TW201937832A - 磁流體動力發電機 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種提供電功率及熱功率中之至少一者的發電機，該發電機包含：(i)至少一個反應電解槽，其用於催化原子氫以形成可由獨特分析及光譜特徵識別之低能量氫；(ii)一反應混合物，其包含至少兩種選自以下之組分：一H2O催化劑來源或H2O催化劑；一原子氫來源或原子氫；形成該H2O催化劑來源或H2O催化劑及一原子氫來源或原子氫的反應物；及使該反應混合物高度導電之一熔融金屬；(iii)一熔融金屬噴射系統，其包含至少一個提供熔融金屬流的諸如一電磁泵之泵及接收該熔融金屬流之至少一個儲集器；(iv)一點火系統，其包含一電源，該電源向該至少一種熔融金屬蒸氣提供低電壓高電流電能以點燃一電漿從而引發低能量氫反應之快速動力學及歸因於形成低能量氫之一能量增益；(v)供應至該電漿之一H2及O2來源；(vi)一熔融金屬回收系統；及(vii)一功率轉換器，其能夠(a)使用聚光型熱光伏打電池將自該電解槽之一黑體輻射器輸出之高功率光轉換為電或(b)使用一磁流體動力轉換器將該高能電漿轉換為電。

Description

磁流體動力發電機
本發明係關於電力產生領域，且具體言之，係關於用於產生電力之系統、裝置及方法。更具體言之，本發明之實施例係針對經由磁流體動力功率轉換器、光-電功率轉換器、電漿-電功率轉換器、光子-電功率轉換器或熱-電功率轉換器產生光功率、電漿及熱功率並產生電功率的發電裝置及系統以及相關方法。此外，本發明之實施例描述使用光伏打功率轉換器，使用水或基於水之燃料來源之點火來產生光功率、機械功率、電功率及/或熱功率之系統、裝置及方法。此等及其他相關實施例詳細描述於本發明中。
電力產生可採取許多形式，利用來自電漿之功率。電漿之成功商業化可視能夠有效形成電漿且隨後捕捉所產生之電漿之功率的電力產生系統而定。
電漿可以在某些燃料之點火期間形成。此等燃料可以包括水或基於水之燃料來源。在點火期間，形成剝除電子之原子之電漿雲，且可釋放出高光功率。電漿之高光功率可藉由本發明之功率轉換器利用。離子及激發態原子可以再結合且經歷電子弛豫，發射光功率。光功率可藉由光伏打裝置轉換成電。
本發明之某些實施例係針對電力產生系統，其包含：經組態以將功率傳送至燃料以點火燃料並產生電漿之複數個電極，諸如固體或熔融金屬電極；經組態以將電能傳送至該複數個電極之電源；及經定位以接收高溫及高壓電漿之至少一個磁流體動力功率轉換器或經定位以接收至少複數個電漿光子之至少一個光伏打(「PV」)功率轉換器。
在實施例中，產生電能及熱能中之至少一者的SunCell®電力系統包含至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓，及包含以下的反應物：(i)至少一種包含初生H2 O之催化劑來源或催化劑；(ii)至少一種H2 O來源或H2 O；(iii)至少一種原子氫來源或原子氫；及(iv)熔融金屬。系統進一步包含熔融金屬噴射器系統，該熔融金屬噴射器系統包含至少一個儲集器及熔融金屬泵，該至少一個儲集器含有熔融金屬中之一些，該熔融金屬泵具有提供熔融金屬流的噴射器管及接收熔融金屬流之至少一個非噴射器儲集器；至少一個點火系統，其包含將電功率供應至至少一種熔融金屬蒸氣以點燃電漿之電源；至少一個反應物供應系統，其用以補充在反應物發生反應以產生電能及熱能中之至少一者的過程中所消耗之反應物；光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率的至少一個功率轉換器或輸出系統。電力系統可進一步包含使金屬熔融以包含熔融金屬之加熱器及熔融金屬回收系統中之至少一者，其中熔融金屬回收系統可包含自非噴射儲集器至噴射器系統儲集器的進一步在熔融金屬溢出流中產生斷裂從而阻斷通過溢出熔融金屬之任何電流路徑的至少一個熔融金屬溢出通道。熔融金屬回收系統可包含非噴射器儲集器，該非噴射器儲集器具有其自噴射器系統之噴射器管以高於噴射器管的高度接收熔融金屬之入口且進一步包含使溢出流破裂之滴水邊緣。非噴射器儲集器入口可位於平面中，且平面可垂直於來自噴射管之熔融金屬流的初始方向對準。非噴射器儲集器及噴射器系統之噴射器管可皆沿與橫切於地球重力軸線之水平軸呈大於零的角度之軸線對準，諸如與水平介於約25°至90°之範圍內的角度。噴射器儲集器可包含與其中之熔融金屬接觸的電極，且非噴射器儲集器可包含與藉由噴射器系統提供之熔融金屬接觸的電極。點火系統可包含電源，其向噴射器及非噴射器儲集器電極供應相反電壓，該電源通過熔融金屬流供應電流及功率流以使得反應物發生反應從而在容器內部形成電漿。電源可傳送足以引起反應物反應以形成電漿之高電流電能。電源可包含至少一個超級電容器。每一電磁泵可包含以下中之一者：(i) DC或AC導電型，其包含經由電極供應至熔融金屬之DC或AC電流源及恆定或同相交變向量交叉磁場的來源，或(ii)感應型，其包含穿過熔融金屬之短路迴路之交變磁場來源，其在金屬中誘導交流電；及同相交變向量交叉磁場來源。來自熔融金屬點火系統之電流可介於10 A至50,000 A之範圍內。熔融金屬點火系統之電路可藉由熔融金屬流封閉以使得點火進一步引起介於0 Hz至10,000 Hz之範圍內的點火頻率。熔融金屬可包含以下中之至少一者：(i)銀、銀銅合金及銅，(ii)具有低於700℃之熔點的金屬，及(iii)鉍、鉛、錫、銦、鎘較佳地鎵、銻或合金中之至少一者，該等合金諸如洛斯合金(Rose's metal)、Cerrosafe、伍氏合金(Wood's metal)、菲爾德合金(Field's metal)、Cerrolow 136、Cerrolow 117、Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl及鎵銦錫合金(Galinstan)。電力系統可進一步包含真空泵及至少一個熱交換器。至少一個儲集器可包含氮化硼。反應物可包含容器氣體，該容器氣體包含氫氣、氧氣及水中之至少一者，其中容器氣體可進一步包含惰性氣體。電力系統可進一步包含反應物供應器及惰性氣體供應器，其中供應器將容器氣體保持在介於0.01 Torr至200大氣壓的範圍內之壓力下。反應功率輸出之至少一個功率轉換器或輸出系統可包含以下各者之群組中之至少一者：熱光伏打轉換器、光伏打轉換器、光電轉換器、磁流體動力轉換器、電漿動力轉換器、熱離子轉換器、熱電轉換器、斯特林引擎(Sterling engine)、超臨界CO2 循環轉換器、布累登循環轉換器(Brayton cycle converter)、外部燃燒器型布累登循環引擎或轉換器、朗肯循環引擎或轉換器(Rankine cycle engine or converter)、有機朗肯循環轉換器、內部燃燒型引擎及熱機、加熱器及鍋爐。容器可包含將光自容器之內部傳輸至光伏打轉換器的透光之光伏打(PV)窗及引起壓力梯度以至少部分地避免熔融金屬包覆PV窗的容器幾何形狀及至少一個擋扳中之至少一者，其中容器幾何形狀可包含朝向PV窗之減小的橫截面積。PV轉換器可包含聚光型光伏打電池，其包含選自以下之至少一種化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)、銻化砷磷銦(InPAsSb)、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/ InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP- Ga(In)As-Ge、GaInP-GaInAs-Ge、III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN及InGaN。磁流體動力功率轉換器可包含連接至反應容器之噴嘴、磁流體動力通道、電極、磁體、金屬採集系統、金屬再循環系統、熱交換器及視情況選用之氣體再循環系統。在實施例中，電力系統之至少一個組件包含陶瓷及玻璃陶瓷及金屬中之至少一者，該陶瓷諸如金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽中之至少一者，該玻璃陶瓷諸如Li2 O × Al2 O3 ×n SiO2 系統(LAS系統)、MgO × Al2 O3 ×n SiO2 系統(MAS系統)、ZnO ×Al2 O3 ×n SiO2 系統(ZAS系統)，該金屬諸如不鏽鋼及耐火金屬中之至少一者。在實施例中，電力系統之熔融金屬包含銀，且磁流體動力轉換器進一步包含氧來源以形成銀粒子奈米顆粒且通過磁流體動力噴嘴加速奈米顆粒從而賦予容器中所產生之功率的動能存量。反應物供應系統可另外供應及控制氧來源以形成銀奈米顆粒。在磁流體動力功率轉換器之實施例中，銀奈米顆粒之動能存量中的至少一部分在磁流體動力通道中轉換為電能，奈米顆粒在金屬收集系統中凝聚為熔融金屬，熔融金屬至少部分地吸收氧，包含經吸收氧的金屬藉由金屬再循環系統傳回至噴射器儲集器，且藉由容器中之電漿釋放氧，其中電漿保持在磁流體動力通道及金屬收集系統中以增加由熔融金屬吸收之氧。電磁泵可包含雙級泵，其包含第一級，該第一級包含金屬再循環系統之泵，及第二級，該第二級包含金屬噴射器系統之泵。在實施例中，由電力系統中之原子氫與催化劑之反應形成的氫產物可包含以下各者中之至少一者：具有在約1900至2000 cm-1 處之拉曼峰值(Raman peak)的氫產物；具有以約0.23至0.25 eV之整數倍間隔開的複數個拉曼峰值之氫產物；具有在約1900至2000 cm-1 處之紅外峰值的氫產物；具有以約0.23至0.25 eV整數倍間隔開的複數個紅外峰值之氫產物；具有介於約200至300奈米之範圍內之具有為約0.23至0.3 eV整數倍之間距的複數個UV螢光發射光譜峰值之氫產物；具有介於約200至300奈米之範圍內之具有為約0.2至0.3 eV整數倍的間距之複數個電子束發射光譜峰值之氫產物；具有介於約5000至20,000 cm-1 範圍內的複數個拉曼光譜峰值之具有為約1000 ±200 cm-1 整數倍之間距的氫產物；具有在介於約490至525 eV之範圍內的能量處之X射線光電子光譜峰值之氫產物；引起高磁場MAS NMR基質位移之氫產物；相對於TMS具有大於約-5 ppm之高磁場MAS NMR或液體NMR位移的氫產物；包含大型聚集體或聚合物Hn (n為大於3之整數)的氫產物；包含具有約16.12至16.13之飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)峰值的大型聚集體或聚合物Hn (n為大於3之整數)的氫產物；包含金屬氫化物之氫產物，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu及W中之至少一者；包含H16 及H24 中之至少一者的氫產物；包含無機化合物Mx Xy 及H2 之氫產物，其中M為陽離子且X為具有M(Mx Xy H2 )n的電噴霧電離飛行時間次級離子質譜分析(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)峰值中之至少一者的陰離子，其中n為整數；包含分別具有及之電噴霧電離飛行時間次級離子質譜分析(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)峰值中之至少一者的K2 CO3 H2 及KOHH2 中之至少一者的氫產物；包含金屬氫化物之磁性氫產物，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及反磁金屬中之至少一者；包含金屬氫化物的氫產物，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及藉由磁性磁化率量測術(susceptometry)展現磁性之反磁金屬中之至少一者；包含金屬之氫產物，該金屬在電子順磁諧振(EPR)光譜分析中無活性，其中EPR光譜包含極高g因子、極低g因子、異常線寬及質子分離中之至少一者；包含氫分子二聚體的氫產物，其中EPR光譜展示約2800-3100 G處之至少一個峰值及約10 G至500 G的ΔH；包含氣體之氫產物，該氣體具有帶氫載體之負面氣相層析法峰值；具有約的四極矩/e之氫產物，其中p為整數；包含具有介於約(J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 的範圍內之整數J至J+1躍遷之端對端旋轉能量(end over end rotational energy)的分子二聚體之質子氫產物，其中包含氘的分子二聚體之對應旋轉能量為包含質子之二聚體的旋轉能量之½；包含具有來自以下群組之至少一個參數的分子二聚體之氫產物：(i)約1.028 Å ±10%的氫分子分離距離，(ii)在氫分子之間約23 cm-1 ±10%的振動能量，及(iii)在氫分子之間約0.0011 eV±10%的凡得瓦能量(van der Waals energy)；包含具有來自以下群組之至少一個參數 固體之氫產物：(i)約1.028 Å ±10%之氫分子分離距離，(ii)在氫分子之間約23 cm-1 ±10%的振動能量，及(iii)在氫分子之間約0.019 eV ±10%的凡得瓦能量；具有以下中之至少一者的氫產物：(i)(a) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 、(b) (J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 及(c) 23 cm-1 ±10%之FTIR及拉曼光譜特徵；(ii)展示約1.028 Å ±10%的氫分子分離之X射線或中子繞射圖案，及(iii)約0.0011 eV ±10%/分子氫之汽化能量的量熱確定；具有以下中之至少一者的固體氫產物：(i)(a) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 、(b) (J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 及(c) 23 cm-1 ±10%之FTIR及拉曼光譜特徵；(ii)展示約1.028 Å ±10%的氫分子分離之X射線或中子繞射圖案，及(iii)約0.019 EV ±10%/分子氫之汽化能量的量熱確定。在實施例中，由電力系統中之原子氫與催化劑之反應形成的氫產物可包含H(1/4)及H2 (1/4)中之至少一者，其中氫產物具有以下各者中之至少一者：氫產物具有傅里葉變換紅外光譜(FTIR)，其包含約1940 cm-1 ±10%處的H2 (1/4)旋轉能量及指紋區域中之吸收帶中之至少一者，其中其他較高能量特徵不存在；氫產物具有包含高磁場基質峰值的質子魔角旋轉核磁諧振光譜(1 H MAS NMR)；氫產物具有展示約100℃至1000℃之溫度區域中的金屬氫化物及氫聚合物中之至少一者之分解的熱解重量分析(TGA)結果；氫產物具有包含260 nm區域中之H2 (1/4)振轉帶之電子束激發發射光譜，該區域包含以約0.23 eV至0.3 eV彼此間隔開之複數個峰值；氫產物具有包含260 nm區域中之H2 (1/4)振轉帶的電子束激發發射光譜，該區域包含以約0.23 eV至0.3 eV彼此間隔開之複數個峰值，其中峰值的強度在介於約0 K至150 K之範圍內的低溫下減小；氫產物具有包含260 nm區域中之H2 (1/4)振轉帶之第二級的光致發光拉曼光譜，該區域包含以約0.23 eV至0.3 eV彼此間隔開之複數個峰值；氫產物具有包含H2 (1/4)振轉帶之第二級的光致發光拉曼光譜，該振轉帶包含具有為約1000 ±200 cm-1 整數倍之間距的介於約5000至20,000 cm-1 之範圍內的複數個峰值；氫產物具有包含約1940 cm-1 ±10%處之H2 (1/4)旋轉峰值之拉曼光譜；氫產物具有包含呈約490-500 eV之H2 (1/4)總能量的X射線光電子光譜(XPS)；氫產物包含大型聚集體或聚合物H(1/4)n (n為大於3的整數)；氫產物包含具有約16.12至16.13之飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)峰值之大型聚集體或聚合物H(1/4)n (n為大於3的整數)；氫產物包含金屬氫化物，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu及W中之至少一者，且氫包含H(1/4)；氫產物包含H(1/4)16 及H(1/4)24 中之至少一者；氫產物包含無機化合物Mx Xy 及H(1/4)2 ，其中M為陽離子且X為陰離子，且電噴霧電離飛行時間次級離子質譜(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜(ToF-SIMS)中之至少一者包含M(Mx Xy H(1/4)2 )n的峰值，其中n為整數；氫產物包含K2 CO3 H(1/4)2 及KOHH(1/4)2 中之至少一者，且電噴霧電離飛行時間次級離子質譜(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜(ToF-SIMS)中之至少一者分別包含及的峰值；氫產物為磁性的且包含金屬氫化物，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及反磁金屬中之至少一者，且氫為H(1/4)；氫產物包含金屬氫化物，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及反磁金屬中之至少一者，且H為H(1/4)，其中產物藉由磁性磁化率量測術展現磁性；氫產物包含在電子順磁諧振(EPR)光譜分析中無活性之金屬，其中EPR光譜展示約2800-3100 G處之至少一個峰值及約10至500 G的ΔH；氫產物包含[H2 (1/4)]2 ，其中EPR光譜展示約2800-3100 G處之至少一個峰值及約10 G至500 G的ΔH；氫產物包含或釋放具有帶氫載體之負面氣相層析法峰值的H2 (1/4)；氫產物包含具有約之四極矩/e的H2 (1/4)；氫產物包含分別具有介於約(J+1) 44.30 cm-1 ±20 cm-1 及約(J+1) 22.15 cm-1 ±10 cm-1 之範圍內之整數J至J+1躍遷的端對端旋轉能量之[H2 (1/4)]2 或[D2 (1/4)]2 ；氫產物包含具有來自以下群組之至少一個參數的[H2 (1/4)]2 ：(i)約1.028 Å ±10%之H2 (1/4)分子之分離距離，(ii)在H2 (1/4)分子之間約23 cm-1 ±10%的振動能量及(iii)在H2 (1/4)分子之間約0.0011 eV ±10%的凡得瓦能量，且氫產物包含具有來自以下群組之至少一個參數的H2 (1/4)分子之固體：(i)約1.028 Å ±10%之H2 (1/4)分子的分離距離，(ii)在H2 (1/4)分子之間約23 cm-1 ±10%的振動能量，及(iii)在H2 (1/4)分子之間約0.019 eV ±10%的凡得瓦能量；[H2 (1/4)]2 產物具有以下各者中之至少一者：(i)(a)約(J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 、(b)約(J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 及(c)約23 cm-1 ±10%之FTIR及拉曼光譜特徵；(ii)展示約1.028 Å ±10%的H2 (1/4)分子分離之X射線或中子繞射圖案，及(iii)約0.0011 eV ±10%/H2 (1/4)之汽化能量的量熱確定，且固體H2 (1/4)產物具有以下各者中之至少一者：(i) (a)約(J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 、(b)約(J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 及(c)約23 cm-1 ±10%之FTIR及拉曼光譜特徵；(ii)展示1.028 Å ±10%的氫分子分離之X射線或中子繞射圖案，及(iii)約0.019 eV ±10%/H2 (1/4)之汽化能量的量熱確定。由電力系統中之原子氫與催化劑之反應形成的氫產物可包含單獨選自H(1/p)、H2 (1/p)及H- (1/p)之群組或與以下各者中之至少一者錯合的低能量氫物質中之至少一者：(i)不同於氫之元素，(ii)包含H+ 、普通H2 、普通H- 及普通中之至少一者的普通氫物質、有機分子物質，及(iv)無機物質。由原子氫與催化劑之反應形成的氫產物可包含氧陰離子化合物。由原子氫與催化劑之反應形成的氫產物可包含具有式選自以下群組之至少一種化合物：MH、MH2 或M2 H2 ，其中M為鹼性陽離子且H為低能量氫物質；MHn ，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，且H為低能量氫物質；MHX，其中M為鹼性陽離子，X為諸如鹵素原子的中性原子、分子或諸如鹵素陰離子之單獨帶負電陰離子中之一者，且H為低能量氫物質；MHX，其中M為鹼土陽離子，X為單獨帶負電陰離子，且H為低能量氫物質；MHX，其中M為鹼土陽離子，X為雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物質；M2 HX，其中M為鹼性陽離子，X為單獨帶負電陰離子，且H為低能量氫物質；MHn ，其中n為整數，M為鹼性陽離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；M2 Hn ，其中n為整數，M為鹼土陽離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；M2 XHn ，其中n為整數，M為鹼土陽離子，X為單獨帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；M2 X2 Hn ，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，X為單獨帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；M2 X3 H，其中M為鹼土陽離子，X為單獨帶負電陰離子，且H為低能量氫物質；M2 XHn ，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，X為雙帶負電陰離子，且化合物的氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；M2 XX'H，其中M為鹼土陽離子，X為單獨帶負電陰離子，X'為雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物質；MM'Hn ，其中n為1至3之整數，M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；MM'XHn ，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為單獨帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；MM'XH，其中M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物質；MM'XX'H，其中M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X及X'為單獨帶負電陰離子，且H為低能量氫物質；MXX'Hn ，其中n為1至5之整數，M為鹼性或鹼土陽離子，X為單獨或雙帶負電陰離子，X'為金屬或類金屬、過渡元素、內部過渡元素或稀土元素，且化合物的氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；MHn ，其中n為整數，M為陽離子，諸如過渡元素、內部過渡元素或稀土元素，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；MXHn ，其中n為整數，M一諸如鹼性陽離子、鹼土陽離子之陽離子，X為諸如過渡元素、內部過渡元素或稀土元素陽離子的另一陽離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質；，其中M為鹼性陽離子或其他+1陽離子，m及n皆為整數，且化合物之氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物質；，其中M為鹼性陽離子或其他+1陽離子，m及n皆為整數，X為單獨帶負電陰離子，且化合物的氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物質；，其中M為鹼性陽離子或其他+1陽離子，n為整數，且化合物之氫內容物H包含至少一種低能量氫物質；，其中M為鹼性陽離子或其他+1陽離子，n為整數，且化合物之氫內容物H包含至少一種低能量氫物質；，其中m及n皆為整數，M及M'皆為鹼性或鹼土陽離子，X為單獨或雙帶負電陰離子，且化合物的氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物質，及，其中m及n皆為整數，M及M'皆為鹼性或鹼土陽離子，X及X'為單獨或雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物質。由原子氫與催化劑之反應形成的氫化合物產物之陰離子可包含至少一或多種單獨帶負電陰離子、鹵離子、氫氧根離子、碳酸氫根離子、硝酸根離子，雙帶負電陰離子為碳酸根離子、氧化物及硫酸根離子。由原子氫與催化劑之反應形成的氫產物可包含嵌入於晶格中之至少一種低能量氫物質。在例示性實施例中，化合物包含嵌入於鹽晶格中的H(1/p)、H2 (1/p)及H- (1/p)中之至少一者，其中鹽晶格包含鹼金屬鹽、鹼性鹵化物、鹼金屬氫氧化物、鹼土鹽、鹼土鹵化物及鹼土氫氧化物中之至少一者。
在一個實施例中，電極系統包含：第一電極及第二電極；與該第一及該第二電極電接觸之熔融金屬流(例如，熔融銀、熔融鎵等)；循環系統，其包含自儲集器汲取該熔融金屬且將其通過管道(例如，管)輸送以產生離開該管道的該熔融金屬流之泵，及經組態以提供該等第一與第二電極之間的電勢差之電源，其中該熔融金屬流同時與該第一及該第二電極接觸以在該等電極之間產生電流。在一個實施例中，電極系統之電功率足以產生電弧電流。在一個實施例中，電路包含：用於產生熔融金屬之加熱構件；用於自儲集器通過管道輸送該熔融金屬以產生離開該管道的該熔融金屬流之泵抽構件；及與用於跨該第一及該第二電極產生電勢差的電源構件電連通之第一電極及第二電極，其中該熔融金屬流同時與該第一及該第二電極接觸以在該第一與該第二電極之間產生電路。在包含第一和第二電極之電路的一個實施例中，改良包含使熔融金屬流穿過該等電極以准許電流在其之間流動。
在實施例中，產生電能及熱能中之至少一者之SunCell®電力系統包含：至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；及反應物，其包含：(i) 至少一種包含初生H2 O之催化劑來源或催化劑、(ii)至少一種H2 O來源或H2 O、(iii)至少一種原子氫來源或原子氫及(iv)熔融金屬；熔融金屬噴射系統，其包含至少兩個各自包含泵及噴射器管之熔融金屬儲集器；至少一個反應物供應系統，其用以補充在反應物發生反應以產生電能及熱能中之至少一者的過程中消耗之反應物；至少一個點火系統，其包含用以向至少兩個各自包含電磁泵之熔融金屬儲集器供應相反電壓之電源；及光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率的至少一個功率轉換器或輸出系統。
熔融金屬噴射系統可包含至少兩個熔融金屬儲集器，其各自包含噴射在容器內部相交之熔融金屬流之電磁泵，其中每一儲集器可包含熔融金屬位準控制器，其包含進水升管。點火系統可包含用以向至少兩個各自包含電磁泵之熔融金屬儲集器供應相反電壓之電源，其供應流動穿過相交之熔融金屬流之電流及功率，引起反應物之反應(包含點火)以在容器內部形成電漿。點火系統可包含：(i)用以向至少兩個各自包含電磁泵之熔融金屬儲集器供應相反電壓之電源及(ii)自該至少兩個各自包含電磁泵之熔融金屬儲集器噴出之至少兩個相交的熔融金屬流，其中電源能夠傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能。傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能的電源可包含至少一個超級電容器。每一電磁泵可包含以下中之一者：(i) DC或AC導電型，其包含經由電極供應至熔融金屬之DC或AC電流源及恆定或同相交變向量交叉磁場之來源；或(ii)感應型，其包含穿過熔融金屬之短路迴路之交變磁場來源，其在金屬中誘導交流電；及同相交變向量交叉磁場來源。泵與相對應的儲集器之至少一個活接(union)及包含容器、噴射系統及轉換器之部件之間的另一活接可包含濕封、凸緣及墊片密封、黏著密封及滑動螺母密封中之至少一者，其中墊片可包含碳。熔融金屬點火系統之DC或AC電流可在10 A至50,000 A之範圍內。用以傳送短脈衝高電流電能之電源可包含以下各者中之至少一者：
經選擇以引起在100 A至1,000,000 A、1 kA至100,000 A、10 kA至50 kA中之至少一者之範圍內的電流之高AC、DC或AC-DC混合之電壓；
在以下中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度：100 A/cm2 至1,000,000 A/cm2 、1000 A/cm2 至100,000 A/cm2 及2000 A/cm2 至50,000 A/cm2 ；
該電壓由固體燃料之導電性確定，或其中該電壓由所需電流乘以固體燃料樣品之電阻而得到；
DC或峰值AC電壓在0.1 V至500 kV、0.1 V至100 kV及1 V至50kV中之至少一者之範圍內，以及
AC頻率在0.1 Hz至10 GHz、1 Hz至1 MHz、10 Hz至100 kHz及100 Hz至10 kHz中之至少一者之範圍內。
熔融金屬點火系統之電路可由熔融金屬流之相交而閉合以引起點火，從而進一步引起在0 Hz至10,000 Hz之範圍內的點火頻率。感應型電磁泵可包含形成熔融金屬之短路迴路之陶瓷溝道。電力系統可進一步包含用以由相對應的固體金屬形成熔融金屬之諸如電感耦合加熱器的加熱器，其中該熔融金屬可包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者。電力系統可進一步包含真空泵及至少一個冷卻器。電力系統可包含：用以回收反應物之產物的系統，諸如包含能夠在重力下提供熔體流動之壁的容器中之至少一者；電極電磁泵；及與容器連通的儲集器，且其進一步包含冷卻系統，該冷卻系統用以將儲集器保持在比容器之另一部分低的溫度下以使熔融金屬之金屬蒸氣在儲集器中冷凝，其中容器中之壓力可藉由冷凝保持。包含電極電磁泵之回收系統可包含提供磁場之至少一個磁體及向量交叉點火電流分量。電力系統可包含反應功率輸出之至少一個功率轉換器或輸出系統，諸如以下各者之群組中之至少一者：熱光伏打轉換器、光伏打轉換器、光電轉換器、磁流體動力轉換器、電漿動力轉換器、熱離子轉換器、熱電轉換器、斯特林引擎、布累登循環引擎、朗肯循環引擎及熱機、加熱器及鍋爐。鍋爐可包含輻射鍋爐。反應容器之一部分可包含黑體輻射器，其可保持在1000 K至3700 K之範圍內之溫度下。電力系統之儲集器可包含氮化硼，容器之包含黑體輻射器之部分可包含碳，且與熔融金屬接觸之電磁泵部件可包含抗氧化金屬或陶瓷。低能量氫反應物可包含甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫、氧及水中之至少一者。反應物供應器可將甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫、氧及水中之每一者保持在0.01 Torr至1 Torr範圍內之壓力下。由電力系統之黑體輻射器發射並引向熱光伏打轉換器或光伏打轉換器的光可主要為黑體輻射，包含可見光及近紅外光，且光伏打電池可為聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)、銻化砷磷銦(InPAsSb)、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge。由反應電漿發射且引向熱光伏打轉換器或光伏打轉換器的光可主要為紫外光，且光伏打電池可為聚光電池，其包含至少一種選自III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN及InGaN之化合物。熱光伏打轉換器可在約1500 K至2500 K之溫度範圍內轉換來自諸如5b4之輻射器的諸如BBR之低溫黑體輻射(BBR)。相對應的PV電池可包含鉍。
在實施例中，PV轉換器可進一步包含至PV電池之UV窗。PV窗可替換黑體輻射器之至少一部分。該窗可實質上透過UV。該窗可抗用熔融金屬潤濕。該窗可在係高於熔融金屬之熔點及高於熔融金屬之沸點中之至少一者的溫度下操作。例示性窗為藍寶石、石英、MgF2 及熔融矽石。窗可經冷卻且可包含用於在操作期間或在維護期間清潔的構件。SunCell®可進一步包含電場及磁場中之至少一者的來源以將電漿約束於避免與窗及PV電池中之至少一者接觸的區域中。來源可包含靜電沈澱系統。來源可包含磁性約束系統。電漿可由重力約束，其中窗及PV電池中之至少一者處於關於電漿產生之位置的合適高度處。
或者，磁流體動力功率轉換器可包含連接至反應容器之噴嘴、磁流體動力通道、電極、磁體、金屬採集系統、金屬再循環系統、熱交換器及視情況選用之氣體再循環系統，其中反應物可包含H2 O蒸氣、氧氣及氫氣中之至少一者。反應物供應器可將O2 、H2 及反應產物H2 O保持在0.01 Torr至1 Torr之範圍內之壓力下。用以補充在反應物發生反應以產生電能及熱能中之至少一者的過程中消耗之反應物的反應物供應系統可包含以下中之至少一者：O2 及H2 氣體供應器、氣體殼體、在反應容器、磁流體動力通道、金屬採集系統及金屬再循環系統中之至少一者的壁中之選擇性透氣膜、用以保持O2 及H2 壓力中之至少一者的O2 、H2 及H2 O分壓感測器、流量控制器、至少一個閥門及電腦。在實施例中，電力系統之至少一個組件可包含陶瓷及玻璃陶瓷，其中陶瓷可包含金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽中之至少一者，該玻璃陶瓷諸如Li2 O × Al2 O3 ×n SiO2 系統(LAS系統)、MgO × Al2 O3 ×n SiO2 系統(MAS系統)、ZnO ×Al2 O3 ×n SiO2 系統(ZAS系統)。熔融金屬可包含銀且磁流體動力轉換器可進一步包含氧源以形成供應至儲集器、反應容器、磁流體動力噴嘴及磁流體動力通道中之至少一者的銀粒子之氣溶膠，其中反應物供應系統可另外供應及控制氧源以形成銀氣溶膠。熔融金屬可包含銀。磁流體動力轉換器可進一步包含電解槽氣體(cell gas)，其包含環境氣體，與儲集器及容器中之至少一者中的銀接觸。電力系統可進一步包含保持與熔融銀接觸之電解槽氣體的流動以形成銀氣溶膠之構件，其中電解槽氣體流動可包含強制氣體流動及對流氣體流動中之至少一者。電解槽氣體可包含稀有氣體、氧、水蒸氣、H2 及O2 中之至少一者。保持電解槽氣體流動之構件可包含氣泵或壓縮機中之至少一者，諸如磁流體動力氣泵或壓縮機、磁流體動力轉換器及由熔融金屬噴射系統及電漿中之至少一者引起的擾流。
電力系統之感應型電磁泵可包含雙級泵，其包含第一級，該第一級包含金屬再循環系統之泵，及第二級，該第二級包含金屬噴射系統之泵以噴射與容器內部之另一熔融金屬流相交之熔融金屬流。點火系統之電源可包含感應點火系統，該感應點火系統可包含穿過熔融金屬之短路迴路之交變磁場來源，其在金屬中產生包含點火電流之交流電。交變磁場來源可包含初級變壓器繞組，其包含變壓器電磁體及變壓器磁軛，且銀可至少部分地充當次級變壓器繞組，諸如單匝短路繞組，其圍封初級變壓器繞組且包含感應型電流迴路。儲集器可包含熔融金屬交接通道，其連接兩個儲集器以使得電流迴路圍封變壓器磁軛，其中感應電流迴路包含在儲集器、交接通道中所含之熔融銀、噴射管中之銀及相交以接通感應電流迴路之所噴射熔融銀流中產生的電流。在陶瓷噴射器管之情況下，可浸沒管以使得迴路包含在儲集器、交接通道中所含之熔融銀及相交以使感應電流迴路完整的所噴射熔融銀流。
在實施例中，發射器產生電能及熱能中之至少一者，其中發射器包含：至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；反應物，該等反應物包含：a)至少一種包含初生H2 O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2 O來源或H2 O；c)至少一種原子氫來源或可滲透穿過容器壁之原子氫；d)熔融金屬，諸如銀、銅或銀銅合金；及e)氧化物，諸如CO2 、B2 O3 、LiVO3 及不與H2 反應之穩定氧化物中之至少一者； 至少一個熔融金屬噴射系統，其包含熔融金屬儲集器及電磁泵；至少一個包含電源之反應物點火系統，其用以引起反應物形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者，其中電源自功率轉換器接收電功率；用以回收熔融金屬及氧化物之系統；光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統；其中熔融金屬點火系統包含以下中之至少一者：點火系統，其包含i)來自以下之群組的電極：a)至少一組用以約束熔融金屬之耐火金屬或碳電極；b)耐火金屬或碳電極及藉由電磁泵自電隔離熔融金屬儲集器傳送之熔融金屬流，及c)藉由至少兩個電磁泵自複數個電隔離熔融金屬儲集器傳送之至少兩個熔融金屬流；及ii)電源，其用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之高電流電能，其中熔融金屬AC、DC或AC-DC混合點火系統電流在50 A至50,000 A之範圍內；其中熔融金屬噴射系統包含電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及用以提供向量交叉電流分量之電流源； 其中熔融金屬儲集器包含電感耦合加熱器； 發射器，其進一步包含回收熔融金屬及氧化物之系統，諸如包含能夠在重力下提供熔體流動之壁之容器及與該容器連通之儲集器中之至少一者，且其進一步包含冷卻系統，該冷卻系統用以將儲集器保持在比容器低的溫度下以使金屬採集在儲集器中； 其中能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓之容器包含：內部反應電解槽，其包含高溫黑體輻射器；及外部腔室，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；其中黑體輻射器經保持在1000 K至3700 K之範圍內之溫度下；其中包含黑體輻射器之內部反應電解槽包含耐火材料，諸如碳或W；其中自電解槽外部發射之黑體輻射入射於光-電功率轉換器上；其中反應功率輸出之至少一個功率轉換器包含熱光伏打轉換器及光伏打轉換器中之至少一者；其中由該電解槽發射之光主要為黑體輻射，包含可見光及近紅外光，且光伏打電池為聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)及銻化砷磷銦(InPAsSb)、III族/V族半導體、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/ SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/ InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge，且電力系統進一步包含真空泵及至少一個排熱系統，且黑體輻射器進一步包含黑體溫度感測器及控制器。視情況地，發射器可包含至少一個額外反應物噴射系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含初生H2 O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2 O來源或H2 O；及c)至少一種原子氫來源或原子氫。額外反應物噴射系統可進一步包含電腦、H2 O及H2 壓力感測器及流量控制器中之至少一者，該等流量控制器包含質量流量控制器、泵、注射泵及高精度電子可控閥之群組中之至少一或多者；該閥門包含針閥、比例電子閥及步進馬達閥中之至少一者，其中該閥門由壓力感測器及電腦控制以保持H2 O及H2 壓力中之至少一者處於所需值；其中額外反應物噴射系統將H2 O蒸氣壓保持在0.1 Torr至1 Torr之範圍內。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2017年12月5日提交之美國臨時申請案第62/594,936號、2017年12月29日提交的第62/612,304號、2018年1月17日提交之第62/618,444號、2018年2月14日提交之第62/630,755號、2018年3月17日提交的第62/644,392號、2018年4月3日提交之第62/652,283號、2018年6月22日提交之第62/688,990號、2018年7月14日提交的第62/698,025號、2018年8月5日提交之第62/714,732號、2018年9月7日提交之第62/728,716號、2018年9月28日提交的第62/738,966號、2018年10月22日提交之第62/748,955號及2018年11月19日提交的第62/769,483號之權益，該等申請案全部均以引用之方式併入本文中。
本文中揭示用以釋放來自原子氫之能量以形成較低能態之催化劑系統，其中電子外殼處於相對於核較接近之位置。所釋放之功率用於發電，且另外，新型氫物質及化合物為所需產物。此等能態係由經典物理定律所預測的，且需要催化劑來接受來自氫的能量以便進行相對應的能量釋放躍遷。
經典物理學給出氫原子、氫陰離子、氫分子離子及氫分子的閉型解，且預測具有分數主量子數之相對應的物質。原子氫可經歷與某些物質(包括其本身)之催化反應，其可接受原子氫之位能之整數倍的能量m • 27.2 eV，其中m為整數。所預測之反應涉及諧振非輻射能量自原本穩定之原子氫傳遞至能夠接受該能量之催化劑。產物為H(1/p)，原子氫之分數芮得伯態(fractional Rydberg state)，稱作「低能量氫原子」，其中在用於氫激發態之芮得伯方程式(Rydberg equation)中，n = 1/2、1/3、1/4、...、1/p (p≤137，為整數)替換熟知參數n=整數。各低能量氫態亦包含電子、質子及光子，但來自光子之場份額增加結合能而非減小結合能，其對應於能量解吸而非吸收。因為原子氫之位能為27.2 eV，所以m 個H 原子充當另外第(m + 1)個H原子之具有m • 27.2eV 催化劑[R. Mills，The Grand Unified Theory of Classical Physics ；2016年9月版，在https://brilliantlightpower.com/book-download-and-streaming/發佈(「Mills GUTCP」)]。舉例而言，H原子可藉由經由跨空間能量傳遞(諸如藉由磁或所感應之電偶極-偶極耦合)自另一個H接受27.2 eV而充當其催化劑，從而形成隨連續譜帶之發射衰變之中間物，其具有短波長截止及能量。除原子H以外，自原子H接受m · 27.2eV 且分子位能量值減少相同能量之分子亦可充當催化劑。H2 O之位能為81.6 eV。隨後，藉由相同機制，預測藉由金屬氧化物之熱力學有利的還原形成之初生H2 O分子(並非以固態、液態或氣態鍵合之氫)充當催化劑，以形成釋放204 eV能量(包含81.6 eV傳遞至HOH)及釋放在10.1 nm處具有截止之連續輻射(122.4 eV)的。
在涉及躍遷至態之H 原子催化劑反應中，m 個H 原子充當另外第(m +1)個H原子之具有m · 27.2eV 之催化劑。隨後，m個原子藉以自第(m +1)個氫原子以諧振及非輻射方式接受m · 27.2eV 而使得m 個H充當催化劑之m +1個氫原子之間的反應藉由以下給出：
且，總反應為
(4)
關於初生H2 O之位能[R. Mills，The Grand Unified Theory of Classical Physics ；2016年9月版，在https://brilliantlightpower.com/ book-download-and-streaming/]，催化劑反應為
且，總反應為
(8)
在能量傳遞至催化劑(方程式(1)及(5))之後，形成具有H原子半徑及為質子中心場之m + 1倍的中心場的中間物。預測半徑隨著電子經歷徑向加速度而減小，直至半徑為未催化氫原子之半徑的1/(m + 1)的穩定狀態，且釋放出m 2 · 13.6 eV能量。預測歸因於中間物（例如方程式(2)及方程式(6))之遠紫外連續輻射譜帶具有短波長截止及藉由以下給出之能量：
;(9)
且延伸至比對應的截止長之波長。此處，由於H*[aH /4]中間物之衰減而引起之遠紫外連續輻射譜帶經預測為在 E = m2 ·13.6 = 9·13.6 = 122.4 eV (10.1 nm)處具有短波長截止[其中在方程式(9)中， p = m + 1 = 4且m = 3]並延伸至更長的波長。觀察到10.1 nm處之連續輻射譜帶，且對於理論上預測之H至較低能量(所謂的「低能量氫」狀態H(1/4))之躍遷到達較長波長，其僅由包含一些氫之脈衝捏縮氣體放電引起。藉由方程式(1)及(5)預測之另一觀察結果為自快H+ 之再結合形成快速激發態H原子。該等快原子產生展寬之巴耳麥α發射。揭露了在某些混合氫電漿中具有異常高的動能能量氫原子之群體的大於50 eV之巴耳麥α線展寬係一種熟知現象，其中其原因係由於在低能量氫之形成中所釋放的能量。在連續發射氫捏縮電漿中觀察到快H。
形成低能量氫之額外催化劑及反應係可能的。基於已知電子能級可鑑別的具體物質(例如，He+ 、Ar+ 、Sr+ 、K、Li、HCl及NaH、OH、SH、SeH、初生H2 O、nH (n=整數))需要與原子氫一起存在以催化該過程。該反應涉及非輻射性能量傳遞，接著為q ·13.6eV 連續發射或q ·13.6eV 傳遞至H以形成異常熱的激發態H及氫原子，該氫原子之能量低於對應於分數主量子數的未反應之原子氫。亦即，在氫原子之主能級之式中：
. (10)
n =1、2、3、… (11)
其中為氫原子之波爾半徑(Bohr radius) (52.947 pm)，e 為電子電荷之量值，且為真空電容率，分數量子數：
；其中為整數 (12)
替換氫激發態之芮得伯方程式中之熟知參數n =整數且表示稱為「低能量氫」之較低能態氫原子。氫之狀態及氫之狀態為非輻射性的，但兩種非輻射狀態之間的躍遷，比如n = 1至n = 1/2，係可能經由非輻射性能量傳遞發生的。氫為由方程式(10)及(12)給出之穩定狀態的特例，其中氫或低能量氫原子之相對應半徑係由以下給出：
, (13)
其中p = 1、2、3、...。為使能量守恆，能量必須以處於普通n = 1狀態中之氫原子的位能之整數為單位自氫原子傳遞至催化劑，且半徑躍遷至。藉由使普通氫原子與具有以下之反應淨焓之合適的催化劑反應而形成低能量氫：
m • 27.2eV (14)
其中m 為整數。據信，隨著反應淨焓更緊密地匹配m • 27.2eV ，催化之速率增加。已發現，反應淨焓在m • 27.2eV 之±10% (較佳±5%)內之催化劑適合於大多數應用。
催化反應涉及兩步能量釋放：非輻射性能量傳遞至催化劑，接著隨著半徑減小，進行另外的能量釋放，直至相對應的穩定最終狀態。因此，藉由以下給出總體反應：

(15)
(16)
及 (17)
總反應為
(18)
q 、r 、m 及p 為整數。具有氫原子之半徑(對應於分母中之1)及等於質子之中心場的(m +p )倍的中心場，且係半徑為H之的對應穩態。
催化劑產物H (l/p )亦可與電子反應，形成低能量氫氫陰離子H - (l/p )，或兩個H (l/p )可發生反應，形成相對應的分子低能量氫H 2 (l/p )。具體而言，催化劑產物H (l/p )亦可與電子反應，形成具有結合能EB 之新穎氫陰離子H - (l/p )：
(19)
其中p = 整數 ＞ 1，s = 1/2，為普朗克常量項(Planck's constant bar)，為真空之磁導率，me 為電子之質量，為由給出之約化之電子質量，其中mp 為質子之質量，ao 為波爾半徑，且離子半徑為。根據方程式(19)，經計算之氫陰離子之電離能量為0.75418eV ，且實驗值為6082.99 ± 0.15cm -1 (0.75418 eV)。低能量氫氫陰離子之結合能可藉由X射線光電子光譜(XPS)量測。
往高磁場位移之NMR峰係存在相對於普通氫陰離子半徑減小且質子之反磁性屏蔽增大的較低能態氫的直接證據。藉由兩個電子之反磁性及量值為p之光子場的作用之總和給出位移(Mills GUTCP方程式(7.87))：
(20)
其中第一項適用於H - ，其中對於H - (l /p )，p = 1且p =整數 ＞1，且α 為精細結構常量。所預測之低能量氫氫陰離子峰相對於普通氫陰離子異常地往高磁場位移。在實施例中，峰為TMS的高磁場。相對於TMS之NMR位移可大於對於單獨或包含化合物之普通H- 、H、H2 或H+ 中之至少一者已知的NMR位移。該位移可大於以下中之至少一者：0、-1、-2、-3、-4、 -5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、 -19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40 ppm。相對於裸質子之絕對位移之範圍(其中TMS之位移相對於裸質子為約-31.5)可為-(p29.9 + p2 2.74) ppm (方程式(20))，其約在以下中之至少一者中的範圍內：± 5 ppm、± 10 ppm、± 20 ppm、± 30 ppm、± 40 ppm、± 50 ppm、± 60 ppm、± 70 ppm、± 80 ppm、± 90 ppm及± 100 ppm。相對於裸質子之絕對位移之範圍可為-(p29.9 + p2 1.59 × 10-3 ) ppm (方程式(20))，其約在以下中之至少一者中的範圍內：0.1%至99%、1%至50%及1%至10%。在另一個實施例中，低能量氫物質(諸如，低能量氫原子、氫陰離子或分子)在固體基質(諸如，如NaOH或KOH之氫氧化物之基質)中之存在引起基質質子往高磁場位移。基質質子(諸如NaOH或KOH之基質質子)可交換。在實施例中，位移可引起基質峰在相對於TMS的約-0.1 ppm至-5 ppm之範圍內。NMR測定可包含魔角旋轉1 H 核磁諧振光譜(MAS1 H NMR)。
H (l/p )可與質子反應且兩個H (l/p )可發生反應以分別形成H 2 (l /p )+ 及H 2 (l/p )。在非輻射之約束下，根據橢圓座標中之拉普拉斯算子(Laplacian)來求解氫分子離子及分子電荷與電流密度函數、鍵距離以及能量。
(21)
在長球體分子軌道之各焦點處具有+pe 之中心場的氫分子離子之總能量ET 為：
(22)
其中p 為整數，c 為真空中之光速，且μ 為經約化之核質量。在長球體分子軌道之各焦點處具有+pe 之中心場的氫分子之總能量為：
(23)
氫分子H 2 (1/p )之鍵解離能量ED 係對應氫原子之總能量與ET 之間的差：
(24)
其中
(25)
ED 由方程式(23-25)給出：
(26)
H 2 (1/p )可由X射線光電子光譜(XPS)識別，其中除經電離電子之外的電離產物可為諸如包含兩個質子及電子(氫(H)原子、低能量氫原子、分子離子、氫分子離子及H 2 (1/p )+ )之可能物中的至少一者，其中能量可因基質而位移。
催化產物氣體之NMR提供H 2 (1/p )之理論上預測的化學位移的決定性測試。大體而言，歸因於橢圓座標中之分數半徑，H 2 (1/p )之1 H NMR諧振經預測為自H 2 的1 H NMR諧振朝向高磁場，其中電子明顯更靠近原子核。藉由兩個電子之反磁性及幅度為p之光子場的作用之總和給出H2 (1/ p)之經預測位移(Mills GUTCP方程式(11.415-11.416))：
(27)
(28)
其中第一項適用於H 2 ，其中對於H2 (1/p )，p = 1且p = 整數 ＞1。實驗絕對H2 氣相諧振位移-28.0 ppm與經預測之絕對氣相位移-28.01 ppm相符(方程式(28))。所預測之分子低能量氫的峰相對於普通H2 異常地往高磁場位移。在實施例中，峰為TMS的高磁場。相對於TMS之NMR位移可大於對於單獨或構成化合物之普通H- 、H、H2 或H+ 中之至少一者已知的NMR位移。該位移可大於以下中之至少一者：0、-1、-2、-3、-4、-5、 -6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、- 22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40 ppm。相對於裸質子之絕對位移之範圍(其中TMS之位移相對於裸質子為約-31.5 ppm)可為-(p28.01 + p2 2.56) ppm (方程式(28))，其約在以下之至少一者中的範圍內：± 5 ppm、± 10 ppm、± 20 ppm、± 30 ppm、± 40 ppm、± 50 ppm、± 60 ppm、± 70 ppm、± 80 ppm、± 90 ppm及± 100 ppm。相對於裸質子之絕對位移之範圍可為-(p28.01 + p2 1.49 × 10-3 ) ppm (方程式(28))，其約在以下之至少一者中的範圍內：0.1%至99%、1%至50%及1%至10%。
供氫型分子H2 (1/p )自v = 0躍遷至v = 1的振動能量E vib 為：
(29)
其中p 為整數。
供氫型分子H2 (1/p )自J 躍遷至J +1的旋轉能量Ero t 為：
(30)
其中p 為整數且I 為慣性力矩。對氣體中及捕集於固體基質中之電子束激發分子觀察到H2 (1/4)之振轉發射。
由核間距離之反向p 相關性及對慣性力矩I 之對應影響得到旋轉能量之p2 相關性。H2 (1/p )之經預測之核間距離2c '為
(31)
H2 (1/p)之旋轉及振動能量中之至少一者可藉由激勵發射光譜分析、拉曼光譜分析及傅立葉變換紅外(FTIR)光譜分析來量測。H2 (1/p)可捕集於基質中(諸如MOH、MX及M2 CO3 (M = 鹼金屬；X = 鹵化物)基質中之至少一者中)，以便進行量測。
在實施例中，觀察到作為大約1950 cm-1 處之逆拉曼效應(IRE)峰的分子低能量氫產物。藉由使用包含與支援表面增強型拉曼散射(SERS)之拉曼雷射波長相當的粗糙度特徵或粒度的導電材料來增強峰，以展示IRE峰。
I. 催化劑
在本發明中，諸如低能量氫反應、H催化作用、H催化反應、當提及氫時的催化、形成低能量氫之氫反應及低能量氫形成反應均係指例如以下之反應：由方程式(14)定義之催化劑的方程式(15)至(18)與原子H反應以形成具有由方程式(10)及(12)給出的能級之氫狀態。當提及執行將H催化至具有由方程式(10)及(12)給出之能級的H狀態或低能量氫狀態的反應混合物時，諸如低能量氫反應物、低能量氫反應混合物、催化劑混合、用於低能量氫形成之反應物、產生或形成低能態氫或低能量氫的反應物的對應術語亦可互換地使用。
本發明之催化性低能量氫躍遷需要自原子H接受能量以引起躍遷的催化劑，該催化劑可呈未經催化之原子氫之位能27.2eV 的整數m 倍的吸熱化學反應的形式。吸熱催化劑反應可為自諸如原子或離子之物質電離一或多個電子(例如，對於，m = 3)，且可進一步包含鍵斷裂與自一或多種初始鍵搭配物電離一或多個電子的協同反應(例如，對於，m = 2)。 He + 因為以54.417eV (為2 • 27.2eV )電離，所以其滿足催化劑準則——焓變等於27.2eV 之整數倍的化學或物理過程。整數數目個氫原子亦可充當27.2eV 焓之整數倍的催化劑。催化劑能夠自原子氫接受呈約27.2 eV ± 0.5 eV及中之一者的整數單位的能量。
在實施例中，催化劑包含原子或離子M，其中t 個電子自原子或離子M各自電離至連續能級，以使得t 個電子之電離能量的總和大致為m • 27.2eV 及中之一者，其中m 為整數。
在實施例中，催化劑包含雙原子分子MH，其中M-H鍵之斷裂加上t 個電子自原子M各自電離至連續能級使得t 個電子之鍵能及電離能量的總和大致為m • 27.2eV 及中之一者，其中m 為整數。
在實施例中，催化劑包含原子、離子及/或選自分子AlH、AsH、BaH、BiH、CdH、ClH、CoH、GeH、InH、NaH、NbH、OH、RhH、RuH、SH、SbH、SeH、SiH、SnH、SrH、TlH、C2 、N2 、O2 、C O2 、N O2 及NO3 之分子及以下之原子或離子：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、Kr、2K + 、He + 、Ti 2+ 、Na + 、Rb+ 、Sr + 、Fe 3+ 、M o 2+ 、Mo4+ 、In3+ 、He+ 、Ar + 、Xe+ 、Ar 2+ 及H + ，及Ne+ 以及H + 。
