b可以包括管道或凹槽以在熔融金属从注射器5k61流回到储罐5c时将熔融金属从相应的注入的熔融金属料流引导离开。在一个示例性实施方式中，每个储罐注射器5k61在其储罐中远离反应池腔室的中心布置，并且底面衬里5b31b的凹槽将熔融金属返回流引导至储罐的侧面，或者作为另一者选择，引导至储罐的面向中心的侧面。在另一个实施方式中，注射器5k61延伸高过储罐的顶部和反应池腔室底面衬里5b31b而使得返回的熔融金属料流不会干扰注入的料流。
在一个实施方式中，EM泵管的至少一部分诸如包括EM汇流条的部分通过EM泵管5k6的入口部分和出口部分上的电断路器而被电隔离为穿过相应储罐的壁的电路径，其中至少未被电断路器隔离的表面可以包括电绝缘涂层诸如防火涂料。电断路器可包括气体管线型诸如MPF Products Inc.公司；产品编号：A0573-2-Whttps://mpfpi.com/shop/uhv- breaks/10kv-uhv-breaks/a0573-1-w/。在一个实施方式中，至少一对EM汇流条电极可以通过压合接头诸如Swagelok的压合接头紧固和密封至EM泵管。
在一个实施方式中，至少一个储罐的EM泵包括单个电断路器，该电断路器包括分隔器或分离器以形成两个通道，一个充当入口EM泵管的至少一部分，另一个充当注射器EM泵管的至少一部分。该分离器可以包含电绝缘体诸如涂覆有电绝缘体的陶瓷或金属。分离器可以仅在电断路器的一侧上连接至诸如储罐或EM泵管的一部分之类的结构。附接件可以包括注射器EM泵管的延伸部。示例性的分离器包含粘结至电断路器的陶瓷和注射器EM泵管的金属延伸部的陶瓷诸如氧化铝，该金属延伸部涂覆有诸如防火涂料之类的电绝缘体。
在一个实施方式中，两个储罐的电隔离不是100％，但是是足够的而使得该双储罐电极之间的寄生短接电流是可容忍的诸如小于提供给点燃电极8的总电流的25％，其中寄生电流由寄生路径对点燃电流路径的相对电阻决定。该相对电阻可以主要由进入EM泵管和储罐电极穿透部的电阻以及EM泵、储罐和反应池腔室的内表面上的涂层或衬里的完整性来确定。
倒置V几何形状区段的顶部可以包括反应池腔室5b31。包括直的区段诸如立方体、矩形、多边形或半球形腔体的PV窗腔体5b4可以通过反应池腔室的顶部和PV窗上的凸缘26d附接至反应池腔室5b31的顶部。凸缘接头26d(图8C)可通过垫圈诸如蛭石、石墨、陶瓷、经锡电镀的蛭石或其他容许高温、高真空的垫圈密封。凸缘和垫圈可以用螺栓或夹具密封。在图8D所示的实施方式中，垫圈替换为容许高温的粘合剂诸如Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂、氧化锆涂层(诸如包含ZrO2–ZrSiO4的AremcoUltra Temp 516)或Duraband(作为诸如RK454)。在一个实施方式中，反应池腔室凸缘26d可以包含陶瓷涂覆的金属诸如铝硅酸盐涂覆的不锈钢凸缘，或者活接头的凸缘可以是未经涂覆的。
在一个实施方式中，粘合剂可以包含多种粘合剂诸如专用于金属的涂覆在金属凸缘上的粘合剂和专门用于PV窗凸缘的石英或陶瓷并涂覆在其上的粘合剂。示例性的粘合剂活接头包括在不锈钢或Ta凸缘上的Duraband 954和在PV窗的石英凸缘上的Resbond，其中两种粘合剂粘结以形成粘合剂活接头26d。在一个备选的实施方式中，通过本领域已知的手段对PV窗的接头部分诸如凸缘进行金属化，并且将经金属化的接头硬钎焊、焊接或胶粘至反应池腔室的匹配凸缘。
在一个示例性的实施方式中，PV窗包括一端封闭而另一端开放的石英管，诸如MTI的石英腔体(https://www.mtixtl.com/EQ-QTGE214.aspx)。该腔体的开放端可以包括插入反应池腔室凸缘26d中的凹陷的或带埋头孔的凹槽中的一个直壁(例如，在圆柱形腔体的情况下)或多个直壁，而非对凸缘进行处理。作为另一种选择，该PV窗壁可以紧密地配合在反应池腔室凸缘的内部或外部以形成接头。PV窗5b4可以用胶或粘合剂诸如Resbond 940LE、940HT和Resbond 904中的至少一者或本公开的另一者密封至反应池腔室凸缘26d。
金属可以具有低的热膨胀系数，或者包括膨胀搁栅、腔体、孔洞或其他腔体结构以防止胶粘的活接头的粘结的表面过度膨胀从而避免密封失效。倒置V侧凸缘可以包含Invar、Kovar、超级SS或其他SS可焊接金属或W、Mo或Ta或具有低热膨胀系数的合金。Ta凸缘可以使用纯Ni、Fe或Cu插入件扩散粘结至SS。Ta凸缘可以具有延伸部诸如圆柱体，其粘结至双熔融金属储罐注射器诸如包含不锈钢的注射器以包括反应池腔室5b31的至少一部分。
在一个实施方式中，反应池腔室可以包括带凸缘接头内部的绝热插入件以降低接头的操作温度。该绝缘件可以包含石英、陶瓷诸如SiC或BN、石墨或热解石墨。石墨、热解石墨或BN可涂覆有陶瓷涂层诸如防火涂料，或者Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂，或者氧化锆涂层诸如包含ZrO2–ZrSiO4的Aremco UltraTemp 516。反应池腔室可以包括衬里诸如包含石墨、热解石墨或BN的衬里。该衬里可涂覆有陶瓷涂层诸如防火涂料，或者Resbond 907GF、940HT、940LE、940HE、940SS、903HP、908或904氧化锆粘合剂，或者氧化锆涂层诸如包含ZrO2–ZrSiO4的Aremco Ultra Temp 516。衬里可以还包括接头绝缘件。在一个实施方式中，凸缘接头包括胶粘至或垫圈密封至PV窗凸缘的衬里(诸如碳衬里)的顶部，其中该衬里可以胶粘至反应池腔室的顶部以形成真空密封的密封件。胶可以包括本公开的胶或粘合剂中的一种或多种，或者本领域已知的另一合适的胶或粘合剂。
在一个实施方式中，石墨衬里包括至少一个电绝缘断路器以防止注射器电极之间短路。该断路器可以包括用容许高温的电绝缘粘合剂诸如陶瓷粘合剂诸如Resbond粘合在一起的衬里的横向区段。在一个实施方式中，电绝缘粘合剂可以替代为电绝缘垫片，该垫片为诸如包含石英或陶瓷诸如二氧化硅-氧化铝纤维绝缘件、BN、SiC、碳、莫来石、石英、熔融二氧化硅、氧化铝、氧化锆、铪的垫片、本公开的其它垫片以及本领域技术人员已知的垫片。衬里可以涂覆有陶瓷涂层诸如本公开的陶瓷涂层以防止电短路。碳衬里可以进一步用电绝缘粘合剂粘结至储罐和反应池腔室以防止熔融金属在衬里后面流动并防止两个注射器电极电短路。
在另一个实施方式中，接头可以包括热交换器诸如水冷却回路以冷却接头来降低其操作温度。冷却剂可以由第二热交换器冷却。冷却剂可通过泵再循环。较低的操作温度可以降低反应池腔室与PV窗之间的接头的配合凸缘的热膨胀的任何差异，该差异可能导致接头失效。
在一个实施方式中，PV窗插入到反应池腔室顶部的带埋头孔的接受器中以形成用于熔融金属从反应池腔室流出的屏障。该接受器可以是反应池腔室凸缘的一部分。在示例性的实施方式中，接受器可以是舌型和凹槽型，或倒置阶梯型。PV窗的内部部分可以与反应池腔室凸缘的内部部分重叠。接受器可以通过填料诸如石墨填料或粘合剂诸如本公开的一种粘合剂密封。
在一个实施方式中，PV窗包括高温(例如1200℃-2000℃)观察玻璃窗诸如Rayotek的观察玻璃窗(https://rayoteksightwindows.com/products/high-temp-sight-glass- windows.html#prettyPhoto)。平坦的Rayotek窗可以经改良为安装在其壳体中的窗材料环形物诸如石英或蓝宝石环形物。PV窗腔室诸如石英或蓝宝石PV窗腔室可以被熔合或胶粘至匹配材料的环形物上。该窗可以包括焊接至立方体或矩形的端部开放的腔体中的板，该腔体在开放端处接合至反应池腔室的顶部。每个窗壳体的金属表面可以涂覆有陶瓷、石英、碳或诸如陶瓷涂层(诸如本公开的一种陶瓷涂层之类的涂层)中的至少一者。在另一个实施方式中，该窗可以包括与Rayotek窗类似设计的腔体，诸如矩形或陶瓷腔体诸如图8C所示的腔体，其中壳体焊接至反应池腔室的顶部。该窗可以通过焊接件、胶或带凸缘接头接合至反应池腔室的顶部。
在一个实施方式中，PV窗包括诸如镜(诸如二向色镜)或滤波器之类的构件以将具有比带隙显著高的能量的波长的光反射至PV转换器26a的PV池。在一个实施方式中，反射的光具有在约高10％-1000％、高10％-500％和高10％-100％的至少一个范围内的能量。在另一个实施方式中，反应池腔室和PV窗中的至少一者可以包括用以降频转换光的能量的构件诸如磷光体。
接头和PV窗可以包含在真空密封壳体中，该真空密封壳体包括窗腔室诸如进一步容纳PV转换器的真空腔室。壳体可以通过紧固件或接头紧固至反应池腔室的顶部。该紧固件或接头可以包括焊接件。壳体可以具有穿透部，该穿透部用于通向真空泵的真空管线以及用于PV转换器的电线和冷却管线。通过控制窗腔室和反应池腔室的真空泵可以在窗(通风口)的两侧维持大致相等的压力。在一个实施方式中，可以在窗腔室中相对于反应池腔室维持超压以使窗在窗座部或凸缘上保持抵靠反应池腔室的顶部。作为另一种选择，窗和反应池腔室真空管线可以接合并然后连接至单个真空泵。在另一个实施方式中，窗密封件可以是泄漏的以允许压力在窗的两侧平衡。真空密封壳体可以包括可真空密封的开口诸如凸缘端口、闸阀或门。在另一个实施方式中，窗和反应池腔室可以包括连接两个腔室的管诸如气体管线使得气体压力可以在两个连接的腔室之间动态均衡。
在图8F至图8L和图13所示的实施方式中，SunCell包括双熔融金属注射器5k61，每个注射器位于储罐5c中，其中每一者充当点燃载流电极。在一个实施方式中，双熔融金属注射器5k61中的至少一者可以每个对应的储罐5c包括多个以下中的至少一者：注射器5k61或喷嘴5q。储罐5c中的至少一个双熔融金属注射器5k61可以还包括电断路器913和电断路器凸缘914，该电断路器可包括绝热衬里。SunCell可以还包括储罐凸缘915。各自在储罐5c中的双熔融金属注射器5k61可以还包括EM泵管组装件5kk、EM泵管5k6、EM汇流条5k2、EM泵磁体5k4和入口上升管5qa。SunCell可以还包括连接至真空泵的真空管线711，该真空管线可以包括筛网或过滤器以移除熔融金属诸如锡、镓或银及相应的氧化物中的至少一者。为了清洁该真空管线筛网的粘附材料诸如金属氧化物和金属中的至少一者，真空管线711可以在真空筛网的泵侧上包括回冲气体射流诸如至少一个气体喷嘴以施加脉冲气体射流诸如氩气射流通过筛网来将粘附材料吹回反应池腔室5b31。
SunCell可以还包括放电池901、反应池腔室5b31、可包括实心板或内部PV窗凸缘的顶部凸缘26e、PV窗腔室916、内部PV窗5ab4、用于内部PV窗的座部26e1和外部PV窗5b4。内部PV窗5ab4可以是半密封的(例如，对熔融金属密封，但不一定对真空密封)，其中由PV窗凸缘26d、内部PV窗凸缘26e、容纳连接至反应池腔室5b31顶部的支撑件26e1的半密封窗5ab4的真空密封壳体或腔室916提供真空密封。在一个示例性的实施方式中，窗5ab4可以包括Rayotek窗，该Rayotek窗包括到其壳体的垫圈密封件，该垫圈密封件不是真空密封的。作为另一种选择，示例性的窗5ab4可以包括平板或腔体窗，该平板或腔体窗通过带垫圈的接头或活接头夹紧、胶合或固定至反应池腔室5b31顶部上的支撑件诸如至内部PV窗凸缘支撑件26e1。示例性的夹具是在支撑件26e1和窗5ab4之间的C形夹具。内部PV窗5ab4可以在沉头固定装置处连接至内部PV窗凸缘支撑件26e1。电断路器凸缘914、储罐凸缘915、内部PV窗凸缘26e和PV窗凸缘26d中的至少一者可以提供通向储罐5c、反应池腔室5b31和内部PV窗5ab4中至少一者的内部的通路。
在图8J至图8L和图13所示的实施方式中，外部PV窗5b4可以包括用垫圈和紧固件26d1密封的PV窗凸缘26d。在一个示例性的实施方式中，PV窗包括半圆顶形式的熔融二氧化硅、石英、蓝宝石或氮氧化铝，其具有与窗相同材料的经精密铣削或经研磨的凸缘，其中该窗可以用Graphoil、蛭石或陶瓷纤维垫圈、凸缘顶部的金属环和夹具26d1密封。PV窗圆顶5b4可以还用诸如Resbond 940SS之类的粘合剂密封。
在一个实施方式中，PV密封件包括结合至窗座部的结构和粘结至该座部、该结构和该PV窗的粘合剂。在一个实施方式中，PV窗附接在其上的凸缘包括紧固件或锚定结构，该紧固件或锚定结构包括嵌入粘合剂诸如Resbond 940SS或本公开的另一种粘合剂中的突出部诸如金属螺钉、杆或网，其中粘合剂还将PV窗粘结至该紧固件或锚定结构和座部。在一个示例性的实施方式中，紧固件或锚固结构包括焊接至内部PV窗的座部26e1的不锈钢网或筛网，其中Resbond 940SS、Resbond903HP或Resbond 908HP包封该网或筛网并密封至该座部，并且还粘结至内部PV窗5ab4诸如熔硅窗或本公开的另一者。
