TW202301797A - 紅外光回收熱光伏打氫電力產生器 - Google Patents
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Abstract
本發明描述一種電力產生器，該電力產生器提供電力及熱力中之至少一者，該電力產生器包含：(i)至少一個反應單元，其用於涉及可藉由獨特分析及光譜特徵加以識別之原子氫產物的反應；(ii)熔融金屬注入系統，其包含至少一個諸如電磁泵之向該反應單元提供熔融金屬流之泵及至少一個接收該熔融金屬流之儲集器；及(iii)點火系統，其包含電源，該電源向至少一個熔融金屬流提供低電壓、高電流電能以點燃電漿，從而引發該反應之快速動力學及能量增益。在一些實施例中，該電力產生器可包含：(v)供應至該電漿之H
2及O
2源；(vi)熔融金屬回收系統；及(vii)功率轉換器，其能夠(a)使用具有光回收之聚光型熱光伏打單元將自該單元之黑體輻射器輸出之高功率光轉換成電，或(b)使用磁流體動力轉換器將高能電漿轉換成電。
Description
本發明係關於電力產生領域，且特定言之，係關於用於產生電力之系統、裝置及方法。更具體言之，本發明之實施例係關於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、電漿及熱力且產生電力之電力產生裝置及系統以及相關方法。另外，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源進行點火來產生光功率、機械動力、電力及/或熱力之系統、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，如利用來自電漿之電力。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電力的電力產生系統而定。
電漿可以在某些燃料點火期間形成。此等燃料可包括水或基於水之燃料源。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。電漿之高光功率可由本發明之電轉換器利用。離子及激發態原子可再合併，且經歷電子鬆弛以發射光功率。可用光伏打裝置將光功率轉換成電。
利用電漿產生電力常常難以持續及達成。不僅電漿反應難以持續，而且由電漿產生之高能量對周圍系統具有深遠影響，常常引起用於產生及維持此等電漿之組分分解。此外，自電漿輸出之光之轉換常常與系統之能量損失相關聯，其中例如低能量光(例如紅外光)在光伏打裝置之帶隙之下且因此損失。此外，輸出至光伏打裝置之電漿光常常受反應單元與光伏打裝置之間的窗口阻礙，該窗口容易發生某些變形及於其上之材料積聚，從而導致光至光伏打裝置之較低遞送及系統之能量損失。
本發明係關於產生電能及熱能中之至少一者之動力系統，該等動力系統包含：
至少一個容器，其能夠維持壓力低於大氣壓；
反應物，其能夠進行產生足夠能量以在容器中形成電漿之反應，該等反應物包含：
a) 氫氣與氧氣之混合物，及/或
水蒸氣，及/或
氫氣與水蒸氣之混合物；
b) 熔融金屬；
一個質量流量控制器，其用以控制至少一種反應物流入容器中之流動速率；
一個真空泵，其用以在一或多種反應物流入容器中時維持容器中之壓力低於大氣壓；
一個熔融金屬注入器系統，其包含至少一個含有一些熔融金屬之儲集器、經組態以遞送儲集器中之熔融金屬且通過注入器管以提供熔融金屬流之熔融金屬泵系統(例如一或多個電磁泵)及至少一個用於接收熔融金屬流之非注入器熔融金屬儲集器；
至少一個點火系統，其包含電源或點火電流源以向至少一個熔融金屬流供應電力，從而在氫氣及/或氧氣及/或水蒸氣流入容器中時點燃反應；
一個反應物供應系統，其用以補充反應中消耗之反應物；
一個功率轉換器或輸出系統，其用以將由反應產生之能量之一部分(例如自電漿輸出之光及/或熱)轉換成電力及/或熱力。
本發明之動力系統(在本文中稱為「SunCell」)可包含：
a)至少一個容器，其能夠維持壓力低於大氣壓，包含反應腔室；
b)兩個電極，其經組態以使熔融金屬在其間流動，從而使電路完整；
c)電源，其連接至該兩個電極以在該電路閉合時在該兩個電極間施加點火電流；
d)電漿產生單元(例如輝光放電單元)，其用以誘導由遞送至其之氣體形成第一電漿；其中該電漿產生單元之流出液被導向該電路(例如該熔融金屬、陽極、陰極、浸沒於熔融金屬儲集器中之電極)；
其中當施加電流通過該電路時，該電漿產生單元之該流出液進行用於產生第二電漿及反應產物之反應；及
e)電源適配器，其包含經組態以將來自該第二電漿之能量轉換成及/或傳遞至機械能、熱能及/或電能之熱光伏打轉換器；
其中來自該第二電漿之能量在黑體輻射器中被吸收以產生黑體輻射，且該黑體輻射在該熱光伏打轉換器中經轉換。在一些實施例中，電源適配器為複數個熱光伏打適配器。熱光伏打適配器可包含於測地圓頂中之光伏打轉換器，其中光伏打轉換器可包含由三角形元件構成之接收器陣列(例如緻密接收器陣列)；且
其中每一三角形元件包含複數個能夠將該黑體輻射轉換成電之聚光型光伏打單元。在一些實施例中，兩個電極中之經正偏壓電極為、包含或連接至黑體輻射器。在各種實施方案中，具有比光伏打單元之帶隙低之能量的由電漿產生之光子(例如紅外)朝向電漿產生單元(例如朝向黑體輻射器)反射回來。
通常，自反應單元及/或黑體輻射器輸出之光在用於電產生之光伏打裝置及/或以熱方式及以光學方式輸出能量之黑體輻射器中經收集，其中之每一者可單獨地收集。在一些實施例中，系統可包含於包含第二電漿之反應單元與熱光伏打轉換器之間的PV窗口。為了維持能量產生，熔融金屬(例如錫)可藉由利用本發明之材料、系統及方法而不會使PV窗口濕潤。在一些實施例中，氣體可為不使錫氧化或向錫提供最低程度氧化之反應混合物(例如系統中之熔融金屬之少於10%或少於5%或少於1%不經提供至系統之氣體氧化達12小時)。在各種實施方案中，PV窗口可包含(或主要包含)扁平表面，電源適配器包含光伏打(PV)轉換器，且PV轉換器包含具有匹配PV窗口之幾何形狀之扁平緻密接收器陣列面板以經由PV窗口接收電漿發射。此等組態可將不由光伏打裝置吸收、但向後導向反應單元以用於光回收之低能量光的反射率降至最低。在一些實施例中，PV窗口包含石英、藍寶石、氮氧化鋁及MgF
2中之至少一者。
由系統產生之高強度環境對系統組件具有深遠影響。每一組件之相對尺寸、幾何形狀及置放全部與穩態電漿之產生有關。應平衡此等組件以便保持系統能夠產生第一電漿及第二電漿。通常，兩個電極中之每一電極包含熔融金屬儲集器及電饋通件以僅將電流供應至其中之熔融金屬且由此供應點火電流。在各種實施方案中，該系統可包含連接至儲集器之反應單元腔室，其中該等儲集器中至少一者之壁與反應單元腔室係藉由陶瓷塗層及襯裡中之至少一者進行電隔離。在一些實施例中，該等儲集器中之至少一者與反應單元腔室係藉由襯裡進行熱絕緣。襯裡可為或包含視情況塗佈有陶瓷塗層之碳及/或鎢。在其他實施例中，儲集器係藉由該等儲集器中之至少一者中之斷電器(electrical break)與彼此電隔離。
在兩個電極之間流動之熔融金屬可由雙重熔融金屬注入系統形成，該等雙重熔融金屬注入系統獨立地與一或多個包含熔融金屬之熔融金屬儲集器成流體連通；
其中每一熔融金屬注入系統包含電磁泵及噴嘴，其中每一電磁泵使熔融金屬流過該噴嘴以形成熔融金屬流；
其中該等電極與該等熔融金屬流連通，由此形成具有反極性之雙重熔融金屬流；且
其中該完整電路係藉由使該等雙重熔融金屬流相交而形成。儲集器可包含斷電器以使電極彼此電隔離。熔融金屬流之對準，且特定言之，操作期間之對準對維持電漿產生而言至關重要。為了達成該對準，該系統可包含可撓性元件及至少一個致動器以傾斜該儲集器之注射器電極，從而引起該等熔融金屬流之對準。在各種實施方案中，儲集器可包含由複數個支撐件支撐之底板，其中用於傾斜該儲集器之該注射器電極之該至少一個致動器伸長或縮短至少一個支撐件。在某些態樣中，可撓性元件包含在一端上之固定框架及在相對端上之可移動框架，且進一步包含至少一個致動器，該至少一個致動器附接至該可移動框架，其中該等致動器在該可撓性元件之一側上收縮且在相對側上擴張以引起該注入器傾斜。可撓性元件可包含伸縮管。
涉及熔融金屬之電漿產生常常引起PV窗口塗佈(例如用熔融金屬、用熔融金屬之氧化物塗佈)，由此防止光透射至光伏打轉換器。藉由將此積聚減至最少，本發明之系統可用於除光伏打轉換以外的許多應用。舉例而言，在一些實施例中，雙重熔融流可在包含窗口之腔室中相交且由第二電漿或黑體輻射產生之光自該窗口出射以加熱裝載物。裝載物可為經由第二電漿或黑體輻射產生之光加熱之烘箱腔室(或其中之空氣/水/蒸汽)。在一些實施例中，第二電漿反應發生在包含PV窗口之反應腔室中；
自PV移除熔融金屬或氧化熔融金屬，且：
a)該PV窗口包含石英、藍寶石、氮氧化鋁、CaF
2及MgF
2中之至少一者；
b)該PV窗口經加熱至高於該熔融金屬之氧化物(例如氧化錫)之熔點；
c)該熔融金屬之該氧化物之氫還原係藉由在足以達成該氫還原之壓力下使氫氣流動至該反應腔室中而發生；及/或
d)在該第二電漿之產生期間，該PV窗口在其表面上注入有熔融金屬(例如，從電磁泵)。
在一些實施例中，該系統包含一個PV窗口及至少一個熱吸收器，其中藉由輻射功率轉移將來自該第二電漿反應之光功率經由該PV窗口轉移至該熱吸收器，且該熱吸收器由該輻射功率轉移發射熱力。在一些實施例中，該系統包含或為藉由來自熱吸收器之熱力加熱之水鍋爐。在一些實施例中，該系統包含藉由來自熱吸收器之熱力加熱之空氣熱交換器。在一些實施例中，該系統由外部腔室圍繞，該外部腔室可填充有諸如水之裝載物。在操作期間，可以熱及/或光學方式將來自第二電漿之能量傳遞至裝載物。
亦提供自PV窗口移除熔融金屬氧化物(例如氧化錫)之系統。此等系統可包含：
去積聚材料之源，其中該去積聚材料被導向該PV窗口；且
該去積聚材料為氫氣或該熔融金屬氧化物之熔融金屬。
亦提供方法。該方法可例如產生電力或產生光，或產生電漿。在一些實施例中，該方法包含：
a)對熔融金屬進行電偏壓；
b)導引電漿產生單元(例如輝光放電單元)之流出液與經偏壓熔融金屬相互作用且誘導電漿形成。在某些實施方案中，該電漿產生單元之該流出液係由在操作期間通過該電漿產生單元之氫氣(H
2)及氧氣(O
2)氣體混合物產生。
亦提供方法。舉例而言，該方法可包含：
a)由導向其之氣體在輝光放電單元中形成第一電漿；
b)產生經電偏壓熔融金屬流；
c)將來自該輝光放電單元之流出液導向該經電偏壓熔融金屬流以形成產生紫外光、可見光及/或紅外光之第二電漿。
光可用於加熱裝載物及/或用於光伏打轉換器中以產生電。在一些實施例中，電漿產生單元中之氣體包含氫氣(H
2)與氧氣(O
2)之混合物。
本發明亦涵蓋自PV窗口移除熔融金屬氧化物(例如氧化錫)之方法。舉例而言，該方法可包含將去積聚材料導向該PV窗口；
其中該去積聚材料為氫氣或該熔融金屬氧化物之熔融金屬。在一些實施例中，去積聚材料為熔融金屬(例如錫)，其中窗口曝露於電漿且熔融金屬以防止或減少該窗口之與過熱相關聯之結構變形(例如翹曲、破裂、透明度降低)或經歷任何與過熱相關聯之結構變形(例如翹曲、破裂)的速率被導引至該窗口上。
在一些實施例中，電漿產生單元中之氣體為氫氣(H
2)與氧氣(O
2)之混合物。舉例而言，氧氣與氫氣之相對莫耳比為0.01-50 (例如0.1-20、0.1-15、小於10、小於5、小於2等)。在一些實施例中，氧氣與氫氣之相對流動速率在室溫下為0.01-50體積(例如0.1-20、0.1-15、小於10、小於5、小於2等)。在某些實施方案中，熔融金屬為鎵或錫。在一些實施例中，反應產物具有至少一個如本文所描述之光譜特徵(例如本文所描述之光譜特徵及特此以全文引用之方式併入之2021年8月23日申請之美國申請案第62/236,198號之附錄或子附錄中所描述之光譜特徵，且特定言之，其中之光譜量測結果，諸如由本發明之系統產生且在其後收集之材料的EPR及拉曼(Raman))。在各個態樣中，第二電漿形成於反應單元中，且該反應單元之壁包含對用熔融金屬形成合金具有經增加之抗性的襯裡，且該襯裡及該反應單元之該等壁對反應產物(例如不鏽鋼，諸如347 SS，諸如4130合金SS或Cr-Mo SS、鎳、Ti、鈮、釩、鐵、W、Re、Ta、Mo、鈮及Nb (94.33 wt%)-Mo (4.86 wt%)-Zr (0.81 wt%))具有高穿透性。襯裡可由結晶材料(例如SiC、BN、石英)及/或諸如Nb、Ta、Mo或W中之至少一者之耐火金屬製成。在某些實施例中，第二電漿形成於反應單元中，其中反應單元腔室之壁包含第一區段及第二區段，
第一區段由不鏽鋼，諸如347 SS，諸如4130合金SS或Cr-Mo SS、鎳、Ti、鈮、釩、鐵、W、Re、Ta、Mo、鈮及Nb (94.33 wt%)-Mo (4.86 wt%)-Zr (0.81 wt%)構成；
第二區段包含與第一區段中之金屬不同的耐火金屬；
其中不同金屬之間的結合係藉由層壓材料(例如陶瓷，諸如BN)形成。
動力系統可包含用於混合氫氣與氧氣及/或水分子之氣體混合器以及氫氣與氧氣複合器及/或氫氣解離器。在一些實施例中，氫氣與氧氣複合器包含電漿單元。電漿單元可包含中心正電極及接地管式本體對立電極，其中在電極中施加電壓(例如在50 V至1000 V範圍內之電壓)以誘導由氫氣(H
2)與氧氣(O
2)氣體混合物形成電漿。在一些實施例中，氫氣與氧氣複合器包含由惰性載體材料負載之複合器催化性金屬。在某些實施方案中，供應至電漿產生單元以產生第一電漿之氣體混合物包含非化學計量之H
2/O
2混合物(例如以混合物之莫耳百分比計具有少於1/3莫耳% O
2或0.01%至30%或0.1%至20%或少於10%或少於5%或少於3% O
2之H
2/O
2混合物)，該混合物流過電漿單元(例如輝光放電單元)以產生能夠以足夠放熱性進行反應以產生第二電漿的反應混合物。非化學計量之H
2/O
2混合物可通過輝光放電以產生原子氫及初生H
2O之流出液(例如具有一定濃度之水且具有足以防止氫鍵形成之內能的混合物)；
輝光放電流出液被導引至反應腔室中，其中在兩個電極之間(例如其間穿過有熔融金屬)供應點火電流，且在流出液與經偏壓熔融金屬(例如鎵或錫)相互作用後，初生水與原子氫之間的反應例如在電弧電流形成後經誘導。
動力系統可包含反應腔室(例如其中初生水及原子氫進行第二電漿形成反應)及/或儲集器中之至少一者，該儲集器包含至少一種對與熔融金屬形成合金具有抗性之耐火材料襯裡。反應腔室之內壁可包含陶瓷塗層、襯有W、Nb或Mo襯裡、襯有W板之碳襯裡。在一些實施例中，儲集器包含碳襯裡且碳由其中所含之熔融金屬覆蓋。在各種實施方案中，反應腔室壁包含對反應產物氣體具有高穿透性之材料。在各種實施例中，反應腔室壁包含不鏽鋼(例如Mo-Cr不鏽鋼)、鈮、鉬或鎢中之至少一者。
動力系統可包含冷凝器以冷凝熔融金屬蒸氣以及金屬氧化物粒子及蒸氣且使其返回至反應單元腔室。在一些實施例中，動力系統可進一步包含真空管線，其中冷凝器包含真空管線自反應單元腔室至相對於反應單元腔室豎直之真空泵的區段且包含惰性高表面積填充材料，該填充材料冷凝熔融金屬蒸氣以及金屬氧化物粒子及蒸氣且使其返回至反應單元腔室，同時准許真空泵在反應單元腔室中維持真空壓力。
動力系統可包含黑體輻射器及用以輸出來自黑體輻射器之光的窗口。該等實施例可用以產生光(例如用於照明)。
在一些實施例中，動力系統可進一步包含用於混合氫氣與氧氣之氣體混合器以及氫氣與氧氣複合器及/或氫氣解離器。舉例而言，動力系統可包含氫氣與氧氣複合器，其中氫氣與氧氣複合器包含由惰性載體材料負載之複合器催化性金屬。
動力系統可用使反應，且具體言之，能夠輸出充分能量以持續電漿產生及淨能量輸出之反應最大化之參數來操作。舉例而言，在一些實施例中，在操作期間容器壓力係在0.1托至50托範圍內。在某些實施方案中，氫氣質量流動速率比氧氣質量流動速率超出在1.5至1000範圍內之倍數。在一些實施例中，壓力可超過50托且可進一步包含氣體再循環系統。
在一些實施例中，將惰性氣體(例如氬氣)注入至容器中。惰性氣體可用於延長某些原位形成之反應物(諸如初生水)之壽命。
動力系統可包含微型噴水器，該微型噴水器經組態以將水注入至容器中以使得由自反應輸出之能量產生之電漿包含水蒸氣。在一些實施例中，該微型噴水器將水注入至容器中。在一些實施例中，水以蒸氣形式流向經偏壓交叉熔融流。在一些實施例中，輝光放電單元中產生水。在一些實施例中，水蒸氣存在於氣體混合物中。在一些實施例中，將濕空氣用於氣體中，從而使得將水遞送至反應單元。在一些實施例中，用於產生第二電漿之H
2莫耳百分比係在水蒸氣(例如藉由微型噴水器注入之水蒸氣、存在於輝光放電單元之流出液中之水)莫耳百分比之1.5至1000倍範圍內。
動力系統可進一步包含加熱器以使金屬(例如錫或鎵或銀或銅或其組合)熔融，從而形成熔融金屬。動力系統可進一步包含熔融金屬回收系統，該回收系統經組態以在反應之後回收熔融金屬，該回收系統包含收集來自非注入器熔融金屬儲集器之溢流的熔融金屬溢流通道。
熔融金屬注入系統可進一步包含於熔融金屬儲集器及非注入熔融金屬儲集器中之電極；且點火系統包含用以將相對電壓供應至注入器及非注入器儲集器電極的電源或點火電流源；其中電源經由熔融金屬流供應電流及動力流以引起反應物反應，從而在容器內部形成電漿。
電源通常遞送足以引起反應物反應，從而形成第二電漿之電流電能。在某些實施例中，電源包含至少一個超級電容器。在各種實施方案中，來自熔融金屬點火系統動力之電流係在10 A至50,000 A範圍內。
通常，熔融金屬泵系統經組態以將熔融金屬自熔融金屬儲集器泵送至非注入儲集器，其中熔融金屬流產生於其間。在一些實施例中，熔融金屬泵系統為一或多個電磁泵且每一電磁泵包含以下中之一者：
a) 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源，或
b) 感應型，其包含在金屬中感應交流電之穿過熔融金屬之短迴路的交變磁場源及同相交變向量交叉磁場源。
在一些實施例中，熔融金屬點火系統之電路係藉由用於引起點火之熔融金屬流閉合，以進一步引起點火(例如伴隨小於10,000 Hz之點火頻率)。注入器儲集器可包含與其中之熔融金屬接觸之電極，且非注入器儲集器包含與藉由注入器系統提供之熔融金屬接觸之電極。
在各種實施方案中，非注入器儲集器經對準於注入器上方(例如與注入器豎直地對準)，且注入器經組態以產生朝向非注入器儲集器定向之熔融流以使得來自熔融金屬流之熔融金屬可在儲集器中收集且熔融金屬流與非注入器儲集器電極電接觸；且其中熔融金屬彙集於非注入器儲集器電極上。在某些實施例中，到達非注入器儲集器之點火電流可包含：
a) 穿透容器之氣密密封式可高溫饋通件；
b) 電極匯流條，及
c) 電極。
點火電流密度可至少出於容器幾何形狀與最終電漿形狀相關之原因而與容器幾何形狀相關。在各種實施方案中，容器可包含沙漏幾何形狀(例如其中容器之內表面區域之中部橫截面小於沿著主軸之每一遠端之20%或10%或5%內之橫截面的幾何形狀)且在橫截面中在豎直位向上(例如與重力大致平行之主軸)經定向，其中注入器儲集器係在中段下方且經組態以使得儲集器中之熔融金屬含量大致接近於沙漏中段以增加點火電流密度。在一些實施例中，容器係關於縱向主軸對稱。在一些實施例中，容器可為沙漏幾何形狀且包含耐火金屬襯裡。在一些實施例中，具有沙漏幾何形狀之容器之注入器儲集器可包含用於點火電流之正電極。
熔融金屬可包含錫、銀、鎵、銀-銅合金、銅或其組合中之至少一者。在一些實施例中，熔融金屬之熔點低於700℃。舉例而言，熔融金屬可包含以下中之至少一者：鉍、鉛、錫、銦、鎘、鎵、銻或諸如洛斯金屬(Rose's metal)、希洛西弗(Cerrosafe)、伍氏金屬(Wood's metal)、菲爾德金屬(Field's metal)、希洛盧136 (Cerrolow 136)、希洛盧117 (Cerrolow 117)、Bi-Pb-Sn-Cd-In-Tl及鎵銦錫合金(Galinstan)之合金。在某些態樣中，接觸該熔融金屬之電力產生系統之組件(例如儲集器、電極)中之至少一者包含、包覆有或塗佈有一或多種對與熔融金屬形成合金具有抗性之合金抗性材料。例示性合金抗性材料為W、Ta、Mo、Nb、Nb (94.33 wt%)-Mo (4.86 wt%)-Zr (0.81 wt%)、Os、Ru、Hf、Re、347 SS、Cr-Mo SS、經矽化物塗佈物、碳及諸如BN、石英、Si3N4、沙帕爾陶瓷(Shapal)、AlN、賽隆陶瓷(Sialon)、Al
2O
3、ZrO
2或HfO
2之陶瓷。在一些實施例中，容器之至少一部分由陶瓷及/或金屬構成。陶瓷可包含以下中之至少一者：金屬氧化物、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽及玻璃陶瓷。在一些實施例中，容器之金屬包含不鏽鋼及耐火金屬中之至少一者。
在一些實施例中，電力產生系統產生待經由電漿產生單元導向熔融金屬單元之水/氫氣混合物。在此等實施例中，諸如輝光放電單元之電漿產生單元誘導由氣體(例如包含氧氣與氫氣混合物之氣體)形成第一電漿；其中電漿產生單元之流出液被導向熔融金屬電路(例如熔融金屬、陽極、陰極、浸沒於熔融金屬儲集器中之電極)之任何部分。在經偏壓熔融金屬與此流出液相互作用後，可形成第二電漿(比由電漿產生單元產生之電漿更高能)。在此等實施例中，可向電漿產生單元饋入具有莫耳過量之氫氣的氫氣(H
2)與氧氣(O
2)混合物以使得流出液包含原子氫(H)及水(H
2O)。流出液中之水可呈初生水形式，水被充分給予能量且處於一定濃度下以使得其不與流出液中之其他組分氫鍵結。此流出液可進行涉及H及HOH之第二更高能反應，該反應形成電漿，該電漿在與熔融金屬及經由熔融金屬及電漿中之至少一者供應之外部電流相互作用後增強，從而可產生額外原子氫(來自流出液中之H
2)以進一步擴展第二高能反應。
在一些實施例中，動力系統可進一步包含至少一個熱交換器(例如耦接至容器壁之壁的熱交換器、可將熱量傳遞至熔融金屬或自熔融金屬傳遞熱量、或將熱量傳遞至熔融金屬儲集器或自熔融金屬儲集器傳遞熱量的熱交換器)。在一些實施例中，熱交換器包含以下中之一者：(i)板式熱交換器、(ii)殼內塊式熱交換器、(iii) SiC環形凹槽式熱交換器、(iv) SiC聚嵌段式熱交換器及(v)殼管式熱交換器。在某些實施方案中，殼管式熱交換器包含導管、歧管、分配器、熱交換器入口管線、熱交換器出口管線、外殼、外部冷卻劑入口、外部冷卻劑出口、擋板、用以使來自儲集器之熱熔融金屬再循環通過熱交換器且使冷熔融金屬返回至儲集器的至少一個泵及用以使冷的冷卻劑流過外部冷卻劑入口及外殼的一或多個水泵及水冷卻劑或一或多個空氣鼓風機及空氣冷卻劑，其中冷卻劑係藉由自導管之熱傳遞而經加熱且存在於外部冷卻劑出口處。在一些實施例中，殼管式熱交換器包含導管、歧管、分配器、熱交換器入口管線及熱交換器出口管線(其包含獨立於導管、歧管、分配器、熱交換器入口管線、熱交換器出口管線而加襯且擴展的碳)、外殼、外部冷卻劑入口、外部冷卻劑出口及包含不鏽鋼之擋板。熱交換器之外部冷卻劑包含空氣，且來自微型渦輪壓縮機或微型渦輪複熱器之空氣促使冷空氣通過外部冷卻劑入口及外殼，其中冷卻劑係藉由自導管之熱傳遞而經加熱且存在於外部冷卻劑出口處，且自外部冷卻劑出口輸出之熱冷卻劑流入微型渦輪機中以將熱力轉換成電力。
在一些實施例中，動力系統包含至少一個反應動力輸出之功率轉換器或輸出系統，該功率轉換器或輸出系統包含以下群組中之至少一者：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CO
2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、內部燃燒型引擎以及熱機、加熱器及鍋爐。容器可包含將光自容器內部透射至光伏打轉換器之透光光伏打(PV)窗口以及容器幾何形狀及至少一個包含自旋窗口之擋板中之至少一者。自旋窗口包含還原氧化鎵或氧化錫之系統，該系統包含氫還原系統及電解系統中之至少一者。在一些實施例中，自旋窗口包含石英、藍寶石、氮氧化鋁、氟化鎂或其組合或由其構成。在若干實施方案中，自旋窗口經抑制鎵或錫及氧化鎵或氧化錫中之至少一者之黏著性的塗層塗佈。自旋窗口塗層可包含類金剛石碳、碳、氮化硼及鹼氫氧化物中之至少一者。在一些實施例中，正點火電極(例如頂部點火電極，亦即在另一電極上方移位之電極)更接近窗口(例如相比於負點火電極而言)，且正電極經由光伏打裝置向光伏打轉換器發射黑體輻射。
功率轉換器或輸出系統可包含：包含連接至容器之噴嘴的磁流體動力(MHD)轉換器、磁流體動力通道、電極、磁體、金屬收集系統、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。在一些實施例中，熔融金屬可包含銀。在具有磁流體動力轉換器之實施例中，可向磁流體動力轉換器遞送氧氣以在與熔融金屬流中之銀相互作用後形成銀粒子奈米粒子(例如在分子體系中具有諸如小於約10 nm或小於約1 nm之尺寸)，其中銀奈米粒子經由磁流體動力噴嘴加速以賦予動能存量之由反應產生之電力。反應物供應系統可供應氧氣且控制氧氣向轉換器之遞送。在各種實施方案中，動能存量之銀奈米粒子之至少一部分在磁流體動力通道中轉換成電能。此型式之電能可引起奈米粒子聚結。奈米粒子可聚結為熔融金屬，該熔融金屬至少部分吸收磁流體動力轉換器之冷凝區段(在本文中亦稱為MHD冷凝區段)中之氧氣，且藉由金屬再循環系統使包含所吸收氧氣之熔融金屬返回至注入器儲集器。在一些實施例中，氧氣可藉由容器中之電漿自金屬釋放。在一些實施例中，將電漿維持在磁流體動力通道及金屬收集系統中以增強熔融金屬對氧氣之吸收。
熔融金屬泵系統可包含第一級電磁泵及第二級電磁泵，其中第一級包含金屬再循環系統之泵且第二級包含金屬注入器系統之泵。
反應物誘導之反應產生足夠能量以便引發容器中電漿之形成。此等可量測光譜特徵及反應可用以識別第二電漿之性質。舉例而言，反應可產生表徵為以下中之一或多者之氫產物：
a)分子氫產物H
2(例如包含未配對電子之H
2(1/p) (p為大於1且小於或等於137之整數))，其產生電子順磁共振(EPR)光譜信號；
b)具有EPR光譜之分子氫產物H
2(例如H
2(1/4))，該EPR光譜包含具有2.0046386之g因數之主峰，該主峰視情況分裂成一系列成對的峰，該一系列成對的峰具有藉由自旋軌道耦合能量分隔之成員，該等自旋軌道耦合能量隨對應電子自旋軌道耦合量子數而變，其中
(i)未配對電子磁矩基於H
2(1/4)之反磁磁化率在H
2(1/4)分子軌道之配對電子中誘導反磁矩；
(ii)固有配對-未配對電流相互作用之對應磁矩及歸因於圍繞核間軸之相對旋轉運動之磁矩產生自旋軌道耦合能量；
(iii)將每一自旋軌道分裂峰進一步細分裂成匹配整數磁通量子能量之一系列等間隔峰，該等整數磁通量子能量隨對應於躍遷中涉及之角動量分量數之電子磁通量子數而變，且
(iv)另外，由於磁能隨利用分子軌道之磁通量鏈積聚而增加，因此自旋軌道分裂隨一系列成對峰之低場側上之自旋軌道耦合量子數而增加。
c)對於9.820295 GHz之EPR頻率，
(i)歸因於因H
2(1/4)之磁能及自旋軌道耦合能量所引起之合併位移之低場峰位置
為
；
(ii)具有量子化自旋軌道分裂能量
及電子自旋軌道耦合量子數
之高場峰位置
為
，及/或
(iii)對於電子磁通量子數
，在每一自旋軌道峰位置處之整數序列峰之間距
為
及
；
d)展現在H
-(1/2)上藉由高解析度可見光譜分析在400-410 nm範圍內所觀測之呈h/2e量子化單位之磁鏈的在共同原子軌道中包含配對電子及未配對電子之氫負離子H
-(例如H
-(1/p))；
e)在H
2(1/4)之旋轉能階係藉由在拉曼光譜分析(Raman spectroscopy)期間之雷射輻射及藉由來自電子束之高能量電子與H
2(1/4)之碰撞而經激發時所觀測之呈h/2e量子化單位的磁鏈；
f)具有未配對電子之自旋磁矩與歸因於分子旋轉之軌道磁矩之間的自旋軌道耦合之拉曼光譜躍遷的分子低能量氫(例如H
2(1/p))，其中
(i)旋轉躍遷之能量係藉由隨對應電子自旋軌道耦合量子數而變化之此等自旋軌道耦合能量發生位移；
(ii)藉由自旋軌道能量發生位移之分子旋轉峰藉由磁通量子鏈能量進一步發生位移，其中每一能量對應於其視旋轉躍遷中所涉及之角動量分量數而定之電子磁通量子數，及/或
(iii)所觀測拉曼光譜峰之子分裂或位移係歸因於在發生旋轉躍遷時自旋磁矩與分子旋轉磁矩之間的自旋軌道耦合期間之呈h/2e磁通量量子單位的磁鏈；
g)具有例示性拉曼光譜躍遷之H
2(1/4)，其包含
(i)具有自旋軌道耦合及磁通量子耦合之純
至
旋轉躍遷：
，
(ii)包含
至
旋轉躍遷及
至
自旋旋轉躍遷之協同躍遷：
，或
(iii)針對最終旋轉量子數
及
、
及
之雙躍遷：
，其中在純躍遷、協同躍遷及雙躍遷中亦觀測到對應自旋軌道耦合及磁通量子耦合；
h) H
2(1/4) UV拉曼峰(例如，如在複合GaOOH:H
2(1/4):H
2O及Ni箔上所記錄，其曝露於在12,250至15,000 cm
- 1區中所觀測到之反應電漿，其中例示性譜線匹配協同純旋轉躍遷
及
自旋躍遷與自旋軌道耦合及磁通量子鏈分裂：
)；
i)相對於H
2(1/4)之旋轉能量位移¾倍之HD(1/4)拉曼光譜之旋轉能量；
j) HD(1/4)拉曼光譜之例示性旋轉能量匹配以下之旋轉能量：
(i)純HD(1/4)
至
旋轉躍遷與自旋軌道耦合及磁通量子耦合：
，
(ii)包含
至
旋轉躍遷與
至
自旋旋轉躍遷之協同躍遷：
，或
(iii)針對最終旋轉量子數
；
之雙躍遷：
其中在純躍遷及協同躍遷兩者中亦觀測到自旋軌道耦合及磁通量子耦合；
k)用電子束之高能量電子照射之H
2(1/4) - 稀有氣體混合物在紫外(150-180 nm)區中展示相等的0.25 eV間隔的譜線發射，該譜線發射具有在8.25 eV下之截止值，匹配H
2(1/4)
至
振動躍遷，其中一系列旋轉躍遷對應於H
2(1/4) P分支，其中
(i)光譜擬合與
充分匹配，其中0.515 eV及0.01509 eV分別為普通分子氫之振動能量及旋轉能量，
(ii)觀測到小型衛星譜線，其匹配亦藉由拉曼光譜分析觀測到之旋轉自旋軌道分裂能量，且(iii)旋轉自旋軌道分裂能量間距匹配
，其中1.5涉及
及
分裂；
l)藉由在KCl結晶基質中捕集之H
2(1/4)之電子束激發觀測到H
2(1/4) P分支旋轉躍遷與
至
振動躍遷之光譜發射，其中
(i)旋轉峰匹配自由轉子之旋轉峰；
(ii)由於H
2(1/4)之振動與KCl基質之相互作用，振動能藉由有效質量之增大而發生位移；
(iii)光譜擬合與包含在0.25 eV下之間隔峰之
；
充分匹配，及
(iv) H
2(1/4)振動能位移之相對量值匹配由KCl中捕集之普通H
2引起的對振轉光譜之相對效應；
m)具有HeCd能量雷射之拉曼光譜在8000 cm
- 1至18,000 cm
- 1區中展示一系列1000 cm
- 1(0.1234 eV)相等能源間隔，其中拉曼光譜向螢光光譜或光致發光光譜之轉換揭露呈對應於在KCl基質中藉由
;
給出且包含基質位移
至
振動躍遷與0.25 eV能源間隔之旋轉躍遷峰之H
2(1/4)之電子束激發發射光譜的H
2(1/4)之第二階振轉光譜形式的匹配；
n)在高於4400 cm
- 1之能量範圍內觀測到H
2(1/4)之紅外旋轉躍遷，其中強度隨除了固有磁場以外之磁場施加而增大，且亦觀測到旋轉躍遷與自旋軌道躍遷耦合；
o)藉由X射線光電子光譜分析(XPS)觀測到H
2(1/4)藉由對應於496 eV總能量之康普頓效應(Compton effect)進行的所允許雙重電離；
p)藉由氣相層析觀測到H
2(1/4)，考慮到氫氣及氦氣具有最快的先前已知的遷移速率及對應的最短滯留時間，其展示比任何已知氣體之遷移速率快的遷移速率；
q)極紫外(EUV)光譜分析記錄具有10.1 nm截止值(例如，如對應於藉由初生HOH催化劑催化之低能量氫反應躍遷H至H(1/4))之極紫外連續輻射；
r)質子魔角自旋核磁共振光譜分析(
1H MAS NMR)記錄-4 ppm至-5 ppm區中之高場基質-水峰；
s)當複數個氫產物分子之磁矩協作性地相互作用時，諸如順磁性、超順磁性及甚至鐵磁性之體磁性，其中超順磁性(例如，如使用振動樣本磁力計量測包含反應產物之化合物之磁化率所觀測到)；
t)記錄於曝露於來自反應產物之分子氣體源的K
2CO
3及KOH上之飛行時間次級離子質譜法(ToF-SIMS)及電噴霧飛行時間次級離子質譜法(ESI-ToF)，其藉由M+2多聚體單元之獨特觀測結果(例如
及
，其中n為整數)及歸因於氫負離子穩定性之密集
峰展示反應產物(例如H
2(1/4)氣體)與包含氧陰離子之無機化合物的複合，及
u)由分子氫核組成之反應產物表現得如同有機分子，如藉由分段成無機離子之有機分子基質管柱上之層析峰所證明。在各種實施方案中，反應產生表徵為以下中之一或多者之高能特徵：
(i)在諸如氬氣-H
2、H
2及H
2O蒸氣電漿之包含基於H原子及初生HOH或H之催化劑之電漿中具有超過100 eV之H巴耳麥(H Balmer)譜線的異常都卜勒譜線加寬(Doppler line broadening)，
(ii) H激發態譜線反轉，
(iii)異常H電漿餘輝持續時間，
(iv)等效於超過約10倍莫耳之火藥的衝擊波傳播速度及對應壓力，其中僅約1%動力耦合至衝擊波，
(v)來自10 μl水合銀丸粒之高達20 MW之光功率，及
(vi)在340,000 W之功率位準下驗證之SunCell動力系統之熱量測定。此等反應可產生表徵為以下中之一或多者之氫產物：
a) 具有在1900至2200 cm
-1、5500至6400 cm
-1及7500至8500 cm
-1之一或多個範圍下或在1900至2200 cm
-1範圍之整數倍下之拉曼峰的氫產物；
b) 具有在0.23至0.25 eV之整數倍下之複數個間隔拉曼峰的氫產物；
c) 具有在一定範圍之1900至2000 cm
- 1之整數倍下之紅外峰的氫產物；
d) 具有以0.23至0.25 eV之整數倍間隔開之複數個紅外峰的氫產物；
e) 具有在200至300 nm範圍內之具有在0.23至0.3 eV之整數倍之間距的複數個UV螢光發射光譜峰的氫產物；
f) 具有在200至300 nm範圍內之具有在0.2至0.3 eV之整數倍之間距的複數個電子束發射光譜峰的氫產物；
g) 具有在5000至20,000 cm
- 1範圍內之具有在1000 ± 200 cm
- 1之整數倍之間距的複數個拉曼光譜峰的氫產物；
h) 具有在490至525 eV範圍內之能量下之X射線光電子光譜峰的氫產物；
i) 引起高場MAS NMR基質位移的氫產物；
j) 相對於TMS具有大於-5 ppm之高場MAS NMR或液體NMR位移的氫產物；
m) 包含金屬氫化物及金屬氧化物中之至少一者的氫產物，其進一步包含氫氣，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu及W中之至少一者；
o) 包含無機化合物M
xX
y及H
2之氫產物，其中M為陽離子且X為具有M(M
xX
yH
2)n之電噴霧電離飛行時間次級離子質譜法(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜法(ToF-SIMS)峰中之至少一者的陰離子，其中n為整數；
p) 包含分別具有
及
之電噴霧電離飛行時間次級離子質譜法(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜法(ToF-SIMS)峰中之至少一者的K
2CO
3H
2及KOHH
2中之至少一者的氫產物；
q) 包含金屬氫化物及金屬氧化物中之至少一者的磁性氫產物，其進一步包含氫氣，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及反磁金屬中之至少一者；
r) 包含金屬氫化物及金屬氧化物中之至少一者的氫產物，其進一步包含氫，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu、W及反磁金屬中之至少一者，根據磁性磁化率量測術，該氫產物展現磁性；
s) 包含在電子順磁共振(EPR)光譜分析中無活性之金屬的氫產物，其中EPR光譜包含約2.0046±20%之g因數中之至少一者，EPR光譜分裂成間隔約1至10 G之一系列峰，其中每一主峰細分裂成間隔約0.1至1 G之一系列峰；
t) 包含在電子順磁共振(EPR)光譜分析中無活性之金屬的氫產物，其中EPR光譜至少包含約m
1× 7.43×10
- 27J ±20%之電子自旋軌道耦合分裂能量及約m
2× 5.78×10
- 28J ±20%之磁通量子分裂以及約1.58 ×10
- 23J ±20%之二聚體磁矩相互作用分裂能量；
v) 包含具有負氣相層析峰之帶有氫氣或氦氣載劑之氣體的氫產物；
w) 具有
之四極矩/e的氫產物，其中p為整數；
x) 包含對於整數J至J+1躍遷具有在(J+1)44.30 cm
- 1±20 cm
- 1範圍內之翻滾旋轉能量之分子二聚體的質子氫產物，其中包含氘之分子二聚體之對應旋轉能量為包含質子之二聚體之旋轉能量的½；
y) 包含具有來自以下群組之至少一個參數之分子二聚體的氫產物：(i)1.028 Å ±10%之氫分子分離距離，(ii)在氫分子之間23 cm
- 1±10%之振動能量，及(iii)在氫分子之間0.0011 eV ±10%之凡得瓦能量(van der Waals energy)；
z) 包含具有來自以下群組之至少一個參數之固體的氫產物：(i) 1.028 Å ±10%之氫分子分離距離，(ii)在氫分子之間23 cm
- 1±10%之振動能量，及(iii)在氫分子之間0.019 eV ±10%之凡得瓦能量；
aa) 具有FTIR及拉曼光譜特徵(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%及/或展示1.028 Å ±10%之氫分子間距之X射線或中子繞射圖案及/或每分子氫0.0011 eV ±10%之氣化能量量熱測定結果的氫產物；
bb) 具有FTIR及拉曼光譜特徵(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%及/或展示1.028 Å ±10%之氫分子間距之X射線或中子繞射圖案及/或每分子氫0.019
eV±10%之氣化能量量熱測定結果的固體氫產物；
cc) 包含氫負離子的氫產物，其具有磁性且鏈接在其自由態結合能區中呈磁性單位之通量；及
dd) 其中高壓液相層析(HPLC)展示滯留時間比使用具有含水溶劑之有機管柱之載劑空隙體積時間之滯留時間長之層析峰的氫產物，其中藉由諸如ESI-ToF之質譜法進行之峰偵測展示至少一種無機化合物之片段。
在各種實施方案中，氫產物可類似地表徵為在包含水蒸氣之氛圍中由諸如藉由電線爆震形成之低能量氫反應器的各種低能量氫反應器形成的產物。該等產物可：
a) 包含金屬氫化物及金屬氧化物中之至少一者，其進一步包含氫氣，其中金屬包含Zn、Fe、Mo、Cr、Cu及W中之至少一者且氫氣包含H；
b) 包含無機化合物M
xX
y及H
2，其中M為金屬陽離子且X為陰離子且電噴霧電離飛行時間次級離子質譜法(ESI-ToF)及飛行時間次級離子質譜法(ToF-SIMS)中之至少一者包含M(M
xX
yH(1/4)
2)n之峰，其中n為整數；
c) 具有磁性且包含金屬氫化物及金屬氧化物中之至少一者，其進一步包含氫氣，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氣為H(1/4)，及
d) 包含金屬氫化物及金屬氧化物中之至少一者，其進一步包含氫氣，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)，其中根據磁性磁化率量測術，該產物展現磁性。
