KR20180016397A - 열광발전 전력 발생기 - Google Patents
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Abstract
전기 및 열 전력 중 적어도 하나를 제공하는 용융 금속 연료-플라즈마-전력 소스로서, (i) 하이드리노를 형성하기 위한 원자 수소의 촉매 작용을 위한 적어도 하나의 반응 셀, (ii) H2O 촉매 소스 또는 H2O 촉매; 원자 수소 소스 또는 원자 수소; H2O 촉매 소스 또는 H2O 촉매 및 원자 수소 소스 또는 원자 수소를 형성하는 반응물, 및 연료를 고전도성으로 하는 용융 금속으로부터 선택되는 적어도 두 개의 성분을 포함하는 화학 연료 혼합물; (iii) 전자기 펌프를 포함하는 연료 주입 시스템, (iv) 브릴리언트 발광 방출 플라즈마를 형성하는 하이드리노의 형성으로 인한 하이드리노 반응 및 에너지 이득의 신속한 동역학을 개시하기 위해 저-전압, 고전류 전기 에너지의 반복적인 쇼트 버스트를 제공하는 적어도 하나의 한정 전극 세트를 포함한다.
Description
본 출원은 2015년 5월 9일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/159,230 호, 2015년 5월22 일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/165,340 호, 2015년 6월7 일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/172,169 호, 2015년 6월 10일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/173,911 호, 2015년 6월 19일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/182,421 호, 2015년 7월 10일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/191,204 호, 2015년 7월 24일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/196,751 호, 2015년 8월 4일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/200,672 호, 2015년 8월 21일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/208,205 호, 2015년 9월 11일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/217,4115 호, 2015년 9월 18일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/220,582 호, 2015년 10월 5일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/237,375 호, 2015년 11월 11일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/254,104 호, 2015년 11월 19일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/257,617 호, 2015년 12월 4일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/263,395 호, 및 2015년 12월 17일자로 출원된 미국 가 출원 번호 62/268,963 호의 이득을 주장하며, 이 모든 출원은 원용에 의해 본 출원에 포함된다.
본 개시는 발전 분야에 관한 것으로, 특히 발전을 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시의 실시예는 광 전력, 플라즈마 및 열 전력을 생산하고 광-전력 변환기, 플라즈마-전력 변환기, 광자-전력 변환기 또는 열-전력 변환기를 통해 전력을 생산하는 발전 장치 및 시스템뿐만 아니라 관련 방법에 관한 것이다. 또한, 본 개시의 실시예는 광전지 전력 변환기를 사용하여 광 전력, 기계 전력, 전력 및/또는 열 전력을 생산하기 위해 물 또는 물-기반 연료 소스의 점화를 사용하는 시스템, 장치 및 방법을 설명한다. 이들 및 다른 관련된 실시예는 본 개시에서 상세하게 설명된다.
발전은 플라즈마로부터 전력을 이용하는 다양한 형태를 취할 수 있다. 플라즈마의 성공적인 상업화는 효율적으로 플라즈마를 형성하고 생성된 플라즈마의 전력을 포획할 수 있는 발전 시스템에 의존할 수 있다.
플라즈마는 특정 연료의 점화 동안 형성될 수 있다. 이러한 연료는 물 또는 물-기반 연료 소스를 포함할 수 있다. 점화 동안, 전자가 제거된 원자의 플라즈마 구름이 형성되고, 높은 광 전력이 방출될 수 있다. 플라즈마의 높은 광 전력은 본 개시의 전기 변환기에 의해 이용될 수 있다. 이온 및 여기 상태 원자는 재결합하여 전자 이완(electronic relaxation)을 거쳐 광 전력을 방출할 수 있다. 광 전력은 광전지에 의해 전기로 변환될 수 있다.
본 개시의 특정 실시예는 연료를 점화시켜 플라즈마를 생성하기 위해 연료에 전력을 전달하도록 구성되는 복수의 전극; 복수의 전극에 전기 에너지를 전달하도록 구성되는 전력 소스; 및 적어도 복수의 플라즈마 광자를 수용하도록 위치되는 적어도 하나의 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
일 실시예에서, 본 개시는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템에 관한 것으로서, 이러한 전력 시스템은
대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
a) 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 소스 또는 H2O 중 적어도 하나,
c) 원자 수소 소스 또는 원자 수소 중 적어도 하나, 및
d) 용융 금속
을 포함하는 반응물;
용융 금속 수조 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 금속 주입 시스템;
a) 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 소스 또는 H2O 중 적어도 하나, 및
c) 원자 수소 소스 또는 원자 수소 중 적어도 하나
를 포함하는 적어도 하나의 추가 반응물 주입 시스템;
반응물이 발광 플라즈마 및 발열 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하고 전력 변환기로부터 전력을 수용하는 전력 소스를 포함하는 적어도 하나의 반응물 점화 시스템;
용융 금속을 회수하는 시스템; 및
전력 및/또는 열 전력으로 출력되는 광 및 열 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함하며;
상기 용융 금속 점화 시스템은
a) 용융 금속을 한정하는 적어도 하나의 전극 세트; 및
b) 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스를 포함하며;
상기 전극은 내화 금속을 포함하며;
상기 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스는 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하며;
상기 용융 금속 주입 시스템은 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석 및 벡터 교차 전류 성분을 제공하는 전류 소스를 포함하는 전자기 펌프를 포함하며;
상기 용융 금속 수조는 용융 금속을 형성하는 금속을 적어도 초기에 가열하는 유도 결합 히터를 포함하며;
상기 용융 금속 점화 시스템은 개방 회로를 형성하도록 분리되는 적어도 하나의 전극 세트를 포함하며, 상기 개방 회로는 용융 금속의 주입에 의해 폐쇄됨으로써 고전류가 흘러 점화를 달성하게 하며;
상기 용융 금속 점화 시스템 전류는 500 A 내지 50,000 A 범위이며;
상기 용융 금속 점화 시스템은 1 Hz 내지 10,000 Hz 범위의 점화 주파수를 발생시키도록 회로가 폐쇄되며;
용융 금속은 은, 은-구리 합금, 및 구리 중 적어도 하나를 포함하며;
상기 추가 반응물은 H2O 증기 및 수소 가스 중 적어도 하나를 포함하며;
상기 추가 반응물 주입 시스템은 컴퓨터, H2O 및 H2 압력 센서, 및 흐름 제어기 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 흐름 제어기는 질량 흐름 제어기, 펌프, 주사기 펌프 및 고정밀 전자 제어 가능한 밸브의 그룹 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 밸브는 니들 밸브, 비례 전자 밸브 및 스테퍼 모터 밸브 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 밸브는 압력 센서 및 컴퓨터에 의해 제어되어 H2O 및 H2 압력 중 적어도 하나를 원하는 값으로 유지하며;
상기 추가의 반응물 주입 시스템은 0.1 Torr 내지 1 Torr 범위의 H2O 증기압을 유지하며;
상기 반응물의 생성물을 회수하는 시스템은 중력하에서 용융물로 흐름을 제공할 수 있는 벽을 포함하는 용기, 전극 전자기 펌프, 및 용기와 연통되고 냉각 시스템을 더 포함하는 수조 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 용융 금속의 금속 증기가 수조 내에서 응축되게 하도록 용기의 다른 부분보다 저온으로 수조를 유지하며,
전극 전자기 펌프를 포함하는 상기 회수 시스템은 자기장 및 벡터 교차 점화 전류 성분을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하며;
대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 용기는 내부 반응 셀, 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버, 및 대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 외부 챔버를 포함하며;
상기 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버는 1000 K 내지 3700 K 범위 내의 온도로 유지되며;
상기 내부 반응 셀 및 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버 중 적어도 하나는 고 방사율을 갖는 내화 금속을 포함하며;
상기 흑체 방열기는 흑체 온도 센서 및 제어기를 더 포함하며;
상기 반응 전력 출력의 적어도 하나의 전력 변환기는 열광전지 변환기 및 광전지 변환기의 그룹 중 적어도 하나를 포함하며;
상기 셀에 의해 방출되는 광은 가시광선 및 근-적외선을 주로 포함하는 흑체 방사선이며, 상기 광전지는 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티 모나이드(GaSb), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 갈륨 비소 안티몬화물(InGaAsSb), 인화 인듐 비소 안티몬화물(InPAsSb), III/V 족 반도체, 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-웨이퍼-InGaAs; GaInP-Ga(In)As-Ge; 및 GaInP-GaInAs-Ge로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀이며; 상기 전력 시스템은 진공 펌프 및 적어도 하나의 냉각기를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템에 관한 것으로서, 이러한 전력 시스템은
대기압, 대기압 미만의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
a) 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 소스 또는 H2O 중 적어도 하나,
c) 원자 수소 소스 또는 원자 수소 중 적어도 하나, 및
d) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나를
을 포함하는 반응물을 포함하는 샷;
적어도 하나의 증강된 레일 건을 포함하는 적어도 하나의 샷 주입 시스템으로서, 상기 증강된 레일 건이 분리된 전기 레일 및 레일의 평면에 수직인 자기장을 생성하는 자석을 포함하며, 상기 레일들 사이의 회로가 레일과 샷의 접촉에 의해 폐쇄될 때까지 개방되는, 적어도 하나의 샷 주입 시스템;
상기 샷이 발광 플라즈마 및 발열 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하는 적어도 하나의 샷 주입 시스템으로서,
a) 샷을 제한하는 적어도 하나의 전극 세트, 및
b) 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스
를 포함하며,
상기 적어도 하나의 전극 세트가 개방 회로를 형성하며, 상기 개방 회로가 샷의 주입에 의해 폐쇄되어 고전류가 흘러 점화를 달성하며, 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스가
100 A 내지 1,000,000 A, 1 kA 내지 100,000 A, 10 kA 내지 50 kA 중 적어도 하나의 범위인 높은 AC, DC 또는 AC-DC 혼합의 전류를 발생시키도록 선택되는 전압, 및
100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1000 A/cm2 내지 100,000 A/cm2 및 2000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2 중 적어도 하나의 범위 내의 DC 또는 피크 AC 전류 밀도 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 전압이 고체 연료의 전도율에 의해 결정되거나 전압이 원하는 전류에 고체 연료 샘플의 저항을 곱한 값으로 주어지며,
DC 또는 피크 AC 전압이 0.1 V 내지 500 kV, 0.1 V 내지 100 kV, 및 1 V 내지 50 kV 중 적어도 하나의 범위 내에 있으며,
AC 주파수가 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz, 및 100 Hz 내지 10 kHz 중 적어도 하나의 범위 내에 있는, 적어도 하나의 샷 주입 시스템;
중력, 및 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석과 점화 전극의 벡터 교차 전류 성분을 포함하는 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 반응물의 반응 생성물을 회수하는 시스템;
반응 생성물로부터 추가 반응물을 재생시키고 추가 샷을 형성하는 적어도 하나의 재생 시스템으로서, 용융된 반응물을 형성하는 용융로를 포함하는 펠릿타이저, 용융된 반응물에 H2 및 H2O를 첨가하는 시스템, 용융물 드립퍼, 및 샷을 형성하는 수조를 포함하며, 상기 추가의 반응물이
a) 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 소스 또는 H2O 중 적어도 하나;
c) 원자 수소 소스 또는 원자 수소 중 적어도 하나, 및
d) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나
를 포함하는, 적어도 하나의 재생 시스템; 및
광전지 변환기, 광전자 변환기, 플라스마동력학 변환기, 열이온 변환기, 열전기 변환기, 스털링 엔진, 브레이튼 사이클 엔진, 랭킨 사이클 엔진, 열 엔진, 및 히터의 그룹 중 적어도 하나 이상을 포함하는 전력 및/또는 열 전력으로 출력되는 광 및 열 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템에 관한 것으로서, 이러한 전력 시스템은
대기압 미만의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
은, 구리, 흡수된 수소, 및 물 중 적어도 하나를 포함하는 반응물을 포함하는 샷;
적어도 하나의 증강된 레일 건을 포함하는 적어도 하나의 샷 주입 시스템으로서, 상기 증강된 레일 건이 분리된 전기 레일 및 레일의 평면에 수직인 자기장을 생성하는 자석을 포함하며, 상기 레일들 사이의 회로가 레일과 샷의 접촉에 의해 폐쇄될 때까지 개방되는, 적어도 하나의 샷 주입 시스템;
상기 샷이 발광 플라즈마 및 발열 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하는 적어도 하나의 주입 시스템으로서,
a) 샷을 제한하는 적어도 하나의 전극 세트, 및
b) 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스
를 포함하며,
상기 적어도 하나의 전극 세트가 개방 회로를 형성하도록 분리되며, 상기 개방 회로가 샷의 주입에 의해 폐쇄되어 고전류가 흘러 점화를 달성하게 하며, 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스가
100 A 내지 1,000,000 A, 1 kA 내지 100,000 A, 10 kA 내지 50 kA 중 적어도 하나의 범위인 높은 AC, DC 또는 AC-DC 혼합의 전류를 발생시키도록 선택되는 전압, 및
100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1000 A/cm2 내지 100,000 A/cm2 및 2000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2 중 적어도 하나의 범위 내의 DC 또는 피크 AC 전류 밀도 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 전압이 고체 연료의 전도율에 의해 결정되거나 전압이 원하는 전류에 고체 연료 샘플의 저항을 곱한 값으로 주어지며,
DC 또는 피크 AC 전압이 0.1 V 내지 500 kV, 0.1 V 내지 100 kV, 및 1 V 내지 50 kV 중 적어도 하나의 범위 내에 있으며,
AC 주파수가 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz, 및 100 Hz 내지 10 kHz 중 적어도 하나의 범위 내에 있는, 적어도 하나의 주입 시스템;
중력, 및 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석과 점화 전극의 벡터 교차 전류 성분을 포함하는 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 반응물의 반응 생성물을 회수하는 시스템;
반응 생성물로부터 추가 반응물을 재생시키고 추가 샷을 형성하는 적어도 하나의 재생 시스템으로서, 용융된 반응물을 형성하는 용융로를 포함하는 펠릿타이저, 용융된 반응물에 H2 및 H2O를 첨가하는 시스템, 용융물 드립퍼, 및 샷을 형성하는 수조를 포함하며, 상기 추가의 반응물이 은, 구리, 흡수된 수소, 및 물 중 적어도 하나를 포함하는, 적어도 하나의 재생 시스템; 및
집광기 자외선 광전지 변환기를 포함하는 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템으로서, 상기 광전지가 Ⅲ 족 질화물, GaAlN, GaN 및 InGaN으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는, 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함한다.
다른 실시예에서, 본 개시는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템에 관한 것으로서, 이러한 전력 시스템은
적어도 하나의 용기;
a) 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 소스 또는 H2O 중 적어도 하나;
c) 원자 수소 소스 또는 원자 수소 중 적어도 하나, 및
d) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나
를 포함하는 반응물을 포함하는 샷;
적어도 하나의 샷 주입 시스템;
상기 샷이 발광 플라즈마 및 발열 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하는 적어도 하나의 샷 주입 시스템;
반응물의 반응 생성물을 회수하는 시스템;
반응 생성물로부터 추가 반응물을 재생하고 추가 샷을 형성하는 적어도 하나의 재생 시스템으로서, 상기 추가 반응물이
a) 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 소스 또는 H2O 중 적어도 하나;
c) 원자 수소 소스 또는 원자 수소 중 적어도 하나, 및
d) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나
를 포함하는, 적어도 하나의 재생 시스템; 및
전력 및/또는 열 전력으로 출력되는 광 및 열 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예는 연료를 점화시키고 플라즈마를 생성하기 위해 연료에 전력을 전달하도록 구성되는 복수의 전극, 복수의 전극에 전기 에너지를 전달하도록 구성되는 전력 소스; 및 적어도 복수의 플라즈마 광자를 수용하도록 위치되는 적어도 하나의 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
일 실시예에서, 본 개시는 직접 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템에 관한 것이며, 이러한 전력 시스템은:
적어도 하나의 용기;
a) 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 소스 또는 H2O 중 적어도 하나;
c) 원자 수소 소스 또는 원자 수소 중 적어도 하나, 및
d) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나
를 포함하는 반응물;
하이드리노 반응물을 한정하는 적어도 하나의 전극 세트;
고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스;
재장전 시스템;
반응 생성물로부터 초기 반응물을 재생하는 적어도 하나의 시스템; 및
적어도 하나의 플라즈마동력학 변환기 또는 적어도 하나의 광전지 변환기를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 전력을 생산하는 방법은 복수의 전극들 사이의 영역에 연료를 공급하는 단계; 연료를 점화시켜 플라즈마를 형성하도록 복수의 전극을 활성화하는 단계; 광전지 전력 변환기로 복수의 플라즈마 광자를 전력으로 변환하는 단계; 및 전력의 적어도 일부를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 전력을 생산하는 방법은 복수의 전극들 사이의 영역에 연료를 공급하는 단계; 연료를 점화시켜 플라즈마를 형성하도록 복수의 전극을 활성화하는 단계; 광전지 전력 변환기로 복수의 플라즈마 광자를 열 전력으로 변환하는 단계; 및 전력의 적어도 일부를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예에서, 전력을 생성하는 방법은 복수의 전극 사이에 위치하는 연료 장전 영역으로 연료의 양을 전달하는 단계; 플라즈마, 광 및 열 중 적어도 하나를 생성하기 위해 복수의 전극에 전류를 인가함으로써 연료를 통해 적어도 약 2,000 A/cm2의 전류를 흐르게 함으로써 연료를 점화시키는 단계; 광전지 전력 변환기에서 광의 적어도 일부를 수용하는 단계; 광전지 전력 변환기를 사용하여 광을 상이한 형태의 전력으로 변환하는 단계; 및 상이한 형태의 전력을 출력하는 단계를 포함한다.
추가 실시예에서, 본 개시는 적어도 하나의 폐쇄 반응 용기; H2O 소스 및 H2O 소스 중 적어도 하나를 포함하는 반응물; 적어도 하나의 전극 세트; H2O의 초기 고항복 전압을 전달하고 후속 고전류를 제공하는 전력 소스, 및 열 교환기 시스템을 포함하는 워터 아크 플라즈마 전력 시스템에 관한 것이며, 상기 전력 시스템은 아크 플라즈마, 광 및 열 에너지를 생성하고, 적어도 하나의 광전지 전력 변환기를 포함한다. 물은 전극 위에 또는 전극을 가로질러 증기로서 공급될 수 있다. 플라즈마는 한정으로 인한 하이드리노 반응의 억제를 방지하기 위해 플라즈마 셀의 저압 영역 내로 팽창되도록 허용될 수 있다. 아크 전극은 스파크 플러그 디자인을 포함할 수 있다. 전극은 구리, 니켈, 내식성을 위한 크롬산 은과 아연 도금을 갖춘 니켈, 철, 니켈-철, 크롬, 귀금속, 텅스텐, 몰리브덴, 이트륨, 이리듐 및 팔라듐 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 워터 아크는 약 0.01 Torr 내지 10 Torr 및 0.1 Torr 내지 1 Torr 중 적어도 하나의 범위와 같은 낮은 수압으로 유지된다. 압력 범위는 SF-CIHT 셀에 대한 개시의 수단에 의한 개시의 한 범위 내에 유지될 수 있다. 수증기를 공급하는 예시적인 수단은 질량 흐름 제어기, 및 수화된 제올라이트와 같은 H2O 또는 원하는 압력 범위에서 H2O 가스를 배출하는 KOH 용액과 같은 염 욕(bath)을 포함하는 수조 중 적어도 하나이다. 물은 주사기 펌프에 의해 공급될 수 있으며, 진공으로의 전달은 물의 증발을 초래한다.
본 개시의 특정 실시예는 적어도 약 2000 A/㎠ 또는 적어도 약 5,000 KW의 전력 소스; 전력 소스원에 전기적으로 연결된 복수의 전극; 고체 연료를 수용하도록 구성된 연료 장전 영역으로서, 복수의 전극이 고체 연료에 전력을 전달하여 플라즈마를 생성하도록 구성되는 연료 장전 영역; 및 반응에 의해 발생된 플라즈마, 광자 및/또는 열의 적어도 일부를 수용하도록 위치되는 플라즈마 전력 변환기, 광전지 전력 변환기 및 열-전력 변환기 중 적어도 하나를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 다른 실시예는 복수의 전극; 복수의 전극 사이에 위치되고 전도성 연료를 수용하도록 구성된 연료 장전 영역으로서, 상기 복수의 전극이 전도성 연료를 점화시키고 플라즈마 및 열 전력 중 적어도 하나를 생성하는데 충분한 전류를 전도성 연료에 인가하도록 구성되는 연료 장전 영역; 전도성 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 플라즈마 광자를 전력의 형태로 변환하는 광전지 전력 변환기, 또는 열 전력을 전기 또는 기계적 전력을 포함한 비-열적 형태의 전력으로 변환하는 열-전기 변환기 중 적어도 하나를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 추가 실시예는 전력을 생산하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 복수의 전극 사이에 위치되는 연료 장전 영역으로 연료량을 전달하는 단계; 플라즈마, 광 및 열 중 적어도 하나를 생성하기 위해 복수의 전극에 전류를 인가함으로써 연료를 통해 적어도 약 2,000 A/cm2의 전류를 흐르게 함으로써 연료를 점화시키는 단계; 광전지 전력 변환기에서 광의 적어도 일부를 수신하는 단계; 광전지 전력 변환기를 사용하여 광을 상이한 형태의 전력으로 변환하는 단계; 및 상이한 형태의 전력을 출력하는 단계를 포함한다.
추가 실시예는 적어도 약 5,000 kW의 전력 소스; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 이격된 전극이 연료를 적어도 부분적으로 둘러싸고 전력 소스에 전기적으로 연결되고, 연료를 점화시키기 위해 전류를 수용하도록 구성되고, 복수의 전극 중 적어도 하나가 이동 가능한 복수의 이격된 전극; 연료를 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 개시에 추가로 제공되는 발전 시스템은 적어도 약 2,000 A/cm2의 전력 소스; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 이격된 전극이 연료를 적어도 부분적으로 둘러싸고 전력 소스에 전기적으로 연결되고, 연료를 점화시키기 위해 전류를 수용하도록 구성되고, 복수의 전극 중 적어도 하나가 이동 가능한 복수의 이격된 전극; 연료를 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함한다.
다른 실시예는 적어도 약 5,000 kW 또는 적어도 약 2,000 A/cm2의 전력 소스; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 전극 중 적어도 하나가 압축 메커니즘을 포함하는 복수의 이격된 전극; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장전 영역으로서, 적어도 하나의 전극의 압축 메커니즘이 연료 장전 영역 쪽으로 지향되도록 상기 연료 장전 영역이 복수의 전극에 의해 둘러싸이며, 복수의 전극이 전력 소스에 전기적으로 연결되고 연료를 점화시키도록 연료 장전 영역에 수용된 연료에 전력을 공급하도록 구성되는 연료 장전 영역; 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 광자를 비-광자 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 본 개시의 다른 실시예는 적어도 약 2000 A/cm2의 전력 소스; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 전극들 중 적어도 하나가 압축 메커니즘을 포함하는 복수의 이격된 전극; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장전 영역으로서, 적어도 하나의 전극의 압축 메커니즘이 연료 장전 영역 쪽으로 지향되도록 연료 장전 영역이 복수의 전극에 의해 둘러싸이며, 복수의 전극이 전력 소스에 전기적으로 연결되고 연료를 점화시키도록 연료 장전 영역에 수용된 연료에 전력을 공급하도록 구성되는 연료 장전 영역; 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 플라즈마 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
본 개시의 실시예는 또한 복수의 전극; 복수의 전극들에 의해 둘러싸이고 연료를 수용하도록 구성되는 연료 장전 영역으로서, 복수의 전극이 연료 장전 영역에 위치된 연료를 점화하도록 구성되는 연료 장전 영역; 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 연료의 점화로부터 생성된 광자를 비-광자 형태의 전력으로 변환하도록 구성된 광전지 전력 변환기; 점화된 연료의 부산물을 제거하기 위한 제거 시스템; 및 점화 연료의 제거된 부산물을 재생 연료로 재순환시키도록 제거 시스템에 작동 가능하게 결합되는 재생 시스템을 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 본 개시의 특정 실시예는 또한 적어도 약 2,000 A/cm2 또는 적어도 약 5,000 kW의 전류를 출력하도록 구성되는 전력 소스; 전력 소스에 전기적으로 연결되는 복수의 이격된 전극; 연료를 수용하도록 구성되는 연료 장전 영역으로서, 연료 장전 영역이 복수의 전극에 의해 둘러싸여 있으며, 복수의 전극이 연료 장전 영역에 수용될 때 연료를 점화시키기 위해 연료에 전력을 공급하도록 구성되는 연료 장전 영역; 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 복수의 광자를 비-광자 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 특정 실시예는 광전지 전력 변환기에 작동 가능하게 결합되는 출력 전력 단자; 축전 장치; 발전 시스템과 관련된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성된 센서; 및 발전 시스템과 관련된 적어도 하나의 공정을 제어하도록 구성된 제어기 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 본 개시의 특정 실시예는 또한 적어도 약 2,000 A/cm2 또는 적어도 약 5,000 kW의 전류를 출력하도록 구성되는 전력 소스; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 전극이 연료를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 전력 소스에 전기적으로 연결되고, 연료를 점화시키기 위해 전류를 수용하도록 구성되며, 복수의 전극 중 적어도 하나가 이동 가능한 복수의 이격된 전극; 연료를 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 광자를 상이한 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
본 개시의 추가 실시예는 적어도 약 5,000 ㎾ 또는 적어도 약 2,000 A/㎠의 전력 소스; 전력 소스에 전기적으로 연결되는 복수의 이격된 전극; 연료를 수용하도록 구성되는 연료 장전 영역으로서, 연료 장전 영역이 복수의 전극에 의해 둘러싸여 있으며, 복수의 전극이 연료 장전 영역에 수용될 때 연료를 점화시키기 위해 연료에 전력을 공급하도록 구성되는 연료 장전 영역; 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 연료의 점화로부터 생성된 복수의 광자를 비-광자 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기; 발전 시스템과 관련된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성되는 센서; 및 발전 시스템과 관련된 적어도 하나의 공정을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 추가 실시예는 적어도 약 2,000 A/㎠의 전력 소스; 전력 소스에 전기적으로 연결되는 복수의 이격된 전극; 연료를 수용하도록 구성되는 연료 장전 영역으로서, 연료 장전 영역이 복수의 전극에 의해 둘러싸여 있으며, 복수의 전극이 연료 장전 영역에 수용될 때 연료를 점화시키기 위해 연료에 전력을 공급하도록 구성되는 연료 장전 영역; 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 연료의 점화로부터 생성된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 플라즈마 전력 변환기; 발전 시스템과 관련된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성되는 센서; 및 발전 시스템과 관련된 적어도 하나의 공정을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
본 개시의 특정 실시예는 적어도 약 5,000 kW 또는 적어도 약 2,000 A/cm2의 전력 소스; 전력 소스에 전기적으로 연결된 복수의 이격된 전극; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장전 영역으로서, 연료 장전 영역이 복수의 전극에 의해 둘러싸여 있고, 복수의 전극이 연료 장전 영역에 수용될 때 연료를 점화시키도록 연료에 전력을 공급하도록 구성되고, 연료 장전 영역 내의 압력이 부분 진공인 연료 장전 영역; 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 전력으로 변환시키도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 몇몇 실시예는 다음의 추가 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 광전지 전력 변환기는 진공 셀 내에 위치될 수 있으며; 광전지 전력 변환기는 반사 방지 코팅, 광학 임피던스 정합 코팅, 또는 보호 코팅 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며; 광전지 전력 변환기는 광전지 전력 변환기의 적어도 일부를 세정하도록 구성되는 세정 시스템에 작동 가능하게 결합될 수 있으며; 발전 시스템은 광학 필터를 포함할 수 있으며; 광전지 전력 변환기는 단결정 셀, 다결정 셀, 비정질 셀, 스트링/리본 실리콘 셀, 다중 접합 셀, 동질접합 셀, 이질접합 셀, p-i-n 장치, 박막 셀, 염료 감응형 셀, 및 유기 광전지 셀 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며; 광전지 전력 변환기는 다중 접합 셀에서, 반전된 셀, 직립 셀, 격자-부정합 셀, 격자-정합 셀, 및 III-Ⅴ 족 반도체 재료를 포함하는 셀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 추가 실시예는 연료를 공급하도록 구성되는 연료 공급장치; 전력을 공급하도록 구성되는 전원 공급장치; 및 연료 및 전력을 수용하도록 구성되는 적어도 하나의 기어로서, 적어도 하나의 기어가 전력을 기어 주위의 국부 영역으로 선택적으로 지향시켜 국부 영역 내의 연료를 점화시키는 기어를 포함하는 전력을 생산하도록 구성되는 시스템에 관한 것이다. 몇몇 실시예에서, 시스템은 다음 특징들 중 하나 이상을 추가로 가질 수 있다: 연료는 분말을 포함할 수 있으며; 적어도 하나의 기어는 두 개의 기어를 포함할 수 있으며; 적어도 하나의 기어는 제 1 재료 및 제 1 재료보다 낮은 전도율을 갖는 제 2 재료를 포함할 수 있으며, 제 1 재료는 국부 영역에 전기적으로 결합되며, 국부 영역은 적어도 하나의 기어의 톱니 및 갭 중 적어도 하나에 인접할 수 있다. 다른 실시예는 기어 대신에 지지 부재를 사용할 수 있는 반면에, 다른 실시예는 기어 및 지지 부재를 사용할 수 있다. 몇몇 실시예는 롤러 또는 기어에 연료를 공급하는 단계; 롤러 또는 기어의 영역에서 연료의 적어도 일부를 국한시키기 위해 롤러 또는 기어를 회전시키는 단계; 국한된 연료를 점화시켜 에너지를 생성하도록 롤러 또는 기어에 전류를 공급하는 단계; 및 점화에 의해 생성된 에너지의 적어도 일부를 전력으로 변환하는 단계를 포함하는 전력을 생산하는 방법에 관한 것이다. 몇몇 실시예에서, 롤러 또는 기어를 회전시키는 단계는 제 1 롤러 또는 기어 및 롤러 또는 제 2 기어를 회전시키는 단계를 포함할 수 있으며, 전류를 공급하는 단계는 제 1 롤러 또는 기어 및 롤러 또는 제 2 기어에 전류를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예는 적어도 약 2,000 A/cm2의 전력 소스; 전력 소스에 전기적으로 연결되는 복수의 이격된 전극; 연료를 수용하도록 구성되는 연료 장전 영역으로서, 연료 장전 영역이 복수의 전극에 의해 둘러싸여 있으며, 복수의 전극이 연료 장전 영역에 수용될 때 연료를 점화시키도록 연료에 전력을 공급하도록 구성되며, 연료 장전 영역 내의 압력이 부분 진공인 연료 장전 영역; 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
추가 실시예는 진공 펌프에 결합되는 출구 포트; 적어도 약 5,000 kW의 전력 소스에 전기적으로 결합되는 복수의 전극; 다수의 H2O를 포함하는 수성 연료를 수용하도록 구성되는 연료 장전 영역으로서, 복수의 전극이 아크 플라즈마 및 열 전력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 수성 연료에 전력을 전달하도록 구성되는 연료 장전 영역; 및 아크 플라즈마 및 열 전력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성되는 전력 변환기를 포함하는 발전 셀에 관한 것이다. 또한, 적어도 약 5,000 A/cm2의 전력 소스; 전력 소스에 전기적으로 결합되는 복수의 전극; 다수의 H2O를 포함하는 수성 연료를 수용하도록 구성되는 연료 장전 영역으로서, 복수의 전극이 아크 플라즈마 및 열 전력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 수성 연료에 전력을 전달하도록 구성되는 연료 장전 영역; 및 아크 플라즈마 및 열 전력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성되는 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템이 개시된다. 실시예에서, 전력 변환기는 광 전력을 전기로 변환하는 광전지 변환기를 포함한다.
추가 실시예는 연료를 연료 장전 영역에 장전하는 단계로서, 연료 장전 영역이 복수의 전극을 포함하는 장전 단계; 아크 플라즈마 및 열 전력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 연료를 점화시키도록 복수의 전극에 적어도 약 2,000 A/cm2의 전류를인가하는 단계; 전력을 생산하기 위해 광전지 변환기를 통해 아크 플라즈마를 통과시키는 적어도 하나를 수행하는 단계; 열-전기 변환기를 통과시켜 전력을 발생시키도록 열 전력을 통과시키는 단계; 및 생성된 전력의 적어도 일부를 출력하는 단계를 포함하는 전력을 생산하는 방법에 관한 것이다. 또한, 적어도 약 5,000 kW의 전력 소스; 전력 소스에 전기적으로 결합되는 복수의 전극으로서, 복수의 전극이 다수의 H2O를 포함하는 수성 연료에 전력을 전달하여 열 전력을 생성하도록 구성되는 복수의 전극; 열 전력의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성되는 열교환기; 및 광의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템이 개시된다. 또한, 다른 실시예는 적어도 약 5,000 kW의 전력 소스; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 전극 중 적어도 하나가 압축 메커니즘을 포함하는 복수의 이격된 전극; 다수의 H2O를 포함하는 수성 연료를 수용하도록 구성되는 연료 장전 영역으로서, 적어도 하나의 전극의 압축 메커니즘이 연료 장전 영역 쪽으로 지향되도록 연료 장전 영역이 복수의 전극에 의해 둘러싸이며, 복수의 전극이 전력 소스에 전기적으로 연결되고 연료를 점화시키기 위해 연료 장전 영역에 수용되는 수성 연료로 전력을 공급하도록 구성되는 연료 장전 영역; 수성 연료를 연료 장전 영역 내로 이동시키기 위한 전달 메커니즘; 및 연료의 점화로부터 생성된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 전력으로 변환하도록 구성되는 광전지 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 개시의 여러 실시예를 예시하고 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면에서:
도 2g1e4는 본 개시의 실시예에 따르는 투과 또는 반투명 형태의 광전지의 개략도이다.
도 2g1e5는 본 개시의 실시예에 따르는 반사 또는 불투명 유형의 광전자 셀의 개략도이다.
도 2g1e6는 본 개시의 실시예에 따르는 그리드 애노드 또는 콜렉터를 포함하는 반사 또는 불투명 유형의 광전자 셀의 개략도이다.
도 2h1은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 두 개의 이송기에 의해 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저 및 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2h2는 본 개시의 실시예에 따르는 점화 시스템 및 그의 전원 공급 장치의 세부사항을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2h3은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 2 개의 이송기에 의해 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 진공 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 점화 시스템 및 광전지 변환기 시스템의 세부 사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2h4는 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 두 개의 이송기에 의해 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 점화 및 주입 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 샷(shot) 연료를 형성하기위한 펠릿타이저의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i1은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 및 광전지 변환기 시스템의 2가지 도면을 도시하는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i2는 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 및 광전지 변환기 시스템을 도시하는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i3은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 레일 건 주입기 및 점화 시스템과 광전지 변환기 시스템의 세부 사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i4는 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 레일 건 주입기 및 점화 시스템 및 광전지 변환기 시스템의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i5는 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 워터 제트 교반기, 점화 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 샷 연료를 형성하는 펠릿타이저를 갖는 주입 시스템의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i6은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 워터 슬라이드 단일-파일 공급물을 갖는 주입 시스템, 점화 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 용기들 사이에 전자기 펌프를 갖는 샷 연료를 형성하는 펠릿타이저의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i7은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i6에 도시된 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i8은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 전자기 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠렛 화기, 그리고 전자기 펌프와 노즐을 갖는 주입 시스템, 점화 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 샷 연료를 형성하는 펠릿타이저의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i9는 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i8에 도시된 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i10은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 고정 전극을 갖는 점화 시스템 및 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 전자기 주입 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 전자기 펌프 및 노즐을 갖는 주입 시스템, 고정 전극 점화 시스템, 점화 생성물 회수 시스템 및 샷 연료를 형성하는 펠릿타이저의 세부 사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 나타내는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i11은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i10에 도시된 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i12는 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i10 및 도 2i11에 도시된 전극 및 전극의 2개의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i13은 본 개시의 실시예에 따르는 H2 및 증기와 같은 가스를 용융물에 도입하기 위한 파이프 버블러를 갖는 도 2i10에 도시된 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i14는 본 개시의 실시예에 따르는 용융물에 H2 및 스팀과 같은 가스를 용융물에 도입하기 위한 제 2 용기 내의 파이프 버블러, 2개의 전자기 펌프 및 전극의 바닥에 샷을 주입하기 위한 노즐을 갖는 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i15는 본 개시의 실시예에 따르는 바닥으로부터 샷 주입을 갖는 전극을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i16은 본 개시의 실시예에 따르는 전자기 펌프의 세부사항을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i17은 본 개시의 실시예에 따르는 H2 및 증기와 같은 가스를 용융물에 도입하기 위한 제 2 용기 내의 파이프 버블러, 2개의 전자기 펌프 및 전극의 상부에 샷을 주입하는 노즐을 갖는 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i18은 본 개시의 실시예에 따르는 상부로부터 샷 주입을 갖는 전극을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i19는 본 개시의 실시예에 따르는 원추형 수조 내의 파이프 버블러와 H2 및 스팀과 같은 가스를 용융물에 도입하기 위한 직접 주입기를 갖는 펠릿타이저, 하나의 전자 펌프, 및 샷을 전극의 바닥에 주입하는 노즐의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i20은 본 개시의 실시예에 따르는 바닥으로부터 H2 및 증기 주입과 같은 샷 주입 및 가스 주입을 갖는 전극을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i21은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i19에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 2개의 전체 도면의 개략도이다.
도 2i22는 본 개시의 실시예에 따르는 전극 냉각 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i23은 본 개시의 실시예에 따르는 수동 광전지 변환기 냉각 시스템, 능동 및 수동 전극 냉각 시스템, 그리고 가스 게터 시스템을 갖는 셀의 2개의 도면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i24는 본 개시의 실시예에 따르는 커패시터 뱅크 점화 시스템을 보여주는 열광전지, 광전지, 광전기, 열이온 및 열전기 SF-CIHT 셀 발전기 중 적어도 하나의 개략도이다.
도 2i25는 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i24에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 개략적인 내부도이다.
도 2i26은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i25에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 주입 및 점화 시스템의 추가 세부사항의 개략적인 내부도이다.
도 2i27은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i26에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 주입 및 점화 시스템의 추가 세부사항의 개략적인 내부도이다.
도 2i28은 본 개시의 실시예에 따르는 자석이 있거나 없는 도 2i27에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 전자기 펌프의 자기 요크 조립체의 개략도이다.
도 2i29는 본 개시의 실시예에 따르는 패스너에 의해 유지되는 블레이드 전극 및 자기 회로를 포함하는 전극 전자기 펌프를 보여주는 열광전지, 광전지, 광전기, 열이온 및 열전기 SF-CIHT 셀 발전기 중 적어도 하나의 개략도이다.
도 2i30은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i29에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 주입 및 점화 시스템의 추가 세부사항의 개략적인 내부도이다.
도 2i31은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i29에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 주입 및 점화 시스템의 추가 세부사항의 개략적인 횡단면도이다.
도 2i32는 본 개시의 실시예에 따르는 광 분포 및 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i33은 본 개시의 실시예에 따르는 광 분포 및 광전지 변환기 시스템의 세부사항을 보여주는 SF-CIHT 셀 전력 발전기의 개략도이다.
도 3은 본질적으로 모두 연료 실시예에 따라서 자외선 및 극 자외선 스펙트럼 영역에 존재하는, 527 kW의 평균 광 전력을 나타내는 수조로 떨어지기 전에 은 용융물의 가스 처리로부터 흡수된 H2 및 H2O를 포함하는 은 80 mg 샷의 점화에 대한 5 nm 내지 450 nm 영역의 절대 스펙트럼이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따라서 은의 기화로 대기가 광학적으로 UV 방사선에 대해 두꺼워질 때 5000 K 흑체 방사로 전이된 UV 선 방출을 보여주는 약 1 Torr의 주위 H2O 증기압을 갖는 대기 아르곤에서 W 전극으로 펌핑된 용융 은의 점화에 대한 스펙트럼(사파이어 분광기 창으로 인한 180 nm에서의 컷오프를 갖는 100 nm 내지 500 nm 영역)이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 열 전력 시스템의 개략도이다.
도 2g1e4는 본 개시의 실시예에 따르는 투과 또는 반투명 형태의 광전지의 개략도이다.
도 2g1e5는 본 개시의 실시예에 따르는 반사 또는 불투명 유형의 광전자 셀의 개략도이다.
도 2g1e6는 본 개시의 실시예에 따르는 그리드 애노드 또는 콜렉터를 포함하는 반사 또는 불투명 유형의 광전자 셀의 개략도이다.
도 2h1은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 두 개의 이송기에 의해 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저 및 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2h2는 본 개시의 실시예에 따르는 점화 시스템 및 그의 전원 공급 장치의 세부사항을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2h3은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 2 개의 이송기에 의해 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 진공 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 점화 시스템 및 광전지 변환기 시스템의 세부 사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2h4는 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 두 개의 이송기에 의해 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 점화 및 주입 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 샷(shot) 연료를 형성하기위한 펠릿타이저의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i1은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 및 광전지 변환기 시스템의 2가지 도면을 도시하는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i2는 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 및 광전지 변환기 시스템을 도시하는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i3은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 레일 건 주입기 및 점화 시스템과 광전지 변환기 시스템의 세부 사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i4는 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 레일 건 주입기 및 점화 시스템 및 광전지 변환기 시스템의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i5는 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 워터 제트 교반기, 점화 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 샷 연료를 형성하는 펠릿타이저를 갖는 주입 시스템의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i6은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 워터 슬라이드 단일-파일 공급물을 갖는 주입 시스템, 점화 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 용기들 사이에 전자기 펌프를 갖는 샷 연료를 형성하는 펠릿타이저의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i7은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i6에 도시된 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i8은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 전자기 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠렛 화기, 그리고 전자기 펌프와 노즐을 갖는 주입 시스템, 점화 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 샷 연료를 형성하는 펠릿타이저의 세부사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i9는 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i8에 도시된 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i10은 본 개시의 실시예에 따르는 진공을 유지할 수 있는 셀, 고정 전극을 갖는 점화 시스템 및 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 전자기 주입 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 그리고 전자기 펌프 및 노즐을 갖는 주입 시스템, 고정 전극 점화 시스템, 점화 생성물 회수 시스템 및 샷 연료를 형성하는 펠릿타이저의 세부 사항을 보여주는 광전지 변환기 시스템을 나타내는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i11은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i10에 도시된 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i12는 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i10 및 도 2i11에 도시된 전극 및 전극의 2개의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i13은 본 개시의 실시예에 따르는 H2 및 증기와 같은 가스를 용융물에 도입하기 위한 파이프 버블러를 갖는 도 2i10에 도시된 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i14는 본 개시의 실시예에 따르는 용융물에 H2 및 스팀과 같은 가스를 용융물에 도입하기 위한 제 2 용기 내의 파이프 버블러, 2개의 전자기 펌프 및 전극의 바닥에 샷을 주입하기 위한 노즐을 갖는 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i15는 본 개시의 실시예에 따르는 바닥으로부터 샷 주입을 갖는 전극을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i16은 본 개시의 실시예에 따르는 전자기 펌프의 세부사항을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i17은 본 개시의 실시예에 따르는 H2 및 증기와 같은 가스를 용융물에 도입하기 위한 제 2 용기 내의 파이프 버블러, 2개의 전자기 펌프 및 전극의 상부에 샷을 주입하는 노즐을 갖는 펠릿타이저의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i18은 본 개시의 실시예에 따르는 상부로부터 샷 주입을 갖는 전극을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i19는 본 개시의 실시예에 따르는 원추형 수조 내의 파이프 버블러와 H2 및 스팀과 같은 가스를 용융물에 도입하기 위한 직접 주입기를 갖는 펠릿타이저, 하나의 전자 펌프, 및 샷을 전극의 바닥에 주입하는 노즐의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i20은 본 개시의 실시예에 따르는 바닥으로부터 H2 및 증기 주입과 같은 샷 주입 및 가스 주입을 갖는 전극을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i21은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i19에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 2개의 전체 도면의 개략도이다.
도 2i22는 본 개시의 실시예에 따르는 전극 냉각 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i23은 본 개시의 실시예에 따르는 수동 광전지 변환기 냉각 시스템, 능동 및 수동 전극 냉각 시스템, 그리고 가스 게터 시스템을 갖는 셀의 2개의 도면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i24는 본 개시의 실시예에 따르는 커패시터 뱅크 점화 시스템을 보여주는 열광전지, 광전지, 광전기, 열이온 및 열전기 SF-CIHT 셀 발전기 중 적어도 하나의 개략도이다.
도 2i25는 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i24에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 개략적인 내부도이다.
도 2i26은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i25에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 주입 및 점화 시스템의 추가 세부사항의 개략적인 내부도이다.
도 2i27은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i26에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 주입 및 점화 시스템의 추가 세부사항의 개략적인 내부도이다.
도 2i28은 본 개시의 실시예에 따르는 자석이 있거나 없는 도 2i27에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 전자기 펌프의 자기 요크 조립체의 개략도이다.
도 2i29는 본 개시의 실시예에 따르는 패스너에 의해 유지되는 블레이드 전극 및 자기 회로를 포함하는 전극 전자기 펌프를 보여주는 열광전지, 광전지, 광전기, 열이온 및 열전기 SF-CIHT 셀 발전기 중 적어도 하나의 개략도이다.
도 2i30은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i29에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 주입 및 점화 시스템의 추가 세부사항의 개략적인 내부도이다.
도 2i31은 본 개시의 실시예에 따르는 도 2i29에 도시된 SF-CIHT 셀 발전기의 주입 및 점화 시스템의 추가 세부사항의 개략적인 횡단면도이다.
도 2i32는 본 개시의 실시예에 따르는 광 분포 및 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 개략도이다.
도 2i33은 본 개시의 실시예에 따르는 광 분포 및 광전지 변환기 시스템의 세부사항을 보여주는 SF-CIHT 셀 전력 발전기의 개략도이다.
도 3은 본질적으로 모두 연료 실시예에 따라서 자외선 및 극 자외선 스펙트럼 영역에 존재하는, 527 kW의 평균 광 전력을 나타내는 수조로 떨어지기 전에 은 용융물의 가스 처리로부터 흡수된 H2 및 H2O를 포함하는 은 80 mg 샷의 점화에 대한 5 nm 내지 450 nm 영역의 절대 스펙트럼이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따라서 은의 기화로 대기가 광학적으로 UV 방사선에 대해 두꺼워질 때 5000 K 흑체 방사로 전이된 UV 선 방출을 보여주는 약 1 Torr의 주위 H2O 증기압을 갖는 대기 아르곤에서 W 전극으로 펌핑된 용융 은의 점화에 대한 스펙트럼(사파이어 분광기 창으로 인한 180 nm에서의 컷오프를 갖는 100 nm 내지 500 nm 영역)이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 열 전력 시스템의 개략도이다.
여기서 개시되는 것은 전자각이 핵에 대해 더 가까운 위치에 있는 낮은 에너지 상태를 형성하기 위해 원자 수소로부터 에너지를 방출하는 촉매 시스템이다. 방출된 전력은 발전을 위해 이용되며, 추가로 새로운 수소 종 및 화합물이 원하는 생성물이다. 이들 에너지 상태는 고전 물리학 법칙에 의해 예측되며 대응하는 에너지 방출 전이를 겪도록 촉매가 수소로부터 에너지를 수용할 것을 요구한다.
고전 물리학은 수소 원자, 수소화 이온, 수소 분자 이온 및 수소 분자의 폐쇄형 해법을 제공하며 분수의 주요 양자 수를 갖는 해당 종을 예측한다. 원자 수소는 원자 수소의 위치 에너지의 정수배인 m ·27.2 eV(여기서, m은 정수)의 에너지를 수용할 수 있는, 자체적으로 포함하는 특정 종과의 촉매 반응을 겪을 수 있다. 예측된 반응은 그렇지 않으면 안정한 원자 수소로부터 에너지를 수용할 수 있는 촉매로의 공명, 비-방사 에너지 전달을 포함한다. 그 곱은 "하이드리노(Hydrino) 원자"라고 불리는 원자 수소의 분수 리드베르크(Rydberg) 상태인 H(1/p)이며, 여기서 n = 1/2, 1/3, 1/4, ..., 1/p(p ≤ 137은 정수)은 수소 여기 상태에 대한 리드베르크 방정식에서 주지된 매개 변수(n = 정수)를 대체한다. 각각의 하이드리노 상태는 또한 전자, 양성자 및 광자를 포함하지만, 광자로부터의 필드 기여는 흡수보다는 에너지 이탈에 대응하여 결합 에너지를 감소보다는 증가시킨다. 원자 수소의 위치 에너지가 27.2 eV이기 때문에, m H원자는 다른 (m + 1)차 H 원자[1]의 촉매로서의 역할을 한다. 예를 들어, H 원자는 자기 또는 유도 전기 쌍극자-쌍극자 결합과 같은 공간 에너지 전달을 통해 그로부터 27.2 eV를 받아서 다른 H의 촉매로서 작용하여 
의 짧은 파장 차단 및 에너지를 갖는 연속체 밴드의 방출로 분해되는 중간체를 형성할 수 있다. 원자 H 이외에 동일한 에너지에 의해 분자의 위치 에너지의 크기가 감소하면서 원자 H로부터 
를 수용하는 분자는 또한 촉매로서의 역할을 할수 있다. H2O의 위치 에너지는 81.6 eV이다. 그런 다음, 동일한 메커니즘에 의해, 열역학적으로 유리한 금속 산화물의 환원에 의해 형성된 초기 H2O 분자(고체, 액체 또는 기체 상태로 결합된 수소가 아닌)는 HOH 로의 81.6 eV 전달 및 10.1 nm(122.4 eV)에서의 컷오프(cutoff)를 갖는 연속체 방사의 방출을 포함하는, 204 eV의 에너지 방출로 H(1/4)를 형성하는 촉매로 작용하는 것으로 예측된다.
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
초기 H2O[1]의 위치 에너지에 관한 촉매 반응(m = 3)은 다음과 같다.
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
촉매로의 에너지 전달 후에(식 (1) 및 (5)), H 원자 반경과 양성자 중심 필드의 m + 1 배의 중심 필드를 갖는 중간체 
가 형성된다. 반경은 전자가 
eV의 에너지를 방출하면서 비촉매 수소 원자의 1/(m + 1)의 반경을 갖는 안정한 상태로 반경 방향 가속을 겪을 때 감소할 것으로 예측된다. 
중간체(예를 들어, 식(2) 및 식(6))로 인한 극-자외선 연속체 방사 대역은 다음 식에 의해 주어지는
하이드리노를 형성하기 위한 추가 촉매 및 반응이 가능하다. 특정 종들(예를 들어, He+, Ar+, Sr+, K, Li, HCl, 및 NaH, OH, SH, SeH, 초기 H20, nH(n=정수))은 프로세스를 촉진하기 위해서 원자 수소와 함께 존재할 것이 요구된다. 그 반응은 비-방사 에너지 전달을 수반하는데, 여기에는 이례적으로 높은 여기된 상태의 H, 및 분수의 주 양자수에 대응하는 반응하지 않은 원자 수소보다 에너지가 낮은 수소 원자를 형성하기 위해서, H로의 q·13.6 eV 연속체 방사 또는 q·13.6 eV 전이가 이어진다. 즉, 수소 원자의 주요 에너지 준위에 대한 식에 있어서:
n = 1,2,3,....
(11)
여기서 αH는 수소 원자(52.947 pm)에 대한 보어 반지름이고, e는 전자의 전하의 크기이고, ε0는 진공 유전율이며, 분수의 양자수들은:
여기된 상태의 수소에 대해 리드베르크 방정식에서 주지된 매개변수(n = 정수)를 대체하고, 소위 "하이드리노(hydrino)"로 불리는 저에너지 상태 수소 원자를 나타낸다. n = 1 수소 상태와 n = 1/정수 수소 상태는 비-방사이지만, 두 비-방사 상태 사이의 전이, 즉 n = 1 내지 n = 1/2는 비-방사 에너지 전달을 통해서 가능하다. 수소는 식(10) 및 (12)에 의해서 주어진 안정한 상태의 특별한
경우이고, 여기에서 수소 또는 하이드리노 원자의 대응하는 반경은
에 의해서 주어지고, 여기에서 p = 1, 2, 3,...이다. 에너지를 보존하기 위해서, 정상 n = 1 상태에서 수소 원자의 위치 에너지의 정수 단위로 수소 원자에서 촉매로 에너지가 전달되어야 하고, 반경은 
로 전이한다. 하이드리노는 통상의 수소 원자를
의 반응 순 엔탈피를 갖는 적합한 촉매와 반응시킴으로써 형성된다. 순 반응 엔탈피가 
에 더 근접하게 일치함에 따라 촉매 속도가 증가한다고 여겨진다. 
의 ± 10%, 바람직하게 ± 5%의 반응 순 엔탈피를 갖는 촉매가 대부분의 용례에 적합하다는 것이 밝혀졌다.
촉매 반응은 2 단계의 에너지 방출을 포함한다. 즉, 반경이 대응하는 안정한 최종 상태로 감소함에 따라 촉매에 비-방사 에너지 전달에 이어서 추가 에너지 방출된다. 그러므로, 일반적인 반응은,
에 의해서 주어지고, 전체 반응은,
이고, q, r, m 및 p는 정수이다. 
는 수소 원자(분모에서 1에 대응함)의 반경 및 양성자의 (m + p)배와 동등한 중심 필드를 가지며, 
은 H의 
반경을 갖는 대응하는 안정한 상태이다.
촉매 생성물, H(1/P)는 하이드리노 수소화 이온 H-(1/P)를 형성하도록 전자와 또한 반응할 수 있거나, 2개의 H(1/p)가 대응하는 분자 하이드리노 H2(1/p)를 형성하도록 반응할 수 있다. 특히, 촉매 생성물, H(1/P)는 결합 에너지 EB:
를 갖는 신규한 수소화 이온 H-(1/P)를 형성하도록 전자와 또한 반응할 수 있으며, 여기서 p = 정수＞1, s = 1/2, ħ는 플랑크 상수 바이고, 
는 진공의 투자율, me는 전자의 질량, 
는 
(여기서, mp는 양성자의 질량)에 의해 주어진 감소된 전자 질량이고, 
는 보어 반경이며, 이온 반경은 
이다. 식(19)로부터, 수소화 이온의 계산된 이온화 에너지는 0.75418 eV이고, 실험적인 값은 6082.99±0.15 cm- 1(0.75418 eV)이다. 하이드리노 수소화 이온들의 결합에너지는 X-선 광전자 분광법(XPS)에 의해서 측정될 것이다.
높은장 이동(Upfield-shifted) NMR 피크들은 보통의 수소화 이온에 비해 감소된 반경을 가지며 양성자의 반자성 차폐에서의 증가를 나타내는 저에너지 상태 수소의 존재의 직접적인 증거이다. 그 이동은 크기 p의 광자 필드와
2개 전극의 반자성의 기여들의 합에 의해서 다음과 같이 주어진다(Mills CUTCP Eq. (7.87)):
여기서, 첫 번째 항목은 H-에 대해 p = 1 및 H-(1/p)에 대해 p = 정수＞1로 적용하고, α는 미세 구조 상수이다. 예측된 하이드리노 수소화 피크는 보통의 수소화 이온에 비해서 이례적으로 높은장 이동을 나타낸다. 실시예에 있어서, 피크는 TMS의 높은장에 있다. TMS에 대한 NMR 이동은 단독 또는 화합물을 포함하는 보통의 H-, H, H2 또는 H+ 중 적어도 하나에 대해 알려진 것보다 클 수 있다. 그 이동은 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, 및 -40 ppm 중 적어도 하나보다 더 클 수 있다. 기본 양성자에 비해 절대적인 이동의 범위는 여기서 TMS의 이동이 기본 양성자에 비해 약 -31.5이고, ±5 ppm, ±10 ppm, ±20 ppm, ±30 ppm, ±40 ppm, ±50 ppm, ±60 ppm, ±70 ppm, ±80 ppm, ±90 ppm, 및 ±100 ppm 중 적어도 하나의 범위 내에서 -(p29.9 + p22.74) ppm (식 (20))일 수 있다. 기본 양성자 대비 절대적 이동의 범위는 약 0.1% 내지 99%, 1% 내지 50%, 및 1% 내지 10% 중 대략 적어도 하나의 범위 내에서 -(p29.9 + p21.59×10-3) ppm(식 (20))일 수 있다. 다른 실시예에서, NaOH나 KOH와 같은 수산화물의 매트릭스와 같은 고체 매트릭스에 있는 하이드리노 원자, 수소화 이온, 또는 분자와 같은 하이드리노 종들의 존재는 매트릭스 양성자가 높은장 이동하는 결과를 초래하게 된다. NaOH나 KOH의 것과 같은 매트릭스 양성자들은 교환될 것이다. 실시예에서, 그 이동은 매트릭스 피크가 TMS 대비 약 -0.1 ppm 내지 -5 ppm의 범위에 있게 할 수 있다. NMR 결정은 매직 앵글 스피닝 1H 핵 자기 공명 분광법(MAS 1H NMR)을 포함할 수 있다.
H(1/p)은 양성자와 반응할 수 있으며, 2개의 H(1/p)은 각각 H2(1/p)+ 및 H2(1/p)를 형성하도록 반응할 수 있다. 수소 분자 이온 및 분자 전하 및 전류 밀도 함수, 결합거리, 및 에너지는 비방사선의 제약조건하에서 타원형 좌표에서 라플라시안(Laplacian)으로부터 해결되었다.
장축 타원체 분자궤도 함수의 각 포커스에서 +pe의 중앙 필드를 갖는 수소 분자의 전체 에너지 ET는,
이고, 여기서 p는 정수, c는 진공에서 빛의 속도, 및 μ는 감소된 핵질량이다. 장축 타원체 분자궤도 함수의 각각의 포커스에서 +pe의 중앙 필드를 갖는 수소분자의 전체 에너지는,
이다.
수소분자 H2(1/p)의 결합 해리 에너지, ED는 대응하는 수소 원자의 전체 에너지와 ET 사이의 차이이다:
여기서,
ED는 식(23) 내지 식(25)에 의해 주어진다.
H2(1/p)은 X-선 광전자 분광법(XPS)에 의해서 확인될 수 있으며, 이때 이온화된 전자에 추가하여 이온화 생성물은 2개의 양성자 및 전자, H 원자, 하이드리노 원자, 분자 이온, 수소분자 이온 및 H2(1/p)+을 포함하는 것과 같이 가능한 것들 중 적어도 하나일 수 있으며, 에너지는 매트릭스에 의해서 이동될 수 있다.
촉매반응-생성물 가스의 NMR은 H2(1/p)의 이론적으로 예측된 화학적 이동의 확정적인 테스트를 제공한다. 일반적으로, H2(1/p)의 1H NMR 공명은 타원좌표에서 분수 반경으로 인해 H2의 것으로부터 높은장 이동될 것으로 예측된다. H2(1/p)에 대해 예측된 이동, 
은 2개 전자의 반자성 및 크기 p의 양성자 필드의 기여의 합에 의해서 주어진다(Mills GUTCP 방정식들(11.415-11.416):
여기에서, 첫 번째 항목은 H2에 대해 p = 1 및 H2(1/p)에 대해 p = 정수＞1로 적용한다. -28.0 ppm의 실험적인 절대 H2 가스상 공명 이동은 -28.01 ppm의 예측된 절대 가스상 이동(식 (28))과 우수하게 부합한다. 예측된 분자 하이드리노 피크는 보통의 H2에 비해서 이례적으로 높은장 이동을 나타낸다. 실시예에 있어서, 피
크는 TMS의 높은장에 있다. TMS에 대한 NMR 이동은 단독 또는 화합물을 포함하는 보통의 H-, H, H2 또는 H+ 중 적어도 하나에 대해 알려진 것보다 더 클 수 있다. 그 이동은 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, 및 -40 ppm 중 적어도 하나보다 더 클 수 있다. 기본 양성자에 비해 절대적인 이동의 범위는, 여기서 TMS의 이동이 기본 양성자에 비해 약 -31.5이고, ±5 ppm, ±10 ppm, ±20 ppm, ±30 ppm, ±40 ppm, ±50 ppm, ±60 ppm, ±70 ppm, ±80 ppm, ±90 ppm, 및 ±100 ppm 중 적어도 하나의 범위 내에서 -(p28.01 + p22.56)ppm (식 (28))일 수 있다. 기본 양성자 대비 절대적 이동의 범위는 약 0.1% 내지 99%, 1% 내지 50%, 및 1% 내지 10% 중 대략 적어도 하나의 범위 내에서 -(p28.01 + p21.49×10- 3)ppm (식 (28))일 수 있다.
수소타입 분자 H2(1/p)의 υ= 0 내지 υ= 1 전이에 대한 진동 에너지 
는,
여기서, p는 정수이다.
수소타입 분자 H2(1/p)의 J 내지 J+1에 대한 회전에너지 
는,
이며, 여기서, p는 정수이고 I는 관성모멘트이다. H2(1/4)의 Ro-진동 방출은 가스에 존재하고 고체 매트릭스에 포획된 e-빔 여기 분자에서 관찰되었다.
회전에너지의 p2 의존도는 핵간 거리와 관성모멘트 I에 대한 대응 충격에 의존하여 p에 반비례하여 얻어진다. H2(1/p)에 대해 예측된 핵간 거리 2c'는,
이다.
H2(1/p)의 회전에너지와 진동에너지 중 적어도 하나는 전자-빔 여기 방출 분광법, 라만분광법, 및 퓨리에 변환 적외선(FTIR) 분광법 중 적어도 하나에 의해서 측정될 수 있다. H2(1/p)는 MOH, MX 및 M2CO3(M = 알칼리; X = 할로겐화물) 매트릭스 중 적어도 하나에서와 같이 측정을 위해 매트릭스에 포획될 것이다.
실시예에서, 분자 하이드리노 생성물은 약 1950 cm-1에서 반대 라만 효과(IRE) 피크로서 관찰된다. 이 피크는 IRE 피크를 나타내기 위해 표면 강화 라만 산란(SERS)을 지원하는 라만 레이저 파장에 필적하는 거칠기 피처 또는 입자 크기를 포함하는 전도성 재료를 사용함으로써 향상된다.
Ⅰ. 촉매
본 개시에서, 하이드리노 반응, H 촉매작용, H 촉매 반응, 수소를 지칭할 때의 촉매 작용, 하이드리노를 형성하기 위한 수소의 반응 및 하이드리노 형성 반응과 같은 용어는 모두 식(10) 및 (12)에 의해 주어지는 에너지 준위를 갖는 수소의 상태를 형성하기 위해 원자 H와 식(14)에 의해 형성되는 촉매의 식(15 내지 18)과 같은 반응을 지칭한다. 하이드리노 반응물, 하이드리노 반응 혼합물, 촉매 혼합물, 하이드리노 형성을 위한 반응물, 저-에너지 상태 수소 또는 하이드리노를 생성 또는 형성하는 반응물과 같은 대응하는 용어는 또한 식(10) 및 (12)에 의해 주어지는 에너지 준위를 갖는 H 대 H 상태 또는 하이드리노 상태의 촉매 작용을 수행하는 반응 혼합물을 지칭할 때 서로 교환적으로 사용된다.
본 개시의 촉매 저에너지 수소 전이는 비촉매 원자 수소의 위치 에너지, 
의 정수 m의 흡열 화학 반응의 형태일 수 있는 촉매를 요구하며, 이는 전이를 유발하기 위해 원자 H로부터의 에너지를 수용한다. 흡열 촉매 반응은 원자 또는 이온과 같은 종으로부터의 하나 이상의 전자의 이온화(예를 들어, Li → Li2 +에 대해 m = 3)일 수 있고, 초기 결합의 파트너의 하나 이상으로부터 하나 이상의 전자의 이온화(예를 들어, NaH → Na2 + + H에 대해 m = 2)에 대한 결합 절단의 동시 반응을 더 포함할 수 있다. H+는 촉매 기준, 즉 2·27.2 eV인 54.417 eV에서 이온화하기 때문에, 27.2 eV의 정수 배와 같은 엔탈피 변화를 갖는 화학적 또는 물리적 프로세스를 만족한다. 정수의 수소 원자는 또한 27.2 eV 엔탈피의 정수배의 촉매로서의 작용할 수 있다. 촉매는 약 27.2 eV ± 0.5 eV 및 27.2/2 eV ± 0.5 eV 중 하나의 정수 단위로 원자 수소로부터 에너지를 수용할 수 있다.
실시예에서, 촉매는 원자 또는 이온 M을 포함하며, 원자 또는 이온 M 각각으로부터 연속적인 에너지 준위로 t 전자의 이온화는 t 전자의 이온화 에너지의 합이 m·27.2 eV 및 m·27.2/2 eV 중 대략 하나가 되게 하고, 여기서 m은 정수이다.
실시예에서, 촉매는 이원자 분자 MH를 포함하며, M-H 결합의 분해에 원자 M 각각으로부터 연속적인 에너지 준위로 t 전자의 이온화를 더한 값은 t 전자의 결합 에너지와 이온화 에너지의 합이 m·27.2 eV 및 m·27.2/2 eV 중 대략 하나가 되게 하고, 여기서 m은 정수이다.
실시예에서, 촉매는 AlH, AsH, BaH, BiH, CdH, ClH, CoH, GeH, InH, NaH, NbH, OH, RhH, RuH, SH, SbH, SeH, SiH, SnH, SrH, TiH, C2, N2, O2, CO2, NO2, 및 NO3의 분자로부터, 그리고 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 +, 및 H+, 그리고 Ne+ 및 H+의 원자 또는 이온으로부터 선택되는 원자, 이온, 및/또는 분자를 포함한다.
다른 실시예에서, 전자를 수용체 A에 전달함으로써 제공되는 하이드리노를 생성하는 MH-형 수소 촉매, MH 결합의 분해에 원자 M으로부터 각각의 연속 에너지 준위로의 t 전자의 이온화를 더한 값은 MH와 A의 전자 친화도(EA), M-H 결합 에너지 및 M으로부터의 t 전자의 이온화 에너지의 차이를 포함하는 전자 전달 에너지의 합이 대략 m·27.2 eV가 되게 하며, 여기서 m은 정수이다. 대략 m·27.2 eV의 반응 순엔탈피를 제공할 수 있는 MH-형 수소 촉매는 OH-, SiH-, CoH-, NiH- 및 SeH-이다.
다른 실시예에서, 하이드리노를 생성하기 위한 MH+형 수소 촉매는 음으로 대전될 수 있는 도너 A로부터 전자의 전달, M-H 결합의 분해 및 원자 M으로부터 각각의 전자의 연속 에너지 준위로의 이온화에 의해 제공되어, MH와 A의 이온화 에너지의 차이, 결합 M-H 에너지, 및 M으로부터의 t 전자의 이온화 에너지의 차이를 포함하는 전자 전달 에너지의 합이 대략 m·27.2 eV가 되며, 여기서 m은 정수이다.
실시예에서, 분자 또는 양이나 음으로 대전된 분자 이온 중 적어도 하나는 분자 또는 양이나 음으로 대전된 분자 이온의 위치 에너지의 크기의 감소와 함께 원자 H로부터 약 m·27.2 eV를 수용하는 촉매로서의 역할을 한다. 예시적인 촉매는 H2O, OH, 아미드 그룹 NH2 및 H2S이다.
O2는 촉매 또는 촉매의 소스로서의 역할을 할 수 있다. 산소 분자의 결합 에너지는 5.165 eV이고, 산소 원자의 제 1, 제 2 및 제 3 이온화 에너지는 각각, 13.61806 eV, 35.11730 eV, 및 54.9355 eV이다. 반응은 
, 
, 및 
는 각각 약 2, 4, 및 1 배의 순 엔탈피 
를 제공하며, H로부터 이들 에너지를 수용하여 하이드리노를 형성함으로써 하이드리노를 형성하는 촉매 반응을 포함한다.
Ⅱ.
하이드리노
본 개시에 따르면, 식(19)에 따른 결합 에너지를 갖는 하이드리노 수소화 이온(H-)는 p = 2 내지 23에 대한 일반 수소화 이온의 결합 에너지(약 0.75 eV)보다 크며 p = 24(H-)에 대해서는 그보다 작다. 식(19)의 p = 2 내지 p = 24에 대하여, 수소화 이온 결합 에너지는 각각 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 및 0.69 eV이다. 신규한 수소화 이온을 포함하는 예시적인 조성물이 또한 여기에 제공된다.
하나 이상의 하이드리노 수소화 이온 및 하나 이상의 다른 원소를 포함하는 예시적인 화합물이 또한 제공된다. 그러한 화합물을 "하이드리노 수소화 화합물"로서 지칭된다.
보통 수소 종은 다음 결합 에너지 (a) 수소화 이온, 0.754 eV( "일반 수소화 이온"); (b) 수소 원자( "일반의 수소 원자"), 13.6eV; (c) 이원자 수소 분자, 15.3 eV ("일반 수소 분자"); (d) 수소 분자 이온, 16.3 eV("일반 수소 분자 이온"); 및 (e) 
, 22.6eV ("일반 삼중수소 분자 이온")를 특징으로 한다. 여기서, 수소의 형태와 관련하여, "정상" 및 "일반"은 동의어이다.
본 개시의 추가 실시예에 따르면, (a) 약 0.9 내지 1.1 배 
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합 에너지를 갖는 수소 원자; (b) 약 0.9 내지 1.1 배 
(여기서, p는 2 내지 24인 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합 에너지를 갖는 수소화 이온(H-); (c) 
; (d) 약 0.9 내지 1.1 배 
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합 에너지를 갖는 삼중하이드리노 분자 이온, 
; (e) 약 0.9 내지 1.1배 
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합 에너지를 갖는 이중하이드리노; (f) 약 0.9 배 내지 1.1 배 
(여기서, p는 정수, 바람직하게 2 내지 137의 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합에너지를 갖는 이중하이드리노 분자 이온과 같은 적어도 하나의 증가된 결합 에너지 수소 종을 포함하는 화합물이 제공된다.
본 개시의 추가 실시예에 따르면, (a) 약 0.9 내지 1.1 배 
(여기서, p는 정수, h는 플랑크 상부 바, me는 전자의 질량, c는 진공에서 빛 속도, μ은 감소된 핵 질량)의 범위 내에서와 같은 약 
의 전체 에너지를 갖는 이중하이드리노 분자 이온; 및 (b) 약 0.9 내지 1.1 배 
(여기서, p는 정수이고, α0는 보어 반경)의 범위 내에서와 같은 약 
의 전체 에너지를 갖는 이중하이드리노 분자와 같은 적어도 하나의 증가된 결합 에너지 수소 종을 포함하는 화합물이 제공된다.
화합물이 음으로 대전된 증가된 결합 에너지 수소 종을 포함하는 본 개시의 일 실시예에 따라서, 화합물은 하나 이상의 양이온, 예컨대 양성자, 일반 
또는 일반 
를 더 포함한다.
하나 이상의 하이드리노 수소화 이온을 포함하는 화합물을 제조하는 방법이 여기서 제공된다. 그러한 화합물은 이후, "하이드리노 수소화 화합물"로서 지칭된다. 본 개시의 방법은 원자 수소를 약 
(여기서, m은 1보다 큰 정수, 바람직하게 400 미만의 정수)의 반응 순엔탈피를 갖는 촉매와 반응시켜, 약 
(여기서, p는 정수이고, 바람직하게는 2 내지 137의 정수)의 결합 에너지를 갖는 증가된 결합 에너지 수소 원자를 제조하는 단계를 포함한다. 촉매의 추가 생성물은 에너지이다. 증가된 결합 에너지 수소 원자는 증가된 결합 에너지 수소화 이온을 생성하기 위해 전자 소스와 반응할 수 있다. 증가된 결합 에너지 수소화 이온은 하나 이상의 양이온과 반응하여 적어도 하나의 증가된 결합 에너지 수소화 이온을 포함하는 화합물을 생성할 수 있다.
물질의 신규 수소 조성물은 다음을 포함할 수 있다:
(i) 대응하는 일반 수소 종의 결합 에너지보다 더 크거나,
(ii) 일반 수소 종의 결합 에너지가 대기 조건(표준 온도 및 압력, STP)에서의 열 에너지보다 더 적거나 음수이기 때문에, 대응하는 일반 수소 종이 불안정하거나 관찰되지 않는 임의의 수소 종의 결합 에너지보다 더 큰 결합 에너지를 갖는
(a) 적어도 하나의 중성, 양성 또는 음성 수소 종(이후, "증가된 결합 에너지 수소 종"); 및
(b) 적어도 하나의 다른 원소. 본 개시의 화합물은 이후 "증가된 결합 에너지 수소 화합물"로서 지칭된다.
이와 관련하여 "다른 원소"는 증가된 결합 에너지 수소 종 이외의 원소를 의미한다. 따라서, 다른 원소는 일반 수소 종 또는 수소 이외의 임의의 원소일 수 있다. 일 그룹의 화합물에서, 다른 원소와 증가된 결합 에너지 수소 종은 중성이다. 다른 그룹의 화합물에서, 다른 원소 및 증가된 결합 에너지 수소 종은 다른 원소가 균형 잡힌 전하를 제공하여 중성 화합물을 형성하도록 충전된다. 전자 그룹의 화합물은 분자 및 배위 결합을 특징으로 한다. 후자 그룹은 이온 결합을 특징으로 한다.
또한, 다음을 포함하는 신규한 화합물 및 분자 이온이 제공된다:
(i) 대응하는 일반 수소 종의 전체 에너지보다 더 크거나,
(ii) 일반 수소 종의 전체 에너지가 대기 조건에서의 열 에너지보다 더 적거나 음수이기 때문에, 대응하는 일반 수소 종이 불안정하거나 관찰되지 않는 임의의 수소 종의 전체 에너지보다 더 큰 결합 에너지를 갖는
(a) 적어도 하나의 중성, 양성 또는 음성 수소 종(이후, "증가된 결합 에너지 수소 종"); 및
(b) 적어도 하나의 다른 원소.
수소 종의 전체 에너지는 수소 종에서 모든 전자를 제거하기 위한 에너지의 합이다. 본 개시에 따른 수소 종은 대응하는 일반 수소 종의 전체 에너지보다 더 큰 전체 에너지를 가진다. 본원에 따라 증가된 전체 에너지를 갖는 수소 종은 증가된 전체 에너지를 갖는 수소 종의 몇몇 실시예가 대응하는 일반 수소 종의 제 1 전자 결합 에너지보다 더 작은 제 1 전자 결합 에너지를 갖더라도 "증가된 결합 에너지 수소 종"으로서 또한 지칭된다. 예를 들어, 식 (19)의 수소화 이온은 일반 수소화 이온의 제 1 결합 에너지보다 더 작은 제 1 결합 에너지를 가지는 반면에, p = 24에 대한 식 (19)의 수소화 이온의 전체 에너지는 대응하는 일반 수소화 이온의 전체 에너지보다 훨씬 더 크다.
또한, 다음을 포함하는 신규 화합물 및 분자 이온이 여기서 제공된다:
(i) 대응하는 일반 수소 종의 결합 에너지보다 더 크거나,
(ii) 일반 수소 종의 결합 에너지가 대기 조건에서의 열 에너지보다 더 적거나 음수이기 때문에, 대응하는 일반 수소 종이 불안정하거나 관찰되지 않는 임의의 수소 종의 결합 에너지보다 더 큰 결합 에너지를 갖는
(a) 복수의 중성, 양성 또는 음성 수소 종(이후, "증가된 결합 에너지 수소 종"); 및
(b) 선택적으로 하나의 다른 원소. 본 개시의 화합물은 이후 "증가된 결합 에너지 수소 화합물"로서 지칭된다.
증가된 결합 에너지 수소 종은 하나 이상의 하이드리노 원자를 하나 이상의 전자, 하이드리노 원자, 상기 증가된 결합 에너지 수소 종 중 적어도 하나를 함유하는 화합물, 및 하나 이상의 다른 원자, 분자, 또는 증가된 결합 에너지 수소 종 이외의 이온과 반응시킴으로써 형성될 수 있다.
또한, 다음을 포함하는 신규 화합물 및 분자 이온이 여기서 제공된다:
(i) 일반 분자 수소의 전체 에너지보다 더 크거나,
(ii) 일반 수소 종의 전체 에너지가 대기 조건에서의 열 에너지보다 더 적거나 음수이기 때문에, 대응하는 일반 수소 종이 불안정하거나 관찰되지 않는 임의의 수소 종의 전체 에너지보다 더 큰 전체 에너지를 갖는
(a) 복수의 중성, 양성 또는 음성 수소 종(이후, "증가된 결합 에너지 수소 종"); 및
(b) 선택적으로 하나의 다른 원소. 본 개시의 화합물은 이후 "증가된 결합 에너지 수소 화합물"로서 지칭된다.