在以锡作为熔融金属的实施方式中，SunCell包括防止PV窗5b4和5ab4(图8F至图8L)中的至少一者被锡金属和锡氧化物中的至少一者失透的构件。在一个实施方式中，PV窗包括诸如窗温度控制器之类的构件以将PV窗温度维持在锡(熔点为232℃)和锡氧化物诸如SnO(熔点为1080℃)和SnO2(熔点为1630℃)中的至少一者的熔点以上。窗温度控制器可以包括加热器或制冷器、温度传感器和控制器中的至少一者以维持所需的PV窗温度诸如在200℃至2500℃、232℃至2000℃、232C至1800℃和232C至1650℃的至少一个范围内的温度。加热器或制冷器可以包括施加至窗的经加热的或冷却的空气的料流。在后一种情形中，可以通过分数氢等离子体加热PV窗。在另一个实施方式中，可以通过氢还原来清除PV窗的锡氧化物。还原性氢反应物可以包含流入反应池腔室中的氢气，其中使用氢源、流量控制器、压力计和流量计、管线和计算机来控制氢压力来实现该还原。可以对氢压力和PV窗温度中的至少一者进行控制以提供热力学上有利于通过氢还原锡氧化物的条件。氢压力可以在1毫托至10大气压的范围内。PV窗温度可以在100℃至2500℃、232℃至2000℃、232℃至1800℃和232C至1650℃的至少一个范围内。氢反应可以在与优化分数氢反应速率所需的氢压力不同的氢压力下间歇地进行。PV窗可以通过分数氢反应等离子体进行清洁。PV窗可以通过将熔融锡注入到窗表面上来清洁。该注入可以通过注射器EM泵或独立的EM泵进行。清洁窗的一个或多个EM泵可以包括光栅注射器，该光栅注射器具有扫描窗表面上的注入的光栅机构。该光栅机构可以包括致动器诸如机械致动器、电磁致动器、螺旋千斤顶致动器、步进电动机致动器、线性电动机致动器、热致动器、电致动器、气动致动器、液压致动器、磁致动器、螺线管致动器、压电致动器、形状记忆聚合物致动器、光聚合物致动器或本领域已知的其它致动器，其用以移动或旋转所注入的熔融金属料流的方向。在另一个实施方式中，窗可以包括抵抗锡氧化物粘附的涂层(诸如碳涂层)、旋转窗、机械刮刀和气体喷射口诸如本公开的气体喷射口中的至少一者。
在一个示例性的实施方式中，通过从至少一个喷嘴将熔融金属喷射至内表面上来清洁PV窗诸如5ab4和5b4中的至少一者，该喷嘴具有多个喷射开孔或孔口诸如一个用于将锡喷射至相对的料流中而另一个用于将锡喷射至PV窗上以清洁PV窗的碎屑诸如金属氧化物和金属。注入至窗上的熔融金属可以进一步提供额外的冷却，并且在一些实施方式中，可以防止或减少窗与过热相关的结构变形(例如，翘曲、开裂、透明度降低)或经历与过热相关的任何结构变形(例如翘曲、开裂)。在一个实施方式中，窗由于在其工作黑体温度下的辐射热损失而维持稳态温度，该辐射热损失平衡了吸收来加热窗的光功率和热功率。
在一个实施方式中，对每个喷嘴开孔的尺寸进行选择而使得喷射流速避免EM泵气蚀作用，该气蚀可导致泵的不稳定性或失效。可以选择开孔直径提供一些背压以防止泵送气蚀或不稳定性。在一个实施方式中，注入的熔融金属料流速度可以很高而使得料流的交叉导致熔融金属飞溅到PV窗上以实现以下中的至少一者：清洁PV窗和冷却PV窗。
在一个实施方式中，每个EM注射器管5k61在包括电断路器的储罐的电断路器下方的位置处包括至对应的储罐壁的结构支撑撑臂，并且该撑臂位置在非电断路器储罐内是任意的。在一个示例性的实施方式中，该撑臂可以包括陶瓷绝缘件(诸如BN或Macor陶瓷)的区块，其具有用于EM泵入口和EM注射器管5k61的穿透部。作为另一种选择，撑臂可以包括经旋拧穿过储罐壁的多个螺栓，它们的长度可以单独调节以将EM注射器管5k61支撑到所需的位置诸如实现两个熔融金属料流相交来引起等离子体点燃的位置。
在一个实施方式中，诸如包括双熔融金属注射器的/>包括注射器对准机构或对准器诸如致动器(诸如机械致动器、电磁致动器、螺旋千斤顶致动器、步进电动机致动器、线性电动机致动器、热致动器、电致动器、气动致动器、液压致动器、磁致动器、螺线管致动器、压电致动器、形状记忆聚合物致动器、光聚合物致动器或本领域已知的其它致动器)，以移动或旋转喷嘴5q、注射器5k61、储罐5c、断路器储罐EM泵组装件914a(图8G)和EM泵组装件5kk中的至少一者。对准器可以致使从对准的喷嘴喷射的相应熔融金属料流改变至所需的方向，以实现与由相对的注射器喷射的相对料流的对准从而导致熔融金属料流的相交。对准器可以包括诸如点燃电流或电压传感器之类的传感器和诸如计算机之类的控制器以自动对准经对准的注射器来维持料流相交。对准器可以包括诸如齿轮系统之类的机械联动装置以旋转喷嘴5q来实现对准，其中喷嘴可以包括非对称的开孔。对准器可以包括至少一个与注射器5k61或喷嘴5q连接的机械推拉杆，该机械推拉杆机械地移动注射器5k61或喷嘴5q。该杆可以穿过管道穿透储罐5c到达驱动机构，其中管道和驱动机构中的至少一者是气密密封的。驱动机构可以包括螺纹杆轴环和用于旋转杆的构件以及用于推动或拉动杆的气动致动器、液压致动器和压电致动器或本公开的其它致动器中的至少一者。
在包括双熔融金属注射器的SunCell的另一个实施方式中，EM泵组装件5kk可安装至带有支撑件409k的滑动工作台409c(图8B至图8L和图13)以安装和对准相应的倾斜EM泵组装件5kk和储罐5c。SunCell支撑件409k可以包括可调节至任何高度的螺丝扣并且可以用锁紧螺母锁定。支撑件409k可以通过诸如陶瓷垫片之类的电隔离器与滑动台409c电隔离。该垫片可以处于支撑件409k的基部。SunCell可包括电断路器913(图8G至图8L和图13)，该电断路器将断路器EM泵组装件914a与反应池腔室5b31、断路器上方的储罐区段、相对的储罐5c和储罐EM泵组装件915a电隔离。反应池腔室5b31、断路器上方的储罐区段、相对的储罐5c和储罐EM泵组装件915a中的至少一者可以进行以下中的至少一者：独立于断路器EM泵组装件914a的支撑而被进一步支撑和刚性地附接至滑动台409c。反应池腔室每一侧上的示例性刚性支撑件是图8H至图8L和图13所示的反应池腔室支撑件918。在一个实施方式中，支撑件918可以在基部409c端包括压力控制器诸如可变形的轴衬或弹簧922以在SunCell组件收缩和膨胀时维持所需的支撑压力。包括电断路器913的储罐可以还包括柔性储罐区段诸如焊入式的或凸缘连接的波纹管917(例如，诸如https://www.mcmaster.com/bellows/ expansion-joints-with-butt-weld-ends/https://www.mcmaster.com/bellows/ expansion-joints-with-butt-weld-ends/或https://www.mcmaster.com/bellows/high- temperature-all-metal-expansion-joints-with-flanged-ends/)或编织软管(例如https://www.mcmaster.com/bellows/extreme-temperature-air-and-steam-hose-with- male-threaded-fittings/)。该柔性区段可以包含材料诸如钽或者涂覆有涂层诸如防火涂料、铬、碳化铬、氧化铝、钽、TiN或本公开的另一涂层，该材料或涂层保护柔性区段诸如波纹管免于与熔融金属形成合金。柔性区段可以包括衬里诸如热绝缘体诸如包含BN、Macor、石英、氧化铝、氧化锆的热绝缘体或本公开的另一者以保护柔性区段不过热。衬里可以是分区段的、分段的或松散配合的以允许柔性。柔性区段917可以连接在电断路器913的上方或下方。对准器可以包括至少一个倾斜系统以通过该柔性区段一侧的压缩和相对侧的伸展来选择性地倾斜波纹管的圆柱轴线。该倾斜系统可以包括用以伸展或收缩断电器EM泵组装件914a的支撑件409k的长度的构件以致使相应的注射器EM泵管5k61和喷嘴5q改变其方向。在一个实施方式中，倾斜系统包括多个长度可调的支撑件409k以允许在多个方位角以及竖直方向上进行对准。对准器的倾斜系统可以包括致动器诸如机械致动器、螺旋千斤顶致动器、步进电动机致动器、线性电动机致动器、热致动器、电致动器、气动致动器、液压致动器、磁致动器、螺线管致动器、压电致动器、形状记忆聚合物致动器、光聚合物致动器或本领域已知的其它致动器，其用以调整支撑件409k的长度。在一个示例性的实施方式中，对准器包括(i)波纹管诸如在一端平端焊接至断路器913或断路器凸缘914而在另一端平端焊接至储罐5c的波纹管，(ii)通过在它们基部处的陶瓷垫片与滑动台409c电隔离的四个螺丝扣支撑件409k，和(iii)用于旋转每个螺丝扣以通过调节螺丝扣的长度来引起喷嘴位置调整的机械构件，其中反应池腔室5b31和无电断路器的储罐5c经刚性支撑以允许断路器EM泵组装件914a的独立运动。一个示例性的刚性支撑件是图8H至图8L和图13所示的反应池腔室支撑件918。旋转每个螺丝扣的机械构件可以包括每个螺丝扣上的固定齿轮，每个固定齿轮具有配合齿轮和电动机诸如伺服电动机以旋转配合齿轮来引起螺丝扣的长度变化。旋转可以由从相应的传感器接收点燃电流和电压数据的计算机控制。作为另一种选择，对准器包括倾斜系统，该倾斜系统包括至少一个致动器诸如本公开的致动器以改变一个或多个支撑件409k的长度来引起对准。
在另一个实施方式中，对准器包括在反应池腔室5b31与储罐EM泵组装件915a之间的储罐5c中的柔性区段诸如波纹管和用以通过压缩波纹管的一侧和伸展相对侧来选择性地倾斜波纹管的圆柱轴线的倾斜系统，其中至少反应池腔室5b31、波纹管上方的储罐区段5c、相对的储罐5c和断电器EM泵组装件914a可以进行以下中的至少一者：进一步经支撑和经刚性附接至滑动台409c以允许波纹管下方的储罐EM泵组装件915a的独立运动。一个示例性的刚性支撑件是图8H至图8L和图13所示的反应池腔室支撑件918。该倾斜系统可以包括能够调节长度以倾斜波纹管而引起对准的至少一个支撑件409k。示例性的倾斜系统是用以引起长度调节来实现对准的致动器诸如本公开的致动器。
在备选的实施方式中，对准器包括柔性区段诸如波纹管917和收缩倾斜系统，其中倾斜系统对波纹管的倾斜是通过波纹管的一侧的收缩而不是波纹管的相对侧的压缩和伸长来实现。图8H至图8L和图13所示的示例性收缩倾斜系统包括柔性区段诸如波纹管917和收缩或夹紧装置，该收缩或夹紧装置可沿波纹管917的圆柱轴线横跨该波纹管并在相对的端部固定至波纹管。示例性的收缩倾斜系统包括位于波纹管的电断路器端的框架920和位于相对端的可移动框架920a，以及横跨该框架的多个收缩元件诸如螺钉921，其中螺钉921的收缩和缩短致使波纹管在缩短的螺钉一侧的收缩或缩短和在相对侧的伸长，同时相应的螺钉921伸长。收缩元件可以包括致动器诸如本公开的致动器。致动器可以在波纹管的外部附接，其中内部可充当相应的储罐5c的区段。
在一个实施方式中，对准器包括注射器EM泵管5k61的柔性区段诸如波纹管和用以倾斜注射器EM泵管5k61的系统。该倾斜系统可以包括联动装置诸如机械联动装置和用以移动该联动装置的系统诸如用以移动该联动装置的机械致动器、螺旋千斤顶致动器、步进电动机致动器、线性电动机致动器、热致动器、电致动器、气动致动器、液压致动器、磁致动器、螺线管致动器、压电致动器、形状记忆聚合物致动器、光聚合物致动器或本领域已知的其它致动器。
在一个实施方式中，储罐、电断路器和波纹管中的至少一者可以包含磁性材料诸如具有高的居里温度的磁性材料诸如钢(居里温度为770℃)。诸如钢之类的磁性材料可以充当磁路以捕集点燃电流通量和由储罐涡电流或影像电流引起的通量，其中通量捕集用于防止熔融金属料流中的磁箍缩效应不稳定性。在一个实施方式中，储罐、电断路器和波纹管中的至少一者可以包括磁性材料包覆层、轴环或覆盖件诸如包含磁性钢的覆盖件。在另一个实施方式中，储罐、电断路器和波纹管中的至少一者可以包括电绝缘体或具有低导电性或无导电性的材料，其可以防止形成涡电流或影像电流以及可能干扰EM泵注入熔融金属的相应磁通量。
在一个实施方式中，喷嘴5q每一者都包括出口孔口诸如在相对侧上的出口孔口以产生形成大致直的水平线的料流或线性连接的熔融金属料流以避免相互的洛伦兹偏转。在一个实施方式中，EM泵5k61的每根注入管可以包括一区段，其使相对的喷嘴成角度以产生大致线性连接的料流以避免相互的洛伦兹偏转。