在其他實施例中，藉由以下提供用以產生低能量氫之MH- 型氫催化劑：將電子傳遞至受體A、M-H鍵斷裂加t 個電子自原子M各自電離至連續能級，使得包含MH與A之電子親和力(EA)之差異的電子傳遞能量、M-H鍵能及t 個電子自M電離的電離能量之總和為約m• 27.2eV ，其中m 為整數。能夠提供約m• 27.2eV 之反應淨焓的MH- 型氫催化劑為 OH- 、SiH- 、CoH- 、NiH- 及SeH- 。
在其他實施例中，藉由以下提供用以產生低能量氫之MH+ 型氫催化劑：自可帶負電之供體A傳遞電子、M-H鍵斷裂加t 個電子自原子M各自電離至連續能級，使得包含MH與A之電離能量之差異的電子傳遞能量、M-H鍵能及t 個電子自M電離的電離能量之總和為約m• 27.2eV ，其中m 為整數。
在實施例中，分子或帶正電或帶負電分子離子中之至少一者充當自原子H接受約m27.2 eV之催化劑，其中分子或帶正電或帶負電分子離子之位能的量值減小約m27.2 eV。例示性催化劑為H2 O、OH、醯胺基NH2 及H2 S。
O2 可充當催化劑或催化劑來源。氧分子之鍵能為5.165 eV，且氧原子之第一、第二及第三電離能量分別為13.61806eV 、 35.11730eV 及54.9355eV 。反應及分別提供為Eh 約2倍、4倍及1倍之淨焓且包含藉由自H接受此等能量以使低能量氫形成的用以形成低能量氫的催化劑反應。
II. 低能量氫
具有由給出之結合能之氫原子(其中p為大於1，較佳為2至137之整數)係本發明之H催化反應的產物。原子、離子或分子之結合能(亦被稱作電離能量)係自原子、離子或分子移除一個電子所需的能量。具有方程式(10)及(12)中給出之結合能的氫原子在下文被稱作「低能量氫原子」或「低能量氫」。具有半徑之低能量氫的標識為，其中aH 為普通氫原子之半徑且p 為整數。具有半徑aH 之氫原子在下文中被稱作「普通氫原子」或「正常氫原子」。普通原子氫之特徵在於其結合能為13.6 eV。
根據本發明，提供一種具有根據方程式(19)之結合能的低能量氫氫陰離子(H- )，該結合能對於p = 2直至23大於且對於p = 24 (H- )小於普通氫陰離子之結合能(約0.75 eV)。對於方程式(19)之p = 2至p = 24，氫陰離子結合能分別為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及0.69 eV。本文亦提供包含新穎氫陰離子之例示性組合物。
亦提供包含一或多種低能量氫氫陰離子及一或多種其他元素的例示性複合物。此類化合物被稱為「低能量氫氫化物」。
普通氫物質之特徵在於以下結合能：(a)氫陰離子，0.754 eV (「普通氫陰離子」)；(b)氫原子(「普通氫原子」)，13.6 eV；(c)雙原子氫分子，15.3 eV (「普通氫分子」)；(d)氫分子離子，16.3 eV (「普通氫分子離子」)；及(e)，22.6 eV (「普通三氫分子離子」)。本文中，關於氫之形式，「正常」與「普通」同義。
根據本發明之另一實施例，提供一種化合物，其包含至少一種結合能增加的氫物質，諸如：(a)氫原子，其具有約(諸如，在之約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中p為自2至137之整數；(b)氫陰離子(H- )，其具有約(諸如，在之約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中p為自2至24之整數；(c)；(d)三低能量氫分子離子，其具有約 eV (諸如，在 eV 之約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中p為自2至137之整數；(e)二低能量氫，其具有約 eV (諸如，在 eV 的約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中p為自2至137之整數；(f)二低能量氫分子離子，其具有約 eV (諸如在 eV 之約0.9倍至1.1倍的範圍內）之結合能，其中p為整數，較佳為自2至137之整數。
根據本發明之另一實施例，提供一種化合物，其包含至少一種結合能增加之氫物質，諸如：(a)二低能量氫分子離子，其具有約(諸如在的約0.9倍至1.1倍的範圍內)之總能量，其中p 為整數，為普朗克常量項，me 為電子之質量，c 為真空中之光速，且μ 為經約化之核質量， 及(b)二低能量氫分子，其具有約(諸如，在之約0.9至1.1倍的範圍內)之總能量，其中p 為整數且ao 為波爾半徑。
根據本發明之一個實施例(其中化合物包含帶負電之結合能增加的氫物質)，該化合物進一步包含一或多種陽離子，諸如質子、普通或普通。
本文提供一種用於製備包含至少一種低能量氫氫陰離子之化合物的方法。此類化合物在下文被稱作「低能量氫氫化物」。該方法包含使原子氫與反應淨焓為約之催化劑反應，其中m為大於1之整數，較佳為小於400之整數，從而產生結合能為約之結合能增加的氫原子，其中p 為整數，較佳為自2至137的整數。另一催化產物為能量。結合能增加之氫原子可與電子來源反應以產生結合能增加之氫陰離子。結合能增加之氫陰離子可與一或多種陽離子反應以產生包含至少一種結合能增加之氫陰離子的化合物。
在實施例中，極高功率及能量中之至少一者可藉由氫在本文中被稱作歧化之過程中經歷至具有方程式(18)中之高p值的低能量氫的躍遷而達成，如Mills GUT Chp. 5中所給出，其以引用之方式併入。氫原子H (1/p )p = 1、2、3、...137可經歷由方程式(10)及(12)所給出之至較低能態的進一步躍遷，其中一個原子之躍遷係藉由以諧振及非輻射方式接受m • 27.2eV 且伴隨有其位能之相反變化的另一個原子來催化。由方程式(32)給定之m • 27.2eV 諧振傳遞至誘導的至之躍遷的總體通用方程式藉由以下表示：
(32)
來自低能量氫製程之EUV光可解離二分數氫分子且所得低能量氫原子可充當催化劑以躍遷至較低能態。例示性反應包含藉由H(1/4)將H催化為H(1/17)，其中H(1/4)可為藉由HOH對另一H進行催化的反應產物。預測低能量氫之歧化反應產生X射線區域中之特徵。如由方程式(5-8)所示，HOH催化劑之反應產物為。考慮在含H2 O氣體之氫雲中很可能有躍遷反應，其中第一氫型原子為H原子，且充當催化劑之第二受體氫型原子為。因為之位能為，所以躍遷反應藉由以下表示：
(33)
(34)
(35)
且，總反應為
(36)
預測歸因於中間物（例如方程式(16)及方程式(34))之遠紫外連續輻射譜帶具有短波長截止點及藉由以下得出之能量：
(37)
且延伸至比相對應的截止更長之波長。此處，預測歸因於中間物之衰變的遠紫外連續輻射譜帶在E = 3481.6eV ；0.35625nm 具有短波長截止且延伸至更長波長。NASA之錢德拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory)及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, 第789卷, 第1期, (2014)；A. Boyarsky、O. Ruchayskiy、D. Iakubovskyi、J. Franse, 「An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster」, (2014),arXiv: 1402.4119 [astro-ph.CO]]在英仙座星團中觀察到具有3.48 keV截止之寬X射線峰，其不匹配任何已知原子躍遷。BulBul等人之分配給具有未知身分之黑暗物質的3.48 keV特徵匹配躍遷且進一步證實低能量氫為黑暗物質之身分。
新穎的氫組成物質可包含：
(a)至少一種具有以下結合能之中性、正或負的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)
(i)大於對應普通氫物質之結合能，或
(ii)大於任何氫物質在對應普通氫物質因為普通氫物質之結合能小於環境條件(標準溫度及壓力，STP)下之熱能或為負而不穩定或觀察不到時的結合能；及
(b)至少一種其他元素。本發明之化合物在下文中被稱作「結合能增加之氫化合物」。
在此上下文中，「其他元素」意謂除結合能增加之氫物質以外的元素。因此，其他元素可為普通氫物質，或除氫以外之任何元素。在一組化合物中，其他元素及結合能增加之氫物質為中性。在另一組化合物中，其他元素及結合能增加之氫物質帶電，使得其他元素提供平衡電荷以形成中性化合物。前一組化合物之特徵在於分子及配位鍵合；後一組之特徵在於離子鍵合。
亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：
(a)至少一種具有以下總能量之中性、正或負的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)
(i)大於對應普通氫物質之總能量，或
(ii)大於任何氫物質在對應普通氫物質因為普通氫物質之總能量小於環境條件下之熱能或為負而不穩定或觀察不到時的總能量；及
(b)至少一種其他元素。
氫物質之總能量為自氫物質移除所有電子的能量之總和。根據本發明之氫物質的總能量大於對應普通氫物質之總能量。根據本發明之總能量增加之氫物質亦被稱作「結合能增加之氫物質」，即使總能量增加之氫物質之一些實施例可具有比對應普通氫物質之第一電子結合能小的第一電子結合能。舉例而言，p = 24之方程式(19)之氫陰離子的第一結合能小於普通氫陰離子之第一結合能，而p = 24之方程式(19)之氫陰離子的總能量遠遠大於對應普通氫陰離子之總能量。
本文亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：
(a)複數種具有以下結合能之中性、正或負的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)
(i)大於對應普通氫物質之結合能，或
(ii)大於任何氫物質在對應普通氫物質因為普通氫物質之結合能小於環境條件下之熱能或為負而不穩定或觀察不到時的結合能；及
(b)視情況選用之一種其他元素。本發明之化合物在下文中被稱作「結合能增加之氫化合物」。
可藉由使一或多種低能量氫原子與電子、低能量氫原子、含有該等結合能增加之氫物質中之至少一者及除結合能增加之氫物質以外的至少一種其他原子、分子或離子的化合物中之一或多者反應來形成結合能增加之氫物質。
亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：
(a)複數種具有以下總能量之中性、正或負的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」
(i)大於普通分子氫之總能量，或
(ii)大於任何氫物質在對應普通氫物質因為普通氫物質之總能量小於環境條件下之熱能或為負而不穩定或觀察不到時的總能量；及
(b)視情況選用之一種其他元素。本發明之化合物在下文中被稱作「結合能增加之氫化合物」。
在實施例中，提供一種化合物，其包含至少一種選自以下之結合能增加之氫物質：(a)根據方程式(19)之結合能對於p = 2直至23大於且對於p = 24小於普通氫陰離子之結合能(約0.8 eV)的氫陰離子(「結合能增加之氫陰離子」或「低能量氫氫陰離子」)；(b)結合能大於普通氫原子之結合能(約13.6 eV)的氫原子(「結合能增加之氫原子」或「低能量氫」)；(c)具有大於約15.3 eV之第一結合能的氫分子(「結合能增加之氫分子」或「二低能量氫」) ；或(d)具有大於約16.3 eV之結合能的分子氫離子(「結合能增加之分子氫離子」或「二低能量氫分子離子」)。在本發明中，結合能增加之氫物質及化合物亦被稱作低能氫物質及化合物。低能量氫包含結合能增加之氫物質或等同地較低能量之氫物質。
III. 化學反應器
本發明亦係針對用於產生本發明之結合能增加之氫物質及化合物(諸如二低能量氫分子及低能量氫氫化物)的其他反應器。取決於電池類型，其他催化產物為功率及(可選地)電漿及光。此類反應器在下文中被稱作「氫反應器」或「氫電池」。氫反應器包含用於製作低能量氫之電池。用於製作低能量氫之電池可採用以下形式：化學反應器或氣體燃料電池(諸如氣體放電電池)、電漿炬電池或微波功率電池及電化電池。在實施例中，催化劑為HOH且HOH及H中之至少一者的來源為冰。在實施例中，電池包含電弧放電電池且包含冰及至少一個電極，以使得放電涉及冰之至少一部分。
在實施例中，電弧放電電池包含容器、兩個電極、高電壓電源(諸如能夠具有在約100 V至1 MV之範圍內的電壓及在約1 A至100 kA之範圍內的電流的電源)，及水源(諸如儲集器及形成並供應H2 O液滴之構件)。液滴可在電極之間傳送。在實施例中，液滴引發電弧電漿之點火。在實施例中，水電弧電漿包含可發生反應以形成低能量氫之H及HOH。可藉由控制液滴尺寸及將液滴供應至電極之速率來控制點火速率及對應功率比。高電壓源可包含至少一個可由高電壓電源充電的高電壓電容器。在實施例中，電弧放電電池進一步包含諸如功率轉換器的構件，諸如本發明之功率轉換器，諸如PV轉換器及用以將來自低能量氫製程之功率(諸如光及熱)轉換成電的熱機中之至少一者。
用於製作低能量氫之電池的例示性實施例可採用以下形式：液體燃料電池、固體燃料電池、異質燃料電池、CIHT電池及SF-CIHT或SunCell®電池。此等電池中之每一者包含：(i)原子氫來源；(ii)至少一種用於製作低能量氫之催化劑，其選自固體催化劑、熔融催化劑、液體催化劑、氣態催化劑或其混合物；及(iii)用於使氫與用於製作低能量氫之催化劑反應之容器。如本文所使用及如本發明如預期，除非另外規定，否則術語「氫」不僅包括氕(1 H )，而且包括氘(2 H )及氚(3 H )。例示性化學反應混合物及反應器可包含本發明之SF-CIHT、CIHT或熱電池實施例。在此化學反應器部分中給出額外例示性實施例。在本發明中給出在混合物反應期間形成之用H2 O作為催化劑的反應混合物的實例。其他催化劑可用於形成結合能增加及氫物質及化合物。可在諸如反應物、反應物之wt%、H2 壓力及反應溫度之參數方面根據此等例示性情況調節反應及條件。合適的反應物、條件及參數範圍係本發明之反應物、條件及參數範圍。藉由經預測之13.6 eV之整數倍的連續輻射譜帶、由H線之多普勒線展寬所量測之在其他方面無法解釋的超高H動能、H線反轉、在無擊穿電場之情況下形成電漿及如在Mills先前公開案中所報導的不規則電漿餘暉持續時間顯示低能量氫及分子低能量氫係本發明之反應器的產物。資料(諸如關於CIHT電池及固體燃料的資料)已由其他研究人員在場外獨立驗證。由本發明之電池形成低能量氫亦藉由在較長持續時間內連續輸出之電能所證實，該等電能係電輸入之多倍，其在大多數情況下超過在無替代來源情況下的輸入的10倍以上。所預測之分子低能量氫H2 (1/4)藉由以下各者而鑑別為CIHT電池與固體燃料之產物：MAS H NMR，其展示經預測之約-4.4 ppm之往高磁場移位之基質峰；ToF-SIMS及ESI-ToFMS，其展示H2 (1/4)與集氣劑基質複合成為m/e=M+n2峰，其中M為母離子之質量且n為整數；電子束激發發射光譜分析及光致發光發射光譜分析，其展示經預測之具有H2 能量之16倍或量子數p=4的平方倍數的H2 (1/4)的旋轉及振動光譜；拉曼及FTIR光譜分析，其展示1950 cm-1 之H2 (1/4)的旋轉能量，其為H2 之旋轉能量之16倍或量子數p=4的平方倍數；XPS，其展示經預測之500 eV的H2 (1/4)之總結合能；及到達時間在m/e=1峰之前的ToF-SIMS峰，該m/e=1峰對應於動能約204 eV之H，其將所預測之H至H(1/4)之能量釋放與傳遞至第三體H之能量相匹配，如以下中所報導：Mills先前公開案及R. Mills X Yu、Y. Lu、G Chu、J. He、J. Lotoski的「Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell」，International Journal of Energy Research, (2013)以及R. Mills、J. Lotoski、J. Kong、G Chu、J. He、J. Trevey的「High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell」(2014)，其以全文引用之方式併入本文中。
使用水流量熱計及Setaram DSC 131差示掃描量熱計 (DSC)兩者，藉由觀察到來自形成低能量氫之固體燃料的超過最大理論能量60倍的熱能，證實藉由本發明之電池(諸如包含用以產生熱功率之固體燃料之電池)形成低能量氫。MAS H NMR展示出約-4.4 ppm之經預測H2 (1/4)高磁場基質位移。始於1950 cm-1 之拉曼峰匹配H2 (1/4)之自由空間旋轉能量(0.2414 eV)。此等結果報導於Mills先前公開案及R. Mills、J. Lotoski、W. Good、J. He的「Solid Fuels that Form HOH Catalyst」(2014)中，其以全文引用之方式併入本文中。
IV. SunCell 及功率轉換器 在實施例中，產生直接電能及熱能中之至少一者的電力系統包含：至少一個容器；反應物，其包含：(a)至少一種包含初生H2 O之催化劑來源或催化劑；(b)至少一種原子氫來源或原子氫；及(c)導體及導電基質中之至少一者；及至少一組諸如液體電極之電極，用以傳送短脈衝高電流電能的電源；及至少一個直接轉換器，諸如以下中之至少一者：電漿-電力轉換器(如PDC)；磁流體動力轉換器；光伏打轉換器；光學整流天線(optical rectenna)，諸如A. Sharma、V. Singh、T. L. Bougher、B. A. Cola的「A carbon nanotube optical rectenna」。Nature Nanotechnology，第10卷，(2015)，第1027-1032頁，doi:10.1038/nnano.2015.220中所報導之光學整流天線，該參考文獻以全文引用之方式併入；及至少一個熱-電功率轉換器。在另一實施例中，容器能夠具有大氣壓、高於大氣壓及低於大氣壓中之至少一者的壓力。在另一實施例中，至少一個直接電漿-電轉換器可包含以下之群組中的至少一者：電漿動力功率轉換器、直接轉換器、磁流體動力功率轉換器、磁鏡磁流體動力功率轉換器、電荷漂移轉換器、桿式或百葉窗式功率轉換器、磁旋管、光子聚束微波功率轉換器及光電轉換器。在另一實施例中，至少一個熱-電轉換器可包含以下之群組中的至少一者：熱機、蒸氣機、蒸氣渦輪機及發電機、燃氣渦輪機及發電機、朗肯循環引擎、布累登循環引擎、史特林引擎、熱離子功率轉換器及熱電功率轉換器。可包含將熱量排至環境氣氛之閉合冷卻劑系統或開放系統的例示性熱-電系統為超臨界CO2 、有機朗肯或外部燃燒器燃氣渦輪機系統。
除本發明之UV光伏打及熱光伏打之外，SunCell®可包含此項技術中已知之其他電轉換構件，諸如熱離子、磁流體動力、渦輪機、微型渦輪機、朗肯或布累登循環渦輪機、化學及電化學功率轉換系統。朗肯循環渦輪機可包含超臨界CO2 、有機物(諸如氫氟碳化物或碳氟化合物)或蒸氣工作流體。在朗肯或布累登循環渦輪機中，SunCell®可向渦輪機系統之預熱器、復熱器、鍋爐及外部燃燒器型熱交換器平台中之至少一者提供熱功率。在實施例中，布累登循環渦輪機包含整合於渦輪機之燃燒區段中之SunCell®渦輪機加熱器。SunCell®渦輪機加熱器可包含自壓縮機及復熱器中之至少一者接收氣流之導管，其中空氣受熱且導管將加熱之壓縮流引導至渦輪機之入口，以執行壓力體積功。SunCell®渦輪機加熱器可替換或補充燃氣渦輪機之燃燒室。朗肯或布累登循環可關閉，其中功率轉換器進一步包含冷凝器及冷卻器中之至少一者。
轉換器可為Mills先前公開案及Mills先前申請案中給出之轉換器。低能量氫反應物(諸如H來源及HOH來源)及SunCell®系統可包含本發明或諸如以下之先前美國專利申請案中之低能量氫反應物及SunCell®系統：Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455；2008年4月24日提交之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，2009年7月29日提交之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US10/27828，2010年3月18日提交之PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，2011年3月17日提交之PCT；H2 O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，2012年3月30日提交之PCT/US12/31369；CIHT Power System，2013年5月21日提交之PCT/US13/041938；Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT/IB2014/058177，2014年1月10日提交之PCT；Photovoltaic Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT/US14/32584，2014年4月1日提交之PCT；Electrical Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT/US2015/033165，2015年5月29日提交之PCT；Ultraviolet Electrical Generation System Methods Regarding Same，PCT/US2015/065826，2015年12月15日提交之PCT； Thermophotovoltaic Electrical Power Generator，PCT/US16/12620，2016年1月8日提交之PCT；Thermophotovoltaic Electrical Power Generator Network，PCT/US2017/035025，2017年12月7日提交之PCT；Thermophotovoltaic Electrical Power Generator，PCT/US2017/013972，2017年1月18日提交之PCT；Extreme and Deep Ultraviolet Photovoltaic Cell，PCT/US2018/012635，2018年01月05日提交之PCT；Magnetohydrodynamic Electric Power Generator，PCT/US18/17765，2018年2月12日提交之PCT；及Magnetohydrodynamic Electric Power Generator，PCT/US2018/034842，2018年5月29日提交之PCT (「Mills先前申請案」)，其以全文引用之方式併入本文中。
在實施例中，在以熱、電漿及電磁(光)功率中之至少一者的形式釋放高能量的情況下，點火H2 O以形成低能量氫。(本發明中之「點火」表示H至低能量氫之極高反應速率，其可表現為爆發、脈衝或其他形式之高功率釋放)。H2 O可包含可利用施加高電流(諸如，在約10 A至100,000 A之範圍內的高電流)點火的燃料。此可藉由施加諸如約5,000至100,000 V之高電壓以首先形成高導電電漿(諸如電弧)而達成。或者，高電流可穿過諸如熔融金屬之導電基質，諸如銀，其進一步包含諸如H及HOH之低能量氫反應物或包含H2 O的化合物或混合物，其中諸如固體燃料之所得燃料的導電性較高。(在本發明中，使用固體燃料來指代形成進一步反應而形成低能量氫的諸如HOH及H之催化劑的反應物混合物。電漿電壓可較低，諸如在約1 V至100 V之範圍內。然而，反應混合物可包含除固體以外的其他物理狀態。在實施例中，反應混合物可為以下中之至少一種狀態：氣態、液體、熔融基質(諸如熔融導電基質，諸如熔融金屬，諸如熔融銀、銀銅合金及銅中之至少一者)、固體、漿液、溶膠凝膠、溶液、混合物、氣態懸浮液、氣動流及熟習此項技術者已知之其他狀態)。在實施例中，具有極低電阻之固體燃料包含反應混合物，該反應混合物包含H2 O。低電阻可係由反應混合物之導體組分所導致的。在實施例中，固體燃料之電阻為在以下範圍內中之至少一者：約10-9 歐姆至100歐姆、10-8 歐姆至10歐姆、10-3 歐姆至1歐姆、10-4 歐姆至10-1 歐姆及10-4 歐姆至10-2 歐姆。在另一實施例中，具有高電阻之燃料包含含痕量或微量莫耳百分比之經添加化合物或材料的H2 O。在後一種情況下，可使高電流流過燃料，以藉由引起擊穿而達成點火，從而形成高度導電狀態(諸如電弧或電弧電漿)。
在實施例中，反應物可包含H2 O來源及導電基質，以形成催化劑來源、催化劑、原子氫來源及原子氫中之至少一者。在另一實施例中，包含H2 O來源之反應物可包含以下中之至少一者：體相H2 O、除體相H2 O以外的狀態、經歷用以形成H2 O及釋放結合之H2 O的反應中之至少一者的一或多種化合物。另外，經結合H2 O可包含與H2 O相互作用之化合物，其中H2 O處於經吸收H2 O、經結合H2 O、物理吸附之H2 O及水合水中之至少一者的狀態。在實施例中，反應物可包含導體及一或多種化合物或材料，該一或多種化合物或材料經歷體相H2 O、經吸收H2 O、經結合H2 O、物理吸附之H2 O及水合水之釋放中之至少一者且其反應產物為H2 O。在其他實施例中，初生H2 O催化劑來源及原子氫來源中之至少一者可包含以下中之至少一者：(a)至少一種H2 O來源；(b)至少一種氧來源；及(c)至少一種氫來源。
在實施例中，低能量氫反應速率取決於高電流之施加或形成。在SunCell®之實施例中，形成低能量氫之反應物經受引起極快反應速率及能量釋放的低電壓、高電流、高功率脈衝。在例示性實施例中，60 Hz電壓小於15 V峰值，電流在100 A/cm2 與50,000 A/cm2 峰值之間的範圍內，且功率在1000 W/cm2 與750,000 W/cm2 之間的範圍內。在此等參數之約1/100倍至100倍之範圍內之其他頻率、電壓、電流及功率係合適的。在實施例中，低能量氫反應速率取決於高電流之施加或形成。在實施例中，電壓經選擇為引起具有在以下至少一個範圍內的電流之高AC、DC或AC-DC混合：100 A至1,000,000 A、1 kA至100,000 A、10 kA至50 kA。DC或峰值AC電流密度可在以下中之至少一者的範圍內： 100 A/cm2 至1,000,000 A/cm2 、1000 A/cm2 至100,000 A/cm2 及2000 A/cm2 至 50,000 A/cm2 。DC或峰值AC電壓可在選自以下之至少一個範圍內：約0.1 V至1000 V、0.1 V至100 V、0.1 V至15 V及1 V 至15 V。AC頻率可在以下範圍內：約0.1 Hz至10 GHz、1 Hz至1 MHz、10 Hz至100 kHz及100 Hz至10 kHz。脈衝時間可在選自以下之至少一個範圍內：約10-6 s至10 s、10-5 s至1 s、10-4 s至0.1 s及10-3 s至0.01 s。
在實施例中，傳遞來自經催化為低能量氫狀態之原子氫的能量導致對催化劑之電離。自催化劑電離之電子可積聚在反應混合物及容器中並引起空間電荷堆積。該空間電荷可改變用於自原子氫至催化劑之後續能量傳遞的能級，同時降低反應速率。在實施例中，施加高電流會移除空間電荷，以引起低能量氫反應速率之增加。在另一實施例中，諸如電弧電流之高電流使得可充當H來源及HOH催化劑之反應物(諸如水)的溫度極快提高。高溫可引起水熱解為H及HOH催化劑中之至少一者。在實施例中，SunCell®之反應混合物包含H來源及催化劑(諸如nH (n為整數)及HOH中之至少一者)的來源。nH 及HOH中之至少一者可藉由至少一種物相之水(諸如，固體、液體及氣態水中之至少一者)的熱解或熱分解形成。熱解可在高溫(諸如，在約500K至10,000K、1000K至7000K及1000K至5000K之至少一個範圍內的溫度)下發生。在例示性實施例中，反應溫度為約3500至4000K，以使得原子H之莫耳分數較高，如藉由J. Lede、F. Lapicque及J Villermaux[J. Lédé、F. Lapicque、J. Villermaux，「Production of hydrogen by direct thermal decomposition of water」， International Journal of Hydrogen Energy, 1983,V8 , 1983，第675-679頁；H. H. G. Jellinek、H. Kachi，「The catalytic thermal decomposition of water and the production of hydrogen」， International Journal of Hydrogen Energy, 1984,V9 ，第 677-688頁；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 ，第1451-1458頁；S. Z. Baykara，「Experimental solar water thermolysis」，International Journal of Hydrogen Energy, 2004,V29 ，第1459-1469 頁，其以引用之方式併入本文中]所展示。熱解可由固體表面(諸如電池組分中之一者)協助。可藉由輸入功率及藉由低能量氫反應所保持之電漿將固體表面加熱至高溫。熱解氣體(諸如點火區域之彼等向下的氣體流)可經冷卻以防止再結合或產物至初始水含量之逆反應。反應混合物可包含處於比產物氣體之溫度低的溫度下的冷卻劑，諸如固相、液體相氣相中之至少一者。熱解反應產物氣體之冷卻可藉由使產物與冷卻劑接觸而達成。冷卻劑可包含低溫蒸氣、水及冰中之至少一者。
在實施例中，SunCell®發電機包含產生電能及熱能中之至少一者的電力系統，其包含：
至少一個容器；
反應物，其包含：
a)至少一種包含初生H2 O之催化劑來源或催化劑；
b)至少一種H2 O來源或H2 O；
c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及
d)導體及導電基質中之至少一者；
至少一個反應物噴射系統；
至少一個反應物點火系統，其用以引起反應物形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者；
用以回收反應物之反應產物之系統；
至少一個再生或再供應系統，其用以自反應產物再生額外反應物或再供應額外反應物，
其中該等額外反應物包含：
a)至少一種包含初生H2 O之催化劑來源或催化劑；
b)至少一種H2 O來源或H2 O；
c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及
d)導體及導電基質中之至少一者；及
該光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統，諸如以下之群組中之一或多者：光伏打轉換器、光電轉換器、電漿動力轉換器、熱離子轉換器、熱電轉換器、斯特林引擎、布累登循環引擎、朗肯循環引擎，及熱機及加熱器。
在一實施例中，燃料或反應物可包含H來源、H2 、催化劑來源、H2 O來源及H2 O中之至少一者。合適的反應物可包含導電金屬基質及水合物，諸如鹼性水合物、鹼土水合物及過渡金屬水合物中之至少一者。水合物可包含MgCl2 ·6H2 O、BaI2 ·2H2 O及ZnCl2 ·4H2 O中之至少一者。或者，反應物可包含銀、銅、氫氣、氧氣及水中之至少一者。
反應電解槽腔室H2 O蒸氣壓、H2 壓力及O2 壓力中之至少一者可在約0.01 Torr至100 atm、0.1 Torr至10 atm及0.5 Torr至1 atm之至少一個範圍內。EM泵抽速率可在約0.01 ml/s至10,000 ml/s、0.1 ml/s至1000 ml/s及0.1 ml/s至100 ml/s之至少一個範圍內。
點火系統可包含：
a)至少一組用以執行以下中之至少一者的之固體或液體金屬電極：約束反應物或提供導電基質或電路；及
b)用以傳送短脈衝高電流電能的電源，其中該短脈衝高電流電能足以引起反應物反應以形成電漿。電源可自功率轉換器接收電功率。在實施例中，反應物點火系統包含至少一組分離以形成開路的電極，其中該開路藉由噴射反應物閉合以使高電流流動而達成點火。在另一實施例中，電極包含來自諸如電磁(EM)泵噴射器之複數個噴射器的液態金屬，其中點火系統之電路藉由至少兩個所噴射熔融金屬流之相交而閉合。
在實施例中，SunCell®可包含液體電極。電極可包含液態金屬。液體金屬可包含燃料之熔融金屬。噴射系統可包含至少兩個儲集器5c及至少兩個可實質上彼此電隔離之電磁泵。複數個噴射系統中之每一者的噴嘴5q可經定向以致使複數個熔融金屬流相交。每一流可具有至電源2之端子的連接，以向相交流提供電壓及電流。電流可自一個噴嘴5q經由其熔融金屬流流入其他流及噴嘴5q且傳回至電源2的相對應端子。電池包含熔融金屬傳回系統以便於將所噴射之熔融金屬傳回至複數個儲集器。傳回系統可包含重力流系統。在另一實施例中，點火電流可包含藉由通過包含相交熔融金屬流之電流迴路的變化磁場保持之感應電流。電源可包含供應初級變壓器繞組之AC電源，該初級變壓器繞組供應通過包含相交熔融金屬流之電流迴路的變化磁場。
在實施例中，EM泵包含進水升管5qa (圖2I168)，其包含諸如管之中空管道。導管可連接到EM泵磁體5k4之入口側上之EM泵管5k6。管包含用於銀之流動的至少一個入口。入口可包含在管之頂部處的開口及套管之側面中的至少一個孔洞中之至少一者。在例示性實施例中，進水升管可包含具有儲集器熔融金屬位準之所需高度的高度之開端式管道或管。在進水升管之儲集器中浸沒於熔融金屬中之所浸沒進水升管允許熔融金屬流至EM泵中，直至儲集器之熔融金屬位準匹配進水升管5qa的最低入口之熔融金屬位準為止。進水升管可包含耐火材料，諸如耐火金屬、碳或陶瓷，諸如鎂(magnesi)、氧化鉿、氧化鋯、鋁(aluimin)或本發明之其他耐火材料中之一者。進水升管之最低入口可具有相對於噴嘴5q更高之高度以在操作期間保持噴嘴始終被浸沒。或者，進水升管之最高入口可具有相對於噴嘴5q更低之高度以在操作期間保持進水升管始終被浸沒。噴嘴5q或進水升管5qa之浸沒可減小或消除點火電流對噴嘴或進水升管電短路之可能。浸沒噴嘴可為可浸沒以保護其形成低能量氫反應電漿之正電極。進水升管可為非導電的。進水升管可塗佈有諸如本發明之塗層的塗層。塗層可為非導體。可包含諸如Mo之耐火金屬的進水升管可覆蓋有外皮或包層。外皮或包層可包含非導體。在實施例中，EM泵可包含電壓及電流感測器中之至少一者以量測感應或導電EM泵電壓及電流。處理器可使用感測器資料且控制電壓及電流來控制泵抽速率。在一實施例中，SunCell®可由諸如蜂巢式電話之無線裝置監測及控制中之至少一種。SunCell®可包含天線以發送及接收資料及控制信號。
在一實施例中，點火系統包含用於進行以下中之至少一者的開關：起始電流及在達成點火之後中斷電流。電流之流動可藉由完成電極之間的間隙之反應物起始。開關可藉由諸如以下中之至少一者之構件以電子方式執行：絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)、矽控整流器(SCR)及至少一個金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。或者，可以機械方式對點火進行開關。在點火之後可中斷電流以便使輸出低能量氫產生之能量相對於輸入點火能量達到最佳。點火系統可包含在其中產生電漿之階段期間允許可控量之能量流入燃料中以引起爆震並關掉電源的開關。在實施例中，用以傳送短脈衝高電流電能之電源包含以下中之至少一者：
經選擇用於產生高AC、DC或AC-DC電流混合物之電壓，該電流在100 A至1,000,000 A、1 kA至100,000 A、10 kA至50 kA中之至少一者之範圍內；
在以下中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度：1 A/cm2 至1,000,000 A/cm2 、1000 A/cm2 至100,000 A/cm2 及2000 A/cm2 至50,000 A/cm2 ；
其中該電壓由固體燃料之導電性確定，其中該電壓由所需電流乘以固體燃料樣品之電阻而得到；
DC或峰值AC電壓在0.1 V至500 kV、0.1 V至100 kV及1 V至50kV中之至少一者之範圍內，以及
AC頻率在0.1 Hz至10 GHz、1 Hz至1 MHz、10 Hz至100 kHz及100 Hz至10 kHz中之至少一者之範圍內。
SunCell電池之輸出功率可包含可藉由熱光伏打轉換器及磁流體動力轉換器中之至少一者轉換為電力的熱功率及電漿功率中之至少一者。或者，可藉由熱交換器收集功率以提供熱功率。
在包含雙熔融金屬噴射器之實施例中，來自一個噴嘴的熔融金屬流之軌道可處於第一平面，且來自第二噴嘴的熔融金屬流之軌道之平面可處於圍繞第一平面之兩個笛卡爾(Cartesian)軸中之至少一者旋轉的第二平面。該等流可沿傾斜路徑彼此接近。在一實施例中，第一噴嘴之熔融金屬流之軌道處於yz平面，且第二噴嘴可自yz平面側向地移動且朝向yz平面旋轉，使得該等流傾斜地接近。在例示性實施例中，第一噴嘴之熔融金屬流之軌道處於yz平面，且第二噴嘴之熔融金屬流之軌道處於由yz平面圍繞z軸之旋轉定義之平面，使得第二噴嘴可自yz平面側向地移動且朝向yz平面旋轉使得該等流傾斜地接近。在一實施例中，第一流高度及第二流高度處的軌跡交叉各自經調節以引起相交。在一實施例中，第二EM泵之出口管偏離第一EM泵套管之出口管，且第二EM泵之噴嘴朝向第一EM泵之噴嘴，使得熔融流彼此傾斜地接近，且流相交可藉由調節流之相對高度來達成。流高度可由諸如控制至少一個EM泵之EM泵電流之一者的控制器來控制。
在包含最初在同一yz平面中對準的兩個噴射器之兩個噴嘴的實施例中，達成噴射流之相交的噴射熔融金屬流之相對傾斜軌道可藉由使至少一個對應的儲集器5c略微圍繞z軸旋轉及藉由朝向yz平面旋轉而略微彎曲自yz平面平移之噴嘴的操作中之至少一個操作來達成。
在另一實施例中，噴射系統可包含諸如使至少一股熔融金屬流偏轉以達成噴射流之對準的磁場及電場中之至少一者之源的場源。歸因於對應的導體經由所施加磁場之移動及諸如霍爾(Hall)及點火電流之至少一種電流與所施加磁場之間的力，噴射熔融金屬流中之至少一者可由勞侖茲力偏轉。偏轉可藉由控制磁場強度、熔融金屬流動速率及點火電流中之至少一者來控制。磁場可藉由永久磁體、電磁體(其可經冷卻)及超導磁體中之至少一者提供。磁場強度可藉由控制電流來控制磁體與熔融流之間的距離及磁場強度中之至少一者來控制。
可量測點火電流或電阻以確定最佳交叉點。當電流在設定電壓或電阻最小時經最大化時，可獲得最佳對準。可包含可程式化邏輯控制器及電腦中之至少一者的控制器可達成最佳化。
SunCell®發電機包含其參數諸如本發明中經感測及控制之參數的組件。在實施例中，具有感測器及控制系統之電腦可感測及控制：(i)每一經冷卻系統(諸如功率轉換器、EM泵磁體及電感耦合加熱器中之至少一者)之每一急冷器之入口及出口溫度及冷卻劑壓力及流動速率，(ii)點火系統電壓、電流、功率、頻率及工作循環，(iii) EM泵噴射流動速率，(iv)電感耦合加熱器及電磁泵5k之電壓、電流及功率，(v)電池中之壓力，(vi)電池組件之壁溫，(vii)每一區段中之加熱器功率，(viii)電磁泵之電流及磁通量，(ix)銀熔化溫度、流動速率及壓力，(xi)藉由調節器形成之可經由共同氣體噴射歧管或殼體傳送的每一滲透或噴射氣體(諸如H2 、O2 及H2 O及混合物)的壓力、溫度及流動速率，(xi)入射至PV轉換器的光之強度或至MHD轉換器之電漿功率，(xii) PV轉換器之電壓、電流及功率輸出，(xiii)任何功率調節設備之電壓、電流、功率及其他參數，及(xiv)至寄生負載及外部負載中之至少一者的SunCell®發電機輸出電壓、電流及功率，(xv)至任何寄生負載(諸如電感耦合加熱器、電磁泵、急冷器及感測器及控件中之至少一者)的電壓、電流及功率輸入，及(xvi)具有能量儲存之起動電路之電壓、電流及電荷狀態。在一實施例中，SunCell®可由諸如蜂巢式電話之無線裝置監測及控制中之至少一種。SunCell®可包含天線以發送及接收資料及控制信號。
系統進一步包含諸如電池(諸如鋰離子電池)之啟動功率/能源。可替代地，可經由自外部電源至發電機之連接件提供用於啟動的諸如柵極電源之外部電源。連接件可包含功率輸出匯流排。啟動功率能量源可進行以下中之至少一者：向加熱器供應電力以保持熔融金屬導電基質、對噴射系統供電及對點火系統供電。
SunCell®可包含在高壓下具有水以提供高壓氫之高壓水電解劑，諸如包含質子交換薄膜(proton exchange membrane，PEM)電解劑的一者。H2 及O2 腔室中之每一者可包含用以分別消除污染物O2 及H2 之複合器。PEM可充當陽極及陰極室之分離器及鹽橋中之至少一者，以允許在陰極處產生氫且在陽極處產生氧作為分離氣體。陰極可包含二硫屬化物析氫催化劑，諸如包含鈮及鉭中之至少一者的可進一步包含硫的一者。陰極可包含此項技術中已知的一者，諸如Pt或Ni。氫可在高壓下產生且可直接地或藉由滲透，諸如滲透黑體輻射器供應至反應電解槽腔室5b31。SunCell®可包含自陰極室至將氫氣傳送至電池之點的氫氣管線。SunCell®可包含自陽極室至將氧氣傳送至儲存容器或排氣孔之點的氧氣管線。在一實施例中，SunCell®包含感測器、處理器及電解電流控制器。感測器可感測以下中之至少一者：(i)諸如電解陰極室、氫管線、外部腔室5b3a1及反應電解槽腔室5b31之至少一個腔室中的氫壓，(ii) SunCell®之電力輸出，及(iii)電解電流。在一實施例中，至電池中之氫供應藉由控制電解電流受控。氫供應可隨著增加電解電流增大，且反之亦然。氫可為在高壓下及包含低庫存中之至少一者，使得至電池之氫供應可藉由控制電解電流以快速時間回應受控。
在另一實施例中，氫可藉由使用所供應水及由SunCell®產生之熱量熱解來產生。熱解循環可包含本發明或此項技術中已知的一種中之一者，諸如基於金屬及其氧化物(諸如SnO/Sn及ZnO/Zn中之至少一者)的一者。在其中電感耦合加熱器、EM泵及點火系統僅在啟動期間消耗功率的一實施例中，氫可藉由熱解產生，使得寄生電力要求極低。SunCell®可包含用以提供電力以運行諸如氣體感測器及控制系統之系統的諸如鋰離子電池組的電池組，該等控制系統諸如用於反應電漿氣體的彼等。
磁流體動力 (MHD) 轉換器
基於交叉磁場中之離子或導電介質之質量流量之形成的電荷分離作為磁流體動力(MHD)功率轉換為熟知的技術。陽離子和陰離子在相對的方向上流經洛倫茲方向並且在相應的MHD電極處被接收以影響其之間的電壓。形成離子之質量流量典型的MHD方法為經由噴嘴擴展接種有離子之高壓氣體以產生穿過經交叉磁場之高速流，其中一組MHD電極關於偏轉場交叉以接收經偏轉離子。在一實施例中，壓力通常大於常壓，且方向性質量流量可藉由反應來實現以形成電漿及高度導電、高壓及高溫熔融金屬蒸氣，其經擴增以產生穿過MHD轉換器之橫向磁場部分的高速流。可穿過MHD轉換器之流動可為軸向或徑向的。其他方向性流動可藉由約束性磁體，諸如赫爾姆霍茲線圈或磁瓶之彼等磁體實現。
特定言之，圖2I161至圖2I206中所展示之MHD電功率系統可包含本發明之低能量氫反應電漿源(諸如包含EM泵5ka之電漿源)、至少一個儲集器5c、至少兩個電極(諸如包含雙熔融金屬噴射器5k61之電極)、低能量氫反應物來源(諸如HOH催化劑及H之來源)、點火系統(包含將電壓及電流施加至電極以由低能量氫反應物形成電漿的電源2)及MHD電功率轉換器。包含低能量氫反應電漿源及MHD轉換器的MHD電力系統之組件可由抗氧化劑材料中之至少一者組成，該等抗氧化劑材料諸如抗氧化劑金屬、包含抗氧化劑塗料的金屬及陶瓷，使得系統可在空氣中操作。在一雙熔融金屬噴射器實施例中，藉由保持包含間歇性電流之脈衝噴射來實現高電場。藉由銀流斷開連接及重新連接脈衝電漿。可施加電壓直至連接雙熔融金屬流。脈衝可包含藉由造成金屬流之斷開-重新連接之對應高頻的高頻。連接-重新連接可自發地發生且可藉由控制藉由構件之低能量氫反應功率(諸如本發明之彼等)及藉助於本發明之熔融金屬噴射速率(諸如藉由控制EM泵電流)中之至少一者來控制。在一實施例中，點火系統可包含電壓及電流之來源，諸如DC電源及一組電容器，以用針對高電流脈衝之能力傳送脈衝點火。
圖2I161至圖2I206中所展示之磁流體動力電力轉換器可包含橫向於z軸之磁通量之來源，該z軸其MHD轉換器300之穿過軸向熔融金屬蒸氣及電漿流之方向。導電流動沿z軸可具有較佳速度，此係由於氣體沿z軸擴展。其他方向性流動可藉由約束性磁體，諸如赫爾姆霍茲線圈或磁瓶之彼等磁體實現。因此，金屬電子及離子傳播至橫向磁通量之區域中。傳播電子及離子上之洛倫茲力藉由以下給出
F =e v × B (38)
力橫向於電荷速度及磁場且在陽離子及陰離子之相對方向上。因此，橫向電流形成。橫向磁場之來源可包含依據沿z軸之位置提供不同強度之橫向磁場以便最佳化具有平行速度分散之流動電荷之交叉偏轉(方程式(38))的組件。
儲集器5c熔融金屬可呈液體及氣態之至少一個狀態。儲集器5c熔融金屬可定義為MHD工作介質且可同樣被稱作MHD工作介質或被稱作熔融金屬，其中其暗示熔融金屬可進一步呈液體及氣態之至少一個狀態。亦可使用諸如熔融金屬、液體金屬、金屬蒸氣或氣態金屬之特定狀態，其中亦可存在另一種物理狀態。例示性熔融金屬為可呈液體及氣態狀態中之至少一者的銀。MHD工作介質可進一步包含添加劑，其包含以下中之至少一者：添加金屬，其在工作溫度範圍處可呈液體及氣態中之至少一者；化合物，諸如本發明中之一者，其在工作溫度範圍處可呈液體及氣態中之至少一者；及氣體，諸如稀有氣體(諸如氦氣或氬氣)、水、H2 及本發明之其他電漿氣體中之至少一者。MHD工作介質添加劑可與MHD工作介質呈任何所要比率。在一實施例中，選擇介質與添加劑介質之比率以得到MHD轉換器之視情況選用之電力轉換性能。諸如銀或銀-銅合金之工作介質可在過飽和條件下操作。
在一實施例中，MHD發電機300可包含法拉第、通道霍耳及圓盤霍耳類型中之至少一者。在通道霍耳MHD實施例中，膨脹或發電機通道308可沿z軸垂直地定向，其中熔融金屬電漿(諸如銀蒸氣及電漿)流動穿過加速器部分(諸如限制或噴嘴導入口307)，隨後膨脹部分308。通道可包含螺線管磁體306，諸如超導或永久磁體，諸如沿x軸橫向於流動方向之海爾貝克陣列(Halbach array)。磁體可由MHD磁體安裝托架306a固定。磁體可包含液體致冷劑或可包含具有或不具有液體致冷劑之低溫致冷機。低溫致冷機可包含乾燥稀釋致冷機。磁體可包含磁場之返迴路徑，諸如磁軛，諸如C形或矩形反磁軛。一例示性永久磁體材料為SmCo，且一例示性磁軛材料為磁性CRS、冷軋鋼或鐵。發電機可包含至少一組電極，諸如沿y軸之經分段電極304，其橫向於磁場(B )以接收在MHD電極304上產生電壓之橫向地洛倫茲偏轉離子。在另一實施例中，至少一個通道(諸如發電機通道308)可包含除具有平面壁(諸如圓柱形壁通道)之幾何結構以外的幾何結構。藉由[E. M. Walsh, Energy Conversion Electromechanical, Direct, Nuclear, Ronald Press Company, NY, NY, (1967), 第221-248頁]描述磁流體動力產生，其之完整本發明以引用之方式併入本文中。
MHD磁體306可包含永久磁體及電磁體中之至少一者。電磁體306可為具有對應低溫管理之未冷卻磁體、經水冷卻磁體及超導磁體中之至少一者。例示性磁體為螺線管或鞍形物線圈，其可磁化MHD通道308及跑道線圈，其可磁化圓盤通道。超導磁體可包含低溫致冷機及致冷劑杜瓦瓶系統中之至少一者。超導磁體系統306可包含：(i)超導線圈，其可包含NbTi或NbSn之超導體線螺旋圈，其中超導體可包覆於保護免受由諸如振動之手段誘導之超導體狀態之瞬態局部淬滅的正常導體(諸如銅線)或高溫超導體(HTS)上，該高溫超導體諸如YBa2 Cu3 O7 ，通常被稱作YBCO-123或僅YBCO；(ii)液態氦杜瓦瓶，其在線圈之兩側上提供液態氦；(iii)液氮杜瓦瓶，其在螺線管磁體之內部及外部半徑上具有液氮，其中液態氦及液氮杜瓦瓶二者可包含輻射擋板及輻射護罩(可包含銅、不鏽鋼及鋁中之至少一者)及在壁處絕緣之高真空；及(iv)各磁體之入口，其可附接低溫泵及壓縮機，該低溫泵及壓縮機可經由其輸出功率端子由SunCell®發電機之功率輸出供電。
在一個實施例中，磁流體動力電力轉換器為經分段法拉第發電機。在另一實施例中，由離子流之洛倫茲偏轉形成之橫向電流在平行於離子之輸入流之方向(z軸)上經受進一步洛倫茲偏轉以在沿z軸相對地移位之至少第一MHD電極與第二MHD電極之間產生霍耳電壓。此裝置在此項技術中稱為磁流體動力電力轉換器之霍耳發電機實施例。其中MHD電極在xy平面中關於z軸成角度的類似裝置包含本發明的之另一實施例且稱為具有「窗口訊框」構造之對角發電機。在每一情況下，電壓可驅使電流流過電力負載。經分段法拉第發電機、霍耳發電機及對角發電機之實施例在Petrick [J. F. Louis, V. I. Kovbasyuk, Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation, M Petrick及B. Ya Shumyatsky編者, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois, (1978), 第157-163頁]中給出，其之完整本發明以引用之方式併入。
在磁流體動力電力轉換器之另一實施例中，隨著沿z軸之離子流可接著進入包含增加的軸向磁場梯度之壓縮部分，其中平行於z軸之方向之電子運動分量至少部分地轉換為垂直運動，此係由於絕熱不變量=常數。由於，故在z軸周圍形成方位角電流。在運動平面中電流由於軸向磁場而徑向偏轉，在盤式產生器磁流體動力電力轉換器之內環與外環MHD電極之間產生霍爾電壓(Hall voltage)。電壓可驅使電流流過電力負載。電漿功率亦可使用本發明或此項技術中已知之電力裝置的直接轉換器或其他電漿轉換為電力。
MHD發電機可包含接收膨脹流動之冷凝器通道部分309且發電機進一步包含回流通道或管310，其中MHD工作介質(諸如銀蒸氣)冷卻，此係因為其在冷凝器部分中損失溫度、壓力及能量中之至少一者且經由通道或管310流回至儲集器。發電機可包含至少一個回流泵312及回流泵管313以將回流泵送至儲集器5c及EM泵噴射器5ka。回流泵及泵管可泵送液體、蒸氣及氣體中之至少一者。回流泵312及回流泵管313可包含電磁(EM)泵及EM泵管。至EM泵之入口可具有比出口泵管直徑更大的直徑以增加泵出口壓力。在一實施例中，回流泵可包含EM泵噴射器電極5ka之噴射器。在一雙熔融金屬噴射器實施例中，發電機包含各自藉由對應回流泵(諸如回流EM泵312)之回流儲集器311。回流儲集器311可進行以下中之至少一者：平衡回流熔融金屬(諸如熔融銀)流動且冷凝或分離與液體銀混合之銀蒸氣。儲集器311可包含冷凝銀蒸氣之熱交換器。儲集器311可包含第一級電磁泵以較佳地泵送液體銀以分離液體與氣態銀。在一實施例中，可藉由離心力將液體金屬選擇性地噴射至回流EM泵312中。回流導管或回流儲集器可包含離心部分。離心儲集器可自入口至出口為楔形的，使得離心力在頂部比在底部更大以迫使熔融金屬至底部且將其與氣體(諸如金屬蒸氣及任何工作介質氣體)分離。替代地，SunCell®可安裝於離心表上，該離心表圍繞垂直於回流熔融金屬之流動方向的軸旋轉以產生分離液體及氣態物種的離心力。
在一實施例中，經冷凝金屬蒸氣流動至兩個獨立回流儲集器311中，且各回流EM泵312將熔融金屬泵送至對應儲集器5c中。在一實施例中，兩個回流儲集器311及EM泵儲集器5c中之至少一者包含含量控制系統，諸如本發明中之一者，諸如進水升管5qa。在一實施例中，由於呈視回流儲集器中之含量而定之較高或較低速率，可將回流熔融金屬抽吸至回流儲集器311中，其中抽吸速率由對應含量控制系統(諸如進水升管)控制。
在一實施例中，MHD轉換器300可進一步包含至少一個加熱器，諸如電感耦合加熱器。加熱器可預熱與MHD工作介質接觸之組件，諸如反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308、MHD冷凝部分309、回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313中之至少一者。加熱器可包含接合及回縮加熱器之至少一個致動器。加熱器可包含複數個線圈及線圈部分中之至少一者。線圈可包含此項技術中已知之線圈。線圈部分可包含至少一個分離線圈，諸如本發明中之一者。在一實施例中，MHD轉換器可包含至少一個冷卻系統，諸如熱交換器316。MHD轉換器可包含用於至少一個電池及MHD組件之冷卻器，諸如以下組中之至少一者：腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD磁體306、MHD電極304、MHD發電機部分308、MHD冷凝部分309、回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313。冷卻器可自MHD流動通道移除熱量損失，諸如來自以下中之至少一者之熱量損失：腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308及MHD冷凝部分309。冷卻器可自MHD工作介質回流系統移除熱量，該MHD工作介質回流系統諸如回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313中之至少一者。冷卻器可包含可將熱量排出至環境氣氛的輻射熱交換器。
在一實施例中，冷卻器可包含將能量自冷凝部分309傳遞至儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、噴嘴307及MHD通道308中之至少一者的再循環器或復熱器。經傳遞能量(諸如熱量)可包含來自剩餘熱能、壓力能及工作介質之汽化熱中之至少一者的熱量，該工作介質諸如包含氣化金屬、動力氣溶膠及氣體(諸如稀有氣體)中之至少一者的工作介質。散熱管為被動二相裝置，其能夠隨著十分之幾度溫度下降在幾米之距離內轉移大量熱通量(諸如高達20 MW/m2 )；因此，顯著地降低材料上之熱應力，從而僅使用少量工作流體。鈉及鋰散熱管可傳遞大量熱通量且沿軸向方向保持幾乎等溫。鋰散熱管可傳遞高達200 MW/m2 。在一實施例中，諸如熔融金屬(諸如液體鹼金屬，諸如包覆於耐火金屬(諸如W)中之鈉或鋰)的散熱管可傳遞來自冷凝器309之熱量且將其再循環至反應電解槽腔室5b31或噴嘴307。在一實施例中，至少一個散熱管回收銀汽化熱且使其再循環，使得經回收熱量功率為輸入至MHD通道308之功率的部分。
在一實施例中，SunCell®之組件(諸如包含MHD轉換器之組件)中之至少一者可包含散熱管以進行以下中之至少一者：將熱量自SunCell®發電機之一個部分傳遞至另一部分及將熱量自加熱器(諸如電感耦合加熱器)傳遞至SunCell®組件，諸如EM泵管5k6、儲集器5c、反應電解槽腔室5b31及MHD熔融金屬傳回系統，諸如MHD回流管310、MHD傳回儲集器311、MHD傳回EM泵312及MHD傳回EM管。或者SunCell®或至少一個組件可在諸如此項技術中已知之烘箱的烘箱內加熱。在實施例中，至少一個SunCell®組件可加熱以供至少操作啟動。
SunCell®加熱器415可為電阻性加熱器或電感耦合加熱器。例示性SunCell®加熱器415包含Kanthal A-1 (Kanthal)電阻加熱電線、能夠操作至多1400℃之溫度且具有較高電阻率及良好抗氧化性之鐵磁體-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。用於合適加熱元件之額外FeCrAl合金為Kanthal APM、Kanthal AF、Kanthal D及Alkrothal中之至少一者。諸如電阻電線元件之加熱元件可包含可在1100℃至1200℃範圍內操作的NiCr合金，諸如Nikrothal 80、Nikrothal 70、Nikrothal 60及Nikrothal 40中之至少一者。或者，加熱器415可包含能夠在氧化氣氛中在1500℃至1800℃內操作之二矽化鉬(MoSi2 )，諸如Kanthal Super 1700、Kanthal Super 1800、Kanthal Super 1900、Kanthal Super RA、Kanthal Super ER、Kanthal Super HT及Kanthal Super NC中之至少一者。加熱元件可包含用氧化鋁合金化之二矽化鉬(MoSi2 )。加熱元件可具有諸如氧化鋁塗層之抗氧化劑塗層。電阻性加熱器415之加熱元件可包含可能夠在至多1625℃的溫度下操作之SiC。
SunCell®加熱器415可包含內部加熱器，該內部加熱器可通過對SunCell®組件之外部開放但對內部閉合之組件壁的熱電偶(thermowell)或凹痕引入。SunCell®加熱器415可包含內部電阻性加熱器，其中電力可藉由經由所加熱SunCell®組件之壁之磁感應或藉由穿透所加熱SunCell®組件的壁之液體電極而耦合至內部加熱器。
