KR20220148183A - 자기 유체 역학 수소 전기 발전기 - Google Patents
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Abstract
전기 및 열 전력 중 적어도 하나를 제공하는 발전기가 여기에 기술되는데, 이 발전기는 (i) 고유한 분석 및 분광법의 시그내처에 의해 식별가능한 원자 수소 및 수소 생성물들이 참여하는 반응들을 위한 적어도 하나의 반응 셀, (ii) 용융 금속 스트림을 반응 셀로 제공하는 전자석 펌프와 같은 적어도 하나의 펌프 그리고 상기 용융 금속 스트림을 받는 적어도 하나의 저장소를 포함하는 용융 금속 주입 시스템 및 (iii) 저전압, 고전류의 전기 에너지를 적어도 하나의 용융 금속의 스트림에 제공하여 그 반응의 신속한 반응속도 및 에너지 취득을 개시하는 플라즈마를 점화시키는 전력 소스를 포함하는 점화 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 이 발전기는 다음을 포함할 수 있다: (v) 플라즈마로 공급되는 H2 및 O2의 소스, (vi) 용융 금속 회수 시스템 및 (vii) (a) 셀에서 흑체 방열기로부터 고전력 광 출력을 집광기 열광전지를 사용하여 전기로 변환시키거나 (b) 자기 유체 역학 변환기를 사용하여 에너지 함유 플라즈마를 전기로 변환시킬 수 있는 전력 변환기.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2020년 2월 8일자 출원된 미국 출원 번호 62/971,938, 2020년 2월 24일자 출원된 미국 출원 번호 62/980,959, 2020년 3월 20일자 출원된 미국 출원 번호 62/992,783, 2020년 3월 30일자 출원된 미국 출원 번호 63/001,761, 2020년 4월 19일자 출원된 미국 출원 번호 63/012,243, 2020년 5월 13일자 출원된 미국 출원 번호63/024,487, 2020년 5월 28일자 출원된 미국 출원 번호63/031,557, 2020년 6월 24일자 출원된 미국 출원 번호63/043,763, 2020년 7월 24일자 출원된 미국 출원 번호63/056,270, 2020년 8월 28일자 출원된 미국 출원 번호63/072,076, 2020년 10월 1일자 출원된 미국 출원 번호63/086,520, 2020년 11월 9일자 출원된 미국 출원 번호63/111,556, 2020년 12월 18일자 출원된 미국 출원 번호63/127,985, 2021년 1월 6일자 출원된 미국 출원 번호63/134,537에 대한 우선권을 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 유체 역학 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 이완을 거쳐 광 전력을 방출할 수 있다. 광 전력은 광전지에 의해 전기로 변환될 수 있다.
본 개시는:
압력을 대기압 미만으로 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
상기 용기에서 플라즈마 형성에 충분한 에너지를 생산하는 반응을 일으킬 수 있으며:
a) 수소 가스 및 산소 가스의 혼합물 및/또는
수증기 및/또는
수소 가스 및 수증기의 혼합물;
b) 용융 금속을 포함하는 반응물들;
적어도 하나의 반응물의 상기 용기로의 유량을 조절하는 질량 유량 제어기;
하나 이상의 반응물들이 상기 용기 내로 흐를 때 상기 용기 내 압력을 대기압 미만으로 유지하는 진공 펌프;
용융 금속의 일부를 포함하는 적어도 하나의 저장소, 상기 저장소에 용융 금속을 전달하고 주입기 튜브를 통해 용융 금속 스트림을 제공하도록 구성된 용융 금속 펌프 시스템(예: 하나 이상의 전자기 펌프) 및 상기 용융 금속 스트림을 수용하기 위한 적어도 하나의 비주입기 용융 금속 저장소를 포함하는 용융 금속 주입기 시스템;
수소 가스 및/또는 산소 가스 및/또는 수증기가 용기 내로 흐를 때 반응을 점화하기 위해 상기 적어도 하나의 용융 금속의 스트림에 전력을 공급하는 전력 공급원 또는 점화 전류 공급원을 포함하는 적어도 하나의 점화 시스템;
반응에서 소모되는 반응물을 보충하는 반응물 공급 시스템;
반응으로부터 생산되는 에너지(예: 플라즈마로부터 출력된 광 및/또는 열)의 일부를 전력 및/또는 열 전력으로 변환하는 전력 변환기 혹은 출력 시스템을 포함하는 전기 에너지 및 열 에너지의 적어도 하나를 생성하는 전력 시스템에 관한 것이다.
본 개시내용의 전력 시스템(본 명세서에서 "SunCells"로도 지칭됨)은 다음을 포함할 수 있다:
a.) 반응 챔버를 포함하며, 대기압 미만의 압력을 유지할 수 있는 하나 이상의 용기;
b) 그 사이에 용융 금속 유동을 허용하여 회로를 완성하도록 구성된 두 개의 전극;
c) 상기 2개의 전극에 연결되어 상기 회로가 폐쇄될 때 상기 전극들 사이에 전류를 인가하기 위한 전원;
d) 가스로부터 제1 플라즈마의 형성을 유도하기 위한 플라즈마 생성 셀(예를 들어, 글로우 방전 셀)로서; 플라즈마 생성 셀의 유출은 회로(예를 들어, 용융 금속, 애노드, 캐소드, 용융 금속 저장소에 잠긴 전극)를 향하고;
전류가 회로를 가로질러 인가될 때, 플라즈마 생성 셀의 유출은 제2 플라즈마 및 반응 생성물을 생성하는 반응을 겪는, 플라즈마 생성 셀; 및
e) 제2 플라즈마로부터의 에너지를 기계적, 열적 및/또는 전기적 에너지로 변환 및/또는 전달하도록 구성된 전원 어댑터. 일부 실시예에서, 플라즈마 생성 셀의 가스는 수소(H2)와 산소(O2)의 혼합물이다. 예를 들어, 수소에 대한 산소의 상대 몰비는 0.01%-50%(예: 0.1%-20%, 0.1-15% 등)이다. 특정 구현에서, 용융 금속은 갈륨이다. 일부 실시양태에서, 반응 생성물은 본원에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 분광 시그니처(예를 들어, 실시예 10에 기재된 것)를 갖는다. 다양한 양태에서, 제2 플라즈마는 반응 셀에서 형성되고, 상기 반응 셀의 벽은 용융 금속과의 합금 형성(예를 들어, 갈륨과 같은 용융 금속과의 합금 형성)에 대한 내성이 증가된 라이너를 포함하고, 반응 셀의 라이너와 벽은 반응 생성물(예: 347 SS와 같은 4130 합금 SS 또는 Cr-Mo SS와 같은 스테인리스강, 니켈, Ti, 니오븀, 바나듐, 철, W, Re, Ta, Mo, 니오븀 및 Nb(94.33wt%)-Mo(4.86wt%)-Zr(0.81wt%))에 대해 높은 침투성을 갖는다. 라이너는 결정질 재료(예를 들어, SiC, BN, 석영) 및/또는 Nb, Ta, Mo, 또는 W 중 적어도 하나와 같은 내화 금속으로 만들어질 수 있다. 특정 실시예에서, 제2 플라즈마는 반응 셀 내에 형성되고, 여기서 벽 반응 셀 챔버는 제1 및 제2 섹션을 포함하고,
상기 제1 섹션은 4130 합금 SS 또는 Cr-Mo SS와 같은 347 SS와 같은 스테인리스강, 니켈, Ti, 니오븀, 바나듐, 철, W, Re, Ta, Mo, 니오븀 및 Nb(94.33 wt%)- Mo(4.86wt%)-Zr(0.81wt%)로 구성되며;
상기 제2 섹션은 제1 섹션의 금속과 상이한 내화 금속을 포함하고;
여기서 상이한 금속들 사이의 결합은 적층 재료(예를 들어, BN과 같은 세라믹)에 의해 형성된다.
본 개시의 전력 시스템은 다음을 포함할 수 있다:
a.) 반응 챔버를 포함하며, 대기압 미만의 압력을 유지할 수 있는 용기;
b) 복수의 전극 쌍 - 각각의 쌍은 그 사이에 용융 금속 유동을 허용하여 회로를 완성하도록 구성된 전극을 포함함.
c) 상기 2개의 전극에 연결되어 상기 회로가 폐쇄될 때 상기 전극들 사이에 전류를 인가하기 위한 전원;
d) 가스로부터 제1 플라즈마의 형성을 유도하기 위한 플라즈마 생성 셀(예를 들어, 글로우 방전 셀)로서; 플라즈마 생성 셀의 유출은 회로(예를 들어, 용융 금속, 애노드, 캐소드, 용융 금속 저장소에 잠긴 전극)를 향하고;
전류가 회로를 가로질러 인가될 때, 플라즈마 생성 셀의 유출은 제2 플라즈마 및 반응 생성물을 생성하는 반응을 겪는, 플라즈마 생성 셀; 그리고
e) 제2 플라즈마로부터의 에너지를 기계적, 열적 및/또는 전기적 에너지로 변환 및/또는 전달하도록 구성된 전원 어댑터;
여기서 반응 생성물(예를 들어, 중간체, 최종 생성물) 중 적어도 하나는 본 명세서에 기재된 바와 같은(예를 들어, 실시예 10에 나타낸 바와 같은) 적어도 하나의 분광 특징을 갖는다.
전력 시스템은 수소 및 산소 가스 및/또는 물 분자와 수소 및 산소 재결합기 및/또는 수소 해리제를 혼합하기 위한 가스 혼합기를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 수소 및 산소 재결합기는 플라즈마 셀을 포함한다. 플라즈마 셀은 중심 양극 및 접지된 관형 몸체 카운터 전극을 포함할 수 있으며, 여기서 전압(예: 50V 내지 1000V 범위의 전압)이 전극에 인가되어 수소( H2) 및 산소(O2) 가스 혼합물로부터 플라즈마 형성을 유도한다. 일부 실시양태에서, 수소 및 산소 재결합기는 불활성 지지체 물질에 의해 지지된 재결합기 촉매 금속을 포함한다. 특정 구현에서, 제1 플라즈마를 생성하기 위해 플라즈마 생성 셀에 공급되는 가스 혼합물은 비화학량론적 H2/O2 혼합물(예를 들어, 혼합물 몰 백분율 기준 1/3 몰% 미만 O2 또는 0.01% 내지 30%, 또는 0.1% 내지 20%, 또는 10% 미만, 또는 5% 미만, 또는 3% 미만의 O2를 갖는 H2/O2 혼합물)을 포함하며, 상기 비화학량론적 H2/O2 혼합물은 플라즈마 셀(예: 글로우 방전 셀)을 통해 유동하여 제2 플라즈마를 생성하기에 충분한 발열로 반응을 겪을 수 있는 반응 혼합물을 생성한다. 상기 비화학량론적 H2/O2 혼합물은 글로우 방전을 통과하여 원자 수소 및 초기 H2O의 유출을 생성할 수 있다(예: 수소 결합의 형성을 방지하기에 충분한 농도 및 내부 에너지를 갖는 물을 갖는 혼합물);
글로우 방전 유출은 두 전극 사이에 점화 전류가 공급되는 반응 챔버로 향하고(예: 용융 금속이 두 전극 사이를 통과함), 유출이 바이어스된 용융 금속(예: 갈륨)과 상호 작용 시, 예를 들어, 아크 전류가 형성될 때, 초기 물과 원자 수소 사이의 반응이 유도된다.
전력 시스템은 반응 챔버(예를 들어, 초기 물 및 원자 수소가 플라즈마 형성 반응을 겪는 곳) 및/또는 용융 금속과의 합금 형성에 내성이 있는 적어도 하나의 내화 재료 라이너를 포함하는 저장소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 챔버의 내벽은 세라믹 코팅, W, Nb 또는 Mo 라이너가 라이닝된 탄소 라이너와, W 플레이트가 라이닝된 탄소 라이너를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 저장소는 탄소 라이너를 포함하고 탄소는 상기 저장소에 수용된 용융 금속에 의해 커버된다. 다양한 구현에서, 반응 챔버 벽은 반응 생성물 가스에 대해 고도로 투과성인 재료를 포함한다. 다양한 실시예에서, 반응 챔버 벽은 스테인리스강(예를 들어, Mo-Cr 스테인리스강), 니오븀, 몰리브덴, 또는 텅스텐 중 적어도 하나를 포함한다.
전력 시스템은 용융 금속 증기 및 금속 산화물 입자 및 증기를 응축시키고 이들을 반응 셀 챔버로 되돌리는 응축기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 시스템은 진공 라인을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 응축기는 반응 셀 챔버에서 상기 반응 셀 챔버에 대해 수직인 진공 펌프까지의 진공 라인 섹션을 포함하며, 진공 펌프가 반응 셀 챔버에서 진공 압력을 유지하는 동안 용융 금속 증기 및 금속 산화물 입자 및 증기를 응축하고 이들을 반응 셀 챔버로 반환시키는 불활성 고표면적 충전재 물질을 포함한다.
이 전력 시스템은 흑체 방열기 및 흑체 방열기로부터 빛을 출력하는 창을 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 빛 생성(예: 조명에 이용)에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 이 전력 시스템은 산소 및 수소 가스의 혼합을 위한 가스 혼합기 그리고 수소 및 산소 재결합기 및/또는 수소 해리기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 전력 시스템은 수소 및 산소 재결합기를 포함할 수 있으며, 상기 수소 및 산소 재결합기는 비활성 지지체 물질에 의해 지지되는 재결합기 촉매 금속을 포함한다.
이 전력 시스템은 반응들, 구체적으로 플라즈마 생성 및 순에너지 출력의 유지에 충분한 에너지를 출력할 수 있는 반응들을 최대화하는 매개변수들로서 작동할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 작동 동안 용기의 압력이 0.1 Torr ~ 50 Torr의 범위에 있다. 특정 구현에서는, 수소 질량 유량이 산소 질량 유량을1.5 ~ 1000의 범위의 배만큼 초과한다. 일부 실시예에서, 그 압력은 50 Torr를 넘을 수 있으며 가스 재순환 시스템을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 비활성 가스(예: 아르곤)가 용기 내로 주입된다. 이 비활성 가스가 특정한 현장에 형성된 반응물들(신생의 물과 같은)의 수명을 연장시키는데 사용될 수 있다.
이 전력 시스템은 반응에 따른 출력 에너지에서 생산된 플라즈마가 수증기를 포함하도록 물을 용기 안으로 주입하도록 구성된 물 미세 주입기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 미세 주입기는 물을 용기 안으로 주입한다. 일부 실시예에서, H2 몰 백분율은 수증기(예: 미세 주입기에 의해 주입된 수증기)의 몰 백분율보다 1.5 ~ 1000배의 범위에 있다.
이 전력 시스템은 금속(예: 갈륨이나 은 또는 구리 또는 이들의 조합)을 용융시켜 용융 금속을 형성하는 히터를 더 포함할 수 있다. 이 전력 시스템은 비주입기 용융 금속 저장소로부터 오버플로우를 수집하는 용융 금속 오버플로우 채널을 포함하는 반응 후 용융 금속을 복구하도록 구성된 용융 금속 복구 시스템을 더 포함할 수 있다.
이 용융 금속 주입 시스템은 용융 금속 저장소 및 비주입기 용융 금속 저장소에서 전극들을 포함할 수 있다; 그리고 점화 시스템은 주입기 및 비주입기 저장소 전극들에 반대 전압을 공급하기 위해 전력 공급원이나 점화 전류 공급원을 포함하는데, 상기 전력 공급원은 전류와 전력 흐름을 용융 금속의 스트림을 통해 공급하여 반응물들의 반응을 통해 용기 내부에서 플라즈마를 형성하도록 한다.
이 전력 공급원은 전형적으로 반응물들이 반응하여 플라즈마를 형성하도록 야기하는데 충분한 고전류 전기 에너지를 전달한다. 특정 실시예에 있어서, 전력 공급원은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함한다. 다양한 구현에 있어서, 용융 금속 점화 시스템 전력으로부터의 전류는 10 A ~ 50,000 A의 범위에 있다.
전형적으로 이 용융 금속 펌프 시스템은 용융 금속 저장소로부터 비주입기 저장소로 용융 금속을 펌핑하도록 구성되는데, 용융 금속의 스트림이 그들 사이에서 생성된다. 일부 실시예에서, 용융 금속 펌프 시스템은 하나 이상의 전자기 펌프이며 각 전자기 펌프는,
a) 전극을 통해 용융 금속에 공급되는 DC 또는 AC 전류원 및 일정한 또는 동-위상 교류 벡터 교차 자기장의 소스을 포함하는 DC 또는 AC 전도 유형, 또는
b) 금속에 교류 전류를 유도하는 단락된 용융 금속 루프를 통한 교류 자기장 소스 및 동-위상 교류 벡터 교차 자기장 소스을 포함하는 유도 유형 중 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 용융 금속 점화 시스템의 회로가 용융 금속 스트림에 의해 폐쇄되어 점화를 유발하고 점화를 더 야기한다(예: 10,000Hz 미만의 점화 주파수에 의해). 주입기 저장소는 내부에 저장된 용융 금속과 접촉하는 전극을 포함할 수 있으며, 비주입기 저장소는 주입기 시스템이 제공하는 용융 금속과 접촉하는 전극을 포함한다.
다양한 구현에서, 이 비주입기 저장소는 주입기 위로(예: 수직되게) 정렬하며 주입기는 용융 금속 스트림의 용융 금속을 저장소에 수집하고 용융 금속 스트림이 비주입기 저장소 전극과 전기적 접촉이 이루어지도록 비주입기 저장소를 향하는 용융 스트림을 생산하도록 구성되는데, 용융 금속은 비주입기 저장소 전극 상에 모인다. 특정 실시예에서, 비주입기 저장소에 대한 점화 전류는 다음을 포함할 수 있다:
a) 용기를 관통하는 밀폐된 고온가능한 피드-스루;
b) 전극 버스 바, 및
c) 전극.
점화 전류 밀도는 용기 지오메트리가 궁극적인 플라즈마 형상과 관련있다는 적어도 그 이유로 인해 용기 지오메트리와 관련이 있을 수 있다. 다양한 구현에서, 용기는 모래시계 지오메트리(예: 용기의 내부 표면적의 중간 부분에서 그 단면이 장축을 따라서 각각 원위단의 20% 또는 10% 또는 5% 이내의 단면보다 더 적은 지오메트리)를 포함할 수 있으며 단면에서 수직 방향으로 배향되는데(예: 장축이 중력과 대략 평행형), 저장소에서 용융 금속의 레벨이 모래시계의 허리에 대해 대략 근위에서 점화 전류 밀도를 증가시키도록 주입기 저장소가 허리 아래에 위치한다. 일부 실시예에서, 이 용기는 수직의 장축에 대해 대칭이다. 일부 실시예에서, 이 용기는 모래시계 지오메트리를 가지며 내화 금속 라이너를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 모래시계 지오메트리를 갖는 용기의 주입기 저장소는 점화 전류를 위한 양극을 포함할 수 있다.
용융 금속은 은, 갈륨, 은-구리 합금, 구리 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 용융 금속은 700 °C 미만의 융점을 갖는다. 예를 들어, 용융 금속은 비스무트, 납, 주석, 인듐, 카드뮴, 갈륨, 안티몬 또는 로즈 금속, 세로세이프, 우드 금속, 필드 금속(Field's metal), 세룰로우 136, 세룰로우 117, Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl 및 갈린스탄과 같은 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 이 용융 금속과 접촉하는 발전 시스템의 적어도 하나의 구성요소(예: 저장소, 전극)는 그 용융 금속과의 합금 형성에 저항하는 하나 이상의 합금 내성 물질로 클래딩되거나 코팅된다. 예시적 합금 내성 물질은 W, Ta, Mo, Nb, Nb(94.33 wt%)-(Mo(4.86 wt%)-Zr(0.81 wt%), Os, Ru, Hf, Re, 347 SS, Cr-Mo SS, 코팅된 실리사이드, 탄소 및 BN, 석영, Si3N4, 샤팔, A1N, 시알론, A1
O₃, ZrO₂, 또는 HfO
와 같은 세라믹이다. 일부 실시예에서, 용기의 적어도 한 부분은 세라믹 및/또는 금속으로 구성된다. 세라믹은 금속 산화물, 석영, 알루미나, 지르코니아, 마그네시아, 하프니아, 탄화 규소, 탄화 지르코늄, 이붕소화 지르코늄, 질화 규소, 및 유리 세라믹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 용기의 금속은 스테인레스강 및 내화 금속의 적어도 하나를 포함한다.
용융 금속은 물과 반응하여 현장에서 원자 수소를 형성할 수 있다. 다양한 구현에서, 용융 금속은 갈륨이며 전력 시스템은 산화 갈륨(예: 반응에서 생산되는 산화 갈륨)으로부터 갈륨을 재생하는 갈륨 재생 시스템을 더 포함한다. 갈륨 재생 시스템은 산화 갈륨을 갈륨으로 환원시키기 위한 수소 가스 및 원자 수소 중 적어도 하나의 소스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수소 가스가 발전 시스템에 대해 외부적인 소스로부터 갈륨 재생 시스템으로 전달된다. 일부 실시예에서, 수소 가스 및/또는 원자 수소는 현장에서 생성된다. 갈륨 재생 시스템은 반응에서 생산되는 갈륨(또는 갈륨/산화 갈륨의 조합)으로 전력을 전달하는 점화 시스템을 포함할 수 있다. 몇몇 구현에서, 그러한 전력은 갈륨 표면에서 산화 갈륨을 갈륨 금속으로 전기분해할 수 있다. 일부 실시예에서, 갈륨 재생 시스템은 전해질(예: 알칼리 또는 알칼리 토류 할로겐화물을 포함하는 전해질)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 갈륨 재생 시스템은 염기성 pH의 수용성 전기분해 시스템, 산화 갈륨을 시스템으로 운반하는 수단 및 갈륨을 용기로(예: 용융 금속 저장소로) 회수하는 수단을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 갈륨 재생 시스템은 갈륨 표면으로부터 산화 갈륨을 제거하는 스키머 및 버켓 승강기를 포함한다. 다양한 구현에서, 전력 시스템은 배기 가스 스트림을 유지하기 위해 진공 펌프에 대한 배기 라인을 포함할 수 있으며 이것은 배기 가스 스트림에서 산화 갈륨 입자를 수집하기 위해 배기 라인에 전기 집진 시스템을 더 포함한다.
일부 실시예에서, 발전 시스템은 플라즈마 생성 셀을 통해 용융 금속 셀을 향해 지향될 물/수소 혼합물을 생성한다. 이들 실시예에서, 글로우 방전 셀과 같은 플라즈마 생성 셀은 가스(예를 들어, 산소와 수소의 혼합물을 포함하는 가스)로부터 제1 플라즈마의 형성을 유도하고; 플라즈마 생성 셀의 유출은 용융 금속 회로의 임의의 부분(예를 들어, 용융 금속, 애노드, 캐소드, 용융 금속 저장소에 잠긴 전극)으로 지향된다. 편향된 용융 금속과 이러한 유출물의 상호작용 시, 제 플라즈마(플라즈마 생성 셀에 의해 생성된 것보다 더 에너지가 많음)가 형성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 플라즈마 생성 셀은 유출수가 원자 수소(H) 및 물(H2O)을 포함하도록 수소의 몰 과량을 갖는 수소(H2) 및 산소 혼합물(O2)을 공급받을 수 있다. 방류수의 물은 초기 물의 형태일 수 있으며, 물은 충분히 에너지가 공급되고, 방류수의 다른 성분에 수소 결합이 되지 않는 농도일 수 있다. 이 유출은 두 번째 에너지 반응을 더 전파하기 위해 추가 원자 수소(방수에 있는 H2에서)를 생성할 수 있는 용융 금속 및 플라즈마 중 적어도 하나를 통해 공급된 외부 전류 및 용융 금속과의 상호 작용 시 강화되는 플라즈마를 형성하는 H 및 HOH를 포함하는 두 번째 더 에너지적인 반응으로 진행될 수 있다.
일부 실시예에서, 이 전력 시스템은 적어도 하나의 열 교환기(예: 용기 벽의 벽에 결합된 열 교환기, 열을 용융 금속으로/으로부터 또는 용융 금속 저장소로/로부터 이전할 수 있는 열 교환기)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 교환기는 (i) 플레이트, (ii) 쉘 내 블록, (iii) SiC 환형 홈, (iv) SiC 폴리블록, 및 (v) 쉘 및 튜브 열 교환기 중 하나를 포함한다. 특정 구현에서, 쉘 및 튜브 열교환기는 도관, 매니폴드, 분배기, 열교환기 입구 라인, 열교환기 출구 라인, 쉘, 외부 냉각제 입구, 외부 냉각제 출구, 배플, 열 교환기를 통해 저장소에서 뜨거운 용융 금속을 재순환하고 차가운 용융 금속을 저장소로 되돌리는 하나 이상의 펌프, 그리고 외부 냉각제 입구와 쉘을 통해 차가운 냉각제를 흐르게 하는 하나 이상의 워터 펌프와 물 냉각제 또는 하나 이상의 공기 송풍기 및 공기 냉각제를 더 포함하며, 상기 냉각제는 도관으로부터의 열 전달에 의해 가열되고 외부 냉각제 출구가 존재한다. 일부 실시예에서 상기 쉘 및 튜브 열 교환기는 도관, 매니폴드, 분배기, 열 교환기 입구 라인, 및 탄소를 포함하는 열 교환기 출구 라인을 포함하고, 상기 탄소는 도관, 매니폴드, 분배기, 열 교환기 입구 라인, 열 교환기 출구 라인, 쉘, 외부 냉각제 입구, 외부 냉각제 출구 및 스테인레스강을 포함하는 배플에 대해 독립적으로 라이닝되고 팽창한다.. 상기 열교환기의 외부 냉각제는 공기 및 마이크로터빈 압축기로부터의 공기를 포함하거나 마이크로터빈 복열기는 외부 냉각제 유입구 및 쉘을 통해 냉각 공기를 강제로 흐르게 하며, 여기서 냉각제는 도관으로부터의 열 전달에 의해 가열되고, 외부 냉각제 출구가 존재하고, 외부 냉각제 출구에서 출력되는 뜨거운 냉각제가 마이크로 터빈으로 유동하여 화력을 전기로 변환시킨다.
일부 실시예에서, 이 전력 시스템은 적어도 하나의 전력 변환기를 포함하거나 반응 전력 출력의 출력 시스템은 열광전지 변환기, 광전지 변환기, 광전자 변환기, 자기 유체 역학 변환기, 플라즈마 역학 변환기, 열이온 변환기, 열전기 변환기, 스털링 엔진, 초임계 CO2 사이클 변환기, 브레이톤 사이클 변환기, 외연 유형 브레이톤 사이클 엔진 또는 변환기, 랭킨 사이클 엔진 또는 변환기, 유기 랭킨 사이클 변환기, 내연기관 그리고 열 엔진, 히터 및 보일러의 군에서 적어도 하나를 포함한다. 용기는 빛을 용기의 내부로부터 광전지 변환기로 투과시키는 투명 광전지(PV) 창과 적어도 하나의 용기 지오메트리 그리고 회전 창을 포함하는 적어도 하나의 배플을 포함할 수 있다. 이 회전 창은 수소 환원 시스템과 전기분해 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 산화 갈륨을 환원시키는 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서 이 회전 창은 석영, 사파이어, 불화 마그네슘 또는 이의 조합을 포함하거나 이로써 구성된다. 몇몇 구현에서, 이 회전 창은 갈륨 및 산화 갈륨 중중 적어도 하나의 접착을 억제하는 코팅으로 도포된다. 회전 창의 코팅은 다이아몬드상 탄소, 탄소, 질화 붕소 및 알칼리 수산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 양극 점화 전극(예를 들어, 상부 점화 전극, 다른 전극 위로 변위된 전극)은 창에 더 가깝고(예를 들어, 음극 점화 전극과 비교하여) 양극은 광전지에서 광전지 변환기로 흑체 방사를 방출한다.
전력 변환기나 출력 시스템은 용기에 연결된 노즐, 자기 유체 역학 채널, 전극, 자석, 금속 수집 시스템, 금속 재순환 시스템, 열 교환기 및 선택적으로 가스 재순환 시스템을 포함하는 자가 유체 역학(MHD) 변환기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 용융 금속은 은을 포함할 수 있다. 자기 유체 역학 변환기의 실시예에서, 자기 유체 역학 변환기는 용융 금속 스트림의 은과 상호작용시 산소 가스를 전달하여 은 나노입자(예: 약 10 nm 미만이나 약 1 nm 미만과 같은 분자 영역의 크기)를 형성할 수 있는데, 이 은 나노입자가 자기 유체 역학 노즐을 통해 가속화되어 그 반응으로부터 생산된 전력의 운동 에너지 인벤토리를 전한다. 이 반응물 공급 시스템은 변환기로 산소 가스를 공급하고 그 전달을 제어할 수 있다. 다양한 구현에서, 은 나노입자의 운동 에너지 인벤토리의 적어도 한 부분이 자기 유체 역학 채널에서 전기 에너지로 변환된다. 이러한 전기 에너지의 변환은 나노입자의 응집을 초래할 수 있다. 나노입자들은 자기 유제 역학 변환기의 응축 섹션(여기서 MHD 응축 섹션으로도 지칭함)에서 적어도 부분적으로 산소를 흡수하는 용융 금속으로 응집될 수 있으며, 흡수된 산소를 포함하는 용융 금속은 금속 재순환 시스템에 의해서 주입기 저장소로 회수된다. 일부 실시예에서, 용기의 플라즈마에 의해 산소가 금속으로부터 방출될 수 있다. 일부 실시예에서, 이 플라즈마는 자기 유체 역학 채널 및 금속 수집 시스템에서 유지되어 용융 금속에 의한 산소의 흡수를 강화시킨다.
용융 금속 펌프 시스템은 제1 스테이지 전자기 펌프 및 2단계 전자기 펌프를 포함할 수 있는데, 제1단계는 금속 재순환 시스템용 펌프를 포함하고, 제2단계는 금속 주입기 시스템용 펌프를 포함한다.
이 반응에 의해 유도되는 반응물은 용기에서 플라즈마의 형성을 개시하는데 충분한 에너지를 생성한다. 이 반응들은 다음에서 하나 이상으로 특성화되는 수소 생성물을 생성할 수 있다:
a) 전자 상자성 공명(EPR) 분광학 신호를 생성하는 분자 수소 생성물 H2(예를 들어, H2(1/p)(p는 1보다 크고 137 이하의 정수)는 쌍을 이루지 않은 전자를 포함함);
b) 대응하는 전자 스핀-궤도 결합 양자수의 함수인 선택적으로 스핀 궤도에 의해 분리된 구성원을 갖는 일련의 피크 쌍으로 분할되는 2.0046386의 g-인자를 갖는 주요 피크를 포함하는 EPR 스펙트럼을 갖는 분자 수소 생성물 H2(예: H2(1/4))로, 여기서
(i) 쌍을 이루지 않은 전자 자기 모멘트는 H2(1/4)의 반자성 민감도에 기초한 H2(1/4) 분자 궤도의 쌍을 이룬 전자에서 반자성 모멘트를 유도한다.
(ii) 고유한 쌍-비쌍 전류 상호작용의 상응하는 자기 모멘트와 핵간 축을 중심으로 한 상대적 회전 운동으로 인한 자기 모멘트는 스핀-궤도 결합 에너지를 발생시킨다.
(iii) 각 스핀-궤도 분할 피크는 전이에 관련된 각운동량 성분의 수에 해당하는 전자 플럭손 양자수의 함수인 정수 플럭손 에너지와 일치하는 일련의 균등한 간격의 피크로 추가로 분할된다다.
(iv) 추가로, 분자 궤도에 의해 축적된 자속 결합과 함께 증가하는 자기 에너지로 인해 일련의 피크 쌍의 다운필드 쪽에서 스핀 궤도 커플링 양자수에 따라 스핀 궤도 분할이 증가한다.
c) 9.820295GHz의 EPR 주파수의 경우,
(i) H2(1/4)의 자기 에너지와 스핀-궤도 결합 에너지로 인한 결합된 이동으로 발생한 다운필드 피크 위치 
는 다음과 같다.
(ii) 양자화된 스핀-궤도 분할 에너지 
및 전자 스핀-궤도 결합 양자수 
를 갖는 업필드 피크 위치 
는 다음과 같다.
그리고/또는
(iii) 각 스핀-궤도 피크 위치의 정수 시리즈의 분리 
는 다음과 같다.
그리고 전자 플럭손 양자 수 
의 경우
d) 400-410 nm 범위의 고해상도 가시광선 분광기로 H-(1/2)에서 관찰되는 양자화된 단위 h/2e의 자속 결합을 나타내는 공통 원자 궤도의 쌍을 이루는 전자와 쌍을 이루지 않은 전자를 포함하는 수소화물 이온 H- (예, H-(1/p));
e) H2(1/4)의 회전 에너지 준위가 라만 분광법 동안 레이저 조사에 의해 여기되고 전자빔에서 H2(1/4)와 충돌하는 고에너지 전자에 의해 여기될 때 관찰된 h/2e의 양자화된 단위의 자속 결합;
f) 쌍을 이루지 않은 전자의 스핀 자기 모멘트와 분자 회전으로 인한 궤도 자기 모멘트 사이의 스핀-궤도 결합 결합의 라만 스펙트럼 전이를 갖는 분자 하이드리노(예: H2(1/p)), 여기서
(i) 회전 전이의 에너지는 대응하는 전자 스핀-궤도 결합 양자수의 함수로서 이러한 스핀-궤도 결합 에너지에 의해 이동된다;
(ii) 스핀-궤도 에너지에 의해 이동된 분자 회전 피크는 회전 전이에 관련된 각운동량 성분의 수에 따라 전자 플럭손 양자 수에 해당하는 각 에너지와 함께 플럭손 연결 에너지에 의해 추가로 이동된다, 그리고/또는
(iii) 라만 스펙트럼 피크의 관찰된 하위 분할 또는 이동은 회전 전이가 발생하는 동안 스핀과 분자 회전 자기 모멘트 사이의 스핀-궤도 결합 동안 자속 양자 h/2e 단위의 자속 결합으로 인해 발생한다;
g) H2(1/4) having Raman spectral transitions comprising
(i) 스핀-궤도 결합 및 플럭손 커플링을 통한 순수 
내지 
회전 전이:
(ii) 
내지 
스핀 회전 전이와 함께 
내지 
회전 전이를 포함하는 합동 전이:
(iii) 최종 회전 양자수 
와 
그리고
h) H2(1/4) UV 라만 피크(예: 집합체 GaOOH:H2(1/4):H2O에 기록된 것과 12,250-15,000 cm-1 영역에서 관찰된 반응 플라즈마에 노출된 Ni 호일, 여기서 라인은 스핀-궤도 결합과 플럭손 연결 분할을 갖는 합동 순수 회전 전이 
와 
스핀 전이에 일치함:
i) HD(1/4) 라만 스펙트럼의 회전 에너지는 H2(1/4)의 회전 에너지에 비해 3/4 계수만큼 이동한다;
j) HD(1/4) 라만 스펙트럼의 회전 에너지는 다음과 일치한다
(i) 스핀-궤도 결합 및 플럭손 커플링을 갖는 순수 HD(1/4) 
내지 
회전 전이:
아니면
(ii) 
에서 
스핀 회전 전이를 갖는
내지 
회전 전이를 포함하는 합동 전이:
, 또는
(iii) 최종 회전 양자수의 이중 전이 
:
여기서, 스핀-궤도 결합과 플럭손 커플링은 순수 전이와 합동 전이 모두에서 관찰된다;
k) 전자빔의 고에너지 전자로 조사된 H2(1/4) 희가스 혼합물은 H2(1/4) P 분기에 상응하는 일련의 회전 전이와 함께 H2(1/4) 
에서 
진동 전이에 일치하는 8.25eV에서 컷오프되는 자외선(150-180 nm) 영역에서의 동등한 0.25 eV 이격된 선방출을 보여주며, 여기서
(i) 스펙트럼 맞춤은 
에 잘 일치하고, 여기서 0.515 eV와 0.01509 eV는 각각 일반 분자 수소의 진동 및 회전 에너지이다,
(ii) 라만 분광법으로도 관찰되는 회전 스핀-궤도 분할 에너지와 일치하는 작은 위성 라인이 관찰되고, (iii) 회전 스핀-궤도 분할 에너지 분리가 
에 일치하며 여기서 1.5는 
와 
분할을 포함한다;
l) 
에서 
진동 전이를 갖는 H2(1/4) P-분기 회전 전이의 스펙트럼 방출은 KCl 결정질 매트릭스에 끼워져 있는 H2(1/4)의 전자빔 여기에 의해 관찰되며, 여기서
(i) 회전 피크는 자유 로터의 피크와 일치한다;
(ii) 진동 에너지는 H2(1/4)의 진동과 KCl 매트릭스의 상호 작용으로 인한 유효 질량의 증가에 의해 이동된다;
(iii) 스펙트럼 맞춤은 0.25 eV에서 이격 피크를 포함하는 
와 잘 일치하고,
(iv) H2(1/4) 진동 에너지 이동의 상대적 크기는 KCl에 끼워져 있는 일반 H2에 의해 야기되는 회전-진동 스펙트럼에 대한 상대적 효과와 일치한다;
m) HeCd 에너지 레이저를 사용한 라만 스펙트럼은 8000 cm-1 ~ 18,000 cm-1 영역에서 일련의 1000 cm-1(0.1234eV) 등에너지 간격을 나타내며, 여기서 라만 스펙트럼의 형광 또는 광발광 스펙트럼으로의 전이는 0.25 eV에너지 간격 회전 진동 피크와 함께 전이로 
에서 
진동 이전으로 이동된 매트릭스를 포함하고 
이 제공하는 KCl 매트릭스에서 H2(1/4)의 전자빔 여기 방출 스펙트럼에 상응하는 H2(1/4)의 2차 순서 회전 진동 스펙트럼과의 일치를 나타낸다;
n) 4400 cm-1 이상의 에너지 영역에서 H2(1/4)의 적외선 회전 전이가 관찰되며, 여기서 고유 자기장 외에 자기장의 인가에 따라 강도가 증가하고, 스핀-궤도 전이와 결합된 회전 전이도 관찰된다;
o) 496 eV의 총 에너지에 상응하는 콤프톤(Compton) 효과에 의한 H2(1/4)의 허용된 이중 이온화는 X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 관찰된다;
p) H2(1/4)는 수소와 헬륨이 가장 빠른 이전에 알려진 이동 속도와 그에 상응하는 가장 짧은 체류 시간을 갖는다는 점을 고려할 때 모든 알려진 어떤 가스보다 빠른 이동 속도를 나타내는 가스 크로마토그래피에 의해 관찰된다;
q) 극자외선(EUV) 분광법은 10.1 nm 컷오프로 극자외선 연속체 복사를 기록한다(예: 초기 HOH 촉매에 의해 촉매되는 하이드리노 반응 전이 H에서 H(1/4)로의 전이에 해당함);
r) 양성자 마법각 회전 핵 자기 공명 분광법(1H MAS NMR)은 -4ppm에서 -5ppm 영역에서 업필드 매트릭스-물 피크를 기록한다;
s) 다수의 수소 생성물 분자의 자기 모멘트가 협력적으로 상호작용하는 경우 상자성, 초상자성 및 강자성과 같은 벌크 자기(예: 반응 생성물을 포함하는 화합물의 자기 민감성을 측정하기 위해 진동 샘플 자기계를 사용하여 관찰됨);
t) 비행 시간 이차 이온 질량 분광법(ToF-SIMS) 및 전자 분무 비행 시간 이차 이온 질량 분광법(ESI-ToF)은 K2CO3 및 KOH에 대해 기록되고, (1/4) 가스) M + 2 다량체 단위(예: 
와 
여기서 n은 정수)와 수소화물 이온의 안정성으로 인한 강한 
피크의 독특한 관찰에 의해 옥시음이온을 포함하는 무기 화합물에 반응 생성물의 착화(예, H2(1/4) 가스)를 보여주는 반응 생성물에서 분자 가스 소스에 노출되고,
u) 무기 이온으로 단편화되는 유기 분자 매트릭스 컬럼의 크로마토그래피 피크에 의해 증명되는 유기 분자처럼 행동하는 분자 수소 핵으로 구성된 반응 생성물. 다양한 구현에서, 이 반응은 다음 중 하나 이상을 특징으로 하는 에너지 서명을 생성한다.
(i) H 원자 및 초기 HOH 또는 아르곤-H2, H2 및 H2O 증기 플라즈마와 같은 H 기반 촉매를 포함하는 플라즈마에서 100eV 이상의 H 발머 라인의 비정상적 도플러 라인 확장,
(ii) H 여기 상태 라인 반전,
(iii) 비정상적인 H 플라즈마 잔광 지속 시간,
(iv) 충격파 전파 속도 및 해당 압력은 충격파에 대한 전력 커플링의 약 1%만 사용하는 약 10배 더 많은 화약 몰,
(v) 10μl 수화된 은색 샷에서 최대 20MW의 광출력, 및
(vi) 340,000W의 전력 수준에서 검증된 SunCell 전력 시스템의 열량계. 이러한 반응은 다음 중 하나 이상을 특징으로 하는 수소 생성물을 생성할 수 있다.
a) 1900 내지 2200 cm-1, 5500 내지 6400 cm-1, 및 7500 내지 8500 cm-1의 하나 이상의 범위에서 라만 피크, 또는 1900 내지 2200 cm-1 범위의 정수배를 갖는 수소 생성물;
b) 0.23 내지 0.25 eV의 정수배로 이격된 복수의 라만 피크를 갖는 수소 생성물;
c) 1900 내지 2000 cm-1의 정수배 범위에서 적외선 피크를 갖는 수소 생성물;
d) 0.23 내지 0.25 eV의 정수배로 이격된 복수의 적외선 피크를 갖는 수소 생성물;
e) 0.23 내지 0.3 eV의 정수배 간격을 갖는 200 내지 300 nm 범위의 복수의 UV 형광 방출 스펙트럼 피크를 갖는 수소 생성물;
f) 0.2 내지 0.3 eV의 정수배 간격을 갖는 200 내지 300 nm 범위의 복수의 전자빔 방출 스펙트럼 피크를 갖는 수소 생성물;
g) 1000 cm-1의 정수배 간격을 갖는 5000 내지 20,000 cm-1 범위의 복수의 라만 스펙트럼 피크를 갖는 수소 생성물;
h) 490 내지 525 eV 범위의 에너지에서 X선 광전자 분광학 피크를 갖는 수소 생성물;
i) 업필드 MAS NMR 매트릭스 이동을 유발하는 수소 생성물;
j) TMS에 비해 -5ppm보다 큰 업필드 MAS NMR 또는 액체 NMR 이동을 갖는 수소 생성물;
m) 금속 수소화물 및 수소를 추가로 포함하는 금속 산화물 중 하나 이상을 포함하는 수소 생성물(여기서 금속은 Zn, Fe, Mo, Cr, Cu 및 W 중 하나 이상을 포함함);
o) M은 양이온이고 X는 음이온으로 전자분무 이온화 비행 시간 이차 이온 질량 분광법(ESI-ToF) 및 비행 시간 이차 이온 질량 분석법(ToF- SIMS) M(MxXyH2)n의 피크, 여기서 n은 정수, 중 적어도 하나를 갖는 무기 화합물 MxXy 및 H2를 포함하는 수소 생성물;
p) 전자분무 이온화 비행 시간 2차 이온 질량 분광법(ESI-ToF) 및 비행 시간 2차 이온 질량 분광법(ToF-SIMS) 
와 
피크 중 적어도 하나를 갖는 K2CO3H2와 KOHH2에서 각각 적어도 하나를 포함하는 수소 생성물;
q) 수소를 추가로 포함하는 금속 수소화물과 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 자성 수소 생성물, 여기서 금속은 Zn, Fe, Mo, Cr, Cu, W 및 반자성 금속 중 적어도 하나를 포함함;
r) 수소를 추가로 포함하는 금속 수소화물과 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 수소 생성물, 여기서 금속은 Zn, Fe, Mo, Cr, Cu, W중 적어도 하나와 자화율 측정법에 의해 자성을 나타내는 반자성 금속을 포함함);
s) 전자 상자성 공명(EPR) 분광법에서 활성이 아닌 금속을 포함하는 수소 생성물, 여기서 EPR 스펙트럼은 약 2.0046 
20%의 g 인자 중 적어도 하나를 포함하고, 이는 약 1 내지 10G로 분리가 되는 EPR 스펙트럼 분리로서, 여기서 각각의 주요 피크는 약 0.1 내지 1G의 간격을 갖는 일련의 피크로 하위 분할됨;
t) 전자 상자성 공명(EPR) 분광법에서 활성이 아닌 금속을 포함하는 수소 생성물, 여기서 EPR 스펙트럼은 약 m1 X 7.43X10-27 J 20%의 전자 스핀-궤도 결합 분할 에너지 이상을 포함, 및 약 m2 X 5.78X10-28J 
20%와 이량체 자기 모멘트 상호작용 분할 에너지 약 1.58 X10-23J 
20%의 플럭손 분할;
v) 수소 또는 헬륨 담체와 함께 음의 가스 크로마토그래피 피크를 갖는 가스를 포함하는 수소 생성물;
w) P가 정수인 
의 4배 모멘트/e를 갖는 수소 생성물;
x) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 범위의 정수 J에서 J+1로의 전이에 대한 말단 대 말단 회전 에너지를 갖는 분자 이량체를 포함하는 양성자성 수소 생성물, 여기서 중수소를 포함하는 분자 이량체의 상응하는 회전 에너지는 양성자를 포함하는 이량체의 ½임;
y) (i) 1.028 
±10%의 수소 분자의 분리 거리, (ii) 23 cm-1 
의 수소 분자 사이의 진동 에너지 및 (iii) 0.0011 eV 
의 수소 분자의 사이의 반데르발스 에너지의 군에서 적어도 하나의 매개변수를 갖는 분자 이합체를 포함하는 수소 생성물;
z) (i) 1.028 
±10% 수소 분자의 분리 거리, (ii) 약 23 cm-1 ±10% 의 수소 분자 사이의 진동 에너지 및 (iii) 약 0.019 eV ±10% 의 수소 분자 사이의 반데르발스 에너지의 군에서 적어도 하나의 매개변수를 갖는 고체를 포함하는 수소 생성물;
aa) (i) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1, (ii) (J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 및 (iii) 23 cm-1 ±10%의 FTIR 및 라만 스펙트럼 시그내처 및/또는 1.028 
±10%의 수소 분자 분리를 보여주는 X-선 혹은 중성자 회절 패턴 및/또는 분자 수소당 0.0011 eV ±10%의 기화 에너지에 대한 열량분석 결정을 갖는 수소 생성물;
bb) (i) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1, (ii) (J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 및 (iii) 23 cm-1 ±10%의 FTIR 및 라만 스펙트럼 시그내처 및/또는 1.028 
±10% 의 수소 분자 분리를 보여주는 X-선 혹은 중성자 회절 패턴 및/또는 분자 수소당 0.019 eV ±10%의 기화 에너지에 대한 열량분석 결정을 갖는 고체 수소 생성물.
cc) 무결합 결합 에너지 영역에서 자성이며 자속 퀀텀 단위로 자속을 연계시키는 수소 수화물 이온을 포함하는 수소 생성물, 및
dd) 유기 컬럼 및 물을 포함하는 용매를 사용한 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)가 캐리어 틈새 부피 시간의 정체 시간보다 더 긴 정체 시간을 가진 크로마토그래피의 피크를 갖는 수소 생성물에 있어서, ESI-ToF와 같은 질량 분석에 의한 피크의 검출이 적어도 하나의 무기화합물의 단편을 보여주는 수소 생성물.
다양한 구현에서, 수소 생성물은 수증기를 포함하는 대기에서 와이어 폭발에 의해 형성되는 것과 같은 다양한 하이드리노 반응기로부터 형성되는 생성물로 유사하게 특징지을 수 있다. 그러한 생성물은 다음을 포함할 수 있다:
a) 금속 수소화물과 산화금속의 적어도 하나를 포함하고 수소를 더 포함하며 그 금속이 Zn, Fe, Mo, Cr, Cu 및 W의 적어도 하나를 포함하고 수소가 H를 포함한다;
b) 무기 화합물 MxXy 및 H2를 포함하며, 여기서M이 양이온이고 X가 음이온이며 전기 분무 이온화 비행시간형 이차 이온 질량 스펙트럼(ESI-ToF) 및 비행시간형 이차 이온 질량 스펙트럼(ToF-SIMS)의 적어도 하나가 n이 정수인M(MxXyH(1/4)2)n의 피크들을 포함한다;
c) 자성이며 금속 수소화물 및 산화 금속의 적어도 하나를 포함하고 수소를 더 포함하며 그 금속이 Zn, Fe, Mo, Cr, Cu, W 및 반자성 금속 중 적어도 하나를 포함하며 수소가 H(1/4)이, 및
d) 금속 수소화물 및 산화 금속의 적어도 하나를 포함하고 수소를 더 포함하며 그 금속이 Zn, Fe, Mo, Cr, Cu, W 및 반자성 금속 중 적어도 하나를 포함하고 H가 H(1/4)이며 그 생성물이 자기 서셉토메트리에 의해 자성을 발휘한다.
일부 실시예에서, 이 반응에 의해 형성되는 수소 생성물은 (i) 수소 이외의 원소, (ii) H+, 일반 H2, 일반H- 및 일반
의 적어도 하나를 포함하는 일반 수소 종, (iii) 유기 분자 종 및 (iv) 무기 종 중 적어도 하나와 착물화된 수소 생성물을 포함한다. 일부 실시예에서, 이 수소 생성물은 옥시음이온 화합물을 포함한다. 다양한 구현에서, 이 수소 생성물(또는 게터를 포함하는 실시예로부터 복구된 수소 생성물)은 다음 군에서 선택된 식을 갖는 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다:
a) M은 알칼리 양이온이고H 또는 H2는 수소 생성물인MH, MH2 또는 M2H2;
b) n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고 H는 수소 생성물인 MHn;
c) M은 알칼리 양이온이고, X는 할로겐 원자와 같은 중성 원자, 분자 또는 할로겐 음이온과 같은 단일 음전하 음이온이고, H는 수소 생성물인 MHX;
d) M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, H는 수소 생성물인 MHX;
e) M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 이중 음전하 음이온이고, H는 수소 생성물인 MHX;
f) M은 알칼리 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이고, H는 수소 생성물인 M2HX;
g) n은 정수이고, M은 알칼리 양이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 MHn;
h) n은 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 M2Hn;
i) n은 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 M2XHn;
j) n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 M2X2Hn;
k) M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이고, H는 수소 생성물인 M2X3H;
l) n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 이중 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 M2XHn;
m) M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이고, X'는 이중 음전하 음이온이며, H는 수소 생성물인 M2XX'H;
n) n은 1 내지 3의 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, M'은 알칼리 금속 양이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 MM'Hn;
o) n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, M'은 알칼리 금속 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 MM'XHn;
p) M은 알칼리 토류 양이온이고, M'은 알칼리 금속 양이온이고, X 및 X'는 이중 음전하 음이온이고 H는 수소 생성물인 MM'XH;
q) M은 알칼리 토류 양이온이고, M'은 알칼리 금속 양이온이고, X 및 X'는 단일 음전하 음이온이고, H는 수소 생성물인 MM'XX'H;
r) n은 1 내지 5의 정수이고, M은 알칼리 또는 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 또는 이중 음전하 음이온이고, X'는 금속 또는 메탈로이드, 전이 원소, 내부 전이 원소 또는 희토류 원소이고, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 MXX'Hn;
s) n은 정수이고, M은 양이온, 예컨대 전이 원소, 내부 전이 원소 또는 희토류 원소이고, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 MHn;
t) n은 정수이고, M은 양이온, 예컨대 알칼리 양이온, 알칼리 토류 양이온이고, X는 다른 양이온, 예를 들어 전이 원소, 내부 전이 원소 또는 희토류 원소 양이온이고, 화합물의 수소 함량 Hn은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 MXHn;
u) M이 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, m 및 n이 각각 정수이고, 화합물의 수소 함량 Hm이 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 
;
v) M이 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, m 및 n이 각각 정수이고, X가 단일 음전하 음이온이고, 화합물의 수소 함량 Hm이 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 
;
w) M이 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, n이 정수이고, 화합물의 수소 함량 H가 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 
;
x) M이 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, n이 정수이고, 화합물의 수소 함량 H가 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 
;
y) m 및 n이 각각 정수이고, M 및 M'이 각각 알칼리 또는 알칼리 토류 양이온이고, X가 단일 또는 이중 음전하 음이온이고, 이 화합물의 수소 함량 Hm은 적어도 하나의 수소 생성물을 포함하는 
; 및
z) 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 수소 생성물을 포함하는 
.
이 반응에 의해 형성되는 수소 생성물의 음이온은 할라이드 이온, 수산화물 이온, 탄산 수소 이온, 질산염 이온, 이중 음전하 음이온, 탄산염 이온, 옥사이드 및 황산염 이온을 포함하는 하나 이상의 단일 음전하 음이온을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 수소 생성물은 결정 격자(예: 예를 들어 용기나 배기 라인 내에 위치하는 K2CO3와 같은 게터의 사용을 통해)에 매립된다. 예를 들어, 이 수소 생성물은 염 격자에 매립될 수 있다. 다양한 구현에서, 이 염 격자는 알칼리염, 알칼리 할라이드, 수산화 알칼리, 알칼리 토류 염, 알칼리 토류 할라이드, 알칼리 토류 하이드록사이드 또는 이의 조합들을 포함할 수 있다.
또한, 전극 시스템은 다음을 포함하여 제공된다:
a) 제1 전극 및 제2 전극;
b) 상기 제1 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 용융 금속(예: 용융 은, 용융 갈륨 등)의 스트림;
c) 저장소로부터 상기 용융 금속을 인출해서 도관(예: 튜브)을 통해 운반하여 상기 도관을 나가는 상기 용융 금속의 스트림을 생산하는 펌프를 포함하는 순환 시스템;
d) 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전위 차이를 제공하도록 구성된 전력 공급원;
여기서 상기 용융 금속의 스트림이 상기 제1 및 제2 전극과 동시에 접촉하여 상기 전극들 사이에 전류를 생성한다. 일부 실시예에서, 전력은 100 A를 초과하는 전류를 생성하는데 충분하다.
또한, 다음을 포함할 수 있는 전기 회로가 제공된다:
a) 용융 금속의 생산을 위한 가열 수단;
b) 저장소로부터 상기 용융 금속을 도관을 통해 운반하여 상기 도관을 나가는 상기 용융 금속의 스트림을 생산하기 위한 펌핑 수단;
c) 제1 및 제2 전극으로서, 상기 제1 및 제2 전극에 걸친 전위 차이를 생성하는 전력 공급 수단과 전기적 소통이 되는 제1 및 제2 전극;
여기서 상기 용융 금속의 스트림이 상기 제1 및 제2 전극과 동시에 접촉하여 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전기 회로를 생성한다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극을 포함하는 전기 회로에서, 상기 전극들을 가로질러 용융 금속의 스트림을 통과시킴으로써 전류가 상기 전극들 사이에서 흐르는 것을 허용하는 전기 회로 를 포함할 수 있다.
그 밖에 플라즈마를 생산하는 시스템들(여기서 기술된 발전 시스템에 사용될 수 있음)이 제공된다. 이 시스템은:
a) 금속 저장소로부터 용융 금속의 스트림을 생산하도록 구성된 용융 금속 주입기 시스템;
b) 전류가 상기 용융 금속의 스트림을 통해 흐르도록 유도하기 위한 전극 시스템;
c) (i) 측정된 부피의 물을 상기 용융 금속과 접촉하도록 구성된 물 주입 시스템에 으로서, 상기 물의 일부분과 상기 용융 금속의 일부분이 반응하여 상기 금속과 수소 가스의 산화물을 형성하는 물 주입 시스템, (ii) 과잉 수소 가스와 산소 가스의 혼합물 및 (iii) 과잉 수소 가스와 수증기의 혼합물 중 중적어도 하나, 그리고
d) 상기 전류를 공급하도록 구성된 전원을 포함할 수 있으며;
여기서 전류가 상기 금속 스트림을 통해 공급될 때 상기 플라즈마가 생산된다. 일부 실시예에서, 이 시스템은:
상기 플라즈마의 생산 이후 수집된 금속을 상기 금속 저장소로 이전하도록 구성된 펌핑 시스템을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이 시스템은:
상기 산화 금속을 수집하여 상기 산화 금속을 상기 금속으로 변환시키도록 구성된 금속 재생 시스템을 포함할 수 있으며, 상기 금속 재생 시스템은 애노드, 캐소드, 전해질을 포함하여, 상기 애노드와 캐소드 사이에 전기적 바이어스가 공급되어 상기 산화 금속을 상기 금속으로 변환시킨다. 특정한 구현에서, 이 시스템은:
a) 상기 플라즈마의 생산 이후 수집된 금속을 상기 금속 저장소로 이전하도록 구성된 펌핑 시스템; 및
b) 상기 산화 금속을 수집하여 상기 산화 금속을 상기 금속으로 변환시키도록 구성된 금속 재생 시스템에 있어서; 상기 금속 재생 시스템이 애노드, 캐소드, 전해질을 포함하고, 상기 애노드와 캐소드 사이에 전기적 바이어스가 공급되어 상기 산화 금속이 상기 금속으로 변환되는 금속 재생 시스템을 포함할 수 있으며;
상기 금속 재생 시스템에서 재생된 금속이 상기 펌핑 시스템으로 이전된다. 특정한 구현에서, 그 금속은 갈륨, 은 또는 이들의 조합이다. 일부 실시예에서, 그 전해질은 알칼리 수산화물이다(예: 수산화 나트륨, 수산화 칼륨).
본 개시내용의 플라즈마를 생성하기 위한 시스템은 다음을 포함할 수 있다:
a) 금속 저장소로부터 용융 금속 스트림을 생성하도록 구성된 용융 금속 주입기 시스템;
b) 상기 용융 금속 스트림을 통해 흐르는 전류를 유도하기 위한 전극 시스템;
c) 다음 중 적어도 하나 (i) 계량된 부피의 물을 용융 금속과 접촉시키도록 구성된 물 주입 시스템, 여기서 상기 물의 일부와 상기 용융 금속의 일부는 반응하여 상기 금속과 수소의 산화물을 형성함 가스, (ii) 과잉 수소 가스와 산소 가스의 혼합물, 및 (iii) 과잉 수소 가스와 수증기의 혼합물, 및
d) 상기 전류를 공급하도록 구성된 전원;
상기 플라즈마는 상기 금속 스트림을 통해 전류가 공급될 때 생성된다. 일부 실시예에서, 이 시스템은 다음을 추가로 포함할 수 있다:
a) 상기 플라즈마의 생성 후에 수집된 금속을 상기 금속 저장소로 전달하도록 구성된 펌핑 시스템; 그리고
b) 상기 금속 산화물을 수집하고 상기 금속 산화물을 상기 금속으로 변환하도록 구성된 금속 재생 시스템; 여기서 상기 금속 재생 시스템은 애노드, 캐소드, 전해질을 포함하고; 상기 금속 산화물을 상기 금속으로 변환하기 위해 상기 양극과 음극 사이에 전기적 바이어스가 공급되고;
여기서, 상기 금속 재생 시스템에서 재생된 금속은 상기 펌핑 시스템으로 이송된다.
플라즈마 생성 시스템은 다음을 포함할 수 있다:
a) 그 사이에 용융 금속 유동을 허용하여 회로를 완성하도록 구성된 2개의 전극;
b) 상기 2개의 전극에 연결되어 상기 회로가 폐쇄될 때 상기 전극들 사이에 전류를 인가하기 위한 전원;
c) 가스로부터 초기 물과 원자 수소의 형성을 유도하는 재결합기 전지(예: 글로우 방전 셀); 여기서 재결합기의 유출은 회로(예를 들어, 용융 금속, 애노드, 캐소드, 용융 금속 저장소에 잠긴 전극)를 향하고;
여기서, 전류가 회로를 가로질러 인가될 때, 재결합기 전지의 유출은 반응하여 플라즈마를 생성한다. 일부 실시예에서, 시스템은 플라즈마로부터 열을 생성하는 데 사용된다. 다양한 구현에서, 시스템은 플라즈마로부터 광을 생성하는 데 사용된다.
본 발명의 시스템은 적어도 하나의 주파수 대역에서 전자기 신호를 송수신하는 복수의 전력 시스템-송신기-수신기 노드를 포함하는 메시 네트워크를 포함할 수 있고(또는 그 일부일 수 있음), 대역의 주파수는 노드를 짧은 분리 거리로 국부적으로 배치하는 능력으로 인해 고주파일 수 있으며, 여기서 주파수는 약 0.1GHz에서 500GHz, 1GHz에서 250GHz, 1GHz에서 100GHz, 1GHz에서 50GHz, 및 1GHz에서 25GHz 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다.
반응 생성물에서 측정된 독특한 분광 특성은 독특한 특성을 가진 수소 생성물을 생성한다. 이러한 수소 반응 생성물은 본 발명의 각 부분에서 다양한 장치에 사용될 수 있다.
본 발명 개시내용은 또한 적어도 하나의 하이드리노 종
및 
(또는 이들 종과 일치하는 분광학적 특징을 갖는 종) 및 하이드리노 수소화물 이온 및 분자 하이드리노 중 적어도 하나의 자속 결합 상태를 감지 및 변경하는 것 중 적어도 하나를 위한 입력 전류 및 입력 전압 회로 및 출력 전류 및 출력 전압 회로 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예에서, 회로는 무선 주파수 RLC 회로를 포함하는 AC 공진 회로를 포함한다. 다양한 구현에서, SQUID 또는 SQUID 형 전자 소자는 예를 들어 샘플에서 자기장을 유도하기 위해 적어도 하나의 전자기 방사선 소스(예, 마이크로파, 적외선, 가시광선 또는 자외선 중 적어도 하나의 소스)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 방사선 소스는 레이저 또는 마이크로파 발생기를 포함한다. 레이저 방사선은 렌즈 또는 광섬유에 의해 초점이 맞춰진 방식으로 적용될 수 있다(예: 관심 샘플에). 일부 실시예에서, SQUID 또는 SQUID형 전자 소자는 하이드리노 수소화물 이온 및 분자 하이드리노 중 적어도 하나에 인가되는 자기장의 소스를 더 포함한다.
자기장은 조정 가능하다. 방사선 소스 및 자기장 중 적어도 하나의 이러한 조정 가능성은 전자기 방사선 소스와 자기장 사이의 선택적이고 제어된 공명의 달성을 활성화하게 할 수 있다. SQUID 또는 SQUID 유형 전자 소자는 컴퓨터 로직 게이트, 메모리 소자, 및 고온에서 작동하는 자기계, 센서 및 스위치와 같은 기타 전자 측정 또는 액추에이터 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 SQUID는, 초전도 루프에 전기적으로 연결된 적어도 2개의 조지프슨 접합(Josephson Junction)을 포함할 수 있으며,
여기서 조지프슨 접합은 EPR 활성인 수소 종 H2를 포함한다. 특정 실시예에서, 수소 종은 MOOH:H2이고, 여기서 M은 금속(예, Ag, Ga)이다.
예를 들어, 본 발명개시내용의 발전 시스템 작동으로부터 생성된 반응 생성물은 극저온유체, 기체형 열 전달제, 및/또는 분자 하이드리노를 포함하는 부력 작용제로서 또는 그 안에서 사용될 수 있다(예, 분광기를 갖는 종 분자 하이드리노와 일치하는 기능).
분자 하이드리노(예, 분자 하이드리노와 일치하는 분광 특징을 갖는 종)를 포함하는 MRI 가스 조영제가 또한 제공된다.
반응 생성물은 또한 레이저에서 여기 매질로 사용될 수 있다. 본 개시는 분자 하이드리노 가스(H2(1/p) p =2,3,4,5,…,137)(예, 분자 하이드리노와 일치하는 분광 특징을 갖는 종), 레이저 공동 분자 하이드리노 가스, 분자 하이드리노 가스의 회전 에너지 레벨 여기 소스 및 레이저 광학기를 포함한다. 일부 실시예에서, 레이저 광학기는 여기된 회전 상태의 분자 하이드리노 가스를 포함하는 공동의 단부에 거울을 포함하고, 거울 중 하나는 레이저 광이 공동으로부터 방출되도록 허용하도록 반투명하다. 다양한 구현에서, 여기 소스는 레이저, 플래시 램프, 가스 방전 시스템(예: 글로우, 마이크로파, 무선 주파수(RF), 유도 결합 RF, 용량 결합 RF 또는 기타 플라즈마 방전 시스템) 중 적어도 하나를 포함한다. ). 특정 측면에서, 레이저는 적어도 하나의 원하는 분자 하이드리노 회전 에너지 준위가 채워지도록 하기 위해 외부 또는 내부 필드 소스(예를 들어, 전기장 또는 자기장의 소스)를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 레벨은 원하는 스핀-궤도와 플럭손 연결 에너지 이동 중 적어도 하나를 포함한다. 레이저 전이는 덜 개체화된 더 낮은 에너지의 선택된 회전 상태의 반전된 개체군 사이에서 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 레이저 캐비티, 광학, 여기 소스(excitation source)와 외부 필드 소스는 원하는 반전된 개체군 및 원하는 덜 개체화된 저에너지 상태로의 유도 방출을 달성하도록 선택된다. 레이저는 고체 레이저 매질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고체 레이저 매질은 고체 매트릭스에 포획된 분자 하이드리노를 포함하며, 여기서 하이드리노 분자는 자유 회전자일 수 있고 고체 매체는 분자 하이드리노 가스 레이저의 가스 캐비티를 대체한다. 특정 구현에서, 고체 레이저 매질은 GaOOH:H2(1/4), KCl:H2(1/4), 및 포획된 분자 하이드리노를 갖는 실리콘(예를 들어, Si(crystal):H2(1/4) (또는 분광학적 특징을 갖는 종) 중 적어도 하나를 포함한다.
방법도 제공된다. 방법은 예를 들어 전력을 생성하거나 빛을 생성하거나 플라즈마를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 다음을 포함한다:
a) 용융 금속을 전기적으로 바이어스하는 단계;
b) 바이어스된 용융 금속과 상호작용하고 플라즈마 형성을 유도하도록 플라즈마 생성 셀(예, 글로우 방전 셀)의 유출물을 지시하는 단계. 특정 구현에서, 플라즈마 생성 셀의 유출물은 작동 동안 플라즈마 생성 셀을 통과하는 수소(H2) 및 산소(O2) 가스 혼합물로부터 생성된다.
본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 개시의 여러 실시예를 예시하고 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면에서:
도1은 본 개시의 실시예에 따른 캐소드, 애노드, 절연체 및 버스 바 피드-스루 플랜지의 자기 유체 역학(MHD) 변환기 구성요소의 개략도이다.
도2-3은 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소 및 한 쌍의 MHD 복귀 EM 펌프를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) 변환기를 도시하는 개략도이다.
도4는 본 개시의 실시예에 따른 단일 단계 유도 주입 EM 펌프의 개략도이다.
도 5는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 및 주입을 위한 단일-스테이지 유도 EM 펌프와 단일-스테이지 유도 또는 DC 전도 MHD 복귀 EM 펌프를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따라 제1 스테이지가 MHD 복귀 EM 펌프의 역할을 하고 제2 스테이지가 주입 EM 펌프의 역할을 하는 2-스테이지 유도 EM 펌프의 개략도이다.
도7은 본 개시의 실시예에 따라 제1스테이지가 MHD 복귀 EM 펌프의 역할을 하며 제2스테이지가 주입 EM 펌프의 역할을 하며 그 로렌츠 펌핑 힘이 더욱 최적화된 2-스테이지 유도 EM 펌프의 개략도이다.
도8은 본 개시의 실시예에 따른 유도 점화 시스템의 개략도이다.
도9-10은 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 강제 공기 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2-스테이지 유도 EM 펌프, 및 유도 점화 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 11은 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 강제 액체 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2-스테이지 유도 EM 펌프, 유도 점화 시스템, 및 EM 펌프 튜브, 저장소, 반응 셀 챔버, 및 MHD 복귀 도관에 유도 결합된 가열 안테나를 도시하는 개략도이다.
도12-19은 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 공기 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2-스테이지 유도 EM 펌프, 및 유도 점화 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 20은 본 개시의 실시예에 따라 SunCell®의 예시적 나선형 화염 히터 및 일련의 환상 고리를 포함하는 화염 히터를 도시하는 개략도이다.
도21은 본 개시의 실시예에 따른 전해조의 개략도이다.
도22는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소 그리고 한 쌍의 MHD 복귀 EM 펌프 및 한 쌍의 MHD 복귀 가스 펌프나 압축기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) 변환기를 도시하는 개략도이다.
도 25는 본 개시의 실시예에 따라 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 및 반전 페데스탈을 액체 전극으로 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 도시하는 개략도이다.
도26-28은 본 개시의 실시예에 따라 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 및 액체 전극으로서 부분 반전 페데스탈 그리고 PV창의 금속화 억제를 위한 테이퍼진 반응 셀 챔버를 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 도시하는 개략도이다.
도29는 본 개시의 실시예에 따라 주입기 저장소 내 단일 EM 펌프 주입기, 액체 전극으로서 부분 반전 페데스탈, 유도 점화 시스템 및 PV 창을 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도30은 본 개시의 실시예에 따라 라이너를 갖춘 입방형 반응 셀 챔버 및 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 및 액체 전극으로서 반전 페데스탈을 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도31A는 본 개시의 실시예에 따라 모래시계 형상의 반응 셀 챔버 라이너 및 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 그리고 액체 전극으로서 반전 페데스탈을 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도31B는 본 개시의 실시예에 따라 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기, 전극으로서 부분 반전 페데스탈, 유도 점화 시스템 그리고 버켓 승강기 산화 갈륨 스키머를 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도 31C는 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 및 전극으로서 반전 페데스탈을 포함하는 SunCell® 화력 발전기의 세부 사항을 보여주는 개략도로서, 여기서 EM 펌프 튜브는 본 개시의 실시예에 따른 갈륨 합금의 형성 및 산화 중 적어도 하나에 내성이 있는 복수의 부품의 조합을 포함한다.
도 31D-H는 본 개시의 실시예에 따른 SunCell® 펌핑 용융 금속-공기 열교환기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도 32A-B는 본 개시의 실시예에 따라 반응 셀 챔버를 형성하기 위해 결합되는 저장소를 갖는 액체 전극으로서 이중 저장소 및 DC EM 펌프 주입기를 포함하는 세라믹 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 32C-E는 적어도 하나의 전자기 펌프 주입기 및 주입기 저장소 전극에 있는 전극, 적어도 하나의 수직으로 정렬된 카운터 전극, 및 HOH 촉매와 원자 H.A를 형성하기 위해 상부 플랜지에 연결된 글로우 방전 셀을 포함하는 SunCell® 하이드리노 발전기의 개략도로서, A는 단일 전극 쌍 실시예의 외관도, B는 단극 쌍 실시예의 단면도, C는 2전극쌍 실시예의 단면도이다.
도 33은 본 개시의 실시예에 따라 반응물 소스 중 적어도 하나로서의 역할을 하기 위해 와이어를 폭발시키는 수단 및 분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소 종을 형성하기 위해 하이드리노 반응을 전파하는 수단을 포함하는 하이드리노 반응 셀 챔버의 개략도이다.
도 34는 전력 시스템 작동에서 수집된 GaOOH:H2(1/4)의 측정된 EPR 스펙트럼을 보여준다. EPR 스펙트럼은 Bruker에 의해 두 개의 샘플에서 두 개의 기기를 사용하여 복제되었다. (A) EMXnano 데이터. (B) EMXplus 데이터. (C) EMXplus 데이터 확장, 3503 G - 3508 G 영역.
도 35는 GaOOH:HD(1/4)(3464.65G - 3564.65G) 영역의 EPR 스펙트럼을 보여준다.
도 36A-C는 10분 동안 하이드리노 플라즈마 반응을 유지한 SunCell의 용융 갈륨에 침지하여 제조된 Ni 호일에서 785nm 레이저가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼을 보여준다. (A) 2500 cm-1에서 11,000 cm-1영역. (B) 8500 cm-1에서 11,000 cm-1영역. (C) 6000 cm-1에서 11,000 cm-1 영역. 모든 새로운 라인은 (i) 순수 H2(1/4) J = 0 내지 J' = 2,3 회전 전이, (ii) J = 0 내지 J = 1 스핀 회전 전이를 갖는 J = 0 내지 J' = 1, 2 회전 전이를 포함하는 합동 전이, 또는 (iii) 최종 회전 양자 수
와 
에 대한 이중 전이 중 하나에 일치하였다. 또한 상응하는 스핀-궤도 결합 및 플럭손 커플링도 순수, 합동 및 이중 전이에서 관찰되었다.
도 37A는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 GaOOH:H2(1/4)에서 785nm 레이저를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(2200 cm-1에서 11,000 cm-1)으로 스핀-궤도 결합 및 플럭손 연결 이동을 갖는 H2(1/4) 회전 전이를 보여준다.
도 37B는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 실버 샷 전극 포스트 폭발에서 785nm 레이저를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(2200 cm-1에서 11,000 cm-1)으로 스핀-궤도 결합 및 플럭손 연결 이동을 갖는 H2(1/4) 회전 전이를 보여준다.
도 38A-C는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 GaOOH:HD(1/4)에서 785nm 레이저를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼을 보여준다.
A. 2500 cm-1에서 11,000 cm-1 영역. B. 6000 cm-1에서11,000 cm-1 영역.
C. 8000 cm-1에서 11,000 cm-1 영역. 모든 새로운 라인은 (i) 순수 HD(1/4)
에서 
회전 전이, (ii) J = 0 내지 J = 1 스핀 회전 전이를 갖는 
내지 
회전 전이를 포함하는 합동 전이, 또는 (iii) 최종 회전 양자 수
에 대한 이중 전이 중 하나에 일치하였다. 또한 상응하는 스핀-궤도 결합 및 플럭손 커플링도 순수 전이와 합동 전이 모두에서 관찰되었다.
도 39A는 GaOOH:H2(1/4)에 기록된 FTIR 스펙트럼(200 cm-1에서 8000 cm-1)에 자기장 적용의 효과를 보여주는 FTIR 스펙트럼(200-8200 cm-1)이다. 자기장의 적용은 4,164 cm-1에서 FTIR 피크를 발생시켰는데, 이는
에서 
, 
, 
회전 및 스핀-궤도 전이와 정확히 일치한다. 1801 cm-1에서 피크의 강도 증가가 관찰되었으며, 이는 합동 회전 및 스핀-궤도 전이 
내지 
, 
, 
와 일치하였다.
도 39B는 GaOOH:H2(1/4)에 기록된 FTIR 스펙트럼(4000-8500 cm-1)으로 H2(1/4) 회전 및 회전 궤도 전이와 일치하는 4899 cm-1, 5318 cm-1 및 6690 cm-1의 매우 높은 에너지를 갖는 추가 피크를 보여준다. (1/4) 회전 및 회전 궤도 전이.
도 40A는 초고순도 Fe의 와이어 폭발에 의해 제조된 고체 웹 유사 섬유(Fe 웹)에서 785nm 레이저가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(3420 cm-1 ~ 4850 cm-1)을 보여주는데 20 Torr의 수증기로 유지되는 공기 중 와이어는
합동 회전 및 스핀-궤도 전이 
내지 
, 
, and 
동안 플럭손 연결에 할당된 주기적인 일련의 피크를 보여준다.
도 40B는 785 nm 레이저가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(3420 cm-1에서 4850 cm-1)으로, 도 15의 모든 라만 피크가 HCl 를 포함한 Fe-web:H2(1/4) 샘플 산 처리에 의해 제거되었음을 보여준다.
도 41은 본 개시의 전력 시스템 작동을 측정하기 위해 사용되는 수조 열량계 시스템의 개략도이다.
도1은 본 개시의 실시예에 따른 캐소드, 애노드, 절연체 및 버스 바 피드-스루 플랜지의 자기 유체 역학(MHD) 변환기 구성요소의 개략도이다.
도2-3은 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소 및 한 쌍의 MHD 복귀 EM 펌프를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) 변환기를 도시하는 개략도이다.
도4는 본 개시의 실시예에 따른 단일 단계 유도 주입 EM 펌프의 개략도이다.
도 5는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 및 주입을 위한 단일-스테이지 유도 EM 펌프와 단일-스테이지 유도 또는 DC 전도 MHD 복귀 EM 펌프를 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 개시의 실시예에 따라 제1 스테이지가 MHD 복귀 EM 펌프의 역할을 하고 제2 스테이지가 주입 EM 펌프의 역할을 하는 2-스테이지 유도 EM 펌프의 개략도이다.
도7은 본 개시의 실시예에 따라 제1스테이지가 MHD 복귀 EM 펌프의 역할을 하며 제2스테이지가 주입 EM 펌프의 역할을 하며 그 로렌츠 펌핑 힘이 더욱 최적화된 2-스테이지 유도 EM 펌프의 개략도이다.
도8은 본 개시의 실시예에 따른 유도 점화 시스템의 개략도이다.
도9-10은 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 강제 공기 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2-스테이지 유도 EM 펌프, 및 유도 점화 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 11은 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 강제 액체 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2-스테이지 유도 EM 펌프, 유도 점화 시스템, 및 EM 펌프 튜브, 저장소, 반응 셀 챔버, 및 MHD 복귀 도관에 유도 결합된 가열 안테나를 도시하는 개략도이다.
도12-19은 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 자기 유체 역학(MHD) SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소, 구형 반응 셀 챔버, 직선 자기 유체 역학(MHD) 채널, 가스 추가 하우징, 공기 냉각 시스템을 각각 갖는 주입 및 MHD 복귀 모두를 위한 2-스테이지 유도 EM 펌프, 및 유도 점화 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 20은 본 개시의 실시예에 따라 SunCell®의 예시적 나선형 화염 히터 및 일련의 환상 고리를 포함하는 화염 히터를 도시하는 개략도이다.
도21은 본 개시의 실시예에 따른 전해조의 개략도이다.
도22는 액체 전극으로서 이중 EM 펌프 주입기를 포함하는 본 개시의 실시예에 따른 SunCell® 발전기의 개략도로서, 경사 저장소 그리고 한 쌍의 MHD 복귀 EM 펌프 및 한 쌍의 MHD 복귀 가스 펌프나 압축기를 포함하는 자기 유체 역학(MHD) 변환기를 도시하는 개략도이다.
도 25는 본 개시의 실시예에 따라 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 및 반전 페데스탈을 액체 전극으로 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 도시하는 개략도이다.
도26-28은 본 개시의 실시예에 따라 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 및 액체 전극으로서 부분 반전 페데스탈 그리고 PV창의 금속화 억제를 위한 테이퍼진 반응 셀 챔버를 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 도시하는 개략도이다.
도29는 본 개시의 실시예에 따라 주입기 저장소 내 단일 EM 펌프 주입기, 액체 전극으로서 부분 반전 페데스탈, 유도 점화 시스템 및 PV 창을 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도30은 본 개시의 실시예에 따라 라이너를 갖춘 입방형 반응 셀 챔버 및 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 및 액체 전극으로서 반전 페데스탈을 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도31A는 본 개시의 실시예에 따라 모래시계 형상의 반응 셀 챔버 라이너 및 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 그리고 액체 전극으로서 반전 페데스탈을 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도31B는 본 개시의 실시예에 따라 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기, 전극으로서 부분 반전 페데스탈, 유도 점화 시스템 그리고 버켓 승강기 산화 갈륨 스키머를 포함하는 SunCell® 열 발전기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도 31C는 주입기 저장소 내의 단일 EM 펌프 주입기 및 전극으로서 반전 페데스탈을 포함하는 SunCell® 화력 발전기의 세부 사항을 보여주는 개략도로서, 여기서 EM 펌프 튜브는 본 개시의 실시예에 따른 갈륨 합금의 형성 및 산화 중 적어도 하나에 내성이 있는 복수의 부품의 조합을 포함한다.