在图8L所示的实施方式中，喷嘴5q包括开口，该开口在EM泵管5k61的注射器区段的端部大致居中使得相应的熔融金属料流平行于EM泵管5k61的喷射器区段喷射。在一个实施方式中，每个注射器管可以包括多个(例如，两个、三个、四个)喷嘴5q，以及/或者每个储罐5c可以与多个注射器管5k61流体连通。储罐5c中的EM泵管5k61的注射器区段的高度可以进行调节使得喷嘴处于储罐内以保护其免于暴露于反应池腔室5b31中的更强等离子体所导致的损害。在一个实施方式中，喷嘴可以浸没在储罐的熔融金属液池中。双注射器SunCell的两个这样的注射器和喷嘴的EM泵管5k61的储罐和相应的注射器区段可以相对于彼此成角度而使得喷射的熔融金属料流遵循在反应池腔室5b31中相交的轨迹941。储罐5c可以形成连接至反应池腔室5b31和PV窗5ab4和5b4的倒置V形。构成该倒置V的支腿的储罐之间的角度可以在约1°至179°的范围内。储罐5c连接至反应池腔室5b31的区域可以包括散热器以防止该区域过热。散热器可以是储罐和反应池腔室底面中的至少一者的壁增厚部。散热器可以包括围绕储罐的外部顶部部分的金属轴环。示例性的散热器包含不锈钢或铜。
在进一步防止储罐的上部区段过热的一个实施方式中，反应池腔室5b31可以充当插入件的接受器。插入件可以包括反应池腔室底面衬里5b31b及储罐5c与反应池腔室5b31相连的区段。插入件可以包含难熔材料诸如至少一种包含陶瓷、碳、石英、诸如钨之类的难熔金属的难熔材料以及本公开的或本领域已知的另一难熔材料。插入件可以包含材料的复合物。插入件可以包括可以紧固在一起的多个部件。紧固件可以包括胶、硬钎焊件、焊接件、螺栓、螺钉、夹具或本公开的或本领域已知的另一紧固件。在胶粘的碳部件的情形中，示例性的胶包含Aremco Products Graphitic Bond 551RN。储罐可以包括具有任何所需横截面几何形状(例如圆形、正方形或矩形)的金属管，其紧固至以下中的至少一者：反应池腔室的基部以及彼此。相应的紧固件可以包括焊接件。该金属可以包含不锈钢或本公开的另一种。在管被部分地彼此紧固的情形中(例如，如图8A和图8B所示，不同的是顶点在横截面上被切掉并连接至反应池腔室5b31以及PV窗或PV窗腔室中的至少一者)，诸如焊接件之类的紧固件可以在每个储罐的电断路器913上方以维持熔融金属注射器电极的电隔离。插入件可以包括储罐衬里。在一个示例性的实施方式中，插入件包括在底面插入至反应池室以形成反应池室地面衬里5b31b的厚碳区块衬里，其中该区块包括加工成以下碳区块的两根管：具有储罐的直径，与竖直方向成角度以与横截面尺寸大致相同的不锈钢储罐管对准，该不锈钢储罐管连接至反应池腔室的基部或在每个储罐的电断路器913上方彼此连接。该角度可以在与竖直方向成约5°至85°的范围内。该区块的厚度可以在约1mm至100mm的范围内。在一个实施方式中，反应池腔室的壁朝PV窗逐渐变细或会聚以增加等离子体电流密度和分数氢反应功率。会聚反应池腔室可以连接至本公开的PV窗和PV窗腔室中的至少一者。会聚的等离子体可以导致气体压力增加从而导致等离子体流入PV窗5ab4和5b4或PV窗腔室916的区域以增加至PV转换器26a的光功率传输。
在一个实施方式中，存在来自整个反应池腔室容积和喷嘴处的储罐的强烈等离子体和光发射，但由于储罐和喷嘴的横截面面积与反应池腔室的横截面面积相比相对较小，储罐中喷嘴处的电流密度最高。分数氢功率与电流成非线性比例，但在一个实施方式中，设置了分数氢反应物扩散限制。在一个实施方式中，对用于分数氢反应物诸如氢、氧和H2O中的至少一者的流动的入口进行布置以在喷嘴处建立扩散限制从而限制在那里产生的功率以防止喷嘴熔化。
在一个实施方式中，喷嘴5q在注射器EM泵管的方向上取向，所述注射器EM泵管还构成延长高度的反应池腔室5b31，以准许熔融金属料流在反应池腔室5b31内相交，该反应池腔室可还包括由PV窗5b4形成的任何腔体的至少一部分。在一个实施方式中，反应池腔室和PV窗中的至少一者可以具有包括倒置Y的竖直部分的几何形状。该区段可以具有任何所需的几何水平横截面诸如圆形或正方形。反应池腔室可以包括衬里5b31a诸如包含碳和W中的至少一者的衬里。在一个实施方式中，反应池腔室5b31的一个或多个侧壁的至少一部分可以包括PV窗。在图8C至图8D和图8L所示的示例性实施方式中，PV窗可以包括透明的矩形或立方体腔室诸如包含石英或蓝宝石的腔室，该腔室通过活接头诸如包括与匹配金属凸缘配合的经研磨的石英或蓝宝石凸缘的活接头连接至反应池腔室5b31。在另一个示例性实施方式中，由PV窗形成的相应PV腔室可以包括图8L所示的反应池腔室5b31，其中该活接头处于基部，在该基部储罐连接至反应池腔室。活接头可以用垫圈(诸如石墨垫圈)和夹具或者通过胶或粘合剂密封。在备选的实施方式中，矩形或立方体腔室可以包括具有石英或蓝宝石窗面板的框架，该石英或蓝宝石窗面板用垫圈密封或胶粘或粘附至该框架诸如金属框架。在任一实施方式中，胶或粘合剂可以包含本公开的胶或粘合剂诸如Resbond 940SS、989、905、940LE和907中的至少一种。粘合剂可以包括复合物诸如多个层以允许通过不同粘合剂的相应层粘合至框架和粘合至窗。在一个实施方式中，基部或框架可以包括锚诸如焊接或硬钎焊至该基部或框架的金属筛网，其中将粘合剂施加至该锚以及施加至窗诸如石英或蓝宝石窗。
在一个实施方式中，锚包括薄金属环形物，该薄金属环形物包括圆柱体，其中在该圆柱体的每一端具有轴环或凸缘。该环形物可以真空密封地焊接至基部或框架，而该环形物的相对轴环可以胶粘至PV窗。该环形物可以包括至少一个膨胀构件诸如在圆柱体或环形物中的至少一个圆周褶状物。胶活接头可以包括多个层诸如在相应胶活接头的基部或框架侧上的Resbond 940SS和在窗侧上的Resbond 989。在一个实施方式中，凸缘、胶和窗的热膨胀系数对于操作温度范围是大致匹配的。在一个示例性的实施方式中，将蓝宝石窗胶粘至具有匹配的相似膨胀系数的选定不锈钢(SS)凸缘。在一个实施方式中，SS可以包含Kovar或Invar。胶或粘合剂可以包含本公开的胶或粘合剂诸如Resbond 940SS、989、905、940LE和907中的至少一种。胶活接头可以用合适的硬钎焊件诸如能够进行高温操作的硬钎焊件诸如本公开的硬钎焊件代替。操作温度可以在约300℃至2000℃的范围内。在一个实施方式中，经胶合的或硬钎焊的PV窗的温度非常缓慢地上升和下降以防止热冲击。升温速率可以在约10℃/小时至2000℃/小时的范围内。
在一个实施方式中，可以增加EM泵压力以致使熔融金属被注入在PV腔体的顶部5ab4和5b4以及侧窗中的至少一者的表面上来清洁窗的材料诸如金属氧化物诸如锡氧化物或镓氧化物。
喷嘴可以包括难熔包覆层或涂层，该难熔包覆层或涂层也可以包含电绝缘体或具有低电导率。在一个实施方式中，喷嘴、涂层或包覆层中的至少一者可以包含以下中的至少一者：难熔金属或陶瓷、W、Ta、碳、陶瓷涂覆的碳、BN、氧化锆、氧化铝、铪、Resbond灌封化合物诸如Resbond 940HT或940SS以及本公开的另一陶瓷或组合选项。
分数氢反应可以是以下中的至少一者：在非常热的表面诸如金属表面诸如所注入的熔融金属诸如锡、镓或银上，或在可在约500℃至3500℃的温度范围内的金属衬里或注射器部件上传播和自我持续。衬里可以包括突出到反应池腔室中的部件，选择性地加热该部件以充当该热表面。热表面可以减少或消除对施加外部电场和点燃电流中的至少一者的需要。在一个实施方式中，喷嘴5q和反应池腔室5b31衬里(诸如壁衬里和反应池腔室底部或基部衬里中的至少一者)中的至少一者可以充当热表面诸如金属表面诸如W、Ta或其他难熔金属表面诸如本公开的难熔金属表面。在备选实施方式中，热表面诸如衬里可以包含陶瓷诸如导电陶瓷诸如金属氮化物、金属碳化物或金属二硼化物涂层诸如难熔衬里基底材料诸如碳上的WC、TiB2、ZrB2或TiN涂层。示例性的涂层为硼化铪(HfB2)(熔点＝3380℃)、碳化钨(WC)(熔点＝2785℃-2830℃)、碳化铪(HfC)(熔点＝3900℃)、Ta4HfC5(熔点＝4000℃)、Ta4HfC5TaX4HfCX5(4215℃)、氮化铪(HfN)(熔点＝3385℃)、二硼化锆(ZrB2)(熔点＝3246℃)、碳化锆(ZrC)(熔点＝3400℃)、氮化锆(ZrN)(熔点＝2950℃)、硼化钛(TiB2)(熔点＝3225℃)、碳化钛(TiC)(熔点＝3100℃)、氮化钛(TiN)(熔点＝2950℃)、碳化硅(SiC)(熔点＝2820℃)、硼化钽(TaB2)(熔点＝3040℃)、碳化钽(TaC)(熔点＝3800℃)、氮化钽(TaN)(熔点＝2700℃)、碳化铌(NbC)(熔点＝3490℃)、氮化铌(NbN)(熔点＝2573℃)、碳化钒(VC)(熔点＝2810℃)。在一个示例性的实施方式中，反应池腔室5b31衬里可以包括W底面板5b31b和W板壁区段诸如用以形成矩形、立方体、六边形、八边形或其他多边形的W板壁区段，该W板壁区段可以进一步包括电绝缘体诸如W板之间的陶瓷条带以将它们隔离从而避免并置的W板之间以及随后至喷嘴中的一者的电路径。作为另一种选择，壁衬里可以至少部分地包含电绝缘体或具有低导电率的材料(诸如碳、陶瓷涂覆的碳、石英、陶瓷诸如本公开的陶瓷)或者用非传导性涂层诸如陶瓷涂层涂覆的导体诸如W或Ta。
在双熔融金属注射器SunCell诸如图8A至图8L所示的SunCell的实施方式中，一个EM泵的泵送速率相对于相对的EM泵的速率增加以致使相应的占优的注入熔融金属料流冲击在表面诸如金属部件诸如反应池腔室侧壁上以产生受热表面来在反应池腔室中引发分数氢反应。一旦引发分数氢反应，可将EM泵设置成在EM泵送速率上平衡。作为另一种选择，在SunCell的两个储罐的仅一个中具有电断路器的SunCell的实施方式中，占优的注入熔融金属料流冲击在恒定地处于占优的注入熔融金属料流的极性的相反极性下的衬里表面上以产生热表面来引发分数氢反应，其中在此后可以使EM泵送速率平衡。
在一个实施方式中，凸缘诸如图8H至图8L和图13所示的914和915以及其他凸缘诸如26d、26e和902中的至少一组可以用扁平金属板(没有螺栓孔)诸如围绕每个接合的组件周边的环形物代替。这些板可以在外边缘上焊接在一起以形成接缝。可以切掉或磨掉该接缝以将两块板分开。
在一个实施方式中，注射器EM泵管5k61诸如为以下情形中的至少一者的注射器EM泵管：难熔和抵抗与熔融金属形成合金，诸如W或Ta注射器EM泵管，可以包括管紧固件以将该管紧固至EM泵底板5kk1上的轴环。该紧固件可以包括焊接件。该紧固件可以包括焊接件。该紧固件可以包括压合接头。作为另一种选择，紧固件可以包含粘合剂或灌封化合物诸如本公开的粘合剂或灌封化合物诸如陶瓷诸如可以具有与不锈钢相似的热膨胀系数的Cotronics Resbond 940SS，Cotronics Resbond 940HT或Sauereisen Electrotemp水泥。在另一个实施方式中，紧固件包括EM泵管和轴环环形物诸如每一者上的垫片，其中该环形物可以焊接在边缘上以使管紧固。作为另一种选择，EM泵管可以包括环形物以使用覆盖件诸如碳板将该管固定至焊接到底板的轴环，该覆盖件推动环形物抵靠底板。可将该板胶粘至底板或通过至少一个紧固件保持在适当位置。诸如轴环、环形物和紧固件之类的组件可以涂覆有锡合金抗性涂层诸如本公开的涂层诸如CrC、氧化铝或Ta。
EM泵管5k6、储罐5c和反应池腔室5b31中的至少一者可以涂覆有保护下面的金属免于与熔融金属形成合金的涂层。示例性的涂层为氧化物、碳化物、二硼化物、氮化物、诸如防火涂料之类的陶瓷涂层和本公开的另一涂层。EM泵管5k6、储罐5c和反应池腔室5b31中的至少一者诸如壁和基部中的至少一者可以衬有衬里。示例性的衬里是钨衬里周边的碳或陶瓷诸如氧化铝诸如96+％氧化铝或FG995氧化铝。碳可以涂覆有电绝缘体诸如防火涂料、ZrO2或Resbond 907GF。储罐5c和反应池腔室5b31可以具有多边形横截面诸如正方形或矩形横截面。衬里诸如包含碳和钨中的至少一者的衬里可以包括衬里材料的板，该板可以在板的相交处一同倾斜。
在本公开的实施方式中，SunCell组件诸如反应池腔室、入口上升管、储罐和EM泵管的涂层可以包含由ZYP coatings制造的涂层诸如氧化钇、钛酸铪、氧化锆、YAG、3Y2O3-5Al2O3和氧化铝。至少有一种ZYP涂层可以代替防火涂料。
反应池腔室5b31和PV窗腔室916中的至少一者可以进一步包括用以支撑反应池腔室5b31和PV窗腔室916中的至少一者的重量的至少一个结构支撑件诸如可以附接至台409c的至少一根管柱或螺丝扣409k。
在一个实施方式中，PV窗包括至少一个鼓风机或压缩机和至少一个喷射口以通过窗表面上方的高速气流来冷却PV。可以选择诸如氦或氢之类的气体使得其是惰性的，对发射的辐射是透明的，并且具有高的传热能力。
在一个实施方式中，PV窗可以布置在球体的中心，其中能够回收光的PV覆盖球体的内部。作为另一种选择，PV窗可以布置在环形物的中心，该环形物在半球底部包括平面镜，该半球包括覆盖半球内部的能够回收光的PV。该镜可以包括抛光的金属、陶瓷诸如Accuflect(Accuratus公司)，或者本领域已知的能够反射由SunCell发射的基本上所有波长诸如约200nm-5000nm的波长范围内的光的其他反射器。