실시예에서, (a) p = 2 내지 23에 대해 일반 수소화 이온의 결합 에너지(약 0.8eV)보다 크고 p = 24에 대해 그 미만인 식 (19)에 따른 결합 에너지를 갖는 수 소화 이온( "증가된 결합 에너지 수소화 이온" 또는 "하이드리노 수소화 이온"); (b) 일반 수소 원자의 결합 에너지(약 13.6 eV)보다 더 큰 결합 에너지를 갖는 수소 원자("증가된 결합 에너지 수소 원자" 또는 "하이드리노"); (c) 약 15.3 eV보다 더 큰 제 1 결합 에너지를 갖는 수소 분자("증가된 결합 에너지 수소 분자" 또는 "디하이드리노"); 및 (d) 약 16.3 eV보다 더 큰 결합 에너지를 갖는 분자 수소 이온("증가된 결합 에너지 분자 수소 이온" 또는 "디하이드리노 분자 이온")로부터 선택된 적어도 하나의 증가된 결합 에너지 수소 종을 포함하는 화합물이 제공된다. 본 개시에서, 증가된 결합 에너지 수소 종 및 화합물은 또한 저-에너지 수소 종 및 화합물로서 또한 지칭된다. 하이드리노는 증가된 결합 에너지 수소 종 또는 동등하게 저-에너지 수소 종을 포함한다.
Ⅲ. 화학 반응기
본 개시는 또한 본 개시의 증가된 결합 에너지 수소 종 및 화합물, 예컨대 디하이드리노 분자 및 하이드리노 수소화 화합물을 생성하기 위한 다른 반응기에 관한 것이다. 촉매작용의 추가 생성물은 전력 및 선택적으로 셀 유형에 따른 플라즈마 및 광이다. 그러한 반응기는 이후, "수소 반응기" 또는 "수소 셀"로서 지칭된다. 수소 반응기는 하이드리노를 제조하기 위한 셀을 포함한다. 하이드리노를 제조하기 위한 셀은 가스 방전 셀, 플라즈마 토치 셀 또는 마이크로파 전력 셀, 및 전기화학 셀과 같은 화학 반응기 또는 가스 연료 전지의 형태를 취할 수 있다. 실시예에서, 촉매는 HOH이고, HOH 및 H 중 적어도 하나의 소스는 얼음이다. 실시 예에서, 셀은 아크 방전 셀을 포함하고, 적어도 하나의 전극에 얼음을 포함하여 방전이 얼음의 적어도 일부를 포함한다.
실시예에서, 아크 방전 셀은 용기, 2개의 전극, 약 100 V 내지 1 MV 범위의 전압 및 약 1 A 내지 100 kA 범위의 전류와 같은 고전압 전원, 및 수조와 H2O 물방울을 형성하고 공급하기 위한 수단과 같은 물 소스를 포함한다. 물방울은 전극들 사이로 이동할 수 있다. 실시예에서, 물방울은 아크 플라즈마의 점화를 개시한다. 실시예에서, 물 아크 플라즈마는 반응하여 하이드리노를 형성할 수 있는 H 및 HOH를 포함한다. 점화율 및 대응하는 전력율은 물방울의 크기 및 물방울이 전극에 공급되는 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 고전압 소스는 고전압 전원에 의해 충전될 수 있는 적어도 하나의 고전압 캐패시터를 포함할 수 있다. 실시예에서, 아크 방전 셀은 광 및 열과 같은 하이드리노 프로세스로부터의 전기로 전력을 변환하기 위한 PV 변환기 및 열 엔진 중 적어도 하나와 같은 본 발명의 것과 같은 전력 변환기와 같은 수단을 더 포함한다.
하이드리노 제조용 셀의 예시적인 실시예는 액체 연료 전지, 고체 연료 전지, 이종 연료 전지, CIHT 셀 및 SF-CIHT 셀의 형태를 취할 수 있다. 이들 각각의 셀은 (i) 원자 수소의 소스; (ii) 하이드리노 제조용 고체 촉매, 용융 촉매, 액체 촉매, 가스 촉매 또는 이들의 혼합으로부터 선택되는 적어도 하나의 촉매; 및 (iii) 하이드리노 제조용 수소 및 촉매를 반응시키기 위한 용기를 포함한다. 여기서 사용된 바와 같이 그리고 본 개시에서 고려되는 바와 같이, 용어 "수소"는 달리 특정되지 않는 한, 프로테옴(proteum)(
)뿐만 아니라 중수소(
) 및 삼중수소(
)를 포함한다. 예시적인 화학 반응 혼합물 및 반응기는 본 개시의 SF-CIHT, CIHT 또는 열적 셀 실시예를 포함할 수 있다. 추가의 예시적인 실시예가 이러한 화학 반응기 섹션에 주어진다. 혼합물의 반응 동안 형성된 촉매로서 H2O를 갖는 반응 혼합물의 예가 본 개시에 주어진다. 다른 촉매는 증가된 결합 에너지 수소 종 및 화합물을 형성하는 역할을 할 수 있다. 반응 및 조건은 반응물, 반응물 중량%, H2 압력 및 반응 온도와 같은 매개변수에서 이들 예시적인 경우로부터 조정될 수 있다. 적합한 반응물, 조건 및 매개변수 범위는 본 개시의 범위, 조건 및 매개변수 범위이다. 하이드리노 및 분자 하이드리노는 13.6 eV의 정수배의 예측 된 연속체 방사 대역, 또는 H 라인의 도플러 라인 확장, H 라인의 역전, 분해된 필드 없이 플라즈마의 형성, 및 Mills Prior Publications에 보고된 바와 같은 비정상적인 잔여 플라즈마 지속시간에 의해 본 개시의 반응기의 생성물임을 보여준다. CIHT 및 고체 연료에 관한 것과 같은 데이터는 다른 연구자에 의해 현장에서 독립적으로 검증되었다. 본 개시의 셀에 의한 하이드리노의 형성은 장기 지속 기간 동안 연속적으로 출력되는 전기 에너지에 의해 확인되는데, 이는 대부분의 경우에 대체 소스를 갖지 않는 10 배만큼 입력을 초과하는 전기 입력의 배수였다. 예측된 분자 하이드리노 H2(1/4)는 약 -4.4 ppm의 예측된 높은장 이동 행렬 피크를 보여주는 MAS H NMR에 의한 CIHT 셀과 고체 연료의 생성물, m/e = M + n2 피크(여기서, M은 모 이온의 질량, n은 정수)로서 게터 행렬에 대한 복소수인 H2(1/4)을 보여주는 ToF-SIMS 및 ESI-ToFMS, H2의 16 또는 양자 수 p = 4의 2 배의 에너지를 갖는 H2(1/4)의 예측된 회전 및 진동 스펙트럼을 보여주는 전자빔 여기 방출 분광법 및 포토루미네센스(photoluminescence) 발광 분광법, H2의 16 또는 양자 수 p = 4의 2 배의 에너지인 1950 cm-1의 H2의 회전 에너지를 보여주는 라만 및 FTIR 분광법, 500 eV의 H2(1/4)의 예측된 전체 결합 에너지를 보여주는 XPS, 및 제 3체로 전달되는 에너지를 갖는 H 대 H(1/4)에 대한 예측된 에너지 방출에 일치하는 약 204 eV의 운동 에너지를 갖는 H에 대응하는 m/e = 1 피크 이전의 도달 시간을 갖는 ToF-SIMS 피크로서 확인되었으며, 이들은 그 전체가 원용에 의해 본 개시에 포함되는 Mills Prior Publications 및 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), 및 R. Mills, J. Lotoski, J. Kong, G Chu, J. He, J. Trevey, "High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell"(2014)에 보고되어 있다.
수류 열량계 및 세타람(Setaram) DSC 131 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여, 열 전력을 발생시키기 위한 고체 연료를 포함하는 것과 같은 본 개시의 셀에 의한 하이드리노의 형성은 최대 이론 에너지를 60배만큼 초과하는 하이드리노 형성 고체 연료로부터 열 에너지의 관찰에 의해 확인되었다. MAS H NMR은 약 -4.4 ppm의 예측된 H2(1/4) 높은장 메트릭스 이동을 보여준다. 1950 cm-1에서 시작되는 라만 피크는 H2(1/4)의 자유 공간 회전 에너지(0.2414 eV)와 일치했다. 이들 결과는 Mills Prior Publications 및 R. Mills, J. Lotoski, W. Good, J. He, "Solid Fuels that Form HOH Catalyst"(2014)에 보고되어 있으며, 이는 그 전체가 원용에 의해 본 개시에 포함된다.
IV. 고체 연료 촉매
유도식
하이드리노
전이(
SF
-
CIHT
) 셀 및 전력 변환기
실시예에서, 직접 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 전력 시스템은 (a) 적어도 하나의 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매; (b) 적어도 하나의 원자 수소 소스 또는 원자 수소; 및 (c) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 용기, 반응물을 포함하며, 하이드리노 반응물을 한정하기 위한 적어도 하나의 전극 세트, 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스, 재장전 시스템, 반응 생성물로부터 초기 반응물을 재생시키는 적어도 하나의 시스템, 및 PDC와 같은 플라즈마-전기 변환기, 광전지 변환기 및 적어도 하나의 열-전력 변환기 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 직접 변환기를 포함한다. 추가 실시예에서, 용기는 대기압, 대기압 초과 및 대기압 미만 중 적어도 하나의 압력을 가질 수 있다. 실시예에서, 재생 시스템은 수화, 열, 화학 및 전기화학 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 직접적인 플라즈마-전기 변환기는 플라즈마 역학 전력 변환기, 
직접 변환기, 자기 유체 역학 변환기, 자기 미러 자기 유체 역학 전력 변환기, 전하 드리프트 변환기, 포스트 또는 베네시안 블라인드(Post or Venetian Blind) 전력 변환기, 자이로트론, 광자 번칭(bunching) 마이크로파 전력 변환기 및 광전기 변환기의 그룹 중 적어도 하나를 포함한다. 추가 실시예에서, 적어도 하나의 열-전기 변환기는 열 엔진, 증기 엔진, 증기 터빈 및 발전기, 가스 터빈 및 발전기, 랭킨 사이클(Rankine-cycle) 엔진, 브레이튼(Brayton) 사이클 엔진, 스털링 엔진, 열이온 전력 변환기 및 열전기 전력 변환기의 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 변환기는 Mills의 선 공보 및 Mills의 선 출원에서 제공되는 것일 수 있다.
실시예에서, H2O는 점화되어 열적, 플라즈마 및 전자기 (광) 전력 중 적어도 하나의 형태로 에너지의 높은 방출을 갖는 하이드리노를 형성한다. (본 개시에서의 "점화(ignition)"는 버스트, 펄스 또는 다른 형태의 고전력 방출로서 나타날 수 있는 H-하이드리노의 매우 높은 반응 속도를 나타낸다.) H2O는 약 2000 A 내지 100,000 A 범위의 것과 같은 높은 전류의 인가로 점화될 수 있는 연료를 포함할 수 있다. 이는 아크와 같은 고전도성 플라즈마를 먼저 형성하기 위해 약 5,000 내지 100,000 V와 같은 고전압의 인가에 의해 달성될 수 있다. 대안으로, 고전류가 H2O를 포함하는 화합물 또는 혼합물을 통과할 수 있으며, 여기서 고체 연료와 같은 결과적인 연료의 전도도가 높다. 본 개시에서, 고체 연료는 추가로 반응하여 하이드 리노를 형성하는 HOH 및 H와 같은 촉매를 형성하는 반응 혼합물을 나타내는데 사용된다. 그러나, 반응 혼합물은 고체 이외의 다른 물리적 상태를 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 혼합물은 용융된 은, 은-구리 합금 및 구리 중 적어도 하나와 같은 용융 금속, 고체, 슬러리, 졸 겔, 용액, 혼합물, 가스 현탁액, 공압 흐름과 같은 용융 전도성 매트릭스와 같은 가스, 액체 용융 매트릭스 중 적어도 하나의 상태 및 당업자에게 공지된 다른 상태 중 적어도 하나일 수 있다. 실시예에서, 매우 낮은 저항을 갖는 고체 연료는 H2O를 포함하는 반응 혼합물을 포함한다. 낮은 저항은 반응 혼합물의 전도체 성분에 기인할 수 있다. 실시예에서, 고체 연료의 저항은 약 10-9 옴 내지 100 옴, 10-8 옴 내지 10 옴, 10-3 옴 내지 1 옴, 10-4 옴 내지 10-1옴, 및 10-4 옴 내지 10-2옴의 범위 중 적어도 하나이다. 다른 실시예에서, 높은 저항을 갖는 연료는 첨가된 화합물 또는 재료의 미량 또는 소량의 몰%를 포함하는 H2O를 포함한다. 후자의 경우에, 아크 또는 아크 플라즈마와 같은 고전도성 상태를 형성하도록 분해를 야기함으로써 점화를 달성하기 위해 연료를 통해 고전류가 흐를 수 있다.
실시예에서, 반응물은 H2O의 소스 및 전도성 매트릭스를 포함하여 촉매 소스, 촉매, 원자 수소 소스 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성할 수 있다. 추가 실시예에서, H2O 소스를 포함하는 반응물은 벌크 H2O, 벌크 H2O 이외의 상태, H2O를 형성하고 결합된 H2O를 방출하도록 반응하는 것 중 적어도 하나를 겪는 화합물 또는 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 결합된 H2O는 H2O와 상호 작용하는 화합물을 포함할 수 있으며, H2O는 흡수된 H2O, 결합된 H2O, 물리 흡착된 H2O 및 수화된 물 중 적어도 하나의 상태에 있다. 실시예에서, 반응물은 전도체 및 벌크 H2O, 흡수된 H2O, 결합된 H2O, 물리 흡착된 H2O 및 수화된 물의 방출 중 적어도 하나를 겪는 하나 이상의 화합물 또는 재료를 포함할 수 있고, 반응 생성물로서 H2O를 갖는다. 다른 실시예에서, 초기 H2O 촉매의 소스 및 원자 수소의 소스 중 적어도 하나는: (a) H2O의 적어도 하나의 소스; (b) 산소의 적어도 하나의 소스, 및 (c) 수소의 적어도 하나의 소스를 포함할 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응 속도는 고전류의 인가 또는 전개에 의존한다. SF-CIHT 셀의 실시예에서, 하이드리노를 형성하기 위한 반응물은 매우 빠른 반응 속도 및 에너지 방출을 야기하는 저전압, 고전류, 고전력 펄스에 영향을 받는다. 예시적인 실시예에서, 60 Hz 전압은 15 V 피크 미만이고, 전류는 10,000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2 피크이며, 전력 범위는 150,000 W/cm2 내지 750,000 W/cm2이다. 이들 매개변수의 약 1/100 배 내지 100 배 범위의 다른 주파수, 전압, 전류 및 전력이 적합하다. 실시예에서, 하이드리노 반응 속도는 고전류의 인가 또는 전개에 의존한다. 실시예에서, 전압은 100 A 내지 1,000,000 A, 1 kA 내지 100,000 A, 10 kA 내지 50 ka 중 적어도 하나의 범위 내에 있는 높은 AC, DC 또는 AC-DC 혼합 전류를 발생시키도록 선택된다. DC 또는 피크 AC 전류 밀도는 100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1000 A/cm2 내지 100,000 A/cm2 및 2000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1 V 내지 1000 V, 0.1 V 내지 100 V, 0.1 V 내지 15 V 및 1 V 내지 15 V 중에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. AC 주파수는 약 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지1 MHz, 10 Hz 내지 100 ㎑, 및 100 ㎐ 내지 10 ㎑의 범위 내에 있을 수 있다. 펄스 시간은 약 10-6 초 내지 10 초, 10-5 초 내지 1 초, 10-4 초 내지 0.1 초, 및 10-3 초 내지 0.01 초 중에서 선택되는 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다.
실시예에서, 원자 수소로 촉매된 상태에서 하이드리노 상태로의 에너지 전달은 촉매의 이온화를 초래한다. 촉매로부터 이온화된 전자는 반응 혼합물 및 용기에 축적되어 공간 전하 증대를 초래할 수 있다. 공간 전하는 반응 속도의 감소와 함께 원자 수소로부터 촉매로의 후속 에너지 전달을 위한 에너지 준위를 변화시킬 수 있다. 실시예에서, 고전류의 인가는 공간 전하를 제거하여 하이드리노 반응 속도를 증가시킨다. 다른 실시예에서, 아크 전류와 같은 고전류는 H 및 HOH 촉매의 소스로서 작용할 수 있는 물과 같은 반응물이 온도를 극도로 상승시키는 원인이 된다. 고온은 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나에 대한 물의 열분해를 일으킬 수 있다. 실시예에서, SF-ClHT 셀의 반응 혼합물은 H의 소스 및 nH(n은 정수) 및 HOH 중 적어도 하나와 같은 촉매 소스를 포함한다. nH 및 HOH 중 적어도 하나는 고체, 액체 및 가스상 물 중 적어도 하나와 같은 물의 적어도 하나의 물리적 상(phase)의 열분해 또는 열해리에 의해 형성될 수 있다. 열분해는 약 500 K 내지 10,000 K, 1000 K 내지 7000 K 및 1000 K 내지 5000 K 중 적어도 하나의 범위 내에 있는 온도와 같은 고온에서 발생할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 반응 온도는 원자 H의 몰 분율이 높아지도록 약 3500 내지 4000 K이며, 이는 원용에 의해 본 개시에 포함되는 J. Lede, F. Lapicque, 및 J Villermaux의 [J. Lede, F. Lapicque, J. Villermaux, "Production of hydrogen by direct thermal decomposition of water", International Journal of Hydrogen Energy, 1983, V8, 1983, pp. 675-679; H. H. G. Jellinek, H. Kachi, "The catalytic thermal decomposition of water and the production of hydrogen", International Journal of Hydrogen Energy, 1984, V9, pp. 677-688; S. Z. Baykara, "Hydrogen production by direct solar thermal decomposition of water, possibilities for improvement of process efficiency", International Journal of Hydrogen Energy, 2004, V29, pp. 1451-1458; S. Z. Baykara, "Experimental solar water thermolysis", International Journal of Hydrogen Energy, 2004, V29, pp. 1459-1469에 나타나 있다. 열분해는 도 2i10 내지 도 2i23의 노즐(5q), 주입기(5z1) 및 전극(8) 중 적어도 하나의 고체 표면과 같은 고체 표면에 의해 보조될 수 있다. 고체 표면은 하이드리노 반응에 의해 유지되는 입력 전력 및 플라즈마에 의해 승온으로 가열될 수 있다. 점화 영역의 하향 스트림과 같은 열분해 가스는 냉각되어 재조합 또는 출발 물로 생성물의 역반응을 방지할 수 있다. 반응 혼합물은 생성물 가스의 온도보다 낮은 온도의 고체, 액체 또는 가스상 중 적어도 하나와 같은 냉각제를 포함할 수 있다. 열분해 반응 생성물 가스의 냉각은 생성물을 냉각제와 접촉시킴으로써 달성될 수 있다. 냉각제는 저온 증기, 물 및 얼음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, SF-CIHT 발생기는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템을 포함하며, SF-CIHT 발생기는:
적어도 하나의 용기;
a) 적어도 하나의 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매;
b) 적어도 하나의 H2O 소스 또는 H2O;
c) 적어도 하나의 원자 수소 소스 또는 원자 수소; 및
d) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나;를 포함하는 반응물을
포함하는 샷;
적어도 하나의 샷 주입 시스템;
샷이 발광 플라즈마 및 열 방출 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하는 적어도 하나의 샷 점화 시스템;
반응물의 반응 생성물을 회수하는 시스템;
반응 생성물로부터 추가의 반응물을 재생시키고 추가 샷을 형성시키는 적어도 하나의 재생 시스템으로서, 추가의 반응물이
a) 적어도 하나의 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매;
b) 적어도 하나의 H2O 소스 또는 H2O;
c) 원자 수소 소스 또는 원자 수소 중 적어도 하나; 및
d) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나를 포함하는 재생 시스템; 그리고
광전지 변환기, 광전자 변환기, 플라스마 역학 변환기, 열이온 변환기, 열전기 변환기, 스털링 엔진, 브레이튼 사이클 엔진, 랭킨 사이클 엔진 및 열 엔진, 그리고 히터의 그룹 중 적어도 하나와 같은 광 및 열 출력-전력 및/또는 열 전력 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함한다.
실시예에서, 샷 연료는 H 소스, H2, 촉매 소스, H2O 소스 및 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적합한 샷은 전도성 금속 매트릭스, 및 알칼리 수화물, 알칼리 토금속 수화물 및 전이 금속 수화물 중 적어도 하나와 같은 수화물을 포함한다. 수화물은 MgCl2·6H2O, BaI2·2H2O 및 ZnCl2·4H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 대안으로, 샷은 은, 구리, 흡수된 수소 및 물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
점화 시스템은:
a) 샷을 제한하기 위한 적어도 하나의 전극 세트; 및
b) 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스를 포함하며, 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트는 샷 반응물이 플라즈마를 형성하도록 반응하는데 충분하다. 전력 소스는 전력 변환기로부터 전력을 수용할 수 있다. 실시예에서, 샷 점화 시스템은 개방 회로를 형성하도록 분리된 적어도 하나의 전극 세트를 포함하며, 개방 회로는 점화를 달성하기 위해 고전류가 흐르게 하도록 샷의 주입에 의해 폐쇄된다. 실시예에서, 점화 시스템은 점화가 달성되면 전류를 개시하고 전류를 차단하는 것 중 적어도 하나를 수행하기 위한 스위치를 포함한다. 전류 흐름은 전극 사이의 갭을 완성시키는 샷에 의해 개시될 수 있다. 스위칭은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 실리콘 제어 정류기(SCR) 및 적어도 하나의 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 중 적어도 하나와 같은 수단에 의해 전자적으로 수행될 수 있다. 대안으로, 점화는 기계적으로 스위칭될 수 있다. 전류는 입력 점화 에너지에 비례하여 출력 하이드리노 생성 에너지를 최적화하기 위해 점화 후에 차단될 수 있다. 점화 시스템은 제어 가능한 양의 에너지가 연료로 흘러서 폭발을 일으키고 플라즈마가 발생되는 단계 동안 전력을 차단하게 하는 스위치를 포함할 수 있다. 실시예에서, 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스는 다음 중 적어도 하나:
100 A 내지 1,000,000 A, 1 kA 내지 100,000 A, 10 kA 내지 50 kA 중 적어도 하나의 범위 내에 있는 높은 AC, DC 또는 AC-DC 혼합 전류를 발생시키도록 선택된 전압;
100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1000 A/cm2 내지 100,000 A/cm2 및 2000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2 중 적어도 하나의 범위 내에 있는 DC 또는 피크 AC 전류 밀도를 포함하며,
상기 전압은 고체 연료의 전도율에 의해 결정되며, 전압은 원하는 전류에 고체 연료 샘플의 저항을 곱한 값으로 주어지며;
상기 DC 또는 피크 AC 전압은 0.1 V 내지 500 kV, 0.1 V 내지 100 kV 및 1 V 내지 50 kV 중 적어도 하나의 범위 내에 있으며;
AC 주파수는 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz 및 100 Hz 내지 10 kHz 중 적어도 하나의 범위 내에 있다.
SF-CIHT 셀의 출력 전력은 열 및 광전지 변환 가능한 광 전력을 포함할 수 있다. 실시예에서, 광-전기 변환기는 광전지 효과, 열이온 효과 및 광전자 효과 중 적어도 하나를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 전력 변환기는 고-운동 에너지 전자의 운동 에너지를 전기로 변환시키는 직접 전력 변환기일 수 있다. 실시예에서, SF-CIHT 셀의 전력은 적어도 부분적으로 열 에너지의 형태일 수 있거나 적어도 부분적으로 열 에너지로 변환될 수 있다. 전기 전력 변환기는 열이온 전력 변환기를 포함할 수 있다. 예시적인 열이온 캐소드는 스칸듐 도핑된 텅스텐을 포함할 수 있다. 셀은 전자가 열적으로 방출되는 전도 대역으로 밴드갭을 가로 질러 반도체 방사체에서 전자 에너지를 들어올림으로써 광-효과가 전자 방출을 향상시키는 광자 강화 열이온 방출(PETE)을 이용할 수 있다. 실시예에서, SF-CIHT 셀은 극-자외선(EUV), 자외선(UV), 가시광 및 근-적외선 광 중 적어도 하나와 같은 광의 흡수제를 포함할 수 있다. 흡수제는 셀이라면 외부에 있을 수 있다. 흡수제는 예를 들어, 창(20)의 외부에 있을 수 있다. 흡수제는 흡수의 결과로서 온도가 상승할 수 있다. 흡수제 온도는 약 500 ℃ 내지 4000 ℃ 범위일 수 있다. 열은 열광전지 또는 열이온 전지에 입력될 수 있다. 스털링, 랭킨, 브레이튼 및 당업계에 공지된 다른 열 엔진과 같은 열전기 및 열 엔진은 본 개시의 범위 내에 있다.
복수의 변환기의 광전지 효과, 열이온 효과 및 광전자 효과 중 적어도 하나를 이용하는 것과 같은 적어도 하나의 제 1 광-전기 변환기는 전자기 스펙트럼의 제 1 부분에 대해 선택적이고 적어도 전자기 스펙트럼의 제 2 부분에 대해 투명할 수 있다. 제 1 부분은 대응하는 제 1 변환기에서 전기로 변환될 수 있고, 제 1 변환기가 비-선택적인 제 2 부분은 전자기 스펙트럼의 전파된 제 2 부분의 적어도 일부에 대해 선택적인 다른 제 2 변환기로 전파될 수 있다.
실시예에서, 플라즈마는 EUV 및 UV 광으로서 광 전력 및 에너지의 상당 부분을 방출한다. 압력은 단파장 광의 감쇠를 감소시키기 위해 광학적으로 두껍지 않은 조건에서 플라즈마를 유지하기 위해 반응 챔버인 셀(1)에서 진공을 유지함으로써 감소될 수 있다. 실시예에서, 광-전기 변환기는 광 전력 출력의 적어도 10%에 대응하는 것과 같이 셀로부터 방출된 광의 상당한 파장 영역에 응답하는 광전지(PV) 셀을 포함하는 본 개시의 광전지 변환기를 포함한다. 실시예에서, 연료는 포획된 수소 및 포획된 H2O 중 적어도 하나를 갖는 은 샷을 포함할 수 있다. 발광은 약 120 nm 내지 300 nm의 파장 영역의 광과 같은 자외선을 주로 포함할 수 있다. PV 셀은 약 120 nm 내지 300 nm의 파장 영역의 적어도 일부에 반응할 수 있다. PV 셀은 InGaN, GaN 및 AlGaN 중 적어도 하나와 같은 Ⅲ족 질화물을 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 셀은 SiC를 포함한다. 실시예에서, PV 셀은 복수의 접합부를 포함할 수 있다. 접합부는 직렬로 적층될 수 있다. 다른 실시예에서, 접합부는 독립적이거나 전기적으로 병렬이다. 독립 접합부는 기계적으로 적층되거나 웨이퍼 접합될 수 있다. 예시적인 다중 접합 PV 셀은 InGaN, GaN 및 AlGaN의 그룹으로부터의 복수와 같은 n-p 도핑된 반도체를 포함하는 적어도 2개의 접합부를 포함한다. GaN의 n 도펀트는 산소를 포함할 수 있고, p 도펀트는 Mg를 포함할 수 있다. 예시적인 삼중 접합 셀은 InGaN//GaN//AlGaN을 포함할 수 있으며, 여기서 //는 절연성 투명한 웨이퍼 접합 층 또는 기계적인 적층을 지칭할 수 있다. PV는 집광 광전지(CPV)와 동일한 높은 광도로 작동할 수 있다. 기판은 사파이어, Si, SiC 및 GaN 중 적어도 하나일 수 있으며, 후자의 두 개는 CPV 용례를 위한 비스트 격자 정합(beast lattice matching)을 제공한다. 층은 당업계에 공지된 금속 유기물 기상 에피택시(MOVPE) 방법을 이용하여 증착될 수 있다. 셀은 상업용 GaN 다이오드 레이저와 같은 CPV 또는 다이오드 레이저에 사용되는 것과 같은 냉각 판(cold plate)에 의해 냉각될 수 있다. 격자 접촉부는 CPV 셀의 경우와 같이 셀의 전면 및 후면에 장착될 수 있다. 실시예에서, PV 변환기는 그것이 반응하는 광에 실질적으로 투명한 보호 창을 가질 수 있다. 창은 반응하는 빛에 적어도 10% 투명할 수 있다. 창은 UV 빛에 투명할 수 있다. 창은 PV 셀 상의 UV 투명 코팅과 같은 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 사파이어 또는 MgF2 창과 같은 본 개시의 UV 창의 재료를 포함할 수 있다. 다른 적합한 창은 LiF 및 CaF2를 포함한다. 코팅은 기상 증착과 같은 증착에 의해 도포될 수 있다.
SF-CIHT 셀 전력 변환기는 광전자(PE) 변환기를 포함할 수 있다. 광전자 효과는 플랭크 방정식에 의해 주어진 광자 에너지가 일 함수를 초과할 때 전자 방출과 함께 일 함수(Φ)를 갖는 금속과 같은 재료에 의한 광자의 흡수를 포함한다. 광자 에너지(hv)에 대해서, 여기된 전자의 전체 에너지는 hv이며, 금속으로부터 벗어나는데 요구되는 일 함수(Φ)의 초과는 운동 에너지 
로서 나타나며, 여기서 h는 플랑크 상수이고, v는 광자 주파수이고, me는 전자 질량이며, v는 전자 속도이다. 에너지 보존은 운동 에너지가 흡수된 광자의 에너지와 결합 에너지인 금속의 일 함수 사이의 차이일 것을 요구한다. 그 관계는 다음과 같다:
방출된 전자로 인한 전류는 방사 강도에 비례한다. 자외선-전기 변환기와 같은 본 개시의 광-전기 변환기는 광전자 효과를 이용하여 광자 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 열은 또한 장치의 전류에 기여할 수 있는 전자의 방출을 도울 수 있다. 광-전기 변환기는 각각 자외선(205)과 같은 입사광을 수용할 수 있는, 도 2g1e4에 도시된 적어도 하나의 셀을 포함하는 광전기 전력 변환기를 포함할 수 있으며, 이는 투명 케이싱(201), 광캐소드 또는 전자 이미터(204), 애노드 또는 전자 콜렉터(202), 배기된 전극-간 공간(203)과 같은 분리 공간, 및 부하(206)를 통한 캐소드와 애노드 사이의 외부 전기 연결부(207)를 포함한다. 캐소드(204)는 빛과 열 중 적어도 하나에 노출될 때, 갭 또는 공간(203)에 의해 캐소드로부터 분리되는 애노드(202)에 의해 수집되는 전자를 방출한다. 실시예에서, 광캐소드(204)는 애노드(202)보다 더 높은 일 함수를 가지며, 전자는 전자 이미터 역할을 하며 후자는 셀이 자외선과 같은 광에 노출될 때 전자 컬렉터 역할을 한다. 두 전극의 상이한 재료 사이의 일 함수의 차이는 더 높은 일 함수 광캐소드로부터 더 낮은 일 함수 애노드로 전자를 가속시켜 외부 회로에서 유용한 작업을 수행하는 전압을 제공하는 역할을 한다. 애노드의 일 함수는 부하로의 셀 전력 출력을 향상시키기 위해 낮을 수 있다. 광전자 셀은 광캐소드로 전자를 전도시키기 위한 전기 연결부(207) 및 애노드로부터 전자를 제거하기 위한 전기 연결부를 더 포함한다. 전기 연결부는 전류가 흐르는 부하(206)에 부착함으로써 회로를 포함할 수 있다. 셀은 밀봉될 수 있다. 갭(203)은 진공하에 있을 수 있다.
실시예에서, 광캐소드는 도 2g1e4에 도시된 전송 또는 반투명 및 도 2g1e5 및 2g1e6에 도시된 반사 또는 불투명의 두 개의 그룹으로 분할될 수 있다. 도 2g1e4를 참조하면, 반투명 광전자 셀 실시예는 전형적으로 투명 창(201) 상에 사파이어, LiF, MgF2 및 CaF2, BaF2, CdF2, 석영, 융합 석영, UV 유리, 보로실리케이트 및 Infrasil(ThorLabs)와 같은 불화물과 같은 다른 알칼리 토류 할라이드 코팅을 포함하며, 여기서 광은 광캐소드(204)의 한 표면에 충돌하고 전자는 대향 표면(204)에서 빠져나간다. "반투명" 모드 실시예에서, 셀은 광캐소드(204), 애노드(202), 및 전극(203)들 사이의 분리 갭을 포함하고, 방사선(205)은 광캐소드(204)가 셀의 내부에 증착되는 창(201)을 통해 셀로 들어간다. 전자는 갭 또는 진공 계면(203)과 같은 광캐소드(204)의 내면으로부터 방출된다.
도 2g1e5 및 도 2g1e6에 도시된 불투명 또는 반사 광전자 셀 실시예는 일반적으로 불투명한 금속 전극 베이스 상에 형성된 광캐소드 재료를 포함하며, 여기서 광이 입사하고 전자가 동일한 측면으로부터 방출된다. 변형예는 금속 베이스가 미러-형인 이중 반사 유형이므로, 방출을 일으키지 않고 광캐소드를 통과한 빛이 흡수 및 광방출시 제 2 통과를 위해 다시 반사되게 한다. "불투명" 모드 실시예에서, 도 2g1e5에 도시된 셀은 투명 케이싱(201), 광캐소드(204), 투명 애노드(208), 배기된 전극-간 공간(203)과 같은 분리 공간, 및 부하(206)를 통한 캐소드와 애노드 사이의 외부 전기 연결부(207)를 포함하며, 부하에서 UV 방사선(205)과 같은 방사선이 셀로 들어가고 광캐소드(204)에 직접 입사된다. 방사선은 진공 갭 계면과 같은 갭(203)에서 캐소드(204)로 들어가고, 전자는 동일한 계면으로부터 방출된다. 도 2g1e6을 참조하면, 광(205)은 창(201)의 내측에 그리드 애노드(209)와 같은 애노드를 갖는 투명 창(201)을 통해 셀로 들어갈 수 있다. 불투명 모드는 직접 조명된 캐소드를 포함하는 것으로 고려될 수 있으며, 방사선은 먼저 창(201), 애노드(208 또는 209) 및 갭(203)을 가로지른다.
실시예에서, SF-CIHT 발생기의 셀은 진공하에서 유지될 수 있다. 광전기(PE) 변환기는 광캐소드, 그리드 애노드, 및 전극들 사이의 진공 공간을 포함할 수 있으며, 여기서 진공은 셀의 진공과 연통된다. 실시예에서 PE 변환기는 실시예에서 창이 없을 수 있다.
전극의 전기 연결 그리드는 빛이 그리드 와이어들 사이를 통과할 수 있는 미세한 와이어의 그리드와 같은 광전지 셀의 전기 연결 그리드를 포함할 수 있다. 그러한 그리드는 당업자에게 공지되어 있다. 복수의 광전자 효과 셀은 원하는 전압 및 전류를 얻기 위해 직렬 및 병렬 중 적어도 하나로 연결될 수 있다. 수집은 고전류 및 고전압 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 전압을 높이기 위해 셀은 직렬로 연결되고 셀 전류를 증가시키기 위해 셀은 병렬로 연결될 수 있다. 그리드 및 상호 연결부는 적어도 하나의 버스 바(26b)에 연결되어, SF-CIHT 셀(도 2i32)의 전력 조절 장비 및 기생 부하 및 전력 출력(6)과 같은 부하에 더 높은 전력을 운반할 수 있다. 실시예에서, 높은 개시 또는 시동 전류는 적어도 하나의 캐패시터 및 배터리를 포함하는 것과 같은 전력 저장 소자, 및 전력 저장 소자가 전력 변환기(26a)로부터의 출력으로 재충전될 수 있는 전원 소스 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 시동 회로에 의해 제공될 수 있다. DC PV 출력은 DC/DC, AC/DC 및 DC/AC 변환기 중 적어도 하나 및 본 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있고 단자(6)에서 출력하는 다른 상태의 장비로 전력 조절될 수 있다.
광캐소드에서 애노드로의 자유 전자 흐름으로서의 전류의 방출은 갭에서 공간 전하를 발생시킨다. 공간 전하로 인한 반대 음 전압은 차일드 랭뮤어(Child Langmuir) 방정식에 의해 주어진다:
여기서, J는 전류 밀도, me는 전자의 질량, ε0는 유전율, e는 전자 전하, 그리고 d는 전극들 사이의 갭에 대응하는 전극 분리 거리이다. 실시예에서, 광전기 셀의 전압(VPE)은 반대 음의 공간 전하 전압(VSC)에 의해 보정된 광캐소드(ΦC) 및 애노드(ΦA)의 일 함수의 차이에 의해 주어진다:
광캐소드 셀 전력 밀도(PPE)는 광전기 셀 전압(VPE)과 전류 밀도(J)의 곱에 의해 주어질 수 있다:
PPE = VPEJ
(35)
전류 밀도(J) 및 전극 분리 거리(d)에 대한 선택된 값을 갖는 식(33) 내지 (35)를 사용하여, 반대 공간 전하 전압(VSC), 광전기 셀 전압(VPE) 및 전력 밀도(PPE)가 표 1에 주어진다.
전류 밀도  (kA/m2) |
전극분리거리  (um) |
공간 전하 전압  (-V) |
광전기 셀 전압  (V) |
전력 밀도 (kW/m2) |
| 10 | 3 | 0.114 | 4.14 | 41.4 |
| 50 | 3 | 0.334 | 3.92 | 196 |
| 100 | 3 | 0.530 | 3.72 | 372 |
| 150 | 3 | 0.694 | 3.56 | 533 |
| 200 | 3 | 0.841 | 3.41 | 682 |
| 250 | 3 | 0.976 | 3.27 | 819 |
| 10 | 5 | 0.226 | 4.02 | 40.2 |
| 50 | 5 | 0.659 | 3.59 | 180 |
| 100 | 5 | 1.047 | 3.20 | 320 |
| 150 | 5 | 1.372 | 2.88 | 432 |
| 200 | 5 | 1.662 | 2.59 | 518 |
| 250 | 5 | 1.93 | 2.32 | 580 |
| 10 | 7 | 0.353 | 3.90 | 39 |
| 50 | 7 | 1.033 | 3.22 | 161 |
| 100 | 7 | 1.64 | 2.61 | 261 |
| 150 | 7 | 2.148 | 2.10 | 315 |
실시예에서, 갭 또는 전극 분리 거리(d)는 약 0.1 ㎛ 내지 1000 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 약 1 um 내지 10 ㎛ 및 약 1 내지 5 ㎛ 중 적어도 하나의 범위 내에 있다. 갭 간격은 알루미나 또는 베릴륨 산화물과 같은 절연 스페이서로 달성될 수 있다. 실시예에서, 광전자 효과 셀은 주어진 전류 및 전력 밀도에서 공간 전하 및 그의 전압을 개선하기 위해 전자 수집 전압을 인가하는 전압 소스를 더 포함한다. 예시적인 인가 전압은 약 ±50% 범위 내에서 식(33)에 의해 주어지는 것과 반대이다. 갭을 가로질러 단락될 수 있는 열 왜곡 효과를 피하기 위해 온도는 500 ℃ 미만으로 낮게 유지될 수 있다. 상승된 온도에서 작동되는 실시예에서, 갭은 근-적외선 손실을 피하기 위해 3 내지 5 ㎛ 초과일 수 있다. 열이온뿐만 아니라 광전자 방출은 500 ℃ 내지 3500 ℃의 범위에서와 같이 상승된 온도에서 이용될 수 있다.
실시예에서, 갭에 의해 분리된 2개의 전극을 각각 포함하는 개개의 광전자 셀은 개별적으로 밀봉될 수 있다. 갭은 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력으로 유지될 수 있다. 갭은 진공하에서 유지될 수 있다. 실시예에서, 갭 압력은 약 0 Torr 내지 10,000 Torr, 10-9 Torr 내지 760 Torr, 10-6 Torr 내지 10 Torr 및 10-3 Torr 내지 1 Torr 중 적어도 하나의 범위로 유지될 수 있다. 실시예에서, 갭에 의해 분리된 2개의 전극을 각각 포함하는 개개의 광전자 셀은 개별적으로 개봉되지 않고 밀봉된 셀의 압력을 유지할 수 있는 용기에 수용될 수 있다. 용기는 광전자 셀만을 함유하는 용기일 수 있다. 다른 실시예에서, 용기는 SF-CIHT 셀을 포함할 수 있다. 실시예에서, 갭은 캐소드로부터 방출된 전자로부터 공간 전하를 감소시키는 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 재료는 세슘 증기와 같은 알칼리 금속이다. 실시예에서, 공간 전하는 세슘 증기 및 산소와 같은 알칼리 금속 증기로 감소될 수 있다. 재료는 점화 모드에서 플라즈마를 생성하고 비-점화 모드에서 플라즈마를 생성하지 않을 수 있다. 1 내지 10 ㎛와 같은 작은 갭의 경우에, 세슘은 플라즈마에 의해 이온화되는 것 이외에 캐소드에서 이온화될 수 있다. 이온화는 캐소드로부터의 열 및 전기 에너지 중 적어도 하나에 의한 것일 수 있다.
공간 전하를 제거하기 위한 실시예에서, 셀은 갭 내에 게이트 전극, 및 전자가 게이트 전극에서 수집되는 것을 피하기 위한 종 방향 자기장을 포함할 수 있다. 게이트 전극은 자기장 라인 상에 포획된 전자가 수집되지 않고 자기장 라인을 통과할 수 있도록 천공될 수 있다.
점화 모드에서, 세슘 원자의 밀도는 약 1016/cm3(1 Torr)일 수 있고, 플라즈마 밀도는 전극-간 공간에서 약 1013/cm3 내지 1014/cm3일 수 있다. 재료는 전극-간 공간을 초과하는 더 큰 인클로저 내에 존재할 수 있고, 전극 및 전극 이외의 접촉 표면 중 적어도 하나로부터 플라즈마를 형성하기 위해 전기 및 열 에너지 중 적어도 하나를 수용할 수 있다. 실시예에서, 플라즈마를 유지하기 위해 약 0.5 eV 미만의 아크 강하가 요구된다. 다른 실시예에서, 아크 전압 강하는 약 0.01 V 내지 5 V의 범위 내에 있다. 이온은 특히, 전자 산란을 최소화하는 재료 압력이 낮고 전극-간 간격이 좁은 경우에 고온일 수 있는 캐소드 표면으로부터의 방출에 의해 형성될 수 있다. 이온화는 캐소드로부터의 열 및 전기 에너지 중 적어도 하나에 기인할 수 있다. 크누센 방전(Knudsen discharge)으로 공지된 실시예에서, 전극들 사이의 압력은 전자 평균 자유 경로가 전극-간 갭보다 커서 전자 전달이 본질적으로 산란 없이 발생하도록 충분히 낮게 유지된다. 그 한계에서, 공간 전하로 인한 전압 강하가 발생하지 않는다. 실시예에서, 기화된 알칼리 금속과 같은 가스 재료와 같은 재료는 캐소드(이미터)로부터 전자를 제거하기 위한 감소된 일 함수 및 애노드(콜렉터)에서 그들의 수집을 위한 감소된 일 함수를 제공하도록 선택되고 유지된다. 다른 실시예에서, 광캐소드는 방사선의 압력이 공간 전하를 감소시킬 수 있도록 광의 입사 방향에 대해 경사진 표면을 가질 수 있다.
광캐소드는 광전자 효과 활성 재료를 포함한다. 광캐소드는 입사하는 방사선의 이온화 스펙트럼의 것과 일치하는 일 함수를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 광캐소드 일 함수는 애노드의 일 함수보다 더 클 수 있다. 광캐소드 일 함수의 크기는 공간 전하의 반대 전압 에너지의 크기와 컬렉터 또는 애노드의 일 함수의 합보다 클 수 있다. 대표적인 에너지 크기는 각각 0.8 eV와 1 eV이다. 실시예에서, SF-CIHT 셀로부터의 방사선은 극-자외선(EUV) 및 자외선(UV)과 같은 단파장 방사선을 포함한다. 헬륨과 같은 셀 가스 또는 대략 진공과 같은 작동 압력은 단파장 광의 방출을 선호할 수 있다. 실시예에서, 광캐소드는 SF-CIHT 셀로부터의 자외선에 반응한다. 일 함수보다 높은 에너지의 방사는 운동 에너지 및 잠재적인 열에 의해 손실될 수 있으므로, 광캐소드의 일 함수는 자외선과 같은 광의 에너지에 근접하도록 매칭될 수 있다. 예를 들어, 광캐소드 일 함수는 690 nm보다 더 짧은 파장의 방사선에 대해 1.8 eV보다 더 클 수 있으며, 광캐소드 일 함수는 350 nm보다 더 짧은 파장의 방사선에 대해 3.5 eV보다 더 클 수 있다. 광캐소드 일 함수는 약 0.1 V 내지 100 V, 0.5 V 내지 10 V, 1 V 내지 6 V 및 1.85 V 내지 6 V 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 광캐소드는 파장 영역 150 내지 400 nm의 광에 반응하는 약 3.5 eV의 밴드갭을 갖는 GaN 및 200 ㎚ 미만의 파장 영역의 광에 응답하는 약 5.4 eV의 밴드 갭을 갖는 AlxGa1 - xN, InxGa1 - xN과 같은 그의 합금, KI, KBr 및 CsI와 같은 알칼리 할라이드, 150 ㎚ 초과의 파장 영역의 광에 반응하는 Na-K-Sb-Cs를 포함하는 S20 Hamamatsu와 같은 다중-알칼리, 300nm 초과의 파장 영역의 광에 응답하는 GaAs, 150 내지 300 nm의 파장 영역의 광에 응답하는 CsTe, 200 nm 미만의 파장 영역의 광에 응답하는 약 5.47 eV의 밴드갭을 갖는 다이아몬드, 150 nm 초과의 파장 영역의 광에 응답하는 Sb-Cs, 185nm의 피크 파장을 갖는 광에 반응하는 Au, 300 내지 1200 nm의 파장 영역의 광에 응답하는 Ag-O-Cs, Sb-Rb-Cs, Sb-K-Cs, 또는 Na-K-Sb와 같은 이중-알칼리 및 InGaAs 중 적어도 하나일 수 있다. 예시적인 불투명 광캐소드는 GaN, CsI 및 SbCs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 반투명 광캐소드는 CsTe를 포함할 수 있다. 유형 III-V 재료 UV 광캐소드는 GaN에 대해 3.5 eV 및 AlN에 대해 6.2 eV와 같은 적합한 큰 밴드갭을 갖는다. 에너지 또는 파장 응답 영역은 AlxGa1 - xN에서 GaN 대 AlN의 비율을 변경시킴으로써 광캐소드의 재료 조성을 변경시키는 것과 같은 수단에 의해 미세 조정될 수 있다. p-도핑된 재료의 박막은 예를 들어, 세슘 또는 Mg 및 산소로 적절한 표면 처리에 의해 음 전자 친화력으로 활성화될 수 있다. 추가의 예시적인 광캐소드는 Ag, MgF2, MgO 및 CuI2상의 MgO 박막을 포함한다. 예시적인 금속 광캐소드는 Cu, Mg, Pb, Y 및 Nb를 포함한다. 예시적인 코팅된 금속 광캐소드는 Cu-CsBr, Cu-MgF2, Cu-Cs 및 Cu-CsI를 포함한다. 예시적인 금속 합금 광캐소드는 소량의 Li, Ba 및 BaO를 각각 포함하는 CsAu 및 Al, Mg 및 Cu와 같은 순수 금속의 합금을 포함한다. 예시적인 반도체 광캐소드는 CsTe, RbTe, 알칼리 안티모나이드, Cs3Sb, K2CsSb, Na2KSb, NaK2Sb, CsK2Sb, Cs2Te, 슈퍼 알칼리, 양성 선택 친화력(PEA) 유형; Cs:GaAs, Cs:GaN, Cs:InGaN, Cs:GaAsP, 단계화 도핑, 3차 구조, 음성 선택 친화력(NEA) 유형을 포함한다. 반도체 광캐소드는 약 10-7Pa 미만과 같은 고진공에서 유지될 수 있다. PE 셀의 크기는 바람직하고 제조될 수 있는 크기이다. 예를 들어, 밀봉 구조의 구성요소로서 광캐소드, 애노드 및 창을 포함하는 기밀 밀봉된 20 ㎝ × 20 ㎝ 정도의 서브 밀리미터 치수의 PE 셀이 제조되었다. 실시예에서, 광전기 셀은 Pt와 같은 광캐소드에 매칭되는 일 함수를 갖는 금속 접촉부를 포함하는 캐소드, GaN, AlN 및 AlxGa1-xN 중 적어도 하나를 포함하는 광캐소드, 진공 또는 에칭된 AlN 층의 포스트와 같은 포스트들로 구성되는 것과 같은 스페이서, 및 금속 박막 또는 그리드와 같은 애노드를 포함할 수 있다. 애노드 금속은 접촉 재료에 대략 매칭될 수 있는 일 함수를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 광캐소드는 Pt와 같은 광캐소드에 매칭되는 일 함수를 갖는 금속 접촉부를 포함하는 캐소드, p-도핑된 GaN, AlN, 및 약 50% AlN, Si δ-도핑된 GaN과 같은 n+ GaN 층을 포함하는 것과 같은 AlxGa1 - xN 중 적어도 하나를 포함하는 광캐소드, 및 일 함수가 접촉 층의 일 함수와 대략 매칭할 수 있는 금속 박막 또는 그리드와 같은 애노드를 포함할 수 있다. 광전기 셀은 Pt와 같은 광캐소드에 대략 매칭되는 일 함수를 갖는 금속 접촉부, p-GaN, Si δ-도핑된 GaN과 같은 n+ GaN 층을 포함하는 광캐소드, 및 일 함수가 접촉 층의 것과 매칭할 수 있는 금속 박막 또는 그리드과 같은 애노드를 포함할 수 있다. 광전기 셀은 Pt와 같은 광캐소드에 대략 매칭되는 일 함수를 갖는 금속 접촉부를 포함하는 캐소드, 약 50% AlN과 같은 p-AlxGa1 - xN, Si δ-도핑된 GaN과 같은 n+GaN 층을 포함하는 광캐소드, 및 일 함수가 접촉 층의 일 함수와 대략 매칭될 수 있는 금속 박막 또는 그리드와 같은 애노드를 포함할 수 있다. 광전기 셀은 Pt와 같은 광캐소드에 대략 매칭되는 일 함수를 갖는 금속 접촉부를 포함하는 캐소드, 약 50% AlN과 같은 p-AlxGa1-xN, n+InGaN 층을 포함하는 광캐소드, 및 일 함수가 접촉 층의 일 함수와 대략 매칭할 수 있는 금속 박막 또는 그리드와 같은 애노드를 포함할 수 있다. Si δ-도핑된 GaN과 같은 n+GaN 층은 실질적으로 정확하게 형성될 수 있다. 상기 층은 단일 층을 포함할 수 있다. 단일 층을 형성하기 위해 분자 빔 에피택시가 사용될 수 있다. n+ 도핑된 InGaN 층을 형성하기 위해 분자 빔 에피택시(MBE) 또는 금속-유기 화학 기상 증착(MOCVD)이 사용될 수 있다.
캐소드 및 애노드 접촉부 중 적어도 하나는 그리드 또는 박막을 포함할 수 있다. 필름은 자외선(UV) 및 극-자외선(EUV) 방사선 중 적어도 하나에 대해 투명할 수 있다. 필름은 약 1 Å 내지 1 ㎛, 1 Å 내지 100 Å 및 1 Å 내지 50 Å 중 적어도 하나의 범위의 두께를 가질 수 있다. 실시예에서, 광전기 셀은 광전자가 터널링할 수 있는 고체 스페이서를 갖는 것과 같은 고체 상태 장치를 포함할 수 있다. 고체 스페이서는 약 1Å 내지 10 ㎛, 1 Å 내지 1 ㎛, 1 Å 내지 100 Å 및 1 Å 내지 50 Å 중 적어도 하나의 범위의 두께를 가질 수 있다. 예시적인 셀은 GaN, AlN, AlxGa1 - xN 및 SiC 중 적어도 하나를 포함하는 캐소드, 얇은 AlN, 사파이어, MgF2 또는 UV 창 층으로 구성되는 것과 같은 고체 스페이서, 및 금속 그리드 애노드를 포함한다. UV 및 EUV 광에 대해 투명한 예시적인 금속 그리드 애노드는 Yb, Eu 및 Al 중 적어도 하나의 박막이다. 애노드는 UV 및 EUV 방사선과 같은 셀 방사선에 대해 투명하도록 선택될 수 있고, Yb, Eu 및 세슘화 Al 박막 중 적어도 하나와 같은 낮은 일 함수를 갖는다. 다른 PV 및 PE 셀 접촉부는 Au, Ni, NiAu 합금 및 Pt 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 실시예에서, 광캐소드에 대한 금속 접촉부는 층의 바닥 또는 후면이 아니라 전면 또는 상부에 있을 수 있다. 예시적인 셀은 금속/스페이서 또는 절연체/금속/광캐소드를 포함하며, 여기서 금속은 개시의 박막일 수 있고 스페이서 또는 절연체 및 광캐소드는 개시의 것일 수 있다.
실시예에서, 광캐소드의 유효성은 방출된 전자와 빛의 충돌하는 광자 또는 양자의 비율로서 정의되는 양자 효율로서 표현된다. 실시예에서, 양자 효율은 강한 전기장을 제공하고, 알칼리 금속과 같은 첨가제를 첨가하는 것과 같은 수단에 의해 기하학적 구조, 온도 및 재료 조성을 최적화하는 것 중 적어도 하나에 의해 최적화된다. 실시예에서, 광캐소드는 최대 광전자 효율을 달성하기 위해 광자 흡수 매개변수, 전자 전달 특성 및 표면 에너지 상태를 최적화하도록 선택된다. 후자의 경우에, 표면은 전도 전자가 진공 전자보다 높은 에너지를 갖도록 음 전자 친화력으로 처리되거나 활성화될 수 있으며, 결과적으로 광전자를 최적으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 다이아몬드의 표면은 세슘화(cesiation), 수소화, LiF 및 RbF의 단일 층 코팅, 및 PH3 화학 기상 증착을 이용한 인 도핑에 의해 음의 전자 친화력으로 처리되거나 활성화될 수 있다. GaN 광캐소드의 표면은 Cs와 산소로 활성화될 수 있다. 다른 예시적인 도펀트는 실리콘 및 게르마늄을 포함한다. 반투명 모드 실시예에서, 창 상의 후면의 막 두께는 양자 효율을 최적화하도록 선택되고, 여기서 표면으로의 전자 전달의 확률은 감소하지만, 파장 의존 방식으로 입사 광자의 흡수는 막 두께에 따라 증가한다. 예시적인 반투명 실시예에서, 광캐소드 막 두께는 약 0.1 nm 내지 100 ㎛, 1 nm 내지 10 ㎛, 10 nm 내지 5 ㎛ 및 100 nm 내지 1 ㎛ 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 일반적으로, 전극 막 두께와 같은 전극, 캐소드 또는 애노드의 두께는 약 0.1 nm 내지 100 ㎛, 1 nm 내지 10 ㎛, 10 nm 내지 5 ㎛ 및 100 nm 내지 1 ㎛ 중 적어도 하나의 범위일 수 있다.
실시예에서, 광캐소드는 넓은 범위의 광자 파장을 변환하기 위해 다중 층을 포함한다. 다층 광캐소드는 전파 경로를 따라 연속적인 층을 위한 광자에 투명한 박층을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상부 층은 최소 침투 광에 대해 선택적일 수 있고, 연속적인 층들은 감쇠율 또는 층 구조에서의 침투 깊이에 기초하여 선택되도록 배열된다. 예시적인 3층 광캐소드에서, 상부 층은 최소 투과 파장에 대해 선택적이고 대응하는 가장 높은 일 함수를 가지며, 중간층은 중간 투과 파장에 대해 선택적이고 대응하는 중간 일 함수를 가질 수 있으며, 바닥 또는 광 전파 경로를 따라 가장 먼 층은 가장 큰 투과 파장에 대해 선택적이고 대응하는 가장 낮은 일 함수를 가질 수 있다. 침투 깊이, 상대 층 위치 및 일 함수의 다른 조합은 본 개시의 범위 내에 있다.
애노드는 전자를 수집할 수 있는 재료를 포함한다. 애노드 일 함수는 식(34)에 따라 셀 전압을 증가시키기 위해 가능한 한 낮을 수 있다. 애노드 일 함수는 약 2 V, 1.5 V, 1 V, 0.9 V, 0.8 V, 0.7 V, 0.6 V, 0.5 V, 0.4 V 및 0.3 V 중 적어도 하나보다 더 낮을 수 있다. 애노드는 적어도 약 0.76 eV의 일 함수를 갖는 세슘, 칼슘 알루미네이트 전해질(C12A7:e)과 같은 알칼리 금속, 약 0.9 eV의 일 함수를 갖는 인 도핑된 다이아몬드 나노필름, 및 스칸듐 도핑된 텅스텐 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
캐소드 및 애노드의 적어도 하나의 전극은 입사광의 일부가 다른 광캐소드, 광캐소드의 일부, 및 광이 반사하여 광캐소드의 다른 부분 또는 적어도 하나의 다른 광캐소드로 반사하는 미러와 같은 광학 소자 중 적어도 하나로 반사될 수 있도록 구조화되거나 비-평면인 표면의 적어도 일부를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 광캐소드는 광전자를 생성하기 위해 광캐소드의 흡수 횡단면적을 증가시키기 위해 입사광의 다중 산란(반사)을 수용한다. 실시예에서, 광캐소드는 효율을 증가시키기 위한 구조화된 기판을 포함하며, 전자 탈출 경로가 평면 기판과 동일하거나 그보다 작게 유지되는 동안 광캐소드 내의 광자 흡수 경로가 증가된다. 예시적인 구조화된 표면은 45°의 교대 내부 각을 갖는 지그재그를 갖는다. 다른 실시예에서, 지그재그 각은 45°와 90° 사이에서 교대할 수 있다. 다른 각도는 본 개시의 범주 내에 있다.
실시예에서, 광전자가 표면으로 이동해야 하는 거리를 감소시키면서 재료 내의 증가된 광자 흡수는 입사하는 방사선의 각도를 변화시키고 광캐소드 내에 다수의 전체 내부 반사를 사용하는 것 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다. 후자의 방법을 사용하면, 광캐소드의 후면으로부터 광전자의 반사와 관련하여 각각의 광자가 최대 하나의 광전자를 생성할 때 일부 재료에 대한 50% 초과의 변환 효율 달성을 촉진할 수 있다. 예를 들어, 일부 GaN 광캐소드는 커다란 밴드갭 에너지를 갖고 반사층 역할을 하는 AlN의 얇은 버퍼층에서 성장된다. 입사 방사선 각도의 함수로서의 광 변환 효율은 전반사 지점에 도달할 때까지 수직 입사각에 비례하여 증가한다. 또한, 반투명 모드로 작동되는 광캐소드가 지그재그 광 활성 층을 갖도록 투명 기판 상에서 성장될 수 있다면, 전도성 전자는 평탄한 기판에서보다 탈출 표면에 더 가깝게 생성되고, 따라서 진공 상태로 탈출할 확률이 더 높아야 한다. 대안으로, 격자 부정합에 의한 실질적인 열화를 피하기 위해 광캐소드는 평면 표면에서 성장된다. 예를 들어, GaN은 전형적으로 표면에 C-평면을 갖는 사파이어 또는 실리콘 카바이드 기판의 정합 결정 격자 상에서 성장된다. 다른 실시예에서, 유사한 반사 시스템 및 방법이 애노드에 적용될 수 있다. 반투명 모드 셀에서, 애노드는 금속 베이스가 미러-형인 이중 반사 유형을 포함할 수 있어서, 방출을 일으키지 않고 광캐소드를 통과한 광이 제 2 조명을 위해 광캐소드로 되반사게 한다.
셀로 광이 통과하게 하는 창은 자외선과 같은 단파장 광과 같은 광에 투명할 수 있다. 예시적인 자외선 광은 약 690 nm 미만의 파장에 대응하는 약 1.8 eV보다 더 큰 에너지를 갖는다. 창은 사파이어, LiF, MgF2 및 CaF2 중 적어도 하나, BaF2, CdF2, 석영, 융합된 석영, UV 유리, 보로실리케이트, 및 Infrasil(ThorLabs)과 같은 플루오르화물과 같은 다른 알칼리 토류 할라이드를 포함할 수 있다.
실시예에서, 광전기(PE) 및 광전지(PV) 변환기 중 적어도 하나는 본 개시의 재순환 시스템의 배플(8d)(도 2i10) 뒤에 장착될 수 있다. 실시예에서, PE 또는 PV 변환기는 배플(8d)을 대체한다. PE 또는 PV 변환기의 창은 점화 생성물 흐름의 상향 궤도를 방해하는 수단으로서 배플의 기능을 제공할 수 있고, 광-전기 변환기, 즉 이러한 실시예에서 PE 또는 PV 변환기로 광에 대한 투명도를 제공한다. 실시예에서, 적어도 배플(8d) 및 창 중 적어도 하나는 셀로부터의 UV 및 EUV 방출에 대해 투명하도록 약 1 Å 내지 100 Å 두께와 같이 매우 얇을 수 있다. 예시적인 얇은 투명 박막은 Al, Yb 및 Eu 박막이다.
실시예에서, 팽창하는 플라즈마는 양으로 대전된 입자 및 전자로 구성된다. 실시예에서, 전자는 양이온보다 더 높은 이동도를 갖는다. 공간 전하 효과가 나타날 수 있다. 실시예에서, 공간 전하는 셀 벽과 같은 셀의 적어도 하나의 전도성 구성요소를 접지시킴으로써 제거된다. 다른 실시예에서, 두 전극은 셀에 전기적으로 연결되고, 연료 샷 또는 펠릿의 것과 같은 연료의 훨씬 더 낮은 전기 저항으로 인해 점화를 일으키기 위해 전력 소스(2)(도 2i2)로부터 롤러 전극으로 본질적으로 모든 전류가 연료를 통해 흐른다. 공간 전하의 제거 및 그에 상응하는 전압은 하이드리노 반응 속도를 증가시킬 수 있다. 실시예에서, 셀은 진공 하에서 작동된다. 진공 조건은 하이드리노 반응 속도를 감소시킬 수 있는 공간 전하 및 한정 중 적어도 하나의 제거를 용이하게 할 수 있다. 진공 상태는 또한 전기로의 PE 변환에 바람직할 수 있는 UV 광의 감쇠를 방지할 수 있다.
셀이 진공과 같은 배기 조건하에서 작동되는 경우에, SF-CIHT 셀 발생기는 압력 게이지 및 제어기에 의해 제어되는 원하는 압력에서 배기를 유지하기 위해 진공 펌프를 포함할 수 있다. 산소와 같은 생성물 가스는 펌핑 및 연속적이고 주기적인 재생 중 적어도 하나일 수 있는 산소 게터와 같은 게터 중 적어도 하나에 의해 제거될 수 있다. 후자는 게터를 제거함으로써 그리고 게터를 감소시켜 물과 같은 생성물을 형성하기 위해 수소를 적용하여 게터를 재생시킴으로써 달성될 수 있다.
셀은 배기 상태에서 작동될 수 있다. 셀은 돔형 단부 캡을 가질 수 있는 원통형 챔버 또는 원추형 원통형 챔버와 같은 진공 챔버를 포함할 수 있다. 실시예에서, 상향 팽창 점화 플라즈마의 회수는 중력에 의해 달성되며, 중력은 상향 속도에 대해 작동하여 점화 생성물을 느리게, 정지 및 가속시켜서 최종적으로 재생 시스템에서 수집되어 연료로 개질된다. 수집은 본 개시에 의해 이루어질 수 있다. 셀의 높이는 초기 운동 에너지를 중력 위치 에너지와 동일시함으로써 계산될 수 있다:
여기서, m은 입자 질량, v는 초기 입자 속도, g는 중력 가속도(9.8 m/s2)이고, h는 중력 감소로 인한 최대 입자 궤도 높이이다. 초기에 5 m/s로 이동하는 입자에 대해서, 셀 높이가 1.2 m 초과될 수 있는 최대 높이가 1.2 m이다. 실시예에서, 상향 속도는 셀 높이 요건을 감소시키기 위해 본 개시의 배플에 의해 느려질 수 있다.
다른 실시예에서, 연료 재순환은 증강된 레일 건 유형을 더 포함할 수 있는 플라즈마 전기자 유형과 같은 레일 건의 원리를 이용하는 로렌츠 힘을 사용함으로써 달성된다. 로렌츠 힘은 점화 플라즈마가 재생 시스템 내로 생성물 재료를 공급할 수 있는 플레이트 또는 수집 빈(bin)과 같은 수집 영역으로 지향되게 흐르게 한다. 전류 및 자기장은 수평 또는 xy-평면에 있을 수 있으므로 식(37)에 따른 로렌츠 힘이 음의 z-축을 따라 하향으로 플레이트 또는 빈과 같은 수집 시스템 구성요소로 지향되게 된다. 다른 실시예에서, 전류는 xy-평면에 있고 B-필드는 z-축을 따라 지향될 수 있어서 식(37)에 따른 로렌츠 힘은 xy-평면에서 횡 방향으로 수집 시스템 구성요소로 지향되게 된다. 점화 플라즈마는 전력 소스(2)(도 2i2)로부터 전극(8)으로 또는 외부 전력 소스로부터 전류를 운반하여 식(37)의 전류로서 작용할 수 있다. 점화 전류의 적어도 일부를 사용하여, 전극 및 버스 바 중 적어도 하나 및 대응하는 회로는 점화 동안 플라즈마 전류 및 자기장 중 적어도 하나를 제공하여 플라즈마를 이동시키는 원하는 로렌츠 힘을 플라즈마가 점화 중에 형성되는 영역 밖에서와 같은 원하는 방식으로 생성하도록 설계될 수 있다. 로렌츠 힘을 제공하기 위한 플라즈마 전류 및 자속 중 적어도 하나에 전력을 공급하는 점화 전류는 점화 이벤트보다 늦은 시간에 전류 및 자속을 제공하기 위해 지연 라인과 같은 지연 회로 소자에 의해 지연될 수 있다. 지연은 플라즈마가 로렌츠 힘에 의해 제거되기 전에 플라즈마가 빛을 방출하도록 허용할 수 있다. 지연은 당업계에 공지 된 회로 또는 제어 수단에 의해 제어될 수 있다. 높은 DC 전류와 같은 전류는 평행 플레이트 전극에 의해 원하는 방향으로 전력 소스에 의해 판-간 축을 따라 전류 방향으로 인가될 수 있다. 전류 소스 전력은 전력이 커패시터 뱅크에 저장될 수 있는 PE 또는 PV 변환기와 같은 전력 변환기로부터 유도될 수 있다. 식(37)의 자기장은 점화 중에 전극 및 증강된 자기장(본 개시에서 증강된 플라즈마 레일 건 회복 시스템으로서 지칭되는 증강된 레일 건 설계)을 통해 흐르는 전류 중 적어도 하나에 의해 제공될 수 있다. 증강된 자기장의 소스는 전자석 및 영구 자석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 증강된 플라즈마 레일 건의 자기장은 헬름홀츠 코일(helmholtz coil), 예컨대 한 쌍의 분리된 축 방향 정렬 코일에 의해 코일-간 축을 따라 원하는 방향으로의 자기장으로 적용될 수 있다. 자기장의 강도는 전류 제어기에 의해 제어되어 로렌츠 힘의 강도 및 결과적으로 점화 생성물의 회수율을 제어할 수 있다. 복수의 전자석은 플라즈마 및 점화 생성물을 수집을 위한 원하는 위치로 지향시키는 상이한 제어 자기장을 가질 수 있다. 실시예에서, 증강된 전기장 및 자기장 중 적어도 하나는 적어도 하나의 유도 코일 및 교류 전압 또는 전류 드라이버에 의해 유도적으로 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 자기장은 자극-간 축을 따라 원하는 방향의 자기장으로 한 쌍의 분리된 축 방향으로 정렬된 영구 자석에 의해 제공될 수 있다. 영구 자석은 AlNiCo, 네오디뮴, 희토류, 또는 당업계에 공지된 다른 하이-필드 자석을 포함할 수 있다. 자속은 약 0.001 T 내지 10 T, 0.01 T 내지 1 T 및 0.1 T 내지 0.5 T 중 적어도 하나의 범위와 같은 임의의 원하는 것일 수 있다. 전자석은 PE 또는 PV 변환기와 같은 전력 변환기로부터 전자기력이 유도될 수 있는 전원 공급장치에 의해 전력이 공급될 수 있으며, 전력은 커패시터 뱅크에 저장될 수 있다. 전력 소스(2)(도 2i2)로부터 전극 및 증강된 자기장의 소스 중 적어도 하나로부터의 자기장은 로렌츠 힘에 따라 수집 시스템으로 점화 생성물 플라즈마의 원하는 흐름을 일으키도록 구성된다. 수집 시스템은 재생 시스템으로 공급될 수 있는 수집 플레이트 및 빈 중 적어도 하나와 같은 본 개시의 것을 포함할 수 있다. 빈은 재생 시스템의 용기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 증강된 플라즈마 레일 건(전자기 펌프)은 플라즈마를 집중시키고 플라즈마 방출된 광이 광전지 변환기로 지향되게 하도록 셀 내의 원하는 위치로 플라즈마를 펌핑하는 것 중 적어도 하나에 사용될 수 있다. 증강된 플라즈마 레일 건(전자기 펌프)은 플라즈마를 공간적 및 시간적으로 지향시키는 것 중 적어도 하나에 의해 전력 변환기에 플라즈마 광을 집중시키거나 조준하는 효과를 달성할 수 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마는 자기 병(magnetic bottle) 및 당업계에 주지된 플라즈마를 한정하는 다른 수단을 사용하여 자기적으로 감금될 수 있다.
셀의 압력이 진공과 같이 낮은 경우에, 점화 생성물의 재순환은 정전기 집진(ESP)과 같은 본 개시의 다른 수단을 사용하여 달성될 수 있다. ESP 수집 전극은 하이드리노 반응에 의해 생성된 광의 광선 경로에서 벗어 날 수 있다. ESP는 점화 플라즈마 영역에서 작동될 수 있다. 플라즈마 작동은 진공과 같은 낮은 셀 가스 압력에 의해 지원될 수 있다. ESP는 캐소드 또는 애노드인 수집 전극과 같은 적어도 하나의 유형의 ESP 전극과 실질적으로 접촉하지 않는 영역에서 점화 플라즈마와 작동할 수 있다. ESP 수집 전극은 카운터로부터 수집 전극까지의 전기 경로에 높은 저항을 갖는 진공 및 저압 영역 중 적어도 하나에 대해 점화 플라즈마에 원주 방향일 수 있다. 한 쌍의 ESP 전극 중 적어도 하나는 장벽 전극을 포함할 수 있다. 장벽 전극은 전류를 제한하고 점화 생성물을 정전기적으로 수집하기 위해 높은 자기장을 유지할 수 있다. 하나의 전극 유형은 저항 장벽 방전으로 불리는 DC 작동을 허용하기 위해 고저항 층으로 덮일 수 있다. 전극 장벽은 고전압 DC의 사용을 가능하게 하는 유전체 장벽 층을 대체하기 위한 갈륨 비소의 층과 같은 반도체를 포함할 수 있다. 전압은 예를 들어, 580 V 내지 740 V의 범위 내에 있을 수 있다. 고전압은 펄스화될 수 있다. 점화 생성물은 수집 전극으로부터 재생 시스템으로 이송될 수 있다. 이송은 중력 보조 운송과 정전기 및 전자기 방법과 같은 본 개시의 다른 방법 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다.
실시예에서, 반응 생성물로부터 초기 반응물을 재생하고 샷을 형성하는 재생 시스템은 용융된 반응물을 형성하는 용융로, 용융된 반응물에 H2 및 H2O를 첨가하는 시스템, 용융물 드립퍼(dripper), 및 샷을 형성하기 위한 냉각제를 포함한다. 펠릿타이저는 Ag, Cu 또는 Ag-Cu 합금과 같은 순수 금속 또는 합금과 같은 금속을 포함할 수 있는 점화 생성물의 용융로로서 작용하는 히터 또는 노를 포함할 수 있는 제 1 및 제 2 용기를 포함할 수 있다. 용융물을 형성하기 위한 히터는 저항, 아크 또는 유도 결합 히터와 같은 본 개시의 것을 포함할 수 있다. SF-CIHT 셀로부터의 광 출력은 연료 샘플을 가열하여 펠릿을 형성하는데 사용될 수 있다. 열 교환기의 열은 SF-CIHT 셀의 다른 구성요소로부터 용융물에 열을 전달할 수 있다. 히터는 니크롬, 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴, SiC, MoSi2, 귀금속 및 내화 금속 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 고온이 가능한 가열 요소를 갖는 저항 히터를 포함할 수 있다. 소자들은 기밀 밀봉될 수 있다. 히터는 전기 아크 히터와 같은 비-필라멘트 유형을 포함할 수 있다. 실시예에서, 점화 생성물은 중력 및 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템과 같은 수단에 의해 수집된다. 수집된 생성물은 히터를 더 포함하는 제 1 용기, 도가니 또는 호퍼 내로 유입될 수 있다. 생성물은 히터에 의해 용융될 수 있고, 용융물은 연결 통로를 통해 제 2 용기 내로 흐를 수 있다. 제 2 용기로의 통로 출구는 제 2 용기 내의 용융된 점화 생성물과 같은 용융물의 표면 아래에 잠길 수 있다. 제 1 용기는 제 2 용기의 표면 아래로 용융물을 배출할 수 있다. 어느 용기에서의 용융물 레벨은 용기 벽으로부터 전기적으로 절연된 W 또는 Mo 와이어와 같은 내화성 와이어와 같은 전기 저항 프로브에 의해 감지되어 용융물과의 접촉 없이 개방 회로를 감지하고 용융물과 접촉할 때 저저항이다. 제 1 용기로부터 제 2 용기로의 흐름은 제 1 및 제 2 용기 내의 용융물의 레벨 및 제 1 및 제 2 용기에서의 임의의 기체 압력에 기초하여 제 1 및 제 2 용기 사이의 압력차에 의해 제어될 수 있다. 용융 레벨은 용기들 사이의 유동을 제어하도록 변경될 수 있다. 실시예에서, 통로 및 제 1 용기 중 적어도 하나에서의 용융된 점화 생성물의 칼럼 높이는 용융 밀도, 중력 가속도, 및 칼럼 높이에 가스 압력을 더한 값들의 곱에 의해 주어지는 대응 압력이 제 2 용기의 압력보다 크거나 동일할 정도이다. 제 1 용기 내의 가스 압력은 SF-CIHT 셀의 가스 압력을 포함할 수 있다. 실시예에서, 제 1 및 제 2 용기 중 적어도 하나의 압력은 적어도 하나의 압력 센서, 적어도 하나의 밸브, 적어도 가스 압력 제어기, 적어도 하나의 펌프, 및 컴퓨터에 의해 제어된다. 통로를 통과하는 유동은 또한 밸브, 페콕(petcock) 또는 슬루스 밸브(sluice valve)에 의해 제어될 수 있다.
제 2 용기 또는 도가니는 샷을 형성하기 위한 적어도 하나의 노즐 또는 디퍼를 더 포함한다. 용융물은 제 2 용기의 오리피스 또는 노즐로부터 수조로 유동하여 샷을 형성할 수 있고, 결과적인 레벨 및 압력 변화는 용융물이 제 1 용기로부터 제 2 용기로 흐르게 할 수 있다. 실시예에서, 오리피스 또는 노즐 개구 크기는 샷 크기 및 금속 유속 중 적어도 하나를 제어하도록 제어될 수 있다. 조절 가능한 크기의 예시적인 오리피스는 솔레노이드 밸브, 셔터 밸브 또는 슬루스 밸브를 포함할 수 있다. 고온 노즐 밸브는 내화 라이닝 버터 플라이 밸브를 포함할 수 있다. 개구 크기는 솔레노이드 또는 다른 기계식, 전자식 또는 전자 기계식 작동기로 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 오리피스는 Ag-Cu (72 중량%/28 중량%)와 같은 합금에 대해 1 mm 직경과 같은 일정한 크기를 가질 수 있다. 오리피스는 약 0.0 1mm 내지 10 mm 범위의 직경을 가질 수 있다. 샷의 크기는 오리피스 크기, 연료 용융 온도, 용기들 사이의 연결 통로의 직경, 제 1 용기 내의 압력, 제 2 용기 내의 압력, 제 1 및 제 2 용기들 사이의 압력 차이, Ag-Cu 합금과 같은 금속 합금의 순수한 금속 성분의 중량 퍼센트와 같은 전도성 매트릭스 중 적어도 하나의 조성과 같은 연료 조성, 및 물 결합 화합물의 퍼센트 조성, 수분 함량, 및 수소 함량 중 적어도 하나를 제어 가능하게 조정함으로써 제어될 수 있다.