도 31D-H는 본 개시의 실시예에 따른 SunCell® 펌핑 용융 금속-공기 열교환기의 세부사항을 보여주는 개략도이다.
도 32A-B는 본 개시의 실시예에 따라 반응 셀 챔버를 형성하기 위해 결합되는 저장소를 갖는 액체 전극으로서 이중 저장소 및 DC EM 펌프 주입기를 포함하는 세라믹 SunCell® 발전기의 개략도이다.
도 32C-E는 적어도 하나의 전자기 펌프 주입기 및 주입기 저장소 전극에 있는 전극, 적어도 하나의 수직으로 정렬된 카운터 전극, 및 HOH 촉매와 원자 H.A를 형성하기 위해 상부 플랜지에 연결된 글로우 방전 셀을 포함하는 SunCell® 하이드리노 발전기의 개략도로서, A는 단일 전극 쌍 실시예의 외관도, B는 단극 쌍 실시예의 단면도, C는 2전극쌍 실시예의 단면도이다.
도 33은 본 개시의 실시예에 따라 반응물 소스 중 적어도 하나로서의 역할을 하기 위해 와이어를 폭발시키는 수단 및 분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소 종을 형성하기 위해 하이드리노 반응을 전파하는 수단을 포함하는 하이드리노 반응 셀 챔버의 개략도이다.
도 34는 전력 시스템 작동에서 수집된 GaOOH:H2(1/4)의 측정된 EPR 스펙트럼을 보여준다. EPR 스펙트럼은 Bruker에 의해 두 개의 샘플에서 두 개의 기기를 사용하여 복제되었다. (A) EMXnano 데이터. (B) EMXplus 데이터. (C) EMXplus 데이터 확장, 3503 G - 3508 G 영역.
도 35는 GaOOH:HD(1/4)(3464.65G - 3564.65G) 영역의 EPR 스펙트럼을 보여준다.
도 36A-C는 10분 동안 하이드리노 플라즈마 반응을 유지한 SunCell의 용융 갈륨에 침지하여 제조된 Ni 호일에서 785nm 레이저가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼을 보여준다. (A) 2500 cm-1에서 11,000 cm-1영역. (B) 8500 cm-1에서 11,000 cm-1영역. (C) 6000 cm-1에서 11,000 cm-1 영역. 모든 새로운 라인은 (i) 순수 H2(1/4) J = 0 내지 J' = 2,3 회전 전이, (ii) J = 0 내지 J = 1 스핀 회전 전이를 갖는 J = 0 내지 J' = 1, 2 회전 전이를 포함하는 합동 전이, 또는 (iii) 최종 회전 양자 수
도 37A는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 GaOOH:H2(1/4)에서 785nm 레이저를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(2200 cm-1에서 11,000 cm-1)으로 스핀-궤도 결합 및 플럭손 연결 이동을 갖는 H2(1/4) 회전 전이를 보여준다.
도 37B는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 실버 샷 전극 포스트 폭발에서 785nm 레이저를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(2200 cm-1에서 11,000 cm-1)으로 스핀-궤도 결합 및 플럭손 연결 이동을 갖는 H2(1/4) 회전 전이를 보여준다.
도 38A-C는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 GaOOH:HD(1/4)에서 785nm 레이저를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼을 보여준다.
A. 2500 cm-1에서 11,000 cm-1 영역. B. 6000 cm-1에서11,000 cm-1 영역.
C. 8000 cm-1에서 11,000 cm-1 영역. 모든 새로운 라인은 (i) 순수 HD(1/4)
도 39A는 GaOOH:H2(1/4)에 기록된 FTIR 스펙트럼(200 cm-1에서 8000 cm-1)에 자기장 적용의 효과를 보여주는 FTIR 스펙트럼(200-8200 cm-1)이다. 자기장의 적용은 4,164 cm-1에서 FTIR 피크를 발생시켰는데, 이는
도 39B는 GaOOH:H2(1/4)에 기록된 FTIR 스펙트럼(4000-8500 cm-1)으로 H2(1/4) 회전 및 회전 궤도 전이와 일치하는 4899 cm-1, 5318 cm-1 및 6690 cm-1의 매우 높은 에너지를 갖는 추가 피크를 보여준다. (1/4) 회전 및 회전 궤도 전이.
도 40A는 초고순도 Fe의 와이어 폭발에 의해 제조된 고체 웹 유사 섬유(Fe 웹)에서 785nm 레이저가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(3420 cm-1 ~ 4850 cm-1)을 보여주는데 20 Torr의 수증기로 유지되는 공기 중 와이어는
도 40B는 785 nm 레이저가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(3420 cm-1에서 4850 cm-1)으로, 도 15의 모든 라만 피크가 HCl 를 포함한 Fe-web:H2(1/4) 샘플 산 처리에 의해 제거되었음을 보여준다.
도 41은 본 개시의 전력 시스템 작동을 측정하기 위해 사용되는 수조 열량계 시스템의 개략도이다.
여기에는 원자 수소와 관련있는 반응들의 출력 에너지를 전기 및/또는 열 에너지로 변환시키는 발전 시스템들 그리고 발전 방법들이 개시된다. 이 반응들은 전자각이 핵에 대해 더 가까운 위치에 있는 낮은 에너지 상태를 형성하기 위해 원자 수소로부터 에너지를 방출하는 촉매 시스템을 관여시킬 수 있다. 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.
본 발명의 발전 시스템에 의해 생성된 발열 반응을 설명할 수 있는 이론은 원자 수소에서 특정 촉매(예: 초기 물)로의 비방사성 에너지 전달을 포함한다. 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 원자의 m 
27.2 eV 촉매로서의 역할을 한다[R. Mills, The Grand Unified Theory of Classical Physics; September 2016 Edition, 게시된 웹사이트, https://brilliantlightpower.com/book-download-and-streaming/ ("Mills GUTCP")]. 예를 들어, H 원자는 자기 또는 유도 전기 쌍극자-쌍극자 결합과 같은 공간-통과 에너지 전달을 통해 그로부터 27.2 eV를 받아서 다른 H의 촉매로서 작용하여 단파장 컷오프 및 
의 에너지를 갖는 연속체 대역의 방출로 분해되는 중간체를 형성할 수 있다. 원자 H 이외에 동일한 에너지에 의해
분자의 위치 에너지의 크기가 감소하면서 원자 H로부터
를 수용하는 분자는 또한 촉매로서의 역할을 할 수 있다. H2O의 위치 에너지는 81.6 eV이다. 그런 다음, 동일한 메커니즘에 의해, 열역학적으로 유리한 금속 산화물의 환원에 의해 형성된 신생 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
를 형성하는 촉매로 작용하는 것으로 예측된다.
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
신생 H2O의 위치 에너지에 관한 촉매 반응
은 다음과 같다[R. Mills, The Grand Unified Theory of Classical Physics; September 2016 Edition, 게시된 웹사이트, https://brilliantlightpower.com/book-download-and-streaming/]:
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
촉매로의 에너지 전달 후에(식 (1) 및 (5)), H 원자 반경과 양성자 중심 필드의 m + 1 배의 중심 필드를 갖는 중간체 
가 형성된다. 반경은 전자가 
eV의 에너지를 방출하면서 비촉매 수소 원자의 1/(m + 1)의 반경을 갖는 안정한 상태로 반경 방향 가속을 겪을 때 감소할 것으로 예측된다. 
중간체(예를 들어, 식(2) 및 식(6))로 인한 극-자외선 연속체 방사 대역은 다음 식:
에 의해 주어지는 단파장 컷오프와 에너지 
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 펄스형 핀치 가스 배출에서만 발생하는 것으로 관찰되었다. 식 (1)과 (5)에 의해 예측된 다른 관찰은 빠른 H+의 재결합으로부터 빠른 여기 상태의 H 원자의 형성이다. 빠른 원자는 발머(Balmer) 
방출의 확대를 야기한다. 특정 혼합 수소 플라즈마에서 이례적으로 높은 운동 에너지 수소 원자의 집단을 나타내는 50 eV 초과의 발머
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, 신생 H2O, nH(n=정수))은 프로세스를 촉진하기 위해서 원자 수소와 함께 존재할 것이 요구된다. 그 반응은 비-방사 에너지 전달을 수반하는데, 여기에는 이례적으로 고온인 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 eV전이가 이어진다. 즉, 수소 원자의 주요 에너지 준위에 대한 식에 있어서:
여기서 αH는 수소 원자(52.947 pm)에 대한 보어 반지름이고, e는 전자의 전하의 크기이고, ε0는 진공 유전율이며, 분수의 양자수들은:
여기된 상태의 수소에 대해 리드베르크 방정식에서 주지된 매개변수(n 정수)를 대체하고, 소위 "하이드리노(hydrino)"로 불리는 저에너지 상태 수소 원자를 나타낸다. n = 1 수소 상태와 n = 1/정수 수소 상태는 비-방사이지만, 두 비-방사 상태 사이의 전이, 즉 n = 1 내지 n = 1/2는 비-방사 에너지 전달을 통해서 가능하다. 수소는 식(10) 및 (12)에 의해서 주어진 안정한 상태의 특별한 경우이고, 여기에서 수소 또는 하이드리노 원자의 대응하는 반경은
에 의해서 주어지고, 여기에서 p = 1, 2, 3, ...이다. 에너지를 보존하기 위해서, 정상 n = 1 상태에서 수소 원자의 위치 에너지의 정수 단위로 수소 원자에서 촉매로 에너지가 전달되어야 하고, 반경은
로 전이한다. 하이드리노는 통상의 수소 원자를
의 순 반응 엔탈피를 갖는 적합한 촉매와 반응시킴으로써 형성된다. 순 반응 엔탈피가 
에 더 근접하게 일치함에 따라 촉매 작용 속도가 증가한다고 여겨진다. 
의 ± 10%, 바람직하게 ± 5%의 순 반응 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,
(15)
에 의해서 주어지고, 전체 반응은,
이고, q, r, m 및 p는 정수이다. 
는 수소 원자(분모에서 1에 대응함)의 반경 및 양성자의 중심 필드의 (m + p)배와 동등한 중심 필드를 가지며, 
은 H의 반경의 
반경을 갖는 대응하는 안정한 상태이다.
촉매 생성물, 
는 하이드리노 수소화 이온 H - (1/P)를 형성하도록 전자와 또한 반응할 수 있거나, 2개의 H(1/p)가 대응하는 분자 하이드리노
를 형성하도록 반응할 수 있다. 특히, 촉매 생성물, H(1/P)는 결합 에너지 EB:
를 갖는 신규한 수소화 이온 H - (1/P)를 형성하도록 전자와 또한 반응할 수 있으며, 여기서 p = 정수＞1, s = 1/2, ħ는 플랑크 상수 바이고, 
는 진공의 투자율, m e 는 전자의 질량, 
는 
(여기서, m p 는 양성자의 질량)에 의해 주어진 감소된 전자 질량이고, 
는 보어 반경이며, 이온 반경은 
. 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.
업필드 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 GUTCP Eq. (7.87)):
(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 업필드 이동을 나타낸다. 실시예에 있어서, 피크는 TMS의 업필드에 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 + p21.59Х10-3) 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 업필드 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 각도 방사 1 H 핵 자기 공명 분광법(MAS 1H NMR)을 포함할 수 있다.
장축 타원체 분자궤도 함수의 각 포커스에서 +pe의 중심 필드를 갖는 수소 분자 이온의 전체 에너지 ET는,
이고, 여기서 p는 정수, c는 진공에서 빛의 속도, 및 μ는 감소된 핵질량이다. 장축 타원체 분자궤도 함수의 각각의 포커스에서 +pe의 중심 필드를 갖는 수소분자의 전체 에너지는,
이다.
수소분자 H 2 (1/p)의 결합 해리 에너지, E D 는 대응하는 수소 원자의 전체 에너지와 ET 사이의 차이이다:
여기서,
촉매반응-생성물 가스의 NMR은 H 2 (1/p)의 이론적으로 예측된 화학적 이동의 확정적인 테스트를 제공한다. 일반적으로, H 2 (1/p)의 1 H NMR 공명은 타원좌표에서 분수 반경으로 인해 H 2 의 것으로부터 업필드 이동될 것으로 예측된다. H2(1/p)에 대해 예측된 이동, 
은 2개 전자의 반자성 및 크기 p의 양성자 필드의 기여의 합에 의해서 주어진다(Mills GUTCP 방정식들(11.415-11.416)):
여기에서, 첫 번째 항목은 H 2 에 대해 p = 1 및 H 2 (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 업필드 이동을 나타낸다. 실시예에 있어서, 피크는 TMS의 업필드에 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 + p21.49Х10-3)ppm (식 (28))일 수 있다.
수소타입 분자 H 2 (1/p)의 
= 0 내지 
= 1 전이에 대한 진동 에너지, 
는,
여기서, p는 정수이다.
수소타입 분자 H 2 (1/p)의 J 내지 J+1에 대한 회전에너지, 
는,
이며, 여기서, p는 정수이고 I는 관성 모멘트이다. H 2 (1/4)의 회전-진동 방출은 가스에 존재하고 고체 매트릭스에 포획된 e-빔 여기 분자에서 관찰되었다.
회전에너지의 p 2 의존도는 핵간 거리와 관성모멘트 I에 대한 대응 충격에 의존하여 p에 반비례하여 얻어진다. H 2 (1/p)에 대해 예측된 핵간 거리 2c'는:
H2(1/p)의 회전에너지와 진동에너지 중 적어도 하나는 전자-빔 여기 방출 분광법, 라만 분광법, 및 푸리에 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 역 라만 효과(IRE) 피크로서 관찰된다. 이 피크는 IRE 피크를 나타내기 위해 표면 강화 라만 산란(SERS)을 지원하는 라만 레이저 파장에 필적하는 거칠기 피처 또는 입자 크기를 포함하는 전도성 재료를 사용함으로써 향상된다.
I. 촉매
본 개시에서, 하이드리노 반응, H 촉매작용, H 촉매 반응, 수소를 지칭할 때의 촉매 작용, 하이드리노를 형성하기 위한 수소의 반응 및 하이드리노 형성 반응과 같은 용어는 모두 식(10) 및 (12)에 의해 주어지는 에너지 준위를 갖는 수소의 상태를 형성하기 위해 원자 H와 식(14)에 의해 형성되는 촉매의 식(15 내지 18)과 같은 반응을 지칭한다. 하이드리노 반응물, 하이드리노 반응 혼합물, 촉매 혼합물, 하이드리노 형성을 위한 반응물, 저-에너지 상태 수소 또는 하이드리노를 생성 또는 형성하는 반응물과 같은 대응하는 용어는 또한 식(10) 및 (12)에 의해 주어지는 에너지 준위를 갖는 H 대 H 상태 또는 하이드리노 상태의 촉매 작용을 수행하는 반응 혼합물을 지칭할 때 서로 교환적으로 사용된다.
본 개시의 촉매 저에너지 수소 전이는 비촉매 원자 수소의 위치 에너지, 
, 의 정수 m의 흡열 화학 반응의 형태일 수 있는 촉매를 요구하며, 이는 전이를 유발하기 위해 원자 H로부터의 에너지를 수용한다. 흡열 촉매 반응은 원자 또는 이온과 같은 종으로부터의 적어도 하나의 전자의 이온화(예를 들어, Li → Li 2+ 에 대해 m = 3)일 수 있고, 초기 결합의 파트너의 하나 이상으로부터 적어도 하나의 전자의 이온화(예를 들어, NaH H에 대해 m = 2)에 대한 결합 절단의 동시 반응을 더 포함할 수 있다. 
는 촉매 기준, 즉 2·27.2 eV인54.417 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 합이m 
27.2 eV 및 m 
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 
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, TlH, C 2 , N 2 , O 2 , CO 2 , NO 2 , 및 NO 3 의 분자로부터, 그리고Li, 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 + , Ti 2+ , Na + , Rb + , Sr + , Fe 3+ , Mo 2+ , Mo 4+ , In 3+ , He + , Ar + , Xe + , Ar 2+ , 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, M-H 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 순 반응 엔탈피를 제공할 수 있는 MH-형 수소 촉매는 OH-, SiH-, CoH-, NiH- 및 SeH-이다.
다른 실시예에서, 하이드리노를 생성하기 위한 MH+형 수소 촉매는 음으로 대전될 수 있는 도너 A로부터 전자의 전달, M-H 결합의 분해 및 원자 M으로부터 각각의 전자의 연속 에너지 준위로의 이온화에 의해 제공되어, MH와 A의 이온화 에너지의 차이, 결합 M-H 에너지, 및 M으로부터의 t 전자의 이온화 에너지의 차이를 포함하는 전자 전달 에너지의 합이 대략 m·27.2 eV가 되며, 여기서 m은 정수이다.
실시예에서, 분자 또는 양이나 음으로 대전된 분자 이온 중 적어도 하나는 분자 또는 양이나 음으로 대전된 분자 이온의 위치 에너지의 크기의 감소와 함께 원자 H로부터 약 m·27.2 eV를 수용하는 촉매로서의 역할을 한다. 예시적인 촉매는 H2O, OH, 아미드 그룹 NH2 및 H2S이다.
O2는 촉매 또는 촉매의 소스로서의 역할을 할 수 있다. 산소 분자의 결합 에너지는 5.165 eV이고, 산소 원자의 제1, 제2 및 제3 이온화 에너지는 각각, 13.61806 eV, 35.11730 eV, 및 54.9355 eV이다. 반응들인 
및 
는 각각 약 2, 4, 및 1 배의 순 엔탈피 
를 제공하며, 하이드리노의 형성을 위해 H로부터 이들 에너지를 수용하여 하이드리노를 형성하는 촉매 반응을 포함한다.
II. 하이드리노
본 개시에 따르면, 식(19)에 따른 결합 에너지를 갖는 하이드리노 수소화 이온 (H-)는 p = 2 내지 23에 대한 일반 수소화 이온의 결합 에너지(약 0.75 eV)보다 크며 p = 24(H-)에 대해서는 그보다 작다. 식(19)의 p = 2 내지 p = 24에 대하여, 수소화 이온 결합 에너지는 각각 3, 6.6, 11.2, 16.7, 22.8, 29.3, 36.1, 42.8, 49.4, 55.5, 61.0, 65.6, 69.2, 71.6, 72.4, 71.6, 68.8, 64.0, 56.8, 47.1, 34.7, 19.3 및 0.69 eV이다. 신규한 수소화 이온을 포함하는 예시적인 조성물이 또한 여기에 제공된다.
적어도 하나의 하이드리노 수소화 이온 및 적어도 하나의 다른 원소를 포함하는 예시적인 화합물이 또한 제공된다. 그러한 화합물을 "하이드리노 수소화 화합물"로서 지칭한다.
보통 수소 종은 다음 결합 에너지 (a) 수소화 이온, 0.754 eV("일반 수소화 이온"); (b) 수소 원자("일반 수소 원자"), 13.6 eV; (c) 이원자 수소 분자, 15.3 eV ("일반 수소 분자"); (d) 수소 분자 이온, 16.3 eV("일반 수소 분자 이온"); 및 (e) 
, 22.6 eV ("일반 삼중수소 분자 이온")를 특징으로 한다. 여기서, 수소의 형태와 관련하여, "정상" 및 "일반"은 동의어이다.
본 개시의 추가 실시예에 따르면, (a) 약 0.9 내지 1.1 배 
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합 에너지를 갖는 수소 원자; (b) 약 0.9 내지 1.1 배
, (여기서,
p는 2 내지 24인 정수)의 범위 내에서와 같은
약
의 결합 에너지를 갖는 수소화 이온(H-); (c) 
; (d) 약 0.9 내지 1.1 배 
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합 에너지를 갖는 삼중하이드리노 분자 이온, 
; (e) 약 0.9 내지 1.1배 
(여기서, p는 2 내지 137인 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합 에너지를 갖는 이중하이드리노; (f) 약 0.9 배 내지 1.1 배 
(여기서, p는 정수, 바람직하게 2 내지 137의 정수)의 범위 내에서와 같은 약 
의 결합 에너지를 갖는 이중하이드리노 분자 이온과 같은 적어도 하나의 증가된 결합 에너지 수소 종을 포함하는 화합물이 제공된다.
본 개시의 추가 실시예에 따르면, (a) 약 0.9 내지 1.1 배
(여기서, p는 정수이고, a 0 는 보어 반경)의 범위 내에서와 같은 약 
의 전체 에너지를 갖는 이중하이드리노 분자와 같은 적어도 하나의 증가된 결합 에너지 수소 종을 포함하는 화합물이 제공된다.
화합물이 음으로 대전된 증가된 결합 에너지 수소 종을 포함하는 본 개시의 일 실시예에 따라서, 화합물은 적어도 하나의 양이온, 예컨대 양성자, 일반 
또는 일반 
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 
(여기서, m은 1보다 큰 정수, 바람직하게 400 미만의 정수)의 순 반응 엔탈피를 갖는 촉매와 반응시켜, 약 
(여기서, p는 정수이고, 바람직하게는 2 내지 137의 정수)의 결합 에너지를 갖는 증가된 결합 에너지 수소 원자를 제조하는 단계를 포함한다. 촉매의 추가 생성물은 에너지이다. 증가된 결합 에너지 수소 원자는 증가된 결합 에너지 수소화 이온을 생성하기 위해 전자 소스과 반응할 수 있다. 증가된 결합 에너지 수소화 이온은 적어도 하나의 양이온과 반응하여 적어도 하나의 증가된 결합 에너지 수소화 이온을 포함하는 화합물을 생성할 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 (32)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:
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 
이다. 제1 수소형 원자 
가 H 원자이고 촉매로서 작용하는 제2 수용체 수소형 원자 
가 
인 H2O 가스를 함유하는 수소 구름에서의 가능성 있는 전이 반응을 고려한다. 
의 위치 에너지가 
이므로, 전이 반응은 다음과 같이 표시된다:
그리고, 전체 반응은 다음과 같다:
여기서, 
중간체의 붕괴로 인한 극-자외선 연속 방사 대역은
에서 단파장 컷오프를 가지며 장파장으로 확장될 것으로 예측된다. 3.48 keV의 컷오프를 가진 넓은 X-선 피크는 공지된 임의의 원자 전이와 일치하지 않는 NASA의 찬드라 엑스선 관측선(Chandra X-ray Observatory)에 의한 페르세우스 성단(Perseus Cluster), 및 XMM-Newton[E. Bulbul, M. Markevitch, A. Foster, R. K. Smith, M. Loewenstein, S. W. Randall, "Detection of an unidentified emission line in the stacked X-Ray spectrum of galaxy clusters," The Astrophysical Journal, Volume 789, Number 1, (2014); A. Boyarsky, O. Ruchayskiy, D. Iakubovskyi, J. Franse, "An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster," (2014), arXiv: 1402.4119 [astro-ph.CO]]에 의해 최근에 관찰되었다. BulBul 등에 의해 알려지지 않은 정체에 대한 암흑 물질에 할당된 3.48 keV 특징은 
전이와 일치하고 암흑 물질의 정체로서 하이드리노를 추가로 확인한다.
물질의 신규 수소 조성물은 다음을 포함할 수 있다:
(a) (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 적어도 하나의 중성, 양성 또는 음성 수소 종(이후, "증가된 결합 에너지 수소 종"); 및
(b) 적어도 하나의 다른 원소. 전형적으로 본 개시의 수소 생성물은 증가된 결합 에너지 수소 종이다.
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 대전된다. 전자 그룹의 화합물은 분자 및 배위 결합을 특징으로 한다. 후자 그룹은 이온 결합을 특징으로 한다.
또한, 다음을 포함하는 신규한 화합물 및 분자 이온이 제공된다:
(a) (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 전체 에너지를 갖는 적어도 하나의 중성, 양성 또는 음성 수소 종(이후, "증가된 결합 에너지 수소 종"); 및
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 제1 전자 결합 에너지보다 더 작은 제1 전자 결합 에너지를 갖더라도 "증가된 결합 에너지 수소 종"으로서 또한 지칭된다. 예를 들어, 식 (19)의 수소화 이온은 일반 수소화 이온의 제1 결합 에너지보다 더 작은 제1 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:
(a) (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 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:
(a) (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 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 제1 결합 에너지를 갖는 수소 분자("증가된 결합 에너지 수소 분자" 또는 "디하이드리노"); 및 (d) 약 16.3 eV보다 더 큰 결합 에너지를 갖는 분자 수소 이온("증가된 결합 에너지 분자 수소 이온" 또는 "디하이드리노 분자 이온")로부터 선택된 적어도 하나의 증가된 결합 에너지 수소 종을 포함하는 화합물이 제공된다. 본 개시에서, 증가된 결합 에너지 수소 종 및 화합물은 또한 저-에너지 수소 종 및 화합물로서 또한 지칭된다. 하이드리노는 증가된 결합 에너지 수소 종 또는 동등하게 저-에너지 수소 종을 포함한다.
III. 화학 반응기
본 개시는 또한 본 개시의 증가된 결합 에너지 수소 종 및 화합물, 예컨대 디하이드리노 분자 및 하이드리노 수소화 화합물을 생성하기 위한 다른 반응기에 관한 것이다. 촉매작용의 추가 생성물은 전력 및 선택적으로 셀 유형에 따른 플라즈마 및 광이다. 그러한 반응기는 이후, "수소 반응기" 또는 "수소 셀"로서 지칭된다. 수소 반응기는 하이드리노를 제조하기 위한 셀을 포함한다. 하이드리노를 제조하기 위한 셀은 가스 방전 셀, 플라즈마 토치 셀 또는 마이크로파 전력 셀, 및 전기화학 셀과 같은 화학 반응기 또는 가스 연료 전지의 형태를 취할 수 있다. 실시예에서, 촉매는 HOH이고, HOH 및 H 중 적어도 하나의 소스는 얼음이다. 얼음은 표면적이 높아서 얼음으로부터의 HOH 촉매와 H 형성 속도 그리고 하이드리노 반응 속도 중 적어도 하나를 증가시킬 수 있다. 얼음은 그 표면적을 증가시키기 위해 작은 조각의 형태일 수 있다. 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 같은 물 소스 및 H2O 물방울을 형성하고 공급하기 위한 수단을 포함한다. 물방울은 전극들 사이로 이동할 수 있다. 실시예에서, 물방울은 아크 플라즈마의 점화를 개시한다. 실시예에서, 물 아크 플라즈마는 반응하여 하이드리노를 형성할 수 있는 H 및 HOH를 포함한다. 점화율 및 대응하는 전력율은 물방울의 크기 및 물방울이 전극에 공급되는 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 고전압 소스는 고전압 전원에 의해 충전될 수 있는 적어도 하나의 고전압 캐패시터를 포함할 수 있다. 실시예에서, 아크 방전 셀은 광 및 열과 같은 하이드리노 프로세스로부터의 전기로 전력을 변환하기 위한 PV 변환기 및 열 엔진 중 적어도 하나와 같은 본 발명의 것과 같은 전력 변환기와 같은 수단을 더 포함한다.
하이드리노 제조용 셀의 예시적인 실시예는 액체 연료 전지, 고체 연료 전지, 이종 연료 전지, CIHT 셀 및 SF-CIHT 또는 SunCell® 셀의 형태를 취할 수 있다. 이들 각각의 셀은 (i) 원자 수소의 소스를 포함하는 반응물들; (ii) 하이드리노 제조용 고체 촉매, 용융 촉매, 액체 촉매, 기체 촉매 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 촉매; 및 (iii) 하이드리노 제조용 수소 및 촉매를 반응시키기 위한 용기를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이 그리고 본 개시에서 고려되는 바와 같이, 용어 "수소"는 달리 특정되지 않는 한, 프로테옴(proteum) ( 1 H)뿐만 아니라 중수소( 2 H) 및 삼중수소( 3 H)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 반응물, 조건 및 매개변수 범위이다. 하이드리노 및 분자 하이드리노는 13.6 eV의 정수배의 예측된 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 측정된 달리 설명될 수 없는 이례적인 높은 H 운동 에너지에 의해 본 개시의 반응기의 생성물임을 보여준다. CIHT 셀 및 고체 연료에 관한 것과 같은 데이터는 다른 연구자에 의해 현장 밖에서 독립적으로 검증되었다. 본 개시의 셀에 의한 하이드리노의 형성은 장기 지속 기간 동안 연속적으로 출력되는 전기 에너지에 의해 확인되는데, 이는 대부분의 경우에 대체 소스를 갖지 않는 10 배만큼 입력을 초과하는 전기 입력의 배수였다. 예측된 분자 하이드리노 H2(1/4)는 약 -4.4 ppm의 예측된 업필드 이동 매트릭스 피크를 보여주는 MAS HNMR에 의한 CIHT 셀과 고체 연료의 생성물, m/e = M + n2 피크(여기서, M은 모 이온의 질량, n은 정수)로서 게터 매트릭스에 착물화된 H2(1/4)을 보여주는 ToF-SIMS 및 ESI-ToFMS, H2의 16 또는 양자 수 p = 42 배의 에너지를 갖는 H2(1/4)의 예측된 회전 및 진동 스펙트럼을 보여주는 전자빔 여기 방출 분광법 및 광발광 방출 분광법, H2의 16 또는 양자 수 p = 42 배의 회전 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 제3체인 H로 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 전이의 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 이론적인 최대 에너지를 60배만큼 초과하는 하이드리노 형성 고체 연료로부터 열 에너지의 관찰에 의해 확인되었다. MAS H NMR은 약 -4.4 ppm의 예측된 H2(1/4) 업필드 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. SunCell 및 전력 변환기
전기 에너지 및 열에너지의 적어도 하나를 생성하는 전력 시스템(여기서 "SunCell"로도 지칭됨)은 다음을 포함할 수 있다:
압력을 대기압 미만으로 유지할 수 있는 용기;
다음을 포함하며, 용기에서 플라즈마 형성에 충분한 에너지를 생산하는 반응을 일으킬 수 있는 반응물들:
a) 수소 가스 및 산소 가스의 혼합물 및/또는
수증기 및/또는
수소 가스 및 수증기의 혼합물;
b) 용융 금속;
적어도 하나의 반응물의 상기 용기로의 유량을 조절하는 질량 유량 제어기;
하나 이상의 반응물들이 상기 용기 내로 흐를 때 상기 용기 내 압력을 대기압 미만으로 유지하는 진공 펌프;
용융 금속의 일부를 포함하는 적어도 하나의 저장소, 상기 저장소에 용융 금속을 전달하고 주입기 튜브를 통해 용융 금속 스트림을 제공하도록 구성된 용융 금속 펌프 시스템(예: 하나 이상의 전자기 펌프) 및 상기 용융 금속 스트림을 수용하기 위한 적어도 하나의 비주입기 용융 금속 저장소를 포함하는 용융 금속 주입기 시스템;
수소 가스 및/또는 산소 가스 및/또는 수증기가 용기 내로 흐를 때 반응을 점화하기 위해 적어도 하나의 용융 금속의 스트림에 전력을 공급하는 전력 공급원 또는 점화 전류 공급원을 포함하는 적어도 하나의 점화 시스템;
반응에서 소모되는 반응물을 보충하는 반응물 공급 시스템;
반응으로부터 생산되는 에너지(예: 플라즈마로부터 출력된 광 및/또는 열)의 일부를 전력 및/또는 열 전력으로 변환하는 전력 변환기 혹은 출력 시스템; 일부 실시예에서, 유출물은 초기 물과 원자 수소를 포함(또는 구성)한다. 일부 실시예에서, 유출물은 발생기 물 및 분자 수소를 포함(또는 구성)한다. 일부 실시예에서, 유출물은 발생기 물, 원자 수소, 및 분자 수소를 포함(또는 구성)한다. 일부 실시양태에서, 유출물은 희가스를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 그 전체가 원용에 의해 포함되는 A. Sharma, V. Singh, T. L. Bougher, 및B. 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 변환기를 포함한다. 다른 실시예에서, 용기는 대기압, 대기압 초과 및 대기압 미만 중 적어도 하나의 압력을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 직접적인 플라즈마-전기 변환기는 플라즈마 역학 전력 변환기, 
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, 가스터빈 및 발전기, 랭킨 사이클 엔진, 브레이톤 사이클 엔진, 스털링 엔진, 열이온 전력 변환기, 및 열전기 전력 변환기의 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 열을 주변 대기로 방출하는 폐쇄 냉각제 시스템이나 개방 시스템을 포함할 수 있는 예시적 열-전기 시스템에는 초임계 CO2, 유기 랭킨 혹은 외연 가스 터빈 시스템이 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 외연 유형 열 교환기 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 소스 및 HOH 소스와 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 출원된PCT/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; 2016년 1월 8일자로 국제 출원된 PCT/US16/12620호의 열광전지 전기 발전기; 2017년 12월 7일자로 국제 출원된 PCT/US2017/035025 호의 열광전지 전기 발전기 네트워크; 2017년 1월 18일자로 국제 출원된 PCT/US2017/013972호의 열광전지 전기 발전기; 2018년 1월 5일자로 국제 출원된 PCT/US2018/012635호의 극 및 심 자외선 태양광 전지; 2018년 2월 12일자로 국제 출원된 PCT/US18/17765호의 자기 유체 역학 전기 발전기; 2018년 5월 29일자로 국제 출원된PCT/US2018/034842호의 자기 유체 역학 전기 발전기; 2018년 12월 5일자로 국제 출원된 PCT/IB2018/059646호의 자기 유체 역학 전기 발전기; 2020년 1월 16일자로 국제 출원된 PCT/IB2020/050360호의 자기 유체 역학 전기 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 10 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. 대안적으로, 고전류가 H 및 HOH와 같은 하이드리노 반응물을 더욱 포함하는 은 등의 용융 금속과 같은 전도성 매트릭스 및 H2O를 포함하는 화합물 또는 혼합물을 통과할 수 있으며, 여기서 고체 연료와 같은 결과적인 연료의 전도도가 높다. (본 개시에서, 고체 연료는 추가로 반응하여 하이드리노를 형성하는 HOH 및 H와 같은 촉매를 형성하는 반응 혼합물을 나타내는데 사용된다. 플라즈마 전압은 최저 약 1 V 내지 100V의 범위와 같이 낮을 수 있다. 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 10-1 옴, 및 10-4 옴 내지 10-2 옴의 범위 중 적어도 하나이다. 다른 실시예에서, 높은 저항을 갖는 연료는 첨가된 화합물 또는 재료의 미량 또는 소량의 몰%를 포함하는 H2O를 포함한다. 후자의 경우에, 아크 또는 아크 플라즈마와 같은 고전도성 상태를 형성하도록 분해를 야기함으로써 점화를 달성하기 위해 연료를 통해 고전류가 흐를 수 있다.
실시예에서, 반응물은 H2O의 소스 및 전도성 매트릭스를 포함하여 촉매 소스, 촉매, 원자 수소 소스 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성할 수 있다. 추가 실시예에서, H2O 소스를 포함하는 반응물은 벌크 H2O, 벌크 H2O 이외의 상태, H2O를 형성하고 결합된 H2O를 방출하도록 반응하는 것 중 적어도 하나를 겪는 화합물 또는 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 결합된 H2O는 H2O와 상호 작용하는 화합물을 포함할 수 있으며, H2O는 흡수된 H2O, 결합된 H2O, 물리 흡착된 H2O 및 수화된 물 중 적어도 하나의 상태에 있다. 실시예에서, 반응물은 전도체 및 벌크 H2O, 흡수된 H2O, 결합된 H2O, 물리 흡착된 H2O 및 수화된 물의 방출 중 적어도 하나를 겪는 적어도 하나의 화합물 또는 재료를 포함할 수 있고, 반응 생성물로서 H2O를 갖는다. 다른 실시예에서, 신생 H2O 촉매의 소스 및 원자 수소의 소스 중 적어도 하나는: (a) H2O의 적어도 하나의 소스; (b) 산소의 적어도 하나의 소스, 및 (c) 수소의 적어도 하나의 소스를 포함할 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응 속도는 고전류의 인가 또는 전개에 의존한다. SunCell® 의 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 100 A/cm2 내지 50,000 A/cm2 피크이며, 전력 범위는 1000 W/cm2 내지 750,000 W/cm2이다. 이들 매개변수의 약 1/100 배 내지 100배 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/cm2및 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 10초, 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.
AC 또는 시변 점화 전류를 포함하고 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 DC EM 펌프를 더 포함하는 실시예에서, 자석은 AC 점화 전류의 AC 자기장으로부터 차폐될 수 있다. 차폐물은 Mu-metal, Amumetal, Amunickel, Cryoperm 10, 및 당업계에 공지된 다른 자기 차폐 재료를 포함할 수 있다. 자기 차폐는 영구 자석의 자기 소거를 방지할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 각각의 실드는 상응하는 EM 펌프 영구 자석의 상부에 위치되고 길이방향으로 덮는 약 5 mm 내지 50 mm 범위의 두께 중 하나와 같은 무거운 철 막대를 포함할 수 있다. 이러한 발전 시스템은 도 2-3, 25 및 31A-C에 설명되어 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버 5b31 또는 EM 펌프 튜브 5k6와 같은 적어도 하나의 전기 전도성 SunCell® 구성요소는 EM 펌프 자석을 유발하는 와전류를 피하기 위해 세라믹과 같은 전기 절연체를 포함하거나 라이닝되거나 코팅될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 스테인리스강 반응 셀 챔버를 포함하는 SunCell®은 BN, SiC, 또는 석영 라이너 또는 본 개시내용 중 하나와 같은 세라믹 코팅을 포함한다.
점화 전력이 60Hz 전력과 같은 AC 전력과 같이 시간에 의존하는 실시예에서, DC EM 펌프의 각 EM 자석은 대향하는 EM 펌프 자석 사이의 자기 요크와 뮤-메탈 실드와 같은 자기 실드 중 적어도 하나를 포함하여 시변 점화 전력에 의한 EM 펌프 자석의 자기 소거를 방지할 수 있다.
실시예에서, EM 펌프 자석 5k4은 도 25-31E에 도시된 바와 같이 동일한 축을 따라 대향될 수 있는 2개의 전극을 연결하는 주입된 용융 금속 스트림과 동일한 축을 따라 배향된다. 자석은 EM 펌프 튜브 5k6의 반대편에 위치할 수 있으며, 하나는 주입 축을 따라 다른 하나는 반대 방향에 위치한다. EM 펌프 버스 바 5k2는 각각 주입 축에 수직으로 배향될 수 있고 가장 가까운 자석의 측면으로부터 멀어지는 방향으로 배향될 수 있다. EM 펌프 자석은 각각 EM 펌프 튜브 5k6에 대한 가로 방향 및 튜브 내 용융 금속 유동의 방향과 EM 펌프 전류의 방향의 모두에 수직으로 대응하는 수직 배향 자석으로부터의 자속을 유도하는 L자형 요크를 더 포함할 수 있다. 점화 시스템은 60Hz 파형과 같은 AC 파형과 같은 전압 및 전류를 포함하는 시변 파형을 갖는 것을 포함할 수 있다. 자석의 수직 방향은 시간에 따라 변하는 점화 전류에 의해 자석이 자기소거되는 것을 방지할 수 있다.
실시예에서, 원자 수소로 촉매된 상태에서 하이드리노 상태로의 에너지 전달은 촉매의 이온화를 초래한다. 촉매로부터 이온화된 전자는 반응 혼합물 및 용기에 축적되어 공간 전하 형성을 초래할 수 있다. 공간 전하는 반응 속도의 감소와 함께 원자 수소로부터 촉매로의 후속 에너지 전달을 위한 에너지 준위를 변화시킬 수 있다. 실시예에서, 고전류의 인가는 공간 전하를 제거하여 하이드리노 반응 속도를 증가시킨다. 다른 실시예에서, 아크 전류와 같은 고전류는 H 및 HOH 촉매의 소스로서 작용할 수 있는 물과 같은 반응물의 온도를 극도로 상승시키는 원인이 된다. 고온은 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나에 대한 물의 열분해를 일으킬 수 있다. 실시예에서, SunCell®의 반응 혼합물은 H의 소스 및 nH(n은 정수) 및 HOH 중 적어도 하나와 같은 촉매 소스를 포함한다. nH 및 HOH 중 적어도 하나는 고체, 액체 및 기체상 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. L
d
, 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. 1459-1469]에 나타나 있다. 열분해는 셀 구성요소 중 적어도 하나인 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 재결합 또는 출발 물로 생성물의 역반응을 방지할 수 있다. 반응 혼합물은 생성물 가스의 온도보다 낮은 온도의 고체, 액체 또는 기체상 중 적어도 하나와 같은 냉각제를 포함할 수 있다. 열분해 반응 생성물 가스의 냉각은 생성물을 냉각제와 접촉시킴으로써 달성될 수 있다. 냉각제는 저온 증기, 물 및 얼음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 연료 또는 반응물은 H 소스, H2, 촉매 소스, H2O 소스 및 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적합한 반응물은 전도성 금속 매트릭스, 및 알칼리 수화물, 알칼리 토류 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. 대안적으로, 반응물은 은, 구리, 수소, 산소 및 물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 반응물이 플라즈마 형성 반응을 보일 수 있는 반응 셀 챔버 5b31를 낮은 압력에서 작동하여 높은 가스 온도를 성취할 수 있다. 다음 이 압력을 반응 혼합물 가스 소스 및 제어기에 의해 증가시켜 반응 속도를 증가시킬 수 있으며, 물 이합체의 H 결합 및 H2 공유 결합의 적어도 하나에 대한 열분해에 의한 고온은 신생 HOH 및 원자 H를 유지할 수 있다. 열분해를 성취하는 예시적인 임계 가스 온도는 약 3300°C이다. 약 3300°C보다 높은 온도를 갖는 플라즈마는 H2O 이합체 결합을 파괴하여 하이드리노 촉매의 역할을 하는 신생 HOH를 형성할 수 있다. 반응 셀 챔버 H2O 증기압, H2 압력 및 O2 압력의 적어도 하나가 약 0.01 Torr ~ 100 기압, 0.1 Torr ~ 10 기압 및 0.5 Torr ~ 1 기압 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. EM 펌핑 속도는 약 0.01 ml/s ~ 10,000 ml/s, 0.1 ml/s ~ 1000 ml/s 및 0.1 ml/s ~ 100 ml/s 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 열분해를 성취할 목적으로 플라즈마와 셀을 가열하기 위해 높은 점화 전력 및 저압 중 적어도 하나를 초기에 유지할 수 있다. 이 초기 전력은 고주파수 펄스, 높은 듀티 사이클의 펄스, 더 높은 전압 및 더 높은 전류와 연속 전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 점화 전력을 감소시킬 수 있으며, 그 압력은 열분해의 성취를 위해 플라즈마와 셀의 가열 이후 증가시킬 수 있다. 다른 실시예에서, SunCell®은 열분해의 성취에 필요한 하이드리노 반응 플라즈마 및 셀의 가열을 위해 플라즈마 토치, 글로 방전, 마이크로파나 RF 플라즈마 소스와 같은 추가의 플라즈마 소스를 포함할 수 있다.
실시예에서, 점화 파워는 본 개시내용의 초기 파워 레벨 및 파형일 수 있고, 반응 셀 챔버가 원하는 온도에 도달할 때 제2 파워 레벨 및 파형으로 전환될 수 있다. 실시예에서, 제2 전력 레벨은 초기보다 작을 수 있다. 제2 전력 레벨은 약 0일 수 있다. 전력 레벨 및 파형 중 적어도 하나를 전환하는 조건은 임계값을 초과하는 반응 셀 챔버 온도의 달성이며, 여기서 하이드리노 반응 동역학은 제2 전력 레벨에서 작동하는 동안 초기 속도의 20% 내지 100% 내에서 유지될 수 있다. 실시예에서, 온도 임계치는 약 800℃ 내지 3000℃, 900℃ 내지 2500℃, 및 1000℃ 내지 2000℃의 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버는 점화 동력이 없을 때 하이드리노 반응을 지속할 온도로 가열된다. 실시예에서, EM 펌핑은 H2, O2, 및 H2O 중 적어도 하나와 같은 하이드리노 반응물의 공급이 SunCell®의 점화 오프 작동 동안 유지되는 점화 전원의 종료 후에 유지되거나 유지되지 않을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도 25에 도시된 SunCell®은 실리카-알루미나 섬유 절연체로 잘 절연되었고, 2500sccm H2 및 250sccm O2 가스가 Pt/Al2O3 비드 위로 흐르고 SunCell®은 900 °C ~ 1400 °C 범위의 온도로 가열된다. H2 및 O2 흐름과 EM 펌핑을 계속 유지하면 입력 점화 전력이 없을 때 시간이 지남에 따라 온도가 증가하는 것으로 입증되는 바와 같이 점화 전력이 없을 때 하이드리노 반응이 자체적으로 지속된다.
점화 시스템
실시예에서, 점화 시스템은 전류를 개시하고 점화가 달성되면 전류를 차단하는 것 중 적어도 하나를 수행하기 위한 스위치를 포함한다. 전류 흐름은 용융 금속 스트림의 접촉에 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. 대안적으로, 점화는 기계적으로 스위칭될 수 있다. 전류는 입력 점화 에너지에 비례하여 출력 하이드리노 생성 에너지를 최적화하기 위해 점화 후에 차단될 수 있다. 점화 시스템은 제어 가능한 양의 에너지가 연료로 흘러서 폭발을 일으키고 플라즈마가 발생되는 단계 동안 전력을 차단하게 하는 스위치를 포함할 수 있다. 실시예에서, 고전류 전기 에너지의 쇼트 버스트를 전달하는 전력 소스는 다음 중 적어도 하나를 포함한다:
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;
1 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, 그리고
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.
시스템은 리튬 이온 배터리와 같은 배터리와 같은 시동 전력/에너지 소스를 더 포함한다. 대안적으로, 그리드 전력과 같은 외부 전력이 외부 전원으로부터 발전기로의 연결부를 통해 시동하는데 제공될 수 있다. 연결부는 전력 출력 버스 바를 포함할 수 있다. 시동 전력 에너지 소스는 용융 금속 전도성 매트릭스를 유지하는 히터로의 공급 전원, 주입 시스템의 공급 전원 및 점화 시스템의 공급 전원 중 적어도 하나일 수 있다.
SunCell®은 고압 수소를 제공하기 위해 고압하에서 물을 갖는 양성자 교환 막(PEM) 전해조를 포함하는 것과 같은 고압 물 전해조를 포함할 수 있다. H2 및 O2 챔버 각각은 오염물(O2 및 H2)을 각각 제거하기 위한 재결합기를 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 수소 투과막을 통한 투과에 의해 반응 셀 챔버(5b31)에 공급될 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.
다른 실시예에서, 물의 전기분해, 천연 가스의 개질, H2 및 CO 및 CO2의 형성을 위해 증기와 탄소의 반응에 의한 합성가스 반응 및 수성가스 전환 반응 중 적어도 하나 그리고 당업자에게 알려진 수소 생산의 다른 방법으로부터 수소 연료를 얻을 수 있다.
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.
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 병(magnetic bottle)과 같은 한정된 자석으로 추가적인 방향성 흐름이 달성될 수 있다.
구체적으로, 도 1 내지 도 22에 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 소스(2)를 포함하는 점화 시스템, 및 MHD 전력 변환기를 포함하는 것과 같은 본 개시의 하이드리노 반응 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 실시예에서, 이 점화 시스템은 DC 전원 그리고 고전류 펄스용 용량을 가지며 펄스형 점화를 전달하는 커패시터 뱅크와 같은 전압 및 전류의 소스를 포함할 수 있다. 이중 용융 금속 주입기 실시예에서, 주입된 용융 금속 스트림들을 통해 전류가 흐르며 이 스트림들이 연결될 때 플라즈마를 점화한다. 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.
전력 변환기 또는 출력 시스템은 용기에 연결된 노즐을 포함하는 자기유체역학(MHD) 변환기, 자기유체역학 채널, 전극, 자석, 금속 수집 시스템, 금속 재순환 시스템, 열 교환기 및 선택적으로 가스 재순환 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 용융 금속은 은을 포함할 수 있다. 자기유체역학 변환기와 관련된 실시예에서, 자기유체역학 변환기는 산소 가스를 전달하여 은 입자 나노입자(예, 약 10 nm 미만 또는 약 1 nm 미만과 같은 분자 영역의 크기)를 형성하는 은과 용융 금속 스트림에서 상호작용할 수 있다. 여기서 은 나노입자는 자기유체역학 노즐을 통해 가속되어 반응으로부터 생성된 전력의 운동 에너지 인벤토리를 부여한다. 반응물 공급 시스템은 변환기에 산소 가스를 공급하고 전달을 제어할 수 있다. 다양한 구현에서, 은 나노입자의 운동 에너지 인벤토리의 적어도 일부는 자기유체역학 채널에서 전기 에너지로 변환된다. 이러한 버전의 전기 에너지는 나노입자의 합체를 초래할 수 있다. 나노입자는 자기유체역학 변환기의 응축 섹션(본 명세서에서 MHD 응축 섹션으로도 지칭됨)에서 산소를 적어도 부분적으로 흡수하는 용융 금속으로서 합체될 수 있고 흡수된 산소를 포함하는 용융 금속은 금속 재순환 시스템에 의해 주입기 저장소로 복귀된다. 일부 실시예에서 산소는 용기의 플라즈마에 의해 금속에서 방출될 수 있다. 일부 실시예에서, 플라즈마는 용융 금속에 의한 산소의 흡수를 향상시키기 위해 자기유체역학 채널 및 금속 수집 시스템에서 유지된다.
용융 금속 증기에 의해 MHD 전극이 전기적으로 단락되는 것을 피하기 위해, 전극(304, 도1)은 각각 스탠드오프 리드(305a, standoff lead)로서 기능을 하며 또한 발전기 채널(308)의 벽으로부터 전극의 스페이서로서 추가의 기능을 할 수 있는 전기 절연체 피복된 전도 포스트 또는 리드(305) 상에 장착된 전도체를 포함할 수 있다. 이 전극들은(304) 세그먼트화될 수 있고 캐소드(302) 및 애노드(303)를 포함할 수 있다. 스탠드오프(305)를 제외하고는, 전극들은 발전기 채널(308)에서 자유롭게 매달려있을 수 있다. 수직 축을 따라서 전극 간격이 용융 금속 단락의 방지를 위해 충분할 수 있다. 전극들은 W, Ta, Re, 또는 Mo등의 내화 전도체를 포함할 수 있다. 리드(305a)는 BN과 같은 내화 절연제로서 절연된 와이어에 연결될 수 있다. 와이어는 금속을 포함할 수 있는 MHD 버스 바 피드-스루 플랜지(301)에서 채널을 관통하는 하네스에 합쳐질 수 있다. MHD 변환기의 외부에서, 하네스는 전력 통합기 및 인버터에 연결될 수 있다. 실시예에서, MHD 전극(304)은 액체 은 전극과 같은 액체 전극을 포함한다. 실시예에서, 점화 시스템은 액체 전극을 포함할 수 있다. 점화 시스템은 DC 혹은 AC일 수 있다. 반응기는 석영, 알루미나, 지르코니아, 하프니아 또는 Pyrex와 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 액체 전극은 은과 같은 용융 금속으로 로딩되는 미세 구멍을 더욱 포함할 수 있는 세라믹 프릿을 포함할 수 있다.
응용 금속 스트림 생성
도 2 및 3에 도시된 것과 같은 실시예에서, SunCell®은 DC, AC 또는 본 발명의 다른 EM 펌프와 같은 전자기(EM) 펌프 및 또한 역할을 하는 주입기를 각각 포함하는 2개의 저장소(5c)를 포함한다. 저장소의 용융 금속 레벨을 평평하게 하기 위한 점화 전극 및 저장소 입구 라이저로 사용된다. 용융 금속은 은, 은-구리 합금, 갈륨, 갈린스탄, 또는 본 개시의 또 다른 것을 포함할 수 있다. SunCell®은 반응 셀 챔버 5b31, 전기적으로 격리된 Conflat 플랜지와 같은 저장소와 반응 셀 챔버 사이의 전기적으로 격리하는 플랜지, 저장소 및 EM 펌프를 각각으로부터 전기적으로 격리하기 위한 각 저장소의 상단에 있는 드립 에지를 추가로 포함할 수 있는데, 여기서 점화 전류가 2개의 EM 펌프 주입기의 교차하는 용융 금속 스트림의 접촉으로 흐른다. 실시예에서, 각각의 저장소 5c, 반응 셀 챔버 5b31 및 EM 펌프 튜브 5k6의 내부 중 적어도 하나는 세라믹으로 코팅되거나 BN, 석영, 티타니아, 알루미나, 이트리아, 하프니아, 지르코니아, 탄화규소, 또는 TiO2-Yr2O3-Al2O3와 같은 혼합물, 또는 본 개시의 또 다른 것 중 하나와 같은 세라믹 라이너를 포함한다. 실시예에서, SunCell®은 적어도 하나의 SunCell® 구성요소의 외부 표면에 감긴 Kanthal 와이어와 같은 가열 코일과 같은 외부 저항성 히터를 더 포함한다. 실시예에서, 반응 셀 5b3, 저장소 5c 및 EM 펌프 튜브 5k6와 같은 SunCell의 적어도 하나의 구성요소의 외부 표면은 표면에 감긴 Kanthal 와이어와 같은 저항성 히터 코일을 전기적으로 절연하기 위해 세라믹으로 코팅된다. 일 실시예에서, SunCell®은 적어도 하나의 SunCell® 구성요소의 표면에 포장될 수 있는 열 교환기 및 단열재 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 열교환기 및 히터 중 적어도 하나는 단열재에 덮어질 수 있다.
실시예에서, 저항성 히터는 가열 와이어와 같은 가열 요소를 위한 지지체를 포함할 수 있다. 지지체는 기밀하게 밀봉된 탄소를 포함할 수 있다. 실런트는 SiC와 같은 세라믹을 포함할 수 있다. SiC는 진공로 내에서 고온에서 Si와 탄소의 반응에 의해 형성될 수 있다.
SunCell® 히터(415)는 저항 히터나 유도 결합 히터일 수 있다. 예시적 SunCell® 히터(415)는 Kanthal A-1(칸탈) 저항 가열 와이어를 포함하며, 이는 1400 °C의 작동 온도까지 작동할 수 있으며 높은 저항과 양호한 산화 저항을 갖는 철-크롬-알루미늄 합금(FeCrAl 합금)이다. 적합한 가열 요소를 위한 추가의 FeCrAl 합금은 Kanthal APM, Kanthal AF, Kanthal D 및 Alkrothal 중 적어도 하나이다. 저항 와이어 요소와 같은 가열 요소는 Nikrothal 80, Nikrothal 70, Nikrothal 60 및 Nikrothal 40 중 적어도 하나와 같은 1100 °C ~ 1200 °C 범위에서 작동할 수 있는 NiCr 합금을 포함할 수 있다. 대안적으로, 히터(415)는 산화 대기 및 1500 °C ~ 1800 °C의 범위하에서 작동할 수 있는 Kanthal Super 1700, Kanthal Super 1800, Kanthal Super 1900, Kanthal Super RA, Kanthal Super ER, Kanthal Super HT 및 Kanthal Super NC 중 적어도 하나와 같은 이규화 몰리브덴(MoSi2)을 포함할 수 있다. 가열 요소는 알루미나와 합금이 된 이규화 몰리브덴(MoSi2)을 포함할 수 있다. 가열 요소는 알루미나 코팅과 같은 산화 내성의 코팅을 가질 수 있다. 저항 히터(415)의 가열 요소는 1625 °C까지의 온도에서 작동할 수 있는 SiC를 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 오버플로우 탱크, 적어도 하나의 펌프, 셀 용융 금속 인벤토리 센서, 용융 금속 인벤토리 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 인벤토리를 포함하는 것과 같은 용융 금속 오버플로우 시스템을 더 포함할 수 있다. 오버플로우 시스템의 용융 금속 인벤토리 제어기는 입구 라이저 튜브 및 EM 펌프와 같은 본 개시의 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.
전자기 펌프는 각각 액체 금속을 위한 다음의 2가지 주요 유형의 전자기 펌프 중 하나를 포함할 수 있다: AC 또는 DC 자기장이 액체 금속을 수용하는 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. 전자기 펌프에 대한 전력은 일정하거나 펄스형으로 이루어져 상응하는 용융 금속의 일정하거나 펄스형 주입을 초래할 수 있다. 펄스형 주입은 프로그램이나 함수 발생기에 의해 구동될 수 있다. 펄스형 주입은 반응 셀 챔버에서 펄스형 플라즈마를 유지할 수 있다.
실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)는 간혈적 또는 펄스형 용융 금속의 주입을 초래하는 플로우 초퍼(flow chopper)를 포함한다. 이 초퍼는 제어기를 더 포함하는 전자적으로 제어되는 밸브와 같은 밸브를 포함할 수 있다. 이 밸브는 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다. 대안적으로 초퍼는 주기적으로 회전하여 용융 금속의 흐름을 가로지름으로써 용융 금속이 통로를 통해 흐를 수 있도록 하는 적어도 하나의 통로를 갖춘 회전 디스크를 포함할 수 있는데, 이 통로에서 그 흐름이 통로를 포함하지 않는 회전 디스크의 부분들에 의해 차폐된다.
용융 금속 펌프는 이동 자석 펌프(MMP)를 포함할 수 있다. 예시적인 상업용 AC EM 펌프는 CMI Novacast CA15이며, 가열 및 냉각 시스템은 용융 은의 펌핑을 지원하도록 수정될 수 있다.
실시예에서(도4 내지 도 22), 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 제1 시변 자기장의 패러데이 유도에 의해 생성될 수 있다. 제1 시변 자기장의 소스는 1차 변압기 권선(401)을 포함할 수 있고, 은은 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션 및 EM 펌프 전류 루프 복귀 섹션(406)을 포함하는 단일 턴 단락 권선과 같은 2차 변압기 권선으로서 작용할 수 있다. 1차 권선(401)은 AC 전자석을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 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 수용될 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 또는 조립체(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 조립체(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 굴곡부에 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. 변압기 권선(401) 및 전자석 권선(403)을 위한 전원은 동일하거나 별도의 전원일 수 있다. 유도 전류와 자기장(B)의 동기화는 당업계에 알려진 지연 라인 구성요소와 같은 아날로그 수단 혹은 디지털 수단에 의해 실행할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프는 폐쇄 전류 루프(405 및 406)에서 전류의 유도를 제공하며 또한 전자식과 요크(403 및 404)로서 역할을 하기 위해 복수의 요크를 갖춘 단일 변압기를 포함할 수 있다. 당일 변압기의 사용으로 인해, 상응하는 유도 전류와 AC 자기장은 위상이 일치할 수 있다
실시예(도2 내지 도 22)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. 실시예에서, SunCell®은 셀폰과 같은 무선 장치에 의한 모니터링 및 제어 중 하나가 될 수 있다. SunCell®은 데이터를 송신 및 수신하고 신호를 제어하기 위해 안테나를 포함할 수 있다.
전류원 및 자석을 포함하는 적어도 하나의 EM 펌프를 포함하는 용융 금속 주입기가 로렌츠 펌핑력을 유발하는 자석을 포함하는 실시예에서, EM 펌프 자석(5k4)은 DC 또는 AC 전자석과 같은 영구 또는 전자석을 포함할 수 있다. 자석이 영구자석 또는 DC 전자석인 경우, EM 펌프 전류원은 DC 전원을 포함한다. 자석(5k4)이 AC 전자석을 포함하는 경우, EM 버스 바(5k2)에 대한 EM 펌프 전류 소스는 로렌츠 펌핑력을 생성하기 위해 EM 펌프 튜브(5k6)에 적용된 AC EM 펌프 전자석 필드와 위상이 같은 전류를 제공하는 AC 전원을 포함한다. 전자석과 같은 자석이 수조와 같은 부식성 냉각제에 잠긴 실시예에서, 전자석과 같은 자석은 스테인리스 스틸 하우징과 같이 열가소성 수지, 코팅 또는 하우징과 같은 비자성 밀봉재에 기밀하게 밀봉될 수 있다.
EM 펌프는 다단 펌프(도 6 내지 도 21)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 6)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 수용하는 전류 루프(405)의 EM 펌프 튜브 섹션에 갭을 가질 수 있다. 도 7에 나와 있는 실시예에서, EM 펌프 튜브 섹션(405)을 포함하는 유도 전류 루프는, 전류와 자속 모두에 대해 횡방향인 로렌츠 펌핑 힘을 최적화하기 위해 전류가 전자석(403a 및 403b)의 자속에 대해 더 횡방향이 되도록 섹션(406)의 복귀 흐름을 위한 굴곡부에 대해 오프셋되게 위치하는 입구 분출구를 가질 수 있다. 펌핑된 금속은 섹션(405)에서는 융용 상태 그리고 EM 펌프 전류 루프의 복귀 섹션(406)에서는 액체일 수 있다.
실시예에서, 다단 EM 펌프는 전류 및 금속 유동 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) 단계에서 증가한다. 예시적인 실시예에서, MHD 복귀 도관(310)은 AC 전자석(403a) 및 EM 펌프 전자기 요크(404a)를 포함하는 제1 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 제1 AC 전자석 회로(403c) 이후 및 제2 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 단계의 압력은 AC 전자석 회로의 해당 AC 전자석의 전류를 제어함으로써 제어될 수 있다. 예시적인 변압기는 실리콘 강이 적층된 변압기 코어(402)를 포함하고, 예시적 EM 펌프 전자석 요크(404a 및 404b)는 각각 적층된 실리콘 강(방향성 강) 시트 스택을 포함한다.
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 스테인레스 강과 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, 복귀 전류 경로를 제공하지만 은 역류를 방지하는 도관(406)의 고체 도전체는 고체 은과 같은 고형 용융 금속을 포함한다. 고형 은은 도관(406)의 경로를 따라 하나 이상의 위치에서 은의 융점 미만으로 온도를 유지함으로써 유지될 수 있으며 이에 따라 도관(406)의 적어도 일부에서 고체 상태가 유지되어 도관(406)에서의 은 흐름을 방지하게 된다. 도관(406)은 도관(406)의 적어도 한 부분에서의 온도가 용융 금속의 융점 미만으로 유지되도록 미량 가열이나 절연이 부재하는 냉각제 루프와 같은 열 교환기 및 핫 섹션(405)으로부터 떨어진 섹션 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
MHD 복귀 도관(310), EM 펌프 저장소 라인(416) 및 EM 펌프 주입 라인(417) 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 라인(도9-21)은 저항 또는 유도 결합 히터와 같은 히터에 의해 가열될 수 있다. SunCell은 MHD 자석 하우징(306a), MHD 노즐(307), MHD 채널(308), 전기 출력, 센서, 및 구조적 지지대(418)에 장착될 수 있는 제어 라인(419), M 펌프 저장소 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.
다른 실시예에서, 점화 시스템은 유도 시스템(도 8 내지 도 21)을 포함하며, 여기서 하이드리노 반응의 점화를 유발하기 위해 전도성 용융 금속에 인가된 전기 소스는 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 루프나 회로를 통해 시변 자기장을 전도한다. 실시예에서, 유도 점화 시스템은 용융 은 회로를 포함하는 2차를 통해 시변 자속을 유지하는 복수의 폐쇄 자기 루프 요크(412)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 요크 및 상응하는 자기 회로는 권선(411)을 포함하며, 권선(411)을 갖춘 복수의 요크(412) 각각의 가법성 자속은 평행된 유도 전류와 전압을 생성할 수 있다. 각 요크(412) 권선(411)의 1차 권선 턴 숫자는 각 권선에 인가되는 전압으로부터 바람직한 2차 전압을 성취하도록 선택할 수 있으며, 바람직한 2차 전류는 상응하는 권선(411)을 가진 폐쇄 루프 요크(412)의 숫자를 선택하여 성취할 수 있고, 여기서 그 전압은 요크 및 권선의 숫자에 대해 독립적이고 평행 전류는 가법성이다.
실시예에서, 히터(415)는 칸탈과 같은 와이어를 포함하는 것과 같은 저항 히터 또는 본 개시의 또 다른 것을 포함할 수 있다. 저항 히터는 가열 대상의 구성요소 주위를 감을 수 있는 내화성 저항 필라멘트나 와이어를 포함할 수 있다. 예시적 저항 히터 요소 및 구성요소는 탄소, 니크롬, 300 시리즈 스테인레스 강, 인콜로이 800 및 인코넬 600, 601, 718, 625, 헤인즈 230, 188, 214, 니켈, 하스텔로이 C, 티탄, 탄탈, 몰리브덴, TZM, 레늄, 니오븀 및 텅스텐과 같은 고온 전도체를 포함할 수 있다. 필라멘트나 와이어는 산화로부터의 보호를 위해 포팅 화합물에 포팅할 수 있다. 필라멘트, 와이어 또는 메시 형태의 가열 요소는 산화로부터의 보호를 위해 진공에서 작동시킬 수 있다. 예시적 히터는1400°C까지의 온도에서 작동할 수 있으며 높은 저항률과 양호한 산화 내성을 갖는 Kanthal A-1(칸탈) 저항 가열 와이어, 철-크롬-알루미늄 합금(FeCrAl 합금)을 포함한다. 다른 예시적 필라멘트는 산화와 침탄 환경에 대한 내성이 있는 내식성 산화물 코팅을 형성하며1475°C까지에서 작동할 수 있는 Kanthal APM이다. 1375 K 및 1의 방사율에서의 열 손실 속도는 200 kW/m2 또는 0.2 W/cm2이다. 1475 K까지에서 작동하는 상용 저항 히터는 4.6 W/cm2의 전력을 갖는다. 가열 요소의 외부에 절연체를 사용하면 가열이 증가할 수 있다.
예시적 히터(415)는 Kanthal A-1(칸탈) 저항 가열 와이어를 포함하며, 이는 1400 °C의 작동 온도까지 작동할 수 있으며 높은 저항과 양호한 산화 저항을 갖는 철-크롬-알루미늄 합금(FeCrAl 합금)이다. 적합한 가열 요소를 위한 추가의 FeCrAl 합금은 Kanthal APM, Kanthal AF, Kanthal D 및 Alkrothal 중 적어도 하나이다. 가열 와이어 요소와 같은 가열 요소는 Nikrothal 80, Nikrothal 70, Nikrothal 60 및 Nikrothal 40 중 적어도 하나가 같은 1100 °C ~ 1200 °C 범위에서 작동할 수 있는 NiCr 합금을 포함할 수 있다. 대안적으로, 히터(415)는 산화 대기 및 1500 °C ~ 1800 °C의 범위하에서 작동할 수 있는 Kanthal Super 1700, Kanthal Super 1800, Kanthal Super 1900, Kanthal Super RA, Kanthal Super ER, Kanthal Super HT 및 Kanthal Super NC 중 적어도 하나와 같은 이규화 몰리브덴(MoSi2)을 포함할 수 있다. 가열 요소는 알루미나와 합금이 된 이규화 몰리브덴(MoSi2)을 포함할 수 있다. 가열 요소는 알루미나 코팅과 같은 산화 내성의 코팅을 가질 수 있다. 저항 히터(415)의 가열 요소는 1625 °C까지의 온도에서 작동할 수 있는 SiC를 포함할 수 있다. 히터는 그 효율 및 효과 중 적어도 하나를 증가시키는 절연체를 포함할 수 있다. 절연체는 알루미나-실리케이트를 포함하는 절연체와 같은 당업자에게 주지된 세라믹을 포함할 수 있다. 절연체는 제거가능과 가역적인 것 중 적어도 하나일 수 있다. 절연체는 시동 후 주위 환경이나 열 교환기와 같은 바람직한 리시버로 열을 보다 효과적으로 전달하기 위해 제거할 수 있다. 절연체는 기계적으로 제거할 수 있다. 이 절연체는 진공 작업이 가능한 챔버와 펌프를 포함할 수 있으며, 진공을 만들어 절연이 적용되고 헬륨과 같은 영족 가스 등의 열 전달 가스를 추가하여 절연이 가역된다. 추가나 펌핑으로 제거 가능한 헬룸과 같은 열 전달 가스를 갖춘 진공 챔버는 조절가능한 절연체의 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 범위에 속하는 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 범위에서 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. 고주파수에서의 표피 효과를 최소화하기 위해, 점화 시스템의 411과 같은 권선은 편조, 복수가닥 및 Litz 와이어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예시적 MHD 열역학적 사이클: (i) 은 나노입자가 반응 셀 챔버에서 형성되며 이 나노분자가 분자 영역에 있는 것들을 선택하는 열영동 및 열 구배 중 적어도 하나에 의해 운반될 수 있다; (ii) 방출된 O의 존재하에서 하이드리노 플라즈마 반응은 노즐 입구 안으로 흐르는 25 mole% O - 70 mole% 은 나노 입자를 형성한다; (iii) 25 mole% O - 75 mole% 은 나노입자 가스는 노즐 팽창을 거친다; (iv) 그에 따른 제트의 운동 에너지는 MHD 채널에서 전기로 변환된다; (v) MHD 채널에서 나노입자의 크기가 증가되며 MHD 채널의 단부에서는 액체로 응집한다; (vi) 액체 은이 25 mole% O를 흡수한다; 그리고 (vii) EM 펌프들이 액체 혼합물을 다시 반응 셀 챔버로 펌핑한다.
산소와 은 나노입자의 가스 혼합물에 있어서, 자유 분자 영역에 있는 산소와 은 나노입자의 온도가 동일하므로, 이상가스 방정식이 적용되어 노즐 팽창에서의 가스 혼합물의 가속을 추정하고 O2와 나노입자의 혼합물이 공통 온도에서 공통 운동 에너지를 가지게 된다. 수렴-확산 노즐에서 은 나노입자와 같은 용융 금속 나노입자를 포함하는 가스 혼합물의 가속화는 수렴-확산 노즐에서 이상 가스/증기의 등엔트로피 팽창으로 처리될 수 있다. 정체 온도 T0; 정체 압력 p0; 가스 상수 Rv; 및 비열 비율 k의 조건하에서, 열역학적 매개변수는 Liepmann 및 Roshko의 방정식을 사용하여 계산할 수 있다: [Liepmann, H.W. and A. Roshko Elements of Gas Dynamics, Wiley (1957)]. 정체 음속 c0 및 밀도 ρ0는 다음과 같이 주어진다:
노즐 목부 조건(마하 수 Ma* = 1)은 다음과 같이 주어진다:
여기서 u는 속도, m은 질량 흐름 그리고 A는 노즐 단면적이다. 노즐 출구 조건(출구 마하 수 = Ma)은 다음과 같이 주어진다:
나노입자의 높은 분자량으로 인해, MHD 변환 매개변수들은 액체 LMMHD와 유사하며, MHD 작동 매체는 밀도가 높고 가스 팽창에 비해 낮은 속도로 이동한다.
전력 시스템 및 구성
다른 예시적 실시예에서, 도 25에 나와 있는 페데스탈 전극을 가진 SunCell®은 다음을 포함한다: (i) 주입기 저장소(5c), EM 펌프 튜브(5k6) 및 노즐(5q), 저장소 기저부 판(409a) 그리고 구형 반응 챔버 셀(5b31) 돔, (ii) 슬리브 저장소(409d)의 단부에 있는 슬리브 저장소 플랜지(409e)로써 하부 반구(5b41)에 용접된 SS를 포함할 수 있는 슬리브 저장소(409d)를 포함하는 비주입기 저장소, (iii) 상부에는 페데스탈(5c1) 그리고 슬리브 저장소 플랜지(409e)와 맞물리는 하부의 인서트 저장소 플랜지(409g)를 포함하는 전기 절연체 인서트 저장소(409f )로서, 인서트 저장소(409f), 드립 에지(5c1a)를 더욱 포함할 수 있는 페데스탈(5c) 및 인서트 저장소 플랜지(409g )는 질화 붕소, BN-CaO 또는 BN-ZrO2와 같은 안정화 BN, 탄화 실리콘, 알루미나, 지르코니아, 하프니아 또는 석영같은 세라믹 또는 SiC나 ZrB2 탄소를 포함하는 것 같은 SiC나 ZrB2 등의 보호 코팅을 가진 내화 금속, 탄소 또는 세라믹을 포함할 수 있음, 그리고 (iv) 점화 버스 바(10a1)에 대한 관통부를 갖는 SS를 포함하는 것과 같은 저장소 기저부 판(409a) 및 점화 버스 바(10), 여기서 기저부 판이 슬리브 저장소 플랜지(409e)에 볼트로 연결되어 인서트 저장소 플랜지(409g)를 사이에 끼운다. 실시예에서, SunCell®은 슬리브 저장소 플랜지(409e), 인서트 저장소 플랜지(409g) 및 저장소 기저부 판(409a)을 포함하는 조인트를 둘러싸고 밀봉하는 진공 하우징을 포함할 수 있으며, 여기서 하우징은 전극 버스 바(10)에서 전기적으로 절연된다. 실시예에서, 노즐(5q)은 전자기 펌프 튜브(5k61)의 노즐 섹션 상으로 나사 결합될 수 있다. 노즐은 W, Ta, Re 또는 Mo와 같은 내화 금속을 포함할 수 있다. 노즐은 잠길 수 있다.
도 25에 나와 있는 실시예에서, 반전 페데스탈(5c2) 그리고 점화 버스 바 및 전극(10)은 셀(5b3)의 중심에 대해 지향되거나 음의 z-축과 정렬되는 것 중 적어도 하나이며, 여기서 해당되는 경우라면 적어도 하나의 대향 주입기 전극(5k61)이 그 저장소(5c)에서 양의 z-방향으로 용융 금속을 주입한다. 해당되는 경우, 주입된 용융 스트림은 중력에 반하여 용융 금속의 코팅이나 풀(pool)을 페데스탈(5c2)에 유지할 수 있다. 풀이나 코팅은 전극(10)을 적어도 부분적으로 덮을 수 있다. 풀이나 코팅은 부식이나 용융과 같은 손상으로부터 전극을 보호할 수 있다. 후자의 경우, EM 펌핑 속도를 증가시켜 주입된 용융 금속의 흐름에 의한 전극 냉각을 증가시킬 수 있다. 전극 면적과 두께 또한 증가시켜 용융 방지를 위해 국소 핫 스팟을 소멸시킬 수 있다. 페데스탈은 양의 바이어스가 될 수 있고 주입기 전극은 음의 바이어스가 될 수 있다. 다른 실시예에서, 페데스탈은 음의 바이어스가 될 수 있고 주입기 전극은 양의 바이어스가 될 수 있으며, 주입기 전극은 용융 금속에 침지될 수 있다. 갈륨과 같은 용융 금속은 반응 셀 챔버(5b31)의 하부 부분의 일부를 채울 수 있다. 주입된 용융 금속의 코팅이나 풀 외에도, W 전극과 같은 전극(10)은 인가된 음의 바이어스에 의해 부식으로부터 안정화될 수 있다. 실시예에서, 전극(10)은 전극을 부식으로 보호하기 위해 레늄 코팅과 같은 비활성의 전도성 코팅 등의 코팅을 포함할 수 있다. 실시예에서 이 전극은 냉각될 수 있다. 이 전극의 냉각은 전극의 부식 속도와 용융 금속과의 합금 형성 속도 중 적어도 하나를 감소시킬 수 있다(예, 전극 냉각없는 작동과 비교하여). 냉각은 중심선 수랭과 같은 수단에 의해 성취될 수 있다. 실시예에서, 역 전극의 표면적은 플라즈마 및 주입기 전극으로부터의 용융 금속 스트림 중 적어도 하나와 접촉하는 표면의 크기를 증가시켜 증가된다. 예시적 실시예에서, 커다란 판이나 컵이 전극(10)의 단부에 부착된다. 다른 실시예에서, 주입기 전극을 침지하여 카운터 전극의 면적이 증가될 수 있다. 도25는 예시적 구형 반응 셀 챔버를 보여준다. 직사각형, 입방형, 원통형 및 원뿔형과 같은 기타 지오메트리들은 본 개시의 범위에 속한다. 실시예에서, 저장소의 상부와 연결되는 반응 셀 챔버의 기저부를 원뿔 형상으로 경사지게 할 수 있다. 이러한 구성은 용융 금속이 EM 펌프의 입구로 진입 시 그 혼합을 원활히 할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버의 외부 표면의 적어도 한 부분을 구리와 같은 열전달 계수가 높은 물질로 덮어서 반응 셀 챔버 벽의 핫 스팟을 피할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버의 플라즈마가 벽을 용융시키는 것을 방지하며 용융 금속 벽을 유지하기 위해 반응 셀 챔버 벽으로 용융 금속을 주입하는 EM 펌프와 같은 복수의 펌프를 포함한다. 다른 실시예에서, 반응 셀 챔버 벽은 BN, 융합 실리카 또는 석영 라이너와 같은 라이너(5b31a)를 포함하여 핫 스팟을 피한다. 예시적 반응 실 챔버는 석영 판으로 라이닝된 입방형 상부 섹션 그리고 하단의 EM 펌프를 포함하는 하부 구형 섹션을 포함하며, 여기서 구형 섹션은 용융 금속의 혼합을 촉진시킨다.
실시예에서, 슬리브 저장소(409d)는 용융 금속이 반전 페데스탈(5c2)의 단부에 있는 컵이나 드립 에지(5c1a)에 거의 전적으로 수용되도록 점화 버스 바 및 전극(10) 사이에 억지 끼워맞춤되는 전기 절연체를 포함할 수 있다. 인서트 저장소 플랜지(409g)를 갖는 인서트 저장소(409f)는 저장소 기저부 판(409a), 슬리브 저장소(409d) 및 슬리브 저장소 플랜지(409e)에 의해 셀 챔버(5b3)에 장착될 수 있다. 전극은 전극 관통부(10a1)를 통해 저장소 기저부 판(409a)을 관통할 수 있다.
전극은 전극 관통부(10a1)를 통해 저장소 바닥판(409a)을 관통할 수 있다. 일 실시예에서, 삽입 저장소(409f)는 전극 버스 바(10) 상의 코팅을 포함할 수 있다. 실시예에서 삽입 저장소(409f), 반응 셀 챔버 라이너 또는 코팅, 버스 바 라이너 또는 코팅과 같은 적어도 하나의 SunCell® 구성요소는 BN, 석영, 티타니아, 알루미나, 이트리아, 하프니아, 지르코니아, 탄화규소, 멀라이트와 같은 세라믹, 또는 ZrO2-TiO2-Y2O3, TiO2-Yr2O3-Al2O3 또는 본 개시의 또 다른 것과 같은 혼합물, 또는 SiO2, Al2O3, ZrO2, HfO2, TiO2, MgO, BN, BN-ZrO2, BN-B2O3 중 적어도 하나를 포함하는 것, 그리고 부품의 금속과 결합한 후 BN 또는 다른 세라믹과 결합하는 역할을 하는 세라믹을 포함할 수 있다. Oerlikon의 BN을 포함하는 예시적인 복합 코팅은 Ni 13Cr 8Fe 3.5Al 6.5BN, ZrO2 9.5Dy2O3 0.7BN, ZrO2 7.5Y2O3 0.7BN 및 Co 25Cr 5Al5 0.27Y 1.75Si1이다. 실시예에서, BN으로 코팅된 적절한 금속, 세라믹, 또는 탄소가 라이너 또는 코팅으로서 역할을 할 수 있다. 적절한 금속 또는 세라믹은 BN 코팅이 부착된 SunCell®의 온도에서 작동할 수 있다. 실시예에서, 슬리브 저장소(409d), 반응 셀 챔버 라이너 또는 코팅, 또는 버스 바 라이너 또는 코팅과 같은 SunCell® 구성요소의 바인더는 가열 및 진공 하에 작동 중 적어도 하나에 의해 베이킹 아웃될 수 있다. 대안적으로, 부동태화된 코팅이 세라믹에 형성되거나 적용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, BN은 B2O3 패시베이션 코팅을 형성하기 위해 산화된다.