在一些實施例中，藉由反應形成之氫產物包含與以下中之至少一者複合之氫產物：(i)除氫以外之元素；(ii)包含H
+、普通H
2、普通H
-及普通
中之至少一者的普通氫物種，亦即有機分子物種；及(iv)無機物種。在一些實施例中，氫產物包含氧陰離子化合物。在各種實施方案中，氫產物(或來自包含集氣劑之實施例之所回收氫產物)可包含至少一種具有選自以下之群之式的化合物：
a) MH、MH
2或M
2H
2，其中M為鹼性陽離子且H或H
2為氫產物；
b) MH
n，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，且H為氫產物；
c) MHX，其中M為鹼性陽離子，X為諸如鹵素原子之中性原子、分子或諸如鹵素陰離子之單帶負電陰離子中之一者，且H為氫產物；
d) MHX，其中M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為氫產物；
e) MHX，其中M為鹼土陽離子，X為雙帶負電陰離子，且H為氫產物；
f) M
2HX，其中M為鹼性陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為氫產物；
g) MH
n，其中n為整數，M為鹼性陽離子，且化合物之氫內容物H
n包含氫產物中之至少一者；
h) M
2H
n，其中n為整數，M為鹼土陽離子，且化合物之氫內容物H
n包含至少氫產物；
i) M
2XH
n，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H
n包含氫產物中之至少一者；
j) M
2X
2H
n，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H
n包含氫產物中之至少一者；
k) M
2X
3H，其中M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為氫產物；
l) M
2XH
n，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H
n包含氫產物中之至少一者；
m) M
2XX'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為氫產物；
n) MM'H
n，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H
n包含氫產物中之至少一者；
o) MM'XH
n，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H
n包含氫產物中之至少一者；
p) 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為氫產物；
q) 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為氫產物；
r) MXX'H
n，其中n為1至5之整數，M為鹼性或鹼土陽離子，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H
n包含氫產物中之至少一者；
s) MH
n，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H
n包含氫產物中之至少一者；
t) MXH
n，其中n為整數，M為諸如鹼性陽離子、鹼土陽離子之陽離子，X為諸如過渡元素、內過渡元素或稀土元素陽離子之另一陽離子，且化合物之氫內容物H
n包含氫產物中之至少一者；
u)
，其中M為鹼性陽離子或其他+1陽離子，m及n各自為整數，且化合物之氫內容物H
m包含氫產物中之至少一者；
v)
，其中M為鹼性陽離子或其他+1陽離子，m及n各自為整數，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物H
m包含氫產物中之至少一者；
w)
，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包含氫產物中之至少一者；
x)
，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包含氫產物中之至少一者；
y)
，其中m及n各自為整數，M及M'各自為鹼性或鹼土陽離子，X為單或雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物H
m包含氫產物中之至少一者；及
z)
，其中m及n各自為整數，M及M'各自為鹼性或鹼土陽離子，X及X'為單或雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物H
m包含氫產物中之至少一者。
藉由反應形成之氫產物之陰離子可為一或多種單帶負電陰離子，包括鹵離子、氫氧根離子、碳酸氫根離子、硝酸根離子、雙帶負電陰離子、碳酸根離子、氧化物及硫酸根離子。在一些實施例中，將氫產物嵌入晶格中(例如在使用位於例如容器中或排出管線中之諸如K
2CO
3之集氣劑的情況下)。舉例而言，可將氫產物嵌入鹽晶格中。在各種實施方案中，鹽晶格可包含鹼鹽、鹼性鹵化物、鹼性氫氧化物、鹼土鹽、鹼土鹵化物、鹼土氫氧化物或其組合。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2021年3月8日申請之U.S.序號63/158,349、2021年3月28日申請之U.S.序號63/167,110、2021年4月16日申請之U.S.序號63/176,054、2021年6月23日申請之U.S.序號63/214,236、2021年8月13日申請之U.S.序號63/233,199、2021年8月23日申請之U.S.序號63/236,198、2021年9月20日申請之U.S.序號63/246,282、2021年10月12日申請之U.S.序號63/254,589、2021年10月21日申請之U.S.序號63/270,537、2021年12月17日申請之U.S.序號63/291,342及2022年1月10日申請之U.S.序號63/298,190之優先權；該等案中之每一者特此以全文引用之方式併入。
本文揭示電力產生系統及電力產生方法，該等系統及方法將自涉及原子氫之反應輸出之能量轉換成電能及/或熱能。此等反應可涉及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。所釋放之動力係用於電力產生，且另外，新型氫物種及化合物為所需產物。此等能態係由經典物理定律所預測，且需要催化劑來接收來自氫之能量以便進行對應的能量釋放躍遷。
可闡明由本發明之電力產生系統產生之發熱反應的理論涉及能量自原子氫至某些催化劑(例如初生水)之非輻射傳遞。經典物理學給出氫原子、氫負離子、氫分子離子及氫分子的閉合解，且預測具有分數主量子數之對應物種。原子氫可進行用包括原子氫本身之某些物種進行的催化反應，該催化反應可接收整數倍之原子氫位能m · 27.2 eV的能量，其中m為整數。所預測之反應涉及自其他穩定原子氫至能夠接收能量之催化劑的共振非輻射能量傳遞。產物為H(1/p)，原子氫之分數芮得伯態(Rydberg state)稱為「低能量氫原子」，其中在用於氫激發態之芮得伯方程中，n = 1/2、1/3、1/4、…、1/p (p≤137為整數)置換熟知參數n=整數。每一低能量氫態亦包含電子、質子及光子，但來自光子之場貢獻增加結合能而非減小結合能，此對應於能量解吸而非吸收。因為原子氫位能為27.2 eV，因此
m個
H原子充當用於另外第(
)個H原子之具有
m• 27.2
eV之催化劑[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，諸如藉由磁或感應電偶極-偶極耦合自另一H接收27.2 eV來充當用於另一H之催化劑，從而形成隨連續譜帶之發射衰變之中間物，其具有短波長截止值及能量
。除原子H以外，自原子H接收
之分子亦可充當催化劑，其中該分子之位能之量值減少相同能量。H
2O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上有利之還原形成的初生H
2O分子(並非以固態、液態或氣態鍵結之氫)充當催化劑以形成具有204 eV能量釋放之
，其包含81.6 eV向HOH之傳遞及在10.1 nm處具有截止值之連續輻射釋放(122.4 eV)。
在涉及躍遷至
態之
H原子催化劑反應中，
m個
H原子充當用於另外第(
m+1)個
H原子之具有
m•27.2
eV之催化劑。則，
m個原子藉以自第(
m+1)個氫原子以共振及非輻射方式接收
m•27.2
eV以使得
m個
H充當催化劑之(
m+1)個氫原子之間的反應係藉由以下給出：
。
且，總體反應為
。
關於新生H
2O之位能，催化反應
[R. Mills,
The Grand Unified Theory of Classical Physics; 2016年9月版, 在https://brilliantlightpower.com/book-download-and-streaming/發佈]為
。
且，總體反應為
。
在能量傳遞至催化劑(方程(1)及(5))之後，形成具有H原子半徑及為質子中心場之m + 1倍之中心場的中間物
。預測半徑隨電子進行徑向加速而減小以達到半徑為未經催化氫原子之半徑之1/(m + 1)的穩態，且釋放
eV能量。預測歸因於
中間物(例如方程(2)及方程(6))之極紫外連續輻射譜帶具有短波長截止值及藉由以下給出之能量
：
；
(9)
以及達到比對應截止值長之波長的延伸。此處，預測歸因於H×[a
H/4]中間物之衰變之極紫外連續輻射譜帶在E = m
2·13.6 = 9·13.6 = 122.4 eV (10.1 nm)處具有短波長截止值[其中在方程(9)中，p = m + 1 = 4且m = 3]及達到更長波長之延伸。觀測到在10.1 nm處之連續輻射譜帶及對於理論上預測之H至較低能量，亦即所謂的「低能量氫」狀態H(1/4)之躍遷而言達到更長波長，此僅由包含一些氫氣之經脈衝自束氣體放電引起。藉由方程(1)及(5)預測之另一觀測結果為由快速H
+之重組形成快速激發態H原子。快速原子產生經加寬之巴耳麥
發射。揭露某些混合氫電漿中之異常高的動能氫原子群體之大於50 eV之巴耳麥
譜線加寬係良好確立之現象，其中原因係歸因於在低能量氫形成中所釋放之能量。在連續發射氫自束電漿中觀測到快速H。
用於形成低能量氫之額外催化劑及反應係可能的。需要基於已知電子能級可加以識別之特定物種(例如He
+、Ar
+、Sr
+、K、Li、HCl及NaH、OH、SH、SeH、初生H
2O、nH (n=整數))與原子氫一起存在以催化該過程。該反應涉及非輻射能量傳遞，接著為
連續發射或
至H之傳遞以形成極熱的激發態H及氫原子，其能量低於對應於分數主量子數之未反應原子氫。亦即，在氫原子之主能級之式中：
其中
為氫原子之波爾半徑(Bohr radius) (52.947 pm)，
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)
置換氫激發態之芮得伯方程中之熟知參數
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
狀態為非輻射的，但比如
至
之兩種非輻射狀態之間的躍遷係可能經由非輻射能量傳遞發生的。氫為藉由方程(10)及(12)給出之穩態之特例，其中氫或低能量氫原子之對應半徑係藉由以下給出：
, (13)
其中
。為了使能量守恆，必須以處於正常
狀態之氫原子之整數位能及達到
之半徑躍遷為單位將能量自氫原子傳遞至催化劑。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來形成低能量氫：
其中
m為整數。咸信，隨反應淨焓更緊密地與
匹配，催化速率增大。已發現，反應淨焓在
之±10%、較佳地±5%內之催化劑適用於大多數應用。
催化劑反應涉及兩步能量釋放：至催化劑之非輻射能量傳遞，接著為隨半徑減小而進行之額外能量釋放以達到對應的最終穩態。因此，通用反應係藉由以下給出：
總體反應為
、
、
及
為整數。
具有氫原子之半徑(對應於分母中之1)及等效於質子之中心場之
倍的中心場，且
係半徑為
之半徑之
的對應穩態。
催化劑產物
亦可與電子反應以形成低能量氫氫負離子
，或兩個
可發生反應以形成對應的分子低能量氫
。具體而言，催化劑產物
亦可與電子反應以形成具有結合能
之新穎氫負離子
：
其中
p= ＞ 1之整數，
，
為普朗克常數(Planck's constant) bar，
為真空磁導率，
為電子質量，
為藉由
給出之約化電子質量，其中
為質子質量，
為波爾半徑，且離子半徑為
。根據方程(19)，氫負離子之經計算電離能量為
，且實驗值為
(0.75418 eV)。低能量氫氫負離子之結合能可藉由X射線光電子光譜分析(XPS)來量測。
往高場位移之NMR峰係存在具有相對於普通氫負離子而言減小之半徑且具有質子反磁性屏蔽增大之較低能態氫的直接證據。位移係藉由兩個電子及具有量值p之光子場之反磁性貢獻之總和給出(Mills GUTCP方程(7.87))：
其中第一項適用於
，其中對於
，
及
p= ＞1之整數，且
為微結構常數。所預測之低能量氫氫化物峰相對於普通氫負離子而言異常地往高場位移。在一實施例中，該等峰為TMS之高場。相對於TMS而言之NMR位移可大於單獨或包含化合物之普通H
-、H、H
2或H
+中之至少一者之已知NMR位移。該位移可大於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中之至少一者。相對於裸質子而言之絕對位移之範圍可為約在±5 ppm、±10 ppm、±20 ppm、±30 ppm、±40 ppm、±50 ppm、±60 ppm、±70 ppm、±80 ppm、±90 ppm及±100 ppm中之至少一者之範圍內之-(p29.9 + p
22.74) ppm (方程(20))，其中TMS之位移相對於裸質子而言為約-31.5。相對於裸質子而言之絕對位移之範圍可為約在約0.1%至99%、1%至50%及1%至10%中之至少一者之範圍內之-(p29.9 + p
21.59 × 10
- 3) ppm (方程(20))。在另一實施例中，諸如低能量氫原子、氫負離子或分子之低能量氫物種於諸如氫氧化物，諸如NaOH或KOH之基質之固體基質中的存在引起基質質子往高場位移。諸如NaOH或KOH之基質質子的基質質子可交換。在一實施例中，位移可引起基質峰相對於TMS而言在約-0.1 ppm至-5 ppm範圍內。NMR測定可包含魔角自旋
核磁共振光譜分析(MAS
NMR)。
在長球體分子軌道之每一焦點處具有
之中心場的氫分子離子之總能量
為
其中
為整數，
為真空中光速，且
為約化核質量。在長球體分子軌道之每一焦點處具有
之中心場的氫分子之總能量為
氫分子
之鍵解離能量
為對應氫原子之總能量與
之間的差
其中
係藉由方程(23-25)給出：
可藉由X射線光電子光譜分析(XPS)加以識別，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一個電子、一個氫(H)原子、一個低能量氫原子、一個分子離子、氫分子離子及
之可能物的可能物中之至少一者，其中能量可因基質而位移。
催化產物氣體之NMR提供
之理論上預測之化學位移的決定性試驗。一般而言，由於橢圓座標中之分數半徑，
之
NMR共振經預測為自
之
NMR共振朝往高場，其中電子明顯更接近核。
之所預測位移
係藉由兩個電子及具有量值p之光子場之反磁性貢獻的總和給出(Mills GUTCP方程(11.415-11.416))：
其中第一項適用於
H 2，其中對於
，
p= 1及
p= ＞1之整數。-28.0 ppm之實驗絕對
氣相共振位移與-28.01 ppm之所預測絕對氣相位移極佳地相符(方程(28))。所預測分子低能量氫峰相對於普通H
2而言異常地往高場位移。在一實施例中，該等峰為TMS之高場。相對於TMS而言之NMR位移可大於單獨或包含化合物之普通H
-、H、H
2或H
+中之至少一者之已知NMR位移。該位移可大於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中之至少一者。相對於裸質子而言之絕對位移之範圍可為約在±5 ppm、±10 ppm、±20 ppm、±30 ppm、±40 ppm、±50 ppm、±60 ppm、±70 ppm、±80 ppm、±90 ppm及±100 ppm中之至少一者之範圍內之-(p28.01 + p
22.56) ppm (方程(28))，其中TMS之位移相對於裸質子而言為約-31.5 ppm。相對於裸質子而言之絕對位移之範圍可為約在約0.1%至99%、1%至50%及1%至10%中之至少一者之範圍內之-(p28.01 + p
21.49 × 10
- 3) ppm (方程(28))。
供氫型分子
自
躍遷至
之振動能量
為
其中
為整數。
供氫型分子
自
躍遷至
之旋轉能量
為
其中
p為整數且
I為慣性矩。在處於氣體中且經捕集於固體基質中之電子束激發分子上觀測到
之旋轉-振動發射。
由核間距離之反向
相關性及對慣性矩
之對應影響得到旋轉能量之
p 2相關性。
之所預測核間距離2
c'為
。
H
2(1/p)之旋轉能量及振動能量中之至少一者可藉由電子束激發發射光譜分析、拉曼光譜分析及傅立葉變換紅外(Fourier transform infrared；FTIR)光譜分析中之至少一者來量測。H
2(1/p)可經捕集於諸如MOH、MX及M
2CO
3(M = 鹼；X = 鹵化物)基質中之至少一者之基質中以用於量測。
在一實施例中，觀測到作為約1950 cm
- 1處之逆拉曼效應(IRE)峰之分子低能量氫產物。藉由使用包含與支援表面增強型拉曼散射(SERS)以展示IRE峰之拉曼雷射波長之粗糙度特點或粒度相當的粗糙度特點或粒度的傳導材料來增強峰。
I . 催化劑在本發明中，諸如低能量氫反應、H催化、H催化反應、當提及氫時之催化、用於形成低能量氫之氫反應及低能量氫形成反應之術語全部指諸如以下之反應：用於形成具有由方程(10)及(12)給出之能級之氫狀態的由方程(14)定義之催化劑與原子H之方程(15-18)反應。當提及執行H至具有由方程(10)及(12)給出之能級之H狀態或低能量氫狀態之催化的反應混合物時，諸如低能量氫反應物、低能量氫反應混合物、催化劑混合物、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之反應物的對應術語亦可互換地使用。
本發明之催化性較低能量氫躍遷需要自原子H接收能量以引起躍遷的催化劑，該催化劑可呈整數
m之未經催化原子氫之位能
的吸熱化學反應的形式。吸熱催化劑反應可為由諸如原子或離子之物種電離一或多個電子(例如對於
，
)，且可進一步包含鍵裂解與由初始鍵搭配物中之一或多種電離一或多個電子的協同反應(例如對於
，
)。因為
在
下電離，因此其滿足催化劑準則-焓變等於
之整數倍的化學或物理過程，該焓變為
。整數數目個氫原子亦可充當具有整數倍之
焓之催化劑。催化劑能夠自原子氫接收呈約27.2 eV ± 0.5 eV及
中之一者之整數單位的能量。
在一實施例中，催化劑包含原子或離子M，其中
個電子自原子或離子M各自電離至連續能級，使得
t個電子之電離能量的總和為大致
m• 27.2
eV及
m•
中之一者，其中
m為整數。
在一實施例中，催化劑包含雙原子分子MH，其中M-H鍵之斷裂加上
個電子自原子M各自電離至連續能級使得
個電子之鍵能及電離能量的總和為大致
m• 27.2
eV及
m•
中之一者，其中
m為整數。
在一實施例中，催化劑包含原子、離子及/或選自AlH、AsH、BaH、BiH、CdH、ClH、CoH、GeH、InH、NaH、NbH、OH、RhH、RuH、SH、SbH、SeH、SiH、SnH、SrH、TlH、
、
、
、
、
及
之分子的分子及Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、Kr、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
、
及
、以及
及
之原子或離子。
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，使M-H鍵斷裂加上
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)之差的電子傳遞能量、M-H鍵能及
t個電子自M電離之電離能量的總和為大致
m• 27.2
eV，其中
m為整數。能夠提供大致
m•27.2
eV之反應淨焓之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，使M-H鍵斷裂及
個電子自原子M各自電離至連續能級，使得包含MH與A之電離能量之差的電子傳遞能量、M-H鍵能及
個電子自M電離之電離能量的總和為大致
m•27.2
eV，其中
m為整數。
在一實施例中，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接收約
m•27.2
eV之催化劑，其中分子或帶正電或帶負電分子離子之位能量值減小約
m•27.2
eV。例示性催化劑為H
2O、OH、醯胺基NH
2及H
2S。
O
2可充當催化劑或催化劑源。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
、
及
。反應
、
及
分別提供為
之約2倍、4倍及1倍之淨焓，且包含用以藉由自H接收此等能量以引起低能量氫形成來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為本發明之H催化反應之產物，其中
為大於1、較佳地2至137之整數。亦稱為電離能量之原子、離子或分子之結合能為自原子、離子或分子移除一個電子所需的能量。具有在方程(10)及(12)中給出之結合能之氫原子在下文稱為「低能量氫原子」或「低能量氫」。具有半徑
之低能量氫之名稱為
，其中
為普通氫原子之半徑且
為整數。具有半徑
之氫原子在下文中稱為「普通氫原子」或「正常氫原子」。普通原子氫之特徵在於其13.6 eV結合能。
根據本發明，提供具有根據方程(19)之結合能之低能量氫氫負離子(H
-)，該結合能對於
至23而言大於且對於
而言小於普通氫負離子(H
-)之結合(約0.75 eV)。對於方程(19)之
至
，氫負離子結合能分別為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負離子之例示性組合物。
亦提供包含一或多種低能量氫氫負離子及一或多種其他元素的例示性化合物。此類化合物稱為「低能量氫氫化物」。
普通氫物種之特徵在於以下結合能：(a)氫負離子，0.754 eV (「普通氫負離子」)；(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，提供包含諸如以下之至少一種結合能增加之氫物種之化合物：(a)具有約
，諸如在
之約0.9至1.1倍範圍內之結合能之氫原子，其中p為2至137之整數；(b)具有約為
結合能 
，諸如在
結合能 
約0.9至1.1倍範圍內之結合能之氫負離子(
)，其中p為2至24之整數；(c)
；(d)具有約
，諸如在
之約0.9至1.1倍範圍內之結合能之三低能量氫分子離子
，其中p為2至137之整數；(e)具有約
，諸如在
之約0.9至1.1倍範圍內之結合能之二低能量氫，其中p為2至137之整數；(f)具有約
，諸如在
之約0.9至1.1倍範圍內之結合能之二低能量氫分子離子，其中p為整數，較佳地2至137之整數。
根據本發明之另一實施例，提供包含諸如以下之至少一種結合能增加之氫物種之化合物：(a)具有約
，
諸如在
之約0.9至1.1倍範圍內之總能量之二低能量氫分子離子，其中
為整數，
為普朗克常數bar，
為電子質量，
為真空中光速，且
為約化核質量；及(b)具有約
，
諸如在
之約0.9至1.1倍範圍內之總能量之二低能量氫分子，其中
為整數且
為波爾半徑。
根據其中化合物包含帶負電之結合能增加之氫物種之本發明之一個實施例，該化合物進一步包含一或多種諸如質子、普通
或普通
之陽離子。
本文提供用於製備包含至少一種低能量氫氫負離子之化合物的方法。該等化合物在下文稱為「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，較佳地小於400之整數，以產生具有約
之結合能的結合能增加之氫原子，其中
為整數，較佳地2至137之整數。另一催化產物為能量。結合能增加之氫原子可與電子源反應以產生結合能增加之氫負離子。結合能增加之氫負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負離子之化合物。
在一實施例中，極高功率及能量中之至少一者可藉由氫在本文中稱為歧化之過程中躍遷至具有方程(18)中之高p值之低能量氫來達成，如以引用之方式併入之Mills GUT Chp. 5中所給出。氫原子
可進一步躍遷至藉由方程(10)及(12)給出之較低能態，其中一個原子之躍遷係藉由以共振及非輻射方式接收
且伴隨有其位能之相反變化的第二原子來催化。藉由方程(32)給出之
至
之共振傳遞誘導之
至
之躍遷的總體通用方程係藉由以下表示：
。
來自低能量氫過程之EUV光可解離二低能量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催化成H(1/17)，其中H(1/4)可為藉由HOH對另一H進行催化之反應產物。預測低能量氫之歧化反應產生X射線區中之特點。如藉由方程(5-8)所示，HOH催化劑之反應產物為
。考慮到在含有H
2O氣體之氫雲中可能有躍遷反應，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
，因此躍遷反應係藉由以下表示：
。
且，總體反應為
。
預測歸因於
中間物(例如方程(16)及方程(34))之極紫外連續輻射譜帶具有短波長截止值及藉由以下給出之能量
：
以及達到比對應截止值長之波長的延伸。此處，預測歸因於
中間物之衰變之極紫外連續輻射譜帶在
；
處具有短波長截止值及達到更長波長之延伸。NASA之錢德拉X射線天文臺(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(Perseus Cluster)中觀測到具有3.48 keV截止值之寬X射線峰，其與任何已知原子躍遷不匹配。BulBul等人分配給具有未知身分之暗物質之3.48 keV特點匹配
躍遷且進一步證實低能量氫為暗物質之身分。
新穎氫組成物質可包含：
(a)至少一種具有以下結合能之中性、正或負氫物種(在下文中為「結合能增加之氫物種」)：
(i)大於對應普通氫物種之結合能，或
(ii)大於任何氫物種在對應普通氫物種因為普通氫物種之結合能小於周圍條件(標準溫度及壓力，STP)下之熱能或為負的而不穩定或觀測不到時的結合能；及
(b)至少一種其他元素。通常，本文所描述之氫產物為結合能增加之氫物種。
在此上下文中，「其他元素」意謂除結合能增加之氫物種以外的元素。因此，其他元素可為普通氫物種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種為中性的。在另一組化合物中，其他元素及結合能增加之氫物種為帶電的以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結；後一組化合物之特徵在於離子鍵結。
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、正或負氫物種(在下文中為「結合能增加之氫物種」)：
(i)大於對應普通氫物種之總能量，或
(ii)大於任何氫物種在對應普通氫物種因為普通氫物種之總能量小於周圍條件下之熱能或為負的而不穩定或觀測不到時的總能量；及
(b)至少一種其他元素。
氫物種之總能量為自氫物種移除所有電子之能量之總和。諸如在產生第二電漿期間產生之氫物種之本發明氫物種的總能量可大於尚未與如本文所描述之初生水反應之對應氫物種的總能量。本發明之總能量增加之氫物種亦稱為「結合能增加之氫物種」，即使總能量增加之氫物種之一些實施例的第一電子結合能可小於對應普通氫物種的第一電子結合能。舉例而言，
之方程(19)之氫負離子的第一結合能小於普通氫負離子的第一結合能，而
之方程(19)之氫負離子的總能量遠大於對應普通氫負離子的總能量。
本文亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：
(a)複數個具有以下結合能之中性、正或負氫物種：
(i)大於對應普通氫物種之結合能，或
(ii)大於任何氫物種在對應普通氫物種因為普通氫物種之結合能小於周圍條件下之熱能或為負的而不穩定或觀測不到時的結合能；及
(b)視情況選用之一種其他元素。本發明化合物可稱為「結合能增加之氫化合物」。如本文所描述之各種光譜特徵可識別此等物種。
結合能增加之氫物種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種中之至少一者的化合物及除結合能增加之氫物種以外的至少一種其他原子、分子或離子中的一或多者反應來形成。
亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：
(a)複數個具有以下總能量之中性、正或負氫物種：
(i)大於普通分子氫之總能量，或
(ii)大於任何氫物種在對應普通氫物種因為普通氫物種之總能量小於周圍條件下之熱能或為負的而不穩定或觀測不到時的總能量；及
(b)視情況選用之一種其他元素。
在一實施例中，提供包含選自以下之至少一種結合能增加之氫物種的化合物：(a)根據方程(19)之結合能對於
至23大於且對於
小於普通氫負離子之結合(約0.8 eV)的氫負離子(「結合能增加之氫負離子」或「低能量氫氫負離子」)；(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」)；及(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，結合能增加之氫物種及化合物亦稱為低能量氫物種及化合物。低能量氫包含結合能增加之氫物種，或等效地，較低能量氫物種。
III. 化學反應器本發明亦關於用於產生諸如二低能量氫分子及低能量氫氫化物的本發明之結合能增加之氫物種及化合物的其他反應器。視單元類型而定，另外的催化產物為電力及視情況選用之電漿及光。此類反應器在下文中稱為「氫反應器」或「氫單元」。氫反應器包含用於製造低能量氫之單元。用於製造低能量氫之單元可採用以下形式：化學反應器或諸如氣體放電單元之氣體燃料單元、電漿炬單元或微波功率單元及電化單元。在一實施例中，催化劑為HOH且HOH及H中之至少一者之來源為冰。冰可具有高表面積以增大由冰形成HOH催化劑及H之速率及低能量氫反應速率中的至少一者。冰可呈精細碎片形式以增大表面積。在一實施例中，該單元包含電弧放電單元且該電弧放電單元包含覆至少一個電極以冰，從而使得放電涉及冰之至少一部分。
在一實施例中，電弧放電單元包含一個容器；兩個電極；一個高電壓電源，諸如能夠具有在約100 V至1 MV範圍內之電壓及在約1 A至100 kA範圍內之電流的電源；及一個水源，諸如用於形成且供應H
2O液滴之儲集器及構件。液滴可在電極之間行進。在一實施例中，液滴引發電弧電漿之點火。在一實施例中，水電弧電漿包含可發生反應以形成低能量氫之H及HOH。點火速率及對應功率可藉由控制液滴尺寸及向電極供應液滴之速率來控制。高電壓源可包含至少一個可藉由高電壓電源充電之高電壓電容器。在一實施例中，電弧放電單元進一步包含諸如功率轉換器，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諸如光及熱之動力轉換成電之熱機中之至少一者的構件。
用於製造低能量氫之單元之例示性實施例可採用以下形式：液體燃料單元、固體燃料單元、異質燃料單元、CIHT單元及SF-CIHT或SunCell®單元。此等單元中之每一者包含：(i)包括原子氫源之反應物；(ii)至少一種用於製造低能量氫之催化劑，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)用於使氫氣與用於製造低能量氫之催化劑反應之容器。如本文所使用及如本發明所預期，除非另外規定，否則術語「氫」不僅包括氕(
)，而且包括氘(
)及氚(
)。例示性化學反應混合物及反應器可包含本發明之SF-CIHT、CIHT或熱單元實施例。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具有H
2O作為催化劑之反應混合物的實例。其他催化劑可用於形成結合能增加之氫物種及化合物。可在諸如反應物、反應物之wt%、H
2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、條件及參數範圍為本發明之反應物、條件及參數範圍。如在Mills先前公開案中所報導，根據所預測之13.6 eV之整數倍之連續輻射譜帶、由H譜線之多普勒譜線加寬所量測之在其他方面無法解釋的非常高H動能、H譜線反轉、在無擊穿電場之情況下形成電漿及異常電漿餘暉持續時間，低能量氫及分子低能量氫經展示為本發明之反應器產物。諸如關於CIHT單元及固體燃料之資料的資料已由其他研究人員在場外獨立驗證。由本發明單元形成低能量氫亦藉由經較長持續時間連續輸出之電能所證實，該等電能係電輸入之多倍，其在大多數情況下在無替代源之情況下超過電輸入大於10倍。所預測之分子低能量氫H
2(1/4)藉由以下而經識別為CIHT單元與固體燃料之產物：MAS H NMR，其展示所預測之約-4.4 ppm之往高場位移之基質峰；ToF-SIMS及ESI-ToFMS，其展示H
2(1/4)與集氣劑基質複合成為m/e = M + n2峰，其中M為原始離子之質量且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，其展示所預測之具有H
2能量之16倍或量子數p = 4平方倍數的H
2(1/4)之旋轉及振動光譜；拉曼及FTIR光譜分析，其展示為H
2之旋轉能量之16倍或量子數p = 4平方倍數的1950 cm
- 1之H
2(1/4)之旋轉能量；XPS，其展示所預測之500 eV之H
2(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峰對應於動能為約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, 「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, 「High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell」 (2014)，以上係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，藉由諸如包含用以產生熱力之固體燃料之單元的本發明單元形成低能量氫係藉由觀測到超過最大理論能量60倍之來自形成低能量氫之固體燃料的熱能得到證實。MAS H NMR展示約-4.4 ppm之所預測H
2(1/4)往高場基質位移。始於1950 cm
-1之拉曼峰匹配H
2(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, 「Solid Fuels that Form HOH Catalyst」, (2014)中，以上係以全文引用之方式併入本文中。
IV. SunCell 及功率轉換器產生電能及熱能中之至少一者之動力系統(在本文中亦稱為「SunCell」)可包含：
a)至少一個容器，其能夠維持壓力低於大氣壓，包含反應腔室；
b)兩個電極，其經組態以使熔融金屬在其間流動，從而使電路完整；
c)電源，其連接至該兩個電極以在該電路閉合時在該兩個電極間施加點火電流；
d)電漿產生單元(例如輝光放電單元)，其用以誘導由遞送至其之氣體形成第一電漿；其中該電漿產生單元之流出液被導向該電路(例如該熔融金屬、陽極、陰極、浸沒於熔融金屬儲集器中之電極)；
其中當施加電流通過該電路時，該電漿產生單元之該流出液進行用於產生第二電漿及反應產物之反應；及
e)電源適配器，其包含經組態以將來自該第二電漿之能量轉換成及/或傳遞至機械能、熱能及/或電能之熱光伏打轉換器；
其中來自該第二電漿之光能(例如紫外光、可見光及紅外光中之一或多者)在該熱光伏打轉換器中經轉換。可替代地，來自該第二電漿之能量在黑體輻射器中被吸收以產生黑體輻射，且該黑體輻射在該熱光伏打轉換器中經轉換。在一些實施例中，電源適配器為複數個熱光伏打適配器。熱光伏打適配器可包含於測地圓頂中之光伏打轉換器，其中光伏打轉換器可包含由三角形元件構成之接收器陣列(例如緻密接收器陣列)；且
其中每一三角形元件包含複數個能夠將該黑體輻射轉換成電之聚光型光伏打單元。在一些實施例中，兩個電極中之經正偏壓電極為、包含或連接至黑體輻射器。在各種實施方案中，具有比光伏打單元之帶隙低之能量的由電漿產生之光子(例如紅外)朝向電漿產生單元(例如朝向黑體輻射器)反射回來。在一些實施例中，流出液包含初生水及原子氫(或由初生水及原子氫組成)。在一些實施例中，流出液包含初生水及分子氫(或由初生水及分子氫組成)。在一些實施例中，流出液包含初生水、原子氫及分子氫(或由初生水、原子氫及分子氫組成)。在一些實施例中，流出液進一步包含稀有氣體(例如氬氣)。在特定實施例中，傳送至輝光放電單元之氣體為氧氣(O
2)與氫氣(H
2)於稀有氣體(諸如氬氣)中之混合物。氧氣與氫氣之莫耳比可為例如小於10 (或0.1至10)、小於5或小於2。
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。諸如H源及HOH源之低能量氫反應物及SunCell®系統可包含本發明或先前美國專利申請案中之低能量氫反應物及SunCell®系統，諸如：氫氣催化劑反應器，PCT/US08/61455，2008/4/24申請之PCT；異質氫氣催化劑反應器，PCT/US09/052072，2009/7/29申請之PCT；異質氫氣催化劑動力系統，PCT/US10/27828，2010/3/18申請之PCT；電化氫氣催化劑動力系統，PCT/US11/28889，2011/3/17申請之PCT；基於H