在实施方式诸如图8L所示的实施方式中，反应池腔室壁可以在高温下操作以充当PV转换器26a的PV池的黑体辐射器。PV转换器26a的PV池可以各自包括红外背衬或底层镜以执行光回收至黑体辐射器壁。反应池腔室壁可以包含能够在高温诸如在约1000℃至3500℃的范围内操作难熔材料诸如铌。壁可以涂覆有本公开的涂层诸如氧化铝或CrC以抑制以下中的至少一者：氧化和与熔融金属形成合金。
在一个实施方式中，诸如镓或锡之类的熔融金属流过热交换器诸如包括热光伏转换器的管壳式热交换器。可将诸如镓或锡之类的熔融金属泵送通过该管，其辐射至安装在壳内部的TPV池。
在一个实施方式中，分数氢等离子体透过PV窗发射的强黑体辐射可以直接用作辐射加热器、光源和定向能量武器中的至少一者。定向能量诸如强光发射可能会摧毁或熔化入射的投射物诸如导弹和子弹。
在一个实施方式中，包含分数氢或分子分数氢的物质的组合物包括涂层，该涂层为经涂覆的物体提供隐形性，因为分数氢包括不吸收或发射可见光的暗物质。
在一个实施方式中，熔融金属可以包含任何已知的金属或合金诸如锡、镓、镓铟锡合金、银、铜、Ag-Cu合金(诸如71.9％Ag/28.1％Sn)和Ag-Sn合金(诸如50％Ag/50％Sn熔体)。SunCell可以包括PV窗以允许等离子体和黑体光中的至少一者从反应池腔室发射至PV转换器。在一个实施方式中，反应池腔室包含气体以致使黑体温度更加均一。该气体可以包含稀有气体诸如氩。气体压力可以是高的以更好地分布温度。
熔融金属可以包含抵抗PV窗的润湿从而防止窗的失透的金属诸如锡。PV窗可以包含透明材料，该透明材料可以是以下中的至少一者：耐高温和耐锡润湿。该窗可以包含石英、zerodur(铝硅酸锂玻璃-陶瓷)、ULE(具有零热膨胀系数(CTE)的二氧化钛-二氧化硅二元玻璃)、蓝宝石、氮氧化铝、MgF2、玻璃、Pyrex和本领域已知的其他这样的窗中的至少一者。该窗可能能够在高温下诸如约200℃至1800℃的范围内操作，并且除了传输来自反应池腔室内部的等离子体发射之外还可以充当黑体辐射器。合适的示例性的耐高温窗是Rayotek公司的高压高温玻璃视窗(High Pressure,High Temperature Sight GlassWindows,HTHP)的耐高温窗(https://rayoteksightwindows.com/products/high-temp-sight-glass-windows.html)。
在一个实施方式中，PV窗是用来自诸如气体喷射口或注射器之类的源、气体源和可以在等离子体生成期间操作的诸如压力传感器、阀和计算机之类的流量和压力控制器的气体覆盖层、气体射流、高压射流或气刀中的至少一者进行清洁和冷却中的至少一者。气体可以包含稀有气体诸如氩和蒸汽中的至少一者。在一个实施方式中，窗清洁器包括水射流，该水射流可以是脉冲式的，其中过量的水可以作为蒸汽被泵出。在一个实施方式中，气体射流可以包含蒸汽。该窗可以包括连接至真空泵的局部真空端口以在蒸汽流入反应池腔室之前移除蒸汽。该窗可以进一步包括挡板诸如闸阀以从反应池腔室关闭该窗从而允许由该局部真空端口和真空泵选择性地泵出蒸汽。在一个实施方式中，窗可以包括熔融金属泵诸如电磁泵以将熔融金属诸如镓、锡、银、铜或其合金注入至窗的内表面上以对其进行清洁。
在一个实施方式中，熔融金属包含锡。在一个实施方式中，PV窗包括传导性的透明涂层诸如铟锡氧化物。可以通过电压源向窗施加偏压以排斥粘附性颗粒诸如锡和SnO颗粒。在一个实施方式中，通过等离子体的源诸如辉光放电源对窗进行等离子体清洁。在一个实施方式中，窗或用于窗的壳体中的至少一者可以进一步包括辉光放电的电极。在一个实施方式中，PV窗靠近向反应池腔室5b31提供HOH和原子H的辉光放电池900(图9A)。放电池可以为以下情形中的至少一者：经定位或成角度而使得由供应的分子氢在放电池中形成的原子氢在PV窗的表面上方流动。原子氢可以与锡或锡氧化物反应以形成挥发性SnH4从而清洁PV窗。在一个实施方式中，放电池的出口可以包括挡板或偏转器以致使来自放电池出口的原子氢的流入射在PV窗上。挡板或分流器可以包含具有低氢复合系数或低复合能力的材料诸如玻璃、石英或诸如氧化铝或BN之类的陶瓷。
在一个实施方式中，对窗进行冷却以至少(i)减少PV转换器的加热和(ii)允许形成挥发性锡烷来清洁窗，其中锡烷在温度高于锡烷热分解温度的反应池腔室中分解。此外，窗温度可以维持在高于锡的熔点诸如高于235℃。在一个实施方式中，熔融锡温度诸如在反应池腔室和储罐中的至少一者中的熔融锡温度维持在高于锡烷分解温度和氢基本上从熔融锡解吸的温度中的一者或多者。氢可以是来自反应池腔室的分数氢反应物。在一个实施方式中，窗的温度维持在高于锡氧化物的氢还原温度，其中氢可以是气态的并且可以是分子和原子中的至少一种形式。反应池腔室和储罐中的至少一者可以保持在约235℃至3500℃的温度范围内。
在一个实施方式中，该动力产生系统(称为SunCell)包括至少一个等离子体池，该等离子体池包括(i)放电等离子体产生池900，其产生水/氢混合物，该水/氢混合物待穿过该放电等离子体产生池朝熔融金属池引导，和(ii)放电等离子体点燃池，其在反应池腔室5b31中生成放电等离子体，其中所述等离子体池中的至少一者引起反应池腔室5b31中的分数氢等离子体的点燃，其中该分数氢等离子体包含至少部分由分数氢反应提供动力和维持的等离子体。在这些实施方式中，放电等离子体产生池诸如辉光放电池诱导由气体(例如，包含氧和氢的混合物的气体)形成第一等离子体；其中该放电等离子体产生池的流出物被引向熔融金属回路的任何部分(例如，熔融金属、阳极、阴极、浸没在熔融金属储罐中的电极、两个熔融金属储罐中的任一者、两个注射器熔融金属电极中的任一者)。在这些实施方式中，放电等离子体点燃池诸如辉光放电池在反应池腔室中引发放电诸如气体放电以引起反应池腔室中的分数氢反应的点燃。放电等离子体点燃的电极可以包括点燃电极。放电池的电极可以包括以下中的至少一者：阳极、阴极、浸没在熔融金属储罐中的电极、两个熔融金属储罐中的任一者、两个注射器熔融金属电极中的任一者、储罐、反应池腔室以及独立的放电等离子体点燃电极，其经由电隔离连接器诸如馈通件穿透反应池腔室。放电等离子体点燃电极可以是抵抗与熔融金属形成合金的金属诸如Ta、W或者经涂覆的金属诸如碳化物或氮化物涂覆的不锈钢电极。
在一个示例性的实施方式(图8F至图8G)中，钨放电等离子体点燃电极可以在注射器电极5k6的金属料流中的一者附近穿透反应池腔室。该电极可以经由馈通件穿过反应池腔室壁。SunCell可以包括高电压动力供应器，该高电压动力供应器可以包括为放电等离子体产生池提供动力的动力供应器。动力供应器可以向放电等离子体产生池施加高电压以引起气体辉光放电来点燃分数氢等离子体。一个电极可以包括点燃汇流条5k2a1。在其中反应池腔室5b31接地的示例性实施方式中，来自高电压放电动力供应器的正放电电极引线可以连接至包括电断路器913的储罐5c中的点燃汇流条5k2a1，并且来自高电压放电动力供应器的负放电电极引线可以连接至另一点燃汇流条5k2a1。在一个备选实施方式中，放电等离子体产生池900充当放电等离子体产生池900和放电等离子体点燃池。在该情形中，放电等离子体产生池的电极诸如正电极可以延伸穿过放电等离子体产生池进入反应池腔室。
在一个实施方式中，光-电转换器包括本公开的光伏转换器，该光伏转换器包括光伏(PV)池，该光伏池可响应从池发射的光的显著波长区域诸如对应于光功率输出的至少10％的波长区域。在一个实施方式中，PV池是可以接受高强度光的聚光型池，该强度光大于太阳光的强度诸如在约1.5suns至75000suns、10suns至10000suns和100suns至2000suns中的至少一者的强度范围内。聚光型PV池可以包含可以在约1至1000suns的范围内操作的c-Si。硅PV池可以在执行改善带隙以更好地匹配黑体光谱及改善散热从而降低冷却系统的复杂性中的至少一个功能的温度下操作。在一个示例性的实施方式中，聚光型硅PV池在约130℃下在100至500Suns下操作以提供约0.84V的带隙来匹配3000℃黑体辐射器的光谱。PV池可以包括单个结或多个结诸如三结。聚光型硅PV池可以包括单结Si或单结III/V族半导体或多层诸如III/V族半导体的多层诸如以下群组中的至少一者：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-晶圆-InGaAs；GaInP-Ga(In)As-Ge；和GaInP-GaInAs-Ge。诸如三结或双结之类的多个结可以串联连接。在另一个实施方式中，这些结可以并联连接。结可以机械方式堆叠。结可以是经晶圆键合的。在一个实施方式中，结之间的隧道二极管可以由晶圆键合件来代替。晶圆键合件可以是电隔离的并且对于由后续的或更深的结转换的波长区域是透明的。每个结可以连接至独立的电气连接件或汇流条。独立的汇流条可以串联或并联连接。用于每个电学上独立的结的电触点可以包括栅格线。由于电流分布于用于独立的结或结组的多个并联电路或互连件上，因此可使该线的阴影面积最小。可以在横向上移除电流。晶圆键合层可以包括透明的传导性层。示例性的透明导体是透明传导性氧化物(TCO)诸如氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)和掺杂的氧化锌以及传导性聚合物、石墨烯和碳纳米管以及本领域技术人员已知的其它透明导体。苯并环丁烯(BCB)可构成中间键合层。键合可以在诸如玻璃诸如硼硅酸盐玻璃之类的透明材料与PV半导体材料之间。示例性的两结池为包括键合至GaAs底层的GaInP晶圆顶层的两结池(GaInP//GaAs)。示例性的四结池包括InP基底上的GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs，其中每个结可以通过隧道二极管(/)或隔离透明晶圆键合层(//)单独分隔开，诸如由InP上的GaInP//GaAs//GaInAsP//GaInAs给出的池。PV池可以包括InGaP//GaAs//InGaAsNSb//传导层//传导层//GaSb//InGaAsSb。基底可以是GaAs或Ge。PV池可以包含Si-Ge-Sn和合金。二极管和晶圆键合件的所有组合都在本公开的范围内。在AM1.5d光谱的297倍浓度下具有44.7％转换效率的示例性四结池由法国的SOITEC公司制造。PV池可以包括单个结。示例性的单结PV池可包括单晶硅池诸如Sater等人(B.L.Sater,N.D.Sater,“High voltagesilicon VMJ solar cells for up to 1000suns intensities”，PhotovoltaicSpecialists Conference(光伏专家会议)，2002年.第29届IEEE会议记录，2002年5月19日至24日，第1019-1022页。)给出的单晶硅池中的一者，通过引用将该文献全文并入本文。作为另一种选择，单结池可以包含GaAs或掺杂有诸如III族和V族之类的其它元素的GaAs。在一个示例性的实施方式中，PV池包括在约1000Suns下操作的三结聚光型硅PV池或GaAs PV池。在另一示例性的实施方式中，PV池包括在250Suns下操作的c-Si。在一个示例性的实施方式中，PV可以包含可以选择性地响应小于900nm的波长的GaAs以及可以选择性地响应900nm至1800nm之间的区域中的波长的于InP、GaAs和Ge中的至少一者上的InGaAs。可以组合使用包含GaAs和于InP上的InGaAs的两种类型的PV池以提高效率。可使用两个这样的单结型池以具有双结池的效果。可以通过使用二向色镜、二向色滤波器和单独的或与镜组合的池架构中的至少一者来实施该组合以实现如本公开中给出的光的多次反弹或反射。在一个实施方式中，每个PV池包括多色层，该多色层对入射光进行分离和分类，从而将其重定向以照在多结池中的特定层上。在一个示例性的实施方式中，池包括用于可见光的磷化铟镓层和用于红外光的砷化镓层，其中对应的光经引导。PV池可以包含GaAs1-x-yNxBiy合金。