실시예에서, 점화 생성물은 아크 전류의 적어도 일부를 직접 운반하는 점화 생성물을 갖는 아크 및 점화 생성물 분말이 흐르는 내화성 금속 튜브와 같은 제 1 용기에 근접한 아크 중 적어도 하나와 같은 전기 아크에 의해 제공되는 것과 같은 강렬한 가열을 갖는 제 1 영역 또는 용기에서 용융된다. 용융물은 니크롬, SiC 및 MoSi 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 저항 히터와 같은 제 2 용기 히터에 의해 유지될 수 있는 점화 생성물 융점 초과의 온도를 갖는 다른 영역 또는 용기 내로 흐를 수 있다.
대안으로, 제 1 용기 가열기와 같은 점화 생성물을 가열하기 위한 가열기는 교류 주파수(AC) 유도 결합 가열기와 같은 전자기 가열기와 같은 유도 가열 요소를 포함할 수 있다. 제 2 용기 가열기는 유도 결합 히터를 포함할 수 있다. 주파수는 약 1 Hz 내지 10 GHz, 10 Hz 내지 100 MHz, 10 Hz 내지 20 MHz, 100 Hz 내지 20 MHz, 100 kHz 내지 1 MHz, 500 Hz 내지 500 kHz, 1 kHz 내지 500 kHz 및 1 kHz 내지 400 kHz 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 용기는 Si3N4와 같은 실리콘 질화물, Al2O3, 알루미나, 사파이어, 지르코니아, 또는 지르코늄 산화물과 같은 세라믹과 같은 내열성 AC 또는 RF-투명 재료를 포함할 수 있다. 히터는 수냉과 같은 수단에 의해 냉각될 수 있는 유도 결합 코일과 용기 사이에 높은 절연체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제 2 용기는 제 1 용기에서 형성되고 온도가 상승되는 용융물에 의해 부분적으로 그리고 단독으로 중 적어도 하나로 가열될 수 있다. 유도 결합 히터와 같은 제 1 용기 히터는 제 2 용기에 열을 제공하기 위해 제 2 용기에서 원하는 것보다 높은 온도로 용융물을 가열할 수 있다. 제 1 용기로부터 제 2 용기로 흐르는 금속의 온도 및 유속은 제 2 용기에서 원하는 온도를 달성하도록 제어될 수 있다. 실시예에서, 제 1 및 제 2 용기 중 적어도 하나의 히터는 유도 결합 히터, 반응물의 반응으로부터 생성되는 열 전력을 전달하기 위한 열교환기, 및 반응물의 반응으로 생성되는 광 전력을 전달하는 적어도 하나의 광학 요소 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예에서, 히터는 약 2.4 GHz에서 작동하는 것과 같은 마이크로파 히터를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 마이크로파 주파수는 약 300 MHz 내지 300 GHz의 범위일 수 있다. 마이크로파 가열기는 적어도 하나의 마그네트론과 같은 적어도 하나의 마이크로파 발생기를 포함할 수 있다. 마이크로파 가열기는 용융 은을 포함하는 고체 연료와 같은 고체 연료를 함유하는 용기(예컨대, 5b 및 5c)를 둘러싸는 공동을 포함할 수 있다. 공동은 마이크로파 발생기의 안테나 출력에 의해 마이크로파로 펌핑될 수 있다. 용기 벽은 마이크로파를 흡수하고 고체 연료를 간접적으로 가열하는 금속과 같은 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 용기 벽은 마이크로파에 투명할 수 있는 석영, 알루미나, 사파이어, 지르코니아 또는 실리카와 같은 재료를 포함하여, 마이크로파가 고체 연료를 직접 가열하여 용융시킬 수 있다. 예시적인 고체 연료는 H2O 및 H2 중 적어도 하나가 주입된 은을 포함한다. 실시예에서, 마이크로파를 흡수하기 위해 불활성 마이크로파 흡수 재료가 고체 연료에 첨가된다. 마이크로파 흡수제는 H2O 및 H2 중 적어도 하나 일 수 있다.
또한, 펠릿타이저는 펠릿타이저를 통한 분말 및 용융물 중 적어도 하나에 대한 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 실시예에서, 펠릿타이저는 냉각 샷으로부터의 적어도 일부의 열을 회수하거나 재생하여 용융로 또는 히터를 포함하는 제 1 용기로 들어갈 때 이를 예열하기 위해 유입되는 점화 생성물으로 전달하는 열 회수기를 더 포함한다. 용융물은 드립퍼로부터 수조로 떨어져 고온시 회수되는 고온 샷을 형성할 수 있다. 냉각 샷으로부터의 열은 회수기에 의해 적어도 부분적으로 회수되거나 재생될 수 있다. 회수 또는 재생 열은 회수된 점화 생성물 분말을 예열하고, 분말을 용융시키고, 용융물을 가열하고, 펠릿타이저의 적어도 일부분의 온도를 유지하는 것 중 적어도 하나에 사용될 수 있다. 펠릿타이저는 회수된 열의 온도를 증가시키기 위한 열 펌프를 더 포함할 수 있다.
제 2 용기는 대기압보다 낮거나, 동일하거나 더 높은 압력에서 가스를 유지할 수 있다. 제 2 용기는 밀봉될 수 있다. 제 2 용기는 가스 흐름 조건하에서 원하는 제어 분위기를 유지할 수 있다. H 소스, H2, 촉매 소스, H2O 소스 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 가스가 정적 또는 흐름 조건하에서 제 2 용기에 공급될 수 있다. 실시예에서, 수소 및 수증기와 같은 가스 및 혼합물은 재순환될 수 있다. 재순환 시스템은 하나 이상의 밸브, 하나의 펌프, 하나의 흐름 및 압력 조절기, 및 하나의 가스 라인 중 적어도 하나의 그룹의 하나 이상을 포함할 수 있다. 실시예에서, H2 및 H2O와 같은 복수의 가스는 공통 라인 또는 개별 라인을 사용하여 용기 내외로 흐르는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 가스가 용융물을 통해 기포화되도록 하기 위해 입구 가스 포트가 용융물에 잠길 수 있으며 가스 출구가 용융물 위에 있을 수 있다. H2와 H2O 모두는 H2, H2O, 및 H2와 H2O의 혼합물 중 적어도 하나를 흐르게 함으로써 공급될 수 있다. 캐리어 가스는 H2 가스 스트림을 포함하는 것과 같은 가스 스트림에 H2O를 혼입시키기 위해 H2O 버블러를 통해 흐를 수 있고, 그 다음에 혼합물이 용융물로 흐를 수 있다. 수소는 하이드리노 반응에서 반응물로서 또한 작용하기 위해 H2O를 통해 기포화된 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 캐리어 가스는 아르곤과 같은 희가스와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 가스 처리된 용융물은 H2O 및 H2 중 적어도 하나와 같은 가스의 혼입과 함께 샷을 형성하기 위해 H2O에 떨어질 수 있다. 첨가되거나 유동하는 가스는 단지 H2 및 단지 H2O만을 포함할 수 있다. 용융물은 H 소스, 촉매 소스, H2 및 H2O 중 적어도 하나의 샷 함량을 더욱 증가시키는 산화물을 포함할 수 있다. 산화물은 용융물로 흐를 수 있는 O2 소스 또는 O2 가스의 첨가에 의해 형성될 수 있다. 산화물은 전이 금속 산화물과 같은 본 개시의 것들을 포함할 수 있다. CuO와 같은 산화물은 H2(CuO + H2에서 Cu + H2O)로 환원될 수 있거나, H2 환원에 내성이 있는 산화물, 예컨대 알칼리성, 알칼리 토류 또는 희토류 산화물을 포함할 수 있다. 산화물은 가역적으로 수화될 수 있다. 수화/탈수는 각각 H2O 첨가 및 가열 또는 점화에 의해 달성될 수 있다. 실시예에서, 붕사와 같은 융제가 용융물에 첨가되어 샷으로의 H2 및 H2O 중 적어도 하나의 혼입을 향상시킬 수 있다.
셀은 진공 상태에서 작동될 수 있다. 셀은 돔형 단부 캡을 가질 수 있는 원통형 챔버 또는 원추형 원통형 챔버와 같은 진공 챔버를 포함할 수 있다. 원추형 원통형 챔버는 최소 셀 체적에서 전극으로부터 방출되는 원추체로부터의 광의 전파를 최적화하는데 유용할 수 있다. 다른 실시예에서, 셀은 점화 플라즈마 광이 PV 또는 PE 변환기의 창 중 적어도 하나를 빠져나가 PV 또는 PE 변환기에 직접 입사하기 전에 실질적으로 벽과 접촉하지 않도록 충분한 직경을 갖는다. 점화 생성물은 셀 벽에 수집되고 진동과 같이 기계적으로 분리될 수 있다. 점화 전극(8)은 벽에 적어도 부분적으로 견고하게 연결되어 샷 연료의 점화로부터 벽으로의 진동을 전달하여 벽으로부터 점화 생성물을 변위시킬 수 있다. 연결부는 전극을 셀 벽으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있다. 점화 생성물은 중력에 의해 또는 전자기 또는 정전기와 같은 개시의 다른 수단에 의해 펠릿타이저의 제 1 챔버와 같은 용기에 수집될 수 있다. 셀은 진공과 같은 저압에서 작동될 수 있다.
실시예에서, 점화 생성물은 (i) 셀이 0 내지 100 Torr 범위의 진공과 같은 감압하에서 작동될 수 있는 중력, (ii) 본 개시에서 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템으로 지칭되는 전기자로서 점화 플라즈마를 갖는 증강된 레일 건, 및 (iii) 정전 집진기 중 적어도 하나에 의해 제거될 수 있다. 실시예에서, 더 큰 입자는 코로나 방전과 같은 수단에 의해 충전될 수 있고, 전력 공급장치에 의해 반발 그리드에 인가될 수 있는 정전기 장과 같은 전기장에 의해 광-전기 변환기로부터 반발될 수 있다. 실시예에서, 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템은 셀이 점화에 의해 생성된 광에 대해 투명하도록 본질적으로 모든 미립자를 제거하거나 회수한다. 중력은 나머지를 제거하거나 회수할 수 있다. 실시예에서, 셀 높이는 입자가 변환기의 창 또는 PV 변환기나 PE 변환기와 같은 변환기 중 어느 하나에 부착되지 않게 하는 온도로, 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템에 의해 제거되거나 회수되지 않는 입자 또는 중력에 의해 상향 궤적으로 정지된 입자가 냉각되는데 충분하다. SF-CIHT 발생기는 창 또는 변환기의 표면으로부터 점화 생성물을 제거하기 위한 수단, 예컨대 표면을 휩쓸거나 훑어낼 수 있는 이온 스퍼터링 빔(ion-sputtering beam)을 포함할 수 있다. 대안으로, 창 또는 변환기의 표면으로부터 점화 생성물을 제거하기 위한 세정 수단은 표면을 가로질러 주기적으로 이동되는 면도날과 같은 나이프와 같은 기계적 스크레이퍼를 포함할 수 있다. 모션은 창 너비의 블레이드에 대한 스위프 모션 또는 더 작은 블레이드의 경우에 래스터 모션일 수 있다. 본 개시의 배플은 동일한 방식으로 배플로부터 점화 생성물을 제거하기 위한 나이프 또는 이온 빔 클리너와 같은 기계적 스크레이퍼를 더 포함할 수 있다. 원통형 원추형 셀과 같은 원통형 대칭 셀의 경우에, 대칭 와이퍼는 원추형 표면과 같은 셀의 내부 주위를 주행할 수 있다. 표면 세정 시스템은 PV 변환기 상에 셀 와이퍼 및 와이퍼를 포함할 수 있다. 와이퍼 또는 블레이드는 제어기에 의해 제어되는 전기 모터에 의해 이동될 수 있다. 스크레이퍼는 은에 의해 젖지 않는 탄소를 포함할 수 있고 또한 비-마모성일 수 있다. 탄소 와이퍼는 은 또는 구리 부착과 같은 용융물 부착을 방지하기 위해 창에 흑연의 얇은 코팅을 유지할 수 있다.
실시예에서, 주입기는 정전기, 전기, 전기역학, 자기, 자기역학 및 전자기 중 적어도 하나이다. 경로의 궤적은 대향 롤러 전극의 가장 가까운 접촉부의 중심 지점과 같은 전극-간 영역에 있다. 목표 이송은 연료 샷 또는 펠릿의 주입을 포함할 수 있다. 주입은 롤러들 사이의 전기 접촉의 완료를 초래할 수 있으며, 이는 샷 또는 펠릿이 점화되게 하는 고전류 흐름을 초래할 수 있다. 실시예에서, 주입기는 본 개시의 하나와 같은 정전기 주입기를 포함한다. 샷 또는 펠릿은 정전기적으로 대전될 수 있고, 롤러 전극은 반대 방향으로 대전될 수 있으며, 샷 또는 펠릿은 전기장에 의해 추진되어 전극-간 영역에 주입되어 점화될 수 있다. 실시예에서, 연료 샷 또는 펠릿의 높은 전도성은 자기장 및 전기장 중 적어도 하나의 시간 의존적인 인가로 인한 표면 전류의 유도를 허용하며, 유도된 전류는 샷 또는 펠릿에 의해 생성되는 자기장을 발생시킨다. 대응하는 자화된 샷 또는 펠릿은 전류 운반 레일에 의해 제공되는 것과 같은 자기장을 안내함으로써 제공되는 것과 같은 경로를 따라 가속될 수 있다. 자기장의 구배는 시간 경과에 따라서 경로를 따르는 샷 또는 펠릿을 가속화할 수 있다.
다른 실시예에서, 샷 또는 펠릿 주입기는 레일 건을 포함한다. 실시예에서, 레일 건은 높은 전류 소스, 높은 전도체를 포함하는 적어도 한 쌍의 레일, 및 발사체로서의 역할을 하는 샷 또는 펠릿을 또한 포함하는 전기자를 포함한다. 레일 건 주입기는 재사용할 수있는 사보(sabot)를 포함할 수 있다. 대안으로, 레일 건은 플라즈마가 고전류를 운반할 때 샷 또는 펠릿 뒤에서 기화하여 플라즈마가 되어 샷 또는 펠릿이 레일 건 주입기의 레일을 따라서 가속되게 하는 점화 생성물 및 연료 중 적어도 하나일 수 있는 금속을 포함할 수 있는 플라즈마 전기자를 사용할 수 있다. 전류 소스는 약 1 A 내지 100 MA, 10 A 내지 10 MA, 100 A 내지 1 MA, 1000 A 내지 100 KA 및 1 kA 내지 10 kA 중 적어도 하나의 범위의 전류 펄스를 제공할 수 있다. 전류 소스는 PV 또는 PE 변환기와 같은 광-전기 변환기에 의해 충전되는 커패시터 뱅크를 포함하는 것과 같은 점화를 일으키는 롤러 전극에 대한 전력 소스(2)(도 2i2)를 포함할 수 있다. 레일은 구리 및 은 중 적어도 하나와 같은 고전도체를 포함하는 포지티브 레일 및 네거티브 레일을 포함할 수 있다. 레일 건 주입기는 원하는 연료 점화율을 유지하는데 충분한 연료를 제공하기 위해 1000 Hz와 같은 원하는 주파수에서 활성화될 수 있으며 전도성 도달 샷 또는 펠릿은 샷 또는 펠릿 점화를 유발하기 위해 롤러 전극 사이에 전기 회로를 완성할 수 있다. 실시예에서, 주입 활성화 주파수는 약 0.01 Hz 내지 1 MHz, 1 Hz 내지 10 kHz 및 10 Hz 내지 1 kHz 중 적어도 하나의 범위 내에 있도록 제어될 수 있다. 주입 활성화 주파수는 SF-CIHT 셀의 전력 출력을 제어하도록 제어될 수 있다. 주입 작동 제어부는 스위치를 포함할 수 있다. 스위치는 적어도 IGBT, SCR 및 MOSFET 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 기계적 또는 전자적 스위치와 같은 롤러 전극에 대한 전력 소스(2)(도 2i2)에 대한 개시의 스위치 중 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 레일은 연료 샷 또는 펠릿에 의해 회로의 완성과 함께 고전류가 흐를 수 있도록 폐쇄된 개방 회로로서 연속적으로 에너지가 공급된다. 실시예에서, 샷 또는 펠릿이 회로를 완성하기 위해 레일과 접촉할 때마다 가속화되고 점화될 전극으로 주입된다. 전력 소스는 주어진 시간에 레일을 따라 가속된 복수의 샷 또는 펠릿의 각각의 샷 또는 펠릿에 원하는 전류를 유지할 수 있다. 전류는 회로 소자들 및 제어기 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 레일 건 전류는 주어진 순간에 레일에서 가속하는 정수 n 개의 샷 또는 펠릿 사이에 분할되어, 식 (37)에 따른 단일 샷 또는 펠릿의 주입 속도의 감소가 n 개의 샷 또는 펠릿의 동시 가속 및 순차 주입에 의해 보상된다. 이러한 보상 메커니즘은 레일 건 전류에 따라 일정한 주입 속도를 유지할 수 있다. 다른 실시예에서, 레일을 가로지르는 전압은 샷 또는 펠릿의 수와 무관하게 거의 일정하게 유지되어 샷 또는 펠릿 당 전류가 샷 또는 펠릿의 유사한 저항으로 인하여 거의 동일해진다. 대략 일정한 전압은 커패시터 뱅크를 포함하는 것과 같은 큰 커패시턴스를 포함하는 전력 소스에 의해 공급될 수 있다. 실시예에서, 레일은 연속 안내 경로를 제공할 수 있지만, 전류가 가변적이어서 샷이 상이한 섹션을 따라 전파함에 따라 제어될 수 있도록 전류에 대한 세그먼트 섹션을 포함한다. 각각의 섹션의 전류는 컴퓨터, 센서 및 복수의 전류 소스에 의해 제어되어 주어진 섹션에서 샷의 속도 및 에너지를 제어하여 주입 또는 주입들의 타이밍을 제어할 수 있으며, 여기에서 다수의 샷은 가변 전류 섹션을 포함하는 레일 상에 있을 수 있다.
정전압은 아킹 및 그 결과적인 샷-대-레일 용접 또는 레일 아크 손상을 유발하는 전압 미만으로 유지될 수 있다. 실시예에서, 전압은 약 100 V 미만, 약 50 V 미만, 약 20 V 미만, 약 10 V 미만, 약 5 V 미만, 약 1 V 미만, 약 0.5 V 미만, 및 약 0.25 V 미만 중 적어도 하나일 수 있다. 전력은 수퍼-커패시터를 포함하는 것과 같은 커패시터 뱅크, PV 변환기, 및 높은 단락 전류를 갖는 배터리 중 적어도 하나에 의해 공급될 수 있다. 실시예에서, 레일은 샷-레일 용접을 피하기 위해 히트 싱크될 수 있다. 히트 싱크는 레일 및 샷을 포함하는 회로로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 양호한 열 전도체일 수 있는 전기 절연체는 전기 절연을 제공할 수 있다. 예시적인 히트 싱크는 또한 양호한 열 전도체뿐만 아니라 전기 절연체인 다이아몬드 막의 상부 층과 전기적으로 절연될 수 있는 Al, Cu 또는 Ag의 블록과 같은 고 열전도성 재료의 고 질량체를 포함한다. 다른 실시예에서, 레일은 용접에 내성이 있는 흑연과 같은 전도체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 레일은 용접에 내성이 있는 텅스텐 또는 몰리브덴과 같은 내화 금속 전도체를 포함할 수 있다. 레일은 용접을 방지하기 위해 공냉 또는 수냉과 같은 수단으로 냉각될 수 있다. 실시예에서, 레일은 적어도 부분적으로 물속에 잠겨져 레일 및 샷을 냉각시키고 용접을 방지한다. 물은 샷과 레일 사이의 전기 아킹을 또한 방지할 수 있다. 흑연 또는 MoS2와 같은 셀 가스보다 더 높은 항복 전압을 가질 수 있는 전도성 윤활제 및 전기 접촉제가 아킹을 감소시키기 위해 레일 상에 코팅될 수 있다. 전류는 샷-대-레일 용접을 일으키는 전류보다 더 작을 수 있다. 실시예에서, 레일은 샷과의 더 양호한 접촉을 위해 종축(원통 좌표에서 z-축)을 중심으로 회전하는 긴 실린더일 수 있다. 상대적인 레일의 회전은 샷을 레일에 대해 더 밀착되게 밀기 위해 쌍의 중심을 향해 반대 방향으로 회전할 수 있다. 밀착 연결은 샷을 레일에 용접하는 것을 제거할 수 있다. 실시예에서, 풀리 구동부에 의해 구동되는 하나의 롤러는 예를 들어, 풀리 또는 체인 연동장치에 의해 반대 회전으로 다른 하나를 차례로 구동한다. 다른 실시예에서, 롤러는 연동장치로서 샷을 갖는 다른 하나를 구동하면서 동일한 방향으로 작동한다. 이러한 구성은 더 양호한 전기 접촉을 만들기 위해 샷에 하향 압력을 가할 수 있으며 샷의 구름은 아크 손상을 더 감소시킬 수 있다.
로렌츠 힘은 전자석 또는 영구 자석과 같은 자석에 의해 인가된 자기장으로 자기장을 증강시킴으로써 레일 전류로부터의 낮은 자기장 기여로 높아질 수 있다. 예시적인 증강된 레일 건 실시예에서, 인가된 자기장은 레일 평면(xy-평면) 위에 하나 및 아래에 하나를 갖는 헬름홀츠 코일 쌍에 의해 제공될 수 있으며, 각각은 xy-평면에 수직한 자기장을 제공하기 위해 xy-평면에 평행하다. 유사한 z-축 지향 자기장은 xy-평면에서 헬름홀츠 코일을 대체하는 디스크와 같은 두 개의 영구 자석에 의해 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 영구 자석은 z-축을 따라 지향된 자기장을 갖는 레일에 대해 상하 및 레일에 평행하게 연장하는 직사각형 바를 포함할 수 있다. 영구 자석은 AlNiCo, 희토류, 또는 당업계에 공지된 다른 고 자기장 자석을 포함할 수 있다. 자속은 약 0.001 T 내지 10 T, 0.01 T 내지 1 T 및 0.1 T 내지 0.5 T 중 적어도 하나의 범위와 같은 임의의 원하는 범위일 수 있다. 실시예에서, 다수의 샷이 인가된 전력을 분할하여 레일에 대한 샷의 아킹 및 대응 용접을 방지하거나 레일에 대한 아크 손상을 방지하도록 레일에 존재할 수 있다. 용접 또는 레일 손상을 야기하는 전류 서지는 션트(shunt) 다이오드, 지연 라인 및 회로 인덕터 중 적어도 하나와 같은 감쇠 회로 소자에 의해 완화될 수 있다. 레일 건 주입기는 이중화 기능을 갖추고 있어 고장난 레일 건이 수리될 때까지 다른 하나가 작동할 수 있다. 고장이 레일 상의 펠릿 용접으로 인한 경우에, 예를 들어 연마 또는 선반에 의해 기계적으로 또는 고전류에서의 증발에 의해 전기적으로 제거될 수 있다.
레일 건 주입기는 샷과 레일 사이의 전기 접촉을 용이하게 하기 위해 저마찰, 저압 스프링 장전된 상부 가이드를 포함할 수 있다. 실시예에서, 샷-대-레일 전기 접촉부는 주입기에 인가되는 진동에 의해 보조된다. 레일과 샷 사이의 저저항 전기 접촉을 일으키기 위해 진동이 가해질 수 있다. 접촉은 또한 도 2i4 및 도 2i5에 도시된 기계식 교반기 및 워터 제트 교반기와 같은 교반기에 의해 촉진될 수 있다. 실시예에서, 증강된 레일 건 주입기의 인가된 자기장은 샷이 식(37)에 의해 주어지는 로렌츠 힘에 따라 레일 상에서 하향으로 압박되어 샷과 레일 사이에 양호한 전기 접촉을 만들고 유지하도록 펠릿 모션의 방향과 평행하고 샷을 통해 흐르는 전류에 횡 방향인 성분을 포함할 수 있다. 모션-평행 자기장은 영구 자석 및 전자석 중 적어도 하나에 의해 제공될 수 있다. 후자의 경우에, 과도한 마찰을 피하면서 접촉을 최적화하기 위해서 샷의 하향력을 제어하도록 자기장이 변할 수 있다. 자기장의 제어는 컴퓨터, 센서 및 가변 전류 전력 공급장치에 의해 제공될 수 있다. 실시예에서, 레일은 레일 산화 및 대응하는 저항 증가를 제한하기 위해 은 레일과 같은 내산화성 재료를 포함할 수 있다.
레일 건 주입기는 마이크로프로세서 또는 컴퓨터와 같은 제어기로 제어될 수 있는 동기 주입 작동을 가질 수 있는 복수의 레일 건 주입기를 포함할 수 있다. 복수의 주입기는 주입 속도를 증가시킬 수 있다. 복수의 레일 건 주입기는 주입 속도를 증가시키기 위해 주입기 어레이를 포함할 수 있다. 레일 건의 레일은 샷 또는 펠릿 공급장치로부터 점화가 일어나는 전극-간 영역까지 원하는 주입 경로를 달성하기 위해 직선 또는 곡선일 수 있다. 롤러 전극의 회전 속도는 더 많은 연료를 수용하고 SF-CIHT 셀의 전력 출력을 증가시키기 위해 증가될 수 있다. 롤러 직경은 증가된 회전 속도를 달성하도록 조정될 수 있다. 예를 들어 스틸에 대한 최대 회전 속도는 대략 1100 m/s이다[J. W. Beams, "Ultrahigh-Speed Rotation", pp.135-147]. 샷 또는 펠릿의 직경에 일련의 샷 또는 펠릿의 분리 공간을 더한 값이 3 mm인 예시적인 경우를 고려하면, 레일 건 또는 복수의 레일 건이 공급하는 최대 연료 유속은 초당 367,000이다. 샷 또는 펠릿 당 500 J의 예시적인 에너지의 경우에, 전기로 변환될 대응 총 전력은 180 MW일 수 있다. 추가의 전력은 복수의 롤러 전극 쌍을 주입기에 부가함으로써 달성될 수 있으며, 여기서 전극은 동일하거나 상이한 샤프트 상에 있을 수 있다.
다른 실시예에서, 주입기는 가우스 건 또는 코일 건을 포함하며, 여기서 펠릿 또는 샷은 발사체를 포함한다. 펠릿 또는 샷은 Ni, Co 또는 Fe 중 적어도 하나와 같은 강자성 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 샷은 포획된 H2 및 H2O를 갖는 Ag 및 강자성 재료를 포함한다. 코일 건은 펠릿 또는 샷을 위한 가이드를 포함하는 배럴을 따르는 적어도 하나의 전류 코일, 적어도 하나의 코일에서 높은 전류 및 자기장을 제공하는 전력 공급장치, 및 전류를 흘려보내 샷 또는 펠릿을 코일의 중심 쪽으로 당기게 하는 스위치를 포함할 수있으며, 여기서 전류는 샷 또는 펠릿이 코일 중심을 통과함으로써 역방향 힘을 받기 전에 차단된다. 스위치는 IGBT를 포함하는 것과 같은 개시 중 하나일 수 있다. 전력 공급장치는 적어도 하나의 캐패시터를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전류는 외부 전력의 인가에 의해 또는 시간 의존 자기장과 같은 외부 시간 의존 필드에 의해 샷 또는 펠릿 자기장을 생성하기 위해 샷 또는 펠릿을 통해 흐른다. 샷 또는 펠릿 전류 흐름은 자기 유도에 의해 달성될 수 있다. 자기 유도는 전류 코일의 시변 자기장에 의해 유발될 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 전류 코일로의 일시적인 전류 흐름은 배럴을 따라 샷 또는 펠릿을 추진하도록 제어된다.
실시예에서, 롤러 전극 표면상의 샷 또는 펠릿의 전달 속도 및 위치는 표면에 대한 임의의 점화 손상을 제어 가능하게 수리하도록 제어될 수 있다. 제어는 샷 또는 펠릿 가속 전류 펄스의 타이밍뿐만 아니라, 예를 들어 레일 건 주입기의 전류, 위치 및 조향 성능을 제어함으로써 달성될 수 있다. 롤러 속도 및 점화 전류의 제어에 의한 제어된 위치 전달은 샷 또는 펠릿의 전극에 대한 결합을 용이하게 할 수 있다. 결합은 샷 또는 펠릿을 원하는 위치에서 전극 표면에 소결, 융합 및 용접하는 것 중 적어도 하나에 의해 이루어질 수 있다. 실시예에서, 샷 또는 펠릿의 특정 비율은 수소 및 HOH 중 적어도 하나와 같은 하이드리노 반응물을 거의 갖지 않도록 만들어질 수 있다. 실시예에서, 이는 펠릿타이저에 증기 및 H2 중 적어도 하나의 첨가 없이 샷을 형성함으로써 달성될 수 있다. 샷 형성 동안 용융 온도를 낮춰서 공급을 제거하거나 용융물 내 용해도를 감소시킴으로써 H2O 및 H2의 감소 또는 제거가 달성될 수 있다. 대안으로, 펠릿은 존재하지 않거나 감소된 양의 H2 및 H2O 중 적어도 하나로 만들어질 수 있다. 대응하는 "더드(dud)" 샷 또는 펠릿은 별도로 인가되거나 원하는 비율로 일반적인 것과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 정수 n 중 하나의 샷 또는 펠릿이 주입될 때 전극에 결합되는 더드이다. 정수 n은 수리될 손상의 양에 따라 더 크거나 더 작게 제어될 수 있다. 실시예에서, 점화 분말이 회수되어 샷 형성 공정을 제거하고, 플라즈마 레일 건 주입기 또는 증강된 플라즈마 레일 건에 의해 전극으로 주입되고, 여기서 분말의 일부는 플라즈마를 지원하여 플라즈마를 추진시킨다. 다른 샷의 점화에 의해 지원되는 점화 전류 및 점화 플라즈마 중 적어도 하나는 분말이 전극에 결합되게 할 수 있다. 과잉 재료는 정밀 연삭기 또는 선반 사용과 같은 수단으로 기계 가공될 수 있다. 대안으로, 과잉 재료는 방전 가공(EDM)에 의해 제거될 수 있으며, 여기서 EDM 시스템은 전극 및 전력 공급장치를 포함할 수 있다.
레일 건 주입기의 실시예에서, 전류는 전력 공급장치의 포지티브 단자로부터 포지티브 레일까지, 연료 샷 또는 펠릿을 포함하는 전기자를 가로 질러, 그리고 네거티브 레일 아래로 전원 공급장치로 되돌아간다. 레일에 흐르는 전류는 각각의 레일 축에 대해 방위각 또는 원형 자기장을 생성한다. 자기장 라인은 포지티브 레일을 중심으로 시계 반대 방향의 원으로, 네거티브 레일을 중심으로 시계 방향의 원으로 수직으로 지향되는 레일들 사이의 순수 자력에 의해 연장한다. 증강된 레일 건과 같은 다른 실시예에서, 전류는 샷 또는 펠릿에 인가된 자기장을 증가시키도록 배열된 추가적인 쌍의 평행한 전도체를 통해 흐른다. 또한, 전류가 샷이나 펠릿을 통해 흐를 때 샷이나 펠릿에 작용하는 외부 자기장이 인가될 수 있다. 샷 또는 펠릿 발사체는 자기장에 수직인 방향과 샷 또는 펠릿을 포함한 전기자를 가로지르는 전류 방향으로 지향하는 로렌츠 힘을 받는다. 레일과 평행한 로렌츠 힘(F)은 다음과 같이 주어진다:
F = Li×B
(37)
여기서, i는 전류이고, L은 레일들 사이의 샷 또는 펠릿을 통과하는 전류의 경로 길이이고, B는 자속이다. 힘은 연료 샷 또는 펠릿의 직경 또는 전류의 양을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 샷 또는 펠릿의 운동 에너지는 레일의 길이를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 로렌츠 힘의 영향하에서 발사체는 레일 끝까지 가속화되어 전극-간 영역으로 날아 빠져나간다. 출구는 구멍을 통과할 수 있다. 출구에서 회로가 끊어지고 전류 흐름이 끝난다. 1 kA의 전류, 3 mm의 샷 직경 및 0.01 T의 B 자속인 예에 대해서, 힘은 0.03 N이다. 5 cm 길이 레일에 대한 운동 에너지는 0.0015 J이다. 운동 에너지로부터, 80 mg 샷의 최종 속도는 6 m/s이다.
샷 또는 펠릿은 주입기로 공급될 수 있다. 공급은 호퍼로부터 공급될 수 있다. 공급기는 기계식 공급기와 같은 개시의 것을 포함할 수 있다. 공급기는 진동기를 포함할 수 있다. 공급기는 압전 진동자 및 작동기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 공급기는 오거(auger) 및 트로프(trough) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 후자는 레일 건을 따라 공급되도록 바닥을 따라 슬롯을 가질 수 있다. 샷 또는 펠릿은 레일 건 주입기를 따라 복수의 위치로부터 공급될 수 있다. 공급은 기계식 및 유압식의 적어도 하나의 방법에 의해 달성될 수 있다.
실시예에서, 담금질 수조로부터 회수된 샷은 레일 건 주입기와 같은 분사기로의 공급물과 같은 분사기 시스템의 배기 영역으로 들어가기 전에 진공 오븐과 같은 오븐과 같은 건조기에서 건조된다. 실시예에서, 펠릿타이저, 샷을 냉각 및 형성하기 위한 수조 또는 욕조, 및 수조로부터 샷을 제거하기 위한 이송기중 적어도 하나가 진공 상태에서 셀에 연결된다. 이송기는 샷에서 과량의 물을 배출할 수 있다. 예시적인 이송기는 물을 투과할 수 있는 컨베이어를 포함한다. 표면 흡수된 물이 증발될 만큼 충분히 고온일 때 샷이 제거될 수 있다. 샷 및 수조 중 적어도 하나로부터 증발된 물은 진공 펌프 또는 저온펌프(cryopump)와 같은 펌프에 의해 원하는 저압을 유지하기 위해 셀 분위기로부터 제거될 수 있다. 저온펌프는 물 응축기를 포함할 수 있다. 응축기는 셀을 부분적으로 배기시키고 감압하에 셀을 유지시키는 것 중 적어도 하나를 진공 펌프 대신 사용할 수 있다. 물 응축기는 물을 응축시킴으로써 수증기로 인한 압력을 감소시킬 수 있다. 물은 수조 또는 욕조로 재활용될 수 있다. 응축기에서 나온 물은 드립 라인(drip line)과 같은 물 복귀 라인에 의해 수조 또는 욕조로 재순환 될 수 있다. 물 응축기는 공랭식 방열기, 냉장고 냉각기 및 펠티어 냉각기 중 적어도 하나와 같은 냉각기로 냉각될 수 있다. 당업계에 공지된 다른 냉각기가 사용되어 응축기를 원하는 온도로 냉각시킬 수 있다. 실시예에서, 셀 내의 수증기압은 약 0 ℃ 내지 100 ℃의 범위일 수 있는 응축기의 온도에 의해 결정된다. 예시적인 실시예에서, 전형적인 공업용 물 냉각기는 약 13 Torr의 수증기압에 대응하는 약 17 ℃에서 작동한다. 다른 실시예에서, 냉각기는 수증기가 수조 또는 욕조 내로 직접 응축되고 물 복귀 라인이 제거되도록 수조 또는 욕조를 직접 냉각시킬 수 있다. 건조 샷은 샷 분사기에 대한 오거와 같은 제 2 이송기에 의해 주입기로 이송될 수 있다. 샷 주입기는 고전도성 샷이 전기자 역할을 하고 전기 레일과의 접촉으로 레일을 가로지르는 전류를 촉발하여 샷의 로렌츠 힘 추진을 롤러 전극과 같은 전극으로 유발하는 레일 건 주입 시스템을 포함할 수 있다.
예시적인 샷은 H2 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 포획된 가스를 갖는 은 구형을 포함한다. 샷은 대응하는 용융된 재료를 수조 또는 수조와 같은 욕조 또는 수조에 떨어뜨려 급냉시킴으로써 형성될 수 있다. 실시예에서, 샷 이송 오거 및 샷 주입기 공급 오거가 대체된다. 실시예에서, 워터 제트는 레일 건 주입기에 물 유동층을 공급하게 하며, 레일 건에 대한 입구는 수조에 있고 욕조 외부에서 주입 지점으로 이동한다. 유동화된 수조는 고온/냉각 샷의 부착을 방지하고 샷을 이송 및 적재하는 목적을 제공할 수 있다. 실시예에서, 용융물을 냉각시키고 샷을 형성하는 욕조 또는 수조는 샷을 교반하기 위한 교반기를 더 포함한다. 교반기는 적어도 하나의 워터 펌프에 의해 구동될 수 있는 워터 제트를 포함할 수 있다. 워터 제트의 작용은 유동층을 형성할 수 있다. 교반기는 오거와 같은 기계적 교반기, 혼합기, 또는 전자기 또는 압전 진동기와 같은 진동기 및 당업계에 공지된 다른 교반기를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 욕조는 샷을 수용하고 이를 점화하기 위해 전극으로 추진할 수 있는 위치에 레일 건을 포함한다. 레일 건의 샷 입력 섹션은 욕조의 바닥에 위치될 수 있고 교반기에 의해 수조에서 교반된 샷을 수용하는 트로프 또는 호퍼를 포함할 수 있다. 레일 건 주사기는 전극의 점화 영역을 향하도록 욕조의 벽을 관통할 수 있다. 레일 건은 욕조의 바닥에서부터 롤러 전극과 같은 전극의 점화 영역으로 샷을 이송하는 안내 경로 형태를 가질 수 있다. 레일 건은 샷이 욕조의 수위보다 적어도 약간 수직 방향으로 이동함에 따라 샷과 함께 욕조로 다시 이동된 임의의 물을 배수시키는 수단을 포함할 수 있다. 샷과 함께 배출되는 물과 같이 욕조에 다시 유입되지 않는 물은 셀의 바닥에 있는 수용 호퍼로 떨어지고 배수 펌프로 욕조로 다시 펌핑될 수 있다. 고온 샷에 의해 증발된 물은 욕조 냉각기에 의해 욕조 내로 응축될 수 있다. 샷은 건조를 제공하도록 고온일 수 있다. 샷의 승온은 완전히 냉각되지 않은 용융 상태의 잔류 열 및 샷을 통과하는 전류 흐름에서 레일 건의 저항 가열로부터 가열되어 로렌츠 힘을 유발할 수 있다. 실시예에서, 챔버, 수조 및 주입 레일 건을 포함하는 것과 같은 펠릿타이저는 가스 압력 및 진공 셀 분위기에 대해 연속적으로 유지될 수 있다.
실시예에서, SF-CIHT 셀은 지구에 대한 그의 방위와 무관하며 중력과 무관한 것 중 적어도 하나에 따라 작동할 수 있다. 샷 수조는 밀봉되고, 팽창 가능하며, 약 0.001 Torr 내지 100 기압 범위로 압력을 유지할 수 있다. 압력(P)은 ρ가 물의 밀도이고 g가 중력 가속도(9.8 m/s2)인 식(38)에 의해 주어진 높이(h)의 수압 기둥의 압력과 거의 같거나 이를 초과할 수 있다:
P = ρgh
(38)
샷 드립퍼는 욕조 물과의 접촉에 의해 드립퍼 내의 용융물의 과도한 냉각을 방지하기 위해 매우 고도로 단열될 수 있다. 연료 및 점화 생성물을 이송하는 시스템은 내재적 또는 증대된 자기장 및 전류에 의해 인가된 로렌츠 힘을 사용하여 작동할 수 있다. 샷 주입 시스템은 본 개시의 증강된 레일 건을 포함할 수 있다. 점화 생성물 회수 시스템은 본 개시의 증강된 플라즈마 레일 건을 포함할 수 있다. 펠릿타이저는 분말 및 용융물 중 적어도 하나를 통해 흐르는 인가된 자기장 및 인가 된 전류를 포함하는 증강된 레일 건을 사용하여 분말 점화 생성물 및 용융물 중 적어도 하나를 이송할 수 있다. 실시예에서, 전류 및 자기장은 원하는 흐름 방향에 대해 횡 방향이며, 식 (37)에 따라 서로 수직이다. 시스템은 이송을 달성하기 위해 적절한 전류 전극 및 자석을 포함할 수 있다. 레일 건 이송기는 로렌츠 힘, 유속을 모니터하고 원하는 힘과 유속을 달성하기 위한 전류를 인가하는 센서 및 제어기를 가질 수 있다. 펠릿타이저를 통해 분말 및 용융물 중 적어도 하나를 이송하는 수단은 문헌에 공지된 것과 같은 전자기 펌프와 같은 펌프를 포함할 수 있다. 물 제트와 같은 교반기는 욕조에서 샷을 교반하여 레일 건에 투입할 수 있다. 기계식 교반기는 또한 증강된 레일 건 주입기에 샷을 공급할 수 있다. 실시예에서, 교반기가 중력에 대한 셀의 방위에 관계없이 기능을 할 수 있도록 기계식 교반기는 수조에 비해 크게 될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 수조의 상부 및 바닥과 동일한 갭을 갖는 큰 직경의 오거는 셀의 방위와 무관하게 샷을 레일 건으로 밀어 넣을 수 있다. 물 펌프는 샷 수조로부터 손실된 임의의 물을 임의의 손실과 일치하는 속도로 펌핑하여 레일 건 분사기를 통해 복귀시킬 수 있다.
실시예에서, 도 2i10 내지 2i12에 도시된 실시예들과 같은 SF-CIHT 셀은 지구에 대한 그의 방위와 무관하고 중력과 무관한 것 중 적어도 하나에 따라 작동할 수 있다. 셀은 지구의 무게 중심에서 z-축으로 멀어지게 항상 유지되도록 짐벌에 고정될 수 있다. 그런 다음 셀은 짐벌이 장착된 크래프트의 방위와는 독립적으로 작동한다. 중력이 없는 환경에서, SF-CIHT 셀은 SF-CIHT 셀, 적어도 하나의 구성요소, 및 적어도 하나의 시스템 중 적어도 하나를 스핀 또는 회전시키는 원심 플랫폼을 포함할 수 있으며, 여기서 구성요소 또는 주입 시스템 및 펠릿타이저 시스템과 같은 시스템은 샷 또는 점화 생성물을 펠릿타이저로 복귀시키는 것과 같은 셀의 작동으로 중력 역할로 중력을 대체하는 원심력의 전개를 허용하는 셀 내의 위치에 위치된다. 실시예에서, 스핀 또는 회전은 점화 입자를 주변부로 압박할 수 있다. 주변부로 압박된 입자는 펠릿타이저 입구로 이송될 수 있다. 이송은 기계적 이송 또는 펌핑과 같은 본 개시의 수단 및 방법에 의해 이루어질 수 있다. 전자기 펌프가 펌핑을 달성할 수 있다. 전류는 전류 소스로부터 점화 생성물을 통해 흐를 수 있으며, 자기장은 전류를 가로지르는 필드를 제공하여 로렌츠 힘을 발생시킴으로써 이송을 유발하는 주변부를 따라 위치한 자석에 인가된다. 다른 실시예에서, 셀 벽, 전극, 주입 시스템, 점화 생성물 회수 시스템, 및 펠릿타이저와 같은 적어도 하나의 구성요소 또는 시스템은 중력 작용을 대체하기 위한 원심력을 발생시키도록 스핀을 발생시키는 메커니즘을 포함할 수 있다. 스핀 메커니즘은 베어링에 장착되고 전기 모터에 의해 구동되는 구성요소 또는 시스템을 유지하는 플랫폼 또는 구조적 지지대와 같은 당업자에게 공지된 것일 수 있다.
시스템은 (i) 진공 셀과 같은 셀, (ii) 롤러 전극 및 버스 바를 포함하는 점화 시스템, (iii) 레일 건 분사기와 같은 분사기, (iv) 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템 및 중력 흐름 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 점화 생성물 회수 시스템, (v) 셀의 바닥에 연결된 호퍼, (vi) 호퍼로부터 점화 생성물을 수용하기 위한 제 1 용기, 점화 생성물을 용융시키는 히터, 및 물과 증기 중 적어도 하나를 용융물에 인가하는 제 2 용기, (vii) 제 2 용기의 드립퍼로부터 떨어진 용융물을 수용하여 샷을 형성하기 위한 H2O 욕조와 같은 욕조, (viii) 샷 컨베이어, (ix) 샷을 수용하기 위한 진공 오븐과 같은 건조기, (x) 제어 가능한 진공 잠금 통로를 갖는 슈트와 같은 주입기로 샷을 이송하는 수단, (xi) 레일 건 주입기와 같은 주입기로 샷을 이송하는 오거와 같은 컨베이어, 및 (xii) 셀을 배기하는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
진공을 유지할 수 있는 셀을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기, 2개의 이송기에 의해 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 주입 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 및 광전지 변환기 시스템의 실시예가 도 2h1에 도시된다. 도 2h1에 도시된 바와 같이, SF-CIHT 셀 발전기는 i) 진공 펌프 (13a)를 갖는 원추형 실린더를 포함할 수 있는 진공 셀과 같은 셀(26); ii) 전원 공급장치(2)를 갖는 점화 시스템(8a); ⅲ) 점화된 연료로부터 광을 수용하여 이를 전기로 변환하기 위한 광전지 또는 패널(15)을 포함하는 광전지 변환기 시스템(26a)으로서, 변환기는 고온 냉각제가 입구를 통해 광전지 변환기 냉각 시스템(31)으로 흐르고 냉각된 냉각제가 출구(31c)를 통해 배출되는 냉각을 위한 열 교환기(87)를 갖는, 광전지 변환기 시스템; 및 ⅳ) 고온의 냉각제가 입구(31d)를 통해 수조 냉각 시스템(31a)으로 흐르고 냉각된 냉각제가 출구(31e)를 통해 배출되는 냉각 시스템(31a)을 갖는, 떨어진 용융물을 급랭하여 샷을 형성하기 위한 수조를 갖는 연료 형성 및 전달 시스템(8b)을 포함할 수 있다. 점화 시스템(8a) 및 그의 전원 공급장치(2)의 세부사항이 도 2h2에 도시되어 있다. 실시예에서, 점화 시스템(8a)은 버스 바(9 및 10), 슬립 링(73a), 샤프트(7), 및 베이스 지지부(61) 상에 장착된 구조적 지지대(4)에 부착되는 베어링(4a)에 의해 현수되는 샤프트(7) 상에 장착된 롤러 전극(8)을 통해 고전류를 흐르게 하기 위한 전력 소스(2)를 포함한다. 샤프트 및 부착된 전극(8)은 각각 벨트 텐셔너(72a)를 갖는 벨트(72)에 의해 구동되는 롤러 구동 풀리(71a), 베어링(73)에 현수린 모터 샤프트 및 풀리(71), 그리고 모터(12, 13)에 의해 회전된다. 점화 시스템(8a) 및 광전지 변환기 시스템(26a)은 도 2h3에 도시된다. 실시예에서, 연료는 증강된 레일 건 분사기(8f)에 의해 분사될 수 있다. 전원 공급장치(2)는 광전지 변환기(26a)로부터 전력을 공급받아 롤러 전극(8)에 고전류를 공급하여 연료의 점화를 유발함으로써 점화 위치(8e)에 플라즈마를 형성할 수 있다. 점화 생성물의 상향 궤적은 오목할 수 있는 광 투명 배플(8d)에 의해 차단될 수 있다. 점화 생성물은 배기된 셀(26) 내의 중력 및 헬름홀츠 코일 자석(8c)을 포함하는 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템 및 플라즈마를 통한 전극(8)들 사이에 흐르는 전류 중 적어도 하나에 의해 회수될 수 있다. 점화 생성물 회수 시스템(8c)을 포함하는 연료 형성 및 전달 시스템(8b), 및 샷 연료(5a)를 형성하기 위한 펠릿타이저, 및 분사 시스템(8f)의 세부사항은 도 2h4에 도시된다. 실시예에서, 샷 연료는 펠릿타이저(5a)의 수조(11)로부터 펠릿을 공급하고, 샷 이송 오거(66a)에 의해 그 후에 주입기 오거 모터 및 구동 샤프트(67)에 의해 구동되는 주입기 오거(66)에 의해 주입기 오거 호퍼(66b)로 이송되는 증강된 레일 건 분사기(8f)에 의해 롤러 전극(8) 내로 주입될 수 있다. 롤러 전극(8)은 연료의 점화를 유발하여 광전지 변환기(26a)(도 2h1 및 도 2h3)에 의해 전기로 변환되는 브릴리언트(brilliant) 발광 플라즈마를 형성하도록 순차적으로 주입된 각각의 샷을 통해 흐르는 전력 공급장치(2)로부터 고전류를 수용할 수 있다. 점화 생성물의 상향 궤도는 광 투명 배플(8d)에 의해 차단될 수 있고, 점화 생성물은 진공 셀(26) 내의 중력 및 헬름홀츠 코일 자석(8c)을 포함하는 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템에 의해 회수될 수 있으며, 전류가 플라즈마를 통해 전극(8)들 사이로 흐른다. 점화 생성물은 절연체(5e)로 절연될 수 있는 도가니(5d)를 포함할 수 있는 펠릿타이저(5a)의 제 1 용기(5b) 내로 유동할 수 있다. 생성물은 유도 결합 가열기(5f)에 의해 용융물로 가열될 수 있다. 점화되지 않은 샷은 회수된 점화 생성물과 함께 펠렛 화기(5a)의 제 1 용기(5b)로 흐를 수 있다. 용융물은 펠릿타이저(5a)의 제 2 용기(5c)로 유동할 수 있으며, 용융물은 입구 라인(5g 및 5h)에 의해 공급되는 증기 및 수소 가스 중 적어도 하나에 노출될 수 있다. 가스는 샷 드립퍼(5i)에서 떨어지는 용융물 내에 가스를 혼입시키기 위해 재순환되고 샷을 형성하도록 수조(11)에서 급냉될 수 있다. 수조는 물의 전기 분해에 의해 재충전된 탱크로부터 공급될 수 있으며, 물은 물 탱크로 공급될 수 있으며, 양 경우에 물은 물이 소비될 때마다 주기적으로 재충전된다. 물은 흡습성 재료와 같은 물 흡수 재료에 의해 대기로부터 흡수될 수 있다. 대안으로, 물은 SF-CIHT 셀에 의해 구동되는 응축기를 사용하여 대기로부터 응축될 수 있다. 과량의 음용수가 동일한 방식으로 생성될 수 있다. 수조는 고온 냉각제가 입구(31d)를 통해 수조 냉각 시스템(31a)으로 흐르고 냉각된 냉각제가 출구(31e)를 통해 배출되는 냉각 시스템(31a)을 가질 수 있다. 진공 셀(26)과 관련된 욕조의 온도는 셀 내의 수증기의 증기압을 제어하도록 제어될 수 있다. 셀 압력은 또한 도 2h1에 도시된 진공 펌프(13a)를 사용하여 제어될 수 있다.
진공을 유지할 수 있는 셀, 펠릿타이저로부터 직접 공급되는 레일 건 샷 주입 시스템을 갖는 점화 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 및 중력 회수 시스템, 펠릿타이저, 및 광전지 변환기 시스템을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기의 실시예가 도 2i1에 두 개의 사시도로 도시된다. 도 2i2의 사시도 중 하나에 도시된 바와 같이, SF-CIHT 셀 발전기는 i) 진공 펌프(13a)를 갖는 원추형 실린더를 포함할 수 있는 진공 셀과 같은 셀(26); ii) 전력 공급장치(2)를 갖는 점화 시스템(8a); ⅲ) 점화 된 연료로부터 광을 수용하여 이를 전기로 변환하기 위한 광전지 또는 패널(15)을 포함하는 광전지 변환기 시스템(26a)으로서, 변환기는 고온 냉각제가 입구를 통해 광전지 변환기 냉각 시스템(31)으로 흐르고 냉각된 냉각제가 출구(31c)를 통해 배출되는 냉각용 열교환기(87)를 갖는, 광전지 변환기 시스템; 및 ⅳ) 고온의 냉각제가 입구(31d)를 통해 수조 냉각 시스템(31a)으로 흐르고 냉각된 냉각제가 출구(31e)를 통해 배출되는 냉각 시스템(31a)을 갖는, 떨어지는 용융물을 급랭시켜 샷을 형성하는 수조를 갖는 연료 형성 및 전달 시스템(8b)을 포함할 수 있다. 점화 시스템(8a) 및 그의 전원 공급장치(2)의 세부사항이 도 2h2에 도시되어 있다. 점화 시스템(8a) 및 광전지 변환기 시스템(26a)의 세부사항이 도 2i3에 도시되어 있다. 실시예에서, 연료는 증강된 레일 건 주입기(8f)에 의해 주입될 수 있다. 전원 공급장치(2)는 광전지 변환기(26a)로부터 전력을 공급받아 롤러 전극(8)에 고전류를 공급함으로써 연료의 점화를 유발하여 점화 위치(8e)에 플라즈마를 형성할 수 있다. 점화 생성물의 상향 궤적은 오목할 수 있는 광 투명 배플(8d)에 의해 차단될 수 있다. 점화 생성물은 진공 셀(26) 내의 중력 및 헬름홀츠 코일 자석(8c)을 포함한 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템 및 플라즈마를 통한 전극(8) 사이에 흐르는 전류 중 적어도 하나에 의해 회수될 수 있다. 증강된 플라즈마 레일 건 회복 시스템은 자기장을 개량하여 연료 회수 공정에 대한 정밀한 제어를 제공하기 위해 조정 가능한 자석 또는 시밍(shimming) 자석으로서 헬름홀츠 코일과 같은 전자석을 갖는 영구 자석을 포함할 수 있다. 점화 생성물 회수 시스템(8c)을 포함하는 점화(8a) 및 연료 형성 및 전달 시스템(8b), 그리고 샷 연료(5a)를 형성하기 위한 펠릿타이저, 및 주입 시스템(8f)의 세부사항이 도 2h4에 도시된다. 실시예에서, 8c와 같은 자석은 셀(26)의 외부에 위치할 수 있으며, 셀 재료는 자석의 자기장을 투과시킬 수 있다. 실시예에서, 샷 연료는 오거 교반기(16a) 또는 교반기 워터 제트 라인(15)(도 2i5)에 의해 공급되는 워터 제트 교반기에 의해 운반되는 펠릿타이저(5a)의 수조(11)로부터 펠릿을 공급하는 증강된 레일 건 분사기(8f)에 의해 롤러 전극(8)으로 주입될 수 있다. 롤러 전극(8)은 연료의 점화를 유발하여 광전지 변환기(26a)에 의해 전기로 변환되는 브릴리언트 발광 플라즈마를 형성하도록 순차적으로 주입된 각각의 샷을 통해 흐르는 전력 공급장치(2)로부터 고전류를 수용할 수 있다(도 2i1, 도 2i2 및 도 2i3). 점화 생성물의 상향 궤도는 광 투명 배플(8d)에 의해 차단될 수 있고, 점화 생성물은 진공 셀(26) 내의 중력 및 헬름홀츠 코일 자석(8c)을 포함하는 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템 및 플라즈마를 통해 전극(8) 사이에 흐르는 전류 중 적어도 하나에 의해 회수될 수 있다. 점화 생성물은 절연체(5e)로 절연될 수 있는 도가니(5d)를 포함할 수 있는 펠릿타이저(5a)의 제 1 용기(5b) 내로 흐를 수 있다. 생성물은 유도 결합된 히터(5f)에 의해 용융물로 가열될 수 있다. 점화되지 않은 샷은 회수된 점화 생성물과 함께 펠렛 화기(5a)의 제 1 용기(5b)로 흐를 수 있다. 용융물은 펠릿타이저(5a)의 제 2 용기(5c)로 유동할 수 있으며, 용융물은 입구 라인(5g 및 5h)에 의해 공급되는 증기 및 수소 가스 중 적어도 하나에 노출될 수 있다. 가스는 샷 드립퍼(5i)에서 떨어지는 용융물 내에 가스를 혼입시키기 위해 재순환되고 샷을 형성하도록 수조(11)에서 급냉될 수 있다. 수조는 고온 냉각제가 입구(31d)를 통해 수조 냉각 시스템(31a)으로 흐르고 냉각된 냉각제가 출구(31e)를 통해 배출되는 냉각 시스템(31a)을 가질 수 있다. 진공 셀(26)과 관련된 욕조의 온도는 셀 내의 수증기의 증기압을 제어하도록 제어될 수 있다. 셀 압력은 또한 도 2i1, 도 2i2 및 도 2i3에 도시된 진공 펌프(13a)를 사용하여 제어될 수 있다.
도 2i6 및 도 2i7에 도시된 실시예에서, 펠릿타이저(5a)의 제 1 용기(5b) 및 제 2 용기(5c) 내의 압력은 금속 헤드 압력이 평형이 되도록 동일하며, 여기서 제 2 용기(5c) 내의 금속 헤드 압력은 금속 통로(5j)의 출구로부터 제 2 용기(5c) 내의 금속 레벨까지의 높이에 의해 결정되며 제 1 용기 (5b)의 금속 헤드 압력은 금속 통로(5j)의 출구로부터 제 1 용기 내의 금속 레벨까지의 높이에 의해 결정될 수 있다. 제 2 용기의 금속 레벨은 이러한 원리로 인해 평균적으로 거의 일정하게 유지되도록 자동으로 조정될 수 있다. 다른 실시예에서, 두 용기의 압력은 수소 및 증기 중 적어도 하나와 같은 고압 가스가 제 2 용기에 첨가되어 샷에 혼입되는 경우와 같이 상이하다. 이러한 경우, 전자 펌프(5k)와 같은 펌프는 제 2 용기(5c) 내의 금속 레벨을 제어할 수 있다. 레벨은 전도율 센서 또는 적외선 센서와 같은 광학 센서와 같은 센서로 감지될 수 있으며, 레벨은 전자기 펌프 전원 및 컴퓨터에 의해 제어된다. 펠릿타이저는 펌프로의 금속의 감소된 부피 또는 흐름 중 적어도 하나가 존재할 때 펌프로의 전류를 차단하기 위한 안전 차단 밸브를 갖는 펌프(5k)의 입력 내로 금속 흐름에 대한 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 유사하게, 유량 센서는 용융물 흐름 및 용융물 체적 중 적어도 하나와 같은 입력 데이터를 제어기에 제공하여 펠릿타이저의 이들 섹션 내에 부적절한 용융물 체적 또는 흐름이 존재할 때 5f 및 5o와 같은 히터를 차단하는 역할을 하는 용기(5b 및 5c) 내에 위치될 수 있다.
도 2i6 및 도 2i7에 도시된 실시예에서, 각각의 샷 드립퍼는 주입 속도 및 점화 속도와 일치하는 속도로 단일 파일로 샷을 생성하여 정상 상태 전력 출력 및 질량 흐름의 연속성을 달성한다. 드립퍼로부터 샷 스트림의 이러한 일치 속도와 단일 파일 측면은 레일 건 주입기와 같은 주입기를 일치 속도로 로딩하는데 사용될 수 있다. 드립퍼로부터 배출되는 각각의 샷은 초기에 용융 상태에 있다. 샷은 주입기로의 입력 경로에서 냉각될 수 있다. 샷은 워터 슬라이드(5l)를 따라 단일 파일로 흐를 수 있다. 워터 슬라이드(5l)는 드립퍼로부터 레일 건과 같은 주입기로의 입력으로 흐를 때 샷을 냉각시키는 워터 제트(16) 또는 수조(11)에 의해 제공되는 것과 같은 스트리밍 워터를 갖는 채널, 슈트 또는 트로프와 같은 도관을 포함할 수 있다. 채널은 샷을 수조(11) 내로 방출하지 않고 샷을 레일 건 주입기로 직접적으로 지향시킬 수 있다. 물은 주입될 레일에 샷을 장전하는 방식으로 레일 주위로 흐를 수 있다. 대안으로, 채널은 주입기 입력으로 흐르는 단일 파일 샷 스트림을 유지하는데 충분히 얕을 수 있는 수조(11) 내로 샷을 방출할 수 있다. 물은 냉각기(31a)를 통해 재순환되어 저온을 유지하고 샷의 부분 냉각시 방출되는 열을 제거할 수 있다. 샷은 레일 건 주입기(8f)로 단일 파일로 도착하여, 슬라이드 및 얕은 수조 중 적어도 하나가 레일 건 주입기(8f)의 장전을 용이하게 하기 위해 오거(16) 또는 워터 제트(16a)(도 2i5)와 같은 교반기를 대체할 수 있다.
샷 냉각이 고온인 샷에 대해 중단되면, 샷을 훨씬 낮은 온도로 냉각시키는 전체 수조 시스템과 비교하여 워터 스트림 슬라이드로 인한 냉각 부하가 더 작아진다. 실시예에서, 샷은 약 1 nm 내지 100 ㎛, 10 nm 내지 10 ㎛ 및 100 nm 내지 1 ㎛ 중 적어도 하나의 범위의 두께를 갖는 쉘과 같은 외면상에 얇은 고체 쉘을 형성하는데에만 충분하게 냉각될 수 있다. 실시예에서, 고온 샷은 예열된 상태에 도달된 채로 점화하기 위해 더 적은 에너지, 낮은 점화 전류, 및 점화 전력하의 더 적은 시간 중 적어도 하나를 요구할 것이며, 따라서, 펠렛 화기로부터의 열의 일부가 회수된다. 게다가, 점화는 연료 형성 및 전력 방출이 더 높은 이득으로 더 높은 효율이 되도록 더 완전해질 수 있다. 예열된 샷의 주입에 의한 단지 부분 냉각만이 열 회수기로서의 역할을 할 수 있다. 예열된 온도는 약 100 ℃ 내지 950 ℃, 300 ℃ 내지 900 ℃ 및 400 ℃ 내지 900 ℃ 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 샷 당 점화 에너지는 본질적으로 얇은 쉘을 용융시킬 수 있다. 점화 생성물은 플라즈마, 용융 금속 및 승온 용융 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 생성물은 약 100 ℃ 내지 950 ℃, 300 ℃ 내지 850 ℃ 및 400 ℃ 내지 900 ℃ 중 적어도 하나의 온도 범위와 같은 승온에 여전히 있는 채로 펠릿타이저로의 입력으로 회수될 수 있다. 고온 분말은 유도 결합 히터와 같은 히터에 의해 온도가 추가로 상승될 수 있다. 승온은 약 965 ℃ 내지 3000 ℃, 965 ℃ 내지 2000 ℃, 및 965 ℃ 내지 1500 ℃ 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 예열된 전력으로, 펠릿타이저 입력 열 에너지는 실온의 점화 생성물을 용융시킬 수 있는 작은 부분일 수 있다. 반응물의 최적화된 흐름에서, 예열된 얇은 쉘을 가진 샷을 용융시키고 고온의 회수된 생성물을 상승된 용융 온도로 용융시키는데에 기여하는 것을 포함하는 왕복 에너지 소비가 최소화될 수 있다. 펠릿타이저의 제 1 용기 입구에서의 분말 온도가 약 900 ℃인, 혼입된 H2 및 H2O에 기인한 90%의 순수한 Ag의 밀도를 갖는 직경 2.5 mm의 구에 대응하는 77 mg Ag 샷의 예시적인 실시예를 고려하면, Ag 용융물은 1300 ℃로 가열되고, 샷 쉘 두께는 약 1 ㎛이고, 롤러 전극으로 주입된 샷의 온도는 약 800 ℃이며, 샷이 용융될 때 샷이 점화될 수 있다. 그런 다음, 단지 금속을 지배적인 요인으로서 고려하면, 반응물에 대한 왕복 입력 에너지는 출력 광의 약 400 J과 비교하여 약 20 J이다.
도 2i8 및 도 2i9에 도시된 실시예에서, 주입기는 수소 소스 및 H2와 증기와 같은 촉매 소스로 처리된 용융 은 금속과 같은 용융된 연료를 롤러 전극(8)과 같은 전극들 사이의 갭으로 펌핑하는 전자기 펌프(5k)와 같은 펌프를 포함한다. 펌프(5k)는 전류가 용융물을 통과하고 수직으로 가해진 자기장이 원하는 흐름 방향으로 로렌츠 힘을 생성하는 레일 건의 원리와 동일한 원리로 작동할 수 있다. 유도 원리에 따라 작동하는 특수 코일을 사용하는 것과 같은 용융 연료를 펌핑할 수 있는 당업계에 공지된 다른 전자기 펌프는 본 개시의 범위 내에 있다. 펌프는 또한 기계식 펌프를 포함할 수 있다. 실시예에서, 기계식 용융 금속 펌프는 흑연 또는 세라믹 임펠러를 포함한다.
펌프(5k)는 용융 금속을 추진시키는 강력한 영구 자석 및 DC 전류를 포함하는 전자기 펌프를 포함하여, 기계식 펌프 임펠러를 제거할 수 있다. 로렌츠 힘 법칙에 따라 강한 자기장 내에서 금속을 통해 전류를 공급함으로써 원동력이 액체 금속에 직접적으로 인가된다. 실시예에서, 전류의 강도는 금속 상의 힘 및 그에 따른 유량을 직접적으로 제어한다. 실시예에서, 자기장은 고강도의 영구 자석에 의해 공급되고, 전류는 산업 표준 정류기 전원에 의해 공급되는 직접 또는 DC 전류이다. 실시예에서, 결과는 AC 전자기 펌프에 비해서 감소된 에너지 소비에서 더 높은 유속을 갖는 전자기 펌프이다. 액체 금속을 위한 적합한 전자기 펌프 및 유량계의 예시적인 제조업체 및 공급 업체는 Hazelett, CMI Novacast, Suzhou Debra Equipment Corporation, 및 Creative Engineers, Inc.이다.
전자기 펌프(5k)의 실시예에서, 금속은 전자석의 면들이 위치되는 그의 길이 전반에 걸쳐 부분적으로 평탄한 직선 파이프를 통해 흐른다(극 표면들 사이의 갭을 작게 유지). 962 ℃ 내지 1300 ℃의 범위와 같은 은의 융점과 같은 고온에서 작동시키기 위해, 전자기 펌프의 관은 몰리브덴, 탄탈, 니오븀 또는 텅스텐 펌프 튜브와 같은 내화성 금속과 같은 고온 금속을 포함할 수 있다. 펌프 튜브가 기계 가공이 곤란한 경우에, 이는 캐스팅, 방전 가공 및 금속 프린팅과 같은 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 제조될 수 있다. 실시예에서, 용융물은 스테인리스 스틸 및 비-내화성 금속 중 적어도 하나보다 낮은 융점을 갖는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 용융물은 779 ℃의 융점을 갖는 Ag-Cu(72 중량%/28 중량%)와 같은 은-구리 합금과 같은 합금을 포함할 수 있다. 보다 높은 융점을 갖는 예시적인 펌프 튜브는 Haynes 188, Haynes 230, Haynes HR-160, Hastelloy X, 니켈 및 티타늄과 같은 고온 스테인리스 스틸이다. 실시예에서, 펌프 튜브는 H2O와의 반응으로부터 보호되고 물과 반응하지 않도록 은에 의한 적어도 하나의 습윤 특성을 가진다. 충분한 융점을 갖는 H2O 반응성을 갖지 않는 튜브에 적합한 예시적인 재료는 Cu, Ni, CuNi, Haynes 188, Haynes 230, Haynes HR-160, Hastelloy C, Hastelloy X, Inconel, Incoloy, 탄소강, 스테인리스 스틸, 개질된 9Cr-1Mo-V (P91), 21/4Cr-1Mo 스틸 (P22)과 같은 크롬 몰리브덴(chromoly), Co, Ir, Fe, Mo, Os, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Tc, Ta, Nb 및 W의 그룹으로부터의 금속 및 합금 중 적어도 하나이다. 펌프 튜브 벽 및 튜브 내부의 은 용융과 같은 용융물과의 연결을 통해 전류 감소시킬 수 있는 펌프 튜브의 내벽 상의 임의의 산화물 코팅은 당업자에게 공지된 방법, 예컨대 화학적, 기계적 및 플라즈마 에칭 및 전기 도금 중 적어도 하나에 의해 제거될 수 있다. 내벽 산화물을 제거하는 화학적 방법은 산으로 에칭하고 중화하는 것을 포함할 수 있다. 내벽 산화물을 제거하는 플라즈마 방법은 방전 가공 및 증착 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 임의의 산화물 코팅은 산 또는 플라즈마 에칭과 같은 당업계에 공지된 수단에 의해 펌프 튜브의 내부에 대해 제거된다. 튜브의 내부는 은 또는 은-구리 합금과 같은 연료 용융물의 금속으로 코팅되어 사용되기 전까지 내벽을 산화로부터 보호할 수 있다. 코팅은 용융 금속의 도포, 전기 도금, 무전해 도금, 증착, 화학 증착 및 당업자에게 공지된 다른 방법을 포함하는 적어도 하나의 방법에 의해 달성될 수 있다.
펌프는 용융 금속으로 전류 흐름을 도입하는 이러한 동일한 영역에서 튜브의 측면에 전기 연결부를 갖는 버스 바 또는 금속 태브(tab)를 더 포함한다. 버스 바는 고 저항 용접으로 부착되거나, 세라믹 피드-스루(도 2i24 및 도 2i27)는 Ag 금속과 같이 펌핑된 용융 금속에 전류를 공급하는 EM 펌프 튜브의 버스 바에 사용될 수 있다. 세라믹 피드-스루는 가스 또는 수냉과 같은 방법으로 냉각될 수 있다. 각각의 EM 펌프 버스 바 또는 태브는 (i) 튜브가 승온에 있을 때 버스 바와 각각 꼭 끼워 맞춰지는 대향 벽 위의 튜브 벽의 측면에 직사각형의 관통부와 같은 관통부를 가공하는 단계, (ii) 버스 바를 수용하기 위해 관통부를 확장시키도록 관을 가열하는 단계, (iii) 관통부를 통해 버스 바를 삽입하는 단계, (iv) 버스 바를 펌프 튜브에 압축 결합시키도록 튜브를 냉각하는 단계, 및 (v) 버스 바의 삽입을 수용하기 위해 관통부를 확장시키는데 사용되는 온도보다 더 낮은 온도에서 펌프를 작동시키는 단계에 의해 용융 은과 같은 용융 금속에 직접적으로 접촉될 수 있다. 대안으로, 각각의 EM 펌프 버스 바 또는 태브는 (i) 버스 바에 각각 꼭 끼워 맞춰지는 대향 벽 상의 튜브 벽의 측면에 플랩을 가공하는 단계, (ii) 버스 바를 플랩의 슬릿을 통해 삽입하는 단계, 및 (iii) 버스 바와 펌프 튜브의 압축 결합을 형성하도록 버스 바에 플랩을 기계적으로 압착하는 단계에 의해 용융 은과 같은 용융 금속에 직접적으로 접촉될 수 있다. 다른 실시예에서, 태브는 평탄 튜브의 대향 측벽에 만들어진 내향 돌출 딤플에 용접될 수 있다. 다른 실시예에서, 전류는 펌프 튜브 벽과 접촉하는 영역에 대해 금속과 펌프 버스 바의 접촉 면적을 증가시킴으로써 튜브의 용융물에 선택적으로 공급될 수 있다. 용융물과의 접촉 영역은 버스 바를 튜브의 내부의 펌프 튜브 벽을 통해 돌출시켜서 버스 바를 용융물에 삽입함으로써 증가시킬 수 있다. 내부 돌출부는 용융물과의 접촉 표면적을 증가시키기 위해 곡선 플레이트와 같은 형상 또는 구조물을 포함할 수 있다. 버스 바는 용접 및 압축 결합 중 적어도 하나에 의해 펌프 튜브 벽에 체결될 수 있다. 예시적인 펌프 튜브 및 버스 바는 지르코늄, 니오븀, 티타늄 및 탄탈의 그룹 중 적어도 하나를 포함한다.
버스 바는 관통부에서 버스 바와 튜브 벽이 접촉하는 영역에 산화물 코팅과 같이 전도성이 낮은 코팅을 각각 포함할 수 있다. 예시적인 버스 바 및 이에 대응하는 낮은 전도성 코팅은 각각, 지르코늄 및 지르코늄 산화물, 니오븀 및 니오븀 산화물, 티타늄 및 티타늄 산화물, 니켈 및 니켈 산화물, 및 탄탈 및 탄탈 산화물이다. 산화물은 산소 중에서의 가열 또는 양극산화에 의해 형성될 수 있다. 용융물과 접촉하는 전도성이 요구되는 섹션은 산화 중에 마스킹되거나 그 산화물은 버스 바가 기계적 연마, 화학적 에칭 또는 화학적 환원과 같은 수단에 의해 산화물로 코팅된 후에 용융물 접촉 영역으로부터 제거될 수 있다. 버스 바와 셀 벽 사이의 높은 저항으로 인해 저저항 전기 경로가 펌프 튜브 내부의 금속 용융물을 통과한다. 전류는 평탄한 섹션을 가로질러 흐를 수 있는 반면에, 자속은 평탄한 섹션을 통과하여 전류 흐름에 직각으로 흐를 수 있으며, 이는 전류 및 자속에 직각인 금속 상에 힘을 생성할 수 있다. 전자기 펌프는 직류 또는 교류로 작동할 수 있다. 전자의 경우에, 자석은 영구 자석 또는 DC 전자석을 포함할 수 있다. 교류로 작동할 때, 자석은 AC 전자석을 포함한다. AC의 경우에, 금속의 전기 흐름 방향은 반-주기마다 바뀔 수 있으며, 전자석은 또한 동일한 교류로 전력을 공급받아 자기장이 반-주기마다 방향을 바꿀 수 있으므로 금속에 작용하는 힘은 맥동할 수 있지만 항상 동일한 방향일 수 있다. 펌프는 대류 냉각될 수 있다. 그러나 은과 같은 펌핑된 금속 온도가 1000 ℃ 이상으로 높으면, 펌프는 강제 대류 및 수냉과 같은 보조 냉각으로 냉각될 수 있다. 실시예에서, 에너지는 전자기 펌프(5k)에 의한 펌핑을 야기하기 위해 금속을 통한 전류의 흐름에 의한 금속을 저항 가열로서 소산되며, 이러한 에너지는 제 2 용기(5c)의 히터(5o)에 의한 가열을 보충한다. 실시예에서, 금속은 금속과 접촉하는 전극을 사용하여 금속을 통해 전류를 흐르게 함으로써 직접 저항 가열될 수 있다.
펌프(5k)는 3-상 선형 환형 유도 펌프를 포함할 수 있다. 펌프는 공간에 의해 분리된 2개의 환형 튜브를 포함할 수 있다. 금속은 2개의 동심 튜브 사이의 환상 공간을 통해 흐를 수 있으며, 2개의 튜브의 내부는 이동하는 방사상 자기장의 라인이 통과하는 자기 코어를 포함할 수 있다. 튜브 주위의 3-상 고정자가 자기장을 발생시킬 수 있다. 유도 전류의 흐름은 환형 공간 내에서 원형일 수 있어서, 자기장의 라인을 절단한다. 축 방향으로 가해지는 힘은 펌프를 통한 액체 금속의 이동을 초래할 수 있다.
펠릿타이저는 당업자에게 공지된 것과 같은 유량계를 포함할 수 있다. 유량계는 운동 중인 액체 금속과 인가된 자기장 사이의 상호 작용으로부터 발생하는 통합 또는 벌크 로렌츠 힘을 측정하는 로렌츠 힘 속도계 또는 로렌츠 유량계를 포함할 수 있다. 유량계는 자기장이 횡 방향 x-축을 따라 인가되고, 셋트 전극이 횡 방향 y-축을 따라 인가되며, 전도성 용융 금속의 z-축을 따른 흐름이 전자기 유도의 패러데이의 법칙에 따라 흐름 속도에 선형적으로 비례하는 전극을 가로지르는 전압을 생성하는 패러데이 유도 법칙에 기초한 것을 포함할 수 있다. 유량계는 비접촉 전자기 유량계를 포함할 수 있는데, 이 유량계는 자기장 내의 전도체의 이동에 의해 야기되는 자기장의 왜곡의 양을 측정함으로써 작동한다. 이를 달성하기 위해, 영구 자석이 이동하는 재료 근처에 설정될 수 있다. 이동 재료는 파이프 또는 도관 내에 포함되거나 포함되지 않을 수 있다. 자기장의 이동량은 유량으로서 교정 지시기에 의해 판독되는 용융물의 속도에 대응하는 용융물 흐름 방향으로 측정될 수 있다.
용융 연료의 압력은 노즐(5q) 밖으로 방출될 때 샷(5t)을 형성하는데 충분할 수 있다. 가스 압력은 약 0.01 토르 내지 100 기압, 1 토르 내지 10 기압, 10 토르 내지 5 기압, 및 100 토르 내지 1 기압 중 하나 이상의 범위와 같이 셀 압력에 비례하여 상승될 수 있다. 전자기 펌프(5k)는 용기 및 노즐로부터의 용융 흐름 및 방출을 유발하기 위해 가스 압력보다 큰 압력을 발생할 수 있다. 샷(5t)은 다른 비접촉 전극(8)들 사이에서 수축을 일으키기 위해 전극-간 영역으로 들어가는 발사체를 포함할 수 있다. 그 결과적인 높은 전류 흐름은 플라즈마 형성과 같은 연료의 점화를 초래한다. 실시예에서, 연료는 샷보다는 오히려 연속적인 스트림 또는 샷과 혼합된 연속적인 스트림의 간격의 조합을 포함할 수 있다. 실시예에서, 펌프(5k)에 의해 발생된 펠릿타이저(5a) 내의 압력은 H2 및 증기와 같은 용융물에 인가된 임의의 가스의 압력 및 노즐(5q) 위의 전극 높이에서의 중력에 대응하는 압력 중 적어도 하나보다 더 높다. 후자의 경우에, 노즐(5q)을 떠난 후에, 방출된 연료는 중력에 대항하여 전극들 사이의 점화 지점으로 연료를 이송하는데 충분한 운동 에너지를 갖는다.