2O之電化氫氣-催化劑動力系統，2012/3/30申請之PCT/US12/31369；CIHT動力系統，2013/5/21申請之PCT/US13/041938；電力產生系統及關於其之方法，PCT/IB2014/058177，2014/1/10申請之PCT；光伏打電力產生系統及關於其之方法，PCT/US14/32584，2014/4/1申請之PCT；電力產生系統及關於其之方法，PCT/US2015/033165，2015/5/29申請之PCT；紫外電力產生系統、關於其之方法，PCT/US2015/065826，2015/12/15申請之PCT；熱光伏打電力產生器，PCT/US16/12620，2016/1/8申請之PCT；熱光伏打電力產生器網，PCT/US2017/035025，2017/12/7申請之PCT；熱光伏打電力產生器，PCT/US2017/013972，2017/1/18申請之PCT；極及深紫外光伏打單元，PCT/US2018/012635，2018/01/05申請之PCT；磁流體動力電力產生器，PCT/US18/17765，2018/2/12申請之PCT；磁流體動力電力產生器，PCT/US2018/034842，2018/5/29申請之PCT；磁流體動力電力產生器，PCT/IB2018/059646，2018/12/05申請之PCT；磁流體動力電力產生器，PCT/IB2020/050360，2020/01/16申請之PCT；及磁流體動力氫氣電力產生器，2021年2月8日申請之PCT/US21/17148 (「Mills先前申請案」)，以上以全文引用之方式併入本文中。
在一實施例中，EM泵磁體5k4沿著與連接兩個電極之所注入熔融金屬流之軸線相同的軸線定向，該兩個電極可沿著如圖1-30及圖7A-C中所示之相同軸線對置。磁體可位於EM泵管5k6之相對側上，其中一者沿著注入軸線在與另一者相反之方向上定位。EM泵匯流條5k2可各自垂直於注入軸線定向且在遠離最近磁體之側之方向上定向。EM泵磁體可各自進一步包含L形軛，其用以相對於EM泵管5k6在橫向方向上且垂直於管中之熔融金屬流之方向及EM泵電流上之方向兩者自對應豎直定向之磁體導引磁通量。點火系統可包含具有諸如AC波形，諸如60 Hz波形之包含電壓及電流之時變波形的點火系統。磁體之豎直定向可保護其免於經時變點火電流消磁。
在一實施例中，傳遞來自經催化為低能量氫態之原子氫的能量引起對催化劑之電離。由催化劑電離之電子可積聚在反應混合物及容器中且引起空間電荷堆積。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，伴隨反應速率降低。在一實施例中，施加高電流會移除空間電荷以引起低能量氫反應速率增大。在另一實施例中，在熔融金屬電路中施加之諸如電弧電流之電流使得諸如水之反應物的溫度極高。高溫可引起水熱解為H催化劑及HOH催化劑中之至少一者。在一實施例中，SunCell®之反應混合物包含H源及諸如
(n為整數)及HOH中之至少一者的催化劑源。
及HOH中之至少一者可藉由諸如固態水、液態水及氣態水中之至少一者之至少一種水之物理相的熱解或熱分解來形成。熱解可在諸如在約500K至10,000K、1000K至7000K及1000K至5000K之至少一個範圍內之溫度的高溫下發生。在一例示性實施例中，反應溫度為約3500K至4000K以使得原子H之莫耳分數較高，如J. Lede, F. Lapicque及J Villermaux所展示[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，以上係以引用之方式併入本文中]。熱解可由諸如單元組件之固體表面的固體表面輔助。可藉由輸入動力及藉由經低能量氫反應維持之電漿將固體表面加熱至高溫。諸如點火區之彼等向下物料流之熱解氣體可經冷卻以防止產物成初始水之再合併或逆反應。反應混合物可包含處於比產物氣體溫度低之溫度下的諸如固相、液相或氣相中之至少一者的冷卻劑。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。冷卻劑可包含較低溫蒸汽、水及冰中之至少一者。
在一實施例中，氣體中存在之反應物可包含H源、H
2、催化劑源、H
2O源及H
2O中之至少一者。合適的反應物可包含傳導性金屬基質及諸如鹼性水合物、鹼土水合物及過渡金屬水合物中之至少一者的水合物。水合物可包含MgCl
2·6H
2O、BaI
2·2H
2O及ZnCl
2·4H
2O中之至少一者。可替代地，反應物可包含銀、錫、銅、氫氣、氧氣及水中之至少一者。
在一實施例中，其中反應物可進行電漿形成反應之反應單元腔室5b31可在低壓下操作以達成高氣體溫度。接著，反應混合物氣體源及控制器可使壓力升高，從而增大反應速率，其中高溫藉由水二聚體之H鍵及H
2共價鍵中之至少一者之熱解來維持初生HOH及原子H。達成熱解之例示性臨限氣體溫度為約3300℃。具有高於約3300℃之溫度的電漿可能會使H
2O二聚體鍵斷裂以形成初生HOH來充當低能量氫催化劑。反應單元腔室H
2O蒸氣壓力、H
2壓力及O
2壓力中之至少一者可在約0.01托至100個大氣壓、0.1托至10個大氣壓及0.5托至1個大氣壓之至少一個範圍內。EM泵送速率可在約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。在實施例中，最初可維持高點火功率及低壓中之至少一者以加熱電漿及單元來達成熱解。
在一實施例中，點火功率可處於本發明之初始功率位準及波形下，且可在反應單元腔室達成所需溫度時切換至第二功率位準及波形。在一實施例中，第二功率位準可低於初始功率位準。第二功率位準可為約零。切換功率位準及波形中之至少一者的條件為反應單元腔室溫度達成高於臨限值，其中低能量氫反應動力學可在以第二功率位準操作時維持在初始速率之20%至100%內。在一實施例中，溫度臨限值可在約800℃至3000℃、900℃至2500℃及1000℃至2000℃之至少一個範圍內。
在一實施例中，將反應單元腔室加熱至將在不存在點火功率之情況下持續第二電漿之溫度。在一實施例中，在點火功率終止之後可維持或可不維持EM泵送，其中在SunCell®之點火關閉操作期間維持諸如H
2、O
2及H
2O中之至少一者的低能量氫反應物的供應。在一例示性實施例中，圖1中所示之SunCell®經二氧化矽-氧化鋁纖維絕緣體充分地絕緣，2500 sccm H
2及250 sccm O
2氣體流過Pt/Al
2O
3珠粒，且將SunCell®加熱至在900℃至1400℃範圍內之溫度。在持續維持H
2及O
2流及EM泵送之情況下，低能量氫反應在不存在點火功率之情況下自行持續，如藉由在不存在輸入點火功率之情況下溫度隨時間推移而升高所證明。
點火系統在一實施例中，點火系統包含用於進行以下中之至少一者之開關：起始電流及在達成點火之後中斷電流。電流流動可藉由接觸熔融金屬流起始。切換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)。可替代地，可以機械方式切換點火。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而言最佳化。點火系統可包含在其中產生電漿之階段期間使可控量之能量流入燃料中以引起爆震且關閉電源的開關。在一實施例中，用以遞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之電流之高AC、DC或混合AC-DC的電壓；
在1 A/cm
2至1,000,000 A/cm
2、1000 A/cm
2至100,000 A/cm
2及2000 A/cm
2至50,000 A/cm
2中之至少一者之範圍內之DC或峰值AC電流密度；
其中該電壓係由固體燃料之傳導性決定，其中該電壓係藉由所需電流乘以固體燃料樣本之電阻得到；
DC或峰值AC電壓在0.1 V至500 kV、0.1 V至100 kV及1 V至50 kV中之至少一者之範圍內；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。
系統可進一步包含諸如電池，諸如鋰離子電池之啟動電源/能源。可替代地，可經由自外部電源至產生器之連接件提供用於啟動的諸如柵格電源之外部電源。連接件可包含功率輸出匯流條。啟動電源能源可進行以下中之至少一者：向加熱器供應動力以維持熔融金屬傳導基質，向注入系統供應動力及向點火系統供應動力。
SunCell®可包含在高壓下具有水以提供高壓氫氣之高壓水電解劑，諸如包含質子交換膜(PEM)電解劑的電解劑。H
2腔室及O
2腔室中之每一者可分別包含用以消除污染物O
2及H
2之複合器。PEM可充當陽極室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氣且在陽極處產生氧氣作為分離氣體。陰極可包含諸如包含鈮及鉭中之至少一者、可進一步包含硫之二硫屬化物析氫催化劑的二硫屬化物析氫催化劑。陰極可包含諸如Pt或Ni之此項技術中已知之二硫屬化物析氫催化劑。氫氣可在高壓下產生且可直接地或藉由穿透通過氫穿透膜來供應至反應單元腔室5b31。SunCell®可包含自陽極室至將氧氣遞送至儲存容器或通風口之點的氧氣管線。在一實施例中，SunCell®包含感測器、處理器及電解電流控制器。
在另一實施例中，氫氣燃料可自水之電解、重整天然氣、藉由使蒸汽與碳反應以形成H
2及CO以及CO
2之合成氣反應及水-氣變換反應中之至少一者以及熟習此項技術者已知之其他氫氣產生方法獲得。
在另一實施例中，氫氣可藉由使用所供應水及由SunCell®產生之熱量進行熱解來產生。熱解循環可包含本發明之熱解循環或此項技術中已知之熱解循環，諸如基於金屬及其諸如SnO/Sn及ZnO/Zn中之至少一者之氧化物的熱解循環。在其中感應耦合加熱器、EM泵及點火系統僅在啟動期間消耗動力之一實施例中，氫氣可藉由熱解產生，以使得附加電力要求極低。SunCell®可包含用以提供動力以運行諸如氣體感測器及控制系統，諸如用於反應電漿氣體之氣體感測器及控制系統之系統的諸如鋰離子電池的電池。
熔融金屬流產生在諸如圖8A-B中所示之實施例的一實施例中，SunCell®包含兩個儲集器5c，每一儲集器包含諸如本發明之DC、AC或另一電磁(EM)泵之EM泵及亦充當點火電極之注入器以及用於調平儲集器中之熔融金屬含量之儲集器入口升流管。熔融金屬可包含銀、銀-銅合金、鎵或錫、鎵銦錫合金或本發明中之另一熔融金屬。SunCell®可進一步包含反應單元腔室5b31、在儲集器與反應單元腔室之間的諸如電隔離Conflat凸緣之電隔離凸緣及用以將儲集器與EM泵彼此電隔離之在每一儲集器頂部處之滴水邊緣，其中點火電流在兩個EM泵注入器之相交熔融金屬流接觸之情況下流動。在一實施例中，每一儲集器5c、反應單元腔室5b31及EM泵管5k6之內部中之至少一者經陶瓷塗佈，或包含諸如以下中之一者之陶瓷襯裡：BN、石英、二氧化鈦、氧化鋁、氧化釔、氧化鉿、氧化鋯、碳化矽或諸如TiO
2-Yr
2O
3-Al
2O
3之混合物或本發明中之另一陶瓷襯裡。在一實施例中，SunCell®進一步包含諸如加熱線圈，諸如包裹在至少一個SunCell®組件之外表面上之鐵鉻鋁電阻絲(Kanthal wire)的外部電阻性加熱器。在一實施例中，SunCell之諸如反應單元5b3、儲集器5c及EM泵管5k6之至少一個組件之外表面經陶瓷塗佈以使諸如包裹在表面上之鐵鉻鋁電阻絲的電阻性加熱器線圈電隔離。在一實施例中，SunCell®可進一步包含可包裹在至少一個SunCell®組件之表面上之熱交換器及熱絕緣體中的至少一者。熱交換器及加熱器中之至少一者可經包裝於熱絕緣體中。
在一實施例中，電阻性加熱器可包含用於諸如加熱絲之加熱元件的支撐件。支撐件可包含經氣密密封之碳。密封劑可包含諸如SiC之陶瓷。SiC可藉由Si與碳在高溫下在真空爐中發生反應而形成。
SunCell®加熱器415可為電阻性加熱器或感應耦合加熱器。例示性SunCell®加熱器415包含鐵鉻鋁A-1 (Kanthal)電阻性加熱絲、能夠操作高達1400℃之溫度且具有高電阻率及良好抗氧化性之鐵磁體-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。用於合適的加熱元件之額外FeCrAl合金為鐵鉻鋁APM、鐵鉻鋁AF、鐵鉻鋁D及克洛瑟合金(Alkrothal)中之至少一者。諸如電阻性電線元件之加熱元件可包含諸如鎳鉻合金(Nikrothal) 80、鎳鉻合金70、鎳鉻合金60及鎳鉻合金40中之至少一者的可在1100℃至1200℃範圍內操作之NiCr合金。可替代地，加熱器415可包含諸如鐵鉻鋁超1700、鐵鉻鋁超1800、鐵鉻鋁超1900、鐵鉻鋁超RA、鐵鉻鋁超ER、鐵鉻鋁超HT及鐵鉻鋁超NC中之至少一者的能夠在氧化氛圍中在1500℃至1800℃範圍內操作之二矽化鉬(MoSi
2)。加熱元件可包含二矽化鉬(MoSi
2)與氧化鋁之合金。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夠在高達1625℃之溫度下操作之SiC。
電磁泵可各自包含兩種主要類型之用於液體金屬之電磁泵中的一者：AC或DC傳導泵，其中在含有液體金屬之管中建立AC或DC磁場，且將AC或DC電流分別經由連接至管壁之電極饋送至液體；及感應泵，其中行波場感應如在感應馬達中之所需電流，其中電流可與所施加之AC電磁場交叉。感應泵可包含三種主要形式：環形線性、扁平線性及螺旋形。泵可包含諸如機械泵及熱電泵之此項技術中已知之其他泵。機械泵可包含具有馬達驅動葉輪之離心泵。到達電磁泵之動力可為恆定的或脈衝式的以分別引起熔融金屬之對應恆定或脈衝式注入。脈衝式注入可由程式或功能產生器驅動。脈衝式注入可維持反應單元腔室中之脈衝式電漿。EM泵可包含多級泵。
在一實施例中，EM泵管5k6包含用於引起間歇或脈衝式熔融金屬注入之截流器。截流器可包含諸如電子控制閥的進一步包含控制器之閥。閥可包含電磁閥。可替代地，截流器可包含具有至少一個通道之旋轉圓盤，該旋轉圓盤週期性地旋轉以使熔融金屬流相交，從而使熔融金屬流過通道，其中該熔融金屬流經不包含通道之旋轉圓盤之區段阻擋。
熔融金屬泵可包含移動磁體泵(MMP)。例示性商業AC EM泵為CMI Novacast CA15，其中加熱系統及冷卻系統可經改良以支援泵送熔融金屬。
在一實施例中，EM泵可包含AC感應型，其中熔融金屬上之勞侖茲力(Lorentz force)係由通過熔融金屬之時變電流及交叉同步時變磁場產生。通過熔融金屬之時變電流可由第一時變磁場之法拉弟感應(Faraday induction)產生，該第一時變磁場係由EM泵變壓器繞組電路產生。第一時變磁場之源可包含初級變壓器繞組，且熔融金屬可充當包含電流迴路之EM泵管區段及EM泵電流迴路返回區段的諸如單匝短接繞組之次級變壓器繞組。
在其中熔融金屬注入器包含至少一個包含電流源及磁體以產生勞侖茲泵送力之EM泵的一實施例中，EM泵磁體5k4可包含永磁體或諸如DC或AC電磁體之電磁體。在磁體為永磁體或DC電磁體之情況下，EM泵電流源包含DC電源。在磁體5k4包含AC電磁體之情況下，用於EM匯流條5k2之EM泵電流源包含AC電源，該AC電源提供與經施加至EM泵管5k6以產生勞侖茲泵送力之AC EM泵電磁體場同相的電流。在其中諸如電磁體之磁體浸沒於諸如水浴之腐蝕性冷卻劑中之一實施例中，諸如電磁體之磁體可經氣密密封於諸如熱塑性塑膠之密封劑、塗層或諸如不鏽鋼殼體之可具有非磁性之殼體中。
在另一實施例中，點火系統包含感應系統，其中電源經施加至傳導性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，其中點火電流係藉由利用感應點火變壓器總成進行感應來施加。感應電流可流過來自藉由諸如EM泵之泵維持之複數個注入器的相交熔融金屬流。在一實施例中，儲集器5c可進一步包含諸如儲集器5c之基底之間的通道之陶瓷交叉連接通道。感應點火變壓器總成可包含感應點火變壓器繞組及感應點火變壓器軛，該感應點火變壓器繞組及該感應點火變壓器軛可延伸穿過由儲集器5c、來自複數個熔融金屬注入器之相交熔融金屬流及交叉連接通道形成的感應電流迴路。感應點火變壓器總成可與EM泵變壓器繞組電路之感應點火變壓器總成類似。
在一實施例中，用於使熔融金屬熔融之加熱器包含電阻性加熱器，諸如包含諸如鐵鉻鋁或本發明之另一者的電線的電阻性加熱器。電阻性加熱器可包含可包裹在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諸如碳、鎳鉻合金、300系列不鏽鋼、英高合金(Incoloy) 800及英高鎳(Inconel) 600、英高鎳601、英高鎳718、英高鎳625、海恩斯合金(Haynes) 230、海恩斯合金188、海恩斯合金214、鎳、赫史特合金(Hastelloy) C、鈦、鉭、鉬、TZM、錸、鈮及鎢之高溫導體。長絲或電線可罐封於罐封化合物中以保護其免受氧化。呈長絲、電線或網狀物形式之加熱元件可在真空中操作以保護其免受氧化。例示性加熱器包含鐵鉻鋁A-1 (Kanthal)電阻性加熱絲、能夠操作高達1400℃之溫度且具有高電阻率及良好抗氧化性之鐵磁體-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。另一例示性長絲為形成非縮放氧化物塗層之鐵鉻鋁APM，該氧化物塗層對氧化及碳化環境具有耐受性且可經操作達到1475℃。在1375 K及1發射率下之熱損失率為200 kW/m
2或0.2 W/m
2。操作達到1475 K之市售電阻性加熱器具有4.6 W/m
2之功率。可使用加熱元件外部之絕緣體增大加熱。
例示性加熱器415包含鐵鉻鋁A-1 (Kanthal)電阻性加熱絲、能夠操作高達1400℃之溫度且具有高電阻率及良好抗氧化性之鐵磁體-鉻-鋁合金(FeCrAl合金)。用於合適的加熱元件之額外FeCrAl合金為鐵鉻鋁APM、鐵鉻鋁AF、鐵鉻鋁D及克洛瑟合金中之至少一者。諸如電阻性電線元件之加熱元件可包含諸如鎳鉻合金80、鎳鉻合金70、鎳鉻合金60及鎳鉻合金40中之至少一者的可在1100℃至1200℃範圍內操作之NiCr合金。可替代地，加熱器415可包含諸如鐵鉻鋁超1700、鐵鉻鋁超1800、鐵鉻鋁超1900、鐵鉻鋁超RA、鐵鉻鋁超ER、鐵鉻鋁超HT及鐵鉻鋁超NC中之至少一者的能夠在氧化氛圍中在1500℃至1800℃範圍內操作之二矽化鉬(MoSi
2)。加熱元件可包含二矽化鉬(MoSi
2)與氧化鋁之合金。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夠在高達1625℃之溫度下操作之SiC。加熱器可包含絕緣體以提高其效率及有效性中之至少一者。絕緣體可包含陶瓷，諸如熟習此項技術者已知之陶瓷，諸如包含氧化鋁-矽酸鹽之絕緣體。絕緣體可為可移除絕緣體或可逆絕緣體中之至少一者。絕緣體可在啟動之後經移除以更有效地將熱傳遞至諸如周圍環境或熱交換器之所需接收器。絕緣體可以機械方式移除。絕緣體可包含可真空之腔室及泵，其中藉由抽真空施用絕緣體，且藉由添加諸如稀有氣體，諸如氦氣之熱傳遞氣體來使絕緣體反向。具有可添加或泵離之諸如氦氣之熱傳遞氣體的真空腔室可充當可調節絕緣體。
點火電流可為時變的，諸如約60 Hz AC，但可具有其他特徵及波形，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、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之至少一個範圍內之峰值電流及在約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之至少一個範圍內之峰值電壓的DC或AC波形，其中波形可包含正弦波、方形波、三角形波或其他所需波形，其可包含諸如在1%至99%、5%至75%及10%至50%之至少一個範圍內之工作循環的工作循環。為了使高頻下之集膚效應最小化，點火系統之繞組可包含編結線、複絞線及李茲線(Litz wire)中之至少一者。在一實施例中，選擇諸如點火電流之週期性方形波之點火功率波形以及頻率及工作循環以使藉由功率輸出與點火功率之比率給出之輸出功率及功率增益中之至少一者最佳化。例示性頻率方形波波形在1 Hz至500 Hz範圍內。在另一例示性實施例中，點火功率包含隨時間推移而不同之電流之重複模式，諸如在諸如1500A之高電流與諸如500A之低電流之間的替代性方形波，其中高電流及低電流之方形波寬度可相同或不同。
動力系統及組態在一例示性實施例中，具有圖1中所示之底座電極之SunCell®包含(i)注入器儲集器5c、EM泵管5k6及噴嘴5q、儲集器底板409a及球形反應單元腔室5b31圓頂；(ii)包含套筒儲集器409d之非注入器儲集器，該套筒儲集器409d可包含熔接至下部半球體5b41之SS及在套筒儲集器409d末端處之套筒儲集器凸緣409e；(iii)包含在頂部處之底座5c1及在底部處之插入件儲集器凸緣409g的電絕緣器插入件儲集器409f，其與套筒儲集器凸緣409e配合，其中插入件儲集器409f、可進一步包含滴水邊緣5c1a之底座5c及可包含陶瓷或耐火材料或具有保護性塗層之陶瓷之插入件儲集器凸緣409g，該陶瓷諸如為氮化硼、諸如BN-CaO或BN-ZrO
2之穩定BN、碳化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或石英，該耐火材料諸如為耐火金屬、碳，該具有保護性塗層之陶瓷諸如為SiC或ZrB
2，諸如包含SiC或ZrB
2碳之具有保護性塗層之陶瓷；及(iv)儲集器底板409a，諸如包含對點火匯流條10a1及點火匯流條10具有穿透性之SS的儲集器底板，其中底板螺栓至套筒儲集器凸緣409e以把插入件儲集器凸緣409g夾在中間。在一實施例中，SunCell®可包含真空殼體，該真空殼體圍封且氣密密封包含套筒儲集器凸緣409e、插入件儲集器凸緣409g及儲集器底板409a之接合部，其中殼體在電極匯流條10處經電隔離。在一實施例中，噴嘴5q可經旋擰至電磁泵管之噴嘴區段5k61上。噴嘴可包含諸如W、Ta、Re或Mo之耐火金屬。噴嘴可為浸沒式的。
在圖1中所示之實施例中，倒置底座5c2及點火匯流條及電極10進行以下中之至少一者：經定向於大致單元5b3之中心且沿負z軸對準，其中至少一個對立注入器電極5k61在適用情況下相對重力沿正z方向自其儲集器5c注入熔融金屬。所注入之熔融流可在適用情況下相對重力維持底座5c2中之塗層或液體金屬池。池或塗層可至少部分地覆蓋電極10。池或塗層可保護電極免受諸如腐蝕或熔融之損壞。在後一情況下，可藉由使所注入之熔融金屬流動來增大EM泵送速率以增大電極冷卻。亦可增大電極區域及厚度以耗散局部熱點，從而防止熔融。底座可經正偏壓且注入器電極可經負偏壓。在另一實施例中，底座可經負偏壓且注入器電極可經正偏壓，其中注入器電極可經浸沒於熔融金屬中。諸如鎵或錫之熔融金屬可填充反應單元腔室5b31之下部部分的一部分。除了所注入之熔融金屬之塗層或池之外，亦可藉由所施加之負偏壓來穩定諸如W電極之電極10以免受腐蝕。在一實施例中，電極10可包含諸如惰性傳導塗層，諸如錸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。電極之冷卻可降低電極腐蝕速率及用熔融金屬形成合金之速率中的至少一者(例如，相比於無電極冷卻之操作)。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，藉由增大與來自注入器電極之電漿及熔融金屬流中之至少一者接觸之表面的大小來增大倒置電極之表面積。在一例示性實施例中，較大板或杯狀物附接至電極10之末端。在另一實施例中，注入器電極可經浸沒以增大對立電極之面積。圖1展示例示性球形反應單元腔室。諸如矩形、立方形、圓柱形及圓錐形之其他幾何形狀在本發明之範疇內。在一實施例中，其中反應單元腔室連接至儲集器頂部的反應單元腔室之基底可傾斜，諸如為圓錐形。該等組態可促進熔融金屬在其進入EM泵之入口時進行混合。在一實施例中，反應單元腔室之外部表面之至少一部分可包覆在諸如銅之具有高熱傳遞係數之材料中以避免反應單元腔室壁上的熱點。在一實施例中，SunCell®包含複數個諸如EM泵之泵以將熔融金屬注入在反應單元腔室壁上以維持熔融金屬壁，從而防止反應單元腔室中之電漿熔融該等壁。在另一實施例中，反應單元腔室壁包含襯裡5b31a，諸如BN、熔結二氧化矽或石英襯裡以避免熱點。例示性反應單元腔室包含襯有石英板之立方形上部區段及下部球形區段，該下部球形區段在底部處包含EM泵，其中球形區段促進熔融金屬混合。
在一實施例中，套筒儲集器409d可包含點火匯流條及電極10之緊密裝配電絕緣器，以使得熔融金屬約排他性地含於倒置底座5c2末端處之杯狀物或滴水邊緣5c1a中。具有插入件儲集器凸緣409g之插入件儲集器409f可藉由儲集器底板409a、套筒儲集器409d及套筒儲集器凸緣409e經安裝至單元腔室5b3。電極可經由電極穿透件10a1穿透儲集器底板409a。電極可經由電極穿透件10a1穿透儲集器底板409a。在一實施例中，插入件儲集器409f可包含電極匯流條10上之塗層。在一實施例中，諸如插入件儲集器409f、反應單元腔室襯裡或塗層及匯流條襯裡或塗層的至少一個SunCell®組件可包含諸如BN、石英、二氧化鈦、氧化鋁、氧化釔、氧化鉿、氧化鋯、碳化矽、富鋁紅柱石或諸如ZrO
2-TiO
2-Y
2O
3、TiO
2-Yr
2O
3-Al
2O
3之混合物的陶瓷或本發明中之另一陶瓷，或包含SiO
2、Al
2O
3、ZrO
2、HfO
2、TiO
2、MgO、BN、BN-ZrO
2、BN-B
2O
3中之至少一者的陶瓷及用以結合至組件之金屬且接著結合至BN或另一陶瓷的陶瓷。Oerlikon之包含BN之例示性複合塗層為Ni 13Cr 8Fe 3.5Al 6.5BN、ZrO
29.5Dy
2O
30.7BN、ZrO
27.5Y
2O
30.7BN及Co 25Cr 5Al 0.27Y 1.75Si 15hBN。在一實施例中，經BN塗佈之合適金屬、陶瓷或碳可充當襯裡或塗層。合適的金屬或陶瓷能夠在SunCell®之溫度以及BN塗層之黏著性下操作。在一實施例中，諸如套筒儲集器409d、反應單元腔室襯裡或塗層或匯流條襯裡或塗層之SunCell®組件中之黏合劑可藉由在真空下進行加熱及運行中之至少一者而烘乾。可替代地，鈍化塗層可經形成或施加至陶瓷。在一例示性實施例中，BN經氧化以形成B
2O
3鈍化塗層。
EM泵管5k6可包含對與鎵或錫形成合金具有抗性之材料、襯裡或塗層，諸如W、Ta、Re、Mo、BN、氧化鋁、富鋁紅柱石、二氧化矽、石英、氧化鋯、氧化鉿、二氧化鈦中之至少一者或本發明中之另一材料、襯裡或塗層。在一實施例中，泵管、襯裡或塗層包含碳。碳可藉由懸浮方式來施用，諸如經固化且脫氣之噴霧或液體塗層。在一例示性實施例中，將碳懸浮液傾入泵管中以對其進行填充，使碳懸浮液固化，且接著機械加工通過管之通道以在壁上形成碳襯裡。在一實施例中，諸如Ni之經碳塗佈金屬可對在高溫下形成碳化物具有抗性。在一實施例中，EM泵管5k6可包含填充有諸如BN之經開孔以形成泵管之襯裡或塗佈材料的金屬管。EM泵管可包含總成，該總成包含複數個部件。該等部件可包含對與鎵或錫形成合金具有抗性之材料或襯裡或塗層。在一實施例中，該等部件可單獨地經塗佈及組裝。總成可包含以下中之至少一者：包含兩個相對匯流條5k2、液體金屬入口及液體金屬出口之殼體；及諸如接頭套管(Swagelok)之用以密封殼體之構件。在一實施例中，EM泵匯流條5k2可包含與EM泵管內部之鎵或錫接觸之傳導性部分，該傳導性部分對與鎵或錫形成合金具有抗性。傳導性部分可包含諸如Ta、W、Re、Ir或Mo之合金抗性材料或於諸如SS，諸如包含Ta、W、Re、Ir或Mo之SS的另一金屬上之合金抗性包層或塗層。
在一實施例中，SunCell®包含入口升流管5qa以防止熱鎵或錫流動至儲集器基底5kk1且抑制鎵或錫或錫合金形成。儲集器基底5kk1可包含襯裡、包層或塗層以抑制鎵或錫合金形成。
在允許EM泵匯流條5k2與EM泵管5k6中之熔融金屬之間有良好電接觸之實施例中，在EM泵匯流條藉由諸如熔接之方式附接之前施用塗層。可替代地，可在操作之前藉由諸如磨損、剝蝕或蝕刻之此項技術中已知之方式自穿透至熔融金屬中之匯流條移除任何塗層。
在另一實施例中，插入件儲集器凸緣409g可由安裝於儲集器底板409a中之饋通件置換，該饋通件使饋通件之匯流條10及底座5c1或插入件儲集器409f與儲集器底板409a電隔離。饋通件可熔接至儲集器底板。包含匯流條10之例示性饋通件為Solid Sealing Technology公司編號FA10775。匯流條10可接合至電極8，或匯流條10及電極8可包含單個片件。儲集器底板可直接接合至套筒儲集器凸緣。接頭可包含經介入墊片螺栓在一起之Conflat凸緣。凸緣可包含用以密封諸如銅、鍍銀銅或鉭墊片或O形環之軟金屬墊片的刀刃形。凸緣可經防止與熔融金屬形成合金之諸如防火漆料、氧化鋁、CrC、TiN、Ta之塗層或本發明之另一塗層塗佈。諸如Ta墊片或O形環之墊片或O形環可對合金形成具有抗性。在一實施例中，凸緣可經諸如每一經接合組件之周邊周圍之環形物的扁平金屬板(無螺栓孔)置換。板可在外邊緣上經熔接在一起以形成接縫。可切割或研磨接縫以分離兩個板。包含插入件儲集器409f之陶瓷底座5c1可經打孔裝埋至對立開孔之儲集器底板409a中，其中底座與儲集器底板之間的接頭可經諸如碳墊片之墊片或本發明中之另一墊片密封。電極8及匯流條10可在發生電漿放電之末端處包含終板。可藉由推動圓盤，繼而該圓盤向墊片施加壓力來將壓力施加至墊片以密封底座與儲集器底板之間的接頭。圓盤可經旋擰至電極8之末端上，以使得轉動圓盤將壓力施加至墊片。饋通件可包含連接至匯流條且連接至電極之環狀套環。環狀套環可包含經反覆打擊之固定螺釘，其在緊固時將電極鎖定至適當位置。該適當位置可在端盤向上拉動底座時施加之張力下經墊片鎖定。底座5c1可包含用於近接固定螺釘之軸。該軸可帶螺紋，以使得其可經諸如陶瓷固定螺釘，諸如BN固定螺釘之非傳導性固定螺釘密封在底座之外表面上，其中底座可包含諸如BN-ZrO
2之BN。在另一實施例中，匯流條10及電極8可包含可對接端連接之桿。在一實施例中，底座5c1可包含兩個或更多個帶螺紋金屬軸，每一帶螺紋金屬軸具有固定螺釘，該固定螺釘係抵靠匯流條10或電極8而緊固以在張力下將其鎖定於適當位置。張力可提供匯流條10與電極8之連接及於墊片上之壓力中的至少一者。可替代地，對立電極包含縮短絕緣底座5c1，其中電極8及匯流條10中之至少一者包含陽螺紋、墊圈及匹配陰螺母，以使得螺母及墊圈抵靠縮短絕緣底座5c1緊固。可替代地，電極8可在末端上包含旋擰至匯流條10末端處之匹配陰螺紋中的陽螺紋，且電極8進一步包含固定墊圈，該固定墊圈抵靠可經打孔裝埋之底座墊圈及儲集器底板409a緊固縮短絕緣底座5c1。對立電極可包含熟習此項技術者已知之固定底座、匯流條及電極的其他方式。
在另一實施例中，至少一個密封件，諸如(i)插入件儲集器凸緣409g與套筒儲集器凸緣409e之間的密封件及(ii)儲集器底板409a與套筒儲集器凸緣409e之間的密封件可包含濕式密封件(圖1)。在後一情況下，插入件儲集器凸緣409g可由安裝於儲集器底板409a中之饋通件置換，該饋通件使饋通件之匯流條10及底座5c1與儲集器底板409a電隔離，且濕式密封件可包含於儲集器底板409a與饋通件之間的密封件。因為鎵或錫形成熔點為1900℃之氧化物，因此濕式密封件可包含固體氧化鎵或氧化錫。
在一實施例中，可經由諸如結構上強化之Pd-Ag或鈮膜之氫穿透膜將氫氣供應至單元。通過氫穿透膜之氫穿透率可藉由將電漿維持在穿透膜之外表面上來增大。SunCell®可包含半透膜，該半透膜可包含諸如電漿單元(例如輝光放電單元)之陰極的電漿單元之電極。諸如圖1中所示之SunCell®的SunCell®可進一步包含外密封電漿腔室，該外密封電漿腔室包含環繞單元5b3之壁之一部分的外壁，其中單元5b3之金屬壁之一部分包含電漿單元之電極。密封電漿腔室可包含諸如殼體之單元5b3周圍之腔室，其中單元5b3之壁可包含電漿單元電極，且殼體或腔室中之獨立電極可包含對立電極。SunCell®可進一步包含電漿電源及電漿控制系統、諸如氫氣供應槽之氣體源、氫氣供應監測器及規則件(regular)以及真空泵。
系統可經由產生兩個電漿來操作。諸如非化學計量H
2/O
2混合物(例如以混合物之莫耳百分比計具有少於20%或少於10%或少於5%或少於3%之O
2的H
2/O
2)的初始反應混合物可通過諸如輝光放電之電漿單元以產生反應混合物，該反應混合物能夠以足夠的放熱性進行催化反應來產生如本文所描述之電漿。舉例而言，非化學計量H
2/O
2混合物可通過輝光放電以產生原子氫及初生H
2O之流出液(例如具有一定濃度之水且具有足以防止氫鍵形成之內能的混合物)。可將輝光放電流出液導引至反應腔室中，其中電流經供應於兩個電極(例如其間穿過有熔融金屬)之間。在流出液與經偏壓熔融金屬(例如鎵或錫)發生相互作用後，初生水與原子氫之間的催化反應例如在電弧電流形成後經誘導。動力系統可包含：
a)電漿單元(例如輝光放電單元)；
b)一組電極，其經由其間流動之熔融金屬彼此電接觸，以使得可將電偏壓施加至熔融金屬；
c)熔融金屬注入系統，其使熔融金屬在電極之間流動；
其中電漿單元之流出液朝向經偏壓熔融金屬(例如正電極或陽極)定向。
在一實施例中，SunCell®包含至少一個陶瓷儲集器5c及諸如包含石英之反應單元腔室的反應單元腔室5b31。SunCell®可包含兩個圓柱形反應單元腔室5b31，其各自包含在底部區段處之儲集器，其中反應單元腔室沿著兩個腔室相交之處的接縫在頂部熔結，如圖8A-B中所示。在一實施例中，由反應單元腔室5b31之相交形成之頂點可包含諸如兩個凸緣之墊片式密封件，該兩個凸緣與諸如石墨墊片之介入墊片螺栓在一起以吸收熱膨脹及其他應力。每一儲集器可包含諸如入口升流管5qa之構件以維持儲集器中之熔融金屬的時間平均含量。儲集器之底部可各自包含可經密封至底板5kk1之儲集器凸緣5k17，該底板包含EM泵總成5kk，該總成包含具有入口及注入管5k61穿透件之EM泵5ka且進一步包含在每一底板下方之EM磁體5k4及EM泵管5k6。在一實施例中，永久性EM泵磁體5k4 (圖8A-B)可經諸如DC或AC電磁體之電磁體置換。在磁體5k4包含AC電磁體之情況下，用於EM匯流條5k2之EM泵電流源包含AC電源，該AC電源提供與經施加至EM泵管5k6以產生勞侖茲泵送力之AC EM泵電磁體場同相的電流。每一EM泵總成5kk可以與對應儲集器5c相同之角度附接至儲集器凸緣，以使得儲集器凸緣可垂直於傾斜儲集器。EM泵總成5kk可經安裝至具有支撐件409k之滑台409c (圖8B-G)以安裝且對準對應的傾斜EM泵總成5kk及儲集器5c。在一實施例中，每一EM泵總成5kk可包含複數個EM泵載物台，諸如兩個載物台，每一EM泵載物台包含諸如永磁體或電磁體之磁體5k4及可經組裝於儲集器5c之共同EM泵管5k6上之EM匯流條5k2。EM泵載物台可在泵入口與出口之間串聯或並聯連接。在一例示性實施例中，EM泵各自包含兩個載物台，其中兩個載物台之EM匯流條5k2可並聯或串聯連線，且EM泵可經由EM泵之間的串聯連接由獨立動力供應器或由相同動力供應器提供動力，該等EM泵可各自包含複數個載物台，諸如兩個載物台。SunCell支撐件409k可包含可調節至任何高度且可用防鬆螺母鎖定之鬆緊螺旋扣。底板可藉由濕式密封件來密封至儲集器。在一實施例中，濕式密封件包含熔融金屬與至少一種其他金屬之合金。合金可具有比熔融金屬高之熔點。合金可藉由將至少一種其他金屬施用至所需濕式密封件之區域來形成。可替代地，本發明之濕式密封件可經諸如於石英、碳或陶瓷與金屬或經塗佈金屬之間的黏著劑或膠接合部之黏著劑或膠接合部置換，其中塗層可包含本發明之塗層，諸如防火漆料、Resbond 907GF、Resbond 940HT、Resbond 940LE、Resbond 940HE、Resbond 940SS、Resbond 903 HP、Resbond 908或Resbond 904氧化鋯黏著劑及包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層中的一者。例示性黏著劑為Cotronics Resbond 907GF、Cotronics Resbond 940HT、Cotronics Resbond 940LE、Cotronics Resbond 940HE、Cotronics Resbond 940SS、Cotronics Resbond 903 HP、Cotronics Resbond 908或Cotronics Resbond 904氧化鋯黏著劑、包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層及呈諸如RK454形式之Durabond。底板可進一步包含穿透件，每一穿透件具有用於排出或供應氣體至反應單元腔室5b31之管，該腔室包含其中儲集器經熔結之區域。儲集器可進一步包含氣體注入管710及儲集器真空管711中之至少一者，其中至少一個管可延伸至熔融金屬層上方。氣體注入管線710及真空管線711中之至少一者可包含具有側開口以允許氣體流動、同時至少部分地阻擋熔融金屬進入管中的諸如碳頂蓋之頂蓋或諸如碳罩蓋之罩蓋。在另一實施例中，氣體注入管線710及真空管線711中之至少一者可包含於反應單元腔室開口端處之U形及視情況選用之於開口處之玻璃料或填料以准許氣體流動、同時防止熔融金屬進入。在另一設計中，熔結儲集器區段可經水平地切開，且豎直圓柱體可附接於切開區段處。圓柱體可進一步包含諸如石英板之密封頂板或可接合至MHD轉換器之會聚發散噴嘴或包含PV窗口之空腔。可替代地，豎直圓柱形PV窗口可包含諸如矩形空腔或多面體空腔之另一幾何形狀。頂板可包含至少一個用於諸如真空管線及氣體供應管線之管線的穿透件。在一實施例中，石英可容納於緊密裝配之外殼中，該外殼由於在高溫及高壓下操作而提供支撐以防止石英向外變形。外殼可包含碳及陶瓷以及在高溫下具有高熔點且抗變形之金屬中的至少一者。例示性外殼包含不鏽鋼、C、W、Re、Ta、Mo、Nb、Ir、Ru、Hf、Tc、Rh、V、Cr、Zr、Pa、Pt、Th、Lu、Ti、Pd、Tm、Sc、Fe、Y、Er、Co、Ho、Ni及Dy中之至少一者。諸如用於儲集器5c、反應單元腔室5b31、會聚發散噴嘴或MHD噴嘴區段307、MHD膨脹或生產區段308、MHD冷凝區段309、MHD電極穿透件、電磁泵匯流條5k2及點火儲集器匯流條5k2a1之密封件，諸如將點火動力供應至儲集器之熔融金屬的穿透儲集器底板之桿或連接至儲集器底板之連接件的用於SunCell組件之至少一個密封件可包含濕式密封件。在一例示性實施例中，儲集器凸緣5k17包含具有底板5kk1之濕式密封件，其中凸緣之外部周邊可藉由諸如水冷卻迴路之冷卻迴路5k18冷卻。
在另一例示性實施例中，EM泵管包含諸如BN襯裡之襯裡，且電磁泵匯流條5k2及點火儲集器匯流條5k2a1中之至少一者包含濕式密封件。在諸如包含PV窗口之實施例的實施例中，EM泵管5k6可包含抗拒與諸如錫或鎵之熔融金屬形成合金之諸如鉭之材料。EM匯流條可包含諸如熔接Ta匯流條5k2之熔接部件。諸如Ta EM泵管之EM泵管5k6可藉由諸如接頭套管之接頭來連接至底板5kk1，或藉由諸如藉由擴散結合所形成之熔接件的熔接件來結合至底板5kk1。在一例示性實施例中，不鏽鋼底板與Ta EM泵之間的擴散結合可包含諸如包含Cu、Ni或Fe之純金屬插入件的純金屬插入件。擴散結合可使用烘箱、雷射或此項技術中已知之其他方法執行。結合區域可經塗佈或加襯以保護其免受用熔融金屬形成合金。在另一例示性實施例中，包含熔接Ta EM匯流條之Ta EM泵管結合至科伐合金(Kovar)管且接著結合至與儲集器底板連接之不鏽鋼管。連接件可包含硬焊件，諸如具有PdNiAu合金之硬焊件(AMS 4785 M.P. = 1135℃)或Paloro或類似硬焊件，諸如以下鏈接處之硬焊件：https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious-brazing-filler-metals/。塗層或襯裡可包含本發明之塗層或襯裡。在一例示性實施例中，塗層可包含碳糊狀物(例如Aramco Graphibond 551)或VHT防火漆料。