EM 펌프 튜브(5k6)는 W, Ta, Re, Mo, BN, 알루미나, 멀라이트, 실리카, 석영, 지르코니아, 하프니아, 티타니아 또는 본 개시의 또 다른 것 중 적어도 하나와 같은 갈륨과의 합금 형성에 저항하는 재료, 라이너 또는 코팅을 포함할 수 있다. 실시예에서, 펌프 튜브, 라이너 또는 코팅은 탄소를 포함한다. 탄소는 경화되고 탈기되는 스프레이 또는 액체 코팅과 같은 현탁 수단에 의해 적용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 탄소 현탁액을 펌프 튜브에 부어 채우고, 탄소 현탁액을 경화시킨 다음, 채널을 튜브를 통해 기계 가공하여 벽에 탄소 라이너를 형성한다. 실시예에서, Ni와 같은 탄소 코팅된 금속은 고온에서 탄화물을 형성하는 것에 내성이 있을 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)는 펌프 튜브를 형성하기 위해 천공되는 BN과 같은 코팅 재료 또는 라이너로 채워진 금속 튜브를 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브는 복수의 부품을 포함하는 어셈블리를 포함할 수 있다. 부품은 갈륨과의 합금 형성에 내성이 있는 재료 또는 라이너 또는 코팅을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 부품들은 개별적으로 코팅되고 조립될 수 있다. 어셈블리는 두 개의 대향 버스 바(5k2), 액체 금속 입구, 액체 금속 출구를 포함하는 하우징, 그리고 Swageloks와 같은 하우징을 밀봉하는 수단 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, EM 펌프 버스 바(5k2)는 갈륨과의 합금 형성에 저항하는 EM 펌프 튜브 내부의 갈륨과 접촉하는 전도성 부분을 포함할 수 있다. 전도성 부분은 Ta, W, Re, Ir 또는 Mo와 같은 합금 내성 재료, 또는 Ta, W, Re, Ir 또는 Mo와 같은 SS와 같은 다른 재료에 합금 내성 클래딩 또는 코팅을 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 저장소 베이스(5kk1)로의 뜨거운 갈륨 유동을 방지하고 갈륨 합금 형성을 억제하기 위해 입구 라이저 튜브(5qa)를 포함한다. 저장소 베이스(5kk1)는 갈륨 합금 형성을 억제하기 위해 라이너, 클래딩 또는 코팅을 포함할 수 있다.
EM 펌프 버스 바(5k2)와 EM 펌프 튜브(5k6) 내의 용융 금속 사이의 양호한 전기적 접촉을 허용하기 위한 실시예에서, 코팅은 EM 펌프 버스 바가 용접과 같은 수단에 의해 부착되기 전에 적용된다. 대안적으로, 마모, 제거 또는 에칭과 같은 당업계에 공지된 수단에 의해 작동 전에 용융 금속으로 침투하는 버스 바로부터 어떠한 코팅도 제거될 수 있다.
다른 실시예에서, 인서트 저장소 플랜지(409g)는 피드-스루 및 페데스탈(5c1) 또는 인서트 저장소(409f)의 버스 바(10)를 저장소 기저부 판(409a)으로부터 전기적으로 절연시키는 저장소 기저부 판(409a)에 장착된 피드-스루로 대체할 수 있다. 이 피드-스루는 저장소 기저부 판에 용접될 수 있다. 버스 바(10)를 포함하는 예시적 피드-스루는 Solid Sealing Technology, Inc. #FA10775이다. 버스 바(10)는 전극(8)에 결합될 수 있거나, 또는 버스 바(10) 및 전극(8)은 단일 편을 포함할 수 있다. 저장소 기저부 판은 슬리브 저장소 플랜지에 직접 결합될 수 있다. 조합체는 개입 가스켓과 함께 볼트로 결합되는 Conflat 플랜지를 포함할 수 있다. 이 플랜지는 구리 가스켓과 같은 무른 금속 가스켓을 밀봉하는 나이프 에지를 포함할 수 있다. 인서트 저장소(409f)를 포함하는 세라믹 페데스탈(5c1)은 대향하는 천공된 저장소 기저부 판(409a) 안으로 대향하여 침강할 수 있는데, 페데스탈과 저장소 기저부 판 사이의 조합체는 탄소 가스켓과 같은 가스켓이나 본 개시의 또 다른 것으로 밀봉할 수 있다. 전극(8) 및 버스 바(10)는 플라즈마 방전이 발생하는 단부에서 엔드플레이트를 포함할 수 있다. 페데스탈과 저장소 기저부 판 사이의 조합체를 밀봉하는 가스켓에 압력을 인가할 수 있으며, 디스크를 누르면 이에 따라 가스켓에 압력이 인가된다. 디스크를 돌리면 가스켓에 압력이 인가되도록 디스크를 전극(8)의 단부에 나사식으로 끼울 수 있다. 피드-스루는 버스 바와 전극에 연결되는 환형 칼라를 포함할 수 있다. 환형 칼라는 조이면 전극을 제 위치에 잠그는 나사산이 있는 고정 나사를 포함할 수 있다. 그 위치는 엔드 디스크를 페데스탈 쪽으로 당김으로써 인가되는 장력하에서 가스켓으로 잠글 수 있다. 페데스탈(5c1)은 고정 나사에 접근하기 위한 축을 포함할 수 있다. 이 축은 BN 고정나사와 같은 세라믹 고정 나사 등의 비전도성 고정 나사로써 페데스탈의 외부 표면에 밀봉될 수 있도록 나사산을 가질 수 있으며, 페데스탈은BN-ZrO2와 같은 BN을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 버스 바(10) 및 전극(8)은 맞댐으로 연결될 수 있는 로드를 포함할 수 있다. 실시예에서, 페데스탈(5c1)은 두 개 이상의 나사산이 있는 금속축을 포함할 수 있으며, 각각 버스 바(10)나 전극(8)을 조임으로써 장력하에서 제 위치에 잠그는 고정 나사를 갖는다. 이 장력은 버스(10) 및 전극(8)의 연결들 중 적어도 하나를 제공하여 가스켓에 압력을 가할 수 있다. 대안적으로 카운터 전극은 단축 절연 페데스탈(5c1)을 포함하며, 전극(8) 및 버스 바(10)의 적어도 하나가 수 나사, 와셔 및 상응하는 암 너트를 포함하여 너트와 와셔가 단축 절연 페데스탈(5c1)에 대해 조여진다. 대안적으로 전극(8)은 버스 바(10)의 한쪽 단부에 있는 상응하는 암 나사로 끼워지는 수 나사를 한 단부에 포함할 수 있으며, 전극(8)은 단축 절연 페데스탈(5c1)을 페데스탈 와셔와 대항하여 침강할 수 있는 저장소 기저부 판(409a)에 대해 단축 절연 페데스탈(5c1)을 조이는 고정 와셔를 더 포함한다. 카운터 전극은 당업자에게 알려진 페데스탈, 버스 바 및 전극의 체결을 위한 다른 수단들을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, (i) 인서트 저장소 플랜지(409g)와 슬리브 저장소 플랜지(409e) 사이의 것 그리고 (ii) 저장소 기저부 판(409a)과 슬리브 저장소 플랜지(409e) 사이의 것과 같은 적어도 하나의 실이 습식 실을 포함할 수 있다(도 25). 후자의 경우 인서트 저장소 플랜지(409g)는 피드-스루의 버스 바(10) 및 페데스탈(5c1)을 저장소 기저부 판(409a)으로부터 전기적으로 절연시키는 저장소 기저부 판(409a)에 장착된 피드-스루로 대체할 수 있으며, 습식 실은 저장소 기저부 판(409a)과 피드-스루 사이의 것을 포함할 수 있다. 갈륨이 1900 °C의 융점을 갖는 산화물을 형성하므로, 이 습식 실은 고형의 산화 갈륨을 포함할 수 있다.
실시예에서, 수소가 구조적으로 강화된 Pd-Ag나 니오븀 막과 같은 수소 투과성 막을 통해 셀로 공급될 수 있다. 수소 투과성 막을 통한 수소 투과율은 투과성 막의 외부 표면에 플라즈마를 유지하여 증가시킬 수 있다. SunCell®은 플라즈마 셀의 캐소드와 같은 플라즈마 셀의 전극을 포함할 수 있는 반투과성 막을 포함할 수 있다(예, 글로우 방전 셀). 도25에 나와 있는 것과 같은 SunCell®은 셀(5b3)의 벽의 일부를 둘러싸는 외부 벽을 포함하는 외부의 밀봉된 플라즈마 챔버를 더 포함할 수 있는데, 셀(5b3)의 금속 벽의 일부가 플라즈마 셀의 전극을 포함한다. 밀봉된 플라즈마 챔버는 하우징과 같은 셀(5b3) 주위의 챔버를 포함할 수 있으며, 셀(5b3)의 벽은 플라즈마 셀 전극과 하우징을 포함할 수 있거나 혹은 챔버의 독립 전극이 카운터 전극을 포함할 수 있다. SunCell®은 플라즈마 전원과 플라즈마 제어 시스템, 수소 가스 공급 탱크와 같은 가스 소스, 수소 공급 모니터 및 조절기 그리고 진공 펌프를 더 포함할 수 있다.
시스템은 2개의 플라즈마 생성을 통해 작동할 수 있다. 비화학량론적 H2/O2 혼합물(예, 혼합물의 몰 백분율로 20% 미만 또는 10% 미만 또는 5% 미만 또는 3% 미만의 O2를 갖는 H2/O2)과 같은 초기 반응 혼합물은 글로우 방전과 같은 플라즈마 셀을 통과하여 여기에서 설명된 플라즈마를 생성하기에 충분한 발열로 촉매 반응을 겪을 수 있는 반응 혼합물을 생성한다. 예를 들어, 비화학량론적 H2/O2 혼합물은 글로우 방전을 통과하여 원자 수소 및 초기 H2O의 유출물을 생성할 수 있다(예: 수소 결합의 형성을 방지하기에 충분한 농도 및 내부 에너지를 갖는 물을 갖는 혼합물) . 글로우 방전 유출물은 (예, 용융 금속이 그 사이를 통과하면서) 2개의 전극 사이에 전류가 공급되는 반응 챔버로 지향될 수 있다. 편향된 용융 금속(예: 갈륨)과 유출물의 상호 작용 시, 예를 들어 아크 전류가 형성되면 초기 물과 원자 수소 사이의 촉매 반응이 유도된다. 전원 시스템은 다음을 포함할 수 있다.
a) 플라즈마 셀(예: 글로우 방전 셀);
b) 전기적 바이어스가 용융 금속에 적용될 수 있도록 그 사이를 흐르는 용융 금속을 통해 서로 전기적으로 접촉하는 전극 세트;
c) 전극 사이에 용융 금속을 흐르게 하는 용융 금속 주입 시스템;
여기서, 플라즈마 셀의 유출물은 편향된 용융 금속(예, 양극 또는 양극)을 향해 배향된다.
실시예에서, SunCell®은 적어도 하나의 세라믹 저장소(5c) 및 석영을 포함하는 것과 같은 반응 셀 챔버(5b31)를 포함한다. SunCell®은 2개의 원통형 반응 셀 챔버(5b31)를 포함할 수 있으며, 각각은 바닥 섹션에 저장소를 포함하며, 반응 셀 챔버는 도 32A-B에 도시된 바와 같이 2개가 교차하는 이음매를 따라 상단에서 융합된다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)의 교차에 의해 형성된 정점은 열팽창 및 기타 응력을 흡수하기 위해 흑연 가스켓과 같은 개재 가스켓과 함께 볼트로 고정되는 2개의 플랜지와 같은 가스켓 밀봉부를 포함할 수 있다. 각 저장소는 저장소에서 시간 평균된 용융 금속 수준을 유지하기 위해 입구 라이저(5qa)와 같은 수단을 포함할 수 있다. 저장소의 바닥은 입구 및 주입 튜브(5k61) 관통부를 갖는 EM 펌프(5ka)를 포함하고 각 베이스 플레이트 아래 EM 자석(5k4) 및 EM 펌프 튜브(5k6)를 추가로 포함하는 EM 펌프 어셈블리(5kk)를 포함하는 베이스플레이트(5kk1)에 밀봉될 수 있는 저장소 플랜지(5k17)를 각각 포함할 수 있다. 실시예에서, 영구 EM 펌프 자석(5k4)(도 32A-B)은 DC 또는 AC 전자석과 같은 전자석으로 대체될 수 있다. 자석(5k4)이 AC 전자석을 포함하는 경우, EM 버스 바(5k2)에 대한 EM 펌프 전류 소스는 로렌츠(Lorentz) 펌핑력을 생성하기 위해 EM 펌프 튜브(5k6)에 적용되는 AC EM 펌프 전자석 필드와 위상이 같은 전류를 제공하는 AC 전원을 포함한다. 각각의 EM 펌프 조립체(5kk)는 저장소 플랜지가 경사진 저장소에 수직일 수 있도록 대응하는 저장소(5c)와 동일한 각도로 저장소 플랜지에 부착될 수 있다. EM 펌프 어셈블리(5kk)는 대응하는 기울어진 EM 펌프 어셈블리(5kk) 및 저장소(5c)를 장착하고 정렬하기 위한 지지대와 함께 슬라이드 테이블(409c)(도 32B)에 장착될 수 있다. 베이스 플레이트는 습식 밀봉에 의해 저장소에 밀봉될 수 있다. 베이스플레이트는 저장소가 융합된 영역을 포함하는 반응 셀 챔버(5b31)에 가스를 배출하거나 공급하기 위한 튜브가 각각 있는 관통부를 추가로 포함할 수 있다. 저장소는 가스 주입 튜브(710) 및 저장소 진공 튜브(711) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 튜브는 용융 금속 레벨 위로 연장될 수 있다. 가스 주입 라인(710) 및 진공 라인(711) 중 적어도 하나는 탄소 캡과 같은 캡 또는 측면 개구를 갖는 탄소 커버와 같은 커버를 포함하여 가스 흐름을 허용하면서 용융 금속이 튜브 내로 진입하는 것을 적어도 부분적으로 차단할 수 있다. 다른 디자인에서, 융합된 저장소 섹션은 수평으로 절단될 수 있고 수직 실린더는 절단 섹션에 부착될 수 있다. 실린더는 석영 플레이트와 같은 밀봉 상부 플레이트를 추가로 포함할 수 있거나 MHD 변환기의 수렴 발산 노즐에 결합될 수 있다. 상부 플레이트는 진공 및 가스 공급 라인과 같은 라인을 위한 적어도 하나의 관통부를 포함할 수 있다. 실시예에서, 석영은 고온 및 고압에서의 작동으로 인한 석영의 외측 변형에 대한 지지를 제공하는 밀착 케이싱에 수용될 수 있다. 상기 케이싱은 탄소, 세라믹 중 적어도 하나와 융점이 높고 고온에서 변형에 강한 금속을 포함할 수 있다. 예시적인 케이싱은 스테인리스 스틸, C, W, Re, Ta, Mo, Nb, Ir, Ru, Hf, Tc, Rh, V, Cr, Zr, Pa, Pt, Th, Lu, Ti, Pd, Tm, Sc, Fe, Y, Er, Co, Ho, Ni 및 Dy 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), 수렴-발산 노즐 또는 MHD 노즐 섹션(307), MHD 확장 또는 생성 섹션(308), MHD 응축 섹션(309), MHD 전극 관통부, 전자기 펌프 버스 바(5k2), 및 저장소의 용융금속에 점화 동력을 공급하는 점화 리저버 버스 바(5k2a1)에 대한 SunCell 구성요소에 대한 적어도 하나의 밀봉은 습식 밀봉을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 저장조 플랜지(5k17)는 베이스플레이트(5kk1)를 갖는 습식 밀봉부를 포함하며, 플랜지의 외부 둘레는 수냉식 루프와 같은 냉각 루프(5k18)에 의해 냉각될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, EM 펌프 튜브는 BN 라이너와 같은 라이너를 포함하고 전자기 펌프 버스 바(5k2) 및 점화 저장소 버스 바(5k2a1) 중 적어도 하나는 습식 밀봉을 포함한다.
실시예에서, 석영과 같은 세라믹 SunCell®은 금속 베이스플레이트(5kk1) (그림 66B)에 장착되며, 여기서 습식 밀봉은 저장소(5c)로의 침투를 포함하여 저장소의 은과 같은 용융 금속이 응고된 용융 금속과 접촉할 수 있도록 하여 각 EM 펌프 어셈블리의 베이스 플레이트 5kk1에서 습식 밀봉을 형성한다. 각각의 베이스플레이트는 DC 또는 AC 전원과 같은 점화 전원의 단자에 연결되어 습식 밀봉이 점화 전원에 대한 버스 바 역할을 할 수도 있다. EM 펌프는 도 4 및 5에 표시된 것과 같은 유도 AC 유형을 포함할 수 있다. 세라믹 SunCell®은 볼트로 함께 결합될 수 있는 플랜지 가스켓으로 밀봉된 EM 펌프, 저장소, 반응 셀 챔버 및 MHD 구성 요소와 같은 복수의 구성 요소를 포함할 수 있다. 가스켓은 탄소 또는 써미큘라이트(Thermiculite)와 같은 세라믹을 포함할 수 있다.
레늄(MP 3185 °C)은 갈륨, 갈린스탄, 은, 구리의 공격에 내성이 있고 산소와 물, 그리고 산소와 물을 포함하는 것과 같은 하이드리노 반응 혼합물에 의한 산화에도 내성이 있어서, 베이스 플레이트 5kk1, EM 펌프 튜브 5k6, EM 펌프 버스 바 5k2, EM 펌프 주입기 5k61, EM 펌프 노즐 5q, 유입구 라이저 5qa, 가스 라인(710), 및 진공 라인(711)과 같은 EM 펌프 어셈블리 5kk의 금속 구성 요소에 대한 코팅 역할을 할 수 있다. 구성요소는 전기도금, 진공 증착, 화학적 증착, 및 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 레늄으로 코팅될 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 버스 바(5k2) 또는 MHD 생성기 채널(308)의 MHD 전극을 위한 관통부와 같은 관통부의 버스 바 또는 전기적 연결은 관통부의 습식 밀봉에 의해 밀봉된 고체 레늄을 포함할 수 있다.
실시예(도 32A-B)에서, 금속을 용융하여 용융 금속을 형성하기 위한 히터는 석영을 포함하는 것과 같은 저장소(5c) 및 반응 셀 챔버(5b31) 주위의 Kanthal 와이어 히터와 같은 저항성 히터를 포함한다. EM 펌프(5kk)는 저장소(5c)로부터 EM 펌프 튜브(5k6)로 열을 전달하기 위한 열 전달 블록을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 히터는 EM 펌프 튜브(5k6)에 부착된 세라믹 열 전달 페이스트를 갖는 흑연 열 전달 블록이 내부의 금속을 용융시키기 위해 튜브에 열을 전달하는 반응 셀 챔버 및 저장소 주위에 감싸인 칸탈(Kanthal) 와이어 코일을 포함한다. 더 큰 직경의 EM 펌프 튜브는 EM 펌프 튜브에 열을 더 잘 전달하여 EM 펌프 튜브에서 용융을 일으키는 데 사용할 수 있다. 용융 금속을 함유하는 구성요소는 세라믹 섬유 또는 당업계에 공지된 다른 고온 단열재와 같은 단열재로 단열이 잘될 수 있다. 열 충격을 피하기 위해 구성 요소가 저속 가열될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 저항성 히터와 같은 히터를 포함한다. 히터는 반응 셀 챔버, 저장소 및 EM 펌프 튜브 중 적어도 하나 위에 위치하는 가마 또는 노를 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브가 가마 내부에 있는 실시예에서, EM 펌프 자석 및 습식 밀봉부는 수냉식 시스템과 같은 냉각 시스템에 의해 선택적으로 단열되고 냉각될 수 있다. 실시예에서, 각각의 저장소는 세라믹 절연체와 같은 용융 금속의 베이스에서 베이스플레이트에 열 절연체를 포함할 수 있다. 절연체는 BN 또는 알루미나, 마그네시아, 실리카, 지르코니아 또는 하프니아를 포함하는 것과 같은 성형 가능한 세라믹을 포함할 수 있다. 용융 금속 베이스의 세라믹 절연체는 EM 펌프 입구 및 주입기, 가스 및 진공 라인, 열전대, 용융 금속과 직접 접촉하는 점화 버스 바를 위한 관통부를 포함할 수 있다. 실시예에서, 단열재는 베이스플레이트 및 습식 밀봉 냉각에 대한 열 손실을 감소시킴으로써 용융 금속이 저장소의 베이스에서 용융되도록 한다. EM 펌프 입구 관통부의 직경은 저장소의 용융 금속에서 EM 펌프 튜브의 열 전달을 증가시키기 위해 확대될 수 있다. EM 펌프 튜브는 입구 관통부로부터 EM 펌프 튜브로 열을 전달하기 위한 열 전달 블록을 포함할 수 있다.
실시예에서, 베이스플레이트(5kk1)는 O2와 H2O 및 갈륨이나 은같은 용융금속과의 합금 형성 중 적어도 하나에 내성이 있는 본 개시의 하나와 같은 라이너 또는 코팅으로 코팅이 될 수 있는 스테인리스 스틸, C, W, Re, Ta, Mo, Nb, Ir, Ru, Hf, Tc, Rh, V, Cr, Zr, Pa, Pt, Th, Lu, Ti, Pd, Tm, Sc, Fe, Y, Er, Co, Ho, Ni, 및 Dy와 같은 내화 재료 또는 금속을 포함할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 튜브는 부식 또는 합금 형성을 방지하는 재료로 라이닝되거나 코팅될 수 있다. EM 버스 바는 부식 또는 합금 형성 중 적어도 하나에 내성이 있는 도체를 포함할 수 있다. 용융 금속이 갈륨인 예시적인 EM 펌프 버스 바는 Ta, W, Re 및 Ir이다. 용융 금속이 은인 예시적인 EM 펌프 버스 바는 W, Ta, Re, Ni, Co 및 Cr이다. 실시예에서, EM 버스 바는 갈륨 및 은 중 적어도 하나와 같은 용융 금속과의 합금 형성에 저항하는 전기 전도성 코팅으로 코팅될 수 있는 고융점을 갖는 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 예시적인 코팅은 티타늄, 지르코늄 및 하프늄과 같은 탄화물 또는 이붕화물을 포함한다.
구리 또는 갈륨과 같은 용융 금속이 스테인리스강을 포함하는 것과 같은 베이스플레이트와 합금을 형성할 수 있는 실시예에서, 베이스플레이트는 라이너를 포함하거나 Ta, W, Re, 또는 BN, Mullite 또는 zirconia-titania-yttria와 같은 세라믹과 같은 합금을 형성하지 않는 재료로 코팅된다.
도 32A-B에 도시된 SunCell®의 실시예에서 용융 금속은 갈륨 또는 갈린스탄을 포함하고 베이스 플레이트 5kk1의 밀봉은 Viton O 링 또는 탄소(Graphoil) 가스켓과 같은 가스켓을 포함하며 입구 라이저 튜브의 직경 5qa는 저장소(5c) 내의 용융 금속의 레벨이 두 저장소로부터 주입된 용융 금속의 거의 일정한 흐름으로도 대략 유지되도록하여 충분히 크다. 갈륨과 갈린스탄의 더 높은 점도를 극복하기 위해 각 주입구 라이저 튜브의 직경은 은 용융 금속 실시예의 직경보다 더 크다. 입구 라이저 튜브 직경은 약 3 mm 내지 2 cm 범위일 수 있다. 베이스 플레이트(5kk1)는 약 500°C 이하로 유지되는 스테인리스 스틸일 수 있거나 갈륨 합금 형성을 방지하기 위해 세라믹 코팅될 수 있다. 예시적인 베이스플레이트 코팅은 멀라이트(Mullite) 및 ZTY이다.
실시예에서, 관통부의 습식 밀봉은 용융 은이 부분적으로 연장되어 응고된 은 전극과 연속되도록 하는 니플을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, EM 펌프 버스 바(5k2)는 EM 펌프 전원 커넥터를 포함하는 응고 섹션과 접촉하기 위해 용융 은이 통과하는 대향 니플을 갖는 내부 세라믹 코팅된 EM 펌프 튜브(5k6), 및 적어도 하나의 습식 밀봉을 포함한다. 버스 바는 점화 전원 공급 장치의 하나의 리드에 대한 커넥터를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
EM 펌프 튜브(5k6)는 W, Ta, Re, Ir, Mo, BN, 알루미나, 멀라이트, 실리카, 석영, 지르코니아, 하프니아, 티타니아, 또는 본 개시내용의 다른 것 중 적어도 하나와 같은 갈륨 또는 은과의 합금 형성에 저항하는 재료, 라이너 또는 코팅을 포함할 수 있다. 실시예에서, 펌프 튜브, 라이너 또는 코팅은 탄소를 포함한다. 탄소는 경화되고 탈기되는 스프레이 또는 액체 코팅과 같은 현탁 수단에 의해 적용될 수 있다. 실시예에서, Ni와 같은 탄소 코팅된 금속은 고온에서 탄화물 형성에 내성이 있을 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)는 펌프 튜브를 형성하기 위해 천공되는 BN과 같은 코팅 재료 또는 라이너로 채워진 금속 튜브를 포함할 수 있다. EM 펌프 튜브는 분할되거나 복수의 부품을 포함하는 어셈블리를 포함할 수 있다(도 31C). 부품들은 Ta 또는 갈륨과의 합금 형성에 내성이 있는 라이너 또는 코팅과 같은 재료를 포함할 수 있다. 실시예에서, 부품들은 개별적으로 코팅되고 조립될 수 있다. 어셈블리는 두 개의 대향 버스 바(5k2), 액체 금속 입구, 액체 금속 출구를 포함하는 하우징, 그리고 Swageloks와 같은 하우징을 밀봉하는 수단 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 버스 바(5k2)는 갈륨과의 합금 형성에 저항하는 EM 펌프 튜브 내부의 갈륨과 접촉하는 전도성 부분을 포함할 수 있다. 전도성 부분은 Ta, W, Re, 또는 Mo와 같은 합금 저항성 재료, 또는 Ta, W, Re, Ir 또는 Mo를 포함하는 것과 같은 SS와 같은 다른 금속 상의 합금 저항성 클래딩 또는 코팅을 포함할 수 있다. 실시예에서, Ta 또는 W를 포함하는 것과 같은 외부 또는 EM 펌프 튜브는 산화로부터 외부를 보호하기 위해 본 개시내용의 클래딩 코팅으로 코팅되거나 클래딩될 수 있다. 예시적인 실시예에서, Ta EM 펌프 튜브는 Re, ZTY, 또는 멀라이트로 코팅되거나 스테인리스 스틸(SS)로 클래딩될 수 있으며, 여기서 Ta EM 펌프 튜브의 외부에 대한 클래딩은 J-B Weld 37901과 같은 용접 또는 극단온도 등급 SS 접착제를 사용하여 함께 접착된 SS 조각을 포함할 수 있다.
실시예에서, 라이너는 스테인레스 스틸과 같은 다른 금속을 포함하는 EM 펌프에 삽입될 수 있는 W, Ta, Re, Ir, Mo, 또는 Ta 튜브 라이너와 같은 갈륨과의 합금화에 내성이 있는 얇은 벽의 유연한 금속을 포함할 수 있다. 라이너는 미리 형성된 EM 펌프 튜브 또는 구부러진 직선 튜브에 삽입될 수 있다. EM 펌프 버스바(5k2)는 형성된 EM 펌프 튜브에 라이너를 설치한 후 용접 등의 방법으로 부착할 수 있다. EM 펌프 튜브 라이너는 탄소 또는 세라믹 실런트와 같은 밀봉 재료 또는 압축 피팅에 의해 EM 펌프 버스 바(5k2)와 단단히 밀봉될 수 있다.
용융 금속 및 용융 금속으로부터 형성된 임의의 합금 중 적어도 하나가 가스를 방출하여 로렌츠 전류를 적어도 부분적으로 차단함으로써 EM 펌핑을 방해하는 가스 경계층을 생성할 수 있는 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)는 자석(5k4)의 위치에서 수직으로 가스 경계층을 분쇄할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 점화 회로에 대한 전력 공급원과 EM 펌프(5kk)에 대한 전력 공급원 사이의 임의의 간섭을 완화하거나 제거하는 수단을 포함하는 간섭 제거기를 포함한다. 이 간섭 제거기는 두 개의 상응하는 공급 장치 사이의 간섭을 방지하기 위해 하나 이상의 회로 요소 그리고 점화부의 상대 전압, 전류, 극성, 파형 및 듀티 사이클 및 EM 펌프 전류를 조절하는 하나 이상의 조절기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
SunCell®은 광전지(PV) 변환기와 광을 PV 변환기로 투과하는 창을 더욱 포함할 수 있다. 도 26-27에 나와있는 실시예에서, SunCell®은 수직 축을 따라 단면적이 테이퍼 형상을 띠며 테이퍼의 정점에 PV 창(5b4)이 있는 반응 셀 챔버(5b31)를 포함한다. 상응하는 테이퍼를 가지는 창은 원형(도26) 혹은 정사각형이나 직사각형(도27)과 같은 PV 어레이(26a)를 수용하는 임의의 바람직한 지오메트리를 포함할 수 있다. 이 테이퍼는 PV 창(5b4)의 금속화를 억제하며 광전지(PV) 변환기(26a)에 의한 효율적인 광-전기 변환을 허용할 수 있다. PV 변환기(26a)는 본 개시의 PV 셀과 같은 집광기 PV 셀의 밀집한 어레이의 수집기를 포함할 수 있으며, 마이크로 채널 플레이트를 포함하는 것과 같은 냉각 시스템을 더욱 포함할 수 있다. PV 창(5b4)은 금속화를 억제하는 코팅을 포함할 수 있다. PV 창은 PV 창 코팅의 열 분해를 방지하기 위해 냉각될 수 있다. SunCell®은 도 25에 나와 있는 것과 유사하게 반전 페데스탈(5c2)의 단부에 컵이나 드립 에지(5c1a)를 갖는 적어도 하나의 부분적인 반전 페데스탈(5c2)을 포함할 수 있으나, 각 페데스탈의 수직 층과 전극(10)이 수직이나 z-축에 대해 각도를 가지고 배향되는 것은 제외된다. 이 각도는 1° ~ 90°의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 해당되는 경우 적어도 하나의 대향 주입기 전극(5k61)이 그 저장소(5c)로부터 용융 금속을 비스듬히 중력에 반해 양의 z-방향으로 주입한다. 주입 펌핑은 EM 펌프 조립체 슬라이드 테이블(409c) 상에 장착된 EM펌프 조립체(5kk)에 의해 제공될 수 있다. 예시적 실시예에서, 부분적인 반전 페데스탈(5c2) 및 대향 주입기 전극(5k61)이 도26에 나와 있는 바와 같이 수평 혹은 x-축에 대해 135°로 축에 정렬하거나, 도 27에 나와 있는 바와 같이 수평 또는 x-축에 대해 45°로 축에 정렬된다. 인서트 저장소 플랜지(409g)를 가진 인서트 저장소(409f )는 저장소 기저부 판(409a), 슬리브 저장소(409d) 및 슬리브 저장소 플랜지(409e)에 의해 셀 챔버(5b3)에 장착될 수 있다. 전극은 전극 관통부(10a1)를 통해 저장소 기저부 판(409a)을 관통할 수 있다. 주입기 전극의 노즐(5q)은 반응 셀 챔버(5b31) 및 저장소(5c)의 바닥에 포함되는 액체 갈륨과 같은 액체 금속에 침지될 수 있다. 가스는 반응 셀 챔버(5b31)에 공급될 수 있거나 챔버는 409h와 같은 가스 포트를 통해 비울 수 있다.
도 28에 나와 있는 대안적 실시예에서, SunCell®은 음의 수직 축을 따라 테이퍼진 단면적을 가진 반응 셀 챔버(5b31) 그리고 반응 셀 챔버(5b31)의 상부를 포함하는 테이퍼(도 26-27에 나와 있는 실시예의 반대쪽 테이퍼)의 더 큰 직경의 단부에 위치한 PV 창(5b4)을 포함한다. 실시예에서, SunCell®은 원통형 지오메트리를 포함하는 반응 셀 챔버(5b31)을 포함한다. 주입기 노즐과 페데스탈 카운터 전극은 원통의 대향 단부에서 수직 축 상에 또는 수직축에 경사진 선을 따라 정렬될 수 있다.
도 26 및 27에 도시된 실시예에서, 전극(10) 및 PV 패널(26a)은 용융 금속 주입기(5k6) 및 노즐(5q)이 카운터 전극(10)에 수직으로 용융 금속을 주입하고 플라즈마 측면에서 PV 패널(26a)로부터 광을 수용하도록 위치 및 배향을 교환할 수 있다.
SunCell은 창에 투명한 파장의 광원 역할을 하는 투명 창을 포함할 수 있다. SunCell은 흑체 광원의 역할을 할 수 있는 흑체 방열기(5b4)를 포함할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 광원(예: 반응으로부터의 플라즈마)을 포함하는데, 창을 통해 방출된 하이드리노 플라즈마 광은 방, 실내, 거리, 상업용, 산업용 조명과 같은 원하는 조명 용도에서 또는 화학적 처리나 리소그래피와 같은 가열이나 가공을 위해 활용된다.
실시예에서 상부 전극은 양극을 포함한다. SunCell은 광학 창과 양극 뒤에 있는 광전지(PV) 패널을 포함할 수 있다. 양극은 태양광 패널의 열, 빛, 조명 중 적어도 하나를 제공하는 흑체 방사체 역할을 할 수 있다. 후자의 경우 PV 패널의 조명은 입사광에서 전기를 생성한다. 실시예에서, 광학 창은 용융 금속이 내부 창에 부착되어 창을 불투명하게 하는 것을 방지하기 위해 진공 기밀 외부 창 및 내부 회전 창을 포함할 수 있다. 실시예에서, 양극은 PV 창을 통해 PV 패널로 빛을 방출하는 흑체 방사체를 가열할 수 있다. 흑체 라디에이터는 복사뿐만 아니라 전도에 의해 양극으로부터 열을 받기 위해 양극에 연결될 수 있다. 흑체 복사는 텅스텐(M.P. = 3422°C) 또는 탄탈륨(M.P. = 3020°C)과 같은 내화 금속과 같은 내화 금속, 또는 흑연(승화점 = 3642°C), 붕소화물, 탄화물, 질화물 및 알루미나, 지르코니아, 이트리아 안정화 지르코니아, 마그네시아, 하프니아 또는 이산화토륨(ThO2)와 같은 금속 산화물과 같은 산화물 군에서 하나 이상의 본 개시의 하나와 같은 세라믹; 하프늄 붕화물(HfB2), 지르코늄 이붕화물(ZrB2), 니오븀 붕화물(NbB2)과 같은 전이 금속 이붕화물; 하프늄 질화물(HfN), 지르코늄 질화물(ZrN), 티타늄 질화물(TiN)과 같은 금속 질화물, 및 티타늄 탄화물(TiC), 지르코늄 탄화물 또는 탄탈륨 탄화물(TaC)과 같은 탄화물 및 이들의 관련 복합물을 포함할 수 있다. 원하는 높은 융점을 갖는 예시적인 세라믹은 산화마그네슘(MgO)(M.P. = 2852°C), 산화지르코늄(ZrO)(M.P. = 2715°C), 질화붕소(BN)(M.P. = 2973°C), 이산화지르코늄(ZrO2) (M.P. = 2715 °C), 하프늄 붕화물 (HfB2) (M.P. = 3380 °C), 하프늄 카바이드 (HfC) (M.P. = 3900 °C), Ta4HfC5 (M.P. = 4000 °C5), TaX4 C), 하프늄 질화물(HfN)(M.P. = 3385°C), 지르코늄 디보라이드(ZrB2)(M.P. = 3246°C), 지르코늄 카바이드(ZrC)(M.P. = 3400°C), 지르코늄 질화물(ZrN =)(M. 2950°C), 티타늄 붕화물(TiB2)(M.P. = 3225°C), 티타늄 카바이드(TiC)(M.P. = 3100°C), 티타늄 질화물(TiN)(M.P. = 2950°C), 실리콘 카바이드(SiC)(M.P. = 2820°C), 탄탈륨 붕화물(TaB2)(M.P. = 3040°C), 탄탈륨 카바이드(TaC)(M.P. = 3800°C), 탄탈륨 질화물(TaN)(M.P. = 2700°C), 니오븀)(M.P. = 3490°C), 니오븀 질화물(NbN)(M.P. = 2573°C), 바나듐 카바이드(VC)(M.P. = 2810°C) 및 바나듐 질화물(VN)(M.P. = 2050°C)이다.
실시예에서, SunCell®은 저장소 교차 연결 채널(414)을 갖는 유도 점화 시스템, 주입기 저장소에 있는 유도 EM 펌프, 전도 EM 펌프 혹은 기계적 펌프와 같은 펌프 그리고 카운터 전극의 역할을 하는 비주입기 저장소를 포함한다. 저장소의 교차 연결 채널(414)은 비주입기 저장소의 충전이 유지될 수 있도록 하는 제약된 흐름 수단을 포함할 수 있다. 실시예에서, 저장소의 교차 연결 채널(414)은 고형 은과 같은 고체 전도체 등 유동하지 않는 전도체를 포함할 수 있다.
실시예에서(도 29), SunCell®은 캐소드와 애노드 버스 바나 커넥터들 사이에 전류 커넥터 또는 저장소 점퍼 케이블(414a)을 포함한다. 셀 몸체(5b3)는 비도전체를 포함할 수 있으며, 셀 몸체(5b3)는 스테인레스강과 같은 도전체를 포함할 수 있는데 유도 전류가 전극들 사이를 강제로 흐르도록 적어도 하나의 전극이 셀 몸체(5b3)로부터 전기적으로 절연된다. 전류 커넥터나 점퍼 케이블은 적어도 하나의 페데스탈 전극(8) 및 적어도 하나의 전기적 커넥터를 EM 펌프 그리고 EM 펌프의 저장소(5c)에 있는 금속과 접촉되는 버스 바에 연결시킬 수 있다. z-축에 대해 일정 각도로 경사지게 구비된 반전 페데스탈(5c2) 또는 페데스탈(5c2)과 같은 페데스탈을 포함하는 도 25-28에 나와 있는 것과 같은 SunCell®의 캐소드 및 애노드는 적어도 하나의 EM 펌프(5kk)에 의해 주입되는 용융 금속 스트림에 의해 폐쇄 전류 루프를 형성하는 애노드와 캐소드 사이에 전류 커넥터를 포함할 수 있다. 이 금속 스트림은 용융 금속 EM 펌프 주입기(5k61 및 5q) 또는 저장소(5c)의 금속 및 페데스탈의 전극 중 적어도 하나에 접촉하여 전기 도전성 루프를 폐쇄할 수 있다. SunCell®은 단일 루프 단락된 2차측의 역할을 하는 루프의 용융 금속에서 전류를 유도하는 폐쇄 전도성 루프에서 그 요크(402)를 갖는 점화 변압기(401)를 더 포함할 수 있다. 변압기(401, 402)는 폐쇄 전류 루프에서 점화 전류를 유도할 수 있다. 예시적 실시예에서, 1차측은 약 1 Hz ~ 100 kHz, 10 Hz ~ 10 kHz 및 60 Hz ~ 2000 Hz 중 적어도 하나의 주파수 범위에서 작동할 수 있으며, 입력 전압은 약 10 V ~ 10 MV, 50 V ~ 1 MV, 50 V ~ 100 kV, 50 V ~ 10 kV, 50 V ~ 1 kV 및 100 V ~ 480 V 중 적어도 하나의 범위에서 작동할 수 있으며, 입력 전류는 약 1 A ~ 1 MA, 10 A ~ 100 kA, 10 A ~ 10 kA, 10 A ~ 1 kA 및 30 A ~ 200 A중 적어도 하나의 범위에서 작동할 수 있으며, 점화 전압은 약 0.1 V ~ 100 kV, 1 V ~ 10 kV, 1 V ~ 1 kV 및 1 V ~ 50 V중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있으며, 점화 전류는 약 10 A ~ 1 MA, 100 A ~ 100 kA, 100 A ~ 10 kA 및 100 A ~ 5 kA 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 플라즈마 가스는 영족 가스, 수소, 수증기, 이산화탄소, 질소, 산소 및 공기 중 적어도 하나와 같은 임의의 가스를 포함할 수 있다. 이 가스의 압력은 약 1 microTorr ~ 100기압, 1 milliTorr ~ 10기압, 100 milliTorr ~ 5 기압 및 1 Torr ~ 1 기압 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다.
예시적인 시험 실시예는 도 10에 나와 있는 SunCell®과 같은 두 개의 교차된 EM 펌프 주입기를 갖춘 석영 SunCell®을 포함했다. 각각 예시적 Fe 기반의 비정질 코어를 포함하는 유도형 전자기 펌프를 포함하는 두 개의 용융 금속 주입기에서 스트림들이 교차하여 1000 Hz 변압기 1차측에 연계되는 삼각형 전류 루프를 생성하도록 갈린스탄 스트림이 펌핑되었다. 이 전류 루프는 스트림들, 두 개의 갈린스탄 저장소 및 저장소 바닥에 위치한 교차 채널을 포함했다. 이 루프는 1000 Hz 변압기 1차측에 대한 단락된 2차측의 역할을 했다. 2차측에서 유도된 전류는 저전력 소비로 대기에서 플라즈마를 유지했다. 유도 시스템은 본 개시의 은기반 작동 유체 SunCell® 자기 유체 역학 발전기를 가능케 하는데, 여기서 본 개시에 따라 하이드리노 반응물들이 반응 셀 챔버로 공급된다. 구체적으로, (i) 점화 변압기의 1차측 루프는 1000 Hz에서 작동했으며, (ii) 입력 전압은 100 V ~ 150 V이었고, (iii) 입력 전류는 25 A이었다. EM 펌프 전류 변압기의 60 Hz 전압과 전류는 각각 300 V 및 6.6 A였다. 각 EM 펌프의 전자석에는 시리즈 299 
F의 커패시터를 통해 60 Hz, 15-20 A의 전력이 공급되어, 생성된 자기장의 위상이 EM 펌프 전류 변압기의 로렌츠 교차 전류와 일치되었다.
이 변압기는 1000 Hz AC 전원으로 전력이 공급되었다. 실시예에서, 그 점화 변압기는 단상 가변 주파수 드라이브(VFD)와 같은 가변 주파수 드라이브에 의해 전력을 공급할 수 있다. 실시예에서, VFD 입력 전력은 원하는 점화 전압 및 전류를 더 제공하는 출력 전압 및 전류를 제공하도록 맞춰지는데, 여기서 턴의 숫자와 와이어 게이지는 VFD의 상응하는 출력 전압 및 전류를 위해 선택된다. 유도 점화 전류는 약 10 A ~ 100 kA, 100 A ~ 10 kA 및 100 A ~ 5 kA 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 유도 점화 전압은 0.5 V ~ 1 kV, 1 V ~ 100 V 및 1 V ~ 10 V 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 주파수는 약 1 Hz ~ 100 kHz, 10 Hz ~ 10 kHz 및 10 Hz ~ 1 kHz 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다.
예시적 VFD는 ATO 7.5 kW, 220 V ~ 240 V 출력 단상 500 Hz VFD이다.
다른 예시적 시험 실시예는 하나의 EM 펌프 주입기 전극과 페데스탈 전극 그리고 그 사이를 연결하는 점퍼 케이블(414a)를 갖춘 도 29에 나와 있는 SunCell®과 같은 Pyrex SunCell®을 포함한다. DC형 전자기 펌프를 포함하는 용융 금속 주입기에서 스트림, EM 펌프 저장소 그리고 단부마다 상응하는 전극 버스 바에 연결되며 60 Hz 변압기 1차측을 통해 통과하는 점퍼 케이블을 포함하는 전류 루프를 폐쇄하기 위해 페데스탈 카운터 전극에 연결된 갈린스탄 스트림이 펌핑되었다. 이 루프는 60 Hz 변압기 1차측에 대한 2차측의 역할을 했다. 2차측에서 유도된 전류는 저전력 소비로 대기에서 플라즈마를 유지했다. 유도 점화 시스템은 본 개시의 은 또는 갈륨 기반의 용융 금속 SunCell® 발전기를 가능케 하는데, 여기서 본 개시에 따라 하이드리노 반응물들이 반응 셀 챔버에 공급된다. 구체적으로, (i) 점화 변압기의 1차측 루프는 60 Hz에서 작동했으며, (ii) 입력 전압은 300 V 피크, 그리고 (iii) 입력 전류는 29 A 피크였다. 최대 유도 플라즈마 점화 전류는 1.38 kA였다.
실시예에서, 전력 소스나 점화 전력 소스는 펄스형 또는 교류 전류(AC) 소스와 같은 시간 의존 전류 소스와 같은 비 직류(DC) 소스를 포함한다. 피크 전류는 10 A ~ 100 MA, 100 A ~ 10 MA, 100 A ~ 1 MA, 100 A ~ 100 kA, 100 A ~ 10 kA 및 100 A ~ 1 kA와 같은 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 피크 전압은 0.5 V ~ 1 kV, 1 V ~ 100 V 및 1 V ~ 10 V의 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, EM 펌프 전력 소스와 AC 점화 시스템은 비효과적인 EM 펌핑과 원하는 점화 파형의 왜곡 중 적어도 하나를 초래할 것이라는 추론을 피하기 위해 선택할 수 있다.
실시예에서, 점화 전류를 공급하는 전력 공급원이나 점화 전력 소스는 DC, AC 그리고 DC 및 AC 전기 중 적어도 하나에 의해 전력이 공급되는 것과 같은 AC, DC, 그리고 DC 및 AC 전원 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 스위칭 전원, 가변 주파수 드라이브(VFD), AC/AC 변환기, DC/DC 변환기, AC/DC 변환기, DC/AC 변환기, 정류기, 전파 정류기, 인버터, 광전지 어레이 발전기, 자기 유체 역학 발전기 그리고 랭킨이나 브레이톤 사이클 구동 발전기와 같은 기존의 발전기, 열이온 발전기 및 열전기 발전기 등이다. 점화 전력 소스는 트랜지션, IGBT, 인덕터, 변압기, 커패시터, 정류기, H-브리지 등의 브리지, 저항기, 연산 증폭기 또는 원하는 점화 전류를 생산하는 당업계에 알려진 다른 회로 소자나 전력 처리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 점화 전력 소스는 약 50% 듀티 사이클 이상에서 양의 구형파 펄스를 공급하는 것과 같은 전파 정류된 고주파 소스를 포함할 수 있다. 그 주파수는 약 60 Hz ~ 100 kHz의 범위일 수 있다. 예시적 공급부는 약 10 kHz ~ 40 kHz 범위의 주파수에서 약 30-40 V 및 3000-5000 A를 제공한다. 실시예에서, 점화 전류를 공급하는 전력은 AC 변압기나 전원과 직렬 연결될 수 있는 1 V ~ 100 V 범위의 커패시터 뱅크와 같은 초기 오프셋 전압으로 충전된 커패시터 뱅크를 포함할 수 있으며, 그에 따른 전압은 AC 변조를 갖춘 DC 전압을 포함할 수 있다. DC 성분은 정상 방전 시간 상수에 의존하는 속도로 감쇠될 수 있으며, 그 방전 시간은 증가되거나 제거될 수 있는데, 점화 전력 소스는 커패시터 뱅크를 재충전시키는 DC 전원을 더 포함한다. DV 전압 성분은 플라즈마 개시를 보조할 수 있으며, 그 플라즈마는 그 이후 더 낮은 전압에서 유지될 수 있다. 커패시터 뱅크와 같은 점화 전원 공급 장치는 전극에 점화 전원을 연결 및 연결 해제하기 위해 서보모터 또는 솔레노이드에 의해 제어되는 것과 같은 빠른 스위치를 포함할 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 플라즈마와 점화 전류 중 적어도 하나는 아크 전류를 포함할 수 있다. 아크 전류는 전류가 높을수록 그 전압이 낮아지는 특성을 가질 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버 벽과 전극 중 적어도 하나가 하이드리노 플라즈마 전류 그리고 매우 높은 전류에서 매우 낮은 전압을 갖는 아크 전류를 포함하는 점화 전류 중 적어도 하나를 형성하고 지지하기 위해 선택된다. 그 전류 밀도는 약 1 A/cm2 ~ 100 MA/cm2, 10 A/cm2 ~ 10 MA/cm2, 100 A/cm2 ~ 10 MA/cm2 및 1 kA/cm2 ~ 1 MA/cm2 중 적어도 한 범위에 있을 수 있다.
실시예에서, 점화 시스템은 높은 개시 전력을 플라즈마에 인가한 다음 저항이 하락한 이후 점화 전력을 감소시킬 수 있다. 이 저항은 전극들이나 용융 금속 스트림 상에서 점화 회로에서 발생하는 임의의 산화물에 기인하는 전도도의 증가 및 플라즈마의 형성 중 적어도 하나로 인해 하락할 수 있다. 예시적 실시예에서, 점화 시스템은 고전력 DC의 AC 변조를 생산하는 AC와 직렬로 연결된 커패시터 뱅크를 포함하는데, DC 전압은 커패시터의 방전에 따라 감쇠하며 더 낮은 AC 전력만 남게 된다.
실시예에서, 용융 금속은 가스 나노입자를 형성하거나, 더 휘발성이 되도록, 또는 플라즈마의 전도도를 증가시키기 위해 더 많은 휘발성 성분을 포함하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 용융 금속은 은보다 더 휘발성이거나 더 많은 휘발성 성분을 포함할 수 있다(예, 용융 금속은 은의 비점보다 낮은 비점을 가질 수 있음). 예시적인 실시예에서, 용융 금속은 갈륨의 끓는점 2400℃에 비해 약 1300℃에서 끓기 때문에 주어진 온도에서 갈륨에 비해 휘발성이 증가된 갈린스탄을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 은은 미량 산소의 존재 하에 그의 융점에서 발연할 수 있다. 아연은 나노입자 발연을 나타내는 또 다른 예시적인 금속이다. 아연은 휘발성이 아닌 산화물을 형성하며(B.P. = 1974 °C), ZnO는 수소에 의해 환원될 수 있다. ZnO는 하이드리노 반응 혼합물의 수소에 의해 환원될 수 있다. 실시예에서, 용융 금속은 아연 금속과 갈륨 또는 갈린스탄의 혼합물 또는 합금을 포함할 수 있다. 각 금속의 비율은 원하는 나노입자 형성 및 전력 생산 및 MHD 전력 변환 중 적어도 하나의 향상을 달성하도록 선택될 수 있다. 더 높은 플라즈마 전도도로 인한 이온-재결합 속도의 증가는 점화 전류가 감소하거나 점화 전류가 없는 상태에서 하이드리노 반응 및 플라즈마를 유지할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 기화된 금속 또는 갈린스탄과 같은 에어로졸화된 나노입자 금속이 환류되도록 하는 응축기를 포함한다. 실시예에서, 가스 상의 환류 금속은 하이드리노 반응을 낮은 점화력 내지 낮은 점화력으로 유지한다. 예시적인 실시예에서, 전지는 환류 갈린탄 (Galintan) 금속이 발화력이 낮거나 전혀 없는 하이드리노 반응을 유지하도록 갈린스탄의 끓는점 근처에서 작동되고, 또 다른 예시적인 실시예에서, 환류하는 은 나노입자는 발화력이 낮거나 전혀 없는 하이드리노 반응을 유지한다.
실시예에서, 다른 후보에 비해 비점이 낮거나 기화열이 낮은 금속의 하나 이상의 특성, 및 그의 비점 미만의 온도에서 나노입자 흄을 형성하는 능력은 금속을 MHD 시스템의 작업 가스로서 적합하게 만들고, 여기서 작업 가스가 충분한 가열 시 기상을 형성하고 MHD 변환 시스템에 대해 압력-체적 또는 운동 에너지 작업을 제공하여 전기를 생산한다.
실시예에서, 펌핑된 용융 금속이 5c1a와 같은 포켓을 채워서 페데스탈 전극(8)과 접촉하는 용융 금속의 풀을 동적으로 형성하는 인서트 저장소(409f)에서 페데스탈 전극(8)이 오목할 수 있다. 페데스탈 전극(8)은 SunCell®의 작동 온도에서 갈륨과 같은 용융 금속과 합금을 형성하지 않는 도체를 포함할 수 있다. 예시적 페데스탈 전극(8)은 텅스텐, 탄탈, 스테인레스강 또는 몰리브덴을 포함하며, Mo는 600 °C의 작동 온도 미만에서 갈륨과 Mo3Ga와 같은 합금을 형성하지 않는다. 실시예에서, EM 펌프의 입구는 갈륨의 진입을 허용하는 반면 합금 입자를 차단하는 스크린이나 메시와 같은 필터(5qa1)를 포함할 수 있다. 필터는 그 표면적을 증가시키기 위해 수직 및 수평 중 하나로 연장하여 입구에 연결될 수 있다. 필터는 스테인레스강(SS), 탄탈 또는 텅스텐과 같은 갈륨과의 합금 형성에 저항하는 물질을 포함할 수 있다. 예시적 입구 필터는 입구와 동일한 직경을 갖지만 수직으로 상승된 SS 원통을 포함한다. 필터는 일상 보수유지의 일환으로 주기적으로 청소할 수 있다.
실시예에서, 비주입기 전극은 냉각을 위해 용융 금속에 간혈적으로 침지할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 주입기 EM 펌프와 그 저장소(5c) 그리고 적어도 하나의 추가 EM 펌프를 포함하며, 추가 EM 펌프를 위한 다른 저장소를 포함할 수 있다. 이 추가 저장소를 사용하여, 추가의 EM 펌프는 (i) 비주입기 전극의 냉각을 위해 용융 금속을 반응 셀 챔버로 가역적으로 펌핑하여 간헐적으로 전극을 침지하거나 (ii) 비주입기 전극의 냉각을 위해 그 위로 용융 금속을 펌핑하거나 중 적어도 하나를 실행할 수 있다. SunCell® 냉각제의 냉각제 탱크, 냉각제를 비주입기 전극을 통해 순환시키는 냉각제 펌프 및 냉각제로부터 열을 방출하는 열 교환기를 포함할 수 있다. 실시예에서, 비주입기 전극은 비주입기 전극을 냉각시키기 위해 물, 용융 염, 용융 금속 또는 당업계에서 알려진 다른 냉각제와 같은 냉각제를 채널이나 캐뉼라에서 포함할 수 있다.
도25에 나와 있는 역 실시예에서, SunCell®은 비주입기 전극이 셀의 하부에 위치하고 주입기 전극이 반응 셀 챔버의 상부에 위치하여 용융 금속 주입이 음의 z-축을 따라 이루어지도록 180도만큼 회전시킨다. 비주입기 전극과 주입기 전극 중 적어도 하나가 상응하는 판에 장착되어 상응하는 플랜지 실에 의해 반응 셀 챔버에 연결될 수 있다. 이 실은 Ta, W 또는 본 개시의 것이나 당업계에서 알려진 것 중 하나와 같은 세라믹 등 갈륨과 합금을 형성하지 않는 물질을 포함하는 가스켓을 포함할 수 있다. 하부에 있는 반응 셀 챔버 섹션은 저장소의 역할을 할 수 있으며, 이전 저장소는 제거할 수 있고, EM 펌프는 하부의 기저판을 관통하여 EM 펌프 튜브에 연결한 다음 용융 금속 유동을 EM 펌프에 제공할 수 있는 새로운 하부 저장소에 구비된 입구 라이저를 포함할 수 있으며, EM 펌프 튜브의 출구 부분은 상부 판을 관통하여 반응 셀 챔버의 노즐 내부에 연결된다. EM 펌프는 작동 동안 하부 저장소로부터 용융 금속을 펌핑하여 반응 셀 챔버의 하부에 있는 비주입기 전극(8)으로 주입할 수 있다. 역 SunCell®은 주입기 전극에서 셀의 상부로 주입한 갈륨의 높은 흐름에 의해 냉각될 수 있다. 비주입기 전극(8)은 전극을 보다 잘 냉각하기 위해 갈륨을 모으는 오목한 캐비티를 포함할 수 있다. 실시예에서, 비주입기 전극은 양극의 역할을 할 수 있다; 하지만 반대 극성 또한 본 개시의 실시예이다.
실시예에서, 복사의 방출에 의해 전극(8)을 냉각시킬 수 있다. 열 전달의 증가를 위해, 복사 표면적을 증가시킬 수 있다. 실시예에서, 버스 바(10)는 평면 판과 같은 베인 방열기들이 부착된 방열기를 포함할 수 있다. 이 판은 버스 바(10)의 축을 따라 가장자리의 면을 체결하여 부착될 수 있다. 베인은 패들 휠 시스템을 포함할 수 있다. 베인은 점화 전류에 의한 저항 가열 및 하이드리노 반응에 의한 가열 중 적어도 하나에 의해 가열할 수 있는 버스 바(10)로부터 전도성 열 전달에 의해 가열될 수 있다. 베인과 같은 방열기는 Ta, Re나 W와 같은 내열 금속을 포함할 수 있다.
실시예에서, PV 창은 Ga2O와 같은 산화물 입자를 차단하기 위해 PV 창 앞에 정전기 집진기(ESP)를 포함할 수 있다. ESP는 중심 와이어와 같은 중심 코로나 방전 전극, 및 와이어에서 코로나 방전과 같은 방전을 일으키는 고전압 전원을 갖는 튜브를 포함할 수 있다. 방전은 산화물 입자를 충전할 수 있으며, 이는 ESP 튜브의 벽에 끌리고 이동하여 적어도 하나의 수집 및 제거될 수 있다. ESP 튜브 벽은 반응 셀 챔버에서 PV 창과 집광기 PV 셀의 고밀도 수신기 어레이와 같은 PV 변환기로 빛을 반사하도록 고도로 연마될 수 있다.
실시예에서, PV 창 시스템은 밀봉된 정지 창의 앞에 있는 투명한 회전 배플(둘 모두 z-축을 따라 전파하는 광에 대해 xy-평면에 있음) 그리고 z-축을 따라 전파하는 광에 대해 xy-평면에서 회전할 수 있는 창 중 적어도 하나를 포함한다. 예시적 실시예는 배플 및 창 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 투명한 뷰 스크린(https://en.wikipedia.org/wiki/Clear_view_screen)과 같은 스피닝 투명 디스크를 포함한다. 실시예에서, SunCell®은 음극, 카운터 전극, 및 방전 전원을 포함하는 코로나 방전 시스템을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 음극은 PV 배플 또는 회전하는 것에 근접해 있을 수 있는 핀, 바늘, 또는 와이어를 포함할 수 있다. 전지 본체는 카운터 전극을 포함할 수 있다. 코로나 방전은 PV 창 근처에 유지되어 Ga2O 및 PV 배플 또는 창과 같은 발전 작동 중에 형성된 입자 중 적어도 하나를 음으로 충전하여 입자가 PV 배플 또는 창에 의해 거부되도록 할 수 있다.
실시예에서, EM 펌프에 의해 주입된 용융 금속 스트림은 카운터 전극 중심에 영향을 미치기 위해 오정렬되거나 궤적에서 벗어날 수 있다. EM 펌프는 오정렬을 감지하고 EM 펌프 전류를 변경하여 적절한 스트림 정렬을 재설정한 다음 초기 EM 펌핑 속도를 재설정할 수 있는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 제어기는 오정렬을 감지하기 위한 적어도 하나의 열전대와 같은 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 모니터링되는 적어도 하나의 구성요소의 온도는 오정렬이 발생할 때 증가한다다. 예시적인 실시예에서, 컨트롤러는 열전대 및 소프트웨어와 같은 센서를 사용하여 주입 안정성을 유지하기 위해 EM 펌프 전류를 제어한다.
실시예에서, 주입기 노즐(5q) 및 카운터 전극(8)은 용융 금속 스트림이 카운터 전극의 중심에 충돌하는 것을 보장하도록 축방향으로 정렬된다. 정렬을 달성하기 위해 주입기 펌프 튜브(5k61)의 삽입 후에 노즐(5q)에 구멍을 뚫는 것과 같은 레이저 정렬 및 기타와 같은 당업계에 공지된 제조 방법이 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 오목한 카운터 전극은 오목부 내에 주입된 용융 금속을 포함함으로써 오정렬의 임의의 역효과를 감소시킬 수 있다.
플라즈마 생성 유지
실시예에서, SunCell®은 진공 라인에 대한 입구, 진공 라인, 트랩 및 진공 펌프를 포함하는 진공 시스템을 포함한다. 진공 펌프는 루트 펌프, 스크롤, 또는 멀티 로브 펌프와 같은 펌핑 속도가 높은 것을 포함할 수 있으며 진공 펌프 이전에 직렬 연결되는 것과 같은 진공 펌프와 직렬이나 병렬 연결될 수 있는 수증기의 트랩을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 멀티 로브 펌프와 같은 진공 펌프, 또는 스테인리스강 펌핑 구성요소를 포함하는 스크롤 또는 루트 펌프는 갈륨 합금 형성에 의한 손상에 내성 수 있다. 이 워터 트랩은 고체 건조제와 같은 흡습 물질이나 크라이오 트랩을 포함할 수 있다. 실시예에서, 펌프는 크라이오 펌프, 크라이오 필터 또는 쿨러 중 적어도 하나를 포함하며, 가스가 펌프에 진입하기 전에 냉각 그리고 수증기와 같은 적어도 하나의 가스의 응축 중 적어도 하나를 실행할 수 있다. 펌핑 용량과 속도를 증가시키기 위해, 펌핑 시스템은 반응 셀 챔버에 연결된 복수의 진공 라인들 그리고 진공 라인들에 연결된 진공 매니폴드를 포함할 수 있는데, 이 매니폴드가 진공 펌프에 연결된다. 실시예에서, 진공 라인에 대한 입구는 반응 셀 챔버의 용융 금속 입자가 진공 라인으로 진입하는 것을 중단시키는 실드를 포함한다. 예시적 실드는 입구 위에 있으며 입구의 표면으로부터 상승되어 반응 셀 챔버로부터 진공 라인으로의 가스 흐름에 대한 선택적 간격을 제공하는 금속 판이나 돔을 포함할 수 있다. 진공 시스템은 진공 라인 입구에 대한 입자 흐름 제한기를 더 포함할 수 있으며, 가스 흐름을 허용하면서 입자 흐름을 차단하는 배플 조합체가 그 예이다.
진공 시스템은 초고진공 그리고 반응 셀 챔버의 작동 압력을 약 0.01 Torr ~ 500 Torr, 0.1 Torr ~ 50 Torr, 1 Torr ~ 10 Torr 및 1 Torr ~ 5 Torr 중에서 적어도 하나의 범위로 유지 중 적어도 하나를 실행할 수 있다. 압력은 (i) H2 첨가 그리고 미량 HOH 촉매가 미량의 물로 또는 H2와 반응하는 O2로 공급되어 HOH 형성 그리고 (ii) H2O 첨가 중 적어도 하나의 경우 낮게 유지될 수 있다. 아르곤과 같은 영족 가스 또한 반응 혼합물에 공급되는 경우, 압력이 약 100 Torr ~ 100 기압, 500 Torr ~ 10 기압 및 1 기압 ~ 10 기압과 같은 적어도 하나의 작동 압력 범위에 유지될 수 있는데, 아르곤은 다른 반응 셀 챔버 가스에 비해 과잉일 수 있다. 아르곤 압력은 HOH 촉매와 원자 H 중 적어도 하나의 수명을 증가시킬 수 있으며 전극에서 형성된 플라즈마가 급속히 확장되는 것을 방지하여 플라즈마 강도가 증가될 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버는 반응 셀 챔버 내의 압력 변화에 대응하여 용적을 변경시킴으로써 반응 셀 챔버 압력을 희망하는 범위로 제어하는 수단을 포함한다. 이 수단은 압력 센서, 기계적 팽창가능 섹션, 팽창가능 섹션의 팽창 및 수축을 위한 액추에이터 그리고 팽창가능 섹션의 팽창 및 수축에 의해 생성되는 차동 용적을 제거하는 제어기를 포함할 수 있다. 팽창가능 섹션은 벨로즈를 포함할 수 있다. 액추에이터는 기계식, 공압식, 전자기식, 압전식, 유압식 및 당업계에 알려진 다른 액추에이터를 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 (i) 가스 입구 및 출구를 갖춘 가스 재순환 시스템, (ii) 아르곤과 같은 영족 가스, O2, H2, H2O, GaX3(X = 할라이드)나 NxOy (x, y = 정수)와 같은 반응 혼합물의 휘발성 종들 그리고 하이드리노 가스 중 적어도 두 개의 혼합물에서 적어도 두 개의 가스를 분리할 수 있는 것과 같은 가스 분리 시스템, (iii) 적어도 하나의 영족 가스, O2, H2 및 H2O 분압의 센서들, (iv) 흐름 제어기, (v) 물을 주입하는 것과 같은 미세 주입기 등의 적어도 하나의 주입기, (vi) 적어도 하나의 밸브, (vii) 펌프, (viii) 배기 가스 압력 및 흐름 제어기 그리고 (ix) 영족 가스, 아르곤, O2, H2, H2O 및 하이드리노 가스 중 적어도 하나의 압력을 유지하는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 재순환 시스템은 분자 하이드리노 가스와 같은 적어도 하나의 가스를 재순환된 가스로부터 제거되도록 하는 반투과성 막을 포함할 수 있다. 실시예에서, 영족 가스와 같은 적어도 하나의 가스가 선택적으로 재순환될 수 있는 반면 반응 융합물의 적어도 하나의 가스가 출구를 흘러나가 배기로 배출될 수 있다. 영족 가스는 하이드리노 반응 속도 증가 및 반응 셀 챔버의 적어도 하나의 종을 배출시키는 속도의 증가 중 하나를 실행할 수 있다. 영족 가스는 희망하는 압력을 유지하기 위해 과잉 수분의 배출 속도를 증가시킬 수 있다. 영족 가스는 하이드리노가 배출되는 속도를 증가시킬 수 있다. 실시예에서, 아르곤과 같은 영족 가스는 주위 대기로부터 쉽게 얻을 수 있는 것 그리고 주위 대기로 쉽게 배출할 수 있는 것 중 적어도 하나인 영족 가스와 유사한 가스에 의해 대체될 수 있다. 이 유사 영족 가스는 반응 혼합물과 낮은 반응성을 가질 수 있다. 이 유사 영족 가스는 반응 혼합물과 낮은 반응성을 가질 수 있다. 이 유사 영족 가스는 재순환 시스템에 의해 재순환하는 대신 대기로부터 획득한 다음 배출될 수 있다. 유사 영족 가스는 대기로부터 쉽게 얻을 수 있으며 대기로 쉽게 배출할 수 있는 가스로부터 형성될 수 있다. 영족 가스는 반응 셀 챔버로 흐르기 전에 산소로부터 분리될 수 있는 질소를 포함할 수 있다. 대안적으로, 공기가 영족 가스의 소스로 사용될 수 있는데 산소는 소스의 탄소와 반응하여 이산화탄소를 형성할 수 있다. 질소와 이산화탄소 중 적어도 하나가 유사 영족 가스의 역할을 할 수 있다. 대안적으로, 산소는 갈륨과 같은 용융 금속과의 작용으로 제거될 수 있다. 그에 따른 산화 갈륨은 수용성 수산화 나트륨과 산화 갈륨과의 반응에 의해 갈산 나트륨을 형성하고 갈산 나트륨을 갈륨 금속과 배출되는 산소로 전기분해하는 것과 같은 갈륨 재생 시스템에서 재생할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 반응물들인 H2, O2 및 H2O 중 적어도 하나의 첨가로 주로 작동할 수 있는데, 반응 셀 챔버의 분위기는 반응물들 그리고 아르곤과 같은 영족 가스를 포함한다. 이 영족 가스는 10 Torr ~ 100기압의 범위에서 상승된 압력으로 유지할 수 있다. 그 분위기는 재순환 시스템에 의해 연속적으로 및 주기적으로 또는 간헐적으로 중 적어도 하나에 의해 배출되거나 재순환될 수 있다. 이러한 배출은 과잉 산소를 제거할 수 있다. 반응물 O2 및 H2의 첨가에서, O2가 부수적 종으로서 반응 셀 챔버에 과잉 H2와 함께 주입됨에 따라 필수적으로 HOH 촉매를 형성할 수 있다. 토치에 의해 H2 및 O2를 주입할 수 있으며 이는 즉시 반응하여 HOH 촉매와 과잉H2 반응물을 형성한다. 실시예에서, 과잉 산소는 수소 환원, 전기분해 환원, 열 분해 그리고 Ga2O의 휘발성에 기인하는 기화 및 승화 중 적어도 하나에 의해 산화 갈륨으로부터 적어도 부분적으로 방출될 수 있다. 실시예에서, 산소 인벤토리의 적어도 하나가 제어될 수 있으며 산소 인벤토리는 수소 존재 하의 반응 셀 챔버 안으로 산소를 간헐적으로 흘려 HOH 촉매 형성이 적어도 부분적으로 허용될 수 있다. 실시예에서, 산소 인벤토리는 첨가된 H2와의 반응에 의해 H2O로 재순환될 수 있다. 다른 실시예에서, 과잉 산소 인벤토리는 본 개시의 스키머 및 전기분해 시스템 중 적어도 하나와 같은 본 개시의 수단에 의해 Ga2O3로 제거되어 재순환될 수 있다. 과잉 산소의 소스는 O2 첨가 및 H2O첨가 중 적어도 하나일 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버 내의 가스 압력은 펌핑 속도 및 재순환 속도 중 적어도 하나를 제어하여 적어도 부분적으로 제어할 수 있다. 이러한 속도 중 적어도 하나는 압력 센서 및 제어기에 의해 제어되는 밸브에 의해 제어할 수 있다. 가스 흐름을 제어하는 예시적 밸브에는 대상 압력의 상한 및 하한에 대응하여 열고 닫히는 솔레노이드 밸브 그리고 희망하는 가스 압력 범위를 유지하기 위해 압력 센서 및 제어기에 의해 제어되는 버터플라이 및 스로틀 밸브 등의 가변 유량 제한 밸브가 있다.
실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버(5b31)로부터 분자 하이드리노 가스를 배출하거나 제거하는 수단을 포함한다. 실시예에서, 반응 셀 라이너 및 반응 셀 챔버의 벽 중 적어도 하나는 H2(1/4)와 같은 분자 하이드리노에 대한 높은 투과율을 갖는다. 투과율을 증가시키기 위해 벽 두께를 최소화하고 벽 작동 온도를 최대화할 수 있다. 실시예에서, 저장소(5c) 벽 및 반응 셀 챔버(5b31) 벽 중 적어도 하나의 두께는 0.05 mm 내지 5 mm 두께의 범위일 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버 벽은 반응 셀 챔버(5b31)로부터 분자 하이드리노 생성물의 확산 또는 투과 속도를 증가시키기 위해 다른 영역에 비해 적어도 하나의 영역에서 더 얇다. 실시예에서, 도 31의 슬리브 저장소 플랜지(409e) 바로 아래에 있는 것과 같은 반응 셀 챔버 벽의 상부 측벽 섹션은 얇아진다. 슬리브 저장소 플랜지(409e)로의 열 전도를 감소시키기 위해 얇게 하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 다른 벽 영역에 대한 박형화 정도는 5% 내지 90%의 범위일 수 있다(예, 박막화된 영역은 전극(8)에 인접하고 전극 아래에 있는 반응 챔버의 하부 측벽 섹션과 같은 박막화되지 않은 섹션의 단면 폭의 5% 내지 90%인 단면 폭을 갖는다.)
SunCell®은 고분자 하이드리노 투과율을 제공하기 위해 300°C에서 1000°C 범위와 같은 원하는 온도에서 반응 셀 챔버 벽을 제어 가능하게 유지하기 위해 온도 센서, 온도 컨트롤러, 워터 제트와 같은 열교환기를 포함할 수 있다.
벽 및 라이너 재료 중 적어도 하나를 투과율을 증가시키기 위해 선택할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 갈륨과 접촉하는 하나 이상의 물질 및 라이너, 코팅, 또는 본 공시의 클래딩과 같은 라이너, 코팅 또는 클래딩에서 분리된 하나 이상의 복수 물질을 포함할 수 있다. 분리되거나 보호된 물질 중 적어도 하나는 갈륨 접촉으로부터 분리되거나 보호되지 않는 물질에 비해 분자 하이드리노에 대한 투과성이 증가된 것을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 반응 셀 챔버 재료는 4130 합금 SS 또는 Cr-Mo SS, 니켈, Ti, 니오븀, 바나듐, 철, W, Re, Ta, Mo와 같은 347 SS와 같은 스테인리스강 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 니오븀 및 Nb(94.33wt%)-Mo(4.86wt%)-Zr(0.81wt%). SiC와 같은 결정질 재료는 결정질 재료가 예시적인 라이너가 되도록 사이알론 또는 석영과 같은 비정질 재료보다 하이드리노에 더 투과성일 수 있다.
하이드리노에 대한 투과성이 높은 것과 같은 다른 반응 셀 챔버 벽은 347 또는 304 SS를 포함하는 투과성이 낮은 다른 금속을 포함하는 SunCell®(도 31B)의 반응 셀 챔버 벽을 대체할 수 있다. 벽 섹션은 관형일 수 있다. 대체 섹션은 접합된 재료의 팽창률과 일치시키기 위해 서로 다른 열팽창 계수의 금속을 사용하는 것과 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 SunCell®의 균형에 용접, 연납 또는 납땜될 수 있다. 실시예에서, Ta, W, Nb 또는 Mo와 같은 내화 금속을 포함하는 교체 섹션은 Resbond 또는 Durabond 954와 같은 Coltronics에 의한 것과 같은 접착제에 의해 스테인리스강과 같은 다른 금속에 접합될 수 있다. 실시예에서, 상이한 금속들 사이의 결합은 접합된 금속들 사이의 세라믹 적층과 같은 적층 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 금속은 적층의 한 면에 접합된다. 세라믹은 BN, 석영, 알루미나, 하프니아, 또는 지르코니아와 같은 본 개시내용 중 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 조합으로 Ta/Durabond 954/BN/Durabond 954/SS가 있다. 실시예에서, 플랜지(409e) 및 베이스플레이트(409a)는 가스켓으로 밀봉되거나 용접될 수 있다.
실시예에서, 탄소 라이너를 포함하는 반응 셀 챔버는 높은 열 전달 능력, 큰 직경, 및 냉각 시스템을 갖는 벽 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 열 전달 능력, 큰 직경 및 냉각 시스템은 물 또는 수소와 같은 하이드리노 반응 혼합물의 하나 이상의 성분과 반응하는 온도 미만으로 탄소 라이너의 온도를 유지하기에 충분하다. 예시적인 열 전달 능력은 약 10 W/cm2내지 10 kW/cm2 벽 면적; 예시적인 직경은 약 2 cm 내지 100 cm 범위일 수 있으며, 예시적인 냉각 시스템은 외부 수조이다다. 예시적인 원하는 라이너 온도는 약 700-750℃ 미만일 수 있다. 반응 셀 챔버 벽은 분자 하이드리노에 대해 더 높은 투과성을 가질 수 있다. 라이너는 원하는 온도를 유지하기 위해 라이너에서 냉각 시스템으로의 열 전달을 개선하기 위해 벽과 접촉할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 라이너와 적어도 하나의 반응 셀 챔버 벽 사이의 갭 및 진공 펌프를 포함하며, 여기서 갭은 분자 하이드리노를 제거하기 위해 진공 펌프에 의해 배기되는 챔버를 포함한다. 라이너는 다공성일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 라이너는 투과율을 증가시키기 위해 다공성 BN, SiC 코팅된 탄소, 또는 석영과 같은 다공성 세라믹을 포함한다. 실시예에서, SunCell®은 절연체를 포함할 수 있다. 단열재는 하이드리노에 대해 고도로 투과성일 수 있다. 다른 실시예에서, SunCell®은 적어도 하나의 반응 셀 챔버 내부 및 외부에 철 나노입자와 같은 분자 하이드리노 게터를 포함하며, 여기서 게터는 분자 하이드리노를 결합하여 반응 셀 챔버로부터 제거한다. 실시예에서, 분자 하이드리노 가스는 반응 셀 챔버 밖으로 펌핑될 수 있다. H2O 및 수소를 포함하는 것 또는 본 개시내용의 다른 것과 같은 반응 혼합물 가스는 배기에 의해 분자 하이드리노 가스를 제거하는 것을 보조하기 위해 희 가스와 같은 플러싱 가스를 포함할 수 있다. 플러싱 가스는 대기로 배출되거나 본 개시에 기재된 재순환기에 의해 순환될 수 있다.
실시예에서, 라이너는 니오븀과 같은 수소 해리제를 포함할 수 있다. 라이너는 반응 셀 챔버의 가장 뜨거운 구역에서 갈륨 합금 형성에 저항하는 재료와 같은 복수의 재료와 갈륨 합금 형성 온도 미만의 온도에서 작동하는 적어도 하나의 구역에서 수소 해리제와 같은 다른 재료를 포함할 수 있다.
실시예에서, Ga2O와 같은 산화 갈륨은 Ga2O의 휘발성에 기인하는 기화 및 승화 중 적어도 하나에 의해 반응 셀 챔버로부터 제거할 수 있다. 이 제거는 반응 셀 챔버를 통한 가스의 흐름 그리고 기압 미만과 같은 저압의 유지 중 적어도 한 방법에 의해 성취할 수 있다. 가스 흐름은 본 개시의 재순환기에 의해 유지할 수 있다. 저압은 본 개시의 진공 펌핑 시스템에 의해 유지할 수 있다. 산화 갈륨은 본 개시의 응축기에 응축되어 반응 셀 챔버로 복귀될 수 있다. 대안적으로, 산화 갈륨이 필터나 크라이오 트랩과 같은 트랩에 포획된 다음 본 개시의 시스템들 및 방법들에 의해 제거되어 재생될 수 있다. 이 트랩은 재순환의 적어도 하나의 가스 라인에 위치할 수 있다. 실시예에서, Ga2O은 진공 시스템의 트랩에 포획될 수 있는데, 이 트랩은 필터, 크라이오 트랩 및 전기 집진기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 전기 집진기는 Ga2O 입자를 정전기에 의해 하전하기 위해 플라즈마를 유지하고 하전 및 입자의 포획을 실행하는 고압 전극들을 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 하나 이상의 전극들의 세트는 각각, 정전기에 의해 Ga2O 입자를 음전하로 하전시키는 코로나 방전을 생성할 수 있는 와이어 그리고 반응 셀 챔버의 가스 스트림으로부터 하전된 입자를 집진하는 판이나 튜브 전극과 같은 양으로 하전된 수집 전극을 포함할 수 있다. Ga2O 입자는 기계식과 같은 당업계에 알려진 수단에 의해 각 수집 전극으로부터 제거할 수 있으며, Ga2O는 갈륨으로 변환되어 재생할 수 있다. 이 갈륨은 NaOH 용액에서의 전기분해에 의한 것과 같은 시스템 및 방법들에 의해 Ga2O로부터 재생할 수 있다.
전기 집진기(ESP)는 반응 셀 챔버의 가스 스트림으로부터 적어도 하나의 희망하는 종을 집진하여 반응 셀 챔버로 복귀시키는 수단을 더 포함할 수 있다. 이 집진기는 오거, 컨베이어 벨트, 공압, 전기기계와 같은 운반 수단 또는 집진기에 수집된 입자를 반응 셀 챔버로 다시 운반하는 본 개시의 또는 당업계에 알려진 다른 수단을 포함할 수 있다. 집진기는 희망하는 입자를 중력 흐름에 의해 반응 셀 챔버로 복귀시키는 리플럭서를 포함하는 진공 라인의 일부에 장착할 수 있는데, 입자가 집진된 다음 진공 라인에서의 흐름과 같은 중력에 의해 반응 셀 챔버로 다시 흐를 수 있다. 이 진공 라인은 희망하는 입자가 중력 복귀 흐름을 거치도록 허용하는 적어도 한 부분에 수직으로 배향시킬 수 있다.