SunCell®加熱器可包含絕緣體以增加其效率及有效性中之至少一者。絕緣體可包含諸如本領域中熟習此項技術者已知之陶瓷的陶瓷，諸如包含氧化鋁-矽酸鹽之絕緣體。絕緣體可為可移除或可逆中之至少一者。諸如陶瓷纖維絕緣體之絕緣體可包含氣體空隙。絕緣體在加熱且隨後在變熱之後用諸如氦之較高熱傳遞氣體(在600K、1 atm下252.4 mW/m K)替換低熱傳遞氣體期間藉由應用諸如空氣、氮或SF6 (在600K、1 atm下33.8 mW/m K)的低熱傳遞氣體而可為可逆的。或者，絕緣體可在啟動以更有效地將熱量傳遞至諸如環境之所需接收器或熱交換器之後去除。絕緣體可經機械地去除。絕緣體可包含有可能的真空腔室及泵，其中藉由抽真空應用絕緣體，且藉由添加諸如稀有氣體(諸如氦)之熱傳遞氣體使絕緣體反向。具有可添加或泵離之諸如氦之熱傳遞氣體的真空腔室可充當可調節絕緣體。SunCell®可包含氣體循環系統以使得在其活化之情況下強制對流熱傳遞自隔熱切換至非隔熱模式。
在另一實施例中，SunCell®可包含顆粒絕緣體及至少一個絕緣體儲集器，該至少一個絕緣體儲集器具有在SunCell®升溫期間待熱絕緣以容納絕緣體之組件周圍的至少一個腔室。例示性粒子絕緣體包含沙及陶瓷珠粒中之至少一者，諸如氧化鋁或氧化鋁-矽酸鹽珠粒，諸如富鋁紅柱石珠粒。珠粒可在升溫之後去除。珠粒可藉由重力流去除，其中殼體可包含用於珠粒去除之發射。珠粒亦可用諸如螺旋鑽、輸送機或氣動泵之珠粒輸送體來機械地去除。粒子絕緣體可進一步包含諸如液體(諸如水)之流化劑以在填充絕緣體儲集器時增加流動。液體可在加熱之前去除且在絕緣體輸送期間添加。絕緣體-液體混合物可包含漿液。SunCell®可包含至少一個額外儲集器以填充或自絕緣體儲集器排空絕緣體。填滿的儲集器可包含保持漿液之構件，諸如攪動器。
在實施例中，SunCell®可進一步包含周向待絕緣之組件的液體絕緣體儲集器、液體絕緣體及泵，其中可逆絕緣體可包含可在啟動之後耗盡或泵離的液體。在實施例中，液體絕緣體儲集器可具有低熱阻以使得一旦去除液體絕緣體，自SunCell®至負載之熱傳遞就為有利的。液體絕緣體儲集器可包含薄壁石英。例示性液體絕緣體為具有29 W/m K之熱傳遞係數的鎵，且其他為具有8.3 W/m K之熱傳遞係數的水銀。
液體絕緣體可包含至少一個輻射屏蔽，其中液體反射輻射。液體絕緣體可包含低發射率。輻射屏蔽可藉由製冷構件冷藏。液體絕緣體儲集器可包含用以分散液體絕緣體之構件，諸如具有介入鎵層之分離器之堆疊，該等介入鎵層諸如具有1微米至10 cm、10微米至1 cm及100微米至1 mm之至少一個範圍內的厚度之薄液體層。該等層可包含薄膜。分離器可包含對由加熱器及SunCell®中的至少一者所發射之輻射透明的材料，該輻射諸如在約100℃至3000℃之溫度範圍內的可見光輻射及黑體輻射。例示性分離器包含陶瓷粒子、珠粒或板，諸如具有引起入射輻射之反射回至加熱器及SunCell®發射來源中之至少一者的表面之藍寶石或石英珠粒。針對圓柱形組件，板可包含同心管，諸如同心藍寶石管，其中諸如液體鎵之液體絕緣體在每一管之間形成膜或層。分散液可提供複數個反射表面以減小在SunCell®啟動期間來自加熱器之輻射功率損耗。分離器可對需要經反射之輻射光學透明且在操作條件下未經熔融。分離器可包含陶瓷、氧化鋯、二氧化鈰、氧化鋁、藍寶石、LiF、MgF2 及CaF2 、諸如氟化物(諸如BaF2 、CdF2 )之其他鹼土鹵化物、石英、稠合石英、諸如Gorilla玻璃之鹼性-鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃、陶瓷玻璃及紅外矽(ThorLabs)。在另一實施例中，液體絕緣體儲集器可包含複數個腔室，該複數個腔室包含具有低熱導率之氣體或真空分離器。諸如超級絕緣體及浮動屏蔽中之至少一者的絕緣體可穿插在諸如冷藏輻射屏蔽之輻射屏蔽之間。
液體絕緣體儲集器壁材料或塗層、液體絕緣體或液體絕緣體添加劑中之至少一者可經選擇以使得液體儲集器壁在液體絕緣體耗盡或泵離時不由液體絕緣體潤濕。諸如Ga2 O3 之試劑可塗覆至內部液體儲集器壁以防止在諸如Galistan之液體絕緣體藉由構件(諸如藉由瀝出或泵抽)去除時液體絕緣體潤濕諸如包含石英的液體絕緣體儲集器之液體絕緣體儲集器之壁。在實施例中，諸如鎵之液體絕緣體在液體絕緣體儲集器中密閉性密封以防止其氧化。在例示性實施例中，Ga2 O3 之形成之避免可防止鎵潤濕石英液體絕緣體儲集器的壁。熟習此項技術者選擇不同液體儲集器塗層、液體絕緣體添加劑及液體金屬或合金以避免在液體絕緣體去除期間液體絕緣體壁潤濕。在例示性實施例中，至多47.9 at% Ag、9.2 at% Ni及68 at% Cu至鎵中之引入避免在去除液體絕緣體時潤濕石英液體絕緣體儲集器的壁。
在另一實施例中，液體絕緣體可包含熔融鹽，諸如鹽之熔融共熔混合物，諸如以下中的複數個至少兩個之混合物：鹼性及鹼土鹵化物、碳酸鹽、氫氧化物、氧化物、硫酸鹽及硝酸鹽。例示性混合物為LiF-BeF2 (亦稱為FLiBe [67-33 mol%])、LiF-NaF-KF (亦稱為FLiNaK [46.5-11.5-42 mol%])、KCl-MgCl2 (67-33 mol%)、LiCl-NaCl-KCl、LiF-NaF-KF及NaCl-KCl-ZnCl2 。具有7.5-23.9-68.6 mol%之相對組合物的NaCl-KCl-ZnCl2 具有204℃之熔點及超過800℃的上限操作溫度。具有32.1-33.4-34.5 mol%之相對組合物的Li2 CO3 -Na2 CO3 -K2 CO3 具有400℃之熔點及658℃的上限操作溫度。液體絕緣體儲集器可具有真空、大氣壓或高於大氣壓之壓力。液體絕緣體儲集器可經選擇以抗熔融鹽絕緣體腐蝕。在例示性實施例中，熔融碳酸鹽及氯化物之液體絕緣體儲集器可分別包含諸如316 SS之不鏽鋼(SS)及氧化鋁。SunCell®可進一步包含以下中之至少一者：液體絕緣體冷卻儲集器，其用以准許液體冷卻至適合於泵抽之溫度；及液體絕緣體泵，諸如離心泵，諸如可浸沒離心泵，諸如來自Rheinhuette Pumps，LLC (http://www.rh-pumps.com/pumps/gvso- submersible-chemical-pump-in-metallic-materials/)的GVSO模型。泵可包含機械泵。泵可包含用於泵抽熔融鹽冷卻劑之泵，諸如此項技術中已知的泵，諸如已知用於核能電廠中之冷卻劑循環的泵。液體可藉由重力流或藉由有效泵抽流入冷卻儲集器中。液體可逆重力泵送至可包含至少一個諸如出口閥之閥門的保持儲集器。在另一實施例中，含有絕緣體之冷卻儲集器可抗重力輸送以變為保持儲集器。保持儲集器在液體絕緣體必須在流入液體絕緣體儲集器中之前熔融的情況下可包含加熱器。液體可藉由重力流或藉由有效泵抽流入液體絕緣體儲集器中。液體絕緣體儲集器可藉由諸如SunCell®加熱器之加熱器在接收液體絕緣體之前預加熱。在另一實施例中，液體可在啟動之後經攪動、攪拌或循環來控制自所加熱SunCell®組件至負載之熱傳遞，其中液體絕緣體保持在液體絕緣體儲集器中。
液體絕緣體可包含加壓的液體或超臨界液體，諸如CO2 或水。
在實施例中，可逆絕緣體可包含隨著高於至少約諸如銀的熔融金屬之熔融至約SunCell®操作溫度之範圍的溫度明顯地增加材料之熱導率的材料。可逆絕緣體可包含可在加熱期間絕緣且在高於所需啟動溫度之溫度下變得導熱的固體化合物。石英為在約1000℃至1600℃的石英SunCell®之銀熔點至所需操作溫度之溫度範圍內熱導率顯著增加之例示性絕緣材料。石英絕緣體厚度可經調節以實現在啟動期間絕緣體之所需行為及在操作期間熱傳遞至負載。另一例示性實施例包含高度多孔半透明陶瓷材料。
在實施例中，可逆絕緣體可包含在諸如電輸入或熱輸入之功率輸入下改變屬性的材料。可逆絕緣體可包含可作為固體絕緣且在高於所需啟動溫度之溫度下變得導熱的固體化合物。可逆絕緣體可包含絕緣之固體，其中固體在高於SunCell®之所需啟動溫度下熔化以變得明顯地更導熱。具有任何純淨金屬之最低熱導率的例示性純淨元素為具有7.7 W/mK之熱導率及1246℃之熔點的錳。可逆絕緣體可包含隔熱之諸如金屬氧化物的固體，其中固體可轉換為在啟動之後導熱之相對應的金屬。轉換可藉由電解或其他已知方法來達成。在另一實施例中，可逆絕緣體可包含在一個方向上具有不良熱導率且在另一個方向上具有較高熱導率之諸如定向石墨的各向異性材料。在另一實施例中，各向異性材料可用電場或磁場定向來控制所需熱導率。
加熱器絕緣體可包含周向電阻性加熱器且比傳遞至所加熱SunCell®組件之壁的熱量加熱更慢的材料。絕緣體可包含諸如陶瓷之至少一種電阻性加熱器絕緣塗層，諸如SiO2 、氧化鋁、富鋁紅柱石、玻璃、稠合石英、玻璃體二氧化矽、熔融矽石、可滑動澆築石英及粉末狀石英中之至少一者。塗層及其相對於所加熱SunCell®組件之壁厚的厚度可經選擇以使得來自加熱器之熱量在壁之內部以比傳遞至包含徑向壁的表面之塗層之外表面快之時間標度傳遞。在啟動之後，外表面可加熱至類似於壁溫度之溫度的溫度。熱量可自外表面傳遞至負載。負載可包含空間或過程加熱系統或熱-電轉換器。熱傳遞可藉由輻射、對流及導電中之至少一者來達成。可藉由冷卻劑或熱交換器促進傳遞。表面積及塗層之外表面的發射率中之至少一者可經選擇以實現至負載之所需熱傳遞比率，其中熱傳遞比率可控制壁及塗層中之至少一者的操作溫度。在例示性實施例中，絕緣體包含周向諸如電阻繞線(諸如Kanthal繞線)之電阻性加熱器元件之SiO2 絕緣體。
在另一實施例中，熱量主要藉由輻射自所加熱SunCell®損失。絕緣體可包含容納SunCell®之真空腔室及輻射屏蔽中之至少一者。輻射屏蔽可在啟動之後去除。SunCell®可包含機制以進行以下中之至少一者：旋轉及平移熱量屏蔽。熱量屏蔽可進一步包含絕緣體背層，諸如二氧化矽或氧化鋁絕緣體。在例示性實施例中，輻射屏蔽可經轉動以減小反射表面積。在另一實施例中，輻射屏蔽可進一步包含加熱元件，諸如MoSi2 加熱元件。
加熱器可包含複數個加熱元件，其中每一元件可專用於SunCell®之特定區域或組件。電阻性加熱器可包含電阻加熱區域。
加熱器可包含沿圓周分離之區段。該等區段可包含在啟動期間包圍可在啟動之後去除的所加熱電解槽組分之互補片件。該等區段在圓柱組件之情況下可包含互補形狀，諸如鏡像。該等區段可包含分離之蛤殼加熱器。加熱器可包含諸如此項技術中已知之機械、氣動、液壓、壓電、電磁或其他伺服機制之伺服機制以在啟動之後使加熱器區段回縮。加熱器區段可回縮以防止干擾分別藉由感應場操作之組件，該等感應場諸如磁場，諸如變壓器之磁場，諸如EM泵或點火變壓器。
加熱器可包含熱傳遞元件或擴散加熱之構件以避免所加熱組件中之熱量梯度。熱傳遞元件或構件可包含諸如本發明中之熱傳遞膏之熱傳遞膏、諸如耐火抗氧化劑金屬(諸如SS 625)的包層中之至少一者，或電解槽可包含對於散熱更有利的諸如Pyrex之材料。加熱器可包含連續電阻繞線，諸如連續Kanthal繞線。在實施例中，電線具有較高抗性以消除匯流排中之IR損失且以簡化該等IR損失。在另一實施例中，SunCell®可包含待加熱之一或多個組件周圍的殼體。殼體可含有傳熱介質以使用殼體充當加熱浴。傳熱介質在其所需溫度下可為液體，該所需溫度諸如1000℃至2000℃之溫度範圍中之溫度。例示性傳熱介質為諸如鎵之具有高沸點的金屬、諸如LiBr之熔融鹽或沙，其中熔點可藉由添加諸如鉀鹼之添加劑來降低。加熱元件可加熱浴，該浴加熱組件。例示性浴加熱元件包含MoSi2 或SiC。
在實施例中，待加熱之組件的表面，諸如包含石英的表面，進行以下中之至少一者：塗佈有低發射率塗層及經經拋光以降低發射率及相對應的輻射功率損失。低發射率組件適合用於真空腔室以實現可變絕緣體。
SunCell®可包含永久性絕緣體及用以去除SunCell®內部之熱量的系統。SunCell®可包含絕緣體內部之熱交換器，其中冷卻劑可流動以在啟動期間在藉由加熱器加熱之後去除熱量。加熱器可經關閉，且熱交換器之冷卻劑流動在SunCell®啟動之後開始。在實施例中，SunCell®可包含散熱管以去除內部熱量。在實施例中，SunCell®可包含外部熱交換器以去除內部熱量。熔融銀可通過外部熱交換器泵送以外部地將熱量傳遞至SunCell®。熱交換器可充當空間或過程加熱器。SunCell®可包含至少一個諸如EM泵之添加泵以通過外部熱交換器泵送諸如銀的熔融金屬。或者，噴射EM泵可進一步用以通過外部熱交換器泵送熔融金屬。在實施例中，SunCell®可包含絕緣體內部之熱交換器。
電阻性加熱器415可藉由串聯及並聯有線電路中之至少一者供電以選擇性地加熱SunCell®不同組件。電阻加熱電線可包含雙絞線以防止引起時變場的系統干擾，該等系統諸如感應系統，諸如至少一個感應EM泵、感應點火系統及電磁體。電阻加熱電線可經定向以使得任何鏈接時變磁通量最小化。電線定向可如上以使得任何封閉式環圈在平行於磁通量之平面內。在實施例中，具有電阻性加熱器電線的感應EM泵繞組401及感應點火變壓器繞組411中之至少一者之焊劑的耦合藉由增加電阻性加熱器電線電阻來減小。在實施例中，電阻性加熱器包含具有較高電阻率之電線。加熱器電線可包含細徑以增加電阻。電阻可藉由在高溫下操作電線來增加。
在實施例中，諸如在EM泵管區段405及406中感應之感應電流可藉由電阻加熱而引起EM泵區段405中之銀熔融。電流可藉由EM泵變壓器繞組401感應。EM泵管區段405可在啟動之前預負載有銀。在實施例中，低能量氫反應之熱量可加熱至少一個SunCell®組件。在例示性實施例中，諸如電感耦合加熱器之加熱器加熱EM泵管5k6、儲集器5c及反應電解槽腔室5b31的至少底部。至少一個其他組件可藉由諸如反應電解槽腔室5b31之頂部、MHD噴嘴307、MHD通道308、MHD冷凝區段309及MHD熔融金屬傳回系統中之至少一者的低能量氫反應之熱量釋放加熱，該MHD熔融金屬傳回系統諸如MHD回流管310、MHD傳回儲集器311、MHD傳回EM泵312及MHD傳回EM管。在一實施例中，諸如MHD回流導管310、MHD回流儲集器311、MHD回流EM泵312及MHD回流EM管的MHD熔融金屬回流系統可用高溫熔融金屬或金屬蒸氣(諸如熔融銀或蒸氣)加熱，該高溫熔融金屬或金屬蒸氣具有在約1000℃至7000℃、1100℃至6000℃、1100℃至5000℃、1100℃至4000℃、1100℃至3000℃、1100℃至2300℃、1100℃至2000℃、1100℃至1800℃及1100℃至1500℃之至少一個範圍內的溫度。高溫熔融金屬或金屬蒸氣可在旁通或停用MHD轉換為電力之情況下導致流動穿過MHD組件。停用可藉由移除電場或藉由電性地使電極短路來實現。
在一實施例中，電池及MHD轉換器之至少一個組件可經絕緣以防止熱量損失。可使以下各者之群組中之至少一者絕緣：腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308、MHD冷凝部分309、回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313。來自絕緣之熱量損失可耗散於對應冷卻器或熱交換器中。在一實施例中，諸如銀之工作流體可充當冷卻劑。可增加EM泵噴射速率以提供吸收熱量之銀，以冷卻至少一個電池或MHD組件，諸如MHD噴嘴307。銀之氣化可冷卻噴嘴MHD 307。循環器或復熱器可包含用於冷卻之工作介質。在一例示性實施例中，經由待冷卻之組件泵送銀其將其噴射至反應電解槽腔室及MHD轉換器中以回收熱量，同時提供冷卻。
至少諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31及MHD轉換器307及308之高壓部分之高壓組件可保持在包含殼體5b3a及5b3b之壓力腔室5b3a1中。壓力腔室5b3a1可保持在壓力下以至少反向平衡高內反應腔室5b31及MHD噴嘴307及MHD發電機通道308之至少一部分。壓力平衡可減少發電機組件(諸如儲集器5c與EM泵組合件5kk之間的彼等)之接點上之張力。高壓容器5b3a可選擇性容納高壓組件，諸如反應電解槽腔室5b31、儲集器5c及MHD膨脹通道308中之至少一者。其他電池組件可容納在低壓力容器或殼體中。
諸如H2 O、H2 、CO2 及CO中之至少一者之低能量氫反應物的來源可滲透通過可滲透電池組件，諸如槽腔室5b31、儲集器5c、MHD膨脹通道308及MHD冷凝部分309中之至少一者。可諸如經由EM泵管5k6、MHD膨脹通道308、MHD冷凝部分309、MHD回流導管310、回流儲集器311、MHD回流泵312、MHD回流EM泵管313將低能量氫反應氣體引入至至少一個位置中之熔融金屬流中。諸如質量流量控制器之氣體噴射器可能夠諸如經由EM泵管5k6、MHD回流泵312及MHD回流EM泵管313中之至少一者在MHD轉換器之高壓側上在高壓下噴射。氣體噴射器可能夠諸如經由MHD冷凝部分309、MHD回流導管310及回流儲集器311在諸如至少一個位置之MHD轉換器之低壓側上在較低壓力下噴射低能量氫反應物。在一實施例中，可藉由流體控制器經由EM泵管5k4噴射水及水蒸氣中之至少一者，該流量控制器可進一步包含壓力捕集器及防止熔融金屬流回至供水器(諸如質量流量控制器)中的反流止回閥可經由選擇性地滲透膜(諸如陶瓷或碳膜)噴射水。在一實施例中，轉換器可包含PV轉換器，其中低能量氫反應物噴射器能夠藉由諸如藉由滲透或在傳送位置操作壓力下噴射的手段中之至少一者供應反應物。在另一實施例中，SunCell®可進一步包含氫氣來源及氧氣來源，其中兩種氣體經合併以在反應電解槽腔室5b31中提供水蒸氣。氫來源及氧來源可各自包含對應貯槽、氣體直接或間接地流動至反應電解槽腔室5b31之線路、流量調節器、流量控制器、電腦、流量感測器及至少一個閥門中之至少一者。在後者情況中，氣體可藉由反應電解槽腔室5b31以氣體連續性流動至腔室中，該反應電解槽腔室諸如EM泵5ka、儲集器5c、噴嘴307、MHD通道308及其它MHD轉換器組件(諸如任何回流線路310a、導管313a及泵312a)中之至少一者。在一實施例中，可將H2 及O2 中之至少一者噴射至EM泵管5k61之噴射部分中。可經由雙重EM泵噴射器之單獨的EM泵管噴射O2 及H2 。替代地，可在具有較低銀蒸氣壓之區域中經由噴射器將諸如氧氣及氫氣中之至少一者的氣體添加至電池內部，諸如MHD通道308或MHD冷凝部分309。可經由選擇性膜(諸如陶瓷膜，諸如奈米多孔陶瓷膜)噴射氫氣及氧氣中之至少一者。氧可經由氧氣滲透膜供應，該氧氣滲透膜諸如可經Bi26 Mo10 O69 塗佈以增加氧氣滲透率之BaCo0.7 Fe0.2 Nb0.1 O3- δ (BCFN)氧氣滲透膜之本發明中之一者。氫氣可經由氫氣滲透膜供應，該氫氣滲透膜諸如鈀-銀合金膜。SunCell®可包含電解器，諸如高壓電解器。電解器可包含質子交換膜，其中純氫氣可藉由陰極區室供應。純氧氣可藉由陽極區室供應。在一實施例中，EM泵部件塗佈有非氧化塗層或氧化保護塗層，且使用兩個質量流量控制器(其中可基於藉由對應氣體感測器感測之電池濃度來控制流量)在受控制條件單獨地噴射下氫氣及氧氣。
在實施例中，氫可藉由通過滲透膜滲透或擴散來供應至反應電解槽腔室5b31。隔膜可包含：陶瓷，諸如聚合物、二氧化矽、沸石、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、碳；或金屬，諸如Pd-Ag合金、鈮、Ni、Ti、不鏽鋼；或此項技術中已知之其他氫可滲透材料，諸如由McLeod所報導之氫可滲透材料[L. S. McLeod, 「Hydrogen permeation through microfabricated palladium-silver alloy membranes」, PhD thesis Georgia Institute of Technology, 12月，(2008), https://smartech.gatech.edu/ bitstream/handle/1853/31672/mcleod_logan_s_200812_phd.pdf]，該文獻以全文引用之方式併入。H2 滲透率可藉由進行以下中之至少一者來增加：增加諸如Pd或Pd-Ag膜之H2 滲透膜的供應側與反應電解槽腔室5b31之間的壓差、增加隔膜之面積、減小隔膜之厚度及升高隔膜的溫度。隔膜可包含光柵或經穿孔背襯以提供結構支架來在以下中之至少一個條件下操作：諸如介於約1至500 atm範圍內之更高壓差，諸如介於約0.01 cm2 至10 m2 範圍內的更大面積，諸如介於10 nm至1 cm範圍內之經減小厚度及諸如介於約30℃至3000℃範圍內的經升高溫度。光柵可包含並不與氫反應之金屬。光柵可抗氫脆化。例示性實施例，具有5 × 10-11 m m-2 s-1 Pa-1 之滲透係數、1 × 10-3 m2 之面積及1 × 10-4 m的厚度之Pd-Ag合金膜在1 × 107 Pa之壓差及300℃的溫度下操作以提供約0.01莫耳/s之H2 流動速率。
滲透率可藉由將電漿保持在滲透膜之外表面上來增加。SunCell®可包含半透膜，該半透膜可包含諸如電漿電解槽之陰極的電漿電解槽之電極。諸如在圖2I216至2I219中所展示之SunCell®可包含外部密封電漿腔室，其包含包圍電池5b3之壁中的一部分之外壁，其中電池5b3之金屬壁中的一部分包含電漿電解槽之電極。密封電漿腔室可包含電池5b3周圍之腔室，諸如殼體427 (圖2I206)，其中電池5b3之壁可包含電漿電解槽電極，且殼體427或腔室中之獨立電極可包含對立電極。SunCell®可進一步包含電漿功率來源、及電漿控制系統、諸如氫氣供應箱之氣體源、氫供應監測器及規則、及真空泵。在另一實施例中，氫可通過氣體噴射器以氣體形式噴射。在實施例中，氫氣可保持在諸如介於1至100 atm範圍內高壓下以減小所需要的流動速率來保持所需功率。
在一實施例中，SunCell®及包含內部區室之MHD轉換器之至少一個組件(諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、噴嘴307、MHD通道308、MHD冷凝部分309及其他MHD轉換器組件(諸如任何回流線路310a、導管313a及泵312a))容納於經氣體密封之殼體或腔室中，其中藉由在對氣體可滲透且對銀蒸氣不可滲透之膜片上擴散用內部電解槽氣體平衡腔室中之氣體。氣體選擇性膜可包含半滲透陶瓷，諸如本發明中之一者。電解槽氣體可包含氫氣、氧氣及稀有氣體(諸如氬氣或氦氣)中之至少一者。外部殼體可包含用於各氣體之壓力感測器。SunCell®可包含用於各氣體之來源及控制器。諸如氬氣之稀有氣體之來源可包含貯槽。氫氣及氧氣中之至少一者的來源可包含電解器，諸如高壓電解器。氣體控制器可包含流量控制器、氣體調節器及電腦中之至少一者。可控制殼體中之氣體壓力以控制電池之內部中(諸如儲集器、反應電解槽腔室及MHD轉換器組件中)之各氣體之氣體壓力。各氣體之壓力可在約0.1 Torr至20 atm之範圍內。在圖2I179至圖2I206中所展示之一例示性實施例中，直線MHD通道308及MHD冷凝部分309包含氣體殼體309b、壓力計309c以及氣體供應及排空組合件309e，該抽空組合件包含進氣口線、出氣口線及凸緣，其中透氣膜309d可安裝於MHD冷凝部分309之壁中。安裝件可包含經燒結接點、金屬化陶瓷接點、銅焊接點或本發明之其他。氣體殼體309b可進一步包含存取埠。氣體殼體309b可包含諸如抗氧化金屬之金屬(諸如SS 625)或金屬上之抗氧化塗層(諸如適合CTE (諸如鉬)之金屬上之銥塗層)。替代地，氣體殼體309b可包含陶瓷，諸如金屬氧化物陶瓷，諸如氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉿、石英或本發明之另一者。可冷卻經由金屬氣體殼體309b (諸如MHD回流導管310之彼等)穿透之陶瓷。穿透可包含碳密封，其中密封溫度低於金屬之碳化溫度及陶瓷之碳還原溫度。可針對熱熔融金屬移除密封以使其冷卻。密封可包含冷卻，諸如被動或加壓空氣或水冷卻。
在例示性實施例中，電感耦合加熱器天線5f可包含一個線圈、如圖2I178至圖2I179中所展示之三個單獨的線圈、如圖2I182至圖2I183中所展示之三個連續的線圈、兩個經分離線圈或如圖2I180至圖2I181中所展示之兩個連續的線圈。一例示性電感耦合加熱器天線5f包含上部橢圓形線圈及下部EM泵管餅狀線圈，該下部EM泵管餅狀線圈可包含螺旋形線圈，其可包含具有連續圓周電流方向之同心箱(圖2I180至圖2I181)。反應電解槽腔室5b31及MHD噴嘴307可包含平面、多邊形、矩形、圓柱形、球形或其他所需幾何結構，如圖2I162至圖2I206中所展示。電感耦合加熱器天線5f可包含連續的一組三個匝，包含環繞各儲集器5c之兩個螺旋及平行於EM泵管之餅狀線圈，如圖2I182至圖2I183中所展示。可捲繞圍繞儲集器之相對螺旋之匝以使得電流處於相同方向以強化兩個線圈之磁場或處於相對方向以消除螺旋之間的空間中之磁場。電感耦合加熱器天線5f可進一步用於冷卻至少一個組件，諸如EM泵5kk、儲集器5c、反應電解槽腔室5b31之壁及感應點火系統之磁軛中之至少一者。至少一個冷卻組件可包含陶瓷，諸如本發明中之一者，諸如氮化矽、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿。
SunCell®可包含自MHD膨脹通道之末端至儲集器5c之一個MHD工作介質回流導管，其中儲集器5c可包含經密封頂蓋，該頂蓋將儲集器中之較低壓力與較高反應電解槽腔室5b31壓力分離。EM泵噴射器部分5k61及噴嘴5q可穿透蓋以噴射熔融金屬，諸如反應電解槽腔室5b31中之銀。穿透可包含本發明之密封，諸如壓縮密封、滑動螺母、墊片銅焊或填充箱密封。儲集器可包含進水升管5qa以控制儲集器5c之熔融金屬含量。所覆蓋儲集器及接收回流熔融金屬流量之EM泵組合件5kk可包含雙熔融金屬噴射器系統之第一噴射器。包含第二儲集器及EM泵組合件之第二噴射器可包含間接地接收來自第一噴射器之回流的開放儲集器。第二噴射器可包含正電極。第二噴射器可保持浸沒在儲集器中之熔融金屬含量以方。對應進水升管5qa可控制浸沒。
SunCell®可包含自MHD發電機通道308之末端至熔融金屬噴射器系統之至少一個儲集器5c之至少一個氣態金屬回流導管310。SunCell®可包含自MHD發電機通道308之末端至雙熔融金屬噴射器系統之兩個對應儲集器5c之兩個回流導管310。各儲集器5c可包含經密封頂蓋，該頂蓋將儲集器5c中之較低壓力與較高反應電解槽腔室5b31壓力分離。EM泵噴射器部分5ka及5k61及噴嘴5q可穿透儲集器頂蓋以噴射熔融金屬，諸如反應電解槽腔室5b31中之銀。穿透可包含本發明之密封，諸如壓縮密封、滑動螺母、墊片、銅焊或填充箱密封。各儲集器5c可包含進水升管5qa以控制儲集器5c中之熔融金屬含量。反應電解槽腔室5b31之溫度可高於熔融金屬之沸點，使得噴射至反應電解槽腔室中之液態金屬氣化且經由回流導管310回流。
SunCell®可包含自MHD冷凝器通道309之末端至熔融金屬噴射器系統之至少一個儲集器5c之至少一個MHD工作介質回流導管310。SunCell®可包含自MHD冷凝器通道309之末端至雙熔融金屬噴射器系統之兩個對應儲集器5c之兩個MHD工作介質回流導管310。各儲集器5c可包含經密封頂蓋，該頂蓋將儲集器5c中之較低壓力與較高反應電解槽腔室5b31壓力分離。EM泵噴射器部分5ka及5k61及噴嘴5q可穿透儲集器頂蓋以噴射熔融金屬，諸如反應電解槽腔室5b31中之銀。穿透可包含本發明之密封，諸如壓縮密封、滑動螺母、墊片、銅焊或填充箱密封。各儲集器5c可包含進水升管5qa以控制儲集器5c中之熔融金屬含量。反應電解槽腔室5b31之溫度可高於熔融金屬之沸點，使得噴射至反應電解槽腔室中之液態金屬氣化，蒸氣經由MHD噴嘴部分307加速，蒸氣之動能轉換為發電機通道308中之電力，蒸氣冷凝在MHD冷凝器部分309中，且熔融金屬經由回流導管310回流。
SunCell®可包含至少一個MHD工作介質回流導管310、一個回流儲集器311及對應泵312。泵312可包含電磁(EM)泵。SunCell®可包含雙熔融金屬管310、回流儲集器311及對應EM泵312。對應進水升管5qa可控制各回流儲集器311中之熔融金屬含量。回流EM泵312可將MHD工作介質自MHD冷凝器通道309之末端泵送至回流儲集器311且接著至對應噴射器儲集器5c。在另一實施例中，熔融金屬回流經由回流導管310直接地至對應回流EM泵312且接著至對應噴射器儲集器5c。在一實施例中，針對壓力梯度(諸如約10 atm)泵送MHD工作介質(諸如銀)以完成熔融金屬流電路，包含噴射、點火、膨脹及回流。為達成高壓，EM泵可包含一系列級別。SunCell®可包含雙熔融金屬噴射器系統，其包含一對儲集器5c，該對儲集器各自包含EM泵噴射器5ka及5k61及進水升管5qa，以控制對應儲集器5c中之熔融金屬含量。回流可進入對應EM泵組合件5kk之底座5kk1。
在一實施例中，工作介質在至少一個位置(包含MHD組件中之位置，諸如噴嘴之入口、噴嘴、噴嘴之出口及MHD通道之所需部分)中之速度可足夠高，使得即使在滿足金屬蒸氣飽和條件之情況下，冷凝(諸如衝擊冷凝)不發生。由於與冷凝時間相比之較短轉變時間，可不發生冷凝。可藉由控制電漿壓力、電漿溫度、噴氣速度、工作介質組合物及磁場強度來更改或選擇冷凝動力學。諸如銀蒸氣之金屬蒸氣可冷凝於可具有較高表面積之冷凝器309上，且所收集液體銀可經由回流導管及EM泵系統回流。在一實施例中，利用避免衝擊冷凝之噴嘴中之較短轉變時間以允許另外將導致衝擊冷凝之MHD通道307中之有利MHD轉換條件的產生。
在一實施例中，亦已知作為MHD通道的MHD膨脹或發電機通道包含擴口MHD通道以持續導出能力轉換，其中熱量梯度轉換為驅動動能流量之壓力梯度。來自銀冷凝之熱量可有助於MHD通道中之壓力梯度或質量流量。藉由冷凝銀釋放之汽化熱可充當噴氣式引擎中之後燃器之功能以產生更高速度流量。在一例示性實施例中，銀汽化熱充當噴氣式後燃器中之燃燒功能以增加或有助於銀噴氣式流之速度。在一實施例中，藉由冷凝銀蒸氣釋放之汽化熱增加高於無冷凝存在下之壓力的壓力。MHD通道可包含幾何結構(諸如閃焰或噴嘴幾何結構)以將壓力轉換為經導引流量或藉由MHD轉換器轉換成電力的動能。可調節由MHD磁體306提供之磁場以防止電漿在銀蒸氣藉由導電性之對應改變冷凝之情況下停滯。在一實施例中，將MHD通道308之壁保持在高溫下以防止金屬蒸氣藉由對應質量及動能損失冷凝於壁上。較高電極溫度亦可防止電漿電弧放電，該電漿電弧放電可在與相對於較熱電漿具有較少導電或更多絕緣邊界層之冷卻電極相對之情況中發生。
可藉由將熱量自反應電解槽腔室5b31傳遞至MHD通道之壁而將MHD通道308保持在所需高溫下。MHD轉換器可包含將熱量自反應電解槽腔室傳遞至MHD通道之壁的熱交換器。熱交換器可包含導電或對流熱交換器，諸如包含將熱量自反應電解槽腔室傳遞至MHD通道之壁之熱傳遞區塊的熱交換器。熱交換器可包含輻射的熱交換器，其中反應電解槽腔室之至少一部分之外壁包含黑體輻射器以發射功率且MHD通道之壁之至少一部分可包含黑體輻射器以吸收黑體輻射。熱交換器可包含可經泵送之冷卻劑。泵可包含EM泵，其中冷卻劑為熔融金屬。在另一實施例中，低能量氫反應進一步傳播且保持在MHD通道308中以保持MHD通道壁溫度高於在通道中流動之金屬蒸氣之冷凝溫度。低能量氫反應可藉由供應反應物(諸如H及HOH催化劑或其來源)來保持。由於其支援且促進低能量氫反應速率之導電性，反應可選擇性地保持在電極處。MHD轉換器可包含記錄MHD通道壁溫度之至少一個溫度感測器及控制熱傳遞構件(諸如熱交換器)中之至少一者及保持所需MHD通道壁溫度之低能量氫反應速率的控制器。可藉助於本發明控制低能量氫反應速率，諸如控制低能量氫反應物至MHD通道之流動的構件。
在另一實施例中，將電漿、金屬蒸氣及冷凝金屬蒸氣中之至少一者限制在通道中且藉由通道限制構件(諸如包含電力及磁場中之至少一者之來源的構件)防止在MHD壁上收集。限制構件可包含磁性限制構件，諸如磁瓶。限制構件可包含以感應方式耦合之場，諸如RF場。MHD轉換器可包含RF電源、至少一個天線、靜電電極及電源以及至少一個靜磁磁場源中之至少一者以實現限制。
在一實施例中，工作介質包含MHD通道308中之氣化金屬，其中工作介質之壓力及溫度藉由由沿MHD通道冷凝金屬蒸氣釋放之熱量增加，此係因為其由於MHD轉換為電力而損失動能。來自銀之冷凝的能量可增加MHD通道中之工作介質之壓力、溫度、速度及動能中之至少一者。可藉由利用文丘里效應(Venturi effect)或柏努利原理(Bernoulli principle)的通道幾何結構增加流速。在一實施例中，流動液體銀可充當蒸氣之吸引器介質以使得其在MHD通道中流動。
在一實施例中，MHD通道308直徑及容積體積中之至少一者根據沿自噴嘴307出口至MHD通道308出口的MHD通道之流動軸或z軸之距離而減小。MHD通道308可包含僅聚集z軸之通道。在另一實施例中，沿z軸之通道大小仍然相同且發散小於習知經晶種氣體MHD工作介質轉換器之通道大小。在銀冷凝且釋放熱量以保持高能電漿時，可減小通道體積以保持沿z軸之壓力及速度。藉由沿z軸之電漿流動自冷凝銀蒸氣(254 kJ/莫耳)釋放之汽化熱可增加工作介質之溫度及壓力以使得增加沿通道之z軸的任何給出位置處非冷凝銀之流動。流速之增加可由文丘里效應或柏努利原理造成。磁通量可沿MHD通道之流動軸(z軸)持久性或動態地變化以提取隨z軸位置而變之MHD功率以保持沿通道之所要壓力、溫度、速度、功率及能量存量，其中隨沿z軸之距離而變的通道大小可匹配z軸磁通量變化以至少部分地實現氣化金屬自提取汽化熱之能量作為電力。電漿氣流亦可充當經冷凝銀蒸氣之載氣。
經冷凝銀可包含薄霧或霧。由於銀在遠低於給出壓力下之其沸點的溫度下形成氣溶膠之趨勢，霧狀態可為有利的。工作介質可包含氧氣及銀，其中熔融銀具有在遠低於給出壓力下之其沸點的溫度下在氧氣存在下形成氣溶膠的趨勢，其中銀可吸收大量氧氣。工作介質可包含氣溶膠化氣體，諸如氮氣、氧氣、水蒸氣或稀有氣體(諸如氬氣)，除諸如形成冷凝銀之氣溶膠之銀蒸氣的金屬蒸氣以外。在一實施例中，在整個反應電解槽腔室及MHD通道中之氣溶膠化氣體之壓力可在操作條件下保持在其穩態分配處。MHD轉換器可進一步包含氣溶膠化氣體之供應源，諸如氣溶膠化氣體之貯槽、泵及選擇性地量測一或多個位置處之氣溶膠化氣體壓力的至少一個量規。可使用泵及氣溶膠化氣體供應器藉由添加或移除氣溶膠化氣體將氣溶膠化氣體存量保持在所需含量處。在一例示性實施例中，液體銀在僅高於熔點之溫度下形成霧或氣溶膠，使得MHD通道308中之恆定環境壓力氣溶膠化氣體(諸如氬氣)使銀蒸氣至液體轉變以氣溶膠之形式發生，該氣溶膠可攜帶有電漿流量且聚集於MHD冷凝器309上。在一實施例中，冷凝蒸氣之速度保存於冷凝物中。冷凝物之速度可自釋放汽化熱增加。MHD通道可包含將汽化熱轉換為冷凝物動能的幾何結構。在一實施例中，通道可為窄的以將汽化熱轉換為冷凝物動能。在另一實施例中，汽化熱可增加通道壓力，且壓力可藉由噴嘴轉換為動能。在一實施例中，銅或銀-銅合金可替換銀。在一實施例中，充當金屬氣溶膠之來源的熔融金屬包含銀、銅及銀-銅合金中之至少一者。氣溶膠可在氣體存在下形成，該氣體諸如氧氣、水蒸氣及稀有氣體(諸如氬氣)中之至少一者。
在一實施例中，SunCell®包含保持電解槽氣體之流量與熔融銀接觸以形成熔融金屬氣溶膠(諸如銀氣溶膠)的構件。氣流可包含加壓氣流及對流氣流中之至少一者。在一實施例中，反應電解槽腔室5b31及儲集器5c中之至少一者可包含至少一個擋扳以使得電解槽氣體循環以增加氣流。可藉由諸如由來自電漿反應之熱量梯度及壓力中之至少一者造成之彼等的對流及壓力梯度中之至少一者來驅動流動。氣體可包含稀有氣體、氧氣、水蒸氣、H2 及O2 中之至少一者。保持氣流之構件可包含氣泵或壓縮機中之至少一者，諸如MHD氣泵或壓縮機312a、MHD轉換器及由EM泵熔融金屬噴射器及低能量氫電漿反應中之至少一者引起的擾流。可控制氣體之氣流速率及組合物中之至少一者以控制氣溶膠產生速率。在一實施例中，其中水蒸氣經再循環，SunCell®進一步包含將熱化為H2 及O2 的任何H2 O重組為H2 O的複合器、將水蒸氣冷凝至液體水的冷凝器及將加壓水噴射至供應至少一個內部電池組件的線路中之液體水泵，該內部電池組件諸如儲集器5c或反應電解槽腔室5b31，其中加壓水可在路徑中轉變為蒸氣以在電池之內部噴射。複合器可為此項技術中已知之複合器，諸如包含雷尼鎳、Pd及Pt中之至少一者的複合器。水蒸氣可在包含高壓區室之迴路中(諸如在反應電解槽腔室5b31與儲集器5c之間)經再循環。
在一實施例中，儲集器5c及反應電解槽腔室5b31中之至少一者包含具有足夠低溫度以進行以下中之至少一者之氣體來源：將銀蒸氣冷凝為銀氣溶膠且冷卻銀氣溶膠。藉由高能低能量氫反應釋放之熱量可形成銀蒸氣。氣化可在低能量氫反應電漿中發生。與低能量氫反應接觸的環境氣體包含電解槽氣體。電解槽氣體及氣溶膠中之至少一者之一部分可藉由含有氣體氣溶膠及電漿中之至少一者的儲集器及反應電解槽腔室中之至少一者之區域內部中之熱交換器及急冷器冷卻。電解槽氣體及氣溶膠中之至少一者可經充分冷卻以進行以下中之至少一者：將銀蒸氣冷凝為氣溶膠且冷卻氣溶膠。可藉由控制冷卻期間之熱傳遞及冷卻電解槽氣體及氣溶膠之溫度及壓力來控制蒸氣冷凝速率及冷卻電解槽氣體-氣溶膠-蒸氣混合物之溫度及壓力中之至少一者。
在一實施例中，為避免沿通道之質量損失，銀蒸氣在蒸氣冷凝時導致形成霧。沿通道損失其電力之動能的莫耳分數可導致形成霧，其中對應汽化熱將動能賦予對應氣溶膠粒子以保持另外損失質量之恆定初速度。由於部分原子聚合為與剩餘氣體原子一起流動之氣溶膠粒子，通道可為直線彙聚以保持伴隨減小之粒子數目的速度。在一實施例中，MHD通道308壁可維持在諸如大於銀之熔點的溫度下以避免經冷凝液體藉由支援霧形成冷凝。
在一實施例中，銀電漿噴射接觸之MHD通道組件及表面可包含藉由銀液體抗潤濕之材料。MHD通道壁308及MHD電極304中之至少一者可包含抗潤濕之表面。
氣溶膠粒子可經充電及收集。收集可在MHD通道末端發生。可藉由靜電沈澱或電噴射沈澱移除氣溶膠粒子。在一實施例中，MHD轉換器可包含氣溶膠粒子充電構件(諸如至少一個粒子充電電極)、電能供應源(諸如高壓源)及經電性偏壓以收集帶電粒子帶電粒子集電極(諸如至少一個電極)。可藉由施加電場在MHD通道末端收集帶電粒子。
在一實施例中，藉由電漿流量進行金屬蒸氣液滴。液滴可形成MHD電極及MHD通道壁中之至少一者之表面上之薄膜。盈餘經冷凝液體可經機械地剝蝕且藉由電漿及質量流量運載。在一實施例，法拉第電流穿過經冷凝金屬蒸氣(諸如經冷凝銀蒸氣)且產生霍耳電流，該霍耳電流促使經冷凝銀粒子沿著來自MHD噴嘴307之電漿噴射的軌跡。霍耳電流可使經冷凝銀流出MHD通道以回流至儲集器5c。由於比金屬蒸氣更高的導電性，電流可較佳地流動穿過經冷凝銀。在另一實施例中，可藉由MHD通道之發散及彙聚中之至少一者來輔助輸送。在一實施例中，諸如圓盤發電機之MHD轉換器可包含在MHD通道之入口及出口處接觸電漿以使得改善熔融金屬在通道中之短路之效應的電極。
在一實施例中，工作介質包含可在低於其沸點之溫度下昇華以防止金屬冷凝於MHD通道之壁上以使得其流至再循環系統的金屬(諸如銀)。在一實施例中，將MHD通道之出口處之壓力保持在低壓(諸如低於常壓之壓力)處。真空可保持在MHD通道之出口處，使得工作介質金屬蒸氣不在MHD通道308中冷凝。可藉由MHD氣泵或壓縮機312a (圖2I67至圖2I73)保持真空。
在一實施例中，MHD通道可包含入口部分中之發電機及出口部分中之壓縮機。壓縮機可使得將經冷凝蒸氣泵送出MHD通道。MHD轉換器可包含電流源及電流控制器，以可控制地在所施加磁場之垂直方向上將電流施加至MHD通道之工作介質，以使得經冷凝工作介質蒸氣自通道流動，其中通道條件可經控制以使得蒸氣冷凝以實現蒸氣之汽化熱之釋放。
在另一實施例中，可藉由在諸如MHD冷凝器309的熱交換器處冷凝蒸氣來諸如銀金屬蒸氣的金屬蒸氣之汽化熱。冷凝可在高於諸如銀的金屬之沸點的溫度下發生。可藉由此項技術中已知之手段(諸如藉由對流、傳導、輻射)或藉由冷卻劑將熱量傳遞至儲集器5c之一部分。熱傳遞系統可包含藉由傳導傳遞熱量之耐火熱傳遞區塊，諸如Mo、W或碳區塊。熱量可使得儲集器中之銀汽化。熱量可保存於汽化熱中。低能量氫反應可進一步增加氣化金屬之壓力及溫度。在包含工作介質添加劑(諸如稀有氣體，諸如氬氣或氦氣)之一實施例中，MHD轉換器進一步包含氣泵或壓縮機312a (圖2I67至圖2I73)以將氣體自低壓再循環至MHD轉換器之高壓部分。氣泵或壓縮機312a可包含驅動馬達312b及刮刀或輪葉312c。MHD轉換器可包含泵入口及泵出口，該泵入口可包含自MHD冷凝部分309至泵入口的氣體通路310a，該泵出口可包含自泵或壓縮機312a至反應電解槽腔室5b31的氣體通路313a。泵可將氣體自低壓(諸如約1至2 atm)泵送至高壓(諸如約4至15 atm)。自MHD冷凝部分309至泵312a之進水管310a可包含過濾器，諸如入口處的選擇性膜或金屬冷凝器，以將氣體(諸如稀有氣體)自金屬蒸氣(諸如銀蒸氣)分離。MHD冷凝器部分309中之擋板309a可將熔融金屬(諸如在MHD冷凝部分309中冷凝之熔融金屬)導引至MHD回流導管310中。中心中之擋板之高度及MHD回流導管310之熔融金屬回流入口中之至少一者可在其中上升氣體壓力超過經冷凝或液體熔融金屬粒子上之重力之力的位置處，以促進其流入MHD回流導管310中。
SunCell®可包含可位於MHD冷凝部分309中之金屬蒸氣冷凝器(諸如恆定壓力冷凝器)且可包含熱交換器316。工作介質可包含金屬蒸氣晶種之載劑或工作氣體，諸如銀蒸氣晶種之稀有氣體，諸如氦氣或氬氣。冷凝器可冷凝金屬蒸氣以使得可單獨地泵送液態金屬及稀有氣體。可藉由以下組之方法中之至少一者來分離：重力沈積、離心分離、氣旋分離、過濾、靜電沈澱及熟習此項技術者已知之其他方法。在一例示性實施例中，自冷凝器之頂部移除經分離稀有氣體，且自冷凝器之底部移除經分離液態金屬。液體及氣體可由以下中之至少一者分離：擋板309a、過濾器、選擇性滲透膜及氣體可穿過之液體障壁。
壓縮機312a可泵送氣體或使得氣體再循環至反應電解槽腔室5b31。EM泵312可泵送液體銀以使其回流至儲集器5c，以回注至反應電解槽腔室5b31。壓縮機312a及EM泵312分別再加壓工作介質氣體(諸如氬氣或氦氣)及液態金屬(諸如液體銀)。工作介質氣體可經由導管313a回流至反應電解槽腔室，該管可連接EM泵管5k6、儲集器5c、EM泵組合件5kk之底座5kk1及反應電解槽腔室5b31中之至少一者。替代地，氣體可經由管313a回流至反應電解槽腔室5b31，該管連接至傳送管313b，諸如提供至儲集器5c或反應電解槽腔室5b31中之導引通路的傳遞管。氣體可用於將熔融金屬噴射至反應電解槽腔室中。熔融金屬可變得夾帶在氣體噴射中以替換或補充EM泵熔融金屬噴射器。可藉由控制氣體流速、氣體壓力、氣體溫度、儲集器溫度、反應電解槽溫度、噴嘴進水壓力、MHD噴嘴流速、MHD噴嘴出口壓力及低能量氫反應速率來控制經噴射熔融金屬及蒸氣(諸如液體及氣態銀蒸氣)流動速率。
用於工作介質氣體及熔融金屬中之至少一者(諸如延行穿過儲集器5c之熔融金屬的工作介質氣體及熔融金屬)的回流導管313b可包含耐火材料，諸如Mo、W、錸、經錸塗佈之Mo或W、陶瓷(諸如金屬氧化物，諸如ZrO2 、HfO2 、MgO、Al2 O3 )中之至少一者及本發明之其他者。管可包含螺紋成EM泵管組合件基座5kk1中之套環或底座的耐火材料管。回流導管313b之高度可為期望傳送氣體的同時允許其他分量之期望效能(諸如金屬噴射劑)的高度且分別藉由EM泵管5k61及進水升管5qa之噴射部分來控制含量。高度可為約儲集器熔融金屬含量。
在圖2I71至圖2I73中所展示之一實施例中，氣泵或壓縮機312a可泵送氣態工作介質物種之混合物，該氣態工作介質物種諸如稀有氣體、熔融金屬晶種及熔融金屬蒸氣(諸如銀蒸氣)中之至少兩者。在一實施例中，氣泵或壓縮機312a可泵送氣態及液體工作介質二者，諸如稀有氣體、金屬蒸氣及液體熔融金屬(諸如液體銀)中之至少一者。液體及氣體可經由管313a回流至反應電解槽腔室，該管可連接EM泵管5k6、儲集器5c、EM泵組合件5kk之底座5kk1及反應電解槽腔室5b31中之至少一者。替代地，氣體可經由管313a回流至反應電解槽腔室5b31，該管連接至傳送管313b，諸如提供至儲集器5c或反應電解槽腔室5b31中之導引通路的傳遞管。
在一實施例中，氣體及液體可流動穿過EM泵管5k6。氣體可用於將熔融金屬噴射至反應電解槽腔室中。熔融金屬可變得夾帶在氣體噴射中以進行以下中之至少一者：加強且替換EM泵以經由噴射器管5k61及噴嘴5q泵送熔融金屬。可藉由控制氣泵或壓縮機312a之流速及壓力中之至少一者及藉由本發明之其他手段來控制噴射速率。可藉由相對於成對之其他控制一個氣泵或壓縮機312a之壓力及流速中之至少一者的本發明之水平感測器及控制器來控制儲集器5c之熔融金屬含量。
在包含泵送所有工作介質(諸如銀晶種之稀有氣體)之氣泵或壓縮機的一實施例及包含僅泵送稀有氣體之氣泵或壓縮機的一實施例中，可等溫地操作壓縮。MHD轉換器可包含熱交換或冷卻器以進行中之至少一者：在壓縮之前及期間冷卻氣態工作介質。氣泵或壓縮機可包含中間冷卻器。氣泵或壓縮機可包含複數個級別，諸如多級中間冷卻器壓縮機。冷卻可增加壓縮氣體之效率以匹配反應電解槽腔室5b31之操作壓力。
在回流循環中之泵送階段之後，回流氣態工作介質可經加熱以增加其壓力。加熱可藉由自MHD轉換器接收熱量的熱交換器或可自MHD冷凝部分309或其他熱組件接收熱量的再生器實現，該其他熱組件諸如以下群組中之至少一者：反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308及MHD冷凝部分309。在一實施例中，可藉由使用用於分別流入反應電解槽腔室5b31及流出MHD噴嘴之氣體的入口閥及出口閥而大量地減少氣泵功率，其中將低壓氣體泵送至反應電解槽腔室中且壓力藉由電漿反應功率增加至所要壓力，諸如10 atm。可將所得脈衝MHD功率調節為穩定DC或AC功率。回流MHD氣體管313a可包含打開以准許比峰值反應電解槽腔室操作壓力更低的壓力之氣體流動的閥門，且MHD噴嘴部分307可包含打開以允許高壓氣體在藉由反應電解槽腔室5b31電漿加熱氣體後流出噴嘴的閥門。閥門可有助於藉由氣泵或壓縮機將低壓氣體噴射至反應電解槽腔室中，其中藉由低能量氫反應電漿將氣體加熱至高壓。閥門可經同步以准許藉由電漿加熱累積之反應腔室壓力。閥門可為180°異相。閥門可包含轉動擋閘類型。MHD噴嘴可經冷卻以准許操作MHD噴嘴閥門。回流氣體管313a閥門可在EM泵組合件5kk1之底座處或靠近該EM泵組合件之底座以避免銀在對應氣體傳送管313b中冷凝。MHD轉換器可包含脈衝電力系統，包含反應電解槽腔室5b31之工作介質氣體之入口閥及出口閥的電力系統。脈衝MHD功率可水平化至藉由功率調節設備輸出恆定功率，諸如包含功率儲存之設備，諸如電池組或電容器。
在一實施例中，經再循環之熔融金屬(諸如銀)仍然呈氣態，其中包括任何回流線路310a、管313a及泵312a的MHD轉換器之溫度在MHD系統中之操作壓力或銀分壓下保持呈高於銀之沸點溫度的溫度。
泵312a可包含機械泵，諸如齒輪泵(諸如陶瓷齒輪泵)，或此項技術中已知之其他泵，諸如包含葉輪之泵。泵312a可在高溫下操作，諸如在約962℃至2000℃之溫度範圍中操作。泵可包含渦輪機類型，諸如用於燃氣渦輪機之渦輪機或用作內燃引擎之渦輪增壓器之類型的渦輪機。氣泵或壓縮機312a可包含螺旋泵、軸向壓縮機及渦輪機壓縮機中之至少一者。泵可包含正排量類型。氣泵或壓縮機可將根據伯努利定律(Bernoulli's law)在固定反應電解槽腔室體積中轉換為壓力的較高氣體速度。回流氣體管313a可包含閥門(諸如背壓遏制閥)以迫使來自壓縮機之流體流入反應電解槽腔室且接著MHD轉換器。
易於由工作介質磨損之機械部件(諸如泵312a輪葉或渦輪機刮刀)可經熔融金屬(諸如熔融銀)塗佈以防止其磨耗或磨損。在一實施例中，包含氣泵或壓縮機之氣體及熔融金屬回流系統之至少一個組件(諸如MHD回流導管310a、回流儲集器311a、與回流氣體及熔融金屬接觸之MHD回流氣泵或壓縮機312a部件(諸如輪葉)及MHD泵管313a (圖2I67至圖2I73))包括執行熱保護且防止由熔融金屬潤濕之至少一個功能以促進回流金屬流動至儲集器5c。
在一實施例中，在SunCell®啟動期間，壓縮機312a可再循環工作介質(諸如氦氣或氬氣)以預熱反應電解槽腔室5b31及MHD組件中之至少一者，諸如MHD噴嘴部分307、MHD通道308、MHD冷凝部分309及包含MHD回流導管310、回流儲集器311、MHD回流EM泵312及MHD回流EM泵管313之EM回流泵系統之至少一個組件。工作介質可分流至EM回流泵系統之至少一個組件。諸如對應於天線5f之電感耦合加熱器可加熱可經再循環以使得預加熱反應電解槽腔室5b31及至少一個MHD組件中之至少一者的工作介質。
在一例示性實施例中，MHD系統包含工作介質，該工作介質包含經銀接種或經銀-銅合金接種之氬氣或氦氣，其中大部分壓力可歸因於氬氣或氦氣。銀或銀-銅合金莫耳分數隨著增加使用氬氣供應源、感測及控制系統控制之稀有氣體(諸如氬氣)分壓而下降。SunCell®可包含冷卻系統以用於反應電解槽腔室5b31及MHD組件，諸如MHD噴嘴部分307、MHD通道308及MHD冷凝部分309中之至少一者。可控制至少一個參數，諸如反應電解槽腔室5b31及MHD通道之壁溫度及反應及氣體混合條件，以確定最佳銀或銀-銅合金存量或蒸氣壓力。在一實施例中，最佳銀蒸氣壓力為最佳化金屬蒸氣之導電性及能量存量以實現最佳功率轉換密度及效率的銀蒸氣壓力。在一實施例中，一些金屬蒸氣冷凝於MHD通道中以釋放在MHD通道中轉換為額外動能且轉換為電力的熱量。泵或壓縮機312a可包含諸如用於銀及氬氣二者之機械泵，或MHD轉換器可包含兩個泵類型，氣體312a及熔融金屬312。
在一實施例中，MHD轉換器可包含複數個噴嘴以產生呈複數個級別之熔融金屬之高速傳導流。第一噴嘴可包含與反應電解槽腔室5b31結合之噴嘴307。其他噴嘴可位於冷凝部分309處，其中自冷凝銀釋放之熱量可在噴嘴之入口處產生高壓。MHD轉換器可包含在各噴嘴之下游具有交叉磁體及電極的MHD通道以將高速傳導流轉換為電力。在一實施例中，MHD轉換器可包含複數個反應電解槽腔室5b31，諸如在緊靠著前述噴嘴之位置中。
在不包含回流儲集器311之一實施例中，其中MHD通道309之末端表現得如同黑體輻射器5b41之下半球，且回流EM泵312速度較快(不限制回流速率)，則銀將以與其在本發明之黑體輻射器設計中相同之方式分配回至噴射儲集器5c。可接著藉由各儲集器5c之進水升管5qa來控制相對噴射速率，如在本發明之黑體輻射器設計之情況中。
在一實施例中，SunCell®包含在僅加速噴嘴307之下游的位置處的EM泵以將經冷凝熔融金屬泵送回至熔融金屬噴射器系統之至少一個儲集器，諸如開放式雙熔融金屬噴射器系統5ka及6k61之儲集器5c。
在一實施例中，SunCell®包含可藉由熟習此項技術者選擇之回流導管310及310a、回流儲集器311及311a、回流EM泵312及壓縮機312a、開放式噴射器儲集器5c、封閉式噴射器儲集器5c、開放式EM泵噴射器截面5k61及噴嘴5q以及封閉式EM泵噴射器截面5k61及噴嘴5q之其他組合及組態，以實現MHD工作介質經由反應電解槽腔室5b31及MHD轉換器300之所要流動電路。在一實施例中，諸如回流儲集器311及噴射儲集器5c中之至少一者的任何儲集器之熔融金屬含量控制器5qa可包含進水升管5qa、本發明之其他者及熟習此項技術者已知者中之至少一者。
在一實施例中，工作介質可包含氣態及液相之混合物，諸如至少一種液態金屬及至少一種氣體，諸如金屬蒸氣及氣體(諸如稀有氣體)中之至少一者。例示性工作介質包含液體銀及氣態銀或液體銀、氣態銀及至少一種其他氣體，諸如稀有氣體或其他金屬蒸氣。
在一實施例中，MHD轉換器可包含液態金屬MHD (LMMHD)轉換器，諸如此項技術中已知之轉換器。LMMHD轉換器可包含熱交換器以使得熱量自反應電解槽腔室5b31流動至LMMHD轉換器。MHD轉換器可包含利用Rankine、Brayton、Ericsson及Allam循環中之至少一者的系統。在一實施例中，工作介質包含高密度且相對於稀有氣體保持高密度，使得工作流體之復原及再循環泵送中之至少一者藉由工作流體之較少膨脹及較多熱量保持中之至少一者來實現。工作介質可包含熔融金屬及其蒸氣，諸如銀及銀蒸氣。工作介質可進一步包含液體及蒸氣狀態中之至少一者中之額外金屬及諸如稀有氣體、蒸氣、氮氣、氟利昂(Freon)、氮氣及液態金屬MHD (LMMHD)轉換器之此項技術中已知之其他者的氣體中之至少一者。在一實施例中，MHD轉換器可包含EM泵、MHD壓縮機及機械壓縮機或泵中之至少一者以再循環工作介質。
MHD轉換器可進一步包含混合器以將液體與氣體混合，其中可在混合之前加熱至少一個相。替代地，可加熱經混合相。由於加熱在工作介質中產生之壓力，包含相之混合物的熱工作介質流動至MHD通道中以產生電力。在另一實施例中，液體可包含複數種液體，諸如充當導電基質(諸如銀)之液體及由於其在反應電解槽腔室中氣化而具有較低沸點以充當氣態工作介質之另一種液體。金屬之汽化可准許熱力學MHD循環。在MHD通道中以二相導電流產生電功率。工作介質可藉由熱交換器加熱以產生壓力來提供通道中之流動。反應電解槽腔室可將流動至熱交換器出口且隨後流動至工作介質之熱量提供至熱交換器之入口。
在一實施例中，低能量氫電漿蒸氣在混合器中與液體銀混合以形成二相工作介質。加熱產生主要熔融銀通過其中熱量動能轉換為電力之MHD通道及冷卻器的高壓流，MHD通道之出口處之低壓工作介質藉由MHD EM泵再循環。
在包含混合循環(開放式氣體循環及封閉式金屬循環)之一實施例中，工作介質可包含用金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)接種之氧氣、氮氣及空氣中之至少一者。在反應電解槽腔室5b31中氣化以包含氣體晶種之液態金屬(諸如銀)可在離開MHD通道308後冷凝且再循環至儲集器5c。離開MHD通道之氣體(諸如空氣)可自晶種分離且可排出至大氣。可自排出氣體回收熱量。可藉由氣體泵或壓縮機312a吸入諸如空氣之環境氣體。
在一實施例中，MHD轉換器可包含均相MHD發電機，其包含經加熱以使得金屬在至MHD通道之入口處氣化的金屬或金屬混合物。轉換器可進一步包含通道入口熱交換器以將熱量自反應電解槽腔室傳遞至工作介質以使得其在進入至MHD通道之前氣化。均相MHD發電機可進一步包含MHD通道之出口處的通道熱交換器以充當再生器以在熱量流動至入口熱交換器之前將其傳遞至工作介質。入口熱交換器可包含通過反應電解槽腔室之工作介質管。金屬工作介質可在出口熱交換器之下游的冷凝熱交換器處冷凝，其中接著藉由再循環EM泵來泵送熔融金屬。
在一實施例中，工作介質包含金屬及氣體，該氣體在低溫下可溶於熔融金屬且在高溫下不可溶於熔融金屬或較不溶於熔融金屬。在一例示性實施例中，工作介質可包含銀及氧氣中之至少一者。在一實施例中，反應電解槽腔室中之氧氣壓力保持在大體上防止熔融金屬(諸如銀)經受氣化的壓力處。低能量氫反應電漿可加熱氧氣及液體銀至所需溫度，諸如3500K。包含工作介質之混合物可在諸如25 atm之壓力下流動通過楔形MHD通道，其中壓力及溫度在熱能轉換成電力時下降。由於溫度下降，熔融金屬(諸如銀)可吸收氣體(諸如氧氣)。接著，可將液體泵送回至儲集器以在反應電解槽腔室中再循環，其中電漿加熱釋放氧氣以增加保持所要反應電解槽腔室壓力及溫度條件以驅動MHD轉換。在一實施例中，MHD通道之出口處的銀之溫度為約熔融金屬之熔點，其中氧氣之溶解度在一個大氣壓O2 下為氧氣之約20 cm3 (STP)至銀之1 cm3 。包含溶解氣體之液體之再循環泵送功率可大大小於游離氣體之功率。此外，可大體上減少在熱力學功率循環期間使游離氣體之壓力及溫度下降的氣體冷卻需求及MHD轉換器體積。
在一實施例中，MHD通道可為垂直的且通道中之工作介質之壓力梯度可由於重力之力大於壓力等值，使得熔融金屬之工作介質流量保持在自反應電解槽腔室5b31至MHD通道之出口的循環中，其中將熔融金屬泵送回至儲集器5c。在一實施例中，最小壓力P為
P = pgh (39)
其中為密度(對於銀，1.05×104 kg/m3 )，g為重力常數，且h為金屬管柱之高度。對於例示性，h=0.2 m，P=0.2 atm。
噴嘴307中之膨脹可為等熵的。在一實施例中，反應電解槽腔室5b31中之低能量氫反應條件可提供且保持適合MHD噴嘴307溫度及壓力，使得噴嘴可產生高速度射流，同時避免冷凝衝擊。可在於MHD通道308中膨脹期間保持約常數速度條件及連續性條件中之至少一者(由此密度、速度及面積之乘積為約常數)。在一實施例中，在自MHD噴嘴307至MHD通道308的進入口處噴射超聲波銀蒸氣。一些銀可冷凝於通道中，但是由於等熵膨脹，冷凝可受限。包含蒸氣及任何經冷凝液體之射流中之剩餘能量以及銀之汽化熱可藉由在冷凝器309處冷凝至少部分地回收且藉由再循環器或再生器(諸如散熱管)再循環。在一實施例中，使用散熱管實現再生，其中散熱管至少回收銀汽化熱且再循環其，使得經回收熱量功率為輸入至 MHD通道的功率之部分；接著此功率平衡之分量僅降低散熱管之效率。冷凝之金屬蒸氣之百分比可為無關緊要的，諸如在約1%至15%之範圍內。在一實施例中，經冷凝蒸氣可導致形成氣溶膠。反應電解槽腔室、噴嘴及MHD通道可含有導致冷凝蒸氣來自氣溶膠的氣體，諸如氬氣。蒸氣可在冷凝器(諸如冷凝器309)處冷凝在MHD通道308之末端。液態金屬可經再循環，且汽化熱可藉由再生器(諸如包含散熱管之再生器)至少部分地回收。
在另一實施例中，蒸氣可經加壓以冷凝在所要區域中，諸如噴嘴307部分。噴嘴膨脹可為等熵的，其中純氣體(諸如銀蒸氣)之冷凝限於臨界溫度處開始之50%液體莫耳分數及對於銀分別為506.6 MPa及7480 K的重要壓力。在一實施例中，可藉由諸如移除熱量以使得熵值可減少及用至少一種其他氣體加壓冷凝區域中之至少一者的手段來克服來自經加壓蒸氣之膨脹的此冷凝侷限性。氣體壓力在其中存在氣體連續性的區域之所有部分中，諸如在反應電解槽腔室5b31、噴嘴307及MHD通道308區域中可為相等的。MHD轉換器可進一步包含其他氣體之貯槽、氣壓計、氣泵及氣體壓力控制器。可藉由壓力控制器控制至少一種其他氣體壓力。可控制氣體壓力以使得在比純金屬蒸氣之等熵膨脹更大的程度上冷凝金屬蒸氣。在一實施例中，氣體包含可溶於蒸氣金屬中之氣體。在一例示性實施例中金屬包含銀且氣體包含O2 及H2 O中之至少一者。