在圖8F-G中所示之一實施例中，包含於斷電器凸緣914下方之儲集器5c及對應的電磁泵總成5kk的中斷儲集器EM泵總成914a及包含於儲集器凸緣915下方之儲集器及對應的電磁泵總成5kk的儲集器EM泵總成915a中的至少一者可包含諸如W、Ta或碳之材料或經諸如W、Ta或碳之材料電鍍或包覆，該材料對與諸如鎵或錫之熔融金屬形成合金具有抗性。例示性碳塗層可包含Aremco Products石墨結合劑551RN。斷電器凸緣914或儲集器凸緣915中之至少一者之密封件可包含墊片，諸如Conflat凸緣墊片，諸如銅或鍍銀銅墊片、石墨墊片、濕式密封件及本發明之另一密封件。
在另一實施例中，每一EM泵匯流條5k2可包含諸如可能夠具有諸如450℃至2000℃之高溫之電饋通件的電饋通件。例示性EM匯流條饋通件為MPF A0106-5-W (https://mpfpi.com/shop/power-feedthroughs/watercooled/12kv/a0106-5-w/)。饋通件可進行冷卻，諸如進行使用熱交換器進行之強制空氣、水、傳導及對流冷卻中之至少一者。為了保護饋通件免受熱故障，饋通件可包含於EM泵管5k6與經硬焊至饋通件本體之陶瓷之間的支座，其中陶瓷使在饋通件中心處通過陶瓷之導體電隔離。EM匯流條饋通件導體可包含具有傳導性且對與熔融金屬形成合金具有抗性之金屬或經塗佈金屬，諸如W、Ta或經塗佈不鏽鋼，諸如經碳化物或氮化物塗佈SS，諸如經TiN、CrN、WC、CrC或鉻塗佈不鏽鋼或經碳塗佈不鏽鋼。硬焊件可具有諸如大於600℃之高熔點。例示性硬焊件為Cu(72)-Ag(28)合金、銅、ABA、金ABA、PdNiAu合金(AMS 4785 M.P. = 1135℃)或Paloro或類似硬焊件，諸如在以下鏈接處之硬焊件：https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious-brazing-filler-metals/。
在一實施例中，諸如石英SunCell®之陶瓷SunCell®經安裝於金屬底板5kk1 (圖8B)上，其中濕式密封件包含穿透至儲集器5c中之穿透件，從而允許儲集器中諸如銀之熔融金屬接觸每一EM泵總成之底板5kk1上之固化熔融金屬以形成濕式密封件。每一底板可連接至諸如DC或AC電源之點火電源之端以使得濕式密封件亦可充當匯流條以獲得點火功率。EM泵可包含感應AC型。陶瓷SunCell®可包含複數個諸如EM泵、儲集器、反應單元腔室及熱光伏打(TPV)組件之組件，該等組件係經可螺栓在一起之帶凸緣墊片接頭密封。墊片可包含諸如Thermiculite之碳或陶瓷。
錸(MP 3185℃)對鎵或錫、鎵銦錫合金、銀及銅之侵蝕具有抗性，且對藉由氧氣及水以及諸如包含氧氣及水之反應混合物的低能量氫反應混合物進行之氧化具有抗性；因此，其可充當金屬組件，諸如EM泵總成5kk之組件，諸如底板5kk1、EM泵管5k6、EM泵匯流條5k2、EM泵注入器5k61、EM泵噴嘴5q、入口升流管5qa、氣體管線710及真空管線711的塗層。組件可藉由電鍍、真空沈積、化學沈積及此項技術中已知之其他方法來經錸塗佈。在一實施例中，在諸如EM泵匯流條5k2或用於MHD產生器通道308中之MHD電極之穿透件的穿透件處之匯流條或電連接件可包含經穿透件處之濕式密封件密封的固體錸。
在一實施例(圖8A-B)中，用於使金屬熔融以形成熔融金屬之加熱器包含諸如儲集器5c及諸如包含石英之反應單元腔室的反應單元腔室5b31周圍之鐵鉻鋁電阻絲加熱器的電阻性加熱器。EM泵5kk可包含熱傳遞區塊以將熱量自儲集器5c傳遞至EM泵管5k6。在一例示性實施例中，加熱器包含經包裹於儲集器及反應單元腔室周圍之鐵鉻鋁電阻絲線圈，其中附接至EM泵管5k6之具有陶瓷熱傳遞糊狀物之石墨熱傳遞區塊將熱量傳遞至管以使其中之金屬熔融。較大直徑EM泵管可用以較佳地將熱傳遞至EM泵管以引起EM泵管中之熔融。含有熔融金屬之組件可經諸如陶瓷纖維或此項技術中已知之其他高溫絕緣體之絕緣體充分地熱絕緣。可緩慢加熱組件以避免熱衝擊。
在一實施例中，SunCell®包含諸如電阻性加熱器之加熱器。加熱器可包含位於反應單元腔室、儲集器及EM泵管中之至少一者上方之窯爐或熔爐。在其中EM泵管處於窯爐內部之實施例中，EM泵磁體及濕式密封件可經選擇性地熱絕緣且藉由諸如水冷卻系統之冷卻系統冷卻。在一實施例中，每一儲集器可包含在熔融金屬之基底處的底板處之諸如陶瓷絕緣器之熱絕緣器。絕緣器可包含BN或諸如包含氧化鋁、氧化鎂、二氧化矽、氧化鋯或氧化鉿之陶瓷的模製陶瓷。熔融金屬之基底處之陶瓷絕緣器可包含用於EM泵入口及注入器之穿透件、氣體及真空管線、熱電偶及與熔融金屬直接接觸之點火匯流條。在一實施例中，熱絕緣器藉由減少底板之熱損失及濕式密封件冷卻來准許熔融金屬在儲集器之基底處熔融。EM泵入口穿透件之直徑可經放大以增加自儲集器中之熔融金屬至EM泵管中之熔融金屬的熱傳遞。EM泵管可包含熱傳遞區塊以將熱量自入口穿透件傳遞至EM泵管。
在一實施例中，底板5kk1可包含耐火材料或諸如不鏽鋼、C、W、Re、Ta、Mo、Nb、Ir、Ru、Hf、Tc、Rh、V、Cr、Zr、Pa、Pt、Th、Lu、Ti、Pd、Tm、Sc、Fe、Y、Er、Co、Ho、Ni及Dy之金屬，該耐火材料或金屬可經塗佈有對O
2及H
2O中之至少一者之腐蝕及與諸如鎵、錫或銀之熔融金屬形成合金中之至少一者具有抗性的襯裡或塗層，諸如本發明之襯裡或塗層。在一實施例中，EM泵管可加襯有或塗佈有防止腐蝕或合金形成之材料。EM匯流條可包含對腐蝕或合金形成中之至少一者具有抗性的導體。其中熔融金屬為鎵或錫之例示性EM泵匯流條為Ta、W、Re及Ir。其中熔融金屬為銀之例示性EM泵匯流條為W、Ta、Re、Ni、Co及Cr。在一實施例中，EM匯流條可包含具有高熔點之碳或金屬，該碳或金屬可經塗佈有導電塗層，該導電塗層抗拒與諸如鎵或錫及銀中之至少一者之熔融金屬形成合金。例示性塗層包含諸如鈦、鋯及鉿之碳化物或二硼化物的碳化物或二硼化物。
在其中諸如銅、鎵或錫之熔融金屬可與諸如包含不鏽鋼之底板的底板形成合金之實施例中，底板包含襯裡或經諸如Ta、W、Re之不形成合金之材料或諸如BN、富鋁紅柱石或氧化鋯-二氧化鈦-氧化釔之陶瓷塗佈。
在圖8A-B中所示之SunCell®之實施例中，熔融金屬包含鎵、錫或鎵銦錫合金，在底板5kk1處之密封件包含諸如氟化橡膠O形環或碳(Graphoil)墊片之墊片，且入口升流管5qa之直徑足夠大以使得在來自兩個儲集器之接近穩定之所注入熔融金屬流之情況下儲集器5c中之熔融金屬含量經維持為大致均勻的。每一入口升流管之直徑大於銀熔融金屬實施例之直徑，以克服鎵、錫及鎵銦錫合金之較高黏度。入口升流管直徑可在約3 mm至2 cm範圍內。底板5kk1可為經維持低於約500℃之不鏽鋼或可為經塗佈以防止鎵或錫合金形成之陶瓷。例示性底板塗層為富鋁紅柱石及ZTY。
在一實施例中，穿透件之濕式密封件可包含螺紋接頭，熔融銀部分延伸穿過該螺紋接頭以與固化銀電極相連。在一例示性實施例中，EM泵匯流條5k2包含濕式密封件，該濕式密封件包含具有相對螺紋接頭之內部經陶瓷塗佈之EM泵管5k6，熔融銀穿過該等螺紋接頭以接觸包含EM泵動力連接器之固化區段，且至少一個匯流條可視情況進一步包含連接至點火動力供應器之一個導線的連接器。
EM泵管5k6可包含諸如W、Ta、Re、Ir、Mo、BN、氧化鋁、富鋁紅柱石、二氧化矽、石英、氧化鋯、氧化鉿、二氧化鈦中之至少一者的對與鎵、錫或銀形成合金具有抗性之材料、襯裡或塗層或本發明之另一材料、襯套或塗層。在一實施例中，泵管、襯裡或塗層包含碳。碳可藉由懸浮方式來施用，諸如經固化且脫氣之噴霧或液體塗層。在一實施例中，諸如Ni之經碳塗佈金屬可對在高溫下形成碳化物具有抗性。在一實施例中，EM泵管5k6可包含填充有諸如BN之經開孔以形成泵管之襯裡或塗佈材料的金屬管。EM泵管可為分段式的或包含總成，該總成包含複數個部件(圖7C)。該等部件可包含對與鎵或錫形成合金具有抗性之諸如Ta之材料或襯裡或塗層。在一實施例中，該等部件可單獨地經塗佈及組裝。總成可包含以下中之至少一者：包含兩個相對匯流條5k2、液體金屬入口及液體金屬出口之殼體；及諸如接頭套管之用以密封殼體之構件。在一實施例中，EM泵匯流條5k2可包含與EM泵管內部之鎵或錫接觸之傳導性部分，該傳導性部分對與鎵或錫形成合金具有抗性。傳導性部分可包含諸如Ta、W、Re或Mo之合金抗性材料或在諸如SS，諸如包含Ta、W、Re、Ir或Mo之SS之另一金屬上的合金抗性包層或塗層。在一實施例中，EM泵管之諸如包含Ta或W之外部的外部可經塗佈或包覆有本發明之塗層或包層以保護外部免受氧化。在例示性實施例中，Ta EM泵管可經塗佈有Re、ZTY或富鋁紅柱石或包覆有不鏽鋼(SS)，其中包覆於Ta EM泵管之外部之包層可包含使用諸如J-B熔接件37901之熔接件或極端溫度等級之SS膠黏著在一起的SS片件。
實施例襯裡可包含可經插入包含諸如不鏽鋼之另一金屬之EM泵管5k6中的諸如W、Ta、Re、Ir、Mo或Ta管襯裡的對與鎵或錫合金化具有抗性之薄壁可撓性金屬。襯裡可經插入預成型EM泵管或隨後彎曲之直管中。EM泵匯流條5k2可在將襯裡安裝於所形成EM泵管中之後藉由諸如熔接之方式來附接。EM泵管襯裡可藉由壓縮配件或諸如碳或陶瓷密封劑之密封材料與EM泵匯流條5k2形成緊密密封。
在其中熔融金屬及由熔融金屬形成之任何合金中之至少一者可排出氣體以產生藉由至少部分地阻擋勞侖茲電流而干擾EM泵送之氣體邊界層的實施例中，磁體5k4之位置處之EM泵管5k6可豎直以斷開氣體邊界層。
在一實施例中，SunCell®包含干擾消除器，該干擾消除器包含用於減輕或消除至點火電路之電源與至EM泵5kk之電源之間的任何干擾之構件。干擾消除器可包含一或多個電路元件及一或多個控制器中之至少一者以調節點火及EM泵電流之相對電壓、電流、極性、波形及工作循環，從而防止兩個對應電源之間的干擾。
SunCell®可進一步包含光伏打(PV)轉換器及將光透射至PV轉換器之窗口。在圖2-3中所示之實施例中，SunCell®包含沿著豎直軸線具有錐形橫截面之反應單元腔室5b31及於錐形頂點處之PV窗口5b4。具有配合錐形之窗口可包含諸如圓形(圖2)或正方形或矩形(圖3)之容納PV陣列26a之任何所需幾何形狀。錐形可抑制PV窗口5b4之金屬化以准許藉由光伏打(PV)轉換器26a進行有效的光電轉換。PV轉換器26a可包含諸如本發明PV單元之聚光型PV單元之緻密接收器陣列，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®可包含至少一個部分倒置底座5c2，該倒置底座在倒置底座5c2末端處具有杯狀物或滴水邊緣5c1a，其類似於圖1中所示之倒置底座，不同之處在於每一底座及電極10之豎直軸線可以一定角度相對於豎直或z軸定向。角度可在1°至90°範圍內。在一實施例中，至少一個對立注入器電極5k61在適用情況下相對重力沿正z方向斜向地注入來自其儲集器5c之熔融金屬。注入泵送可由經安裝於EM泵總成滑台409c上之EM泵總成5kk提供。在例示性實施例中，部分倒置底座5c2與對立注入器電極5k61在與水平軸或x軸成135°之軸線上經對準，如圖2中所示，或在與水平軸或x軸成45°之軸線上經對準，如圖3中所示。具有插入件儲集器凸緣409g之插入件儲集器409f可藉由儲集器底板409a、套筒儲集器409d及套筒儲集器凸緣409e經安裝至單元腔室5b3。電極可經由電極穿透件10a1穿透儲集器底板409a。注入器電極之噴嘴5q可經浸沒於含於反應單元腔室5b31及儲集器5c之底部中的諸如液體鎵或錫之液體金屬中。氣體可經供應至反應單元腔室5b31，或腔室可經由諸如409h之氣體埠經抽空。
在圖4中所示之替代實施例中，SunCell®包含沿著負豎直軸線具有錐形橫截面之反應單元腔室5b31及於包含反應單元腔室5b31之頂部之錐形物的較大直徑末端處的PV窗口5b4，實施例的相對錐形物示於圖2-3中。在一實施例中，SunCell®包含有包含直圓柱幾何形狀之反應單元腔室5b31。注入器噴嘴及底座對立電極可在圓柱體之相對末端處在豎直軸線上經對準或沿著相對於豎直軸線之斜線處之線經對準。
在圖2及圖3中所示之實施例中，電極10及PV面板26a可互換位置及位向以使得熔融金屬注入器5k6及噴嘴5q豎直地注入熔融金屬至對立電極10，且PV面板26a接收來自電漿側之光。
SunCell可包含透明窗口以充當對窗口透明之波長之光源。SunCell可包含可充當黑體光源之黑體輻射器5b4c。在一實施例中，SunCell®包含光源(例如來自反應之電漿)，其中經由窗口發射之低能量氫電漿光用於諸如房間、街道、商業或工業照明或用於加熱或諸如化學處理或微影之處理的所需照明應用中。
在一實施例中，頂部電極包含正電極。SunCell可包含在正電極後方之光學窗口及光伏打(PV)面板。正電極可充當黑體輻射器以向PV面板提供熱量、光及照明中之至少一者。在後一情況下，PV面板之照明自入射光產生電。在一實施例中，光學窗口可包含真空密封之外窗口及內自旋窗口以防止熔融金屬黏著至內窗口及使窗口失透。在一實施例中，正電極可加熱黑體輻射器，該黑體輻射器經由PV窗口將光發射至PV面板。黑體輻射器可連接至正電極以藉由傳導以及輻射自正電極接收熱量。黑體輻射可包含耐火金屬，該耐火金屬諸如為諸如鎢(M.P. = 3422℃)或鉭(M.P. = 3020 ℃)之耐火金屬；或陶瓷，諸如本發明之陶瓷，諸如以下之群中之一或多者：石墨(昇華點=3642℃)、硼化物、碳化物、氮化物；及氧化物，諸如金屬氧化物，諸如氧化鋁、氧化鋯、氧化釔穩定之氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿或二氧化釷(ThO
2)；過渡金屬二硼化物，諸如硼化鉿(HfB
2)、二硼化鋯(ZrB
2)或硼化鈮(NbB
2)；金屬氮化物，諸如氮化鉿(HfN)、氮化鋯(ZrN)、氮化鈦(TiN)；及碳化物，諸如碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化鋯或碳化鉭(TaC)及其相關聯複合物。具有所需高熔點之例示性陶瓷為氧化鎂(MgO) (M.P. = 2852℃)、氧化鋯(ZrO) (M.P. = 2715℃)、氮化硼(BN) (M.P. = 2973℃)、二氧化鋯(ZrO
2) (M.P. = 2715℃)、硼化鉿(HfB
2) (M.P. = 3380℃)、碳化鎢(WC) (M.P. = 2785℃-2830℃)、碳化鉿(HfC) (M.P. = 3900℃)、Ta
4HfC
5(M.P. = 4000℃)、Ta
4HfC
5TaX
4HfCX
5(4215℃)、氮化鉿(HfN) (M.P. = 3385℃)、二硼化鋯(ZrB
2) (M.P. = 3246℃)、碳化鋯(ZrC) (M.P. = 3400℃)、氮化鋯(ZrN) (M.P. = 2950℃)、硼化鈦(TiB
2) (M.P. = 3225℃)、碳化鈦(TiC) (M.P. = 3100℃)、氮化鈦(TiN) (M.P. = 2950℃)、碳化矽(SiC) (M.P. = 2820℃)、硼化鉭(TaB
2) (M.P. = 3040℃)、碳化鉭(TaC) (M.P. = 3800℃)、氮化鉭(TaN) (M.P. = 2700℃)、碳化鈮(NbC) (M.P. = 3490℃)、氮化鈮(NbN) (M.P. = 2573℃)、碳化釩(VC) (M.P. = 2810℃)及氮化釩(VN) (M.P. = 2050℃)。
電極發射體之直徑可小於反應腔室壁或襯裡之直徑以防止至壁之電短路。反應單元腔室壁或襯裡可包含在電極發射體後方之諸如石英或陶瓷環狀物之非傳導環狀物以阻擋來自窗口之熔融金屬，同時使光通過環狀物及環狀物中位開路中之至少一者遞送至窗口。在前一情況下，環狀物可為透明的。
在一實施例中，SunCell®包含具有儲集器之交叉連接通道414之感應點火系統、諸如感應EM泵之泵、傳導性EM泵或於注入器儲集器中之機械泵及充當對立電極之非注入器儲集器。儲集器之交叉連接通道414可包含限制流動構件以使得非注入器儲集器可經維持為大致充滿的。在一實施例中，儲集器之交叉連接通道414可含有諸如固體導體，諸如固體銀之不流動導體。
在一實施例中(圖5)，SunCell®包含於陰極與陽極匯流條或電流連接器之間的電流連接器或儲集器跨接電纜414a。單元本體5b3可包含非導體，或單元本體5b3可包含諸如不鏽鋼之導體，其中至少一個電極與單元本體5b3電隔離以使得強制感應電流在電極之間流動。電流連接器或跨接電纜可將底座電極8及電連接器中之至少一者中的至少一者連接至EM泵及與EM泵之儲集器5c中之金屬接觸的匯流條。包含諸如倒置底座5c2或與z軸成一定角度之底座5c2之底座電極的SunCell®之陰極及陽極，諸如圖1-4中所示之陰極及陽極可包含於陽極與陰極之間的電連接器，從而藉由至少一個EM泵5kk所注入之熔融金屬流形成閉合電流迴路。金屬流可藉由接觸儲集器5c中之熔融金屬EM泵注入器5k61及5q或金屬以及底座之電極中之至少一者來閉合導電迴路。SunCell®可進一步包含點火變壓器401，該點火變壓器具有於閉合傳導性迴路中之軛402以在充當短次級單迴路之迴路的熔融金屬中感應電流。變壓器401及402可感應閉合電流迴路中之點火電流。在一例示性實施例中，主級可在1 Hz至100 kHz、10 Hz至10 kHz及60 Hz至2000 Hz之至少一個頻率範圍內操作，輸入電壓可在約10 V至10 MV、50 V至1 MV、50 V至100 kV、50 V至10 kV、50 V至1 kV及100 V至480 V之至少一個範圍內操作，輸入電流可在約1 A至1 MA、10 A至100 kA、10 A至10 kA、10 A至1 kA及30 A至200 A之至少一個範圍內操作，點火電壓可在約0.1 V至100 kV、1 V至10 kV、1 V至1 kV及1 V至50 V之至少一個範圍內操作，且點火電流可在約10 A至1 MA、100 A至100 kA、100 A至10 kA及100 A至5 kA範圍內。在一實施例中，電漿氣體可包含諸如稀有氣體、氫氣、水蒸氣、二氧化碳、氮氣、氧氣及空氣中之至少一者的任何氣體。氣體壓力可在約1微托至100個大氣壓、1毫托至10個大氣壓、100毫托至5個大氣壓及1托至1個大氣壓之至少一個範圍內。
變壓器係由1000 Hz AC動力供應器提供動力。在一實施例中，點火變壓器可由諸如單相可變頻率驅動器(VFD)之可變頻率驅動器提供動力。在一實施例中，使VFD輸入功率匹配以提供輸出電壓及電流，從而進一步提供所需點火電壓及電流，其中針對VFD之對應輸出電壓及電流選擇匝數及電線規格。感應點火電流可在約10 A至100 kA、100 A至10 kA及100 A至5 kA之至少一個範圍內。感應點火電壓可在0.5 V至1 kV、1 V至100 V及1 V至10V之至少一個範圍內。頻率可在約1 Hz至100 kHz、10 Hz至10 kHz及10 Hz至1 kHz之至少一個範圍內。例示性VFD為ATO 7.5 kW、220 V至240 V輸出單相500 Hz VFD。
另一例示性測試實施例包含具有一個EM泵注入器電極及一個底座對立電極之Pyrex SunCell®，其中該等電極之間有連接式跨接電纜414a，諸如圖5中所示之SunCell®。包含DC型電磁泵之熔融金屬注入器泵送與底座對立電極連接之鎵銦錫合金流以閉合包含該流、EM泵儲集器及在每一端處連接至對應電極匯流條且通過60 Hz主級變壓器之跨接電纜的電流迴路。迴路充當針對60 Hz主級變壓器之短次級。次級中之感應電流以低功率消耗維持大氣空氣中之電漿。感應點火系統致能本發明之基於銀、鎵或錫之熔融金屬SunCell®電力產生器，其中低能量氫反應物經供應至本發明之反應單元腔室。具體言之，(i)點火變壓器之主級迴路在60 Hz下操作，(ii)輸入電壓為300 V峰值，且(iii)輸入電流為29 A峰值。最大感應電漿點火電流為1.38 kA。
在一實施例中，電源或點火電源包含非直流電(DC)源，諸如時間相依性電流源，諸如脈衝式或交流電(AC)源。峰值電流可在諸如10 A至100 MA、100 A至10 MA、100 A至1 MA、100 A至100 kA、100 A至10 kA及100 A至1 kA之至少一個範圍內。峰值電壓可在0.5 V至1 kV、1 V至100 V及1 V至10 V之至少一個範圍內。在一實施例中，EM泵電源及AC點火系統可經選擇以避免將導致所需點火波形之無效EM泵送及失真中之至少一者的推斷。
在一實施例中，用於供應點火電流之電源或點火電源可包含DC、AC及DC與AC動力供應器中之至少一者，諸如由AC、DC及DC與AC電中之至少一者提供動力之動力供應器，諸如交換式動力供應器、可變頻率驅動器(VFD)、AC至AC轉換器、DC至DC轉換器及AC至DC轉換器、DC至AC轉換器、整流器、全波整流器、反相器、光伏打陣列產生器、磁流體動力產生器以及諸如朗肯(Rankine)或布累登(Brayton)循環電力產生器、熱離子產生器及熱電產生器的習知電力產生器。點火電源可包含至少一個電路元件以產生所需點火電流，該電路元件諸如為躍遷、IGBT、感應器、變壓器、電容器、整流器、諸如H橋接器之橋接器、電阻器、運算放大器或此項技術中已知之另一電路元件或動力調節裝置。在一例示性實施例中，點火電源可包含諸如在約50%或更大工作循環下供應正方形波脈衝之全波經整流高頻源的全波經整流高頻源。頻率可在約60 Hz至100 kHz範圍內。例示性供應器在約10 kHz至40 kHz範圍內之頻率下提供約30-40V及3000-5000 A。在一實施例中，用於供應點火電流之電力可包含可與AC變壓器或動力供應器串聯之電容器組，該電容器組經充電至諸如在1 V至100 V範圍內之偏移電壓的初始偏移電壓，其中所得電壓可包含伴隨AC調變之DC電壓。DC分量可以視其正常放電時間常數而定之速率衰減，或可延長或消除放電時間，其中點火電源進一步包含對電容器組再充電之DC動力供應器。DV電壓分量可輔助起始電漿，其中電漿此後可經維持有較低電壓。諸如電容器組之點火動力供應器可包含諸如由伺服馬達或螺線管控制之快速開關的用以將點火電源與電極連接及斷開之快速開關。
低能量氫反應速率可隨電流而增加；然而，持續電流及功率可熱損壞SunCell。SunCell點火電源可包含充電動力供應器、諸如由複數個超級電容器構成之電容器組的電容器組、電壓感測器、控制器及點火開關。為了避免熱損壞、同時達成高低能量氫反應動力學，可間歇地施加高電流。此點火電流之間歇性施加可藉由用諸如DC動力供應器之動力供應器對電容器組連續地充電來達成。點火開關之啟動可使電容器組放電，且隨後藉由點火開關之啟動使電容器組放電使得自第一電壓設定點放電至第二較低電壓設定點，此受響應於電壓感測器之控制器控制。舉例而言，第一電壓設定點及第二電壓設定點可經選擇以使得在電容器放電期間之峰值點火電流大於由DC動力供應器提供之充電電流。
在一實施例中，低能量氫電漿及點火電流中之至少一者可包含電弧電流。電弧電流可具有以下特徵：電流愈高，電壓愈低。在一實施例中，反應單元腔室壁及電極中之至少一者經選擇以形成且支援低能量氫電漿電流及包含電弧電流之點火電流中之至少一者，該電弧電流係在極高電流下具有極低電壓之電弧電流。電流密度可在約1 A/cm
2至100 MA/cm
2、10 A/cm
2至10 MA/cm
2、100 A/cm
2至10 MA/cm
2及1 kA/cm
2至1 MA/cm
2之至少一個範圍內。
在一實施例中，點火系統可將高起始功率施加至電漿且接著在電阻下降之後降低點火功率。電阻可由於以下中之至少一者而下降：歸因於諸如電極或熔融金屬流上之點火電路中之任何氧化物減少之傳導性提高及電漿形成。在一例示性實施例中，點火系統包含與AC串聯以產生高功率DC之AC調變的電容器組，其中DC電壓隨電容器之放電而衰減且僅保留較低AC或DC功率。
在一實施例中，底座電極8可經凹入插入件儲集器409f中，其中所泵送之熔融金屬填充諸如5c1a之凹穴以動態地形成與底座電極8接觸之熔融金屬池。底座電極8可包含導體，該導體在SunCell®之操作溫度下不與諸如鎵或錫之熔融金屬形成合金。例示性底座電極8包含鎢、鉭、不鏽鋼或鉬，其中Mo在低於600℃之操作溫度下不與鎵形成諸如Mo
3Ga之合金。在一實施例中，EM泵之入口可包含諸如阻擋合金粒子、同時准許鎵或錫進入之篩網或網狀物的過濾器5qa1。為了增大表面積，過濾器可豎直及水平中之至少一者地延伸且連接至入口。過濾器可包含抗拒與鎵或錫形成合金之諸如不鏽鋼(SS)、鉭或鎢之材料。例示性入口過濾器包含直徑等於入口直徑、但豎直升高之SS圓柱體。作為常規維護之部分，可週期性地清潔過濾器。
在一實施例中，非注入器選擇器電極可間歇地浸沒於熔融金屬中以便使其冷卻。在一實施例中，SunCell®包含注入器EM泵及其儲集器5c以及至少一個額外EM泵，且可包含用於額外EM泵之另一儲集器。使用額外儲集器，額外EM泵可進行以下中之至少一者：(i)可逆地將熔融金屬泵送至反應單元腔室中以間歇地浸沒非注入器電極以便使其冷卻；及(ii)將熔融金屬泵送至非注入器電極上以便使其冷卻。SunCell®可包含：冷卻劑槽，其具有冷卻劑；冷卻劑泵，其用於使冷卻劑循環通過非注入器電極；及熱交換器，其用以排出來自冷卻劑的熱量。在一實施例中，非注入器電極可在通道或插管處包含諸如水、熔融鹽、熔融金屬或此項技術中已知之另一冷卻劑的冷卻劑以冷卻非注入器電極。
在圖1中所示之倒置實施例中，使SunCell®旋轉180°以使得非注入器電極處於單元底部且注入器電極處於反應單元腔室頂部，從而使得熔融金屬注入沿著負z軸進行。非注入器電極及注入器電極中之至少一者可經安裝在對應板中且可藉由對應凸緣密封件連接至反應單元腔室。密封件可包含墊片，該墊片包含不與鎵或錫形成合金之諸如Ta、W之材料或諸如本發明或此項技術中已知之陶瓷的陶瓷。底部處之反應單元腔室區段可充當儲集器，可消除前一儲集器，且EM泵可包含於新的底部儲集器中之入口升流管，該入口升流管可穿透底部底板，連接至EM泵管，且將熔融金屬流提供至EM泵，其中EM泵管之出口部分穿透頂板且連接至反應單元腔室內部之噴嘴。在操作期間，EM泵可泵送來自底部儲集器之熔融金屬且將其注入至反應單元腔室底部處之非注入器電極8中。倒置SunCell®可經用於單元頂部之注入器電極所注入之高流量鎵或錫冷卻。非注入器電極8可包含凹形空腔以彙集鎵或錫，從而更好地冷卻電極。在一實施例中，非注入器電極可充當正電極；然而，反極性亦為本發明之一實施例。
在一實施例中，電極8可藉由發射輻射而經冷卻。為了增大熱傳遞，可增大輻射表面積。在一實施例中，匯流條10可包含諸如輪葉輻射器，諸如平坦板之經附接輻射器。板可藉由使邊緣之面沿著匯流條10之軸線固定來附接。輪葉可包含漿輪圖案。輪葉可藉由來自匯流條10之傳導性熱傳遞來加熱，該匯流條可進行以下中之至少一者：經點火電流電阻地加熱及經低能量氫反應加熱。諸如輪葉之輻射器可包含諸如Ta、Re或W之耐火金屬。
在一實施例中，PV窗口可包含在PV窗口前方之靜電沈降器(ESP)以阻擋諸如金屬氧化物之氧化物粒子。ESP可包含具有諸如中心電線之中心電暈放電電極及在電線處引發諸如電暈放電之放電的高壓動力供應器的管。放電可使可經ESP管之壁吸引且遷移至ESP管之壁的氧化物粒子帶電，在該壁處該等氧化物粒子可進行以下中之至少一者：經收集及經移除。ESP管壁可經高度拋光以將來自反應單元腔室之光反射至PV窗口及諸如聚光型PV單元之緻密接收器陣列之PV轉換器。
在一實施例中，PV窗口系統包含以下中之至少一者：固定密封窗口前方之透明旋轉擋板，兩者均在用於沿著z軸傳播之光的xy平面中；及窗口，其可在用於沿著z軸傳播之光的xy平面中旋轉。例示性實施例包含諸如可包含擋板及窗口中之至少一者的清晰視圖螢幕(https://en.wikipedia.org/wiki/Clear_view_screen)的自旋透明圓盤。在一實施例中，SunCell®包含電暈放電系統，該電暈放電系統包含負電極、對立電極及放電電源。在一例示性實施例中，負電極可包含可接近PV擋板或諸如自旋窗口之窗口的銷、針或電線。單元本體可包含對立電極。電暈放電可經維持在PV窗口附近以使在發電操作期間形成之諸如金屬氧化物之粒子及PV擋板或窗口中之至少一者帶負電，從而使得該等粒子經PV擋板或窗口排斥。
維持電漿產生在一實施例中，SunCell®包含真空系統，該真空系統包含真空管線之入口、真空管線、捕集器及真空泵。真空泵可包含諸如根泵、捲筒或多瓣泵之具有高泵送速度之真空泵，且可進一步包含水蒸氣捕集器，該捕集器可與真空泵串聯或並聯連接，諸如在真空泵之前串聯連接。在一實施例中，諸如多瓣泵之真空泵或包含不鏽鋼泵送組件之捲筒或根泵可對鎵或錫合金形成所致之損壞具有抗性。水捕集器可包含諸如固體除濕劑或低溫捕集劑之吸水材料。在一實施例中，泵可包含低溫泵、低溫過濾器或冷卻器中之至少一者以進行以下中之至少一者：在氣體進入泵中之前冷卻該等氣體及冷凝至少一種諸如水蒸氣之氣體。為了提高泵送能力及速率，泵送系統可包含連接至反應單元腔室之複數個真空管線及連接至真空管線之一個真空歧管，其中歧管連接至真空泵。在一實施例中，真空管線之入口包含用於阻止反應單元腔室中之熔融金屬粒子進入真空管線中之屏蔽件。例示性屏蔽件可包含在入口上方但自入口之表面升高之金屬板或圓頂，以提供用於自反應單元腔室進入真空管線中之氣流的選擇性間隙。真空系統可進一步包含諸如一組擋板之用於真空管線入口之粒子流量限制器以允許氣體流動而阻擋粒子流動。
真空系統可能夠進行以下中之至少一者：超高真空及將反應單元腔室操作壓力維持在諸如約0.01托至500托、0.1托至50托、1托至10托及1托至5托之至少一個低範圍內。在(i)以痕量水形式或以與H
2反應以形成HOH之O
2形式供應之伴隨痕量HOH催化劑之H
2添加及(ii) H
2O添加中之至少一者的情況下，壓力可經維持為較低的。在諸如氬氣之稀有氣體亦經供應至反應混合物的情況下，壓力可經維持在諸如約100托至100個大氣壓、500托至10個大氣壓及1個大氣壓至10個大氣壓之至少一個高操作壓力範圍內，其中氬氣相比於其他反應單元腔室氣體而言可過量。氬氣壓力可延長HOH催化劑及原子H中之至少一者之壽命且可防止在電極處形成之電漿快速分散，從而使得電漿強度增大。
在一實施例中，反應單元腔室包含用以藉由響應於反應單元腔室中之壓力變化而改變體積來將反應單元腔室壓力控制在所需範圍內的構件。該構件可包含壓力感測器、機械可擴展區段、用於擴展及收縮可擴展區段之致動器及用於控制藉由擴展及收縮可擴展區段產生之差分體積的控制器。可擴展區段可包含伸縮管。致動器可包含機械致動器、氣動致動器、電磁致動器、壓電致動器、液壓致動器及此項技術中已知之其他致動器。
在一實施例中，SunCell®可包含：(i)氣體再循環系統，其具有氣體入口及出口；(ii)氣體分離系統，諸如能夠分離諸如氬氣之稀有氣體、O
2、H
2、H
2O、空氣、諸如GaX
3(X = 鹵化物)或N
xO
y(x、y = 整數)之反應混合物之揮發性物種及低能量氫氣體中之至少兩者的混合物中之至少兩種氣體的氣體分離系統；(iii)至少一種稀有氣體、O
2、H
2及H
2O分壓感測器；(iv)流量控制器；(v)至少一個注入器，諸如微型注入器，諸如注入水之微型注入器；(vi)至少一個閥；(vii)泵；(viii)排出氣體壓力及流量控制器；及(ix)電腦，其用以維持稀有氣體、氬氣、O
2、H
2、H
2O及低能量氫氣體壓力中之至少一者。再循環系統可包含半透膜，該半透膜係用於允許自再循環氣體移除至少一種諸如分子低能量氫氣體之氣體。在一實施例中，至少一種諸如稀有氣體之氣體可經選擇性再循環，而反應混合物中之至少一種氣體可自出口流出且可經由排出裝置排出。稀有氣體可進行以下中之至少一者：增大低能量氫反應速率及增大反應單元腔室中之至少一種物種離開排出裝置之輸送速率。稀有氣體可增大過量水之排出速率以維持所需壓力。稀有氣體可增大低能量氫之排出速率。在一實施例中，諸如氬氣之稀有氣體可經類稀有氣體之氣體置換，該類稀有氣體之氣體係進行以下之至少一者：可容易地自周圍大氣獲得及容易地排出至周圍大氣中。類稀有氣體之氣體可對反應混合物具有低反應性。類稀有氣體之氣體可自大氣獲取且排出，而非藉由再循環系統再循環。類稀有氣體之氣體可由容易地自大氣獲得且可排出至大氣中之氣體形成。稀有氣體可包含可在流入反應單元腔室中之前與氧氣分離之氮氣。可替代地，空氣可用作稀有氣體之源，其中氧氣可與來自源之碳反應以形成二氧化碳。氮氣及二氧化碳中之至少一者可充當類稀有氣體之氣體。可替代地，氧氣可藉由與諸如鎵或錫之熔融金屬反應而經移除。所得氧化鎵或氧化錫可在鎵或錫再生系統中再生，該鎵或錫再生系統諸如為藉由使氫氧化鈉水溶液與氧化鎵反應而形成鎵酸鈉且將鎵酸鈉電解成鎵金屬及所排出之氧氣的鎵或錫再生系統。
在一實施例中，SunCell®可在添加反應物H
2、O
2及H
2O中之至少一者之情況下而經操作為顯著地閉合，其中反應單元腔室氛圍包含反應物以及諸如氬氣之稀有氣體。稀有氣體可經維持在諸如在10托至100個大氣壓範圍內之高壓下。該氛圍可進行以下中之至少一者：連續地及週期性地或間歇地排出或藉由再循環系統再循環。排出可移除過量氧氣。添加反應物O
2與H
2可使得O
2為次要物種且在其與過量H
2一起經注入至反應單元腔室中時基本上形成HOH催化劑。炬可注入直接反應以形成HOH催化劑及過量H
2反應物之H
2與O
2混合物。在一實施例中，可藉由以下中之至少一者而至少部分地自氧化鎵或氧化錫釋放過量氧氣：氫還原、電解還原、熱分解及歸因於Ga
2O揮發性之氣化及昇華中之至少一者。在一實施例中，可控制氧氣庫存中之至少一者，且可至少部分地准許氧氣庫存藉由在存在氫氣之情況下使氧氣間歇地流動至反應單元腔室中來形成HOH催化劑。在一實施例中，氧氣庫存可藉由與所添加之H
2反應而再循環為H
2O。在另一實施例中，過量氧氣庫存可作為Ga
2O
3移除且藉助於本發明再生，諸如藉由本發明之溢流口及電解系統中之至少一者再生。過量氧氣之源可為O
2添加及H
2O添加中之至少一者。
在一實施例中，反應單元腔室中之氣體壓力可至少部分地藉由控制泵送速率及再循環速率中之至少一者來控制。此等速率中之至少一者可受由壓力感測器及控制器控制之閥控制。用以控制氣流之例示性閥為響應於上目標壓力及下目標壓力及可變流量限制閥，諸如由壓力感測器及控制器控制以維持所需氣壓範圍之蝶形閥及節流閥而打開及關閉的電磁閥。
在一實施例中，SunCell®包含用於自反應單元腔室5b31排出或移除分子低能量氫氣體之構件。在一實施例中，反應單元襯裡及反應單元腔室之壁中之至少一者對諸如H
2(1/4)之分子低能量氫具有高穿透率。為了增大穿透率，可進行最小化壁厚度及最大化壁操作溫度中之至少一者。在一實施例中，儲集器5c壁及反應單元腔室5b31壁中之至少一者之厚度可在0.05 mm至5 mm厚度範圍內。在一實施例中，反應單元腔室壁在至少一個區中相對於另一區較薄以增大自反應單元腔室5b31之分子低能量氫產物之擴散率或穿透率。在一實施例中，反應單元腔室壁之上側壁區段，諸如剛好在圖7A-C及圖7F-H之套筒儲集器凸緣409e下方之上側壁區段經薄化。亦可能需要薄化來減少至套筒儲集器凸緣409e之熱傳導。相對於其他壁區之薄化程度可在5%至90%範圍內(例如，薄化區域之橫截面寬度為非薄化區段之橫截面寬度的5%至90%，該非薄化區段諸如為反應腔室之接近電極8且在其下方之下側壁區段)。
SunCell®可包含溫度感測器、溫度控制器及諸如噴水口之熱交換器以將反應單元腔室壁可控地維持在諸如在300℃至1000℃範圍內之所需溫度下，從而提供所需高分子低能量氫穿透率。
可選擇壁及襯裡材料中之至少一者以增大穿透率。可選擇各種襯裡及襯裡厚度以便維持某些操作溫度，從而便於匹配黑體發射與諸如經聚光光伏打單元之緻密接收器陣列之能量收集機制。在一實施例中，反應單元腔室5b31可包含複數種材料，諸如一或多種接觸鎵或錫之材料及一或多種藉由諸如本發明之襯裡、塗層或包層的襯裡、塗層或包層與鎵或錫分離的材料。經分離或受保護材料中之至少一者可包含相對於未經分離或未受保護免於與鎵或錫接觸之材料而言具有提高的分子低能量氫穿透性的材料。在一例示性實施例中，反應單元腔室材料可包含諸如347 SS，諸如4130合金SS或Cr-Mo SS之不鏽鋼、鎳、Ti、鈮、釩、鐵、W、Re、Ta、Mo、鈮及Nb (94.33 wt%)-Mo (4.86 wt%)-Zr (0.81 wt%)中之一或多者。諸如SiC之結晶材料可比諸如賽隆陶瓷或石英之非晶形材料更對低能量氫具穿透性以使得結晶材料為例示性襯裡。
諸如對低能量氫具有高可穿透性之反應單元腔室壁之不同反應單元腔室壁可置換SunCell® (圖7B)之反應單元腔室壁，SunCell®包含諸如包含347 SS或304 SS之金屬的穿透性較低之另一金屬。壁區段可為管狀壁區段。置換區段可藉由此項技術中已知之方法，諸如涉及使用具有不同熱膨脹係數之金屬以匹配接合材料之膨脹速率的方法來熔接、焊接或硬焊至SunCell®之其餘部分。在一實施例中，包含諸如Ta、W、Nb或Mo之耐火金屬之置換區段可藉由黏著劑結合至諸如不鏽鋼之不同金屬，該黏著劑諸如為Coltronics之黏著劑，諸如Resbond或Durabond 954。在一實施例中，不同金屬之間的接頭可包含諸如結合金屬之間的陶瓷層壓物之層壓材料，其中每一金屬結合至層壓物之一面。陶瓷可包含諸如BN、石英、氧化鋁、氧化鉿或氧化鋯之本發明陶瓷。例示性接頭為Ta/Durabond 954/BN/Durabond 954/SS。在一實施例中，凸緣409e及底板409a可經墊片密封或經熔接。
在一實施例中，包含碳襯裡之反應單元腔室包含具有高熱傳遞能力、大直徑及能力強大之冷卻系統之壁中的至少一者，其中熱傳遞能力、大直徑及冷卻系統足以將碳襯裡之溫度維持低於其將與低能量氫反應混合物中諸如水或氫氣之至少一種組分反應時的溫度。例示性熱傳遞能力可在約10 W/cm
2至10 kW/cm
2壁面積範圍內；例示性直徑可在約2 cm至100 cm範圍內，例示性冷卻系統為外部水浴；例示性所需襯裡溫度可為約低於700℃-750℃。反應單元腔室壁可進一步對分子低能量氫具有高可穿透性。襯裡可與壁接觸以改善自襯裡至冷卻系統之熱傳遞來維持所需溫度。
在一實施例中，SunCell®包含於襯裡與至少一個反應單元腔室壁之間的間隙及真空泵，其中該間隙包含藉由真空泵抽空以移除分子低能量氫之腔室。襯裡可為多孔的。在一例示性實施例中，襯裡包含諸如多孔BN、經SiC塗佈碳或石英之多孔陶瓷以增大穿透率。在一實施例中，SunCell®可包含絕緣體。絕緣體可對低能量氫具有高穿透性。在另一實施例中，SunCell®包含在反應單元腔室內部及外部中之至少一者的諸如鐵奈米粒子之分子低能量氫集氣劑，其中集氣劑結合分子低能量氫以將其自反應單元腔室移除。在一實施例中，可將分子低能量氫氣體自反應單元腔室泵送出。諸如包含H
2O及氫氣之反應混合物氣體的反應混合物氣體或本發明之另一反應混合物氣體可包含諸如稀有氣體之沖洗氣體以藉由抽空輔助移除分子低能量氫氣體。沖洗氣體可經排出至大氣中或藉由本發明之再循環器進行循環。
在一實施例中，襯裡可包含諸如鈮之氫氣解離劑。襯裡可包含複數種材料，該複數種材料諸如為在反應單元腔室之最熱區中抗拒鎵或錫合金形成之材料及諸如在低於另一材料之鎵或錫合金形成溫度之溫度下操作的至少一個區中之氫氣解離劑的另一材料。
靜電沈降器(ESP)可進一步包含用於自來自反應單元腔室之氣流沈降至少一種所需物種且使其返回至反應單元腔室的構件。沈降器可包含諸如螺鑽、傳送帶、氣動輸送構件、機電輸送構件或本發明或此項技術中已知之其他輸送構件的輸送構件以將藉由沈降器收集之粒子輸送回至反應單元腔室。沈降器可經安裝於真空管線之一部分中，真空管線包含藉由重力流使所需粒子返回至反應單元腔室之回流器，其中粒子可經沈降且藉由諸如真空管線中之流之重力流流動回至反應單元腔室。真空管線可在允許所需粒子經歷重力回流之至少一部分中經豎直定向。
