KR20190119610A - 자기 유체역학 전기 발전기 - Google Patents

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KR20190119610A
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랜들 엘. 밀스
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브릴리언트 라이트 파워, 인크.
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Abstract

전기 및 열 전력 중 적어도 하나를 제공하는 발전기는 (i) 독특한 분석 및 분광학적 시그니처에 의해 식별 가능한 하이드리노를 형성하기 위해 원자 수소의 촉매화를 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 반응 혼합물의 고 전도성을 야기하는 용융 금속으로부터 선택된 적어도 두 개의 성분을 포함하는 반응 혼합물; (iii) 복수의 용융 금속 스트림을 교차시키는 전자기 펌프와 같은 적어도 하나의 펌프를 포함하는 용융 금속 주입 시스템, (iv) 플라즈마를 점화하여 하이드리노 반응의 빠른 동역학을 개시하기 위해 복수의 교차 용융 금속 스트림에 저전압, 고전류 전기 에너지 및 하이드리노 형성으로 인한 에너지 이득을 제공하는 전력원을 포함하는 점화 시스템, (v) 플라즈마에 공급되는 H2 및 O2 소스, (vi) 용융 금속 회수 시스템, 및 (vii) (a) 셀의 흑체 방열기에서 출력된 고출력 광을 집광기 열 광전지 셀을 사용하여 전기로 변환하거나 (b) 에너지 플라즈마를 자기 유체 역학 변환기를 사용하여 전기로 변환할 수 있는 전력 변환기를 포함한다.

Description

자기 유체역학 전기 발전기
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2017년 2월 12일자 출원된 미국 가 출원 번호 62/457,935호, 2017년 2월 21일자 출원된 62/461,768호, 2017년 2월 26일자 출원된 62/ 463,684호, 2017년 4월 4일자 출원된 62/481,571호, 2017년 5월 31 일자 출원된 62/513,284호, 2017년 5월 31일자 출원된 62/513,324호, 2017년 6월 23일자 출원된 62/524,307호, 2017년 7월 14일자 출원된 62/532,986호, 2017년 7월 26일자 출원된 62/537,353호, 2017년 8월 14일자 출원된 62/545,463호, 2017년 9월 11일자 출원된 62/556,941호, 2017년 10월 17일자 출원된 62/573,453호, 2017년 11월 10일자 출원된 62/584,632호, 2017년 12월 4일자 출원된 62/594,511호, 2017년 12월 29일자 출원된 62/612,304호 및 2018년 1월 17일자 출원된 62/618,444호의 이득을 주장하며, 이들 모두는 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 자기 유체역학 전력 변환기, 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 공급원의 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 공급원을 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 고체 또는 용융 금속 전극과 같은 복수의 전극; 복수의 전극에 전기 에너지를 전달하도록 구성되는 전력 공급원; 및 고온 고압의 플라즈마를 수용하도록 위치된 적어도 자기 유체역학 전력 변환기 또는 적어도 복수의 플라즈마 광자를 수용하도록 위치되는 적어도 하나의 광전지("PV") 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
일 실시예에서, 전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 SunCell® 전력 시스템은 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기; (i) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매, (ii) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O, (iii) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소, 및 (iv) 용융 금속을 포함하는 반응물; 펌프 및 주입기 튜브를 각각 포함하는 적어도 2개의 용융 금속 저장소를 포함하는 용융 금속 주입 시스템; 전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하기 위해 반응물의 반응에서 소비되는 반응물을 보충하기 위한 적어도 하나의 반응물 공급 시스템; 전자기 펌프를 각각 포함하는 적어도 2개의 용융 금속 저장소에 반대 전압을 공급하기 위한 전력원을 포함하는 적어도 하나의 점화 시스템; 그리고 광 및 열 출력 중 적어도 하나를 전력 및/또는 열 전력으로 변환하는 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함한다.
실시예에서, 용융 금속은 당 업계에 공지된 임의의 전도성 금속 또는 합금을 포함 할 수있다. 실시예에서, 용융 금속은 당업계에 공지된 임의의 전도성 금속 또는 합금을 포함할 수 있다. 용융 금속 또는 합금은 낮은 융점을 가질 수 있다. 예시적인 금속 및 합금은 갈륨, 인듐, 주석, 아연 및 갈린스탄 합금이며, 전형적인 공융 혼합물의 예는 68% Ga, 22% In 및 10% Sn (중량비)이지만, 그 비율은 62 내지 95% Ga, 5 내지 22% In, 0 내지 16% Sn (중량비)으로 변할 수 있다. 금속이 대응하는 금속 산화물을 형성하기 위해 산소와 물 중 적어도 하나와 반응성일 수 있는 실시예에서, 하이드리노 반응 혼합물은 용융 금속, 금속 산화물 및 수소를 포함할 수 있다. 금속 산화물은 HOH 촉매를 형성하기 위한 산소 공급원으로서 역할을 할 수 있다. 산소는 금속 산화물과 HOH 촉매 사이에서 재순환될 수 있으며, 하이드 리노를 형성하기 위해 소비된 수소가 재공급될 수 있다.
용융 금속 주입 시스템은 용기 내부와 교차하는 용융 금속의 스트림을 주입하기 위해 전자기 펌프를 각각 포함하는 적어도 2개의 용융 금속 저장소를 포함할 수 있으며, 각각의 저장소는 입구 라이저 튜브를 포함하는 용융 금속 레벨 제어기를 포함할 수 있다. 점화 시스템은 적어도 2개의 용융 금속 저장소에 반대 전압을 공급하기 위한 전력 공급원을 포함할 수 있고, 각각은 용융 금속의 교차 스트림을 통해 전류 및 전력 흐름을 공급하여 점화를 포함한 반응물의 반응을 야기시킴으로써 용기 내부에 플라즈마를 형성하는 전자기 펌프를 포함한다. 점화 시스템은 (i) 각각 전자기 펌프를 포함하는 적어도 2개의 용융 금속 저장소에 반대 전압을 공급하기 위한 전력 공급원 및 (ii) 각각 전자기 펌프를 포함하는 적어도 2개의 용융 금속 저장소로부터 배출된 용융 금속의 적어도 적어도 2개의 교차 스트림을 포함할 수 있으며, 전력원은 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트(shot burst)를 전달할 수 있다. 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하기 위한 전력 공급원은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함할 수 있다. 각각의 전자기 펌프는 (i) 전극을 통해 용융 금속에 공급되는 DC 또는 AC 전류원 및 일정한 또는 동-위상 교차 벡터 교차 자기장의 공급원을 포함하는 DC 또는 AC 전도 유형, 또는 (ii) 금속에 교류 전류를 유도하는 단락된 용융 금속 루프를 통한 교류 자기장 공급원 및 동-위상 교류 벡터 교차 자기장 공급원을 포함하는 유도 유형 중 하나를 포함할 수 있다. 펌프와 대응하는 저장소의 적어도 하나의 조합 또는 용기, 주입 시스템 및 변환기를 포함하는 부품들 사이의 다른 조합은 습식 시일, 플랜지와 개스킷 시일, 접착제 시일 및 슬립 너트 시일봉 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 개스킷은 탄소를 포함할 수 있다. 용융 금속 점화 시스템의 DC 또는 AC 전류는 10A 내지 50,000A의 범위에 있을 수 있다. 용융 금속 점화 시스템의 회로는 용융 금속 스트림의 교차점에 의해 폐쇄되어 점화를 유발함으로써 0 Hz 내지 10,000 Hz 범위의 점화 주파수를 추가로 유발할 수 있다. 유도 유형 전자기 펌프는 용융 금속의 단락 루프를 형성하는 세라믹 채널을 포함할 수 있다. 전력 시스템은 대응하는 고체 금속으로부터 용융 금속을 형성하기 위한 유도 결합 히터를 더 포함할 수 있고, 여기서 용융 금속은 은, 은-구리 합금 및 구리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전력 시스템은 진공 펌프 및 적어도 하나의 냉각기를 더 포함할 수 있다. 전력 시스템은 적어도 하나의 전력 변환기 또는 반응 전력 출력의 출력 시스템, 예컨대 열광 변환기, 광전 변환기, 광전자 변환기, 자기 유체역학 변환기, 플라즈마 역학 변환기, 열이온 변환기, 열전 변환기, 스털링 엔진, 브레이턴 사이클 엔진, 랭킨 사이클 엔진과 열 엔진, 히터 및 보일러를 포함할 수 있다. 보일러는 복사 보일러를 포함할 수 있다. 반응 용기의 일부는 1000K 내지 3700K 범위의 온도에서 유지될 수 있는 흑체 방열기를 포함할 수 있다. 전력 시스템의 저장소는 질화 붕소를 포함할 수 있고, 흑체 방열기를 포함하는 용기의 일부는 탄소를 포함할 수 있고, 용융 금속과 접촉하는 전자기 펌프 부품은 내산화성 금속 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 하이드리노 반응 반응물은 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 산소 및 물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응물 공급원은 각각의 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 산소 및 물을 0.01 Torr 내지 1 Torr 범위의 압력으로 유지할 수 있다. 열광전 변환기 또는 광전 변환기로 향하는 전력 시스템의 흑체 방열기에 의해 방출된 광은 주로 가시 광선 및 근적외선 광을 포함하는 흑체 방사선 일 수 있으며, 광전지는 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티몬화물(GaSb), 인듐 갈륨 비화물(InGaAs), 인듐 갈륨 비소 안티몬화물(InGaAsSb), 인듐 인화물 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/GaInNA; GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs; GaInP/Ga(In)As/InGaAs; GaInP-GaAs-웨이퍼-InGaAs; GaInP-Ga(In)As-Ge; 및 GaInP-GaInAs-Ge로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀일 수 있다. 반응 플라즈마에 의해 방출되고 열광전지 변환기 또는 광전지 변환기로 향하는 광은 주로 자외선일 수 있고, 광전지는 III 족 질화물, GaN, AlN, GaAlN 및 InGaN으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀일 수 있다.
실시예에서, PV 변환기는 PV 셀에 대한 UV 윈도우를 더 포함할 수 있다. PV 윈도우는 흑체 방열기의 적어도 일부를 대체 할 수 있다. 윈도우는 UV에 대해 실질적으로 투명할 수 있다. 윈도우는 용융 금속에 의한 습윤화에 저항할 수 있다. 윈도우는 용융 금속의 융점 초과 및 용융 금속의 비등점 초과 중 적어도 하나인 온도에서 작동할 수 있다. 예시적인 윈도우는 사파이어, 석영, MgF2 및 용융 실리카이다. 윈도우는 냉각될 수 있고 작동 동안 또는 유지보수 동안 세척 수단을 포함할 수 있다. SunCell®은 윈도우 및 PV 셀 중 적어도 하나와의 접촉을 피하는 영역에서 플라즈마를 한정하기 위해 전기장과 자기장 중 적어도 하나의 공급원을 더 포함할 수 있다. 공급원은 정전기 침전 시스템을 포함할 수 있다. 공급원은 자기 한정 시스템을 포함할 수 있다. 플라즈마는 중력에 의해 한정될 수 있으며, 여기서 윈도우와 PV 셀 중 적어도 하나는 플라즈마 생성 위치에 대해 적합한 높이에 있다.
대안적으로, 자기 유체 역학적 전력 변환기는 반응 용기에 연결된 노즐, 자기 유체 역학적 채널, 전극, 자석, 금속 수집 시스템, 금속 재순환 시스템, 열 교환기 및 선택적으로 가스 재순환 시스템을 포함할 수 있으며, 여기서 반응물은 H2O 증기, 산소 가스 및 수소 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응물 공급원은 O2, H2 및 반응 생성물 H2O 각각을 0.01 Torr 내지 1 Torr 범위의 압력으로 유지할 수 있다. 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하기 위해 반응물의 반응에서 소비되는 반응물을 보충하기 위한 반응물 공급 시스템은 O2 및 H2 가스 공급 물, 가스 하우징, 반응 용기, 자기 유체 역학적 채널, 금속 수집 시스템 및 금속 재순환 시스템 중 적어도 하나의 벽에 있는 선택적 가스 투과성 막, O2, H2 및 H2O 분압 센서, 유량 조절기, 적어도 하나의 밸브 및 컴퓨터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전력 시스템의 적어도 하나의 구성요소는 세라믹을 포함할 수 있으며, 세라믹은 금속 산화물, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아, 하프니아, 탄화 규소, 탄화 지르코늄, 탄화 지르코늄 및 질화규소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 용융 금속은 은을 포함할 수 있고, 자기 유체 역학적 변환기는 저장소, 반응 용기, 자기 유체 역학적 노즐 및 자기 유체 역학 채널 중 적어도 하나에 공급되는 은 입자의 에어로졸을 형성하기 위해 산소 공급원을 더 포함할 수 있으며, 반응물 공급 시스템은 산소 공급원을 추가로 공급 및 제어하여 은 에어로졸을 형성한다. 용융 금속은 은을 포함할 수 있다. 자기 유체 역학적 변환기는 저장소 및 용기 중 적어도 하나에서 은과 접촉하는 주위 가스를 포함하는 셀 가스를 더 포함할 수 있다. 전력 시스템은 은 에어로졸을 형성하기 위해 용융된 은과 접촉하여 셀 가스의 흐름을 유지하는 수단을 더 포함할 수 있으며, 여기서 셀 가스 흐름은 강제 가스 흐름 및 대류 가스 흐름 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 셀 가스는 귀가스, 산소, 수증기, H2 및 O2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 셀 가스 흐름을 유지하기 위한 수단은 자기 유체 역학적 가스 펌프 또는 압축기, 자기 유체 역학적 변환기, 및 용융 금속 주입 시스템과 플라즈마 중 적어도 하나에 의해 야기되는 난류와 같은 가스 펌프 또는 압축기를 포함할 수 있다.
전력 시스템의 유도 유형 전자기 펌프는 금속 재순환 시스템의 펌프를 포함하는 제 1 단계를 포함하는 2-단계 펌프를 포함할 수 있고, 제 2 단계는 용기의 다른 내부와 교차하는 용융 금속의 스트림을 주입하기 위한 금속 주입 시스템의 펌프를 포함한다. 점화 시스템의 전력 공급원은 점화 전류를 포함하는 금속에 교류 전류를 발생시키는 용융 금속의 단락 루프를 통해 교류 자기장을 포함할 수 있는 유도 점화 시스템을 포함할 수 있다. 교번 자기장의 공급원은 변압기 전자석 및 변압기 자기 요크를 포함하는 1차 변압기 권선을 포함할 수 있고, 은은 1차 변압기 권선을 둘러싸고 유도 전류 루프로서 포함하는 단일 턴 단락 권선과 같은 2차 변압기 권선으로서 적어도 부분적으로 역할을 할 수 있다. 저장소는 전류 루프가 변압기 요크를 둘러싸도록 2개의 저장소를 연결하는 용융 금속 교차 연결 채널을 포함할 수 있으며, 유도 전류 루프는 저장소에 포함된 용융 은에 생성된 전류, 교차 연결 채널, 주입기 튜브 내의 은, 및 유도 전류 루프를 완성하기 위해 교차하는 용융 은의 주입 스트림을 포함한다.
실시예에서, 이미터는 전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하며, 여기서 이미터는 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기; a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매, b) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O, c) 용기의 벽을 통해 침투할 수 있는 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소 d) 은, 구리 또는 은-구리 합금과 같은 용융 금속, 및 e) CO2, B2O3, LiVO3 및 H2와 반응하지 않는 안정한 산화물과 같은 산화물을 포함하는 반응물; 용융 금속 저장소 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 용융 금속 주입 시스템; 반응물이 발광 플라즈마와 열 방출 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하고 전력 변환기로부터 전력을 수용하는 전력원을 포함하는 적어도 하나의 반응물 점화 시스템; 용융 금속 및 산화물을 회수하는 시스템; 전력 및/또는 열 전력으로 광과 열 출력 중 적어도 하나를 변환하는 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함하며; 용융 금속 점화 시스템은 i) a) 용융 금속을 한정하기 위한 적어도 하나의 내화성 금속 또는 탄소 전극 세트; b) 전기적으로 절연된 용융 금속 저장소로부터 전자기 펌프에 의해 전달되는 내화 금속 또는 탄소 전극 및 용융 금속 스트림, 및 c) 복수의 전기 절연된 용융 금속 저장소로부터 적어도 2개의 전자기 펌프에 의해 전달되는 적어도 2개의 용융 금속 스트림의 그룹으로부터의 전극; 및 ii) 용융 금속 점화 시스템 전류가 50A 내지 50,000A의 범위에 있는 플라즈마를 형성하기 위해 반응물이 반응하게 하는데 충분한 고전류 전기 에너지를 전달하기 위한 전력 공급원을 포함하는 점화 시스템 중 적어도 하나를 포함하며; 용융 금속 주입 시스템은 벡터 교차 전류 성분을 제공하기 위해 자기장 및 전류원을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하는 전자기 펌프를 포함하며; 용융 금속 저장소는 유도 결합 히터를 포함하며; 이미터는 용융 금속 및 산화물, 예컨대 중력 하에서 용융물로의 유동을 제공할 수 있는 벽과 용기와 연통하는 저장소 중 적어도 하나를 더 포함하고 저장소를 용기보다 더 낮은 온도로 유지하고 금속이 저장소에 수집되게 하는 냉각 시스템을 더 포함하며; 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 용기는 고온 흑체 방열기를 포함하는 내부 반응 셀, 및 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 외부 챔버를 포함하며; 흑체 방열기는 1000K 내지 3700K 범위의 온도로 유지되고; 흑체 방열기를 포함하는 내부 반응 셀은 탄소 또는 W와 같은 내화 재료를 포함하고; 셀의 외부로부터 방출된 흑체 방열기는 광-전기 전력 변환기에 입사되고; 반응 전력 출력의 적어도 하나의 전력 변환기는 열광전지 변환기 및 광전지 변환기 중 적어도 하나를 포함하고; 셀셀에 의해 방출된 광은 주로 가시 및 근적외선을 포함하는 흑체 방사선이고, 광전지 셀은 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티몬화물(GaSb), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 갈륨 비소 안티몬화물(InGaAsSb), 및 인듐 인화물 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 셀을 포함하고, 전력 시스템은 진공 펌프 및 적어도 하나의 열 제거 시스템을 더 포함하고 흑체 방열기는 흑체 온도 센서 및 제어기를 더 포함한다. 선택적으로, 이미터는 적어도 하나의 추가의 반응물 주입 시스템을 포함할 수 있으며, 여기서 추가의 반응물은 a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매; b) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O, 및 c) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소를 포함한다. 추가의 반응물 주입 시스템은 컴퓨터, H2O 및 H2 압력 센서 중 적어도 하나, 및 질량 유량 제어기, 펌프, 주사기 펌프 및 고정밀 전자 제어 가능한 밸브의 그룹 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며; 밸브는 니들 밸브, 비례 전자 밸브, 및 스테퍼 모터 밸브 중 적어도 하나를 포함하며, 밸브는 압력 센서 및 컴퓨터에 의해 제어되어 H2O 및 H2 압력 중 적어도 하나를 원하는 값으로 유지하고; 추가의 반응물 주입 시스템은 H2O 증기압을 0.1 Torr 내지 1 Torr의 범위로 유지한다.
실시예에서, H의 하이드리노로의 변환에 의해 전력을 생산하는 발전기는 수소로부터 다음 생성물 중 적어도 하나를 생성할 수 있다:
a) 0.23 내지 0.25 cm-1의 정수배에서 라만 피크와 0 내지 2000 cm-1 범위의 매트릭스 시프트를 갖는 수소 생성물;
b) 0.23 내지 0.25 cm-1의 정수배에서 적외선 피크와 0 내지 2000 cm-1 범위의 매트릭스 시프트를 갖는 수소 생성물;
c) 500 내지 525 eV 범위의 에너지와 0 내지 10 eV 범위의 매트릭스 시프트에서 X- 선 광전자 분광법 피크를 갖는 수소 생성물;
d) 업 필드 MAS NMR 매트릭스 시프트를 일으키는 수소 생성물;
e) TMS에 대해 -5 ppm보다 더 큰 업필드 MAS NMR 또는 액체 NMR 시프트를 갖는 수소 생성물;
f) 0.23 내지 0.3 cm-1의 정수배 간격과 0 내지 5000 cm-1 범위의 매트릭스 시프트를 갖는 200 내지 300 nm 범위에서 적어도 두 개의 전자빔 방출 스펙트럼 피크를 갖는 수소 생성물; 및
g) 0.23 내지 0.3 cm-1의 정수배 간격과 0 내지 5000 cm-1 범위의 매트릭스 시프트를 갖는 200 내지 300 nm 범위에서 적어도 두 개의 UV 형광 방출 스펙트럼 피크를 갖는 수소 생성물.
일 실시예에서, 본 개시는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템에 관한 것으로서, 이러한 전력 시스템은
대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매,
b) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O,
c) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소, 및
d) 용융 금속
을 포함하는 반응물;
용융 금속 저장소 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 용융 금속 주입 시스템;
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매,
b) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O, 및
c) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소를 포함하는 적어도 하나의 추가 반응물 주입 시스템;
전력 변환기로부터 전력을 수용하는 전력 공급원을 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 포함한다.
실시예에서, 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 공급원을 포함한다.
전극은 내화 금속을 포함할 수 있다.
실시예에서, 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 공급원은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함한다.
용융 금속 주입 시스템은 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석 및 벡터 교차 전류 성분을 제공하는 전류 공급원을 포함하는 전자기 펌프를 포함할 수 있다.
용융 금속 저장소는 유도 결합 히터를 포함할 수 있다.
용융 금속 점화 시스템은 개방 회로를 형성하도록 분리되는 적어도 하나의 전극 세트를 포함할 수 있으며, 개방 회로는 용융 금속의 주입에 의해 폐쇄됨으로써 고전류가 흘러 점화를 달성하게 한다.
용융 금속 점화 시스템 전류는 500A 내지 50,000A 범위 일 수 있다.
용융 금속 점화 시스템의 회로는 1 Hz 내지 10,000 Hz 범위의 점화 주파수를 유발하도록 금속 주입에 의해 폐쇄될 수 있으며, 용융 금속은 은, 은-구리 합금, 및 구리 중 적어도 하나를 포함하고 추가의 반응물은 H2O 증기와 수소 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 추가 반응물 주입 시스템은 컴퓨터, H2O 및 H2 압력 센서, 및 흐름 제어기 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 흐름 제어기는 질량 흐름 제어기, 펌프, 주사기 펌프 및 고정밀 전자 제어 가능한 밸브의 그룹 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 밸브는 니들 밸브, 비례 전자 밸브 및 스테퍼 모터 밸브 중 적어도 하나를 포함하며, 밸브는 압력 센서 및 컴퓨터에 의해 제어되어 H2O 및 H2 압력 중 적어도 하나를 원하는 값으로 유지한다.
추가의 반응물 주입 시스템은 0.1 Torr 내지 1 Torr 범위의 H2O 증기압을 유지할 수 있다.
실시예에서, 반응물의 생성물을 회수하는 시스템은 중력하에서 용융물로 흐름을 제공할 수 있는 벽을 포함하는 용기, 전극 전자기 펌프, 및 용기와 연통하고 냉각 시스템을 더 포함하는 저장소 중 적어도 하나를 포함하며, 냉각 시스템은 용융 금속의 금속 증기가 저장소 내에서 응축되도록 용기의 다른 부분보다 저온으로 저장소를 유지하며,
회수 시스템은 자기장 및 벡터 교차 점화 전류 성분을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하는 전극 전자기 펌프를 포함할 수 있다.
실시예에서, 전력 시스템은 내부 반응 셀, 흑체 방열기를 포함하는 최상부 커버 및 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 외부 챔버를 포함하는 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 용기를 포함하며;
흑체 방열기를 포함하는 최상부 커버는 1000K 내지 3700K 범위의 온도로 유지되며;
내부 반응 셀 및 흑체 방열기를 포함하는 최상부 커버 중 적어도 하나는 고 방사율을 갖는 내화 금속을 포함한다.
전력 시스템은 열광전 변환기, 광전 변환기, 광전자 변환기, 플라즈마 역학 변환기, 열이온 변환기, 열전 변환기, 스털링 엔진, 브레이턴 사이클 엔진, 랭킨 사이클 엔진과 열 엔진, 및 히터의 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 반응 전력 출력의 적어도 하나의 전력 변환기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 셀에 의해 방출되는 광은 가시광선 및 근-적외선을 주로 포함하는 흑체 방사선이며, 광전지는 페로브스카이트, 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티몬화물(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 셀이다.
실시예에서, 셀에 의해 방출된 광은 주로 자외선이고, 광전지는 III 족 질화물, GaN, AlN, GaAlN 및 InGaN으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀이다.
전력 시스템은 진공 펌프 및 적어도 하나의 냉각기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 본 개시는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템에 관한 것으로서, 이러한 전력 시스템은
대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매,
b) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O,
c) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소, 및
d) 용융 금속
을 포함하는 반응물;
용융 금속 저장소 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 용융 금속 주입 시스템;
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매,
b) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O, 및
c) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소 중
를 포함하는 적어도 하나의 추가 반응물 주입 시스템;
반응물이 발광 플라즈마 및 발열 플라즈마 중 적어도 하나를 형성하게 하고 전력 변환기로부터 전력을 수용하는 전력 공급원을 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 공급원을 포함하며;
상기 전극은 내화 금속을 포함하며;
상기 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 공급원은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하며;
상기 용융 금속 주입 시스템은 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석 및 벡터 교차 전류 성분을 제공하는 전류 공급원을 포함하는 전자기 펌프를 포함하며;
상기 용융 금속 저장소는 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 저장소 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 용융 금속의 금속 증기가 저장소 내에서 응축되게 하도록 용기의 다른 부분보다 저온으로 저장소를 유지하며,
전극 전자기 펌프를 포함하는 상기 회수 시스템은 자기장 및 벡터 교차 점화 전류 성분을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하며;
대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 용기는 내부 반응 셀, 흑체 방열기를 포함하는 최상부 커버, 및 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 외부 챔버를 포함하며;
상기 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버는 1000K 내지 3700K 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.
일 실시예에서, 본 개시는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템에 관한 것으로서, 이러한 전력 시스템은
대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
a) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O,
b) H2 가스, 및
c) 용융 금속
을 포함하는 반응물;
용융 금속 저장소 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 용융 금속 주입 시스템;
a) 적어도 하나의 H2O 공급원 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 공급원을 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 공급원을 포함하며;
상기 전극은 내화 금속을 포함하며;
상기 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 공급원은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하며;
상기 용융 금속 주입 시스템은 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석 및 벡터 교차 전류 성분을 제공하는 전류 공급원을 포함하는 전자기 펌프를 포함하며;
상기 용융 금속 저장소는 용융 금속을 형성하는 금속을 적어도 초기에 가열하기 위한 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 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 저장소 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 용융 금속의 금속 증기가 저장소 내에서 응축되게 하도록 용기의 다른 부분보다 저온으로 저장소를 유지하며,
전극 전자기 펌프를 포함하는 상기 회수 시스템은 자기장 및 벡터 교차 점화 전류 성분을 제공하는 적어도 하나의 자석을 포함하며;
대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 용기는 내부 반응 셀, 고온 흑체 방열기를 포함하는 최상부 커버, 및 대기압 미만, 대기압 또는 대기압 초과의 압력을 유지할 수 있는 외부 챔버를 포함하며;
상기 흑체 방열기를 포함하는 상부 커버는 1000K 내지 3700K 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.
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 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 공급원 또는 H2O 중 적어도 하나,
c) 원자 수소 공급원 또는 원자 수소 중 적어도 하나, 및
d) 용융 금속
을 포함하는 반응물;
용융 금속 저장소 및 전자기 펌프를 포함하는 적어도 하나의 금속 주입 시스템;
a) 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 공급원 또는 H2O 중 적어도 하나, 및
c) 원자 수소 공급원 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 공급원을 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 공급원을 포함하며;
상기 전극은 내화 금속을 포함하며;
상기 반응물이 반응하여 플라즈마를 형성하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 공급원은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하며;
상기 용융 금속 주입 시스템은 자기장을 제공하는 적어도 하나의 자석 및 벡터 교차 전류 성분을 제공하는 전류 공급원을 포함하는 전자기 펌프를 포함하며;
상기 용융 금속 저장소는 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 저장소 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 냉각 시스템은 용융 금속의 금속 증기가 저장소 내에서 응축되게 하도록 용기의 다른 부분보다 저온으로 저장소를 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 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 공급원 또는 H2O 중 적어도 하나,
c) 원자 수소 공급원 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 공급원
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 공급원이
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 저장소를 포함하며, 상기 추가의 반응물이
a) 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 공급원 또는 H2O 중 적어도 하나;
c) 원자 수소 공급원 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 공급원
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 공급원이
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 저장소를 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 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 공급원 또는 H2O 중 적어도 하나;
c) 원자 수소 공급원 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 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 공급원 또는 H2O 중 적어도 하나;
c) 원자 수소 공급원 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 공급원; 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 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매 중 적어도 하나,
b) H2O 공급원 또는 H2O 중 적어도 하나;
c) 원자 수소 공급원 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 공급원;
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 공급원 및 H2O 공급원 중 적어도 하나를 포함하는 반응물; 적어도 하나의 전극 세트; H2O의 초기 고항복 전압을 전달하고 후속 고전류를 제공하는 전력 공급원, 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 저장소 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 공급원; 전력 공급원원에 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 공급원; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 이격된 전극이 연료를 적어도 부분적으로 둘러싸고 전력 공급원에 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 공급원; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 이격된 전극이 연료를 적어도 부분적으로 둘러싸고 전력 공급원에 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 공급원; 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 공급원에 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 공급원; 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 공급원에 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 공급원; 전력 공급원에 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 공급원; 복수의 이격된 전극으로서, 복수의 전극이 연료를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 전력 공급원에 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 공급원; 전력 공급원에 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 공급원; 전력 공급원에 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 공급원; 전력 공급원에 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 한 쌍의 전극을 포함하는 전력을 생산하도록 구성되는 시스템에 관한 것이며, 상기 전극은 전력을 전극 주위의 국부 영역으로 선택적으로 지향시켜 국부 영역 내의 연료를 점화시킨다. 몇몇 실시예는 전극에 연료를 공급하는 단계; 국한된 연료를 점화시켜 에너지를 생성하도록 전극에 전류를 공급하는 단계; 및 점화에 의해 생성된 에너지의 적어도 일부를 전력으로 변환하는 단계를 포함하는 전력을 생산하는 방법에 관한 것이다.
다른 실시예는 적어도 약 2,000 A/cm2의 전력 공급원; 전력 공급원에 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 공급원에 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 공급원; 전력 공급원에 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 공급원; 전력 공급원에 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 공급원; 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 공급원에 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 1은 본 개시의 실시예에 따른 자석이 있거나 없는 SF-CIHT 셀 또는 SunCell® 발전기의 전자기 펌프의 자기 요크 조립체의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 전자기 펌프 및 저장소 조립체의 분해 횡단면도를 도시한 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 횡단면도를 도시하는 단일 외부 압력 용기에 수용된 구성요소를 갖는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 저장소 및 흑체 방열기 조립체를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 저장소 및 흑체 방열기 조립체의 투명도를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 흑체 방열기 및 이중 노즐의 하 반구를 나타내는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광 전성 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 외부 압력 용기의 기저부의 침투를 나타내는 외부 압력 용기를 갖는 발전기를 나타내는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 외부 압력 용기의 기저부의 침투를 도시하는 외부 압력 용기 최상부를 갖는 발전기를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광발지 SunCell® 발전기의 개략적인 관상(coronal) xz 횡단면도이다.
도 10은 본 개시의 실시예에 따른 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략적인 yz 횡단면도이다.
도 11은 본 개시 실시예에 따른 발전기 지지 구성요소를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 12는 본 개시의 실시예에 따른 발전기 지지 구성요소를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 발전기 지지 구성 요소를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 14는 본 개시의 실시예에 따른 발전기 지지 구성 요소를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 15는 본 개시의 실시예에 따른 발전기 지지 구성 요소를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 16은 본 개시의 실시예에 따라 상향 또는 저장소 가열 위치에서 수직으로 수축 가능한 안테나를 나타내는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 17은 본 개시의 실시예에 따라 하향 또는 냉각 가열 위치에서 수직으로 수축 가능한 안테나를 나타내는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 18은 본 개시의 실시예에 따라 히터 코일의 수직 위치를 변화시키기 위한 작동기를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 19는 본 개시의 실시예에 따른 히터 코일의 수직 위치를 변화시키기 위한 작동기의 구동 메커니즘을 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 20은 본 개시의 실시예에 따라 히터 코일의 수직 위치를 변화시키기 위한 작동기를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략적인 횡단면도이다.
도 21은 본 개시의 실시예에 따른 전자기 펌프 조립체를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 22는 본 개시의 실시예에 따른 슬립 너트 저장소 커넥터를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 23은 본 개시의 실시예에 따른 슬립 너트 저장소 커넥터를 포함하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 외부 및 횡단면도를 도시하는 개략도이다.
도 24는 본 개시의 실시예에 따른 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략적인 최상부 횡단면도이다.
도 25는 본 개시의 실시예에 따른 미립자 절연 격납 용기를 도시하는 개략적인 횡단면도이다.
도 26은 본 개시의 실시예에 따른 미립자 절연 격납 용기를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략적인 횡단면도이다.
도 27 내지 도 37은 본 개시의 실시예에 따른, 전력 조절기 및 전력 공급장치를 수용하기 위한 X-선 레벨 센서, 슬립 너트 커넥터 및 하부 챔버를 갖는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 38은 본 개시의 실시예에 따른 2 개의 EM 자석 및 냉각 루프를 수용하는 전자기 펌프(EM) 패러데이 케이지의 개략도이다.
도 39는 본 개시의 실시예에 따른 하나의 EM 자석 및 냉각 루프를 수용하는 전자기 펌프(EM) 패러데이 케이지의 개략도이다.
도 40 내지 도 49는 본 개시의 실시예에 따른 X-선 레벨 센서, 슬립 너트 커넥터, 및 전력 조절기와 전원 공급장치를 수용하는 하부 챔버를 갖는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 50 내지 도 53은 본 개시의 실시예에 따른 액체 전극 및 슬립 너트 커넥터로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 원형 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 54는 본 개시의 실시예에 따른 액체 전극 및 슬립 너트 커넥터로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 원형 광전지 SunCell® 발전기의 부품의 개략도이다.
도 55는 본 개시의 실시예에 따른 광학 분배 및 광전 변환기 시스템의 세부사항을 도시하는 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 56은 본 개시의 실시예에 따른 광전 변환기 또는 열 교환기의 측지 치밀 수신기 어레이의 삼각형 요소의 개략도이다.
도 57은 본 개시의 실시예에 따른 활성 위치에 유도 결합 히터를 구비한 입방형 2차 방열기 및 광전 변환기 시스템의 세부사항을 도시하는 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 58은 본 개시의 실시예에 따라 저장 위치에 유도 결합 히터를 구비한 입방형 2차 방열기 및 광전 변환기 시스템의 세부사항을 도시하는 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 59는 본 개시의 실시예에 따른 입방형 보조 방열기를 포함하는 입방형 광전 변환기 시스템의 개략도이다.
도 60은 본 개시의 실시예에 따른 가열 안테나가 제거된 입방형 2차 방열기 및 광전 변환기 시스템의 세부사항을 도시하는 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 61은 본 개시의 실시예에 따른 입구 라이저를 구비한 전자기 펌프 조립체를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 62는 본 개시의 실시예에 따른 저장소-EM-펌프-조립체 습식 시일의 개략도이다.
도 63은 본 개시의 실시예에 따른 저장소-EM-펌프-조립체 습식 시일의 개략도이다.
도 64는 본 개시의 실시예에 따른 저장소-EM- 펌프-조립체 내부 또는 역 슬립 너트 시일의 개략도이다.
도 65는 본 개시의 실시예에 따른 저장소-EM-펌프-조립체 압축 시일의 개략도이다.
도 66은 본 개시의 실시예에 따라 흑체 광 세기를 감소시키기 위해 입구 라이저 및 반경이 증가된 PV 변환기를 갖는 경사 전자기 펌프 조립체를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 67 및 도 68은 각각, 본 개시의 실시예에 따른 입구 라이저를 구비한 경사 전자기 펌프 조립체를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 69 및 도 70은 각각, 본 개시의 실시예에 따른 입구 라이저 및 투명 반응 셀 챔버를 갖는 경사 전자기 펌프 조립체를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 열광전지 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 71은 본 개시의 실시예에 따른 상부 팬케이크 크래들과 하부 EM 펌프-튜브-평면-평행, 오메가-형 팬케이크 코일, 각각의 안테나 코일 커패시터 박스, 수평 운동을 위한 양방향 작동기 각각 포함하는 2개의 개별 안테나 코일을 포함하는 유도 결합 히터의 RF 안테나의 개략적인 평면도이다.
도 72는 본 개시의 실시예에 따른 상부 팬케이크 크래들과 하부 EM 펌프-튜브-평면-평행, 오메가-형 팬케이크 코일, 가요성 안테나 연결부를 갖는 공통 안테나 코일 커패시터 박스, 수평 운동을 위한 양방향 작동기 각각 포함하는 2개의 개별 안테나 코일을 포함하는 유도 결합 히터의 RF 안테나의 개략적인 평면도이다.
도 73은 본 개시의 실시예에 따른, 가요성 안테나 섹션과 가요성 안테나 연결부를 갖는 공통 안테나 코일 커패시터 박스를 갖는 하부 EM-펌프-튜브-평면-평행, 오메가-형 팬케이크 코일 및 수평 이동을 위한 양방향 작동기를 포함하는 각각의 루프를 갖는 두 저장소 모두에 원주 방향인 상부 세그먼트 타원을 포함하는 유도 결합 히터의 RF 안테나의 두 개의 개략도이다.
도 74는 본 개시의 실시예에 따라 도시된 바와 같이 절반이 폐쇄 위치에 있을 때 타원의 2개의 절반이 루프 전류 커넥터에 의해 결합되는 스플릿 상부 원주 타원형 코일 및 타원 코일의 절반에 연결된 하부 팬 케이크 코일을 포함하는 유도 결합 히터의 RF 안테나의 두 개의 개략적인 도면이다.
도 75는 본 개시의 실시예에 따른, 개방 위치에 도시된 절반이 폐쇄 위치로 이동될 때 타원의 2개의 절반이 루프 전류 커넥터에 의해 결합되는 스플릿 상부 원주 타원형 코일 및 타원 코일의 절반에 연결된 하부 팬 케이크 코일을 포함하는 유도 결합 히터의 RF 안테나의 4개의 개략적인 도면이다.
도 76 내지 도 78은 각각, 본 개시의 실시예에 따른, 흑체 방열기로부터 열 전력을 수용하여 열을 냉각제로 전달하고 나서 2차 열교환기가 고온 공기를 출력하기 위해 내장형 냉각제 튜브를 구비한 벽을 갖는 캐비티 열 흡수기를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 SunCell® 열 발전기의 개략도이다.
도 79는 본 개시의 실시예에 따라 증기를 출력하기 위한 상부 및 하부 열교환기를 포함하는 SunCell® 열 발전기의 개략도이다.
도 80 및 도 81은 각각, 본 개시의 실시예에 따라 증기를 출력하기 위한 상부 및 하부 보일러 튜브를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 SunCell® 열 발전기의 개략도이다.
도 82는 본 개시의 실시예에 따라 증기를 출력하기 위한 SunCell® 열 발전기의 보일러 튜브 및 보일러 챔버의 개략도이다.
도 83은 본 개시의 실시예에 따라 증기를 출력하기 위한 SunCell® 열 발전기의 반응 챔버, 보일러 튜브 및 보일러 챔버의 개략도이다.
도 84는 본 개시의 실시예에 따른 캐소드, 애노드, 절연체 및 버스 바 관통플랜지의 자기 유체 역학(MHD) 변환기 구성요소의 개략도이다.
도 85 내지 도 89는 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소 및 한 쌍의 MHD 복귀 EM 펌프를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) 변환기를 포함하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 90 내지 도 96은 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소 및 한 쌍의 MHD 복귀 EM 펌프와 한 쌍의 MHD 복귀 가스 펌프 또는 압축기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) 변환기를 포함하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 97 내지 도 99는 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소, 세라믹 EM 펌프 튜브 조립체, 및 한 쌍의 MHD 복귀 EM 펌프를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) 변환기를 도시하는 액체 전극으로 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 100은 본 개시의 실시예에 따른 경사 저장소, 세라믹 EM 펌프 튜브 조립체, 및 직선 MHD 채널을 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 101은 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소 및 직선 MHD 채널을 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 102 내지 도 106은 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 MHD 채널, 및 가스 부가 하우징을 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 107은 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 및 주입을 위한 단일 단계 유도 EM 펌프와 단일 단계 유도 또는 DC 전도 MHD 복귀 EM 펌프를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 108은 본 개시의 실시예에 따른 단일 단계 유도 주입 EM 펌프의 개략도이다.
도 109는 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 주입 및 MHD 모두를 위한 2단계 유도 EM 펌프, 및 유도 점화 시스템을 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 110은 본 개시의 실시예에 따른 저장소 기저부 판 조립체와 입구 라이저 튜브, 주입기 튜브와 노즐의 연결 구성요소, 및 플랜지의 개략도이다.
도 111은 본 개시의 실시예에 따라 제 1 단계가 MHD 복귀 EM 펌프의 역할을 하고 제 2 단계가 사출 EM 펌프의 역할을 하는 2단계 유도 EM 펌프의 개략도이다.
도 112는 본 개시의 실시예에 따른 유도 점화 시스템의 개략도이다.
도 113 및 도 114는 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 강제 공기 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2단계 유도 EM 펌프, 및 유도 점화 시스템을 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 115는 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 강제 공기 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2단계 유도 EM 펌프, 유도 점화 시스템, 및 EM 펌프 튜브, 저장소, 반응 셀 챔버, 및 MHD 복귀 도관에 유도 결합된 가열 안테나를 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 116 내지 도 118은 본 개시의 실시예에 따라 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 강제 공기 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2단계 유도 EM 펌프, 및 유도 점화 시스템을 도시하는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 119는 본 개시의 실시예에 따라 흑체 방열기를 포함하는 반응 셀로부터 열 전력을 수용하고 원주 원통형 열교환기 및 보일러를 포함하는 것과 냉각제에 열을 전달하기 위해 내장형 냉각제 튜브를 구비한 벽을 갖는 반구형 쉘-형상 복사 열 흡수기 열교환기를 각각 포함하는 2개의 SunCell® 열 발전기의 개략도이다.
도 120은 본 개시의 실시예에 따른 Smithells Metals Reference Book-8th Edition, 11-20으로부터의 은-산소 상태도의 개략도이다.
도 121은 본 개시의 실시예에 따라 1.3 MW의 평균 NIST 보정 광학 파워를 나타내는 물 저장소로 적하하기 전에 은 용융물의 가스 처리로부터 흡수된 H2 및 H2O를 포함하는 80mg의 은 쇼트의 5 nm 내지 450 nm의 점화 영역에서의 절대 스펙트럼이며, 본질적으로 이들 모두는 자외선 및 극 자외선 스펙트럼 영역에 있다.
도 122는 본 개시의 실시예에 따라 대기가 은의 기화에 의해 UV 방사선에 대해 광학적으로 두꺼워졌을 때 5000K 흑체 방사선으로 전환된 UV 라인 방출을 나타내는 약 1 Torr의 대기 H2O 증기압을 갖는 대기 아르곤에서 W 전극으로 펌핑된 용융 은의 점화 스펙트럼(사파이어 분광계 윈도우로 인해 180 nm에서 컷오프를 갖는 100 nm 내지 500 nm 영역)이다.
도 123은 본 개시의 실시예에 따라 반응물 공급원 중 적어도 하나로서의 역할을 하기 위해 와이어를 폭발시키는 수단 및 분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체를 형성하기 위해 하이드리노 반응을 전파하는 수단을 포함하는 하이드리노 반응 셀 챔버의 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
Figure pct00001
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
Figure pct00002
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.
Figure pct00003
상태로의 전이를 포함하는 H 원자 촉매 반응에서, m H 원자는 다른 (m + 1)차 H 원자의 촉매로서의 역할을 한다. 그러면, m 원자가 (m + 1)차 수소 원자로부터
Figure pct00004
를 공진적으로 그리고 비방사적으로 수용하여 m H 원자가 촉매로서의 역할을 하는 m + 1 수소 원자들 사이의 반응은 다음 식으로 주어진다:
Figure pct00005
(1)
Figure pct00006
(2)
Figure pct00007
(3)
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
Figure pct00008
(4)
초기 H2O[1]의 위치 에너지에 관한 촉매 반응(m = 3)은 다음과 같다.
Figure pct00009
(5)
Figure pct00010
(6)
Figure pct00011
(7)
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
Figure pct00012
(8)
촉매로의 에너지 전달 후에(식 (1) 및 (5)), H 원자 반경과 양성자 중심 필드의 m + 1 배의 중심 필드를 갖는 중간체
Figure pct00013
가 형성된다. 반경은 전자가
Figure pct00014
eV의 에너지를 방출하면서 비촉매 수소 원자의 1/(m + 1)의 반경을 갖는 안정한 상태로 반경 방향 가속을 겪을 때 감소할 것으로 예측된다.
Figure pct00015
중간체(예를 들어, 식(2) 및 식(6))로 인한 극-자외선 연속체 방사 대역은 다음 식에 의해 주어지는
Figure pct00016
;
Figure pct00017
(9) 짧은 파장 컷오프와 에너지
Figure pct00018
를 갖고 대응하는 컷오프보다 더 긴 파장으로 확장될 것으로 예측된다. 여기서, H * [aH/4] 중간체의 분해로 인한 극-자외선 연속체 방사 대역은 E = m2 · 13.6 = 9·13.6 = 122.4 eV(10.1 nm)[여기서 p = m + 1 = 4 및 m = 3이다(식 (9))]에서 단파장 컷오프를 갖고 더 긴 파장으로 확장될 것으로 예측된다. 이론적으로 예측된 H의 낮은 에너지로의 전이, 소위 "하이드리노(hydrino)" 상태 H(1/4)에 대한 더 큰 파장으로 가는 10.1 nm에서 연속체 방사 대역은 약간의 수소를 포함하는 펄스된 핀치 가스 배출에서만 발생하는 것으로 관찰되었다. 식 (1)과 (5)에 의해 예측된 다른 관찰은 빠른 H+의 재조합으로부터 빠른 여기 상태의 H 원자의 형성이다. 빠른 원자는 발머(Balmer) α 방출의 확대를 야기한다. 특정 혼합 수소 플라즈마에서 비정상적으로 높은 운동 에너지 수소 원자의 집단을 나타내는 50 eV 초과의 발머 α 선 확대는 원인이 하이드리노의 형성에서 방출된 에너지로 인한 확립된 현상이다. 빠른 H는 연속체 방출 수소 핀치 플라즈마에서 이전에 관찰되었다.
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:
Figure pct00019
(10)
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:
Figure pct00020
, (여기에서 p≤137은 정수) (12)
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
Figure pct00021
(13)
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
Figure pct00022
로 전이한다. 하이드리노는 통상의 수소 원자를
Figure pct00023
(여기서, m은 정수) (14)
의 반응 순 엔탈피를 갖는 적합한 촉매와 반응시킴으로써 형성된다. 순 반응 엔탈피가
Figure pct00024
에 더 근접하게 일치함에 따라 촉매 속도가 증가한다고 여겨진다.
Figure pct00025
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,
Figure pct00026
(15)
Figure pct00027
(16)
Figure pct00028
(17)
에 의해서 주어지고, 전체 반응은,
Figure pct00029
(18)
이고, q, r, m 및 p는 정수이다.
Figure pct00030
는 수소 원자(분모에서 1에 대응함)의 반경 및 양성자의 (m + p)배와 동등한 중심 필드를 가지며,
Figure pct00031
은 H의
Figure pct00032
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:
Figure pct00033
(19)
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,
Figure pct00034
는 진공의 투자율, me는 전자의 질량,
Figure pct00035
는
Figure pct00036
(여기서, mp는 양성자의 질량)에 의해 주어진 감소된 전자 질량이고,
Figure pct00037
는 보어 반경이며, 이온 반경은
Figure pct00038
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)):
Figure pct00039
(20)
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.
Figure pct00040
(21)
장축 타원체 분자궤도 함수의 각 포커스에서 +pe의 중앙 필드를 갖는 수소 분자의 전체 에너지 ET는,
Figure pct00041
(22)
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,
Figure pct00042
(23)
이다.
수소분자 H2(1/p)의 결합 해리 에너지, ED는 대응하는 수소 원자의 전체 에너지와 ET 사이의 차이이다:
Figure pct00043
(24)
여기서,
Figure pct00044
(25)
ED는 식(23) 내지 식(25)에 의해 주어진다.
Figure pct00045
(26)
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,
Figure pct00046
은 2개 전자의 반자성 및 크기 p의 양성자 필드의 기여의 합에 의해서 주어진다(Mills GUTCP 방정식들(11.415-11.416):
Figure pct00047
(27)
Figure pct00048
(28)
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
Figure pct00049
는,
Figure pct00050
(29)
여기서, p는 정수이다.
수소타입 분자 H2(1/p)의 J 내지 J+1에 대한 회전에너지
Figure pct00051
는,
Figure pct00052
(30)
이며, 여기서, p는 정수이고 I는 관성 모멘트이다. 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,
Figure pct00053
(31)
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,
Figure pct00054
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 적어도 하나의 전자의 이온화(예를 들어, Li → Li2+에 대해 m = 3)일 수 있고, 초기 결합의 파트너의 하나 이상으로부터 적어도 하나의 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 공급원로서의 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
Figure pct00055
,
Figure pct00056
, 및
Figure pct00057
는 각각 약 2, 4, 및 1 배의 순 엔탈피
Figure pct00058
를 제공하며, H로부터 이들 에너지를 수용하여 하이드리노를 형성함으로써 하이드리노를 형성하는 촉매 반응을 포함한다.
Ⅱ. 하이드리노
Figure pct00059
(여기서, p는 1보다 큰 정수, 바람직하게 2 내지 137)에 의해 주어지는 결합 에너지를 갖는 수소 원자는 본 개시의 H 촉매 반응의 생성물이다. 이온화 에너지로서도 또한 공지된, 원자, 이온 또는 분자의 결합 에너지는 원자, 이온 또는 분자에서 하나의 전자를 제거하는데 요구되는 에너지이다. 식(10) 및 식 (12)에서 주어진 결합 에너지를 갖는 수소 원자는 이후, "하이드리노 원자(hydrino atom)" 또는 "하이드리노(hydrino)"로서 지정된다. 반경
Figure pct00060
(여기서,
Figure pct00061
는 일반 수소 원자의 반경이고 p는 정수)의 하이드리노에 대한 지정은
Figure pct00062
이다. 반경
Figure pct00063
을 갖는 수소 원자는 이후, 일반 수소 원자 또는 정상 수소 원자로서 지칭된다. 일반 원자 수소는 결합 에너지가 13.6 eV인 것을 특징으로 한다.
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.
적어도 하나의 하이드리노 수소화 이온 및 적어도 하나의 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)
Figure pct00064
, 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
Figure pct00065
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약
Figure pct00066
의 결합 에너지를 갖는 수소 원자; (b) 약 0.9 내지 1.1 배
Figure pct00067
(여기서, p는 2 내지 24인 정수)의 범위 내에서와 같은 약
Figure pct00068
의 결합 에너지를 갖는 수소화 이온(H-); (c)
Figure pct00069
; (d) 약 0.9 내지 1.1 배
Figure pct00070
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약
Figure pct00071
의 결합 에너지를 갖는 삼중하이드리노 분자 이온,
Figure pct00072
; (e) 약 0.9 내지 1.1배
Figure pct00073
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약
Figure pct00074
의 결합 에너지를 갖는 이중하이드리노; (f) 약 0.9 배 내지 1.1 배
Figure pct00075
(여기서, p는 정수, 바람직하게 2 내지 137의 정수)의 범위 내에서와 같은 약
Figure pct00076
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
Figure pct00077
(여기서, p는 정수, h는 플랑크 상부 바, me는 전자의 질량, c는 진공에서 빛 속도, μ은 감소된 핵 질량)의 범위 내에서와 같은 약
Figure pct00078
의 전체 에너지를 갖는 이중하이드리노 분자 이온; 및 (b) 약 0.9 내지 1.1 배
Figure pct00079
(여기서, p는 정수이고, α0는 보어 반경)의 범위 내에서와 같은 약
Figure pct00080
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 적어도 하나의 양이온, 예컨대 양성자, 일반
Figure pct00081
또는 일반
Figure pct00082
를 더 포함한다.
적어도 하나의 하이드리노 수소화 이온을 포함하는 화합물을 제조하는 방법이 여기서 제공된다. 그러한 화합물은 이후, "하이드리노 수소화 화합물"로서 지칭된다. 본 개시의 방법은 원자 수소를 약
Figure pct00083
(여기서, m은 1보다 큰 정수, 바람직하게 400 미만의 정수)의 반응 순엔탈피를 갖는 촉매와 반응시켜, 약
Figure pct00084
(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 공급원와 반응할 수 있다. 증가된 결합 에너지 수소화 이온은 적어도 하나의 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 적어도 하나의 하이드리노 원자를 적어도 하나의 전자, 하이드리노 원자, 상기 증가된 결합 에너지 수소 종 중 적어도 하나를 함유하는 화합물, 및 적어도 하나의 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 공급원은 얼음이다. 실시예에서, 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 저장소와 H2O 물방울을 형성하고 공급하기 위한 수단과 같은 물 공급원을 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 공급원은 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 공급원; (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)(
Figure pct00085
)뿐만 아니라 중수소(
Figure pct00086
) 및 삼중수소(
Figure pct00087
)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 공급원을 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 적어도 하나의 용기; (a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매, (b) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소, 및 (c) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나를 포함하는 반응물; 하이드리노 반응물을 한정하기 위한 적어도 하나의 전극 세트, 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 공급원, 재장전 시스템, 반응 생성물로부터 초기 반응물을 재생시키는 적어도 하나의 시스템, 및 PDC와 같은 플라즈마-전기 변환기, 자기 유체 역학 변환기, 광전지 변환기, 그 전체가 원용에 의해 포함되는 A. Sharma, V. Singh, T. L. Bougher, 및 B. A. Cola에 의해 보고된“A carbon nanotube optical rectenna”, Nature Nanotechnology, Vol.10, (2015), pp. 1027-1032, doi : 10.1038/nnano.2015.220와 같은 광학 렉테나, 및 적어도 하나의 열-전력 변환기 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 직접 변환기를 포함한다. 다른 실시예에서, 용기는 대기압, 대기압 초과 및 대기압 미만 중 적어도 하나의 압력을 가질 수 있다. 실시예에서, 재생 시스템은 수화, 열, 화학 및 전기 화학 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 직접적인 플라즈마-전기 변환기는 플라즈마 역학 전력 변환기,
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직접 변환기, 자기 유체 역학 전력 변환기, 자기 미러 자기 유체 역학 전력 변환기, 전하 드리프트 변환기, 포스트 또는 베네치아 블라인드 전력 변환기(Post or Venetian Blind power converter), 자이로트론, 광자 다발 마이크로파 전력 변환기 및 광전 변환기의 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 열-전기 변환기는 열 엔진, 증기 엔진, 증기 터빈 및 발전기, 가스 터빈 및 발전기, 랭킨 사이클 엔진, 브레이톤 사이클 엔진, 스털링 엔진, 열이온 전력 변환기, 및 열전기 전력 변환기의 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
SunCell®은 복수의 전극을 포함할 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 반응은 양극 편광 전극과 같은 편광 전극에서 선택적으로 발생한다. 반응 선택도는 양으로 바이어스된 전극에서 하이드리노 반응의 훨씬 더 높은 동역학에 기인할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31) 벽과 같은 SunCell®의 적어도 하나의 구성요소는 하이드리노 반응 속도를 증가시키기 위해 양으로 바이어스될 수 있다. SunCell®은 흑체 방열기의 하부 반구(5b41)에 연결된 전도성 저장소(5c)를 포함할 수 있으며, 저장소는 양으로 바이어스된다. 바이어스는 저장소(5c)의 용융 금속과 양으로 바이어스된 EM 펌프 튜브(5k6 및 5k61)의 적어도 하나의 사이의 접촉에 의해 달성될 수 있다. EM은 점화 전자기 펌프 버스 바(5k2a)를 전력 공급원(2)의 양극 단자에 연결함으로써 양극으로 바이어스될 수 있다.
점화는 광전 활성 전극을 이온화하여 전극에서 전압을 유발할 수 있는 고전력 EUV 광의 방출을 야기할 수 있다. 점화 플라즈마는 EUV 광에 대해 광학적으로 두꺼워져서 EUV 광이 양극 전극에 선택적으로 혼입되어 양극 전극에서 광전자 효과의 선택적 국소화를 추가로 야기할 수 있다. SunCell®은 광전자 효과 및 하이드리노 기반 전력으로 인한 전압을 이용하기 위해 전기 부하를 가로질러 연결된 외부 회로를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 하이드리노를 형성하기 위한 점화 이벤트는 복수의 전극에서 전력으로서 캡처될 수 있는 전자기 펄스를 야기하며, 정류기는 전자기 전력을 정류할 수 있다.
본 개시의 UV 광전 및 열 광전지에 더하여, SunCell®은 열이온, 자기 유체 역학, 터빈, 마이크로 터빈, 랭킨 또는 브레이톤 사이클 터빈, 화학 및 전기화학적 전력 변환 시스템과 같은 당업계에 공지된 다른 전기 변환 수단을 포함할 수 있다. 랭킨 사이클 터빈은 초임계 CO2, 하이드로플루오로탄소 또는 플루오로탄소과 같은 유기물, 또는 증기 작동 유체를 포함할 수 있다. 랭킨 또는 브레이톤 사이클 터빈에서 SunCell®은 예열기, 복열기, 보일러, 및 터빈 시스템의 외부 연소 유형 열교환기 단계 중 적어도 하나에 열 전력을 제공할 수 있다. 실시예에서, 브레이톤 사이클 터빈은 터빈의 연소 섹션에 통합된 SunCell® 터빈 히터를 포함한다. SunCell® 터빈 히터는 압축기 및 복열기 중 적어도 하나로부터 공기 흐름을 받는 덕트를 포함할 수 있으며, 여기서 공기는 가열되고 덕트는 가열되고 압축된 흐름을 터빈의 입구로 안내하여 압력-체적 작업을 수행한다. SunCell® 터빈 히터는 가스 터빈의 연소실을 대체하거나 보충할 수 있다. 랭킨 또는 브레이톤 사이클은 폐쇄될 수 있으며, 여기서 전력 변환기는 응축기 및 냉각기 중 적어도 하나를 더 포함한다.
변환기는 Mills의 종래 공보 및 Mills의 종래 출원에 제공된 변환기일 수 있다. H 공급원 및 HOH 공급원와 같은 하이드리노 반응물 및 SunCell® 시스템은 본 개시 또는 종래의 미국 출원, 예컨대 2008년 4월 24일자로 국제 출원된 PCT/US08/61455호의 수소 촉매 반응기; 2009년 7월 29일자로 국제 출원된 PCT/US09/052072호의 이종 수소 촉매 반응기; 2010년 3월 18일자로 국제 출원된 PCT/US10/27828호의 이종 수소 촉매 전력 시스템; 2011년 3월 17일자로 국제 출원된 PCT/US11/28889호의 전기 화학 수소 촉매 전력 시스템; 2012년 3월30일자 국제 출원된 PCT/US12/31369호의 H2O-기반 전기 화학 수소-촉매 전력 시스템; 2013년 5월 21일자로 국제 출원된 PCT/US13/041938호의 CIHT 전력 시스템; 2014년 1월 10일자로 국제 출원된 PCT/IB2014/058177호의 발전 시스템 및 그에 관한 방법; 2014년 4월 1일자로 국제 출원된 PCT/US14/32584호의 광전지 발전 시스템 및 그에 관한 방법; 2015년 5월 29일자로 국제 출원된 PCT/US2015/033165호의 전기 발전 시스템 및 그에 관한 방법; 2015년 12월 15일자로 국제 출원된 PCT/US2015/065826호의 자외선 발전 시스템 및 그에 관한 방법, 및 2016년 1월 8일자로 국제 출원된 PCT/US16/12620호의 열광전지 발전기("Mills의 종래 출원")를 포함할 수 있으며, 이들 출원 전체는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
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 공급원 및 전도성 매트릭스를 포함하여 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소 공급원 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성할 수 있다. 추가 실시예에서, H2O 공급원을 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 적어도 하나의 화합물 또는 재료를 포함할 수 있고, 반응 생성물로서 H2O를 갖는다. 다른 실시예에서, 초기 H2O 촉매의 공급원 및 원자 수소의 공급원 중 적어도 하나는: (a) H2O의 적어도 하나의 공급원; (b) 산소의 적어도 하나의 공급원, 및 (c) 수소의 적어도 하나의 공급원을 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 공급원로서 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 공급원 및 nH(n은 정수) 및 HOH 중 적어도 하나와 같은 촉매 공급원을 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.
SunCell®은 SunCell® 방열기, 금속 산화물, 물 공급원, 물 분무기 및 수소와 산소 가스 수집 시스템을 포함하는 열분해 수소 발전기를 포함할 수 있다. 흑체 방열기(5b4)로부터의 흑체 방사선은 가열시 산소 및 금속으로 분해되는 금속 산화물에 입사될 수 있다. 수소 발전기는 물 공급원 및 금속을 분무하는 물 분무기를 포함할 수 있다. 금속은 물과 반응하여 금속 산화물 및 수소 가스를 형성할 수 있다. 가스는 당업계에 공지된 분리기 및 수집 시스템을 사용하여 수집될 수 있다. 반응은
MxOy = xM + y/2O2
xM + yH2O = MxOy + yH2
로 표현될 수 있다. 금속 및 산화물은 ZnO/Zn 및 SnO/Sn과 같은 수소를 형성하기 위해 H2O의 열분해를 지원하는 것으로 당업계에 공지된 것일 수 있다. 다른 예시적인 산화물은 당업계에 공지되고 https://www.stage-ste.eu/documents/SF%201%202011%20solar_fuels%20by%20SolarPACES.pdf(이는 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함됨)에 주어진 것과 같은 망간 산화물, 코발트 산화물, 산화철 및 이들의 혼합물이다.
실시예에서, SF-CIHT 발전기는 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템을 포함하며, SF-CIHT 발전기는:
적어도 하나의 용기;
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매;
b) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O;
c) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 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 공급원 또는 초기 H2O를 포함하는 촉매;
b) 적어도 하나의 H2O 공급원 또는 H2O;
c) 원자 수소 공급원 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 공급원, H2, 촉매 공급원, H2O 공급원 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 공급원을 포함하며, 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트는 샷 반응물이 플라즈마를 형성하도록 반응하는데 충분하다. 전력 공급원은 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 공급원은 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 방열기에서 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, 도 1 내지 도 72에 도시된 SunCell®로도 지칭되는 SF-CIHT 셀 또는 생성기의 몇몇은 이동 부품이 없고 장기간 동안 작동할 수 있는 6개의 기본적으로 낮은 유지보수 시스템: (i) 용융 금속 또는 용융물을 포함하는 제 1 용융 은 또는 은-구리 합금에 대한 전원 공급장치(5m), 리드(5p) 및 안테나 코일(5f)을 포함하는 시동 유도 결합 히터, 및 선택적으로 점화 플라즈마 스트림을 초기에 지향시키기 위한 자석을 포함하는 전극 전자기 펌프; (ii) 흑체 방열기를 통한 수소 투과 공급물과 같은 수소 공급물을 포함하는 것과 같은 연료 주입기(여기서 수소는 전기 분해 또는 열분해에 의해 물로부터 유도될 수 있음), 및 용융된 은을 주입하거나 은-구리 합금 및 LiVO3와 같은 산화물 또는 본 개시의 다른 산화물과 같은 산소 공급원을 용융시키기 위한 전자기 펌프(5kato), 및 대안적으로 수증기 및 수소 가스 중 적어도 하나를 주입하기 위한 가스 주입기(5z1); (iii) 용융 금속, 수소 및 산화물, 또는 용융 금속 및 H2O와 수소 가스 중 적어도 하나가 주입되어 브릴리언트 발광 플라즈마를 형성하는 한 쌍의 전극(8)을 가로질러 저전압, 고전류 흐름을 생성하는 점화 시스템; (iv) 플라즈마에 의해 백열 온도로 가열된 흑체 방열기; (v) 흑체 방열기로부터 광을 수용하고 천 개 초과의 태양과 같은 높은 광 세기로 작동하는 소위 집광기 광전지(15)를 포함하는 광-전기 변환기(26a); 및 (vi) 점화 후 용융 금속이 주입 시스템으로 복귀하게 하는 연료 회수 및 열 관리 시스템(31). 다른 실시예에서, 점화 플라즈마로부터의 광은 PV 변환기(26a)에 직접 조사되어 전기로 변환될 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.
PV 변환기(26a)의 셀은 이미터 및 셀 단일 모드가 반도체 밴드갭 바로 위에서 공진적으로 결합하고 임피던스 정합을 강요하게 하여 "압착된" 협대역 근접장 방출 스펙트럼을 생성하는 광자 설계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 예시적인 PV 셀은 표면-플라즈몬-극성 열 이미터 및 은-배킹된 반도체 박막 광전지 셀을 포함할 수 있다.
EM 펌프(5ka)(도 1 내지 도 86)는 EM 펌프 열교환기(5k1), 전자기 펌프 냉각제 라인 관통 조립체(5kb), 자석(5k4), 자기 요크와 선택적으로 선택적인 방사선 차폐를 갖는 가스 또는 진공 갭을 포함할 수 있는 열 배리어(5k5), 펌프 튜브(5k6), 버스 바(5k2), 및 PV 변환기로부터의 전류에 의해 공급될 수 있는 피드-스루(5k31)를 갖는 버스 바 전류 공급원 연결부(5k3)를 포함할 수 있다. 자기 회로의 자석(5k4) 및 요크(5k5) 중 적어도 하나는 냉각기(31a)로의 냉각제 입구 라인(31d) 및 냉각제 출구 라인(31e)을 갖는 물과 같은 냉각제로 냉각되는 것과 같은 EM 펌프 열교환기(5k1)에 의해 냉각될 수 있다. 예시적인 EM 펌프 자석(5k4)은 코발트 사마륨, 예컨대 SmCo-30MGOe 및 네오디뮴-철-붕소(N44SH) 자석 중 적어도 하나를 포함한다. 자석은 복귀 자속 회로를 포함할 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 (35)
하이드리노 프로세스로부터의 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
Figure pct00089
이다. 제 1 수소형 원자
Figure pct00090
가 H 원자이고 촉매로서 작용하는 제 2 수용체 수소형 원자
Figure pct00091
가
Figure pct00092
인 H2O 가스를 함유하는 수소 구름에서의 가능성 있는 전이 반응을 고려한다.
Figure pct00093
의 위치 에너지가
Figure pct00094
이므로, 전이 반응은 다음과 같이 표시된다:
Figure pct00095
(36)
Figure pct00096
(37)
Figure pct00097
(38)
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
Figure pct00098
(39)
Figure pct00099
중간값(예를 들어, 식(16) 및 식 (43))에 기인한 극-자외선 연속체 방사 대역은 다음과 같이 주어지는 단파장 컷오프 및 에너지
Figure pct00100
를 갖고 대응 컷오프보다 장파장으로 확장될 것으로 예측된다:
Figure pct00101
(40)
여기서,
Figure pct00102
중간값의 붕괴로 인한 극-자외선 연속 방사 대역은
Figure pct00103
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
Figure pct00104
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 공급원에 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. 발전기는 원하는 영역에서더 낮은 수증기압을 유지하는 펌프(13a)를 포함할 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.
셀 수증기압은 셀과 관련하여 저장소/트랩에 의해 유지될 수 있다. 셀 수증기압은 저장소/트랩의 수면 상부의 수증기압과 정상 상태 또는 평형 상태 중 적어도 하나일 수 있다. 저장소/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 저장소/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 저장소/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 대응하는 매니폴드와 라인에 의해 공급되는 탱크(31l)로부터의 것과 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 저장소/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. 물은 압력 조절기 및 역류 체크 밸브를 더 포함할 수 있는 유량 제어기에 의해 EM 펌프 튜브(5k4)를 통해 주입되어 용융 금속이 질량 유량 제어기와 같은 물 공급원으로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 물은 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 가능한 밸브에 의해 유지될 수 있다. 밸브는 수증기압 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 허용오차를 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 물 저장소(31l)의 온도를 각각 증감시킴으로써 증가 또는 감소될 수 있다. 물은 EM 펌프 튜브(5k6)를 통해 공급될 수 있다.
다른 실시예에서, 증기와 같은 물 및 수소 중 적어도 하나는 용융 은 금속과 같은 용융 금속과 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 용융 금속과 동시에 주입될 수 있다. 다른 실시예에서, 주입기 시스템은 주입을 야기하기 위한 광 센서 및 제어기를 포함한다. 제어기는 금속 주입 또는 점화가 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 통할 수 있다. 실시예에서, 주입기는 주입 노즐을 포함한다. 주입기의 노즐은 전극(8)을 포함하는 금속 증기와 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 H2O의 저장소를 통해 기포화되고, H2O는 H2 캐리어 가스에 동반된다. 고압 가스 혼합물은 핀홀을 통해 용융물로 흘러 가스 제트를 유지한다. 전극에서, 혼합물일 수 있는 가스는 전도성 매트릭스인 금속 용융물과 조합될 수 있다. 고전류를 인가하면 대응 연료 혼합물이 점화되어 하이드리노를 형성할 수 있다.
발전기의 에너지 균형을 개선하기 위한 실시예에서, 냉각기(31)는 셀에 의해 생성된 열을 포함할 수 있는 열 전력에 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, 제올리스와 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.
SF-CIHT 발전기는 감지되고 제어되는 개시의 매개 변수와 같은 매개 변수를 갖는 구성요소를 포함한다. 실시예에서, 센서 및 제어 시스템을 가진 컴퓨터는 (i) PV 변환기, EM 펌프 자석, 및 유도 결합 히터 중 적어도 하나와 같은 각각의 냉각 시스템의 각각의 냉각기의 입구 및 출구 온도 그리고 냉각제 압력 및 유량, (ii) 점화 시스템 전압, 전류, 전력, 주파수, 및 듀티 사이클, (ⅲ) 광학, 도플러, 로렌츠 또는 전극 저항 센서 및 제어기와 같은 센서를 사용한 EM 펌프 주입 유량, (iv) 유도 결합 히터 및 전자기 펌프(5k)의 전압, 전류 및 전력, (v) 셀 내의 압력, (ⅵ) 셀 구성요소의 벽 온도, (ⅶ) 각각의 섹션의 히터 전력, (viii) 전자기 펌프의 전류 및 자속, (ix) 은 용융물 온도, 유속, 및 압력, (x) H2 및 H2O와 같은 각각의 침투 또는 주입된 가스 및 공통의 가스 주입 매니폴드를 통해 전달될 수 있는 조절기에 의해 형성된 혼합물의 압력, 온도 및 유속, (xi) PV 변환기로의 입사광 세기, (xii) PV 변환기의 전압, 전류 및 전력 출력, (xiii) 임의의 전력 조절 장비의 전압, 전류, 전력, 및 다른 매개변수, (xiv) 기생 부하 및 외부 부하 중 적어도 하나에 대한 SF-CIHT 발전기 출력 전압, 전류 및 전력, (ⅹⅴ) 유도 결합 히터, 전자기 펌프, 냉각기, 및 센서와 제어부 중 적어도 하나와 같은 임의의 기생 부하에 대한 전압, 전류 및 전력 입력, 및 (xvi) 에너지 저장 장치가 있는 시동 회로의 전압, 전류 및 충전 상태를 감지 및 제어할 수 있다. 실시예에서, 측정될 매개변수는 그 측정 중에 센서를 손상시킬 수 있는 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 압력계와 같은 압력 변환기에 들어가기 전에 가스를 냉각시킬 수 있다. 과도한 온도를 겪는 것과 같이 매개변수가 원하는 범위를 초과하는 경우, 발전기는 당업계에 공지된 것과 같은 안전 차단 메커니즘을 포함할 수있다. 차단 메커니즘은 차단을 야기하도록 개방될 수 있는 발전기의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 제공하는 컴퓨터 및 스위치를 포함할 수 있다.
실시예에서, 셀은 공기, 산소, 수소, CO2 및 물 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 게터를 포함할 수 있다. 미세하게 분할될 수 있는 탄소 또는 금속과 같이 산소 반응성 재료과 같은 산소 게터는 셀 내에 형성된 임의의 산소를 제거할 수 있다. 탄소의 경우, 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, Mo, W, 흑연 및 Ta와 같은 산소 민감성 재료를 포함하는 용기 또는 펌프 튜브와 같은 셀 내의 산소 민감성 재료를 보호하기 위해 산소를 소멸시키는 목적의 역할을 할 수 있다. 이 경우 이산화탄소는 CO2 스크러버로 제거하되나 미세 분할된 탄소가 구성요소 보호에만 사용되는 진공 펌프로 배출될 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 대응하는 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. 대안으로, 수집된 수소 가스를 SunCell®에서 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 31l)로부터 유동할 수 있다. 대안적으로, 물 펌프는 물 탱크(31l)를 가열하여 증기압을 생성함으로써 대체될 수 있고, 수소 펌프는 전기 분해에 의해 수소를 유동시키기 위한 압력을 생성함으로써 대체될 수 있다. 대안으로, H2O는 H2O 탱크(31l), 증기 발전기 및 증기 라인에 의해 증기로 공급된다. 수소는 전기 분해 또는 열 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 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, 3400F 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. 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.
SF-CIHT 발전기의 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 공급원(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. 실리콘 PV 셀은 흑체 스펙트럼을 더 양호하게 매칭시키기 위해 밴드갭을 개선하고 열 제거를 개선함으로써 냉각 시스템의 복잡성을 감소시키는 적어도 하나의 기능을 수행하는 온도에서 작동될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 집광기 실리콘 PV 셀은 약 130℃에서 200 내지 500 Suns에서 작동하여 3000℃ 흑체 방열기의 스펙트럼과 일치시키기 위해 약 0.84 V의 밴드갭을 제공한다. 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. PV 셀은 InGaP//GaAs//InGaAsNSb//도전성 층//도전성 층//GaSb//InGaAsSb를 포함할 수 있다. 기판은 GaAs 또는 Ge일 수 있다. PV 셀은 Si-Ge-Sn 및 합금을 포함할 수 있다. 다이오드 및 웨이퍼 결합의 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. PV 셀은 GaAs1-x-yNxBiy 합금을 포함할 수 있다.
PV 셀은 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘 PV 셀은 약 5 내지 2000 Sun의 세기 범위에서 작동할 수 있는 집광기 셀을 포함할 수 있다. 실리콘 PV 셀은 결정질 실리콘을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 표면은 결정질 Si 층과 상이한 밴드갭을 가질 수 있는 비정질 실리콘을 더 포함할 수 있다. 비정질 실리콘은 결정질 실리콘보다 더 넓은 밴드갭을 가질 수 있다. 비정질 실리콘 층은 셀을 전기-투명하게 하고 표면에서 전자-정공 쌍 재결합을 방지하는 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있다. 실리콘 셀은 다중접합 셀을 포함할 수 있다. 층은 개별 셀을 포함할 수 있다. Ga, As, InP, Al 및 In 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 최상부 셀과 같은 적어도 하나의 셀은 Si 바닥 셀과 같은 Si 셀 상에 이온 슬라이스되고 기계적으로 적층될 수 있다. 다중-접합 셀의 층 및 직렬로 연결된 셀 중 적어도 하나는 셀 층들 사이의 전류 불일치로 인한 전류 및 전력 손실을 최소화하기 위해 바이패스 다이오드를 포함할 수 있다. 셀 표면은 셀 내로의 광 침투를 향상시키도록 조직화될 수 있다. 셀은 셀 내로의 광 침투를 향상시키기 위해 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 반사 방지 코팅은 밴드갭 에너지 미만의 파장을 추가로 반사할 수 있다. 코팅은 약 2 내지 20개의 층과 같은 복수의 층을 포함할 수 있다. 증가된 층의 수는 밴드갭 에너지 초과의 광과 같은 원하는 파장 범위를 통과하고 밴드갭 에너지 미만의 파장과 같은 다른 범위를 반사하기 위한 선택도를 향상시킬 수 있다. 셀 표면으로부터 반사된 광은 광을 흡수 할 수 있는 적어도 하나의 다른 셀로 반사될 수 있다. PV 변환기(26a)는 PV 흡수 및 변환을 위한 횡단면을 증가시키기 위해 반사된 광의 다중 바운스를 제공하기 위해 측지 돔과 같은 폐쇄 구조를 포함할 수 있다. 측지 돔은 PV 셀로 덮인 삼각형 유닛과 같은 복수의 수신기 유닛을 포함할 수 있다. 돔은 통합 영역의 역할을 할 수 있다. 변환되지 않은 광은 재활용될 수 있다. 측지 돔과 같은 부재 수신기 유닛들 사이의 반사를 통해 광 재순환이 발생할 수 있다. 표면은 셀의 밴드갭 에너지 미만의 파장을 반사할 수 있는 필터를 포함할 수 있다. 셀은 은 또는 금 바닥층과 같은 바닥 미러를 구성하여 셀을 통해 흡수되지 않은 광을 다시 반사시킨다. 추가의 비 흡수 광 및 셀 표면 필터에 의해 반사된 광은 흑체 방열기에 의해 흡수되어 PV 셀로 재 방출될 수 있다. 실시예에서, PV 기판은 바닥 셀로부터 기판 후면의 반사기로 투과된 광에 투명한 재료를 포함할 수 있다. 투명한 기판을 갖는 예시적인 3중 접합 셀은 InGaAsP(1.3 eV), InGaAsP(0.96 eV), InGaAs(0.73 eV), InP 기판, 및 구리 또는 금 IR 반사기이다. 실시예에서, PV 셀은 집광기 실리콘 셀을 포함할 수 있다. 다중 접합 III-V 셀은 더 높은 전압을 위해 선택될 수 있거나, Si 셀은 더 낮은 비용을 위해 선택될 수 있다. 버스 바 섀도잉은 투명 전도성 산화물(TCO)과 같은 투명 전도체를 사용함으로써 감소될 수 있다.
PV 셀은 페로브스카이트 셀(perovskite cell)을 포함할 수 있다. 예시적인 페로브스카이트 셀은 Au, Ni, Al, Ti, GaN, CH3NH3SnI3, 단층 h-BN, CH3NH3PbI3-xBrx, HTM/GA, 바닥 접점(Au)의 층을 최상부로부터 바닥으로 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.
변환기는 (i) GaN, (ii) AlGaN 또는 AlN p-n 접합, 및 (iii) n-형 AlGaN 또는 AlN 기저부 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(캐공급원)/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 최상부 층일 수 있으며 PV 셀은 하이브리드의 바닥 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. 셀은 흑체 방사선에 반응할 수 있다. 흑체 방사선은 약 1000K 내지 6000K의 적어도 하나의 온도 범위에 대응하는 것일 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 광 세기로 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, 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.
고 세기의 광을 전기로 변환하기 위해, 발전기는 도 55에 도시된 것과 같은 광학 분배 시스템 및 광전지 변환기(26a)를 포함할 수 있다. 광 분배 시스템은 셀로부터 방출된 광의 전파 축을 따라 루버 스택(louvered stack)으로 배열된 복수의 반투명 미러를 포함할 수 있고, 스택의 각각의 미러 부재(23)에서, 광은 횡 방향으로 반사된 광을 수용하기 위해 광의 전파 방향과 평행하게 정렬된 것과 같은 PC 셀(15) 상에 적어도 부분적으로 반사된다. 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 광 또는 약 2800K 내지 4000K의 온도에 대응하는 것과 같은 흑체 방사선에 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, TPV 변환 효율은 흑체 방열기(5b4)의 표면 상의 이테르븀과 같은 선택적 이미터를 사용함으로써 증가될 수 있다. 이테르븀은 희토류 금속 계열의 예시적인 부재로, 일반적인 흑체 스펙트럼을 방출하는 대신 선 방사 스펙트럼과 유사한 스펙트럼을 방출한다. 이는 비교적 좁은 방출 에너지 스펙트럼이 TPV 셀의 밴드갭과 매우 밀접하게 일치시킬 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 발생하였고, 플라즈마 흑체 온도는 5000 K 및 전극 온도는 약 3000 K 내지 3700 K 범위이다. 열분해는 반응 셀 챔버(5b31)의 벽과 같은 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. 다른 실시예에서, 저장소(5c)와 같은 셀 구성요소들 중 적어도 하나는 열분해 H를 냉각시켜 이를 다시 열로부터 물로 되돌리는 냉각제로서 작용할 수 있다.
유지된 흑체 온도는 광전지로 전기로 변환될 수 있는 방사선을 방출하는 것 일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 흑체 온도는 약 1000K 내지 4000K의 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. 다른 예시적인 셀은 InGaAsP(1.3eV)/InGaAsP(0.96eV)/InGaAs(0.73eV)/InP 기판/구리 또는 금 IR 반사기 및 InAlGaAs(1.3eV)/InGaAs(0.96eV)/등급 버퍼층/Ge 서브셀/구리 또는 금 IR 반사기이다. PV 셀은 2J GaSb 셀상의 3J GaAs 셀과 같은 다중접합 GaSb 셀의 최상부에 다중접합 GaAs 셀 스택을 포함할 수 있다. 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. 흑체 방열기(5b4)는 선 방사 스펙트럼과 유사한 스펙트럼과 같은 열광 변환에 더 선호되는 스펙트럼을 방출하는 이테르븀과 같은 희토류 금속과 같은 선택적 이미터로 코팅될 수 있다.
셀의 밴드갭은 주어진 흑체 작동 온도 및 대응 스펙트럼에 대한 전기 출력 효율을 최적화하도록 선택된다. 약 3000K 또는 3500K에서 작동하는 예시적인 실시예에서, TPV 셀 접합의 밴드 갭은 표 1에 주어진다.
n = 1,2.3 또는 4개의 접합(J)을 갖는 셀에 대한 최적 밴드 갭 조합
1J 2J 3J 4J
3000K 0.75 eV 0.62 eV, 0.96 eV 0.61 eV, 0.82 eV, 1.13 eV 0.61 eV, 0.76 eV, 0.95 eV, 1.24 eV
3500K 0.86 eV 0.62 eV, 1.04 eV 0.62 eV, 0.87 eV, 1.24 eV 0.62 eV, 0.8 eV, 1.03 eV, 1.37 eV
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 적어도 하나의 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 다중 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 발전기와 같은 플라즈마 공급원을 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 발전기 또는 발전기로도 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 저장소 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 저장소로 흐를 수 있어 금속 증기가 없는 경우에 감지될 가스가 센서로 흐른다. 대안으로, 가스 압력은 외부 챔버(5b3a)에서 측정될 수 있으며, 여기서 가스는 반응 셀 챔버(5b31) 내로 침투할 수 있다. 투과는 흑체 방열기(5b4)를 통해 이루어질 수 있다.
실시예에서, 발전기는 반응 셀 챔버(5b31)를 포함하는 용기로서의 역할을 할 수 있는 흑체 방열기(5b4)를 포함한다. 실시예에서, PV 변환기(26a)는 흑체 방열기(5b4)를 포함하는 셀 챔버(5b3)를 포함하는 금속 인클로저의 내부에 PV 셀(15)을 포함한다. PV 냉각 판은 셀 챔버의 외부에 있을 수 있다. 챔버(5b3, 5b3a 및 5b31) 중 적어도 하나는 대기압 미만, 대기압 및 대기압 초과 중 적어도 하나의 압력을 유지할 수 있다. PV 변환기는 셀 챔버의 내부 표면 내의 PV 셀로부터 셀 챔버의 외부로 전력을 전달하기 위해 적어도 하나의 전기 피드-스루 세트를 더 포함할 수 있다. 피드-스루는 기밀성 및 진공 또는 압력 조절 가능한 것 중 적어도 하나일 수 있다.
실시예에서, 저장소(5c)와 같은 적어도 하나의 셀 구성요소는 절연될 수 있다. 절연체는 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 또한 포함할 수 있는 열 차폐물을 포함할 수 있다. 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. 셀 구성요소는 냉각될 수 있다. 외부 절연체 캡슐화 벽은 열을 냉각기 또는 방열기(31)로 전달하는 것과 같은 냉각 시스템을 포함할 수 있다.
실시예에서, 냉각기는 방열기(31)를 포함할 수 있고, 방열기를 냉각시키고 냉각제를 순환시키기 위해 적어도 하나의 팬(31j1) 및 적어도 하나의 냉각제 펌프(31k)를 더 포함할 수 있다. 방열기는 공냉식일 수 있다. 예시적인 방열기는 카 또는 트럭 방열기를 포함한다. 냉각기는 냉각제 저장소 또는 탱크(31l)를 더 포함할 수 있다. 탱크(31l)는 흐름의 버퍼 역할을 할 수 있다. 냉각 시스템은 탱크로부터 방열기로 흐름을 복귀시키기 위한 바이패스 밸브를 포함할 수 있다. 실시예에서, 냉각 시스템은 냉각 라인에서의 펌핑의 저하 또는 정지로 인해 방열기 입구 라인 압력이 낮을 때 탱크와 방열기 사이에 냉각수를 재순환시키는 바이패스 루프 및 방열기와 탱크 사이의 방열기 과압 또는 오버플로우 라인 중 적어도 하나를 포함한다. 냉각 시스템은 바이패스 루프에 적어도 하나의 체크 밸브를 더 포함할 수 있다. 냉각 시스템은 체크 밸브와 같은 방열기 오버플로우 밸브 및 방열기로부터 오버플로우 탱크(31l)로의 오버플로우 라인을 더 포함할 수 있다. 방열기는 탱크 역할을 할 수 있다. 방열기(31) 및 팬(31j1)과 같은 냉각기는 탱크(31l)로 그리고 탱크로부터의 흐름을 가질 수 있다. 냉각 시스템은 냉각된 냉각제를 전달하기 위해 방열기로부터 탱크(31l)로의 탱크 유입 라인을 포함할 수 있다. 냉각제는 냉각될 각각의 구성요소에 냉각제를 공급할 수 있는 공통 탱크 출구 매니폴드로 탱크(31l)로부터 펌핑 될 수 있다. 방열기(31)는 탱크로서 기능할 수 있으며, 여기서 방열기 출구는 냉각제를 제공한다. 대안으로, 유도 결합 히터, EM 펌프 자석(5k4) 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 복수의 펌프(31k)의 개별 펌프 또는 복수의 밸브(31m)의 펌프 및 밸브를 포함할 수 있다. 각각의 루프는 루프 내의 흐름을 조절하는 별도의 펌프(31k)로부터 흐름을 수용할 수 있다. 대안으로, 각각의 루프는 복수의 루프에 흐름을 제공하는 펌프(31k)로부터 흐름을 수용할 수 있고, 각각의 루프는 루프 내의 흐름을 조절하는 솔레노이드 밸브와 같은 밸브(31m)를 포함한다. 각각의 루프를 통한 흐름은 열전쌍, 유량계, 제어 가능한 값, 펌프 제어기 및 컴퓨터 중 적어도 하나와 같은 열 센서와 같은 그의 제어기에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 수증기 및 수소 중 적어도 하나와 같은 연료 가스 및 산화물과 같은 산소 공급원, 그리고 Ag 또는 Ag-Cu 합금 증기와 같은 연료 용융물의 금속 증기 중 적어도 하나를 한정하도록 밀봉된다. 반응 셀 챔버(5b31)의 외부 표면은 약 1000℃ 내지 4000℃의 범위와 같은 매우 높은 온도에서 작동할 수 있는 재료를 포함할 수 있는 흑체 방열기(5b4)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 은과 같은 용융 금속의 융점보다 더 높은 융점을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 재료는 WC, TaW, CuNi, 하스텔로이 C, 하스텔로이 X, 인코넬, 인코로이, 탄소강, 스테인리스 강, 변형된 9Cr-1Mo-V( P91)와 같은 크롬-몰리브덴 강, 21/4Cr-1Mo 강(P22), Nd, Ac, Au, Sm, Cu, Pm, U, Mn, 도핑 된 Be, Gd, Cm, Tb, 도핑된 Si, Dy, Ni, Ho, Co, Er, Y, Fe, Sc, Tm, Pd, Pa, Lu, Ti, Pt, Zr, Cr, V, Rh, Hf, Tc, Ru, 도핑된 B, Ir, Nb, Mo, Ta, Os, Re, W, 탄소, SiC와 같은 세라믹, MgO, 알루미나, Hf-Ta-C, 질화 붕소, 및 흑체로서 기능을 할 수 있는 당업계에 알려진 다른 고온 재료의 그룹으로부터의 금속 및 합금 중 적어도 하나이다.
흑체 방열기는 플라즈마로부터 전력을 흡수하여 높은 작동 온도까지 가열한다. 열광 발전 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 PV 변환기(26a)에 입사되는 광을 제공한다. 흑체 방열기는 1에 가까운 것과 같은 높은 방사율을 가질 수 있다. 실시예에서, 방사율은 PV 변환기의 능력과 일치하는 흑체 전력을 야기하도록 조정될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 방사율은 본 개시에 의해 증가 또는 감소될 수 있다. 금속 흑체 방열기(5b4)의 예시적인 경우에서, 표면은 방사율을 증가시키기 위해 산화 및 조면화 중 적어도 하나 일 수 있다. 방사율은 단파장 방출이 그의 외부 표면으로부터 선호되도록 파장에 반비례하는 파장과 같은 비선형일 수 있다. 흑체 방열기(5b4)와 PV 변환기(26a) 사이의 갭에서 필터, 렌즈 및 미러 중 적어도 하나는 적외선을 방열기(5b4)로 복귀시키면서 단파장 광을 PV 변환기로 통과시키기 위해 선택적일 수 있다. 예시적인 실시예에서, W 또는 탄소 흑체 방열기(5b4)의 작동 온도는 최대 3700K와 같은 W 백열전구의 작동 온도이다. 1의 방사율을 갖는 흑체 방열기 전력은 Stefan Boltzmann 방정식에 따라 최대 10.6 MW/m2이다. 실시예에서, 흑체 방사선은 가시광선 및 근-적외선에 응답하는 것과 같은 대응하는 방사선에 응답하는 본 개시의 것과 같은 집광기 광전지 셀(15)을 포함하는 PV 변환기(26a)에 입사된다. 셀은 본 개시의 것과 같은 III/V 반도체를 포함하는 이중 또는 삼중 접합 셀과 같은 다중 접합 셀을 포함할 수 있다.
SF-CIHT 발전기는 흑체 온도 센서 및 흑체 온도 제어기를 더 포함할 수 있다. 흑체 방열기(5b4)의 흑체 온도는 흑체 광의 전기로의 변환을 최적화하도록 유지되고 조절될 수 있다. 흑체 방열기(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 반응으로부터 전력을 제어할 수 있다. 온도 및 흑체 온도의 안정성을 제어하는 예시적인 실시예에서, 하이드리노 반응 속도는 수증기압, 연료 주입 속도, 점화 주파수 및 점화 전류 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어된다. 흑체 방열기(5b4)를 가열하는 반응 셀 챔버(5b31)로부터의 주어진 하이드리노 반응 전력에 대해, 흑체 방열기(5b4)의 원하는 작동 흑체 온도는 흑체 방열기(5b4)의 내부 및 외부 표면 중 적어도 하나의 방사율을 선택 및 제어함으로써 달성될 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(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 흑체 방열기(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 흑체 방열기(5b4) 외부 표면의 변형에 의해 변경될 수 있다. 방사율은 증가 되거나 감소된 방사율의 코팅을 적용함으로써 증가되거나 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 열분해 탄소 코팅은 그 방사율을 증가시키기 위해 흑체 방열기(5b4)에 적용될 수 있다. 방사율은 또한 W 표면을 산화시키고 조면화 처리하는 것 중 하나에 의해 증가될 수 있고, 방사율은 산화된 표면을 감소시키고 거친 W 표면을 폴리싱하는 것 중 적어도 하나에 의해 감소될 수 있다. 발전기는 산소 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 산화 가스의 공급원 및 수소와 같은 환원 가스의 공급원 및 셀 챔버 내의 분위기 조성 및 압력을 제어하는 수단을 포함할 수 있다. 발전기는 압력 게이지와 같은 가스 센서, 펌프, 가스 공급장치 및 가스를 흑체 방열기(5b4)의 방사율을 제어하기 위해 가스 조성 및 압력을 제어하기 위한 가스 공급 제어기를 포함할 수 있다.
흑체 방열기(5b4)와 PV 변환기(26a)는 가스 또는 진공 갭과 같은 갭에 의해 분리되어 PV 변환기로의 열전도로 인한 PV 변환기의 과열을 방지할 수 있다. 흑체 방열기(5b4)는 평판 또는 돔과 같은 다수의 적합한 형상을 포함할 수 있다. 형상은 구조적 무결성 및 PV 영역으로 투과하는 광의 최적화 중 적어도 하나를 위해 선택될 수 있다. 예시적인 형상은 입방체, 직각 원통형, 다각형 및 측지 구이다. 탄소과 같은 흑체 방열기(5b4)는 서로 접착될 수 있는 판과 같은 피스를 포함할 수 있다. 탄소를 포함할 수 있는 예시적인 입방체 반응 셀 챔버(5b31) 및 흑체 방열기(5b4)는 탄소의 고체 입방체로부터 기계 가공되고 함께 접착되는 2개의 절반 입방체를 포함할 수 있다.
공동의 기저부는 용융 금속이 저장소로 다시 유동하도록 원추형 채널과 같은 형상을 포함할 수 있다. 기저부는 상부 벽이 절연체로서 작용하여 전력이 비-기저부 표면으로부터 우선적으로 방사되도록 두꺼울 수 있다. 공동은 흑체 방열기(5b4)를 포함하는 외부 표면을 따라 원하는 온도 프로파일을 생성하기 위해 둘레를 따라 두께가 변하는 벽을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 입방체 반응 셀 챔버(5b31)는 외부 표면의 균일한 흑체 온도를 생성하기 위해 각각의 벽에 중심을 둔 구형 섹션을 포함하는 벽을 포함할 수 있다. 구형 섹션은 벽 형태로 기계 가공되거나 평면 내벽 표면에 접착될 수 있다. 구형 섹션의 구형 반경은 원하는 흑체 표면 온도 프로파일을 달성하도록 선택될 수 있다.
셀 전기 출력 및 효율을 향상시키기 위해, 흑체 방출기(5b4)와 수용 PV 변환기(26a)의 면적은 최적으로 정합 될 수 있다. 실시예에서, 저장소(5c)와 같은 다른 셀 구성요소는 탄소, BN, SiC 또는 W와 같은 내화 재료과 같은 재료를 포함하여 흑체 방사선을 수용하기 위해 구성요소에 원주 방향으로 배열되는 PV 변환기에 대한 흑체 방열기로서 기능을 한다. 흑체 방열기(5b4) 및 저장소(5c)와 같은 셀 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)의 매칭 구조를 갖는 삼각형, 오각형, 육각형, 정사각형 및 직사각형 중 적어도 하나와 같은 다각형과 같은 면 표면을 포함할 수 있다. 흑체 방열기 및 PV 변환기의 기하학적 구조는 광자를 조명하는 입사각 및 PV 효율에 대한 대응하는 영향과 같은 매개변수를 고려하여 전자로부터 후자로의 광자 전달을 최적화하도록 선택될 수 있다. 셀에 시간 평균 방사선 입사의 더 큰 균일성을 야기하기 위해 PV 캐 러셀과 같은 PV 셀을 이동시키는 수단을 포함할 수 있다. PV 캐러셀은 대칭 또는 z-축을 중심으로 가로 다각형 링을 포함하는 것과 같은 축 대칭 PV 변환기를 회전시킬 수 있다. 다각형은 육각형을 포함할 수 있다. 회전은 기계적 드라이브 연결, 공압 모터, 전자기 드라이브 또는 당업자에게 공지된 다른 드라이브에 의해 야기될 수 있다.
흑체 방열기(5b4) 표면은 흑체 방열기로부터 방사된 전력의 대응하는 변화로 방사율을 변경하도록 변경될 수 있다. 흑체 방열기 방사율은 (i) 표면의 광택, 거칠기 또는 텍스쳐를 변경하고, (ii) 텅스텐, 탄탈륨 및 하프늄 탄화물 중 적어도 하나와 같은 탄화물과 같은 코팅 또는 열분해 코팅을 추가하고, (iii) 탄소 흑체 방열기에 W 피복과 같은 클래딩을 추가함으로써 변경될 수 있다. 후자의 경우, W는 슬롯과 같은 확장 수단을 갖는 나사와 같은 패스너에 의해 기계적으로 탄소에 부착될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 탄소 흑체 방열기(5b4) 상의 TaC 코팅, 타일링 또는 클래딩과 같은 TaC의 방사율은 탄소에 대해 약 0.2 대 약 1이다.
흑체 방열기(5b4)는 입방체와 같은 제 2 형상의 중실 형태 내에 구형 공동(5b31)과 같은 제 1 형상의 공동을 포함할 수 있다(도 57 내지 도 61). 다른 실시예에서, 제 1 형상의 제 1 공동(5b31)은 제 2 형상의 제 2 공동(5b4a1) 내부에 있을 수 있다. 예시적인 실시예는 중공 큐브 공동 내에 구형 쉘 공동을 포함한다. 대응하는 제 2 공동(5b4a1)은 흑체 방열기 외부 표면(5b4a)을 포함하는 흑체 공동을 포함할 수 있다. 제 2 공동의 내부는 제 1 형상의 내부 제 1 공동에 의해 흑체 온도로 가열될 수 있다. 대응하는 제 2 흑체 방열기(5b4a)로부터의 흑체 방사선은 일치하는 기하학적 구조로 조직될 수 있는 입사 PV 셀(15)일 수 있다. 셀은 일치하는 기하학적 구조를 갖는 어레이로 배열될 수 있다. 실시예에서, PV 셀에 수용된 광 전력은 제 2 공동과 PV 셀 사이의 간격을 증가시키는 것, 입사광의 일부를 반사하기 위해 표면 상에 부분 거울을 포함하는 PV 셀을 사용하는 것, 감소된 방사율을 가지는 탄소보다도 텅스텐과 같은 2차 방열기를 사용하는 것, 및 1차 또는 2차 흑체 방열기로부터 PV 셀로 흑체 방사선을 부분적으로만 투과시키고 비-투과 광을 이상적으로 반사시키는 핀홀을 갖는 PV 셀 앞에 반사기를 사용하는 것 중 적어도 하나에 의해 흑체 방사선의 작동 온도에서 방사되는 것에 대한 허용 가능한 세기로 감소될 수 있다. 실시예에서, 2차 방열기(5b4a) 및 정합-형상 PV 변환기(26a)의 형상은 PV 냉각 판, PV 냉각기 또는 PV 열 교환기(26b)의 복잡성을 감소시키도록 선택될 수 있다. 예시적인 입방체 구조는 PV 냉각 판의 수를 최소화하고, PV 냉각 판의 크기를 최대화하며, PV 냉각제 시스템의 입구(31b) 및 출구(31c)에 대한 것과 같은 전기 배선 및 냉각제 라인 연결에 대한 복잡성을 낮출 수 있다.
W 이차 흑체 방열기는 할로겐 사이클을 지지하는 수단에 의해 승화로부터 보호될 수 있다. 실시예에서, 챔버(5b3)와 같은 W 흑체 방열기를 둘러싸는 챔버의 가스(도 103)는 할로겐 공급원, 예컨대 I2 또는 Br2 또는 승화 텅스텐과 복합체를 형성하는 탄화수소 브롬 화합물을 포함할 수 있다. 복합체는 흑체 방열기(5b4) 상에 텅스텐을 재-증착시키기 위해 고온 텅스텐 표면에서 분해될 수 있다. 다층화될 수 있는 PV 셀(15) 상의 윈도우는 할로겐 사이클을 지원하기 위해 텅스텐-할로겐 종의 휘발을 지원하기 위해 온도 구배를 지원할 수 있다.
실시예에서, 탄소 흑체 방열기(5b4)와 같은 탄소 셀 구성요소는 외부 압력을가함으로써 승화로부터 보호될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 탄소는 약 100 기압의 적용에 의해 4500K로 승화에 대해 안정적이다. 압력은 불활성 가스, 수소 및 은 증기와 같은 용융 금속 증기 중 하나 이상과 같은 고압 가스에 의해 적용될 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 저장소(5c)에 연결될 수 있는 구형 돔을 포함한다. 흑체 방열기는 입방체와 같은 구형 이외의 형상일 수 있고, 방사 전력을 PV 셀의 성능에 더 잘 맞추기 위해 방사율을 변경시키기 위한 재료로 코팅되거나 피복될 수 있다. 예시적인 피복 흑체 방열기(5b4)는 흑체 작동 온도에서 기화 또는 승화에 의한 낮은 증기압을 갖는 탄소보다 더 낮은 방사율의 내화성 재료로 피복된 탄소 큐브를 포함한다. 저장소(5c), 흑체 방열기(5b4) 및 흑체 방열기 피복물 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 셀 구성요소는 흑연(승화점 = 3642 ℃), 텅스텐과 같은 내화성 금속(MP = 3422℃) 또는 탄탈륨(MP = 3020℃)과 같은 내화 금속, 세라믹, 초고온 세라믹, 붕소, 탄화물, 질화물 및 하프늄 붕소화물(HfB2), 지르코늄 이붕소화물(ZrB2), 하프늄 질화물(HfN), 지르코늄 질화물(ZrN), 티탄 탄화물(TiC), 티타늄 질화물(TiN), 토륨 이산화물(ThO2), 니오브 붕소화물(NbB2) 및 탄탈 탄화물(TaC) 및 이들과 관련된 성분과 같은 초기 전이 금속과 같은 산화물과 같은 세라믹 매트릭스 복합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직한 고융점을 갖는 예시적인 세라믹은 마그네슘 산화물(MgO)(MP = 2852℃), 지르코늄 산화물(ZrO)(MP = 2715℃), 붕소 질화물(BN)(MP = 2973℃), 지르코늄 이산화물(ZrO2)(MP = 2715℃), 하프늄 붕소화물(HfB2)(MP = 3380℃), 하프늄 탄화물(HfC)(MP = 3900℃), Ta4HfC5(MP = 4000℃), Ta4HfC5TaX4HfCX5(4215℃), 하프늄 질화물(HfN)(MP = 3385℃), 지르코늄 이붕소화물(ZrB2)(MP = 3246℃), 지르코늄 탄화물(ZrC)(MP = 3400℃), 지르코늄 질화물(ZrN)(MP = 2950℃), 티타늄 붕소화물(TiB2)(MP = 3225℃), 티타늄 탄화물(TiC)(MP = 3100℃), 티타늄 질화물(TiN)(MP = 2950℃), 실리콘 탄화물(SiC)( MP = 2820℃), 탄탈륨 붕소화물(TaB2)(MP = 3040℃), 탄탈륨 탄화물(TaC)(MP = 3800℃), 탄탈륨 질화물(TaN)(MP = 2700℃), 니오븀 탄화물(NbC)(MP = 3490℃), 니오븀 질화물(NbN)(MP = 2573℃), 바나듐 탄화물(VC)(MP = 2810℃) 및 바나듐 질화물(VN)(MP = 2050℃), 크롬, 코발트 및 레늄을 포함하는 초합금, 세라믹 매트릭스 복합물을 포함하는 것, U-500, Rene 77, Rene N5, Rene N6, PWA 1484, CMSX-4, CMSX-10, 인코넬, IN-738, GTD-111, EPM-102 및 PWA 1497의 그룹으로부터의 적어도 하나의 것과 같은 터빈 블레이드 재료이다. MgO 및 ZrO와 같은 세라믹은 H2와의 반응에 저항할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 탄소 흑체 방열기(5b4)상의 TaC 코팅, 타일링 또는 피복과 같은 TaC의 방사율은 탄소에 대해 약 0.2 대 약 1이다. 저장소와 같은 예시적인 셀 구성요소는 MgO, 알루미나, ZrO, ZrB2, SiC 또는 BN을 포함한다. 예시적인 흑체 방열기(5b4)는 탄소 또는 텅스텐을 포함할 수 있다. 흑연과 같은 셀 구성요소 재료는 텅스텐과 같은 고온 또는 내화성 금속 또는 ZrB2, TaC, HfC, WC와 같은 세라믹 또는 본 개시 또는 당업계에 공지된 것으로 코팅될 수 있다. 다른 흑연 표면 코팅은 원뿔의 플라즈마 처리에 의해 표면에 형성될 수 있는 다이아몬드 형 탄소를 포함한다. 처리 방법은 기판에 다이아몬드 형 탄소를 증착시키기 위해 당업계에 공지된 것을 포함할 수 있다. 실시예에서, 은 증기는 원뿔 코팅을 침식으로부터 보호하기 위해 사전 코팅 또는 작동 중에 표면에 증착될 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 탄소의 추가 반응을 억제하기 위해 탄소 및 H2O, H2, CO 및 CO2 중 적어도 하나와 같은 셀 가스의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 펌프 튜브(5k6)의 하부 및 EM 펌프 조립체(5kk)와 같은 적어도 하나의 구성요소는 Haynes 230과 같은 고온 강을 포함할 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 반응에 의해 유지되는 아르곤-H2(3 내지 5%)와 같은 귀가스-H2 플라즈마는 흑연 형태의 탄소를 다이아몬드 형 또는 다이아몬드 중 적어도 하나로 변환할 수 있다.
저장소(5c) 또는 흑체 방열기(5b4)와 같은 셀 구성요소는 캐스트, 밀링, 고온 프레스, 소결, 플라즈마 소결, 침투, 스파크 플라즈마 소결, 분말 층 레이저 용융에 의해 3D 인쇄될 수 있고, 당업자에게 공지된 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 실시예에서, 외부 하우징(5b3a)과 같은 적어도 하나의 구성요소는 금속과 같은 구성요소 재료를 스탬핑 또는 스탬핑 프레스함으로써 제조될 수 있다.
열이온 및 열전 실시예의 경우, 열이온 또는 열전 변환기는 고온 흑체 방열기(5b4)와 직접 접촉할 수 있다. 흑체 방열기(5b4)는 또한 열-전기 변환기로서의 역할을 할 수 있는 랭킨, 브레이톤, 또는 스털링 열 엔진 또는 히터와 같은 열 엔진으로 열을 전달할 수 있다. 실시예에서, 물 또는 공기와 같은 표준 매체 이외의 매체가 열 엔진의 작동 매체로서 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 탄화수소 또는 초임계 이산화탄소는 터빈 발전기의 랭킨 사이클에서 물을 대체할 수 있고, 외부 연소기 설계를 갖는 공기가 터빈 발전기의 브레이톤 사이클의 작동 매체로서 사용될 수 있다. 예시적인 초임계 이산화탄소 사이클 발전기는 Echogen Power Systems (https://www.dresser-rand.com/products-solutions/systems-solutions/waste-heat-recovery-system/http://www.echogen.com/_CE/pagecontent/Documents/News/Echogen_brochure_2016.pdf)의 것을 포함한다. 대안적으로, 고온 커버(5b4)는 열원 또는 히터 또는 광원으로서 기능할 수 있다. 열 엔진 또는 히터로의 열 흐름은 직접적이거나 간접적일 수 있으며, SF-CIHT 발전기는 본 개시의 것과 같은 열 교환기 또는 열 전달 수단을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버(5b31)에서 생성된 고압 플라즈마가 MHD 또는 PHD 발전기로 흐르고 전기로 변환되는 자기 유체 역학(MHD) 또는 플라즈마 유체 역학(PHD) 발전기를 포함할 수 있다. 복귀 흐름은 반응 셀 챔버 내로 흐른다.
셀 챔버(5b3 또는 5b3a1) 및 반응 셀 챔버(3b31) 중 적어도 하나는 13b와 같은 펌프 라인을 통해 펌프(13a)에 의해 비워 질 수 있다. 펌프 라인을 선택하기 위해 해당 펌프 라인 밸브를 사용할 수 있다. 셀은 산소, 수소, 수증기, 금속 증기, CO2와 같은 기체 산화물, CO 및 총 압력 중 적어도 하나를 위한 고온 가능 센서 또는 센서들을 더 포함할 수 있다. 물 및 수소 압력은 본 개시에 의해 0.1 Torr 내지 1 Torr 범위의 수증기 압력과 같은 본 개시의 것과 원하는 압력으로 제어될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 밸브 및 가스 공급장치로서, 밸브 개구는 가스의 측정된 압력을 사용하여 피드백으로 가스의 원하는 압력을 유지하도록 흐름을 공급하여 원하는 가스 압력을 유지하도록 제어된다. H2O 및 H2는 H2, H2O/증기 탱크 및 라인(31l), 수소 공급 라인(5ua), 아르곤 탱크(5u1)와 공급 라인(5u1a), 및 EM 펌프 튜브일 수 있는 H2, 아르곤 및 H2O/증기 주입기 중 적어도 하나와 같은 가스 주입기를 제공하기 위한 전기분해 시스템을 포함할 수 있는 수소 탱크 및 라인(31l)에 의해 공급될 수 있다. 셀에서 생성된 산소는 공급된 수소와 반응하여 산소를 펌핑 또는 게터링하는 대신 물을 형성할 수 있다. 하이드리노 가스는 셀의 벽과 조인트를 통해 확산되거나 선택적 가스 밸브로 흘러나올 수 있다.
다른 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 불활성 분위기하에서 작동된다. SF-CIHT 발전기는 탱크와 같은 불활성 가스 공급원, 및 압력 게이지, 압력 조절기, 유량 조절기, 적어도 하나의 밸브, 펌프 및 압력을 판독하기 위한 컴퓨터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 불활성 가스 압력은 약 1 Torr 내지 10 atm의 범위일 수 있다.
실시예에서, 시동 후에 히터가 분리될 수 있고, 냉각은 저장소(5c), EM 펌프 및 PV 변환기(26a)와 같은 셀 구성요소를 본 개시에서 제공된 것과 같은 작동 온도로 유지하도록 결합될 수 있다.