PV池可以包含硅。硅PV池可以包括可以在约5到2000Suns的强度范围内操作的聚光型池。硅PV池可以包含结晶硅并且至少一个表面可以还包含可具有与结晶Si层不同的带隙的非晶硅。非晶硅可以具有比结晶硅更宽的带隙。非晶硅层可以执行以下中的至少一种功能：使池为电透明的以及防止表面处的电子-空穴对复合。硅池可以包多结池。这些层可包括独立的池。可对至少一个池诸如顶部池诸如包含Ga、As、InP、Al和In中的至少一者的池进行离子切片并机械堆叠于Si池诸如Si底部池上。多结池和串联连接池的层中的至少一者可以包括旁路二极管以最小化由于池的层之间的电流失配引起的电流和功率损失。可以使池表面纹理化以利于光穿透到池中。池可以包括抗反射涂层以增强光穿透到池中。抗反射涂层可以进一步反射低于带隙能量的波长。该涂层可以包括多个层诸如约两至20个层。增加的层数量可以增强选择性以带通所需波长范围诸如带隙能量以上的光并反射另一范围诸如低于带隙能量的波长。从池表面反射的光可以被反弹至至少一个可以吸收该光的其他池。PV转换器可以包括闭合结构诸如短程线圆顶以提供反射光的多次反弹从而增加PV吸收和转换的横截面。短程线圆顶可以包括多个接收器单元200(图11)诸如覆盖有PV池15的三角形单元。该圆顶可以充当积分球。未转换的光可以被回收。光回收可以通过成员接收器单元诸如短程线圆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该池的带隙能量的波长的滤波器。该池可以包括底部镜诸如银或金底层以将未吸收的光反射回穿过该池。进一步的未吸收的光和由池表面滤波器反射的光可由黑体辐射器吸收并重新发射至PV池，其中黑体辐射包括SunCell的组件诸如反应池腔室和储罐的至少一壁中的至少一者。在一个实施方式中，PV基底可以包含对从底部池透射到基底背面的反射器的光透明的材料。具有透明基底的示例性三结池为InGaAsP(1.3eV)、InGaAsP(0.96eV)、InGaAs(0.73eV)、InP基底以及铜或金IR反射器。在一个实施方式中，PV池可以包括聚光型硅池。对于较高的电压可以选择多结III-V族池，或者对于较低的成本可以选择Si池。可以通过使用透明导体诸如透明传导性氧化物(TCO)来减少汇流条遮蔽。
PV池可以包含钙钛矿池。示例性的钙钛矿池包括从顶部到底部的Au、Ni、Al、Ti、GaN、CH3NH3SnI3、单层h-BN、CH3NH3PbI3-xBrx、HTM/GA、底部接触层(Au)的层。
该池可以包括多p-n结池诸如包括AlN顶层和GaN底层以分别转换EUV和UV的池。在一个实施方式中，光伏池可以包括在表面附近具有重度p掺杂的GaN p层池以避免短波长光诸如UV和EUV的过度衰减。n型底层可以包含AlGaN或AlN。在一个实施方式中，PV池包含GaN和在p-n结的顶层中经重度p掺杂的AlxGa1-xN，其中该p掺杂层包括二维空穴气体。在一个实施方式中，PV池可以包括具有半导体结的GaN、AlGaN和AlN中的至少一者。在一个实施方式中，PV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池响应于高于具有多个电子-空穴对的PV材料的带隙的高能量光。该光强度可以足以使复合机构饱和以提高效率。
转换器可以包括多个以下中的至少一者：(i)GaN、(ii)AlGaN或AlN p-n结和(iii)浅超薄p-n异质结光伏池，其各自都包括于n型AlGaN或者AlN基部区域上的GaN中的p型二维空穴气体。每一者可以包括到诸如Al薄膜层之类的金属薄膜层的引线、n型层、耗尽层、p型层以及到由于短波长光和真空操作而没有钝化层的金属薄膜层诸如Al薄膜层的引线。在包括AlGaN或AlN n型层的光伏池的实施方式中，具有适当功函数的金属可以取代p层以构成Schottky整流势垒从而构成Schottky势垒金属/半导体光伏池。
在另一个实施方式中，转换器可以包括光伏(PV)池、光电(PE)池及PV池与PE池的混合池中的至少一者。PE池可以包括固态池诸如GaN PE池。PE池可以各自包括光电阴极、间隙层和阳极。示例性的PE池包括经终止的GaN(阴极)/AlN(分隔物或间隙)/可以终止的Al、Yb或Eu(阳极)。每个PV池可以包括本公开的GaN、AlGaN和AlN PV池中的至少一者。PE池可以是混合池的顶层而PV池可以是底层。PE池可以转换最短波长的光。在一个实施方式中，PE池的阴极层和阳极层以及PV池的p层和n层中的至少一者可以倒置。可以更改架构以改善电流采集。在一个实施方式中，来自燃料点燃的光发射是偏振的并且转换器经优化以使用光偏振选择性材料来优化光穿透到池的活性层中。
在一个实施方式中，从反应池腔室中的分数氢等离子体经由PV窗至PV转换器的光发射可以主要包含紫外光和极紫外光诸如在约10nm至300nm的波长区域中的光。PV池可以响应于约10nm至300nm的波长区域的至少一部分。PV池可以包括聚光型UV池。该池可能响应于黑体辐射。该黑体辐射可以是对应于约1000K至6000K的至少一个温度范围的黑体辐射。入射光强度可以在约2至100000Suns和10至10000Suns的至少一个范围内。该池可以在本领域已知的温度范围诸如约低于300℃和低于150℃的至少一个温度范围内操作。PV池可以包括III族氮化物诸如InGaN、GaN和AlGaN中的至少一者。在一个实施方式中，PV池可以包括多个结。结可以串联分层。在另一个实施方式中，结是独立的或电并联的。独立的结可以是经机械堆叠的或经晶圆键合的。一种示例性的多结PV池包括至少两个结，所述结包括n-p掺杂的半导体诸如来自InGaN、GaN和AlGaN的群组中的多个。GaN的n掺杂剂可以包含氧，并且p掺杂剂可以包含Mg。示例性的三结池可以包含InGaN//GaN//AlGaN，其中//可以指隔离透明晶圆键合层或机械堆叠。PV可以在相当于聚光型光伏(CPV)的光强度的高光强度下运行。基底可以是蓝宝石、Si、SiC和GaN中的至少一者，其中后两者为CPV应用提供最佳的晶格匹配。可以使用本领域已知的金属有机气相外延(MOVPE)方法来沉积层。池可以通过冷板诸如CPV或二极管激光器诸如商用GaN二极管激光器中使用的冷板来冷却。栅极触点可以安装在池的前表面和后表面上，如在CPV池的情形中。在一个实施方式中，PV池诸如包含GaN、AlN和GaAlN中的至少一者的PV池的表面可以经封端。封端层可以包含H和F中的至少一者。封端可以降低缺陷的载流子复合效应。该表面可以用诸如AlN之类的窗来封端。
在一个实施方式中，光伏(PV)和光电(PE)转换器的PV窗和保护窗中的至少一者可以对其所响应的光基本透明。该窗可以对响应光至少10％透明。该窗可以对紫外光透明。窗可以在PV或PE池上包括涂层诸如UV透明涂层。该涂层可以通过沉积诸如气相沉积来施加。该涂层可以包含本公开的UV窗诸如蓝宝石或MgF2窗的材料。其他合适的窗包含LiF和CaF2。可以使诸如MgF2窗之类的任何窗变薄以限制EUV衰减。在一个实施方式中，PV或PE材料诸如坚硬的玻璃状的材料诸如GaN充当可清洁表面。诸如GaN之类的PV材料可以充当窗。在一个实施方式中，PV或PE池的表面电极可以包括窗。电极和窗可以包含铝。该窗可以包含铝、碳、石墨、氧化锆、石墨烯、MgF2、碱土金属氟化物、碱土金属卤化物、Al2O3和蓝宝石中的至少一者。该窗可以非常薄诸如约至/>厚而使得其对来自池的UV和EUV发射是透明的。示例性的薄透明薄膜为Al、Yb和Eu薄膜。可以通过MOCVD、气相沉积、溅射和本领域已知的其他方法来施加该膜。
在一个实施方式中，池可以通过至少一种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群组的至少一种机制将入射光转换为电。转换器可以包括双层池，每一者在光伏层的顶部具有光电层。诸如极紫外光之类的高能量光可由顶层选择性地吸收和转换。多个层中的一层可以包括UV窗诸如MgF2窗。UV窗可以保护紫外(UV)PV免受电离辐射诸如软X射线辐射的损害。在一个实施方式中，可以添加低压池气体以选择性地衰减将会损害UV PV的辐射。作为另一种选择，可以通过光电子转换器顶层将这种辐射至少部分地转换为电并且与UV PV至少部分地阻隔。在另一个实施方式中，诸如GaN之类的UV PV材料还可以使用光伏效应和光电效应中的至少一者将来自池的极紫外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成电的PV池。示例性的紫外PV池包括以下中的至少一者：p型半导体聚合物PEDOT-PSS：沉积在Nb掺杂的氧化钛(SrTiO3:Nb)上的通过聚(4-苯乙烯磺酸盐)膜掺杂的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT-PSS/SrTiO3:Nb异质结构)；GaN；掺杂有过渡金属诸如锰的GaN；SiC；金刚石；Si；和TiO2。其他示例性的PV光伏池包括n-ZnO/p-GaN异质结池。
为了将高强度光转换为电，该产生器可以包括光分配系统和光伏转换器26a诸如图10所示的光分配系统和光伏转换器。光分配系统可以包括沿从池发射的光的传播轴以百叶窗式层叠件布置的多个半透明镜，其中在该层叠件的每个镜构件23处，光至少部分地反射到PV池15诸如与光传播方向平行对准的PV池上以接收横向反射的光。光-电面板15可以包括PE、PV和热离子池中的至少一者。至转换器的窗可以对池发射的光诸如短波长光或者黑体辐射诸如对应于约1000K至4000K的温度的黑体辐射透明，其中功率转换器可以包括热光伏(TPV)功率转换器。PV窗或至PV转换器的窗可以包含蓝宝石、氮氧化铝、LiF、MgF2和CaF2、其他碱土金属卤化物诸如氟化物诸如BaF2、CdF2、石英、熔融石英、UV玻璃、硅酸硼和Infrasil(ThorLabs公司)中的至少一者。该半透明镜23可以对短波长光是透明的。该材料可以与PV转换器窗的材料相同，其中部分覆盖有反射材料诸如镜诸如UV镜。半透明镜23可以包括反射材料诸如UV镜诸如MgF2涂覆的Al和铝上的薄氟化物膜(诸如MgF2或LiF膜)或SiC膜中的至少一者的格纹图案。
在一个实施方式中，可以通过使用黑体发射器5b4c的表面上选择性发射器诸如镱来提高TPV转换效率。镱是一类稀土金属的示例性成员，它不是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池的带隙非常接近地匹配。
在一个实施方式中，PV转换器26a(参见例如，图12至图13)可以包括多个三角形接收器单元(TRU)，每一者包括多个光伏池诸如正面聚光型光伏池、安装板和安装板背面的冷却器。冷却器可以包括多通道板、支持冷却剂相变的表面和热管中的至少一者。三角形接收器单元可以连接在一起以形成至少部分短程线圆顶。TRU可以进一步包括电连接件、汇流条和冷却剂通道中的至少一者的互连件。在一个实施方式中，接收器单元及连接件的图案可以包括降低冷却系统复杂性的几何形状。可以减少PV转换器组件的数量诸如短程线球形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区段。这些区段可以接合在一起以形成围绕黑体辐射器5b4c或PV窗5b4的部分罩壳。PV转换器和黑体辐射器5b4c中的至少一者可以是多面的，其中黑体辐射器和接收器单元的表面可以在几何形上匹配。PV窗也可以具有与PV转换器26a类似的几何匹配，诸如在部分圆顶PV窗5b4(图13)和部分短程线圆顶PV转换器26a的情形中。例如，PV窗可以是球形或半球形并且PV转换器可以包括短程线圆顶构造的多个PV板，并且任选地，PV窗球体的中心和短程线圆顶的中心相同或几乎相同(例如，在1cm内)。PV转换器罩壳可以包括三角形单元、正方形单元、矩形单元、圆柱形单元或其他几何单元中的至少一者。黑体辐射器5b4c或PV窗5b4可以包括正方形、部分球体或其他期望的几何形状中的至少一者以照射PV转换器的单元。在一个示例性的实施方式中，转换器罩壳可以包括围绕可以是球形、矩形或正方形的黑体辐射器5b4c或PV窗5b4的五个正方形单元。转换器罩壳可以进一步包括接收器单元用以接收来自黑体辐射器或PV窗的基部的光。该基部单元的几何形状可以是优化光收集的几何形状。该罩壳可以包括正方形和三角形的组合。该罩壳可以包括顶部正方形，其连接至包括四个交替的正方形和三角形对的上部区段、连接至作为中间区段的六个正方形、连接至至少部分下部区段，该下部区段包括四个交替的正方形和三角形对，其连接至部分或不存在的底部正方形。
光伏转换器的短程线密集接收器阵列的三角形元件的示意图在图11中示出。短程线圆顶中的PV转换器26a(参见例如，图12至图13)可以包括由三角形元件200构成的密集接收器阵列，每个三角形元件由能够将来自黑体辐射器5b4c或PV窗5b4的光转换为电的多个聚光型光伏池15构成。PV池15可以包括GaAs N晶圆上的GaAs P/N池、InP上的InAlGaAs和GaAs上的InAlGaAs中的至少一者。所述池可以各自包括至少一个结。三角形元件200可以包括覆盖件主体201(诸如包括冲压Kovar片材的覆盖件主体)、热端口202和冷端口204诸如包括压入配合管的端口以及用于连接邻接的三角形元件200的附接凸缘203诸如包括冲压Kovar片材的附接凸缘。