실시예에서, 점화 생성물은 회수되어 펠릿타이저(5b)의 제 1 용기에 수집되어 용융된다. 용융물은 적어도 하나의 전자기 펌프(5k)에 의해 펌핑될 수 있다. 실시예에서, 제 1 용기(5b)의 입구는 셀(26)의 수직축(z 축)을 따라 정렬될 수 있다. 용융물은 용융물을 제 2 용기(5c)로 펌핑하는 펌프(5k)로 제 1 용기(5b)에서부터 흐를 수 있다. 제 2 용기(5c)는 용융물 흐름 방향이 대향하는 분리 전극(8)의 가장 인접한 영역을 포함하는 주입 또는 점화 지점을 향하여 네거티브 z-축으로부터 포지티브 z-축으로 서서히 변화하도록 구부러지는 섹션을 가질 수 있다. 제 1 용기(5b) 및 제 2 용기(5c) 중 적어도 하나는 파이프 형상일 수 있다. 용기는 입구에서 셀로부터의 점화 생성물을 수용하고 출구 또는 노즐에서 셀의 전극으로 재생된 연료를 방출할 수 있도록 아크, 반원형, U 형상 또는 다른 그러한 형상을 포함한다. 펠릿타이저에서의 전자기(EM) 펌프의 개선된 패키징을 위한 실시예에서, 펌프 튜브로부터 EM 펌프의 상부까지 EM 펌프 높이는 감소된다. 네오디뮴 자석 및 자기 회로의 얕은 자극편과 같은 영구 자석의 높이는 원하는 전체 높이를 제공할 수 있다. 펌프 튜브 말단의 이러한 EM 펌프 섹션은 냉각될 수 있다. 말단 섹션은 말단 자석을 열적으로 절연 및 냉각시키기 위해 자기 회로 내에 단열 스페이서 및 냉각 판을 포함할 수 있다. 냉각 또는 냉각 판은 당업계에 공지된 Masimo 또는 다이오드 레이저 냉각 판에 의해 제조된 것과 같은 집광기 광전지 중 하나와 같은 마이크로 채널 판을 포함할 수 있다.
제 2 용기(5c)는 용융물이 주입 지점으로 지향된 파이프형 제 2 용기(5c)의 단부에 있는 노즐(5q) 쪽으로 흐를 때 수소 매니폴드 및 입구 라인(5w) 그리고 증기 매니폴드 및 입력 라인(5x)과 같은 용융물에 H2 및 가스상 H2O 중 적어도 하나를 공급하는 적어도 하나의 매니폴드를 포함할 수 있다. 실시예에서, H2 및 H2O 주입 시스템은 가스 라인, 매니폴드, 압력 게이지, 조절기, 유량계 및 주입기를 포함하고, 양 가스가 공통 매니폴드로 주입되는 경우에 H2-증기 혼합기 및 조절기를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 액체 물이 용융물에 주입될 수 있다. 주입은 연동 펌프 및 중력 공급부와 같은 펌프 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다. 실시예에서, 연료의 금속은 구리-은 합금을 포함할 수 있다. 수소 매니폴드 및 입력 라인(5w)을 통해 용융물로 주입된 H2 가스는 셀의 작동 중에 형성된 CuO와 같은 합금의 임의의 산화물을 감소시키는데 사용될 수 있다. 또한, 합금의 산화물은 간헐적 일 수 있는 수소 가스의 첨가에 의해 셀 내의 원위치에서 환원될 수 있다. 합금의 산화물은 또한 셀 외부의 수소 처리에 의해 환원될 수 있다.
펠릿타이저(5a)는 적어도 하나의 유도 결합 히터와 같은 적어도 하나의 히터로 가열될 수 있다. 실시예에서, 유도 결합 히터는 유도 결합된 히터 전원(5m)을 포함할 수 있다. 펠릿타이저 (5a)는 제 1 용기(5b)를 따라 그의 입구로부터 전자 펌프(5k)의 입구까지 연장될 수 있는 제 1 유도 결합 히터 코일(5f)로 가열될 수 있다. 코일(5f)을 포함하는 제 1 유도 결합 히터는 도가니(5d) 및 절연체(5e)를 갖는 제 1 용기(5b)에 대해 원주 방향일 수 있다. 히터는 전자기 펌프(5k)의 출구로부터 제 2 용기(5c)의 노즐(5q)까지 제 2 용기(5c)를 따라 연장할 수 있는 제 2 유도 결합 히터 코일(5o)을 더 포함할 수 있다. 코일(5o)을 포함하는 제 2 유도 결합 히터는 도가니(5d) 및 절연체(5e)를 갖는 제 2 용기(5c)에 대해 원주 방향일 수 있다. 대응하는 제 1 및 제 2 가열 코일은 제 1 및 제 2 가열 섹션 또는 구역을 형성한다. 제 1 섹션은 펌핑되는 용융물을 형성하기 위해 적어도 은의 융점(962 ℃) 초과인 온도로 가열될 수 있다. 용기 및 코일은 회수된 생성물 용융물을 더 포함하는 높은 Q 공동을 포함할 수 있다. 실시예에서, H2O 및 H2 중 적어도 하나와 같은 가스가 주입되어 용융물의 저항을 증가시켜 유도 결합 히터로부터 방사선과 용융물의 결합을 향상시킬 수 있다. 제 2 섹션은 제 1 섹션에 비해 과열될 수 있다. 제 2 섹션의 용융물의 온도는 약 965 ℃ 내지 3000 ℃, 965 ℃ 내지 2000 ℃, 및 965 ℃ 내지 1300 ℃ 중 적어도 하나의 범위로 유지될 수 있다. 광학 고온계, 서미스터 또는 열전쌍은 용융물의 온도를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 실시예에서, 저항 가열과 같은 메커니즘으로 인해 펌프(5k)에서 소산된 전력은 용융물을 가열하는데 기여할 수 있다. 과열은 용융물에서 H2 및 증기 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 처리 가스의 흡수를 증가시킬 수 있다.
실시예에서, 펠릿타이저는 코일 안테나와 같은 안테나를 각각 포함하는 유도 결합 히터 및 유도 결합 히터 리드(5p)를 통해 히터 코일(5f 및 5o)에 전자기 전력을 공급하는 유도 결합 히터 전원(5m)를 포함할 수 있다. 유도 결합 히터 전원(5m)은 복수의 안테나에 대한 공유 전원을 포함할 수 있으며, 각 안테나에 대한 전력은 정합 또는 동조 회로와 같은 회로에 의해 조정될 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 안테나는 그의 독립적인 전원에 의해 구동될 수 있다. 공유 또는 별도의 전원의 경우에, 각각의 히터는 각각의 코일에 의해 전달된 전력에 대한 제어기를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 유도 결합 히터는 하나의 전원에 의해 구동되는 하나의 안테나를 포함하며, 안테나는 제 1 가열 섹션 및 제 2 가열 섹션 각각에 원하는 비율의 전력을 선택적으로 전달하도록 설계된다. 가열 전력은 (i) 예를 들어, 상이한 수의 코일 권선에 의해 달성되는 안테나 이득, (ii) 가변적인, 제어 가능한 안테나 이득, (iii) 스위치, 및 (iv) 정합 또는 동조 회로 네트워크에서의 일정한 차이와 같은 분할 수단에 따라 두 섹션 사이에서 분할될 수 있다. 2 개의 코일 섹션은 전자기 펌프(5k)를 가교연결할 수 있는 섹션들 사이의 추가의 유도 결합 히터 리드(5p)에 의해 연결될 수 있다. 리드는 가열 전력이 코일(5f 및 5o)에 의해 연료 용융물로 선택적으로 전달되고 소산되도록 전력을 소산하기보다는 전달하도록 설계될 수 있다.
유도 결합 히터에 의해 가열된 섹션은 각각 결합된 히터의 RF 방사선과 같은 방사선에 대해 투명한 재료를 포함하는 도가니를 포함할 수 있다. 예시적인 재료는 석영 또는 실리카와 같은 이산화규소, 지르코니아 및 사파이어, 알루미나, MgF2, 질화규소 및 흑연이다. 각각의 도가니는 유도 결합 히터의 방사선에 또한 투명한 고온 절연체(5e)로 절연될 수 있다. 전자기 펌프(5k)와 접촉하는 제 2 용기(5c) 부분은 전도체 및 자기장-투과성 재료를 포함할 수 있어서 펌프(5k)의 인가된 전류 및 자기장이 용융물을 통과할 수 있다. RF 투명 섹션은 플랜지 및 개스킷을 포함하는 것과 같은 조인트에 의해 전도성 및 자기장-투과성 섹션에 연결될 수 있다. 조인트는 C-클램프, 클램쉘(clamshell) 유형, 볼트 피팅 또는 조임 와이어와 같은 클램프를 포함할 수 있다. 조인트는 고온에서 작동할 수 있고 용융된 연료에 안정적일 수 있다. 예시적인 개스킷은 흑연 개스킷이다. 대안으로, 개스킷은 연료가 용기에서 액체이고, 온도가 융점 미만인 펌프와 용기의 조인트 또는 결합부의 둘레에서 고체인 용융 연료 전지에서 일반적인 습식 밀봉 유형을 포함할 수 있다. 결합부는 파이프 버블러와 밸브에 대한 적어도 하나의 관통부를 포함할 수 있다.
펌프가 일반적인 도가니 및 튜브 재료 및 펌프 튜브에 적합한 유형인 경우에, 전자기 펌프(5k)를 통한 펌프 튜브는 유도 결합 히터의 방사선에 대해 투명한 재료를 포함할 수 있다. 펌프 튜브의 재료는 제 1 용기 및 제 2 용기 중 적어도 하나와 동일한 재료일 수 있다. 조인트는 실리카, 석영, 알루미나, 사파이어, 지르코니아, MgF2 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나와 같은 유도 결합 히터의 방사선에 대해 투명한 재료를 포함하는 세라믹-세라믹 조인트를 포함할 수 있다. 대안으로, 펌프가 일반적인 도가니 및 튜브 재료에 적합한 유형이고 펌프 튜브가 적어도 하나의 용기와 공통 또는 동일한 재료를 포함하는 경우에, 조인트는 제거되어 펌프를 통해 용기와 연통한다. 예시적인 유도 유형 또는 기계식 펌프의 용기 및 펌프 튜브 중 적어도 하나의 예시적인 재료는 질화규소이다. 다른 실시예에서, 제 1 용기, 제 2 용기, 제 2 용기의 매니폴드 섹션 및 펌프 튜브의 그룹으로부터의 적어도 하나의 구성요소는 구성요소에 함유된 연료 금속이 간접적으로 가열되도록 금속 또는 흑연과 같은 유도 결합 히터의 방사선을 흡수하는 재료를 포함할 수 있다. 히터는 구성요소를 가열할 수 있고, 가열된 구성요소로부터의 열 전달은 구성요소 내부의 연료 금속을 2차 가열할 수 있다.
특정한 예시적인 실시예에서, 제 1 용기(5b)는 석영과 같은 RF 투명 재료를 포함한다. 제 1 용기의 석영 섹션은 전자기 펌프(5k)의 고온 스테인리스 스틸(SS) 파이프 튜브와 같은 금속 파이프 튜브에 연결되는 고온 스테인리스 스틸(SS) 엘보(elbow)와 같은 금속 엘보에 연결된다. 튜브는 석영과 같은 RF 투명 재료에 추가로 연결되는 고온 스테인리스 강(SS) 엘보와 같은 금속 엘보를 포함하는 제 2 용기(5c)에 연결된다. 석영 튜브는 노즐(5q)에서 끝난다. 제 2 용기는 셀을 관통하여 노즐(5q)을 전극(8)의 갭(8g)과 정렬시킬 수 있는 S 또는 C 형상 단면을 더 포함할 수 있다. 연결되는 섹션들 사이의 각각의 조인트는 클램프 및 개스킷, 예컨대 흑연 개스킷을 포함할 수 있다. 실시예에서, 펠릿타이저는 RF 투명 섹션과 같은 짧은 가열 섹션(5b), 펌프 튜브에 대한 금속 조인트 전이부, 용기(5b)의 수직 섹션에 있을 수 있는 전자기 펌프(5k), 노즐(5q)에서 끝나는 제 2의 긴 RF 투명 가열 섹션(5c)을 통해 연장하는 파이프 버블러(5z)에 대한 금속 피팅 또는 관통부를 갖는 금속 엘보와 같은 엘보로의 전이부를 포함한다. 제 1 및 제 2 용기를 포함하는 RF 투명 섹션은 석영을 포함할 수 있고, 석영-금속 조인트는 클램프와 함께 유지되는 연결된 섹션 상에 석영 및 금속 립을 포함할 수 있다. 예시적인 파이프 튜브 크기 및 용기 크기는 각각 1cm ID 및 2cm ID이다. 파이프 튜브는 고온 스테인리스 스틸을 포함할 수 있고, RF 투명 용기는 석영을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 제 1 용기(5b), 제 2 용기(5c), 펌프 튜브, 제 2 용기(5c)의 매니폴드 섹션(도 2i11), 및 파이프 버블러(5z)(도 2i13) 중 적어도 하나를 포함하는 용융 도관 구성요소 및 가스 전달 구성요소와 같은 적어도 하나의 펠릿타이저는 유도 결합 히터(들)로부터 적어도 일부 전력을 흡수하고 은 또는 Ag-Cu 합금 용융물과 같은 연료 용융물을 간접적으로 가열하는 재료를 포함할 수 있다. 후자의 경우에, 석영, 실리카, 사파이어, 지르코니아, 알루미나 또는 세라믹 벽과 같은 용기 벽은 유도 결합 히터의 RF 전력에 대해 투명할 수 있다. 펠릿타이저 구성요소는 고온의 스테인리스 스틸, 니오븀, 니켈, 개질된 9Cr-1Mo-V (P91), 21/4Cr-1Mo 스틸 (P22)과 같은 크롬 몰리브덴 스틸, 몰리브덴, 텅스텐, H242, TZM, 티타늄, 크롬, 코발트, 텅스텐 카바이드, 및 연료 용융물보다 더 높은 융점을 갖는 다른 금속 및 합금을 포함할 수 있다. 금속은 히터로부터의 방사선을 흡수하는데 높은 효율을 가질 수 있다. 용기와 같은 구성요소는 간접적으로 연료 용융물을 효과적으로 가열하기 위해 좁을 수 있다. 예시적인 용기는 1/4 인치 내지 3/8 인치 ID의 튜브 크기를 갖는 튜브이다. 용기, 펌프 튜브 및 파이프 버블러와 같은 구성요소의 용융물 접촉 표면은 주입 증기 또는 증기가 되는 물과의 반응을 방지하기 위한 패시베이션 층을 형성하기 위해서 산소 분위기에서의 가열과 같은 수단에 의해 예비 산화될 수 있다. 실시예에서, 구성요소의 벽은 물과의 반응으로부터 벽을 보호하는 은 용융물과 같은 용융물로 습윤될 수 있다. 이러한 경우에, 물 반응성 금속이 펠릿타이저 구성요소로 사용될 수 있다. 조인트는 용접, 스왜즈락(Swagelok) 및 금속 부품을 연결하는 기술 분야에 공지된 다른 것일 수 있다. 상기 부품은 지르코늄, 니오븀, 티타늄, 탄탈, 다른 내화 금속, 및 Haynes 188, Haynes 230 및 Haynes HR-160 중 적어도 하나와 같은 고온 스테인리스 스틸 중 적어도 하나와 같은 펌프 튜브와 동일한 재료로 만들어질 수 있다.
실시예에서, 5f 및 5o와 같은 유도 결합 히터 중 적어도 하나에 의해 가열되는 펠릿타이저의 적어도 하나의 용기는 유도 결합 히터의 방사 전력을 흡수하고 용기에 담겨있는은과 같은 금속을 간접적으로 가열하는 금속과 같은 재료를 포함한다. 유도 결합 히터의 RF 방사선을 흡수하는데 매우 효과적인 예시적인 금속은 탄탈, 니오븀, 철 금속 및 chromoly 금속이다. 실시예에서, 펠렛 화기의 적어도 하나의 용기는 탄탈, 니오븀 또는 chromoly와 같은 철 금속과 같은 유도 결합 히터로부터의 방사선을 효율적으로 흡수하는 재료를 포함하는 튜빙을 포함한다. 튜빙은 유도 결합 히터의 코일 내에서 더 긴 길이의 섹션을 가열할 수 있도록 감겨질 수 있다. 튜빙은 튜빙의 내부의 금속을 효과적으로 간접적으로 가열하기 위해 약 1 mm 내지 10 mm의 범위와 같은 작은 직경을 가질 수 있다. 연마 또는 전해 연마된 튜빙과 같은 튜빙은 낮은 방사율을 가질 수 있다. 튜빙은 유도 결합 히터의 방사선에 실질적으로 투명한 절연체와 같은 절연체로 감싸질 수 있다. 절연체는 전도 및 대류 열 손실을 최소화하는데 효과적일 수 있으며 방사 전력 손실을 감소시키기 위해 튜빙으로부터의 적외선을 적어도 부분적으로 반사시킬 수 있다. 실시예에서, 펠렛 화기는 펠릿타이저의 적어도 일부 주위에 진공 챔버를 제공하는 진공 챔버 또는 셀 연장부를 더 포함할 수 있다. 용기 주위의 진공은 전도 및 대류 열 손실을 감소시키고 원하는 온도에서 용융물을 유지하기 위해 요구되는 히터 전력을 낮출 수 있다. 진공은 튜빙의 원하는 낮은 방사율을 유지하는 튜빙의 산화를 더욱 감소시킬 수 있다.
가스 매니폴드를 포함하는 가스 처리 섹션에서, 용기 벽은 수소에 대한 투과율을 낮추도록 감소되거나 고온일 수 있는 재료로 구성될 수 있다. 적합한 재료는 텅스텐 및 몰리브덴 및 질화물 결합 실리콘 질화물 튜브와 같은 내화 금속이다. 용기는 매니폴드 섹션의 유도 결합 히터가 없는 경우에 절연재로 라이닝될 수 있다. 이러한 섹션은 용융물이 이러한 섹션으로 흐르는 제 2 용기의 인접한 섹션에 의해 절연되고 가열될 수 있다. 필요하다면, 절연과 더불어 금속 벽을 가열하고 용융물을 간접적으로 가열하는 유도 결합 히터에 의해 온도가 유지될 수 있다. 대안으로, 저항 히터와 같은 다른 유형의 히터가 사용될 수 있다. 실시예에서, 매니폴드 섹션은 용융물로 H2 및 가스상 H2O의 혼입 속도를 증가시키는 혼합기를 더 포함한다. 혼합기는 용융물 내에 와전류를 생성하기 위해 전류 및 자기장 중 적어도 하나를 이용하는 것과 같은 전자기 유형 또는 이동하는 교반기 블레이드 또는 임펠러를 포함하는 기계식 유형을 포함할 수 있다. H2 및 가스상 H2O는 용융물에 혼입되어 점화 지점에서 노즐(5q)로부터 방출되는 용융 연료를 형성한다. 펠릿타이저(5a)는 가스 탱크 및 매니폴드(5w 및 5x)에 각각 연결되는 라인(5u 및 5v)과 같은 H2 및 H2O 소스를 더 포함한다. 대안으로, H2O는 H2O 탱크, 증기 발생기 및 증기 라인(5v)에 의해 증기로서 제공된다. 수소 가스는 발전기에 의해 생성된 전기를 사용하여 물의 전기 분해에 의해 제공될 수 있다.
노즐(5q)로부터의 고압 용융물의 방출은 전극으로의 연료의 주입을 달성하며, 고압은 적어도 하나의 전자기 펌프(5k)에 의해 생성된다. 압력은 용융물 용기(5c)의 횡단면적에 대한 방출 노즐(5q)의 횡단면적을 제어함으로써 증가될 수 있다. 노즐 오리피스는 조절 가능하고 제어 가능할 수 있다. 전도율 센서와 같은 센서 또는 적외선 센서와 같은 광학 센서와 같은 센서 및 컴퓨터는 펌프(5k)의 압력 및 주입 속도를 제어할 수 있다. 노즐(5q)은 추가의 주입 제어를 제공할 수 있는 개시의 것과 같은 밸브를 더 포함할 수 있다. 밸브는 밸브 시트로서 노즐 개구를 갖는 니들 유형을 포함할 수 있다. 전자기 펌프(5k)를 포함하는 SF-CIHT 셀의 실시예에서, 전자기 펌프의 고속 전류 제어기와 같은 고속 제어기는 밸브로서 기능을 하는데, 이는 펌프에 의해 생성된 압력이 전류에 의존하는 로렌츠 힘(식 (37))에 따라서 본질적으로 전류와 동일한 시간 스케일에서 제거되기 때문이다. 샷 크기는 노즐 크기, 노즐 오리피스를 가로지르는 압력, 전자기 또는 압전 진동기와 같은 진동기에 의해 노즐에 가해지는 진동, 및 용융물의 온도, 점도와 표면 장력 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어될 수 있다. 샷의 운동은 적외선 센서와 같은 광학 센서와 같은 센서로 감지될 수 있다. 위치 데이터는 연료의 흐름을 점화 프로세스와 동기화시키기 위해 주입 및 점화에 대한 제어기 중 적어도 하나에 피드백될 수 있다. 노즐(5q)은 패러데이 케이지(faraday cage)로 둘러싸여 RF 필드가 샷 내의 와전류를 유도하지 못하게 하고 점화가 일어나는 전극 갭으로 샷이 직선 코스로부터 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
노즐(5q)로부터 방출된 후의 표면 장력에 의해 형성된 샷은 열을 방사하고 냉각될 수 있다. 노즐(5q)로부터 전극(8) 사이의 점화 지점까지의 비행 거리는 금속이 구체를 형성하고, 각각의 구체가 외부에 셀을 형성하는데 충분히 냉각될 수 있도록 충분할 수 있다. 구형 샷 및 외부 고체 쉘을 갖는 구형 샷 중 적어도 하나의 형성을 돕도록 냉각 속도를 향상시키기 위해서, 방출된 용융 연료 스트림은 본 개시의 것과 같은 스프레이로 물방울과 같은 물로 분무될 수 있다. 예시적인 워터 스프레이는 포그 버스터(Fog Buster) 모델 # 10110, 미국 특허 제 5,390,854 호이다. 셀에 거친 진공을 유지하기 위해 냉각기로 과도한 물이 응축될 수 있다. 실시예에서, 스프레이 및 물 응축기 또는 냉각기는 방출되자마자 샷(5t)을 냉각시킬 수 있는 노즐 냉각기(5s)로 대체될 수 있다. 냉각은 열을 방사하는 열 질량체를 포함하는 것과 같은 히트 싱크, 냉각기에 대한 라인(31d 및 31e)을 갖는 노즐 상의 열 교환기, 냉각기(31a), 및 노즐(5s) 상의 펠티에 냉각기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 펠릿타이저(5a)의 노즐 섹션으로 흐르는 용융물은 상류 가스 적용 섹션에서 H2 및 H2O와 같은 적용된 가스를 흡수하기 위해서 실질적으로 상승된 온도를 가질 수 있다. 용융 온도는 노즐 냉각으로 급냉될 수 있다. 온도는 용융물이 방출되자마자 융점 바로 위로 낮아질 수 있다. 저온 용융물은 구체를 형성할 수 있으며, 각각은 노즐로부터 전극으로 이동함에 따라 방사형 냉각에 의해 고체 쉘을 형성할 수 있다. 히트 싱크 및 열교환기 및 냉각기와 같은 대략 대용량 냉각 수단을 사용하여, 배출시의 온도는 용융물의 융점의 약 50 ℃ 이내와 같은 대략적인 온도 범위 내로 설정될 수 있다. 용융물의 융점의 약 1 내지 5 ℃ 이내와 같이 원하는 온도 근처의 더 정확한 온도는 펠티어 냉각기와 같이 고도로 제어 가능한 저용량 냉각기에 의해 달성될 수 있다.
펠릿타이저(5a)는 노즐 냉각기(31a) 및 PV 변환기 냉각기(31)와 같은 전력 변환기 냉각기 중 적어도 하나와의 별개의 냉각기 또는 동일한 냉각기를 포함할 수 있는 유도 결합 히터를 냉각시키기 위한 냉각기를 더 포함할 수 있다. 점화 시스템(8a)(도 2h2)은 또한 PV 변환기와 같은 다른 시스템을 또한 냉각시키는 냉각기(31)와 같은 것을 포함할 수 있는 냉각기로 열을 거부하는 열 교환기로 냉각될 수 있다. 점화 시스템 냉각기는 플레인(plain) 베어링 또는 슬립 링, 롤러 샤프트, 및 롤러 전극과 같은 전기 연결 베어링 중 적어도 하나를 냉각시킬 수 있다. 점화 시스템 냉각기는 슬립 링 주위의 워터 자켓(water jacket)과 같은 열교환기를 포함할 수 있다. 워터 자켓 물은 또한 샤프트(7) 및 롤러 전극(8)을 통해 유동할 수 있다. 물의 흐름은 당업계에 공지된 샤프트의 단부에서 수밀, 샤프트 밀봉 베어링 또는 방수 슬립 링을 통해 샤프트(7)와 연결될 수 있다.
연료의 점화는 루트 펌프(root pump), 스크롤 펌프, 저온 펌프, 다이어프램 펌프, 건식 진공 루트 펌프, 및 당업자에게 공지된 다른 것들과 같은 진공 펌프(13a)(도 2i2)로 펌핑될 수 있는 하이드리노와 산소를 형성한다. 과량의 물과 수소는 회수되어 재순환될 수 있다. 물은 차동 펌핑에 의해 제거될 수 있다. 실시예에서, 플라즈마에서 형성된 수소 및 산소는 펌핑 및 분리 수단에 의한 것과 같은 본 개시의 다른 수단에 의해 제거될 수 있다. 수소와 산소의 제거는 과량의 물을 제거하기 위한 수단으로서 사용될 수 있다. 물을 포함하는 분위기가 전극에 유지되는 경우에, 과량의 물은 펌핑에 의해 제거될 수 있다. 물은 셀(26) 내의 냉각기에서 응축되거나 셀(26)의 내부와 연결되어 재사용될 수 있다. 수소는 수소 저장 재료와 같은 세정기에 의해 회수될 수 있다. 대안으로, 수소는 예를 들어, 펌프(13a)를 사용하여 또한 펌핑될 수 있다. 압력은 셀에 의해 방출되는 광의 과도한 감쇠 중 적어도 하나를 방지하고 중력의 영향하에서 점화 입자가 실질적으로 방해받지 않게 허용하는 압력 범위에서 유지될 수 있다. 압력은 약 1 나노토르 내지 100 기압, 0.1 밀리토르 내지 1 기압, 및 10 밀리토르 내지 2 토르 중 적어도 하나의 압력 범위로 유지될 수 있다.
고온 연료의 점화는 저온 연료의 점화보다 적은 에너지를 요구할 수 있으며, 따라서 점화의 타이밍은 고온 연료의 경우에 더 일찍 일어날 수 있다. 점화의 타이밍은 광전지 변환기(26a)(도 2i2)와 같은 전력 변환기를 향하는 광을 제공하는 것과 같은 원하는 영역에 광의 형성을 달성하도록 제어될 수 있다. 연료가 롤러 전극(8) 아래로부터 주입되는 경우에, 롤러 속도는 연료를 위로 이송하여 원하는 영역으로 광이 방출되게 하도록 증가될 수 있다. 시스템은 연료가 롤러에 의해 이송될 때 점화를 지연시키는 지연 라인과 같은 점화 전류 지연 소자를 포함하여 광이 원하는 영역에서 생성되게 할 수 있다. 전력은 주입 속도와 샷의 크기를 제어함으로써 제어할 수 있다. 유속은 펌핑 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다. H2 및 H2O 함량은 가스 압력, 노출 시간, 및 용융 온도와 같은 가스 흡수 조건을 제어하여 SF-CIHT 셀의 출력을 제어함으로써 또한 제어될 수 있다.
롤러 전극(8)과 같은 전극을 원위치에서 수리하는 실시예에서, 용융 은과 같은 용융물은 워터 스프레이, 열교환기 및 냉각기, 또는 펠릿타이저에 냉각기와 같은 가스 처리 및 냉각 중 적어도 하나 없이 주입될 수 있다. 처리되지 않은 금속은 재료가 전극 표면에 결합될 수 있도록 하이드리노를 형성하는 점화가 없다는 점에서 "더드" 재료의 역할을 한다. 용융물이 외부 쉘을 갖는 샷으로 냉각되지 않는 경우에, 결합은 더 많이 분산되고 균일해질 수 있다. 용융된 물방울은 새로운 금속으로 시간이 지남에 따라 표면을 덮기 위해 주입으로 전극 표면에 충격을 줄 수 있다. 과량 금속은 드레싱 휠, 정밀 연삭기 및 선반 중 적어도 하나의 사용과 같은 개시의 수단에 의해 기계 가공될 수 있다. 밀링은 롤러 전극이 회전할 때 표면을 밀링하는 고정된 연마 블레이드에 의해 달성될 수 있다. 블레이드의 높이는 조절할 수 있다. 대안으로, 과량 재료는 방전 가공(EDM)에 의해 제거될 수 있으며, 여기서 EDM 시스템은 전극 및 전원을 포함할 수 있다. 각각의 전극은 표면을 조절하기 위한 드레싱 휠을 가질 수 있다. 롤러는 밀링, 연삭, 래핑, 정밀 다듬질 및 열처리 중 적어도 하나에 의해 원하는 반경으로 평탄화되고 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 전극 보수 또는 수리 시스템은 롤러 손상을 검출하기 위한 레이저와 같은 광학 센서와 같은 센서를 포함한다. 제어기는 소정의 바람직한 크기 공차 내에 전극을 유지하기 위해 폭발 손상을 수리하기 위해 부착물, 과량 재료의 제거 및 드레싱을 제어할 수 있다.
중력에 대한 셀의 방위와 독립적일 수 있는 실시예에서, 점화 생성물은 정전기 및 전자기 회수 시스템 중 적어도 하나에 의해 회수될 수 있다. 실시예에서, 정전기 회수 시스템은 점화 생성물 분말이 포지티브(네거티브) 전극과 같은 하나의 전극에 의해 충전되게 하는 고전압으로 유지될 수 있는 적어도 하나의 전극 세트를 포함하고, 대전된 입자는 네거티브(포지티브) 전극과 같은 반대로 대전된 전극에 의해 수집된다. 입자는 코로나 방전과 같은 네거티브 전극에서의 방전에 의해 생성된 전자에 의해 충전될 수 있다. 대안으로, 은을 포함하는 것과 같은 입자는 ESP 전극 사이의 높은 필드에서 양으로 대전될 수 있다. 전극에 의해 생성된 전기장의 방향은 입자가 데카르트 좌표계의 적어도 두 방향을 따르는 궤도에서 이동하도록 지향될 수 있다. 입자는 펠릿타이저의 입력일 수 있는 수집기로 직접 이동할 수 있다. 분말은 펠릿타이저에서 용융될 수 있고, 전자기 펌프는 용융물을 펌핑하여 이를 이송할 수 있다. 용융물은 가스로 처리되어 연료가 되어 전극으로 주입될 수 있다.
다른 실시예에서, 점화 생성물 분말은 적어도 하나의 수집 전극 상에 수집되도록 데카르트 좌표계의 하나의 축을 따라서 주로 이송될 수 있다. 이어서, 분말은 기계적 및 정전기적 이송기와 같은 적어도 하나의 이송기에 의해 펠릿타이저로 이송될 수 있다. 전극은 전하가 수집 전극의 표면 상에 유지되는 장벽 전극을 포함할 수 있다. 수집된 충전 분말은 충전된 상태로 유지될 수 있다. 전력은 일련의 전기 절연된 수집 전극에 의해 이송될 수 있는데, 정수 n 전극의 일련의 전극(n + 1)은 전압의 인가에 의해 전기적으로 충전되는 반면에, 전극(n)은 방전되거나 반대로 대전되어 분말이 전극(n + 1)에 부착되고 전극(n)에 의해 더 이상 부착되거나 반발되지 않는다. 일련의 전극은 전기적으로 순차적으로 활성화되고 비활성화되어 전력을 펠릿타이저와 같은 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. n 개의 일련의 전극은 수직 방향으로 지향되는 광을 갖는 표준 설계가 역전 방위로 작동되는 경우에 수직 방향과 같은 임의의 원하는 방향으로 분말을 이동시킬 수 있다. 실시예에서, 일련의 전극은 분말을 셀의 플라즈마 함유 영역으로 이동시킬 수 있으며, 여기서 본 개시의 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템은 분말의 회수를 완료할 수 있다. 플라즈마 전도율이 낮은 경우에, 전기 집진기가 사용되어 점화 생성물을 수집하거나 점화 생성물을 높은 전도율을 갖는 영역으로 지향시킬 수 수 있다. 높은 플라즈마 전도율의 영역에서, 점화 생성물은 장벽 전극 정전기 집진기 및 증강된 플라즈마 레일 건 회수 시스템 중 적어도 하나에 의해 회수될 수 있다.
전기 집진기(ESP)는 광전지(PV) 변환기 및 PV 변환기 전력의 전력 조절기 중 적어도 하나로부터 연장될 수 있는 고전압 전원을 포함할 수 있다. 전원은 ESP 전극 간에 전력을 공급하여 정전기 침전을 일으킬 수 있다. 실시예에서, ESP 집진기는 하나의 극성의 와이어 전극(88)(도 2i23) 및 반대 극성의 적어도 하나의 상대 전극(89)과 같은 중심 전극과 같은 전극 세트를 더 포함한다. 와이어 전극은 상대 전극(들)과 함께 코로나 방전을 생성할 수 있다. 와이어는 전기장을 강화하기 위해 예리한 니들과 같은 물체를 포함할 수 있다. 수집 또는 집진기 전극과 같은 상대 전극은 셀 벽 및 펠릿타이저에 대한 입구 근처의 입구 또는 영역 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고전압 전원과 같은 ESP 전원은 와이어 전극과 같은 중심 전극에 높은 음 전압을 인가할 수 있고, 셀 벽 및 입구 중 적어도 하나와 같은 수집 전극은 접지될 수 있다. 은을 포함하는 것과 같은 입자는 양으로 대전되고 네거티브 와이어 또는 로드 상에 수집된다. 대안의 실시예에서, 고전압 전원은 와이어 또는 로드 전극과 같은 중심 전극에 높은 양 전압을 인가할 수 있고, 셀 벽 및 입구 중 적어도 하나와 같은 수집 전극은 양으로 대전된 은 입자가 셀 벽과 입구에 수집되도록 접지될 수 있다. (입자가 음으로 대전될 때 두 경우에 대해 반대가 발생한다.) 수집된 입자는 펠릿타이저의 입구로 이송될 수 있다. 이송은 중력, 정전기장, 전자기장 및 기계적 수단 중 적어도 하나에 의해 이루어질 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 전극은 적어도 하나의 와이어(도 2i23의 88), 와이어 거즈(도 2i23의 89), 또는 PV 변환기로의 셀 방출을 실질적으로 차단하지 않는 와이어 메쉬를 포함할 수 있다. 전극은 냉각이 방사선에 의해 주로 달성될 수 있도록 Mo 또는 W와 같은 내화 금속과 같은 내화성 전도체를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 중심 와이어는 500 V와 1500 V 사이에서 음으로 대전되는 반면에, 반경 10 cm의 두 개의 상대 전극 판은 접지된다. 셀 압력은 약 30 내지 50 mTorr이다. 양으로 대전된 은 입자는 네거티브 중심 전극의 50 mA에서 정전기적으로 수집된다. 입자는 중심 와이어와 접촉시 중화되고, 중화된 은 입자는 중력에 의해 수집기로 떨어진다. 전기장 강도는 전극의 간격을 감소시키고 인가된 ESP 전극 전압을 증가시킴으로써 더 높은 ESP 힘 및 ESP 효과를 제공하도록 증가될 수 있다. 작동 시간과 ESP 효과는 점화 생성물의 궤도를 따라 전극의 수직 길이를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
실시예에서, 셀(26)은 셀을 따라 교류 주파수 전력을 전파시키기 위한 플라즈마 매체의 임피던스 정합에 기초하여 폭발 영역으로부터 원하는 거리에 플라즈마 및 입자를 반사시키는 임피던스를 갖도록 설계되는 전송 라인 또는 도파관을 포함할 수 있다. 교류 주파수는 제어될 수 있는 점화 파형의 특성일 수 있다. 셀의 크기는 제어될 수 있다. 제어 장치는 플라즈마 전력 전파에 대한 임피던스가 더 이상 셀 임피던스와 매칭되지 않을 때까지 셀 영역으로의 플라즈마 전력 전파를 촉진할 수 있다. 플라즈마 임피던스는 이온-전자 재조합에 의해 전파 경로를 따라 강하할 수 있는 플라즈마의 전도율을 통해 제어 가능하게 변화될 수 있다. 플라즈마 전파는 중단되거나 반사될 수 있다. 점화 생성물의 회수는 플라즈마의 중단 또는 반사에 의해 적어도 부분적으로 촉진될 수 있다.
적어도 하나의 전극의 극성은 MgF2 코팅된 Al과 같은 본 개시의 것과 같은 UV 미러 표면을 포함하여 셀의 방출을 반사시키고 점화 생성물의 부착을 방지하는 것 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 후자의 경우, 다른 부착 방지 코팅은 사파이어를 포함한다. 다른 실시예에서, 벽은 부착 방지 표면으로서 얇은 보호 산화물 코팅을 포함할 수 있는 Al 포일과 같은 알루미늄 포일을 포함할 수 있다. 벽은 산화물 코팅을 갖는 Mo 포일과 같은 몰리브덴, 탄화 텅스텐(WC), WC 코팅된 Mo 또는 W와 같은 WC 코팅된 금속, 텅스텐, Ta, Nb, TaW, 스틸 또는 관련 합금과 같은 침탄 금속, 양극 산화 알루미늄, 스테인리스 스틸과 같은 기판 상에 스퍼터 코팅될 수 있는 알파 알루미나와 같은 알루미나, 흑연, Grafoil, 그래핀, 및 부착 방지 재료로서 흑연 코팅된 Cu, Mo 또는 W와 같은 흑연 코팅된 전도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 벽은 세라믹 또는 금속 지지대와 같은 탄소 코팅된 지지대를 포함할 수 있다. 탄소는 흑연을 포함할 수 있다. 흑연은 지지대 상에서 경화되는 액체 스프레이와 같은 당업계에 공지된 수단에 의해 도포될 수 있다. 다른 수단은 기상 증착, 스퍼터링, 화학 증착 및 당업계에 공지된 다른 것들을 포함한다. 벽은 열분해 흑연일 수 있는 흑연으로 코팅된 금속과 같은 지지대를 포함할 수 있다. 코팅은 열분해 흑연 타일일 수 있다. 코팅은 고온에서 작동할 수 있는 탄화 붕소(예: B4C), 테플론(PTFE)과 같은 플루오로카본 중합체, 지르코니아 + 8% 이트리아, 멀라이트(Mullite), 멀라이트-지르코니아, 또는 멀라이트-이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)일 수 있다. 고온 스테인리스 스틸 또는 구리의 것과 같은 코팅은 양극 처리된 알루미늄을 포함할 수 있다. 알루미늄은 열 스프레이 또는 아크 스프레이 및 전기 도금과 같은 당업계에 공지된 코팅 방법에 의해 도포될 수 있다. 알루미늄 코팅은 양극 처리될 수 있다. 양극처리는 황산 전해질을 포함하는 것과 같은 전기 분해 셀에서 수행될 수 있다. 실시예에서, 점화 생성물의 습윤 또는 부착에 저항하는 표면을 포함하는 것과 같은 셀 벽은 점화 생성물 입자의 전파 궤도의 방향으로부터 경사지거나 기울어져 점화 생성물 입자가 부착되지 않고 벽으로부터의 편향을 촉진시킬 수 있다. 셀 벽 및 셀 상부 중 적어도 하나는 용융된 Ag 입자와 같은 점화 생성물 입자가 수직으로 충격을 주지 않고 부착하지 않도록 점화 생성물 부착에 저항하는 양극 산화된 알루미늄 또는 흑연과 같은 재료의 주름진 표면을 포함할 수 있다. 실시예에서, 벽은 폭발로부터의 입자로부터 충격을 흡수하도록 신장될 수 있는 포일을 포함하여 이들의 매립을 방지할 수 있다. 다른 실시예에서, 포일은 부착을 피하기 위해 입자를 편향시키도록 폭발 방향에 대해 경사질 수 있다. 실시예에서, 벽은 원하는 셀 영역에서의 내열성 및 UV 광의 반사와 같은 원하는 선택적 성능을 제공하기 위해서 상이한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, PV 변환기에 더 가까운 셀 벽의 상부 부분은 반사된 UV 광에 대해 MgF2 코팅된 Al을 포함할 수 있고, 전극 및 점화 생성물 입구에서의 셀 벽의 바닥 부분은 고온에서 작동하도록 흑연, Mo 또는 텅스텐 카바이드를 포함할 수 있다. 벽의 바닥 섹션의 고온은 펠렛 화기에 의해 연료 샷을 재생하기 위해 입력 에너지를 감소시키도록 점화 생성물을 그의 용융 온도에 가깝게 또는 그 초과 온도로 복귀시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 수소 분위기, 펌핑으로 인한 저산소 분압, 또는 산소 게터는 흑연 및 알루미늄과 같은 산화 가능한 구성요소를 산화로부터 보호할 수 있다. 산화 가능한 전극 구성요소에도 동일하게 적용된다.
ESP 시스템은 입자를 충전시키는 장벽 전극 섹션을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 광전지(PV) 변환기에 대한 벽 및 표면 중 적어도 하나는 양으로 대전된 은 입자를 반발시키도록 양으로 대전되어 셀 벽 또는 PV 변환기에 대한 부착을 방지할 수 있다. 입자는 고전압 코로나 방전에 의해 양으로 대전될 수 있다. 다른 실시예에서, 광전지(PV) 변환기의 벽 및 표면 중 적어도 하나는 장벽 전극을 포함할 수 있거나 점화 영역과 벽 또는 PV 변환기 사이에 장벽 전극을 가질 수 있다. 장벽 전극은 점화 생성물 입자와 동일한 극성으로 대전되어 이들을 반발시키고 벽 또는 변환기 표면에 대한 부착을 방지할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 은 입자와 같은 입자는 양으로 대전되고, 장벽 전극은 입자를 반발시키기 위해 양극성으로 분극된다.
다른 실시예에서, 와전류는 여기 필드를 포함하는 무선 주파수 필드와 같은 시변 필드에 의해 입자에 유도된다. 와전류는 입자에 의해 생성될 필드를 유도할 수 있다. 유도된 필드는 여기 필드와 상호 작용하여 입자가 포획 및 병진 이동 중 적어도 하나를 겪게 할 수 있다. 여기 필드는 부착을 방지하기 위해 셀 벽 및 PV 변환기 중 적어도 하나로부터 멀어지도록 병진 이동을 달성하도록 제어될 수 있다. 적어도 하나의 안테나 및 RF 발생기가 RF 필드를 인가할 수 있다. 적어도 하나의 안테나는 전극 세트를 포함할 수 있다. 안테나는 RF 코일을 포함할 수 있다. 코일 및 RF 발생기 또는 전원은 유도 결합 히터를 포함할 수 있다. 셀 벽 및 PV 변환기 중 적어도 하나에 대한 부착을 방지하기 위해서, 코일은 점화 생성물이 한정되기를 원하는 영역을 둘러쌀 수 있다. 실시예에서, 직립 전자기파는 금속 입자 내에 와전류를 유도하고 금속 입자를 공동 내에 포획하는 대향 안테나 방위에 의해 형성되는 유도 결합 공동 내에 유지된다. 입자 상의 무선 주파수 필드의 포획 작용은 중력이 결국 펠릿타이저의 입구로 수집되는 세포의 바닥으로 떨어지게 할 수 있도록 점화 폭발로부터 얻은 속도를 감소시킨다. 입자 부착을 방지하는 시스템은 RF 소스 및 입자 내에 와전류를 유도하는 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있으며, 또한 정적 자기장 및 정적 전기장 중 적어도 하나와 같은 인가된 필드를 포함할 수 있다. 정적 자기장은 영구 자석 및 전자석 중 적어도 하나에 의해 인가될 수 있다. 정전기장은 전극 및 전원 세트에 의해 인가될 수 있다. 안테나-여기된 전자기 포획 시스템의 주파수는 약 1 Hz 내지 100 GHz, 1 kHz 내지 10 GHz, 및 100 kHz 내지 100 MHz 중 적어도 하나의 주파수 범위에 있을 수 있다. 더 높은 주파수는 입자 크기에 따라 적용될 수 있다. 작은 입자의 경우에 더 높은 주파수가 적용될 수 있다. 당업자는 상이한 코일의 기하학적 구조, 전력 및 주파수를 시험하여 금속 분말 점화 생성물의 부상 또는 상부 셀 영역으로부터의 축출을 달성할 수 있다.
실시예에서, 고체 연료의 점화에 의해 형성된 플라즈마의 이온화된 입자는 PV 변환기의 창, PV 변환기, 및 셀 벽과 같은 셀의 표면에 대한 정전기적 부착을 방지한다. 전극을 가로지르는 점화 및 플라즈마 전류의 방향에 수직인 자기장을 생성하는 8c(도 2i10)와 같은 자석을 포함하는 실시예에서, 이온화된 입자의 적어도 일부는 로렌츠 힘에 의해 PV 변환기의 창 및 PV 변환기로부터 스위핑되고 나머지의 비-이온화된 입자의 적어도 일부는 그들의 전기적 중성으로 인해 표면에 정전 기적으로 부착되지 않는다. 중성 입자는 표면으로부터 탄성적으로 산란할 수 있다. 실시예에서, 입자는 접지와 같은 수단에 의한 전기적 중성화에 의해 표면에 정전기적으로 부착되는 것이 추가로 방지된다. 접지는 중성화되지 않은 입자와 접촉하는 전도체를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그 재료는 낮은 일 함수, 높은 표면적, 높은 열이온 활성, 및 높은 광전기 활성의 특성 중 적어도 하나를 가질 수 있다. 그 재료는 세슘 처리된 금속을 포함할 수 있다. 실시예에서, 양으로 대전된 입자와 같은 대전 입자를 중성화시키는 수단은 적어도 하나의 전기 접지 경로 및 자유 전자 주입기와 같은 중화 전자 소스를 포함한다. 자유 전자의 주입은 전자빔 및 광캐소드와 같은 수단에 의한 것일 수 있다. 광캐소드는 플라즈마로부터의 적절한 고 에너지 광에 의한 조사로 인해 광전자를 방출할 수 있다. 광캐소드는 GaN과 같은 개시의 것일 수 있다. 중성화는 또한 W 또는 토륨 W 필라멘트와 같이 가열될 때 전자를 방출하는 가열된 필라멘트를 사용함으로써 달성될 수 있다. 양 바이어스(positive bias)가 가속 그리드와 필라멘트 사이에 인가되어 플라즈마에 주입되는 전류의 양을 개선하여 이를 중성화시킬 수 있다.
실시예에서, 광전지(PV) 셀 및 패널 중 적어도 하나는 고체 연료 샷의 점화로부터 입자의 전파 방향에 대해 횡단 평면에 있는 것으로부터 멀어지며 기울어져 있다. PV 셀 및 패널 중 적어도 하나의 어레이는 점화로부터의 이동하는 입자가 이들을 비스듬히 기울이기 때문에 베네시안 블라인드(Venetian blind)로서 배열될 수 있다. 실시예에서, 그레이징 입사(grazing incidence)는 입자가 PV 셀 및 패널 중 적어도 하나에 부착하는 것을 방지한다. 입자는 탄성적으로 산란될 수 있다. 작은 입자는 탄성 산란 및 비부착을 촉진할 수 있는 구체를 형성하기 위해 높은 표면 장력을 갖는다. 경사진 PV 셀 및 패널은 흑연, 알루미늄, 지르코늄 또는 WC 표면과 같은 비부착 표면으로 입자를 탄성적으로 편향 또는 산란시킬 수 있다. 비부착 표면은 베네시안 블라인드 형상으로 배열된 어레이의 연속 부재의 하나의 부재의 상부 에지와 하부 에지를 연결하는 수직 슬랫(slat)을 포함할 수 있다. 입자는 비부착 표면으로부터 펠릿타이저의 입구로 떨어지거나 이송될 수 있다. PV 변환기의 그레이징 입사 특징은 점화 전류와 같은 교차 전류 및 자석에 의해 인가된 자기장의 사용과 같은 입자의 부착을 방지하기 위해 본 개시의 다른 방법과 함께 적용되어 입자의 로렌츠 힘 편향을 유발하고, PV 셀은 각각 알루미늄과 같은 비-부착성 표면으로 코팅될 수 있다. 실시예에서, 타일형 또는 베네시안 블라인드 PV 구성은 더 높은 전력 출력을 허용하도록 PV 변환기의 표면적을 증가시킬 수 있다.
실시예에서, 플라즈마 및 플라즈마 방출은 얕은 입사각에서 본 개시의 UV 미러와 같은 일련의 미러 각각에 입사된다. 얕은 또는 그레이징 각도는 더 일반적인 입사각보다 훨씬 더 높은 반사 계수를 초래한다. 일련의 미러는 입자로부터 광을 선택적으로 분리한다. 입자는 미러와 비탄성 충돌을 겪어서 플라즈마로부터 제거될 수 있는 반면에, 광은 일련의 미러를 통해 반사되어 PV 변환기로 지향되게 된다. 고체 연료 점화 생성물을 포함하는 입자는 펠릿타이저의 입구에서 수집된다. 수집은 중력 흐름 또는 본 개시의 다른 수단에 의한 것일 수 있다.
다른 실시예에서, 수집 전극은 버킷(bucket) 엘리베이터와 같은 기계적 이송기를 포함할 수 있다. 대안으로, 이송기는 컨베이어 벨트를 포함할 수 있으며, 여기서 분말은 정전기적으로 부착될 수 있고 펠릿타이저로 기계적으로 이송될 수 있다. 대전된 전극은 전도성 입자 내에 미러 쌍극자(mirror dipole)를 유도하는 정전기장을 생성할 수 있고 전하 및 유도된 전하 상호 작용에 의해 정전기적으로 벨트 상에 입자를 유지할 수 있다. 벨트는 밴 더 그래프(Van de Graaf) 발전기의 메커니즘에 의해 충전될 수 있다. 컨베이어는 밴더 그래프 발전기를 포함할 수 있다. 대안으로, 필드는 전류 방향으로 교대하고 절연체에 내장된 전류 운반 와이어로 생성될 수 있다. 그러한 이송기는 정전기 결합 판이 반대 방향으로 유도된 분극 충전을 갖는 종이를 이송하는 복사 기술(photocopying) 분야에 주지되어 있다. 분말은 필드를 배출시킴으로써 펠릿타이저 내부와 같은 원하는 곳에서 방출될 수 있다. 방전은 복사 기술의 셀레늄 판의 경우에서와 같이 조명으로 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 입자는 컨베이어 표면과 접촉할 때 입자를 통해 전류를 공급하는 표면 전극을 포함하는 벨트를 포함하는 것과 같은 자화된 컨베이어에 부착될 수 있다. 입자 전류는 입자를 부착시키기 위해 컨베이어 벨트의 자화와 상호 작용하는 입자 자기장을 발생시킨다. 입자는 전도성 입자를 통해 전류를 종결시킴으로써 방출될 수 있다. 정전기 및 자성 실시예 모두에서, 입자는 상부 벨트 롤러에서의 원심력으로 인해 벨트로부터 비상할 수 있다. 입자는 또한, 예를 들어 스크레이퍼로 기계적으로 제거될 수 있다. 실시예에서, 컨베이어 벨트와 같은 기계적 이송기는 연료 샷이 본 개시의 입자를 대체하는 도 2i6에 도시된 레일 건 주입기를 대체할 수 있다.
다른 실시예는 회수 시스템, 주입 시스템 및 점화 시스템에 관한 것과 같은 본 개시의 실시예의 양태들을 혼합하고 매칭하여 본 개시에 의해 예상된다. 예를 들어, 샷 또는 펠릿은 롤러 위에서 펠릿타이저 또는 펠릿타이저의 샷 드립퍼로부터 롤러 전극으로 직접 떨어질 수 있다(도 2h1 내지 도 2h4 및 도 2i1 내지 도 2i9). 점화 생성물은 롤러 위 또는 아래에 있을 수 있는 펠릿타이저로 흐를 수 있다. 샷은아래에서 형성되어 롤러 위로 이송될 수 있다. 금속은 샷이 일어날 수 있는 롤러 위로 펌핑될 수 있으며 샷은 롤러로 떨어지거나 롤러에 주입될 수 있다. 다른 실시예에서, 점화 생성물은 롤러 위에 있을 수 있는 펠릿타이저로 이송될 수 있다. PV 패널은 광전지 변환기(26a)(도 2h1, 도 2i1 및 도 2i2)에 대해 도시된 것 이외의 다른 위치가 예상되고 당업자에 의해 결정될 수 있는 광의 포획을 최대화하도록 지향될 수 있다. 동일한 것이 다른 시스템 및 본 개시의 시스템의 조합에 대한 상대적인 방위에도 적용된다.
도 2i10 내지 도 2i23에 도시된 실시예에서, 점화 시스템은 개방 회로를 형성하는 전극들 사이에 갭(8g)을 갖는 한 쌍의 고정 전극(8), 연료(2)의 점화를 일으키는 전력 소소, 및 전력 소스(2)를 한 쌍의 전극(8)에 연결하는 버스 바(9, 10) 세트를 포함한다. 전극 및 버스 바 중 적어도 하나는 점화 시스템의 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 갭(8g)은 전자기 펌프(5k) 및 노즐(5q)을 포함하는 것과 같은 분사 시스템으로부터의 용융 연료의 분사에 의해 회로의 동시 폐쇄에 의해 전도성 연료로 채워질 수 있다. 주입된 용융 연료는 용융, 부분 용융 및 고화된 쉘을 갖는 용융 중 적어도 하나일 수 있는 구형 샷(5t)을 포함할 수 있다. 고체 연료는 샷의 스트림, 연속적인 스트림 또는 샷과 스트림의 조합으로 전달될 수 있다. 전극으로의 용융된 연료 공급은 연속적인 증기 또는 간헐적인 주기의 샷과 연속 스트림을 더 포함할 수 있다. 전기 소스(2)는 PV 또는 PE 변환기와 같은 광-전기 변환기에 의해 충전된 커패시터 뱅크와 같은 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 충전 회로는 전기 소스(2) 및 전극(8)과 병렬로 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 충전 회로는 전극 소스(2) 및 롤러(2)와 직렬로 있을 수 있으며, 여기서 스위치는 전극이 개방 회로 상태에 있을 때 충전 회로를 전기 소스에 연결한다. 전압은 약 0.1 V 내지 10 V의 범위일 수 있다. 원하는 최대 전압은 캐패시터를 직렬로 연결함으로써 달성될 수 있다. 전압 조정기가 최대 충전 전압을 제어할 수 있다. 피크 전류는 약 100 A 내지 40 kA의 범위일 수 있다. 원하는 최대 전류는 커패시터를 직렬로 연결된 병렬 세트에 의해 달성된 원하는 전압과 병렬로 연결함으로써 달성될 수 있다. 점화 회로는 점화 중에 생성된 전압 서지에 대해 점화 시스템을 보호하기 위한 서지 보호기를 포함할 수 있다. 예시적인 서지 보호기는 비쉐이 다이오드(Vishay diode)(VS-UFB130FA20)와 같은 적어도 하나의 커패시터와 하나의 다이오드를 포함할 수 있다. 전압 및 전류는 점화를 달성하도록 선택되어 입력 에너지를 최소화하면서 전력 변환기가 선택되는 영역에서 최대 발광을 생성한다. 예시적인 전력 소스는 약 5 내지 6 V 및 2500 A 내지 10,000 A를 제공하기 위해 직렬로 2 개의 커패시터(Maxwell Technologies K2 Ultracapacitor 2.85V/3400F)를 포함한다. 예시적인 전력 소스는 약 5 내지 6 V 및 2500 A 내지 10,000 A를 제공하기 위해 2 개의 직렬 커패시터(Maxwell Technologies K2 Ultracapacitor 2.85V/3400F)를 포함한다. 다른 예시적인 전력 소스는 약 9.5 V 및 약 4 kA를 제공하기 위해 4 개의 직렬 커패시터(Maxwell Technologies K2 Ultracapacitor 2.85V/3400F)를 포함한다. 예시적인 전력 소스는 약 5 내지 6 V 및 2500 A 내지 10,000 A를 제공하기 위해 병렬로 연결되는 2 개의 직렬 커패시터(Maxwell Technologies K2 Ultracapacitor 2.85V/3400F)를 포함한다.
도 2i13 및 도 2i14에 도시된 실시예에서, 매니폴드 및 주입기는 제 1 용기(5b) 및 제 2 용기(5c) 중 적어도 하나의 내부에서 종 방향으로 연장되는 파이프 버블러(5z)를 포함한다. 실시예에서, 파이프 버블러(5z)는 가스를 위한 폐쇄 채널 또는 도관 및 가스를 둘러싸는 연료 용융물로 가스를 전달하기 위해 그의 길이를 따라 적어도 하나의 천공을 포함한다. 실시예에서, 파이프 버블러는 그의 길이를 따라 그의 표면 위로 가스를 전달하기 위해 그의 길이를 따라 그의 표면 위에 분포된 천공 또는 포트를 갖는다. 파이프 버블러는 적어도 하나의 용기 내부의 중심선일 수 있다. 중심선 위치는 파이프 버블러를 따라 스포크 지지대에 의해 유지될 수 있다. 그의 입구 단부에서, 파이프 버블러는 제 1 용기의 개방된 입구에서 제 1 용기(5b)의 내부로 진입할 수 있고, 제 1 용기(5b) 및 제 2 용기(5c) 중 적어도 하나를 통해 연장하여 노즐(5q)(도 2i13) 전에서 종결된다. 파이프 버블러가 전자기 펌프(5k)를 통해 연장하는 것을 방지하는 도 2i14에 도시된 다른 실시예에서, 파이프 버블러는 펌프(5k)를 통과하지 않고 제 1 또는 제 2 용기 중 적어도 하나에서 연장한다. 파이프 버블러(5z)는 제 2 용기(5c)의 것과 같은 조인트 또는 엘보와 같은 벽 영역에서 용기 내로 관통할 수 있고(도 2i16) 펌프(5k)로 들어가기 전에 종결될 수 있다(도 2i14). 파이프 버블러에는 적어도 하나의 수소 가스 라인, 액체 또는 가스 수 라인, 및 H2 및 H2O 그리고 5v 및 5u 중 적어도 하나의 소스에 연결된 매니폴드로부터 라인(5y)과 같은 공통의 수소 및 액체 또는 가스 수 라인이 공급될 수 있다.
실시예에서, 제 1 용기(5b) 및 제 2 용기(5c) 중 적어도 하나는 연료 용융물로 H2O 및 H2 중 적어도 하나를 주입하기 위한 체류 시간을 증가시킬 수 있는 코일형 파이프 버블러(5z)를 갖는 코일을 포함할 수 있다. 용기(5b 및 5c), 펌프 튜브및 파이프 버블러(5z)와 같은 펠릿타이저 구성요소 중 적어도 하나는 연료 용융물이 간접적으로 가열될 수 있는 금속으로 구성될 수 있다. 파이프 버블러는 용기의 벽을 관통하는 세트스크류를 갖는 용기의 내부에 위치될 수 있다. 예를 들어, 파이프 버블러 센터링은 용기의 원주 주위에 120 ° 간격의 세 개의 세트스크류 각각의 상대적인 돌기 길이를 조정함으로써 수행될 수 있다.
펠릿타이저는 제 1 용기와 같은 용기로부터 용융물을 수용하는 챔버를 더 포함할 수 있다. 챔버는 챔버 내에 복수의 버블러 튜브와 같은 적어도 하나의 버블러 튜브를 포함할 수 있으며, 버블러 튜브에 공급하기 위한 매니폴드를 더 포함할 수 있다. 물은 용융 은과 같은 용융물에 혼입될 증기로서 챔버에 공급될 수 있다. 증기는 열 손실을 피하기 위해 적어도 챔버의 온도로 예열될 수 있다. 증기는 제 1 용기와 같은 펠렛 화기의 가열된 섹션으로부터 열교환에 의해 예열될 수 있다. 증기는 유도 결합 히터와 같은 히터로 가열될 수 있다. 증기 및 용융된 은과 같은 수소 처리된 용융물 중 적어도 하나는 유도 결합 히터와 같은 히터로 가열될 수 있는 튜빙을 포함할 수 있는 제 2 용기로 챔버로부터 흐를 수 있다. 튜빙은 셀 벽을 관통하여 용융물을 전극에 주입하는 노즐(5q)에서 종결될 수 있다. 챔버는 챔버 입구 및 출구 중 적어도 하나에 전자기 펌프와 같은 펌프를 포함할 수 있다.
파이프 버블러가 H2 및 H2O 가스 탱크 모두에 부착되는 경우에, 라인(5u 및 5v)은 각각, 연결 파이프(5y)를 통해 파이프 버블러에 부착되는 매니폴드와 같은 가스 혼합기에 부착될 수 있다(그림 2i14 ). 다른 실시예에서, 파이프 버블러는 복수의 파이프 버블러를 포함할 수 있다. 각각은 라인(5u 및 5v)에 의해 각각 H2 및 H2O 가스 탱크와 같은 별도의 가스 공급원에 독립적으로 연결될 수 있다. 파이프 버블러는 제조 및 유지보수 동안과 같은 조립 및 분해 중에 연결되거나 분리되는 것 중 적어도 하나일 수 있는 다수의 섹션을 포함할 수 있다. 파이프 버블러는 연결을 달성하기 위해 적절한 조인트를 포함할 수 있다. 하나의 제 1 파이프 버블러 섹션은 전자기(EM) 펌프까지 용융물로 가스를 전달하는 역할을 할 수 있다. 제 2 파이프 버블러 섹션은 채널 중 적어도 하나를 수행하여 EM 펌프 섹션을 따라 가스를 전달할 수 있고, 제 3 파이프 버블러 섹션은 제 2 용기(5c)를 따라 가스를 전달할 수 있다. 다른 실시예에서, 다중 섹션 파이프 버블러는 그의 입구를 통해 그리고 그의 길이를 따라 연장하는 제 1 용기 내부에 제 1 섹션, 및 노즐(5q) 전에 서 종결되는 제 2 용기(5c) 내부에 제 2 파이프 버블러 섹션을 포함한다. 실시예에서, 파이프 버블러는 주입된 가스로부터의 압력이 용융물을 역류시키지 않도록 펌프(5k) 이후에 용기로 진입할 수 있다. 버블러(5z)는 본 개시의 조인트(5b1)에 의해 연결된 금속 및 석영(도 2i14 및 도 2i16)과 같은 상이한 용기 재료를 연결할 수 있는 엘보와 같은 연결 섹션을 용기로 진입할 수 있다. 유도 결합 히터는 2개의 완전 코일을 포함할 수 있다. 제 1 유도 결합 히터 코일(5f)은 제 1 용기를 가열하고 제 2 유도 결합 히터 코일(5o)은 제 2 용기(5c)를 가열한다. 파이프 버블러는 그의 무결성을 유지하고 용융 온도에서 은 합금 형성을 피할 수 있는, 작동 온도에서 H2O와의 반응에 저항하는 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 충분한 융점을 갖는 H2O 반응성이 없는 적합한 예시적인 재료는 Cu, Ni, CuNi, 하스텔로이 C, 하스텔로이 X, 인코넬, 인코로이, 카본 스틸, 스테인리스 스틸, 개질된 9Cr-1Mo-V (P91), 21/4Cr-1Mo 스틸 (P22)과 같은 크롬-몰리브덴 스틸, Co, Ir, Fe, Mo, Os, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Tc, 및 W의 그룹으로부터의 금속 및 합금 중 적어도 하나이다.
파이프 버블러는 라인(5u 및 5v)에 의해 H2 및 H2O 가스 탱크 중 적어도 하나에 입력 단부가 각각 부착될 수 있다. 대안으로, H2O는 H2O 탱크, 증기 발생기 및 증기 라인(5v)에 의해 증기로서 제공된다. 실시예에서, 펠렛 화기는 석영 용기를 포함할 수 있는 5b 및 5c 중 적어도 하나와 같은 용기 내의 은 용융물과 같은 용융물에 H2O를 첨가하기 위한 증기 발생기(5v)를 포함한다. 실시예에서, 증기 발생기는 한쪽 단부에 증기를 생성하기 위한 열 구배(gradient)를 갖고 반대쪽 단부로부터 수조에서 물을 흡수하는 모세관 심지 시스템을 포함한다. 실시예에서, 증기 발생기는 샷을 수화시키기 위해 H2O 수조로부터 물로의 물의 전환을 위한 비등점을 제공하기 위해 니켈 또는 구리를 포함하는 것과 같은 금속 발포체 또는 매트와 같은 표면적이 큰 가열된 재료를 포함한다. 다른 예시적인 고 표면적 재료는 제올라이트, 실리카 및 알루미나와 같은 세라믹을 포함한다. 증기 발생기는 압력하에서 작동되어 증기 온도 및 열 함량을 증가시킬 수 있다. 그 압력은 제한된 출력 흐름에 대한 비율로 증기가 생성되어 원하는 증기압을 발생시키도록 흐름 제한을 제어하기 위해 증기 흐름 출구의 크기를 제어함으로써 얻어질 수 있다. 라인은 감압기를 포함할 수 있다. 증기 발생기는 물방울 및 저온 증기를 응축시키기 위한 응축기를 포함할 수 있다. 응축된 물은 셀로 역류될 수 있다. 증기는 파이프 버블러(5z)를 통해 흘러 전극(8)에 주입되는 용융 은과 같은 용융물에 주입될 수 있다. 본 개시의 가스 주입기에 의해 가스 상태의 물이 플라즈마에 주입되는 것과 같은 다른 실시예에서, 압력은 약 0.001 Torr 내지 760 Torr, 0.01 Tor 내지 400 Torr 및 0.1 Torr 내지 100 Torr 중 적어도 하나의 범위와 같이 낮게 유지될 수 있다. 낮은 열, 차가운 액체 물, 유지용 얼음 및 냉각용 얼음 중 적어도 하나는 감압 상태로 작동되는 5v와 같은 수조 또는 탱크의 물에 적용되어 저압의 가스상의 물을 형성할 수 있다. 냉각 및 얼음은 31 및 31a와 같은 냉각기로 유지될 수 있다. 감압은 진공 펌프(13a)에 의해 제공될 수 있다. 실시예에서, 속도가 순수 금속 플라즈마로부터 시작하는 H2O 중량%에 따라 증가하고 최적 중량%에서 최대 속도 및 하이드리노 수율에 도달하는 하이드리노 반응에 대해 최적일 수 있으며, HOH의 수소 결합으로 초기 HOH 농도를 낮추고 원자 H를 재결합하여 원자 H 농도를 낮추는 것과 같은 경쟁 공정으로 인한 추가 H2O 플라즈마 함량에 따라서 감소할 수 있다. 실시예에서, 은과 같은 금속, 은-구리 합금 및 구리와 같은 도전성 매트릭스를 포함하는 점화 플라즈마의 H2O 중량 퍼센트(wt %)는 약 10-10 내지 25, 10-10 내지 10, 10-10 내지 5, 10-10 내지 1, 10-10 내지 10-1, 10-10 내지 10-2, 10-10 내지 10-3, 10-10 내지 10-4, 10-10 내지 10-5, 10-10 내지 10-6, 10-10 내지 10-7, 10-10 내지 10-8, 10-10 내지 10-9, 10-9 내지 10-1, 10-8 내지 10-2, 10-7 내지 10-2, 10-6 내지 10-2, 10-5 내지 10-2, 10-4 내지 10-1, 10-4 내지 10-2, 10-4 내지 10-3, 및 10-3 내지 10-1 중 적어도 하나의 중량%이다. 샷이 구리 단독 또는 은과 같은 금속과 같은 다른 재료를 포함하는 실시예에서, 셀 분위기는 셀 내에 형성된 산소와 반응하여 형성될 수 있는 임의의 구리 산화물과 반응하는 수소를 포함할 수 있다. 수소 압력은 약 1 mTorr 내지 1000 Torr, 10 mTorr 내지 100 Torr 및 100 mTorr 내지 10 Torr 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 수소 압력은 수소가 형성되는 속도로 산화 구리와 반응하는 압력 또는 연료 점화로부터 자외선을 상당히 감쇠시키는 압력보다 높거나 낮은 압력일 수 있다. SF-CIHT 발생기는 5u와 같은 소스로부터 셀 내의 수소 압력을 제어하는 수소 센서 및 제어기를 더 포함할 수 있다.
도 2i10 내지 도 2i23의 고정 전극(8)은 플라즈마를 발생시키도록 형상화될 수 있고 결과적으로 플라즈마에 대해 방출된 광은 PV 변환기(26a)(도 2i2)를 향해 투사될 수 있다. 전극은 초기에 용융된 연료가 목부(neck) 또는 더 좁은 갭을 포함하는 제 1 전극 섹션 또는 영역(8i)(도 2i12)을 통해 더 넓은 갭을 갖는 제 2 전극 섹션 또는 영역(8j)으로 흐르도록 형상화될 수 있다. 점화는 우선적으로 제 2 섹션(8j)에서 발생하여 플라즈마가 제 2 전극 섹션(8j)으로부터 PV 변환기(26a) 쪽으로 팽창한다. 목부 섹션은 벤츄리 효과를 생성하여 용융 연료의 제 2 전극 섹션으로의 신속한 흐름을 야기할 수 있다. 실시예에서, 전극은 주입 방향으로부터 멀어지는 PV 변환기 쪽으로 점화 이벤트를 투사하는 형상을 포함할 수 있다. 적합한 예시적인 형상은 최소 에너지 표면, 의사구체, 원추형 실린더, 상부 시트 포물선, 상부 절반 시트 쌍곡선, 상부 절반 시트 현수면, 및 제 1 섹션을 포함하는 적합한 입구로서 상부 절반 시트 절두 아스트로이드 타원체(astroidal ellipsoid)이다. 전극은 개방 회로 갭(8g)을 갖는 2개의 분리 전극(8)을 포함하도록 절반부(도 2i12)들 사이의 절연체(8h)로 채워질 수 있는 분할된 3 차원 표면을 포함할 수 있다. 개방 회로는 갭(8g)을 포함하는 기하학적 형태의 전도성 부분들에 걸쳐 접촉을 야기하는 용융 샷의 주입에 의해 폐쇄된다. 다른 실시예에서, 전극은 분할된 3차원 표면의 직사각형 섹션을 포함할 수 있다. 어느 하나의 실시예에서, 스플릿(8h)은 스플릿(8h)을 포함하는 누락된 재료를 제외하고 기하학적 형태가 남도록 재료를 기계 가공함으로써 형성될 수 있다. 실시예에서, 샷의 속도는 플라즈마 및 방출된 광이 PV 변환기(26a)로 지향되는 영역(8l) 내에 있게 하는데 충분하도록 제어될 수 있다. 전자기 펌프(5k)의 전력 및 노즐 오리피스 크기는 노즐(5q)에서의 압력 및 샷의 속도를 제어하도록 제어될 수 있다.
전극 표면상의 점화 지점의 제어는 셀 내의 영역 및 플라즈마 팽창과 발광 방향을 제어하는데 사용될 수 있다. 실시예에서, 전극(8)은 전류가 초점 영역에 집중되게 하여 감소된 저항을 갖는 초점 영역을 갖는 기하학적 형상으로 용융 샷(5t)을 몰딩하여, 초점 영역에서 집중적인 점화를 선택적으로 일으키게 한다. 실시예에서, 선택적 집중 점화는 플라즈마 팽창 및 발광 중 적어도 하나를 PV 변환기(26a)를 향하는 셀(8l)의 영역으로 유발한다. 실시예에서, 전극(8)은 부분적으로 전기 전도성이고 부분적으로 전기 절연될 수 있다. 절연 섹션(8i)은 연료가 주입 지점(8k)으로부터 전도성 섹션(8j) 내로 안내되어 점화되게 함으로써, 플라즈마가 PV 변환기(26a)를 향하는 영역(8l)으로 우선적으로 팽창하게 한다. 실시예에서, 점화를 유발하는 고전류는 용융된 샷이 초기에 전극 사이의 전기적 연결을 완료하는 시간으로부터 시간상으로 지연된다. 지연은 주입 지점(8i)의 대향 측면 상의 전극(8j)의 일부분으로 샷 용융물이 이동하게 할 수 있다. 대향 측면(8j)에서의 후속 점화는 플라즈마 및 광을 PV 변환기(26a)를 향하게 지향시킬 수 있다. 지연 회로는 인덕터 및 지연 라인 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 전극은 최소 에너지 표면, 의사구체, 원추형 실린더, 상부 시트 포물선, 상부 절반 시트 쌍곡선, 상부 절반 시트 현수면, 및 제 1 섹션을 포함하는 적합한 입구로서 상부 절반 시트 절두 아스트로이드 타원체를 포함할 수 있다. 점화를 견딜수 없도록 수소 및 H2O가 존재하지 않는 "더드" 용융물이 전극에 주입될 수 있다. 용융물은 최소 에너지에 따라 전극 표면 위에 분포될 수 있다. 그 분포는 원래의 전극 표면을 복원하여 임의의 점화 손상을 복구할 수 있다. 시스템은 용융물의 증착 후에 전극 표면을 원래의 형상으로 개질시키는 공구를 더 포함할 수 있다. 공구는 밀 또는 연마기와 같은 기계 공구 또는 방전 가공(EDM) 공구와 같은 전기 공구와 같은 개시된 것 중 하나일 수 있다. 연료 금속은 제어기에 의해 제어되는 전기 모터에 의해 이동될 수 있는 와이퍼, 블레이드 또는 나이프와 같은 기계적 공구로 제거될 수 있다.
실시예에서, 전극은 은과 같은 연료의 전도성 매트릭스와는 다른 구리와 같은 고도의 전기 전도성 금속과 같은 금속을 포함할 수 있다. 은과 같은 연료 금속의 전극에 대한 과도한 부착은 연료 금속의 융점을 초과하지만 전극 금속의 융점보다 낮은 온도로 전극을 가열함으로써 제거될 수 있다. 전극의 융점 미만으로 온도를 유지하는 것은 또한 전극 및 Cu 및 Ag와 같은 연료 금속의 합금 형성을 방지할 수 있다. 이러한 경우에, 과도한 금속이 원래의 형태로 복원하기 위해 전극으로부터 흘러나올 수 있다. 과도한 금속은 펠릿타이저로 흘러들어가 재활용될 수 있다. 전극 가열은 전력 소스(2)으로부터의 전력 및 하이드리노의 형성으로부터의 전력을 사용하는 점화 공정 중 적어도 하나로부터의 열을 사용함으로써 달성될 수 있다. 가열은 전극 냉각 시스템에 의한 전극의 임의의 냉각을 감소시킴으로써 달성될 수 있다.
실시예에서, 전극은 샷의 융점보다 높은 융점을 갖는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 재료는 WC, TaW, CuNi, 하스텔로이 C, 하스텔로이 X, 인코넬, 인코로이, 탄소강, 스테인리스 스틸, 개질된 9Cr-1Mo-V (P91, 4Cr-1Mo 스틸 (P22)과 같은 크롬-몰리브덴 스틸, Nd, Ac, Au, Sm, Cu, Pm, U, Mn, 도핑된 Be, Gd, Cm, Tb, 도핑된 Si, Dy, Ni, Ho, Co, Er, Y, Fe, Sc, Tm, Pb, Pa, Lu, Ti, Pt, Zr, Cr, V, Rh, Hf, Tc, Ru, 도핑된 B, Ir, Nb, Mo, Ta, Os, Re, W 및 C와 합금의 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속 및 합금이다. 전극은 샷의 융점보다 높은 온도에서 작동하여 샷이 갭(8g)을 고화하고 차단하는 것보다 전극으로부터 흘러내리게 할 수 있다. Ag를 포함하는 샷의 경우에, 전극 작동 온도는 962 ℃를 초과할 수 있다. 실시예에서, 전극은 샷의 비등점보다 더 높은 융점을 갖는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 재료는 WC, 내화 금속, Tc, Ru, 도핑된 B, Ir, Nb, Mo, Ta, Os, Re, W 및 C이다. 전극은 샷의 비등점 초과의 온도에서 작동되어 전극을 고화하거나 습윤시키고 틈새(8g)를 차단하는 것보다 전극으로부터 흘러 증발하게 한다. Ag를 포함하는 샷의 경우에, 전극 작동 온도는 2162 ℃를 초과할 수 있다. 높은 작동 온도는 전도 및 복사 중 적어도 하나에 의해 전극으로부터 열의 제거를 제공할 수 있다.