실시예에서, 도 1 내지 도 72에 도시된 SunCell®로도 지칭되는 SF-CIHT 셀 또는 발전기는 6개의 기본 저 유지보수 시스템을 포함하며, 일부는 가동 부품이 없고 장기간 동안 작동할 수 있다: (i) 용융 금속 또는 용융물을 포함하는 제 1 용융은 또는 은-구리 합금에 대한 전력 공급장치(5m), 리드(5p) 및 안테나 코일(5f)을 포함하는 시동 유도 결합 히터 및 선택적으로 점화 플라즈마 스트림을 초기에 유도하는 자석을 포함하는 전극 전자기 펌프; (ii) 흑체 방열기를 통한 수소 투과 공급물과 같은 수소 공급물을 포함하는 것과 같은 연료 주입기(여기서 수소는 전기분해 또는 열분해에 의해 물로부터 유도될 수 있음), 및 용융된 은을 주입하거나 은-구리 합금 및 CO2, CO, LiVO3 또는 본 개시의 다른 산화물과 같은 산소 공급원을 용융시키는 전자기 펌프(5kato)를 포함하는 주입 시스템, 및 대안적으로, 수증기 및 수소 가스 중 적어도 하나를 주입하기 위해 EM 펌프 튜브(5k6)를 통과하는 포트를 포함할 수 있는 가스 주입기; (iii) 용융 금속, 수소 및 산화물, 또는 용융 금속 및 H2O와 수소 가스 중 적어도 하나가 주입되어 우수한 발광 플라즈마를 형성하는 한 쌍의 전극(8)을 가로질러 저전압, 고전류 흐름을 생성하는 점화 시스템; (iv) 가열된 5b4를 플라즈마에 의해 백열 온도로 가열하는 흑체 방열기; (v) 흑체 방열기로부터 광을 수용하고 천 개의 태양 초과와 같은 높은 광 세기로 작동하는 소위 집광기 광전지 셀(15)을 포함하는 광-전기 변환기(26a); 및 (vi) 점화 후 용융 금속이 분사 시스템으로 복귀하고 유도 히터 안테나(5f), EM 펌프 자석(5k4) 및 PV 변환기(26a)와 같은 적어도 하나의 셀 구성요소를 냉각시키는 연료 회수 및 열 관리 시스템. 다른 실시예에서, 점화 플라즈마로부터의 광은 PV 변환기(26a)에 직접 조사되어 전기로 변환될 수 있다. 다른 실시예에서, EM 펌프(5ka)는 열전 펌프, 세라믹 기어 펌프와 같은 기어 펌프와 같은 기계식 펌프, 또는 약 900℃ 내지 2000℃의 온도 범위와 같은 고온에서 작동 가능한 임펠러를 포함한 것과 같은 당업계에 공지된 다른 펌프를 포함할 수 있다.
실시예에서, PV 변환기(26a)에 대한 흑체 방열기는 탄소와 같은 고온 재료, W와 같은 내화성 금속, Re, 또는 붕소화물과 같은 세라믹, 탄화물, 및 하프늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 티타늄과 같은 전이 원소의 질화물, Ta4HfC5(MP = 4000℃), TaB2, HfC, BN, HfB2, HfN, ZrC, TaC, ZrB2, TiC, TaN, NbC, ThO2, MgO, MoSi2, W-Re-Hf-C 합금 및 본 개시의 다른 것과 같은 산화물을 포함할 수 있다. 흑체 방열기는 광을 PV로 효율적으로 전달하고 PV 셀 패킹을 최적화하는 형상을 포함할 수 있으며, 여기서 광에 대한 전력은 반응 셀 챔버(5b31)로부터 흐른다. 예시적인 흑체 방열기는 다각형 또는 구형 돔을 포함할 수 있다. 흑체 방열기는 흑체 방열기로부터 흑체 광을 수용하도록 위치된 PV 셀과 가스 또는 진공 갭에 의해 PV 변환기(26a)로부터 분리될 수 있다.
발전기는 대기에 대해 밀봉될 수 있고 대기보다 작거나 같거나 큰 압력 중 적어도 하나를 유지할 수 있는 주변 챔버를 더 포함할 수 있다. 발전기는 셀 챔버(5b3)를 포함하는 돔 주변의 구형 압력 또는 진공 용기를 포함할 수 있으며, PV 변환기는 하우징 또는 압력 용기를 포함한다. 셀 챔버는 구조 강도, 밀봉 및 열 전달을 제공하는 당업자에게 공지된 적합한 재료로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 셀 챔버는 스테인리스 스틸 및 구리 중 적어도 하나를 포함한다. PV 셀은 셀 챔버의 내부를 커버 할 수 있고, 열 교환기(87)와 같은 PV 냉각 시스템은 셀 챔버의 외부 표면을 커버할 수 있다. 열광지 실시예에서, PV 변환기(26a)는 광자 결정질 같은 PV 변환기(26a)에 가시 파장을 위한 선택적 필터를 포함할 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기는 구형 돔(5b4)을 포함한다. 실시예에서, 흑연 구체의 내부 표면은 Ta4HfC5(M.P. = 4000℃), 텅스텐 탄화물, 니오븀 탄화물, 탄탈 탄화물, 지르코늄 탄화물, 티타늄 탄화물 또는 하프늄 탄화물과 같은 고온 가능 탄화물로 코팅된다. 대응하는 금속은 흑연 표면의 탄소와 반응하여 대응하는 금속 탄화물 표면을 형성할 수 있다. 돔(5b4)은 가스 또는 진공 갭에 의해 PV 변환기(26a)로부터 분리될 수 있다. PV 셀에 입사되는 광 세기를 감소시키기 위한 실시예에서, PV 셀은 흑체 방열기로부터 더 멀리 위치될 수 있다. 예를 들어, 주변 구형 챔버의 반경은 내부 구형 흑체 방열기로부터 방출된 광의 세기를 감소시키기 위해 증가될 수 있으며, 여기서 PV 셀은 주변 구형 챔버의 내부 표면에 장착된다(도 66). PV 변환기는 복수의 PV 셀로 구성된 DRA(Dense Receiver Array)를 포함할 수 있다. DRA는 마루 모양을 포함할 수 있다. 개별 PV 셀은 삼각형, 오각형, 육각형 및 다른 다각형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 돔 또는 구형을 형성하는 셀은 측지 패턴으로 구성될 수 있다. 3500K와 같은 고온에서 작동되는 2차 흑체 방열기의 예시적인 실시예에서, 복사 방사율은 그 방사율의 약 8.5 MW/m2 배이다. 이 경우, 텅스텐 탄화물 코팅을 적용함으로써 약 1의 방사율을 갖는 카본 돔(5b4)의 방사율은 약 0.35로 감소될 수 있다. 흑체 방열기(5b4)는 다른 재료의 피복물(26c)(도 66)을 포함하여 방사율을 1 초과의 바람직한 것으로 변경할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 탄소 흑체 방열기(5b4) 상의 TaC 코팅, 타일링 또는 피복과 같은 TaC의 방사율은 탄소에 대해 약 0.2 대 약 1이다. 다른 실시예에서, 외부 측지 돔을 포함하는 것과 같은 PV 셀은 각진 것 중 적어도 하나 일 수 있고 PV 셀에 의해 흡수된 광을 PV의 세기 용량 내에 있는 레벨로 감소시키기 위해 반사 코팅을 포함한다. PV 셀 전극, 상호 연결부 및 버스 바 그룹 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 PV 회로 요소는 폴리싱된 알루미늄, 은, 금 또는 구리와 같은 폴리싱된 전도체와 같은 높은 방사율을 갖는 재료를 포함할 수 있다. PV 회로 요소는 흑체 방열기(5b4)로부터 흑체 방열기(5b4)로의 방사선을 반사하여 PV 회로 요소가 PV 전력 변환 손실을 섀도잉하는데 크게 기여하지 않을 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 분리 가능한 상부 및 하부 반구와 같이 분리될 수 있는 복수의 섹션을 포함할 수 있다. 두 반구는 플랜지에서 결합할 수 있다. W는 W 분말 소결, 스파크 플라즈마 소결, 캐스팅, 및 분말 층 레이저 용융에 의한 3D 인쇄와 같은 당업계에 공지된 기술에 의해 제조될 수 있다. 하부 챔버(5b5)는 반구 플랜지에서 결합할 수 있다. 셀 챔버는 진공, 대기압 및 진공 초과의 압력 중 적어도 하나를 수행할 수 있는 플랜지에 의해 하부 챔버에 부착될 수 있다. 하부 챔버는 셀 챔버 및 반응 셀 챔버 중 적어도 하나로부터 밀봉될 수 있다. 셀 챔버와 반응 셀 챔버 사이에 가스가 침투할 수 있다. 가스 교환은 두 챔버의 압력 균형을 맞출 수 있다. 수소 및 아르곤과 같은 귀가스 중 적어도 하나와 같은 가스가 투과 또는 유동에 의해 셀 반응 챔버에 가스를 공급하기 위해 셀 챔버에 추가될 수 있다. 투과 및 유동은 아르곤-H2와 같은 원하는 가스에 대해 선택적일 수 있다. 은 금속 증기와 같은 금속 증기는 셀 반응 챔버에만 선택적으로 남아 있도록 불-투과성이거나 유동 제한될 수 있다. 금속 증기압은 금속 증기를 응축시키고 증기압을 원하는 수준으로 유지하는 온도에서 저장소(5c)를 유지함으로써 제어될 수 있다. 발전기는 셀이 가열되고 가스가 팽창함에 따라 초과 압력이 발생하지 않도록 대기압과 같은 작동 압력 미만의 아르곤-H2 가스 압력과 같은 가스 압력으로 시작될 수 있다. 가스 압력은 본 개시의 컴퓨터, 압력 센서, 밸브, 유량계 및 진공 펌프와 같은 제어기로 제어될 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응은 전도성 매트릭스로서 작용하는 은 증기에 의해 유지된다. 적어도 일부가 증기가 되고 저장소(5c)로부터 은을 직접 비등시키는 연속 주입 중 적어도 하나는 은 증기를 제공할 수 있다. 전극은 전자를 제거하고 하이드리노 반응을 개시하기 위해 반응에 높은 전류를 제공할 수 있다. 하이드리노 반응으로부터의 열은 은 금속 증기와 같은 금속 증기를 반응 셀 챔버에 제공하는 것을 도울 수 있다.
점화 전원은 커패시터 및 인덕터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 점화 회로는 변압기를 포함할 수 있다. 변압기가 고전류를 출력할 수 있다. 발전기는 PV 변환기로부터 DC 전력을 수용하고 AC를 출력하는 인버터를 포함할 수 있다. 발전기는 인버터에 입력될 수 있는 PV 변환기로부터의 전압 및 전류를 변경하기 위해 DC-DC 전압 및 전류 조절기를 포함할 수 있다. 변압기로의 AC 입력은 인버터에서 입력될 수 있다. 인버터는 약 1 내지 10,000 Hz 범위의 주파수와 같은 원하는 주파수로 작동할 수 있다. 실시예에서, PV 변환기(26a)는 인버터에 직접공급 될 수 있거나 인버터에 입력되기 전에 조절될 수 있는 DC 전력을 출력한다. 60Hz AC와 같은 역 전력은 전극에 직접 전력을 공급하거나 전류를 증가시키기 위해 변압기에 입력될 수 있다. 실시예에서, 전력 공급원(2)은 전극에 연속적인 DC 또는 AC 전류를 제공한다. 전극 및 전자기 펌프는 산화물과 같은 산소 공급원을 더 포함할 수 있는 용융된 은과 같은 주입된 용융물의 연속 점화를 지원할 수 있다. 흑체 방열기를 통한 투과에 의해 수소가 추가될 수 있다.
부하 추종(load following)은 본 개시에 의해 달성될 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4) 내지 PV 변환기(26a)는 반응 셀 챔버(5b31)로부터의 전력이 하향 조정될 때 그의 저장된 에너지를 매우 빠르게 방출할 수 있다. 실시예에서, 방열기는 반응 셀 챔버(5b31)로부터 방열기(5b4)로의 전력 흐름의 중단으로 유사한 광 중단 시간을 갖는 백열 필라멘트로서 거동한다. 다른 실시예에서, 부하에 대한 원치 않는 전력이 SiC 저항기와 같은 저항기와 같은 저항 요소 또는 본 개시의 다른 가열 요소로 소산되거나 덤프되는(dumped) 거의 일정한 작동 온도에 대응하는 거의 일정한 전력 흐름에서 방열기를 작동시킴으로써 전기 부하 추종이 달성될 수 있다.
실시예에서, 발전기는 피크 응집 부하(peak aggregate load)를 제어하기 위해 복수의 부하 중 부하를 지능적으로 활성화하고 비활성화하는 스마트 제어 시스템을 포함할 수 있다. 발전기는 신뢰성과 피크 전력을 제공하는 것 중 적어도 하나를 위해 갱킹(ganged)될 수 있는 복수의 발전기를 포함할 수 있다. 스마트 계량 및 제어 중 적어도 하나는 WiFi를 갖는 휴대 전화 또는 개인용 컴퓨터를 사용하는 것과 같은 원격 측정에 의해 달성될 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b4)로부터의 흑체 광은 무작위로 지향된다. 광은 방열기 흑체 방열기(5b4)와 PV 셀(15) 사이에서 반사, 흡수 및 재방출 중 적어도 하나일 수 있다. PV 셀은 원하는 PV 흡수 및 광-전기로의 변환을 달성하기 위해 최적으로 경사질 수 있다. PV 커버 유리의 반사율은 위치의 함수에 따라 변할 수 있다. 반사율의 변화는 공간적으로 가변적인 반사율의 PV 창으로 달성될 수 있다. 가변성은 코팅으로 달성될 수 있다. 예시적인 코팅은 MgF2-ZnS 반사 방지 코팅이다. PV 셀은 적어도 2개의 흑체 방열기(5b4)와 PV 셀 사이, 복수의 PV 셀 사이, 및 복수의 PV 셀와 흑체 방열기(5b4) 사이의 전력 흐름 상호 작용을 포함하는 원하는 PV 셀 흡수 및 재형성을 달성하기 위해 기하학적으로 배열될 수 있다. 실시예에서, PC 셀은 퍼커 측지 돔(puckered geodesic dome)과 같은 퍼커 표면과 같은 표면 각도의 함수로서 가변 반경을 갖는 표면에 배열될 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 PV 셀로 또는 그로부터의 방사선을 방향성 있게 방출, 흡수 및 반사 중 적어도 하나에 대해 서로에 대해 각도를 갖는 요소를 가질 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 흑체 방열기 표면에 요소 이미터 판을 포함하여 PV 방위에 일치하여 PV 셀로의 원하는 전력 전달을 달성할 수 있다. 흑체 방열기, 반사기 또는 흡수기 표면 중 적어도 하나는 방열기 및 PV 셀을 포함하는 PV 변환기로의 원하는 전력 흐름을 달성하도록 선택된 방사율, 반사율, 흡수 계수 및 표면적 중 적어도 하나를 가질 수 있다. 전력 흐름은 PV 셀와 흑체 방열기 사이의 방사 바운싱을 수반할 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)의 내부 대 외부 표면의 방사율 및 표면적 중 적어도 하나는 PV 셀로의 원하는 전력 흐름 대 반응 셀 챔버(5b31)로의 전력 흐름을 다시 달성하도록 선택된다.
실시예에서, UV 및 EUV 중 적어도 하나와 같은 고 에너지 광은 반응 셀 챔버(5b31)에서 H2O 및 H2 중 적어도 하나를 해리시켜 하이드리노 반응의 속도를 증가시킬 수 있다. 해리는 열분해 효과에 대한 대안일 수 있다.
다른 실시예에서, 발전기는 반응 셀 챔버(5b31)에서 높은 금속 증기압을 유지하도록 작동된다. 높은 금속 증기압은 하이드리노 반응으로부터 UV 및 EUV 방출을 흑체 방사선으로 변환하기 위해 광학적으로 두꺼운 플라즈마를 생성하는 것과, 하이드리노 반응이 반응 속도를 증가시키기 위한 전도성 매트릭스와 같은 반응물로서 작용하는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 하이드리노 반응은 물의 열분해에 의해지원되는 반응 셀 챔버 내에서 전파될 수 있다. 금속 증기 및 흑체 온도 중 적어도 하나는 물의 열분해를 지원하여 하이드리노 반응 속도를 증가시키기 위해 1000K 내지 10,000K의 범위와 같이 높을 수 있다. 하이드리노 반응은 기체 상 및 플라즈마 상 중 적어도 하나에서 일어날 수 있다. 금속은 전자기 펌프에 의해 주입되고, 점화 전류 및 하이드리노 반응으로부터의 열 중 적어도 하나에 의해 기화될 수 있다. 반응 조건, 전류 및 금속 주입 속도는 원하는 금속 증기압을 달성하도록 조정될 수 있다.
금속 증기의 금속 공급원의 비점 이상의 온도에서 발전기의 작동은 대기보다 더 큰 반응 셀 챔버 압력을 초래할 수 있다. 금속 증기압은 전자기(EM) 펌프에 의해 챔버에 공급되는 금속 증기의 양을 제어하는 것 및 셀 저장소와 같은 셀 구성요소의 온도를 제어하는 것 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31) 및 저장소(5c) 중 적어도 하나는 반응 셀 챔버의 한 구역으로부터 고온 증기의 대류 전류 흐름을 야기하기 위해 적어도 하나의 배플을 포함할 수 있으며, 여기서 증기는 하이드리노 반응이 저장소(5c)의 더 차가운 액체 금속 표면에 발생하는 구역에서와 같은 최고 온도를 가진다. 열 순환은 증기를 응축시킴으로써 은 증기압을 제어할 수 있으며, 증기압은 제어될 수 있는 액체 은 온도에 대한 수송속도 및 증기압 의존성 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다. 저장소는 액체 은 레벨을 유지하기에 충분히 깊을 수 있다. 저장소는 액체 은을 유지하기 위해 열교환기에 의해 냉각될 수 있다. 온도는 수냉과 같은 냉각을 사용하여 제어될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 저장소로부터 반응 셀 챔버로 연장되는 직선형 배플은 내부 열 흐름으로부터 외부 냉각 흐름을 분리할 수 있다. 다른 실시예에서, 원하는 금속 증기압이 달성될 때 펌핑을 정지시키도록 EM 펌프가 제어될 수 있다. 대안적으로, 셀 챔버(5b3 또는 5b3a1)의 압력은 챔버를 가로질러 원하는 허용 가능한 압력 구배가 존재하도록 반응 셀 챔버(5b31)의 압력과 매칭될 수 있다. 챔버 압력의 차이는 밸브, 조절기, 제어기 및 압력 센서에 의해 제어되는 가스 공급원으로부터 귀가스와 같은 가스를 셀 챔버에 추가함으로써 감소되거나 균등화되거나 평형화될 수 있다. 실시예에서, 셀 챔버(5b3 또는 5b3a1)와 반응 셀 챔버(5b31) 사이에 가스가 침투 가능하다. 금속 증기가 아닌 챔버 가스는 두 챔버의 압력을 이동시키고 평형화할 수 있다. 양 챔버는 귀가스와 같은 가스로 고압으로 가압될 수 있다. 압력은 금속 증기의 최고 작동 분압보다 더 높을 수 있다. 최고 금속 증기 분압은 최고작동 온도에 해당할 수 있다. 작동 동안, 금속 증기압은 압력이 평형화될 때까지 가스가 반응 셀 챔버(5b3)로부터 셀 챔버(5b3 또는 5b3a1)로 선택적으로 흐르도록 반응 셀 압력을 증가시킬 수 있다. 실시예에서, 두 챔버 사이의 가스 압력은 자동으로 평형화된다. 평형은 챔버들 사이의 가스의 선택적 이동성에 의해 달성될 수 있다. 실시예에서, 큰 압력 차이를 피할 수 있도록 압력의 이동이 회피된다.
셀 챔버 내의 압력은 반응 셀 챔버에서의 압력보다 더 높게 유지될 수 있다. 외부 셀 챔버 내의 더 큰 압력은 셀 구성요소 흑체 방열기(56b4)와 저장소(5c)를 기계적으로 유지하는 역할을 할 수 있다.
실시예에서, 금속 증기는 정상 상태 압력으로 유지되며 증기의 응축이 최소화된다. 전자기 펌프는 원하는 금속 증기압에서 정지될 수 있다. EM 펌프는 원하는 정상 상태 압력을 유지하기 위해 펌프로 간헐적으로 작동될 수 있다. 금속 증기압은 0.01 Torr 내지 200 atm, 0.1 Torr 내지 100 atm 및 1 Torr 내지 50 atm 중 적어도 하나의 범위에서 유지될 수 있다.
높은 하이드리노 전력을 달성하기 위한 실시예에서, 전극 전자기 펌핑 작용은 파형, 피크 전류, 피크 전압, 정전류 및 정전압과 같은 점화 전류 매개변수를 제어하도록 제어된다. 실시예에서, 파형은 원하는 전력 출력 및 효율을 최적화하는 임의의 원하는 것일 수 있다. 파형은 정전류, 정전압, 정전력, 톱니, 구형파, 정현파, 사다리꼴, 삼각형, 컷오프 램프 업, 램프 업 램프 다운 및 기타 당업계에 공지된 다른 파형일 수 있다. 파형이 약 제로 전압 또는 전류를 갖는 부분을 갖는 경우, 듀티 사이클은 약 1% 내지 99%의 범위일 수 있다. 주파수는 약 0.001 Hz 내지 1 MHz, 0.01 Hz 내지 100 kHz, 및 0.1 Hz 내지 10 kHz 중 적어도 하나의 범위에서와 같은 임의의 것이 바람직할 수 있다. 파형의 피크 전류는 약 10A 내지 1MA, 100A 내지 100kA 및 1kA 내지 20kA 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 전압은 저항과 전류의 곱에 의해 제공될 수 있다. 실시예에서, 전력원(2)은 점화 커패시터 뱅크(90)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 커패시터 뱅크와 같은 전력원(2)은 냉각될 수 있다. 냉각 시스템은 방열기와 같은 본 개시 중 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 전력원(2)은 최적의 전극 전압 및 전류를 제공하기 위해 상이한 수의 직렬 및 병렬 커패시터를 갖는 커패시터 뱅크를 포함한다. PV 변환기는 커패시터 뱅크를 원하는 최적 전압으로 충전하고 최적 전류를 유지할 수 있다. 점화 전압은 전극 양단의 저항을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 약 1000K 내지 3700K의 온도 범위에서와 같이 더 높은 온도에서 전극을 작동시킴으로써 전극 저항이 증가될 수 있다. 전극 온도는 점화 공정 및 전극 냉각을 제어함으로써 원하는 온도를 유지하도록 제어될 수 있다. 전압은 약 1V 내지 500V, 1V 내지 100V, 1V 내지 50V, 및 1V 내지 20V 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 전류는 약 10A 내지 100kA, 100A 내지 10kA 및 100A 내지 5kA 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전압은 150A 내지 250A의 일정한 전류에서 약 16V이다. 실시예에서, 하이드리노 반응으로 인한 전력은 더 높은 하이드리노 반응 속도로 인해 양극에서 더 높다. 더 높은 속도는 양극에 의해 반응 플라즈마로부터 전자를 더 효과적으로 제거하기 때문일 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 반응은 더 높은 인가 전극 전압에서 선호되는 전자의 제거에 의존한다. 전자의 제거는 또한 반응 플라즈마와 접촉하는 셀 성분을 접지시킴으로써 향상될 수 있다. 발전기는 추가적인 접지 또는 양으로 바이어스된 전극을 포함할 수 있다. 커패시터는 점화 커패시터 하우징(90)에 포함될 수 있다(도 112).
점화 전압은 예컨대, 약 1V 내지 100V, 1V 내지 50V 및 1V 내지 25V 중 적어도 하나의 범위에서 상승될 수 있다. 전류는 펄스 형이거나 연속적일 수 있다. 전류는 약 50A 내지 100kA, 100A 내지 10kA 및 300A 내지 5kA 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 기화된 용융물은 하이드리노 촉매 반응으로부터 전자를 제거하여 반응 속도를 증가시키는 전도성 경로를 제공할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 은 증기압은 예컨대, 약 2162℃ 내지 4000℃의 온도 범위에서의 기화로 인해 약 0.5 atm 내지 100 atm의 범위에서 상승된다.
실시예에서, SunCell®은 액체 전극을 포함할 수 있다. 전극은 액체 금속을 포함할 수있다. 액체 금속은 연료의 용융 금속을 포함할 수 있다. 주입 시스템은 서로 실질적으로 전기적으로 격리될 수 있는 2개 이상의 저장소(5c) 및 2개 이상의 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 복수의 분사 시스템 각각의 노즐(5q)은 복수의 용융 금속 스트림이 교차하도록 지향될 수 있다. 각각의 스트림은 교차하는 스트림에 전압 및 전류를 제공하기 위해 전기 공급원(2)의 단자에 연결될 수 있다. 전류는 하나의 노즐(5q)로부터 그의 용융 금속 스트림을 통해 다른 스트림 및 노즐(5q)로 흐르고 전기 공급원(2)의 대응 단자로 다시 흐를 수 있다. 셀은 용융된 금속의 복수의 저장소로의 복귀를 용이하게 하는 용융된 금속 회수 시스템을 포함한다. 실시예에서, 용융 금속 복귀 시스템은 용융 금속을 통한 점화 전류 및 분사 전류 중 적어도 하나의 단락을 최소화한다. 반응 셀 챔버(5b31)는 주입된 용융 금속의 복귀 흐름을 별도의 저장소(5c)로 향하게 하여 저장소를 연결하는 은을 통한 전기적 단락을 최소화하기 위해 은이 별도의 저장소(5c)에서 실질적으로 격리되게 하는 바닥을 포함할 수 있다. 전기 전도에 대한 저항은 대부분의 전류가 교차 스트림을 통해 흐르도록 교차 은을 통하는 것보다 저장소 사이의 은의 복귀 흐름을 통하는 것이 실질적으로 더 높을 수 있다. 셀은 세라믹과 같은 전기 절연체 또는 흑연과 같은 낮은 전도도의 내화 재료를 포함할 수 있는 저장소 전기 절연체 또는 분리기를 포함할 수 있다.
하이드리노 반응은 더 높은 하이드리노 생성을 늦추어 하이드리노 반응 속도를 억제할 수 있는 고농도의 전자 생성을 유발할 수 있다. 점화 전극(8)에서의 전류는 전자를 제거할 수 있다. 실시예에서, 고체 내화성 금속 전극과 같은 고체 전극은 양극에서 제거되는 전자의 선호로 인해 양극 전극 또는 애노드일 때 용융되기 쉬우며, 하이드리노 반응 속도 및 국소 가열을 유발한다. 실시예에서, 전극은 액체와 고체의 혼합 전극을 포함한다. 애노드는 액체 금속 전극을 포함할 수 있고, 캐소드는 W 전극과 같은 고체 전극을 포함할 수 있으며 그 반대일 수 있다. 액체 금속 애노드는 적어도 하나의 EM 펌프 및 노즐을 포함할 수 있으며, 여기서 액체 금속은 점화 전기 회로를 완성하기 위해 캐소드와 접촉하도록 주입된다.
실시예에서, 점화 전력은 하이드리노 반응이 전력 입력의 부재시에 전파될 때 종결된다. 하이드리노 반응은 물의 열분해에 의해 지지되는 반응 셀 챔버 내에서 전파될 수 있다. 점화 전력 독립 반응은 적합한 반응 조건하에서 자체 전파될 수 있다. 반응 조건은 고온 및 적합한 반응물 농도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하이드리노 반응 조건 및 전류 중 적어도 하나는 열분해를 달성하기 위해 전극의 적어도 일부에 대해 고온을 달성하도록 제어될 수 있다. 반응 온도 및 전극의 일부분의 온도 중 적어도 하나는 약 1000℃ 내지 20,000℃, 1000℃ 내지 15,000℃ 및 1000℃ 내지 10,000℃ 중 적어도 하나의 범위에서처럼 높을 수 있다. 적합한 반응 농도는 약 0.1 Torr 내지 10,000 Torr, 0.2 Torr 내지 1000 Torr, 0.5 Torr 내지 100 Torr 및 0.5 Torr 내지 10 Torr 중 적어도 하나의 범위의 수증기 압력을 포함할 수 있다. 적합한 반응 농도는 약 0.1 Torr 내지 10,000 Torr, 0.2 Torr 내지 1000 Torr, 0.5 Torr 내지 100 Torr 및 0.5 Torr 내지 10 Torr 중 적어도 하나의 범위의 수소 압력을 포함할 수 있다. 적합한 반응 농도는 약 1 Torr 내지 100,000 Torr, 10 Torr 내지 10,000 Torr 및 1 Torr 내지 760 Torr 중 적어도 하나의 범위의 금속 증기압을 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버는 하이드리노 반응 속도를 최적화하는 금속 증기압을 유지하는 온도로 유지될 수 있다.
실시예에서, 용융 Ag 및 AgCu 합금과 같은 용융 금속에 화합물이 추가되어 그의 용융점 및 점도 중 적어도 하나를 낮출 수 있다. 화합물은 붕사와 같은 유동화제를 포함할 수 있다. 실시예에서, 본 개시의 것과 같은 고체 연료가 용융 금속에 첨가될 수 있다. 실시예에서, 용융 은, 구리 또는 AgCu 합금과 같은 용융 금속은 붕사 탈수제, 5수화물 및 탈수화물과 같이 다양한 정도로 수화될 수 있는 붕사와 같이 수화될 수 있는 유동화제와 같은 용융물에 물을 결합 또는 분산시키는 물질의 조성물을 포함한다. 용융물은 펌프 튜브의 내부로부터 산화물을 제거하기 위한 유동화제를 포함할 수 있다. 제거는 전자기 펌프 버스 바(5k2)의 영역에서 용융 금속과 펌프 튜브(5k6) 사이의 양호한 전기적 접촉을 유지할 수 있다.
실시예에서, 산소 공급원을 포함하는 화합물은 용융 은, 구리 또는 AgCu 합금과 같은 용융 금속에 첨가될 수 있다. 실시예에서, 금속 용융물은 원뿔 저장소 및 원뿔 또는 돔과 같은 셀 구성요소에 부착되지 않는 금속을 포함한다. 금속은 AgCu(28wt %)와 같은 Ag-Cu 또는 Ag-Cu-Ni 합금과 같은 합금을 포함할 수 있다. 화합물은 저장소(5c) 및 전자기 펌프의 작동 온도에서 용융되어 금속 중 하나 이상이 용해되고 혼합되도록 용융될 수 있다. 화합물은 용융점 미만의 온도에서 용융 금속에 용해 및 혼합 중 적어도 하나일 수 있다. 산소 공급원을 포함하는 예시적인 화합물은 금속 산화물과 같은 산화물 또는 13, 14, 15, 16 또는 17족 산화물을 포함한다. 금속 산화물의 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 그룹의 것과 같은 낮은 물 반응성을 갖는 금속 중 적어도 하나이다. 대응하는 산화물은 수소와 열역학적으로 유리하게 반응하여 HOH 촉매를 형성할 수 있다. 예시적인 금속 산화물 및 이에 대응하는 융점은 나트륨 테트라보레이트 십수화물(MP = 743℃, 무수물), CuO(MP = 1326℃), NiO(MP = 1955℃), PbO(MP = 888℃), Sb2O3(MP = 656℃), Bi2O3(MP = 817℃), Co2O3(MP = 1900℃), CdO(MP = 900-1000℃), GeO2(MP = 1115℃), Fe2O3(MP = 1539-1565℃), MoO3(MP = 795℃), TeO2(MP = 732℃), SnO2(MP = 1630℃), WO3(MP = 1473℃), WO2(MP = 1700℃) ), ZnO(MP = 1975℃), TiO2(MP = 1843℃), Al2O3(MP = 2072℃), 알칼리 토류 산화물, 희토류 산화물, 전이 금속 산화물, 내부 전이 금속 산화물, Li2O(MP = 1438℃)와 같은 알칼리 산화물, Na2O(MP = 1132℃), K2O(MP = 740℃), Rb2O (MP => 500℃), Cs2O(MP = 490℃), B2O3(MP = 450℃)와 같은 붕소 산화물, V2O5(MP = 690℃), VO(MP = 1789)℃), Nb2O5(MP = 1512℃), NbO2(MP = 1915℃), SiO2(MP = 1713℃), Ga2O3(MP = 1900℃), In2O5(MP = 1910℃), Li2WO4(MP = 740℃), Li2B4O7(MP = 917℃), Na2MoO4(MP = 687℃), LiVO3(MP = 605℃), Li2VO3, Mn2O5(MP = 1567℃) 및 Ag2WO4(MP = 620℃)이다. 추가의 예시적인 산화물은 Li2O 및 Na2O와 같은 알칼리 산화물 및 Al2O3, B2O3, 및 VO2 중 적어도 2종을 포함하는 혼합물과 같은 산화물의 혼합물을 포함한다. 혼합물은 더 바람직한 물리적 특성, 예컨대 더 낮은 융점 또는 더 높은 비점을 초래할 수 있다. 산화물은 건조될 수 있다. Bi2O3 또는 Li2WO4와 같은 산소 공급원의 예시적인 실시예에서, 산소 공급원의 수소 환원 반응은 열역학적으로 선호되고, 산소 공급원을 형성하기 위한 물과 환원 생성물의 반응이 적열 조건에서와 같은 반응 조건에서 발생할 수 있다. 예시 적인 실시예에서, 적열에서 비스무트는 물과 반응하여 3산화물 비스무트(III) 옥사이드(2Bi(s) + 3H2O(g) → Bi2O3(s) + 3H2(g))를 형성한다. 실시예에서, 산화물은 기상 또는 플라즈마로 기화된다. 반응 셀 챔버(5b31)에서 산화물의 몰은 증기압을 제한할 수 있다. 실시예에서, HOH 촉매를 형성하기 위한 산소 공급원은 다중 산화물을 포함할 수 있다. 복수의 산화물 각각은 특정 온도 범위 내에서 HOH 촉매의 공급원으로 작용하기 위해 휘발성일 수 있다. 예를 들어, LiVO3는 제 2 산화물과 같은 제 2 산소 공급원의 융점 초과 및 제 1 융점 미만의 주 산소 공급원으로서 작용할 수 있다. 제 2 산화물은 그 융점보다 높은 온도에서 산소 공급원으로서 작용할 수 있다. 예시적인 제 2 산화물은 Al2O3, ZrO, MgO, 알칼리 토금속 산화물 및 희토류 산화물이다. 산화물은 작동 온도, 예컨대 3000K에서 본질적으로 모두가 기체일 수 있다. 압력은 반응 셀 챔버(5b31)에 첨가된 몰에 의해 조정될 수 있다. 산화물과 은 증기압의 비는 하이드리노 반응 조건 및 속도를 최적화하도록 조정될 수 있다.
실시예에서, 산소 공급원은 무기 화합물, 예컨대 H2O, CO, CO2, N2O, NO, NO2, N2O3, N2O4, N2O5, SO, SO2, SO3, PO, PO2, P2O3, P2O5.중 적어도 하나를 포함할 수 있다. CO2 및 CO 중 적어도 하나와 같은 산소 공급원은 실온에서 가스일 수 있다. 가스와 같은 산소 공급원은 외부 압력 용기 챔버(5b31a)에 있을 수 있다. 산소 공급원은 가스를 포함할 수 있다. 가스는 외부 압력 용기 챔버(5b31a)로부터 반응 셀 챔버(5b31)로 확산 또는 투과될 수 있고 반응 셀 챔버(5b31)로부터 외부 압력 용기 챔버(5b31a)로 확산 또는 투과될 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31) 내부의 산소 공급원 가스 농도는 외부 압력 용기 챔버(5b31a)에서의 압력을 제어함으로써 제어될 수 있다. 산소 공급원 가스는 공급 라인에 의해 반응 셀 챔버 내부에 가스로서 반응 셀 챔버에 첨가될 수 있다. 공급 라인은 저장소의 바닥에 있는 EM 펌프 튜브와 같은 저온 지역에 들어갈 수 있다. 산소 공급원 가스는 동결된 CO2, 카보네이트 또는 탄산과 같은 고체 또는 액체의 분해 또는 기화에 의해 공급될 수 있다. 외부 압력 용기 챔버(5b31a) 및 반응 셀 챔버(5b31) 중 적어도 하나의 압력은 본 개시의 것과 같은 압력 게이지로 측정될 수 있다. 가스 압력은 제어기 및 가스 공급원으로 제어될 수 있다.
반응 셀 챔버(5b31) 가스는 흑체 방열기(5b4)를 투과하거나 EM 펌프 튜브 또는 다른 입구를 통해 공급될 수 있는 H2를 더 포함할 수 있다. CO2, CO 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 다른 가스는 EM 펌프 튜브와 같은 입구를 통한 투과 및 흐름 중 적어도 하나에 의해 공급될 수 있다. H2O는 수증기 및 기체 상태 물 또는 증기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)에 공급하기 위해 탄소 흑체 방열기(5b4)와 같은 흑체 방열기를 투과하는 외부 챔버의 가스는 H2, H2O, CO 및 CO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 가스는 외부 압력 용기 챔버(5b31a)로부터 반응 셀 챔버(5b31)로 확산 또는 투과될 수 있고 반응 셀 챔버(5b31)로부터 외부 압력 용기 챔버(5b31a)로 확산 또는 투과될 수 있다. 외부 챔버 내의 대응하는 가스 압력을 제어하는 것은 각각의 가스의 반응 셀 챔버(5b31) 농도를 제어할 수 있다. 각각의 가스의 반응 셀 챔버(5b31) 압력 또는 농도는 대응하는 센서로 감지될 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)에서 CO, CO2 및 H2의 존재는 탄소 반응 셀 챔버와 같은 탄소로 구성된 임의의 셀 성분과 H2O의 반응을 억제할 수 있다. 실시예에서, H2(1/4)와 같은 H2O의 하이드리노로의 반응의 산소 생성물은 하이드리노 반응에 유리할 수 있다. 산소 생성물과 셀 성분의 산화 부반응은 수소의 존재에 의해 억제될 수 있다. 작동 중에 형성될 수 있는 용융 금속의 코팅은 또한 셀 성분을 H2O 및 산소 중 적어도 하나와의 반응으로부터 보호할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버의 내벽과 같은 벽은 반응 셀 챔버의 경우 열분해 흑연과 같은 코팅으로 코팅될 수 있으며, 여기서 코팅은 원하는 가스에 대해 선택적인 투과성이다. 예시적인 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 탄소를 포함하고 반응 셀 챔버(5b31)의 내벽은 O2, CO, CO2 및 H2O 중 적어도 하나에 대해 불투과성인 H2에 투과성인 열분해 흑연을 포함한다. 내벽은 O2 및 H2O와 같은 산화 종과 벽 반응을 방지하기 위해 은과 같은 용융 금속으로 코팅될 수 있다.
산소 공급원은 옥시음이온을 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 화합물은 금속을 포함할 수 있다. 화합물은 산화물, 수산화물, 탄산염, 탄산 수소염, 황산염, 황산 수소염, 인산염, 인산 수소염, 인산 이수소염, 질산염, 아질산염, 과망간산염, 염소산염, 과염소산염, 아염소산염, 과염소산염, 차아염소산염, 브롬산염, 과브롬산염, 브로마이트, 퍼브로마이트, 요오드산염, 과요오드산염, 요오다이스, 페이오다이트, 크로메이트, 디크로메이트, 텔루레이트, 셀레나에이트, 비산 염, 규산염, 붕산염, 코발트 산화물, 텔루륨 산화물, 및 할로겐, P, B, Si, N, As, S, Te, Sb, C, S, P, Mn, Cr, Co 및 Te의 것과 같은 다른 옥시음이온의 것으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 금속은 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이, 또는 희토류, Al, Ga, In Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Se 및 Te 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 산소 공급원은 MNO3, MClO4, MOx, MxO 및 MxOy 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 M은 전이 금속, 내부 전이 금속, 희토류 금속, Sn, Ga, In, 납, 게르마늄, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 같은 금속이고 x 및 y는 정수이다. 산소 공급원은 SO2, SO3, S2O5Cl2, F5SOF, M2S2O8, SOCl2, SOF2, SO2F2 또는 SOBr2와 같은 SOxXy, XxX'yOz(여기서 X 및 X'는 ClO2F, ClO2F2, ClOF3, ClO3F 및 ClO2F3와 같은 할로겐), 텔루륨 산화물(예컨대, TeO2 또는 TeO3와 같은 TeOx), Te(OH)6, SeOx(예컨대, SeO2 또는 SeO3), 셀레늄 산화물(예컨대, SeO2, SeO3, SeOBr2, SeOCl2, SeOF2 또는 SeO2F2), P2O5, POxXy(여기서 X는 POBr3, POI3, POCl3 또는 POF3와 같은 할로겐), As2O3 또는 As2O5와 같은 비소 산화물, Sb2O3, Sb2O4 또는 Sb2O5와 같은 안티몬 산화물, SbOCl, Sb2(SO4)3, 비스무트 산화물, BiAsO4와 같은 다른 비스무트 화합물, Bi(OH)3, Bi2O3, BiOBr, BiOCl, BiOI, Bi2O4, 금속 산화물 또는 수산화물(예컨대, Y2O3, GeO, FeO, Fe2O3 또는 NbO), 또는 NiO, Ni2O3, SnO, SnO2, Ag2O, AgO, Ga2O, As2O3, SeO2, TeO2, In(OH)3, Sn(OH)2, In(OH)3, Ga(OH)3 또는 Bi(OH)3, CO2, CO, 과망간산염(예컨대, KMnO4 및 NaMnO4), P2O5, 질산염(예컨대, LiNO3, NaNO3 및 KNO3), 전이 금속 산화물 또는 수산화물(적어도 하나의 O 및 OH를 갖는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn), FeOOH와 같은 옥시수산화물, 제 2 또는 제 3 전이 시리즈 산화물 또는 수산화물(Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ag, Cd, Hf, Ta, W, Os), PdO 또는 PtO와 같은 귀금속 산화물, Na2TeO4 또는 Na2TeO3와 같은 금속 및 옥시음이온, CoO, 산소기 및 F2O, Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, ClOF3, ClO2F, ClO2F3, ClO3F, I2O5와 같은 상이한 할로겐 원자로부터의 적어도 2 개의 원자를 함유하는 화합물, 환원시 금속을 형성할 수 있는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산소 공급원은 적어도 하나의 O2, N2O 및 NO2와 같은 산소를 포함하는 가스를 포함할 수 있다.
실시예에서, 용융물은 적어도 하나의 첨가제를 포함한다. 첨가제는 산소 공급원 및 수소 공급원 중 하나를 포함할 수 있다. 산소 공급원 및 수소 공급원 중 적어도 하나는 다음 그룹 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
H2, NH3, MNH2, M2NH, MOH, MAlH4, M3AlH6 및 MBH4, MH, MNO3, MNO, MNO2, M2NH, MNH2, NH3, MBH4, MAlH4, M3AlH6, MHS, M2CO3, MHCO3, M2SO3, M4SO4, MHSO4, MHSO4 , MH2PO4, M2MoO4, M2MoO3, MNbO3, M2B4O7, MBO2, M2WO4, M2CrO4, M2Cr2O7, M2TiO3, MZrO3, MAlO2, M2Al2O2, MCoO2, MGaO3 M2 M3G3 , MOCl, MClO2, MClO3, MClO4, MClO4, MScO3, MScOn, MTiOn, MVOn, MCrOn, MCr2On, MMn2On, MFeOn, MxCoOn (x는 정수 또는 분수임), MNiOn, MNi2On, MCuOn, MZnOn, 여기서 n = 1, 2, 3 또는 4이고, M은 알칼리 금속, Mg3(BO3)2 및 M2S2O8과 같은 금속임;
혼합된 금속 산화물 또는 LiCoO2, LiFePO4, LiNixMnyCozO2, LiMn2O4, LiFeO2, Li2MnO3, Li2MnO4,LiNiO2, LiFeO2, LiTaO3, LiVO3,Li2VO3, Li2NbO3, Li2SeO3, Li2SeO4, Li2TeO3, Li2TeO4, Li2WO4, Li2CrO4, Li2Cr2O7, Li2HfO3,Li2MoO3 or Li2MoO4, Li2TiO3, Li2ZrO3, 및 LiAlO2의 그룹 중 적어도 하나와 같은 리튬 이온 배터리 층간 화합물과 같은 층간 산화물;
테트라보레이트 나트륨(MP = 743℃, 무수물), K2SO4(MP = 1069℃), Na2CO3(MP = 851℃), K2CO3(MP = 891℃), KOH(MP = 360℃), MgO(MP = 2852℃), CaO(MP = 2613℃), SrO(MP = 2531℃), BaO(MP = 1923℃), CaCO3(MP = 1339℃)와 같은 유동화제;
CO, CO2, SO2, SO3, S2O5Cl2, F5SOF, SOCl2와 같은 SOxXy, SOF2, SO2F2, SOBr2, PO2, P2O3, P2O5, POBr3, POI3, POCl3 또는 POF3와 같은 POxXy, I2O5, Re2O7, I2O4, I2O5, I2O9, SO2, CO, CO2, N2O, NO, NO2, N2O3, N2O4, N2O5, Cl2O, ClO2, Cl2O3, Cl2O6, Cl2O7, NH4X(여기서 X는 NO3-, NO2-, SO42-, HSO4-, CoO2-, IO3-, IO4-, TiO3-, CrO4-, FeO2-, PO43-, HPO42-, H2PO4-, VO3-, ClO4- 및 Cr2O72를 포함하는 그룹 중 하나와 같은 당업자에게 공지된 질산염 또는 다른 적합한 음이온임)과 같은 가스를 포함할 수 있는 분자 산화제;
NO3-, NO2-, SO42-, HSO4-, CoO2-, IO3-, IO4-, TiO3-, CrO4-, FeO2-, PO43-, HPO42-, H2PO4-, VO3-, ClO4- 및 Cr2O72-의 그룹 중 하나와 같은 옥시음이온;
강산의 옥시음이온, 산화제, 분자 산화제, 예컨대 V2O3, I2O5, MnO2, Re2O7, CrO3, RuO2, AgO, PdO, PdO2, PtO, PtO2 및 NH4X(여기서 X는 질산염이거나 당업자에게 공지된 다른 적합한 음이온)의 그룹 중 하나;
Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl 및 W 그룹 중 하나와 같은 수산화물; MOH, MOH, M'(OH2)(여기서 M은 알칼리 금속이고 M'은 알칼리 토금속), 전이 금속 수산화물, Co(OH)2, Zn(OH)2, Ni(OH)2, 기타 전이 금속 수산화물, 희토류 수산화물, Al(OH)3, Cd(OH)2, Sn(OH)2, Pb(OH), In(OH)3, Ga(OH)3, Bi(OH)3,
Figure pct00105
,
Figure pct00106
,
Figure pct00107
,
Figure pct00108
,
Figure pct00109
,
Figure pct00110
및
Figure pct00111
를 포함하는 화합물, Li2Zn(OH)4, Na2Zn(OH)4, Li2Sn(OH)4, Na2Sn(OH)4, Li2Pb(OH)4, Na2Pb(OH)4, LiSb(OH)4, NaSb(OH)4, LiAl(OH)4, NaAl(OH)4, LiCr(OH)4, NaCr(OH)4, Li2Sn(OH)6 및 Na2Sn(OH)6와 같은 복합 이온 수산화물;
H2SO3, H2SO4, H3PO3, H3PO4, HClO4, HNO3, HNO, HNO2, H2CO3, H2MoO4, HNbO3, H2B4O7, HBO2, H2WO4, H2CrO4, H2Cr2O7, H2TiO3, HZrO3, MAlO2, HMn2O4, HIO3, HIO4, HClO4와 같은 산, 또는 SO2, SO3, CO, CO2, NO2, N2O3, N2O5, Cl207, PO2, P2O3 및 P2O5의 그룹 중 적어도 하나와 같은 무수 산과 같은 산의 공급원;
MHSO4, MHCO3, M2HPO4 및 MH2PO4(여기서 M은 알칼리 금속과 같은 금속임)의 그룹 중 하나와 같은 고체 산;
WO2(OH), WO2(OH)2, VO(OH), VO(OH)2, VO(OH)3, V2O2(OH)2, V2O2(OH)4, V2O2(OH)6, V2O3(OH)2, V2O3(OH)4, V2O4(OH)2, FeO(OH), (α-MnO(OH) 그라우타이트 및 γ-MnO(OH) 망가나이트), MnO(OH), MnO(OH)2, Mn2O3(OH), Mn2O2(OH)3, Mn2O(OH)5, MnO3(OH), MnO2(OH)3, MnO(OH)5, Mn2O2(OH)2, Mn2O6(OH)2, Mn2O4(OH)6, NiO(OH), TiO(OH), TiO(OH)2, Ti2O3(OH), Ti2O3(OH)2, Ti2O2(OH)3, Ti2O2(OH)4 및 NiO(OH), 브레이스웰라이트(CrO(OH)), 디아스포어(AlO(OH)), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), 침철석(α-Fe3 + O(OH)), 그라우타이트(Mn3 + O( OH)), 가이아나나이트(CrO(OH)), 몬트로사이트((V, Fe)O(OH)), CoO(OH), NiO(OH), Ni1/2Co1/2O(OH) 및 Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH), RhO(OH), InO(OH), 썸갈라이트(GaO(OH)), 망가나이트(Mn3 + O(OH)), 이트로텅스타이트-(Y)YW2O6(OH)3,이트로텅스타이트-(Ce)((Ce, Nd, Y)W2O6(OH) 3), 명명되지 않은(이트로텅스타이트-(Ce)의 Nd-유사체)((Nd, Ce, La)W2O6(OH)3), 프랭크하스르네이트(Chu2[(OH)2)[TeO4]), 키나이트(Pb2+Cu
Figure pct00112
(TeO6)(OH)2), 파라키나이트(Pb2+Cu
Figure pct00113
TeO6(OH)2) 및 MxOyHz(여기서 x, y 및 z는 정수이고, M은 전이, 내부 전이와 같은 금속 또는 금속 옥시수산화물과 같은 희토류 금속임)의 그룹 중 하나와 같은 옥시수산화물;
옥시음이온 화합물, 알루미네이트, 텅스테이트, 지르코네이트, 티타네이트, 설페이트, 포스페이트, 카보네이트, 질산염, 크로메이트 및 망간산염, 산화물, 아질산염, 붕산염, B2O3와 같은 붕소 산화물, 금속 산화물, 비금속 산화물, 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속의 산화물, 및 Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Te, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge 및 B, 및 산화물 또는 옥시음이온을 형성하는 다른 원소, 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속의 그룹으로부터 적어도 하나의 양이온을 포함하는 산화물, 및 Al, Ga, In, Sn 및 Pb 양이온, 금속 산화물 음이온 및 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속 양이온과 같은 양이온, 및 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 다른 금속 및 메탈로이드, 예컨대 M2M'2xO3x + 1 또는 M2M'2xO4(M = 알칼리 토류, M'= Fe 또는 Ni 또는 Mn과 같은 전이 금속, x = 정수) 및 M2M'2xO3x + 1 또는 M2M'2xO4(M = 알칼리, M'= Fe 또는 Ni 또는 Mn과 같은 전이 금속, x = 정수), M2O 및 MO(여기서 M이 Li2O, Na2O 및 K2O와 같은 알칼리 금속과 같은 금속), 및 MgO, CaO, SrO 및 BaO와 같은 알칼리 토금속, MCoO2(여기서 M은 알칼리 금속과 같은 금속), CoO2, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, PbO2, Ag2O2, AgO, RuO2, 은 및 산소를 포함하는 화합물, NiO 및 CoO와 같은 전이 금속의 산화물, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl 및 W 전이 금속 및 SnO와 같은 Sn의 것들, Li2O, Na2O 및 K2O와 같은 알칼리 금속의 것들, 및 MgO, CaO, SrO 및 BaO와 같은 알칼리 금속, MoO2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, Ni2O3, FeO, Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VO2, V2O3, V2O5, B2O3, NbO, NbO, NbO, NbO, NbO, NbO Nb2O5, SeO2, SeO3, TeO2, TeO3, WO2, WO3, Cr3O4, Cr2O3, CrO2, CrO3, MnO, Mn2O7, HfO2, Co2O3, CoO, Co3O4, PdO, PtO2, BaZrO3, Ce2O3, Ba2r3, Ba2r3, Li2O3, Li2O3 BaSi2O5, Ba(BO2)2, Ba(PO3)2, BaSiO3, BaMoO4, Ba(NbO3)2, BaTiO3, BaTi2O5, BaWO4, CoMoO4, Co2SiO4, CoSO4, CoTiO3, CoWO4, Co2TiO4, Nb2O5, Li2Mo3, Li2Mo3 Li3PO4, Li2SO4, LiTaO3, Li2B4O7, Li2TiO3, Li2WO4, LiVO3, Li2VO3, Li2ZrO3, LiFeO2, LiMnO4, LiMn2O4, LiGaO2, Li2GeO3, LiGaO2;
붕사 또는 나트륨 테트라보레이트 6수화물과 같은 본 개시의 하나와 같은 수화물;
H2O2, M2O2와 같은 과산화물(여기서 M은 Li2O2, Na2O2, K2O2와 같은 알칼리 금속), Ca, Sr 또는 Ba 과산화물과 같은 알칼리 토류 과산화물과 같은 다른 이온성 과산화물,) 란타나이드와 같은 다른 전기양성 금속의 것들, 및 Zn, Cd 및 Hg와 같은 공유 금속 과산화물;
NaO2, KO2, RbO2 및 CsO2와 같은, M이 알칼리 금속인 알칼리 MO2와 같은 과산화물, 및 알칼리 토금속 과산화물;
O2, O3,
Figure pct00114
,
Figure pct00115
, O, O+, H2O, H3O+, OH, OH+, OH-, HOOH, OOH-, O-, O2-,
Figure pct00116
,및
Figure pct00117
중 적어도 하나와 같은 산소 종, 및 H2, H, H +, H2O, H3O+, OH, OH+, OH-, HOOH 및 OOH- 중 적어도 하나와 같은 H 종 중 적어도 하나를 포함하는 화합물;
Mo, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Ta, V, B, Nb, Se, Te, W, Cr, Mn, Hf, Co 및 Mg의 그룹으로부터의 하나와 같은 원소, 금속, 합금 또는 혼합물을 포함하는 수화 반응을 겪을 수 있는 무수물 또는 산화물, Li2MoO3, Li2MoO4, Li2TiO3, Li2ZrO3, Li2SiO3, LiAlO2, LiNiO2, LiFeO2, LiTaO3, LiVO3, Li2VO3, Li2B4O7, Li2NbO3, Li2SeO3, Li2SeO4, Li2TeO3, Li2TeO4, Li2WO4, Li2CrO4, Li2Cr2O7, Li2MnO4, Li2HfO3, LiCoO2, and MO(여기서 M은 MgO, As2O3, As2O5, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, Bi2O3, SO2, SO3, CO, CO2, NO2, N2O3, N2O5, Cl2O7, PO2, P2O3 및 P2O5와 같은 알칼리 토금속과 같은 금속);
R-Ni, La2Co1Ni9H6, La2Co1Ni9H6, ZrCr2H3.8, LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75, ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2의 그룹으로부터의 하나와 같은 수소화물, 및 MmNi3.5Co0.7Al0.8과 같은 MmNi5(Mm = 미시 금속)로부터 선택된 것과 같은 수소를 저장할 수 있는 다른 합금, AB5(LaCePrNdNiCoMnAl) 또는 AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn) 유형(여기서 "ABx" 지정은 B 유형 요소(VNiCrCoMnAlSn)의 비율에 대한 A 유형 요소(LaCePrNd 또는 TiZr)의 비율을 지칭함), AB5-유형, MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm = 미시 금속: 25 wt% La, 50 wt% Ce, 7 wt% Pr, 18 wt% Nd), La1-yRyNi5-xMx, AB2-유형: Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12 합금, 마그네슘계 합금, Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1 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, AB 화합물, TiFe, TiCo, 및 TiNi, ABn 화합물(n = 5, 2, or 1), AB3-4 화합물, ABx(A = La, Ce, Mn, Mg; B = Ni, Mn, Co, Al), ZrFe2, Zr0.5Cs0.5Fe2, Zr0.8Sc0.2Fe2, YNi5, LaNi5, LaNi4.5Co0.5, (Ce, La, Nd, Pr)Ni5, 미시금속-니켈 합금, Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5, La2Co1Ni9, FeNi, TiMn2, TiFeH2, LiNH2, Li2NH, 또는 Li3N와 같은 M-N-H 계열의 종, 알루미노 하이드라이드와 같은 보로하이드라이드 또는 알루미늄과 같은 붕소를 더 포함하는 알칼리 금속 수소화물, MgH2와 같은 알칼리 토금속 수소화물, BaReH9, LaNi5H6, FeTiH1.7, 및 MgNiH4와 같은 금속 합금 수소화물, Be(BH4)2, Mg(BH4)2, Ca(BH4)2, Zn(BH4)2, Sc(BH4)3, Ti(BH4)3, Mn(BH4)2, Zr(BH4)4, NaBH4, LiBH4, KBH4 및 Al(BH4)3와 같은 금속 붕소수소화물, AlH3, NaAlH4, Na3AlH6, LiAlH4, Li3AlH6, LiH, LaNi5H6, La2Co1Ni9H6, and TiFeH2, NH3BH3, 알칼리 금속(Na, K, Rb, Cs)를 포함하는 수소화물 금속 또는 반-금속, 알칼리 토금속(Mg, Ca, Ba, Sr), B, Al, Ga, Sb과 같은 IIIA 족의 원소, C, Si, Ge, Sn과 같은 IVA 족의 원소 및 N, P, As와 같은 VA 족의 원소, 전이 금속 합금 및 금속간 화합물 ABn(여기서, A는 안정한 수소화물을 형성할 수 있는 적어도 하나의 원소(들)를 나타내고 B는 불안정한 수소화물을 형성하는 원소), 표 2에 주어진 금속간 화합물, 부위 A 및/또는 부위 B의 일부가 LaNi5를 나타내는 M과 같은 다른 원소로 치환된 금속간 화합물, LaNi5-xAx로 표시될 수 있는 금속간 합금(여기서 A는 예를 들어 Al, Cu, Fe, Mn 및/또는 Co이고 La는 30% 내지 70%의 세륨, 네오디뮴 및 동일한 계열의 매우 소량의 원소를 함유하고 나머지가 란탄인 희토류 금속의 혼합물인 미시금속으로 대체 될 수 있음), MMgH3(M = 알칼리 금속)과 같은 혼합 수소화물을 형성하는 Li3Mg, K3Mg, Na3Mg와 같은 합금, 폴리아미노보란, 아민 보란과 같은 아민 보란 착물, 붕소 수소화 암모늄, 히드라진-보란 착물, 디보란 디아모 네이트, 보라 진, 및 암모늄 옥타하이드로트리보레이트 또는 테트라하이드로보레이트, 이미다졸륨 이온성 액체(예컨대, 알킬(아릴)-3- 메틸이미다졸륨 N- 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미데이트 염), 포스포늄 보레이트, 및 카보나이트 물질.
추가의 예시적인 화합물은 암모니아 보란, 리튬 암모니아 보란과 같은 알칼리 암모니아 보란, 및 보란 디메틸아민 착물과 같은 보란 알킬 아민 착물, 보란 트리메틸 아민 착물, 및 아미노 보란과 아미노디보란과 같은 보란 아민, n-디메틸아미노디보란, 트리스(디메틸아미노)보란, 디-n-부틸보론아민, 디메틸아미노보란, 트리메틸아미노보란, 암모니아-트리메틸보란 및 트리에틸아미노보란이다. 추가로 적합한 수소 저장 재료는 카바졸과 같은 흡수된 수소 및 9-(2-에틸헥실)카바졸, 9-에틸카바졸, 9-페닐카바졸, 9-메틸카바졸 및 4,4'-비스(N-카바졸릴)-1,1'-비페닐를과 같은 유도체 갖는 유기 액체;
수소화물을 형성하는 원소와 조합
A B n ABn
Mg, Zr Ni, Fe, Co 1/2 Mg2Ni, Mg2Co, Zr2Fe
Ti, Zr Ni, Fe 1 TiNi, TiFe, ZrNi
La, Zr, Ti, Y, Ln V, Cr, Mn, Fe, Ni 2 LaNi2, YNi2, YMn2, ZrCr2, ZrMn2, ZrV2, TiMn2
La, Ln, Y, Mg Ni, Co 3 LnCo3, YNi3, LaMg2Ni9
La, 희토류 Ni, Cu, Co, Pt 5 LaNi5, LaCo5, LaCu5, LaPt5
수소 투과성 막, 예컨대 Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Fe(H2) 또는 Nb(H2);다른 금속이 본 개시의 금속을 대체할 수 있는 본 개시의 하나와 같은 산소 및 수소 중 적어도 하나를 포함하는 화합물이며, M은 또한 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 또는 희토류 양이온과 같은 다른 양이온일 수 있거나, Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi 및 Te와 같은 13 내지 16 족 양이온이고, 금속은 은 및 구리 중 적어도 하나와 같은 용융 금속 중 하나일 수 있고,당업자에게 공지된 것과 같은 수소 및 산소 중 적어도 하나의 다른 그러한 공급원이다. 실시예에서, 하이드리노 반응에 의해 방출된 에너지 및 전극을 가로 질러 인가되는 전압 중 적어도 하나는 산소 공급원의 산소 결합을 차단하여 산소를 방출하기에 충분하다. 전압은 약 0.1V 내지 30V, 0.5V 내지 4V 및 0.5V 내지 2V 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 실시예에서, 산소 공급원은 물과 같은 수소 환원 생성물 및 더 적은 산소를 포함하는 산소 공급원보다 더 안정적이다. 수소 환원 생성물은 물과 반응하여 산소 공급원을 형성할 수 있다. 환원된 산소 공급원은 물 및 산소 중 적어도 하나와 반응하여 반응 셀 챔버(5b31)에서 이들 산화제의 저농도를 유지시킬 수 있다. 환원된 산소 공급원은 돔(5b4)을 유지할 수 있다. W 돔 및 Na2O와 같은 매우 안정한 산화물을 포함하는 예시적인 실시예에서, 환원된 산소 공급원은 반응 금속 챔버로부터 이들 가스를 제거하기 위해 H2O 및 O2와 반응하는 Na 금속 증기이다. Na는 또한 부식을 방지하기 위해 돔의 W 산화물을 W로 환원시킬 수 있다.
용융된 은과 같은 용융물에 용해되거나 혼합될 수 있는 적합한 융점 및 비등점을 갖는 것과 같은 예시적인 산소 공급원은 다음 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이다: NaReO4, NaOH, NaBrO3, B2O3, PtO2, MnO2, Na5P3O10, NaVO3, Sb2O3, Na2MoO4, V2O5, Na2WO4, Li2MoO4, Li2CO3, TeO2, Li2WO4, Na2B4O7, Na2CrO4, Bi2O3, LiBO2, Li2SO4, Na2CO3, Na2SO4, K2CO3, K2MoO4, K2WO4, Li2B4O7, KBO2, NaBO2, Na4P2O7, CoMoO4, SrMoO4,Bi4Ge3012, K2SO4, Mn2O3, GeO2, Na2SiO3, Na2O, Li3PO4, SrNb2O6, Cu2O, LiSiO4, LiNbO3, CuO, Co2SiO4, BaCrO4, BaSi2O5, NaNbO3, Li2O, BaMoO4, BaNbO3, WO3, BaWO4, SrCO3, CoTiO3, CoWO4, LiVO3,Li2VO3, Li2ZrO3, LiMn2O4, LiGaO2, Mn3O4, Ba(BO2)2 *H2O,Na3VO4, LiMnO4, K2B4O7*4H2O, 및 NaO2.
실시예에서, Na2O2와 같은 과산화물과 같은 산소 공급원, 아르곤/H2와 같은 수소 가스 또는 수소 기체(3% 내지 5%)와 같은 수소 공급원, 및 용융 은과 같은 전도성 매트릭스는 고체 연료로서 작용하여 하이드리노를 형성할 수 있다. 반응은 MgO 용기와 같은 알칼리 토류 산화물 용기와 같은 불활성 용기에서 수행될 수 있다.
첨가제는 산소 공급원의 수소 환원에 의해 형성된 화합물 또는 원소를 더 포함할 수 있다. 환원된 산소 공급원은 반응 셀 챔버(5b31)에서 과잉 산소 및 물 중 적어도 하나와의 반응에 의해 산화물과 같은 산소 공급원을 형성할 수 있다. 산소 공급원 및 환원된 산소 공급원 중 적어도 하나는 은과 같은 용융 금속, 붕사와 같은 산소 공급원 및 하이드리노 반응 속도를 최대화하는 환원된 산소 공급원 중 적어도 2종을 포함하는 중량%의 주입된 용융물을 포함할 수 있다. 산소 공급원 및 환원된 산소 공급원 중 적어도 하나의 중량 백분율은 약 0.01 중량% 내지 50 중량%, 0.1 중량% 내지 40 중량%, 0.1 중량% 내지 30 중량%, 0.1 중량% 내지 20 중량%, 0.1 중량% 내지 10 중량%, 1 중량% 내지 10 중량%, 및 1 중량% 내지 5 중량% 중 적어도 하나의 중량%일 수 있다. 반응 셀 챔버 가스는 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 혼합물은 아르곤 및 수소와 같은 희가스를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 수소 분압을 포함하는 대기하에서 유지될 수 있다. 수소 압력은 약 0.01 Torr 내지 10,000 Torr, 0.1 Torr 내지 1000 Torr, 1 Torr 내지 100 Torr 및 1 Torr 내지 10 Torr 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 아르곤 압력과 같은 희가스는 약 0.1 Torr 내지 100,000 Torr, 1 Torr 내지 10,00 Torr 및 10 Torr 내지 1000 Torr 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 산소 공급원은 수소와 반응하여 H2O를 형성할 수 있다. H2O는 하이드리노를 형성하기 위한 HOH 촉매로서 작용할 수 있다. 산소 공급원은 열역학적으로 수소 환원에 불리할 수 있다. HOH는 플라즈마에서와 같이 점화 동안 형성될 수 있다. 환원된 생성물은 점화 동안 형성된 물과 반응할 수 있다. 물 반응은 반응 셀 챔버(5b31) 내의 물을 낮은 수준으로 유지할 수 있다. 저수위는 약 40 Torr 미만, 30 Torr 미만, 20 Torr 미만, 10 Torr 미만, 5 Torr 미만 및 1 Torr 미만 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 반응 셀 챔버 내의 낮은 수증기 압력은 W 또는 흑연 돔과 같은 돔(5b4)과 같은 적어도 하나의 셀 구성요소가 부식되는 것을 방지할 수 있다. 산소 공급원으로서 산화 텅스텐은 텅스텐 돔(5b4)을 부식에 대해 유지하기 위해 텅스텐 사이클에 참여할 수 있다. 산소 및 텅스텐 재고의 균형은 거의 일정하게 유지될 수 있다. 텅스텐 산화물로부터의 산소와 텅스텐 금속의 반응에 의한 임의의 텅스텐 산화물 부식 생성물은 산소 반응물을 제공하기 위해 환원된 텅스텐 산화물로부터의 텅스텐 금속으로 대체될 수 있다.
첨가제는 산소 공급원과 같은 다른 첨가제의 용해도를 향상시키는 화합물을 포함할 수 있다. 화합물은 분산제를 포함할 수 있다. 화합물은 용융제를 포함할 수 있다. 발전기는 은과 같은 용융 금속을 산소 공급원과 같은 첨가제와 혼합하기 위한 교반기를 더 포함할 수 있다. 교반기는 로렌츠 힘, 압전 및 당업계에 공지된 다른 교반기를 사용하는 것과 같은 기계적, 공압, 자기, 전자기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 교반기는 초음파 초음파기와 같은 초음파기를 포함할 수 있다. 교반기는 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 교반기는 전극 전자기 펌프 및 주입 전자기 펌프(5ka) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저장소 및 EM 펌프 중 적어도 하나와 같은 용융물을 보유하는 셀 구성요소에서 교반이 일어날 수 있다. 용융 조성물은 첨가제의 용해도를 증가시키도록 조정될 수 있다. 용융물은 은,은-구리 합금 및 구리 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 용융 조성물은 첨가제의 용해도를 증가시키도록 조정될 수 있다. 용해도를 증가시키는 화합물은 기체를 포함할 수 있다. 가스는 산소 공급원과 같은 첨가제와 가역적 반응을 가질 수 있다. 가역적 반응은 산소 공급원의 용해도를 향상시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 가스는 CO 및 CO2 중 적어도 하나를 포함한다. 가역적 반응의 예는 탄산염을 형성하기 위해 CO2와 Li2O와 같은 알칼리 산화물과 같은 산화물의 반응이다. 다른 실시예에서, 반응은 금속과 같은 산소 공급원 및 Li2O 또는 Na2O와 같은 알칼리 산화물과 같은 금속 산화물의 물, CuO와 같은 전이 금속 산화물 및 산화 비스무트의 환원 생성물의 반응을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 용융 또는 주입된 용융 금속은 용융 은 및 약 0.1 내지 5 몰 %, 1 내지 3 몰 % 및 1.5 내지 2.5 몰 % 중 적어도 하나의 농도 범위에서 LiVO3 및 M2O 중 적어도 하나(M = Li 또는 Na)를 포함한다. 반응 셀 챔버(5b31) 가스는 약 1 내지 10 %, 2 내지 5 % 및 3 내지 5 % 중 적어도 하나의 범위로 유지되는 수소 가스를 갖는 아르곤과 같은 불활성 가스를 포함한다. 소비된 수소는 셀 챔버와 같이 수소 분압 및 총 압력 중 적어도 하나를 감시하면서 셀 챔버(5b3 또는 5b31a)에 수소를 공급함으로써 대체될 수 있으며, 여기서 수소 압력은 불활성 및 아르곤 가스 재고의 불변성으로 인한 총 압력으로부터 추론될 수 있다. 수소 첨가 속도는 약 0.00001 몰/초 내지 0.01 몰/초, 0.00005 몰/초 내지 0.001 몰/초, 및 0.0001 몰/초 내지 0.001 몰/초 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 흑체 방열기(5b4)는 W 또는 탄소를 포함할 수 있다. 흑체 방열기(5b4)는 미세한 텅스텐 필라멘트를 포함하는 텅스텐을 포함하는 텅스텐과 같은 금속 천 또는 직물을 포함할 수 있으며, 여기서 직조 밀도는 기체에 대해 투과성이지만, 은 증기가 반응 셀 챔버 내부에서 셀 챔버로 침투하는 것을 방지한다. 펌프 튜브(5k6)와 같은 저장소(5c) 및 EM 펌프 구성요소 중 적어도 하나는 니오브, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 레늄, 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 루테늄, 로듐, 오스뮴 및 이리듐 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구성요소는 소결 분말 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접, 방전 가공, 주조, 트레드 조인트 사용, 내화 재료를 포함하는 Swagelok 사용, Mo용으로 레늄, 티타늄 및 지르코늄(TZM)과 같은 합금제 사용, 및 전기 도금 접합 그룹의 적어도 하나의 접합 또는 제조 기술에 의해 접합될 수 있다. 내화성 금속을 포함하는 실시예에서, EM 펌프 버스 바(5k2)에서 펌프 튜브(5k6)의 섹션은 고체 부품로부터 기계 가공되거나 분말 소결 캐스트와 같은 수단에 의해 주조될 수 있다. 섹션은 펌프 튜브의 대응하는 입구 및 노즐 부분에 인접하기 위한 입구 및 출구 튜브를 포함할 수 있다. 접합은 본 개시에 의해 이루어질 수 있다. 인접한 파이프 섹션은 직선 섹션으로 전자빔 용접된 다음 펌프 루프를 형성하도록 구부러질 수 있다. 저장소 및 노즐 부분으로부터의 펌프 튜브 입구 부분은 저장소의 바닥에 인접하여 각각 바닥을 통과할 수 있다. 튜브는 전자빔 용접에 의해 저장소의 바닥의 각각의 관통부에 용접될 수 있다.
실시예에서, 스레드 형 내화성 금속 셀 구성요소 부품은 내화성 금속 또는 재료 O-링과 같은 O-링을 사용하여 함께 밀봉된다. 나사형 연결 피스는 평평한 나이프 엣지 쌍으로 접합될 수 있으며, 나이프 엣지는 O-링을 압축한다. 예시적인 내화 금속 또는 재료는 W, Ta, Nb, Mo 및 WC와 같은 본 개시의 것이다. 실시예에서, 펌프 튜브 노즐(5q), 저장소(5c)의 펌프 튜브(5k6) 입구 및 출구, 저장소(5c), 콘 저장소(5b) 및 돔 (5b4) 중 적어도 하나와 같은 EM 펌프의 부품과 같은 셀의 부품은 나사, O-링, VCR 형 피팅, 플레어와 압축 피팅, 및 Swagelok 피팅 또는 Swagelok 유형 피팅 중 적어도 하나에 의해 인접 부분에 연결될 수 있다. 피팅 및 O-링 중 적어도 하나는 W와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. O-링, VCR-유형 피팅의 압축 링, Swagelok 피팅 또는 Swagelok-유형 피팅 중 적어도 하나는 Ta 또는 흑연과 같은 더 부드러운 내화 재료를 포함할 수 있다. 전지 부품 및 피팅 중 적어도 하나는 Ta, W, Mo, W-La2O3 합금, Mo, TZM 및 니오브(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 돔(5b4)과 같은 부품은 고체 W 또는 W-란탄 산화물 합금으로 기계 가공될 수 있다. W 돔과 같은 흑체 방열기(5b4)와 같은 부품은 선택적 레이저 용융(SLM)에 의해 형성될 수 있다.
실시예에서, 발생기는 돔(5b4) 및 대응하는 반응 셀 챔버(5b31)를 수용하는 대기압 미만, 대기압 및 대기압 초과의 압력을 가질 수 있는 셀 챔버를 더 포함한다. 셀 챔버(5b3) 하우징 및 하부 챔버(5b5) 하우징은 연속적일 수 있다. 대안적으로, 하부 챔버(5b5)는 대기압 또는 진공과 같은 셀 챔버와는 다른 압력에서 작동될 수 있는 자체 압력 제어 시스템을 갖도록 분리될 수 있다. 셀 챔버(5b3) 및 하부 챔버(5b5)의 분리기는 저장소(5c)의 상부(5b81) 또는 하부(5b8)에 플레이트를 포함할 수 있다. 플레이트(5b8)는 플레이트(5b81 또는 5b8)와 저장소(5c) 사이의 나사에 의해 저장소에 고정될 수 있다. 나사 흑체 방열기 및 기저부 플레이트를 갖는 저장소 중 적어도 하나는 단조 텅스텐으로부터 단일 부품으로서 기계 가공될 수 있다. 가압된 텅스텐 전자기 펌프 버스 바(5k2)는 고온에서 작동하는 동안 소결 용접을 형성하는 텅스텐 분말을 적용함으로써 펌프 튜브 벽 압입부에 소결 용접될 수 있다. 셀 구성요소를 위한 텅스텐과 같은 내화 재료의 사용은 흑체 방열기와 저장소 사이 또는 저장소와 EM 펌프 사이에 SiC와 같은 열 절연체와 같은 열 장벽을 가질 필요성을 피할 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 은 보일러를 포함할 수 있다. 실시예에서, 은과 같은 용융 금속의 증기압은 작동 온도에서 대략 평형에 도달하도록 하여 정지에 대한 금속 증발 및 은 기화에 대한 전력 손실 및 열 제거에 의한 응축이 제거된다. 3000K 및 3500K의 작동 온도에서의 예시적인 은 증기압은 각각 10 기압 및 46 기압이다. 전지 작동 온도에서 평형 은 증기압의 유지는 셀 발전 작동 동안 환류 액체 은으로 전지 압력을 유지하는 안정적인 수단을 포함한다. 돔(5b4)은 고압 및 고온에서 파열될 수 있기 때문에, 실시예에서 셀 챔버(5b3)의 압력은 흑체 방열기(5b4)를 가로 질러 순수한 압력차가 존재하지 않도록 반응 셀 챔버(5b31)의 압력과 매칭된다. 실시예에서, 중력에 대한 크리프와 같은 텅스텐 돔 흑체 방열기(5b4)의 크리프를 방지하기 위해 반응 셀 챔버(5b31)에서 약 1 mTorr 내지 100 Torr의 범위와 같은 약간의 과잉 압력이 유지될 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)의 금속에 안정화 첨가제를 첨가함으로써 크리프가 억제될 수 있다. 실시예에서, 크리프를 감소시키기 위해 텅스텐은 소량의 K, Re, CeO2, HfC, Y2O3, HfO2, La2O3, ZrO2, Al2O3, SiO2 및 K2O 중 적어도 하나와 같은 첨가제로 도핑된다. 첨가제는 1 ppm 내지 10 wt%의 범위와 같은 임의의 바람직한 양일 수 있다.
은 보일러로서 작동된 반응 셀 챔버(5b31)의 실시예에서, 흑체 방열기(5b4) 및 저장소(5c)와 같은 셀 구성요소는 각각 텅스텐 또는 탄소 및 질화 붕소와 같은 내화 재료를 포함한다. 시동 모드에서, 저장소(5c)는 유도 결합 히터(5m)와 같은 히터로 충분한 온도로 가열되어 은 금속 증기압과 같은 금속 증기압이 흑체 방열기(5b4)를 가열하게 할 수 있다. EM 펌프와 전극이 펌핑 및 점화를 유발하도록 활성화될 때 온도가 은의 융점보다 높을 수 있다. 실시예에서, LiVO3와 같은 산화물과 같은 산소 공급원은 흑체 방열기(5b4) 벽에 코팅되어 금속 증기가 시동 동안 예열되는 동안 환류함에 따라 용융물에 통합될 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응은 전도성 매트릭스로서 작용하는 은 증기에 의해 유지된다. 적어도 일부가 증기가 되고 저장소로부터 은을 직접 비등시키는 연속 주입 중 적어도 하나는 은 증기를 제공할 수 있다. 전극은 전자를 제거하고 하이드 리노 반응을 개시하기 위해 반응에 높은 전류를 제공할 수 있다. 하이드리노 반응으로부터의 열은 은 금속 증기와 같은 금속 증기를 반응 셀 챔버에 제공하는 것을 도울 수 있다. 실시예에서, 전극을 통한 전류는 플라즈마와 접촉하는 대안 또는 보충 전극으로 적어도 부분적으로 전환될 수 있다. 전류 전환은 은 증기의 압력이 충분히 높아져서 은 증기가 적어도 부분적으로 전도성 매트릭스로서 기능을 하도록 할 수 있다. 플라즈마와 접촉하는 대안 또는 보충 전극은 반응 셀 챔버의 주변 주위에 적어도 하나의 중심 전극 및 상대 전극을 포함할 수 있다. 셀 벽은 전극으로서 기능을 할 수 있다.
실시예에서, PV 변환기(26a)는 외부 챔버(5b3a1)를 갖는 외부 압력 용기(5b3a)에 포함된다(도 103 내지 도 118). 외부 압력 용기는 PV 변환기 및 PV 변환기를 조명하기 위해 광원을 포함하는 내부 셀 구성요소를 포함하는 임의의 바람직한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 외부 챔버는 적어도 하나의 돔형 단부 캡을 갖는 원통형 본체를 포함할 수 있다. 외부 압력 용기는 PV 변환기 및 돔(5b4)을 포함할 수 있고 진공보다 작거나 같거나 큰 압력을 유지할 수 있는 돔 또는 구 형상 또는 다른 적절한 형상을 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 셀, 냉각 판 및 냉각 시스템을 포함하는 PV 변환기(26a)는 외부 압력 용기의 내부에 위치되며, 전기 및 냉각제 라인은 본 개시의 것들 중 하나와 같은 밀봉된 관통 및 피드-스루를 통해 용기를 관통한다. 실시예에서, 외부 압력 용기는 적어도 하나의 돔 탑을 포함할 수 있는 원통형 몸체를 포함할 수 있다. 실시예에서, 발생기는 흑체 방열기(5b4) 및 PV 변환기(26a)를 수용하기 위한 돔형 캡을 가질 수 있는 원통형 챔버를 포함할 수 있다. 발생기는 PV 변환기를 수용하기 위한 최상부 챔버 및 전자기 펌프에 수용하기 위한 바닥 챔버를 포함할 수 있다. 챔버는 동일하거나 상이한 압력에서 작동될 수 있다.
실시예에서, 외부 압력 용기는 반응 셀 챔버(5b3)를 둘러싸는 돔(5b4)을 포함하는 셀 챔버(5b3)를 형성하는 PV 돔과 같은 PV 변환기 지지체를 포함한다. 외부 압력 용기는 돔(5b4)을 포함할 수 있고 진공보다 작거나 같거나 큰 압력을 유지할 수 있는 돔 또는 구 형상 또는 다른 적절한 형상을 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 셀(15)은 구형 돔 벽과 같은 외부 압력 용기 벽의 내부에 있고 냉각 판 및 냉각 시스템은 벽의 외부에 있다. 전기 연결부는 본 개시의 것들 중 하나와 같은 밀봉된 관통 및 피드-스루를 통해 용기를 관통할 수 있다. 열 전달은 열 전도성일 수 있는 벽 전반에 걸쳐 발생할 수 있다. 적합한 벽 재료는 구리, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄과 같은 금속을 포함한다. PV 셀 내부의 PV 윈도우는 실리콘 접착제와 같은 접착제에 의해 결합되어 기밀성 투명 윈도우를 형성할 수 있는 투명 섹션을 포함할 수 있다. 윈도우는 돔(5b4)으로부터 다시 증발된 금속을 돔으로 다시 증착시키는 가스로부터 PV 셀을 보호할 수 있다. 가스는 할로겐 사이클의 가스를 포함할 수 있다. 돔형 용기와 같은 압력 용기 PV 용기는 ConFlat 또는 다른 그러한 플랜지 밀봉에 의해 상부 및 하부 챔버 또는 다른 챔버 사이의 분리 판(5b81 또는 5b8)에 밀봉될 수 있다. 상부 챔버는 흑체 방열기(5b4) 및 PV 셀(15)을 포함할 수 있고, 하부 챔버는 EM 펌프를 포함할 수 있다. 하부 챔버는 하부 챔버 냉각 판 또는 냉각 라인(5b6a)을 더 포함할 수 있다(도 112).
3422℃의 텅스텐 융점은 모든 금속 중에서 가장 높으며 원소 중 탄소(3550℃)에 이어 두 번째이다. 내화성 세라믹 및 합금은 더 높은 융점을 가지며, 특히 Ta4HfC5TaX4HfCX5는 4215℃의 융점, 하프늄 카바이드는 3900 ℃의 융점 및 탄탈 탄화물은 3800℃의 융점을 가진다. 실시예에서 흑체 방열기(5b4) 및 저장소(5c)와 같은 셀 구성요소는 W, C 및 내화 세라믹 또는 합금 중 적어도 하나와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 흑체 방열기가 흑연을 포함하는 실시예에서, 셀 챔버(5b3)는 그래픽의 승화를 억제하는 고압 불활성 가스 분위기와 같은 고압 가스를 함유한다.
실시예에서, 흑체 방열기는 탄소를 포함할 수 있다. 구형 흑연 흑체 방열기와 같은 흑연 흑체 방열기로부터 승화된 탄소는 정전기 침전(ESP)에 의해 셀 챔버(5b3)로부터 제거될 수 있다. ESP 시스템은 애노드, 캐소드, 전원 및 제어기를 포함할 수 있다. 입자는 하나의 전극에 의해 충전되고 다른 대향 전극에 의해 수집될 수 있다. 수집된 그을음은 수집 전극으로부터 이탈되어 수집 용기로 떨어질 수 있다. 이탈은 기계적 시스템에 의해 달성될 수 있다. 실시예에서, 투명 용기의 내벽은 음으로 대전될 수 있고 돔은 인가된 전압 공급원으로 양으로 대전될 수 있다. 흑연 흑체 방열기(5b4)로부터 승화되는 음으로 대전된 탄소 입자는 벽과 흑체 방열기(5b4) 사이의 전계의 영향으로 돔으로 다시 이동할 수 있다. 실시예에서, 탄소는 셀 챔버(53b)를 통해 가스를 유동시킨 다음 탄소 입자 필터와 같은 능동 수송에 의해 제거될 수 있다.
실시예에서, 돔(5b4)은 흑연을 포함할 수 있고, 저장소는 질화 붕소와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 흑연은 등방성 흑연을 포함할 수 있다. 본 개시의 성분의 흑연은 압축 유리질 탄소에 제공된 바와 같은 유리질 탄소를 포함할 수 있다: 초강력하고 탄력적인 상호 침투 그래핀 네트워크, Science Advances 09 Jun 2017 : Vol. 3, no 6, e1603213 DOI : 10.1126/sciadv.1603213, http://advances.sciencemag.org/content/3/6/e1603213.full(이는 원용에 의해 본 명세서에 포함됨). 실시예에서, 구형 돔과 같은 흑연 흑체 방열기는 반응 셀 챔버(5b31) 내부의 용융 금속이 흑연을 침식하는 것을 방지하기 위해 라이너를 포함할 수 있다. 라이너는 텅스텐과 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 라이너는 흑연 돔의 내부에 형성된 메쉬 또는 시트를 포함할 수 있다. 라이너는 용융 금속 유동의 전단력이 반응 셀 챔버의 내부 표면을 침식하는 것을 방지할 수 있다.
PV 변환기는 적외선 필터와 같은 적어도 하나의 열광 발전 필터를 포함할 수 있는 윈도우를 각각 갖는 PV 셀을 포함할 수 있다. 필터는 PV 변환기에 의해 전기로 변환되지 않은 파장을 갖는 광을 우선적으로 반사할 수 있다. PV 변환기의 셀은 셀을 통해 흑체 방열기로 다시 통과한 광을 반사하기 위해 후면에 비추어질 수 있다. 미러는 PV 셀에 의해 전기로 변환되지 않는 적외선에 대해 선택적일 수 있다. 적외선 미러는 금속을 포함할 수 있다. 전지의 후면은 금속화될 수 있다. 금속은 금과 같은 적외선 반사기를 포함할 수 있다. 금속은 수축 점에 의해 PV 셀의 반도체 기판에 부착될 수 있다. 수축점은 셀의 뒷면에 분산될 수 있다. 수축점은 Ti-Au 합금 또는 Cr-Au 합금과 같은 결합 재료를 포함할 수 있다. PV 셀은 적어도 하나의 접합부를 포함할 수 있다. 3500K에서 작동하는 대표적인 셀은 단일 접합 셀로서 GaAs 기판상의 GaAs 또는 InP 또는 GaAs 기판상의 InAlGaAs 및 이중 접합 셀로서 InP 또는 GaAs 기판상의 InAlGaAs를 포함한다. 3000K에서 작동하기 위한 대표적인 셀은 단일 접합 셀로서 GaAs 기판상의 GaAs 또는 InP 또는 GaAs 기판상의 InAlGaAs 및 이중 접합 셀로서 InP 또는 GaAs 기판상의 InAlGaAs를 포함한다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b4)의 측지 PV 변환기(26)는 본 개시의 하나와 같은 광 분배 시스템(23)을 포함할 수 있다(도 55). 광 분배 시스템(23)은 광을 상이한 파장 영역으로 분할할 수 있다. 분할은 본 개시의 것들과 같은 미러 및 필터 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다. 슬릿 광은 스플릿 및 입사 광에 선택적인 대응하는 PV 셀(15)에 입사될 수 있다. 광 분배 시스템(23)은 구형 흑체 방열기(5b4)를 둘러싸는 측지 구체로부터 외부로 돌출하는 칼럼으로서 배열될 수 있다.
발생기는 셀 챔버 및 반응 셀 챔버 압력 중 적어도 하나에 대한 정확한 가스 압력 감지 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 본 개시의 시스템은 가스 탱크 및 라인, 예컨대 수소 및 희귀 가스 탱크와 같은 라인 및 라인(5u 및 5ua1) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 가스 시스템은 압력 센서, 매니폴드, 입구 라인, 피드-스루, 주입기, 주입기 밸브, 13a와 같은 진공 펌프, 13b와 같은 진공 펌프 라인, 제어 밸브, 라인 및 피드-스루를 더 포함할 수 있다. 셀 챔버(5b3 또는 5b3a1)에는 아르곤 또는 크세논과 같은 희가스가 반응 셀 챔버(5b31)의 압력과 일치하도록 첨가될 수 있다. 반응 셀 챔버 압력은 흑체 온도를 측정하고 금속 증기압과 온도 사이의 관계를 사용하여 측정될 수 있다. 돔의 온도는 흑체 스펙트럼 방출을 사용하여 측정될 수 있다. 온도는 광섬유를 사용하여 광을 수집하여 센서로 이송할 수 있는 광학 고온계를 사용하여 측정될 수 있다. 온도는 온도를 결정하기 위해 흑체 곡선의 일부를 샘플링하도록 선택적인 필터를 가질 수 있는 복수의 다이오드에 의해 측정될 수 있다. 저장소(5c)와 같은 셀 구성요소는 가시광 및 적외선 중 적어도 하나에 대해 적어도 부분적으로 투명한 알루미나, 사파이어, 질화 붕소 및 탄화 규소 중 적어도 하나와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 질화 붕소 저장소와 같은 저장소와 같은 구성요소는 광이 구성요소를 통해 광학 온도 센서로 더 잘 통과할 수 있도록 구성요소 내에 리세스 또는 얇아진 스폿을 포함할 수 있다.
희가스, 외부 압력 용기 챔버(5b3a1), 셀 챔버(5b3) 중 적어도 하나의 가스는 수소를 또한 포함할 수 있다. 탱크, 라인, 밸브 및 주입기에 의해 적어도 하나의 챔버에 공급된 수소는 셀 작동 온도에서 수소 투과성인 셀 구성요소를 통해 확산되어 하이드리노를 형성하기 위해 소비된 것을 대체할 수 있다. 수소는 흑체 방열기(5b4)에 침투할 수 있다. 하이드리노 가스 생성물은 5b3 또는 5b3a1 및 5b31과 같은 챔버 밖으로 대기 또는 수집 시스템으로 확산될 수 있다. 대안적으로, 하이드리노 가스 생성물은 적어도 하나의 챔버로부터 선택적으로 펌핑될 수 있다. 다른 실시예에서, 하이드리노 가스는 게터에서 수집되어 주기적으로 교체 또는 재생될 수 있다.
실시예에서, W 흑체 방열기를 둘러싸는 챔버의 기체는 I2 또는 Br2와 같은 할로겐 공급원 또는 승화 텅스텐과의 착물을 형성하는 탄화수소 브롬 화합물을 더 포함할 수 있다. 복합체는 고온 텅스텐 돔 표면에서 분해되어 흑체 방열기(5b4) 상에 텅스텐을 재증착시킬 수 있다. W와 같은 일부 내화 금속은 은과 같은 용융 금속에 첨가되어 증발되거나 승화된 금속을 대체하기 위해 내부 돔 표면에 기화 및 증착될 수 있다.
실시예에서, 셀은 반응 셀 챔버로의 수소 공급원을 더 포함한다. 공급원은 EM 펌프 튜브, 저장소 및 흑체 방열기 중 적어도 하나를 통해 셀을 관통할 수 있다. 공급원은 W 및 Ta 중 적어도 하나와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 공급원은 내화성 재료를 포함하는 것과 같은 수소 투과성 막을 포함할 수 있다. 수소 공급원은 흑체 방열기의 것보다 온도가 낮은 셀의 영역을 관통할 수 있다. 공급원은 EM 펌프 튜브 또는 저장소에서 셀을 관통할 수 있다. 공급원은 EM 펌프 튜브 또는 저장소에서 용융된 은의 작동 온도에서 안정한 수소 투과성 막을 포함할 수 있다. 수소 투과성 막은 Ta, Pt, Ir, Pd, Nb, Ni, Ti 또는 당업자에게 공지된 적합한 융점을 갖는 다른 적합한 수소 투과성 금속을 포함할 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31) 외부의 적어도 하나의 외부 챔버 또는 챔버는 반응 셀 챔버 및 흑체 방열기의 작동 온도에서 반응 셀 챔버의 내부 압력에 대한 외부 압력으로 가압된다. 외부 압력은 내부 압력을 약 ±0.01% 내지 ±500%의 범위 내로 일치시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 흑체 방열기 및 반응 셀 챔버 외부의 하나의 용기의 적어도 하나의 챔버의 외부 압력은 약 3000K의 작동 온도에서 반응 셀 챔버의 10 atm 은 증기압과 일치하도록 약 10 atm이다. 흑체 방열기는 흑체 방열기 온도가 작동 온도로 증가함에 따라 감소하는 외부 압력차를 지지할 수 있다.
도 3 내지 도 26에 도시된 실시예에서, SunCell®은 PV 변환기(26a), 흑체 방열기(5b4), 저장소(5c) 및 EM 펌프를 포함하는 챔버(5b3a1)를 갖는 외부 압력 용기(5b3a)를 포함한다. 외부 압력 용기(5b3a)의 벽은 냉각수 라인, 냉각 판 또는 열 교환기(5b6a)에 의해 수냉될 수 있다. 외부 압력 용기(5b3a)의 벽과 같은 SunCell 구성요소는 냉각을 보조하기 위해 열 또는 방사선 차폐물을 포함할 수 있다. 차폐물은 열을 반사하기 위해 방사율이 낮을 수 있다. 외부 압력 용기(5b3a)는 외부에 열 교환기 핀을 포함할 수 있다. 핀은 구리 또는 알루미늄과 같은 높은 열 전도체를 포함할 수 있다. 발생기는 열 핀으로부터 강제 대류 열 전달을 제공하는 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 수단은 압력 용기 아래 하우징에 위치될 수 있는 팬 또는 송풍기를 포함할 수 있다. 팬 또는 송풍기는 핀 위로 공기를 위로 밀어올릴 수 있다. 외부 압력 용기는 PV 변환기(26a), 흑체 방열기(5b4), 저장소(5c) 및 EM 펌프 조립체(5ka)와 같은 셀 구성요소를 수용하고 장착하기 위한 원통형 부분과 같은 부품을 포함할 수 있다. 셀 구성요소를 장착 및 지지하기 위한 연결부는 구성요소와 장착부 및 지지부 사이에 상이한 속도 또는 양의 열 팽창을 수용하는 수단을 포함하여 팽창 손상이 방지된다. 마운트 및 지지부는 확장 조인트 및 확장 커넥터 또는 와셔 및 부싱과 같은 패스너 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 커넥터 및 패스너는 Graphoil 또는 Perma-Foil(Toyo Tanso)과 같은 압축성 탄소 또는 육방정계 질화 붕소로 구성된 것들을 포함할 수 있다. 개스킷은 다공성 Ni C6NC(Sumitomo Electric)와 같은 Co, Ni 또는 Ti를 포함하는 것과 같은 압축된 MoS2, WS2, Celmet ™, 천 또는 테이프, 예를 들어 높은 알루미나를 포함하는 세라믹 섬유 및 Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 내화 산화물 또는 본 개시의 다른 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전기, 가스, 센서, 제어 및 냉각 라인은 외부 압력 용기(5b3a)의 바닥을 관통할 수 있다. 외부 압력 용기는 원통형 및 돔 하우징 및 그에 하우징이 밀봉되는 기저부 플레이트(5b3b)를 포함할 수 있다. 하우징은 탄소 섬유, 또는 코팅된 스테인리스 스틸 또는 스틸을 포함할 수 있다. 코팅은 니켈 도금을 포함할 수 있다. 내부 SunCell® 구성요소에 쉽게 접근할 수 있도록 하우징을 분리할 수 있다. 기저부 플레이트(5b3b)는 전기, 가스, 센서, 제어 및 냉각 라인 중 적어도 하나의 피드-스루를 포함할 수 있다. 피드-스루는 라인이 하우징에 전기적으로 단락될 수 있는 경우 압력이 가해지고 전기적으로 절연될 수 있다. 실시예에서, PV 변환기 냉각 시스템은 조밀한 수신기 어레이의 삼각형 요소와 같은 요소의 냉각 판에 분기부를 갖는 매니폴드를 포함한다. 기저부 플레이트 피드-스루는 i) 전력 공급원(2)에 연결되는 점화 버스 바 커넥터(10a2), 예컨대 하우징(90)에 점화 커패시터 뱅크를 포함하는 것과 같이 PV 변환기(26a) 출력에 의해 전력이 공급되는 DC-DC 변환기를 더 포함할 수 있고, 10a2는 점화 버스 바 피드-스루 조립체(10a1)에서 기저부 플레이트를 관통하는 점화 버스 바(9 및 10)를 위한 피드-스루(10a)에 추가로 연결되며(예시적인 점화 전압 및 전류는 약 50 V DC 및 50 내지 100 A), ii.) EM 펌프 버스 바 커넥터(5k33)는 EM 전원 공급장치(5k13)에 연결되고 EM 펌프 버스 바 피드-스루 플랜지(5k33)에서 기저부 판을 관통하는 EM 펌프 피드-스루(5k31)에 추가로 연결되며; 전원 공급 장치(5k13)는 PV 변환기(26a) 출력(예시적인 EM 펌프 전압 및 전류는 약 0.5 내지 1 V DC 및 100 내지 500 A)에 의해 전력을 공급받는 DC-DC 변환기를 포함할 수 있고, iii) PV 변환기(26a) 출력, 변압기, 적어도 하나의 IGBT 및 무선 주파수송신기에 의해 전력을 공급받는 DC-DC 변환기를 포함할 수 있는 유도 결합 히터 전원(5m)(예시적인 유도 결합 히터 주파수, 전압 및 전류는 약 15kHz, 250V AC 또는 DC 등가, 100 내지 300A)에 의해 안테나가 전력을 공급받는 유도 결합된 히터 안테나 피드-스루 조립체(5mc), iv.) 수소 탱크(5u) 및 아르곤 탱크(5u1)에 각각 연결된 수소 가스 라인(5ua) 및 아르곤 가스 라인(5ua1)에 대한 관통부(5h1 및 5h3), v.) EM 펌프 열 교환기(5k1)의 냉각제 라인(5k11) 및 EM 펌프 냉각 판(5k12)이 각각 2 개의 열 교환기(5k1)에 걸쳐져 있는 하나의 피스를 포함할 수 있는 열 교환기 냉각제 라인(5k11)에 연결된 EM 펌프 냉각제 라인(31d 및 31e)용 관통부, vi.) PV 냉각제 라인(31b 및 31c)용 관통부, 및 vii.) PV 변환기(26a)로부터 전력 조절기 또는 인버터(110)로의 전력 흐름용 관통부를 포함한다. 31e와 같은 입구 냉각수 라인은 방열기 입구 라인(31t)에 연결되고 31d와 같은 출구 냉각제 라인은 워터 펌프 출구(31u)에 연결된다. 방열기(31) 이외에, 발전기는 공기 팬(31j1)에 의해 냉각된다. 실시예에서, PV 변환기(26a)는 흑체 방열기(5b4) 주위에 끼워지도록 함께 고정되는 하부 및 상부 반구형 피스를 포함한다. PV 셀은 각각 PV 셀에 윈도우를 포함할 수 있다. PV 변환기는 PV 변환기 지지판(5b81) 상에 놓일 수 있다. 지지판은 흑체 방열기 또는 저장소와의 접촉을 피하기 위해 현수될 수 있고 전체 외부 압력 용기 사이에서 기체 교환을 허용하도록 천공될 수 있다. 하부 반구와 같은 반구는 PV 변환기의 PV 셀에 광을 반사시키기 위해 하부와 같은 영역의 일부 주위에 미러를 포함할 수 있다. 미러는 흑체 방열기로부터 광을 수신하기 위한 이상적인 측지 돔과 PV 요소로 형성될 수 있는 것 사이의 임의의 불일치를 수용할 수 있다. 비-이상성은 측지 돔을 구성하는 PV 요소의 기하학적 구조로 인해 흑체 방열기 주위에 PV 요소를 맞추는 공간 제한 때문일 수 있다.
예시적인 PV 변환기는 각각 복수의 집광기 PC 셀 및 배면 저온 플레이트를 포함하는 어레이 모듈형 삼각형 요소로 구성된 측지 돔을 포함할 수 있다. 요소가 함께 스냅 결합될 수 있다. 예시적인 어레이는 펜사사모면체(pentakis dodecahedron)를 포함할 수 있다. 예시적인 어레이는 6개의 오각형 및 16개의 삼각형을 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 변환기(26a)의 기저부는 측지 PV 변환기 어레이의 삼각 PV 요소가 맞지 않는 위치에 반사기를 포함할 수 있다. 반사기는 입사 광을 PV 변환기의 다른 부분 중 적어도 하나에 반사시키고 흑체 방열기로 다시 반사시킬 수 있다. 실시예에서, 하부 반구(5b41)의 기저부로부터의 전력은 광 및 열 중 적어도 하나로서 적어도 부분적으로 회수된다. 실시예에서, PV 변환기(26a)는 하부 반구(5b41)의 기저부 주위에 PV 셀의 칼라를 포함한다. 실시예에서, 전력은 열 파이프와 같은 열 교환기에 의해 열로서 수집된다. 열은 냉각에 사용될 수 있다. 열은 냉각을 달성하기 위해 당업자에게 공지된 흡수 냉각기에 공급될 수 있다.
실시예에서, 냉각기 및 방열기 중 적어도 하나와 같은 냉각 시스템의 풋 프린트는 완전-여과된 물과 같은 냉각제가 상 변화를 겪게 함으로써 감소될 수 있다. 상 변화는 액체 대 기체를 포함할 수 있다. PV 셀에서 열을 제거하는 냉각 판 내에서 상 변화가 발생할 수 있다. 액체의 기체로의 상 변화는 마이크로 채널 냉각 판의 마이크로 채널에서 발생할 수 있다. 냉각제 시스템은 냉각 시스템 내의 적어도 하나의 위치에서 압력을 감소시키기 위해 진공 펌프를 포함할 수 있다. 냉각수 시스템에서 감압을 유지함으로써 상 변화를 도울 수 있다. 냉각 시스템의 응축기 섹션에서 감압이 유지될 수 있다. PV 변환기, 냉각 판 및 PV 셀 중 적어도 하나는 열 제거를 증가시키기 위해 비등과 같은 상 변화를 겪는 냉각제에 침지될 수 있다. 냉각제는 당업계에 공지된 것, 예컨대 3M Fluorinert와 같은 불활성 냉각제를 포함할 수 있다.
실시예에서, 냉각제 시스템은 다중 냉각제 루프를 포함할 수 있다. 제 1 냉각제 루프는 직접 또는 마이크로 채널 플레이트를 포함하는 것과 같은 냉각 플레이트를 통해 PV 셀로부터 열을 추출할 수 있다. 냉각제 시스템은 적어도 하나의 열교환기를 더 포함할 수 있다. 제 1 열 교환기는 제 1 냉각제 루프로부터 다른 것으로 열을 전달할 수 있다. 냉각제 상 변화는 다른 냉각제 루프 중 적어도 하나에서 발생할 수 있다. 상 변화는 가역적일 수 있다. 상 변화는 주어진 유속에서 냉각제의 용량을 증가시켜 주변으로 열을 교환하고 PV 변환기를 냉각시킬 수 있다. 다른 냉각제 루프는 냉각제로부터 공기로 열을 전달하기 위한 히터 교환기를 포함할 수 있다. 유량 조건, 유량, 압력, 온도 변화, 평균 온도 및 기타 매개변수와 같은 작동 매개변수는 각각의 냉각제 루프에서 제어되어 냉각 판의 마이크로 채널 플레이트 내부의 냉각제의 작동 매개변수와 같은 제 1 냉각제 루프 내의 원하는 열 전달 속도 및 원하는 작동 매개변수를 제어할 수 있다. 마이크로 채널에서의 예시적인 조건은 약 10℃ 내지 20℃의 냉각제의 온도 변화 범위, 약 50℃ 내지 70℃의 평균 온도 및 난류 유동을 피하는 층류이다.
냉각 시스템의 크기를 감소시키기 위한 실시예에서, 제 1 냉각제 루프는 40℃ 내지 90℃와 같은 PV 셀 성능의 현저한 열화 없이 가능한 한 높은 온도에서 작동될 수 있다. 냉각제의 온도차는 다른 냉각제 루프보다 제 1 루프에서 더 작을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제 1 루프에서 냉각제의 온도 차이는 약 10℃일 수 있는 반면에, 제 2 루프와 같은 다른 루프에서 냉각제의 온도 차이는 약 50℃와 같이 더 높을 수 있다. 예시적인 대응하는 온도 범위는 각각 80℃ 내지 90 ℃ 및 40℃ 내지 90℃이다. 냉각 시스템 크기를 감소시키도록 열 전달을 증가시키기 위해 적어도 하나의 냉각 루프에서 상 변화가 발생할 수 있다.
실시예에서, PV 셀을 냉각시키는 마이크로 채널 플레이트는 열 교환기, 열 파이프, 열전달 블록, 냉각제 제트, 및 증류수 또는 탈 이온수와 같은 불활성 냉각제 또는 3M Fluorinert, R134a 또는 Vertrel XF와 같은 유전성 액체를 포함하는 냉각제 욕 중 적어도 하나로 대체될 수 있다. 물 냉각제의 경우, 냉각제 시스템은 물이 과도하게 부식되는 것을 방지하기 위해 물 정화 또는 처리 시스템을 더 포함할 수 있다. 냉각제는 구리에 대해 당업계에 공지된 것과 같은 방식제를 포함할 수 있다. 방열기는 부식, 구리 또는 알루미늄에 저항하는 스테인리스 스틸 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 냉각제는 Dowtherm, 에틸렌 글리콜, 암모니아 중 적어도 하나와 같은 부동액, 및 메탄올과 에탄올 중 적어도 하나와 같은 알코올을 포함할 수 있다. 냉각수가 얼지 않도록 셀은 계속 작동될 수 있다. 냉각제 시스템은 또한 물이 얼지 않게 하는 히터를 포함할 수 있다. PV 셀은 냉각제 욕에 침지될 수 있다. PV 셀은 비 조명 측으로부터 냉각제 욕으로 열을 전달할 수 있다. 냉각제 시스템은 적어도 하나의 펌프를 포함할 수 있으며, 냉각제는 냉각 시스템의 한 위치에서 열을 흡수하고 다른 위치에서 이를 거부하도록 순환될 수 있다. PV 셀은 더 높은 작동 온도 및 더 높은 온도 범위의 적어도 하나의 조건하에서 작동될 수 있고, 이에 의해 냉각 시스템의 크기가 감소될 수 있다. 냉각제 시스템은 응축기를 포함할 수 있으며, 여기서 PV 셀로부터의 열 전달에 의해 상 변화가 발생한다. 냉각수 시스템은 가압된 대기압 또는 대기압 미만일 수 있다. 냉각제 비등점 온도를 제어하기 위해 압력이 제어될 수 있다. 압력하에서 작동되는 냉각제 시스템은 입구 및 출구를 갖는 펌프 및 냉각제를 저압 펌프 입구 측으로 복귀시키는 압력 블로우 오프 밸브를 포함할 수 있으며, 출구를 통해 방열기 또는 냉각기와 같은 열 교환기로 펌핑된다. 냉각기의 경우, 냉각된 냉각제는 재순환되어 온도를 감소시키고 냉각제 PV 사이의 온도차를 증가시켜 열전달 속도를 증가시킬 수 있다. 냉각된 냉각제는 열을 수용하여 냉각제가 비등할 수 있도록 PV 셀 냉각제 열 전달 인터페이스로 추가로 펌핑될 수 있다. 냉각제 시스템은 임계 열 플럭스 아래의 열 흐름에서 작동될 수 있으며, 냉각된 표면이 더 이상 연속적으로 젖지 않도록 충분한 증기가 형성되는 지점이다. 냉각제는 과냉각 비등하에서 작동될 수 있다. PV 셀은 방열기와 같은 해당 열교환기에 걸쳐 큰 냉각제-공기 열 구배로 인해 주위로의 열 전달 속도를 최대화하면서 과냉각 비등을 유지하는 온도에서 작동될 수 있다. 예시적인 PV 작동 온도는 130℃이다. 필름 비등을 피하기 위해 시스템이 작동될 수 있다. 고온 냉각제와 주변 공기 사이의 열 교환기는 자동차 방열기 설계를 갖는 것과 같은 랩 어라운드 방열기와 같은 방열기를 포함할 수 있다. 열 교환기는 공기를 이동시키기 위한 적어도 하나의 팬을 포함할 수 있다. 팬이 중앙에 있을 수 있다. 셀도 또한 중앙에 있을 수 있다.
PV 셀은 구리 판과 같은 열 싱크와 같은 열 전달 매체에 장착될 수 있다. 구리 판은 열을 전달하고 냉각제와 인터페이스하여 열 전달 접촉 면적을 증가시키는 열 교환기, 열 파이프 및 열 전달 블록 중 적어도 하나와 같은 열 전달 수단 중 적어도 하나와 인터페이스될 수 있다. 열전달 수단은 열을 방사상으로 확산시킬 수 있다. 냉각제는 열 전달을 증가시키기 위해 상 변화를 겪어 냉각제 시스템 크기가 감소될 수 있다. 열 전달 수단은 열 전달을 위한 표면적을 증가시키기 위해 핀으로 코팅될 수 있다. 냉각제 시스템은 냉각제를 응축시키기 위한 수단 및 적어도 하나의 냉각제 순환 펌프와 같은 열 제거 시스템 및 냉각제와 주위 사이, 예컨대 가압될 수 있는 방열기 사이의 열 교환기를 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 변환기의 반경, PV 냉각제 시스템의 열 교환기, 열 파이프 또는 열 전달 블록 중 적어도 하나의 반경과 같은 PV 셀 냉각제 시스템의 반경 중 적어도 하나는 PV 셀을 효과적으로 냉각시키기 위해 PV 셀로부터 주변으로 전달되는 열 플럭스 부하를 감소시키도록 증가될 수 있다. PV 변환기는 흑체 방열기(5b4)로부터 동일한 거리를 유지하는 형상을 포함할 수 있다. 흑체 방열기는 구형일 수 있고 PV 변환기는 흑체 방열기로부터 일정한 거리를 가져서 균일한 조사 세기를 포함할 수 있는 PV에 입사되는 원하는 광 세기를 달성할 수 있다.