在包括热力源的一个实施方式中，PV转换器26a的热交换器包括多个热交换器元件200和用以吸收光的构件，该热交换器元件为诸如图11所示的三角形元件200，每一者包括热冷却剂出口202和较冷冷却剂入口204。光可以来自黑体辐射器5b4c诸如反应池腔室壁或穿过PV窗5b4的分数氢等离子体。热交换器元件200可以每一者将未转换成电的动力作为热量传递到流过该元件的冷却剂中。冷却剂入口和出口中的至少一者可以附接至共同的水歧管。热交换器系统可以进一步包括冷却剂泵、冷却剂储槽以及负载热交换器诸如辐射器和在空气流过该辐射器时向负载提供热空气的空气风扇。
每个接收器单元的冷却器或热交换器可以包括以下中的至少一者：冷却剂壳体，其包括至少一个冷却液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路的板；和安装于PV池安装板之上的多个冷却剂翅片。翅片可以由诸如银、铜或铝之类的高导热材料构成。可以选择翅片的高度、间距和分布以在PV池区域上实现均一的温度。冷却器可以通过热环氧树脂安装至安装板和PV池中的至少一者上。光伏池的正面(照明侧)可通过防护玻璃或窗进行保护。在一个实施方式中，包括接收器单元的罩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池腔室5b31内部的熔融金属蒸汽压力的内部压力。
在一个实施方式中，SunCell的功率可以通过能够记录等离子体黑体辐射和温度的光功率计或光谱仪进行光学感测。记录的功率诸如透过PV窗5b4传输的功率可以由控制器用于控制分数氢反应条件诸如本公开的那些条件以维持所需的功率输出。
在一个实施方式中(图12至图13)，PV转换器的半径可以相对于黑体辐射器5b4c或PV窗5b4的半径增加以基于光功率通量的半径平方反比依赖性来降低光强度。作为另一种选择，可以通过光分配系统来降低光强度，该系统包括沿黑体辐射器射线路径的一系列半透明镜23(图10)，该系列半透明镜将入射光部分反射至PV池15并进一步将一部分光透射至该系列的下一个成员。该光分配系统可以包括镜以减少沿径向路径、Z字形路径或对于堆叠一系列PV池和镜以实现所需的光强度分布和转换便利的其他路径的光强度。在一个实施方式中，黑体辐射器5b4c或PV窗5b4可以具有与光分配和PV转换系统配合的几何形状，该光分配和光伏转换系统包括与对应的PV池组合的一系列镜、透镜或滤波器。在一个示例性的实施方式中，黑体辐射器或PV窗可以是正方形的，并且匹配直线光分配和PV转换系统的几何形状。
可以选择冷却系统的参数以优化该产生器的成本、性能和功率输出。示例性的参数是冷却剂的种类、冷却剂的相变、冷却剂压力、PV温度、冷却剂温度和温度范围、冷却剂流量、PV转换器和冷却剂系统相对于黑体辐射器的半径的半径以及用以减少不能被PV转换为电的PV入射光的量或用以减少回收在通过PV池时未能转换的PV入射光的在PV的正面或背面上的光回收和波长带选择滤波器或反射器。示例性的冷却剂系统是执行以下中的至少一者的冷却剂系统：i.)在PV池处形成蒸汽、输送蒸汽并使蒸汽冷凝以在与环境的交换界面处释放热量，ii.)在PV池处形成蒸汽、使其冷凝回液体以及在与环境的热交换器诸如辐射器处从单相排出热量，以及iii.)利用微通道板从PV池中移除热量并在与环境的热交换器处排出热量。在冷却PV池的过程中，冷却剂可以保持在单相中。
PV池可以安装至冷板。热量可以通过通向冷却歧管的冷却剂管道或冷却剂管从冷板中移除。歧管可以包括围绕PV转换器周边的多个环形管，该环形管可沿PV转换器的垂直轴或z轴间隔开的并且包括从其出来的冷却剂管道或冷却剂管。在一个实施方式中，经加热的冷却剂可以用于向负载提供热力。该冷却系统可以包括至少一个额外的热交换器以使冷却剂冷却并向热负载提供热量。经冷却的冷却剂可通过泵再循环至冷板。
反应池腔室、储罐和EM泵中的至少一者可以由诸如水之类的冷却剂冷却。根据本公开，冷却剂可以被动地循环通过热交换器或通过泵主动地循环以移除热量。被动循环可以包括蒸汽形成和冷凝热传递循环。PV池和PV窗中的至少一者可以由循环冷却剂冷却。在一个实施方式中，PV转换器26a包括PV池的密集接收器阵列、PV窗、容纳PV转换器的壳体、通过至少一个泵循环穿过壳体的冷却剂、热交换器、至少一个温度传感器、至少一个流量传感器和热交换器以从PC池和PV窗中的至少一者移除热量。冷却剂在发射到PV窗或从PV窗发射的光的光谱区域中可以具有低的光吸收系数，其中光可以被回收。冷却剂可包含水。冷却剂可以包括熔融盐，其针对PV窗和PV池中的至少一者的操作温度进行选择并且对于发射的或回收的光具有低吸收系数。PV窗与PV池之间的光路长度可以最小化以减少对发射的或回收光的吸收。可通过泵维持冷却剂流量以冷却PV窗来维持稳定的窗温度。在一个备选的实施方式中，在对PV池的黑体辐射提供足够冷却以维持操作温度的温度下操作PV窗。在一个实施方式中，PV窗腔体足够大而使得与等离子体加热相比PV窗的光吸收是PV窗的加热的重要贡献因素，其中窗壁与等离子体的距离可减少等离子体加热。
在一个实施方式中，低于PV带隙的光可以通过从PV池反射、由黑体辐射器5b4c吸收以及在黑体辐射器的操作温度下诸如在约1000K至4000K的范围内作为黑体辐射重新发射而回收。黑体辐射器可以包括外部SunCell壁或PV窗和分数氢反应等离子体。在一个实施方式中，低于带隙的经反射辐射可以对PV窗透明而使得其被反应池腔室5b31气体和等离子体吸收。所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对所反射的低于带隙的光的回收。在包括黑体辐射器诸如外部SunCell壁的实施方式中，可以将高发射率施加至表面。涂层可以包含碳、碳化物、硼化物、氧化物、氮化物或本公开的其他难熔材料。示例性的涂层为石墨、ZrB2、碳化锆和ZrC复合材料诸如ZrC-ZrB2和ZrC-ZrB2-SiC。涂层可以包括粉末层。
为了利于从SunCell传输的辐射功率密度与热光伏(TPV)池的可接受操作功率密度的匹配，也可以通过增加反应池腔室和储罐中的至少一者的几何面积将SunCell所产生的功率分布在反应池腔室或储罐中至少一者较大表面积上。在一个实施方式中，通过增加SunCell的至少一个尺寸来增加相应的壁表面积，由反应池腔室和储罐壁中的至少一者辐射的所需功率密度与由SunCell产生的功率匹配。对TPV池进行选择以在从壁发射并入射到TPV池上的光的相应浓度下具有高效率。在包括其中该浓度超过TPV池或TPV池的冷却系统的容量中的至少一者的PV窗的一个实施方式中，可以通过将PV转换器26a的TPV池放置在离PV窗5b4更大的距离处诸如图8E所示，将光浓度降低至适当的水平。在一个示例性实施方式中，PV转换器26a可以包括围绕PV窗5b4的六边立方体或矩形腔体。PV转换器的底部面板可以附接至PV窗凸缘26d。该连接件可以包括PV面板与凸缘连接件之间的热绝缘体。在一个实施方式中，包括倒置Y几何形状SunCell的直的几何形状区段的PV窗的尺寸可以增加以将光散布到更大的区域上。一个示例性的PV几何形状是圆柱形或矩形罐，其中主体的横截面大于与倒置V几何形状区段的凸缘的接头的横截面。在另一个实施方式中，PV窗上的热负载可以通过使其更大来增加其表面积而减少，其中较大的面积可增加热损失以维持所需的窗操作温度。
在一个实施方式中，TPV转换器容纳在能够实现以下中的至少一者的腔室中：真空、大气压和高于大气压。TPV转换器可以维持在真空或惰性气氛诸如稀有气体气氛诸如氩气氛之下。腔室可以包括用于点燃、EM泵和等离子体放电池900电流的电连接件的电馈通件，以及用于传感器诸如温度、气流、气压、光功率和光谱传感器的其它电连接件的电馈通件。
在一个实施方式中，用于操作本公开的SunCell、锅炉和空气热交换器中的至少一者的动力的至少一部分诸如点燃动力、EM泵动力、真空泵动力、控制器动力、制冷器或冷却器动力以及鼓风机动力中的至少一者可由SunCell热光伏转换器提供。在其中操作SunCell的动力至少部分由SunCell发射的TPV转换提供的SunCell-TPV-空气热交换器系统的一个示例性实施方式(图9F和图9I)中，来自反应池腔室壁、储罐壁和PV窗中的至少一者的黑体发射可以入射到PV转换器上并且由SunCell产生的剩余热力可以通过空气热交换器诸如图9G至图9H或图7G所示的空气热交换器转移至空气。在一锅炉点燃动力供应器实施方式中，用来提供至少一些电来充当点燃动力源的PV窗和PV转换器可以容纳在壳体诸如是水密和气密中的至少一者的壳体中。
在一个实施方式中，光热动力源包括SunCell 812，SunCell 812包括PV窗5b4，诸如图2至图5、图8A至图8L、图13和图9J所示，其中待加热的负载被来自SunCell的等离子体发射、黑体发射、UV发射、可见光发射和红外发射中的至少一者直接或间接照射。该照射可以通过一个或多个镜和透镜中的至少一者反射至所需的位置。可以使用相应的反射器经由Z字形光路引入光。在图9J所示的实施方式中，辐射可以局限在壳体诸如热腔体诸如烘箱系统928诸如还包括空气循环器929和输送机932的烘箱系统的绝热腔体930。该热腔体可以包括光热烘箱。烘箱壁中的至少一者可以包括黑体腔体或辐射器。SunCell 812可以包括热灯。腔体壁的热绝缘件可包括能够耐高温的热绝缘件诸如陶瓷诸如本公开的陶瓷诸如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、铪、氧化锆、BN或石墨。光热烘箱可以进一步包括传感器诸如热传感器和控制件诸如SunCell光功率输出控制件以控制烘箱的内部温度。该烘箱可以包括SunCell启动烘箱931。启动烘箱931可以熔化熔融金属诸如锡。启动烘箱可以从启动期间加热SunCell切换到启动后由来自SunCell的动力加热烘箱。该光热烘箱可以包括不止一个腔体诸如容纳SunCell 931的腔体和接收来自待加热的PV窗5b4的光的另一个工作烘箱腔室930。容纳SunCell 931的烘箱腔体可以包括启动烘箱。在包括多个腔室的实施方式中，一个腔室931可以容纳SunCell而另一个腔室可以包含工作腔室930，该工作腔室加热放置在该工作室中的所需材料或物体。在一个实施方式中，PV窗可以至少部分地由PV转换器26a的PV池覆盖以将等离子体辐射的至少一部分转换为电。电可以至少部分地由动力调节器、供应器和控制器2调节以待用于向寄生负载提供动力诸如点燃动力、EM泵动力、控制器动力、辉光放电动力和真空泵动力。为工业烘箱和炉提供热力的光功率，连同来自锅炉及其蒸汽-空气热交换器的功率可以服务于许多市场诸如空间和工艺加热、蒸汽处理、烹饪、烧烤、烘焙、干燥、固化、熔炼、精炼、合成燃料生产、氨生产、脱盐、纯化和水泥生产。
在一个实施方式中，图9K所示的SunCell锅炉包括烘箱或炉诸如图9J所示的烘箱或炉以通过SunCell 812从外部加热锅炉腔室116。外部补充水储槽36可以供应补充水并抑制锅炉腔室116中的水湍流。SunCell锅炉可包括图8A至图8L和图9J所示的具有等离子体窗5b4和5ab4的SunCell 812、锅炉腔室116外部诸如壁或基部处的黑体吸收器942以及用于将热量自黑体吸收器942传递至锅炉腔室116内部的水以产生经加热的水和蒸汽中的至少一者的热交换器943。在一个示例性的实施方式中，黑体吸收器942可以包括阳极氧化金属诸如具有高传热系数的阳极氧化金属诸如阳极氧化的铜或铝。SunCell的至少一部分诸如PV窗5b4和5ab4可以容纳在腔室931A中。腔室931A可以包括多个腔室诸如一个上部腔室931A和另一个下部腔室931B，其中维持上部腔室比下部腔室更热。下部腔室可以进一步包括诸如风扇946之类的构件以在分数氢等离子体已经引发之后冷却EM泵5kk，其中两个腔室均可充当加热器烘箱以熔化熔融金属来开始分数氢反应。热交换器943可以包括穿透锅炉腔体116壁的热传递杆诸如铜杆或铝杆或热管，并且可以进一步包括连接至该杆或热管的热传递表面诸如管材或翅片。在一个示例性的实施方式中，SunCell窗5b4传输光功率以在锅炉储槽116外部加热基部的吸收器板942，其中板942包括位于储槽基部的相对侧的储槽水中的热传递翅片943。在一个备选的实施方式中，可以是绝热的PV窗(诸如5b4)和SunCell的一部分(诸如反应池腔室5b31的一部分)中的至少一者可以通过锅炉腔室壁中的穿透部而处于锅炉腔室116的内部以使得锅炉水可以通过直接等离子体辐射以及热对流和传导来加热。
SunCell可以包括PV转换器26a以向寄生负载提供动力。PV转换器26a诸如图9J和图9K所示的PV转换器可以在PV窗5ab4和5b4的周边以允许同时产生发射光功率和电力。SunCell可以在反应池腔室的壁和反应池腔室5b31中的至少一者处于高温诸如在约110℃至3000℃的范围内的情况下操作以维持高分数氢反应速率和对反应池腔室壁的高分数氢反应产物渗透性中的至少一者。