在一實施例中，噴嘴307及MHD通道308中之至少一者中之壓力產生藉由在金屬氣相快速地冷凝至液態金屬流上時產生冷凝衝擊來實現，產生自二相至單相流動的快速轉化，從而釋放汽化熱。能量釋放為顯現為液體流之動能。液體流之動能在MHD通道308中轉換為電力。在一實施例中，蒸氣冷凝為霧或氣溶膠。氣溶膠可在氣體環境氛圍中形成，諸如包含氣溶膠形成氣體(諸如氧氣)及視情況選用之稀有氣體(諸如氬氣)的氣體環境氣氛。MHD通道308可為直線的以保持MHD通道流動之恆定速度及壓力。氣溶膠形成氣體(諸如氧氣)及視情況選用之稀有氣體(諸如氬氣)可流動通過儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴307、MHD通道308及其他MHD轉換器組件(諸如任何回流線路310a、管313a及泵312a)中之至少一者。可藉由MHD回流氣泵或壓縮機312a再循環氣體。
在一實施例中，噴嘴307包含冷凝噴流噴射器，該冷凝噴流噴射器包含二相噴射裝置，其中呈液態之熔融金屬與其氣相混合，產生具有壓力的液體流，該壓力高於兩個進水流中之任一者之壓力。壓力可在反應電解槽腔室5b31及噴嘴307中之至少一者中產生。噴嘴壓力可在噴嘴307之出口處轉換為流速度。在一實施例中，反應電解槽腔室電漿包含噴射裝置之一個相。來自至少一個EM泵噴射器之熔融金屬可包含噴射裝置之其他相。在一實施例中，可藉由獨立EM泵噴射器噴射諸如液相之其他相，該EM泵噴射器可包含EM泵5ka、儲集器(諸如5c)、EM泵管5k61之噴嘴部分及噴嘴5q。
在一實施例中，MHD噴嘴307包含氣溶膠噴流噴射器，該氣溶膠噴流噴射器在MHD通道308中將反應電解槽腔室5b31之高壓電漿轉換為高速度氣溶膠流或噴流。噴流之動能可來自反應電解槽腔室5b31中之電漿之壓力組之至少一個源及經冷凝以形成氣溶膠噴流之金屬蒸氣之汽化熱。在一實施例中，經冷凝蒸氣之莫耳體積為小於標準條件下之對應蒸氣的約50至500倍。蒸氣在噴嘴307中之冷凝可使得噴嘴之出口部分處的壓力減小。減小的壓力可導致增加可包含液體及氣溶膠噴流中之至少一者的經冷凝流體之速度。噴嘴可經伸展且可經彙集以將局部壓力轉換為動能。通道可包含比噴嘴出口之面積更大的橫截面積，且可為直線的以允許傳播氣溶膠流。其他噴嘴307及MHD通道308幾何結構(諸如具有彙集、發散及直線截面的幾何結構)可經選擇以實現金屬蒸氣之所要冷凝，其中在MHD通道308中將能量之至少一部分轉換為傳導流。
在一實施例中，一些殘餘氣體在MHD通道308中可保持不冷凝。未冷凝氣體可支援MHD通道中之電漿以提供導電MHD通道流動。可藉由可在MHD通道308中傳播之低能量氫反應保持電漿。可將低能量氫反應物提供至反應電解槽腔室5b31及MHD通道308中之至少一者。
在一實施例中，噴嘴307及MHD通道308中之至少一者中之壓力產生藉由金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)之冷凝與汽化熱之釋放來實現。能量釋放顯現為冷凝物之動能。流動之動能可在MHD通道308中轉換為電力。
MHD通道308可為筆直的以保持MHD通道流之恆定速度及壓力。在實施例中，蒸氣冷凝為霧或氣溶膠。氣溶膠可在包含諸如包含氬氣之惰性氣體的惰性氣體之環境氣氛中形成。氣溶膠可在包含氧之環境氣氛中形成。MHD轉換器可包含諸如銀氣溶膠之金屬氣溶膠來源。來源可包含雙熔融金屬噴射器中之至少一者。氣溶膠來源可包含獨立EM泵噴射器，其可包含EM泵5ka、諸如5c之儲集器、EM泵套管5k61之噴嘴區段及噴嘴5q，其中熔融金屬噴射至少部分地轉換為金屬氣溶膠。氣溶膠可流動或噴射至該區域中，其中需要諸如在MHD噴嘴307中冷凝金屬蒸氣。氣溶膠可使金屬蒸氣冷凝之程度大於經受諸如等熵噴嘴擴展之等熵擴展的金屬蒸氣可能之程度。金屬蒸氣冷凝可釋放可增加氣溶膠之溫度及壓力中之至少一者的金屬蒸氣汽化熱。相對應的能量及功率可有助於噴嘴之出口處的氣溶膠及電漿流之動能及功率。該流之功率歸因於來自金屬蒸氣汽化熱的功率之份額而可在效率增加之情況下轉換為電。MHD轉換器可包含金屬氣溶膠來源之控制器來控制氣溶膠流動速率及氣溶膠質量密度中之至少一者。控制器可控制EM泵抽EM泵氣溶膠來源之速率。可控制氣溶膠噴射速率以使蒸氣冷凝最佳化來回收蒸氣汽化熱及MHD功率轉換效率。
在實施例中，藉由噴嘴中之蒸氣的冷凝所釋放的汽化熱至少部分地直接地或間接地傳遞至反應電解槽腔室電漿。噴嘴可包含熱交換器以將熱量傳遞至反應電解槽腔室。熱量可藉由輻射、導電及對流中之至少一種方法傳遞。噴嘴可藉由所釋放的汽化熱加熱，且熱量可藉由導電傳遞至反應電解槽腔室。噴嘴可包含可包含抗氧化劑塗層之諸如耐火導熱體的高度導熱之材料。在例示性實施例中，噴嘴可包含可用諸如ZrO2 塗層的抗氧化性耐火塗層塗佈之氮化硼或碳。材料可包含本發明之其他耐火材料及塗層。
在一實施例中，噴嘴307及MHD通道308中之至少一者中之壓力產生藉由金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)之冷凝與汽化熱之釋放來實現。能量釋放顯現為冷凝物之動能。流動之動能可在MHD通道308中轉換為電力。MHD通道308可為筆直的以保持MHD通道流之恆定速度及壓力。在實施例中，蒸氣冷凝為霧或氣溶膠。氣溶膠可在諸如包含氬氣及氧氣中之至少一者的環境氣氛之環境氣氛中形成。可藉由氧氣及稀有氣體中之至少一者噴射、被動流動或強制流動通過液體銀來形成氣溶膠。氣體可使用壓縮機312a再循環。氣體可在高壓氣體流動迴路中再循環，諸如在反應電解槽腔室531處接收氣體且將其再循環至儲集器5c的高壓氣體流動迴路，其中該氣體流動通過熔融銀以增加氣溶膠形成。在實施例中，銀可包含添加劑以增加氣溶膠形成速率及程度。在一替代實施例中，氣溶膠生產之高速可由使液態金屬以高速循環來形成。金屬可藉由諸如包含EM泵5kk之雙熔融金屬噴射器的至少一個熔融金屬噴射器以高速噴射。泵速率可在約1 g/s至10 g/s、10 g/s至100 g/s、1 kg/s至10 kg/s、10 kg/s至100 kg/s及100 kg/s至1000 kg/s之至少一個範圍內。在實施例中，用以藉由在諸如包含所需氧氣濃度之大氣的所保持電解槽大氣中泵抽熔融金屬來形成銀氣溶膠之能效可高於通過熔融銀泵抽氣體。
MHD轉換器可包含諸如銀氣溶膠之金屬氣溶膠來源。來源歸因於高於金屬之熔點的儲集器中所含之金屬的溫度可包含來自至少一個儲集器之雙熔融金屬噴射器及氣溶膠形成中之至少一者中的一或多者。氣溶膠來源可包含獨立EM泵噴射器，其可包含EM泵5ka、諸如5c之儲集器、EM泵套管5k61之噴嘴區段及噴嘴5q，其中熔融金屬噴射至少部分地轉換為金屬氣溶膠。氣溶膠可流動或噴射至該區域中，其中需要諸如在MHD噴嘴307中冷凝金屬蒸氣。氣溶膠可使金屬蒸氣冷凝之程度大於經受諸如等熵噴嘴擴展之等熵擴展的金屬蒸氣可能之程度。金屬蒸氣冷凝可釋放可增加氣溶膠之溫度及壓力中之至少一者的金屬蒸氣汽化熱。相對應的能量及功率可有助於噴嘴之出口處的氣溶膠及電漿流之動能及功率。該流之功率歸因於來自金屬蒸氣汽化熱的功率之份額而可在效率增加之情況下轉換為電。MHD轉換器可包含金屬氣溶膠來源之控制器來控制氣溶膠流動速率及氣溶膠質量密度中之至少一者。控制器可控制EM泵抽EM泵氣溶膠來源之速率。可控制氣溶膠噴射速率以使蒸氣冷凝最佳化來回收蒸氣汽化熱及MHD功率轉換效率。
在另外的等熵膨脹期間造成銀蒸氣冷凝之熵值減少可藉由以下給出之銀之氣化的熵值來評估：
(40)
其中為銀沸點且為氣化之銀焓。在銀蒸氣接觸具有1500 K之儲集器之例示性溫度的銀霧或氣溶膠情況下，以達到沸點之熵值變為
(41)
其中為差分霧焓，為霧溫度，C p 為恆定壓力下之銀之比熱容，且為儲集器及起始霧溫度。因此，在霧之質量流量為金屬蒸氣之質量流量約8倍的情況下，金屬蒸氣將在噴嘴中冷凝以釋放其汽化熱，其中可用之對應能量顯著地轉換為動能。假定作為霧或氣溶膠之經冷凝蒸氣之例示性莫耳體積為小於對應蒸氣之約50倍，則霧流需要僅為總氣體/電漿體積流之約15%，以實現蒸氣之冷凝以產生約純霧或氣溶膠電漿流。可藉由控制儲集器溫度、霧來源噴射速率(諸如EM泵送速率)及氣溶膠-形成氣體之壓力(諸如氧氣及視情況選用之氬氣)來控制霧流速。
在一實施例中，MHD熱力學循環包含保持低能量氫反應電漿(保持過熱銀蒸氣)且藉由添加冷銀氣溶膠或液體銀金屬噴射劑將冷凝為高液滴動能氣溶膠噴流的過程。氣溶膠噴流功率存量可包含主要動能功率。電功率轉換可主要來自MHD通道308中之動能功率改變。MHD轉換器之操作模式可包含與軌道槍之操作模式相反的操作模式或與DC傳導電磁泵相反的操作模式。
形成液體銀液滴之高動能噴流的蒸氣冷凝可大體上避免在能量及功率平衡中損失汽化熱。冷銀氣溶膠可形成於儲集器中且輸送至反應電解槽腔室5b31及MHD噴嘴307中之至少一者。電池可進一步包含在穿過反應電解槽腔室至MHD轉換器的電漿流之下游側處的混合腔室。冷氣溶膠及過熱蒸氣之混合可發生於反應電解槽腔室5b31、混合腔室及MHD噴嘴307中之至少一者中。在一實施例中，SunCell®包含氧氣來源以形成發菸熔融銀以促進銀氣溶膠形成。可將氧氣供應至以下中之至少一者：儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴307、MHD通道308、MHD冷凝部分309及SunCell®-MHD轉換器發電機之其他內部腔室。可由熔融銀吸收氧氣以形成氣溶膠。可藉由在發電機內部存在稀有氣體(諸如氬氣氛圍)來增強氣溶膠。可藉由本發明之系統在所要壓力下添加及保持氬氣氛圍，該等系統諸如氬氣貯槽、線路、閥門、控制器及噴射器。噴射器可在冷凝部分309或其他合適區域中以避免銀回流。在一實施例中，超熱銀蒸氣可經冷凝以藉由將銀直接地或間接地噴射至噴嘴中形成氣溶膠噴流。在一實施例中，可在較低溫度及較低壓力中之至少一者下操作反應電解槽腔室5b31以准許待在膨脹(諸如等熵膨脹)下液化之蒸氣之較大分數。例示性較低溫度及壓力相較於3500 K及10 atm分別為約2500 K及約1 atm。
在流速減小之情況下，霧之密度可升高以保持在通道中恆定流動。可藉由聚合銀霧液滴增加密度。通道可包含直線通道。在其他實施例中，通道可彙集或發散或具有適於最佳化MHD功率轉換的其他幾何結構。
在一實施例中，噴嘴可包含用於相對冷的金屬蒸氣氣溶膠之至少一個通道及用於銀蒸氣或超熱銀蒸氣之至少其他通道。通道可傳送待在噴嘴307中混合之對應氣溶膠。混合可減小熵值以使得銀蒸氣冷凝。冷凝及噴嘴流動可在噴嘴出口處產生快速氣溶膠噴流。可藉由控制來源之溫度(諸如儲集器溫度，其中儲集器可充當來源)來控制相對冷的氣溶膠之流速。可藉由控制低能量氫反應速率及熔融金屬噴射速率中之至少一者來控制過熱蒸氣之流速。在實施例中，SunCell®輸出功率可藉由根據方程式(42)之質量導數項藉由控制EM泵來改變銀質量流而改變。可同步地控制低能量氫反應物以使反應速率及功率與所需輸出電功率匹配。
在一實施例中，噴嘴出口壓力及溫度為約MHD通道308出口處之彼等，且MHD通道308之入口處之輸入功率為約藉由與其速度v 處之質量流速相關聯之動能給出之輸入功率。
(42)
MHD通道中之電力轉換功率藉由以下給出
(43)
其中V為MHD通道電壓，I為通道電流，E為通道電場，J為通道電流密度，L該通道長度，σ 為流動導電率、v為流速，B為磁場強度，A為電流橫截面積(噴嘴出口面積)，d為電極間距，且W為負載因子(跨負載之電場與斷路電場之比率)。效率η 藉由MHD通道(方程式(43))中之電力轉換功率及輸入功率(方程式(42))之比率給出：
(44)
在質量流量為1 kg/s，導電率σ 為50,000 S/m，速度為1200 m/s，磁通量B 為0.25 T，負載因子W 為0.5，例示性直線正方形矩形通道之通道寬度及電極間距d 為0.05 m以及通道長度L 為0.2 m之情況下，功率及效率為：
(45)
(46)
及
(47)
方程式(47)為當總能量存量基本上為動能時之總焓效率，其中汽化熱亦在噴嘴307中轉換為動能。
在一實施例中，差分勞侖茲力dFL 與銀電漿流速及沿MHD通道308之差分距離dx 成比例：
(48)
差分勞侖茲力(方程式(48))可重新配置為：
(49)
或
(50)
其中(i)導電率σ 及磁通量B可沿通道恆定，(ii)理想地不存在沿通道之質量損失以使得質量關於距離恆定，且通道m中之質量流速由於噴射至通道入口中之恆定速率及在穩態條件下流動之連續性而為恆定的，及(iii)速度與距離之差分在穩定流動條件下與時間無關。隨著沿通道減小速度的恆定質量流速可對應於增加氣溶膠粒子之聚合以限制MHD通道出口處之完全崩解。接著，速度關於通道距離之變化率與速度成比例：
(51)
其中k 為藉由邊界條件確定之常數。方程式(51)之整合提供
(52)
藉由比較方程式(51)與方程式(50)，常數k 為
(53)
藉由組合方程式(52)及方程式(53)，作為通道距離之函數的速度為
(54)
根據方程式(43)，通道之對應功率藉由以下給出
(55)
在質量流量為0.5 kg/s，導電率σ 為50,000 S/m，速度為1200 m/s，磁通量B 為0.1 T，負載因子W 為0.7，例示性直線正方形矩形通道之通道寬度及電極間距d 為0.1 m以及通道長度L 為0.25 m之情況下，功率及效率為：

及
(58)
方程式(58)對應於轉換為供電外部負載之電力的起始通道動能之54%以及耗散在內部阻抗中之功率之46%，其中電功率密度為80 kW/公升。
電功率聚集至輸入至MHD通道之動能功率乘以MHD通道之負載因子W 。可藉由增加輸入動能功率且藉由減小通道尺寸來增加功率密度。後者可藉由增加質量流速、磁通量密度及流動導電率中之至少一者來達成。在質量流量為2 kg/s，導電率σ 為500,000 S/m，速度為1500 m/s，磁通量B 為1 T，負載因子W 為0.7，例示性直線正方形矩形通道之通道寬度及電極間距d 為0.05 m以及通道長度L 為0.1 m之情況下，功率及效率為：

及
(61)
方程式(61)對應於轉換為供電外部負載之電力的起始通道動能之70%及耗散在內部阻抗中之功率之30%，其中電功率密度為6.3 MW/公升。
藉由方程式(55)給出之功率可表示為
(62)
其中K0 為起始通道動能。可藉由獲取P 關於W 之衍生物且將其設置為等於0來確定最大功率輸出。
(63)
其中
(64)
則，
(65)
在其中s=125之方程式(59-61)之例示性情況中，使用迭代方法，功率在W=0.96時為最佳。在此情況下，針對方程式(59-60)之條件的效率為96%。
在一實施例中，反應電解槽腔室5b31及噴嘴307中之至少一者可包含磁瓶，該磁瓶可選擇性地形成沿MHD通道308之縱軸的電漿噴流。電力轉換器可包含磁鏡，其在離子流動之所要方向上為磁場梯度之來源，其中電漿電子v || 之起始平行速度增加，此係因為根據絕熱不變量=常數，軌道速度隨著能量之守恆而減小，自軌道運動抽取線性能量。由於磁通量B減小，離子迴旋半徑將增加，使得流量πa2 B保持恆定。連接軌道之流量之不變性為「磁鏡」之機制之依據。磁鏡之原理為在初速度針對鏡之情況下帶電粒子由強磁場之區域反射且以其他方式自鏡射出。經由離子之軌道的流量之絕熱不變性為沿z軸形成離子流之手段，其中將轉換為，使得。兩個磁鏡或更多磁鏡可形成磁瓶以限制電漿，諸如形成於反應電解槽腔室5b31中之電漿。產生含於中心區域中之瓶中之離子將沿軸螺旋，但將由各端處之磁鏡反射。具有平行於所要軸之速度之高分量的更高能離子將在瓶之端部處逸出。瓶可在MHD通道末端處更大的漏泄。因此，瓶可產生自磁瓶之端部至磁流體動力轉換器之通道入口中之基本上線性離子流。
特定言之，電漿可藉由磁鏡磁化，該磁鏡使得垂直於MHD通道或z軸之方向的離子運動之分量由於絕熱不變量=常數而至少部分地轉換為平行運動。離子具有沿z軸之較佳速度且傳播至磁流體動力電力轉換器中，其中洛倫茲偏轉離子在與對應橫向偏轉場交叉之電極處形成電壓。電壓可驅使電流流過電力負載。在一實施例中，磁鏡包含產生等效於亥姆霍茲線圈(Helmholtz coil)或電磁線圈之場的電磁體或永久磁體。在電磁磁鏡之情況下，可藉由控制電磁電流以控制離子自反應電解槽腔室流出以控制功率轉換時的速率來調節磁場強度。在及在至MHD通道308之入口處的情況下，藉由給出之速度可為平行於z軸之約95%。
在一實施例中，低能量氫反應混合物可包含氧氣、水蒸氣及氫氣中之至少一者。MHD組件可包含諸如陶瓷之材料，諸如金屬氧化物，諸如氧化鋯及氧化鉿中之至少一者，或在氧化氛圍下穩定的矽石或石英。在一實施例中，MHD電極304可包含可在操作期間較不易受腐蝕或降解影響的材料。在一實施例中，MHD電極304可包含導電陶瓷，諸如導電固體氧化物。在另一實施例中，MHD電極304可包含液體電極。液體電極可包含在電極工作溫度下為液體的金屬。液體金屬可包含工作介質金屬，諸如熔融銀。熔融電極金屬可包含浸漬有熔融金屬之基質。基質可包含諸如金屬之耐火材料，諸如可導電之W、碳、陶瓷或本發明之其他耐火材料。負電極可包含固體耐火金屬。負極性可保護負電極免遭氧化。正電極可包含液體電極。
液體電極可包含施加電磁限制(勞侖茲力)以保持游離表面液體金屬的構件。液體金屬電極可包含磁場源及電流源以保持電磁限制。磁場源可包含MHD磁體306及其他一組磁體(諸如永久磁體、電磁體及超導磁體)中之至少一者。電流源可包含MHD電流及來自外部電流源之所施加電流中之至少一者。
在一實施例中，導電陶瓷電極可包含本發明中之一者，諸如碳化物(諸如ZrC、HfC或WC)或硼化物(諸如ZrB2 )或具有可處理至1800℃之20% SiC組合物的組合物(諸如ZrC-ZrB2 、ZrC-ZrB2 -SiC及ZrB2 )。電極可包含碳。在一實施例中，複數個液體電極可經由歧管供應液體金屬。液體金屬可藉由EM泵泵送。液體電極可包含浸染在非反應性基質中之熔融金屬，該非反應性基質諸如陶瓷基質，諸如金屬氧化物基質。替代地，可經由基質泵送液體金屬以連續供應熔融金屬。在一實施例中，電極可包含持續噴射之熔融金屬，諸如點火電極。噴射器可包含非反應性耐火材料，諸如金屬氧化物，諸如ZrO2 。在一實施例中，液體電極中之每一者可包含暴露於MHD通道電漿之熔融金屬之流動流。
在一實施例中，可將電極配置於霍耳發電機設計中。負電極可接近MHD通道之入口且正電極可接近MHD通道之出口。可接近MHD通道之入口的電極可包含液體電極，諸如浸沒式電極。接近MHD通道之出口的電極可包含在電極工作溫度下對氧化具有抗性的導體，其中出口處之該工作溫度可比MHD通道之入口處的顯著地更低。MHD出口處之例示性抗氧化電極可包含諸如ZrC之碳化物或諸如ZrB2 之硼化物。在一實施例中，電極可包含由絕緣體部分分離之一系列電極部分，該絕緣體部分包含可包含電絕緣體之MHD通道壁之突起。凸起部分可在防止金屬蒸氣冷凝之溫度下保持。絕緣部分可包含壁帶，該等壁帶中之至少一者經加熱及絕緣以保持帶溫度在MHD通道之操作壓力下高於金屬之沸點。通道之出口處之電極可包含抗氧化電極，諸如可穩定以在出口溫度下氧化的碳化物或硼化物。在一實施例中，MHD通道可保持在低於導致壁之絕緣體部分上的金屬蒸氣冷凝及電極之腐蝕中之至少一者的溫度下，該等電極諸如碳化物或硼化物電極(諸如包含ZrC或ZrB2 之碳化物或硼化物)或可處理至1800℃之組合物(諸如ZrC-ZrB2 及ZrC-ZrB2 -SiC組合物)。在一實施例中，工作介質包含可在低於其沸點之溫度下昇華以防止金屬冷凝於MHD通道之壁上以使得其流至再循環系統的金屬(諸如銀)。
在一實施例中，MHD磁體306可包含可將正弦或交變磁場施加至MHD通道308的交變場磁體(諸如電磁體)。正弦或交變施加之場可使得MHD電力輸出為交變(AC)功率。交變電流及電壓頻率可為標準的電流及電壓頻率，諸如50 Hz或60 Hz。在一實施例中，藉由感應將MHD功率自通道傳遞出。感應發電機可消除接觸電漿之電極。
將反應電解槽腔室5b31及MHD加速通道或噴嘴307連接至MHD膨脹或發電機通道308之組件(諸如密封件314)之間的活接及密封件可包含墊片凸緣密封件或本發明之其他。其他密封件(諸如回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312、噴射儲集器5c及噴射EM泵組合件5kk之密封件)可包含本發明中之一者。例示性墊片包含碳(諸如石墨或Graphoil)，其中經接合金屬氧化物部分(諸如包含氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯及氧化鎂中之至少一者的金屬氧化物部分)保持低於碳還原溫度(低於約1300℃至1900℃之範圍)。分量可包含本發明之不同材料(諸如耐火材料)及基於其操作參數及需求的不鏽鋼。在一例示性實施例中，i.) EM泵組合件5kk、回流導管310、回流儲集器311及回流EM泵管312中之至少一者包含不鏽鋼，其中內部可用氧化保護塗層(諸如鎳、Pt、錸或其他貴金屬)塗佈；ii.)儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、噴嘴307及MHD膨脹部分308中之至少一者包含電絕緣耐火材料(諸如氮化硼)或耐火氧化物(諸如MgO (M.P. 2825℃))、ZrO2 (M.P. 2715℃)、氧化鎂、對H2 O穩定之氧化鋯、鋯酸鍶(SrZrO3 M.P. 2700℃)、HfO2 (M.P. 2758℃)，或在工作溫度下對氧化反應穩定之二氧化釷(M.P. 3300℃)；iii.)反應電解槽腔室5b31包含石墨(諸如各向同性及熱石墨中之至少一者)；及iv.)進水升管5qa、電磁泵管5k61之噴嘴部分、噴嘴5q及MHD電極304中之至少一者可包含碳、Mo、W、錸、經錸塗佈之Mo、經錸塗佈之W中之至少一者。在一例示性實施例中，EM泵組合件5kk、回流導管310a、回流儲集器311a及回流氣泵或壓縮機312a中之至少一者包含不鏽鋼，其中內部可用氧化反應保護塗層塗佈，該氧化反應保護塗層諸如鎳、Pt、錸或其他貴金屬。
電極可包含經貴重金屬塗覆之導體，諸如銅、鎳、鎳合金及鈷合金上之Pt，或此等未經塗佈之金屬，其中可藉由背襯熱交換器或冷板應用冷卻。電極可包含尖晶石類型電極，諸如0.75 MgAl2 O4 -0.25 Fe3 O4 、0.75 FeAl2 O4 -0.25 Fe3 O4 及鉻化鑭La(Mg)CrO3 。在一實施例中，MHD電極304可包含液體電極，諸如液體銀塗佈之耐火金屬電極或經冷卻金屬電極。Ni及錸塗層中之至少一者可防止經塗佈組件與H2 O反應。MHD氛圍可包含氫氣以保持金屬之還原條件，諸如EM泵管5k6、進水升管5qa、電磁泵管5k61之噴嘴部分、噴嘴5q及MHD電極304之彼等。MHD氛圍可包含水蒸氣以保持氧化物陶瓷，諸如鋯酸鍶、氧化鉿、陶瓷組件之ZrO2 或MgO，諸如反應電解槽腔室5b31、噴嘴307及MHD膨脹部分308中之至少一者。可使用陶瓷膠(諸如氧化鋯磷酸鹽膠結劑、ZrO2 膠結劑或氧化鈣-氧化鋯磷酸鹽)將金屬氧化物部分膠合或膠結在一起。例示性Al2 O3 黏著劑為Rescor 960氧化鋁(Cotronics)及Ceramabond 671。另外的例示性陶瓷膠為Resbond 989 (Cotronics)及Ceramabond 50 (Aremco)。在一實施例中，壁組件可包含可用MgO穩定之隔熱陶瓷(諸如ZrO2 或HfO2 )，且經分段電極之電極絕緣體可包含導熱陶瓷(諸如MgO)。為防止自外表面氣化的損失，陶瓷可為足夠厚以外部充分冷卻、主動或被動冷卻或包覆於絕緣中之至少一者。在一個實施例中，SunCell®及MHD轉換器之至少一個組件可包含諸如碳化鋯之陶瓷組合物及諸如鎢之金屬。
可將若干氧化物添加至ZrO2 (氧化鋯)或HfO2 (氧化鉿)以使材料穩定，該等材料諸如氧化釔(Y2 O3 )、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鍶(SrO)、氧化鉭(Ta2 O5 )、三氧化二硼(B2 O3 )、TiO2 、氧化鈰(Ce2 O3 )、SiC、釔及銥。晶體結構可為立方相，其被稱作立方穩定之氧化鋯(氧化鉿)或穩定之氧化鋯(氧化鉿)。在一實施例中，諸如反應電解槽腔室5b31之至少一個電池組件對氧氣及氧化物離子中之至少一者為可透的。例示性氧化物可穿透材料為ZrO2 。可藉由控制通過氧化物可穿透或氧化物移動材料(諸如ZrO2 )之氧化物擴散率來控制反應電解槽腔室5b31之氧含量。電池可包含氧化物可穿透材料上之電壓及電流源及一及電流控制系統，其中氧化物離子在材料上之流動受電壓及電流控制。其他適合之耐火分量材料包含SiC (M. P. = 2830℃)、BN (M. P. = 2970℃)、HfB2 (M. P. = 3250℃)及ZrB2 (M. P. = 3250℃)中之至少一者。
為避免MHD電極藉由熔融金屬蒸汽電短路，電極304 (圖2I161)可包含導體，各自安裝於電絕緣體覆蓋之導電柱305上，該導電柱充當引線305a之隔絕且可進一步充當電極與發電機通道308之壁的間隔物。電極304可經分段且可包含陰極302及陽極303。除隔絕305以外，電極可自由地懸浮於發電機通道308中。沿垂直軸線隔開之電極可足以防止熔融金屬短路。電極可包含耐火導體，諸如W或Mo。引線305a可連接至電線，該等電線可藉由耐火絕緣體(諸如BN)絕緣。電線可接合在線束中，該線束穿透可包含金屬之MHD匯流排饋通凸緣301處之通道。在MHD轉換器外，線束可連接至功率合併器及反相器。
在一例示性實施例中，MHD轉換為電力期間之黑體電漿最初及最終溫度3000K及1300K。在一實施例中，MHD發電機冷卻於低壓側上以保持電漿流動。霍耳或發電機通道308可經冷卻。冷卻手段可為本發明中之一者。MHD發電機300可包含熱交換器316 (諸如輻射熱交換器)，其中熱交換器可經設計以依據其溫度輻射功率以保持所要最低通道溫度範圍，諸如在約1000℃至1500℃範圍內。輻射熱交換器可包含較高表面以最小化其大小及重量中之至少一者。輻射熱交換器316可包含複數個表面，該複數個表面可經組態呈方錐形或方形琢面以增加輻射表面積。輻射熱交換器可在空氣中操作。輻射熱交換器之表面可用具有以下組之至少一個特性之材料塗佈：(i)能夠高溫操作，諸如耐火材料，(ii)具有較高輻射率，(iii)對氧化反應穩定，且提供較高表面積，諸如具有不受阻或無阻礙排放的刻花表面。例示性材料為陶瓷，諸如氧化物，諸如MgO、ZrO2 、HfO2 、Al2 O3 及其他氧化穩定之陶瓷，諸如ZrC-ZrB2 及ZrC-ZrB2 -SiC組合物。
發電機可進一步包含再生器或再生式熱交換器。在一實施例中，流體在以逆流方式穿過之後回流至噴射系統以接收膨脹部分308或其他熱量損耗區域中之熱量以預熱噴射至電池反應腔室5b31中之金屬以保持反應電解槽腔室溫度。在一實施例中，工作介質(諸如銀及稀有氣體中之至少一者)、細胞組件(諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31及MHD轉換器組件(諸如MHD冷凝部分309或其他熱組件(諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308及MHD冷凝部分309之群組中之至少一者)中之至少一者))中之至少一者可藉由熱交換器加熱，該熱交換器自至少一個其他電池或MHD組件(諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308及MHD冷凝部分309之群組中之至少一者)接收熱量。再生器或再生式熱交換器可將熱量自一個組件傳遞至其他組件。
在一實施例中，可控制輻射加熱器交換器316之輻射率、面積及溫度中之至少一者以控制熱傳遞速率。可藉由控制輻射器上之熱屏之覆蓋程度來控制面積。可藉由控制流動至輻射器之熱量來控制溫度。在另一實施例中，熱交換器316可包含冷卻劑迴路，其中MHD熱交換器316經由MHD冷卻劑入口317接收冷卻劑且經由MHD冷卻劑出口318移除熱量。熱量可用於再生式熱交換器中以預熱回流銀流動、電池組件或MHD組件。替代地，熱量可用於加熱及熱電共生應用。
噴嘴導入口307可包含對耗損具有抗性之耐火材料，諸如金屬氧化物(諸如ZrO2 、HfO2 、Al2 O3 或MgO)、耐火氮化物、耐火碳化物(諸如碳化鉭、碳化鎢或碳化鉭鎢)、可包含耐火覆層之熱石墨(諸如鎢)或僅本發明之其他耐火材料或可包覆耐火材料(諸如碳)上之材料。電極304可包含耐火導體，諸如W或Mo。諸如電極304之彼等的發電機通道308或電絕緣載體305可為耐火絕緣體，諸如本發明中之一者，諸如陶瓷氧化物，諸如ZrO2 、氮化硼或碳化矽。在其中MHD組件經冷卻的另一實施例中，諸如噴嘴307及通道308中之至少一者的MHD組件可包含可用耐火材料(諸如Al2 O3 、ZrO2 、富鋁紅柱石或本發明之其他)塗佈之過渡金屬(諸如Cu或Ni)。電極可包含可經冷卻之過渡金屬，其中表面可用耐火導體(諸如W或Mo)塗佈。可藉由水、熔融鹽或其他冷卻劑冷卻之組件由熟習此項技術者已知，諸如熱油(諸如矽基聚合物)、熔融金屬(諸如Sn、Pb、Zn、合金)、熔融鹽(諸如鹼性鹽)及共熔鹽混合物(諸如鹼性鹵化物-鹼金屬氫氧化物混合物(MX-MOH M = Li、Na、K、Rb、Cs；X = F、Cl、Br、I))中之至少一者。熱冷卻劑可經再循環以預熱噴射至反應電解槽腔室5b31中之熔融金屬。對應熱回收系統可包含復熱器。
在一實施例中，MHD組件(諸如MHD噴嘴307、MHD通道308及MHD冷凝部分309)可包含耐火材料，諸如本發明中之一者，諸如碳化物、碳及硼化物中之至少一者，及金屬。耐火材料可易於氧化為氧氣及水中之至少一者。為抑止氧化反應，HOH催化劑之氧氣來源可包含化合物，該化合物包含氧氣，諸如CO、鹼金屬或鹼土金屬氧化物中之至少一者，或包含本發明之氧氣的其他氧化物或化合物。硼化物可包含可摻雜有SiC之ZrB2。碳化物可包含ZrC、WC、SiC、TaC、HfC及Ta4 HfC5 中之至少一者。諸如碳化物之導電材料可在經指示之情況下(諸如在點火及MHD電極中之至少一者之電隔離之情況下)用絕緣間隔件或襯套電隔離。
例示性MHD體積轉換密度為約70 MW/m3 (70 kW/公升)。歷史上MHD之大部分問題來源於燃氣情況中及燃煤對應物中之低導電性加排渣環境中之低導電性特徵。根據12 V電壓下之10,000 A電流，銀SunCell®電漿之導電率經估計為約1 mΩ。根據弧形尺寸，與鹼接種惰性MHD工作氣體(其中功率密度與導電率成比例)之約20 S/m相比，對應導電率經估計為1×105 S/m。
在一實施例中，工作介質可包含銀蒸氣及銀蒸氣接種之稀有氣體中之至少一者，諸如He、Ne或Ar。在一實施例中，可藉由控制熔融金屬蒸氣壓力(諸如銀蒸氣壓力)及工作介質之電離中之至少一者來控制工作介質之導電率。可藉由控制低能量氫反應功率、藉由低能量氫反應發射之EUV及UV光之強度、點火電壓、點火電流、熔融金屬流之EM泵送速率及操作溫度(諸如氣體、電子、離子及黑體溫度中之至少一者)來控制工作介質之電離。可藉由控制點火及低能量氫反應條件中之至少一者來控制至少一個溫度。例示性低能量氫反應條件為氣體壓力及氣體成分，諸如H2 O、H2 及惰性氣體成分。低能量氫反應條件及對應控制可為本發明之一者或其他適合之條件。
在一實施例中，SunCell®可進一步包含熔融金屬溢出系統，諸如包含溢出貯槽、至少一個泵、電池熔融金屬存量傳感器、熔融金屬存量控制器、加熱器、溫度控制系統及熔融金屬存量之系統，以視需要存儲熔融金屬且供應至SunCell®，此可藉由至少一個感測器及控制器判定。溢流系統之熔融金屬存量控制器可包含本發明之熔融金屬含量控制器，諸如進水升管及EM泵。溢流系統可包含MHD回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313中之至少一者。
在一實施例中，在確保等熵流動之條件下保持工作介質之膨脹。在一實施例中，針對將確保噴嘴之可逆膨脹及MHD通道之強力驅動壓力梯度的超聲波噴嘴膨脹選擇入口工作介質條件。由於飽和(若其發生於噴嘴中)，由於快速冷卻速率(諸如約15 K/us)將導致強列的不平衡過.冷卻且此可進一步將觸發噴嘴之發散部分中之冷凝衝擊，噴嘴入口條件可高度過熱以便蒸氣不在膨脹期間變得飽和。在一實施例中，將避免冷凝衝擊，此係因為其導致與所要等熵流動條件偏離且急劇地降低噴嘴出口速度的不可逆性，夾帶在噴嘴之超聲波/發散部分中之蒸氣流中之所得高度稠密液體Ag液滴可導致噴嘴表面之經加速侵蝕。在其中勞侖茲力對流動方向不利作用以使得MHD通道中之微弱驅動壓力梯度可產生減少的穿過系統之體積流動的一實施例中，噴嘴入口溫度儘可能高以允許適當過熱，且壓力亦適當地較高以確保噴嘴之下游的MHD部分中之強烈的驅動壓力梯度。在一例示性實施例中，噴嘴入口處之反應電解槽腔室5b31壓力為約6 atm，且電漿溫度為約4000 K以引起等熵膨脹且乾蒸氣以約722 m/s速度及多於2 atm之壓力在約馬赫數目1.24下離開噴嘴。較低入口溫度亦為可能的，但此等可各自產生更小出口速度及壓力。
在其中勞侖茲力可在達成所要MHD通道308出口溫度之前停滯電漿噴射的一實施例中，電漿導電率、磁場強度、氣體溫度、電子溫度、離子溫度、通道入口壓力、噴流速度及工作介質流動參數中之至少一者經最佳化以實現所要MHD轉化效率及功率密度。在包含熔融金屬接種之稀有氣體電漿(諸如銀蒸氣接種之氬氣或氦氣電漿)的一實施例中，控制金屬蒸氣至稀有氣體之相對流動以實現所要導電率、電漿氣體溫度、反應腔室5b31壓力及MHD通道308入口噴射速度、壓力及溫度中之至少一者。在一實施例中，可藉由控制對應回流泵來控制稀有氣體及金屬蒸氣流動以實現所要相對比率。在一實施例中，可藉由控制相對稀有氣體及金屬噴射速率藉由控制接種至反應電解槽腔室5b31之量來控制導電率。在一實施例中，可藉由控制低能量氫反應速率來控制導電率。可藉助於本發明來控制低能量氫反應速率，諸如藉由控制催化劑來源、氧氣來源、氫氣來源、水蒸氣、氫氣、導電基質之流動(諸如熔融銀之噴射)及點火參數(諸如點火電壓及電流中之至少一者)中之至少一者之噴射速率。在一實施例中，MHD轉換器包含用於低能量氫反應及MHD操作參數之感測器及控制系統，諸如(i)反應條件，諸如反應物壓力、溫度及相對濃度、諸如HOH及H或其來源之彼等的反應物流動及諸如液體及氣化銀的導電基質之流動及泵送速率以及諸如點火電流及電壓的點火條件；(ii)電漿及氣體參數，諸如通過MHD轉換器之級的壓力、速度、流動速率、傳導率及溫度；(iii)回流及再循環材料參數，諸如稀有氣體及熔融金屬之泵送速率及物理參數，諸如流動速率、溫度及壓力；及(iv)反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD通道308及MHD冷凝部分309中之至少一者中之電漿導電率感測器。
在一實施例中，可將諸如氫氣(諸如H2 氣體及H2 O中之至少一者)之氣體來源供應至反應電解槽腔室5b31。SunCell®可包含至少一個質量流量控制器以供應可呈液體及氣態形式中之至少一者的氫氣來源，諸如H2 氣體及H2 O中之至少一者。供應可經由以下中之至少一者：EM泵組合件5kk1之底座、儲集器5c壁、反應電解槽腔室5b31之壁、噴射EM泵管5k6、MHD回流導管310、MHD回流儲集器311、MHD回流EM泵312之泵管及MHD回流EM泵管313。添加至電池或MHD內部之氣體可噴射在MHD冷凝機部分309中或在連接至內部之任何方便的電池或MHD轉換器組件處。在一實施例中，氫氣可經由選擇性膜(諸如氫氣滲透膜)供應。氫氣供應膜可包之Pd或Pd-Ag H2 滲透膜或熟習此項技術者已知之類似膜片。氣體至EM泵管壁的穿透可包含焊入或旋擰入的凸緣。可由氫氣貯槽供應氫氣。氫氣可由自氫化物釋放供應，其中該釋放可由熟習此項技術者已知的手段控制，諸如藉由控制氫化物之壓力及溫度中之至少一者。可藉由電解水供應氫氣。水電解器可包含高壓電解器。可藉由控制器(諸如包含電腦及對應感測器的控制器)來控制電解器及氫氣質量流量控制器中之至少一者。可基於可藉由轉換器(諸如熱量測裝置、PV轉換器或MHD轉換器)記錄之SunCell®之功率輸出控制氫氣流量。
在一實施例中，可將H2 O供應至反應電解槽腔室5b31。供應源可包含一線路，諸如通過EM泵管5k6或EM泵組合件5kk的線路。H2 O可提供H及HOH催化劑中之至少一者。低能量氫反應可產生O2 及H2 (1/p)及產物。諸如H2 (1/4)的H2 (1/p)可自反應電解槽腔室及MHD轉換器中之至少一者擴散至諸如環境氣氛的外部區域或H2 (1/p)收集系統。H2 (1/p) 可由於其較小體積而經由反應電解槽腔室及MHD轉換器中之至少一者之壁擴散。O2 產物可自反應電解槽腔室及MHD轉換器中之至少一者擴散至諸如環境氣氛的外部區域或O2 收集系統。O2 可經由選擇性膜、材料或值擴散。選擇性材料或膜可包含能夠導電氧化物(諸如氧化釔、鎳/氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)/矽酸鹽分層)的材料或膜或熟習此項技術者已知之其他氧氣或氧化物選擇性膜。O2 可經由可滲透壁(諸如能夠導電氧化物的壁，諸如氧化釔壁)擴散。氧氣滲透膜可包含反應電解槽及MHD轉換器之低壓組件之多孔陶瓷，諸如MHD通道308之陶瓷壁。氧氣選擇性膜可包含可用Bi26 Mo10 O69 塗佈以增加氧氣滲透率的BaCo0.7 Fe0.2 Nb0.1 O3-δ (BCFN)氧氣滲透膜。氧氣選擇性膜可包含Gd1-x Cax CoO3-d 及Ce1-x Gdx O2-d 中之至少一者。氧氣選擇性膜可包含陶瓷氧化物膜，諸如SrFeCo0.5 Ox 、SrFe0.2 Co0.5 Ox 、Ba0.5 Sr0.5 Co0.8 Fe0.2 Ox 、BaCo0.4 Fe0.4 Zr0.2 Ox 、La0.6 Sr0.4 CoOx 及Sr0.5 La0.5 Fe0.8 Ga0.2 Ox 中之至少一者。
諸如EM泵組合件5kk、EM泵5ka、EM泵管5k6、進水升管5qa及噴射EM泵管5k61中之至少一者的EM泵或組件可包含對氧氣穩定的材料或塗料，諸如陶瓷，諸如Al2 O3 、ZrC、ZrC-ZrB2 、ZrC-ZrB2 -SiC及具有20% SiC組合物的ZrB2 中之至少一者，或至少一種貴金屬，諸如白金(Pt)、鈀(Pd)、釕(Ru)、銠(Rh)及銥(Ir)中之至少一者。
在圖2I174至圖2I181中所展示之一實施例中，EM泵組合件5kk、EM泵5ka、泵管5k6、進水升管5qa及噴射EM泵管5k61中之至少一者可包含對氧化反應具有抗性的陶瓷。陶瓷可不與O2 反應。陶瓷可包含對與升高溫度下的氧氣反應穩定的電導體。例示性陶瓷為ZrC、ZrB2 、ZrC-ZrB2 、ZrC-ZrB2 -SiC及具有20%SiC組合物的ZrB2 。導電陶瓷可摻雜有SiC以提供保護免遭氧化反應。
銥(M.P. = 2446℃)不與銀形成合金或固溶體；因此，銥可充當EM泵組合件5kk及EM泵管5k6中之至少一者的適合抗氧化反應塗層以避免氧化反應。可將銥塗層施加至約匹配熱膨脹係數(CTE)的金屬。在一例示性實施例中，用銥電鍍EM泵組合件5kk及EM泵管5k6之內部，其中經電鍍組件包含具有與銥類似之CTE的不鏽鋼(SS)，諸如Haynes 230、310 SS或625 SS。替代地鉬EM泵組合件5kk可用銥塗佈，其中存在CTE匹配(例如，約7 ppm/K)。在一實施例中，使用管作為陰極電鍍EM泵管之內部，且對立電極可包含具有絕緣間隔件的線，該線在對立電極上週期性地移動至由間隔件覆蓋之電鍍區域。在一實施例中，可藉由氣相沈積施加銥塗層，諸如包含化學沈積包含銥之有機分子的方法，諸如熱量分解四銥十二羰基以使得銥沈積於在升高溫度下保持之所要表面上。可藉由此項技術中已知之一或多種方法沈積銥，該等方法諸如以下中之至少一者：磁控濺鍍(直流電磁控濺鍍(DCMS)及射頻磁控濺鍍(RFMS))、化學氣相沈積(CVD)、金屬有機CVD (MOCVD)、原子層沈積(ALD)、物理氣相沈積(PVD)、雷射誘導之化學氣相沈積(LCVD)、電沈積、脈衝雷射沈積(PLD)及兩倍輝光電漿(DGP)。在一實施例中，EM泵5k6管之內部可由銥包覆。可藉由本發明之手段(諸如CVD或電鍍)用銥塗佈覆層之端部。
在另一實施例中，可用耐火抗氧化劑塗料(諸如氧化物及碳化物中之至少一者)塗佈諸如不鏽鋼EM泵組合件的EM泵組合件。塗料可包含碳化物(諸如碳化鉿/碳化矽(HfC/SiC))及氧化物(諸如HfO2 、ZrO2 、Y2O3 、Al2 O3 、SiO2 、Ta2 O5 及TiO2 中之至少一者)中之至少一者。
在另一實施例中，EM泵管5k6包含抗氧化不鏽鋼(SS)，諸如用於煤火箱及鍋爐管煤水壁的不鏽鋼，諸如奧氏體不鏽鋼。例示性材料為Haynes 230、SS 310及SS 625，為一種具有出色的耐腐蝕性與低溫至1800℉ (982℃)之高強度聯合之罕見組合的奧氏體鎳-鉻-鉬-鈮合金。在一實施例中，諸如Haynes 230、SS 310或SS 625的材料可經預氧化以形成保護性氧化物塗層。可藉由在包含氧氣之氛圍中加熱形成保護性氧化物塗層。可在空氣或受控制氛圍(諸如包含氧氣之氛圍)及稀有氣體(諸如氬氣)中預氧化諸如Haynes 230之SS。在一例示性實施例中，在空氣中在1000℃下或在氬氣80%/氧氣20%中預氧化諸如具有W之Ni-Cr合金及Mo合金的Haynes 230持續24小時。可在所要工作溫度及氧氣濃度下形成氧化物塗層。在一實施例中，可3D打印諸如包含SS 625 (諸如EM泵組合件5kk)之彼等的金屬部件。在一實施例中，可保護EM泵組合件的外部免遭氧化反應。保護可包含藉由抗氧化劑塗層(諸如本發明中之一者)的塗層。替代地，可將EM泵組合件5kk之至少一部分嵌入於抗氧化劑材料中，該抗氧化劑材料諸如陶瓷、石英、玻璃及膠結劑。經氧化反應保護部分可在空氣中操作。在一實施例中，諸如銀之熔融金屬可包含添加劑，該添加劑可防止或減少EM泵管之內部的氧化反應。添加劑可包含還原劑(諸如硫代硫酸鹽)或EM泵管之氧化產物，使得藉由穩定管壁之保護性氧化物來抑制另外的氧化反應。替代地，熔融金屬添加劑可包含鹼，其使泵管之壁上的保護性金屬氧化物穩定。在一實施例中，EM泵匯流排5k2供應與所施加磁場交叉之電流以對EM泵管5k6中之熔融金屬產生勞侖茲力。可移除存在於EM泵匯流排5k2之區域中之EM泵管5k6內部的任何氧化物塗層以有助於來自匯流排之電流通過EM泵管5k6中之熔融金屬。氧化物塗層可藉由至少一種電、化學或機械手段移除。氧化物可藉由諸如酸蝕刻之化學蝕刻、化學還原、電鍍、電解冶金法、氣相沈積、化學沈積、塗佈技術、放電加工、機械加工、研磨、噴砂及此項技術中已知之其他方法移除。
在一實施例中，EM泵組合件可包含複數個陶瓷，諸如導電及不導電陶瓷。在一例示性實施例中，除EM泵匯流排5k2外，EM組合件5kk可包含不導電陶瓷，諸如氧化物(諸如Al2 O3 、氧化鋯或氧化鉿)，且EM泵匯流排5k2可包含導電陶瓷，諸如ZrC、ZrB2 或組合物(諸如ZrC-ZrB2-SiC)。儲集器5c可包含與EM泵組合件5kk相同的不導電陶瓷。在一實施例中，陶瓷EM泵可包含至少一個銅焊或金屬化陶瓷部分以在部件之間形成活接。
電磁泵可各自包含用於液體金屬的兩個主要類型之電磁泵中之一者：AC或DC傳導泵，其中AC或DC磁場在含有液體金屬之管上建立，且將AC或DC電流分別饋入至連接至管壁的液體貫通電極；及感應泵，其中移動式場感應所需電流，如同其中電流可與所施加AC電磁場交叉的感應電動機。感應泵可包含三個主要形式：環形線性、平面線性及螺旋形。泵可包含此項技術中已知之其他泵，諸如機械及熱電泵。機械泵可包含具有電動機驅動葉輪之離心泵。
熔融金屬泵可包含移動磁體泵(MMP)，諸如描述於M. G. Hvasta, W. K. Nollet, M. H. Anderson 「Designing moving magnet pumps for high-temperature, liquid-metal systems」, Nuclear Engineering and Design, 卷327, (2018), 第228-237頁中之泵，其全部內容以引用之方式併入。MMP可藉由永久磁體之自旋陣列及多相場線圈中之至少一者產生移動式磁場。在一實施例中，MMP可包含多級泵，諸如用於MHD再循環及點火噴射的二級泵。二級MMP泵可包含電動機，諸如轉動軸的電馬達。二級MMP可進一步包含兩個轉鼓，其各自包含交變在各轉鼓之表面上固定之極性的一組周向性安裝之磁體及具有容納轉鼓之U形部分的陶瓷容器，其中各轉鼓可藉由軸旋轉以使得熔融金屬在陶瓷容器中流動。在另一MMP實施例中，由在包夾條帶陶瓷容器之對置位置上之各圓盤表面上交變極性磁體之兩個盤片替換交變磁體之滾筒，該容器含有藉由旋轉盤片泵送之熔融金屬。在另一實施例中，容器可包含磁場可滲透材料，諸如非二價鐵金屬(諸如不鏽鋼)或陶瓷(諸如本發明中之一者)。可藉由諸如空氣冷卻或水冷卻之手段來冷卻磁體以准許在高溫下操作。
例示性商業AC EM泵為CMI Novacast CA15，其中加熱及冷卻系統可經修改以支援泵送熔融銀。可藉由本發明之加熱器(諸如電阻或電感耦合加熱器)加熱包含入口及出口部分之EM泵管及含有銀之容器的加熱器。諸如電阻或電感耦合加熱器之加熱器可在EM泵管外部且進一步包含熱傳遞構件以經熱量自加熱器傳遞至EM泵管(諸如散熱管)。散熱管可在高溫下操作，諸如藉由鋰工作流體。可藉由本發明之系統(諸如藉由水冷卻迴路及急冷器)冷卻EM泵之電磁體。
在一實施例(圖2I184至圖2I185)中，EM泵400可包含AC感應型，其中銀上之勞侖茲力由通過銀之時變電流及交叉同步時變磁場產生。通過銀之時變電流可由第一時變磁場之法拉弟感應產生，該第一時變磁場由EM泵變壓器繞組電路401a產生。
第一時變磁場之來源可包含初級變壓器繞組401，且銀可充當次級變壓器繞組，諸如單匝短路繞組，其包含電流迴路之EM泵管區段405及EM泵電流迴路傳回區段406。初級繞組401可包含AC電磁體，其中第一時變磁場通過銀圓周迴路405及406、感應電流迴路藉由磁性電路或EM泵變壓器磁軛402來導電。銀可含有於諸如陶瓷容器405及406之容器中，諸如包含本發明之陶瓷的容器，諸如氮化矽(MP 1900℃)、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿。保護性SiO2 層可在亞硝酸矽上藉由受控鈍化氧化來形成。容器可包含圍封磁性電路或EM泵變壓器磁軛402之通道405及406。容器可包含扁平區段405以使得感應電流具有在垂直方向上流動至同步時變磁場及根據對應勞侖茲力之泵流動所需方向之組件。交叉同步時變磁場可藉由包含AC電磁體403及EM泵電磁軛404之EM泵電磁電路或組合件403c來產生。磁性磁軛404在含有銀之容器405之扁平區段處可具有間隙。EM泵變壓器繞組電路401a之電磁體401及EM泵電磁組合件403c之電磁體403可由單相AC電源或此項技術中已知的其他適合之電源供電。磁體可接近於迴路彎曲部定位以使得存在所需電流向量組件。供電變壓器繞組401及電磁體繞組403之AC電流的相位可同步以保持勞侖茲泵抽力之所需方向。用於變壓器繞組401及電磁體繞組403之電源可為相同或獨立電源。感應電流及B場之同步化可經由類比構件(諸如延遲線組件)或藉由數位構件，兩者在此項技術中均已知。在一實施例中，EM泵可包含具有複數個磁軛之單個變壓器，以提供閉合電流迴路405及406兩者中之電流之感應且充當電磁體403及磁軛404。由於使用單個變壓器，對應感應電流及AC磁場可同相。
在實施例(圖2I184-2I185)中，感應電流迴路可包含入口EM泵管5k6、電流迴路之EM泵管區段405、出口EM泵管5k6以及通過儲集器5c中之銀的路徑，該儲集器可包含包含此等組件之實施例中之進水升管5qa及噴射器5k61的壁。EM泵可包含監測及控制系統，諸如用於初級繞組之電流及電壓及使用泵抽參數回饋控制SunCell功率產生之監測及控制系統。例示性量測回饋參數可為反應電解槽腔室5b31處之溫度及MHD轉換器處之電力。監測及控制系統可包含對應感測器、控制器及電腦。在一實施例中，SunCell®可由諸如蜂巢式電話之無線裝置監測及控制中之至少一種。SunCell®可包含天線以發送及接收資料及控制信號。
在僅具有一對電磁泵400之MHD轉換器實施例中，每一MHD回流導管310延伸至對應電磁泵5kk之入口且連接至該入口。連接可包含諸如具有MHD回流導管310之輸入的活接(諸如Y活接)與諸如儲集器底板組合件409之凸台的儲集器之基座之凸台308。在包含具有MHD轉換器之加壓SunCell®的實施例中，EM泵之噴射側、儲集器及反應電解槽腔室5b31相對於MHD回流導管310在高壓下操作。每一EM泵之入口可僅包含MHD回流導管310。連接可包含諸如具有MHD回流導管310之輸入的活接(諸如Y活接與儲集器之基座的凸台，其中泵功率預防自來自儲集器之入口流回流至MHD回流導管310。
在MHD發電機實施例中，噴射EM泵及MHD傳回EM泵可包含本發明中之任一者，諸如DC或AC導電泵及AC感應泵。在例示性MHD發電機實施例(圖2I184)中，噴射EM泵可包含感應EM泵400，且MHD傳回EM泵312可包含感應EM泵或DC導電EM泵。在另一實施例中，噴射泵可進一步充當MHD傳回EM泵。MHD回流導管310可在比來自儲集器之入口更低之壓力位置處輸入至EM泵。來自MHD回流導管310之入口可在適合於MHD冷凝區段309及MHD回流導管310中之低壓的位置處進入EM泵。來自儲集器5c之入口可在壓力較高之EM泵管的位置處進入，諸如在壓力為所需反應電解槽腔室5b31操作壓力之位置處。噴射器區段5k61處之EM泵壓可至少為所需反應電解槽腔室壓力之壓力。入口可在套管及電流迴路區段5k6、405或406處附接至EM泵。
EM泵可包含多段泵(圖2I186-2I206)。多級EM泵可在各自對應於基本上僅允許向前熔融金屬流離開EM泵出口及噴射器5k61之壓力之不同泵級處接收輸入金屬流，諸如來自MHD回流導管310之輸入金屬流及來自儲集器5c之基座的輸入金屬流。在實施例中，多級EM泵組合件400a (圖2I188)包含至少一個EM泵變壓器繞組電路401a且進一步包含至少一個AC EM泵電磁電路403c，該EM泵變壓器繞組電路包含穿過感應電流迴路405及406之變壓器繞組401及變壓器磁軛402，該AC EM泵電磁電路包含AC電磁體403及EM泵電磁軛404。感應電流迴路可包含EM泵管區段405及EM泵電流迴路傳回區段406。電磁軛404在含有諸如銀之泵送熔融金屬之電流迴路405的容器或EM泵管區段之扁平區段處可具有間隙。在展示於圖2I201中之實施例中，包含EM泵管區段405之感應電流迴路可具有自用於區段406中之回流的彎曲部偏移定位之入口及出口，以使得感應電流可更加橫向於電磁體403a及403b之磁通量以優化橫向於電流及磁通量兩者之勞侖茲泵抽力。經泵抽金屬可在區段405中熔融且在EM泵電流迴路返回區段406中為固態。
在實施例中，多級EM泵可包含供應垂直於電流及金屬流兩者之磁通量之複數個AC EM泵電磁電路403c。多級EM泵可沿電流迴路405之EM泵管區段在入口壓力適合於局部泵壓之位置處接收入口，以實現向前泵流，其中壓力在下一AC EM泵電磁電路403c階段增大。在一例示性實施例中，MHD回流導管310在包含AC電磁體403a及EM泵電磁軛404a之第一AC電磁體電路403c之前的入口處進入電流迴路，該電流迴路諸如電流迴路405之EM泵管區段。來自儲集器5c之入口流可在第一AC電磁體電路403c之前及在第二AC電磁體電路403c之後進入，該等AC電磁體電路包含AC電磁體403b及EM泵電磁軛404b，其中泵保持電流迴路405中之熔融金屬壓力，該熔融金屬壓力保持來自每一入口之所需流至下一泵級或至泵出口及噴射器5k61。每一泵級之壓力可利用控制AC電磁體電路之對應AC電磁體的電流來控制。例示性變壓器包含矽鋼層壓變壓器芯402，且例示性EM泵電磁軛404a及404b各自包含層壓矽鋼(晶粒定向鋼)薄片堆疊。
在實施例中，諸如陶瓷通道之EM泵電流迴路傳回區段406可包含熔融金屬流量限制器或可用固體電導體填充以使得電流迴路之電流完整，同時防止熔融金屬自更高壓力回流至EM泵管之更低壓力區段。固體可包含諸如本發明之不鏽鋼之金屬，諸如Haynes 230、Pyromet®合金625、Carpenter L-605合金、BioDur® Carpenter CCM®合金、Haynes 230、310 SS或625 SS。固體可包含耐火金屬。固體可包含抗氧化劑之金屬。固體可包含諸如銥之金屬或導電頂蓋層或塗層以避免固體導體之氧化。
在一實施例中，提供返回電流路徑但阻止銀黑色流動之導管406中的固體導體包含固體熔融金屬，諸如固體銀。固體銀可藉由在沿導管406之路徑的一個或多個位置處將溫度保持在低於銀的熔點以使得其在導管406之至少一部分中保持固體狀態以阻止銀在導管406中流動來保持。導管406可包含缺乏痕量加熱或絕緣之熱交換器(諸如冷卻劑迴路)及遠離熱區段405之區段中的至少一者，以使得導管406之至少一部分的溫度可保持在低於熔融金屬之熔點。
在實施例中，轉換器及電磁體中之至少一者之磁性繞組與電流迴路之EM泵管區段405保持距離，其含有藉由變壓器磁軛402及電磁電路磁軛404中的至少一者之延伸來流動金屬。延伸允許諸如EM泵管405之電感耦合加熱之更高效加熱及變壓器繞組401、變壓器磁軛402以及包含AC電磁體403及EM泵電磁軛404的電磁電路403c中之至少一者之更高效冷卻中之至少一者。就二級EM泵而言，磁性電路可包含AC電磁體403a及403b以及EM泵電磁軛404a及404b。變壓器磁軛402及電磁軛404中之至少一者可包含具有較高居里溫度之鐵磁性材料，諸如鐵或鈷。繞組可包含高溫絕緣線，諸如經陶瓷塗覆之包覆線，諸如鎳包覆銅線，諸如Ceramawire HT。EM泵變壓器繞組電路或組合件401a及EM泵電磁電路或組合件403c中之至少一者可包含諸如本發明中之一者之水冷卻系統，諸如DC導電EM泵之磁體5k4中的一者(圖2I62-2I183)。感應EM泵400b中之至少一者可包含空氣冷卻系統400b (圖2I190-2I191)。感應EM泵400c中之至少一者可包含水冷卻系統(圖2I192)。冷卻系統可包含散熱管，諸如本發明中之一者。冷卻系統可包含充當冷卻劑導管之陶瓷夾套。冷卻劑系統可包含冷卻劑泵及熱交換器以散熱至負載裝置或環境。夾套可至少部分地容納待冷卻組件。磁軛冷卻系統可包含內部冷卻劑導管。冷卻劑可包含水。冷卻劑可包含矽油。
例示性變壓器包含矽鋼層合變壓器芯。點火變壓器可包含(i)在約10至10,000匝、100至5000匝及500至25,000匝之至少一個範圍內的繞組數目；在約10 W至1 MW、100 W至500 kW、1 kW至100 kW及1 kW至20 kW之至少一個範圍內的功率，以及(iii)在約0.1 A至10,000 A、1 A至5 kA、1 A至1 kA及1 A至500 A之至少一個範圍內的初級繞組電流。在一例示性實施例中，點火電流在約6 V至10 V之電壓範圍內，且電流為約1000 A；因此具有50匝之繞組在約500 V及20 A下操作以在1000 A下提供10 V之點火電流。EM泵電磁體可包含在約0.01 T至10 T、0.1 T至5 T及0.1 T至2 T之至少一個範圍內的通量。在一例示性實施例中，約0.5 mm直徑磁線保持在約200℃下。
在包含並未形成合金或並未在電解槽操作溫度下與鋁反應的SunCell®之實施例中，熔融金屬可包含鋁。在一例示性實施例中，SunCell® (諸如展示於圖2I184至圖2I206中之SunCell®)包含與熔融鋁金屬接觸之組件，諸如反應電解槽腔室5b31及包含石英或陶瓷之EM泵管5k6，其中SunCell®進一步包含電感EM泵及感應點火系統。
EM泵管可使用諸如餅狀線圈天線之電感耦合加熱器天線加熱。天線可經水冷卻。在實施例中，儲集器5c可使用電感耦合加熱器加熱。加熱器天線5f可包含在儲集器5c周圍之可進一步連接至諸如餅狀線圈之線圈以加熱EM泵管的兩個圓柱形螺旋。可捲繞儲集器周圍之相對螺旋之匝以使得電流處於相同方向以強化兩個線圈之磁場或處於相對方向以消除螺旋之間的空間中之磁場。在一例示性實施例中，電感耦合加熱器天線5f可包含持續組三個匝，該等匝如圖2I182-2I183、2I186及2I190-2I192中所展示包含每一儲集器5c圓周之兩個螺旋線及平行於EM泵管之餅狀線圈，其中兩個螺旋線順時針捲繞，且電流自一個螺旋線之頂部流動至其底部，流動至餅狀線圈中，且隨後自第二螺旋線之底部流動至其頂部。電流迴路之EM泵管區段405可藉由通量聚集器、諸如石英或氮化矽之添加劑的EM泵管405材料之添加劑及諸如來自電感耦合加熱器之RF的吸收之碳套管之泵管405的包層中之至少一者來選擇性加熱。在一實施例中，電流迴路405之EM泵管區段可藉由包含泵管405周圍之螺旋線的電感耦合加熱器天線或電阻性加熱器電線來選擇性加熱。在實施例中，電感耦合加熱器天線可替換為電阻性加熱器電線，諸如Kanthal或本發明之其他電線。諸如MHD回流導管310、EM泵儲集器管線416及EM泵噴射管線417中之至少一者之至少一個管線(圖2I192-2I203)可藉由電感耦合加熱器加熱，該電感耦合加熱器可包含纏繞於可水冷天線的管線周圍之天線415。纏繞有諸如5f及415之電感耦合加熱器天線的組件可包含內部絕緣層。電感耦合加熱器天線可提供雙重功能或加熱及水冷卻以保持對應組件之所需溫度。SunCell可進一步包含：固定諸如MHD磁體殼體306a、MHD噴嘴307及MHD通道308之組件之結構支架418，電輸出，感測器，及可安裝在結構支架418及諸如EM泵儲集器管線416及EM泵噴射管線417周圍之420的熱屏蔽上之控制管線419。