실시예에서, PV 변환기 냉각 시스템은 PV 셀의 후면에 히트 싱크 및 보일러 플레이트를 포함하는 히트 싱크 스터드 구형 비등 표면을 갖는 냉각제 저장소를 포함하는 구형 매니폴드를 포함할 수 있다. 보일러 플레이트는 열 전달을 위한 표면적을 증가시키기 위해 핀으로 코팅될 수 있다. 냉각제는 적어도 하나의 펌프에 의해 흐를 수 있다. 흐름은 냉각제 저장소의 상단에 있는 적어도 하나의 입구 및 하단에 있는 적어도 하나의 출구로부터의 구형 흐름을 포함할 수 있다. 가열된 냉각제는 방열기를 통해 펌핑되어 냉각되고 저장소로 재조정될 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각제는 보일러 셀에서 채널을 통해 펌핑되어 PC 셀에 다시 결합되고 PV 셀로부터 열을 수용할 수 있다.
열 전달 판 또는 요소는 소결된 금속 입자를 포함하는 것과 같은 다공성 금속 표면 코팅을 포함할 수 있다. 표면은 상호 연결된 통로의 패턴을 특징으로 하는 다공성 층 구조를 제공할 수 있다. 통로는 증기 핵 형성을 위한 수많은 안정한 부위를 제공하도록 정확한 크기를 가지므로, 표면과 냉각제 포화 온도 사이의 주어진 온도 차이에 대해 열 유속을 크게(최대 10X) 증가시킨다. 표면 코팅은 또한 임계 열유속(CHF)을 증가시킬 수 있다. 표면은 핵 형성을 위한 미세 공간을 형성하는 전도성 미세 다공성 코팅을 포함할 수 있다. 예시적인 표면은 소결된 구리 미세 다공성 표면 코팅(SCMPSC, Jun 등의 Nuclear Engineering and Technology, 2016, 참조)을 포함한다. 표면 향상 접근법은 표면적을 추가로 증가시키기 위해 짧은 핀(또한 다공성 코팅)과 함께 사용될 수 있다. 다공성 코팅된 핀 또는 스터브와 같은 표면적 향상법이 주조될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 구리와 같은 다공성 표면적 향상을 갖는 스터브는 구리 판과 같은 열전달 판의 후면에 주조될 수 있다.
방열기로부터의 복귀 흐름은 보일러 플레이트의 표면에 대류를 제공하도록 구성될 수 있다. 다수의 입구는 냉각제 유동을 구형 또는 원통형 냉각제 저장소의 벽에서 접선으로 각이진 다수의 입구 제트로 분할하여 벌크 선회 운동을 제공할 수 있다. 운동은 표면에서 대류 비등을 야기할 수 있으며, 이는 핵 형성 부위로부터 증기 기포를 제거하여 CHF를 억제한다. 실시예에서, 향상된 핵 생성 부위의 존재하에서 비등은 유기 액체, 냉매 및 열전달 유체와 같은 표면 장력이 더 작은 유체에 대해 증가될 수 있기 때문에 물 이외의 냉각제가 사용될 수 있다. 냉각제는 비가압 시스템의 포화(P-T) 상태에 기초하여 선택될 수 있다. 실시예에서, 온도 균일성을 달성하고 PV 요소를 가로 질러 냉각제에 대한 대류 전도도의 변화를 설명하기 위해, 각각의 요소는 동일한 마이크로 채널 히트 싱크로 냉각될 수 있다.
실시예에서, PV 변환기(26a)는 복수의 삼각 수신기 유닛(TRU)을 포함할 수 있으며, 각각은 전방 집광기 광전지, 장착 플레이트, 및 장착 플레이트의 후면 상의 냉각기와 같은 복수의 광전지를 포함한다. 냉각기는 다중 채널 플레이트, 냉각제 상 변화를 지원하는 표면, 및 히트 파이프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 삼각 수신기 유닛은 함께 연결되어 적어도 부분 측지 돔을 형성할 수 있다. TRU는 전기적 연결, 버스 바 및 냉각제 채널 중 적어도 하나의 상호 연결을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 수신기 유닛 및 연결 패턴은 냉각 시스템의 복잡성을 감소시키는 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 측지 구형 PV 변환기의 삼각 수신기 유닛의 수와 같은 PV 변환기 구성요소의 수는 감소될 수 있다. PV 변환기는 복수의 섹션을 포함할 수 있다. 섹션은 흑체 방열기(5b4) 주위에 부분 인클로저를 형성하기 위해 함께 결합될 수 있다. PV 변환기 및 흑체 방열기 중 적어도 하나는 다중-면일 수 있으며, 흑체 방열기 및 수신기 유닛의 표면은 기하학적으로 정합될 수 있다. 인클로저는 삼각형, 정사각형, 직사각형, 원통형 또는 다른 기하학적 유닛 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 흑체 방열기(5b4)는 PV 변환기의 유닛을 조사하기 위해 정사각형, 구 또는 다른 바람직한 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 인클로저는 구형 또는 사각형일 수 있는 흑체 방열기(5b4) 주위에 5개의 사각형 유닛을 포함할 수 있다. 인클로저는 흑체 방열기의 기저부로부터 광을 수용하기 위한 수신기 유닛을 더 포함할 수 있다. 기저부 유닛의 형상은 광 수집을 최적화하는 형상일 수 있다. 인클로저는 정사각형과 삼각형의 조합을 포함할 수 있다. 인클로저는 4개의 교대 정사각형 및 삼각형 쌍을 포함하는 상부 섹션에 연결되고, 중앙부로서 6개의 정사각형에 연결되고, 부분 또는 부재에 연결된 4개의 교대 정사각형 및 삼각형 쌍을 포함하는 적어도 부분적인 하부 섹션에 연결된 상부 정사각형을 포함할 수있다.
광전지 변환기의 측지 조밀 수신기 어레이의 삼각형 요소의 개략도가 도 56에 도시된다. PV 변환기(26a)는 흑체 방열기(5b4)로부터의 광을 전기로 변환할 수 있는 복수의 집광기 광전지(15)로 각각 구성된 삼각형 요소(200)로 구성된 고밀도 수신기 어레이를 포함할 수 있다. PV 셀(15)는 GaAs N 웨이퍼 상의 GaAs P/N 전지, InP 상의 InAlGaAs 및 GaAs 상의 InAlGaAs 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 셀은 각각 적어도 하나의 접합부를 포함할 수 있다. 삼각형 요소(200)는 스탬핑된 Kovar 시트를 포함하는 것과 같은 커버 바디(203), 고온 포트(202) 및 프레스 핏 튜브를 포함하는 것과 같은 저온 포트(204), 및 인접한 삼각형 요소(200)를 연결하기 위해 스탬핑된 Kovar 시트를 포함하는 것과 같은 부착 플랜지(203)를 포함할 수 있다.
열 전원을 포함하는 실시예에서, 열 교환기(26a)는 도 56에 도시된 삼각형 요소(200)와 같은 복수의 열 교환기 요소(200)를 포함하고, 이들 각각은 고온 냉각제 출구(202) 및 저온 냉각제 입구(204), 그리고 흑체 방열기(5b4)로부터의 광을 흡수하고 요소를 통해 흐르는 냉각제 내로 열로서 전력을 전달하는 수단을 포함한다. 냉각제 입구 및 출구 중 적어도 하나는 공통의 물 매니폴드에 부착될 수 있다. 도 31 및 도 32의 실시예에 도시된 바와 같이, 열 교환기 시스템(26a)은 냉각제 펌프(31k), 냉각제 탱크 (31l), 및 방열기를 통한 공기 흐름으로 부하에 고온 공기를 제공하는 방열기(31) 및 공기 팬(31j1)과 같은 부하 열 교환기를 더 포함한다. 측지 기하학 이외에, 당업계에 공지된 것과 같은 다른 기하학적 열 교환기는 본 개시의 범위 내에 있다. 모듈식 평판 열 교환기 요소(26b)가 PV 셀(15)가 없는 열 부하에 대한 고온 냉각제 입구 및 저온 출구 라인(31b 및 31c)을 각각 도시하는 도 57 내지 도 61에 도시된다. 열 교환기(26a)는 열 전달, 크기, 전력 요건, 간편성 및 비용 중 적어도 하나를 최적화하는 원하는 형상을 가질 수 있다. 실시예에서, 열 교환기 시스템(26a)의 영역은 수용된 전력 밀도가 원하는 밀도가 되도록 흑체 방열기(5b4)의 영역으로 스케일링된다.
적어도 하나의 수신기 유닛은 흑체 방사선을 다른 수신기 유닛 또는 PV 셀로 덮인 수신기 유닛의 다른 위치에 직접 또는 간접적으로 반사시키는 미러로 대체되거나 부분적으로 대체될 수 있다. 수신기 유닛은 구형 흑체 방열기(5b4)의 경우 중앙 원형 영역과 같은 최적의 고강도 조명 영역 상에 PV 셀로 채워질 수 있으며, 비-밀집 PV 영역은 미러로 덮일 수 있다. 유사한 양의 조사를 수신하는 셀은 원하는 정합 전류의 출력을 형성하도록 연결될 수 있으며, 여기서 셀은 직렬로 연결될 수 있다. 정사각형 수용 유닛과 같은 대면적 수용 유닛을 포함하는 인클로저는 각각 대응하는 냉각기 열 교환기(26b)를 포함할 수 있다(도 57 내지 도 61). 정사각형 유닛과 같은 각각의 수신기 유닛의 냉각기 또는 열 교환기(26b)는 적어도 하나의 냉각제 입구 및 하나의 냉각제 출구를 포함하는 냉각제 하우징, 통로를 갖는 플레이트과 같은 흐름 분배기 배플과 같은 적어도 하나의 냉각제 분배 구조물, 및 PV 셀 장착 판 상에 장착된 복수의 냉각제 핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 핀은 은, 구리 또는 알루미늄과 같은 열 전도성이 높은 재료로 구성될 수 있다. 핀의 높이, 간격 및 분포는 PV 셀 영역에 걸쳐 균일한 온도를 달성하도록 선택될 수 있다. 냉각기는 열 에폭시에 의해 장착 판 및 PV 셀 중 적어도 하나에 장착될 수 있다. PV 셀은 클로버 유리 또는 창에 의해 전면(조명 측면)에서 보호될 수 있다. 실시예에서, 수신기 유닛을 포함하는 인클로저는 압력 용기를 포함할 수 있다. 압력 용기의 압력은 반응 셀 챔버(5b31) 내부의 용융 금속 증기압의 내부 압력을 적어도 부분적으로 균형 맞추도록 조정될 수 있다.
실시예에서(도 66), PV 변환기의 반경은 흑체 방열기의 반경에 비해 증가되어 광 전력 플럭스의 반경 제곱 의존성에 기초하여 광 강도를 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 광 세기는 입사광을 PV 셀(15)에 부분적으로 반사시키고 광의 일부를 일련의 부재의 다음 부재로 전달하는 흑체 방열기 광선 경로를 따라 일련의 반투명 미러(23)를 포함하는 광 분배 시스템에 의해 감소될 수 있다(도 55). 광 분배 시스템은 원하는 광 세기 분포 및 변환을 달성하기 위해 일련의 PV 셀 및 미러를 적층하기에 편리한 반경 방향 경로, 지그재그 경로 또는 다른 경로를 따라 광 세기를 감소시키기 위한 미러를 포함할 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 대응하는 PV 셀와 조합하여 일련의 거울, 렌즈 또는 필터를 포함하는 광 분포 및 PV 변환 시스템에 정합된 기하학적 구조를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 흑체 방열기는 정사각형일 수 있고 직선 광 분포 및 PV 변환 시스템 구조와 일치할 수 있다.
냉각 시스템의 매개변수는 발전기의 비용, 성능 및 전력 출력을 최적화하도록 선택될 수 있다. 예시적인 매개변수는 냉각제의 동일성, 냉각제의 상 변화, 냉각제 압력, PV 온도, 냉각제 온도 및 온도 범위, 냉각제 유량, 흑체 방열기의 반경에 대한 PV 변환기 및 냉각제 시스템의 반경, 및 PV에 의해 전기로 변환될 수 없는 PV 입사광의 양을 감소시키거나 PV를 통과할 때 변환되지 않은 PV 입사광의 양을 감소시키기 위해 PV의 전면 또는 후면에 있는 선택적 필터 또는 반사기의 광 재활용 및 파장 대역이다. 예시적인 냉각제 시스템은 i) PV 셀에서 증기를 형성하고, 증기를 이송하고, 증기와 응축하여 주변과 교환 인터페이스에서 열을 방출하는 것, ii) PV 셀에서 스트림을 형성하고 이를 액체로 다시 응축시키고, 방열기와 같은 주변 장치를 사용하여 열 교환기에 있는 단상으로부터 열을 차단하는 것, 및 iii) 마이크로 채널 플레이트를 사용하여 PV 셀에서 열을 제거하고 주변 장치를 사용하여 열 교환기에서 열을 제거하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 것이다. 냉각제는 PV 셀을 냉각시키는 동안 단일 상으로 유지될 수 있다.
PV 셀은 냉각 판에 장착될 수 있다. 냉각제 도관 또는 냉각제 파이프에 의해 냉각 판으로부터 냉각 매니폴드로 열이 제거될 수 있다. 매니폴드는 PV 변환기 주위의 원주 방향에 있는 복수의 토로이드-형 파이프를 포함할 수 있으며, 이는 PV 변환기의 수직 또는 z-축을 따라 이격될 수 있고 그로부터 나오는 냉각제 도관 또는 냉각제 파이프를 포함한다.
흑체 방열기는 반응 셀 챔버(5b31)를 포함하도록 함께 밀봉되는 복수의 피스를 포함할 수 있다. 복수의 피스는 하부 반구(5b41) 및 상부 반구(5b42)를 포함할 수 있다. 다른 형상은 본 개시의 범위 내에 있다. 2개의 반구는 시일(5b71)에서 함께 더 빠를 수 있다. 시일은 플랜지, 적어도 하나의 개스킷(5b71), 그리고 클램프 및 볼트와 같은 패스너 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시일은 Perma-Foil(Toyo Tanso)과 같은 흑연 개스킷 및 흑연 또는 W 볼트 및 너트와 같은 내화 볼트를 포함할 수 있으며, 탄소와 W와 같은 볼트 및 너트 금속 사이의 다른 열팽창 계수를 보상하기 위해 W 볼트 및 너트와 같은 금속 볼트 및 너트는 흑연 또는 Perma-Foil 개스킷 또는 와셔를 더 포함할 수 있다. 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구와 저장소(5c)는 결합될 수 있다. 접합은 밀봉된 플랜지, 나사 조인트, 용접 조인트, 접착 조인트, 또는 본 개시의 것들과 같은 다른 조인트 또는 당업자에게 공지된 다른 조인트를 포함할 수 있다. 시일은 밀봉제에 의해 형성된 접착 또는 화학적으로 접합된 시일을 포함할 수 있다. 예시적인 흑연 접착제는 Aremco Products, Inc.의 Graphi-Bond 551RN 흑연 접착제 및 Resbond 931 바인더를 갖는 Resbond 931 분말이다. 접착된 탄소 부분은 화학적 탄소 결합을 형성하도록 열 처리될 수 있다. 결합은 각각의 피스의 구조와 동일하거나 유사할 수 있다. 결합은 흑연화를 포함할 수 있다. 실시예에서, 상부 반구 및 하부 반구와 같은 2개의 피스는 스레드 및 나사 결합 그리고 접착된 것 중 적어도 하나일 수 있다. 접합 섹션은 접촉 면적을 증가시키기 위해 텅 및 그루브 가공될 수 있다.
실시예에서, 하부 반구(5b41) 및 저장소(5c)는 단일 피스를 포함할 수 있다. 저장소는 본 개시의 하나와 같은 조인트에 의해 부착되거나 당업자에게 공지된 바닥 판을 포함할 수 있다. 대안적으로, 바닥 판 및 저장소 본체는 하부 반구를 갖는 하나의 피스를 더 포함할 수 있는 하나의 피스를 포함할 수 있다. 저장소 바닥 판은 저장소(5c)를 지지하기 위해 외부 압력 용기(5b3a) 벽에 연결을 제공하는 저장소 지지판(5b8)에 연결될 수 있다. EM 펌프 튜브(5k6) 및 노즐(5q)은 Swagelok-유형 및 VCR-유형 피팅(5k9) 및 Swagelok-유형 조인트 O-링(5k10) 중 적어도 하나와 같은 기계적 피팅과 같은 조인트를 사용하여 저장소(5c) 하부 판을 관통하여 연결할 수 있(도 2). 실시예에서, 상부 반구(5b42), 하부 반구(5b42), 저장소(5c), 저장소(5c)의 바닥 판 및 EM 펌프 튜브(5k6), 노즐(5q) 및 커넥터(5k9) 중 적어도 하나는 W, Mo 및 탄소 중 적어도 하나를 포함한다. 카본 라이저 또는 주입기 튜브와 같은 벤드를 갖는 것 및 노즐과 같은 카본 튜브 구성 요소는 주조에 의해 형성될 수 있다. 실시예에서, 상부 반구(5b42), 하부 반구(5b41), 저장소(5c) 및 저장소(5c)의 바닥 판은 탄소를 포함한다. 실시예에서, 저장소 및 흑체 방열기와 같은 탄소 셀 부품은 라이너를 포함할 수 있다. 라이너는 탄소 표면과 같은 하부 표면이 침식되는 것을 방지할 수 있다. 라이너는 내화 재료 시트 또는 메쉬 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 라이너는 W 포일 또는 메쉬 또는 WC 시트를 포함할 수 있다. 포일은 어닐링될 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기의 내부, 저장소 및 VCR 유형 피팅과 같은 흑연 셀 구성요소의 라이너는 탄소 침식을 방지하는 열분해 흑연, 실리콘 카바이드 또는 본 개시의 다른 코팅 또는 당업계에 공지된 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 코팅에 높은 가스 압력을 가하고 유지함으로써 고온에서 안정화될 수 있다.
셀 구성요소 코팅을 포함하는 실시예에서, 코팅 및 탄소와 같은 기판 중 적어도 하나는 열팽창 계수가 일치하도록 선택될 수 있다.
실시예에서, 한 쌍의 전극 중 적어도 하나의 전극은 액체 전극(8)을 포함한다. 실시예에서, 전극은 액체 및 고체 전극을 포함할 수 있다. 액체 전극은 전자기 펌프 주입기의 용융 금속 스트림을 포함할 수 있다. 점화 시스템은 회로를 완성하기 위해 고체 전극 상에 용융 금속을 주입하는 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 점화 회로의 완성은 전기 공급원(2)으로부터의 전류 흐름으로 인해 점화를 유발할 수 있다. 고체 전극은 용융 전극으로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 전기 절연은 저장소(5c) 측벽과 같은 그의 관통부에 있는 고체 전극의 전기 절연 코팅에 의해 제공될 수 있다. 고체 전극은 음극을 포함할 수 있고, 액체 전극은 양극을 포함할 수 있다. 액체 양극은 양극에서 높은 동력학으로부터의 높은 열로 인한 양극 용융 가능성을 제거할 수 있다. 고체 전극은 가공된 W를 포함할 수 있다. 전극은 WC, HfC, ZrC 및 TaC 중 적어도 하나와 같은 탄화물, ZrB2와 같은 붕소, 및 최대 1800 ℃에서 작동할 수 있는 ZrC-ZrB2 및 ZrC-ZrB2-SiC 복합물과 같은 복합물 중 적어도 하나와 같은 전도성 세라믹을 포함할 수 있다. 전도성 세라믹 전극은 슬리브 또는 칼라와 같은 코팅 또는 커버링을 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 적어도 이중 액체 전극을 포함하도록 교차하는 적어도 2개의 용융 금속 스트림을 생성하는 적어도 2개의 EM 펌프 주입기를 포함한다. 배출된 용융 금속 스트림이 교차하도록 수직으로부터 벗어나는 노즐을 갖는 EM 펌프의 대응 저장소는 수직일 수 있다. 각각의 EM 펌프 주입기는 전류가 교차점에서 금속 스트림을 통해 흐르도록 반대 극성의 전력 공급원에 연결될 수 있다. 전력 공급원(2)의 양극 단자는 하나의 EM 펌프 주입기에 연결될 수 있고 음극 단자는 다른 EM 펌프 주입기에 연결될 수 있다. 점화 전기 연결부는 점화 전자기 펌프 버스 바(5k2a)를 포함할 수 있다. 전력 공급원(2)은 EM 펌프 전력 공급원과의 실질적인 전기 추론을 피하면서 점화 공정에 전압 및 전류를 공급할 수 있다. 전력 공급원(2)은 부동 전압 전력 공급원 및 스위칭 전력 공급원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전기 연결부는 EM 펌프 튜브(5k6), 열 전달 블록(5k7) 및 EM 펌프 버스 바(5k2) 중 적어도 하나와 같은 EM 펌프의 전기 전도성 구성요소에 있을 수 있다. 각각의 열전달 블록(5k7)은 W 또는 Mo 분말과 같은 금속 분말과 같은 전도성 페이스트에 의해 펌프 튜브(5k6)에 열적으로 결합될 수 있다. 점화 전력은 전력 공급원(2)과 각각의 열전달 블록 세트(5k7) 사이에 반대 극성의 양호한 전기적 연결이 설정되도록 각각의 열전달 블록 세트(5k7)에 연결될 수 있다. 열 전달 블록은 열 전달 블록을 따라 점화 전력으로부터 열을 분배할 수 있다. 노즐은 전기 아크 및 가열 손상을 방지하기 위해 액체 금속에 침지될 수 있다. 저장소 용융 금속 레벨 센서 및 EM 펌프 전류 제어기와 같은 EM 펌프 제어기를 포함하는 레벨 제어 시스템은 침지 노즐로부터의 주입이 침지 레벨에 의해 크게 변경되지 않는 것 중 적어도 하나가 되도록 그리고 레벨 및 레벨 제어 시스템이 침수 레벨에 맞게 EM 펌핑을 제어하도록 저장소 용융 금속 레벨을 적당한 허용 오차 내로 유지할 수 있다. EM 펌프는 침지된 용융 금속이 중력에 대해 이동하는 스트림을 형성할 수 있도록 침지 노즐(5q)로부터 금속을 펌핑할 수 있다. 스트림은 이중 용융 금속 주입기를 포함하는 SunCell® 실시예의 반대 스트림과 교차하도록 지향될 수 있다. SunCell®은 적어도 하나의 용융 금속 스트림 디플렉터를 포함할 수 있다. 침지된 전극 스트림과 같은 적어도 하나의 스트림은 스트림 편향기로 향할 수 있다. 스트림 편향기는 이중 용융 금속 주입기 실시예의 대향하는 스트림과 교차하도록 스트림을 재지향시킬 수 있다. 디플렉터는 탄소, 텅스텐 또는 본 발명의 다른 것과 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 편향기는 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구의 연장부 또는 돌출부와 같은 반응 셀 챔버(5b31)의 연장부를 포함할 수 있다. 편향기는 전기 절연체를 포함할 수 있다. 절연체는 편향기를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
적어도 하나의 침지 노즐을 포함하는 것과 같은 이중 용융 금속 EM 펌프 주입기 실시예에서(도 62 내지 도 70), EM 펌프 튜브(5k61)의 적어도 하나의 저장소 및 대응하는 노즐 섹션이 경사져서 용융 스트림이 경사지지 않은 경우보다 중앙 쪽으로 더 많이 지향된다. 경사 저장소는 EM 펌프 조립체(5kk)의 경사 기저부 판을 포함할 수 있다. 저장소 지지판(5b8)은 EM 펌프 조립체(5kk)의 경사진 기저부 판을지지하기 위한 매칭 경사를 포함할 수 있다. 대안적으로, 저장소(5c), EM 펌프 조립체(5kk), 및 자석(5k4)과 자기 냉각(5k1)을 포함하는 EM 펌프(5ka) 중 적어도 하나는 EM 펌프(5ka)의 기저부에서 중심으로부터 멀어지도록 경사져서 상부의 내측으로 경사질 수 있다. 저장소 지지판(5b8)은 경사 저장소 및 EM 펌프 조립체(5ka)를지지하기 위해 매칭 경사를 포함할 수 있다. 저장소 튜브(5c)의 상부는 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구와 평탄하게 조합된 바닥에 맞도록 각도 절단될 수 있다. 대안적으로, 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구는 흑체 방열기(5b4)로부터 저장소(5c)로의 열 구배를 허용하기 위해 하부 반구(5b41)로부터 연장되는 슬립 너트 커넥터와 같은 경사 칼라 및 커넥터를 포함하는 것과 같은 대응 경사 결합부를 포함할 수 있다. 슬립 너트 조인트(5k14)의 예시적인 실시예에서, 저장소(5c)는 질화 붕소를 포함하고, 하부 반구(5b41) 슬립 너트 커넥터는 탄소를 포함하고, 너트는 탄소를 포함하고, 개스킷(5k14a)은 흑연을 포함하고 흑연은 흑연의 열 팽창 계수 및 BN이 열 순환이 가능할 수 있는 시일을 달성하도록 선택된다. 실시예에서, 탄소 및 BN 부분은 매칭 열팽창 계수를 갖거나, BN의 열 팽창 계수가 압축 조인트를 포함하기 위해 탄소 부품의 열 팽창 계수보다 약간 더 크다. 개스킷은 열팽창이 탄소 부품의 인장 강도를 초과하지 않도록 압축될 수 있다. 열 사이클링을 허용하기 위해 압축이 가역적일 수 있다.
입구 라이저의 높이와 위치는 SunCell® 작동 중에 노즐의 침지를 유지하도록 선택될 수 있다. 입구 라이저는 개방형 튜브를 포함할 수 있으며, 여기서 용융된 금속 레벨이 대략 튜브 개구의 높이 수준이 될 때까지 튜브 내로의 흐름이 발생한다. 튜브-단부 개구는 용융 금속 레벨에 일치하는 경사로 절단될 수 있다. 튜브 개구의 크기는 이중 용융 금속 주입기 시스템의 2개의 저장소 사이의 레벨 제어의 안정성을 유지하기 위해 내부 유량을 조절하거나 댐핑하도록 선택될 수 있다. 튜브 개구는 흐름 조절을 달성하기 위해 메쉬와 같은 다공성 덮개를 포함할 수 있다. EM 펌프 속도는 상대적 레벨 안정성을 유지하기 위해 레벨 제어를 조절할 수 있다. EM 펌프 속도는 EM 펌프 전류를 제어함으로써 조절될 수 있으며, 여기서 튜브 개방 스로틀링 및 동적 전류 조절 범위 중 적어도 하나는 서로 약간 경사져 있는 하나의 스트림을 포함하는 실시예에 대한 스트림의 상대적인 레벨 제어 안정성 및 정렬을 달성하기에 충분하다.
입구 라이저는 EM 펌프 조립체 기저부에 부착된 홀더 내로 또는 위에 삽입될 수 있는 BN 튜브와 같은 내화 전기 절연체를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 홀더는 EM 펌프 조립체 기저부에 부착된 Mo 또는 SS와 같은 더 짧은 금속 튜브를 포함한다. 상단 홈이 있는 BN 튜브와 같은 입구 라이저는 고정 나사와 같은 조임 장치 또는 압축 피팅으로 홀더 내부에 고정될 수 있다. 입구 라이저는 입구 라이저와 홀더 모두의 단부에 끼워 맞춰지는 커플러에 의해 홀더에 연결될 수 있다. 실시예에서, 입구 라이저는 탄소를 포함할 수 있다. EM 펌프 조립체(5kk)에 대한 탄소 입구 라이저 연결부는 나사 및 용접 중 적어도 하나와 같은 패스너에 의해 EM 펌프 조립체의 기저부에 체결될 수 있는 튜브 홀더와 같은 홀더에 대한 압축 피팅을 포함할 수 있다. 튜브 홀더와 같은 홀더는 입구 라이저 홀더와 반응하지 않는 재료를 포함할 수 있다. 탄소 입구 라이저를 고정하기 위한 예시적인 홀더는 니켈 또는 레늄 튜브와 같은 탄화물 반응에 저항성이 있는 튜브 또는 SS 625 또는 Haynes 230을 포함하는 탄화에 저항력이 있는 SS 튜브를 포함한다. 탄소 튜브와 같은 입구 라이저 튜브는 작동 중에 용융 금속으로 코팅될 수 있으며, 여기서 용융 금속은 반응 플라즈마에 의한 튜브의 침식을 방지할 수 있다.
실시예에서, 입구 라이저 튜브(5qa), EM 펌프 튜브(5k61)의 노즐 섹션 및 노즐(5q) 중 적어도 하나는 Pt, Re, Ru, Rh 또는 Ir 와 같은 내화 귀금속, 또는 MgO(M.P. 2825℃), ZrO2 (M.P. 2715℃), H2O에 대해 안정적인 마그네시아 지르코니아, 스트론튬 지르코네이트(SrZrO3 M.P. 2700℃), HfO2(M.P. 2758℃), 이산화토륨(M.P. 3300℃) 또는 본 개시의 다른 것과 같은 산화에 안정적인 내화 재료를 포함할 수 있다. 입구 라이저 튜브(5qa), EM 펌프 튜브(5k61)의 노즐 섹션 및 노즐(5q)과 같은 세라믹 펌프 주입기 부품은 EM 펌프 조립체(5kk) 근처 또는 근처에서 금속 EM 펌프 입구 또는 출구에 고정될 수 있다. 패스너는 본 개시의 하나를 포함할 수 있다. 패스너는 EM 펌프 조립체(5kk) 근처 또는 근처에서 금속 EM 펌프 입구 또는 출구에 브레이징된, 나사 이음되거나 금속화되고 나사 이음된 세라믹 부품, 나사 이음된 펌프 구성요소 부품 및 금속화된 세라믹 부품 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속화는 니켈 또는 내화성 금속과 같이 산화되지 않는 금속을 포함할 수 있다. 패스너는 플레어 피팅을 포함할 수 있다. 세라믹 부품은 원추형일 수 있거나 평평한 플레어를 포함할 수 있다. 패스너의 수형 부분은 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 부착될 수 있다. 플레어 피팅의 수형 부분은 매칭 나사가 조여 짐에 따라 세라믹 부품의 플레어를 수형 파이프 섹션에 조이는 암나사 형 칼라와 정합하기 위한 금속 나사 이음 칼라 및 수형 파이프 섹션을 포함할 수 있다. 패스너는 흑연 또는 Perma-Foil(Toyo Tanso) 개스킷과 같은 개스킷을 더 포함할 수 있다. EM 펌프 조립체(5kk)의 금속 부품과 같은 금속 부품은 개스킷과 반응하지 않는 니켈과 같은 재료를 포함할 수 있다. 정합 나사 이음 부품에 의해 형성된 임의의 공극은 용융 은 침윤과 같은 용융 금속을 방지하고 열 팽창 및 수축으로부터 압력을 완화시키는 수단으로서 작용하기 위해 불활성 재료로 포장될 수 있다. 패킹은 Graphoil 또는 Perma-Foil(Toyo Tanso)과 같은 본 발명의 하나와 같은 개스켓 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 대한 세라믹 튜브의 패스너는 (i) 세라믹 부품 및 EM 펌프 조립체(5kk) 부품 나사, (ii) EM 펌프 조립체 근처 또는 근처의 금속 EM 펌프 입구 또는 출구에 금속을 세라믹 부품 금속화하고 나사 이음하거나 브레이징(알루미나는 금속화되고 브레이징되는 공통 재료), (iii) 원추형 또는 평평한 플레어 단부 및 EM 펌프 조립체 기저부 판에 용접된 스레드 칼라에 부착하기 위한 스레드 금속 슬립 오버 암 칼라를 각각 가지는 세라믹 튜브를 포함하는 플레어 피팅을 포함할 수 있으며; 플레어 피팅은 Graphoil 또는 Perma-Foil(Toyo Tanso) 개스킷을 더 포함할 수 있고, EM 펌프 조립체는 탄소 및 물과의 반응을 방지하기 위해 니켈 금속 부품을 포함할 수 있다. 수형 패스너 부품의 재료와 같은 재료는 암형 부품의 열 팽창 계수와 일치하도록 선택될 수 있다.
구성요소 부식을 피하기 위한 실시예에서, (i) 탄소와 같은 반응 셀 챔버(5b31)는 은과 같은 용융 금속의 보호층으로 코팅된 것 중 적어도 하나일 수 있고, 음 바이어스될 열분해 흑연 또는 열분해 흑연 표면 코팅을 포함하고, 여기서 음 바이어스는 네거티브 주입기 및 저장소에 대한 연결과 같은 점화 전압 중 적어도 하나에 의해 제공될 수 있고, (ii) EM 펌프 튜브의 내부 표면은 니켈과 같은 비-수 반응성 재료를 포함할 수 있고, (iii) 저장소, 입구 라이저 및 주입기는 MgO와 같은 세라믹 또는 당업자에게 공지된 다른 내화성 및 안정한 세라믹을 포함할 수 있다. 실시예에서, 탄소 하부 반구(5b41)에 적용되는 음의 바이어스는 MgO 또는 ZrO2 저장소와 같은 산화물 저장소와의 탄소 환원 반응으로부터 탄소를 보호한다. 바이어스는 접촉 산화물 부분이 아닌 탄소 부분에 적용될 수 있다. 대안적으로, 산화물과 탄소 사이의 결합은 산화물과 탄소 사이의 접촉을 제한하기 위해 습식 시일 또는 개스킷을 포함할 수 있다. 실시예에서, 온도 및 압력은 탄소가 MgO와 같은 산화물을 감소시키는 것을 열역학적으로 불가능하도록 제어된다. 예시적인 압력(P) 및 온도(T) 조건은 T/P0.0449 <1200일 때에 관한 것이다. 탄소는 탄소 환원 반응성을 감소시키기 위해 열분해 탄소를 포함할 수 있다. 대기는 탄소 환원의 자유 에너지를 낮추기 위해 CO2를 포함할 수 있다. 탄소는 용융 은의 기화 또는 Graphite Cova 코팅(http://www.graphitecova.com/files/coating_4.pdf)으로부터 은과 같은 보호 코팅으로 코팅될 수 있다. Cova 코팅은 다음의 복수의 층인 알루미늄 + 화합물/알루미늄 + 합금/순수 알루미늄/금속/흑연을 포함할 수 있다. 실시예에서, 흑연은 수소와의 반응을 피하기 위해 코팅으로 코팅된다. 예시적인 코팅은 ZrC로 구성된 금속 및 비금속 층; Nb, Mo 및/또는 Nb-Mo 합금; 및/또는 Mo2C을 포함한다.
실시예에서, 저장소(5c), 하부 반구(5b41) 및 상부 반구(5b42) 중 적어도 하나는 ZrO2, HfO2, Al2O3 또는 MgO와 같은 금속 산화물과 같은 산화물과 같은 세라믹을 포함한다. 하부 반구(5b41), 상부 반구(5b42) 및 저장소(5c) 그룹의 적어도 두 부품은 서로 접착될 수 있다. 실시예에서, 하부 반구(5b41), 상부 반구(5b42) 및 저장소(5c) 그룹의 적어도 두 부품은 단일 구성요소로서 성형될 수 있다. 실시예에서, 저장소는 슬립 너트 조인트, 습식 밀봉 조인트, 개스킷 조인트 및 본 발명의 다른 조인트 중 적어도 하나에 의해 하부 반구 및 EM 펌프 조립체(5kk) 중 적어도 하나에 결합될 수 있다. 슬립 너트 조인트는 탄소 개스켓을 포함할 수 있다. 너트, EM 펌프 조립체(5kk) 및 하부 반구 중 적어도 하나는 탄화 및 탄화물 형성에 저항하는 재료, 및 니켈, 탄소 및 SS 625 또는 Haynes 230 SS와 같은 탄화에 저항하는 스테인리스 스틸(SS)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 결합시 탄소 하부 반구와 MgO 저장소와 같은 산화물 저장소 사이의 탄소 환원 반응은 탄소 환원 반응 온도 이하로 냉각되는 습식 시일, 및 산화물 저장소에 결합하는 탄소 하부 반구의 칼라의 적절한 길이로 인해 탄소 환원 반응 온도 아래로 유지되는 슬립 너트 조인트를 포함하는 조인트와 같은 적어도 하나의 수단에 의해 회피된다. 실시예에서, 탄소 환원 반응 온도보다 낮은 비 반응 온도에서 탄소와 접촉하게 산화물을 포함하는 조인트를 유지함으로써 탄소 환원 반응이 회피된다. 실시예에서, MgO 탄소 환원 반응 온도는 약 2000℃ 내지 2300℃의 범위를 초과한다. 전력 변환은 비 반응성 온도에서 조인트와의 효율적인 변환이 가능한 자기 유체 역학과 같은 시스템으로 달성될 수 있다. 실시예에서, 하부 반구(5b41), 상부 반구(5b42) 및 저장소(5c)는 지르코니아와 같은 금속 산화물과 같은 세라믹을 포함하며, 여기서 부품은 함께 성형되고 접착되는 것 중 하나이며, EM 펌프 조립체의 조인트는 습식 시일을 포함한다. 실시예에서, 하부 반구(5b41) 및 저장소(5c)는 지르코니아를 포함하며, 여기서 부품들은 성형되고 서로 접착된 것 중 적어도 하나이며, EM 펌프 조립체의 조인트는 습식 시일을 포함한다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 MgO, TiO2 또는 이트리아로 안정화 된 ZrO2를 포함한다. PV 돔은 약 0.2의 낮은 ZrO2 방사율로 인해 동일한 입사 전력 밀도를 갖는 탄소 흑체 방열기를 갖는 SunCell®의 파장에 비해 반경이 감소될 수 있다. PV 변환기의 보다 동심적인 기하학적 구조는 PV 셀 상으로 흑체 방사선의 정상적인 입사에 대해 더 유리할 수 있다.
전기 절연체를 포함하는 하부 반구(5b41)를 포함하는 실시예에서, 저장소(5c)는 내화성 금속, 탄소, 스테인리스 스틸 또는 본 발명의 다른 전도성 재료와 같은 금속과 같은 전도체를 포함할 수 있다. 전기 절연체를 포함하는 하부 반구(5b41)는 ZrO2, HfO2, Al2O3 또는 MgO와 같은 금속 산화물 또는 Mullite와 같은 절연체로 코팅된 탄소 또는 본 발명의 다른 전기 절연 코팅을 포함할 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b4)의 방사율은 PV 셀의 밴드 갭 위의 광에 대해서는 낮고 PV 셀 밴드 갭 아래의 방사선에 대해서는 높다. PV 밴드 갭 아래의 광은 PV 셀로부터 반사되어 흑체 방열기(5b4)에 의해 흡수되고 흑체 방열기의 작동 온도, 예를 들어 약 2500K 내지 3000K의 범위에서 흑체 방사로서 재방출됨으로써 재순환될 수 있다. 실시예에서, 밴드 갭 아래에 있는 반사 방사선은 흑체 방열기(5b4)에 대해 투명하여 반응 셀 챔버(5b31) 가스 및 플라즈마에 의해 흡수될 수 있다. 흡수된 반사 전력은 흑체 방열기를 가열하여 그 온도를 유지하도록 돕고 반사된 밴드 갭 광의 재순환을 달성할 수 있다. 밴드 갭 이하의 광에 대한 방사율이 낮고 투과율이 높은 흑체 방열기를 포함하는 실시예에서, 지르코니아와 같은 세라믹과 같은 흑체 방열기는 반사된 하부 밴드 갭 광을 흡수하여 PC 셀로 재활용하기 위한 코팅 또는 내부 층과 같은 첨가제를 포함한다. 코팅 또는 내부 층은 PV 셀로부터 반사된 광을 흡수하도록 높은 방사율을 포함할 수 있다. 첨가제는 본 개시의 탄소, 탄화물, 붕소화물, 산화물, 질화물 또는 다른 내화 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 첨가제는 흑연, ZrB2, 지르코늄 카바이드, 및 ZrC-ZrB2와 ZrC-ZrB2-SiC와 같은 ZrC 복합물이다. 첨가제는 분말 층을 포함할 수 있다. 흑체 방열기(5b4)는 세라믹/중간 고 방사율 내화 화합물과 같은 내부 표면 내화재/세라믹과 같은 외부 표면 내화재와 같은 적층 구조를 포함할 수 있다. 세라믹과 같은 표면 내화물은 물 및 산소 가스에 대해 불투과성일 수 있다. 예시적인 적층 구조는 내면 ZrO2/중간 ZrC/외면 ZrO2이다. 적층 구조는 몰드에 내층을 주조하고, 주조된 층에 중간층 화합물을 분무한 다음, 외층을 몰드에 주조함으로써 제조될 수 있다.
지르코니아가 광학 코팅의 증착에 사용되며 지르코니아가 근-적외선에서 중-적외선까지 사용할 수 있는, 이러한 스펙트럼 영역에서 적은 흡수로 인한 고굴절률 재료이기 때문에, 흑체 방열기는 아래 밴드 갭 광이 흑체 방열기를 통해 투과되고 반응 셀 챔버(5b31)의 내부에서 흡수되어 PV 변환기(26a)로 재순환되는 지르코니아를 포함한다. 실시예에서, 근-자외선 내지 중-적외선 광은 지르코니아 흑체 방열기와 같은 흑체 방열기(5b4)에 투명하다. 반응 셀 챔버 플라즈마의 흑체 방출은 PV 셀로 직접 전달될 뿐만 아니라 흑체 방열기를 흑체 작동 온도로 가열하도록 흡수될 수 있다.
실시예에서, PV 변환기는 PV 셀을 덮고 MgO 또는 ZrO2와 같은 기화된 금속 산화물과 같은 흑체 방열기로부터 기화된 재료로부터 그들을 보호하기 위한 윈도우를 포함한다. 윈도우는 윈도우를 자동으로 세정할 수 있는 기계적 와이퍼와 같은 와이퍼를 포함할 수 있다. 실시예에서, PV 윈도우는 흑체 방열기(5b4)로부터 응축된 기화된 금속 산화물의 투명한 코팅을 형성하기 위한 재료 및 디자인을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 대략 근-자외선에서 중-적외선의 파장 범위에서 방사선에 투명한 지르코니아와 같은 재료를 포함하여 PV 윈도우 상의 지르코니아 증착이 흑체 방열기로부터의 흑체 방사선에 대해 윈도우를 크게 불투명하게 하지 않는다.
실시예에서, 아르곤과 같은 희가스와 같은 불활성 가스와 같은 높은 가스 압력은 흑체 방열기 상에 유지되어 기화를 억제한다. 가스 압력은 약 1 내지 500 기압, 2 내지 200 기압 및 2 내지 10 기압의 적어도 하나의 범위일 수 있다. 가스 압력은 외부 압력 용기(5b3a)에서 유지될 수 있다. 외부 압력 용기(5b3a) 내 압력은 유도 결합 히터에 의해 소비되는 전력을 감소시키기 위해 시동 동안 감소될 수 있으며, 여기서 압력은 셀이 원하는 작동 온도를 유지하는데 필요한 전력을 초과하여 전력을 생성한 후에 재설정될 수 있다. 금속 산화물과 같은 흑체 방열기는 기화를 억제하기 위한 코팅으로 코팅될 수 있다. 코팅은 본 개시의 것 중 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 금속 산화물 코팅은 ThO2(M.P. = 3390℃)이다. 산화 토륨뿐만 아니라 산화 이트륨 및 산화 지르코늄은 흑체 방열기(5b4)에서 가스 맨틀로서 추가의 작용하여 더 높은 PV 변환 효율을 생성할 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)와 같은 금속 산화물 세라믹 성분은 금속 산화물의 안정성을 증가시키는 H2O 및 O2 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 산화 분위기에서 유지된다. 실시예에서, SunCell®은 기화에 의해 금속 산화물을 잃는 기화 금속 산화물의 공급원으로서의 작용 및 적어도 하나의 금속 산화물 셀 구성요소로부터 기화를 억제하기 위한 기화된 금속 산화물의 공급원으로서의 작용 중 적어도 하나의 작용을 하는 가열된 금속 산화물의 공급원을 포함한다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)의 내벽은 물에 반응하지 않는 내화 재료를 포함한다. 내화 재료는 레늄, 이리듐, 산화 지르코늄과 같은 금속 산화물과 같은 세라믹, 이산화 지르코늄과 같은 붕소, 탄탈륨 탄화물, 하프늄 카바이드, 탄화 지르코늄 및 탄탈륨 하프늄 탄화물과 같은 탄화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 반응 셀 챔버(5b31)의 벽은 탄화물 형성에 저항하기 때문에 레늄을 포함할 수 있다. 레늄 코팅은 화학 기상 증착에 의해 탄소 벽에 적용될 수 있다. 상기 방법은 원용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함되는, YonggangTong, ShuxinBai, HongZhang, YicongYe의 "화학 기상 증착에 의해 탄소 기판에 제조된 레늄 코팅", Applied Surface Science, Volume 261, 2012년 11월 15일, 390-395 페이지의 방법을 포함할 수 있다. 탄소 반응 셀 챔버(5b31)의 벽 상의 이리듐 코팅은 레늄 층간에 도포되어 접착 강도를 증가시키고 일부 열 팽창 불일치를 완화시킬 수 있다. 레늄 코팅은 화학적 기상 증착에 의해 탄소 벽에 적용될 수 있고, 이리듐 코팅은 전기 화학적으로 적용될 수 있다. 상기 방법은 원용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함되는, Li'an Zhu, Shuxin Bai, Hong Zhang, Yicong Ye, Wei Gao의 "탄소-탄소 복합재와 이리듐 코팅 사이의 중간층으로 사용되는 레늄: 접착 및 습윤성", Surface & Coatings Technology, Vol. 235, (2013), 68-74 페이지의 것을 포함할 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기는 ZrC, W, 탄소, HfC, TaC, 탄탈륨 하프늄 탄화물 또는 본 개시의 다른 적합한 내화 재료과 같은 작동 온도에서 비휘발성 재료로 코팅된 물과 반응하기에 안정적인 세라믹을 포함한다. 물과 비-반응성인 재료는 반응 셀 챔버(5b31)의 내벽을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예는 흑연 또는 ZrC로 코팅된 ZrO2를 포함한다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)의 탄소 벽은 탄소가 산소 공급원 또는 촉매, 예컨대 Li2O, 물 및 HOH 중 적어도 하나와 반응하는 것을 방지하는 코팅으로 코팅된다. 코팅은 불소를 포함할 수 있다. 탄소 반응 셀 챔버의 내부 표면은 탄소에 말단 결합된 불소로 코팅될 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버는 불화 은과 같은 용융 금속 불화물 또는 불화 니켈, 불화 레늄, 불화 몰리브덴, 또는 불화 텅스텐과 같은 용융 금속과 접촉하는 셀 구성요소의 금속의 불화물과 같은 불화물 공급원을 포함하여 산소 또는 물 공급원에 의한 것과 같은 산화를 보호하는 플루오르 말단 탄소를 유지한다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 탄소에 삽입되는 종 또는 종의 공급원을 포함한다. 종은 리튬과 같은 알칼리 금속, 알칼리성 또는 알칼리 토금속과 같은 물과 반응하는 금속, 및 니켈, 구리,은 또는 레늄과 같은 물과 반응하지 않는 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 리튬 금속은 삽입된 리튬과 물의 반응에 의해 형성된 Li2O 또는 LiOH로 교환될 수 있다.
실시예에서, HOH 촉매를 형성하기 위한 산소 공급원은 산화물을 포함할 수 있다. 산화물은 은과 같은 용융 금속에 불용성일 수 있다. 산화물은 리튬 산화물을 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버의 벽은 은과 같은 용융 금속으로 코팅될 수 있다. 산소 공급원은 수소와 반응하여 HOH 촉매를 형성할 수 있다. 은 코팅은 탄소를 포함하는 것과 같은 반응 셀 챔버 벽이 산소 공급원과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 은 코팅은 탄소 벽이 산소 공급원과 반응하는 것을 방지할 수 있다. 탄소 벽은 삽입된 리튬을 포함할 수 있다. 리튬은 탄소와 반응하여 이를 환원시킬 수 있다. 탄소에 음의 전위를 가함으로써 탄소가 환원될 수 있다. 탄소는 리튬 이온 배터리의 탄소 애노드의 조성을 가질 수 있다. 애노드 조성물은 산소 공급원 및 HOH 중 적어도 하나에 의해 산화로부터 탄소를 보호할 수 있다. 환원 전위는 은과 같은 용융 금속, 적어도 하나의 저장소(5c) 및 양극과 같은 적어도 하나의 용융 금속 전극에 대해 적용될 수 있다. 리튬 산화물과 같은 산소 공급원에 의한 흑연 벽의 탄소 환원 반응은 은 코팅, 리튬 이온과 같은 삽입된 금속 이온 및 인가된 전압 중 적어도 하나에 의해 방해될 수 있다. 리튬화 탄소는 당업자에게 공지된 바와 같이 전기 화학적으로 형성될 수 있다. 리튬화는 리튬 반대 전극을 갖는 전기 화학 전지의 애노드로서 탄소를 사용함으로써 형성될 수 있으며, 리튬화는 전지를 충전함으로써 형성된다. 실시예에서,은과 같은 용융 금속은 리튬과 같은 삽입물을 포함한다. 삽입물은 반응 셀 챔버(5b31)에 음의 전위를 가함으로써 탄소에 삽입될 수 있다. 반응 셀 챔버는 전기 삽입 셀을 포함하여 리튬 삽입 탄소를 형성할 수 있다. 카본 돔은 네거티브 용융 금속 주입기 시스템에 전기적으로 연결될 수 있다. 카본 돔은 네거티브 저장소에 연결될 수 있다. 네거티브 저장소는 탄소를 포함할 수 있다. 카본 돔은 슬립 너트와 같은 조인트에 의해 카본 저장소에 연결될 수 있다. 카본 돔 및 네거티브 저장소는 단일 유닛을 포함할 수 있다. 탄소 저장소는 습식 시일 또는 본 개시의 다른 조합에 의해 또는 당업계에 공지된 EM 펌프 조립체 기저부(5kk)에 결합될 수 있다. 포지티브 용융 금속 주입기는 리튬 삽입된 탄소와 같은 종 삽입된 탄소를 형성하고 유지하는 전기 화학 전지의 상대 전극으로서 작용할 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 흑체 방사보다 큰 비율로 고 에너지 광의 선택적 방출을 야기하는 표면 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 더 높은 흑체 온도에 대응하는 PV 변환 효율을 달성하면서 약 2500K 내지 3000K의 범위와 같은 더 낮은 온도에서 흑체 방열기(5b4)의 작동을 허용할 수 있다. ZrO2 또는 HfO2와 같은 금속 산화물 흑체 방열기와 같은 흑체 방열기(5b4)는 코팅으로 인한 원하는 PV 변환 효율을 달성하면서 기화를 피하기 위해 적합한 작동 온도 범위에서 작동될 수 있다. 코팅은 본 개시 내용 또는 당 업계에 공지 된 열광 전 필터를 포함 할 수있다. 코팅은 맨틀 코팅과 같은 선택적인 라인 이미터를 포함할 수 있다. 더 높은 PV 변환 효율을 생성하기 위해 흑체 방열기(5b4) 상의 예시적인 맨틀은 산화 토륨 및 이트륨 산화물이다.
실시예에서, 광은 하이드리노 플라즈마로부터 PV 변환기(26a)의 PV 셀로 직접 전파될 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 반응 셀 챔버(5b31)의 투명성으로 인해 PV 셀로의 주어진 광 전력 흐름에서 더 낮은 흑체 온도로 유지될 수 있다(도 69 및 도 70). 반응 셀 챔버(5b31)는 세라믹과 같은 투명 내화 재료와 같은 투명 재료를 포함할 수 있다. 세라믹은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 다결정질일 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 광학적으로 투명한 알루미나(사파이어)(Al2O3), 지르코니아(입방체 지르코니아)(ZrO2), 하프니아(HfO2), 토리아(ThO2) 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31) 내부에 유지되는 하이드리노 플라즈마는 반응 셀 챔버(5b31)에 투명한 흑체 및 라인 방출과 같은 광을 방출할 수 있다. 투명도는 적어도, PV 변환기(26a)의 PV 셀의 밴드 갭 위에 있는 에너지를 갖는 파장에 대한 것일 수 있다. PV 셀은 밴드 갭 위 및 아래 중 적어도 하나의 에너지를 갖는 변환되지 않은 광을 반사할 수 있다. 광은 반응 셀 챔버(5b31) 내부의 플라즈마를 포함할 수 있는 미러, 다른 PV 셀 및 흑체 방열기 중 적어도 하나에 반사될 수 있다. 플라즈마는 플라즈마의 산란, 이온화 및 흑체 특징으로 인해 반사된 방사선에 대한 높은 흡수성을 가질 수 있다. 반사된 광은 전기로의 추가 변환을 위해 PV 셀로 재순환될 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 광을 PV 셀에 반사시키고 광을 재순환시키기 위해 미러를 갖는 섹션을 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 불투명한 섹션을 포함할 수 있다. 불투명 섹션은 불투명 또는 냉각기 중 적어도 하나일 수 있다. 불투명성을 유지하기 위해 원하는 위치에 은 미러가 형성될 수 있다. 미러는 응축에 의해 용융된 은으로부터 형성될 수 있다. 저장소(5c) 및 하부 반구(5b41)의 하부 부분 중 적어도 하나는 불투명할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 금속이 투명 섹션 상에 응축되는 것을 피하기 위해 은과 같은 용융 금속의 비등점보다 높은 온도에서 작동할 수 있다. 돔(5b4)은 은의 비등점(2162 ℃)보다 높은 온도에서 작동하여 PV 흑체를 조사하기 위해 플라즈마 흑체 방사선에 투명하게 유지될 수 있다. 은의 비등점(B.P. = 2162℃) 초과에서 작동할 수 있는 예시적인 투명 세라믹은 지르코니아(입방체 지르코니아)(ZrO2), 하프니아(HfO2), 토리아(ThO2) 및 이들의 혼합물이다. 실시예에서, 사파이어 돔과 같은 투명 돔(5b4)은 용융 금속의 비등점 아래에서 작동할 수 있으며, 여기서 플라즈마는 용융 금속을 과열시켜 투명 돔 섹션에서 응축되는 것을 방지한다. 하부 반구(5b41), 상부 반구(5b42) 및 저장소(5c)와 같은 셀의 부품은 단일 부분을 포함할 수 있거나 결합된 복수의 부품을 포함할 수 있다. 결합은 본 개시에 의해, 예를 들어 세라믹 접착제를 사용하여 부품들을 함께 접착함으로써 이루어질 수 있다. 실시예에서, 투명 돔(5b4)은 각각 더 작은 직경의 복수의 투명 돔을 포함할 수 있다. 복수의 돔은 단일 피스 또는 접착된 복합 돔을 포함할 수 있다.
실시예에서, 투명 반응 셀 챔버(5b31) 내부의 플라즈마 온도는 셀이 집광기 셀을 포함할 수 있는 본 개시의 것들과 같은 Si 및 III-V 반도체 기반 PV 셀 중 적어도 하나와 같은 상업용 PV 셀과 같은 PV 셀에 의한 전기적 변환에 최적인 온도로 유지된다. 흑체 온도는 약 5600K와 같은 태양의 주위 온도로 유지될 수 있다.
실시예에서, 대부분의 플라즈마 방사선을 투과할 수 있는 투명 돔과 같은 방열기(5b4)는 최대 작동 온도를 초과하지 않도록 돔을 냉각시키는 냉각 시스템을 포함한다. 냉각 시스템은 적어도 하나의 전도, 대류 및 강제 대류 수단에 의해 열을 제거하기 위해 하우징(5b3)에 유지되는 가스를 포함할 수 있다. 냉각 시스템은 가스 냉각기를 갖춘 강제 가스 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 대안적으로, 냉각 시스템은 적어도 하나의 냉각제 라인, 투명할 수 있는 돔 표면 상의 냉각제 라인 표면 메쉬, 투명할 수 있는 냉각제, 냉각제 펌프 및 냉각기를 포함할 수 있다. 대략 투명한 냉각제는 알칼리와 같은 용융염 또는 할로겐화물 염과 같은 알칼리 토류 용융염을 포함할 수 있다. 실시예에서, 돔의 기저부는 차광을 방지하기 위해 냉각될 수 있다. 실시예에서, 돔은 내화 도체 스트립으로 덮여 있어 냉각 시스템에 의해 주변으로 열이 흐르도록 한다. 실시예에서, 돔의 일부는 냉각을 위해 돔으로부터의 복사 열 손실을 향상시키기 위해 본 개시의 하나와 같은 고 방사성 내화 재료로 덮일 수 있다. 단일 부품 또는 함께 접착된 복합 돔을 포함할 수 있는 복수의 요소 돔을 포함하는 실시예에서, 냉각 시스템은 요소 돔 사이의 외관을 따라 흐르는 냉각제 라인을 포함할 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응 플라즈마는 반응 구체 챔버를 포함하는 반응 셀 챔버(5b31)의 중심에서 유지되어 반응 셀 챔버(5b31)의 중심으로부터 투명 돔(5b4)까지 열 구배를 달성한다. 하이드리노 반응 속도는 하이드리노 반응물의 주입을 제어하고 전도성 용융 금속 매트릭스를 중심으로 유지하는 것뿐만 아니라 전압과 전류와 같은 점화 매개변수를 제어하는 것과 같은 반응 조건을 제어함으로써 구의 중심에 위치하도록 공간적으로 제어될 수 있다. 실시예에서, 비-플라즈마 가스의 버퍼 층은 벽과 하이드리노 플라즈마의 직접적인 접촉을 방지하기 위해 돔(5b4)의 내벽을 따라 주입될 수 있다. 대안적으로, SunCell®은 벽과 플라즈마가 벽과의 직접적인 플라즈마 접촉을 방지하기 위해 플라즈마와 벽 사이에 전기적 반발을 유발하도록 유사하게 대전될 수 있는 전력 공급원 및 전극과 같은 충전 공급원을 포함할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 플라즈마 자기 구속을 위한 자기장 공급원을 포함할 수 있다. 플라즈마는 자기장에 의해 돔의 대략 중심에 한정될 수 있다. 돔은 투명 벽이 과열되지 않도록 플라즈마가 중심에 한정된 자기 병(magnetic bottle)을 포함할 수 있다.
실시예에서, 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61) 튜브 중 적어도 하나는 탄소 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 세라믹은 H2O와 반응하지 않는 것, 예컨대 ZrO2, HfO2, ThO2, MgO, Al2O3 , 본 개시의 다른 것, 및 당업자에게 공지된 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 세라믹은 보호 산화물 코팅을 형성하고 ZrC와 같은 물과의 반응에 내성이 있는 탄화물을 포함할 수 있다. 튜브는 기저부 단부에 나사를 포함할 수 있고 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 나사 결합될 수 있다.
실시예에서, 입구 라이저 튜브(5qa), 주입기(5k61) 및 저장소(5c) 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 전기 전도성이며 부식을 피하기 위해 음으로 바이어스된다. 예시적인 전도성 내화성 세라믹은 탄화 규소, 이트리아 안정화 지르코니아 및 당업자에게 공지된 다른 것들이다. 입구 라이저 튜브(5qa), 주입기(5k61) 및 저장소(5c) 중 적어도 하나와 같은 음으로 바이어스된 부분은 흑연과 같은 내화 전도체를 포함할 수 있다. 양으로 바이어스된 부분은 Pt, Re, Ru, Rh 또는 Ir와 같은 내화성 귀금속과 같은 산화에 안정한 내화성 재료 또는 본 개시의 다른 것들과 같은 내화성 산화물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 셀 구성요소는 산화제, 예를 들어 산소와 수증기에 의한 산화에 의한 부식과 같은 부식을 피하기 위해 비-반응성 표면 코팅을 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브(5k4), 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61) 중 적어도 하나와 같은 예시적인 부품의 코팅은 Ni, Co, 내화성 귀금속, 예컨대 Pt, Re, Ru, Rh 또는 Ir, 또는 MgO, Al2O3, 멀라이트 또는 본 개시의 다른 것과 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 고온 H2O와 접촉하는 부품은 산화 방지 스테인리스 강, 예컨대 Haynes 230, Pyromet® 합금 625, Carpenter L-605 합금 및 BioDur® Carpenter CCM® 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고온에서 작동하는 부품은 비-반응성 내화 코팅으로 코팅될 수 있다. 코팅은 전기 도금, 화학 침착, 분무 및 증기 침착과 같은 당업자에게 공지된 방법에 의해 달성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, Mo 또는 W 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61) 중 적어도 하나는 레늄(M.P. = 3180℃), 이리듐 (M.P. = 2410℃) 및 대응하는 합금 중 적어도 하나로 코팅될 수 있다. 실시예에서, Mo 튜브 주입기(5k61) 및 W 노즐(5q)과 같은 구성요소는 카보닐 열분해 방법을 사용하여 레늄으로 코팅될 수 있다. 레늄 데카카르보닐(Re2(CO)10)은 170℃에서 분해되고, Re2(CO)10은 170℃ 이상의 온도에서 유지되는 부분으로 기화 및 분해될 수 있다. 다른 적합한 코팅 방법은 전기 도금, 증착 및 화학 증착 방법과 같은 당업계에 공지된 방법이다. 플레어 피팅과 같은 용접부 또는 패스너는 금속 입구 라이저 튜브(5qa) 중 적어도 하나와 Re 도금된 Mo 및 W 중 적어도와 같은 주입기(5k61)를 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부 판에 연결하기 위해 사용될 수 있다. 니켈과 마찬가지로 레늄은 일반적인 조건에서 물과 반응하지 않는다. 물과 반응하지 않는 금속은 산화로부터 보호되는 것 중 적어도 하나일 수 있고, 수소를 포함하는 분위기를 유지함으로써 산화물이 금속 및 물로 환원될 수 있다. 산화 니켈 및 산화 레늄은 각각 산소와의 반응에 의해 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 수소 분위기를 유지하는 것은 니켈 산화물 및 레늄 산화물 중 적어도 하나를 환원시킬 수 있다. EM 펌프 조립체(5kk)는 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61)를 위한 칼라를 포함할 수 있다. 칼라는 기저부 판에 용접되거나 기저부 판에 가공될 수 있다. 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61) 튜브뿐만 아니라 칼라는 H2O와의 반응에 저항하는 재료를 포함할 수 있다. 칼라, 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61) 튜브는 니켈, 백금, 귀금속 및 레늄 코팅 중 적어도 하나일 수 있다. 코팅된 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61) 중 적어도 하나는 칼라에 대한 나사에 의해 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부 판에 결합될 수 있다.
열분해 흑연은 수소와의 반응성이 거의 없거나 전혀 없으며 은을 삽입하지 않으며, 따라서, 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 탄소 부품은 수소 분위기 및 용융된 은과 함께 사용될 수 있는 열분해 흑연을 포함할 수 있다. 은은 또한 니켈 및 레늄과 같은 많은 금속을 합금으로 형성하지 않는다는 유리한 특성을 가진다.
셀 구성요소들 사이의 조합 또는 결합은 브레이징 조인트를 포함할 수 있다. 브레이징 조인트는 R.M. do Nascimento, A.E. Martinelli, A.J.A. Buschinelli의 "Review Article: 최근의 금속-세라믹 브레이징의 진보", Ceramica, Vol. 49, (2003) pp. 178-198]에 설명된 것과 같은 당업자에게 공지된 것을 포함할 수 있으며, 그 전체는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 브레이즈는 산화물, 질화물, 탄화물, 탄소/흑연 실리사이드, 사파이어, 및 다른 것과 같은 세라믹을 금속뿐만 아니라 서로에 접합을 가능하게 하는 S-Bond 활성 땜납(http://www.s-bond.com)을 포함하는 것과 같은 상업적인 것을 포함할 수 있다. S-Bond 합금은 Sn-Ag, Sn-In-Ag 및 Sn-Bi 합금에 티타늄 및 세륨과 같은 활성 성분이 첨가되어 결합 전에 세라믹 및 사파이어 표면과 직접 반응할 수 있는 솔더를 생성한다. S-Bond 합금은 접합 온도에서 열팽창 불일치가 관리되는 경우 강, 스테인리스 스틸, 티타늄, 니켈 합금, 구리 및 알루미늄 합금을 포함한 모든 금속과 신뢰할 수 있는 기밀 조인트를 생성한다.
실시예에서, 입구 라이저 튜브(5qa), 주입기(5k61) 튜브 및 저장소(5c) 중 적어도 하나는 EM 조립체(5kk) 기저부 판에 브레이징될 수 있다. 입구 라이저 튜브(5qa), 주입기(5k61) 튜브 및 저장소(5c) 중 적어도 하나는 EM 조립체(5kk) 기저부 판에 브레이징될 수 있는 적어도 하나의 ZrO2, HfO2 및 Al2O3와 같은 금속 산화물과 같은 세라믹을 포함할 수 있다. EM 조립체(5kk) 기저부 판은 400 시리즈 SS, 텅스텐, 니켈, 티타늄, 니오븀, 탄탈륨, 몰리브덴과 같은 스테인리스 스틸(SS)과 같은 금속, ZrO2와 같은 세라믹, 또는 본 개시의 다른 금속을 포함할 수 있다. 기저부 판은 저장소와 유사한 열 팽창 계수를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 브레이즈는 로듐, 루테늄, 팔라듐, 레늄, 이리듐, 백금, 금, 은 및 Pd-Au 합금과 같은 합금 중 적어도 하나와 같은 귀금속을 포함할 수 있는 충전제 금속을 포함할 수 있다. 하프늄, 지르코늄 및 티타늄 중 적어도 하나와 같은 활성 금속이 귀금속과 같은 충전제 금속에 첨가될 수 있다. 활성 금속은 미세 분말로서 첨가될 수 있다. 활성 금속은 브레이징 동안 분해되어 미세 티타늄 입자를 형성하는 티타늄 수소화물과 같은 수소화물로서 첨가될 수 있다. 활성 금속은 브레이징을 달성하기 위해 약 1 내지 2 몰%의 범위와 같은 원하는 몰 백분율로 충전제 금속에 첨가될 수 있다. 활성 금속은 세라믹을 습윤시키는 역할을 할 수 있다. 활성 금속은 세라믹의 습윤 및 세라믹과의 결합 중 적어도 하나를 달성하기 위해 세라믹 금속을 부분적으로 대체할 수 있다. 결합된 부품들은 열 계수가 가능한 한 근접하게 매칭되어 구성요소의 원하는 작동 특성을 달성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 입구 라이저 튜브(5qa), 주입기(5k61) 튜브 및 저장소(5c) 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 구성요소는 몰리브덴 EM 조립체(5kk) 기저부 판에 브레이징된 ZrO2, HfO2 및 Al2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 입구 라이저 튜브(5qa), 주입기(5k61) 튜브 및 저장소(5c) 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 구성요소는 410 스테인리스 스틸 EM 조립체(5kk) 기저부 판에 브레이징된 ZrO2, HfO2 및 Al2O3 중 적어도 하나를 포함 할 수 있으며, 여기서 브레이징은 Paloro-3V 팔라듐-금-바나듐 합금(Morgan Advanced Materials)을 포함한다. 합금의 금속 백분율은 약 1150℃ 내지 1300℃ 범위의 온도와 같은 원하는 최대 작동 온도를 달성하도록 조정될 수 있으며, 이때 브레이징 온도는 100℃ 더 높을 수 있다.
결합된 셀 구성요소들 사이의 열 팽창 계수의 불일치는 EM 조립체(5kk) 기저부 판에 브레이징된 금속 커넥터 및 세라믹 부품을 포함하는 전이 요소를 사용함으로써 적어도 부분적으로 보정될 수 있다. 금속 커넥터는 세라믹 구성요소의 열 팽창 계수와 더 밀접한 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 커넥터는 기저부 판 및 커넥터 금속의 변형성으로 인해 EM 조립체(5kk) 기저부 판과 더 큰 열적 불일치를 수용할 수 있다. 예시적인 커넥터는 한쪽 끝의 금속 산화물 부분에 브레이징되고 다른 쪽 끝의 스테인레스 스틸 EM 조립체(5kk) 기저부 판에 브레이징 또는 용접되는 몰리브덴 칼라이며, 여기서 산화 몰리브덴은 산화 지르코늄과 같은 세라믹의 열팽창 계수와 더 밀접하게 일치하고, 금속의 변형은 두 금속의 결합에서 더 높은 열팽창 불일치 응력을 수용한다. 다른 실시예에서, 커넥터는 차동 팽창을 수용하기 위해 벨로우즈를 포함할 수 있다. 벨로우즈는 전기 성형될 수 있다.
브레이징은 진공에서 수행될 수 있다. 브레이징은 고온 진공로에서 수행될 수 있다. 충전제 및 활성 금속은 브레이징 재료를 포함하기 위해 링과 같은 조인트의 구조와 일치하는 구조로 형성될 수 있다. 부품들은 부품들 사이에 개재된 브레이징 재료와 병치될 수 있다. 노는 브레이징 재료의 융점 부근의 온도에서 작동하여 브레이징 재료를 용융시키고 브레이징을 형성할 수 있다. 브레이징된 금속 부품은 니켈, 귀금속 또는 백금 코팅과 같은 내 산화성 코팅 또는 본 개시의 다른 것으로 코팅될 수 있다.
예시적인 실시예에서, EM 조립체(5kk) 기저부 판, EM 펌프 튜브(5k6) 및 EM 펌프 버스 바(5k2)는 몰리브덴을 포함한다. 부품은 레이저 또는 전자빔 용접과 같은 당업계에 공지된 수단에 의해 함께 용접될 수 있다. 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61) 튜브의 칼라는 기저부 판에 기계 가공될 수 있고, 입구 라이저 튜브(5qa) 및 주입기(5k61) 튜브는 나사에 의한 조립 동안 기저부 판에 연결될 수 있다. ZrO2, HfO2 또는 Al2O3를 포함하는 저장소(5c)는 활성 금속으로서 1 내지 2 몰%의 티타늄 미세 전력을 갖는 팔라듐 충전제를 사용하여 몰리브덴 EM 조립체(5kk) 기저부 판에 브레이징된다. 저장소는 브레이징되는 부품들 사이에 브레이징 재료가 개재된 상태로 조립된 EM 조립체(5kk)의 기저부 판에 배치된다. 팔라듐을 용융시키기 위해 진공로에서 약 1600℃에서 브레이징을 수행한다(M.P. = 1555℃). 대안 적으로, 충전제는 Pd-Au 90%(M.P. = 1300 ℃)와 같은 합금을 포함할 수 있다. 저장소(5c) 내부 및 기저부 EM 펌프 튜브(5k6) 내부의 기저부 판의 표면은 백금 또는 니켈과 같은 산화 보호 코팅으로 코팅된다. 코팅은 전기 도금, 증착 또는 당업자에게 공지된 다른 방법에 의해 형성될 수 있다.
금속 또는 세라믹 포스트와 같은 강성 포스트는 저장소 지지판(5b8)을 지지할 수 있다. 전자는 양극 처리된 알루미늄 기저부 판과 같은 절연체 상에 포스트를 장착함으로써 전기적으로 격리될 수 있으며, 포스트와 기저부 판 사이의 연결부는 볼트 또는 나사와 같은 양극 처리된 패스너를 포함할 수 있다. 금속 포스트는 BN, SiC, 멀라이트, 블랙 옥사이드 또는 본 개시의 다른 것과 같은 절연 코팅으로 코팅될 수 있다.
다른 실시예에서, 노즐(5q)은 노즐을 코팅하기 위해 낮은 유량으로 용융 금속을 통과하는 적어도 하나의 기공, 슬릿 또는 작은 개구를 포함할 수 있다. 흐름은 노즐이 아닌 플라즈마 값에 의해 희생된 용융 금속 표면을 연속적으로 재생시킬 수 있다. 기공은 드릴링, 전극 방전 기계, 레이저 드릴링, 및 캐스팅과 같은 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 노즐(5q)은 노즐 형태 플라즈마 기화를 보호하기 위해 분사된 용융 금속의 일부를 노즐 위로 흐르게 하는 흐름 전환기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 전기 공급원(2)을 포함하는 점화 회로는 용융 금속 스트림을 통하지 않고 노즐에서 아크를 감지하는 아크 센서 및 노즐 상의 아크 전류를 종료시키는 아크 보호 회로를 더 포함한다.
실시예에서, 주입 튜브(5k61)는 저장소(5c)의 상단에서 중심 주위에 노즐(5q)을 배치하도록 구부러질 수 있다. 실시예에서, 주입 튜브(5k61)는 저장소(5c)의 상단에서 노즐(5q)을 중심으로 수직으로부터 경사질 수 있다. 저장소(5k9)의 바닥에서 커넥터에 대한 각도가 고정될 수 있다. 커넥터가 각도를 설정할 수 있다. 커넥터는 저장소 기저부에 잠금 너트를 갖는 Swagelok(5k9)을 포함할 수 있고 나사 형태 주입 튜브(5k61)에 대한 경사진 암형 커넥터를 더 포함할 수 있다. 암형 커넥터는 암형 나사의 각도가 경사지도록 암형 커넥터 또는 각진 너트가 있는 구부러진 칼라를 포함할 수 있다. 대안적으로, 저장소 기저부는 주입기 튜브의 각도를 설정하도록 경사질 수 있다. 다른 실시예에서, 저장소 기저부 판의 나사가 경사질 수 있다. Swagelok 피팅(5k9)은 경사지거나 각진 나사에 나사 결합될 수 있다. EM 펌프 튜브(5k61)의 연결된 직선 주입 부분은 각진 나사로 인해 경사질 수 있다. 각도는 노즐(5q)을 저장소(5c)의 중심에 배치할 수 있다. 저장소의 기저부에 대해 각진 Swagelok 피팅(5k9)은 저장소 기저부 판 아래로 경사진 칼라에 연결되어 EM 펌프 튜브(5k6)와의 수직 연결을 가능하게 하여 저장소 기저부 판을 관통할 수 있다. 펌프 튜브(5k6)는 보일러에서 사용되는 SS와 같은 물과의 반응에 강한 스테인리스 스틸(SS)을 포함할 수 있다. 펌프 튜브는 경사진 것과 같은 EM 펌프 튜브 조립체에 용접될 수 있다.
실시예에서, SunCell® 발전기는 2개의 저장소(5c) 및 저장소 중 하나에 있는 용융 금속 주입기, 주입기 저장소를 포함한다. 용융 금속 주입기는 EM 펌프 주입기를 포함할 수 있다. 다른 저장소인 비-주입기 저장소는 용융 금속으로 채워질 수 있다. 단일 주입기에 의해 주입된 과량의 용융 금속은 오버플로되어 주입기가 있는 저장소로 다시 유입될 수 있다. 하부 반구(5b41)는 금속 흐름을 주입 저장소로 복귀시키기 위해 경사질 수 있다. 저장소는 전원(2)의 점화 공급원의 대응하는 단자에 전기적으로 연결됨으로써 반대 극성 단자 또는 전극으로서 기능을 할 수 있다. 극성은 주입기의 노즐(5q)이 강한 하이드리노 반응 플라즈마에 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 것일 수 있다. 비-주입기 저장소는 양극을 포함할 수 있고 주입기 저장소는 음극을 포함할 수 있다.
저장소 지지판 또는 기저부 판(5b8)은 SiC 또는 질화 붕소와 같은 전기 절연체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 지지판은 국부 온도에서 작동할 수 있는 티타늄과 같은 금속일 수 있다. 금속은 유도 결합된 히터로부터 흡수된 RF 전력을 제한하고 높은 융점을 갖기 위해 비자성 및 높은 전도성 중 적어도 하나일 수 있다. 예시적인 금속은 W 및 Mo이다. 기저부 판은 탄소를 포함할 수 있다. 금속 기저부 판(5b8)의 전기 절연은 판과 장착 고정구 사이 및 또한 저장소와 판 사이의 절연체에 의해 제공될 수 있다. 절연체는 절연체 와셔 또는 부싱, 예컨대 SiC 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 이중 저장소의 지지판은 하나 또는 별도의 지지판 일 수 있다. 저장소 지지판은 저장소를 전기적으로 격리시키기 위해 SiC 또는 BN과 같은 절연체 칼라 또는 부싱을 갖는 종 방향 분할판을 포함할 수 있다. 저장소 지지판은 저장소가 안착되는 SiC 또는 BN 개스킷과 같은 전기 절연 개스킷과 같은 개스킷용 슬롯을 갖는 분할된 2 피스 기저부판을 따라 구성될 수 있다. 대안적으로, 각각의 저장소는 기저부 판 사이에 전류가 흐르도록 독립적인 기저부 판에 의해 지지될 수 있다. 기저부 판은 유도 결합식 히터의 RF 전력에 대해 낮은 흡수 단면을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 기저부 판은 탄화규소 또는 질화 붕소와 같은 열 충격 저항 세라믹을 포함할 수 있다. 기저부 판은 RF 흡수가 낮은 금속을 포함할 수 있다. 기저부 판은 낮은 RF 흡수 단면을 가질 수 있는 본 개시의 하나와 같은 코팅으로 코팅된 금속을 포함할 수 있다.
교차점은 저장소 내에서 반응 셀 챔버(5b31)의 상부 영역에 이르는 영역에서와 같이 임의의 것이 바람직할 수 있다. 교차점은 반응 셀 챔버의 중심에 있을 수 있다. 교차점은 펌프 압력 및 노즐의 상대 굴곡 또는 경사 중 적어도 하나에 의해 수직으로부터 제어될 수 있다. 저장소는 분리되어 전기적으로 분리될 수 있다. 용융 은과 같은 용융 금속은 반응 셀 챔버로부터 각각의 저장소로 역류되어 재순환될 수 있다. 복귀하는 은은 은의 연속성을 방해하는 금속 스트림 차단기 또는 스플리터에 의해 2개의 저장소를 가로 질러 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있는데, 그렇지 않으면 2개의 저장소를 연결하여 전도성 경로를 제공한다. 스플리터는 은이 비드로 하여금 저장소 사이의 전기적 연결을 방해하게 하는 재료로 구성된 불규칙한 표면을 포함할 수 있다. 스플리터는 단락 영역에 있는 각각의 저장소 벽의 컷백(cutback)을 포함하여 은이 컷백 또는 드립 에지 위로 떨어지게 함으로써 연속성이 파괴될 수 있다. 스플리터는 2개의 저장소의 교차점을 캡핑하는 돔 또는 반구를 포함할 수 있으며, 돔 또는 반구의 기저부는 각각의 저장소에 대한 컷백을 포함한다. 실시예에서, 2개의 저장소(5c)와 그 하부 또는 기저부 판 및 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구는 하나의 피스를 포함할 수 있다. 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구는 저장소가 설정되는 바닥에 상승 돔 또는 횡 방향 릿지를 포함할 수 있다. 실시예에서, 각각의 저장소의 상단은 복귀하는 은이 흐르는 립으로서 작용하는 링 플레이트 또는 와셔를 포함할 수 있다. 립은 각각의 저장소로 흐르는 금속 스트림의 중단을 유발하는데, 그렇지 않으면 복귀하는 은을 통해 흐르는 저장소 사이의 임의의 전류 경로를 끊을 수 있다. 각각의 저장소의 상단은 도 6에 도시된 바와 같이 와셔가 안착되거나 립 에지(5ca)를 형성하도록 기계 가공된 원주 방향 그루브를 포함할 수 있다. 돔 또는 반구 스플리터와 같은 스플리터, 저장소(5c), 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구, 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구의 돌출 또는 돔형 바닥, 및 각각의 저장소의 립과 같은 적어도 하나의 셀 구성요소는 탄소를 포함할 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구의 바닥과 같은 반응 셀 챔버(5b31)의 바닥과 같은 흑체 방열기의 기저부는 저장소(5c)의 입구로의 바람직한 경로로 용융 금속의 흐름을 향하게 하여 2개의 반대로 대전된 저장소 사이의 임의의 전기 연결이 끊어지거나 약해지게 하는 홈 또는 채널을 포함할 수 있다. 채널은 용융 금속을 저장소의 전면, 측면 및 후면 중 적어도 하나로 보낼 수 있다. 채널은 각각 저장소로의 중력 유동을 야기하는 그라데이션(gradation)을 포함할 수 있다. 채널은 등급 및 경사 중 적어도 하나일 수 있다. 등급은 반응 셀 챔버의 중심에 대해 저장소의 후면과 같은 원하는 저장소 위치를 향한 경사를 야기할 수 있다. 이중 주입기 실시예의 2개의 저장소의 주어진 저장소로 흐름을 향하게 하는 경사 채널의 경사는 다른 저장소의 채널 반대편의 미러일 수 있어 반대의 상대 위치로의 흐름을 야기한다. 위치(-1,0 및 1,0)에 저장소를 갖는 반응 챔버의 바닥의 중심에 지정된 xy 좌표계를 갖는 예시적인 실시예에서, 등급이 매겨지고 반대로 경사진 채널의 흐름은 3/2π 및 1/2π의 각각의 저장소에 중심을 둔 상대 편각으로 용융물을 지향시킨다. 바닥은 각각의 저장소 개구의 중앙 및 전방에 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있다. 흐름은 저장소의 측면 및 후면 중 적어도 하나에 우선적으로 적용될 수 있다.
실시예에서, 발전기는 하부 반구(5b41)와 같은 셀 구성요소를 통한 단락이 구성요소에 손상을 주는 것을 방지하기 위해 점화 전압 및 전류 중 적어도 하나를 감소시키기위한 센서 및 점화 제어기를 포함한다. 전기 단락 센서는 점화 전류 및 전압 중 적어도 하나를 제어하는 신호를 점화 제어기에 공급하는 전류 또는 전압 센서를 포함할 수 있다.
실시예에서, 용융 금속은 과다충전 저장소로부터 과소충전 저장소로의 흐름을 갖는 두 저장소 사이의 도관을 통해 수동적으로 흐를 수 있다. 셀은는 용융 금속 내에서 전기 회로를 차단하기 위해 저장소 사이의 도관 내에 회전식 분리기를 포함할 수 있다. 용융 금속을 통한 점화 전류의 전기적 단락은 전기 절연 게이트와 같은 이동 가능한 장치를 포함하는 스플리터에 의해 차단될 수 있다. 게이트는 용융 금속 전기 전도성 경로를 차단하기 위해 복수의 베인을 갖는 이동 가능한 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 디자인은 SiC 또는 질화 붕소와 같은 내화 재료를 포함할 수 있는 것보다 임펠러 디자인이다. 임펠러는 도관에 수용될 수 있고 저장소 사이의 전기적 연결을 허용하지 않으면서 금속 흐름을 허용할 수 있다.
실시예에서, 복귀 용융 금속 스트림은 (i) 저장소 입구의 상단에 배치된 평탄하 와셔와 같은 드립 에지, (ii) 노즐(5q), 용융 금속 레벨, 및 저장소(5c)에서 하강된 입구 라이저 중 적어도 하나, (iii) 큰 스트림을 피하거나 임의의 결합 전류 경로를 파괴하기 위해 흐름을 분산시키는 하류 반구(5b41) 복귀 용융 금속 유동 경로, iv) 저장소 벽으로부터의 복수의 전기 절연 돌출부, (iv) 드립 에지, 저장소 상단 입구 또는 저장소 벽으로 절단된 복수의 전기 절연 주름 또는 릴리프, (v) 저장소의 최상부에 있는 전기 절연 격자와 같은 격자, 및 (vi) 전기 단락 전류가 스트림을 통해 흐를 때 로렌츠 힘이 스트림을 비드로 편향시키는 인가된 자기장을 포함하는 적어도 하나의 시스템에 의해 분해될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 은 레벨 센서, EM 펌프 전류 제어기, 및 레벨 센서로부터 입력을 수신하고 전류 제어기를 구동하여 저장소(5c)에서 대략 동일한 금속 레벨을 유지하는 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC: programmable logic controller) 또는 컴퓨터(100)와 같은 제어기를 포함한다. 실시예에서, SunCell®은 각각의 저장소(5c)에서 은 레벨과 같은 동일한 레벨을 유지하기 위해 용융 금속 이퀄라이저를 포함한다. 이퀄라이저는 저장소 레벨 센서 및 각각의 저장소 상의 EM 펌프 속도 제어기 및 각각의 EM 펌프를 활성화시켜 대략 동일한 레벨을 유지하는 제어기를 포함할 수 있다. 센서는 방사성 불투명도, 저항 또는 캐패시턴스, 열 방출, 온도 구배, 초음파 주파수와 같은 사운드, 레벨-의존적 음향 공명 주파수, 임피던스, 또는 속도, 광학, 예컨대 적외선 방출과 같은 적어도 하나의 물리적 매개변수에 기초한 것, 또는 레벨의 변화 또는 레벨 인터페이스를 통한 변화로 인한 매개변수의 변화에 의해 저장소 용융 금속 레벨을 나타내는 매개 변수를 검출하기에 적합한 당업계에 공지된 다른 센서를 포함할 수 있다. 레벨 센서는 EM 펌프의 활성화 레벨을 나타내며, 이에 따라 용융 금속 흐름을 나타낼 수 있다. 점화 상태는 점화 전류 및 전압 중 적어도 하나를 감시함으로써 감시될 수 있다.
센서는 60 keV 감마선을 방출하는 241Am와 같은 아메리슘, 133Ba, 14C, 109Cd, 137Cs, 57Co, 60Co, 152Eu, 55Fe, 54Mn, 22Na, 210Pb, 210Po, 90Sr, 204Tl, 또는 65Zn 중 적어도 하나와 같은 방사성 핵종과 같은 방사능 소스(5s1)를 포함할 수 있다. 방사성 핵종 방사선은 시준될 수 있다. 시준기는 각각 중심축으로부터 45°에서 2개와 같은 2개의 복수의 빔을 생성할 수 있고, 여기서 하나의 방사성 동위 원소 소스는 2개의 팬 빔을 형성하여 2개의 저장소 각각을 관통한 다음 대응하는 쌍의 검출기로 입사될 수 있다. 시준기는 센서가 작동하지 않을 때 방사선을 차단하는 셔터를 포함할 수 있다. 소스(5s1)는 http://www.source1xray.com/index-1.html에 있는 것과 같은 Bremsstrahlung X-선 소스와 같은 X-선 또는 감마선 발생기를 포함할 수 있다. 센서는 방사능 소스에 대해 저장소의 반대쪽에 적어도 하나의 방사선 검출기(5s2)를 더 포함할 수 있다. 센서는 소스 및 검출기 사이의 정렬을 유지하면서 수직 저장소 축을 따라 방사선 소스 및 방사선 검출기 중 적어도 하나를 이동시키기 위한 기계적 수단과 같은 위치 스캐너 또는 수단을 더 포함할 수 있다. 용융 금속 레벨을 가로 지르는 이동이 있을 수 있다. 스캐너는 유도 결합 히터 안테나(5f)를 이동시키는 작동기를 포함할 수 있으며, 241Am 소스 및 방사선 검출기와 같은 방사선 소스 중 적어도 하나는 코일(5f), 코일 커패시터 박스(90a) 및 가동 작동기 메커니즘 중 적어도 하나에 부착될 수 있다. 시준된 방사선과 레벨을 교차하는 투과 방사선 카운트의 변화는 레벨을 식별할 수 있다. 대안적으로, 스캐너는 소스 및 검출기의 상대 방향을 주기적으로 변경하여 이를 검출하기 위해 금속 레벨 위 및 아래로 스캔할 수 있다. 다른 실시예에서, 센서는 각각의 저장소의 수직축을 따라 배열된 복수의 소스(5s1)를 포함할 수 있다. 센서는 대응하는 소스에 대한 저장소의 반대쪽에 복수의 방사선 검출기(5s2)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 방사선 검출기는 방사선이 소스로부터 저장소를 통해 검출기로 축 방향 경로를 따라 이동하도록 방사선 소스와 쌍을 이룰 수 있다. 방사선 소스는 존재하는 경우 저장소 금속에 의해 감쇠될 수 있어서, 레벨이 방사선 경로 위로 상승함에 따라 방사선 검출기는 더 낮은 신호를 기록하고, 레벨이 경로 아래로 떨어질 때 더 높은 신호를 기록할 것이다. 소스는 방사선 경로에서 저수지의 금속 함량에 대한 종 방향 또는 깊이 프로파일의 측정을 제공하기 위해 X-선 감지 선형 다이오드 어레이와 같은 공간적으로 확장된 검출기 또는 확장된 검출기의 어레이로 저장소를 가로지르는 넓은 빔 또는 넓은 각도 범위의 방사선을 빔을 포함할 수 있다. 예시적인 X-선 민감성 선형 다이오드 어레이(LDA)는 X-Scan Imaging Corporation XI8800 LDA이다. 금속 레벨에 의한 카운트의 감쇠는 레벨을 나타낼 수 있다. 예시적인 소스는 방사성 또는 X-선 튜브 소스로부터의 확산 빔을 포함할 수 있고, 검출기는 연장된 섬광 또는 Geiger 카운터 검출기를 포함할 수 있다. 검출기는 Geiger 카운터, aCMOS 검출기, 신틸레이터(scintillator) 검출기, 및 광 다이오드 검출기를 갖는 요오드화 나트륨 또는 요오드화 세슘과 같은 신틸레이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 검출기는 연기 검출기에서의 것과 같은 MOSFET 검출기와 같은 이온화 검출기를 포함할 수 있다. 이온화 챔버 전극은 방사선 입사 측에 적어도 하나의 얇은 포일 또는 와이어 그리드 및 연기 감지기 회로의 전형적인 카운터 전극을 포함할 수 있다.
실시예에서, X-선과 같은 투과 방사선 소스, 검출기, 및 제어기를 포함하는 센서는 소스로부터 검출기에서 수신된 신호의 세기를 저장소 용융 금속 레벨 판독으로 처리하는 알고리즘을 더 포함한다. 센서는 단일 광각 이미터 및 단일 광각 검출기를 포함할 수 있다. X-선 또는 감마선은 검출기로 비행하는 용융 금속 함유 영역을 통한 경로 길이를 증가시키기 위해 저장소 내부를 저장소 횡 방향 평면에 대해 경사지게 관통할 수 있다. 각도는 저장소에서 용융 금속의 깊이를 결정하기 위한 판별을 증가시키기 위해 더 큰 용융 금속 깊이를 샘플링할 수 있다. 검출기 신호 세기는 공지된 저장소 용융 금속 레벨에 대해 교정될 수 있다. 레벨이 상승함에 따라, 검출기 세기 신호는 감소하며, 레벨은 교정으로부터 결정될 수 있다. 예시적인 소스는 아메리슘 241과 같은 방사성 동위 원소 및 Bremsstrahlung 장치와 같은 X-선 소스이다. 예시적인 검출기는 Geiger 카운터 및 신틸레이터 및 포토다이오드이다. X-선 소스는 Mini-X와 같은 AmeTek 소스를 포함할 수 있고, 검출기는 NaI 또는 YSO 결정 검출기를 포함할 수 있다. X-선 소스 및 검출기와 같은 방사선 소스 중 적어도 하나는 X-선 감쇠의 종 방향 프로파일 및 이에 따른 금속 레벨을 얻기 위해 스캐닝될 수 있다. 스캐너는 캠 구동 스캐너와 같은 기계식 스캐너를 포함할 수 있다. 캠은 전기 모터에 의해 구동될 수 있는 회전 샤프트에 의해 회전될 수 있다. 스캐너는 기계식, 공압식, 유압식, 압전식, 전자기식, 서보 모터 구동식, 또는 X-선 소스 및 검출기 중 적어도 하나를 금속 레벨의 깊이 프로파일로 가역적으로 번역하거나 방향을 바꾸는 당업자에게 공지된 다른 그러한 스캐너 또는 수단을 포함할 수 있다. 아메리슘과 같은 방사성 동위 원소는 W, Mo, Ta, Nb, 알루미나, ZrO, MgO와 같은 내화 재료, 또는 온도가 높은 저장소에 아주 가깝게 배치되게 하도록 본 개시의 하나와 같은 다른 내화 재료에 놓일 수 있다. X-선 소스와 이미터 및 검출기 중 적어도 하나는 압력 및 온도 중 적어도 하나를 제어할 수 있는 하우징에 장착될 수 있다. 하우징은 외부 압력 용기(5b3a)에 장착될 수 있다. 하우징은 외부 압력 용기(5b3a)를 용이하게 제거할 수 있도록 제거될 수 있다. 하우징은 외부 압력 용기(5b3a)의 수직 제거를 허용하기 위해 수평 제거될 수 있다. 하우징은 창에 걸쳐서 압력 구배를 유지하면서 X-선 통과를 위한 내부 창을 가질 수 있다. 창은 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 하우징의 외부 단부는 대기로 개방되거나 대기에 대해 폐쇄될 수 있다.
실시예에서, 레벨 센서는 웰(well) 내부 또는 저장소(5c) 내부의 하우징에 있는 X-선 또는 감마선 소스를 포함한다. X-선 또는 감마선의 소스는 41Am, 133Ba, 14C, 109Cd, 137Cs, 57Co, 60Co, 152Eu, 55Fe, 54Mn, 22Na, 210Pb, 210Po, 90Sr, 204Tl, or 65Zn와 같은 방사성 핵종일 수 있다. 웰은 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부 판에 고정될 수 있다. 방사성 핵종은 탄소, W, 질화 붕소 또는 탄화규소와 같은 내화 재료를 캡슐화할 수 있다. 방사성 핵종은 내화 합금을 포함할 수 있다. 방사성 핵종은 14C, Ta4Hf14C5(M.P. 4215℃), 133BaO,147Pm2O2, 144Ce2O3, 90SrTiO3, 60Co, 242Cm2O3, 또는 144Cm2O3와 같은 고융점을 갖는 원소 또는 화합물을 포함할 수 있다. 웰의 벽은 X-선 또는 감마선에 의해 쉽게 침투되는 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 웰은 질화 붕소 웰이다. 저장소는 질화 붕소 또는 탄화규소 저장소와 같은 X-선 또는 감마선에 의해 쉽게 침투되는 재료를 포함할 수 있다. 레벨 센서는 복수의 빔을 형성하기 위해 시준될 수 있는 복수의 X-선 소스 또는 감마선을 포함할 수 있다. 레벨 센서는 저장소의 벽 외부의 복수의 X-선 또는 감마선 검출기를 포함할 수 있고 은과 같은 용융 금속에 의해 감쇠되지 않을 때 X-선 또는 감마선에 입사하도록 위치된다. 빔의 감쇠에서 차동의 위치는 프로세서에 의해 결정된 레벨의 위치를 나타낸다. 실시예에서, 웰 내부의 방사성 핵종과 같은 X-선 또는 감마선의 소스는 시준되지 않을 수 있다. X-선 또는 감마선 신호의 세기는 저장소 외부의 적어도 하나의 검출기에서 검출될 수 있다. 검출기는 신틸레이터 결정 및 Gadox, CsI, NaI 또는 CdW 포토다이오드와 같은 포토다이오드를 포함할 수 있다. 용융 금속 레벨의 함수로서 신호 세기가 교정될 수 있다. 레벨 센서는 룩업 테이블로부터 측정된 신호 세기 및 교정 데이터를 처리하고 용융 금속 레벨을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다.
실시예에서, 레벨 센서는 입자 후방 산란 유형을 포함한다. 레벨 센서는 헬륨 이온, 양성자, X-선 또는 감마선, 전자 및 중성자 중 적어도 하나와 같은 입자 소스를 포함할 수 있다. 소스는 시준된 소스를 포함할 수 있다. 입자는 저장소(5c)를 복수의 수직 좌표 위치로 입사시키거나 시간에 따라 복수의 수직 위치에 걸쳐 주사될 수 있다. 레벨 이하에 비해 용융 금속 레벨 위의 수직 위치에서 저장소에 입사할 때 입자가 강도 변화에 따라 후방 산란될 수 있으며, 세기 변화는 입자 및 그 에너지에 따라 증가 또는 감소할 수 있다. X- 선은 은과 같은 용융 금속에 의해 흡수되어, 저장소 벽으로부터의 후방 산란이 개입된 용융 금속으로 인해 감소될 수 있다. 결과적으로, 후방 산란된 X-선의 세기는 X-선이 레벨 아래의 수직 좌표 위치에서 그 곳에 저장될 때 감소할 수 있다. X-선의 에너지는 저장소 벽에서의 감쇠와 비교하여 은과 같은 용융 금속에서 높은 감쇠를 갖도록 선택될 수 있다. X-선 에너지는 단지 전자 에지, 전자 쉘의 결합 에너지 위의 에너지에 있도록 선택될 수 있다. X-선 소스는 방사성 동위 원소 또는 X-선 발생기를 포함할 수 있다. 실시예에서, 후방 산란된 X-선의 감소는 레벨을 식별하기 위한 수단으로서 검출되며, X-선 에너지는 후방 산란된 신호가 위의 은의 열이 없는 것에 비해서 레벨 이하의 은에 의해 크게 감쇠되도록 선택된다. 높은 흡수 에너지는 은 K 에지의 25 keV 에너지와 같은 에지일 수 있다.
실시예에서, 입사 입자는 2차 입자 또는 상이한 에너지의 동일한 입자를 야기할 수 있다. 이차 입자 방출 세기의 변화는 레벨을 검출하는데 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제 1 에너지의 X-선은 상이한 수직 위치에서 저장소에 입사되고, 제 2 에너지의 X-선은 검출기에 의해 검출된다. 레벨이 빔들 사이 또는 빔들 사이에서 교차될 때 제 2 에너지 또는 형광성 X-선의 X-선 세기의 변화는 레벨을 나타낸다. 검출기는 예를 들어 0° 또는 180° 또는 90°에서의 입사 빔과 동일한 축을 따르는 것과 같은 형광 X-선 신호를 최대화하는 위치에 있을 수 있다. 실시예에서, 입사 빔이 저장소를 레벨 아래 대 레벨 위에서 입사시킬 때 은의 형광 X-선이 증가한다. 레벨 센서는 당업계에 알려진 X-선 형광(XRF) 또는 에너지 분산형 X-선 형광(EDXRF) 시스템을 포함할 수 있다. X-선 소스는 방사성 동위 원소 또는 X-선 발생기를 포함할 수 있다. EDXRF 시스템은 전자 또는 양성자와 같은 고 에너지 입자의 소스를 포함할 수 있다. 검출기는 실리콘 드리프트 검출기 또는 당업자에게 공지된 다른 것들을 포함할 수 있다.
레벨 위치를 나타내는 중성자가 은 칼럼으로부터 후방 산란될 때 세기가 증가할 수 있다. 중성자는 241Am 및 베릴륨 금속으로부터 생성될 수 있다. 중성자 소스는 중성자 생성과 D-D 또는 D-T 융합을 유발하기 위해 중수소 및 삼중 수소 이온 중 적어도 하나를 가속시키기 위해 전기장을 사용하는 중성자 발생기를 포함할 수 있다. 후방 산란 입자는 X-선 또는 중성자 검출기와 같은 해당 검출기로 검출될 수 있다. 다른 실시예에서, 입자는 저장소의 한쪽 면에서 소스로부터 방출되고 저장소의 다른 쪽 면에서 동일한 축에서 검출될 수 있다. 검출기 세기 강하로서 검출된 입자 빔의 증가된 감쇠의 수직 저장소 위치는 레벨의 위치를 식별할 수 있다. 본 개시의 예시적인 중성자 후방 산란 및 감마선 감쇠 레벨 센서는 저장소(5c)의 형상에 맞게 수정된 Thermo Scientific(https : //tools.thermofisher.com/content/sfs/brochures/EPM-ANCoker-0215.pdf)으로부터 상업적으로 이용 가능한 것이다.
실시예에서, 레벨 센서는 용융 금속 레벨 아래에서 용융 금속으로부터 선택적으로 반사하는 전자기 방사선 소스 및 반사된 방사선의 세기의 검출기를 포함할 수 있다. 레벨은 레벨 초과의 반사 세기와 비교하여 레벨 미만의 강화된 레이저 반사 세기에 의해 검출될 수 있다. 레벨의 위치는 수직 저장소 축을 따른 입사 빔의 위치로부터 결정되어 반사 세기가 향상될 수 있다. 방사선은 저장소 벽에 충분히 투명한 파장을 포함하여 벽을 관통하고 검출기로 다시 반사되게 할 수 있다. 저장소(5c) 벽은 광을 투과시킬 수 있다. 저장소는 가시광선 및 적외선에 투명한 알루미나, 사파이어, 질화 붕소 및 탄화 규소 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 방사선은 용융 금속의 박막을 투과할 수 있다. 레이저는 용융 금속의 박막을 침투하기에 충분히 강력할 수 있다. 실시예에서, 저장소 벽은 UV 내지 적외선의 영역에서와 같이 방사선의 파장 범위에서 방사선에 대해 약간의 투명성을 갖는 질화 붕소를 포함할 수 있다. 레이저는 고출력 가시광선 또는 적외선 다이오드 레이저를 포함할 수 있다. 저장소와 같은 셀 구성요소는 레이저 빔에 대해 투명할 수 있다. 적외선에 투명한 내화성 재료는 MgO, 사파이어 및 Al2O3이다. 레이저는 초점을 더 잘 유지하기 위해 적외선 레이저를 포함할 수 있다. 질화 붕소를 포함하는 실시예에서, 파장은 약 5 미크론일 수 있는데, 이는 BN이 이러한 파장에서 투과 창을 갖기 때문이다. 실시예에서, 레이저는 질화 붕소 벽, 임의의 은 벽 코팅 및, 레이저로부터 검출기까지 축 방향 경로에 있는 은 증기와 같은 저장소 벽을 관통하기에 충분한 전력을 가진다. 벽은 레이저 빔-벽 접촉 지점에서 얇아질 수 있다. 레이저 빔이 확산되거나 분산되는 것을 방지하기 위해 벽을 가공할 수 있다. 벽은 평평한 평면일 수 있다. 벽은 벽을 가로지르는 빛의 초점을 재조정하는 렌즈를 형성하도록 가공될 수 있다. 렌즈는 레이저 파장과 일치할 수 있다. 벽은 내장 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈는 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 렌즈는 반사를 감소시키기 위해 1/4 파장판을 포함할 수 있다. 투과된 광 신호는 저장소 은 컬럼의 부재를 나타내며, 광신호의 부재는 은 컬럼의 존재를 나타내며, 광신호 불연속부의 수직 저장소 위치는 레벨을 식별하는데 사용될 수 있다. 레이저는 초점 및 전력 밀도(빔 강도) 중 적어도 하나를 증가시키기 위해 렌즈를 포함할 수 있다. 예시적인 상업용 레이저는 http://www.freemascot.com/match-lighting-laser.html 또는 http://www.freemascot.com/50mw-532nm-handheld-green-laser-pointer-1010-black.html?gclid=CNu8gJ-EqtICFZmNswodZLMNQA에서 제공된다. 레이저 및 검출기 중 적어도 하나는 레이저 또는 검출기 기능을 손상시키기 위해 온도가 지나치게 상승되지 않은 영역에 위치하도록 저장소로부터 떨어져 있을 수 있다. 포토다이오드와 같은 레이저 및 검출기 중 적어도 하나가 냉각될 수 있다.
용융 금속은 은을 포함할 수 있다. 은은 약 300 nm의 파장에서 투과 창을 갖는다. 방사선은 약 250 내지 320 nm 범위의 파장을 포함할 수 있다. 방사선 소스는 UVTOP310과 같은 UV 다이오드를 포함할 수 있다. UV 다이오드는 지향성 빔을 만들기 위해 반구 렌즈를 포함할 수 있는 렌즈를 포함할 수 있다. 방사선 소스는 다이오드 펌핑 레이저와 같은 레이저를 포함할 수 있다. 은의 투과 창의 파장 영역에서의 예시적인 레이저는 KrF 엑시머, Nd : YAF 4차 고조파, InGaN 다이오드, XeCl, He-Cd, 질소, XeF 엑시머 및 Ne + 레이저이다. 검출기는 포토다이오드를 포함할 수 있다.
레이저 유형 레벨 센서는 레벨을 검출하기 위해 레벨, 레벨 아래 및 레벨 위에 있는 영역을 가로채기 위해 시간에 따라 레이저 및 검출기 중 적어도 하나를 수직으로 이동시키는 레이저 스캐너를 포함할 수 있다. 대안적으로, 현재 방사선 조사 유형 레벨 센서는 레벨이 복수의 소스에 근접한 위치에 있음으로써 레벨의 위치가 소스와 검출기 사이의 차등 반사에 의해 검출될 수 있도록 수직으로 이격된 복수의 방사선 소스 및 대응하는 검출기를 포함할 수 있다. 방사선 소스 및 검출기는 소스 방사선이 존재할 때 용융 금속 칼럼으로부터 반사되어 대응하는 검출기로 입사될 수 있도록 서로에 대해 경사져 있을 수 있다. 저장소의 벽은 용융 금속 칼럼으로부터 반사될 때 소스로부터 검출기로 전파될 수 있도록 방사선의 입사 및 반사 지점에서 더 얇게 가공될 수 있다. 다른 실시예에서, 방사선은 빔 경로 내에 용융 금속 컬럼이 없는 경우 저장소의 양쪽 벽을 관통할 수 있고, 빔 경로가 레벨 아래에 있을 때 컬럼은 빔을 차단할 수 있다. 저장소를 통한 빔의 투과는 레이저와 같은 방사선 소스의 반대쪽에 위치될 수 있는 검출기에 의해 검출될 수 있다. 방사선 소스 및 대응하는 검출기는 단일하게 스캔될 수 있거나, 레벨 센서는 저장소의 수직축을 따라 이격된 복수의 방사선 소스 및 대응하는 검출기를 포함하여 용융 금속 레벨의 위와 아래의 빔의 투과 차이에 의해 레벨을 검출할 수 있다. 실시예에서, RF 코일(5f)은 입사 및 반사 또는 투과된 빔을 위한 개구를 갖는다. 코일(5f)은 개구부가 없는 경우 원하는 가열 전력 분포를 제공하도록 임의의 개구부를 보상하도록 설계될 수 있다.
센서는 적어도 하나의 드립 에지, 하향 각진 튜브, 또는 다이오드 레이저와 같은 레이저와 같은 열원, 및 방사선을 반사할 수 있는 레벨 위에서 저장소 벽 상의 용융 금속 필름을 적어도 부분적으로 제거하기 위한 진동기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 임의의 용융 금속 필름은 저장소 벽과의 빔 경로 교차점에서 금속을 복귀시키는 위치에서 드립 에지에 의해 제거될 수 있다. 셀은 저장소 진동기 또는 핑거 및 히터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 교차점에서의 임의의 용융 금속 필름은 진동에 의해 또는 그 지점에서 벽을 가열함으로써 제거될 수 있다. 빔은 보다 강력한 빔 및 렌즈 중 적어도 하나를 사용하여 금속 필름을 관통하도록 강화될 수 있다.
레이저 빔은 저장소 벽에 대해 경사지게 배향되어 임의의 얇은 은 층을 통한 투과를 증가시키는 각도에서의 반사를 야기하여 감시될 때 반사가 감소되게 할 수 있다. 실시예에서, 레이저 빔 각도는 소실 파를 생성하도록 조정되며, 여기서 반사는 은 레벨 아래에서 그것에 비해 증가한다. 실시예에서, 센서는 반사된 광을 정량화 한 약간의 투명성을 갖는 웰 내에 광섬유 케이블을 포함할 수 있다. 포토다이오드와 같은 검출기에 의해 검출된 반사 세기는 프로세서에 의해 레벨의 위치를 결정할 수 있게 한다.
레이저 파장은 저장소 벽 및 임의의 은 필름 코팅을 통한 투과율을 증가시키도록 선택될 수 있다. 은이 약 315 nm에서 투과 창을 갖기 때문에 예시적인 파장은 약 315nm이다. 선택적으로 광 파장 통과 필터를 포함할 수 있는 포토다이오드와 같은 광 검출기는 레이저 광에 선택적으로 응답할 수 있다. 실시예에서, 램프가 레이저를 대체할 수 있다. 램프는 강력한 발광 다이오드(LED) 어레이를 포함할 수 있다. 레벨 센서는 약 315 내지 320 nm의 파장 영역에서와 같이 UV 광을 방출할 수 있는 것과 같은 단파장 소스를 포함할 수 있다. 단파장 소스는 저장소를 조사하기 위해 중수소 램프를 포함할 수 있다. 램프는 가시 또는 적외선 램프를 포함할 수 있다. 실시예에서, 은 레벨 위의 단파장 광과 같은 조명 소스는 플라즈마 방출일 수 있다.
실시예에서, 플라즈마는 저장소에 투명한 강렬한 광으로 용융 금속 레벨 위의 공간을 조사한다. 투명 저장소는 질화 붕소, 탄화규소 및 알루미나 중 적어도 하나와 같은 투명한 재료를 포함할 수 있다. 용융 금속 레벨은 포토다이오드와 같은 적어도 하나의 광 검출기를 사용하여 금속 레벨에서 광의 불연속성을 측정함으로써 기록될 수 있다.
실시예에서, 저장소(5c) 벽은 광을 투과시킬 수 있다. 저장소는 가시광선 및 적외선에 투명한 알루미나, 사파이어, 질화 붕소 및 탄화규소 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 실시예에서, 광 투과 유형 레벨 센서를 포함하는 용융 금속 레벨 센서는 저장소(5c) 내부로부터 외부로 투과된 광을 검출하고, 적어도 하나의 광 센서의 투과 광 세기의 수직 변화는 프로세서에 의해 처리되어 용융 금속 레벨을 결정한다. 프로세서는 두 저장소로부터 데이터를 수신할 수 있고, 그렇지 않으면 용융 금속 레벨의 존재를 잘못 나타낼 수 있는 저장소 벽을 흐르는 용융 금속으로부터의 불투명 영향을 제거하기 위해 데이터를 상관시킬 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)에서 점화에 의해 생성된 플라즈마는 저장소(5c) 벽을 조명하고, 일부 광은 용융 금속 레벨 위의 영역에서 벽을 선택적으로 투과시킨다. 카메라 또는 포토다이오드와 같은 광센서는 저장소 벽을 통해 투과되는 광을 검출할 수 있다. 포토다이오드와 같은 광센서는 수직으로 스캔될 수 있거나 레벨 센서는 포토다이오드와 같은 복수의 수직으로 분리된 광센서를 포함할 수 있다. 용융 금속 레벨을 결정하기 위한 실시예에서, 프로세서는 i) 카메라 이미지에 대한 광 세기의 차이, ii) 복수의 광센서들 사이의 광 세기의 차이, 및 iii) 스캔된 광센서의 수직 위치들 사이의 광 세기의 차이 중 적어도 하나를 처리한다.