예시적 시험 실시예에서, 반응 셀 챔버가 약 1 ~ 2기압의 압력 범위와 4 ml/분의 H2O 주입으로 유지되었다. DC 전압은 약 30 V 그리고 DC 전류는 약 1.5 kA였다. 반응 셀 챔버는 도 25에 나와 있는 것과 같은 6인치 직경의 스테인레스강 구였으며 3.6 kg의 용융 갈륨을 포함했다. 전극들은 DC EM 펌프의 1인치가 침지된 SS 노즐을 포함했으며 카운터 전극은 직경 4 cm, 두께 1 cm의 W 디스크 그리고 BN 페데스탈에 의해 덮인 직경 1 cm의 리드를 포함했다. EM 펌프 속도는 약 30-40 ml/s였다. 갈륨은 침지된 노즐로 양극화되었고, W 페데스탈 전극은 음극화되었다. 갈륨은 EM 펌프 주입기에 의해 잘 혼합되었다. SunCell® 출력 전력은 약 85 kW였으며, 이는 갈륨 및 SS 반응기의 질량, 비열 그리고 온도 상승의 합을 사용하여 측정했다.
다른 시험 실시예에서, H2 및 O2 가스 입구 및 반응 셀 챔버와 연결된 외부 챔버에 유지된 10%Pt/Al2O3 비드 약 2g을 통해 2500 sccm의 H2 및 25 sccm의 O2가 흘렀다. 추가적으로, 활성 진공 펌핑을 인가하면서 50 Torr의 챔버 압력을 유지하는 속도로 아르곤을 반응 셀 챔버로 흘렸다. DC 전압은 약 20 V 그리고 DC 전류는 약 1.25 kA였다. SunCell® 출력 전력은 120 kW였으며, 이는 갈륨 및 SS 반응기의 질량, 비열 그리고 온도 상승의 합을 사용하여 측정했다.
실시예에서, 기압 미만, 기압 및 기압 초과 중 적어도 하나에서 작동할 수 있는 영족 가스 재순환 시스템 등의 재순환 시스템이나 재순환기는, (i) 진공 펌프, 압축기 및 반응 셀 챔버로부터 적어도 하나의 가스를 순환시키는 송풍기 중 적어도 하나와 같은 가스 이동기, (ii) 재순환 가스 라인들, (iii) 하이드리노 및 산소와 같은 배기 가스를 제거하는 분리 시스템 그리고 (iv) 반응물 공급 시스템을 포함할 수 있다. 실시예에서, 가스 이동기는 반응 셀 챔버로부터 가스의 펌핑, 배기 가스의 제거를 위한 분리 시스템을 통해 가스의 밀어내기 및 재생된 가스의 반응 셀 챔버로의 복귀를 실행할 수 있다. 이 가스 이동기는 펌프, 압축기 및 동일한 단위의 송풍기 중 적어도 두 개를 포함할 수 있다. 실시예에서, 펌프, 압축기, 송풍기 또는 이들의 조합은 가스 이동기 진입 전 가스들의 냉각 그리고 수증기와 같은 적어도 한 가스의 응축 중 적어도 하나를 실행하는 크라이오 펌프, 크라이오 필터 또는 쿨러 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 재순환 가스 라인은 진공 펌프에서 가스 이동기로의 라인, 가스 이동기에서 배기 가스를 제거하는 분리 시스템으로의 라인, 그리고 배기 가스를 제거하는 분리 시스템으로부터 반응물 공급 시스템과 연결될 수 있는 반응 셀 챔버로의 라인을 포함할 수 있다. 예시적 반응물 공급 시스템은 아르곤과 같은 영족 가스, 산소, 수소 및 물 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 반응 혼합물 가스 보충용 라인을 갖춘 반응 셀 챔버에 대한 라인과 적어도 하나의 조합체를 포함한다. 반응물 O2 및 H2의 첨가는 O2가 부수적 종으로 과잉 H2와 함께 반응 셀 챔버 안으로 주입되면서 HOH 촉매를 필수적으로 형성하도록 이루어질 수 있다. 토치에 의해 H2 및 O2를 주입할 수 있으며 이는 즉시 반응하여 HOH 촉매와 과잉H2 반응물을 형성한다. 반응물 공급 시스템은 반응 혼합물 가스 공급 라인에 연결된 가스 매니폴드 그리고 반응 셀 챔버에 연결된 유출 라인을 포함할 수 있다.
배기 가스를 제거하는 분리 시스템은 크라이오 필터나 크라이오 트랩을 포함할 수 있다. 재순환 가스로부터 하이드리노 생성물 가스를 분리하는 분리 시스템은 재순환 가스로부터 반투과성 막에 걸쳐 확산에 의해 하이드리노를 대기로 또는 배기 챔버나 스트림으로 선택적으로 배출하는 막을 포함할 수 있다. 재순환기의 분리 시스템은 재순환 가스로부터 산소를 제거하는 산소 세척 시스템을 포함할 수 있다. 이 세척기 시스템은 용기 그리고 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 철 등의 금속과 같은 산소와 반응하는 용기 내 게터나 흡습제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 대안적으로, 활성탄이나 당업계에서 알려진 다른 산소 흡습기와 흡습제가 산소를 흡수할 수 있다. 활성탄 흡습제는 상업용으로 제공되는 것과 같은 가스 투과성 카트리지에 밀봉할 수 있는 활성탄 필터를 포함할 수 있다. 이 카트리지는 제거할 수 있다. 청소 시스템의 산소 흡습제는 당업계에서 알려진 방법에 의해 주기적으로 교체 또는 재생할 수 있다. 재순환 시스템의 스크러버 재생 시스템은 하나 이상의 흡습제 히터 그리고 하나 이상의 진공 펌프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 활성탄 흡습제는 히터에 의해 가열 그리고 배출되거나 수집되는 산소를 방출하는 진공 펌프에 의한 진공의 인가 중 적어도 하나에 해당하며, 그에 따라 재생되는 활성탄은 재사용된다. SunCell®로부터의 열은 흡습제의 재생에 사용될 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 적어도 하나의 열 교환기, 냉각제 펌프 그리고 활성탄과 같은 흡습제의 재생을 위한 스크러버 히터의 역할을 하는 냉각제 흐름 루프를 포함한다. 이 스크러버는 효과적인 청소를 위해 그리고 가스 흐름의 저항을 상당히 증가시키지 않기 위해 큰 부피와 면적을 포함할 수 있다. 그 흐름은 재순환 라인에 연결된 가스 이동기에 의해 유지된다. 활성탄은 아르곤과 같은 영족 가스를 포함하는 혼합물과 같은 재순환 가스로부터 청소해야 하는 종들을 효과적으로 흡수하기 위해 냉각시킬 수 있다. 활성탄과 같은 산소 흡습제는 하이드리노 가스도 세척하거나 흡수할 수 있다. 분리 시스템은 복수의 스크러버 시스템들을 포함할 수 있는데, 이는 각각 (i) 가스 실의 유지할 수 있는 챔버, (ii) 산소와 같은 배기 가스를 제거하는 흡습제, (iii) 재순환 가스로부터 챔버를 격리시킬 수 있으며 챔버로부터 재순환 가스를 격리시킬 수 있는 입구 및 출구 밸브, (iv) 재순환 라인으로부터 챔버의 연결 및 차단을 실행하는 제어기에 의해 제어되는 로봇 장치와 같은 수단, (v) 히터 및 진공 펌프와 같은 흡습제를 재생하는 수단에 있어서, 히터와 진공 펌프가 재생 동안 적어도 하나의 다른 스크러버 시스템의 재생에 있어서 공용될 수 있는 수단, (vi) 제(n +1) 스크러버 시스템이 활성 스크러버 시스템의 역할을 하는 동안 제n 스크러버 시스템의 차단, 제(n +1) 스크러버 시스템의 연결 및 제n 스크러버 시스템의 재생을 제어하는 제어기에 있어서, 복수의 스크러버 시스템의 적어도 하나가 재생되는 동안 적어도 다른 하나가 희망하는 가스들을 활성적으로 세척하거나 흡수하는 제어기를 포함한다. 스크러버 시스템은 주기적으로 제어되는 배출이나 가스 복구가 진행되는 동안 폐쇄 배출 조건하에서의 SunCell®의 작동을 허가할 수 있다. 예시적 실시예에서, 산소와 수소는 활성 탄소와 같은 흡습제를 상응하는 가스가 대략 별도로 방출되는 다른 온도로 가열함으로써 별도로 수집될 수 있다.
영족 가스, 수소 및 산소의 반응 셀 챔버의 가드 혼합물을 포함하며 반응 셀 챔버에서 영족 가스의 분압이 소스의 그것을 초과하는 실시예에서, 아르곤과 같은 영족 가스의 반응물 농도 희석 효과에 기인하는 HOH 촉매를 형성하는 수소 및 산소 사이의 반응 속도의 감소를 보상하기 위해 산소 분압을 증가시킬 수 있다. 실시예에서, HOH 촉매는 아르곤과 같은 영족 가스와의 결합보다 앞서 형성될 수 있다. 수소와 산소는 재결합기 촉매, 플라즈마 소스 또는 필라멘트 등의 고온 표면과 같은 재결합기나 연소기에 의해 반응하도록 야기시킬 수 있다. 이 재결합기 촉매는 알루미나, 지르코니아, 하프니아, 실리카 또는 제올라이트 분말이나 비드 상의 Pt, Pd 또는 Ir과 같은 세라믹 지지체 상의 귀금속, 본 개시의 또 다른 저지된 재결합기 촉매 또는 Raney Ni, Ni, 니오븀, 티탄과 같은 해리기 또는 본 개시의 또 다른 해리기 금속 또는 분말, 매트, 직물 또는 천과 같은 높은 표면적을 제공하는 형태의 당업계에서 알려진 것을 포함할 수 있다. 예시적 재결합기는 Al2O3 비드 상 10 wt% Pt를 포함한다. 플라즈마 소스는 글로 방전, 마이크로파 플라즈마, 플라즈마 토치, 유도 또는 용량 결합 RF 방전, 유전 장벽 방전, 압전 직접 방전, 음향 방전 또는 본 개시나 당업계에서 알려진 다른 방전 셀을 포함할 수 있다. 핫 필라멘트는 텅스텐 필라멘트, Pt 필라멘트 상의 Pt 또는 Pd 블랙 또는 당업계에서 알려진 다른 촉매 필라멘트를 포함할 수 있다.
물, 수소, 산소 및 영족 가스의 적어도 하나와 같은 반응 혼합물 종들의 입구 흐름은 연속적 또는 간헐적일 수 있다. 입구 유량 그리고 배출이나 진공 유량은 희망하는 압력 범위를 성취하기 위해 제어할 수 있다. 입구 흐름은 간헐적일 수 있는데 그 흐름을 희망하는 범위의 최대 압력에서 중단시키고 희망하는 범위의 최소 압력에서 시작할 수 있다. 반응 혼합물 가스가 아르곤과 같은 고압의 영족 가스를 포함하는 경우, 그 반응 셀 챔버를 진공 처리하여 반응 혼합물로 충전시킨 다음 대략 정적 배출 흐름하에서 작동할 수 있는데 물, 수소 및 산소의 적어도 하나와 같은 반응물의 입구 흐름은 연속적 혹은 간헐적 흐름 조건하에서 유지하여 희망하는 범위의 압력이 유지된다. 추가적으로 영족 가스는 경제적으로 실용적인 유량 그리고 상응하는 배출 펌핑 속도에서 흐르게 할 수 있거나, 영족 가스는 재순환 시스템이나 재순환기에 의해 재생하거나 세척한 다음 재순환할 수 있다. 실시예에서, 반응 혼합물 가스는 임펠러 또는 가스 제트에 의해 전지 내로 강제되어 반응 전지 압력을 원하는 범위로 유지하면서 전지를 통한 반응물 유량을 증가시킬 수 있다.
반응 셀 챔버(5b31) 가스는 H2, 아르곤과 같은 영족 가스, O2 및 H2O 중 적어도 하나와 CO2와 같은 산화물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)의 압력은 기압 미만일 수 있다. 그 압력은 약 1 milliTorr ~ 750 Torr, 10 milliTorr ~ 100 Torr, 100 milliTorr ~ 10 Torr 및 250 milliTorr ~ 1 Torr중 적어도 한 범위에 있을 수 있다. SunCell®은 히터 및 온도 제어기를 갖춘 물 저장소를 포함하는 수증기 공급 시스템 채널 또는 도관 및 밸브를 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버 가스는 H2O 증기를 포함할 수 있다. 이 수증기는 물 저장소의 온도를 제어하여 채널을 통해 반응 셀 챔버와 연결된 외부 물 저장소에 의해 공급될 수 있는데, 물 저장소는 수증기 공급 시스템에서 가장 저온인 구성요소일 수 있다. 물 저장소의 온도는 온도의 함수로서 물의 분압에 기반하여 수증기 압력을 제어할 수 있다. 물 저장소는 증기압을 낮추기 위해 칠러를 더 포함할 수 있다. 물은 NaCl이나 알칼리 또는 알칼리 토류 할라이드와 같은 염들의 용해된 화합물, 제올라이트와 같은 흡습제, 수화물을 형성하는 물질이나 화합물 또는 증기압을 감소시키는 당업자에게 알려진 다른 물질이나 화합물과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 증기압을 낮추는 예시적 기전에는 속일성 효과나 결합 상호작용에 의한 것이 있다. 실시예에서, 수증기 압력의 소스는 저장소에 수용되어 도관을 통해 반응 셀 챔버(5b31)로 공급될 수 있는 얼음을 포함할 수 있다. 이 얼음은 얼음으로부터 HOH 촉매 및 H의 형성 속도 그리고 하이드리노 반응 속도 중 적어도 하나를 증가시키는 높은 표면적을 가질 수 있다. 얼음은 미세한 조각의 형태로 그 표면적을 증가시킬 수 있다. 수증기 압력을 제어하기 위해 0°C 미만의 희망하는 온도에 얼음을 유지할 수 있다. H2 및 아르곤 중 적어도 하나와 같은 캐리어 가스는 얼음 저장소를 통해서 반응 셀 챔버 안으로 흐르게 할 수 있다. 수증기 압력은 또 캐리어 가스 유량을 제어하여 제어할 수도 있다.
액체 H2O에서 H2의 몰 농도 등가물은 55몰/리터인데 H2 가스는 STP에서 22.4리터를 차지한다. 실시예에서, H2는 액체 물과 수증기 중 적어도 하나를 포함하는 형태로 반응 셀 챔버(5b31)로 반응물로 공급된다. SunCell®은 액체 물과 증기의 적어도 하나에 대한 하나 이상의 주입기를 포함할 수 있다. 주입기는 물 및 증기 제트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버로 향하는 이 주입기 오리피스는 역류를 방지하기 위해 작게 형성될 수 있다. 주입기는 세라믹과 같은 산화 내성의 내화 물질 또는 본 개시의 또 다른 것을 포함할 수 있다. SunCell®은 물 및 스팀 중 적어도 하나의 소스 그리고 압력 및 흐름 제어 시스템을 포함할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 초음파 발생기, 애터마이저, 에어로졸 발생기 또는 네뷸라이저를 더 포함하여 캐리어 가스 스트림에 포획되어 반응 셀 챔버 안으로 흐르게 할 수 있는 작은 물방울을 생산할 수 있다. 초음파 발생기는 진동기 및 압전 기기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 캐리어 가스 흐름에서 물의 증기압은 수증기의 온도 또는 소스에서 반응 셀 챔버로의 흐름 도관의 온도를 제어하여 제어할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 수소의 소스 그리고 생산된 수증기가 반응 셀 챔버 안으로 흐르도록 수소를 가열된 산화 구리 재결합기를 통해 흐르게 하여 반응 셀 챔버(5b31)에 물을 첨가하는 CuO 재결합기와 같은 수소 재결합기를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, SunCell®은 증기 주입기를 더 포함할 수 있다. 이 증기 주입기는 증기와 셀 가스 중 적어도 하나의 증기 주입기로의 흐름을 제어하는 제어 밸브와 제어기 중 적어도 하나, 수렴 노즐에 대한 가스 입구, 수렴-확산 노즐, 물 소스 및 오버플로 출구와 연결될 수 있는 결합 콘, 물 소스, 오버플로 출구, 전달 콘, 그리고 체크 밸브를 포함할 수 있다. 제어 밸브는 전자 솔레노이드 또는 타이머, 셀 압력이나 물의 센서와 같은 센서 또는 수동 액티베이터에 제어될 수 있는 기타 컴퓨터 제어 밸브를 포함할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 물을 주입하는 펌프를 더 포함한다. SunCell®의 열이 펌프의 물을 끊게 하지 못하도록 가는 피하 주사바늘과 같은 단면적이 좁은 도관을 통해 물이 전달될 수 있다. 펌프는 주사기 펌프, 연동 펌프, 계량 펌프 또는 당업계에서 알려진 다른 것을 포함할 수 있다. 주사기 펌프는 하나의 주사기가 주입하는 동안 적어도 하나의 주사기가 재충전할 수 있도록 복수의 주사기를 포함할 수 있다. 주사기 펌프는 주사기의 밀대에 비해 도관의 단면적이 너무 작기 때문에 도관에서 물의 힘을 증폭시킬 수 있다. 이 도관에서는 열의 제거 및 냉각 중 적어도 하나가 이루어질 수 있어 펌프에서 물의 끓음을 방지한다.
실시예에서, 반응 셀 챔버의 반응 혼합물은 반응물들의 주입 속도의 제어 그리고 반응 혼합물의 과잉 반응물들 및 생성물들이 반응 셀 챔버(5b31)로부터 배출되는 속도의 제어 중 적어도 하나의 수단에 의해 반응 셀 챔버 압력을 제어함으로써 제어된다. 실시예에서, SunCell®은 압력 센서, 진공 펌프, 진공 라인, 밸브 제어기 및 솔레노이드 밸브와 같은 압력 활성화 밸브 또는 센서에 의해 측정된 압력을 처리하는 제어기에 대응하여 반응 셀 챔버에서 진공 펌프로의 진공 라인을 개방 및 폐쇄하는 스로틀 밸브와 같은 밸브를 포함한다. 이 밸브는 반응 셀 챔버 가스의 압력을 제어할 수 있다. 이 밸브는 셀 압력이 제1 고압 설정점에 도달할 때까지 계속 닫혀있을 수 있으며, 다음에 이 밸브는 압력이 진공 펌프에 의해 밸브의 활성화를 야기하여 폐쇄시킬 수 있는 제2 저압 설정점으로 떨어질 때까지 활성화되어 열려있을 수 있다. 실시예에서, 제어기는 반응 셀 챔버 압력, 반응물 주입 속도, 전압, 전류 및 용융 금속 주입 속도 중 적어도 하나를 제어하여 무펄스나 대략 정적 또는 연속 플라즈마를 유지할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 센서, 적어도 하나의 반응물 또는 H2O, H2, O2 및 아르곤과 같은 영족 가스의 소스와 같은 반응 혼합물의 종의 소스, 반응물 라인, 밸브 제어기 및 솔레노이드 벨트와 같은 압력 작동 밸브 또는 센서에 의해 측정된 압력을 처리하는 제어기에 반응하여 반응 혼합물의 적어도 하나의 반응물이나 종의 소스로부터의 반응물 라인 및 반응 셀 챔버를 개방하고 폐쇄하는 스로틀 밸브와 같은 밸브를 포함한다. 이 밸브는 반응 셀 챔버 가스의 압력을 제어할 수 있다. 이 밸브는 셀 입력이 제1 고압 설정점에 도달할 때까지 계속 열려있을 수 있으며, 다음 이 밸브는 진공 펌프에 의해 밸브 개방의 활성화를 야기할 수 있는 제2 저압 설정점까지 압력이 떨어질 때까지 활성화되어 폐쇄될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 마이크로펌프와 같은 주입기를 포함할 수 있다. 이 마이크로펌프는 기계적 또는 비기계적 기기를 포함할 수 있다. 예시적인 기계적 기기는 액추에이션 및 마이크로밸브 막 그리고 트랩을 포함할 수 있는 이동하는 부품들을 포함한다. 마이크로펌프의 구동력은 압전, 정전기, 열공압, 공압 및 자기 효과의 군 중 적어도 한 효과를 활용하여 생성되어야 한다. 비기계적 펌프는 전기 수력학적, 전기 삼투식, 전기화학적, 초음파, 모세관, 화학적 및 당업계에서 알려진 다른 흐름 생성 장치 중 적어도 하나로써 기능할 수 있다. 마이크로펌프는 압전식, 전기 삼투식, 격막, 연동식, 주사기 및 무밸브 마이크로펌프 그리고 모세관 및 화학적으로 전력이 공급되는 펌프 및 당업계에서 알려진 다른 마이크로펌프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 마이크로펌프와 같은 주입기는 물과 같은 반응물을 연속적으로 공급할 수 있거나, 또는 펄스식 방식에서와 같이 간헐적으로 반응물들을 공급할 수 있다. 실시예에서, 물 주입기는 마이크로펌프와 같은 적어도 하나의 펌프, 적어도 하나의 밸브 그리고 물 저장소를 포함하며, 또한 쿨러나 물 저장소를 제거하는 연장 도관 그리고 사전 주입된 물의 과다 가열이나 비등을 피하기 위해 반응 셀 챔버와 충분한 거리가 떨어진 밸브를 더 포함할 수 있다.
SunCell®은 주입 제어기 그리고 압력, 온도, 플라즈마 전도도 또는 기타 반응 가스나 플라즈마의 매개변수를 기록하는 것과 같은 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 주입 순서는 희망하는 전력을 전달하고 과출력에 기인하는 SunCell®에 대한 손상을 피하기 위해 센서의 입력을 사용하는 적어도 하나의 제어기에 의해 제어할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버 내에서 여러 영역으로 주입하기 위해 물 주입기와 같은 주입기를 다수 포함하는데, 이 주입기들은 제어기에 의해 작동되고 SunCell®에 대한 손상을 피하기 위해 플라즈마 핫 스팟의 위치를 제때에 교대한다. 주입은 간헐적, 주기적, 연속적일 수 있으며, 또한 희망하는 전력, 게인 및 성능 최적화를 성취하는 임의의 다른 주입 패턴을 포함할 수 있다.
SunCell®은 주입 및 충전에 대응하여 열고 닫히는 펌프 입구 및 출구 밸브와 같은 밸브를 포함할 수 있는데, 입구 및 출구 밸브의 개방이나 폐쇄 상태의 위상이 서로 180도 다를 수 있다. 펌프는 주입을 성취하기 위해 반응 셀 챔버 압력보다 더 높은 압력을 발생할 수 있다. 펌프 주입이 반응 셀 챔버 압력에 의한 영향을 쉽게 받는 경우, SunCell®은 펌프의 출구 압력을 반응 셀 챔버의 그것에 동적으로 일치시키기 위해 물을 공급하는 저장소와 반응 셀 챔버 사이의 가스 연결을 포함할 수 있다.
반응 셀 챔버 압력이 펌프 압력보다 낮은 실시예에서, 펌프는 펌프가 유휴 상태인 경우 반응 셀 챔버로의 흐름 중단을 성취하기 위해 적어도 하나의 밸브를 포함할 수 있다. 펌프는 적어도 하나의 밸브를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 연동 마이크로펌프는 직렬 상태인 적어도 세 개의 마이크로밸브를 포함한다. 연동으로 알려진 공정에서 입구에서 출구로 유체를 끌기 위해 이 세 개의 밸브를 순차적으로 열고 닫는다. 실시예에서, 이 밸브는 솔레노이드 또는 압전 체크 밸브와 같이 능동적일 수 있거나, 혹은 수동적으로 작동할 수 있으며 그로써 볼, 스윙, 격막 등의 체크 밸브나 덕빌 체크 밸브 등의 밸브가 배압에 의해 닫히게 된다.
반응 셀 챔버 안으로 주입되는 물의 소스와 반응 셀 챔버 사이에 압력 구배가 존재하는 실시예에서, 펌프가 두 개의 밸브, 저장소 밸브 및 반응 셀 챔버 밸브를 포함할 수 있으며 이 밸브들은 주기적으로 위상이 다르게 열리거나 닫힐 수 있다. 이 밸브들은 희망하는 주입 용적을 갖는 펌프 챔버에 의해 분리될 수 있다. 반응 셀 챔버가 닫히면, 저장소 밸브가 물 저장소에 대해 열려 펌프 챔버를 충전할 수 있다. 밸브가 닫히면, 반응 셀 챔버 밸브가 열려서 반응 셀 챔버 안으로 희망하는 용적의 물의 투입을 야기할 수 있다. 펌프 챔버 안팎으로의 흐름은 압력 구배에 의해 구동될 수 있다. 물의 유량은 펌프 챔버의 용적과 동기화된 밸브 개방 및 폐쇄의 사이클을 제어하여 제어할 수 있다. 실시예에서, 물 마이크로주입기는 두 개의 밸브를 포함할 수 있으며, 이것은 용적이 약 10 ul ~ 15 ul인 마이크로챔버의 입구 및 출구 밸브이며 각각 개방 및 폐쇄에 대하여 위상이 180도 다르고 기계적으로 연계된다. 이 밸브들은 캠에 의해 기계적으로 구동될 수 있다.
다른 실시예에서, H2, O2, 영족 가스 및 물 중 적어도 하나와 같은 반응 셀 혼합물의 다른 종이 물을 대체하거나 물 외에 추가될 수 있다. 반응 셀 챔버 안으로 흐르는 종이 실온에서 가스인 경우, SunCell®은 이 가스의 입력 흐름을 제어하기 위해 질량 유량 제어기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 첨가제가 반응 셀 챔버(5b31)에 첨가되어 용융 금속에 H 및 HOH 중 적어도 하나의 소스를 제공하여 하이드리노 반응 속도를 증가시킨다. 적절한 첨가제는 가역적으로 수화물을 형성할 수 있으며, 여기서 수화물은 대략 SunCell® 작동 온도에서 형성되고 하이드리노 반응 플라즈마 내와 같은 더 높은 온도에서 방출된다. 실시예에서, SunCell® 작동 온도는 약 100℃ 내지 3000℃의 범위일 수 있고, 하이드리노 반응 플라즈마의 대응하는 온도 범위는 SunCell®의 작동 온도보다 약 50℃ 내지 2000℃ 더 높을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 리튬 바나데이트 또는 비스무트 산화물과 같은 첨가제가 용융 금속에 첨가될 수 있고, 여기서 첨가제는 물 분자를 결합하고 이를 플라즈마에서 방출하여 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 물 공급원은 반응 셀 챔버에 연속적으로 공급될 수 있으며, 여기서 물의 적어도 일부는 첨가제에 결합할 수 있다. 첨가제는 수화수로서 물을 결합함으로써 하이드리노 반응 속도를 증가시킬 수 있고, 결합된 물을 플라스마로 수송할 수 있고, 여기서 상응하는 첨가제-수화물은 탈수하여 하이드리노 반응에 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 물 공급원은 액상 및 기체상 물, 수소 및 산소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. SunCell®은 본 발명의 물 주입기 및 알루미나와 같은 세라믹 상에 지지된 귀금속과 같은 본 발명의 수소 및 산소 재결합기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수소와 산소의 혼합물은 수소와 산소를 물에 재결합시킨 다음 반응 셀 챔버로 흐르는 물과 재결합하는 재결합기에 공급될 수 있다.
반응 셀 챔버 안으로 주입된 물 소스와 반응 셀 챔버 사이에 압력 구배가 존재하는 다른 실시예에서, 물의 입구 흐름은 다음 중 적어도 하나와 같은 유량 제어기나 제한기를 통해 연속적으로 공급될 수 있다: (i) 니들 밸브, (ii) ID가 좁거나 작은 튜브, (iii) 셀룰로스, 면, 폴리에틸렌 글리콜과 같은 흡수성 물질이나 당업계에서 알려진 다른 흡수성 물질 및 (iv) 세라믹 막, 프릿과 같은 반투과성 막이나 당업계에서 알려진 다른 반투과성 막과 같은 흡수성 물질은 패킹을 포함할 수 있으며 니들 밸브와 같은 다른 제한기 외에 흐름을 제한하는 역할을 할 수 있다. 흐름 제한기의 유량은 보정할 수 있으며, 진공 펌프와 압력 제어 배기 밸브는 희망하는 동적 챔버 압력 및 물 유량을 더 유지할 수 있다. 다른 실시예에서, H2, O2, 영족 가스 및 물 중 적어도 하나와 같은 반응 셀 혼합물의 다른 종이 물을 대체하거나 물에 더할 수 있다. 반응 셀 챔버로 흘려보내는 그 종이 실온에서 가스인 경우, SunCell®은 그 가스의 입력 흐름을 제거하는 질량 유량 제어기를 포함할 수 있다.
반투과성 막 실시예에서, 반응 셀 챔버 진공하에서 작동하는 주입기는 니들 밸브나 좁은 튜브와 같은 흐름 제한기를 포함할 수 있는데, 그 길이와 직경을 조절하여 물 유량을 제어한다. 예시적인 소직경 튜브 주입기는 약 25 um ~ 300 um의 범위에 있는 ID를 가진 것과 같은 ESI-ToF 주입 시스템에 사용되는 것과 유사한 것을 포함한다. 흐름 제한기는 밸브나 펌프와 같은 적어도 다른 하나의 주입기 요소와 합쳐질 수 있다. 예시적 실시예에서, 소직경 튜브의 수두압은 주사기 펌프와 같은 펌프로 제어한다. 주입 속도는 튜브에서 반응 셀 챔버로 향하는 밸브로 더 제어할 수 있다. 이 수두압은 수면 위에 가스를 가압하여 인가할 수 있는데, 가스는 압축 가능하며 물은 압축 가능하지 않다. 가스 가압은 펌프에 의해 인가할 수 있다. 물 주입 속도는 튜브 직경, 길이, 수두압 및 밸브 개방 및 폐쇄 빈도 및 듀티 사이클 중 적어도 하나로 제어할 수 있다. 튜브 직경은 약 10 um ~ 10 mm의 범위에 있을 수 있고, 그 길이는 약 1 cm ~ 1 m의 범위에 있을 수 있고, 수두압은 약 1 Torr ~ 100 기압의 범위에 있을 수 있고, 밸브 개방 및 폐쇄 빈도는 약 0.1 Hz ~ 1 kHz의 범위에 있을 수 있고 듀티 사이클은 약 0.01 ~ 0.99의 범위에 있을 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 수소 가스와 같은 수소의 소스 및 산소 가스와 같은 산소의 소스를 포함한다. 수소 및 산소 소스 중 적어도 하나의 소스는 적어도 하나 이상의 가스 탱크, 흐름 조절기, 압력 게이지, 밸브 및 반응 셀 챔버로의 가스 라인들을 포함한다. 실시예에서, HOH 촉매는 수소 및 산소의 연소로부터 생성된다. 수소 및 산소 가스가 반응 셀 챔버 안으로 흐를 수 있다. 수소 및 산소 중 적어도 하나와 같은 반응물의 입구 흐름은 연속적이거나 간헐적일 수 있다. 수소 및 산소 중 적어도 하나와 같은 반응물의 입구 흐름은 연속적이거나 간헐적일 수 있다. 유량 및 배출이나 진공 유량을 제어하여 희망하는 입력을 성취할 수 있다. 입구 흐름은 간헐적일 수 있는데, 그 흐름을 희망하는 범위의 최대 압력에서 중단시킬 수 있고 희망하는 범위의 최소치에서 시작할 수 있다. H2 압력 및 유량 그리고 O2 압력 및 유량 중 적어도 하나를 제어하여 HOH 및 H2 농도나 분압 중 적어도 하나를 희망하는 범위에 유지함으로써 하이드리노 반응의 전력을 제어 및 최적화할 수 있다. 실시예에서, 수소 인벤토리 및 흐름 중 적어도 하나가 산소 인벤토리 및 흐름보다 상당히 더 클 수 있다. H2 대 O2의 분압 비율 및 H2 대 O2의 유량 비율 중 적어도 하나의 비율이 약 1.1 ~ 10,000, 1.5 ~ 1000, 1.5 ~ 500, 1.5 ~ 100, 2 ~ 50 및 2 ~ 10 중 적어도 하나의 범위일 수 있다. 실시예에서, 총 압력은 신생 HOH 및 원자 H의 높은 농도를 지원하는 범위에 유지할 수 있으며, 약 1 mTorr ~ 500 Torr, 10 mTorr ~ 100 Torr, 100 mTorr ~ 50 Torr 및 1 Torr ~ 100 Torr 중 적어도 한 압력 범위이다. 실시예에서, 저장소 및 반응 셀 챔버 중 적어도 하나를 옥시수산화 갈륨 및 수산화 갈륨의 적어도 하나의 분해 온도보다 큰 작동 온도에서 유지할 수 있다. 작동 온도는 약 200 °C ~ 2000 °C, 200 °C ~ 1000 °C 및 200 °C ~ 700 °C 중 적어도 한 범위에 있을 수 있다 옥시수산화 갈륨 및 수산화 갈륨의 형성이 억제되는 경우, 물 인벤토리는 가스 상태에서 제어될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버 안으로 흐르는 수소 및 산소와 같은 적어도 두 가지 가스를 포함하는 가스 혼합기를 포함하는데, 그 혼합물은 반응 셀 챔버로 진입하면서 HOH를 형성한다. 혼합기는 각 가스나 사전 혼합된 가스와 같은 가스 혼합물의 것과 같은 적어도 하나의 질량 유량 제어기를 더 포함할 수 있다. 사전 혼합된 가스는 수소 및 산소를 포함하는 혼합물과 같이 각 가스를 희망하는 몰 비율로 포함할 수 있다. H2-O2 혼합물의 H2 몰 퍼센트는 O2 몰 퍼센트의 약 1.5 ~ 1000배의 몰 비율 범위와 같이 상당한 과잉일 수 있다. 질량 유량 제어기는 수소와 산소의 흐름 및 차후의 HOH 촉매를 형성하는 연소를 제어하여 그에 따른 반응 셀 챔버로의 가스 흐름이 과잉 수소와 HOH 촉매를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, H2 몰 퍼센트는 HOH 몰 퍼센트의 약 1.5 ~ 1000배의 범위에 있다. 혼합기는 수소-산소 토치를 포함할 수 있다. 토치는 상업용 수소-산소 토치와 같은 당업계에서 알려진 설계를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, O2 및 H2가 토치 주입기에 의해 혼합되어 O2가 H2 스트림 내에서 반응하고 HOH를 형성하도록 야기하여 산소와 갈륨 셀 구성요소와의 반응을 피하거나 NaI 전해질이나 본 개시의 또 다른 것과 같이 전해질이 산화 갈륨을 용해하도록 야기하여 현장의 전기분해에 의해 갈륨으로의 재생을 원활하게 한다. 대안적으로, 몰 비율로 10배 과잉인 수소를 포함하는 H2-O2 혼합물이, 토치에 공급하는 두 개의 제어기 대신 단일 흐름 제어기에 의해 반응 셀 챔버로 흐른다.
H2 및 갈륨과의 반응으로 H2 및 Ga2O3를 형성하여 물을 H2의 소스로 공급하는 대신 H2 가스로써 반응 셀 챔버에 대한 수소의 공급은 형성되는 Ga2O3의 양을 감소시킬 수 있다. 가스 혼합기를 포함하는 물 마이크로주입기는, 액체 흐름에 비해 더 정밀한 가스 흐름의 제어 능력으로 인해 매우 낮은 유량으로 정밀한 양의 물의 주입하는 능력이 허용되는 유리한 특성을 가질 수 있다. 더욱이 O2와 과잉 H2와의 반응은 복수의 수소 결합된 물 분자를 포함하는 벌크 물과 증기에 비해 초기 생성물로 약 100% 신생 물을 형성할 수 있다. 실시예에서, 갈륨이 산화 갈륨을 형성하여 HOH 촉매를 형성하는 반응성이 낮아지도록 갈륨을 100°C 미만의 온도에서 유지한다. 갈륨은 열 교환기 혹은 저장소 및 반응 셀 챔버 중 적어도 하나를 위한 물 배스를 포함하는 것과 같은 냉각 시스템에 의해 낮은 온도로 유지시킬 수 있다. 예시적 실시예에서, SunCell®은 높은 유량의 H2 및 미량의 O2 흐름(예: 99% H2/1% O2)의 조건하에서 작동되는데, 반응 셀 챔버 압력은 약 1 ~ 30 Torr의 압력 범위와 같이 낮게 유지할 수 있고, 유량은 희망하는 전력의 생성을 위해 제어할 수 있는데, 여기서 H2(1/4) 형성에 의한 이론적인 최대 전력은 약 1 kW/30 sccm이다. 이에 따르는 임의의 산화 갈륨은 현장의 수소 플라즈마 및 전기분해적 환원에 의해 환원시킬 수 있다. 진공 시스템이 초고 진공을 성취할 수 있으며 75 kW의 최대 과잉 전력을 생성할 수 있는 예시적 실시예에서, 그 작동 조건은 대략 산화물이 없는 갈륨 표면, 약 1-5 Torr와 같은 낮은 작동 압력 그리고 약 2000 sccm와 같은 높은 H2 유량 그리고 토치 주입기를 통한 약 10-20 sccm 산소로 공급되는 미량의 HOH 촉매이다.
실시예에서, SunCell® 구성요소나 반응 셀 챔버 벽, 반응 셀 챔버 상부, 저장소의 내부 벽 및 EM 펌프 튜브의 내부 벽 중 적어도 하나와 같은 갈륨과 접촉하는 구성요소의 표면은 갈륨과 쉽게 합금을 형성하지 않는 코팅으로 도포할 수 있으며, 멀라이트, BN 또는 본 개시의 또 다른 것과 같은 세라믹 또는 W, Ta, Re, Nb, Zr, Mo, TZM 또는 본 개시의 또 다른 것과 같은 금속 등이 있다. 다른 실시예에서, 탄소, BN, 알루미나, 지르코니아, 석영 또는 본 개시의 또 다른 것 또는 W, Ta, Re, 또는 본 개시의 또 다른 것과 같은 금속 갈륨과 쉽게 합금을 형성하지 않은 물질을 그 표면의 클래딩으로 사용할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버, 저장소 및 EM 펌프 튜브 중 적어도 하나는Nb, Zr, W, Ta, Re, Mo 또는 TZM을 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버, 저장소 및 EM 펌프 튜브와 같은 SunCell® 구성요소나 구성요소의 부분들은, 접촉하는 갈륨의 온도가 약 400 °C, 500 °C, 600 °C, 700 °C, 800 °C, 900 °C 및 1000 °C를 초과하는 극한의 하나와 같은 온도를 초과하는 때를 제외하고는 합금을 형성하는 물질을 포함할 수 있다. SunCell®은 구성요소들의 부분이 갈륨 합금의 형성이 발생하는 온도에 도달하지 않는 온도에서 작동할 수 있다. SunCell® 작동 온도는 열 교환기나 물 배스와 같은 냉각 수단에 의한 냉각으로 제어할 수 있다. 이 물 배스는 물 매니폴드를 벗어나는 제트와 같은 충돌 물 제트를 포함할 수 있는데, 반응 챔버에 입사하는 다수의 제트 중 적어도 하나의 제트의 유량을 제어기에 의해 제어하여 반응 챔버를 희망하는 작동 온도 범위 이내로 유지한다. 적어도 하나의 표면을 냉각시키는 물 제트를 포함하는 것과 같은 실시예에서, SunCell®의 적어도 하나의 구성요소에서 외부 표면을 탄소와 같은 절연재로 싸서 상승된 내부 온도를 유지하면서 작동 냉각을 허용할 수 있다. SunCell®이 물과 같은 냉각제 내의 현탁액 중 적어도 하나와 같은 수단에 의해 냉각되거나 충돌하는 냉각제 제트를 받는 실시예에서, EM 펌프 튜브는 하이드리노 반응 속도 저하를 피하기 위해 플라즈마 내로 차가운 액체 금속의 주입을 방지하기 위해 단열된다. 예시적인 단열 실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)는 매우 우수한 단열재인 시멘트 유형 재료로 주조될 수 있다(예, 시멘트 유형 재료는 1 W/mK 미만 또는 0.5 W/mK 또는 0.1 W/mK 미만의 열 전도율이 있을 수 있다). SunCell® 작동 동안 달성되는 극한 온도 초과에서 갈륨 합금을 형성하는 표면은 갈륨과 쉽게 합금을 형성하지 않는 물질로써 선택적으로 도포하거나 덮을 수 있다. 갈륨과 접촉하며 스테인레스강과 같은 구성요소의 물질에 대한 합금 온도를 초과하는 SunCell® 구성요소의 부분들은 갈륨과 합금을 쉽게 형성하지 않는 물질로 덮을 수 있다. 예시적 실시예에서, 반응 셀 챔버의 벽을 W, Ta, Re, Mo, TZM, 니오븀, 바나듐 또는 지르코늄 판 또는 석영 같은 세라믹으로 덮을 수 있으며, 반응 셀 챔버의 온도가 가장 높은 전극의 근처 영역에서는 특별히 덮을 수 있다. 이 클래딩은 반응 셀 챔버 라이너(5b31a)를 포함할 수 있다. 라이너는 갈륨은 라이너 뒤에서 스며드는 것을 방지하기 위해 라이너와 반응 셀 챔버의 벽 사이에 위치하는 가스켓이나 세라믹 페이스트 같은 다른 갈륨 비침습성 물질을 포함할 수 있다. 라이너는 용접, 볼트 또는 당업계에서 알려진 다른 패스너나 접착제 중 적어도 하나에 의해 벽에 부착시킬 수 있다.
실시예에서, 10 및 5k2 중 적어도 하나와 같은 버스 바 그리고 상응하는 점화 및 EM 펌프 전원 중 적어도 하나에 대한 버스 바로부터의 전기적 리드는 응용을 위해 반응 셀 챔버(5b31)로부터 열을 제거하는 수단의 역할을 할 수 있다. SunCell®은 적어도 하나의 버스 바 및 상응하는 리드로부터 열을 제거하는 열 교환기를 포함할 수 있다. MHD 변환기를 포함하는 SunCell® 실시예에서, 버스 바와 그 리드에서 소실되는 열은, 버스 바로부터 EM 펌프에 의해 MHD 변환기에서 반응 셀 챔버로 복귀되는 용융 은으로 열을 전달하는 열 교환기에 의해 반응 셀 챔버로 복귀될 수 있다.
실시예에서, 입방체 반응 셀 챔버의 4개의 수직 측면과 같은 반응 셀 챔버의 측벽 또는 원통형 셀의 벽은 W, Ta 또는 Re와 같은 내화 금속으로 코팅되거나 클래딩될 수 있거나 커버될 수 있다. W, Ta 또는 Re 라이너와 같은 내화 금속에 의해. 금속은 갈륨과의 합금 형성에 내성이 있을 수 있다. 반응 셀 챔버의 상부는 전기 절연체로 피복되거나 코팅될 수 있거나 세라믹과 같은 전기 절연 라이너를 포함할 수 있다. 예시적인 클래딩, 코팅 및 라이너 재료는 BN, 고릴라 유리(예, 코닝으로부터 입수가능한 알칼리-알루미노실리케이트 시트 유리), 석영, 티타니아, 알루미나, 이트리아, 하프니아, 지르코니아, 탄화규소, 열분해 흑연과 같은 흑연, 탄화규소 코팅된 흑연, 또는 TiO2-Yr2O3-Al2O3와 같은 혼합물 중 적어도 하나이다. 상단 라이너는 받침대(5c1)를 위한 관통부를 가질 수 있다(도 25). 상부 라이너는 상부 전극(8)이 반응 셀 챔버의 상부로 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다. 실시예에서, 상부 플랜지(409a)(도 31A-C)는 본 개시 내용 중 하나와 같은 라이너 또는 Mullite, ZTY, Resbond 또는 본 개시 내용의 다른 것과 같은 세라믹 코팅 또는 VHT 방염TM와 같은 페인트와 같은 코팅을 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 베이스플레이트(409a)에서 단락이 발생하고 과열될 때 점화를 종료하기 위한 점화 전원 소스 컨트롤러와 점화 전원 소스 중 적어도 하나에 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있는 베이스플레이트(409a) 열 센서, 점화 전원 소스 콘트롤러, 및 차단 스위치를 포함한다. 실시예에서, 세라믹 라이너는 복수의 섹션을 포함하며, 여기서 섹션은 섹션 사이의 팽창 갭 또는 조인트 중 적어도 하나를 제공하고 라이너의 복수의 섹션의 길이를 따라 열 구배를 제한한다. 실시예에서, 라이너의 일부가 갈륨에 잠긴 경우에 형성되는 급격한 열 구배를 피하기 위해 라이너는 액체 금속 레벨 위에 매달릴 수 있다. 라이너 섹션은 작동 동안 상이한 온도 범위를 갖는 상이한 영역 또는 구역에 대한 상이한 조합의 재료를 포함할 수 있다. 2종 이상의 세라믹의 복수의 세라믹 섹션을 포함하는 라이너의 예시적인 실시예에서, 양극에 인접한 구역과 같은 가장 뜨거운 구역의 섹션은 SiC 또는 BN을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 다른 섹션은 석영을 포함한다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)는 석영, BN, 알루미나, 지르코니아, 하프니아 또는 본 개시의 또 다른 라이너와 같은 적어도 하나의 세라믹 또는 탄소 라이너와 같은 내부 단열재(여기서 라이너라고도 함)를 포함한다. 일부 실시예에서, 반응 셀 챔버는 세라믹 라이너와 같은 라이너를 포함하지 않는다. 일부 실시예에서, 반응 셀 챔버 벽은 4130 합금 SS 또는 Cr-Mo SS 또는 W, Ta, Mo, Nb, Nb(94.33wt%)-Mo(4.86wt%)-Zr(0.81wt%), Os, Ru, Hf, Re 또는 실리사이드 코팅된 Mo와 같은 347 SS와 같은 스테인리스 강의 경우에 약 400℃ 내지 500℃ 미만과 같이 용융 금속과의 합금이 발생하는 온도 미만에서 유지되는 금속을 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버가 물과 같은 냉각제에 잠겨 있는 것과 같은 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)의 벽 두께는 얇을 수 있어, 내부 벽 온도는 4130 합금 SS, Cr-Mo SS 또는 Nb-Mo(5wt%)-Zr(1wt%)와 같은 347 SS와 같은 벽 재료가 갈륨과 같은 용융금속과 합금을 형성하는 온도 미만이 될 수 있다. 반응 셀 챔버 벽 두께는 약 5 mm 미만, 4 mm 미만, 3 mm 미만, 2 mm 미만, 및 1 mm 미만 중 적어도 하나일 수 있다. 라이너 내부의 온도는 약 500℃ 내지 3400℃, 500℃ 내지 2500℃, 500℃ 내지 1000℃, 및 500℃ 내지 1500℃ 중 적어도 하나의 범위와 같이 매우 더 높을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 반응 셀 챔버 및 저장소는 W, Ta 또는 Re 인레이를 포함할 수 있고 분할될 수 있는 BN 내측 라이너와 같은 복수의 라이너, 및 하나 이상의 동심 외부 석영 라이너를 포함한다. 베이스플레이트 라이너는 내부 BN 플레이트와 적어도 하나의 다른 세라믹 플레이트를 포함할 수 있으며, 각각은 관통을 위한 천공을 가지고 있다. 실시예에서, 관통부는 Resbond와 같은 세라믹 것과 같은 시멘트 또는 용융 갈륨의 경우 W 분말과 같은 용융 금속 합금 형성에 저항하는 내화 분말로 밀봉될 수 있다. 예시적인 베이스플레이트 라이너는 성형 가능한 세라믹 절연 디스크이다. 실시예에서, 라이너는 W 또는 Ta 인레이와 같은 내화 또는 세라믹 인레이를 포함할 수 있다. 세라믹 인레이는 실린더로 적층된 작은 높이의 반원형 링을 포함하는 것과 같은 세라믹 타일을 포함할 수 있다. 예시적인 세라믹은 지르코니아, 이트리아 안정화 지르코니아, 하프니아, 알루미나 및 마그네시아이다. 링의 높이는 약 1 mm 내지 5 cm의 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 인레이는 고온 결합 재료 또는 시멘트에 의해 제자리에 유지될 수 있는 타일 또는 비드를 포함할 수 있다. 대안적으로, 타일 또는 비드는 탄소와 같은 내화 매트릭스, W, Ta 또는 Mo와 같은 내화 금속, 또는 Ta, W, Re, Ti, Zr과 같은 내화 이붕화물 또는 탄화물, 또는 ZrB2, TaC, HfC, 및 WC와 같은 Hf 또는 본 개시의 또 다른 것에 내장될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 라이너는 갈륨 표면 레벨에서 석영을 갖는 분할된 링을 포함할 수 있고, 링의 균형은 SiC를 포함할 수 있다. 석영 세그먼트는 육각형 또는 팔각형 링과 같은 링을 형성하는 경사진 석영 플레이트를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 반응 셀 챔버 벽은 페인팅되거나, 탄소 코팅되거나, 또는 세라믹 코팅될 수 있고, 라이너는 Nb, Mo, Ta 또는 W를 포함하는 것과 같은 내부 내화 금속 라이너를 갖는 탄소를 포함할 수 있다. 추가 내부 라이너는 Nb, Mo, Ta, 또는 W 플레이트를 포함하는 것과 같은 경사진 내화 금속 플레이트를 포함하는 것과 같은 갈륨 표면에 육각형 또는 팔각형 링과 같은 내화 금속 링을 포함할 수 있다.
단열재는 진공 갭을 포함할 수 있다. 진공 갭은 저장소의 직경보다 작은 직경을 갖는 라이너와 반응 셀 챔버 압력이 약 50 Torr 미만과 같이 낮은 반응 셀 챔버 벽 사이의 공간을 포함할 수 있다. 플라즈마가 반응 셀 챔버 벽과 접촉하는 것을 방지하기 위해, 반응 셀 챔버는 BN 플러그와 같은 세라믹 플러그와 같은 캡 또는 덮개를 포함할 수 있다. 하이드리노 반응 혼합물 가스 라인은 반응 셀 챔버에 공급할 수 있고 진공 라인은 가스 배출을 제공할 수 있다. 진공 갭은 별도의 진공 라인 연결에 의해 또는 반응 셀 챔버 또는 그 진공 라인에 의해 제공되는 진공에 대한 연결에 의해 비워질 수 있다. 뜨거운 갈륨이 저장소 벽과 접촉하는 것을 방지하기 위해 저장소 벽은 뜨거운 갈륨과 벽의 접촉에서 열 절연을 제공하기 위해 라이너가 용융 갈륨을 변위시키는 저장소의 베이스로부터 갈륨 레벨 바로 위까지의 높이를 갖는 적어도 하나의 석영 라이너와 같은 라이너를 포함할 수 있다.
셀 벽은 제품 억제를 피하기 위해 분자 하이드리노 제품의 투과를 향상시키기 위해 얇을 수 있다. 라이너는 BN, 다공성 석영, 다공성 SiC와 같은 다공성 재료, 또는 반응 셀 챔버로부터 하이드리노 생성물의 확산 및 투과를 촉진하는 가스 갭을 포함할 수 있다. 반응 셀 챔버 벽은 4130 합금 SS와 같은 Cr-Mo SS와 같은 분자 하이드리노에 대해 고도로 투과성인 재료를 포함할 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)의 벽, 저장소(5c)의 벽, EM 펌프 튜브(5k6)의 벽, 베이스플레이트(5kk1), 및 상부 플랜지(409a)와 같은 적어도 하나의 SunCell® 구성요소는 코팅될 수 있다. 세라믹과 같은 본 개시내용 중 하나 이상을 용융 금속과의 합금 형성에 저항하고 O2 및 H2O 중 적어도 하나에 의한 부식에 저항하는 코팅을 포함한다. 코팅 및 코팅된 구성요소의 열팽창 계수는 약 0.1 내지 10, 0.1 내지 5, 및 0.1 내지 2의 인자 중 적어도 하나의 범위에서와 같이 대략 일치될 수 있다. 낮은 열팽창 계수가 있는 세라믹 코팅의 경우, 유사한 열 팽창 계수를 갖는 코바아(Kovar) 또는 인바아(Invar)와 같은 코팅된 금속이 코팅된 구성요소에 대해 선택된다.
실시예에서, EM 펌프 튜브(5k6)에 부착된 EM 펌프 튜브(5k6) 및 EM 버스 바(5k2)는 열팽창 계수가 거의 일치한다. 예시적인 실시예에서, EM 펌프 버스 바(5k2)에 연결된 EM 펌프 튜브 섹션은 W 버스 바의 낮은 열팽창 계수와 일치하도록 인바아 또는 코바아를 포함한다.
실시예에서, 라이너를 포함하는 적어도 하나의 구성요소는 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 냉각 시스템은 합금이 갈륨과 같은 용융 금속과 형성되는 온도 이하로 부품 온도를 유지할 수 있다. 냉각 시스템은 구성요소가 침지되는 수조를 포함할 수 있다. 냉각 시스템은 추가로 냉각된 구성요소에 충돌하는 워터 제트를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 구성요소는 EM 펌프 튜브를 포함하고, EM 펌프 튜브의 수조 침지 및 워터 제트 냉각은 석영을 포함하는 것과 같은 매우 낮은 열전도율의 EM 펌프 튜브 라이너를 사용하여 EM 펌프가 펌프하는 뜨거운 갈륨의 최소 냉각으로 실행될 수 있다.
초기 물과 원자 수소의 형성
실시예에서, 반응 셀 챔버는 Pt, Pd, Ir, Re와 같은 수소 해리기 또는 탄소와 같은 지지체 상의 다른 해리기 금속, 또는 Al2O3, 실리카 또는 제올라이트, Raney Ni, 또는 Ni, 니오븀, 티타늄과 같은 세라믹 비드, 또는 본 개시의 또 다른 해리기 금속을 분말, 매트, 직물 또는 천과 같은 높은 표면적을 제공하는 형태로 보관하는 해리기 챔버를 추가로 포함한다.
실시예에서, SunCell®은 공급된 H2 및 O2를 반응 셀 챔버(5b31) 내로 흐르는 HOH 및 H에 촉매적으로 반응시키는 재결합기를 포함한다. 재결합기는 온도 센서, 히터, 및 재결합기 온도를 감지하고 약 60℃ 내지 600℃ 범위의 원하는 작동 온도 범위에서 재결합기 촉매를 유지하기 위해 워터 제트 및 히터와 같은 냉각 시스템 중 하나 이상을 제어하는 열교환기와 같은 냉각 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 제어기를 더 포함할 수 있다. 상한 온도는 재결합기 촉매가 소결되어 유효 촉매 표면적을 잃는 온도에 의해 제한된다.
H2/O2 재결합 반응의 H2O 수율은 특히 유동 조건에서 100%가 아닐 수 있다. 산화물 피막이 형성되는 것을 방지하기 위해 산소를 제거하면 약 10% 내지 100% 범위에서 점화력을 감소시킬 수 있다. 재결합기는 세포를 H2O로 변환함으로써 세포로 유입되는 산소를 거의 모두 제거하는 수단을 포함할 수 있다. 재결합기는 가스 라인을 통해 반응 셀 챔버로 흐르는 H 원자 및 HOH 촉매를 형성하는 해리기로서 추가로 작용할 수 있다. 재결합기에서 가스의 더 긴 유동 경로는 재결합기에서 체류 시간을 증가시키고 O2에서 H2로의 반응이 더 완료되도록 할 수 있다. 그러나, 재결합기 및 가스 라인의 더 긴 경로는 더 바람직하지 않은 H 재결합 및 HOH 이량체화를 허용할 수 있다. 따라서, 유로 길이의 경쟁 효과의 균형은 재결합기에서 최적화되고, 재결합기/해리기에서 반응 셀 챔버까지의 가스 라인의 길이가 최소화될 수 있다.
실시예에서, 반응 셀 챔버에 O2 또는 H2O와 같은 산소 공급원의 공급은 반응 셀 챔버의 산소 재고량을 증가시킨다. 갈륨이 용융 금속인 경우, 산소 인벤토리는 산화갈륨, H2O 및 O2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산소 인벤토리는 하이드리노 반응을 위한 HOH 촉매의 형성에 매우 중요할 수 있다. 단, 액체 갈륨의 갈륨 산화물과 같은 용융 금속의 산화물 코팅은 하이드리노 반응의 억제 및 고정 점화 전류에서 점화 전압의 증가를 초래할 수 있다. 실시예에서, 산소 인벤토리는 최적화된다. 컨트롤러로 간헐적으로 산소를 흐르게 하여 최적화할 수 있다. 대안적으로, 산소는 최적의 인벤토리가 축적될 때까지 높은 속도로 흐를 수 있고, 이후 진공 펌프에 의한 배출과 같은 수단을 통해 반응 셀 챔버 및 저장소에서 산소 인벤토리가 제거되어 고갈되는 속도의 균형을 이루는 더 낮은 유량으로 원하는 최적 인벤토리를 유지하기 위해 유량을 감소시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 가스 유량은 약 100cc 반응 셀 챔버와 약 1kg의 갈륨 저장소 인벤토리를 로드하기 위해 약 1분 동안 약 2500sccm H2/250sccm O2이고, 이후부터는 약 2500sccm H2/5sccm이다. 산화물 층이 형성되지 않거나 소모되고 있다는 표시는 일정한 점화 전류에서 시간에 따른 점화 전압의 감소이며, 전압은 전압 센서에 의해 모니터링될 수 있고 산소 유량은 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 점화 전력 매개변수 센서 및 고정 전류에서의 점화 전압, 고정 전압에서의 점화 전류, 및 점화 전력 중 적어도 하나를 감지하고 산소를 변화시키는 산소 소스 유량 제어기를 포함하며 전력 매개변수에 대한 반응으로 산소 소스 유량을 변경시킨다. 산소 공급원은 산소 및 물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 산소 소스 컨트롤러는 점화 전압에 기초하여 반응 셀 챔버로의 산소 흐름을 제어할 수 있고, 여기서 반응 셀 챔버의 산소 인벤토리는 임계값 미만의 점화 파워 파라미터 센서에 의해 감지된 전압에 반응하여 증가되고 임계 전압 이상으로 감지된 전압에 반응하여 감소한다.
재결합기 수율을 증가시키기 위해, 재조합체 체류 시간, 표면적 및 촉매 활성을 증가시킬 수 있다. 더 높은 동역학을 가진 촉매를 선택할 수 있다. 작동 온도는 올라갈 수 있다.
다른 실시예에서, 재결합기는 Pt-블랙-Pt 필라멘트와 같은 귀금속-블랙 코팅된 Pt 필라멘트와 같은 고온 필라멘트를 포함한다. 필라멘트는 전원 공급 장치, 온도 센서 및 컨트롤러에 의해 유지되는 저항성 가열에 의해 원하는 재결합 속도를 유지하기 위해 충분히 상승된 온도에서 유지될 수 있다.
실시예에서, H2/O2 재결합기는 글로우 방전, 마이크로파, 무선 주파수(RF), 유도 또는 용량 결합 RF 플라즈마와 같은 플라즈마 소스를 포함한다. 재결합기로 절단되는 방전 셀은 고진공이 가능하다. 도 32C-E에 도시된 예시적인 방전 셀(900)은 은도금된 구리 가스켓으로 밀봉된 쌍을 이루는 상부 플레이트(903)가 있는 상부에 Conflat 플랜지(902)가 있는 스테인리스강 용기 또는 글로우 방전 플라즈마 챔버(901)를 포함한다. 상부 플레이트는 내부 텅스텐 로드 전극(905)에 대한 고전압 피드스루(904)를 가질 수 있다. 전지 본체는 카운터 전극의 역할을 하도록 접지될 수 있다. 상부 플랜지는 H2, O2 및 혼합물을 위한 적어도 하나의 가스 유입구(906)를 더 포함할 수 있다. 스테인리스강 용기의 바닥 플레이트(907)는 반응 셀 챔버로의 가스 출구를 포함할 수 있다. 글로우 방전 셀은 약 10V 내지 5kV 범위의 전압 및 약 0.01A 내지 100A 범위의 전류를 갖는 DC 전원과 같은 전원을 추가로 포함한다. 원하는 가스 압력에 대한 글로우 방전 파괴 및 유지 전압, 전극 분리 및 방전 전류는 Paschen의 법칙에 따라 선택할 수 있다. 글로우 방전 셀은 가스 브레이크다운이 방전 플라즈마를 시작하게 하는 스파크 플러그 점화 시스템과 같은 수단을 더 포함할 수 있으며, 글로우 방전 플라즈마 전력은 글로우 방전을 유지하는 더 낮은 유지 전압에서 작동한다. 파괴 전압은 약 50V 내지 5kV의 범위일 수 있고, 유지 전압은 약 10V 내지 1kV의 범위일 수 있다. 글로우 방전 셀은 점화 전원의 단락을 방지하기 위해 반응 셀 챔버(5b31) 및 저장소(5c)와 같은 다른 SunCell® 구성요소로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 압력파는 반응 셀 챔버(5b31)로 흐르는 반응물의 변동을 생성하는 글로우 방전 불안정성을 야기할 수 있고 글로우 방전 전원 공급 장치를 손상시킬 수 있다. 하이드리노 반응으로 인한 배압파가 글로우 방전 플라즈마 챔버로 전파되는 것을 방지하기 위해, 반응 셀 챔버(5b31)는 글로우 방전 셀의 가스 라인이 반응 셀 챔버로 들어가는 전극 버스 바의 BN 슬리브에 나사산과 같은 배플을 포함할 수 있다. 글로우 방전 전원은 커패시터와 같은 적어도 하나의 서지 보호 소자를 포함할 수 있다. 방전 셀의 길이 및 반응 셀 챔버 높이를 최소화하여 글로우 방전 플라즈마에서 갈륨의 양극 표면까지의 거리를 줄이고, 재결합 가능한 거리를 줄임으로써 원자 수소 및 HOH 촉매의 농도를 증가시킬 수 있다.
실시예에서, 플라즈마 셀과 반응 셀 챔버(5b31) 사이의 연결 영역은 원자 H 벽 재결합 및 HOH 이량체화를 피하기 위해 최소화될 수 있다. 글로우 방전 셀과 같은 플라즈마 셀은 반응 셀 챔버의 상부 플랜지(409a)에 직접 연결되는 Solid Seal Technologies, Inc.의 것과 같은 세라믹과 같은 전기 절연체에 직접 연결될 수 있다. 전기 절연체는 용접, 플랜지 조인트, 또는 당업계에 공지된 다른 파스너에 의해 방전 셀 및 플랜지에 연결될 수 있다. 전기 절연체의 내부 직경은 약 0.05 cm 내지 15 cm 범위와 같이 방전 셀 챔버의 직경과 같이 클 수 있다. SunCell® 및 방전 셀의 본체가 그라운드 레벨과 같은 동일한 전압으로 유지되는 다른 실시예에서, 방전 셀은 반응 셀 챔버의 상부 플랜지(409a)와 같은 반응 셀 챔버에 직접 연결될 수 있다. 연결은 용접, 플랜지 조인트, 또는 당업계에 알려진 다른 파스너를 포함할 수 있다. 연결부의 내부 직경은 약 0.05 cm 내지 15 cm 범위와 같이 방전 셀 챔버의 직경과 같이 클 수 있다.
출력 전력 레벨은 수소 및 산소 유량, 방전 전류, 점화 전류 및 전압, EM 펌프 전류 및 용융 금속 온도에 의해 제어될 수 있다. SunCell®은 출력 전력을 제어하기 위해 이들 및 기타 매개변수 각각에 해당하는 센서 및 컨트롤러를 포함할 수 있다. 갈륨과 같은 용융금속은 약 200℃ 내지 2200℃의 온도 범위에서 유지될 수 있다. 반응 셀 챔버 벽을 따라 Mo 라이너가 있는 8인치 직경 4130 Cr-Mo SS 셀을 포함하는 예시적인 실시예에서, 0.75인치 OD 세트에 의해 반응 셀 챔버의 플랜지(409a)에 직접 연결된 글로우 방전 수소 해리기 및 재결합기가 있다. 플랫 플랜지, 글로우 방전 전압은 260V 이었다. 글로우 방전 전류는 2A; 수소 유량은 2000 sccm이고; 산소 유량은 1sccm이었고; 작동 압력은 5.9 Torr이고; 갈륨 온도는 수조 냉각과 함께 400°C로 유지되었다. 점화 전류 및 전압은 1300A 및 26-27V 이었다. EM 펌프 속도는 100g/s이고 출력은 300kW 이상이었고 입력 점화 전력은 29kW로 적어도 10배 이상 증가에 상응하였다.
실시예에서, 글로우 방전 셀 재결합기와 같은 재결합기는 물과 같은 냉각제에 의해 냉각될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 재결합기의 전기 피드스루는 수냉식일 수 있다. 재결합기는 냉각을 위해 교반 수조에 잠길 수 있다. 재결합기는 표유 전압을 감지하고 전압이 약 0V 내지 20V(예, 0.1V 내지 20V) 범위에 있는 것과 같은 임계값을 초과할 때 플라즈마 전원 공급을 종료하는 안전 킬 스위치를 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 글로우 방전, 마이크로파 방전, 또는 유도 또는 용량 결합 방전 셀과 같은 방전 셀과 같은 구동 플라즈마 셀을 포함하며, 여기서 하이드리노 반응 혼합물은 H2(66.6%)에서 O2(33.3%) 몰 퍼센트의 화학량론적 혼합물 대비 과량의 산소가 있는 수소와 같은 본 개시의 하이드리노 반응 혼합물을 포함한다. 구동 플라즈마 셀은 진공이 가능한 용기, 반응 혼합물 공급 장치, 진공 펌프, 압력 게이지, 유량계, 플라즈마 발생기, 플라즈마 전원 공급 장치 및 컨트롤러를 포함할 수 있다. 하이드리노 반응을 유지하기 위한 플라즈마 소스는 참고로 포함된 밀즈 선출원(Mills Prior Applications)에 나와 있다. 플라즈마 소스는 H2 (66.6%)에서 O2 (33.3%) 몰 퍼센트의 화학량론적 혼합물과 비교하여 산소 결핍을 갖는 수소와 산소의 혼합물을 포함하는 하이드리노 반응 혼합물에서 플라즈마를 유지할 수 있다. 수소-산소 혼합물의 산소 결핍은 화학량론적 혼합물의 산소 결핍으로부터 약 5% 내지 99% 범위일 수 있다. 혼합물은 약 99.66% 내지 68.33% H2 및 약 0.333% 내지 31.66% O2의 몰 퍼센트를 포함할 수 있다. 이들 혼합물은 반응 셀 챔버에서 편향된 용융 금속과의 상호작용 시에 여기에 기재된 바와 같이 촉매 반응을 유도하기에 충분한 글로우 방전과 같은 플라즈마 셀을 통과할 때 반응 혼합물을 생성할 수 있다.
실시예에서, 플라즈마 셀의 유출에서 형성된 반응 혼합물 가스는 원하는 범위에서 반응 셀 압력을 유지하면서 셀을 통한 반응물 유량을 증가시키기 위해 임펠러 또는 가스 제트와 같은 속도 가스 스트림 수단에 의해 반응 셀 내로 강제 진입될 수 있다. 고속 가스는 반응 셀 챔버에 주입되기 전에 재결합기 플라즈마 소스를 통과할 수 있다.
실시예에서, 플라즈마 재결합기/해리기는 외부 플라즈마 재결합기/해리기로부터 반응 셀 챔버 내로 원자 H 및 HOH 촉매의 직접 주입에 의해 반응 셀 챔버에서 원자 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나의 고농도를 유지한다. 상응하는 반응 조건은 매우 높은 동역학 및 전력 효과를 생성하는 반응 셀 챔버의 매우 높은 온도에 의해 생성되는 조건과 유사할 수 있다. 예시적인 고온 범위는 약 2000°C-3400°C이다. 실시예에서, SunCell®은 원자 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나를 주입하는 플라즈마 방전 셀 재결합기/해리제와 같은 복수의 재결합기/해리제를 포함하며, 여기서 반응 셀 챔버로의 주입은 흐름에 의할 수 있다.
다른 실시예에서, H2 탱크와 같은 수소 소스는 두 개의 질량 유량 제어기(MFC)에 연결될 수 있는 매니폴드에 연결될 수 있다. 제1 MFC는 H2 라인 및 아르곤 탱크와 같은 영족 가스 소스로부터의 영족 가스 라인을 수용하는 제2 매니폴드로 H2 가스를 공급할 수 있다. 제2 매니폴드는 하우징 내의 Pt/Al2O3, Pt/C 또는 본 개시의 또 다른 것 등의 촉매와 같은 해리기에 연결된 라인으로 출력할 수 있는데, 해리기의 출력은 반응 셀 챔버로 향하는 라인일 수 있다. 제2 MFC는 H2 라인 및 O2 탱크와 같은 산소 소스로부터의 산소 라인을 수용하는 제3 매니폴드로 H2 가스를 공급할 수 있다. 제3 매니폴드는 하우징 내의 Pt/Al2O3, Pt/C 또는 본 개시의 또 다른 것 등의 촉매와 같은 재결합기에 연결된 라인으로 출력할 수 있는데, 재결합기의 출력은 반응 셀 챔버로 향하는 라인일 수 있다.
대안적으로, 제2 MFC는 제1 MFC가 공급하는 제2 매니폴드와 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 MFC는 수소를 재결합기로 또는 재결합기 및 제2 MFC로 직접 흐르게 할 수 있다. 아르곤은 아르곤 탱크와 같은 공급장치로부터 가스를 받아서 반응 셀 챔버로 아르곤을 직접 출력하는 제3 MFC에 의해 공급될 수 있다.
다른 실시예에서, H2는 H2 탱크와 같은 공급장치로부터 제1 매니폴드로 출력하는 제1 MFC로 흐를 수 있다. O2는 O2 탱크와 같은 공급장치로부터 제1 매니폴드로 출력하는 제2 MFC로 흐를 수 있다. 제1 매니폴드는 제2 매니폴드로 출력하는 재결합기/해리기로 출력할 수 있다. 아르곤과 같은 영족 가스는 아르곤 탱크와 같은 그 공급장치로부터 반응 셀 챔버로 출력하는 제2 매니폴드로 흐를 수 있다. 다른 흐름 방식들은 본 개시의 범위에 속하는데 이 흐름들은 반응 가스들을 가스 공급장치, MFC, 매니폴드 및 당업계에서 알려진 연결장치에 의해 가능한 정연한 순열 방식으로 전달한다.
실시예에서, SunCell®은 물이나 수소 탱크와 같은 수소 가스 등 적어도 하나의 수소의 소스, 수소 질량 유량 제어기와 같은 소스에서의 흐름을 제어하는 수단, 압력 조절기, 수소 소스로부터 저장소 또는 챔버의 용융 금속 레벨 아래의 반응 셀 챔버 중 적어도 하나까지의 수소 가스 라인과 같은 라인 그리고 제어기를 포함한다. 수소나 수소 가스의 소스는 용융 금속만으로 직접 도입할 수 있는데, 그 농도나 압력이 금속 외부에서 도입하여 성취되는 것보다 클 수 있다. 더 높은 농도나 압력은 용융 금속에서의 수소 용해도를 증가시킬 수 있다. 수소가 원자 수소로서 용해될 수 있는데, 갈륨이나 갈린스탄과 같은 용융 금속이 해리기의 역할을 할 수 있다. 다른 실시예에서, 수소 가스 라인은 Al2O3 지지체 상의 Pt와 같은 지지체상의 귀금속 등의 수소 해리기를 포함할 수 있다. 원자 수소는 반응 셀 챔버에서 용융 금속의 표면으로부터 방출되어 하이드리노 반응을 지원할 수 있다. 가스 라인은 용융 금속으로 향하는 출구보다 더 높은 위치에 있는 수소 소스의 입구를 가짐으로써 용융 금속이 질량 유량 제어기로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 수소 가스 라인은 용융 금속 안으로 연장될 수 있으며 수소 가스를 분배하는 수소 확산기를 단부에 더 포함할 수 있다. 가스 라인과 같은 라인은 U 섹션이나 트랩을 포함할 수 있다. 이 라인은 용융 금속 상부의 반응 셀 챔버에 진입하고 용융 금속 표면 아래에서 굴곡되는 섹션을 포함할 수 있다. 수소 탱크와 같은 적어도 하나의 수소 소스, 조절기 그리고 질량 유량 제어기는 수소 가스 라인과 같은 라인의 출구에서 용융 금속의 수두압을 극복하는 충분한 압력의 수소 소스나 수소를 제공할 수 있으며 또한 수소나 수소 가스 흐름의 희망하는 소스를 허용할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 탱크와 같은 수소의 소스, 밸브, 조절기, 압력 게이지, 진공 펌프 및 제어기를 포함하여, Re/C와 Pt/C 등 본 개시의 것과 같은 적어도 하나의 수소 해리기와 같은 수소의 소스로부터 원자 수소를 형성하는 하나의 수단 그리고 하이드리노 반응 플라즈마, 글로 방전 플라즈마의 유지를 위해 SunCell® 전극에 인가될 수 있는 고압 전력 소스, RF 플라즈마 소스, 마이크로파 플라즈마 소스 또는 반응 셀 챔버에서 수소 플라즈마를 유지하는 본 개시의 또 다른 플라즈마 소스와 같은 플라즈마의 소스를 더 포함할 수 있다. 수소의 소스는 가압 수소를 공급할 수 있다. 가압 수소의 소스는 가역적 그리고 간헐적 중 한 방식으로 반응 셀 챔버를 수소로 가압할 수 있다. 가압 속도는 갈륨과 같은 용융 금속 안으로 용해될 수 있다. 원자 수소를 형성하는 수단은 용융 금속에서 수소의 용해도를 증가시킬 수 있다. 반응 셀 챔버의 수소 압력은 약 0.01 기압 ~ 1000 기압, 0.1 기압 ~ 500 기압 그리고 0.1 기압 ~ 100 기압의 적어도 한 범위에 있을 수 있다. 수소는 흡수를 허용하는 드웰 시간 이후 진공에 의해 제거할 수 있다. 이 드웰 시간은 약 0.1초 ~ 60분의 범위에 있을 수 있다. SunCell®은 원자 수소의 간헐적 공급 그리고 조율된 방식으로 수소에 의한 가압 및 감압 중 적어도 하나일 수 있는 제어기를 갖춘 복수의 반응 셀 챔버들을 포함할 수 있는데, 각 반응 셀 챔버는 수소를 흡수할 수 있는 반면 다른 하나는 가압되거나 원자 수소가 공급되거나 진공으로 되거나 혹은 작동하여 하이드리노 반응이 유지된다. 플라즈마의 존재하에서 감압으로 수소의 흡수를 야기하는 예시적 시스템 및 조건은 다음에서 주어지며 여기에 참고문헌으로 포함된다: Carreon [M. L. Carreon, "Synergistic interactions of H2 and N2 with molten gallium in the presence of plasma", Journal of Vacuum Science & Technology A, Vol. 36, Issue 2, (2018), 021303 pp. 1-8; https://doi.org/10.1116/1.5004540]. 예시적 실시예에서, SunCell®은 0.5 ~ 10 기압과 같은 높은 수소 압력에서 작동되는데, 플라즈마가 연속적 플라즈마 및 전류에 의한 것보다 훨씬 낮은 입력 전력을 가지는 펄스식 거동을 나타냈다. 다음, 그 압력이 약 1 Torr ~ 5 Torr에서 유지되며 1500 sccm H2 + 15 sccm O2가 90 °C 이상에서 1 g의 Pt/Al2O3를 통과하여 흘러 반응 셀 챔버로 흘러들어 가는데, 갈륨 온도의 증가에 따라 갈륨으로부터의 추가 H2 로딩(갈륨 흡수) 그리고 언로딩(갈륨으로부터 H2 오프 개싱)이 반복될 수 있다.
실시예에서, 수소의 소스나 수소 가스를 용융 금속 한 쌍의 전극 중 반대 전극으로 촉진되는 방향으로 직접 주입할 수 있는데, 여기서 용융 금속 배스가 전극의 역할을 한다. 가스 라인은 주입기의 역할을 할 수 있는데, 수소의 소스나 H2 가스 주입과 같은 수소 주입은 적어도 부분적으로 용융 금속 주입기의 역할을 할 수 있다. EM 펌프 주입기는 두 개의 전극과 전원의 소스를 포함하는 전화 시스템에 대한 추가의 용융 금속 주입기의 역할을 할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 분자 수소 해리기를 포함한다. 이 해리기는 반응 셀 챔버나 반응 셀 챔버와 가스 상태로 통하는 별도의 챔버에 수용될 수 있다. 이 별도의 하우징은 갈륨과 같은 용융 금속에 대한 노출에 기인하여 해리기가 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 이 해리기는 알루미나 비드 상의 Pt나 본 개시나 당업계에 알려진 다른 것과 같은 지지된 Pt 등 해리시키는 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 해리기는 핫 필라멘트 또는 글로 방전, 마이크로파 방전, 플라즈마 토치, 유도적으로 용량적으로 결합된 RF 방전, 유전 장벽 방전, 압전 직접 방전, 음향 방전 또는 본 개시나 당업계에 알려진 다른 방전 셀 등의 플라즈마 방전 소스를 포함할 수 있다. 핫 필라멘트는 반응 셀 챔버를 관통하는 전기적으로 절연된 피드-스루를 통한 다음 필라멘트를 통해 전류를 흘리는 전력 소스에 의해 저항 가열될 수 있다.
다른 실시예에서, 점화 전류를 증가시켜 수소 해리 속도 및 플라즈마 이온-전자 재결합 속도 중 적어도 하나를 증가시킬 수 있다. 실시예에서, 점화 파형은 약 1 V ~ 100 V의 범위에 있는 AC 전압으로 중첩된 약 1 V ~ 100 V의 범위와 같은 DC 오프셋을 포함할 수 있다. DC 전압은 하이드리노 반응 혼합물에서 플라즈마의 형성에 충분하게 AC 전압을 증가시킬 수 있으며, AC 성분은 약 100 A ~ 100,000A의 범위와 같은 플라즈마 존재하에서 높은 전류를 포함할 수 있다. AC 변조를 갖춘 DC 전류는 점화 전류가 약 1 Hz ~ 1 MHz, 1 Hz ~ 1 kHz 및 1 Hz ~ 100 Hz 중 적어도 하나의 범위와 같은 상응하는 AC 주파수에서 펄스되도록 야기할 수 있다. 실시예에서, 저항을 감소시키고 점화 전력의 전류 및 안정성을 증가시키기 위해 EM 펌핑을 증가시킨다.
실시예에서, 미세공동 캐소드 방전의 수단에 의해 고압 글로 방전을 유지시킬 수 있다. 개구의 직경이 약 100미크론인 두 개의 가깝게 배치된 전극 사이에서 미세공동 캐소드 방전이 지속될 수 있다. 예시적인 직류 방전은 약 대기압까지 유지시킬 수 있다. 실시예에서, 높은 가스 압력에서의 대용적 플라즈마를 병렬로 작동하는 개별 글로 방전들의 중첩을 통해 유지할 수 있다. 이 플라즈마 전류는 적어도 하나의 DC나 AC일 수 있다.
실시예에서, H2O나 H2보다 해리하기가 더 쉬운 수소의 수소를 공급하여 증가된다. 예시적 소스는 H 원자 당 더 낮은 생성 엔탈피 및 더 낮은 생성 자유 에너지 중 적어도 하나를 가진 것들이며, 메탄, 탄화수소, 메탄올, 알코올, H를 포함하는 다른 유기 분자 등이 있다.