실시예에서, 전극(8)은 전극의 온도를 상승시키는 시동 전극 히터를 포함할 수 있다. 전극은 복수의 영역, 구성요소 또는 층을 포함할 수 있으며, 이들 중 어느 하나는 적어도 하나의 히터에 의해 선택적으로 가열될 수 있거나 히터를 포함할 수 있다. 가열은 샷의 부착을 감소시킬 수 있다. 히터는 저항 히터 또는 개시의 다른 히터를 포함할 수 있다. 시동을 위한 실시예에서, 전극은 샷이 부착하는 것을 방지하기 위해 전극을 가열하는 시동 히터를 포함한다. 전극 히터는 전력 소스(2), 및 전극들 사이의 이동 가능한 전도성 브릿지와 같은 전극을 단락시키는 수단 또는 가열이 달성될 때까지 이들을 단락시키도록 접촉되게 전극을 이동시키는 수단을 포함할 수 있다. 임의의 전극 냉각은 전극이 본 개시의 적절한 재료에 대해 100 ℃ 내지 3000 ℃의 범위와 같은 작동 온도 이상으로 상승할 때까지 중단될 수 있다. 전극 온도는 전극의 융점 미만으로 유지될 수 있다. 냉각은 냉각제를 펌핑하여 시동 중 전극 예열 기간 동안 중단될 수 있다. 냉각기 펌프가 냉각제를 펌핑할 수 있다. 전극은 샷의 융점보다 낮은 온도, 샷의 융점보다 높은 온도, 샷의 끓는점보다 높은 온도 범위 중 적어도 하나의 온도 범위에서 작동될 수 있으며, 전극은 그러한 온도 작동에 적합한 재료를 포함한다.
실시예에서, 전극은 이중 층을 포함할 수 있다. 측면(8k) 상의 바닥 층은 알칼리 토금속 산화물, 알루미나, 양극 산화된 알루미늄 또는 지르코니아와 같은 세라믹과 같은 절연체를 포함할 수 있고, 8l의 측면 상의 상부 층은 구리, 은, 구리-은 합금, 몰리브덴, 텅스텐 카바이드(WC), 텅스텐, Ta, TaW, Nb과 같은 전도체, 및 흑연 코팅된 Cu 또는 W와 같은 흑연 코팅된 전도체를 포함할 수 있다. 흑연 코팅된 W는 마모에 매우 내구성이 있을 수 있는 금속-탄화물-탄소(W-WC-C) 구조를 형성할 수 있다.
실시예에서, 전극(8)은 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐, Ta, TaW, 탄화 텅스텐(WC) 및 흑연 코팅된 Cu 또는 W와 같은 흑연 코팅된 전도체 중 적어도 하나와 같은, 은이 낮은 부착성을 갖거나 실질적으로 습윤되지 않는 금속을 포함한다. 알루미늄 전극과 같은 저융점 전극은 용융을 방지하기 위해 냉각될 수 있다. 비-전도성 바닥층은 알칼리 토금속 산화물, 알루미나 또는 양극 산화된 알루미늄과 같은 절연체를 포함할 수 있다. 실시예에서, 바닥층은 전극보다 훨씬 더 낮은 전도율의 전도체를 포함할 수 있다. 바닥층은 전도성이지만 전기적으로 절연될 수 있다. 이중층 전극은 전기적 전도성 층들 사이에 얇은 절연 스페이서를 더 포함할 수 있으며, 상부 층과 같은 고전도성 층만이 전기 소스(2)에 연결된다. 은, 구리, Mo, 텅스텐, Ta, TaW, WC, 또는 흑연으로 코팅된 Cu 또는 W 부분과 같은 흑연 코팅된 전도체와 같은 전극의 점화 부분에 비해 낮은 전도율을 갖는 예시적인 바닥층은 흑연을 포함한다. 실시예에서, 흑연은 은 샷과 같은 샷이 부착되지 않는 층으로서 작용한다.
실시예에서, 전극은 용융물이 급속하게 냉각되어 전극에 부착됨으로써 바람직하지 않은 전기적 단락을 일으킬 수 있는 것을 방지하기 위해 상승된 온도로 유지될 수 있다. 임의의 부착된 용융물은 점화 이벤트 및 점화 전류 중 적어도 하나에 의해 제거될 수 있다. 실시예에서, 시동 전력 소스는 냉각된 용융물이 전극에 부착되는 것을 방지하기 위해 전극을 예열할 수 있다. 작동 중에, 전극 냉각 시스템은 바람직하지 않은 방식으로 용융물이 부착되는 것을 방지하면서 전극 상의 원하는 위치에서 점화를 달성하는 전극 온도를 유지하도록 제어될 수 있다.
전극 온도는 전극에 대한 은 샷과 같은 용융된 샷의 습윤 또는 부착을 피하는 온도 범위로 유지될 수 있다. W 전극과 같은 전극은 높은 Ag 수축 각이 선호되는 약 300 ℃ 내지 3000 ℃ 및 300 ℃ 내지 900 ℃와 같은 적어도 하나의 상승된 온도 범위에서 작동될 수 있다. 대안으로, WC 전극과 같은 전극은 높은 Ag 수축 각이 선호되는 약 25 ℃ 내지 300 ℃와 같은 저온에서 작동될 수 있다. 더 낮은 온도는 전극 냉각 시스템 입구 및 출구(31f 및 31g)(도 2i13)에 대한 냉각에 의해 달성될 수 있다. 바닥 및 상부 층은 각각 연결되는 갭(8g)을 포함할 수 있다. 실시예에서, W 플레이트 전극과 같은 전극은 W 플레이트와 구리 버스 바와 같은 버스 바 사이에 갭을 포함하여, W 전극이 약 1700 내지 2500 ℃의 온도 범위에서와 같은 온도에서 은이 기화되게 하도록 작동한다.
시동 모드에서, 전극 전자기(EM) 펌프의 채널은 EM 펌프(5k)에 의해 용융된 고체 연료로 주입될 수 있다. 고체 연료는 고화될 수 있는 은을 포함할 수 있다. 전기 소스(2)로부터의 전류는 그 온도가 융점을 초과할 때까지 고체를 통해 흐를 수 있으며 은은 전극 EM 펌프에 의해 채널 밖으로 펌핑될 수 있다. 전극 EM 펌프의 채널 내의 재료의 가열은 전극을 가열한다. 따라서, 전극 EM 펌프의 채널은 시동 히터로서의 역할을 할 수 있다.
이중층 전극은 측면(8k) 상의 주입 방향으로부터 멀어지는, PV 변환기 쪽으로 점화 이벤트를 투사하는 역할을 할 수 있다. 개방 회로는 상부 층에서만 갭 (8g)의 전도성 부분들에 걸쳐 접촉을 야기하는 용융 샷의 주입에 의해 폐쇄된다. 바닥 비-전도성 층의 갭(8g)은 연료의 점화에 의한 폭발에 대한 내압이 팽창하는 발광 플라즈마를 영역(8l)에서 방출하도록 상향으로 우선적으로 압박할 수 있을 정도로 충분히 깊을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하나의 이중층 세트 전극은 구리, Mo, 텅스텐, Ta, TaW, 탄화 텅스텐(WC), 또는 알루미나, 지르코니아, MgO와 같은 바닥 세라믹 층 상의 흑연으로 코팅된 Cu 또는 W 상부 전극과 같은 전도체, 또는 상부 층의 간극(8g)에 구멍을 갖는 내화벽돌을 포함한다. 상부 및 바닥층은 2개의 층의 계면에 목부 및 갭을 갖는 대향하는 원추체 또는 원추형 섹션을 포함할 수 있다. 대안으로, 층들은 연속적인 V형 횡단면을 형성할 수 있다. 이러한 예시적인 이중층 전극은 하향 V 형상 흑연 또는 지르코니아 바닥층 및 상향 V 형상 W 또는 WC 상부 층이다. 전극은 횡축을 따라 일정하여, 샷으로 채워진 갭을 갖는 V 형상 트로프를 형성하여 회로가 닫히고 점화가 일어나게 한다. 하향 대향 V 형상 층은 낮은 전도율을 가질 수 있으며 플라즈마를 점화시키는 높은 전도율의 제 2 층으로 샷을 안내할 수 있다. 상부 층의 상향 V 형상은 플라즈마 및 광을 PV 변환기 쪽으로 지향시킬 수 있다.
실시예에서, 전극은 흑연 또는 지르코니아 바닥층과 같은 하향 V 형상 층 및 갭(8g)을 향한 수직 벽 또는 거의 수직인 벽을 갖는 상부 층을 포함하는 것과 같은 이중층 전극을 포함할 수 있다. 상부 층의 예시적인 재료는 W, WC 및 Mo이다. 개방 회로는 상부 층에서만 갭(8g)의 전도성 부분을 가로지르는 접촉을 야기하는 용융 샷의 주입에 의해 폐쇄된다.
실시예에서, 전극은 하향 V 형상을 포함하는 바닥층, 갭(8g) 내로 약간 연장 된 플레이트 에지를 갖는 평판과 같은 중간 전류 전달 층, 및 갭(8g)으로부터 오목한 형상인 상향 V 형상의 전극 리드 층을 포함하는 것과 같은 삼중 전극을 포함할 있다. 바닥 층은 은 샷 용융물과 같은 샷 용융물의 부착에 저항하는 재료를 포함할 수 있다. 적합한 예시적인 재료는 흑연 및 지르코니아이다. 흑연은 샷과 접촉하도록 지향되는 부착에 가장 잘 저항하는 면을 갖도록 고도로 지향될 수 있다. 흑연은 열분해 흑연일 수 있다. 중간 전류 전달 층은 W, WC 또는 Mo 플레이트와 같이 고융점 및 고경도를 갖는 전도체를 포함할 수 있다. 상부 전극 리드 층은 또한 열전달을 보조하기 위해 고도의 열 전도성일 수 있는 높은 전도체를 포함할 수 있다. 적절한 예시적인 재료는 구리, 은, 구리-은 합금 및 알루미늄이다. 실시예에서, 상부 리드 전극 층은 또한 은 또는 Ag-Cu 합금과 같은 샷 용융물의 부착에 저항하는 재료를 포함한다. 적합한 예시적인 비-부착성 리드 전극은 WC 및 W이다. 대안으로, 구리 전극과 같은 리드 전극은 샷 용융물의 부착에 대해 저항하는 표면으로 코팅되거나 피복될 수 있다. 적절한 코팅 또는 피복재는 WC, W, 탄소 또는 흑연이다. 코팅 또는 피복재는 점화 동안 샷 용융물에 노출된 표면 영역 위에 도포될 수 있다. 개방 회로는 중간층에서만 갭(8g)의 전도성 부분을 가로지르는 접촉을 야기하는 용융 샷의 주입에 의해 폐쇄될 수 있다. 상부 리드 층은 내부 도관을 통해 냉각된 것과 같이 냉각될 수 있다. 중간 및 상부 냉각 층 사이의 접촉은 히드 싱크일 수 있고 중간층을 냉각시킬 수 있다. 바닥 및 중간 냉각 층 사이의 접촉은 히드 싱크일 수 있고 바닥 층을 냉각시킬 수 있다. 테스트된 실시예에서, 샷 주입 속도는 1000 Hz이고, 전극에 걸친 전압 강하는 0.5V 미만이고, 점화 전류는 약 100 A 내지 10 kA 범위이다.
전극은 Mo, 텅스텐, Ta, TaW, WC, 또는 Mo, W, Ta, TaW, WC 상의 점화를 갖는 구리 부분과 같은 리드 부분 상의 흑연 코팅된 Cu 또는 W와 같은 흑연 코팅된 전도체, 또는 흑연 코팅된 Cu 또는 W 표면과 같은 흑연 코팅된 전도체와 같은 복수의 층을 포함할 수 있고, 전극은 PV 변환기의 방향으로 점화를 지향시키는 비-전도성 층을 더 포함할 수 있다. W 또는 Mo는 리드 부분에 용접되거나 전기도금될 수 있다. WC는 용접, 열 스프레이, 고속 산소 연료(HVOF) 증착, 플라즈마 기상 증착, 전기 스파크 증착, 및 화학 기상 증착과 같은 당업계에 공지된 증착 기술에 의해 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 리드 부분 상의 흑연을 포함하는 이중층 전극의 흑연 층은 점화 전극을 포함할 수 있다. 흑연 점화 전극은 얇을 수 있거나 구리 또는 은 평판 리드와 같은 고전도성 리드와의 대면적 연결을 포함할 수 있다. 따라서 저항이 낮아지고 흑연 표면이 고착되는 것을 방지할 수 있다. 실시예에서, 흑연 전극은 흑연 전극에 구리 기둥(post)과 같은 전도성 요소를 포함하여 흑연에 더 많은 전도성을 부여할 수 있다. 기둥은 흑연에 천공하고 이를 기계적으로 추가하거나 구멍에 용융된 구리를 붓고 나서 점화 장치와 마주보는 깨끗한 흑연-구리-기둥 표면을 가공하여 추가할 수 있다.
H2 및 증기와 같은 가스를 용융물로 도입하기 위해 제 2 용기 내에 파이프 버블러를 갖는 펠릿타이저, 2개의 전자기 펌프, 및 전극의 바닥 및 상부 상의 주입 샷으로의 노즐의 횡단면을 보여주는 SF-CIHT 셀 발전기 개략도가 각각, 도 2i14 및 도 2i17에 도시된다. 대응하는 주입 및 점화 시스템의 세부사항이 각각, 도 2i15 및 도 2i28에 도시된다. 전자기(EM) 펌프 및 파이프 버블러 용기 관통부에 대한 세부사항이 도 2i16에 도시된다. 전자기 펌프(5k)는 복수의 스테이지를 포함할 수 있고 펠릿타이저를 따라 복수의 위치에 위치될 수 있다(도 2i14). 전자기(EM) 펌프 조립체(5ka)는 도 2i18에 도시된다. EM 펌프(5k)(도 2i16 및 도 2i24 내지 도 2i28)는 EM 펌프 열교환기(5k1), 전자기 펌프 냉각제 라인 피드-스루 조립체(5kb), 자석(5k4), 자기 요크 및 선택적으로 선택적인 방사선 차폐부를 갖는 가스 또는 진공 갭을 포함할 수 있는 열 장벽(5k5), 펌프 튜브(5k6), 버스 바(5k2), 및 PV 변환기로부터의 전류에 의해 공급될 수 있는 피드-스루(5k31)를 갖는 버스 바 전류 소스 연결부(5k3)를 포함할 수 있다. 펌프 튜브(5k6)는 부식을 감소시키기 위해 코팅될 수 있다. 예시적인 코팅은 Ag 또는 Ag-Cu 합금 용융물의 경우에 니켈과 같은 연료 금속 및 Pt 또는 Ir과 같은 귀금속보다 더 높은 융점을 갖는 내식성 금속이다. 자석들 및 자기 회로 중 적어도 하나는 방사선 차폐물로서 작용하도록 갭을 마주하는 단부 표면과 같은 연마된 표면을 포함할 수 있다. 자기 회로의 자석(5k4) 및 요크(5k5) 중 적어도 하나는 냉각제 입구 라인(31d) 및 냉각제 출구 라인(31e)을 갖는 물과 같은 냉각제로 냉각되는 것과 같은 EM 펌프 열교환 기(5k1)에 의해 냉각기(31a)로 냉각될 수 있다. EM 펌프(5k)의 펌프 튜브(5k6)는 본 개시의 조인트(5b1)에 의해서 제 1 용기(5b), 제 2 용기(5c), 및 노즐(5q)에 대한 용기 섹션에 연결될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프(5k)는 제 1 용기(5b)의 단부에 위치될 수 있고, 다른 하나는 제 2 용기(5c)의 단부에서 용기 벽에 위치될 수 있다. 후자의 펌프 튜브의 연장부는 셀 벽을 관통하고 셀 벽에서 밀봉되는 라인으로 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프 튜브 연장부는 전극(8) 아래로 주입하기 위한 S 형상 튜브를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프 튜브 연장부는 수직으로 셀에 들어가거나, 엘보 또는 굽힘부에서 수평 방향으로 병진 이동될 수 있으며, 노즐(5q)은 단부 출구를 갖는 굽힙부를 포함할 수 있다. 대안으로, 노즐은 튜브의 측벽에 단부가 캡핑된 구멍을 포함하여, 튜브 내의 압력이 측벽 구멍 밖으로 그리고 전극(8) 내로 용융물을 방출할 수 있다. 셀 내의 튜브의 섹션은 원하는 온도에서 용융물을 유지하기 위해 절연 및 가열 중 적어도 하나일 수 있다. 가열은 셀 벽을 관통하고 튜브의 적어도 일부를 둘러싸는 유도 결합 히터 코일로 이루어질 수 있다. 히터 코일 및 버스 바와 같은 셀 내의 튜브 섹션 및 셀 내의 임의의 다른 물체는 점화 생성물에 의한 부착에 저항하는 재료로 코팅될 수 있다. 본 개시의 예시적인 재료는 흑연, 텅스텐 및 텅스텐 카바이드를 포함한다.
실시예에서, 플라즈마 및 부착 금속 샷은 전극으로부터 방출되고, 연료 재순환은 본 개시에서 전극 전자기 펌프로 또한 지칭되는 증강된 레일 건 유형을 더 포함할 수 있는 샷 및 플라즈마 전기자 유형과 같은 레일 건의 원리를 이용하는, 로렌츠 힘을 사용함으로써 달성된다. 로렌츠 힘은 부착 샷이 전극의 점화 섹션으로 흐르게 하고, 점화 플라즈마가 펠릿타이저와 같은 연료 재생 시스템의 입구와 같은 수집 영역으로 지향되어 흐르게 한다.
도 2i14 및 도 2i15에 도시된 실시예에서, 전극은 V의 상부에 있는 8g에 갭을 갖는 하향(음의 z-축으로 지향된) V 형상을 포함할 수 있다. V는 상부에 갭을 갖는 V를 형성하는 지지대의 대향 면에 장착되는 평판 전극에 의해 형성될 수 있다. 고온에서 작동하고 Ag의 부착에 저항하는 전도체를 포함하는 예시적인 전극 재료는 W, WC 및 Mo이다. 지지대는 수냉될 수 있다. 지지대는 적어도 부분적으로 중공형일 수 있다. 중공형 부분은 각각 도관을 통해 유동하고 전극을 냉각시키는 냉각제용 도관을 포함할 수 있다. 실시예에서, 전극은 갭(8g)에 수직 벽 또는 거의 수직인 벽을 갖는 상부 섹션을 더 포함할 수 있다. 벽은 채널을 형성할 수 있다. 전극의 개방 점화 회로는 V의 상부에 있는 갭(8g)의 전도성 부분을 가로지르는 접촉을 야기하는 용융 샷의 주입에 의해 폐쇄될 수 있다.
점화 생성물에 노출될 수 있는 셀 표면은 양극 산화될 수 있는 흑연 또는 알루미늄 또는 본 개시의 다른 재료와 같은 부착 저항 재료로 코팅될 수 있다. 표면은 고온 금속과 같은 기판 상에 스퍼터링될 수 있는 알파 알루미나와 같은 알루미나로 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 표면은 본 개시의 것과 같이 용융 부착에 저항하는 재료를 포함하거나 코팅되는 하우징에 대해 코팅될 수 있다. 버스 바는 각각의 버스 바가 전기적으로 절연된 공통 플랜지의 분리를 통해 셀을 관통할 수 있다. 버스 바, 전극 마운트 및 전극 중 적어도 하나는 점화 생성물의 부착을 위한 표면을 최소화하고 Ag 또는 Ag-Cu 용융물과 같은 복귀 용융물의 축적을 위한 낮은 단면을 가질 수 있는 적어도 하나로 형상화될 수 있다. 실시예에서, 전극(8)은 전극(8) 또는 전극 마운트를 형성하기 위해 단부에서 경사진 직선 로드 버스 바(9 및 10)를 포함할 수 있다. 경사진 버스 바의 표면은 체결된 전극 판으로 덮일 수 있다. 버스 바는 내면에 전극이 장착된 평탄한 구리 버스 바를 포함할 수 있다. 각각의 버스 바는 텅스텐 플레이트 또는 다른 내구성 전도체와 같은 플레이트 전극으로 덮일 수 있다. 플레이트는 갭(8g)을 형성하도록 구부러질 수 있다. 곡선 플레이트는 튜브 또는 버스 바에 전기적으로 연결된 튜브의 반원형 횡단면 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 튜브 전극은 또한 로드와 같은 다른 기하학적 구조의 버스 바에 연결될 수 있다. 튜브는 로드 연결 지점과 동심일 수 있다. 갭(8g)을 가로지르는 예시적인 전극 분리는 약 0.05 내지 10 mm 및 1 내지 3 mm 중 적어도 하나의 범위에 있다. 플레이트 또는 튜브를 포함하는 것과 같은 전극은 고온일 수 있다. 전극은 Tc, Ru, 도핑된 B, Ir, Nb, Mo, Ta, Os, Re, W 및 C 중 적어도 하나와 같은 내화 금속, 및 본 개시의 다른 그러한 금속을 포함할 수 있다. 고온 전극은 열광전지 전력 변환을 위한 흑체 방열기의 역할을 할 수 있다. 전극은 열 취화 저항 조성물을 포함할 수 있다. 전극은 소결된 내화 금속과 같은 소결 재료를 포함할 수 있다. 전극은 열 취화시 파손을 피하기 위해 분절화 및 두께화 중 적어도 하나일 수 있다. 전극은 버스 바의 온도에 비해 전극 온도가 상승하도록 내화 금속판과 버스 바 사이에 열 절연 층 또는 갭을 포함할 수 있다. 곡선 플레이트 전극은 단열층 또는 갭을 형성할 수 있다. MgO 또는 Al2O3와 같은 단열재는 몰딩 또는 기계 가공될 수 있는 세라믹을 포함할 수 있다. 버스 바 및 전극 마운트 중 적어도 하나는 수냉 또는 공냉과 같이 냉각될 수 있다. 용융된 리튬과 같은 용융 금속과 같은 다른 냉각제는 본 개시의 범주 내에 있다.
실시예에서, 전극은 도 2i14 및 도 2i15의 8c와 같은 전극 채널의 대향 단부에 자석 세트와 같은 자기장 소스를 더 포함한다. 자석은 스프레이와 같은 수단에 의해 버스 바 접촉 영역 상에 도포될 수 있는 질화 붕소 코팅과 같은 세라믹 또는 고온 페인트 또는 코팅과 같은 전기 절연체에 의해 이들을 가로질러 장착될 때 버스 바(9,10)로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 세라믹 튜브와 같은 절연체 슬리브는 볼트 또는 스크류와 같은 패스너를 전기 절연할 수 있다. 다른 그러한 부품은 본 개시의 전기 절연 재료에 의해 다른 전기 시스템으로부터 전기 절연될 수 있다. 점화 전류를 지원하는 자석(8c) 및 채널(8g)은 전극 및 채널 중 적어도 하나에 부착된 임의의 샷을 방출하고 점화 입자를 전극(8) 및 채널(8g)로부터 방출하는 기능을 수행하는 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 방출은 자석(8c)으로부터의 자기장과 같은 교차 인가된 자기장에 의해 형성되는 식(37)에 따른 로렌츠 힘 및 채널 (8g)의 것들과 같은 전극 표면에 부착되는 플라즈마 입자 및 은 샷과 같은 샷 중 적어도 하나를 통한 점화 전류에 의한 것일 수 있다. 전류 운반 입자가 충전될 수 있다. 플라즈마는 추가로 전자 및 이온을 포함할 수 있다. 점화 전류는 전력 소스(2)(도 2i10)에서 나온 것일 수 있다. 전류는 바닥층의 전극에 부착되고 그 전극을 단락시키는 금속을 통해 운반될 수 있다. 전류는 인가된 자기장과 교차하여 부착된 금속을 전극 표면으로부터 밀어내도록 로렌츠 힘이 생성된다. 자기장 및 전류의 방향은 샷 및 샷 점화로부터의 것과 같은 플라즈마 입자가 양 또는 음의 방향으로 채널(8g)(도 2i15 및 도 2i17)로부터 멀어지게 지향되도록 선택될 수 있고, 여기서 샷은 양의 z-축 방향(도 2i14 및 도 2i15) 또는 음의 z-축 방향(도 2i17 및 도 2i18)으로 주입될 수 있다. 자석은 y-축을 따라 전극 또는 채널 축에 평행하고 x-축을 따라 점화 전류에 수직인 자기장을 생성할 수 있다. 양의 z-축을 따라 지향된 전자기(EM) 펌프를 포함하는 교차 전류 및 자기장을 갖는 채널은 점화될 전극 내로 주입된 샷을 상향으로 펌핑하는 기능, 부착 샷을 점화를 위해 상향으로 펌핑하는 기능, 전극과 채널에서 상향으로 부착 샷을 펌핑하는 기능, 및 전극과 채널에서 점화 입자를 상향으로 펌핑하는 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 대안으로, 전류 또는 자기장 방향 중 하나를 역전시킴으로써, 교차 점화 전류 및 자기장으로 인한 로렌츠 힘은 점화될 부착 샷을 하향으로 펌핑하는 기능, 전극 및 채널에서 부착 샷을 하향으로 펌핑하는 기능, 전극 및 채널에서 점화 입자를 하향으로 펌핑하는 기능, 점화 입자를 PV 변환기로부터 하향으로 펌핑하는 기능, 점화 생성물을 회수하기 위해 점화 입자를 펠렛 화기의 입구를 향해 하향으로 펌핑하는 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 교차 전류 및 자기장의 강도 및 채널의 치수는 전자기 펌프 튜브를 포함하는 채널을 통해 펌프 압력을 제공한다. 펌프 튜브 및 임의의 스플레이의 폭은 점화 및 펌핑을 위해 전기 소스(2)로부터 전류를 분배하여 양자의 최적화를 달성하도록 선택된다. 전극 EM 펌프는 EM 펌프의 방향을 역전시키기 위해 전류의 방향을 역전시킬 수 있는 스위치를 더 포함할 수 있다. 샷이 EM 펌프(5k)에 의해 상향으로 주입되고, 부착된 샷으로 인해 전극이 단락되는 예시적인 실시예에서, 전극 EM 펌프 스위치는 전류를 역전시키고 펠릿타이저의 입구로 샷을 하향으로 펌핑하도록 활성화될 수 있다. 전극은 센서 및 제어기를 더 포함할 수 있다. 센서는 전극 단락을 검출할 수 있는 전류 센서를 포함할 수 있다. 센서는 EM 펌프(5k)를 비활성화시켜 샷의 추가 주입을 정지시키고 단락이 제거될 때까지 전극 EM 펌프의 전류를 역전시키도록 스위치를 활성화시키는 제어기로 단락 데이터를 공급할 수 있다. 본 개시의 다른 실시예에서, 전극 및 자석은 (i) 8g와 같은 전극 및 채널로부터 샷 및 입자를 방출하고, (ii) 점화 입자를 PV 변환기(26a)로 안내하는 것을 피하면서 점화 생성물 및 점화되지 않은 샷을 펠렛 화기에 공급하는 적어도 하나의 기능을 수행하기 위해 플라즈마를 상향 아치로 지향시키도록 설계될 수 있다.
실시예에서, 전극은 V의 상부에서 갭(8g)을 갖는 하향(음의 z-축으로 지향된) V-형상을 포함할 수 있다. 개방 회로는 용융 샷의 주입에 의해 폐쇄되어 V의 상부에서의 갭(8g)의 전도성 부분을 가로지르는 접촉 유발할 수 있다. V는 상부에 갭을 갖는 V를 형성하는 지지대의 대향면 상에 장착된 평판 전극에 의해 형성될 수 있다. 고온에서 작동하고 Ag의 부착에 저항하는 전도체를 포함하는 예시적인 전극 재료는 W, WC 및 Mo이다. 전극은 점화 전류에 교차하는 자기장(8c) 소스와 함께 갭(8g) 위의 전극의 상부에 채널을 포함하는 제 1 전극 EM 펌프를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 용융된 샷은 양의 z-축 방향에서 아래로부터 주입될 수 있고(도 2i14 및 도 2i15), 전극 EM 펌프는 갭(8g) 내로의 샷의 상향 흐름을 용이하게 하여 점화를 일으키는 기능, 전극 및 채널에서 부착 샷을 펌핑하는 기능, 및 점화 생성물을 전극 및 채널(8g)에서 펌핑하는 기능 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 실시예에서, 전극은 자석(8c1) 및 제 1 전극 채널(8g1)을 포함하는 제 2 전극 EM 펌프를 포함하며, 이는 입자를 PV 변환기로부터 멀리 압박하고 입자를 펠릿타이저로 회수하는 것을 용이하게 하는 로렌츠 힘을 생성한다. 제 2 전극 EM 펌프는 점화로부터 플라즈마 및 입자를 수용하고 입자를 PV 변환기(26a)로부터 멀리 펌핑하기 위해 제 1 전극 EM 펌프 위에 있을 수 있다. 제 2 전극 EM 펌프의 자석의 극성은 전극 및 양 전극 EM 펌프에 공통인 점화 전류의 일부분을 사용하면서 제 1 전극의 것과 극성이 반대일 수 있다. 전극 EM 펌프는 증강 유형일 수 있다. 제 1 EM 펌프 및 제 2 전극 EM 펌프 중 적어도 하나는 점화 전류와 동일하거나 상이한 방향으로 존재할 수 있는 독립적인 전류 소스를 포함할 수 있다. 전류 소스는 PV 변환기로부터의 것일 수 있다. 제 2 전극 EM 펌프의 실시예에서, 전류는 점화 전류의 방향과 다른 방향으로 될 수 있고, 여기서 교차 자기장은 PV 변환기로부터 떨어져서 점화 입자에 힘을 발생시키고, 펠릿타이저의 입구로 입자의 이송을 적어도 부분적으로 용이하게 하는 것 중 적어도 하나를 위해 지향된다. 예를 들어, 독립 전류는 점화 전류의 반대 방향일 수 있고, 자기장은 제 1 전극 EM 펌프의 방향과 동일한 방향일 수 있다. 실시예에서, 제 2 전극 EM 펌프의 자석 및 전류 중 적어도 하나는 제 1 전극 EM 펌프의 매개변수보다 덜 강할 수 있어서 점화 입자의 속도가 감소된다. 실시예에서, 입자 방향은 완전히 역전되지 않을 수 있다. 로렌츠 힘 및 중력 중 적어도 하나는 입자가 PV 변환기에 충돌하는 것을 방지하고 입자의 회수를 용이하게 하는 것 중 적어도 하나일 수 있다.
실시예에서, 제 1 및 제 2 전극 펌프의 제 1 및 제 2 자석 세트 각각은 버스 바(9 및 10)에 장착되고, 자석은 자석을 열적으로 절연 또는 냉각시키는 적어도 하나의 방법에 의해 과열로부터 보호된다. 각각의 전극 전자기 펌프의 자석은 절연체 또는 단열 스페이서와 같은 열 장벽 또는 열 절연 수단과 냉각 판 또는 수냉 라인 또는 코일 및 냉각기와 같은 냉각 수단 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 냉각 또는 냉각 판은 당업계에 공지된 마지모(Masimo) 또는 다이오드 레이저 냉각 판에 의해 만들어지는 것과 같은 집광기 광전지 중 하나와 같은 마이크로 채널 판을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 제 2 전극 EM 펌프는 채널, 점화를 일으키는 전기 소스의 일부분을 포함할 수 있는 전류 소스, 및 자석을 포함하며, 채널, 전류 및 자기장 중 적어도 하나의 방위는 양 또는 음의 z-축을 따를 수 있고 xy-평면에 성분을 가지는 로렌츠 힘을 생성한다. 제 2 전극 EM 펌프의 로렌츠 힘은 PV 변환기로부터 멀어지는 점화 입자에 힘을 발생시키고 펠릿타이저의 입구로의 입자의 이송을 적어도 부분적으로 용이하게 하는 적어도 하나로 지향될 수 있다. 실시예에서, 로렌츠 힘은 양의 z-방향일 수 있고 xy-평면 내의 성분을 가질 수 있다. 본 개시의 전극 EM 펌프의 실시예의 교차된 전류 및 자기장은 부착 샷의 방출 및 펠릿타이저와 같은 재생 시스템으로 플라즈마 입자의 흐름을 유발할 수 있다. 펌핑된 점화 입자의 궤도는 PV 변환기에 충돌이 회피될 수 있는 궤도일 수 있다. 입자 궤도는 전극 관통부와 같은 관통부를 갖지 않는 부분과 같이 셀 벽의 원하는 부분 쪽으로 더 멀리 있을 수 있다.
실시예에서, 전극 및 점화 플라즈마 중 적어도 하나는 z-축을 따르는 전류의 성분 및 xy-평면의 성분을 가지며, 8c 및 8c1과 같은 자석은 전류와 교차하는 자기장을 제공하도록 지향된다. 실시예에서, 자석으로부터의 교차된 인가 자기장은 z-축 방향뿐만 아니라 횡 방향 xy-평면 내의 성분을 갖는 로렌츠 힘을 유발한다. z-방향 힘은 플라즈마 및 전극에 부착된 임의의 샷을 방출할 수 있다. xy-평면-지향 힘은 점화 입자가 셀 벽으로 압박하여 회수할 수 있게 한다. 실시예에서, 점화 및 플라즈마 전류 중 적어도 하나의 성분이 z-축뿐만 아니라 xy-평면을 따르도록 z-축(하나는 다른 것보다 약간 더 높은 높이를 가짐)을 따라 오프셋된다. 일 실시 예에서, 점화 입자는 전극의 점화 지점에 있는 원점에 대해 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 곡선 궤도를 따라 압박될 수 있다. 곡선 경로는 (i) 버스 바(9, 10)(도 2i14) 및 전극(8)의 관통부의 위치에 대향하는 벽으로 입자를 지향시키고, (ⅱ) 입자를 펠릿타이저의 입구로 이송하는 것 중 하나일 수 있다. 전극 및 포물선 디시와 같이 전극을 둘러싸는 임의의 거울은 방출된 광을 PV 변환기(26a)로 지향시킬 수 있다.
실시예에서, 입자는 점화 전극의 방향을 향하는 원추형 팁을 갖는 채널의 출구에서 중앙 원추체와 같은 적어도 하나의 플라즈마 및 입자 편향기에 의해 PV 변환기에 충돌 및 부착되는 것이 방지된다. 편향기는 입자를 펠릿타이저로 회수하는 것을 용이하게 하기 위해 기부에 연결되는 2 개의 원추체를 포함할 수 있다. 플라즈마는 플라즈마 및 광을 PV 변환기로 선택적으로 편향시키는 적어도 하나의 부가적인 플라즈마 편향기로 지향될 수 있다. 입자는 복수의 편향기와 충돌하여 속도를 잃을 수 있고, 펠릿타이저의 입구로 낙하하고 유동하는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 플라즈마는 중앙 및 주변 편향기에 의해 형성되는 채널을 통해 S-형상 궤도 주위를 따라가는 반면에, 입자는 정지되어 펠릿타이저의 입구로 흐를 수 있다.
실시예에서, 입자는 점화 입자를 적어도 부분적으로 차단하면서 플라즈마 및 광을 선택적으로 전달하는 적어도 하나의 물리적 장벽에 의해 PV 변환기에 충돌 및 부착되는 것이 방지된다. 물리적 장벽은 z-축을 따라 위치되는 복수의 요소를 포함할 수 있으며, 그 요소 각각은 부분적으로 개방된 물리적 장벽을 포함하고, n번째 요소의 개방 부분을 통한 z-축을 따르는 지점의 라인은 n이 정수인 일련의 n 요소의 다른 요소에 의해 적어도 부분적으로 차단된다. 복수의 물리적 요소는 점화 지점으로부터 PV 변환기를 향하는 방향을 따라 위치되는 스크린과 같은 복수의 수평으로 엇갈린 그리드를 포함할 수 있다. 그 요소는 입자를 차단하면서 플라즈마 및 광의 물리적 투과를 허용할 수 있다. 플라즈마 가스는 엇갈린 그리드 주위로 흐를 수 있는 반면에, 입자는 차단 부분과 충돌하여 펠릿타이저의 입구로 입자의 회수를 용이하게 하기 위해 모멘텀을 잃게 된다.
실시예에서, 전극 조립체는 영구 자석 또는 전자석과 같은 자기장의 소스를 더 포함할 수 있다. 자기장을 사용하여, 플라즈마는 플라즈마로부터의 광이 PV 변환기로 지향되도록 영역(8l)(도 2i12)에 한정되고, 집중되고 지향되는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 전극 자석은 플라즈마를 갭(8g)으로부터 셀 영역(8l)으로 압박할 수 있다. 자석은 플라즈마가 PV 변환기의 방향으로 광을 방출하게 하도록 플라즈마에 한정을 더 제공할 수 있다. 한정 자석은 자기 병을 포함할 수 있다. 도 2i10의 8c와 같은 자석은 본 개시의 점화 생성물 회수 시스템을 더 포함할 수 있다.
SF-CIHT 셀은 플라즈마에 대해 원주 방향일 수 있고 PV 변환기(26a)의 방향과 같은 원하는 방향으로 방출되도록 선택된 영역에 주로 플라즈마를 포함하는 본 개시의 그리드 전극과 같은 전극을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 점화로부터의 플라즈마 및 입자는 반대로 충전될 수 있고 셀 내의 그들 각각의 이동이 시간에 맞게 분리되도록 상이한 속도로 이동한다. 플라즈마는 이온 및 전자로 구성될 수 있다. 입자는 상대적으로 거대할 수 있다. 플라즈마는 전자의 훨씬 더 높은 이동성으로 인해 음으로 대전될 수 있다. 입자는 양으로 대전될 수 있다. 플라즈마는 입자가 입자 앞의 전극으로부터 팽창하도록 입자보다 훨씬 더 빨리 이동할 수 있다. 입자 흐름에 개방된 그리드 전극과 같은 전극은 광이 PV 변환기(26a)로 지향되는 반면에, 로렌츠 힘이 PV 변환기(26a)로부터 멀어지게 그리고 펠릿타이저로 되돌아 가는 것과 같은 셀의 원하는 영역으로 입자를 향하게 하도록 플라즈마를 선택적으로 지향 및 한정하는 것 중 적어도 하나에 사용될 수 있다. 전극은 부상(floating), 접지 및 충전 중 적어도 하나 일수 있어서, 8l과 같은 셀의 원하는 영역으로의 플라즈마의 선택적인 이송 및 한정 중 하나 이상을 달성할 수 있다. 인가된 전압 및 극성은 8l과 같은 셀의 원하는 영역으로의 플라즈마의 선택적인 이송 및 한정 중 하나 이상을 달성할 수 있다.
실시예에서, 샷은 대략 구 형상을 유지하는 표면 장력이 전극 부착력보다 더 크도록 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있으며; 따라서, 샷은 전극에 부착되지 않는다. 샷 크기는 약 0.01 mm 내지 10 mm, 0.1 mm 내지 5 mm 및 0.5 mm 내지 1.5 mm 중 적어도 하나의 직경 범위 내에 있을 수 있다. 샷은 더 작은 노즐(5q), 더 높은 용융물 흐름 속도, 더 높은 용융물 압력, 및 더 낮은 용융물 점도 중 적어도 하나를 사용함으로써 더 작은 직경으로 만들어질 수 있다.
전극에 부착되는 샷 형태를 방지하는데 효과적인 다른 실시예에서, 전극은 샷 점화가 요구되는 갭을 가로질러 내화 와이어와 같은 적어도 하나의 얇은 와이어와 같은 샷 스플리터를 포함한다. 예시적인 와이어는 구리, 니켈, 내식성을 위한 은 크롬산염과 아연 도금을 갖는 니켈, 철, 니켈-철, 크롬, 귀금속, 텅스텐, 몰리브덴, 이트륨, 이리듐, 팔라듐, SiC, TiC, WC와 같은 카바이드, 및 티타늄 질화물과 같은 질화물 중 적어도 하나를 포함한다. 적어도 하나의 와이어는 샷을 분할되지 않은 샷보다 더 큰 영역에 걸쳐 펼쳐지는 복수의 세그먼트로 분할될 수 있다. 전극 갭은 샷이 스플리터의 부재시 점화되지 않고 갭을 통과하도록 샷보다 더 큰 샷과 같이 충분히 클 수 있다. 스플리터는 전류가 샷을 분산시키고 분산 샷을 통해 전류가 흐르게 할 수 있다. 샷의 분산은 점화가 넓은 갭 영역으로 한정되게 하여 샷이 달리 부착될 수 있는 전극의 다른 영역과 샷의 접촉을 피함으로써 전극에 대한 부착이 피해진다. 전극은 PV 변환기 쪽으로 지향되는 영역(5l)에서 광이 방출되도록 직립 V-형상을 형성하도록 경사질 수 있다. 샷 스플리터는 이동 가능할 수 있고 전극 갭은 샷이 전극에 부착되는 것을 방지하기 위해 장시간 작동 동안 사용되는 시동 및 상승된 전극 온도 동안 분산이 이용될 수 있도록 조절될 수 있다.
실시예에서, 점화 시스템은 샷(5t)이 노즐로부터 중심 구멍 또는 갭(8g)과 같은 전극의 원하는 위치로 이동하도록 전극(8) 및 노즐(5q) 중 적어도 하나의 위치를 조정하는 기계적 또는 압전 메커니즘과 같은 정렬 메커니즘을 더 포함한다. 정렬은 광학적 또는 전기적 센서 및 컴퓨터와 같은 센서 및 제어기에 의해 감지되고 제어될 수 있다. 정렬 메커니즘은 단락이 전극을 가열하는 작용을 하는 시동 중에 전극을 단락시키는 역할을 추가로 할 수 있다. 실시예에서, 노즐(5q)은 용융물이 떨어지는 것을 방지하고 흐름을 방해하는 각도로 중심에서 벗어나 있을 수 있으며, 조절기구는 샷(5t)이 전극(8) 아래로부터 갭(8g) 내로 주입되는 것을 유지할 수 있다.
도 2i14 내지 2i31을 참조하면, 셀은 진공 상태하에서 작동될 수 있다. 셀(26)은 돔형 단부 캡을 가질 수 있는 원통형 챔버 또는 원추형 원통형 챔버와 같은 진공 챔버를 포함할 수 있다. 셀은 펠릿타이저와 같은 연료 회수 및 주입 시스템에 대한 원추형 기저부를 갖는 직각 원주를 포함할 수 있다. 전극은 진공 밀봉될 수 있는 양극 처리된 피드-스루에서 관통될 수 있다. 대안으로, 도 2i24 내지 도 2i27에 도시된 바와 같이, 셀(26)은 챔버(5b3) 내에 수용될 수 있고 전자기 펌프(5k)는 하부 진공 가능한 챔버(5b5) 내에 수용될 수 있다. 펠릿타이저의 입구 및 노즐과 같은 출구는 각각의 입구 및 출구 피드-스루에 대해 밀봉된 상태로 유지되는 셀의 진공 공간 내로 셀 벽을 통해 공급될 수 있다. 셀(26)의 내부는 Al, W, WC, Mo 및 흑연 표면 중 적어도 하나와 같은 은의 부착에 저항하는 표면을 포함할 수 있다. 점화 전류를 공급하기 위해 용융물과 직접 접촉하는 것 이외의 셀(26), 버스 바(9 및 10) 및 전극 구성요소 중 적어도 하나는 용융물의 부착에 저항하는 재료로 코팅될 수 있다. 예시적인 코팅은 연마된 양극 산화 알루미늄와 같은 알루미늄, W, Mo, WC, 흑연, 붕소 카바이드, 테플론(PTFE)과 같은 플루오로카본 중합체, 지르코니아 + 8% 이트리아, 멀라이트, 또는 멀라이트-YSZ를 포함한다. 다른 실시예에서, 리드 및 전극 구성요소는 용융물의 부착에 저항하는 본 개시의 재료로 코팅될 수 있는 고온 스테인리스 스틸 하우징과 같은 하우징으로 덮일 수 있다. 코팅은 본 개시의 다른 수단뿐만 아니라 당업계에 공지된 것에 의해 스프레이, 연마 또는 증착될 수 있다. 코팅은 지르코늄, 니오븀, 티타늄 또는 탄탈과 같은 내화 금속, 또는 하스텔로이 X와 같은 고온 스테인레스 스틸과 같은 지지대 상에 있을 수 있다. 진공 셀의 내부는 부착 방지 표면을 갖는 원추형 라이너를 포함할 수 있다. 라이너는 본 개시의 벽 재료 및 코팅을 포함할 수 있다. 펠릿타이저는 적어도 제 1 용기(5b)로부터 제 1 펌프(5k)의 펌프 튜브까지의 감속기(reducer), 파이프 튜브로부터 제 2 용기(5c)로의 팽창기, 및 제 2 용기(5c)와 제 2 펌프(5k)의 펌프 루브(pump rube) 사이의 직선 감속기를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 펌프 튜브는 약 3/8" OD이고 용기는 각각 약 1" ID이다. 실시예에서, 펠릿타이저 입구는 셀 원추체(26)의 바닥이다. 제 2 용기(5c) 및 노즐(5q)을 포함하는 펠릿타이저 출구는 전극(8) 아래에(도 2i114 및 도 2i15) 또는 전극의 상부에(도 2i17 및 도 2i18)로 주입할 수 있다. 자석(8c) 및 제 2 전극 채널(8g)을 포함하는 제 1 전극 EM 펌프 그리고 자석(8c1) 및 제 2 전극 채널(8g1)을 포함하는 제 2 전극 EM 펌프 중 적어도 하나는 (i) 샷 및 입자를 갭(8g)으로 주입하여 점화를 유발하는 것을 용이하게 하고, (ii) 점화 생성물 및 미점화 샷을 펠릿타이저로 회수하는 것을 용이하게 하고, (iii) 입자 충돌을 피하기 위해 점화 입자를 PV 변환기(26a)로부터 멀어지게 지향 및 안내하는 것을 용이하게 하고, 그리고 (iv) 하이드리노의 수율을 증가시키는 한정을 제공하는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 그 한정은 약 1 atm 내지 10,000 atm, 2 atm 내지 1000 atm, 및 5 atm 및 100 atm의 적어도 하나의 범위에서 압력을 생성할 수 있다. 과도한 주입 Ag 샷과 입자는 펠릿타이저 입구로 펌핑되고, 유도되고, 용이하게 되는 것 중 적어도 하나 일 수 있다. 시스템은 약 1000 ℃의 바닥 벽 온도에서 작동하여 은이 용융 상태로 유지되게 된다. 따라서 모든 샷이 점화에 참여하지는 않더라도 에너지 손실은 대체로 매우 낮을 수 있는 대부분의 펌프 에너지일 수 있다. 고체 연료의 점화로 인한 에너지 중 일부가 은을 가열할 수 있기 때문에 제 1 용기에서 최소 가열이 필요할 수 있다.
실시예에서, 펠릿타이저에 대한 입구의 영역에 셀 벽을 포함하는 셀 바닥은 점화 생성물 및 점화 프로세스 중 적어도 하나에 의해 가열될 수 있다. 바닥은 은과 같은 연료 금속의 융점 초과와 같은 고온에서 작동될 수 있다. 바닥은 회수된 생성물의 적어도 일부를 가열할 수 있다. 고온으로 수집된 회수된 생성물 및 바닥에 의해 가열된 회수된 생성물은 적은 에너지를 소비하도록 예열된 펠렛 화기로 흐를 수 있다. 용융된 점화 생성물은 바닥으로부터 펠렛 화기로 액체로서 흐를 수 있다. 전극(8)에서 점화하지 않는 샷(5t)은 바닥으로 떨어지고 펠렛 화기로 또한 흐른다. 흐름은 액체 또는 고체일 수 있다. 세정 전에 상당한 양의 전력이 점화 생성물에 흡수되는 경우에, 점화 생성물은 매우 고온이 되어 펠릿타이저에서 소산되는 에너지가 결과적으로 낮아질 수 있다.
도 2i19 내지 도 2i21에 도시된 실시예에서, 셀 원추체의 바닥은 용융물 수조 또는 원추체 수조(5b)를 포함한다. 셀 원추체는 고온 및 비자성일 수 있는 은 부착 저항 그룹의 하나 이상의 특성을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 원추체 수조 및 셀 벽을 포함하는 상부 원추체 중 적어도 하나와 같은 예시적인 셀의 적어도 하나의 구성요소의 예시적인 재료는 흑연, 텅스텐, 몰리브덴, 탄화 텅스텐, 질화 붕소, 탄화 붕소, 탄화 규소, SiC 코팅된 흑연, 및 고온 스테인리스 스틸이다. 재료는 코팅될 수 있다. 예시적인 실시예는 SiC 코팅된 흑연, 멀라이트, 및 멀라이트-YSZ 코팅된 스테인리스 스틸이다. 셀(26), 버스 바(9 및 10), 및 자석(8c, 8c1), 채널(8g1), 버스 바 (9,10)에 대한 전극(8)의 연결부, 노즐 (5q) 및 주입기(5z1)와 같은 점화 전류를 공급하기 위해 용융물과 직접 접촉하는 것 이외의 전극 구성요소의 내부 중 적어도 하나는 용융물의 부착에 저항하는 재료로 코팅될 수 있다. 예시적인 코팅은 연마된 양극 산화 알루미늄, W, Mo, WC, 흑연, 탄화 붕소, 테플론(PTFE)과 같은 플루오로카본 중합체, 지르코니아 + 8% 이트리아, 멀라이트 또는 멀라이트-YSZ와 같은 알루미늄을 포함한다. 다른 실시예에서, 리드 및 전극 구성요소는 용융물의 부착에 저항하는 본 개시의 재료로 코팅될 수 있는 고온 스테인리스 스틸 하우징과 같은 하우징으로 덮일 수 있다. SF-CIHT 셀은 코팅의 무결성을 모니터하고 흑연과 같은 더 많은 코팅을 적용하는 수단 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 일상적인 유지보수를 수행하기 위해, SF-CIHT 셀은 스프레이와 같은 흑연 코팅 도포기를 더 포함 할 수 있다. 스프레이는 원추체 표면 상에 흑연을 포함하는 스프레이 및 당업계에 공지된 건식 흑연 윤활제와 같은 흑연 소스를 지향시키는 적어도 하나의 노즐을 포함할 수 있다. 흑연과 같은 재료는 연마될 수 있다. 연마는 적어도 산화 알루미늄, 탄화 규소 및 다이아몬드 분말을 포함하는 것과 같은 미세 연마제로 수행될 수 있다. 실시예에서, 흑연을 포함하는 원추형 수조는 3D 프린팅에 의해 제작될 수 있다. 실시예에서, 셀 원추체는 흑연으로부터 절단기에 의해 절단된다. 커터는 레이저 또는 워터젯을 포함할 수 있다. 커터는 기계식 톱을 포함할 수 있다. 커터는 비스듬히 회전될 수 있다. 대안으로, 원추체는 경사지고 회전되는 흑연 블록으로부터 절단될 수 있다. 원추체는 상부 실린더, 45도 벽을 가진 중간 원추체 및 바닥 원추체 수조와 같은 복수의 섹션으로 만들어질 수 있다.
실시예에서, 원추체는 원추체를 형성하도록 조립된 삼각형 조각과 같은 세그먼트 피스를 포함한다. 피스는 시트일 수 있다. 시트는 삼각형 조각으로 절단되어 원추체를 형성하도록 함께 맞춰질 수 있다. 피스는 스테인리스 스틸 원추형 프레임 또는 원추체와 같은 지지 구조체의 클래딩을 포함할 수 있다. 조립체 기구에서 수형 피스를 포함하는 피스는 수형 피스를 수용하는 암형 슬롯을 포함하는 상부 링 및 바닥 링에 끼워질 수 있다. 상부 링 및 바닥 링은 진공 챔버(26)와 같이 직접 또는 간접적으로 프레임에 체결될 수 있으며, 체결은 피스가 함께 유지되게 한다. 바닥 링은 원추형 수조(5b)에 부착되는 플랜지를 더 포함할 수 있다. 흑연으로 구성된 원추형 요소의 부착 지점은 확장 조인트를 포함할 수 있다.
상부 원추체와 원추형 수조 중 적어도 하나의 예시적인 실시예는 원추체로 형성된 흑연 및 SiC 코팅된 흑연 중 하나, 스테인리스 원추체와 같은 지지대를 라이닝하는 흑연 및 SiC 코팅된 흑연 중 적어도 하나, 분절된 흑연 및 스테인리스 원추체를 라이닝하는 SiC 코팅된 흑연 플레이트 중 적어도 하나, 분절된 흑연 및 함께 기계적으로 유지되는 SiC 코팅된 흑연 플레이트 중 적어도 하나, 원추체로 형성되는 W 호일, W 도금된 스테인리스 스틸 원추체, 스테인리스 원추체와 같은 지지대를 라이닝하는 W 포일, 스테인리스 스틸 원추체를 라이닝하는 분절된 W 플레이트, 함께 기계적으로 유지되는 분절된 W 플레이트, 약 60 °와 같은 가파른 각도를 갖는 스테인리스 스틸 및 멀라이트 또는 멀라이트-YSZ 코팅된 원추체로 형성되는 Mo 포일, 스테인리스 스틸 원추체, 스테인리스 원추체와 같은 지지대를 라이닝하는 Mo 포일, 스테인리스 스틸 원추체를 라이닝하는 분절된 Mo 플레이트, 함께 기계적으로 유지되는 분절된 Mo 플레이트, 멀라이트 또는 멀라이트-YSZ로 코팅되는 60도 각도와 같은 가파른 등급의 스테인리스 스틸이다. 스테인리스 스틸 원추체와 같은 원추체가 Ag 또는 Ag-Cu 합금 용융물과 같은 용융물의 융점 초과의 온도로 가열된다. 가열은 유도 결합 히터 및 저항 히터와 같은 히터 및 하이드리노 반응 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다. 상부 원추체, PV 창과 같은 창, 및 점화 생성물 부착을 방지하기 위한 하우징 중 적어도 하나의 다른 재료는 사파이어, 알루미나, 붕소-실리카 유리, MgF2 및 세라믹 유리 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예에서, 원추형 수조 위의 셀 벽은 원추형 수조의 작동 온도보다 더 낮은 융점을 가질 수 있는 알루미늄과 같은 금속과 같은 재료를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 분절된 알루미늄 피스 또는 플레이트를 포함하는 것과 같은 대응하는 상부 원추체는 원추형 수조의 전방에서 끝날 수 있으며, 복귀하는 용융물이 원추형 수조 내로 에지 위로 흐를 수 있도록 원추형 수조와의 다른 연결 에지 위로 추가로 연장될 수 있다. 상부 원추체는 두꺼운 플레이트와 같은 히트 싱크를 포함하고 용융을 방지하기 위해 냉각될 수 있다. 표면은 용융물의 부착을 방지하기 위해 산화 알루미늄과 같은 산화물을 포함할 수 있다.
원추형 셀(26) 및 원추형 수조(5b) 중 적어도 하나는 운모, 목재, 셀룰로오스, 리그닌, 탄소 섬유, 및 탄소 섬유 강화 탄소 중 적어도 하나를 포함하거나 코팅될 수 있으며, 표면의 적어도 일부는 흑연으로 탄화될 수 있다. 하이드리노 프로세스로부터의 열은 원추형 벽의 과열을 초래할 수 있다. 목재 원추형 수조 또는 원추형 셀은 냉각될 수 있는 금속 싱크와 같은 배면 히트 싱크를 포함할 수 있다. 냉각은 원추형 수조 또는 원추형 셀 벽에 부착될 수 있는 열교환기를 포함할 수 있다. 열교환기는 냉각기(31a)에 의해 냉각될 수 있는 냉각제를 포함할 수 있다. 열교환기는 원추형 벽에 체결되는 파이프를 포함할 수 있으며, 공기와 같은 가스는 팬과 같은 공기 이동기에 의해 파이프를 통해 흐른다. 시스템은 공냉에 의해 벽이 냉각되도록 개방될 수 있다.
수조 내의 금속은 가열에 의해 용융 상태로 용융되거나 유지될 수 있다. 금속은 수조의 외부에서의 가열에 의해 간접 가열되거나 직접 가열될 수 있다. 수조는 저항 히터, 및 리드(5p)와 코일(5f)을 포함하는 외부 또는 내부 유도 결합 히터(5m) 중 적어도 하나와 같은 히터와 함께 가열될 수 있다. 은이 높은 열전율을 갖기 때문에 내부 저항 히터를 위해 내부 열이 신속하고 균일하게 전달되어야 한다. 고온이 가능한 적합한 저항 히터는 니크롬, 흑연, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈, SiC 또는 MoSi2, 귀금속, 및 내열 금속 가열 요소를 포함하는 것이다. 기하학적 형태는 팬케이크 형상 히터와 같은 공간의 최소화와 함께 신속한 열 전달이 있을 수 있는 그러한 형태이다. 히터는 증기 및 수소 중 적어도 하나와 접촉하기 위해 적절한 보호 코팅으로 처리될 수 있다. 대안으로, 가열 요소는 은과 같은 용융물로 습윤됨으로써 물 및 수소 중 적어도 하나와의 반응으로부터 보호할 수 있다. 연료의 점화에 의한 광은 주로 PV 변환기(26a)로 상향으로 전파하나, 하향으로 전파하는 임의의 광 및 열은 원추형 수조(5b) 내의 것과 같은 점화 생성물을 가열하여 소모된 히터 전력의 양을 제한하는 역할을 할 수 있다. 수조는 하부 진공 가능한 챔버(5b5) 및 진공 연결부(5b6)에 의해 제공되는 셀의 진공 상태로 유지되어 전도 및 대류와 같은 수단에 의한 열 손실을 감소시킬 수 있다. 수조는 용융 은과 같은 점화 생성물의 복귀를 위한 통로를 가질 수 있는 방사선 차폐부를 더 포함할 수 있다. 연료 전지의 예시적인 경우에서와 같이, 수조는 열 손실이 최소화되도록 열충격 또는 진공 자켓 벽을 포함할 수 있다. SF-CIHT 셀의 정지 상태에서, 수조는 셀이 작동 준비 상태에 있도록 용융물을 유지하기 위해 단지 주기적으로 가열만 하면 된다. 예시적인 경우로서, 가열은 약 12 시간 내지 24 시간마다 수행되어야 한다는 것이 연료 전지 분야에서 공지되어 있다.
수조는 용융물로 물과 수소 중 적어도 하나를 공급 및 혼입시키기 위한 적어도 하나의 버블러 튜브(5z)를 포함할 수 있다. 버블러 튜브(5z)는 용융 연료 전지와 같은 연료 전지 분야에서 공지된 것과 같은 사행(serpentine) 가스 유동장 또는 확산기를 포함할 수 있다. 버블러 튜브는 H2O 및 H2와 같은 주입된 가스를 포획하여 용융물에 용해 또는 혼합 중 적어도 하나가 되게 하는 역전된 컵을 포함할 수 있다. 가스는 역전된 컵 형상의 확산기 내부에서 방출될 수 있다. 확산기는 용융물 아래에 잠길 수 있고, 용융물은 확산기의 상부 주위에서 하부 측으로 유동하여 가스를 수용할 수 있다. 포획된 가스는 전자기 펌프(5k)로의 용융물 흐름을 용이하게 하는 압력을 제공할 수 있다. 유동장과 같은 버블러 튜브(5z)는 흑연, W 및 WC 중 적어도 하나와 같이 은이 습윤되지 않는 재료를 포함할 수 있다. 습윤성이 없으면 은이 버블러의 가스 구멍을 막는 것을 방지할 수 있다. 파이프 버블러(5z)는 표면이 탄화될 수 있는 목질, 셀룰로오스 또는 리그닌과 같은 탄소, 및 흑연, 탄소 섬유 강화 탄소, 및 Pd-Ag 합금, Ni, 니오븀, Pd, Pt, Ir, 귀금속, 및 당업계에 공지된 다른 수소 투과 막을 포함하는 적어도 하나와 같은 수소 투과막을 포함할 수 있다. 막은 소스(5u)로부터와 같은 수소 가스를 수용할 수 있고 Ag, Ag-Cu 합금 및 Cu 용융물 중 적어도 하나와 같은, 막을 통한 용융물로의 확산을 용이하게 할 수 있다. 파이프 버블러(5z)는 다공성 세라믹 막 또는 프릿(frit)과 같은 투수성 막 또는 프릿을 더 포함할 수 있다. H2O 투과성 프릿은 지르코니아, 멀라이트, 멀라이트-YSZ, 또는 H2O와 반응성이 없고 용융물에 의해 습윤되지 않는 다공성 흑연과 같은 재료를 포함할 수 있다. 막은 벌집구조를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 막 및 플릿은 이트리아 안정화 지르코니아, 스칸디아 안정화 지르코니아, 서멧(cermet)을 더 포함할 수 있는 가돌리늄 도핑된 세리아를 포함한다. 다른 막은 셀룰로오스, 목재, 탄화 목재 및 탄소 섬유 강화 탄소를 포함한다. 5u 및 5v와 같은 소스로부터의 압력은 H2 및 H2O가 용융물에 공급되는 속도를 제어할 수 있다.
H2O 및 H2 중 적어도 하나는 대응하는 인가된 가스의 분압에 의존하는 방식으로 용융물에 용해될 수 있다. 도 2i17에 도시된 것과 같은 실시예에서, 용융 금속 연료를 포함하는 펠릿타이저(5a)는 제 2 용기(5c) 및 매니폴드(5y)로부터의 가스를 선택적으로, 교대로 밀봉하기 위한 적어도 2개의 값을 더 포함하여, H2O 및 H2중 적어도 하나와 같은 가압 가스가 제 2 용기(5c)의 용융물에 도포되게 한다. 먼저, 제 2 용기(5c)의 입구 상의 밸브가 폐쇄되어 제 1 EM 펌프(5k)로의 역류를 방지하고 매니폴드 밸브가 개방되어 매니폴드(5y)를 통해 공급되는 가압 가스로 용융물을 처리하게 한다. 다음에, 제 2 펌프(5k) 및 가스 압력 중 적어도 하나는 가스 처리된 용융물을 제 2 용기(5c)로부터 노즐(5q)을 통해 압박시킬 수 있다. 이어서, 매니폴드(5y)에 대한 밸브가 폐쇄되고 제 2 용기(5c)로의 입구에서의 값이 개방되어 제 1 EM 펌프(5k)가 제 2 용기(5c) 내로 용융물을 펌핑하여 가압 가스 처리 및 처리된 용융물의 방출 사이클을 반복한다. 당업자에게 공지된 대안 밸브, 펌프 및 가스와 용융물 라인 및 연결부는 본 개시의 범주 내에 있다. 펠릿타이저는 입구 및 매니폴드 값을 갖는 복수의 제 2 챔버(5c)를 포함할 수 있다. 연료 수화는 처리된 용융물에 대한 연속적인 분사를 달성하도록 챔버 사이에 동기화될 수 있다.
복수의 버블러는 매니폴드(5y)로부터 공급될 수 있다. H2 및 H2O 중 적어도 하나는 5u 및 5v와 같은 각각의 가스 소스에서 공급될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 물, 수증기 및 증기 중 적어도 하나는 소스(5v)로부터 제공된다. 수증기 및 증기 중 적어도 하나는 수증기 발생기 및 증기 발생기(5v) 중 적어도 하나에 의해 공급될 수 있다. 수증기 발생기는 캐리어 가스 및 물 소스를 포함할 수 있으며, 캐리어 가스는 수조(5v)와 같은 물을 통해 기포화된다. 수소는 하이드리노 반응에서 반응물로서 또한 작용하기 위해 H2O를 통해 기포화된 캐리어 가스를 포함할 수 있다. SF-CIHT 발생기는 재순환될 수 있는 임의의 미반응 H2의 회수 및 재순환 시스템을 더 포함할 수 있다. 회수 시스템은 수소와 선택적으로 결합하여 이를 펌프와 같은 재순환 시스템에 제공하는 금속과 같은 게터를 포함할 수 있다. 회수 시스템은 H2에 대한 선택적인 필터 또는 당업자에게 공지된 다른 시스템을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 캐리어 가스는 아르곤과 같은 희가스와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. SF-CIHT 발생기는 재순환될 수 있는 캐리어 가스의 회수 및 재순환 시스템을 더 포함할 수 있다. 회수 시스템은 캐리어 가스에 대한 선택적 필터 또는 당업자에게 공지된 다른 시스템을 포함할 수 있다. H2O 및 H2 중 적어도 하나를 흡수한 용융물을 포함하는 연료는 수조 밖으로 이송될 수 있다. 저장조는 전자기(EM) 펌프(5k)로 배출될 수 있다. 도 2i14 내지 2i18에 도시된 실시 예에서, EM 펌프는 유도 결합 히터(5o)와 같은 히터로 트레이스 가열될 수 있는 주입 튜브를 포함하는 제 2 용기(5c)로 배출될 수 있다. 본 개시 중 하나와 같은 튜빙은 유도 결합 히터 방사선을 흡수하는데 매우 효과적일 수 있다. 튜브는 진공 챔버에서 작동될 수 있는 연마된 또는 전해 연마된 튜빙과 같이 낮은 방사율을 가질 수 있다. 선택적으로, 제 2 용기(5c)의 저항 히터와 같은 히터는 내부 히터를 수용하기에 충분한 직경 또는 크기를 갖는 제 2 용기의 내부에 있을 수 있다.
시동시, 펌프 튜브(5k6)는 은 또는 은-구리 합금과 같은 연료 금속으로 채워 져서 열 전달 횡단면적을 증가시킬 수 있다. 그 면적은 가열된 원추형 수조(5b)에서 펌프(5k)에 대한 입구까지 튜빙을 따라 열이 전달되는 속도를 증가시키기 위해 영역이 증가될 수 있다. 이와는 달리, 펌프 튜빙은 저항성 트레이스 가열로 가열되거나 튜빙이 절연될 수 있다. 실시예에서, 튜빙은 절연과 열 전달시 효과 사이의 열 전달을 제어하기 위해 가변적이거나 조절 가능한 절연체를 포함한다. 절연은 펌프 시동 중에 높은 절연 상태로 만들어질 수 있으며, 절연은 작동 중에 높은 열 전달을 제공하여 펌프가 과열되는 것을 방지할 수 있는 상태로 만들어질 수 있다. 실시예에서, 가변적인, 조절 가능하거나 제어 가능한 절연체는 펌프 튜빙을 둘러싸는 진공 재킷을 포함한다. 진공 재킷은 시동 중에 배기될 수 있으며, 펌프 작동 후 급속 열 전달을 위해 가스가 재킷에 추가될 수 있다. 진공 재킷의 매니폴드 외부는 과열을 방지하기 위해 추가 열 제거 성능을 제공하기 위해 수냉으로 냉각될 수 있다. 대안으로, 펌프 튜빙 및 버스 바는 펌프의 작동 중에 달성 가능한 온도를 초과한 온도에서 작동할 수 있는 Ta와 같은 고온 재료를 포함할 수 있다. 그러한 Ta 펌프 튜브와 같은 고온 가능한 펌프 튜브는 고온 내산화 코팅으로 코팅될 수 있다. 버스 바는 펌프 튜브 금속보다 더 높은 전도성 금속을 포함할 수 있다. 버스 바는 고온에서 작동할 수 있다. 방사 열 전달은 최대 작동 온도를 제한할 수 있다. 펌프 튜브는 열 전달을 증가시키기 위해 표면적을 증가시키는 핀(fin)과 같은 요소를 포함할 수 있다. 고온 가능한 튜브는 산화를 방지하기 위한 코팅을 포함할 수 있다. 대안으로, 펌프 튜브는 그 표면과 접촉하는 워터 코일과 같은 냉각 시스템을 포함할 수 있으며, 물은 시동 중에 초기에 비워진다. 일단 펌프가 온도에서 작동하면, 제어된 방식으로 필요에 따라 과도한 열을 제거하기 위해 물 또는 다른 적합한 냉각제가 냉각 시스템을 통해 펌핑될 수 있다. 제어는 냉각제 펌프 속도, 냉각기 열 거부율 및 냉각제 입구와 출구 온도를 제어함으로써 달성될 수 있다. 도 2i19에 도시된 다른 실시예에서, 전자기 펌프는 아르곤 또는 헬륨과 같은 불활성 가스와 같은 열전달 가스로 채워질 수 있는 하부 챔버(5b5) 내에 수용된다. 불활성 가스는 펌프 튜브의 산화를 방지하기 위해 약 1 내지 5% H2를 포함하는 것과 같은 희가스-수소 혼합물과 같은 수소를 더 포함할 수 있다. 하부 챔버(5b5)는 플랜지 및 흑연 개스킷과 같은 개스킷으로 셀(26)에 밀봉될 수 있다. 압력은 펌프 튜브 온도를 제어하도록 조정될 수 있다. 냉각 시스템은 불활성 가스 탱크, 펌프, 압력 게이지, 압력 제어기 및 온도 기록계를 포함하여 펌프 튜브로부터 열 전달률을 제어할 수 있다.
다른 실시예에서, 제 2 용기(5c)는 그 입구 단부에 굽힘부를 포함하고, 노즐(5q)에서 끝나는 주입 섹션을 포함하며, 그 섹션은 펌프(5k)로부터 용융물을 수용하고 이를 펌프로 이송하여 전극(8)으로 주입되게 하는 도관의 역할을 한다. 셀 원추형 수조는 펌프 튜브(5k)의 입구 내로 태핑될 수 있다. 펌프 튜브는 수직으로 지향될 수 있다. 제 2 용기는 약 90도 내지 300도 범위의 아크로 구부러질 수 있어서, 제 2 용기의 주입 섹션이 전극(8) 쪽으로 지향된다. 제 2 용기(5c)는 용융물을 전극 내로 주입하는 경로에서 원추형 수조를 통해 다시 이동할 수 있다. 제 2 용기와 같은 펠릿타이저의 직경 또는 크기는 유동 항력이 과도하지 않도록 선택될 수 있다. 또한, 제 2 용기는 저항 또는 유도 결합 히터와 같은 히터에 의해 트레이스 가열되는 것과 같이 가열될 수 있다. 주입 섹션을 가열하기 위한 유도 결합 히터와 같은 히터는 입구 부분을 가열하는 5f와 같은 코일을 포함할 수 있고 셀(26)의 벽을 관통하여 주입 섹션을 가열할 수 있는 코일(5o)을 더 포함할 수 있다. 제 2 용기의 입구 부분은 관형 루프를 둘러싸는 코일(5f)을 갖는 유도 결합 히터에 의해 가열되는 관형 루프를 포함할 수 있다.
도 2i19 및 도 2i20에 도시된 실시예에서, 셀 벽(26)은 흑연, 흑연 코팅된 고온 스테인리스 스틸과 같은 흑연, 텅스텐 및 텅스텐 카바이드 중 적어도 하나와 같은 은 부착에 저항하는 재료를 포함한다. 셀 벽은 원추형 바닥으로 테이퍼질 수 있다. 셀 바닥은 은 용융물과 같은 용융물을 함유하는 원추형 수조(5b)에 정합 플랜지를 연결할 수 있는 플랜지를 포함할 수 있다. 원추형 수조(5b)는 고온 작동이 가능할 수 있으며 흑연, 탄탈, 니오븀, 티타늄, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 또는 고온 스테인레스 스틸과 같은 다른 고온 또는 내화성 재료 또는 금속을 포함할 수 있다. 원추형 수조는 은 용융물과 같은 용융물의 부착에 저항하는 재료로 라이닝될 수 있다. 예시적인 원추형 수조 및 라이너는 흑연 또는 탄탈륨 또는 흑연으로 라이닝 된 니오븀을 포함한다. 흑연 라이너가 셀에 연결될 수 있다. 연결은 Mo, Ta 또는 Nb 스크류와 같은 고온 스크류와 같은 패스너에 의해 함께 체결되는 정합 플랜지에 의해 이루어질 수 있다. 패스너는 앵커 및 앵커에 나사 결합되는 정합 볼트 또는 스크류를 포함할 수 있다. 원추형 수조가 진공 또는 불활성 분위기에 있는 실시예에서, 이는 라이너가 없는 흑연을 또한 포함할 수 있다. 진공 또는 불활성 분위기는 진공 가능한 하부 챔버(5b5)에 의해 제공될 수 있다. 원추형 수조는 전자기 펌프(5k)의 펌프 튜브의 입구의 정합 플랜지에 연결되는 바닥 플랜지를 포함할 수 있다. 주변 코일(5f)을 포함하는 유도 결합 히터는 원추형 수조(5b) 및 펌프(5k)에 대한 입구의 적어도 일부분을 은, 은 구리 합금, 및 구리 금속 중 적어도 하나와 같은 용융 금속의 융점보다 높은 온도로 가열할 수 있다. 플랜지 연결부를 원점으로 정의하면, 튜브는 처음에 하향으로 지향된 다음 튜브를 수직 방향으로 배치하여 원추형 수조(5b)와 교차하는 적합한 곡률 반경을 갖는 루프를 형성할 수 있다. 입구는 펌핑 방향이 수직으로 지향될 수 있는 직선 펌프 튜브(5k6)로 전이될 수 있다. 펌프의 출구 튜브가 원추형 수조 벽과 교차하도록 수직으로 연장할 수 있다. 교차부는 원추형 수조(5b)로부터 펌프 요크 및 자석(5k4 및 5k5)(도 2i16)의 최대 거리를 제공하기 위해 원추형 수조에서보다 적합하게 더 낮은 온도에서 이들 펌프 구성요소를 작동시키기 위해 최대 반경에 있을 수 있다. 펌프 자기 회로(5k4, 5k5)는 원추형 수조에 접선 방향으로 지향될 수 있고, 버스 바(5k2)는 짧을 수 있고 버스 바(5k2)의 방향에 대해 약 90도의 전류 소스에 대한 리드(5k3)를 갖는 원추형 수조에 수직으로 지향될 수 있다. 자기 회로(5k4, 5k5)의 방위는 상승된 온도 구성요소로부터의 거리를 최대화할 수 있다. 원추형 수조 및 입구 튜브, 펌프 튜브(5k6), 및 출구 튜브와 같은 고온 작동 구성요소는 용융물의 융점보다 높아야 하며, EM 펌프(5k)의 자기 회로(5k4 및 5k5)와 같은 저 작동 온도 구성요소는 약 300 ℃ 미만과 같은 훨씬 낮은 온도가 요구된다. 2가지 유형의 구성요소 사이의 온도 분리를 유지하기 위해, 펠렛 화기는 구성요소 간에 절연체를 포함할 수 있다. 또한, 자기 회로는 수냉식 열 전달판(5k1) 및 냉각기(31a)를 포함하는 것과 같은 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 유도 결합 히터(5f)의 수냉식 코일은 또한 전자기 펌프(5k)의 자기 회로를 냉각시키는 역할을 할 수 있고 그 반대의 경우도 가능하다. 원추형 수조 및 펌프 입구는 제 1 용기(5b)를 포함할 수 있다. 전자기(EM) 펌프(5k)는 약 3/8 인치 직경의 탄탈 또는 니오븀 튜브와 같은 펌프 출구 튜브 및 노즐(5q)을 포함할 수 있는 제 2 용기(5c)를 통해 원추형 수조로부터 전극으로 은 용융물과 같은 용융물을 펌핑할 수 있다. 펌프 입구 및 출구 튜브의 루프는 원추형 수조 벽을 통해 적어도 약 180 °의 굽힘부를 포함할 수 있다. 튜브(5c)는 원추형 수조 내에 포함된 은 용융물 레벨 아래의 것과 같은 영역에서 원추형 수조(5b) 내를 이동할 수 있고 노즐(5q)에서 끝나는 용융물 레벨 위로 돌출할 수 있다. 노즐은 용기 히터를 필요로 하지 않고 용융물이 튜브 내에서 흐르면서 용융 상태를 유지하도록 용융 레벨보다 약간 높을 수 있다. 용융물 레벨로부터 상당히 먼 노즐을 갖는 다른 실시예에서, 가열은 유도 결합 히터와 같은 히터에 의해 제 2 용기의 말단 주입 섹션에 가해진다. 전자의 경우와 같은 실시예에서, 전극은 용융물의 레벨에 매우 근접하게 위치될 수 있다. 실시예에서, 용융물과 전극의 분리 거리는 약 1 mm 내지 100 mm, 1 mm 내지 50 mm, 및 1 mm 내지 10 mm 중 적어도 하나의 범위 내에 있다. 셀은 내부 원추형 수조 플랜지와 원추형 수소에 대한 입구를 포함하는 셀 바닥에 더 큰 직경의 진공 하우징 플랜지를 가질 수 있다. 진공 또는 불활성 분위기를 유지할 수 있는 하부 챔버(5b5)가 진공 하우징 플랜지에 연결될 수 있다. 진공 하우징의 내부 진공은 진공 연결 라인(5b6)에 의해 셀의 내부 진공에 연결될 수 있다. 대안으로, 진공 연결 라인(5b6)은 셀 진공 펌프(13a)에 대한 공통 매니폴드에 연결될 수 있다. 하부 진공 가능한 챔버(5b5)는 돔형 단부 캡을 가질 수 있는 우측 실린더를 포함할 수 있다. 하부 진공 가능한 챔버(5b5)는 원추형 수조(5b), 펌프 튜브 (5k6) 및 그의 입구와 출구를 포함하는 전자기 펌프(5k)의 적어도 일부분, EM 펌프 버스 바(5k2)와 자기 회로(5k4, 5k5)의 적어도 일부분, 및 가열 코일(5f) 중 적어도 하나를 포함한다. EM 펌프(5k3)의 버스 바에 대한 전기 연결부, 유도 결합된 히터 코일(5p)에 대한 리드, 및 임의의 센서 리드는 하부 진공 가능한 챔버(5b5)의 벽을 관통할 수 있다. EM 펌프 자기 회로(5k4, 5k5)의 일부는 하부 진공 가능한 챔버(5b5)를 관통하거나 또는 플럭스를 가질 수 있으며, 자석 및 선택적으로 자기 회로(5k4, 5k5)의 일부는 하부 진공 가능한 챔버(5b5) 외부에 있을 수 있다. 진공은 흑연, Ta 및 Nb와 같은 공기에 민감한 재료를 산화로부터 보호할 수 있다. 다른 실시예에서, 대기로부터의 진공 또는 밀봉을 유지할 수 있는 하부 챔버(5b5)는 셀의 진공에 연결될 수 없다. 이 경우에, 하부 챔버(5b5)는 질소와 같은 불활성 가스 또는 아르곤과 같은 희가스로 채워질 수 있다. 추가 보호는 대기 가스 반응성 재료를 세라믹과 같은 전기 도금 또는 물리적 코팅과 같은 보호 코팅으로 코팅함으로써 달성될 수 있다.