저장소 벽을 통해 광센서로 플라즈마 광의 전달 또는 통과를 용이하게 하기 위해, 저장소는 벽의 만입부, 오목부 또는 얇은 영역과 같은 적어도 하나의 광 통로를 포함할 수 있다. 카메라와 같은 적어도 하나의 광센서, 복수의 광센서, 또는 다이오드와 같은 스캔된 광센서는 저장소를 따라 통과 높이를 갖는 투과 광 변화를 기록할 수 있다. 광은 석영 케이블과 같은 고온 섬유 광케이블과 같은 광섬유 케이블에 의해 각각의 원격 광센서로 전도될 수 있다. 광섬유 케이블 또는 다른 도관은 배경 흑체 광에 대한 내부 광신호를 증가시킬 수 있다. 플라즈마 저장소로부터의 내부 신호는 외부 저장소 벽으로부터의 흑체 방사선의 스펙트럼에 비해 더 짧은 파장에 대해 선택적인 광 검출기를 사용함으로써 흑체 방사선에 비해 증가될 수 있다. 검출기는 선택적인 단파장 검출기 또는 검출기 상의 필터를 포함할 수 있다. 검출기 또는 필터는 청색 또는 UV 방사선의 선택적 검출을 허용할 수 있다. 검출기는 질화 붕소 벽의 경우에 약 320 nm보다 긴 광과 같은 저장소 벽에 의해 투과되는 단파장 광을 검출할 수 있다. 흑체 방사선과 같은 배경 광은 광 통로의 시선을 따라 관통하는 광 블라인드로 차단될 수 있다. 레벨 센서는 적어도 하나의 벽 위치로부터 원격 광센서로 투과된 광을 반사시키기 위해 적어도 하나의 고정 또는 스캔 미러를 포함할 수 있다. 히터 안테나(5f)와 저장소(5c)의 근접성을 수용하기 위한 예시적인 실시예에서, 투과된 광은 광 검출기로 입사하기 위해 발생기의 기저부로 하향 반사된다. 미러는 안테나(5f)에 장착될 수 있다. 프로세서는 용융 금속 레벨을 결정하기 위해 광센서 데이터를 수신 및 처리할 수 있다.
실시예에서, 레벨 센서는 전류 코일, 안테나, 또는 자기장 및 전자기 방사선 중 적어도 하나와 같은 필드를 외부 필드 검출기로 방출하는 저장소 내부와 같은 셀 내부의 램프와 같은 필드 소스를 포함한다. 검출된 신호의 세기 또는 공간 변화는 용융 금속 레벨의 함수이고, 프로세서는 해당 데이터를 사용하여 용융 금속 레벨을 식별한다.
실시예에서, 광 투과 용융 금속 레벨 센서는 저장소 벽을 조명하여 레벨을 식별하기 위해 프로세서에 입력되는 이미지 또는 수직 광 세기 변화를 생성하는 광원을 포함한다. 광원은 램프, 레이저 및 플라즈마 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 램프는 저장소 내부에 있을 수 있다. 램프는 백열 램프, 예컨대 W 램프 또는 W 할로겐 램프를 포함할 수 있다. 램프는 SiC 또는 BN과 같은 내화 세라믹을 포함할 수 있는 전기 절연체에 싸여진 리드에 연결된 미피복 W 필라멘트를 포함할 수 있다. 램프는 아크 플라즈마와 같은 플라즈마를 지원할 수 있는 2개의 분리된 전극을 포함할 수 있다. 램프는 탄소 아크를 포함할 수 있다. 단열재는 지지체로서 기능을 할 수 있거나, 램프는 지지체로서 기능을 하는 도관을 포함할 수 있다. 도관은 본 개시의 하나와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 외부 전원 공급 장치로 연결되면 램프에 전원이 공급될 수 있다. 전원은 EM 펌프 전원, 점화 전원 및 유도 결합 히터 전원 중 적어도 하나와 공유된 전원일 수 있다. 전원은 외부 셀 하우징의 제 2 챔버에 있을 수 있다. 리드는 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에서 피드-스루로 저장소를 관통할 수 있다. 램프는 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부를 관통할 수 있는 웰에 수용될 수 있다. 웰 벽은 내부 램프에 대해 적어도 부분적으로 투명할 수 있다. 웰은 적어도 부분적으로 빛에 투명한 알루미나, 사파이어, 질화 붕소 및 탄화규소 중 적어도 하나와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 램프는 웰의 내부를 조명할 수 있다. 램프가 웰 아래에 있을 수 있다. 웰은 광이 웰로부터 방사상으로(수평면으로) 투과되게 하는 적어도 하나의 미러 또는 광 확산기를 포함할 수 있다.
광 센서는 저장소 벽의 배경 흑체 방출로부터의 간섭을 제거할 수 있다. 광센서는 플라즈마 또는 램프 광에 선택적으로 응답할 수 있다. 광센서는 플라즈마 또는 램프 광의 선택적 파장 영역 특성을 통과시키는 필터를 포함할 수 있다. 광센서는 플라즈마 또는 램프 광의 복수의 파장 특성에 응답할 수 있다. 광센서는 광학 고온계 또는 광학 온도 센서를 포함할 수 있다.
실시예에서, 셀은 플라즈마 형성 및 용융 금속 재순환을 지원하고 EM 펌프에 의한 용융 금속 주입의 시작 시간 부근에서 원하는 온도 프로파일로 가열된다. 히터 코일(5f)은 흑체 방열기(5b4)의 적어도 일부 위로 연장되어 원하는 온도 프로파일로 가열될 수 있다. 히터는 작동기에 의해 수축될 수 있다. 점화 전압은 이중 EM 펌프로부터의 용융 금속 스트림이 교차할 때 점화 및 플라즈마 형성이 발생하도록 인가될 수 있다. 플라즈마 광은 저장소 벽을 통해 직접 또는 통로를 통해 투과되어 용융 금속 레벨이 검출될 수 있다.
센서는 저장소의 수직축을 따라 이격된 일련의 전기 접점 및 전기 접점 사이의 전도성 및 커패시턴스 중 적어도 하나를 측정하기 위해 전도성 및 커패시턴스 미터 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 전도성 및 커패시턴스 중 적어도 하나는 저수지 내부의 용융 금속 레벨에 걸쳐서 측정 가능하게 변화한다. 전기 계약은 각각 내부 또는 외부 원주 주위 또는 저장소의 원주 일부에 전도성 링을 포함할 수 있다. 전도도 측정기는 저항계를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전도성 또는 커패시턴스 프로브 중 적어도 하나는 EM 펌프 튜브를 통해 들어가고 EM 펌프 튜브를 따라 이동하며 원하는 용융 금속 레벨의 높이 범위 내에서 공간적으로 분리된 복수의 위치에서 EM 펌프 튜브를 빠져나가는 복수의 리드를 포함할 수 있다. 센서나 프로브에서 리드 출구가 종료될 수 있다. 대안적으로, 와이어는 EM 펌프 조립체(5kk)의 바닥에 용접될 수 있는 웰 내로 이동할 수 있다. 프로브는 전도체 또는 커패시터를 포함할 수 있다. 별도의 프로브들 사이의 전도도 또는 상대 전도도는 용융 금속 레벨을 검출하기 위해 사용될 수 있으며, 여기서 프로브가 용융 금속과 접촉할 때 전도도가 증가한다. 리드는 Swagelok과 같은 밀봉된 피드-스루에서 저장소 외부의 EM 펌프 튜브를 관통하는 전기 절연 와이어를 포함할 수 있다. 리드는 밀봉되거나 밀봉되지 않을 수 있는 전기 절연 관통부를 통해 저장소 내 EM 펌프 튜브를 빠져나갈 수 있다. 와이어는 질화 붕소 또는 본 개시의 다른 내화 코팅과 같은 내화 전기 절연체로 코팅될 수 있다. 와이어는 양극 처리된 Al로 코팅될 수 있다. 와이어는 Mo, W, 또는 본 개시 내용의 다른 것과 같은 내화 전도체를 포함할 수 있다. 실시예에서, 와이어는 내화성 광섬유 케이블로 대체될 수 있으며, 여기서 레벨은 광섬유로 감지된다.
SiC, BN, Al2O3 또는 ZrO2와 같은 전기 절연체를 포함하는 저장소를 포함하는 실시예에서, 복수의 종 방향으로 이격된 와이어는 저장소의 벽을 통과하여 용융 금속 레벨의 범위에 걸쳐 있을 수 있다. 전선이 노출되었을 수 있다. 와이어는 압축 시일에 의해 밀봉될 수 있다. 와이어는 저장소 제조 동안 제자리에서 소결되거나 주조될 수 있다. 대안적으로, 와이어는 억지 끼워 맞춤 관통부를 통해 삽입될 수 있다. 구멍과 같은 관통부는 기계 가공, 방전 밀링, 워터 제트 드릴링, 레이저 드릴링 또는 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 생성될 수 있다. 억지 끼워 맞춤 와이어는 저장소가 가열될 때 압축 시일이 형성되도록 저장소 재료보다 열팽창 계수가 더 클 수 있다. 와이어는 용융 금속 레벨의 변화에 따른 전도도 변화 및 커패시턴스 변화 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.
용융 금속 레벨의 함수로서 변화 전도도, 인덕턴스, 캐패시턴스 및 임피던스 중 적어도 하나에 의해 용융된 은 레벨을 감지하는 레벨 센서는 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 있는 것과 같은 기준 전기 접점 및 EM 펌프 조립체(5kk)의 바닥에 있는 것과 같은 저장소의 바닥에 체결되는 웰에 수용된 적어도 하나의 프로브 와이어를 포함할 수 있다. 커패시턴스 센서는 레벨에 따라 용융 금속으로 채워질 수 있고 레벨에 응답할 수 있는 2개의 플레이트를 포함할 수 있다. 인덕턴스 센서는 코일을 포함할 수 있으며, 여기서 코일에 의해 연결된 플럭스는 용융 금속 레벨에 의존한다. 웰은 Swagelok과 같은 패스너에 의해 고정될 수 있거나 EM 펌프 조립체의 바닥에 용접될 수 있다. 와이어는 각각의 와이어의 단부에서 웰의 내벽에 전기적 및 물리적으로 부착될 수 있다. 적어도 하나의 와이어의 대응하는 전기 접점은 수직으로 이격될 수 있다. 예시적인 웰은 EM 펌프 조립체(5kk)의 바닥에서 웰드-인(welled-in) 스테인레스 스틸 Swagelok으로 체결될 수 있는 Mo 튜브와 같은 내화성 금속 튜브를 포함하며, 여기서 알루미나 외피에 의해 절연된 전도성 프로브 와이어는 바닥의 개방 단부로 진입하고, 튜브 내부로 이동하고 튜브 단부에 용접된 Mo 원뿔에 용접으로 부착된다. 승온에서 재결정화 될 수 있는 금속 프로브는 예열되어 금속을 프로브에 적용하기 전에 재결정화될 수 있다. 전도도는 프로브 와이어와 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 부착된 기준 접점 사이에서 측정된다. 다른 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)의 출구 부분이 웰로서 기능을 한다. 은 레벨이 상승함에 따라, 용융 금속을 통한 프로브 전류의 병렬 경로로 인해 프로브와 기준 사이의 전도성이 떨어진다. 금속 레벨의 함수로서의 전도성은 교정될 수 있다. 교정은 웰 온도에 따를 수 있다. 웰은 프로브에서 웰 온도를 측정하기 위해 열전쌍에 추가로 포함되어 대응하는 교정을 선택할 수 있다. 대안적으로, 전도도 센서는 2개의 정합된 재결정화된 W 튜브와 같은 별도의 저장소에 2개의 정합된 프로브를 포함할 수 있으며, 여기서 상대적인 EM 펌핑 속도는 2개의 프로브의 전도도에 일치하도록 제어되어 2개의 저장소에 있는 용융 금속의 레벨과 일치한다. 센서는 평균 전도도 및 작동 온도 중 적어도 하나의 함수로서 프로브들 사이의 임의의 오프셋 전도도에 대한 교정곡선을 더 포함할 수 있다. 전도성 프로브는 전도성을 감지하기에 충분한 전기적 연결을 유지하면서 점화력으로 아크를 방지하기 위해 전기 절연 외피 또는 코팅을 포함할 수 있다. 전도성 프로브는 도핑될 수 있는 반도체를 포함할 수 있다. 전도도는 고주파 프로브 전류 또는 전압으로 측정될 수 있으며, 점화 전압으로 인한 잡음의 영향과 같은 노이즈의 영향을 제거하기 위해 전도도를 추가로 필터링하기 위해 해당 전압 또는 전류 신호가 추가로 필터링될 수 있다.
용융 금속 레벨의 함수로서 복수의 도체들 사이의 차등 전도성 또는 커패시턴스 중 적어도 하나에 의해 용융된 은 레벨을 감지하는 레벨 센서는 저장소 벽을 통한 와이어와 같은 복수의 도체를 포함할 수 있다. 저장소 벽은 질화 붕소 또는 탄화 규소와 같은 전기 절연체를 포함할 수 있다. 와이어는 벽 재료에 대한 와이어의 차동 팽창으로 인한 압축에 의해 밀봉될 수 있다. 예를 들어, Mo, Ta 및 Nb는 각각 SiC보다 선호되는 높은 열팽창 계수를 갖는다. 벽을 가열하는 적어도 하나의 초기 단계를 수행하고, 벽 가열 또는 와이어 냉각이 없을 때 꼭 맞는 저장소 벽의 구멍을 통해 와이어를 삽입하기 전에 액체 질소와 같은 극저온을 적용하는 것과 같은 수단에 의해 와이어를 냉각함으로써 실온에서 셀에 대한 시일이 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 와이어는 몰딩, 접착 또는 시일에 의해 밀봉될 수 있다. 대안적으로, 시일은 와이어를 벽 재료에 통합함으로써 제조 동안 달성될 수 있다. 와이어는 저장소 제조 동안 접착제 또는 밀봉제를 사용하여 제자리에 밀봉될 수 있다.
센서는 레벨-의존적 음향 공명 주파수 센서를 포함할 수 있다. 저장소는 공동을 포함할 수 있다. 일반적으로, 부분적으로 채워진 물병과 같은 악기와 같은 공동은 각각 물 채우기 레벨에 따른 기본 음과 같은 공명 주파수를 갖는다. 실시예에서, 저장소 공동은 용융 금속 충전 레벨에 의존하는 공명 음향 주파수를 갖는다. 용융 금속 레벨이 변화하고 저장소 공동의 금속 충전 부분에 대한 가스 충전 부분의 부피가 변함에 따라 주파수가 변할 수 있다. 충전 레벨에 의존하는 주파수로 적어도 하나의 공명 음향 파가 저장소에서 지원될 수 있다. 센서는 저장소 및 셀 온도와 같은 주어진 작동 조건에서 충전 레벨 및 해당 주파수를 사용하여 교정될 수 있다.
공명 음향 센서는 정위 음향 파와 같은 음향 파를 여기시키는 수단 및 레벨 의존 음향 파의 주파수를 검출하기 위한 음향 주파수 분석기를 포함할 수 있다. 저장소 공동에서 사운드를 여기시키기 위한 수단은 저장소의 벽을 가역적으로 변형시키기 위한 기계식, 공압식, 유압식, 압전식, 전자기식, 서보 모터 구동식 소스 수단을 포함할 수 있다. 저장소 공동에서 사운드를 여기시키고 수신하는 수단 중 하나는 구동식 다이어프램을 포함할 수 있다. 다이어프램으로 인해 사운드가 저장소로 전파될 수 있다. 다이어프램은 EM 펌프, 상부 반구 및 하부 반구 중 적어도 하나와 같은 셀의 구성요소를 포함할 수 있다. 음향 여기 소스와 음향 여기를 위한 구성요소 사이의 접촉은 구성요소와의 접촉점의 온도에 대해 안정한 내화 재료 프로브와 같은 프로브를 통해 이루어질 수 있다. 저장소 공동 내에서 사운드를 여기시키기 위한 수단은 소나 핑거와 같은 핑거를 포함할 수 있다. 주파수 분석기는 구성요소를 둘러싸는 가스를 통해 저장소의 공진 주파수 응답을 사운드로 수신할 수 있는 마이크로폰일 수 있다. 사운드를 수신하고 분석하는 수단은 마이크로폰, 트랜스듀서, 압력 트랜스듀서, 사운드에 의해 변형될 수 있고 잔류 전하를 가질 수 있는 커패시터 판을 포함할 수 있으며, 당업계에 공지된 다른 사운드 분석기를 포함할 수 있다. 실시예에서, 저장소의 음향 여기를 유발하고 공명 음향 주파수를 수신하기 위한 수단 중 적어도 하나는 마이크로폰을 포함할 수 있다. 마이크로폰은 충전 레벨을 결정하기 위해 주파수 분석기를 포함할 수 있다. 여기 소스 및 수신기 중 적어도 하나는 외부 압력 용기(5b3a)의 외부에 위치될 수 있다.
실시예에서, 음향 센서는 사운드 주파수의 압전 변환기를 포함한다. 센서는 중공 도관 또는 중실 도관과 같은 사운드 가이드를 통해 소리를 수신할 수 있다. 저장소 핑거로 사운드가 여기될 수 있다. 압전 변환기는 자동차 노크 센서를 포함할 수 있다. 노크 센서는 원하는 수준에서 은과 함께 저장소의 음향 공명 특성과 일치될 수 있다. 공진 특성은 가속도계를 사용하여 결정될 수 있다. 사운드 도관 전도체는 저장소와 변환기에 직접 부착될 수 있다. 음향 전도체는 텅스텐 또는 탄소와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 변환기는 외부 압력 용기(5b3a)의 외부와 같은 고온 영역의 외부에 위치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 노크 센서는 반대쪽 단부의 저장소와 접촉하는 음향 전도체에 연결된 외부 용기(5b3a)의 기저부 판(5b3b)의 구멍에 나사가 형성된다. 도관은 코일(5f)의 운동과의 간섭을 피하기 위해 수직축을 따라 이동할 수 있다. 노치 필터는 저장소에서 은 레벨을 감지하기에 적합한 주파수를 선택적으로 통과시킬 수 있다. 제어기는 레벨의 함수인 주파수로부터 결정된 바와 같이 은 레벨을 원하는 레벨로 변경하기 위해 EM 펌프 전류를 조정할 수 있다.
음향 센서는 저장소의 내부에 적어도 하나의 프로브 또는 공동을 포함할 수 있다. 공동은 웰을 포함할 수 있다. 웰은 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 용접될 수 있다. 웰은 중공형이거나 중실형일 수 있다. 프로브는 Swagelok과 같은 패스너에 의해 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 연결되는 폐쇄 단부 튜브 또는 로드를 포함할 수 있다. 프로브 또는 공동은 핑거에 의해 진동을 야기할 수 있다. 핑거는 핑거의 핑잉 작용(pinging action)을 전달하는 Mo, W, Ta 또는 스테인리스 스틸을 포함하는 것과 같은 내화 재료 커넥팅 로드와 같은 커넥팅 로드에 의해 고온 영역의 외부에 위치될 수 있다. 방향은 진동 여기에서 가장 효율적인 것일 수 있다. 마이크로폰과 같은 진동 센서는 진동 주파수를 감지할 수 있으며, 주파수는 특성적이고 프로브 또는 공동 주위의 용융 금속 레벨을 결정하는데 사용된다. 프로브 또는 공동은 용융 금속 레벨의 음향 주파수 감지를 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 용융 레벨의 주파수 의존성이 교정될 수 있다. 교정은 측정 가능한 작동 온도에 맞게 조정될 수 있다. 승온에서 재결정화될 수 있는 금속 프로브는 프로브로서 적용되기 전에 금속을 재결정화하기 위해 예열될 수 있다. 대안적으로, 음향 센서는 2개의 정합된 재결정화된 W 튜브와 같은 별도의 저장소에 2개의 정합된 프로브를 포함할 수 있으며, 여기서 상대적인 EM 펌핑 속도는 2개의 프로브의 주파수와 정합하여 2개의 저장소 내의 용융 금속의 레벨을 제어 및 정합하도록 제어된다. 센서는 평균 주파수 및 작동 온도 중 적어도 하나의 함수로서 프로브들 사이의 임의의 오프셋 주파수에 대한 교정곡선을 더 포함할 수 있다.
프로브 또는 공동은 내화 재료, 예컨대 Mo, 티타늄-지르코늄-몰리브덴(TZM), 몰리브덴-하프늄-탄소(MHC), 몰리브덴-란탄 산화물(ML), 몰리브덴-ILQ(MoILQ), 몰리브덴-텅스텐(MoW), 몰리브덴-레늄(MoRe), 몰리브덴-구리(MoCu), 몰리브덴-지르코늄 산화물(MoZrO2), W, 탄소, Ta, 알루미나, 지르코니아, MgO, SiC, BN, 및 본 개시의 다른 내화 금속, 합금 및 세라믹 그리고 당업계에 공지된 것들을 포함한다. 금속 프로브는 전기 절연 커버 또는 외피, 또는 멀라이트, SiC, 또는 본 개시의 다른 것 또는 점화 전력으로 아크를 방지하기 위해 당업계에 공지된 것과 같은 전기 절연 코팅을 포함할 수 있다. 세라믹 프로브는 단부가 밀봉된 중공 튜브와 같은 중공 공동을 포함할 수 있다. 세라믹 프로브는 EM 펌프 튜브 조립체의 기저부에 있는 칼라에 용접된 정합 나사와 같은 스레드 조인트에 의해 EM 펌프 조립체의 바닥에 체결될 수 있다. 다른 예시적인 패스너는 잠금 칼라, 클램프, 세크스크류 칼라 또는 홀더, 및 Swagelok 홀더 장치를 포함한다. 예시적인 세라믹 프로브는 한 단부에서 천공되지 않고 M 펌프 튜브 조립체의 기저부에 용접된 나사식 스테인리스 스틸 칼라에 나사 결합되는 다른 단부에서 밀봉되는, 구멍이 있는 질화 붕소(BN) 튜브를 포함한다. 프로브는 EM 펌프 조립체의 기저부 및 세라믹 프로브의 밀봉된 단부를 관통하여 중공 부분을 관통하는 핀을 더 포함할 수 있다. 핀은 나사 결합될 수 있다. 핀은 EM 펌프 조립체의 기저부 및 세라믹 튜브의 밀봉된 단부 중 적어도 하나에 나사 결합될 수 있다. 튜브는 질화 붕소를 포함할 수 있다. 핀은 프로브를 따라 음향 에너지를 송수신하는 것 중 적어도 하나를 위해 사용될 수 있다. 프로브는 압전 또는 MEMS(Microelectromechanical System)를 포함할 수 있으며, 여기서 음향 주파수, 진동 및 가속도 중 적어도 하나의 여기 및 감지는 압전 전압 또는 MEMS 신호를 인가 및 감지함으로써 달성될 수 있다. 센서는 용융 금속 감쇠 가속 또는 프로브 진동 주파수를 측정하는 가속도계를 포함할 수 있다. 여기 및 감지는 동일한 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 핑잉 및 감지 수단은 동일한 장치에 결합될 수 있다. 용융 금속 레벨은 별도의 저장소에서 개별 프로브의 음향 응답과 일치하도록 제어될 수 있으며, 임의의 오프셋은 교정에 의해 결정되고 매칭 제어 알고리즘에 사용될 수 있다.
실시예에서, 음향 센서는 EM 펌프 튜브(5k6)의 출구 부분에서 진동과 같은 운동을 여기시키는 핑거를 포함할 수 있다. 여기는 EM 펌프 튜브의 기계적 공명 주파수와 같은 원하는 주파수에서 연속적이거나 간헐적일 수 있다. EM 펌프 튜브의 단부는 부착된 진동 댐퍼를 포함할 수 있다. 진동 댐퍼는 EM 펌프 튜브의 종축에 횡 방향인 블레이드를 포함할 수 있다. 진동 댐퍼는 내화 재료를 포함할 수 있다. 재료는 질화 붕소 또는 SiC와 같은 전기 절연체일 수 있다. 댐퍼는 패스너에 의해 노즐(5q)에 고정될 수 있다. 나사 부품을 사용하여 고정할 수 있다. 나사형 댐퍼와 노즐 또는 EM 펌프 튜브의 단부는 함께 조여질 수 있다. 댐퍼는 용융 금속의 표면 근처에 있을 수 있다. 댐퍼는 금속 표면에 침지되거나 부분적으로 포함될 수 있다. 용융 금속 내 댐퍼의 깊이는 진동 댐핑의 양을 결정할 수 있다. 진동 감쇠는 EM 펌프 튜브에 의해 재방출되는 음향 에너지의 주파수, 가속 또는 진폭 변화 중 적어도 하나에 의해 측정될 수 있다. 방출된 음향 에너지는 저장소 외부의 위치와 같은 EM 펌프 튜브에서 감지될 수 있다. 대안적으로, 방출된 음향 에너지는 저장소 벽으로부터 감지될 수 있다. 저장소 벽에 부착될 수 있는 고온 가능한 도관은 사운드를 전달할 수 있다. 부착물은 저장소 주위에 나사 연결부 또는 클램프 칼라를 포함할 수 있다. 실시예에서, 음향 센서는 음향 신호 대 잡음 비를 개선하기 위한 외부 소음 댐핑 또는 제거 수단을 포함한다. 댐핑 수단은 당업계에 공지된 것과 같은 흡음재를 포함할 수 있다. 소음 제거 수단은 당업계에 공지된 것과 같은 능동적인 소음 제거 시스템을 포함할 수 있다.
대안적으로, EM 펌프 튜브 또는 프로브와 같은 저장소 내부의 진동 물체는 유사하게 진동할 저장소 벽으로 그의 진동을 전달할 수 있다. 저장소 벽 진동은 진동 벽에 초기에 입사되는 반사광의 주파수 또는 위치의 이동을 검출하는 장치에 의해 전자기적으로 측정될 수 있다. 입사 전자기 방사선은 가시광 대 마이크로파 영역에서와 같이 높은 반사율을 갖는 파장 범위에 있을 수 있다. 분석기는 주파수 편이를 측정하기 위한 헤테로다인(heterodyne) 또는 간섭계 또는 위치 편이를 측정하기 위한 위치 센서를 포함할 수 있다. 분석기는 반사된 빔을 광전지, 광 다이오드 또는 광 트랜지스터와 같은 전기 신호로 변환하는 수단을 포함할 수 있다. 센서는 용융 금속 레벨의 함수인 음향 신호로의 주파수 또는 위치 시프트를 처리하기 위한 신호 처리기를 포함할 수 있다. 음향 센서는 가시광선, 적외선 또는 마이크로파 레이저 간섭계 마이크로폰을 포함할 수 있다. 레이저는 다이오드 레이저를 포함할 수 있다. 저장소 벽 운동에 의해 발생하는 반사 또는 반사된 레이저 빔의 주파수 편이에 의존하는 예시적인 레이저 마이크로폰은 Princeton University(http://www.princeton.edu/~romalis/PHYS210/Microphone/)에 의해 주어진 것이다. 저장소 벽 운동으로 인한 반사 또는 반사된 레이저 빔의 위치 이동에 의존하는 예시적인 레이저 마이크로폰은 Lucidscience(http://www.lucidscience.com/pro-laser%20spy%20device-1.aspx; hackaday http://hackaday.com/2010/09/25/laser-mic-makes-eavesdropping-remarkably-simple/)에 의해 주어진 것이다. 다른 실시예에서, 시간의 함수로서 레이저 펄스의 비행시간은 음향 신호의 벽 변위 및 주파수 및 진폭을 측정하기 위해 사용된다. 음향 센서는 광 검출 및 거리 측정(LIDAR) 시스템을 포함할 수 있다. 저장소 벽에 부착된 마이크는 벽 진동을 측정할 수 있다. 마이크로폰은 압전 장치를 포함할 수 있다.
음향 분석기는 마이크로폰 및 주파수 분석기와 같은 본 발명의 하나일 수 있다. 용융 금속 레벨은 개별 저장소의 개별 센서의 음향 응답과 일치하도록 제어될 수 있으며, 임의의 오프셋은 교정에 의해 결정되고 매칭 제어 알고리즘에 사용될 수 있다. 대안적으로, 센서는 그 단부에 진동 댐퍼를 더 포함하는 프로브를 포함할 수 있다. 댐퍼는 임의의 용융 금속 레벨 변화로 인해 신호를 증폭시킬 수 있다.
센서는 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에서 관통부를 통해 전기 감지 연결부가 도입된 2개의 평행 판을 포함할 수 있다. 용융 금속은 판을 용융 금속의 레벨까지 채울 수 있다. 금속판이 핑거에 의해 진동할 수 있다. 판들 사이의 용융 금속 레벨의 함수인 진동 주파수의 변화로 인해 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나가 변한다. 다른 실시예에서, 대향하는 한 쌍의 자기 코일 및 커패시터 플레이트 중 적어도 하나는 질화 붕소를 포함하는 것과 같은 전기 절연체 웰에 내장된다. 핑거는 웰을 진동시킬 수 있고, 코일 또는 플레이트 사이의 인덕턴스 및 커패시턴스 중 적어도 하나는 전기 연결을 통해 판독될 수 있으며, 이러한 매개변수는 대향 부재 쌍 사이의 금속 레벨의 함수이다. 코일 및 플레이트 상에 전류 및 전압 중 적어도 하나를 인가함으로써 판독이 달성될 수 있다.
레벨 센서는 센서의 이미터로부터 방출되고, 레벨로부터 반사되고, 센서의 검출기에 의해 검출된 레이저 펄스의 비행시간이 용융 금속 레벨의 위치를 획득하기 위해 측정되는 광 검출 및 거리 측정(LIDAR) 시스템을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 레벨 센서는 유도 레이더 시스템을 포함할 수 있다. 레이더와 같은 다른 주파수의 전자기 방사선은 LIDAR 시스템의 광을 대체할 수 있다.
다른 실시예에서, 레벨 센서는 초음파 에너지 이미터 및 수신기를 포함하는 두께 게이지와 같은 초음파 장치를 포함할 수 있으며, 이미터 및 수신기는 저장소로 보내지고 저장소로부터 다시 반사되는 음파 에너지 펄스의 비행시간을 변환함으로써 용융 금속 레벨을 감지한다. 사운드는 용융 금속의 깊이를 감지하기 위해 수직으로 이동할 수 있다. 이미터 및 수신기는 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 위치하여 z-축으로도 지칭되는 수직축 또는 저장소 종축을 따라 사운드를 전송 및 수신할 수 있다. 다른 실시예에서, 이미터 및 수신기는 저장소의 측면에 위치될 수 있다. 사운드는 가로 축 또는 평면을 따라 송신 및 수신될 수 있다. 금속 레벨이 사운드를 가로챌 때 반사는 벽 또는 용융 금속 표면 반대편의 저장소로부터 발생할 수 있다. 이미터 및 수신기는 레벨을 이미징하기 위해 z-축을 따라 공간적으로 분리된 복수의 장치를 포함할 수 있다. 이미터 및 수신기는 압전 변환기와 같은 동일한 장치를 포함할 수 있다. 트랜스듀서는 EM 펌프 조립체의 기저부 또는 저장소 벽과 직접 접촉할 수 있다. 대안적으로, 사운드는 고온에서 작동할 수 있는 사운드 도관을 사용하여 전송될 수 있다. 예시적인 두께 센서는 Elcometer MTG 시리즈 게이지(http://www.elcometerusa.com/ultrasonic-ndt/Material-Thickness-Gauges/)이다. 비행시간 데이터는 데이터로부터 금속 레벨을 결정하고 저장소 금속 레벨을 제어하기 위해 상대 EM 펌프 속도를 제어하도록 교정된 프로세서에 의해 처리될 수 있다.
다른 실시예에서, 레벨 센서는 마이크로파 스터브 센서(microwave stub sensor)와 같이 본 기술 분야에 공지된 적어도 하나의 스터브 센서를 포함할 수 있다. 스터브 센서는 이를 검출하기 위해 용융 금속 레벨의 영역에 걸쳐 스캔될 수 있다. 스캐닝은 기계, 전자-기계, 압전, 유압, 공압, 또는 본 개시 또는 당업계에 공지된 의 다른 유형의 작동기와 같은 작동기에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로, 레벨 센서는 복수의 스터브 센서 사이의 신호의 비교에 의해 레벨을 감지할 수 있는 복수의 스터브 센서를 포함할 수 있다.
실시예에서, 레벨 센서는 와류 레벨 측정 센서(ECLMS)를 포함할 수 있다. ECLMS는 1차 및 두 개의 2차 감지 코일과 같은 적어도 3개의 코일을 포함할 수 있다. ECLMS는 RF 소스와 같은 고주파 전류 소스를 더 포함할 수 있다. RF 전류는 1차 코일에 인가되어 결과적으로 표면에서 용융 금속에 와류를 발생시키는 고주파 자기장을 발생시킬 수 있다. 와류는 1차 코일의 어느 한 쪽에 위치할 수 있는 2개의 감지 코일에서 전압을 유도할 수 있다. 감지 코일의 전압 차이는 센서에서 금속 표면까지의 거리에 따라 달라진다. ECLMS는 용융 금속 레벨로 교정될 수 있으므로 셀 작동 중에 레벨을 판독할 수 있다.
센서는 저장소 은 레벨에 응답하는 임피던스 미터를 포함할 수 있다. 임피던스 미터는 금속 레벨의 함수인 인덕턴스에 응답하는 코일을 포함할 수 있다. 코일은 유도 결합 히터 코일을 포함할 수 있다. 코일은 고온 절연물로 코팅된 W 또는 Mo와 같은 고온 또는 내화성 금속 와이어를 포함할 수 있다. 코일의 와이어 피치는 비-절연 와이어가 전기적으로 단락되지 않도록 할 수 있다. 용융된 은은 강자성 또는 상자성 금속과 같은 첨가제 또는 인덕턴스 응답을 증가시키기 위해 당업계에 공지된 것과 같은 화합물을 포함할 수 있다. 인덕턴스는 교류 파형 구동 코일에서 측정된 전류와 전압 사이의 위상 변이에 의해 측정될 수 있다. 주파수는 약 5 kHz 내지 1 MHz의 범위와 같은 무선 주파수일 수 있다.
실시예에서, 레벨 센서는 복수의 위치로부터 전자기 신호를 방출하고 레벨을 이미징하기 위해 복수의 위치에서 신호를 수신하는 복수의 이미터 및 수신기를 포함하는 이미징 센서를 포함할 수 있다. 이미지 신호가 레벨에 대해 보정될 수 있다. 이미터 및 수신기는 RF 안테나와 같은 안테나를 포함할 수 있다. 주파수 범위는 kHz 내지 GHz 범위일 수 있다. 예시적인 범위는 5 내지 10 GHz RF이다. 이미징 센서는 반사된 신호들로부터 데이터를 구성하기 위해 RF 어레이를 포함할 수 있다. 센서는 레벨을 식별하기 위해 미가공 데이터로부터 밀도 유형의 피드백을 제공하는 프로세서를 포함할 수 있다. 예시적인 이미징 센서는 저장소 벽을 관통하는 무선 주파수 기술을 사용하여 물체를 들여다 볼 수 있는 프로그램 가능한 3D 센서를 포함하는 Walabot이다. Walabot은 안테나 배열을 사용하여 앞 영역을 비추고 복귀 신호를 감지한다. 신호는 VYYR2401 A3 System-on-Chip 집적 회로에 의해 생성 및 기록된다. 데이터는 USB 인터페이스를 사용하여 호스트 장치와 통신되며 Cypress 제어기를 사용하여 구현된다. 센서는 유도 결합 히터로부터 RF 간섭을 제거하기 위해 RF 필터를 포함할 수 있다.
센서는 저장소의 수직축을 따라 이격된 서미스터 또는 열전쌍과 같은 일련의 온도 측정 장치를 포함할 수 있으며, 온도 측정 장치 사이의 온도를 측정하기 위해 온도는 저장소 내부의 용융 금속 레벨을 가로 질러 측정될 수 있다. 실시예에서, 센서는 저장소 내에서 상이한 높이로 공간적으로 분리된 복수의 열전쌍을 포함한다. 감지된 온도는 용융된 은 수준의 함수이다. 열전쌍은 EM 펌프 조립체(5kk)의 바닥에 용접될 수 있는 써모웰(thermowell) 내에 넣어질 수 있다. 서모웰은 Mo, Ta 또는 본 개시의 다른 것과 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 써모웰은 Swagelok과 같은 패스너로 고정될 수 있다. 본 개시의 것과 같은 열전쌍은 고온에서 가능할 수 있다. 다중 써모커플은 하나의 써모웰에서 수직으로 이격될 수 있다. EM 펌프 튜브(5k6)의 출구는 서모웰로서 기능을 할 수 있다. 저장소 외부로 EM 펌프 튜브의 침투는 Swagelok 또는 전기 피드-스루와 같은 당업계에 공지된 것을 포함할 수 있다. 열전쌍은 광학 온도 센서와 같은 다른 온도 센서로 대체될 수 있다.
센서는 적외선 카메라를 포함할 수 있다. 적외선 온도 표시는 은 레벨에서 변경될 수 있다. 레벨 센서는 적어도 하나의 웰 및 전자기 방사선 소스 및 대응하는 검출기를 포함할 수 있다. 웰은 저장소의 기저부에 부착될 수 있는 저장소(5c)의 내부로 폐쇄된 도관을 포함할 수 있다. 부착물은 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 있을 수 있다. 웰은 알루미나, MgO, ZrO2, 질화 붕소 및 탄화규소와 같은 전기 절연체와 같은 전자기 방사선 투과성 재료를 포함할 수 있다. 센서는 웰의 벽을 통과하고 용융 금속 레벨로부터 반사될 수 있는 전자기 방사선으로 웰의 내부를 조명할 수 있다. 용융 금속 레벨을 이미지화하기 위한 센서는 반사된 전자기 방사선을 검출할 수 있다. 전자기 방사선은 레벨의 영역에 걸쳐 스캔될 수 있는 빔을 포함할 수 있다. 센서는 용융된 금속 레벨을 결정하기 위해 반사된 이미지를 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다. 반사된 전자기 방사선은 전자기 방사선 검출기 상의 영역을 조명할 수 있다. 면적은 레벨, 입사 전자기 방사선 및 검출기의 상대적 위치에 따라 변할 수 있다. 조명된 검출기 영역은 금속 레벨 및 용융 금속 레벨과의 교차점에서 테이퍼 웰의 대응하는 단면에 응답하여 크기가 변할 수 있다. 예를 들어, 반사는 레벨이 높을수록 더 작은 직경을 가질 수 있는 링을 포함할 수 있다. 센서의 전자기 방사선은 배경 전자기 방사선을 감소시키도록 선택될 수 있다. 센서의 전자기 방사선은 가열된 웰 또는 셀의 흑체 방사선이 현저한 배경 강도를 갖지 않는 파장을 포함할 수 있다. 전자기 방사선은 적외선, 가시광 및 UV 방사선 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 파장 범위는 약 250 nm 내지 320 nm이고, 여기서 은은 투과 창을 가지므로, 반사는 얇은 은 막보다는 은의 칼럼에 의해 선택적으로 이루어진다.
실시예에서, 센서는 레벨이 증가함에 따라 압력이 증가하는 압력 센서를 포함한다. 압력 증가는 저장소(5c)에서 용융 금속 컬럼의 추가 중량으로 인한 헤드 압력 증가로 인한 것일 수 있다.
실시예에서, 센서는 적어도 하나의 저장소의 중량 변화 또는 저장소 사이의 무게 중심의 변화를 검출하기 위한 중량 센서를 포함하며, 여기서 저장소 용융 금속 레벨이 증가함에 따라 중량이 증가한다. 저장소 사이의 차등 무게 분포는 측정된 무게 중심을 이동시킨다. 중량 센서는 대응하는 저장소에서의 질량 증가에 응답하여 변위 또는 압력 변화를 가지는 위치에 위치될 수 있다. 위치는 대응하는 저장소의 지지대 상에 있을 수 있다. 중량 센서는 저장소 내부에 있을 수 있으며, 센서는 용융 금속 레벨에 따른 무게 및 압력 변화 중 적어도 하나에 응답할 수 있다. 센서는 셀을 관통할 수 있는 적어도 하나의 와이어를 통해 신호를 전송할 수 있다. 용융 금속 레벨은 별도의 저장소에서 별도의 프로브의 중량 또는 압력 응답과 일치하도록 제어될 수 있으며, 임의의 오프셋은 교정에 의해 결정되고 매칭 제어 알고리즘에 사용될 수 있다. 와이어는 저장소 내부의 센서로부터 EM 펌프 튜브(5k6) 입구로 흐르고, 저장소(5c) 외부의 섹션에서 EM 펌프 튜브(5k6)를 관통할 수 있다. 침투는 Swagelok과 같은 피드-스루 또는 패스너로 밀봉될 수 있다. 중량 센서는 최소 변위를 갖는 압력을 요구하는 센서를 포함할 수 있다. 센서는 압전 센서 또는 당업자에게 공지된 다른 센서를 포함할 수 있다.
실시예에서, 중량 또는 압력 센서는 압력 또는 중량 연속성을 유지하면서 셀의 고온에서 제거된 하우징에 수용될 수 있다. 압력 또는 중량 연결성은 저장소와 같은 셀 구성요소 또는 저장소 외부의 일부 튜브와 같은 EM 펌프 튜브로부터의 용융 금속 연결에 의해 달성될 수 있다. 용융 금속 연결부는 저장소 내의 용융 금속보다 높은 밀도를 갖는 용융 금속의 열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저장소 외부의 EM 펌프 튜브에 연결된 튜브에 포함된 금 칼럼은 중량 또는 압력 센서를 포함하는 하우징에 연결할 수 있다. 실시예에서, 연속성 연결은 저온에서 작동하는 중량 또는 압력 센서의 사용을 용이하게 하기 위해 저장소 내의 금속의 것보다 높은 밀도 및 더 낮은 금속 점을 갖는 금속을 포함할 수 있다.
용융 금속 중량에 응답하는 레벨 센서는 저울의 경사가 은 레벨에 따라 변하는 저울을 포함할 수 있다. 저울은 강하게 연결된 두 개의 아암을 포함할 수 있다. 아암은 받침점의 지지대에 부착될 수 있다. 저울은 각각의 아암의 단부에 접점을 포함할 수 있다. 각각의 접점은 저장소 바닥의 다이어프램 또는 벨로우즈와 맞닿을 수 있다. 다이어프램은 더 많은 움직임을 제공하기 위해 외향 보조개와 같이 오목할 수 있다. 다이어프램은 반구형일 수 있다. 다이어프램은 해당 저장소에서 용융 금속 중량에 따라 아래쪽으로 변위될 수 있다. 아암 또는 접점의 일부 중 적어도 하나는 저장소 사이에 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 전기 절연될 수 있다. 저울은 빔의 각각의 단부에 피스톤이 부착된 저울대를 포함할 수 있다. 피스톤은 전기 절연체를 포함할 수 있다. 각각의 피스톤은 저장소의 바닥에서 다이어프램과 맞닿을 수 있다. 변위, 변형 또는 비틀림 센서 중 적어도 하나와 같은 기울기 센서는 빔 또는 아암의 기울기를 감지할 수 있다. 경사 센서는 경사 센서에 의해 감지된 경사를 증폭시키는 빔으로부터의 연장부를 포함할 수 있다. 예시적인 경사 센서는 아암 또는 평형 빔의 적어도 일부로부터 스트레인 게이지로의 연결을 포함할 수 있다. 예시적인 저울은 단부에 알루미나 또는 질화 붕소 피스톤을 갖는 스테인리스 스틸 빔과 같은 금속 빔을 포함한다. 각각의 피스톤은 EM 펌프 조립체의 기저부에서 용접된 얇은 스테인리스 스틸 다이어프램과 접촉할 수 있으며, 여기서 경사는 빔의 일 단부에 대한 연결을 통해 스트레인 게이지에 의해 측정될 수 있다. 연결하면 스트레인 게이지가 SunCell®의 고온 영역에서 제거될 수 있다. 실시예에서, 연결부 및 피스톤 중 적어도 하나는 유도 결합 히터에 의한 가열에 저항할 수 있는 내화 재료를 포함할 수 있다. 저울은 원하는 용융 금속 저장소 레벨에서 빔 단부 또는 아암 사이의 중량 균형을 달성하도록 조정될 수 있다. 저울은 하나의 빔 단부 또는 하나의 아암에 추를 추가함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 받침점의 위치는 조정될 수 있다. 실시예에서, 저울 유형 센서는 경사 데이터를 수신하고 저장소의 용융 금속 레벨을 균일화하기 위해 EM 펌프 전류를 조정하는 프로세서를 더 포함한다. 저울 유형을 포함하는 레벨 센서는 동력원 SunCells®의 경우에서와 같은 병진 운동 유도력을 위한 센서를 더 포함할 수 있다. 저울 유형 레벨 센서는 가속도계, MEMS 장치 및 자이로스코프 중 적어도 하나를 더 포함하여 상대 EM 펌프 속도의 제어에서 외부 병진 유도력을 교정하기 위해 경사 데이터에 대한 응답을 수정하는 프로세서에 데이터를 제공할 수 있다. 저울 유형 레벨 센서는 외부 진동의 영향을 감소시키기 위해 댐핑 마운트 또는 부싱, 충격 흡수기 및 당업계에 공지된 것과 같은 능동 진동 제거 시스템과 같은 진동 감쇠 또는 제거 수단을 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 중량 유형 레벨 센서는 균열 개방 변위(COD) 게이지와 같은 신장계를 포함한다. 예시적인 COD 게이지는 각각 스트레인 게이지된 Epsilon Models 3548COD, 3448COD, 3549COD 및 3648COD 신장계 중 하나이다. 신장계는 EM 펌프 튜브 조립체(5kk)의 다이어프램과 접촉하는 알루미나 또는 탄화규소 로드와 같은 로드를 포함할 수 있다. 신장계는 거리를 측정하기 위해 레이저를 포함하는 것과 같은 비접촉 유형을 포함할 수 있다. 예시적인 센서는 Epsilon Models LE-05 및 LE-15 레이저 신장계이며, 각각은 고속 레이저 스캐너를 포함하여 두 다이어프램 각각에 있는 것과 같은 반사점들 사이의 간격을 결정한다. 다이어프램은 레이저 빔을 반사시키기 위한 반사면을 포함할 수 있다. 높은 융점을 갖는 비-산화 반사성 포일을 포함하는 예시적인 반사성 표면은 Pt 포일(MP = 1768 ℃)이다. 신장계 신호는 진동으로부터의 잡음과 같은 잡음을 제거하기 위해 필터링될 수 있다.
실시예에서, 다이어프램은 칼럼 높이 변화 및 대응하는 중량 변화에 대한 감도를 최대화하기 위해 EM 펌프 조립체(5kk)의 바닥 영역의 상당한 부분을 포함한다. 실시예에서, 다이어프램은 변위 게이지 또는 신장계의 압축 저항 또는 스프링 상수에 비해 변형에 대한 저항이 비교적 낮다. 이 경우 레벨 감지는 다이어프램 온도에 덜 민감해져 변형에 대한 저항이 변경될 수 있다. 실시예에서, 다이어프램은 변형에 응답하여 저항을 변화시키는 재료를 포함한다. 다이어프램은 보정된 저항 변화로서의 용융 금속 레벨의 함수로서 변형을 감지하는 Wheatstone bridg의 레그를 포함할 수 있다.
실시예에서, 레벨 센서는 금속 레벨이 원하는 높이일 때 용융 금속에 적어도 부분적으로 잠기고, 용융 금속이 구동 프로브의 운동에 저항하고, 저항이 저항으로부터 레벨을 결정하는 프로세서에 대한 입력으로 측정되는 구동 기계적 프로브를 포함한다. 프로브는 회전 및 이동 중 적어도 하나일 수 있다. 프로브는 W, SiC, 탄소 또는 BN과 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 프로브는 EM 펌프 조립체(5kk)에서 저장소(5c)를 관통할 수 있다. 기계적 운동은 962 ℃ 내지 1200 ℃와 같은 고온일 수 있는 베어링에 의해 지지될 수 있다. 센서는 종 방향 병진운동을 허용하는 벨로우즈를 포함할 수 있다. 금속 레벨의 함수로서의 저항은 스트레인 게이지로 측정될 수 있다.
실시예에서, 레벨 센서는 전자기 펌프의 용융 금속 헤드 압력에 의존하는 전자기 펌프의 적어도 하나의 전기 매개변수를 측정하는 시간 분해 리액턴스, 임피던스, 저항, 인덕턴스, 커패시턴스, 전압, 전류 및 전력 센서와 같은 시간 분해 전기 매개변수 센서 중 적어도 하나를 포함한다. 적어도 하나의 전기 매개변수 및 EM 펌프, 및 전기 매개변수 응답이 변경될 수 있으며, 여기서 응답은 헤드 압력의 함수이다. 프로세서는 용융 금속 레벨을 결정하기 위해 응답 데이터 및 룩업 교정 데이터 세트를 사용할 수 있다.
실시예에서, 발생기는 각각의 저장소에서 용융된 은 레벨을 감지하고 저장소에서 일치하는 레벨을 유지하도록 EM 펌프 전류를 조정하는 회로 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 대향하는 용융된 은 스트림이 교차하여 점화를 일으키도록 각각의 EM 펌프에 대해 최소 분사 압력을 연속적으로 유지할 수 있다. 실시예에서, 주입 시스템은 동일한 평면에 2개의 금속 스트림을 포함하는데, 스트림은 매칭되지 않은 EM 펌프 속도로 충돌하여, 속도가 매칭된 저장소 은 레벨을 유지하도록 가변적으로 제어될 수 있다. 실시예에서, 발전기는 각각의 저장소에 대해 하나씩, 2개의 레벨 센서를 포함하는 것이 아니라 하나의 저장소에 레벨 센서를 포함할 수 있다. 은과 같은 용융 금속의 총량은 폐쇄 반응 셀 챔버(5b31)의 경우 일정하다. 따라서, 하나의 저장소에서의 레벨을 측정함으로써, 다른 저장소에서의 레벨이 결정될 수 있다. 발전기는 각각의 저장소의 EM 펌프를 위한 2개의 회로 제어 시스템을 포함하기보다는 하나의 저장소의 EM 펌프를 위한 회로 제어 시스템을 포함할 수 있다. 레벨 센서가 없는 저장소의 EM 펌프 전류는 고정될 수 있다. 대안적으로, 레벨 센서가 없는 저장소를 위한 EM 펌프는 레벨 센서로 저장소에서 감지된 레벨에 응답하는 회로 제어 시스템을 포함할 수 있다.
EM 펌프를 통한 용융 금속 유량의 자발적인 증가는 용융 금속 레벨이 해당 저장소에서 상승할 때 헤드 압력 증가로 인해 발생할 수 있다. 헤드 압력은 펌프 압력에 기여하고 유량에 대응하는 기여를 야기할 수 있다. 실시예에서, 저장소 높이는 적어도 하나의 EM 펌프가 대략 동일한 용융 금속 레벨을 유지하도록 제어 신호를 제공하기 위해 최저 및 최고의 원하는 용융 금속 레벨을 포함하는 극단들 사이에 충분한 헤드 압력 차이를 발생시키기에 충분하다. EM 펌프 센서는 로렌츠 힘 센서 또는 당 업계에 공지된 다른 EM 펌프 유량 센서와 같은 유량 센서를 포함할 수 있다. 레벨 변화에 따른 헤드 압력의 변화로 인해 유량이 변할 수 있다. 개별 EM 펌프 유량, 조합 유량, 개별 차동 유량, 조합 차동 유량, 상대 유량, 개별 유량의 변화율, 조합 유량의 변화율, 상대 유향의 변화율, 및 다른 유량 측정치와 같은 적어도 하나의 유량 매개변수가 적어도 하나의 저장소에서 용융 금속 레벨을 감지하는데 사용될 수 있다. 감지된 유량 매개변수는 대략 동일한 저장소 용융 금속 레벨을 유지하기 위해 적어도 하나의 EM 펌프 전류의 제어 조정을 결정하기 위해 적어도 하나의 EM 펌프 전류와 비교될 수 있다.
실시예에서, 하부 반구(5b41)는 하나의 저장소(5c)에서 다른 저장소로 오버 플로우를 유도하고 은과 같은 용융 금속의 저장소로의 복귀를 더욱 용이하게 하기 위해 거울상 높이-구배 채널을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 레벨은 2개의 저장소 사이의 단락을 방지하기 위해 2개의 저장소를 도관의 각각의 단부에서 드립 에지와 연결하는 도관에 의해 균등화된다. 과도하게 채워진 저장소의 은은 도관을 통해 다른 쪽으로 역류되어 레벨을 더 균일하게 한다.
실시예에서, 저장소(5c) 사이의 용융 금속 레벨은 능동 및 수동 메커니즘 중 적어도 하나에 의해 본질적으로 동일하게 유지된다. 능동 메커니즘은 센서에 의해 측정된 용융 금속 레벨에 응답하여 EM 펌프 속도를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 수동 메커니즘은 용융 금속 레벨이 대응하는 저장소에서 상승될 때 증가된 헤드 압력으로 인해 EM 펌프를 통한 용융 금속 속도의 자발적인 증가를 포함할 수 있다. 헤드 압력은 대략 동일한 저장소 레벨을 유지하기 위해 고정 또는 가변 EM 펌프 압력에 기여할 수 있다. 실시예에서, 저장소 높이는 작동 동안 저장소 레벨을 거의 동일하게 유지하기 위해 최저 및 최고의 원하는 용융 금속 레벨을 포함하는 극단들 사이에 충분한 헤드 압력 차이를 발생시키기에 충분하다. 저장소 사이의 용융 금속 레벨의 차이에 대응하는 차동 헤드 압력으로 인한 차동 유량에 의해 보수유지가 달성될 수 있다.
실시예에서, EM 펌프는 입구 라이저의 복수의 용융 금속 입구 개구 또는 개구를 포함하는 입구 라이저(5qa)(도 59)를 포함한다. 입구 라이저(5qa)는 튜브와 같은 중공 도관을 포함할 수 있다. 도관은 EM 펌프 자석(5k4)의 입구 측에서 EM 펌프 튜브(5k6)에 연결될 수 있다. 연결은 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에 있을 수 있다. 연결은 매칭 나사 또는 Swagelok와 같은 본 개시 중 하나를 포함할 수 있다. 입구 라이저는 내화성 금속, 탄소와 같은 내화성 재료, 또는 W, Mo, SiC, 질화 붕소 및 기타 내화성 재료 중 하나와 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 입구 라이저는 노즐(5q)보다 낮은 높이를 가질 수 있어서 점화 전류가 입구 라이저 튜브에 전기 단락될 가능성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 실시예에서, 입구 라이저로의 최저 입구는 EM 펌프 주입기의 노즐(5q)의 상부보다 큰 높이에 있어 노즐이 침지된 상태로 유지될 수 있다. 침지 노즐은 하이드리노 반응 플라즈마로부터 노즐을 보호하기 위해 침지될 수 있는 양극일 수 있다. 입구 라이저는 비전도성일 수 있다. 입구 라이저는 본 발명의 코팅과 같은 코팅으로 코팅될 수 있다. 코팅은 비전도체 일 수 있다. 입구 라이저는 외피 또는 피복물로 덮일 수 있는 Mo와 같은 내화 금속을 포함할 수 있다. 외피 또는 피복물은 비전도체를 포함할 수 있다. BN 외피와 같은 외피는 열 압축에 의해 유입 라이저에 유지될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 튜브 조립체(5kk)의 기저부의 조합체 중 적어도 하나 및 입구 라이저 튜브(5qa)와 EM 펌프 튜브 주입기(5k61) 중 적어도 하나는 정합식 나사 조인트를 포함할 수 있다. 튜브는 EM 펌프 튜브 조립체(5kk)의 기저부에서 EM 펌프의 입구 및 출구에 각각 나사 결합될 수 있다. 침지식 노즐을 갖는 저장소의 예시적인 유입구 라이저는 EM 펌프 출구에서 EM 펌프 조립체 기저부에 나사 결합된 BN 튜브; 튜브의 측면에 V 자형 슬롯을 포함하는 입구 및 노즐이 포지티브 전극을 포함할 수 있게 노즐이 침지되도록 노즐의 선단부 높이보다 큰 높이에서 V의 바닥을 갖는 개방된 최상부를 포함한다. 다른 실시예에서, 입구 라이저 튜브의 바닥 부분은 스테인리스 스틸과 같은 금속 또는 EM과 같은 기저부의 EM 펌프 튜브 출구에 나사 결합 또는 용접될 수 있는 Mo와 같은 내화 금속과 같은 제 1 재료를 포함할 수 있다. 펌프 조립체는 비-전도체 또는 비-전도체로 코팅되거나 피복된 전도체와 같은 제 2 재료를 포함하는 상부 부분을 더 포함한다. 예시적인 상부 유입 라이저 튜브 섹션은 하부 튜브 부분에 나사 결합되고 압축 끼워 맞춰지는 것 중 적어도 하나일 수 있는 BN을 포함한다.
입구 개구는 입구 라이저의 최상부로부터 바닥으로 더 작아져 EM 펌프로의 유입 유량을 제어함으로써 펌프 속도 및 은 레벨을 자동으로 제어할 수 있다. 실시예에서, 입구 라이저(5qa)는 저장소 용융 금속 레벨이 증가하면서 EM 펌핑 속도가 다음 효과 중 적어도 하나로 인해 증가하도록 수직으로 이격된 개구를 포함한다: (i) 용융 금속 레벨이 증가하면서 총 개구 단면적이 증가하기 때문에 용융 금속이 입구 라이저로 더 빠르게 흐르는 효과, (ii) EM 펌프 헤드 압력의 대응 증가에 따라서 용융 금속 레벨이 증가하므로 입구 라이저의 용융 금속 높이가 증가하는 효과, 및 (iii) 더 큰 총 개구 횡단면적 또는 면적으로 인한 유량 제한의 감소로 인해 베르누이 방정식에 따라 대응하는 압력 강하를 감소시키고 입구 유량이 입구 라이저의 충전을 유량 제한이 없을 때 최대 높이까지 제한되는 경우에 헤드 압력을 더욱 추가할 수 있는 효과. 대조적으로, 이중 주입기 전극 시스템의 카운터 입구 라이저 및 주입기는 상대 용융 금속 레벨의 강하로 인한 반대 효과 및 이에 대응하는 EM 펌핑 속도를 경험할 수 있다. 개구의 스팬에 걸쳐 최상부로부터 바닥으로의 입구 흐름을 점진적으로 제한할 수 있는 복수의 수직으로 이격된 개구에 대한 대안적인 실시예에서, 입구 라이저는 용융 금속 레벨의 원하는 높이 범위와 같은 높이 범위에 걸쳐져 있을 수 있는 입구 라이저의 최상단부에 적어도 하나의 수직 슬롯을 포함할 수 있다. 슬롯은 슬롯의 최상부에서 바닥으로 폭이 좁아져서 용융 금속 높이에 대응하는 흐름 제한을 야기할 수 있다. 입구 라이저는 최상부에서 개폐될 수 있다. 다른 실시예에서, 단일 EM 펌프 입구 튜브로 유입되는 복수의 수직 이격된 구멍 각각은 대응하는 입구 튜브로 대체될 수 있다. 실시예에서, 복수의 입구 튜브는 자석(5k4) 이전 또는 이후에 결합되거나, 이들은 용융 금속이 고유한 높이에서 대응하는 입구 단부로 유동할 때 선택적으로 펌핑하는 개별 EM 펌프 주입기로서 각각 기능을 하도록 분리되어 유지된다. 실시예에서, EM 펌프는 전체 또는 개별 전압 및 전류 중 적어도 하나를 측정하기 위해 전압 및 전류 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 프로세서는 센서 데이터를 사용하여 전체 또는 개별 펌핑 속도를 제어하기 위해 전체 또는 개별 전압 및 전류 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
저장소 높이 및 평균 성형 금속 깊이는 개구를 통한 제한된 유동 제한으로 원하는 헤드 압력 및 헤드 압력 강하 중 적어도 하나를 달성하도록 선택될 수 있다. 용융 금속 레벨은 EM 펌프 구동 이중 용융 금속 주입기 전극의 저장소의 상대적 용융 금속 레벨의 함수로서 자동 유입 및 대응하는 펌핑 속도 조정으로 인해 균형을 잡는 경향이 있다. 각각의 주입기의 EM 펌프는 대략 정전류로 설정될 수 있다. 전류는 반응 속도 챔버 챔버(5b31)의 중심 주위에서 이중 주입된 금속 스트림의 교차점을 야기하기에 충분할 수 있으며, 펌핑 속도의 범위에 걸쳐 어느 한쪽에서 중심 외부로의 작은 변화는 레벨 변화 및 대응하는 펌프 유입 및 EM 펌핑 속도의 원인이 된다. 각각의 EM 펌프 전원(5k13)에 의해 공급되는 전류는 원하는 일정한 레벨로 설정될 수 있다. 대안적으로, SunCell®은 EM 펌프 전원 공급 장치(5k13), EM 펌프 전원 전류 센서와 제어기, 점화 전류 센서 및 프로세서를 포함할 수 있다. 각각의 EM 펌프 전류는 그의 전류 센서에 의해 감지되고 점화 전류 센서에 의해 측정되고 프로세서에 의해 처리될 때 원하는 초기 점화 전류를 제공하도록 제어기에 의해 조정될 수 있다. 점화 제어기는 또한 점화 전력 매개변수를 제어할 수 있다. 전류는 반응 셀 챔버의 대략 중간에서 용융된 금속 스트림의 교차점의 안정성을 제공하는 범위 내에서 유지될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전류는 스트림이 교차하지 않고 하나의 스트림이 반대 저장소로 전파되게 하는 레벨과 교차하기 위한 임계 값 이상으로 유지된다. 각각의 EM 펌프 전류에 대한 예시적인 전류 범위는 약 300A 내지 550A이다. 두 펌프의 전류는 대략 동일할 수 있다.
EM 펌프 속도는 레벨-높이-의존적 입구 라이저 유입 횡단면 및 용융 금속 레벨 센서, 레벨 프로세서 및 EM 펌프 전류 제어기에 의한 입구 유량 제어 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다. EM 펌프 전원(5k13)의 저항, 전류, 전압 및 전력 중 적어도 하나의 변화는 대응하는 센서로 감지될 수 있고, EM 펌프 전류는 상대 EM 펌핑 속도를 추가로 제어하여 저장소 용융 금속 레벨 사이의 균형에 대해 달성하도록 제어될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프(5ka)는 EM 펌프 튜브(5k6)가 낮은 용융 금속 충전 및 유동으로 인해 EM 펌프 튜브 저항이 과도하게 증가하는 경우 EM 펌프 튜브(5k6)가 과도한 저항 가열 및 대응하는 승온을 방지하는 전력 제한기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 입구 라이저 개구는 입구 라이저 및 EM 펌프 튜브(5k6) 중 적어도 하나를 막거나 개구를 막을 수 있는 탄소 또는 금속 산화물 입자와 같은 입자를 위한 입구 보호대와 같은 보호 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 입구 라이저 개구는 입구 라이저 튜브의 상단에서 약 1 cm에 걸쳐 있으며, 여기서 원하는 최고 용융 금속 레벨은 마지막 개구의 최상부에 있고 무제한 EM 펌핑 속도에 대한 흐름을 제한하는 가장 작은 개구부는 가장 큰 부식 제품보다 약간 더 크다.
각각의 EM 펌프는 독립적인 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 대안적으로, 2개의 EM 펌프와 같은 복수의 EM 펌프는 병렬 전기 연결을 통해 공통 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 각각의 펌프의 전류는 각각의 병렬 회로의 전류 조정기에 의해 제어될 수 있다. 각각의 병렬 회로는 각각의 회로가 전기적으로 절연되게 하는 격리 다이오드를 포함할 수 있다. 전기 절연은 EM 펌프 주입기 사이의 점화 전원 단락을 방지할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 냉각제 라인(5k11)은 EM 펌프 조립체(5ka) 모두에 공통일 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 EM 펌프 주입기의 노즐(5q)은 용융된 은에 침지될 수 있다. 침지는 노즐에 의해 플라즈마가 열화되는 것을 적어도 부분적으로 방지할 수 있다.
노즐(5q)은 플라즈마에 의한 노즐 손상을 방지하기 위해 용융 금속 레벨 아래에 있을 수 있다. 대안적으로, 펌프 튜브의 노즐 섹션(5k61)은 상승될 수 있고, 노즐은 스트림이 교차하도록 반대 정합 노즐을 향한 측면 주입을 야기하는 측면 구멍을 포함할 수 있다. 노즐은 원하는 위치에서 이중 스트림의 교차 지점을 야기하도록 경사질 수 있다. 노즐은 구체의 각도 위치에 구멍이 있는 구형 튜브 단부를 포함하여 용융 금속을 반응 셀 챔버(5b31) 내의 원하는 위치로 향하게 할 수 있다. 실시예에서, 노즐(5q)은 용융 금속 스트림의 방향을 안내하기 위한 연장부를 포함한다. 연장부는 이중 용융 금속 주입 시스템의 대향 스트림과의 교차점을 향해 스트림을 라이플링(rifle)하기 위해 짧은 튜브를 포함할 수 있다. W 또는 Mo를 포함하는 것과 같은 내화 재료와 같은 노즐 튜브 섹션은 수직일 수 있다. 펌프 튜브의 다른 섹션에 나사 연결부를 포함할 수 있다. 이는 저장소 관통부(5k9)에서와 같은 Swagelok 또는 VCR 피팅에 나사 연결을 포함할 수 있다. W 또는 Mo와 같은 내화 재료와 같은 노즐(5q)은 각진 출구를 가질 수 있다. 노즐은 나사 연결 조인트에 의해 펌프 튜브의 노즐 섹션(5k61)을 결합할 수 있다. 노즐에의 나사연결은 고정 나사 또는 잠금 너트와 같은 패스너 또는 용접에 의해 용융 금속 스트림의 교차를 야기하는 원하는 위치에 유지될 수 있다. 용접은 레이저 용접을 포함할 수 있다.
실시예에서, 이중 액체 전극으로서 기능을 하는 2개의 저장소 및 2개의 EM 펌프를 포함하는 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구는 전기 절연 밀봉에 의해 연결된 2개 이상의 섹션으로 분할된다. 시일은 플랜지, 개스킷 및 패스너를 포함할 수 있다. 개스킷은 전기 절연체를 포함할 수 있다. 시일은 2개의 액체 전극을 전기적으로 격리시킬 수 있다. 실시예에서, 2개의 저장소 사이의 전기 절연 경계는 흑체 방열기(5b4)가 수직 플랜지에서 결합된 좌우 절반을 포함하도록 상하부 반구(5b41 및 5b42)의 플랜지 및 개스킷을 수평이 아닌 수직으로 지향시킴으로써 달성될 수 있다. 각각의 절반은 흑체 방열기(5b4)의 수직 단면 절반 및 하나의 저장소(5c)를 포함할 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구는 체결되거나 연결된 2개의 저장소(5c)를 갖는 별개의 피스를 포함한다. 연결부는 각각 나사 결합 또는 조인트를 포함할 수 있다. 각각의 저장소(5c)는 하부 반구(5b41)의 나사와 정합하는 상부의 외부 표면상에 나사를 포함할 수 있다. 나사는 2개의 저장소를 서로 전기적으로 더 격리시키기 위해 하부 반구로부터 각각의 저장소를 적어도 부분적으로 전기 격리시키는 페이스트 또는 코팅으로 코팅될 수 있다. 코팅은 ZrO와 같은 본 개시 중 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전기 절연 표면 코팅은 ZrO, SiC 및 기능화된 흑연 중 적어도 하나와 같은 본 개시의 코팅 또는 고온 재료를 포함할 수 있다. 절연 표면 코팅은 지르코늄계 세라믹과 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 예시적인 산화 지르코늄 코팅은 이트리아 안정화 지르코니아, 예컨대 3 중량% 이트리아를 포함한다. 다른 가능한 지르코늄 세라믹 코팅은 이붕소화 지르코늄(ZrB2)이다. 표면 코팅은 열 스프레이 또는 당업계에 공지된 다른 기술에 의해 적용될 수 있다. 코팅은 함침된 흑연 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 다층 일 수 있다. 예시적인 다층 코팅은 산화지르코늄 및 알루미나의 교대 층을 포함한다. 기능화된 흑연은 종결된 흑연을 포함할 수 있다. 종결된 흑연은 H, F 및 O 종결된 흑연 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 저장소는 전기적으로 격리될 수 있고 적어도 하나는 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구와 전기적으로 접촉하여 하부 반구가 전극을 포함할 수 있다. 하부 반구는 음극을 포함할 수 있다. 실시예에서, 각각의 저장소(5c)와 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구 사이의 연결은 반응 셀 챔버(5b31)로부터 멀어지므로 연결부의 전기 절연 코팅은 SiC 또는 ZrO와 같은 코팅의 용융 또는 분해 온도 미만의 온도에서 유지된다.
저장소들 사이의 전기 절연은 실리콘 카바이드 스페이서와 같은 전기 절연체를 포함하는 스페이서에 의해 달성될 수 있다. 하부 반구(5b41)는 하부 반구의 몸체로부터 충분히 연장되어 연결부에서의 온도가 스페이서의 온도보다 적합하게 낮게 되는 스페이서에 대한 연장된 연결부를 포함할 수 있다. 스페이서는 나사에 의해 연장된 연결부에서 연결될 수 있고 저장소(5c)에 연결될 수 있다. 저장소(5c)에 대한 연결은 나사를 포함할 수 있다. 스페이서는 나사에 의해 하부 반구(5b41)의 연장부에 연결되고 SiC 실린더의 반대쪽 단부에 있는 저장소(5c)에 나사에 의해 연결되는 탄화규소 실린더를 포함할 수 있다. 조합체는 나사에 의해 직접 밀봉될 수 있고, 스페이서와 하부 반구 사이의 연결부 및 스페이서와 저장소 사이의 연결부와 같은 밀봉제 및 개스킷 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 개스킷은 Perma-Foil(Toyo Tanso) 또는 Graphoil과 같은 흑연, 또는 육방정계 질화 붕소로 구성된 것을 포함할 수 있다. 개스킷은 다공성 Ni C6NC(Sumitomo Electric)와 같은 Co, Ni 또는 Ti를 포함하는 것과 같은 압축된 MoS2, WS2, Celmet™, Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 높은 알루미나 및 내화 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 천 또는 테이프, 또는 본 개시의 다른 재료를 포함할 수 있다. SiC 스페이서는 반응 결합된 SiC를 포함할 수 있다. 나사를 포함하는 스페이서는 초기에 나사 결합된 SiC 스페이서를 형성하기 위해 탄화된 Si를 포함할 수 있다. 스페이서는 하부 반구 및 대응하는 저장소의 상부에 결합될 수 있다. 결합은 화학적 결합을 포함할 수 있다. 결합은 SiC를 포함할 수 있다. SiC 스페이서는 대응하는 하부 반구 및 저장소와 같은 탄소 구성요소에 융합될 수 있다. 융합은 고온에서 발생할 수 있다. 대안적으로, 결합은 접착제를 포함할 수 있다. 스페이서는 용융 금속의 복귀 흐름이 저장소를 전기적으로 단락시키는 것을 방지하기 위해 드립 에지를 포함할 수 있다. 드립 에지는 SiC 스페이서와 같은 스페이서 내로 가공되거나 주조될 수있다. 대안적으로, 스페이서는 환형 디스크 드립 에지와 같은 드립 에지를 삽입하기 위한 리세스를 포함할 수 있다. 스페이서는 산화 지르코늄, 이트리아 안정화 산화 지르코늄 및 MgO와 같은 본 개시의 다른 내화성 전기 절연 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 점화 시스템은 이중 저장소-주입기 사이의 전기적 단락을 감지하고 노즐(5q)과 같은 주입기의 손상을 방지하기 위해 점화 전원을 차단하기 위한 안전 차단 스위치를 포함한다. 센서는 하부 반구(5b41)를 통한 저장소 회로들 사이의 전류에 대한 전류 센서를 포함할 수 있다.
도 18 내지 도 70에 도시된 실시예에서, 셀의 조인트 수는 실패의 위험을 피하기 위해 감소된다. 실시예에서, (i) 하부 반구(5b41)와 상부 반구(5b42), (ii) 하부 반구와 비전도성 스페이서, 및 (iii) 비전도성 스페이서와 저장소 사이의 조인트 중 적어도 하나가 제거된다. 조인트 제거는 조합된 피스가 아닌 단일 피스를 형성함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 하부 및 상부 반구는 단일 돔(5b4)을 포함하도록 형성될 수 있다. (i) 하부 반구와 비전도성 스페이서, 및 (ii) 비전도성 스페이서와 저장소 사이의 적어도 하나의 조인트는 단일 피스를 형성함으로써 제거될 수 있다. 하부 및 상부 반구는 단일 피스 또는 2개의 피스를 포함할 수 있으며, 여기서 (i) 하부 반구와 비전도성 스페이서, 및 (ii) 비전도성 스페이서와 저장소 사이의 적어도 하나의 조인트는 단일 피스를 형성함으로써 제거될 수 있다. 단일 피스는 주조, 몰딩, 소결, 프레싱, 3D 프린팅, 방전 가공, 레이저 절제 가공, 산소를 포함하는 분위기에서 탄소-산소 연소의 레이저 점화와 같은 화학적 에칭에 의한 레이저 절제, 워터젯 가공과 같은 공압 또는 액체 가공, 화학적 또는 열 에칭, 공구 가공 및 당업계에 공지된 다른 방법 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성될 수 있다.
실시예에서, 돔 흑체 방열기와 같은 흑체 방열기(5b4) 및 적어도 하나의 저장소(5c)와 같은 셀 구성요소의 적어도 하나의 섹션은 비전도성이다. 저장소(5c) 및 돔(5b4) 또는 하부 반구(5b41) 및 상부 반구(5b42)를 포함하는 흑체 방열기 중 적어도 하나의 원주 섹션은 비전도성이거나 비전도체를 포함할 수 있다. 흑체 방열기의 비전도성 섹션은 이중 액체 주입기 실시예의 두 노즐 사이의 선을 가로지르는 평면을 포함할 수 있다. 비전도체는 구성요소의 한 섹션의 재료를 비전도성으로 변환함으로써 형성될 수 있다. 비전도체는 SiC 또는 B4C와 같은 붕소 카바이드를 포함할 수 있다. 셀 구성요소의 SiC 또는 B4C 섹션은 탄소 셀 구성요소를 각각 실리콘 소스 또는 붕소 소스와 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄소 저장소는 액체 실리콘 또는 폴리(메틸실린)과 같은 실리콘 중합체 중 적어도 하나와 반응하여 실리콘 카바이드 섹션을 형성할 수 있다. 중합체는 성분의 원하는 부분에 형성될 수 있다. 셀 구성요소는 가열될 수 있다. 반응이 비전도성 섹션을 형성하도록 전류가 구성요소를 통과할 수 있다. 비전도성 섹션은 당업자에게 공지된 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 저장소(5c)의 외부 표면은 탄소의 탄화규소 또는 탄화 붕소로부터 탄소로의 변환 동안 용융된 규소 또는 붕소를 유지하기 위해 상승된 원주 방향 밴드를 포함할 수 있다. 탄화규소는 반응 결합에 의해 형성될 수 있다. 붕소 및 탄소로부터 붕소 탄화물을 형성하는 예시적인 방법은 https://www.google.com/patents/US3914371에 주어지며, 이는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 실리콘 카바이드 또는 붕소 카바이드 섹션은 https://www3.nd.edu/~amoukasi/combustion_synthesis_of_silicon_carbide.pdf 및 Jesse C. Margiotta의 Study Of Silicon Carbide Formation By Liquid Silicon Infiltration By Porous Carbon Structures에 주어진 바와 같이 연소 합성에 의해 형성될 수 있으며, 이는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 다른 적합한 저장소 재료는 열분해 흑연 또는 도핑된 흑연과 같은 비전도성 흑연, SiC, 질화규소, 탄화 붕소, 질화 붕소, 지르코니아, 알루미나, AlN, SHAPAL Hi Msoft(Tokuyama Corporation)와 같은 AlN-BN, 이붕화 티타늄, 및 기타 고온 세라믹이다. 저장소는 복합 재료일 수 있으며, 비전도 섹션은 탄소와 같은 저장소 모 재료를 위해 형성될 수 있다. 저장소는 SiC, 지르코니아 또는 알루미나와 같은 내화 전기 절연체로 코팅된 재료를 포함할 수 있다. 코팅된 재료는 코팅에 의해 전기적으로 절연된 탄소와 같은 전기 전도체일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 탄소 저장소는 이방성일 수 있는 Minteq Pyroid SN/CN 열분해 흑연과 같은 연속 핵 형성 흑연을 포함하며, 여기서 낮은 전기 전도성은 횡 방향 평면에 있을 수 있고 저장소의 단부는 SiC와 같은 비전도체로 코팅되어 길이 방향 저장소 축을 따르는 전류 흐름을 방지할 수 있다. 실시예에서, 다공성 SiC 저장소는 탄소로 코팅되어 공극을 밀봉할 수 있다. 코팅은 전기 탄소 아크와 같은 소스부터 탄소를 증착함으로써 이루어질 수 있다.
도 18 내지 도 70에 도시된 바와 같이, 돔(54b) 및 저장소(5c)는 단일 피스를 포함할 수 있다. 단일 피스는 셀 부품의 재료를 단일 부품으로 기계 가공함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 단일 피스는 이 경우에, 밀봉제에 의해 형성된 접착 또는 화학적으로 결합된 시일을 포함할 수 있는 적어도 하나의 시일에 의해 결합된 복수의 피스, 부품 또는 구성요소를 초기에 포함할 수 있다. 본 개시의 다른 것, 피스, 부품 또는 구성요소는 유사하게 접착되거나 화학적으로 접합될 수 있다. 예시적인 흑연 접착제는 Aremco Products, Inc. Graphi-Bond 551RN 흑연 접착제 및 Resbond 931 바인더를 갖는 Resbond 931 분말이다. 저장소는 돔에 가까운 최상부 근처의 비전도성 섹션을 포함할 수 있다. 저장소는 기저부 판에 연결될 수 있다. 저장소는 암형 칼라에 안착될 수 있다. 칼라의 외부 표면 중 적어도 하나와 칼라의 최상부에 있는 저장소의 단부는 나사 결합될 수 있다. 나사에 조여진 너트가 저장소와 기저부 판을 연결할 수 있다. 나사는 너트의 회전이 저장소 및 기저부 판을 함께 끌어당기도록 피치 형성될 수 있다. 나사는 정합 너트 나사를 갖는 반대편 피스에 반대 피치를 가질 수 있다.
저장소는 기저부 판(5b8) 단부에 슬립 너트(5k14)를 포함할 수 있으며, 여기서 슬립 너트는 외부 나사 결합 기저부 판 칼라(5k15)에서 조여져서 단단한 조인트를 형성한다. 실시예에서, 슬립 너트는 그로브 및 개스킷을 포함할 수 있다. 슬립 너트는 그로브에서 저장소에 부착될 수 있다. 그로브는 원통형 저장소 벽으로 주조 또는 기계 가공될 수 있다. O-링 또는 개스킷이 그로브 내로 가압될 수 있고 외부 나사 결합 기저부 판 칼라(5k15)에서 슬립 너트가 조여져 단단한 조인트를 형성할 수 있다. 외부 나사 결합 기저부 판 칼라는 저장소를 수용하도록 테이퍼질 수 있다.
슬립 너트(5k14) 패스너는 개스킷(5k14a) 또는 Graphoil 또는 Perma-Foil(Toyo Tanso)과 같은 O-링, 또는 육방정계 질화 붕소 개스킷 또는 세라믹 로프 O-링을 더 포함하여 저장소를 기저부 판에 밀봉할 수 있다. BN 저장소(5c) 벽의 돌출부는 육방정계 질화 붕소 개스킷을 포함할 수 있다. BN 개스킷은 BN 저장소(5c)의 벽으로 가공되거나 주조될 수 있다.
개스킷은 저장소의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다. 개스킷은 저장소에 나사 결합될 수 있다. 개스킷은 폭이 약 1 mm 내지 20 mm의 폭 범위와 같은 넓은 폭을 포함할 수 있다. EM 펌프 조립체(5kk 칼라) 및 슬립 너트의 너트는 BN 개스킷을 위한 플랜지형 안착 표면을 포함할 수 있다. 개스킷은 EM 펌프 조립체(5kk) 칼라의 너트, 저장소 벽 및 개스킷 시트를 포함하는 공동을 채울 수 있다. 예시적인 실시예에서, 넓은 나사 결합 BN 개스킷 나사는 BN 저장소에 나사 결합되며, 개스킷용 칼라 및 너트 시트는 더 큰 개스킷 시트 및 밀봉 영역을 생성하기 위해 폭이 일치한다. BN 개스킷은 슬립 너트 시일의 빈 공간을 채우기 위해 BN 접착제로 코팅될 수 있다. 예시적인 접착제는 Cotronics Durapot 810 및 Cotronics Durapot 820이다.
탄화철과 같은 탄화물을 형성하는 탄소를 포함하는 개스킷의 반응성을 피하기 위해, 철 또는 다른 금속, 예컨대 탄소와 반응하는 금속을 포함하는 부품은 멀라이트, SiC, BN, MgO, 실리케이트, 알루미네이트, ZrO 또는 본 개시의 다른 것과 같은 불활성 코팅으로 코팅될 수 있다. 코팅은 Cotronics Resbond 920 세라믹 접착제 페이스트, Cotronics Resbond 940LE 세라믹 접착제 페이스트 또는 본 개시의 하나와 같은 밀봉제를 포함할 수 있다. 코팅은 카바이드를 형성하지 않는 금속 또는 원소를 포함할 수 있으며, 여기서 원소는 스틸에 있는 것과 같은 합금 원소를 포함할 수 있다. 스틸에 탄화물을 형성하지 않는 예시적인 원소는 Al, Co, Cu, N, Ni 및 Si이다. 카본 개스킷과 같은 탄소와 접촉하는 슬립 너트 조인트의 나사 결합 칼라 및 너트와 같은 조인트 부품은 탄화물을 형성하지 않거나 셀 작동 온도에서 안정하지 않은 탄화물을 형성하는 니켈과 같은 금속을 포함하거나 이로 전기도금될 수 있다. 조인트 부품은 니켈과 같은 카바이드-형성 저항 재료로 피복될 수 있다. 탄화철을 형성하는 반응성을 피하기 위해, 개스킷은 개스킷이 철 또는 철을 포함하는 너트와 같은 부품과 접촉하는 경우 탄소 이외의 재료일 수 있다. 조인트 부품은 Hayes 230과 같은 침탄에 강한 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다.
실시예에서, EM 펌프 조립체(5kk)는 흑연 슬립 너트 개스킷과 호환될 수 있도록 탄소를 포함할 수 있으며, 여기서 너트는 탄소를 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브(5k61) 및 입구 라이저 튜브(5qa)의 주입 섹션 중 적어도 하나는 탄소를 포함할 수 있다. 탄소 부품은 3D 프린팅, 캐스팅, 몰딩 및 기계 가공 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.
다른 그러한 화학적 비호환성도 또한 피해야 한다. 개스킷 또는 O-링은 니켈, 탄탈륨 또는 니오븀과 같은 금속을 포함할 수 있다. 개스킷은 다공성 Ni C6NC(Sumitomo Electric)와 같은 Co, Ni 또는 Ti를 포함하는 것과 같은 압축된 MoS2, WS2, Celmet™, Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 높은 알루미나 및 내화 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 천 또는 테이프, 또는 본 개시의 다른 재료를 포함할 수 있다. BN을 포함하는 것과 같은 저장소와 스테인리스 스틸을 포함하는 것과 같은 EM 펌프 조립체(5kk)의 칼라 사이의 조인트는 BN과 스테인리스 스틸과 같은 금속 사이의 결합과 같은 화학적 결합을 포함할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 조립체 칼라의 내부는 BN 코팅되고, BN 저장소 튜브는 프레스 피팅 및 가열 중 적어도 하나에 의해 칼라의 내부에 결합된다. 화학적 결합은 유(Yoo) 등의 Diffusion bonding of boron nitride on metal substrates by plasma activated sintering process”, Scripta Materialia, Vol. 34, No. 9, (1996), pp. 1383-1386에 개시되어 있으며, 이는 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다. 조인트는 압력 적용하에 확산 결합, 열 스프레이 또는 기계적 결합, 금속 기판 상에서 세라믹 분말의 동시 소결과 결합이 발생할 수 있을 때 열간 등방 압축(HIP)과 같은 P/M 기술을 이용한 소결 결합, 및 세라믹 층을 소결하면서 BN 세라믹 층과 금속 기판 사이에 우수한 확산 결합을 성장시키는 플라즈마 보조 소결(PAS) 공정의 그룹 중 적어도 하나의 방법에 의해 형성된 화학 결합을 포함할 수 있다.
BN 저장소와 금속 EM 펌프 조립체 칼라 사이의 결합은 결합제, 화합물, 또는 BN을 포함하는 것과 같은 복합 세라믹을 포함할 수 있으며, BN은 실리콘 질화물-알루미나와 티타늄 질화물-알루미나 세라믹, BN 강화 알루미나와 지르코니아, 붕규산 유리, 유리 세라믹, 에나멜, 및 티타늄 붕소화물-붕소 질화물, 티타늄 붕소화물-알루미늄 질화물-붕소 질화물 및 탄화규소-붕소 질화물 조성물을 갖는 복합 세라믹 중 적어도 하나를 가진다. 조인트는 본 개시의 슬립 너트 또는 스터핑 박스 유형을 포함할 수 있다. 접합제, 화합물 또는 복합 세라믹으로 코팅된 육방정계 BN 또는 알루미나-실리케이트 섬유 개스킷과 같은 개스킷은 열 및 압력과 같은 적어도 하나의 결합 반응 조건하에서 접합제를 사용하여 BN 저장소와 같은 표면-조면화된 세라믹 저장소에 화학적으로 결합(접착)될 수 있다. 개스킷은 Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 고 알루미나 및 내화 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 육방정계 BN 또는 천 또는 테이프를 포함할 수 있으며, 결합제는 Resbond 906과 같은 Cotronics Resbond 세라믹 접착제 페이스트와 같은 밀봉제를 포함할 수 있다.
실시예에서, 시일은 Swagelok을 포함할 수 있다. 실시예에서, 시일은 전면 페룰, 후면 페룰, 버트 시일, 몸체, 및 너트 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 Gyrolok을 포함하며, 전면 페룰, 후면 페룰, 및 버트 시일 중 적어도 하나는 본 개시의 것과 같은 개스킷을 포함할 수 있다. 페룰은 챔퍼 가공될 수 있다. 시일 부품은 개스킷과 화학적으로 호환될 수 있으며; 예를 들어, 탄소 개스킷과 접촉하는 부품은 니켈을 포함할 수 있다.
칼라는 슬립 너트의 조임으로 개스킷을 압축하기 위해 저장소를 수용하는 내부 테이퍼를 포함할 수 있다. 저장소는 슬립 너트의 조임으로 개스킷을 압축하기 위해 칼라에 의해 수용되는 외부 테이퍼를 포함할 수 있다. 칼라는 슬립 너트의 조임과 함께 O-링에 장력을 가하기 위해 외부 테이퍼를 포함할 수 있다. 기저부 판은 탄소를 포함할 수 있다. 저장소는 직선 벽을 포함할 수 있다. 저장소 벽은 적어도 하나의 개스킷을 위한 적어도 하나의 홈을 포함할 수 있다. 슬립 너트를 수용하기 위한 칼라 외부의 나사에 추가하여, EM 펌프 튜브 조립체(5kk 칼라)는 질화 붕소를 포함하는 저장소와 같은 저장소의 단부에 정합 나사를 수용하기 위해 내부에서 나사 결합될 수 있다. 나사는 테이퍼질 수 있다. 나사는 파이프 나사를 포함할 수 있다.
저장소와 EM 펌프 튜브 조립체(5kk) 칼라 사이의 조합체는 칼라의 내부 기저부와 저장소의 단부 사이에 있는 것과 같은 칼라의 내부 부분과 저장소 사이에 내부 개스킷을 포함할 수 있다. 저장소 단부는 개스킷을 포획하기 위해 테이퍼질 수 있다. 테이퍼는 저장소의 외벽과 칼라의 내벽 사이에 개스킷을 포획할 수 있다. 개스킷 시일은 저장소의 기저부에 있을 수 있다. 개스킷 및 나사 중 적어도 하나는 Cotronics Resbond 920 세라믹 접착제 페이스트 또는 Cotronics Resbond 940LE 세라믹 접착제 페이스트와 같은 밀봉제로 추가로 밀봉될 수 있다.
실시예에서, 조합체는 정합 나사 조합체를 포함할 수 있다. 저장소와 EM 펌프 튜브 조립체(5kk) 칼라는 함께 나사 결합될 수 있다. 나사에 밀봉제가 적용될 수 있다. 예시적인 밀봉제는 Cotronics Resbond 920 세라믹 접착제 페이스트 및 Cotronics Resbond 940LE 세라믹 접착제 페이스트이다. 이러한 조합체의 나사 또는 본 개시의 다른 것은 접합된 부품 중 적어도 하나와 합금을 형성하는 연질 금속을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 연질 금속은 칼라와 합금을 형성할 수 있으며, 합금은 높은 융점을 가질 수 있다. 주석 금속은 칼라-저장소 나사의 연성 금속 밀봉제로서 작용할 수 있으며, 칼라는 니켈 및 철 중 적어도 하나를 포함할 수 있고 저장소는 질화 붕소 또는 탄화규소를 포함할 수 있다. 칼라는 칼라를 용융 주석에 침지, 증착 및 전기 도금하는 그룹으로부터의 적어도 하나의 방법에 의해 Sn으로 코팅될 수 있다.
기저부 판은 Graphoil 또는 Perma-Foil(Toyo Tanso), 육방정계 질화 붕소, 실리케이트 개스킷 및 밀봉제와 같은 개스킷 중 적어도 하나를 갖는 Swagelok와 같은 EM 펌프 튜브에 대한 패스너를 포함할 수 있다. 개스킷은 다공성 Ni C6NC(Sumitomo Electric)와 같은 Co, Ni 또는 Ti를 포함하는 것과 같은 압축된 MoS2, WS2, Celmet™, Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 고 알루미나 및 내화 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 천 또는 테이프, 및 본 개시의 다른 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 기저부 판은 스테인리스 스틸 또는 내화 금속과 같은 금속을 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브는 용접에 의해 금속 기저부 판에 고정될 수 있다. 기저부 판 금속은 저장소 및 조인트 부품의 열 팽창과 일치하도록 선택될 수 있다. 슬립 너트 및 개스킷은 기저부 판 및 저장소 구성요소의 팽창에 있어서의 차이를 수용할 수 있다.
실시예에서, 상부 슬립 너트는 흑연 하부 반구(5b41) 상의 매칭 나사를 결합하는 흑연을 포함할 수 있다. EM 펌프 조립체(5kk)는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 하부 슬립 너트는 Mo, W, Ni, Ti, 또는 슬립 너트가 슬립 너트 개스킷에 대한 압축을 유지하도록 EM 펌프 조립체 스테인리스 스틸(SS)보다 열팽창 계수가 더 낮은 다른 스테인리스 스틸 유형와 같은 금속을 포함할 수 있다. 예시적인 조합은 선형 온도 팽창 계수가 각각 17.3 X 10-6 m/mK 및 9.9 X 10-6 m/mK 인 SS 오스테 나이트(304) 및 SS 페라이트(410)이다. 대안적으로, 슬립 너트는 저장소의 팽창 계수와 유사한 팽창 계수를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 저장소가 질화 붕소 또는 탄화 규소인 경우, 슬립 너트는 흑연, 질화 붕소 또는 탄화규소를 포함할 수 있다. EM 펌프 조립체의 나사 결합 부분과 같은 슬립 너트 조인트의 적어도 하나의 구성요소는 열 팽창 그루브를 포함할 수 있다. 열팽창 그루브는 반경 방향 팽창에 대해 그루브를 원주 방향으로 좁히는 것과 같은 원하는 방향으로의 열 팽창을 허용할 수 있다. 실시예에서, 확장 그루브는 EM 펌프 튜브 조립체(5kk)의 전체 칼라를 가로 질러 절단된다. 절단은 칼라의 열팽창으로 밀봉되도록 매우 얇을 수 있으며, 여기서 대략 1000 ℃와 같은 조립 작동 온도를 달성하기 위해 다소 추가된다. 절단은 기계 가공, 워터젯 절단 및 레이저 절단과 같은 수단에 의해 이루어질 수 있다. 너트는 탄소, 질화 붕소 또는 SiC를 포함할 수 있다. 탄소의 유형 또는 질화 붕소와 같은 재료 유형은 약 1000 ℃ 내지 1200 ℃의 온도 범위에서와 같은 셀 작동 온도에서 파손되는 것을 피하기 위해 약간의 너트 팽창을 허용하도록 선택될 수 있다. 그루브 또는 절단의 수, 배치 및 폭은 셀 작동 온도에서 칼라 금속 팽창량과 일치하도록 선택될 수 있다. 실시예에서, 팽창 그루브는 용융 금속 누출을 방지하기 위해 칼라의 폭의 50% 내지 95%로 연장되는 것과 같이 칼라를 통해 부분적으로만 연장될 수 있다. 너트가 조여질 때 슬립 너트의 반대쪽 너트 나사가 정합하는 칼라의 나사 영역에서 확장을 허용하도록 절단부가 외부 나사에서 안쪽으로 확장될 수 있다. 절단부는 너트가 조여질 때 너트로 덮힌 나사 칼라의 부분을 실질적으로 덮을 수 있다. 절단부는 부서진 또는 손상된 구역을 제공하기 위해 용접과 같은 수단에 의해 금속이 다시 부가된 재료와 함께 전체 칼라를 통과할 수 있다. 부가된 후면 금속은 동일하거나 상이한 금속일 수 있다. 첨가된 재료 또는 금속은 가단성일 수 있다.
실시예에서, 질화 붕소 튜브 저장소와 같은 저장소(5c)와 EM 펌프 튜브 조립체(5kk) 사이의 결합은 압축 피팅을 포함할 수 있다. 조합체는 내부 나사 결합 EM 펌프 튜브 조립체 칼라, 양면 나사 결합 원통형 인서트 및 나사 결합 저장소를 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브 조립체(5kk)의 칼라는 400 또는 410 스테인리스 스틸과 같은 제 1 열 팽창 계수의 재료를 포함할 수 있다. 양면 나사 결합 원통형은 칼라의 것보다 높을 수 있는 304 스테인리스 스틸과 같은 제 2 열 팽창 계수를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 304 용접된 EM 펌프 튜브(5k6)를 갖는 304 SS 또는 410 SS 칼라 및 약 1000 °C 내지 1200 °C 중 하나와 같은 작동 온도 범위에서 용융되지 않는 금속, 예컨대 Ni, Ti, Nb, Mo, Ta, Co, W, 304 SS 또는 400 SS, 410 SS, Invar (FeNi36), Inovco (F333Ni4.5Co), FeNi42 또는 Kovar (FeNiCo 합금)을 포함하는 인서트와 같은 다른 재료 조합도 가능하다. 저장소 튜브는 인서트의 내부 나사에 끼워질 수 있고, 인서트는 칼라의 내부에 나사 결합될 수 있다. 대안적으로, 인서트는 내부에만 나사 결합될 수 있고 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부에서 칼라에 용접될 수 있다. 실시예에서, 칼라의 내부, 인서트의 외부, 인서트의 내부 및 저장소 중 적어도 2 개 사이에서의 적어도 하나의 조합체는 나사 결합되지 않는다. 실시예에서, 인서트는 칼라보다 높은 열팽창 계수를 가지며; 따라서 인서트 표면과 칼라 및 저장소 표면 중 적어도 하나가 나사 결합되는 경우, 인서트는 저장소 튜브를 압축하여 압축 시일뿐만 아니라 나사 시일을 형성하도록 내부로 팽창할 수 있다. 압축 인서트는 저장소 튜브에 과도한 응력을 유발하지 않으면서 결합 튜브 사이에 갭이 형성되는 것을 방지하기 위해 팽창함으로써 단단한 시일을 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 조합체는 압축 시일을 포함하고, 여기서 저장소는 밀봉 제가 있거나 없이 칼라에 압입된다. 실시예에서, 나사 결합되지 않은 칼라, 나사 결합 칼라, 나사 결합 인서트 및 나사 결합되지 않은 인서트의 그룹 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 EM 펌프 조립체-저장소 조합체 구성요소는 가열되어 조합체의 대응 구성요소에 정합 또는 피팅되거나 대응 구성요소에 가압되기 전에 팽창되게 한다. 실시예에서, 나사 결합 인서트, 나사 결합되지 않은 인서트 및 저장소 튜브의 그룹 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 EM 펌프 조립체-저장소 조합체 구성요소는 냉각되어 조합체의 대응 구성요소에 정합 또는 피팅되거나 대응 구성요소에 가압되기 전에 수축되게 한다. 냉각은 극저온 온도일 수 있다. 냉각은 구성요소를 액체 질소와 같은 극저온에 노출시킴으로써 달성될 수 있다. 대응하는 조합체는 압축 피팅, 나사 결합 피팅 및 밀봉 피팅 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, BN 튜브와 같은 저장 튜브는 EM 펌프 조립체 기저부의 오목한 홈에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 저장소는 EM 펌프 조립체 기저부에 용접되거나 화학적으로 결합될 수 있다. BN은 BN 표면을 거칠게 하고 용접 금속이 해당 기공 내로 유동하여 금속 기저부 판와의 경계를 형성함으로써 금속 기저부에 결합될 수 있다.
예시적인 EM 펌프 조립체-저장소 조합체는 정합된 나사 결합 또는 나사 결합되지 않은 칼라와 BN 저장소를 갖는 304 SS 또는 니오브 양면 나사 결합 또는 나사 결합되지 않은 인서트를 갖는 304 SS 기저부 판을 갖는 410 SS, Invar (FeNi36), Inovco (F333Ni4.5Co), FeNi42 또는 Kovar (FeNiCo 합금) 칼라를 포함하며 나사 결합되지 않은 부품은 압축 피팅을 달성하기 위해 부품의 차등 가열 또는 냉각에 의해 형성된 압축 피팅을 포함할 수 있다.
슬립 너트 시일은 복수의 시일을 포함할 수 있다. 슬립 너트 시일은 연속적인 슬립 너트를 포함할 수 있다. 슬립 너트 시일은 표준 및 거꾸로 된 슬립 너트 및 개스킷을 포함할 수 있다. 실시예에서, 슬립 너트는 상부 너트와 하부 너트 및 개스킷을 포함하며, 두 너트는 EM 펌프 조립체(5kk)의 칼라의 외부 나사에 나사 결합될 수 있다. 나사를 조임으로써 개스킷에 가해지는 압력은 개스킷을 저장소 튜브(5c) 내로 밀어서 압축 밀봉을 형성할 수 있다. 저장소(5c)는 개스킷을 더 양호하게 수용하고 밀봉을 개선하기 위해 압축된 개스킷의 위치에 그루브를 포함할 수 있다. 저장소와 EM 펌프 조립체 사이의 시일은 글랜드 시일(gland seal) 또는 스터핑 박스 시일(stuffing box seal)을 포함할 수 있다. 개스킷은 본 개시의 하나를 포함할 수 있다. 스터핑 박스 시일은 본 개시의 밀봉제와 같은 불활성 내화 미세 분말을 포함하는 것과 같은 밀봉제를 더 포함할 수 있다. 밀봉제는 고온에서 스터핑 박스를 충전하기 위해 높은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 조립체 기저부는 스터핑 박스 시일의 하부 너트를 대체할 수 있으며, 슬립 너트는 상부 너트를 포함할 수 있다. 패킹은 저장소에 대해 원주 방향일 수 있으며, 저장소는 패킹을 위한 리세스를 포함할 수 있다. 저장소는 패킹을 압축하기 위해 슬립 너트 내부의 상부 선반을 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 조합체는 304 스테인리스 스틸 칼라와 같은 내부 나사 칼라에 나사 결합된 질화 붕소 저장소와 같은 외부 나사 저장소를 간단히 포함할 수 있다. 저장소와 칼라 사이의 것과 같은 본 개시의 조합체의 나사는 파이프 나사를 포함할 수 있다. 조합체는 나사 밀봉제 및 슬립 너트 밀봉제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 예시적인 밀봉제는 Cotronics Resbond 920 세라믹 접착제 페이스트 및 Cotronics Resbond 940LE 세라믹 접착제 페이스트이다. 실시예에서, 밀봉제는 인서트 또는 칼라와 합금을 형성하는 연질 금속을 포함할 수 있으며, 합금은 높은 융점을 가질 수 있다. 주석 금속은 니켈 및 철 중 적어도 하나를 포함하는 인서트 또는 칼라의 연질 금속 밀봉제로서 작용할 수 있다. 인서트 및 칼라 중 적어도 하나는 인서트를 용융 주석에 침지, 증기 증착 및 전기 도금하는 그룹으로부터의 적어도 하나의 방법에 의해 Sn으로 코팅될 수 있다.
실시예에서, 조합체는 압축 시일과 같은 나사 결합 또는 나사 결합되지 않은 나사 조합체 중 적어도 하나와 같은 본 개시 중 하나를 포함할 수 있고, 조합체는 EM 펌프 조립체의 기저부에 저장소의 바닥 에지에 대한 플러시 접합부를 포함하는 시일을 더 포함할 수 있다. 저장소 하부 에지와 EM 펌프 조립체 기저부 사이의 시일은 Celmet, MoS2를 포함하는 것과 같은 개스킷, 또는 Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 알루미나 및 및 내화 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 천 또는 테이프를 더 포함할 수 있다. 조합체는 슬립 너트 연결부를 더 포함할 수 있다. BN 저장소 튜브와 같은 저장소 튜브는 상부 부분에서 더 작은 외경(OD) 및 하부 부분에서 더 큰 외경을 포함할 수 있다. EM 펌프 조립체 칼라에 슬립 너트를 끼우면 슬립 너트는 2개의 직경을 포함하는 선반에 조여져서 저장소 바닥 에지를 EM 펌프 조립체 기저부에 조일 수 있다. 다른 실시예에서, 레지는 나사 결합 페그(peg)와 같은 패스너로 대체되어 너트를 조일 수 있다. 너트, 나사 결합 칼라 및 저장소 튜브를 포함하는 슬립 너트 조인트는 레지의 최상부와 너트의 내부 사이에 개스킷을 더 포함할 수 있다. 레지 개스킷은 Celmet, MoS2를 포함하는 것과 같은 개스킷, 또는 Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 알루미나 및 및 내화 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 천 또는 테이프를 포함할 수 있다. 예시적인 조합체는 410 SS 칼라, 410 SS 기저부, 더 작은 상부(OD) 및 더 큰 하부(OD)를 포함하는 칼라 나사에 레지를 갖는 BN 저장소, 410 SS 슬립 너트 및 Celmet 개스킷을 포함하며 BN 저장소의 하부 에지는 EM 펌프 조립체의 기저부에 맞닿고 슬립 너트가 칼라에 나사 결합될 때 레지에 대해 슬립 너트를 조임으로써 조여진다.
실시예에서, 저장소는 SiC, 질화규소, 탄화 붕소, 질화 붕소, 지르코니아, 알루미나와 같은 세라믹, 또는 조합체에 의해 돔(5b4)에 결합된 다른 고온 세라믹과 같은 절연체를 포함할 수 있다. 바람직한 높은 융점을 갖는 예시적인 세라믹은 산화 마그네슘(MgO)(MP = 2852 °C), 산화 지르코늄(ZrO)(MP = 2715 °C), 질화 붕소(BN)(MP = 2973 °C), 이산화 지르코늄(ZrO2)(MP = 2715 °C), 하프늄 붕소화물(HfB2)(MP = 3380 °C), 하프늄 카바이드(HfC)(MP = 3900 °C), Ta4HfC5(MP = 4000 °C), Ta4HfC4TaX4HfCX4(4215 °C), 하프늄 질화물(HfN)(MP = 3385 °C), 지르코늄 이붕화물(ZrB2)(MP = 3246 °C), 탄화 지르코늄(ZrC)(MP = 3400 °C), 질화 지르코늄(ZrN)(MP = 2950 °C), 티타늄 붕소(TiB2)(MP = 3225 °C), 티타늄 카바이드(TiC)(MP = 3100 °C), 티타늄 질화물(TiN)(MP = 2950 °C), 실리콘 카바이드(SiC)( MP = 2820 °C, 탄화 붕소(TaB2)(MP = 3040 °C), 탄화 탄화물(TaC)(MP = 3800 °C), 질화 탄탈륨(TaN)(MP = 2700 °C), 니오븀 카바이드(NbC)(MP = 3490 °C), 질화 니오븀(NbN)(MP = 2573 °C)이다. 절연체 저장소(5c)는 용융 금속의 복귀 흐름에 의한 전기 단락을 방지하기 위해 최상부에 드립 에지를 포함할 수 있다. 조합체는 저장소와 기저부 판 사이와 동일한 유형의 슬립 너트 조합체를 포함할 수 있다. 슬립 너트는 탄소, SiC, W, Ta와 같은 내화 재료 또는 다른 내화 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 세라믹 저장소는 슬립 너트 시일을 달성하기에 적합한 정밀한 표면을 형성하기 위해 다이아몬드 공구 밀링과 같은 수단에 의해 밀링될 수 있다. 알루미나 튜브를 포함하는 것과 같은 세라믹 저장소의 실시예에서, 저장 소의 적어도 하나의 단부는 나사 결합될 수 있다. 나사는 나사 결합 칼라를 부착함으로써 달성될 수 있다. 나사 결합 칼라는 접착제, 접착제 또는 접착제에 의해 부착될 수 있다. 접착제는 세라믹 접착제를 포함할 수 있다.
개스킷 또는 O-링을 연결하는 결합 표면은 고압 가능 시일을 형성하기 위해 조면화되거나 홈이 형성될 수 있다. 개스킷 또는 O-링은 밀봉제로 추가로 밀봉될 수 있다. 실리콘 분말 또는 액체 실리콘과 같은 실리콘은 탄소를 포함하는 개스킷 또는 O-링에 첨가될 수 있으며, SiC를 형성하기 위한 반응은 고온에서 밀봉제로서 화학 결합을 형성할 수 있다. 다른 예시적인 밀봉제는 본 개시의 하나와 같은 흑연 접착제이다. 개스킷 또는 O-링 시일을 생성하기 위한 슬립 너트에 더하여, 결합된 부품은 상승된 반응 셀 챔버 압력으로 인해 부품이 분리되는 것을 방지하기 위한 정합 나사를 포함할 수 있다. 조합체는 흑체 방열기(5b4)와 저장소(5c)의 바닥 또는 기저부 판 사이에 구조적 지지부를 더 포함하여 조합체가 내부 압력 하에서 분리되는 것을 방지할 수 있다. 구조적 지지부는 부품들을 함께 유지하는 적어도 하나의 클램프를 포함할 수 있다. 대안적으로, 구조적 지지대는 흑체 방열기 및 저장소 또는 기저부 판의 바닥을 함께 볼트로 고정하는 단부 너트를 갖는 단부 나사 결합 로드를 포함할 수 있고, 여기서 흑체 방열기 및 저장소 또는 기저부 판의 바닥은 로드에 대한 구조적 앵커를 포함한다. 로드 및 너트는 탄소를 포함할 수 있다.
실시예에서, 조합체는 적어도 하나의 단부 플랜지 및 O-링 또는 개스킷 시일을 포함할 수 있다. 조합체는 슬립 너트 또는 클램프를 포함할 수 있다. 플랜지가 형성되기 전에 결합 너트 상에 슬립 너트가 배치될 수 있다. 대안적으로, 슬립 너트는 저장소와 칼라 중 적어도 하나에 대해 적어도 두 개의 피스로부터 함께 용접되는 내화성 금속 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속을 포함할 수 있다.
실시예에서, 저장소(5c) 및 흑체 방열기(5b4)의 바닥 칼라 그리고 저장소와 기저부 판-EM 펌프-주입기 조립체(5kk) 중 적어도 하나는 대향하는 저장소 단부에 반대 피치를 가질 수 있는 나사 및 슬립 너트 조합체 중 적어도 하나에 의해 결합될 수 있다. 나사 결합 조합체의 나사, 슬립 너트의 나사 및 슬립 너트 개스킷 중 적어도 하나는 탄소 또는 탄소 접착제와 함께 SiC를 형성할 수 있는 실리콘과 같은 본 개시의 접착제에 의해 접착될 수 있다.