실시예에서, 해리기는 도 25에 나와 있는 것과 같은 전극(8)을 포함할 수 있다. 이 전극(8)은 최대 3200 °C의 것과 같은 고온에서 작동할 수 있는 해리기를 포함할 수 있으며 갈륨과 같은 용융 금속과 합금 형성에 내성인 물질을 더 포함할 수 있다. 예시적 전극은 W 및 Ta의 적어도 하나를 포함한다. 실시예에서, 버스 바(10)는 평면 판 등의 베인 해리기와 같은 부착된 해리기를 포함할 수 있다. 판은 가장자리의 면을 버스 바(10)의 축을 따라서 부착시킬 수 있다. 베인은 패들 휠 패턴을 포함할 수 있다. 베인은 정류 전류에 의한 저항 가열 및 하이드리노 반응에 의한 가열 중 적어도 하나에 의해 가열될 수 있는 버스 바(10)로부터의 전도성 열 전달에 의해 가열할 수 있다. 베인과 같은 해리기는 Hf, Ta, W, Nb 또는 Ti와 같은 내화 금속을 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 대략 단색창(예: 50 nm 미만이나 25 nm 미만이나 10 nm 미만이나 5 nm 미만의 스펙트럼 대역폭을 가진 광) 및 대략 그 단색 광을 위한 창을 포함한다. 이 광은 반응 셀 챔버에서 수소 가스와 같은 수소 가스에 대해 입사일 수 있다. H2의 기본 진동 주파수는 4161 cm-1이다. 가능한 복수의 주파수들 중 적어도 한 주파수는 대략 H2의 진동 에너지와 대략 공진일 수 있다. 대략 공진의 조사는 H2에 의해 흡수되어 선택적인 H2 결합 해리를 야기할 수 있다. 다른 실시예에서, 이 광의 주파수는 (i) 3756 cm-1과 같은 H2O의 OH 결합 의 진동 에너지 그리고 여기에 참조문헌으로 포함되는 Lemus [R. Lemus, "Vibrational excitations in H2O in the framework of a local model," J. Mol. Spectrosc., Vol. 225, (2004), pp. 73-92]가 제공하는 것들과 같은 당업자에게 알려진 다른 것들, (ii) 수소 결합된 H2O 분자 사이의 수소 결합의 진동 에너지, 그리고 (iii) 광의 흡수가 H2O 이합체 및 다른 H2O 다합체에 대한 신생 물 분자로의 해리를 야기하는 수소 결합된 H2O 분자들 사이의 수소 결합 중 적어도 하나와 대략 공진일 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 반응 혼합물은 H2O 분자와의 H-결합을 할 수 있는 소스로부터의 암모니아와 같은 추가의 가스를 포함하여 물 이합체 H 결합과 경쟁하여 신생 HOH의 농도를 증가시킬 수 있다. 이 신생 HOH가 하이드리노 촉매의 역할을 할 수 있다.
실시예에서, 하이드리노 반응은 전력, 열 전력, 플라즈마, 광, 압력, 전자기 펄스 그리고 충격파의 군에서 적어도 하나의 반응 시그내처를 생성한다. 실시예에서, SunCell®은 반응 시그내처를 검출하고 반응 혼합물 조성과 같은 반응 매개변수 그리고 하이드리노 반응 속도를 제어하는 압력 및 온도 등 조건을 제어하기 위해 적어도 하나의 센서와 적어도 하나의 제어 시스템을 포함한다. 반응 혼합물은 H2O, H2, O2, 아르곤과 같은 영족 가스 및 GaX3(X = 할라이드) 중 적어도 하나 또는 적어도 하나의 소스를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 전자기 펄스(EMP)의 강도 및 주파수를 감지하고 반응 매개변수를 제어하여 EMP의 강도 및 주파수를 증가시킴으로써 반응 속도를 증가시키고, 또 그 반대를 실행한다. 다른 예시적인 실시예에서, 충격파 주파수, 강도, 및 2개의 음향 프로브 사이의 전파 속도와 같은 전파 속도 중 적어도 하나가 감지되고, 반응 파라미터는 반응 속도를 높이기 위해 충격파 주파수, 강도 및 전파 속도 중 적어도 하나를 증가시키고 또 그 반대를 실행하도록 제어된다.
용융 금속
H2O는 갈륨과 같은 용융 금속과 반응하여 H2(g) 그리고 Ga2O3 및 Ga2O와 같은 상응하는 산화물, GaO(OH)와 같은 옥시수산화물 및 Ga(OH)3와 같은 수산화물을 형성할 수 있다. 갈륨 온도를 제어하여 H2O와의 반응을 제어할 수 있다. 예시적 실시예에서, 갈륨 온도를 100 °C 미만으로 유지함으로써 H2O의 갈륨과의 반응 방지 및 H2O-갈륨 반응이 낮은 속도로 발생하도록 야기 중 적어도 하나를 실행할 수 있다.
다른 예시적 실시예에서, 갈륨 온도를 약 100 °C 위로 유지하여 H2O-갈륨 반응이 빠른 속도로 발생하도록 야기할 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)에서H2O와 갈륨의 반응은 H나HOH 촉매와 같은 적어도 하나의 하이드리노 반응물의 형성을 원활하게 할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버(5b31)로 물을 주입하여 100 °C 이상의 온도에서 유지될 수 있는 갈륨과 반응시킴으로써, (i) H의 소스 역할을 하는 H2의 형성, (ii) H2O 이합체가 HOH 단량체나 신생 HOH를 형성하여 촉매 역할을 하도록 야기 및 (iii) 수증기 압력의 감소 중 적어도 하나를 실행할 수 있다.
실시예에서, GaOOH는 HOH 촉매 및 하이드리노를 형성하는 반응물의 역할은 하는 H 중 적어도 하나를 형성하는 고체 연료 하이드리노 반응물의 역할을 할 수 있다. 실시예에서, Ga2O3나 Ga2O 등 적어도 하나의 산화물, Ga(OH)3 등 수산화물 그리고 GaOOH, AlOOH 또는 FeOOH 등 옥시수산화물은 H2(1/4)와 같은 하이드리노에 결합하는 매트릭스 역할을 할 수 있다. 실시예에서, GaOOH 그리고 스테인레스강 및 스테인레스강-갈륨 합금의 산화물과 같은 금속 산화물 중 적어도 하나가 반응 셀 챔버에 첨가되어 하이드리노의 게터 역할을 한다. 이 게터는 약 100 °C ~ 1200 °C의 범위의 하나와 같은 고온으로 가열되어 H2(1/4)와 같은 분자 하이드리노 가스를 방출할 수 있다.
실시예에서, 합금 형성 반응 중 적어도 하나는 게터로서 작용하는 합금 제품에서 분자 하이드리노를 포획하고 흡수한다. 액체 갈륨에 잠긴 스테인리스강(SS)과 같은 고체 금속 조각은 갈륨과 반응하여 분자 하이드리노 게터 역할을 하는 금속-갈륨 합금을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 스테인리스강 반응 셀 챔버 및 저장소 벽 중 적어도 하나는 Ga3Fe, Ga3Ni 및 Ga3Cr 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 스테인리스강 합금을 형성하기 위해 소모되는 반응 표면으로서 작용할 수 있다. 분자 하이드리노를 흡수하거나 포획한다. 분자 하이드리노 가스는 투과 장벽으로 인해 벽에 축적될 수 있다. 하이드리노 반응 생성물의 증가된 국소 농도는 일반적으로 합금에 포획된 분자 하이드리노 가스 농도를 증가시킨다. 게터에서 반응 생성물을 흡수한 후, 게터는 게터 가열과 같은 수단에 의해 방출될 수 있는 분자 하이드리노 가스의 공급원일 수 있다. 일 실시예에서, 게터는 갈륨 산화물, GaOOH, 및 적어도 하나의 스테인리스 스틸 합금 중 적어도 하나를 포함한다. 게터는 NaOH 또는 KOH와 같은 수성 염기에 용해되어 GaOOH 매트릭스에 포획된 H2(1/4)와 같은 분자 하이드리노를 형성할 수 있다.
실시예에서, FeOOH, 알칼리 할로겐화물-수산화물 혼합물, 및 Cu(OH) 2 + FeBr2와 같은 전이 금속 할로겐화물-수산화물 혼합물과 같은 본 개시내용의 고체 연료는 다음 중 적어도 하나에 의해 반응하여 하이드리노를 형성하도록 활성화될 수 있다. 열의 적용 및 기계적 힘의 적용. 후자는 고체 연료를 볼 밀링하여 달성할 수 있다.
대안적 실시예에서, SunCell®은 그에 의해 반응 셀 챔버가 냉각제의 흐름에 의해 냉각되는 펌핑 시스템을 포함하는 냉각제 흐름 열 교환기를 포함하는데, 그 유량을 변동시켜 반응 셀 챔버를 제어함으로써 희망하는 온도 범위에서 작동할 수 있다. 이 열 교환기는 마이크로채널 판과 같은 채널을 갖춘 판을 포함할 수 있다. 실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버(531)를 포함하는 셀, 저장소(5c), 페데스탈(5c1) 및 하이드리노 반응 플라즈마와 접촉하는 모든 구성 요소를 포함할 수 있는데, 하나 이상의 구성요소가 셀 영역을 포함할 수 있다. 실시예에서, 냉각제의 흐름을 포함하는 것과 같은 열 교환기는 셀 영역에 조직되는 복수의 열 교환기를 포함하여 상응하는 셀 영역을 독립적인 희망하는 온도로 유지할 수 있다.
도 30에 나와 있는 것과 같은 실시예에서, SunCell®은 고온의 갈륨이 챔버 벽을 직접 접촉하지 못하도록 반응 셀 챔버(5b31a)의 내부에서 용융 갈륨 레벨에 체결된 단열재나 라이너(5b31)를 포함한다. 이 단열재는 열 절연재, 전기 절연재 또는 갈륨과 같은 용융 금속에 의한 습윤에 내성인 물질 중 하나를 포함할 수 있다. 이 절연은 갈륨의 표면 온도의 상승을 허용 그리고 벽을 녹일 수 있는 반응 셀 챔버의 벽에 집중되는 핫 스팟의 형성 감소 중 적어도 하나를 실행할 수 있다. 그 밖에 본 개시의 것과 같은 수소 해리기는 라이너의 표면을 덮을 수 있다. 다른 실시예에서, 벽 두께의 감소 그리고 구리 블럭과 같은 열 확산기의 벽의 외부 표면에 덮어서 열 전력을 벽 내부로 퍼뜨림 중 하나를 실행하여 집중되는 벽의 용융을 방지한다. 단열재는 BN, SiC, 탄소, 멀라이트, 석영, 융합 실리카, 알루미나, 지르코니아, 하프니아 본 개시의 또 다른 것들 그리고 당업자에게 알려진 것들과 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 단열재의 두께는 용융 금속 및 산화 갈륨의 표면 코팅의 희망하는 면적을 성취하기 위해 선택할 수 있는데, 더 적은 면적은 하이드리노 반응 플라즈마의 집중에 의해 온도를 증가시킬 수 있다. 더 적은 면적은 전자-이온 재결합 속도를 감소시킬 수 있으므로, 산화 갈륨 막의 제거 그리고 하이드리노 반응 전력의 최적화를 유리하게 하기 위해 면적을 최적화할 수 있다. 직사각형 반응 셀 챔버를 포함하는 예시적 실시예에서, 직사각형 BN 블럭이 반응 셀 챔버의 내부 벽의 용융 갈륨의 표면 레벨에서 용접된 나사식 스터드에 볼트로 체결된다. BN 블럭은 반응 셀 챔버의 내부의 이 위치에서 연속적인 상승된 표면을 형성한다.
실시예에서(도 25 및 도 30), SunCell®은 저장소(5c)의 하부에 있는 EM 펌프의 기저판을 통과하는 버스 바(5k2ka1)를 포함한다. 이 버스 바는 점화 전류 전원에 연결될 수 있다. 버스 바는 용융 금속 레벨과 위로 연장될 수 있다. 버스 바는 갈륨과 같은 용융 금속 외에도 양극의 역할을 할 수 있다. 용융 금속은 버스 바를 탈열하여 냉각시킬 수 있다. 버스 바는 용융 금속이 갈륨을 포함하는 경우 용융 금속과 합금을 형성하지 않는 W, Ta, Re와 같은 내화 금속을 포함할 수 있다. 갈륨 표면으로부터 돌출하는 W 막대와 같은 버스 바는 플라즈마를 갈륨 표면에 집중시킬 수 있다. W를 포함하는 것과 같은 주입기 노즐은 저장소의 용융 금속에 담겨서 그것의 열 손상으로부터 보호할 수 있다.
용융 금속이 전극의 역할을 하는 것과 같은 실시예에서(도 25), 용융 금속의 역할을 하는 교차 면적을 최소화하여 그 전류 밀도를 증가시킬 수 있다. 용융 금속 전극은 주입기 전극을 포함할 수 있다. 용융 금속 전극은 양극성일 수 있다. 용융 금속 전극의 면적은 대략 카운터 전극의 면적일 수 있다. 용융 금속 표면의 면적을 최소화하여 전류 밀도가 높은 전극의 역할을 할 수 있다. 그 면적은 약 1 cm2 ~ 100 cm2, 1 cm2 ~ 50 cm2 및 1 cm2 ~ 20 cm2 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 반응 셀 챔버 및 저장소 중 적어도 하나를 용융 금속 레벨의 위치에서 교차 면적이 더 적은 쪽으로 테이퍼지게 할 수 있다. 반응 셀 챔버 및 저장소 중 적어도 하나의 적어도 한 부분이 용융 금속의 레벨에서 텅스텐, 탄탈 또는 BN 등의 세라믹과 같은 내화물질을 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 반응 셀 챔버 및 저장소 중 적어도 하나는 용융 금속 레벨에서의 면적을 최소화하여 전류 밀도가 높은 양극의 역할을 할 수 있다. 예시적 실시예에서, 반응 셀 챔버는 원통형일 수 있으며 리듀서, 원뿔 섹션 또는 저장소로의 변화를 더 포함할 수 있는데, 상응하는 용융 금속 표면에서의 갈륨의 교차 면적이 전류를 집중시키고 전류 밀도가 증가하도록 작게 되는 레벨까지 갈륨과 같은 용융 금속을 저장소에 채운다. 예시적 실시예에서(도 31A), 반응 셀 챔버 및 저장소 중 적어도 하나가 모래시계 형상이나 한 장의 쌍곡면을 포함할 수 있는데 용융 금속 레벨이 대략 가장 작은 교차 면적의 레벨이다. 이 면적은 내화 물질 또는 탄소, W, Ta, 또는 RE 또는 내화 금속 또는 BN, SiC 또는 석영 등의 세라믹과 같은 내화 물질의 라이너(5b31a)를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 반응 셀 챔버는 4130 합금 SS와 같은 347 SS와 같은 스테인레스강을 포함할 수 있으며 라이너는 W나 BN을 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응 셀 챔버는 링 내부에 플라즈마를 가두기 위해 전극들 사이의 축에 중심을 둔 환형 링과 같은 적어도 하나의 플라즈마 가둠 구조를 포함한다. 링은 용융 금속 및 반응 셀 챔버의 벽 중 적어도 하나와 단락되고 적어도 하나의 전기 절연 지지체에 의해 전기적으로 절연될 수 있다.
반응 셀 또는 챔버 구성
실시예에서, 반응 셀 챔버는 진공 또는 고압이 가능한 스테인리스강 튜브 용기(5b3)를 포함하는 것과 같은 튜브 반응기(도 31B-C)를 포함할 수 있다. 용기 내부의 압력 및 반응 혼합물은 가스 유입구(710)를 통해 가스를 흐르게 하고
진공 라인(711)을 통해 가스를 배출함으로써 제어될 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31)는 용기(5b3) 벽으로부터 전기적으로 격리할 수 있고 갈륨 합금 형성을 추가로 방지할 수 있는 BN, 석영, 열분해 탄소 또는 SiC를 포함하는 세라믹 라이너와 같은 내화 라이너와 같은 라이너 5b31a를 포함할 수 있다. 대안적으로, W, Ta 또는 Re와 같은 내화 금속 라이너는 갈륨 합금 형성을 감소시킬 수 있다. EM 버스 바(5k2)는 전기 전도성이고 갈륨 합금의 형성에 저항하는 재료, 코팅 또는 클래딩을 포함할 수 있다. 예시적인 재료는 Ta, Re, Mo, W 및 Ir이다. 각 버스 바 5k2는 Ta, Re, Mo, W와 Ir중 적어도 하나와 같은 세라믹 또는 갈륨 합금 저항 금속을 포함하는 코팅을 포함하는 Swagelok와 같은 용접이나 파스너로 EM 펌프 튜브에 고정될 수 있다.
실시예에서, 라이너(예, EM 펌프의 라이너, 반응 셀 라이너)는 복수의 세라믹 또는 세라믹과 내화 금속과 같은 복수의 재료의 하이브리드를 포함한다. 세라믹은 BN, 석영, 알루미나, 지르코니아, 하프니아와 같은 본 개시내용 중 하나일 수 있고, 또는 Ta, W, Re, Ti, Zr, 또는 ZrB2, TaC, HfC, WC와 같은 Hf 이붕화물이나 탄화물일 수 있다. 내화 금속은W, Ta, Re, Ir, 또는 Mo와 같은 개시의 하나일 수 있다. 관형 전지(도 31B-C)의 예시적인 실시예에서, 라이너는 플라즈마가 가장 강한 영역에 오목한 밴드가 있는 BN 튜브를 포함하고, 여기서 BN의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는 W 튜브 섹션 튜브 라이너는 BN 라이너의 오목한 밴드에 고정된다. 예시적인 실시예에서, 니오븀 또는 바나듐을 포함하고 산화를 방지하기 위해 지르코니아-티타니아-이트리아(ZTY)와 같은 세라믹으로 코팅된 것과 같은 내화 금속 튜브 모양의 반응 셀 챔버(5b31)의 라이너는 하이드리노 반응으로 인한 플라즈마가 가장 강한 위치와 같은 원하는 위치에 W 인레이와 같은 내화 금속 또는 세라믹 인레이를 하나 이상 포함한다.
실시예에서, 저장조, 반응 셀 챔버 및 EM 펌프 튜브와 같은 적어도 하나의 SunCell® 구성요소의 세라믹 라이너, 코팅 또는 클래딩은 하프늄 붕화물(HfB2), 지르코늄 이붕화물(ZrB2), 하프늄 질화물(HfN), 지르코늄 질화물(ZrN), 티타늄 탄화물(TiC), 티타늄 질화물(TiN)과 같은 초기 전이 금속의 탄화물, 질화물 및 산화물, 이산화토륨(ThO2), 붕화니오븀(NbB2), 탄탈륨 카바이드(TaC) 및 관련 복합물과 같은 금속 산화물, 알루미나, 지르코니아, 이트리아 안정화 지르코니아, 마그네시아, 하프니아, 탄화규소, 탄화지르코늄, 이붕화지르코늄, 질화규소(S33N4), Li2O×Al2O3 × nSiO2계(LAS계), MgO × Al2 O3 × nSiO2계(MAS계), ZnO× Al2O3 × nSiO2 계(ZAS 계)을 포함할 수 있다. 저장소, 반응 셀 챔버, EM 펌프 튜브, 라이너, 클래딩 또는 코팅과 같은 하나 이상의 SunCell® 구성 요소는 흑연(승화점 = 3642°C), 텅스텐(M.P. = 3422 °C) 또는 탄탈륨(M.P. = 3020 °C), 니오븀, 니오븀 합금, 바나듐, 세라믹, 초고온 세라믹 및 하프늄 붕화물(HfB2), 지르코늄 이붕화물(ZrB2), 하프늄 질화물(HfN), 지르코늄 질화물(ZrN), 티타늄 탄화물(TiC), 티타늄 질화물(TiN), 이산화토륨(ThO2), 붕화니오븀(NbB2), 탄탈륨 카바이드(TaC) 및 관련 복합물과 같은 초기 전이 금속과 같은 붕소화물, 탄화물, 질화물, 및 산화물 중 적어도 하나의 세라믹 기지 복합체를 포함할 수 있다. 원하는 높은 융점을 갖는 예시적인 세라믹은 산화마그네슘(MgO)(M.P. = 2852°C), 산화지르코늄(ZrO)(M.P. = 2715°C), 질화붕소(BN)(M.P. = 2973°C), 이산화지르코늄(ZrO2) (M.P. = 2715 °C), 하프늄 붕화물 (HfB2) (M.P. = 3380 °C), 하프늄 카바이드 (HfC) (M.P. = 3900 °C), Ta4HfC5 (M.P. = 4000 °C5), TaX4 C), 하프늄 질화물(HfN)(M.P. = 3385°C), 지르코늄 디보라이드(ZrB2)(M.P. = 3246°C), 지르코늄 카바이드(ZrC)(M.P. = 3400°C), 지르코늄 질화물(ZrN =)(M. 2950°C), 티타늄 붕화물(TiB2)(M.P. = 3225°C), 티타늄 카바이드(TiC)(M.P. = 3100°C), 티타늄 질화물(TiN)(M.P. = 2950°C), 실리콘 카바이드(SiC)( M.P. = 2820°C), 탄탈륨 붕화물(TaB2)(M.P. = 3040°C), 탄탈륨 카바이드(TaC)(M.P. = 3800°C), 탄탈륨 질화물(TaN)(M.P. = 2700°C), 니오븀 카바이드(M.P. = 3490°C), 니오븀 질화물(NbN)(M.P. = 2573°C), 바나듐 카바이드(VC)(M.P. = 2810°C),바나듐 질화물(VN)(M.P. = 2050°C), 및 초합금과 크롬, 코발트 및 레늄을 포함하는 니켈 기반 초합금, 세라믹 기질 복합재를 포함하는 것, U-500, Rene 77, Rene N5, Rene N6, PWA 1484, CMSX-4, CMSX-10, Inconel, IN-738, GTD-111, EPM-102 및 PWA 1497중 하나 이상의 터바인 블레이드 재료이다. MgO 및 ZrO와 같은 세라믹은 H2와의 반응에 내성이 있을 수 있다.
실시예에서, 각각의 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31), 및 EM 펌프 튜브(5k6)의 내부 중 적어도 하나는 세라믹으로 코팅되거나 BN, 석영, 탄소, 열분해탄소, 탄화규소, 티타니아, 알루미나, 이트리아, 하프니아, 지르코니아, 또는 TiO2-Yr2O3-Al2O3와 같은 혼합물, 또는 본 개시의 또 다른 것 중 하나와 같은 세라믹 라이너를 포함한다. 예시적인 탄소 코팅은 Aremco Products Graphitic Bond 551RN을 포함하고 예시적인 알루미나 코팅은 Cotronics Resbond 989를 포함한다. 실시예에서, 라이너는 2개의 BN 크램 셀 라이너와 같은 적어도 2개의 동심원 크램 셀을 포함한다. 크램 셀의 수직 솔기(저장소와 평행)는 반응 셀 챔버 내부의 플라즈마 또는 용융 금속에서 반응 셀 챔버 벽으로의 직접적인 전기 경로를 피하기 위해 상대 회전 각도만큼 오프셋되거나 엇갈릴 수 있다. 예시적인 실시예에서, 오프셋은 수직 이음새에서 90°이고, 여기서 크램 셀의 두 섹션은 라이너가 균열 없이 열적으로 팽창하도록 하고, 중첩되는 내부 및 외부 라이너는 동심 조개 껍질 라이너의 솔기 세트의 상대적 오프셋으로 인해 플라즈마가 반응 챔버 벽에 누전되는 것을 막는다. 다른 예시적인 실시예는 크램 셀 내부 라이너 및 BN 크램 셀 내부 및 탄소 또는 세라믹 튜브 외부 라이너와 같은 전체 외부 라이너를 포함한다. 복수의 동심 라이너의 추가 실시예에서, 적어도 내부 라이너는 수직 스택 섹션을 포함한다. 내부 라이너의 수평 이음매는 외부 라이너에 의해 덮일 수 있으며, 외부 라이너가 수직으로 적층된 섹션을 포함하는 경우 내부 라이너의 이음새는 외부 라이너의 이음새와 다른 수직 높이에 있다. 솔기의 결과적 오프셋은 반응 셀 챔버 내부의 용융 금속 및 플라즈마 중 적어도 하나와 반응 셀 챔버 벽 사이의 전기 누전을 방지한다.
라이너는 고온 작동이 가능하고 열충격 저항성이 우수한 전기 절연체를 포함한다. 기계 가공성, 단열을 제공하는 능력, 하이드리노 반응물 및 용융 금속과의 반응성에 대한 내성도 바람직하다. 예시적인 라이너 재료는 BN, AlN, Sialon 및 Shapal 중 적어도 하나이다. 질화규소(Si3N4), 탄화규소, 사이알론(Sialon), 멀라이트(Mullite) 및 마코(Macor)는 BN 내부 라이너의 원주 방향으로 단열 역할을 할 수 있다. 라이너는 다공성 사이알론과 같은 다공성 유형의 라이너 재료를 포함할 수 있다. 추가의 예시적인 라이너는 하이드리노 플라즈마로부터 보호하기 위한 Ta 또는 W 인레이 또는 내부 BN 라이너가 있는 있는 SiC-탄소 글레이즈 흑연, 열분해 코팅된 탄소, SiC-C 합성물, 질화규소 결합 탄화규소, 이트리아 안정화 지르코니아, Ta 또는 W 인레이가 있는 SiC 중 적어도 하나를 포함한다. 라이너는 열 충격을 줄이기 위해 수평 및 수직 분할된 것 중 적어도 하나일 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31) 및 저장소(5c) 중 적어도 하나로 라이닝된 구성요소는 SiC 라이너와 같은 라이너의 열 충격(예: 플라즈마가 너무빨리 가열되어 생성된 충격이 라이너에서 열 구배 및 차등 팽창 기반 응력을 생성하여 고장으로 이어짐)을 피하는 비율로 온도가 램프될 수 있다. 온도 램프 속도는 약 1℃/분 내지 200℃/s의 범위일 수 있다. 분할된 섹션은 선박 랩핑(ship lapping) 또는 은촉붙임(tongue and groove)과 같은 병치 섹션의 구조적 특징에 의해 맞물릴 수 있다. 실시예에서, 각각이 전기 절연체를 포함하는 분할 부분들의 맞물림은 플라즈마가 반응 셀 챔버 벽(5b31)으로 누전되는 것을 방지한다. 다른 실시예에서, 라이너는 열 충격을 피하기 위해 다공성 SiC, MgO, 내화 벽돌, ZrO2, HfO2, 및 Al2O3와 같은 다공성 세라믹을 포함할 수 있다. 라이너는 조합하여 라이너의 원하는 특성을 제공하는 복수 또는 스택의 동심 라이너 재료를 포함할 수 있다. 가장 안쪽 층은 고온에서 화학적 불활성, 높은 열충격 저항 및 고온 작동 능력을 가질 수 있다. 외부 층은 작동 온도에서 전기 및 열 절연 및 반응성에 대한 저항을 제공할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 석영은 갈륨과 산화갈륨의 반응을 피하기 위해 약 700℃ 미만에서 작동된다. 테스트할 예시적인 동심 라이너 스택은 내부에서 외부로, BN-SiC-Si3N4 여기서 석영, SiC, SiC 코팅 흑연 또는 SiC-C 복합재는 Si3N4를 대체할 수 있고 AlN, Sialon 또는 Shapal은 BN 또는 SiC를 대체할 수 있다.
실시예에서, 라이너는 반응 셀 챔버(5b31)에 대해 원주 방향인 하우징을 포함할 수 있다. 하우징의 벽은 본 발명의 세라믹 또는 코팅되거나 클래드된 금속을 포함할 수 있다. 하우징은 열적으로 안정적인 단열재로 채워질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하우징은 2개의 튜브 사이에 갭이 있는 내부 및 외부 BN 튜브를 포함하는 이중벽 BN 튜브 라이너를 포함하고, 갭의 상단 및 하단에 BN 엔드 플레이트 씰이 있어 캐비티를 형성하며, 여기서 캐비티는 내부 석영 튜브와 같은 실리카겔 또는 기타 고온 가능 단열재로 채워질 수 있다.
복수의 동심 라이너를 포함하는 실시예에서, 적어도 하나의 외부 동심 라이너는 (i) 방열판으로서 기능하고 (ii) 병치된 내부 라이너로부터 열을 제거하는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 외부 라이너는 BN 또는 SiC와 같은 높은 열 전달 계수를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 최내측 라이너는 분할될 수 있는 BN을 포함할 수 있고, 대응하는 외측 라이너는 최내측 및 외측 라이너 세그먼트의 솔기가 오프셋되거나 엇갈리게 되도록 분할 및 적층될 수 있는 SiC를 포함할 수 있다.
챔버 벽은 그 다음 저장소 갈륨과 전극(8) 사이의 총 압력을 플라즈마가 형성할 수 없는 지점까지 증가시키는 갈륨 비등으로 인해 저장소 갈륨 표면에 연결된다. 저항이 더 낮아질 때까지 압력이 증가함에 따라 점화 전압은 더 낮은 압력의 벌크 가스를 통해 반응 챔버 벽으로 증가할 수 있다. 실시예에서, 갈륨 기화는 일정한 점화 전류에서 점화 전압의 상승에 의해 감지될 수 있다. 컨트롤러는 점화 전력을 낮추거나, 가스 압력을 변경하거나, 재결합기 플라즈마 전력을 감소시키거나, 전압 상승에 반응하여 EM 펌핑 및 갈륨 혼합을 증가시켜 증발을 감소시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 컨트롤러는 갈륨 비등을 억제하기 위해 점화 전류를 간헐적으로 인가할 수 있고, 여기서 하이드리노 반응 플라즈마는 점화가 꺼진 듀티 사이클의 일부 동안 지속될 있고 H 원자 농도의 감소를 피하면서 압력을 증가시켜 갈륨 비등을 억제하기 위해 아르곤이 소스에서 반응 셀 챔버로 흐르게 할 수 있다. 도 32C-E에 도시된 것과 같은 실시예에서, EM 펌프(5kk)는 끓을 수 있는 국부적 핫스팟의 형성을 방지하기 위해 용융 금속 교반을 증가시키기 위한 복수의 단계 또는 펌프를 포함한다. 도 32E에 도시된 실시예에서, SunCell®은 각각 대응하는 카운터 전극(8)을 갖는 복수의 용융 금속 주입기(5k61)를 갖는 복수의 EM 펌프 어셈블리(5kk)를 포함할 수 있다. 실시예에서, EM 펌프는 용융 갈륨을 복수의 주입 전극(5k61)을 통해 적어도 하나의 카운터 전극(8)에 주입할 수 있다. 복수의 전극 쌍은 하이드리노 반응 전력 및 이득을 증가시키기 위해 플라즈마 저항을 감소시키면서 전류를 증가시킬 수 있다. 과도한 국부적 갈륨 표면 가열로 인한 갈륨 비등으로 인한 압력 상승도 감소할 수 있다.
진공 라인(711)은 큰 표면적을 갖는 알루미나, 실리케이트, 지르코니아, 마그네시아 및 하프니아 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 SS 울(wool) 또는 세라믹 섬유와 같은 금속 울과 같은 재료를 포함하는 섹션을 포함하나 가스에 대해서는 확산성이 높다. 응축 물질은 H2, O2, 아르곤 및 H2O와 같은 가스가 배출에 의해 제거되도록 허용하면서 반응 셀 챔버로 다시 환류될 수 있는 갈륨 및 산화 갈륨을 응축할 수 있다. 진공 라인(711)은 반응 셀 챔버(5b31)로의 갈륨 및 갈륨 생성물의 환류를 향상시키기 위해 수직 섹션을 포함할 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 다른 금속, 원소, 화합물 또는 재료와 같은 갈륨 첨가제가 비등을 방지하기 위해 갈륨에 첨가될 수 있다. 갈륨 첨가제는 플라즈마 저항을 감소시키고 하이드리노 전력 이득을 증가시키기 위해 반응 셀 챔버(5b31)에서 나노입자를 추가로 형성할 수 있는 은을 포함할 수 있다.
실험적으로, 플라즈마 전류 밀도, 플라즈마 밀도 및 상응하는 플라즈마 가열 효과의 증가로 인해 더 작은 직경의 반응 셀 챔버를 포함하는 SunCell®을 사용하여 하이드리노 반응 전력이 증가하였다. 글로우 방전 재결합기의 혁신으로 방전 플라즈마는 수소 결합의 형성을 방지하기에 충분한 내부 에너지를 갖는 물로 특징지어질 수 있는 초기 물의 양을 준비하는 것을 포함하여 고온의 효과를 생성하기 때문에 플라즈마 농도가 필요하지 않다. 글로우 방전 재결합기와 같은 플라즈마 재결합기를 포함하는 실시예에서, BN 라이너와 같은 라이너에 대한 손상은 라이너를 하이드리노 플라즈마로부터 멀리하여 방지한다. 거리 유지를 위해 라이너는 유사한 전력을 생성하는 SunCell에 비해 더 큰 직경을 포함할 수 있다. 실시예에서, BN 라이너와 같은 라이너는 반응 셀 챔버 벽과 접촉하여 BN이 크래킹되는 것을 방지하기 위해 외부 수조로의 열 전달을 높힌다. 실시예에서, 라이너는 분할될 수 있고 용융 금속 표면과 카운터 전극(8) 사이의 구역과 같은 가장 강한 플라즈마 구역에서 BN과 같은 복수의 재료를 포함할 수 있고 다른 영역의 SiC과 같은 적어도 하나의 상이한 세라믹의 세그먼트를 추가로 포함한다. 추가로, BN과 같은 특정 라이너는 더 효율적인 발전을 제공하기 위해 하이드리노와 같은 반응 생성물의 증가된 수동성을 제공할 수 있다.
BN 라이너와 같은 최내측 라이너의 적어도 하나의 세그먼트는 갈륨과 같은 용융 금속으로부터 냉각제와 같은 외부 히트 싱크로 적어도 방사상으로 열을 전달하기 위해 0.1 mm 내지 10 cm 두께와 같은 원하는 두께를 포함할 수 있다. 실시예에서, BN 라이너와 같은 라이너는 저장소 벽 및 반응 챔버 벽 중 적어도 하나와 양호한 열 접촉을 할 수 있다. 내부 라이너의 직경은 플라즈마 손상을 원하는 정도로 감소시키기 위해 반응 셀 챔버의 중심에서 충분히 제거하기 위해 선택할 수 있다. 직경은 0.5 cm 내지 100 cm 범위일 수 있다. 라이너는 플라즈마가 가장 강한 영역에서 W 인레이와 같은 내화 금속 인레이일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 8 cm 직경의 BN 라이너는 원주방향 반응 셀 챔버 및 저장소 벽과 접촉하고, 여기서 용융 금속에 잠긴 라이너 부분은 저장소로의 열 전달을 증가시키기 위해 용융 금속이 저장소 벽과 물 또는 공기 냉각제와 같은 외부 냉각제와 접촉하는 것을 허용하는 천공을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 내부 버트-엔드 적층형 BN 분할 라이너는 용융 금속 레벨 아래에 천공을 포함하고 외부 동심 라이너는 방사형 용융 금속 유동 및 열 전달을 허용하도록 바닥에 절단된 노치를 갖는 단일 조각 SiC 실린더를 포함한다.
실시예에서, 내부 또는 외부 라이너 중 적어도 하나는 W 또는 Ta와 같은 내화 금속을 포함하고, 다른 하나는 BN과 같은 세라믹과 같은 전기 절연체를 포함하며, 여기서 내화 금속 라이너는 열 전도 및 방열판 중 적어도 하나에 의해 국부적인 핫스팟을 소산시킬 수 있다. 최내측 라이너 표면에서 멀리 열을 전달하여 하이드리노 반응 플라즈마에 노출된 최내측 라이너의 열 응력을 제거하는 것 외에도, 하이드리노 투과율은 라이너 및 높은 열전달 계수를 갖는 반응 셀 챔버 재료에서 더 높을 수 있다. Cr-Mo SS 대 304 SS, 또는 BN 대 Sialon으로, 하이드리노 생성물 억제를 감소시켜 하이드리노 반응 속도를 증가시킬 수 있다. 수조와 같은 외부 냉각제로의 열 전달 및 하이드리노 생성물 투과를 촉진하기 위해 동심 라이너 및 반응 셀 챔버 벽 구성요소를 포함하는 예시적인 SunCell® 실시예는 BN 내부 최장 라이너, 대응하는 SiC 외부 라이너 및 동심 구성 요소 간의 열 접촉이 좋은 동심 Cr-Mo SS 반응 셀 챔버 벽을 포함한다. 용융 갈륨 대 공기 열교환기와 같은 열교환기를 포함하는 것과 같은 반응 셀 챔버에서 열을 유지하는 것이 바람직한 실시예에서, 반응 셀 챔버는 석영과 같은 추가적인 외부 동심 단열 라이너를 포함할 수 있으며, 바닥 석영 라이너를 포함하는 것과 같은 단열 베이스를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 라이너는 갈륨과의 합금 형성에 내성이 있는 W, Ta, Mo, 또는 Nb 중 적어도 하나와 같은 내화 금속을 포함할 수 있다. 금속 라이너는 물과 같은 외부 냉각제로의 열 전달을 증가시키기 위해 셀 벽과 접촉할 수 있다. 일 실시예에서, 전극(8)의 원주 가장자리로부터 반응 셀 챔버(5b31) 벽까지의 수평 거리는 저장소 내의 용융 금속과 전극(8) 사이의 수직 분리보다 더 크며, 여기서 반응 셀 챔버 및 저장소 중 하나는 선택적으로 라이너를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 중심화된 W 전극(8)은 W, Ta, Mo, 또는 Nb 라이너가 반응 셀 챔버 벽과 함께 접촉하는 약 6 내지 8인치 범위의 직경을 갖는 반응 셀 챔버에서 약 1 내지 1.5인치의 직경을 갖는다. 벽과 전극(8) 사이의 방전 형성을 피하기에 충분한 직경을 갖는 반응 셀 챔버는 벽을 가로지르는 열 전달 및 벽을 통한 하이드리노 확산 중 적어도 하나를 개선하여 하이드리노 생성물 억제를 피하기 위해 라이너를 포함하지 않을 수 있다. 도 32C-D에 도시된 것과 같은 실시예에서, 저장소 및 반응 셀 챔버 벽의 일부 중 적어도 하나는 갈륨 합금 형성에 내성인 Nb, Mo, Ta 또는 W와 같은 금속과 같은 재료로 대체될 수 있다. 반응 셀 챔버(5b31) 벽 및 저장소 벽의 나머지 부분과 같은 셀의 다른 구성요소와의 조인트(911)는 용접, 브레이즈 또는 접착제와 같은 접착제로 접합될 수 있다. 본드는 교체 섹션과 겹치는 립에 있을 수 있다.
실시예에서, 최내측 라이너는 W 또는 Ta를 포함하는 것과 같은 내화 재료 및 용융 금속 냉각 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 용융 금속 냉각 시스템은 갈륨과 같은 주입된 용융 금속의 적어도 일부를 냉각하기 위해 라이너 위로 향하게 하는 EM 펌프 노즐을 포함할 수 있다. 용융 금속 냉각 시스템은 카운터 전극에 용융 금속을 주입하고 라이너를 냉각시키기 위해 라이너의 벽에
용융 금속을 추가로 주입하는 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 용융 금속 냉각 시스템은 저장소의 중심 또는 저장소에 포함된 용융금속에 잠길 수 있는 저장소 부위과 같은 저장소 중심 영역에 위치된 주입기 노즐 또는 라이너의 내부 표면에 환형 스프레이를 분사하기 위한 일련의 구멍 또는 노즐을 포함하는 라이너 내부에 있는 환형 링 주입기를 포함한다. 중심 주입기와 환형 링 주입기는 동일한 EM 펌프 또는 독립적인 EM 펌프에 의해 공급될 수 있다. BN 또는 SiC 라이너와 같은 라이너는 높은 열전달 계수를 가질 수 있다. 라이너는 라이너를 냉각시키기 위해 냉각될 수 있는 반응 셀 챔버 벽(5b31)과 밀접하게 접촉할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 반응 셀 챔버 벽(5b31)은 물 또는 공랭식일 수 있다.
실시예에서, 석영 라이너와 같은 라이너는 갈륨과 같은 용융 금속에 의해 냉각된다. 실시예에서, SunCell®은 용융 금속 표면 상의 반응의 교반 및 분포에 의해 하이드리노 반응에 의해 방출된 열을 퍼뜨리기 위해 다중 노즐 용융 금속 주입기 또는 다중 용융 금속 주입기를 포함한다. 다중 노즐은 용융 금속의 국부적인 과도한 기화를 피하기 위해 반응의 힘을 분배할 수 있다.
실시예에서, Ta, Re, 또는 W 라이너는 Ta, Re, 또는 W 원통형 튜브, 용접된 Ta, Re, 또는 W 베이스플레이트와 같은 벽을 포함하는 Ta, Re, 또는 W 용기와 적어도 하나의 용접된 Ta, Re 또는 W EM 펌프 튜브 입구 및 주입기 출구, 점화 버스 바 및 열전대 우물 중 적어도 하나와 같은 고정된 관통 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 용기는 SiC, BN, 석영 또는 본 개시의 또 다른 세라믹과 같은 세라믹을 포함할 수 있으며, 여기서 용기는 관통 구성요소로 전이하는 적어도 하나의 보스를 포함할 수 있으며, 파스너는 흑영 가스켓 또는 본 개시의 또 다른 것, 또는 본 개시의 Resbond 또는 Durabond와 같은 금속 접착제와 같은 가스켓 접착제를 포함할 수 있다. 용기는 상단이 열려 있을 수 있다. 용기는 또한 스테인리스강 쉘과 같은 금속 쉘에 수용될 수 있다. 점화 버스 바와 같은 관통부는 Swagelok와 같은 밀봉제 또는 플랜지 및 가스켓으로 형성된 하우징과 같은 밀봉제에 의해 스테인리스강 쉘에 진공 밀봉될 수 있다. 쉘은 상단에서 밀봉될 수 있다. 밀봉제는 Conflat 플랜지(409e) 및 베이스플레이트(409a)를 포함할 수 있다(도 31A-C). 플랜지는 스프링이 장착된 얼룩, 디스크 스프링 와셔 또는 잠금 와셔를 포함할 수 있는 볼트로 밀봉될 수 있다. 용기 라이너는 적어도 하나의 동심원 BN 또는 석영 라이너와 같은 세라믹 라이너와 같은 내부 라이너를 더 포함할 수 있다. Re를 포함하는 본 개시내용의 성분은 Re로 코팅된 다른 금속을 포함할 수 있다.
실시예에서, 라이너(5b31a)는 반응 셀 챔버(5b31) 및 저장소(5c)의 모든 벽을 덮을 수 있다. 반응 가스 공급 라인(710) 및 진공 라인(711) 중 적어도 하나는 상부 플랜지(409a)에 장착될 수 있다(도 31B-C). 진공 라인은 환류되기를 원하는 금속 증기 또는 다른 응축물의 응축기 및 환류기 역할을 하기 위해 수직으로 장착될 수 있다. SunCell®은 진공 라인에 있는 것과 같은 트랩을 포함할 수 있다. 예시적인 트랩은 증발된 갈륨을 응축, 환류하기 위해 진공 라인 상에 적어도 하나의 엘보우를 포함할 수 있다. 트랩은 물과 같은 냉각제로 냉각될 수 있다. 라이너는 베이스 플레이트, 상부 또는 플랜지 플레이트, 및 튜브 본체 섹션 또는 복수의 적층된 본체 섹션과 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 구성요소는 탄소 또는 BN, 석영, 알루미나, 마그네시아, 하프니아 또는 본 개시의 또 다른 세라믹과 같은 세라믹을 포함할 수 있다. 구성 요소는 함께 접착되거나 가스켓 유니온으로 결합될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 구성요소는 함께 접착되는 석영을 포함한다. 대안적으로, 구성요소는 흑연 가스켓 유니온을 포함하는 BN을 포함한다.
실시예에서, 갈륨과 같은 용융 금속의 온도는 갈륨과 같은 용융 금속과의 합금 형성에 대해 내성을 가질 수 있는 고온 열전대와 같은 열전대에 의해 모니터링될 수 있다. 열전대는 W, Re 또는 Ta를 포함하거나 W, Re, Ta 또는 세라믹과 같은 보호 피복을 포함할 수 있다. 실시예에서, 베이스플레이트는 용융 금속 내로 돌출하고 열전대를 보호하는 열전대용 설치구(well)를 포함할 수 있으며, 여기서 열 전달 페이스트는 열전대와 설치구 사이의 양호한 열 접촉을 만들기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서 Ta, Re, 또는 W 열전대 또는 Ta, Re, 또는 W 튜브 열전대는 Swagelok에 의해 저장소의 바닥판에 연결된다. 대안적으로, 열전대는 EM 펌프 튜브, 유입구 측에 삽입될 수 있다.
튜브 반응기(도 31A-C)의 상단은 피드스루가 있는 받침대 전극(8)과 전기 절연 외피(5c2)로 덮인 버스 바(10)를 포함할 수 있으며, 여기서 피드스루는 플랜지 409e. 용기의 바닥은 용융 금속 온도를 모니터링하기 위한 적어도 하나의 열전대 포트(712)가 있는 용융 금속 저장소(5c) 및 노즐(5q)이 있는 EM 펌프 주입기 전극(5k61)과 같은 주입기 전극을 포함할 수 있다. EM 펌프(5kk)에 대한 입구는 입구 스크린(5qa1)에 의해 덮일 수 있다. EM 펌프 튜브(5k6)는 분할되거나 용접과 같은 수단에 의해 함께 고정된 복수의 섹션을 포함할 수 있으며, 여기서 분할된 EM 펌프 튜브는 재료를 포함하거나 Ta, W, Re, Ir, , Mo, 또는 갈륨 합금 형성 또는 산화에 강한 세라믹과 같은 재료로 라이닝, 코팅 또는 클래딩된다. 일 실시예에서, 상부 전극(8)으로의 피드스루는 수냉식과 같이 냉각될 수 있다. 점화 전극 수냉 시스템(도 32C-D)은 입구(909)와 출구(910) 냉각 라인을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 베이스플레이트(409a)는 작동 중에 그것을 냉각시키기 위해 반응 셀 챔버(5b31)로부터 공급물을 더 멀리 이동시키기 위한 스탠드오프를 포함할 수 있다.
실시예에서, 라이너는 갈륨 표면에서 전류 밀도를 증가시키기 위해 갈륨 수준에서 상부 전극(8)과 더 작은 단면을 수용하는 영역과 같은 하나 또는 그 이상의 상대적으로 더 큰 단면 영역과 같은 섹션 사이의 테이퍼와 함께 더 ?薦? 상부와 더 두꺼운 하부를 포함할 수 있다. 상부 대 하부 섹션의 단면 영역 상대적 비율은 1.01 내지 100배 범위일 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 공기와 같은 기체 또는 물과 같은 액체와 같은 매체에 의해 냉각될 수 있다. SunCell®은 열(예: 반응 셀 챔버의 열)을 공기와 같은 기체 또는 물과 같은 액체로 전달할 수 있는 열 교환기를 포함할 수 있다. 실시예에서, 열 교환기는 SunCell® 또는 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 뜨거운 부분을 수용하는 튜브와 같은 폐쇄 용기를 포함한다. 열교환기는 물이 튜브를 통해 흐르게 하는 펌프를 더 포함할 수 있다. 흐름은 열전달율을 증가시키기 위해 증기 생성이 억제될 수 있도록 가압될 수 있다. 생성된 과열수는 증기 발생기로 흘러 증기를 형성할 수 있으며 증기는 증기 터빈에 동력을 공급할 수 있다. 또는 증기를 가열에 사용할 수 있다.
공랭식 열 교환기의 실시예에서, SunCell® 열 교환기는 뜨거운 외부 표면에 있는 고표면적 열 핀과 가열 및 전기를 위해 SunCell®에서 열을 제거하기 위해 핀 위로 공기를 흐르게 하는 송풍기 또는 압축기를 포함할 수 있다. 생산 응용 프로그램. 다른 공랭식 열 교환기 실시예에서, 갈륨과 같은 용융 금속은 5ka와 같은 EM 펌프에 의해 그리고 열 교환기를 통해 저장소(5c) 외부로 펌핑된 다음 폐쇄 루프에서 저장소(5c)로 다시 펌핑된다.
반응 셀 챔버 벽을 가로지르는 열 전달이 적어도 부분적으로 전도성 메커니즘에 의한 실시예에서, 벽을 가로질러 공기 또는 물과 같은 냉각제로의 열 전달은 벽 면적 증가, 벽 두께 감소, 및 316 스테인리스 강과 같은 대안보다 더 높은 열 전도성을 갖는 크롬 몰리브덴 강과 같은 니켈 또는 스테인리스 강을 포함하는 반응 셀 챔버 벽 선택 중 적어도 하나로 증가된다.
실시예(도 31A-D)에서, 열교환기는 SunCell® 저장소(5c), EM 펌프 어셈블리(5kk), 및 EM 펌프 튜브(5k6)를 포함할 수 있으며, 여기서 EM 펌프 튜브 섹션은 입구와 EM 펌프 튜브 버스 바를 포함하는 섹션 사이에 있다. 5k2는 수조, 용융 금속 수조 또는 용융 염 수조와 같은 냉각제 수조에서 하나 이상의 루프 또는 코일 도관의 원하는 면적을 달성하도록 확장된다. 다중 루프 또는 코일은 적어도 하나의 공급 매니폴드로부터 공급될 수 있고, 용융 금속 유동은 적어도 하나의 수집기 매니폴드에 의해 EM 펌프로 복귀하기 위해 수집될 수 있다. 루프 또는 코일 도관 및 매니폴드는 갈륨과 같은 용융 금속과의 합금 형성에 저항하는 재료를 포함할 수 있고 높은 열 전달 계수를 가질 수 있다. 예시적인 도관 재료로는 Cr-Mo SS, 탄탈륨, 니오븀, 몰리브덴 및 텅스텐이 있다. 도관은 부식을 방지하기 위해 코팅되거나 칠해질 수 있다. 예시적인 실시예에서, EM 펌프 튜브 및 열교환기 도관은 물에 의한 부식을 방지하기 위해 CrN으로 코팅된 Ta, 멀라이트 또는 ZTY와 같은 세라믹, 또는 VHT FlameproofTM와 같은 페인트를 포함하며 EM 펌프 버스 바(5k2)는 Ta를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, EM 펌프 튜브 및 열교환기 도관은 물에 의한 부식을 방지하기 위해 CrN으로 코팅된 Nb, 멀라이트 또는 ZTY와 같은 세라믹, 또는 VHT FlameproofTM와 같은 페인트를 포함하며, EM 펌프 버스 바(5k2)는 Nb를 포함한다.
실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버, 높은 열 전달 계수를 갖는 4130 CrMo SS, Nb, Ta, W 또는 Mo와 같은 벽 금속을 포함하는 저장소, 충분히 얇은 벽, 및 원하는 양의 전력을 생산하는 동안 원하는 용융 금속 온도를 유지하기 위해 수조와 같은 열 싱크에 충분한 열 손실을 제공하기에 충분히 넓은 영역과 같은 적어도 하나의 구성 요소를 포함한다. 외부 열교환기는 필요하지 않을 수 있다. 벽 두께는 약 0.05 mm 내지 5 mm의 범위일 수 있다. 벽 면적과 두께는 수조와 열 구배와 같은 원하는 용융 금속 온도를 사용하여 열 전도 방정식으로 계산할 수 있다. SunCell®의 외부 표면은 VHT FlameproofTM와 같은 페인트, Mullite와 같은 세라믹 또는 SS, Ni 또는 크롬과 같은 전기 도금된 부식 방지 금속으로 코팅하여 수욕의 물처럼 방열판의 냉각제에 의한 부식을 방지할 수 있다.
도관의 흐름은 EM 펌프 전류를 제어하여 제어할 수 있다. 열 교환기 및 반응 챔버 주입기 모두를 통한 용융 금속 유량의 원하는 조정 가능한 범위 내에서 플라즈마를 유지하기 위한 점화 전압은 노즐(5q)과 카운터 전극(8)의 분리 거리를 제어함으로써 제어될 수 있다. 분리 거리는 약 1 mm에서 10 cm의 범위일 수 있다. 열교환기는 제어 가능한 도관 냉각 제트 및 (i) 하나 이상의 열 센서, (ii) 하나 이상의 용융 금속 및 냉각제 흐름 센서, 및 (iii) 컨트롤러 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 단일 루프 열 교환기의 냉각제 수조로의 열 전달은 도관을 냉각시키는 제트를 제어함으로써 추가로 제어될 수 있다.
다른 실시예에서, 열교환기는 적어도 하나의 도관 루프 또는 코일, 및 EM 펌프 주입 조립체(5kk)와 독립적인 EM 펌프 또는 기계적 용융 금속 펌프와 같은 적어도 하나의 펌프를 포함할 수 있다. 실시예에서, 펌프는 펌프의 최대 작동 온도를 초과하는 것을 피하기 위해 용융 금속 재순환 유로의 차가운 쪽에 위치될 수 있다. 실시예에서, 용융 금속 주입 및 열교환기 재순환 중 적어도 하나를 위한 EM 펌프는 AC EM 펌프를 포함할 수 있다. AC EM 펌프는 EM 버스 바 또는 유도 전류 코일에 직류를 공급하기 위해 흔히 쓰이는 AC 전원 공급 장치와, 전류와 자기장이 한 방향으로 로렌츠 펌핑력을 고효율로 생성하는 위상에 있도록 하는 AC EM 펌프의 전자석을 포함할수 있다.
용융 갈륨과 같은 용융 금속 온도는 합금이 형성하는 온도보다 낮은 승온과 같은 원하는 온도로 유지될 수 있다. 갈륨 온도의 제어는 열교환기 유량을 변경하는 EM 펌프 전류, 열교환기의 제트, 냉각제 온도, 반응 셀 챔버 단열 정도, 반응 셀 챔버 물 침수 정도, 반응물 H2 유량, 반응물 O2 유량, 재결합기 플라즈마 전압 및 전류 매개변수, 점화 전력 중 적어도 하나를 제어하여 실행할 수 있다.
실시예에서, 노즐(5q)은 다수의 노즐로 교체될 수 있거나 또는 다수의 오리피스로부터 카운터 전극을 향하여 주입된 갈륨을 분산시키기 위해 샤워 헤드와 같은 복수의 개구를 가질 수 있다. 이러한 구성은 EM 펌프 튜브와 그것의 입구 및 주입 출구를 포함하는 EM 펌프 분사 장치와 직렬로 연결되는 열 교환기의 단일 루프 도관의 고 흐름율을 유지하는데 필요한 것과 같이 높은 용융 금속 분사율에서 플라즈마의 형성을 촉진시킬 수 있다.
열 교환기
실시예에서, SunCell®은 열교환기로부터의 열이 터빈 압축기로부터의 공기를 가열하고 연소로부터의 열을 대체하는 외부 연소기 유형을 포함하는 것과 같은 터빈 시스템용 열원을 포함한다. 열교환기는 압축기로부터 공기를 받기 위해 가스 터빈의 내부에 위치할 수 있거나, 터빈 외부에 있을 수 있으며, 여기서 공기는 열교환기를 가로질러 압축기로부터 도관되어 가스 터빈의 연소 섹션으로 다시 유입된다. 열 교환기는 공기가 강제로 흐르도록 하는 핀에 내장된 EM 펌프 배관을 포함할 수 있다. 튜빙은 사문형(serpentine) 또는 지그재그 권취형 패턴을 가질 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 공냉식 또는 수냉식의 열교환기를 포함한다. 실시예에서, 히터 교환기는 튜브-인-쉘 디자인을 포함할 수 있다(도 31D-E). 히터 교환기는 SunCell® 812로부터의 용융 은 또는 용융 갈륨과 같은 용융 금속이 순환하는 복수의 튜브(801)를 포함할 수 있다. 열 교환기는 (i) 반응 셀 챔버(5b31)로부터 화력을 받는 용융 갈륨 또는 용융 은과 같은 용융 금속을 포함하는 저장소(5c)와 같은 용융 금속 저장소, (ii) 용융 금속을 SunCell®로부터 열교환기를 통해 SunCell®로 다시 펌핑하는 적어도 하나의 순환 전자기 펌프(810), (iv) 공기 또는 물과 같은 외부 냉각제의 강제 흐름을 위한 입구(807) 및 출구(808)를 갖는 쉘(806), 여기서 배플(809)은 쉘을 통한 외부 냉각제의 흐름을 유도할 수 있고, 공기 흐름은 도관에서 용융 갈륨에 역류일 수 있다, (v) 외부 냉각제가 쉘(806)을 통해 그리고 도관(801) 위로 유동하여 용융 금속으로부터 외부 냉각제로 열을 전달하는 내부의 용융 금속의 유동을 위한 쉘(806) 내부의 적어도 하나의 채널 또는 도관(801), (v) 열교환기 유입라인(803) 및 열교환기 유출라인(804), 여기서 순환펌프는 용융금속저장고(5c), 열교환기, 유입 및 유출라인에 의해 형성된 루프로 연결된다, (vi) 냉각제 펌프 또는 송풍기, 및 (vii) 용융 금속 및 냉각제의 흐름을 제어하기 위한 센서 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 열교환기는 적어도 하나의 열교환기 매니폴드(802) 및 분배기(805)를 더 포함할 수 있다. 유입 매니폴드(802)는 순환 EM 펌프(810)로부터 뜨거운 용융 금속을 수용하고 이를 복수의 채널 또는 도관(801)에 분배할 수 있다. 용융 금속 유출 매니폴드 802는 분배기(805)를 통해 용융 금속을 수용하고, 복수의 도관으로부터의 분산된 흐름을 결합하고, 용융 금속 유동을 전지 저장소(5c)에 다시 연결하는 열교환기 출구 라인(804)으로 유도할 수 있다. 순환하는 EM 펌프는 열 교환기 입구 라인(803)을 통해 뜨거운 갈륨을 열 교환기로 펌핑하고 출구 라인(804)을 통해 전지 저장소(5c)로 다시 펌핑할 수 있다. 열 교환기는 외부 냉각제 입구(807) 및 출구(808)를 추가로 포함할 수 있고 배플(809)은 용융 금속 도관(801) 위로 외부 냉각제의 유동을 유도한다. 유동은 공기 송풍기 또는 압축기 또는 워터 펌프와 같은 외부 냉각제 송풍기 또는 펌프(811)에 의해 생성될 수 있다. 열전대 및 유량계와 같은 적어도 하나의 센서로부터의 입력에 반응하여, 열교환기를 통한 SunCell® 용융 금속 및 외부 냉각제의 흐름은 적어도 하나의 컨트롤러 및 상응하는 펌프 또는 송풍기의 송풍기 속도를 제어하는 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다.
다른 외부 냉각제는 각 용융 금속, 용융 염, 또는 공기 및 물 이외의 다른 기체 또는 액체와 같은 본 개시 내용의 범위 내에 있으며, 이들은 해당업계에 공지되어 있다. 물 냉각제를 갖는 물 보일러 열교환기를 포함하는 실시예에서, 튜브(801)는 탄소를 포함할 수 있다. 물은 입구(807)로 들어갈 수 있고 증기는 출구(808)를 나갈 수 있다. 증기 보일러 실시예에서, 저장소는 갈륨의 높이를 포함하고 갈륨은 저장소의 바닥에서 재순환되어 상단에서 하단으로 원하는 온도 구배를 유지하여, 증기 보일러의 튜브 갈륨 온도가 튜브 표면에서 필름이 끓는 결과를 초래하는 것보다 낮게 유지된다. 또한, 저장소 바닥에서 저온 갈륨을 주입하면 반응 셀 챔버에서 갈륨 비등을 억제하여 원하지 않는 압력 상승을 방지할 수 있다.
도 31D는 외부 냉각제와 용융 금속 사이에서 열을 교환할 수 있는 것을 포함하는 예시적인 열 교환기를 보여준다. 열교환기는 Ta 도관(801), 매니폴드(802), 분배기(805), 열교환기 입구 라인(803) 및 열교환기 출구 라인(804) 중 적어도 하나와 같은 Ta 성분을 포함할 수 있다. 용융 금속은 입구 라인(803)을 통해 들어가 입구 매니폴드(802)에서 회수되고, 분배기(805) 및 도관(801)을 통과하여 출구 매니폴드(802)로 가고, 최종 출구 라인(804)을 통해 나온다. 예시적인 열교환기는 스테인리스강 쉘(806), 외부 냉각제 입구(807), 외부 냉각제 출구(808), 및 배플(809)을 추가로 포함한다. 냉각제는 입구(807)로 들어가 출구(808)를 향해 도관(801)의 외부 표면을 통과할 수 있다. 냉각제와 도관 사이의 접촉으로 용융 금속으로부터 도관의 표면을 통해 출구 라인(804)에서 출구 전에 냉각제로 열을 전달할 수 있다. Ta 성분은 함께 용접될 수 있다. 도관(801)과 같은 Ta 열 교환기 구성요소의 공기 노출 표면은 부식을 방지하기 위해 양극산화될 수 있다. 대안적으로, Ta 도관(801)은 레늄, 귀금속, Pt, Pd, Ir, Ru, Rh, TiN, CrN, 세라믹, 지르코니아-티타니아-이트리아(ZTY), 및 멀라이트, 또는 Ta 도관 외부의 산화를 방지하기 위한 본 개시의 또 다른 것 중 적어 하나를 포함하는 코팅 또는 클래딩과 같은 코팅이나 클래딩을 포함할 수 있다. Ta 구성요소는 스테인리스강으로 클래드될 수 있다. 클래딩은 1300°C로 평가되는 J-B Weld 37901과 같이 적어도 1000°C까지 안정성을 갖는 접착제 또는 용접과 같은 수단에 의해 함께 결합되는 복수의 조각을 포함할 수 있다. 강철 쉘(806)은 Ta 라이너 또는 ZTY 또는 멀라이트 코팅과 같은 누출된 갈륨을 수집하기 위해 적어도 바닥 섹션의 라이너 또는 코팅을 포함할 수 있다. Ta 도관(801)을 포함하는 것과 같은 Ta를 포함하는 열 교환기는 모듈식일 수 있으며, 여기서 복수의 열 교환기 모듈은 열 팽창 실패를 방지하기 위해 모듈의 누적 크기의 단일 열 교환기보다는 열 교환기의 역할을 한다.
대안적으로, 적어도 하나의 Ta 성분은 Ta 전기도금된 성분과 같은 Ta 코팅된 성분으로 대체될 수 있으며, 여기서 Ta 코팅된 성분은 스테인레스강 또는 대략 일치하는 열팽창 계수를 갖는 다른 금속을 포함한다(예, 인바아, 코바아, 또는 다른 SS 또는 금속). 레늄(MP 3185 °C)은 갈륨, 갈린스탄, 은, 구리의 공격에 저항하고 산소와 물에 의한 산화에 강하다. 또 다른 실시예에서, 열교환기는 Re 전기도금된 것과 같은 적어도 하나의 Re 코팅된 구성요소를 포함하며, 여기서 Re 코팅된 구성요소는 대략 일치하는 열팽창 계수를 갖는 스테인리스강 또는 기타 금속(예, 인바아, 코바아, 또는 기타 SS 또는 금속)을 포함한다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 Ta 성분은 347 SS 또는 Cr-Mo SS, W, Mo, Nb, Nb(94.33 wt%)-Mo(4.86 wt%)-Zr(0.81wt%), Os, Ru, Hf, Re 및 실리사이드 코팅된 Mo 중 적어도 하나를 포함하거나 코팅된 성분으로 대체될 수 있다.
다른 예시적인 열교환기는 석영, SiC, Si3N4, 이트리아 안정화 지르코니아, 또는 BN 도관(801), 매니폴드(802), 분배기(805), 열교환기 입구 라인(803), 열교환기 출구 라인(804), 쉘(806), 외부 냉각제 입구(807), 외부 냉각제 출구(808) 및 배플 (809)를 포함한다. 구성 요소는 석영, SiC 또는 BN 접착제로 융합, 접착, 또는 탄소(Graphoil) 가스켓과 같은 가스켓 및 플랜지를 포함하는 것과 같은 조인트 또는 결합으로 결합될 수 있다. 예시적인 SiC 열교환기는 (i) 플레이트, (ii) 쉘 내 블록, (iii) SiC 환형 홈, 및 (iv) GAB Neumann(https://www.gab-neumann com)과 같은 제조업체의 쉘 및 튜브 열교환기를 포함한다. Si는 SiC 열화를 방지하기 위해 5wt% 미만과 같이 소량으로 갈륨과 같은 용융 금속에 첨가될 수 있다. 열 교환기는 공기를 SiC 블록의 채널을 통해 강제로 보내기 위해 송풍기 또는 압축기(811)를 포함할 수 있다. 예시적인 EM 펌프(810)는 SiC 라이너를 포함하고 1000°C에서 작동할 수 있는 Pyrotek 모델 (410)이다. Ga 용융 금속 냉각제를 포함하는 실시예에서, 적어도 하나의 연결부는 갈륨과의 합금 형성에 내성이 있는 본 발명의 것과 같은 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 열 교환기 입구(803), 열 교환기 입구 매니폴드(803a), 열 교환기 입구 라인(803b), 열 교환기 출구(804), 열 교환기 출구 매니폴드(804a), 및 열 교환기 출구 라인(804) 중 적어도 하나는 BN, SiC 코팅될 수 있는 탄소, W, Ta, 바나듐, 347 SS 또는 Cr-Mo SS, Mo, Nb, Nb(94.33wt%)-Mo(4.86wt%)-Zr(0.81wt%), Os, Ru , Hf, Re 및 실리사이드 코팅된 Mo과 같은 세라믹을 포함한다.
펌프(810), 열교환기 입구(803), 열교환기 입구 매니폴드(803a), 열교환기 입구 라인(803b), 열교환기 출구(804), 열교환기 출구 매니폴드(804a) 및 열교환기 출구 라인(804b) 중 적어도 2개를 연결하는 것과 같은 구성요소 사이의 밀봉제는 Thermiculite(예, Flexitallic)를 포함하는 것과 같은 세라믹 가스켓과 같은 가스켓이 있는 접착 조인트, 용접 조인트 또는 플랜지 조인트, 또는 Graphoil 또는 Graphilor와 같은 탄소 가스켓을 포함할 수 있다. 탄소 가스켓은 Resbond, SiC 페이스트 또는 열 페이스트, 클래딩과 같은 코팅으로 밀봉되거나 하우징에 의해 산화로부터 보호될 수 있다. 실시예에서, 밀봉제는 Ta와 같은 가단성 금속을 포함할 수 있고, 여기서 밀봉된 구성요소는 가단성 금속을 또한 포함할 수 있다. 실시예에서, 밀봉부는 정밀하게 기계가공되고 스프링과 같은 압축 수단에 의해 함께 밀리는 2개의 세라믹 면을 포함할 수 있다.
도관(801) 내의 용융 금속이 750℃, 650℃, 550℃, 450℃, 및 350℃ 중 적어도 하나 미만의 온도와 같은 더 낮은 온도에서 유지되는 실시예에서, 열교환 펌프(810)는 합금 형성을 피하기 위해 세라믹 임펠러 및 하우징을 갖는 것과 같은 기계적 펌프를 포함할 수 있다. EM 펌프는 전자기 유량계와 같은 유량계와 컨트롤러로 용융 금속의 흐름을 예를 들어 입구, 출구, 매니폴드, 분배기, 도관, 또는 이들의 조합을 통해 모니터하고 제어할 수 있는데, 여기서 유량계는 이러한 구성요소 중 하나 이상을 통한 흐름을 감지하도록 위치될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 쉘또는 쉘 SiC 튜브 열교환기의 SiC 블록의 쉘(806)은 열팽창 계수가 SiC의 팽창 계수와 거의 일치하도록 하는 코바아 또는 인바아 스테인리스강과 같은 재료를 포함할 수 있으며 쉘은 SiC 블록 또는 SiC 튜브의 쉘과 거의 동일하다. 쉘(806)은 벨로우즈와 같은 확장 수단을 포함할 수 있다. 대안적으로, 열교환기 쉘(806)은 팽창을 허용하도록 중첩되는 2개의 섹션을 포함할 수 있다. 쉽 랩(ship la) 또는 은촉붙임(tongue and groove) 조인트와 같은 조인트는 확장에 의해 밀봉될 수 있다.
실시예에서, 열교환기는 쉘 열 교환기의 SiC 블록 또는 쉘과 튜브 열 교환기의 SiC 튜브와 같은 세라믹과 같은 적어도 하나의 열 교환기 구성요소의 열 충격을 방지하기 위해 EM 펌프를 제어하는 보호 회로 와 보호 소프트웨어 중 적어도 하나를 포함한다.
열 교환기는 탄소 도관(801), 매니폴드(802), 분배기(805), 열 교환기 입구 라인(803), 및 열 교환기 출구 라인(804, 806), 외부 냉각제 입구(807), 외부 냉각제 출구(808) 및 배플 중 적어도 하나와 같은 탄소 구성요소를 포함할 수 있다. 809. 탄소 구성 요소는 함께 접착되거나 Graphoil 가스켓을 포함하는 것과 같은 가스켓 조인트로 고정되는 중 적어도 하나일 수 있다. 공기에 노출된 표면은 CVD SiC 또는 SiC 유약과 같은 SiC와 같은 내산화성 코팅으로 코팅될 수 있다. 예시적인 열교환기로 GAB Neumann(https://www.gab-neumann.com)의 쉘 및 튜브 디자인이 있는데 도관(801)의 외부 표면과 같은 외부 표면이 SiC로 코팅되어 있다. 대안적으로, 외부 표면은 스테인리스강과 같은 내산화성 재료로 클래딩될 수 있다. 다른 실시예에서, 탄소 또는 Ta와 같은 공기와 반응하는 EM 펌프 구성요소 또는 열 교환기 구성요소와 같은 SunCell® 구성요소는 비워지거나 다음과 같은 불활성 가스로 채워질 수 있는 밀폐 또는 진공 가능 하우징에 수용될 수 있다. 아르곤 또는 질소와 같은 희가스를 사용하여 내장된 SunCell® 구성 요소를 고온에서 산화로부터 보호한다. EM 펌프에서 열교환기 입구(803)까지 갈륨 라인은 작동 온도에서 탄소와 반응하지 않는 금속을 포함할 수 있으므로 탄소 가스켓 플랜지 연결과 같은 가스켓 연결과 같은 금속 대 탄소 연결은 반응하지 않는다. 1000°C에서 탄소와 반응하지 않는 예시적인 금속은 니켈 또는 니켈 또는 레늄 도금 스테인리스강과 같은 니켈 또는 레늄 도금 금속이다.
도 31E-G에 도시된 예시적인 실시예에서, 용융 갈륨과 접촉하는 구성요소는 탄소를 포함하고, 공기 냉각제와 접촉하는 구성요소는 스테인리스강을 포함한다. 도관 라이너(801a), 매니폴드 또는 보닛(802), 열교환기 입구 라인(803) 및 열교환기 출구 라인(804)은 탄소를 포함하고, 도관(801), 분배기(805), 쉘(806), 외부 냉각제 입구(807), 외부 냉각제 출구(808), 및 배플(809)은 스테인리스강으로 구성되어 있다. 각각의 스테인리스강 도관(801)은 각 단부에서 대응하는 분배기(805)에 용접된다. 분배기(805)는 공기 냉각제가 스테인리스강과만 접촉하도록 쉘(806)에 용접된다. 보닛(802), 입구(803) 및 출구(804)는 탄소 열교환기 입구 라인(803) 및 출구 라인(804) 내부에 연결된 용접된 입구(803c) 라인 및 용접된 출구 라인(804c)이 있는 스테인리스강 하우징(806a) 내부에 있다. 하우징(806a)에서 연결부는 가스켓 플랜지 결합을 포함한다. 가스켓은 탄소를 포함할 수 있다. 각각의 분배기(805)는 2개의 피스를 포함할 수 있는데, 하나의 외부 피스(805a)는 라이너(801a)의 단부에 접착된 탄소를 포함하고 내부 피스는 하우징(806a) 및 쉘(806)에 용접된 스테인리스강을 포함한다. 갈륨 순환 EM 펌프(810) 및 저장소(5c)로의 복귀 라인(804)은 벨로우즈 또는 스프링 장착 조인트와 같은 확장 조인트를 포함할 수 있다.
실시예에서, 도관(801)과 같은 공기에 노출되는 것과 같은 탄소 구성요소를 포함하는 열 교환기는 연기 감지기와 같은 탄소 연소 생성물 감지기 및 구성요소의 고장 및 갈륨과 같은 용융금속을 포함하는 잠재적인 화재를 방지하기 위한 보호 시스템을 추가로 포함한다. 보호 시스템은 소화기 시스템과 같은 해당 업계에 알려진 것과 같은 화재 진압 시스템 또는 외부 냉각제 입구(807)와 출구 (808)에 있는 밸브와 같은 쉘(806)의 챔버로의 공기 흐름을 차단하는 일련의 값을 포함할 수 있다.
티타늄, 아연, 마그네슘, 니오븀, 지르코늄, 하프늄 및 탄탈륨의 표면에는 양극 피막이 형성될 수 있다. Nb, Ta 및 Zr의 예시적인 산화물은 산화갈륨보다 더 안정하다. 실시예에서, SunCell® 및 열 교환기의 적어도 하나의 구성요소는 양극 또는 산화막 또는 코팅을 형성하는 금속을 포함한다. 산화물 코트는 (i) 갈륨, 갈린스탄, 은, 및 구리 중 적어도 하나와 같은 용융 금속과 합금을 형성하는 것으로부터 구성요소를 보호하고 (ii) 산화로부터 구성요소를 보호하는 것 중 하나 이상일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 성분은 보호 산화물 코트를 포함할 수 있는 Nb, Ta, 및 Zr 중 적어도 하나를 포함한다. SunCell® 구성요소의 실시예에서 구성요소는 양극 산화 처리되어 갈륨, 갈린스탄, 은 및 구리와 같은 용융 금속과의 합금 형성으로부터 구성요소를 보호하고 하이드리노 반응 혼합물에 의한 산화로부터 구성요소를 보호할 수 있는 보호 산화물 코팅을 형성할 수 있다. 하이드리노 반응 혼합물. 열 교환기 구성요소의 실시예에서, 공기에 노출된 구성요소는 공기 산화로부터 보호하기 위해 양극산화될 수 있다.
도 31h에 도시된 실시예에서, 교환기는 본 발명의 열 교환기의 복수의 모듈식 유닛(813)을 포함한다. 용융 금속은 열 교환기 입구 라인(803b)을 통해 저장소(5c)로부터 각 열 교환기 모듈(813)의 입구(803)로의 열 교환기 입구 매니폴드(803a)로 흐를 수 있다. 용융 금속은 EM 펌프(810)에 의해 저장소(5c)로 다시 펌핑될 수 있다. 각 열교환기 출구(804), 출구 매니폴드(804a), 및 열교환기 출구 라인(804b)을 통한 용융 금속 유동을 유지한다.
실시예에서, 열교환기는 1차 루프 및 2차 루프를 포함할 수 있고, 여기서 저장소(5c)의 용융 금속은 2차 루프에서 용융 금속 또는 용융 염 냉각제와 같은 냉각제로부터 1차 루프에서 분리되어 유지된다. 열은 1단계 열교환기에 의해 1차 루프에서 2차 루프로 교환되고 열은 2단계 열교환기에 의해 부하로 전달된다. 실시예에서, 2차 루프는 용융 금속 또는 용융 염 열교환기를 포함한다. 실시예에서, 용융 갈륨 대 공기 열교환기는 상업용 용융 갈륨 대 공기 열교환기 또는 상업용 용융 염 대 공기 열교환기를 포함할 수 있으며, 여기서 후자는 용융 염을 용융 갈륨으로 대체하는 것을 포함하는 변형과 호환적일 수 있다.
열 교환기는 제1 가스 또는 액체가 제1 단에서 외부 냉각제를 포함하고 제2 가스 또는 액체가 제2 단에서 외부 냉각제를 포함하는 2단 열 교환기와 같은 복수의 단을 포함할 수 있다. 열은 가스 대 가스 열교환기와 같은 열교환기를 통해 첫 번째 외부 냉각제에서 두 번째 외부 냉각제로 전달된다. 예시적인 2단 열교환기는 탄소 도관(801), 매니폴드(802), 분배기(805), 열교환기 입구 라인(803), 열교환기 출구 라인(804), 쉘(806), 외부 냉각제 입구(807), 외부 냉각제 출구(808), 및 배플(809)을 포함한다. 구성 요소는 탄소 접착제로 접착하거나 탄소(Graphoil) 가스켓과 같은 가스켓 및 플랜지를 포함하는 조인트 또는 유니온으로 접합될 수 있다. 제1 외부 냉각제는 가스 대 가스 열교환기를 통해 공기를 포함하는 제2 외부 냉각제로 열을 전달하는 헬륨 또는 질소와 같은 희가스를 포함할 수 있다.
실시예에서, 제1 단계 열 교환기는 그래파이트 환형 홈 열 교환기와 같은 탄소, 쉘 열 교환기의 블록, GAB Neumann(https://www.gab-neumann.com)의 쉘 및 튜브 열 교환기를 포함하며, 여기서 갈륨 교환 첫 번째 단계에서는 은을 외부 냉각제로 가열하고 두 번째 단계에서는 은을 공기와 같은 다른 외부 냉각제와 열 교환한다. 제2단 열 교환기는 도 31D에 도시된 것과 같은 쉘-앤-튜브 디자인을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 쉘 및 튜브 열 교환기와 같은 제1 단계 열 교환기는 탄탈륨을 포함한다.
실시예에서, 외부 냉각제 송풍기(811)는 열교환기 외부 냉각제 입구(807)를 통해 압축 공기를 공급하는 가스 터빈의 압축기를 포함한다. 공기는 도관(801) 위로 흐를 수 있다. 가열된 공기는 열교환기 외부 냉각제 출구(808)를 나가 가스 터빈의 전력 섹션으로의 흐를 수 있으며, 여기서 SunCell® 812와 열교환기(813)는 외부 연소기 유형 가스 터빈 기계 또는 전기 발전기의 화력 소스를 포함한다.
실시예에서, 입구(803) 및 출구 라인(804), 분배기(805), 매니폴드(802), 도관(801)과 같은 적어도 하나의 열교환기 구성요소는 갈륨 또는 그렇지 않으면 구성 요소의 부식을 방지하는 용융 금속과 함께 합금 형성을 저항하는 금속으로 코팅 또는 라이너되는 것중 적어도 하나로 구성되어 있다. 코팅이나 라이너는 BN, 탄소, 석영, 지르코니아-티타니아-이트리아, 멀라이트, 또는 알루미나와 같은 본 개시내용 중 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 용융 금속은 갈륨과 입구(803) 및 출구 라인(804), 분배기(805), 매니폴드(802)와 같은 적어도 하나의 열 교환기 구성요소를 포함하고, 도관(801)은 스테인리스강을 포함하고, 라이너는 석영 또는 다른 세라믹을 포함한다. 스테인리스강은 석영으로 구성된 것과 같은 세라믹 라이너와의 열 팽창 및 수축 불일치를 방지하기 위해 코바아 또는 인바아로 대체될 수 있다. 대안적인 예시적인 실시예에서, 도관은 각각 탄소 라이너를 갖는 니켈을 포함한다.
실시예에서, 열 교환기는 SunCell® 저장소에 내부 대 외부일 수 있다. 적어도 하나의 열교환기 매니폴드는 저장소(5c)를 포함할 수 있다. 열 교환기 도관을 통해 갈륨과 같은 용융 금속을 순환시키는 EM 펌프는 주입기 EM 펌프(5ka) 및 다른 펌프 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, 열교환기는 매니폴드를 연결하는 복수의 튜브(801)를 갖는 2개의 단부 매니폴드(802)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 열교환기는 매니폴드를 연결하는 하나 이상의 지그재그 도관을 포함한다. 매니폴드는 저장소의 역할을 더 할 수 있다. 도관은 시스템 또는 냉각 핀 어레이에 내장될 수 있다. 열교환기는 냉각제가 용융 금속으로 대체되고 워터 펌프가 EM 펌프와 같은 용융 금속 펌프로 대체되는 트럭 라디에이터 유형을 포함할 수 있다. 라디에이터는 공기나 물과 같은 외부 냉각제에 의해 냉각될 수 있다. 외부 냉각제는 냉각 핀을 통해 공기 또는 물과 같은 외부 냉각제의 흐름을 강제하는 송풍기 또는 워터 펌프에 의해 각각 수송될 수 있다. 핀은 구리, 니켈 또는 Ni-Cu 합금과 같은 높은 열 전달 계수를 갖는 재료를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 열교환기는 공기와 같은 외부 냉각제와 플레이트 사이의 교대 채널로 흐르는 SunCell® 용융 금속을 갖는 평행 플레이트를 포함하는 Alfa-Laval에 의해 제조된 것과 같은 플레이트 열교환기를 포함할 수 있다.