실시예에서, 유도 결합 히터 코일 리드는 셀(26) 또는 하부 챔버(5b5) 중 적어도 하나와 같은 발생기의 밀봉 섹션 내로 관통한다. 셀, 챔버(5b5), 및 전자기 펌프 플랜지 판과 같은 두 부분 사이의 격벽은 리드(5p)가 전기적으로 단락되지 않도록 전기적으로 절연될 수 있다. 관통부는 벽에서 발생하거나 온도가 벽보다 더 낮은 위치를 제공하기 위해 벽으로부터 먼 위치에서 발생할 수 있다. 벽은 전기적 접촉없이 리드를 수용하는 도관에 의해 먼 위치에 연결될 수 있다. 밀봉된 관통부에 대향하는 도관 단부는 벽 위치에 밀봉을 형성하도록 관통되도록 벽에 용접될 수 있다. 진공 시일이 먼 위치에있는 고온 전도성 요소를 리드가 관통하는 실시예에서, 리드는 요소와 전기 접촉을 취하지 않고 전자기 펌프 플랜지 플레이트와 같은 요소의 구멍을 통과할 수 있다. 리드는 리드로의 방사율 및 열 전달을 낮추기 위해 연마될 수 있다. 도관은 온도가 훨씬 더 낮은 고온 전도성 소자로부터 도관의 대향 단부에 전기 절연체를 갖는 리드 주위에 대해 진공 밀봉될 수 있다. 절연체는 Teflon Swagelok 또는 Utra-Torr with Kalrez O-ring과 같은 테프론(Teflon) 시일과 같은 저온 시일을 포함할 수 있다. 대안으로, 진공 기밀 리드 관통부는 상업적으로 이용 가능한 고온 RF 관통부를 포함할 수 있다.
실시예에서, 원추형 수조 및 챔버(5b)는 진공 커넥터 내의 진공 하우징의 상부 플레이트에 함께 나사 결합되고 스크류 연결된다. 펌프 튜브가 상부 플레이트를 관통할 수 있다. 용기(5b)는 용접과 같은 수단에 의해 상부 플레이트에 부착될 수 있다. 실시예에서, 펌프 튜브(5k6)는 용융물의 융점 초과의 원하는 온도로 튜브를 유지시키는 유도 결합 히터와 같은 히터에 의해 독립적으로 가열될 수 있다. 실시예에서, 하나의 유도 결합 히터 RF 전력 유닛은 복수의 유도 결합 히터 코일에 다중화될 수 있다. 펌프 튜브 히터는 원추형 수조 히터 코일 및 펌프 튜브 히터 코일을 구동하는 사이에서 시간 흐름에 따라 스위칭되는 RF 발생기의 듀티 사이클에서 원추형 수조 히터용 RF 발생기에 의해 간헐적으로 구동되는 히터 코일을 포함할 수 있다. 듀티 사이클은 원추형 수조와 펌프 튜브를 원하는 온도로 유지하도록 제어될 수 있다. 예시적인 듀티 사이클 범위는 약 10% 내지 90%이다. 대안으로, EM 펌프 튜브는 발생기의 고온 섹션으로부터 전달된 열에 의해 가열될 수 있다. 열은 히터 또는 하이드리노 반응에 의한 것일 수 있다. 실시예에서, 열 전달은 열 전달 블록(5k7)(도 2i26)을 포함할 수 있는 구리와 같은 전도성 매체에 의해 전달된 가열된 원추형 수조(5b)로부터 나온다. 블록은 원추형 수조 및 펌프 튜브와 접촉하도록 가공되거나 주조될 수 있다. 펌프 튜브(5k6)와 열전달 블록(5k7) 사이의 양호한 열 접촉을 위해서, 펌프 튜브는 Thermon T-99와 같은 열 전달 화합물로 코팅될 수 있다.
각각의 버스 바(9, 10)는 커패시터 뱅크에 대한 연결부를 포함할 수 있다. 캐패시터 뱅크는 2개의 커패시터의 복수(예를 들어, 두 개)의 평행한 세트를 포함할 수 있고, 버스 바에 의해 연결되는 대응하는 반대 극성 커패시터 단자와 하나는 포지티브 버스 바에 접속되고 하나는 네거티브 버스 바에 연결된다. 회로는 전극 사이에서 샷의 도달과 함께 완료될 수 있다. 커패시터는 전력 소스에 접속되어 커패시터를 충전하고, 전압이 커패시터에서 감지되는 작동 중에 그들의 전압을 유지할 수 있다. 각각의 버스 바는 수직으로 셀 벽을 관통하고 대응 커패시터의 단자의 나사산을 수용하기 위한 나사산을 갖는 구리 블록과 같은 마운트를 포함할 수 있다. 수평 버스 바는 각각의 수직 버스 바의 나사형 단부에 나사 연결되고, 전극은 수평 섹션의 단부로 미끄러질 수 있다. 전극은 볼트 또는 세트 스크류를 갖는 클램프와 같은 패스너로 고정될 수 있다.
전극은 PV 변환기(26a) 쪽으로 갭(8)에 채널을 형성하는 하향 V-형상과 같은 개시의 것을 포함할 수 있고 채널(8) 및 자석(8c)을 포함하는 전극 EM 펌프 및 선택적으로 자석(8c1) 및 채널(8g1)을 포함하는 제 2 전극 EM 펌프를 더 포할 수 있다. 어느 하나의 전극 EM 펌프의 자석에 대한 과도한 가열을 방지하기 위해서, 8c 및 8c1과 같은 자석이 셀(26)의 외부에 위치될 수 있다. 자기장은 철, 코발트 및 Hiperco(등록 상표) 50 합금(49% Co, 49% Fe, 2% V) 요크 중 적어도 하나와 같이 고온에서 작동할 수 있는 강자성 요크와 같은 자기 회로(8c)(도 2i29 내지 도 2i31)에 의해 8g 및 8g1과 같은 채널에 공급될 수 있다. 다른 실시예에서, 요크는 온도가 가장 큰 갭에서 Co 또는 Hiperco(등록 상표) 50 합금과 같은 하나의 재료 및 자석과 접촉하는 저온 부분에 철과 같은 다른 재료를 포함할 수 있다. 자석은 CoSm 자석과 같은 높은 최대 작동 온도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. CoSm을 열적으로 더욱 절연시키기 위해서, 자기 회로는 CoSm에 대해서 350 ℃와 비교하여 최대 525 ℃의 최고 온도에서 작동할 수 있는 AlNiCo 자석과 같은 더 높은 온도에서 작동할 수 있는 내부 자석을 포함할 수 있다. 전극 EM 펌프 자기 회로는 자석 및 요크를 포함할 수 있고, 각각은 셀 벽(26)을 관통할 수 있다. 대안으로, 자속은 제 1 외부 자기 회로부로부터 셀 내부의 제 2 자기 회로까지의 벽을 관통할 수 있다. 자속 관통을 허용하는 예시적인 벽 재료는 고온 스테인리스 스틸이다. 다른 실시예에서, 노즐(5q)은 EM 펌프(5k)로부터의 압력이 용융물을 전극 간극(8g) 및 선택적으로 8g1을 통해 펌핑하도록 전극(8)에 근접하여 위치될 수 있으며, 여기서 제 1 및 제 2 전극 EM 펌프 중 적어도 하나는 선택적이다. 노즐(5q)은 석영과 같은 비전도체 또는 흑연과 같은 낮은 전도체를 포함할 수 있어서 갭(8g)에 근접할 수 있거나 전극(8)과 접촉할 수 있어서 적어도 하나의 전극 갭 또는 채널(8g 및 8g1)을 통해 용융물의 직접적인 펌핑을 용이하게 할 수 있다. 대안으로, 노즐은 석영 또는 세라믹 슬리브와 같은 비전도체로 팁핑되거나, 질화 붕소와 같은 비전도성 재료로 코팅되거나, 펌프 튜브의 재료와 같은 도전체를 포함할 수 있지만, 최소 갭이 노즐 및 전극(8) 사이에 유지될 수 있다. 셀은 노즐을 통해 셀의 다른 구성요소로 전기가 흐르는 것을 방지하기 위해 접지되지 않고 전기적으로 부상될 수 있다. 셀 벽, 버스 바(9 및 10), 및 셀 내의 임의의 다른 요소는 은 또는 Ag 72 중량%-Cu 28 중량%와 같은 은-구리 합금과 같은 용융물의 부착에 저항하는 외장으로 덮일 수 있다. 예시적인 외장재는 흑연, 탄화 붕소, 테플론(PTFE)과 같은 플루오로카본 중합체, 지르코니아 + 8% 이트리아, 멀라이트 또는 멀라이트-YSZ이다. 전극에 의해 점화된 샷은 H2O와 수소의 그룹 중 적어도 하나의 가스를 더 포함할 수 있는 용융된 Ag와 같은 용융 금속을 포함할 수 있다. 원추형 수조(5b)는 H2O 및 H2 중 적어도 하나의 소스에 연결된 매니폴드(5y)(예컨대, u 및 5v) 및 파이프 버블러 또는 가스 유동장(5z)으로부터의 라인과 같은 적어도 하나의 가스 또는 워터 라인을 포함할 수 있어서 가스를 용융물에 첨가할 수 있다. 라인은 파이프 버블러(5z) 또는 가스 유동장에 연결하기 위해 원추형 수조(5b)의 벽을 관통할 수 있다.
대안으로, H2O 및 H2 중 적어도 하나는 전극(8)에서 주입기 조절기 및 밸브(5z2)에 의해 조절되는 주입기(5z1)에 의해 첨가될 수 있다. 주입기(5z1)는 H2O 및 H2 중 적어도 하나를 점화 플라즈마의 일부분 중 적어도 하나로, 점화 플라즈마의 중심을 용융물의 일부분으로 그리고 실질적으로 용융물 스트림의 중간으로 주입하여 용융물 및 플라즈마 중 적어도 하나에 H2O 및 H2 중 적어도 하나의 혼입을 최대화한다. 예시적인 주입기(5z1)는 H2O를 플라즈마에 직접 주입하는 단부에 50 ㎛ 구멍을 갖는 스테인리스 스틸 튜브를 포함한다. 주입기는 약 0.001 ㎛ 내지 5 ㎜ 범위의 직경을 각각 갖는 것과 같은 적어도 하나의 핀홀을 포함하는 노즐을 포함할 수 있다. 가스는 주입기(5z1)로부터 방향성 있게 흐를 수 있다. 가스는 H2O 및 H2 제트 또는 빔 중 적어도 하나와 같은 가스 제트 또는 분자 빔을 포함할 수 있다. 노즐은 셀로부터 펌핑될 과도한 가스를 피하면서 점화에 효율적으로 가스를 공급하기 위해 전극 갭(8g)의 0.1 내지 5 mm와 같은 점화 지점에 근접하여 위치될 수 있다. 주입은 전극 갭(8g) 아래에서 위로 일어날 수 있다. 주입기(5z1)의 선단은 W 또는 Mo와 같은 본 개시 하나와 같은 내화 금속과 같은 열 손상에 저항하는 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 주입기(5z1)의 노즐은 용융 금속 내로 가스를 주입하기 위해 전극의 길이를 따라 정렬되는 것과 같은 복수의 핀홀 또는 핀홀 어레이를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 핀홀은 직경이 약 25 ㎛이다. 주입은 고속일 수 있다. 높은 속도는 가스에 의한 금속의 혼합을 도울 수 있어서 가스가 더 큰 비율로 반응 혼합물에 도입될 수 있다. 분자 빔은 HOH 촉매의 형성을 촉진시킬 수 있다. 실시예에서, 주입기(5z1)의 선단은 점화될 플라즈마 또는 연료에 주입되는 물의 미세 연무를 형성하기 위한 확산기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 주입기(5z1)는 플라즈마로부터 주입기로의 열 전달 속도를 제한하여, 하이드리노 프로세스로부터의 원하는 전력을 유지하기 위한 그의 유량의 물이 주입기 내에 있는 동안 비등하지 않도록 설계된다. 주입기(5z1)는 i) 최소 표면적, ii) 낮은 열 전달률의 재료, iii) 표면 절연체, 및 iv) 흐르는 물로의 열 전달을 제한하는 방사선 차폐부를 포함할 수 있다. 하이드리노 반응이 H2O 대 H2(1/4) + 1/2O2 + 50MJ인 예시적인 실시예에서, X 와트의 전력을 발생시키는 최소 물의 유속은 다음과 같이 주어진다:
유속 = (X 와트/50 MJ/몰 H2O) X (1 리터 H2O/55 몰)
(39)
X = 500 kW인 예시적인 경우에서, 유속은 0.18 ml/s이다. 0 ℃의 초기 온도에서 초당 0.18 ㎖의 물의 비등을 유발하는 전력은 490 W이다. 따라서, 주입기(5z1)는 플라즈마에서와 같은 셀로부터의 열의 최대 수용이 490 W 미만의 전력에 대응하도록 설계된다. 그 관계를 사용하면,
P = (1/2)pv2
(40)
여기서, P는 압력이고, p는 물의 밀도이고, v는 속도이고, 3 기압의 물 주입 압력은 25 m/s의 노즐(5q)의 유속에 대응한다. 이러한 유속에서 0.18 ml/s(0.18 ×10-6 ㎥)를 전달하기 위한 노즐(5q)의 오리피스의 크기는 7.2 ×10-9 ㎡(직경 95 ㎛ 디스크)이다. 플라즈마에 3 cm가 담긴 이러한 직경의 두 배인 튜브가 주어지면, 튜브의 플라즈마 수축 면적은 열 전달 속도가 490 W/l ×10-5 ㎡ 또는 4.9 ×107 W/㎡ 미만일 것을 요구한다. 낮은 열 수용률을 갖는 예시적인 내열성 노즐은 칼시아(calcia) 또는 이트리아로 안정화될 수 있는 알루미나 또는 지르코니아를 포함한다. 핀홀을 포함하는 것과 같은 노즐(5q)은 물 스트림이 플라즈마의 원하는 부분 전체에 걸쳐 물을 분산시키는 체적 내로 퍼지게 하는 형상을 가질 수 있다. 퍼짐은 플라즈마에서 물의 균일한 분산을 포함할 수 있다. 물 소스(5v)는 물을 주입기(5z1)에 공급하는 수조 및 펌프를 포함할 수 있다. 밸브, 유량계 및 조절기(5z2)는 노즐(5q)을 통해 주입될 물의 유량을 제어할 수 있다.
주입기(5z1)는 0.01 Torr 내지 1000 Torr, 0.1 Torr 내지 100 Torr, 0.1 Torr 내지 50 Torr 및 1 Torr 내지 25 Torr 중 적어도 하나의 범위와 같은 전극 영역에서 원하는 부분적인 H2O 압력을 유지할 수 있는 가습기를 포함할 수 있다.
분자 빔은 하이드리노 반응의 속도를 증가시킬 수 있는 얼음 결정을 형성하도록 냉각될 수 있다. 냉각은 냉각기(31a)에 의해 제공될 수 있다. 냉각은 수소 또는 희가스와 같은 캐리어 가스를 냉각시킴으로써 달성될 수 있다. 물은 동결 한계까지 냉각될 수 있다. 빙점은 수소와 같은 캐리어 가스를 물에 용해시켜 과냉각 수를 형성함으로써 낮출 수 있다. 과-냉각수는 수소와 같은 캐리어 가스를 기포화시킴으로써 에어로졸화될 수 있다. 실시예에서, 0.1 내지 100 ㎛ 직경 범위와 같은 미세-물방울은 초음파 분무기와 같은 분무기에 의해 형성될 수 있다. 초음파 주파수는 약 1 kHz 내지 100 kHz의 범위와 같이 높을 수 있다. 에어로졸화에 의해 얼음 결정이 형성될 수 있다. 물은 진공 상태로 주입될 수 있다. 진공으로 팽창하면 물이 냉각되어 얼음이 형성될 수 있다. 진공 상태로 주입된 물의 증발은 얼음을 형성할 수 있다. 증발은 주입된 물이 얼음을 형성할 수 있는 주입기(5z1)의 선단을 냉각시킬 수 있다. 주입된 물 및 선단 중 적어도 하나는 냉각기(31a)에 의해 냉각될 수 있다. 냉각은 선단의 결빙과 막힘을 방지하면서 주입된 물의 얼음 결정 형성을 초래하는 온도가 될 수 있다. 얼음 결정의 형성은 냉각된 캐리어 가스의 기포화에 의해 더 용이해질 수 있다. 과냉은 버블러와 같은 수조 내의 핵 형성 지점의 제거 및 압력의 감소 중 적어도 하나에 의해 또한 달성될 수 있다. 실시예에서, 첨가제는 물에 첨가되어 빙점을 낮출 수 있다. 예시적인 첨가제는 염, 무기 화합물 및 유기 화합물이다. 후자의 경우에, 유기 화합물은 셀의 작동 중에 소비되고 대체될 수 있다. 수소 가스와 같은 가스는 물을 통해 기포화되어 얼음 결정을 형성할 수 있으며, 얼음 결정은 하이드리노 반응을 위한 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나의 소스로서 작용하도록 용융물에 주입될 수 있다. 실시예에서, 얼음은 승화되어 전극으로 지향될 수 있다. 기화된 얼음은 매니폴드를 통해 흐를 수 있다. 얼음은 큰 입자가 점화 지점으로 흐를 수 있는 적합한 표면과의 물리적 접촉에 의해 큰 결정으로 핵 생성되거나 증착될 수 있다. 흐름은 복수의 핀홀을 갖는 매니폴드를 통해 이루어질 수 있다. 실시예에서, 주입기는 채널(8g)에서와 같은 전극의 벽에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 주입기(5z1)는 노즐(5q)의 반대 측에 있다. 예시적인 실시예에서, 노즐(5q)은 전극(8)에 용융물을 주입하고, 주입기(5z1)는 채널(8g)과 같은 전극의 다른 쪽에 상부로부터 H2O 및 H2 중 적어도 하나를 주입한다. 물은 미세 얼음 결정, 증기 및 액체 물 중 적어도 하나의 형태 일 수 있다. 실시예에서, 5u 및 5v와 같은 소스로부터의 입력 가스는 진공하에 유지되는 셀 내로 주입된다. 대기압 미만일 수 있는 입력 압력을 제어하는 것은 주입기(5z1)를 통한 가스의 유속을 제어할 수 있다. 주입 및 유량에 대한 입력 가스 압력 중 적어도 하나는 밸브, 펌프, 유량 제어기, 및 압력 모니터와 제어기(5z2)에 의해 제어될 수 있다. 셀 진공은 냉각기, 저온펌프 및 진공 펌프(13a) 중 적어도 하나와 같은 수증기 응축기로 유지될 수 있다. 셀 진공은 워터 트랩 및 스크롤 펌프와 같은 진공 펌프와 같은 펌프로 유지될 수 있다. 물 응축기는 냉각기 및 저온트랩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 펌프는 수증기 성분이 본질적으로 이상 기체로서 거동하도록 펌핑하면서 셀 가스를 상승된 온도로 유지시키는 고온 펌프를 포함할 수 있다. 주입되거나 형성된 임의의 물은 셀을 냉각하기 위한 수단으로의 역할을 하는 증기로서 제거될 수 있다.
다른 실시예에서, 셀은 진공을 유지하기 위해 셀 가스로부터 수증기를 제거하기 위한 화학적 게터를 포함한다. 게터는 산화물을 형성할 수 있는 금속과 같은 물과 반응하는 화합물을 포함할 수 있다. 물 반응 생성물은 가열에 의해 가역적일 수 있다. 게터는 분자체, 실리카 겔, 몬모릴로나이트 점토와 같은 점토, CaO와 같은 알칼리 토금속 산화물과 같은 탈수 염기, CaSO4와 같은 황산염과 같은 옥시음이온을 포함하는 알칼리 토류 화합물과 같은 탈수 수화물 화합물, 및 LiBr과 같은 수화물을 형성하여 셀 내의 수증기를 흡수하는 알칼리 할라이드 중 적어도 하나와 같은 건조제와 같은 흡습 화합물을 포함할 수 있다. 화합물은 가열에 의해 재생될 수 있다. 열은 셀에 의해 생성되는 과도한 열로부터 발생할 수 있다.
화합물은 셀 가스와의 접촉으로부터 주기적으로 제거되어 재생되고 복귀될 수 있다. 화합물은 대기압 초과의 증기압이 생성되도록 가열될 때 밀봉 챔버 내에 잔류할 수 있다. 초기 고압의 증기는 개방되는 밸브를 통해 배기될 수 있다. 밸브는 공기가 챔버 내로 흐르지 않도록 대기압보다 훨씬 더 큰 초기 압력에 비해 감소된 압력에서 폐쇄될 수 있다. 챔버는 냉각될 수 있고 화합물은 반복 사이클에서 물을 흡수하기 위해 셀 가스에 노출된다. 사이클의 한 단계에서 물을 흡수하기 위한 셀 가스에 대한 노출 및 흡수된 물을 다른 곳에서 방출하기 위한 대기에 대한 노출을 달성하기 위해 화합물이 이송되는 실시예에서, 화합물의 이송은 오거(auger) 또는 펌프를 사용하는 것과 같은 기계적 수단에 의한 것과 같은 본 개시의 수단에 의한 것일 수 있다. 대안으로, 이송은 본 개시의 것과 같은 공압 수단의 사용에 의한 것일 수 있다. 사이클의 한 단계에서 물을 흡수하기 위한 셀 가스에 대한 노출 및 흡수된 물을 다른 곳에서 방출하기 위한 대기에 대한 노출을 달성하기 위해 화합물이 이송되지 않는 왕복 2-밸브 건조제 챔버 수분 제거 시스템을 포함하는 실시예에서, 화합물은 적어도 2개의 밸브를 갖는 챔버 내에 있다. 제 1 흡수 밸브는 셀 가스와의 연결을 제어하고 제 2 배기 밸브는 주변 대기와 같은 물 배출 영역으로의 연결을 제어한다. 물 흡수 단계 동안, 흡수 밸브는 개방되고 배기 밸브는 폐쇄된다. 물 배출 단계 동안에, 흡수 밸브는 폐쇄되고 배기 밸브는 개방된다. 밸브는 물 흡수 및 배출을 달성하기 위해 교대로 개폐될 수 있다. 흡수 밸브는 화합물에 노출되는 가스 흐름을 증가시키기 위해 게이트 밸브와 같은 대형 밸브를 포함할 수 있다. 배기 밸브는 원하는 압력에서 개방되고 더 낮은 원하는 압력에서 폐쇄되는 분출 밸브와 같은 더 작은 압력 조절 밸브를 포함할 수 있다. 챔버는 일반적으로 셀이 그것을 가열하도록 셀에 근접해 있을 수 있다. 흡수 단계 동안, 31a와 같은 냉각기가 챔버를 냉각시킬 수 있다. 냉각 단계는 배기 단계 동안 셀이 가열될 수 있도록 중단될 수 있다. 중단은 냉각제 흐름을 정지시킴으로써 달성될 수 있다. 냉각제는 챔버의 최고 작동 온도보다 더 높은 비등점을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 열은 히트 파이프와 같은 열 교환기에 의해 제거되거나 챔버로 공급될 수 있다. 실시예에서, 물은 적어도 하나의 시스템이 흡수 단계에서 작동하는 반면에 다른 시스템이 배출 단계에서 작동하는 복수의 왕복 2 밸브 건조제 챔버 수분 제거 시스템에 의해 연속적으로 제거될 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응으로부터의 자외선 및 극-자외선은 셀 내의 수증기가 수소 및 산소로 해리되게 한다. 수소 및 산소는 이러한 귀한 산업 가스의 공급을 제공하기 위해 본 개시의 수단에 의해 분리된다. 광자 해리된 물의 수소와 산소 생성물 혼합물은 미세 다공성 막에 의한 H2의 분리, CaO, CeO2, Y2O3 및 ZrO2와 같은 내화성 산화물과 같은 전기-확산 막에 의한 O2의 분리, 팔라듐 또는 Pd-Ag 막과 같은 비-다공성 금속 막에 의한 H2의 분리, 오리피스 및 빔 스키머(beam skimmer)를 사용하여 고속 제트를 생성하는 가스 분리, 원심 분리에 의한 가스 분리, 및 저온-증류에 의한 가스의 그룹으로부터의 하나 이상과 같은 당업계에 공지된 적어도 하나의 방법에 의해 분리될 수 있다. 수소 및 산소를 연료 전지, 예를 들어, 양성자-교환-막 연료 전지, 용융 탄산염 연료 전지, 및 당업계에 공지된 다른 연료 전지 중 적어도 하나로 공급함으로써 가스가 전기로 변환될 수 있다. 대안으로, 수소 및 산소 또는 대기 산소는 내연 기관, 브레이튼 사이클 엔진, 가스 터빈, 및 당업계에 공지된 다른 열 엔진 중 적어도 하나와 같은 열 엔진에서 연소될 수 있다.
실시예에서, 주입기(5z1)는 H2O 및 H2O 중 적어도 하나를 전달하기 위한 복수의 핀홀을 갖는 매니폴드를 포함할 수 있으며, H2O는 얼음 결정을 포함할 수 있다. 주입기는 펌프(5z2)를 더 포함한다. 수조(5v)는 적어도 물의 빙점까지 냉각될 수 있다. 수조는 펌프(5z2)에 의해 대기압 미만의 압력하에서 작동될 수 있다. 저압은 증기가 대기압에서 물의 빙점 미만의 온도를 갖는 과냉된 상태에서 얼음을 승화시킬 수 있다. 얼음의 표면적은 승화 속도를 높이기 위해 증가될 수 있다. 펌프(5z2)는 과냉각된 수증기를 압축시켜 이를 동결시킬 수 있다. 펌프는 압력을 변화시켜 액체에서 고체로 상 변화를 일으킬 수 있다. 펌프는 연동 펌프를 포함할 수 있다. 버블 챔버는 압력 변화를 사용하여 https://en.wikipedia.org/wiki/Bubble_chamber에서 주어진 것뿐만 아니라 상 변화를 일으킨다. 이러한 원리는 점화 플라즈마에 주입하기 위한 미세 얼음 결정의 형성을 야기하기 위해 적용될 수 있으며, 플라즈마는 하이드리노 반응물을 점화시킴으로써 형성된다. 과냉각 수증기 및 형성된 얼음 결정과 접촉하는 펌프 부분은 31a와 같은 냉각기에 의해 냉각될 수 있다. 얼음 결정은 펌프(5z2)에 의해 복수의 핀홀을 갖는 매니폴드와 같은 주입기(5z1)로 펌핑될 수 있고, 결정은 연료 점화 지점 내로 주입될 수 있다.
실시예에서, 수소 주입기(5z1)는 니켈, 흑연 또는 팔라듐-은 합금 막과 같은 수소 투과 막을 포함할 수 있으며, 여기서 수소는 막을 투과하여 저압 하에서 유지되는 용융물로 전달된다. 수소 투과 막은 수소 유속을 원하는 속도로 감소시킬 수 있으며, 여기서 수소는 전극의 셀과 같은 저압 영역으로 주입된다. 유속은 대응하는 상당한 전력 소비에 기여하지 않는 유속일 수 있다. 유량은 진공 펌프 (13a)가 셀 압력을 유지하도록 관리될 수 있다. 수소 유속은 100 kW의 광을 생성하는 셀 당, 약 0.1 표준 입방 센티미터/분(sccm) 내지 10 표준 리터/분(slm), 1 sccm 내지 1 slm, 및 10 sccm 내지 100 sccm의 범위 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. H2O의 전기 분해는 수소 소스(5u)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 팔라듐 또는 Pd-Ag 막과 같은 막은 수성 전해 가스 혼합물의 산소로부터 수소를 분리하는 기능, 제어된 방식으로 H2와 같은 전극에서와 같이 하이드리노 플라즈마 내로 H2를 주입하는 기능, 및 분자 수소를 원자 수소로 해리시키는 기능 중 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있다. 수소 투과에 대한 투과 속도 및 선택도는 약 100 ℃ 내지 500 ℃의 범위와 같은 막 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 하이드리노 플라즈마는 막 가열을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 전기 분해 생성물 혼합물의 수소 및 산소는 미세다공성 막에 의한 H2의 분리, CaO, CeO2, Y2O3 및 ZrO2와 같은 내화성 산화물과 같은 전기 확산 막에 의한 O2 분리, 팔라듐 또는 Pd-Ag 막과 같은 비-다공성 금속 막에 의한 H2의 분리, 오리피스 및 빔 스키머(beam skimmer)를 사용하여 고속 제트를 생성하는 가스 분리, 원심 분리에 의한 가스 분리, 및 저온 증류에 의한 가스 분리의 그룹으로부터의 하나 이상과 같은 당업계에 공지된 적어도 하나의 방법에 의해 분리될 수 있다.
실시예에서, 주입기는 얼음 결정의 제트를 용융 금속에 공급하며, 여기서 얼음 결정은 고속으로 인해 용융물에 함침될 수 있다. 제트가 수증기를 이송하기 위해 수소 또는 아르곤과 같은 희가스와 같은 캐리어 가스를 포함하는 경우에, 수증기에 대한 얼음 결정의 치환은 캐리어 가스 체적 당 점화로 전달되는 물의 양 및 농도를 상당히 증가시킬 수 있다. 얼음 결정은 또한 얼음 셰이버(shaver) 또는 치퍼 (chipper)와 같은 당업계에 공지된 수단에 의해 기계적으로 형성될 수 있다. 기계식 얼음 결정기는 고체 얼음을 원하는 크기의 작은 얼음 입자로 파괴하는 적어도 하나의 회전 블레이드를 포함할 수 있다. 얼음은 Dremel 공구와 같은 고속 연마기 또는 치과용 드릴 또는 연마기와 같은 고속 드릴 또는 연마기와 같은 적어도 하나의 기계 공구에 의해 전극으로 공급될 수 있다. 공구 또는 드릴은 얼음이 소모될 때 얼음 표면 위에서 래스터될 수 있다. 래스터링은 래스터(raster) 메커니즘에 의해 생성될 수 있다. 상부에 표면을 가진 얼음 기둥은 기저부에 있는 동결 정면으로부터의 보충으로 대응 메커니즘에 의해 전진될 수 있다. 31a와 같은 냉각기가 동결을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 기계적 주파수는 약 1000 RPM 내지 50,000 RPM 범위일 수 있다. 얼음은 31a와 같은 냉각기에 의해 5u와 같은 수조에 냉각수가 공급될 수 있다. 실시예에서, 저온은 H2O 형성에 유리하도록 H2O 증기압을 제한할 수 있다. 유형 I의 얼음 구조는 또한 하이드리노 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 실시예에서, 하이드리노를 형성하기 위한 고체 연료 반응 혼합물은 H 및 HOH 중 적어도 하나의 소스로서의 얼음을 포함한다. 얼음은 주입기(5z1)에 의해 주입될 수 있는 얼음 결정과 같은 높은 표면적을 제공하기 위한 물리적인 형태일 수 있다. 얼음은 물을 동결시키기 위한 31a와 같은 냉각기 및 연마기와 같은 미세 분말 얼음 또는 작은 얼음 결정을 형성하는 수단을 더 포함할 수 있는 얼음 공급기(5v)에서 형성될 수 있다. 대안으로, 얼음 공급원은 냉각 팽창 또는 에어로졸화 H2O의 소스를 포함하는 것과 같은 얼음 결정기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 주입기(5z1)는 주입 노즐을 포함한다. 주입기의 노즐은 전극(8)의 트로프와 정렬된 것과 같은 가스 매니폴드를 포함할 수 있다. 노즐은 H2O 및 H2 중 적어도 하나의 복수의 가스 제트를 전달하는 매니폴드로부터의 복수의 핀홀을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, H2는 셀의 압력보다 더 큰 압력에서 5v와 같은 H2O의 수조를 통해 기포화되고, H2O는 H2 캐리어 가스에 수반된다. 고압 가스 혼합물은 핀홀을 통해 용융물로 흘러 가스 제트를 유지한다. 흐름은 셀의 압력보다 더 큰 고압, 예컨대 약 1 mTorr 내지 10,000Torr, 1 mTorr 내지 1000 Torr, 및 1 mTorr 내지 100 Torr 중 적어도 하나의 범위로 공급되는 압력 제어기 또는 흐름 제어기(5z2)에 의해 조절될 수 있다. 전극에서, 혼합물일 수 있는 가스는 전도성 매트릭스인 금속 용융물과 조합될 수 있다. 고전류의 인가에 의해, 대응 연료 혼합물이 점화되어 하이드리노를 형성할 수 있다.
핀홀은 레이저, 워터 제트 또는 기계식 천공에 의한 것일 수 있다. 주입기 내의 가스는 가압되어 복수의 고속 가스 주입 제트 또는 분자 빔의 형성을 용이하게 할 수 있다. 하이드리노 형성시에 소비되지 않는 가스는 펌프(13a)와 같은 수단에 의해 수집되어 재활용될 수 있다. 물은 응축되어 재활용될 수 있다. 응축은 저온펌프를 사용하여 달성될 수 있다. 수소는 재활용될 수 있으며, 수소는 재활용되기 전에 다른 가스로부터 분리될 수 있다. 분리는 선택적 필터에 의해 달성될 수 있다.
주입 타이밍은 샷과 가스에서 플라즈마 생성이 동시에 이루어질 수 있게 한다. 주입은 연속적일 수 있다. 연속 가스 유속은 점화 주파수 및 연료 유속 중 적어도 하나로 조절될 수 있다. 연료 주입는 간헐적일 수 있고 샷의 점화와 동기화될 수 있다. 타이밍은 주입기의 기계적 공진 및 n + 1번째 점화(n은 정수)에 대해 주입 가스를 지연 및 압축시키는 n번째 점화의 압력파에 의해 달성될 수 있다. 선택적으로, 주입기(5z1)의 솔레노이드 밸브(5z2)와 같은 밸브가 주입를 제어할 수 있다. 밸브(5z2)는 점화 전류에 의해 활성화될 수 있다. 예시적인 밸브는 기계적 피드백 서보 밸브이다. 밸브는 주입기 출구에 있는 것과 같은 압력 제어 밸브를 포함할 수 있으며, 과압은 밸브의 공급 측에서 유지될 수 있다. 물은 액체 또는 가스 중 적어도 하나로서 공급 및 주입되는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 가스 공급원은 공급원(5u 및 5v)에서 제공될 수 있다.
실시예에서, 매우 높은 전력 및 에너지 중 적어도 하나는 원용에 의해 포함되는 Mills GUT Chp. 5에서 주어지는 것과 같은 불균화반응으로서 본 개시에서 지칭되는 프로세스에서 식 (18)의 높은 p 값을 갖는 하이드리노로의 전이를 겪는 수소에 의해 달성될 수 있다. 수소 원자[H(1/p)(p = 1, 2, 3, ... 137)]는 식 (10) 및 (12)에 의해 주어진 저-에너지 상태로의 추가 전이를 겪을 수 있으며, 하나의 원자의 전이는 그의 위치 에너지에서 수반되는 대향 전하에 의해 m·27.2 eV를 공진적으로 그리고 비방사적으로 2차적으로 수용하는 것에 의해 촉매화된다. 식 (41)에 의해 주어지는 H(1/p')로의 m·27.2 eV의 공진 전달에 의해 유도된 H(1/p) 대 H(1/(p + m))의 전이에 대한 일반적인 전체 식은 다음과 같이 주어진다:
H(1/p')+H(1/p) → H+H(1/(p + m))+[2pm+m2-p'2+1]·13.6eV
(41)
하이드리노 프로세스으로부터의 EUV 광은 디하이드리노 분자를 해리시킬 수 있고, 결과적인 하이드리노 원자는 더 낮은 에너지 상태로 전이하는 촉매로서 작용할 수 있다. 예시적인 반응은 H(1/4)에 의한 촉매 H 대 H(1/17)를 포함하며, 여기서 H(1/4)는 HOH에 의한 다른 H의 촉매 반응의 반응 생성물일 수 있다. 하이드리노의 불균형 반응은 X-선 영역의 특징을 발생시키는 것으로 예측된다. 식 (5 내지 8)로 나타낸 바와 같이, HOH 촉매의 반응 생성물은 
이다. 제 1 수소형 원자 
가 H 원자이고 촉매로서 작용하는 제 2 수용체 수소형 원자 
가 
인 H2O 가스를 함유하는 수소 구름에서의 가능성 있는 전이 반응을 고려한다. 
의 위치 에너지가 
이므로, 전이 반응은 다음과 같이 표시된다:
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
여기서, 
중간값의 붕괴로 인한 극-자외선 연속 방사 대역은 
에서 단파장 컷오프를 가지며 장파장으로 확장될 것으로 예측된다. 3.48 keV의 컷오프를 가진 넓은 X-선 피크는 공지된 임의의 원자 전이와 일치하지 않는 NASA의 찬드라 엑스선 관측선(Chandra X-ray Observatory)에 의한 페르세우스 성단(Perseus Cluster), 및 XMM-Newton의 [E. Bulbul, M. Markevitch, A. Foster, R. K. Smith, M. Loewenstein, S. W. Randall, "Detection of an unidentified emission line in the stacked X-Ray spectrum of galaxy clusters," The Astrophysical Journal, Volume 789, Number 1, (2014); A. Boyarsky, O. Ruchayskiy, D. Iakubovskyi, J. Franse, "An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster," (2014),arXiv:1402.4119 [astro-ph.CO]]에 의해 최근에 관찰되었다. BulBul 등에 의해 알려지지 않은 정체에 대한 암흑 물질에 할당된 3.48 keV 특징은 
전이와 일치하고 암흑 물질의 정체로서 하이드리노를 추가로 확인한다.
실시예에서, 발전기는 낮은 압력의 H2O로 높은 전력 및 에너지를 생산할 수 있다. 수증기압은 약 0.001 Torr 내지 100 Torr, 0.1 mTorr 내지 50 Torr, 1 mTorr 내지 5 Torr, 10 mTorr 내지 1 Torr, 및 100 mTorr 내지 800 Torr 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 낮은 H2O 증기압은 수증기 소스에 의해 공급 및 유지되는 것 중 적어도 하나 그리고 유속 및 압력 중 적어도 하나를 제어하는 수단일 수 있다. 물 공급원은 원하는 점화율을 유지하는데 충분할 수 있다. 수증기압은 정상 상태 동적 제어 및 평형 제어 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다. 전극-간 및 전극 EM 펌프 채널 영역(8g)과 같은 점화 영역의 분위기를 가습함으로써 저압-수가 플라즈마에 첨가될 수 있다. 발전기는 전극 영역의 외부와 같은 원하는 영역에서더 낮은 수증기압을 유지하는 펌프(13a)를 포함 할 수 있다. 물은 차등 펌핑(differential pumping)에 의해 제거되어 전극 영역 외부의 셀 영역이 낮은 분압의 물과 같은 더 낮은 압력을 가질 수 있다. 더 낮은 압력은 PV 변환기(26a)에 입사될 수 있는 EUV 광과 같은 광의 감쇠를 감소시키도록 유지될 수 있다.
셀 수증기압은 셀과 관련하여 수조/트랩에 의해 유지될 수 있다. 셀 수증기압은 수조/트랩의 수면 상부의 수증기압과 정상 상태 또는 평형 상태 중 적어도 하나일 수 있다. 수조/트랩은 저온과 같은 감소된 온도를 유지하는 냉각기, 활성탄 또는 건조제와 같은 H2O 흡수 재료, 및 용질 중 적어도 하나와 같은 증기압을 낮추는 수단을 포함할 수 있다. 수증기압은 과냉각될 수 있는 얼음으로 평형 상태 또는 정상 상태로 설정된 낮은 압력일 수 있다. 냉각은 저온 냉각기 또는 이산화탄소, 액체 질소 또는 액체 헬륨 욕과 같은 욕을 포함할 수 있다. 수증기압을 낮추기 위해 수조/트랩에 용질이 첨가될 수 있다. 라울(Raoult)의 법칙에 따라 증기압이 낮아질 수 있다. 용질은 용해성이 높고 농도가 높다. 예시적인 용질은 당; 및 알칼리, 알칼리 토금속 및 암모늄 할라이드, 수산화물, 질산염, 황산염, 중크롬산 염, 탄산염 및 아세트산 염 중 하나 이상과 같은 이온성 화합물, 예컨대 K2SO4, KNO3, KCl, NH4SO4, NaCl, NaNO2, Na2Cr2O7, Mg(NO3)2, K2CO3, MgCl2, KC2H3O2, LiCl 및 KOH이다. 트랩 건조제는 예시적인 분자체 13X, 4-8 메시 펠릿과 같은 분자체를 포함할 수 있다.
과량의 물을 제거하는 실시예에서, 트랩은 밀봉되고 가열될 수 있으며; 이어서 액체 물이 펌핑되거나 증기로서 배기될 수 있다. 트랩을 재냉각되고 재실행될 수 있다. 실시예에서, H2는 전극과 같은 영역과 같은 셀(26)에 첨가되어 O2 반응 생성물과 반응하여 이를 수조/트랩으로 제어되는 물로 변환시킨다. H2는 PdAg 캐소드와 같은 수소 투과 캐소드에서 전기분해에 의해 제공될 수 있다. 수소 압력은 전기분해 제어기와 같은 수소 공급 제어기에 피드백 신호를 제공하는 센서에 의해 모니터링될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 물 분압은 13X와 같은 수화 분자체에 의해 약 50 mTorr 내지 500 mTorr의 범위와 같은 원하는 압력으로 유지된다. 분자체에서 방출된 물은 매니폴드와 라인(5x)에 의해 공급되는 탱크(5v)와 같은 물 공급원으로 대체될 수 있다. 분자체의 영역은 적어도 원하는 분압을 유지하는데 요구되는 속도로 물을 공급하는데 충분할 수 있다. 분자체의 탈가스 속도는 하이드리노 프로세스의 소비율과 펌핑 오프 비율의 합과 일치할 수 있다. 방출 속도 및 분압 중 적어도 하나는 분자체의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 셀은 셀(26)에 대한 연결부를 갖는 분자체의 제어기를 포함할 수 있다. 용기는 히터 및 냉각기 및 온도 제어기와 같은 분자체의 온도를 유지하는 수단을 더 포함할 수 있다.
대안의 정상 상태의 실시예에서, 수증기압은 셀 내의 질량 흐름 및 수증기압 중 적어도 하나를 제어하는 것과 같은 흐름 제어기에 의해 유지된다. 급수 속도는 하이드리노 및 임의의 다른 셀 반응에서 소비되는 것과 일치하도록 조정되고 펌핑과 같은 수단으로 제거될 수 있다. 펌프는 수조/트랩, 저온펌프, 진공 펌프, 기계식 진공 펌프, 스크롤 펌프 및 터보 펌프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 공급 및 제거율 중 적어도 하나는 원하는 셀 수증기압을 달성하도록 조정될 수 있다. 또한, 원하는 수소 분압이 추가될 수 있다. H2O 및 H2 압력 중 적어도 하나는 바라트론(Baratron) 게이지 및 질량 흐름 제어기와 같은 압력 게이지와 같은 센서 및 제어기에 의해 감지되고 제어될 수 있다. 가스는 주사기 펌프에 의해 공급될 수 있다. 질량 흐름 제어기에 대한 대안으로서, 수증기압은 니들 밸브, 비례 전자 밸브 및 스테퍼 모터 밸브 중 적어도 하나와 같은 고정밀 전자 제어 밸브에 의해 유지될 수 있다. 밸브는 수증기 압력 센서 및 컴퓨터에 의해 제어되어 셀 수증기압을 약 0.5 Torr 내지 2 Torr의 범위와 같은 원하는 값으로 유지할 수 있으며, 제어는 20% 이내와 같은 작은 공차로 될 수 있다. 밸브는 셀의 수증기압의 급격한 변화에 대한 허용 오차를 유지하기 위해 빠른 응답성을 가질 수 있다. 밸브를 통과하는 흐름의 동적 범위는 밸브의 공급 측에서 수증기압을 변화시킴으로써 상이한 최소 및 최대 범위를 수용하도록 조정될 수 있다. 공급 측 압력은 수조(5v)의 온도를 각각 증감시킴으로써 증가 또는 감소될 수 있다.
다른 실시예에서, 펌프(5k)는 원추형 수조에 수용된 용융물에 잠기고 펌프(5k)의 출구에 부착된 튜브와 같은 용기와 같은 도관을 통해 용융물을 전극에 수직으로 펌핑하는 전자기 펌프와 같은 잠수형 펌프를 포함한다. 단상 전자기 권선을 포함하는 예시적인 펌프가 1994년 1월 11일 미국 특허 제 5,277,551호에 주어져 있다. 펌프 재료는 고온일 수 있다. 실시예에서, 잠수형 전자기 펌프는 그의 입구가 용융물에 잠긴 수직(z-축)으로 지향된 펌프 튜브를 포함할 수 있다. 펌프는 전류가 x-축을 따르고 자기장이 y-축을 따라 인가되도록 지향될 수 있는 DC 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 로렌츠 힘의 자기장을 인가하기 위한 EM 펌프의 y-축 정렬된 자기 회로는 수냉식 히트 싱크와 같은 선택적인 주변 자석 냉각 시스템의 미러 이미지 세트, 네오디뮴 자석과 같은 주변 자석을 포함하는 자기 회로, 고온 펌프 튜브와 접촉하는 열 장벽 또는 단열체를 더 포함할 수 있는 자기 요크, 및 펌프 튜브에 인접하는 선택적인 냉각 판을 포함할 수 있다. 실시예에서, 열 장벽은 가스 갭 또는 진공 갭 중 적어도 하나를 포함한다. 열 장벽은 방사 반사기 또는 차폐물 중 적어도 하나와 같은 갭을 가로지르는 열 방사, 및 요크, 버스 바 및 펌프 튜브와 같은 자기 회로 부분과 같은 펌프의 고온 부분의 감소된 방사율을 감소시키는 수단을 더 포함할 수 있다. 방사율은 연마된 표면, 전기도금된 표면 또는 전기연마된 표면과 같은 매끄러운 표면을 형성하는 것과 같은 수단에 의해 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, Fe 또는 Co 요크는 낮은 방사율을 갖게 하는 크롬과 같은 재료로 전기 도금된다. 구리 층이 먼저 도포된 다음 크롬이 도포될 수 있다. 예시적인 EM 펌프 설계는 직사각형 펌프 튜브의 짧은 측벽에 부착된 넓고 고전도성 버스 바, 및 다음의 레이아웃을 갖는 수직 자기 회로: 즉, 네오디뮴 또는 SmCo 자석(냉각된)/페라이트, 철, 또는 코발트(냉각된)와 같은 요크/진공 또는 가스 갭/펌프 튜브/진공 또는 가스 갭/페라이트, 철 또는 코발트(냉각된)와 같은 요크/네오디뮴 또는 SmCo 자석(냉각된)을 포함한다. y-축선으로 정렬된 한 쌍의 미러-이미지 전류 버스 바는 주변 단부에서 고전류 소스에 연결될 수 있고 대향 단부에서 펌프 튜브의 측면에 접할 수 있다. 자기 회로 및 전류 버스 바를 포함하는 펌프의 xy-평면은 원추형 수조의 용융물 및 최고온 영역 중 적어도 하나의 외부에서 상승될 수 있다. 대안으로, 펌프는 펌프에 대한 용융물의 중력 공급을 유지하기 위해 용융물 수준 이하로 보호용 하우징에 배치될 수 있거나, 펌프는 펌프 전류 운반 섹션 내의 용융물에 대해 주된 상태로 유지될 수 있다. 버스 바 및 자기 회로 중 적어도 하나는 셀 벽을 관통하여 셀의 외부에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 자기 회로는 스테인리스 스틸 벽과 같은 비자성 벽을 통해 플럭스를 제공하는 셀 외부의 자석을 포함할 수 있으며, 자기 플럭스는 자기 회로의 내부 요크에 집중되어 펌프 튜브를 가로질러 안내된다. 버스 바 관통부는 플랜지를 관통하는 세라믹 절연 전도체를 갖는 플랜지 또는 당업자에게 공지된 다른 고온 가능한 전기 피드-스루를 각각 포함할 수 있다. 펌프 튜브, 자석 및 자성 요크와 같은 EM 펌프의 재료는 고온에서 작동할 수 있다. 대안으로, EM 펌프는 절연체, 냉각 판, 열교환기, 및 재료를 냉각시키는 당업계에 공지된 다른 열 제거 시스템을 포함할 수 있다. 자석 및 자기 회로에 적합한 높은 퀴리 온도를 갖는 예시적인 강자성 재료는 Co(1400K), Fe(1043K), 네오디뮴 자석(583-673K), 및 AlNiCo(973-1133K)이다. 실시예에서, 네오디뮴, AlNiCo, SmCo, 및 철 자석과 같은 자석은 높은 최대 작동 온도를 갖는다. AlNiCo 자석과 같은 자기소거(demagnetization)에 민감한 자석의 경우에, 자석은 DC 필드를 차폐할 mu 금속과 같은 래퍼(wrapper)를 포함하고 금속 스크린(패러데이 케이지)은 RF 필드를 차폐한다. 이러한 양태는 본 개시의 EM 펌프의 다른 실시예에 적용된다. 자기 회로 및 버스 바와 같은 펌프의 구성요소는 각각 하우징으로 덮여 복귀하는 점화 생성물이 하우징 위로 그리고 원추형 수조로 흐를 수 있게 한다. 하우징은 점화 생성물의 부착에 저항하는 재료를 포함할 수 있거나 그 재료로 코팅될 수 있다. 예시적인 은에 대한 비-부착성 재료는 흑연, WC, W 및 Al이다. 펌프 튜브의 출구는 H2O 및 H2 중 적어도 하나를 포함하는 용융 은과 같은 용융된 연료를 전극(8)으로 주입하는 노즐(5q)에 대한 튜브와 같은 도관 또는 용기를 포함하는 펠릿타이저의 주입 섹션에 연결될 수 있다. 주입 섹션을 가열하기 위한 유도 결합 히터와 같은 히터는 셀(26)의 벽을 관통하여 주입 섹션을 가열할 수 있는 5o와 같은 코일을 포함할 수 있다.
실시예에서, 셀 원추형 수조는 용기 및 EM 펌프를 배기하기 위해 펌프 전류의 역전과 함께 EM 펌프에 의해 후방으로 펌핑되는 금속을 저장하는 역할을 할 수 있다. 금속은 가열력을 제거함으로써 고화될 수 있다. 그런 다음 시동 중에 먼저 히터 그리고 나서 EM 펌프가 펌프 작동으로 전방 방향으로 활성화되어 SF-CIHT 발생기를 작동 상태로 복귀시킬 수 있다.
실시예에서, 물은 분무기를 사용하여 플라즈마 내로 분무될 수 있으며, 그 압력은 수증기에 의한 UV 광과 같은 단파장 광의 감쇠를 피하기 위해 낮게 유지될 수 있다. 수증기압은 10 Torr 미만으로 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 증기와 같은 물 및 수소 중 적어도 하나는 은 샷과 같은 용융 금속 샷과 동시에 주입될 수 있다. 물, 증기 및 수소 주입기 중 적어도 하나는 고속 솔레노이드 밸브에서 종결되는 전달 튜브를 포함할 수 있다. 솔레노이드 밸브는 전류가 전극을 통해 흐를 때 밸브를 통해 전류가 흐르도록 전극에 직렬 및 병렬 중 적어도 하나로 전기적으로 연결될 수 있다. 이런 경우에, 증기와 같은 물 및 수소 중 적어도 하나는 은 샷과 같은 용융 금속 샷과 동시에 주입될 수 있다. 다른 실시예에서, 주입기 시스템은 주입을 야기하기 위한 광 센서 및 제어기를 포함한다. 제어기는 샷이 감지되면 솔레노이드 밸브와 같은 고속 밸브를 개폐할 수 있다. 실시예에서, 은 용융물과 같은 용융물, 증기와 같은 물, 및 수소 중 적어도 2개의 주입을 위한 라인이 일치할 수 있다. 그 일치는 공통 라인을 통해 발생할 수 있다. 실시예에서, 주입기는 주입 노즐을 포함한다. 주입기의 노즐은 전극(8)의 트로프와 정렬된 것과 같은 가스 매니폴드를 포함할 수 있다. 노즐은 H2O 및 H2 중 적어도 하나의 복수의 가스 주입를 전달하는 매니폴드로부터의 복수의 핀홀을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, H2는 셀의 압력보다 더 큰 압력에서 H2O의 수조를 통해 기포화되고, H2O는 H2 캐리어 가스에 동반된다. 고압 가스 혼합물은 핀홀을 통해 용융물로 흘러 가스 제트를 유지한다. 전극에서, 혼합물일 수 있는 기체는 전도성 매트릭스인 금속 용융물과 조합될 수 있다. 고전류를 인가하면 대응 연료 혼합물이 점화되어 하이드리노를 형성할 수 있다.
H2와 같은 가스 및 증기를 용융물로 도입하기 위한 제 2 용기의 파이프 버블러, 2개의 전자기 펌프, 및 전극 상부에 샷을 주입하기 위한 노즐을 갖는 펠릿타이저의 단면이 도 2i17에 도시되며, 전극의 세부사항이 도 2i18에 도시된다. 도 2i17에 도시된 실시예에서, 제 1 용기(5b)에서의 펠릿타이저(5a) 입구는 셀(26)의 바닥에 단독으로 위치될 수 있다. 셀은 점화 생성물을 펠릿타이저의 입구로 흘려보내는 원추형 또는 깔대기 모양일 수 있다. 제 1 용기(5b), 제 2 용기(5c) 및 노즐(5q)은 셀(26)의 바닥에 제 1 용기(5b)와 루프의 적어도 일부분을 형성하여 점화 생성물을 수용할 수 있고 제 2 용기(5c) 및 노즐(5q)은 샷을 전극(8)에 전달한다. 실시예에서, 제 2 용기(5c) 및 노즐(5q)은 전극(8) 위의 연료의 배출 지점을 상승시킬 수 있다. 노즐은 점화 팽창 및 발광이 제 2 셀 영역(8l)에서 발생하도록 연료를 제 2 전극 섹션(8j)(도 2i12 및 2i18)에 전달할 수 있다. 방출은 펌프로부터의 중력 및 압력 중 적어도 하나에 의해 촉진될 수 있다. 실시예에서, 제 1 전극 섹션은 전극 갭만을 포함하거나 플라즈마가 광전지 변환기(26a)의 방향으로만 팽창하도록 절연체에 의해 폐쇄될 수 있다.
실시예에서, 전극은 점화가 발생하는 상부 전도체 층 및 절연체의 바닥 판을 포함하는 2 중층 전극 세트를 포함하여 갭(8g)에 바닥을 형성할 수 있다. 전도성 상부층은 구리, Mo, Ta, TaW, 텅스텐, 탄화 텅스텐(WC), 또는 흑연 코팅된 Cu 또는 W와 같은 흑연 코팅된 전도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 하부 비전도성 하부 층은 알루미나, 지르코니아, MgO 및 내화 벽돌과 같은 세라믹을 포함한다. 상부 전도 층은 냉각될 수 있는 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐, Ta, TaW, 텅스텐 카바이드(WC) 및 흑연 코팅된 Cu 또는 W 전극(8)과 같이 흑연 코팅된 전도체와 같은 은이 부착되지 않는 재료를 포함하거나 또는 이를 덮을 수 있다. 구리, 은 및 CuAg 합금과 같이 은에 의해 충전된 재료는 은 샷과 같은 샷이 부착되지 않는 재료로 각각 덮일 수 있다.
전극은 피복층, 점화 층 및 하부 비전도성 판과 같은 다수의 층을 포함할 수 있다. 비-부착성 커버 층은 절연체, 연료 점화를 야기하는 전극의 부분에 비해 낮은 전도성의 전도체, 및 전도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 비-부착층이 전도성인 경우에, 전극의 점화 부분과 전기적으로 절연될 수 있다. 전극은 상부 샷 비-부착층, 얇은 절연 스페이서 층, 및 전기 소스(2)에만 배타적으로 연결된 고 전도성 점화 부분 층을 포함할 수 있다. 은 또는 구리 부분과 같은 전극의 점화 부분에 비해 낮은 전도도를 갖는 예시적인 상부 층은 흑연을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 흑연 또는 지르코니아는 은 샷과 같은 샷이 부착되지 않는 층으로서 작용한다. 비-부착층은 세라믹층과 같은 절연 층에 의해 구리 부분과 같은 점화 부분으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 비-부착층은 전극의 점화 부분의 갭(8g) 내로 샷을 유도하기 위한 깔대기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 전극은 흑연 또는 지르코니아 상부층과 같은 상향 V 자형 상부 층을 포함하는 이중층 전극을 포함할 수 있다. 상단층은 샷을 하단 점화층로 안내할 수 있다. 전도체를 포함하는 하부층은 갭 (8g)을 향한 수직 벽 또는 거의 수직인 벽을 가질 수 있다. 바닥 또는 점화 층의 예시적인 재료는 W, WC 및 Mo이다. 개방 회로는 하부층에서 갭(8g)의 전도성 부분들에 걸쳐 접촉을 야기하는 용융 샷의 주입에 의해 폐쇄된다. 실시예에서, 샷은 y-축을 따라 전달될 수 있다. 노즐(5q)은 y-축을 따라 전극의 상부로 수평으로 샷을 전달할 수 있다(도 2i17 및 도 2i18). 광은 점화된 상부 장전된 샷으로부터의 플라즈마가 PV 변환기(26a)를 향한 z-축을 따라 양의 z-방향으로 주로 팽창하는 것을 허용하는 전극 설계로 인하여 우세하게 상향 전파하도록 한정될 수 있다.
실시예에서, 전극은 상향 V 자형을 포함하는 상부 층, 갭(8g) 내로 약간 연장된 평판과 같은 중간 전류 전달 층 및 갭(8g)으로부터 리세스된 하향 v자형 전극 층과 같은 삼층 전극을 포함할 수 있다. 상부 층은 샷 용융과 같은 샷 용융물의 부착에 저항하는 재료를 포함할 수 있다. 적합한 예시적인 재료는 양극 산화 알루미늄, 흑연 및 지르코늄과 같은 비전도체 또는 낮은 전도체, 또는 알루미늄, 몰리브덴, 텅스텐, Ta, TaW, 텅스텐 카바이드(WC) 및 흑연으로 코팅된 Cu 또는 W와 같은 흑연 코팅 전도체 중 적어도 하나이다. 알루미늄 전극과 같은 저 융점 전극은 용융을 방지하기 위해 냉각될 수 있다. 상부 층은 중간층에 대해 전기적으로 절연될 수 있다. 중간 전류 전달 층은 평면 W, WC 또는 Mo 플레이트와 같이 높은 융점 및 높은 경도를 갖는 전도체를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전기 소스(2)는 리드 층으로서 기능을 할 수 있는 중간층 및 바닥층 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 하부 전극 리드 층은 또한 열전달을 보조하기 위해 고 열전도성일 수 있는 높은 전도체를 포함할 수 있다. 적절한 예시 재료는 구리, 은, 구리-은 합금 및 알루미늄이다. 실시예에서, 하부 리드 전극 층은 또한 은과 같은 샷 용융물의 부착에 저항하는 재료를 포함한다. 적합한 예시적인 비-부착성 납 전극은 WC 및 W이다. 대안으로, 구리 전극과 같은 리드 전극은 샷 용융물의 부착에 대해 저항력이 있는 표면으로 코팅되거나 피복될 수 있다. 적절한 코팅 또는 피복재는 WC, W, 탄소 또는 흑연, 탄화 붕소, 테플론(PTFE)과 같은 플루오로카본 중합체, 지르코니아 + 8% 이트리아, 멀라이트, 멀라이트-YSZ 및 지르코니아이다. 코팅 또는 피복은 점화 동안 샷 용융물에 노출된 표면 영역에 적용될 수 있다. 개방 회로는 중간층에서만 갭(8g)의 전도성 부분을 가로지르는 접촉을 야기하는 용융 샷의 주입에 의해 폐쇄될 수 있다. 하부 층은 전극 내부 도관을 포함하는 냉각제 유동 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 중간 및 하부 냉각 층 사이의 접촉은 방열판을 냉각시키고 중간층을 냉각시킬 수 있다. 상단 및 중간 냉각 층 사이의 접촉은 방열판을 냉각시키고 상단 층을 냉각시킬 수 있다. 테스트된 실시예에서, 샷 주입 속도는 1000 Hz이고, 전극 양단의 전압 강하는 0.5 V 미만이었고, 점화 전류는 약 100 A 내지 10 kA 범위였다.
도 2i17 및 도 2i18의 8c와 같은 자석은 샷 점화로부터의 것과 같은 플라즈마 입자가 영역(8k)(도 2i12)으로부터 멀어지도록 유도할 수 있다. 로렌츠 힘이 음의 z-축 방향으로 지향되는 예시적인 실시예에서, 자석 및 채널(8g)은 (i) 점화될 갭(8g) 내로 영역(8j)에서 샷을 주입하고, (ii) 영역(8j)에서와 같이 전극 상부에 부착된 샷을 점화될 갭(8g)으로 펌핑하고, (iii) 미-점화된 샷 및 입자를 영역(8i) 및 갭(8g)으로부터 방출하고, (ⅳ) 점화 생성물 및 미점화 샷을 펠릿타이저로 회수하는 적어도 하나의 기능을 수행하는 전자기 펌프를 포함한다. 방출 및 회수는 자석(8c)으로부터의 교차 자기장과 같은 교차 결합된 자기장에 의해 형성된 로렌츠 힘 및 8i, 8g 및 8j와 같은 전극 표면에 부착된 은 샷과 같은 플라즈마 입자 및 샷 중 적어도 하나를 통한 점화 전류에 의한 것일 수 있다. 점화 전류는 전력 소스(2)(도 2i10)에서 나온 것일 수 있다.
도 2i12의 영역 8k에서 8l까지의 z 축으로 직교 좌표를 고려한다. 실시예에서, 전극은 V(도 2i17 및 2i18)의 바닥에서 8g에 갭을 갖는 상향(양의 z 축 방향) V 자 형상을 포함할 수 있다. 개방 회로는 노즐(5q)로부터의 용융 샷(5t)의 주입에 의해 폐쇄되어 V의 바닥에서 갭(8g)의 전도성 부분을 가로 질러 접촉하게 된다. V는 하부에 갭을 갖는 V를 형성하는 지지대의 대응면 상에 장착된 평판 전극에 의해 형성될 수 있다. 고온에서 작동하고 Ag의 부착에 저항하는 전도체를 포함하는 예시적인 전극 재료는 W, WC 및 Mo이다. 지지대는 수냉될 수 있다. 지지대는 적어도 부분적으로 중공형일 수 있다. 중공부는 각각 도관을 통해 유동하고 전극을 냉각시키는 냉각제용 도관을 포함할 수 있다.
실시예에서, 전극은 갭(8g)에서 수직 벽 또는 거의 수직인 벽을 갖는 하부를 더 포함할 수 있다. 벽은 채널을 형성할 수 있다. 실시예에서, 전극은 전극 채널의 대응 단부에 자석 세트와 같은 자기장 소스를 더 포함한다. 자석은 전극 또는 채널 축에 평행하고 점화 전류에 수직인 자기장을 생성할 수 있다. 교차 전류 및 자기장을 갖는 채널은 전자기(EM) 펌프를 포함할 수 있다. EM 펌프는 부착 샷을 점화될 전극으로 펌핑할 수 있다. 실시예에서, 교차 자기장 및 점화 전류로 인한 로렌츠 힘은 전극의 상부 벽에 부착된 샷을 점화하고 펌핑하여 점화 입자를 PV 변환기로부터 아래쪽으로 펠릿타이저로의 입구로 회수하기 위해 샷을 아래로 펌핑하는 것 중 적어도 하나일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 샷(5t)은 V-형 전극(8) 상부에서 y-축을 따라 수평적으로 주입될 수 있다(도 2i17 및 도 2i18). 실시예에서, 자석(8c)은 V-형 전극(8)의 홈을 따라 y-축을 따라 자기장을 인가하도록 배치된다. 회로는 폐쇄되고 샷에 의해 x-축 방향의 점화 전류가 흐르고, 자기장이 전류를 가로지르는 갭(8g)을 가로지르는 전류 경로가 제공된다. 교차된 전류 및 자기장은 식(5)에 따라 로렌츠 힘을 생성한다. 전극에 부착된 금속 샷을 압출하는 스프링(37)을 포함한다. 로렌츠 힘은 점화되지 않은 샷을 회복하고 점화 입자를 회수하기 위해 점화 입자를 영역(8k)(도 2i12)으로 아래로 밀어 내릴 수 있다. 로렌츠 힘은 갭(8g)에서 전극의 점화부 내로 부착 샷의 흐름을 유발하고, 점화 플라즈마가 펠릿타이저와 같은 연료 재생 시스템의 입구와 같은 수집 영역으로 향하도록 흐르게 한다. 본 개시의 다른 실시예에서, 전극 및 자석은 (i) 점화될 갭(8g) 내로 영역(8i) 내의 샷을 주입하고, (ii) 샷을 방출하고, (ⅲ) 영역(8i, 8j) 및 갭(8g)으로부터 미점화된 샷 및 입자를 방출하고, (iv) PV 변환기(26a)로 점화 입자의 안내를 회피하면서 점화 생성물 및 미점화된 펠릿타이저로 회수하는 적어도 하나의 기능을 수행하도록 플라즈마를 상향 아치로 지향시키도록 설계될 수 있다.
실시예에서, 샷은 y-축을 따라 전달된다(도 2i17 및 도 2i18). 노즐(5q)은 y-축을 따라 전극의 상부로 수평으로 샷을 전달할 수 있다. 고체 연료는 일련의 샷, 연속적인 스트림 또는 샷과 스트림의 조합으로 전달될 수 있다. 상기 광은 점화된 상부-장전된 샷으로부터의 플라즈마가 PV 변환기(26a)를 향한 z-축을 따라 양의 z-방향으로 주로 팽창하는 것을 허용하는 전극 디자인으로 인하여 주로 상향 전파하도록 제한될 수 있다. 전극은 점화 전류에 수직인 방향으로 자기장을 생성하기 위해 전극의 대향 단부에서 분리된 자석 세트(8c)와 같은 적어도 하나의 자석을 더 포함할 수 있다. 교차된 전류 및 자기장으로 인한 로렌츠 힘은 부착 샷의 배출 및 플라즈마 입자의 펠릿타이저와 같은 재생 시스템으로의 유동을 유발할 수 있다. 로렌츠 힘은 음의 z-방향일 수 있다. 로렌츠 힘이 음의 z-방향에 있는 경우에, 전극(8)의 점화 층과 같은 영역, 섹션 또는 층은 점화 입자 및 입자와 플라즈마로 배출되지 않는 샷을 위한 전자기 펌프로서 작용할 수 있는 채널을 포함할 수 있다. 채널의 크기는 플라즈마 및 광을 전극의 영역(8l)을 향해 팽창시키는 고압 팽창 점화 플라즈마에 흐름 제한을 제공하도록 선택될 수 있다(도 2i12). 전극의 점화 부분은 짧은 전자기 펌프 튜브를 포함하는 얕은 채널을 형성하여 입자 및 부착 샷이 펌프 튜브를 채우고 방출된 광의 경로가 양의 z-축을 따라서만 제한되도록 할 수 있다. 교차된 전류 및 자기장의 강도 및 채널의 치수는 전자기 펌프 튜브를 포함하는 채널을 통해 펌프 압력을 제공한다. 펌프 튜브 및 스프레이의 폭은 점화 및 펌핑을 위해 전력 소스(2)로부터 전류를 분배하여 양자의 최적화를 달성하도록 선택된다.
샷이 측면(8l)과 같은 플라즈마의 팽창에 대해 요구되는 것과 동일한 측면 상에 주입되는 경우에, 전력 소스는 실질적인 시간 지연 없이 점화 전류를 전달할 수 있다. 주입은 n + 1 번째 주입이 n 번째 주입의 점화 주입으로부터의 압력 파에 의해 붕괴되는 것을 피하기 위해 타이밍될 수 있으며, 여기서, n은 정수이다. 타이밍은 광학, 전류, 전압 및 압력 센서 중 적어도 하나와 같은 주입 센서 및 제어기로 달성될 수 있다. 제어기는 전자기 펌프 압력, 노즐 밸브 및 점화 전류 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
실시예에서, SF-CIHT 발생기는 다수의 전극을 포함할 수 있으며, 각각의 세트는 (i) 공통 또는 별도의 전용 주입 시스템, (ii) 공통 또는 별도의 전용 전력 소스, (iii) 공통 또는 별도의 전용 PV 변환 시스템 중 적어도 하나로 이용될 수 있다. 점화 시스템은 도 2i22에 도시된 바와 같이 점화 시스템의 냉각 시스템을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 냉각 시스템은 버스 바(9 및 10)(도 2i14) 및 전극(8) 또는 도관 또는 라인을 통해 펌핑되는 냉각제를 냉각시키기 위해 입구(31f) 및 출구 냉각제 라인(31g) 및 냉각제 펌프 및 냉각기(31a)를 통한 도관을 포함할 수 있다. 전극 냉각제 시스템은 양 전극을 제공하는 한 쌍의 냉각제 라인(31f 및 31g)을 포함할 수 있거나 각각의 전극은 독립적인 유입 라인(31f) 및 유출 라인(31g)을 가질 수 있다(도 2i22). 공동 라인의 경우에, 전극과 냉각제 사이의 효율적인 열전달을 달성하기 위해 평균 국부 냉각제 온도에 따라 선과 전극의 접촉 영역을 조정할 수 있다. 도 2i23에 도시된 다른 실시예에서, 점화 시스템의 전극 및 버스 바는 에어 핀을 포함하는 것과 같은 열교환기를 포함하는 수동 냉각 시스템(31h) 및 선택적으로 에어 핀에 대한 열 파이프에 의해 냉각될 수 있다. 도 2i23에 도시된 실시예에서, 광전지 변환 시스템은 에어 핀을 포함하는 것과 같은 열교환기를 포함하는 수동 냉각 시스템(31i) 및 선택적으로 에어 핀에 대한 열 파이프에 의해 냉각될 수도 있다. 도 2i22에 도시된 실시예에서, 광전지 변환기(26a)의 광전지(PV) 셀 또는 패널(15)은 고온 냉각제가 입구(31b)를 통해 광전지 변환기 냉각 시스템(31)으로 흐르고 냉각된 냉각제가 출구(31c)로 빠져나간다. PV 셀은 30 ℃에서 450 ℃와 같이 상승된 온도에서 작동할 수 있으며 PV 셀에서 응축되는 수증기를 방지하기 위해 감소된 셀 압력하에서 작동될 수 있다.
발전기의 에너지 균형을 개선하는 실시예에서, 31 및 31a 중 적어도 하나와 같은 냉각기는 셀에 의해 생성된 열을 포함할 수 있는 열 동력에 의해 구동될 수 있다. 열 전력은 내부 소산과 하이드리노 반응에서 나올 수 있다. 냉각기는 당업자에게 공지된 흡수 냉각기를 포함할 수 있다. 실시예에서, 거부된 열은 증발될 수 있는 물과 같은 냉매 또는 냉각제에 의해 흡수된다. 흡수 냉각기는 열을 사용하여 냉매를 응축시킬 수 있다. 실시예에서, 수증기는 실리카겔(Silicagel), 제올리스(Zeolith)와 같은 흡수 재료(흡착제) 또는 Pacific Northwest Laboratory의 P. McGrail과 같은 나노구조 재료에 흡수된다. 흡수된 물은 챔버 내에서 방출되도록 가열되고, 여기서 압력은 물이 응축되도록 충분히 증가한다.
실시예에서, 연료의 속도, 샷 크기, 용융 샷 점도, 전극 사이의 갭(8g)의 폭 및 전극(8)의 형상 중 적어도 하나는 주입 측 또는 영역(8k)에 비해 전극(8l)의 대응 측 상의 영역에서 우세하게 발생하기 위해 점화를 발생시키도록 선택된다. 실시예에서, 전극(8j)의 제 2 섹션은 플라즈마 및 광이 우선적으로 PV 변환기(26a)를 향하는 셀(8l)의 제 2 영역에 대한 입구 역할을 한다(도 2i2). 용융 연료와 같은 연료의 속도는 약 0.01 m/s 내지 1000 m/s, 0.1 m/s 내지 100 m/s, 및 0.1 m/s 내지 10 m/s의 하나 이상의 범위일 수 있다. 노즐(5q)에서의 압력 및 연료의 점도 중 적어도 하나는 연료 속도를 제어하는데 사용될 수 있다. 노즐 오리피스의 크기, 용융물 압력, 용융물 유속, 용융점도 및 용융 온도는 용융물 크기를 제어하는데 사용될 수 있다. 열 밸런스는 용융물의 온도를 제어하도록 제어될 수 있으며, 용융물의 점도를 제어한다. 전자기 펌프(5k)의 파워 및 노즐 오리피스 크기는 노즐(5q)에서의 압력을 제어하도록 제어될 수 있다. 가열 전력, 절연, 냉각 및 용융 유량 중 적어도 하나가 열 균형을 제어하는데 사용될 수 있다. 전자기 펌프 힘은 용융 유량을 제어하는데 사용될 수 있다. 용융 온도는 용융 표면 장력을 제어하는데 사용될 수 있다. 전극 갭(5g)은 수동으로 선택될 수 있다. 대안으로, 조절 가능하거나 변형 가능한 전극 갭은 기계적으로, 수압적으로 또는 압전식으로 조절될 수 있다. 전극 형상은 수동으로 선택될 수 있다. 선택적으로, 조절 가능하거나 변형 가능한 전극은 기계적, 수압식 또는 압전식과 같은 수단으로 조정될 수 있다. 실시예에서, 컴퓨터, 전자기 펌프, 노즐 밸브 및 히터는 압력, 노즐 크기 및 용융 온도와 점도와 같은 제어 매개변수를 사용하여 방출 속도 및 방출율를 제어한다. 배출 속도는 원하는 주입 속도를 유지하기 위해 중력의 감속을 보상하도록 제어될 수 있다. 노즐(5q)의 높이는 최대 주입 속도를 지원하도록 조정될 수 있다. 최대 높이는 연료 용융물이 격리된 구형 또는 용융물을 형성하는 속도를 기반으로 할 수 있다. 실시예에서, SF-CIHT 발생기는 발전기를 제어하기 위한 컴퓨터의 터치-스크린 디스플레이와 같은 사용자 인터페이스를 포함하고, 주입 시스템의 센서 및 제어 시스템, 점화 시스템, 연료 회수 시스템, 펠릿타이저와 같은 연료 재생 시스템, 및 광전지 및 광전자 변환기 시스템 중 적어도 하나와 같은 변환기 시스템을 포함한다. 센서 및 제어 시스템을 갖춘 컴퓨터는 전자기 펌프, 유도 결합 히터, 주입기 흐름, 노즐, 점화 시스템 전류 및 펄스 속도, 인가된 자석 및 전류와 같은 제품 회수 시스템 및 정전기 집진기(ESP), 광전지(PV) 변환기 시스템, 냉각 시스템, 전력 조절 및 당업자에게 공지된 발전기를 작동시키도록 모니터링하고 제어하는 다른 시스템을 감지 및 제어한다. 센서는 가열된 용기 섹션의 용융 흐름 및 부피 및 용융 흐름 및 EM 펌프로의 부피 입력과 같은 제어기 보호 시스템에 입력을 제공할 수 있으며, 여기서 흐름 또는 부피가 허용 한계 미만인 경우 제어기가 히터 및 EM 펌프를 차단한다. 제어 시스템은 제어를 달성하기 위해 당업자가 알고 있는 프로그램 가능한 논리 제어기 및 다른 그러한 장치를 더 포함할 수 있다.