실시예에서, SiC 또는 B4C 저장소와 같이 덜 전기 전도성이거나 절연성이 없는 저장소가 탄소 저장소를 대체할 수 있다. 절연 저장소는 (i) 하부 반구(5b41) 또는 일체형 흑체 방열기 돔(5b4)에 연결하기 위한 상부의 나사 중 적어도 하나 및 (ii) 저장소 및 저장소 바닥이 하나의 피스인 저장소 바닥 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. SiC 저장소는 실리콘을 포함하는 개스킷 및 밀봉제 중 적어도 하나에 의해 탄소 하부 반구에 결합할 수 있으며, 실리콘은 탄소와 반응하여 SiC를 형성할 수 있다. 당업계에 공지된 다른 밀봉제가 또한 사용될 수 있다. 저장소 바닥은 Swagelok 패스너와 같은 EM 펌프 튜브 패스너를 위한 나사 결합 관통부를 포함할 수 있다. 저장소 바닥은 금속을 포함할 수 있는 기저부 판와 같은 별도의 피스일 수 있다. 금속 기저부 판은 관통부에서 EM 펌프 튜브에 대한 용접 조인트를 포함할 수 있다. 기저부 판은 슬립 너트와 같은 저장소의 정합 패스너에 연결되는 나사 결합 칼라를 포함할 수 있다. 칼라는 저장소를 수용하도록 테이퍼질 수 있다. 칼라 테이퍼는 내부에 있을 수 있다. 저장소 단부는 가늘어 질 수 있다. 저장소 테이퍼는 칼라 내부에 수용되도록 외부에 있을 수 있다. 패스너는 흑연 또는 퍼마-포일(Toyo Tanso)과 같은 개스킷, 육방정계 질화 붕소 또는 실리케이트 개스킷을 포함할 수 있다. 개스킷 또는 O-링은 니켈, 탄탈륨 또는 니오브와 같은 금속을 포함할 수 있다. 개스킷은 다공성 Ni C6NC(Sumitomo Electric)와 같은 Co, Ni 또는 Ti를 포함하는 것과 같은 압축된 MoS2, WS2, Celmet™, Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 고 알루미나 및 내화 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 천 또는 테이프, 및 본 개시의 다른 재료를 포함할 수 있다. 슬립 너트를 조이면 개스킷에 압축이 가해질 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 돔과 같은 하나의 피스를 포함할 수 있거나 상부 및 하부 반구(5b42 및 5b41)를 포함할 수 있다. 돔(5b4) 또는 하부 반구(5b41)는 기저부에 적어도 하나의 나사 칼라를 포함할 수 있다. 나사는 저장소(5c)에 결합될 수 있다. 칼라와 저장소의 결합은 저장소의 외부 나사를 칼라의 내부 나사에 나사 결합하거나 그 반대로 할 수 있다. 조합체는 개스킷을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 조합체는 칼라의 외부 나사에 나사 결합되는 저장소에 슬립 너트를 포함할 수 있다. 칼라는 저장소를 수용하는 단부에 내부 테이퍼를 포함할 수 있다. 조합체는 Graphoil 또는 Perma-Foil(Toyo Tanso), 육방정계 붕소 질화물와 같은 개스킷, 또는 실리케이트 개스킷, 압축 MoS2 또는 WS2, Celmet ™, 예를 들어 Co, Ni 또는 Ti, 예컨대 다공성 Ni C6NC(Sumitomo Electric), 세라믹 로프, 또는 Cotronics Corporation Ultra Temp 391과 같은 높은 알루미나 및 내화성 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 천 또는 테이프와 같은 당업자에게 공지된 다른 고온 개스킷 재료를 포함할 수 있다. 개스킷은 저장소와 칼라 사이의 조합체에 안착될 수 있다. 저장소는 SiC, B4C 또는 알루미나와 같은 비전도체를 포함할 수 있다. 저장소는 주조 또는 기계 가공될 수 있다. 돔 또는 하부 반구는 탄소를 포함할 수 있다. 슬립 너트는 탄소, SiC, W, Ta와 같은 내화 재료 또는 본 개시의 하나와 같은 다른 내화 금속 또는 재료를 포함할 수 있다.
저장소는 EM 펌프 단부에서 기저부 판 조립체에 추가로 부착될 수 있다. 조합체는 흑체 방열기 단부에서와 동일한 유형을 포함할 수 있다. 기저부 판 조립체는 (i) 정합 나사 결합 저장소와 정합하도록 내부 또는 외부에 나사 결합될 수 있는 조합체 칼라, (ii) 저장소를 수용하기 위해 단부에서 내부적으로 테이퍼질 수 있고 결합하기 위해 외부에 나사 결합될 수 있는 조합체 칼라 슬립 너트, (iii) 저장소 바닥, 및 (iv) 관통부가 용접에 의해 결합될 수 있는 EM 펌프 튜브 구성요소를 포함할 수 있다. 기저부 판 조립체 및 슬립 너트는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 실시예에서, 슬립 너트는 플랜지 또는 그로브에서 저장소에 부착될 수 있다. 그로브는 원통형 저장소 벽으로 주조 또는 기계 가공될 수 있다. 저장소 및 칼라는 둘 다 적어도 하나의 단부에 플랜지를 포함할 수 있으며, 여기서 조합체는 결합된 부품의 정합 플랜지와 클램프 사이에 O-링 또는 개스킷을 포함하고, 클램프가 플랜지를 넘어서 조여질 때 함께 끌어 당겨진다.
다른 실시예에서, 저장소와 EM 펌프 조립체(5kk) 사이의 것과 같은 시일 또는 조인트는 습식 시일 또는 냉각 시일을 포함할 수 있다(도 62). 습식 시일은 용융 탄산염 연료 셀 습식 시일의 디자인일 수 있다. 습식 시일은 저장소 플랜지(5k17) 및 EM 펌프 조립체 칼라 플랜지(5k19)와 같은 용융 금속이 채울 수 있는 채널을 형성하는 결합될 각각의 피스들 상에 정합 플랜지를 포함할 수 있다. 도 63에 도시된 다른 실시예에서, EM 펌프 조립체 칼라 플랜지(5k19)는 (i) 저장소 지지판(5b8)에 정합되고, (ii) 저장소 지지판(5b8)을 구성하고, (iii) 저장소 지지판(5b8) 및 EM 펌프 튜브(5k4)의 입구 및 출구를 포함하는 EM 펌프 조립체(5kk1)의 기저부를 포함하는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 저장소 지지판(5b8)은 지지대(5b83)에 고정된 포스트(5b82)에 의해 지지될 수 있다. 실시예에서, 습식 시일 냉각기(5k18)는 저장소 지지판(5b8)의 둘레 및 저장소 지지판(5b8)의 둘레를 열 싱크할 수 있는 지지 포스트(5b82) 중 적어도 하나의 냉각기를 포함한다. 저장소 플랜지(5k17), 저장소 지지판(5b8), EM 펌프 칼라 플랜지(5k19), 칼라 없는 EM 펌프 플랜지(5k19), EM 펌프 조립체(5kk1)의 기저부, 및 저장소(5c) 중 적어도 하나는 경사 저장소 디자인으로 경사질 수 있다. 플랜지는 클램프, 볼트, 나사, 본 개시의 것, 및 당업자에게 공지된 것과 같은 패스너와 결합될 수 있다. 패스너 관통부, 저장소 플랜지(5k17) 및 EM 펌프 조립체 칼라 플랜지(5k19) 중 적어도 하나는 저장소 지지판(5b8)에 대한 임의의 것과 같은 습식 시일 부품 및 마운트의 차동 팽창 수단을 포함할 수 있다. 습식 시일 냉각제 루프(5k18) 채널은 채널의 외부 범위가 은의 경우 962 ℃ 미만과 같은 용융 금속의 융점 미만의 온도에서 유지될 수 있도록 반경 방향으로 연장될 수 있다. 습식 시일의 응고된 금속 영역은 패스너에서 누출을 피하기 위해 볼트(5k20)과 같은 패스너와 접촉하는 영역을 포함할 수 있다. 볼트는 탄소를 포함할 수 있고 팽창 쿠션으로서 작용하기 위해 Perma-Foil 또는 Graphoil 와셔와 같은 탄소 와셔를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 습식 시일은 EM 펌프 조립체(5kk)의 칼라에 접착되고 나사 결합되는 것과 칼라 플랜지에 용접되는 것 중 적어도 하나일 수 있는 질화 붕소 튜브와 같은 저장소(5c)에 칼라 플랜지를 포함할 수 있다. 세라믹 저장소의 플랜지와 같은 습식 시일 플랜지는 BN과 같은 플랜지 판을 BN과 같은 원통형 저장소에 나사 결합하고 접착하는 것 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 예시적인 접착제는 Cotronics Durapot 810 및 Cotronics Durapot 820이다. 대안적으로, 세라믹 저장소의 플랜지와 같은 습식 시일 플랜지는 BN과 같은 세라믹의 성형, 열간 프레스 및 기계 가공 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 저장소(5c), 개스킷 및 저장소 플랜지(5k17) 중 적어도 하나와 같은 BN 구성요소는 후속 가공으로 BN 분말을 열간 프레싱함으로써 제조될 수 있다. 질화 붕소 분말로 제조된 부품에 산화 붕소를 첨가하여 압축성을 향상시킬 수 있다. 열 팽창, 압축성, 및 인장과 압축 강도와 같은 BN 특성을 변경하는 다른 BN 첨가제는 CaO, B2O3, SiO2, Al2O3, SiC, ZrO2 및 AlN이다. 질화 붕소의 박막은 삼염화 붕소 및 질소 전구체로부터 화학 기상 증착에 의해 제조될 수 있다. 질화 붕소 등급 HBC 및 HBT는 결합제를 함유하지 않으며 3000 ℃까지 사용될 수 있다.
채널의 외부 에지는 원주 밴드를 포함할 수 있다. 밴드는 BN 플랜지가 안착되는 EM 펌프 조립체 칼라 플랜지의 외주 립(lip)을 포함할 수 있다. 채널은 주변의 고체 금속 및 채널의 입구에 용융 금속을 유지하도록 냉각될 수 있다.
공동 냉각 시스템은 액체 또는 기체 냉각제 또는 방열기를 포함하는 것과 같은 본 개시 중 하나를 포함할 수 있다. 조인트는 적어도 하나의 냉각제 루프(5k18)에 의해 주변에서 냉각될 수 있다. 냉각제 루프(5k18)는 EM 펌프 냉각 열 교환기(5k1), 냉각제 라인(5k11) 또는 냉각 판(5k12)으로부터의 라인을 포함할 수 있다. 조인트는 방열기 또는 대류 또는 전도 핀과 같은 적어도 하나의 히트 싱크에 의해 주변에서 냉각될 수 있다. 조인트는 적어도 하나의 히트 파이프에 의해 주변에서 냉각될 수 있다. 예시적인 습식 시일 냉각기는 구리 튜브 냉각제 루프(5k18)를 포함하고, 냉각제는 물을 포함할 수 있다. 플랜지들 중 적어도 하나는 원주 냉각 루프를 위한 채널로서 작용하는 원주 그루브를 가질 수 있다. 냉각 루프는 볼트와 같은 원주 방향 패스너에 대해 반경 방향 내측으로 구성되어 용융 금속이 볼트로부터 반경 방향 내측으로 응고되도록 할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 조립체 칼라 플랜지(5k19) 및 저장소 플랜지(5k17)는 냉각제 루프(5k18)가 필요하지 않도록 시일의 주변 온도가 용융 금속의 융점 미만이 되도록 충분히 넓을 수 있다. EM 펌프 조립체 칼라 플랜지(5k19)는 저장소 지지판(5k8)을 포함할 수 있다. 저장소는 수평일 수 있는 저장소 플랜지(5k17)에서 경사질 수 있다. 다른 실시예에서, 플랜지(5k17 및 5k19) 및 저장소(5c)는 용융 금속의 반응 셀 챔버(5b31)로의 밀봉 및 주입을 달성하기 위해 서로에 대해 임의의 원하는 각도일 수 있다. 실시예에서, 5k17 및 5k19와 같은 플랜지의 재료 및 두께는 열 전달 및 그에 의한 냉각을 결정할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 저장소 플랜지(5k17)는 저장소 지지대 판(5b8), EM 펌프 플랜지(5k19) 및 EM 펌프의 EM 펌프 튜브(5k4)의 입구 및 출구를 더 포함하는 EM 펌프 조립체 기저부(5kk)를 직접 결합하고, 저장소 플랜지(5k17)는 높은 열 전도성을 갖는 BN을 포함한다. 판(5k17) 및 정합 판(5k19)의 두께 및 폭은 습식 시일을 유지하기에 충분한 냉각을 제공하도록 선택될 수 있다. 시일은 적어도 하나의 플랜지(5k 17 및 5k 19)의 둘레에 내장된 냉각제 루프(5k18)와 같은 본 개시의 냉각기를 더 포함할 수 있다. 판(5k17)은 경사질 수 있는 부착된 저장소(5c)를 갖는 칼라를 포함할 수 있다. 저장소는 몰딩, 기계 가공, 나사 결합 및 접착 중 적어도 하나에 의해 판형 플랜지(5k17)에 부착될 수 있다.
실시예에서, 경사 또는 기울어진 저장소는 저장소의 기저부에서 습식 밀봉재의 바람직한 분리를 초래하기에 적합한 길이를 포함할 수 있다. 습식 시일은 이러한 섹션의 가열을 감소시키기 위해 응고된 금속 섹션을 덮는 패러데이 케이지를 포함할 수 있다. 정합 플랜지, 패스너 및 습식 시일의 임의의 다른 구성요소는 Mo 및 BN과 같은 유도 결합 히터로부터 RF의 흡수가 낮은 재료를 포함할 수 있다. 습식 시일의 냉각 루프는 적어도 습식 시일을 냉각시킬 수 있고, 저장소(5c), EM 펌프 자석(5k4), EM 펌프 튜브(5k6), 및 다른 EM 펌프 또는 셀 구성요소 중 적어도 하나를 추가로 냉각시키는 것과 같은 더 큰 냉각 시스템의 한 부분을 포함할 수 있다. 습식 시일 냉각 시스템은 적어도 하나의 냉각 루프, 적어도 하나의 펌프, 적어도 하나의 온도 센서 및 냉각제 흐름 제어기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 정합 플랜지 시일은 개스킷을 포함할 수 있다. 개스킷은 볼트 플랜지 사이에 배치되어 시일을 형성할 수 있다. 개스킷은 암형 구성요소에 밀봉되는 수형 구성요소를 포함할 수 있다. BN 개스킷은 BN 저장소 플랜지(5k17)의 돌출부를 포함할 수 있으며, 여기서 BN 개스킷은 수형 개스킷 구성요소를 포함할 수 있다. 개스킷은 알루미나-실리케이트 세라믹 플레이트 개스킷과 같은 본 개시의 다른 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, BM과 같은 저장소 세라믹은 금속 EM 펌프 조립체(5kk) 칼라에 대한 금속화된 세라믹 또는 납땜된 시일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 금속화 재료 및 땜납은 Ag, Ag-Cu, Cu, Mo-Mn, W-Mn, Mo-W-Mn, Mo-Mn-Ti, Cu계 합금, Ni계 합금, Ag계 합금, Au계 합금, Pd계 합금 및 활성 금속 납땜 합금 중 적어도 하나를 포함한다.
슬립 너트 시일의 실시예에서, 너트, 너트 상의 나사 코팅, 및 너트 내부 패킹의 그룹 중 적어도 하나는 용융 금속보다 높은 융점을 가지는 은과 같은 저장소 용융 금속과 합금을 형성하는 요소를 포함한다. 패킹은 금속 분말 또는 피복물과 같은 분말 또는 피복물을 포함할 수 있다. 시일은 스터핑 박스 유형을 포함할 수 있으며, 밀봉제는 패킹 또는 클래딩을 포함한다. 밀봉제는 원소를 포함하는 개스킷을 포함할 수 있다. 원소는 Pt, 희토류, Er, Gd, Dy, Ho, Pd, Si, Y 및 Zr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 시일은 역 슬립 너트 디자인을 포함할 수 있고(도 141), 너트(5k21)는 EM 펌프 조립체(5kk 칼라)의 내부에 나사 결합되고, 저장소 튜브(5c)는 EM 펌프 조립체(5kk)의 칼라(5k15)의 외부 위로 미끄러지며, 개스킷(5k14a)은 저장소(5c)의 내부 원주 상에 있다. 예시적인 개스킷 및 저장소 튜브는 질화 붕소를 포함한다. EM 펌프 조립체(5kk)는 스테인레스 스틸을 포함할 수 있다. 역 슬립 너트 시일은 칼라(5k15)의 팽창력 및 열 팽창력과 같은 저장소(5c)에 대향할 수 있는 W, Mo 또는 C로 구성된 것과 같은 압축 유지 슬리브(5k16)를 더 포함할 수 있다.
시일은 역 압축 유형을 더 포함할 수 있다(도 142). 예시적인 실시예에서, 온도가 실온으로부터 상승함에 따라 EM 펌프 조립체 칼라(5k15)는 저장소 튜브(5c)에 대해 팽창한다. 저장소 및 EM 펌프 조립체 칼라의 재료는 저장소 튜브를 파괴하지 않고 압축 시일을 달성하기 위해 원하는 열 팽창 계수를 갖도록 선택될 수 있다. 역 압축형 시일의 실시예에서, 시일은 튜브의 인장 강도를 증가시키기 위해 저장소 튜브(5c) 주위에 압축 보유 슬리브(5k16)를 더 포함한다. 압축 보유 슬리브(5k16)는 내부 팽창 EM 펌프 조립체 칼라(5k15)로 인해 저장소(5c)가 파열되는 것을 방지하기 위해 원하는 낮은 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 예시적인 압축 보유 슬리브(5k16)는 W, Mo 또는 C와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 압축 시일은 410 SS, Invar(FeNi36), Inovco(F333Ni4.5Co), FeNi42 또는 Kovar(FeNiCo 합금)와 같은 열 팽창 계수가 낮은 스테인리스 스틸을 포함하는 벽이 얇은 칼라(5k16) 중 적어도 하나를 포함할 수 있어서, BN 저장소(5c) 및 흑연 압축 보유 슬리브(5k16)가 균열되는 것을 방지하기 위해 열 팽창을 감소시킨다.
시일은 역 슬립 너트 및 압축 시일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 역 슬립 너트 및 압축 시일 중 적어도 하나와 같은 조인트는 압축 시일의 경우에 외부 저장소 튜브의 내부에 나사 결합되는 EM 펌프 튜브 칼라의 외부와 같은 나사 부분을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 나사 마루는 나사 오목부에 대해 높이가 감소되어 압축 조인트 접촉 영역을 따라 팽창 조인트를 포함할 수 있다.
기저부 판 및 EM 펌프 부품은 기저부 판-EM 펌프-주입기 조립체(5kk)를 포함하도록 조립될 수 있다(도 21 및 도 70). 이중 용융 금속 주입기 실시예의 경우, 발전기는 2개의 전기적으로 격리된 기저부 판-EM 펌프-주입기 조립체를 포함한다. 전기적 격리는 두 조립체의 물리적 분리에 의해 달성될 수있다. 대안적으로, 두 조립체는 조립체 사이의 전기 절연에 의해 전기적으로 절연된다. 이중 액체 주입기 실시예의 노즐은 정렬될 수 있다. 저장소는 거꾸로 또는 역 위치로 배치될 수 있으며, 용융 금속으로서 작용하는 금속은 적어도 하나의 저장소의 개방 단부를 통해 반응 셀 챔버에 첨가될 수 있다. 그 후, 기저부 판-EM 펌프-주입기 조립체는 저장소에 연결될 수 있다. 습식 시일, 압축 또는 슬립 너트-칼라 커넥터와 같은 본 개시의 커넥터로 연결될 수 있다. 기저부 판-EM 펌프-주입기 조립체는 스테인리스 스틸 중 적어도 하나 또는 Mo 및 W 중 적어도 하나와 같은 내화 금속을 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브, 저장소 바닥, 노즐, 기저부 판 및 결합 칼라와 같은 부품은 커넥터에 용접 및 고정되는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 패스너는 나사 결합된 조합체를 포함할 수 있다. 이중 용융 주입기 실시예의 2개의 기저부 판(5b8)는 열 팽창의 영향을 감소시키기 위해 세라믹 포스트 또는 전기 절연된 410 SS, Invar(FeNi36), Inovco(F333Ni4.5Co), FeNi42 또는 Kovar(FeNiCo 합금) 포스트와 같은 포스트에 의해 상승될 수 있는 단일 저장소 구조 지지대를 형성하기 위한 볼트와 같은 패스너와 같은 수단에 의해 SiC, SiN, BN, BN + Ca, B4C, 알루미나 또는 지르코니아 판과 같은 세라믹 판과 같은 전기 절연 판에 의해 연결될 수 있다. 포스트는 열 팽창의 영향을 감소시키기 위해 튜브를 포함할 수 있다. 실시예에서, 저장소 지지판(5b8)은 열 뒤틀림을 피하도록 연속 판을 형성하기 위해 버팀대를 갖는 단일 피스 또는 피스들을 포함할 수 있다. 저장소 구조적 지지대는 세라믹 포스트 또는 전기 절연된 410 SS, Invar(FeNi36), Inovco(F333Ni4.5Co), FeNi42 또는 Kovar(FeNiCo 합금) 포스트와 같은 포스트에 의해 상승될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 용융 금속 주입기의 정렬을 제어하기 위한 저장소 위치 조절 시스템 또는 저장소 조절기를 포함한다. 이중 용융 금속 주입기를 포함하는 실시예에서, SunCell®은 이중 용융 스트림이 교차하도록 노즐(5q)을 정렬시키기 위해 저장소 지지판(5b8)을 지지하는 포스트에 대한 길이 조정을 야기하는 수단을 포함한다. SunCell®은 본 개시의 하나와 같은 기계식, 공압식, 유압식, 전기식 및 압전식 작동기 중 적어도 하나와 같은 저장소 지지판 작동기를 포함할 수 있다. 저장소 지지 포스트의 차동 팽창으로 인해 셀이 가열될 때 노즐의 정렬이 손실될 수 있다. 열 팽창으로 인한 오정렬을 피하기 위해, 포스트는 내화 재료와 같은 열 팽창 계수가 낮은 재료를 포함할 수 있다. 포스트는 팽창을 방지하기 위해 절연되고 냉각되는 것 중 적어도 하나일 수 있다. SunCell®은 열 교환기 또는 전도 또는 대류 냉각 수단과 같은 포스트 냉각기를 포함할 수 있다. 포스트를 따라 히트 싱크로 열을 전도함으로써 냉각이 달성될 수 있다. SunCell®은 상이한 포스트들 사이의 차등 열 팽창 또는 수축 중 적어도 하나를 제어 및 유발시킴으로써 저장소 지지판(5b8)을 지지하는 포스트의 길이를 선택적으로 제어함으로써 노즐을 정렬시키는 수단을 포함할 수 있다. SunCell®은 저장소 지지대 포스트를 선택적으로 그리고 차등적으로 가열 또는 냉각시키기 위해 적어도 하나의 포스트 히터 및 포스트 냉각기를 포함하여 팽창 또는 수축에 의해 길이가 선택적으로 변화되게 함으로써 주입기가 정렬되게 할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 저장소 위치 조정 시스템 또는 저장소 조정기, 예컨대 하우징(5b3a)을 관통할 수 있는 푸시-풀 로드 조정기와 같은 기계적 조정기와 같은 저장소 조정기를 포함한다. 하우징(5b3a) 벽에서 로드에 작용하는 나사 결합 메커니즘은 푸시-풀을 제공할 수 있다. 조절기는 적어도 하나의 축을 따라 또는 적어도 하나의 축을 중심으로 이동을 제공할 수 있다. 조절기는 적어도 하나의 저장소를 수직 또는 수평으로 밀거나 당기거나 x, y 또는 z-축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 조정은 이중 용융 금속 주입기의 용융 금속 스트림이 최적으로 교차하도록 수행될 수 있다. 저장소 및 EM 펌프 조립체가 습식 시일과 같은 수단에 의해 견고하게 연결될 수 있는 실시예에서, 저장소는 하부 반구(5b41)와 저장소(5c)의 조인트에서 회전할 수 있다. 노즐을 갖는 저장소(5c) 중심축과 EM 펌프 조립체(5kk) 중심축은 동일한 축을 따라 있을 수 있다. BN 저장소가 회전하게 하는 예시적인 커넥터는 BN 저장소(5c), 흑연 하부 반구(5b41), 흑연 개스킷 및 흑연 너트를 포함하는 슬립 너트 커넥터이다. h-BN 및 흑연 모두 윤활제를 포함할 수 있다. 전류(5k2) 및 점화(5k2a) 버스 바와 같은 EM 펌프에 대한 커넥터는 저장소가 주입된 용융 금속 스트림의 정렬을 야기하기에 충분히 회전하도록 조인트 또는 피봇과 같은 수단을 포함할 수 있다. 버스 바는 정렬 작동을 허용하기 위해 편조 케이블과 같은 적층 시트 또는 케이블을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 실시예에서, 제어기에 의해 제어되는 바와 같이 EM 펌프 전류를 조정하는 것은 스트림의 수직 위치를 제어할 수 있고, 스트림의 횡 방향 위치는 저장소 조절기에 의해 제어될 수 있다. 저장소가 견고하게 고정되는 실시예에서, 정렬은 SunCell®이 부분적으로 분해되고 노즐이 정렬되고 SunCell®이 재조립되는 서비스 작업으로서 달성될 수 있다.
이중 용융 금속 주입기를 포함하는 실시예에서, 하나의 노즐로부터의 용융 금속 스트림의 궤적은 제 1 평면에 있을 수 있고, 제 2 노즐로부터의 용융 금속 스트림의 궤적 평면은 제 1 평면의 2 개의 직교 축 중 적어도 하나를 중심으로 회전되는 제 2 평면에있을 수 있다. 스트림은 경사 경로를 따라 서로 접근할 수 있다. 실시예에서, 제 1 노즐의 용융 금속 스트림의 궤도는 yz-평면 내에 있고, 제 2 노즐은 yz-평면으로부터 측 방향으로 변위되고 그 yz-평면을 향해 회전되어 스트림이 비스듬히 접근할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제 1 노즐의 용융 금속 스트림의 궤도는 yz-평면에 있고, 제 2 노즐의 용융 금속 스트림의 궤도는 z-에 대한 yz-평면의 회전에 의해 정해지는 평면에있어서 스트림이 비스듬히 접근하도록 제 2 노즐이 yz-평면으로부터 측 방향으로 변위되고 yz-평면을 향해 회전될 수 있다. 실시예에서, 궤적은 교차점을 유발하도록 각각 조정된 제 1 스트림 높이 및 제 2 스트림 높이에서 교차한다. 실시예에서, 제 2 EM 펌프의 출구 튜브는 제 1 EM 펌프 튜브의 출구 튜브로부터 분리되어 있고, 제 2 EM 펌프의 노즐은 용융 스트림이 각각에 비스듬히 접근하도록 제 1 EM 펌프의 노즐을 향해 회전되며, 스트림 교차점은 스트림의 상대 높이를 조정하여 얻을 수 있다. 스트림 높이는 적어도 하나의 EM 펌프의 EM 펌프 전류를 제어하는 것과 같은 제어기에 의해 제어될 수 있다.
동일한 yz-평면에서 초기에 정렬된 2개의 주입기의 2개의 노즐을 포함하는 실시예에서, 주입된 스트림의 교차점을 달성하기 위해 주입된 용융 금속 스트림의 경사 상대 궤적은 z-축을 중심으로 한 적어도 하나의 대응하는 저장소(5c)의 약간의 회전 작동 및 yz-평면을 향한 회전에 의해 yz-평면으로부터 병진 운동되는 노즐을 약간 구부리는 작동 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다. 팬케이크 부분과 같은 유도 결합 히터 안테나(5f)는 대응하는 EM 펌프 튜브(5k6)를 수용하기 위해 비-평면으로 구부러질 수 있다. 다른 구성 요소와 연결부는 필요에 따라 회전될 수 있다. 예를 들어, EM 펌프 자석(5k4)은 EM 펌프 튜브(5k6)에 대한 그들의 수직 위치를 유지하도록 회전될 수도 있다.
다른 실시예에서, 주입 시스템은 주입된 스트림의 정렬을 달성하기 위해 적어도 하나의 용융 금속 스트림을 편향시키기 위한 자기장 및 전기장 중 적어도 하나의 소스와 같은 필드 소스를 포함할 수 있다. 주입된 용융 금속 스트림 중 적어도 하나는 홀 및 점화 전류와 같은 적어도 하나의 전류와 인가된 자기장 사이의 인가된 자기장과 힘을 통한 대응 전도체의 이동으로 인한 로렌츠 힘에 의해 편향될 수 있다. 편향은 자기장 세기, 용융 금속 유량 및 점화 전류 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어될 수 있다. 자기장은 영구 자석, 냉각될 수 있는 전자석 및 초전도 자석 중 적어도 하나에 의해 제공될 수 있다. 자기장 세기는 전류를 제어함으로써 자석과 용융 스트림 사이의 거리 및 자기장 세기를 제어하는 것 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다.
점화 전류 또는 저항을 측정하면 최적의 교차점을 결정할 수 있다. 전류가 설정 전압에서 최대화되거나 저항이 가장 낮을 때 최적의 정렬이 달성될 수 있다. 프로그램 가능한 논리 제어기 및 컴퓨터 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 제어기가 최적화를 달성할 수 있다.
실시예에서, 각각의 저장소는 적어도 시동을 위해 은과 같은 저장소 금속을 용융된 상태로 유지하기 위해 유도 결합 히터와 같은 히터를 포함할 수 있다. 발전기는 흑체 방열기 주위에 히터를 더 포함하여 적어도 시동 동안 은과 같은 용융 금속이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 흑체 방열기(5b4) 히터가 필요하지 않은 실시예에서, 5b41 및 5b42와 같은 흑체 방열기는 은과 같은 용융 금속이 부착되지 않는 재료를 포함할 수 있다. 비-접착은 저장소(5c) 히터로부터의 열 전달에 의해 달성되는 온도에서 일어날 수 있다. 흑체 방열기는 탄소를 포함할 수 있고, EM 펌프가 활성화되기 전에 은과 같은 용융 금속이 부착되지 않는 온도 이상으로 가열될 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기는 시동 동안 저장소 히터에 의해 가열된다. 흑체 방열기(5b4) 벽은 용융 금속이 흑체 방열기에 부착되는 온도 초과 및 용융 금속의 융점보다 더 높은 온도 중 적어도 하나의 온도를 달성하도록 흑체 방열기를 허용하기 위해서 저장소로부터 흑체 방열기로 열 전달을 허용하기에 충분히 두꺼울 수 있다. 실시예에서, 저장소(5c) 주위에 코일과 같이 가열된 셀 구성요소에 근접한 유도 결합 히터(ICH) 안테나는 셀 구성요소로부터 양호하게 절연되고, ICH로부터의 RF 방사선은 절연체를 관통한다. 절연은 셀 구성요소로부터 ICH 안테나의 냉각제로의 열 흐름을 원하는 유량으로 감소시킬 수 있다.
시스템은 리튬 이온 배터리와 같은 배터리와 같은 시동 전력/에너지 소스를 더 포함한다. 대안적으로, 그리드 전력과 같은 외부 전력이 외부 전원으로부터 발전기로의 연결을 통해 시동하는데 제공될 수 있다. 연결은 전력 출력 버스 바를 포함할 수 있다.
실시예에서, 흑체 방열기는 시동 동안 적어도 하나의 열 램프와 같은 외부 방사 히터에 의해 가열될 수 있다. 열 램프는 PV 변환기(26a) 외부에 있을 수 있고 PV 변환기의 제거 패널을 통해 방사선을 제공할 수 있다. 대안적으로, 흑체 방열기는 시동 동안 가열될 수 있고, 셀이 연속적으로 작동하고 하이드리노 반응을 유지하기에 충분한 온도에서 반응 셀 챔버(5b31)를 유지하기 위해 충분한 전력을 생성한 후에 히터가 제거될 수 있다.
유도 결합 히터가 BN 또는 SiC 저장소와 같은 세라믹 저장소와 같은 저장소를 가열하는데 비효율적인 경우, 저장소는 유도 결합 히터 방사선을 효율적으로 흡수할 수 있는 내화 덮개 또는 슬리브를 포함할 수 있다. 예시적인 RF 흡수 슬리브는 탄소를 포함한다.
발전기는 랙과 피니언, 스크류, 선형 기어 및 당업계에 공지된 다른 것, 공압, 유압 및 전자기 시스템과 같은 기계식 작동기 중 적어도 하나와 같은 작동기(5f1)를 포함하여 히터 코일을 적용 및 수축시키고 히터 코일을 저장하는 것 중 하나를 행할 수 있다. 전자기 작동기는 스피커 메커니즘을 포함할 수 있다. 공압 및 유압 피스톤을 포함할 수 있다. 히터 안테나는 후퇴를 허용하는 가요성 섹션을 포함할 수 있다. 예시적인 가요성 안테나는 구리 편조된 와이어 편조 테플론 튜브이다. 실시예에서, 외부 압력 용기(5b3a)는 수축된 안테나를 수용하기 위한 오목한 챔버를 포함할 수 있다.
유도 결합 히터 안테나(5f)는 이동 가능한 섹션을 포함할 수 있다. 유도 결합 히터는 수축될 수 있는 각각의 저장소에 대해 적어도 하나의 코일(5f)을 포함할 수 있다(도 7 내지 도 75). 코일은 저장소에 전력을 효율적으로 인가하는 형상 또는 기하학적 구조를 포함할 수 있다. 예시적인 형상은 원통형 저장소를 위한 크래들 또는 조정 가능한 클램쉘(clamshell)이다. 크래들은 가열 동안 대응하는 저장소에 RF 전력을 인가할 수 있고, 그 후 수축될 수 있다. 각각의 크래들은 팬케이크 코일을 포함하고 EM 펌프 조립체(5kk)의 EM 펌프 튜브에 의해 기저부 아래에 형성된 평면에 평행한 평면으로 지향된 공통 팬케이크 코일에 부착될 수 있다. 각각의 크래들 팬케이크 코일은 가요성 또는 확장 가능한 안테나 섹션에 의해 공통 팬케이크 코일에 부착될 수 있다. 공통 팬케이크 코일은 작동기에 장착될 수 있는 유도 결합 히터 커패시터 박스에 부착될 수 있다. 대안적으로, 각각의 크래들은 대응하는 커패시터 박스 및 유도 결합 히터에 부착될 수 있거나, 2개의 개별 커패시터 박스는 공통 유도 결합 히터에 연결될 수 있다. 크래들 팬케이크 코일, 공통 팬케이크 코일, 공통 커패시터 박스 및 개별 커패시터 박스 중 적어도 하나는 시동 후에 안테나를 저장하는 운동을 달성하기 위해 작동기에 장착되거나 부착될 수 있다.
실시예에서, 유도 결합 히터와 같은 히터는 단일 수축성 코일(5f)을 포함한다(도 16 및 도 17, 도 57 및 도 58, 그리고 도 71 내지 도 75). 코일은 저장소(5c) 중 적어도 하나 주위에서 원주 방향일 수 있다. 히터는 두 저장소(5c) 주위에 단일 멀티 턴 코일을 포함할 수 있다. 히터는 15 kHz 히터와 같은 저주파 히터를 포함할 수 있다. 히터의 주파수는 약 1 kHz 내지 100 kHz, 1 kHz 내지 25 kHz, 및 1 kHz 내지 20 kHz 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 단일 코일은 저장소의 수직축을 따라 수축될 수 있다. 코일(5f)은 공압식, 유압식, 전자기식, 기계식 또는 서보 모터 구동식 작동기, 기어 모터 구동식 작동기와 같은 본 개시 중 하나와 같은 작동기에 의해 수직축을 따라 이동될 수 있다. 코일은 스크류, 랙과 피니언 및 피스톤과 같은 당업자에게 공지된 기계적 장치로 이동될 수 있다. 기어 톱니 또는 활주 부품과 같이 서로 기계적으로 움직이는 작동기 부품에는 육방정계 질화 붕소, MoS2 또는 흑연과 같은 고온 윤활제로 윤활될 수 있다. 다른 것은 활석, 불화 칼슘, 불화 세륨, 이황화 텅스텐, 연질 금속(인듐, 납, 은, 주석), 폴리테트라 플루오로에틸렌, 몇몇 고체 산화물, 희토류 불화물 및 다이아몬드이다. 코일은 적어도 하나의 측면 또는 단부 위치 또는 작동기에 하중을 가하지 않고 원하는 움직임을 허용하는 다른 편리한 위치에서 작동기에 장착될 수 있다. 안테나는 운동을 허용하기 위해 가요성 안테나 섹션을 통해 전원에 연결될 수 있다. 실시예에서, 유도 결합 히터는 송신기의 구성요소를 히터의 나머지 부분으로부터 분리하는 스플리트 유닛을 포함한다. 개별 송신기 구성요소는 커패시터/RF 송신기를 포함할 수 있다. 커패시터/RF 송신기는 작동기에 장착될 수 있다. 커패시터/RF 송신기는 외부 압력 용기 챔버(5b3a1)의 가요성 전기 라인 및 냉각 라인에 의해 히터의 나머지 부분에 연결될 수 있다. 이들 라인은 외부 압력 용기(5b3a)의 벽을 관통할 수 있다. 커패시터/RF 송신기는 RF 안테나에 연결된 작동기에 장착될 수 있으며, 안테나는 또한 작동기에 장착된다. 커패시터는 냉각될 수 있는 인클로저 박스에 장착될 수 있다. 박스는 열 반사 코팅을 포함할 수 있다. 인클로저 박스는 장착 고정구로서 기능을 할 수 있다. 박스는 레일 및 다른 구동 메커니즘을 안내하기 위한 장착 브래킷을 포함할 수 있다. 유도 결합 히터는 하나의 6 내지 12 미터 길이 중 하나와 같은 긴 히터를 사용하는 병렬 공명 모델 히터를 포함할 수 있다. 냉각 판과 같은 열 교환기는 안테나 냉각 라인에 의해 제공되는 냉각과 함께 커패시터/RF 송신기에 장착될 수 있다. 작동기는 저장소(5c), EM 펌프, 하부 반구(5b41) 및 상부 반구(5b42)와 같은 발전기 구성요소의 원하는 온도 프로파일을 달성하기 위해 온도 프로파일 입력에 응답할 수 있는 제어기에 의해 제어되는 전기 서보 모터 또는 기어 모터에 의해 구동될 수 있다.
실시예에서, 유도 결합 히터와 같은 히터는 흑체 방열기(5b4), 저장소(5c), 및 EM 펌프 튜브(5k6)와 같은 EM 펌프 구성요소의 적어도 일부분 중 적어도 하나와 같은 가열되기를 원하는 셀의 구성요소에 대해 원주 방향인 단일 신축성 코일(5f)(도 16 및 도 17, 도 57 및 도 58, 그리고 도 71 내지 도 75)을 포함한다. 실시예에서, 히터는 가열 중에 정지될 수 있다. 형상 및 코일 턴 밀도는 970 ℃ 내지 1200 ℃의 범위와 같은 구성요소 또는 영역 특정의 원하는 온도 범위에 도달하기 위해 각각의 셀 구성요소 또는 각각의 셀 구성요소의 영역에 원하는 가열 전력을 선택적으로 적용하도록 구성될 수 있다. 사전 가열 교정 및 히터 디자인으로 인해, 셀의 제한된 수의 지점에서 온도를 감시하면 셀에서 감시되지 않는 지점의 온도가 제공된다. 실시예에서, 히터 전력 및 가열 지속 시간은 온도 감시가 필요하지 않을 수 있는 원하는 온도 범위를 달성하도록 제어될 수 있다. 용융 금속의 반응 셀 챔버 내로의 펌핑 및 점화 전력의 인가 중 적어도 하나를 제어하는 것은 흑체 방열기의 가열을 제어할 수 있다. 온도 제어기에 입력을 제공하기 위한 열전쌍 또는 광학 온도 센서와 같은 온도 센서는 흑체 방열기 온도를 감시할 수 있다. 스캔될 수 있는 예시적인 광학 온도 센서는 Omega iR2P이다. 대안적으로, 유도 결합 가열 전력뿐만 아니라 EM 펌핑 및 점화 전력의 시간순서는 원하는 금속 온도 프로파일, 예컨대 용융 금속과 접촉하는 셀 구성요소의 온도가 금속 융점보다 높은 것을 달성하는데 사용될 수 있다.
원하는 셀 구성요소를 동시에 가열하는 히터 코일(5f)은 열 전달 블록(5k7), 미립자 절연체, 미립자 절연 저장소(5e1) 및 제어 시스템 중 적어도 하나를 제거하여 히터를 수직으로 이동시키고 제어 시스템은 히터가 수직으로 이동됨에 따라 히터를 수직으로 이동시키는 것과 히터 전력 레벨을 제어하는 것 중 적어도 하나를 포함한다. 유도 결합 히터(5k4)의 자석은 EM 펌프 튜브(5k6)의 레벨에서 인가되는 열 전력으로부터의 자화 손실 지점으로 자석이 과열되는 것을 방지하기 위해 EM 펌프 냉각수 라인(5k11) 및 EM 펌프 냉각 판(5k12)을 포함하는 것과 같은 냉각 시스템에 의해 제공되는 RF 차폐물 및 충분한 수냉 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. RF 차폐물은 금속 포일 또는 스크린을 포함할 수 있는 Al, Cu 또는 Ag와 같은 고전 도성 재료와 같은 RF 반사 재료의 다층을 포함할 수 있다.
실시예에서, 유도 결합 히터 차폐물은 EM 펌프 자석에 입사되는 자속을 감쇠시키기 위해 자성 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 자성 재료는 퍼말로이 또는 뮤탈(Mul-Metal), 예를 들어 낮은 포화도를 갖는 약 300,000인 투자율을 갖는 것과 같이 투자율이 높은 니켈계 금속을 포함한다. 히터 적용 자계 세기가 높은 실시예에서, 자성 재료는 탄소강 또는 니켈과 같은 자성 금속과 같은 더 높은 포화 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 자성 재료는 영구 자석 자기장이 차폐 금속 내로 흡수되고 EM 펌프 튜브의 액체 금속에서 영구 자계를 약화시킴으로써 영구 EM 펌프 자석의 영구 자 계선에 대한 부정적인 영향을 최소화하기 위한 디자인 및 투과성을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 차폐물은 EM 펌프 자석(5k4)과 같이 차폐하고자 하는 구성요소 주위에 구리와 같은 높은 전도성 금속을 포함하는 패러데이 케이지(5k1a)(도 38)를 포함한다. 패널과 같은 패러데이 케이지 부품(5ka1)은 구리 스크류와 같은 고전도성 스크류(5k1b)와 같은 패스너로 고정될 수 있다. 실시예에서, 패러데이 케이지(5k1a)는 영구 자석(5k4)의 정적 자기장에 영향을 미치지 않으므로, 케이지는 자석을 완전히 둘러쌀 수 있다. 패러데이 케이지는 냉각될 수 있다. EM 펌프 냉각 판(5k12) 및 EM 펌프 냉각제 라인(5k11)에 의해 냉각이 제공될 수 있다. 실시예에서, 냉각 판은 마이크로 채널을 포함하는 것과 같은 집광기 PV 셀을 냉각시키기 위해 사용된 디자인을 포함할 수 있다. 실시예에서, 각각의 자석은 개별 패러데이 케이지를 포함할 수 있다(도 39). 패러데이 케이지의 벽 두께는 유도 결합 히터의 RF 방출의 침투 깊이보다 더 클 수 있다. 실시예에서, 유도 가열 주파수의 침투 깊이는 0.3 mm 미만이고; 따라서, 차폐를 위해 케이지 벽은 0.3 mm보다 더 두꺼울 수 있으며, 벽 두께가 증가하면 차폐가 증가한다. 실시예에서, EM 펌프 자석(5k4)은 EM 펌프 튜브(5k6)를 가로 질러 플럭스를 지향시키기 위해 요크(5k5) 또는 사다리꼴 자석을 포함할 수 있고, 자석(5k4) 및 자석 냉각 시스템(5k1)은 저장소(5c) 외부의 일부 EM 펌프 튜브(5k6) 아래에 중심을 둔 것과 같은 위치에 위치될 수 있는 자기 회로를 더 포함할 수 있다. 자기 회로는 EM 펌프 바(5k2)의 위치에서 플럭스를 전류에 횡 방향으로 지향시키는 요크를 포함할 수 있다. 실시예에서, 자석(5k4)은 EM 펌프 튜브(5k6) 벽을 통해 x축을 따르는 고 자기장, z축을 따르는 전류 및 y축을 따르는 펌프 흐름을 집중시키는 피라미드 자석을 포함할 수 있다. 실시예에서, 5k2 및 5k3 중 적어도 하나와 같은 EM 펌프 버스 바는 Mo와 같은 고온에서 작동할 수있는 높은 전도성 전도체를 포함할 수 있다. 자기 회로는 EM 펌프 자석(5k4), 섹션들 사이에 자석, EM 펌프 튜브(5k6)를 위한 회로의 갭, 및 EM 펌프 튜브(5k6)를 통한 플럭스를 집중시키기 위해 갭에서 요크를 더 포함할 수 있는 고 투과성 재료를 포함하는 코어를 포함할 수 있다. 코어는 페라이트와 같은 상향 C-형상의 투과성 재료를 포함할 수 있으며, 간극은 C의 개구부이다. 다른 실시예에서, EM 펌프는 복수의 권선을 갖는 고정자와, 펌핑될 용융 금속을 함유하는 적어도 하나의 원통형 덕트를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 3쌍의 나선형 권선을 갖는 고정자는 회전 비틀림 자기장을 생성한다. 원통형 덕트의 용융 금속에 작용하는 회전 토크뿐만 아니라 축 방향 추력이 생성된다.
실시예에서, 유도 결합 히터 코일(5f)은 셀 구성요소 또는 셀 구성요소의 영역에서 대응하는 전류를 증가시킴으로써 원하는 영역에서 전자기장을 강화하기 위해 집중기를 더 포함할 수 있다. 예시적인 집광기는 고주파수의 페라이트 및 저주파수의 심 스틸(shim steel)을 포함할 수 있다. 집광기는 전지의 원하는 온도 프로파일을 달성하는 역할을 할 수 있다. 가열되기를 원하지만 유도 결합 히터의 RF 전력에 쉽게 결합되는 재료로 구성되지 않은 셀 구성요소를 포함하는 실시예에서, 구성요소는 탄소와 같은 RF 흡수 재료로 피복될 수 있다. 피복은 상이한 열팽창 계수를 수용하기 위해 분할 또는 팽창 갭을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예는 차등 열 팽창을 수용하도록 분할된 원통형 흑연 슬리브로 피복된 원통형 BN 저장소(5c)를 포함한다.
실시예에서, 수냉될 수 있는 유도 결합 히터 안테나 코일(5f)은 적어도, 2개의 저장소에 원주 방향 코일 및 흑체 방열기(5b4)의 적어도 일부분에 원주 방향인 코일 또는 코일의 일부분을 포함할 수 있다. 코일은 적어도 하나의 팬케이크 코일을 더 포함할 수 있다. 팬케이크 코일의 평면은 저장소 외부의 EM 펌프 튜브의 평면과 평행할 수 있다. 팬케이크 코일은 EM 펌프 튜브의 외부 부분의 적어도 하나의 측면을 따라 위치될 수 있다. 팬케이크 코일은 두 EM 펌프 튜브를 가열할 수 있다. 대안적으로, 안테나(5f)는 복수의 팬케이크 코일을 포함할 수 있으며, 팬케이크 코일은 각각의 EM 펌프 튜브를 개별적으로 또는 일반적으로 가열할 수 있다. 팬케이크 코일은 발전기의 수직축을 따라 수축될 수 있다. 팬케이크 코일은 저장소 코일과 함께 수납 가능할 수 있으며 저장소 코일의 일부분일 수 있다. 안테나는 복수의 개별 구성요소를 포함할 수 있다. 안테나는 각각 한 쌍의 팬케이크 코일을 포함하는 2개의 안테나를 포함할 수 있다. 2개의 팬케이크 코일은 각각 흑체 방열기의 일부 및 저장소 중 적어도 하나를 가열하기 위한 상부 코일을 포함할 수 있다. 상부 팬케이크 코일은 가열된 표면 주위에 장착될 수 있다. 예시적인 형상은 구형 또는 타원형 흑체 방열기의 바닥 주위의 C-형상 및 원통형 저장소 주위의 U-형상이다. 코일은 수평축 및 이어서 수직축과 같은 복수의 축을 따라 수축되어 시동 후에 저장될 수 있다. 작동기는 저장을 달성하기 위해 이들 축을 따라 각각의 안테나(5f)를 이동시킬 수 있다. 안테나의 연결 부분은 벨로우즈 튜빙과 같은 가요성 금속 튜빙과 같은 가요성 전도성 물 도관을 포함할 수 있다. 튜브는 구리를 포함할 수 있다.
실시예에서, 팬케이크 또는 다른 코일(5f)은 적어도 하나의 가요성 섹션을 포함할 수 있다. 가요성 섹션은 선택적으로 자속 집중 요크를 포함하는 적어도 하나의 자석을 수용하는 패러데이 케이지 상의 EM 펌프 자석(5k4), 요크(5k5) 또는 돌출부와 같은 셀 구성요소에 대해 코일이 수축될 수 있게 한다. 대안적으로, EM 펌프는 패러데이 케이지 외부에 있을 수 있는 미끄러질 수 있는 것과 같은 이동식 요크 및 팬케이크 코일의 후퇴를 용이하게 하기 위해 트랙 상에 있을 수 있는 가동 자석(5k4) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 점화 버스 바(5k2a)의 영역에서 EM 펌프 튜브(5k6)와 같은 가열된 구성요소의 섹션은 유도 결합 히터 안테나(5f)에 의해, 구성요소에 근접한 코일의 일부분을 포함하는 안테나 중 적어도 하나에 의해 그리고 스테인리스 스틸 또는 몰리브덴 위의 자성 스틸과 같이 RF 필드에 양호하게 결합되는 재료를 포함하는 구성요소에 의해 선택적으로 가열될 수 있다. 유사한 재료가 자성 금속에 대한 전이 부착과 함께 부착될 수 있다. 예시적인 부착물은 용접부 및 볼트와 너트 패스너이다. EM 펌프 점화 버스 바(5k2a)는 스테인리스 스틸 펌프 튜브(5k6)에 용접된 스테인리스 스틸 및 EM 펌프 점화 버스 바(5k2a)의 스테인리스 스틸 부분에 용접 또는 고정된 자성 스틸을 포함할 수 있다. 실시예에서, 점화 버스 바(5k2a)는 기저부 판(5b8)에 부착될 수 있다.
안테나 코일(5f)은 코일 루프가 가역적으로 확장 가능하고 수축 가능한 적어도 하나의 코일 루프를 포함할 수 있어서, 코일은 양호한 RF 전력 결합을 달성하도록 셀에 근접하게 접히고 나서 안테나의 수축 및 저장을 허용하도록 확장될 수 있다. 안테나 저장은 본 개시의 작동기로 달성될 수 있다. 코일의 각각의 루프는 절첩식 또는 벨로우즈식 섹션을 포함할 수 있다. 실시예에서, 안테나 코일(5f)의 적어도 하나의 루프는 가역적으로 확장 가능하고 수축 가능할 수 있다. 루프는 절첩식 또는 벨로우즈식 섹션을 포함할 수 있다. 수냉은 코일 루프의 가역적으로 팽창 및 수축 가능한 섹션 내부에 밀봉된 튜브로 달성될 수 있다. 튜브는 가역적으로 팽창 및 수축 가능한 섹션을 적어도 가교 연결하기 위해 전도성 코일 루프의 내부에 삽입될 수 있는 테플론 또는 다른 고온 수 튜브를 포함할 수 있다. 튜빙은 편조된 구리 와이어와 같은 편조 금속과 같은 가요성 전도체와 같은 전도체로 코팅될 수 있다. 예시적인 가요성 안테나 섹션은 와이어 편조된 테플론 튜빙 또는 수술용 튜빙과 같은 탄성 튜빙이다. 편조된 와이어는 편조된 구리를 포함할 수 있다. 대안적으로, 연장 가능한 섹션은 Mylar와 같은 금속화된 플라스틱을 포함할 수 있다. 안테나 코일(5f)은 적어도 하나의 루프를 확장 또는 수축시키기 위한 작동기를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 루프는 저장소와 같은 가열된 셀 구성요소에 대한 더욱 가까운 근접성을 달성되도록 수축될 수 있다. 근접성은 셀 구성요소에 대한 더 큰 RF 결합을 달성할 수 있다. 동일하거나 적어도 하나의 추가 작동기는 루프를 확장시켜 동일하거나 다른 작동기가 코일을 이동시켜 그것을 저장하도록 할 수 있다. 움직임은 수직일 수 있다. 저장실은 하부 챔버(5b5)에 있을 수 있다. 코일은 안테나 코일에 가해지는 물 및 진공 압력에 의해 팽창 및 수축될 수 있으며, 유도 결합 히터 전원 및 커패시터의 냉각 루프는 솔레노이드 밸브에 의해 바이패스될 수 있다. 스프레더 위로 스프링 장착 코일을 이동시키는 작동기의 하향 선형 운동은 코일을 확장시킬 수 있다.
도 71 내지 도 75에 도시된 실시예에서, 이중 용융 금속 주입 시스템의 2개의 저장소(5c) 중 적어도 하나 및 흑체 방열기(5b4)의 적어도 일부 주위의 원주 코일은 가역적으로 팽창 및 수축 가능하다. 코일은 (셀을 따라 수직으로)축 방향으로 연장되는 코일의 루프 당 2개의 위치에서 수직으로 분할될 수 있다. 리츠 와이어(Litz wire)와 같은 와이어와 같은 가요성 전기 커넥터는 스핏 루프 섹션을 납땜할 수 있다. 와이어는 구리 와이어와 같이 전도성이 높을 수 있다. 와이어는 W 또는 Mo와 같이 내화성일 수 있다. 와이어와 같은 각각의 브리지는 전도, 대류 및 복사와 같은 수단에 의해 외부에서 냉각될 수 있다. 브리지는 헬륨과 같은 높은 열 전달 능력을 갖는 것과 같은 가스로 냉각될 수 있다. 브리지 가스 냉각 시스템은 강제 대류 또는 전도 시스템을 포함할 수 있다. 브리지 냉각 시스템은 외부 냉각제 열 교환기와 같은 외부 열 교환기를 포함할 수 있다. 접힌 위치에 있을 때 와이어와 같은 브리지가 감길 수 있다. 브리지 코일은 가역적으로 연장 및 수축되는 스프링 와이어를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 안테나는 유도 결합 히터 안테나의 신축 가능한 코일 섹션을 전기적으로 점프하기 위해 내화 금속 스프링을 포함할 수 있다. 점퍼는 안테나 와이어 점퍼와 열 접촉하는 열 교환기와 같은 별도의 코일 링 시스템과 같은 다른 외부 시스템에 의해 헬륨 냉각 또는 냉각될 수 있다. 대안적으로, 점퍼는 능동적으로 냉각되지 않을 수 있다.
스플릿 타원형 나선형 코일의 실시예에서, 대향하는 스플릿 코일 루프 섹션들 사이의 연결은 접촉 연결을 포함한다(도 74 및 도 75). 접점은 코일 루프 단부 판을 포함할 수 있다. 대향 코일 루프 섹션의 단부 상의 접점은 수형 커넥터(5f4) 및 암형 커넥터(5f5) 또는 당업자에게 공지된 다른 전기 접점 커넥터를 포함할 수 있다. 접점은 스플릿 코일 섹션을 접점 내외로 수평으로 병진 운동하는 작동기(5f1)에 의해 결합 및 해제될 수 있다. 각각의 수형 플러그 커넥터(5f4)는 2개의 안테나 하프가 함께 미끄러질 때 암형 커넥터(5f5)와 더 쉽게 정렬되도록 둥글거나 뾰족한 단부를 포함할 수 있다. 연결된 2개의 하프 안테나 섹션은 타원형 나선을 형성할 수 있다. 안테나는 폐쇄형(함께 연결됨) 구성일 때 수직 평면 팬케이크 코일이 부착된 타원형 나선으로 작동할 수 있다. 다른 실시예에서, 안테나는 스플릿 타원형 코일을 포함하고, 2개의 섹션 각각은 선택적으로 쌍을 정합시키기 위한 전기 커넥터를 포함할 수 있는 한 쌍의 팬케이크 코일의 부착 부재를 포함한다. 안테나는 안테나가 폐쇄(함께 연결됨) 구성일 때 2개의 연결되거나 연결되지 않은 섹션을 포함하는 수직 평면 팬케이크 코일을 타원형 나선으로서 작동시킬 수 있다. 폐쇄형 안테나가 2 피스 팬케이크 코일의 2개의 비연결 부재를 포함하는 경우, 각각의 부재는 별도의 수냉식 커넥터 시스템을 포함할 수 있다. 실시예에서, 패러데이 케이지(5k1a)를 더 포함할 수 있는 적어도 하나의 EM 펌프 자석(5k4)은 작동기에 의한 스플릿 안테나의 결합 및 분리를 수용하도록 가역적으로 이동 가능할 수 있다. 자석의 후퇴는 팬케이크 코일이 이동 중에 작동기에 의해 통과하게 할 수 있다. 팬케이크 코일이 작동 위치로 이동한 후 자석은 EM 펌프 튜브(5k6)에 근접한 것과 같은 작동 위치로 이동될 수 있다.
분할 코일의 각각의 하프의 코일 루프는 수직으로 인접한 코일 루프 단부 사이에서 흐르는 물 도관(5f2)을 포함할 수 있다. 도관은 코일의 면 또는 에지에 나사 결합되도록 반대 방향으로 나사가 형성될 수 있다. 안테나의 루프는 안테나 스페이서 및 지지대(5f3)에 의해 분리 및 지지될 수 있다. 실시예에서, 물 도관(5f2) 및 코일 루프 섹션은 물과 같은 냉각제를 위한 연속적인 유동 경로를 제공한다. 냉각제 도관은 전기적으로 분리되거나 고온 중합체, 세라믹 또는 유리와 같은 전기 절연체를 포함할 수 있다. 냉각제 도관은 코일 루프에서 전기적으로 격리된 전도체를 포함할 수 있다. 냉각수 도관은 열 차폐될 수 있다. 예시적인 테플론 또는 델린(Delrin) 아세탈 물 도관은 각각의 하프 코일의 연속 루프 섹션의 단부를 각각의 하프 코일을 독립적으로 물 냉각시키도록 연결된다. 도관은 압출, 사출 성형, 스탬핑, 밀링, 기계 가공 및 3D 레이저 인쇄에 의해 제조될 수 있다. 도관은 안테나 코일 루프에 용접될 수 있는 냉각제 튜브에 연결될 수 있다. 테프론 파이프와 같은 수도관은 구조적 지지대 역할을 할 수도 있다. 실시예에서, 수냉식 도관 채널은 각각의 루프 섹션 내에서 양방향일 수 있다. 실시예에서, 안테나는 테플론 물 도관(5f2) 및 구조적 지지부 또는 스페이서(5f3)와 같은 분리 냉각제 도관을 포함할 수 있다. 구조적 지지대는 열 충격에 추가로 저항할 수 있는 질화 붕소 또는 질화규소와 같은 내화성 절연체 스페이서를 포함할 수 있다. 실시예에서, 각각의 하프 코일은 안테나 RF 전원(90a)의 커패시터 박스에 연결된다. 전원 연결부는 냉각되어 냉각수 라인 역할을 할 수 있다. 각각의 하프 코일은 대응하는 하프 안테나 및 냉각기와 같은 열 교환기를 통해 폐쇄된 냉각제 루프를 형성하기 위한 도관으로서 역할을 하는 다른 냉각제 라인 또는 연결 냉각제 라인을 더 포함할 수 있다. 각각의 연결 냉각제 라인은 단지 냉각을 위한 것일 수 있으며, 각각은 전기 절연체를 포함하거나 안테나로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 저장소(5c)를 둘러싸고 가열하는 2개의 코일 및 EM 펌프 튜브(5k6)를 가열하는 적어도 하나의 팬케이크 코일과 같은 복수의 안테나를 포함한다. 각각의 코일은 자체 커패시터 박스 및 전원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전원은 전력 분배기를 포함할 수 있다. 안테나는 2개의 상부 C 코일 및 광학 고온계와 같은 적외선 센서 및 전력 제어기와 같은 온도 센서를 각각 포함하는 별도의 전원 및 별도의 제어기를 포함할 수 있는 적어도 하나의 팬케이크 코일을 포함할 수 있다. 코일은 작동되지 않을 때 적어도 하나의 작동기에 의해 수축될 수 있다. 실시예에서, 팬케이크 코일 또는 코일들과 같은 적어도 하나의 코일은 사용되지 않을 때 냉각수를 배출할 수 있고 작동 위치(후퇴되지 않은)에 유지될 수 있다. 코일은 펌프, 냉각제 저장 기 또는 공급기, 및 작동 및 저장 모드 동안 각각 냉각제를 가역적으로 추가하고 배출하기 위한 제어기를 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 저장소(5c)를 둘러싸고 가열하는 2개의 코일과 EM 펌프 튜브(5k6)를 가열하는 적어도 하나의 팬케이크 코일과 같은 복수의 안테나를 포함하며, 각각의 안테나의 도핑 주파수는 독립적으로 조정되어 안테나들 사이의 커플링을 방지한다. 안테나 중 적어도 하나는 수납 가능할 수 있다. SunCell®은 수축을 달성하기 위해 적어도 하나의 작동기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 안테나는 정지될 수 있다. 고정 안테나는 SunCell® 발전 작업 중에 과도한 열을 제거하기 위한 열 교환기 역할을 한다. 열 교환기 안테나는 몰리브덴 또는 본 개시의 다른 것과 같은 내화성 금속과 같은 높은 융점을 갖는 전도체를 포함할 수 있다. 안테나는 물 또는 다른 냉각제, 예컨대 용융 금속, 용융염, 또는 본 개시의 다른 것 또는 당업계에 공지된 다른 냉각제를 포함할 수 있다. 고정식 안테나의 냉각제는 SunCell® 시동 후에 배출될 수 있다. 대안적으로, 발전하도록 작동할 때 SunCell®에서 열을 제거하도록 냉각제가 사용될 수 있다. 고정 안테나는 시동 중에 적어도 하나의 SunCell® 구성요소를 가열하고 발전 중에 적어도 하나의 구성요소를 냉각시키는데 사용될 수 있다. SunCell® 구성요소는 EM 펌프(5ka), 저장소(5c) 및 반응 셀 챔버(5b31), 및 MHD 노즐 섹션(307), MHD 발전기 섹션(308), MHD 응축 섹션(309), 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311), 복귀 EM 펌프(312) 및 복귀 EM 펌프 튜브(313) 중 적어도 하나와 같은 MHD 변환기의 구성요소 중 적어도 하나와 같은 셀의 구성요소의 그룹 중 적어도 하나일 수 있다.
실시예에서, 안테나(5f)는 저장소로 가열 전력을 전달할 수 있는 RF 결합 재료를 포함할 수 있다. RF 커플링 재료는 탄소를 포함할 수 있다. 탄소는 안테나 및 저장소에 대한 공간 충전 및 형성되도록 안테나에 맞는 블록을 포함할 수 있다. RF 커플링 재료는 셀 시동 후에 안테나의 저장을 허용하도록 변형될 수 있다. 탄소 블록은 변형될 수 있다. 카본 블록은 절첩될 수 있다. 절첩식 카본 블록은 스프링에 장착되어 저장소에 우수한 RF 결합 및 열 접촉을 제공할 수 있다. 안테나가 저장될 수 있도록 탄소 블록은 수축될 수 있다. 흑연 블록은 공압, 유압, 전자, 기계 시스템 또는 본 개시의 다른 작동기와 같은 작동기 시스템에 의해 연장 및 수축될 수 있다. 유압 시스템은 냉각제 펌프에 의해 제공된 안테나 냉각제로부터 압력을 가할 수 있으며, 유도 결합 히터 냉각 루프는 솔레노이드 밸브를 사용하여 바이패스될 수 있다. 공압 시스템은 진공 펌프에 의해 제공되는 진공 또는 압력을 가할 수 있다. 기계식 작동기는 랙과 피니언 또는 볼 스크류 작동기 또는 본 개시의 다른 것을 포함할 수 있다.
각각의 자석은 별도의 패러데이 케이지에 수용될 수 있다(도 39). 다른 실시예에서, 팬케이크 코일은 후퇴를 허용하기 위해 각각의 EM 자석 아래에 섹션을 갖도록 형상화될 수 있다. EM 펌프 튜브에 의해 한정된 평면의 한 측면 상의 후퇴 가능한 팬케이크 코일은 역 이중-백 또는 루프-백 C 형상 코일 및 이중-백 W 형상 코일 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 여기서 코일은 이들 위치에서 각각의 자석 아래로 통과한다. 팬케이크 코일과 같은 코일(5f)은 가열 효율을 높이기 위해 EM 펌프 튜브와 같은 가열된 부분에 대해 원주 방향일 수 있다. 도 74 및 도 75에 도시된 이중-백 W 형상 코일과 같은 코일은 자석에 대한 RF 전력의 인가가 감소되는 동안 입구 및 출구 측과 같은 각각의 EM 펌프 튜브의 적어도 일부분을 선택적으로 가열 할 수 있다. 이중-백 W 형상 코일로부터 EM 펌프 튜브로의 우수한 RF 전력 전달을 달성하기 위해, EM 펌프 튜브는 저장소 사이의 중간에서 충분히 분리되어 안테나의 각각의 레그가 안테나의 역 V 형상 섹션에서 대응 펌프 튜브의 외부로 연장하게 할 수 있다. EM 펌프 튜브 및 안테나 중 적어도 하나는 안테나 코일 내부의 펌프 튜브의 밀착성을 달성하기 위해 코일 튜브 벤딩 시스템 및 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 이중 코일의 권선은 안테나 코일을 따른 경로가 외부-내부-외부-내부 대 외부-외부-내부-내부에 있도록 중간에서 교차한다.
원주 및 팬케이크 코일 중 적어도 하나와 같은 코일(5f)은 전기적으로 절연될 수 있다. 안테나의 튜빙은 셀 부품에 가열 전력을 양호하게 결합시키기 위해 더 넓은 표면적을 커버하기 위해 넓은 평평한 튜빙을 포함할 수 있다. 질화 붕소 저장소와 같은 RF 전력을 효과적으로 흡수하지 않는 구성요소는 RF 결합 또는 흡수가 더 우수한 탄소와 같은 재료를 포함할 수 있는 RF 흡수재로 덮일 수 있다. BN 저장소와 같은 저장소의 간접 RF 가열을 위한 탄소는 W 클램프, 밴드 또는 와이어와 같은 패스너로 고정될 수 있는 2개의 원주 클램쉘과 같은 섹션으로서 부착될 수 있다. 실시예에서, 클램쉘은 전기적 단락을 피하기 위해 셀의 전기적으로 편광된 부분들 사이의 전기 접촉을 방지하도록 설계된다. 탄화철을 형성하는 반응성을 피하기 위해, 카본 클램쉘은 철을 포함하는 부분과 접촉하지 않아야 하며; 클램쉘은 클램쉘이 철 또는 철을 포함하는 너트와 같은 부품과 접촉하는 경우 탄소 이외의 재료를 포함할 수 있다. 다른 그러한 화학적 비호환성도 피해야 한다. 실시예에서, RF 흡수제 커버링은 유도 결합 히터로부터 RF 전력을 흡수하고 절연재로서 작용하는 탄소 직물, 벌집체 또는 발포체와 같은 재료를 포함할 수 있다. 안테나 전기 절연체는 Fibrex, Kapton 테이프, 에폭시, 세라믹, 석영, 유리 및 시멘트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시동 후 적어도 하나의 코일이 수축되어 저장될 수 있다. 저장소는 흑체 방열기를 수용하는 챔버 내부의 제 2 격실에 있을 수 있다. 저장소 외부의 EM 펌프 튜브의 단부, 측면 또는 바닥 부분을 따라 헤어핀 또는 팬케이크 코일과 같은 기타 특수 형상 코일이 본 개시의 범주 내에 있다. 임의의 코일은 집광기를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 발전기는 복수의 코일 작동기를 포함하며, 여기서 셀을 가열하기 위한 안테나는 복수의 축을 따라 수축될 수 있는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 코일은 수평으로 수축된 후에 수직으로 수축될 수 있다. 실시예에서, 발전기는 적어도 하나의 EM 펌프 튜브 히터 코일 및 적어도 하나의 코일 작동기 및 적어도 하나의 EM 펌프 자석 작동기를 포함할 수 있다. 히터 코일 또는 코일들은 EM 펌프 자석이 수축된 상태에서 저장소 외부의 EM 펌프 튜브 섹션을 가열할 수 있고, 코일 또는 코일은 코일 작동기 또는 작동기들에 의해 수축될 수 있으며, EM 펌프 자석 작동기 또는 작동기들은 EM 펌프 튜브가 은과 같은 내부 용융 금속의 융점 아래로 냉각되기 전에 펌핑을 지원하기 위해서 EM 펌프 자석을 이동시킬 수 있다. 코일 후퇴의 움직임 및 자석 위치는 조정될 수 있다. 조정은 기계적 연결 또는 컴퓨터 및 센서를 포함하는 것과 같은 제어기에 의해 달성될 수 있다.
실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)는 EM 펌프 자석(5k4)을 다음 중 적어도 하나에 의해 냉각시키면서 선택적으로 가열될 수 있다: (i) EM 펌프 자석에 입사되는 RF 전력을 감소시키기 위해 RF 차폐물 및 자기 차폐물 또는 패러데이 케이지 중 적어도 하나를 사용하는 것, (ii) EM 펌프 튜브에서 전자기장을 선택적으로 강화하고 결과적으로 EM 펌프 튜브에서 RF 전류 및 가열을 증가시키도록 집광기를 사용하는 것으로서, 여기서 집광기의 자기장은 EM 펌프와의 간섭을 피하는 방향, 예컨대 EM 펌프 전류 방향 또는 EM 펌프 튜브 방향을 따를 수 있는 것, iii) EM 펌프 튜브(5k6)를 선택적으로 가열하는 RF 코일(5f)을 사용하는 것, (iv) 열 전달 블록(5k7), 더 큰 횡단면을 갖는 EM 펌프 튜브, 또는 가열된 상부 셀 구성요소로부터 덜 가열된 EM 펌프 튜브로 열을 전달하는 히트 파이프와 같은 열 전달 수단을 사용하는 것, 및 (v) 전자기 펌프 열 교환기(5k1)와 같은 냉각기에 의해 자석 냉각을 증가시키는 것. 저장소 기저부 판은 유도 결합 히터로부터의 RF 흡수에 저항하는 세라믹과 같은 재료를 포함할 수 있어서, 해당 영역에 가열이 적용된 EM 펌프 튜브에 의해 더 많은 전력이 선택적으로 흡수될 수 있다.
히터 코일 및 커패시터 박스는 시동 중에 가열 위치로 이동하여 사용하지 않을 때 저장실로 수축될 수 있는 작동기에 장착될 수 있다. 저장실은 외부 압력 용기 챔버(5b3a1)에 전력 조절기를 포함할 수 있는 섹션을 포함할 수 있다. 코일은 또한 전력 조절기를 냉각시킬 수 있는 저장실을 수냉시키는 역할을 할 수 있다. 히터를 이동시키는 수단은 히터 저장실에 장착될 수 있는 모터 구동 볼 스크류 또는 랙과 피니언 기구와 같은 본 개시 중 하나를 포함할 수 있다. 히터 저장실은 전력 조절 장비실을 포함할 수 있다.
실시예에서, 작동기는 외부 압력 용기(5b3b)의 기저부에 있는 것과 같은 오목한 챔버에 장착되는 서보 모터와 같은 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 서보 모터 또는 기어 모터는 스크류, 피스톤, 또는 랙과 피니언과 같은 기계적 운동 장치를 구동할 수 있다. 유도 결합 히터를 위한 코일(5f) 및 커패시터 중 적어도 하나는 이동 장치에 의해 이동될 수 있으며, 이동은 이동 구성요소가 부착된 안내 마운트를 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 실시예에서, 작동기는 외부 압력 용기(5b3a)의 외부에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 작동기는 외부 압력 용기(5b3b)의 기저부의 외부에 적어도 부분적으로 위치될 수 있다. 리프팅 메커니즘은 공압, 유압, 전자기, 기계 또는 서보 모터 구동 메커니즘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 코일은 스크류, 랙과 피니언 및 피스톤과 같은 당업자에게 공지된 기계적 장치로 이동될 수 있다. 작동기는 벨로우즈 내에 밀봉될 수 있는 피스톤 관통부를 갖는 적어도 하나의 리프트 피스톤을 포함할 수 있으며, 피스톤을 수직으로 이동시키는 메커니즘은 외부 압력 용기(5b3b)의 기저부 외부와 같은 압력 용기(5b3a)의 외부에 있을 수 있다. 이러한 유형의 예시적인 작동기는 예시적인 셔터 블레이드 벨로우즈를 포함하는 Veeco 시스템과 같은 MBE/MOCVD 시스템의 작동기를 포함한다. 실시예에서, 작동기는 외부 자기장이 외부 압력 용기(5b3a) 내부에서 기계적 운동을 야기할 수 있는 자기 결합 메커니즘을 포함할 수 있다. 자기 결합 메커니즘은 외부 모터, 외부 영구 자석 또는 전자석, 내부 영구 자석 또는 전자석 및 기계적 운동 장치를 포함할 수 있다. 외부 모터로 인해 외부 자석이 회전할 수 있다. 회전하는 외부 자석은 내부 자석에 결합되어 자석을 회전시킬 수 있다. 내부 자석은 랙과 피니언 또는 스크류와 같은 기계적 이동 장치에 연결될 수 있으며, 이러한 회전으로 인해 장치는 코일(5f) 및 커패시터 중 적어도 하나를 이동시킨다. 작동기는 회전 자기장의 전자 외부 소스 및 내부 자기 커플러를 포함할 수 있다. 실시예에서, 내부 자석에 결합되는 외부 회전 자기장은 전자적으로 달성될 수 있다. 회전 외부 장은 고정자에 의해 생성될 수 있으며, 커플링은 전기 모터의 것과 같은 내부 회전자에 연결될 수 있다. 고정자는 전자 정류 유형일 수 있다. 다른 실시예에서, 기어 톱니 또는 활주 부품과 같이 서로 기계적으로 이동하는 작동기 부품은 MoS2 또는 흑연과 같은 고온 윤활제로 윤활될 수 있다.
도 18 내지 도 72에 도시된 바와 같은 실시예에서, 서보 모터 또는 기어 모터와 같은 모터(93)는 베어링(94a)을 갖는 볼 스크류(94), 피스톤, 랙과 피니언 또는 풀리에 매달린 밀착 케이블과 같은 기계적 운동 장치를 구동할 수 있다. 안테나 및 유도 결합 히터 작동기 박스 중 적어도 하나는 전기 모터에 의해 회전되는 구동 풀리에 의해 이동되는 케이블에 부착될 수 있다. 모터(93)와 볼 스크류 메커니즘(94)과 같은 기계적 운동 장치 사이의 구동 연결은 기어 박스(92)를 포함할 수 있다. 기어 모터와 같은 모터 및 랙과 피니언 또는 볼 및 스크류(94)와 같은 기계적 이동 장치 및 가이드 레일(92a)은 외부 압력의 기저부 판 외부와 같은 외부 압력 용기(5b3a)의 내부 또는 외부에 있을 수 있고 고온 및 고압 중 적어도 하나를 가능하게 할 수 있는 선형 베어링(95) 및 베어링 샤프트를 더 포함할 수 있다. 선형 베어링(95)은 Glyon과 같은 활주 재료를 포함할 수 있다. 베어링 샤프트는 예컨대, 외부 압력 용기 (5b3b)의 기저부 판을 통해 관통하고 히터 코일(5f) 및 히터 코일 커패시터 박스 중 적어도 하나에 부착되는 외부 압력 용기 챔버(5b3a1)를 관통하여 샤프트가 기계적 이동 장치에 의해 상하 방향으로 수직으로 구동될 때 그들의 수직 이동을 야기할 수 있다. 선형 베어링은 외부 압력 용기(5b3b)의 기저부에 있는 것과 같은 오목한 챔버에 장착될 수 있다. 베어링 샤프트는 구멍을 통해 외부 압력 용기(5b3b)의 기저부 판을 관통할 수 있다. 유도 결합 히터에 대한 코일(5f) 및 커패시터(90a) 중 적어도 하나는 이동 장치에 의해 이동될 수 있으며, 이동은 이동된 구성요소가 부착된 안내 마운트를 이동시킴으로써 달성될 수 있다.
실시예에서, 하부 반구(5b41), 상부 반구(5b42), 저장소(5c) 및 커넥터와 같은 셀 구성요소는 은 증기압에 대응하는 3000K와 같은 흑체 방열기의 작동 온도에서의 압력으로 가압 될 수 있다. 흑체 방열기는 고압을 유지하기 위해 탄소 섬유의 메쉬 병(mesh bottle)으로 덮일 수 있다. 외부 압력 용기 챔버(5b3a1)는 반응 셀 챔버(5b31) 내의 압력을 균형 잡기 위해 가압되지 않을 수 있다. 외부 압력 용기는 대기압 또는 대기압 미만일 수 있다. 외부 압력 용기 챔버(5b3a1)는 챔버 벽으로의 열 전달을 피하기 위해 진공 상태로 유지될 수 있다. 작동기는 컴퓨터와 같은 제어기에 의해 서보 또는 스테퍼 모터 제어기와 같은 외부 모터에 의해 구동되는 회전 또는 구동 샤프트의 관통을 위해 외부 용기(5b3a)의 기저부 판(5b3b)에 밀봉된 베어링을 포함할 수 있다. 구동 시스템은 증가된 토크, 엔코더 및 제어기를 위한 스테퍼 모터, 타이밍 벨트, 조임 풀리, 구동 풀리 또는 기어 박스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구동 샤프트는 웜 기어, 베벨 기어, 랙과 피니언, 볼 스크류와 너트, 사판, 또는 히터 코일 (5f)을 이동시키는 기타 기계적 수단과 같은 기어를 회전시킬 수 있다. 구동축 관통을 위한 베어링은 진공, 대기 및 고압 중 적어도 하나에 대해 밀봉될 수 있다. 베어링은 고온에서 작동할 수 있다. 실시예에서, 베어링은 낮은 작동 온도 환경에서 베어링을 위치시키기 위해 칼라 또는 튜브 및 플랜지 피팅에 의해 기저부 판(5b3b)로부터 오프셋될 수 있다.
액상과 평형을 이루는 임의의 기체의 증기압이 접촉하고 평형 상태인 최저 액체의 증기압이라는 점은 주지된 현상이다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31) 분위기와 접촉하는 표면에서 저장소(5c) 내의 용융 금속 액체의 온도는 반응 셀 챔버(5b31) 내의 금속 증기압이 흑체 방열기의 온도에서 은 증기압보다 훨씬 더 낮도록 반응 셀 챔버(5b31) 온도보다 훨씬 더 낮다. 예시적인 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31) 분위기와 접촉하는 그의 표면에서의 은 액체의 온도는 반응 셀 챔버(5b31) 내의 은 증기압이 1 기압보다 약간 높게 되도록 약 2200 ℃ 내지 2800 ℃의 범위에 있으며 그 이상의 압력은 기체-액체 계면에서 액체로 응축될 것이다. 실시예에서, 셀은 반응 셀 챔버(5b31)와 저장소(5c)의 내부 사이에 고온 구배를 설정하는 수단을 포함한다. 고온 구배는 용융 금속 액체-증기 계면이 저장소(5c)의 융점보다 충분히 낮은 온도에 있도록 보장할 수 있다. 온도는 또한 원하는 금속 증기압을 제공할 수 있다. 온도 구배 수단은 열 차폐물, 배플, 절연재 및 저장소 직경의 좁아짐 및 반응 셀 챔버(5b31)와 저장소(5c) 사이의 개구의 좁아짐 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 옵션은 저장소 벽 두께를 좁히고 저장소 벽 면적을 증가시키고 저장소 방열기와 같은 열 교환기와 열 제거기로 저장소 냉각을 유지하여 저장소로부터 열 전달을 증가시키는 것 중 적어도 하나이다.
반응 셀 챔버(5b31)의 전력이 주로 방사선에 의해 전달되고 은과 같은 용융 금속이 용융 금속 및 그의 증기에 대해 매우 낮은 방사율을 가지는 반응 셀 챔버(5b31)로부터 저장소(5c) 액체 금속 계면으로의 열 구배를 증가시키기 위한 실시예에서, 본질적으로 반응 셀 챔버(5b31)로부터의 모든 전력은 액체 은 계면에서 반사된다. 실시예에서, 저장소는 반응 셀 챔버(5b31) 내로의 전력의 반사를 이용하도록 설계된다. 저장소는 증가된 반사, 감소된 전도 및 감소된 대류 그룹의 메커니즘 중 적어도 하나에 의해 저장소(5c)에서 온도 구배를 생성하기 위해 반사기 및 배플 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 은과 같은 용융 금속은 액체 금속의 상부에 부유하고 전력 회수를 증가시키기 위해 계면에서 방사율을 변화시킬 수 있는 덜 조밀한 재료를 포함하는 첨가제를 포함한다. 첨가제는 또한 금속 증기의 응축 속도를 증가시키고 금속 증기의 기화 속도를 감소시키는 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있다.
실시예에서, 전력은 적어도 하나의 유도 결합 히터, 적어도 하나의 전자기 펌프, 점화 시스템 및 적어도 하나의 진공 펌프 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 보조 시스템에 전력을 공급하는 보조 시스템 전원으로 피드-스루에 의해 외부 압력 용기 챔버(5b3a1)에 공급될 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 보조 시스템을 작동시키는 전력은 PV 변환기(26a)의 출력에 의해 제공된다. 보조 시스템 전원은 외부 압력 용기 챔버(5b3a1) 내부의 PV 변환기(26a)로부터 출력되는 전력을 수신하고 적어도 하나의 보조 시스템에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전원 조절기를 포함할 수 있다. 보조 시스템 전원은 유도 결합 히터, 적어도 하나의 전자기 펌프, 및 점화 시스템과 같은 기생 발전기 부하에 전력을 제공하기에 충분한 인버터를 포함할 수 있다. 점화 시스템은 인버터로부터 직접적으로 또는 전력 조건에 따라서 간접적으로 AC 전력에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 점화 시스템은 PV 변환기(26a)에 의해 공급될 수 있는 DC 전력에 의해 전력을 공급받을 수 있다. PV 변환기는 약 1V 내지 100V 범위의 전압 및 약 10A 내지 100,000A 범위의 전류와 같은 원하는 전압 및 전류를 출력할 수 있는 커패시터 뱅크를 충전할 수 있다. 피드-스루를 통해 PV의 주 전원이 DC 전원으로 출력될 수 있다. 기생 부하의 대응하는 외부 피드-스루는 PV 변환기로부터 내부적으로 조절된 전력을 포함하는 내부 전력원으로 대체될 수 있다. 실시예에서, 외부 압력 용기 챔버(5b3a1)는 적어도 하나의 전력 조절기를 수용하는 전력 조절 장비 챔버를 포함할 수 있다. 전력 조절 장비 챔버는 열 차폐, 절연 및 냉각 중 적어도 하나일 수 있다. 외부 압력 용기(5b3a)는 ±100% 내의 대기압과 같은 대략 대기압에서 작동될 수 있는 하우징을 포함할 수 있다. 외부 압력 용기(5b3a)는 직사각형과 같은 임의의 원하는 형상일 수 있다.
발전기는 히터 시스템을 포함할 수 있다. 히터 시스템은 이동 가능한 히터, 작동기, 열전쌍과 같은 온도 센서, 및 상부 반구, 하부 반구, 저장소 및 EM 펌프 구성요소의 온도와 같은 셀 구성요소의 온도와 같은 센서 입력을 수신하는 제어기를 포함할 수 있다. 열전쌍는 EM 펌프 튜브 내부의 온도 및 저장소 내부의 온도 중 적어도 하나와 같은 셀 내부의 온도에 대한 접근을 제공하는 열전쌍 웰 내에 하나를 포함할 수 있다. 열전쌍은 EM 펌프 튜브의 벽을 통해 EM 펌프 튜브 및 저장소 중 적어도 하나로 침투할 수 있다. 열전쌍은 EM 펌프 튜브의 커넥터 온도 및 EM 펌프 튜브 내부에서 측정될 수 있는 Swagelok 온도와 같은 저장소의 온도를 측정할 수 있다. Swagelok 온도는 결합 수단 또는 열 페이스트와 같은 열 전도체와 같은 수단에 의해 Swagelok 표면에 열 접촉이 양호한 외부 열전쌍을 사용하여 측정할 수 있다. 열전쌍은 EM 펌프 조립체(5kk)에서 용접된 것과 같은 써모 웰에 장착될 수 있다. 제어기는 히터 코일을 이동시키기 위해 작동기를 구동하고 셀 전력의 온도를 원하는 범위로 제어하기 위해 히터 전력을 제어할 수 있다. 상기 범위는 각각 용융 금속의 융점 초과 및 셀 구성요소의 융점 또는 파괴 지점 미만일 수 있다. 열전쌍은 셀렌화 납, 탄탈륨 및 당업계에 공지된 다른 것들로 구성된 것과 같이 고온 작동이 가능할 수 있다. 열전쌍은 유도 결합 히터와 같은 외부 전원에 대한 간섭을 방지하기 위해 전기적으로 격리되거나 바이어스될 수 있다. 전기 절연은 세라믹 외피와 같은 전기 절연 고온 가능한 외피로 달성될 수 있다. 열전쌍은 적외선 온도 센서로 대체될 수 있다. 광학 센서는 광섬유 온도 센서를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광섬유 케이블은 흑체 방열기(5b4)에 의해 방출된 광을 흑체 방열기(54b)의 온도를 측정하기 위해 광학 열 센서로 전달할 수 있다. 스캔될 수 있는 예시적인 광학 온도 센서는 Omega iR2P이다. 광학 센서는 공간적으로 스캔되어 발전기 상의 복수의 위치에 대한 온도를 측정할 수 있다. 공간 스캐닝은 전자기 작동기 또는 본 개시 또는 당업자에게 공지된 다른 작동기와 같은 작동기에 의해 달성될 수 있다.
하부 반구 및 상부 반구 온도 중 적어도 하나를 측정하는 열전쌍은 신축될 수 있다. 측정된 온도가 작동 상한에 도달하면 반응이 발생할 수 있다. 견인기는 당업자에게 공지된 기계적, 공압, 유압, 압전, 전자기, 서보 모터 구동 또는 다른 견인기를 포함할 수 있다. 견인기는 냉각되는 PV 변환기 내에 또는 그보다 더 말단에 있을 수 있다. 열전쌍의 작동 온도 위의 하부 반구 및 상부 반구 중 적어도 하나의 온도는 고온계 또는 분광계와 같은 광학 센서 중 적어도 하나 및 PV 변환기 응답에 의해 측정될 수 있다.
셀 시동 후 코일이 낮아질 수 있다. 기저부 판(5b3b)는 코일(5f) 및 작동기 상에 장착된 대응하는 커패시터 뱅크 중 적어도 하나를 위한 리세스 하우징을 가질 수 있다. 코일은 수냉식 무선 주파수(RF) 안테나를 포함할 수 있다. 코일은 냉각수 냉각을 제공하기 위한 열 교환기로서 추가로 작용할 수 있다. 코일은 반응 셀 챔버(5b31)에서의 하이드리노 반응으로부터의 가열로 인해 작동 온도가 너무 높아지면 저장소(5c)를 따라 EM 펌프로 열이 전달될 때 전자기 펌프를 수냉시키는 역할을 한다. EM 펌프 및 저장소와 같은 셀 구성요소는 가열 전력이 낮아지거나 종료되는 구성요소의 원하는 온도를 유지하기 위해 절연될 수 있으며, 안테나는 또한 비절연 구성요소에 냉각을 제공할 수 있다. 예시적인 바람직한 온도는 EM 펌프에 의해 주입된 용융 금속의 융점보다 높다.
실시예에서, 유도 결합 히터는 EM 펌프 영역으로 연장되어 EM 펌프 튜브를 가열하여 시동시와 같이 필요할 때 용융 금속을 유지한다. 자석은 유도 결합 히터로부터의 가열 전력의 상당 부분을 반사시키기 위해 전자기 방사선 차폐물을 포함할 수 있다. 차폐물은 알루미늄 또는 구리를 포함하는 것과 같이 고 전기 전도성인 커버링을 포함할 수 있다. EM 펌프 자석은 코일(5f)이 자석의 레벨에 있도록 RF 반사기로 차폐될 수 있다. EM 펌프 자석의 가열을 피하는 것은 노치가 자석 위치에 있는 노치 코일 디자인을 사용함으로써 적어도 부분적으로 달성될 수 있다. EM 펌프 및 저장소 커넥터 나사 고장의 원인이 되는 급격한 변화를 피하기 위해 EM 펌프 전력이 감소함에 따라 유도 결합 히터 전력이 증가할 수 있으며 그 반대도 마찬가지이다. EM 자석(5k4)은 내부 냉각을 위한 도관을 포함할 수 있다. 내부 냉각 시스템은 2개의 동심 물 라인을 포함할 수 있다. 물 라인은 자석의 EM 펌프 튜브 단부로 물을 전달하는 내부 캐뉼라 및 외부 복귀 물 라인을 포함할 수 있다. 물 라인은 기저부(5b3b)를 통해 외부 압력 용기(5b3a)의 수직 출구를 허용하기 위해 벤드 또는 엘보우를 포함할 수 있다. 각각의 자석의 2개의 동심 내부 물 라인은 자석의 중심 종축 상에 있을 수 있다. 물 라인은 자석의 채널로 가압될 수 있다. 내부 냉각 시스템은 냉각 라인과 자석 사이의 열 접촉을 증가시키기 위해 열 전달 페이스트를 더 포함할 수 있다. 내부 수냉 라인은 자석 냉각 시스템의 크기를 감소시켜 히터 코일(5f)이 EM 펌프의 영역에서 수직으로 이동할 수 있게 한다. 자석은 펌프 튜브를 가로질러 축 방향 자기장을 제공하면서도 소형 디자인을 제공하기 위해 비선형 형상을 포함할 수 있다. 이러한 디자인은 코일(5f)을 자석 위로 통과시키는 것을 허용할 수 있다. 자석은 냉각 라인이 원하는 방향으로 향하여 소형 디자인을 제공할 수 있도록 L 방향을 갖는 L 형상을 포함할 수 있다. 물 라인은 외부 압력 용기(5b3b)의 기저부를 향해 아래로 또는 2개의 저장소 사이의 중심을 향해서 수평으로 향할 수 있다. 두 저장소의 네 개의 EM 펌프 자석의 축을 따르는 후자의 경우 시계 방향의 원형 경로를 고려한다. 자극은 S-N-S-N//S-N-S-N으로 지향될 수 있고 여기서 // 는 두 세트의 EM 펌프 자석을 나타내고, 하나의 EM 펌프의 다른 방향에 대한 전류 방향이 반대로 될 수 있다. 다른 소형 자석 냉각 디자인은 자석 장착 냉각제 재킷 및 코일과 같은 본 개시의 범위 내에 있다.
EM 펌프는 EM 결합된 히터 코일(5f)에 의해 자석이 가열되는 것을 방지하기 위해 EM 펌프 자석(5k4)에 RF 차폐물을 포함할 수 있다. 차폐물은 RF 코일(5f)이 유도 결합 히터의 RF를 오프 상태로 한 냉각 모드에서 접촉할 때 열 전달 판으로서 기능을 할 수 있다. 다른 실시예에서, 냉각제 라인은 각각의 자석을 통해 냉각제 루프에서 자석의 측면을 관통할 수 있다. 자석으로부터 열을 제거하면서 수직으로 움직일 때 히터 코일이 지나가도록 허용하는 다른 냉각제 형상이 사용될 수 있다.
실시예에서, 히터는 저장소(5c) 및 저장소에 포함된 용융 금속을 가열함으로써 펌프 튜브(5k6)를 간접적으로 가열한다. 열은 은과 같은 용융 금속, 저장소 벽 및 열 전달 블록(5k7) 중 적어도 하나를 통해 인가된 자기장을 갖는 섹션과 같은 펌프 튜브로 전달된다. EM 펌프는 열전쌍 또는 서미스터와 같은 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 온도 판독 값은 펌프 튜브 온도를 판독하고 용융된 은의 경우에 1000 ℃ 내지 1050 ℃의 범위와 같은 용융 금속의 융점의 100 ℃ 이내와 같은 금속의 융점 위 펌프 튜브의 융점 아래와 같은 원하는 범위에서 온도를 유지하도록 히터를 제어하는 프로그램 가능한 논리 제어기 및 히터 전력 제어기와 같은 제어 시스템에 입력될 수 있다.
하부 반구(5b41), 상부 반구(5b42), 저장소(5c), 열 전달 블록(5k7) 및 EM 펌프 튜브(5k6) 중 적어도 하나와 같은 셀 구성요소는 절연될 수 있다. 시동 후 절연재를 분리할 수 있다. 절연재는 재사용할 수 있다. 절연재는 MgO, CaO, 이산화 규소, 알루미나, 운모와 같은 규산염 및 제올라이트와 같은 알루미나-실리케이트 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 미립자, 비드, 입자 및 플레이크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연재는 모래를 포함할 수 있다. 절연재는 건조되어 물을 제거할 수 있다. 절연재는 유도 결합 히터로부터의 방사선에 대해 투명한 용기(5e1)(도 25 및 도 26)에 유지될 수 있다. 용기는 히터 코일(5f)이 수직축을 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 모래를 포함하는 절연재는 유리 섬유 또는 세라믹 용기(5e1)에 포함되며, 히터 코일은 코일(5f) 내부의 용기를 따라 수직으로 이동할 수 있다. 미립자 절연 용기(5e1)는 입구(5e2) 및 출구(5e3)를 포함할 수 있다. 절연를 배수하거나 다시 추가하여 절연재를 변경할 수 있다. 절연재는 중력에 의해 용기 밖으로 배출될 수 있다. 제거는 저장소의 상단에서 EM 펌프 튜브의 바닥까지 순서대로 절연재가 제거되도록 할 수 있다. 전력 생산 하이드리노 반응에서 가장 가까운 것부터 가장 먼 곳까지 절연재가 제거될 수 있다. 제거된 절연재는 절연재 저장소에 저장될 수 있다. 절연재를 용기로 돌려 재활용할 수 있다. 절연은 기계적 및 공압 수단 중 적어도 하나에 의해 복귀될 수 있다. 절연재는 오거 또는 컨베이어 벨트에 의해 기계적으로 이동될 수 있다. 송풍기 또는 흡입 펌프로 절연재를 공압식으로 이동시킬 수 있다. 절연재는 당업자에게 공지된 다른 수단에 의해 이동될 수 있다. 실시예에서, 모래와 같은 미립자 절연재는 저장소 및 EM 펌프 중 적어도 하나로부터 열을 제거하기 위해 발전기 시동 후 저장 컨테이너로부터 추가될 수 있는 구리 샷과 같은 열 전달 매체로 대체될 수 있다. 열전달은 유도 결합 히터의 수냉식 안테나로 전달될 수 있다.
반응은 상승된 셀 온도 및 플라즈마 온도 중 적어도 하나와 같은 유리한 반응 조건하에서 자체 지속될 수 있다. 반응 조건은 온도 및 하이드리노 반응 속도를 유지하기에 충분한 속도로 열분해를 지원할 수 있다. 하이드리노 반응이 자체-유지되는 실시예에서, 적어도 하나의 시동 전원, 예컨대 히터 전력, 점화 전력 및 용융 금속 펌핑 전력이 종료될 수 있다. 실시예에서, 전자 펌프는 금속 펌핑이 원하는 하이드리노 반응 속도를 유지하는 것을 요구하지 않도록, 용융 금속의 충분히 높은 증기압을 유지하기 위해 셀 온도가 충분히 상승될 때 종료될 수 있다. 승온은 용융 금속의 비점보다 높을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)를 포함하는 반응 셀 챔버의 벽의 온도는 약 2900K 내지 3600K의 범위이고 용융 은 증기압은 약 5 내지 50 atm의 범위이고, 여기서 반응 셀 챔버(5b31)는 EM 펌프 전력이 제거될 수 있도록 용융 은을 환류시키는 보일러로서의 역할을 한다. 실시예에서, 용융 금속 증기압은 금속 플라즈마가 아크 플라즈마에 대한 필요성 및 점화 전류에 대한 필요성을 제거하기 위해 전도성 매트릭스로서 기능을 하도록 충분히 높다. 실시예에서, 하이드리노 반응은 히터 전력이 제거될 수 있도록 원하는 상승된 온도에서 저장소(5c), 하부 반구(5b41) 및 상부 반구(5b42)와 같은 셀 구성요소를 유지하기 위해 열을 제공한다. 바람직한 온도는 용융 금속의 융점보다 높을 수 있다. 실시예에서, 셀 시동은 적어도 하나의 제거 가능한 히터, 점화 및 EM 펌프 전력 소스와 같은 적어도 하나의 제거 가능한 전원으로 달성될 수 있다. 셀은 일단 시동되면 연속 작동으로 작동될 수 있다. 실시예에서, 시동은 배터리 중 적어도 하나와 같은 에너지 저장 장치 및 슈퍼 캐패시터 장치와 같은 커패시터로 달성될 수 있다. 장치는 발전기의 전력 출력 또는 독립 전원에 의해 충전될 수 있다. 실시예에서, 발전기는 독립적인 시동 전원을 사용하여 공장에서 시동될 수 있고, 히터, 점화 및 펌핑 전원 중 적어도 하나와 같은 시동 전원 없이 연속 작동으로 선적될 수 있다.
예시적인 실시예에서, SunCell®은 Hayes 230와 같은 스테인리스 스틸, Ti, Nb, W, V 및 Zr 패스너, 예컨대 Swageloks(5k9) 중 적어도 하나, Haynes 230 또는 SS 316과 같은 스테인리스, Ti, Nb, W, V 및 Zr EM 펌프 튜브, 탄소 또는 철 열전달 블록(5k7) 중 적어도 하나, 및 펌프 튜브 및 W 노즐의 압접 용접된 W 단부 노즐 섹션(5k61)을 갖는 노즐 펌프 튜브의 스테인레스 스틸, Ti, Nb, W, V 및 Zr 초기 섹션 중 적어도 하나를 포함하는 이중 EM 펌프에 의해 탄소 하부 반구(5b41) 및 탄소 상부 반구(5b42)를 포함하는 반응 셀 챔버(5b31) 내로 주입된 탄소 저장소에 용융 알루미늄(MP = 660 ℃, BP = 2470 ℃) 또는 용융 은(MP = 962 ℃, BP = 2162 ℃)을 포함한다. 각각의 EM 펌프 튜브는 EM 펌프 튜브와 동일한 금속을 포함하는 전원(2)의 단자에 연결하기 위한 점화 소스 버스 바를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 점화 시스템은 시동될 때 점화 소스 EM 펌프 튜브 버스 바가 단락될 때 펌프 튜브를 가열하는 스위치를 포함하는 회로를 더 포함할 수 있다. 셀 작동 중에 개방 위치에 있는 스위치는 교차 용융 금속 스트림을 통해 전류가 흐르게 한다. 탄소 열 전달 블록은 EM 펌프 튜브의 압입을 정렬하기 위해 열 전달 탄소 분말을 포함할 수 있다. 저장소는 패스너(5k9) 및 EM 펌프 튜브(5k6)와 같은 EM 펌프 구성요소에서 온도를 감소시키기 위해 더 길게 만들어질 수 있다. 아르곤-H2(3%)와 같은 수소 소스가 첨가된 HOH 촉매의 산화물 소스는 CO, CO2, LiVO3, Al2O3 및 NaAlO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 점화 플라즈마에서 HOH가 형성될 수 있다. 실시예에서, 용융 알루미늄과 접촉하는 셀 구성요소는 SiC 또는 탄소와 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 저장소 및 EM 펌프 튜브 및 노즐은 탄소를 포함할 수 있다. 구성요소는 세라믹과 같은 보호 코팅으로 코팅된 스테인리스 스틸과 같은 금속을 포함할 수 있다. 예시적인 세라믹 코팅은 흑연, 알루미노 실리케이트 내화물, AlN, Al2O3, Si3N4 및 시알론과 같은 본 개시의 코팅이다. 실시예에서, 용융 알루미늄과 접촉하는 셀 구성요소는 Nb-30Ti-20W 합금, Ti, Nb, W, V, Zr과 같은 적어도 하나의 내식성 재료, 및 흑연, 알루미노 실리케이트 내화물, AlN, Al2O3, Si3N4 및 시알론과 같은 세라믹을 포함할 수 있다.
실시예에서, 스플리터는 2개의 저장소의 접합 영역에 위치될 수 있는 EM 펌프를 포함한다. EM 펌프는 전자석 및 영구 자석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. EM 펌프 버스 바의 전류 및 전자석 전류 중 적어도 하나의 극성은 주기적으로 역전되어 저장소 사이의 전기 단락을 피하기 위해 복귀하는 은을 하나의 저장소로 지향시키고 다른 저장소로 향하게 할 수 있다. 실시예에서, 점화 회로는 이중 EM 펌프 주입기 액체 전극을 통해 한 방향으로 전류를 강제하는 전기 다이오드를 포함한다.
실시예에서, 탄소를 포함하는 셀 구성요소는 셀 구성요소의 작동 온도에서 대략 제로 증기압을 유지할 수 있는 탄소 코팅과 같은 코팅으로 코팅된다. 흑체 방열기의 예시적인 작동 온도는 3000K이다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4) 또는 저장소(5c)와 같은 탄소 셀 구성요소의 외부 표면과 같은 표면에 적용되는 승화를 억제하기 위한 코팅은 열분해 흑연, 파이로그래프(Pyrograph) 코팅(Toyo Tanso), 흑연화 코팅(Poco/Entegris), 실리콘 카바이드, TaC 또는 승화를 억제하는 본 개시 또는 당업계에 공지된 다른 코팅을 포함한다. 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6), 전류 버스 바(5k2), 열 전달 블록(5k7), 노즐(5q) 및 피팅(5k9)은 Mo와 W 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, Swagelok 유형 및 VCR 유형 피팅(5k9)은 탄소를 포함할 수 있으며, 여기서 저장소는 탄소를 포함할 수 있다. 카본 피팅은 내화성 금속 메쉬와 같은 라이너 또는 W와 같은 포일을 포함할 수 있다. 실시예에서, 전극은 공급 관통부(10a) 및 흑체 방열기(5b4)의 하부 반구(5b41) 및 저장소(5c) 중 적어도 하나에서 압력 용기 벽을 관통한다. 전극(8)은 전극 O-링 잠금 너트(8a1)로 제자리에 고정될 수 있다. 전극 버스 바(9, 10)는 버스 바 집전장치(9a)를 통해 전원에 연결될 수 있다. 전극 관통부는 ZrO와 같은 전기 절연체로 코팅될 수 있다. C는 낮은 전도성을 갖기 때문에, 전극은 저장소 벽에서의 것과 같은 과통부에서 흑연 페이스트와 같은 밀봉제로 직접 밀봉될 수 있다. 대안적으로, 전극은 VCR 또는 Swagelok 피드-스루를 통해 관통부에서 밀봉될 수 있다. EM 펌프 튜브와 저장소(5c)의 기저부와 전극과 저장소 벽 사이의 적어도 하나의 VCR 유형 또는 스웨이지 유형 피팅과 같은 상이한 열팽창 계수를 갖는 부품의 기계적 결합은 Perma-Foil 또는 Graphoil 개스킷과 같은 탄소 개스킷 또는 와셔와 같은 압축성 시일 또는 와셔 또는 육방정계 질화 붕소 개스킷을 포함할 수 있다. 개스킷은 다공성 Ni C6NC(Sumitomo Electric)와 같은 Co, Ni 또는 Ti를 포함하는 것과 같은 압축된 MoS2, WS2, Celmet™, 높은 알루미나 및 Cotronics Corporation Ultra Temp 391와 같은 내화 산화물을 포함하는 세라믹 섬유를 포함하는 것과 같은 천 또는 테이프, 또는 본 개시의 다른 재료를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 반응 셀 챔버 전력은 400 kW이고, 6인치 직경을 갖는 카본 흑체 방열기의 작동 온도는 3000K이고, EM 펌프의 펌핑 속도는 약 10 cc/s이며, 은을 용융시키기 위한 유도 결합 히터 전력은 약 3 kW이며, 점화 전력은 약 3 kW이며, EM 펌프 전력은 약 500 W이며, 반응 셀 가스는 Ag 증기 및 아르곤/H2(3%)를 포함하고, 외부 챔버 가스는 아르곤/H2(3%)를 포함하며, 반응 셀 및 외부 챔버 압력은 각각 약 10 atm이다.
외부 압력 용기는 반응 셀 챔버(5b31)의 압력의 균형을 맞추기 위해 가압될 수 있으며, 후자의 압력은 은과 같은 매트릭스 금속의 기화로 인해 온도에 따라 증가한다. 압력 용기는 초기에 가압될 수 있거나, 반응 셀 챔버 온도가 증가함에 따라 압력이 증가될 수 있다. 수소는 압력 용기에 첨가되어 반응 셀 챔버 내로 침투할 수 있다. 흑체 방사선이 등방성 탄소인 실시예에서, 돔은 압력의 균형을 잡고 수소를 반응에 공급하기 위해 수소 및 아르곤과 같은 불활성 가스 중 적어도 하나와 같은 가스에 대해 적어도 부분적으로 투과성이다. 실시예에서, 전력은 반응 셀 챔버(5b31)에서 하이드리노 반응으로의 수소 흐름을 제어함으로써 제어될 수 있다. 하이드리노 반응은 수소를 퍼지 또는 배기시켜 정지시킬 수 있다. 퍼지는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 유동시킴으로써 달성될 수 있다.
SunCell®은 고압 수소를 제공하기 위해 고압 하에서 물을 갖는 양성자 교환 막(PEM) 전해질을 포함하는 것과 같은 고압 물 전해기를 포함할 수 있다. H2 및 O2 챔버 각각은 오염물(O2 및 H2)을 각각 제거하기 위한 재-조합체를 포함할 수 있다. PEM은 애노드 및 캐소드 격실의 분리기 및 염 브리지 중 적어도 하나로서 작용하여 캐소드에서 수소 및 애노드에서 산소가 별도의 가스로서 생성될 수 있게 한다. 캐소드는 디칼코게나이드 수소 발생 촉매, 예컨대 황을 추가로 포함할 수 있는 니오븀 및 탄탈 중 적어도 하나를 포함하는 촉매를 포함할 수 있다. 캐소드는 Pt 또는 Ni와 같은 당업계에 공지된 것을 포함할 수 있다. 수소는 고압에서 생성될 수 있고, 직접 또는 흑체 방열기를 통한 투과와 같은 투과에 의해 반응 셀 챔버(5b31)에 공급될 수 있다. SunCell®은 캐소드 격실로부터 수소 가스가 셀로 전달되는 지점까지 수소 가스 라인을 포함할 수 있다. SunCell®은 애노드 격실로부터 산소 가스가 저장 용기 또는 통풍구로 전달되는 지점까지 산소 가스 라인을 포함할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 센서, 프로세서 및 전기 분해 전류 제어기를 포함한다. 센서는 (i) 전해 캐소드 격실, 수소 라인, 외부 챔버(5b3a1) 및 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 적어도 하나의 챔버 내의 수소 압력, (ii) SunCell®의 전력 출력, 및 (iii) 전해 전류 중 적어도 하나를 감지할 수 있다. 실시예에서, 셀로의 수소 공급은 전기 분해 전류를 제어함으로써 제어된다. 수소 공급은 전해 전류가 증가함에 따라 증가할 수 있으며 그 반대도 마찬가지이다. 수소는 고압 하에서 적어도 하나일 수 있고, 셀로의 수소 공급이 전기 분해 전류를 제어함으로써 빠른 시간 응답으로 제어될 수 있도록 낮은 재고를 포함한다.
다른 실시예에서, 수소는 공급된 물을 사용하는 열분해 및 SunCell®에 의해 생성된 열에 의해 생성될 수 있다. 열분해 사이클은 SnO/Sn 및 ZnO/Zn 중 적어도 하나와 같은 금속 및 그의 산화물에 기초한 것과 같은 본 개시 또는 당업계에 공지된 것을 포함할 수 있다. 유도 결합 히터, EM 펌프 및 점화 시스템이 시동 동안 전력만을 소비하는 실시예에서, 수소는 기생 전력 요건이 매우 낮도록 열분해에 의해 생성될 수 있다. SunCell®은 가스 센서와 같은 시스템 및 반응 플라즈마 가스용 시스템과 같은 제어 시스템을 구동하기 위한 전력을 제공하기 위해 리튬 이온 배터리와 같은 배터리를 포함할 수 있다.
반응 챔버(5b31)의 압력은 내부 압력으로 인한 적어도 하나의 셀 구성요소의 연장 또는 변위를 측정함으로써 측정될 수 있다. 내부 압력으로 인한 연장 또는 변위는 주어진 반응 챔버 온도에서 비-응축성 가스에 의해 야기된 내부 압력의 함수로서 이들 매개변수 중 적어도 하나를 측정함으로써 주어진 반응 챔버(5b31) 온도에서 보정될 수 있다.
일 실시예에서, 흑체 방열기의 표면, 저장소 및 VCR 유형 피팅과 같은 흑연 셀 구성요소의 코팅은 열분해 흑연, 탄화규소, 또는 본 개시의 다른 코팅 또는 수소와의 반응에 내성인 다른 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 코팅에 높은 가스 압력을 가하고 유지함으로써 고온에서 안정화될 수 있다.
일 실시예에서, 음(감소) 전위는 흑체 방열기(5b4), 저장소(5c) 및 H2O와 산소 중 적어도 하나와의 산화 반응을 겪을 수 있는 펌프 튜브 중 적어도 하나와 같은 셀 구성요소에 적용된다. 발생기는 전압원, 적어도 2개의 전기 리드, 전도성 매트릭스, 양극 및 카운터 전극을 포함하여 음의 전압을 셀 구성요소에 인가할 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기(5b4), 하나의 저장소(5c) 및 하나의 EM 펌프(5ka) 중 적어도 하나는 음 또는 감소 전압으로 바이어스될 수 있다. 한 쌍의 전극(8)의 음극은 하나의 EM 펌프(5ka), 흑체 방열기(5b4) 및 하나의 저장소(5c)의 그룹의 적어도 하나의 구성요소를 포함하여 구성요소가 음의 전압 또는 감소된 전압으로 바이어스된다. 전극(8)은 용융 금속 주입기 전극을 포함할 수 있다. 전도성 매트릭스는 플라즈마 및 금속 증기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
양극 용융 전극은 제 1 EM 펌프(5ka) 및 흑체 방열기(5b4) 중 적어도 하나, 다른 하나 또는 제 2 저장소(5c), 및 다른 하나 또는 제 2 EM 펌프(5ka)로부터 전기적으로 격리된 제 1 EM 펌프(5ka) 및 제 1 저장소(5c)를 포함할 수 있다. 제 1 저장소(5c)는 전기 절연체를 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 제 1 EM 펌프(5ka)에 대한 점화 전력 및 양의 바이어스 중 적어도 하나는 전원(2)에 의해 공급될 수 있다. 제 1 양으로 바이어스된 EM 펌프(5ka)의 제 1 주입기 노즐(5q)은 침지될 수 있다. 침수는 노즐에 대한 플라즈마 및 물 반응 손상 중 적어도 하나를 감소시키거나 방지할 수 있다.