실시예에서, 열교환기는 증기 보일러와 같은 보일러를 포함할 수 있다. 실시예에서, 액체 용융 금속 열교환기는 보일러를 포함하는 가압 용기(806)에서 물을 가열하는 역할을 하는 보일러 튜브(801)를 포함하는 도관을 포함한다. 도관(801)은 보일러를 포함하는 가압 용기(806)의 내부에 위치될 수 있다. 용융 금속은 도관(801)을 통해 펌핑될 수 있으며, 여기서 화력은 보일러에서 과열수 및 증기 중 적어도 하나를 형성하기 위해 물 웅덩이로 흐른다. 과열된 물은 증기 발생기에서 증기로 변환될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 보일러는 쉘에 길이방향 도관을 갖는 원통형 쉘을 포함하며, 여기서 외부 냉각제는 쉘을 통해 길이방향으로 흐르고 도관 표면적을 증가시키고 도관에서 물로의 열 전달을 향상시킨다. 원통형 쉘은 수직으로 배향될 수 있다. 실시예에서, 베이스플레이트(5kk1)는 냉각제 유동을 위한 구멍이 있을 수 있다. 추가로, 베이스플레이트(5kk1)는 약 0.1 mm 및 5 mm의 두께 범위와 같은 얇은 판을 포함하고 베이스 플레이트 냉각을 개선하기 위해 W, Ta, Nb 또는 Cr-Mo와 같은 더 높은 열 전달 계수를 갖는 금속을 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell® 및 열 교환기는 구성요소에 표면 장착되고, 용융 금속에 잠기고, 반응 셀 챔버 (5b31)에 있는 가스 또는 플라즈마에 노출될 수 있는 열전대 또는 서미스터와 같은 하나 이상의 온도 측정 장치를 포함한다. 반응 셀 챔버의 벽, EM 펌프 튜브(5k6), 및 도관(801), 매니폴드(802), 분배기(805), 열 교환기 입구 라인(803) 및 열 중 적어도 하나와 같은 열 교환기 구성요소 중 적어도 하나의 온도 교환기 출구 라인(804)은 구성요소의 표면에 결합될 수 있는 적어도 하나의 표면 장착 열전대에 의해 모니터링될 수 있다. 접합은 높은 열전달 계수를 갖는 것과 같은 용접 또는 세라믹 접착제를 포함할 수 있다. 접착제는 BN 또는 SiC를 포함할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버로부터 가스를 간헐적 또는 연속적 기반으로 탈기시키는 반응 셀 챔버 및 진공 펌프로 연결되는 진공 라인을 포함하는 진공 시스템을 포함한다. 실시예에서, SunCell®은 적어도 하나의 하이드리노 반응 반응물이나 생성물을 응축시키는 응축기를 포함한다. 이 응축기는 진공 펌프와 연결될 수 있거나 진공 펌프와의 가스 도관 연결을 포함할 수 있다. 진공 시스템은 반응 셀 챔버로부터 흐르는 적어도 하나의 반응물이나 생성물을 응축시키는 응축기를 더 포함할 수 있다. 응축기는 응축된 반응물이나 생성물인 응축물이 선택적으로 반응 셀 챔버로 다시 흐르도록 야기할 수 있다. 응축기는 응축물이 반응 셀 챔버로 다시 흐름을 선택적으로 야기시키는 온도 범위에 유지될 수 있다. 이 흐름은 각각 펌핑이나 중력 흐름과 같은 능동적이나 수동적 운반의 수단일 수 있다. 실시예에서, 응축기는 갈륨이나 산화 갈륨 나노입자와 같은 입자가 반응 셀 챔버에서 진공 펌프로의 흐름을 방지하는 필터, 지그재그 채널 및 전기 집전기 중 적어도 하나와 같은 수단을 포함할 수 있다. 실시예에서, 진공 펌프는 물 또는 강제 공기 냉각과 같은 수단에 의해 냉각될 수 있다.
예시적 시험 실시예에서, 반응 셀 챔버를 약 1 Torr ~ 20 Torr의 압력 범위에 유지한 반면 능동 진공 펌핑을 인가하면서 10 sccm의 H2를 흘리고 분당 4 ml의 H2O를 주입했다. DC 전압은 약 28 V 그리고 DC 전류는 약 1 kA였다. 반응 셀 챔버는 입방형 SS였으며 가장자리의 길이는 9인치였고 47 kg의 용융 갈륨을 포함했다. 전극들은 1인치가 침지된 DC EM 펌프의 SS 노즐 그리고 BN 페데스탈에 의해 덮인 직경 리드를 갖춘 직경 4 cm 및 두께 1 cm인 W 원판을 포함하는 카운터 전극을 포함했다. EM 펌프의 속도는 약 30-40 ml/s였다. 갈륨은 양으로 하전 그리고 W 페데스탈 전극은 음으로 하전했다. 갈륨 및 SS 반응기의 질량, 비열 및 온도 상승의 곱을 사용하여 측정한 SunCell® 출력 전력은 약 150 kW였다.
실시예에서, 반응 혼합물은 산소와 물 중 적어도 하나와 반응하는 금속이나 화합물과 같은 종을 포함하는 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 재생될 수 있다. 이 재생은 SunCell®의 적어도 한 시스템에 의해 성취될 수 있다. 재생 시스템은 열, 플라즈마 및 전기분해 시스템 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 첨가제는 용융 은을 포함하는 반응 혼합물에 첨가될 수 있다. 실시예에서, 첨가제는 용융 금속을 포함하는 용융 은에 첨가할 수 있는 갈륨을 포함할 수 있다. 실시예에서, 물을 반응 셀 챔버에 공급할 수 있다. 물을 주입기에 공급할 수 있다. 갈륨은 반응 혼합물에 공급된 물과 반응하여 수소 및 갈륨을 형성할 수 있다. 수소는 하이드리노 촉매의 역할을 하는 일부 잔류 HOH와 반응할 수 있다. 산화 갈륨은 전기분해 시스템에 의해 재생할 수 있다. 갈륨 금속과 전기분해 시스템에 의해 환원되어 생성된 산소를 각각 반응 셀 챔버로 다시 펌핑하고 셀로 배출할 수 있다.
실시예에서, 수소 가스는 주입된 물과 갈륨의 반응에 의해 형성된 갈륨 산화물 막을 제거하기 위해 반응 혼합물에 첨가될 수 있다. 반응 셀 챔버 내의 수소 가스는 약 0.1 Torr 내지 100 atm, 1 Torr 내지 1 atm, 및 1 Torr 내지 10 Torr의 적어도 하나의 압력 범위에 있을 수 있다. 수소는 적어도 분당 약 0.001sccm 내지 10리터, 분당 0.001sccm 내지 10리터, 및 분당 0.001sccm 내지 10리터 범위의 반응 셀 챔버 부피 리터당 속도로 반응 셀 챔버로 유입될 수 있다.
실시예에서, 수소는 촉매로서 역할을 할 수 있다. 하이드리노의 형성을 위해 촉매 및 H 원자로 nH(n은 정수)를 공급하는 수소의 소스는 H2 가스를 포함할 수 있으며, 이것은 고압 물 전기분해로부터의 수소 흐름을 제어하는 질량 유량 제어기를 사용하여 EM 펌프 튜브(5k4)에 있는 23% Ag/77% Pd 합금 막 등의 Pd나 Pd-Ag와 같은 수소 투과성 막을 통해 공급할 수 있다. HOH 촉매의 대안 촉매로서 수소를 사용함으로써 탄소 반응 셀 챔버(5b31)와 같은 적어도 하나의 셀 구성요소의 산화 반응을 피할 수 있다. 반응 셀 챔버에 유지되는 플라즈마는 H2를 해리하여H 원자를 제공할 수 있다. 탄소는 탄소와 수소 사이의 반응을 억제시키는 열분해 탄소일 수 있다.
고형 연료 SunCell®
실시예에서, SunCell®은 반응하여 하이드리노를 형성하는 적어도 하나의 반응물을 형성하는 고체 연료를 포함한다. 하이드리노 반응물들은 하이드리노를 형성하기 위해 원자 H와 촉매를 포함할 수 있다. 촉매는 신생 물인 HOH를 포함할 수 있다. 이 반응물은 SunCell®에서 적어도 부분적으로 현장에서 재생될 수 있다. 고체 연료는 반응 셀 챔버(5b31)에서 플라즈마나 열 구동 반응에 의해 재생될 수 있다. 이러한 재생은 반응 셀 챔버(5b31)에서 유지되고 방출되는 플라즈마나 열 구동 반응에 의해 재생될 수 있다. 이러한 재생은 반응 셀 챔버(5b31)에서 유지되고 방출되는 플라즈마나 열 전력에 의해 성취할 수 있다. 고체 연료 반응물들은 하이드리노 또는 저에너지 수소 화합물 및 물질의 성분과 하이드리노를 포함하는 생성물들에서 소모되는 원소의 소스를 공급하여 재생할 수 있다. SunCell®은 SunCell®에서 하이드리노 반응의 전파 동안 고체 연료에 의해 손실되는 임의의 것을 대체하는 H 및 산소의 소스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. H 및 O의 적어도 하나의 소스는 H2, H2O 및 O2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적 재생 실시예에서, H2(1/4)의 형성을 위해 소모되는 H2는 H2 및 H2O 중 적어도 하나의 첨가로 대체되는데, H2O는 HOH 및 O2 중 하나의 소스로 더 역할을 할 수 있다. 최적화를 위해 CO2 및 아르곤 등의 영족 가스 중 적어도 하나가 반응 혼합물의 한 성분이 될 수 있는데, CO2가 HOH 촉매를 형성하는 산소의 소스 역할을 할 수 있다.
실시예에서, SunCell®은 반응 셀 챔버에서 형성된 임의의 생성물에서 적어도 하나의 출발 물질의 적어도 일부를 재생하는 전기분해 전지를 포함한다. 이 출발 물질은 고체 연료의 반응물들의 적어도 하나를 포함할 수 있는데, 그 생성물이 하이드리노 반응물들을 형성하는 고체 연료 반응에 의해 형성될 수 있다. 출발 물질은 갈륨이나 은과 같은 용융 금속을 포함할 수 있다. 실시예에서, 용융 금속은 용융 금속과 비반응성이다. 예시적 비반응성 용융 금속은 은을 포함한다. 전기분해 전지는 저장소(5c), 반응 셀 챔버(5b31) 그리고 저장소(5c) 및 반응 셀 챔버(5b31) 중 적어도 하나의 외부에 별도의 챔버 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전기분해 전지는 적어도 (i) 두 개의 전극, (ii) 별도의 챔버를 위한 입구 및 출구 채널과 운반기, (iii) 적어도 하나의 용융 금속 그리고 저장소, 반응 셀 챔버 및 별도의 챔버 중 적어도 하나에 있는 반응물 및 생성물을 포함할 수 있는 전해질, (iv) 전기분해 전원 및 (v) 전기분해용 제어기 그리고 해당되는 경우 전기분해 전지 안으로 그리고 밖으로의 운반기용 제어기 및 전원을 포함할 수 있다. 운반기는 본 개시에 기재된 것을 포함할 수 있다.
실시예에서, 고체 연료 반응은 생성물이나 중간 반응 생성물로 H2O 및 H를 형성한다. H2O는 하이드리노를 형성하는 촉매의 역할을 할 수 있다.
반응물들은 적어도 하나의 산화제와 하나의 환원제를 포함하며, 반응은 적어도 하나의 산화-환원 반응을 포함한다. 환원제는 알칼리 금속과 같은 금속을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 수소의 소스 및 H2O의 소스를 더 포함할 수 있으며, 탄소, 산화물, 붕소화물, 질화물, TiCN 등의 카보니트릴 또는 니트릴과 같은 지지체를 선택적으로 포함할 수 있다. 이 지지체는 금속 분말을 포함할 수 있다. H의 소스는 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이, 희토류 수소화물 및 본 개시의 수화물의 군에서 선택할 수 있다. 지지체 상의 귀금속과 같은 본 개시의 것들과 같은 해리기를 더 포함할 수 있는 수소 가스일 수 있다. 물의 소스는 수산화물 또는 Al, Zn, Sn, Cr, Sb 및 Pb의 수산화물 복합체 등의 수산화물 복합체와 같은 탈수화하는 화합물을 포함할 수 있다. 물의 소스는 수소의 소스 및 산소의 소스를 포함할 수 있다. 산소 소스는 산소를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 예시적 화합물이나 분자는 O2, 알칼리 또는 알칼리 토류 산화물, 과산화물 또는 초산화물, TeO2, SeO2, PO2, P2O5, SO2, SO3, M2SO4, MHSO4, CO2, M2S2O8, MMnO4, M2Mn2O4, MxHyPO4(x, y = 정수), POBr2, MClO4, MNO3, NO, N2O, NO2, N2O3, Cl2O7 및 O2(M = 알칼리; 그리고 알칼리 토류나 다른 양이온이 M을 치환할 수 있음)이다. 다른 예시적 반응물은 다음으로 구성된 군으로부터 선택되는 시약을 포함한다: Li, LiH, LiNO3, LiNO, LiNO2, Li3N, Li2NH, LiNH2, LiX, NH3, LiBH4, LiAlH4, Li3AlH6, LiOH, Li2S, LiHS, LiFeSi, Li2CO3, LiHCO3, Li2SO4, LiHSO4, Li3PO4, Li2HPO4, LiH2PO4, Li2MoO4, LiNbO3, Li2B4O7(사붕산 리튬), LiBO2, Li2WO4, LiAlCl4, LiGaCl4, Li2CrO4, Li2Cr2O7, Li2TiO3, LiZrO3, LiAlO2, LiCoO2, LiGaO2, Li2GeO3, LiMn2O4, Li4SiO4, Li2SiO3, LiTaO3, LiCuCl4, LiPdCl4, LiVO3, LiIO3, LiBrO3, LiXO3(X = F, Br, Cl, I), LiFeO2, LiIO4, LiBrO4, LiIO4, LiXO4(X = F, Br, Cl, I), LiScOn, LiTiOn, LiVOn, LiCrOn, LiCr2On, LiMn2On, LiFeOn, LiCoOn, LiNiOn, LiNi2On, LiCuOn 및 LiZnOn(n=1, 2,3 또는4), 산소음이온, 강산의 산소음이온, 산화제, V2O3, I2O5, MnO2, Re2O7, CrO3, RuO2, AgO, PdO, PdO2, PtO, PtO2와 같은 분자 산화제 및 NH4X에서 X 가 질산염이나 CRC에 나열된 다른 적합한 음이온 그리고 환원제. 다른 알칼리 금속이나 기타 양이온이Li를 대체할 수 있다. 산소의 추가 소스는 다음으로 구성된 군에서 선택할 수 있다: MCoO2, MGaO2, M2GeO3, MMn2O4, M4SiO4, M2SiO3, MTaO3, MVO3, MIO3, MFeO2, MIO4, MClO4, MScOn, MTiOn, MVOn, MCrOn, MCr2On, MMn2On, MFeOn, MCoOn, MNiOn, MNi2On, MCuOn, 및 MZnOn(n=1, 2,3 또는 4), 산소음이온, 강산의 산소음이온, 산화제, V2O3, I2O5, MnO2, Re2O7, CrO3, RuO2, AgO, PdO, PdO2, PtO, PtO2, I2O4, I2O5, I2O9, SO2, SO3, CO2, N2O, NO, NO2, N2O3, N2O4, N2O5, Cl2O, ClO2, Cl2O3, Cl2O6, Cl2O7, PO2, P2O 및 P2O5.와 같은 분자 산화제. 반응물들은 하이드리노를 형성하는 임의의 희망하는 비율일 수 있다. 예시적 반응 혼합물은 0.33 g의 LiH, 1.7 g의 LiNO3 그리고 1 g의 MgH2 및 4 g의 활성 탄소 분말의 혼합물의 혼합물이다. 적어도 하나의 반응물, H2O 촉매 및 H2를 형성하는 추가의 적합한 예시적 반응들이 표 1, 2 및 3에 나와 있다.
표 1. H2O 촉매 및 H2에 대한 열 가역적 반응 사이클 [L.C. Brown, G.E. Besenbruch, K.R. Schultz, A.C. Marshall, S.K. Showalter, P.S. Pickard and J.F. Funk, Nuclear Production of Hydrogen Using Thermochemical Water-Splitting Cycles, International Congress on Advanced Nuclear Power Plants (ICAPP) in Hollywood, Florida, June 13-19, 2002에서 발표되고, Proceedings에 출판됨.]
*T = 열화학, E = 전기화학.
표 2. H2O 촉매 및 H2에 대한 열 가역적 반응 사이클. [C. Perkins and A.W. Weimer, Solar-Thermal Production of Renewable Hydrogen, AIChE Journal, 55 (2), (2009), pp. 286-293.]
표 3. H2O 촉매 및 H2에 대한 열 가역적 반응 사이클. [S. Abanades, P. Charvin, G. Flamant, P. Neveu, Screening of Water-Splitting Thermochemical Cycles Potentially Attractive for Hydrogen Production by Concentrated Solar Energy, Energy, 31, (2006), pp. 2805-2822.]
H2O 촉매를 형성하는 반응물들은 O 종과 같은 O의 소스와 H의 소스를 포함할 수 있다. O 종의 소스는 O2, 공기 및 O를 포함하는 화합물의 화합물이나 혼합재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산소를 포함하는 화합물은 산화제를 포함할 수 있다. 산소를 포함하는 화합물은 산화물, 옥시산화물, 수산화물, 과산화물 및 초산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적합한 금속 산화물은 Li2O, Na2O 및 K2O 등의 알칼리 산화물, MgO, CaO, SrO 및 BaO 등의 알칼리 토류 산화물, NiO, Ni2O3, FeO, Fe2O3 및 CoO 등의 천이 산화물 그리고 내부 천이 및 희토 금속 산화물 그리고 다른 금속들의 산화물 및 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te의 산화물과 같은 반금속 그리고 이것들과 산소를 포함하는 다른 원소들의 혼합물이다. 이 산화물은 금속 산화물과 같은 본 개시의 것들과 같은 산화물 음이온 그리고 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속 양이온 그리고 다른 금속들 및 MM'2xO3x+1 이나 MM'2xO4(M = 알칼리 토류, M' = Fe, Ni, Mn 등의 천이 금속, x = 정수) 그리고 M2M'2xO3x+1 이나 M2M'2xO4 (M =알칼리, M' = Fe, Ni, Mn 등의 천이 금속, x = 정수)와 같은Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se, 및 Te 등의 반금속의 양이온을 포함한다. 적합한 예시적 금속 옥시수산화물은 AlO(OH), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH) (
-MnO(OH) groutite 및 
-MnO(OH) manganite), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Ni1/2Co1/2O(OH) 및 Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)이다. 적합한 예시적 수산화물은 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 회토류 금속들의 수산화물 그리고 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te 및 혼합물과 같은 다른 금속과 반금속의 수산화물이다. 적합한 복합체 이온 수산화물은 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)6이다. 추가의 예시적인 적합한 수산화물은 Co(OH)2, Zn(OH)2, Ni(OH)2, 다른 천이 금속 수산화물, Cd(OH)2, Sn(OH)2 및 Pb(OH) 중 적어도 하나이다. 적합한 예시적 과산화물은 H2O2, 유기 화합물의 과산화물, Li2O2, Na2O2, K2O2와 같은 M이 알칼리 금속인 M2O2 등의 금속의 과산화물, Ca, Sr 또는 Ba 과산화물과 같은 알칼리 토류 과산화물 등의 기타 이온성 과산화물, 란타나이드의 과산화물과 같은 기타 양전성 금속의 과산화물 그리고 Zn, Cd 및 Hg의 과산화물과 같은 공유 금속 과산화물이다. 적합한 예시적 초산화물은 NaO2, KO2, RbO2 및 CsO2와 같은 M이 알칼리 금속인 금속 MO2의 초산화물 그리고 알칼리 토류 금속 초산화물이다. 실시예에서, 고체 연료는 알칼리 과산화물 그리고 수화물, 산화수소 또는 BH3NH3와 같은 수소 저장 물질을 포함한다. 반응 혼합물은 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속의 수산화물 그리고 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속 그리고 Al, Ga, In, Sn, Pb 및 본 개시의 또 다른 것들을 포함하는 것과 같은 탄산염 등 적어도 하나의 산소 음이온을 포함하는 화합물과 같은 산소의 소스를 포함할 수 있다. 산소를 포함하는 다른 적합한 화합물은 알루민산염, 텅스텐산염, 지르콘산염, 티탄산염, 황산염, 인산염, 탄산염, 질산염, 크롬산염, 중크롬산염 및 망간산염, 산화물, 옥시수산화물, 과산화물, 초산화물, 규소산염, 티탄산염, 텅스텐산염 및 본 개시의 또 다른 것들의 군에서 선택된 적어도 하나의 산소 음이온이다. 수산화물과 탄산염의 예시적 반응은 다음과 같다:
Ca(OH)2 + Li2CO3 
CaO + H2O + Li2O + CO2
(60)
다른 실시예에서, 산소 소스는 기체성이거나 NO2, NO, N2O, CO2, P2O3, P2O5 및 SO2와 같은 가스를 쉽게 형성한다. H2O 촉매의 형성에 따른 C, N, NH3, P 또는 S와 같은 환원된 산화물 생성물은 Mills의 이전 출원서에서 기술된 바와 같이 산소나 그 소스와의 연소에 의해 다시 산화물로 변환될 수 있다. 셀은 가열 온도에 사용될 수 있는 과잉 열을 생성할 수 있거나, 그 열은 랭킨이나 브레이톤 시스템과 같은 수단에 의해 전기로 변환될 수 있다. 대안적으로, 셀을 사용하여 분자 하이드리노 및 하이드리노 수화물 이온 그리고 상응하는 화합물과 같은 저에너지 수소 종들을 합성할 수 있다.
실시예에서, 저에너지 수소 종 및 화합물의 생산 그리고 에너지의 생산 중 적어도 하나에 필요한 하이드리노를 형성하는 반응 혼합물은 원자 수소의 소스 그리고 H2O 촉매 등의 본 개시의 것과 같은 H 및 O 중 적어도 하나를 포함하는 촉매의 소스를 포함한다. 반응 혼합물은 H2SO3, H2SO4, H2CO3, HNO2, HNO3, HClO4, H3PO3 및 H3PO4와 같은 산 또는 산 무수물이나 무수 산과 같은 산의 소스를 더 포함할 수 있다. 후자는 SO2, SO3, CO2, NO2, N2O3, N2O5, Cl2O7, PO2, P2O3 및 P2O5의 군에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 염기 그리고 M2O(M = 알칼리), M'O(M' = 알칼리 토류), ZnO 또는 다른 천이 금속 산화물, CdO, CoO, SnO, AgO, HgO 또는 Al2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 추가의 예시적 무수물은 H2O에 대해 안정한 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, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In과 같은 금속을 포함한다. 이 무수물은 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속의 산화물일 수 있으며, 수화된 화합물은 수산화물을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 FeOOH, NiOOH 또는 CoOOH와 같은 옥사수산화물을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 H2O의 소스 및 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. H2O는 원자 수소의 존재하에서 수화 및 탈수 반응에 의해 가역적으로 형성될 수 있다. H2O 촉매를 형성하는 예시적 반응은 다음과 같다:
Mg(OH)2 to MgO + H2O
(61)
2LiOH to Li2O + H2O
(62)
H2CO3 to CO2 + H2O
(63)
2FeOOH to Fe2O3 + H2O
(64)
실시예에서, H2O 촉매는 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속 등의 금속을 포함하는 양이온 그리고 다른 금속들의 양이온 그리고 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te의 양이온 등의 반금속의 양이온의 염과 같은 인산염, 수소 인산염 및 이수소 인산염 등의 인산염 그리고 
와 같은 폴리포스포네이트, 
과 같은 장쇄 메타포스포네이트 및 
과 같은 환형 메타포스포네이트트(n
3) 그리고 P4O10과 같은 울트라 포스포네이트 중 적어도 하나와 같은 응축된 인산염을 형성하는 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 화합물의 탈수에 의해 형성된다. 예시적 반응들은 다음과 같다:
(n-2)NaH2PO4 + 2Na2HPO4 
Nan+2PnO3n+1 (폴리포스포네이트) + (n-1)H2O
(65)
nNaH2PO4 
(NaPO3)n (메타포스포네이트) + nH2O
(66)
이 탈수 반응의 반응물들은Al(OH)3 및 Al2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 R-Ni을 포함할 수 있다. 반응물들은 알칼리 금속과 같은 본 개시의 금속들 등의 금속 M, 수소화물, 알칼리 수산화물 등의 본 개시의 것들과 같은 금속 수산화물 그리고 H2 그리고 내재 수소 등의 소스를 더 포함할 수 있다. 예시적 반응들은 다음과 같다:
2Al(OH)3 + to Al2O3 + 3H2O
(67)
Al2O3 + 2NaOH to 2NaAlO2 + H2O
(68)
3MH + Al(OH)3 + to M3Al + 3H2O
(69)
MoCu + 2MOH + 4O2 to M2MoO4 + CuO + H2O (M = Li, Na, K, Rb, Cs)
(70)
이 반응 생성물은 합금을 포함할 수 있다. R-Ni은 재수화에 의해 재생될 수 있다. 반응 혼합물 및 H2O 촉매를 형성하는 탈수 반응은 다음의 예시적 반응에 나와 있는 본 개시의 것들과 같은 옥시수산화물을 포함하고 참여시킬 수 있다:
3Co(OH)2 to 2CoOOH + Co + 2H2O
(71)
원자 수소는 H2 가스로부터 해리에 의해 형성될 수 있다. 수소 해리기는 R-Ni이나 귀금속 또는Pt 상의 Ni 또는 탄소나 Al2O3 상의 Pd와 같은 지지체 상의 천이 금속 등 본 개시의 것들의 하나일 수 있다. 대안적으로, 원자 H는 본 개시의 것들과 같은 막을 통한 H 투과로부터 유래할 수 있다. 실시예에서, 셀은 그를 통한 H2의 선택적인 확산을 허용하는 반면 H2O 확산을 방지하는 세라믹 막과 같은 막을 포함한다. 실시예에서, H2 및 원자 H 중 적어도 하나가 H2O를 포함하는 수용성이나 용융 전해질과 같은 수소의 소스를 포함하는 전해질의 전기분해에 의해 셀로 공급된다. 실시예에서, H2O 촉매는 산이나 염기의 무수물 형태로의 탈수에 의해 가역적으로 형성된다. 실시예에서, 촉매 H2O와 하이드리노를 형성시키는 반응은 셀 pH나 반응성, 온도 및 압력 중 적어도 하나를 변경함으로써 전파되는데, 압력은 온도를 변경하여 변경시킬 수 있다. 산, 염기 또는 무수물과 같은 종의 활성도는 당업자에게 알려진 염의 첨가에 의해 변경될 수 있다. 실시예에서, 반응 혼합물은 H2나 산 무수물 가스 등의 가스를 흡수하거나 하이드리노를 형성하는 반응에 대해 이러한 가스의 소스가 될 수 있는 탄소 등의 물질을 포함할 수 있다. 반응물들은 임의의 희망하는 농도와 비율일 수 있다. 반응 혼합물은 용융될 수 있거나 수용성 슬러리를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, H2O 촉매의 소스는 하이드로할릭산, 질산 및 아질산 중 하나와 염기 사이의 반응과 같은 산과 염기 사이의 반응이다. 다른 적합한 산 반응물들은 H2SO4, HCl, HX(X=할라이드), H3PO4, HClO4, HNO3, HNO, HNO2, H2S, H2CO3, H2MoO4, HNbO3, H2B4O7(M =사중붕산염), HBO2, H2WO4, H2CrO4, H2Cr2O7, H2TiO3, HZrO3, MAlO2, HMn2O4, HIO3, HIO4, HClO4 또는 포름산이나 초산 등의 유기산의 수용액이다. 적절한 예시적 염기는 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 또는 희토류 금속 또는 Al, Ga, In, Sn 또는 Pb를 포함하는 수산화물, 옥시수산화물 또는 산화물이다.
실시예에서, 반응물들은 염기나 산 무수물과 각각 반응하는 산이나 염기를 포함하여 H2O 촉매 그리고 각각 염기의 양이온과 산 무수물의 음이온 또는 염기 무수물의 양이온과 산의 음이온의 화합물을 형성할 수 있다. 산성 무수물 SiO2와 염기 NaOH의 예시적 반응은 다음과 같다:
4NaOH + SiO2 to Na4SiO4 + 2H2O
(72)
여기서 상응하는 산의 탈수 반응은 다음과 같다:
H4SiO4 to 2H2O + SiO2
(73)
다른 적절한 예시적 무수물은
Mo, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Ta, V, B, Nb, Se, Te, W, Cr, Mn, Hf, Co 및 Mg의 군에 속하는 하나와 같은 원소, 금속, 합금 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 상응하는 산화물은 MoO2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, Ni2O3, FeO, Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VO2, V2O3, V2O5, B2O3, NbO, NbO2, Nb2O5, SeO2, SeO3, TeO2, TeO3, WO2, WO3, Cr3O4 Cr2O3, CrO2, CrO3, MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2, Mn2O7, HfO2, Co2O3, CoO, Co3O4, Co2O3, 및 MgO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 염기는 LiOH와 같은 MOH(M = 알칼리) 등의 알칼리 수산화물과 같은 수산화물을 포함하는데, 이것은 Li2O 및H2O 등의 M2O와 같은 염기성 산화물을 형성할 수 있다. 염기성 산화물은 무수물 산화물과 반응하여 생성물 산화물을 형성할 수 있다. H2O를 방출하는 LiOH와 무수물 산화물의 예시적 반응에서, 그 생성물의 산화물 화합물은 Li2MoO3 또는 Li2MoO4, Li2TiO3, Li2ZrO3, Li2SiO3, LiAlO2, LiNiO2, LiFeO2, LiTaO3, LiVO3, Li2B4O7, Li2NbO3, Li2SeO3, Li3PO4, Li2SeO4, Li2TeO3, Li2TeO4, Li2WO4, Li2CrO4, Li2Cr2O7, Li2MnO4, Li2HfO3, LiCoO2 및 MgO를 포함할 수 있다. 다른 적합한 예시적 산화물은 As2O3, As2O5, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, Bi2O3, SO2, SO3, CO2, NO2, N2O3, N2O5, Cl2O7, PO2, P2O3 및 P2O5, 그리고 당업자에게 알려진 다른 유사한 산화물들의 군 중 적어도 하나이다. 다른 예가 식 (91)에 나와 있다. 금속 산화물의 적합한 반응은 다음과 같다:
2LiOH + NiO to Li2NiO2 + H2O
(74)
3LiOH + NiO to LiNiO2 + H2O + Li2O + 1/2H2
(75)
4LiOH + Ni2O3 to 2Li2NiO2 + 2H2O + 1/2O2
(76)
2LiOH + Ni2O3 to 2LiNiO2 + H2O
(77)
Fe, Cr, Ti와 같은 천이 금속, 내부 천이 및 희토류 금속 그리고 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 다른 금속이나 반금속은 Ni을 치환할 수 있고, Li, Na, Rb 및 Cs와 같은 다른 알칼리 금속은 K를 치환할 수 있다. 실시예에서, 산화물은 Mo를 포함할 수 있는데, H2O를 형성하는 반응 동안, 신생 H2O 촉매 및 H가 형성되어 하이드리노를 형성하도록 더 반응할 수 있다.
이 반응은 수소 가스 등의 수소의 소스 그리고 Pd/Al2O3와 같은 해리기를 더 포함할 수 있다. 수소는 프로튬, 이중수소 또는 삼중수소 또는 이들의 조합의 어느 것일 수 있다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 두 개의 산화물이 물을 형성하는 반응을 포함할 수 있다. 수산화물의 양이온은 알칼리 금속 수산화물과 천이금속 또는 알칼리 토류 수산화물 반응의 산화 상태와 다른 산화 상태를 가질 수 있다. 그 반응 혼합물 및 반응은 다음의 예시적 반응에 나와 있는 소스로부터의 H2를 더 포함하고 참여시킬 수 있다:
LiOH + 2Co(OH)2 + 1/2H2 to LiCoO2 + 3H2O + Co
(84)
그 반응 혼합물 및 반응은 다음의 예시적 반응에 나와 있는 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속과 같은 금속 M을 더 포함하고 참여시킬 수 있다:
M + LiOH + Co(OH)2 to LiCoO2 + H2O + MH
(85)
실시예에서, 그 반응 혼합물은 H의 소스 역할을 할 수 있는 금속 산화물 및 수산화물 그리고 선택적으로 다른 H의 소스를 포함하는데, 금속 산화물에서 Fe와 같은 금속은 복수의 산화 상태를 가질 수 있으므로 H2O를 형성하는 반응 동안 산화-환원 반응을 거쳐 H와 반응하여 하이드리노를 형성하는 촉매의 역할을 한다. 한 예가 FeO이며, 여기서 촉매를 형성하는 반응 동안 Fe2+가 산화를 거쳐 Fe3+이 될 수 있다. 예시적 반응은 다음과 같다:
FeO + 3LiOH to H2O + LiFeO2 + H(1/p) + Li2O
(86)
실시예에서, 적어도 하나의 금속 산화물, 수산화물 또는 옥시수산화물이 산화제의 역할을 하는데, Fe, Ni, Mo 또는 Mn과 같은 금속 원자가 다른 가능한 산화 상태보다 더 높은 산화 상태에 있을 수 있다. 촉매 및 하이드리노 반응은 그 원자가 적어도 하나의 더 낮은 산화 상태로 환원을 거치도록 야기할 수 있다. H2O 촉매를 형성하는 금속 산화물, 수산화물 및 옥시수산화물의 예시적 반응은 다음과 같다:
2KOH + NiO to K2NiO2 + H2O
(87)
3KOH + NiO to KNiO2 + H2O + K2O + 1/2H2
(88)
2KOH + Ni2O3 to 2KNiO2 + H2O
(89)
4KOH + Ni2O3 to 2K2NiO2 + 2H2O + 1/2O2
(90)
2KOH + Ni(OH)2 to K2NiO2 + 2H2O
(91)
2LiOH + MoO3 to Li2MoO4 + H2O
(92)
3KOH + Ni(OH)2 to KNiO2 + 2H2O + K2O + 1/2H2
(93)
2KOH + 2NiOOH to K2NiO2 + 2H2O + NiO + 1/2O2
(94)
KOH + NiOOH to KNiO2 + H2O
(95)
2NaOH + Fe2O3 to 2NaFeO2 + H2O
(96)
Ni, Fe, Cr 및 Ti와 같은 다른 천이 금속, 내부 천이 및 희토류 금속 그리고 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te 등의 다른 금속이나 반금속들Ni나 Fe를 치환할 수 있으며, Li, Na, K, Rb 및 Cs 등의 다른 금속이 K나 Na를 치환할 수 있다. 실시예에서, 그 반응 혼합물은 H2O에 대하여 안정한 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, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In과 같은 금속의 산화물 및 수산화물 중 적어도 하나를 포함한다. 추가적으로, 그 반응 혼합물은 H2 가스와 같은 수소의 소스 그리고 선택적으로 지지체 상의 귀금속과 같은 해리기를 포함한다. 실시예에서, 고체 연료나 에너지 함유 물질은 FeBr2 등의 브롬화물과 같은 적어도 하나의 천이 금속 할라이드와 같은 적어도 하나의 금속 할라이드 그리고 옥시수산화물, 수산화물 또는 산화물 그리고 H2O의 혼합물을 포함한다. 실시예에서, 고체 연료나 에너지 함유 물질은 금속 산화물, 수산화물 및 Ni2O3 등의 적어도 하나의 천이 금속 산화물과 같은 옥시수산화물 그리고 H2O의 혼합물을 포함한다.
산 HCl과 염기성 무수물 NiO와의 예시적 반응은 다음과 같다:
2HCl + NiO to H2O + NiCl2
(97)
여기서 상응하는 염기의 탈수 반응은 다음과 같다:
Ni(OH)2 to H2O + NiO
(98)
그 반응물들은 적어도 하나의 루이스 산이나 염기 및 브론스테드-로우리 산이나 염기를 포함할 수 있다. 반응 혼합물 및 반응은 산소를 포함하는 화합물을 더 포함하고 참여시킬 수 있는데, 산이 산소를 포함하는 화합물과 반응하여 모든 형성하고 그 예시적 반응은 다음과 같다:
2HX + POX3 to H2O + PX5
(99)
(X = 할라이드). POX3와 같은 유사한 화합물들이 P가 S에 의해 대체된 것들과 같이 적합하다. 다른 적합한 예시적 무수물은 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 또는 희토류 금속 또는 Al, Ga, In, Sn 또는 Pb를 포함하는 수산화물, 옥시수산화물 또는 산화물과 같은 산에 용해되는 Mo, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Ta, V, B, Nb, Se, Te, W, Cr, Mn, Hf, Co 및 Mg로 이루어진 군의 하나와 같은 원소, 금속, 합금 또는 혼합물의 산화물을 포함할 수 있다. 상응하는 산화물은 MoO2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, FeO or Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VO2, V2O3, V2O5, B2O3, NbO, NbO2, Nb2O5, SeO2, SeO3, TeO2, TeO3, WO2, WO3, Cr3O4, Cr2O3, CrO2, CrO3, MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2, Mn2O7, HfO2, Co2O3, CoO, Co3O4, Co2O3 및 MgO를 포함할 수 있다. 다른 적합한 예시적 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, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In으로 이루어진 군의 산화물들이다. 예시적 실시예에서, 산은 하이드로할릭산이고 그 생성물은 H2O 및 산화물의 금속 할라이드이다. 그 반응 혼합물은 H2 가스와 같은 수소의 소스 그리고 Pt/C와 같은 해리기를 포함하는데, H 및 H2O 촉매가 반응하여 하이드리노를 형성한다.
실시예에서, 고체 연료는 투과 막과 같은 H2 소스나 H2 가스 그리고 Pt/C와 같은 해리기 그리고 H2O로 환원되는 산화물이나 수산화물을 포함하는 H2O 촉매의 소스를 포함한다. 산화물이나 수산화물의 금속은 H의 소스 역할을 하는 금속 수소화물을 형성할 수 있다. LiOH 및 Li2O와 같은 알칼리 수산화물과 산화물의 예시적 반응은 다음과 같다:
LiOH + H2 to H2O + LiH
(100)
Li2O + H2 to LiOH + LiH
(101)
그 반응 혼합물은 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, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In의 산화물이나 수산화물과 같은 H2O로의 수소 환원을 거치는 금속의 산화물이나 수산화물 그리고 H2 가스의 같은 수소의 소스 및 Pt/C 등의 해리기를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 그 반응 혼합물은 H2 가스와 같은 H2 소스 및 Pt/C 등의 해리기 그리고 H2O 촉매 및 O2와 같은 산소를 포함하는 기타 생성물들로 분해되는 H2O2와 같은 과산화물을 포함한다. H2 그리고 O2와 같은 분해 생성물의 일부는 또한 반응하여 H2O 촉매를 형성할 수도 있다.
실시예에서, 촉매로 H2O를 형성하는 반응은 당 등의 폴리알코올과 같은 알코올에서 알데하이드 및 H2O의 반응과 같은 유기 탈수 반응을 포함한다. 실시예에서, 탈수 반응에는 말단 알코올부터의 H2O 방출에 따른 알데하이드 형성이 참여한다. 이 말단 알코올은 촉매의 역할을 할 수 있는 H2O를 방출하는 당이나 그 유도체를 포함할 수 있다. 적합한 예시적 알코올은 메소-에리스리톨, 갈락시톨 또는 둘시톨 그리고 폴리비닐 알코올(PVA)이다. 예시적 반응 혼합물은 당 + Pd/Al2O3와 같은 수소 해리기 + H2이다. 대안적으로, 이 반응은 적어도 하나의 수화물을 가진 것과 같은 금속 염의 탈수를 포함한다. 실시예에서, 탈수는 물 이온과 같은 수화물 그리고 BaI2 2H2O 및 EuBr2 nH2O와 같은 염 수화물로부터 촉매의 역할에 따른 H2O의 손실을 포함한다.
실시예에서, H2O 촉매를 형성하는 반응은 Co와 같은 산소, MNO3(M = 알칼리)와 같은 NiO, Ni2O3, Fe2O3 또는 SnO와 같은 금속 산화물, Co(OH)2와 같은 수산화물, FeOOH, CoOOH 및 NiOOH와 같은 옥시수산화물 그리고 수소에 의해 H2O로 환원가능한 본 개시의 것들과 같은 산소를 포함하는 화합물, 산소음이온, 산화물, 수산화물, 옥시수산화물, 과산화물, 초산화물 및 기타 물질의 조성물을 포함하는 화합물의 수소 환원을 포함한다. 산소나 산소 음이온을 포함하는 예시적 화합물에는 SOCl2, Na2S2O3, NaMnO4, POBr3, K2S2O8, CO, CO2, NO, NO2, P2O5, N2O5, N2O, SO2, I2O5, NaClO2, NaClO, K2SO4 및 KHSO4가 있다. 수소 환원을 위한 수소의 소스는 H2 가스 그리고 본 개시의 것들과 같은 금속 수소화물 등의 수소화물 중 적어도 하나일 수 있다. 반응 혼합물은 산소를 포함하는 화합물이나 이온을 형성할 수 있는 환원제를 더 포함할 수 있다. 산소음이온의 양이온은 할라이드, 기타 칼코게나이드, 인화물, 기타 산소음이온, 질화물, 규화물, 비소화물 또는 본 개시의 또 다른 음이온과 같은 다른 음이온을 포함하는 생성물 화합물을 형성할 수 있다. 예시적 반응들은 다음과 같다:
4NaNO3(c ) + 5MgH2(c ) to 5MgO(c ) + 4NaOH(c ) + 3H2O(l) + 2N2(g)
(102)
P2O5(c) + 6NaH(c) to 2Na3PO4(c) + 3H2O(g)
(103)
NaClO4(c ) + 2MgH2(c ) to 2MgO(c ) + NaCl(c ) + 2H2O(l)
(104)
KHSO4 + 4H2 to KHS + 4H2O
(105)
K2SO4 + 4H2 to 2KOH + 2H2O + H2S
(106)
LiNO3 + 4H2 to LiNH2 + 3H2O
(107)
GeO2 + 2H2 to Ge + 2H2O
(108)
CO2 + H2 to C + 2H2O
(109)
PbO2 + 2H2 to 2H2O + Pb
(110)
V2O5 + 5H2 to 2V + 5H2O
(111)
Co(OH)2 + H2 to Co + 2H2O
(112)
Fe2O3 + 3H2 to 2Fe + 3H2O
(113)
3Fe2O3 + H2 to 2Fe3O4 + H2O
(114)
Fe2O3 + H2 to 2FeO + H2O
(115)
Ni2O3 + 3H2 to 2Ni + 3H2O
(116)
3Ni2O3 + H2 to 2Ni3O4 + H2O
(117)
Ni2O3 + H2 to 2NiO + H2O
(118)
3FeOOH + 1/2H2 to Fe3O4 + 2H2O
(119)
3NiOOH + 1/2H2 to Ni3O4 + 2H2O
(120)
3CoOOH + 1/2H2 to Co3O4 + 2H2O
(121)
FeOOH + 1/2H2 to FeO + H2O
(122)
NiOOH + 1/2H2 to NiO + H2O
(123)
CoOOH + 1/2H2 to CoO + H2O
(124)
SnO + H2 to Sn + H2O
(125)
그 반응 혼합물은 음이온의 소스나 음이온 그리고 산소를 포함하는 화합물과 같은 산소의 소스나 산소를 포함할 수 있는데, H2O 촉매를 형성하는 반응은 선택적으로 산소와 반응하여 H2O를 형성하는 소스로부터의 H2와의 음이온-산소 교환 반응을 포함한다. 예시적 반응들은 다음과 같다:
2NaOH + H2 + S to Na2S + 2H2O
(126)
2NaOH + H2 + Te to Na2Te + 2H2O
(127)
2NaOH + H2 + Se to Na2Se + 2H2O
(128)
LiOH + NH3 to LiNH2 + H2O
(129)
다른 실시예에서, 그 반응 혼합물은 O 및 S를 포함하는 반응물들 사이의 것과 같은 칼코게나이드들 사이의 교환 반응을 포함한다. 사면체 사황몰리브덴산 암모늄과 같은 예시적 칼코게나이드([MoS4]2-)는 음이온을 함유한다. 신생 H2O 촉매 그리고 선택적으로 신생 H를 형성하는 예시적 반응은 암모니아의 존재하에서 몰리브덴산염[MoO4]2- 그리고 황화 수소의 반응을 포함한다:
[NH4]2[MoO4] + 4H2S to [NH4]2[MoS4] + 4H2O
(130)
실시예에서, 그 반응 혼합물은 수소의 소스, 산소를 포함하는 화합물, 그리고 반응 혼합물에서 적어도 하나의 다른 원소와 합금을 형성할 수 있는 적어도 하나의 원소를 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 산소를 포함하는 화합물의 산소 그리고 그 산소 화합물의 양이온과 합금을 형성할 수 있는 원소 사이의 교환 반응을 포함할 수 있는데, 산소가 소스의 수소와 반응하여 H2O를 형성한다. 예시적 반응은 다음과 같다:
NaOH + 1/2H2 + Pd to NaPb + H2O
(131)
NaOH + 1/2H2 + Bi to NaBi + H2O
(132)
NaOH + 1/2H2 + 2Cd to Cd2Na + H2O
(133)
NaOH + 1/2H2 + 4Ga to Ga4Na + H2O
(134)
NaOH + 1/2H2 + Sn to NaSn + H2O
(135)
NaAlH4 + Al(OH)3 + 5Ni to NaAlO2 + Ni5Al + H2O + 5/2H2
(136)
실시예에서, 그 반응 혼합물은 옥시수산화물과 같은 산소를 포함하는 화합물 그리고 산화물을 형성하는 금속과 같은 환원제를 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 금속 산화물과 H2O를 형성하는 옥시수산화물과 금속의 반응을 포함할 수 있다. 예시적 반응은 다음과 같다:
2MnOOH + Sn to 2MnO + SnO + H2O
(137)
4MnOOH + Sn to 4MnO + SnO2 + 2H2O
(138)
2MnOOH + Zn to 2MnO + ZnO + H2O
(139)
실시예에서, 그 반응 혼합물은 수산화물과 같은 산소를 포함하는 화합물, 수소의 소스 그리고 할라이드와 같은 다른 음이온이나 다른 원소를 포함하는 적어도 하나의 다른 화합물을 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 수산화물과 다른 화합물이나 원소와의 반응을 포함할 수 있는데, 그 음이온이나 원소가 수산화물과 교환되어 그 음이온이나 원소의 다른 화합물을 형성하고, H2O가 수산화물과 H2와의 반응으로 형성된다. 그 음이온이 할라이드를 포함할 수 있다. 예시적 반응은 다음과 같다:
2NaOH + NiCl2 + H2 to 2NaCl + 2H2O + Ni
(140)
2NaOH + I2 + H2 to 2NaI+ 2H2O
(141)
2NaOH + XeF2 + H2 to 2NaF+ 2H2O + Xe
(142)
BiX3 (X=halide) + 4Bi(OH)3 to 3BiOX + Bi2O3 + 6H2O
(143)
수산화물과 할라이드 화합물을 H2O 및 다른 할라이드를 형성하는 반응이 열 가역적이도록 선택할 수 있다. 실시예에서, 일반적 교환 반응은 다음과 같다:
NaOH + 1/2H2 + 1/yMxCly = NaCl + 6H2O + x/yM
(171)
여기서 예시적 화합물 MxCly에는 AlCl3, BeCl2, HfCl4, KAgCl2, MnCl2, NaAlCl4, ScCl3, TiCl2, TiCl3, UCl3, UCl4, ZrCl4, EuCl3, GdCl3, MgCl2, NdCl3 및 YCl3가 있다. 상승된 온도인 약 100 °C ~ 2000 °C의 범위와 같은 온도에서는 식 (171)의 반응은 약 0 kJ의 엔탈피 및 자유 에너지 중 하나를 가지며 가역적이다. 대표적인 온도는 NaCl-ScCl3가 약 800K-900K, NaCl-TiCl2가 약 300K-400K, NaCl-UCl3가 약 600K-800K, NaCl-UCl4가 약 250K-300K, NaCl-ZrCl4가 약 250K-300K, NaCl-MgCl2가 약 900K-1300K, NaCl-EuCl3가 약 900K-1000K, NaCl-NdCl3가 약 >1000K 그리고 NaCl-YCl3가 약 >1000K이다.
실시예에서, 그 반응 혼합물은 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속의 산화물 그리고 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te의 산화물과 같은 다른 원소와 반금속의 산화물과 같은 산화물, M이 Li2O2, Na2O2 및 K2O2 등의 알칼리 금속인 M2O2와 같은 과산화물 그리고 M이 NaO2, KO2, RbO2 및 CsO2, 등의 알칼리 금속인 MO2와 같은 초산화물 및 알칼리 토류 금속 초산화물 그리고 수소의 소스를 포함한다. 이온성 과산화물은 Ca, Sr 또는 Ba의 그것을 더 포함할 수 있다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 H2O를 형성하는 산화물, 과산화물 또는 초산화물의 수소 환원을 포함할 수 있다. 예시적 반응들H2O은 다음과 같다:
Na2O + 2H2 to 2NaH + H2O
(144)
Li2O2 + H2 to Li2O + H2O
(145)
KO2 + 3/2H2 to KOH + H2O
(146)
실시예에서, 그 반응 혼합물은 H2, 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속의 수소화물 그리고 본 개시의 또 다른 수소화물 중 적어도 하나와 같은 수소화물 그리고 금속 아마이드와 같은 연소가능한 수소를 포함하는 수소나 다른 화합물의 소스 중 적어도 하나와 같은 수소의 소스 그리고 O2와 같은 산소의 소스를 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 H2O를 형성하는 H2, 수소화물 또는 금속 아마이드와 같은 수소 화합물의 산화를 포함할 수 있다. 예시적 반응은 다음과 같다:
2NaH + O2 to Na2O + H2O
(147)
H2 + 1/2O2 to H2O
(148)
LiNH2 + 2O2 to LiNO3 + H2O
(149)
2LiNH2 + 3/2O2 to 2LiOH + H2O + N2
(150)
실시예에서, 그 반응 혼합물은 수소의 소스 및 산소의 소스를 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 H2O를 형성하는 수소의 소스 및 산소의 소스에서 적어도 하나의 분해를 포함할 수 있다. 예시적 반응들은 다음과 같다.
NH4NO3 to N2O + 2H2O
(151)
NH4NO3 to N2 + 1/2O2 + 2H2O
(152)
H2O2 to 1/2O2 + H2O
(153)
H2O2 + H2 to 2H2O
(154)
여기에 개시된 반응 혼합물은 하이드리노를 형성하는 수소의 소스를 더 포함한다. 이 소스는 수소 해리기와 같은 원자 수소 그리고 H2 가스 또는 해리기와 같은 금속 수소화물 및 본 개시의 금속 수소화물의 소스일 수 있다. 원자 수소를 제공하는 수소의 소스는 수산화물이나 옥시수산화물과 같은 수소를 포함하는 화합물일 수 있다. 하이드리노를 형성하기 위해 반응하는 H는 하나 이상의 반응물 등의 반응에 의해 형성되는 신생 H일 수 있는데, 적어도 하나가 수산화물과 산화물의 반응과 같은 수소의 소스를 포함한다. 이 반응은 H2O 촉매를 형성할 수도 있다. 산화물과 수산화물은 같은 화합물을 형성할 수 있다. 예를 들어, FeOOH 등의 옥시수산화물은 탈수되어 H2O 촉매를 제공하고 또한 탈수 동안 하이드리노 반응에 필요한 신생 H를 제공할 수도 있다:
4FeOOH to H2O + Fe2O3 + 2FeO + O2 + 2H(1/4)
(155)
여기서 반응 동안 형성되는 신생 H가 반응하여 하이드리노가 된다. 다른 예시적 반응들에는 NaFeO2 + H2O와 같은 알칼리 금속 산화물을 형성하는 NaOH + FeOOH 또는 Fe2O3 등의 수산화물 및 옥시수산화물 또는 산화물의 반응이 있는데, 이 반응 동안 형성되는 신생 H가 하이드리노를 형성할 수 있으며 H2O가 촉매의 역할을 한다. 그 산화물 및 수산화물은 같은 화합물을 형성할 수 있다. 예를 들어, FeOOH 등의 옥시수산화물은 탈수되어 H2O 촉매를 제공하고 또한 탈수 동안 하이드리노 반응에 필요한 신생 H를 제공할 수도 있다:
4FeOOH to H2O + Fe2O3 + 2FeO + O2 + 2H(1/4)
(156)
여기서 반응 동안 형성되는 신생 H가 반응하여 하이드리노가 된다. 다른 예시적 반응들에는 NaFeO2 + H2O와 같은 알칼리 금속 산화물을 형성하는 NaOH + FeOOH 또는 Fe2O3 등의 수산화물 및 옥시수산화물 또는 산화물의 반응이 있는데, 이 반응 동안 형성되는 신생 H가 하이드리노를 형성할 수 있으며 H2O가 촉매의 역할을 한다. 수산화물 이온은 H2O 및 산화 이온의 형성에 있어서 환원되고 산화된다. 산화 이온은 H2O와 반응하여 OH-를 형성할 수 있다. 수산화물-할라이드 교환 반응에서도 동일한 경로를 얻을 수 있으며 다음과 같다:
여기서 예시적 M 및 M' 금속은 각각 알칼리 토류 및 천이 금속이며 Cu(OH)2 + FeBr2, Cu(OH)2 + CuBr2 또는 Co(OH)2 + CuBr2와 같다. 실시예에서, 그 고체 연료가 금속 수소화물과 금속 할라이드를 형성할 수 있는데, 적어도 하나의 금속이 Fe이다. H2O 및 H2 중 적어도 하나를 첨가하여 반응물들을 재생할 수 있다. 실시예에서, M 및 M'는 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속들, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, 13, 14, 15 및 16 족의 원소들 그리고 본 개시의 것들과 같은 수산화물이나 할라이드의 다른 양이온으로 이루어진 군에서 선택할 수 있다. HOH 촉매, 신생 H 및 하이드리노 중 적어도 하나를 형성하는 예시적 반응은 다음과 같다:
실시예에서, 그 반응 혼합물은 본 개시의 것들과 같은 적어도 하나의 수산화물과 할라이드 화합물을 포함한다. 실시예에서, 그 할라이드는 신생 HOH 촉매 및 H 중 적어도 하나에 대해 형성 및 유지 중 하나를 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 실시예에서, 그 혼합물은 반응 혼합물의 융점을 낮추는 역할을 할 수 있다.
산-염기 반응은 H2O 촉매에 대한 다른 접근방식이다. 예시적 할라이드 및 수산화물 혼합물에는 Bi, Cd, Cu, Co, Mo 및 Cd의 혼합물 그리고 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 Zn으로 이루어지는 군의 낮은 물 반응성을 갖는 금속들의 수산화물 및 할라이드의 혼합물이 있다. 실시예에서, 그 반응 혼합물은 H 및 신생 H2O와 같은 촉매 중 적어도 하나의 소스의 역할을 할 수 있는 물을 더 포함한다. 이 물은 반응 동안 분해되거나 달리 반응하는 수화물의 형태일 수 있다.
실시예에서, 고체 연료가 H2O 그리고 신생 H 및 신생 H2O를 형성하는 무기 화합물의 반응 혼합물을 포함한다. 이 무기 화합물은 H2O와 반응하는 금속 할라이드와 같은 할라이드를 포함할 수 있다. 그 반응 생성물은 수산화물, 옥시수산화물, 산화물, 옥시할라이드, 하이드록시할라이드 및 수화물 중 적어도 하나일 수 있다. 다른 생성물은 
, 
, 
및 
(X = 할로겐) 등의 산소와 할로겐을 포함하는 음이온을 포함할 수 있다. 그 생성물은 환원된 양이온과 할로겐 기체 중 하나일 수도 있다. 할라이드는 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속들 그리고 할라이드를 형성하는 Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Te, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge 및 B 그리고 다음 원소들 중 적어도 하나와 같은 금속 할라이드일 수 있다. 추가적으로 이 금속이나 원소는 수산화물, 옥시수산화물, 산화물, 옥시할라이드, 수산화할라이드, 수화물 및 산소 및 할로겐을 포함하는 
, 
, 
및 
(X = 할로겐) 등의 음이온을 갖는 화합물을 형성하는 것 중 적어도 하나를 형성하는 것일 수 있다. 적합한 예시적 금속 및 원소는 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 희토류 금속물 그리고 Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Te, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge 및 B 중 적어도 하나이다. 예시적 반응은 다음과 같다:
5MX2 + 7H2O to MXOH + M(OH)2 + MO + M2O3 + 11H(1/4) + 9/2X2
(159)
여기서 M은 Cu 등의 천이 금속이고 X는 Cl 등의 할로겐이다.
실시예에서, 그 고체 연료나 에너지 함유 물질은 단일항 산소의 소스를 포함한다. 단일항 산소를 생성하는 예시적 반응은 다음과 같다:
NaOCl + H2O2 to O2 + NaCl + H2O
(160)
다른 실시예에서, 그 고체 연료나 에너지 함유 물질은 H2O2와 같은 펜톤 반응의 소스나 시약을 포함한다:
고체 연료나 반응은 SunCell® 플라즈마나 열 전력 그리고 여기서 개시된 방법들 및 그 전문이 여기에 참조문헌으로 포함되는 Mills 이전 출원서들(예: 2008년 4월 24일에 출원된 PCT; Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US08/61455, 2009년 7월 29일에 출원된 PCT; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US09/052072, 2010년 3월 18일에 출원된 PCT; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US10/27828, 2011년 3월 17일에 출원된 PCT; Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US11/28889, 2012년 3월 30일에 출원된 PCT; H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System, PCT/US12/31369 그리고 CIHT Power System, PCT/US13/041938, 2013년 5월 21일에 출원)에 개시된 방법들 중 적어도 하나에 의해 재생적 및 가역적 중 하나일 수 있다.
실시예에서, Cu(OH)2 + CuBr2와 같은 수산화물 및 할라이드 화합물 혼합물의 재생 반응은 H2 및 H2O 중 적어도 하나의 첨가에 의해 이루어질 수 있다. 예시적인 열 가역적 고체 연료 사이클은 다음과 같다:
T 100 2CuBr2 + Ca(OH)2 
2CuO + 2CaBr2 + H2O
(161)
T 730 CaBr2 + 2H2O 
Ca(OH)2 + 2HBr
(162)
T 100 CuO + 2HBr 
CuBr2 + H2O
(163)
T 100 2CuBr2 + Cu(OH)2 
2CuO + 2CaBr2 + H2O
(164)
T 730 CuBr2 + 2H2O 
Cu(OH)2 + 2HBr
(165)
T 100 CuO + 2HBr 
CuBr2 + H2O
(166)
K나 Li와 같은 알칼리 금속 그리고 nH(n = 정수), OH, O, 2O, O2 및 H2O 중 적어도 하나가 촉매의 역할을 하는 실시예에서, H의 소스는 MH와 같은 금속 수소화물 그리고 금속 M 및 금속 수소화물 MH 중 적어도 하나와 H를 형성하는 H의 소스와의 반응 중 적어도 하나이다. 하나의 생성물은 산화물이나 수산화물과 같은 산화된 M일 수 있다. 원자 수소 및 촉매 중 적어도 하나를 생성하는 반응은 전자 전달 반응이나 산화-환원 반응일 수 있다. 그 반응 혼합물은 H2, SunCell®의 것 및 Ni 스크린이나 R-Ni 등의 본 개시의 것들 그리고 이러한 해리기들 및 다른 것들 그리고 탄소와 같은 본 개시나 탄화물, 붕소화물 및 탄질화물의 지지체 등의 전기적 전도성 지지체 중 적어도 하나일 수 있다. M이나 MH의 예시적 산화 반응은 다음과 같다:
4MH + Fe2O3 to + H2O + H(1/p) + M2O + MOH + 2Fe + M
(167)
여기서 H2O 및 M 중 적어도 하나는 H(1/p)를 형성하는 촉매의 역할을 할 수 있다.
실시예에서, 산소 소스 화합물의 환원된 생성물과 수소 사이의 산소 교환이 최소의 에너지 방출과 함께 발생하는 것과 같이, 산소의 소스는 물의 생성열과 유사한 생성열을 갖는 화합물이다. 적합한 예시적 산소 소스 화합물에는 CdO, CuO, ZnO, SO2, SeO2 및 TeO2가 있다. 금속 화합물과 같은 다른 것들은 탈수 반응을 거칠 수 있는 산이나 염기의 무수물일 수도 있는데 H2O 촉매의 소스가 MnOx, AlOx 및 SiOx이기 때문이다. 실시예에서, 산화물 층의 산소 소스가 팔라듐 수소화물H2O 촉매 및 원자 H를 형성하는 반응은 금속 산화물로 도포된 팔라듐 수소화물과 같은 산화물 도포될 수소 소스를 가열하여 개시할 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 촉매를 형성하는 반응 및 재생 반응을 각각 산소 소스 화합물과 수소 사이의 산소 교환 및 물과 환원된 산소 소스 화합물 사이의 반응을 포함한다. 적합한 환원된 산소 소스는 Cd, Cu, Zn, S, Se 및 Te이다. 실시예에서, 산소 교환 반응은 열적으로 수소 가스를 형성하는데 사용되는 것들을 포함할 수 있다. 예시적인 열 방식에는 산화 철 사이클, 산화 세륨(IV) 산화 세륨(III) 사이클, 아연 산화 아연 사이클, 황-요드 사이클, 구리-염소 사이클 및 하이브리드 황 사이클 그리고 당업자에게 알려진 것들이 있다. 실시예에서, 하이드리노 촉매를 형성하는 반응과 산소 교환 반응과 같은 재생 반응은 동일한 반응 용기에서 동시에 발생한다. 그러한 온도 및 압력과 같은 조건은 반응의 동시성 성취를 위해 제어할 수 있다. 대안적으로, 그 생성물들을 적어도 하나의 다른 별도의 용기에서 제거하여 재생할 수 있는데 이는 본 개시 및 Mills의 이전 출원서에서 주어진 전력 형성 반응들의 조건들과 다른 조건하에서 발생할 수 있다.
고체 연료는 알칼리, 알칼리 토류 및 할라이드 등의 음이온과 산소 음이온을 가진 다른 양이온과 같은 다른 이온을 포함할 수 있다. 고체 연료의 양이온은 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 천이 금속, 내부 천이 금속, 희토류 금속, Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ga, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Li, 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, W 및 이온성 화합물을 형성하는 당업계에서 알려진 다른 양이온들 중 하나를 포함할 수 있다. 음이온은 수산화물, 할라이드, 산화물, 칼코게나이드, 황산염, 인산염, 인화물, 질산염, 질화물, 탄산염, 크롬산염, 규화물, 비소화물, 붕소화물, 과염소산염, 과옥소산염, 코발트 망간 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 구리 마그네슘 산화물, 알루민산염, 텅스텐산염, 지르콘산염, 티탄산염, 망간산염, 탄화물, 금속 산화물, 비금속 산화물, 알칼리, 알칼리 토류, 천이, 내부 천이 및 토류 금속 그리고 Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Te, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge 및 B 그리고 산화물이나 산소음이온을 형성하는 다른 원소들의 산화물; LiAlO2, MgO, CaO, ZnO, CeO2, CuO, CrO4, Li2TiO3 또는 SrTiO3, 원소, 금속, 합금 또는 Mo, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Ta, V, B, Nb, Se, Te, W, Cr, Mn, Hf 및 Co로 이루어지는 군의 혼합물을 포함하는 산화물; MoO2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, FeO or Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VO2, V2O3, V2O5, B2O3, NbO, NbO2, Nb2O5, SeO2, SeO3, TeO2, TeO3, WO2, WO3, Cr3O4, Cr2O3, CrO2, CrO3, MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2, Mn2O7, HfO2, CoO, Co2O3, Co3O4, Li2MoO3 or Li2MoO4, Li2TiO3, Li2ZrO3, Li2SiO3, LiAlO2, LiNiO2, LiFeO2, LiTaO3, LiVO3, Li2B4O7, Li2NbO3, Li2PO4, Li2SeO3, Li2SeO4, Li2TeO3, Li2TeO4, Li2WO4, Li2CrO4, Li2Cr2O7, Li2MnO3, Li2MnO4, Li2HfO3, LiCoO2, Li2MoO4, MoO2, Li2WO4, Li2CrO4 그리고 Li2Cr2O7, S, Li2S, MoO2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, FeO or Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VO2, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, 및 이온산 화합물을 형성하는 당업계에서 알려진 다른 음이온 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시예에서, LiNH2 등의 이미드의 NH2기는 촉매의 역할을 하는데, 그 전위 에너지는 약 81.6 eV 또는 약 3X27.2 eV이다. 무수물에 대한 산이나 염기 사이의 가역적 H2O 제거나 첨가 반응 그리고 그 반대와 유사하게, 아미드와 이미드 또는 질화물 사이의 가역 반응은 하이드리노를 형성하기 위해 원자 H와 더 반응하는 NH2 촉매의 형성을 초래한다. 아미드 그리고 이미드 및 질화물 적어도 하나와의 사이의 반응은 원자 H와 같은 수소의 소스 역할을 할 수 있다.
고체 연료 용융 및 전기분해 전지
실시예에서, 열 전력과 H(1/p) 및 H2(1/p)와 같은 더 낮은 에너지의 수소 종(p는 정수)을 형성하는 반응기는 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나의 소스 역할을 하는 용융 염을 포함한다. 용융 염은 공융 혼합물과 같은 염의 혼합물을 포함할 수 있다. 이 혼합물은 알칼리 및 알칼리 토류 수산화물 중 적어도 하나와 할라이드(예: LiOH-LiBr 또는 KOH-KCl)의 혼합물과 같은 적어도 하나의 수산화물과 할라이드를 포함할 수 있다. 그 반응기는 염을 용융 상태로 유지하기 위해 히터, 히터 전원 및 온도 제어기를 더 포함할 수 있다. H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나의 소스는 물을 포함할 수 있다. 물은 용융 염에서 해리될 수 있다. 용융 염은 산화물 그리고 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나의 소스를 제공하기 위해, Ti, Ni 및 Pt나 Pd 등의 귀금속을 포함하는 적어도 하나의 수소 해리 금속과 같은 금속 중 적어도 하나와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, H 및 HOH는 용융 염에 존재하는 수산화물, 할라이드 및 물 중 하나의 반응에 의해 형성될 수 있다. 예시적 실시예에서, H 및 HOH 중 적어도 하나가 MOH(M = 알칼리)의 탈수에 의해 형성될 수 있다: 2MOH ® M2O + HOH; MOH + H2O 
MOOH + 2H; MX + H2O (X = 할라이드). 여기서 탈수 및 교환 반응이 MX에 의해 촉매될 수 있다. 용융 염의 반응들에 대한 다른 실시예에는 고체 연료 개시에 나와 있는데 이 반응들은 SunCell® 고체 연료 반응물들과 반응들도 포함할 수 있다.
실시예에서, 열 전력 및 H(1/p) 및 H2(1/p)와 같은 더 낮은 수소 종(p는 정수)을 형성하는 반응기는, 적어도 두 개의 전극을 포함하는 전기분해 시스템 그리고 전기분해 전원, 전기분해 제어기, 용융 전해질, 히터, 온도 센서 및 희망하는 온도를 유지하는 히터 제어기 그리고 H 및 HOH 촉매 중 적어도 하나의 소스를 포함한다. 예시적 전극은 니켈과 귀금속 전극이다. 물이 셀에 공급될 수 있도록, DC 전압과 같은 전압이 전극에 공급될 수 있다. 수소가 캐소드에서 형성될 수 있고 산소가 애노드가 형성될 수 있다. 하이드리노를 형성하기 위해 셀에서 형성되는 HOH 촉매도 물과 반응할 수 있다. HOH 촉매는 첨가된 물에서 유래할 수 있다. 하이드리노 형성에 따른 에너지가 셀에서 열을 생성할 수 있다. 셀은 하이드리노 반응에 의한 변이 용융 염의 유지를 위해 히터에 요구되는 전력의 양을 감소시킬 수 있도록 잘 절연시킬 수 있다. 이 전열은 진공 재킷이나 세라믹 섬유 절연과 같은 당업계에서 알려진 기타 열 전열을 포함할 수 있다. 반응기는 열 교환기를 더 포함할 수 있다. 열 교환기는 외부 하중으로 전달되는 과잉 열을 제거할 수 있다.
용융 염은 하나 이상의 다른 수산화물, 할라이드, 질산염, 황산염, 탄산염 및 인산염에서 선택한 것과 같은 적어도 하나의 다른 염 및 수산화물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 염 혼합물은 금속 수산화물 그리고 동일한 금속과 할라이드, 질산염, 환산염, 탄산염 및 인산염 등 본 개시의 또 다른 음이온을 포함할 수 있다. 이 용융 염은 CsNO3-CsOH, CsOH-KOH, CsOH-LiOH, CsOH-NaOH, CsOH-RbOH, K2CO3-KOH, KBr-KOH, KCl-KOH, KF-KOH, KI-KOH, KNO3-KOH, KOH-K2SO4, KOH-LiOH, KOH-NaOH, KOH-RbOH, Li2CO3-LiOH, LiBr-LiOH, LiCl-LiOH, LiF-LiOH, LiI-LiOH, LiNO3-LiOH, LiOH-NaOH, LiOH-RbOH, Na2CO3-NaOH, NaBr-NaOH, NaCl-NaOH, NaF-NaOH, NaI-NaOH, NaNO3-NaOH, NaOH-Na2SO4, NaOH-RbOH, RbCl-RbOH, RbNO3-RbOH, LiOH-LiX, NaOH-NaX, KOH-KX, RbOH-RbX, CsOH-CsX, Mg(OH)2-MgX2, Ca(OH)2-CaX2, Sr(OH)2-SrX2, 또는 Ba(OH)2-BaX2 (X = F, Cl, Br 또는 I) 그리고 LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Sr(OH)2 또는 Ba(OH)2 그리고 하나 이상의 AlX3, VX2, ZrX2, TiX3, MnX2, ZnX2, CrX2, SnX2, InX3, CuX2, NiX2, PbX2, SbX3, BiX3, CoX2, CdX2, GeX3, AuX3, IrX3, FeX3, HgX2, MoX4, OsX4, PdX2, ReX3, RhX3, RuX3, SeX2, AgX2, TcX4, TeX4, TlX 및 WX4(X =F, Cl, Br 또는 I)에서 선택한 적어도 하나의 염 혼합물은 포함할 수 있다. 용융 염은 염 혼합물 전해질의 음이온들에 공통된 양이온을 포함할 수 있다; 또는 그 음이온이 양이온들에게 공통될 수 있으며, 수산화물이 혼합물의 다른 염들에 대해 안정하다. 이 혼합물이 공융 혼합물일 수 있다. 셀은 공융 혼합물의 융점과 대략 같은 온도에서 작동할 수 있고, 더 높은 온도에서 작동할 수 있다. 전기분해 전압은 약 1V ~ 50 V, 2 V ~ 25 V, 2V ~ 10 V, 2 V ~ 5 V 및 2 V ~ 3.5 V의 적어도 한 범위에 있을 수 있다. 전류 밀도는 약 10 mA/cm2 ~ 100 A/cm2, 100 mA/cm2 ~ 75 A/cm2, 100 mA/cm2 ~ 50 A/cm2, 100 mA/cm2 ~ 20 A/cm2 및 100 mA/cm2 ~ 10 A/cm2의 적어도 한 범위일 수 있다.
다른 실시예에서, 전기분해 열 전력 시스템은 수소 투과성 전극과 같은 수소 전극을 더 포함한다. 이 수소 전극은 Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2) 또는 430 SS(H2)로 지정되는 Ni, V, Ti, Nb, Pd, PdAg 또는 Fe와 같은 금속 막을 통해 투과되는 H2 가스를 포함할 수 있다. 알칼리 전해질을 위한 적합한 수소 투과성 전극은 Ni 및 LaNi5 등의 합금, Pt, Pd 및 Au 등의 귀금속 그리고 V, Nb, Fe, Fe-Mo 합금, W, Mo, Rh, Zr, Be, Ta, Rh, Ti, Th, Pd, Pd-도포된 Ag, Pd-도포된 V, Pd-도포된 Ti, 희토류, 기타 내화 금속들, 430 SS 등의 스테인레스강(SS) 및 당업자에게 알려진 다른 그러한 금속들과 같은 니켈이나 귀금속으로 도포된 수소 투과성 금속을 포함한다. M이라는 금속을 통해 H2가 투과하는 M(H2)로 지정된 수소 전극은 Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2) 및 430 SS(H2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수소 전극은 H2를 살포할 수 있는 다공성 전극을 포함할 수 있다. 수소 전극은 다음에서 선택된 수소화물과 같은 수소화물을 포함할 수 있다: R-Ni, LaNi5H6, La2Co1Ni9H6, ZrCr2H3.8, LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75, ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2 및 수소를 저장할 수 있는 다른 합금들, AB5 (LaCePrNdNiCoMnAl) 또는 AB2 (VTiZrNiCrCoMnAlSn) 유형("AB x " 지정은 A 유형 원소들(LaCePrNd 또는 TiZr) 대 B 유형 원소들(VNiCrCoMnAlSn)의 비율을 지칭한다), AB5-유형: MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm = 미시 금속: 25 wt% La, 50 wt% Ce, 7 wt% Pr, 18 wt% Nd), AB2-유형: Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12 합금들, 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 화합물들, TiFe, TiCo, 및 TiNi, ABn 화합물들(n = 5, 2 또는 1), AB3-4 화합물들, 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, 미시 금속-니켈 합금, Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5, La2Co1Ni9, FeNi 및 TiMn2. 실시예에서, 전기분해 캐소드는 H2O 환원 전극 및 수소 전극 중 적어도 하나를 포함한다. 실시예에서, 전기분해 애노드는 OH- 산화 전극 및 수소 전극 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시의 실시예에서, 전기분해 열 전력 시스템은 [M'''/MOH-M'halide/M''(H2)], [M'''/M(OH)2-M'halide/M''(H2)], [M''(H2)/MOH-M'halide/M'''] 및 [M''(H2) /M(OH)2-M'halide/M'''] 중 하나를 포함하는데, M은 알칼리나 알칼리 토류 금속이고, M'은 알칼리나 알칼리 토류 금속보다 적어도 하나 덜 안정하거나 물과의 낮은 반응성을 가진 수산화물 및 산화물을 가진 금속이고, M''는 수소 투과성 금속이고, M'''은 전도체이다. 실시예에서, M'은 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, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, In, Pt 및 Pb로부터 선택된 것과 같은 금속이다. 대안적으로, M 및 M'은 Li, 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 W로부터 독립적으로 선택된 것과 같은 금속일 수 있다. 다른 예시적 시스템은 [M''/MOH M''X/M'(H2)] 및 [M'(H2)/MOH M'X/M'')]을 포함하는데, M, M', M'' 및 M'''는 금속 양이온이나 금속이고, X는 수산화물, 할라이드, 갈산염, 황산염, 탄산염 및 인산염으로부터 선택된 것과 같은 음이온이고, M'는 H2 투과성이다. 실시예에서, 수소 전극은 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, W 및 귀금속으로부터 선택된 적어도 하나와 같은 금속을 포함한다. 실시예에서, 전기화학 전력 시스템은 수소 소스, 원소 H를 제공하거나 형성할 수 있는 수소 전극, H, H2, OH, OH- 및 H2O 촉매 중 적어도 하나를 형성할 수 있는 전극. O2 및 H2O 중 적어도 하나의 소스, H2O 및 O2 중 적어도 하나를 환원시킬 수 있는 캐소드, 알칼리 전해질 그리고 H2O 증기, N2 및 O2 및 H2 중 적어도 하나와 H2O를 수집하고 재순환시키는 시스템을 포함한다. H2, 물 및 산소의 소스는 본 개시의 것들을 포함할 수 있다.
실시예에서, 전기분해 시스템으로 공급되는 H2O는 캐소드에서 형성된 H 원자를 하이드리노로 촉매시키는 HOH 촉매의 역할을 할 수 있다. 수소 전극에서 공급되는 H는H(1/4) 및 H2(1/4)과 같은 하이드리노를 형성하는 H 반응물의 역할도 할 수 있다. 다른 실시예에서, 촉매 H2O는 애노드에서 OH-의 환원 그리고 소스의 H와의 반응에 의해 형성될 수 있다. H의 소스는 수산화물 및 H2O 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 전해질 및 수소 전극의 전기분해로부터 유래하는 적어도 하나로부터 유래할 수 있다. H는 캐소드에서 애노드로 확산될 수 있다. 예시적 캐소드 및 애노드 반응은 다음과 같다:
캐소드 전기분해 반응
2H2O + 2e- to H2 + 2OH-
(168)
애노드 전기분해 반응
1/2H2 + OH- to H2O + e-
(169)
H2 + OH- to H2O + e- + H(1/4)
(170)
OH- + 2H to H2O + e- + H(1/4)
(171)
애노드에서 HOH 촉매를 형성하는 OH-의 산화 반응에 대해, OH-는 캐소드에서의 O2와 같은 산소 소스의 환원에 의해 대체될 수 있다. 실시예에서, 용융 전해질의 음이온은 캐소드에서 산소의 소스 역할을 할 수 있다. 적합한 음이온은 
,
캐소드
이 반응에는 다음과 같은 가역적 반전지 산화-환원 반응이 참여할 수 있다:
H2O 
OH- + H의 환원은 하이드리노를 형성하는 캐소드 반응을 초래할 수 있는데, H2가 촉매의 역할을 한다. 실시예에서, CO2, SO2, NO, NO2, PO2 및 다른 유사한 반응물들을 산소의 소스로서 전지에 첨가할 수 있다.