在一實施例中，靜電沈降器(ESP)系統包含ESP及諸如空氣之痕量氧氣源以在諸如鎵或錫或錫粒子之熔融金屬粒子上形成氧化物塗層，從而使得可藉由ESP移除粒子。該源可包含可將氧氣供應至ESP系統及到達抽空反應單元腔室之真空泵之真空管線中之至少一者的流量調節器。該源可包含亦可充當吹掃氣體以改善反應單元腔室抽空之空氣。
在一實施例中，反應腔室及至少一個諸如到達真空泵之真空管線的與反應單元腔室直接接觸之組件相對於負頂部電極而言處於正電極性。真空管線可包含過濾器或捕集器以捕獲金屬及金屬氧化物粒子。過濾器可充當ESP之正電極。過濾器可進一步包含用於至少間歇地回流諸如氫氣、氧氣或蒸汽或諸如氬氣之惰性氣體之反應氣體的噴氣口以自過濾器移除所收集之粒子。反應氣體可在流過噴氣口之前流過本發明之放電單元900。在一例示性實施例中，過濾器在突起至反應單元腔室中之真空管線之輸入端處包含W或Ta網狀物。過濾器可進一步包含噴氣口。鎢或鉭網狀過濾器可避免諸如鎵或錫之熔融金屬之熔融及避免藉由諸如鎵或錫之熔融金屬進行之合金形成及潤濕。過濾器網狀物尺寸可經選擇以使得粒子將不穿過網狀物或防止大部分粒子穿過網狀物，但氣體將穿過網狀物。真空管線可電連接至正反應單元腔室以使得金屬氧化物粒子可藉由靜電沈降作用而黏附。粒子可落回至反應單元腔室中。過濾器可用H
2或氬氣噴氣口流週期性地或連續地反沖洗以強制粒子離開網狀物且進入反應單元腔室中。
在一實施例中，SunCell可包含圖9K中所示之靜電沈降器(ESP)系統。ESP系統可包含於接近反應單元腔室5b31之真空管線711中之兩個經分離之斷電器945以使正極化正真空管線區段944電隔離。正區段可包含於真空管線上之正導線，且諸如反應單元腔室5b31之SunCell組件可包含負導線。導線可連接至高壓動力供應器以使得正區段經正偏壓且SunCell組件經負偏壓或在地面處。經施加至正區段之電壓可在約10 V至10 MV、50 V至1 MV及100 V至100 kV之至少一個範圍內，其中對應的正區段直徑在約0.1 mm至1 m、1 mm至10 cm及1 mm至5 cm之至少一個範圍內。管可經扁平化以使得用於真空泵送之橫截面積保持類似於諸如斷電器945之橫截面的真空管線之連接區段之橫截面積。對應的電場可在約1000 V/m至10
8V/m範圍內，其中管中之氣體壓力可在約0.1毫托至10個大氣壓範圍內。反應單元腔室中之電漿可使諸如氧化鎵或氧化錫粒子之氧化物粒子帶負電，且流過真空管線之該等粒子可經靜電吸引至經隔離之正極化真空管線區段的正變化壁。到達正區段之真空管線可進行以下中之至少一者：包含電絕緣器或加襯有電絕緣器以防止帶電粒子在進入正真空管線區段之前損失電荷。ESP積聚粒子可藉由重力落回至反應單元腔室中或藉由諸如噴氣口，諸如氫氣或氬氣噴氣口之構件強制返回。
在一例示性測試實施例中，反應單元腔室在4 ml/min H
2O注入之情況下經維持在約1個大氣壓至2個大氣壓之壓力範圍下。DC電壓為約30 V且DC電流為約1.5 kA。反應單元腔室為6吋直徑之不鏽鋼球體，諸如圖1中所示之含有3.6 kg熔融鎵之不鏽鋼球體。電極包含DC EM泵之1吋浸沒式SS噴嘴以及包含4 cm直徑、1 cm厚度之W圓盤及由BN底座覆蓋之1 cm直徑之導線的對立電極。EM泵速率為約30-40 ml/s。鎵經浸沒式噴嘴極化為正的，且W底座電極經極化為負的。鎵藉由EM泵注入器充分混合。SunCell®輸出功率為約85 kW，此係使用鎵及SS反應器之質量、比熱及溫度升高之乘積來量測。
在另一測試實施例中，2500 sccm H
2及25 sccm O
2流過約2 g之10% Pt/Al
2O
3珠粒，該等珠粒經保持在與H
2及O
2氣體入口及反應單元腔室成直線的外部腔室中。另外，使氬氣以維持50托腔室壓力之速率流動至反應單元腔室中、同時應用主動真空泵送。DC電壓為約20 V且DC電流為約1.25 kA。SunCell®輸出功率為約120 kW，此係使用鎵及SS反應器之質量、比熱及溫度升高之乘積來量測。
在一實施例中，能夠在大氣壓下、以大氣壓及在高於大氣壓下中之一或多者下操作的諸如稀有氣體再循環系統之再循環系統或再循環器可包含：(i)氣體移動器，諸如真空泵、壓縮機及鼓風機中之至少一者，以使至少一個氣體自反應單元腔室再循環；(ii)再循環氣體管線；(iii)分離系統，其用以移除諸如低能量氫及氧氣之排出氣體；及(iv)反應物供應系統。在一實施例中，氣體移動器能夠自反應單元腔室泵送氣體，推動氣體通過用於移除排出氣體之分離系統，且使再生氣體返回至反應單元腔室。氣體移動器可包含泵、壓縮機及鼓風機中之至少兩者作為相同單元。在一實施例中，泵、壓縮機、鼓風機或其組合可包含低溫泵、低溫過濾器或冷卻器中之至少一者以進行以下中之至少一者：在氣體進入氣體移動器中之前冷卻氣體及冷凝諸如水蒸氣之至少一種氣體。再循環氣體管線可包含自真空泵至氣體移動器之管線、自氣體移動器至用於移除排出氣體之分離系統之管線及自用於移除排出氣體之分離系統至可與反應物供應系統連接之反應單元腔室的管線。例示性反應物供應系統包含至少一個接頭及到達反應單元腔室之管線與用於諸如氬氣之稀有氣體、氧氣、氫氣及水中之至少一者的至少一個反應混合物氣體補給管線。添加反應物O
2與H
2可使得O
2為次要物種且在其與過量H
2一起經注入至反應單元腔室中時基本上形成HOH催化劑。炬可注入直接反應以形成HOH催化劑及過量H
2反應物之H
2與O
2混合物。反應物供應系統可包含連接至反應混合物氣體供應管線之氣體歧管及到達反應單元腔室之流出管線。
用於移除排出氣體之分離系統可包含低溫過濾器或低溫捕集器。用以自再循環氣體移除低能量氫產物氣體之分離系統可包含半透膜，該半透膜係用以藉由跨越膜自再循環氣體擴散至大氣或擴散至排出腔室或流來選擇性地排出低能量氫。再循環器之分離系統可包含自再循環氣體移除氧氣之氧氣洗滌器系統。洗滌器系統可包含容器及於容器中與氧氣反應之集氣劑或吸收劑中的至少一者，該集氣劑或吸收劑諸如為金屬，諸如鹼金屬、鹼土金屬或鐵。可替代地，諸如活性炭或此項技術中已知之另一氧氣吸收劑之吸收劑可吸收氧氣。炭吸收劑可包含可經密封於諸如市售透氣濾筒之透氣濾筒中的炭過濾器。濾筒可為可移除的。洗滌器系統之氧氣吸收劑可藉由此項技術中已知之方法週期性地置換或再生。再循環系統之洗滌器再生系統可包含一或多個吸收劑加熱器及一或多個真空泵中之至少一者。在一例示性實施例中，炭吸收劑進行以下中之至少一者：經加熱器加熱及經受由真空泵施加之真空以釋放所排出或收集之氧氣，且再使用所得再生炭。來自SunCell®之熱量可用於再生吸收劑。在一實施例中，SunCell®包含至少一個熱交換器、一個冷卻劑泵及一個冷卻劑流動迴路，該迴路充當用以再生諸如炭之吸收劑的洗滌器加熱器。洗滌器可包含大體積及面積以有效地進行洗滌、同時不顯著地增大氣流阻力。該流可由連接至再循環管線之氣體移動器維持。可冷卻炭以更有效地吸收待自諸如包含諸如氬氣之稀有氣體之混合物的再循環氣體洗滌之物種。諸如炭之氧氣吸收劑亦可洗滌或吸收低能量氫氣體。分離系統可包含複數個洗滌器系統，其各自包含：(i)能夠維持氣體密封件之腔室；(ii)用於移除諸如氧氣之排出氣體之吸收器；(iii)可將腔室與再循環氣體管線隔離及將再循環氣體管線與腔室隔離之入口閥及出口閥；(iv)受控制器控制之用於使腔室與再循環管線連接及斷開的諸如機器機制之構件；(v)諸如加熱器及真空泵之用於再生吸收劑之構件，其中加熱器及真空泵可為常見的，用於在其再生期間再生至少一個其他洗滌器系統；(v)用於控制第n個洗滌器系統之斷開、第n+1個洗滌器系統之連接及第n個洗滌器系統之再生而第n+1個洗滌器系統充當有效洗滌器系統的控制器，其中複數個洗滌器系統中之至少一者可再生，而至少一個其他洗滌器系統可有效地洗滌或吸收所需氣體。洗滌器系統可准許SunCell®在伴隨週期性受控之排出或氣體回收之封閉排出條件下操作。在一例示性實施例中，可藉由加熱至不同溫度來自諸如活性碳之吸收劑單獨地收集氫氣及氧氣，在該等溫度下對應氣體大致單獨地釋放。
在包含稀有氣體、氫氣(H
2)及氧氣(O
2)之反應單元腔室氣體混合物之實施例中，其中反應單元腔室氣體中之稀有氣體之分壓超過氫氣分壓，由於諸如氬氣之稀有氣體之反應物濃度稀釋效應，因此氧氣分壓可增加以補償氫氣與氧氣之間經降低之反應速率，從而形成HOH催化劑。在一實施例中，HOH催化劑可在與諸如氬氣之稀有氣體合併之前形成。可藉由諸如複合器催化劑、電漿源或諸如長絲之熱表面的複合器或燃燒器來引起氫氣與氧氣發生反應。複合器催化劑可包含：經載於陶瓷支撐件上之貴金屬，諸如於氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、二氧化矽或沸石粉末或珠粒上之Pt、Pd或Ir；本發明之另一經負載複合器催化劑；或解離劑，諸如雷氏Ni (Raney Ni)、Ni、鈮、鈦或本發明之其他解離劑金屬或此項技術中已知之呈諸如粉末、墊子、織物或織布之提供高表面積之形式的解離劑。例示性複合器包含於Al
2O
3珠粒上之10 wt% Pt。電漿源可包含輝光放電單元、微波電漿單元、電漿炬單元、感應或電容耦合之RF放電單元、介電障壁放電單元、壓電直接放電單元、聲學放電單元或本發明或此項技術中已知之另一放電單元。熱絲可包含熱鎢絲、於Pt長絲上之Pt或Pd黑或此項技術中已知之另一催化性長絲。
諸如水、氫氣、氧氣、空氣及稀有氣體中之至少一者之反應混合物物種的入口流動可為連續的或間歇的。可控制入口流動速率及排出物或真空流動速率以達成所需壓力範圍。入口流動可為間歇的，其中該流動可在所需範圍之最大壓力下停止且在所需範圍之最小壓力下開始。在反應混合物氣體包含諸如氬氣之高壓稀有氣體之情況下，反應單元腔室可經抽空，用反應混合物填充，且在大致靜態排出物流動條件下運行，其中諸如水、氫氣及氧氣中之至少一者之反應物的入口流動經維持在連續或間歇流動條件下以維持壓力在所需範圍內。另外，稀有氣體可以經濟上實用之流動速率與對應的排出物泵送速率流動，或稀有氣體可經再生或洗滌及藉由再循環系統或再循環器進行再循環。在一實施例中，可藉由葉輪或藉由噴氣口強制反應混合物氣體進入單元中以增大通過單元之反應物流動速率，同時維持反應單元壓力在所需範圍內。
在一實施例中，藉由利用至少一個控制反應物之注入速率及控制反應混合物中之過量反應物及產物自反應單元腔室5b31排出之速率的構件控制反應單元腔室壓力，從而控制反應單元腔室反應單元混合物。在一實施例中，SunCell®包含壓力感測器、真空泵、真空管線、閥控制器及閥，該閥諸如為壓力啟動閥，諸如電磁閥或節流閥，其響應於處理由感測器量測之壓力的控制器而對自反應單元腔室至真空泵之真空管線開放及關閉。閥可控制反應單元腔室氣體之壓力。閥可保持關閉直至單元壓力達到第一高設定點為止，接著可啟動該閥以開放直至真空泵使壓力下降至第二低設定點為止，此可引起閥啟動以關閉。在一實施例中，控制器可控制諸如反應單元腔室壓力、反應物注入速率、電壓、電流及熔融金屬注入速率之至少一個反應參數以維持非脈衝式或大致穩定或連續的電漿。
在一實施例中，SunCell®包含壓力感測器、諸如H
2O、H
2、O
2、空氣及諸如氬氣之稀有氣體之源的反應混合物中之至少一種反應物或物種之源、反應物管線、閥控制器及閥，該閥諸如為壓力啟動閥，諸如電磁閥或節流閥，其響應於處理由感測器量測之壓力的控制器而對自反應混合物中之至少一種反應物或物種之源及反應單元腔室之反應物管線開放及關閉。閥可控制反應單元腔室氣體之壓力。閥可保持開放直至單元壓力達到第一高設定點為止，接著可啟動該閥以關閉直至真空泵使壓力下降至第二低設定點為止，此可引起啟動閥以開放。
在一實施例中，SunCell®可包含諸如微型泵之注入器。微型泵可包含機械裝置或非機械裝置。例示性機械裝置包含移動部件，該等移動部件可包含致動件及微型閥膜以及轉板。微型泵之驅動力可藉由利用來自壓電效應、靜電效應、熱氣動效應、氣動效應及磁效應之群之至少一種效應來產生。非機械泵可用以下中之至少一者塗油：電流體動力流產生機制、電滲透流產生機制、電化學流產生機制、超音波流產生機制、毛細管流產生機制、化學流產生機制及此項技術中已知之另一流產生機制。微型泵可包含以下中之至少一者：壓電微型泵、電滲透微型泵、隔膜微型泵、蠕動微型泵、注射微型泵及無閥微型泵以及毛細管泵及以化學方式提供動力之泵以及此項技術中已知之另一微型泵。諸如微型泵之注入器可連續供應諸如水之反應物，或其可諸如以脈衝模式間歇地供應反應物。在一實施例中，噴水器包含一個諸如微型泵之泵、至少一個閥及一個儲水器中之至少一者，且可進一步包含冷卻器或用於將儲水器及用於反應單元腔室之閥移除充分距離之延伸導管以避免預注入水過度加熱或沸騰。
SunCell®可包含一個注入控制器及至少一個諸如記錄壓力、溫度、電漿傳導性或其他反應氣體或電漿參數之感測器的感測器。注入序列可受控制器控制，該控制器使用來自至少一個感測器之輸入物來遞送所需動力，同時避免歸因於過度提供動力之對SunCell®之損壞。在一實施例中，SunCell®包含複數個諸如噴水器之注入器以注入至反應單元腔室內之不同區域中，其中注入器由控制器啟動以及時替代電漿熱點之方位，從而避免對SunCell®之損壞。注入可為間歇的、週期性、間歇的、連續的，或包含達成所需功率、增益及效能最佳化之任何其他注入模式。
在一實施例中，SunCell®包含諸如氫氣之氫氣源及諸如氧氣之氧氣源。氫氣源及氧氣源中之至少一者之源包含至少一或多個氣體槽、流調節器、壓力計、閥及到達反應單元腔室之氣體管線。在一實施例中，HOH催化劑由氫氣及氧氣燃燒產生。氫氣及氧氣可流入反應單元腔室中。諸如氫氣及氧氣中之至少一者的反應物之入口流動可為連續的或間歇的。可控制流動速率及排出物或真空流動速率以達成所需壓力。入口流動可為間歇的，其中該流動可在所需範圍之最大壓力下停止且在所需範圍之最小壓力下開始。H
2壓力及流動速率以及O
2壓力及流動速率中之至少一者可經控制以維持HOH及H
2濃度或分壓中之至少一者在所需範圍內，從而控制及最佳化來自低能量氫反應之動力。在一實施例中，氫氣庫存及氫氣流中之至少一者可顯著地大於氧氣庫存及氧氣流。H
2與O
2之分壓比及H
2與O
2之流動速率比中之至少一者可在約1.1至10,000、1.5至1000、1.5至500、1.5至100、2至50及2至10之至少一個範圍內。在一實施例中，總壓可經維持在支援初生HOH及原子H之高濃度之範圍內，諸如在約1毫托至500托、10毫托至100托、100毫托至50托及1毫托至100托之至少一個壓力範圍內。在一實施例中，儲集器及反應單元腔室中之至少一者可經維持在高於氧(氫氧)化鎵或氧(氫氧)化錫以及氫氧化鎵或氫氧化錫中之至少一者的分解溫度之操作溫度下。操作溫度可在約200℃至2000℃、200℃至1000℃及200℃至700℃之至少一個範圍內。在抑制氧(氫氧)化鎵或氧(氫氧)化錫以及氫氧化鎵或氫氧化錫形成之情況下可控制水庫存呈氣態。
在一實施例中，SunCell®包含氣體混合器以混合流入反應單元腔室中之諸如氫氣及氧氣之至少兩種氣體。在一實施例中，用於水之微型注入器包含混合氫氣及氧氣之混合器，其中混合物在其進入反應單元腔室中時形成HOH。混合器可進一步包含至少一個諸如用於每一氣體或諸如預混合氣體之氣體混合物之質量流量控制器的質量流量控制器。預混合氣體可包含呈其所需莫耳比之每一氣體，諸如包含氫氣及氧氣之混合物。H
2-O
2混合物中之H
2莫耳百分比可顯著過量，諸如在O
2之莫耳百分比之約1.5倍至1000倍之莫耳比範圍內。質量流量控制器可控制氫氣及氧氣流動及後續燃燒以形成HOH催化劑，從而使得流入反應單元腔室中之所得氣流包含過量氫氣及HOH催化劑。在一例示性實施例中，H
2莫耳百分比係在HOH之莫耳百分比之約1.5至1000倍範圍內。混合器可包含氫氣-氧氣炬。炬可包含此項技術中已知之設計，諸如商業氫氣-氧氣炬。在例示性實施例中，O
2與H
2係藉由炬注入器混合以引起O
2在H
2流內發生反應以形成HOH，從而避免氧氣與諸如鎵、錫之熔融金屬或單元組件反應。可替代地，相較於供應炬之兩個流量控制器，藉由單個流量控制器使包含至少十倍莫耳過量之氫氣的H
2-O
2混合物流動至反應單元腔室中。
O
2與過量H
2之反應相比於包含複數個氫鍵結之水分子的大量水及蒸汽而言可形成約100%初生水作為初始產物。在一實施例中，在存在氫氣之情況下錫經維持在高於300℃之溫度下以使得錫對於藉由形成氧化錫來消耗HOH催化劑可具有低反應性。鎵可經維持低於100℃以使得鎵可對藉由形成氧化鎵來消耗HOH催化劑具有低反應性。在一例示性實施例中，SunCell®在諸如超過99% H
2/1% O
2之高流動速率H
2及痕量O
2流動的條件下操作，其中反應單元腔室壓力可經維持為低的，諸如在約1托至30托之壓力範圍內，且流動速率可經控制以產生所需功率，其中藉由形成H
2(1/4)之理論最大功率可為約1 kW/30 sccm。任何所得金屬氧化物(例如氧化鎵或氧化錫)可藉由原位氫電漿及電解還原而還原。在能夠產生75 kW之最大過量功率的例示性實施例中，其中真空系統能夠達成超高真空，操作條件包含諸如約1-5托之低操作壓力及諸如約2000 sccm之高H
2流量以及經由炬注入器供應為約10-20 sccm氧氣之痕量HOH催化劑。
在一實施例中，諸如反應單元腔室壁、反應單元腔室頂部、儲集器內壁及EM泵管內壁中之至少一者的SunCell®組件或與金屬接觸之組件之表面可經不易於與鎵或錫形成合金之塗層塗佈，該塗層諸如為：陶瓷，諸如富鋁紅柱石、BN或本發明之另一陶瓷；或金屬，諸如W、Ta、Re、Nb、Zr、Mo、TZM或本發明之另一金屬。在另一實施例中，表面可經不易於與鎵或錫形成合金之材料包覆，該材料諸如為：碳；陶瓷，諸如BN、氧化鋁、氧化鋯、石英或本發明之另一陶瓷；或金屬，諸如W、Ta、Re或本發明之另一金屬。在一實施例中，反應單元腔室、儲集器及EM泵管中之至少一者可包含Nb、Zr、W、Ta、Re、Mo或TZM。在一實施例中，諸如反應單元腔室、儲集器及EM泵管之SunCell®組件或組件之部分可包含除了接觸鎵或錫之溫度超過極限值，諸如至少一個超過約400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃及1000℃之極限值時之外不形成合金的材料。SunCell®可在其中組件之部分未達到發生鎵或錫合金形成之時之溫度的溫度下操作。SunCell®操作溫度可藉由諸如熱交換器或水浴之冷卻構件進行冷卻來控制。水浴可包含諸如離開水歧管之射流的衝擊水射流，其中入射於反應腔室上之射流之數目及流動速率或每一射流中之至少一者受控制器控制以維持反應腔室在所需操作溫度範圍內。在諸如包含至少一個表面之噴水口冷卻之實施例的實施例中，SunCell®之至少一個組件之外表面可經諸如碳之絕緣體包覆以維持內部高溫，同時准許進行可操作冷卻。在其中藉由諸如於諸如水之冷卻劑中懸浮或經受衝擊冷卻劑射流中之至少一者的方式冷卻SunCell®之實施例中，EM泵管經熱絕緣以防止冷的液體金屬注入至電漿中，從而避免降低低能量氫反應速率。在一例示性熱絕緣實施例中，EM泵管5k6可經澆鑄於作為極佳熱絕緣器之水泥型材料中(例如，水泥型材料可具有小於1 W/mK或小於0.5 W/mK或小於0.1 W/mK之導熱率)。在高於SunCell®操作期間達成之溫度極限值下形成鎵或錫合金之表面可選擇性地經不易於與鎵或錫形成合金之材料塗佈或包覆。SunCell®組件之接觸鎵或錫且超過諸如不鏽鋼之組件材料之合金溫度的部分可經不易於與鎵或錫形成合金之材料包覆。在一例示性實施例中，反應單元腔室壁可經W、Ta、Re、Mo、TZM、鈮、釩或鋯板或諸如石英之陶瓷包覆，尤其在電極附近之其中反應單元腔室溫度最高之區域處。包層可包含反應單元腔室襯裡5b31a。襯裡可包含墊片或諸如位於襯裡與反應單元腔室壁之間以防止鎵或錫在襯裡後方滲漏之陶瓷糊狀物的其他鎵或錫不可穿透材料。襯裡可藉由熔接件、螺栓或此項技術中已知之另一扣件或黏著劑中之至少一者來附接至壁。
在一實施例中，諸如10、5k2中之至少一者的匯流條及自匯流條至點火動力供應器及EM泵動力供應器中之至少一者的對應電導線可充當用於自反應單元腔室5b31移除熱量之構件以供應用。SunCell®可包含用於自匯流條及對應導線中之至少一者移除熱量之熱交換器。在包含MHD轉換器之SunCell®實施例中，匯流條及其導線上之熱損失可藉由熱交換器返回至反應單元腔室，該熱交換器將熱量自匯流條傳遞至熔融銀，該熔融銀藉由EM泵自MHD轉換器返回至反應單元腔室。
在一實施例中，諸如立方形反應單元腔室之四個豎直側或圓柱形單元之壁的反應單元腔室之側壁可經塗佈或包覆於諸如W、Ta或Re之耐火金屬中，或經諸如W、Ta或Re襯裡之耐火金屬覆蓋。金屬可對與鎵或錫形成合金具有抗性。反應單元腔室之頂部可經包覆或塗佈有電絕緣器，或包含諸如陶瓷之電絕緣襯裡。例示性包層、塗層及襯裡材料為BN、大猩猩玻璃(例如，https://en.wikipedia.org/wiki/Gorilla_Glass-可獲自Corning之鋁矽酸鹽玻璃片)、石英、二氧化鈦、氧化鋁、氧化釔、氧化鉿、氧化鋯、碳化矽、諸如熱解石墨之石墨、經碳化矽塗佈之石墨或諸如TiO
2-Yr
2O
3-Al
2O
3之混合物中之至少一者。頂部襯裡可具有用於底座5c1之穿透件(圖1)。頂部襯裡可防止頂部電極8電短路至反應單元腔室之頂部。在一實施例中，頂部凸緣409a (圖7A-C)可包含：襯裡，諸如本發明之襯裡；或塗層，諸如陶瓷塗層，諸如富鋁紅柱石、ZTY、Resbond或本發明之另一塗層；或漆料，諸如VHT Flameproof
TM。在圖7F-H中所示之實施例中，SunCell包含經諸如銅、鍍銀銅或鉭墊片之墊片或用於諸如Conflat凸緣之配合凸緣409e之O形環密封的頂部凸緣底板409a。凸緣可經防止與熔融金屬形成合金之諸如防火漆料、氧化鋁、CrC、TiN、Ta之塗層或本發明之另一塗層塗佈。諸如Ta墊片或O形環之墊片或O形環可對合金形成具有抗性。頂部凸緣底板409a可進一步包含頂部襯裡。頂部襯裡可包含於頂部凸緣上之諸如馬克爾陶瓷(Macor)、石英或經防火漆料噴漆之碳轉盤的熱絕緣轉盤以保護頂部凸緣免於因熱損壞所致之故障。轉盤可足夠厚，諸如在0.1 cm至10 cm厚度範圍內以防止熱損壞。墊片可經保護墊片免於與熔融金屬形成合金之諸如防火漆料之塗層或本發明之另一塗層塗佈。在一實施例中，凸緣可經諸如每一經接合組件之周邊周圍之環形物的扁平金屬板(無螺栓孔)置換。板可在外邊緣上經熔接在一起以形成接縫。可切割或研磨接縫以分離兩個板。
在一實施例中，SunCell®包含底板409a熱量感測器、點火電源控制器、點火電源及切斷開關，該切斷開關可直接地或間接地連接至點火電源控制器及點火電源中之至少一者以在底板409a處發生短路且其過熱時終止點火。在一實施例中，陶瓷襯裡包含複數個區段，其中該等區段在區段之間提供擴展間隙或接合部中之至少一者且限制沿著襯裡之複數個區段之長度的熱量梯度。在一實施例中，可將襯裡懸浮於液體金屬層上方以避免在襯裡之一部分經浸沒於鎵或錫中之情況下形成的陡峭熱梯度。襯裡區段可包含用於在操作期間具有不同溫度範圍之不同區域的不同材料組合。在包含至少兩種類型之陶瓷的複數個陶瓷區段之襯裡的例示性實施例中，諸如接近正電極之區的最熱區中之區段可包含SiC或BN，且至少一個其他區段可包含石英。
在一實施例中，反應單元腔室5b31包含內部熱絕緣體(在本文中亦稱為襯裡)，該內部熱絕緣體諸如為至少一個陶瓷或碳襯裡，諸如石英、BN、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或本發明之另一襯裡。在一些實施例中，反應單元腔室不包含諸如陶瓷襯裡之襯裡。在一些實施例中，反應單元腔室壁可包含金屬，該金屬在諸如347 SS，諸如4130合金SS或Cr-Mo SS之不鏽鋼或W、Ta、Mo、Nb、Nb (94.33 wt%)-Mo (4.86 wt%)-Zr (0.81 wt%)、Os、Ru、Hf、Re或經矽化物塗佈Mo之情況下經維持在低於具有熔融金屬之合金出現之時之溫度的溫度下，諸如在低於約400℃至500℃的溫度下。在諸如其中反應單元腔室經浸沒於諸如水之冷卻劑中之實施例的實施例中，反應單元腔室5b31壁厚度可較薄以使得內壁溫度低於諸如347 SS，諸如4130合金SS、Cr-Mo SS或Nb-Mo (5 wt%)-Zr (1 wt%)之壁材料與諸如鎵或錫之熔融金屬形成合金之時的溫度。反應單元腔室壁厚度可為約小於5 mm、小於4 mm、小於3 mm、小於2 mm及小於1 mm中之至少一者。襯裡內部溫度可高得多，諸如在約500℃至6000℃、500℃至3400℃、500℃至2500℃、500℃至1000℃及500℃至1500℃之至少一個範圍內。在一例示性實施例中，反應單元腔室及儲集器包含：複數個襯裡，諸如BN最內襯，其可包含W、Ta或Re嵌體且可經分段；及一或多個同心石英外襯。底板襯裡可包含內BN板及至少一個其他陶瓷板，其各自具有用於穿透件之穿孔。在一實施例中，穿透件可經諸如陶瓷水泥，諸如Resbond之水泥或在熔融鎵或錫之情況下對熔融金屬合金形成具有抗性之諸如W粉末之耐火粉末密封。例示性底板襯裡為可模製陶瓷絕緣盤。在一實施例中，襯裡可包含諸如W或Ta嵌體之耐火嵌體或陶瓷嵌體。陶瓷嵌體可包含諸如包含堆疊成圓柱體之小高度半圓形環之陶瓷磚的陶瓷磚。例示性陶瓷為氧化鋯、氧化釔穩定之氧化鋯、氧化鉿、氧化鋁及氧化鎂。環之高度可在約1 mm至5 cm範圍內。在另一實施例中，嵌體可包含可藉由高溫結合材料或水泥保持在適當位置之磚或珠粒。可替代地，磚或珠粒可經嵌入以下中：耐火基質，諸如碳；耐火金屬，諸如W、Ta或Mo；或耐火二硼化物或碳化物，諸如Ta、W、Re、Ti、Zr或Hf之二硼化物或碳化物，諸如ZrB
2、TaC、HfC及WC；或本發明之另一耐火基質、耐火金屬、耐火二硼化物或碳化物。
在一例示性實施例中，襯裡可包含在熔融金屬表面層處具有石英之分段環，且環之其餘部分可包含SiC。石英區段可包含形成諸如六邊形環或八邊形環之環的斜削石英板。在另一例示性實施例中，反應單元腔室壁可經噴漆、碳塗佈或陶瓷塗佈，且襯裡可包含具有耐火金屬內襯之碳，諸如包含Nb、Mo、Ta或W之碳。另一內襯可包含耐火金屬環，諸如在鎵或錫表面處之六邊形環或八邊形環，諸如包含斜削耐火金屬板之環，諸如包含Nb、Mo、Ta或W板之環。
熱絕緣體可包含真空間隙。真空間隙可包含在直徑小於儲集器直徑之襯裡與反應單元腔室壁之間的空間，其中反應單元腔室壓力低，諸如約低於50托。為了防止電漿接觸反應單元腔室壁，反應單元腔室可包含諸如陶瓷塞，諸如BN塞之頂蓋或蓋。低能量氫反應混合物氣體管線可供應反應單元腔室，且真空管線可提供氣體抽空。真空間隙可藉由獨立真空管線連接件或藉由連接至由反應單元腔室或其真空管線提供之真空的連接件來抽空。為了防止熱鎵或錫接觸儲集器壁，儲集器壁可包含諸如至少一個石英襯裡之襯裡，該襯裡具有自儲集器之基底至剛好高於鎵或錫層的高度，其中襯裡移位熔融鎵或錫以提供熱絕緣而免於熱鎵或錫與壁接觸。
單元壁可較薄以增強分子低能量氫產物之穿透性，從而避免產物抑制。襯裡可包含諸如BN、多孔石英、多孔SiC之多孔材料或便於低能量氫產物自反應單元腔室擴散及穿透之氣體間隙。反應單元腔室壁可包含諸如Cr-Mo SS，諸如4130合金SS之對分子低能量氫具有高可穿透性之材料。
在一實施例中，諸如反應單元腔室5b31之壁、儲集器5c之壁、EM泵管5k6之壁、底板5kk1及頂部凸緣409a之至少一個SunCell®組件可經塗層塗佈，該塗層諸如為本發明之塗層，諸如抗拒與熔融金屬形成合金且抗拒與O
2及H
2O中之至少一者之腐蝕中的至少一者的陶瓷。塗層及經塗佈組件之熱膨脹係數可為大致匹配的，諸如在約0.1至10、0.1至5及0.1至2之至少一個因數範圍內。在具有低熱膨脹係數之陶瓷塗層的情況下，選擇具有類似熱膨脹係數之諸如科伐合金或恆範鋼(Invar)之經塗佈金屬用於經塗佈組件。
在一實施例中，EM泵管5k6及附接至EM泵管5k6之EM匯流條5k2的熱膨脹係數大致匹配。在一例示性實施例中，連接至EM泵匯流條5k2之EM泵管區段包含恆範鋼或科伐合金以匹配W匯流條之低熱膨脹係數。
在一實施例中，至少一個包含襯裡之組件可經冷卻系統冷卻。冷卻系統可維持組件溫度低於與諸如鎵或錫之熔融金屬形成合金之時的溫度。冷卻系統可包含水浴，組件經浸沒於該水浴中。冷卻系統可進一步包含衝擊於經冷卻組件上之噴水口。在一例示性實施例中，組件包含EM泵管，且EM泵管之水浴浸沒及噴水口冷卻可藉由使用諸如包含石英之EM泵管襯裡的具有極低導熱率之EM泵管襯裡對由EM泵泵送之熱鎵或錫進行最低程度的冷卻來實施。
初生水及原子氫之形成在一實施例中，反應單元腔室進一步包含解離劑腔室，該解離劑腔室容納諸如Pt、Pd、Ir、Re之氫氣解離劑或於諸如碳之支撐件上之其他解離劑金屬或諸如Al
2O
3、二氧化矽或沸石珠粒之陶瓷珠粒、雷氏鎳或Ni、鈮、鈦或呈諸如粉末、墊子、織物或織布之提供高表面積之形式的本發明之其他解離劑金屬。在一實施例中，SunCell®包含複合器以將所供應H
2及O
2催化反應成HOH及H，該HOH及H流入反應單元腔室5b31中。複合器可進一步包含控制器，該控制器包含以下中之至少一者：溫度感測器、加熱器及冷卻系統，諸如感測複合器溫度且控制諸如噴水口之冷卻系統及加熱器中之至少一者以維持複合器催化劑在所需操作溫度範圍，諸如在約60℃至600℃範圍內之操作溫度範圍內的熱交換器。上限溫度受到複合器催化劑燒結且損失有效催化劑表面積之時的溫度限制。
H
2/O
2複合反應之H
2O產率可能並非100%，尤其在流動條件下。移除氧氣以防止氧化物塗層形成可准許點火功率降低約10%至100%之範圍。複合器可包含用於移除大致所有氧氣之構件，該氧氣藉由將其轉換為H
2O而流入單元中。複合器可進一步充當解離器以形成H原子及HOH催化劑，該等H原子及該HOH催化劑流過到達反應單元腔室之氣體管線。複合器中之氣體之較長流動路徑可延長複合器中之停留時間且允許O
2與H
2反應更接近完成。然而，複合器及氣體管線中之較長路徑可允許更加不合需要之H複合及HOH二聚合。因此，在複合器中最佳化流動路徑長度之競爭效應之平衡，且可最小化自複合器/解離器至反應單元腔室之氣體管線之長度。
在一實施例中，將諸如O
2、空氣或H
2O之氧氣源供應至反應單元腔室引起反應單元腔室之氧氣庫存增加。在鎵或錫為熔融金屬之情況下，氧氣庫存可包含氧化鎵或氧化錫、H
2O及O
2中之至少一者。氧氣庫存對於形成用於低能量氫反應之HOH催化劑而言可為必要的。然而，於液體鎵或錫上之諸如氧化鎵或氧化錫之熔融金屬上的氧化物塗層可引起對低能量氫反應之抑制及固定點火電流下之點火電壓增加。在一實施例中，氧氣庫存經最佳化。最佳化可藉由用控制器間歇地流動氧氣來達成。可替代地，氧氣可以高速率流動直至累積最佳庫存為止，且接著可降低流動速率以維持所需最佳庫存在較低流動速率下，該較低流動速率平衡藉由自反應單元腔室及儲集器利用諸如藉由真空泵進行抽空之方式進行移除來耗乏氧氣庫存的速率。在一例示性實施例中，氣體流動速率為約2500 sccm H
2/250 sccm O
2達約1分鐘以裝載約100 cc反應單元腔室及約1 kg鎵或錫儲集器庫存，且接著此後為約2500 sccm H
2/5 sccm O
2。氧化物層並未形成或正經消耗之指示為在恆定點火電流下點火電壓隨時間推移而降低，其中電壓可由電壓感測器監測，且氧氣流動速率可由控制器控制。
在一實施例中，SunCell®包含感測在固定電流下之點火電壓、在固定電壓下之點火電流及點火功率中之至少一者且響應於功率參數改變氧氣源流動速率的點火功率參數感測器及氧氣源流動速率控制器。氧氣源可包含氧氣及水中之至少一者。在一例示性實施例中，氧氣源控制器可基於點火電壓控制流入反應單元腔室中之氧氣流量，其中反應單元腔室中之氧氣庫存響應於由點火功率參數感測器感測到之低於臨限電壓之電壓而增加且響應於感測到之高於臨限電壓之電壓而減少。
為了提高複合器產率，可延長複合器停留時間、增大表面積及提高催化活性。可選擇具有較高動力學之催化劑。操作溫度可升高。
在另一實施例中，複合器包含諸如經貴金屬黑塗佈之Pt長絲，諸如Pt-黑-Pt長絲的熱絲。長絲可經維持在足夠高之溫度下以藉由經動力供應器、溫度感測器及控制器維持之電阻性加熱來維持所需複合速率。
在一實施例中，H
2/O
2複合器包含諸如輝光放電電漿、微波電漿、射頻(RF)電漿、感應或電容耦合之RF電漿的電漿源。用於充當複合器之放電單元可能夠具有高真空。圖9A-C及圖8C-8L中所示之例示性放電單元900包含在具有經銅、鍍銀銅或鉭墊片或O形環密封之配合頂板903之頂部上具有Conflat凸緣902的不鏽鋼容器或輝光放電電漿腔室901。凸緣可經防止與熔融金屬形成合金之諸如防火漆料、氧化鋁、CrC、TiN、Ta之塗層或本發明之另一塗層塗佈。諸如Ta墊片或O形環之墊片或O形環可對合金形成具有抗性。在一實施例中，凸緣可經諸如每一經接合組件之周邊周圍之環形物的扁平金屬板(無螺栓孔)置換。板可在外邊緣上經熔接在一起以形成接縫。可切割或研磨接縫以分離兩個板。頂板可具有到達內部鎢桿電極905之高電壓饋通件904。單元本體可接地以充當對立電極。頂部凸緣可進一步包含至少一個用於低能量氫反應混合物氣體之氣體入口906，該等氣體諸如為以下中之至少一者：H
2、O
2、空氣、H
2O及稀有氣體(例如Ar)或其混合物(例如H
2/O
2、H
2/空氣、H
2/H
2O、H
2/稀有氣體、O
2/稀有氣體、H
2/O
2/H
2O、H
2/O
2/稀有氣體、H
2/H
2O/稀有氣體、O
2/H
2O/稀有氣體、H
2/O
2/H
2O/稀有氣體、H
2/O
2/空氣、H
2/空氣/H
2O、H
2/空氣/稀有氣體、H
2/O
2/空氣/H
2O、H
2/O
2/空氣/稀有氣體、H
2/O
2/空氣/H
2O/稀有氣體)。為了提高在將氬氣添加至低能量氫反應混合物中時HOH催化劑產生之所需產率，可使氫氣及氧氣流過放電單元，且可使氬氣流過獨立的氣體入口到達反應單元腔室5b31中。不鏽鋼容器之底板907可包含反應單元腔室之氣體出口。輝光放電單元進一步包含諸如具有在約10 V至5 kV範圍內之電壓及在約0.01 A至100 A範圍內之電流的DC電源的電源。可根據帕申定律(Paschen's law)選擇用於所需氣壓、電極分離及放電電流之輝光放電擊穿及維護電壓。輝光放電單元可進一步包含諸如火花塞點火系統之用以引起氣體擊穿以啟動放電電漿之構件，其中輝光放電電漿電源係在持續輝光放電之較低維持電壓下操作。擊穿電壓可在約50 V至5 kV範圍內，且維護電壓可在約10 V至1 kV範圍內。輝光放電單元可與諸如反應單元腔室5b31及儲集器5c之其他SunCell®組件電隔離以防止點火功率短路。壓力波可能會造成輝光放電不穩定性，從而在流入反應單元腔室5b31中之反應物中產生變化且可能會損壞輝光放電動力供應器。為了防止歸因於低能量氫反應之背壓波傳播至輝光放電電漿腔室中，反應單元腔室5b31可包含諸如經旋擰至電極匯流條上之BN套筒中之擋板的擋板，其中自輝光放電單元之氣體管線進入反應單元腔室中。輝光放電動力供應器可包含至少一個諸如電容器之突波保護器元件。可將放電單元長度及反應單元腔室高度減至最小以藉由減小用於可能複合之距離來減小自輝光放電電漿至鎵或錫正表面之距離，提高原子氫及HOH催化劑之濃度。
輝光放電單元可經諸如藉由在電子轟擊加熱之精細鎢毛細管(熱氫裂解器)中熱解離氫氣而起作用之原子氫源的其他原子氫源置換，其中藉由沿熱壁反彈，分子氫經裂解為原子氫。原子氫源可為諸如Tec Tra之H-通量原子氫源之例示性商業原子氫源(https://tectra.de/sample-preparation/atomic-hydrogen-source/#:~:text=H%2Dflux%20Atomic%20Hydrogen%20Source,is%20cracked%20to%20atomic%20hydrogen)的此項技術中已知之原子氫源。
在一實施例中，諸如電漿單元的原子H及HOH催化劑中之至少一者之源與反應單元腔室5b31之間的連接區可減至最小以避免原子H壁複合及HOH二聚合。諸如輝光放電單元之電漿單元可直接連接至電隔離器，該電絕緣器諸如為陶瓷電絕緣器，諸如來自Solid Seal Technologies公司之直接連接至反應單元腔室之頂部凸緣409a的陶瓷電絕緣器。電隔離器可藉由熔接件、凸緣接合部或此項技術中已知之其他扣件連接至放電單元及凸緣。電隔離器之內徑可較大，諸如約為放電單元腔室之直徑，諸如在約0.05 cm至15 cm範圍內。在其中SunCell®及放電單元本體經維持在相同電壓下，諸如在地面位準下之另一實施例中，放電單元可直接連接至反應單元腔室，諸如在反應單元腔室之頂部凸緣409a處。連接件可包含熔接件、凸緣接合部或此項技術中已知之其他扣件。連接件之內徑可較大，諸如約為放電單元腔室之直徑，諸如在約0.05 cm至15 cm範圍內。
輸出功率位準可由氫氣及氧氣流動速率、放電電流、點火電流及電壓以及EM泵電流及熔融金屬溫度控制。SunCell®可包含用於此等及其他參數中之每一者的對應感測器及控制器以控制輸出功率。諸如鎵或錫之熔融金屬可經維持在約200℃至2200℃之溫度範圍內。在包含具有沿著反應單元腔室壁之Mo襯裡的8吋直徑之4130 Cr-Mo SS單元之例示性實施例中，輝光放電氫氣解離器及複合器藉由0.75吋OD之Conflat凸緣組直接連接反應單元腔室之凸緣409a，輝光放電電壓為260 V；輝光放電電流為2 A；氫氣流動速率為2000 sccm；氧氣流動速率為1 sccm；操作壓力為5.9托；鎵或錫溫度在水浴冷卻之情況下經維持在400℃下；點火電流及電壓為1300A及26-27 V；EM泵速率為100 g/s，且對於29 kW之輸入點火功率，輸出功率超過300 kW，此對應於至少10倍增益。
在一實施例中，諸如輝光放電單元複合器之複合器可藉由諸如水之冷卻劑冷卻。在一例示性實施例中，複合器之電饋通件可經水冷卻。複合器可經浸沒於用於冷卻之攪動水浴中。複合器可包含安全切斷開關(kill switch)，該安全切斷開關感測離散電壓且在電壓高於臨限值時終止電漿動力供應器，該臨限值諸如為在約0 V至20 V (例如0.1 V至20 V)範圍內之臨限值。
在一實施例中，SunCell®包含諸如放電單元，諸如輝光放電單元、微波放電單元或感應或電容耦合之放電單元的驅動電漿單元，其中低能量氫反應混合物包含相對於化學計量之H
2(66.6%)與O
2(33.3%)莫耳百分比之混合物而言超過氧氣的諸如氫氣之本發明低能量氫反應混合物。驅動電漿單元可包含能夠具有真空之容器、反應混合物供應器、真空泵、壓力計、流量計、電漿產生器、電漿動力供應器及控制器。用於維持低能量氫反應之電漿源係在Mills先前申請案中給出，該等申請案以引用之方式併入。電漿源可將電漿維持在低能量氫反應混合物中，該低能量氫反應混合物包含氫氣與氧氣之混合物，其相較於化學計量之H
2(66.6%)與O
2(33.3%)莫耳百分比之混合物而言氧氣不足。氫氣-氧氣混合物之氧氣不足可相對於化學計量之混合物中之氧氣而言在約5%至99%範圍內。混合物可包含約99.66%至68.33%莫耳百分比之H
2及約0.333%至31.66%莫耳百分比之O
2。此等混合物可在通過諸如輝光放電單元之電漿單元後產生反應混合物，該輝光放電單元足以在與反應單元腔室中之經偏壓熔融金屬相互作用後誘導如本文所描述之催化反應。
在一實施例中，可藉由諸如葉輪之速度氣流構件或藉由噴氣口強制形成於電漿單元流出處之反應混合物氣體進入反應單元中以增大反應物通過單元之流動速率，同時維持反應單元壓力在所需範圍內。高速度氣體可在經注入至反應單元腔室中之前通過複合器電漿源。