SF-CIHT 발생기는 감지되고 제어되는 개시의 매개 변수와 같은 매개 변수를 갖는 구성요소를 포함한다. 실시예에서, 센서 및 제어 시스템을 가진 컴퓨터는 (i) PV 변환기, 전극, 유도 결합 히터 및 노즐 냉각기 중 적어도 하나와 같은 각각의 냉각 시스템의 각각의 냉각기의 입구 및 출구 온도 그리고 냉각제 압력 및 유량, (ii) 점화 시스템, (ⅲ) 광학 센서 및 제어기와 같은 센서를 사용하는 샷 궤적, 및 광학, 도플러 또는 전극 저항 센서와 같은 센서를 사용하는 EM 펌프 주입 유속 제어기 감지 및 제어, (iv) 유도 결합 히터, 증강된 플라즈마 레일 건, 전자기 펌프(5k), 전극 전자 펌프 및 정전 기적 침전제 회수 시스템의 전압, 전류 및 전력, (v) 셀 내의 압력, (ⅵ) 셀의 벽 온도, (ⅶ)임의의 게터의 소모 상태, (viii) 각각의 섹션의 히터 전력, (ix) 전자기 펌프의 전류 및 자속, (x)은 용융 온도, 유속, 및 용기 및 매니폴드 및 노즐과 같은 주요 위치에서의 압력, (xi) H2 및 H2O와 같은 주입된 가스의 압력, 온도 및 유속 및 공통 가스 주입 매니폴드의 경우 조절기에 의해 형성된 혼합물, (xii) PV 변환기로의 입사광 세기, (xiii) PV 변환기의 전압, 전류 및 전력 출력, (xiv) 임의의 전력 조절 장비의 전압, 전류, 전력, 및 다른 매개변수, (ⅹⅴ) 기생 부하 및 외부 부하 중 적어도 하나에 대한 SF-CIHT 발전기 출력 전압, 전류 및 전력, (xvi) 유도 결합 히터, 전자기 펌프, 냉각기, 및 센서와 제어부 중 적어도 하나와 같은 임의의 기생 부하에 대한 전압, 전류 및 전력 입력, 및 (xii) 에너지 저장 장치가 있는 시동 회로의 전압, 전류 및 충전 상태를 감지 및 제어할 수 있다. 실시예에서, 측정될 매개변수는 그 측정 중에 센서를 손상시키는 상승된 온도를 갖는 시스템의 영역으로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, H2 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 가스의 압력은 5b 또는 5c와 같은 셀에 연결되는 냉각탑과 같은 연결 가스 라인을 사용하여 측정될 수 있고 바라트론(Baratron) 커패시턴스 마노미터와 같은 압력 변환기에 들어가기 전에 가스를 냉각시킬 수 있다.
셀은 거의 또는 전혀 움직이지 않는 부분을 포함할 수 있다. 실시예에서, 냉각은 공냉식 열 교환기에 대한 열 거부를 포함할 수 있다. 전극(31h) 및 PV 변환 시스템(31i)을 위한 예시적인 공기 냉각 시스템이 도 2i23에 도시된다. 이 경우 셀은 움직이는 부분이 없거나 매우 적을 수 있다. 유일한 이동 부분은 냉각제를 순환시키기 위한 기계적 펌프를 포함할 수 있으며, 이는 이동 부분이 없는 것으로 대체될 수 있다. 냉각제가 나트륨과 같은 알칼리 금속과 같은 액체 금속인 경우에, 펌프는 이동 부분이 없을 수도 있는 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전자기 펌프 냉각제는 불연성일 수 있다. 대안으로, 열 파이프 및 에어 핀 또는 펠티어 냉각 장치를 사용하여 비-기계적 열 거부 수단으로 열을 제거할 수 있다. 예시적인 열 파이프는 작동 유체로서 물 또는 아세톤을 사용하는 납땜된 종 방향 구리 핀을 갖는 구리 열 파이프 및 암모니아를 작동 유체로 사용하여 납땜된 종 방향 알루미늄 핀을 갖는 알루미늄 열 파이프이다. 열원은 점화 전극 일 수 있으며, 열은 구리, 은 또는 은-구리 합금과 같은 고열전도성 재료를 포함하는 큰 단면 열 버스 바(9 및 10)에 의해 전극 표면으로부터 냉각 시스템으로 신속하게 전도될 수 있다. 열원은 또한 PV 변환기를 포함할 수 있다.
기계식 진공 펌프는 이동 부품이 있는 시스템을 제거하기 위해 교체될 수 있다. 실시예에서, 셀 내의 진공은 산소, 수소 및 물 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 게터(13b)(도 2i23)에 의해 유지될 수 있다. 탄소 또는 금속과 같이 산소 반응성 재료과 같은 산소 게터는 미세하게 분할될 수 있어 셀 내에 형성된 임의의 산소를 제거할 수 있다. 탄소의 경우에, 이산화탄소 생성물은 가역적일 수 있는 CO2 스크러버로 태핑될 수 있다. 이산화탄소 세정기는 모노에탄올아민, 무기물 및 제올라이트와 같은 아민, 수산화나트륨, 수산화 리튬 및 금속 산화물계 시스템과 같은 유기 화합물과 같이 당업계에 공지되어 있다. 미세하게 분할된 탄소 게터는 또한 산소, Mo, W, 흑연 및 Ta와 같은 산소 민감성 재료를 포함하는 용기 또는 펌프 튜브와 같은 셀 내의 산소 민감성 재료를 보호하기 위해 산소를 소멸시키는 목적으로 제공할 수 있다. 이 경우 이산화탄소는 CO2 스크러버로 제거하거나 미세 분화된 탄소가 부품 보호에만 사용되는 진공 펌프로 배출할 수 있다.
금속 게터는 H2O를 통해 산소와 선택적으로 반응하여 수소로 재생될 수 있다. 예시적인 금속으로 물과의 반응성이 낮은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W 및 Zn의 그룹을 것들을 포함한다. 흡착제 또는 산소 스크러버는 SF-CIHT 셀에서 꺼내 재생할 수 있다. 제거는 주기적이거나 간헐적일 수 있다. 재생은 수소 환원에 의해 달성될 수 있다. 재생은 원위치에서 일어날 수 있다. 원위치 재생은 간헐적이거나 연속적 일 수 있다. 2-아미노테레프탈산염 결합된 데옥시 시스템인 [{(bpbp)Co2 II(NO3)}2(NH2bdc)](NO3)2.2H2O(bpbp- = 2,6-비스(N,N-비스(2-피리딜 메틸)아미노 메틸)-4-3차-부틸페놀라토, NH2bdc2 = 2-아미노-1,4-벤젠디카르복실레이트)의 질산염과 같은 염과 같은 산소를 포함하는 가역적인 리간드 결합을 형성하는 화합물 및 제올라이트와 같은 다른 산소 게터 및 그들의 재생이 당업계에 공지되어 있다. 고 연소성 금속이 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알루미늄 및 희토류 금속과 같은 예시적인 금속이 산소 게터로 사용될 수 있다. 고 연소성 금속은 또한 물 제거제로 사용될 수 있다. 수소 저장 재료는 수소를 제거하는데 사용될 수 있다. 예시적인 수소 저장 재료는 금속 수소화물, M1Ni3 . 65Al0 . 3Mn0 .3 또는 M1(NiCoMnCu)5와 같은 M1:La-풍부 미슈메탈과 같은 미슈메탈, Ni, R-Ni, R-Ni + 약 8 wt% 벌컨, LaNi5, Cu, 또는 Ni-Al, 약 10% Cr과 같은 Ni-Cr, 약 3/90/7 wt%와 같은 Ce-Ni-Cr, Cu-Al, 또는 Cu-Al 화합물, LiNH2, Li2NH, 또는 Li3N와 같은 M-N-H 시스템의 종, 및 알루미노하이드라이드와 같은 보론하이드라이드 또는 알루미늄과 같은 붕소를 더 포함하는 알칼리 금속 하이드라이드를 포함한다. 또 다른 적절한 수소 저장 재료는 MgH2와 같은 알칼리 토금속 하이드라이드, BaReH9, LaNi5H6, FeTiH1 .7 및 MgNiH4와 같은 금속 합금 하이드라이드, Be(BH4)2, Mg(BH4)2, Ca(BH4)3, Zn(BH4)2, Sc(BH4)3, Ti(BH4)3, Mn(BH4)2, Zr(BH4)4, NaBH4, LiBH4, KBH4 및 Al(BH4)3와 같은 금속 수소화붕소, AlH3 , NaAlH4, Na3AlH6, LiAlH4, Li3AlH6, LiH, LaNi5H6 , La2Co1Ni9H6 및 TiFeH2, NH3BH3, 폴리아미노보란, 아민 보란과 같은 아민 보란 착물, 수소화 붕소 암모늄염, 히드라진-보란 착물, 디보란 디암모네이트, 보라진, 및 암모늄 옥타히드로트리보레이트 또는 테트라히드로보레이트, 알킬(아릴)-3-메틸이미다졸륨 N-비스(트리플루오로메탄술포닐) 이미데이트 염과 같은 이미다졸륨 이온성 액체, 포스포늄 보레이트 및 카보나이트 재료를 포함한다. 추가의 예시적인 화합물은 암모니아 보란, 리튬 암모니아 보란과 같은 알칼리성 암모니아 보란, 및 보란 디메틸아민 착물, 보란 트리메틸아민 착물, 및 아미노 보란과 같은 보란 알킬 아민 착물, 아미노 디보란, n-디메틸아미노디보란, 트리스(디메틸 아미노)보란, 디-n-부틸보란아민, 디메틸아미노보란, 트리메틸아미노 보란, 암모니아-트리메틸보란 및 트리에틸아미노보란과 같은 보란 아민이 있다. 다른 적합한 수소 저장 재료는 카르바졸과 같은 흡수된 수소 및 9-(2-에틸헥실)카르바졸, 9-에틸카르바졸, 9-페닐카르바졸, 9-메틸카르바졸 및 4,4'- 비스(N-카르바졸릴)-1,1'-비페닐과 같은 유도체를 갖는 유기 액체이다. 게터는 AB5 (LaCePrNdNiCoMnAl) 또는 AB2 (VTiZrNiCrCoMnAlSn) 유형 중 하나와 같은 수소를 저장할 수 있는 합금을 포함할 수 있으며, 여기서 "ABx" 표시는 A 유형 원소(LaCePrNd 또는 TiZr) 대 B 유형 원소(VNiCrCoMnAlSn)의 비율이다. 추가의 적합한 수소 게터는 당업자에게 공지된 니켈-금속 수소화물 배터리와 같은 금속 수소화물 배터리에 사용되는 것이다. 수소화 애노드의 예시적인 적합한 게터 재료는 R-Ni, LaNi5H6, La2Co1Ni9H6, ZrCr2H3 .8, LaNi3 . 55Mn0 . 4Al0 . 3Co0 .75, ZrMn0 . 5Cr0 .2V0. 1Ni1 .2 및 AB5 (LaCePrNdNiCoMnAl) 또는 AB2 (VTiZrNiCrCoMnAlSn) 유형 중 하나와 같은 수소를 저장할 수 있는 다른 합금 그룹의 수소화물을 포함하며, 여기서 "ABx"는 A 유형 원소(LaCePrNd 또는 TiZr) 대 B 유형 원소(VNiCrCoMnAlSn)의 비율을 나타낸다. 다른 실시예에서, 수소화물 애노드 게터 재료는 MmNi3 . 5Co0 . 7Al0 . 8와 같은 MmNi5(Mm=미슈메탈), AB5-유형:MmNi3 . 2Co1 . 0Mn0 . 6Al0 . 11Mo0 .09 (Mm=미슈메탈:25 wt%La,50 wt%Ce,7 wt%Pr,18 wt%Nd), La1 - yRyNi5 - xMx, AB2-유형:Ti0 . 51Zr0 .49V0. 70Ni1 . 18Cr0 .12 합금, Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1합금과 같은 마그네슘계 합금, Mg0 . 72Sc0 .28(Pd0 .012+Rh0 .012), 및 Mg80Ti20,Mg80V20, La0 . 8Nd0 . 2Ni2 . 4Co2 . 5Si0 .1, LaNi5 - xMx(M=Mn,Al), (M=Al,Si,Cu), (M=Sn), (M=Al,Mn,Cu) 및 LaNi4Co, MmNi3 . 55Mn0 . 44Al0 . 3Co0 .75, LaNi3 . 55Mn0 . 44Al0 . 3Co0 .75, MgCu2, MgZn2, MgNi2, TiFe, TiCo, 및 TiNi와 같은 AB 화합물, ABn 화합물(n = 5, 2, 또는 1), AB3-4 화합물, 및 ABx(A=La,Ce,Mn,Mg; B=Ni,Mn,Co,Al) 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 적합한 수소화물 게터는 ZrFe2, Zr0 . 5Cs0 . 5Fe2, Zr0 . 8Sc0 . 2Fe2, YNi5, LaNi5, LaNi4 . 5Co0 .5, (Ce, La, Nd, Pr)Ni5, 미슈메탈-니켈 합금, Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5, La2Co1Ni9, FeNi, 및 TiMn2이다. 본 개시의 게터 및 당업자에게 공지된 다른 것들은 1종 이상의 셀 가스의 게터를 포함할 수 있다. 추가 게터는 당업자에게 공지된 것일 수 있다. 예시적인 다중 가스 게터는 O2, H2O 및 H2 중 적어도 2개를 얻을 수 있는 리튬과 같은 알칼리 또는 알칼리 토금속을 포함한다. 게터는 환원, 분해 및 전기 분해와 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 재생될 수 있다. 실시예에서, 게터는 수증기, 산소 및 수소 중 적어도 하나와 같은 가스를 응축시키고 냉각된 상태의 흡수 재료 내에 가스를 포획하는 크라이오트랩(cryotrap)을 포함할 수 있다. 가스는 가열 및 배출 가스를 펌핑함에 따라 게터가 재생될 수 있도록 더 높은 온도에서 흡수 재료로부터 방출될 수 있다. 가열 및 펌핑에 의해 재생될 수 있는 수증기, 산소 및 수소 중 적어도 하나를 흡수하는 예시적인 재료는 활성탄 및 제올라이트와 같은 탄소이다. 산소, 수소 및 물 세정기 재생의 타이밍은 상응하는 가스 레벨이 대응하는 셀 가스 함량의 센서에 의해 감지될 때 허용할 수 없는 단계까지 증가할 때 결정될 수 있다. 실시예에서, 생성된 셀 및 수소 중 적어도 하나는 당업자에게 알려진 시스템 및 방법에 의해 상업용 가스로서 수집 및 판매될 수 있다. 또는 수집된 수소 가스를 SunCell에서 사용할 수 있다.
용융물에 혼입되는 수소 및 물은 기계적 펌프와 같은 대응 펌프에 의해 생성된 압력하에 매니폴드 및 공급 라인(5w 및 5x)을 통해 탱크(5u 및 5v)로부터 유동할 수 있다. 대안으로, 물 펌프는 물 탱크를 가열하여 증기압을 생성함으로써 대체될 수 있고, 수소 펌프는 전기 분해에 의해 수소를 유동시키기 위한 압력을 생성함으로써 대체될 수 있다. 대안으로, H2O는 H2O 탱크, 증기 발생기 및 증기 라인(5v)에 의해 증기로 공급된다. 수소는 전기 분해에 의해 가압된 수소 탱크와 연결된 중공형 캐소드를 통해 침투할 수 있다. 이러한 교체 시스템은 이동 부품을 갖는 대응 시스템을 제거할 수 있다.
실시예에서, SF-CIHT 발생기는 밸브 및 수조 및 선택적으로 기계식 펌프와 같은 개시 중 하나와 같은 저장 펌프를 포함할 수 있다. 은과 같은 연료 금속은 적어도 전자기 펌프(5k)에 의해 저장용 수조로 펌핑될 수 있다. 금속 이송은 셧 다운을 위한 것일 수 있다. 수조는 발전기를 재시작하기 위해 은과 같은 연료 금속을 용융시키는 유도 결합 히터와 같은 히터를 포함할 수 있다. 금속은 중력 및 펌핑 중 적어도 하나에 의해 제 1 용기(5b), 제 2 용기(5c) 및 전자기 펌프(5k) 중 하나 이상으로 역류할 수 있다. 펌핑은 수조 펌프에 의한 것일 수 있다. 펌핑과 같은 가열 및 유동 중 적어도 하나의 전력은 배터리 또는 커패시터와 같은 본 발명의 에너지 저장 장치에 의해 공급될 수 있다. 다른 실시예에서, 전자기 펌프(5k)는 저항성 또는 유도 결합 히터와 같은 전자기 펌프 히터를 포함할 수 있다. 저항 히터는 로렌츠 힘을 발생시키는 펌프의 전류 소스를 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 실시예에서, 전자기 펌프 및 히터는 셧 다운을 위해 정지된다. 시동은 전자기 펌프 히터뿐만 아니라 유도 결합 히터(5f 및 5o)를 사용하여 은과 같은 연료 금속을 용융시킴으로써 달성된다. 힘은 공개된 자료의 저장 에너지로부터 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 발전기는 셧 다운되지 않지만, 연료 금속의 흐름을 유지하기 위해 최소 전력 레벨에서 작동을 유지한다.
실시예에서, SF-CIHT는 로렌츠 힘 및 펌핑 방향을 반전시키기 위해 펌프 전류의 극성을 반전시키는 전자기 펌프(5k) 중 적어도 하나의 스위치를 포함한다. 전자석을 포함하는 전자기 펌프(EM)를 포함하는 다른 실시예에서, 자기장의 방향은 펌핑 방향을 반전시키기 위해 전환될 수 있다. 용융물의 펌핑 방향은 금속을 저장 장치로 운반하기 위해 전환될 수 있다. 저장부는 제 1 용기(5b)에 대한 입구의 기본적인 수조, 제 1 용기(5b) 및 제 1 EM 펌프(5k)의 입구와 같은 기본적인 셀의 부분 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 용융물은 가열하는 힘의 제거에 의해 저장고에서 응고될 수 있다. 작동은 제 1 유도 결합 히터(5f)로 제 1 용기(5b)에 열을 가하고 EM 펌프 히터에 의해 EM 펌프(5k)에 열을 가함으로써 이루어질 수 있으며, 펌프 튜브 내의 금속을 통해 흐르는 펌프 전류는 펌프 히터로 전달될 수 있다. 생성된 용융물은 제 2 용기(5c)를 가열하는 유도 가열된 히터(5o)와 같은 다른 히터에 의해 가열하면서 제 2 용기(5c) 및 노즐(5q)과 같은 펠릿타이저의 다른 부분으로 펌핑될 수 있다. 가열 및 펌핑과 같은 유동 중 적어도 하나의 전력은 배터리 또는 커패시터와 같은 개시의 에너지 저장 장치에 의해 공급될 수 있다.
실시예에서, SF-CIHT 셀 구성요소들 및 시스템은 무게 및 크기를 줄이고, 비용을 절감하며, 유지 보수를 감소시키는 것 중 적어도 하나로 결합, 소형화 및 최적화된 것 중 적어도 하나이다. 실시예에서, SF-CIHT 셀은 냉각기 및 셀 진공 펌프에 대한 공통 압축기를 포함한다. 열 방출용 냉각기는 또한 셀의 진공을 유지하기 위한 저온펌프 역할을 할 수 있다. H2O 및 O2는 원하는 수준의 진공을 유지하기 위해 저온펌프에 의해 응축될 수 있다. 실시예에서, 커패시터들의 뱅크를 포함하는 점화 시스템은 예시적인 단일 2.75 V, 3400 F 맥스웰 슈퍼커패시터와 같은 감소된 수의 커패시터들을 가능하면 전극들 근처에 사용함으로써 소형화된다. 실시예에서, 적어도 하나의 캐패시터는 그 포지티브 단자가 포지티브 버스 바 또는 포지티브 전극에 직접 연결될 수 있고 적어도 하나의 캐패시터는 네거티브 버스 바 또는 네거티브 전극에 직접 연결된 네거티브 단자를 가질 수 있고, 캐패시터의 다른 단자의 극성은 버스 바에 의해 접촉되어 샷이 전극을 브리징함으로써 회로를 폐쇄할 때 커패시터를 포함하는 회로를 통해 전류가 흐르게 할 수 있다. 실시예에서, 나사식 캐패시터 단자는 나사식 전극, 전극 마운트 또는 버스 바에 직접 나사 결합될 수 있다. 일련의 전극을 가로질러 연결된 커패시터 세트는 바람직하다면, 대략 정수배의 전류를 제공하기 위해 정수배로 복제될 수 있다. 실시예에서, 캐패시터 상의 전압은 PV 변환기로부터의 전력으로 충전함으로써 원하는 범위 내에서 유지될 수 있다. 충전 버스 바의 전압 강하는 가변 충전 전류의 함수이기 때문에, 충전 전류를 제어하기 위한 전압은 커패시터에서 감지될 수 있다. 이러한 원격 감지 전압은 충전 전류를 제어하기 위해 컴퓨터와 같은 제어기에 의해 사용될 수 있다. 커패시터 및 연결 버스 바는 노즐(5q)이 샷 주입을 위한 명확한 경로를 가질 수 있고 점화 플라즈마가 PV 변환기로 광을 방출하는 것을 과도하게 방해하지 않도록 위치될 수 있다.
전력 소스(2) 근처는 광범위한 버스 바를 통해 높은 피크 점화 전류를 구동하는데 필요한 여분의 전압을 제거한다. 감소된 커패시턴스 점화 시스템은 전극에 장착되어 최대 펄스 전류에 듀티 사이클을 곱한 것과 같은 펄스화된 높은 점화 전류보다 훨씬 적은 일정한 전류로 지속적으로 충전될 수 있다. 높은 전류를 전극에 전달하는 회로는 커패시터와 점화 부하의 임피던스 정합을 허용하기 위해 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항과 같은 원하는 특성을 갖는 회로 소자를 포함할 수 있다.
SF-CIHT 발생기의 전력 조절은 DC 전원이 PV 변환기에 의해 공급되는 본질적인 부하에 대해 모든 DC 전원을 사용하여 단순화될 수 있다. 실시예에서, PV 변환기로부터의 DC 전력은 (i) 전극(8)에 대한 전력 소스(2)를 포함하는 점화 시스템의 캐패시터의 DC 충전 전력, (ii) 적어도 하나의 전자기 펌프의 DC 전류, (iii) 저항 또는 유도 결합 히터의 DC 전력, (iv) DC 전기 모터를 포함하는 냉각기의 DC 전력, (v) DC 전기 모터를 포함하는 진공 펌프의 DC 전력, (vi) 컴퓨터 및 센서에 대한 DC 전력 중 적어도 하나를 공급할 수 있다. 출력 전력 조절은 PV 변환기로부터의 DC 전력 또는 인버터를 사용하여 PV 변환기로부터 AC로의 DC 전력의 변환으로부터의 AC 전력을 포함할 수 있다.
실시예에서, 광전지 변환기는 광 동력 출력의 적어도 10 %에 대응하는 것과 같이 셀로부터 방출된 광의 실질적인 파장 영역에 응답하는 광전지(PV) 셀을 포함하는 본 개시의 광전지 변환기를 포함한다. 실시예에서, PV 셀은 약 1.5 suns 내지 75,000 suns, 10 suns 내지 10,000 suns 및 약 100 suns 내지 2000 suns 중 적어도 하나의 강도 범위와 같이 태양 광선의 강도보다 큰 고강도 광을 수용할 수 있는 집광기 셀이다. 집광기 PV 셀은 약 1 내지 1000 suns의 범위에서 작동될 수 있는 c-Si를 포함할 수 있다. PV 셀은 트리플 접합과 같은 복수의 접합을 포함할 수 있다. 집광기 PV 셀은 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-wafer-InGaAs, GaInP-Ga(In)As-Ge, 및 GaInP-GaInAs-Ge 그룹 중 적어도 하나와 같은 III/V 족 반도체와 같은 복수의 층을 포함할 수 있다. 3중 또는 2중 접합과 같은 다수의 접합은 직렬로 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 접합부는 병렬로 연결될 수 있다. 접합부는 기계적으로 적층될 수 있다. 접합부는 웨이퍼 접합될 수 있다. 실시예에서, 접합부들 사이의 터널 다이오드는 웨이퍼 접합으로 대체될 수 있다. 웨이퍼 접합은 후속 또는 보다 깊은 접합에 의해 변환되는 파장 영역에 대해 전기적으로 절연 및 투명할 수 있다. 각 접합부는 독립적인 전기 연결부 또는 버스 바에 연결될 수 있다. 독립 버스 바는 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 각각의 전기적으로 독립적인 접합부에 대한 전기 접촉부는 그리드 와이어를 포함할 수 있다. 와이어 섀도우 영역은 독립적인 접합부 또는 접합 그룹에 대한 다중 병렬 회로 또는 인터콘넥트에 전류를 분산시켜 최소화할 수 있다. 전류는 측면으로 제거될 수 있다. 웨이퍼 결합 층은 투명 전도체 층을 포함할 수 있다. 예시적인 투명 전도체는 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 도핑된 산화 주석(FTO), 및 도핑된 산화 아연 및 전도성 중합체와 같은 투명 전도체 산화물(ITO), 그라핀, 및 탄소 나노 튜브 및 당업계에 공지된 다른 것들이다. 벤조 사이클로 부텐 (BCB)은 중간 결합 층을 포함할 수 있다. 결합은 봉규산 유리와 같은 유리의 투명한 재료와 PV 반도체 재료 사이에 있을 수 있다. 예시적인 2-접합 셀은 GaAs(GaInP//GaAs)의 하부 층에 결합된 GaInP 웨이퍼의 상부 층을 포함하는 셀이다. 예시적인 4-접합 셀은 InP 기판 상의 GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs를 포함하고, 각각의 접합부는 InP 상의 GaInP//GaAs//GaInAsP//GaInAs에 의해 주어진 셀과 같은 터널 다이오드(/) 또는 격리 투명 웨이퍼 결합 층(//)에 의해 개별적으로 분리될 수 있다. 다이오드 및 웨이퍼 접합의 모든 조합은 본 개시의 범위 내에 있다. AM1.5d 스펙트럼의 297 배 농도에서 44.7%의 변환 효율을 갖는 예시적인 4-접합 셀은 프랑스의 SOITEC에 의해 만들어졌다. PV 셀은 단일 접합부를 포함할 수 있다. 예시적인 단일 접합 PV 셀은 Sater 등에 의해 주어진 것(B. L. Sater, N.D.Sater, "최대 1000 suns 강도를 위한 고전압 실리콘 VMJ PV 셀, 2002년 Photovoltaic Specialists Conference, 2002년 5월 19 내지 24일, Conference Record, 2002년 5월 19일, 1019 내지 1022 페이지)과 같은 단결정 실리콘 셀을 포함할 수 있으며, 이는 본 개시에 그 전체가 원용에 의해 포함된다. 대안으로, 단일 접합 셀은 III 족 및 V 족으로부터의 것과 같은 다른 원소로 도핑된 GaAs 또는 GaAs를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, PV 셀은 약 1000 suns에서 작동되는 삼중 접합 집광기 PV 셀 또는 GaAs PV 셀을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, PV 셀은 250 suns에서 작동되는 c-Si를 포함한다. 예시적인 실시예에서, PV는 900 nm 미만의 파장에 대해 선택적으로 반응할 수 있는 GaAs 및 InP, GaAs 및 Ge 중 적어도 하나의 InGaAs를 포함할 수 있으며, 이들은 900 nm와 1800 nm 사이의 영역에서 파장에 선택적으로 반응할 수 있다. InP 상에 GaAs 및 InGaAs를 포함하는 두 가지 유형의 PV 셀은 효율을 증가시키기 위해 조합되어 사용될 수 있다. 그러한 2개의 단일 접합 형 셀은 이중 접합 셀의 효과를 갖는데 사용될 수 있다. 조합은 다이크로익 미러, 다이크로익 필터 중 적어도 하나를 사용함으로써 구현될 수 있으며, 본 개시에 주어진 바와 같이 광의 다중 산란 또는 반사를 달성하기 위해 셀의 구조물만 단독으로 또는 미러와 조합하여 구현될 수 있다. 실시예에서, 각각의 PV 셀은 입사광을 분리 및 분류하고 이를 다중 접합 셀의 특정 층과 충돌하도록 재지향시키는 폴리크롬뮴산염 층을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 셀은 가시광선을 위한 인듐 갈륨 포스파이드 층 및 대응하는 광이 지향되는 적외선 광을 위한 갈륨 비소 층을 포함한다.
셀은 EUV 및 UV를 각각 변환하기 위해 AlN 상부층 및 GaN 하부 층을 포함하는 셀과 같은 다중 p-n 접합 셀을 포함할 수 있다. 실시예에서, 광전지는 UV 및 EUV와 같은 단파장 광의 과도한 감쇠를 피하기 위해 표면 근처에 무거운 p- 도핑을 갖는 GaN p-층 셀을 포함할 수 있다. n-형 하부층은 AlGaN 또는 AlN을 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 셀은 p-n 접합부의 최상부 층에 크게 p-도핑된 GaN 및 AlxGa1-xN을 포함하며, 여기서 p-도핑된 층은 2차원-홀 가스를 포함한다. 실시예에서, PV 셀은 반도체 접합부를 갖는 GaN, AlGaN 및 AlN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 셀은 금속 접합부를 갖는 n-형 AlGaN 또는 AlN을 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 셀은 다수의 전자-정공 쌍을 갖는 PV 재료의 밴드 갭보다 높은 고 에너지 광에 응답한다. 빛의 세기는 효율을 향상시키기 위해 재조합 메커니즘을 포화시키기에 충분할 수 있다.
상기 변환기는 (i) GaN, (ii) AlGaN 또는 AlN p-n 접합, 및 (iii) n-형 AlGaN 또는 AlN 베이스 영역 상의 GaN에서 p-형 2차원 홀 가스를 각각 포함하는 얕은 초박형 p-n 이질 접합 광전지 셀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 각각은 Al 박막층, n-형 층, 공핍층, p-형층 및 단파장 빛 및 진공 작동으로 인해 패시베이션 층이 없는 Al 박막층과 같은 금속 박막층에 대한 납과 같은 금속 박막층의 납을 포함할 수 있다. AlGaN 또는 AlN n-형 층을 포함하는 광전지의 실시예에서, 적절한 일 함수의 금속은 Schottky 장벽 금속/반도체 광전지를 포함하는 Schottky 정류 장벽을 포함하도록 p- 층을 대체할 수 있다.
다른 실시예에서, 변환기는 광전지(PV) 셀, 광전자(PE) 셀 및 PV 셀과 PE 셀의 하이브리드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. PE 셀은 GaN PE 셀과 같은 고체 셀을 포함할 수 있다. PE 셀은 광전지, 갭 층 및 애노드를 각각 포함할 수 있다. 예시적인 PE 셀은 중단될 수 있는 GaN (캐소스)/AlN (분리막 또는 갭)/Al, Yb 또는 Eu (애노드)를 포함한다. PV 셀은 본 발명의 GaN, AlGaN 및 AlN PV 셀 중 적어도 하나를 각각 포함할 수 있다. PE 셀은 상부 층일 수 있으며 PV 셀은 하이브리드의 하부 층일 수 있다. PE 셀은 최단 파장 광을 변환할 수 있다. 실시예에서, PE 셀의 캐소드 및 애노드 층 중 적어도 하나와 PV 셀의 p-층 및 n-층은 거꾸로 뒤집힐 수 있다. 전류 수집을 개선하기 위해 구조가 변경될 수 있다. 실시예에서, 연료의 점화로부터의 발광은 편광되고 변환기는 광 편광 선택성 재료를 사용하여 최적화되어 셀의 활성층으로의 광의 침투를 최적화하도록 최적화한다. 광은 자석 또는 자석(8c)과 같은 대응 전극 또는 전기장에 의해 전기장 또는 자기장과 같은 전기장의 인가에 의해 분극화될 수 있다.
실시예에서, 연료는 트랩된 수소 및 트랩 된 H2O 중 적어도 하나를 갖는 은, 구리 또는 Ag-Cu 합금 샷 또는 용융물을 포함할 수 있다. 빛의 방출은 우세한 자외선 그리고 10 nm에서 30 nm 파장의 영역의 빛을 포함하는 극-자외선을 포함한다. PV 셀은 적어도 10 nm에서 300 nm 파장의 영역의 일부에 반응할 수 있다. PV 셀은 농축된 UV 셀들을 포함할 수 있다. 입사 광선 강도는 약 2 내지 100,000 suns, 및 10 내지 10,000 suns 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 셀은 기술 분야에 공지된 300 ℃ 미만 및 150 ℃ 미만의 적어도 하나의 온도 범위에서 작동될 수 있다. PV 셀은 InGaN, GaN, 그리고 AIGaN 중 적어도 하나와 같은 Ⅲ족 질화물을 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 셀은 다수의 접합부로 구성될 수 있다. 접합부는 직렬로 적층될 수 있다. 다른 실시예에서, 접합은 독립적이거나 전기적으로 병렬이다. 독립 접합부는 기계적으로 적층되거나 웨이퍼 접합될 수 있다. 예시적인 다중 접합 PV 셀은 InGaN, GaN 및 AlGaN의 그룹으로부터의 복수와 같이 n-p 도핑된 반도체를 포함하는 적어도 2개의 접합부를 포함한다. GaN의 n 도펀트는 산소를 포함할 수 있고, p 도펀트는 Mg를 포함할 수 있다. 예시적인 삼중 접합 셀은 InGaN//GaN//AlGaN을 포함할 수 있으며, 여기서 //는 투명한 웨이퍼 결합 층의 격리 또는 기계적 적층을 나타낼 수 있다. PV는 집광기 광전지(CPV)와 동일한 높은 광도로 작동할 수 있다. 기판은 사파이어, Si, SiC 및 GaN 중 적어도 하나일 수 있으며, 후자의 2개는 CPV 용례를 위한 최상의 격자 정합을 제공한다. 층은 당업계에 공지된 금속 유기 증기 상 에피택시(MOVPE) 방법을 이용하여 증착될 수 있다. 셀은 상업용 GaN 다이오드 레이저와 같은 CPV 또는 다이오드 레이저에 사용되는 것과 같은 냉각 판에 의해 냉각될 수 있다. 격자 접촉부는 CPV 셀의 경우와 같이 셀의 전면 및 후면에 장착될 수 있다. 실시예에서, GaN, AlN 및 GaAlN 중 적어도 하나를 포함하는 PV 셀의 표면이 종결될 수 있다. 종결 층은 H 및 F 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 종결은 결함의 캐리어 재결합 효과를 감소시킬 수 있다. 표면은 AlN과 같은 창으로 종결될 수 있다.
실시예에서, 광전지 (PV) 및 광전자 (PE) 변환기 중 적어도 하나는 그것이 응답하는 광에 대해 실질적으로 투명한 보호 창을 가질 수 있다. 이 창은 반응하는 광에 적어도 10% 투명할 수 있다. 창은 UV 광에 투명할 수 있다. 창은 PV 셀 또는 PE 셀 상에 UV 투명 코팅과 같은 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 증기의 증착과 같은 증착에 의해 도포될 수 있다. 코팅은 사파이어 또는 MgF2 창과 같은 개시의 UV 창의 재료를 포함할 수 있다. 다른 적합한 창은 LiF 및 CaF2를 포함한다. MgF2 창과 같은 임의의 창은 EUV 감쇠를 제한하기 위해 얇게 만들어질 수 있다. 실시예에서, GaN과 같은 단단하고 유리 같은 PV 또는 PE 재료는 세정 가능한 표면으로서 작용한다. GaN과 같은 PV 재료가 창 역할을 할 수 있다. 실시예에서, PV 셀 또는 PE 셀의 표면 전극은 창을 포함할 수 있다. 전극 및 창은 알루미늄을 포함할 수 있다. 창은 알루미늄, 탄소, 흑연, 지르코니아, 그래핀, MgF2, 알칼리 토류 플루오르화물, 알칼리 토류 할라이드, Al2O3 및 사파이어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 창은 셀로부터의 UV 및 EUV 방출에 대해 투명하도록 약 1 Å 내지 100 Å 두께와 같이 매우 얇을 수 있다. 예시적인 얇은 투명 박막은 Al, Yb 및 Eu 박막이다. 막은 MOCVD, 증착, 스퍼터링 및 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 도포될 수 있다. 실시예에서, 중력 회수 시스템, 플라즈마 밀폐 시스템, 증강된 플라즈마 레일 건 복구 시스템 및 정전기적 침전 복구 시스템 중 적어도 하나는 PV 또는 그 창에 대한 점화 생성물의 접촉 및 충격을 완화시킬 수 있다. SF-CIHT 발생기는 기계적 스크레이퍼 또는 이온 스퍼터링 광선과 같은 표면으로부터 점화 생성물을 제거하는 수단을 포함할 수 있다. 스크레이퍼는 은에 의해 채워지지 않는 탄소를 포함 할 수 있고 또한 비-마모성일 수 있다.
실시예에서, 셀은 광전지 효과, 광전기 효과, 열이온 효과 및 열전 효과의 그룹으로부터의 적어도 하나의 메커니즘과 같은 적어도 하나의 메커니즘에 의해 입사광을 전기로 변환할 수 있다. 변환기는 광전지 층의 상부에 광전기 층을 각각 갖는 이중층 셀을 포함할 수 있다. 극-자외선과 같은 고 에너지 광은 최상층에 의해 선택적으로 흡수 및 변환될 수 있다. 복수의 층의 층은 MgF2 창과 같은 UV 창을 포함할 수 있다. UV 창은 자외선 UV PV를 소프트 X 레이 방사선에 의한 손상과 같은 방사선의 이온화에 의한 손상으로부터 보호할 수 있다. 실시예에서, UV PV를 손상시킬 방사선을 선택적으로 감쇠시키기 위해 저압 셀 가스가 첨가될 수 있다. 대안으로, 이 방사선은 적어도 부분적으로 전기로 변환될 수 있고 광전자 변환기 상부 층에 의해 UV PV로부터 적어도 부분적으로 차단될 수 있다. 다른 실시예에서, GaN과 같은 UV PV 재료는 광전지 효과 및 광전기 효과 중 적어도 하나를 사용하여 셀로부터의 극-자외선 방출의 적어도 일부를 전기로 변환할 수 있다.
광전지 변환기는 자외선을 전기로 변환하는 PV 셀을 포함할 수 있다. 예시적인 자외선 PV 셀은 p-형 반도체 중합체 PEDOT-PSS: Nb-도핑된 티타늄 산화물(SrTiO3:Nb)(PEDOT-PSS/SrTiO3:Nb 헤테로구조) 위에 증착된 폴리(4-스티렌설포네이트) 막으로 도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), GaN, 망간과 같은 전이 금속으로 도핑된 GaN, SiC, 다이아몬드, Si, 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 예시적인 PV 광전지는 n-ZnO/p-GaN 헤테로접합 셀을 포함한다.
고강도 광을 전기로 변환하기 위해, 발전기는 도 2i32 및 2i33에 도시된 것과 같은 광학 분배 시스템(26a)을 포함할 수 있다. 광-전기 패널(15)은 PE, PV 및 열 이온 셀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 변환기에 대한 창은 단파장 광과 같은 셀 방출 광에 대해 투명할 수 있다. PV 변환기로의 창은 사파이어, LiF, MgF2, 및 CaF2, BaF2와 같은 불화물과 같은 다른 알칼리 토류 할라이드, CdF2, 석영, 융합 석영, UV 유리, 보로실리케이트, 및 Infrasil(ThorLabs) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반투명 미러(23)은 단파장 광에 대해 투명할 수 있다. 재료는 미러, 예컨대 UV 미러와 같은 반사 재료의 부분 유효범위를 갖는 PV 변환기 창의 재료와 동일할 수 있다. 반투명 미러(23)은 MgF2 코팅된 Al 및 MgF2와 같은 플루오르화물 필름 또는 알루미늄 상의 LiF 필름 또는 SiC 필름 중 적어도 하나와 같은 자외선 미러과 같은 반사 재료의 체크무늬 패턴을 포함할 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 전력 변환기는 열광전지(TPV) 전력 변환기를 포함할 수 있다. Mo 또는 W 전극과 같은 전극은 광전지를 사용하여 전기로 변환될 수 있는 흑체 방사와 같은 방사선을 생성하기 위해 상승된 온도에서 유지될 수 있다. 실시예에서, Ag 또는 AgCu 용융물과 같은 용융물은 고온 전극에 의해 가열되고, 전극 주위의 영역이 EUV 및 UV와 같은 단파장 광에 대해 광학적으로 두껍게 되도록 기화된다. 기화된 금속은 점화 플라즈마에 가담할 수 있다. 하이드리노를 형성하기 위한 연료의 점화로부터의 힘은 플라즈마를 높은 흑체 온도로 가열할 수 있다. 흑체의 온도는 예컨대, 연료 유속, 점화 속도, 수증기압 및 본 개시의 다른 수단을 제어함으로써 하이드리노 반응의 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 실시예에서, 전극 간격 또는 갭(8) 및 전류는 UV 및 EUV 방출에 대해 주로 흑체 방사를 방출하는 플라즈마를 달성하도록 조정된다. 전극 갭(8)은 개시의 수단에 의해 조절될 수 있다. 실시예에서, 전류는 중첩된 펄스로 일정할 수 있다. 정전류는 약 50 A 내지 30,000 A, 100 A 내지 10,000 A 및 200 A 내지 2000 A 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 피크 전류 펄스는 약 50 A 내지 30,000 A, 500 A 내지 10,000 A 및 1000 A 내지 5000 A 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 전류 펄스의 주파수는 약 1 Hz 내지 20,000 Hz, 100 Hz 내지 10,000 Hz 및 500 Hz 내지 5000 Hz 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다.
실시예에서, 발전기는 하이드리노 반응 자체가 열분해에 의해 전파되는 경우에 점화 전류를 끄도록 IGBT 또는 본 발명의 다른 스위치 또는 기술 분야에 공지된 스위치를 더 포함한다. 반응은 온도와 하이드리노 반응을 유지하기에 충분한 속도의 열분해를 지지하는 것과 같은 상승 셀과 플라즈마 온도 중 적어도 하나를 자체적으로 유지할 수 있다. 플라즈마는 광학적으로 두꺼운 플라즈마를 포함할 수 있다. 플라즈마는 흑체를 포함할 수 있다. 광학적으로 두꺼운 플라즈마는 높은 가스 압력을 유지함으로써 달성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 열 분해는 약 100 A 내지 1000 A 범위의 연속 점화 전류와 2 KA 내지 10 KA에서 중첩된 펄스를 갖는 텅스텐 전극의 각각의 용융 은 및 용융 은-구리(28 중량 %) 합금의 주입으로 발생 하였고, 플라즈마 흑체 온도는 5000 K 및 전극 온도는 약 3000 K 내지 3700 K 범위이다. 열분해는 플라즈마와 접촉하는 플라즈마 및 셀 성분 중 적어도 하나의 고온에서 발생할 수 있다. 온도는 약 500 K 내지 10,000 K, 1000 K 내지 7000 K 및 1000 K 내지 5000 K 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 전지 요소는 전극(8), 원추형 수조(5b), 원추체(5b2) 및 상측 커버(5b4) 중 적어도 하나일 수 있다. 다른 실시예에서, 원추형 수조(5b2)와 같은 셀 구성요소들 중 적어도 하나는 열분해 H를 냉각시켜 다시 열로부터 물로 되돌리는 냉각제로서 작용할 수 있다. 버스 바 및 원추형 수조 중 적어도 하나는 냉각되어 냉각제로서 작용할 수 있다.
유지된 흑체 온도는 광전지로 전기로 변환될 수 있는 방사선을 방출하는 것 일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 흑체 온도는 약 1000 K 내지 3690 K의 적어도 하나의 범위로 유지될 수 있다. 광전지는 열광전지(TPV) 셀을 포함할 수 있다. 열광전지 변환을 위한 예시적인 광전지는 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 갈륨 비소 안티몬화물(InGaAsSb) 및 인듐 인화물 비소 안티몬화물(InPAsSb) 셀을 포함한다. 변환기는 열광전지 변환기로의 직접 및 재지향 방사 중 적어도 하나에 대한 미러를 포함할 수 있다. 실시예에서, 백미러는 전환되지 않은 방사선을 스스로 반사시켜 변환기로 재방사되는 전력에 기여한다. 예시적인 미러는 알루미늄 및 양극산화 알루미늄, MgF2 코팅된 Al 및 알루미늄 및 사파이어 상의 MgF2 또는 LiF 필름 또는 SiC 필름, 스테인리스 스틸과 같은 기판 상에 스퍼터 피복될 수 있는 알파 알루미나, MgF2 코팅된 사파이어, 보로-실리카 유리, Gorilla Glass와 같은 알칼리-알루미노실리케이트 유리, LiF, MgF2 및 CaF2, BaF2, CdF2, 석영, 융해 석영, UV 유리, 보로실리케이트, Infrasil(ThorLabs)과 같은 불화물과 같은 다른 알칼리 토류 할라이드 및 투과할 때 외부 표면에 반사될 수 있는 세라믹 유리와 같은 원추형 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 양극 처리된 알루미늄 미러와 같은 미러는 광을 확산시켜 PV 변환기를 균일하게 조사할 수 있다. 사파이어, 알루미나, 붕소-실리카 유리, LiF, MgF2 및 CaF2 중 적어도 하나와 같은 투명 재료, BaF2, CdF2, 석영, 융해 석영, UV 유리, 보로실리케이트, Infrasil(ThorLabs)과 같은 다른 알칼리 토류 할라이드 및 세라믹 유리가 TPV 변환기의 창이 될 수 있다. TPV 변환기의 다른 실시예는 PV의 밴드 갭에 정합된 파장을 통과시키고 불일치된 파장을 이미터로 반사시키는 흑체 이미터 필터를 포함하며, 이미터는 전극과 같은 고온 셀 성분을 포함할 수 있다.
다중 접합 셀을 포함하는 열광전지 변환기의 성능을 최적화하기 위해, 셀로부터 방출되는 빛의 흑체 온도는 약 10% 이내와 같이 일정하게 유지될 수 있다. 그런 다음, 배터리 또는 축전기와 같은 장치에 과도한 전력이 저장되거나 열로 거부되는 것과 같이 거부된 전력 조절 장비로 전원 출력을 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 플라즈마로부터의 전력은, 주입 주파수 및 전류, 금속 주입 속도 및 H2O 그리고 H2 중 적어도 하나의 주입 속도를 변경하는 것과 같은 개시의 수단에 의해 반응 속도를 감소시킴으로써 유지될 수 있으며 흑체 온도는 플라즈마의 방사율을 제어함으로써 유지될 수 있다. 플라즈마의 방사율은 초기에는 비활성 가스와 같은 셀 가스의 첨가에 의해 금속 증기를 포함하는 셀 분위기를 변화시킴으로써 변경될 수 있다.
실시예에서, 수증기, 수소 및 산소의 압력과 같은 셀 가스 및 전체 압력은 대응하는 센서 또는 게이지로 감지된다. 실시예에서, 물 및 수소 압력 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 가스 압력은 이들 셀 가스 중 적어도 하나의 압력의 변화에 응답하여 변화하는 셀의 적어도 하나의 매개변수를 모니터링함으로써 감지된다. 바람직한 물 및 수소 압력 중 적어도 하나는 가스 공급에 따른 변화의 영향을 모니터링하면서 하나 이상의 압력을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 가스에 의해 변경되는 모범적인 모니터링 매개변수는 점화 회로의 전기적 거동 및 셀의 광 출력을 포함한다. 점화 전류 및 광 출력 중 적어도 하나는 수소 및 수증기압 중 적어도 하나의 원하는 압력에서 최대화될 수 있다. 다이오드와 같은 광 검출기 및 PV 변환기의 출력 중 적어도 하나는 셀의 광 출력을 측정할 수 있다. 전압 및 전류 미터 중 적어도 하나는 점화 회로의 전기적 거동을 모니터링할 수 있다. 발전기는 컴퓨터와 같은 소프트웨어, 컴퓨터와 같은 입력 데이터를 구성하는 제어기와 같은 압력 제어 시스템으로 구성될 수 있으며, 가스 압력을 조절하여 발전기의 바람직한 출력을 최적화한다. 구리를 포함하는 연료 금속을 포함하는 실시예에서, 수소는 H2O의 반응으로부터의 산소의 반응에 의한 하이드리노 및 산소의 산화구리의 환원을 달성하기 위한 압력으로 유지될 수 있으며 수증기압은 매개변수를 모니터링하여 발전기 출력을 최적화하도록 조정된다. 실시예에서, 수소 압력은 전기 분해에 의해 H2를 공급함으로써 대략 일정한 압력으로 제어될 수 있다. 전기분해 전류는 대략 일정한 전류로 유지될 수 있다. 수소는 거의 모든 하이드리노 반응 산소 생성물과 반응하는 속도로 공급될 수 있다. 과량의 수소는 셀벽을 통해 확산되어 하이드리노 반응 및 산소 생성물과의 반응에 의해 소비되는 압력보다 일정한 압력을 유지할 수 있다. 수소는 중공형 캐소드를 통해 반응 셀 챔버(5b31)로 침투할 수 있다. 실시예에서, 압력 제어 시스템은 적어도 하나를 최적화하기 위해 점화 전류 및 주파수 및 광 출력에 응답하여 H2 및 H2O 압력을 제어한다. 광은 다이오드, 전력계 또는 분광계로 모니터링할 수 있다. 점화 전류는 멀티-미터 또는 디지털 오실로스코프로 모니터링할 수 있다. 전자기 펌프(5k)의 용융 금속의 주입기 속도는 또한 점화 회로의 전기적 거동 및 셀의 광 출력 중 적어도 하나를 최적화하도록 제어될 수 있다.
다른 실시예에서, 센서는 다수의 성분을 측정할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 셀 가스 및 전체 압력은 잔류 가스 분석기와 같은 4중극 질량 분석기와 같은 질량 분광기로 측정된다. 질량 분석기는 일괄 또는 트렌드 모드로 감지할 수 있다. 물 또는 습도 센서는 절대, 용량성 및 저항성 습도 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 복수의 가스를 분석할 수 있는 센서는 마이크로파 챔버 및 발생기와 같은 플라즈마 소스를 포함하며, 여기에서 플라즈마 여기된 셀 가스가 가시광선 및 적외선과 같은 광을 방출한다. 가스 및 농도는 가스 성분의 특성 라인 및 강도와 같은 스펙트럼 방출에 의해 결정된다. 가스는 샘플링 전에 냉각될 수 있다. 셀 가스가 가스 조성에 대해 분석되기 전에 금속 증기가 셀 가스로부터 제거될 수 있다. 은 및 구리 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 셀 내의 금속 증기는 금속 증기가 응축되어 셀 가스가 금속 증기의 부재 하에 센서 내로 유동할 수 있다. SF-CIHT 발생기 또는 발생기로도 지칭되는 SF-CIHT 셀은 셀로부터의 가스 유동을 위한 튜브와 같은 채널을 포함할 수 있으며, 튜브는 셀로부터의 입구를 포함하고, 응축된 금속 증기 및 비응결 가스의 출구를 적어도 하나의 가스 센서에 연결한다. 튜브는 냉각될 수 있다. 냉각은 튜브가 원추형 수조 및 그 금속 함량 중 적어도 하나와 같은 냉각된 셀 성분, 전극, 버스 바 및 8c와 같은 전극 전자 펌프의 자석에 열이 가해지는 전도에 의해 달성될 수 있다. 튜브는 수냉과 같은 수단 및 열 파이프와 같은 수동 수단에 의해 능동적으로 냉각될 수 있다. 금속 증기를 포함하는 셀 가스는 튜브 내로 유입될 수 있으며, 금속 증기는 튜브의 저온으로 인해 응축된다. 응축된 금속은 중력 흐름 및 펌핑 중 적어도 하나와 같은 수단에 의해 원추형 수조로 흐를 수 있어 금속 증기가 없는 경우에 감지될 가스가 센서로 흐른다.
실시예에서, 산소는 산화 생성물의 매개변수를 측정함으로써 또는 산화 생성물에 기인하는 것과 같은 수단에 의해 간접적으로 감지될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발전기는 용융 전도율 센서를 포함할 수 있다. 합금 용융물 상부의 CuO로 인한 원추형 수조 내의 Ag-Cu 합금 용융물의 전도율의 감소는 보다 높은 H2 유속을 추가하는 지표로서 작용할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 발생기는 산소의 농도 또는 존재에 기초하여 산소를 가역적으로 흡수하는 스케일 및 재료를 포함한다. 산소 센서는 산소의 존재가 중량 변화에 의해 결정되는 H2 환원성 금속 산화물을 갖는 산화 가능한 금속을 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31) 내의 수소 가스와 같은 고 투과성 가스의 압력은 셀 챔버(5b3)에 가스를 공급함으로써 제어된다. 가스 압력은 셀 챔버(5b3) 내의 대응하는 가스 센서로 측정될 수 있다. 셀 챔버 가스 압력은 후속적으로 반응 셀 챔버(5b31)로 흘러들어가거나 침투하는 셀 챔버(5b3)로의 수소의 흐름을 제어하는데 사용될 수 있다. 실시예에서, 수소와 같은 가스는 셀 챔버(5b3)로부터 반응 셀 챔버(5b31)까지의 원추체(5b2) 또는 상부 커버(5b4)의 셀과 같은 셀(26)의 적어도 하나의 벽을 통해 흐르거나 침투한다. 실시예에서, 반응 챔버(5b31) 내의 H2는 반응 챔버(5b31) 내의 산소를 원하는 압력으로 소모하는 압력으로 유지된다. 예시적인 실시예에서, 수소 압력은 반응 셀 챔버(5b31)에서 형성된 산소를 소비하기에 충분한 농도로 유지된다. 도 2i24 내지 도 2i31에 도시된 실시예에서, 하부 챔버(5b5)는 수조(5c)의 기저부에 있는 플레이트의 직경이 챔버들 사이에 갭을 제공하는 셀 챔버(5b3)와 연속한다. 양 챔버는 반응 셀 챔버(5b31)로 또한 침투할 수 있는 수소와 같은 가스로 채워질 수 있다. 실시예에서, 비투과성 가스는 금속 증기가 공급 출구를 털어 내지 않도록 반응 챔버(5b31)에 직접 공급된다. 실시예에서, 급수 주입기(5z1)는 수증기 유속이 주입기(5z1)의 노즐 및 H2O 증기 주입 튜브 내로 주입기로 유입되는 것을 허용하는데 충분히 작은 직경의 노즐을 포함한다.
도 2i24 내지 도 2i28에 도시된 실시예에서, 원추체(5b)는 상이한 온도에서 작동될 수 있는 복수의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 섹션은 산화물 코팅을 가질 수 있는 Hastelloy와 같은 고온 스테인리스 스틸과 같은 내열성 금속을 포함할 수 있으며, 상부는 양극 처리된 알루미늄을 포함할 수 있다. 양극 처리된 알루미늄은 스테인리스 스틸과 같은 다른 재료에 코팅될 수 있다. 재료의 산화물 코팅은 산소 및 물 중 적어도 하나의 분압과 같은 반응 셀 챔버(5b31) 내의 온도 및 분위기를 제어함으로써 유지될 수 있다. 실시예에서, 원추체(5b2)의 벽과 같은 셀(26)의 벽은 사파이어를 포함할 수 있다. 사파이어는 세그먼트 또는 패널을 포함할 수 있다. 각 패널은 은 시트와 같은 반사기에 의해 지지되어 전지로부터 PV 셀로 그리고 태양 광 변환기로의 입사를 반사시킬 수 있다. 반사기는 사파이어 패널 보다 낮은 온도에서 반사기를 유지하기 위해 진공과 같은 감압 하에 유지될 수 있는 갭에 의해 사파이어로부터 분리될 수 있다. 저압 조건은 비워진 셀과의 갭을 연속적으로 유지함으로써 달성될 수 있다. 셀은 PV 변환기(26a)에 대한 사파이어 창를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 셀(26)의 벽은 돔을 포함할 수 있는 반응 셀 챔버(5b31)를 형성하는 원추체(5b2) 및 상부 커버(5b4)를 포함할 수 있다. 돔은 Ag 또는 Ag-Cu 합금 용융물과 같은 연료 용융물에 의한 습윤에 내성을 가질 수 있다. 돔은 용융물에 의한 습윤을 방지하기 위해 승온에서 유지될 수 있다. 온도는 약 100 ℃ 내지 1800 ℃의 범위로 유지될 수 있다. 돔은 투명할 수 있다. 투명 돔은 사파이어, 석영, MgF2 및 Gorilla Glass와 같은 알칼리-알루미노실리케이트 유리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 돔은 개방된 1/2 구체가 PV 변환기(26a)를 향하도록 지향될 수 있다. 반전된 돔의 바닥은 원형 원추형 수조(5b)에 원형 연결을 형성하도록 구획될 수 있다. 반전된 돔은 버스 바(9, 10), 전극(8) 및 물 주입기(5z1)와 같은 가스 주입기 중 적어도 하나의 관통부, 컷 아웃 또는 피드-스루를 포함할 수 있다. 반전된 돔은 상부 에지에 금속 링 및 W 또는 Mo 미러링과 같은 내화 금속 코팅과 같은 외부 금속 미러 코팅 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 미러링은 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD)과 같은 기상 증착에 의해 적용될 수 있다. 증착을 위한 예시적인 화학 재료는 몰리브덴 또는 텅스텐 헥사-카르보닐이다. 대안으로, 반전된 돔은 분리 갭을 가질수 있는 정합된 외부 둘레의 미러 모양의 돔 반사기를 포함할 수 있다. 반사기 부분 돔은 사파이어 돔보다 낮은 온도에서 반사기를 유지하기 위해 진공과 같은 감압 하에 유지될 수 있는 갭에 의해 사파이어 돔으로부터 분리될 수 있다. 저압 조건은 비워진 셀과의 갭을 연속적으로 유지함으로써 달성될 수 있다. 셀은 PV 변환기(26a)에 대한 사파이어 창과 같은 창(5b4)을 더 포함할 수 있다. 반전된 돔은 원추체(5b2)를 포함할 수 있고 원추체(5b2)의 개방 상부는 사파이어를 포함할 수 있는 창(5b4)에 의해 덮일 수 있다. 창은 PV 변환기로 광을 전송하기 위해 원하는 형상을 가질 수 있다. 모양은 평면 또는 돔 모양과 같은 PV 변환기의 형상과 일치할 수 있다. 원추형 수조(5b), 창(5b4), 버스 바(9 및 10), 또는 전극(8) 중 적어도 하나는 Graphoil 개스킷과 같은 흑연 개스킷과 같은 개스킷을 갖는 반전된 돔을 포함하는 원추체(5b2)에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 반전된 돔은 다른 기하학적 구조 또는 형상을 포함할 수 있다. 반전된 돔의 예시적인 대체 형상은 대응하는 구, 포물선, 사다리꼴 또는 입방체의 표면의 90% 내지 10% 범위의 피복 부분과 같은 커버 분율을 포함한다.
실시예에서, 돔은 원추체(5b2) 및 창(5b4)으로서 작용할 수 있다. 돔은 개방부를 갖는 구체의 원형 단면을 포함할 수 있다. 돔은 원추형 수조(5b)와 관련하여 개방부와 반전될 수 있다. 다른 실시예에서, 비-반전 돔은 다른 기하학적 구조 또는 형상을 포함할 수 있다. 비-반전된 돔의 예시적인 대체 형상은 표면의 90% 내지 10%의 범위의 피복 부분에 상응하는 구체, 포물선, 사다리꼴, 입방체 또는 원추형 수조의 다른 엔클로저와 같은 원추형 수조의 커버 분율을 포함한다. 원추형 수조(5b)에 가장 가까운 돔의 하부는 원추체(5b2)를 포함하도록 원주위 반사기를 비추거나 포함하하며, 상부는 투명하여 PV 변환기(26a)에 창(5b4)을 포함할 수 있다.
원추체(5b2)는 단일 돔 또는 분할된 측지 구조(geodesic structure)를 포함할 수 있고, 창(5b4)은 별개 또는 돔의 일부일 수 있다. 원추체(5b2) 및 창(5b4) 중 적어도 하나는 Ag 또는 Ag-Cu 용융물과 같은 연료 용융물이 부착하는 것을 방지하는 온도보다 높은 온도로 유지될 수 있다. 온도는 약 200 ℃ 내지 2000 ℃, 300 ℃ 내지 1500 ℃ 및 400 ℃ 내지 1100 ℃ 중 적어도 하나의 범위로 유지될 수 있다. 시동시와 같이 유도 결합 히터와 같은 히터에 의해 온도가 유지될 수 있다. 사파이어 돔과 창(5b4)과 같은 원추체(5b2)의 조합은 유도 결합 히터에 의해 시동 모드에서 편리하게 가열될 수 있을 정도로 충분히 작은 창(5b4)을 통해 주로 방출되는 고온 흑체 광원을 포함할 수 있다. 원추형 세그먼트는 Mo와 같은 내열성 금속을 포함할 수 있는 클램프 또는 브래킷과 같은 패스너에 의해 제자리에 고정될 수 있다. 브래킷은 프레임에 의해 지지될 수 있다. 은 플레이트와 같은 배면 반사 패널도 클램프 또는 브래킷으로 프레임에 고정시킬 수 있다. 대안으로, 패널은 프레임에 볼트로 조이거나 나사로 고정시키거나 용접할 수 있다. 세그먼트 및 전극과 같은 임의의 피드-스루도 팽창 및 수축을 수용하고 내열성인 것과 같은 조인트 재료로 접합되거나 라이닝될 수 있다. 예시적인 조인트 재료는 Graphoil과 같은 흑연을 포함한다. 전극 및 전자기 펌프와 같은 버스 바와 같은 부품은 셀 챔버(5b3) 또는 하부 진공 챔버(5b5)의 피드-스루와 같은 접촉 지점에서 멀라이트 또는 질화 붕소와 같은 절연 코팅된 전기 절연 수단에 의해 절연 처리할 수 있다.
실시예에서, 전극(8)은 상이한 재료를 포함할 수 있는 복수의 부분을 포함한다. 전극은 고온에서 작동하는 플라즈마 접촉 층을 포함할 수 있다. 적합한 플라즈마 접촉 층 재료는 W, Ta 또는 Mo와 같은 내열성 금속이다. 플라즈마 접촉 층은 버스 바(9 및 10)를 포함할 수 있는 다른 마운트 층에 장착될 수 있다. 마운트 층은 플라즈마 접촉 층의 단부에 있는 부분과 같은 부분만이 마운트 층과 접촉하여 전기적 접속을 제공하기 위해 함몰될 수 있다. 리세스는 플라즈마 접촉 층이 장착 층보다 높은 온도에서 작동할 수 있도록 플라즈마 접촉 층과 마운트 층 사이에 갭를 생성할 수 있다. 접촉 영역의 부착은 용접, 브래킷, 클램프, 또는 둥근 접시 머리 나사 또는 캡 헤드 볼트와 같은 오목한 육각 볼트와 같은 리세스될 수 있는 나사 또는 볼트와 같은 패스너에 의해 만들어질 수 있다. 함께 나사 결합 되는 부품은 은이 트래드에 고착되는 것을 방지하기 위해 흑연과 같은 윤활제로 코팅될 수 있다. 전극은 블레이드의 버스 바 단부에서 패스너와 같은 수단에 의해 버스 바(9,10)에 부착될 수 있는 블레이드 (도 2i29 내지 도 2i31)를 포함할 수 있다. 블레이드는 주입된 금속을 V의 가장 넓은 부분에 수용하도록 V를 형성하도록 지향될 수 있다. 실시예에서, 전극은 W 또는 Mo와 같은 내화 금속만을 포함한다. 전극은 전기 횡단면이 스케일링되어 구리에 비해 약 3.5 배 낮은 전도율을 보상할 수 있으며, 여기서 버스 바는 구리를 포함한다. 내화 금속 전극은 용접 또는 볼트 또는 나사와 같은 패스너에 의해 버스 바에 부착될 수 있다. 전극 방사율, 표면적, 전도성 히트 싱크 및 수동 및 능동 냉각 중 적어도 하나는 Ag 또는 Ag-Cu 합금과 같은 금속을 증발시키고 전극의 내화 금속 융점 미만의 범위와 같은 원하는 작동 온도 범위 내에서 전극을 유지하도록 선택될 수 있다. 손실은 주로 흑체 방사에 의한 것일 수 있다. 전극은 약 1000 ℃ 내지 3400 ℃의 온도 범위로 유지될 수 있다.
전극 갭(8g)의 조정을 허용하기 위해, 전극 및 버스 바 조립체는 전극 커넥터에 대한 관절 접합 버스 바를 포함할 수 있다. 관절형 암은 버스 바를 따라 오프셋될 수 있어서, 텅스텐 블레이드 전극과 같은 전극에 대한 단부상의 임의의 패스너가 튀어나오지 않는 패스너의 밀접한 접촉 없이 전극의 밀접한 간격을 허용하도록 엇갈릴 수 있다. 더욱 근접한 접근을 달성하기 위해, 전극은 단부 연결부를 향해 구부러지고 점화 영역을 직선으로 할 수 있다. 고온 작동을 지원하기 위해, 점화 시스템(10a)(도 2i24)의 버스 바에 대한 피드-스루 및 EM 펌프에 대한 버스 바에 대한 피드-스루 중 적어도 하나와 같은 피드-스루는 당업계에 공지된 것과 같은 전기적으로 절연된 세라믹 피드-스루를 포함할 수 있다. 세라믹 피드-스루는 가스 또는 수냉과 같은 방법으로 냉각될 수 있다. 피드-스루는 블레이드 전극과 같은 부착된 전극의 간격 및 경사각 중 적어도 하나를 제어하기 위한 마이크로 조작 시스템을 포함할 수 있다. 피드-스루는 당업자에게 공지된 것과 같은 마이크로 조작 시스템에 의한 전극의 위치 설정을 행하기 위해 버스 바의 이동을 허용하는 벨로우즈 피드-스루를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전극 갭(8g)의 조절 기구는 버스 바(9 및 10)에 연결된 나사 볼트를 포함하며, 여기서 전극(8)의 이동은 버스 바를 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 전극 갭(8g)은 버스 바(9 및 10)에 대해 가압하여 이를 가해진 압력에 의해 편향시키는 나사 볼트에 의해 조정될 수 있으며, 볼트가 풀리면 버스 바는 스프링 복원된다. 다른 실시예에서, 나사 볼트는 버스 바를 당길 수 있다.
실시예에서, 발생기는 본 개시 중 하나 또는 당업자에 의해 공지된 다른 것과 같은 전극 갭(8g)을 조정하는 자동 제어 시스템을 포함할 수 있다. 자동화된 간격 제어 시스템은 컴퓨터, 적어도 하나의 센서, 및 위치 또는 전류 센서와 같은 적어도 하나의 센서로부터의 입력으로 수행되는 서보기구 및 모터, 및 솔레노이드, 전자기, 및 압전기 포지셔너 또는 마이크로 조작기와 같은 적어도 하나의 기계적 메커니즘을 포함할 수 있다. 갭을 포함하는 전극 분리는 전류 밀도 및 반응 감금에 영향을 줄 수 있으며, 양자는 작은 갭으로 증가될 수 있다. 하이드리노 반응 속도는 전류 밀도를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 실시예에서, 용융 금속 주입 속도는 금속을 국부화시켜 전류 밀도를 증가시키도록 제어될 수 있다. 전극 길이는 높은 밀도를 유지하기 위해 전극 길이가 줄어들 수 있는 점에서 밀도를 증가시키기 위해 증가될 수 있다. 길이가 짧아지면 하이드리노 반응 속도를 높이기 위해 최적화된 작동 온도가 증가할 수도 있다. 실시예에서, 주입은 점화 전류를 펄스화시켜 표피 효과에 의해 전류 밀도를 증가시키도록 제어된다. 실시예에서, 전극은 하이드리노 반응 속도를 향상시키기 위해 진동한다. 진동은 전극 및 버스 바 중 적어도 하나의 전류로 인한 로렌츠 힘에 의해 야기될 수 있다. 대안으로, 발생기는 전극을 진동시키는 진동기를 포함할 수 있다. 예시적인 진동기는 전자기 또는 압전 진동기와 같은 개시의 진동기이다. 진동 속도는 약 1 Hz 내지 100 MHz, 100 Hz 내지 10 MHz 및 100 Hz 내지 1 MHz 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 전극 전류, 질량, 스프링 상수, 길이 및 댐핑 기구 중 적어도 하나는 원하는 진동 주파수 및 진폭 중 적어도 하나를 달성하도록 선택될 수 있다. 진동은 전극을 통해 용융물을 펌핑하는 역할을 한다.
도 2i24 내지 도 2i28에 도시된 실시예에서, 전극(8)은 별도의 또는 단일 진공 플랜지에 장착된 피드-스루(10a)에 의해 전력 소스(2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 원추체(5b2)의 벽은 전극(8)의 통과를 위한 단일 구멍을 포함할 수 있다. 개구는 Ag 또는 Ag-Cu 용융물과 같은 용융물의 손실에 대해 원추체(5b2) 또는 돔을 밀봉하기 위해 버스 바(9 및 10) 및 전극 중 적어도 하나 주위에 커버를 포함할 수 있다. 실시예에서, 사파이어 커버 판은 사파이어 돔과 같은 원추체 또는 돔을 통해 전극을 위한 관통부 또는 구멍을 덮는다. 셀(26)은 진공 챔버(5b3) 내에 저장될 수 있다. 셀 벽은 원추체(5b2) 또는 돔을 포함할 수 있다. 버스 바 및 전극은 셀 챔버 벽 및 돔 벽을 관통하는 원형 도관을 통과할 수 있다. 전극 피드-스루가 있는 플랜지가 챔버를 밀봉할 수 있으며, 버스 바 컷 아웃이 있는 사파이어 커버 판 또는 플레이트가 돔을 밀봉할 수 있다.
도 2i24 내지 도 2i28에 도시된 실시예에서, 원추체(5b2), 내부 원추형 표면 및 외부 원추형 표면 중 적어도 하나는 물에 대해 낮은 반응성을 갖는 금속과 같은 재료로 구성될 수 있다. 낮은 물 반응성을 갖는 예시적인 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, 및 Zn의 그룹 중의 금속을 포함한다. 실시예에서, 원추체(5b2), 내부 원추형 표면 및 외부 원추형 표면 중 적어도 하나는 Ag(M. P. = 962 ℃) 또는 Ag-Cu 합금(M. P. = 779 ℃) 및 낮은 방사율을 추가로 가지는 연료와 같은 연료 용융물보다 높은 융점을 갖는 금속과 같은 재료로 구성될 수 있다. 예시적인 원추체 및 원추형 표면 재료는 스틸, 스틸 유형 PH-15-7 MO, Ni, Fe, Mo, Ta, 스틸 또는 철과 같은 아연 도금 금속, 및 Pt 또는 Au 도금 또는 Ni 또는 Ti와 같은 피복 금속을 포함하는 연마된 금속 표면을 포함한다. 원추형 수조(5b) 및 원추체(5b2)와 같은 셀 구성요소는 높은 전력을 다시 셀로 방사하기 위해 내부 및 외부 벽 중 적어도 하나에 고 융점, 고 방사율 재료를 포함할 수 있으며, 열 전력은 원추체(5b2)과 같은 셀 구성요소에 원주 방향 방사 차폐물을 사용하여 셀 내로 우선적으로 방사될 수 있다.
도 2i24 내지 도 2i28에 도시된 실시예에서, 원추체(5b2)는 흑체 방사를 PV 변환기(26a)로 반사시키기 위해 내부 표면상에 낮은 방사율을 갖는 고 융점 금속을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 원추체(5b2)은 Ag 또는 Ag-Cu 합금 연료 용융물의 경우 약 1000 ℃ 내지 1100 ℃와 같은 연료 용융물의 융점 정도의 온도에서 작동되는 Mo 또는 W를 포함한다. 높은 반사율은 반사 표면의 산화를 방지함으로써 유지될 수 있다. 불완전한 수소 대기는 금속 산화물을 금속으로 환원시키거나 생성된 임의의 산소와 반응하여 H2O를 형성하도록 반응 셀 챔버(5b31)에서 유지될 수 있다. 대안으로, 셀(26)은 셀 분위기와 접촉하는 카운터 전극 및 반사 캐소드 표면의 산화를 방지하기 위해 인가된 전압으로 캐소드로서 역할을 하는 내부 원추형 표면상의 음의 전위를 유지하는 전원을 포함할 수 있다. 본 발명의 원추체 금속은 물과의 반응성이 낮은 것으로 선택될 수 있다. 셀 산소는 진공 펌프(13a) 및 수소가 산소를 소비하는 수소 소스(5u 및 5w) 중 적어도 하나에 의해 낮은 분압으로 유지될 수 있다.
방사율이 1인 1300 K에서의 흑체 방사 전력은 162 kW/m2이다. 이 전력의 일부분에서 시동 중에 원추체를 1000 ℃와 같은 온도로 가열하기 위해, 방사율은 낮게 유지될 수 있다. 외부 원추형 표면은 낮은 방사율을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 외부 원추형 표면은 1000 ℃에서의 방사율이 각각 0.18 및 0.16인 연마된 Mo 또는 전해 Ni를 포함한다. 연마된 W는 실온에서 0.04의 방사율을 갖는다. 연마된 은(M.P. = 962 ℃)은 1093 ℃에서 0.03의 방사율을 가지며 저온 용융 Ag-Cu 합금(M.P. 28 % Cu = 779 ℃)이 연료 금속으로 사용될 수 있다. 시동 중에 유도 결합 히터와 같은 히터로 표면을 가열할 수 있다. 창은 시동 중에 유도 결합 히터와 같은 히터로 가열될 수 있다. 벽을 따라 열을 전도시키기 위해 도 2i24 내지 도 2i17에 도시된 절연 원추체(5b2)의 충분히 두꺼운 내벽을 포함하는 폐쇄 반응 셀 챔버(5b31)를 포함하는 실시예에서, 단일 유도 결합 히터 코일(5f) 및 유도 결합 히터(5m)는 연료 전지가 챔버의 표면에 응고되고 부착되는 것을 방지하는 것과 같은 원하는 온도로 전체 반응 셀 챔버(5b31)를 가열한다. 전형적인 벽 두께는 약 1/4 인치이다. 셀에서 생성된 흑체 방사는 PV 변환기의 창으로 향하게 될 수 있으며, 여기서 점화 생성물의 금속은 상부 커버(5b4)의 온도와 같은 창의 온도를 연료 용융물의 융점보다 높게 유지함으로써 부착을 방지할 수 있다.
Ag 또는 Ag-Cu 합금을 포함하는 것과 같은 연료의 증발로 인해 플라즈마가 선택적으로 두꺼워지는 실시예에서, 증기는 셀(26) 내에 함유된다. 도 2i24 내지 도 2i28에 도시된 셀 구성요소들 중 적어도 하나, 예컨대 펌프 튜브(5k6), 펌프 버스 바(5k2), 전열 블록(5k7), 원추형 수조(5b), 수조(5c) 및 원추체(5b2)는 Mo, Ta 및 W 중 적어도 하나와 같은 내화 재료로 구성될 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 셀 구성요소는 SiC, 흑연, MgO 또는 당업자에게 공지된 다른 세라믹 유형의 재료와 같은 도가니 재료를 포함한다. 원추체(5b2)와 같은 셀 구성요소는 방사선 차폐물로 둘러싸일 수 있다. 원추체(5b2) 및 차폐물 중 적어도 하나는 반전된 금속 돔(PV 변환기(26a)쪽으로 개방 단부)을 포함할 수 있다. 돔은 금속 스피닝에 의해 제조될 수 있다. 실시예에서, 셀(26)의 원추체(5b2)는 열 차폐물과 같은 복수의 방사 차폐물을 포함한다. 차폐물은는 Mo, Ta 또는 W와 같은 개시의 것과 같은 내화 금속을 포함할 수 있다. 차폐물은 당업계에 공지된 것과 같은 고온 진공 노의 것과 같은 디자인을 포함할 수 있다. 열 차폐물은 롤링되고 고정될 수 있는 시트 또는 포일을 포함할 수 있다. 시트 또는 포일은 말단에서 융기된 단부 만곡부 또는 설편 및 그로브와 중첩될 수 있다. 차폐물은 플라즈마 전력을 PV 변환기(26a)로 지향시키기 위해 원추형이고 동심원일 수 있다. 원추체는 PV 변환기(26a)에 대한 큰 방출 구경 또는 종횡비를 포함할 수 있다. 원추체(5b2)은 상기 원추체(5b2)의 베이스에 외부 시일을 제공하는 외부 열 차폐물을 포함할 수 있다. 대안으로, 원추체(5b2)는 내부 열 차폐물을 포함하는 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 밀봉된 용기를 포함할 수 있다. 열 차폐물을 포함하는 원추체와 같은 원추체(5b2)는 수증기, 수소 및 연료 금속 증기 중 적어도 하나와 같은 셀 가스 또는 증기를 함유하도록 원추형 수조(5b)에 밀봉될 수 있다. 시일은 용융된 연료 금속 중 하나와 같은 습식 시일을 포함할 수 있다. 실시예에서, 원추체(5b2)의 벽의 기부와 내측 또는 외측 열 차폐물 중 하나는 용융된 Ag 또는 Ag-Cu 합금과 같은 연료 금속의 용융 수조에 잠겨서 습식 시일을 형성한다. 다른 실시예에서, 습식 시일은 용융 연료 금속을 수용하는 원추형 수조(5b)에 원주형과 같은 홈통을 포함할 수 있고, 원추체(5b2)의 벽의 베이스 및 적어도 하나의 열 차폐물의 베이스 중 적어도 하나는 용융 금속에 잠겨 있다.