용융 전기분해 전지 외에도, 용융이나 수용성 알칼리 또는 탄산염 전기분해 전지에서 H2O 촉매를 생성하는 가능성이 존재하는데, 여기서 H가 캐소드에서 생성된다. H2O에서 OH- + H로의 환원에 의해 캐소드에서 형성된 H의 전극 교차는 식 (171)의 반응을 초래할 수 있다. 대안적으로, 다음과 같은 가역적 내부 산화-환원 반응이 참여하는 것과 같은 H2O 촉매를 발생시킬 수 있는 몇 가지 탄산염 참여 반응들이 있다:
그리고 다음과 같은 반전지 반응이 있다:
물질의 하이드리노 화합물이나 조성물
분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소 종을 포함하는 하이드리노 화합물은 (i) 고유한 금속 수소화물, 하이드라이드 이온 및 M + 2 단량체 
및 
와 같은 다합체 단위(n은 정수)의 형태와 같은 결합된 H2(1/4)를 갖는 무기 이온의 클러스터를 기록할 수 있는 비행시간 2차 이온 질량 분광법(ToF-SIMS) 및 전기 분무 이온화 비행시간 이차 이온 질량 분광법(ESI-ToF); (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 K2CO3H2와 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 밴드을 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) e-빔 여기 방출 분광법에 기록된 0.25 eV 간격의 피크들을 포함하는 260 nm 영역에서 1차 H2(1/4) 회전-진동 대역 중 적어도 하나가 크라이오 쿨러에 의해 열의 냉각 시 온도에 따라 강도가 가역적으로 감소할 수 있다; (ix) H2(1/4)와 같은 H2(1/p)의 회전-진동 대역이 그 회전 진동 방출의 적어도 그 에너지의 광과 같은 고에너지 광에 의해 여기될 수 있는 회전-진동 방출 분광법; (x)
반자성 및 나노입자 시프트에 기인하는 40 ~ 8000 cm-1의 범위의 연속 라만 스펙트럼 및 1500 ~ 2000 cm-1의 범위의 피크 중 적어도 하나를 기록할 수 있는 라만 분광법; (xi) 마이크로파, RF 또는 글로 방전 플라즈마 등의 플라즈마로 여기되는 KCl을 포함하는 것과 같은 결정성 매트릭스 등의 기상이나 액체나 고체에 매립된 상태의 H2(1/4)의 회전-진동 대역에 대한 분광법; (xii) 1940 cm-1 ±10% 및 5820 cm-1 ±10% 중 약 하나 이상에서 H2(1/4) 회전 피크를 기록할 수 있는 라만 분광법, (xiii) 약 495-500 eV에서 H2(1/4)의 총 에너지를 기록할 수 있는 X-선 광전자 분광법, (xiv) 피크가 헬륨이나 아르곤보다 더 빠른 이동 시간을 가질 수 있는 네거티브 피크를 기록할 수 있는 가스 크로마토그래피, (xv) EPR 스펙트럼이 약 9.9X10-5 eV ±20%의 전자-전자 쌍극자 분열 에너지 및 약 1.6 X10-2 eV±20%의 양자-전자 쌍극자 분열 에너지를 보여주는 경우, 약 2.0046±20%의 g 인자, EPR 스펙트럼을 약 1 내지 10G의 간격을 갖는 2개의 주요 피크로 분할하는 단계, 여기서 각각의 주요 피크는 약 0.1 내지 1G의 간격을 갖는 일련의 피크로 하위 분할되고, 및 약 1.6 X10-2 eV±20%의 양자-전자 쌍극자와 같은 양자 분리를 갖는 H2(1/4) 피크 그리고 수소 분자 이합체 [H2(1/4)]2를 포함하는 수소 생성물 중 적어도 하나를 기록할 수 있는 전자 상자성 공명(EPR) 분광법, (xvi) 약 
의 H2(1/p) 사중극자 모멘트/e를 기록하는 자기화물 및 g 인자 측정자와 같은 사중극자 모멘트 측정치들, 그리고 (xvii) 물이나 물-메탄올-포름산을 포함하는 것과 같은 용매 그리고 구배 물 + 초산 암모늄 + 포름산 및 아세트니트릴/물 + 초산 암모늄 + 포름산 등의 용출액과 함께 유기 컬럼을 사용하여 캐리어 공간 부피의 정체 시간보다 더 긴 정체 시간을 가진 크로마토그래피 피크를 보여주는 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)에 있어서, SunCell®의 Ga2O3를 NaOH 에 용해하여 준비한 샘플의 ESI-ToF와 같은 질량 분광법에 의한 피크의 검출이 NaGaO2-유형 단편과 같은 적어도 하나의 이온성이나 무기 화합물의 단면을 보여주는 HPLC에 의해서 식별될 수 있다. 하이드리노 분자는 이합체 및 H2 (1/p)는 적어도 하나를 형성할 수 있다. 실시예에서, H2(1/4) 이합체([H2(1/4)]2) 및 D2(1/4) 이합체([D2(1/4)]2)의 정수 J에서 J +1로의 전이에 대한 양끝 회전 에너지가 각각 약 (J+1)44.30 cm-1 및 (J+1)22.15 cm-1이다. 실시예에서, [H2(1/4)]2)의 적어도 하나의 매개변수는 (i) 약 1.028 
의 H2(1/4) 분자 사이의 분리 거리, (ii) H2(1/4) 분자 사이의 23 cm-1의 진동 에너지 및 (iii) H2(1/4) 분자 사이의 약 0.0011 eV의 반데르발스 에너지이다. 실시예에서, 고체 H2(1/4)의 적어도 하나의 매개변수는 (i) 약 1.028 
의 H2(1/4) 분자 사이의 분리 거리, (ii) H2(1/4) 분자 사이의 23 cm-1의 진동 에너지 및 (iii) H2(1/4) 분자 사이의 약 0.0019 eV의 반데르발스 에너지이다. 실시예에서, GaOOH:H2(1/4)와 같은 하이드리노 화합물은 X-선 회절(XRD) 및 투과 전자 현미경(TEM) TEM 또는 XRD에 의한 새로운 결정 패턴에 의해 기록된 육각형 대 사방정계 구조와 같은 비-하이드리노 유사체 GaOOH와 비교하여 신규한 결정 구조를 포함한다. 회전 및 진동 스펙트럼 중 적어도 하나는 FTIR 및 라만 분광법 중 적어도 하나에 의해 기록될 수 있으며, 여기서 결합 해리 에너지와 분리 거리 또한 이 스펙트럼으로부터 결정할 수 있다.
하이드리노 생성물의 매개변수에 대한 솔루션은 Mills GUTCP[여기에 참조문헌으로 포함되며, https://brilliantlightpower.com 사이트에 나와 있음]의 5-6장, 11-12장 및 16장 등이다.
실시예에서, 물리적으로 흡수되고 액화된 가스 상태나 다른 상태로 분자 하이드리노를 수집하는 장치는 저에너지 수소 종을 포함하는 거대응집체 또는 중합체의 소스, 저에너지 수소 종을 포함하는 거대응집체 또는 중합체를 함유하는 챔버, 저에너지 수소 종을 챔버에 포함하는 거대응집체 또는 중합체를 열 분해하는 수단, 및 저에너지 수소 종을 포함하는 거대응집체 또는 중합체로부터 방출된 가스를 수집하는 수단을 포함한다. 분해 수단은 히터를 포함할 수 있다. 히터는 저에너지 수소 종을 포함하는 거대응집체 또는 중합체의 분해 온도, 예컨대 약 10 ℃ 내지 3000 ℃, 100 ℃ 내지 2000 ℃ 및 100 ℃ 내지 1000 ℃ 중 적어도 하나의 범위의 온도보다 더 높은 온도로 제1 챔버를 가열할 수 있다. 저에너지 수소 종을 포함하는 거대응집체 또는 중합체의 분해로부터 가스를 수집하는 수단은 제2 챔버를 포함할 수 있다. 제2 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. 제2 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 거대응집체 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 하이드리노(여기에 설명된 발전 시스템에서 생성될 수 있는 것)는 전자 상자성 공명 분광법(EPR) 및 전자 핵 이중 공명 분광법(ENDOR)에 의해 결정된 것과 같은 분광 시그니처에 의해 고유하게 식별될 수 있다. 실시예에서, 저에너지 수소 생성물은 금속 산화물과 같은 반자성 화학 상태의 금속을 포함할 수 있고, 임의의 자유 비하이드리노 라디칼 종들이 더 부재한데, 전자 상자성 공명(EPR) 분광법 피크가 H2(1/4)와 같은 H2(1/p)의 존재에 기인하여 관찰된다. 적어도 하나의 반응물의 소스 역할을 하는 와이어를 폭발시키는 수단 그리고 H2(1/4) 분자, 금속 산화물, 수산화물, H2(1/p)과 같은 H2(1/4)를 더 포함하는 수화된 금속 산화물 및 수산화물 등의 수화된 무기 화합물 그리고 분자 하이드리노와 같은 더 낮은 에너지 수소 종을 포함하는 거대응집체나 고분자 중 적어도 하나를 형성하는 하이드리노 반응을 전파하는 수단을 포함하는 하이드리노 반응 셀 챔버는 도 33에 나와 있는 와이어 폭발 시스템을 포함한다. 실시예에서, 반응 셀 챔버의 분위기는 수증기에 더하여 이산화탄소를 포함하는 와이어 표시로부터 웹-유사 생성물을 형성하도록 조절될 수 있다. 이산화탄소는 성장하는 웹 섬유에 대한 분자 하이드리노의 결합을 향상시킬 수 있으며, 여기서 CO2는 블라스트 동안 와이어 금속으로부터 형성된 금속 산화물과 반응하여 상응하는 금속 탄산염 또는 탄산수소염을 형성할 수 있다.
H2(1/4)와 같은 복수의 하이드리노 분자들이 전자 자기 모멘트는 영구 자화를 발생시킬 수 있다. 복수의 하이드리노 분자의 자기 모멘트가 협동적으로 상호작용하며 이합체 등의 다합체가 발생할 수 있는 경우, 분자 하이드리노가 벌크 자성을 발생시킬 수 있다. 분자 하이드리노를 포함하는 이합체, 응집체 또는 고분자의 자성은 협동적으로 정렬된 자기 모멘트로부터 발생할 수 있다. 자성이 철 원자와 같은 적어도 하나의 홀 전자를 가진 추가의 종의 영구 전자 자기 모멘트의 상호작용에 기인하는 경우, 그 자성이 훨씬 더 클 수 있다.
자기 조립 메커니즘은 반데르발스 힘외에도 자기 순서를 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, 하이드리노 화합물이나 거대응집체와 같은 하이드리노 생성물은 수소가 아닌 주기율 표의 다른 원소를 적어도 하나 포함할 수 있다. 하이드리노 생성물은 하이드리노 분자 그리고 적어도 하나의 금속 원자, 금속 이온, 산소 이온 및 산소 이온과 같은 적어도 하나의 다른 원소를 포함할 수 있다. 예시적 하이드리노 생성물은 H2(1/4)와 같은 H2(1/p) 그리고 Sn, Zn, Ag, Fe, Ga, Ga2O3, GaOO, SnO, ZnO, AgO, FeO 및 Fe2O3의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
분자 하이드리노는 또한 EPR 분광법으로 나타낼 수 있는 이량체를 형성할 수 있다. H2(1/4) 이량체의 축으로 정렬된 두 개의 자기 모멘트와의 상호 작용의 분열 에너지를 고려할 수 있다. Mills Eq. (16.223)로 들어가는 
을 위한 Mills Eq. (16.202)가 제공한 각 축 정렬 자기 모멘트와 에 대한 보어 마그네톤(Bohr magneton) 
및 H2(1/4) 이량체 대체물로 
의 두 전자 자기 모멘트의 회전 방향을 돌리기 위한 
에너지는:
에너지(Mills Eq. (16.220))는 삼량체, 사량체, 오량체, 육량체 등과 같은 2보다 큰 다합체의 존재와 하이드리노 화합물의 내부 벌크 자기에 의해 추가로 영향을 받을 수 있다. 복수의 멀티머로 인한 에너지 이동은 Mills Eq(16.223)와 해당 거리 및 각도로 주어진 중첩 자기 쌍극자 상호작용의 벡터 가산에 의해 결정될 수 있다. 분자 하이드리노의 쌍을 이루지 않은 전자는 다수의 하이드리노 분자의 자기 모멘트가 협력적으로 상호작용할 때 상자성, 초상자성 및 강자성과 같은 0이 아닌 또는 유한 벌크 자기를 일으킬 수 있다. 분자 하이드리노는 다수의 하이드리노 분자의 자기 모멘트가 협력적으로 상호작용할 때 상자성, 초상자성 및 강자성과 같은 0이 아닌 또는 유한 벌크 자기를 일으킬 수 있다. 초상자성 및 강자성은 분자 하이드리노 거대 응집체가 철과 같은 강자성 원자를 추가로 포함할 때 선호된다. 실온 이상에서 안정한 거대 응집체는 자기 조립 및 결합에 의해 형성될 수 있다. 자기 에너지는 주변 실험실 열 에너지에 필적하는 0.01eV 정도가 된다. 더 낮은 B 필드에서 여기 및 더 높은 B 필드에서 탈여기를 유발하는 자화를 갖는 화합물의 EPR 스펙트럼은 스펙트럼 특징의 상응하는 하향장 및 상향장 이동을 각각 갖는 것으로 관찰될 수 있다. 효과가 작을지라도 H Lamb 이동보다 1000~10,000배 작은 매우 작은 분할 에너지로 인해 여전히 관찰할 수 있다. GaOOH:H2(1/4) 샘플의 경우 델프트 대학에서 기록된 EPR 스펙트럼[F. Hagen, R. Mills, "Distinguishing Electron Paramagnetic Resonance signature of molecule hydrino", Nature, (2020), 진행 중]은 반자성 매트릭스로 구성된 GaOOH 케이지에 포획된 H2(1/4) 분자의 희석된 존재로 인해 현저하게 좁은 선폭을 보였다.
실온부터 상승된 온도에서 고체를 형성하는 분자 하이드리노 분자 H2(1/ 4 )의 결합은 Mills GUTCP에서 보여진 것과 같이 치수와 충전의 증가로 인한 분자 수소보다 분자 하이드리노에서의 더 큰 반데르발스 힘에 기인한다. 그 내부의 자기 모멘트와 반데르발스 힘으로 인해, 분자 하이드리노는 거대응집체로 자가 조립될 수 있다. 실시예에서, H2(1/4)와 같은 H2(1/p) 등의 하이드리노는 고분자, 튜브, 체인, 정육면체, 플러린, 및 다른 거대구조체를 형성할 수 있다.
실시예에서, 분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소 종을 포함하는 물질의 조성물(“하이드리노 화합물”)은 자기적으로 분리될 수 있다. 하이드리노 화합물은 냉각되어 자기적으로 분리되기 전에 자성을 더욱 강화시킬 수 있다. 자기적 분리 방법은 바람직한 하이드리노 화합물을 함유하는 화합물의 혼합물에서 하이드리노 화합물이 그 혼합물의 나머지에 대하여 이동성이 우선적으로 지체되도록 자기장을 통해 혼합물을 이동시키거나 또는 혼합물로부터 하이드리노 화합물을 분리시키기 위해 혼합물 위로 자석을 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 예시적 실시예에서, 폭파 생성물을 액체 질소에 침지하여 자기적 분리에 의해 와이어 폭파의 하이드리노 생성물로부터 하이드리노 화합물이 분리되는데, 여기서 극저온은 하이드리노 화합물 생성물의 자성을 증가시킨다. 이 분리는 액체 질소의 비등 표면에서 강화될 수 있다.
실시예에서, 음으로 하전되는 것 외에도 하이드리노 수소화물 이온 H-(1/p)는 보어 자자의 자기 모멘트를 발생하는 홀 전자를 가진 이중항 상태를 포함한다. 하이드리노 수소화물 이온 분리기는, 하이드리노 수소화물 이온의 전하 및 자기 모멘트 중 적어도 하나에 기반하는 하이드리노 수소화물 이온 상에서 유지되는 차동 및 선택적 힘에 기반하여 이온의 혼합물로부터 하이드리노 수소화물 이온을 분리하는 전기장 및 자기장 소스의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 수소화물 이온은 전기장에서 가속화되어 하이드리노 수소화물 이온의 고유한 질량 대 전하 비율에 근거하여 수집기로 편향될 수 있다. 다른 실시예에서, 하이드리노 수소화물 이온은 자기 분리에 의해 수집할 수 있는데, 자석에 의한 자기장을 시료에 인가하면 하이드리노 수소화물 이온이 자석에 선택적으로 들어붙어 분리된다. 하이드리노 수소화물 이온은 대향 이온과 함께 분리될 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 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, GaOOH, AlOOH 및 FeOOH과 같은옥시수산화물 또는 본 개시의 또 다른 이러한 화합물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 생성물은 
및 
(M = 본 개시의 알칼리 또는 다른 양이온) 착물 중 적어도 하나를 포함한다. 생성물은 각각 
및 
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 반금속, 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 
화학식을 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 
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 (MHMNO 3 ) n 을 가질 수 있으며, M이 알칼리 양이온 또는 다른 +1 양이온이고, n이 정수이고, 화합물의 수소 함량 H가 적어도 하나의 하이드리노 종을 포함한다. 화합물은 화학식 (MHMOH) n 을 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 화학식을 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.
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.
반응 생성물의 속성
하이드리노 화합물(또는 여기에 기술된 분광 시그니처를 갖는 반응 생성물)은 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)와 같은 크로마토그래피 동안 C18 컬럼과 같은 유기 패킹을 포함하는 컬럼과 상호작용하기 때문에 하이드리노 화합물(예, SunCell® 작동 중 생성된 것)는 탄화수소, 알코올, 에테르 디메틸 포름아미드 및 탄산염 중 적어도 하나와 같은 유기 용매를 사용하여 NaOH 또는 KOH 수용액과 같은 염기 수용액과 같은 수용액으로부터 추출될 수 있다. 실시예에서, C18 컬럼 패킹이 있는 HPLC와 같은 유기 화합물을 포함하는 정지상을 갖는 크로마토그래피는 저에너지 수소를 포함하는 화합물과 정지상 사이 상호작용으로 인한 분자 하이드리노를 포함하는 것과 같은 저에너지 수소를 포함하는 화합물을 분리, 정제 및 확인하는 것 중 적어도 하나에 사용된다. 하나 이상의 무기 부분을 추가로 포함하는 화합물의 저에너지 수소 부분은 적어도 일부 유기 특성을 갖는 컬럼의 고정상과 상호작용을 일으킬 수 있으며, 이에 의해 저에너지 수소 부분이 없는 경우, 상호작용은 무시할 수 있을 정도이거나 없을 것이다. 실시예에서, 분자 하이드리노와 같은 저에너지 수소를 포함하는 화합물은 컬럼 또는 필름 크로마토그래피에 의해 화합물의 혼합물 및 용액 중 적어도 하나로부터 정제될 수 있다. 용리액은 물과 아세토니트릴, 포름산, 알코올, 에테르, DMSO와 같은 적어도 하나의 유기 용매 및 당업계에 공지된 다른 용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 컬럼 패킹은 유기형 정지상을 포함할 수 있다.
초전도 양자 간섭 장치(SQUID)와 같은 조셉슨 접합은 자속 양자 또는 플럭손 
의 양자화된 단위로 자속을 연결한다. 하이드리노 수소화물 이온과 분자 하이드리노에 의한 자속의 연결에 대해서도 동일한 행동이 예측되고 관찰되었다. 전자는 자유 전자가 해당 원자 
에 결합하는 동안의 가시 방출
스펙트럼에서 관찰되었다. 분자 하이드리노에 의한 플럭손의 연결은 적용된 자기장에서 
의 마이크로파 조사를 포함하는 전자 상자성 공명 분광법에 의해 관찰되었으며, 여기서 공명 흡수는 양자화된 자속 연결과의 스핀-궤도 결합을 포함하는 스핀-플립 전이를 발생시켰다. 분자 하이드리노에 의한 플럭손의 결합은 또한 
의 적외선, 가시광선 또는 자외선 레이저 조사를 포함하는 라만 분광법에 의해 관찰되었으며, 여기서 공명 흡수는 양자화된 자속 결합과의 스핀-궤도 결합을 포함하는 회전 전이를 발생시켰다. 분자 하이드리노에 의한 플럭손의 결합은 추가로 
의 적외선 조사를 포함하는 라만 분광법에 의해 관찰되었으며, 여기서 공명 흡수는 자기장이 적외선 흡수 선택 규정을 변경하기 위해 적용되었을때 양자화된 자속 결합과의 스핀-궤도 결합을 포함하는 회전 전이를 발생시켰다.
히드리노 SQUID 및 히드리노 SQUID형 전자 소자는 히드리노 수소화물 중 적어도 하나의 자속 결합 상태를 감지 및 변경하는 입력 전류 및 입력 전압 회로 및 출력 전류 및 출력 전압 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이온 및 분자 하이드리노. 회로는 무선 주파수 RLC 회로와 같은 AC 공진 회로를 포함할 수 있다. 히드리노 SQUID 및 히드리노 SQUID-타입 전자 소자는 마이크로파, 적외선, 가시광선 또는 자외선 중 적어도 하나의 소스와 같은 전자기 방사선의 적어도 하나의 소스를 더 포함할 수 있다. 방사선 소스는 레이저 또는 마이크로파 발생기를 포함할 수 있다. 레이저 방사선은 렌즈 또는 광섬유에 의해 집중된 방식으로 적용될 수 있다. 하이드리노 SQUID 및 하이드리노 SQUID-타입 전자 소자는 하이드리노 수소화물 이온 및 분자 히드리노 중 적어도 하나에 인가되는 자기장의 소스를 더 포함할 수 있다. 자기장은 조정 가능하다. 방사선 소스 및 자기장 중 적어도 하나의 회전 가능성은 전자기 방사선 소스와 자기장 사이의 선택적이고 제어된 공명의 달성을 활성화 할 수 있다.
실시예에서, 고유 또는 외부 자기장 또는 자화는 전자 스핀 플립, 분자 회전, 스핀 회전, 스핀-궤도 결합, 및 자속 연결 전이 중 적어도 하나를 포함하는 분자 하이드리노 전이가 허용되도록 할 수 있다. 표면에 하이드리노를 포함하는 Ni, Fe 또는 Co 호일과 같은 강자성 호일과 같은 금속 호일은 라만 스펙트럼에서 이러한 분자 하이드리노 전이를 나타낼 수 있다. 다른 실시예에서, GaOOH:H2(1/4)와 같은 분자 하이드리노 화합물은 라만 분광법에 의해 관찰 가능한 것과 같은 분자 하이드리노 전이를 허용하기 위해 자석의 외부 인가 자기장을 받을 수 있다. 분자 하이드리노 전이는 또한 분자 하이드리노가 표면 강화 라만(SER)에 의해 관찰되는 것과 같은 금속 표면과 같은 전도체의 표면에 있을 때 발생하는 것과 같은 표면 강화 효과에 의해 강화될 수 있다. 예시적인 금속 표면은 Ni, Cu, Cr, Fe, 스테인리스강, Ag, Au 및 기타 금속 또는 금속 합금의 포일이다.
실시예에서, H2(1/4)과 같은 분자 하이드리노 가스는 액체 아르곤, 액체 질소, 액체 CO2 등의 영족 가스와 고체 CO2 등의 고체 가스와 같은 응축된 가스에서 용해성이다. 하이드리노가 수소보다 더 안정한 경우에서, SunCell®의 가스와 같은 H2 및 분자 하이드리노 가스를 선택적으로 수집하여 농축시킬 수 있다. 실시예에서, SunCell®로부터의 가스가 액체 아르곤에서 분자 하이드리노의 용해도에 의해 게터의 역할을 하는 액체 아르곤을 통해 기포로서 통과한다. 실시예에서, 밀봉된 용기로부터 가스 분자 하이드리노의 손실률은 분자 하이드리노를 보유하는 아르곤과 같은 다른 가스를 첨가함으로써 감소될 수 있다.
상기에 기술한 바와 같이, 본 발명의 발전 시스템은 시스템을 특성화하는 데 사용될 수 있는 고유한 시그니처와의 반응을 통해 작동한다. 이러한 제품은 다양한 방식으로 수집될 수 있다. 실시예에서, 하이드리노 수집을 위한 용매. 실시예에서, 용매는 분자 하이드리노가 분자 하이드리노의 자성으로 인해 일부 흡수 상호작용을 갖도록 상자성과 같은 자성일 수 있다. 예시적인 용매는 액체 산소와 물, NO, NO2, B2, ClO2, SO2, N2O와 같은 다른 액체 용해된 산소이고, 여기서 NO2, O2, NO, B2, 및 ClO2는 상자성이다. 대안적으로, 하이드리노 가스를 고체 CO2와 같은 실온에서 기체인 고체와 같은 고체 용매를 통해 기포로 흘릴 수 있다. 하이드리노 가스는 직접 수집할 수 있다. 대안적으로, 얻어지는 용액을 여과하거나 걷어내거나 따라 붓거나 원심분리하여 하이드리노 거대응집체와 같은 하이드리노를 포함하는 용해되지 않는 화합물을 수집할 수 있다.
고체 게터는 극저온과 같은 한 온도에서 SunCell®에서 생성되고 가온 또는 가열 시 더 높은 온도에서 방출되는 것과 같은 하이드리노 가스를 잡는 데 사용할 수도 있다. 게터는 금속 산화물, 수산화물 또는 탄산염과 같은 산화물 또는 수산화물을 포함할 수 있다. 추가의 예시적인 게터는 KOH와 같은 알칼리 수산화물, 또는 Ca(OH) 2와 같은 알칼리 토류 수산화물, K2CO3와 같은 탄산염, Ca(OH)2 + Li2CO3과 같은 수산화물과 탄산염 게터의 혼합물, KCl 또는 LiBr과 같은 알칼리 할로겐화물, NaNO3와 같은 질산염, 및 NaNO2와 같은 아질산염 중 적어도 하나이다. FeOOH, Fe(OH) 3, Fe2O3와 같은 게터는 상자성일 수 있다. 실시예에서, 게터는 자성 화합물, 재료, 액체, 또는 Mn, Cu, 또는 Ti를 포함하는 것과 같은 상자성 나노입자와 같은 종, 또는 Ni, Fe, Co, CoSm, Alnico 및 기타 강자성 금속 나노 입자와 같은 강자성 금속 나노입자와 같은 자성 나노입자와 같은 종을 포함할 수 있다. 자성 화합물, 물질, 액체 또는 종은 자석의 표면에 분산될 수 있다. 자석은 극저온으로 유지될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 분자 하이드리노 게터는 액체 질소와 같은 극저온유체에 침지되는 진공 라인 섹션에 배치된 CoSm 또는 네오디뮴 영구 자석과 같은 영구 자석 상에 분산된 철, 니켈, 또는 코발트 분말을 포함한다. 실시예에서, Fe 금속 분말과 같은 자성 물질과 같은 게터는 반응 셀 챔버의 내부 및 반응 셀 챔버에 근접하여 연결되는 것 중 적어도 하나에 배치된다. 게터는 도가니와 같은 용기에 포함될 수 있다. 용융 금속이 게터와 접촉하는 것을 방지하기 위해 용기를 커버할 수 있다. 커버는 고온 작동이 가능하고, 용융 금속과의 합금 형성에 내성이 있으며, 하이드리노 가스 투과성 중 적어도 하나일 수 있다. 예시적인 커버는 얇은 다공성 탄소, BN, 실리카, 석영 또는 기타 세라믹 커버이다.
실시예에서, 분자 하이드리노는 CO2 (탄수소산), HNO3, H2SO4, HCl(g) 또는 HF(g)와 같은 무수 산으로 처리하여 하이드리노를 포함하는 SunCell®에 사용되는 게터와 같은 물질의 조성물로부터 방출될 수 있다. 산은 수성 트랩에서 중화될 수 있고 분자 하이드리노 가스는 중화로부터 분리된 염 및 CO2 (s)을 포함하는 것과 같은 저온 트랩 중 적어도 하나에 수집될 수 있다. 산 및 염기 중 적어도 하나는 분자 하이드리노를 포함하는 원하는 화합물을 형성하도록 선택될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하이드리노를 포함하는 NaNO3또는 KNO3는 SunCell®로부터 수집된 산화갈륨 또는 옥시수산화갈륨을 NaOH 또는 KOH 수용액에 용해시키고 HNO3로 용액을 중화함으로써 형성된다.
실시예에서, 칼륨 및 나트륨 갈레이트 중 적어도 하나는 용액을 통해 CO2를 버블링함으로써 형성된 탄산으로 중화되어 K2CO3:H2(1/4) 및 Na2CO3:H2 (1/4)를 형성한다. 갈륨-ToF-SIMS에 의한 탄산칼륨 유사체의 예시적인 분석은 K{K2CO3:H2 (1/4)}n, n = 양 스펙트럼에서 정수를 보여준다.
실시예에서, SunCell®의 하이드리노 반응 실행을 위해 수집되고 NaOH 또는 KOH와 같은 알칼리 또는 알칼리 토류 수산화물과 같은 염기에 용해된 Ga2O3와 같은 분자 하이드리노를 포함하는 염기성 용액의 강한 산 중화는 GaOOH:H2 (1/4)와 같은 분자 하이드리노를 포함하는 GaOOH 형성의 결과를 가져온다. 예시적인 강한 산은 HCl 및 HNO3이다. 탄산과 같은 약한 산으로 중화하면 분자 하이드리노와 갈륨, 산화물, 수산화물, 탄산염, 물 및 K2Ga2C2O8(H2O) 3와 같은 칼륨 갈륨 탄산 수화물과 같은 염기의 양이온 중 적어도 하나를 포함하는 화합물 또는 혼합물의 혼합물을 포함하는 GaOOH 형성의 결과를 가져온다.
대안적으로, 분자 하이드리노는 약 100℃ 내지 3400℃ 범위와 같은 고온 적용, 플라즈마 적용, 고에너지 이온 또는 전자 충격, 고출력 UV 램프 또는 플래시 램프로 화합물을 조사하는 것과 같은 고출력 및 고에너지 광 적용, 및 325 nm 레이저 광을 방출하는 것과 같은 UV 레이저에 의한 조사와 같은 레이저 조사, 주파수 2배 아르곤 이온 레이저 라인(244nm), 또는 HeCd 레이저 중 적어도 하나의 적용에 의한 하이드리노를 포함하는 화합물로부터 방출될 수 있다.
실시예에서, 분자 하이드리노 가스는 분자 하이드리노를 포함하는 화합물을 형성한 다음 분자 하이드리노가 더 이상 용해되지 않거나 안정하게 결합되어 자유 분자 하이드리노 가스로서 방출되는 온도(방출 온도)로 화합물을 냉각함으로써 얻어질 수 있다. 방출 온도는 약 0.1K 내지 272K, 2K 내지 75K, 및 3K 내지 150K 중 적어도 하나의 범위와 같은 극저온일 수 있다. 화합물은 H2(1/4)와 같은 분자 하이드리노와 Fe, Zn, Ga 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 또는 옥시수산화물을 포함할 수 있다. 화합물은 수증기를 포함하는 대기에서 대응하는 와이어의 고전류 폭발에 의해 또는 본 개시내용에 따라 포획된 물을 포함하는 샷의 폭발에 의해 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 분자 하이드리노 및 (i) 수증기의 존재 하에 상응하는 금속 와이어의 고전류 폭발에 의해 형성된 Fe 및 Zn 산화물 및 옥시수산화물 및 (ii) 물을 포함하는 은 샷의 공기 폭발은 액체 질소 온도 아래로 냉각되어 분자 하이드리노 가스를 방출한다.
실시예에서, 게터 또는 합금, 산화물 또는 옥시수산화물에 포획되거나 흡수, 또는 결합된 분자 하이드리노는 다음 중 적어도 하나를 포함하는 방법으로 형성될 수 있다: (i) 은, Mo, W, Cu, Ti, Ni, Co, Zr, Hf, Ta 및 본 개시내용에 따른 희토류 중 적어도 하나를 포함하는 것과 같은 금속 와이어의 와이어 폭발, (ii) KOH-KCl 혼합물을 볼 밀링 또는 가열, Cu(OH)2 + FeCl3Cu(OH)와 같은 기타 할로겐화물-수산화물 혼합물, AlO(OH), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH)(
-MnO(OH) 그라우타이트 및 
-MnO( OH) 망가나이트), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Ni1/2Co1/2O (OH), Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)와 같은 기타 옥시수산화물, 및 (iii) 본 발명에 따른 SunCell®의 작동. 후자의 경우, 갈륨과 같은 용융 금속에 첨가제 반응물 또는 게터를 첨가할 수 있다. 첨가제 반응물은 상응하는 합금, 산화물 또는 옥시수산화물을 형성할 수 있다. 예시적인 첨가제 또는 게터는 Ga2O3, 갈륨-스테인리스강(SS), 철-갈륨, 니켈 갈륨, 및 크롬-갈륨 합금, SS 합금 산화물, SS 금속, 니켈, 철, 및 크롬 중 적어도 하나를 포함한다. 분자 하이드리노는 게터 또는 물질을 극저온과 같은 저온에서 유지함으로써 결합되거나 통합되는 물질 또는 게터에 저장될 수 있다. 극저온 온도는 액체 질소 또는 CO2(s).와 같은 극저온으로 유지될 수 있다.
실시예에서, 분자 하이드리노는 여기에 전체내용이 참조로 포함된 http://www.crct.polymtl.ca/fact/documentation/FTsalt/FTsalt_Figs.htm에서 주어진 것과 같은 알칼리 또는 알칼리 토류 할로겐화물 또는 공융 염 혼합물과 같은 용융 염에 있는 화합물을 용해한 분자 하이드리노를 포함하는 산화물 또는 옥시수산화물 화합물로부터 자유 가스로 방출된다. 용해된 산화물이 있는 예시 염 혼합물은 다음과 같다: MgCl 2 -MgO http://www.crct.polymtl.ca/fact/phase_diagram.php?file=MgCl2-MgO.jpg&dir=FTsalt.
실시예에서, SunCell®로부터 직접 수집되는 가스 생성물이나 SunCell®의 고체 생성물에서 방출된 것으로부터 수집된 가스 생성물을 CuO 재결합기와 같은 재결합기를 통해 흘러 수소 가스를 제거하며, 농축된 하이드리노 가스가 밸브를 갖춘 밀봉가능한 크라이오 핑거 상의 크라이오 챔버나 크라이오 펌프의 저온 단계, 또는 액체 질소에 의해 냉각된 고체 CO2를 포함하는 크라이오트랩과 같은 크라이오트랩에서에서 응축된다. 분자 하이드리노 가스는 적어도 하나의 다른 가스와 함께 공동 응축되거나 용매의 역할을 할 수 있는 하나 이상의 아르곤, 질소 및 산소와 같은 공동 응축된 가스에 흡수될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하이드리노 반응 실행 후 SunCell®로부터 수집된 산화갈륨은 KOH(aq)와 같은 수성 염기에 용해되고, 하이드리노 및 수소를 포함하는 방출 가스는 액체 질소에 의해 냉각된 고체 CO2를 포함하는 저온 트랩을 통해 흐르고, 수집된 하이드리노 가스는 수소 대비 농축된다. 충분한 액체가 축적되면, 크라이오 챔버를 밀봉한 다음 가열하여 응축된 액체를 기화시킨다.
얻어진 가스를 산업용이나 분석용으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 가스를 챔버 밸브를 통해 가스 크로마토그래프나 전기 빔 여기 분광법용 셀 안으로 주입할 수 있다. 대안적 실시예에서, 분자 하이드리노 가스를 직접 크라이오 핑거 챔버 안으로 흘릴 수 있는데, 수소가 공동 응축되지 않도록 크라이오 핑거를 20.3 K(기압에서 H2의 비등점) 이상에서 작동할 수 있다.
분자 하이드리노가 크라이오트랩 또는 크라이오펌프와 같은 수단에 의해 극저온으로 응축되는 실시예에서, 수소는 분자 하이드리노의 존재로 인해 크라이오트랩 또는 크라이오펌프에서 순수 수소 범위를 벗어난 압력 및 온도에서 공응축될 수 있고 이는 수소 끓는점을 상승시킬 수 있다. 실시예에서, 분자 하이드리노 가스는 수소 가스에 첨가되어 액체 수소를 저장할 목적으로 끓는점을 증가시킬 수 있으며, 여기서 수소 저장에 필요한 에너지 및 장비 중 적어도 하나는 감소된다.
실시예에서, 하이드리노 반응 혼합물은 금속, 원소, 및 금속 산화물과 같은 무기 화합물과 같은 화합물 중 적어도 하나와 같은 분자 하이드리노 게터를 추가로 포함한다. 분자 하이드리노 게터는 반응 셀 챔버 및 저장소의 용융 금속과 혼합되어 반응 셀 챔버에서 형성된 분자 하이드리노에 대한 수집기, 결합제, 흡수제 또는 게터의 역할을 할 수 있다. 분자 하이드리노는 첨가된 금속 또는 화합물을 결합하거나 응집시켜 입자를 형성하는 역할을 할 수 있다. 분자 하이드리노는 스테인리스강 원소 또는 그 산화물과 같이 용융 금속이 접촉하는 물질로 형성된 합금 또는 금속 산화물의 금속과 동일한 역할을 할 수 있다. 입자는 용융 금속으로부터 분리될 수 있다. 입자를 포함하는 용융 금속을 용융시키고 입자를 분리함으로써 입자를 분리할 수 있다. 입자는 분리 중에 혼합물의 상단으로 뜨고 용융 금속 표면에서 얇아질 수 있다. 대안적으로, 더 조밀한 입자가 가라앉을 수 있고 용융 금속을 경사분리하여 혼합물의 분자 하이드리노 함유 입자 함량을 풍부하게 할 수 있다. 입자는 원하는 입자의 침전과 함께 적절한 용매에 원하지 않는 성분을 용해시키는 것과 같은 당업계에 공지된 방법에 의해 추가로 정제될 수 있다. 입자의 정제는 또한 적합한 용액으로부터의 재결정화에 의해 달성될 수 있다. 분자 하이드리노 가스는 가열, 극저온 냉각, 산 가용화, 용융염 가용화, 및 본 개시내용의 다른 방법에 의해 방출될 수 있다.
실시예에서, 분자 하이드리노를 포함하는 입자의 축적은 생성물 억제와 같은 수단에 의해 하이드리노 반응을 억제한다. 입자는 반응 속도 억제를 감소시키기 위해 기계적 수단과 같은 수단에 의해 제거될 수 있다.
상기에 기술한 바와 같이, 본 발명의 발전 시스템은 시스템을 특성화하는 데 사용될 수 있는 고유한 시그니처와의 반응을 통해 작동한다. 이러한 제품은 크라이오펌프나 크라이오트랩을 사용하는 등 다양한 방식으로 수집될 수 있다. 분획 액체 기체 극저온 증류 컬럼은 응축 표면적 및 차등 분리 횟수와 관련된 플레이트 측면에서 평가된다. 하이드리노의 응축은 압력, 온도, 체류 시간, 유량 및 응축 표면적에 따라 달라진다. 실시예에서, 이들 매개변수는 원하는 순도의 하이드리노 가스의 수집을 최적화하도록 제어된다. 추가 실시예에서, 크라이오펌프 또는 크라이오트랩은 하이드리노 가스 응축 및 분리를 개선하기 위해 유리 또는 세라믹 비드(모래)와 같은 큰 표면적을 갖는 미립자 물질 및 돌출부와 같은 구조 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 표면적 향상제, 무기 화합물 또는 금속을 포함하는 것과 같은 분말, 및 금속 천, 직조 또는 스폰지와 같은 메쉬를 포함할 수 있다. 표면적 향상제는 크라이오펌프 또는 크라이오펌프 튜브와 같은 크라이오트랩의 냉각된 수집 공동 또는 튜브 내부에 위치할 수 있다. 표면적 향상제는 크라이오펌프 또는 크라이오트랩을 통한 분자 하이드리노를 적어도 부분적으로 포함하는 가스의 흐름을 차단하는 것을 방지하도록 선택될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 크라이오펌프 또는 크라이오트랩 수집 용기 또는 튜브는 분자 하이드리노를 응축시키기 위해 큰 표면적을 갖는 제올라이트 또는 유사한 가스 투과성 매트릭스로 충전된 스테인리스강 컬럼과 같은 크로마토그래피 컬럼의 섹션을 포함한다.
도 33에 도시된 실시예에서, 저에너지 수소 종을 포함하는 거대응집체 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 영족 가스와 같은 가스를 포함할 수 있다.
저에너지 수소 종을 포함하는 거대응집체 또는 중합체를 형성하는 예시적인 시스템은 길이 46 cm, 폭과 높이 12.7 cm를 갖는 폐쇄된 직사각형 입방체 플렉시글라스 챔버, 챔버 바닥으로부터 9 cm 거리에 Mo 너트가 있는 두 개의 Mo 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, 모델-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 300μs 초과의 감쇠 고조파 발진기로 방전되었다. 와이어 폭발 후 약 3 내지 10 분 내에 저에너지 수소종을 포함하는 거대응집체 또는 중합체가 형성되었다. 챔버 바닥 및 벽뿐만 아니라 챔버에 배치된 Si 웨이퍼로부터 분석 샘플을 수집하였다. 분석 결과는 본 개시의 하이드리노 시그니처와 일치하였다.
실시예에서, H2 (1/4)와 같은 하이드리노 가스는 극저온 증류에 의해 SunCell®로부터 농축될 수 있다. 대안적으로, 하이드리노 가스는 아르곤과 같은 희가스에서 H2O와 같은 H2O를 포함하는 플라즈마를 유지함으로써 제자리에서 형성되는 것 중 적어도 하나일 수 있다. 플라즈마는 약 0.1 mTorr 내지 1000 Torr의 압력 범위에 있을 수 있다. H2O 플라즈마는 아르곤과 같은 희가스와 같은 다른 가스를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 1 Torr H2O 증기를 포함하는 대기압 아르곤 플라즈마는 전자빔, 글로우, RF, 또는 마이크로파 방전 소스와 같은 본 개시내용 중 하나와 같은 플라즈마 소스에 의해 유지된다.
실시예에서, 분자 하이드리노와 같은 하이드리노 종은 액체 또는 용매 중 하이드리노 종의 존재가 액체의 적어도 하나의 물리적 특성을 변화시키도록 물 또는 액체 또는 용매에 현탁 및 용해된 표면 장력, 끓는점, 어는점, 점도, 적외선 스펙트럼과 같은 스펙트럼 및 증발 속도 중 적어도 하나와 같은 용매이다. 예시적인 실시예에서, SunCell에서 실행되는 하이드리노 반응으로부터 수집된 Ga2O3 및 갈륨-스테인리스강 금속(~0.1-5%) 합금을 용해시켜 형성된 백색 고분자 화합물을 포함하는 저에너지 수소를 포함하는 하이드리노 반응 생성물의 반응 생성물 ® 수성 KOH에서 섬유가 성장하고 여과에 의해 수집된 표면으로 뜨면 물의 증발이 증가하고 FTIR 스펙트럼이 변경된다. 실시예에서, 분자 하이드리노 가스는 물을 통해 버블링되고 흡수되어 물을 함유하는 2개의 비커 사이에 물 다리의 형성을 허용하도록 표면 장력을 변화시킨다.
분자 하이드리노가 크라이오트랩 또는 크라이오펌프와 같은 수단에 의해 극저온으로 응축되는 실시예에서, 수소는 분자 히드리노의 존재로 인해 크라이오트랩 또는 크라이오펌프에서 순수 수소 범위 밖의 압력 및 온도에서 공동 응축될 수 있으며, 이는 수소 끓는점을 증가시킬 수 있다. 실시예에서, 분자 하이드리노 가스는 수소 가스에 첨가되어 액체 수소를 저장할 목적으로 그 끓는점을 증가시킬 수 있으며, 여기서 수소 저장에 필요한 에너지 및 장비 중 적어도 하나는 감소된다.
실시예에서, 하이드리노 분자 가스 레이저는 분자 하이드리노 가스(H2(1/p) p =2,3,4,5,…,137) 또는 SunCell®과 같은 분자 하이드리노 가스 소스, 분자 하이드리노 가스를 포함하는 레이저 공동(cavity), 분자 하이드리노 가스의 회전 에너지 레벨 여기 소스, 레이저 광학을 포함한다. 레이저 광학은 여기된 회전 상태의 분자 하이드리노 가스를 포함하는 캐비티의 단부에 거울을 포함할 수 있다. 미러 중 하나는 레이저 광이 캐비티에서 방출되도록 허용하기 위해 반투명할 수 있다. 적어도 하나의 H2(1/p) 회전 에너지 레벨의 소스 여기(excitation)는 레이저, 플래시 램프, 글로우와 같은 가스 방전 시스템, 마이크로파, 무선 주파수(RF), 유도 결합 RF, 용량 결합 RF, 또는 당업계에 공지된 다른 플라즈마 방전 시스템을 포함할 수 있다. 소스에 의해 여기된 적어도 하나의 회전 에너지 준위는 Eqs(22-49)의 GUTCP 및 예 10에 예시된 예시적인 에너지에 의해 주어진 에너지 준위의 조합일 수 있다. 하이드리노 분자 레이저는 적어도 하나의 원하는 분자 하이드리노 회전 에너지 준위가 채워지도록 하는 전기장 또는 자기장의 소스와 같은 외부 또는 내부 필드 소스를 더 포함할 수 있으며, 여기서 레벨은 원하는 스핀-궤도 및 플럭손 연결 에너지 이동 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 레이저 전이는 덜 채워진 더 낮은 에너지의 선택된 회전 상태의 반전된 인구 사이에서 발생할 수 있다. 레이저 공동(cavity), 광학 장치, 여기 소스 및 외부 필드 소스는 원하는 반전된 개체군 및 원하는 덜 개체화된 저에너지 상태로의 유도 방출을 달성하도록 선택한다.
분자 하이드리노 레이저는 고체 레이저를 포함할 수 있다. 레이저는 하이드리노 분자가 자유 회전자일 수 있는 고체 매트릭스에 포획된 분자 하이드리노를 포함하는 것과 같은 고체 레이저 매질을 포함할 수 있다. 고체 매질은 분자 하이드리노 가스 레이저의 가스 공동을 대체할 수 있다. 레이저는 레이저 매질로부터의 레이저 광 방출을 지원하기 위한 창 및 거울과 같은 고체 레이저 매질의 단부에 레이저 광학dmf 포함할 수 있다. 고체 레이저 매질은 고체 매질을 포함하는 레이저 공동과 공명하는 역분자 하이드리노 집단의 레이저 전이에 의해 생성된 레이저 광에 대해 적어도 부분적으로 투명할 수 있다. 예시적인 고체 레이저 매체는 GaOOH:H2(1/4), KCl:H2(1/4), 및 Si(결정):H2(1/4)와 같은 포획된 분자 하이드리노를 갖는 실리콘이다. 각각의 경우에 레이저 파장은 고체 레이저 매체에 의해 전송되도록 선택된다.
적어도 하나의 주파수 대역에서 전자기 신호를 전송 및 수신하는 복수의 SunCell-송신기-수신기 노드를 포함하는 SunCell 메시 네트워크의 실시예에서, 대역의 주파수는 짧은 분리 거리로 국부적으로 노드를 배치할 수 있는 능력으로 인해 고주파수일 수 있다. 분리 거리. 노드의 수가 증가함에 따라 노드의 간격이 줄어들어 휴대전화나 무선 인터넷 송수신에 사용되는 것보다 더 높은 주파수의 신호를 우발적으로 사용할 수 있는데, 이는 후자의 안테나 분리에 비해 노드의 분리가 더 짧기 때문이다. 제1항에 있어서, 더 높은 주파수의 마이크로파 신호는 더 짧은 범위를 갖는다. 주파수는 약 0.1GHz 내지 500GHz, 1GHz 내지 250GHz, 1GHz 내지 100GHz, 1GHz 내지 50GHz, 및 1GHz 내지 25GHz 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다.
실험적
예시 1: SunCell® 작동
도 25에 표시된 SunCell®이 제조되고 실리카-알루미나 섬유 절연체로 잘 절연되었으며 2500sccm H2 및 250sccm O2 가스를 Pt/Al2O3 비드 위로 유동시켰다. SunCell®은 900°C ~ 1400°C 범위의 온도로 가열되었다. H2 및 O2 흐름과 EM 펌핑을 계속 유지하면 입력 점화 전력이 없을 때 시간이 지남에 따라 온도가 증가하는 것으로 입증되는 바와 같이 점화 전력이 없을 때 플라즈마 형성 반응이 자체적으로 지속되었다.
예시 2: SunCell® 작동
도 10에 표시된 SunCell®과 같은 두 개의 교차 EM 펌프 주입기가 있는 석영 SunCell®이 지속 가능한 플라즈마 형성 반응을 생성하기 위해 제조 및 작동되었다. 각각 예시적인 Fe 기반 비정질 코어를 포함하는 유도형 전자기 펌프를 포함하는 2개의 용융 금속 주입기는 1000Hz 변압기 1차측을 연결하는 삼각형 전류 루프를 생성하도록 교차하도록 갈린스탄 스트림을 펌핑하였다. 전류 루프는 하천, Galinstan 저수지 2개, 저수지 바닥의 교차 수로로 구성되었다. 루프는 1000Hz 변압기 1차측의 단락된 2차측 역할을 하였다. 2차측의 유도 전류는 낮은 전력 소비로 대기 중 플라즈마를 유지하였다. 구체적으로, (i) 1000Hz에서 작동하는 점화 변압기의 1차 루프, (ii) 입력 전압은 100V ~ 150V, (iii) 입력 전류는 25A이었다. EM의 60Hz 전압 및 전류 펌프 변류기는 각각 300V 및 6.6A이었다. 각 EM 펌프의 전자석은 EM 펌프 변류기의 로렌츠 교차 전류와 결과 자기장의 위상을 일치시키기 위해 직렬 299μF 커패시터를 통해 60Hz, 15-20A로 전원이 공급되었다. 변압기는 1000Hz AC 전원 공급 장치로 구동되었다.
예시 3: SunCell® 작동
하나의 EM 펌프 주입기 전극과 그 사이에 연결 점퍼 케이블 414a가 있는 받침대 카운터 전극이 있는 Pyrex SunCell®은 도 29에 표시된 SunCell®과 유사하게 제조되었다. DC 형 전자기 펌프를 포함하는 용융 금속 주입기가, 스트림, EM 펌프 저장소 및 각 끝에서 해당 전극 버스에 연결되었고, 60Hz 변압기 1차를 통과하는 점퍼 케이블을 포함하는 전류 루프를 폐쇄하기 위해 받침 카운터 전극과 연결된 Galinstan 스트림을 펌핑하였다. 루프는 60Hz 변압기 1차측의 단락된 2차측 역할을 하였다. 2차 유도 전류는 낮은 전력 소비로 대기(大氣) 중 플라즈마를 유지하였다. 유도 점화 시스템은 반응물이 본 발명에 따른 반응 셀 챔버에 공급되는 본 발명의 은 또는 갈륨 기반 용융 금속 SunCell® 발전기를 가능하게 하였다. 구체적으로, (i) 60Hz에서 작동하는 점화 변압기의 1차 루프, (ii) 입력 전압은 300V 피크, (iii) 입력 전류는 29A 피크였다. 최대 유도 플라즈마 점화 전류는 1.38kA였다.
예시 4: SunCell® 작동
반응 셀 챔버는 4 ml/min H2O 주입으로 약 1 내지 2 atm의 압력 범위로 유지되었다. DC 전압은 약 30V이고 DC 전류는 약 1.5kA였다. 반응 셀 챔버는 3.6kg의 용융 갈륨을 함유하는 도 25에 도시된 것과 같은 6인치 직경의 스테인리스강 구(球)였다. 전극은 DC EM 펌프의 1인치 수중 SS 노즐과 BN 받침대로 덮인 직경 1 cm 리드가 있는 직경 4 cm, 두께 1 cm W 디스크를 포함하는 카운터 전극으로 구성되었다. EM 펌프 속도는 약 30-40 ml/s였다. 갈륨은 잠긴 노즐로 양극화되었고 W 받침대 전극은 음극화되었다. 갈륨은 EM 펌프 주입기에 의해 잘 혼합되었다. SunCell® 출력은 질량, 비열, 갈륨 원자로와 SS 원자로의 온도 상승을 곱하여 측정한 결과 약 85kW였다.
예시 5: SunCell® 작동
2500 sccm의 H2와 25 sccm의 O2를 H2 및 O2 가스 유입구 및 반응 셀 챔버와 일렬로 외부 챔버에 유지된 약 2g의 10%Pt/Al2O3 비드를 통해 유동시켰다. 또한, 활성 진공 펌핑을 적용하는 동안 50 Torr 챔버 압력을 유지하는 속도로 아르곤을 반응 셀 챔버로 유동시켰다. DC 점화 전압은 약 20V이었고 DC 전류는 약 1.25kA였다. SunCell® 출력은 질량, 비열, 갈륨 및 SS 원자로의 온도 상승을 곱하여 측정한 약 20kW였다.
예시 6: SunCell® 작동
도 26에 예시된 발전 시스템과 유사한 글로우 방전 수소 분해기 및 재결합기를 사용하여 반응 셀 챔버 벽을 따라 Mo 라이너가 있는 8인치 직경 4130 Cr-Mo SS 셀을 포함하는 SunCell. 글로우 방전은 플랜지(409a)에 직접 연결되었다. Conflat 플랜지의 0.75인치 OD 세트에 의한 반응 셀 챔버의 글로우 방전 전압은 260V였다. 글로우 방전 전류는 2A; 수소 유량은 2000 sccm이었고; 산소 유량은 1 sccm; 작동 압력은 5.9 Torr; 갈륨 온도는 수조 냉각과 함께 400°C로 유지되었다. 점화 전류 및 전압은 1300A 및 26-27V였다. EM 펌프 속도는 100g/s이었고 출력은 300kW 이상이었고 입력 점화 전력 29kW에 대해 적어도 10배의 이득에 해당하였다.
예시 7: SunCell® 작동
반응 셀 챔버는 약 1 Torr 내지 20 Torr의 압력 범위를 유지하면서 활성 진공 펌핑을 적용하면서 10 sccm의 H2를 흐르게 하고 분당 4 ml의 H2O를 주입하였다. DC 전압은 약 28V이었고 DC 전류는 약 1kA였다. 반응 셀 챔버는 47kg의 용융 갈륨을 포함하는 9인치 길이의 모서리를 가진 SS 큐브였다. 전극은 DC EM 펌프의 1인치 수중 SS 노즐과 BN 받침대로 덮인 직경 1 cm 리드가 있는 직경 4 cm, 두께 1 cm W 디스크를 포함하는 카운터 전극으로 구성되었다. EM 펌프 속도는 약 30-40 ml/s였다. 갈륨은 양극으로 양극화되었고 W 받침대 전극은 음극으로 양극화되었다. SunCell® 출력은 질량, 비열, 갈륨 원자로와 SS 원자로의 온도 상승을 곱하여 측정한 약 150kW였다.
예시 8: SunCell® 작동
갈린스탄을 용융금속으로 포함하는 직경 6인치의 구형 셀을 갖는 SunCell을 제조하였다. 플라즈마 형성 반응은 옥시수소 토치에서 혼합된 750 sccm H2 및 30 O2 sccm으로 공급되었고 전지로 유동되기 전에 90°C 초과에서 1g의 10% Pt/Al2O3를 포함하는 재결합기 챔버를 통해 유동되었다. 또한, 반응 셀 챔버에는 1250 sccm의 H2가 공급되었으며, 이는 셀로 유동되기 전에 90°C보다 높은 온도에서 1g의 10% Pt/Al2O3를 포함하는 제2 재결합기 챔버를 통해 유동되었다. 3개의 가스 공급 각각은 해당 질량 흐름 컨트롤러에 의해 제어되었다. H2와 O2의 결합된 흐름은 초기 HOH 촉매와 원자 H를 제공하였고 두 번째 H2 공급은 추가 원자 H를 제공하였다. 반응 플라즈마는 약 30-35V 및 약 1000A의 DC 입력으로 유지되었다. VI 통합은 34.6kW이었고, 129.4kW의 출력 전력은 저장조 및 반응 셀 챔버의 갈륨이 욕조 역할을 하는 용융 금속 수조 열량계에 의해 측정되었다.
예시 9: SunCell® 작동
2500 sccm H2 및 70 sccm O2가 미리 로드되고 반응 셀 챔버의 벽에 Ta 라이너를 포함하는 4인치 측면 셀을 가진 SunCell을 제조하고 작동하였다. 3000A ~ 1500A 범위의 전류가 50V로 충전된 커패시터 뱅크에 의해 공급되어 플라즈마 형성 반응을 점화시켰다. 커패시터 뱅크는 566.7 패럿의 총 뱅크 커패시턴스와 51.3V의 총 뱅크 전압 용량을 제공하는 직렬 18개 커패시터(Maxwell Technologies K2 Ultracapacitor 2.85V/3400F)의 3개의 병렬 뱅크로 구성되었다. 입력 전력은 83kW, 출력 전력은 338kW였다. 4000sccm H2 및 60sccm O2, 3000A ~ 1500A 범위의 전류가 공급되는 6인치 직경 구형 셀은 50V로 충전된 커패시터 뱅크에 의해 공급되었다. 입력 전력은 104kW이고 출력 전력은 341kW이었다.
예시 10: 분광 측정
여러 개의 하이드리노 분광 시그니처가 그 전체가 본 명세서에 포함된 WO 2020/148709에 기재된 바와 같은 실험에 의해 확인되었다. 이 분광 시그니처는 여기에 기재된 플라즈마 형성 반응의 반응 생성물에서 발견될 수 있음으로 이해된다. 분광 및 에너지 서명 측정의 광범위한 어레이가 여기에 제공된다.
수소 반응에 의해 생성된 GaOOH:H2(1/4):H2O에 대해 기록된 EPR 및 라만 분광법과 GaOOH:H2(1/4):H2O의 열분해에 의해 방출된 가스에 대해 기록된 전자빔 방출 분광법을 통해 화합물은 H2(1/4)의 스펙트럼 특징으로 구성되고 가스는 H2(1/4) 가스로 식별되었다. EPR 피크는 각각 스핀 궤도 분할 및 플럭손 연결 분할이 있는 스핀 플립 전이에 할당되었다. 라만 스펙트럼과 전자빔 스펙트럼은 모두 라만이 회전 주 전이를 포함한다는 점을 제외하고는 동일한 분할을 보여준다. GaOOH:H2(1/4):H2O에 기록된 라만 라인이 DIB의 라만 라인과 일치한다는 것은 매우 유의적이다. L. M. Hobbs, et al.에 의해 나열된 380개의 모든 DIB 할당 Astrophysical Journal 680(2008): 1256-1270은 스핀-궤도 분할 및 플럭손 하위 분할을 통해 H2 (1/4) 회전 전이로 만들어진다.
초기 HOH 및 원자 수소 반응 메커니즘의 또 다른 특징은 반응에서 생성되는 매우 빠른 H의 관찰이다. 광원에서 재료 처리에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 어디에나 존재하는 글로우, RF 및 마이크로파 방전과 같은 소스의 플라즈마는 이제 특정 수소 "혼합 가스의 플라즈마"에 대한 이온 에너지 특성화 연구 결과에 대한 설명에 대한 논쟁의 초점이 되고 있다. 아르곤과 수소의 혼합물에서 수소 방출선은 아르곤선보다 훨씬 더 넓다.
역사적으로 혼합 수소-아르곤 플라즈마는 각각 656.28, 486.13, 434.05 α에서 Balmer α, β 및 원자 수소 선 중 하나 이상의 선 확장 측정에서 여기(excited)된 수소 원자 에너지를 결정하는 특징이 있다. 확장된 발머 라인은 필드 가속 모델(FAM)이라고 하는 음극 하강 영역에 존재하는 높은 필드(예: 10kV/cm 이상)에 있는 
, 
, 및 
와 같은 전하 가속을 포함하는 다양한 모델로 인한 도플러 확장의 관점에서 설명되었다. 단, 방향성이 있고 위치 의존적이며 특정 이온을 선택하지 않는 장 가속 메커니즘은 가우스 도플러(Gaussian Doppler) 분포, 고속 H 에너지의 위치 독립성, 분자 수소 및 아르곤 선의 확장 부재, 수소 혼합 플라즈마의 가스 조성 의존성, 종종 내부적으로 일치하지 않거나 측정된 밀도 및 단면과 일치하지 않는다.
확장의 소스로서의 수소에 대한 본 개시의 에너지 화학 반응은 특정 수소 혼합 플라즈마만이 비범한 확장을 보인다는 관찰인 적용 필드 의존성의 부족과 같은 원자 H 라인 확장의 모든 측면을 설명한다. 특히, 초기 HOH 및 mH는 이온화로부터 빠른 양성자와 전자를 형성하여 H로부터 m27.2 eV 에너지 전달을 보존하는 역할을 할 수 있다. 이러한 빠른 이온화된 양성자는 여기 상태에서 자유 전자와 재결합하여 Akhtar, et al에 설명된 대로 확장된 H 라인을 방출한하며 이는 다음에 설명되어 있다: Akhtar, et al. J Phys D: App. Phys 42 (2009): 135207, Mills, et al. Int. J. Hydrogen Energy 34 (2009): 6467, and Mills et al. Int. J. Hydrogen Energy 33 (2008): 802. 비활성 가스 중에서 HOH는 공기로부터 정화하는 동안 산소가 아르곤과 함께 응축되기 때문에 아르곤-H2 플라즈마에 독특하게 존재하고 H 촉매는 H2의 해리로 인해 수소 플라즈마에 존재한다. 수증기 플라즈마는 또한 150 eV 이상의 극단적인 선택적인 확장을 보여주고 [51,52, 55] 원자 히드리노에서 HOH 촉매로의 공명 에너지 전달에 따른 자유 전자-뜨거운 양성자 재결합으로 인해 원자 수소 집단 역전[58-60]을 추가로 보여준다.
수소의 이론적인 하이드리노 상태와 일치하는 수소 생성물의 추가 분광 및 에너지 시그니처 측정의 광범위한 배열이 여기에 제시된다. 이러한 "히드리노 신호"는 다음과 같은 적어도 하나 이상의 유별난 특징이 있기 때문에 어떠한 알려진 종에 배정될 수 없다: (i) 신호가 알려진 종의 에너지 범위를 벗어남, (ii) 신호가 하이드리노에 독특한 물리적 특성을 갖고 있고, 대안적배정에 필요한 다른 시그니처가 없거나, 또는 알려진 종의 시그니처가 없는 대안의 조합이 있음, (iii) 시그니처가 전적으로 새로움, 및 (iv) 에너지의 예시적인 경우, 에너지 또는 전력 관련 시그니처는 알려진 종의 것보다 훨씬 크거나, 대체 설명이 존재하지 않거나, 추가 조사에서 대안이 제거됨.
H2(1/4)의 스핀 자기 모멘트로 인한 매개변수 및 자기 에너지
원자 모델은 히드리노의 이론적 존재 또는 원자 수소의 
에너지 상태 아래에 존재하는 수소 원자의 에너지 상태를 예상하였다. 분자 수소의 경우와 유사하게 2개의 히드리노 원자가 반응하여 분자 히드리노를 형성할 수 있다. 이 이론에 따라 분자 하이드리노 H 2 (1/p)는 다음을 포함한다: (i) 분자 궤도(MO)를 포함하는 최소 에너지, 등전위, 장축 타원체, 2차원 전류 막으로 결합된 두 개의 전자, (ii) 장축 타원체의 초점에 있는 두 개의 양성자와 같은 두개의 
핵, 및 (iii) 각 상태의 광자 방정식이 여기된 H2 상태의 광자 방정식과 다른 광자로서, 광자가 기본 전하의 역수 정수로 중심 장축 타원체 필드를 감소시키는 것이 아니라 정수만큼 중심 필드를 증가시키는 점 회전 타원체의 초점을 중심으로 한 각 핵에서 H 2 (1/p)의 전자는 다른 위치가 아닌 동일한 위치 ξ의 동일한 껍질에 겹쳐져 있다. MO, 전자 1 및 전자 2의 각 전자와 정수 하이드리노 상태 광자 전기장의 상호 작용은 상태가 안정되도록 비방사 방사형 모노폴을 발생시킨다. 각각의 해당 광자가 각 전자 전류와 방향이 일치하고 전자 각운동량이 
만족된다는 경계 조건을 충족하기 위해 전자 1의 절반과 전자 2의 절반이 스핀 업되어 MO 에 2개 전자의 2개 광자와 일치할 수 있고, 전자 1의 다른 절반은 스핀 업되고 전자 2의 다른 절반은 스핀다운되어 전류의 절반은 쌍을 이루고 전류의 절반은 쌍을 이루지 않을 수 있다. 따라서 MO의 스핀은 
이고, 각 화살표가 한 전자의 스핀 벡터를 나타낸다. 분자 하이드리노 상태에서 두 개의 전자를 결합하는 두 개의 광자는 전자 전류에 위상 고정되어 반대 방향으로 순환한다. 각 전자의 불가분성과 MO가 2개의 동일한 전자를 포함하는 조건이 주어지면, 2개의 광자의 힘은 중심력 균형을 충족시키기 위해 2개의 동일한 전자의 선형 조합을 포함하는 전자 MO의 전체로 전달된다. 쌍을 이루지 않은 전류 밀도의 결과 각운동량과 자기 모멘트는 각각 
및 보어(Bohr) 마그네톤 
이다.
쌍을 이루지 않은 전자로 인해 분자 하이드리노는 전자 상자성 공명(EPR) 분광법이 활성화된다. 또한, 쌍을 이룬 전자가 있는 공통 분자 궤도의 쌍을 이루지 않은 전자로 인해 EPR 스펙트럼은 고유한 특성을 가지며 진행중인 Hagen 외, "분자 하이드리노의 전자 상자성 공명 시그니처 구별"(Hagen, et al. "Distinguishing Electron Paramagnetic Resonance Signature of Molecular Hydrino," Nature,)의 전체 내용이 참고로 여기에 포함되어 있다.
예상된 EPR 스펙트럼은 Hagen에서 보여진 것처럼 실험적으로 확인되었다. 9.820295 GHz EPR 스펙트럼은 X선 회절(XRD), 에너지 분산 X선 분광법(EDS), 투과 전자 분광법(TEM), 주사 전자 현미경(SEM), 비행 시간 이차 이온화 질량 분광법(ToF-SIMs), Rutherford 후방 산란 분광법(RBS) 및 GaOOH:H2(1/4)로서의 X선 광전자 분광법(XPS)으로 식별된 백색 고분자 화합물에서 실행되었다.
간단히 말해서, GaOOH:H2 (1/4)는 4M 수성 KOH의 SunCell®에서 반응 실행에서 수집된 Ga2O3 및 갈륨-스테인리스철 금속(~0.1-5%) 합금을 용해시켜 함으로써 형성되어, 섬유가 성장하도록 하고, 여과에 의해 수집된 표면으로 떠다니도록 한다. 흰색 섬유는 진한 산이나 염기에 용해되지 않는 반면 대조 GaOOH는 용해된다. 대조 용액에서 백색 섬유는 형성되지 않았다. 대조군 GaOOH는 EPR 스펙트럼을 나타내지 않았다. 도 34A-C에 표시된 실험적 EPR은 0.1G로 변경할 수 있는 -28dB의 마이크로파 전력 및 0.02G의 변조 진폭에서 고감도 공진기를 사용하여 Delft 공과대학의 Fred Hagen 교수에 의해 취득되었다. 평균 EPR 스펙트럼과 표 4에 제공된 피크 위치에 대한 이론 간의 오차는 0.097G였다. EPR 스펙트럼은 도 34A-C에 나타낸 바와 같이 2개의 샘플에 대해 2개의 기기를 사용하여 Bruker(Bruker Scientific LLC, Bileria, MA)에 의해 복제되었다.
이러한 측정된 EPR 신호는 히드리노에 대해 이론적으로 예상된 신호와 일치한다. 구체적으로, g = 2.0045(5))에서 관찰된 주요 피크는 g-인자가 2.0046386인 이론적 피크에 할당될 수 있다. 이 주요 피크는 각 전자 스핀-궤도 결합 양자 수 m에 해당하는 ES/O와 일치하는 에너지에 의해 분리된 구성원이 있는 일련의 피크 쌍으로 분할되었다. 이 결과는 스핀 자기 모멘트의 플립 에너지를 이동시킨 반장대 분자축에 대해 쌍을 이룬 전자 단독 또는 회전 전류 운동과 함께 조합으로 유도된 쌍을 이루지 않은 전자의 스핀 자기 모멘트와 궤도 반자성 모멘트 사이의 스핀-궤도 결합을 확인하였다. 데이터는 이론적으로 예측된 스핀-궤도 분할 에너지의 한쪽 기울기와 더 일치했으며, 여기서 다운필드 이동은 스핀-궤도 전이 동안 연결된 해당 자속의 자기 에너지 U S/OMag로 인해 양자 수 m과 함께 증가한 것으로 관찰되었다. 다른 주파수에서 기록된 EPR 스펙트럼은 2.0046386의 g 인자가 할당된 피크가 일정한 g 인자로 남아 있음을 보여주었다. 추가로, 이 진정한 g-인자 피크에 대해 고정된 스핀-궤도 분할 에너지에 의해 이동된 피크는 예상된 바와 같이 주파수와 무관한 스핀-궤도 분할 에너지의 분리를 정확히 유지했다. 델프트 대학에서 기록된 GaOOH:H2(1/4) EPR 스펙트럼은 반자성 매트릭스를 포함하는 GaOOH 케이지에 포획된 H2 (1/4) 분자의 희석된 존재로 인해 현저하게 좁은 선폭을 보여주었다. GaOOH:H2 (1/4)의 구조와 H2 (1/4)의 전자 상태는 H Lamb 이동보다 1000~10,000배 작은 전례 없는 낮은 분할 에너지의 관찰을 허용한다. 하이드리노 수소화 이온에서 실험적으로 관찰된 것과 매우 유사한 EPR 스펙트럼에 대해 예상된 정수 간격 피크의 패턴은 Mills et al. Int. J. Hydrogen Energy 28 (2003): 825, Mills et al. Cent Eur J Phys 8 (2010): 7, Mills et al. J Opt Mat 27 (2004): 181, and Mills, et al. Res J Chem Env 12 (2008): 42, and WO 2020/0148709(예, 도 61 참조)에 기재되어 있으며, 이들 각각은 이들 참고문헌에서 궤도가 원자 궤도라는 점을 제외하고는 그 전체가 참고로 인용된다.
할당된 g-인자가 2.0046386인 주요 피크를 나타내는 EPR 스펙트럼과 플럭손 하위 분할로 분할되는 스핀-궤도 및 스핀-궤도 자기 에너지 분할을 포함하는 미세 구조가 주요 피크의 위치에 중심이 있는 넓은 배경 형상에 중첩되어 관찰되었다. 온도가 극저온 범위로 낮아지면서 해당 업필드 피크보다 온도 감소에 민감한 전자 스핀-궤도 결합 양자수 m = 0.5에 해당하는 다운필드 부재에 할당된 피크가 더 작음에 따라 미세 구조 특징이 넓은 배경 특징을 덮는 연속체로 확장되는 것이 관찰되었다. 더 높은 전력에서 더 높은 에너지 전이가 포화되는 증가하는 마이크로파 전력에서도 동일한 경향이 관찰되었다. 따라서, 전자 스핀-궤도 결합 양자수 m = 0.5에 해당하는 다운필드 멤버에 할당된 피크가 해당 업필드 피크에 걸쳐 선택적으로 관찰되었다. 저온 및 마이크로파 전력에 대한 업필드 피크의 더 높은 감도는 스핀-궤도 에너지 수준이 채워지기 위해 열 여기를 필요로 하는 스핀 플립 전이 동안 스핀-궤도 에너지 수준의 여기 해제에 해당하기 때문에 제외된다. 따라서 열 여기 소스의 감소로 인해 개체군은 온도에 따라 감소하고 개체군은 미가공 개체군보다 작아서 마이크로파 전력으로 더 쉽게 고갈된다.
추가적으로, GaOOH:H2 (1/4) 샘플은 GaOOH의 두 가지 다른 형태 및 결정 형태를 포함하는 것으로 TEM에 의해 관찰되었다. 육각형 결정 구조를 포함하는 관찰된 형태학적 고분자 결정은 TEM 전자빔에 매우 민감한 반면, 사방정계 결정 구조를 갖는 막대는 전자빔에 민감하지 않았다. 후자 결정의 형태 및 결정 구조는 분자 하이드리노 포함이 없는 제어 GaOOH에 대한 문헌의 것과 일치한다. 육각상은 미세 구조 EPR 스펙트럼의 소스일 가능성이 높고 사방정계 상은 광범위한 배경 EPR 기능의 소스일 가능성이 높다. 냉각은 예를 들어 마이크로파 전력 포화에 의해 육각형 결정질 매트릭스에 포획된 H 2 (1/4)의 관찰된 거의 자유 가스와 유사한 EPR 스펙트럼 거동을 선택적으로 제거할 수 있다. 이론에서 벗어난 것은 GaOOH의 양성자와 물의 양성자의 영향 때문일 수 있다. 또한 자기장의 매트릭스 방향, 매트릭스 상호 작용 및 하나 이상의 H 2 (1/4) 간의 상호 작용으로 인해 일부 이동이 발생할 수 있다.
EPR 스펙트럼 라인을 핵 분할 라인으로 지정하는 대체 할당을 제거하기 위해 중수소 치환을 실행하였다. H2가 D2로 대체되었을 때 발전 시스템에서 방출되는 전력은 적어도 1/3로 감소했다. GaOOH:H2(1/4)의 중수소화 유사체, GaOOH:HD(1/4)는 아래에서 논의된 바와 같이 라만 분광법에 의해 확인되었으며, GaOOH:HD(1/4)는 플라즈마에서 D2O를 사용하여 또한 형성되었다. 형성 반응. 중수소화된 유사체는 GaOOH:H2 (1/4)의 경우 3일 미만인 반면 4M 수산화칼륨을 형성하는 데 한 달이 수요되었다. 도 5에 표시된 중수소화된 유사체의 EPR 스펙트럼은 미세 구조가 없는 단일항만을 보여주었다.
g 인자와 프로필은 GaOOH:H2 (1/4)의 단일항과 일치했으며, 여기서 두 경우 모두 단일항은 사방정계 상에 할당되었다. 중수소화 유사체의 XRD는 갈륨 옥시수산화물을 포함하는 수소 유사체의 XRD와 일치하였다. TEM은 중수소화된 유사체가 100% 사방정계 상을 포함함을 확인하였다. 중수소화 유사체의 위상 선호도는 농도를 감소시킬 수 있는 다른 하이드리노 농도 및 운동 동위원소 효과 때문일 수 있다.
분자 하이드리노의 쌍을 이루지 않은 전자는 다수의 하이드리노 분자의 자기 모멘트가 협력적으로 상호작용할 때 상자성, 초상자성 및 강자성과 같은 0이 아닌 또는 유한 벌크 자기를 일으킬 수 있다. 분자 하이드리노의 자기로 인한 상향장 이동된 매트릭스 피크로 나타나는 매트릭스 자기는 1H MAS 핵 자기 공명 분광법(NMR)에 의해 또한 관찰되었다(Mills et al. Int. J. Hydrogen Energy 39 (2014): 11930 참조) 전체를 참조로 통합, 분자 하이드리노를 포함하는 화합물의 자화율을 측정하기 위해 진동 샘플 자력계를 사용하여 초상자성이 관찰되었다.
SunCell® 작동 도중 생성된 수소 제품에 대한 라만 측정
자기 쌍극자와 반 데르 발스 힘에 의해 금속 표면과 금속 및 이온 격자에 흡수된 H 2 (1/4)의 라만 샘플은 다음에 의해 생성되었다: (i) 수증기를 포함하는 대기에서 고전압 전기 폭발 또는 Fe 와이어, (ii)수화된 은 샷의 저전압, 고전류 전기 폭발, (iii) FeOOH 및 수화된 알칼리 할로겐화물-수산화물 혼합물의 볼 밀링 또는 가열, 및 (iv) 아크 전류 플라즈마 상태를 유지하기 위해 용융 갈륨으로 2개의 플라즈마 전극을 전기적으로 단락시키는 용융 갈륨 주입기를 포함하는 여기에 설명된 발전 시스템에서 원자 H와 초기 HOH의 플라즈마 반응 유지(예, 도 32C 및 32D 참조). 300kW 이상의 초과 전력은 물 및 용융금속 열량계로 측정되었다. 라만 스펙트럼은 Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis Raman 분광기를 사용하여 다음 재료 와 함께 기록되었다: (i) 785 nm 레이저, (ii) 442 nm 레이저 및 (iii) 40X 배율의 현미경 모드에서 HeCd 325 nm 레이저.
니켈 호일 라만 샘플은 2000 표준 입방 센티미터/분(sccm) H2 및 1 sccm O2를 포함하는 반응 혼합물을 그림 32C 및 32D에 표시된 1리터 반응 부피 SunCell®에 흐르게 하여 준비하였다. SunCell®은 반응 셀 챔버 벽을 따라 Mo 라이너가 있는 8인치 직경의 4130 Cr-Mo 강철 셀로 구성되었다. SunCell®은 추가로 저장고에 있는 용융 갈륨, 전극 역할을 하고 갈륨을 W 카운터 전극에 대해 수직으로 펌핑하는 전자석 펌프, 전극들 사이에 고전류를 유지하여 하이드리노 반응 플라즈마를 유지하는 저전압-고전류 점화 전원, 및 0.75인치 OD Conflat 플랜지 세트에 의해 SunCell® 반응 셀 챔버의 상단 플랜지에 직접 연결된 글로우 방전 수소 분리기 및 재결합기로 구성되어 있다. 글로우 방전 전압은 260V였다. 글로우 방전 전류는 2A였다. 작동 압력은 5.9Torr이었다. 갈륨 온도는 수조 냉각과 함께 400°C로 유지되었다. 아크 플라즈마는 26-27V의 전압에서 1300A의 점화 전류로 유지되었다. 전자기 펌프 속도는 100g/s이었고, 출력 전력은 10번 취득에 상응하는 29 kW의 입력 점화력에 대해 300 kW 이상이었다. 라만 샘플을 만들기 위한 Ni 호일(1 X 1 X 0.1 cm)을 용융 갈륨에 넣었다. 반응을 10분 동안 실행하고 호일의 천으로 닦은 표면을 (i) 785 nm 레이저 및 (ii) 442 nm 레이저, Horiba Jobin-Yvon Si CCD 검출기(모델 번호 DU420A-OE-324) 및 300 라인/mm 격자와 함께 Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis 라만 분광기를 사용하여 라만 분광법으로 분석하였다.
10 동안 플라즈마 반응을 유지한 SunCell®의 용융 갈륨에 침지하여 준비한 Ni 호일에 785 nm 레이저가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼(2500 cm-1 ~ 11,000 cm-1) 이 도 36A-C에 도시되어 있다. 모든 새로운 라인의 에너지 E Raman 은 다음 중 하나와 일치하였다.
(i) 스핀-궤도 결합 에너지 및 플럭손 결합 에너지를 갖는 순수한 H 2 (1/4) 
회전 전이; 또는
(ii) 
에서 
스핀 회전 전이와 함께 
에서 
회전 전이를 포함하는 합동 전이; 또는
(iii) 최종 회전 양자수 
와 
에 대한 이중 전이 및 독립 전이의 합에 의해 주어진 에너지.
광자 에너지와 레이저 가열 에너지가 약 14,500 cm-1의 상한 에너지 한계로 회전 방출을 여기할 수 있는 785nm 레이저와 약 4000 cm-1의 검출 에너지 범위를 갖는 Si CCD 검출기의 조합을 사용하면 785nm 다차 레이저 라인의 분리 범위와 거의 일치하는 스펙트럼 창 내에서 다차 방출 스펙트럼 라인 세트를 감지할 수 있다. 레이저 다차선은 각각 6371, 8495, 9557, 10,193, 10,618 cm-1의 
에너지에서 2차, 3차, 4차, 5차 및 6차로 관찰되며, 여기서 모든 785nm 레이저 다차선의 광자 에너지는 12,742 cm-1 (1.58eV)이다.
레이저 여기 에너지 범위 및 검출기 범위에 상응하는 특정 스펙트럼 범위 내의 다차 방출 스펙트럼 라인 세트에 대한 배정은 한 세트의 구성원 대 다음 더 높은 에너지, 더 높은 순서 세트간의 에너지 분리 감소와 파수(wavenumber)가 증가함에 따라 주어진 세트의 구성원 사이의 라인 강도 감소와 일치한다(도 36A-C).
표 7B에서 H 2 (1/4) 회전 전이에 할당된 라만 피크는 약 35,000A의 전류로 폭발한 수화된 은 샷과 갈륨에 침지된SunCell® 갈륨 및 Cr, Fe 및 스테인리스강 포일에서도 관찰되었고, 여기서 Ni 호일의 경우와 같이 SunCell® 플라즈마 반응 후에 라만 스펙트럼이 실행된다. 깊이의 함수로서 순수 갈륨 샘플의 라만 스펙트럼은 라만 피크가 깊이에 따라 강도가 감소한다는 것을 보여주었고 이 경우 히드리노 반응이 양극화된 용융 갈륨인 양극 위의 공간 표면 및 근위의 플라즈마에서 발생한다는 이전 관찰을 확인시켜주는 음으로 극성화된 W 전극에서만 극미량으로 발견되었다. 이는 촉매로의 에너지 전달과 그에 따른 이온화로 인한 공간 전하를 감소시키기 위해 이온과 전자를 재결합하는 속도 증가 메커니즘과 일치한다.