電流迴路之EM泵管區段405可包含連接至對應EM泵管5k6區段之熔融金屬入口及出口通道(圖2I185)。EM泵管5k6之每一入口及出口可緊固至對應儲集器5c、進水升管5qa及噴射器5k61。扣件可包含本發明之接頭、扣件或密封件。密封件407a可包含陶瓷膠。接合可各自包含使用諸如石墨墊片之墊片密封的凸緣。每一儲集器5c可包含諸如金屬氧化物之連接至可為陶瓷之儲集器底板的陶瓷。底板連接可包含凸緣及墊片密封，其中墊片可包含碳。底板可包含儲集器底板組合件409(圖2I187)，該儲集器底板組合件包含底板409a，該底板具有附接進水升管5qa及噴射器套管5k61，該噴射器套管具有噴嘴5q。套管可穿透儲集器底板409a之基座作為凸台408。來自儲集器5c之凸台408可藉由具有扣件及墊片之凸緣活接407中的至少一者連接至感應型EM泵400之EM泵管之陶瓷入口及出口，該等扣件諸如螺栓，該等螺栓諸如碳、鉬或陶瓷螺栓，該墊片諸如碳墊片，其中包含至少一個陶瓷組件之活接在低於碳還原溫度下操作。在其他實施例中，活接可包含此項技術中已知其他活接，諸如Swagelok、滑動螺母或壓縮配件。在實施例中，點火電流藉由電源供應，該電源具有連接至相對泵管、儲集器、凸台及活接中之一者之導電組件的其正極端子及負極端子。
在一實施例中，諸如5k2a之點火匯流排可包含與濕封接頭(諸如儲集器5c處之接頭)之固化熔融金屬的一部分接觸之電極。在另一實施例中，點火系統包含感應系統(圖2I186、圖2I189至圖2I206)，其中電源應用於導電熔融金屬以使得低能量氫反應之點火提供感應電流、電壓及功率。點火系統可包含無電極系統，其中點火電流藉由通過感應點火變壓器組合件410之感應來應用。感應電流可流動穿過來自藉由諸如EM泵400之泵保持之複數個噴射器之相交熔融金屬流。在實施例中，儲集器5c可進一步包含陶瓷交接通道414，諸如儲集器5c之底座之間的通道。感應點火變壓器組合件410可包含感應點火變壓器繞組411及感應點火變壓器磁軛412，該感應點火變壓器磁軛可延伸穿過由儲集器5c、來自複數個熔融金屬噴射器之相交熔融金屬流及交接通道414形成的感應電流迴路。感應點火變壓器組合件410可與EM泵變壓器繞組電路401a之感應點火變壓器組合件類似。
在實施例中，點火電流源可包含AC感應型，其中諸如銀之熔融金屬中之電流由通過銀的時變磁場之法拉弟感應產生。時變磁場之來源可包含初級變壓器繞組、感應點火變壓器繞組411，且銀可至少部分充當次級變壓器繞組，諸如單匝短路繞組。初級繞組411可包含AC電磁體，其中感應點火變壓器磁軛412通過包含熔融銀之圓周導電迴路或電路傳導時變磁場。在一實施例中，感應點火系統可包含複數個閉合磁性迴路軛412，其經由包含熔融銀電路之次級繞組保持時變通量。至少一個磁軛及對應磁性電路可包含繞組411，其中各自具有繞組411之複數個磁軛412之添加劑通量可同時產生感應電流及電壓。可選擇各磁軛412及繞組411之初級繞組匝數以自應用於各繞組之匝數獲得所要二次電壓，且所要二次電流可藉由選擇閉合環路磁軛412與對應繞組411之數目來獲得，其中電壓不依賴於磁軛及繞組之數目，且添加並聯電流。
變壓器電磁體可藉由單相AC電源或此項技術中已知之其他適合電源供電。可增加變壓器頻率以減小變壓器磁軛412之大小。變壓器頻率可在約1 Hz至1 MHz、1Hz至100 kHz、10 Hz至10 kHz及10 Hz至1 kHz之至少範圍內。變壓器電源可包含VFD變頻驅動器。儲集器5c可包含諸如連接兩個儲集器5c之交接通道414之熔融金屬通道。圍封變壓器磁軛412之電流迴路可包含儲集器5c、交接通道414中所含之熔融銀、噴射器套管5k61中的銀及所噴射之相交以使感應電流迴路完整之熔融銀流。感應電流迴路可進一步至少部分包含熔融銀，該熔融銀含於諸如進水升管5qa、EM泵管5k6、凸台及噴射器5k61之EM泵組件中之至少一者中。
交接通道414可在諸如儲集器中之銀之熔融金屬之所需位準處。可替代地，交接通道414可在低於所需儲集器熔融金屬位準之位置處以使得通道在操作期間連續地用熔融金屬填充。交接通道414可朝向儲集器5c之基座定位。通道可形成感應電流迴路或電路之部分且進一步有助於熔融金屬自具有較高銀位準之一個儲集器流動至具有較低位準的另一儲集器以保持兩個儲集器5c中之所需位準。熔融金屬排出壓力中之差分可使得金屬在儲集器之間流動以保持每一儲集器中之所需位準。電流迴路可包含相交熔融金屬流、噴射器套管5k61、儲集器5c中之熔融金屬塔及連接所需熔融銀位準處之儲集器5c或低於所需位準處之儲集器的交接通道414。電流迴路可圍封藉由法拉弟感應產生電流之變壓器磁軛412。在另一實施例中，至少一個EM泵變壓器磁軛402可進一步包含感應點火變壓器磁軛412以藉由通過點火熔融金屬迴路額外供應時變磁場來產生感應點火電流，該點火熔融金屬迴路諸如由相交熔融金屬流及含於儲集器及交接通道414中之熔融金屬形成的點火熔融金屬迴路。儲集器5c及通道414可包含諸如陶瓷之電絕緣體。感應點火變壓器磁軛412可包含蓋板413，該蓋板可包含諸如陶瓷蓋板之電絕緣體及熱絕緣體中之至少一者。在儲集器之間延伸的感應點火變壓器磁軛412之區段可藉由蓋板413熱或電屏蔽，該等儲集器可包含諸如螺旋線圈之沿圓周纏繞電感耦合加熱器天線。儲集器5c、通道414及蓋板413中之至少一者之陶瓷可為本發明之陶瓷，諸如氮化矽(MP 1900℃)、諸如熔融石英的石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿。保護性SiO2 層可在亞硝酸矽上藉由受控鈍化氧化來形成。
諸如石英部分之陶瓷部分可使用諸如以下之模具澆鑄：碳、SiC/碳、SiC/石英、SiC、Al2 O3 、MgO、ZrO2 或其他耐火惰性模具。在一實施例中，電池組件可包含可根據熟習此項技術者已知之方法澆鑄的派熱克斯玻璃(Pyrex)。在一例示性實施例中，藉由諸如Hellma分析(http://www.hellmaanalytics.com/assets/adb/32/32e6a909951dc0e2.pdf)之方法的此項技術中已知之方法之熱或低溫液體澆鑄石英的模製包含四個部件，該等部件包含兩個鏡面對諸如儲集器5c及反應電解槽腔室5b31之電池組件之內及外表面。在一例示性實施例中，鑄件可在底座處之每半個儲集器中形成半圓壓痕，其中將中空管插入各半圓形凹痕中，且使各儲集器的兩半結合在一起容納該管以使得其形成連接儲集器414之通道。澆鑄部分及管可膠合或熔融在一起。
在實施例中，交接通道414保持儲集器銀位準接近恆定。SunCell®可進一步包含噴射器5k61之浸沒噴嘴5q。歸因於每一儲集器5c之大約恆定之熔融金屬位準，每一浸沒噴嘴的深度且因此噴射器噴射通過之排出壓力可基本上保持恆定。在包含交接通道414之實施例中，進水升管5qa可經移除且用孔置換至儲集器凸台408或EM泵儲集器管線416中。
EM泵及點火系統中之至少一者的變壓器繞組401及411、電磁體403、磁軛402、404及412以及磁性電路401a、403a及410中之至少一者可屏蔽電感耦合加熱器之RF磁場以減小加熱效果。屏蔽可包含法拉弟籠。籠壁厚可大於電感耦合加熱器之RF場之趨膚深度。在一實施例中，點火變壓器磁軛或芯體412可藉由低通濾波器屏蔽電感耦合加熱器之RF。在包含感應點火系統410之實施例中，點火變壓器磁軛412可藉由水冷卻天線5f的鄰近而至少部分冷卻，該水冷卻天線可在操作期間進一步用於冷卻SunCell®及儲集器5c中之至少一者。在一實施例中，點火變壓器磁軛412可在外部經冷卻。在一例示性實施例中，點火變壓器組合件410或包含磁軛412或芯體及繞組411之組件的初級變壓器中之至少一者可藉由包圍組件之夾套(諸如鐵氟龍夾套)熱絕緣及水冷。點火變壓器組合件410可進一步包含芯體412周圍的低頻濾波器/法拉弟籠以為其屏蔽RF加熱功率。在一實施例中，諸如EM泵管405、MHD回流管310及儲集器5c之組件可使用電阻性加熱器或諸如氫焰加熱器之火焰加熱器加熱，其中可藉由使溫度敏感組件(諸如電磁體之繞組及核心及初級變壓器之繞組及核心)遠離如圖2I196至圖2I203中所示之熱區域來保護電磁體及變壓器組件免受過度加熱。
在一實施例中，點火變壓器磁軛412可藉由諸如機械、氣動、液壓、電磁或此項技術中已知之其他致動器的致動器伸縮。磁軛可在發電機用電感耦合加熱器加熱期間移除且經接合以保持點火。磁軛可包含複數個塊，諸如具有可跨末端移除以隨著移除及接合磁軛而分別打開及閉合磁性電路之條形的E形。磁軛可包含UI或EI型。在一例示性實施例中，點火芯體412在啟動期間機械地移除且一旦發電機升至操作溫度就接合。替代地，加熱器可包含並未顯著加熱磁軛之電阻性加熱器，其中加熱器線圈可為永久性的。電阻性加熱器可包含可纏繞於待加熱組件周圍之耐火電阻性長絲或電線。例示性電阻性加熱器元件及組件可包含高溫導體，諸如碳、鎳鉻合金、300系列不鏽鋼、英高合金800及英高鎳600、601、718、625、海恩斯230、188、214、鎳、赫史特合金C、鈦、鉭、鉬、TZM、錸、鈮及鎢。長絲或電線可罐封於罐封化合物中以保護其免受氧化。加熱元件(如長絲、電線或網狀物)可在真空中操作以保護其免受氧化。例示性加熱器包含Kanthal A-1 (Kanthal)電阻加熱電線、能夠操作至多1400℃之溫度且具有較高電阻率及良好抗氧化性之鐵磁體-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。另一例示性長絲係形成非縮放氧化物塗層之Kanthal APM，該氧化物塗層對氧化及碳化環境具有耐受性且可操作至1475℃。1375 K及1發射率下之熱損失率為200 kW/m2 或0.2 W/m2 。操作至1475 K之市售電阻性加熱器具有4.6 W/m2 之功率。可使用加熱元件外部之絕緣體增加發熱。
在一實施例中，流動至諸如泵管5k6及405之EM泵組件中的金屬可在大於金屬熔點下充分加熱以使得金屬在其通過泵時並不固化。流動熔融金屬之過熱可去除或減少加熱諸如泵管之EM泵組件的需求。在一例示性實施例中，流動熔融金屬之過熱可至少部分地減少用電感耦合加熱器或電阻性加熱器之天線5f加熱的需求。
SunCell®可包含熱源以在操作性啟動期間加熱至少一個組件。可選擇熱源以避免過度加熱感應EM泵及感應點火系統中之至少一者之磁軛。熱源可容許高效地熱傳遞至SunCell®之熱功率源實施例之外部熱交換器。熱可保持用於熔融金屬噴射系統(諸如包含EM泵之雙重熔融金屬噴射系統)之熔融金屬。在一實施例中，SunCell®包含加熱器或加熱源，諸如化學熱源(諸如催化化學熱源)、火焰或燃燒熱源、電阻性加熱器(諸如耐火長絲加熱器)、輻射加熱源(諸如紅外光源，諸如熱燈或高功率二極體光源)及電感耦合加熱器中之至少一者。
輻射加熱源可包含在待加熱表面上掃描輻射功率之構件。掃描構件可包含掃描鏡。掃描構件可包含至少一個鏡且可進一步包含經由複數個位置移動鏡之構件，位置諸如機械、氣動、電磁、壓電、液壓及此項技術中已知之其他致動器。
加熱器415可為電阻性加熱器或電感耦合加熱器。例示性加熱器415包含Kanthal A-1 (Kanthal)電阻加熱電線、能夠操作至多1400℃之溫度且具有較高電阻率及良好抗氧化性之鐵磁體-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。用於合適加熱元件之額外FeCrAl合金為Kanthal APM、Kanthal AF、Kanthal D及Alkrothal中之至少一者。諸如電阻線元件之加熱元件可包含可在1100℃至1200℃範圍內操作的NiCr合金，諸如Nikrothal 80、Nikrothal 70、Nikrothal 60及Nikrothal 40中之至少一者。替代地，加熱器415可包含能夠在氧化氣氛中在1500℃至1800℃範圍內操作的二矽化鉬(MoSi2 )，諸如Kanthal Super 1700、Kanthal Super 1800、Kanthal Super 1900、Kanthal Super RA、Kanthal Super ER、Kanthal Super HT及Kanthal Super NC中之至少一者。加熱元件可包含用氧化鋁合金化之二矽化鉬(MoSi2 )。加熱元件可具有諸如氧化鋁塗層之抗氧化塗層。電阻性加熱器415之加熱元件可包含可能能夠在至多1625℃的溫度下操作之SiC。加熱器可包含絕緣體以增加其效率及有效性中之至少一者。絕緣體可包含諸如熟習此項技術者已知之陶瓷的陶瓷，諸如包含氧化鋁-矽酸鹽之絕緣體。絕緣體可為可移除或可逆中之至少一者。絕緣體可在啟動之後移除以更有效地將熱傳遞至所要接收器，諸如周圍環境或熱交換器。絕緣體可機械地移除。絕緣體可包含有可能真空的腔室及泵，其中藉由抽真空應用絕緣體，且藉由添加諸如稀有氣體(諸如氦)之熱傳遞氣體使絕緣體反向。具有可添加或泵離之諸如氦之熱傳遞氣體的真空腔室可充當可調節絕緣體。
電阻性加熱器415可藉由串聯及並聯有線電路中之至少一者供電以選擇性地加熱SunCell®不同組件。電阻加熱電線可包含雙絞線以防止被引起時變場的系統干擾，該等系統諸如感應系統，諸如至少一個感應EM泵、感應點火系統及電磁體。電阻加熱電線可經定向以使得任何經連接時變磁通量最小化。可如此進行電線定向以使得任何閉合迴路均在平行於磁通量之平面內。催化化學熱源及火焰或燃燒熱源中之至少一者可包含燃料，諸如碳氫化合物，諸如丙烷及氧氣或氫氣及氧氣。SunCell®可包含可供應約H2 及O2 之化學計量混合物的電解器。電解器可包含氣體分離器以分開供應H2 或O2 中之至少一者。電解器可包含高壓電解單元，諸如具有用於H2 及O2 中之至少一者之獨立源的質子交換膜之電解單元。電解單元在啟動期間可由電池組供電。SunCell®可包含用於來自H2 O電解之H2 及O2 氣體的氣體儲存及供應系統。氣體儲存器隨時間推移可儲存來自H2 O電解之H2 及O2 氣體中之至少一者。電解功率隨時間推移可由SunCell®或電池組提供。儲存器可將作為燃料之氣體以一定速率釋放至加熱器以獲得比可獲自電池組之功率更高的功率。電解可比90%效率更佳。對催化劑及燃燒之氫-氧再結合可為幾乎100%效率。
在一實施例中，加熱系統包含管道、歧管及至少一個殼體中之至少一者，以將至少一種燃料或燃料混合物(諸如H2 及O2 中之至少一者)供應至浸漬有催化劑以在充當加熱源之SunCell®之至少一個組件的表面上燃燒燃料氣體之表面。氫氣及氧氣之化學計量混合物的最高溫度為約2800℃。任何待加熱組件之表面可用氫氧再結合器催化劑塗佈，催化劑諸如雷氏鎳(Raney nickel)、氧化銅或貴金屬，諸如鉑、鈀、釕、銥、錸或銠。例示性催化表面為經Pd、Pt或Ru中之至少一者塗佈之氧化鋁、矽石、石英及氧化鋁-矽酸鹽。
在一實施例中，催化化學加熱器(諸如再結合H2 + O2 之加熱器)可包含以下中之至少一者：(i) Pt、Ni、Rh、Pd、Ir、Ru、Au、Ag、Re、Cu、Fe、Mn、Co、Mo、或W負載型SiO2 ，(ii) Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Au、Re、Ag、Cu、Ni、Co、Zn、Mo、W、Sn、In、Ga負載型沸石，及(iii)貴金屬、貴金屬合金及貴金屬混合物負載型富鋁紅柱石、SiC、TiO2 、ZrO2 、CeO2 、Al2 O3 、SiO2 及混合氧化物中之至少一者。催化劑可包含負載型雙金屬，諸如包含Pt、Pd、Ir、Rh及Ru之雙金屬。例示性雙金屬催化劑為負載型Pd-Ru、Pd-Pt、Pd-Ir、Pt-Ir、Pt-Ru及Pt-Rh。催化化學加熱器可包含催化轉換器之材料，諸如負載型Pt。可藉由本發明之方法塗覆陶瓷及催化金屬塗層中之至少一者。在一例示性實施例中，貴金屬藉由熱噴塗或其他塗佈技術塗覆至SunCell®組件。在一實施例中，塗層藉由將催化劑浸塗於諸如石英壁或導管之SunCell®組件上塗覆。石英可用諸如高表面積SiO2 塗層之底塗層預塗佈，隨後塗覆催化劑塗層或塗層浸漬有貴金屬催化劑。塗層細粒可懸浮於諸如水之液體中以形成諸如約60重量%水漿體之漿體，將SunCell組件浸漬至該漿體中以形成浸塗層。浸塗可在複數個浸塗層之間經熱處理。例示性底塗層厚度為約200至300 um。包含貴金屬之催化劑塗層可藉由將金屬溶解或懸浮於諸如水之液體中且浸塗或噴塗底塗層來塗覆。在SunCell®組件之間或在SunCell®組件之區域內具有不同催化活性之塗層可選擇性塗覆。活性變化可藉由經部分遮罩至完全遮罩來塗覆以在對應經塗佈表面上獲得所要催化活性來達成。
包含化學加熱器之例示性實施例展示於圖2I204至圖2I206中。SunCell®可包含供應電解器430之水槽429，該電解器諸如提供H2 + O2 之高壓質子交換膜電解器。氣體可在表面上流動以保持反應從而得到所要加熱速率。氣體可受限於抗氧化之殼體427中，諸如鑄鐵、陶瓷或抗氧化不鏽鋼，諸如SS 625。殼體可包含除濕器426、冷凝器或用於移除產物H2 O之通氣孔。水可回收至水槽429且接著回收至電解器430，其中水再供應及電解氣體系統可關閉。SunCell®可包含至少一個熱交換器428以自殼體427移除熱。SunCell®可包含電腦及控制電子裝置431，其控制SunCell®之操作(諸如化學加熱器之操作)及發電。操作效能資料可無線傳送至操作員。電腦及控制系統431可包含蜂巢式電話。
在一實施例中，氫氣及氧氣之可燃混合物可進一步包含諸如稀有氣體(諸如氬氣或氮氣)之稀釋氣體以防止H2 + O2 混合物爆炸。可將諸如惰性氣體之稀釋及爆炸抑制氣體添加至密封腔室，且H2 + O2 燃燒氣體可在密封腔室中以一定速率流動以保持加熱SunCell®組件所要的速率。控制諸如燃燒氣體流速及分壓以及稀釋氣體之屬性及分壓的氣體參數可控制加熱速率。氣體參數可受控制，同時考慮影響再結合速率之因素，諸如再結合催化劑溫度、總氣壓及燃燒氣體分壓。總氣壓可在諸如約0.1 atm至100 atm、0.5 atm至50 atm及1 atm至10 atm之至少一個範圍內。燃燒氣壓可在諸如約0.1 atm至100 atm、0.5 atm至50 atm及1 atm至10 atm之至少一個範圍內。為了防止爆炸，H2 + O2 之化學計量混合物可保持在約5莫耳%或更小。在一例示性實施例中，SunCell®之所選組件藉由使H2 + O2 之4%化學計量混合物與稀釋氣體再結合來加熱。燃燒氣體及包含燃燒氣體及稀釋氣體之混合物的流速中之至少一者可受控制以保持所要加熱功率。鑒於燃燒能量為285 kJ/莫耳，每瓦特H2 及O2 之化學計量混合物之流速為至少1 J/s/285 kJ/莫耳= 3.5微莫耳/s。在一實施例中，SunCell®包含氣體控制系統以供應燃燒氣體及稀釋氣體中之至少一者。氣體控制系統可包含閥門、質量流量控制器、控制器、傳感器、泵、貯槽及電腦中之至少一者。
在一實施例中，稀釋氣體可包含熱傳遞氣體，諸如氦氣。熱傳遞氣體可將餘熱自至少一個SunCell®組件傳遞至可包含諸如114之加熱器組件的熱交換器。熱傳遞可冷卻SunCell®組件及加熱SunCell®加熱器之熱交換器114的冷卻劑中之至少一者。熱傳遞氣壓可經調節以控制熱傳遞。
火焰或燃燒熱源或加熱器可包含至少一個具有對應流動導管及閥門之燃燒器或噴嘴以控制流向待加熱發電機之不同區段的燃料氣體之分佈。SunCell®火焰加熱器可包含一系列或複數個燃燒器或噴嘴，其包含將燃料供應至燃燒器或噴嘴之氣體導管或管。流動可藉由閥門、質量流量控制器、控制器、傳感器、泵、貯槽及電腦調節。氣體供應可包含在空氣燃燒之氫氣。在一例示性實施例中，火焰加熱器包含複數個用於H2 之噴嘴以流向外部氛圍從而被點燃，以在加熱所要SunCell®組件或SunCell®組件之區段的各噴嘴處支撐加熱火焰。氣體供應可包含約氫氣及氧氣之化學計量混合物。氫氣及氧氣可分開供應且在燃燒之前或在燃燒期間混合。替代地，SunCell可包含燃料供應，其包含諸如丙烷之碳氫化合物，其中燃料供應可進一步包含氧氣。碳氫化合物供應及氧氣供應中之至少一者可包含對應純淨氣體或氣體混合物之貯槽。在一實施例中，氧氣供應可包含氣氛。噴嘴可導向待加熱組件之表面。各噴嘴可包含諸如扇形或此項技術中已知之另一形狀的幾何形狀，以擴散作為諸如扇形之所要分佈的火焰從而更均勻地覆蓋所要加熱區域。
在一實施例中，SunCell® (諸如具有MHD轉換器之SunCell®)包含經分佈以在待加熱組件之表面上大致均勻地應用火焰的複數個燃燒器。燃燒器在啟動期間可加熱發電機。各燃燒器可藉由單一氣體管線供應，該氣體管線使來自諸如至少一個貯槽之來源或直接來自水電解單元的H2 + O2 之約化學計量混合物流動。氣體可以阻止火焰返回至噴嘴及氣體管線中之方式流動。可保持各燃燒器之氣壓及流速以使得各燃燒器噴嘴出口處之氣體速度高於諸如約6 m/s之火焰蔓延速度。
在一實施例中，H2 + O2 氣體之來源可包含氫氧炬系統，諸如包含如市售單元之設計的氫氧火炬系統，單元諸如Honguang H160氧氣氫氣HHO氣體火焰發電機。在H2 O之電解電壓1.48 V及典型電解效率約90%的情況下，所要電流為約0.75 A/1 W燃燒器。在一實施例中，複數個燃燒器可藉由通用氣體管線(諸如供應H2 + O2 之化學計量混合物的氣體管線)供應。火焰加熱器可包含複數個此類氣體管線及燃燒器。管線及燃燒器可配置於合適結構中以達成SunCell®組件之所要加熱。結構可包含至少一個螺旋線，諸如展示於圖2I204中之具有氣體管線424及複數個燃燒器或噴嘴425之單螺旋氫氧火焰加熱器423。在亦展示於圖2I204中之替代設計中，氫氧火焰加熱器423可包含複數個氣體管線424及複數個燃燒器或噴嘴425以獲得在待加熱SunCell®組件周圍之一系列環狀環。提供SunCell®組件之良好加熱表面覆蓋的另一例示性結構為DNA狀雙螺旋或三螺旋。諸如MHD回流管310之線形組件可藉由至少一個線性燃燒器結構加熱。
加熱器可進一步包含至少一個熱傳遞構件，諸如熱傳遞塊、散熱管、散熱器及此項技術中已知之其他熱傳遞構件。熱傳遞構件可包含具有高導熱性之抗氧化材料，諸如抗腐蝕不鏽鋼(SS，諸如SS 625)及鑄鐵。火焰加熱器可包含至少一個燃燒器及構件以在複數個位置內移動或掃描至少一個燃燒器，以使得火焰覆蓋較大面積。掃描器可包含攝影機及機械、氣動、電磁、壓電、液壓及此項技術中已知之其他致動器中之至少一者。移動可經程式化以控制在待加熱表面上之燃燒器的停頓時間及位置。燃料氣體供應管線可包含彈性管線以適應移動。燃燒器可包含火焰擴散器以在較大待加熱面積內擴散火焰。SunCell®火焰加熱器可包含火種及點火器(諸如電子點火器，諸如可由電池組供電之電花隙或電阻性點火器)中之至少一者。加熱器可進一步包含氣體燃燒器周圍之絕緣體。氫氣或氫氣-氧氣混合物燃料可按需求產生以限制可燃氣體存量從而提高安全性。在諸如氫氣-氧氣混合物之可燃混合物流經燃燒器的情況下，燃燒器可包含回火防止器以限制燃燒器氣體供應外部的燃燒反應。燃燒加熱之快速加熱能力有利於停止-起始應用，諸如動力應用。
將燃料供應至化學催化及燃燒加熱器中之至少一者的速率可如上以使得SunCell®組件並未受到熱衝擊。加熱速率可藉由控制氣體之氣流速率及化學計量中之至少一者來控制。加熱器可包含閥門、流量調節器、流量計、壓力控制器、噴嘴、控制器及電腦中之至少一者以控制在經加熱之各電池組件之外表面的可燃氣體或氣體混合物之氣流速率及化學計量。SunCell®可包含對熱衝擊具有耐受性之材料，諸如石英或熔融矽石。
SunCell®可包含熱傳遞構件以將來自諸如火焰燃燒器之來源的熱傳遞至SunCell®組件或在組件之間傳遞。熱交換器可被動地傳遞熱。例示性被動熱傳遞構件包含散熱管或等溫爐襯，諸如由以引用之方式併入之Thermacore產生的爐襯(https://www.thermacore.com/products/ isothermal-furnace-liners.aspx)。散熱管可包含在高溫下操作之材料，諸如碳、300系列不鏽鋼、英高合金800及英高鎳600、601、718、625、海恩斯230、188、214、鎳、赫史特合金C、鈦、鉭、鉬、TZM、錸、鈮及鎢中之至少一者。可芯吸至散熱管中之工作介質可包含鈉、鋰或此項技術中已知之其他合適高溫介質。
在一實施例中，SunCell®可進一步包含熱傳遞構件，諸如包含熱交換器及傳熱介質或冷卻劑之熱傳遞構件，以將來自至少一個較熱組件之熱傳遞至至少一個其他組件。熱交換器可將來自火焰加熱器之熱傳遞至至少一個SunCell®組件。傳熱介質或冷卻劑可包含具有低熔點、高沸點、高熱容量、高傳導率及高汽化熱中之至少一個特性的金屬。例示性冷卻劑為熔點為29.8℃及熱容量為25.86 J/(mol K)、沸點為2400℃及汽化熱為256kJ/mol之鎵。熱交換器可包含加熱槽(諸如火焰加熱器、電感耦合加熱器或電阻性加熱器加熱槽中之至少一者)、冷卻劑泵及冷卻劑導管以循環諸如熔融鎵之冷卻劑且在組件之間傳遞熱。泵可包含電磁泵，諸如感應AC型電磁泵或本發明或此項技術中已知之另一電磁泵。導管可包含抗氧化之耐火材料，諸如氧化物陶瓷或抗氧化不鏽鋼，諸如SS 625。可模製及形成於待加熱SunCell®組件周圍之例示性氧化物導管材料為石英或熔融矽石。諸如石英導管之交換器可包含諸如散熱膏或熱傳遞膏之熱接觸介質以更好地熱耦接至待加熱SunCell®組件。熱傳遞膏可抗氧化。石英導管可操作至諸如高達其軟化溫度1683℃之高溫。模製及形成可藉由氧-氫炬實現。在另一實施例中，陶瓷可包含本發明中之一者，諸如具有高導熱性之碳化物，諸如ZrC、HfC或WC；或硼化物，諸如ZrB2 ；或具有可處理至1800℃之20% SiC組合物的組合物，諸如ZrC-ZrB2 、ZrC-ZrB2 -SiC及ZrB2 。在一實施例中，冷卻劑可在沸騰條件下操作。冷卻劑可汽化，在導管中輸送，且在待加熱位點處冷凝，其中冷卻劑之較大汽化熱可增加加熱有效性及提高加熱速率。
在一實施例中，來自火焰加熱器之熱可藉由對流、輻射及傳導中之至少一者轉移。可藉由強制氣體對流(諸如強制空氣對流或強制冷卻劑氣體對流)將熱自火焰轉移至待加熱SunCell®之組件。SunCell®加熱器可包含對流熱傳遞構件(諸如包含氣體管道系統、鼓風機或循環器之對流熱傳遞構件)及氣態冷卻劑。冷卻劑氣體可包含可藉由氣體導管中之鼓風機或風扇再循環的稀有氣體，諸如氦氣或氬氣。
在一實施例中，舉例而言，諸如電阻性、燃燒器或熱交換器類型之加熱器可自SunCell組件內部(諸如儲集器5c內部)經由可在儲集器底部中澆鑄之內部孔加熱。
點火電流可為時變的，諸如約60 Hz AC，但可具有其他特性及波形，諸如具有在1 Hz至1 MHz、10 Hz至10 kHz、10 Hz至1 kHz及10 Hz至100 Hz之至少一個範圍內之頻率的波形，在約1 A至100 MA、10 A至10 MA、100 A至1 MA、100 A至100 kA及1 kA至100 kA之至少一個範圍內的峰值電流，以及在約1 V至1 MV、2 V至100 kV、3 V至10 kV、3 V至1 kV、2 V至100 V及3 V至30 V之至少一個範圍內的峰值電壓，其中波形可包含正弦波、方波、三角形或其他所需波形，該波形可包含諸如在1%至99%、5%至75%及10%至50%之至少一個範圍內的占空比之占空比。為了使高頻下之集膚效應最小化，點火系統之繞組(諸如411)可包含編結線、複絞線及李茲線中之至少一者。
在一實施例中，控制點火電流之頻率控制低能量氫反應之反應速率。控制感應點火繞組411之電力供應頻率可控制點火電流之頻率。點火電流可為由時變磁場引起的感應電流。時變磁場可影響低能量氫反應速率。在一實施例中，控制時變磁場之強度及頻率中之至少一者以控制低能量氫反應速率。可藉由控制感應點火繞組411之電力供應來控制時變磁場之強度及頻率。
在實施例中，調節點火頻率以產生反應電解槽腔室5b31及MHD通道308中之至少一者中的低能量氫發電對應頻率。諸如約60 Hz AC之電力輸出的頻率可藉由控制點火頻率來控制。點火頻率可藉由變化感應點火變壓器組合件410之時變磁場的頻率來調節。感應點火變壓器組合件410之頻率可藉由變化感應點火變壓器繞組411之電流的頻率來調節，其中可變化繞組411之功率之頻率。MHD通道308中之時變功率可防止氣溶膠噴柱流之震波形成。在另一實施例中，時變點火可驅動導致時變電功率輸出之時變低能量氫發電。MHD轉換器可輸出AC電力，該轉換器亦可包含DC組件。AC組件可用於對諸如變壓器及電磁體繞組中之一或多者中之至少一者的至少一個繞組供電，該等變壓器及電磁體繞組諸如EM泵變壓器繞組電路401a之繞組及EM泵電磁電路403c之電磁體的繞組中之至少一者。
具有MHD轉換器之加壓SunCell®可在不依賴重力之情況下操作。諸如兩級空氣冷卻EM泵400b之諸如400之EM泵可定位於使熔融金屬入口及出口管道或管線之填料及最小化中之至少一者最佳化的位置中。例示性包裝為EM泵定位在MHD冷凝區段309之末端與儲集器5c之基座之間的中間位置之包裝(圖2I193至圖2I198)。
在實施例中，離開MHD噴嘴307且進入MHD通道308之銀蒸氣-銀氣溶膠混合物包含大部分液體分數。為實現大部分液體分數在MHD通道308入口處，混合物可包含MHD噴嘴307之入口處的大部分液體。由低能量氫反應產生之反應電解槽腔室5b31之熱功率可藉由MHD噴嘴307大部分轉換成動能。在實現MHD噴嘴307之出口處之大部分能量庫存為動能的條件之實施例中，混合物必須為大部分液體分數，且混合物之溫度及壓力應接近熔融金屬在其熔點處之溫度及壓力。為將較大分數之混合物之熱能庫存轉換成動能，諸如de Laval噴嘴之聚合-分岔MHD噴嘴307之分岔區段的噴嘴區域必須增大。因為混合物之熱能轉換成MHD噴嘴307中之動能，混合物之溫度隨著伴隨壓降下降。低壓條件對應於較低蒸氣密度。較低蒸氣密度減小橫截面以將向前動量及動能轉移至混合物之液體分數。在實施例中，可增加噴嘴長度以產生噴嘴出口之前的更長液體加速時間。在實施例中，可減小MHD噴嘴出口處之氣溶膠噴柱之橫截面積。區域減小可藉由至少一個聚焦磁體、隔板及此項技術中已知之其他構件中之一或多者來實現。具有減小區域之聚焦氣溶膠噴柱可准許MHD通道308橫截面積更小。MHD通道功率密度可為更高。MHD磁體306歸因於磁化通道308之更小體積可為更小。
在實施例中，MHD通道308之入口處之混合物的溫度接近於熔融金屬之熔點。就銀而言，混合物溫度可在約965℃至2265℃、1000℃至2000℃、1000℃至1900℃及1000℃至1800℃之至少一個範圍內。在實施例中，銀液體可藉由EM泵400、400a、400b或400c再循環至儲集器5c以回收液體中之熱能之至少一部分。
在包含活接之實施例中，該等活接包含陶瓷部件及碳墊片，再循環銀之溫度可低於石墨以及陶瓷之碳還原溫度及諸如陶瓷組件之SunCell®組件的材料之失效溫度中之至少一者。在包含諸如傳回管道310、電流迴路之EM泵管區段405、儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴307、在陶瓷組件之間具有至少一個碳墊片凸緣活接407之MHD通道308及MHD冷凝區段309的氧化釔穩定氧化鋯之例示性實施例中，銀溫度低於約1800℃至2000℃。在一實施例中，凸緣活接407之螺栓孔可為槽形的以准許膨脹。替代地，諸如MHD回流管310 (諸如包含石英者)之彎管的區段可保持在其可略微延展的溫度。包含動能及熱能之氣溶膠的功率可轉換成MHD通道中之電力。氣溶膠動能可藉由液體MHD機制轉換成電力。諸如MHD通道308中之混合物的任何蒸氣之熱功率之一些殘餘熱功率可藉由作用於對應蒸氣之勞侖茲力轉換成電力。熱能轉換率使得混合物溫度下降。銀蒸氣壓可對應於較低混合物溫度而較低。MHD通道308可保持在較低背景壓力下，諸如在約0.001托至760托、0.01托至100托、0.1托至10托之至少一個範圍內之壓力下，以防止來自噴嘴307的氣溶膠噴柱經受震波，諸如冷凝震波或擾流，從而氣溶膠產生加壓，諸如MHD通道308中之背壓。
在實施例中，混合物之蒸氣分數在噴嘴入口處最小化以在噴嘴出口處減小其。蒸氣分數可在約0.01至0.3、0.05至0.25、0.05至0.20、0.05至0.15及0.05至0.1之至少一個範圍內。20個大氣壓、0 m/s速度、3253 K溫度、混合物之0.9液體質量分數、聲波速度137 m/s、Mach數目0及0 kJ/kg動能之給定噴嘴例示性入口參數、噴嘴出口處的混合物之例示性參數約為表1中給定之參數。
表1. 20 atm之壓力、0.9液體分數及1 kg/s質量流之初始入口參數的噴嘴出口參數。
在實施例中，蒸氣可在MHD通道之末端至少部分冷凝，諸如在MHD冷凝區段309中。熱交換器316可移除熱以使得冷凝。可替代地，蒸氣壓可為足夠低以使得MHD效率藉由不冷凝蒸氣增加，其中蒸氣在MHD通道308中保持靜態平衡壓力。在實施例中，勞侖茲力大於MHD通道308中之任何未冷凝蒸氣的碰撞摩擦力。勞侖茲力可增加至增大磁場強度所需之勞侖茲力。可增加MHD磁體306之磁通量。在實施例中，磁通量可在約0.01 T至15 T、0.05 T至10 T、0.1 T至5T、0.1 T至2 T及0.1 T至1 T之至少一個範圍內。在實施例中，銀蒸氣冷凝以使得汽化熱加熱再循環至儲集器或輸出為噴射器5k61之二級EM泵的EM泵管之銀。蒸氣可使用壓縮機312a壓縮。壓縮機可連接至諸如400c之二級EM泵。
在實施例中，銀蒸氣/氣溶膠混合物在MHD噴嘴307之出口處幾乎為純淨液體加氧。氧於銀中之溶解度隨著溫度接近熔點而增大，其中溶解度針對銀體積為至多約40至50個氧體積(圖3)。銀在MHD通道308處吸收氧，諸如在出口處，且液體銀及氧皆經再循環。氧可經再循環為熔融銀中所吸收之氣體。在實施例中，氧釋放於反應腔室5b31中以再生循環。高於熔點之銀的溫度亦充當用於熱功率再循環或再生之手段。氧氣濃度經最佳化以實現熱力學循環，其中再循環銀之溫度小於諸如1800℃的SunCell®組件之最大操作溫度。在一例示性實施例中，(i)反應電解槽腔室5b31及MHD噴嘴307中之至少一者中之氧壓為1個大氣壓，(ii)MHD通道308的出口處之銀幾乎全為諸如氣溶膠之液體，(iii)氧質量流率為約0.3wt%，且(iv)MHD通道之出口處的溫度為約1000℃，其中O2 加速氣溶膠且隨後由1000℃銀吸收。液體銀氧混合物再循環至反應電解槽腔室5b31，其中氧經釋放，以形成熱力學循環。可減小或除去諸如312a之氣體壓縮機及對應寄生功率負載的需求。在實施例中，氧壓可在約0.0001個大氣壓至1000個大氣壓、0.01個大氣壓至100個大氣壓、0.1個大氣壓至10個大氣壓及0.1個大氣壓至1個大氣壓之至少一個範圍內。氧在一個電池區域中可具有較高分壓，該電池區域諸如反應電解槽腔室5b31及相對於MHD通道出口308之噴嘴307中之至少一者。SunCell®可具有可在諸如反應電解槽腔室5b31及相對於MHD通道出口308之噴嘴307中之至少一者的一個電池區域中升高之背景氧氣分壓。在一例示性實施例中，反應電解槽腔室5b31及MHD冷凝區段309中之氧氣壓力分別為約100 atm及10 atm。歸因於操作溫度下之遠遠更高氧熱容量及非冷凝力，MHD噴嘴可相對於僅使用銀蒸氣之MHD轉換器的尺寸在尺寸上減小以實現氣溶膠噴柱加速。
作為在噴嘴膨脹早期提供額外氣相質量以增強氣溶膠加速同時使噴嘴出口處銀蒸氣的量最小化之手段，分析使用包含液體-蒸氣銀-氧氣系統之雙組分工作流體的效果。在噴嘴膨脹之前及之後分佈於液相及氣相中之氧氣及銀的例示性參數給定於表2中。
表2.噴嘴膨脹之前及之後銀蒸氣、銀液體氣溶膠、氣態氧氣及銀溶解氧氣系統之狀態參數
熱力學循環可經最佳化以最大化電轉換效率。在實施例中，最大化混合物動能同時最小化蒸氣分數。在實施例中，熱功率再循環或再生隨自MHD通道308之出口至反應電解槽腔室5b31之再循環銀的溫度而變來實現。再循環銀之溫度可小於SunCell®組件之諸如1800℃之最大操作溫度。在另一實施例中，勞侖茲力可冷卻混合物以至少部分濃縮液相，其中對應所釋放之汽化熱至少部分轉移至液相。MHD噴嘴擴展、MHD通道308擴展及MHD通道308中之勞侖茲力冷卻中之至少一者可將MHD噴嘴307出口及MHD通道308中的一或多者處之混合物之溫度降低低於銀熔點。藉由冷凝蒸氣所釋放之熱可由銀吸收以保持溫度升高與轉換之功率損失。由冷凝蒸氣汽化熱加熱之銀可再循環以再生對應熱功率。在提高效率之另一個實施例中，相對低溫氣溶膠可藉由諸如來自儲集器5c之管道的構件噴射至諸如MHD噴嘴307或MHD通道308之功率轉換組件中。
在一實施例中，銀氣溶膠藉由諸如氧氣及稀有氣體(諸如氬氣或氦氣)中之至少一者的氣體在聚合-分岔噴嘴中加速。MHD工作介質(流經具有動能及電導性之MHD通道的介質)可包含銀氣溶膠、加速氣體及銀蒸氣。在工作介質包含氧氣及銀的情況下，工作介質可進一步包含在可呈精細液體顆粒或氣溶膠形式之液體銀中吸收之氧氣。工作介質可在MHD通道之末端處藉由諸如壓縮機之泵再循環(圖2I167至圖2I173)。工作介質中之銀蒸氣、液體銀及加速氣體中之至少一者可藉由泵再循環。液體銀可呈氣溶膠之形式以使得工作介質之大約所有物種之再循環可使用諸如壓縮機之氣泵再循環。加速氣體可包含氧氣以使得液體銀形成或保持為銀氣溶膠以有助於藉由氣泵再循環。諸如氧氣之加速氣體可包含工作介質之大多數莫耳分數。加速氣體莫耳分數可在約50-99 mol%、50-95 mol%及50-90 mol%之至少一個範圍內。在另一實施例中，液體銀可藉由諸如本發明中之一者之液態金屬泵(諸如EM泵)再循環。
在一實施例中，氧氣可藉由溶解於在迴路中泵抽之銀中再循環。銀在MHD通道之末端處暴露於氧氣以吸收氧氣，且包含氧氣之銀經泵抽以將氧氣釋放至反應電解槽腔室5b31。包含氧氣之銀可經加熱以在反應電解槽腔室處釋放氧氣，且銀可經冷卻以在MHD通道之末端處吸收氧氣在一實施例中，電池及MHD轉換器中之偏移O2 壓力保持在諸如約1 atm至100 atm、1 atm至50 atm及1 atm至10 atm之至少一個壓力範圍內。偏移壓力可增加MHD冷凝區段309中之氧氣吸收。在一實施例中，反應電解槽腔室5b31溫度可保持在避免形成大量銀蒸氣之程度，該銀蒸氣在膨脹期間並不冷凝於MHD噴嘴307及MHD通道308中之至少一者中。在一實施例中，冷凝衝擊可藉由在膨脹期間在氣溶膠顆粒上冷凝銀蒸氣來避免，其中該等顆粒的質量增加。保持顆粒大小及膨脹操作條件以有助於在銀氣溶膠顆粒上冷凝蒸氣。
在一實施例中，SunCell®可進一步包含氣液金屬分離器，諸如旋風分離器、重力分離器、擋扳系統或熟習此項技術者已知之另一分離器。液態金屬可藉由諸如EM泵312之泵再循環。SunCell®可包含諸如312a之泵或壓縮機以再循環氧氣(圖2I167至圖2I170)。泵可包含再生器及中間冷卻器中之至少一者以提高效率。在提高MHD效率的一實施例中，SunCell®可包含入口及排出及控制系統以執行將熱O2 排出至大氣及將大氣O2 輸入至諸如312a之壓縮機。
在一實施例中，SunCell®包含單獨銀吸收-解吸迴路系統。銀吸收-解吸迴路系統可包含諸如電磁液體泵之泵及熱交換器。反應室5b31與MHD冷凝區段309之間的溫度差可驅動循環。在一實施例中，在電池及MHD轉換器中保持偏移O2 壓力。在一實施例中，吸收-解吸迴路系統包含逆流熱交換器以隨著熱銀將泵抽至相對較冷的MHD冷凝區段309以吸收O2 且包含所吸收氧氣之銀經泵抽至反應電解槽腔室5b31以釋放O2 而回收熱功率。吸收-解吸迴路可與MHD通道中之氧-銀氣溶膠混合物同時操作且銀之再循環可包含經吸收氧氣。在一實施例中，銀吸收-解吸迴路系統可包含增加氧-銀接觸之表面積從而提高吸收速率的構件。
在一實施例中，MHD循環在MHD噴嘴區段307中包含等焓膨脹以在MHD通道308中形成氣溶膠噴流及噴流之恆壓流。氣溶膠可藉由諸如H2 、O2 、H2 O或稀有氣體之加速器氣體在噴嘴307中加速。在一實施例中，反應電解槽腔室5b31及MHD冷凝區段309中加速器氣體之壓力大於大氣，諸如在約2至1000大氣壓、5至500大氣壓及10至100大氣壓之至少一個範圍內，其中反應腔室與MHD冷凝區段中加速器氣體之壓力的比率大於一。壓力比率可在約1.5至1000、2至500及10至20之至少一個範圍內。反應腔室及MHD冷凝區段中加速器氣體之例示性壓力分別為100大氣壓及10大氣壓。反應電解槽腔室及MHD冷凝區段中之至少一者之氣體溫度可在其中金屬蒸氣壓在銀蒸氣的情況下較低(諸如低於2200℃)之範圍內。在一實施例中，與諸如銀之熔融金屬相比，加速器氣體之莫耳分數在約1至95莫耳%、10至90莫耳%及20至90莫耳%之至少一個範圍內。較高莫耳%加速器氣體可在MHD噴嘴307之出口處提供較高噴射動能。
加速器氣體可經壓縮及回收。SunCell®可進一步包含氣液金屬分離器，諸如旋風分離器、重力分離器、擋扳系統或熟習此項技術者已知之另一分離器。旋風分離器可包含MHD回流儲集器311或MHD回流氣體儲集器311a。液態金屬可藉由EM泵312回收。氣體可在壓縮之前經冷卻。冷卻氣體之冷卻器可包含可在其自壓縮機流向反應電解槽腔室時將熱傳遞至壓縮氣體之熱交換器。熱交換器可包含複熱器。諸如MHD回流氣泵或壓縮機312a之壓縮機可包含多級壓縮機及可在各壓縮級之間的至少一個中間冷卻器中之至少一者。壓縮可在大致等溫下進行。在一實施例中，壓縮機包含諸如至少一個渦輪增壓器之渦輪機構。
在另一實施例中，形成噴嘴307之流體包含銀蒸氣。銀蒸氣可藉由諸如熱交換器316之冷凝器冷凝，該熱交換器可進一步充當複熱器以將熱供應至包含熔融金屬及加速器氣體中之至少一者的回收流。
氧在銀中之溶解度隨著與溶解氧處於平衡之氧氣大氣壓而增加。氧氣在銀中之高莫耳分數可如J. Assal, B. Hallstedt及L. J. Gauckler, 「Thermodynamic assessment of the silver-oxygen system」, J. Am Ceram. Soc. Vol. 80 (12), (1997), 第3054-3060頁所展示般達成。舉例而言，在804 K之溫度、526巴(5.26 × 107 Pa)之氧氣分壓及0.25之液相氧氣莫耳分數下Ag與Ag2 O之間存在共晶。在一實施例中，可形成此共晶或包含併入銀中之氧氣的類似組合物且將其自MHD冷凝區段309泵抽至反應電解槽腔室5b31以再循環銀及氧氣。液體銀中之氧氣溶解度關係約與½功率之氣態氧氣壓力成比例。在一實施例中，氧氣在銀中之溶解度可增加超出可藉由在給定氧氣壓力下藉由向熔融銀施加電場、電位及電漿中之至少一者進行氣態溶劑合來達成的氧氣溶解度。在一實施例中，可向熔融銀施加電解或電漿以增加液體銀中之O2 溶解度，其中熔融銀可包含如電解或電漿電極。向熔融銀施加電場、電位及電漿中之至少一者(諸如施加O2 電解或電漿)亦可增加O2 溶解於銀中之速率。在一實施例中，SunCell®可包含電場、電位及電漿中之至少一者至熔融銀之來源。來源可包含來源可包含電極以及電功率及電漿功率(諸如輝光放電、RF或微波電漿功率)之來源中之至少一者。熔融銀可包含諸如陰極之電極。熔融或固體銀可包含陽極。氧氣可在陽極處還原且與待吸收之銀反應。在另一實施例中，熔融銀可包含陽極。銀可在陽極處氧化且與氧氣反應以使得吸收氧氣。在一實施例中，電漿保持自O2 分子形成O原子。當O-原子而非O2 分子參與與銀之氧化反應時，AgO以及Ag2 O即使在極低O2 壓力下亦係熱力學上穩定的，AgO比Ag2 O更穩定，且在熱力學上有可能將Ag2 O氧化成AgO，其不可能具有O2 分子。
MHD冷凝區段309處之氣氛可包含極低銀蒸氣壓，且主要可包含氧氣。銀蒸氣壓可歸因於諸如在約970℃至2000℃、970℃至1800℃、970℃至1600℃及970℃至1400℃之至少一個範圍內的較低操作溫度而較低。SunCell®可包含移除MHD冷凝區段309中之任何銀氣溶膠之構件。氣溶膠移除構件可包含聚結銀氣溶膠之構件，諸如旋風分離器。旋風分離器可包含MHD回流儲集器311或MHD回流氣體儲集器311a。包含溶解氧之銀可藉由泵抽再循環至反應電解槽腔室5b31，其中泵可包含電磁泵。較高溫度及缺乏施加至熔融銀之電場、電位及電漿中之至少一者可使得氧氣自反應電解槽腔室中的銀釋放。在一例示性實施例中，MHD冷凝區段處之銀壓力歸因於諸如約1200℃之較低操作溫度而極低，且旋風分離器用於將銀氣溶膠聚結至銀液體中，其隨後充當負電極以將O2 電解至液體銀中。
在一實施例中，MHD循環在MHD噴嘴區段307中包含等焓膨脹以在MHD通道308中形成氣溶膠噴流及噴流之恆壓流。氣溶膠可藉由諸如H2 、O2 、H2 O或稀有氣體之加速器氣體在噴嘴307中加速。在一實施例中，MHD冷凝區段309中加速器氣體之壓力能夠保持加速器氣體之電漿，其中反應腔室與MHD冷凝區段中加速器氣體之壓力的比率大於一。壓力比率可在約1.5至1000、2至500及10至20之至少一個範圍內。反應腔室及MHD冷凝區段中氧氣加速器氣體之例示性壓力分別在約1至10大氣壓及0.1至1大氣壓之範圍內。反應電解槽腔室可包含一些釋放電漿且保持O與O2 隨著加速器引起之噴射動能的對應增加而增加氣相。一些O可在MHD通道308及MHD冷凝區段309中之至少一者中再結合至O2 以增加自反應電解槽腔室5b31至MHD冷凝區段309之壓力梯度，從而增加噴射動能及經轉換電功率。反應電解槽腔室及MHD冷凝區段中之至少一者之氣體溫度可在其中金屬蒸氣壓在銀蒸氣的情況下較低(諸如低於2200℃)之範圍內。在一實施例中，與諸如銀之熔融金屬相比，諸如氧氣之加速器氣體的莫耳分數在約1至95莫耳%、10至90莫耳%及20至90莫耳%之至少一個範圍內。較高莫耳%加速器氣體可在MHD噴嘴307之出口處提供較高噴射動能。
考慮反應電解槽腔室氛圍為氧氣及促進銀顆粒氣溶膠之形成的銀氣溶膠之情況。在一實施例中，氣溶膠可包含熔融金屬奈米顆粒，諸如銀或鎵奈米顆粒。顆粒之直徑可在約1 nm至100微米、1 nm至10微米、1 nm至1微米、1 nm至100 nm及1 nm至10 nm之至少一個範圍內。當顆粒包含與懸浮氣體之平均自由路徑相比較小的奈米顆粒時，銀顆粒係在自由分子區中。在數學上，由下式給出之克努森數
(66)
如上以使得，其中為懸浮氧氣之平均路徑且為銀顆粒之直徑。在Levine [I. Levine, Physical Chemistry, McGraw-Hill Book Company, New York, (1978), 第420-421頁.]之後，與具有直徑及莫耳分數之第二氣體B發生衝突的具有直徑之氣體A之平均路徑以下式給出：
。 (67)
對於6000 K溫度T、5大氣壓(5 × 105 N/m2 )壓力P、對應於0.02之氣體分數的2莫耳%氧及對應於0.98之銀氣體分數的98莫耳%銀之氣體參數而言，由方程式(67)給出的與具有2.5 ×10-9 m之直徑之銀顆粒發生衝突的具有2.76 × 10-10 m之分子直徑之懸浮氣體氧的平均路徑為
(68)
其中為波茲曼常數。分子區滿足具有2.5 nm直徑之銀氣溶膠顆粒的條件。在此區中，顆粒經由與懸浮氣體分子發生彈性衝突而與該懸浮氣體相互作用。由此，顆粒表現類似於氣體分子，其中氣體分子及顆粒處於連續及隨機運動，在任何顆粒發生衝突時無動能損失或增益，且平均動能對於顆粒及分子兩者而言相同，且平均動能為普通溫度之函數。
在一實施例中，MHD轉換器之工作介質包含諸如銀奈米顆粒之金屬奈米顆粒及諸如氧氣之氣體的混合物，其可充當載劑或膨脹輔助氣體中之至少一者且有助於形成或保持奈米顆粒之穩定性中之至少一者。在另一實施例中，工作介質可包含金屬奈米顆粒。奈米顆粒大氣壓可藉由保持電池及電漿溫度中之至少一者大於保持奈米顆粒之蒸氣壓在所要蒸氣壓的溫度(諸如在約1至100 atm、1至20 atm及1至10 atm之至少一個範圍內之溫度)來保持。電池及電漿溫度中之該至少一者可在約1000℃至6000℃、1000℃至5000℃、1000℃至4000℃、1000℃至3000℃及1000℃至2500℃之至少一個範圍內。
在其中自由分子區中O2 及銀奈米顆粒之溫度相同的實施例中，理想氣體方程式適用於估計氣體混合物在噴嘴膨脹時之加速度。奈米顆粒之隨機動能在O2 及奈米顆粒之混合物之給定溫度下約與O2 相同。遵從理想氣體定律之具有質量m 之分子或奈米顆粒的均方根(RMS) 速度由下式給出：
。 (69)
對於2000 K下之O2 而言，
。 (70)
對於2000 K下之345個銀原子的奈米顆粒而言，
。 (71)
在例示性MHD熱力學循環中：70莫耳%O2 -30莫耳%銀奈米顆粒氣體經受噴嘴膨脹，且所得噴流動能在MHD通道中轉換為電力。奈米顆粒在MHD通道之末端處聚結至銀液體，吸收0.2重量% O，且電磁泵將液體混合物泵抽返回至反應電解槽腔室。在釋放O2 存在的情況下，低能量氫反應形成高溫及高壓以使70莫耳%O2 -30莫耳%銀奈米顆粒氣體流入噴嘴入口中。對應奈米顆粒參數分析為：
銀形成0.2重量%銀溶液，其對應於
0.002/MW O/(0.998/MW Ag) = 0.0135個原子O比原子Ag
為了將O2 經70莫耳%銀奈米顆粒處理為氣體，各奈米顆粒必須包含以下數目之原子：
2 × 70/30/0.0135個原子O比原子Ag = 345個銀原子/奈米顆粒
對應體積為
345個原子× 1莫耳/6 × 1023 個原子× 108克/莫耳× 1 cm3 /10.5 g = 6 × 10-21 cm3
奈米顆粒直徑D為
D = 2 × (6 × 10-21 cm3 × 3/(4))1/3 = 2.25 × 10-7 cm = 2.25 nm
其在自由分子區中。在一實施例中，O2 壓力增加以獲得2重量%O溶解度以使得奈米顆粒直徑為1/10大小。在一實施例中，考慮到噴嘴膨脹之熱力學，控制金屬奈米顆粒之大小以使得金屬奈米顆粒大致表現為分子。
在反應電解槽腔室大氣壓包含具有在噴射至反應電解槽腔室中後自溶解於銀中釋放的2莫耳%氧氣之銀氣溶膠且氣溶膠顆粒在分子區中表現為氣體的情況下，由理想氣體定律給出之反應電解槽腔室每莫耳氣體之體積為
。 (72)
在一實施例中，在聚合-分岔噴嘴中包含諸如銀或鎵奈米顆粒之熔融金屬奈米顆粒的氣體混合物之加速可處理為聚合-分岔噴嘴中之理想氣體/蒸氣的等熵膨脹。給出停滯溫度T0 ；停滯壓力p0 ；氣體常數Rv ；及比熱比率k，可使用Liepmann及Roshko [Liepmann, H.W. and A. Roshko Elements of Gas Dynamics, Wiley (1957)]之方程式計算熱力學參數。停滯音波速度及密度由下式給出：
，。 (73)
噴嘴導入條件(馬赫數Ma* = 1)由下式給出：
其中u為速度，m為質量流，且A為噴嘴橫截面積。噴嘴出口條件(出口馬赫數= Ma)由下式給出：
歸因於奈米顆粒之高分子量，MHD轉換參數類似於液體MHD之轉換參數，其中MHD工作介質稠密且相對於氣態膨脹以較低速度行進。
在一實施例中，反應電解槽腔室5b31中之大氣壓保持具有以下參數：諸如氧氣分壓、總壓力、溫度、氣體組合物(諸如除了氧氣、氫氣及水蒸氣中之至少一者以外的稀有氣體添加物)及低能量氫反應流動速率，其促進大小足夠小以位於分子區中之氣溶膠顆粒的形成。在一實施例中，諸如銀之懸浮氣體及諸如銀顆粒之顆粒中之至少一者可帶電以阻止物種之間的衝突以使得氣體混合物呈現分子區行為。銀可包含添加劑以有助於顆粒充電。在一實施例中，SunCell®可包含大小選擇構件以利用大小分離奈米顆粒流。大小選擇構件可選擇性保持具有適合於分子區行為之大小的奈米顆粒流入噴嘴307入口中。選擇具有分子區大小之顆粒的大小選擇構件可包含旋風分離器、重力分離器、擋扳系統、濾網、熱泳分離器或在噴嘴307之入口前面的諸如電或磁場之電場分離器。在熱泳的情況下，較大顆粒可呈現正熱擴散效應，其中較大奈米顆粒自電漿之熱中心區域遷移至更冷的反應腔室電池5b31壁。電漿可選擇性地經導引或經導管輸送以自熱中心部分流入噴嘴入口中。
奈米顆粒可藉由在反應電解槽腔室5b31之一個區段中藉由在反應電解槽腔室之另一冷卻器區段中快速冷卻以低能量氫反應之密集局部功率密度蒸發金屬來形成，其中在環境壓力下溫度可低於金屬沸點。在一實施例中，諸如銀或鎵奈米顆粒之奈米顆粒可藉由在包含氧氣之氛圍中蒸發及冷凝金屬形成，其中氧化物層可形成於奈米顆粒表面上。氧化物層可阻止奈米顆粒聚結成霧態。可控制氧氣濃度、金屬蒸發速率、反應電解槽腔室溫度及壓力以及溫度及壓力梯度中之至少一者以控制奈米顆粒之大小。可控制大小以使得奈米顆粒具有分子區之大小。奈米顆粒可在MHD區段307中加速，對應動能可在MHD通道區段308中轉換為電力，且奈米顆粒可引起MHD冷凝區段309中之聚結。SunCell®可包含冷凝區段中之聚結表面。奈米顆粒可影響聚結表面，聚結，且可包含經吸收氧氣之所得液態金屬可流入MHD回流EM泵312中以泵抽至反應電解槽腔室5b31。
在一實施例中，SunCell®可包含還原構件以至少部分地還原金屬奈米顆粒上之氧化物塗層。還原可准許奈米顆粒凝結或聚結。聚結可准許所得液體藉由MHD回流EM泵312泵抽返回至反應電解槽腔室5b31。還原構件可包含原子氫源，諸如原子氫之氫電漿源或化學解離劑源。電漿源可包含輝光、電弧、微波、RF或本發明或此項技術中已知之其他電漿源。氫電漿源可包含輝光放電電漿源，其包含複數個能夠在諸如一大氣壓之高壓下操作的微空心陰極，諸如本發明中之一者。充當原子氫源之化學解離劑可包含貴金屬氫解離劑負載型陶瓷，諸如Pt/氧化鋁或矽石珠粒，諸如本發明中之一者。化學解離劑可能能夠再組合H2 + O2 。氫解離劑可包含以下中之至少一者；(i) Pt、Ni、Rh、Pd、Ir、Ru、Au、Ag、Re、Cu、Fe、Mn、Co、Mo、或W負載型SiO2 ，(ii) Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Au、Re、Ag、Cu、Ni、Co、Zn、Mo、W、Sn、In、Ga負載型沸石，及(iii)貴金屬、貴金屬合金及貴金屬混合物負載型富鋁紅柱石、SiC、TiO2 、ZrO2 、CeO2 、Al2 O3 、SiO2 及混合氧化物中之至少一者。氫解離劑可包含負載型雙金屬，諸如包含Pt、Pd、Ir、Rh及Ru之雙金屬。氫解離劑之例示性雙金屬催化劑為負載型Pd-Ru、Pd-Pt、Pd-Ir、Pt-Ir、Pt-Ru及Pt-Rh。催化氫解離劑可包含催化轉換器之材料，諸如負載型Pt。還原構件可定位於MHD冷凝區段309及MHD回流儲集器311中之至少一者中。
在一實施例中，在MHD區段307中加速之氣溶膠包含諸如氧氣、H2 及稀有氣體中之至少一者的氣體、分子區中之銀或鎵奈米顆粒及諸如直徑範圍在約10 nm至1 mm內的銀或鎵顆粒之較大顆粒之混合物。分子區中氣體及奈米顆粒中之至少一者可充當載氣以隨著分子區中氣體及奈米顆粒中之至少一者在MHD噴嘴區段307中加速而加速較大顆粒。分子區中之氣體及奈米顆粒可包含足夠的莫耳分數以在反應電解槽腔室5b31中達成氣溶膠混合物之壓力及熱能存量之高動能轉換。分子區中氣體及奈米顆粒之莫耳百分比可包含約1%至100%、5%至90%、5%至80%、5%至70%、5%至60%、5%至50%、5%至40%、5%至30%、5%至20%及5%至10%之至少一個範圍。
在一實施例中，奈米顆粒可藉由熱泳或熱梯度及熱場中之至少一者(諸如電及磁場中之至少一者)輸送。奈米顆粒可充電以使得電場有效。充電可藉由經由氧氣之可控添加塗覆諸如氧化物塗層之塗層來達成。
在一實施例中，銀氣溶膠中之至少一者聚結且低能量氫反應電漿並未保持在MHD冷凝區段309中，使得MHD冷凝區段309中環境氣氛之傳導率如上以使得電場、電位或電漿可施加至氧氣，以使得氧氣經吸收至隨後回收至反應電解槽腔室的銀中。在一實施例中，SunCell®可包含在MHD冷凝區段309處將放電應用至氣相之構件。放電可包含輝光、電弧、RF、微波、雷射及可將O2 解離成原子O的此項技術中已知之其他電漿形成構件或放電中之至少一者。放電構件可包含放電電力供應或電漿發電機、放電電極或至少一個天線及壁穿透(諸如液體電極穿透)或感應耦接電源連接器中之至少一者。在另一實施例中，原子氧源可包含超熱發電機，其中O2 吸收至銀膜表面上，解離成經由該膜擴散之原子O以在相對表面上提供O原子。氧原子可解吸且接著由熔融銀吸收。解吸構件可包含低能量電子束。
在一實施例中，高壓輝光放電可藉助於微空心陰極放電來保持。微空心陰極放電可維持在具有大致100微米直徑之開口的兩個緊密間隔的電極之間。例示性直流放電可保持至多約大氣壓。在一實施例中，高氣壓下之大體積電漿可經由重疊同時操作的單獨輝光放電保持。電漿之電子密度可在給定電流下藉由添加諸如金屬(諸如具有低游離電位之銫)之物種來增加。電子密度亦可藉由添加諸如電子自其熱發射之長絲材料(諸如錸金屬及其他電子槍熱電子發射器中之至少一者，諸如含釷金屬或經銫處理之金屬)之物種來增加。在一實施例中，電漿電壓較高以使得電漿電流之各電子藉由與銀氣溶膠顆粒、加速器氣體或諸如銫蒸氣之經添加氣體或物種中之至少一者發生衝突來產生多個電子。電漿電流可為DC或AC中之至少一者。AC功率可分別藉由感應電源及接收器(MHD冷凝區段之腔室外部及內部)傳遞。
在一實施例中，MHD轉換器可包含諸如MHD回流儲集器311或MHD回流氣體儲集器311a之儲集器以增加待在再循環至反應電解槽腔室5b31之前吸收於銀中之氧氣的停頓時間及銀面積中之至少一者。可選擇儲集器之大小以達成所要氧氣吸收。MHD回流儲集器311或MHD回流氣體儲集器311a可進一步包含旋風分離器。旋風分離器可聚結銀氣溶膠顆粒。儲集器可包含電解或電漿放電腔室。
在一實施例中，SunCell®可包含至少部分地還原諸如銀或鎵奈米顆粒之金屬奈米顆粒上之任何氧化物塗層的構件。部分移除氧化物塗層可促進奈米顆粒在SunCell®之所要區域中(諸如在MHD冷凝區段309中)之聚結。還原可藉由使顆粒與氫反應來達成。可在可控壓力及溫度下將氫氣引入MHD冷凝區段中以達成至少部分還原。SunCell®可包含本發明之構件以保持包含氫以至少部分地還原氧化物塗層之電漿。未經氫還原之額外氧可吸收至待泵抽返回至反應電解槽腔室5b31之聚結熔融金屬中以提供用於循環奈米顆粒表面氧化物形成及還原的氧氣。