흑체 방열기(5b4), 제 2 저장소(5c) 및 제 2 EM 펌프(5ka) 중 적어도 하나는 음 또는 감소 전압으로 바이어스될 수 있다. 흑체 방열기(5b4), 제 2 저장소(5c) 및 제 2 EM 펌프(5ka) 중 적어도 하나에 대한 점화 전력 및 음의 바이어스 중 적어도 하나는 전력 공급원(2)에 의해 공급될 수 있다. 제 2 저장소는 흑연과 같은 전기 전도체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제 2 저장소는 전기 절연체를 포함할 수 있고, 셀은 점화 전자기 버스 바(5k2a)와 같은 네거티브 바이어스 소스로부터 흑체 방열기(5b4)까지의 전기 단락을 더 포함한다. 단락은 EM 펌프 조립체(5kk)의 전도성 부분과 흑체 방열기(5b4) 사이의 전기 전도체를 포함할 수 있다. 예시적인 단락은 질화 붕소 튜브에 적용된 흑연 클램쉘을 포함하며, 여기서 클램쉘은 EM 펌프 조립체(5kk) 및 흑체 방열기(5b4)와 접촉한다. 클램쉘은 또한 유도 결합 히터로부터의 RF 방사선 흡수를 도울 수 있다. 흑체 방열기(5b4), 제 2 저장소(5c) 및 제 2 EM 펌프(5ka)는 음의 바이어스에서 전기적으로 연결될 수 있다.
음의 바이어스는 흑체 방열기(5b4), 제 2 저장소(5c) 및 제 2 EM 펌프(5ka) 중 적어도 하나가 H2O 및 산소 중 적어도 하나와 반응하는 것을 방지하는데 충분할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31) 내의 은 증기 및 점화 및 하이드리노 반응 지지 플라즈마와 같은 용융 금속 증기 중 적어도 하나는 양극과 음으로 바이어스된 셀 구성요소, 예컨대 적어도 흑체 방열기(5b4), 제 2 저장소 (5c) 및 제 2 EM 펌프 (5ka) 중 하나 사이의 전기분해 회로를 완성하기 위한 수단으로서의 역할을 할 수 있다. H2O, H2, CO 및 CO2 중 적어도 하나는 흑체 방열기(5b4) 중 적어도 하나 및 적어도 하나의 저장소(5c)를 통해 투과될 수 있다. H2O, H2, CO 및 CO2 중 적어도 하나는 EM 펌프 튜브(5k6)를 포함하는 것과 같은 반응 셀 챔버(5b31)로의 통로에 의해 공급될 수 있다. H2O는 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나의 소스로서 작용할 수 있다. 수소는 적어도 하나의 H 소스로서 작용하여 하이드리노를 형성하고 산소와 반응하여 물을 형성할 수 있으며, 여기서 산소는 H 소스로서 H2O로부터의 생성물이 하이드리노를 형성할 수 있다. 수소, 이산화탄소 및 일산화탄소 중 적어도 하나의 분위기를 유지함으로써 탄소 산화 반응이 추가로 억제될 수 있다.
실시예에서, 발전기는 용융 금속 주입기 전극을 포함하는 제 1 저장소(5c) 및 제 1 EM 펌프(5ka)만을 포함할 수 있다. 대향 전극은 흑체 방열기(5b4)를 포함할 수 있다. 전극은 전기 공급원(2)에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 용융 금속 주입기 전극은 양이고 흑체 방열기 전극은 음일 수 있다. 음으로 바이어스된 흑체 방열기는 H2O 및 O2 중 적어도 하나와의 반응으로부터 적어도 부분적으로 보호될 수 있다. CO, CO2, H2 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 가스는 본 개시의 시스템 및 방법에 의해 공급될 수 있다. H2O, H2, CO 및 CO2 중 적어도 하나는 흑체 방열기(5b4) 및 저장소(5c) 중 적어도 하나를 통해 투과될 수있다. H2O, H2, CO 및 CO2 중 적어도 하나는 EM 펌프 튜브(5k6)를 포함하는 것과 같은 반응 셀 챔버(5b31)로의 통로에 의해 공급될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 EM 펌프 튜브, 흑체 방열기, 입구 라이저 및 노즐 중 하나 이상과 같은 적어도 하나의 산화된 셀 구성요소를 화학적으로 산화를 방지하거나 화학적으로 환원시키는 용융 금속 첨가제를 포함한다. 환원제/보호제는 은에 첨가되어 H2O 및 O2 중 적어도 하나에 의한 EM 펌프 튜브의 산화를 방지할 수 있다. 첨가제는 티오설페이트, Sn, Fe, Cr, Ni, Cu 또는 Bi와 같은 당업계에 공지된 환원제를 포함할 수 있다. 첨가제는 물, 산소, 이산화탄소 및 일산화탄소 중 적어도 하나와 탄소 반응 셀 챔버의 반응을 감소시킬 수 있다. 첨가제는 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 탄소 성분이 양으로 바이어스될 때 탄소가 산화되는 것을 방지할 수 있다. 첨가제는 탄소, 탄화수소 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 용융 금속 및 첨가제 중 적어도 하나는 셀 구성요소의 벽을 코팅하거나 습윤시켜 산화로부터 보호할 수 있다. EM 펌프 튜브(5k6)의 내부 및 탄소와 같은 반응 셀 챔버(5b31) 중 적어도 하나가 보호될 수 있다. 공급 된 H2O와 같은 공급된 하이드리노 반응물은 상응하는 가스가 흑체 방열기(5b4)와 같은 셀 구성요소 또는 코팅 또는 습윤으로 인한 탄소와 같은 반응 셀 챔버(5b31)에 대해 투과성이 아닌 경우 EM 펌프 튜브(5k6)를 통해 공급될 수 있다.
EM 펌프 튜브는 또한 음의 전위를 가함으로써 보호될 수 있다. 음 전위는 점화 전원(2)을 사용하여 인가될 수 있다. 전위는 이중 용융 금속 주입기의 2개의 EM 펌프 튜브 각각에 가역적으로 적용될 수 있다. 점화 전원(2)은 각각의 점화 버스 바(5k2a)에서 극성을 주기적으로 반전시키는 스위치를 포함할 수 있다. SunCell®은 전압원의 음극 단자에 대한 버스 바를 더 포함하는 카본 흑체 방열기와 같은 흑체 방열기(5b4)를 포함할 수 있다. 전압원은 점화 전원(2)을 포함할 수 있다. 네거티브 버스 바는 저장소와 흑체 방열기(5b4)의 기저부를 연결하는 상단 슬립 너트에 연결될 수 있다. 상부 슬립 너트와 같은 고온 탄소 부분에 대한 커넥터는 금속 커넥터의 금속 탄화물 형성을 피하기 위해 탄소를 포함할 수 있다. 임의의 금속 탄소 연결은 연결 온도가 금속 탄화물 형성을 야기하는 온도보다 낮은 영역에 연결을 연장하는 연장부를 통해 이루어질 수 있다. 음의 전위는 일정한 음의 전위를 포함할 수 있다. 버스 바는 내화성 전기 전도체, 예컨대 Mo 또는 W를 포함할 수 있다. 실시예에서, 흑체 방열기에 음의 바이어스를 제공하기 위한 연결부는 점화 버스 바 및 흑체 방열기의 기저부와 직접 또는 간접적으로 전기 접속을 가역적으로 형성하기 위한 기계적 점퍼를 포함할 수 있다. 연결부는 BN 튜브의 외부와 같은 저장소의 외부에 카본 클램쉘과 같은 저장소(5c)의 일부를 둘러싸는 적어도 하나의 가역적 기계적 스위치 및 전도체를 포함할 수 있다. 화학적 비-호환성을 피해야 한다. 예를 들어, 철과 탄소가 반응하여 탄화 철을 형성할 수 있기 때문에 철을 포함하는 부품과 철을 포함하는 부품의 접촉은 피해야 한다.
산화된 첨가제는 전해 환원 또는 화학적 환원에 의해 산화된 셀 구성요소의 환원 후에 재생될 수 있다. 전해 환원은 적어도 하나의 셀 구성요소에 인가된 음의 전위에 의해 제공될 수 있다. 반응 셀 챔버 분위기(5b31)는 수증기를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 전해 셀 캐소드를 포함할 수 있으며, 플라즈마는 캐소드와 애노드 사이의 회로를 완성시킨다. 애노드는 양으로 바이어스된 용융 금속 전극을 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31) 벽과 같은 셀의 음(음극) 방전 전극에서 형성되는 수소는 H2O에 의한 산화로부터 전극(벽)을 보호할 수 있다. 물 환원 / 산화 반응은 다음과 같다:
음극 : 2H2O + 2e-에서 H2 + 2OH- (41)
양극 : 4OH-에서 O2 + 2H2O + 4e- (42)
실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)의 내부는 용융 금속 코팅으로 코팅되어 반응 셀 챔버(5b31), 저장소(5c) 및 EM 펌프 튜브(5k6) 중 적어도 하나에서 물, CO2, CO 및 O2 중 적어도 하나와 같은 종에 의한 부식으로부터 보호될 수 있다. 은-습윤 코트는 SunCell®의 적어도 하나의 구성요소를 보호할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)의 내부와 같은 적어도 하나의 금속 표면은 산화물 코팅을 제거하도록 처리되어 은과 같은 용융 금속이 표면을 적실 수 있게 한다. 산화물 코팅은 은과 같은 용융 금속을 통한 버스 바에 걸친 전도성을 향상시키기 위해 제거될 수 있다. 산화물 코팅은 적어도 하나의 기계적 및 화학적 제거와 같은 적어도 하나의 방법에 의해 제거될 수 있다. 산화물 코팅은 와이어 브러시와 같은 마모 도구 또는 샌드 블라스팅(sand blasting)에 의해 제거될 수 있다. 산화물 코팅은 HCl 또는 HNO3와 같은 에칭제 또는 수소와 같은 환원제에 의해 제거될 수 있다. 은과 같은 용융 금속은 반응 셀 챔버(5b31), 저장소(5c) 및 EM 펌프 튜브(5k6)의 내부를 보호하기 위한 코팅으로부터 유래될 수 있다. 전극들 중 적어도 하나는 플라즈마에 의한 부식 또는 침식으로부터 전극을 보호하기 위해 침지될 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버의 벽은 등방성 탄소, 열분해 탄소 및 은 코팅된 열분해 탄소와 같은 은 코팅된 탄소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 은 코팅은 셀 작동 중에 형성될 수 있거나 플라즈마 스프레이, 전기 도금, 증착, 콜드 스프레이 및 당업자에게 공지된 다른 방법과 같은 코팅 방법에 의해 도포될 수 있다.
셀의 구성요소는 산소 및 수증기 중 적어도 하나와 같은 산화 반응을 방지하거나 감소시키기 위해 재료 및 코팅 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k4)는 보일러 등급의 스테인리스 스틸 또는 니켈을 포함할 수 있거나, 튜브는 내부적으로 니켈로 코팅될 수 있다. 실시예에서, 내화성 EM 펌프 튜브(5k61)는 TZM과 같은 Mo 초합금과 같은 방수 재료를 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브(5k61)의 노즐 또는 분사 섹션은 열분해 탄소와 같은 탄소를 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브의 내부는 물과의 반응을 방지하기 위해 은으로 코팅될 수 있다. 실시예에서, 입구 라이저 튜브(5qa), EM 펌프 튜브(5k61)의 노즐 섹션 및 노즐(5q) 중 적어도 하나는 MgO(MP 2825 ℃), ZrO2(MP 2715 ℃), H2O에 안정적인 마그네시아 지르코니아, 스트론튬 지르코네이트(SrZrO3 MP 2700 ℃), HfO2(MP 2758 ℃), 이산화 토륨(MP 3300 ℃) 또는 본 개시의 다른 것과 같은 내화 산화물과 같은 산화에 안정적인 내화 재료를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 보호 은으로 코팅될 수 있는 열분해 탄소와 같은 탄소를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 산화로부터 보호하기 위해 음으로 바이어스될 수 있다. 저장소는 CaO, B2O3, SiO2, Al2O3, SiC, ZrO2 및 AlN 중 적어도 하나와 같은 산화로부터 보호하기 위해 첨가제 또는 표면 코팅을 포함할 수 있는 질화 붕소를 포함할 수 있으며, 여기서 물 및 산소 중 적어도 하나는 산화제를 포함할 수 있다. 질화 붕소는 물 반응에 강한 BN과 같은 결정 구조를 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 BN의 산화를 억제하기 위해 가스를 포함할 수 있는 HxByOz와 같은 첨가제를 포함 할 수 있다. 실시예에서, 저장소(5c)와 같은 셀 구성요소는 MgO(MP 2825 ℃), ZrO2(MP 2715 ℃), H2O에 안정한 마그네시아 지르코니아, 스트론튬 지르코 네이트(SrZrO3 MP 2700 ℃), HfO2(MP 2758 ℃), 또는 작동 온도에서 산화에 안정적인 이산화 토륨(MP 3300 ℃)과 같은 내화 산화물을 포함할 수 있다.
실시예에서, 수증기, CO2, CO, 및 O2와 같은 가스의 산소 소스는 반응 셀 챔버(5b31)의 상단으로 부유될 수 있다. 반응 챔버 챔버 가스는 은 증기와 같은 금속 증기에 더하여, 물의 높은 부력으로 인해 수증기가 반응 셀 챔버의 상단으로 변위되도록 하는 크세논과 같은 조밀한 가스를 포함한다. 실시예에서, 은 증기는 수증기가 반응 셀 챔버의 상부로 부유되게 하는데 충분한 압력으로 유지된다. 수증기가 위로 변위되면 수증기가 EM 펌프 튜브(5b6)와 같은 셀 구성요소와의 부식을 방지할 수 있다. EM 펌프 튜브를 통해 H2O 및 H2와 같은 적어도 하나의 반응 가스가 공급될 수 있다.
화학적 환원은 수소와 같은 환원 가스에 의해 제공될 수 있다. 예시적인 환원 분위기는 Ar/H2(3%) 가스를 포함한다. 수소는 흑체 방열기(5b4) 및 EM 펌프 튜브(5k6) 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 셀 구성요소를 통해 침투할 수 있다. EM 펌프 튜브는 430 SS와 같은 스테인리스 스틸(SS), 바나듐, 탄탈륨 또는 니오븀 또는 니켈과 같은 수소 투과성 금속을 포함할 수 있다. 포지티브 EM 펌프 튜브에 수소가 침투되거나 주입될 수 있다. 이 경우, 산소를 생성하는 산화 반응을 피할 수 있으며, 여기서 산화는 다음을 포함할 수 있다:
양극 : 2OH- + H2에서 2H2O + 2e- (43)
실시예에서, SunCell®은 양극, 양극과 적어도 하나의 셀 구성요소 사이에 전위를 인가하기 위한 바이어스 전기 공급원, 및 바이어스 전기 공급원의 제어기를 더 포함한다. 양극은 용융 금속 전극을 포함할 수 있다. 양극은 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구 또는 저장소(5c) 중 적어도 하나에 있는 것과 같은 은과 같은 용융 금속의 일부분을 포함할 수 있다. 양극은 Pt, Re, Ru, Rh 또는 Ir과 같은 내화성 금속일 수 있는 귀금속과 같이 산화에 안정한 전도체를 포함할 수 있다. 포지티브 바이어스는 튜브의 내부가 포지티브 바이어스되지 않도록 EM 펌프 튜브의 외부에 적용될 수 있다. 펌프 튜브의 내부는 패러데이 케이지를 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브는 표면 위로 흐르는 은으로 침지되고 코팅된 것 중 적어도 하나인 양극을 포함할 수 있다. 유동하는 은은 노즐 및 EM 펌프 튜브 중 적어도 하나에서 기공을 형성할 수 있다. 기공은 플라즈마에 노출되는 EM 펌프 튜브 섹션 상에 선택적으로 있을 수 있다.
흑체 방열기(54b), 저장소(5c) 및 EM 펌프(5ka) 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 셀 구성요소는 셀 구성요소와 양극 사이에 네거티브 바이어스를 인가함으로써 산소 소스, CO, CO2, H2O 및 O2 중 적어도 하나와 같은 셀 반응물 또는 생성물에 의해 산화로부터 보호될 수 있다. 바이어스 전위는 셀 구성요소의 산화물의 적어도 하나의 환원을 야기하고 셀 구성요소의 산화를 방지하는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 바이어스 전압은 약 0.1V 내지 25V, 0.5V 내지 10V 및 0.5V 내지 5V 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 양극은 소모성 및 교체성 중 적어도 하나일 수 있다. 양극은 탄소를 포함할 수 있다. 탄소 양극은 양극 EM 펌프 튜브 및 노즐(5q)에 부착될 수 있으며, 양극은 노즐의 팁보다 반응 셀 챔버에 더 가깝다. 양극은 양극 EM 펌프 튜브 및 노즐과 전기적으로 접촉될 수 있다. 수소 및 산소 중 적어도 하나의 소스는 H2O를 포함할 수 있다. 하이드리노 반응 생성물은 H2(1/4) 및 산소와 같은H2(1/p)를 포함할 수 있다. 양극은 산소 생성물과 반응할 수 있다. 탄소 전극은 과도한 산소와 반응하여 CO2를 형성할 수 있다. CO2는 반응 셀 챔버(5b31)로부터 제거될 수 있다. CO2는 흑체 방열기(5b4)와 같은 적어도 하나의 셀 구성 요소를 통한 펌핑 및 확산 중 적어도 하나에 의해 제거될 수 있다.
도 3 내지 도 96에 도시된 실시예에서, 불활성 가스, 물 또는 증기, 수소 및 산소 중 적어도 하나는 노즐(5q) 단부에서와 같이 펌프 튜브(5k6)로의 주입 및 반응 셀 챔버(5b31) 내로의 주입 중 적어도 하나에 의해 반응 셀 챔버(5b31)에 공급될 수 있다. 발전기는 적어도 하나의 불활성 가스, 물 또는 증기, 수소, 및 탱크와 전달 라인과 같은 산소 소스를 포함할 수 있다. 솔레노이드 밸브와 같은 유량 또는 압력 밸브와 같은 밸브는 주입을 제어할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 노즐, 워터 라인, 유량 및 압력 제어기, 물 탱크와 같은 물 소스 중 적어도 하나를 포함하는 물 주입기를 포함할 수 있다. 물을 기화시켜 기체 H2O를 형성하는 수단이 증기 발생기를 포함할 수 있다. 셀 내부로의 물 흐름은 용융 금속이 노즐로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 노즐 개구 또는 오리피스의 크기는 하이드리노 반응을 유지하기 위한 최소의 원하는 유량이 반응 셀 챔버(5b31) 압력의 라인의 수압에 의해 제공될 수 있는 크기일 수 있다. 라인의 수압을 높이면 더 높은 물 공급 속도를 제공할 수 있다. 노즐 및 노즐 오리피스 중 적어도 하나는 고압 물 주입으로 인한 부식 및 침식에 저항하는 재료를 포함할 수 있다. Al2O3, 지르코니아 또는 하프니아와 같은 산화물 세라믹과 같은 세라믹과 같은 재료는 초 경질이고 산화에 저항할 수 있다.
실시예에서, HOH 촉매 소스 및 H 소스는 전극에 주입된 물을 포함한다. 화려한 발광 플라즈마로 점화하기 위해 높은 전류가 인가된다. 물 소스는 결합수를 포함할 수 있다. 전극으로 분사되는 고체 연료는 물 및 은, 구리 및 은-구리 합금 중 적어도 하나와 같은 용융 금속과 같은 고 전도성 매트릭스를 포함할 수 있다. 고체 연료는 결합수를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 점화에 공급될 수 있는 결합수 화합물은 740 ℃의 분해 온도를 갖는 BaI2H2O와 같은 수화물을 포함할 수 있다. 결합수를 포함할 수 있는 화합물은 은과 같은 용융 금속과 혼화될 수 있다. 혼 화성 화합물은 수화된 Na2CO3, KCl, 탄소, 붕사, 예컨대 Na2B4O7 · 10H2O, 산화 칼슘 및 PbS 중 적어도 하나와 같은 플럭스를 포함할 수 있다. 결합수 화합물은 용융 금속의 융점까지의 물 손실에 안정적일 수 있다. 예를 들어, 결합수는 1000 ℃ 이상으로 안정적일 수 있으며 점화 이벤트 시 물을 손실한다. 결합수를 포함하는 화합물은 산소를 포함할 수 있다. 산소가 방출되는 경우, 은이 그 융점에서 안정한 산화물을 형성하지 않기 때문에 용융 금속은 은을 포함할 수 있다. 결합수를 포함하는 화합물은 알칼리, 알칼리 토류, 전이 금속, 내부 전이 금속, 희토류, 13족, 14족, 15족 및 16족 수산화물과 같은 수산화물, 및 활석, 화학식 H2Mg3(SiO3)4 또는 Mg3Si4O10(OH)2를 갖는 수화된 마그네슘 실리케이트, 및 백운모 또는 운모, 화학식 KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2 또는 (KF)2(Al2O3)3(SiO2)6(H2O)를 갖는 알루미늄 및 칼륨의 필로실리케이트 미네랄과 같은 미네랄을 포함할 수 있다. 실시예에서, 탈수된 화합물은 낮은 반응 셀 챔버 압력을 유지하기 위한 건조제로서 작용한다. 예를 들어, 800 ℃로 가열될 때 수산화 바륨은 산화 바륨 및 H2O로 분해되고, 생성된 BaO의 비점은 2000 ℃이므로 2300K 이상의 플라즈마 온도에서 실질적으로 기화 상태를 유지한다. 실시예에서, 물 소스는 또한 H 소스로서 작용할 수 있는 산화물 및 수소를 포함한다. 수소 소스는 수소 가스를 포함할 수 있다. 산화물은 수소에 의해 환원되어 H2O를 형성할 수 있다. 산화물은 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 Zn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. H2O 화합물의 소스, H2O 화합물의 소스 농도, 반응 셀 챔버 내의 수증기 압력, 작동 온도 및 EM 펌핑 속도 중 적어도 하나는 점화에 공급되는 물의 양을 제어하도록 제어될 수 있다. H2O 화합물의 소스의 농도는 약 0.001 몰% 내지 50 몰%, 0.01 몰% 내지 20 몰%, 및 0.1 몰% 내지 10 몰% 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 실시예에서, 물은 은, 구리 및 은-구리 합금 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 연료 용융물에서 용해된다. 물의 용해도는 반응 셀 챔버의 수증기 분압과 같은 용융물과 접촉하는 물의 분압에 의해 증가된다. 반응 셀 챔버 내의 수압은 셀 챔버 내의 수증기 압력과 평형을 이룰 수 있다. 평형은 아르곤과 같은 다른 가스를위한 것과 같은 본 개시에 의해 달성될 수 있다. 반응 셀 챔버 수증기 압력은 약 0.01 Torr 내지 100 atm, 0.1 Torr 내지 10 atm 및 0.5 Torr 내지 1 atm 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. EM 펌핑 속도는 약 0.01 ml/s 내지 10,000 ml/s, 0.1 ml/s 내지 1000 ml/s, 및 0.1 ml/s 내지 100 ml/s 중 적어도 하나의 범위일 수 있다.
SunCell®은 복사열 교환기 및 복사열 보일러 중 적어도 하나를 포함할 수 있다(도 76 내지 도 83). SunCell®은 흑체 방열기(5b4)를 둘러싸는 1차 열 교환기(87)와 같은 방사 에너지 흡수기를 포함할 수 있다. 복사 에너지 흡수체는 카본 흡수체와 같은 흑체 흡수체를 포함할 수 있고 흑체 흡수체로부터 열을 수용하기 위해 보일러 튜브를 더 포함할 수 있으며, 여기서 증기는 튜브에서 형성되어 온수 또는 증기 출구(111)를 통해 빠져나갈 수 있다. 튜브는 흑체 흡수제에 내장될 수 있다. 증기는 도시 증기 가열 시스템과 같은 부하로 전달될 수 있다. SunCell®은 1차 열 교환기(87)에 의해 흑체 방열기(5b4) 또는 반응 셀 챔버(5b31)로부터 흡수된 열을 전달할 수 있고 2차 매체, 예컨대 고체, 액체 또는 기체 매체로 열을 전달할 수 있는 2차 열 교환기(87a)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 2차 열 교환기는 팬(31j1)에 의해 열 교환기(87a)를 통해 또는 송풍될 수 있는 공기로 열을 전달할 수 있다. 공기는 열 부하로 유동하기 위해 고온 공기 덕트(112)를 빠져나갈 수 있다.
도 79 내지 도 83에 도시된 열 발생기 실시예에서, 냉수와 같은 저온 냉각제는 물 입구(113)를 통해 열 발생기에 공급되고, 온수 및 증기 중 적어도 하나는 증기 및 온수 출구(111) 중 적어도 하나를 통해 출력된다. 반응 셀 챔버(5b31)에서 생성된 열은 보일러 챔버(116)에서 증기를 생성하기 위해 상부 히터 교환기(114)의 보일러 튜브로 방사될 수 있다. 증기 보일러는 고압 가능한 상부 열 교환기 및 보일러 챔버 하우징(5b3a) 및 기저부를 더 포함한다. 판(5b3b). 저장소(5c) 및 하부 셀 구성요소로부터의 열은 하부 열 교환기(115)로 방출되어 출구(111)를 빠져나가는 온수 및 증기 중 적어도 하나를 형성할 수 있다. 실시예에서, 보일러 튜브는 증기보다는 온수를 운반할 수 있다.
SunCell® 전원은 직접 복사, 고온 공기, 온수 및 증기 형태의 열 전력으로 활용될 수 있다. 다른 실시예에서, 보일러 또는 열 교환기는 가스 스트림 또는 유체 스트림에 혼입된 에어로졸 또는 금속 증기와 같은 입자 흡수기를 포함하는 액체 액적 방열기를 포함할 수 있으며, 여기서 입자는 열 플럭스를 흡수하여 이를 이동 가스 또는 유체 냉각제로 전달한다. 액적 냉각 시스템은 잉크젯 프린터를 포함하는 액적 스프레이 및 수집 시스템을 포함할 수 있다. 흑체 방열기로부터 입자 흡수체로의 열 전달은 사실상 방사성일 수 있다. 내화 입자 및 가스를 포함하는 예시적인 실시예는 높은 열 전달 능력을 가지며 수소 또는 헬륨 가스 흐름에 현탁된 텅스텐 미세 입자를 포함한다.
다른 실시예에서, 보일러 또는 열 교환기는 반응 셀 챔버(5b31) 또는 흑체 방열기(5b4) 중 적어도 하나로부터 보일러 또는 열 교환기의 냉각제로 열을 전달하기 위해 고체, 액체 또는 가스 매체와 같은 열 전달 매체를 포함할 수 있다. 열 전달 메커니즘은 복사, 대류 및 전도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 액체 열전달 매체는 물, 용융 금속 및 용융염 중 적어도 하나를 포함한다. 예시적인 가스 열 전달 매체는 불활성 가스, 수소, 헬륨, 귀가스 및 질소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보일러 또는 열 교환기는 가스 열전달 매체 및 탱크, 조절기, 압력 게이지, 펌프 및 제어기와 같은 압력을 조절하여 열전달 속도를 제어하기 위한 원하는 일정한 또는 원하는 가변 압력을 달성하는 수단을 포함할 수 있다.
SunCell®은 반응 셀 챔버(5b31)의 외부 표면(5b4) 상에 핀과 같은 열 교환 기(87)를 포함하여 공융 혼합물과 같은 용융염, 용융 금속, 물 또는 공기와 같은 기체와 같은 냉각제와 같은 유동 작동 매체를 가열할 수 있다. 열 교환기는 열 흡수기 및 열 흡수기 상의 열 전달 핀을 포함할 수 있으며, 열 흡수기는 흑체 방열기(5b4)로부터 열을 흡수할 수 있다. 핀은 가스 또는 액체 냉각제/작동 매체와 열을 교환할 수 있다. 흡수제는 탄소와 같은 고 방사율 재료를 포함할 수 있다. 브 레이튼 사이클 시스템은 폐쇄형 가압 가스 루프 및 터빈, 및 가스가 SunCell®에 의해 가열되고 최고 압력에서 가스 터빈으로 흐르고, 열 교환기를 통한 주변으로의 열 손실에 의해 터빈의 후면 단부에서 압력이 떨어질 수 있는 주변 열 교환기를 포함할 수 있다. 화학 시스템은 하이드리노 반응으로부터의 열을 사용하여 물을 H2로 변환시키기 위한 열분해 시스템과 같은 수단을 포함할 수 있다. 수소는 전기를 생산하기 위해 연소 터빈과 같은 공지된 변환기 또는 PEM 연료 전지와 같은 연료 전지에 사용될 수 있다. 대안적으로, 전기 화학 사이클은 수소화물 이온 전해질, 수소 캐소드 및 금속 수소화물 애노드를 갖는 연료 전지를 포함할 수 있다. 금속 수소화물은 열분해되어 하이드리노 공정으로부터 열을 사용하여 전기를 만드는 가역적 금속 수소화물/금속 및 수소 사이클을 유지한다. 수소화물 이온 연료 전지는 2011년 3월 17일자로 출원된 발명의 명칭이 Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System인 PCT/US11/28889호; 2012년 3월 30일자로 출원된 발명의 명칭이 H2O-기반 전기 화학 수소-촉매 전력 시스템인 PCT/US12/31369호; 2013년 5월 21일자로 출원된 발명의 명칭이 CIHT 전력 시스템인 PCT/US13/041938호; 및 2014년 1월 10일자로 출원된 발명의 명칭이 Power Generation Systems and Methods Regarding Same인 PCT/IB2014/058177호와 같은 미국 특허 출원과 같은 출원인의 선출원에 설명되어 있으며, 이들 출원은 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
실시예에서, 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 복수의 발전기가 집단화될 수 있다. 복수의 발전기는 원하는 전력 출력을 달성하기 위해 직렬 및 병렬 중 적어도 하나로 상호 연결될 수 있다. 집단화된 발전기 시스템은 복수의 집단화 발전기의 중첩된 출력 전기의 전력, 전압 및 전류 중 적어도 하나를 제어하기 위해 발전기 사이의 직렬 및 병렬 연결 중 적어도 하나를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다. 복수의 발전기는 각각 전력 출력을 제어하기 위한 전력 제어기를 포함할 수 있다. 전력 제어기는 발전기 전력 출력을 제어하기 위해 하이드리노 반응 매개변수를 제어할 수 있다. 각각의 발전기는 PV 변환기(26a)의 PV 셀 중 하나 또는 PV 셀 그룹 사이에 스위치를 포함할 수 있고 PV 셀 또는 PV 셀 그룹 사이의 직렬 및 병렬 연결 중 적어도 하나를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다. 제어기는 PV 변환기로부터의 원하는 전압, 전류 및 전력 출력 중 적어도 하나를 달성하기 위해 상호 접속을 스위칭할 수 있다. 집단형 복수의 발전기의 중앙 제어기는 집단형 발전기 사이의 직렬 및 병렬 상호 접속, 적어도 적어도 하나의 발전기의 하이드리노 반응 매개변수, 및 복수의 집단 발생기 중 적어도 하나의 발생기의 적어도 하나의 PV 변환기의 PV 셀 또는 PV 셀 그룹 사이의 연결 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 중앙 제어기는 발전기 또는 PV 연결 및 하이드리노 반응 매개변수 중 적어도 하나를 직접적인 또는 개별적인 발전기 제어기를 통해 제어할 수 있다. 전력 출력은 DC 또는 AC 전력을 포함할 수 있다. 각각의 발전기는 인버터와 같은 DC-AC 인버터를 포함할 수 있다. 대안적으로, 복수의 발전기의 DC 전력은 발전기 간의 연결을 통해 결합되고 중첩된 DC 전력을 변환할 수 있는 인버터와 같은 DC-AC 변환기를 사용하여 AC 전력으로 변환될 수 있다. PV 변환기 및 집단 발전기 시스템 중 적어도 하나의 예시적인 출력 전압은 약 380V DC 또는 780V DC이다. 약 380V 출력은 2 상 AC로 변환될 수 있다. 약 760V 출력은 3상 AC로 변환될 수 있다. AC 전력은 약 120V, 240V 또는 480V와 같은 다른 바람직한 전압으로 변환될 수 있다. AC 전압은 변압기를 사용하여 변환될 수 있다. 실시예에서, DC 전압은 IGBT를 사용하여 다른 DC 전압으로 변경될 수 있다. 실시예에서, 인버터의 적어도 하나의 IGBT가 또한 유도 결합 히터(5m)의 IGBT로서 사용될 수 있다.
실시예에서, 변환기는 조합된 사이클을 포함하도록 집단화된 복수의 변환기를 포함한다. 조합된 사이클 변환기는 광전 변환기, 광전자 변환기, 플라즈마 역학 변환기, 열이온 변환기, 열전 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 변환기, 이어서 광전 변환기를 포함하는 조합된 사이클을 포함할 수 있으며, 여기서 광전 변환기는 자외선에 대해 투명하고 주로 극 자외선에 응답할 수 있다. 변환기는 열전 변환기, 스털링 엔진, 브레이턴 사이클 엔진, 랭킨 사이클 엔진 및 자기 유체 역학 변환기 중 적어도 하나와 같은 추가의 조합된 사이클 변환기 요소를 더 포함할 수 있다.
자기 유체 역학(MHD) 변환기
교차 자기장에서 이온 또는 전기 전도성 매체의 질량 흐름 형성에 기초한 전하 분리는 자기 유체 역학(MHD) 전력 변환으로 주지되어 있다. 양이온과 음이온은 반대 방향으로 로렌츠의 방향을 겪으며 해당 MHD 전극에서 수신되어 그들 사이의 전압에 영향을 미친다. 이온의 질량 흐름을 형성하는 전형적인 MHD 방법은 노즐을 통해 이온으로 시딩된 고압 가스를 팽창시켜 편향 필드에 대해 교차된 MHD 전극 세트에 의해 교차 자기장을 통한 고속 흐름을 생성함으로써 편향된 이온을 수용하는 것이다. 실시예에서, 압력은 전형적으로 대기압보다 높으며, 방향성 질량 흐름이 하이드리노 반응에 의해 달성되어 플라즈마 및 고 전도성, 고압 및 고온의 용융 금속 증기를 형성하고 팽창되어 MHD 변환기의 교차 자기장 섹션을 통해 고속 흐름을 생성한다. 흐름은 MHD 변환기를 통과하여 축 방향 또는 반경 방향일 수 있다. 헬름홀츠 코일 또는 자기 병과 같은 한정된 자석으로 추가적인 방향성 흐름이 달성될 수 있다.
구체적으로, 도 84 내지 도 118에 도시된 MHD 전력 시스템은 EM 펌프(5ka), 적어도 하나의 저장소(5c), 이중 용융 금속 주입기(5k61)를 포함하는 것과 같은 적어도 2개의 전극, HOH 촉매 및 H의 소스와 같은 하이드리노 반응물의 소스, 전극에 전압 및 전류를 인가하여 하이드리노 반응물로부터 플라즈마를 형성하기 위한 전력 공급원(2)을 포함하는 점화 시스템, 및 MHD 전력 변환기를 포함하는 것과 같은 본 개시의 하이드리노 반응 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 하이드리노 반응 플라즈마 소스 및 MHD 변환기를 포함하는 MHD 전력 시스템의 구성요소는 내산화성 금속과 같은 내산화성 재료, 내산화성 코팅을 포함하는 금속 및 시스템이 공기 중에서 작동될 수 있게 하는 세라믹 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 이중 용융 금속 주입기 실시예에서, 간헐적 전류를 포함하는 펄스형 주입을 유지함으로써 높은 전기장이 달성된다. 플라즈마는 은 스트림 분리 및 재연결에 의해 펄싱된다. 전압은 이중 용융 금속 스트림이 연결될 때까지 인가된 것일 수 있다. 펄싱은 금속 증기의 상응하는 고주파 분리 재연결을 야기함으로써 고주파를 포함할 수 있다. 연결-재연결은 자발적으로 발생할 수 있으며, 본 개시의 것과 같은 수단에 의해 하이드리노 반응 전력 및 EM 펌프 전류를 제어하는 것과 같은 본 개시에 의한 용융 금속 주입 속도 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어될 수 있다. 실시예에서, 점화 시스템은 고전류 펄스에 대한 용량으로 펄스 점화를 전달하기 위해 DC 전원 공급기 및 커패시터 뱅크와 같은 전압 및 전류원을 포함할 수 있다.
도 84 내지 도 118에 도시된 자기 유체 역학 전력 변환기는 z-축에 횡 방향으로 자속의 소스, 축 방향 용융 금속 증기의 방향 및 MHD 변환기(300)를 통한 플라즈마 흐름을 포함할 수 있다. 전도성 흐름은 z-축을 따라 가스의 팽창으로 인해 z-축을 따른 우선적인 속도를 가질 수 있다. 헬름홀츠 코일 또는 자기 병과 같은 한정된 자석으로 추가적인 방향성 흐름이 달성될 수 있다. 따라서, 금속 전자 및 이온은 횡 방향 자속 영역으로 전파된다. 전파 전자 및 이온에 대한 로렌츠의 힘은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00118
(44)
힘은 전하의 속도와 자기장에 대해 횡 방향으로 그리고 양이온과 음이온에 대해 반대 방향이다. 따라서 횡 방향 전류가 형성된다. 횡 자계의 소스는 평행 속도 분산을 갖는 유동 전하의 교차 편향(식 (44))을 최적화하기 위해 z-축을 따른 위치의 함수로서 상이한 세기의 횡 방향 자계를 제공하는 성분을 포함할 수 있다.
저장소(5c) 용융 금속은 액체 및 기체 상태 중 적어도 하나의 상태일 수 있다. 저장소(5c) 용융 금속은 MHD 작동 매체로 정의될 수 있으며, 그와 같이 지칭되거나 용융 금속으로서 지칭될 수 있으며, 이는 용융 금속이 액체 및 기체 상태 중 적어도 하나의 상태에 추가로 있을 수 있음을 암시한다. 다른 물리적 상태도 존재할 수 있는 용융 금속, 액체 금속, 금속 증기 또는 기체 금속과 같은 특정 상태가 또한 사용될 수 있다. 예시적인 용융 금속은 액체 및 기체 상태 중 적어도 하나에 있을 수 있는 은이다. MHD 작동 매체는 작동 온도 범위에서 액체 및 기체 상태 중 적어도 하나일 수 있는 첨가된 금속, 작동 온도 범위에서 액체 및 기체 상태 중 적어도 하나일 수 있는 본 개시 중 하나와 같은 화합물, 및 헬륨 또는 아르곤과 같은 귀가스, 물, H2 및 본 개시의 다른 플라즈마 가스 중 적어도 하나와 같은 기체 중 적어도 하나를 포함하는 첨가제를 더 포함할 수 있다. MHD 작동 매체 첨가제는 MHD 작동 매체와 임의의 원하는 비율일 수 있다. 실시예에서, 매체 및 첨가제 매체의 비율은 MHD 변환기의 선택적 전기 변환 성능을 제공하도록 선택된다. 은 또는 구리-구리 합금과 같은 작동 매체는 과포화 조건하에서 실행될 수 있다.
실시예에서, MHD 발전기(300)는 패러데이, 채널 홀 및 디스크 홀 유형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 채널 홀 MHD 실시예에서, 팽창 또는 발전기 채널(308)은 z-축을 따라 수직으로 지향될 수 있으며, 여기서 은 증기 및 플라즈마와 같은 용융 금속 플라즈마는 제한 또는 노즐 스로트(307)와 같은 가속기 섹션 및 이어서 팽창 섹션(308)을 통해 유동한다. 채널은 x-축을 따라 흐름 방향으로 가로지르는 초전도체와 같은 솔레노이드 자석(306) 또는 Halbach 어레이와 같은 영구 자석을 포함할 수 있다. 자석은 MHD 자석 장착 브래킷(306a)에 의해 고정될 수 있다. 자석은 액체 극저온을 포함할 수 있거나 액체 극저온을 갖거나 갖지 않는 극저온 냉장고를 포함할 수 있다. 극저온 냉장고는 건조 희석 냉장고를 포함할 수 있다. 자석은 C 형상 또는 직사각형 백 요크와 같은 요크와 같은 자기장에 대한 복귀 경로를 포함할 수 있다. 예시적인 영구 자석 재료는 SmCo이고, 예시적인 요크 재료는 자기 CRS, 냉간 압연 강 또는 철이다. 발전기는 MHD 전극(304)을 가로질러 전압을 생성하는 횡 방향의 로렌츠 편향된 이온을 수용하기 위해 자기장(B)을 가로지르는 y-축을 따라 세그먼트화된 전극(304)과 같은 적어도 하나의 전극 세트를 포함할 수 있다. 발전기 채널(308)과 같은 적어도 하나의 채널은 원통형 벽 채널과 같은 평면 벽을 갖는 것 이외의 다른 형상을 포함할 수 있다. 자기 유체 역학 발전은 Walsh의 [E. M. Walsh, Energy Conversion Electromechanical, Direct, Nuclear, Ronald Press Company, NY, NY, (1967), pp. 221-248]에 의해 설명되어 있으며, 그의 전체 개시는 본 명세서에 원용에 의해 포함된다.
MHD 자석(306)은 영구 자석 및 전자석 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자석(들)(306)은 상응하는 극저온 관리를 갖는 비냉각, 수냉 및 초전도 자석 중 적어도 하나일 수 있다. 예시적인 자석은 MHD 채널(308)을 자화할 수 있는 솔레노이드 또는 새들(saddle) 코일 및 디스크 채널을 자화할 수 있는 레이스 트랙 코일(racetrack coil)이다. 초전도 자석은 극저온 냉장고 및 극저온 듀어 시스템(cryogen-dewar system) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 초전도 자석 시스템(306)은 (i) 초전도체가 구리 도선과 같은 정상 도체에 피복될 수 있어서 일반적으로 YBCO-123 또는 간단히 YBCO로 지칭되는 YBa2Cu3O7과 같은 진동 또는 고온 초전도체(HTS)와 같은 수단에 의해 유도된 초전도체 상태의 과도 국부 퀀치로부터 보호 될 수 있는, NbTi 또는 NbSn의 초전도체 와이어 권선을 포함할 수 있는 초전도 코일; (ii) 코일의 양쪽에 액체 헬륨을 제공하는 액체 헬륨 듀어, (iii) 액체 헬륨 및 액체 질소 듀어 모두가 구리, 스테인리스 스틸 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 방사선 배플과 방사선 차폐물 및 벽에 고 진공 절연재를 포함할 수 있는, 솔레노이드 자석의 내외부 반경에 액체 질소를 갖춘 액체 질소 듀어, 및 (iv) 그의 출력 전원 단자를 통해 SunCell® 발전기의 전력 출력으로 전력을 공급받을 수 있는 사이폰펌프(cyropump)와 압축기가 부착될 수 있는 각각의 자석용 입구를 포함할 수 있다.
실시예에서, 자기 유체 역학 전력 변환기는 세그먼트화된 패러데이 발전기이다. 다른 실시예에서, 이온 흐름의 로렌츠 편향에 의해 형성된 횡 방향 전류는 적어도 제 1 MHD 전극과 z-축을 따라 상대적으로 변위된 제 2 MHD 전극 사이에 홀 전압을 생성하기 위해 이온의 입력 흐름(z-축)에 평행한 방향으로 추가 로렌츠 편향을 겪는다. 그러한 장치는 자기 유체 역학 전력 변환기의 홀 발생기 실시예로서 당업계에 공지되어 있다. xy-평면에서 z-축에 대해 각이진 MHD 전극을 갖는 유사한 장치는 본 개시의 다른 실시예를 포함하며 "윈도우 프레임" 구조를 갖는 대각선 발전기로 불린다. 각각의 경우에, 전압은 전기 부하를 통해 전류를 구동할 수 있다. 세그먼트화된 패러데이 발전기, 홀 발전기 및 대각선 발전기의 실시예는 Petrick의 [J. F. Louis, V. I. Kovbasyuk, Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation, M Petrick, and B. Ya Shumyatsky, Editors, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois, (1978), pp. 157-163]에 주어지며, 그의 전체 개시는 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
자기 유체 역학 전력 변환기의 추가 실시예에서,
Figure pct00119
을 갖는 z-축을 따른 이온의 흐름은 축 방향 자기장 구배를 증가시키는 압축 섹션으로 들어갈 수 있으며, 여기서 z-축(
Figure pct00120
)의 방향에 평행한 전자 운동의 성분은 단열 불변량(
Figure pct00121
)으로 인해 적어도 부분적으로 수직 운동(
Figure pct00122
)으로 변환된다. 전류는 축 방향 자기장에 의해 운동 평면에서 반경 방향으로 편향되어 디스크 발전기 자기 유체 역학 전력 변환기의 내부 링과 외부 링 MHD 전극 사이에 홀 전압을 생성한다. 전압은 전기 부하를 통해 전류를 구동할 수 있다. 플라즈마 전력은 또한
Figure pct00123
직접 변환기 또는 본 개시의 다른 플라즈마 대 전기 장치를 사용하거나 당업계에 공지된 다른 플라즈마를 사용하여 전기로 변환될 수 있다.
MHD 발전기는 팽창 흐름을 수용하는 응축기 채널 섹션(309)을 포함할 수 있고 발전기는 복귀 흐름 채널 또는 도관(310)을 더 포함하며, 여기서 은 증기와 같은 MHD 작동 매체는 응축기 섹션에서 온도, 압력 및 에너지 중 적어도 하나를 잃을 때 냉각되고 채널 또는 도관(310)을 통해 저장소로 다시 흐른다. 발전기는 저장소(5c) 및 EM 펌프 주입기(5ka)로의 복귀 흐름을 펌핑하기 위해 적어도 하나의 복귀 펌프(312) 및 복귀 펌프 튜브(313)를 포함할 수 있다. 복귀 펌프 및 펌프 튜브는 액체, 증기 및 가스 중 적어도 하나를 펌핑할 수 있다. 복귀 펌프 (312) 및 복귀 펌프 튜브(313)는 전자기(EM) 펌프 및 EM 펌프 튜브를 포함할 수 있다. EM 펌프로의 입구는 펌프 출구 압력을 증가시키기 위해 출구 펌프 튜브 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 실시예에서, 복귀 펌프는 EM 펌프-주입기 전극(5ka)의 주입기를 포함할 수 있다. 이중 용융 금속 주입기 실시예에서, 발전기는 각각 복귀 EM 펌프(312)와 같은 대응하는 복귀 펌프를 구비한 복귀 저장소(311)를 포함한다. 복귀 저장소(311)는 용융된 은 흐름과 같은 복귀 용융된 금속의 나머지 및 액체 은과 혼합된 응축 또는 분리된 은 증기 중 적어도 하나일 수 있다. 저장소(311)는 은 증기를 응축시키기 위한 열 교환기를 포함할 수 있다. 저장소(311)는 액체은 을 우선적으로 펌핑하여 기체 은으로부터 액체를 분리하기 위한 제 1 단계 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 실시예에서, 액체 금속은 원심력에 의해 복귀 EM 펌프(312)로 선택적으로 주입될 수 있다. 복귀 도관 또는 복귀 저장소는 원심 분리 섹션을 포함할 수 있다. 원심 분리 저장소는 입구에서 출구로 테이퍼질 수 있어서, 원심력이 바닥에서보다 최상부에서 더 커져서 용융 금속을 바닥으로 강요하고 금속 증기 및 임의의 작동 매체 가스와 같은 가스로부터 분리시킨다. 대안적으로, SunCell®은 액체 및 기체 종을 분리하기 위한 원심력을 생성하기 위해 복귀 용융 금속의 흐름 방향에 수직인 축을 중심으로 회전하는 원심 분리기 테이블에 장착될 수 있다.
실시예에서, 응축된 금속 증기는 2개의 독립적인 복귀 저장소(311)로 흐르고, 각각의 복귀 EM 펌프(312)는 용융 금속을 해당 저장소(5c)로 펌핑한다. 실시예에서, 2개의 복귀 저장소(311) 및 EM 펌프 저장소(5c) 중 적어도 하나는 입구 라이저(5qa)와 같은 본 개시의 것과 같은 레벨 제어 시스템을 포함한다. 실시예에서, 복귀 용융 금속은 복귀 저장소의 레벨에 따라 더 높거나 낮은 비율로 인해 복귀 저장소(311)로 흡입될 수 있으며, 흡입 속도는 입구 라이저와 같은 해당 레벨 제어 시스템에 의해 제어된다.
실시예에서, MHD 변환기(300)는 유도 결합 히터와 같은 적어도 하나의 히터를 더 포함할 수 있다. 히터는 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐 섹션(307), MHD 발전기 섹션(308), MHD 응축 섹션(309), 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311), 복귀 EM 펌프(312) 및 복귀 EM 펌프 튜브(313)중 적어도 하나와 같은 MHD 작동 매체와 접촉하는 구성요소를 예열할 수 있다. 히터는 히터를 결합 및 수축시키기 위한 적어도 하나의 작동기를 포함할 수 있다. 히터는 복수의 코일 및 코일 섹션 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 코일은 당업계에 공지된 것을 포함할 수 있다. 코일 섹션은 본 개시의 것과 같은 적어도 하나의 분할 코일을 포함할 수 있다. 실시예에서, MHD 변환기는 열 교환기(316)와 같은 적어도 하나의 냉각 시스템을 포함할 수 있다. MHD 변환기는 챔버(5b31), MHD 노즐 섹션(307), MHD 자석(306), MHD 전극(304), MHD 발전기 섹션(308), MHD 응축 섹션(309), 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311), 복귀 EM 펌프(312) 및 복귀 EM 펌프 튜브(313)의 그룹 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 셀 및 MHD 구성요소용 냉각기를 포함할 수 있다. 냉각기는 챔버(5b31), MHD 노즐 섹션(307), MHD 발전기 섹션(308) 및 MHD 응축 섹션(309) 중 적어도 하나로부터 손실된 열과 같은 MHD 흐름 채널로부터 손실된 열을 제거할 수 있다. 냉각기는 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311), 복귀 EM 펌프(312) 및 복귀 EM 펌프 튜브(313) 중 적어도 하나와 같은 MHD 작동 매체 복귀 시스템으로부터 열을 제거할 수 있다. 냉각기는 주변 대기로의 열을 거부할 수 있는 복사 열 교환기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 냉각기는 응축 섹션(309)으로부터 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), 노즐(307) 및 MHD 채널(308) 중 적어도 하나로 에너지를 전달하는 재순환기 또는 복열기를 포함할 수 있다. 열과 같은 전달된 에너지는 남은 열 에너지, 압력 에너지, 및 작동 매체의 기화열 중 적어도 하나, 예컨대 기화된 금속, 동역학적 에어로졸, 및 귀가스와 같은 가스를 포함하는 것을 포함할 수 있다. 열 파이프는 수십도 온도 강하로 미터 거리에서 최대 20 MW/m2와 같은 큰 열 플럭스를 전달할 수 있는 수동 2-상 장치이며, 따라서 소량의 작동 유체만 사용하여 재료의 열 응력을 크게 감소시킨다. 나트륨 및 리튬 열 파이프는 큰 열 연도(heat flue)를 전달할 수 있으며 축 방향을 따라 거의 등온으로 유지된다. 리튬 열 파이프는 최대 200 MW/m2까지 전달할 수 있다. 실시예에서, W와 같은 내화 금속에 봉입된 나트륨 또는 리튬과 같은 액체 알칼리 금속과 같은 용융 금속과 같은 열 파이프는 응축기(309)로부터 열을 전달하여 이를 반응 셀 챔버(5b31) 또는 노즐(307)로 재순환시킬 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 열 파이프는 기화 중의 은 열을 회수하고 이를 재순환시켜 회수된 열 전력이 MHD 채널(308)에 입력된 전력의 일부가 되게 한다.
실시예에서, MHD 변환기를 포함하는 것과 같은 SunCell®의 구성요소 중 적어도 하나는 SunCell® 발전기의 한 부품으로부터 다른 부품으로의 열 전달 및 유도 결합 히터와 같은 히터로부터 EM 펌프 튜브(5k6), 구성 요소, 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 용융 금속 복귀 시스템, 예컨대 MHD 복귀 도관(310), MHD 복귀 저장소(311), MHD 복귀 EM 펌프(312) 및 MHD 복귀 EM 튜브와 같은 SunCell® 구성요소로의 열 전달 중 적어도 하나에 대한 열 파이프를 포함할 수 있다. 대안적으로, SunCell® 또는 적어도 하나의 구성요소는 당업계에 공지된 것과 같은 오븐 내에서 가열될 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 SunCell® 구성요소는 적어도 작동 개시를 위해 가열될 수 있다. 히터는 저항 히터 또는 유도 결합 히터일 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 반응의 열은 하나의 SunCell® 구성요소에서 가열될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 유도 결합 히터와 같은 히터는 EM 펌프 튜브(5k6), 저장소(5c) 및 반응 셀 챔버(5b31)의 적어도 바닥 부분을 가열한다. 적어도 하나의 다른 구성요소는 반응 셀 챔버(5b31)의 최상부, MHD 노즐(307), MHD 채널(308), MHD 응축 섹션(309), 및 MHD 용융 금속 복귀 시스템, 예컨대 예컨대 MHD 복귀 도관(310), MHD 복귀 저장소(311), MHD 복귀 EM 펌프(312) 및 MHD 복귀 EM 튜브 중 적어도 하나와 같은 하이드리노 반응의 열 방출에 의해 가열될 수 있다. 실시예에서, MHD 복귀 도관(310), MHD 복귀 저장소(311), MHD 복귀 EM 펌프(312) 및 MHD 복귀 EM 튜브와 같은 MHD 용융 금속 복귀 시스템은 승온을 갖는 용융 금속 또는 금속 증기, 예컨대 약 1000 ℃ 내지 7000 ℃, 1100 ℃ 내지 6000 ℃, 1100 ℃ 내지 5000 ℃, 1100 ℃ 내지 4000 ℃, 1100 ℃ 내지 3000 ℃, 1100 ℃ 내지 2300 ℃, 1100 ℃ 내지 2000 ℃, 1100 ℃ 내지 1800 ℃ 및 1100 ℃ 내지 1500 ℃ 중 적어도 하나의 범위의 온도를 갖는 용융 은 또는 증기로 가열할 수 있다. 고온 용융 금속 또는 금속 증기는 MHD 변환을 우회하거나 비활성화하여 MHD 구성요소를 통해 흐를 수 있다. 비활성화는 전기장을 제거하거나 전극을 전기적으로 단락시킴으로써 달성될 수 있다.
실시예에서, 셀 및 MHD 변환기의 적어도 하나의 구성요소는 열 손실을 방지하기 위해 절연될 수 있다. 챔버(5b31), MHD 노즐 섹션(307), MHD 발전기 섹션(308), MHD 응축 섹션(309), 복귀 도관 (310), 복귀 저장소(311), 복귀 EM 펌프(312) 및 복귀 EM 펌프 튜브(313)의 그룹 중 적어도 하나는 절연될 수 있다. 절연재에서 손실된 열은 해당 냉각기 또는 열 교환기에서 소산될 수 있다. 실시예에서, 은과 같은 작동 유체는 냉각제로서 기능을 할 수 있다. EM 펌프 주입 속도는 MHD 노즐(307)과 같은 적어도 하나의 셀 또는 MHD 구성요소를 냉각시키기 위해 열을 흡수하기 위한 은을 제공하도록 증가될 수 있다. 은의 기화는 노즐 MHD(307)를 냉각시킬 수 있다. 재순환기 또는 복열기는 냉각에 사용되는 작동 매체를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 은은 냉각될 구성요소 위로 펌핑되고 냉각을 제공하면서 열을 회수하기 위해 반응 셀 챔버 및 MHD 변환기 내로 주입된다.
저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 변환기(307 및 308)의 고압 부분과 같은 고압 구성요소는 하우징(5b3a 및 5b3b)을 포함하는 압력 챔버(5b3a1)에 유지될 수 있다. 압력 챔버(5b3a1)는 높은 내부 반응 챔버(5b31), MHD 노즐(307) 및 MHD 발전기 채널(308)의 적어도 일부분과의 균형을 적어도 상쇄하는 압력으로 유지될 수 있다. 압력 균형은 저장소(5c)와 EM 펌프 조립체(5kk) 사이의 것과 같은 발전기 구성요소의 조인트의 변형을 감소시킬 수 있다. 고압 용기(5b3a)는 반응 셀 챔버(5b31), 저장소(5c) 및 MHD 팽창 채널(308) 중 적어도 하나와 같은 고압 구성요소를 선택적으로 수용할 수 있다. 다른 셀 구성요소는 저압 용기 또는 하우징에 수용될 수 있다.
H2O, H2, CO2 및 CO 중 적어도 하나와 같은 하이드리노 반응물 소스는 셀 챔버(5b31), 저장소(5c), MHD 팽창 채널(308) 및 MHD 응축 섹션(309) 중 적어도 하나와 같은 투과성 셀 구성요소를 통해 투과될 수 있다. 하이드리노 반응 가스는 EM 펌프 튜브(5k6), MHD 팽창 채널(308), MHD 응축 섹션(309), MHD 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311), MHD 복귀 펌프(312), 및 MHD 복귀 EM 펌프 튜브(313)를 통하는 것과 같은 적어도 하나의 위치에서 용융 금속 스트림으로 도입될 수 있다. 질량 유량 제어기와 같은 가스 주입기는 EM 펌프 튜브(5k6), MHD 복귀 펌프(312) 및 MHD 복귀 EM 펌프 튜브(313) 중 적어도 하나를 통해 MHD 변환기의 고압 측에 고압으로 주입할 수 있다. 가스 주입기는 MHD 응축 섹션(309), MHD 복귀 도관(310) 및 복귀 저장소(311)를 통하는 것과 같은 적어도 하나의 위치와 같은 MHD 변환기의 저압 측의 저압에서 하이드리노 반응물을 주입할 수 있다. 실시예에서, 물 및 수증기 중 적어도 하나는 압력 공급기 및 역류 체크 밸브를 더 포함할 수 있는 유량 제어기에 의해 EM 펌프 튜브(5k4)를 통해 주입될 수 있으며, 이는 용융된 금속이 질량 유량 제어기와 같은 물 공급기로 다시 유입되는 것을 방지한다. 물은 세라믹 또는 탄소 막과 같은 선택적 투과성인 막을 통해 주입될 수 있다. 실시예에서, 변환기는 PV 변환기를 포함할 수 있으며, 하이드리노 반응물 주입기는 전달 부위의 작동 압력에서 침투 또는 주입과 같은 수단 중 적어도 하나에 의해 반응물을 공급할 수 있다. 다른 실시예에서, SunCell®은 수소 가스 소스 및 산소 가스 소스를 더 포함할 수 있고, 여기서 2개의 가스는 반응 셀 챔버(5b31)에서 수증기를 제공하도록 조합된다. 수소 소스 및 산소 소스는 상응하는 탱크, 가스를 반응 셀 챔버(5b31) 내로 직접 또는 간접적으로 유동시키는 라인, 유량 조절기, 유량 조절기, 컴퓨터, 유량 센서, 및 적어도 하나의 밸브 중 적어도 하나를 각각 포함할 수 있다. 후자의 경우, 가스는 EM 펌프(5ka), 저장소(5c), 노즐(307), MHD 채널(308) 및 다른 MHD 변환기 구성요소, 예컨대 임의의 복귀 라인(310a), 도관(313a) 및 펌프(312a) 중 적어도 하나와 같은 반응 셀 챔버(5b31)와 가스 연속성으로 챔버 내로 유동 될 수 있다. 실시예에서, H2 및 O2중 적어도 하나는 EM 펌프 튜브(5k61)의 주입 섹션으로 주입 될 수 있다. O2 및 H2는 이중 EM 펌프 주입기의 개별 EM 펌프 튜브를 통해 주입될 수 있다. 대안적으로, 산소 및 수소 중 적어도 하나와 같은 가스는 MHD 채널(308) 또는 MHD 응축 섹션(309)과 같은 은 증기압이 낮은 영역에서 주입기를 통해 셀 내부에 첨가될 수 있다. 수소 및 산소 중 적어도 하나 나노-다공성 세라믹 막과 같은 세라믹 막과 같은 선택적 막을 통해 주입될 수 있다. 산소는 산소 투과율을 증가시키기 위해 Bi26Mo10O69로 코팅될 수 있는 BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN) 산소 투과성 막과 같은 본 개시의 것과 같은 산소 투과성 막을 통해 공급될 수 있다. 수소는 팔라듐-은 합금 막과 같은 수소 투과성 막을 통해 공급될 수 있다. SunCell®은 고압 전해조와 같은 전해조를 포함할 수 있다. 전해조는 양극 격실에 의해 순수한 수소가 공급될 수 있는 양성자 교환 막을 포함 할 수 있다. 양극 격실에 의해 순수한 산소가 공급될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 부품은 비산화 코팅 또는 산화 보호 코팅으로 코팅되고, 수소 및 산소는 2개의 질량 유량 제어기를 사용하여 제어된 조건하에서 개별적으로 주입되며, 여기서 흐름은 대응하는 가스 센서에 의해 감지된 셀 농도에 기초하여 제어될 수 있다.
실시예에서, 저장소(5c)와 같은 내부 격실, 반응 셀 챔버(5b31), 노즐(307), MHD 채널(308), MHD 응축 섹션(309) 및 다른 MHD 변환기 구성요소, 예컨대 임의의 복귀 라인(310a), 도관(313a) 및 펌프(312a)를 포함하는 SunCell® 및 MHD 변환기의 적어도 하나의 구성요소는 가스 밀봉 하우징 또는 챔버에 수용되며, 챔버 내의 가스는 가스 투과성 및 은 증기 불투과성 막을 가로 질러 확산함으로써 내부 셀 가스와 평형을 이룬다. 가스 선택적 막은 본 개시의 하나와 같은 반투과성 세라믹을 포함할 수 있다. 셀 가스는 수소, 산소 및 아르곤 또는 헬륨과 같은 귀가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 외부 하우징은 각각의 가스에 대한 압력 센서를 포함할 수 있다. SunCell®은 각각의 가스에 대한 소스 및 제어기를 포함할 수 있다. 아르곤과 같은 귀가스의 소스는 탱크를 포함할 수 있다. 수소 및 산소 중 적어도 하나의 소스는 고압 전해조와 같은 전해조를 포함할 수 있다. 가스 제어기는 유량 제어기, 가스 조절기 및 컴퓨터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하우징 내의 가스 압력은 저장소, 반응 셀 챔버 및 MHD 변환기 구성요소와 같은 셀 내부의 각각의 가스의 가스 압력을 제어하도록 제어될 수 있다. 각각의 가스의 압력은 약 0.1 Torr 내지 20 atm의 범위일 수 있다. 도 102 내지 도 118에 도시된 예시적인 실시예에서, 직선형 MHD 채널(308) 및 MHD 응축 섹션(309)은 가스 하우징(309b), 압력 게이지(309c), 그리고 가스 입구 라인, 가스 출구 라인 및 플랜지를 포함하는 가스 공급 및 배출 조립체(309e)를 포함하며, 여기서 가스 투과성 막(309d)은 MHD 응축 섹션(309)의 벽에 장착될 수 있다. 마운트는 소결 조인트, 금속화 세라믹 조인트, 브레이징 조인트 또는 본 개시의 다른 것을 포함할 수 있다. 가스 하우징(309b)은 액세스 포트를 더 포함할 수 있다. 가스 하우징(309b)은 SS 625와 같은 내산화성 금속과 같은 금속 또는 몰리브덴과 같은 적합한 CTE의 금속 상의 이리듐 코팅과 같은 내산화성 코팅을 금속 상에 포함할 수 있다. 대안적으로, 가스 하우징(309b)은 지르코니아, 알루미나, 마그네시아, 하프니아, 석영 또는 본 발명의 다른 것과 같은 금속 산화물 세라믹과 같은 세라믹을 포함할 수 있다. MHD 복귀 도관(310)과 같은 금속 가스 하우징(309b)을 통한 세라믹 관통부는 냉각될 수 있다. 관통부는 탄소 시일을 포함할 수 있으며, 여기서 시일 온도는 금속의 탄화 온도 및 세라믹의 탄소 환원 온도보다 더 낮다. 고온 용융 금속이 냉각되도록 시일이 제거될 수 있다. 시일은 수동 또는 강제 공기 또는 수냉과 같은 냉각을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 유도 결합 히터 안테나(5f)는 하나의 코일, 도 101 ㅁ및 도 102에 도시된 바와 같은 3개의 개별 코일, 도 105 및 도 106에 도시된 3개의 연속 코일, 2개의 분리된 코일, 또는 도 103 및 도 104에 에 도시된 2개의 연속 코일을 포함할 수 있다. 예시적인 유도 결합 히터 안테나(5f)는 연속적인 원주 방향 전류를 갖는 동심 박스를 포함할 수 있는 나선형 코일을 포함할 수 있는 상부 타원형 코일 및 하부 EM 펌프 튜브 팬케이크 코일을 포함한다(도 103 및 도 104). 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 노즐(307)은 도 85 내지 도 118에 도시된 바와 같이 평면, 다각형, 직사각형, 원통형, 구형 또는 다른 원하는 형상을 포함할 수 있다. 유도 결합 히터 안테나(5f)는 도 105 및 도 106에 도시된 바와 같이 각각의 저장소(5c)에 원주 방향으로 2개의 나선 및 EM 펌프 튜브에 평행한 팬케이크 코일을 포함하는 3개의 연속적인 턴 세트를 포함할 수 있다. 저장소에 대한 대향하는 나선의 회전은 전류가 두 코일의 자기장을 강화하기 위해 동일한 방향으로 또는 나선 사이의 공간에서 상쇄되도록 반대 방향으로 권취될 수 있다. 유도 결합 히터 안테나(5f)는 EM 펌프(5kk), 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31)의 벽, 및 유도 점화 시스템의 요크 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 구성요소를 냉각시키는 역할을 할 수 있다. 적어도 하나의 냉각된 구성요소는 실리콘 질화물, 석영, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 또는 하프니아와 같은 본 발명의 것과 같은 세라믹을 포함할 수 있다.
SunCell®은 MHD 팽창 채널의 단부로부터 저장소(5c)로의 하나의 MHD 작동 매체 복귀 도관을 포함할 수 있으며, 저장소(5c)는 저장소의 저압을 높은 반응 셀 챔버(5b31) 압력으로부터 격리시키는 밀봉된 상부 커버를 포함할 수 있다. EM 펌프 주입기 섹션(5k61) 및 노즐(5q)은 커버를 관통하여 반응 셀 챔버(5b31)에 은과 같은 용융 금속을 주입할 수 있다. 관통부는 압축 시일, 슬립 너트, 개스킷 납땜 또는 스터핑 박스 시일과 같은 본 발명의 시일을 포함할 수 있다. 저장소는 저장소(5c)에서 용융 금속 레벨을 제어하기 위해 입구 라이저 튜브(5qa)를 포함할 수 있다. 복귀 용융 금속 흐름을 수용하는 피복된 저장소 및 EM 펌프 조립체(5kk)는 이중 용융 금속 주입기 시스템의 제 1 주입기를 포함할 수 있다. 제 2 저장소 및 EM 펌프 조립체를 포함하는 제 2 주입기는 제 1 주입기로부터 간접적으로 복귀 흐름을 받는 개방 저장소를 포함할 수있다. 제 2 주입기는 양극을 포함할 수 있다. 제 2 주입기는 저장소에서 용융 금속 레벨 아래로 침지되어 유지될 수 있다. 해당 유입 라이저 튜브(5qa)는 침지를 제어할 수 있다.
SunCell®은 MHD 발전기 채널(308)의 단부로부터 용융 금속 주입기 시스템의 적어도 하나의 저장소(5c)까지 적어도 하나의 기체 금속 복귀 도관(310)을 포함할 수 있다. SunCell®은 MHD 발전기 채널(308)의 단부로부터 이중 용융 금속 주입기 시스템의 2개의 대응 저장소(5c)까지 2개의 복귀 도관(310)을 포함할 수 있다. 각각의 저장소(5c)는 저장소(5c)의 저압을 높은 반응 셀 챔버(5b31) 압력으로부터 격리시키는 밀봉된 상부 커버를 포함할 수 있다. EM 펌프 주입기 섹션(5ka 및 5k61) 및 노즐(5q)은 저장소 상부 커버를 관통하여 반응 셀 챔버(5b31)에 은과 같은 용융 금속을 주입할 수 있다. 관통부는 압축 시일, 슬립 너트, 개스킷, 납땜 또는 스터핑 박스 시일과 같은 본 개시의 시일을 포함할 수 있다. 각각의 저장소(5c)는 저장소(5c)에서 용융 금속 레벨을 제어하기 위해 입구 라이저 튜브(5qa)를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)의 온도는 반응 셀 챔버로 주입된 액체 금속이 기화되어 복귀 도관(310)을 통해 복귀되도록 용융 금속의 비점보다 더 높을 수 있다.
SunCell®은 MHD 응축기 채널(309)의 단부로부터 용융 금속 주입기 시스템의 적어도 하나의 저장소(5c)로의 적어도 하나의 MHD 작동 매체 복귀 도관(310)을 포함할 수 있다. SunCell®은 MHD 응축기 채널(309)의 단부로부터 이중 용융 금속 주입기 시스템의 2개의 대응 저장소(5c)까지 2개의 MHD 작동 매체 복귀 도관(310)을 포함할 수 있다. 각각의 저장소(5c)는 저장소(5c)의 저압을 높은 반응 셀 챔버(5b31) 압력으로부터 격리시키는 밀봉된 상부 커버를 포함할 수 있다. EM 펌프 주입기 섹션(5ka 및 5k61) 및 노즐(5q)은 저장소 상부 커버를 관통하여 반응 셀 챔버(5b31)에 은과 같은 용융 금속을 주입할 수 있다. 관통부는 압축 시일, 슬립 너트, 개스킷, 납땜 또는 스터핑 박스 시일과 같은 본 발명의 시일을 포함할 수 있다. 각각의 저장소(5c)는 저장소(5c)에서 용융 금속 레벨을 제어하기 위해 입구 라이저 튜브(5qa)를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)의 온도는 반응 셀 챔버에 주입된 액체 금속이 기화되도록 증기의 비점보다 높을 수 있고, 증기는 MHD 노즐 섹션(307)을 통해 가속된다. 증기의 운동 에너지 발생기 채널(308)에서 전기가 변환되고, 증기는 MHD 응축기 섹션(309)에서 응축되고, 용융 금속은 복귀 도관(310)을 통해 복귀된다.
SunCell®은 적어도 하나의 MHD 작동 매체 복귀 도관(310), 하나의 복귀 저장소(311) 및 상응하는 펌프(312)를 포함할 수 있다. 펌프(312)는 전자기(EM) 펌프를 포함할 수 있다. SunCell®은 이중 용융 금속 도관(310), 복귀 저장소(311) 및 대응하는 EM 펌프(312)를 포함할 수 있다. 상응하는 입구 라이저 튜브(5qa)는 각각의 복귀 저장소(311)에서 용융 금속 레벨을 제어할 수 있다. 복귀 EM 펌프(312)는 MHD 응축기 채널(309)의 단부로부터 MHD 작동 매체를 복귀시켜 저장소(311)를 복귀시킨 다음 대응하는 주입기 저장소(5c)로 펌핑할 수 있다. 다른 실시예에서, 용융 금속 복귀 흐름은 복귀 도관(310)을 통해 상응하는 복귀 EM 펌프(312)로 그리고 이어서 해당 주입기 저장소(5c)로 전달된다. 실시예에서, 은과 같은 MHD 작동 매체는 약 10 기압과 같은 압력 구배에 대해 펌핑되어 주입, 점화, 팽창 및 복귀 흐름을 포함하는 용융 금속 흐름 회로를 완성한다. 고압을 달성하기 위해, EM 펌프는 일련의 단계를 포함할 수 있다. SunCell®은 대응하는 저장소(5c)에서 용융 금속 레벨을 제어하기 위해 EM 펌프 주입기(5ka 및 5k61) 및 입구 라이저 튜브(5qa)를 각각 포함하는 한 쌍의 저장소(5c)를 포함하는 이중 용융 금속 주입기 시스템을 포함할 수 있다. 복귀 흐름은 대응하는 EM 펌프 조립체(5kk)의 기저부(5kk1)로 유입될 수 있다.
실시예에서, 노즐의 입구, 노즐, 노즐의 출구 및 MHD 채널의 원하는 부분과 같은 MHD 구성요소에서의 위치를 포함하는 적어도 하나의 위치에서의 작동 매체의 속도는 충분할 수 있어서 금속 증기 포화 조건이 충족되는 경우에도 충격 응축과 같은 응축이 발생하지 않게 한다. 응축 시간에 비해 통과 시간이 짧아 응축이 발생하지 않을 수 있다. 응축 동역학은 플라즈마 압력, 플라즈마 온도, 제트 속도, 작동 매체 조성 및 자기장 세기를 제어함으로써 변경되거나 선택될 수 있다. 은 증기와 같은 금속 증기는 높은 표면적을 가질 수 있는 응축기(309)에서 응축될 수 있고, 수집된 액체 은은 복귀 도관 및 EM 펌핑 시스템을 통해 복귀될 수 있다. 실시예에서, 충격 응축을 피하는 노즐에서의 짧은 통과 시간은 그렇지 않으면 충격 응축을 야기할 수 있는 MHD 채널(307)에서 유리한 MHD 변환 조건의 생성을 허용하기 위해 이용된다.
실시예에서, MHD 채널로서 또한 공지된 MHD 팽창 또는 발전기 채널은 운동 에너지 흐름을 구동하는 압력 구배로 변환된 열 구배에 의해 전력 변환을 연속적으로 유도하는 플레어 MHD 채널을 포함한다. 은 응축으로 인한 열은 MHD 채널의 압력 구배 또는 질량 흐름에 기여할 수 있다. 응축 은에 의해 방출된 기화열은 고속 흐름을 생성하기 위해 제트 엔진에서 애프터 버너의 기능을 수행할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 은 기화 열은 제트 애프터 버너에서 연소 기능을 제공하여 은 제트 스트림의 속도를 증가시키거나 그에 기여한다. 실시예에서, 은 증기의 응축에 의해 방출된 기화 열은 응축이 없을 때의 압력보다 압력을 증가시킨다. MHD 채널은 플레어 또는 노즐 형상과 같은 형상을 포함하여 압력을 MHD 변환기에 의해 전기로 변환하는 직접 흐름 또는 운동 에너지로 변환할 수 있다. MHD 자석(306)에 의해 제공되는 자기장은 은 증기가 상응하는 전도율 변화로 응축되는 경우에 플라즈마 스톨(plasma stall)을 방지하도록 조정될 수 있다. 실시예에서, MHD 채널 (308)의 벽은 대응하는 질량 및 운동 에너지 손실을 갖는 벽에서의 금속 증기 응축을 방지하기 위해 고온에서 유지된다. 높은 전극 온도는 또한 더 고온의 플라즈마에 비해 전기 전도성이 낮거나 절연 경계층이 더 낮은 냉각된 전극의 경우에 발생할 수 있는 플라즈마 아크로부터 보호할 수 있다.
MHD 채널(308)은 반응 셀 챔버(5b31)로부터 MHD 채널의 벽으로 열을 전달함으로써 원하는 승온으로 유지될 수 있다. MHD 변환기는 열을 반응 셀 챔버로부터 MHD 채널의 벽으로 전달하기 위한 열 교환기를 포함할 수 있다. 열 교환기는 반응 셀 챔버로부터 MHD 채널의 벽으로 열을 전도하는 열 전달 블록을 포함하는 것과 같은 전도성 또는 대류 열 교환기를 포함할 수 있다. 열 교환기는 복사 열 교환기를 포함할 수 있고, 반응 셀 챔버의 적어도 일부의 외벽은 전력을 방출하는 흑체 방열기를 포함하고 MHD 채널의 벽의 적어도 일부는 흑체를 흡수하는 흑체 방열기를 포함할 수 있다. 열 교환기는 펌핑될 수 있는 냉각제를 포함할 수 있다. 펌프는 EM 펌프를 포함할 수 있으며, 여기서 냉각제는 용융 금속이다. 다른 실시예에서, 하이드리노 반응은 MHD 채널(308)에서 추가로 전파 및 유지되어 MHD 채널 벽 온도를 채널에 흐르는 금속 증기의 응축 온도 이상으로 유지한다. 하이드리노 반응은 H 및 HOH 촉매와 같은 반응물 또는 이들의 소스를 공급함으로써 유지될 수 있다. 하이드리노 반응 속도를 지지하고 가속화하는 전도성으로 인해 반응이 전극에서 선택적으로 유지될 수 있다. MHD 변환기는 MHD 채널 벽 온도를 기록하기 위한 적어도 하나의 온도 센서 및 열 교환기 및 하이드리노 반응 속도와 같은 열 전달 수단 중 적어도 하나를 제어하여 원하는 MHD 채널 벽 온도를 유지하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 하이드리노 반응 속도는 하이드리노 반응물의 MHD 채널로의 흐름을 제어하기 위한 수단과 같은 본 개시에 의해 제어될 수 있다.
다른 실시예에서, 플라즈마, 금속 증기 및 응축된 금속 증기 중 적어도 하나는 채널에 한정되고, 전기 및 자기 중 적어도 하나의 소스를 포함하는 것과 같은 채널 한정 수단에 의해 MHD 벽 상에 수집되는 것이 방지된다. 구속 수단은 자기 병과 같은 자기 구속 수단을 포함할 수 있다. 구속 수단은 RF 필드와 같은 유도 결합 필드를 포함할 수 있다. MHD 변환기는 구속을 달성하기 위해 RF 전원, 적어도 하나의 안테나, 정전기 전극 및 전원, 및 적어도 하나의 정자기장 소스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 작동 매체는 MHD 채널(308)에 기화된 금속을 포함하고, 여기서 작동 매체의 압력 및 온도는 전기로 MHD의 변환에 의한 운동 에너지의 손실 때문에 MHD 채널을 따라 금속 증기의 응축에 의해 방출되는 열에 의해 증가된다. 은의 응축으로부터의 에너지는 MHD 채널에서 작동 매체의 압력, 온도, 속도 및 운동 에너지 중 적어도 하나를 증가시킬 수 있다. 유속은 벤투리(Venturi) 효과 또는 베르누이(Beroulli) 원리를 이용하는 채널 구조에 의해 증가될 수 있다. 실시예에서, 유동 액체 은은 증기가 MHD 채널 내로 유동하게 하는 흡인기 매체로서 작용할 수 있다.
실시예에서, MHD 채널(308) 직경 및 부피 중 적어도 하나는 노즐(307) 출구로부터 MHD 채널(308) 출구로의 MHD 채널의 유동 축 또는 z-축을 따른 거리의 함수로서 감소된다. MHD 채널(308)은 z-축을 따라 수렴하는 채널을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, z-축을 따른 채널 크기는 종래의 시드 가스 MHD 작동 매체 변환기의 채널 크기와 동일하거나 그보다 더 적게 발산된다. 은이 응축되고 열을 방출하여 에너지 플라즈마를 유지함에 따라 z-축을 따라 압력 및 속도를 유지하기 위해 채널 부피가 감소될 수 있다. z-축을 따른 플라즈마 흐름으로 응축 된 은 증기(254 kJ/몰)에서 방출된 기화 열은 채널의 z-축을 따라 임의의 주어진 위치에서 비-응축된 은의 흐름을 증가시키기 위해 작동 매체의 온도 및 압력을 증가시킬 수 있다. 유속의 증가는 벤투리 효과 또는 베르누이 원리에 의해 발생할 수 있다. 자속은 원하는 압력, 온도, 속도, 전력 및 에너지 재고를 유지하기 위해 z-축 위치의 함수로서 MHD 전력을 추출하기 위해 MHD 채널의 흐름 축(z- 축)을 따라 영구적으로 또는 동역학적으로 변화될 수 있으며, z-축을 따른 거리의 함수로서의 채널 크기는 z-축 자속 변동과 일치되어 기화된 금속으로부터 기화 열의 에너지를 전기로서 추출하는 것을 적어도 부분적으로 달성할 수 있다. 플라즈마 가스 흐름은 또한 응축된 은 증기를 위한 캐리어 가스로서 작용할 수 있다.
응축된 은은 박무 또는 안개를 포함할 수 있다. 주어진 압력에서 비점보다 훨씬 낮은 온도에서 은이 에어로졸을 형성하는 경향으로 인해 안개 상태가 선호될 수 있다. 작동 매체는 산소 및 은을 포함할 수 있으며, 여기서 용융된 은은 은이 다량의 산소를 흡수할 수 있는 주어진 압력에서 비등점보다 훨씬 낮은 온도에서 산소의 존재하에 에어로졸을 형성하는 경향이 있다. 작동 매체는 질소, 산소, 수증기와 같은 에어로졸화 가스, 또는 은 증기와 같은 금속 증기에 더하여 아르곤닌과 같은 귀 가스를 포함하여 응축된 은의 에어로졸을 형성할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버 및 MHD 채널을 통한 에어로졸화 가스의 압력은 작동 조건하에서 정상 상태 분포로 유지될 수 있다. MHD 변환기는 에어로졸화 가스 탱크, 펌프, 및 적어도 하나의 위치에서 에어로졸화 가스 압력을 선택적으로 측정하기 위한 적어도 하나의 게이지와 같은 에어로졸화 가스의 공급원을 더 포함할 수 있다. 에어로졸화 가스 재고는 펌프 및 에어로졸화 가스 공급원을 사용하여 에어로졸화 가스의 추가 또는 제거에 의해 원하는 레벨로 유지될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 액체 은은 융점 바로 위의 온도에서 안개 또는 에어로졸을 형성하여 MHD 채널(308)의 아르곤과 같은 일정한 대기압 에어로졸화 가스는 은 증기가 액체 전이를 야기함으로써 플라즈마 흐름과 함께 운반되고 MHD 응축기(309) 상에 응집 될 수 있는 에어로졸을 발생한다. 일 실시예에서, 응축 증기의 속도는 응축물에서 보존된다. 응축물의 속도는 증발 열 방출로부터 증가할 수 있다. MHD 채널은 증발 열을 응축 운동 에너지로 변환하는 형상을 포함할 수 있다. 실시예에서, 채널은 기화열을 응축 운동 에너지로 변환하기 위해 좁아 질 수 있다. 다른 실시예에서, 기화 열은 채널 압력을 증가시킬 수 있고, 압력은 노즐에 의해 운동 에너지로 변환될 수 있다. 실시예에서, 구리 또는 은-구리 합금은 은을 대체할 수 있다. 실시예에서, 금속 에어로졸의 소스로서 작용하는 용융 금속은 은, 구리 및은-구리 합금 중 적어도 하나를 포함한다. 에어로졸은 산소, 수증기 및 아르곤과 같은 귀 가스와 같은 가스의 존재하에 형성될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 은 에어로졸과 같은 용융 금속 에어로졸을 형성하기 위해 용융된 은과 접촉하는 셀 가스의 흐름을 유지하는 수단을 포함한다. 가스 흐름은 강제 가스 흐름 및 대류 가스 흐름 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31) 및 저장소(5c) 중 적어도 하나는 가스 흐름을 증가시켜서 가스 흐름을 증가시키도록 적어도 하나의 배플을 포함할 수 있다. 흐름은 플라즈마 반응으로부터의 열 구배 및 압력 중 적어도 하나에 의해 야기되는 것과 같은 대류 및 압력 구배 중 적어도 하나에 의해 구동될 수 있다. 가스는 귀 가스, 산소, 수증기, H2 및 O2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 가스 흐름을 유지하기 위한 수단은 가스 펌프 또는 압축기, 예컨대 MHD 가스 펌프 또는 압축기 (312a), MHD 변환기, 및 EM 펌프 용융 금속 주입기 및 하이드리노 플라즈마 반응 중 적어도 하나에 의해 야기되는 난류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 속도를 제어하도록 가스 유량 및 가스 조성 중 적어도 하나가 제어될 수 있다. 수증기가 재순환되는 실시예에서, SunCell®은 H2와 O2로 가열된 H2O를 다시 H2O로 재결합시키는 재결합기, 수증기를 액체 수로 응축시키는 응축기, 및 가압 수가 셀 내부의 주입 경로로 증기를 전이시킬 수 있는 저장소(5c) 또는 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 적어도 하나의 내부 셀 구성요소를 공급하는 라인으로 가압 수를 주입하기 위한 액체 수 펌프를 더 포함한다. 재조합기는 Raney 니켈, Pd 및 Pt 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같이 당업계에 공지된 것일 수 있다. 수증기는 반응 셀 챔버(5b31)와 저장소(5c) 사이와 같은 고압 격실을 포함하는 루프에서 재순환될 수 있다.
실시예에서, 저장소(5c) 및 반응 셀 챔버(5b31) 중 적어도 하나는 은 증기를 은 에어로졸로 응축시키고 은 에어로졸을 냉각시키는 것 중 적어도 하나에 충분히 낮은 온도를 갖는 가스 소스를 포함한다. 활기찬 하이드리노 반응에 의해 방출된 열은 은 증기를 형성할 수 있다. 하이드리노 반응 플라즈마에서 기화가 일어날 수 있다. 하이드리노 반응과 접촉하는 주변 가스는 셀 가스를 포함한다. 셀 가스 및 에어로졸 중 적어도 하나의 일부분은 가스, 에어로졸 및 플라즈마 중 적어도 하나를 포함하는 반응 셀 챔버 및 저장소 중 적어도 하나의 내부 영역에서 열 교환기 및 냉각기에 의해 냉각될 수 있다. 셀 가스 및 에어로졸 중 적어도 하나는 은 증기를 에어로졸로 응축시키고 에어로졸을 냉각시키는 것 중 적어도 하나를 충분히 냉각시킬 수 있다. 냉각 셀 가스-에어로졸-증기 혼합물의 증기 응축 속도 및 온도 및 압력 중 적어도 하나는 냉각 동안 열 전달 및 냉각 셀 가스와 에어로졸의 온도와 압력 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어될 수 있다.
채널을 따라 질량 손실을 피하기 위한 실시예에서, 증기가 응축됨에 따라 은 증기가 안개로 인해 야기된다. 채널을 따라 전기로 운동 에너지를 잃는 몰 분율이 안개를 형성하도록 야기될 수 있으며, 여기서 상응하는 기화 열은 운동 에너지를 상응하는 에어로졸 입자에 부여하여 달리 손실된 질량의 초기 속도를 일정하게 유지시킨다. 채널은 나머지 가스 원자로 흐르는 에어로졸 입자로의 부분 원자 응집으로 인해 감소된 입자 수로 속도를 유지하기 위해 곧바로 수렴될 수 있다. 실시예에서, MHD 채널(308) 벽은 안개 형성을 지지함으로써 응축된 액체 응축을 피하기 위해 은의 융점보다 높은 온도에서 유지될 수 있다.
실시예에서, 은 플라즈마 제트가 접촉하는 MHD 채널 구성요소 및 표면은 은 액체에 의한 습윤에 저항하는 재료를 포함할 수 있다. MHD 채널 벽(308) 및 MHD 전극(304) 중 적어도 하나는 습윤에 저항하는 표면을 포함할 수 있다.
에어로졸 입자는 대전되어 수집될 수 있다. 수집은 MHD 채널의 단부에서 발생할 수 있다. 에어로졸 입자는 정전기 침전 또는 전기 분무 침전에 의해 제거될 수 있다. 실시예에서, MHD 변환기는 적어도 하나의 입자 충전 전극과 같은 에어로졸 입자 충전 수단, 고전압원과 같은 전력 공급원, 및 대전 입자를 수집하도록 전기적으로 바이어스되는 적어도 하나의 전극과 같은 대전 입자 수집기를 포함할 수 있다. 대전된 입자는 인가된 전기장에 의해 MHD 채널의 단부에서 수집될 수 있다.
실시예에서, 금속 증기 액적은 플라즈마 흐름에 의해 운반된다. 액적은 MHD 전극 및 MHD 채널 벽 중 적어도 하나의 표면 상에 박막을 형성할 수 있다. 과잉 응축 액체는 기계적으로 제거되고 플라즈마 및 질량 흐름과 함께 운반될 수 있다. 실시예에서, 패러데이 전류는 응축된 은 증기와 같은 응축된 금속 증기를 통과하고 홀 전류가 생성되어 MHD 노즐(307)로부터 플라즈마 제트의 궤적을 따라 응축된 은 입자를 강제한다. 홀 전류는 응축된 은을 저장소(5c)로 복귀시키기 위해 MHD 채널을 빠져나간다. 금속 증기보다 높은 전도성으로 인해 응축된 은을 통해 전류가 우선적으로 흐를 수 있다. 다른 실시예에서, 전송은 MHD 채널의 발산 및 수렴 중 적어도 하나에 의해 지원될 수 있다. 실시예에서, 디스크 생성기와 같은 MHD 변환기는 MHD 채널의 입구 및 출구에서 플라즈마와 접촉하는 전극을 포함하여 채널에서 용융 금속 단락의 효과가 개선될 수 있다.
실시예에서, 작동 매체는 비점 미만의 온도에서 승화되어 금속이 MHD 채널의 벽에서 응축되어 재순환 시스템으로 유동하는 것을 방지할 수 있는 은과 같은 금속을 포함한다. 실시예에서, MHD 채널의 출구에서의 압력은 대기압 이하의 압력과 같은 저압으로 유지된다. 작동 매체 금속 증기가 MHD 채널(308)에서 응축되지 않도록 MHD 채널의 출구에서 진공이 유지될 수 있다. 진공은 MHD 가스 펌프 또는 압축기(312a)에 의해 유지될 수 있다(도 2I67-2I73).
실시예에서, MHD 채널은 입구 섹션의 생성기와 출구 섹션의 압축기를 포함할 수 있다. 압축기로 인해 응축된 증기가 MHD 채널 밖으로 펌핑될 수 있다. MHD 변환기는 응축된 작동 매체 증기가 채널로부터 흐르도록 인가된 자기장에 수직 방향으로 MHD 채널의 작동 매체에 전류를 제어 가능하게 인가하기 위한 전류원 및 전류 제어기를 포함할 수 있으며, 여기서 채널 조건은 증기 응축이 증기의 기화 열의 방출을 달성하도록 제어될 수 있다.
다른 실시예에서, 은 금속 증기와 같은 금속 증기의 기화 열은 MHD 응축기(309)와 같은 열 교환기에서 증기를 응축시킴으로써 회수될 수 있다. 응축은 은과 같은 금속의 비점보다 더 높은 온도에서 일어날 수 있다. 열은 대류, 전도, 복사, 또는 냉각제와 같은 당업계에 공지된 수단에 의해 저장소(5c)의 일부분으로 전달될 수 있다. 열 전달 시스템은 전도에 의해 열을 전달하는 Mo, W 또는 카본 블록과 같은 내화 열 전달 블록을 포함할 수 있다. 열로 인해 저장소의 은이 기화될 수 있다. 열은 기화열에서 보존될 수 있다. 하이드리노 반응은 기화된 금속의 압력 및 온도를 추가로 증가시킬 수 있다. 아르곤 또는 헬륨과 같은 귀 가스와 같은 작동 매체 첨가제를 포함하는 실시예에서, MHD 변환기는 가스를 MHD 변환기의 저압에서 고압 부분으로 재순환시키기 위한 가스 펌프 또는 압축기(312a)(도 2I67 내지 도 2I73)를 더 포함한다. 가스 펌프 또는 압축기(312a)는 구동 모터(312b) 및 블레이드 또는 베인(312c)을 포함할 수 있다. MHD 변환기는 MHD 응축 섹션(309)으로부터 펌프 입구로의 가스 통로(310a)를 포함할 수 있는 펌프 입구, 및 펌프 또는 압축기(312)로부터 반응 셀 챔버(5b31)로의 가스 통로(313a)를 포함할 수 있는 펌프 출구를 포함할 수 있다. 펌프는 약 1 내지 2 기압과 같은 저압에서 약 4 내지 15 기압과 같은 고압으로 가스를 펌핑할 수 있다. MHD 응축 섹션(309)으로부터 펌프(312a)로의 입구 도관(310a)은 은 증기와 같은 금속 증기로부터 귀 가스와 같은 가스를 분리하기 위해 입구에 선택적인 막 또는 금속 응축기와 같은 필터를 포함할 수 있다. MHD 응축기 섹션(309)의 배플(309a)은 MHD 응축 섹션(309)에서 응축된 것과 같은 용융 금속을 MHD 복귀 도관(310)으로 안내할 수 있다. 중앙 및 MHD 복귀 도관(310)으로의 용융 금속 복귀 입구에 있는 배플 높이 중 적어도 하나는 상향 가스 압력이 응축 또는 액체 용융 금속 입자의 중력을 초과하여 MHD 복귀 도관(310)으로 이들의 흐름을 용이하게 하는 위치에 있을 수 있다.
SunCell®은 MHD 응축 섹션(309)에 위치될 수 있고 열 교환기(316)를 포함할 수 있는 정압 응축기와 같은 금속 증기 응축기를 포함할 수 있다. 작업 매체는 금속 증기 시딩된 캐리어 또는 헬륨 또는 아르곤과 같은 은 증기 시딩된 귀 가스와 같은 작업 가스를 포함할 수 있다. 응축기는 금속 증기를 응축시켜 액체 금속 및 귀 가스를 개별적으로 펌핑할 수 있다. 분리는 중력 침강, 원심 분리, 사이클론 분리, 여과, 정전기 침전 및 당업자에게 공지된 다른 방법의 그룹 중 적어도 하나에 의해 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 분리된 귀 가스는 응축기의 상부로부터 제거되고, 분리된 액체 금속은 응축기의 하부로부터 제거된다. 액체 및 가스는 배플(309a), 필터, 선택적으로 투과성인 막 및 가스를 통과할 수 있는 액체 장벽 중 적어도 하나에 의해 분리될 수 있다.
압축기(312a)는 가스를 펌핑하거나 가스를 반응 셀 챔버(5b31)로 재순환시킬 수 있다. EM 펌프(312)는 액체 은을 펌핑하여 이를 저장소(5c)로 복귀시켜 반응 셀 챔버(5b31)에 재주입할 수 있다. 압축기(312a) 및 EM 펌프(312)는 아르곤 또는 헬륨과 같은 작동 매체 가스 및 액체 은과 같은 액체 금속을 각각 재가압한다. 작동 매체 가스는 EM 펌프 튜브(5k6), 저장소(5c), EM 펌프의 기저부(5kk1) 및 반응 셀 챔버(5b31) 중 적어도 하나를 연결할 수 있는 도관(313a)을 통해 반응 셀 챔버로 복귀될 수 있다. 대안적으로, 가스는 저장소(5c) 또는 반응 셀 챔버(5b31)로의 직접적인 통로를 제공하는 것과 같은 전달 튜브(313b)에 연결된 도관(313a)을 통해 반응 셀 챔버(5b31)로 복귀될 수 있다. 가스는 용융 금속을 반응 셀 챔버 내로 주입하는 역할을 할 수 있다. 용융 금속은 EM 펌프 용융 금속 주입기를 대체 또는 보충하기 위해 가스 주입에 혼입될 수 있다. 액체 및 기체 은 증기 유량과 같은 주입된 용융 금속 및 증기는 가스 유량, 가스 압력, 가스 온도, 저장소 온도, 반응 셀 온도, 노즐 입구 압력, MHD 노즐 유량, MHD 노즐 출구 압력 및 하이드리노 반응 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다.
저장 매체(5c)의 용융 금속을 통과하는 것과 같은 작동 매체 가스 및 용융 금속 금속 중 적어도 하나에 대한 복귀 도관 튜브(313b)는 내화 재료, 예컨대 Mo, W, 레늄, 레늄 코팅 Mo 또는 W, ZrO2, HfO2, MgO, Al2O3와 같은 금속 산화물과 같은 세라믹, 및 개시의 다른 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도관은 EM 펌프 튜브 조립체기저부(5kk1)의 칼라 또는 시트에 나사 고정되는 내화 재료 튜브를 포함할 수 있다. 복귀 도관 튜브(313b)의 높이는 가스를 전달하는 한편 EM 펌프 튜브(5k61) 및 입구 라이저 튜브(5qa)의 주입 섹션에 의한 금속 주입 및 레벨 제어와 같은 다른 구성요소의 원하는 성능을 허용하는 것이 바람직할 수 있다. 높이는 저장소 용융 금속 레벨에 관한 것일 수 있다.
도 2I71 내지 도 2I73에 도시된 실시예에서, 가스 펌프 또는 압축기(312a)는 귀 가스, 용융 금속 시드 및 은 증기와 같은 용융 금속 증기 중 적어도 두 가지와 같은 가스 작동 매체 종의 혼합물을 펌핑할 수 있다. 실시예에서, 가스 펌프 또는 압축기(312a)는 귀금속, 금속 증기 및 액체 은과 같은 액체 용융 금속 중 적어도 하나와 같은 기체 및 액체 작동 매체 모두를 펌핑할 수 있다. 액체 및 기체는 EM 펌프 튜브(5k6), 저장소(5c), EM 펌프의 기저부(5kk1) 및 반응 셀 챔버(5b31) 중 적어도 하나를 연결할 수 있는 도관(313a)을 통해 반응 셀 챔버로 복귀될 수 있다. 대안적으로, 가스는 저장소(5c) 또는 반응 셀 챔버(5b31)로의 직접적인 통로를 제공하는 것과 같은 전달 튜브(313b)에 연결된 도관(313a)을 통해 반응 셀 챔버(5b31)로 복귀될 수 있다.
실시예에서, 가스 및 액체는 EM 펌프 튜브(5k6)를 통해 흐를 수 있다. 가스는 용융 금속을 반응 셀 챔버 내로 주입하는 역할을 할 수 있다. 용융 금속은 주입기 튜브(5k61) 및 노즐(5q)을 통해 용융 금속을 펌핑하기 위해 EM 펌프를 증강 또는 대체하는 것 중 적어도 하나를 위해 가스 주입에 혼입되게 될 수 있다. 분사 속도는 가스 펌프 또는 압축기(312a)의 유량 및 압력 중 적어도 하나를 제어함으로써 그리고 본 개시의 다른 수단에 의해 제어될 수 있다. 저장소(5c)의 용융 금속 레벨은 한 쌍의 다른 것에 대해 하나의 가스 펌프 또는 압축기(312a)의 압력 및 유량 중 적어도 하나를 제어하는 본 개시의 레벨 센서 및 제어기에 의해 제어될 수 있다.
은-시드 귀 가스와 같은 모든 작동 매체를 펌핑하는 가스 펌프 또는 압축기를 포함하는 실시예 및 귀 가스를 단독으로 펌핑하는 가스 펌프 또는 압축기를 포함하는 실시예에서, 압축은 등온으로 작동될 수 있다. MHD 변환기는 압축 전 및 압축 동안 기체 작동 매체를 냉각시키기 위한 열 교환기 또는 냉각기를 포함할 수 있다. 가스 펌프 또는 압축기는 인터쿨러를 포함할 수 있다. 가스 펌프 또는 압축기는 다단계 인터쿨러 압축기와 같은 복수의 스테이지를 포함할 수 있다. 냉각은 반응 셀 챔버(5b31)의 작동 압력과 일치하도록 가스를 압축하는 효율을 증가시킬 수 있다.
복귀 사이클에서 펌핑 단계 후에, 복귀 가스 작동 매체는 압력을 증가시키기 위해 가열될 수 있다. 가열은 MHD 변환기로부터 열을 받는 열 교환기 또는 MHD 응축 섹션(309)으로부터 열을 받을 수 있는 재생기, 또는 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐 섹션(307), MHD 발전기 섹션(308) 및 MHD 응축 섹션(309)의 그룹 중 적어도 하나와 같은 다른 고온 구성요소에 의해 달성될 수 있다. 실시예에서, 가스 펌프 전력은 반응 셀 챔버(5b31) 내로 그리고 MHD 노즐로 가스 흐름을 위한 입구 및 출구 밸브를 각각 사용함으로써 실질적으로 감소될 수 있으며, 여기서 저압 가스는 반응 셀 챔버 내로 펌핑되며, 압력은 플라즈마 반응 전력에 의해 10 atm과 같은 원하는 압력으로 증가된다. 결과적인 펄스 MHD 전력은 DC 또는 AC 전력으로 일정하게 조절될 수 있다. 복귀 MHD 가스 튜브(313a)는 피크 반응 셀 챔버 작동 압력보다 더 낮은 압력의 가스의 흐름을 허용하도록 개방되는 밸브를 포함할 수 있고, MHD 노즐 섹션(307)은 반응 셀 챔버(5b31) 플라즈마에 의한 가스 가열 이후에 고압 가스가 노즐 밖으로 흐르게 허용하도록 개방되는 밸브를 포함할 수 있다. 밸브는 가스 펌프 또는 압축기에 의해 반응 셀 챔버 내로 저압 가스 주입을 용이하게 할 수 있으며, 여기서 가스는 하이드리노 반응 플라즈마에 의해 고압으로 가열된다. 밸브는 플라즈마 가열에 의해 반응 챔버 압력이 축적되도록 동기화될 수 있다. 밸브는 180도 위상차를 보일 수 있다. 밸브는 회전 셔터 유형을 포함할 수 있다. MHD 노즐은 MHD 노즐 밸브의 작동을 허용하도록 냉각될 수 있다. 복귀 가스 도관(313a) 밸브는 대응하는 가스 전달 튜브(313b)에서 은 응축을 피하기 위해 EM 펌프 조립체(5kk1)의 기저부에 또는 그 근처에 있을 수 있다. MHD 변환기는 반응 셀 챔버(5b31)의 작동 매체 가스를 위한 입구 및 출구 밸브를 포함하는 펄스형 전력 시스템을 포함할 수 있다. 펄스형 MHD 전력은 배터리 또는 커패시터와 같은 전력 저장 장치를 포함하는 장비와 같은 전력 조절 장비에 의해 일정한 전력 출력으로 레벨링될 수 있다.
실시예에서, 재순환된 은과 같은 용융 금속은 기체 상태로 유지되며, 여기서 복귀 라인(310a), 도관(313a) 및 펌프(312a)를 포함하는 MHD 변환기의 온도는 MHD 시스템의 작동 압력 또는 은 분압에서 은의 비등 온도보다 높은 온도에서 유지된다.
펌프(312a)는 세라믹 기어 펌프와 같은 기어 펌프와 같은 기계식 펌프 또는 임펠러를 포함하는 것과 같은 당업계에 공지된 다른 펌프를 포함할 수 있다. 펌프(312a)는 약 962 ℃ 내지 2000 ℃의 온도 범위와 같은 고온에서 작동할 수 있다. 펌프는 가스 터빈에서 사용되는 것과 같은 터빈 유형 또는 내연 기관의 터보차저로 사용되는 유형의 터빈을 포함할 수 있다. 가스 펌프 또는 압축기(312a)는 스크류 펌프, 축류 압축기 및 터빈 압축기 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 펌프는 양 변위 유형을 포함할 수 있다. 가스 펌프 또는 압축기는 Bernoulli의 법칙에 따라 고정 반응 셀 챔버 체적에서 압력으로 변환되는 높은 가스 속도를 생성할 수 있다. 복귀 가스 도관(313a)은 압축기로부터 반응 셀 챔버로 그리고 나서 MHD 변환기로의 흐름을 강제로 통과시키기 위해 배압 방지 밸브와 같은 밸브를 포함할 수 있다.
펌프(312a) 베인 또는 터빈 블레이드와 같은 작동 매체에 의해 마모되기 쉬운 기계 부품은 마모 또는 마멸로부터 보호하기 위해 용융 은과 같은 용융 금속으로 코팅될 수 있다. 실시예에서, MHD 복귀 도관(310a), 복귀 저장소(311a), 베인과 같은 복귀 가스 및 용융 금속과 접촉하는MHD 복귀 가스 펌프 또는 압축기(312a) 부품, 및 MHD 펌프 튜브 (313a)(도 2I67 내지 도2I73)의 그룹의 구성요소와 같은 가스 펌프 또는 압축기를 포함하는 가스 및 용융 금속 복귀 시스템의 적어도 하나의 구성요소는 저장소(5c)로 복귀 금속 흐름을 용이하게 하기 위해 용융 금속에 의한 열 보호 및 습윤 방지 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 코팅을 포함한다.
실시예에서, SunCell®의 시동 동안 압축기(312a)는
헬륨 또는 아르곤 가스와 같은 작동 매체를 재순환시켜
반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 노즐 섹션(307), MHD 채널(308), MHD 응축 섹션(309)와 같은 MHD 구성 요소, 및 MHD 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311), MHD 복귀 EM 펌프(312) 및 MHD 복귀 EM 펌프 튜브(313)를 포함하는 EM 복귀 펌프 시스템의 적어도 하나의 구성요소 중 적어도 하나를 예열하기 위해 헬륨 또는 아르곤 가스와 같은 작동 매체를 재순환시킬 수 있다. 작동 매체는 EM 복귀 펌프 시스템의 적어도 하나의 구성요소로 전환될 수 있다. 안테나(5f)에 대응하는 것과 같은 유도 결합 히터는 재순환될 수 있는 작동 매체를 가열하여 반응 셀 챔버(5b31) 및 적어도 하나의 MHD 구성요소 중 적어도 하나를 예열시킬 수 있다.
예시적인 실시예에서, MHD 시스템은 은 시드 또는 은-구리 합금 시드 아르곤 또는 헬륨을 포함하는 작동 매체를 포함하며, 대부분의 압력은 아르곤 또는 헬륨에 기인할 수 있다. 은 또는 은-구리 합금 몰 분율은 아르곤 공급, 감지 및 제어 시스템을 사용하여 제어되는 아르곤 가스 분압과 같은 귀 가스의 증가에 따라 하락한다. SunCell®은 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 구성요소, 예컨대 MHD 노즐 섹션(307), MHD 채널(308) 및 MHD 응축 섹션(309) 중 적어도 하나를 위한 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 채널의 벽 온도와 같은 매개변수, 및 반응 및 가스 혼합 조건은 최적의 은 또는 은-구리 합금 재고 또는 증기압을 결정하도록 제어될 수 있다. 실시예에서, 최적의 은 증기압은 금속 전력의 전도도 및 에너지 재고를 최적화하여 최적의 전력 변환 밀도 및 효율을 달성하는 압력이다. 실시예에서, 일부 금속 증기는 MHD 채널에서 응축되어 열을 방출하고, 이는 추가적인 운동 에너지로 변환되고 MHD 채널에서 전기로 변환된다. 펌프 또는 압축기(312a)는 은 및 아르곤 모두를 위한 기계적 펌프와 같은 것을 포함할 수 있거나, MHD 변환기는 2개의 펌프 유형, 가스 (312a) 및 용융 금속(312)을 포함할 수 있다.
실시예에서, MHD 변환기는 복수의 스테이지에서 용융 금속의 고속 전도성 스트림을 생성하기 위해 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 제 1 노즐은 반응 셀 챔버(5b31)와 관련된 노즐(307)을 포함할 수 있다. 응축 노즐로부터 방출된 열이 노즐의 입구에서 고압을 생성할 수 있는 다른 노즐이 응축 섹션(309)에 위치될 수 있다. MHD 변환기는 고속 전도성 흐름을 전기로 변환하기 위해 각각의 노즐의 하류에 교차 자석 및 전극을 갖는 MHD 채널을 포함할 수 있다. 실시예에서, MHD 변환기는 노즐 바로 앞의 위치와 같은 복수의 반응 셀 챔버(5b31)를 포함할 수 있다.
복귀 저장소(311)를 포함하지 않는 실시예에서, MHD 채널(309)의 단부는 흑체 방열기(5b41)의 하부 반구처럼 행동하고 복귀 EM 펌프(312) 속도가 빠르며(복귀 속도 제한이 아님), 은은 본 개시의 흑체 방열기 디자인에서와 동일한 방식으로 주입 저장소(5c)를 주입한다. 이어서, 본 개시의 흑체 방열기 디자인의 경우에서와 같이, 상대 분사 속도는 각각의 저장소(5c)의 입구 라이저 튜브(5qa)에 의해 제어될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 가속 노즐(307)의 바로 하류 위치에 EM 펌프를 포함하여 응축된 용융 금속을 개방 이중 용융 금속 주입기 시스템(5ka 및 6k61)의 저장소(5c)와 같은 용융 금속 주입기 시스템의 적어도 하나의 저장소로 다시 펌핑한다.
실시예에서, SunCell®은 복귀 도관(310 및 310a), 복귀 저장소(311 및 311a), 복귀 EM 펌프(312) 및 압축기(312a), 개방형 주입기 저장소(5c), 폐쇄형 주입기 저장소(5c), 개방형 EM 펌프 주입기 섹션(5k61) 및 노즐 (5q), 및 폐쇄형 EM 펌프 주입기 섹션(5k61) 및 노즐(5q)의 기타의 조합 및 구성을 포함하며, 이들은 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 변환기(300)를 통한 MHD 작동 매체의 원하는 흐름 회로를 달성하기 위해 당업자에 의해 선택될 수 있다. 실시예에서, 복귀 저장소(311) 및 주입 저장소(5c) 중 적어도 하나와 같은 임의의 저장소의 용융 금속 레벨 제어기(5qa)는 입구 라이저 튜브(5qa), 본 개시의 다른 것, 및 당업자에게 공지된 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 작동 매체는 적어도 하나의 액체 금속과 같은 기체 및 액체 상의 혼합물 및 금속 증기 중 적어도 하나 이상와 같은 적어도 하나의 가스 및 귀 가스와 같은 가스를 포함할 수 있다. 예시적인 작업 매체는 액체 은 및 기체 은 또는 액체 은, 기체 은, 및 귀 가스 또는 다른 금속 증기와 같은 적어도 하나의 다른 기체를 포함한다.