在一實施例中，電漿複合器/解離器藉由將原子H及HOH催化劑自外部電漿複合器/解離器直接注入至反應單元腔室中來維持反應單元腔室中原子H及HOH催化劑中之至少一者的高濃度。對應反應條件可類似於由反應單元腔室中之極高溫產生之產生極高動力學及功率效應的反應條件。例示性高溫範圍為約2000℃-3400℃。在一實施例中，SunCell®包含複數個複合器/解離器，該複數個複合器/解離器諸如為注入原子H及HOH催化劑中之至少一者之電漿放電單元複合器/解離器，其中注入至反應單元腔室中可藉由流動進行。
在另一實施例中，諸如H
2槽之氫氣源可連接至歧管，該歧管可連接至至少兩個質量流量控制器(MFC)。第一MFC可將H
2氣體供應至第二歧管，該第二歧管接收H
2管線及來自諸如氬氣槽之稀有氣體源的稀有氣體管線。第二歧管可在殼體中向連接至解離器之管線輸出諸如催化劑，諸如Pt/Al
2O
3、Pt/C或本發明之另一催化劑，其中解離器之輸出端可為到達反應單元腔室之管線。第二MFC可將H
2氣體供應至第三歧管，該第三歧管接收H
2管線及來自諸如O
2槽之氧氣源的氧氣管線。第三歧管可在殼體中向到達複合器之管線輸出諸如催化劑，諸如Pt/Al
2O
3、Pt/C或本發明之另一催化劑，其中複合器之輸出端可為到達反應單元腔室之管線。
可替代地，第二MFC可連接至由第一MFC供應之第二歧管。在另一實施例中，第一MFC可使氫氣直接流動至複合器或流動至複合器及第二MFC。氬氣可由第三MFC供應，該第三MFC自諸如氬氣槽之供應器接收氣體且將氬氣直接輸出至反應單元腔室中。
在另一實施例中，H
2可自其諸如H
2槽之供應器流動至第一MFC，該第一MFC輸出至第一歧管。O
2可自其諸如O
2槽之供應器流動至第二MFC，該第二MFC輸出至第一歧管。第一歧管可輸出至複合器/解離器，該複合器/解離器輸出至第二歧管。諸如氬氣之稀有氣體可自其諸如氬氣槽之供應器流動至第二歧管，該第二歧管輸出至反應單元腔室。其他流動方案係在本發明之範疇內，其中該等流動藉由氣體供應器、MFC、歧管及此項技術中已知之連接件以可能有序排列遞送反應氣體。
在一實施例中，SunCell®包含以下中之至少一者：氫氣源，諸如水或氫氣，諸如氫氣槽；用於控制來自該源之流量之構件，諸如氫氣質量流量控制器；壓力調節器；管線，諸如反應單元腔室中之熔融金屬層下方之自氫氣源至儲集器或反應單元腔室中之至少一者的氫氣管線；及控制器。可將氫氣源或氫氣直接引入熔融金屬中，其中濃度或壓力可大於藉由在金屬外部引入達成之濃度或壓力。較高濃度或壓力可提高熔融金屬中之氫氣溶解度。氫氣可溶解為原子氫，其中諸如鎵或錫或鎵銦錫合金之熔融金屬可充當解離劑。在另一實施例中，氫氣管線可包含諸如於載體上之貴金屬，諸如於Al
2O
3載體上之Pt的氫氣解離劑。原子氫可自反應單元腔室中之熔融金屬表面釋放以支援低能量氫反應。氣體管線可具有自氫氣源之入口，該入口位於比到達熔融金屬之出口高的高度以防止熔融金屬反向流入質量流量控制器中。氫氣管線可延伸至熔融金屬中，且可進一步包含在末端處之氫氣擴散器以分佈氫氣。諸如氫氣管線之管線可包含U區段或捕集器。管線可進入熔融金屬上方之反應單元腔室且包含在熔融金屬表面下方彎曲之區段。諸如氫氣槽之氫氣源、調節器及質量流量控制器中之至少一者可提供氫氣源或氫氣之充足壓力以克服諸如氫氣管線的管線之出口處的熔融金屬之頭壓力，從而准許所需氫氣源或氫氣流動。
在一實施例中，SunCell®包含諸如槽之氫氣源、閥、調節器、壓力計、真空泵及控制器，且可進一步包含至少一個用於由氫氣源形成原子氫之構件，該構件諸如為以下中之至少一者：氫氣解離器，諸如本發明之氫氣解離器，諸如Re/C或Pt/C；及諸如低能量氫反應電漿的電漿之源、可經施加至SunCell®電極以維持輝光放電電漿之高電壓電源、RF電漿源、微波電漿源或本發明之另一用於維持反應單元腔室中之氫氣電漿之電漿源。氫氣源可供應加壓氫氣。加壓氫氣源可進行以下中之至少一者：用氫氣可逆地及間歇性地加壓反應單元腔室。加壓氫氣可溶解於諸如鎵或錫之熔融金屬中。用於形成原子氫之構件可提高熔融金屬中之氫氣溶解度。反應單元腔室氫氣壓力可在約0.01個大氣壓至1000個大氣壓、0.1個大氣壓至500個大氣壓及0.1個大氣壓至100個大氣壓之至少一個範圍內。可藉由在允許吸收之停留時間之後進行抽空來移除氫氣。停留時間可在約0.1秒至60分鐘、1秒至30分鐘及1秒至1分鐘之至少一個範圍內。SunCell®可包含複數個反應單元腔室及一個控制器，該複數個反應單元腔室及該控制器可進行以下中之至少一者：間歇性地供應原子氫及以協調方式用氫氣加壓及減壓，其中每一反應單元腔室可吸收氫氣，而另一者加壓或供應原子氫、經抽空或處於維持低能量氫反應之操作中。用於使得氫氣吸收至熔融鎵或錫中之例示性系統及條件由Carreon [M. L. Carreon, 「Synergistic interactions of H
2and N
2with molten gallium or tin in the presence of plasma」, Journal of Vacuum Science & Technology A, 第36卷, 第2期, (2018), 021303 第1-8頁；https://doi.org/10.1116/1.5004540]給出，該文獻以引用之方式併入本文中。在一例示性實施例中，SunCell®係在諸如0.5個大氣壓至10個大氣壓之高氫氣壓力下操作，其中電漿顯示輸入功率比連續電漿及點火電流情況下之輸入功率低得多的脈衝行為。隨後，壓力經維持在約1托至5托下，其中在大於90℃下1500 sccm H
2+ 15 sccm O
2流過1 g Pt/Al
2O
3且隨後流入反應單元腔室中，其中高輸出功率伴隨在鎵或錫溫度升高之情況下自鎵或錫除氣額外H
2而出現。或可重複對應H
2裝載(鎵或錫吸收)及卸載(自鎵或錫除氣H
2)。
在一實施例中，可將氫氣源或氫氣在推動熔融金屬至一對電極之反電極之方向上直接注入至熔融金屬中，其中熔融金屬浴充當電極。氣體管線可充當注入器，其中諸如H
2氣體注入件之氫氣源或氫氣注入件可至少部分地充當熔融金屬注入器。EM泵注入器可充當包含至少兩個電極及一個電源之點火系統的額外熔融金屬注入器。
在一實施例中，SunCell®包含分子氫解離器。解離器可容納於反應單元腔室中或與反應單元腔室氣體連通之獨立腔室中。獨立殼體可防止解離器免於發生因曝露於諸如鎵或錫之熔融金屬所致之故障。解離器可包含解離材料，諸如負載型Pt，諸如於氧化鋁珠粒上之Pt或本發明或此項技術中已知之另一解離材料。可替代地，解離器可包含諸如輝光放電單元、微波電漿單元、電漿炬單元、感應或電容耦合之RF放電單元、介電障壁放電單元、壓電直接放電單元、聲學放電單元或本發明或此項技術中已知之另一放電單元的熱絲或電漿放電源。熱絲可藉由使電流流過電隔離饋通件以穿透反應單元腔室壁且接著通過長絲之電源電阻地加熱。
在另一實施例中，可增大點火電流以增大氫氣解離速率及電漿離子-電子複合速率中之至少一者。在一實施例中，點火波形可包含諸如在約1 V至100 V電壓範圍內之DC偏移的DC偏移，其中疊加AC電壓在約1 V至100 V範圍內。DC電壓可充分增加AC電壓以在低能量氫反應混合物中形成電漿，且AC分量可包含在存在電漿之情況下諸如在約100 A至100,000 A範圍內之高電流。具有AC調變之DC電流可引起點火電流在對應AC頻率下經脈衝，該AC頻率諸如為在約1 Hz至1 MHz、1 Hz至1 kHz及1 Hz至100 Hz之至少一個範圍內之AC頻率。在一實施例中，增加EM泵送以減小電阻且增加電流及提高點火功率之穩定性。
在一實施例中，高壓輝光放電可藉助於微空心陰極放電來維持。微空心陰極放電可在具有大致100微米直徑之開口的兩個緊密間隔之電極之間持續。例示性直流放電可經維持至約大氣壓。在一實施例中，在高氣壓下之大體積電漿可經由疊加同時操作之單獨輝光放電來維持。電漿電流可為DC或AC中之至少一者。
在一實施例中，藉由供應相較於H
2O或H
2而言更易於解離之氫氣源來增加原子氫濃度。例示性源為每一H原子具有較低焓及較低形成自由能中之至少一者的源，諸如甲烷、烴、甲醇、醇、另一包含H之有機分子。
在一實施例中，解離器可包含電極8，諸如圖1中所示之電極。電極8可包含能夠在諸如高達3200℃之溫度的高溫下操作之解離劑且可進一步包含對與諸如鎵或錫之熔融金屬形成合金具有抗性之材料。例示性電極包含W及Ta中之至少一者。在一實施例中，匯流條10可包含諸如輪葉解離器，諸如平坦板之經附接解離器。可藉由沿匯流條10之軸線封住邊緣之面來附接板。輪葉可包含漿輪模式。可藉由來自匯流條10之傳導性熱傳遞來加熱輪葉，該匯流條可藉由以下中之至少一者來加熱：藉由點火電流電阻地加熱及藉由低能量氫反應加熱。諸如輪葉之解離器可包含諸如Hf、Ta、W、Nb或Ti之耐火金屬。
熔融金屬在一替代性實施例中，SunCell®包含冷卻劑流熱交換器，該冷卻劑流熱交換器包含泵送系統，其中反應單元腔室係經流動冷卻劑冷卻，其中流動速率可變化以控制反應單元腔室在所需溫度範圍內操作。熱交換器可包含諸如微通道板之具有通道之板。在一實施例中，SunCell®包含一單元，該單元包含反應單元腔室531、儲集器5c、底座5c1及與低能量氫反應電漿接觸之所有組件，其中一或多個組件可包含單元區。在一實施例中，諸如包含流動冷卻劑之熱交換器的熱交換器可包含複數個熱交換器，該複數個熱交換器經組織於單元區中以維持對應單元區在非依賴性所需溫度下。
在諸如圖6中所示之實施例的實施例中，SunCell®包含在熔融鎵或錫層處緊扣於反應單元腔室5b31內部上之熱絕緣體或襯裡5b31a以防止熱鎵或錫直接接觸腔室壁。熱絕緣體可包含熱絕緣器、電絕緣器及對由諸如鎵或錫之熔融金屬潤濕具有抗性之材料中之至少一者。絕緣體可進行以下中之至少一者：使鎵或錫之表面溫度增加及減少可使壁熔融之反應單元腔室之壁上局部熱點之形成。另外，諸如本發明之氫氣解離劑的氫氣解離劑可經包覆於襯裡表面上。在另一實施例中，壁厚度中之至少一者增大，且諸如銅區塊之熱擴散器經包覆於壁之外表面上以在壁內擴散熱力以防止局部壁熔融。熱絕緣體可包含諸如BN、SiC、碳、富鋁紅柱石、石英、熔結二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿之陶瓷、本發明之其他陶瓷及熟習此項技術者已知之陶瓷。絕緣體之厚度可經選擇以達成熔融金屬及氧化鎵或氧化錫表面塗層之所需面積，其中較小面積可藉由一定濃度之低能量氫反應電漿使溫度升高。因為較小面積可降低電子-離子複合率，因此面積可經最佳化以促進對氧化鎵或氧化錫膜之消除，同時最佳化低能量氫反應功率。在包含矩形反應單元腔室之例示性實施例中，矩形BN區塊經螺栓至螺紋螺柱上，該等螺紋螺柱在熔融鎵或錫表面之層處熔接至反應單元腔室之內壁。BN區塊在反應單元腔室內部上之此位置處形成連續升高表面。
在一實施例(圖1及圖6)中，SunCell®包含穿過在儲集器5c之底部處之EM泵之底板的匯流條5k2ka1。匯流條可連接至點火電流動力供應器。匯流條可延伸至熔融金屬層上方。除諸如鎵或錫之熔融金屬以外，匯流條亦可充當正電極。熔融金屬可使匯流條散熱以將其冷卻。匯流條可包含耐火金屬，該耐火金屬在熔融金屬包含鎵或錫之情況下不與諸如W、Ta或Re之熔融金屬形成合金。諸如自鎵或錫表面突起之W桿之匯流條可在鎵或錫表面處集結電漿。諸如包含W之注入器噴嘴的注入器噴嘴可經浸沒於儲集器中之熔融金屬中以保護其免受熱損壞。
在諸如其中熔融金屬充當電極之實施例的實施例(圖1)中，充當熔融電極之橫截面積可減至最小以增大電流密度。熔融金屬電極可包含注入器電極。注入器噴嘴可經浸沒。熔融金屬電極可具有正極性。熔融金屬電極之面積可為約對立電極之面積。熔融金屬表面之面積可減至最小以充當具有高電流密度之電極。面積可在約1 cm
2至100 cm
2、1 cm
2至50 cm
2及1 cm
2至20 cm
2之至少一個範圍內。反應單元腔室及儲集器中之至少一者可在熔融金屬層處逐漸變小為較小橫截面積。反應單元腔室及儲集器中之至少一者之至少一部分在熔融金屬層處可包含諸如鎢、鉭之耐火材料或諸如BN之陶瓷。在一例示性實施例中，熔融金屬層處之反應單元腔室及儲集器中之至少一者之面積可減至最小以充當具有高電流密度之正電極。在一例示性實施例中，反應單元腔室可為圓柱形的且可進一步包含縮減器、圓錐形區段或到達儲集器之過渡區，其中諸如鎵或錫之熔融金屬填充儲集器至一位準以使得對應熔融金屬表面處之鎵或錫橫截面積較小以集結電流且增大電流密度。在一例示性實施例(圖7A)中，反應單元腔室及儲集器中之至少一者可包含一個薄片之沙漏形狀或雙曲面，其中熔融金屬含量為約最小橫截面積之含量。此區域可包含耐火材料或包含具有諸如碳之耐火材料、諸如W、Ta或Re之耐火金屬或諸如BN、SiC或石英之陶瓷的襯裡5b31a。在一例示性實施例中，反應單元腔室可包含諸如347 SS (諸如4130合金SS)之不鏽鋼且襯裡可包含W或BN。在一實施例中，反應單元腔室包含至少一個諸如以電極之間的軸線為中心之環圈的電漿約束結構以約束環內部電漿。該等環可進行以下中之至少一者：與熔融金屬及反應單元腔室之壁短接及藉由至少一個電絕緣支撐件電隔離。
反應單元或腔室組態在一實施例中，反應單元腔室可包含諸如包含能夠具有真空或高壓之不鏽鋼管容器5b3之管反應器的管反應器(圖7B-C)。容器內部之壓力及反應混合物可藉由使氣體流過氣體入口710且經由真空管線711抽空氣體來控制。反應單元腔室5b31可包含襯裡5b31a，該襯裡諸如為耐火襯裡，諸如陶瓷襯裡，諸如包含BN、石英、熱解碳或SiC之襯裡，該襯裡可使反應單元腔室5b31與容器5b3壁電隔離，且可進一步防止鎵或錫合金形成。可替代地，諸如W、Ta或Re之耐火金屬襯裡可減少鎵或錫合金形成。EM匯流條5k2可包含導電且抗拒鎵或錫合金形成之材料、塗層或包層。例示性材料為Ta、Re、Mo、W及Ir。每一匯流條5k2可藉由諸如接頭套管之熔接件或扣件緊扣至EM泵管，該熔接件或扣件可包含有包含陶瓷或諸如Ta、Re、Mo、W及Ir中之至少一者之鎵或錫合金抗性金屬的塗層。
在一實施例中，襯裡(例如EM泵襯裡、反應單元襯裡)包含諸如複數種陶瓷或一種陶瓷及一種耐火金屬的複數種材料之混合物。陶瓷可為本發明之陶瓷，諸如BN、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或諸如Ta、W、Re、Ti、Zr或Hf之二硼化物或碳化物的二硼化物或碳化物，諸如ZrB
2、TaC、HfC及WC。耐火金屬可為諸如W、Ta、Re、Ir或Mo之本發明耐火金屬。在管狀單元之例示性實施例(圖7B-C)中，襯裡包含在電漿最強之區域處具有凹陷帶之BN管，其中直徑略大於BN管襯裡直徑之W管區段經固持於BN襯裡之凹陷帶中。在一例示性實施例中，耐火金屬管形狀之反應單元腔室5b31之諸如包含鈮或釩且經諸如氧化鋯-二氧化鈦-氧化釔(ZTY)之陶瓷塗佈以防止氧化之襯裡的襯裡在所需位置處，諸如在電漿因低能量氫反應而最強之位置處包含具有至少一種諸如W嵌體之耐火金屬或陶瓷嵌體的內部BN管。
在一實施例中，諸如儲集器、反應單元腔室、點火饋通件及EM泵管之至少一個SunCell®組件之陶瓷襯裡、塗層或包層可包含以下中之至少一者：金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化釔穩定化之氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯、氮化矽(Si
3N
4)；玻璃陶瓷，諸如Li
2O × Al
2O
3×
nSiO
2系統(LAS系統)、MgO × Al
2O
3×
nSiO
2系統(MAS系統)、ZnO × Al
2O
3×
nSiO
2系統(ZAS系統)。諸如儲集器、反應單元腔室、EM泵管、襯裡、包層或塗層之至少一個SunCell®組件可包含諸如以下中之至少一者之耐火材料：石墨(昇華點=3642℃)；耐火金屬，諸如鎢(M.P.=3422℃)或鉭(M.P.=3020℃)；鈮、鈮合金、釩、陶瓷、超高溫陶瓷；及陶瓷基質複合物，諸如硼化物、碳化物、氮化物及氧化物中之至少一者，諸如早期過渡金屬之硼化物、碳化物、氮化物及氧化物，諸如硼化鉿(HfB
2)、二硼化鋯(ZrB
2)、氮化鉿(HfN)、氮化鋯(ZrN)、碳化鈦(TiC)、氮化鈦(TiN)、二氧化釷(ThO
2)、硼化鈮(NbB
2)及碳化鉭(TaC)及其相關聯複合物。具有所需高熔點之例示性陶瓷為氧化鎂(MgO) (M.P.=2852℃)、氧化鋯(ZrO) (M.P.=2715℃)、氮化硼(BN) (M.P.=2973℃)、二氧化鋯(ZrO
2) (M.P.=2715℃)、硼化鉿(HfB
2) (M.P.=3380℃)、碳化鉿(HfC) (M.P.=3900℃)、Ta
4HfC
5(M.P.=4000℃)、Ta
4HfC
5TaX
4HfCX
5(4215℃)、氮化鉿(HfN) (M.P.=3385℃)、二硼化鋯(ZrB
2) (M.P.=3246℃)、碳化鋯(ZrC) (M.P.=3400℃)、氮化鋯(ZrN)(M.P.=2950℃)、硼化鈦(TiB
2)(M.P.=3225℃)、碳化鈦(TiC) (M.P.=3100℃)、氮化鈦(TiN) (M.P.=2950℃)、碳化矽(SiC) (M.P.=2820℃)、硼化鉭(TaB
2) (M.P.=3040℃)、碳化鉭(TaC) (M.P.=3800℃)、氮化鉭(TaN) (M.P.=2700℃)、碳化鈮(NbC) (M.P.=3490℃)、氮化鈮(NbN) (M.P.=2573℃)、碳化釩(VC) (M.P.=2810℃)及氮化釩(VN) (M.P.=2050℃)；及渦輪葉片材料，諸如來自以下之群之一或多種渦輪葉片材料：超合金、包含鉻、鈷及錸之鎳基超合金、包含陶瓷基質複合物之超合金、U-500、Rene 77、Rene N5、Rene N6、PWA 1484、CMSX-4、CMSX-10、英高鎳、IN-738、GTD-111、EPM-102及PWA 1497。諸如MgO及ZrO之陶瓷可對與H
2反應具有抗性。
在一實施例中，每一儲集器5c、反應單元腔室5b31及EM泵管5k6內部中之至少一者經陶瓷塗佈或包含諸如以下中之一者之陶瓷襯裡：BN、石英、碳、熱解碳、碳化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氧化釔、氧化鉿、氧化鋯或諸如TiO
2-Yr
2O
3-Al
2O
3之混合物或本發明之另一陶瓷襯裡。例示性碳塗層包含Aremco Products Graphitic Bond 551RN且例示性氧化鋁塗層包含Cotronics Resbond 989。在一實施例中，襯裡包含至少兩個同心蛤殼，諸如兩個BN蛤殼襯裡。蛤殼之豎直接縫(平行於儲集器)可按相對旋轉角度偏移或交錯以避免自反應單元腔室內部之電漿或熔融金屬至反應單元腔室壁的直接電路徑。在一例示性實施例中，偏移在豎直縫隙處係90°，其中蛤殼之兩個區段准許襯裡熱膨脹而不破裂，且重疊內襯及外襯阻擋電漿免於因同心蛤殼襯裡之接縫集之相對偏移而與反應腔室壁電短接。另一例示性實施例包含諸如BN蛤殼內襯及碳或陶瓷管外襯之蛤殼內襯及完整外襯。在複數個同心襯裡之另一實施例中，至少內襯包含豎直堆疊區段。在外襯亦包含豎直堆疊區段之情況下，內襯之水平接縫可由外襯覆蓋，其中內襯之接縫與外襯之接縫處於不同豎直高度。所引起之接縫偏移防止了反應單元腔室內部之熔融金屬及電漿中之至少一者與反應單元腔室壁之間的電短路。
襯裡包含能夠進行高溫操作且具有良好熱衝擊抗性之電絕緣器。亦需要作為提供熱絕緣之能力之機械加工性及對低能量氫反應物與熔融金屬之反應性之抗性。例示性襯裡材料為BN、AlN、賽隆陶瓷及沙帕爾陶瓷中之至少一者。氮化矽(Si
3N
4)、碳化矽、賽隆陶瓷、富鋁紅柱石及馬克爾陶瓷可在BN內襯圓周提供熱絕緣體。襯裡可包含諸如多孔賽隆陶瓷之多孔類型之襯裡材料。另外的例示性襯裡包含具有Ta或W嵌體之SiC-碳玻璃化石墨或BN內襯中之至少一者以保護其免受低能量氫電漿、熱解塗佈碳、SiC-C複合物、氮化矽鍵結之碳化矽、氧化釔穩定之氧化鋯、具有Ta或W嵌體之SiC的影響。襯裡可進行水平地及豎直地分段中之至少一者以減少熱衝擊。諸如反應單元腔室5b31及儲集器5c中之至少一者的經加襯組件的溫度可以避免諸如SiC襯裡之襯裡的襯裡熱衝擊(例如，藉由電漿加熱產生之衝擊太快而不能在襯裡中產生熱梯度及基於差膨脹之應力，從而導致故障)的速率逐漸升高。溫度逐漸升高速率可在約1℃/分鐘至200℃/秒範圍內。分段式區段可藉由諸如搭接件或舌片及凹槽之並列區段上之結構零件而互鎖。在一實施例中，各自包含電絕緣器之區段之互鎖防止電漿與反應單元腔室壁5b31電短接。在另一實施例中，襯裡可包含諸如多孔SiC、MgO、耐火磚、ZrO
2、HfO
2及Al
2O
3之多孔陶瓷以避免熱衝擊。襯裡可包含複數種同心襯裡材料或同心襯裡材料堆疊，其以組合形式為襯裡提供所需性質。最內層可具有在高溫下之化學鈍性、高熱衝擊抗性及高溫可操作能力。外層可在其操作溫度下提供電絕緣及熱絕緣及對反應性之抗性。在一例示性實施例中，石英係在低於約700℃下操作以避免與鎵或錫反應成氧化鎵或氧化錫。待測試之例示性同心襯裡堆疊自內部至外部為：BN-SiC-Si3N4，其中石英、SiC、經SiC塗佈石墨或SiC-C複合物可置換Si3N4，且AlN、賽隆陶瓷或沙帕爾陶瓷可置換BN或SiC。
在一實施例中，襯裡可包含在反應單元腔室5b31圓周之殼體。殼體之壁可包含本發明之陶瓷或經塗佈或經包覆金屬。殼體可經熱穩定熱絕緣器填充。在一例示性實施例中，殼體包含雙壁BN管襯裡，該襯裡包含在兩個管之間具有間隙且在間隙之頂部及底部處具有BN端板密封件以形成空腔之BN內管及BN外管，其中空腔可經矽膠或諸如石英內管之其他能夠具有高溫之熱絕緣器填充。
在包含複數個同心襯裡之實施例中，至少一個同心外襯可進行以下中之至少一者：(i)充當散熱器及(ii)自並列內襯移除熱量。外襯可包含諸如BN或SiC之具有高熱傳遞係數之材料。在一例示性實施例中，最內襯可包含可經分段之BN，且對應的外襯可包含SiC，該SiC可經分段及堆疊以使得最內襯及外襯區段之接縫偏移或交錯。
在一實施例中，由於將儲集器鎵或錫與電極8之間的總壓增大至無法形成電漿之點的鎵或錫沸騰，因此反應單元腔室電漿可與反應單元腔室壁短接而非與儲集器鎵或錫表面連接。經由反應腔室壁之低壓大宗氣體，點火電壓可隨壓力增大而增大直至電阻較低為止。在一實施例中，鎵或錫氣化可藉由在恆定點火電流下之點火電壓升高來感測到。控制器可降低點火功率、改變氣體壓力、降低複合器電漿功率，或響應於電壓升高而增加EM泵送及鎵或錫混合以減少氣化。在另一實施例中，控制器可進行以下中之至少一者：間歇性地施加點火電流以抑制鎵或錫沸騰，其中可在點火關閉之情況下在工作循環之一部分期間持續低能量氫反應電漿，及使氬氣自一個源流入反應單元腔室中以藉由增大壓力來抑制鎵或錫沸騰，同時避免H原子濃度降低。在諸如圖9A-B中所示之實施例的實施例中，EM泵5kk包含複數個載物台或泵以增加熔融金屬攪動，從而防止形成可沸騰之局部熱點。在圖9C中所示之實施例中，SunCell®可包含複數個EM泵總成5kk以及複數個熔融金屬注入器5k61，各自具有對應對立電極8。在一實施例中，EM泵可經由複數個注入電極5k61將熔融鎵或錫注入至至少一個對立電極8。複數個電極對可增大電流，同時降低電漿電阻以增加低能量氫反應功率及增益。歸因於來自過量局部鎵或錫表面加熱之鎵或錫沸騰的高壓亦可降低。在圖9A-C中所示之進一步包含複數個EM泵注入器5k61及對立電極8之實施例中，每一EM泵注入器電極及對立電極可包含獨立受控之對應EM泵動力供應器及點火動力供應器。在一實施例中，複數個電極對包含耐火金屬板電極，該耐火金屬板電極諸如為W板電極，諸如用於圓柱形反應單元腔室之W圓盤，該圓柱形反應單元腔室具有多個注入器或多個注入器噴嘴/個注入器泵管以在於板上之複數個經分離之接觸位置處注入熔融金屬，其中接觸位置充當對應的複數個經分離之電極。
在一實施例中，饋通件10a1可包含經能夠結合金屬且在諸如300℃至2000℃之高溫下操作之灌封化合物或黏著劑灌封的電極匯流條10。例示性灌封黏著劑為Cotronics Resbond 907GF、Cotronics Resbond 940HT、Cotronics Resbond 940LE、Cotronics Resbond 940HE、Cotronics Resbond 940SS、Cotronics Resbond 903 HP、Cotronics Resbond 908或Cotronics Resbond 904氧化鋯黏著劑、包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層及呈諸如RK454形式之Durabond。在一實施例中，饋通件10a1、電極匯流條10及電極8之導體可包含相同的諸如鎢或鉭之導體。饋通件10a1可包含藉由諸如本發明之高溫硬焊件的高溫硬焊件硬焊至中心導體及殼體的陶瓷隔離器，其中殼體藉由諸如黏著劑或熔接件之構件緊扣至凸緣板409a (圖7A-7C及圖7F-7H)。硬焊件可具有諸如大於600℃之高熔點。例示性硬焊件為Cu(72)-Ag(28)合金、銅、ABA、金ABA、PdNiAu合金(AMS 4785 M.P. = 1135℃)或Paloro或類似硬焊件，諸如在以下鏈接處之硬焊件：https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious-brazing-filler-metals/。在另一實施例中，饋通件10a1、電極匯流條10及電極8之導體中之至少一者可包含不同的諸如銅及W導體之導體，其中此等組件之間的連接件可包含螺紋、熔接件及硬焊件中之至少一者。銅與W之間的例示性硬焊件為銀焊料。
真空管線711可包含一個區段，該區段含有諸如金屬毛絨，諸如SS毛絨之材料或具有較大表面積之諸如包含氧化鋁、矽酸鹽、氧化鋯、氧化鎂及氧化鉿中之至少一者之陶瓷纖維的陶瓷纖維；但真空管線對於氣體而言仍為高度可擴散的。冷凝材料可冷凝鎵或錫及氧化鎵或氧化錫，該鎵或錫及氧化鎵或氧化錫可回流回至反應單元腔室中，同時允許藉由抽空移除諸如H
2、O
2、氬氣及H
2O之氣體。真空管線711可包含用於增強鎵或錫及鎵產物或錫產物回流至反應單元腔室5b31中之豎直區段。在一實施例中，諸如至少一種其他金屬、元素、化合物或材料之鎵或錫添加劑可經添加至鎵或錫中以防止沸騰。鎵或錫添加劑可包含銀，銀可進一步在反應單元腔室5b31中形成奈米粒子以減小電漿電阻且增大低能量氫功率增益。
在實驗上，低能量氫反應功率在包含較小直徑反應單元腔室之SunCell®之情況下因電漿電流密度增大、電漿密度增大及對應的電漿加熱效應增強而增加。在輝光放電複合器創新之情況下，電漿濃度並非必需的，此係因為放電電漿產生高溫效應，該效應包括製備一定量之初生水，該初生水可經表徵為具有足以防止氫鍵形成之內部能量的水。在包含諸如輝光放電複合器之電漿複合器之實施例中，藉由將襯裡與低能量氫電漿隔絕來避免對諸如BN襯裡之襯裡的損壞。為了達成隔絕，襯裡可包含相較於產生類似動力之SunCell而言更大的直徑。在一實施例中，諸如BN襯裡之襯裡接觸反應單元腔室壁以改善到達外部水浴之熱傳遞，從而防止BN破裂。在一實施例中，襯裡可經分段且在諸如熔融金屬表面與對立電極8之間的區之最強電漿區中包含複數種諸如BN之材料，且在其他區中進一步包含具有至少一種不同的諸如SiC之陶瓷的區段。此外，諸如BN之某些襯裡可向諸如低能量氫之反應產物提供經提高之鈍性以獲得更高效的電力產生。
諸如BN襯裡之最內襯之至少一個區段可包含諸如0.1 mm至10 cm厚之所需厚度以將熱量至少自諸如鎵或錫之熔融金屬徑向地傳遞至諸如水冷卻劑之外部散熱器。在一實施例中，諸如BN襯裡之襯裡可與儲集器壁及反應腔室壁中之至少一者進行良好熱接觸。可選擇內襯之直徑以自反應單元腔室之中心充分地將其移除，從而將電漿損壞減少至所需程度。直徑可在0.5 cm至100 cm範圍內。襯裡可為於電漿最強之區域中之諸如W嵌體之耐火金屬嵌體。在一例示性實施例中，8 cm直徑之BN襯裡與圓周反應單元腔室及儲集器壁接觸，其中經浸沒於熔融金屬中之襯裡部分包含穿孔以准許熔融金屬接觸儲集器壁，從而增加到達儲集器壁及諸如水或空氣冷卻劑之外部冷卻劑的熱傳遞。在另一例示性實施例中，內部對端堆疊之BN分段式襯裡包含於熔融金屬層下方之穿孔，且同心外襯包含具有在底部中經切割之凹口的單件SiC圓柱體以允許徑向熔融金屬流動及熱傳遞。
在一實施例中，內襯或外襯中之至少一者包含諸如W或Ta之耐火金屬，且另一者包含諸如陶瓷，諸如BN之電絕緣器，其中耐火金屬襯裡可藉由熱傳導及散熱中之至少一者耗散局部熱點。除了藉由將熱傳遞遠離最內襯表面來移除曝露於低能量氫反應電漿之最內襯上之熱應力以外，在諸如Cr-Mo SS相對於304 SS或BN相對於賽隆陶瓷之具有高熱傳遞係數之襯裡及反應單元腔室材料中低能量氫穿透率可較高，此可藉由減少低能量氫產物抑制來增大低能量氫反應速率。包含同心襯裡及反應單元腔室壁組件以便於低能量氫產物滲透及熱傳遞至諸如水浴之外部冷卻劑的例示性SunCell®實施例包含BN最內襯、對應SiC外襯及同心Cr-Mo SS反應單元腔室壁，其中同心組件之間有良好熱接觸。在其中需要將熱量保留在反應單元腔室，諸如包含熱交換器，諸如熔融鎵或錫與空氣熱交換器之反應單元腔室中的實施例中，反應單元腔室可包含諸如石英同心熱絕緣外襯之額外的同心熱絕緣外襯，且可進一步包含諸如包含底部石英襯裡之熱絕緣底座的熱絕緣底座。
在一實施例中，襯裡可包含對與鎵或錫形成合金具有抗性之諸如W、Ta、Mo或Nb中之至少一者的耐火金屬。金屬襯裡可與單元壁接觸以增加到達諸如水之外部冷卻劑之熱傳遞。在一實施例中，自電極8之圓周邊緣至反應單元腔室5b31壁之水平距離大於儲集器中之熔融金屬與電極8之間的豎直距離，其中反應單元腔室及儲集器中之至少一者可視情況包含襯裡。在一例示性實施例中，在直徑在約6吋至8吋範圍內之反應單元腔室中，中心W電極8具有約1吋至1.5吋之直徑，其中W、Ta、Mo或Nb襯裡與反應單元腔室壁接觸。具有足以避免在壁與電極8之間形成放電之直徑的反應單元腔室可不包含用於改善跨越壁之熱傳遞及通過壁之低能量氫擴散中之至少一者的襯裡以避免低能量氫產物抑制。在諸如圖9A-B中所示之實施例的實施例中，儲集器及反應單元腔室壁之一部分中之至少一者可經對鎵或錫合金形成具有抗性之諸如金屬，諸如Nb、Mo、Ta或W之材料置換。與諸如反應單元腔室5b31壁及儲集器壁之剩餘部分的單元之其他組件之接合部911可用熔接件、硬焊件或諸如膠之黏著劑結合。該結合可在與置換區段重疊之唇緣處進行。
在一實施例中，最內襯可包含諸如包含W或Ta之耐火材料的耐火材料及熔融金屬冷卻系統中之至少一者。熔融金屬冷卻系統可包含EM泵噴嘴，該噴嘴將諸如鎵或錫之所注入熔融金屬之至少一部分導引至襯裡上以冷卻該熔融金屬。熔融金屬冷卻系統可包含複數個噴嘴，該複數個噴嘴將熔融金屬注入至對立電極且進一步將熔融金屬注入至襯裡之壁上以冷卻該熔融金屬。在一例示性實施例中，熔融金屬冷卻系統包含：注入器噴嘴，其位於諸如儲集器中心或接近儲集器中心之儲集器中心區域中，該噴嘴可經浸沒於儲集器中所含之熔融金屬中；及襯裡內部之環圈注入器，其包含一系列孔隙或噴嘴以將環形噴霧注入至襯裡之內表面上。中心注入器及環圈注入器可由同一EM泵或獨立EM泵供應。諸如BN或SiC襯裡之襯裡可具有高熱傳遞係數。襯裡可與可經冷卻以冷卻襯裡之反應單元腔室壁5b31緊密接觸。在例示性實施例中，反應單元腔室壁5b31可經水或空氣冷卻。
在一實施例中，諸如石英襯裡之襯裡係經諸如鎵或錫之熔融金屬冷卻。在一實施例中，SunCell®包含多噴嘴熔融金屬注入器或多熔融金屬注入器以藉由攪動反應物及在熔融金屬表面上分配反應物來擴散由低能量氫反應釋放之熱量。多個噴嘴可分配反應動力以避免熔融金屬之局部過度氣化。
在一實施例中，Ta、Re或W襯裡可包含：包含壁之Ta、Re或W容器，諸如Ta、Re或W圓柱形管；熔接Ta、Re或W底板；及至少一個緊扣穿透組件，諸如以下中之至少一者：熔接Ta、Re或W EM泵管入口及注入器出口、點火匯流條及熱電偶套管。在另一實施例中，容器可包含諸如SiC、BN、石英之陶瓷或本發明之另一陶瓷，其中容器可包含過渡至穿透組件之至少一個凸台，其中扣件可包含諸如包含石墨墊片或本發明之另一墊片或諸如陶瓷與金屬膠，諸如本發明之Resbond或Durabond之膠之加墊片接頭的加墊片接頭。容器可具有開放頂部。容器可容納於諸如不鏽鋼外殼之金屬外殼中。諸如點火匯流條之穿透件可藉由諸如接頭套管或殼體，諸如由凸緣及墊片形成之接頭套管或殼體之密封件來真空密封至不鏽鋼外殼。外殼可在頂部處經密封。密封件可包含Conflat凸緣409e及底板409a (圖7A-C)。凸緣可經螺栓密封，該等螺栓可包含彈簧裝載型螺栓、圓盤彈簧墊圈或鎖定墊圈。容器襯裡可進一步包含諸如陶瓷襯裡，諸如至少一個同心BN或石英襯裡之內襯。包含Re之本發明之組件可包含經Re塗佈之其他金屬。
在一實施例中，襯墊5b31a可覆蓋反應單元腔室5b31及儲集器5c之所有壁。反應氣體供應管線710及真空管線711中之至少一者可經安裝於頂部凸緣409a (圖7B-C)上。真空管線可豎直地安裝以進一步充當金屬蒸氣或需要回流之另一冷凝液的冷凝器及回流器。真空管線可進一步包含用於自反應單元腔室移除來自氣體之粒子的靜電沈降器，其中所捕集之粒子可藉由重力或諸如螺鑽或熟習此項技術者已知之其他輸送器之輸送構件返回至反應單元腔室。SunCell®可包含諸如於真空管線上之捕集器的捕集器。例示性捕集器可包含至少一個於真空管線上之彎管以冷凝及回流氣化鎵或錫。捕集器可經諸如水之冷卻劑冷卻。襯裡可包含諸如底板、頂板或凸緣板及管本體區段或複數個堆疊本體區段之組件。該等組件可包含碳或諸如BN、石英、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉿之陶瓷或本發明之另一陶瓷。該等組件可膠合在一起或與加墊片接頭接合。在一例示性實施例中，該等組件包含膠合在一起之石英。可替代地，該等組件包含有包含石墨墊片接頭之BN。
在一實施例中，諸如鎵或錫之熔融金屬之溫度可藉由諸如高溫熱電偶之熱電偶來監測，該熱電偶可進一步對與諸如鎵或錫之熔融金屬形成合金具有抗性。熱電偶可包含W、Re或Ta或可包含諸如W、Re、Ta或陶瓷鞘之保護鞘。在一實施例中，底板可包含用於熱電偶之熱電偶套管，該熱電偶套管突起至熔融金屬中且保護熱電偶，其中熱傳遞糊狀物可用於在熱電偶與套管之間進行良好熱接觸。在一例示性實施例中，Ta、Re或W熱電偶或Ta、Re或W管熱套管係藉由接頭套管連接至儲集器之底板。可替代地，熱電偶可經插入EM泵管、入口側中。
管反應器(圖7A-C)之頂部可包含底座電極8，該底座電極具有覆蓋有電絕緣鞘5c2之饋通件及匯流條10，其中饋通件經安裝於底板409a中，該底板藉由凸緣409e連接至容器5b3。容器之底部可包含具有至少一個用於監測熔融金屬溫度之熱電偶埠712的熔融金屬儲集器5c及諸如具有噴嘴5q之EM泵注入器電極5k61的注入器電極。EM泵5kk之入口可經入口篩網5qa1覆蓋。EM泵管5k6可經分段或包含藉由諸如熔接之方式緊扣在一起之複數個區段，其中經分段之EM泵管包含以下材料或經以下材料加襯、塗佈或包覆：其對鎵或錫合金形成或氧化具有抗性，諸如Ta、W、Re、Ir、Mo或陶瓷。在一實施例中，到達頂部電極8之饋通件可經冷卻，諸如經水冷卻。點火電極水冷卻系統(圖9A-B)可包含入口909及出口水910冷卻管線。在另一實施例中，底板409a可包含用於自反應單元腔室5b31進一步移動饋通件之支座以便在操作期間使該饋通件冷卻。
在一實施例中，襯裡可包含在區段之間具有楔形之較薄上部區段及較厚下部區段，以使得襯裡在一或多個諸如容納上部電極8之區域的區域處具有相對較大之橫截面積且在鎵或錫層處具有較小橫截面積以增大鎵或錫表面處之電流密度。頂部區段相對於底部區段處之橫截面積之相對比率可在1.01倍至100倍範圍內。
在一實施例中，SunCell®可藉由諸如以下之介質冷卻：氣體，諸如空氣；或液體，諸如水。SunCell®可包含可將熱量(例如反應單元腔室之熱量)傳遞至諸如空氣之氣體或諸如水之液體的熱交換器。在一實施例中，熱交換器包含容納SunCell®或其諸如反應單元腔室5b31之熱部分的諸如管之封閉容器。熱交換器可進一步包含使水流過管之泵。可對該流加壓以使得可抑制蒸汽產生以增大熱傳遞速率。所得過熱水可流入蒸汽產生器中以形成蒸汽，且蒸汽可給蒸汽渦輪機提供動力。或，蒸汽可用於加熱。
在經空氣冷卻之熱交換器之實施例中，SunCell®熱交換器可包含於熱外表面上之高表面積散熱片及用於使空氣在散熱片上方流動以自SunCell®移除熱量，從而用於加熱及發電應用之鼓風機或壓縮機。在另一經空氣冷卻之熱交換器實施例中，藉由諸如5ka之EM泵且經由熱交換器在儲集器5c外部泵送諸如鎵或錫之熔融金屬且接著將其泵送回至於閉合迴路中之儲集器5c。
在其中跨越反應單元腔室壁之熱傳遞係至少部分地藉由傳導機制進行之實施例中，跨越壁至諸如空氣或水之冷卻劑之熱傳遞係藉由以下中之至少一者增加：增大壁面積、減小壁厚度及選擇包含諸如鎳或不鏽鋼，諸如具有比諸如316不鏽鋼之替代物高之導熱率之鉻鉬鋼之材料的反應單元腔室壁。
在一實施例(圖7A-D)中，熱交換器可包含SunCell®儲集器5c、EM泵總成5kk及EM泵管5k6，其中在其入口與包含EM泵管匯流條5k2之區段之間的EM泵管區段經延長以在諸如水浴、熔融金屬浴或熔融鹽浴之冷卻劑浴中達成至少一個迴路或線圈導管的所需面積。可自至少一個供應歧管饋送多個迴路或線圈，且可藉由至少一個收集器歧管收集熔融金屬流以返回至EM泵。迴路或線圈導管及歧管可包含對與諸如鎵或錫之熔融金屬形成合金具有抗性之材料且具有高熱傳遞係數。例示性導管材料為Cr-Mo SS、鉭、鈮、鉬及鎢。可對導管進行塗佈或噴漆以防止腐蝕。在一例示性實施例中，EM泵管及熱交換器導管包含經CrN塗佈之Ta、諸如富鋁紅柱石或ZTY之陶瓷或防止水腐蝕之諸如VHT Flameproof
TM之漆料，且EM泵匯流條5k2包含Ta。在另一例示性實施例中，EM泵管及熱交換器導管包含經CrN塗佈之Nb、諸如富鋁紅柱石或ZTY之陶瓷或防止水腐蝕之諸如VHT Flameproof
TM之漆料，且EM泵匯流條5k2包含Nb。
在一實施例中，SunCell®包含至少一種諸如反應單元腔室及儲集器之組件，該組件包含具有高熱傳遞係數、足夠薄之壁及足夠大之面積的諸如4130 CrMo SS、Nb、Ta、W或Mo之壁金屬以向諸如水浴之熱壑提供充足熱損失，從而在產生所需量之電力期間維持所需熔融金屬溫度。外部熱交換器可能並非必需的。壁厚度可在約0.05 mm至5 mm範圍內。壁面積及厚度可使用浴及所需熔融金屬溫度作為熱梯度自傳導熱傳遞等式計算。SunCell®之外表面可經諸如VHT Flameproof
TM之漆料、諸如富鋁紅柱石之陶瓷或諸如SS、Ni或鉻之經電鍍耐腐蝕金屬塗佈以防止諸如水浴之水的熱壑之冷卻劑的腐蝕。
在一實施例中，噴嘴5q可經複數個噴嘴置換，或噴嘴可具有複數個諸如簇射頭之開口的開口以朝向對立電極自多個孔口分散所注入鎵或錫。該等組態可便於在較高熔融金屬注入速率下形成電漿，該等較高熔融金屬注入速率諸如為在與包含EM泵管及其入口及注入出口之EM泵注入系統串聯之熱交換器的單個迴路導管中維持高流動速率所需的熔融金屬注入速率。