歸因於在低能量氫形成時釋放之能量，由等式(1)及(5)預測之觀測為自快速H+ 之再結合形成快速激發態H原子，其中快速原子產生揭露了在某些混合氫電漿中具有非常高的動能氫原子之群體的大於50 eV之巴耳麥線展寬。在一實施例中，SunCell®在諸如低壓(諸如在0.1 Torr至10 Torr之範圍內)之條件下操作以有助於形成快速H原子。快速H原子可充當在MHD噴嘴區段307中在氣溶膠膨脹時加速銀氣溶膠顆粒之載氣以形成導電氣溶膠噴流。該噴流之動能可在MHD通道308中轉換為電力。
在另一實施例中，MHD循環可包含鎵金屬及吸收至熔融鎵中之氣體(諸如氫氣及氮氣中之至少一者)作為MHD工作介質。氫氣可在MHD冷凝區段309中由鎵吸收。熔融鎵中之氫氣及氮氣中之至少一者的吸收可藉由電漿增強。電漿可藉由本發明之電漿源保持。鎵及所吸收氣體之混合物可泵抽返回至反應電解槽腔室5b31，其中釋放該混合物充當加速器氣體以在MHD噴嘴區段307中產生鎵氣溶膠噴流。泵抽可藉由諸如312之電磁泵、機械泵或本發明之另一泵達成。氫氣亦可充當反應物形成低能量氫。
在一實施例中，電力系統之至少一個組件可包含陶瓷及玻璃陶瓷，其中陶瓷可包含金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽中之至少一者，該玻璃陶瓷諸如Li2 O × Al2 O3 × nSiO2 系統(LAS系統)、MgO × Al2 O3 × nSiO2 系統(MAS系統)、ZnO ×Al2 O3 × nSiO2 系統(ZAS系統)。SunCell®之陶瓷部件可借助於本發明接合，諸如藉由兩個或多於兩個陶瓷部件之陶瓷膠、陶瓷至金屬部件之銅焊、滑動螺母密封、墊片密封及濕封。墊片密封可包含用墊片密封之兩個凸緣。凸緣可連同諸如螺栓之扣件抽出。滑動螺母接合或墊片密封可包含碳墊片。螺母、EM泵組合件5kk、儲集器底板5b8及下部半球5b41中之至少一者可包含抗碳化及碳化物形成之材料，諸如鎳、碳及抗碳化之諸如SS 625或Haynes 230 SS的不鏽鋼(SS)。EM泵組合件與陶瓷儲集器之間的滑動螺母接合可包含EM泵組合件5kk及石墨墊片，該EM泵組合件包含螺紋軸環及螺母，該螺紋軸環及螺母包含抗碳化的諸如SS 625或Haynes 230 SS之不鏽鋼(SS)，其中螺母擰在軸環上以緊固彼墊片。EM泵組合件5kk與儲集器5c之間的凸緣密封接合可包含具有螺栓孔之儲集器底板5b8、具有凸緣以及螺栓孔之陶瓷儲集器及碳墊片。具有儲集器底板之EM泵組合件可包含抗碳化之諸如SS 625或海恩斯230 SS之不鏽鋼(SS)。儲集器之凸緣可藉由緊固碳或石墨墊片之螺栓來緊固至底板5b8。在實施例中，諸如碳墊片之碳與諸如氧化物儲集器5c之包含氧化物的部件之間的碳還原反應藉由維持包含氧化之接合與碳在非反應性溫度下接觸來避免，氧化物儲集器諸如MgO、Al2 O3 或ZrO2 儲集器，該非反應性溫度低於碳還原反應溫度。在實施例中，MgO碳還原反應溫度高於約2000℃至2300℃之範圍。
在一例示性實施例中，諸如氧化物陶瓷之陶瓷可用諸如Mo-Mn之合金金屬化，該氧化物陶瓷諸如氧化鋯或氧化鋁。兩個金屬化陶瓷部件可藉由銅焊接合。金屬化陶瓷部件及諸如EM泵匯流排5k2之金屬部件可藉由銅焊連接。可塗佈金屬化以保護其免於氧化。例示性塗層就水氧化劑而言包含鎳及貴金屬，且就氧而言包含貴金屬。在一例示性實施例中，氧化鋁或氧化鋯EM泵管5k6在EM泵匯流排5k2之穿透處金屬化，且EM泵匯流排5k2藉由銅焊連接至金屬化EM泵管穿透。在另一例示性實施例中，來自EM泵組合件5kk、EM泵5ka、EM泵管5k6、進水升管5qa、噴射EM泵管5k61、儲集器、MHD噴嘴307及MHD通道308中之至少兩者的清單之部件可用陶瓷膠膠合在一起。陶瓷部件可使用本發明或此項技術中已知之方法來構造。陶瓷部件可經粉末模製、澆鑄或燒結、或膠合在一起、或擰在一起。在實施例中，組件可在陶瓷生坯中構造並燒結。在一例示性實施例中，氧化鋁部件可燒結在一起。在另一實施例中，複數個部件可構造為生坯部件，裝配及燒結在一起。部件及材料之尺寸可經選擇以補償部件收縮。
在實施例中，諸如包含ZrC-ZrB2 -SiC中之至少一者的陶瓷部件之陶瓷SunCell®部件可藉由球磨研磨組件粉末之化學計量混合物形成，在模製中形成為所需形狀，且藉由諸如熱均衡加壓(HIP)或火花電漿燒結(SPS)之手段燒結。陶瓷可具有相對較高密度。在實施例中，諸如EM泵管5k6之空心部件可使用用於空心部件的氣囊澆鑄。氣囊可在澆鑄之後放氣且部件經燒結。可替代地，部件可藉由3D列印構造。諸如下部半球5b41及上部半球5b42中之至少一者的部件可滑動澆鑄，且諸如儲集器5c之部件可藉由擠出及壓製中之至少一者形成。其他構造方法包含噴霧乾燥、射出模製、加工、金屬化及塗層中之至少一者。
在實施例中，碳化物陶瓷部件可構造為分別與諸如鋯或矽之對應金屬反應之石墨製備ZrC或SiC部件。包含不同陶瓷之部件可藉由本發明之方法或此項技術中已知之方法接合在一起，諸如擰緊、膠合、濕封、銅焊及墊片密封。在實施例中，EM泵管可包含套管區段及彎管以及膠合在一起之匯流排突片5k2。在一例示性實施例中，膠合EM泵管部件包含ZrC或與Zr金屬反應以形成ZrC之石墨。可替代地，部件可包含ZrB2 或相似非氧化導電陶瓷。
在一實施例中，MHD電極304及對應匯流排中之至少一者可包含抗氧化導體。導體可包含金屬，諸如貴金屬。導體可包含經塗佈金屬。經塗佈金屬可能能夠在高溫下操作，諸如耐火金屬，諸如Mo或W。塗層可包含金屬，諸如貴金屬。貴金屬可為耐火金屬。金屬塗層可對與銀形成合金具有耐受性。替代地，MHD電極304可包含抗氧化不鏽鋼，諸如SS 625。對應匯流排可在饋入孔處穿透SunCell®壁，諸如陶瓷壁。饋入孔密封可包含濕封。濕封可藉由使熔融銀固化來形成。固化可藉由冷卻穿透來達成。冷卻可藉由導電、對流及輻射中之至少一者來達成。濕封可包含可藉由空氣或藉由諸如水之冷卻劑冷卻的熱交換器，諸如熱輻射器。空氣冷卻可為被動或強制的。在一例示性實施例中，SunCell®包含經Ir塗佈之Mo MHD電極304，且對應匯流排包含在石英壁MHD冷凝區段309中之陶瓷穿透處具有銀濕封的經Ir塗佈之Mo電線或桿，其中濕封為強制空氣冷卻的。固體電極304可藉由可抗熔融銀潤濕之絕緣間隔件305自MHD通道308壁偏移。
在一實施例中，MHD電極304包含諸如液體銀電極之液體電極。液體電極可包含浸漬有銀之熔塊，諸如陶瓷熔塊，諸如石英熔塊。熔塊可包含反孔。替代地，熔塊可使用雷射、鑽孔、噴水器或此項技術中已知之其他鑽孔儀器或方法中之至少一者鑽有微型孔。多孔陶瓷液體MHD電極可藉由將諸如石英熔塊之多孔陶瓷黏附至銀電鍍電解槽之陰極，電鍍延伸穿過陶瓷之銀，藉由電沈積來浸漬或裝載有銀，且接著在沈積於多孔陶瓷中之後移除陰極。多孔液體電極可藉由使熔融銀離心、對熔融銀施加氣壓梯度、使用諸如B2 O3 之助熔劑與熔融銀、溶解銀鹽及使銀離子化學還原以使得金屬沈積於孔中、諸如高速度電漿噴塗(諸如冷噴塗)之沈積及使銀蒸氣流經待於孔中裝載有液體銀以充當液體電極之熔塊以及此項技術中已知之其他方法中之至少一個方法來裝載有銀。液體電極可藉由形成銀金屬合金且氧化諸如鋁、鋯或鉿之金屬以分別形成諸如氧化鋁、氧化鋯或氧化鉿之陶瓷來製造。熔融銀針對諸如包含陶瓷(諸如石英)之熔塊之熔塊的可濕性可藉由將O2 溶解於熔融銀中來增加。O2 於銀中之可溶性可藉由增加與熔融銀接觸之氛圍中的O2 濃度來增加。
液體電極304可藉由可抗熔融銀潤濕之諸如陶瓷間隔件(諸如包含Al2 O3 之間隔件)之電絕緣間隔件305自MHD通道308壁偏移。MHD電導線305a及饋入孔301中之至少一者類似於濕封可包含諸如固化銀之固化熔融金屬，其中導線或饋入孔中之至少一者可經冷卻以保持固體金屬狀態。MHD轉換器可包含圖案化結構，該圖案化結構包含MHD電極304、諸如305a之電絕緣導線、絕緣電極分離器305及諸如穿透諸如310之MHD匯流排饋入孔凸緣的饋入孔之饋入孔的群組之至少一個組件。包含諸如銀電極之液體電極之圖案化結構組件及絕緣分離器可包含浸潤材料以保持液態金屬呈所需形狀及諸如銀電極之液體電極與絕緣電極分離器兩者之間的間距。圖案化結構之浸潤材料及絕緣分離器中之至少一者可包含陶瓷。液體電極之浸潤材料可包含多孔陶瓷。在一例示性實施例中，液體電極基質及透氣膜309d中之至少一者可包含石英熔塊。電絕緣分離器可包含可針對銀為非濕潤之緻密陶瓷。導線可包含可諸如水冷之冷卻以保持導線之硬度的電絕緣通道及套管。例示性實施例包含經冷卻以將固化銀保持在內部以充當導電引線之電絕緣MHD電極導線305a。在另一實施例中，MHD電導線305a及饋入孔301中之至少一者可包含諸如塗層之銥，該塗層諸如經銥塗佈的Mo或諸如625 SS之抗氧化劑不鏽鋼。
在一實施例中，點火系統可包含液體電極。點火系統可為DC或AC。反應器可包含陶瓷，諸如石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或派熱克斯玻璃。液體電極可包含陶瓷熔塊，其可進一步包含裝載有諸如銀之熔融金屬的微型孔。
在一實施例中，各MHD功率饋入孔301包含與壁隔絕之諸如壁材料(諸如陶瓷)中之一者之套環導管，其中饋入孔如此穿透MHD通道308或冷凝區段309中之至少一者之壁。饋入孔301可進一步包含並不與銀形成合金之過小導體，諸如不鏽鋼或鎳線或桿。在操作期間，隔絕套環導管之最外部分在低於諸如銀之熔融金屬之熔點的溫度下操作。熔融金屬可填充導管以在外部部分處形成固體密封。接觸電池內部之內部部分可與保留熔融金屬以在操作期間形成液體電極之至少一個熔融金屬電極結構(諸如網狀結構)鄰接或連接。桿或線可連接至外部匯流排及內部匯流排或液體電極，其中在操作期間桿或線可用銀塗佈。在另一實施例中，饋入孔301可連接至匯流排且充分地穿透電池壁以與固化以進行電連接且密封壁穿透之銀接觸。在一例示性實施例中，MHD饋入孔301包含濕封MHD饋入孔，其包含與經穿透壁及電流導體隔絕之陶瓷套環。電流導體可外部連接至諸如銅匯流排之匯流排且沿隔絕套環及壁穿透充分延伸以與固化以進行電連接且密封壁穿透之電池內部的銀接觸。固化銀可與至少一個液體銀電極進行電接觸。液體電極可包含銀芯吸至其中之材料。芯吸材料可為與MHD組件之壁之材料相同或不同的材料。芯吸材料可包含與MHD組件之壁之材料相同的材料，但可具有不同孔隙度或粗糙度，諸如較高孔隙度及粗糙度中之至少一者。
用於具有MHD轉換器之SunCell®之例示性材料包含(i)儲集器5c、反應電解槽腔室5b31及噴嘴307：諸如穩定化氧化鋯或氧化鉿的固體氧化物；(ii)MHD通道308：MgO或Al2 O3 ；(iii)電極304：ZrC或ZrC-ZrB2 、ZrC-ZrB2 -SiC及具有可至多1800℃下工作之20%SiC複合物之ZrB2 或塗佈有貴金屬之金屬；(iv)EM泵5ka：諸如塗佈有貴金屬的不鏽鋼或塗佈有具有類似熱膨脹係數之材料諸如Paloro-3V鈀金釩合金(Morgan高級材料)的410不鏽鋼之金屬，該貴金屬諸如白金(Pt)、鈀(Pd)、釕(Ru)、銠(Rh)及銥(Ir)中之至少一者；(v)儲集器5c-EM泵組合件5kk活接：諸如釺焊至410不鏽鋼EM組合件5kk底板之ZrO2 、HfO2 或Al2 O3 的氧化物儲集器，其中銅焊包含Paloro-3V鈀金釩合金(Morgan高級材料)；(vi)噴射器5k61及進水升管5qa：諸如穩定化氧化鋯或氧化鉿之固體氧化物；以及(vii)氧選擇性隔膜：可塗佈有Bi26 Mo10 O69 以增加氧滲透率之BaCo0.7 Fe0.2 Nb0.1 O3-δ (BCFN)氧滲透膜。
在實施例中，SunCell®進一步包含氧氣感測器及諸如以惰性氣體稀釋氧及將惰性氣體泵離中之至少一者的手段之氧控制系統。前者可包含惰性氣體貯槽、閥門、調節器及泵中之至少一者。後者可包含閥門及泵中之至少一者。
反應電解槽腔室5b31之低能量氫反應混合物可進一步包含諸如H2 O及包含氧的化合物中之至少一者之氧來源。諸如包含氧之化合物之氧來源可呈過量形式以保持接近恆定氧來源庫存，其中在電池操作期間，較小部分可逆地與諸如H2 氣體的供應H來源反應以形成HOH催化劑。包含氧之例示性化合物為MgO、CaO、SrO、BaO、ZrO2 、HfO2 、Al2 O3 、Li2 O、LiVO3 、Bi2 O3 、Al2 O3 、WO3 及本發明之其他化合物。氧來源化合物可為用於使諸如氧化釔或氧化鉿之氧化物陶瓷穩定的氧來源化合物，該氧化物陶瓷諸如氧化釔(Y2 O3 )、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鍶(SrO)、氧化鉭(Ta2 O5 )、三氧化二硼(B2 O3 )、TiO2 、 氧化鈰(Ce2 O3 )、鋯酸鍶(SrZrO3 )、鋯酸鎂(MgZrO3 )、鋯酸鈣(CaZrO3 )及鋯酸鋇(BaZrO3 )。
在導電性大於約20 kS/m且電漿氣體溫度為約4000 K之例示性實施例中，反應腔室壓力保持在約15 MPa至25 MPa的範圍內以抗勞侖茲力保持MHD通道308中之流動。在一例示性實施例中，導電性保持在約700 S/m，電漿氣體溫度為約4000 K，反應電解槽腔室5b31壓力為約0.6 MPa，噴嘴307出口速度為約Mach 1.24，噴嘴出口區域為約3.3 cm2 ，噴嘴出口直徑為約2.04 cm，噴嘴出口壓力為約213 kPa，噴嘴出口處之溫度為約2640 K，通過噴嘴的質量流為約250 g/s，MHD通道308中之磁場強度為約2 T，MHD通道308長度為約0.2 m，MHD通道出口壓力為約11 kPa，MHD通道出口溫度為約1175 K，且輸出電功率為約180 kW。在理想實施例中，效率藉由Carnot方程式確定，其中電漿溫度至環境溫度之不可避免功率損失為氣體及液態金屬泵損失。
在實施例中，用於能夠加熱銀以形成銀蒸氣及銀氣溶膠中之至少一者之諸如核或燃燒的任何電源之MHD轉換器包含本發明之MHD轉換器，該MHD轉換器進一步包含至少一個熱交換器以轉移來自電源的熱以加熱儲集器5c及反應電解槽腔室5b31中之至少一者來產生銀蒸氣及銀氣溶膠中之至少一者。MHD轉換器可進一步包含諸如晶種中之至少一者的電離源極，該晶種諸如鹼金屬，該鹼金屬諸如熱電離之銫及電離器，該ionizer諸如雷射、RF放電產生器、微波放電產生器及輝光放電產生器。
在包含加熱器電力轉換器之SunCell®電力系統之實施例中，雙重熔融金屬噴射器的EM泵可各自包含感應型電磁泵以將與另一熔融金屬之流相交的熔融金屬之流噴射於容器之內部。點火系統之電源包含電感點火系統410，其可包含穿過熔融金屬之短路迴路之交變磁場來源，其在金屬中產生包含點火電流之交流電。交變磁場來源可包含初級變壓器繞組411，其包含變壓器電磁體及變壓器磁軛412，且銀可至少部分充當次級變壓器繞組，諸如單匝短路繞組，其圍封初級變壓器繞組且包含電感型迴路。儲集器5c可包含熔融金屬交接通道414，其連接兩個儲集器以使得電流迴路圍封變壓器磁軛412，其中感應電流迴路包含在儲集器5c、交接通道414中所含之熔融銀、噴射器套管5k61中之銀及所噴射之相交以使感應電流迴路完整之熔融銀流中產生的電流。諸如氫及氧之反應氣體可通過進氣口及氣體殼體309b之排空組合件309e供應至電池。氣體殼體309e可在沿球面之頂部極點之軸線的球狀熱交換器外部。氣體殼體可包含凸緣連接處之至球狀反應電解槽腔室5b31之頂部的薄氣管連接。氣管連接可穿過將冷卻劑流動供應至球狀熱交換器之同心冷卻劑流動管道的內部。在反應電解槽側上，至氣管之凸緣連接可連接至半滲透氣體309d隔膜，諸如多孔陶瓷隔膜。
SunCell®加熱器或熱發電機實施例(圖2I207至圖2I214)包含球狀反應器電池5b31以及包含接收來自球狀反應器5b4之輻射的熱之面板或區段114a之空間分離圓周半球狀熱交換器114。每一面板可包含由通過球面之極點之兩個較大環限定的球狀表面之區段。熱交換器114可進一步包含具有來自熱交換器之面板114a中之各者的冷卻劑管線114c之環面歧管之歧管114b及冷卻劑出口歧管114f。每一冷卻劑管線114c可包含冷卻劑入口孔114d及冷卻劑出口孔114e。熱發電機可進一步包含具有入口及出口309e之貯氣瓶421及通過熱交換器114之頂部延伸至球狀電池5b31之頂部上的透氣膜309d之氣體供應套管422。氣體供應套管422可穿過熱交換器114之頂部處的冷卻劑收集歧管114b。在另一SunCell®加熱器實施例(圖2I207)中，反應電解槽腔室5b31可為具有圓柱形熱交換器114之圓柱形的。貯氣瓶421可在熱交換器114外部，其中氣體供應套管422藉由穿過熱交換器114連接至反應電解槽腔室5b31之頂部上的半滲透氣體隔膜309d。反應電解槽腔室5b31、反應電解槽腔室5b31頂部上之氣體膜309d及氣體供應管422之至少一部分中之至少一者可包含陶瓷。連接至汽缸421之氣體供應管422可包含此類不鏽鋼之金屬。氣體供應管422之陶瓷及金屬部分可藉由氣體供應管陶瓷接合至可包含諸如碳墊片之墊片的金屬凸緣422a。
冷水可饋入入口113中且在熱交換器114中加熱以形成鍋爐116中收集且蒸汽出口111中存在之蒸汽。熱發電機可進一步包含雙重熔融金屬噴射器，該等雙重熔融金屬噴射器包含感應EM泵400、儲集器5c及反應電解槽腔室5b31。至少一個諸如儲集器5c之SunCell®加熱器組件可用電感耦合加熱器天線5f或諸如電阻性、火焰或催化化學加熱器之其他加熱器(諸如本發明中之一者)加熱。SunCell®加熱器可包含感應點火系統，該感應點火系統諸如包含感應點火變壓器繞組411及感應點火變壓器磁軛412之感應點火系統。
在一實施例中，熔融金屬可包含此項技術中已知之任何導電金屬或合金。熔融金屬或合金可具有低熔點。例示性金屬及合金為鎵、銦、錫、鋅及鎵銦錫合金，其中典型共晶混合物之實例為68% Ga、22% In及10% Sn (按重量計)，但比例可在62至95% Ga、5至22% In、0至16% Sn (按重量計)之間變化。在金屬可與氧及水中之至少一者反應以形成相對應的金屬氧化物的實施例中，低能量氫反應混合物可包含熔融金屬、金屬氧化物及氫。金屬氧化物可包含熱分解為金屬以釋放氧氣之金屬氧化物，諸如Sn、Zn及Fe氧化物中之至少一者。金屬氧化物可充當氧來源以形成HOH催化劑。可在金屬氧化物與HOH催化劑之間回收氧，其中可再供應經消耗以形成低能量氫之氫。可選擇電池材料以使得其在電池之操作溫度下不反應。替代地，電池可在低於材料與H2 、O2 及H2 O中之至少一者反應之溫度的溫度下操作。電池材料可包含不鏽鋼、諸如氮化矽之陶瓷、SiC、BN、諸如YB2 之硼化物、矽化物及諸如派熱克斯玻璃、石英、MgO、Al2 O3 及ZrO2 之氧化物中的至少一者。在一例示性實施例中，電池可包含BN及碳中之至少一者，其中操作溫度小於約500至600℃。在一實施例中，電力系統之至少一個組件可包含陶瓷及玻璃陶瓷，其中陶瓷可包含金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽中之至少一者，該玻璃陶瓷諸如Li2 O × Al2 O3 × nSiO2 系統(LAS系統)、MgO × Al2 O3 × nSiO2 系統(MAS系統)、ZnO ×Al2 O3 × nSiO2 系統(ZAS系統)。
在一實施例中，噴射金屬可具有低熔點，諸如具有低於700℃之熔點的噴射金屬，諸如鉍、鉛、錫、銦、鎘、鎵、銻或合金(諸如洛斯金屬、Cerrosafe、菲爾德金屬、Cerrolow 136、Cerrolow 117、Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl及Galinstan)中之至少一者。至少一個諸如儲集器5c之組件可包含陶瓷，諸如氧化鋯、氧化鋁、石英或派熱克斯玻璃。儲集器末端可金屬化以促進至電磁泵組件5kk1之金屬儲集器底板或底座之連接。電磁泵組件5kk1之儲集器與基座之間的活接可包含硬焊件或焊料，諸如銀焊料。替代地，活接可包含墊片凸緣密封件。EM泵可包含金屬EM泵管5k6、點火電磁泵匯流排5k2及點火連接。熔融金屬噴射及點火中之至少一者可由DC電流驅動，其中噴射泵可包含DC EM泵。DC EM泵管5k6、儲集器支架5kk1、EM泵匯流排5k2及點火匯流排5k2a中之至少一者可包含金屬，諸如不鏽鋼。點火匯流排5k2a可連接至儲集器支架5kk1及DC EM泵管5k6中之至少一者。反應電解槽腔室5b31可包含陶瓷，諸如氧化鋯、氧化鋁、石英或派熱克斯玻璃。替代地，反應電解槽腔室5b31可包含經SiC塗佈之碳。SunCell®可包含入口立管5qa，諸如具有自上而下之篡改通道或槽或隨著儲集器液位下降而調節流入熔融金屬之複數個孔的入口立管。調節可用以平衡儲集器液位同時避免液位差端值。可選擇初始熔融金屬填充液位及入口底部之高度以設定最大及最小儲集器高度。
在一實施例中，熔融金屬包含鎵或合金，諸如Ga-In-Sn合金。具有低熔點金屬(諸如低於300℃熔融之金屬)之SunCell®可包含將熔融金屬噴射至反應電解槽腔室5b31中之機械泵。機械泵可由於低於機械泵之最大能力的操作溫度而替代諸如感應EM泵400之EM泵，且可在操作溫度較高的情況下使用EM泵。通常機械泵操作至多約300℃之溫度限值；然而，陶瓷齒輪泵操作高達1400℃。諸如低於300℃之低溫操作較適用於熱水及低壓蒸氣應用，其中加熱器SunCell®包含諸如展示於圖2I207中之熱交換器的熱交換器114。可將諸如H2 及O2 之反應物氣體藉由自貯槽422及管線422經由透氣膜309d擴散來添加至諸如反應電解槽腔室5b31之電池。
在一實施例中，熔融金屬可包含諸如Ga-Ag合金之合金。合金可包含至少一個合乎需要的特性，諸如(i)抗腐蝕，其可准許反應混合物氣體包含水蒸氣中之至少一者，(ii)發菸能力，(iii)在不存在點火功率的情況下支撐電漿之能力，(iv)實現MHD轉換之能力，(v)減小點火電流阻抗之能力，及(vi)電離以負載更導電的電漿之能力。反應混合物氣體及熔融金屬中之至少一者可包含具有相對較低電離能量之添加劑，諸如氙氣體或可形成合金之鹼金屬或鹼土金屬。在所添加之諸如Cs2 O之金屬氧化物不太穩定且該氧化物諸如熔融金屬(諸如鎵)之氧化鎵的情況下，可添加前一氧化物以達成添加具有較低電離能量之添加劑。添加劑可增加電子密度、電漿導電性及電漿強度中之至少一者。
在一實施例中，歸因於對應陰極處低能量氫反應之有利性而選擇性地熔融正儲集器5c及包含正點火電極之熔融金屬噴射器5kk及5q。在一實施例中，SunCell®包含浸沒噴嘴5q、耐火噴嘴5q、耐火入口立管5qa及交流電(AC)點火電力供應器2中之至少一者以在交替正極性之兩種對應噴射器電極之間切換低能量氫反應。可選擇AC頻率以藉由交替低能量氫反應之位點來達成電極保護。陶瓷噴嘴可阻止電流流經入口立管且在較大面積內分散低能量氫反應同時穩定至高操作溫度。合適的耐火材料為本發明之彼等耐火材料，諸如Mo、W、SiC、氧化鋁、氧化鋯及石英。在一實施例中，SunCell®包含具有儲集器414之交叉連接通道的感應點火系統及准許本發明之深深浸沒的噴嘴5q避免入口立管及噴嘴中之至少一者受損的感應EM泵中之至少一者。
在諸如包含含有點火匯流排(諸如點火電磁泵匯流排5k2a)之點火系統之SunCell®的實施例中，阻抗減小以增加點火電流。SunCell®可包含直接接觸熔融金屬(諸如儲集器5c中之熔融金屬)的點火匯流排。點火匯流排可包含儲集器支撐板5b8之穿透以直接接觸諸如銀或鎵之熔融金屬。SunCell®可包含在儲集器熔融金屬與由對應電磁泵產生之流之熔融金屬之間提供直接電接觸的浸沒電極，諸如浸沒EM泵噴射器5k61。至少一個噴射熔融金屬流之電路可包含穿透儲集器支撐板5b8之點火匯流排5k2a、儲集器5c中之熔融金屬及接觸來自浸沒EM泵噴射器之對應流的儲集器熔融金屬，其中該流穿透熔融金屬達至對立流或對應對立電極。儲集器可在頂部包含足夠面積以提供足夠的熔融金屬體積從而避免噴射波動，其中體積藉由面積乘以浸沒深度給出。噴射波動可歸因於返回熔融金屬流之流動速率變化，其影響熔融金屬表面處之浸沒深度及湍流中之至少一者。
觀測到電漿反應如基於離子再結合之電弧電流機制所預測在正電極上密集得多，以大大增加低能量氫反應動力學。在低能量氫反應器中，正電極與輝光放電相反係唯一的，其中負電極為電漿功率耗散及輝光產生之情況。在一實施例中，噴射器儲集器5c可進一步包含反應電解槽腔室5b31底部的一部分，其中對立電極可包含含有延伸部分或基座5c1之非噴射器儲集器，該延伸部分或基座包含與噴射器儲集器及電極電隔離之升高基座電極(圖2I215)。對立電極或非噴射器電極可包含電絕緣體且可進一步包含滴水邊緣以提供電隔離。噴射器電極及對立電極可分別為陰性及陽性的。
在一實施例中，非噴射器儲集器及電極之頂部可包含自噴射器電極接收入射噴射熔融金屬流之背板及滴水邊緣中之至少一者。在另一實施例中，可浸沒之噴射器電極噴嘴5qa可包含減弱湍流同時保持至噴嘴之足夠流體以保持其浸沒的屏蔽。
為了進一步減小阻抗，保持包含至少一個熔融金屬流之電路之組件(諸如點火匯流排5k2a及儲集器支撐板5b8中之至少一者)可包含高度導電材料，諸如Mo。可選擇材料以使得其並不與組件反應。材料對用熔融金屬形成合金可為穩定的。在一實施例中，高度導電匯流排(諸如包含銅之匯流排)可在由不與諸如不鏽鋼之熔融金屬反應的材料構成之儲集器底板5b8下方操作，其中來自外部匯流排之電流跨儲集器底板5b8流向其中熔融金屬接觸底板之另一側的區域。一個儲集器及對應電極之組件除了藉由噴射熔融金屬流之外與其他組件電絕緣。
在諸如展示於圖2I215至圖2I218中之實施例的實施例中，SunCell®包含兩個可安裝於傾斜儲集器底板409a及傾斜EM泵組合件底板409b上以支撐傾斜儲集器5c之熔融金屬儲集器5c。但SunCell®可包含僅一個包含電磁泵5kk、EM泵管噴射器區段5k61及將熔融金屬自對應噴射器儲集器5c噴射至反應電解槽腔室5b31中之噴嘴5qa的熔融金屬噴射器，諸如鎵或銀噴射器，且其他儲集器可包含非噴射器儲集器。傾斜EM泵組合件底板409b可安裝於滑動工作台409c上以准許在裝配期間調整電池組件之對準。氣體可供應至反應電解槽腔室5b31，或腔室可經由諸如409h之氣體埠抽真空。在一實施例中，儲集器5c及反應電解槽腔室5b31中之至少一者可包含石英或派熱克斯玻璃，其中儲集器可藉由凸緣及墊片(諸如碳墊片、可撓性陶瓷墊片、包含諸如不鏽鋼之金屬及填充劑之纏繞式板層及陶瓷(諸如Thermiculite (Flexitallic)及Henning Inc.之彼等者)墊片及密封件的墊片或此項技術中已知之其他墊片)密封至包含金屬EM泵管5k6之金屬底板。凸緣密封可使用諸如螺栓或夾鉗(諸如條帶夾鉗或熟習此項技術者已知之另一夾鉗)之扣件達成。金屬組件可包含抗氧化不鏽鋼，諸如SS 625。在圖2I218中所展示之熱SunCell®實施例中，熱交換器114可包含冷卻劑入口歧管114g以將冷卻劑供應至冷卻劑入口埠114d，且EM泵5kk可包含DC導電EM泵。
在另一例示性實施例中，具有圖2I216至圖2I217中所展示之基座電極的SunCell®包含(i)噴射器儲集器5c、EM泵管5k6及噴嘴5q、儲集器底板409a以及球形反應電解槽腔室5b31圓頂，其包含由可包含不鏽鋼(SS)之扣件(諸如栓固凸緣407)接合的下部5b41及上部5b42半球，其中組件之間的活接可焊接在一起，(ii)包含套管儲集器409d的非噴射器儲集器，其可包含焊接至在套管儲集器409d末端處具有套管儲集器凸緣409e之下部半球5b41的SS，(iii)電絕緣體插入儲集器409f，其包含頂部處之基座5c1及底部處之插入儲集器凸緣409g，該插入儲集器凸緣409g與套管儲集器凸緣409e配對，其中插入儲集器409f、可進一步包含滴水邊緣5c1a之基座5c及插入儲集器凸緣409g可包含諸如氮化硼、碳化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或石英之陶瓷，或諸如耐火金屬、碳或具有保護塗層(諸如SiC或ZrB2 )之陶瓷的耐火材料，諸如包含SiC或ZrB2 碳之耐火材料及(iv)儲集器底板409a，諸如包含SS之儲集器底板，其具有用於點火匯流排10a1及點火匯流排10之穿透，其中底板螺栓至套管儲集器凸緣409e以包夾插入儲集器凸緣409g。用於點火匯流排10a1之穿透可包含經焊接點火匯流排10。凸緣接頭可使用墊片、O形環或其他密封構件(諸如本發明中之一者)密封。諸如螺栓或鉗夾之凸緣扣件可不導電或受諸如不導電套管、襯套、板、墊片及墊圈中之至少一者之絕緣體保護。螺栓或扣件可包含陶瓷螺栓或扣件，或螺栓或扣件可經陶瓷塗佈。例示性扣件包含經TiO2 塗佈鈦螺栓。在一實施例中，扣件可包含經氧化以提供包含經TiO2 塗佈Ti、經ZrO2 塗佈Zr、經HfO2 塗佈Hf及經Al2 O3 塗佈Al中之一或多者之諸如扣件的電絕緣塗層之金屬。替代地，儲集器底板409a可用諸如陶瓷塗層之非導體塗佈，其中螺栓與底板接觸。在另一實施例中，頂部處包含之基座5c1的電絕緣體插入儲集器409f在底部處包含與套管儲集器凸緣409e配對之插入儲集器凸緣409g，其中插入儲集器凸緣409g為儲集器底板409a的部分。儲集器底板409a進一步包含用於點火匯流排10a1及點火匯流排10之穿透，諸如接頭套管或熟習此項技術者已知之其他類型的密封穿透。諸如其他陶瓷(諸如派熱克斯玻璃、石英、碳化矽、氧化鋁、氧化鉿或氧化釔)之其他材料及熟習此項技術者已知可執行大致相同功能之其他扣件及點火匯流排穿透10a1可用本發明之彼等者替代。多組分陶瓷系統之組件(諸如包含滴水邊緣5c1a、插入儲集器409f及套管儲集器凸緣409e之非噴射器電極之彼等組件)可藉由諸如陶瓷膠之黏著劑接合或可模製或澆鑄為整合式組件。膠合部分可具有諸如埋頭或降低或升高部分之表面形貌凸起圖案以促進組件膠合。諸如儲集器、插入儲集器、基座及滴水邊緣之組件可包含本發明或此項技術中已知之其他材料及塗層。
在圖2I219中所展示之實施例中，倒置基座5c2及點火匯流排及電極10大致定向於電池5b3之中心中且沿負z軸對準中之至少一者，其中至少一個對立噴射器電極5k61適用時相對重力沿正z方向自其儲集器5c噴射熔融金屬噴射熔融流可在適用時相對重力保持基座5c2中之塗層或液態金屬池。池或塗層可至少部分地覆蓋電極10。流之壓力可經調節以對抗可使熔融金屬噴射流偏轉之來自點火之任何壓力波。壓力可藉由利用構件調節EM泵功率(諸如藉由調節EM泵電流)來調節。在一例示性實施例中，上升噴射力(壓力)藉由控制EM泵電流而增加直至熔融金屬流不偏轉為止。基座可定位於諸如反應電解槽腔室5b31之大致中心中之位置中以減小壓力波流偏轉。基座可經正偏壓且噴射器電極可經負偏壓。在另一實施例中，基座可經負偏壓且噴射器電極可經正偏壓，其中噴射器電極可浸沒於熔融金屬中。諸如鎵之熔融金屬可填充反應電解槽腔室5b31之下部部分的一部分。除了噴射熔融金屬之塗層或池以外，諸如Mo電極之電極10亦可藉由所施加負偏壓自腐蝕穩定。在一實施例中，電極10可包含諸如惰性導電塗層(諸如銥塗層)之塗層以保護電極免受腐蝕。在一實施例中，電極可經冷卻。冷卻可降低電極腐蝕速率及使用熔融金屬形成合金之速率中之至少一者。冷卻可藉由諸如中心線水冷卻之構件來達成。
在一實施例中，套管儲集器409d可包含點火匯流排及電極10之緊密配合電絕緣體，以使得熔融金屬約僅包含於倒置基座5c2末端處之杯式或滴水邊緣5c1a中。具有插入儲集器凸緣409g之插入儲集器409f可藉由儲集器底板409a、套管儲集器409d及套管儲集器凸緣409e安裝至電池腔室5b3。電極可經由電極穿透10a1穿透儲集器底板409a。
SunCell®可進一步包含光伏打(PV)轉換器及將光發射至PV轉換器之窗口。在一實施例中，用於將藉由低能量氫反應產生之光自反應電解槽腔室5b31發射至光伏打(PV)功率轉換器之PV窗口可定位於倒置基座後方。倒置基座可阻擋金屬流向PV窗口以防止其變得渾濁。在一實施例中，SunCell®可進一步包含至少一個電漿可滲透擋扳或濾網以阻擋金屬顆粒流向PV窗口同時准許藉由低能量氫反應形成之發光電漿滲透。擋扳或濾網可包含至少一種諸如包含不鏽鋼或其他耐火抗腐蝕材料(諸如金屬或陶瓷)之格柵或編織物的格柵或編織物中之一或多者。
在一實施例中，包含圖2I163中所展示之滑動螺母5k14活接之活接可由圖2I216至圖2I217中所展示之設計替換。SunCell®可包含至少一個噴射器儲集器5c，其中每一噴射器儲集器可包含噴射EM泵5ka、EM泵管5k61之噴嘴區段及噴嘴5q。活接可包含套管儲集器409d及套管儲集器凸緣409e中之至少一者。EM泵組合件5kk可替代儲集器底板409a。
來自噴射器儲集器之噴射熔融金屬流保持非噴射器儲集器處於充滿狀態，其中熔融金屬溢出非噴射器儲集器且流動返回至噴射器儲集器中。泵填充儲集器可包含含有噴射器儲集器之電極的對立電極。EM泵可泵抽來自噴射器儲集器之熔融金屬流以使得熔融金屬噴射，衝擊熔融對立電極之頂部表面。非噴射器儲集器可經正偏壓且包含正點火電極，且噴射器儲集器可經負偏壓且包含負點火電極，其中每一儲集器經由自點火電源2至點火匯流排(諸如點火電磁泵匯流排5ka)之對應極性連接而經偏壓。在實施例中，非噴射器儲集器包含反應電解槽腔室5b31內部之延伸部分或基座5c1，使得返回熔融金屬以破壞對應金屬流的電連接性之方式流經延伸部分的邊緣。延伸部分可充當基座以抬升及支撐熔融對立電極，諸如正電極。基座可包含滴水邊緣或伸出部分以進一步促進熔融金屬流分裂。
噴射器儲集器之回流可沿反應電解槽腔室底部中之通道進行。噴射器儲集器頂部可包含滴水邊緣及壁伸出部分中之至少一者以藉由阻止流之電連續性促進正偏壓返回熔融金屬流與負偏壓噴射器儲集器之電隔離。在一實施例中，陰極及陽極儲集器滴水邊緣及回流熔融金屬流動通道中之至少一者可包含使諸如鎵之熔融金屬形成珠粒的材料或塗層，諸如氧化鋁、碳或MoS2 。替代地，可選擇添加劑增加鎵表面張力，以使得回流將形成破壞返回熔融金屬流之電連接性的珠粒。在另一實施例中，可選擇具有高表面張力之熔融金屬或合金，以使得其並不潤濕回流路徑之表面。在一實施例中，儲集器及反應電解槽腔室可包含倒置Y幾何形狀，其中儲集器及反應電解槽腔室之橫截面可包含正方形、矩形、圓形、橢圓形或其他優化形狀。在一實施例中，基座陰極可包含頂部處之部分圓頂以使得返回熔融金屬經由部分圓頂表面而非池擴散。擴散可增強來自滴水邊緣之熔融金屬之成珠以使得熔融流連續性被破壞。在一實施例中，負噴射器電極可為塗佈或覆蓋有諸如陶瓷塗層或套管之絕緣體且經浸沒以阻止負電極與返回熔融金屬流之間的接觸中之至少一者。陶瓷塗層可為本發明之陶瓷，諸如包含石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、氮化硼、二硼氧化鋯、氮化矽及碳化矽中之至少一者的陶瓷。
在一實施例中，噴嘴5q適合近接地置放於對立電極(諸如包含基座5c1之對立電極)內以藉由由點火引起的壓力波使噴射流中斷最小化。在另一實施例中，噴射器可包含複數個由單個或多個EM泵5ka供應之負噴射噴嘴5q。噴嘴及至少一個EM泵入口中之至少一者可浸沒於共用負熔融金屬池中。池可含於反應電解槽腔室5b31之對應儲集器5c及底部中之至少一者中。在一實施例中，噴射器電極可包含幾何形狀、位置、流動速率及壓力中之至少一者以保持金屬噴射軌跡，避免噴砂中斷該流。噴嘴5q可定位於該側上方，定位至該側，或定位於基座電極下方。噴射可保持穩定狀態熔融對立電極，其中噴射金屬之流動速率、軌跡及噴射動能可足以保持對立電極之所要幾何形狀。考慮到金屬之流動速率及流動模式，維持可在遞送至由反應電解槽腔室5b31中之重力及任何壓力梯度中之至少一者產生的對立電極後達成。EM泵管5k61之噴嘴區段可包含充當對立電極上方之位置的熔融金屬導管之弓形結構，其中噴嘴5q沿至少部分地在負豎直方向上之方向噴射熔融金屬。噴嘴5q可將熔融金屬水平地噴射至對立電極。噴嘴可低於對立電極定位且以一定角度朝上噴射熔融金屬以衝擊對立電極。在例示性實施例中，角度可在0至90°之範圍內。背板可具有適合於在噴射器電極穩定地噴射熔融金屬時保持熔融對立電極之幾何形狀及大小。背板可包含弓形結構。在另一實施例中，複數個噴射器噴嘴中之至少一個噴嘴可懸浮於對立電極之熔融金屬池上方，其中噴射軌跡可具有向下組件。在一例示性實施例中，複數個噴射器可包含懸浮於對立電極之熔融金屬池上方之簇射頭。簇射頭噴射器可向下噴射至對立電極之池中。
噴射流動速率可藉由控制經由EM泵匯流排5k2供應至EM泵之電流來控制，其中入口立管5qa視情況存在。EM泵噴嘴5q可藉由選擇儲集器之初始填充物保持浸沒，以使得噴嘴在泵抽及點火操作期間保持浸沒。噴嘴可包含諸如Mo、W、C或陶瓷(諸如氧化鋁、氧化鋯或石英)之耐火材料以保護其免受熱損害。
在一實施例中，藉由噴射器噴嘴5q噴射之熔融金屬流沿避免藉由自點火傳播壓力波而中斷之軌跡噴射。可選擇噴射器電極及對立電極之位置以避免中斷。可控制電極與流軌跡之間相對於任何傳播壓力波自點火之位置的距離至避免流中斷。噴射噴嘴5q中之至少一者可包含複數個噴射器或噴嘴，且噴嘴之噴射角度可低於將導致流沿其軌跡遭遇斷裂性波之角度。SunCell®可包含具有適合背板之噴射器電極及對立電極以捕獲噴射流。在一實施例中，噴射器電極可包含沿相交軌跡射出熔融金屬流之複數個噴嘴，諸如兩個相對噴嘴，以使得熔融金屬選擇性地噴射至非噴射器電極之熔融金屬池上。相交流可至少部分地減少自點火噴砂中斷。在一實施例中，對立電極可包含大體上在對立電極頂部之中心線中之經垂直定向背板，其中相對噴射器可獨立地保持接觸對立電極之熔融池的熔融金屬流。背板可將來自一個噴射噴嘴之熔融金屬流自藉由其他噴射噴嘴形成的壓力波屏蔽。在包含多於一組相對噴射噴嘴之其他實施例中，豎直背板可包含接收來自區段的對應噴射噴嘴的流之區段。在一實施例中，流有助於維持噴射電極與對立電極之間的電流連接足夠的時間以使電漿形成於流區域(電極間區域)中，其中電漿至少部分地完成電流連接。
在一實施例中，含有點火電漿之反應電解槽腔室5b31可包含聲學空腔。可選擇空腔幾何形狀、比例、尺寸及任何視情況選用之聲學擋板以使噴射熔融金屬流穩定。聲波空腔可達成穩定以藉由保持不中斷流之諧振聲學駐波來提高噴射流穩定性。在一實施例中，反應電解槽腔室5b31係對稱的，以抑制中斷熔融金屬噴射流之傳播壓力波形式點火現象。噴射流可保持在以反應電解槽腔室5b31定中心之位置處以抑制沿流軌跡傳播壓力波。空腔可包含立方體、矩形長方體、右側長方體、矩形箱、矩形六面體、右側矩形稜鏡或長方體，且具有大致在中心中或大致在笛卡爾座標之起點處的流。
在另一實施例中，斷裂性壓力波可主動抵消。SunCell®可包含諸如熟習此項技術者已知之主動噪音抵消系統的主動噪音抵消系統，諸如包含至少一個麥克風以量測音波且產生經量測噴砂聲音之大致準確的負值以在所要位置處(諸如在熔融金屬流軌跡之大致位置處)抵消對應斷裂性壓力波之彼等者。例示性麥克風包含電磁及壓電麥克風。在另一實施例中，抵消波之產生可藉由相較於聲音感測另一信號(諸如點火電流)來控制。可選擇聲音頻率以更有效地達成噴砂中斷之所要抵消。熔融金屬流可保持在主動或噴砂產生靜止聲波之節點的大致位置處以保持其穩定性。反應器壁可包含適用於在內部產生聲波之材料。在一實施例中，SunCell®之至少一部分(諸如下部半球5b41)可包含金屬，諸如不鏽鋼。在包含PV轉換器之SunCell®實施例中，上部半球5b42可包含可透射諸如可見光及近紅外光之光的所要光譜區之材料。在一例示性實施例中，下部半球可包含不鏽鋼。
在另一實施例中，SunCell®可進一步包含點火EM泵(諸如所揭示之點火EM泵)作為Mills Prior Applications中之電極EM泵或第二電極EM泵，諸如包含至少一組磁體以產生垂直於點火電流之磁場從而產生勞侖茲力來抵消藉由點火產生之壓力波的電極EM泵。在一例示性實施例中，點火電流可沿x軸，磁場可沿y軸，且勞侖茲力可沿負z軸以對抗點火噴砂之影響。
液體H2 O中H2 之等效莫耳濃度為55莫耳/公升，其中H2 氣體在STP下占22.4升。在一實施例中，將H2 作為反應物供應至反應電解槽腔室5b31以形成呈包含液態水及蒸氣中之至少一者之形式的低能量氫。SunCell®可包含至少一個液態水及蒸氣中之該至少一者的噴射器。噴射器可包含水及蒸氣噴口中之至少一者。反應電解槽腔室中之噴射器孔口可較小以阻止回流。噴射器可包含抗氧化劑、諸如陶瓷之耐火材料或本發明之另一材料。SunCell®可包含水及蒸氣中之至少一者之來源及壓力及流量控制系統。H2 O可與諸如鎵之熔融金屬反應以形成對應氧化物，諸如Ga2 O3 及H2 (g)。氧化鎵可還原成鎵金屬，且可移除呈諸如O2 或H2 O之形式的氧。氧化鎵可在反應電解槽腔室5b31中還原，且包含氧之Ga2 O3 還原反應之產物可自反應電解槽腔室移除。替代地，Ga2 O3 可自反應電解槽腔室移除且在外部用返回至反應電解槽腔室5b31之鎵金屬還原。
在一實施例中，Ga2 O3 在高溫下在包含氫氣之氛圍(諸如稀有氣體-氫氣氛圍，諸如氬氣-H2 氛圍)中揮發為Ga2 O。自Ga2 O之例示性氣體組合物為Ar-6%-H2 。升高之溫度可在約1000 K至2000 K範圍內或更高。SunCell®可包含至少一個與反應電解槽腔室接觸之冷區，其中Ga2 O可進一步還原成Ga金屬，其中形成水。在熱還原反應期間，Ga2 O可重新與H2 (g)及H2 O(g)反應且冷凝為Ga金屬及Ga2 O3 (s)。鎵金屬可回收至反應電解槽腔室及儲集器5c中之至少一者。再循環可藉由重力流經返回通道或導管或藉由用諸如EM泵之泵泵抽來達成。
在另一實施例中，SunCell®包含自反應電解槽腔室移除Ga2 O3 ，將Ga2 O3 還原成鎵金屬同時排出包含氧之Ga2 O3 還原產物且將鎵金屬返回至反應電解槽腔室的構件。移除Ga2 O3 之構件可包含機械、氣動、諸如至少一個噴水器之噴口及電磁撇渣器中之至少一者以自反應電解槽腔室中之液體鎵表面移除Ga2 O3 膜。SunCell®可進一步包含Ga2 O3 還原反應腔室及經撇渣Ga2 O3 之通道、導管或通路以流動或泵抽至Ga2 O3 還原反應腔室。例示性機械撇渣器為在反應電解槽腔室內部之攪拌棒，該反應電解槽腔室藉由具有內部攪拌棒之等相外部旋轉磁場旋轉。攪拌棒可包含具有高居里溫度之磁性或鐵磁性材料，諸如鈷或鐵。反應電解槽腔室可包含至少一個平坦豎直壁，諸如立方體形或矩形反應電解槽腔室之壁中之一者，其中攪拌棒在平行於該壁之平面上操作。攪拌棒可將Ga2 O3 推動至Ga2 O3 還原反應腔室之通路中。Ga2 O3 還原反應腔室可包含熔融鹽電解池。Ga2 O3 可對鎵金屬及O2 、H2 O或自G2 O3 還原反應腔室選擇性地排出之另一氧化物(諸如揮發性或氣態氧化物，諸如CO2 )進行電解。在後一情況下，至少一個電極(諸如陽極)可包含碳。鎵金屬可藉由選擇性地返回泵抽鎵金屬之EM泵返回至儲集器5c及反應電解槽腔室5b31中之至少一者。
在一實施例中，SunCell®可包含諸如鎵之熔融金屬。SunCell®可進一步包含光伏打(PV)轉換器及窗口以將光發射至PV轉換器，且可進一步包含點火EM泵(諸如所揭示之點火EM泵)作為Mills Prior Applications中之電極EM泵或第二電極EM泵，諸如包含至少一組磁體以產生垂直於點火電流之磁場從而產生勞侖茲力來限制電漿及熔融金屬以使得電漿光可經由窗口發射至PV轉換器的電極EM泵。點火電流可沿x軸，磁場可沿y軸，且勞侖茲力可沿負z軸。在另一實施例中，包含光伏打(PV)轉換器及窗口以將光發射至PV轉換器之SunCell®進一步包含機械窗口清潔器及噴氣口或氣刀中之至少一者以移除熔融金屬。噴氣口或氣刀之氣體可包含反應電解槽腔室氣體，諸如反應物、氫氣、氧氣、水蒸氣及稀有氣體中之至少一者。在一實施例中，PV窗口包含防止諸如鎵之熔融金屬殘留之塗層，諸如本發明中之一者，其中塗層厚度足夠薄以對待PV轉換為電力之光高度可透射。用於石英反應電解槽腔室區段之例示性塗層為薄膜氮化硼及碳。石英自身可為充當反應電解槽腔室壁及PV窗口材料之適合材料。
在包含聲學空腔、PV窗口及PV轉換器之SunCell®的實施例中，可選擇空腔幾何形狀、比例、尺寸及任何視情況選用之聲學擋板以防止熔融金屬塗佈PV窗口。聲學空腔可藉由保持強制熔融金屬遠離窗口之諧振聲學駐波來實現藉由用窗口抑制熔融金屬衝擊避免金屬塗佈PV窗口。在另一實施例中，可強制熔融金屬主動遠離窗口。SunCell®可包含諸如熟習此項技術者已知之主動噪音抵消系統的主動噪音抵消系統，諸如包含至少一個麥克風以量測音波且產生經量測噴砂聲音之大致準確的負值以抵消傳播至窗口之對應壓力波之彼等者。在另一實施例中，所產生的聲音或壓力波可在遠離PV窗口之方向上。可選擇聲音頻率以更有效地達成用PV窗口進行熔融金屬之衝擊的所要抑制。在另一實施例中，PV窗口以距藉由噴砂波加速之熔融金屬顆粒之源足夠的豎直距離定位，以使得重力減速阻止顆粒衝擊PV窗口。
在一實施例中，SunCell®可在足夠的壓力下操作以使得在PV窗口方向上逐漸增加之壓力梯度抑制金屬顆粒流向PV窗口，以使得抑制PV窗口金屬化。反應電解槽腔室5b31壓力可在100 Torr至100 atm、500 Torr至10 atm及500 Torr至2 atm之至少一個範圍內。在一實施例中，保持反應電解槽腔室5b31內部之壓力梯度以使得強制熔融金屬顆粒遠離PV窗口。在一實施例中，SunCell®包含鼓風機以藉由施加強制流提供壓力梯度。在另一實施例中，SunCell®包含噴嘴以藉由使得使用低能量氫反應之功率之強制流加熱反應電解槽腔室5b31中之氣體來提供壓力梯度。替代地，反應電解槽腔室可經塑形以引起對流，其遠離PV窗口時產生高流速及低壓力且更近接PV窗口時產生高壓、低流量。壓力梯度可根據柏努利原理。例示性壓力梯度在約0.01至100 atm/米、0.1至50 atm/米及0.2至10 atm/米之至少一個範圍內。在一實施例中，壓力近接窗口時較高，其中壓力波經反射以產生低氣流速率。在一例示性實施例中，反應電解槽腔室5b31可包含在PV窗口方向上逐漸減小之體積梯度以使得朝向PV窗口流動之金屬顆粒承載氣體在朝向PV窗口流動時延遲。延遲流動可藉由減緩朝向PV窗口之流動以使得對氣流產生背壓來達成。逐漸減小之體積梯度可包含具有朝向PV窗口減小之半徑末端的圓錐形區段。
在圖2I220至圖2I221中所展示之實施例中，SunCell®包含沿豎軸具有錐形橫截面的反應電解槽腔室5b31及錐形頂點處之PV窗口5b4。具有配對錐形之窗口可包含容納PV陣列26a之任何所要幾何形狀，諸如圓形(圖2I220)或正方形或矩形(圖2I221)。錐形可抑制PV窗口5b4之金屬化以准許有效光藉由光伏打(PV)轉換器26a進行電力轉換。PV轉換器26a可包含諸如本發明之PV電池之聚光PV電池的緻密接收器陣列且可進一步包含諸如包含微通道板之冷卻系統的冷卻系統。PV窗口5b4可包含抑制金屬化之塗層。PV窗口可經冷卻以防止PV窗口塗層熱降解。SunCell®可包含至少一個在倒置基座5c2末端處具有杯式或滴水邊緣5c1a之部分倒置基座5c2，其類似於圖2I219中所展示之倒置基座，不同之處在於每一基座及電極10之豎軸可以一定角度相對於豎直或z軸定向。角度可在1°至90°之範圍內。在一實施例中，至少一個對立噴射器電極5k61在適用時相對重力沿正z方向斜向地噴射來自其儲集器5c之熔融金屬。噴射泵抽可由安裝於EM泵組合件滑動工作台409c上之EM泵組合件5kk提供。在例示性實施例中，部分倒置基座5c2及對立噴射器電極5k61在135°軸至如圖2I220中所展示之水平或x軸上對準或在45°軸至如圖2I221中所展示之水平或x軸上對準。具有插入儲集器凸緣409g之插入儲集器409f可藉由儲集器底板409a、套管儲集器409d及套管儲集器凸緣409e安裝至電池腔室5b3。電極可經由電極穿透10a1穿透儲集器底板409a。噴射器電極之噴嘴5q可浸沒於含於反應電解槽腔室5b31及儲集器5c的底部中之液態金屬(諸如液體鎵)中。氣體可供應至反應電解槽腔室5b31，或腔室可經由諸如409h之氣體埠抽真空。
反應電解槽腔室5b31可包含保持渦流之幾何形狀。例示性幾何結構包含圓錐形及拋物線形幾何結構，其中熔融金屬流及低能量氫反應較佳之電極(諸如正電極)中之至少一者定位於焦點周圍或沿圓柱形對稱軸(z軸)定位。拋物線形反應電解槽腔室5b31可進一步包含複數個區段，其可具有不同幾何形狀以更好地保持來自拋物線形區段(諸如拋物線形區段頂部上之右側圓柱體)之電漿的方向流動。在一實施例中，反應電解槽腔室5b31可沿豎軸包含至少兩個諸如上部及下部區段之區段，其中橫截面積歸因於具有不同幾何形狀之複數個區段而沿豎軸減小。上部區段可包含PV窗口。在一實施例中，上部區段可具有比底部區段小的曲率半徑。在一例示性實施例中，上部區段可包含圓頂且下部區段可包含拋物線。隨著相應的壓力沿豎軸增加，氣流可減小。壓力梯度可抑制PV窗口之金屬化。
在一實施例中，SunCell®包含將熔融金屬及任何氧化物顆粒與電池氣體在PV窗口之位置處分離的分離器以防止顆粒使窗口渾濁。分離器可包含旋風分離器。反應電解槽腔室5b31可進一步包含旋風分離器。在一實施例中，發生以下群組中之至少一者：(i)電漿可不對稱地形成及(ii)電漿可在反應電解槽腔室5b3不對稱地產生壓力。不對稱電漿形成及不對稱壓力形成中之至少一者可傳播反應電解槽腔室內之氣旋。氣旋或渦流可沿反應電解槽腔室之壁形成。反應電解槽腔室可包含擋板以進行以下中之至少一者：形成不對稱電漿，形成不對稱壓力，及形成氣旋或渦流。氣旋可沿相對於反應電解槽腔室中心中之壁的壁產生高氣壓。沿壁流動之對應高壓氣旋可進行以下中之至少一者：將顆粒包覆、夾帶及與反應電解槽腔室氣體分離。PV窗口可定位於顆粒歸因於氣旋流動已移除或禁止接觸窗口之位置中。PV窗口可定位於氣旋中心區域上方，其中壓力可較低。
在一實施例中，SunCell®包含具有儲集器414之交叉連接通道的感應點火系統、諸如感應EM泵之泵、導電EM泵或噴射器儲集器及充當對立電極之非噴射器儲集器中之機械泵。儲集器414之交叉連接通道可包含限制流量構件以使得非噴射器儲集器可保持大致充滿。在一實施例中，儲集器414之交叉連接通道可含有不流動之導體，諸如固體導體，諸如固體銀。
在一實施例中，反應混合物氣體可藉由氣體分析儀監測。氣體分析儀可包含質譜儀、熱傳導感測器及用於H2 濃度之火焰電離偵測器(諸如用作氣相層析之火焰電離偵測器)中之至少一者。在一實施例中，在SunCell®啟動後，一開始沒有電漿存在於反應電解槽腔室5b31中，且反應電解槽腔室5b31溫度與氫氣熱分解溫度相比可相對較低。在反應氣體包含在與氫或氫來源之混合物中之延長原子H壽命之氣體(諸如稀有氣體，諸如氬氣)的情況下，氣體混合物(諸如氬氣-氫氣混合物)中之氫氣莫耳分數可隨著熱及電漿溫度中之至少一者升高以支撐原子氫而增加。
在實施例中，諸如銀或鎵之熔融金屬可形成奈米顆粒且可進一步包含能夠可逆地形成氧化物之諸如金屬的氧載體化學物質，其中經氧化氧載體化學物質在反應電解槽腔室5b31中選擇性地釋放氧或諸如H2 O之氧來源，且經減小形式在MHD通道308之後的區域中選擇性地與氧反應，該區域諸如MHD冷凝區段或MHD傳回儲集器311。在例示性實施例中，供應至SunCell®之氧可形成在高溫下藉由氫還原以形成HOH催化劑之諸如Ga2 O3 的氧化鎵。鎵具有與水之低反應性。舉例而言，鎵並不與至多100℃之水反應，其可對保持HOH催化劑有利。在包含與氧及H2 O中之至少一者的反應之情況下形成氧化物的熔融金屬之實施例中，可保持諸如電解槽中的溫度及氫壓力中之至少一者之反應條件以至少部分地還原金屬氧化物。例示性反應為H2 將氧化鎵還原至鎵金屬及水：
(76)
自氧化物形成金屬之另一例示性反應為HgO熱分解至Hg金屬及氧：
(77)
氧化鉛及水銀氧化物為H2 還原的其他例示性氧化物。
供應至反應電解槽腔室之反應氣體可包含氧氣、氫氣及H2 O蒸氣中之至少一者。反應氣體可供應至氣體殼體309b。氣體可通過進氣口及排空組合件309e供應。氣體可自氣體殼體309b通過透氣膜309d擴散至電解槽中。
用以增加MHD功率轉換器之效率以及至電系統之替代熱的額外系統在本發明之範疇內。在圖2I222至圖2I223中所展示之例示性實施例中，磁流體動力(MHD) SunCell®發電機包含兩個複熱器312d及藉由複熱器及壓縮機氣管312e彼此連接以及連接至MHD通道309及反應電解槽腔室5b31的冷凝區段之兩個成對氣體壓縮機312a，其中每一複熱器312d在相對應的壓縮機312a之前去除來自MHD氣體流動之熱量且將熱量傳回至壓縮機之壓縮氣體輸出。輸出電功率可藉由功率調節系統110改善。在另一實施例中，複熱器312d可去除來自諸如MHD區段處(諸如在MHD冷凝區段309末端處)的氣體、金屬蒸氣、液態金屬、金屬奈米顆粒及固化金屬中之至少一者的MHD流動之熱量且在流動再循環至反應電解槽腔室5b31之前將熱量傳回至流動。複熱器312d可在藉由EM泵312之EM泵抽及藉由氣體壓縮機或泵312a的氣體壓縮中之至少一者之後加熱傳回流(圖2I167至圖2I170)。
除本發明之UV光伏打、熱光伏打及磁流體動力功率轉換器之外，SunCell®可包含此項技術中已知之其他電轉換構件，諸如熱離子、渦輪機、微型渦輪機、朗肯或布累登循環渦輪機、化學及電化學功率轉換系統。朗肯循環渦輪機可包含超臨界CO2 、有機物(諸如氫氟碳化物或碳氟化合物)或蒸氣工作流體。可包含將熱量排至環境氣氛之閉合冷卻劑系統或開放系統的功率轉換系統為超臨界CO2 、有機朗肯或外部燃燒器燃氣渦輪機系統。
藉由SunCell®所供電的例示性超臨界CO2 功率轉換系統在圖2I224至圖2I226中展示。相對應的超臨界CO2 SunCell®發電機可包含轉動發電機460之軸的渦輪機450、包含圓柱形熱交換器451之SunCell®發電機或包含以下的SunCell®發電機：球面熱交換器452、高溫複熱器453、低溫複熱器454、預冷器455、主要壓縮機456、再壓縮壓縮機457及用於超臨界CO2 功率轉換系統的組件之間的CO2 冷卻劑流動之冷卻劑管線458。SunCell® 459之圓柱形熱交換器在圖2I224中展示。本領域中熟習此項技術者已知之藉由使用超臨界CO2 功率轉換系統之SunCell®所供電的超臨界CO2 功率轉換系統的其他實施例在本發明之範疇內。
諸如包含有機工作介質或冷卻劑之藉由SunCell®所供電的閉合朗肯循環功率轉換系統之例示性閉合朗肯循環功率轉換系統在圖2I227至圖2I228中展示。相對應的閉合朗肯SunCell®電力發電機可包含可嵌入於鍋爐461中以加熱冷卻劑之SunCell®發電機452。嵌入於鍋爐461中的SunCell® 452之細節在圖2I227中展示。經加熱冷卻劑可經歷相位變化以驅動轉動發電機460之軸的渦輪機450。在由冷卻劑執行壓力體積功之後，冷凝器或冷卻器464可冷凝冷卻劑。冷卻劑可通過入口渦輪機管線462流動至渦輪機中且可通過出口渦輪機管線463流出渦輪機。經冷凝冷卻劑可藉由泵465自冷凝器464泵送至鍋爐461。流動可通過泵管線466。諸如此項技術中已知之開放系統(諸如開放蒸氣類系統)以及閉合系統的其他朗肯循環功率轉換系統在本發明之範疇內。
藉由SunCell®所供電的例示性外部燃燒器型開放佈雷頓電功率轉換系統在圖2I229至圖2I233中展示。相對應的外部燃燒器型開放佈雷頓SunCell®電力發電機可包含用以汲入空氣之渦輪機壓縮機467、用以自SunCell® 452提取熱量且將熱量傳遞至空氣的帶有熱交換器468之SunCell® 452及隨著經加熱空氣流動通過功率渦輪機469且藉由渦輪機排氣通風口470排出而藉由經加熱空氣轉動之功率渦輪機469。空氣流動圖案之細節使用箭頭在圖2I232中展示。熱交換器468進一步包含冷卻劑貯槽474及冷卻劑泵475以保持約恆定冷卻劑流量及壓力中之至少一者。至少部分地包圍SunCell® 452之熱交換器468中之該部分中的冷卻劑之溫度沿冷卻劑流動路徑增加，流動至緊鄰功率渦輪機469的熱交換器468中之一部分中，沿其流動路徑溫度損失在相反方向上流動的空氣中，且在渦輪機壓縮機末端處離開熱交換器。冷卻劑藉由冷卻劑泵475通過冷卻劑管線476泵送至冷卻劑貯槽474中且傳回至熱交換器468中之SunCell® 452部分。在實施例中，冷卻劑能夠進行諸如大於300℃之高溫操作。例示性具有高溫能力之冷卻劑為諸如鎵或鋰的熔融金屬及諸如鹼性鹵化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽及本領域中熟習此項技術者已知之其他物質的混合物之熔融鹽。用以汲入空氣之渦輪機壓縮機467、用以自SunCell® 452提取熱量且將熱量傳遞至空氣的熱交換器468、功率渦輪機469及渦輪機排氣管道470之細節在圖2I234中展示。電力發電機之組件可藉由結構支架477來支撐。
諸如包含作為有機工作介質或冷卻劑的蒸氣之藉由SunCell®所供電的開放朗肯循環功率轉換系統之例示性開放朗肯循環功率轉換系統在圖2I234至圖2I235中展示。相對應的開放朗肯SunCell®電力發電機可包含可嵌入於鍋爐500b中以加熱冷卻劑之SunCell®發電機500a。經加熱冷卻劑可經歷相位變化以驅動轉動發電機503之軸的高壓渦輪機501及低壓渦輪機502。在由冷卻劑執行壓力體積功之後，工廠服務冷卻系統可藉由使蒸氣汽化且再供應冷卻劑(諸如來自環境來源的補給水)自功率轉換系統將熱量排至環境。工廠服務冷卻系統可包含冷凝器505、冷卻塔506及冷卻水泵507，其中流動可通過冷卻塔管線523。為提高轉換效率，來自冷凝器505之冷卻劑可藉由冷凝泵510泵送至第一級給水加熱器509。第一級給水加熱器509可進一步自低壓渦輪機502接收冷卻劑。補給水可自鍋爐給水純化系統511供應。冷卻劑可自第一級給水加熱器509泵送至可進一步自接收來自高壓渦輪機501的流動且在分離蒸氣中之水分之後將蒸氣傳回至低壓渦輪機502的水分離器504接收冷卻劑的脫水給水貯槽(dearating feed water tank) 508。冷卻劑可藉由給水泵512自脫水給水貯槽508泵送至鍋爐500b。熱冷卻劑可通過熱冷卻劑管線520泵送，且低溫冷卻劑可通過低溫冷卻劑管線521泵送。SunCell®電力發電機可包含：(i)水電解器518，其用以產生可儲存於反應物供應箱517中的H2 、O2 及H2 O蒸氣中之至少一者，(ii)真空泵及氣泵系統519，其用以保持反應物氣體流，(iii)額外反應物供應器514，其用以進行以下中之至少一者：添加反應物以支援低能量氫反應及形成所需低能量氫產物，(iv)反應混合物再循環及產物提取系統515，及可處於氣體及真空管線522之位置中以保持進入SunCell 500a及鍋爐500b的反應物之所需溫度的加熱器516。諸如額外反應物供應器514及反應混合物再循環及產物提取系統515中之至少一者的SunCell®電力發電機之組件可分別藉由熱冷卻劑管線520及低溫冷卻劑管線521來加熱及冷卻中之至少一者，其中冷卻劑可藉由增壓泵(booster pump) 513泵送。