실시예에서, MHD 변환기는 당업계에 공지된 것과 같은 액체 금속 MHD(LMMHD) 변환기를 포함할 수 있다. LMMHD 변환기는 열이 반응 셀 챔버(5b31)로부터 LMMHD 변환기로 흐르도록 하는 열 교환기를 포함할 수 있다. MHD 변환기는 랭킨, 브레이톤, 에릭슨 및 알람 사이클 중 적어도 하나를 이용하는 시스템을 포함할 수 있다. 실시예에서, 작동 매체는 고밀도를 포함하고 작동 가스의 덜 팽창 및 더 많은 열 보유 중 적어도 하나에 의해 작동 유체의 회복 및 재순환 펌핑 중 적어도 하나가 달성되도록 귀 가스에 비해 고밀도를 유지한다. 작동 매체는 은과 은 증기와 같은 용융 금속 및 그의 증기를 포함할 수 있다. 작동 매체는 액체 및 증기 상태 및 귀 가스와 같은 가스, 증기, 질소, 프레온, 질소, 및 액체 금속 MHD(LMMHD) 변환기의 기술분야에서 공지된 다른 것 중 적어도 하나의 추가 금속 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, MHD 변환기는 작동 매체를 재순환시키기 위해 EM 펌프, MHD 압축기, 및 기계적 압축기 또는 펌프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
MHD 변환기는 액체와 기체를 혼합하기 위한 혼합기를 더 포함할 수 있으며, 이때 혼합 전에 적어도 하나의 상이 가열될 수 있다. 대안적으로, 혼합 상이 가열될 수 있다. 상들의 혼합물을 포함하는 고온 작동 매체는 가열로 인해 작동 매체에서 생성된 압력으로 인해 전기를 생성하기 위해 MHD 채널로 유입된다. 다른 실시예에서, 액체는 은과 같은 전도성 매트릭스로서 작용하는 것 및 반응 셀 챔버에서의 기화로 인해 기체 작동 매체로서 작용하기 위해 더 낮은 비점을 갖는 다른 것과 같은 복수의 액체를 포함할 수 있다. 금속의 기화는 열역학적 MHD 사이클을 허용할 수 있다. 전력은 MHD 채널에서 2 상 전도성 흐름으로 생성된다. 작동 매체는 열 교환기에 의해 가열되어 채널 내 유동을 제공하는 압력을 생성할 수 있다. 반응 셀 챔버는 열 교환기 출구로 흐르는 열 교환기의 입구로 그리고 이어서 작동 매체로 열을 제공할 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 플라즈마 증기는 혼합기에서 액체 은과 혼합되어 2 상 작동 매체를 형성한다. 가열은 MHD 채널을 통해 주로 용융된 은의 고압 흐름을 생성하며, 여기서 열-운동 에너지는 전기로 변환되고 MHD 채널의 출구에서 더 차가운 저압 작동 매체는 MHD EM 펌프에 의해 재순환된다.
개방 가스 사이클 및 폐쇄 금속 사이클인 하이브리드 사이클을 포함하는 실시예에서, 작동 매체는 산소, 질소 및 은 금속 증기와 같은 금속 증기로 시딩된 공기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)에서 기화되어 가스 시드를 포함하는 은과 같은 액체 금속은 MHD 채널(308)의 출구에서 응축될 수 있고 저장소(5c)로 재순환될 수 있다. MHD 채널에 존재하는 공기와 같은 가스는 시드로부터 분리되어 대기로 배출될 수 있다. 배기 가스에서 열이 회수될 수 있다. 공기와 같은 주위 가스는 가스 펌프 또는 압축기(312a)에 의해 유입될 수 있다.
실시예에서, MHD 변환기는 MHD 채널의 입구에서 금속 기화를 일으키도록 가열되는 금속 또는 금속 혼합물을 포함하는 균질한 MHD 발전기를 포함할 수 있다. 변환기는 채널 입구 열 교환기를 더 포함하여 열을 반응 셀 챔버로부터 작동 매체로 전달하여 MHD 채널로 들어가기 전에 증발하게 한다. 균질한 MHD 발전기는 MHD 채널의 출구에 채널 출구 열 교환기를 더 포함하여 열이 입구 열 교환기로 흐르기 전에 작동 매체로 열을 전달하기 위한 재생기로서 기능을 할 수 있다. 입구 열 교환기는 반응 셀 챔버를 통한 작동 매체 도관을 포함할 수 있다. 금속 작동 매체는 출구 열 교환기의 하류에 있는 응축 열 교환기에서 응축될 수 있으며, 이어서 용융 금속은 재순환 EM 펌프에 의해 펌핑된다.
실시예에서, 작동 매체는 저온에서 용융 금속에 용해되고 고온에서 용융 금속에 불용성 또는 덜 용해성인 금속 및 가스를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 작동 매체는 은 및 산소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버 내의 산소 압력은 은 형태와 같은 용융 금속이 기화되는 것을 실질적으로 방지하는 압력으로 유지된다. 하이드리노 반응 플라즈마는 산소 및 액체 은을 3500K와 같은 원하는 온도로 가열할 수 있다. 작동 매체를 포함하는 혼합물은 테이퍼진 MHD 채널을 통해 25 atm과 같은 압력하에서 흐를 수 있으며, 열 에너지가 전기로 변환될 때 압력 및 온도 강하가 발생한다. 온도가 감소함에 따라, 은과 같은 용융 금속은 산소와 같은 가스를 흡수할 수 있다. 그 후, 액체는 저장소로 펌핑되어 반응 셀 챔버에서 재순환될 수 있으며, 플라즈마 가열은 산소를 방출하여 원하는 반응 셀 챔버 압력 및 온도 조건을 유지하여 MHD 변환을 구동시킨다. 실시예에서, MHD 채널의 출구에서 은의 온도는 용융 금속의 융점 부근이며, 산소의 용해도는 1 atm의 O2에서 약 20 cm3의 산소(STP) 내지 1 cm3의 은이다. 용해된 가스를 포함하는 액체에 대한 재순환 펌핑 전력은 자유 가스의 것보다 훨씬 적을 수 있다. 또한, 열역학적 동력 사이클 동안 자유 가스의 압력 및 온도를 낮추기 위한 가스 냉각 요건 및 MHD 변환기 부피가 실질적으로 감소될 수 있다.
실시예에서, MHD 채널은 수직 일 수 있고, 채널에서 작동 매체의 압력 구배는 중력에 의한 동등한 압력보다 클 수 있어서, 용융 금속의 작동 매체 흐름은 반응 셀 챔버(5b31)로부터, 용융 금속이 저장소(5c)로 다시 펌핑되는 MHD 채널의 출구로의 사이클 중에 유지된다. 실시예에서, 최소 압력(P)은 다음과 같다:
Figure pct00124
(45)
여기서,
Figure pct00125
는 밀도(은의 경우 1.05 X 104 kg/m3)이며, g는 중력 상수이며, h는 금속 기둥의 높이이다. 예로서 h = 0.2 m, P = 0.2 atm이다.
노즐(307)에서의 팽창은 등 엔트로피일 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)에서의 하이드리노 반응 조건은 노즐이 응축 충격을 피하면서 고속 분사를 생성할 수 있도록 적절한 MHD 노즐(307) 온도 및 압력을 제공 및 유지할 수 있다. 밀도, 속도 및 면적의 곱이 거의 일정함으로써 대략 일정한 속도 조건 및 연속 조건 중 적어도 하나가 MHD 채널(308)에서의 팽창 동안 유지될 수 있다. 실시예에서, 초음속 은 증기는 MHD 노즐(307)로부터 MHD 채널(308)의 입구에 주입된다. 일부 은은 채널에서 응축될 수 있지만, 등방성 팽창으로 인해 응축은 제한될 수 있다. 증기 및 임의의 응축된 액체를 포함하는 제트에서의 잔류 에너지뿐만 아니라 은의 증발 열은 응축기(309)에서의 응축에 의해 적어도 부분적으로 회수되고 열 파이프와 같은 재순환기 또는 재생기에 의해 재순환될 수 있다. 실시예에서, 재생은 열 파이프를 사용하여 달성되며, 이에 의해 열 파이프는 적어도 은의 기화 열을 회수하고 이를 재순환시켜, 회수된 열 전력이 MHD 채널에 입력된 전력의 일부가 되게 하고, 전력 균형의 이러한 구성요소는 히트 파이프의 효율에 의해서만 감소된다. 응축되는 금속 증기의 백분율은 약 1 내지 15 %의 범위에서와 같이 중요하지 않을 수 있다. 실시예에서, 응축된 증기는 에어로졸을 형성하도록 야기될 수 있다. 반응 셀 챔버, 노즐 및 MHD 채널은 에어로졸로부터 응축 증기를 야기시키는 아르곤과 같은 가스를 함유할 수 있다. 증기는 응축기(309)와 같은 응축기에서 MHD 채널(308)의 단부에서 응축될 수 있다. 액체 금속은 재순환 될 수 있고, 열 파이프를 포함하는 것과 같은 재생기에 의해 기화열이 적어도 부분적으로 회수될 수 있다.
다른 실시예에서, 증기는 노즐(307) 섹션과 같은 원하는 영역에서 응축될 수 있다. 노즐 팽창은 은 증기와 같은 순수한 가스의 응축이 은에 대해 각각 506.6 MPa 및 7480K인 임계 온도 및 임계 압력에서 시작하여 50%의 액체 몰 분율로 제한되는 등 엔트로피일 수 있다. 실시예에서, 가압 증기의 팽창으로부터의 응축에 대한 이러한 제한은 엔트로피가 감소될 수 있도록 열을 제거하고 응축 영역을 적어도 하나의 다른 가스로 가압하는 것 중 적어도 하나와 같은 수단에 의해 극복될 수 있다. 가스 압력은 반응 셀 챔버(5b31), 노즐(307) 및 MHD 채널(308) 영역에서와 같이 가스 연속성이 있는 영역의 모든 부분에서 동일할 수 있다. MHD 변환기는 다른 가스 탱크, 가스 압력 게이지, 가스 펌프 및 가스 압력 제어기를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 다른 가스 압력은 압력 제어기에 의해 제어될 수 있다. 가스 압력은 금속 증기가 순수한 금속 증기의 등방성 팽창의 것보다 더 큰 정도로 응축되게 제어될 수 있다. 실시예에서, 가스는 증기 금속에 가용성인 가스를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 금속은 은을 포함하고 가스는 O2 및 H2O 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예에서, 노즐(307) 및 MHD 채널(308) 중 적어도 하나에서 압력 생성은 금속 증기 상이 액체 금속의 스트림으로 빠르게 응축될 때 응축 충격을 생성함으로써 달성되며, 2 상으로부터 단상 흐름으로 빠른 변형을 생성하여 기화 열의 방출을 초래한다. 에너지 방출은 액체 스트림의 운동 에너지로서 나타난다. 액체 스트림의 운동 에너지는 MHD 채널(308)에서 전기로 변환된다. 실시예에서, 증기는 안개 또는 에어로졸로서 응축된다. 에어로졸은 산소와 같은 에어로졸 형성 가스 및 선택적으로 아르곤과 같은 귀 가스를 포함하는 것과 같은 가스 분위기 분위기에서 형성될 수 있다. MHD 채널(308)은 MHD 채널 흐름의 일정한 속도 및 압력을 유지하기 위해 직선형일 수 있다. 산소와 같은 에어로졸 형성 가스 및 선택적으로 아르곤과 같은 귀 가스는 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐(307), MHD 채널(308) 및 기타 MHD 변환기 구성요소, 예컨대 임의의 복귀 라인(310a), 도관(313a) 및 펌프(312a) 중 적어도 하나를 통해 흐를 수 있다. 가스는 MHD 복귀 가스 펌프 또는 압축기(312a)에 의해 재순환될 수 있다.
실시예에서, 노즐(307)은 액체 상태의 용융 금속이 그의 증기 상과 혼합되어 두 개의 입구 스트림 중 어느 하나의 압력보다 높은 압력을 갖는 액체 스트림을 생성하는 2 상 제트 장치를 포함하는 응축 제트 주입기를 포함한다. 압력은 반응 셀 챔버(5b31) 및 노즐(307) 중 적어도 하나에서 성장될 수 있다. 노즐 압력은 노즐(307)의 출구에서 스트림 속도로 변환될 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버 플라즈마는 제트 장치의 단상을 포함한다. 적어도 하나의 EM 펌프 주입기로부터의 용융 금속은 제트 장치의 다른 상을 포함할 수 있다. 실시예에서, 액상과 같은 다른 상은 EM 펌프(5ka), 5c와 같은 저장소, EM 펌프 튜브(5k61)의 노즐 섹션, 및 노즐(5q)을 포함할 수 있는 독립적인 EM 펌프 주입기에 의해 주입될 수 있다.
실시예에서, MHD 노즐(307)은 반응 셀 챔버(5b31)의 고압 플라즈마를 MHD 채널(308)에서 고속 에어로졸 흐름 또는 제트로 변환하는 에어로졸 제트 주입기를 포함한다. 제트의 운동 에너지는 반응 셀 챔버(5b31)에서 플라즈마의 압력 그룹의 적어도 하나의 소스 및 에어로졸 제트를 형성하기 위해 응축된 금속 증기의 기화열로부터 유래될 수 있다. 실시예에서, 응축된 증기의 몰 부피는 표준 조건에서 상응하는 증기보다 약 50 내지 500배 작다. 노즐(307)에서 증기의 응축은 노즐의 배출 섹션에서 압력을 감소시킬 수 있다. 감소된 압력은 액체 및 에어로졸 제트 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 응축된 흐름의 속도를 증가시킬 수 있다. 노즐은 연장될 수 있고 국부 압력을 운동 에너지로 변환하기 위해 수렴될 수 있다. 채널은 노즐 출구의 것보다 더 큰 횡단면적을 포함할 수 있고, 에어로졸 흐름의 전파를 허용하도록 직선일 수 있다. 수렴, 발산 및 직선 섹션을 갖는 노즐과 같은 다른 노즐(307) 및 MHD 채널(308) 구조는 MHD 채널(308)의 전도성 흐름으로 변환된 에너지의 적어도 일부와 함께 금속 증기의 원하는 응축을 달성하도록 선택될 수 있다.
실시예에서, 일부 잔류 가스는 MHD 채널(308)에서 비응축 상태로 유지될 수 있다. 비응축 가스는 전기 전도성 MHD 채널 흐름을 제공하기 위해 MHD 채널에서 플라즈마를 지원할 수 있다. 플라즈마는 MHD 채널(308)에서 전파될 수 있는 하이드리노 반응에 의해 유지될 수 있다. 하이드리노 반응물은 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 채널(308) 중 적어도 하나에 제공될 수 있다.
실시예에서, 노즐(307) 및 MHD 채널(308) 중 적어도 하나에서의 압력 생성은 기화 열의 방출에 의한 은 금속 증기와 같은 금속 증기의 응축에 의해 달성된다. 에너지 방출은 응축물의 운동 에너지로 나타난다. 흐름의 운동 에너지는 MHD 채널(308)에서 전기로 변환될 수 있다. MHD 채널(308)은 MHD 채널 흐름의 일정한 속도 및 압력을 유지하기 위해 직선형일 수 있다. 실시예에서, 증기는 안개 또는 에어로졸로서 응축된다. 에어로졸은 아르곤을 포함하는 것과 같은 불활성 가스를 포함하는 주변 분위기에서 형성될 수 있다. 에어로졸은 산소를 포함하는 주변 분위기에서 형성될 수 있다. MHD 변환기는 은 에어로졸과 같은 금속 에어로졸 소스를 포함할 수 있다. 소스는 이중 용융 금속 주입기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 에어로졸 소스는 EM 펌프(5ka), 5c와 같은 저장소, EM 펌프 튜브(5k61)의 노즐 섹션 및 노즐(5q)을 포함할 수 있는 독립적인 EM 펌프 주입기를 포함할 수 있으며, 여기서 용융 금속 주입은 금속 에어로졸로 적어도 부분적으로 전환된다. 에어로졸은 MHD 노즐(307)에서와 같이 금속 증기를 응축시키는 것이 바람직한 영역으로 흐르거나 주입될 수 있다. 에어로졸은 등방성 노즐 팽창과 같은 등방성 팽창을 겪는 금속 증기에 대해 가능한 것보다 더 큰 정도로 금속 증기를 응축시킬 수 있다. 금속 증기 응축은 에어로졸의 온도 및 압력 중 적어도 하나를 증가시킬 수 있는 금속 증기 증발 열을 방출할 수 있다. 상응하는 에너지 및 전력은 노즐의 출구에서 에어로졸의 운동 에너지 및 전력 및 플라즈마 흐름에 기여할 수 있다. 흐름 동력은 기화의 금속 증기 열로부터의 동력의 기여로 인해 효율이 증가함에 따라 전기로 변환될 수 있다. MHD 변환기는 에어로졸 유량 및 에어로졸 질량 밀도 중 적어도 하나를 제어하기 위해 금속 에어로졸 소스의 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 에어로졸의 EM 펌프 소스의 EM 펌핑 속도를 제어할 수 있다. 에어로졸 주입 속도는 증기 응축을 최적화하여 증발 증기 열 및 MHD 전력 변환 효율을 회복하도록 제어될 수 있다.
실시예에서, 노즐에서 증기의 응축에 의해 방출된 기화 열은 반응 셀 챔버 플라즈마에 직접 또는 간접적으로 적어도 부분적으로 전달된다. 노즐은 열을 반응 셀 챔버로 전달하기 위한 열 교환기를 포함할 수 있다. 열은 적어도 하나의 복사, 전도 및 대류 방법에 의해 전달될 수 있다. 방출된 기화열에 의해 노즐이 가열될 수 있고 열은 전도에 의해 반응 셀 챔버로 전달될 수 있다. 노즐은 내산화성 코팅을 포함할 수 있는 내화성 열 전도체와 같은 고열전도성 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 노즐은 ZrO2 코팅과 같은 내산화성 내화 코팅으로 코팅될 수 있는 질화 붕소 또는 탄소를 포함할 수 있다. 재료는 본 개시의 다른 내화 재료 및 코팅을 포함할 수 있다.
실시예에서, 노즐(307) 및 MHD 채널(308) 중 적어도 하나에서의 압력 생성은 기화 열의 방출에 의한 은 금속 증기와 같은 금속 증기의 응축에 의해 달성된다. 에너지 방출은 응축물의 운동 에너지로 나타난다. 흐름의 운동 에너지는 MHD 채널(308)에서 전기로 변환될 수 있다. MHD 채널(308)은 MHD 채널 흐름의 일정한 속도 및 압력을 유지하기 위해 직선형일 수 있다. 실시예에서, 증기는 안개 또는 에어로졸로서 응축된다. 에어로졸은 아르곤 및 산소 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 주변 분위기에서 형성될 수 있다. 에어로졸은 액체 은을 통한 산소 및 귀 가스 중 적어도 하나의 주입, 수동 흐름 또는 강제 흐름에 의해 형성될 수 있다. 가스는 압축기(312a)를 사용하여 재순환될 수 있다. 가스는 반응 셀 챔버(531)에서 가스를 수용하고 이를 저장소(5c)로 재순환하여 에어로졸 형성을 증가시키기 위해 용융된 은을 통해 유동하는 것과 같은 고압 가스 유동 루프에서 재순환될 수 있다. 실시예에서, 은은 에어로졸 형성 속도 및 정도를 증가시키기 위해 첨가제를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 액체 금속을 고속으로 순환시킴으로써 고속의 에어로졸 생성이 형성될 수 있다. 금속은 EM 펌프(5kk)를 포함하는 이중 용융 금속 주입기와 같은 적어도 하나의 용융 금속 주입기에 의해 고속으로 분사될 수 있다. 펌프 속도는 약 1 g/s 내지 10 g/s, 10 g/s 내지 100 g/s, 1 kg/s 내지 10 kg/s, 10 kg/s 내지 100 kg/s 및 100 kg/s 내지 1000 kg/s 중 적어도 하나의 범위 일 수 있다. 실시예에서, 원하는 농도의 산소를 포함하는 것과 같은 유지된 셀 분위기에서 용융 금속을 펌핑함으로써 은 에어로졸을 형성하는 에너지 효율은 용융된 은을 통해 가스를 펌핑하는 것보다 높을 수 있다.
MHD 변환기는 은 에어로졸과 같은 금속 에어로졸 소스를 포함할 수 있다. 소스는 이중 용융 금속 주입기 및 금속의 융점 위의 저장소에 포함된 금속의 온도로 인한 적어도 하나의 저장소로부터의 에어로졸 형성 중 적어도 하나의 하나 이상을 포함할 수 있다. 에어로졸 소스는 EM 펌프(5ka), 5c와 같은 저장소, EM 펌프 튜브(5k61)의 노즐 섹션 및 노즐(5q)을 포함할 수 있는 독립적인 EM 펌프 주입기를 포함할 수 있으며, 여기서 용융 금속 주입은 금속 에어로졸로 적어도 부분적으로 변환된다. 에어로졸은 MHD 노즐(307)에서와 같이 금속 증기를 응축시키는 것이 바람직한 영역으로 유동하거나 주입될 수 있다. 에어로졸은 등방성 노즐 팽창과 같은 등방성 팽창을 겪는 금속 증기에 대해 가능한 것보다 더 큰 정도로 금속 증기를 응축시킬 수 있다. 금속 증기 응축은 에어로졸의 온도 및 압력 중 적어도 하나를 증가시킬 수 있는 금속 증기 증발 열을 방출할 수 있다. 상응하는 에너지 및 전력은 노즐의 출구에서 에어로졸의 운동 에너지 및 전력 및 플라즈마 흐름에 기여할 수 있다. 흐름의 동력은 기화의 금속 증기 열로부터의 동력의 기여로 인해 효율이 증가함에 따라 전기로 변환될 수 있다. MHD 변환기는 에어로졸 유량 및 에어로졸 질량 밀도 중 적어도 하나를 제어하기 위해 금속 에어로졸 소스의 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 에어로졸의 EM 펌프 소스의 EM 펌핑 속도를 제어할 수 있다. 에어로졸 주입 속도는 증기 응축을 최적화하여 증발 증기 열 및 MHD 전력 변환 효율을 회복하도록 제어될 수 있다.
그렇지 않으면 등엔트로피 팽창 동안 은 증기의 응축을 야기하는 엔트로피 감소는 다음과 같이 주어지는 은의 증발 엔트로피에 의해 추정될 수 있다:
Figure pct00126
여기서, Tvap는 은 비점이며 △Hvap는 은 기화 엔탈피이다. 은 증기가 1500K의 저장소의 예시적인 온도를 갖는 안개 또는 에어로졸과 접촉하는 경우, 비점에 도달하기 위한 엔트로피 변화는 다음과 같다:
Figure pct00127
여기서, dHfog는 차등 안개 엔탈피이며, Tfog는 안개 온도이며, Cp는 일정한 압력에서 은의 비열 용량이며, Tres는 저장소 및 초기 안개 온도이다. 따라서, 안개의 질량 흐름이 금속 증기의 질량 흐름의 약 8배인 경우, 금속 증기는 응축되어 노즐에서 증발열을 방출하여 상응하는 에너지를 운동 에너지로 크게 변환할 수 있다. 안개 또는 에어로졸로서 응축된 증기의 예시적인 몰 부피가 상응하는 증기보다 약 50 배 더 작다면, 안개 유량은 증기의 응축을 달성하여 대략 순수한 안개 또는 에어로졸 플라즈마 흐름을 초래하기 위해 전체 가스/플라즈마 부피 유량의 약 15%일 필요가 있다. 안개 유량은 저장소 온도, EM 펌프 속도와 같은 포그 소스 주입 속도, 및 산소 및 선택적으로 아르곤과 같은 에어로졸 형성 가스의 압력을 제어함으로써 제어될 수 있다.
실시예에서, MHD 열역학적 사이클은 과열 된 은 증기를 유지하는 하이드리노 반응 플라즈마를 유지하고 차가운 은 에어로졸 또는 액체 은 금속 주입 중 적어도 하나를 첨가함으로써 액적의 높은 운동 에너지 에어로졸 제트로 응축시키는 하이드리노 반응 플라즈마를 유지하는 공정을 포함한다. 에어로졸 제트 전력 재고는 주로 운동 에너지 전력을 포함할 수 있다. 전력 변환은 주로 MHD 채널(308)에서의 운동 에너지 전력 변화에 기인할 수 있다. MHD 변환기의 작동 모드는 레일 건 또는 DC 전도성 전자기 펌프의 작동 모드의 반대 작동 모드를 포함할 수 있다.
액체 은 액적의 높은 운동 에너지 제트를 형성하기 위한 증기 응축은 에너지 및 전력 균형에서 기화 열의 손실을 실질적으로 피할 수 있다. 저온 은 에어로졸은 저장소에 형성될 수 있고 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 노즐 (307) 중 적어도 하나로 운반될 수 있다. 셀은 반응 셀 챔버를 통해 MHD 변환기로의 플라즈마 흐름의 하류 측에 혼합 챔버를 더 포함할 수 있다. 저온 에어로졸과 과열 증기의 혼합은 반응 셀 챔버(5b31), 혼합 챔버 및 MHD 노즐(307) 중 적어도 하나에서 일어날 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 은 에어로졸 형성을 용이하게 하기 위해 발연(fuming) 용융 은을 형성하기 위해 산소 소스를 포함한다. 산소는 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐(307), MHD 채널(308), MHD 응축 섹션(309) 및 SunCell®-MHD 변환기 발전기의 다른 내부 챔버 중 적어도 하나에 공급될 수 있다. 산소는 용융된 은에 의해 흡수되어 에어로졸을 형성할 수 있다. 에어로졸은 발전기 내부의 아르곤 분위기와 같은 귀 가스가 존재함으로써 향상될 수 있다. 아르곤 분위기는 아르곤 탱크, 라인, 밸브, 제어기 및 주입기와 같은 본 개시의 시스템에 의해 원하는 압력으로 추가되고 유지될 수 있다. 주입기는 은 역류를 피하기 위해 응축 섹션(309) 또는 다른 적절한 영역에 있을 수 있다. 실시예에서, 과열 은 증기는 응축되어 노즐 내로 직접 또는 간접적으로 은의 주입에 의해 에어로졸 제트를 형성할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 등방성 팽창과 같은 팽창 하에서 증기의 더 큰 분율이 액화되게 하기 위해 더 낮은 온도 및 더 낮은 압력하에서 작동될 수 있다. 예시적인 저온 및 저압은 각각 약 2500K 및 약 1 atm 대 3500K 및 10 atm이다.
유속이 감소하는 경우, 안개의 밀도는 채널에서 일정한 흐름을 유지하기 위해 증가할 수 있다. 은 안개 액적의 응집에 의해 밀도가 증가할 수 있다. 채널은 직선 채널을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 채널은 수렴형 또는 발산형일 수 있거나 MHD 전력 변환을 최적화하기에 적합한 다른 기하학적 구조를 가질 수 있다.
실시예에서, 노즐은 비교적 저온 금속 증기 에어로졸을 위한 적어도 하나의 채널 및 은 증기 또는 과열된 은 증기를 위한 적어도 하나의 채널을 포함할 수 있다. 채널은 노즐(307)에 혼합될 해당 에어로졸을 전달할 수 있다. 혼합은 엔트로피를 감소시켜 은 증기 응축을 야기할 수 있다. 응축 및 노즐 흐름으로 인해 노즐 출구에서 에어로졸이 빠르게 주입될 수 있다. 상대적으로 저온 에어로졸의 유량은 저장소 온도와 같은 소스의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있으며, 저장소는 소스로서 기능할 수 있다. 과열 증기의 유량은 하이드리노 반응 속도 및 용융 금속 주입 속도 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어될 수 있다.
실시예에서, 노즐 출구 압력 및 온도는 MHD 채널(308) 출구에서의 것과 거의 같고, MHD 채널(308)의 입구에서의 입력 전력(
Figure pct00128
)은 그 속도(
Figure pct00129
)에서의 질량 유량(
Figure pct00130
)과 관련된 운동 에너지에 의해 주어지는 것과 같다:
Figure pct00131
(48)
MHD 채널에서의 전기 변환 전력(
Figure pct00132
)은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00133
(49)
여기서, V는 MHD 채널 전압이며, I는 채널 전류이며, E는 채널 전기장이며, J는 채널 전류 밀도이며, L은 채널 길이이며,
Figure pct00134
는 유동 전도도이며, v는 유속이며, B는 자기장 세기이며, A는 현재 단면적(노즐 출구 영역)이며, d는 전극 분리이며, W는 부하 계수(개방 회로 전기장에 대한 부하를 가로지르는 전기장의 비율)이다. 효율(
Figure pct00135
)은 MHD 채널의 전기 변환 전력(식 (49))과 입력 전력(식 (48))의 비율로 제공된다:
Figure pct00136
(50)
질량 유량(
Figure pct00137
)이 1 kg/s인 경우, 전도도(
Figure pct00138
)는 50,000 S/m이며, 속도는 1200 m/s이며, 자속(B)은 0.25 T이며, 하중 계수(W)는 0.5이며, 예시적인 직선 정사각형 직사각형 채널의 채널 폭 및 전극 분리(d)는 0.05 m이며, 채널 길이(L)는 0.2 m이며, 전력 및 효율은 다음과 같다:
Figure pct00139
(51)
Figure pct00140
(52)
그리고
Figure pct00141
(53)
식(53)은 총 에너지 재고가 본질적으로 운동 에너지일 때의 총 엔탈피 효율이며, 여기서 기화열은 또한 노즐(307)에서 운동 에너지로 변환된다.
실시예에서, 차동 로렌츠 힘은 은 플라즈마 유속 및 MHD 채널(308)을 따른 차동 거리에 비례한다:
Figure pct00142
(54)
차동 로렌츠 힘(식 (54))은 다음과 같이 재배열될 수 있다:
Figure pct00143
(55)
, 또는
Figure pct00144
(56)
여기서, (i) 전도도 및 자속은 채널을 따라 일정할 수 있으며, (ii) 이상적으로는 채널을 따라 질량 손실이 없으며, 따라서 질량(
Figure pct00145
)은 거리와 관련하여 일정하고 채널의 질량 유량은 채널 입구로의 일정한 주입 속도 및 정상 상태 조건하에서의 흐름 연속성으로 인해 일정하며, (iii) 거리에 따른 속도의 차이(
Figure pct00146
)는 정상 흐름 조건에서 시간에 독립적이다. 채널을 따라 속도가 감소하는 일정한 질량 유량은 MHD 채널 출구에서 완전한 액화 한계로 에어로졸 입자의 응집을 증가시키는 것에 해당할 수 있다. 이때, 채널 거리에 대한 속도 변화율은 속도에 비례한다:
Figure pct00147
(57)
여기서, k는 경계 조건에 의해 결정되는 상수이다. 식(57)의 적분으로 다음과 같이 된다:
Figure pct00148
(58)
식(57)과 식(56)의 비교에 의해서, 상수(k)는 다음과 같다:
Figure pct00149
(59)
식(58)과 식(59)의 조합에 의해서, 채널 거리의 함수로서의 속도는 다음과 같다:
Figure pct00150
(60)
식(49)으로부터, 채널의 해당 전력은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00151
(61)
질량 유량(
Figure pct00152
)이 0.5 kg/s인 경우, 전도도(
Figure pct00153
)는 50,000 S/m이며, 속도는 1200 m/s, 자속(B)은 0.1T, 하중 계수(W)는 0.7, 채널 폭 및 예시적인 직선 정사각형 직사각형 채널의 전극 분리(d)는 0.1 m이며, 채널 길이(L)는 0.25 m이며, 전력 및 효율은 다음과 같다:
Figure pct00154
(62)
Figure pct00155
(63)
그리고
Figure pct00156
(64)
식(64)은 외부 부하에 전력을 공급하기 위해 전기로 변환된 초기 채널 운동 에너지의 54%에 해당하고 전력 밀도가 80 kW/리터인 내부 저항에서 소실된 전력의 46%에 해당한다.
전력은 MHD 채널로의 운동 에너지 전력 입력(
Figure pct00157
)에 MHD 채널의 부하율(W)을 곱한 값으로 수렴한다. 입력 운동 에너지 전력을 증가시키고 채널 치수를 감소시킴으로써 전력 밀도가 증가될 수 있다. 후자는 질량 유량, 자속 밀도 및 유량 전도도 중 적어도 하나를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 질량 유량(
Figure pct00158
)이 2 kg/s인 경우, 전도도(
Figure pct00159
)는 500,000 S/m이며, 속도는 1500 m/s, 자속(B)은 1T, 하중 계수(W)는 0.7, 예시적인 직선 정사각형 직사각형 채널의 전극 분리(d)는 0.05 m이며, 채널 길이(L)는 0.1 m이며, 전력 및 효율은 다음과 같다:
Figure pct00160
(65)
Figure pct00161
(66)
그리고
Figure pct00162
(67)
식(67)은 외부 부하에 전력을 공급하기 위해 전기로 변환된 초기 채널 운동 에너지의 70%에 해당하고 전력 밀도가 6.3 MW/리터인 내부 저항에서 소비되는 전력의 30%에 해당한다.
식(61)에 의해 주어지는 전력은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00163
여기서, K0는 초기 채널 운동 에너지이다. 최대 전력 출력은 W에 대한 도함수(P)를 취하고 이를 0과 같게 설정함으로써 결정될 수 있다.
Figure pct00164
여기서,
Figure pct00165
이때,
Figure pct00166
s = 125인 식(65 내지 67)의 예시적인 경우, 반복적 방법을 사용하면 W = 0.96일 때 전력이 최적화된다. 이 경우, 식(65 및 66)의 조건에 대한 효율은 96%이다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31) 및 노즐(307) 중 적어도 하나는 MHD 채널(308)의 길이 방향 축을 따라 플라즈마 제트를 선택적으로 형성할 수 있는 자기 병을 포함할 수 있다. 전력 변환기는 원하는 이온 흐름 방향으로 자기장 구배의 소스인 자기 미러를 포함할 수 있으며, 여기서 플라즈마 전자의 초기 평행 속도(
Figure pct00167
)는 단열 불변(
Figure pct00168
)에 따라 에너지가 보존되면서 궤도 속도(
Figure pct00169
)가 감소함에 따라 증가하며, 선형 에너지는 궤도 운동의 선형 에너지로부터 도출된다. 자속(B)이 감소함에 따라, 이온 사이클로트론 반경(
Figure pct00170
)은 증가하여 자속(
Figure pct00171
)이 일정하게 유지될 것이다. 궤도를 연결하는 플럭스의 불변은 "자기 미러(magnetic mirror)" 메커니즘의 기초이다. 자기 미러의 원리는 초기 속도가 미러를 향하고 그렇지 않으면 미러로부터 방출되는 경우 대전 입자가 강한 자기장의 영역에 의해 반사된다는 것이다. 이온의 궤도를 통한 플럭스의 단열 불변은
Figure pct00172
이 되도록
Figure pct00173
에서
Figure pct00174
로의 변화에 의해 z-축을 따르는 이온의 흐름을 형성하는 수단이다. 2개 이상의 자기 미러는 반응 셀 챔버(5b31)에 형성된 것과 같은 플라즈마를 제한하기 위해 자기 병을 형성할 수 있다. 중앙 영역의 병에 생성되거나 포함된 이온은 축을 따라 나선형이 되지만 각각의 단부에서 자기 미러에 의해 반사된다. 원하는 축에 평행한 높은 속도 성분을 가진 더 강력한 이온은 병의 단부에서 빠져나온다. MHD 채널 단부에서 병이 더 많이 누설될 수 있다. 따라서, 병은 자기 병의 단부로부터 자기 유체 역학 변환기의 채널 입구로 본질적으로 선형의 이온 흐름을 생성할 수 있다.
구체적으로, 플라즈마는 MHD 채널 또는 z-축의 방향에 수직인 이온 운동 성분(
Figure pct00175
)이 단열 불변(
Figure pct00176
)으로 인한 평행 운동(
Figure pct00177
)으로 적어도 부분적으로 변환되게 하는 자기 미러로 자화될 수 있다. 이온은 z-축을 따라 우선적인 속도를 가지며 자기 유체 역학 전력 변환기로 전파되며, 여기서 로렌츠 편향 이온은 대응하는 횡 방향 편향 필드와 교차된 전극에서 전압을 형성한다. 전압은 전기 부하를 통해 전류를 구동할 수 있다. 실시예에서, 자기 미러는 헬름홀츠 코일 또는 솔레노이드와 동등한 필드를 생성하는 전자석 또는 영구 자석을 포함한다. 전자기 자기 미러의 경우, 전력 변환을 제어하기 위해 반응 셀 챔버로부터 이온이 흐르는 속도를 제어하도록 전자기 전류를 제어함으로써 자기장 세기가 조정될 수 있다. MHD 채널(308)로의 입구에서
Figure pct00178
및
Figure pct00179
인 경우,
Figure pct00180
에 의해 주어지는 속도는 z-축에 평행한 약 95%일 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응 혼합물은 산소, 수증기 및 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. MHD 구성요소는 산화 분위기하에서 안정한 지르코니아 및 하프니아 중 적어도 하나와 같은 금속 산화물 또는 실리카 또는 석영과 같은 세라믹과 같은 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, MHD 전극(304)은 작동 중 부식 또는 열화에 덜 취약 할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, MHD 전극(304)은 전도성 고체 산화물과 같은 전도성 세라믹을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, MHD 전극(304)은 액체 전극을 포함할 수 있다. 액체 전극은 전극 작동 온도에서 액체인 금속을 포함할 수 있다. 액체 금속은 용융 은과 같은 작동 매체 금속을 포함할 수 있다. 용융 전극 금속은 용융 금속이 함침된 매트릭스를 포함할 수 있다. 매트릭스는 W와 같은 금속, 탄소, 전도성일 수 있는 세라믹 또는 본 개시의 다른 내화 재료와 같은 내화 재료를 포함할 수 있다. 음극은 고체 내화 금속을 포함할 수 있다. 음극은 음극이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 양극은 액체 전극을 포함할 수 있다.
액체 전극은 자유 표면 액체 금속을 유지하기 위해 전자기 구속(로렌츠 힘)을 가하는 수단을 포함할 수 있다. 액체 금속 전극은 전자기 구속을 유지하기 위해 자기장 소스 및 전류 소스를 포함할 수 있다. 자기장 소스는 MHD 자석(306) 및 영구 자석, 전자석과 초전도 자석과 같은 다른 자석 세트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전류원은 MHD 전류 및 외부 전류원으로부터의 인가된 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 전도성 세라믹 전극은 ZrC, HfC 또는 WC와 같은 탄화물 또는 ZrB2와 같은 붕소화물, 또는 ZrC-ZrB2, ZrC-ZrB2-SiC 및 최대 1800 ℃에서 작동할 수 있는 20% SiC 복합물을 갖는 ZrB2와 같은 복합물과 같은 본 개시의 것을 포함할 수 있다. 전극은 탄소를 포함할 수 있다. 실시예에서, 복수의 액체 전극은 공통 매니 폴드를 통해 액체 금속을 공급할 수 있다. 액체 금속은 EM 펌프에 의해 펌핑될 수 있다. 액체 전극은 금속 산화물 매트릭스와 같은 세라믹 매트릭스와 같은 비반응성 매트릭스에 함침된 용융 금속을 포함할 수 있다. 대안적으로, 액체 금속은 매트릭스를 통해 펌핑되어 용융 금속을 연속 공급할 수 있다. 실시예에서, 전극은 점화 전극과 같은 연속적으로 주입된 용융 금속을 포함할 수 있다. 주입기는 ZrO2와 같은 금속 산화물과 같은 비반응성 내화 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 각각의 액체 전극은 MHD 채널 플라즈마에 노출되는 용융 금속의 흐름 스트림을 포함할 수 있다.
실시예에서, 전극은 홀 발전기 디자인으로 배열될 수 있다. 음극은 MHD 채널의 입구에 근접할 수 있고 양극은 MHD 채널의 출구에 근접할 수 있다. 전극은 MHD 채널의 입구에 근접할 수 있으며, 침지 전극과 같은 액체 전극을 포함할 수 있다. MHD 채널의 출구에 근접한 전극은 전극 작동 온도에서 산화에 저항성인 전도체를 포함할 수 있으며, 여기서 작동 온도는 MHD 채널의 입구보다 출구에서 상당히 낮을 수 있다. MHD 출구에서의 예시적인 내산화성 전극은 ZrC와 같은 탄화물 또는 ZrB2와 같은 붕소화물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 전극은 전기 절연체를 포함할 수 있는 MHD 채널 벽의 돌출부를 포함하는 절연체 섹션에 의해 분리된 일련의 전극 섹션을 포함할 수 있다. 돌출 섹션은 금속 증기가 응축되는 것을 방지하는 온도로 유지될 수 있다. 절연 섹션은 MHD 채널의 작동 압력에서 스트립 온도를 금속의 비점 이상으로 유지하기 위해 가열되고 절연된 것 중 적어도 하나인 벽 스트립을 포함할 수 있다. 채널의 출구에서 전극은 출구 온도에서 산화에 안정적일 수 있는 탄화물 또는 붕소와 같은 내산화성 전극을 포함할 수 있다. 실시예에서, MHD 채널은 벽의 절연체 부분 상의 금속 증기의 응축 및 최대 1800℃에서 작동할 수 있는 ZrC-ZrB2 및 ZrC-ZrB2-SiC 복합물과 같은 복합물을 포함하는 것과 같은 탄화물 또는 붕소화물 전극과 같은 전극의 부식 중 적어도 하나를 야기하는 온도보다 낮은 온도에서 유지될 수 있다. 실시예에서, 작동 매체는 비점 미만의 온도에서 승화되어 금속이 MHD 채널의 벽에서 응축되어 재순환 시스템으로 유동하는 것을 방지할 수 있는 은과 같은 금속을 포함한다.
실시예에서, MHD 자석(306)은 사인파 또는 교번 자기장을 MHD 채널(308)에인가할 수 있는 전자석과 같은 교번 자기장 자석을 포함할 수 있다. 사인파 또는 교류 인가된 필드는 MHD 전기 출력이 교류(AC) 전력이 되게 할 수 있다. 교류 전류 및 전압 주파수는 50 또는 60 Hz와 같은 표준 주파수일 수 있다. 실시예에서, MHD 전력은 유도에 의해 채널 밖으로 전송된다. 유도 발전기는 플라즈마와 접촉하는 전극을 제거할 수 있다.
반응 셀 챔버(5b31)와 MHD 가속 채널 또는 노즐(307)을 MHD 팽창 또는 발전기 채널(308)에 연결하는 시일(314)과 같은 구성요소들 사이의 조합체 및 시일은 개스킷 플랜지 시일 또는 본 개시의 다른 것을 포함할 수 있다. 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311), 복귀 EM 펌프(312), 주입 저장소(5c) 및 주입 EM 펌프 조립체(5kk) 중 하나와 같은 다른 밀봉이 본 개시의 것을 포함할 수 있다. 예시적인 개스킷은 흑연 또는 Graphoil과 같은 탄소를 포함하고, 여기서 알루미나, 하프니아, 지르코니아 및 마그네시아 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 결합된 금속 산화물 부분은 약 1300℃ 내지 1900℃의 범위와 같은 탄화 환원 온도 미만으로 유지된다. 구성요소는 작동 매개변수 및 요건에 기초하여 내화 재료 및 스테인리스 스틸과 같은 본 개시의 상이한 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, i.) EM 펌프 조립체(5kk), 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311) 및 복귀 EM 펌프 튜브(312) 중 적어도 하나는 내부가 니켈, Pt, 레늄, 또는 다른 귀금속과 같은 산화 방지 코팅으로 코팅될 수 있는 스테인리스 스틸을 포함하며, ii.) 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), 노즐(307) 및 MHD 팽창 섹션(308) 중 적어도 하나는 질화 붕소와 같은 전기 절연 내화 재료 또는 MgO (MP 2825℃), ZrO2 (MP 2715℃), H2O에 안정적인 마그네시아 지르코니아, 스트론튬 지르코네이트(SrZrO3, MP 2700℃), HfO2 (MP 2758℃) 또는 작동 온도에서 산화에 안정적인 이산화 토륨(MP 3300℃)과 같은 내화 산화물을 포함하며, iii) 반응 셀 챔버(5b31)는 등방성 및 열분해 흑연 중 적어도 하나와 같은 흑연을 포함하며, iv) 입구 라이저 튜브(5qa), 전자기 펌프 튜브(5k61)의 노즐 섹션, 노즐(5q) 중 적어도 하나, 및 MHD 전극(304)은 탄소, Mo, W, 레늄, Mo 코팅된 레늄, W 코팅된 레늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, EM 펌프 조립체(5kk), 복귀 도관(310a), 복귀 저장소(311a) 및 복귀 가스 펌프 또는 압축기(312a) 중 적어도 하나는 스테인리스 스틸을 포함하며, 여기서 내부는 니켈, Pt, 레늄 또는 다른 귀금속과 같은 산화 방지 코팅으로 코팅될 수 있다.
전극은 구리 상의 Pt, 니켈, 니켈 합금 및 코발트 합금과 같은 귀금속 코팅된 전도체 또는 코팅되지 않은 이들 금속을 포함할 수 있으며, 여기서 냉각은 배면 열 교환기 또는 냉각 판에 의해 적용될 수 있다. 전극은 0.75 MgAl2O4-0.25 Fe304, 0.75 FeAl204-0.25 Fe304와 같은 스피넬 유형 전극 및 란타늄 크로마이트(La(Mg)CrO3)를 포함할 수 있다. 실시예에서, MHD 전극(304)은 액체 은 코팅된 내화 금속 전극 또는 냉각된 금속 전극과 같은 액체 전극을 포함할 수 있다. Ni 및 레늄 코팅 중 적어도 하나는 코팅된 성분을 H2O와의 반응으로부터 보호할 수 있다. MHD 분위기는 EM 펌프 튜브(5k6), 입구 라이저 튜브(5qa), 전자기 펌프 튜브 (5k61)의 노즐 섹션, 노즐 (5q), 및 MHD 전극 (304)의 것과 같은 금속의 환원 상태를 유지하기 위해 수소를 포함할 수 있다. MHD 분위기는 반응 셀 챔버(5b31), 노즐(307) 및 MHD 팽창 섹션(308) 중 적어도 하나와 같은 세라믹 구성요소의 스트론튬 지르코네이트, 하프니아, ZrO2 또는 MgO와 같은 산화물 세라믹을 유지하기 위해 수증기를 포함할 수 있다. 금속 산화물 부품은 지르코니아 인산 시멘트, ZrO2 시멘트 또는 칼시아-지르코니아 시멘트와 같은 세라믹 접착제를 사용하여 함께 접착되거나 시멘트 접합될 수 있다. 예시적인 Al2O3 접착제는 Rescor 960 Alumina (Cotronics) 및 Ceramabond 671이다. 추가의 예시적인 세라믹 접착제는 Resbond 989 (Cotronics) 및 Ceramabond 50 (Aremco)이다. 실시예에서, 벽 구성 요소는 MgO로 안정화될 수 있는 ZrO2 또는 HfO2와 같은 단열 세라믹을 포함할 수 있고, 세그먼트화된 전극의 전극 절연체는 MgO와 같은 열 전도성 세라믹을 포함할 수 있다. 외부 표면으로부터의 기화에 의한 손실을 방지하기 위해, 세라믹은 외부, 능동 또는 수동 냉각, 또는 단열재로 충분히 냉각될 수 있을 정도로 두꺼운 것 중 적어도 하나일 수 있다.
이트륨 산화물(Y2O3), 산화 마그네슘(MgO), 산화 칼슘(CaO), 산화 스트론튬(SrO), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 산화 붕소(B2O3), TiO2, 산화 세륨(Ce2O3), SiC, 이트륨 및 이리듐과 같은 물질을 안정화시키기 위해 ZrO2(지르코니아) 또는 HfO2(하프 니아)에 여러 산화물이 첨가될 수 있다. 결정 구조는 입방체 안정화 지르코니아(하프니아) 또는 안정화 지르코니아(하프니아)로 지칭되는 입방체 상일 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 적어도 하나의 셀 구성요소는 산소 및 산화물 이온 중 적어도 하나에 투과성이다. 예시적인 산화물 투과성 재료는 ZrO2이다. 반응 셀 챔버(5b31)의 산소 함량은 ZrO2와 같은 산화물 투과성 또는 산화물 이동 물질을 통한 산화물 확산 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 셀은 산화물 투과성 재료를 가로지르는 전압 및 전류원 및 재료를 가로지르는 산화물 이온의 흐름이 전압 및 전류에 의해 제어되는 전압 및 전류 제어 시스템을 포함할 수 있다. 다른 적합한 내화 성분 재료는 SiC (M.P. = 2830℃), BN (M.P. = 2970℃), HfB2 (M.P. = 3250℃) 및 ZrB2 (M.P. = 3250℃) 중 적어도 하나를 포함한다.
용융 금속 증기에 의해 MHD 전극이 전기적으로 단락되는 것을 피하기 위해, 전극(304)(도 84)은 각각 발전기 채널(308)의 벽으로부터 전극의 스페이서로서 추가의 기능을 하는 스탠드오프 리드(standoff lead)로서 기능을 하는 전기 절연체 피복된 전도 포스트 또는 리드(305) 상에 장착된 전도체를 포함할 수 있다. 전극(304)은 세그먼트화될 수 있고 캐소드(302) 및 애노드(303)를 포함할 수 있다. 스탠드오프 리드(305)를 제외하고, 전극들은 발전기 채널(308)에 자유롭게 현수될 수 있다. 수직축을 따르는 전극 간격은 용융 금속 단락을 방지하기에 충분할 수 있다. 전극은 W 또는 Mo와 같은 내화 전도체를 포함할 수 있다. 리드(305)는 BN과 같은 내화 절연체로 절연될 수 있는 와이어에 연결될 수 있다. 와이어는 금속을 포함할 수 있는 플랜지(301)를 통해 MHD 버스 바 피드-스루에서 채널을 관통하는 하네스에 결합될 수 있다. MHD 변환기의 외부에서, 하네스는 전력 통합기 및 인버터에 연결될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 전기로의 MHD 변환 동안 흑체 플라즈마 초기 및 최종 온도는 3000K 및 1300K이다. 실시예에서, MHD 발전기는 플라즈마 흐름을 유지하기 위해 저압 측에서 냉각된다. 홀 또는 발전기 채널(308)은 냉각될 수 있다. 냉각 수단은 본 개시의 것일 수 있다. MHD 발생기(300)는 복사 열 교환기와 같은 열 교환기(316)를 포함할 수 있으며, 열 교환기는 약 1000℃ 내지 1500℃의 범위와 같은 원하는 최저 채널 온도 범위를 유지하기 위해 온도의 함수로서 전력을 방출하도록 설계될 수 있다. 복사 열 교환기는 그 크기 및 중량 중 적어도 하나를 최소화하기 위해 높은 표면을 포함할 수 있다. 복사 열 교환기(316)는 복사 표면적을 증가시키기 위해 피라미드형 또는 프리즘 면으로 구성될 수 있는 복수의 표면을 포함할 수 있다. 복사 열 교환기는 공기 중에서 작동할 수 있다. 복사 열 교환기의 표면은 (i) 내화 재료와 같은 고온 작동이 가능하며, (ii) 높은 방사율을 가지며, (iii) 산화에 안정하고 방출이 방해받거나 막히지 않는 텍스처 표면과 같은 높은 표면적을 제공하는 그룹 중 적어도 하나의 특성을 갖는 재료로 코팅될 수 있다. 예시적인 재료는 MgO, ZrO2, HfO2, Al2O3와 같은 산화물과 같은 세라믹 및 ZrC-ZrB2 및 ZrC-ZrB2-SiC 복합물과 같은 다른 산화 안정화 세라믹이다.
발전기는 재생기 또는 재생 열 교환기를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 섹션 챔버 온도를 유지하기 위해 셀 반응 챔버(5b31) 내로 주입된 금속을 예열하기 위해 팽창 섹션(308) 또는 다른 열 손실 영역에서 열을 수용하기 위해 역류 방식으로 통과 후 주입 시스템으로 흐름이 복귀된다. 실시예에서, 은 및 귀금속 중 적어도 하나와 같은 작동 매체, 저장소(5c)와 같은 셀 구성요소, 반응 셀 챔버(5b31), 및 MHD 변환기 구성요소, 예컨대 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐 섹션(307), MHD 발전기 섹션(308) 및 MHD 응축 섹션(309) 중 적어도 하나와 같은 다른 고온 구성요소 중 적어도 하나는 적어도 하나의 다른 셀 또는 MHD 구성요소, 예컨대 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐 섹션(307), MHD 발전기 섹션(308) 및 MHD 응축 섹션(309)의 그룹 중 적어도 하나로부터의 열을 수용하는 열 교환기에 의해 가열될 수 있다. 재생기 또는 재생 열 교환기는 열을 하나의 구성요소로부터 다른 구성요소로 전달할 수 있다.
실시예에서, 복사 열 교환기(316)의 방사율, 면적 및 온도 중 적어도 하나는 열 전달률을 제어하도록 제어될 수 있다. 면적은 방열기 위의 열 차폐 커버링 범위를 제어함으로써 제어될 수 있다. 온도는 방열기로의 열 흐름을 제어함으로써 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 열 교환기(316)는 냉각제 루프를 포함할 수 있고, MHD 열 교환기(316)는 MHD 냉각제 입구(317)를 통해 냉각제를 수용하고 MHD 냉각제 출구(318)를 통해 열을 제거한다. 열은 재생식 열 교환기에서 사용되어 복귀 은 흐름, 셀 구성요소 또는 MHD 구성요소를 예열할 수 있다. 대안적으로, 열은 가열 및 열병합 용례에 사용될 수 있다.
노즐 목부(307)는 ZrO2, HfO2, Al2O3, 또는 MgO와 같은 금속 산화물, 내화 질화물, 탄탈 탄화물, 텅스텐 탄화물 또는 탄탈 텅스텐 탄화물과 같은 내화 탄화물, 텅스텐과 같은 내화 피복물을 포함할 수 있는 열분해 흑연과 같은 내화성 내화 재료, 또는 본 개시의 다른 내화 재료 단독 또는 탄소와 같은 내화 재료에 피복될 수 있는 것을 포함할 수 있다. 전극(304)은 W 또는 Mo와 같은 내화 전도체를 포함할 수 있다. 발전기 채널(308) 또는 전극(305)의 것과 같은 전기 절연 지지체는 ZrO2와 같은 세라믹 산화물, 질화 붕소 또는 탄화규소와 같은 본 발명의 것과 같은 내화 절연체일 수 있다. MHD 구성요소가 냉각되는 다른 실시예에서, 노즐(307) 및 채널(308) 중 적어도 하나와 같은 MHD 구성요소는 Al2O3, ZrO2, 멀라이트 또는 본 개시의 다른 것과 같은 내화 재료로 코팅될 수있는 Cu 또는 Ni와 같은 전이 금속을 포함할 수 있다. 전극은 냉각될 수 있는 전이 금속을 포함할 수 있으며, 표면은 W 또는 Mo와 같은 내화 전도체로 코팅될 수 있다. 구성요소는 물, 용융 염, 또는 당업자에게 공지된 다른 냉각제, 예컨대 실리콘계 중합체와 같은 열 오일, Sn, Pb, Zn과 같은 용융 금속, 합금, 알칼리 염 및 공융염 혼합물, 예컨대 알칼리 할라이드-알칼리 하이드록사이드 혼합물(MX-MOH M = Li, Na, K, Rb, Cs; X = F, Cl, Br, I)과 같은 용융염 중 적어도 하나에 의해 냉각될 수 있다. 고온 냉각제는 재순환되어 반응 셀 챔버(5b31)로 주입된 용융 금속을 예열할 수 있다. 상응하는 열 회수 시스템은 복열기를 포함할 수 있다.
실시예에서, MHD 노즐(307), MHD 채널(308) 및 MHD 응축 섹션(309)과 같은 MHD 구성요소는 탄화물, 탄소 및 붕소화물 중 적어도 하나와 같은 본 개시의 것과 같은 내화 재료 및 금속을 포함할 수 있다. 내화 재료는 산소 및 물 중 적어도 하나로 산화되기 쉽다. 산화 반응을 억제하기 위해, HOH 촉매를 위한 산소 소스는 산소를 포함하는 화합물, 예컨대 CO, 알칼리 또는 알칼리 토금속 중 적어도 하나, 또는 본 개시의 산소를 포함하는 다른 산화물 또는 화합물을 포함할 수 있다. 붕소화물은 SiC로 도핑될 수 있는 ZrB2를 포함할 수 있다. 탄화물은 ZrC, WC, SiC, TaC, HfC 및 Ta4HfC5 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄화물과 같은 전도성 재료는 적어도 하나의 점화 및 MHD 전극의 전기적 절연의 경우와 같이 표시된 경우 절연 스페이서 또는 부싱으로 전기 절연될 수 있다.
예시적인 MHD 부피 변환 밀도는 약 70 MW/m3(70 kW/리터)이다. 역사적 MHD와 관련된 대부분의 문제는 가스 연소 사례의 저 전도 특성과 석탄 연소 대응 분야의 저전도 및 슬래깅(slagging) 환경에서 유래된다. 은 SunCell® 플라즈마의 전도도는 12V 전압의 10,000A 전류에서 약 1 m인 것으로 추정된다. 아크 치수로부터, 상응하는 전도도는 알칼리 시드 불활성 MHD 작업 가스의 경우 약 20 S/m에 비해 1 X 105 S/m인 것으로 추정되며, 여기서 전력 밀도는 전도도에 비례한다.
실시예에서, 작업 매체는 은 증기 및 은 증기 시드 귀 가스, 예컨대 He, Ne 또는 Ar 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 작동 매체의 전도성은 은 증기압 및 작동 매체의 이온화와 같은 용융 금속 증기압 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어될 수 있다. 작동 매체의 이온화는 하이드리노 반응 전력, 하이드리노 반응에 의해 방출된 EUV 및 UV 광의 세기, 점화 전압, 점화 전류, 용융 금속 스트림의 EM 펌핑 속도, 및 가스, 전자, 이온 및 흑체 온도 중 적어도 하나와 같은 작동 온도 중 적어도 하나를 제어함으로써 제어될 수 있다. 적어도 하나의 온도는 점화 및 하이드리노 반응 조건 중 하나 이상을 제어함으로써 제어될 수 있다. 예시적인 하이드리노 반응 조건은 가스 압력 및 가스 조성, 예컨대 H2O, H2 및 불활성 가스 조성이다. 하이드리노 반응 조건 및 상응하는 대조군은 본 개시의 것 또는 다른 적합한 것일 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 오버플로우 탱크, 적어도 하나의 펌프, 셀 용융 금속 재고 센서, 용융 금속 재고 제어기, 히터, 온도 제어 시스템 및 적어도 하나의 센서 및 제어기에 의해 결정될 수 있는 바와 같이 SunCell®에 필요한 용융 금속을 저장 및 공급하기 위한 용융 금속 재고를 포함하는 것과 같은 용융 금속 오버플로우 시스템을 더 포함할 수 있다. 오버플로우 시스템의 용융 금속 재고 제어기는 입구 라이저 튜브 및 EM 펌프와 같은 본 발명의 용융 금속 레벨 제어기를 포함할 수 있다. 오버플로우 시스템은 MHD 복귀 도관(310), 복귀 저장소(311), 복귀 EM 펌프(312) 및 복귀 EM 펌프 튜브(313) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 작동 매체의 팽창은 등엔트로피 유동을 보장하는 조건하에서 유지된다. 실시예에서, 입구 작동 매체 조건은 노즐에서의 가역적 팽창 및 MHD 채널에서의 강한 구동 압력 구배를 보장하는 초음속 노즐 팽창에 대해 선택된다. 포화 이후에, 이것이 노즐에서 발생하면 빠른 냉각 속도(예컨대, 약 15 K/us)로 인해 강력한 비-평 형 과-냉각으로 이어질 수 있으며, 노즐의 발산 부분에서 응축 충격이 추가로 발생할 수 있으며, 팽창 동안 증기가 포화되지 않도록 노즐 입구 조건이 높게 과열될 수 있다. 실시예에서, 원하는 등엔트로피 유동 조건으로부터 벗어나고 노즐 출구 속도를 급격히 감소시키는 비가역성을 야기하고, 노즐의 초음속/발산 부분의 증기 흐름에 혼입된 고밀도 액체 Ag 액적이 즐 표면의 침식을 가속화시킬 수 있기 때문에 응축 충격은 피해야 한다. 로렌츠 힘이 흐름 방향에 불리하게 작용하여 MHD 채널에서 약한 구동 압력 구배가 시스템을 통한 체적 유동을 감소시킬 수 있는 실시예에서, 노즐 유입구 온도는 적절한 과열을 허용하도록 가능한 한 높으며, 노즐 하류의 MHD 섹션에서 강한 구동 압력 구배를 보장하기 위해 압력이 또한 적당히 높다. 예시적인 실시예에서, 노즐 입구에서의 반응 셀 챔버(5b31) 압력은 약 6 atm이고, 플라즈마 온도는 약 4000K이며, 결과적으로 약 722 m/s 속도 및 2 atm 초과의 압력을 갖는 약 1.24의 마하 수(Mach number)에서 노즐을 빠져나가는 등방성 팽창 및 건조 증기를 초래한다. 낮은 입구 온도도 가능하지만 이는 각각 더 작은 배출 속도와 압력을 얻을 수 있다.
바람직한 MHD 채널(308) 출구 온도가 달성되지 전에 로렌츠 힘이 플라즈마 제트를 멈출 수 있는 실시예에서, 플라즈마 전도도, 자기장 강도, 가스 온도, 전자 온도, 이온 온도, 채널 입구 압력, 제트 속도 및 작동 매체 유량 매개 변수 중 적어도 하나는 MHD 변환 효율 및 전력 밀도를 달성하도록 최적화된다. 은 증기 시딩 아르곤 또는 헬륨 플라즈마와 같은 용융 금속 시딩 귀 가스 플라즈마를 포함하는 실시예에서, 귀 가스에 대한 금속 증기의 상대 흐름은 원하는 전도도, 플라즈마 가스 온도, 반응 챔버(5b31) 압력, 및 MHD 채널(308) 입구 제트 속도, 압력 및 온도 중 적어도 하나를 달성하도록 제어된다. 실시예에서, 귀 가스 및 금속 증기 흐름은 원하는 상대 비율을 달성하도록 대응하는 복귀 펌프를 제어함으로써 제어될 수 있다. 실시예에서, 전도도는 반응 셀 챔버(5b31)로의 상대적인 귀 가스와 금속 주입 속도를 제어함으로써 시딩량을 제어함으로써 제어될 수 있다. 실시예에서, 전도성은 하이드리노 반응 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 하이드리노 반응 속도는 촉매 소스, 산소 소스, 수소 소스의 소스 중 적어도 하나, 수증기, 수소의 주입 속도, 용융 은의 주입과 같은 전도성 매트릭스의 흐름, 및 점화 전압 및 전류 중 적어도 하나와 같은 점화 매개변수를 제어하는 것과 같은 본 개시에 의해 제어될 수 있다. 실시예에서, MHD 변환기는 (i) 반응물 압력, 온도 및 상대 농도와 같은 반응 조건, 반응물 흐름, HOH 및 H 또는 이들의 소스와 반응물 흐름과 액체 및 기화 은과 같은 전도성 매트릭스의 흐름 및 펌핑 속도, 점화 전류 및 전압과 같은 점화 조건과 같은 반응 조건, (ii) MHD 변환기의 스테이지를 통한 압력, 속도, 유량, 전도도 및 온도와 같은 플라즈마 및 가스 매개변수, (iii) 펌핑 속도와 같은 복귀 및 재순환 재료 매개변수 및 유량, 온도 및 압력과 같은 귀 가스 및 용융 금속의 물리적 매개변수, 및 (iv) 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐 섹션(307), MHD 채널(308) 및 MHD 응축 섹션(309) 중 적어도 하나의 플라즈마 전도도 센서와 같은 하이드리노 반응 및 MHD 작동 매개변수를 위한 센서 및 제어 시스템을 포함한다.
실시예에서, H2 가스 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 수소와 같은 가스 소스가 반응 셀 챔버(5b31)에 공급될 수 있다. SunCell®은 액체 및 기체 형태 중 적어도 하나일 수 있는 H2 가스 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 수소 소스를 공급하기 위한 적어도 하나의 질량 흐름 제어기를 포함할 수 있다. 공급은 EM 펌프 조립체(5kk1), 저장소(5c) 벽, 반응 셀 챔버(5b31)의 벽, 주입 EM 펌프 튜브(5k6), MHD 복귀 도관(310), MHD 복귀 저장소(311), MHD 복귀 EM 펌프(312)의 펌프 튜브 및 MHD 복귀 EM 펌프 튜브(313)중 적어도 하나를 통해 공급될 수 있다. 셀 또는 MHD 내부에 첨가된 가스는 MHD 응축기 섹션(309) 또는 내부에 연결된 임의의 편리한 셀 또는 MHD 변환기 구성요소에 주입될 수 있다. 실시예에서, 수소 가스는 수소 투과성 막과 같은 선택적 막을 통해 공급될 수 있다. 수소 공급 막은 당업자에게 공지된 Pd 또는 Pd-Ag H2 투과성 막 또는 유사한 막을 포함할 수 있다. 가스를 위한 EM 펌프 튜브 벽 내로의 침투는 용접 또는 나사 결합될 수 있는 플랜지를 포함할 수 있다. 수소는 수소 탱크로부터 공급될 수 있다. 수소는 수소화물로부터의 방출로부터 공급될 수 있으며, 여기서 방출은 수소화물의 압력 및 온도 중 적어도 하나를 제어함으로써 당업자에게 공지된 수단으로 제어될 수 있다. 수소는 물의 전기 분해에 의해 공급될 수 있다. 물 전해조는 고압 전해조를 포함할 수 있다. 전해조 및 수소 질량 유량 제어기 중 적어도 하나는 컴퓨터 및 대응하는 센서를 포함하는 것과 같은 제어기에 의해 제어될 수 있다. 수소 흐름은 열 측정 장치, PV 변환기 또는 MHD 변환기와 같은 변환기에 의해 기록될 수 있는 SunCell®의 전력 출력에 기초하여 제어될 수 있다.
실시예에서, H2O는 반응 셀 챔버(5b31)에 공급될 수 있다. 공급원은 EM 펌프 튜브(5k6) 또는 EM 펌프 조립체(5kk)를 통한 것과 같은 라인을 포함할 수 있다. H2O는 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 하이드리노 반응은 O2 및 H2(1/p) 및 생성물을 생성할 수 있다. H2(1/4)와 같은 H2(1/p)는 반응 셀 챔버 및 MHD 변환기 중 적어도 하나로부터 주변 대기 또는 H2(1/p) 수집 시스템과 같은 외부 영역으로 확산될 수 있다. H2(1/p)는 부피가 작기 때문에 반응 셀 챔버 및 MHD 변환기 중 적어도 하나의 벽을 통해 확산될 수 있다. O2 생성물은 반응 셀 챔버 및 MHD 변환기 중 적어도 하나로부터 주위 대기 또는 O2 수집 시스템과 같은 외부 영역으로 확산될 수 있다. O2는 선택적 막, 재료 또는 값을 통해 확산될 수 있다. 선택적 재료 또는 막은 이트리아, 니켈/이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)/실리케이트 층, 또는 당업자에게 공지된 다른 산소 또는 산화물 선택 막과 같은 산화물을 전도할 수 있는 것을 포함할 수 있다. O2는 이트리아 벽과 같은 산화물을 전도할 수 있는 것과 같은 투과성 벽을 통해 확산될 수 있다. 산소 투과성 막은 MHD 채널(308)의 세라믹 벽과 같은 반응 셀 및 MHD 변환기의 저압 구성요소의 다공성 세라믹을 포함할 수 있다. 산소 선택적 막은 산소 투과율을 증가시키기 위해 Bi26Mo10O69로 코팅될 수 있는 BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN) 산소 투과성 막을 포함할 수 있다. 산소 선택적 막은 Gd1-xCaxCoO3-d 및 Ce1-xGdxO2-d 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산소 선택적 막은 세라믹 산화물 막, 예컨대 SrFeCo0.5Ox, SrFe0.2Co0.5Ox, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2Ox, BaCo0.4Fe0.4Zr0.2Ox, La0.6Sr0.4CoOx, 및 Sr0.5La0.5Fe0.8Ga0.2Ox를 포함할 수 있다.
EM 펌프 조립체(5kk), EM 펌프(5ka), EM 펌프 튜브(5k6), 입구 라이저(5qa), 및 주입 EM 펌프 튜브(5k61) 중 적어도 하나와 같은 EM 펌프 또는 구성요소는 20% SiC 합성물 또는 적어도 하나의 귀 금속, 예컨대 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중 적어도 하나를 갖는 산소에 대해 안정한 재료 또는 코팅, 예컨대 Al2O3, ZrC, ZrC-ZrB2, ZrC-ZrB2-SiC 및 ZrB2 중 적어도 하나와 같은 세라믹을 포함할 수 있다.
도 97 내지 도 104에 도시된 실시예에서, EM 펌프 조립체(5kk), EM 펌프(5ka), EM 펌프 튜브(5k6), 입구 라이저(5qa) 및 주입 EM 펌프 튜브(5k61) 중 적어도 하나는 산화에 저항성을 갖는 세라믹을 포함할 수 있다. 세라믹은 O2와 비-반응성일 수 있다. 세라믹은 산소와의 승온 반응에 안정한 전기 전도체를 포함할 수 있다. 예시적인 세라믹은 ZrC, ZrB2, ZrC-ZrB2, ZrC-ZrB2-SiC 및 20% SiC 복합물을 갖는 ZrB2이며, 전도성 세라믹은 산화로부터 보호하기 위해 SiC로 도핑될 수 있다.
이리듐(M.P. = 2446℃)은 은과 합금 또는 고용체를 형성하지 않는다. 따라서, 이리듐은 산화를 피하기 위해 EM 펌프 조립체(5kk) 및 EM 펌프 튜브(5k6) 중 적어도 하나의 적절한 산화 방지 코팅으로서 작용할 수 있다. 이리듐 코팅은 대략적인 매칭 열팽창 계수(CTE)의 금속에 적용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, EM 펌프 조립체(5kk) 및 EM 펌프 튜브(5k6)의 내부는 이리듐으로 전기 도금되며, 전기 도금된 구성요소는 이리듐과 유사한 CTE를 갖는 Haynes 230, 310 SS 또는 625 SS와 같은 스테인레스 스틸(SS)을 포함한다. 대안적으로, 몰리브덴 EM 펌프 조립체(5kk)는 이리듐으로 코팅될 수 있으며, 이때 CTE 매칭(예를 들어 ~ 7 ppm/K)이 존재한다. 실시예에서, EM 펌프 튜브의 내부는 튜브를 캐소드로서 사용하여 전기 도금되며, 카운터 전극은 스페이서에 의해 덮인 전기 도금 영역으로 카운터 전극 상에서 주기적으로 이동되는 절연 스페이서를 갖는 와이어를 포함할 수 있다. 실시예에서, 이리듐 코팅은 이리듐을 포함하는 유기 분자의 화학적 증착, 예를 들어 테트라이리듐 도데카카르보닐의 열 분해가 이리듐이 상승 온도에서 유지되는 원하는 표면 상에 증착되게 하는 방법을 포함하는 그러한 증착에 의해 적용될 수 있다. 이리듐은 마그네트론 스퍼터링(직류 마그네트론 스퍼터링(DCMS) 및 무선 주파수 마그네트론 스퍼터링(RFMS)), 화학 기상 증착(CVD), 금속-유기물 CVD(MOCVD), 원자 층 증착(ALD), 물리 기상 증착(PVD), 레이저 유도 화학 기상 증착(LCVD), 전착, 펄스 레이저 증착(PLD) 및 이중 글로우 플라즈마(DGP) 중 적어도 하나와 같은 당업계에 공지된 적어도 하나의 방법에 의해 증착될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프(5k6) 튜브의 내부는 이리듐으로 피복될 수 있다. 피복물의 단부는 CVD 또는 전기 도금과 같은 본 개시의 수단에 의해 이리듐으로 코팅될 수 있다.
다른 실시예에서, 스테인리스 스틸 EM 펌프 조립체와 같은 EM 펌프 조립체는 산화물 및 탄화물 중 적어도 하나와 같은 내화성, 산화 방지 코팅으로 코팅될 수 있다. 코팅은 하프늄 카바이드/실리콘 카바이드(HfC/SiC)와 같은 카바이드 중 적어도 하나 및 HfO2, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiO2, Ta2O5 및 TiO2 중 적어도 하나와 같은 산화물을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)는 석탄 화실(coal firebox)의 수 벽에 사용되는 것과 같은 내산화성 스테인리스 스틸(SS) 및 오스테나이트 스테인리스 스틸과 같은 보일러 튜브를 포함한다. 예시적인 재료는 극저온 온도로부터 1800°F(982℃)까지의 고강도와 결합된 뛰어난 내식성의 귀한 조합을 갖는 오스테나이트 계 니켈-크롬-몰리브덴-니오븀 합금인 Haynes 230, SS 310 및 SS 625이다. 실시예에서, Haynes 230, SS 310 또는 SS 625와 같은 재료는 예비 산화되어 보호 산화물 코팅을 형성할 수 있다. 보호 산화물 코팅은 산소를 포함하는 분위기에서 가열함으로써 형성될 수 있다. Haynes 230와 같은 SS는 공기 또는 산소 및 아르곤과 같은 귀 가스를 포함하는 것과 같은 공기 중에서 또는 제어된 분위기에서 사전-산화될 수 있다. 예시적인 실시예에서, W 및 Mo 합금을 갖는 Ni-Cr 합금과 같은 Haynes 230는 1000℃에서 공기 중에서 또는 아르곤 80%/산소 20%에서 24시간 동안 사전 산화된다. 산화물 코팅은 원하는 작동 온도 및 산소 농도하에서 형성될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 조립체(5kk)와 같은 SS 625를 포함하는 것과 같은 금속 부품은 3D 인쇄될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 조립체의 외부는 산화로부터 보호될 수 있다. 보호는 본 개시의 것과 같은 내 산화 코팅을 갖는 코팅을 포함할 수 있다. 대안적으로, EM 펌프 조립체(5kk)의 적어도 일부는 세라믹, 석영, 유리 및 시멘트와 같은 내 산화성 재료에 함침될 수 있다. 산화-보호 부품은 공기 중에서 작동될 수 있다. 실시예에서, 은과 같은 용융 금속은 EM 펌프 튜브의 내부의 산화를 방지하거나 감소시킬 수 있는 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 튜브 벽의 보호 산화물의 안정화에 의해 추가 산화가 억제되도록 티오설페이트와 같은 환원제 또는 EM 펌프 튜브의 산화 생성물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 용융 금속 첨가제는 펌프 튜브의 벽 상의 보호 금속 산화물을 안정화시키는 기저부를 포함할 수 있다.
실시예에서, EM 펌프 조립체는 전도성 및 비-전도성 세라믹과 같은 복수의 세라믹을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, EM 펌프 버스 바(5k2)를 제외한 EM 조립체(5kk)는 Al2O3, 지르코니아 또는 하프니아와 같은 산화물과 같은 비전도성 세라믹을 포함할 수 있고, EM 펌프 버스 바(5k2)는 ZrC, ZrB2 또는 ZrC-ZrB2-SiC와 같은 복합물과 같은 전도성 세라믹을 포함할 수 있다. 저장소(5c)는 EM 펌프 조립체(5kk)와 동일한 비전도성 세라믹을 포함할 수 있다. 실시예에서, 세라믹 EM 펌프는 부품들 사이의 결합을 형성하기 위해 적어도 하나의 납땜 또는 금속화된 세라믹 부품을 포함할 수 있다.
전자기 펌프는 각각 액체 금속을 위한 다음의 2가지 주요 유형의 전자기 펌프 중 하나를 포함할 수 있다: AC 또는 DC 자기장이 액체 금속을 함유하는 튜브를 가로지르게 설정되고 AC 또는 DC 전류가 각각 튜브 벽에 각각 연결된 액체 관통 전극으로 공급되는 AC 또는 DC 전도 폄프; 및 전류가 인가된 AC 전자기장과 교차될 수 있는 유도 모터에서와 같이 이동 필드가 요구 전류를 유도하는 유도 펌프. 유도 펌프는 환형 선형, 편평한 선형 및 나선형의 3가지 주요 형태를 포함할 수 있다. 펌프는 기계식 및 열전 펌프와 같은 당업계에 공지된 다른 것을 포함할 수 있다. 기계식 펌프는 모터 구동식 임펠러를 구비한 원심 펌프를 포함할 수 있다.
용융 금속 펌프는 그 전체가 원용에 의해 포함되는, MG Hvasta, WK Nollet, MH Anderson의 ”Designing moving magnet pumps for high-temperature, liquid-metal systems”, Nuclear Engineering and Design, Volume 327, (2018), pp. 228-237에 설명된 것과 같은 이동 자석 펌프(MMP)를 포함할 수 있다. MMP는 영구 자석 및 다상 필드 코일의 회전 어레이 중 적어도 하나를 갖는 이동 자기장을 생성할 수 있다. 실시예에서, MMP는 MHD 재순환 및 점화 분사를 위한 2단계 펌프와 같은 다단계 펌프를 포함할 수 있다. 2단계 MMP 펌프는 샤프트를 회전시키는 전기 모터와 같은 모터를 포함할 수 있다. 2단계 MMP는 각각의 드럼 표면에 고정된 교대 극성의 원주 방향으로 장착된 자석 세트 및 드럼을 수용하는 U 자형 부분을 갖는 세라믹 용기를 포함하는 2개의 드럼을 더 포함할 수 있으며, 각각의 드럼은 세라믹 용기에 용융 금속이 흐르게 야기하는 샤프트에 의해 회전될 수 있다. 다른 MMP 실시예에서, 교번 자석의 드럼은 디스크의 회전에 의해 펌핑되는 용융 금속을 함유하는 사이에 끼인 스트립 세라믹 용기의 반대쪽 부위에 있는 각각의 디스크 표면상의 교번 극성 자석의 2개의 디스크로 대체된다. 다른 실시예에서, 용기는 본 개시의 것과 같은 스테인리스 스틸 또는 세라믹과 같은 비철 금속과 같은 자기장 투과성 재료를 포함할 수 있다. 자석은 승온에서의 작동을 허용하기 위해 공랭 또는 수냉과 같은 수단에 의해 냉각될 수 있다.
예시적인 상업용 AC EM 펌프는 CMI Novacast CA15이며, 여기서 가열 및 냉각 시스템은 용융된 은의 펌핑을 지원하도록 변형될 수 있다. 입구 및 출구 섹션을 포함하는 EM 펌프 튜브의 히터 및 은을 함유하는 용기는 저항 또는 유도 결합 히터와 같은 본 개시의 히터에 의해 가열될 수 있다. 저항 또는 유도 결합 히터와 같은 히터는 EM 펌프 튜브의 외부에 있을 수 있고 히터에서 EM 펌프 튜브로 열을 전달하기 위한 열 파이프와 같은 열 전달 수단을 더 포함한다. 열 파이프는 리튬 작동 유체를 갖는 것과 같은 고온에서 작동할 수 있다. EM 펌프의 전자석은 수냉식 루프 및 냉각기와 같은 본 발명의 시스템에 의해 냉각될 수 있다.
실시예에서(도 107 및 도 108), EM 펌프(400)는 은에 대한 로렌츠 힘이 은을 통한 시변 전류 및 교차 동기화된 시변 자기장에 의해 생성되는 AC 유도 유형을 포함할 수 있다. 은을 통한 시변 전류는 EM 펌프 변압기 권선 회로(401a)에 의해 생성된 제 1 시변 자기장의 패러데이 유도에 의해 생성될 수 있다. 제 1 시변 자기장의 소스는 1차 변압기 권선(401)을 포함할 수 있고, 은은 전류 루프(405) 및 전류 루프 복귀 섹션(406)의 EM 펌프 튜브 섹션 및 EM 펌프를 포함하는 단일 턴 단락 권선과 같은 2차 변압기 권선으로서 작용할 수 있다. 1차 권선(401)은 AC 전자석을 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 시변 자기장은 자기 회로 또는 EM 펌프 변압기 요크(402)에 의해 은(405 및 406)의 원주 루프, 유도 전류 루프를 통해 전도된다. 은은 질화규소(MP 1900℃), 석영, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 또는 하프니아와 같은 본 개시의 세라믹을 포함하는 것과 같은 세라믹 용기(405 및 406)와 같은 용기에 포함될 수 있다. 제어된 수동 산화에 의해 실리콘 아질산염 상에 보호 SiO2 층이 형성될 수 있다. 용기는 자기 회로 또는 EM 펌프 변압기 요크(402)를 둘러싸는 채널(405 및 406)을 포함할 수 있다. 용기는 평탄화된 섹션(405)을 포함하여, 유도 전류가 동기화된 시변 자기장에 수직 방향으로 유동 성분 및 대응하는 로렌츠 힘에 따라 원하는 펌프 유동 방향을 갖도록 할 수 있다. 교차 동기화된 시변 자기장은 AC 전자석(403) 및 EM 펌프 전자기 요크(404)를 포함하는 EM 펌프 전자기 회로(403c)에 의해 생성될 수 있다. 자기 요크(404)는 은을 포함하는 용기(405)의 평평한 섹션에서 갭을 가질 수 있다. EM 펌프 변압기 권선 회로(401a)의 전자석(401) 및 EM 펌프 전자기 회로(403c)의 전자석(403)은 단일 위상 AC 전원 또는 당업계에 공지된 다른 적절한 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 자석은 원하는 전류 벡터 성분이 존재하도록 루프 벤드에 가깝게 위치될 수 있다. 변압기 권선(401) 및 전자석 권선(403)에 전력을 공급하는 AC 전류의 위상은 로렌츠 펌핑 힘의 원하는 방향을 유지하도록 동기화될 수 있다.
실시예(도 107 및 도 108)에서, 유도 전류 루프는 입구 EM 펌프 튜브(5k6), 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션, 출구 EM 펌프 튜브(5k6), 및 이들 구성요소를 포함하는 입구 라이저(5qa) 및 주입기(561)의 벽을 포함할 수 있는 저장소(5c)의 은을 통과하는 경로를 포함할 수 있다. EM 펌프는 펌핑 매개변수를 갖는 1차 권선의 전류와 전압 및 SunCell 발전의 피드백 제어를 위한 것과 같은 모니터링 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 예시적인 측정 피드백 매개변수는 반응 셀 챔버(5b31)에서의 온도 및 MHD 변환기에서의 전기일 수 있다. 모니터링 및 제어 시스템은 대응하는 센서, 제어기 및 컴퓨터를 포함할 수 있다.
오직 한 쌍의 전자기 펌프(400)를 갖는 MHD 변환기 실시예에서, 각각의 MHD 복귀 도관(310)은 연장되어 대응하는 전자기 펌프(5kk)의 입구에 연결된다. 연결부는 MHD 복귀 도관(310)의 입력을 갖는 Y-조합체 및 저장소 기저부 판 조립체(409)와 같은 저장소의 기저부의 보스(308)를 포함할 수 있다. MHD 변환기를 갖는 가압된 SunCell®을 포함하는 실시예에서, EM 펌프의 주입 측, 저장소 및 반응 셀 챔버(5b31)는 MHD 복귀 도관(310)에 대해 고압 하에서 작동한다. 각각의 EM 펌프로의 입구는 MHD 복귀 도관(310)만을 포함할 수 있다. 연결부는 MHD 복귀 도관(310)의 입력을 갖는 Y-조합체 및 저장소 기저부의 보스와 같은 조합체를 포함할 수 있으며, 여기서 펌프 전력은 저장소로부터 MHD 복귀 도관(310)으로 입구 유동이 역류하는 것을 방지한다.
MHD 발전기 실시예에서, 주입 EM 펌프 및 MHD 복귀 EM 펌프는 DC 또는 AC 전도 펌프 및 AC 유도 펌프와 같은 본 개시의 것 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 MHD 발전기 실시예(도 107)에서, 주입 EM 펌프는 유도 EM 펌프(400)를 포함할 수 있고, MHD 복귀 EM 펌프(312)는 유도 EM 펌프 또는 DC 전도 EM 펌프를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 분사 펌프는 또한 MHD 복귀 EM 펌프로서 기능을 할 수 있다. MHD 복귀 도관(310)은 입구보다 낮은 압력 위치에서 저장소로부터 EM 펌프로 입력될 수 있다. MHD 복귀 도관(310)으로부터의 입구는 MHD 응축 섹션(309) 및 MHD 복귀 도관(310)에서의 저압에 적합한 위치에서 EM 펌프로 유입될 수 있다. 저장소(5c)로부터의 입구는 압력이 원하는 반응 셀 챔버(5b31) 작동 압력 인 위치와 같이 압력이 더 높은 EM 펌프 튜브의 위치에서 진입할 수 있다. 주입기 섹션(5k61)에서의 EM 펌프 압력은 적어도 원하는 반응 셀 챔버 압력의 EM 펌프 압력일 수 있다. 입구는 튜브 및 전류 루프 섹션(5k6, 405 또는 406)에서 EM 펌프에 부착될 수 있다.
EM 펌프는 다단 펌프(도 109 내지 도 118)를 포함할 수 있다. 다단 EM 펌프는 MHD 복귀 도관(310)으로부터 및 저장소(5c)의 기저부로부터 다른 펌프 단계에서의 것과 같은 입력 금속 유동을 수용할 수 있으며, 각각은 실질적으로 순방향으로 용융 금속이 EM 펌프 출구 및 주입기(5k61) 밖으로 흐르도록 허용하는 압력에 대응한다. 실시예에서, 다단 EM 펌프 조립체(400a)(도 111)는 유도 전류 루프(405 및 406)를 통해 변압기 권선(401) 및 변압기 요크(402)를 포함하는 적어도 하나의 EM 펌프 변압기 권선 회로(401a)를 포함하며 AC 전자석(403) 및 EM 펌프 전자기 요크(404)를 포함하는 적어도 하나의 AC EM 펌프 전자기 회로(403c)를 더 포함한다. 유도 전류 루프는 EM 펌프 튜브 섹션(405) 및 EM 펌프 전류 루프 복귀 섹션(406)을 포함할 수 있다. 전자기 요크 (404)는 용기의 평탄화된 섹션 또는 은과 같은 펌핑된 용융물을 함유하는 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션에 갭을 가질 수 있다.
실시예에서, 다단 EM 펌프는 전류 및 금속 흐름 모두에 수직인 자속을 공급하는 복수의 AC EM 펌프 전자기 회로(403c)를 포함할 수 있다. 다단 EM 펌프는 입구 루프가 펌프의 전방 펌프 흐름을 달성하기 위한 국부 펌프 압력에 적합한 위치에서 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션을 따라 입구를 수용할 수 있으며, 여기서 압력은 다음 AC EM 펌프 전자기 회로(403c) 스테이지에서 증가한다. 예시적인 실시예에서, MHD 복귀 도관(310)은 AC 전자석(403a) 및 EM 펌프 전자기 요크(404a)를 포함하는 제 1 AC 전자석 회로(403c) 이전의 입구에서 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션과 같은 전류 루프로 유입된다. 저장소(5c)로부터의 유입 흐름은 AC 전자석(403b) 및 EM 펌프 전자기 요크(404b)를 포함하는 제 1 AC 전자석 회로(403c) 이후 및 제 2 AC 전자석 회로(403c) 이후에 유입될 수 있으며, 여기서 펌프는 각각의 입구로부터 다음 펌프 단계 또는 펌프 출구 및 주입기(5k61)로 원하는 흐름을 유지하는 전류 루프(405)에서 용융 금속 압력을 유지한다. 각각의 펌프 스테이지의 압력은 AC 전자석 회로의 해당 AC 전자석의 전류를 제어함으로써 제어될 수 있다.
실시예에서, 세라믹 채널과 같은 EM 펌프 전류 루프 복귀 섹션(406)은 용융 금속 유동 제한기를 포함할 수 있거나 EM 펌프 튜브의 고압 섹션으로부터 저압 섹션으로 용융 금속의 역류를 방지하면서 전류 루프의 전류가 완료되도록 고체 전기 도체로 충전될 수 있다. 고체는 Haynes 230, Pyromet® 합금 625, Carpenter L-605 합금, BioDur® Carpenter CCM® 합금, Haynes 230, 310 SS 또는 625 SS와 같은 본 개시의 스테인리스 스틸과 같은 금속을 포함할 수 있다. 고체는 내화 금속을 포함할 수 있다. 고체는 내산화성인 금속을 포함할 수 있다. 고체는 고체 전도체의 산화를 피하기 위해 금속 또는 전도성 캡 층 또는 이리듐과 같은 코팅을 포함할 수 있다.
실시예에서, 변압기 및 전자석 중 적어도 하나의 자기 권선은 변압기 자기 요크(402) 및 전자기 회로 요크(404) 중 적어도 하나의 연장부에 의해 흐르는 금속을 포함하는 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션으로부터 이격된다. 연장부는 EM 펌프 튜브(405)의 유도 결합 가열과 같은 보다 효율적인 가열, 및 변압기 권선(401), 변압기 요크(402) 및 AC 전자석(403)과 EM 펌프 전자기 요크(404)를 포함하는 전자기 회로(403c) 중 적어도 하나의 보다 효율적인 냉각 중 하나를 허용한다. 2단 EM 펌프의 경우, 자기 회로는 AC 전자석(403a 및 403b) 및 EM 펌프 전자기 요크(404a 및 404b)를 포함할 수 있다. 변압기 요크(402) 및 전자기 요크(404) 중 적어도 하나는 철 또는 코발트와 같은 높은 퀴리 온도를 갖는 강자성 재료를 포함할 수 있다. EM 펌프 변압기 권선 회로(401a) 및 EM 펌프 전자기 회로(403c) 중 적어도 하나는 DC 전도 EM 펌프의 자석(5k4)들 중 하나와 같은 본 개시의 것과 같은 수냉 시스템을 포함할 수 있다(도 38 및 도 39). 유도 EM 펌프(400b)들 중 적어도 하나는 공냉 시스템(400b)을 포함할 수 있다(도 113 및 도 114). 유도 EM 펌프(400c)들 중 적어도 하나는 수냉 시스템을 포함할 수 있다(도 115).
예시적인 변압기는 실리콘 스틸 적층 변압기 코어를 포함한다. 점화 변압기는 (i) 약 10 내지 10,000, 100 내지 5000, 및 500 내지 25,000 턴 중 적어도 하나의 범위에서의 권선 수; (ii) 약 10W 내지 1MW, 100W 내지 500kW, 1kW 내지 100kW 및 1kW 내지 20kW 중 적어도 하나의 범위의 전력, 및 (iii) 약 0.1 A 내지 10,000 A, 1 A 내지 5 kA, 1 A 내지 1 kA, 및 1 내지 500 A 중 적어도 하나의 범위의 1차 권선 전류를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 점화 전류는 약 6V 내지 10V의 전압 범위에 있고 전류는 약 1000A이고; 따라서 50 턴의 권선은 약 500V 및 20A에서 작동하여 1000A에서 10V의 점화 전류를 제공한다. EM 펌프 전자석은 약 0.01 T 내지 10 T, 0.1 T 내지 5 T 및 0.1 T 내지 2 T 중 적어도 하나의 범위의 플럭스를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 약 0.5 mm 직경의 자석 와이어는 약 200℃ 미만으로 유지된다.
EM 펌프 튜브는 팬케이크 코일 안테나와 같은 유도 결합 히터 안테나로 가열될 수 있다. 안테나는 수냉식일 수 있다. 실시예에서, 저장소(5c)는 유도 결합 히터로 가열될 수 있다. 히터 안테나(5f)는 EM 펌프 튜브를 가열하기 위해 팬케이크 코일과 같은 코일에 추가로 연결될 수 있는 저장소(5c) 주위에 2개의 원통형 나선을 포함할 수 있다. 저장소에 대한 대향하는 나선의 회전은 전류가 두 코일의 자기장을 강화하기 위해 동일한 방향으로 또는 나선 사이의 공간에서 상쇄되도록 반대 방향으로 권취될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 유도 결합 히터 안테나(5f)는 도 105, 도 106, 도 109, 및 도 113 내지 도 115에 도시된 바와 같이 각각의 저장소(5c)에 원주 방향으로 2개의 나선 및 EM 펌프 튜브에 평행한 팬케이크 코일을 포함하는 3개의 선회 연속 세트를 포함할 수 있으며, 여기서 두 나선은 시계 방향으로 감기고 전류는 하나의 나선의 상부에서 하부로 흐르고, 팬케이크 코일로 흐른 다음, 제 2 나선의 하부에서 상부로 흐른다. 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션은 플럭스 집중기, 석영 또는 실리콘 질화물에 대한 첨가제와 같은 EM 펌프 튜브(405) 재료에 대한 첨가제, 및 유도 결합 히터에서 RF 흡수를 증가시키는 탄소 슬리브와 같은 펌프 튜브(405)에 대한 피복물 중 적어도 하나에 의해 선택적으로 가열될 수 있다. 실시예에서, 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션은 펌프 튜브(405) 주위에 나선을 포함하는 유도 결합 히터 안테나에 의해 선택적으로 가열될 수 있다. MHD 복귀 도관(310), EM 펌프 저장 라인(416) 및 EM 펌프 주입 라인(417) 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 라인(도 115 내지 도 118)은 안테나가 수냉될 수 있는 라인 주위에 감겨진 안테나(415)를 포함할 수 있는 유도 결합 히터에 의해 가열될 수 있다. 5f 및 415와 같은 유도 결합 히터 안테나로 감싸진 구성요소는 내부 절연 층을 포함할 수 있다. 유도 결합 히터 안테나는 해당 구성요소의 원하는 온도를 유지하기 위해 이중 기능 또는 가열 및 수냉 기능을 수행할 수 있다. SunCell은 MHD 자석 하우징(306a), MHD 노즐(307), MHD 채널(308), 전기 출력, 센서, 및 구조적 지지부대(418)에 장착될 수 있는 제어 라인(419), M 펌프 저장 라인(416) 및 EM 펌프 주입 라인(417)에 대한 420과 같은 열 차폐물과 같은 구성요소를 고정하는 구조적 지지대(418)를 더 포함할 수 있다.
전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션은 대응하는 EM 펌프 튜브(5k6) 섹션에 연결되는 용융 금속 입구 및 출구 채널을 포함할 수 있다(도 108). EM 펌프 튜브(5k6)의 각각의 입구 및 출구는 대응하는 저장소(5c), 입구 라이저(5qa) 및 주입기(5k61)에 고정될 수 있다. 패스너는 본 개시의 조인트, 패스너 또는 시일을 포함할 수 있다. 시일(407a)은 세라믹 접착제를 포함할 수 있다. 조인트는 각각 흑연 개스킷과 같은 개스킷으로 밀봉된 플랜지를 포함할 수 있다. 각각의 저장소(5c)는 세라믹일 수 있는 저장소 기저부 판에 연결된 금속 산화물과 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 기저부 판 연결부는 플랜지 및 개스킷 시일을 포함할 수 있으며, 여기서 개스킷은 탄소를 포함할 수 있다. 기저부 판은 입구 라이저(5qa) 및 노즐(5q)을 갖는 주입기 튜브(5k61)가 부착된 기저부 판(409a)를 포함하는 저장소 기저부 판 조립체(409)(도 110)를 포함할 수 있다. 튜브는 보스(408)로서 저장소 기저부 판(409a)의 기저부를 관통할 수 있다. 저장소(5c)로부터의 보스(408)는 탄소, 몰리브덴 또는 세라믹 볼트와 같은 볼트와 같은 패스너 및 탄소 개스킷과 같은 개스킷을 갖는 플랜지형 조합체(407) 중 적어도 하나에 의해 유도 유형 EM 펌프(400)의 EM 펌프 튜브의 세라믹 입구 및 출구에 연결될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 세라믹 구성요소를 포함하는 조합체는 탄수화물-환원 온도 아래에서 작동된다. 다른 실시예에서, 조합체는 Swageloks, 슬립 너트 또는 압축 피팅과 같은 당업계에 공지된 다른 것을 포함할 수 있다. 실시예에서, 점화 전류는 양의 및 음의 단자가 반대의 펌프 튜브, 저장소, 보스 및 조합체 중 하나의 전도성 구성요소에 연결된 전기 공급원에 의해 공급된다.
다른 실시예에서, 점화 시스템은 유도 시스템(도 109, 도 112 내지 도 118)을 포함하며, 여기서 하이드리노 반응의 점화를 유발하기 위해 전도성 용융 금속에 인가된 전기 공급원은 유도 전류, 전압 및 전력을 제공한다. 점화 시스템은 무전극 시스템을 포함할 수 있으며, 여기서 점화 전류는 유도 점화 변압기 조립체(410)에 의해 유도에 의해 인가된다. 유도 전류는 EM 펌프(400)와 같은 펌프에 의해 유지되는 복수의 주입기로부터 교차하는 용융 금속 스트림을 통해 흐를 수 있다. 실시예에서, 저장소(5c)는 저장소(5c)의 기저부 사이의 채널과 같은 세라믹 교차 연결 채널(414)을 더 포함할 수 있다. 유도 점화 변압기 조립체(410)는 저장소(5c), 복수의 용융 금속 주입기로부터의 교차 용융 금속 스트림 및 교차 연결 채널(414)에 의해 형성된 유도 전류 루프를 통해 연장될 수 있는 유도 점화 변압기 권선(411) 및 유도 점화 변압기 요크(412)를 포함할 수 있다. 유도 점화 변압기 조립체(410)는 EM 펌프 변압기 권선 회로(401a)와 유사할 수 있다.
실시예에서, 점화 전류원은 은과 같은 용융 금속에서의 전류가 은을 통한 시변 자기장의 패러데이 유도에 의해 생성되는 AC 유도 유형을 포함할 수 있다. 시변 자기장의 소스는 1차 변압기 권선, 유도 점화 변압기 권선(411)을 포함할 수 있고, 은은 단일 턴 단락 권선과 같은 2차 변압기 권선으로서 적어도 부분적으로 작용할 수 있다. 1차 권선(411)은 AC 전자석을 포함할 수 있으며, 유도 점화 변압기 요크(412)는 용융된 은을 포함하는 원주 방향 전도 루프를 통해 시변 자기장을 전도한다. 변압기 전자석은 단상 AC 전원 또는 당업계에 공지된 다른 적절한 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 변압기 주파수는 변압기 요크(412)의 크기를 감소시키기 위해 증가될 수 있다. 변압기 주파수는 적어도 약 1Hz 내지 1MHz, 1Hz 내지 100kHz, 10Hz 내지 10kHz 및 10Hz 내지 1kHz의 범위일 수 있다. 저장소(5c)는 2개의 저장소(5c)를 연결하는 교차 연결 채널(414)과 같은 용융 금속 채널을 포함할 수 있다. 변압기 요크(412)를 둘러싸는 전류 루프는 저장소(5c)에 포함된 용융은, 교차 연결 채널(414), 주입기 튜브(5k61) 내의 은, 및 유도 전류 루프를 완성하기 위해 교차하는 용융 은의 주입된 스트림을 포함할 수 있다. 유도 전류 루프는 입구 라이저(5qa), EM 펌프 튜브(5k6), 보스 및 주입기(5k61)와 같은 EM 펌프 구성요소 중 적어도 하나에 포함된 용융 은을 적어도 부분적으로 더 포함할 수 있다.
교차 연결 채널(414)은 저장소에서 은과 같은 원하는 수준의 용융 금속에 있을 수 있다. 대안적으로, 교차 연결 채널(414)은 작동 중에 채널이 용융 금속으로 연속적으로 채워지도록 원하는 저장소 용융 금속 레벨보다 낮은 위치에 있을 수 있다. 교차 연결 채널(414)은 저장소(5c)의 기저부를 향해 위치될 수 있다. 채널은 유도 전류 루프 또는 회로의 일부를 형성할 수 있고, 양쪽 저장소(5c)에서 원하는 수준을 유지하기 위해 더 높은 은 레벨을 갖는 하나의 저장소로부터 다른 레벨로의 용융 금속 흐름을 더욱 용이하게 할 수 있다. 용융 금속 헤드 압력의 차이로 인해 저장소 사이의 금속 흐름이 각각 원하는 수준을 유지하게 할 수 있다. 전류 루프는 교차하는 용융 금속 스트림, 주입기 튜브(5k61), 저장소(5c) 내의 용융 금속의 열, 및 저장소(5c)를 원하는 용융 은 레벨 또는 원하는 수준보다 더 낮은 레벨에서 연결하는 교차 연결 채널(414)을 포함할 수 있다. 전류 루프는 패러데이 유도에 의해 전류를 생성하는 변압기 요크(412)를 둘러 쌀 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 EM 펌프 변압기 요크(402)는 교차 용융 금속 스트림 및 저장소와 교차 연결 채널(414)에 포함된 용융 금속에 의해 형성된 것과 같은 점화 용융 금속 루프를 통해 시변 자기장을 추가로 공급함으로써 유도 점화 전류를 생성하기 위한 유도 점화 변압기 요크(412)를 더 포함한다. 저장소(5c) 및 채널(414)은 세라믹과 같은 전기 절연체를 포함할 수 있다. 유도 점화 변압기 요크(412)는 전기 절연체 및 세라믹 커버와 같은 열 절연체 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 커버(413)를 포함할 수 있다. 나선형 코일과 같이 원주 방향으로 감겨진 유도 결합 히터 안테나를 포함할 수 있는 저장소 사이에서 연장되는 유도 점화 변압기 요크(412)의 섹션은 커버(413)에 의해 열적으로 또는 전기적으로 차폐될 수 있다. 저장소(5c), 채널(414) 및 커버(413) 중 적어도 하나의 세라믹은 실리콘 질화물(MP 1900 ℃), 용융 석영과 같은 석영, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 또는 하프니아와 같은 본 개시 중 하나일 수 있다. 제어된 수동 산화에 의해 실리콘 아질산염 상에 보호 SiO2 층이 형성될 수 있다.
석영 부품과 같은 세라믹 부품은 흑연 또는 다른 내화성 불활성 몰드와 같은 몰드를 사용하여 주조될 수 있다. 예시적인 실시예에서, Hellma Analytics(http://www.hellma-analytics.com/assets/adb/32/32e6a909951dc0e2.pdf)의 것과 같은 당업계에 공지된 고온 또는 저온 액체 방법에 의해 석영을 주조하는 몰드는 저장소(5c) 및 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 셀 구성요소의 내부 및 외부 표면의 2개의 미러 쌍을 포함하는 4개의 부품을 포함한다.
실시예에서, 교차 연결 채널(414)은 저장소 은 레벨을 거의 일정하게 유지한다. SunCell®은 주입기(5k61)의 침지 노즐(5q)을 더 포함할 수 있다. 각각의 침지 노즐의 깊이, 따라서 주입기가 주입하는 헤드 압력은 각각의 저장소(5c)의 대략 일정한 용융 금속 레벨로 인해 본질적으로 일정하게 유지될 수 있다. 교차 연결 채널(414)을 포함하는 실시예에서, 입구 라이저(5qa)는 저장소 보스(408) 또는 EM 펌프 저장소 라인(416)으로의 포트에 의해 제거 및 교체될 수 있다.
변압기 권선(401 및 411), 전자석(403), 요크(402, 404 및 412), 및 EM 펌프와 점화 시스템 중 적어도 하나의 자기 회로(401a, 403a 및 410) 중 적어도 하나는 가열 효과를 줄이기 위해 유도 결합 히터의 RF 자기장으로부터 차폐될 수 있다. 차폐물은 패러데이 케이지를 포함할 수 있다. 케이지 벽 두께는 유도 결합 히터의 RF 필드의 외피 깊이보다 클 수 있다. 유도 점화 시스템(410)을 포함하는 실시예에서, 변압기 요크(412)는 수냉식 안테나(5f)의 근접에 의해 적어도 부분적으로 냉각될 수 있으며 이는 작동 중에 SunCell® 및 저장소(5c) 중 적어도 하나를 냉각시키는 역할을 할 수 있다.
점화 전류는 약 60Hz AC와 같은 시변 전류일 수 있지만, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 10kHz, 10Hz 내지 1kHz 및 10Hz 내지 100Hz 중 적어도 하나의 범위의 주파수, 약 1A 내지 100MA, 10A 내지 10MA, 100A 내지 1MA, 100A 내지 100kA 및 1kA 내지 100kA의 적어도 하나의 범위의 피크 전류, 및 약 1V 내지 1MV, 2V 내지 100kV, 3V 내지 10kV, 3V 내지 1kV, 2V 내지 100V 및 3V 내지 30V 중 적어도 하나의 범위의 피크 전압을 갖는 파형과 같은 다른 특성 및 파형을 가질 수 있으며, 여기서 파형은 사인파형, 구형파형, 삼각파형, 또는 1% 내지 99%, 5% 내지 75%, 및 10% 내지 50% 중 적어도 하나의 범위와 같은 듀티 사이클을 포함할 수 있는 다른 원하는 파형을 포함할 수 있다.
실시예에서, 점화 주파수는 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 채널(308) 중 적어도 하나에서 상응하는 하이드리노 발전 주파수를 발생시키도록 조정된다. 약 60Hz AC와 같은 전력 출력의 주파수는 점화 주파수를 제어함으로써 제어될 수 있다. 점화 주파수는 유도 점화 변압기 조립체(410)의 시변 자기장의 주파수를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 유도 점화 변압기 조립체(410)의 주파수는 유도 점화 변압기 권선(411)의 전류의 주파수를 변화시킴으로써 조정될 수 있으며, 여기서 권선(411)으로의 전력의 주파수는 변화될 수 있다. MHD 채널(308)에서의 시변 전력은 에어로졸 제트 흐름의 충격 형성을 방지할 수 있다. 다른 실시예에서, 시변 점화는 시변 전력 출력을 초래하는 시변 하이드리노 발전을 구동할 수 있다. MHD 변환기는 DC 구성요소를 또한 포함할 수 있는 AC 전기를 출력할 수 있다. AC 구성요소는 적어도 하나의 변압기의 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 권선 및 EM 펌프 변압기 권선 회로(401a)의 권선 및 EM 펌프 전자기 회로(403c)의 전자석의 권선 중 적어도 하나와 같은 전자석 권선에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
MHD 변환기를 갖는 가압된 SunCell®은 중력에 의존하지 않고 작동할 수 있다. 2단계 공냉식 EM 펌프(400b)와 같은 EM 펌프(400)는 패킹 및 용융 금속 입구 및 출구 도관 또는 라인 중 적어도 하나를 최적화하는 위치에 위치될 수 있다. 예시적인 패키징은 EM 펌프가 MHD 응축 섹션(309)의 단부와 저장소(5c)의 기저부 사이의 중간에 위치하는 패키지이다(도 116 내지 도 118).
실시예에서, MHD 노즐(307)을 빠져나가 MHD 채널(308)로 진입하는 은 증기-은 에어로졸 혼합물은 대부분의 액체 분율을 포함한다. MHD 채널(308) 입구에서 대부분의 액체 분율을 달성하기 위해, 혼합물은 MHD 노즐(307)의 입구에서 대부분의 액체를 포함할 수 있다. 하이드리노 반응에 의해 생성된 반응 셀 챔버(5b31)의 열 전력은 대부분 MHD 노즐(307)에 의해 운동 에너지로 변환될 수 있다. MHD 노즐(307)의 출구에서 대부분의 에너지 재고가 운동 에너지인 조건을 달성하기 위한 실시예에서, 혼합물은 대부분의 액체 분율이어야 하고, 혼합물의 온도 및 압력은 그의 융점에서 용융 금속의 융점에 근접해야 한다. 혼합물의 열 에너지 재고의 더 큰 부분을 운동 에너지로 변환하기 위해, de Laval 노즐과 같은 수렴-분산 MHD 노즐(307)의 발산 섹션의 노즐 면적이 증가해야 한다. 혼합물의 열 에너지가 MHD 노즐(307)에서 운동 에너지로 변환될 때, 혼합물의 온도는 수반되는 압력 강하에 따라 떨어진다. 저압 조건은 낮은 증기 밀도에 대응한다. 낮은 증기 밀도는 단면을 감소시켜 혼합물의 액체 분율로 운동량과 운동 에너지를 전달한다. 실시예에서, 노즐 길이는 노즐 출구 전에서 더 긴 액체 가속 시간을 생성하도록 증가될 수 있다. 실시예에서, MHD 노즐 출구에서의 에어로졸 제트의 단면적이 감소될 수 있다. 면적 감소는 적어도 하나의 포커싱 자석, 배플 및 당업계에 공지된 다른 수단 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다. 면적이 감소된 집속 에어로졸 제트는 MHD 채널(308) 단면적을 더 작게 할 수 있다. MHD 채널 전력 밀도가 더 높을 수 있다. MHD 자석(306)은 자화된 채널(308)의 작은 부피로 인해 더 작을 수 있다.
실시예에서, MHD 채널(308)의 입구에서의 혼합물의 온도는 용융 금속의 융점에 가깝다. 은의 경우, 혼합물 온도는 약 965℃ 내지 2265℃, 1000℃ 내지 2000℃, 1000℃ 내지 1900℃ 및 1000℃ 내지 1800℃ 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 실시예에서, 은 액체는 EM 펌프(400, 400a, 400b 또는 400c)에 의해 저장소(5c)로 재순환되어 액체의 열 에너지의 적어도 일부를 회수할 수 있다.
세라믹 부품 및 탄소 개스킷을 포함하는 결합체를 포함하는 실시예에서, 재순환된 은의 온도는 세라믹과 흑연의 탄소의 환원 온도 및 세라믹 구성요소와 같은 SunCell® 구성요소의 재료의 파괴 온도 중 적어도 하나보다 낮을 수 있다. 복귀 도관(310), 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션, 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐(307), MHD 채널(308), 및 세라믹 구성요소들 사이에 적어도 하나의 탄소 개스킷 플랜지 조합체(407)를 갖는 MHD 응축 섹션(309)과 같은 이트리아 안정화 지르코니아 부품을 포함하는 예시적인 실시예에서, 은 온도는 약 1800℃ 내지 2000℃ 미만이다. 운동 에너지 및 열 에너지를 포함하는 에어로졸의 전력은 MHD 채널에서 전기로 변환될 수 있다. 에어로졸 운동 에너지는 액체 MHD 메커니즘에 의해 전기로 변환될 수 있다. MHD 채널(308)에서 혼합물의 임의 증기의 증기와 같은 일부 잔류 열 전력은 해당 증기에 작용하는 로렌츠 힘에 의해 전기로 변환될 수 있다. 열 에너지의 변환은 혼합물 온도를 떨어뜨린다. 은 증기압은 낮은 혼합 온도에 대응하여 낮을 수 있다. MHD 채널(308)은 노즐(307)로부터의 에어로졸 제트가 응축 충격 또는 난류와 같은 충격을 겪는 것을 방지함으로써 에어로졸이 MHD 채널(308)에서의 배압과 같은 증가된 압력을 생성하기 위해서 약 0.001 Torr 내지 760 Torr, 0.01 Torr 내지 100 Torr, 0.1 Torr 내지 10 Torr 중 적어도 하나의 범위의 압력과 같은 낮은 배경 압력에서 유지될 수 있다.