H 2 (1/4)의 분광 시그니처는 또한 에너지 생성 실행 후 SunCell®의 용융 갈륨에서 얻은 반응 생성물을 수집, 정제함으로써 SunCell® 반응의 생성물로 관찰되었다. 구체적으로, SunCell®에서 10분 동안의 반응 플라즈마 실행을 유지하고, Ga2O3와 갈륨-스테인리스 강 금속 합금(~0.1-5%)을 용해시켜 백색 고분자 화합물(GaOOH:H2(1/4))을 형성하였다. 수성 4M KOH에서 실행 후 SunCell® 갈륨에서 수집하여 섬유가 성장하고 여과에 의해 수집된 표면으로 뜨게 한다. 도 37A에 도시된 라만 스펙트럼(2200 cm-1 ~ 11,000 cm-1)은 GaOOH:H2(1/4)에서 785nm 레이저가 장착된 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻었다. 모든 새로운 라인은 (i) 순수
에서 
회전으로의 전이, (ii) 
에서 
회전으로의 전이와 
에서 
스핀 회전으로의 전이를 포함하는 합동 전이, 또는 (iii) 최종 회전 양자수 
에서 
에 대한 이중 전이 중 하나에 일치하였다. 상응하는 스핀-궤도 결합 및 플럭손 커플링은 순수, 합동 및 이중 전이에서도 관찰되었다. 피크는 이전의 라만 실험에서 측정된 피크와 일치했으며, 두 번째 세트의 피크가 추가로 관찰되었으며 Ni 호일에서 관찰된 세트에 비해 150 cm-1 이동하였다(도 36A-C). 이는 XRD와 TEM에 의해 확인되고 EPR에서 두 개의 별개 스펙트럼 소스인 GaOOH:H2(1/4)의 두 가지 상이 존재하기 때문일 수 있다.
Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS와 785nm 레이저를 사용하여 1몰% H2O를 포함하는 80mg 은 샷의 점화 후 구리 전극에 라만 스펙트럼을 기록하였는데, 여기서 점용접기와 함께 12 V 35,000 A 전류를 적용하여 폭발을 성취하였다. 극자외선 방출의 피크 광출력은 20MW였다. 라만 스펙트럼(2200 cm-1 ~ 11,000 cm-1)은 도 37B에 나와 있다.
SunCell®의 HD(1/4) 생성물은 원자 수소 및 HOH 촉매의 공급원으로서 H2 및 O2 가스 혼합물을 대체하여 반응 셀 챔버에 250μl의 D2O를 주입하여 SunCell®에서 반응을 전파함으로써 형성되었다. SunCell®에서 10분 동안의 반응 플라즈마 실행이 유지되었으며, Ga2O3와 갈륨-스테인리스 강 금속 합금(~0.1-5%)을 용해하여 백색 고분자 화합물(GaOOH:HD(1/4))이 형성되었다. 수성 4M KOH에서 실행 후 SunCell® 갈륨에서 수집하여 섬유가 성장하고 여과에 의해 수집된 표면으로 뜨게 한다.
라만 스펙트럼(2500 cm-1 ~ 11,000 cm-1)은 785nm 레이저 GaOOH:HD(1/4)가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광계를 사용하여 얻었다(도 38A-C). 라만 피크는 순수한 수소 분자 하이드리노의 스펙트럼(도 36A-C)과 도 38A-C에 도시된 중수소 분자 하이드리노의 스펙트럼을 비교함으로써 증명된 바와 같이 중수소 치환으로 확실히 이동하였다. 후자의 경우 모든 새로운 라인의 에너지 
는 다음 중 하나와 일치하였다.
(i) 스핀-궤도 결합 에너지와 플럭손 결합 에너지를 사용한 순수 
회전 전이;
(ii) 대응하는 스핀-궤도 결합 에너지를 갖는 
내지 
스핀 회전 전이를 갖는 
내지 
회전 전이를 포함하는 합동 전이;
(iii) 최종 회전 양자 수 
에 대한 이중 전이.
적외선 분광 회전 전이는 전기 쌍극자 모멘트가 없는 대칭 이원자 분자에 대해 금지된다. 그러나 분자 하이드리노는 고유하게 쌍을 이루지 않은 전자를 가지고 있기 때문에 분자 하이드리노의 자기 쌍극자를 정렬하기 위해 자기장을 적용하는 것은 샘플의 고유 자기장 영향과 함께 H2(1/4)의 새로운 전이를 허용하는 선택 규칙을 깨트리는 수단이다. 공동 회전과 스핀-궤도 결합은 금지된 전이를 허용하는 또 다른 메커니즘이다. 냉각 MCT 검출기가 장착된 Thermo Scientific Nicolet iN10 MX 분광기의 흡광도 모드를 사용하여 GaOOH:H2 (1/4)(SunCell 작업에서 생성된 수소 생성물이 함침된 GaOOH)의 고체 샘플 펠릿에 대해 약 2000G의 필드 강도를 갖는 Co-Sm 자석을 사용하여 적용된 자기장의 존재 및 부재와 함께 FTIR 분석을 수행하였다. 도 39A에 표시된 스펙트럼은 자기장의 적용이 4164 cm-1에서 FTIR 피크를 발생시켰음을 보여주는데, 이는 협력하는 회전 및 스핀-궤도 전이 
내지 
, 
에 일치한다.
샘플에 존재하지 않는 H2 외에는 피크의 높은 에너지로 인해 알려진 배정이 없다. 또한, 1801 cm-1에서 급격한 피크의 강도가 크게 증가하는 것이 관찰되었다. 이 피크는 대조 GaOOH의 FTIR에서는 관찰되지 않았다.
피크는 
내지 
, 
, 
에 대한 협력하는 회전 및 스핀-궤도 전이와 일치하였다. 4000-8500 cm-1 영역의 더 높은 감도 척도(도 39B)는 다음에서 추가의 피크를 보여준다: (i) 협력되는 회전 및 스핀-궤도 전이 
내지 
, 
, 
에 일치하는 4899 cm-1, (ii) 순수 회전 및 스핀-궤도 전이 
내지 
, 
에 일치하는 5318 cm-1 및 (iii) 순수 회전 및 스핀-궤도 전이 
내지 
, 
, 
에 일치하는 6690 cm-1.
자유 전자와의 상호 작용을 포함하는 분자 하이드리노 회전 전이를 관찰하기 위한 선택 규칙에 대한 자성 재료의 영향을 조사하였다. 길이 46 cm, 폭 및 높이 12.7 cm를 갖는 직사각형 직육면체 플렉시글라스 챔버에서 초고순도 Fe 와이어의 와이어 폭발에 의해 고체 웹-유사 섬유를 포함하는 라만 샘플을 제조하였다.
길이 10.2 cm, 직경 0.25 mm의 Fe 금속 와이어(99.995%, Alfa Aesar #10937-G1)가 챔버 바닥에서 9 cm 거리에 Mo 너트가 있는 두 개의 Mo 극 사이에 장착되었으며, 15kV 커패시터(Westinghouse 모델 5PH349001AAA , 55 
F)에 35kV DC 전원으로 557J에 해당하는 약 4.5kV를 충전하고, 트리거 스파크 갭 스위치(Information Unlimited, model-Trigatron10, 3kJ)가 있는 12V 스위치를 사용하여 커패시터에서 챔버 내부의 금속 와이어로 연결하여 와이어를 폭발시키기 위해 회로를 폐쇄하였다. 폭발 챔버에는 가습기와 수증기 센서에 의해 제어되는 20Torr의 수증기를 포함하는 공기가 있었다.
수증기는 분자 하이드리노 
를 형성하기 위해 HOH 촉매와 원자 H의 공급원으로 사용되었다. 트리거 스위치를 닫기 전에 고전압 DC 전원 공급 장치를 껐다. 약 4.5kV의 피크 전압은 5kA의 피크 전류에서 약 300 
초에 걸쳐 감쇠 고조파 발진기로 방전되었다. 와이어 폭발 후 약 3-10분 내에 그물 모양의 섬유가 형성되었다. 분석 샘플은 챔버 바닥과 벽뿐만 아니라 챔버에 배치된 Si 웨이퍼에서 수집되었다. 라만 스펙트럼은 Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis Raman 분광기를 사용하여 40X 또는 785 nm 레이저로 현미경 모드에서 HeCd 325 nm 레이저를 사용하여 기록되었다.
20 Torr의 수증기로 유지되는 공기 중에서 초고순도 Fe 와이어의 와이어 폭발에 의해 제조된 고체 그물 유사 섬유에 대한 785 nm 레이저가 있는 Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 분광기를 사용하여 얻은 라만 스펙트럼이 도 40A 및 40B에 도시되어 있다. 3420 cm-1 ~ 4850 cm-1 라만 스펙트럼 영역(도 40A)에서 볼 수 있듯이 주기적인 일련의 피크가 관찰되었다. Fe-web:H2 (1/4) 샘플을 HCl로 처리하여 일련의 피크가 샘플에서 유래하는 것으로 확인되었다. 도 40A에 도시된 바와 같이, 모든 라만 피크는 FeCl3 및 HO를 형성하기 위한 샘플의 산화철, 옥시수산화철 및 수산화철 종의 반응에 의해 Fe-웹 샘플의 산 처리에 의해 제거되었다. 유사하게, KCl은 또한 주기적인 피크가 광학의 에탈론 또는 기타 인공물로 인한 것이 아님을 더 입증하는 이 스펙트럼 범위에서 피크를 나타내지 않았다. 제조사인 Horiba Instruments, Inc.에서 적외선 CCD 검출기(Synapse CCD 카메라가 장착된 Horiba Aramis 라만 분광기 모델: 354308, S/N: MCD-1393BR-2612, 1024x256CCD 전면 조명 개방 전극)가 전면에 있음을 확인하였고, 이는 또한 에탈론 인공물의 가능성을 배제한다. 매우 높은 에너지로 인해 이전에 알려진 화합물로 전이를 할당할 수 없다.
예시 11: 수조 열량계 (WBC)
3명의 전문가가 SunCells®의 전력 균형을 용융 금속 수조 및 수조 열량계를 사용하여 독립적으로 측정하였다. 용융 금속 열량 측정 테스트는 4인치 입방체 또는 6인치 구형 스테인리스강 플라즈마 셀에서 수행되었으며, 각각은 플라즈마 셀에서 유지되는 플라즈마 반응의 전력 균형에 대한 열량 측정 측정을 위한 용융 금속 수조 역할을 하는 액체 갈륨 또는 Galinstan의 내부 질량을 포함하였다. 용융 금속은 또한 초저전압, 고전류 플라즈마의 형성 및 작동에서 음극으로 작용하고 텅스텐 전극은 음극에서 전자 펌프 주입에 의해 전극 사이에 전기 접촉이 이루어질 때 양극으로 작용하였다. 플라즈마 형성은 2000 sccm H2/20 sccm O2 또는 3000 sccm H2/50 sccm O2 주입에 따라 달라졌다. 수소 플라즈마 반응을 유지하기 위한 전력의 2.3배에서 2.8배 범위의 이득과 함께 197kW에서 273kW 범위의 초과 전력이 표 17-18에 나와 있다. 에너지 분산 X선 분광법(EDS)에 의해 결정된 바와 같이 세포 구성요소에서 관찰된 화학적 변화는 없었다. H2/1%O2 연료와 HOH 촉매 소스의 연소로 인한 전력은 무시할 수 있을 정도였으며(50sccm O2 흐름의 경우 16.5W) 전지 외부에서 발생하였다. 따라서 기존 화학 물질의 이론상 최대 초과 전력은 0이었다.
수조 열량계(WBC)는 방출된 에너지를 완벽하게 포착하고 정확한 자격을 부여하는 고유한 능력이 있기 때문에 매우 정확한 에너지 측정 방법이 될 수 있다. 그러나 SunCell®을 수조에 담그면 공기 중에서 작동하는 것에 비해 벽 온도가 상당히 낮아진다. 히드리노 반응 속도는 온도, 전류 밀도 및 벽 온도에 따라 증가하며, 후자는 생성물 억제를 피하기 위해 벽을 통한 고분자 히드리노 투과율을 촉진한다. 높은 갈륨 및 벽 온도의 양호한 작동 조건을 유지하면서 SunCells®에 의해 생성된 절대 출력 에너지를 평가하기 위해 셀을 전력 생산 단계 동안 케이블에 매달아 작동시킨 다음 전기 윈치를 이용하여 셀을 수조 속으로 낮추었다. 전체 수중 전지 어셈블리의 열 인벤토리는 수온 및 증기 생성의 증가 형태로 수조로 이전되었다. 셀 온도를 수조의 온도와 평형시킨 후 셀을 수조에서 들어 올려 수조의 열 재고 증가를 수조 온도 상승과 물 무게를 측정하여 증기로 손실된 물을 기록하여 정량화하였다. 증기로의 수분 손실을 정확하게 측정하기 위한 카운터 균형 물 탱크와 디지털 저울이 있는 레버 시스템으로 구성된 수조 열량계가 도 41에 나와 있다.
이 WBC 테스트는 또한 실린더형 셀을 특징으로 하며, 각 셀에는 해당 열 싱크가 있는 용융 금속 저장소 역할을 하는 액체 갈륨의 내부 덩어리가 포함되어 있다. 용융 갈륨은 또한 초저전압, 고전류 하이드리노 반응 구동 플라즈마의 형성 및 작동에서 전극 역할을 하는 반면, 텅스텐 전극은 저장소에서 W 전극으로 용융 금속의 전자기 펌프 주입에 의해 전극 사이에 전기 접촉이 이루어질 때 카운터 전극 역할을 한다. 저장소에서 W 전극으로 용융 금속. 플라즈마 형성은 약 8% 산소 가스와 함께 수소 가스 주입과 DC 전원을 사용하여 저전압에서 고전류 인가에 의존한다. 수소 플라즈마 반응을 유지하기 위한 전력의 3.9배에서 4.7배 범위의 취득과 함께 273kW에서 342kW 범위의 초과 전력이 표 1-5에 나와 있다. 반응 후 갈륨에 대해 수행된 에너지 분산 X-선 분광법(EDS)에 의해 결정된 바와 같이 전지 구성요소에서 관찰된 화학적 변화는 없었다. H2/8% O2 연료 및 HOH 촉매 소스의 연소로 인한 전력은 미량 산소에 의해 제한되었으며 무시할 수준 이었다. EM 펌프 전력의 입력 전력도 무시할 수준 이었다.
표 1. Mark Nansteel 박사가 용융 금속 수조 열량계를 사용하여 SunCell®에서 유지되는 하이드리노 플라즈마 반응에 의해 생성된 273kW의 전력을 검증하였다.
| 지속 기간 | 입력 에너지 (kJ) | 출력 에너지 (kJ) | 입력 전력 (kW) | 출력 전력 (kW) | 전력 이득 | 순 초과 전력 (kW) |
| 1.27 | 212.9 | 485.8 | 167.6 | 382.5 | 2.28 | 273 |
표 2. Randy Booker 박사와 Stephen Tse 박사가 용융 금속 수조 열량계를 사용하여 SunCell®에서 유지되는 하이드리노 플라즈마 반응에 의해 생성된 200kW의 전력을 검증하였다.
| 지속 기간 | 입력 에너지 (kJ) | 출력 에너지 (kJ) | 입력 전력 (kW) | 출력 전력 (kW) | 전력 이득 | 순 초과 전력 (kW) |
| 2.917 | 422.1 | 1058.1 | 144.7 | 362.8 | 2.51 | 218.1 |
| 5.055 | 554.7 | 1548.1 | 109.7 | 306.25 | 2.79 | 196.5 |
표 3. Randy Booker 박사는 수조 열량계를 사용하여 SunCell®에서 유지되는 하이드리노 플라즈마 반응에 의해 생성된 296kW의 전력을 검증하였다.
| 지속 기간 | 입력 에너지 (kJ) | 출력 에너지 (kJ) | 입력 전력 (kW) | 출력 전력 (kW) | 전력 이득 | 순 초과 전력 (kW) |
| 2.115 | 193 | 818.4 | 91.2 | 386.9 | 4.24 | 296 |
표 4. Stephen Tse 박사는 수조 열량계를 사용하여 SunCell®에서 유지되는 하이드리노 플라즈마 반응에 의해 생성된 최대 342kW의 전력을 검증하였다.
| 지속 기간 | 입력 에너지 (kJ) | 출력 에너지 (kJ) | 입력 전력 (kW) | 출력 전력 (kW) | 전력 이득 | 순 초과 전력 (kW) |
| 2.115 | 192.95 | 915.35 | 91.2 | 432.8 | 4.74 | 341.6 |
표 5. Mark Nansteel 박사는 수조 열량계를 사용하여 고급 튜브형 SunCell®에서 유지되는 하이드리노 플라즈마 반응에 의해 생성된 최대 273kW의 전력을 검증하였다. 전력 밀도는 놀라운 5MW/리터였다.
| 지속 기간 | 입력 에너지 (kJ) | 출력 에너지 (kJ) | 입력 전력 (kW) | 출력 전력 (kW) | 전력 이득 | 순 초과 전력 (kW) |
| 274.9 | 274.9 | 1080.2 | 93.2 | 366.2 | 3.93 | 273.0 |
전력 균형을 정량화하기 위해 테스트 기간 동안 증기 생산으로 손실된 수분 중량을 사용하여 수조에 담근 셀에 대해 열 테스트를 추가로 수행하였다. 각 셀은 6kg의 갈륨을 포함하는 5.4 cm 높이 및 10.2 cm ID 치수를 갖는 베이스에 부착된 원통형 저장소와 함께 20 cm ID, 14.3 cm 높이 및 1.25 mm 두께를 측정하는 원통형 4130 Cr-Mo 강철 반응 챔버로 구성되었다. 발전된 상업적 규모, 품질 및 전력 밀도의 연속 증기 동력은 전지로 유입된 H2 및 미량 O2 반응물의 온도 및 글로우 방전 해리 재결합을 변화시켜 제어할 수 있는 것으로 관찰되었다. 특히 기본 셀 설계의 세 가지 변형을 통해 이러한 작동 매개변수를 테스트할 수 있다. 셀 벽은 갈륨 합금 형성을 방지하기 위해 세라믹 코팅으로 코팅되었으며 셀은 약 200 °C에서 작동되었다. 다음으로, 반응 셀 챔버는 셀 벽에서 플라즈마까지 다음을 포함하는 동심원 3 층 라이너를 추가하여 수정되었다: (i) 외부 1.27 cm 두께의 전체 길이 탄소 실린더, (ii) 1 mm 두께로 구성된 전체 길이 Nb 실린더, 및 (iii) 육각형으로 배열된 4 mm 두께, 10.2 mm 높이의 W 플레이트. 이 플레이트는 W 용융 금속 주입기 전극과 W 카운터 전극 사이의 강한 플라즈마 영역을 완전히 덮는다. 라이너는 갈륨 온도를 400°C 이상으로 높이는 단열재 역할을 하며 또한 관찰된 더 강한 플라즈마로부터 벽을 보호한다.
라이너를 포함하는 전지는 H2 가스를 원자 H로 해리하고 초기 HOH를 형성하기 위해 글로우 방전 셀을 추가하여 추가로 수정되었다. 용융 금속 전지의 성능에서 관찰된 동역학적으로 유리한 고온 반응 조건은 이러한 전지가 수냉각되지 않았기 때문에 발생하였다. 1eV 온도는 11,600K 가스 온도에 해당하므로 수냉 조건에서 매우 높은 반응 혼합물 온도와 동일한 온도가 달성되었다. 글로우 방전 셀은 Conflat 플랜지에 의해 반응 셀 챔버의 상단에 베이스에서 볼트로 고정된 10.2 cm 길이의 3.8 cm 직경 스테인리스 스틸 튜브로 구성되었다. 양극 글로우 방전 전극은 글로우 방전 셀 상단에 고전압 피드스루로 전원이 공급되는 스테인리스강 막대였으며 몸체는 카운터 전극 역할을 하도록 접지되었다. 3000sccm H2와 1sccm O2의 반응 가스 혼합물을 방전 셀의 상단을 통해 흐르고 하단에서 반응 셀 챔버로 흘렸다.
하이드리노 반응으로 인해 발전된 전력은 작동 온도가 ~200°C에서 400°C 이상으로 증가하면서 평균 26kW에서 55.5kW로 두 배가 되었다. 전력은 가스 반응물을 활성화하기 위한 글로우 방전 셀의 작동에 의해 더욱 강화되었으며, 여기서 하이드리노 전력은 93kW로 다시 약 2배로 관찰되었다. 결과는 표 6에 나와 있다. 높은 온도와 글로우 방전 활성화의 조합은 초과 전력의 극적인 영향을 끼친다. 결과는 하이드리노 이론에 기초한 H와 HOH 촉매 사이의 촉매 화학 반응에 대한 예상과 일치한다.
표 6. Mark Nansteel 박사는 증기 생산에서 질량 균형을 사용하여 SunCell®에서 유지되는 플라즈마 반응에 의해 생산된 93kW의 전력을 검증하였다. 하이드리노 반응은 작동 온도와 글로우 방전 플라즈마에 의한 가스 반응물의 활성화에 의존하는 것으로 나타났다.
| 방출 |
갈륨 온도
(°C) |
지속 기간 | 입력 에너지 (kJ) | 출력 에너지 (kJ) | 입력 전력 (kW) | 출력 전력 (kW) | 전력 이득 | 순 초과 전력 (kW) |
| Yes | 196 | 302 | 10,346 | 16,480 | 34.26 | 54.57 | 1.59 | 20.3 |
| Yes | 177 | 296 | 9341 | 18,708 | 31.56 | 63.20 | 2.00 | 31.7 |
| No | 458 | 167 | 6951 | 16,264 | 41.62 | 97.39 | 2.34 | 55.8 |
| Yes | 425 | 200 | 7800 | 26,392 | 39.00 | 131.96 | 3.38 | 93.0 |
결론
하이드리노와 분자 하이드리노 
는 원자 수소와 3x27.2 eV의 공명 에너지 수용체, 초기 H2O의 촉매 반응에 의해 형성되었고, 여기서 반응 속도는 결과적으로 이온화된 HOH로 에너지 전달에 의해 형성된 이온과 전자를 재결합하기 위해 아크 전류를 적용함으로써 크게 증가하였다. 금속 산화물에 결합되고 반 데르 발스 힘(van der Waals forces)에 의해 금속 및 이온 격자에 흡수된 H2 (1/4)는 다음으로 생성되었다: (i) 수증기를 포함하는 대기에서 고전압 전기 폭발 Fe 와이어, (ii) 저전압, 고전류 전기의 수화된 은 샷의 폭발, (iii) 수화된 알칼리 할로겐화물-수산화물 혼합물의 볼 밀링 또는 가열, 및 (iv) 용융 갈륨으로 아크 전류 플라즈마 상태를 유지하기 위해 두 개의 플라즈마 전극을 전기적으로 단락시키는 용융 갈륨 주입기를 포함하는 소위 SunCell®에서 H와 HOH의 플라즈마 반응 유지. 340kW 수준의 초과 전력은 물 및 용융 금속 수조 열량계로 측정되었다. 분자 히드리노 H2(1/4) 생성물을 포함하는 것으로 예측된 샘플은 다음과 같은 결과와 함께 다중 분석 방법으로 분석되었다.
H2(1/4)는 전자 상자성 공명(EPR) 분광법에 의해 결정될 수 있는 이 독특한 수소 분자 상태의 전자 구조를 가능하게 하는 쌍을 이루지 않은 전자를 포함한다. 특히, H2(1/4) EPR 스펙트럼은 해당 전자 스핀-궤도 결합 양자수의 함수인 스핀-궤도 결합 에너지에 의해 분리된 구성원과 함께 일련의 피크 쌍으로 분할되는 2.0046386의 g-인자를 갖는 주요 피크로 구성된다. 쌍을 이루지 않은 전자 자기 모멘트는 H2(1/4)의 반자성 민감도에 따라 H2(1/4) 분자 궤도의 쌍을 이룬 전자에 반자성 모멘트를 유도한다. 고유한 쌍-비쌍 전류 상호작용의 상응하는 자기 모멘트와 핵간 축에 대한 상대적 회전 운동으로 인한 자기 모멘트는 스핀-궤도 결합 에너지를 발생시킨다. EPR 스펙트럼 결과로 쌍을 이루지 않은 전자의 스핀 자기 모멘트와 스핀 자기 모멘트의 플립 에너지를 이동시킨 쌍을 이루지 않은 전자에 의해 한 쌍의 전자에 유도된 궤도 반자성 모멘트 사이의 스핀-궤도 결합을 확인하였다. 각 스핀-궤도 분할 피크는 전이에 관련된 각운동량 성분의 수에 해당하는 전자 플럭손 양자수의 함수인 정수 플럭손 에너지와 일치하는 일련의 균등한 간격의 피크로 더 세분화되었다.
스핀 플립 전이가 발생하는 동안 쌍을 이루는 자기 모멘트와 쌍을 이루지 않은 자기 모멘트 사이의 커플링 동안 자속 양자 h/2e 단위로 균일한 간격의 하위 분할 피크가 자속 결합에 할당되었다. 추가로, 분자 궤도에 의해 축적된 자속 결합에 따라 증가하는 자기 에너지로 인해 일련의 피크 쌍의 다운필드 쪽에서 스핀-궤도 결합 양자수에 따라 스핀-궤도 분할이 증가하였다. 9.820295GHz의 EPR 주파수에 대해 자기 에너지와 스핀-궤도 결합 에너지로 인한 결합된 이동으로 인한 다운필드 피크 위치
는 다음과 같다.
양자화된 스핀-궤도 분할 에너지
와 전자 스핀-궤도 결합 양자 수 
를 갖는 업필드 피크 위치 
는 다음과 같다.
각 스핀 궤도 피크 위치에서 정수 계열 피크의 분리
는 다음과 같다.
그리고 
,
전자 플럭손 양자수 
.이러한 EPR 결과는 Hagen 박사가 델프트 대학(TU Delft)에서 처음 관찰하였다.
H2(1/4)의 EPR 스펙트럼의 정수 간격 피크 패턴은 하이드리노 수소화물 이온의 고해상도 가시 스펙트럼에서 관찰되는 주기적인 패턴과 매우 유사하다. 공통 원자 궤도에서 쌍을 이루는 전자와 쌍을 이루지 않은 전자를 포함하는 히드리노 수소화물 이온은 또한 h/2e의 양자화된 단위로 플럭스 연결 현상을 보여주었다. 더욱이, 라만 분광법 동안 레이저 조사에 의해 H2(1/4)의 회전 에너지 준위가 여기되고 고에너지 전자가 충돌하여 H2(1/4)와 전자빔을 형성할 때 동일한 현상이 관찰되었다. EPR, 라만 및 전자빔 여기 스펙트럼이 H2(1/4) 반자성 민감도 계수의 역수에 따라 다른 에너지 범위에서 분자 하이드리노의 구조에 대해 동일한 정보를 제공한다는 것은 놀라운 일이다. 1/7X10-7 = 1.4X106, 여기서 EPR 동안 활성화된 유도된 반자성 궤도 자기 모멘트는 라만 및 회전 전이의 전자빔 여기 동안 활성화된 궤도 분자 회전 자기 모멘트로 대체되었다.
초전도 양자 간섭 장치(SQUID)와 같은 조셉슨 접합(Josephson junctions)은 자속 양자 또는 플럭손 
의 양자화된 단위로 자속을 연결한다. 마이크로파에서 자외선 범위에 걸쳐 전자기 복사의 특정 주파수를 적용하여 제어되는 하이드리노 수소화물 이온과 분자 하이드리노에 의한 자속의 연결에 대해서도 동일한 행동이 예측되고 관찰되었다. H2(1/4)와 같은 하이드리노 종은 극저온에 비해 높은 온도에서도 작동하고 분자 수소보다 43배 또는 64배 작은 단일 분자일 수 있는 컴퓨터 논리 게이트 또는 메모리 요소를 가능하게 한다. 자기 수소 분자를 포함하는 분자 하이드리노는 다른 분야에서도 많은 다른 응용을 가능하게 한다. 자기공명영상(MRI)의 가스 조영제는 한 가지 예일 뿐이다.
구체적으로, 예시적인 라만 전이 회전은 핵간 축에 수직인 반단축에 관한 것이다. 고유 전자 스핀 각운동량은 분자 회전축을 따라 해당 분자 회전 각운동량에 평행하거나 수직으로 정렬되며, 분자 회전 전이 중에 스핀 전류의 공동 회전이 발생한다. 고유 스핀의 해당 자기 모멘트와 분자 회전의 상호 작용은 스핀-궤도 양자수의 함수인 스핀-궤도 결합 에너지를 발생시킨다. 라만 스펙트럼 결과를 통해 쌍을 이루지 않은 전자의 스핀 자기 모멘트와 분자 회전으로 인한 궤도 자기 모멘트 사이의 스핀-궤도 결합을 확인하였다. 회전 전이의 에너지는 대응하는 전자 스핀-궤도 결합 양자수의 함수로서 이러한 스핀-궤도 결합 에너지에 의해 이동되었다.
스핀-궤도 에너지에 의해 이동된 분자 회전 피크는 회전 전이에 포함된 각운동량 성분의 수에 따라 전자 플럭손 양자 수에 해당하는 각 에너지와 함께 플럭손 연결 에너지에 의해 추가로 이동된다. 관찰된 라만 스펙트럼 피크의 하위 분할 또는 이동은 회전 전이가 발생하는 동안 스핀과 분자 회전 자기 모멘트 사이의 스핀-궤도 결합 동안 자속 양자 h/2e 단위의 자속 연결에 할당된다. 모든 새로운 라인은 다음 중: (i) 스핀-궤도 결합 및 플럭손 결합을 통한 순수 
에서 
회전 전이:
하이드리노 착물 GaOOH:H2(1/4):H2O에 기록된 예상 H2(1/4) UV 라만 피크는 착물이 325 nm 레이저의 강렬한 형광을 억제하는 12,250-15,000 cm-1 영역에서 관찰되었다. H2(1/4) UV 라만 피크는 하이드리노 반응 플라즈마에 노출된 Ni 포일에서도 관찰되었다. 모든 새로운 라인은 일치된 순수 회전 전이 
및 
스핀-궤도 결합 및 플럭손 연결 분할과 함께 스핀 전이를 일치하였다:
관측된 라만 선 중 19개는 확산 성간 밴드(DIB)라고 불리는 성간 매질과 관련된 할당할 수 없는 천문학 선과 일치한다. Hobbs에 의해 나열된 모든 380개의 DIB를 스핀-궤도 분할 및 플럭손 하위 분할이 있는 H2(1/4) 회전 전이에 할당한 것은 Hobbs가 보고한 것과 일치한다[L. M. Hobbs, D. G. York, T. P. Snow, T. Oka, J. A. Thorburn, M. Bishof, S. D. Friedman, B. J. McCall, B. Rachford, P. Sonnentrucker, D. E. Welty, A Catalog of Diffuse Interstellar Bands in the Spectrum of HD 204827", Astrophysical Journal, Vol. 680, No. 2, (2008), pp. 1256-1270, http://dibdata.org/HD204827.pdf, https://iopscience.iop.org/article/10.1086/587930/pdf, 각각은 전체 내용이 참고로 여기에 포함됨]. 분자 하이드리노 회전 전이 에너지는 적외선에서 자외선까지 광범위한 주파수를 포함하므로 해당 파장에 걸쳐 있는 분자 레이저를 사용할 수 있다.
회전 에너지는 HD(1/4)를 형성하기 위해 분자 하이드리노 H2(1/4)의 양성자 1개를 중수소 1개로 대체할 때 3/4의 인자로 변경된 감소된 질량에 의존한다. HD(1/4) 라만 스펙트럼의 회전 에너지는 예상대로 H2(1/4)의 회전 에너지에 대해 이동하였다. 모든 새로운 라인은 (i) 순수 HD(1/4) 
에서 
HD(1/4)에서 스핀-궤도 결합 및 플럭손 커플링을 사용한 회전 전이:
, (ii) 
에서 
회전 전이와 
에서 
스핀 회전 전이를 포함하는 합동 전이: 
, 또는 (iii) 최종 회전 양자수의 이중 전이 s 
:
본질적으로 자유 가스 EPR 스펙트럼에 대한 케이지 역할을 하는 GaOOH 격자에 포획된 분자 하이드리노 H2(1/4)의 경우와 유사하게, 비활성 가스 혼합물의 H2(1/4)는 회전-진동 스펙트럼을 관찰하기 위해 상호 작용이 없는 환경을 제공한다. 전자빔의 고에너지 전자로 조사된 H2(1/4)-비활성 가스 혼합물은 H2(1/4) P 브랜치에 상응하는 일련의 회전 전이와 함께 H2(1/4) 
에서 
진동 전이 에 일치하는 8.25 eV 컷오프되는 자외선 (150-180 nm) 영역에서 동일한 0.25 eV 공간있는 선방출을 나타내었다.
스펙트럼 핏은 
에 잘 일치하며, 여기서 0.515 eV와 0.01509 eV는 각각 일반 분자 수소의 진동 및 회전 에너지이다. 추가로, 라만 분광법으로도 관찰된 회전 스핀-궤도 분열 에너지와 일치하는 작은 위성 라인이 관찰되었다. 회전 스핀-궤도 분할 에너지 분리는 
와 일치하며, 여기서 1.5는 
와 
분할과 관련된다.
진동 전이로 H2(1/4) P-가지 회전 전이의 스펙트럼 방출은 또한 KCl 결정질 매트릭스에 포획된 H2(1/4)의 전자빔 여기에 의해 관찰되었다. 회전 피크는 자유 회전자의 피크와 일치하는 반면 H2(1/4)의 진동과 KCl 매트릭스의 상호 작용으로 인한 유효 질량의 증가에 의해 진동 에너지가 이동한다. 스펙트럼 맞춤은 0.25 eV에서 간격을 둔 피크를 포함하는 
와 잘 일치하였다. H2(1/4) 진동 에너지 이동의 상대적 크기는 KCl에 포획된 일반 H에 의해 야기된 회전-진동 스펙트럼에 대한 상대적 효과와 일치하였다.
고에너지 레이저를 이용한 라만 분광법을 사용하여 8000 cm-1 ~ 18,000 cm-1 영역에서 일련의 1000 cm-1(0.1234 eV) 동에너지 간격의 라만 피크가 관찰되었으며, 여기서 라만 스펙트럼의 형광 또는 광발광 스펙트럼으로의 전이는 
로 주어진 KCl 매트릭스에서 H2(1/4)의 전자빔 여기 방출 스펙트럼에 상응하고0.25 eV 에너지 간격의 회전 전이 피크와 함께 
에서
H2(1/4)의 적외선 전이는 전기 쌍극자 모멘트가 없는 대칭 때문에 금지된다. 그러나 고유 자기장에 추가하여 자기장을 가하면 H2(1/4)의 정렬된 자기 쌍극자와 결합하여 분자 회전 적외선 여기가 허용되는 것으로 관찰되었다. 또한 스핀-궤도 전이와 결합하여 전이가 가능하였다.
496 eV의 총 에너지에 해당하는 Compton 효과에 의한 H2(1/4)의 허용된 이중 이온화는 결정질 무기 및 금속 격자에 통합과 함께 H와 HOH의 반응으로 인해 H2(1/4)를 포함하는 샘플에 대한 X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 관찰되었다
H2(1/4)는 수소와 헬륨이 가장 빠른 이전 알려진 이동 속도와 그에 상응하는 가장 짧은 체류 시간을 갖는다는 점을 고려하면 하이드리노로부터 반응을 생성하는 가스보다 더 빠른 이동 속도로 반응을 생성하는 가스 크로마토그래피에 의해 추가로 관찰되었다. 분자 하이드리노는 극저온유체, 가스 열전달 물질 및 부력 물질의 역할을 할 수 있다.
극자외선(EUV) 분광법은 HOH 촉매에 의해 촉매되는 H(1/4)로의 하이드리노 반응 전이 H에 해당하는 10.1 nm 컷오프로 극자외선 연속체 방사선을 기록하였다.
양성자 매트릭스에 포획된 분자 하이드리노의 MAS NMR은 매트릭스와의 상호작용을 통한 식별을 위해 분자 하이드리노의 고유한 자기 특성을 이용하는 수단을 나타낸다. NMR 스펙트럼과 관련된 독특한 고려 사항은 가능한 분자 하이드리노 양자 상태이다. 양성자 마법각 회전 핵 자기 공명 분광법(1H MAS NMR)은 -4ppm ~ -5ppm 영역에서 업필드 매트릭스-물 피크, 분자 하이드리노의 쌍을 이루지 않은 전자의 시그니처 및 결과적인 자기 모멘트를 기록하였다.
분자 하이드리노는 다수의 하이드리노 분자의 자기 모멘트가 협력적으로 상호작용할 때 상자성, 초상자성 및 강자성과 같은 벌크 자기를 일으킬 수 있다. 분자 하이드리노를 포함하는 화합물의 자화율을 측정하기 위해 진동 샘플 자력계를 사용하여 초상자성을 관찰하였다.
K2CO3 및 KOH와 같은 옥시음이온을 포함하는 무기 화합물에 대한 H2(1/4) 가스의 착물화는 
와 
와 같은 M + 2 다량체 단위의 독특한 관찰에 의해 확인되었고, 여기서 분자 하이드리노 가스 공급원에 K2CO3 및 KOH를 노출시키고 비행 2차 이온 질량 분석기(ToF-SIMS)의 동작 시간 및 비행 2차 이온 질량 분석기(ESI-ToF)의 전자 분무 시간에 의해 n은 정수이고, 수소 함량은 다른 분석 기술에 의해 H2(1/4)로 확인되었다. 
와 같은 무기 고분자 외에도 ToF-SIMS 스펙트럼은 히드리노 수소화물 이온의 안정성으로 인해 강한 
피크를 보였다.
HPLC는 무기 이온으로 단편화된 유기 분자 매트릭스 컬럼의 크로마토그래피 피크에 의해 입증된 바와 같이 유기 분자처럼 행동하는 무기 하이드리노 화합물을 보여주었다.
하이드리노 반응의 고에너지 및 전력 방출의 특징은 다음으로 검증되었다: (i) H 원자와 HOH 또는 아르곤-H2, H2, H2O증기 플라즈마와 같은 H 촉매를 포함하는 플라즈마에서 H 발머의 100eV 이상의 라인 확장에 의한 놀라운 도플러 라인 확장, (ii) H 여기 상태 선 반전, (iii) 비정상적인 H 플라즈마 잔광 지속 시간, (iv) 충격파에 대한 전력 커플링이 단지 약 1%인 것과 함께 화약 몰에 약 10배에 해당하는 충격파 전파 속도 및 해당 압력, (v) 최대 20MW의 광학 전력, (vi) 하이드리노 고체 연료, 하이드리노 전기화학 전지 및 SunCell®의 열량계, 여기서 후자는 340,000W의 전력 수준에서 검증되었다. 하이드리노 반응의 H 반전, 광학 및 충격 효과는 각각 원자 수소 레이저, EUV 및 기타 스펙트럼 영역의 고출력 광원, 보다 강력하고 비민감한 에너지 재료의 실제적 응용이 있다.
전력 균형은 수조의 열 인벤토리의 변화로 측정되었다. SunCell® 구성 요소의 녹는점에 거의 도달하여 제한된 지속 시간의 전력 가동 후, SunCell®의 열은 수조로 전달되었고 수조의 열 재고 증가는 수조 온도 상승과 물 무게 손실을 측정하여 수증기로 손실된 물을 기록하여 정량화되었다. SunCell®은 수조 냉각으로 지속적으로 작동하도록 장착되었으며 하이드리노 반응으로 인한 지속적인 초과 전력은 100,000W 수준에서 검증되었다.
이러한 분석 테스트를 통해 동력 밀도에서 알려진 다른 동력원을 초과하는 동력이 방출되어 형성되는 더 작고 안정적인 형태의 수소인 히드리노의 존재를 확인하였다. Brilliant Light Power는 이 친환경 전원을 활용하기 위해 독점적인 SunCell®을 개발하고 있다. 하이드리노 반응에 의해 형성된 에너지 플라즈마는 기존의 Rankine, Brayton 및 Stirling 사이클에 추가로 새로운 직접 전력 변환 기술을 가능하게 한다. 새로운 자기유체역학 사이클은 90% 이상의 효율에서 23MW/리터 전력 밀도에서 전력을 생성할 가능성이 있다[R. Mills, M. W. Nansteel, "산소 및 은 나노입자 에어로졸 자기유체역학적 전력 사이클", 항공 및 항공 우주 공학 저널, Vol. 8, Iss. 2, No 216, 그 전체가 참고로 여기에 포함됨].
본 개시의 범위 및 정신을 벗어나지 않으면서 상기 기재된 주제에서 다양한 변경이 이루어질 수 있기 때문에, 상기 설명에 포함되거나 첨부된 청구범위에 정의된 모든 주제는 본 개시의 설명적이고 예시로 해석되도록 의도된다. 상기 교시에 비추어 본 개시의 많은 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 설명은 첨부된 청구항의 범위 내에 속하는 모든 그러한 대안, 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다.
여기에 인용되거나 참조된 모든 문서 및 여기에 인용된 문서에서 인용되거나 참조된 모든 문서는 여기에 언급된 모든 제품에 대한 제조업체의 지침, 설명, 제품 사양 및 제품 시트와 함께 또는 참조로 통합된 문서에 의해 여기에 참조로 통합되고 본 개시의 실행에 사용될 수 있다.
Claims (78)
- a.) 반응 챔버를 포함하며, 대기압 미만의 압력을 유지할 수 있는 하나 이상의 용기;
b) 그 사이에 용융 금속 유동을 허용하여 회로를 완성하도록 구성된 2개의 전극;
c) 상기 2개의 전극에 연결되어 상기 회로가 폐쇄될 때 상기 전극들 사이에 전류를 인가하기 위한 전원;
d) 가스로부터 제1 플라즈마의 형성을 유도하기 위한 플라즈마 생성 셀(예, 글로우 방전 셀)로서; 플라즈마 생성 셀의 유출은 회로(예, 용융 금속, 애노드, 캐소드, 용융 금속 저장소에 잠긴 전극)를 향하고;
전류가 회로를 가로질러 인가될 때, 플라즈마 생성 셀의 유출은 제2 플라즈마 및 반응 생성물을 생성하는 반응을 겪는, 플라즈마 생성 셀; 및
e) 제2 플라즈마로부터의 에너지를 기계적, 열적 및/또는 전기적 에너지로 변환 및/또는 전달하도록 구성된 전원 어댑터를 포함하는 발전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 셀 내의 상기 가스는 수소(H2)와 산소(O2)의 혼합물을 포함하는 발전 시스템. - 제2항에 있어서,
수소에 대한 산소의 상대 몰비는 0.01% 내지 50%(예, 0.1% 내지 20%, 0.1 내지 15% 등)인 발전 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속은 갈륨인 발전 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 생성물은 본원에 기재된 바와 같은 적어도 하나의 분광 시그니처(예, 실시예 10에 기재된 것)를 갖는 발전 시스템. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 플라즈마는 반응 셀에서 형성되고, 상기 반응 셀의 벽은 용융 금속과의 합금 형성에 대한 내성이 증가된 라이너를 포함하고, 반응 셀의 라이너와 벽은 반응 생성물(예: 4130 합금 SS 또는 Cr-Mo SS와 같은 347 SS와 같은 스테인리스강, 니켈, Ti, 니오븀, 바나듐, 철, W, Re, Ta, Mo, 니오븀, 및 Nb(94.33wt%)-Mo(4.86wt%)-Zr(0.81wt%))에 대해 높은 침투성을 갖는 발전 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 라이너는 결정질 재료(예, SiC, BN, 석영) 및/또는 Nb, Ta, Mo 또는 W 중 적어도 하나와 같은 내화 금속으로 제조되는 발전 시스템. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 플라즈마는 반응 셀 내에서 형성되고, 상기 벽 반응 셀 챔버는 제1 섹션 및 제2 섹션을 포함하고,
상기 제1 섹션은 4130 합금 SS 또는 Cr-Mo SS와 같은 347 SS와 같은 스테인리스강, 니켈, Ti, 니오븀, 바나듐, 철, W, Re, Ta, Mo, 니오븀 및 Nb(94.33wt%)- Mo(4.86wt%)-Zr(0.81wt%)로 구성되며;
상기 제2 섹션은 제1 섹션의 금속과 상이한 내화 금속을 포함하고;
여기서 상이한 금속들 사이의 결합은 적층 재료(예, BN과 같은 세라믹)에 의해 형성되는 발전 시스템. - 전기 에너지 및 열 에너지 중 적어도 하나를 생성하는 전력 시스템으로서:
압력을 대기압 미만으로 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기;
상기 용기에서 플라즈마 형성에 충분한 에너지를 생산하는 반응을 일으킬 수 있으며,
a) 수소 가스 및 산소 가스의 혼합물 및/또는
수증기 및/또는
수소 가스 및 수증기의 혼합물;
b) 용융 금속을 포함하는 반응물들;
적어도 하나의 반응물의 상기 용기로의 유량을 조절하는 질량 유량 제어기;
하나 이상의 반응물들이 상기 용기 내로 흐를 때 상기 용기 내 압력을 대기압 미만으로 유지하는 진공 펌프;
용융 금속의 일부를 포함하는 적어도 하나의 저장소, 상기 저장소에 용융 금속을 전달하고 주입기 튜브를 통해 용융 금속 스트림을 제공하도록 구성된 용융 금속 펌프 시스템(예: 하나 이상의 전자기 펌프) 및 상기 용융 금속 스트림을 수용하기 위한 적어도 하나의 비주입기 용융 금속 저장소를 포함하는 용융 금속 주입기 시스템;
수소 가스 및/또는 산소 가스 및/또는 수증기가 용기 내로 흐를 때 반응을 점화하기 위해 상기 적어도 하나의 용융 금속의 스트림에 전력을 공급하는 전력 공급원 또는 점화 전류 공급원을 포함하는 적어도 하나의 점화 시스템;
반응에서 소모되는 반응물을 보충하는 반응물 공급 시스템;
반응으로부터 생산되는 에너지(예: 플라즈마로부터 출력된 광, 플라즈마 제트 및/또는 열)의 일부를 전력 및/또는 열 전력으로 변환하는 전력 변환기 혹은 출력 시스템을 포함하는 전력 시스템. - 제9항에 있어서,
수소 및 산소 가스 및/또는 물 분자와 수소 및 산소 재결합기 및/또는 수소 해리제를 혼합하기 위한 가스 혼합기를 더 포함하는 전력 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 수소 및 산소 재결합기는 플라즈마 셀을 포함하는 전력 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 플라즈마 셀은 중심 양극 및 접지된 관형 몸체 카운터 전극을 포함하고, 여기서 전압(예, 50V 내지 1000V 범위의 전압)이 전극에 인가되어 수소(H2)와 산소(O2) 가스 혼합물로부터 플라즈마 형성을 유도하는 전력 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 수소 및 산소 재결합기는 불활성 지지체 재료에 의해 지지되는 재결합기 촉매 금속을 포함하는 전력 시스템. - 제1항 또는 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 플라즈마를 생성하기 위해 플라즈마 생성 셀에 공급된 가스 혼합물은 비화학량론적 H2/O2 혼합물(예, 혼합물 몰 백분율 기준 1/3 몰% 미만 O2, 또는 0.01% 내지 30%, 또는 0.1% 내지 20%, 또는 10% 미만, 또는 5% 미만, 또는 3% 미만 O2를 갖는 H2/O2 혼합물)을 포함하며, 상기 비화학량론적 H2/O2 혼합물은 플라즈마 셀(예를 들어, 글로우 방전 셀)을 통해 유동하여 제2 플라즈마를 생성하기에 충분한 발열로 반응을 겪을 수 있는 반응 혼합물을 생성하는 전력 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 비화학량론적 H2/O2 혼합물은 글로우 방전을 통과하여 원자 수소 및 초기 H2O 유출을 생성(예, 수소 결합의 형성을 방지하기에 충분한 농도와 내부 에너지를 갖는 물을 갖는 혼합물)하며;
글로우 방전 유출은 두 전극 사이에 점화 전류가 공급되는 반응 챔버로 향하고(예: 용융 금속이 두 전극 사이를 통과함), 그리고
유출이 바이어스된 용융 금속(예: 갈륨)과 상호작용할 때, 예를 들어 아크 전류가 형성될 때, 초기 물과 원자 수소 사이의 반응이 유도되는 전력 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 반응 챔버 및 저장소 중 적어도 하나는 용융 금속과의 합금 형성에 내성이 있는 적어도 하나의 내화 재료 라이너를 포함하는 전력 시스템. - 제16항에 있어서,
상기 반응 챔버의 내벽은 세라믹 코팅, W, Nb 또는 Mo 라이너가 라이닝된 탄소 라이너와 W 플레이트가 라이닝된 탄소 라이너를 포함하는 전력 시스템. - 제9항, 제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 저장소는 탄소 라이너를 포함하고 탄소는 상기 저장소에 수용된 용융 금속에 의해 커버되는 전력 시스템. - 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 챔버 벽은 반응 생성물 가스에 대해 고도의 투과성을 갖는 재료를 포함하는 전력 시스템. - 제16항에 있어서,
상기 반응 챔버 벽은 스테인리스강(예, Mo-Cr 스테인리스강), 니오븀, 몰리브덴 또는 텅스텐 중 적어도 하나를 포함하는 전력 시스템. - a.) 반응 챔버를 포함하며, 대기압 미만의 압력을 유지할 수 있는 용기;
b) 복수의 전극 쌍으로서, 각각의 쌍은 그 사이에 용융 금속 유동을 허용하여 회로를 완성하도록 구성된 전극들을 포함하는 복수의 전극 쌍;
c) 상기 2개의 전극에 연결되며, 상기 회로가 폐쇄될 때 상기 전극들 사이에 전류를 인가하기 위한 전원;
d) 가스로부터 제1 플라즈마의 형성을 유도하기 위한 플라즈마 생성 셀(예, 글로우 방전 셀)로서; 플라즈마 생성 셀의 유출은 회로(예, 용융 금속, 애노드, 캐소드, 용융 금속 저장소에 잠긴 전극)를 향하고;
전류가 회로를 가로질러 인가될 때, 플라즈마 생성 셀의 유출은 제2 플라즈마 및 반응 생성물을 생성하는 반응을 겪는, 플라즈마 생성 셀; 및
e) 제2 플라즈마로부터의 에너지를 기계적, 열적 및/또는 전기적 에너지로 변환 및/또는 전달하도록 구성된 전원 어댑터;를 포함하며,
반응 생성물(예, 중간체, 최종 생성물) 중 적어도 하나는 본 명세서에 기재된 바와 같은(예, 실시예 10에 나타낸 바와 같은) 적어도 하나의 분광 시그니처를 갖는 전력 시스템. - 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
불활성 가스(예를 들어, 아르곤)가 용기 내로 주입되는 전력 시스템. - 제9항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용기에 물을 주입하도록 구성된(예를 들어, 수소 결합된 또는 비-초기 수증기일 수 있는 수증기를 포함하는 플라즈마를 생성하는) 물 마이크로-주입기를 더 포함하는 전력 시스템 . - 제9항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속 주입 시스템은 상기 용융 금속 저장소 및 상기 비주입 용융 금속 저장소에 전극을 더 포함하고; 상기 점화 시스템은 주입기 및 비주입기 저장소 전극에 반대 전압을 공급하기 위한 전력 공급원 또는 점화 전류 공급원을 포함하고; 상기 전력 공급원은 용융 금속의 스트림을 통해 전류 및 전력 흐름을 공급하여 반응물의 반응을 통해 용기 내부에 플라즈마를 형성시키는 전력 시스템. - 제9항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속 펌프 시스템은 하나 이상의 전자기 펌프를 포함하거나 하나 이상의 전자기 펌프이고, 각각의 전자기 펌프는
a) 전극을 통해 용융 금속에 공급되는 DC 또는 AC 전류 소스 및 일정한 또는 동위상 교류 벡터 교차 자기장 소스를 포함하는 DC 또는 AC 전도 유형, 또는
b) 금속에 교류를 유도하는 용융 금속의 단락 루프를 통한 교류 자기장의 소스 및 동위상 교류 벡터 교차 자기장의 소스를 포함하는 유도 유형 중 하나를 포함하는 전력 시스템. - 제25항에 있어서,
상기 일정한 또는 동위상 교류 벡터 교차 자기장의 소스는 적어도 하나의 영구 자석 또는 전자석인 전력 시스템. - 제9항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속 펌프 시스템(또는 용융 금속 펌프 시스템의 전자기 펌프)은 갈륨 합금 형성에 저항하는 재료를 포함하거나 이러한 재료로 라이닝된 펌프 튜브를 포함하는 전력 시스템. - 제27항에 있어서,
상기 재료 또는 라이너는 W, Mo, Ta, BN, 탄소, 석영, SiC, 또는 다른 세라믹을 포함하는 전력 시스템. - 제1항에 있어서,
주입기 저장소는 내부의 용융 금속과 접촉하는 전극을 포함하고, 비주입기 저장소는 주입기 시스템에 의해 제공되는 용융 금속과 접촉하는 전극을 포함하는 전력 시스템. - 제9항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비주입기 저장소가 주입기 위에 정렬되고(예, 수직으로), 주입기가 비주입기 저장소를 향해 배향된 용융 스트림을 생성하도록 구성되어, 용융 금속 스트림의 용융 금속은 저장소에 수집될 수 있고, 용융 금속 스트림은 비주입기 저장소 전극과 전기적으로 접촉하고; 상기 용융 금속은 비주입기 저장기 전극 상에 고이는 전력 시스템. - 제9항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속은 물과 반응하여 원자 수소를 형성하는(예, 작동 도중) 전력 시스템. - 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속은 갈륨이고, 상기 전력 시스템은 갈륨 산화물(예, 반응에서 생성된 갈륨 산화물)로부터 갈륨을 재생하기 위한 갈륨 재생 시스템을 추가로 포함하는 전력 시스템. - 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
반응 챔버 압력은 진공 펌프에 의해 25 Torr 미만으로 유지되는 전력 시스템. - 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
용융 금속 증기 및 금속 산화물 입자 및 증기를 응축하고 이들을 반응 셀 챔버로 되돌리는 응축기를 추가로 포함하는 전력 시스템. - 제34항에 있어서,
진공 라인을 추가로 포함하고, 상기 응축기는 반응 셀 챔버에서 상기 반응 셀 챔버에 대해 수직인 진공 펌프까지의 진공 라인 섹션을 포함하며, 진공 펌프가 반응 셀 챔버에서 진공 압력을 유지하는 동안 용융 금속 증기와 금속 산화 입자, 증기를 응축하고 이들을 반응 셀 챔버로 반환시키는 불활성, 고표면적 충전제 물질을 포함하는 전력 시스템. - 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용기는 상기 용기의 내부로부터 광기전 변환기로 광을 전달하기 위한 광 투과성 광기전(PV) 창, 적어도 하나의 용기 지오메트리(vessel geometry), 및 회전 창을 포함하는 적어도 하나의 배플을 포함하는 전력 시스템. - 제36항에 있어서,
상기 양극 점화 전극(예, 상부 점화 전극, 다른 전극 위에 위치한 전극)은 창에 더 가깝고(예, 음극 점화 전극과 비교하여), 양극은 광전지를 통해 광전지 변환기로 흑체를 방출하는 전력 시스템. - 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 변환기 또는 출력 시스템은 용기에 연결된 노즐, 자기유체역학 채널, 전극, 자석, 금속 수집 시스템, 금속 재순환 시스템, 열교환기, 그리고 선택적으로 가스 재순환 시스템을 포함하는 자기 유체 역학 변환기인 전력 시스템. - 제9항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용융 금속 펌프 시스템은 제1 스테이지 전자기 펌프 및 제2 스테이지 전자기 펌프를 포함하고, 제1 스테이지는 금속 재순환 시스템용 펌프를 포함하고, 제2 스테이지는 금속 주입기 시스템의 펌프를 포함하는 전력 시스템. - 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
(i) 플레이트, (ii) 쉘 내 블록, (iii) SiC 환형 홈, (iv) SiC 폴리블록, 및 (v) 쉘 및 튜브 열교환기중 하나를 포함하는 열교환기를 추가로 포함하는 전력 시스템. - 제40항에 있어서,
상기 쉘 및 튜브 열교환기는 도관, 매니폴드, 분배기, 열교환기 입구 라인, 열교환기 출구 라인, 쉘, 외부 냉각제 입구, 외부 냉각제 출구, 배플, 열 교환기를 통해 저장소에서 뜨거운 용융 금속을 재순환하고 차가운 용융 금속을 저장소로 되돌리는 하나 이상의 펌프, 그리고 외부 냉각제 입구와 쉘을 통해 차가운 냉각제를 흐르게 하는 하나 이상의 워터 펌프와 물 냉각제 또는 하나 이상의 공기 송풍기 및 공기 냉각제를 더 포함하며, 상기 냉각제는 도관으로부터의 열 전달에 의해 가열되고 외부 냉각제 출구가 존재하는 전력 시스템. - 제41항에 있어서,
상기 쉘 및 튜브 열 교환기는 도관, 매니폴드, 분배기, 열 교환기 입구 라인, 및 탄소를 포함하는 열 교환기 출구 라인을 포함하고, 상기 탄소는 도관, 매니폴드, 분배기, 열 교환기 입구 라인, 열 교환기 출구 라인, 쉘, 외부 냉각제 입구, 외부 냉각제 출구 및 스테인레스강을 포함하는 배플에 대해 독립적으로 라이닝되고 팽창하는 전력 시스템. - 제41항 또는 제42항에 있어서,
상기 열교환기의 외부 냉각제는 공기 및 마이크로터빈 압축기로부터의 공기를 포함하거나 마이크로터빈 복열기는 외부 냉각제 유입구 및 쉘을 통해 냉각 공기를 강제로 흐르게 하며, 여기서 냉각제는 도관으로부터의 열 전달에 의해 가열되고, 외부 냉각제 출구가 존재하고, 외부 냉각제 출구에서 출력되는 뜨거운 냉각제가 마이크로 터빈으로 유동하여 화력을 전기로 변환하는 전력 시스템. - 제1항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
반응을 통해 다음 중 하나 이상을 특징으로 하는 수소 생성물을 생성하는 전력 시스템:
a) 전자 상자성 공명(EPR) 분광학 신호를 생성하며, 쌍을 이루지 않은 전자를 포함하는 분자 수소 생성물 H2 (예, H2 (1/p)(p는 1보다 크고 137 이하의 정수));
b) 상응하는 전자 스핀-궤도 결합 양자수의 함수인 스핀-궤도 결합 에너지에 의해 분리된 구성원이 있는 일련의 피크 쌍으로 선택적으로 분할되는 2.0046386의 g-인자를 갖는 주요 피크를 포함하는 EPR 스펙트럼을 갖는 분자 수소 생성물 H2 (예: H2 (1/4)), 여기서
(i) 쌍을 이루지 않은 전자 자기 모멘트는 H2(1/4)의 반자성 민감도에 기초한 H2(1/4) 분자 궤도의 쌍을 이룬 전자에서 반자성 모멘트를 유도하고;
(ii) 고유한 쌍-비쌍 전류 상호작용의 상응하는 자기 모멘트와 핵간 축에 대한 상대적 회전 운동으로 인한 자기 모멘트는 스핀-궤도 결합 에너지를 발생시키며;
(iii) 각 스핀-궤도 분할 피크는 전이에 관련된 각운동량 성분의 수에 해당하는 전자 플럭손 양자수의 함수인 정수 플럭손 에너지와 일치하는 일련의 균등한 간격의 피크로 추가로 분할되며, 그리고
(iv) 추가로, 분자 궤도에 의해 축적된 자속 결합에 따라 증가하는 자기 에너지로 인해 일련의 피크 쌍의 다운필드 쪽에서 스핀 궤도 결합 양자수에 따라 스핀 궤도 분할이 증가한다.
c) 9.820295GHz의 EPR 주파수에서, (i) H2(1/4)의 스핀-궤도 결합 에너지와 자기 에너지로 인한 결합된 이동에 따른 다운필드 피크 위치는 다음과 같다.
; (ii)
양자화된 스핀-궤도 분할 에너지 및 전자 스핀-궤도 결합 양자수를 갖는 업필드 피크 위치
는 다음과 같다.
,
및 (iii) 각 스핀-궤도 피크 위치의 정수 시리즈의 분리는 다음과 같다.
그리고
전자 플럭손 양자수인 경우.
d) 수소 이온 H-(예: H-(1/p))는 400-410 nm 범위의 분해능 가시 분광법으로 H-(1/2)에서 관찰된 양자화된 단위의 플럭스 연결을 나타내는 공통 원자 궤도에서 쌍을 이루는 전자와 쌍을 이루지 않은 전자를 포함한다.
e) H2(1/4)의 회전 에너지 준위가 라만 분광법 동안 레이저 조사에 의해 여기되고 전자빔에서 H2(1/4)와 충돌하는 고에너지 전자에 의해 여기될 때 관찰된 h/2e의 양자화된 단위의 자속 결합;
f) 쌍을 이루지 않은 전자의 스핀 자기 모멘트와 분자 회전으로 인한 궤도 자기 모멘트 사이의 스핀-궤도 결합의 라만 스펙트럼 전이를 갖는 분자 하이드리노(예: H2(1/p)), 여기서 (i) 회전 전이의 에너지는 상응 전자 스핀-궤도 결합 양자수의 함수로서 이러한 스핀-궤도 결합 에너지에 의해 이동된다. (ii) 스핀-궤도 에너지에 의해 이동된 분자 회전 피크는 회전 전이에 관련된 각운동량 성분의 수에 따라 전자 플럭손 양자 수에 상응하는 각 에너지와 함께 플럭손 연결 에너지에 의해 추가로 이동된다, 및 (iii) 관찰된 라만 스펙트럼 피크의 하위 분할 또는 이동은 회전 전이가 발생하는 동안 스핀과 분자 회전 자기 모멘트 사이의 스핀-궤도 결합 동안 자속 양자 h/2e 단위의 플럭스 연결로 인해 발생한다.
g) 다음중 하나를 포함하는 라만 스펙트럼 전이를 갖는 H2(1/4) (i) 스핀-궤도 결합 및 플럭손 결합을 갖는 순수
내지
회전 전이:
, (ii)
내지
스핀 회전 전이와 함께
내지
회전 전이를 포함하는 합동 전이:
,또는 (iii) 최종 양자수에 대한 이중 전이
와
:
, 여기서 상응하는 스핀-궤도 결합 및 플럭손 결합은 순수, 합동 및 이중 전이에서도 관찰되었다.
h) H2(1/4) UV 라만 피크(예: 집합체 GaOOH:H2(1/4):H2O에 기록된 것과 12,250-15,000 cm-1 영역에서 관찰된 반응 플라즈마에 노출된 Ni 호일, 여기서 라인들은 스핀-궤도 결합과 플럭손 연결 분할을 갖는 합동 순수 회전 전이와
스핀 전이에 일치함:
);
i) HD(1/4) 라만 스펙트럼의 회전 에너지는 H2(1/4)의 회전 에너지에 비해 3/4 계수만큼 이동한다.
j) HD(1/4) 라만 스펙트럼의 회전 에너지는 다음중 하나에 일치한다 (i) 순수 HD(1/4)에서 스핀-궤도 결합 및 플럭손 커플링을 통한 회전 전이로의 회전 에너지와 일치한다: (i) 순수 HD(1/4)에서
회전 전이와 스핀-궤도 결합 및 플럭손 결합을 통한 회전 전이로의 회전 에너지:
(ii)에서
회전 전이와
에서
핀 회전 전이를 포함하는 합동 전이:
, 또는 (iii) 최종 양자수에 대한 이중 전이
:
여기서 스핀-궤도 결합 및 플럭손 결합은 순수 전이 및 합동 전이 모두에서 관찰되었다.
k) 전자빔의 고에너지 전자로 조사된 H2(1/4)-비활성 가스 혼합물은 H2(1/4) P-분기에 상응하는 일련의 회전 전이를 갖는 H2(1/4)에서
진동 전이에 일치하는 8.25eV의 컷오프와 함께 자외선(150-180nm) 영역에서 동일한 0.25eV 간격 선 방출을 나타낸다, 여기서 (i) 스펙트럼 적합은
에 잘 일치한다, 여기서0.515 eV 및 0.01509 eV는 각각 일반 분자 수소의 진동 및 회전 에너지이다. (ii) 라만 분광법으로도 관찰되는 회전 스핀-궤도 분할 에너지와 일치하는 작은 위성 라인이 관찰되고, (iii) 회전 스핀-궤도 분할 에너지 분리가
에 일치하며 여기서 1.5는
와
분할을 포함한다.
l)에서
진동 전이와 H2(1/4) P-분기 회전 전이의 스펙트럼 방출은 KCl 결정질 매트릭스에 갇힌 H2(1/4)의 전자 빔 여기(excitation)에 의해 관찰되고, 여기서 (i) 회전 피크는 자유 로터의 피크와 일치한다. (ii) 진동 에너지는 H2(1/4)의 진동과 KCl 매트릭스의 상호 작용으로 인한 유효 질량의 증가에 의해 이동된다. (iii) 스펙트럼 적합은 0.25 eV에서 간격을 둔 피크를 포함하는
과 잘 일치하고, (iv) H2(1/4) 진동 에너지 이동의 상대 크기는 KCl에 포획된 일반 H2에 의해 야기되는 회전-진동 스펙트럼에 대한 상대 효과와 일치한다.
m) HeCd 에너지 레이저를 사용한 라만 스펙트럼은 8000 cm-1 ~ 18,000 cm-1 영역에서 간격을 둔 일련의 1000 cm-1 (0.1234eV) 등에너지를 보여주는데, 여기서 라만 스펙트럼의 형광 또는 광발광 스펙트럼으로의 변환은 0.25 eV 에너지 이격된 회전 전이 피크와 함께이 주어지고,
에서
이동된 매트릭스를 포함하는 KCl 매트릭스에서 H2(1/4)의 전자빔 여기 방출 스펙트럼에 상응하는 H2(1/4)의 2차 회전-진동 스펙트럼과 일치를 보여준다.
n) H2(1/4)의 적외선 회전 전이는 4400 cm-1보다 높은 에너지 영역에서 관찰되며, 고유 자기장과 함께 자기장의 인가에 따라 강도가 증가하고 스핀-궤도 전이와 결합하는 회전 전이 또한 관찰된다.
o) 496 eV의 총 에너지에 해당하는 Compton 효과에 의한 H2(1/4)의 허용된 이중 이온화는 X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 관찰된다.
p) H2(1/4)는 수소와 헬륨이 가장 빠른 이전 알려진 이동 속도와 해당하는 가장 짧은 머무름 시간을 갖는다는 점을 고려할 때 알려진 어떤 가스보다 빠른 이동 속도를 나타내는 가스 크로마토그래피에 의해 관찰된다.
q) 극자외선(EUV) 분광법은 10.1 nm 컷오프로 극자외선 연속체 복사를 기록한다(예, 초기 HOH 촉매에 의해 촉매되는 하이드리노 반응 전이 H에서 H(1/4)로의 전이에 상응);
r) 양성자 마법각 회전 핵 자기 공명 분광법(1H MAS NMR)은 -4ppm ~ -5ppm 영역에서 업필드 매트릭스-물 피크를 기록한다.
s) 복수의 수소 생성물 분자의 자기 모멘트가 협력적으로 상호작용하는 경우 상자성, 초상자성 및 강자성과 같은 벌크 자기(예: 반응 생성물을 포함하는 화합물의 자기 민감성을 측정하기 위해 진동 샘플 자기계를 사용하여 관찰됨);
t) 비행 시간 이차 이온 질량 분석기(ToF-SIMS) 및 전자 분무 비행 시간 이차 이온 질량 분석기(ESI-ToF)는 반응 생성물(예: H2(1/4) 가스))의 착화를 나타내는 반응 생성물의 분자 가스 소스에 노출된 K2CO3 및 KOH를 (1/4) 가스) M + 2 다량체 단위(예,와
여기서 n은 정수) 및 수소화물 이온의 안정성으로 인한 강한
피크의 독특한 관찰에 의해 옥시음이온을 포함하는 무기 화합물에 기록하고,
u) 무기 이온으로 단편화되는 유기 분자 매트릭스 컬럼의 크로마토그래피 피크에 의해 입증되는 바와 같이 유기 분자처럼 행동하는 분자 수소 핵으로 구성된 반응 생성물. - 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
반응을 통해 다음 중 하나 이상을 특징으로 하는 에너지 시그니처를 생성하는 전력 시스템:
(i) H 원자와 초기 HOH 또는 아르곤-H2, H2 및 H2O 증기 플라즈마와 같은 H 기반 촉매를 포함하는 플라즈마에서 100 eV 이상의 H 발머 라인의 비정상적인 도플러 라인 확장, (ii) H 여기 상태 라인 반전, (iii) 비정상적인 H 플라즈마 잔광 지속 시간, (iv) 충격파 전파 속도 및 해당 압력은 충격파에 약 1%의 전력 결합만 있는 화약 몰의 약 10배에 상응, (v) 10μl 수화된 실버 샷으로부터 20MW까지의 광학력, 및 (vi) 제1항 및 청구항들 중 어느 한 항에 따른 전력 시스템의 열량계로서, 후자가 340,000W의 전력 수준에서 유효한 전력 시스템의 열량계. - a) 제1 전극 및 제2 전극;
b) 상기 제 1 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하는 용융 금속(예, 용융 은, 용융 갈륨)의 스트림;
c) 저장소로부터 상기 용융 금속을 인출해서 도관(예: 튜브)을 통해 운반하여 상기 도관을 나가는 상기 용융 금속의 스트림을 생산하는 펌프를 포함하는 순환 시스템;
d) 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전위 차이를 제공하도록 구성된 전력원을 포함하며;
상기 용융 금속의 스트림이 상기 제1 및 제2 전극과 동시에 접촉하여 상기 전극들 사이에 전류를 생성하는 전극 시스템. - a) 용융 금속의 생산을 위한 가열 수단;
b) 저장소로부터 상기 용융 금속을 도관을 통해 운반하여 상기 도관을 나가는 상기 용융 금속의 스트림을 생산하기 위한 펌핑 수단;
c) 제1 및 제2 전극으로서, 상기 제1 및 제2 전극에 걸친 전위 차이를 생성하는 전력 공급 수단과 전기적 소통이 되는 제1 및 제2 전극을 포함하며;
상기 용융 금속의 스트림이 상기 제1 및 제2 전극과 동시에 접촉하여 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전기 회로를 생성하는 전기 회로. - 제1 및 제2 전극을 포함하는 전기 회로에서, 상기 전극들을 가로질러 용융 금속의 스트림을 통과시킴으로써 전류가 상기 전극들 사이에서 흐르는 것을 허용하는 전기 회로.
- a) 금속 저장소로부터 용융 금속의 스트림을 생산하도록 구성된 용융 금속 주입기 시스템;
b) 전류가 상기 용융 금속의 스트림을 통해 흐르도록 유도하기 위한 전극 시스템;
c) (i) 측정된 부피의 물을 상기 용융 금속과 접촉하도록 구성된 물 주입 시스템에 으로서, 상기 물의 일부분과 상기 용융 금속의 일부분이 반응하여 상기 금속과 수소 가스의 산화물을 형성하는 물 주입 시스템, (ii) 과잉 수소 가스와 산소 가스의 혼합물 및 (iii) 과잉 수소 가스와 수증기의 혼합물 중 중적어도 하나, 및
d) 상기 전류를 공급하도록 구성된 전원을 포함하며,
상기 플라즈마는 전류가 상기 금속 스트림을 통해 공급될 때 생성되는 플라즈마 생산 시스템. - 제21항에 있어서:
a) 상기 플라즈마의 생산 이후 수집된 금속을 상기 금속 저장소로 이전하도록 구성된 펌핑 시스템; 및
b) 상기 산화 금속을 수집하여 상기 산화 금속을 상기 금속으로 변환시키도록 구성된 금속 재생 시스템으로서; 상기 금속 재생 시스템이 애노드, 캐소드, 전해질을 포함하고, 상기 애노드와 캐소드 사이에 전기적 바이어스가 공급되어 상기 산화 금속이 상기 금속으로 변환되는 금속 재생 시스템을 포함하며;
상기 금속 재생 시스템에서 재생된 금속이 상기 펌핑 시스템으로 이전되는 시스템. - a) 그 사이에 용융 금속 유동을 허용하여 회로를 완성하도록 구성된 두 개의 전극;
b) 상기 두개의 전극에 연결되어 상기 회로가 폐쇄될 때 두 전극 사이에 전류를 인가하기 위한 전원;
c) 가스로부터 초기 물 및 원자 수소의 형성을 유도하는 재결합기 셀(예: 글로우 방전 셀)을 포함하며; 재결합기의 유출은 회로(예, 용융 금속, 애노드, 캐소드, 용융 금속 저장소에 잠긴 전극)를 향하고;
전류가 회로를 가로질러 인가될 때, 재결합기 셀의 유출액은 플라즈마를 생성하는 반응을 일으키는 플라즈마 생성 시스템. - 제51항에 있어서,
상기 시스템은 플라즈마로부터 열을 발생시키는 데 사용되는 시스템. - 제51항에 있어서,
상기 시스템은 플라즈마로부터 광을 생성하는데 사용되는 시스템. - 제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 주파수 대역에서 전자기 신호를 송수신하는 복수의 전력-시스템-송신기-수신기 노드를 포함하는 메시 네트워크를 포함하고, 대역의 주파수는 노드를 짧은 분리 거리로 국부적으로 배치하는 능력으로 인해 고주파일 수 있으며, 여기서 주파수는 약 0.1GHz 내지 500GHz, 1GHz 내지 250GHz, 1GHz 내지 100GHz, 1GHz 내지 50GHz, 및 1GHz 내지 25GHz 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있는 시스템. - 적어도 하나의 하이드리노 종및
(또는 이들 종과 일치하는 분광학적 특징을 갖는 종), 및 입력 전류 및 입력 전압 회로 및 출력 전류 및 출력 전압 회로 중 적어도 하나를 포함하며, 하이드리노 수소화물 이온 및 분자 하이드리노 중 적어도 하나의 자속 결합 상태를 감지하고 변경하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 초전도 양자 간섭 장치(SQUID) 또는 SQUID형 전자 소자.
- 제55항에 있어서,
상기 회로는 무선 주파수 RLC 회로를 포함하는 AC 공진 회로를 포함하는 전자 소자. - 제55항에 있어서,
상기 SQUID 또는 SQUID형 전자 소자는, 예를 들어, 시료에 자기장을 유도하기 위해 적어도 하나의 전자기 방사선 소스(예, 마이크로파, 적외선, 가시광선 또는 자외선 중 적어도 하나의 소스)를 더 포함하는 전자 소자. - 제57항에 있어서,
상기 방사선 소스는 레이저 또는 마이크로파 발생기를 포함하는 SQUID 또는 SQUID형 전자 소자. - 제58항에 있어서,
상기 레이저 방사선은 렌즈 또는 광섬유에 의해 초점이 맞춰지는 방식으로 적용되는 SQUID 또는 SQUID형 전자 소자. - 제55항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 SQUID 및 SQUID형 전자 소자는 히드리노 수소화물 이온 및 분자 히드리노 중 적어도 하나에 인가되는 자기장의 소스를 더 포함하는 SQUID 또는 SQUID형 전자 소자. - 제60항에 있어서,
상기 자기장은 조정가능한 SQUID 또는 SQUID형 전자 소자. - 제61항에 있어서,
상기 방사선 소스와 자기장 중 적어도 하나의 조정 가능성은 전자기 방사선 소스와 자기장 사이의 선택적이고 제어된 공진의 달성을 가능하게 하는 SQUID 또는 SQUID형 전자 소자. - 제55항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
컴퓨터 논리 게이트, 메모리 소자, 및 상승된 온도에서 작동하는 자력계, 센서 및 스위치와 같은 다른 전자 측정 또는 액추에이터 장치를 포함하는 SQUID 또는 SQUID형 전자 소자. - 초전도 양자 간섭 장치(SQUID)로서, 초전도 루프에 전기적으로 연결된 적어도 두개의 조셉슨 접합(Josephson junctions)을 포함하며,
상기 조셉슨 접합은 EPR 활성인 수소 종 H2를 포함하는 초전도 양자 간섭 장치. - 제64항에 있어서,
상기 수소 종은 MOOH:H2이고, 여기서 M은 금속(예, Ag, Ga)인 SQUID. - a) 용융 금속을 전기적으로 바이어싱하는 단계;
b) 바이어스된 용융 금속과 상호작용하고 플라즈마 형성을 유도하도록 플라즈마 생성 셀(예, 글로우 방전 셀)의 유출물을 지시하는 단계를 포함하는 방법. - 제66항에 있어서,
플라즈마 생성 셀의 유출물은 작동 동안 플라즈마 생성 셀을 통과하는 수소(H2) 및 산소(O2) 가스 혼합물로부터 생성되는 방법. - 분자 하이드리노(예, 분자 하이드리노와 일치하는 분광 특징을 갖는 종)를 포함하는 극저온유체, 기체형 열 전달제, 및 부력 작용제.
- 분자 하이드리노(예, 분자 하이드리노와 일치하는 분광 특징을 갖는 종)를 포함하는 MRI 가스 조영제.
- 분자 하이드리노 가스(H2(1/p) p =2,3,4,5,??,137) (예, 분자 하이드리노 가스에 일치하는 분광 분석 특징을 갖는 종), 분자 하이드리노 가스를 수용하는 레이저 캐비티, 분자 하이드리노 가스의 회전 에너지 레벨 여기(excitation) 소스, 및 레이저 광학기를 포함하는 분자 하이드리노 가스 레이저.
- 제70항에 있어서,
상기 레이저 광학기는 여기된 회전 상태의 분자 하이드리노 가스를 포함하는 캐비티 단부에 거울들을 포함하고, 상기 거울들 중 하나는 레이저 광이 공동으로부터 방출되는 것을 허용하도록 반투명한 레이저. - 제70항 또는 제71항에 있어서,
상기 여기 소스는 레이저, 플래시 램프, 가스 방전 시스템(예: 글로우, 마이크로파, 무선 주파수(RF), 유도 결합 RF, 용량 결합 RF, 또는 다른 플라즈마 방전 시스템) 중 적어도 하나를 포함하는 레이저. - 제70항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 원하는 분자 하이드리노 회전 에너지 레벨이 채워지도록 하는 외부 또는 내부 필드 소스(예, 전기장 또는 자기장의 소스)를 더 포함하고, 상기 레벨은 원하는 스핀-궤도 및 플럭손 연결 에너지 이동 중 적어도 하나를 포함하는 레이저. - 제70항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서,
레이저 전이는 덜 개체화된 더 낮은 에너지의 선택된 회전 상태의 반전된 개체군 사이에서 발생하는 레이저. - 제70항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 캐비티, 광학기, 여기 소스, 및 외부 필드 소스는 원하는 반전된 개체군 및 원하는 덜 개체화된 저에너지 상태로의 유도 방출을 달성하도록 선택되는 레이저. - 제75항에 있어서,
고체 레이저 매질을 포함하는 레이저. - 제76항에 있어서,
상기 고체 레이저 매질이 고체 매트릭스에 포획된 분자 하이드리노를 포함하고, 하이드리노 분자가 자유 회전자일 수 있고 고체 매질이 분자 하이드리노 가스 레이저의 가스 캐비티를 대체하는 레이저. - 제77항에 있어서,
상기 고체 레이저 매질은 GaOOH:H2 (1/4), KCl:H2(1/4), 및 포획된 분자 하이드리노(예: Si(결정체):H2(1/4)) (또는 분광학적 특징을 갖는 종)를 갖는 실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 레이저.
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