熱交換器在圖9D-E中所示之實施例中，SunCell 812在冷卻劑儲集器中經冷卻，該冷卻劑儲集器可經封閉以包含具有上部可移除區段33a及具備電饋通件37及穿透件38之下部區段33b的壓力容器。饋通件可包含諸如Solid Sealing Technology公司編號FA10775之陶瓷饋通件、諸如鐵氟龍(Teflon)饋通件之熱塑性饋通件或諸如經Coltronics灌封化合物罐封之環氧樹脂鍋爐饋通件的經罐封環氧樹脂鍋爐饋通件，該Coltronics灌封化合物諸如為Resbond，諸如940SS。冷卻劑可包含水。容器可包含鍋爐。鍋爐之諸如頂部之至少一個壁可包含冷卻劑出口34及閥。諸如膜片或蝶形閥之閥可控制蒸汽流動速率及鍋爐壓力中之至少一者。鍋爐可進一步包含水補給管線35及對應的補給水泵。在一實施例中，鍋爐進一步包含用於點火之電連接件37之壓力容器饋通件、EM泵、電漿放電單元900電流及諸如溫度、氣體流量、氣體壓力及功率感測器之感測器以及用於真空管線及反應物氣體管線之穿透件38。SunCell之功率可藉由控制點火電流、氫氣流動速率、氧氣流動速率、水蒸氣流動速率、EM泵送速率、反應單元腔室壓力、反應單元腔室溫度以及諸如電壓、電流及波形之電漿單元900參數中之至少一者來加以控制。可控制SunCell之功率以控制蒸汽流動速率及鍋爐壓力中之至少一者。SunCell可包含至少一個內部電阻性加熱器及外部電阻性加熱器以使熔融金屬熔融。加熱器可包含複數個獨立地受控之區域。加熱器可為電阻性加熱器，諸如鎳鉻鐵合金(Nichrome)或鐵鉻鋁元件電阻性加熱器或感應耦合加熱器。加熱器可由SunCell、電容器組及電池中之一或多者提供動力。在一例示性實施例中，SunCell®包含可逆地降低至SunCell上以使熔融金屬熔融且隨後移除之窯爐加熱器。窯爐可包含在窯爐底部處之薄片金屬面板以容納及支撐用於窯爐底部之熱絕緣體。面板可易於移除。在一例示性實施例中，面板係藉由磁體附接至窯爐之薄片金屬殼體。
在圖9F中所示之鍋爐及加熱空氣動力系統實施例中，SunCell 812容納於鍋爐壓力容器33中，該鍋爐壓力容器包含絕緣護套923、第一蒸汽出口34、再循環蒸汽出口925、蒸汽返回件926、蒸汽及熱水與空氣熱交換器927及水返回泵。蒸汽可自鍋爐33流動，通過管線925，到達熱交換器927，且返回通過返回管線926，到達鍋爐33作為冷卻器蒸汽或熱水中之至少一者。鍋爐蒸汽及熱水熱力中之至少一些可藉由熱交換器927傳遞至諸如空氣之氣態冷卻劑。SunCell 812可在腔室916中包含內部窗口5ab4及PV轉換器26a以將自反應單元腔室5b31中之低能量氫電漿發射之光轉換成電。電可給操作SunCell所需之至少一個附加裝載裝置提供動力。裝載裝置可包含EM泵動力供應器、點火動力供應器、真空泵動力供應器、補給水泵動力供應器、蒸汽再循環泵動力供應器及輝光放電動力供應器。DC電可自PV轉換器流動，通過動力纜線924，到達動力調節器及供應器2，該供應器可供應附加裝載裝置中之至少一者。在一例示性實施例中，裝載裝置及動力供應器為DC。真空泵519、補給水泵及蒸汽再循環泵可各自包含DC馬達。
SunCell動力系統可包含啟動烘箱，該啟動烘箱包含至少一個加熱元件及絕緣體，該至少一個加熱元件及絕緣體可至少部分地容納SunCell且對其進行加熱以進行以下中之至少一者：(i)使熔融金屬熔融及(ii)加熱諸如PV窗口、反應單元腔室、儲集器、EM泵管及EM泵注入器之SunCell組件以防止熔融金屬固化。啟動烘箱可包含外部電源、溫度感測器及用於控制烘箱溫度之控制器。鍋爐可包含諸如啟動烘箱之加熱器。諸如33a及33b中之至少一者的鍋爐之壁包含諸如一或多個鎳鉻鐵合金或鐵鉻鋁電阻性加熱器元件之加熱元件及諸如可諸如在諸如不鏽鋼殼體之殼體中經氣密密封之能夠具有高溫之絕緣體的熱絕緣體。殼體可包含鍋爐雙壁。作為烘箱運行之鍋爐可在SunCell啟動期間使SunCell中之熔融金屬熔融。為了增大SunCell之內部組件之加熱速率，SunCell可經諸如氦氣或氫氣之具有高熱傳遞能力之氣體填充，且/或SunCell之外表面可經諸如黑色陶瓷漆料，諸如防火漆料之具有高發射率之塗層塗佈。當SunCell達到所需溫度及功率中之至少一者時，加熱器及烘箱功率可中止，且鍋爐藉由水補給管線35及對應水泵填滿水以作為鍋爐運行。在一實施例中，鍋爐進一步包含熱交換器，該熱交換器諸如為冷卻塔及諸如輻射器之強制空氣交換器中之至少一者。鍋爐及外部熱交換器可用於進行以下中之至少一者：冷卻SunCell、冷卻PV轉換器、向裝載裝置提供蒸汽及向裝載裝置提供經加熱空氣。在一實施例中，諸如電磁泵磁體5k4或電磁泵總成5kk之至少一個SunCell組件可穿透諸如底壁之烘箱/鍋爐壁，且可進行以下中之至少一者：在外部經加熱及冷卻至烘箱/鍋爐。
在一實施例中，諸如在150℃至2000℃範圍內之溫度的高反應單元腔室5b31壁溫度增大低能量氫穿透率，發現低能量氫穿透率對於藉由減少產物抑制來增大低能量氫反應速率至關重要。壁溫度可例如藉由改變(例如增大或減小)反應速率，利用裝置中之熱絕緣及/或冷卻來加以調節以在操作期間適當傳遞熱來維持所需溫度。類似地，諸如在150℃至3000℃範圍內之溫度的高反應單元腔室5b31溫度亦可增大低能量氫反應速率。在一實施例中，諸如圖8A-8L中所示之SunCell的SunCell部分浸沒於諸如水之冷卻劑中以經由自諸如儲集器5c及EM泵管5k6之SunCell浸沒部分之增強型熱傳遞提供選擇性冷卻。可使儲集器5c任意地長，具有對應的任意錫庫存以充當冷卻路徑。諸如圖9D-9F中所示之鍋爐可經加熱器線圈或包裹有熱膠帶之單元加襯。在一實施例中，無水鍋爐容器33可充當烘箱以使熔融金屬熔融，從而准許啟動SunCell，隨後鍋爐槽33可部分地經冷卻劑填充以維持高反應單元腔室及壁溫度，而經由長度可延長以提供新增表面積來用於自內部熔融金屬至冷卻劑之熱傳遞的儲集器及EM泵管進行冷卻。
在一實施例中，為了減少產物抑制，低能量氫反應可暫停以准許藉由至少一個諸如穿透及真空泵送之機制自反應單元腔室5b31移除低能量氫反應產物之時間。低能量氫反應可藉由至少一種用於控制低能量氫反應速率之方法暫停，該方法諸如為以下中之至少一者：暫停點火功率、EM泵送及至少一種反應物之流動，及添加惰性氣體，以及本發明之另一方式。
在包含雙重熔融金屬注入器之SunCell之另一實施例中，點火動力供應器可提供電阻性加熱以啟動SunCell。諸如藉由斷電器913與中斷儲集器EM泵總成914a (圖8G)電隔離之外表面或中斷儲集器EM泵總成914a之外表面的SunCell之至少一個外表面可包含至少一個電導線連接件。例示性外表面為反應單元腔室5b31及於斷電器913上方或下方之儲集器5c中之至少一者的外壁。電導線連接件可連接至點火動力供應器電壓端，其中反極性點火動力供應器電壓端可連接至導向儲集器EM泵總成之熔融金屬及儲集器EM泵總成915a中之至少一者的導線。點火功率可自一個導向反極性之另一者之導線流過SunCell以電阻性地加熱SunCell或其包括熔融金屬儲集器及其中之熔融金屬的部分。在所需量之諸如達成熔融金屬熔融之電阻性加熱的電阻性加熱之後，點火功率可於相對熔融金屬注入器之導線之間連接。SunCell可包含電阻/點火開關，該開關藉由連接對應導線在電阻性加熱與點火功率之間切換連接。在另一實施例中，電阻性加熱可由除點火動力供應器以外之動力供應器提供動力。在一例示性實施例中，使用點火電源來使錫熔融且加熱SunCell，接著施加點火功率以啟動低能量氫反應電漿而非施加點火功率。
在本發明之諸如包含鍋爐、空氣熱交換器或熱光伏打轉換器設計之實施例的一般實施例中，SunCell可包含諸如真空護套之可逆絕緣體、壓力計、諸如氫氣或氦氣供應器之氣體供應器、真空泵及氣體壓力控制器，其中控制護套中之氣體壓力以控制絕緣體層級。諸如EM泵管之其他組件可包含陶瓷絕緣體或等效物。在另一實施例中，諸如5ka之EM泵可將熔融金屬泵送至諸如在儲集器5c外部之儲存儲集器的儲存儲集器中。儲存儲集器可包含EM泵且進一步包含控制器、溫度感測器、加熱器及用於給加熱器提供動力之諸如電池或電容器組之加熱器動力供應器。加熱器可使熔融金屬熔融，隨後將熔融金屬泵送或虹吸至儲集器5c中以使SunCell啟動。在一實施例中，熔融金屬可進行以下中之至少一者：經由與EM泵管5k6之連接件泵送至儲存儲集器之中或之外。
在諸如圖9D-E所示之鍋爐實施例的鍋爐實施例中，SunCell可在鍋爐槽中在無水之情況下經歷啟動。加熱器可加熱SunCell，且可隨後在SunCell已達到諸如高於諸如錫、銀、銅或其合金之熔融金屬之熔點之溫度的所需操作溫度之後將水泵送至鍋爐槽中。在一實施例中，SunCell可包含各自處於儲集器5c中之雙重熔融金屬注入器5k61 (圖8F-8L)，其中每一熔融金屬注射器充當點火載流電極，該電極可進一步包含以下中之至少一者：可包含熱絕緣襯裡之斷電器913、斷電器凸緣914、儲集器凸緣915、EM泵管總成5kk、EM泵管5k6、EM匯流條5k2、EM泵磁體5k4及入口升流管5qa。SunCell可進一步包含真空管線711、放電單元900及本體901、諸如穿過電饋通件906a (圖8J-8L)之氣體入口的氣體入口、反應單元腔室5b31、可包含實心板或內部PV窗口凸緣之頂部凸緣26e、PV腔室916、內部PV窗口5ab4、用於內部PV窗口之閥座26e1及外部PV窗口5b4。在一例示性實施例中，輝光放電動力供應器之正導線連接至饋通件-氣體入口906a之氣體管線延伸部，且負導線附接至放電單元凸緣906b或腔室901或反應單元腔室5b31，其中負連接件可藉由連接至諸如與放電單元凸緣906b電接觸之氬氣管線906 (圖8C)的氣體管線而為間接的。放電單元本體901可如圖8G中所示經直接安裝於反應單元腔室5b31上或藉由准許放電單元本體在另一所需方向上，諸如豎直地定向之諸如彎管之連接件經安裝於反應單元腔室5b31上。在包含諸如圖9A中所示之頂部凸緣的頂部凸緣409a之實施例中，放電單元900可在所需位向上，諸如豎直地安裝於頂部凸緣409a上。可在SunCell操作以維持足以使熔融金屬維持呈熔融狀態之溫度之後添加鍋爐水。鍋爐水可冷卻斷電器913、具有饋通件之EM匯流條5k2及EM泵磁體5k4中之至少一者。
至少EM泵管5k6可經熱絕緣以防止內部熔融金屬固化。絕緣體可包含可經氣密密封於諸如SS殼體之殼體中之陶瓷纖維或其他高溫熱絕緣材料，該殼體可藉由諸如J-B熔接件37901、Cotronics Resbond 940SS及Cotronics Resbond 907GF中之至少一者的熔接件及金屬膠中之至少一者接合在一起且接合至EM泵管以提供密封。可替代地，EM泵可經諸如碳之絕緣體包覆。在一例示性實施例中，熱絕緣體可包含兩個具有用於EM泵管之碾磨通道之碳蛤殼，其中區塊可與泵管膠合且與彼此膠合以形成氣密密封件。膠可包含碳膠或諸如Resbond之另一此類基於氧化物之膠以防止泵管之碳化物形成。可替代地，EM泵管5k6之外部可經避免碳化物形成之諸如防火漆料之塗層或本發明之另一塗層塗佈，此准許使用諸如Aremco Products Graphitic Bond 551RN之碳膠。碳絕緣體可至少在外部及在內部經塗佈。諸如防火漆料之塗層或本發明之另一塗層可防止氧化及碳化物形成中之至少一者。在另一實施例中，EM泵管5k6可包含諸如碳、BN、陶瓷或石英熱絕緣襯裡之熱絕緣襯裡。
在一實施例中，EM泵管5k6可包含熱傳遞區塊，該等熱傳遞區塊包含諸如銅之高度導熱材料，該高度導熱材料包覆EM泵以將熱量自EM泵管之一個熱區段散播至較冷區段。熱傳遞區塊可將熱量傳遞至覆蓋EM磁體5k4的EM泵管之區段。
在圖7E-G中所示之例示性熱交換器813實施例中，接觸熔融鎵或錫之組件包含碳，且接觸空氣冷卻劑之組件包含不鏽鋼。導管襯裡801a、歧管或罩帽802、熱交換器入口管線803及熱交換器出口管線804包含碳，且導管801、分配器805、外殼806、外部冷卻劑入口807、外部冷卻劑出口808及隔板809包含不鏽鋼。每一不鏽鋼導管801係在每一末端處熔接至對應分配器805。分配器805經熔接至外殼806以使得空氣冷卻劑僅接觸不鏽鋼。罩帽802、入口803及出口804係在不鏽鋼殼體806a內部，該不鏽鋼殼體具有連接至殼體806a內部之碳熱交換器入口管線803及出口管線804的熔接入口管線803c及熔接出口管線804c，其中連接件包含加墊片凸緣接頭。墊片可包含碳。每一分配器805可包含兩個片件，亦即一個與襯裡801a之末端膠合之包含碳之外部片件805a及一個與殼體806a及外殼806熔接之包含不鏽鋼之內部片件。自鎵或錫循環EM泵810之管線803及到達儲集器5c之返回管線804可包含諸如伸縮管或彈簧裝載型接合部之膨脹接合部。
在圖7E-G中所示之例示性實施例中，接觸熔融鎵或錫之組件包含碳，且接觸空氣冷卻劑之組件包含不鏽鋼。導管襯裡801a、歧管或罩帽802、熱交換器入口管線803及熱交換器出口管線804包含碳，且導管801、分配器805、外殼806、外部冷卻劑入口807、外部冷卻劑出口808及隔板809包含不鏽鋼。每一不鏽鋼導管801係在每一末端處熔接至對應分配器805。分配器805經熔接至外殼806以使得空氣冷卻劑僅接觸不鏽鋼。罩帽802、入口803及出口804係在不鏽鋼殼體806a內部，該不鏽鋼殼體具有連接至殼體806a內部之碳熱交換器入口管線803及出口管線804的熔接入口管線803c及熔接出口管線804c，其中連接件包含加墊片凸緣接頭。墊片可包含碳。每一分配器805可包含兩個片件，亦即一個與襯裡801a之末端膠合之包含碳之外部片件805a及一個與殼體806a及外殼806熔接之包含不鏽鋼之內部片件。自鎵或錫循環EM泵810之管線803及到達儲集器5c之返回管線804可包含諸如伸縮管或彈簧裝載型接合部之膨脹接合部。
在一實施例中，諸如自熱交換器輸出之蒸汽之熱力可用於空氣調節、諸如伺服器及其他裝置之裝載裝置冷卻及藉由將SunCell輸出與吸收急冷器匹配進行之製冷，該吸收急冷器諸如為Trane製造之吸收急冷器(https://www.trane.com/commercial/asia-pacific/ph/en/products-systems/equipment/chillers/absorption-liquid-chillers/single-stage-chillers.html)。
在一實施例中，SunCell可包含直接壁熱交換器。SunCell 812可經置放於整流罩39 (圖9G-H)中以用於外表面上之導引氣流，從而移除熱量。諸如反應單元腔室及儲集器之壁中之至少一者之壁的SunCell之至少一個表面可至少部分地經壁熱傳遞構件覆蓋以增大有效壁表面積，從而增大到達在壁熱傳遞構件上流動或流過壁熱傳遞構件之空氣的熱傳遞速率。熱傳遞構件可包含熱量散播器及熱交換器。例示性熱傳遞構件為鰭片、熱管、蒸氣腔室及諸如包含螺旋空氣通道之通道板的通道板，該等通道板包含諸如鋁或銅丸粒之具有高熱傳遞之高表面積材料。例示性熱管為熔融鹽熱管及可包含諸如合金600或Hayes 230之可相容金屬的鈉、鉀或銫熱管。熱交換器可包含任何位向之熱管且可包含熱輸送系統以准許熱管在所需位置及位向上經定向及佈置。直接壁熱交換器可進一步包含鼓風機或壓縮機42以使空氣流過壁熱傳遞構件。
熱交換器可進一步包含一或多個蒸氣腔室、環形熱虹吸管、散熱器及輸送熱管總成中之至少一者。熱量散播器可包含具有適當幾何形狀之熱傳遞區塊以連接至反應單元腔室及儲集器中之至少一者之壁的表面。散播器可包含諸如銅或鋁材料之具有高熱傳遞係數之材料。由SunCell產生之熱力亦可散播至較大區域以便於藉由增大反應單元腔室及儲集器中之至少一者之幾何面積進行向空氣之傳遞。在一例示性實施例中，跨越反應單元腔室及儲集器壁中之至少一者傳遞之功率密度與外部熱交換器藉由增大SunCell之至少一個尺寸以增大壁表面積來將動力傳遞至空氣的能力匹配。
在圖9G-H中所示之直接熱交換器之實施例中，SunCell 518容納於整流罩39中，且熱交換器包含垂直安裝於諸如具有立方體形或矩形幾何形狀之反應單元腔室5b31的反應單元腔室之外壁上的熱管45。熱管45可在其基底處經安裝於諸如銅或鋁板的冷板44或諸如表面積可大於安裝其之處之壁面積之蒸氣腔室的散熱器44中。散熱器可沿著平行於SunCell之軸線延伸。冷板或散熱器44可包含通道、凹槽或開口區46以用於低能量氫擴散通過反應單元腔室壁，從而自反應單元腔室5b31排放。熱交換器可進一步包含諸如鰭片43之冷卻劑熱傳遞元件以將熱量自熱管45傳遞至諸如空氣或水之流動冷卻劑。在一實施例中，諸如空氣或水之冷卻劑可分別藉由鼓風機或壓縮機42或水泵42流過入口41。冷卻劑流可含於整流罩39中且流出出口40。在一實施例中，熱交換器進一步包含用於供點火之電連接件之整流罩饋通件、EM泵、電漿放電單元900電流及諸如溫度、氣體流量、氣體壓力及功率感測器之感測器以及用於真空管線及反應氣體管線之穿透件。熱交換器可包含鼓風機或水泵之控制器，其中出口冷卻劑溫度係藉由控制冷卻劑流動速率來加以控制。熱管可經選擇以使得其在反應單元腔室壁溫度為諸如在約100℃至3000℃範圍內之溫度的所需溫度時起始熱量輸送。在一例示性實施例中，熱管之工作流體可包含鹼金屬以使得其在壁接近鹼金屬之沸點時輸送熱量。
在圖9G-H中所示之包含熱管空氣熱交換器之SunCell 812之實施例中，反應單元腔室5b31可包含：經石墨或陶瓷塗層塗佈以防止與諸如錫或鎵之熔融金屬形成合金之耐火金屬，諸如不鏽鋼，諸如CrMo鋼、鈮、鉭、鈦、鐵、鎳或鉬。陶瓷塗層可包含防火漆料、富鋁紅柱石、ZTY或本發明之其他類似塗層或此項技術中已知之塗層。反應單元腔室可進一步包含至少一個用於保護塗層免受電漿損壞之襯裡，該襯裡諸如為具有高熔點且對與諸如包含石英、碳之熔融金屬的熔融金屬、諸如BN或SiC之陶瓷或諸如W或Ta之耐火金屬形成合金具有抗性的襯裡。EM泵管可包含高溫熱絕緣器及熔融金屬合金抗性塗層或諸如石英襯裡之襯裡。在一實施例中，EM泵管可藉由EM泵管冷卻器進行選擇性冷卻，該EM泵管冷卻器諸如為包含熱交換器之EM泵管冷卻器，該熱交換器諸如為包含液態或氣態冷卻劑之熱交換器。
在諸如圖9I中所示之實施例的主要藉由輻射來傳遞由低能量氫反應產生之熱量之實施例中，SunCell可包含至少一個PV窗口5b4，其中每一窗口透射來自反應單元腔室5b31及藉由(多個) PV窗口形成之任何腔室之光以照射吸收器44，該吸收器將熱量傳遞至諸如包含熱管45及熱交換器鰭片43之熱交換器的熱交換器。SunCell可包含至少一個鏡子以反射經由至少一個PV窗口透射至至少一個吸收器44之發射。在一實施例中，諸如空氣或水之冷卻劑可分別藉由鼓風機或壓縮機42或水泵42流過入口41。冷卻劑流可含於整流罩39中且流出出口40。在一實施例中，SunCell包含於(多個) PV窗口5b4與(多個)光功率吸收器44之間的間隙44a，其中(多個)吸收器44之幾何面積大於(多個) PV窗口之面積以在(多個)較大面積吸收器上散播強發射之光功率。
在一實施例中，EM泵能夠在諸如在約200℃至1500℃範圍內之高溫下操作。在一實施例中，EM泵包含具有熔接EM匯流條5k2之金屬泵管5k6，其中泵管內部及接觸熔融金屬之匯流條之至少部分中之至少一者經具有以下中之至少一種特性的塗層塗佈：高導電性、對與熔融金屬形成合金之抗性、抗氧化性及高溫穩定性。塗層之傳導率可在約1000微歐姆公分至1微歐姆公分範圍內。塗層之穩定溫度可高於100℃。塗層之合金抗性可考慮同與鎵、銦、錫、銅及銀中之至少一者形成合金相關聯的抗性。塗層之抗氧化性可考慮同氧氣及水中之至少一者氧化至至少100℃溫度相關聯之抗性。EM匯流條塗層可在EM匯流條熔接至EM泵管之前或之後施用。塗層可包含氮化物、碳化物或硼化物中之至少一者。例示性傳導性塗層為碳漿料，諸如包含Aremco Products Graphitic Bond 551RN或噴霧塗層之碳漿料；碳化釩熱擴散塗層；熱化學硼化(boriding)/滲硼(borinizing) (DHB)塗層；TiCN、氮化鈦或碳化物CVD塗層；高級HVOF CoreGard
TM(Praxair)塗層；鹽浴氮化塗層；氣體氮化塗層；離子電漿氮化塗層；鉻、碳化鉻、鉭化塗層；熱化學鉭化塗層；鋁化塗層；鋁化鉑擴散塗層；熱化學鋁化塗層；ZrN、TiN、WC、VC、熱化學CrC塗層；CrC或Al塗層，諸如擴散塗層，諸如經擴散漿料、封裝擴散及氣相擴散中之至少一者；CrC、CrN、AlTiN、TiAlN、AlTiCN、TiAlSiCN、TiB
2及ZrB
2。塗層可藉由電漿氣相沈積、物理氣相沈積、HVOF法、熱噴霧、熱擴散、化學氣相沈積(CVD)、熱化學作用、化學沈積、電化學沈積、電鍍及此項技術中已知之其他方法來施用。EM泵管之塗層可包含諸如藉由使用諸如熱化學沈積之方法進行鉭化而施用之鉭塗層的鉭塗層。在一實施例中，經Ta塗佈EM泵管可包含可熔接之不鏽鋼管5k6及不鏽鋼EM匯流條5k2中之至少一者。EM泵管之塗層可包含諸如陶瓷，諸如防火漆料之非傳導性材料，而EM匯流條之塗層可包含可進一步對與熔融金屬形成合金具有抗性之諸如TiN之傳導性塗層或諸如Ta或W之導體。在一例示性實施例中，EM泵管包含經防火漆料塗佈之不鏽鋼(SS)且EM匯流條包含熔接至SS泵管中之經TiN塗佈之SS。在另一例示性實施例中，EM泵管包含經防火漆料塗佈之不鏽鋼(SS)且EM匯流條包含兩個區段，亦即一個接觸熔融金屬之電極區段及一個連接至EM泵管之扣件區段。EM匯流條可包含經緊扣至SS扣件之W或Ta桿，該SS扣件經熔接至SS泵管中。W或Ta桿可藉由扣件緊扣至SS，該扣件包含諸如經旋擰至具有對應陰螺紋之熔接SS短柱中之Ta或W陽螺紋桿的螺釘接合部。在另一實施例中，扣件包含用穿透套環到達EM泵管內部之Ta或W桿熔接至泵管的SS套環。桿之相對端可經熔接或硬焊成SS套環。可替代地，Ta或W桿可部分地經不鏽鋼包覆，其中不鏽鋼包覆部分熔接至EM泵管以使得未包覆W區段突起至泵管中且經完全包覆之EM匯流條突起至EM泵管外部。EM泵管可在EM匯流條經緊扣之前或之後經塗佈。可藉由使用重力、離心力、氣體壓力、靜電力、伸縮管或此項技術中已知之另一選擇性施用方法選擇性施用塗層或藉由使用諸如本發明之遮蔽方法的遮蔽方法來選擇性塗佈泵管，而無需塗佈EM匯流條。
在諸如圖6、圖8A-8L及圖13中所示之實施例的實施例中，儲集器底板5kk1可具有傳導性且充當點火電極。例示性底板點火電極包含經諸如以下之傳導性塗層塗佈之諸如不鏽鋼之金屬：諸如CrC之碳化物、諸如TiN之氮化物或諸如TiB
2或ZrB
2之硼化物，該傳導性塗層進行以下中之至少一者：保護底板免於與熔融金屬形成合金及氧化。匯流條可自點火電源之末端直接連接至底板點火電極及/或點火儲集器匯流條5k2a1。在一實施例中，注入器管5k61包含諸如W或Ta之無氧化物塗層之高度傳導性金屬及諸如厚度在0.1 mm至5 mm範圍內之薄壁的薄壁中之至少一者，以降低於儲集器中之熔融金屬與注入器管中之熔融金屬之間的點火電流之電阻。可增大注入器管之直徑以降低跨越管壁之電阻。例示性注入器管5k61直徑在約1 mm至10 cm範圍內。
在一實施例中，反應單元腔室可置換包含倒置Y幾何形狀之SunCell之PV窗口。諸如圖9G-H中所示之外部熱交換器的外部熱交換器可經安裝至反應單元腔室之壁。在一例示性實施例中，反應單元腔室壁可包含經諸如防火漆料之陶瓷塗佈的諸如CrMo鋼之金屬，其中反應單元腔室包含諸如石英、SiC或W襯裡之耐火襯裡。
熱光伏打轉換器具有紅外光回收之1207℃黑體發射之單接面III/V族半導體PV轉換試驗由Z. Omair,等人, 「Ultraefficient thermophotovoltaic power conversion by band-edge spectral filtering」, PNAS, 第116卷, 第3期, (2019), 第15356-15361頁報導，該文獻以全文引用之方式併入。Omair等人達成30%轉換效率且預計50%關於鏡子、PV、黑體發射率、視角因數、串聯電阻及其他改進之效率。藉由在120℃下操作之單接面聚光型矽PV單元進行之3000K SunCell發射之熱光伏打(TPV)轉換效率經計算為84%且實際期望值為50%。在一實施例中，SunCell®包含熱光伏打(TPV)轉換器，該TPV轉換器包含至少一個光伏打單元及至少一個黑體輻射器或發射體。用於具有光回收之熱光伏打轉換之黑體輻射器包含以下中之一或多者：(i) SunCell組件之外壁中之至少一者；及(ii)反應單元腔室中經由PV窗口將光發射至PV轉換器之低能量氫電漿。充當黑體輻射器之具有外壁之SunCell組件可包含以下中之至少一者：包含對與熔融金屬形成合金具有抗性之耐火材料的反應單元腔室及儲集器，諸如包含Mo、Ta、W、Nb、Ti、Cr、Zr合金及內部經塗佈之諸如VHT防火漆料或類似陶瓷漆料或陶瓷塗佈鋼或不鏽鋼或耐火金屬的壁。可替代地，壁可包含碳、石英、熔結二氧化矽及諸如氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯、碳化矽、氮化硼(BN)之陶瓷及本發明之另一陶瓷中之至少一者。在一實施例中，黑體輻射器可包含用於阻擋紅外光發射至TPV單元之濾光片。TPV單元可包含諸如紅外濾光片的於前表面上之濾光片及諸如紅外鏡之於背表面上之鏡子中的至少一者。進入具有比單元帶隙低之能量之PV單元中的光子可經由PV窗口反射回至SunCell，諸如反射回至SunCell組件壁及反應單元腔室中之至少一者，以回收對應的低能量光子。
由於反應單元腔室內部之熔融金屬反射及多次反射電漿及所回收光，因此直接電漿發射、雜散電漿發射及諸如壁、熔融金屬及正電極發射之SunCell組件發射以及可離開腔室或透射通過PV窗口之所回收光的百分比可為100%。在一實施例中，反應單元腔室及儲集器中之至少一者可經熱絕緣以使得經由PV窗口自SunCell傳遞至諸如PV轉換器、烘箱吸收器或鍋爐吸收器之裝載裝置的動力受輻射支配。所輻射之低能量氫反應動力百分比為通常在約0至0.3範圍內之熔融金屬發射率及可在500℃至3500℃範圍內之反應單元腔室壁溫度的函數。所透射之輻射百分比可隨著熔融金屬發射率停止及反應單元腔室壁溫度升高而增大。在包含連接至下部反應單元腔室之上部透明半圓頂PV窗口之例示性實施例中，通過PV窗口之透射經計算為約100%，其中電漿黑體溫度為3000K，熔融金屬發射率為0.3且反應單元腔室壁溫度為1700℃。
在用於增加熱絕緣以達成諸如在約300℃至3000℃範圍內之溫度的所需熔融金屬操作溫度之實施例(圖9A-C)中，增大反應單元腔室直徑以容納加襯至少最強電漿區之諸如具有W內襯及視情況選用之多邊形W板之碳襯裡的較厚襯裡。在一實施例中，反應單元腔室5b31之頂部包含部分罩蓋以減小頂板409a及對應凸緣密封件409e之大小。反應單元腔室之頂部可包含在熔接環形物中心之熔接圓柱體，該熔接圓柱體經凸緣409e加帽至具有用於點火電極8之饋通件的配合板409a。
在一實施例中，襯裡可包含石墨、熱解石墨、BN及陶瓷塗佈石墨、熱解石墨或BN中之至少一者。在一例示性實施例中，塗層可包含以下中之至少一者：高溫陶瓷漆料、防火漆料或Resbond 907GF、Resbond 940HT、Resbond 940LE、Resbond 940HE、Resbond 940SS、Resbond 903 HP、Resbond 908或Resbond 904氧化鋯黏著劑及包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層。在圖8C-D中所示之例示性實施例中，雙重注入器儲集器5c包含經碳加襯、防火或其他陶瓷塗佈管，且反應單元腔室5b31包含經碳加襯、防火或其他陶瓷塗佈腔室，其中在反應單元腔室電漿區中具有鎢襯裡。碳襯裡及W襯裡中之至少一者可經以下塗佈：陶瓷，諸如本發明之陶瓷，諸如高溫陶瓷漆料、防火漆料或Resbond 907GF、Resbond 940HT、Resbond 940LE、Resbond 940HE、Resbond 940SS、Resbond 903 HP、Resbond 908或Resbond 904氧化鋯黏著劑或包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層。
在一實施例中，SunCell可包含雙重儲集器及注入器電極，該等注入器電極注入熔融金屬以使得所注入之熔融金屬流相交以形成電漿。在一實施例中，至少反應單元腔室壁可對可見光及紅外光中之至少一者透明。反應單元腔室壁可包含PV窗口。SunCell可包含具有諸如正方形、矩形、五邊形、六邊形等之多邊形形狀之反應單元腔室。反應單元腔室之表面可經諸如熱光伏打(TPV)單元之PV單元包覆，其中在反應單元腔室壁與PV單元之間可存在間隙。在一實施例中，至少一個窗口或濾光片包含用於減少反射之諸如表面紋理或四分之一波片之構件。在另一實施例中，SunCell可進一步包含PV窗口，該PV窗口包含藉由諸如帶凸緣接合部之接合部連接至反應單元腔室的腔室。TPV單元可包圍PV窗口以接收電漿發射且將其轉換成電。TPV單元可將未轉換成電之諸如紅外光之光反射回至待回收之電漿。
在一實施例中，熔融金屬可包含錫。反應單元腔室溫度可經維持高於錫與水蒸氣發生反應以形成氧化錫在熱力學上不利之時的溫度，其中水經供應至低能量氫反應作為諸如包含氫氣、氧氣及水蒸氣中之至少兩者之低能量氫反應混合物的低能量氫反應混合物之一部分。在其中低能量氫反應混合物包含水蒸氣之例示性實施例中，反應單元腔室經維持高於875K。添加分子氫或原子氫作為低能量氫反應混合物之一部分降低了錫與水蒸氣發生反應以形成氧化錫在熱力學上不利之時的溫度。
在一實施例中，SunCell包含諸如氫氣源及氧氣源之噴水器及諸如電漿單元之複合器、諸如於諸如氧化鋁之載體上之貴金屬的複合器催化劑或本發明之另一複合器。氫氣源及氧氣源可為對應的由氣體管線、質量流量控制器、閥、流量及壓力感測器、電腦及本發明之其他系統供應之氣體。可替代地，水可作為水蒸氣氣體供應。水蒸氣氣體可藉由質量流量控制器自經維持在用於質量流量控制器操作之所需壓力下之水槽可控地流入反應單元腔室及熔融金屬中之至少一者中。水蒸氣壓力可藉由控制諸如封閉水槽之水蒸氣源之溫度來控制。在一例示性實施例中，諸如MKS型號1150、1152m及1640 (https://www.mksinst.com/c/vapor-mass-flow-controllers；https://ccrprocessproducts.com/product/1640a-mass-flow-controller-mks/)中之至少一者之水蒸氣質量流量控制器包含感測入口及出口壓力差且使用該資料控制水蒸氣流動速率的水蒸氣質量流量控制器。
在圖8C-D中所示之例示性實施例中，用於具有光回收之熱光伏打(TPV)轉換之SunCell包含倒置Y幾何形狀，其中倒置Y幾何形狀之倒置「V」部分包含兩個連接至反應單元腔室5b31之注入儲集器5c，且倒置Y幾何形狀之筆直部分包含黑體輻射器或PV窗口5b4。倒置V部分可進一步包含連接至具有用於諸如H
2及O
2氣體之反應氣體之氣體入口的反應單元腔室5b31之輝光放電單元900以及連接至用於抽空反應單元腔室之真空泵之真空管線711中的至少一者。輝光放電單元可在頂部處包含凸緣以提供至少放電電極之入口以供置換。輝光放電單元900及真空管線711中之至少一者可向上傾斜以避免用熔融金屬填充，且可經避免與熔融金屬形成合金之諸如本發明之襯裡的襯裡加襯。輝光放電單元襯裡可具有導電性或包含具有充當電極之無襯裡單元壁之一部分的部分襯裡。
筆直部分PV窗口可包含具有針對反應單元腔室之開口的矩形空腔。可替代地，PV窗口可包含覆蓋反應單元腔室之平板。盤可在殼體中包含窗口，該殼體可經諸如Rayotek之墊片的墊片密封。窗口可經金屬化且硬焊或熔接至殼體。窗口可藉由諸如本發明之膠的膠與殼體膠合。可替代地，窗口可包含與反應單元腔室頂部上之凸緣膠合之平板。膠可為本發明之膠。例示性膠或黏著劑為Cotronics Resbond 907GF、Cotronics Resbond 940HT、Cotronics Resbond 940LE、Cotronics Resbond 940HE、Cotronics Resbond 940SS、Cotronics Resbond 903 HP、Cotronics Resbond 908或Cotronics Resbond 904氧化鋯黏著劑、包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層及呈諸如RK454形式之Durabond。在一實施例中，至少一個平板PV更緻密接收器陣列係平坦安置且平行於矩形PV窗口面或平板窗口以接收自PV窗口空腔或反應單元腔室內部發射之光。間隙可將每一緻密接收器陣列與對應PV窗口面或板間隔開。
倒置Y幾何形狀之V部分可包含諸如Mo、Ta、W、Nb、Ti、Cr之耐火金屬及內部經塗佈之鋼、不鏽鋼或耐火金屬。塗層可包含諸如VHT防火漆料之高溫陶瓷漆料或類似陶瓷漆料或諸如富鋁紅柱石之陶瓷塗層。PV窗口可包含石英、藍寶石、MgF
2、氮氧化鋁或本發明之另一PV窗口。在一實施例中，PV窗口可包含加熱器以對其進行預加熱，從而防止熔融金屬固化。在一例示性實施例中，諸如石英、藍寶石、氮氧化鋁或MgF
2PV窗口之PV窗口可經諸如電阻性加熱器、氫氣-氧氣火焰加熱器或電漿複合反應加熱器之加熱器預加熱。
在一實施例中，雙重注入器可經對準以使對應所注入熔融金屬流相交。考慮到儲集器之基底、儲集器及相交金屬流形成三角形，其中頂點係在流相交點處，可藉由延長基底長度來增大頂角以避免相交流之相互勞侖茲偏轉(例如，使流軌跡更線性，呈不太弧形之形狀)。
V部分及筆直部分可藉由諸如加墊片密封件26d (圖8C)之密封件接合。墊片可包含碳，且密封件26d可包含加螺栓凸緣。可替代地，倒置V部分與筆直部分之間的密封件及接頭26d可包含膠(圖8D)。在一實施例中，諸如Rayotek之高溫窗口(https://rayoteksightwindows.com/products/high-temp-sight-glass-windows.html)的高溫窗口可連接以形成電漿腔室或空腔，其中窗口包含用於向具有光回收之PV轉換器發射電漿之PV窗口。連接可藉由熔接窗口邊緣以形成可在空腔底部開口處進一步熔接至反應單元腔室的多邊形空腔來達成。
在倒置Y幾何形狀實施例中，SunCell®包含金屬雙重注入器單元，該單元包含諸如不鏽鋼倒置V幾何形狀區段之倒置V幾何形狀區段(圖8A-D)，其中諸如EM泵管、儲集器及反應單元腔室之金屬表面的所有接觸熔融金屬之金屬表面經防火漆料塗佈以提供電隔離。塗佈可藉由液體浸漬或氣霧劑施用來達成。在一實施例中，將來自點火電源之動力供應至儲集器5c中所含之熔融金屬的點火電極8之電隔離可藉助於饋通件912穿透諸如儲集器底板5kk1之儲集器。饋通件912可包含抗拒與熔融金屬形成合金之諸如不鏽鋼、W或Ta之金屬，該不鏽鋼諸如為低於400℃操作之347 SS。在另一實施例中，饋通件可包含連接至抗拒與熔融金屬形成合金之諸如不鏽鋼、W或Ta之金屬的銅，該不鏽鋼諸如為低於400℃操作之347 SS，其中銅可經諸如防火漆料之陶瓷塗層或本發明之陶瓷塗層塗佈以保護銅免於與諸如鎵或錫之熔融金屬形成合金。在一實施例中，SunCell進一步包含至少一個點火饋通件912、熱交換器、諸如水之冷卻劑、循環泵、溫度感測器、流量計、控制器及用於冷卻每一饋通件之饋通件入口及出口管線。在一例示性實施例中，每一饋通件經水冷卻。
在一實施例中，饋通件912 (圖8C-D)可包含經能夠結合金屬且在諸如300℃至2000℃之高溫下操作的灌封化合物或黏著劑灌封之點火電極8。例示性灌封黏著劑為Cotronics Resbond 907GF、Cotronics Resbond 940HT、Cotronics Resbond 940LE、Cotronics Resbond 940HE、Cotronics Resbond 940SS、Cotronics Resbond 903 HP、Cotronics Resbond 908或Cotronics Resbond 904氧化鋯黏著劑、包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層及呈諸如RK454形式之Durabond。
在一實施例中，點火電極8及EM泵電極5k30 (圖8D)中之至少一者可包含電饋通件、經罐封於諸如本發明之灌封化合物或黏著劑的灌封化合物或黏著劑中之電極、經接頭套管或類似扣件緊扣之經塗佈電極及經接頭套管或類似扣件緊扣且藉由諸如鐵氟龍、石墨或BN套圈之絕緣套圈隔離之電極中的至少一者。電極塗層可包含諸如防火漆料塗層之陶瓷塗層或氧化物塗層。諸如氧化鎢或氧化鉭之氧化物塗層可藉由在空氣中加熱電極、電沈積、濺鍍或藉由陽極處理電極來形成。電極之需要具有導電性之傳導表面上可未經塗佈，該等傳導表面諸如為連接至點火動力供應器或將EM泵電極與EM泵電源連接之EM泵匯流條5k2a的傳導表面及與儲集器5c中之熔融金屬接觸的傳導表面。可在施用諸如防火漆料之塗層之後自諸如EM泵管內部之傳導表面選擇性移除塗層，或可例如藉由遮罩在傳導性表面上避免塗層施用。遮罩可為此項技術中已知之遮罩。遮罩可包含蠟，該蠟可藉由使蠟熔融來移除。遮罩可包含諸如錫之金屬，該金屬可藉由使金屬熔融來移除。遮罩可包含玻璃或陶瓷，該玻璃或陶瓷可藉由利用諸如機械地振盪內部添加有滾珠軸承之EM泵管之方式使遮罩斷裂來移除。遮罩亦可藉由至少一個以下步驟斷裂：潤濕遮罩且利用諸如浸漬於諸如液氮之冷涷液中之方式冷凍遮罩。在一替代性實施例中，遮罩可包含諸如無機化合物或金屬，分別諸如NaCl、CaCO
3或金屬及金屬氧化物之水、酸或鹼可溶性材料，該材料可藉由對應溶劑來移除。遮罩可包含紙。遮罩可包含諸如水可溶性膠帶之溶劑可溶性膠帶以遮蔽EM泵匯流條，從而塗佈EM泵管內部。可在藉由諸如機械或氣動移除之方法塗佈EM泵管之內表面、用諸如HCl之酸溶解紙、用水溶解水可溶性膠帶或將紙或膠帶氧化成CO
2之後移除紙或水可溶性膠帶。例示性燃燒方法為添加諸如輕質流體之可燃液體及施加點火火花或火焰。在一實施例中，形成於諸如需要與熔融金屬接觸之電極表面的需要具有傳導性之表面上之任何非所需氧化鎢可藉由諸如經加熱之飽和鹼金屬氫氧化物，諸如NaOH之強鹼來移除。
在一實施例中，進一步對與熔融金屬形成合金具有抗性之電絕緣塗層包含諸如防火漆料之漆料。在涉及加熱漆料以將其固化之步驟中，可關閉或密封及在真空或惰性氛圍下加熱反應單元腔室以避免諸如經遮蔽以避免經漆料塗佈之EM匯流條電極的EM匯流條電極發生氧化。漆料可藉由超音波、壓力、蒸氣或氣霧化及靜電沈積以及熟習此項技術者已知之其他向曝露於熔融金屬之表面施用完全覆蓋之方法來分散。
在一實施例中，EM泵管可包含與饋通件熔接之饋通件套環。EM泵管可在饋通件熔接至泵管之前經諸如防火漆料之塗層塗佈。饋通件之中心電極與其可熔接殼體之間的間隙可進行以下中之至少一者：經諸如氧化鋁、鋁化塗層、熱化學鋁化塗層、防火漆料之塗層塗佈及經諸如Cotronics Resbond 940 HT、Cotronics Resbond 940SS、Sauereisen Electrotemp水泥，諸如https://www.sauereisen.com/wp-content/uploads/8.pdf或https://www.sauereisen.com/ceramic-assembly/product-index/之陶瓷或本發明之另一陶瓷罐封，其中可與EM泵管內部之熔融金屬接觸之表面亦可經防火漆料及灌封材料中之至少一者塗佈。
在一實施例中，諸如點火電極及EM泵匯流條之電極可經塗佈以防止在曝露於空氣期間，諸如在向單元裝載熔融金屬之情況下發生氧化。塗層可為以下中之至少一者：具有導電性、對熔融金屬之熔融溫度下之氧化具有抗性及可移除。塗層可包含充當抗氧化傳導性塗層之諸如碳化鎢之碳化物。碳化鎢塗層可藉由HVOF法(https://www.asbindustries.com/tungsten-carbide-coatings)或此項技術中已知之另一方法施用。塗層可包含諸如熔融金屬，諸如錫之金屬，該金屬可藉由熔融來移除。諸如鎳、銅、鋅或銀之金屬可與待移除之熔融金屬形成合金。金屬塗層可藉由浸漬於金屬熔體中、電鍍、氣相沈積及此項技術中已知之其他塗佈方法中來施用。