藉由SunCell®所供電的例示性斯特林循環功率轉換系統在圖2I236至圖2I237中展示。相對應的斯特林引擎SunCell®電力發電機可包含可嵌入於熱交換器459中以加熱冷卻劑之SunCell®發電機452。經加熱冷卻劑可將熱量自SunCell®發電機452傳遞至斯特林引擎622之加熱板632，其中熱功率驅動斯特林引擎，且廢熱在斯特林引擎散熱片633處排出。斯特林引擎之操作引起斯特林引擎軸631轉動(圖2I236)或線性地振盪(圖2I237)，其可隨後對發電機供電或對機械負載供電。在實施例中，熱交換器459可包含諸如在高溫及功率焊劑中之一或多者下操作的本發明中之散熱管的至少一個散熱管。
例示性實施例
在本發明之包含PV轉換器之SunCell®發電機的例示性實施例中：(i)EM泵組合件5kk可包含不鏽鋼，其中諸如EM泵套管5k6之內部的曝露於氧化之表面可用諸如鎳塗層之抗氧化劑塗層塗佈，其中選擇諸如英高鎳之不鏽鋼以具有與鎳之熱膨脹係數類似的熱膨脹係數；(ii)儲集器5c可包含諸如BN-Ca之氮化硼，其可抗氧化穩定化；(iii)儲集器與EM泵組合件5kk之間的活接可包含濕封；(iv)熔融金屬可包含銀；(v)進水升管5qa及噴射套管5k61可包含擰至EM泵組合件底板5kk1中之軸環中的ZrO2 ；(vi)下部半球5b41可包含諸如抗與氫反應之熱碳的碳；(vii)上部半球5b42可包含諸如抗與氫反應之熱碳的碳；(viii)氧來源可包含CO，其中CO可作為氣體添加，由諸如金屬羰基(例如W(CO)6 、Ni(CO)4 、Fe(CO)5 、Cr(CO)6 、Re2 (CO)10 及Mn2 (CO)10 )之羰基之受控熱或其他分解供應，且作為CO2 來源或CO2 氣體供應，其中CO2 可在低能量氫電漿中分解以釋放CO或可與諸如供應犧牲碳粉末的碳反應，以供應CO，或O2 可通過諸如本發明中之一者之本發明的氧滲透膜添加，諸如可用Bi26 Mo10 O69 塗佈以增加氧滲透率之BaCo0.7 Fe0.2 Nb0.1 O3-δ (BCFN)氧滲透膜，其中添加可與犧牲碳粉末反應以隨著用偵測器監測及用控制器控制來保持所需CO濃度之O2 ；(ix)氫來源可包含可通過諸如EM泵套管5k4壁中的Pd或Pd-Ag隔膜使用質量流量控制器供應氫滲透膜以控制來自高壓水電解劑之氫流之H2 氣體；(x)儲集器與下部半球5b41之間的活接可包含滑動螺母，該滑動螺母可包含碳墊片及碳螺母；以及(xi)PV轉換器可包含緻密接收器陣列，該緻密接收器陣列包含藉由冷板冷卻之多接面III-V PV電池。反應電解槽腔室5b31可包含諸如碳粉末之犧牲碳來源以清除將另外與碳反應電解槽腔室的壁反應之O2 及H2 O。水與碳之反應速率取決於與反應電解槽腔室5b31壁之表面區域相比就犧牲碳而言大多個數量級之表面區域。在實施例中，碳反應電解槽腔室之內部壁包含碳鈍化層。在實施例中，反應電解槽腔室之內壁塗佈有錸塗層以保護壁免於H2 O氧化。在實施例中，SunCell®之氧庫存保持大約恆定。在實施例中，添加氧庫存可添加為CO2 、CO、O2 及H2 O中之至少一者。在實施例中，添加H2 可與犧牲粉末狀碳反應以形成甲烷，以使得低能量氫反應物包含諸如甲烷之由O、C及H元素形成之至少一種烴及諸如CO或CO2 之由O、C及H元素形成的至少一種氧化合物。氧化合物及烴可分別充當氧來源及H來源，以形成HOH催化劑及H。
SunCell®可進一步包含諸如CO感測器、CO通風口、CO稀釋劑氣體及CO吸收劑中之至少一者的一氧化碳安全系統。CO可受濃度及總庫存中之至少一者限制以提供安全。在實施例中，CO可經限制至反應腔室5b31且視情況經限制至外部容器腔室5b3a1。在實施例中，SunCell®可包含次級腔室以限制及稀釋自反應電解槽腔室5b31漏泄之任何CO。次級腔室可包含電池腔室5b3、外部容器腔室5b3a1、下部腔室5b5及另一腔室中之至少一者，該另一腔室可接收CO以進行以下中之至少一者：含有及稀釋漏泄CO至安全位準。CO感測器可檢測任何漏泄CO。SunCell®可進一步包含稀釋氣體貯槽、稀釋劑氣體貯槽閥門、排氣閥門及CO控制器中之至少一者以接收來自CO感測器之輸入且控制閥門中之打開及流動來在速率下稀釋及釋放或拍出CO，其濃度不超過所需或安全位準。含有漏泄CO之腔室中之CO吸收劑亦可吸收漏泄CO。例示性CO吸附劑為亞銅銨鹽、溶解於HCl溶液中之氯化亞銅、氨溶液或鄰甲氧基苯胺及本領域的技術人員已知的其他吸附劑。任何排出CO可呈小於約25 ppm之濃度。在反應電解槽腔室CO濃度保持在約1000 ppm CO且反應電解槽腔室CO包含總CO庫存之例示性實施例中，外部密閉或次級腔室體積相對於反應電解槽腔室體積大超過40倍，以使得SunCell®對CO洩漏為本質上安全的。在實施例中，SunCell®進一步包含諸如氧化器之CO反應器，該氧化器諸如燃燒器或分解器，諸如電漿反應器，以將CO反應成諸如CO2 或C及O2 之安全產物。例示性催化氧化器產物為包含Moleculite (Molecular,http://www.molecularproducts.com/products/marcisorb -co- absorber )之Marcisorb CO吸收器。
在實施例中，氫可充當催化劑。將nH (n為整數)供應為催化劑及H原子以形成低能量氫之氫來源可包含可通過EM泵套管5k4壁中之諸如Pd或Pd-Ag的氫滲透膜使用質量流量控制器以控制來自高壓水電解劑之氫流來供應的H2 氣體，該氫滲透膜諸如23%Ag/77%Pd合金隔膜。使用氫作為HOH催化劑之替代的催化劑可避免諸如碳反應電解槽腔室5b31之至少一個電池組件之氧化反應。反應電解槽腔室中所保持之電漿可分解H2 以提供H原子。碳可包含熱碳以遏制碳與氫之間的反應。
在本發明之SunCell®加熱器之例示性實施例中：(i) EM泵組合件5kk可包含不鏽鋼，其中諸如EM泵套管5k6之內部的曝露於氧化之表面可用諸如鎳塗層之抗氧化劑塗層塗佈；(ii)儲集器5c可包含呈立方型藉由MgO或Y2 O3 穩定化之ZrO2 ；(iii)儲集器與EM泵組合件5kk之間的活接可包含濕封；(iv)熔融金屬可包含銀；(v)進水升管5qa及噴射套管5k61可包含擰至EM泵組合件底板5kk1中之軸環中的ZrO2 ；(vi)下部半球5b41可包含呈立方型藉由MgO或Y2 O3 穩定化之ZrO2 ；(vii)上部半球5b42可包含呈立方型藉由MgO或Y2 O3 穩定化的ZrO2 ；(viii)氧來源可包含諸如鹼金屬氧化物或鹼土金屬氧化物或其混合物之金屬氧化物；(ix)氫來源可包含可通過EM泵套管5k4壁中之氫滲透膜使用質量流量控制器供應以控制來自高壓水電解劑的氫流之H2 氣體；(x)儲集器與下部半球5b41之間的活接可包含陶瓷膠；(xi)下部半球5b41與上部半球5b42之間的活接可包含陶瓷膠；以及(xii)熱交換器可包含輻射鍋爐。在實施例中，下部半球5b41及上部半球5b42中之至少一者可包含具有熱導率之材料，諸如導電陶瓷，諸如本發明中之一者，諸如在1800℃對氧化穩定之ZrC、ZrB2 及ZrC-ZrB2 及ZrC-ZrB2 -SiC複合物中之至少一者，以改良自電池之內部至外部的熱傳遞。
在包含磁流體動力(MHD)轉換器之本發明之SunCell®發電機的例示性實施例中：(i)EM泵組合件5kk可包含不鏽鋼，其中諸如EM泵套管5k6之內部的曝露於氧化之表面可用諸如鎳塗層之抗氧化劑塗層塗佈；(ii)儲集器5c可包含呈立方型藉由MgO或Y2 O3 穩定化的ZrO2 ；(iii)儲集器與EM泵組合件5kk之間的活接可包含濕封；(iv)熔融金屬可包含銀；(v)進水升管5qa及噴射套管5k61可包含擰至EM泵組合件底板5kk1中之軸環中的ZrO2 ；(vi)下部半球5b41可包含呈立方型藉由MgO或Y2 O3 穩定化之ZrO2 ；(vii)上部半球5b42可包含呈立方型藉由MgO或Y2 O3 穩定化之ZrO2 ；(viii)氧來源可包含諸如鹼金屬氧化物或鹼土金屬氧化物或其混合物之金屬氧化物；(ix)氫來源可包含可通過EM泵套管5k4壁中之氫滲透膜使用質量流量控制器供應以控制來自高壓水電解劑之氫流的H2 氣體；(x)儲集器與下部半球5b41之間的活接可包含陶瓷膠；(xi)下部半球5b41與上部半球5b42之間的活接可包含陶瓷膠；(xii)MHD噴嘴307、通道308及冷凝309區段可包含呈立方型藉由MgO或Y2 O3 穩定化之ZrO2 ；(xiii)MHD電極304可包含諸如經Pt塗佈Mo或W的經Pt塗佈之耐火金屬、在700℃對水反應穩定的碳、在1800℃對氧化穩定之ZrC-ZrB2 及ZrC-ZrB2 -SiC複合物、或銀液體電極；以及(xiv)MHD回流導管310、傳回EM泵312、傳回EM泵套管313可包含不鏽鋼，其中諸如套管及管道之內部的曝露於氧化之表面可用諸如鎳塗層之抗氧化劑塗層塗佈。MHD磁體306可包含諸如具有1 T磁通量密度之鈷釤磁體之永久磁體。
在包含磁流體動力(MHD)轉換器之本發明之SunCell®發電機的例示性實施例中：(i)EM泵可包含二級感應型，其中第1級充當MHD傳回泵切第2級充當噴射泵；(ii)電流迴路之EM泵套管區段405、EM泵電流迴路406、接合部凸緣407、儲集器底板組合件409及MHD回流導管310可包含諸如熔融石英之石英、氮化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿；(iii)變壓器繞組401、變壓器磁軛404a及404b以及電磁體403a及403b可為水冷式；(iv)儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴307、MHD通道308、MHD冷凝區段309及氣體殼體309b可包含諸如熔融石英之石英、氮化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿，其中ZrO2 呈立方型藉由MgO或Y2 O3 穩定化；(v)氣體殼體309b及MHD冷凝區段309中之至少一者可包含諸如625 SS或經銥塗佈Mo之不鏽鋼；(vi) (a)組件之間的活接可包含具有諸如碳墊片之墊片之凸緣密封、膠合密封或濕封，其中濕封可接合相異陶瓷或諸如不鏽鋼部件的陶瓷及金屬部件，(b)具有石墨墊片之凸緣密封可接合金屬部件或在低於金屬之碳化溫度下操作之陶瓷至金屬部件，以及(c)具有墊片的凸緣密封可接合金屬部件或陶瓷至金屬部件，其中石墨墊片接觸包含不具碳化傾向之諸如鎳之金屬或塗層的密封之金屬部分，或另一高溫墊片在適合操作溫度下使用；(vii)熔融金屬可包含銀；(viii)進水升管5qa及噴射套管5k61可包含擰至儲集器底板組合件409中之軸環中的ZrO2 ；(ix)氧來源及氫來源可分別包含可通過MHD冷凝區段309壁中之透氣膜309d使用質量流量控制器供應以控制來自高壓水電解劑之每一氣流的O2 氣體及H2 氣體；(x)MHD電極304可包含諸如經Pt塗佈Mo或W的經Pt塗佈之耐火金屬、在700℃對水反應穩定的碳、在1800℃對氧化穩定之ZrC-ZrB2 及ZrC-ZrB2 -SiC複合物、或銀液體電極；以及(xi)MHD磁體306可包含諸如具有在約0.1至1 T的範圍內之磁通量密度之鈷釤磁體的永久磁體。
在實施例中，SunCell®電源可包含諸如可穿透黑體輻射器5b4之壁之包含諸如鎢的耐火金屬之陰極之電極及熔融金屬噴射器對立電極。可浸沒諸如EM泵套管噴射器5k61及噴嘴5q之對立電極。可替代地，對立電極可包括諸如立方ZrO2 或氧化鉿之電絕緣耐火材料。鎢電極可在黑體輻射器5b4之穿透處密封。電極可藉由儲集器5c與黑體輻射器5b4之間的電絕緣體襯套或間隔物電絕緣。電絕緣體襯套或間隔物可包含BN或諸如ZrO2 、HfO2 、MgO或Al2 O3 之金屬氧化物。在另一實施例中，黑體輻射器5b4可包含諸如耐火陶瓷之電絕緣體，該耐火陶瓷諸如BN或諸如ZrO2 、HfO2 、MgO或Al2 O3 之金屬氧化物。
其他實施例
可替代地，冰燃料系統可包含在冰水中產生衝擊波之電構件，諸如至少一個爆炸線。爆炸線可包含諸如高電壓及電流中之至少一者之電源的大功率電源。較高電功率電源可包含至少一個電容器。電容器可具有高電壓及電流。至少一個電容器通過至少一個電線放電可使其爆炸。電線爆炸物系統可包含薄導電電線及電容器。例示性電線為包含金、鋁、鐵或白金之電線。在例示性實施例中，電線可具有小於0.5 mm之直徑，且電容器可具有約25 kWh/kg之能量消耗且放出104 - 106 A/mm2 之電荷密度的脈衝，導致溫度至多為100,000 K，其中標誌可在約10-5 - 10-8 秒之時段中出現。具體而言，100μ F油填充之電容器可使用DC電源充電至3 kV，且電容器可通過12英吋長之30標準尺寸(gauge)裸鐵電線使用刀口開關或氣體電弧開關，其中電線嵌入於限制在鋼殼體中之冰中。冰燃料系統可進一步包含諸如電池、燃料電池中之至少一者處的電源及諸如SunCell®之產生器以對電容器充電。例示性能量材料包含藉由可包含Ti、Al及另一金屬中之至少一者的爆炸電線點火之Ti + Al + H2 O (冰)。
在實施例中，能量反應混合物及系統可包含諸如本發明及先前申請案中之低能量氫燃料混合物中之一者的低能量氫燃料混合物，該等申請案以引用之方式併入。反應混合物可包含呈諸如冷凍固態、液體、及氣態之至少一種物理狀態的水。能量反應可藉由應用諸如在約20 A至50,000 A的範圍內之電流的高電流來引發。電壓可較低，諸如在約1 V至100 V之範圍內。電流可通過諸如金屬基質之導電基質運載，該金屬基質諸如Al、Cu或Ag金屬粉末。可替代地，導電基質可包含諸如金屬容器之容器，其中容器可圍封或包覆反應混合物。例示性金屬容器包含Al、Cu或Ag DSC盤。例示性能量反應混合物包含冷凍水(冰)或液體水包含以下中之至少一者：Al坩堝Ti + H2 O；Al坩堝Al + H2 O；Cu坩堝Ti + H2 O；Cu坩堝Cu + H2 O；Ag坩堝Ti + H2 O；Ag坩堝Al + H2 O；Ag坩堝Ag + H2 O；Ag坩堝Cu + H2 O；Ag坩堝Ag + H2 O O + NH4 NO3 (莫耳50:25:25)；Al坩堝Al + H2 O + NH4 NO3 (莫耳50:25:25)。另一例示性實施例包含於H2 O中之銀或Al坩堝+銀奈米粒子懸浮液作為用於高電流點火的高能材料。在實施例中，爆炸電線可經具有低能量氫反應混合物或低能量氫反應混合物來源的諸如金屬套管之薄壁容器置換，低能量氫反應混合物或低能量氫反應混合物來源諸如低能量氫催化劑(諸如內部之HOH及H)或低能量氫催化劑及內部之H的來源。HOH催化劑及H中之至少一者的來源可在諸如液態水、冰、水合物或固體燃料內部，諸如反應以形成H及H2 O中之至少一者的本發明或Mills先前公開案中之一者。可添加諸如導電粒子(諸如銀奈米顆粒)之導電材料以加快反應速率。速率可加快離子再結合速率來加快。諸如銀奈米顆粒之導電材料可包含諸如H2 O懸浮液的懸浮液。低能量氫反應混合物或低能量氫反應混合物來源可包含用於高電流點火的高能材料。
在實施例中，氫可包含呈氣態、液體或固體形式之氫(1 H)、氘(2 H)及氚(3 H)中之至少一者。固體形式可包含化合物，該化合物包含氫，諸如離子氫化物，諸如鹼性氫化物，諸如LiD。高能低能量氫反應混合物可包含質子來源及硼來源，諸如11 B。高能低能量氫反應可迫使細胞核反應，諸如反應混合物的至少兩個核之融合。
在實施例中，能量反應系統包含HOH催化劑及諸如呈諸如氣體、液體或諸如I型冰之固體之任何物理狀態的水之H中之至少一者的來源及爆炸來源，以產生衝擊波。在實施例中，能量反應系統包含複數個衝擊波來源。衝擊波之來源可包含諸如本發明之爆炸電線之一或多個爆炸電線及諸如TNT或本發明的另一習知能量材料之一或多個電荷中之至少一者。能量反應系統可包含習知能量材料之至少一個雷管。能量反應系統可進一步包含諸如延遲線之依序觸發器構件或至少一種定時開關以使得形成在至少第一及另一衝擊波之間具有時間延遲的複數個衝擊波。依序觸發器可在爆炸中產生延遲以在第一及至少一個其他爆震之間產生延遲，其中每一爆震形成衝擊波。觸發器可延遲應用於爆炸電線及習知能量材料之雷管中之至少一者的功率。延遲時間可在約1飛秒至1秒、1奈秒至1秒、1微秒至1秒及10微秒至10毫秒之至少一個範圍內。
基於衝擊波傳播速度及相對應的壓力，量測水在銀基質中之高電流點火以產生等效於大於約10倍莫耳火藥之衝擊波。表3中所展示之高能材料水合銀丸粒以及其他例示性基於之低能量氫高能材料的點火之結果由Mills等人報導[R. Mills、Y. Lu、R. Frazer，「Power Determination and Hydrino Product Characterization of Ultra-low Field Ignition of Hydrated Silver Shots」，中國物理學期刊(Chinese Journal of Physics)，第56卷，(2018)，第1667-1717頁，其以全文引用的方式併入本文中]。
表3. 距爆炸38.1 cm之距離處的爆炸衝擊波速度及相對應的壓力。
在實施例中，SunCell®可包含化學反應器，其中除低能量氫反應物外，反應可供應至反應器以形成所需化學產物，或除低能量氫反應物之外，反應亦可供應至反應器以形成所需化學產物。反應物可通過EM泵套管供應。產物可通過EM泵套管提取。反應物可在反應器閉合且反應引發之前添加於物料中。可藉由在反應器操作之後打開反應器來移除物料中之產物。反應產物可藉由通過諸如反應電解槽腔室壁之反應器壁之滲透來提取。反應器可在1250 K至10,000 K之範圍內的黑體溫度下提供持續電漿。反應器壓力可在1大氣壓至25大氣壓的範圍內。壁溫度可在1250 K至4000 K的範圍內。熔融金屬可包含支撐所需化學反應之熔融金屬，諸如銀、銅及銀銅合金中之至少一者。
在實施例中，封裝在冰水中之爆炸電線可包含過渡金屬，諸如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及Zn中之至少一者。電線可進一步包含鋁。爆震電壓可為諸如在1000 V至100,000 V及3000 V至10,000 V之至少一個範圍內的電壓之高電壓。包含過渡金屬及低能量氫氫之薄膜可形成諸如低能量氫氫化鐵、鉻或錳、分子低能量氫錯合物或原子低能量氫錯合物。H包含低能量氫之FeH由使用4000 V及千安培來爆震包含Fe、Cr及Al合金之電線形成。FeH藉由ToF-SIM來識別。包含低能量氫及諸如另一金屬之另一元素之其他化合物可藉由使用包含諸如另一金屬的對應元素之爆炸電線來形成。
在實施例中，形成包含諸如分子低能量氫之較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物的構件包含HOH來源及諸如呈諸如氣體、液體及冰中之至少一者的任何物理狀態之水之H來源，且可進一步包含諸如爆震電線之高電流來源。形成包含諸如分子低能量氫之較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物的構件進一步包含反應腔室以限制低能量氫反應產物。例示性低能量氫反應物為空氣中之水蒸氣或諸如惰性氣體(諸如氬氣)之另一氣體。水蒸氣壓可在1毫托至1000托的範圍內。另一氣體可在約1 mTorr至100 atm的壓力範圍內。在實施例中，爆震電線可用吸濕鹽、固體燃料或混合物塗佈，吸濕鹽諸如鹼或鹼土鹵化物、氫氧化物、硫酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、氧陰離子，混合物諸如KOH、MgCl2 及Na2 SO4 中之至少一者，其中鹽或固體燃料可經水合。低能量氫反應可藉由電線利用電功率之爆震來引發。在例示性實施例中，本發明之電線藉由使用本發明之爆震構件在包含空氣中之環境水蒸氣之空腔中爆震。環境水蒸氣壓可在約1至50托的範圍內。例示性產物為諸如FeH2 (1/4)之鐵低能量氫聚合物及諸如MoH(1/4)16 之鉬低能量氫聚合物。產物可藉由諸如新穎組合物之獨特物理特性來識別，諸如包含諸如鐵氫、鋅氫、鉻氫或鉬氫之金屬及氫的新穎組合物。若獨特組合物存在，則獨特組合物在不存在已知之包含普通氫的對應組合物磁性之情況下可為磁性的。在例示性實施例中，獨特組合物聚合鐵氫、鉻氫、鈦氫、鋅氫、鉬氫及鎢氫為磁性的。
諸如分子低能量氫之包含較低能量氫物質之低能量氫化合物可藉由以下識別：(i)飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)及電噴射飛行時間次級離子質譜分析(ESI-ToF)，其可記錄獨特金屬氫化物、氫化物離子及具有鍵H2 (1/4)的成群之無機離子，諸如呈M + 2單體或多聚體單元形式，諸如，其中n為整數；(ii)可記錄約1940 cm-1 處之H2 (1/4)旋轉能量及指紋區域中的吸收帶中之至少一者的傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)，其中可不存在已知官能團之其他較高能量特徵；(iii)可記錄諸如-4 ppm至-6 ppm區域中之高場矩陣峰值的高場矩陣峰值之質子魔角旋轉核磁諧振光譜(1 H MAS NMR)；(iv)可記錄歸因於可包含聚合結構之獨特組合物的新穎峰值之X射線繞射(XRD)；(v)可記錄氫聚合物在諸如200℃至900℃之區域中的極低溫度下分解且提供獨特氫化學計量或諸如FeH或K2 CO3 H2 之組合物之熱解重量分析(TGA)；(vi)可記錄包含以0.25 eV間隔開的峰值之260 nm區域中之H2 (1/4)振轉帶的電子束激發發射光譜分析；(vii)光致發光拉曼光譜分析，其可記錄包含以0.25 eV間隔開之峰值的260 nm區域中之H2 (1/4)振轉帶之第二級，該等峰值之強度可在藉由低溫製冷機(cryocooler)之熱時隨著溫度而可逆地減小；(viii)拉曼光譜分析，其可記錄約1940 cm-1 處之H2 (1/4)旋轉峰值；(ix)X射線光電子光譜(XPS)，其可記錄約495-500 eV處的H2 (1/4)總能量；(x)氣相層析法，其可記錄負峰值；(xi)電子順磁諧振(EPR)光譜分析，其可記錄具有約300至600 G之最大位移的[H2 (1/4)]2 峰值；及(xii)諸如磁化率及g因素量測的四極矩量測，其記錄約之H2 (1/p)四極矩/e。低能量氫分子可形成二聚體及固體H2 (1/p)中之至少一者。在實施例中，H2 (1/4)二聚體([H2 (1/4)]2 )及D2 (1/4)二聚體([D2 (1/4)]2 )的整數J至J +1躍遷之端對端旋轉能量分別為約(J+1)44.30 cm-1 及(J+1)22.15 cm-1 。在實施例中，[H2 (1/4)]2 之至少一個參數為：(i)約1.028 Å的H2 (1/4)分子之間的分離距離，(ii)約23 cm-1 之H2 (1/4)分子之間的振動能量，及(iii)約0.0011 eV之H2 (1/4)分子之間的凡得瓦能量。在實施例中，固體H2 (1/4)之至少一個參數為：(i)約1.028 Å之H2 (1/4)分子之間的分離距離，(ii)約23 cm-1 之H2 (1/4)分子之間的振動能量，及(iii)約0.019 eV之H2 (1/4)分子之間的凡得瓦能量。旋轉及振動光譜中之至少一者可藉由FTIR及拉曼光譜分析中之至少一者記錄，其中鍵解離能量及分離距離亦可自光譜確定。低能量氫產物之參數的解在Mills GUTCP[其以引用之方式併入本文中，可自https://brilliantlightpower.com處獲得]中給出，諸如在第5-6、11-12及16章中給出。
在實施例中，收集呈氣態、物理吸收、液化或呈其他狀態之分子低能量氫的設備包含：包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物之來源，含有包含較低能量氫物種的大型聚集體或聚合物之腔室，熱分解腔室中之包含較低能量氫物種的大型聚集體或聚合物之構件，及收集自包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物所釋放的氣體之構件。分解構件可包含加熱器。加熱器可將第一腔室加熱至比包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物之分解溫度更大的溫度，諸如在約10℃至3000℃、100℃至2000℃及100℃至1000℃之至少一個範圍內之溫度。收集來自包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物之分解的氣體之構件可包含第二腔室。第二腔室可包含氣泵、氣體閥門、壓力計及質量流量控制器中之至少一者以進行以下中之至少一者：儲存及轉移經收集分子低能量氫氣體。第二腔室可進一步包含吸氣劑以吸收分子低能量氫氣體或諸如低溫系統之冷卻器以液化分子低能量氫。冷卻器可包含低溫泵或杜瓦瓶，該低溫泵或杜瓦瓶含有諸如液氦或液氮之低溫液體。
形成包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物之構件可進一步包含場源，諸如電場或磁場中之至少一者之來源。電場之來源可包含至少兩個電極及電壓源以將電場應用至反應腔室，其中形成聚集體或聚合物。可替代地，電場之來源可包含靜電充電材料。靜電充電材料可包含諸如包含碳之腔室之反應電解槽腔室，諸如塑膠玻璃腔室。本發明之爆震可對反應電解槽腔室靜電充電。磁場之來源可包含諸如永久性電磁體或超導磁體之至少一個磁體以將磁場應用至反應腔室，其中形成聚集或聚合物。
諸如H2 (1/4)之分子低能量氫可具有非零l及對應於具有對應磁矩之軌道角動量的m l 量子數。預測H2 (1/4)分子形成具有對應於約474 G之磁性相互作用的二聚體[H2 (1/4)]2 。在分析方程式中衍生之經典理論在Mills GUTCP中給出。歸因於相互作用軌道磁矩，分子低能量氫可藉由電子順磁諧振光譜分析(EPR)獨特地經識別。歸因於經減小電子半徑及核間距離之獨特EPR核耦合以及電子核雙諧振光譜分析(ENDOR)特徵進一步表徵且獨特地識別分子低能量氫。在實施例中，較低能量氫產物可包含在具有包含較高g因子、極低g因子、異常線寬及質子分離中之至少一者的EPR光譜之電子順磁諧振(EPR)光譜分析中無活性之金屬。在圖4A-B中展示由Sn電線在空氣中在包含水蒸氣之大氣中之爆震及藉由球磨研磨包含充當H來源及HOH催化劑以形成H2 (1/4)二聚體之H2 O的NaOH-KCl形成的諸如分子低能量氫之包含較低能量氫物質之反應產物的例示性EPR光譜。電線爆震系統在圖5中展示。網狀產物將懸浮於甲苯中，且EPR在普林斯頓大學處之具有9.368 GHz (3343 G)之微波頻率的儀器上執行。NaOH-KCl在淨相進行。EPR峰值匹配針對[H2 (1/4)]2 之最大474 G位移所預測的峰值。歸因於峰值來源性質為分子低能量氫二聚體[H2 (1/4)]2 之軌道磁矩相互作用，約375 G之峰寬異常地寬。錫、NaOH及KCl不具EPR活性。錫羥基及超氧基團之EPR光譜的主要參數：g因素及線寬ΔH，自相對應的EPR光譜經計算，為以下：g1 = 2.0021及ΔH1 = 1 G，g2 = 2.0009及ΔH2 = 0.8 G。低溫溫度之效應在鋅低能量氫化合物之EPR光譜上確定，如圖中4C所展示。分子低能量氫二聚體EPR峰值在298K (紅色痕量)下觀測到且在77K (藍色痕量)下不存在，此為在低溫溫度下至緊密固體之所預測的低能量氫相位變化之證據，其中歸因於緻密填料之磁性使得EPR峰值加寬且超出範圍。
在實施例中，低能量氫物質EPR光譜展示諸如較高g因素及異常線寬中之至少一者的獨特特徵。除寬EPR標記外，分子低能量氫二聚體[H2 (1/4)]2 亦在極低能量指紋區域中產生寬IR帶。如Mills GUTCP中所展示，[H2 (1/4)]2 具有低振動能量，該低振動能量在以涉及[H2 (1/4)]2 二聚體之集作為大型聚集體的模式激發時，所疊加能量產生如圖6中所觀測到的一群IR吸收值。
諸如H2 (1/4)之複數個低能量氫分子之電子軌道磁矩可相位耦合以引起永久性磁化。通常，角動量及相對應的磁矩平均成零，且歸因於軌道角動量而不存在淨宏觀或主體磁性。然而，分子低能量氫在複數個低能量氫分子之角動量磁矩合作性地相互作用時可引起非零或有限主體磁性，其中諸如二聚體之多聚體可出現。包含分子低能量氫之二聚體、聚集體或聚合物之磁性可產生於合作性地經對準軌道角磁矩的電動相互作用。在實施例中，場等效於約474 G/多聚體之單元。此外，磁性可比歸因於具有諸如鐵原子之至少一個未配對電子的額外物質之永久電子磁矩之相互作用的磁性之情況下大得多。
分子低能量氫之磁性特徵藉由質子魔角旋轉核磁諧振光譜(1 H MAS NMR)證明，如在產生低能量氫之稱作CIHT電池的電化電池之情況下由Mills等人[R. Mills、X Yu、Y. Lu、G Chu、J. He、J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」， (2012)，國際能源研究雜誌(Int. J. Energy Res.)，(2013), DOI: 10.1002/er.3142]所展示。可進一步包含一些水合水之諸如鹼金屬氫氧化物-鹼金屬鹵化物矩陣之固體矩陣中的分子低能量氫之存在歸因於分子低能量氫之順磁矩陣效果而產生高場1 H MAS NMR峰值，通常在-4至-5 ppm；而，不含低能量氫之初始基質展示+ 4.41 ppm處之已知低磁場移位基質峰值(圖7)。
產生呈非零角動量狀態之分子低能量氫之便利方法為在H2 O存在的情況下藉由電線爆震以充當低能量氫催化劑及H來源。包含水蒸氣之大氣中之電線爆震產生包含諸如具有非零及具有可聚集以形成腹板的金屬原子或離子之量子狀態的分子低能量氫之低能量氫的磁性線性鏈。順磁材料線性地回應感應磁性；而，所觀測到的「S」形為超級順磁、鐵磁性及順磁之雜交之特徵。在一實施例中，諸如藉由在包含水蒸氣之空氣中爆震鉬電線形成之化合物的聚合腹板化合物為超順磁的。振動樣品磁化率計(magnetosusceptometer)記錄可展示如圖8中所展示之S形曲線。經感應磁性在5K Oe下達至峰值且在較高應用磁場之情況下降低為異常的。超順磁低能量氫化合物可包含可定向於磁場中之磁性奈米顆粒。
自組裝機制除凡得瓦力之外亦可包含磁性次序。吾人熟知，外部磁場之應用產生懸置於諸如甲苯之溶劑中的諸如磁鐵(Fe2 O3 )之膠態磁性奈米顆粒以裝配至線性結構中。歸因於較小質量及較高磁矩，分子低能量氫甚至在不存在磁場之情況下磁性地自裝配。在增強自裝配且控制形成低能量氫產物之替代結構之實施例中，外部磁場應用於低能量氫反應，諸如電線爆震。磁場可藉由將至少一個永久磁體置放在反應腔室中來應用。可替代地，爆震電線可包含充當諸如磁鐵之磁性粒子來源以驅動分子低能量氫之磁性自裝配的金屬，其中來源可為水蒸氣中之電線爆震或另一來源。
在實施例中，諸如低能量氫化合物或大型聚集體之低能量氫產物可包含不同於氫的元素週期表中之至少一種其他元素。低能量氫產物可包含低能量氫分子及至少一種其他元素，諸如金屬原子、金屬離子、氧原子及氧離子中之至少一者。例示性低能量氫產物可包含諸如H2 (1/4)之H2 (1/p)及Sn、Zn、Ag、Fe、SnO、ZnO、AgO、FeO及Fe2 O3 中之至少一者。
用以在室溫至高溫下形成固體之分子低能量氫分子之結合係歸因於凡得瓦力，分子低能量氫的凡得瓦力歸因於經減小尺寸及如Mills GUTCP中所展示更大填料而比分子氫的凡得瓦力大得多。歸因於分子低能量氫之固有磁矩及凡得瓦力，分子低能量氫可自組裝至大型聚集體中。在實施例中，諸如H2 (1/4)之分子低能量氫可組裝至受磁偶極子力以及凡得瓦力束縛之直鏈中。在另一實施例中，分子低能量氫可裝配至諸如在八個頂點中之各者處具有諸如H2 (1/4)之H2 (1/p)的立方體之三維結構中。在實施例中，八個諸如H2 (1/4)分子之H2 (1/p)分子鍵結至立方體中，其中每一分子之中心在立方體的八個頂點中之一者處，且每一間核軸線平行於頂點上定中心之立方體的邊緣。
H16 可充當由自裝配形成之更複雜宏觀結構的單元或部分。在另一實施例中，在方形之四頂點中之各者處包含諸如H2 (1/4)之H2 (1/p)的H8 單元可添加至長方體H16 以包含H 16+8n ，其中n為整數。例示性額外大型聚集體為H16 、H24 及H32 。氫大型聚集體中性物及離子可與諸如O、OH、C及N之其他物種組合為中性物或離子。在實施例中，所得結構產生飛行時間次級離子質譜(ToF-SIMS)中之H16 峰值，其中片段可為對應於自H16 之整數H損失的觀測到之質量，諸如H16 、H14 、H13 及H12 。歸因於1.00794 u之H之質量，對應+1或-1離子峰值具有以下質量：16.125、15.119、14.111、13.103、12.095……諸如H - 16或H + 16之氫大型聚集體離子可包含介穩態物。具有寬峰值之介穩定特徵之氫大型聚集體H - 16及H + 16藉由ToF-SIMS在正及負光譜中的16.125處觀測到。H - 15在15.119處之負ToF-SIMS頻譜中觀測到。H24 介穩定物種H+ 23 及H- 25 分別在正及負ToF-SIMS光譜中觀測到。
在實施例中，諸如分子低能量氫之較低能量氫可組裝至奈米管中。充當奈米管之來源的分子低能量氫可根據本發明由金屬導線在諸如空氣大氣之包含氧氣及水蒸氣之大氣中的爆震形成。可在由金屬電線之爆震形成的金屬或金屬氧化物粒子上促進分子低能量氫至奈米管中之組裝。奈米管可吸收諸如分子低能量氫之氫物質及普通分子氫。
在實施例中，包含諸如分子低能量氫較低能量氫物質(「低能量氫化合物」)之物質組合物可以磁性方式分離。低能量氫化合物可在以磁性方式分離之前經冷卻以進一步增強磁性。磁性分離方法可包含將含有所需低能量氫化合物之化合物之混合物移動通過磁場以使得低能量氫化合物的遷移率相對於混合物之剩餘物較佳地延遲或低能量氫化合物經由混合物移動磁體以使低能量氫化合物與混合物分離。在例示性實施例中，低能量氫化合物藉由將爆震產物材料浸入於液態氮中且使用磁性分離而自電線爆炸之非低能量氫產物分離，其中低溫增加低能量氫化合物產物之磁性。分離可在液態氮之沸點表面處增強。
在實施例中，諸如原子低能量氫、分子低能量氫或低能量氫氫化物離子之低能量氫物種藉由H與OH及H2 O催化劑中之至少一者反應來合成。在實施例中，諸如包含本發明之丸粒或電線點火以形成低能量氫的SunCell®反應及能量反應中之至少一者的產物為包含與以下中之至少一者錯合的諸如H2 (1/p)之低能量氫物種的低能量氫化合物或物種：(i)除氫外之元素；(ii)諸如H+ 、普通H2 、普通H- 及普通H+ 3 中之至少一者的普通氫物種，諸如有機離子或有機分子之有機分子物種；以及(iv)諸如無機離子或無機化合物之無機物種。低能量氫化合物可包含諸如鹼或鹼土碳酸酯或氫氧化物之氧陰離子化合物或本發明的其他此類化合物。在實施例中，產物包含M 2 CO 3 •H 2 (l / 4)及MOH •H 2 (/ 4) (M =本發明之鹼或其他陽離子)錯合物中之至少一者。產物可藉由ToF-SIMS或電噴射飛行時間次級離子質譜分析(ESI-ToF)識別為分別包含及的陽性光譜中之一系列離子，其中n為整數，且整數P ＞ 1可用4替代。在實施例中，包含諸如SiO2 或石英之矽及氧之化合物可充當H2 (1/4)的吸氣劑。H2 (1/4)之吸氣劑可包含過渡金屬、鹼金屬、鹼土金屬、內過渡金屬、稀土金金屬組合、諸如MoCu的諸如Mo合金之合金、以及諸如本發明之材料的氫儲存材料。
包含藉由本發明之方法合成之低能量氫物種的化合物可具有式MH、MH2 或M2 H2 ，其中M為鹼陽離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHn ，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHX，其中M為鹼陽離子，X為諸如鹵素原子之中性原子、分子或諸如鹵素陰離子的單帶負電陰離子中之一者，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHX，其中M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHX，其中M為鹼土陽離子，X為雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式M2 HX，其中M為鹼陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHn ，其中n為整數，M為鹼性陽離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2 Hn ，其中n為整數，M為鹼土陽離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2 XHn ，其中n為整數，M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2 X2 Hn ，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2 X3 H，其中M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式M2 XHn ，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，X為雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2 XX'H，其中M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，X'為雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MM'Hn ，其中n為1至3之整數，M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式MM'XHn ，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式MM'XH，其中M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MM'XX'H，其中M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X及X'為單帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MXX'Hn ，其中n為1至5之整數，M為鹼或鹼土陽離子，X為單或雙帶負電陰離子，X'為金屬或類金屬、過渡元素、內過渡元素或稀土元素，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式MHn ，其中n為整數，M為諸如過渡元素、內過渡元素或稀土元素之陽離子，且化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式MXHn ，其中n為整數，M為諸如鹼陽離子、鹼土陽離子之陽離子，X為諸如過渡元素、內過渡元素或稀土元素陽離子之另一陽離子，且化合物的氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式(MHm MCO3 )n ，其中M為鹼陽離子或其他+1陽離子，m及n皆為整數，且化合物之氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式(MHm MNO 3 )+ nnX - ，其中M為鹼陽離子或其他+1陽離子，m及n皆為整數，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式(MHMNO 3 )n ，其中M為鹼陽離子或其他+1陽離子，n為整數，且化合物之氫內容物H包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式(MHMOH )n ，其中M為鹼陽離子或其他+1陽離子，n為整數，且化合物之氫內容物H包含至少一種低能量氫物種。包括陰離子或陽離子之化合物可具有式(MH m M 'X )n ，其中m及n皆為整數，M及M'皆為鹼或鹼土陽離子，X為單或雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物種。包括陰離子或陽離子之化合物可具有式(MHm M ' X')+ nnX- ，其中m及n皆為整數，M及M'皆為鹼或鹼土陽離子，X及X'為單或雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物種。陰離子可包含本發明之陰離子中之一者。適合例示性單帶負電陰離子為鹵離子、氫氧根離子、碳酸氫根離子或硝酸根離子。適合例示性雙帶負電陰離子為碳酸根離子、氧化物或硫酸根離子。
在實施例中，低能量氫化合物或混合物包含諸如低能量氫原子、低能量氫氫化物離子之至少一種低能量氫物種及嵌入於諸如金屬或離子晶格中的諸如晶格之晶格中之二低能量氫分子。在實施例中，晶格不與低能量氫物種反應。矩陣諸如就經嵌入低能量氫氫化物離子而言可為非質子。化合物或混合物可包含嵌入於鹽晶格中之H(1/p)、H2 (1/p)及H- (1/p)中之至少一者，鹽晶格諸如鹼或鹼土鹽，諸如鹵化物。例示性鹼鹵化物為KCl及KI。鹽就經嵌入H- (1/p)而言可不存在任何H2 O。其他適合之鹽晶格包含本發明之鹽晶格。
本發明之低能量氫化合物較佳地超過0.1原子%純。更佳地，化合物超過1原子%純。甚至更佳地，化合物超過10原子%純。最佳地，化合物超過50原子%純。在另一實施例中，化合物超過90原子%純。在另一實施例中，化合物超過95原子%純。
在實施例中，低能量氫化合物可通過於適合溶劑中再結晶來純化。或者，化合物可通過諸如高效液相層析(HPLC)之層析來純化。
超順磁低能量氫化合物可包含可定向於磁場中的磁性奈米顆粒。磁性低能量氫化合物之應用包含：磁性存儲裝置材料，其諸如電腦硬碟驅動機之記憶體存儲裝置材料、磁諧振成像中之造影劑，鐵磁流體，其諸如具有可調黏度之鐵磁流體，磁性細胞分離，其諸如細胞、DNA或蛋白質分離或RNA捕撈(RNA fishing)，及處理，其諸如靶向藥物傳遞、磁性高溫及磁轉染。
在實施例中，包含諸如分子低能量氫的較低能量氫物質(「低能量氫化合物」)之物質組合物可通過去除不含低能量氫或低能量氫化合物之非低能量氫反應產物來純化。非低能量氫反應產物可經溶解，且低能量氫化合物可藉由用以收集諸如此項技術中已知之未溶解材料的未溶解材料來收集。在一實施例中，其中非低能量氫化合物產物包含金屬或金屬氧化物，非低能量氫產物可溶解於酸的水溶液中，且未溶解之低能量氫化合物可藉由過濾或離心收集在例示性實施例中，低能量氫化合物為由在包含水蒸氣之大氣中諸如Zn、Sn、Fe或Mo電線之爆震的金屬導線爆震形成之產物混合物的組分。包含未反應金屬及金屬氧化物之非低能量氫產物可藉由將產物混合物溶解於諸如1 M HCl之酸的水溶劑中去除。未溶解的低能量氫化合物可藉由在濾紙上過濾或藉由離心來收集。包含低能量氫化合物及金屬氧化物之產物混合物可通過將產物混合物之金屬氧化物溶解於酸中且使混合物的陽離子與溶液中之另一(諸如K)陽離子交換從而包含K之低能量氫化合物或混合物可形成來純化。可准許形成低能量氫化合物之晶體。一些溶劑可藉由方法(諸如藉由諸如旋轉蒸發之蒸發)去除以允許晶體形成。晶體可藉由諸如過濾之分離器方法去除。在另一實施例中，低能量氫化合物可溶解於非低能量氫產物不可溶之溶劑中。低能量氫化合物溶液可藉由此項技術中已知之方法與固體分離，諸如藉由過濾或離心。溶劑可藉由蒸發去除，或低能量氫化合物可允許沈澱且隨後藉由諸如過濾或離心之方法收集。
由潮濕氬或潮濕空氣之電線爆震形成之低能量氫大型聚集體或聚合材料可通過溶解於諸如水或DMSO的適合溶劑中隨後使用諸如旋轉蒸發之溶劑蒸發器沈澱來純化。在實施例中，低能量氫化合物之純度可藉由諸如潮濕氬氣大氣之潮濕惰性氣體大氣中的電線爆震來提高。化合物歸因於其在電磁光譜之紅外及微波區域中之強吸收而可用於隱形應用。
在實施例中，分子低能量氫可引起藉由使包含分子低能量氫的氣體鼓泡至包含另一化合物之溶液中或通過該溶液來鍵結至另一化合物，該另一化合物諸如無機化合物，諸如鹼性或鹼土氫氧根或碳酸根。產物可包含單體或諸如之多聚體單元，其中n為整數。
SunCell可包含透明窗以充當對窗透明的波長之光源。SunCell可包含可充當黑體光源之黑體輻射器5b4。
實驗
SunCell®電力產生系統包括經組態以採集由燃料點火反應產生之電漿光子且將其轉換成可使用的能量之光伏打電力轉換器。在一些實施例中，高轉換效率可為所要。反應器可沿多個方向排出電漿，例如，至少兩個方向，且反應之半徑可在約若干毫米至若干米之規模，例如，半徑為約1 mm至約25 cm。此外，藉由燃料點火產生之電漿光譜可類似於藉由太陽產生之電漿光譜及/或可包括附加短波長輻射。圖9展示對包含經吸收之H2 及H2 O之80 mg丸粒點火的處於5 nm至450 nm區域之絕對光譜之例示性實施例，該經吸收H2 O來自隨著銀冷卻成丸粒添加至熔融銀之水，其展示基本上全部處於紫外及遠紫外光譜區中的1.3 MW之平均光功率。該點火使用Taylor-Winfield型號ND-24-75點焊機以低電壓高電流達成。丸粒內之電壓降小於1 V且電流為約25 kA。較高強度UV發射之持續時間約為1 ms。控制光譜在UV區域中為扁平的。固體燃料之輻射諸如譜線及黑體發射中之至少一者，可具有在約2至200,000 suns、10至100,000 suns、100至75,000 suns之至少一個範圍內之強度。在實施例中，可增加焊機點火電路之電感以增加點火之後的電流衰減時間。更長衰減時間可保持低能量氫電漿反應以增加能量產生。
在爆震之前及之後在電極上執行XPS及拉曼。爆震後電極皆展示諸如在圖16及圖17B中所展示之拉曼峰值的極大1940 cm-1 拉曼峰值。爆震後XPS展示匹配H2 (1/4)總能量之諸如圖18中所展示之峰值的較大496 eV峰值。不存在僅有替代的賦值：Na、Sn或Zn之其他主要元素峰值，從而確認H2 (1/4)為異常高能反應之產物。爆震前之電極的拉曼或XPS光譜中之1940 cm-1 或496 eV區域中分別未觀測到拉曼或XPS峰值。
UV及EUV光譜可轉換成黑體輻射。轉換可藉由使電池大氣對於UV及EUV光子中之至少一者的傳播而言為光學不透明來達成。光學厚度可藉由使諸如燃料金屬之金屬在電池中汽化來增加。光學厚電漿可包含黑體。黑體溫度歸因於低能量氫反應之極大功率密度容量及藉由低能量氫反應發射的光子之高能量可為較高的。在具有約1 Torr之環境H2 O蒸氣壓的大氣氬中對泵送至W個電極中之熔融銀點火的光譜(歸因於藍寶石光譜儀窗口，在180 nm處具有截止之100 nm至500 nm區域)展示於圖10中。電源2包含兩組串聯之兩個電容器(馬克士威技術K2超電容器(Maxwell Technologies K2 Ultracapacitor) 2.85V/3400F)，該等電容器並聯連接以提供約5至6 V及300 A之恆定電流，其中在約1 kHz至2 kHz之頻率下，疊加電流脈衝為5kA。W個電極(1 cm × 4 cm)之平均輸入功率為約75 W。當大氣隨著銀之汽化而變得對於UV輻射光學不透明時，初始UV管線發射藉由低能量氫反應功率轉變為5000K黑體輻射。具有0.15之氣化銀輻射率的5000K黑體輻射器之功率密度為5.3 MW/m2 。觀測到之電漿之區域為約1 m2 。黑體輻射可加熱可充當本發明之熱光伏實施例中之PV轉換器26a的黑體輻射器之諸如頂蓋5b4之電池26的組件。
包含氧來源之熔融物的例示性測試包含在具有藉由絕對光譜分析確定之光功率之氬/5莫耳% H2 大氣中點火80 mg銀/1 wt%硼砂脫水丸粒。觀測使用焊機(Acme 75 KVA點焊機)以在約1 V之電壓降250 kW功率時應用約12 kA之高電流持續約1 ms。在包含氧來源之熔融物的另一例示性測試中，包含在具有藉由絕對光譜分析確定之光功率之氬/5莫耳% H2 大氣中點火80 mg銀/2 mol% Na2 O脫水丸粒。觀測使用焊機(Acme 75 KVA點焊機)以在約1 V之電壓降370 kW功率時應用約12 kA之高電流持續約1 ms。在包含氧來源之熔融物的另一例示性測試中，包含在具有藉由絕對光譜分析確定之光功率之氬/5莫耳% H2 大氣中點火80 mg銀/2 mol% Li2 O脫水丸粒。觀測使用焊機(Acme 75 KVA點焊機)以在約1 V之電壓降500 kW功率時應用約12 kA之高電流持續約1 ms。
基於使用Edgertronics高速視訊攝影機記錄之電漿之大小，低能量氫反應及功率視反應體積而定。體積可能需要為最小值供用於最佳化反應功率及能量，諸如約0.5至10公升，用於點火諸如銀丸粒及諸如水合之H及HOH催化劑來源之約30至100 mg的丸粒。自丸粒點火,低能量氫反應速率在極高銀壓力下較高。在實施例中，低能量氫反應在較高電漿壓力之情況下可具有較高動力學。基於高速光譜及Edgertronics數據，低能量氫反應速率在電漿體積最低且Ag蒸氣壓最高之初始時最高。1 mm直徑Ag丸粒當熔融時(T = 1235 K)點火。80 mg (7.4 × 10-4 莫耳)丸粒之初始體積為5.2 × 10-7 公升。對應最大壓力為約1.4 × 105 個大氣壓。在例示性實施例中，觀測到反應以約聲音速度(343 m/s)擴展持續反應約0.5 ms。最終半徑為約17 cm。在無任何背壓之情況下之最終體積為約20公升。最終Ag分壓為約3.7E-3個大氣壓。因為反應在更高壓力下可具有較高動力學，所以反應速率可藉由通過應用電極壓力及允許電漿垂直於間電極軸線擴展之電極限制來增加。
量測在存在97%氬/3%氫氣氛圍之情況下由低能量氫反應所釋放的功率，該低能量氫反應由將一mol%或0.5 mol%氧化鉍以2.5 ml/s添加至噴射至SunCell®之點火電極中的熔融銀造成。在添加對應於氧化物添加的低能量氫反應功率比重之前及之後的暫態反應電解槽水冷卻劑溫度之斜率中之相對變化乘以充當內標的恆定初始輸入功率。針對重複延伸，具有在氧來源添加之後的低能量氫功率比重之總電池輸出功率藉由對應於7540 W、8300 W、8400 W、9700 W、8660 W、8020 W及10,450 W之總輸入功率的97、119、15、538、181、54及27之暫態冷卻劑溫度回應的斜率之比率的產物確定。熱峰值功率分別為731,000 W、987,700 W、126,000 W、5,220,000 W、1,567,000 W、433,100 W及282,150 W。
量測在存在97%氬/3%氫氣氛圍之情況下由低能量氫反應所釋放的功率，該低能量氫反應由將一mol%氧化鉍(Bi2 O3 )、一mol%釩酸鋰(LiVO3 )或0.5 mol%釩酸鋰以2.5 ml/s添加至噴射至SunCell®之點火電極中的熔融銀造成。在添加對應於氧化物添加的低能量氫反應功率比重之前及之後的暫態反應電解槽水冷卻劑溫度之斜率中之相對變化乘以充當內標的恆定初始輸入功率。針對重複延伸，具有在氧來源添加之後的低能量氫功率比重之總電池輸出功率藉由對應於6420 W、9000 W及8790 W之總輸入功率的497、200及26之暫態冷卻劑溫度回應的斜率之比率的產物確定。熱峰值功率分別為3.2 MW、1.8 MW及230,000 W。
在例示性實施例中，點火電流對應於電壓在約0.5中自約0 V增加至1 V而自約0 A逐漸上升至2000 A，在該電壓處電漿點火。電壓隨後以一步增加至約16 V且保持約0.25 s，其中約1 kA流動通過熔融物且1.5 kA通過除電極8外之另一接地迴路串聯流動通過大多數電漿。在以9公升/s之流動速率約25 kW之輸入功率至包含Ag (0.5莫耳% LiVO3 )及氬-H2 (3%)的SunCell®之情況下，電力輸出高於1 MW。點火序列在約1.3 Hz重複。
在例示性實施例中，點火電流為約500 A恆定電流，且電壓為約20 V。在以9公升/s之流動速率約15 kW之輸入功率至包含Ag(0.5莫耳% LiVO3 )及氬-H2 (3%)的SunCell® 之情況下，電力輸出為高於1 MW。
由2公升Pyrex SunCell® (圖2I215)中所進行之低能量氫反應產生之異常功率密度自所觀測圖11中所展示的1.3 nm之H α管線之極端斯塔克展寬顯而易見。展寬對應於3.5 × 1023 /m3 之電子密度。SunCell®氣體密度基於800 Torr之氬氣-H2 壓力及3000K之溫度經計算為2.5 × 1025 個原子/m3 。相對應的電離分數為約10%。在氬氣及H2 具有約15.5 eV之電離能量及在高壓下小於100 us之再結合壽命的條件下，用以承受電離之功率密度為。
在圖5中所展示之實施例中，形成包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物的系統500包含諸如塑膠玻璃腔室之腔室507、金屬導線506、具有可藉由高電壓DC電源503充電的接地連接504之高電壓電容器505及諸如12 V電開關502及觸發電花隙開關501之開關，該開關將電路自電容器閉合至腔室507之內部的金屬導線506，以使得電線爆震。腔室可包含水蒸氣及諸如大氣空氣或惰性氣體之氣體。
形成包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物的例示性系統包含：具有46 cm之長度及12.7 cm之寬度及高度的閉合矩形長方體塑膠玻璃腔室；10.2 cm長、0.22~0.5 mm直徑金屬導線，其使用不鏽鋼螺母以距腔室底層9 cm之距離安裝在兩個不鏽鋼極點之間；15 kV電容器(Westinghouse模型5PH349001AAA，55 uF)，其對應於557 J充電至約4.5 kV；充電電容器的35 kV DC電源；以及12 V開關及觸發電花隙開關(Information Unlimited，模型Trigatron10，3 kJ)，其將電路自電容器閉合至腔室之內部的金屬導線，以使得電線爆震。電線可包含Mo (鉬金屬網，來自0.305 mm直徑電線之20目，99.95%，Alpha Aesar)、Zn (0.25 mm直徑，99.993%，Alpha Aesar)、Fe-Cr-Al合金(73%-22%-4.8%，31標準尺寸，0.226 mm直徑，KD Cr-Al-Fe合金電線部件第#1231201848號，Hyndman Industrial Products Inc.)或Ti (0.25 mm直徑，99.99%，Alpha Aesar)電線。在例示性延伸中，腔室包含空氣，空氣包含約20托水蒸氣。高電壓DC電源在閉合觸發器開關之前關閉。約4.5 kV之峰值電壓在5 kA之峰值電流下以高於約300 us之阻尼諧波振盪器放電。包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物在電線爆震之後約3-10分鐘內形成。自腔室底層及壁以及在置放在腔室中之Si晶圓上收集分析樣本。分析結果匹配本發明之低能量氫標記。
在圖12中所展示之實施例中，低能量氫振轉光譜藉由充當HOH (OH譜帶309 nm，O 130.4 nm，H 121.7 nm)催化劑及原子氫來源之包含諸如氬氣之惰性氣體及水蒸氣的反應混合物氣體之電子束激發來觀測。氬可在約100托至10個大氣壓之壓力範圍內。水蒸氣壓可在約1微托至10托的範圍內。電子束能量可在約1 keV至100 keV的範圍內。旋轉管線在來自包含藉由通過氮化矽窗口入射腔室中之氣體的12 keV至16 keV電子束激發之約100毫托水蒸氣之大氣壓氬電漿的145-300 nm區域中觀測到。觀測通過反應氣體腔室之MgF2 另一窗口的發射。氫之能量間距42 倍的能量間距將核間距離確定為H2 之核間距離之1/4且識別H2 (1/4) (方程式(29-31))。該系列匹配用於H2 (1/4)振動躍遷v = 1 → v = 0之H2 (1/4)之P分支，該分支分別包含在154.8、160.0、165.6、171.6及177.8 nm處觀測到的P(1)、P(2)、P(3)、P(4)及P(5)。在另一實施例中，包含諸如本發明中之低能量氫的低能量氫之物質組合物經熱分解，且包含諸如H2 (1/4)之低能量氫的分解氣體引入至反應氣體腔室中，其中低能量氫氣體使用電子束激發，且記錄振轉發射光譜。
氬氣用去除雜質之熱鈦帶處理。電子束光譜在經純化氬氣之情況下重複，且未觀測到H2 (1/4)之P分支。在用於去除H2 (1/4)氣體之Ti帶上執行拉曼光譜分析，且在匹配H2 (1/4)之旋轉能量的1940 cm-1 處觀測到峰值，從而確認其為圖12中所展示之150-180 nm區域中的該系列管線之來源。1940 cm-1 峰值匹配圖16中所展示之峰值。氬中存在分子低能量氫氣體之另一確認為圖22中所展示之帶有氫載體的負面氣相層析峰值之觀測。歸因於對應於比任何已知氣體之熱導電性更高的熱導電性之更小尺寸、更大平均自由路徑及更高分子低能量氫遷移率之負峰值為分子低能量氫氣體的特徵及獨特確認。