在另一个实施方式中，SunCell 812诸如图13所示的SunCell可以包括PV转换器26a，该PV转换器将分数氢反应产生的大部分动力作为电输出。锅炉诸如图9K所示的锅炉可以包括电加热元件，该电加热元件取代锅炉黑体吸收器-水热交换器943并由SunCell输出的电提供动力。
在一个实施方式中，SunCell的PV窗诸如光热烘箱的PV窗可以包括多个窗诸如空间上分隔的窗格诸如图8I和图8L及图13所示的窗格，其包括内窗或窗格5ab4和外窗或窗格5b4。分隔的窗格可以形成腔体。PV窗可以包括真空泵。腔体可以由真空泵差动泵送以维持腔体中的至少部分真空。差动泵送可以缓解任何空气泄漏。外部窗格可以至少部分地具有真空。内窗格可以至少部分地密封来自腔体的熔融金属和等离子体。在另一个实施方式中，SunCell可以包括惰性气体诸如氩的储槽、至少一个阀、流量控制器、压力传感器和控制器以维持腔体中的所需气体压力诸如高于大气压的压力。在一个实施方式中，烘箱可以包括容许真空或真空密封的容器或腔体，其中该容许真空或真空密封的烘箱可以连接至腔室916或包括该腔室(图8G、图8I和图8L)。腔室916可以通过差动真空泵维持在真空下或者可以维持在所需气氛诸如惰性气体气氛的所需压力下。
在一个实施方式中，反应池腔室中所产生的光功率可以透过PV窗传输至本公开的光伏转换器并转换为电。该电可以用于本领域已知的任何电的应用诸如以下群组的示例性应用和负载：电阻加热、空气调节、电烘箱、高温电炉、电弧炉、电蒸汽锅炉、热泵、照明、原动力火车、电动机、电器、电动工具、计算机、音频-视频系统以及数据中心。可以将SunCell制成任何所需的规模以满足任何所需的负载需求，或者可以将SunCell联动成任何所需的规模。可将PV转换器设计为输出所需的电流和电压范围。SunCell可以包括用于应用的相应动力调节系统诸如至少一个逆变器、变压器和DC-DC转换器以及DC-DC电压转换器和调节器。
在一个实施方式中，可以通过控制决定分数氢反应速率的参数诸如本公开的那些参数将SunCell的输出功率控制到所需水平。输出功率可以通过以下中的至少一者进行感测：(i)通过诸如光电二极管之类的光学传感器感测的SunCell光功率，(ii)PV转换器26a的电力输出，和(iii)由诸如光学高温计或热电偶之类的热传感器感测的热力。输出功率由分数氢反应速率决定，该速率可以通过分数氢反应产生的声音的强度和频率感测，该频率可以在约1Hz-30000Hz的范围内。可以基于等离子体声音和频率中的至少一者来改变决定分数氢反应速率的控制参数诸如本公开的那些控制参数(例如，H2、O2、H2O流量、EM泵送速率、点燃电流、操作温度)以实现所需的分数氢反应速率。
在一个实施方式中，重力的缺乏可以通过惯性力或压差来补偿。具体地讲，在航空航天实施方式中，EM泵足够快速和有力地泵送以将相应储罐中的熔融金属维持在所需的熔融金属高度水平，同时还维持熔融金属注入。在一个实施方式中，EM泵使用惯性力来克服可能由SunCell的运动引起的重力和离心力。EM泵可以将熔融金属从反应池腔室泵出。EM泵可以将熔融金属输送至储罐以及输送至EM泵入口以维持流过EM泵5k61的注入部分的注入流。在另一个实施方式中，SunCell可以安装在门架上，门架自旋以在每个EM泵储罐的基部的方向上产生离心力来代替用于返回熔融金属料流的重力。在图8C至图8D所示的另一个实施方式中，用于具有光回收的热光伏(TPV)转换的SunCell包括倒置Y几何形状，其中该倒置Y几何形状的倒“V”部分包括连接至反应池腔室5b31的两个注射储罐5c，并且该倒置Y几何形状的直的部分包括黑体辐射器或PV窗5b4。热等离子体和反应池腔室气体的熔融金属体积排量中的至少一者可以从反应池腔室5b31和PV窗产生气体压力梯度，PV窗包括对熔融金属施加力以致使其回流并维持在储罐中的腔体，其中熔融金属可以由于表面张力而汇集。
中微子通信系统
分数氢分子包括两个氢同位素核和单个分子轨道(MO)中的两个电子。独特的是该MO包括一成对和未成对的电子(Mills GUT,参数及由于H2(1/4)的自旋磁矩引起的磁能(Parameters and Magnetic Energies Due to the Spin Magnetic Moment of H2(1/4))章节)。为了在两个分数氢原子之间形成键的过程中保持自旋角动量，键能必须以中微子如自旋为1/2的电子中微子释放：
H(1/p)+H(1/p)→H2(1/p)+ve (38)
具体而言，中微子包括在其电场和磁场中具有角动量的光子(Mills GUT，中微子(Neutrinos)章节)。在式(38)的反应过程中，反应物的角动量在产物中守恒，其中两个反应的分数氢原子中的每一者都是电子自旋1/2，并且产物分子分数氢和电子中微子也各自是自旋1/2。中微子发射反应(式(38))可以用于通信。
在一个实施方式中，中微子通信系统和方法包括中微子发射器，该中微子发射器包括用以形成分数氢的反应系统，其中分数氢反应速率和分子分数氢形成速率中的至少一者可以在时间和强度上变化以引起具有伴随的时间调制的中微子发射的时序调制的分数氢反应。在一个实施方式中，可以通过控制点燃电流、EM泵电流和反应物的流量来调制分数氢反应速率。该调制可以包括频分复用、幅度调制和本领域已知的同时承载多个单独的通信、视频或数据的其他方法。中微子通信系统可以进一步包括分数氢反应速率和分子分数氢形成速率中的至少一者的速率调节器。该速率调节器可以包括至少一个场源和束源诸如电场源、磁场源、光子束源和粒子束源中的至少一者。粒子束可以包含电子束。光子束可以包括激光诸如UV激光、可见激光或红外气体激光或二极管激光。速率调节器可以包括窗诸如光子或激光窗或者粒子束窗。激光窗可以包括PV窗。示例性的电子束窗包括氮化硅窗。速率调节器可以是时间上脉冲和强度上调制中的至少一者以引起编码通信信息的中微子发射的匹配变化。
在一个实施方式中，中微子通信系统包括以下中的一者或多者：至少一个换能器诸如产生通信信号或数据流的音频或视频换能器、处理器诸如计算机、数据流诸如在计算机中存储或处理的数据、用以存储以及用以提供通信信号或数据流的至少一个存储元件、输出自处理器的数据流和通信信号以及接收输出自处理器的数据流和通信信号并控制分数氢反应速率调节器的控制器。
在一个实施方式中，分数氢反应混合物可包含固体基质，该固体基质包含(i)氢源，诸如氢分子、分数氢或有机化合物中的至少一者，和(ii)HOH催化剂源，诸如水、氢氧化物、过氧化物、氢、氧化物、氧、超氧化物以及包含氢和氧中的至少一者的物质的组合物。基质诸如晶体基质诸如碱金属或碱土金属卤化物、金刚石、石英或另一种无机晶体化合物可以对激光诸如UV激光、可见激光或红外激光是透明的。激光功率可以足以通过照明包含分数氢反应物的固体基质来引起分数氢反应。
在一个实施方式中，用以形成分数氢的反应系统包括(i)容纳分数氢反应混合物诸如水蒸气、氢气和氧气中的至少一者的反应腔室，(ii)反应混合物的至少一个源，诸如气体储槽、阀、管线、流量计、压力计、压力调节器、控制器和激光器，其中分数氢反应速率和分子分数氢形成速率中的至少一者可以在时间和强度上变化或者通过激光脉冲进行时序调制以引起具有伴随的时间调制的中微子发射的时序调制的分数氢反应。激光器可以在反应混合物中引起时序调制的等离子体以引起经调制的分数氢反应速率和中微子发射通信信号。
本公开还包括中微子通信系统和通信方法。这些可以包括中微子接收器，该中微子接收器包含分子分数氢的源，该分子分数氢具有的键能等于在键形成期间发射中微子以构成发射器信号的分数氢分子的键能。接收器分子分数氢可以吸收入射的中微子以导致键断裂而形成两个分数氢原子。分数氢分子吸收中微子而引起的分子分数氢至分数氢原子的转化以及所导致的分数氢原子中的至少一者可以通过分数氢通信传感器在时间和浓度上进行监测。传感器可以包括超导量子干涉装置(SQUID)诸如rf SQUID。传感器可以包括耦合至SQUID诸如rf SQUID的变压器诸如超导变压器。具有非常高灵敏度的示例性rf SQUID传感器包括R.M.Weisskoff等人，“rf SQUID detector for single-ion trappingexperiments”,Journal of Applied Physics.第63卷，第4599页(1988)；https:// doi.org/10.1063/1.340137的传感器。传感器可以经磁化以增加传感器的灵敏度。由于分数氢原子至分数氢分子的逆反应相对缓慢，SQUID传感器可以在低频信号的背景上响应于来自发射器的高频通信信号。SQUID传感器可以包括至少一个信号处理元件和方法诸如本领域已知的用于将输入信号处理成输出通信信号的信号处理元件或方法。该处理元件可以包括以下中的一者或多者：(i)至少一个滤波器诸如高、低及带通滤波器中的一者，以选择所需的信号或经处理的信号频带，(ii)移相器，用以偏移信号的相位，(iii)放大器，用以放大信号，(iv)反馈电路，用以相对于通信信号抑制噪声信号和稳定SQUID，(v)至少一个电感器、电容器和电阻器，用于提供所需阻抗、谐振频率和品质因数Q中的至少一者，(vi)混频器、外差、调制器、解调器或移频器，用以偏移SQUID传感器信号的频率和相位中的至少一者，和(vii)处理器诸如计算机，用以处理信号并输出通信信号。SQUID传感器可以响应于由至少一个分数氢分子转化为相应的分数氢原子所引起的通量变化。SQUID约瑟夫森结可以包含至少一个分数氢分子。
在另一个实施方式中，传感器可以包括分数氢原子的传感器诸如响应于关于电子-核自旋翻转跃迁的超精细结构谱线的传感器。该超精细结构传感器可以包括能够产生分数氢原子超精细跃迁的共振吸收的电磁辐射源、共振电磁辐射吸收检测器、和处理器。在一个示例性实施方式中，H(1/4)超精细结构具有约21.4cm-1的谐振频率。在另一个实施方式中，分数氢原子传感器可以包括分数氢原子核或电子在施加的磁场中自旋翻转中的至少一者的传感器，其中分数氢原子传感器或监测系统包括磁场源诸如向分数氢原子施加磁场的永磁体或电磁体、能够在所施加的磁场下产生分数氢原子核或电子自旋翻转跃迁的共振吸收的电磁辐射的源、共振电磁辐射吸收检测器、以及处理器。在另一个实施方式中，传感器可以包括分数氢氢负离子的传感器，诸如响应于电子与相应的分数氢原子结合而形成分数氢氢负离子引起的发射的传感器。该传感器可以包括能够检测至少一个特定波长或频带的光学检测器诸如至少一个光电二极管和至少一个滤波器。作为另一种选择，传感器可以包括响应于分数氢氢化物发射的光谱仪。分数氢氢负离子(H-)发射可以对应于根据式(19)的结合能。在其中式(19)中的p＝2至p＝24的一个示例性实施方式中，氢负离子结合能分别为3、6.6、11.2、16.7、22.8、29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.6、72.4、71.6、68.8、64.0、56.8、47.1、34.7、19.3和0.69eV。该发射可以包括具有结合能截止值的连续辐射，并且可以进一步包括氢负离子发射的磁通量子链结构。
传感器响应的时序变化和强度可以由处理器处理以接收所传输的中微子信号中的通信。信号处理可以包括外差偏移、滤波和本领域已知的用以提高信噪比以及用以减少任何背景信号的其他技术。一种示例性的分子分数氢源包含嵌入于晶体化合物中的分子分数氢诸如KCl:H2(1/4)或GaOOH:H2(1/4)。另一种源包括嵌入于充当电子源的晶格诸如金属晶格诸如薄膜铝或锆中的分子分数氢，其中该源对于在中微子检测期间在晶格中形成的分数氢氢化物发射至少部分透明。
中微子发射可能是定向的，诸如视线。该视线可能穿过物理结构或甚至地球。发射器和接收器的对准可以由发射器和接收器的位置信息诸如GPS坐标来确定。在一个实施方式中，通信系统还包括可操纵的磁场源和可操纵的光子源诸如激光中的至少一者以引起定向中微子发射。方向性可以通过分数氢原子和所得的分子分数氢的核自旋和电子自旋中的至少一者的磁对准以及该原子和分子中的至少一者的电子自旋和核自旋中的至少一者的偏振来实现。偏振可以通过激光照射来实现。在另一个实施方式中，中微子发射的另一种调制方法通过将中微子发射与分子分数氢激发耦合来实现。分子分数氢激发可以包括中微子发射期间的分数氢分子旋转、振动、自旋翻转、自旋轨道耦合、磁通量子链和磁倾斜能量跃迁中的至少一者，其中调制可以包括能量偏移和时序调制中的至少一者。中微子通信系统可以进一步包括用以引起共振分子分数氢激发的中微子发射调制系统，该系统包括诸如永磁体或电磁体之类的磁场源、诸如射频辐射源之类的电磁辐射源和诸如激光之类的光子源中的至少一者。该调制系统可以包括电子顺磁共振(EPR)光谱仪和拉曼光谱仪中的至少一者。在一个实施方式中，中微子可以经偏振。偏振可以通过向反应池腔室施加磁场来实现，其中发射信号调制可以通过射频、激光或电子束照射中的至少一者来编码。