실시예에서, 혼합물의 증기 분율은 노즐 입구에서 최소화되어 노즐 출구에서 감소된다. 증기 분율은 약 0.01 내지 0.3, 0.05 내지 0.25, 0.05 내지 0.20, 0.05 내지 0.15 및 0.05 내지 0.1 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 20 atm 압력, 0 m/s 속도, 3253K 온도, 혼합물의 0.9 액체 질량 분율, 음속 137 m/s, 마하 수 0, 및 0 kJ/kg 운동 에너지로 노즐의 예시적인 입구 매개변수가 주어지면, 노즐 출구에서의 혼합물에 대한 예시적인 매개변수는 표 3에 주어진다.
20 atm의 압력, 0.9의 액체 분율 및 1 kg/s의 질량 유량의 초기 입구 매개변수에 대한 노즐 출구 매개 변수
압력 [atm]
매개변수 20 목부 1 0.1 0.01 0.001
속도 (m/s) 0 149 412 548 647 727
온도 (K) 3253 3108 2480 2104 1830 1613
액체 질량 분율 0.9 0.887 0.847 0.836 0.832 0.833
운동 에너지 (kJ/kg) 0 11.2 84.7 150 209 264
음속 (m/s) 137 149 174 168 159 155
마하 수 0 1 2.37 3.26 4.06 4.71
노즐 반경 (cm) 0.656 1.50 3.94 10.9 31.7
액체 부피 분율 (ppm) 9717 5450 340 35.6 3.80 0.397
실시예에서, 증기는 MHD 응축 섹션(309)에서와 같이 MHD 채널의 단부에서 적어도 부분적으로 응축될 수 있다. 열 교환기(316)는 열을 제거하여 응축을 야기할 수 있다. 대안적으로, 증기를 응축시키지 않으면서 MHD 효율이 증가될 정도로 증기압이 충분히 낮을 수 있으며, 증기는 MHD 채널(308)에서 정적 평형 압력을 유지한다. 실시예에서, 로렌츠 힘은 MHD 채널(308)에서 임의의 비응축 증기의 충돌 마찰력보다 크다. 로렌츠 힘은 자기장 세기를 증가시킴으로써 원하는 힘으로 증가될 수 있다. MHD 자석(306)의 자속은 증가될 수 있다. 실시예에서, 자속은 약 0.01 T 내지 15 T, 0.05 T 내지 10 T, 0.1 T 내지 5T, 0.1 T 내지 2 T 및 0.1 T 내지 1 T 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 은 증기는 출력이 주입기(5k61)인 2단 EM 펌프의 저장소 또는 EM 펌프 튜브로 재순환된 은을 기화 열이 가열하도록 응축된다. 증기는 압축기(312a)로 압축될 수 있다. 압축기는 400c와 같은 2단 EM 펌프에 연결될 수 있다.실시예에서, 은 증기/에어로졸 혼합물은 MHD 노즐(307)의 출구에서 거의 순수한 액체 + 산소이다. 은에서 산소의 용해도는 온도가 융점에 가까워짐에 따라 증가하며, 용해도는 은의 부피에 대한 산소의 약 40 내지 50 부피 이하이다(도 116). 은은 출구에서와 같이 MHD 채널(308)에서 산소를 흡수하고 액체 은과 산소는 모두 재순환된다. 가스는 용융된 은에 흡수된 가스로서 재순환될 수 있다. 실시예에서, 산소는 반응 챔버(5b31)에서 방출되어 사이클을 재생시킨다. 융점 위의 은의 온도는 또한 화력의 재순환 또는 재생 수단으로서 작용한다. 산소 농도는 재순환된 은의 온도가 1800℃와 같은 SunCell® 구성요소의 최대 작동 온도보다 낮은 열역학적 사이클을 가능하게 하도록 최적화되어 있다. 예시적인 실시예에서, (i) 반응 셀 챔버(5b31) 및 MHD 노즐(307) 중 적어도 하나의 산소 압력은 1 atm이고, (ii) MHD 채널(308)의 출구에서의 은은 에어로졸과 같은 거의 모든 액체이고, (iii) 산소 질량 유량은 약 0.3 wt%이고, (iv) MHD 채널의 출구 온도는 약 1000℃이며, 여기서 O2는 에어로졸을 가속시킨 다음 1000℃ 은에 흡수된다. 액체 은-산소 혼합물은 반응 셀 챔버(5b31)로 재순환되며, 여기서 산소는 방출되어 열역학적 사이클을 형성한다. 312a와 같은 가스 압축기 및 대응하는 기생 전력 부하의 요구가 감소되거나 제거될 수 있다. 실시예에서, 산소 압력은 약 0.0001 atm 내지 1000 atm, 0.01 atm 내지 100 atm, 0.1 atm 내지 10 atm 및 0.1 atm 내지 1 atm 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 산소는 MHD 채널 출구(308)에 비해 반응 셀 챔버(5b31) 및 노즐(307) 중 적어도 하나와 같은 하나의 셀 영역에서 더 높은 분압을 가질 수 있다. SunCell®은 MHD 채널 출구(308)에 대해 반응 셀 챔버(5b31) 및 노즐(307) 중 적어도 하나와 같은 하나의 셀 영역에서 상승될 수 있는 배경 산소 분압을 가질 수 있다. 작동 온도에서의 산소의 높은 열 용량 및 비응축성으로 인해, MHD 노즐은 에어로졸 제트 가속을 달성하기 위해 은 증기만을 사용하는 MHD 변환기의 노즐에 비해 크기가 감소될 수 있다.열역학적 사이클은 전기 변환 효율을 최대화하도록 최적화될 수 있다. 실시예에서, 혼합물 운동 에너지는 증기 분율을 최소화하면서 최대화된다. 실시예에서, 화력의 재순환 또는 재생은 MHD 채널(308)의 출구로부터 반응 셀 챔버(5b31)로 재순환된 은의 온도의 함수로서 달성된다. 재순환된 은의 온도는 1800℃와 같은 SunCell® 구성요소의 최대 작동 온도보다 낮게 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 로렌츠 힘은 혼합물을 냉각시켜 액체 상을 적어도 부분적으로 응축시킬 수 있으며, 이에 상응하는 방출된 증발 열은 액체 상으로 적어도 부분적으로 전달된다. MHD 채널(308)에서의 MHD 노즐 팽창, MHD 채널(308) 팽창, 및 로렌츠 힘 냉각 중 적어도 하나는 MHD 노즐(307) 출구 및 MHD 채널(308) 중 하나 이상에서 혼합물의 온도를 은의 비점 미만으로 낮출 수 있다. 증기의 응축에 의해 방출된 열은 온도 상승과 함께 은의 융합 열과 은 열 용량을 향해 흡수될 수 있다. 응축된 증기의 기화열에 의해 가열된 은은 재순환되어 대응하는 화력을 재생시킬 수 있다. 효율을 높이기 위한 다른 실시예에서, 저장소(5c)로부터의 덕트와 같은 수단에 의해 비교적 저온 에어로졸이 MHD 노즐(307) 또는 MHD 채널(308)과 같은 전력 변환 구성요소 내로 주입될 수 있다.
SunCell®의 세라믹 부품은 둘 이상의 세라믹 부품의 세라믹 접착제, 세라믹 대 금속 부품의 납땜, 슬립 너트 시일, 개스킷 시일 및 습식 시일과 같은 본 개시에 의해 결합될 수 있다. 개스킷 시일은 개스킷으로 밀봉된 2개의 플랜지를 포함할 수 있다. 플랜지는 볼트와 같은 패스너와 함께 그려질 수 있다. 슬립 너트 조인트 또는 개스킷 시일은 탄소 개스킷을 포함할 수 있다. 너트, EM 펌프 조립체(5kk), 저장소 기저부 판(5b8) 및 하부 반구(5b41) 중 적어도 하나는 SS 625 또는 Haynes 230 SS와 같은 탄화 및 탄화물 형성에 저항하는 재료, 예컨대 니켈, 탄소 및 스테인리스 스틸(SS)을 포함할 수 있다. EM 펌프 조립체와 세라믹 저장소 사이의 슬립 너트 조인트는 나사 결합 칼라, 및 SS 625 또는 Haynes 230 SS와 같은 탄화에 저항하는 스테인리스 스틸(SS)을 포함하는 너트를 포함하는 EM 펌프 조립체(5kk)를 포함할 수 있으며, 여기서 너트는 칼라에 나사 결합되어 그 개스킷에 대해 조여진다. EM 펌프 조립체(5kk)와 저장소(5c) 사이의 플랜지 밀봉 조인트는 볼트 구멍을 갖는 저장소 기저부 판(5b8), 볼트 구멍을 갖는 플랜지를 갖는 세라믹 저장소 및 탄소 개스킷을 포함할 수 있다. 저장소 기저부 판을 갖는 EM 펌프 조립체는 SS 625 또는 Haynes 230 SS와 같은 탄화에 저항하는 스테인리스 스틸(SS)을 포함할 수 있다. 저장소의 플랜지는 탄소 또는 흑연 개스킷에 대해 조여진 볼트에 의해 기저부 판(5b8)에 고정될 수 있다. 실시예에서, 탄소 개스킷과 같은 탄소와 MgO, Al2O3, 또는 ZrO2 저장소와 같은 산화물 저장소(5c)와 같은 산화물을 포함하는 부품 사이의 탄소 환원 반응은 탄소와 접촉하는 산화물을 포함하는 조인트를 탄소 환원 반응 온도 미만의 온도인 비반응 온도에 유지함으로써 피할 수 있다. 실시예에서, MgO 탄소 환원 반응 온도는 약 2000℃ 내지 2300℃의 범위를 초과한다.
예시적인 실시예에서, 지르코니아 또는 알루미나와 같은 산화물 세라믹과 같은 세라믹은 Mo-Mn과 같은 합금으로 금속화될 수 있다. 2개의 금속화된 세라믹 부품은 납땜으로 결합될 수 있다. EM 펌프 버스 바(5k2)와 같은 금속화된 세라믹 부품 및 금속 부품은 납땜에 의해 연결될 수 있다. 금속화는 산화로부터 보호하기 위해 코팅될 수 있다. 예시적인 코팅은 수 산화제의 경우 니켈과 귀금속, 및 산소의 경우 귀금속을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 알루미나 또는 지르코니아 EM 펌프 튜브(5k6)는 EM 펌프 버스 바(5k2)에 대한 관통부에서 금속화되고, EM 펌프 버스 바(5k2)는 납땜에 의해 금속화된 EM 펌프 튜브 관통부에 연결된다. 다른 예시적인 실시예에서, EM 펌프 조립체(5kk), EM 펌프(5ka), EM 펌프 튜브(5k6), 입구 라이저(5qa), 주입 EM 펌프 튜브(5k61), 저장소, MHD 노즐(307) 및 MHD 채널(308) 중 적어도 2개의 리스트로부터의 부품은 세라믹 접착제와 함께 접착될 수 있다. 세라믹 부품은 본 개시의 방법을 사용하거나 당업계에 공지된 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 세라믹 부품은 분말로 성형, 주조 또는 소결되거나, 서로 접착되거나, 나사 결합될 수 있다. 실시예에서, 구성요소는 그린 세라믹으로 제조되고 소결될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 알루미나 부품은 함께 소결될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 부품은 그린 부품으로 제조되고, 조립되고, 함께 소결될 수 있다. 부품 및 재료의 치수는 부품 수축을 보상하도록 선택될 수 있다.
실시예에서, ZrC-ZrB2-SiC 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 세라믹 SunCell® 부품은 구성요소 분말의 화학양론적 혼합물을 볼 밀링에 의해 형성되고, 몰드에서 원하는 형상으로 형성되고, 열간 등방 압축(HIP) 또는 스파크 플라즈마 소결(SPS)과 같은 수단에 의해 소결될 수 있다. 세라믹은 비교적 높은 밀도를 가질 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)와 같은 중공 부품은 중공 부품을 위한 벌룬을 사용하여 주조될 수 있다. 주조 후에 벌룬이 수축되고 부품이 소결될 수 있다. 대안적으로, 부품은 3D 프린팅에 의해 제조될 수 있다. 하부 반구(5b41) 및 상부 반구(5b42) 중 적어도 하나와 같은 부품은 슬립 캐스팅될 수 있고, 저장소(5c)와 같은 부품은 압출 및 압축 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 다른 제조 방법은 분무 건조, 사출 성형, 기계 가공, 금속화 및 코팅 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예에서, 탄화물 세라믹 부품은 각각 지르코늄 또는 실리콘과 같은 해당 금속과 반응하여 ZrC 또는 SiC 부품을 만드는 흑연으로 제조될 수 있다. 상이한 세라믹을 포함하는 부품은 본 개시의 방법 또는 당업계에 공지된 방법, 예컨대 나사 결합, 접착, 습식 시일, 납땜 및 개스킷 시일에 의해 함께 결합될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 튜브는 서로 접착되는 튜브 섹션, 엘보우 및 버스 바 탭(5k2)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 접착된 EM 펌프 튜브 부품은 ZrC를 형성하기 위해 Zr 금속과 반응하는 ZrC 또는 흑연을 포함한다. 대안적으로, 부품은 ZrB2 또는 유사한 비산화 전도성 세라믹을 포함할 수 있다.
실시예에서, MHD 전극(304)은 액체 은 전극과 같은 액체 전극을 포함한다. MHD 전기 리드(305) 및 피드-스루(301) 중 적어도 하나는 습식 시일과 유사한 고체화된 은과 같은 고체화된 용융 금속을 포함할 수 있으며, 리드 또는 피드-스루 중 적어도 하나는 고체 금속 상태를 유지하기 위해 냉각될 수 있다. MHD 변환기는 MHD 전극(304), 305와 같은 전기 절연된 리드, 절연 전극 분리기, 및 310과 같은 MHD 버스 바를 관통하는 것과 같은 피드-스루 플랜지의 그룹 중 적어도 하나의 구성 요소를 포함하는 패턴화된 구조를 포함할 수 있다. 은과 같은 액체 전극 및 절연 전극 분리기를 포함하는 패턴화된 구조 구성요소는 사이에 절연 전극 분리기를 갖는 은 전극과 같은 액체 전극의 원하는 형상 및 간격으로 액체 금속을 유지하기 위한 심지 재료를 포함할 수 있다. 패턴화된 구조의 심지 재료 및 절연 분리기 중 적어도 하나는 세라믹을 포함할 수 있다. 액체 전극의 심지 재료는 다공성 세라믹을 포함할 수 있다. 전기 절연 분리기는 은 쪽으로 습윤하지 않을 수 있는 조밀한 세라믹을 포함할 수 있다. 리드는 리드의 견고성을 유지하기 위해 수냉식과 같이 냉각될 수 있는 전기 절연 채널 및 튜브를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예는 전도성 리드로서 기능을 하기 위해 내부에서 응고된 은을 유지하도록 냉각되는 전기 절연된 MHD 전극 리드(305)를 포함한다. 다른 실시예에서, MHD 전기 리드(305) 및 피드-스루(301) 중 적어도 하나는 이리듐 코팅된 Mo와 같은 코팅 또는 625 SS와 같은 내산화성 스테인리스 스틸과 같은 이리듐을 포함할 수 있다.
MHD 변환기를 갖는 SunCell®의 예시적인 재료는 (i) 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31) 및 노즐(307): 안정화된 지르코니아 또는 하프니아와 같은 고체 산화물, (ii) MHD 채널(308): MgO 또는 Al2O3, (iii) 전극(304): ZrC 또는 ZrC-ZrB2, ZrC-ZrB2-SiC 및 최대 1800℃까지 작동할 수 있는 20% SiC 복합물을 갖는 ZrB2 또는 귀금속으로 코팅된 금속, (iv) EM 펌프(5ka): 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir) 중 적어도 하나와 같은 귀금속으로 코팅된 스테인리스 스틸 또는 Paloro-3V 팔라듐-금-바나듐 합금(Morgan Advanced Materials)과 같은 유사한 열팽창 계수를 갖는 재료로 코팅된 410 스테인리스 스틸과 같은 금속, (v) 저장소(5c)-EM 펌프 조립체(5kk) 조합체: 410 스테인리스 스틸 EM 조립체(5kk) 기저부 판에 납땜된 ZrO2, HfO2 또는 Al2O3와 같은 산화물 저장소(여기서, 납땜은 Paloro-3V 팔라듐-금-바나듐 합금(Morgan Advanced Materials)을 포함함), (vi) 주입기(5k61) 및 입구 라이저 튜브(5qa): 안정화된 지르코니아 또는 하프니아와 같은 고체 산화물, 및 (vii) 산소 선택성 막: Ba26Mo10O69로 코팅될 수 있는 BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN) 산소 투과성 막을 포함한다.
실시예에서, SunCell®은 산소 센서 및 산소 제어 시스템, 예를 들어 산소를 귀가스로 희석하고 귀가스를 펌핑하는 수단과 같은 산소 제어 시스템을 더 포함한다. 전자는 귀가스 탱크, 밸브, 조절기 및 펌프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 후자는 밸브 및 펌프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
반응 셀 챔버(5b31)의 하이드리노 반응 혼합물은 H2O 및 산소를 포함하는 화합물 중 적어도 하나와 같은 산소 소스를 더 포함할 수 있다. 산소를 포함하는 화합물과 같은 산소 소스는 거의 일정한 산소 소스 재고를 유지하기 위해 초과될 수 있으며, 셀 작동 동안 소량의 부분은 H2 가스와 같은 공급된 H 소스와 가역적으로 반응하여 HOH 촉매를 형성한다. 산소를 포함하는 예시적인 화합물은 MgO, CaO, SrO, BaO, ZrO2, HfO2, Al2O3, Li2O, LiVO3, Bi2O3, Al2O3, WO3 및 본 개시의 다른 것들이다. 산소 소스 화합물은 이트리아 또는 하프니아와 같은 산화 세라믹, 예컨대 이트륨 산화물(Y2O3), 산화 마그네슘(MgO), 산화 칼슘(CaO), 산화 스트론튬(SrO), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 산화 붕소(B2O3), TiO2, 산화 세륨(Ce2O3), 스트론튬 지르코 네이트(SrZrO3), 마그네슘 지르코네이트(MgZrO3), 칼슘 지르코네이트(CaZrO3) 및 바륨 지르코네이트(BaZrO3)을 안정화하는데 사용되는 것일 수 있다.
전도성이 약 20 kS/m보다 크고 플라즈마 가스 온도가 약 4000K인 예시적인 실시예에서, 반응 챔버 압력은 약 15 MPa 내지 25 MPa의 범위로 유지되어 로렌츠 힘에 대해 MHD 채널(308) 내에서 흐름을 유지시킨다. 예시적인 실시예에서, 전도성은 약 700 S/m로 유지되고, 플라즈마 가스 온도는 약 4000K이고, 반응 셀 챔버(5b31) 압력은 약 0.6 MPa이고, 노즐(307) 출구 속도는 약 마하 1.24이고, 노즐 출구 영역은 약 3.3 cm2이고, 노즐 출구 직경은 약 2.04 cm이고, 노즐 출구 압력은 약 213 kPa이고, 노즐 출구 온도는 약 2640K이고, 노즐을 통한 질량 흐름은 약 250 g/s이고, MHD 채널(308)에서 자기장 세기는 약 2T이고, MHD 채널(308) 길이는 약 0.2m이고, MHD 채널 출구 압력은 약 11kPa이고, MHD 채널 출구 온도는 약 1175K이며, 출력 전력은 약 180kW이다. 이상적인 실시예에서, 효율은 플라즈마 온도로부터 주위 온도로의 불가피한 전력 손실이 가스 및 액체 금속 펌프 손실인 Carnot 방정식에 의해 결정된다.
실시예에서, 은을 가열하여 은 증기 및 은 에어로졸 중 적어도 하나를 형성할 수 있는 핵 또는 연소와 같은 임의의 전원을 위한 MHD 변환기는 전원으로부터 열을 전달하여 저장소(5c) 및 반응 셀 챔버(5b31) 중 적어도 하나를 가열함으로써 은 증기 및 은 에어로졸 중 적어도 하나를 생성하는 적어도 하나의 열교환기를 더 포함하는 본 개시의 MHD 변환기를 포함한다. MHD 변환기는 열적으로 이온화된 세슘과 같은 알칼리 금속과 같은 시딩, 및 레이저, RF 방전 발전기, 마이크로파 방전 발생기 및 글로우 방전 발전기와 같은 이온화기 중 적어도 하나와 같은 이온화 소스를 더 포함할 수 있다.
히터 전력 변환기를 포함하는 SunCell® 발전 시스템의 실시예에서, 이중 용융 금속 주입기의 EM 펌프는 각각 용기의 다른 내부와 교차하는 용융 금속의 스트림을 주입하기 위한 유도 유형 전자기 펌프를 포함할 수 있다. 점화 시스템의 전력 공급원은 점화 전류를 포함하는 금속에서 교류를 생성하는 용융 금속의 단락 루프를 통해 교류 자기장을 포함할 수 있는 유도 점화 시스템(410)을 포함할 수 있다. 교번 자기장의 소스는 변압기 전자석 및 변압기 자기 요크(412)를 포함하는 1차 변압기 권선(411)을 포함할 수 있고, 은은 1차 변압기 권선을 둘러싸는 단일 턴 단락 권선과 같은 2차 변압기 권선으로서 적어도 부분적으로 작용할 수 있고 유도 전류 루프로서 구성된다. 저장소(5c)는 전류 루프가 변압기 요크(412)를 둘러싸도록 두 저장소를 연결하는 용융 금속 교차 연결 채널(414)을 포함할 수 있으며, 여기서 유도 전류 루프는 저장소(5c)에 포함된 용융 은, 교차 연결 채널(414), 주입기 튜브(5k61)의 은, 및 유도 전류 루프를 완성하기 위해 교차하는 용융된 은의 주입된 스트림에서 생성된 전류를 포함한다. 수소 및 산소와 같은 반응 가스는 가스 하우징(309b)의 가스 입구 및 배출 조립체(309e)를 통해 셀에 공급될 수 있다. 가스 하우징(309e)은 구의 상단 극 축을 따라 구형 열 교환기의 외부에 있을 수 있다. 가스 하우징은 플랜지 연결부에서 구형 반응 셀 챔버(5b31)의 상단에 얇은 가스 라인 연결부를 포함할 수 있다. 가스 라인 연결은 구형 열 교환기에 냉각제 흐름을 공급하는 동심원 냉각제 흐름 파이프의 내부에서 이어질 수 있다. 반응 셀 측에서, 가스 라인으로의 플랜지 연결은 다공성 세라믹 막과 같은 반투과성 가스(309d) 막에 연결될 수 있다.
SunCell® 히터 또는 화력 발전기 실시예(도 2I196)는 구형 반응기(5b4)로부터의 복사에 의해 열을 받는 패널 또는 섹션(114a)을 포함하는 공간적으로 분리된 원주 반구형 열 교환기(114)를 갖는 구형 반응기 셀(5b31)을 포함한다. 각각의 패널은 구의 극을 통한 2개의 큰 원으로 한정된 구형 표면의 섹션을 포함할 수 있다. 열 교환기(114)는 열 교환기의 각각의 패널(114a)로부터 냉각제 라인(114c)을 갖는 토로이드 매니폴드와 같은 매니폴드(114b) 및 매니폴드 냉각제 출구(114f)를 더 포함할 수 있다. 각각의 냉각제 라인(114c)은 냉각제 입구 포트(114d) 및 냉각제 출구 포트(114e)를 포함할 수 있다. 열 발전기는 입구 및 출구(309e)를 갖는 가스 실린더(421) 및 열 교환기(114)의 상부를 통해 구형 셀(5b31)의 상부에서 가스 투과성 막(309d)으로 연장되는 가스 공급 튜브(422)를 더 포함할 수 있다. 가스 공급 튜브(422)는 열 교환기(114)의 상부에서 냉각제 수집 매니폴드(114b)를 통과할 수 있다. 다른 SunCell® 히터 실시예(도 79 내지 도 83 및 도 118)에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 원통형 열 교환기(114)를 갖는 원통형일 수 있다. 가스 실린더(421)는 열 교환기(114)의 외부에 있을 수 있으며, 가스 공급 튜브(422)는 열 교환기(114)를 통과함으로써 반응 셀 챔버(5b31)의 상부에서 반투과성 가스 막(309d)에 연결된다. 냉수는 입구(113)로 공급될 수 있고 열 교환기(114)에서 가열되어 보일러(116)에서 수집되고 증기 출구(111)를 빠져 나가는 증기를 형성한다. 열 발전기는 유도 EM 펌프(400), 저장소(5c) 및 반응 셀 챔버(5b31)를 포함하는 이중 용융 금속 주입기를 더 포함할 수 있다. 저장소(5c)와 같은 적어도 하나의 SunCell® 히터 구성요소는 유도 결합 히터 안테나(5f)로 가열될 수 있다. SunCell® 히터는 유도 점화 변압기(411) 및 유도 점화 변압기 요크(412)를 포함하는 것과 같은 유도 점화 시스템을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예
PV 변환기를 포함하는 본 개시의 SunCell® 발전기의 예시적인 실시예에서: (i) EM 펌프 조립체(5kk)는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있고, EM 펌프 튜브(5k6)의 내부와 같은 산화에 노출된 표면은 니켈 코팅과 같은 내산화성 코팅으로 코팅될 수 있으며, 여기서 인코넬(Inconel)과 같은 스테인리스 스틸은 니켈과 비슷한 열팽창 계수를 가지고, (ii) 저장소(5c)는 산화에 대해 안정화될 수 있는 BN-Ca와 같은 질화 붕소를 포함할 수 있고, (iii) 저장소와 EM 펌프 조립체(5kk) 사이의 결합은 습식 시일을 포함할 수 있으며, (iv) 용융 금속은 은을 포함할 수 있고, (v) 입구 라이저(5qa) 및 주입 튜브(5k61)는 EM 펌프 조립체 기저부 판(5kk1)에서 칼라에 나사 결합된 ZrO2를 포함할 수 있고, (vi) 하부 반구(5b41)는 수소와의 반응에 저항하는 열분해 탄소와 같은 탄소를 포함할 수 있고, (vii) 상부 반구(5b42)는 수소와의 반응에 저항하는 열분해 탄소와 같은 탄소를 포함할 수 있으며, (viii) 산소 소스는 CO를 포함할 수 있고, 여기서 CO는 금속 카르보닐(예를 들어, W(CO)6, Ni(CO)4, Fe(CO)5, Cr(CO)6, Re2(CO)10 및 Mn2(CO)10)과 같은 카르보닐의 제어된 열 또는 다른 분해에 의해 공급되는 가스로서 첨가되며 CO2 또는 CO2 가스 소스로서 공급될 수 있고, 여기서 CO2는 하이드리노 플라즈마에서 분해되어 CO를 방출하거나 공급된 희생 탄소 분말과 같은 탄소와 반응하여 CO를 공급할 수 있거나, O2는 산소 투과율을 증가시킬 수 있는 Bi26Mo10O69으로 코팅될 수 있는 BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)와 같은 본 개시의 것과 같은 본 개시의 산소 투과성 막을 통해 첨가될 수 있으며, ㅇ여기서 첨가된 O2는 검출기로 모니터링하고 제어기로 제어할 때 원하는 탄소 농도를 유지하기 위해 희생 탄소 분말과 반응할 수 있고, (ix) 수소 소스는 고압 물 전해조로부터 수소 흐름을 제어하기 위해 질량 유량 제어기를 사용하여 EM 펌프 튜브(5k4) 벽에서 Pd 또는 Pd-Ag 막과 같은 수소 투과성 막을 통해 공급될 수 있는 H2 가스를 포함할 수 있고, (x) 저장소와 하부 반구(5b41) 사이의 조합체는 탄소 개스킷과 탄소 너트를 포함할 수 있는 슬립 너트를 포함할 수 있고, (xi) PV 변환기는 저온 판에 의해 냉각되는 다중 접합 III-V PV 셀을 포함하는 조밀한 수신기 어레이를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 탄소 반응 셀 챔버의 벽과 반응하는 O2 및 H2O를 제거하기 위한 탄소 분말과 같은 희생 탄소 소스를 포함할 수 있다. 탄소와 물의 반응 속도는 반응 셀 챔버(5b31) 벽의 표면적과 비교하여 희생 탄소의 경우에 수십 배 큰 표면적에 의존한다. 실시예에서, 탄소 반응 셀 챔버의 내벽은 탄소 패시베이션 층을 포함한다. 실시예에서, 반응 셀 챔버의 내벽은 벽을 H2O 산화로부터 보호하기 위해 레늄 코팅으로 코팅된다. 실시예에서, SunCell®의 산소 재고는 거의 일정하게 유지된다. 실시예에서, 첨가 산소 재고는 CO2, CO, O2 및 H2O 중 적어도 하나로서 첨가될 수 있다. 실시예에서, 첨가 H2는 희생 분말 탄소와 반응하여 메탄을 형성하여 하이드리노 반응물이 메탄과 같은 O, C, 및 H의 원소로부터 형성된 적어도 하나의 탄화수소 및 CO 또는 CO2와 같은 O, C 및 H의 원소로부터 형성된 적어도 하나의 산소 화합물을 포함한다. 산소 화합물 및 탄화수소는 산소 소스 및 H 소스로 각각 작용하여 HOH 촉매 및 H를 형성할 수 있다.
SunCell®은 CO 센서, CO 배출구, CO 희석 가스 및 CO 흡수제 중 적어도 하나와 같은 일산화탄소 안전 시스템을 더 포함할 수 있다. CO는 안전성을 제공하기 위해 농도 및 총 재고량 중 적어도 하나가 제한될 수 있다. 실시예에서, CO는 반응 챔버(5b31) 및 선택적으로 외부 용기 챔버(5b3a1)에 한정될 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버(5b31)로부터 누출되는 임의의 CO를 제한하고 희석하기 위한 2차 챔버를 포함할 수 있다. 2차 챔버는 셀 챔버(5b3), 외부 용기 챔버(5b3a1), 하부 챔버(5b5) 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 누출된 CO를 함유하고 희석된 CO 중 적어도 하나를 안전한 수준으로 수용할 수 있는 다른 챔버를 포함할 수 있다. CO 센서는 누출된 CO를 감지할 수 있다. SunCell®은 희석 가스 탱크, 희석 가스 탱크 밸브, 배기 밸브 및 CO 센서로부터의 입력을 수용하고 밸브의 개방 및 유동을 제어하여 희석 및 방출하기 위한 CO 제어기 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 또는 CO 농도가 원하는 수준 또는 안전 수준을 초과하지 않는 속도로 CO를 배출한다. 누출된 CO가 함유된 챔버 내의 CO 흡수제는 또한 누출된 CO를 흡수할 수 있다. 예시적인 CO 흡수제는 염화 제일 구리 암모늄 염, HCl 용액에 용해된 염화 제일 구리 염화물, 암모니아 용액 또는 오르토 아니시딘 및 기타 당업자에게 공지된 것들이다. 배출된 CO는 약 25 ppm 미만의 농도일 수 있다. 반응 셀 챔버 CO 농도가 약 1000 ppm CO로 유지되고 반응 셀 챔버 CO가 총 CO 재고를 포함하는 예시적인 실시예에서, 반응 셀 챔버 부피에 대한 외부 격실 또는 2차 챔버 부피는 40배를 초과하여 SunCell®은 본질적으로 CO 누출에 안전하다. 실시예에서, SunCell®은 연소기와 같은 산화제와 같은 CO 반응기 또는 플라즈마 반응기와 같은 분해기(decomposer)를 포함하여 CO를 CO2 또는 C 및 O2와 같은 안전한 생성물에 반응시킨다. 예시적인 촉매 산화제 생성물은 Moleculite(Molecular, http://www.molecularproducts.com/products/marcisorb-co-absorber)를 포함하는 Marcisorb CO 흡수제이다.
실시예에서, 수소는 촉매로서 작용할 수 있다. 촉매로서 nH(n은 정수)를 공급하기 위한 수소 소스 및 하이드리노를 형성하기 위한 H 원자는 고압수 전해조로부터 수소 흐름을 제어하기 위해 질량 유량 제어기를 사용하여 EM 펌프 튜브(5k4) 벽의 23% Ag/77% Pd 합금 막과 같은 Pd 또는 Pd-Ag와 같은 수소 투과성 막을 통해서 공급될 수 있는 H2 가스를 포함할 수 있다. HOH 촉매의 대체물로서 촉매로서 수소를 사용하면 탄소 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 적어도 하나의 셀 구성요소의 산화 반응을 피할 수 있다. 반응 셀 챔버에 유지된 플라즈마는 H 원자를 제공하기 위해 H2를 해리할 수 있다. 탄소는 탄소와 수소 사이의 반응을 억제하기 위해 열분해 탄소를 포함할 수 있다.
본 개시의 SunCell® 히터의 예시적인 실시예에서: (i) EM 펌프 조립체(5kk)는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있고, EM 펌프 튜브(5k6)의 내부와 같은 산화에 노출된 표면은 니켈 코팅과 같은 내산화 코팅으로 코팅될 수 있으고, (ii) 저장소(5c)는 MgO 또는 Y2O3에 의해 입방체 형태로 안정화된 ZrO2를 포함할 수 있고, (iii) 저장소와 EM 펌프 조립체(5kk) 사이의 조합체는 습식 시일을 포함할 수 있고, (iv) 용융 금속은 은을 포함할 수 있고, (v) 입구 라이저(5qa) 및 주입 튜브(5k61)는 EM 펌프 조립체 기저부 판(5kk1)에서 칼라에 나사 결합된 ZrO2를 포함할 수 있고, (vi) 하부 반구(5b41)는 MgO 또는 Y2O3에 의해 입방체 형태로 안정화된 ZrO2를 포함할 수 있고, (vii) 상부 반구(5b42)는 MgO 또는 Y2O3에 의해 입방체 형태로 안정화된 ZrO2를 포함할 수 있고, (viii) 산소 소스는 금속 산화물, 예컨대 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있고, (ix) 수소 소스는 고압 수 전해조로부터 수소 흐름을 제어하기 위해 질량 유량 제어기를 사용하여 EM 펌프 튜브(5k4) 벽에서 수소 투과성 막을 통해 공급될 수 있는 H2 가스를 포함할 수 있고, (x) 저장소와 하부 반구(5b41) 사이의 조합체는 세라믹 접착제를 포함할 수 있고, (x) 하부 반구(5b41)와 상부 반구(5b42) 사이의 조합체는 세라믹 접착제를 포함할 수 있고 (xi) 열 교환기는 복사 보일러를 포함할 수 있다. 실시예에서, 하부 반구(5b41) 및 상부 반구(5b42) 중 적어도 하나는 셀의 내부로부터 외부로의 열 전달을 개선하기 위해 1800℃까지의 산화에 안정한 ZrC, ZrB2 및 ZrC-ZrB2, 그리고 ZrC-ZrB2-SiC 복합물 중 적어도 하나와 같은 본 개시의 것과 같은 전도성 세라믹과 같은 높은 열 전도성을 갖는 재료를 포함할 수 있다.
자기 유체 역학(MHD) 변환기를 포함하는 본 개시의 SunCell® 발전기의 예시적인 실시예에서: (i) EM 펌프 조립체(5kk)는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있고, EM 펌프 튜브(5k6)의 내부와 같은 산화에 노출된 표면은 니켈 코팅과 같은 내산화 코팅으로 코팅될 수 있고, (ii) 저장소(5c)는 MgO 또는 Y2O3에 의해 입방체 형태로 안정화된 ZrO2를 포함할 수 있고, (iii) 저장소와 EM 펌프 조립체(5kk) 사이의 조합체는 습식 시일을 포함할 수 있고, (iv) 용융 금속은 은을 포함할 수 있고, (v) 입구 라이저(5qa) 및 주입 튜브(5k61)는 EM 펌프 조립체 기저부 판(5kk1)의 칼라에 나사 결합된 ZrO2를 포함할 수 있고, (vi) 하부 반구(5b41)는 MgO 또는 Y2O3에 의해 입방체 형태로 안정화된 ZrO2를 포함할 수 있고, (vii) 상부 반구(5b42)는 MgO 또는 Y2O3에 의해 입방체 형태로 안정화된 ZrO2를 포함할 수 있고, (viii) 산소 소스는 금속 산화물, 예컨대 알칼리 또는 알칼리 토금속 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있고, (ix) 수소 소스는 고압수 전해조로부터의 수소 흐름을 제어하기 위해 질량 유량 제어기를 사용하여 EM 펌프 튜브(5k4) 벽의 수소 투과 막을 통해 공급될 수 있는 H2 가스를 포함할 수 있고, (x) 저장소와 하부 반구(5b41) 사이의 조합체는 세라믹 접착제를 포함할 수 있고, (x) 하부 반구(5b41)와 상부 반구(5b42) 사이의 조합체는 세라믹 접착제를 포함할 수 있고, (xi) MHD 노즐(307), 채널(308) 및 응축(309) 섹션은 MgO 또는 Y2O3에 의해 입방체 형태로 안정화된 ZrO2를 포함할 수 있고, (xii) MHD 전극(304)은 Pt-코팅된 Mo 또는 W와 같은 Pt 코팅된 내화 금속, 700℃까지의 물 반응에 안정한 탄소, 1800℃까지의 산화에 안정한 ZrC-ZrB2 및 ZrC-ZrB2-SiC 복합물, 또는 은색 액체 전극을 포함할 수 있고, 그리고 (xiii) MHD 복귀 도관(310), 복귀 EM 펌프(312), 복귀 EM 펌프 튜브(313)는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있으며, 튜브 및 도관의 내부와 같은 산화에 노출된 표면은 니켈 코팅과 같은 내산화 코팅으로 코팅될 수 있다. MHD 자석(306)은 1T 자속 밀도를 갖는 코발트 사마륨 자석과 같은 영구 자석을 포함할 수 있다.
자기 유체 역학(MHD) 변환기를 포함하는 본 개시의 SunCell® 발전기의 예시적인 실시예에서: (i) EM 펌프는 2단 유도 유형을 포함할 수 있으며, 여기서 1단은 MHD 복귀 펌프 역할을 하고 2단은 주입 펌프 역할을 하고, (ii) 전류 루프(405), EM 펌프 전류 루프(406), 조인트 플랜지(407), 저장소 기저부 판 조립체(409) 및 MHD 복귀 도관(310)의 EM 펌프 튜브 섹션은 용융 석영, 실리콘 질화물, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 또는 하프니아와 같은 석영을 포함할 수 있고, (iii) 변압기 권선(401), 변압기 요크(404a 및 404b) 및 전자석(403a 및 403b)은 수냉될 수 있고; (iv) 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), MHD 노즐(307), MHD 채널(308), MHD 응축 섹션(309), 및 가스 하우징(309b)은 용융 석영, 실리콘 질화물, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 또는 하프니아와 같은 석영을 포함할 수 있으며, 여기서 ZrO2는 MgO 또는 Y2O3에 의해 입방체 형태로 안정화되고, (v) 가스 하우징(309b) 및 MHD 응축 섹션(309) 중 적어도 하나는 625 SS와 같은 스테인리스 스틸 또는 이리듐 코팅된 Mo를 포함할 수 있고, (vi) (a) 구성요소 간의 조합체는 탄소 개스킷, 접착식 시일 또는 습식 시일과 같은 개스킷이 있는 플랜지 시일을 포함할 수 있으며, 습식 시일은 다른 세라믹 또는 스테인리스 스틸 부품과 같은 세라믹 및 금속 부품을 연결할 수 있고, (b) 플랜지 시일 흑연 개스킷을 사용하면 금속의 탄화 온도 아래에서 작동하는 금속 부품에 금속 부품 또는 세라믹을 결합할 수 있고, (c) 개스킷이 있는 플랜지 시일은 금속 부품 또는 세라믹을 금속 부품에 결합할 수 있고, 여기서 흑연 개스킷은 금속화 또는 탄화되기 어려운 니켈과 같은 코팅을 포함하는 시일의 금속 부품과 접촉하거나 다른 고온 개스킷은 적합한 작동 온도에서 사용되고, (vii) 용융 금속은 은을 포함할 수 있고, (viii) 입구 라이저(5qa) 및 주입 튜브(5k61)는 저장소 기저부 판 조립체(409)의 칼라에 나사 결합된 ZrO2를 포함할 수 있고, (ix) 산소 소스 및 수소 소스는 각각 O2 가스 및 H2 가스를 포함할 수 있고, 이들 가스는 MHD 응축 섹션(309wall)에서 가스 투과성 막(309)을 통해 공급될 수 있고, 질량 유량 제어기를 사용하여 고압수 전해조로부터의 각각의 가스 흐름을 제어할 수 있고, (x) MHD 전극(304)은 Pt-코팅된 Mo 또는 W와 같은 Pt 코팅된 내화 금속, 700℃까지의 물 반응에 안정한 탄소, 1800℃까지의 산화에 안정한 ZrC-ZrB2 및 ZrC-ZrB2-SiC 복합물, 또는 은 액체 전극을 포함할 수 있고, 그리고 (xi) MHD 자석(306)은 약 0.1 내지 1T 범위의 자속 밀도를 갖는 코발트 사마륨 자석과 같은 영구 자석을 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell® 전원은 흑체 방열기(5b4)의 벽을 관통할 수 있는 텅스텐과 같은 내화 금속을 포함하는 캐소드와 같은 전극 및 용융 금속 주입기 카운터 전극을 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브 주입기(5k61) 및 노즐(5q)과 같은 대향 전극은 침지될 수 있다. 대안적으로, 카운터 전극은 입방체 ZrO2 또는 하프니아와 같은 전기 절연성 내화 재료로 구성될 수 있다. 텅스텐 전극은 흑체 방열기(5b4)의 관통부에서 밀봉될 수 있다. 전극은 저장소(5c)와 흑체 방열기(5b4) 사이의 전기 절연체 부싱 또는 스페이서에 의해 전기 절연될 수 있다. 전기 절연체 부싱 또는 스페이서는 BN 또는 ZrO2, HfO2, MgO 또는 Al2O3와 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 흑체 방열기(5b4)는 BN과 같은 내화 세라믹과 같은 전기 절연체 또는 ZrO2, HfO2, MgO 또는Al2O3와 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다.
다른 실시예
실시예에서, SunCell®은 대기로부터 물을 가역적으로 결합시키는 물 흡수제, 열 교환기(26a)와 같은 SunCell®의 고온 구성요소로부터 물을 함유한 흡수제로 열을 전달하는 수단, 방출된 물을 응축시키는 응축기, 및 SunCell®에 사용될 응축수를 수용하는 수집 용기를 포함할 수 있다. 실시예에서, HOH 촉매 소스 및 하이드리노를 형성하기 위해 HOH 촉매와 H 반응물을 제공하기 위한 H 소스 중 적어도 하나는 대기중의 물일 수 있다. 물은 흡수성 재료를 사용하여 수집된 후 탈수되어 흡수된 물을 방출할 수 있다. SunCell®에서 제공하는 열을 사용하여 물을 탈수 또는 탈착할 수 있다. 흡수성 재료는 지르코늄 금속과 아디프 산 또는 M2Cl2(BTDD)(M = Mn(1), Co(2), Ni(3); 수증기와 결합하여 가열시 응축기로 방출시키는 BTDD = 비스(1H-1,2,3-트리아졸로[4,5-b],[4',5'-1]디벤조[1,4]디옥신)의 조합과 같은 금속 유기 골격을 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 반응 생성물로서 하이드리노를 형성하는 반응 혼합물을 포함한다. 반응은 에너지 플라즈마를 형성할 수 있다. 반응 혼합물은 흑연 및 탄화수소 중 적어도 하나와 같은 탄소 공급원을 더 포함할 수 있다. 에너지 플라즈마는 탄소 소스로부터 기판에 증착된 고체 탄소 또는 탄소를 충격시킬 수 있다. 실시예에서, 충격은 흑연질 탄소를 다이아몬드 형태의 탄소로 변환시킨다. 예시적인 실시예가 원용에 의해 포함되는 Mills publications R. L. Mills, J. Sankar, A. Voigt, J. He, B. Dhandapani, “Synthesis of HDLC Films from Solid Carbon,” J. Materials Science, J. Mater. Sci. 39 (2004) 3309-3318 and R. L. Mills, J. Sankar, A. Voigt, J. He, B. Dhandapani, “Spectroscopic Characterization of the Atomic Hydrogen Energies and Densities and Carbon Species During Helium-Hydrogen-Methane Plasma CVD Synthesis of Diamond Films,” Chemistry of Materials, Vol. 15, (2003), pp. 1313-1321에 설명되어 있으며, SunCell®은 비-다이아몬드 형태의 탄소로부터 다이아몬드를 형성하도록 에너지 플라즈마 소스를 포함한다. 다이아몬드의 생성은 1333 cm-1 라만 피크의 존재에 의해 측정될 수 있다.
분자 하이드리노 가스는 일반 수소를 이온화하여 정제 및 분리될 수 있다. 이온화된 수소는 전기장 및 자기장 중 적어도 하나에 의해 분리될 수 있다. 대안적으로, 통상적인 수소는 응축 가능한 반응 생성물을 형성하는 반응물과의 반응에 의해 제거될 수 있으며, 여기서 반응은 플라즈마 조건에 의해 유리하게 만들어진다. 예시적인 반응물은 응축된 암모니아를 형성하는 질소이며, 이는 동결 트랩에서 제거되어 정제된 분자 하이드리노 가스를 생성한다. 대안적으로, 분자 하이드리노 가스는 후자의 더 높은 확산에 기초하여 분자 하이드리노 가스로부터 일반 수소를 분리하는 분자체를 사용하여 정제 및 분리될 수 있다. 예시적인 분리 분자체는 Na8(Al6Si6O24)Cl2이다.
실시예에서, 흑체 방열기로부터의 열 에너지는 CO2 및 H2O의 혼합물과 반응하여 합성 가스(CO + H2)를 형성하는 CeO2와 같은 촉매를 가열하는데 사용될 수 있다. 합성 가스는 탄화수소 연료를 형성하는데 사용될 수 있다. 연료 반응기는 Fischer Tropsch 반응기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 수증기를 포함하는 하이드리노 반응 플라즈마는 아르곤을 더 포함할 수 있다. 아르곤은 H2 분자 재조합 시간을 증가시킴으로써 H 원자 농도를 증가시키고, 물 수소 결합을 방해함으로써 초기 HOH 농도를 증가시키고, Ar+ 촉매와 같은 추가 촉매 소스를 제공하는 적어도 하나의 역할을 할 수 있다.
하이드리노 반응은 결정 격자와 같은 조직화된 또는 반복되는 구조에 물을 포함하는 고체 연료에서 전파될 수 있다. 고체 연료는 결정질일 수 있는 수화물을 포함할 수 있다. 고체 연료는 유형 I 얼음과 같은 얼음과 같은 결정질 형태의 물을 포함할 수 있다. 얼음 고체 연료는 에너지가 있을 수 있고, 에너지 방출은 임펄스를 포함할 수 있다. 임펄스는 내연 기관에서 공기-연료의 점화의 경우와 같이 무한 기간까지 연장된 전력을 제공하기 위해 순차적인 방식으로 수행될 수 있다. 얼음 연료 시스템은 얼음에 충격파를 발생시키는 수단을 포함한다. 얼음 연료 시스템은 충격파 제한 수단을 포함할 수 있다. 제한 수단은 얼음 봉입물을 포함할 수 있다. 봉입물은 금속 쉘과 같은 쉘을 포함할 수 있다. 충격파 및 제한 중 적어도 하나에서 충격파가 얼음의 물 분자들 사이의 일부 수소 결합 및 일부 물 분자의 적어도 하나의 산소 수소 결합 중 적어도 하나를 파괴시킬 수 있다. 얼음 연료 시스템은 얼음과 같은 H2O를 포함하는 결정 구조에서 충격파를 생성하기 위해 폭발물을 포함할 수 있다. 폭발물은 C-N-O-H 유형 중 하나, 수소-산소 폭발물과 같은 다른 하나 또는 당업자에게 공지된 다른 하나를 포함할 수 있다. 폭발물은 충격파를 결정 구조에 효과적으로 결합시키기 위해 얼음과 같은 결정 구조에 근접해 있을 수 있다. 폭발물은 얼음과 같은 결정 구조에서 적어도 하나의 채널에 내장될 수 있다.
대안적으로, 얼음 연료 시스템은 적어도 하나의 폭발 와이어와 같은 얼음에서 충격파를 생성하는 전기 수단을 포함할 수 있다. 폭발 와이어는 고 전압 및 전류 중 적어도 하나의 소스와 같은 고전력 소스를 포함할 수 있다. 고전력 소스는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 커패시터는 고전압 및 전류가 가능할 수 있다. 적어도 하나의 와이어를 통한 적어도 하나의 커패시터의 방전은 폭발을 야기할 수 있다. 와이어 폭발 시스템은 얇은 전도성 와이어 및 커패시터를 포함할 수 있다. 예시적인 와이어는 금, 알루미늄, 철 또는 백금을 포함하는 와이어이다. 예시적인 실시예에서, 와이어의 직경은 0.5 mm 미만일 수 있고, 커패시터는 약 25 kWh/kg의 에너지 소비를 가질 수 있고 104 내지 106 A/mm2의 충전 밀도 펄스를 방전시켜, 100,000K까지의 온도로 유도하며, 여기서 표기는 약 10-5 내지 10-8 초의 기간에 걸쳐서 일어날 수 있다. 구체적으로, 100 ㎌ 오일 충전 커패시터는 DC 전원을 사용하여 3 kV로 충전될 수 있으며, 커패시터는 나이프 스위치 또는 가스 아크 스위치를 사용하여 12 인치 길이의 30 게이지 베어 아이언 와이어를 통해 방전될 수 있으며, 여기서 와이어는 강철 케이싱에 한정된 얼음에 내장된다. 얼음 연료 시스템은 커패시터를 충전하기 위해 배터리, 연료 전지, 및 SunCell®과 같은 발전기 중 적어도 하나와 같은 전원을 더 포함할 수 있다. 예시적인 에너지 재료는 Ti, Al 및 다른 금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 폭발 와이어에 의해 점화되는 Ti + Al + H2O(얼음)을 포함한다.
실시예에서, 에너지 반응 혼합물 및 시스템은 본 개시에 원용에 의해 포함된 선행 기술 및 선행 출원 중 하나와 같은 하이드리노 연료 혼합물을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 냉동 고체 상태, 액체 및 기체와 같은 적어도 하나의 물리적 상태의 물을 포함할 수 있다. 약 20A 내지 50,000A 범위의 전류와 같은 높은 전류를 인가함으로써 에너지 반응이 개시될 수 있다. 전압은 약 1V 내지 100V 범위와 같이 낮을 수 있다. 전류는 Al, Cu 또는 Ag 금속 분말과 같은 금속 매트릭스와 같은 전도성 매트릭스를 통해 전달될 수 있다. 대안적으로, 전도성 매트릭스는 금속 용기와 같은 용기를 포함할 수 있으며, 용기는 반응 혼합물을 둘러싸거나 봉입할 수 있다. 예시적인 금속 용기는 Al, Cu 또는 Ag DSC 팬을 포함한다. 냉동수(얼음) 또는 액체수를 포함하는 예시적인 에너지 반응 혼합물은 Al 도가니(crucible) Ti + H2O; Al 도가니 Al + H2O; Cu 도가니 Ti + H2O; Cu 도가니 Cu + H2O; Ag 도가니 Ti + H2O; Ag 도가니 Al + H2O; Ag 도가니 Ag + H2O; Ag 도가니 Cu + H2O; Ag 도가니 Ag + HO + NH4NO4(몰 50:25:25); Al 도가니 Al + H2O + NH4NO4(몰 50:25:25) 중 적어도 하나를 포함한다.
물은 얼음처럼 얼어붙은 상태 일뿐만 아니라, 수화물 형태와 같은 결합 형태의 고체 상태를 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 (i) 과산화물과 같은 산소 소스, (ii) 금속 수소화물, 물 및 물 반응물, 예를 들어 금속 분말과 같은 금속과 같은 환원제 및 연료유와 같은 탄화수소와 같은 물 소스, 및 (iii) 금속 분말과 같은 전도성 매트릭스를 포함할 수 있다. 예시적인 반응 혼합물은 Na2O2·2H2O2·4H2O, Na2O2·2H2O, Na2O2·2H2O2, 및 Na2O2·8H2O 중 적어도 하나와 같은 Al 도가니 Ti 또는 TiH + Na2O2 또는 수화된 Na2O2를 포함한다. 반응 혼합물은 각각 약 15V 및 27,000A와 같은 저전압 고전류로 발화될 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응 혼합물은 미립자 금속과 같이 높은 표면적을 가질 수 있는 알칼리 또는 알칼리 토금속과 같은 물 반응성 금속을 포함할 수 있다. 금속 입자는 산화물 코팅과 같은 보호 코팅을 포함할 수 있다. 예시적인 하이드리노 반응물은 산화물 코팅을 갖는 미립자 Li 금속을 포함한다. 반응 혼합물은 물 또는 얼음을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 미립자 금속은 1℃의 물과 같은 냉수에 첨가되고 급속하게 동결된다. 금속 반응을 피하기 위해 액체 질소로 급속 냉동을 달성할 수 있다. 반응 혼합물은 본 개의 것과 같은 전도성 매트릭스를 포함할 수 있다.
폭발 와이어는 충격파가 얼음으로 전파되도록 얼음과 같은 결정 구조에 근접할 수 있다. 충격파가 얼음에 효과적으로 결합되도록 와이어가 얼음에 내장될 수 있다. 실시예에서, 얼음에 내장된 복수의 와이어는 충격파 및 압축이 결정질 얼음 구조물을 산산조각내는 얼음을 통해 전파되어 H 및 HOH 촉매를 형성하여 하이드리노를 형성하도록 폭발된다. 폭발 와이어는 적어도 하나의 재조합 이온을 유도하고 촉매 작용 동안 촉매의 이온화로 인한 공간 변화를 감소시켜 반응 속도를 증가시키는 전도성 아크 전류로 인해 높은 동역학을 지원하는 전기 전도성 플라즈마 경로를 생성할 수 있다. 얼음과 같은 결정질 구조는 전도성으로 인해 동역학을 증가시키도록 금속 와이어, 금속 전력 또는 금속 그리드와 같은 내장 금속과 같은 전도체를 더 포함할 수 있다. 금속 은은 또는 구리와 같은 물에 대해 전도성이 높고 화학적으로 안정할 수 있다. 실시예에서, 얼음은 구리, 니켈, 은과 같은 금속 메쉬 또는 Celmet(Sumitomo Electric Industries, Ltd.) 유형 메쉬와 같은 알루미늄 메쉬와 같은 전도성 매트릭스에 내장된다.
실시예에서, 얼음 연료 시스템은 열을 방출하고 산소와 함께 폭발하여 얼음에 충격파를 생성하는 수소를 생성하는 반응물을 포함할 수 있으며, 반응물은 얼음에 매립되어 한정될 수 있다. 반응물은 테르마이트, 예컨대 얼음에 적어도 부분적으로 매립되고 봉입된 Fe2O3/Al 금속 분말 혼합물을 포함할 수 있다. 봉입물은 금속 용기를 포함할 수 있다. 테르마이트는 물과 반응하여 대기 산소와 함께 폭발물로서 작용하기 위해 물과 반응하는 몰 과량의 알루미늄을 포함할 수 있다. 과잉 금속은 또한 반응 속도를 증가시키기 위한 전도체로서 작용할 수 있다.
실시예에서, 얼음과 같은 적합한 형태의 물, 및 선택적으로 수소 소스 및 높은 표면적 금속, 예컨대 Al 분말 또는 리튬 분말과 같은 알칼리 금속 분말과 같은 금속과 같은 전도체 중 적어도 하나를 포함하는 그러한 것과 같은 첨가제를 포함하는 것과 같은 에너지 재료가 채용된다. 에너지 재료는 에너지 재료의 점화에 의해 생성된 충격파가 제한되도록 제한될 수 있다. 충격파의 제한은 H 및 HOH를 공급하기 위해 H2O의 결합 파괴를 촉진할 수 있다. 에너지 재료는 제한을 제공하기 위해 금속 용기와 같은 밀봉 용기에 싸여 질 수 있다. 실시예에서, 점화는 에너지 재료를 통과하거나 에너지 재료에 근접한 적어도 하나의 와이어를 통해 고전류를 통과시킴으로써 수행될 수 있으며, 높은 전류는 와이어 또는 와이어를 폭발시킬 수 있다. 와이어 폭발은 에너지 재료에 충격파를 생성할 수 있다. 와이어는 에너지 재료의 충격파를 향상시키도록 배열될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 와이어는 서로 평행하게 연장되어 복수의 방향으로부터 에너지 재료를 압축할 수 있다. 다른 실시예에서, 에너지 재료의 충격파가 안쪽으로 향하는 에너지 재료에 내파가 생성될 수 있다. 내부 충격파는 구형 내부 쪽일 수 있다. 내파는 와이어 폭발(들) 및 TNT와 같은 종래의 폭발물의 폭발 중 적어도 하나에 의해 생성될 수 있다. 폭발물은 충격을 일으키도록 형성될 수 있다. 폭발물은 구형 충전물을 포함할 수 있다. 얼음의 파열 및 충격파로 인해 얼음이 폭발할 수 있다. 예시적인 에너지 재료 장치는 폭발 와이어로 점화된 종래의 폭발물과 같은 주변 구형 충격파 소스를 갖는 얼음을 포함할 수 있다. 에너지 재료와 관련된 제한 및 내파 중 적어도 하나는 추가 에너지 재료의 폭발 모집을 유발할 수 있다. 실시예에서, 폭파 와이어는 HOH 및 H의 소스를 둘러싸는 솔레노이드 또는 토로이드와 같은 봉입 구조물을 포함할 수 있으며, 이는 얼음과 같은 물과 같은 HOH 및 H의 소스를 둘러싸서 더 효과적으로 HOH 및 H를 형성하도록 반응하여 하이드리노를 형성한다.
다른 실시예에서, 결정질 고체 연료는 액체 물과 같은 상응하는 액체로 대체된다.
실시예에서, 에너지 반응 시스템은 유형 I 얼음과 같은 기체, 액체 또는 고체와 같은 임의의 물리적 상태의 물과 같은 HOH 촉매 및 H 중 적어도 하나의 소스 및 충격파를 유발하는 폭발 소스를 포함한다. 실시예에서, 에너지 반응 시스템은 복수의 충격파 소스를 포함한다. 충격파의 소스는 본 개시의 것과 같은 적어도 하나의 폭발 와이어 및 TNT와 같은 다른 적어도 하나의 전하 또는 다른 본 개시의 에너지 재료를 포함할 수 있다. 에너지 반응 시스템은 종래의 에너지 재료의 적어도 하나의 뇌관을 포함할 수 있다. 에너지 반응 시스템은 지연 라인 또는 적어도 하나의 타임스위치와 같은 순차적 트리거 수단을 더 포함하여 적어도 제 1 충격파와 다른 충격파 사이의 시간 지연으로 복수의 충격파를 형성할 수 있다. 순차적 트리거는 폭발 지연으로 인해 제 1 폭발과 적어도 하나의 다른 폭발 사이에서 지연을 유발할 수 있으며, 여기서 각각의 폭발은 충격파를 형성한다. 트리거는 종래의 에너지 재료의 폭발 와이어 및 폭발기 중 적어도 하나에 인가되는 전력을 지연시킬 수 있다. 지연 시간은 약 1 펨토초 내지 1 초, 1 나노초 내지 1 초, 1 마이크로 초 내지 1 초, 및 10 마이크로 초 내지 10 밀리 초 중 적어도 하나의 범위일 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 화학 반응기를 포함할 수 있으며, 여기서 하이드리노 반응물 이외의 반응물 또는 그에 추가하여 반응물이 반응기에 공급되어 원하는 화학 생성물을 형성할 수 있다. 반응물은 EM 펌프 튜브를 통해 공급될 수 있다. 생성물은 EM 펌프 튜브를 통해 추출될 수 있다. 반응기를 닫고 반응을 개시하기 전에 반응물을 배치식으로 첨가할 수 있다. 생성물은 작동 후 반응기를 개방함으로써 배치식으로 제거될 수 있다. 반응 생성물은 반응 셀 챔버 벽과 같은 반응기 벽을 통한 투과에 의해 추출될 수 있다. 반응기는 흑체 온도에서 1250K 내지 10,000K 범위의 연속 플라즈마를 제공할 수 있다. 반응기 압력은 1 기압 내지 25 기압의 범위일 수 있다. 벽 온도는 1250K 내지 4000K의 범위일 수 있다. 용융된 금속 은은 구리 및 은-구리 합금 중 적어도 하나와 같은 원하는 화학 반응을 지원할 수 있다.
실시예에서, 얼음으로 채워진 폭발 와이어는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn 중 적어도 하나와 같은 전이 금속을 포함할 수 있다. 와이어는 알루미늄을 더 포함할 수 있다. 폭발 전압은 1000V 내지 100,000V 및 3000V 내지 10,000V 중 적어도 하나의 범위의 전압과 같은 고전압일 수 있다. 전이 금속 및 하이드리노 수소를 포함하는 박막은 철, 크롬 또는 망간 하이드리노 수소화물, 분자 하이드리노 착물 또는 원자 하이드리노 착물과 같은 형태일 수 있다. H가 하이드리노를 포함하는 FeH는 4000 V 및 킬로암페어를 사용하여 Fe, Cr 및 Al의 합금을 포함하는 와이어의 폭발에 의해 형성된다. FeH는 ToF-SIM에 의해 식별된다. 하이드리노 수소 및 다른 금속과 같은 다른 원소를 포함하는 다른 화합물은 다른 금속과 같은 해당 원소를 포함하는 폭발 와이어를 사용하여 형성될 수 있다.
실시예에서, 분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체를 형성하는 수단은 HOH 소스 및 물, 예컨대 기체, 액체, 및 얼음이며, 폭파 와이어와 같은 고전류원을 더 포함할 수 있다. 분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체를 형성하는 수단은 하이드리노 반응 생성물을 한정하기 위한 반응 챔버를 더 포함한다. 예시적인 하이드리노 반응물은 공기 중의 수증기 또는 귀가스와 같은 다른 가스이다. 수증기 압력은 1 mTorr 내지 1000 Torr의 범위일 수 있다. 하이드리노 반응은 전력에 의한 와이어의 폭발에 의해 개시될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 본 개시의 와이어는 본 개시의 폭발 수단을 사용하여 대기 중의 수증기를 포함하는 공동에서 폭발된다. 주위 수증기 압력은 약 1 내지 50 Torr의 범위일 수 있다. 예시적인 제품은 FeH2(1/4)와 같은 철-하이드리노 중합체 및 MoH(1/4)16과 같은 몰리브덴-하이드리노 중합체이다. 생성물은 철-수소, 아연-수소, 크롬-수소 또는 몰리브덴-수소와 같은 금속 및 수소를 포함하는 것과 같은 신규한 조성물과 같은 독특한 물리적 특성에 의해 식별될 수 있다. 고유한 조성물은 존재하는 경우 일반 수소를 포함하는 상응하는 조성물의 공지된 자력이 없는 상태에서 자성일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 독특한 조성물 중합체 철-수소, 크롬-수소, 티타늄-수소, 아연-수소, 몰리브덴-수소 및 텅스텐-수소는 자성이다. 분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체는 (i) H16 및 H24의 것들과 같은 금속 및 수소 이온의 높은 질량 분해능 및 높은 질량 단편에 기초하여 FeH 및 MoH16과 같은 고유한 금속 및 수소 조성물을 명백하게 기록할 수 있는 비행시간 2차 이온 질량 분광법(ToF-SIMS); (ii) 약 1940 cm-1에서 H2(1/4) 회전 에너지 및 공지된 작용기의 다른 고 에너지 특징이 없을 수 있는 핑거 프린트 영역에서 libation 밴드 중 적어도 하나를 기록할 수 있는 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR); (iii) -4 ppm 내지 -6 ppm 영역에서와 같은 업필드 매트릭스 피크를 기록할 수 있는 양성자 매직 각도 방사 핵 자기 공명 분광법(1H MAS NMR); (iv) 중합체 구조를 포함할 수 있는 독특한 조성으로 인해 새로운 피크를 기록할 수 있는 X-선 회절(XRD); (v) 200 ℃ 내지 900 ℃의 영역과 같은 매우 낮은 온도에서 수소 중합체의 분해를 기록하고 FeH 또는 MoH16과 같은 고유한 수소 화학양론 또는 조성을 제공할 수 있는 열 중량 분석(TGA); (vi) 0.25 eV 간격의 피크를 포함하는 260 nm 영역에서 H2(1/4) 회전 진동 대역을 기록할 수 있는 e-빔 여기 방출 분광법; (vii) 0.25 eV 간격의 피크를 포함하는 260 nm 영역에서 2차 H2(1/4) 진동계 밴드를 기록할 수 있는 광 발광 라만 분광법; (viii) 약 1940 cm-1에서 H2(1/4) 회전 피크를 기록할 수 있는 라만 분광법; 및 (ix) 약 500 eV에서 H2(1/4)의 총 에너지를 기록할 수 있는 X-선 광전자 분광법(XPS)에 의해 식별될 수 있다.
실시예에서, 물리적으로 흡수되고 액화된 가스 상태나 다른 상태로 분자 하이드리노를 수집하는 장치는 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체의 소스, 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체를 함유하는 챔버, 저에너지 수소 종을 챔버에 포함하는 거대 응집체 또는 중합체를 열 분해하는 수단, 및 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체로부터 방출된 가스를 수집하는 수단을 포함한다. 분해 수단은 히터를 포함할 수 있다. 히터는 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체의 분해 온도, 예컨대 약 10℃ 내지 3000 ℃, 100℃ 내지 2000℃ 및 100℃ 내지 1000℃ 중 적어도 하나의 범위의 온도보다 더 높은 온도로 제 1 챔버를 가열할 수 있다. 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체의 분해로부터 가스를 수집하는 수단은 제 2 챔버를 포함할 수 있다. 제 2 챔버는 수집된 분자 하이드리노 가스를 저장 및 전달하는 적어도 하나의 가스 펌프, 가스 밸브, 압력 게이지 및 질량 유량 제어기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 2 챔버는 분자 하이드리노 가스를 흡수하기 위한 게터 또는 분자 하이드리노를 액화시키기 위한 극저온 시스템과 같은 냉각기를 더 포함할 수 있다. 냉각기는 액체 헬륨 또는 액체 질소와 같은 극저온 액체를 함유하는 극저온 펌프 또는 듀어(dewar)를 포함할 수 있다.
저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체를 형성하기 위한 수단은 전기장 또는 자기장 중 적어도 하나의 소스와 같은 필드 소스를 더 포함할 수 있다. 전계 소스는 적어도 두 개의 전극 및 전계를 반응 챔버에 인가하기 위한 전압원을 포함할 수 있으며, 여기서 응집체 또는 중합체가 형성된다. 대안적으로, 전기장 소스는 정전기적으로 충전된 재료를 포함할 수 있다. 정전기로 충전된 재료는 플렉시글라스(Plexiglas) 챔버와 같은 탄소를 포함하는 챔버와 같은 반응 셀 챔버를 포함할 수 있다. 본 개시의 폭발은 반응 셀 챔버를 정전기적으로 충전할 수 있다. 자기장 소스는 응집체 또는 중합체가 형성되는 반응 챔버에 자기장을 인가하기 위한 영구 또는 전자석 또는 초전도 자석과 같은 적어도 하나의 자석을 포함할 수 있다.
분자 하이드리노는 궤도 각 운동량에 대응하는 유한(ℓ) 양자수를 포함할 수 있다. H2(1/4)와 같은 복수의 하이드리노 분자의 전자 궤도 각 운동량은 위상 커플링되어 영구 자화를 야기할 수 있다. 일반적으로, 각 운동량과 해당 자기 모멘트의 평균은 0이며 궤도 각 운동량으로 인한 순(net) 거시적 또는 벌크 자성은 없다. 그러나, 분자 하이드리노는 복수의 분자의 각 운동량 자기 모멘트가 협동적으로 상호 작용하여 자기 자가 조립이 발생할 수 있는 경우 0이 아닌 또는 유한 벌크 자성을 야기할 수 있다. Mills GUT의 삼각 함수 공간-시간 의존성 방정식(1.67, 1.76, 1.77, 2.66-2.71)은 평균이 0이 아닌 삼각 함수 제곱 항으로 변환된다. 자기로 인해, 분자 하이드리노는 전자 상자성 공명 분광법(EPR)에 의해 고유하게 식별될 수 있다. 감소된 전자 반경 및 핵간 거리로 인한 고유 EPR 핵 커플링 및 전자 핵 이중 공명 분광법(ENDOR) 시그니처가 더욱 특징적이고 분자 하이드리노를 고유하게 식별한다.
H2(1/4)와 같은 분자 하이드리노는 대응하는 자기 모멘트를 갖는 궤도 각 운동량에 대응하는 0이 아닌(ℓ) 양자수(mℓ)를 가질 수 있다. 분자 하이드리노의 자기 특성은 양성자 매직 각도 방사 핵자기 공명 분광법(1H MAS NMR)에 의해 입증된다. 일부 수화 수를 더 포함할 수 있는 알칼리 수산화물-알칼리 할라이드 매트릭스와 같은 고체 매트릭스에서 분자 하이드리노의 존재는 분자 하이드리노의 상자성 매트릭스 효과에 기인하여 전형적으로 -4 내지 -5 ppm에서 업필드 1H MAS NMR 피크를 일으킨다. 0이 아닌 각 운동량 상태에서 분자 하이드리노를 생성하는 편리한 방법은 하이드리노 촉매 및 H의 소스로서 역할을 하기 위해 H2O 존재하의 와이어 폭파에 의한 것이다. 수증기를 포함하는 분위기에서 와이어 폭파는 웹을 형성하도록 응집될 수 있는 금속 원자 또는 이온을 갖는 0이 아닌(ℓ) mℓ 양자 상태를 소유하는 분자 하이드리노와 같은 하이드리노를 포함하는 자석 선형 사슬을 생성한다. 자기 조립 메커니즘은 자기 순서 또는 자기 조립 메커니즘을 포함할 수 있다. 외부 자기장의 적용은 톨루엔과 같은 용매에 현탁된 자철석(Fe2O3)과 같은 콜로이드성 자성 나노 입자가 선형 구조로 조립되게 하는 것으로 주지되어 있다. 작은 질량과 높은 자기 모멘트로 인해 분자 하이드리노는 자기장이 없는 경우에도 자기적으로 조립된다. 자기 조립을 향상시키고 하이드리노 생성물의 대안적인 구조의 형성을 제어하기 위한 실시예에서, 외부 자기장이 와이어 폭발과 같은 하이드리노 반응에 적용된다. 자기장은 반응 챔버 내에 적어도 하나의 영구 자석을 배치함으로써 적용될 수 있다. 대안적으로, 폭발 와이어는 분자 하이드리노의 자기 자가 조립체를 구동하기 위해 자철석과 같은 자성 입자의 소스로서 기능을 하는 금속을 포함할 수 있으며, 소스는 수증기 또는 다른 소스에서의 와이어 폭발일 수 있다.
실시예에서, 분자 하이드리노는 0이 아닌 각 운동량 양자수를 포함할 수 있다. 분자 하이드리노는 자성일 수 있으며, 여기서 자기는 0이 아닌 각 운동량 양자수에 기인할 수 있다. 고유한 자기 모멘트로 인해 분자 하이드리노는 자가 응집체로 자가 조립될 수 있다. 실시예에서, H2(1/4)와 같은 분자 하이드리노는 자기 쌍극자 힘에 의해 결합된 선형 사슬로 조립될 수 있다. 다른 실시예에서, 분자 하이드리노는 8개의 정점 각각에서 H2(1/4)와 같은 H2(1/p)를 갖는 입방체와 같은 3차원 구조로 조립될 수 있다. 실시예에서, H2(1/4) 분자와 같은 8개의 H2(1/p) 분자는 입방체에 자기적으로 결합되며, 각각의 분자의 중심은 입방체의 8개의 정점 중 하나에 있으며 각각의 핵간 축은 정점을 중심으로 한 입방체의 에지에 평행하다. 자기 정렬은 각각의 분자 판간층의 각각의 북극 및 남극이 입방체의 3개의 가장 가까운 이웃 각각에 반대 방향이 되게 한다. H16은 자기 조립에 의해 형성된 더 복잡한 거대 구조를 위한 단위 또는 모이어티(moiety)로 작용할 수 있다. 다른 실시예에서, 정사각형의 4개의 정점 각각에서 H2(1/4)와 같은 H2(1/p)를 포함하는 H8의 단위가 입방체 H16에 추가되어 n이 정수인 H16+8n을 포함할 수 있다. 예시적인 추가의 거대 응집체는 H16, H24 및 H32이다. 수소 거대 응집체 중성자 및 이온은 중성자 또는 이온으로서 O, OH, C 및 N과 같은 다른 종과 조합할 수 있다. 실시예에서, 생성된 구조는 비행 시간 이차 이온 질량 스펙트럼(ToF-SIMS)에서 H16 피크를 발생시키며, 여기서 단편은 H16, H14, H13, 및 H12와 같은 H16으로부터 정수 H 손실에 상응하는 질량으로 관찰될 수 있다. 1.00794 u의 H 질량으로 인해, 해당 +1 또는 -1 이온 피크의 질량은 16.125, 15.119, 14.111, 13.103, 12.095…의 질량을 가진다. 수소 거대 응집체이온, 예컨대
Figure pct00181
또는
Figure pct00182
은 준안정제를 포함할 수 있다. 넓은 피크의 준안정 특성을 갖는 수소 거대 응집체 이온(
Figure pct00183
및
Figure pct00184
)은 양성 및 음성 스펙트럼의 16.125에서 ToF-SIMS에 의해 관찰되었다. 네거티브 ToF-SIMS 스펙트럼의 15.119에서
Figure pct00185
가 관찰되었다. H24 준안정 종(
Figure pct00186
)는 포지티브 및 네거티브 ToF-SIMS 스펙트럼에서 각각 관찰되었다.
실시예에서, H16과 같은 분자 하이드리노 거대 응집체 또는 H2(1/4)와 같은 H2(1/p)와 같은 분해 생성물은 스핀 편광 제온과 같은 자기 공명 영상(MRI) 조영제를 포함할 수 있다. 이미지화되는 NMR 활성 양성자 중 적어도 하나 또는 영상화된 사람, 동물 또는 분자 하이드리노의 상자성이 있는 물체의 물 분자와 같은 정상적인 양성자에 대한 그 영향으로 인해 분자 하이드리노가 흡입되어 MRI 영상에 사용될 수 있으며, 여기서 분자 하이드리노의 상자성은 상응하는 NMR 이동 중 적어도 하나 또는 T1 및 T2 중 적어도 하나와 같은 이완 시간에 영향을 미친다. 실시예에서, 분자 하이드리노의 파라 형태(para form)는 스핀 교환에 의해 NMR 활성 오르토(ortho) 형태로 변환될 수 있다. 스핀 교환은 자철광(Fe2O3) 입자와 같은 자성 종과 같은 스핀 교환제를 사용하여 달성될 수 있다. 가스는 스핀 교환제와 함께 배양되어 H2(1/p)의 오르토 형태로의 변환을 달성할 수 있다. 몸체에서 오르토 형태의 수명은 MRI 조영제의 기초로 사용될 수 있다.
실시예에서, 원자 하이드리노, 분자 하이드리노 또는 하이드리노 이온과 같은 하이드리노 종은 H와 OH 및 H2O 촉매 중 적어도 하나의 반응에 의해 합성된다. 실시예에서, 하이드리노를 형성하기 위한 본 개시의 쇼트 또는 와이어 점화를 포함하는 것과 같은 SunCell 반응 및 에너지 반응 중 적어도 하나의 생성물은 하이드리노 화합물 또는 하이드리노 종을 포함하는 종, 예컨대 (i) 수소 이외의 원소, (ii) H+, 일반 H2, 일반 H- 및 일반
Figure pct00187
중 적어도 하나와 같은 일반 수소 종, (ⅲ) 유기 이온 또는 유기 분자와 같은 유기 분자 종, 및 (iv) 무기 이온 또는 무기 화합물과 같은 무기 종 중 적어도 하나와 착물화되는 H2(1/p)이다. 하이드리노 화합물은 알칼리 또는 알칼리 토류 탄산염 또는 수산화물과 같은 옥시 음이온 화합물 또는 본 개시의 다른 이러한 화합물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 생성물은
Figure pct00188
(M = 본 개시의 알칼리 또는 다른 양이온) 착물 중 적어도 하나를 포함한다. 생성물은 각각
Figure pct00189
를 포함하는 포지티브 스펙트럼에서 일련의 이온으로서 ToF-SIMS에 의해 식별될 수 있으며, 여기서 n은 정수이고 정수 및 정수 p> 1은 4로 치환될 수 있다. 실시예에서, SiO2 또는 석영과 같은 규소 및 산소를 포함하는 화합물은 H2(1/4)에 대한 게터로서 작용할 수 있다. H2(1/4)용 게터는 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 내부 전이 금속, 희토류 금속, 금속의 조합, MoCu와 같은 Mo 합금과 같은 합금 및 본 개시의 것을 포함할 수 있다.
본 개시의 방법에 의해 합성된 하이드리노 종을 포함하는 화합물은 화학식 MH, MH2 또는 M2H2를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 양이온이고 H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 MHn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고 H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 MHX를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 양이온이고, X는 할로겐 원자와 같은 중성 원자, 분자 또는 할로겐 음이온과 같은 단일 음전하 음이온이고, H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 MHX를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음으로 대전된 음이온이며, H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 MHX를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 이중 음전하 음이온이고, H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 M2HX를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 양이온이고, X는 단일 음으로 대전된 음이온이고, H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 MHn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, M은 알칼리 양이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 M2Hn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 M2XHn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음으로 대전된 음이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 M2X2Hn을 가질 수 있고, 여기서 n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음으로 대전된 음이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 M2X3H를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음으로 대전된 음이온이고, H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 M2XHn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 이중 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 M2XX'H를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음으로 대전된 음이온이고, X'는 이중 음으로 대전된 음이온이며, H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 MM'Hn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 1 내지 3의 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, M'은 알칼리 금속 양이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 MM'XHn을 가질 수 있고, 여기서 n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, M'은 알칼리 금속 양이온이고, X는 단일 음으로 대전된 음이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 MM'XH를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, M'은 알칼리 금속 양이온이고, X는 이중 음전하 음이온이고 H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 MM'XX'H를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, M'은 알칼리 금속 양이온이고, X 및 X'는 음으로 대전된 음이온이고 H는 하이드리노 종이다. 화합물은 화학식 MXX'Hn을 가질 수 있고, 여기서 n은 1 내지 5의 정수이고, M은 알칼리 또는 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 또는 이중 음으로 대전된 음이온이고, X'는 금속 또는 메탈로이드, 전이 원소, 내부 전이 원소 또는 희토류 원소이고, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 MHn을 가질 수 있고, 여기서 n은 정수이고, M은 양이온, 예컨대 전이 원소, 내부 전이 원소 또는 희토류 원소이고, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 MXHn을 가질 수 있고, 여기서 n은 정수이고, M은 양이온, 예컨대 알칼리 양이온, 알칼리 토류 양이온, X는 다른 양이온, 예를 들어 전이 원소, 내부 전이 원소 또는 희토류 양이온이고, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식
Figure pct00190
을 가질 수 있으며, M은 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, m 및 n은 각각 정수이고, 화합물의 수소 함량 Hm이 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식
Figure pct00191
을 가질 수 있으며, M이 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, m 및 n이 각각 정수이고, X가 단일 음으로 대전된 음이온이고, 화합물의 수소 함량 Hm이 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 (MHMNO3)n을 가질 수 있으며, M이 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, n이 정수이고, 화합물의 수소 함량 H가 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 (MHMOH)n을 가질 수 있으며, M이 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, n이 정수이고, 화합물의 수소 함량 H가 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 음이온 또는 양이온을 포함하는 화합물은 화학식 (MHmM'X)n을 가질 수 있으며, m 및 n이 각각 정수이고, M 및 M'이 각각 알칼리 또는 알칼리 토류 양이온이고, X가 단일 또는 이중 음전하 음이온이고, 화합물의 수소 함량 Hm은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 음이온 또는 양이온을 포함하는 화합물은 화학식
Figure pct00192
을 가질 수 있으며, m 및 n이 각각 정수이고, M 및 M '이 각각 알칼리 또는 알칼리 토류 양이온이고, X 및 X'가 단일 또는 이중 음전하 음이온이고, 화합물의 수소 함량 Hm은 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 음이온은 본 개시의 것 중 하나를 포함할 수 있다. 적합한 예시적인 하나의 음으로 대전된 음이온은 할라이드 이온, 수산화물 이온, 탄산 수소 이온 또는 질산염 이온이다. 적합한 예시적인 이중 음전하 음이온은 카보네이트 이온, 옥사이드 또는 설페이트 이온이다.
실시예에서, 하이드리노 화합물 또는 혼합물은 적어도 하나의 하이드리노 종, 예를 들어 하이드리노 원자, 하이드리노 수소화물 이온 및 금속성 또는 이온성 격자와 같은 결정질 격자와 같은 격자에 매립된 디하이드리노 분자를 포함한다. 실시예에서, 격자는 하이드리노 종과 비반응성이다. 매트릭스는 하이드리노 하이드라이드 이온이 매립된 경우와 같이 비양성자일 수 있다. 화합물 또는 혼합물은 알칼리와 같은 염 격자 또는 할라이드와 같은 알칼리 토류 염에 매립된 H(1/p), H2(1/p) 및 H-(1/p) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 알칼리 할로겐화물은 KCl 및 KI이다. 매립된 H-(1/p)의 경우 염은 어떠한 H2O도 없을 수 있다. 다른 적합한 염 격자는 본 개시의 것을 포함한다.
본 발명의 하이드리노 화합물은 바람직하게는 0.1 원자% 초과의 순도를 가진다. 더 바람직하게, 화합물은 1 원자% 초과의 순도를 가진다. 훨씬 더 바람직하게, 화합물은 10 원자% 초과의 순도를 가진다. 가장 바람직하게, 화합물은 50 원자% 초과의 순도를 가진다. 다른 실시예에서, 화합물은 90 원자% 초과의 순도를 가진다. 다른 실시예에서, 화합물은 95 원자% 초과의 순도를 가진다.
실험
SF-CIHT 셀 발전 시스템은 연료 점화 반응에 의해 생성된 플라즈마 광자를 포획하여 사용 가능한 에너지로 변환하도록 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, 반응의 반경은 대략 수 밀리미터 내지 수 미터, 예를 들어, 반경이 약 1 mm 내지 약 25 cm일 수 있다. 또한, 연료의 점화에 의해 생성된 플라즈마의 스펙트럼은 태양에 의해 생성된 플라즈마의 스펙트럼과 유사할 수 있고/있거나 추가의 단파장 방사선을 포함할 수 있다. 도 117은 본질적으로 모든 자외선 및 극 자외선 스펙트럼 영역에서 1.3 MW의 평균 광학 파워를 나타내는 샷으로 냉각될 때 용융된 은에 물을 첨가하여 흡수된 H2O를 포함하는 80 mg의 은의 점화의 5 nm 내지 450 nm 영역에서의 절대 스펙트럼의 예를 도시한다. 점화는 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 용접기를 사용하여 저전압, 고전류로 달성되었다. 샷 양단의 전압 강하는 1V 미만이고 전류는 약 25 kA이다. 고강도 UV 방출은 약 1 ms의 지속 시간을 가졌다. UV 스펙트럼에서 제어 스펙트럼은 평탄하였다. 라인 및 흑체 방출 중 적어도 하나와 같은 고체 연료의 방사선은 약 2 내지 200,000 태양, 10 내지 100,000 태양, 100 내지 75,000 태양 중 적어도 하나의 범위의 세기를 가질 수 있다. 실시예에서, 용접기 점화 회로의 인덕턴스는 점화 후 전류 감쇠 시간을 증가시키기 위해 증가될 수 있다. 붕괴 시간이 길면 하이드리노 플라즈마 반응을 유지하여 에너지 생성을 증가시킬 수 있다.
UV 및 EUV 스펙트럼은 흑체 방사선으로 변환될 수 있다. UV 및 EUV 광자 중 적어도 하나의 전파를 위해 셀 대기를 광학적으로 두껍게 함으로써 변환이 달성될 수 있다. 연료 금속과 같은 금속이 전지 내에서 기화함으로써 광학적 두께가 증가될 수 있다. 광학적으로 두꺼운 플라즈마는 흑체를 포함할 수 있다. 흑체 온도는 하이드리노 반응의 매우 높은 전력 밀도 용량 및 하이드리노 반응에 의해 방출된 광자의 높은 에너지로 인해 높을 수 있다. 약 1 Torr의 주변 H2O 증기압을 갖는 대기 아르곤에서 W 전극으로 펌핑된 용융 은의 점화 스펙트럼(사파이어 분광계 창으로 인해 180 nm에서 차단된 100 nm 내지 500 nm 영역)이 도 118에 도시된다. 전원(2)은 직렬로 연결된 2개의 커패시터 세트(Maxwell Technologies K2 울트라 커패시터 2.85V/3400F) 2개로 구성되며, 병렬로 연결되어 약 1 kHz 내지 2 kHz의 주파수에서 중첩된 전류 펄스를 갖는 약 5 내지 6V 및 300A의 정전류를 5 kA로 제공한다. W 전극에 대한 평균 입력 전력(1cm X 4cm)은 약 75W이다. 하이드리노 반응 힘에 의한 은의 기화로 대기가 UV 방사선으로 광학적으로 두껍게 되었을 때 초기 UV 선 방출은 5000K 흑체 방사선으로 천이된다. 0.15의 기화된 은의 방사율을 가진 5000K 흑체 방열기의 출력 밀도는 5.3 MW/m2이다. 관찰된 플라즈마의 면적은 약 1 m2이다. 흑체 방사선은 본 개시의 열광 발전 실시예에서 PV 변환기(26a)에 흑체 방열기로서 작용할 수 있는 상부 커버(5b4)와 같은 셀(26)의 구성요소를 가열할 수 있다.
산소 소스를 포함하는 용융물의 예시적인 시험은 절대 분광법에 의해 결정된 광학 파워로 아르곤/5 몰% H2 분위기에서 80 mg 은/1 wt% 붕사 무수물 샷을 포함한다. 약 1 V 250 kW의 전압 강하에서 약 12 kA의 고전류를 인가하기 위해 용접기(Acme 75 KVA 스폿 용접기)를 사용하여 약 1 ms의 지속시간 동안 관찰되었다. 산소 소스를 포함하는 용융물의 다른 예시적인 시험에서, 절대 분광법에 의해 결정된 광학 파워로 아르곤/5 몰% H2 분위기에서 80 mg 은/2 몰% Na2O 무수물 샷을 포함하는 점화를 포함한다. 약 1 V 370 kW의 전압 강하에서 약 12 kA의 고전류를 인가하기 위해 용접기(Acme 75 KVA 스폿 용접기)를 사용하여 약 1 ms의 지속시간 동안 관찰되었다. 산소 소스를 포함하는 용융물의 다른 예시적인 시험에서, 절대 분광법에 의해 측정된 광학 파워로 아르곤/5 몰% H2 분위기에서 80 mg 은/2 몰% Li2O 무수물 샷을 포함하는 점화를 포함한다. 약 1 V 500 kW의 전압 강하에서 약 12 kA의 고전류를 인가하기 위해 용접기(Acme 75 KVA 스폿 용접기)를 사용하여 약 1 ms의 지속시간 동안 관찰되었다.
Edgertronics 고속 비디오 카메라로 기록된 플라즈마의 크기를 기준으로 하이드리노 반응 및 전력은 반응 부피에 의존한다. 부피는 약 30 내지 100 mg의 샷, 예컨대 수화와 같은 은 샷 및 H 및 HOH 촉매 소스의 점화를 위해 약 0.5 내지 10 리터와 같은 반응 전력 및 에너지의 최적화를 위해 최소일 필요가 있을 수 있다. 샷 점화로부터, 하이드리노 반응 속도는 매우 높은 은 압력에서 높다. 실시예에서, 하이드리노 반응은 높은 플라즈마 압력에 의해 높은 동역학을 가질 수 있다. 고속 분광 및 Edgertronics 데이터를 기반으로, 플라즈마 부피가 가장 낮고 Ag 증기압이 가장 높을 때 초기에 하이드리노 반응 속도가 가장 높다. 1 mm 직경의 Ag 샷은 용융될(T = 1235 K) 발화된다. 80 mg(7.4 X 10-4 몰) 샷의 초기 부피는 5.2 X 10-7이다. 해당 최대 압력은 약 1.4 X 105 기압이다. 예시적인 실시예에서, 반응은 약 0.5 ms의 반응 지속시간 동안 약 음속(343 m/s)으로 팽창하는 것으로 관찰되었다. 최종 반경은 약 17 cm이다. 역압이 없는 최종 부피는 약 20 리터이다. 최종 Ag 분압은 약 3.7E-3 기압이다. 반응이 더 높은 압력에서 더 큰 동역학을 가질 수 있기 때문에, 반응 속도는 전극 압력을 인가하고 플라즈마가 전극 간 축에 수직으로 팽창하도록 함으로써 전극 제한에 의해 증가될 수 있다.
97% 아르곤/3% 수소 분위기하에서 2.5 ml/s로 SunCell®의 점화 전극에 주입된 용융 은에 1 몰% 또는 0.5 몰%의 산화 비스무트를 첨가함으로써 하이드리노 반응에 의해 방출되는 전력이 측정되었다. 산화물 첨가에 상응하는 하이드리노 반응 전력 기여의 첨가 전후의 시간적 반응 셀 수 냉각제 온도의 기울기의 상대적 변화는 내부 표준으로서의 역할을 하는 일정한 초기 입력 전력이 곱해졌다. 중복 실행의 경우, 산소 소스 첨가 후 하이드리노 전력 기여를 갖는 총 셀 출력 전력은 7540W, 8300W, 8400W, 9700W, 8660W, 8020W 및 10,450W의 총 입력 전력에 해당하는 97, 119, 15, 538, 181, 54 및 27의 시간 냉각제 온도 반응의 기울기 비율의 곱에 의해 결정되었다. 열 버스트 전력(thermal burst power)은 각각 731,000W, 987,700W, 126,000W, 5,220,000W, 1,567,000W, 433,100W 및 282,150W이다.
97% 아르곤/3% 수소 분위기의 존재하의 2.5 ml/s에서 SunCell®의 점화 전극에 주입된 용융 은에 대한 1 몰% 산화 비스무트(Bi2O3), 1 몰% 리튬 바나데이트(LiVO3) 또는 0.5 몰% 리튬 바나데이트의 첨가로 인한 하이드리노 반응에 의해 방출되는 전력이 측정되었다. 산화물 첨가에 상응하는 하이드리노 반응 전력 기여의 첨가 전후의 시간적 반응 셀 수 냉각제 온도의 기울기의 상대적 변화는 내부 표준으로서의 역할을 하는 일정한 초기 입력 전력이 곱해졌다. 중복 실행의 경우, 산소 소스 첨가 후 하이드리노 전력 기여를 갖는 총 셀 출력 전력은 6420W, 9000W 및 8790W의 총 입력 전력에 상응하는 497, 200 및 26의 시간적 냉각수 온도 반응의 기울기 비율의 곱에 의해 결정되었다. 열 버스트 전력은 각각 3.2 MW, 1.8 MW 및 230,000 W였다.
예시적인 실시예에서, 점화 전류는 플라즈마가 점화되는 약 0.5 전압에서 약 0V로부터 1V로의 전압 증가에 대응하여 약 0A로부터 2000A로 램핑되었다. 이어서, 전압은 단계적으로 약 16V로 증가하고 약 0.25 초 동안 유지되는데, 여기서 약 1 kA는 용융물을 통해 흐르고 1.5 kA는 전극(8) 이외의 다른 접지 루프를 통해 플라즈마의 벌크를 통해 직렬로 흐른다. 9 리터/초의 유속에서 Ag(0.5 몰% LiVO3) 및 아르곤 -H2(3%)를 포함하는 SunCell®에 대한 약 25 kW의 입력 전력으로, 전력 출력은 1 MW를 초과했다. 점화 시퀀스는 약 1.3 Hz에서 반복되었다.
예시적인 실시예에서, 점화 전류는 약 500A 정전류이고 전압은 약 20V였다. 9 리터/초의 유속에서 Ag(0.5 몰% LiVO3) 및 아르곤 -H2(3%)를 포함하는 SunCell®에 대한 약 15 kW의 입력 전력으로, 전력 출력은 1 MW를 초과했다.
도 118에 도시된 실시예에서, 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체를 형성하는 시스템(500)은 플렉시글라스 챔버와 같은 챔버(507), 금속 와이어(506), 고전압 DC 전원(503)에 의해 충전될 수 있는 접지 연결부(504)를 갖는 고전압 커패시터(505), 챔버(507) 내부의 커패시터로부터 금속 와이어 (506)로의 회로를 폐쇄하여 와이어의 폭발을 유발시키는 12V 전기 스위치(502) 및 트리거 스파크 갭 스위치(501)와 같은 스위치를 포함한다. 챔버는 수증기 및 대기 또는 귀가스와 같은 가스를 포함할 수 있다.
저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체를 형성하는 예시적인 시스템은 길이 46 cm, 폭과 높이 12.7 cm를 갖는 폐쇄된 직사각형 입방체 플렉시글라스 챔버, 챔버 바닥으로부터 9 cm 거리에 스테인리스 너트가 있는 두 개의 스테인리스 극 사이에 장착되는 길이 10.2 cm의 0.22 내지 0.5 mm 직경의 금속 와이어, 557 J에 해당하는 약 4.5 kV로 충전되는 15 kV 커패시터(웨스트 하우스 모델 5PH349001AAA, 55 uF), 커패시터를 충전하는 35 kV DC 전원, 및 커패시터로부터 챔버 내부의 금속 와이어까지 회로를 폐쇄하여 와이어의 폭발을 유발시키는 트리거 스파크 갭 스위치(Information Unlimited, model-Trigatron10, 3kJ)가 있는 12V 스위치를 포함한다. 와이어는 Mo(몰리브덴 거즈, 0.305 mm 직경 와이어의 20 메쉬, 99.95%, Alpha Aesar), Zn(0.25 mm 직경, 99.993%, Alpha Aesar), Fe-Cr-Al 합금(73%-22%-4.8%, 31 게이지, 0.226 mm 직경, KD Cr-Al-Fe 합금 와이어 부품 번호 # 1231201848, Hyndman Industrial Products Inc.), 또는 Ti(0.25 mm 직경, 99.99%, Alpha Aesar) 와이어를 포함할 수 있다. 예시적인 실행에서, 챔버는 약 20 Torr의 수증기를 포함하는 공기를 함유하였다. 트리거 스위치를 닫기 전에 고전압 DC 전원 공급 장치가 꺼졌다. 약 4.5kV의 피크 전압은 5kA의 피크 전류에서 약 300us 초과의 감쇠 고조파 발진기로 방전되었다. 와이어 폭발 후 약 3 내지 10 분 내에 형성된 저에너지 수소 종을 포함하는 거대 응집체 또는 중합체. 챔버 바닥 및 벽뿐만 아니라 챔버에 배치된 Si 웨이퍼로부터 분석 샘플을 수집하였다. 분석 결과는 본 개시의 하이드리노 시그니처와 일치하였다.
실시예에서, 하이드리노 회전-진동 스펙트럼은 HOH 촉매 및 원자 수소의 소스로서의 역할을 하는 아르곤 가스 및 수증기와 같은 불활성 가스를 포함하는 반응 혼합물 가스의 전자빔 여기에 의해 관찰된다. 아르곤은 약 100 Torr 내지 10 atm의 압력 범위에 있을 수 있다. 수증기는 약 1 micro-Torr 내지 10 토르의 범위일 수 있다. 전자 빔 에너지는 약 1 keV 내지 100 keV의 범위일 수 있다. 12 keV 내지 16 keV 전자빔에 의해 여기된 약 100 mTorr 수증기를 포함하는 대기압 아르곤 플라즈마로부터 실리콘 질화물 창을 통해 가스를 챔버 내의 가스를 입사시키는 회전 선이 145 내지 300 nm 영역에서 관찰되었다. 방출은 반응 가스 챔버의 MgF2 다른 창을 통해 관찰되었다. 수소의 42배의 에너지 간격은 핵간 거리를 H2의 1/4로 설정하고 H2(1/4)를 식별했다(식 (29 내지 31)). 이 시리즈는 각각, 154.94, 159.74, 165.54, 171.24, 178.14 및 183.14 nm에서 관찰되는 P(1), P(2), P(3), P(4), P(5) 및 P(6)를 포함하는 H2(1/4) 진동 전이(v = 1 → v = 0)에 대해 H2(1/4)의 P 브랜치와 일치했다. 다른 실시예에서, 본 개시의 것과 같은 하이드리노를 포함하는 물질의 조성물은 열분해되고, H2(1/4)와 같은 하이드리노를 포함하는 분해 가스는 반응 가스 챔버로 도입되며, 여기서 하이드리노 가스는 전자빔으로 여기되고 회전 진동 방출 스펙트럼이 기록된다.
다른 실시예에서, H2(1/4)와 같은 하이드리노 가스는 알칼리 할라이드 또는 알칼리 할라이드 알칼리 수산화물 매트릭스와 같은 게터에 흡수된다. 회전 진동 스펙트럼은 진공에서 게터의 전자빔 여기에 의해 관찰될 수 있다. 전자빔 에너지는 약 1 keV 내지 100 keV의 범위일 수 있다. 피크들 사이의 회전 에너지 간격은 식 (30)에 의해 주어진다. 식 (29)에 의해 주어진 진동 에너지는 결정질 매트릭스에 의해 야기된 더 높은 유효 질량으로 인해 더 낮은 에너지로 이동될 수 있다. 예시적인 실험 예에서, 게터의 결정 격자에 포획된 H2(1/4)의 회전 진동 방출은 5 X 10-6 Torr의 압력 범위에서 10 내지 20 ㎂의 빔 전류를 갖는 입사 6 KeV 전자총에 의해 여기되었고, 무창 UV 분광법에 의해 기록되었다. Mills 등의 (원용에 의해 포함되는 R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2012), Int. J. Energy Res., (2013), DOI: 10.1002/er.3142) 5 W CIHT 셀 스택에서 게터로서 역할을 하는 UV 투명 매트릭스 KCl에서 H2(1/4)(소위 260 nm 대역)의 분해 회전 진동 스펙트럼은 222.7, 233.9, 245.4, 258.0, 272.2 및 287.6 nm에서 피크의 대표 위치와 함께 258 nm에서 피크 최대값을 포함하고, 0.2491 eV의 등 간격을 가진다. 일반적으로, 에너지 대 피크 수의 그래프는 R2 = 0.999에서 y = -0.249 eV + 5.8 eV로 주어지는 라인을 제공하거나 전이 v = 1 → v = 0 및 Q(0), R(0), R(1), R(2), P(1), P(2), P(3) 및 P(4)를 위한 H2(1/4)에 대한 예측 값과 아주 잘 일치하며, 여기서 Q(0)은 시리즈 중 가장 강렬한 피크로서 식별될 수 있다.
또한, 하이드리노 반응 생성물 가스를 흡수한 게터의 양이온 ToF-SIMS 스펙트럼은 구조의 일부로서 2-수소를 갖는 매트릭스 화합물의 다량체 클러스터, M:H2(M = KOH 또는 K2CO3)를 보여준다. 구체적으로, KOH 및 K2CO3를 포함하거나 하이드리노 반응 생성물 가스의 게터로서 이들 화합물을 갖는 종래의 하이드리노 반응 생성물의 양이온 스펙트럼은 구조에서 복합물로서 H2(1/p)와 일치하는 K+(H2:KOH)n 및 K+(H2:K2CO3)n을 보여준다.
다른 실시예에서, 하이드리노 회전 진동 스펙트럼은 하이드리노, 예컨대 분자 하이드리노 화합물 또는 거대 응집체, 예컨대 H16 또는 분해 생성물, 예컨대 H2(1/p)를 포함하는 조성물 물질의 전자빔 여기에 의해 관찰된다. 하이드리노를 포함하는 물질의 조성물은 본 개시의 하이드리노 화합물을 포함할 수 있다. 전자 빔 에너지는 약 1 keV 내지 100 keV의 범위일 수 있다. 방출 스펙트럼은 EUV 분광법에 의해 진공에서 기록될 수 있다. 예시적인 실험 실시예에서, H2(1/4) 회전-진동 선은 12 keV 내지 16 keV 전자-빔 여기에 의해 아연 하이드리노 하이드라이드로부터 145 내지 300 nm 영역에서 관찰되었다. 빔은 진공에서 화합물을 입사시켰다. 아연 하이드리노 수소화물은 본 개시의 방법에 따라 공기 중의 수증기 존재하에서 아연 와이어 폭발에 의해 형성되었다. 수소의 42배의 에너지 간격은 핵간 거리를 H2의 핵간 거리의 1/4로 설정하고 H2(1/4)를 식별했다(식 (29 내지 31)). 이 시리즈는 P(1), P(2), P(3), P(4), P(5) P(6) 및 P(7)을 포함하는 H2(1/4) 진동 전이(v = 1 → v = 0)에 대해 H2(1/4)의 P 브랜치와 일치했다.

Claims (36)

  1. 전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템으로서,
    대기압 미만, 대기압, 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 금속을 포함하는 반응물;
    펌프와 주입기 튜브를 각각 포함하는 적어도 두 개의 용융 금속 저장소를 포함하는 용융 금속 주입 시스템;
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하기 위한 반응물의 반응에서 소모되는 반응물을 보충하는 적어도 하나의 반응물 공급 시스템;
    전자기 펌프를 각각 포함하는 적어도 두 개의 용융 금속 저장소에 반대 전압을 공급하는 전력원을 포함하는 적어도 하나의 점화 시스템; 및
    전력 및/또는 열 전력으로 광 출력과 열 출력 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템을 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 주입 시스템은 용기의 내부에서 교차하는 용융 금속의 스트림을 주입하는 전자기 펌프를 각각 포함하는 적어도 두 개의 용융 금속 저장소를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 저장소는 입구 라이저 튜브를 포함하는 용융 금속 레벨 제어기를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화 시스템은 용기의 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 점화를 포함한 반응물에 대한 반응을 유발시키기 위해 용융 금속의 교차 스트림을 통한 전류 및 전력 흐름을 공급하는 전자기 펌프를 각각 포함하는 적어도 두 개의 용융 금속 저장소에 반대 전압을 공급하는 전력원을 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화 시스템은:
    a) 전자기 펌프를 각각 포함하는 적어도 두 개의 용융 금속 저장소에 반대 전압을 공급하는 전력원; 및
    b) 전자기 펌프를 각각 포함하는 적어도 두 개의 용융 금속 저장소로부터 배출되는 적어도 두 개의 용융 금속 교차 스트림을 포함하며, 상기 전력원은 플라즈마를 형성하도록 반응물이 반응하게 하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달할 수 있는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    플라즈마를 형성하도록 반응물이 반응하게 하는데 충분한 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력원은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 전자기 펌프는
    a. 전극을 통해 용융 금속에 공급되는 DC 또는 AC 전류원 및 일정한 또는 동-위상 교류 벡터 교차 자기장 소스를 포함하는 DC 또는 AC 전도 유형, 또는
    b. 금속에 교류 전류를 유도하는 용융 금속의 단락 루프를 통한 교류 자기장 소스 및 동-위상 교류 벡터 교차 자기장 소스를 포함하는 유도 유형 중 하나를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 및 대응 저장소의 조합체 또는 용기, 주입 시스템 및 변환기를 포함하는 부품들 사이의 다른 조합체 중 적어도 하나는 습식 시일, 플랜지와 개스킷 시일, 접착 시일 및 슬립 너트 시일 중 적어도 하나를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 개스킷은 탄소를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 용융 금속 점화 시스템 전류는 10A 내지 50,000A의 범위 내에 있는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 용융 금속 점화 시스템의 회로는 용융 금속 스트림의 교차점에 의해 폐쇄되어 점화에 의해 0 Hz 내지 10,000 Hz 범위의 점화 주파수를 추가로 야기하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 유도 유형 전자기 펌프는 용융 금속의 단락 루프를 형성하는 세라믹 채널을 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    대응하는 고체 금속으로부터 용융 금속을 형성하는 유도 결합 히터를 더 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속은 은, 은-구리 합금, 및 구리 중 적어도 하나를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    진공 펌프 및 적어도 하나의 냉각기를 더 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    반응 전력 출력의 적어도 하나의 전력 변환기 또는 출력 시스템은 열광 변환기, 광전지 변환기, 광전자 변환기, 자기 유체 역학 변환기, 플라즈마 역학 변환기, 열이온 변환기, 열전 변환기, 스털링 엔진, 브레이튼 사이클 엔진, 랭킨 사이클 엔진, 열 엔진, 히터 및 보일러의 그룹 중 적어도 하나를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 보일러는 복사 보일러를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 용기의 일부분은 1000K 내지 3700K 범위의 온도에서 유지되는 흑체 방열기를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 저장소는 질화 붕소를 포함하며, 상기 흑체 방열기를 포함하는 용기의 일부분은 탄소를 포함하며, 상기 용융 금속과 접촉하는 전자기 펌프 부품은 내산화성 금속 또는 세라믹을 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 반응물은 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 산소 및 물 중 적어도 하나를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 반응물 공급원은 각각의 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 산소 및 물을 0.01 Torr 내지 1 Torr 범위의 압력으로 유지하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    열광전 변환기 또는 광전 변환기를 포함하며, 상기 흑체 방열기에 의해 방출된 광은 주로 가시광선 및 근적외선을 포함하는 흑체 방사선이며, 상기 광전지 셀은 결정질 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소(GaAs), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 갈륨 비소 안티모나이드(InGaAsSb), 인듐 인화물 비소 안티모나이드(InPAsSb), InGaP/InGaAs/Ge; InAlGaP/AlGaAs/GalnNAsSb/Ge; GalnP/GaAsP/SiGe; GalnP/GaAsP/Si; GalnP/GaAsP/Ge; GalnP/GaAsP/Si/SiGe; GalnP/GaAs/InGaAs; GalnP/GaAs/GalnNAs; GalnP/GaAs/InGaAs/InGaAs; GaInP/Ga(In)As/InGaAs; GalnP-GaAs-웨이퍼-InGaAs; GaInP-Ga(In)As-Ge; 및 GalnP-GalnAs-Ge로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀인
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    열광전 변환기 또는 광전 변화기를 포함하며, 반응 플라즈마에 의해 방출된 광은 주로 자외선이며, 광전지 셀은 III 족 질화물, GaN, A1N, GaAIN 및 InGaN으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 집광기 셀인
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 자기 유체 역학 전력 변환기는 반응 용기에 연결된 노즐, 자기 유체 역학 채널, 전극, 자석, 금속 수집 시스템, 금속 재순환 시스템, 열 교환기 및 선택적으로 가스 재순환 시스템을 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 반응물은 H2O, 증기, 산소 가스, 및 수소 가스 중 적어도 하나를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 반응물 공급원은 각각의 O2, H2, 및 반응 생성물 H2O을 0.01 Torr 내지 1 Torr 범위의 압력으로 유지하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하기 위해 반응물의 반응에서 소모되는 반응물을 보충하기 위한 반응물 공급 시스템은
    a. O2 및 H2 가스 공급원 중 적어도 하나;
    b. 가스 하우징;
    c. 반응 용기, 자기 유체 역학 채널, 금속 수집 시스템 및 금속 재순환 시스템 중 적어도 하나의 벽에 있는 선택적 가스 투과성 막;
    d. O2, H2 및 H20 부분 압력 센서;
    e. 유량 제어기;
    f. 적어도 하나의 밸브, 및
    g. O2 및 H2 압력 중 적어도 하나를 유지하기 위한 컴퓨터를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  28. 제 1 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 발전 시스템의 적어도 하나의 구성요소는 세라믹을 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 세라믹은 금속 산화물, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아, 하프니아, 탄화 규소, 탄화 지르코늄, 이산화 지르코늄 및 질화규소 중 적어도 하나를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 용융 금속은 은을 포함하며, 상기 자기 유체 역학 변환기는 저장소, 반응 용기, 자기 유체 역학 노즐 및 자기 유체 역학 채널 중 적어도 하나에 공급되는 은 입자의 에어로졸을 형성하기 위한 산소 소스를 더 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 반응물 공급 시스템은 산소 소스를 추가로 공급 및 제어하여 은 에어로졸을 형성하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  32. 제 12 항에 있어서,
    상기 유도 유형 전자기 펌프는 금속 재순환 시스템의 펌프를 포함하는 제 1 단 펌프, 및 용기의 다른 내부와 교차하는 용융 금속의 스트림을 주입하는 금속 주입 시스템의 펌프를 포함하는 제 2 단 펌프를 포함하는 2단 펌프를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 전력원을 포함한 점화 시스템은 유도 점화 시스템을 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 유도 점화 시스템은 점화 전류를 포함하는 금속에 교류 전류를 생성하는 용융 금속의 단락 루프를 통한 교류 자기장 소스를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 교류 자기장 소스는 변압기 전자석 및 변압기 자기 요크를 포함하는 1차 변압기 권선을 포함할 수 있으며, 상기 용융 금속은 1차 변압기 권선을 둘러싸는 단일 턴 단락 권선과 같은 2차 변압기 권선으로서 적어도 부분적으로 역할을 하고 유도 전류 루프를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 저장소는 전류 루프가 변압기 요크를 둘러싸도록 2개의 저장소를 연결하는 용융 금속 교차 연결 채널을 포함하며, 상기 유도 전류 루프는 저장소에 함유된 용융 금속, 교차 연결 채널, 주입기 튜브의 은, 및 유도 전류 루프를 완성하기 위해 교차하는 용융 금속의 주입 스트림에서 생성된 전류를 포함하는
    전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 발전 시스템.













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