在另一實施例中，諸如H2 (1/4)之低能量氫氣體吸收於諸如鹼鹵化物或鹼鹵化物鹼金屬氫氧化物矩陣之吸氣劑中。旋轉振動光譜可藉由在真空中電子束激發吸氣劑來觀測到(圖13)。電子束能量可在約1 keV至100 keV的範圍內。峰值之間的旋轉能量間距可藉由方程式(30)給定。藉由方程式(29)給定之振動能量歸因於由結晶矩陣造成之較高有效質量而可位移至較低能量。在例示性實驗實例中，吸氣劑之晶格中捕獲之H 2 (1/ 4)之振轉發射藉由在約5 × 10-6 托的壓力範圍內具有10-20μA 之光束電流之入射6 KeV電子槍激發，且藉由無窗UV光譜分析記錄。充當Mills等人(R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, 「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」, (2012), Int. J. Energy Res., (2013), DOI: 10.1002/er.3142，其以引用之方式併入)之5 W CIHT電池堆疊中之吸氣劑的UV透明矩陣KCl中之H2 (1/4)(所謂260 nm帶)之經解決振轉光譜包含258 nm處之峰值最大值，其中峰值之代表性位置在222.7、233.9、245.4、258.0、272.2及287.6 nm處，具有0.2491 eV的相等間距。大體而言，能量相對於峰值數目之曲線產生在與用於躍遷及Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、P(1)、P(2)、P(3)及P(4)之H2 (1/4)的經預測值極為一致之R2 = 0.999或更好處藉由y = -0.249 eV + 5.8 eV給定之管線，其中Q(0)可識別為該系列的最強峰值。
振轉激發帶藉由冷卻樣品自激發減少及抑制。分子低能量氫在包含充當H及HOH低能量氫催化劑之來源的水合水之KCl晶體中形成。藉由無窗UV光譜分析(圖14)觀測到在晶格(260 nm譜帶)中捕獲之之常見振轉發射，其中集結粒樣品藉由入射6 KeV電子槍以及25之光束電流激發。電子束集結粒樣品自297 K至155 K至296 K熱循環，其中樣品冷卻使用低溫泵系統(Helix Corp.，CTI-Cryogenics型號SC壓縮機；TRI-Research型號T-2000D-IEEE控制器；Helix Corp.，CTI-Cryogenics型號22恆冷器(cryodyne))執行。0.25 eV間隔系列峰值之強度在低溫下隨著電子束電流保持恆定而可逆地減小。強度減小係歸因於260 nm譜帶發射器中之變化，此係因為超過310 nm之光譜區域中的背景在低溫下實際上增加。此等結果確認發射之來源係歸因於與H2 (1/4)之旋轉能量近乎完美匹配的振轉。由Mills [R. Mills、X Yu、Y. Lu、G Chu、J. He、J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，國際能源研究雜誌，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142]展示不存在使用高解析度可見光譜分析以之精度在第二級中分配給H2 (1/4)之管線的結構，從而進一步確認至H2 (1/4)振轉之分配。
低能量氫光譜之檢索中之另一成功交叉確認技術涉及拉曼光譜儀用於記錄H2 (1/4)之振轉作為匹配紫外、260 nm電子束譜帶中之事先所觀測到的第一級光譜之第二級螢光的使用[R. Mills、X Yu、Y. Lu、G Chu、J. He、J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，國際能源研究雜誌，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142]。來自密封在DSC盤中各自包含100 mg Cu + 30 mg去離子水之固體燃料糰粒之50個依序氬氣氛圍點火的產物氣體的KOH:KCl (1:1 wt%)集氣劑之拉曼光譜使用具有HeCd 325 nm雷射器之Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis拉曼光譜儀，以顯微鏡模式在40×之放大率下記錄。在起始物質集氣劑中未觀察到特徵。加熱包含氫氧化物-鹵化物固體燃料之集氣劑產生在8000 cm- 1 至18,000 cm- 1 區域中所觀察到的間隔1000 cm- 1 (0.1234 eV)相等能量之拉曼峰之低強度系列。在暴露於點火產物氣體之後觀察到峰值系列之超過一個數量級之強力增加。拉曼光譜至螢光或光致發光光譜之轉換揭露與對應於260 nm譜帶之首先藉由電子束激發觀測到的H2 (1/4)之第二級振轉光譜之匹配[R. Mills、X Yu、Y. Lu、G Chu、J. He、J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)，國際能源研究雜誌，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142]。將Q(0)分配給最強峰值，在表7中給予圖15中所展示之光譜的Q、R及P分支之峰值賦值為分別在3,183、12,199、11,207、10,191、9141、8100、14,168、15,121、16,064、16,993及17,892 cm-1 處觀測到的Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、R(3)、R(4)、P(1)、P(2)、P(3)、P(4)及P(5)。相比於所觀察到的拉曼光譜，具有峰值賦值之理論躍遷能量展示於表4中。
表4. 理論躍遷能量與所觀察到之拉曼峰值之躍遷賦值的比較。
In箔片暴露於來自包含密封於鋁DSC盤中之100 mg Cu + 30 mg去離子水的固體燃料之點火之氣體。藉由拉曼光譜分析及XPS識別所預測之低能量氫產物H2 (1/4)。使用具有780 nm二極體雷射之Thermo Scientific DXR SmartRaman，在銦金屬箔上觀測到匹配H2 (1/4)之可用空間旋轉能量(0.2414 eV)的具有40 cm-1 之寬度之1982 cm-1 處的吸收峰值(圖16)，其中藉由XPS僅觀測到存在O及In，且此等元素之化合物不可產生所觀測到之峰值。此外，XPS光譜確認存在低能量氫。使用Scienta 300 XPS光譜儀，在Lehigh University處在In箔片樣品上執行XPS。在498.5 eV (圖18)下觀察到強峰，其不可分配給任何已知元素。匹配理論能量之峰值允許分子低能量氫H2 (1/4)之雙重電離。亦對分別如圖19A-B及圖20A-B中所展示在包含水蒸氣之氬氣氛圍存在之情況下Fe及Mo電線之電線爆震所形成的聚合低能量氫化合物記錄H2 (1/4)之496 eV XPS峰值。
在銅電極上在包含1莫耳% H2 O之80 mg銀丸粒的點火之前進一步確認H2 (1/4)旋轉能量躍遷，如圖17A-B中所展示。使用Thermo Scientific DXR SmartRaman光譜儀及780 nm雷射所獲得的拉曼光譜展示在1940 cm-1 處之由點火形成之匹配H2 (1/4)的自由轉子能量(0.2414 eV)之反拉曼效應峰值。20 MW之峰值功率在點火丸粒上在22.8至647 nm區域內使用絕對光譜分析量測，其中光學發射能量為所應用能量的250倍[R. Mills、Y. Lu、R. Frazer，「Power Determination and Hydrino Product Characterization of Ultra-low Field Ignition of Hydrated Silver Shots」，中國物理學期刊，第56卷，(2018)，第1667-1717頁，以引用之方式併入]。包含1莫耳% H2 O之80 mg銀丸粒之點火後的銅電極上之相對應的XPS光譜展示於圖21A-B中，其中爆震藉由使用點焊機應用12 V 35,000 A電流來達成。496 eV處之峰值分配給H2 (1/4)，其中因為不存在此等候選物之相對應的峰值，所以消除諸如Na、Sn及Zn之其他可能性。
在圖15中所觀測到之H2 (1/4)振轉光譜之激發視為藉由雷射之高能UV及EUV He及Cd發射進行。總體而言，該等拉曼結果，諸如匹配260 nm電子束光譜之0.241 eV (1940 cm-1 )拉曼反拉曼效應峰值及間隔0.2414 eV之拉曼光致發光譜帶的觀察結果，為分子低能量氫之核間距離為H2 之核間距離的1/4的強力確認。藉由拉曼光譜分析之分子低能量氫賦值、定中心於1982 cm-1 處之反拉曼效應吸收峰值以及藉由XPS在498.5 eV處所觀測到的分子低能量氫H2 (1/4)之雙重電離多重地確認H之HOH催化的低能量氫產物。
此外，具有經吸收低能量氫反應產物氣體之集氣劑之陽離子ToF-SIMS光譜展示在二-氫作為結構M:H2 (M = KOH or K2 CO3 )之部分的情況下之基質化合物之多聚體群。具體而言，包含KOH及K2 CO3 [R. Mills、X Yu、Y. Lu、G Chu、J. He、J. Lotoski，「Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell」，(2012)國際能源雜誌，(2013)，DOI: 10.1002/er.3142]或使此等化合物作為低能量氫反應產物氣體之吸氣劑之先前低能量氫反應產物的陽離子光譜展示與作為該結構中之複合物的H2 (1/p)一致之及。
在實施例中，包含諸如本發明中之低能量氫的低能量氫之物質組合物經熱分解，且對包含諸如H2 (1/4)之低能量氫氣體的分解氣體執行氣相層析法。或者，低能量氫氣體可為藉由在諸如氬氣之稀有氣體中保持諸如H2 O之包含H2 O的電漿而原位形成之中之至少一者。電漿可處於約0.1 mTorr至1000 Torr之壓力範圍。H2 O電漿可包含另一氣體，諸如稀有氣體，諸如氬氣。在例示性實施例中，包含1 Torr H2 O蒸氣之大氣壓氬氣電漿保持有入射於密封容器中所含之氣體上的6 keV電子束，其中電子束穿過氮化矽窗。在另一實施例中，諸如H2 (1/4)之低能量氫氣體可藉由低溫-蒸餾自大氣壓氣體富集。在實施例中，氬氣中之低能量氫藉由自大氣壓空氣之氬氣的低溫-蒸餾獲得。安捷倫蒸鎦塔(CP754015，CP-分子篩5Å，50 m，0.32 mm，30 um，12.7 cm籠)上之氬氣的室溫氣相層析法(GC)之例示性結果在圖22中展示。對於氬氣而言，在相對於32分鐘之滯留時間的74分鐘滯留時間時觀測到負峰值，其中氬氣峰值為正。歸因於比H2 載氣更小之尺寸及更大的平均自由路徑，H2 (1/4)可比H2 載氣更導熱，以使得觀測到負峰值。不存在已知比氫氣更導熱之氣體；因此，低能量氫H2 (1/4)基於負峰值及圖12中所展示之振轉光譜而為僅有的可能性。H2 (1/4)氣體亦可根據本發明自諸如來自Zn或Sn電線在包含水蒸氣之大氣中的爆震之熱分解的低能量氫化合物之熱分解獲得。氣體樣品歸因於在壓力下在諸如約800℃之高溫下之所觀測到的快速下降歸因於極少H2 (1/4)氣體自真空密封的壓力容器之快速漫射而可能需要快速載入於GC上。
5b31‧‧‧反應電解槽腔室
5b41‧‧‧下部半球
5b42‧‧‧上部半球
5c‧‧‧儲集器
5c1‧‧‧基座
5c1a‧‧‧滴水邊緣
5c2‧‧‧倒置基座
5f‧‧‧電感耦合加熱器天線
5k‧‧‧電磁泵
5k2‧‧‧EM泵總線
5k2a‧‧‧點火匯流排
5k4‧‧‧EM泵管
5k6‧‧‧EM泵管
5k14‧‧‧滑動螺母
5k61‧‧‧電磁泵管
5ka‧‧‧EM泵
5kk‧‧‧EM泵組合件
5kk1‧‧‧EM泵組合件
5q‧‧‧噴嘴
5qa‧‧‧進水升管
10‧‧‧‧‧‧點火匯流排
10a1‧‧‧點火匯流排
26a‧‧‧PV陣列
110‧‧‧功率調節系統
111‧‧‧蒸汽出口
113‧‧‧入口
114‧‧‧熱交換器
114a‧‧‧面板
114b‧‧‧冷卻劑收集歧管
114c‧‧‧冷卻劑管線
114d‧‧‧冷卻劑入口孔
114e‧‧‧冷卻劑出口孔
114f‧‧‧冷卻劑出口歧管
300‧‧‧MHD發電機
301‧‧‧MHD總線饋通凸緣
302‧‧‧陰極
303‧‧‧陽極
304‧‧‧MHD電極
305‧‧‧導電柱
305a‧‧‧引線
306‧‧‧MHD磁體
306a‧‧‧MHD磁體殼體
307‧‧‧噴嘴
308‧‧‧發電機通道
309‧‧‧MHD冷凝部分
309a‧‧‧擋板
309b‧‧‧氣體殼體
309c‧‧‧壓力計
309d‧‧‧透氣膜
309e‧‧‧排空組合件
310‧‧‧MHD回流導管
310a‧‧‧回流線路
311‧‧‧回流儲集器
311a‧‧‧回流儲集器
312‧‧‧回流EM泵
312a‧‧‧泵
312b‧‧‧驅動馬達
312c‧‧‧刮刀或輪葉
312d‧‧‧複熱器
312e‧‧‧壓縮機氣管
313‧‧‧回流EM泵管
313a‧‧‧導管
313b‧‧‧傳送管
314‧‧‧密封件
316‧‧‧熱交換器
317‧‧‧MHD冷卻劑入口
318‧‧‧MHD冷卻劑出口
400‧‧‧EM泵
400a‧‧‧多級EM泵組合件
400b‧‧‧感應EM泵
400c‧‧‧感應EM泵
401‧‧‧初級變壓器繞組
401a‧‧‧EM泵變壓器繞組電路
402‧‧‧EM泵變壓器磁軛
403‧‧‧AC電磁體
403a‧‧‧AC電磁體
403b‧‧‧AC電磁體
403c‧‧‧EM泵電磁電路或組合件
404‧‧‧EM泵電磁軛
404a‧‧‧EM泵電磁軛
404b‧‧‧EM泵電磁軛
405‧‧‧EM泵管區段
406‧‧‧EM泵電流迴路傳回區段
407‧‧‧凸緣活接
408‧‧‧儲集器凸台
409‧‧‧儲集器底板組合件
409a‧‧‧儲集器底板
409b‧‧‧EM泵組合件底板
409c‧‧‧滑動工作台
409d‧‧‧套管儲集器
409e‧‧‧套管儲集器凸緣
409f‧‧‧電絕緣體插入儲集器
409g‧‧‧插入儲集器凸緣
409h‧‧‧氣體埠
410‧‧‧感應點火變壓器組合件
411‧‧‧感應點火變壓器繞組
412‧‧‧感應點火變壓器磁軛
413‧‧‧蓋板
414‧‧‧交接通道
415‧‧‧加熱器
416‧‧‧EM泵儲集器管線
417‧‧‧EM泵噴射管線
418‧‧‧結構支架
419‧‧‧控制管線
420‧‧‧熱屏蔽
421‧‧‧貯氣瓶
422‧‧‧氣體供應套管
422a‧‧‧金屬凸緣
423‧‧‧氫氧火焰加熱器
424‧‧‧氣體管線
425‧‧‧燃燒器或噴嘴
426‧‧‧除濕器
427‧‧‧殼體
428‧‧‧熱交換器
429‧‧‧水槽
430‧‧‧電解器
431‧‧‧電腦及控制系統
450‧‧‧渦輪機
451‧‧‧圓柱形熱交換器
452‧‧‧球面熱交換器
453‧‧‧高溫複熱器
454‧‧‧低溫複熱器
455‧‧‧預冷器
456‧‧‧主要壓縮機
457‧‧‧再壓縮壓縮機
458‧‧‧冷卻劑管線
459‧‧‧熱交換器
460‧‧‧發電機
561‧‧‧噴射器
462‧‧‧入口渦輪機管線
463‧‧‧出口渦輪機管線
464‧‧‧冷凝器
465‧‧‧泵
466‧‧‧泵管線
467‧‧‧渦輪機壓縮機
468‧‧‧熱交換器
469‧‧‧功率渦輪機
470‧‧‧渦輪機排氣通風口
474‧‧‧冷卻劑貯槽
475‧‧‧冷卻劑泵
476‧‧‧冷卻劑管線
477‧‧‧結構支架
500‧‧‧系統
500a‧‧‧SunCell®發電機
500b‧‧‧鍋爐
501‧‧‧高壓渦輪機
502‧‧‧低壓渦輪機
503‧‧‧發電機
504‧‧‧水分離器
505‧‧‧冷凝器
506‧‧‧冷卻塔
507‧‧‧冷卻水泵
508‧‧‧脫水給水貯槽
509‧‧‧第一級給水加熱器
510‧‧‧冷凝泵
511‧‧‧鍋爐給水純化系統
512‧‧‧水泵
513‧‧‧增壓泵
514‧‧‧反應物供應器
515‧‧‧產物提取系統
516‧‧‧加熱器
517‧‧‧反應物供應箱
518‧‧‧水電解器
519‧‧‧真空泵及氣泵系統
520‧‧‧熱冷卻劑管線
521‧‧‧低溫冷卻劑管線
522‧‧‧真空管線
523‧‧‧冷卻塔管線
622‧‧‧斯特林引擎
631‧‧‧斯特林引擎軸
632‧‧‧加熱板
633‧‧‧斯特林引擎散熱片
併入此說明書中且構成此說明書之一部分之隨附圖式說明本發明之若干實施例，且連同描述一起用以闡明本發明之原則。在圖式中：
圖2I161為根據本發明之實施例的磁流體動力(MHD)轉換器組件(陰極、陽極、絕緣體及匯流排饋通凸緣)的示意圖。
圖2I162至圖2I166為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器及包含一對MHD傳回EM泵的磁流體動力(MHD)轉換器。
圖2I167至圖2I173為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器及包含一對MHD傳回EM泵及一對MHD回氣泵或壓縮機的磁流體動力(MHD)轉換器。
圖2I174至圖2I176為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、陶瓷EM泵管組合件及包含一對MHD傳回EM泵的磁流體動力(MHD)轉換器。
圖2I177為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、陶瓷EM泵管組合件及筆直MHD通道。
圖2I178為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器及筆直MHD通道。
圖2I179至圖2I183為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直MHD通道及氣體添加殼體。
圖2I184為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體及用於噴射之單級感應EM泵及單級感應抑或DC傳導MHD傳回EM泵。
圖2I185為根據本發明之實施例的單級感應噴射EM泵的示意圖。
圖2I186為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、用於噴射及MHD傳回兩者之雙級感應EM泵及感應點火系統。
圖2I187為根據本發明之實施例的儲集器底板組合件及連接組件(進水升管、噴射器管及噴嘴)的示意圖。
圖2I188為根據本發明之實施例的雙級感應EM泵之示意圖，其中第一級充當MHD傳回EM泵且第二級充當噴射EM泵。
圖2I189為根據本發明之實施例的感應點火系統之示意圖。
圖2I190至圖2I191為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、用於噴射及MHD傳回兩者之雙級感應EM泵(其各自具有強制風冷系統)及感應點火系統。
圖2I192為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、用於噴射及MHD傳回兩者之雙級感應EM泵(其各自具有強制風冷系統)、感應點火系統及在EM泵管、儲集器、反應電解槽腔室及MHD回流管上的電感耦合式加熱天線。
圖2I193至圖2I198為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、用於噴射及MHD傳回兩者之雙級感應EM泵(其各自具有風冷系統)及感應點火系統。
圖2I199為根據本發明之實施例的單級感應噴射EM泵的示意圖。
圖2I200為根據本發明之實施例的雙級感應EM泵之示意圖，其中第一級充當MHD傳回EM泵且第二級充當噴射EM泵。
圖2I201為根據本發明之實施例的雙級感應EM泵之示意圖，其中第一級充當MHD傳回EM泵且第二級充當噴射EM泵，其中使勞侖茲泵抽力更加最佳化。
圖2I202至圖2I203為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、用於噴射及MHD傳回兩者之雙級感應EM泵(其各自具有強制風冷系統)及感應點火系統。
圖2I04為根據本發明之實施例的展示SunCell®之例示性螺旋形火焰加熱器及包含一系列環狀環的火焰加熱器之示意圖。
圖2I205為根據本發明之實施例的展示電解器之示意圖。
圖2I206為根據本發明之實施例的展示含有待在SunCell®之所需表面中再組合以充當化學加熱器的H2 + O2 以及稀釋氣體的殼體之示意圖。
圖2I207為根據本發明之實施例的SunCell®熱力發電機之示意圖，一者包含壁中嵌入有冷卻劑管之半球面殼形輻射熱吸收器熱交換器，其用以接收來自包含黑體輻射器之反應電解槽的熱力並將熱量傳遞至冷卻劑，且另一者包含圓周圓柱形熱交換器及鍋爐。
圖2I208至圖2I2012為根據本發明之實施例的SunCell®熱力發電機之示意圖，其包含壁中嵌入有冷卻劑管之半球面殼形輻射熱吸收器熱交換器，其用以接收來自包含黑體輻射器的反應電解槽之熱力並將熱量傳遞至冷卻劑。
圖2I213至圖2I214為根據本發明之實施例的展示SunCell®熱力發電機熱交換器之細節的示意圖，其包含壁中嵌入有冷卻劑管之半球面殼形輻射熱吸收器熱交換器，其用以接收來自包含黑體輻射器的反應電解槽之熱力並將熱量傳遞至冷卻劑。
圖2I215為根據本發明之實施例的展示SunCell®熱力發電機之細節的示意圖，其包含作為液體電極之噴射器儲集器及擴展之非噴射器儲集器中的單EM泵噴射器。
圖2I216至圖2I217為根據本發明之實施例的展示SunCell®熱力發電機之細節的示意圖，其各自包含作為液體電極之噴射器儲集器及擴展之非噴射器儲集器中的單EM泵噴射器。
圖2I218為根據本發明之實施例的展示SunCell®熱力發電機之細節的示意圖，其包含半球面殼形輻射熱吸收器熱交換器、作為液體電極之噴射器儲集器及擴展之非噴射器儲集器中的單EM泵噴射器。
圖2I219為根據本發明之實施例的展示SunCell®熱力發電機之細節的示意圖，其包含作為液體電極之噴射器儲集器及底座中之單EM泵噴射器。
圖2I220至圖2I221為根據本發明之實施例的展示SunCell®熱力發電機之細節的示意圖，其包含作為液體電極之噴射器儲集器及部分倒置底座中的單EM泵噴射器及用以遏制PV窗之金屬化的楔形反應電解槽腔室。
圖2I222至圖2I223為根據本發明之實施例的磁流體動力(MHD) SunCell®發電機之示意圖，其包含兩個複熱器及兩個成對氣體壓縮機，其中每一複熱器在相對應的壓縮機之前自MHD氣體流動去除熱量且將熱量傳回至壓縮機之壓縮氣體輸出。
圖2I224至圖2I226為根據本發明之實施例的超臨界CO2 SunCell®電力發電機之示意圖，其包含SunCell®以及熱交換器(在摘錄中單獨展示)、高溫及低溫複熱器、預冷器(precooler)、再壓縮壓縮機、主壓縮機、CO2 工作介質管線、轉動發電機軸之渦輪機及發電機。
圖2I227至圖2I228為根據本發明之實施例的封閉式朗肯SunCell®電力發電機之示意圖，其包含SunCell® (在摘錄中單獨展示)、鍋爐、轉動發電機軸之渦輪機、發電機、冷凝器、冷卻劑泵及冷卻劑管線。
圖2I229至圖2I231為根據本發明之實施例的外部燃燒器型開放布累登SunCell®電力發電機之示意圖，其包含用以汲入空氣之渦輪機壓縮機、具有熱交換器以提取來自SunCell®之熱量且將其傳遞至空氣的SunCell®、熱交換器冷卻劑貯槽及泵、轉動齒輪箱及壓縮機軸的電力渦輪機、齒輪箱、發電機及排氣管道。
圖2I232為根據本發明之實施例的外部燃燒器型開放布累登SunCell®電力發電機之橫截面示意圖，其使用箭頭展示空氣流動圖案。
圖2I233為根據本發明之實施例的外部燃燒器型開放布累登SunCell®電力發電機之組件的示意圖，其展示用以汲入空氣之渦輪機壓縮機、用以提取來自SunCell®的熱量且將其傳遞至空氣的熱交換器、電力渦輪機及排氣管道之細節。
圖2I234至圖2I235為根據本發明之實施例的開放朗肯SunCell®電力發電機之示意圖，其包含SunCell®、鍋爐、轉動發電機軸之渦輪機、發電機、冷卻塔及冷卻劑再循環及支援系統。
圖2I236至圖2I237為根據本發明之實施例的斯特林引擎SunCell®電力發電機之示意圖，其包含SunCell®、熱交換器及驅動發電機軸的斯特林引擎。
圖3為根據本發明之實施例的來自Smithells Metals Reference Book第8版11-20的銀-氧相圖的示意圖。
圖4A-C為根據本發明之實施例的低能量氫反應產物之電子順磁諧振光譜分析(EPR)光譜，其包含不同矩陣中之諸如分子低能量氫二聚體的較低能量氫物質。(A)由Sn電線在包含空氣中之水蒸氣的大氣中爆震形成之產物。(B)由具有水合水之球磨研磨NaOH及KCl形成的產物。(C)由Zn電線在包含空氣中之水蒸氣的大氣中爆震形成之產物，其中在298K (紅色痕量)及77K (藍色痕量)下在EPR光譜上確定低溫效果。
圖5為根據本發明之實施例的低能量氫反應電解槽腔室的示意圖，該低能量氫反應電解槽腔室包含使電線爆震以充當反應物來源中之至少一者的構件及用以傳播低能量氫反應以形成大型聚集體或聚合物的構件，該等大型聚集體或聚合物包含低能氫物質，諸如分子低能量氫。
圖6為根據本發明之實施例的包含諸如分子低能量氫之較低能量氫物質的反應產物之傅里葉變換紅外(FTIR)光譜，該等較低能量氫物質由Zn電線在包含空氣中之水蒸氣的大氣中爆震形成。
圖7A-B為根據本發明之實施例的相對於展示+4.41 ppm處之已知低磁場移位基質峰值的初始KOH-KCl (1:1)集氣劑之外部TMS的MAS NMR光譜及相對於來自展示-4.06及-4.41 ppm處的往高磁場位移之基質峰值之以137%增益輸出1029 Wh之包含[Mo/LiOH-LiBr-MgO/NiO]的10個CIHT電池之規模放大5 W堆疊的KOH-KCl (1:1)集氣劑之外部TMS的MAS NMR光譜。
圖8為根據本發明之實施例的包含諸如分子低能量氫之較低能量氫物質的反應產物之振動樣品磁力計記錄，該等較低能量氫物質由Mo電線在包含空氣中之水蒸氣的大氣中爆震形成。
圖9為根據本發明之實施例的對包含經吸收之H2 及H2 O的80 mg銀丸粒點火的處於5 nm至450 nm區域的絕對光譜，該經吸收之H2 及H2 O來自在滴入蓄水器中之前熔化的銀的氣體處理，其展示基本上全部處於紫外及遠紫外光譜區中的1.3 MW之平均NIST經校準光功率。
圖10為根據本發明之實施例的在具有約1 Torr之環境H2 O蒸氣壓的大氣氬中對泵送至W個電極中之熔融銀點火的光譜(歸因於藍寶石光譜儀窗，在180 nm處具有截止之100 nm至500 nm區域)，其展示在大氣隨著銀之汽化而變得對於UV輻射為光厚時轉變為5000K黑體輻射的UV管線發射。
圖11為根據本發明之實施例的藉由Pyrex SunCell®中之低能量氫反應保持的800 Torr氬-氫電漿之高解析度可見光譜，其展示對應於3.5 × 1023 /m3 之電子密度及需要約8.6 GW/m3 以保持的10%電離分數之1.3 nm之斯塔克展寬(Stark broadening)。
圖12為根據本發明之實施例的來自氬氣之電子束激發的紫外發射光譜，其包含分配給H2 (1/4)振轉P分支之一些水。
圖13為根據本發明之實施例的來自浸漬有低能量氫反應產物氣體之KCl電子束激發之紫外發射光譜，其展示晶格中的H2 (1/4)振轉P分支。
圖14為根據本發明之實施例的來自浸漬有低能量氫之KCl電子束激發之紫外發射光譜，其展示隨著溫度改變強度從而確認H2 (1/4)振轉賦值之晶格中的H2 (1/4)振轉P分支。
圖15為使用Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 325 nm雷射與1200光柵，在一系列8000-19,000 cm-1 拉曼位移中，暴露於密封在DSC盤中之100 mg Cu與30 mg去離子水之固體燃料樣品之點火的產物氣體之KOH-KCl（1:1 wt%）集氣劑之拉曼模式二階光致發光光譜。
圖16為在暴露於來自在氬氣下一系列固體燃料點火之產物氣體的In金屬箔上使用Thermo Scientific DXR SmartRaman光譜儀及780 nm雷射所獲得的拉曼光譜，各自包含與30 mg去離子水混合之100 mg Cu，其展示匹配H2 (1/4) (0.2414 eV)之無轉子能量的1982 cm-1 處之逆拉曼效應峰值。
圖17A-B為根據本發明之實施例的在對包含1莫耳% H2 O之80 mg銀丸粒點火之前及之後在銅電極上使用Thermo Scientific DXR SmartRaman光譜儀及780 nm雷射所獲得的拉曼光譜，其中藉由使用點焊機應用12 V 35,000 A電流來達成爆震，且光譜展示匹配H2 (1/4) (0.2414 eV)之無轉子能量的約1940 cm-1 處之逆拉曼效應峰值。
圖18A-B為根據本發明之實施例的在暴露於來自密封在DSC盤中之固體燃料100 mg Cu + 30 mg去離子水之連續氬-大氣點火的氣體之銦金屬箔上所記錄的XPS光譜。(A) 展示僅存在元素In、C、O及痕量K峰值之調查光譜。(B)展示出在分配給H2 (1/4)之498.5 eV處之峰值之高解析度光譜，其中基於在全譜掃描中不存在任何其他相對應的主要元素峰值而消除了其他可能性。
圖19A-B為根據本發明之實施例的具有分配給H2 (1/4)之496 eV處之峰值的Fe低能量氫聚合化合物之XPS光譜，其中因為僅存在Fe、O及C峰值而不存在候選物之其他峰值，所以消除諸如Na、Sn及Zn的其他可能性。(A)全譜掃描。(B)在H2 (1/4)之496 eV峰值之區域中的高解析度掃描。
圖20A-B為具有分配給在H2 (1/4)之496 eV處之峰值的Mo低能量氫聚合化合物之XPS光譜，其中因為僅存在Mo、O及C峰值而不存在候選物之其他峰值，所以消除諸如Na、Sn及Zn的其他可能性。強度小於Mo3p之Mo 3s根據本發明之實施例在亦展示H2 (1/4) 496 eV峰值的額外樣品之情況下處於506 eV。(A)全譜掃描。(B)在H2 (1/4)之496 eV峰值之區域中的高解析度掃描。
圖21A-B為根據本發明之實施例的對包含1莫耳% H2 O之80 mg銀丸粒點火後的銅電極上之XPS光譜，其中藉由使用點焊機應用12 V 35,000 A電流來達成爆震。496 eV處之峰值分配給H2 (1/4)，其中因為不存在此等候選物之相對應的峰值，所以消除諸如Na、Sn及Zn之其他可能性。拉曼爆震後光譜(圖17A-B)展示匹配H2 (1/4) (0.2414 eV)之無轉子能量的約1940 cm-1 處之逆拉曼效應峰值。
圖22為根據本發明之實施例的在Agilent蒸鎦塔及氫載氣之情況下所記錄的氬中之低能量氫氣體之氣相層析，其在74分鐘時展示消除不同於低能量氫之任何其他賦值的負峰值。

Claims (49)

  1. 一種產生電能及熱能中之至少一者的電力系統，其包含： 至少一個容器，其能夠保持一壓力低於、處於或高於大氣壓； 反應物，該等反應物包含： a. 至少一種包含初生H2 O之催化劑來源或一催化劑； b. 至少一種H2 O來源或H2 O； c. 至少一種原子氫來源或原子氫；以及 d. 一熔融金屬； 一熔融金屬噴射器系統，其包含至少一個含有該熔融金屬中之一些及提供一熔融金屬流之具有一噴射器管的一熔融金屬泵之儲集器及至少一個接收該熔融金屬流之非噴射器儲集器； 至少一個點火系統，其包含用以將電功率供應至該至少一個熔融金屬蒸氣以點燃一電漿之一電源； 至少一個反應物供應系統，其用以補充在反應物之一反應以產生該電能及熱能中之至少一者的過程中消耗之該等反應物； 光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統。
  2. 如請求項1之電力系統，其進一步包含用以熔融一金屬以包含該熔融金屬之一加熱器。
  3. 如請求項1之電力系統，其進一步包含一熔融金屬回收系統。
  4. 如請求項3之電力系統，其中該熔融金屬回收系統包含自該非噴射儲集器至該噴射器系統儲集器的至少一個熔融金屬溢出通道，其進一步在該熔融金屬溢出流中產生斷裂從而阻斷通過該溢出熔融金屬之任何電流路徑。
  5. 如請求項3之電力系統，其中該熔融金屬回收系統包含該非噴射器儲集器，該非噴射器儲集器具有其自該噴射器系統之該噴射器管以高於該噴射器管的一高度接收熔融金屬之入口且進一步包含使該溢出流破裂之一滴水邊緣。
  6. 如請求項5之電力系統，其中非噴射器儲集器入口位於一平面中，且該平面垂直於來自該噴射管之該熔融金屬流的初始方向對準。
  7. 如請求項6之電力系統，其中該噴射器系統之該非噴射器儲集器及該噴射器管均沿與橫切於地球重力軸線的一水平軸呈大於零之一角度的一軸線對準。
  8. 如請求項7之電力系統，其中該角度在25°至90°之範圍內。
  9. 如請求項1之電力系統，其中該噴射器儲集器包含與其中的該熔融金屬接觸之一電極，且該非噴射器儲集器包含接觸藉由該噴射器系統提供之該熔融金屬的一電極。
  10. 如請求項9之電力系統，其中該點火系統包含一電源，該電源用以向該等噴射器及非噴射器儲集器電極供應相反電壓，該電源通過該熔融金屬流供應電流及功率流以使得該等反應物發生反應從而在該容器內部形成一電漿。
  11. 如請求項10之電力系統，其中該電源傳遞足以引起該等反應物發生反應以形成電漿之一高電流電能。
  12. 如請求項11之電力系統，其中該電源包含至少一個超級電容器。
  13. 如請求項1之電力系統，其中每一電磁泵包含以下中之一者： a. 一DC或AC導電型，其包含經由電極供應至該熔融金屬之一DC或AC電流源及一恆定或同相交變向量交叉磁場來源，或 b. 一感應型，其包含穿過熔融金屬之一短路迴路之一交變磁場來源，其在該金屬中誘導一交流電；及一同相交變向量交叉磁場來源。
  14. 如請求項1之電力系統，其中來自該熔融金屬點火系統功率之一電流在10 A至50,000 A之範圍內。
  15. 如請求項14之電力系統，其中該熔融金屬點火系統之該電路藉由該熔融金屬流而閉合以引起點火，從而進一步引起在0 Hz至10,000 Hz之範圍內的點火頻率。
  16. 如請求項1之電力系統，其中該熔融金屬包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者。
  17. 如請求項1之電力系統，其中該熔融金屬具有低於700℃之一熔點。
  18. 如請求項17之電力系統，其中該熔融金屬包含鉍、鉛、錫、銦、鎘、鎵、銻或合金中之至少一者，該等合金諸如洛斯合金(Rose's metal)、Cerrosafe、伍氏合金(Wood's metal)、菲爾德合金(Field's metal)、Cerrolow 136、Cerrolow 117、Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl及鎵銦錫合金(Galinstan)。
  19. 如請求項1之電力系統，其進一步包含一真空泵及至少一個熱交換器。
  20. 如請求項1之電力系統，其中至少一個儲集器包含氮化硼。
  21. 如請求項1之電力系統，其中該等反應物包含一容器氣體，該容器氣體包含氫氣、氧氣及水中之至少一者。
  22. 如請求項21之電力系統，其中該容器氣體進一步包含一惰性氣體。
  23. 如請求項22之電力系統，其進一步包含一反應物供應器及一惰性氣體供應器，其中該等供應器保持該容器氣體處於在0.01 Torr至200 atm的範圍內之一壓力下。
  24. 如請求項1之電力系統，其中該反應功率輸出之該至少一個功率轉換器或輸出系統包含以下各者的群組中之至少一者：一熱光伏打轉換器、一光伏打轉換器、一光電轉換器、一磁流體動力轉換器、一電漿動力轉換器、一熱離子轉換器、一熱電轉換器、一斯特林引擎(Sterling engine)、一超臨界CO2 循環轉換器、一布累登循環轉換器(Brayton cycle converter)、一外部燃燒器型布累登循環引擎或轉換器、一朗肯循環引擎或轉換器(Rankine cycle engine or converter)、一有機朗肯循環轉換器、一內部燃燒型引擎及一熱機、一加熱器及一鍋爐。
  25. 如請求項1之電力系統，其中該容器包含將光自該容器之該內部傳輸至一光伏打轉換器的一透光之光伏打(PV)窗及引起一壓力梯度以至少部分地避免該熔融金屬包覆該PV窗的一容器幾何形狀及至少一個擋扳中之至少一者。
  26. 如請求項1之電力系統，其中該容器幾何形狀包含朝向該PV窗之一減小的橫截面積。
  27. 如請求項24之電力系統，其包含聚光型光伏打電池，其包含選自以下之至少一種化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)、銻化砷磷銦(InPAsSb)、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge、GaInP-GaInAs-Ge、III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN及InGaN。
  28. 如請求項24之電力系統，其中該磁流體動力功率轉換器包含連接至該反應容器之一噴嘴、一磁流體動力通道、電極、磁體、一金屬採集系統、一金屬再循環系統、一熱交換器及視情況選用之一氣體再循環系統。
  29. 如請求項1或28之電力系統，其中該電力系統的至少一個組件包含一陶瓷及一金屬中之至少一者。
  30. 如請求項29之電力系統，其中該陶瓷包含以下中之至少一者：一金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽及一玻璃陶瓷。
  31. 如請求項29之電力系統，其中該金屬包含一不鏽鋼及一耐火金屬中之至少一者。
  32. 如請求項28之電力系統，其中該熔融金屬包含銀，且該磁流體動力轉換器進一步包含一氧來源以形成銀粒子奈米顆粒且通過磁流體動力噴嘴加速該等奈米顆粒從而賦予該容器中所產生之該功率的一動能存量。
  33. 如請求項32之電力系統，其中該反應物供應系統另外供應並控制該氧來源以形成該等銀奈米顆粒。
  34. 如請求項32之電力系統，其中該等銀奈米顆粒之該動能存量中的至少一部分在該磁流體動力通道中轉換為電能，該等奈米顆粒在該金屬採集系統中凝聚為熔融金屬，該熔融金屬至少部分地吸收該氧，包含經吸收氧之該金屬藉由該金屬再循環系統傳回至該噴射器儲集器，且該氧藉由該容器中之該電漿釋放。
  35. 如請求項34之電力系統，其中電漿保持在該磁流體動力通道及金屬採集系統中以增加由該熔融金屬吸收之該氧。
  36. 如請求項13或28之電力系統，其中該電磁泵包含一雙級泵，該雙級泵包含一第一級，該第一級包含該金屬再循環系統之一泵，及一第二級，該第二級包含該金屬噴射器系統之該泵。
  37. 如請求項1之電力系統，其中由該原子氫及催化劑的反應形成之該氫產物包含以下產物中之至少一者： a. 具有1900至2000 cm-1 處之一拉曼峰值的一氫產物； b. 具有以0.23至0.25 eV之一整數倍間隔開之複數個拉曼峰值的一氫產物； c. 具有1900至2000 cm-1 處之一紅外峰值的一氫產物； d. 具有以0.23至0.25 eV之一整數倍間隔開之複數個紅外峰值的一氫產物； e. 具有介於200至300 nm之範圍內的具有為0.23至0.3 eV之一整數倍之一間距的複數個UV螢光發射光譜峰值之一氫產物； f. 具有介於200至300 nm之範圍內的具有為0.2至0.3 eV之一整數倍之一間距的複數個電子束發射光譜峰值之一氫產物； g. 具有介於5000至20,000 cm-1 之範圍內的具有1000 ±200 cm-1 之一整數倍之一間距的複數個拉曼光譜峰值之一氫產物； h. 具有介於490至525 eV之範圍內的一能量處之一X射線光電子光譜峰值之一氫產物； i. 引起一高磁場MAS NMR基質位移的一氫產物； j. 相對於TMS具有大於-5 ppm之一高磁場MAS NMR或液體NMR位移之一氫產物； k. 包含大型聚集體或聚合物Hn (n為大於3之一整數)之一氫產物； l. 包含具有16.12至16.13之一飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)峰值的大型聚集體或聚合物Hn (n為大於3之一整數)之一氫產物； m. 包含一金屬氫化物之一氫產物，其中該金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu及W中之至少一者； n. 包含H16 及H24 中之至少一者的一氫產物； o. 包含一無機化合物Mx Xy 及H2 之一氫產物，其中M為一陽離子且X為具有M(Mx Xy H2 )n之電噴霧電離飛行時間次級離子質譜分析(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)峰值中之至少一者的一陰離子，其中n為一整數； p. 包含分別具有及之電噴霧電離飛行時間次級離子質譜分析(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)峰值中之至少一者的K2 CO3 H2 及KOHH2 中之至少一者之一氫產物； q. 包含一金屬氫化物之一磁性氫產物，其中該金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及一反磁金屬中之至少一者； r. 包含一金屬氫化物之一氫產物，其中該金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及藉由磁性磁化率量測術(susceptometry)展現磁性的一反磁金屬中之至少一者； s. 包含在電子順磁諧振(EPR)光譜分析中無活性之一金屬的一氫產物，其中該EPR光譜包含極高g因子、極低g因子、異常線寬及質子分離中之至少一者； t. 包含一氫分子二聚體之一氫產物，其中該EPR光譜展示2800至3100 G處之至少一個峰值及10 G至500 G的ΔH； u. 包含具有一負氣相層析法峰值之帶有氫載體的一氣體之一氫產物； v. 具有之一四極矩/e的一氫產物，其中p為一整數； w. 包含具有介於(J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 之範圍內的整數J至J+1躍遷之一端對端旋轉能量之一分子二聚體的一質子氫產物，其中包含氘之該分子二聚體之該相對應的旋轉能量為包含質子之該二聚體的旋轉能量之½； x. 包含具有來自以下群組之至少一個參數的分子二聚體之一氫產物：(i)1.028 Å ±10%的一氫分子分離距離，(ii)在氫分子之間23 cm-1 ±10%的一振動能量，及(iii)在氫分子之間0.0011 eV ±10%的一凡得瓦能量(van der Waals energy)； y. 包含具有來自以下群組之至少一個參數之一固體的一氫產物：(i)1.028 Å ±10%之一氫分子分離距離，(ii)在氫分子之間23 cm-1 ±10%的一振動能量，及(iii)在氫分子之間0.019 eV ±10%的一凡得瓦能量； z. 具有以下中之至少一者的一氫產物： 1. (i) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 、(ii) (J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 及(iii) 23 cm-1 ±10%之FTIR及拉曼光譜特徵； 2. 展示1.028 Å ±10%之一氫分子分離的一X射線或中子繞射圖案，及 3. 0.0011 eV ±10%/分子氫之汽化能量的一量熱測定； aa. 具有以下中之至少一者的一固體氫產物： 1. (i) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 、(ii) (J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 及(iii) 23 cm-1 ±10%之FTIR及拉曼光譜特徵； 2. 展示1.028 Å ±10%之一氫分子分離的一X射線或中子繞射圖案，及 3. 0.019 eV ±10%/分子氫之該汽化能量的一量熱測定。
  38. 如請求項1之電力系統，其中由該原子氫及催化劑之反應形成的該氫產物包含H(1/4)及H2 (1/4)中之至少一者，其中該氫產物具有以下各者中之至少一者： a. 該氫產物具有一傅里葉變換紅外光譜(FTIR)，其包含1940 cm-1 ±10%處之H2 (1/4)旋轉能量及指紋區域中之祭酒帶中之至少一者，其中不存在其他較高能量特徵； b. 該氫產物具有包含一高磁場基質峰值之一質子魔角旋轉核磁諧振光譜(1 H MAS NMR)； c. 該氫產物具有展示100℃至1000℃之溫度區域中的一金屬氫化物及一氫聚合物中之至少一者之分解的一熱解重量分析(TGA)結果； d. 該氫產物具有包含260 nm區域中之H2 (1/4)振轉帶的一電子束激發發射光譜，該區域包含以0.23 eV至0.3 eV彼此間隔開之複數個峰值； e. 該氫產物具有包含該260 nm區域中之該H2 (1/4)振轉帶的一電子束激發發射光譜，該區域包含以0.23 eV至0.3 eV彼此間隔開之複數個峰值，其中該等峰值之強度在介於0 K至150 K的範圍內之低溫下減小； f. 該氫產物具有包含該260 nm區域中之該H2 (1/4)振轉帶之第二級的一光致發光拉曼光譜，該區域包含複數個以0.23 eV至0.3 eV彼此間隔開之峰值； g. 該氫產物具有包含該H2 (1/4)振轉帶之該第二級的一光致發光拉曼光譜，該振轉帶包含具有為1000 ±200 cm-1 之一整數倍的一間距之介於5000至20,000 cm-1 之範圍內的複數個峰值； h. 該氫產物具有包含1940 cm-1 ±10%處之該H2 (1/4)旋轉峰值的一拉曼光譜； i. 該氫產物具有包含490至500 eV之H2 (1/4)總能量的一X射線光電子光譜(XPS)； j. 該氫產物包含大型聚集體或聚合物H(1/4)n (n為大於3之一整數)； k. 該氫產物包含具有16.12至16.13之一飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)峰值的大型聚集體或聚合物H(1/4)n (n為大於3之一整數)； l. 該氫產物包含一金屬氫化物，其中該金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu及W中之至少一者，且該氫包含H(1/4)； m. 該氫產物包含H(1/4)16 及H(1/4)24 中之至少一者； n. 該氫產物包含一無機化合物Mx Xy 及H(1/4)2 ，其中M為一陽離子且X為一陰離子,且該電噴霧電離飛行時間次級離子質譜(ESI-ToF)及該飛行時間次級離子質譜(ToF-SIMS)包含M(Mx Xy H(1/4)2 )n之峰值，其中n為一整數； o. 該氫產物包含K2 CO3 H(1/4)2 及KOHH(1/4)2 中之至少一者,且該電噴霧電離飛行時間次級離子質譜(ESI-ToF)及該飛行時間次級離子質譜(ToF-SIMS)中之至少一者分別包含及之峰值; p. 該氫產物為磁性的且包含一金屬氫化物，其中該金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及一反磁金屬中之至少一者，且該氫為H(1/4)； q. 該氫產物包含一金屬氫化物，其中該金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及一反磁金屬中之至少一者，且H為H(1/4)，其中該產物藉由磁性磁化率量測術展現磁性； r. 該氫產物包含在電子順磁諧振(EPR)光譜分析中無活性之一金屬，其中該EPR光譜展示2800至3100 G處之至少一個峰值及10至500 G的ΔH； s. 該氫產物包含一[H2 (1/4)]2 ，其中該EPR光譜展示2800至3100 G處之至少一個峰值及10 G至500 G的ΔH； t. 該氫產物包含或釋放具有一負氣相層析法峰值之H2 (1/4)氣體，該氣體帶有氫載體； u. 該氫產物包含具有之一四極矩/e的H2 (1/4)； v. 該氫產物包含具有分別介於(J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 及(J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 之範圍內的該整數J至J+1躍遷之一端對端旋轉能量之[H2 (1/4)]2 或[D2 (1/4)]2 ； w. 該氫產物包含具有來自以下群組之至少一個參數的[H2 (1/4)]2 ：(i) 1.028 Å ±10%之一H2 (1/4)分子分離距離，(ii)在H2 (1/4)分子之間23 cm-1 ±10%的一振動能量，及(iii)在H2 (1/4)分子之間0.0011 eV ±10%的一凡得瓦能量，及 x. 該氫產物包含具有來自以下群組之至少一個參數的H2 (1/4)分子之一固體：(i) 1.028 Å ±10%之一H2 (1/4)分子分離距離，(ii)在H2 (1/4)分子之間23 cm-1 ±10%的一振動能量，及(iii)在H2 (1/4)分子之間0.019 eV ±10%的一凡得瓦能量； y. 具有以下中之至少一者的[H2 (1/4)]2 產物： 1. (i) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 、(ii) (J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 及(iii) 23 cm-1 ±10%之FTIR及拉曼光譜特徵； 2. 展示1.028 Å ±10%之一H2 (1/4)分子分離的一X射線或中子繞射圖案，及 3. 0.0011 eV ±10%/H2 (1/4)之該汽化能量的一量熱測定，及 z. 具有以下中之至少一者的固體H2 (1/4)產物： 1. (i) (J+1)44.30 cm-1 ±20 cm-1 、(ii) (J+1)22.15 cm-1 ±10 cm-1 及(iii) 23 cm-1 ±10%之FTIR及拉曼光譜特徵； 2. 展示1.028 Å ±10%之一氫分子分離的一X射線或中子繞射圖案，及 3. 0.019 eV ±10%/H2 (1/4)之該汽化能量的一量熱測定。
  39. 如請求項37之電力系統，其中由該原子氫及催化劑之反應形成的該氫產物包含獨自選自H(1/p)、H2 (1/p)及H- (1/p)之群組或與以下各者中之至少一者錯合的一低能量氫物質中之至少一者：(i)不同於氫之一元素，(ii)包含H+ 、普通H2 、普通H- 、及普通中之至少一者的一普通氫物質、一有機分子物質，及(iv)一無機物質。
  40. 如請求項37之電力系統，其中由該原子氫及催化劑之反應形成的該氫產物包含一氧陰離子化合物。
  41. 如請求項37之電力系統，其中由該原子氫及催化劑之反應形成的該氫產物包含具有選自以下群組之式的至少一種化合物： a. MH、MH2 或M2 H2 ，其中M為一鹼性陽離子且H為一低能量氫物質； b. MHn ，其中n為1或2，M為一鹼土陽離子，且H為低能量氫物質； c. MHX，其中M為一鹼性陽離子，X為諸如鹵素原子之一中性原子、一分子或諸如鹵素陰離子的一單獨帶負電陰離子中之一者，且H為一低能量氫物質； d. MHX，其中M為一鹼土陽離子，X為一單獨帶負電陰離子，且H為一低能量氫物質； e. MHX，其中M為一鹼土陽離子，X為一雙帶負電陰離子，且H為一低能量氫物質； f. M2 HX，其中M為一鹼性陽離子，X為一單獨帶負電陰離子，且H為一低能量氫物質； g. MHn ，其中n為一整數，M為一鹼性陽離子，且該化合物之氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； h. M2 Hn ，其中n為一整數，M為一鹼土陽離子，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； i. M2 XHn ，其中n為一整數，M為一鹼土陽離子，X為一單獨帶負電陰離子，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； j. M2 X2 Hn ，其中n為1或2，M為一鹼土陽離子，X為一單獨帶負電陰離子，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； k. M2 X3 H，其中M為一鹼土陽離子，X為一單獨帶負電陰離子，且H為一低能量氫物質； l. M2 XHn ，其中n為1或2，M為一鹼土陽離子，X為一雙帶負電陰離子，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； m. M2 XX'H，其中M為一鹼土陽離子，X為一單獨帶負電陰離子，X'為一雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物質； n. MM'Hn ，其中n為1至3之一整數，M為一鹼土陽離子，M'為一鹼金屬陽離子，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； o. MM'XHn ，其中n為1或2，M為一鹼土陽離子，M'為一鹼金屬陽離子，X為一單獨帶負電陰離子，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； p. MM'XH，其中M為一鹼土陽離子，M'為一鹼金屬陽離子，X為一雙帶負電陰離子，且H為一低能量氫物質； q. MM'XX'H，其中M為一鹼土陽離子，M'為一鹼金屬陽離子，X及X'為單獨帶負電陰離子，且H為一低能量氫物質； r. MXX'Hn ，其中n為1至5之一整數，M為一鹼性或鹼土陽離子，X為一單獨或雙帶負電陰離子，X'為一金屬或類金屬、一過渡元素、一內部過渡元素或一稀土元素，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； s. MHn ，其中n為一整數，M為一陽離子，諸如一過渡元素、一內部過渡元素或一稀土元素，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； t. MXHn ，其中n為一整數，M為一陽離子，諸如一鹼性陽離子、鹼土陽離子，X為另一陽離子，諸如一過渡元素、內部過渡元素或一稀土元素陽離子，且該化合物之該氫內容物Hn 包含至少一種低能量氫物質； u.，其中M為一鹼性陽離子或其他+1陽離子，m及n皆為一整數，且該化合物之該氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物質； v.，其中M為一鹼性陽離子或其他+1陽離子，m及n皆為一整數，X為一單獨帶負電陰離子，且該化合物之該氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物質； w.，其中M為一鹼性陽離子或其他+1陽離子，n為一整數，且該化合物之該氫內容物H包含至少一種低能量氫物質； x.，其中M為一鹼性陽離子或其他+1陽離子，n為一整數，且該化合物之該氫內容物H包含至少一種低能量氫物質； y.，其中m及n皆為一整數，M及M'皆為一鹼性或鹼土陽離子，X為一單獨或雙帶負電陰離子，且該化合物之該氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物質，及 z.，其中m及n皆為一整數，M及M'皆為一鹼性或鹼土陽離子，X及X'為一單獨或雙帶負電陰離子，且該化合物之該氫內容物Hm 包含至少一種低能量氫物質。
  42. 如請求項41之電力系統，其中由該原子氫及催化劑之反應形成的氫化合物產物之該陰離子包含至少一或多種單獨帶負電陰離子、鹵離子、氫氧根離子、碳酸氫根離子、硝酸根離子，雙帶負電陰離子為碳酸根離子、氧化物及硫酸根離子。
  43. 如請求項42之電力系統，其中由該原子氫及催化劑之反應形成的該氫產物包含嵌入於一晶格中之至少一種低能量氫物質。
  44. 如請求項43之電力系統，其中該化合物包含嵌入於一鹽晶格中的H(1/p)、H2 (1/p)及H- (1/p)中之至少一者。
  45. 如請求項44之電力系統，其中該鹽晶格包含一鹼金屬鹽、一鹼性鹵化物、一鹼金屬氫氧化物、鹼土鹽、一鹼土鹵化物及一鹼土氫氧化物中之至少一者。
  46. 一種電極系統，其包含： a. 一第一電極及一第二電極； b. 一熔融金屬(例如，熔融銀、熔融鎵等)流，其與該第一及該第二電極電接觸； c. 一循環系統，其包含用以自一儲集器汲取該熔融金屬且通過一管道(例如，一管)輸送其以產生離開該管道的該熔融金屬流之一泵； d. 一電源，其經組態以提供該第一與該第二電極之間的一電勢差； 其中該熔融金屬流同時與該第一及該第二電極接觸以在該等電極之間產生一電流。
  47. 如請求項46之電極系統，其中該電功率足以產生一電弧電流。
  48. 一種電路，其包含： a. 用於產生熔融金屬的一加熱構件； b. 用於自一儲集器通過一管道輸送該熔融金屬以產生離開該管道之該熔融金屬的一流之一泵抽構件； c. 一第一電極及一第二電極，其與用於跨該第一及該第二電極產生一電勢差的一電源構件電連通； 其中該熔融金屬流同時與該第一及該第二電極接觸以在該第一與該第二電極之間產生一電路。
  49. 在包含一第一及一第二電極之一電路中，改良包含使一熔融金屬流穿過該等電極以准許一電流在其之間流動。
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