本文参考2021年8月23日提交的美国申请第62/236,198号的附录和子附录，特此将该专利全文通过引用并入本文，特别是其中的光谱测量结果诸如由本公开的系统产生并且随后收集的材料的EPR和拉曼)。
实例
实例1
对窗进行了各种修改以便在系统操作期间增强穿过其的等离子体光的光透射。将本公开的双熔融金属料流注入系统用于确定对窗的适当修改来以确保系统的可操作性。该系统使用10-12kg的熔融锡，所述锡从电分离的储罐经由两个电磁泵以及经由对应的喷嘴连续流动以使熔融流相交并形成闭合的电路。
在第一组实验中使用了熔融二氧化硅窗。在等离子体产生过程中赋予熔融金属和熔融金属氧化物的动能在窗内部引起积聚。这些缺陷抑制了光透射并从而限制了受限操作后的能量收集。系统操作导致在产生第二等离子体期间熔融二氧化硅熔化和变形。
对PV窗进行修改以便在产生第二等离子体期间通过与锡储罐流体连通的电磁泵将锡注入至PV窗的表面上来增加通过PV窗的可操作性透射以进行最终的能量收集。
通过将这一变化纳入PV窗和系统设置，通过PV窗的光透射增加从而提供其中可以测量发射光谱的一致性操作窗。发现当在第二等离子体形成反应中使用锡作为熔融金属时(例如，与镓相比)这些修改非常有效。
实例2
将本公开的双熔融金属料流注入系统用于测量来自第二等离子体的发射光谱。该系统使用10-12kg的熔融锡，所述锡从电分离的储罐通过两个电磁泵以及通过对应的喷嘴连续流动以使熔融流相交并形成闭合的电路。使用设置为恒定电流模式的电供应器对电磁泵储罐进行相对偏压以使电流流过相交的料流。进行重复测试，例如，在一些实验中，将输入电流维持在790A。
使氢气(H2)和氧气(O2)流入辉光放电池，其中将流出物导向相交的经偏压的熔融锡料流。2000Sccm流量的氢和30sccm流量的氧进入辉光放电池以引发形成第二等离子体。
将Mightex UV-Vis_IR光谱仪用于测量第二等离子体在180nm至800nm范围内的发射光谱，采样时间为100ms，狭缝为25μm。通过采用实例1中论述的PV窗修改来测量第二等离子体的发射光谱。图14提供了在操作期间从系统中所产生的第二等离子体测量的发射光谱。可以看出，发射光谱包括一些饱和特征。
在运行期间，反应池中新生水和原子氢的浓度降低，从而严重降低了功率输出。图15提供了在这些受限的反应物条件下产生的等离子体的发射光谱，其中可以清楚地识别来自等离子体的发射峰。可以看出，光输出可以通过输入反应物浓度的变化来控制。
终止向辉光放电池递送氢和痕量氧并用氩代替，氩以维持恒定的5托总压力的流量流动。输入电流维持在790A，但当移除反应物时，电压从初始的48V(等离子体产生期间的电压)增加至61V，等离子体光强度相应衰减。36kW输入功率下的高分数氢功率区间的总波长范围上的积分光强度为40kW输入功率下低等离子体功率区间的总波长范围上的积分光强度的11.7倍，在前一种情况下对应于470kW光功率输出。图14是在经偏压料流上提供36kW输入功率从而获得470kW的测量光功率输出的情况下取得的。尽管图15取得的发射表明由于H2浓度降低光功率输出减少了11.7倍以上，但在40kW时输入功率更大(在恒定电流方案中)。由于有助于驱动系统的等离子体功率输出的降低，较低的输出等离子体需要较高的电压。
实例3
将本公开的双熔融金属料流注入系统用于测量来自第二等离子体的发射光谱。该系统使用10-12kg的熔融锡，所述锡从电分离的储罐通过两个电磁泵以及通过对应的喷嘴连续流动以使熔融流相交并形成闭合的电路。使用设置为恒定电流模式的电供应器对电磁储罐进行相对偏压以使电流流过相交的料流。
该系统包括与第二等离子体相邻的第一6英寸直径的PV窗，该窗采用了实例1中确定的修改。第二窗围绕第一PV窗以将SunCell反应池腔室维持在真空下并帮助将光引导到具有聚光型光伏池集合的密集接收器阵列。
调节系统中难熔衬里的厚度以改变反应池的系统区域中的系统内部温度。例如，具有适当衬里的系统的区域能够达到3000K的内部温度。这些带难熔衬里的反应池腔室作为黑体腔体工作。等离子体的产生将能量传输到这些衬里从而在受控的温度下诱导黑体辐射。在3000K下，密集接收器阵列与黑体光输出相匹配，从而利用了光回收并提高系统效率。
操作了具有足以在3000K-5000K的内部温度下操作的难熔衬里的系统。这些系统产生的辐射具有4.6至35MW/m2的功率密度。利用密集接收器阵列和红外光回收能够将能量收集效率提高50％以上。
Claims (36)
1.一种动力产生系统，其包括：
a)能够维持低于大气压的压力的至少一个容器，包括反应腔室；
b)两个电极，其被构造为允许熔融金属在其间流动以完成电路；
c)连接至所述两个电极的动力源，其用以在所述电路闭合时在所述两个电极之间施加点燃电流；
d)等离子体产生池(例如，辉光放电池)，其用以引发由递送至所述池的气体形成第一等离子体；其中将所述等离子体产生池的流出物引向所述电路(例如，所述熔融金属、所述阳极、所述阴极、浸没在熔融金属储罐中的电极)；
其中当在整个所述电路上施加电流时，所述等离子体产生池的所述流出物发生反应以产生第二等离子体和反应产物；和
e)包括热光伏转换器的动力适配器，其被构造为将来自所述第二等离子体的能量转换和/或传递成机械能、热能和/或电能；
其中来自所述第二等离子体的能量在黑体辐射器中被吸收以产生黑体辐射并且所述黑体辐射在所述热光伏转换器中转换。
2.根据权利要求1所述的动力产生系统，其中所述等离子体产生池中的所述气体包含氢(H2)和氧(O2)的混合物。
3.根据权利要求2所述的动力产生系统，其中氧与氢的相对摩尔比为0.01-50(例如0.1-20、0.1-15等)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的动力产生系统，其中所述熔融金属为锡。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的动力产生系统，其中所述动力适配器是热光伏适配器。
6.根据权利要求5所述的动力产生系统，其中所述热光伏适配器包括短程线圆顶中的光伏转换器(参见例如图12)，其中所述光伏转换器可以包括由三角形元件构成的接收器阵列(例如，密集接收器阵列)；并且
其中每个三角形元件包括能够将所述黑体辐射转换成电的多个聚光型光伏池。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的动力系统，其中所述两个电极中的经正偏压的电极是所述黑体辐射器、包括所述黑体辐射器或连接至所述黑体辐射器。
8.根据权利要求6-7中任一项所述的动力系统，其中能量小于所述光伏池带隙的光子朝所述等离子体产生池反射回来。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的动力系统，还包括在包含所述第二等离子体的反应池与所述热光伏转换器之间的PV窗。
10.根据权利要求9所述的动力系统，其中锡不会润湿所述PV窗。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的动力系统，其中所述气体包含不氧化锡的反应混合物。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的动力系统，其中所述PV窗包括(或主要包括)平坦表面，所述动力适配器包括光伏(PV)转换器，并且所述PV转换器包括具有匹配所述PV窗的几何形状用以接收通过所述PV窗的等离子体发射的平坦密集接收器阵列面板。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的动力系统，其中所述PV窗包含石英、蓝宝石、氮氧化铝、CaF2和MgF2中的至少一者。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的动力产生系统，其中所述反应产物不润湿所述PV窗(例如，当所述熔融金属包含锡或者为锡时)。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的动力产生系统，其中所述两个电极中的每个电极包括熔融金属储罐和电馈通件以仅向其中的所述熔融金属提供电流从而提供所述点燃电流。
16.根据权利要求15所述的动力产生系统，还包括连接至所述储罐的反应池腔室，其中所述储罐和所述反应池腔室中的至少一者的壁通过陶瓷涂层和衬里中的至少一者电隔离。
17.根据权利要求16所述的动力产生系统，其中所述储罐和所述反应池腔室中的至少一者通过衬里绝热。
18.根据权利要求17所述的动力产生系统，其中所述衬里包含碳和钨中的至少一者。
19.根据权利要求18所述的动力产生系统，其中所述衬里涂覆有陶瓷涂层。
20.根据权利要求1-18中任一项所述的动力产生系统，其中在所述两个电极之间流动的所述熔融金属由与包含所述熔融金属的一个或多个熔融金属储罐独立地流体连通的双熔融金属注入系统形成；
其中每个熔融金属注入系统包括电磁泵和喷嘴，其中每个电磁泵使熔融金属流过所述喷嘴以形成熔融金属的料流；
其中所述电极与所述熔融金属料流连通从而形成相反极性的双熔融金属料流；并且
其中所述完整的回路通过使所述双熔融金属料流相交而形成。
21.根据权利要求20所述的动力产生系统，其中至少一个储罐包括电断路器以将所述电极彼此电隔离。
22.根据权利要求20或21所述的动力产生系统，还包括柔性元件和至少一个致动器以使所述储罐的所述注射器电极倾斜而致使所述熔融金属料流的对准。
23.根据权利要求22所述的动力产生系统，其中所述储罐包括由多个支撑件支撑的底板，其中用以使所述储罐的所述注射器电极倾斜的所述至少一个致动器使至少一个支撑件伸长或缩短。
24.根据权利要求22所述的动力产生系统，其中所述柔性元件包括在一端上的固定框架和在相对端上的可移动框架，并且还包括附接至所述可移动框架和所述框架的至少一个致动器，其中所述致动器在所述柔性元件的一侧收缩并在相对侧扩张以致使所述注射器倾斜。
25.根据权利要求22所述的动力产生系统，其中所述柔性元件包括波纹管。
26.根据权利要求20-25中任一项所述的动力产生系统，其中所述双熔融料流在包括窗的腔室中相交并且由所述第二等离子体或所述黑体辐射产生的光离开所述窗以加热负载。
27.根据权利要求26所述的动力产生系统，其中所述负载是由所述第二等离子体或所述黑体辐射产生的光加热的烘箱腔室(或其中的空气/水/蒸汽)。
28.根据权利要求1-27中任一项所述的动力产生系统，其中所述第二等离子体反应发生在包括PV窗的反应腔室中；并且
其中从所述PV移除所述熔融金属或氧化的熔融金属，并且：
a)所述PV窗包含石英、蓝宝石、氮氧化铝、CaF2和MgF2中的至少一者；
b)将所述PV窗加热至高于所述熔融金属的氧化物(例如，锡氧化物)的熔点；
c)所述熔融金属的所述氧化物的氢还原通过使氢气以足以实现所述氢还原的压力下流入所述反应腔室中来进行；以及/或者
d)在产生所述第二等离子体期间所述PV窗具有注入至其表面上的熔融金属(例如，来自电磁泵)。
29.根据权利要求1-28中任一项所述的动力产生系统，包括至少一个PV窗和至少一个热吸收器，其中来自所述第二等离子体反应的光功率通过辐射功率传递经由所述PV窗传递至所述热吸收器，并且所述热吸收器传输来自所述辐射功率传递的热力。
30.根据权利要求29所述的动力产生系统，还包括由来自所述热吸收器的热力加热的水锅炉。
31.根据权利要求29所述的动力产生系统，还包括由来自所述热吸收器的热力加热的空气热交换器。
32.一种用于从PV窗移除熔融金属氧化物(例如锡氧化物)的系统，包括：
去积聚材料的源，其中所述去积聚材料被引向所述PV窗；并且
所述去积聚材料是氢气或所述熔融金属氧化物的熔融金属。
33.一种形成产生紫外光的等离子体的方法，包括：
a)在辉光放电池中由引导至其的气体形成第一等离子体；
b)产生经电偏压的熔融金属料流；
c)将来自所述辉光放电池的所述流出物导向所述经电偏压的熔融金属料流以形成产生紫外光的第二等离子体。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述等离子体产生池中的所述气体包含氢(H2)和氧(O2)的混合物。
35.一种从PV窗移除熔融金属氧化物(例如锡氧化物)的方法，包括将去积聚材料导向所述PV窗；
其中所述去积聚材料是氢气或所述熔融金属氧化物的熔融金属。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述去积聚材料是熔融金属(例如锡)，其中所述窗暴露于等离子体并且所述熔融金属以一定速率被引导到所述窗上以防止或减少所述窗与过热相关联的结构变形(例如翘曲、开裂、透明度降低)或防止或减少所述窗经历与过热相关的任何结构变形(例如，翘曲、开裂)。
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