대안으로, 습식 시일은 원추체(5b2)의 벽의 베이스 및 적어도 하나의 열 차폐물의 기부 및 원추형 수조(5b)의 재순환된 용융 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 전자는 후자에 침지된다. 열 차폐물은 습기 시일을 유지하면서 차폐물 아래에서 용융물의 유동을 허용하기 위해 원추형 수조(5b)의 바닥에 설치되는 잠수형 레그를 포함할 수 있다. 원추체(5b2)의 벽 및 베이스에서 밀봉된 열 차폐물 중 적어도 하나는 금속 증기가 도 2i25에 표시된 구성요소에 의해 형성된 반응 셀 챔버(5b31)의 높이를 초과하지 않도록 PV 변환기(26a)를 향한 충분한 수직 높이를 가질 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 진공 하에서 작동될 수 있다. 플라즈마의 온도는 중력에 대해 반응 셀 챔버(5b31) 내의 증기의 높이를 결정할 수 있다. SF-CIHT 발생기에 의해 생성된 전력을 제어하는 것은 플라즈마의 온도를 제어할 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 프로세스으로부터의 전력은 반응 셀 챔버(5b31) 내의 금속 증기의 높이를 제어할 수 있도록 제어된다. 셀 전력은 본 개시의 제어 수단에 의해 제어될 수 있다. 예시적인 수단은 주파수, 전류 및 전압, 펌프 전류를 제어함으로써 펌프 속도, 및 수증기압과 같은 점화 매개변수를 제어하는 것을 포함한다.
실시예에서, 금속 증기는 작동 중에 충전될 수 있다. 충전은 입자가 방출될 때까지 하이드리노 반응 속도를 감소시키거나 억제할 수 있다. 입자는 셀(26)의 벽상의 자연 방출에 의해 방출될 수 있다. 발생기는 대전 입자 방출을 용이하게 하는 수단을 포함할 수 있다. 발생기는 금속 증기 입자상의 정전하를 방출하는 수단을 포함할 수 있다. 발생기는 전극 세트를 포함할 수 있다. 하나의 전극은 셀(26)의 전도성 벽을 포함할 수 있다. 하나의 전극은 플라즈마를 포함할 수 있는 금속 증기 가스에 침지될 수 있다. 전하는 전압 소스에 의해 전극(88 및 26)(도 2i23) 사이에서 전기장과 같은 필드의 인가에 의해 방전될 수 있다. 발생기는 하이드리노 반응을 전파 및 유지하기 위해 대전된 금속 증기를 방출하기 위한 전극 및 전기장 소스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발생기는 본 개시의 것과 같은 전기 집진기(ESP)(도 2i23)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 일정한 하이드리노 반응 속도를 유지하기 위해 금속 증기 입자를 방출하는 ESP 시스템이 설치될 수 있다.
실시예에서, 발생기는 반응 챔버(5b31)에서와 같이 셀(26)에서 적어도 부분적인 금속 증기 분위기를 생성하도록 작동된다. 은 또는 은-구리 합금 증기와 같은 금속 증기를 포함하는 셀 분위기는 전극에서 기화에 의해 형성될 수 있다. 기화 전력은 점화 힘 및 하이드리노 반응 전력 중 적어도 하나에 의해 공급될 수 있다. 하이드리노 반응 속도 및 상응하는 전력은 적합하거나 바람직한 금속 증기압을 달성하기 위해 적합하거나 바람직한 하이드리노 동력 기여를 달성하기 위해 개시의 수단에 의해 제어될 수 있다. 금속 증기압은 용융 금속 주입 속도 및 용융 금속 온도 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어될 수 있지만, 펌핑 속도 및 가열 또는 제거 속도의 제어와 같은 개시의 수단과 같은 수단을 사용하여 제어될 수 있다. 실시예에서, 펌핑 속도 및 후속하는 금속 증발은 전극을 원하는 온도로 유지하기 위해 전극으로부터의 열 제거 속도를 제어할 수 있다. 금속 증기압은 약 0.01 Torr 내지 100 atm, 0.1 Torr 내지 20 atm 및 1 Torr 내지 10 atm 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 금속 증기는 하이드리노 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 플라즈마는 수증기 및 수소 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 금속 증기 분위기에서 형성될 수 있다. 플라즈마는 H 및 촉매 형성 중 적어도 하나를 지지할 수 있다. 열분해가 H 및 촉매 형성 중 적어도 하나를 지지할 수 있도록 온도가 높을 수 있다. 촉매는 초기 물(H2O)을 포함할 수 있다. 금속 증기는 전도성 매트릭스로서 작용할 수 있다. 전도성 매트릭스는 촉매의 이온화에 의해 형성된 전자를 제거하기 위해 고전류로 대체될 수 있다. 이온화된 전자의 제거는 하이드리노 반응 속도를 억제할 수 있는 공간 전하 축적을 방지할 수 있다. 전극에 인가된 점화 전류 및 펄스화 주파수는 본 개시의 범위 내에 있을 수 있다. 실시예에서, 전류는 약 100 A 내지 15,000 A 범위의 펄스 및 일정 전류 성분 중 적어도 하나를 가질 수 있다. 하이드리노 반응이 흑체 방사를 생성하는 예시적인 작동 모드에서, 전류는 일정하고 약 100 A 내지 20 kA, 1 kA 내지 10 kA 및 1 kA 내지 5 kA 중 적어도 하나의 범위 내에 있다. 흑체 조건은 금속 증기 분위기에 따라 달라질 수 있다. 대기는 하이드리노 반응의 고 에너지 방출에 대해 광학적으로 두껍다.
주입기 노즐(5q)은 블레이드 전극 (도 2i29-2i31)과 같은 전극(8)의 단부에 있을 수 있고, 블레이드 전극은 버스 바(9 및 10)의 대향 단부에 고정될 수 있다. 노즐 펌프 튜브는 단부 캡 노즐(5q)은 단부에서 전극 측으로 샷을 주입하기 위해 튜브 측벽에 있을 수 있다. 대안으로, 샷은 도 2i17 및 도 2i18에 도시된 바와 같이 전극의 상부로부터 주입될 수 있다. 펌프 튜브 및 노즐(5q)이 원추형 수조의 용융 금속으로부터 더 멀리 있는 경우에, 열은 원추형 수조(5b) 내의 용융 금속으로부터 노즐(5q)의 단부로 전달되어 시동 중에 가열될 수 있다. 펌프 튜브의 노즐 단부는 열전달을 일으키기 위해 Mo 또는 W와 같은 내화 금속을 포함하는 것과 같은 열전달 슬리브 또는 블록을 포함할 수 있다. 대안으로, 노즐 시동 히터는 노즐(5q)과 하나의 전극(8) 사이에 솔레노이드 구동식 커넥터와 같은 커넥터를 포함하여 저항 히터로서 기능을 하는 고전류 연결부를 형성할 수 있다. 커넥터는 Mo 또는 W와 같은 고 융점 재료를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 창은 중력으로 인해 점화 생성물이 창에 도달하지 않도록 전극과 충분한 수직 거리에 있을 수 있다. 입자는 또한 전극 EM 펌프에 의해 창에 입사하는 것을 방지할 수 있다. EM 펌프는 원추형 벽의 상부 섹션 및 원추형 벽에 방출되는 점화 생성물의 양 중 적어도 하나를 더 감소시킬 수 있다. 도 2i19 및 도 2i20에 도시된 것과 같은 실시예에서, 샷은 수직으로 주입되고, 자석(8c)을 포함하는 EM 펌프는 점화 생성물을 아래로 펌핑한다. 노즐(5q)은 샷이 그 주입 궤적의 횡 방향뿐만 아니라 수직 성분을 갖도록 위치되고 지향될 수 있다. 수직에 대한 각도를 갖는 축을 따라 샷 궤적을 야기하는 노즐 위치 및 오프셋은 하향으로 펌핑된 점화 생성물이 주입된 샷과 충돌하는 것을 감소시키거나 방지하기 위해 선택될 수 있다.
점화 생성물은 전극 상의 전자기 펌프에 의해 PV 변환기에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 전극 EM 펌프는 점화 생성물을 아래쪽으로 밀어낼 수 있다. 도 2i24 및 도 2i27에 도시된 실시예에서, 자석은 텅스텐 또는 열 절연 구리 버스 바(8 및 9)와 같은 버스 바를 통해 냉각될 수 있다. 전극 EM 펌프 자기장은 버스 바 셀 관통 측 상의 하나의 자석에 의해 제공될 수 있으며, 여기서 냉각은 버스 바를 통해 제공될 수 있다. 버스 바, 전극(8) 및 8c 및 8c1과 같은 전극 EM 펌프 자석 중 적어도 하나는 버스 바를 통해 흐르는 대기압 또는 고압일 수 있는 물과 같은 냉각제에 의해 냉각될 수 있다. 수냉 시스템과 같은 버스 바 냉각 시스템은 중앙 파이프와 채널 사이의 환형에서 복귀 흐름을 갖는 각각의 버스 바의 중심-천공 채널을 통한 입구 파이프를 포함할 수 있다. 대안으로, 냉각 시스템은 하나의 버스 바 내에 입구 중심-천공 냉각제 채널을 포함하고 다른 버스 바에 복귀 중심-천공 냉각제 채널을 포함할 수 있다. 버스 바들 사이의 냉각제 라인 연결부는 전기 절연체를 포함할 수 있다. 전극 고정 단부에서의 버스 바(9 및 10)의 단부는 버스 바의 주 부분에 대한 열 장벽으로서 작용하는 중공부를 포함할 수 있다. 자석은 AETB, Zicar, ZAL-45 또는 SiC- 탄소 에어로젤(AFSiC)과 같은 본 개시의 고온 절연과 같은 절연체를 포함할 수 있다. 절연체는 8 및 9와 같은 버스 바 사이에 8c 및 8c1과 같은 자석을 포함할 수 있고 냉각 루프와 같은 버스-바 냉각 시스템의 자석과 충분한 열 접촉을 허용하면서 자석을 덮을 수 있다. 자석은 CoSm(350 ℃) 또는 AlNiCo(525 ℃)와 같은 고온에서 작동할 수 있다.
자석 냉각은 또한 본 명세서에서 주어진 EM 펌프 냉각 시스템의 셀들과 같이 셀의 외측으로 자석들(8c 및 8c1)로부터 주변부로 흐르는 냉각 루프들을 통해 공급될 수 있다. 대안으로, 전극 EM 펌프 자석은 과열을 방지하기 위해 셀(26)의 외부에 있을 수 있다. 외부 전극 전자기 펌프 자석은 자석의 온도를 그들의 퀴리점 아래로 유지하기 위해 자석과 셀 벽 사이에 갭을 두고 셀 외부에 위치할 수 있다. 자석은 전극의 축을 가로질러 플럭스를 제공하는 개별 격리된 자석을 포함할 수 있다. 자석은 단일 자석 또는 적어도 하나의 자석을 포함하는 자기 회로(도 2i29 내지 도 2i31)를 포함할 수 있으며, 각각의 자석은 원추체 또는 원추형 수조에 대해 원주 방향으로 연장하고 전극의 한 단부의 영역으로부터 다른 단부로 연장한다. 자기 회로는 회로의 나머지 부분을 포함하는 고투자율을 갖는 적어도 하나의 자석 및 요크 재료를 포함할 수 있다. 자석은 자석 또는 회로의 갭에서 전극 축을 따라 자속을 제공하는 단일 자석 또는 자기 회로를 포함할 수 있다. 전극은 단일 자석을 갖는 블레이드 전극 또는 하나의 단부에서 다른 단부로 절반 루트 또는 반원형으로 걸쳐있고 전극 축을 따라 그리고 전극에서 갭을 가로질러 플럭스를 제공하는 자기회로를 포함할 수 있다. 자기회로는 C 형태일 수 있다. 전극들 사이의 자석 또는 자기회로는 전극들을 단락시키지 않도록 설계될 수 있다. 단락은 전기 절연체에 의해 회피되거나 전극 사이의 전기 접촉을 피함으로써 회피될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 자석은 코발트와 고순도 철 중 적어도 하나를 포함하는 요크를 갖는 C-자형 자기회로에서 약 10 내지 30 ㎠의 횡단면을 각각 갖는 CoSm 또는 네오디뮴 자석을 포함하며, 여기서 갭은 약 6 내지 10 cm이다. 자석은 개시의 수단에 의해 냉각될 수 있다. 자석은 셀벽 외부의 위치에서 셀을 수용하는 챔버의 바닥에 놓일 수 있다. 자석은 챔버 바닥에 가라앉은 열 및 개시의 수단에 의해 냉각된 열 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, 자석은 열을 거부하고 자석 및 자기회로 중 적어도 하나를 냉각시키는 냉각기(31 또는 31a)로 열을 전달하는 순환 냉각제를 갖는 적어도 하나의 냉각 코일을 포함한다.
실시예에서, 자석은 셀 챔버로부터 분리된 챔버에 수용될 수 있다. 전극 전자기(EM) 펌프의 자석은 전극 자석 챔버에서 냉각될 수 있다. 전극 전자기(EM) 펌프 조립체는 도 2i28에 도시된 EM 펌프(5ka)의 것을 포함할 수 있다. 전극 전자기(EM) 펌프 냉각 시스템 조립체는 EM 펌프의 냉각 시스템(5k1) 중 하나를 포함할 수 있다(도 2i28). 전극(EM)은 전자기 펌프 냉각제 라인 피드-스루 조립체(5kb), 자석(5k4), 자성 요크 및 선택적으로 임의의 방사선 차폐물을 갖는 가스 또는 진공 갭을 포함할 수 있는 열 장벽(5k5), 펌프 튜브(5k6), 버스 바(5k2), 및 PV 변환기로부터의 전류에 의해 공급될 수 있는 버스 바 전류 소스 연결부(5k3)를 포함할 수 있다. 자석은 버스 바에 평행한 필드를 생성할 수 있다. 버스 바 단부에서의 자석은 버스 바 및 전극 중 적어도 하나의 통로를 위한 노치를 포함할 수 있다. 전극 EM 펌프는 버스 바에 주로 평행한 자기장을 생성하는 기하학적 구조를 갖는 단일 자석을 포함할 수 있다. 단일 자석은 전극의 단부 근처와 같이 점화 지점에 근접하여 위치될 수 있다. 적어도 하나의 EM 펌프 자석은 작동시 활성화될 수 있는 전자석을 포함할 수 있다. 점화 생성물이 원추형 수조로 흐르도록 셀 벽이 뜨거워지면 자기장이 종료될 수 있다. 다른 실시예에서, 자기장은 영구 자석과 같은 자석을 제거 또는 후퇴시킴으로써 종료될 수 있다. 자석은 기계적 시스템 또는 전자기 시스템과 같은 이동 수단에 의해 후퇴될 수 있다. 예시적인 자석 후퇴 시스템은 서보모터 및 레일 가이드 상의 스크류 구동 테이블 또는 레일 가이드 상의 솔레노이드 구동 테이블을 포함한다. 다른 이동 수단은 당업자에게 공지되어 있다. 대안으로, 자기장은 자석과 전극 사이에 뮤 메탈(mu metal) 차폐물과 같은 자기 차폐물의 삽입에 의해 제거될 수 있다. 차폐는 자석 후퇴 시스템의 것과 같은 기계 시스템 또는 전자기 시스템과 같은 이동 수단을 사용하여 적용될 수 있다. 실시예에서, 셀이 온도에 도달하면, 자기장의 방향 또는 점화 전류의 극성이 로렌츠 힘 및 펌핑 방향을 반전시켜 주입된 금속을 하향이 아닌 상향으로 펌핑함으로써 전극 및 따라서 전력 출력을 증가시키도록 스위칭될 수 있다. DC 점화 전류의 극성은 IGBT와 같은 스위치 또는 본 개시의 다른 스위치 또는 당업계에 공지된 스위치로 반전될 수 있다. 전자석의 전류를 반전시키거나 영구 자석의 방향을 반전시킴으로써 자기장 극성을 반전시킬 수 있다. 원추체(5b2)와 같은 셀(26) 구성요소는 내벽 온도가 신속하게 상승하도록 열 절연성인 MgO, ZrB2, BN 또는 개시의 다른 것과 같은 세라믹을 포함할 수 있다.
실시예에서, 셀의 높이는 점화 생성물이 중력에 대항하여 PV 변환기에 도달하지 않거나 사파이어 창과 같은 창에 의해 차단되는 것으로 충분할 수 있다. 창은 점화 생성물이 달라붙지 않도록 충분히 고온으로 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 영구 자석 또는 전자석과 같은 자석으로부터의 자기장은 점화 생성물에 하향으로 로렌츠 힘을 유발할 수 있다. 다른 실시예에서, 셀은 점화 입자가 PV 창에 입사하는 것을 지연시키거나 중단시키는 배플(8d)을 포함할 수 있다. 배플은 불투명하고 2차적으로 흑체 방사를 방출할 수 있다. 배플은 W 또는 Mo와 같은 내화 재료를 포함할 수 있는 그리드 또는 플레이트를 포함할 수 있다. 대안으로, 배플은 흑체 광에 투명할 수 있다. 예시적인 투명 배플은 사파이어, 석영 및 LiF 및 MgF2와 같은 알칼리 및 알칼리 토류 결정 중 적어도 하나를 포함한다.
커패시터 뱅크 점화 시스템(2)을 도시하는 열광전지, 광전지, 광전기, 열이온 및 열전기 SF-CIHT 셀 발전기 중 적어도 하나를 포함하는 실시예가 도 2i24 내지 도 2i31에 있다. 실시예에서, 셀(26)은 반응 용기 벽, 원추형 수조(5b) 및 반응 셀 챔버(5b31)의 바닥을 형성하고 연료 용융물을 위한 수조의 역할을 하는 수조(5c)를 포함하는 원추체(5b2), 및 반응 셀 챔버(5b31)의 상부를 포함한다. 실시예에서, 셀은 셀 챔버(5b3) 내에 포함된다. 셀 챔버(5b3) 및 반응 셀 챔버(5b31)는 진공 연결부(13b)를 통해 펌프(13a)에 의해 배기될 수 있다. 챔버는 플랜지(13c) 및 반응 셀 진공 펌프 라인 및 셀 챔버 진공 펌프 라인 및 플랜지(13d) 중 적어도 하나 또는 둘 모두를 사용하여 셀 챔버 진공 펌프 라인 밸브(13e) 및 반응 셀 진공 펌프 라인 밸브(13f) 중 적어도 하나의 선택적 개폐에 의해 선택적으로 비워질 수 있다.
실시예에서, 원추체(5b2)는 전극(8) 둘레에 하나 이상의 열 차폐물을 갖는 포물선 반사기 디시를 포함한다. 차폐물은 MgO와 같은 세라믹 절연 재료, 소방용 벽돌, Al2O3, Zicar과 같은 산화 지르코늄, AETB12 절연체와 같은 알루미나 강화 열 장벽(AETB), ZAL-45, 및 SiC- 탄소 에어로젤(AFSiC)과 같은 다른 형태의 열 절연체를 포함한다. 예시적인 AETB(12) 절연 두께는 약 0.5 내지 5 cm이다. 절연체는 원추체(5b2)와 같은 반사기를 포함할 수 있는 내부 고 융점 금속 벽 및 스테인리스 스틸과 같은 동일 금속 또는 다른 금속을 포함할 수 있는 외부 단열 벽과 같은 2개의 층 사이에서 캡슐화될 수 있다. 원추체(5b2), 절연체 및 외부 절연 캡슐 벽을 포함하는 반사기 조립체는 냉각될 수 있다. 외부 절연 캡슐 벽은 31 또는 31a와 같은 냉각기로 열을 전달하는 것과 같은 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 실시예에서, 냉각기는 방열기를 포함할 수 있고, 방열기를 냉각시키고 냉각제를 순환시키기 위해 적어도 하나의 팬 및 하나의 냉각제 펌프를 더 포함할 수 있다. 방열기는 공냉식일 수 있다. 예시적인 방열기는 카 또는 트럭 방열기를 포함한다. 냉각기는 냉각제 수조 또는 탱크를 더 포함할 수 있다. 탱크는 흐름의 버퍼 역할을 할 수 있다. 방열기는 탱크 역할을 할 수 있다. 방열기 및 팬과 같은 냉각기는 탱크로 또는 탱크로부터의 흐름을 가질 수 있다. 유사하게, 유도 결합 히터, 전극, 셀(26) 및 PV 변환기(26a)와 같은 냉각될 각각의 구성요소는 방열기 및 팬과 같은 냉각기에 의해 냉각되는 탱크와 별도의 냉각제 흐름 루프를 가질 수 있다. 각각의 루프는 열전쌍, 유량계, 제어 가능한 값, 펌프 제어기 및 컴퓨터 중 적어도 하나와 같은 열 센서와 같은 제어기에 의해 독립적으로 제어될 수 있는 별도의 펌프를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 냉각된 셀 구성요소들의 냉각 루프가 결합될 수 있다. 열 전달 블록 또는 열 파이프와 같은 열 교환기 또는 열전 전도체는 원추체(5b2)의 외벽 또는 외부 절연 캡슐 벽으로부터 냉각될 수 있다. 실시예에서, 흑연은 반경 방향 경로를 따라 고온 절연체 및 원추형 벽에 평행한 축 방향 경로를 따른 열 전도체로서 사용될 수 있는 방향 열 전도체이다. 또한, 원추체(5b2)과 같은 반사기는 흑체 방사와 같은 하이드리노 반응으로부터의 광을 PV 변환기(26a)로 반사시키기 위해 포물선 디시 이외의 다른 기하학적 구조 및 구조적 형태를 포함할 수 있음이 이해된다. 예시적인 다른 형태는 삼각 프리즘, 구형 디시, 쌍곡선 디시 및 포물선 트로프이다. 포물선 반사기 디시 및 열 차폐물들 중 적어도 하나는 Mo, Ta 또는 W와 같은 내화 금속을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 원추형 수조(5b)는 Mo, Ta 또는 W와 같은 고온 재료를 포함할 수 있고, 수조(5c) 및 EM 펌프 튜브 (5k6)는 고온 스테인리스 스틸을 포함할 수 있고, EM 펌프 버스 바(5k2)는 니켈 또는 스테인리스 스틸을 포함한다. 하나 이상의 열 차폐물 또는 절연체(5e)를 갖는 원추체(5b2)와 같은 포물선 반사기 디시는 원추형 수조에 대해 밀봉될 수 있다. 원추체(5b2) 및 원추형 수조(5b)를 포함하는 셀은 밀봉될 수 있는 진공 챔버(5b3) 내에 수용될 수 있다. 포물선 반사기 디시 및 열 차폐물 또는 단열재 중 적어도 하나는 원추형 수조(5b)에 대해 밀봉될 수 있다. 시일은 용융밀봉, 용접, 나사 산 및 패스너를 포함하는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 포물선 반사기 디시 및 열 차폐물 또는 절연체 중 적어도 하나는 전극에 대한 관통부를 포함할 수 있다. 관통부는 밀봉될 수 있다. 시일은 세라믹과 같은 고온 전기 절연체를 포함할 수 있다.
열광전지와 같은 실시예에서, 하이드리노 반응은 연료 용융물을 가열하여 기화되게 한다. 증기는 셀 가스가 하이드리노 반응에 의해 생성된 방사선에 대해 광학적으로 두껍게 되도록 한다. 흡수된 방사선은 강렬하고 고온의 흑체 방출을 일으킨다. 하나 이상의 열 차폐물 또는 절연체를 갖는 포물선 모양의 반사기 디시를 포함하는 원추체(5b2)은 흑체 방사를 PV 변환기(26a)에 반사시킬 수 있다. 하나 이상의 열 차폐물 또는 플라즈마에 의해 가열되는 절연체를 갖는 포물선 반사기 디시 중 적어도 하나는 원추체(5b2), 원추형 수조(5b), 용융된 Ag 또는 Ag-Cu와 같은 용융물의 수조 및 EM 펌프의 적어도 하나의 성분 보다 높은 온도 및 플라즈마보다 낮은 온도에서 작동할 수 있다. 플라즈마의 흑체 온도의 예시적인 범위는 약 1000 ℃ 내지 8000 ℃이다. 한 개 이상의 열 차폐물 또는 절연체가 있는 포물선 반사판은 Mo의 경우 약 2623 ℃ 미만, W의 경우 약 3422 ℃ 미만과 같이 용융점 아래에서 작동할 수 있다. 원추체(5b2), 원추형 수조(5), 용융된 Ag 또는 Ag-Cu(5c)와 같은 용융물의 수조 및 EM 펌프(5k4)와 같은 셀(26)의 적어도 하나의 구성요소는 냉각될 수 있다. 원추체(5b2), 원추형 수조(5b), 용융물(5c)의 수조 및 EM 펌프와 같은 셀(26)의 적어도 하나의 구성요소는 고온 스테인리스 스틸 셀 구성요소의 경우 약 1100 ℃ 미만 같은 그들 재료의 파괴 온도 미만에서 작동될 수 있다. 실시예에서, 원추체(5b2), 원추형 수조(5b), 용융물(5c)의 수조 및 EM 펌프와 같은 셀(26)의 적어도 하나의 구성요소는 연료 용융물의 비등점 미만의 온도에서 작동될 수 있다. 기화된 연료 용융물의 증기는 그 온도가 비등점 미만이기 때문에 원추형 수조(5b)에서 응축될 수 있다. 은 연료 용융물에 대한 예시적인 온도 범위는 약 962 ℃ 내지 2162 ℃이다. 실시예에서, 발전기는 원추형 수조에서의 응축 증기로부터 주입된 금속 및 점화 플라즈마 중 적어도 하나에 대한 열의 역전류 재순환기를 포함할 수 있다. 발전기는 주입 시스템 예열기 또는 애프터 히터를 포함할 수 있으며, 금속 증기 응축에서 방출된 열은 용융 금속을 가열하여 그 온도를 증가시킬 수 있다. 예열기는 열을 노즐(5q)로 전달할 수 있는 열교환기를 포함할 수 있다. 예열기는 열 차폐물을 포함할 수 있다. 응축에 의해 방출된 열은 상부 커버(5b4)에 입사되어 PV 변환기(26a)로 전달될 수 있다. 실시예에서, 석영, 알칼리-알루미노실리케이트 유리 또는 사파이어 창과 같은 PV 변환기(26a)에 대한 창(5b4)은 점화 생성물의 융점보다 높은 온도 범위 및 점화 생성물과 같은 Ag-Cu(28 중량 %) 및 창 재료와 같은 사파이어의 경우에 약 800 ℃ 내지 2000 ℃ 범위에서와 같은 창을 포함하는 재료의 파괴 온도 미만에서 작동될 수 있다. 실시예에서, 발전기는 온도와 같은 시스템에 대한 성분을 감지하기 위한 열전쌍과 같은 적어도 하나의 센서를 포함한다. 감지된 매개변수는 컴퓨터에 입력되어 매개변수가 원하는 범위 내에 있도록 제어될 수 있다. 매개변수가 과도한 온도와 같은 원하는 범위를 초과하는 경우에, 발전기는 당업계에 공지된 것과 같은 안전 차단 메커니즘을 포함할 수 있다. 차단 메커니즘은 컴퓨터, 및 차단을 유발하도록 개방될 수 있는 발전기의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 제공하는 스위치를 포함할 수 있다. 세라믹 피드-스루와 같은 피드-스루(5k8)를 갖는 예시적인 열전쌍이 도 2i24 및 도 2i31에 도시된다.
실시예에서, 원추체(5b2), 내부 및 외부 원추형 표면과 같은 셀 구성요소 중 적어도 하나는 물에 대한 반응성이 낮고, 높은 융점 및 높은 방사율 중 적어도 하나를 갖는 금속과 같은 재료로 구성될 수 있다. 방사율이 높은 경우에, 셀 요소는 하이드리노 반응으로부터의 열전력으로부터 온도가 상승하고 흑체 방사를 PV 변환기(26a)로 2차로 방사하여 전기로 변환될 수 있다. 적합한 재료는 Mo, Ta 및 W 및 흑연과 같은 개시된 것들과 같은 내화 금속들이다. 금속과 같은 재료의 표면은 방사율을 증가시키기 위해 산화 및 거칠기 처리된 것 중 적어도 하나일 수 있다. 셀 구성요소는 PV 변환기(26a)에 대한 큰 방출 구멍 또는 종횡 각도를 포함할 수 있다.
실시예에서, 원추체(5b2), 원추형 수조(5b), 용융물 (5c)의 수조 및 EM 펌프를 포함하는 셀(26)은 투명한 창을 대체하는 불투명한 상부 커버(5b4)에 의해 폐쇄되는 용기를 포함한다. 셀 구성요소는 연결부 또는 조인트에서 용접 또는 개스킷으로 밀봉될 수 있으며 조인트가 체결기로 고정된다. 예시적인 개스킷 재료는 Graphoil와 같은 흑연이다. 반응 셀 챔버는 수증기 및 수소 중 적어도 하나와 같은 연료 가스 및 Ag 또는 Ag-Cu 합금 증기와 같은 연료 용융물의 금속 증기 중 적어도 하나를 한정하도록 밀봉된다. 상부 커버(5b4)는 흑체로서 작용할 수 있는 약 1000 ℃ 내지 4000 ℃ 범위와 같은 매우 높은 온도에서 작동할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 상부 커버(5b4)는 방사선에 대해 투명하지 않으므로 가열되어 고온 흑체 방열기가 된다. 상부 커버는 Mo, Ta 또는 W와 같은 내화금속을 포함할 수 있다. 대안으로, 상부 커버는 SiC, MgO, 알루미나, Hf-Ta-C 또는 흑체 역할을 할 수 있는 당업계에 공지된 고온의 재료와 같은 흑연 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 상부 커버는 원추체 및 셀의 다른 구성요소로부터의 플라즈마 및 2차 흑체 방사로부터의 흑체 방사를 흡수하여 높은 작동 온도까지 가열된다. 상단 커버는 1에 가까운 것과 같은 높은 방사율을 가질 수 있다. 실시예에서, 방사율은 PV 변환기의 성능과 일치하는 흑체 전력을 야기하도록 조정될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 방사율은 본 발명에 의해 증가 또는 감소될 수 있다. 금속 상부 커버(5b4)의 예시적인 경우에서, 표면은 방사율을 증가시키기 위해 산화 및 거칠기 처리된 것 중 적어도 하나일 수 있다. 방사율은 단파장 방사가 그 외부 표면으로부터 적합하게 되도록 파장에 반비례하는 파장과 비선형일 수 있다. 열광전지의 실시예에서, 상부 커버(5b4)는 PV 변환기(26a)에 입사하는 광을 제공하는 흑체 방열기를 포함한다. 상부 커버 흑체 방열기(5b4)와 PV 변환기(26a) 사이의 갭에 있는 렌즈들 및 미러들 중 적어도 하나는 적외선을 방열기(5b4)로 복귀시키는 동안 단파장 광을 PV 변환기로 통과시키는데 선택적일 수 있다. 예시적인 실시예에서, W 상부 커버(5b4)의 작동 온도는 W와 같은 W 백열전구의 작동 온도인 3700 K까지이다. 방사율이 1인 경우에, 흑체 방열기 전력은 스테판 볼츠만 방정식에 따라 10.6 MW/m2이다. 실시예에서, 흑체 방사는 가시광 및 근-적외선에 반응하는 것과 같은 대응하는 방사선에 반응하는 개시된 것들과 같은 집광기 광전지 셀(15)을 포함하는 PV 변환기(26a)에 입사된다. 셀은 개시의 것과 같은 III/V 반도체를 포함하는 이중 또는 삼중 접합 셀과 같은 다중 접합 셀을 포함할 수 있다. SF-CIHT 발생기는 흑체 온도 센서 및 흑체 온도 제어기를 더 포함할 수 있다. 상부 커버(5b4)의 흑체 온도는 흑체 광의 전기로의 변환을 최적화하도록 유지되고 조절될 수 있다. 상부 커버(5b4)의 흑체 온도는 분광계, 광학 고온계, PV 변환기(26a) 및 흑체 온도를 결정하기 위해 방사율을 이용하는 전력계 중 적어도 하나와 같은 센서로 감지될 수 있다. 컴퓨터 및 하이드리노 반응 매개변수 센서 및 제어기를 포함하는 것과 같은 제어기는 개시에 의해 하이드리노 반응으로부터의 전력을 제어할 수 있다. 흑체 온도의 온도 및 안정성을 제어하는 예시적인 실시예에서, 하이드리노 반응 속도는 수증기압, 연료 주입 속도, 점화 주파수 및 점화 전류 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어된다. 상부 커버(5b4)를 가열하는 반응 셀 챔버(5b31)로부터의 주어진 하이드리노 반응 전력에 대해, 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버(5b4)의 원하는 작동 흑체 온도는 상부 커버(5b4)의 내부 및 외부 표면 중 적어도 하나의 방사율을 선택 및 제어함으로써 달성될 수 있다. 실시예에서, 상부 커버(5b4)로부터의 방사된 전력은 PV 변환기(26a)에 대한 스펙트럼 및 전력 정합에 관한 것이다. 실시예에서, 원하는 흑체 온도에서 최대 허용 가능한 입사 전력을 초과하지 않는 전력을 상부 커버(5b4)가 PV 변환기에 방사할 정도로, 외부 표면의 방사율은 약 0.1 내지 1의 범위와 같이 선택된다. 흑체 온도는 PV 셀의 변환 효율이 최대화될 수 있도록 광전지 변환 응답성을 더 양호하게 일치시키도록 선택될 수 있다. 방사율은 상부 커버(5b4) 외부 표면의 변형에 의해 변경될 수 있다. 방사율은 증가 되거나 감소된 방사율의 코팅을 적용함으로써 증가되거나 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, SiC 코팅은 그 방사율을 증가시키기 위해 상부 커버(5b4)에 적용될 수 있다. 방사율은 또한 표면을 산화시키고 거칠게 처리하는 것 중 하나에 의해 증가될 수 있고, 방사율은 산화된 표면을 감소시키고 거친 표면을 광나게 하는 것 중 적어도 하나에 의해 감소될 수 있다. 발생기는 산소 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 산화 가스의 소스 및 수소와 같은 환원 가스의 소스 및 셀 챔버 내의 분위기 조성 및 압력을 제어하는 수단을 포함할 수 있다. 발생기는 압력 게이지와 같은 가스 센서, 펌프, 가스 공급장치 및 가스를 상부 커버(5b4)의 방사율을 제어하기 위해 가스 조성 및 압력을 제어하기 위한 가스 공급 제어기를 포함할 수 있다.
상부 커버(5b4)와 PV 변환기(26a)는 가스 변환기 또는 진공 갭과 같은 갭에 의해 분리되어 PV 변환기로의 열전도로 인한 PV 변환기의 과열을 방지할 수 있다. 상부 커버(5b4)는 평판 또는 돔과 같은 다수의 적합한 형상을 포함할 수 있다. 형상은 구조적 무결성 및 PV 영역으로의 투과하는 광의 최적화 중 적어도 하나를 위해 선택될 수 있다. 셀 전지의 전기 출력 및 효율을 향상시키기 위해, 흑체 이미터(5b4) 및 수용 PV 변환기(26a)의 영역은 광을 방출하지 않는 원추체(5b2)의 영역을 제한하도록 최대화될 수 있다. 실시예에서, 다른 셀 구성요소는 흑체 방사를 수용하기 위해 구성요소에 원주 방향으로 배치되는 PV 변환기에 대한 흑체 방열기로서 작용하는 W와 같은 내화 금속과 같은 재료를 포함할 수 있다. 상부 커버(54b) 및 원추체(5b2)과 같은 셀(26) 구성요소 중 적어도 하나는 구성요소로부터의 광을 수용하도록 PV 셀(15)의 적층을 최적화하는 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 셀 구성요소는 PV 셀(15)과의 정합 구조를 갖는 삼각형, 오각형, 육각형, 정사각형 및 직사각형 중 적어도 하나와 같은 다각형과 같은 면이 형성된 표면을 포함할 수 있다. 셀은 정합 구조를 갖는 어레이로 배열될 수 있다.
실시예에서, 원추체를 포함하는 벽과 같은 내부 셀(26) 벽의 방사율은 벽에 증착되는 금속 증기에 의해 결정된다. 이 경우에, 원추체는 제조 용이성, 비용, 내구성 및 고온 작동 중 적어도 하나와 같은 원하는 방사율 이외의 매개변수에 대해 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 원추체는 흑연(승화점 = 3642 ℃), 내화 금속, 세라믹, 초고온 세라믹, 및 붕화물, 탄화물, 질화물 중 적어도 하나와 같은 세라믹 매트릭스 복합물, 및 붕화 하프늄(HfB2), 질화 지르코늄(ZrB2), 질화 하프늄(HfN), 질화 지르코늄(ZrN), 탄화 티탄(TiC), 질화 티탄(TiN), 이산화 티탄(ThO2), 붕화 니오브(NbB2)및 탈탄 탄화물(TaC)와 같은 앞의 전이 금속의 것들과 같은 산화물, 및 이들의 관련 복합물들을 포함한다. 유도된 고 융점을 갖는 예시적인 세라믹은 산화마그네슘(MgO)(M.P. = 2852 ℃), 산화지르코늄(ZrO)(M.P. = 2715 ℃), 질화붕소(BN)(M.P. = 2973 ℃), 이산화지르코늄(ZrO2)(M.P. = 2715 ℃), 붕화하프늄(HfB2)(M.P. = 3380 ℃), 탄화하프늄(HfC)(M.P. = 3900 ℃), 질화하프늄(HfN)(M.P. =3385 ℃), 이붕소화지르코늄(ZrB2)(M.P. = 3246 ℃), 탄화지르코늄(ZrC)(M.P. = 3400 ℃), 질화지르코늄(ZrN)(M.P. = 2950 ℃), 붕화티탄(TiB2)(M.P. = 3225 ℃), 탄화티탄(TiC)(M.P. = 3100 ℃), 질화티탄(TiN)(M.P. = 2950 ℃), 탄화규소(SiC)(M.P. = 2820 ℃), 붕화 탄탈(TaB2)(M.P. = 3040 ℃), 탄화 탄탈(TaC)(M.P. = 3800 ℃), 질화 탄탈(TaN) (M.P. = 2700 ℃), 탄화니오붐(NbC)(M.P. = 3490 ℃), 질화니오붐(NbN)(M.P. = 2573 ℃), 탄화바나듐(VC)(M.P. = 2810 ℃) 및 질화바나듐(VN)(M.P. = 2050 ℃), 및 초합금, 크롬, 코발트 및 레늄을 포함하는 니켈계 초합금, 및 세라믹 매트릭스 복합물, U-500, Rene 77, Rene N5, Rene N6, PWA 1484, CMSX-4, CMSX-10, Inconel, IN-738, GTD-111, EPM-102 및 PWA 1497을 포함하는 것의 그룹으로부터의 하나 이상과 같은 터빈 블레이드 재료이다. MgO 및 ZrO와 같은 세라믹은 H2와의 반응에 내성을 가질 수 있다. 원추체(5b2)와 같은 예시적인 셀 구성요소는 MgO, ZrO, ZrB2 또는 BN을 포함한다. 흑연과 같은 원추형 재료는 텅스텐과 같은 내화 금속 또는 ZrB2와 같은 세라믹 또는 당업계에 공지된 개시의 다른 재료와 같은 다른 고온 또는 내화 재료로 코팅될 수 있다. 다른 흑연 표면 코팅은 원추체의 플라즈마 처리에 의해 표면 상에 형성될 수 있는 다이아몬드형 탄소를 포함한다. 처리 방법은 기판 상에 다이아몬드형 탄소를 증착하기 위한 당업계에 공지된 것을 포함할 수 있다. 실시예에서, 은 증기는 원추형 표면을 침식으로부터 보호하기 위해 미리 코팅되거나 또는 작동 중에 표면 상에 증착될 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 탄소의 추가 반응을 억제하기 위해 H2O, H2 및 O2 중 적어도 하나와 같은 탄소와 셀 가스의 반응 생성물을 포함할 수 있다.
원추체(5b2)는 주조, 밀링, 고온 프레스, 소결, 플라즈마 소결, 침투 및 스파크 플라즈마 소결되고 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. W 원추체와 같은 내열성 금속 원추체는 와이어 랩 또는 직물로 형성될 수 있다. 원추체(5b2)는 원추형 수조(5b) 및 상단 커버(5b4)와 결합하는 플랜지를 포함할 수 있으며, 플랜지는 원추체에 영구적으로 결합되고 원추체 제조 중에 합체될 수 있다. 대안으로, 원추체는 클램프, 브래킷 또는 스프링과 같은 대응하는 기구를 사용하여 압축함으로써 상부 커버(5b4) 및 원추형 수조(5b)와 같은 인접 셀 구성요소에 고정될 수 있다. 상부 커버(5b4) 및 원추형 수조(5b)는 원추체(5b2)에 고정될 수 있다. 조인트는 Graphoil 개스킷과 같은 개스킷으로 밀봉될 수 있다. 정합 구성요소는 금속 증기를 함유할 수 있는 시일을 형성하도록 서로 래치 결합되도록 홈이 형성되거나 작은 면이 형성될 수 있다. 원추체의 내부 표면은 매끄러울 수 있으며 작동 중 은과 같은 연료 용융물로 덮일 수 있다. 원추체는 작동 중에 방사율을 낮추기 위해 작동 전에 연료 용융물의 금속으로 미리 코팅될 수 있다. 실시예에서, 원추형 수조, 수조, EM 펌프 튜브, EM 펌프 버스 바 및 열 전달 블록 중 적어도 하나는 Mo를 포함할 수 있다. 연료 용융물이 은인 다른 실시예에서, 열 전달 블록은 연료 용융물의 금속보다 높은 융점을 갖는 철, 질화 알루미늄, 티타늄 또는 탄화 규소와 같은 재료를 포함할 수 있다. 블록이 자석인 경우에, 이들은 퀴리 온도 초과로 작동될 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)의 분위기는 Ag 또는 Ag-Cu 금속 증기와 같은 금속 증기가 원추체(5b) 및 원추형 수조(5b)의 바닥에 가라앉도록 충분한 밀도의 차이를 갖는 헬륨 분위기와 같은 비활성 가스 분위기를 포함할 수 있다. 실시예에서, 밀도 차이는 셀 가스 및 압력을 제어하여 플라즈마가 포물선 원추체(5b2)의 초점에 더 근접하게 초점을 맞추도록 제어된다. 초점은 상부 커버(5b4)의 더욱 직접적인 조명을 야기하여 열광전지 변환기(26a)를 연속적으로 조명할 수 있다. 다른 실시예에서, 열광전지 변환기는 흑색 방사체를 포함하는 상부 커버(5b4)로부터 방출 또는 열 흐름을 수용하기 위해 광전지, 광전기, 열이온 및 열전기 변환기 중 적어도 하나에 의해 대체된다. 열이온 및 열전기 실시예의 경우에, 열 이온 또는 열전기 변환기는 고온의 상부 커버(5b4)와 직접 접촉할 수 있다. 고온 상부 커버(5b4)는 또한 열-전기 변환기와 같은 역할을 할 수 있는 랭킨, 브레이튼 또는 스털링 열 엔진 또는 히터와 같은 열 엔진으로 열을 전달할 수 있다. 실시예에서, 물 또는 공기와 같은 표준 물 이외의 매체가 열 엔진의 작동 매체로서 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 탄화수소는 터빈-발전기의 랭킨 사이클에서 물을 대체할 수 있고, 초임계 이산화탄소는 터빈-발전기의 브레이튼 사이클의 작동 매체로서 사용될 수 있다. 대안으로, 고온의 커버(5b4)는 열원 또는 히터 또는 광원으로서 기능을 할 수 있다. 열 엔진 또는 히터로의 열 흐름은 직접적 또는 간접적일 수 있으며, SF-CIHT 발생기가 개시의 것과 같은 열 교환기 또는 열 전달 수단을 더 포함할 수 있다.
원추체(5b2) 및 상부 커버(5b4)에 의해 형성된 챔버를 포함하는 셀 챔버(5b3) 및 반응 셀 챔버 중 적어도 하나는 각각 펌프 라인(13b 및 13c)을 통해 펌프(13a)로 배기될 수 있다. 대응하는 펌프 라인 밸브(13d 및 13e)는 펌핑된 용기를 선택하는데 사용될 수 있다. 셀은 산소, 수소, 수증기, 금속 증기 및 전체 압력 중 적어도 하나를 위한 고온 가능한 센서 또는 센서들을 더 포함할 수 있다. 물 및 수소 압력은 개시에 의해 0.1 Torr 내지 1 Torr 범위의 수증기압과 같은 개시의 것과 같은 바람직한 압력으로 제어될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 원하는 가스 압력은 밸브 및 가스 소스에 의해 유지되고, 밸브 개방은 가스의 측정된 압력을 사용하여 피드백으로 가스의 원하는 압력을 유지하기 위해 흐름을 공급하도록 제어된다. H2O 및 H2는 H2, H2O/증기 탱크 및 라인(5v), 수소 매니폴드 및 공급 라인(5w), H2O/증기 매니폴드 및 공급 라인(5x), H2/증기 매니폴드(5y), 직접 H2O/H2 주입기(5z1) 및 직접 H2O/H2 주입기 밸브(5z2)를 제공하는 전기분해 시스템을 포함할 수 있는 수소 탱크 및 라인(5u)에 의해 공급될 수 있다. 셀에서 생성된 산소는 공급된 수소와 반응하여 산소를 펌핑 또는 게터링하는 대신에 물을 형성할 수 있다. 하이드리노 가스는 셀의 벽과 조인트를 통해 확산되거나 선택적 가스 밸브에서 유출될 수 있다.
밀폐된 반응 셀 챔버(5b31) 내의 금속 증기는 셀 벽을 코팅하여 벽 재료의 기화 및 이동을 억제할 수 있다. 실시예에서, 내부 셀 표면과 같은 표면은 개시의 코팅, 금속 또는 표면의 재료보다 낮은 증기압을 갖는 다른 금속과 같은 재료로 초기 코팅될 수 있다. 예를 들어 Mo 원추체는 내부 Mo 증기압을 낮추기 위해 W로 내부 코팅될 수 있다. 코팅은 표면의 재료의 산화 및 증발 중 적어도 하나로부터 표면을 추가로 보호할 수 있다. 가스와 같은 물질의 조성물을 반응 셀 챔버(5b31) 분위기에 첨가하여 셀의 적어도 하나의 표면을 안정화 또는 재생시킬 수 있다. 예를 들어, 원추체(5b2) 및 상측 커버(5b4) 중 적어도 한쪽이 텅스텐을 포함하는 경우에, 반응 셀 쳄버(5b31)의 분위기에 요오드 가스를 첨가하여 W 원추체(5b2) 및 W 상부 커버(5b4) 표면 중 적어도 하나에 W를 재증착시킬 수 있다. 원추형 원추체(5b2) 및 상부 커버(5b4)의 외부 표면은 유사하게 재생될 수 있다. 원추형 수조(5b)는 용융 연료 금속과 H2O 및 H2 중에 적어도 하나로 구성된 주입기와 같은 원료의 재생을 공급하기 위한 응축된 연료 용융물의 금속 증기는 상부 커버(5b4) 및 원추체(5b2) 중 적어도 하나에서 발생하는 온도보다 낮은 온도에서 작동된다. 셀(26)을 수용하는 반응 셀 챔버(5b31) 및 셀 챔버(5b3) 중 적어도 하나는 진공하에 작동되어 원추체(5b2) 및 상부 커버(5b4)와 같은 셀 구성요소의 산화를 방지할 수 있다. 대안으로, 반응 셀 챔버(5b31) 및 셀 챔버(5b3) 중 적어도 한쪽에 불활성 가스를 충전하여 원추체(5b2) 및 상부 커버(5b4)의 산화 및 증발을 방지할 수 있다. 실시예에서, 연료 용융물로부터의 금속 증기는 반응 셀 챔버(5b31)의 내부 표면을 코팅하고 이들을 H2O 연료에 의한 산화로부터 보호한다. 본 개시에서 주어진 바와 같이, H2 가스의 첨가 또는 원추체(5b2) 및 상부 커버(5b4)와 같은 셀 구성요소에 음의 전압을 인가하면 산화를 감소시키거나 피할 수 있다. 상부 커버(5b4)는 텅스텐 또는 텅스텐-레늄 합금과 같은 백열전구의 재료를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 당업자에게 공지된 바와 같이 백열전구에 사용되는 것일 수 있다. 불활성 가스는 아르곤, 크립톤 또는 크세논과 같은 비활성가스 및 질소와 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 백열전구에서 사용되는 압력과 같을 때 감압이 있을 수 있다. 불활성 가스 압력은 약 0.01 기압 내지 0.95 기압 범위일 수 있다. Mo 또는 W와 같은 상부 커버(5b4)의 금속이 증발 및 증착에 의해 원추체(5b2)의 외벽, 셀을 수용하는 셀 챔버 및 PV 변환기(26a)에서의 구성요소와 같은 다른 셀 구성요소로 전달되는 실시예에서 금속 코팅과 같은 금속은 코팅을 산소에 노출시키고 금속 산화물을 수집함으로써 제거되고 재순환될 수 있다. 산소 노출은 고온에서 일어날 수 있다. PV 패널(15)상의 금속 코팅은 패널 표면을 산소에 노출시키고 금속 산화물을 세정함으로써 세정될 수 있다.
크기와 밀도에 관계없이 모든 입자는 동일한 중력 가속도를 경험한다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 진공 하에서 또는 수증기와 같은 연료 이외의 셀 가스의 부재하에 작동하여 중력의 영향에 의해 금속 증기 입자가 반응 셀 챔버(5b31)의 원하는 영역에 한정될 수 있다. 그 영역은 상기 전극 영역을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 금속 증기가 중력의 영향을 받아 금속 증기의 한정을 야기하는 입자를 형성하기 위해 존재하는 열 전달 가스로 부분 진공 하에서 작동된다. 금속 증기의 한정은 전극 영역일 수 있다. 열 전달 가스는 수소 또는 높은 열 전달제를 포함하는 헬륨과 같은 비활성 가스와 같은 불활성 가스를 포함할 수 있다. 열 전달 가스의 압력은 원하는 금속 증기의 한정을 달성하도록 조정될 수 있다. 바람직한 한정 조건은 가스 및 중력에 의한 에어로졸화 효과의 균형을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 불활성 분위기하에서 작동된다. 불활성 가스는 용융된 Ag 또는 Ag-Cu로부터의 증기와 같은 고체 연료 용융물의 금속 증기보다 낮은 밀도를 가질 수 있다. 예시적인 저밀도 불활성 가스는 수소 및 헬륨 또는 아르곤 중 적어도 하나와 같은 비활성가스 중 적어도 하나이다. 금속 증기는 보다 부력이 강한 불활성 가스의 존재로 인해 포물선 반사기 디시(5b2)의 전극 영역에 한정될 수 있다. 금속 증기의 체적 변위와 같은 한정의 범위를 제어하기 위해 금속 증기 및 불활성 가스의 밀도의 차이가 이용될 수 있다. 밀도 및 불활성 가스의 압력에 기초한 불활성 가스의 선택 중 적어도 하나는 금속 증기의 한정을 제어하도록 제어될 수 있다. SF-CIHT 발생기는 압력계, 압력 조절기, 흐름 조절기, 적어도 하나의 밸브, 펌프 및 압력을 판독하고 조절하기 위한 컴퓨터 중 적어도 하나와 같은 불활성 가스의 소스를 포함할 수 있다. 불활성 가스 압력은 약 1 Torr 내지 10 atm의 범위일 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)의 분위기에서의 온도 구배에 기인한 임의의 대기 대류 전류가 금속 증기의 원하는 구속을 용이하게 하도록 형성될 수 있다. 원추형 수조(5b)는 포물선 모양의 반사기 디시(5b2)와 같은 금속 증기와 접촉하는 금속 증기 및 다른 인접 셀 구성요소보다 냉각될 수 있다. 가스 대류 전류는 작동 온도가 낮기 때문에 원추형 수조(5b)로 향할 수 있다. 금속 증기는 원추형 수조(5b)에서 응축되어 원추형 수조(5b)를 향한 증기 흐름 방향을 강화시키고 금속 증기 제한을 증가시킬 수 있다. 원추형 수조(5b2)는 냉각될 수 있다. 유도 결합 히터(5f)의 안테나를 포함하는 냉각제 코일은 원추형 수조(5b)를 냉각시키는데 사용될 수 있거나 별도의 냉각 코일 또는 열 교환기에 의해 냉각될 수 있다. 수조(5c)를 통해 열이 제거되는 경우에, 수조(5c)를 따르는 열 구배 및 그 단면적을 제어함으로써 대응하는 열 동력이 제어될 수 있다. 유도 결합 히터 피드-스루 조립체(5mc)의 개략도가 도 2i24 내지 도 2i26에 도시된다. 유도 결합 히터는 또한 냉각제 라인으로서의 역할을 하는 리드(5p)를 유도 결합 히터 냉각제 시스템 입구(5ma) 및 유도 결합 히터 냉각제 시스템 출구(5mb)를 통해 냉각기(31)에 연결한다. 실시예에서, 유도 결합 히터 코일 리드는 셀(26) 또는 하부 챔버(5b5) 중 적어도 하나와 같은 발전기의 밀봉 섹션 내로 관통한다. 유도 결합 히터 피드-스루 조립체(5mc)의 플랜지의 관통부 중 적어도 하나와 하부 진공 챔버(5b5)의 관통부와 같이 가열되는 셀 구성요소에 대한 벽의 리드(5p) 관통부는 전기적으로 절연되어, 리드 (5p)는 전기적으로 단락되지 않는다.
실시예에서, 금속 증기의 한정은 금속 분말에 대해 개시에서 주어지는 바와 같이 적어도 하나의 송풍기를 사용하는 강제 가스 유동에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 금속 증기는 전류 소스를 사용하여 증기를 통해 전류를 흐르게 하고 개시에서 주어지는 원추형 수조(5b)를 향하여 로렌츠 힘을 유발하도록 자속을 인가함으로써 제한될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 금속 증기는 개시에서 주어지는 바와 같이 정전 집진기로 한정될 수 있다.
실시예에서, 작동 후에 히터는 결합 해제될 수 있고, 냉각은 공동 수조(5b), EM 펌프, 전극(8), 원추체(5b2), 창(5b4) 및 PV 변환기(26a)는 개시에서 주어지는 것과 같은 작동 온도에서 유지될 수 있다.
SF-CIHT 셀 발전 시스템은 연료 점화 반응에 의해 생성된 플라즈마 광자를 포획하여 이들을 사용 가능한 에너지로 변환시키도록 구성된 광전지 전력 변환기를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 높은 변환 효율이 바람직할 수 있다. 반응기는 다수의 방향, 예를 들어, 적어도 2개의 방향으로 플라즈마를 방출할 수 있고, 반응 반경은 대략 수 밀리미터 내지 수 미터, 예를 들어 반경이 약 1 mm 내지 약 25 cm일 수 있다. 게다가, 연료의 점화에 의해 생성된 플라즈마의 스펙트럼은 태양에 의해 생성된 플라즈마의 스펙트럼과 유사할 수 있고/있거나 추가적인 단파장 방사선을 포함할 수 있다. 도 3은 527 kW의 평균 광 전력을 나타내는 수조에 떨어지기 전에 은 용융물의 가스 처리로부터 흡수된 H2 및 H2O를 포함하는 은 80 mg 샷의 점화에 대한 5 nm 내지 450 nm 영역, 본질적으로 모든 자외선 및 극 자외선 스펙트럼 영역에서의 예시적인 절대적 스펙트럼을 도시한다. 점화는 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 용접기를 사용하여 저전압, 고전류로 달성되었다. 샷의 전압 강하는 1 V 미만이었고 전류는 약 25 kA였다. 고강도 UV 방출은 약 1 ms의 지속 시간을 가졌다. 제어 스펙트럼은 UV 영역에서 평탄했다. 실시예에서, 플라즈마는 본질적으로 100 % 이온화되며, 이는 H Balmer α 라인의 극명한 확장을 측정함으로써 확인될 수 있다. 라인 및 흑체 방출 중 적어도 하나와 같은 고체 연료의 방사는 약 2 내지 200,000 suns, 10 내지 100,000 suns, 및 100 내지 75,000 suns 중 적어도 하나의 범위의 세기를 가질 수 있다.
UV 및 EUV 스펙트럼은 흑체 방사로 변환될 수 있다. 변환은 UV 및 EUV 광자 중 적어도 하나의 전파를 위해 셀 분위기를 광학적으로 두껍게 함으로써 달성될 수 있다. 광학 두께는 연료 금속과 같은 금속을 전지 내에서 기화시킴으로써 증가될 수 있다. 광학적으로 두꺼운 플라즈마는 흑체를 포함할 수 있다. 흑체 온도는 하이드리노 반응의 매우 높은 전력 밀도 용량과 하이드리노 반응에 의해 방출되는 광자의 높은 에너지로 인해 높을 수 있다. 약 1 Torr의 주위 H2O 증기압을 갖는 대기 아르곤에서 W 전극으로 펌핑된 용융 은의 점화에 대한 스펙트럼(사파이어 분광기 창으로 인한 180 nm에서의 컷오프를 갖는 100 nm 내지 500 nm 영역)이 도 4에 도시된다. 전력 소스(2)는 직렬로 연결된 2개의 캐패시터 2세트(Maxwell Technologies K2 울트라커패시터 2.85V/3400F)를 포함하고, 이는 약 5 내지 6 V 및 300 A의 정전류를 중첩된 전류 펄스로 약 1 kHz 내지 2 kHz의 주파수에서 5 kA로 제공하도록 병렬로 연결하였다. W 전극(1 cm × 4 cm)에 대한 평균 입력 전력은 약 75 W였다. 하이드리노 반응 전력에 의해 은의 기화와 함께 분위기가 광학적으로 UV 방사선에 대해 두꺼워지면 초기 UV 라인 방출은 5000K 흑체 방사로 전이된다. 기화된 은의 방사율이 0.15인 5000 K 흑체 방사체의 전력 밀도는 5.3 MW/m2이다. 관찰된 플라즈마의 면적은 약 1 m2였다. 흑체 방사는 개시의 열광전지 실시예에서 PV 변환기(26a)에 대한 흑체 방사체로서 작용할 수 있는 상부 커버(5b4)와 같은 셀(26)의 구성요소를 가열할 수 있다.
실시예에서, 변환기는 조합된 사이클을 포함하도록 결합된 다수의 변환기를 포함한다. 조합된 사이클 변환기는 광전지 변환기, 광전자 변환기, 플라즈마역학 변환기, 열이온 변환기, 열전기 변환기, 스털링 엔진, 브레이튼 사이클 엔진, 랭킨 사이클 엔진 및 열 엔진 및 히터의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 실시예에서, SF-CIHT 셀은 주로 자외선 및 극 자외선을 생성한다. 변환기는 광전자 변환기와 광전기 변환기를 포함하는 조합된 사이클을 포함할 수 있으며, 여기서 광전기 변환기는 자외선에 투과되며, 주로 극-자외선에 반응할 수 있다. 변환기는 열전기 변환기, 스털링 엔진, 브레이튼 사이클 엔진 및 랭킨 사이클 엔진 중 적어도 하나와 같은 추가의 조합된 사이클 변환기 요소를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 연료를 통한 본 개시의 고전류는 폭발하지 않고 하이드리노 프로세스를 활성화시킨다. 본 개시의 이러한 측면은 스폿 용접기(Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 용접기, 75 KVA)를 사용하여 Mo 포일에 약 1 V의 전압 강하에서 25 kA를 인가함으로써 실험적으로 확인되었다. 광전자 효과는 가시광선 방출이 없는 UV 방출로부터 금속 포일 광전지에서 관찰되었다. 용접기가 반복적으로 활성화되면 이 효과는 0으로 점차 감소한다. 그 결과는 높은 전류가 반응을 개시하는 하이드리노를 형성하도록 반응하는 잔류 수소의 탓이다. 효과의 어두운 특성은 광전자 효과를 일으키는 하이드리노 프로세스에 의한 자외선 광자의 선택적 방출을 나타낸다. Mo 포일의 수소가 적용된 용접기 전력에 의해 소모되거나 축출되면 효과가 감소한다.
Ⅴ. 기타 용례
실시예에서, SF-CIHT 셀의 출력 전력은 안테나에 의해 방사선을 수용하는 부하에 의해 로드로 전달되는 전자기 방사선으로서 방출된다. 방출은 SF-CIHT 셀에 의해 생성된 전력으로 송신기에 전원을 공급함으로써 달성될 수 있다. 방사선은 안테나와 같은 지향성 및 정렬된 방출 및 수신 장치를 사용함으로써 지향될 수 있다. 다른 실시예에서, 전력은 자기 유도와 같은 유도에 의해 전달된다. 자기 유도는 임의의 원하는 전력 레벨에서 약 1 kHz 내지 1 GHz의 주파수 범위와 같은 무선 주파수일 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 발전기는 셀의 벽의 열 교환기(87), 적어도 하나의 열 교환기 냉각제 입구 라인(84), 적어도 하나의 열교환기 냉각제 출구 라인(85), 선택적으로 제 2 열교환기, 보일러, 증기 터빈과 같은 터빈 및 발전기(86)를 포함한다. 실시예에서, 열 전력 변환기는 당업자에게 공지된 물 이외의 냉각제를 포함한다. 다른 실시예에서, 셀의 벽은 냉각제를 가열하는 열교환기를 포함한다. 물과 같은 냉각수는 셀로부터 열을 받으면 그에 반응하여 비등될 수 있다. 비등에 의해 형성된 가스는 가스가 증기인 경우 증기 터빈과 같은 터빈과 같은 열 엔진으로 유입될 수 있다. 실시예에서, 셀은 보일러를 포함할 수 있다. 시스템은 적어도 다른 열교환기뿐만 아니라, 히터들, 예열기들, 보일러들, 응축기들 및 당업자에 의해 공지된 것과 같은 열 전력 변환기의 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 셀 벽의 적어도 일부는 스털링 엔진과 같은 열 엔진과 접촉하는 열교환기를 포함한다. 벽과 열 엔진은 셀 및 셀 벽 중 적어도 하나로부터 열 엔진으로 열을 전달하는 열 파이프와 같은 열 도관에 의해 연결될 수 있다.
엔진 헤드 판을 갖는 스털링 엔진은 CPV 냉각 판과 같은 열전달을 위한 마이크로 채널로 지지되는 평판을 포함한다. 마이크로 채널은 방전 가공을 사용하여 제조될 수 있다.
SF-CIHT 발생기는 하이드리노를 형성하기 위한 광원 및 화학 반응기 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 광원은 강한 자외선 및 극 자외선 광원을 포함할 수 있다. 광원으로서 작용하기 위해, SF-CIHT 셀은 원하는 광에 투명한 창을 더 포함할 수 있다. 하이드리노는 가스로서 수집되거나 KOH-KCl과 같은 게터에 포집될 수 있다. 하이드리노 가스는 극저온으로 수집될 수 있다.
Claims (24)
- 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템으로서,
대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
a) 적어도 하나의 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매,
b) 적어도 하나의 H2O 소스 또는 H2O,
c) 적어도 하나의 원자 수소 소스 또는 원자 수소, 및
d) 용융 금속
을 포함하는 반응물;
용융 금속 수조 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 용융 금속 주입 시스템;
a) 적어도 하나의 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매,
b) 적어도 하나의 H2O 소스 또는 H2O, 및
c) 적어도 하나의 원자 수소 소스 또는 원자 수소
를 포함하는 적어도 하나의 추가 반응물 주입 시스템;
전력 변환기로부터 전력을 수용하는 전력 소스를 포함하는 적어도 하나의 반응물 점화 시스템;
용융 금속을 회수하는 시스템; 및
전력 및/또는 열 전력으로 출력되는 광 및 열 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 용융 금속 점화 시스템은:
a) 용융 금속을 한정하는 적어도 하나의 전극 세트; 및
b) 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하게 하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스를 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극은 내화 금속을 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하게 하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스는 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 용융 금속 주입 시스템은 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하는 전자기 펌프 및 벡터 교차 전류 성분을 제공하는 전류 소스를 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 용융 금속 수조는 유도 결합 히터를 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 용융 금속 점화 시스템은 개방 회로를 형성하도록 분리되는 적어도 하나의 전극 세트를 포함하며, 상기 개방 회로는 용융 금속의 주입에 의해 폐쇄됨으로써 고전류가 흘러 점화를 달성하게 하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 용융 금속 점화 시스템 전류는 500 A 내지 50,000 A의 범위 내에 있는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 용융 금속 점화 시스템은 회로가 폐쇄되어 점화 주파수가 1 Hz 내지 10,000 Hz의 범위 내에 있게 하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 용융 금속은 은, 은-구리 합금, 및 구리 중 적어도 하나를 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 추가 반응물은 H2O 증기 및 수소 가스 중 적어도 하나를 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 추가 반응물 주입 시스템은 컴퓨터, H2O 및 H2 압력 센서, 및 흐름 제어기 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 흐름 제어기는 질량 흐름 제어기, 펌프, 주사기 펌프 및 고정밀 전자 제어 가능한 밸브 그룹 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 밸브는 니들 밸브, 비례 전자 밸브 및 스테퍼 모터 밸브 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 밸브는 압력 센서 및 컴퓨터에 의해 제어되어 H2O 및 H2 압력 중 적어도 하나를 원하는 값으로 유지하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 추가 반응물 주입 시스템은 H2O 증기압을 0.1 Torr 내지 1 Torr 범위로 유지하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응물의 생성물을 회수하는 시스템은 중력하의 용융물로 흐름을 제공할 수 있는 벽을 포함하는 용기, 전극 전자기 펌프, 및 용기와 연통하고 냉각 시스템을 더 포함하는 수조 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 용융 금속의 금속 증기가 수조 내에서 응축되게 하도록 용기의 다른 부분보다 저온으로 수조를 유지하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 14 항에 있어서,
전극 전자기 펌프를 포함하는 상기 회수 시스템은 자기장 및 벡터 교차 점화 전류 성분을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 용기는 내부 반응 셀, 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버, 및 대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 외부 챔버를 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 상부 커버는 1000 K 내지 3700 K 범위 내의 온도로 유지되는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 내부 반응 셀 및 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버 중 적어도 하나는 고 방사율을 갖는 내화 금속을 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응 전력 출력의 적어도 하나의 전력 변환기는 열광전지 변환기, 광전지 변환기, 광전자 변환기, 플라즈마동역학 변환기, 열이온 변환기, 열전기 변환기, 스털링 엔진, 브레이튼 사이클(Brayton cycle) 엔진, 랭킨 사이클 엔진, 열 엔진, 및 히터의 그룹 중 적어도 하나를 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 셀에 의해 방출되는 광은 가시광선 및 근-적외선을 주로 포함하는 흑체 방사선이며, 상기 광전지는 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티 모나이드(GaSb), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 갈륨 비소 안티몬화물(InGaAsSb), 인화 인듐 비소 안티몬화물(InPAsSb), InGaP/InGaAs/Ge; InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge; GaInP/GaAsP/SiGe; GaInP/GaAsP/Si; GaInP/GaAsP/Ge; GaInP/GaAsP/Si/SiGe; GaInP/GaAs/InGaAs; GaInP/GaAs/GaInNAs; GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs; GaInP/Ga(In)As/InGaAs; GaInP-GaAs-웨이퍼-InGaAs; GaInP-Ga(In)As-Ge; 및 GaInP-GaInAs-Ge로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀인
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 셀에 의해 방출되는 광은 주로 자외선이며, 상기 광전지는 III 족 질화물, GaN, AlN, GaAlN, 및 InGaN으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀인
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서,
진공 펌프 및 적어도 하나의 냉각기를 더 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템으로서,
대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
a) 적어도 하나의 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매,
b) 적어도 하나의 H2O 소스 또는 H2O,
c) 적어도 하나의 원자 수소 소스 또는 원자 수소, 및
d) 용융 금속
을 포함하는 반응물;
용융 금속 수조 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 금속 주입 시스템;
a) 적어도 하나의 촉매 소스 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매,
b) 적어도 하나의 H2O 소스 또는 H2O, 및
c) 적어도 하나의 원자 수소 소스 또는 원자 수소
를 포함하는 적어도 하나의 추가 반응물 주입 시스템;
반응물이 발광 플라즈마 및 발열 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하고 전력 변환기로부터 전력을 수용하는 전력 소스를 포함하는 적어도 하나의 반응물 점화 시스템;
용융 금속을 회수하는 시스템; 및
전력 및/또는 열 전력으로 출력되는 광 및 열 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함하며;
상기 용융 금속 점화 시스템은
a) 용융 금속을 한정하는 적어도 하나의 전극 세트; 및
b) 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스를 포함하며;
상기 전극은 내화 금속을 포함하며;
상기 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스는 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하며;
상기 용융 금속 주입 시스템은 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석 및 벡터 교차 전류 성분을 제공하는 전류 소스를 포함하는 전자기 펌프를 포함하며;
상기 용융 금속 수조는 유도 결합 히터를 포함하며;
상기 용융 금속 점화 시스템은 개방 회로를 형성하도록 분리되는 적어도 하나의 전극 세트를 포함하며, 상기 개방 회로는 용융 금속의 주입에 의해 폐쇄됨으로써 고전류가 흘러 점화를 달성하게 하며;
상기 용융 금속 점화 시스템 전류는 500 A 내지 50,000 A 범위이며;
상기 용융 금속 점화 시스템은 1 Hz 내지 10,000 Hz 범위의 점화 주파수를 발생시키도록 회로가 폐쇄되며;
용융 금속은 은, 은-구리 합금, 및 구리 중 적어도 하나를 포함하며;
상기 추가 반응물은 H2O 증기 및 수소 가스 중 적어도 하나를 포함하며;
상기 추가 반응물 주입 시스템은 컴퓨터, H2O 및 H2 압력 센서, 및 흐름 제어기 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 흐름 제어기는 질량 흐름 제어기, 펌프, 주사기 펌프 및 고정밀 전자 제어 가능한 밸브의 그룹 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 밸브는 니들 밸브, 비례 전자 밸브 및 스테퍼 모터 밸브 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 밸브는 압력 센서 및 컴퓨터에 의해 제어되어 H2O 및 H2 압력 중 적어도 하나를 원하는 값으로 유지하며;
상기 추가의 반응물 주입 시스템은 0.1 Torr 내지 1 Torr 범위의 H2O 증기압을 유지하며;
상기 반응물의 생성물을 회수하는 시스템은 중력하에서 용융물로 흐름을 제공할 수 있는 벽을 포함하는 용기, 전극 전자기 펌프, 및 용기와 연통되고 냉각 시스템을 더 포함하는 수조 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 용융 금속의 금속 증기가 수조 내에서 응축되게 하도록 용기의 다른 부분보다 저온으로 수조를 유지하며,
전극 전자기 펌프를 포함하는 상기 회수 시스템은 자기장 및 벡터 교차 점화 전류 성분을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하며;
대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 용기는 내부 반응 셀, 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버, 및 대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 외부 챔버를 포함하며;
상기 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버는 1000 K 내지 3700 K 범위 내의 온도로 유지되며;
상기 내부 반응 셀 및 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버 중 적어도 하나는 고 방사율을 갖는 내화 금속을 포함하며;
상기 흑체 방열기는 흑체 온도 센서 및 제어기를 더 포함하며;
상기 반응 전력 출력의 적어도 하나의 전력 변환기는 열광전지 변환기 및 광전지 변환기의 그룹 중 적어도 하나를 포함하며;
상기 셀에 의해 방출되는 광은 가시광선 및 근-적외선을 주로 포함하는 흑체 방사선이며, 상기 광전지는 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티 모나이드(GaSb), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 갈륨 비소 안티몬화물(InGaAsSb), 인화 인듐 비소 안티몬화물(InPAsSb), III/V 족 반도체, 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-웨이퍼-InGaAs; GaInP-Ga(In)As-Ge; 및 GaInP-GaInAs-Ge로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀이며; 상기 전력 시스템은 진공 펌프 및 적어도 하나의 냉각기를 더 포함하는
전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템. - 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템으로서,
대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
a) 적어도 하나의 H2O 소스 또는 H2O,
b) H2O 가스, 및
c) 용융 금속
을 포함하는 반응물;
용융 금속 수조 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 금속 주입 시스템;
a) 적어도 하나의 H2O 소스 또는 H2O, 및
b) H2
를 포함하는 적어도 하나의 추가 반응물 주입 시스템;
반응물이 발광 플라즈마 및 발열 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하고 전력 변환기로부터 전력을 수용하는 전력 소스를 포함하는 적어도 하나의 반응물 점화 시스템;
용융 금속을 회수하는 시스템; 및
전력 및/또는 열 전력으로 출력되는 광 및 열 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함하며;
상기 용융 금속 점화 시스템은
a) 용융 금속을 한정하는 적어도 하나의 전극 세트; 및
b) 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스를 포함하며;
상기 전극은 내화 금속을 포함하며;
상기 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스는 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하며;
상기 용융 금속 주입 시스템은 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석 및 벡터 교차 전류 성분을 제공하는 전류 소스를 포함하는 전자기 펌프를 포함하며;
상기 용융 금속 수조는 용융 금속을 형성하는 금속을 적어도 초기에 가열하는 유도 결합 히터를 포함하며;
상기 용융 금속 점화 시스템은 개방 회로를 형성하도록 분리되는 적어도 하나의 전극 세트를 포함하며, 상기 개방 회로는 용융 금속의 주입에 의해 폐쇄됨으로써 고전류가 흘러 점화를 달성하게 하며;
상기 용융 금속 점화 시스템 전류는 500 A 내지 50,000 A 범위이며;
상기 용융 금속 점화 시스템은 1 Hz 내지 10,000 Hz 범위의 점화 주파수를 발생시키도록 회로가 폐쇄되며;
용융 금속은 은, 은-구리 합금, 및 구리 중 적어도 하나를 포함하며;
상기 추가 반응물 주입 시스템은 컴퓨터, H2O 및 H2 압력 센서, 및 흐름 제어기 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 흐름 제어기는 질량 흐름 제어기, 펌프, 주사기 펌프 및 고정밀 전자 제어 가능한 밸브 그룹 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 상기 밸브는 니들 밸브, 비례 전자 밸브 및 스테퍼 모터 밸브 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 밸브는 압력 센서 및 컴퓨터에 의해 제어되어 H2O 및 H2 압력 중 적어도 하나를 원하는 값으로 유지하며;
상기 추가의 반응물 주입 시스템은 0.1 Torr 내지 1 Torr 범위의 H2O 증기압을 유지하며;
상기 반응물의 생성물을 회수하는 시스템은 중력하에서 용융물로 흐름을 제공할 수 있는 벽을 포함하는 용기, 전극 전자기 펌프, 및 용기와 연통하고 냉각 시스템을 더 포함하는 수조 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 용융 금속의 금속 증기가 수조 내에서 응축되게 하도록 용기의 다른 부분보다 저온으로 수조를 유지하며,
전극 전자기 펌프를 포함하는 상기 회수 시스템은 자기장 및 벡터 교차 점화 전류 성분을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하며;
대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 용기는 내부 반응 셀, 고온 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버, 및 대기압, 대기압 미만 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 외부 챔버를 포함하며;
흑체 방열기를 포함하는 상기 상부 커버는 1000 K 내지 3700 K 범위 내의 온도로 유지되며;
상기 내부 반응 셀 및 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버 중 적어도 하나는 고 방사율을 갖는 내화 금속을 포함하며;
상기 흑체 방열기는 흑체 온도 센서 및 제어기를 더 포함하며;
상기 반응 전력 출력의 적어도 하나의 전력 변환기는 열광전지 변환기 및 광전지 변환기 중 적어도 하나를 포함하며;
상기 셀에 의해 방출되는 광은 가시광선 및 근-적외선을 주로 포함하는 흑체 방사선이며, 상기 광전지는 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티 모나이드(GaSb), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 갈륨 비소 안티몬화물(InGaAsSb), 인화 인듐 비소 안티몬화물(InPAsSb), III/V 족 반도체, 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-웨이퍼-InGaAs; GaInP-Ga(In)As-Ge; 및 GaInP-GaInAs-Ge로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀이며; 상기 전력 시스템은 진공 펌프 및 적어도 하나의 냉각기를 더 포함하는
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