在一實施例中，入口升流管、注入EM泵管、一或多個儲集器及反應單元腔室中之至少一者可包含電絕緣器或經諸如本發明之電絕緣器的電絕緣器塗佈或加襯以防止雙重儲集器、注入器及點火電源之間發生短路。例示性實施例包含以下中之至少一者：(i)內部及外部經防火漆料噴漆之入口升流管及注入EM泵管；(ii)經氧化以形成電絕緣氧化鎢塗層之W入口升流管及注入EM泵管；及(iii)包含有包含電絕緣氧化鎢塗層之鎢襯裡的反應單元腔室5b31及一或多個儲集器5c中之至少一者。
例示性經塗佈電極為末端上具有傳導性表面之經氧化鎢電極，其中鎢電極在高溫下在空氣中經氧化且在需要時移除末端上之遮罩。可替代地，整個電極經氧化，且藉由蝕刻或藉由機械磨耗自電極移除經氧化層。磨耗可以機械方式執行。在另一實施例中，諸如具有絕緣塗層之電極的電極可經套圈緊扣，該等套圈進行以下中之至少一者：形成絕緣氧化物塗層且為軟的以使得其不會損壞電極上之電絕緣塗層，該電絕緣塗層諸如為陶瓷塗層或氧化物塗層，諸如W或Ta塗層。例示性套圈包含黃銅、鋁、銅、銀及鉭。例示性經氧化物塗佈之套圈為經陽極處理之鋁套圈。另一例示性經氧化物塗佈之套圈為經氧化不鏽鋼。
在用於電隔離包含雙重注射器之SunCell之點火電極之構件的替代性實施例中：(i)至少一個儲集器可包含諸如帶凸緣接合部之隔離接合部，該接合部包含絕緣墊片及諸如陶瓷螺栓或包含絕緣套之螺栓的經隔離螺栓，及(ii)反應單元腔室及至少一個儲集器中之至少一者包含電絕緣壁區段(隔離器或斷電器)，該電絕緣壁區段諸如為陶瓷電絕緣壁區段，諸如本發明之陶瓷，諸如氧化鋁、SiC、BN或石英，其將兩個儲集器彼此電隔離，其中(a)儲集器隔離器可包含在每一末端上具有凸緣之陶瓷管，該陶瓷管與兩個儲集器區段配合或與一個儲集器區段及反應單元腔室配合，其諸如為帶凸緣電隔離器或斷電器，諸如例示性CF帶凸緣真空陶瓷中斷器，https://www.lesker.com/newweb/feedthroughs/ceramicbreaks_vacuum.cfm?pgid=cf進一步包含用於與儲集器之匹配凸緣配合之墊片及諸如陶瓷襯裡，諸如本發明之陶瓷襯裡之襯裡中之至少一者，該襯裡可進行以下中之至少一者：保護墊片及斷電器分別免於與熔融金屬形成合金及免受熱衝擊，(b)儲集器隔離器可包含在每一末端上具有諸如科伐合金或恆範鋼環之可熔接金屬環之陶瓷管，該陶瓷管藉由熔接與兩個儲集器區段配合或與一個儲集器區段及反應單元腔室配合，其諸如為例示性可熔接真空陶瓷中斷器，https://www.lesker.com/newweb/feedthroughs/ceramicbreaks_vacuum.cfm?pgid=weld，及(c)儲集器隔離器可包含在每一末端上具有濕式密封件之陶瓷管，該陶瓷管與兩個儲集器區段配合或與一個儲集器區段及反應單元腔室配合。在一實施例中，斷電器包含諸如硬焊至鍍有Ni之科伐合金的首先鍍有Mo-Mn合金且接著鍍有Ni之氧化鋁圓柱體的陶瓷圓柱體。硬焊件可具有諸如大於600℃之高熔點。例示性硬焊件為Cu(72)-Ag(28)合金、銅、ABA、金ABA、PdNiAu合金(AMS 4785 M.P. = 1135℃)或Paloro或類似硬焊件，諸如在以下鏈接處之硬焊件：https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious-brazing-filler-metals/。
在一實施例中，圖8C-8L中所示之雙重注入器SunCell之兩個儲集器包含斷電器，該斷電器進行以下中之至少一者：(i)將一個儲集器之點火電壓與另一儲集器之點火電壓隔離直至自每一儲集器注入之熔融金屬流相交為止且至少部分地將一個儲集器之EM泵動力供應器與另一儲集器之EM泵動力供應器隔離，及(ii)亦可至少部分地將點火動力供應器與EM泵動力供應器隔離。在另一實施例中，點火動力供應器、第一儲集器之EM泵動力供應器及第二儲集器之EM泵動力供應器中之至少兩個動力供應器能夠大致自主地操作至少一個其他動力供應器。每一動力供應器可為此項技術中已知之動力供應器或經電壓及電流波動抑制劑電抗改良以抵消快速電壓及電流點火瞬態，從而允許進行大致獨立的動力供應器操作之動力供應器。例示性抑制劑電抗包含與EM泵動力供應器並聯之至少一個電容器組或與EM泵動力供應器串聯之至少一個電感器。
在一實施例中，包含斷電器之儲集器可足夠長以移除距反應單元腔室足夠遠以使得其不會過熱之斷電器。在一實施例中，斷電器可包含至少一個內襯，該內襯包含熱絕緣器以使得斷電器可經維持低於其故障溫度，而內襯內部之熔融金屬溫度可較高。斷電器可經至少一個諸如CrC、氧化鋁、TiN、WC之塗層或本發明之另一塗層塗佈以避免諸如在外部之氧化及諸如在內部之合金形成中之至少一者。斷電器之金屬與陶瓷接頭硬焊件可經諸如Resbond 940SS之灌封材料或本發明之另一灌封材料覆蓋。在一例示性實施例中，熔融金屬包含銀且襯裡包含至少一種諸如碳、BN、石英、氧化鋁、可模製或可澆鑄陶瓷、諸如氧化鋁珠粒之陶瓷珠粒的耐火材料，該襯裡可進一步包含諸如Resbond之黏合劑、耐火金屬及本發明之其他襯裡。除用於EM泵入口及出口之通道以外，襯裡可填充儲集器。可將斷電器及襯裡之高度降至最低以允許通過通道之熱傳導維持熔融金屬跨越斷電器及襯裡。在一實施例中，斷電器可在外部經冷卻。EM泵管撐臂可包含本發明之斷電器襯裡。
在包含電隔離器以電隔離包含雙重注入器之SunCell之點火電極的實施例中，至少一個儲集器可包含斷電器，該斷電器包含陶瓷儲集器壁區段，該斷電器可在每一末端上進一步包含與每一末端處之儲集器壁配合的陶瓷-金屬接頭。在一實施例中，儲集器熔融金屬層級係低於反應單元腔室側上之隔離器之陶瓷部分頂部的所需層級。在一例示性實施例中，儲集器熔融金屬層級係低於反應單元腔室側上之斷電器之陶瓷-金屬接頭頂部的所需層級。入口升流管入口之高度可經調節以與所需層級匹配，從而將最高熔融金屬層級控制在所需層級下。斷電器可包含內部熱絕緣轉盤，該內部熱絕緣轉盤具有用於熔融以流動至熔融金屬儲集器或熔融金屬儲集器之下部部分、EM泵管之入口升流管及在轉盤之EM泵側上之點火匯流條中之至少一者的孔。注入EM泵及電極可穿透通過絕緣轉盤，到達反應單元腔室側，以將熔融金屬注入至對立電極。
在一實施例中，流入入口升流管之熔融金屬流入速率比噴嘴之熔融金屬注入速率快。可選擇入口升流管開口及注入噴嘴之大小中之至少一者以在前者處達成所需的比後者處之流動速率大之流動速率。
在一實施例中，每一儲集器可包含排泄塞以允許在伺服及維護期間在重力輔助下自儲集器底部移除熔融金屬。在一實施例中，入口升流管可包含諸如金屬篩網之濾網以保護EM泵及噴嘴形式被流入入口升流管中之碎片阻擋。
斷電器之EM泵側上之儲集器的長度可延長以增加儲集器熔融金屬庫存。儲集器之長度可在斷電器之反應單元腔室側上延長以使斷電器自電漿進一步移動來降低其操作溫度。在另一實施例中，斷電器可能夠具有諸如在450℃與1500℃之間的溫度之高溫，其中斷電器之硬焊件經選擇以具有高於操作溫度之熔點。例示性高溫斷電器包含以下中之至少一者：科伐合金及鈮以及諸如Paloro-3V之可相容高溫硬焊件；類似硬焊件，諸如在以下鏈接處之硬焊件：https://www.morganbrazealloys.com/en-gb/products/brazing-alloys/precious-brazing-filler-metals/；或本發明之另一硬焊件。
斷電器可包含陶瓷(例如97%氧化鋁)、諸如包含Cu/Ni (例如70%-30%)或Fe/Ni (例如50%-50%)之熔接適配器凸緣的圍繞陶瓷絕緣器圓周之熔接適配器凸緣及圓周地硬焊或熔接至熔接適配器凸緣之Conflat凸緣(例如304不鏽鋼)。斷電器可進一步包含於CF凸緣與熔接適配器凸緣之間的伸縮管或S-凸緣(隔膜)。
兩個儲集器5c之最大熔融金屬庫存使得包含初始填充體積之斷電器側中之最大熔融含量及高於與斷電器儲集器相對之儲集器之入口升流管之最低高度的熔融金屬體積不超過斷電器之陶瓷高度。
在具有儲集器斷電器之例示性實施例中，未經氧化W最內襯可與中間碳襯裡及反應單元腔室中之W外襯或包層一起使用。襯裡可覆蓋反應單元腔室5b31壁、反應單元腔室底面及儲集器5c中之至少一者。反應單元腔室底面襯裡5b31b可包含導管或凹槽以在自注入器5k61流動回至儲集器5c時引導熔融金屬遠離對應所注入熔融金屬流。在一例示性實施例中，每一儲集器注入器5k61遠離其儲集器中之反應單元腔室之中心定位且底面襯裡5b31b之凹槽將熔融金屬返回流引導至儲集器側及可替代地儲集器之朝向中心側。在另一實施例中，注入器5k61在儲集器及反應單元腔室底面襯裡5b31b之頂部上方延伸以使得返回熔融金屬流不會干擾所注入流。
在一實施例中，諸如包含EM匯流條之EM泵管之至少一部分的EM泵管之至少一部分係藉由EM泵管5k6之入口及出口部分上之斷電器而經電隔離為穿過對應儲集器之壁的電路徑，其中至少未經斷電器隔離之表面可包含諸如防火漆料之電絕緣塗層。斷電器可包含氣體管線型，諸如MPF Products公司；產品編號：A0573-2-W https://mpfpi.com/shop/uhv-breaks/10kv-uhv-breaks/a0573-1-w/。在一實施例中，至少一對EM匯流條電極可藉由諸如Swagelok之壓縮配件的壓縮配件緊扣及密封至EM泵管。
在一實施例中，至少一個儲集器之EM泵包含單一斷電器，該單一斷電器包含用於形成兩個通道之分割器或分離器，一個通道充當入口EM泵管之至少一部分且一個通道充當注入器EM泵管之至少一部分。分離器可包含諸如經電絕緣材料塗佈之陶瓷或金屬的電絕緣器。分離器可在僅斷電器之一側上連接至諸如儲集器或EM泵管之一部分的結構。附接件可包含注入器EM泵管之延伸部。例示性分離器包含結合至斷電器之陶瓷及注入器EM泵管之金屬延伸部的諸如氧化鋁之陶瓷，該陶瓷經諸如防火漆料之電絕緣材料塗佈。
在一實施例中，兩個儲集器之電隔離並非100%，但足以使得雙重儲集器電極之間的附加短路電流為可耐受的，諸如小於供應至點火電極8之總電流之25%，其中附加電流係藉由附加路徑對點火電流路徑之相對電阻來確定。相對電阻可主要藉由到達EM泵管及儲集器中之電極穿透件之電阻以及EM泵、儲集器及反應單元腔室之內表面上之塗層或襯裡的完整性確定。
倒置V幾何形狀區段之頂部可包含反應單元腔室5b31。諸如立方體形、矩形、多邊形或半球體形空腔之包含筆直區段之PV窗口空腔5b4可藉由反應單元腔室之頂部上之凸緣26d附接至反應單元腔室5b31之頂部及PV窗口。凸緣接合部26d (圖8C)可藉由諸如蛭石、石墨、陶瓷、電鍍錫之蛭石或其他能夠具有高溫、高真空之墊片的墊片密封。凸緣及墊片可經螺栓或夾鉗密封。在圖8D中所示之實施例中，墊片經諸如Resbond 907GF、Resbond 940HT、Resbond 940LE、Resbond 940HE、Resbond 940SS、Resbond 903 HP、Resbond 908或Resbond 904氧化鋯黏著劑、包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層或呈諸如RK454形式之Durabond的能夠具有高溫之黏著劑置換。在一實施例中，反應單元腔室凸緣26d可包含諸如經鋁矽酸鹽塗佈之不鏽鋼凸緣的經陶瓷塗佈之金屬，或接頭之凸緣可未經塗佈。
在一實施例中，黏著劑可包含複數種黏著劑，該複數種黏著劑諸如為經塗佈於金屬凸緣上之專用於金屬的黏著劑以及專用於PV窗口凸緣之石英或陶瓷且經塗佈於其上的黏著劑。例示性黏著劑接頭包含於不鏽鋼或Ta凸緣上之Durabond 954及於PV窗口之石英凸緣上之Resbond，其中兩種黏著劑結合以形成黏著劑接頭26d。在一替代性實施例中，諸如凸緣之PV窗口之接合部分係藉由此項技術中已知之方式金屬化，且經金屬化接合部經硬焊、熔接或膠合至反應單元腔室之匹配凸緣。
在一例示性實施例中，PV窗口包含諸如MTI之石英空腔(https://www.mtixtl.com/EQ-QTGE214.aspx)的一端關閉且另一端打開之石英管。空腔之開放端可包含一或多個筆直壁(例如在圓柱形空腔之狀況下)而非具有凸緣，該一或多個筆直壁經插入反應單元腔室凸緣26d中之凹陷或對立開孔凹槽中。可替代地，一或多個PV窗口壁可緊密地裝配在反應單元腔室凸緣內部或外部以形成接合部。PV窗口5b4可用諸如Resbond 940LE、Resbond 940HT及Resbond 904中之至少一者之膠或黏著劑或本發明之另一膠或黏著劑密封至反應單元腔室凸緣26d。
金屬可具有低熱膨脹係數或包含膨脹擱柵、空腔、孔或其他空腔結構以防止經膠合接頭之結合表面過度形成膨脹，從而避免密封故障。倒置V側凸緣可包含具有低熱膨脹係數之恆範鋼、科伐合金、超SS或其他SS可熔接金屬或W、Mo或Ta或合金。Ta凸緣可使用純Ni、Fe或Cu插入件擴散結合至SS。Ta凸緣可具有諸如結合至諸如包含不鏽鋼之雙重熔融金屬儲集器-注入器的雙重熔融金屬儲集器-注入器之圓柱體的延伸部以包含反應單元腔室5b31之至少一部分。
在一實施例中，反應單元腔室可包含在帶凸緣接合部內部之熱絕緣體插入件以降低接合部之操作溫度。絕緣體可包含石英、諸如SiC或BN之陶瓷、石墨或熱解石墨。石墨、熱解石墨或BN可經以下塗佈：陶瓷塗層，諸如防火漆料或Resbond 907GF、Resbond 940HT、Resbond 940LE、Resbond 940HE、Resbond 940SS、Resbond 903 HP、Resbond 908或Resbond 904氧化鋯黏著劑或包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層。反應單元腔室可包含諸如包含石墨、熱解石墨或BN之襯裡的襯裡。襯裡可經以下塗佈：陶瓷塗層，諸如防火漆料或Resbond 907GF、Resbond 940HT、Resbond 940LE、Resbond 940HE、Resbond 940SS、Resbond 903 HP、Resbond 908或Resbond 904氧化鋯黏著劑或包含ZrO
2-ZrSiO
4之諸如Aremco Ultra-Temp 516之氧化鋯塗層。襯裡可進一步包含接合部絕緣體。在一實施例中，凸緣接合部包含諸如與PV窗口凸緣膠合之碳襯裡或經密封至PV窗口凸緣之墊片的襯裡頂部，其中襯裡可與反應單元腔室頂部膠合以形成真空密封之密封件。膠可包含本發明之膠或黏著劑中之一或多者或此項技術中已知之另一合適的膠或黏著劑。
在一實施例中，石墨襯裡包含至少一個電絕緣中斷器以防止注入器電極之間的短路。中斷器可包含用諸如陶瓷電絕緣黏著劑，諸如Resbond之能夠具有高溫之電絕緣黏著劑結合在一起之襯裡的橫向區段。在一實施例中，電絕緣黏著劑可經電絕緣墊圈置換，該等電絕緣墊圈諸如為包含石英或陶瓷之電絕緣墊圈，諸如二氧化矽-氧化鋁纖維絕緣體、BN、SiC、碳、富鋁紅柱石、石英、熔結二氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、本發明之其他電絕緣墊圈及熟習此項技術者已知之電絕緣墊圈。襯裡可經諸如本發明之陶瓷塗層的陶瓷塗層塗佈以防止電短路。碳襯裡可用電絕緣黏著劑進一步結合至儲集器及反應單元腔室以防止熔融金屬在襯裡後方流動且使兩個注入器電極電短接。
在另一實施例中，接合部可包含諸如水冷卻迴路之熱交換器以冷卻接合部，從而降低其操作溫度。冷卻劑可藉由第二熱交換器冷卻。冷卻劑可藉由泵再循環。較低操作溫度可減少反應單元腔室與PV窗口之間的接合部之配合凸緣之任何熱膨脹差異，該差異可能會導致接合部發生故障。
在一實施例中，PV窗口在反應單元腔室之頂部中插入對立開孔之容器中以形成針對來自反應單元腔室之熔融金屬流動之障壁。容器可為反應單元腔室凸緣之一部分。在一例示性實施例中，容器可為舌片及凹槽型或倒置階梯型。PV窗口之內部部分可與反應單元腔室凸緣之內部部分重疊。容器可經諸如石墨填料之填料或諸如本發明之黏著劑的黏著劑密封。
在一實施例中，PV窗口包含諸如Rayotek之高溫視鏡窗口(https://rayoteksightwindows.com/products/high-temp-sight-glass-windows.html#prettyPhoto)的高溫(例如1200℃-2000℃)視鏡窗口。扁平Rayotek窗口可經改良成諸如經安裝於其殼體中之石英或藍寶石環形物的具有窗口材料之環形物。諸如石英或藍寶石PV窗口腔室之PV窗口腔室可與具有匹配材料之環形物熔結或膠合。窗口可包含經熔接至立方體形或矩形開端式空腔之板，該空腔在開端處接合至反應單元腔室之頂部。每一窗口殼體之金屬表面可經陶瓷、石英、碳或諸如陶瓷塗層，諸如本發明之陶瓷塗層的塗層中之至少一者塗佈。在另一實施例中，窗口可包含諸如矩形或陶瓷空腔，諸如圖8C中所示之空腔的具有與Rayotek窗口類似之設計的空腔，其中殼體熔接至反應單元腔室之頂部。窗口可藉由熔接件、膠或帶凸緣接合部接合至反應單元腔室之頂部。
在一實施例中，PV窗口包含諸如鏡子，諸如雙向色鏡或濾光片之構件以將具有比帶隙顯著更高之能量的波長之光反射至PV轉換器26a之PV單元。在一實施例中，所反射之光具有在約高於10%-1000%、高於10%-500%及高於10%-100%之至少一個範圍內之能量。在另一實施例中，反應單元腔室及PV窗口中之至少一者可包含諸如磷光體之用於降頻轉換該能量之光的構件。
接合部及PV窗口可含於包含窗口腔室之真空密封之殼體中，該窗口腔室諸如為進一步容納PV轉換器之真空腔室。殼體可藉由扣件或接合部緊扣至反應單元腔室之頂部。扣件或接合部可包含熔接件。殼體可具有用於到達真空泵之真空管線以及用於PV轉換器之電線及冷卻管線的穿透件。可藉由控制窗口腔室及反應單元腔室之真空泵來在窗口(通風口)之兩側上維持大致相等之壓力。在一實施例中，相對於反應單元腔室而言可在窗口腔室中維持超壓以使窗口保持抵靠窗口閥座或凸緣上之反應單元腔室之頂部。可替代地，窗口及反應單元腔室真空管線可接合且接著連接至單一真空泵。在另一實施例中，窗口密封件可漏泄以使窗口兩側上之壓力平衡。真空密封之殼體可包含諸如帶凸緣埠、閘閥或門之真空可密封開口。在另一實施例中，窗口及反應單元腔室可包含諸如連接兩個腔室以使得兩個經連接腔室之間的氣體壓力可動態地均衡之氣體管線的管。
在圖8F-8L及圖13中所示之實施例中，SunCell包含各自處於儲集器5c中之雙重熔融金屬注入器5k61，其中每一注入器充當點火載流電極。在一實施例中，雙重熔融金屬注入器5k61中之至少一者可包含複數個注入器5k61或噴嘴5q中之至少一者/個對應儲集器5c。儲集器5c中之至少一個雙重熔融金屬注入器5k61可進一步包含有可包含熱絕緣襯裡之斷電器913及斷電器凸緣914。SunCell可進一步包含儲集器凸緣915。各自處於儲集器5c中之雙重熔融金屬注入器5k61可進一步包含EM泵管總成5kk、EM泵管5k6、EM匯流條5k2、EM泵磁體5k4及入口升流管5qa。SunCell可進一步包含連接至真空泵之真空管線711，該真空泵可包含篩網或過濾器以移除諸如錫、鎵或銀之熔融金屬及對應氧化物中之至少一者。為了清潔具有諸如金屬氧化物及金屬中之至少一者之黏著材料的真空管線篩網，真空管線711可包含諸如至少一個於真空篩網之泵側上之氣體噴嘴的氣體噴流反沖件以經由篩網施用諸如氬氣噴流之經脈衝氣體噴流來朝向反應單元腔室5b31吹回黏著材料。
SunCell可進一步包含放電單元901、反應單元腔室5b31、可包含實心板或內部PV窗口凸緣之頂部凸緣26e、PV窗口腔室916、內部PV窗口5ab4、用於內部PV窗口之閥座26e1及外部PV窗口5b4。內部PV窗口5ab4可經半密封(例如緊湊熔融金屬，但未必緊湊真空)，其中真空密封件係由PV窗口凸緣26d、內部PV窗口凸緣26e、真空密封之殼體或腔室916提供，該真空密封之殼體或腔室容納接合至反應單元腔室5b31之頂部上之支撐件26e1的經半密封窗口5ab4。在一例示性實施例中，窗口5ab4可包含Rayotek窗口，該Rayotek窗口包含用於其非真空密封之殼體的墊片密封件。可替代地，例示性窗口5ab4可包含藉由加墊片接合部或接頭夾持、膠合或固定至反應單元腔室5b31之頂部上之支撐件，諸如夾持、膠合或固定至內部PV窗口凸緣支撐件26e1的平板或空腔窗口。例示性夾鉗為於支撐件26e1與窗口5ab4之間的C-夾鉗。內部PV窗口5ab4可在經打孔裝埋之夾具處連接至內部PV窗口凸緣支撐件26e1。斷電器凸緣914、儲集器凸緣915、內部PV窗口凸緣26e及PV窗口凸緣26d中之至少一者可提供儲集器5c、反應單元腔室5b31及內部PV窗口5ab4中之至少一者之內部的入口。
在圖8J-8L及圖13中所示之實施例中，外部PV窗口5b4可包含經墊片及扣件26d1密封之PV窗口凸緣26d。在一例示性實施例中，PV窗口包含呈半圓頂形式之熔結二氧化矽、石英、藍寶石或氮氧化鋁，該半圓頂具備具有與窗口相同之材料之精密碾磨或搭接凸緣，其中窗口可經Graphoil、蛭石或陶瓷纖維墊片、於凸緣頂部上之金屬環及夾鉗26d1密封。PV窗口圓頂5b4可進一步經諸如Resbond 940SS之黏著劑密封。
在一實施例中，PV密封件包含結合至窗口閥座之結構及結合至閥座、該結構及PV窗口之黏著劑。在一實施例中，其上附接有PV窗口之凸緣包含扣件或錨定結構，該扣件或錨定結構包含經嵌入諸如Resbond 940SS之黏著劑或本發明之另一黏著劑中之諸如金屬螺釘、桿或網狀物之突起部，其中黏著劑進一步使PV窗口與扣件或錨定結構及閥座結合。在一例示性實施例中，扣件或錨定結構包含熔接至用於內部PV窗口之閥座26e1的不鏽鋼網狀物或篩網，其中Resbond 940SS、Resbond 903HP或Resbond 908HP包覆網狀物或篩網且密封至閥座，且進一步結合至諸如熔結二氧化矽窗口之內部PV窗口5ab4或本發明之另一窗口。
在具有錫作為熔融金屬之實施例中，SunCell包含用於防止PV窗口5b4及5ab4 (圖8F-8L)中之至少一者免於因錫金屬及氧化錫中之至少一者失透的構件。在一實施例中，PV窗口包含諸如窗口溫度控制器之用於維持PV窗口溫度高於錫(MP 232℃)及諸如SnO (MP 1080℃)及SnO
2(MP 1630℃)之氧化錫中之至少一者的熔點的構件。窗口溫度控制器可包含加熱器或急冷器、溫度感測器及控制器中之至少一者以維持諸如在200℃至2500℃、232℃至2000℃、232℃至1800℃及232℃至1650℃之至少一個範圍內之PV窗口溫度的所需PV窗口溫度。加熱器或急冷器可包含經施用至窗口之經加熱或經冷卻空氣流。在後一情況下，PV窗口可經低能量氫電漿加熱。在另一實施例中，PV窗口可藉由氫還原來清除氧化錫。還原氫反應物可包含流入反應單元腔室中之氫氣，其中使用氫氣源、流量控制器、壓力及流量計、管線及電腦控制氫氣壓力以達成還原。可控制氫氣壓力及PV窗口溫度中之至少一者以提供熱力學上有利於藉由氫氣還原氧化錫的條件。氫氣壓力可在1毫托至10個大氣壓範圍內。PV窗口溫度可在100℃至2500℃、232℃至2000℃、232℃至1800℃及232℃至1650℃之至少一個範圍內。氫氣反應可在與所需氫氣壓力不同之氫氣壓力下間歇地發生以使低能量氫反應速率最佳化。PV窗口可藉由低能量氫反應電漿加以清潔。PV窗口可藉由將熔融錫注入至窗口表面上來加以清潔。注入可藉由注入器EM泵或獨立EM泵進行。一或多個清潔窗口之EM泵可包含具有掃描窗口表面上方之注入之光柵機制的光柵注入器。光柵機制可包含諸如機械致動器、電磁致動器、螺旋千斤頂致動器、步進馬達致動器、線性馬達致動器、熱致動器、電致動器、氣動致動器、液壓致動器、磁性致動器、螺線管致動器、壓電致動器、形狀記憶聚合物致動器、光聚合物致動器之致動器或此項技術中已知之其他致動器，其用於移動所注入熔融金屬流或旋轉其方向。在另一實施例中，窗口可包含以下中之至少一者：諸如碳塗層之抗拒氧化錫黏著之塗層、自旋窗口、機械刮擦器及噴氣口，諸如本發明之噴氣口。
在一例示性實施例中，諸如5ab4及5b4中之至少一者之PV窗口係藉由將熔融金屬自至少一個噴嘴注入至內表面上來加以清潔，該噴嘴具有複數個射出孔隙或孔口，諸如用於將錫注入至相對流之噴嘴及用於將錫注入至PV窗口之另一噴嘴，以清除其諸如金屬氧化物及金屬之碎片。經注入至窗口上之熔融金屬可進一步提供額外冷卻，且在一些實施例中，可防止或減少窗口之與過熱相關聯之結構變形(例如翹曲、破裂、透明度降低)或經歷任何與過熱相關聯之結構變形(例如翹曲、破裂)。在一實施例中，窗口因在其操作黑體溫度下之輻射性熱損失而維持穩態溫度，此平衡了經吸收以將窗口加熱之光功率及熱力。
在一實施例中，選擇每一噴嘴孔隙之大小以使得射出流動速率避免可能會造成泵之不穩定或故障的EM泵空蝕。可選擇孔隙直徑以提供某一背壓來防止泵送空蝕或不穩定。在一實施例中，所注入熔融金屬流之速度可較高以使得流之相交引起熔融金屬飛濺至PV窗口上以進行以下中之至少一者：對其進行清潔及冷卻。
在一實施例中，每一EM注入器管5k61包含用於包含斷電器之儲集器之斷電器下方一位置處之對應儲集器壁的結構支撐性撐臂，且撐臂位置在非斷電器儲集器內係任意的。在一例示性實施例中，撐臂可包含具有用於EM泵入口及EM注入器管5k61之穿透件的諸如BN或馬克爾陶瓷之陶瓷絕緣體區塊。可替代地，撐臂可包含複數個螺栓，該複數個螺栓經旋擰穿過儲集器壁，該壁之長度可個別地經調節以撐緊EM注入器管5k61到達諸如達成兩個熔融金屬流之相交以引起電漿點火之位置的所需位置。
在一實施例中，諸如包含雙重熔融金屬注入器之SunCell®的SunCell®包含：注入器對準機制或對準器，諸如致動器，諸如機械致動器、電磁致動器、螺旋千斤頂致動器、步進馬達致動器、線性馬達致動器、熱致動器、電致動器、氣動致動器、液壓致動器、磁性致動器、螺線管致動器、壓電致動器、形狀記憶聚合物致動器、光聚合物致動器之致動器或此項技術中已知之其他致動器，其用於移動或旋轉噴嘴5q、注入器5k61、儲集器5c、中斷儲集器EM泵總成914a (圖8G)及EM泵總成5kk中之至少一者。對準器可使自經對準噴嘴注入之對應熔融金屬流變化至所需方向來達成與由相對注入器注入之相對流之對準，從而引起熔融金屬流相交。對準器可包含諸如點火電流或電壓感測器之感測器及諸如電腦之控制器以自動地對準經對準注入器來維持流相交。對準器可包含諸如用以旋轉噴嘴5q以達成對準之齒輪系統的機械連接裝置，其中噴嘴可包含非對稱孔隙。對準器可包含至少一個連接至注入器5k61或噴嘴5q之機械地移動注入器5k61或噴嘴5q之機械推挽式桿。該桿可穿透儲集器5c，通過導管，到達驅動機制，其中導管及驅動機制中之至少一者經氣密密封。驅動機制可包含螺紋桿套環及用於旋轉該桿之構件中之至少一者以及用於推動或拉動該桿之氣動致動器、液壓致動器及壓電致動器或本發明之另一致動器。
在包含雙重熔融金屬注入器之SunCell之另一實施例中，EM泵總成5kk可經安裝至具有支撐件409k之滑台409c (圖8B-8L及圖13)以安裝及對準對應傾斜EM泵總成5kk及儲集器5c。SunCell支撐件409k可包含可調節至任何高度且可用防鬆螺母鎖定之鬆緊螺旋扣。支撐件409k可藉由諸如陶瓷墊圈之電隔離器與滑台409c電隔離。墊圈可在支撐件409k之基底處。SunCell可包含將中斷EM泵總成914a與反應單元腔室5b31電隔離之斷電器913 (圖8G-8L及圖13)、斷電器上方之儲集器區段、相對儲集器5c及儲集器EM泵總成915a。反應單元腔室5b31、斷電器上方之儲集器區段、相對儲集器5c及儲集器EM泵總成915a中之至少一者可進行以下中之至少一者：獨立於中斷EM泵總成914a之支撐件而進一步支撐及剛性附接至滑台409c。反應單元腔室之每一側上之例示性剛性支撐件為圖8H-8L及圖13中所示之反應單元腔室支撐件918。在一實施例中，支撐件918可包含用於在SunCell組件收縮及擴展時維持所需支撐壓力之諸如在基底409c末端處之可變形套或彈簧922的壓力控制器。包含斷電器913之儲集器可進一步包含：可撓性儲集器區段，諸如熔接或凸緣連接之伸縮管917 (例如https://www.mcmaster.com/bellows/expansion-joints-with-butt-weld-ends/https://www.mcmaster.com/bellows/expansion-joints-with-butt-weld-ends/或https://www.mcmaster.com/bellows/high-temperature-all-metal-expansion-joints-with-flanged-ends/)或編結軟管(例如https://www.mcmaster.com/bellows/extreme-temperature-air-and-steam-hose-with-male-threaded-fittings/)。可撓性區段可包含諸如鉭之材料或經諸如防火漆料、鉻、碳化鉻、氧化鋁、鉭、TiN之塗層或本發明之另一塗層塗佈，從而保護諸如伸縮管之可撓性區段免於與熔融金屬形成合金。可撓性區段可包含：襯裡，諸如熱絕緣器，諸如包含BN、馬克爾陶瓷、石英、氧化鋁、氧化鋯之熱絕緣器或本發明之另一熱絕緣器，以保護可撓性區段免於過熱。襯裡可為分段的、經分段的或鬆散的配件以准許可撓性。可撓性區段917可連接於斷電器913上方或下方。對準器可包含至少一個用於藉由壓縮可撓性區段之一側及相對側之延伸部來選擇性傾斜伸縮管之圓柱軸的傾斜系統。傾斜系統可包含用於延伸或收縮中斷EM泵總成914a之支撐件409k之長度以使對應注入器EM泵管5k61及噴嘴5q改變其方向的構件。在一實施例中，傾斜系統包含複數個長度可調節之支撐件409k以准許在複數個方位角以及豎直方向上進行對準。對準器之傾斜系統可包含諸如機械致動器、螺旋千斤頂致動器、步進馬達致動器、線性馬達致動器、熱致動器、電致動器、氣動致動器、液壓致動器、磁性致動器、螺線管致動器、壓電致動器、形狀記憶聚合物致動器、光聚合物致動器之致動器或此項技術中已知之其他致動器，其用於調節支撐件409k之長度。在一例示性實施例中，對準器包含：(i)伸縮管，諸如在一端上對接端熔接至中斷器913或中斷凸緣914及在另一端上對接端熔接至儲集器5c之伸縮管；(ii)四個在其基底處藉由陶瓷墊圈與滑台409c電隔離之鬆緊螺旋扣支撐件409k；及(iii)用於旋轉每一鬆緊螺旋扣以引起藉由調節鬆緊螺旋扣長度來調節噴嘴位置之機械構件，其中不具有斷電器之反應單元腔室5b31及儲集器5c經剛性支撐以允許中斷EM泵總成914a獨立運動。例示性剛性支撐件為圖8H-8L及圖13中所示之反應單元腔室支撐件918。用於旋轉每一鬆緊螺旋扣之機械構件可包含於每一鬆緊螺旋扣上之固定齒輪，每一鬆緊螺旋扣具有配合齒輪及用於旋轉配合齒輪以引起鬆緊螺旋扣長度發生變化的諸如伺服馬達之馬達。旋轉可由自對應感測器接收點火電流及電壓資料之電腦控制。可替代地，對準器包含傾斜系統，該傾斜系統包含至少一個諸如本發明之致動器的致動器以改變支撐件409k中之一或多者之長度，從而引起對準。
在另一實施例中，對準器包含：可撓性區段，諸如於反應單元腔室5b31與儲集器EM泵總成915a之間的於儲集器5c中之伸縮管；及用於藉由壓縮伸縮管之一側、相對側之延伸部來選擇性傾斜伸縮管之圓柱軸的傾斜系統，其中至少反應單元腔室5b31、伸縮管上方之儲集器區段5c、相對儲集器5c及中斷EM泵總成914a可進行以下中之至少一者：進一步支撐及剛性附接至滑台409c以准許伸縮管下方之儲集器EM泵總成915a獨立運動。例示性剛性支撐件為圖8H-8L及圖13中所示之反應單元腔室支撐件918。傾斜系統可包含至少一個能夠調節長度以使伸縮管傾斜，從而引起對準之支撐件409k。例示性傾斜系統為引起長度調節以達成對準之諸如本發明之致動器的致動器。
在替代實施例中，對準器包含諸如伸縮管917之可撓性區段及收縮傾斜系統，其中傾斜系統使伸縮管傾斜係藉由收縮伸縮管之一側而非壓縮及延長伸縮管之相對側來達成。圖8H-8L及圖13中所示之例示性收縮傾斜系統包含諸如伸縮管917之可撓性區段及可沿著伸縮管之圓柱軸跨越伸縮管917且在相對末端處緊扣至伸縮管的收縮或夾持裝置。例示性收縮傾斜系統包含在伸縮管之斷電器末端處之框架920及在相對末端處之可移動框架920a以及複數個跨越框架之諸如螺釘921之收縮元件，其中螺釘921之收縮或縮短使伸縮管在經縮短螺釘之側上收縮或縮短且在相對側上延長，伴隨對應螺釘921延長。收縮元件可包含諸如本發明之致動器的致動器。致動器可附接於伸縮管外部上，其中內部可充當對應儲集器5c之區段。
在一實施例中，對準器包含諸如伸縮管之注入器EM泵管5k61之可撓性區段及用於使注入器EM泵管5k61傾斜之系統。傾斜系統可包含：連接裝置，諸如機械連接裝置；及用於移動連接裝置之系統，諸如機械致動器、螺旋千斤頂致動器、步進馬達致動器、線性馬達致動器、熱致動器、電致動器、氣動致動器、液壓致動器、磁性致動器、螺線管致動器、壓電致動器、形狀記憶聚合物致動器、光聚合物致動器或此項技術中已知之其他致動器，其用於移動連接裝置。
在一實施例中，儲集器、斷電器及伸縮管中之至少一者可包含磁性材料，該磁性材料諸如為具有高居里溫度(Curie temperature)之磁性材料，諸如鋼(770℃居里溫度)。諸如鋼之磁性材料可充當用於捕集點火電流通量及由儲集器渦流或影像電流產生之通量的磁性電路，其中通量捕集用以防止熔融金屬流中之磁捏縮效應不穩定性。在一實施例中，儲集器、斷電器及伸縮管中之至少一者可包含諸如包含磁性鋼之磁性材料包層、套環或罩蓋的磁性材料包層、套環或罩蓋。在另一實施例中，儲集器、斷電器及伸縮管中之至少一者可包含電絕緣器或具有低導電性或不具有導電性之材料，從而可防止形成渦流或影像電流及可能會干擾EM泵之熔融金屬注入的對應磁通量。
在一實施例中，噴嘴5q各自包含諸如於相對側上之出口孔的出口孔以產生形成大致筆直水平管線之流或線性連接之熔融金屬流，從而避免相互勞侖茲偏轉。在一實施例中，EM泵5k61之每一注入管可包含使相對噴嘴成角度以產生大致線性連接之流，從而避免相互勞侖茲偏轉的區段。
在圖8L中所示之實施例中，噴嘴5q包含在EM泵管5k61之注入器區段之末端上大致居中以使得對應熔融金屬流平行於EM泵管5k61之注入器區段射出的開口。在一實施例中，每一注入器管可包含複數個(例如兩個、三個、四個)噴嘴5q，且/或每一儲集器5c可與複數個注入器管5k61流體連通。儲集器5c中之EM泵管5k61之注入器區段的高度可經調節以使得噴嘴處於儲集器內以保護其免受因曝露於反應單元腔室5b31中之較強電漿所致之損壞。在一實施例中，噴嘴可經浸沒於儲集器之熔融金屬池中。雙重注入器SunCell之兩個該等注入器及噴嘴之EM泵管5k61的儲集器及對應注入器區段可相對於彼此成角度以使得所射出之熔融金屬流沿循在反應單元腔室5b31中相交之軌跡941。儲集器5c可形成連接至反應單元腔室5b31以及PV窗口5ab4及5b4之倒置V。包含倒置V之支腳之儲集器之間的角度可在約1°至179°範圍內。其中儲集器5c連接至反應單元腔室5b31之區域可包含用於防止此區域過熱之散熱器。散熱器可為儲集器及反應單元腔室底面中之至少一者之壁的增厚。散熱器可包含圍繞儲集器之外部頂部部分的金屬套環。例示性散熱器包含不鏽鋼或銅。
在進一步防止儲集器之上部區段過熱之實施例中，反應單元腔室5b31可充當插入件之接收器。插入件可包含反應單元腔室底面襯裡5b31b及與反應單元腔室5b31相連之儲集器5c之區段。插入件可包含：耐火材料，諸如至少包含陶瓷、碳、石英之耐火材料；耐火金屬，諸如鎢；及本發明或此項技術中已知之另一耐火材料。插入件可包含材料複合物。插入件可包含複數個可緊扣在一起之部件。扣件可包含膠、硬焊件、熔接件、螺栓、螺釘、夾鉗或本發明或此項技術中已知之另一扣件。在經膠合碳部件之情況下，例示性膠包含Aremco Products Graphitic Bond 551RN。儲集器可包含具有任何所需橫截面幾何形狀(例如圓形、正方形或矩形)之金屬管，該等金屬管緊扣至反應單元腔室基底及彼此中之至少一者。對應扣件可包含熔接件。金屬可包含不鏽鋼或本發明之另一金屬。在管部分地彼此緊扣之情況下(例如如圖8A及圖8B中所示，頂點在橫截面中截止且連接至反應單元腔室5b31及PV窗口或PV窗口腔室中之至少一者除外)，諸如熔接件之扣件可在每一儲集器之斷電器913上方以維持熔融金屬注入器電極之電隔離。插入件可包含儲集器襯裡。在一例示性實施例中，插入件包含經插入底面處之反應單元腔室中以形成反應單元腔室底面襯裡5b31b的厚碳區塊襯裡，其中該區塊包含兩個經加工成以下碳區塊之管：具有一定直徑之與豎直成角度以與具有大致相同橫截面尺寸之不鏽鋼儲集器管對準的儲集器，該等不鏽鋼儲集器管在每一儲集器之斷電器913上方附接至反應單元腔室之基底或彼此附接。該角度可在相對於豎直而言約5°至85°範圍內。區塊之厚度可在約1 mm至100 mm範圍內。在一實施例中，反應單元腔室之壁朝向PV窗口逐漸變薄或會聚以增大電漿電流密度及低能量氫反應功率。會聚反應單元腔室可連接至本發明之PV窗口及PV窗口腔室中之至少一者。會聚電漿可引起氣體壓力增加以使電漿流入PV窗口5ab4及5b4或PV窗口腔室916之區域中，從而增加到達PV轉換器26a之光功率傳遞。
在一實施例中，噴嘴處存在來自整個反應單元腔室體積及儲集器之強電漿及光發射，但由於相較於反應單元腔室之截面積而言儲集器及噴嘴之截面積相對小，儲集器中之噴嘴處之電流密度最高。低能量氫功率隨電流非線性地按比例調整，但在一實施例中，低能量氫反應物擴散限制設定於其中。在一實施例中，用於流動諸如氫氣、氧氣及H
2O中之至少一者之低能量氫反應物的入口經定位以在噴嘴處建立擴散限制，從而限制此處產生之電力以防止噴嘴熔融。
在一實施例中，噴嘴5q係在注入器EM泵管之方向上經定向，該注入器EM泵管進一步包含經延伸高度之反應單元腔室5b31以准許熔融金屬流在反應單元腔室5b31內相交，該反應單元腔室可進一步包含藉由PV窗口5b4形成之任何空腔的至少一部分。在一實施例中，反應單元腔室及PV窗口中之至少一者可包含有包含倒置Y之豎直部分的幾何形狀。此區段可包含諸如圓圈或正方形之任何所需幾何水平橫截面。反應單元腔室可包含諸如包含碳及W中之至少一者之襯裡的襯裡5b31a。在一實施例中，反應單元腔室5b31之一或多個側壁之至少一部分可包含PV窗口。在圖8C-8D及圖8L中所示之例示性實施例中，PV窗口可包含諸如包含石英或藍寶石之透明矩形或立方體形腔室的透明矩形或立方體形腔室，該腔室係藉由諸如包含與匹配金屬凸緣配合之搭接石英或藍寶石凸緣之接頭的接頭連接至反應單元腔室5b31。在另一例示性實施例中，藉由一或多個PV窗口形成之對應PV腔室可包含圖8L中所示之反應單元腔室5b31，其中接頭處於其中儲集器連接至反應單元腔室之基底處。接頭可用諸如石墨墊片之墊片及夾鉗或藉由膠或黏著劑密封。在一替代性實施例中，矩形或立方體形腔室可包含具有石英或藍寶石窗口面板之框架，該等面板經墊片密封或與諸如金屬框架之框架膠合或黏著。在任一實施例中，膠或黏著劑可包含諸如Resbond 940SS、Resbond 989、Resbond 905、Resbond 940LE及Resbond 907中之至少一者的本發明之膠或黏著劑。黏著劑可包含諸如複數個層之複合物以允許藉由對應的不同黏著劑層黏著至框架且黏著至窗口。在一實施例中，基底或框架可包含諸如熔接或焊接至基底或框架之金屬篩網的錨，其中黏著劑經施用至錨及諸如石英或藍寶石窗口之窗口。
在一實施例中，錨包含薄金屬環形物，該薄金屬環形物包含在圓柱體之每一末端處具有套環或凸緣之圓柱體。環形物可緊密地真空熔接至基底或框架，且環形物之相對套環可與PV窗口膠合。環形物可包含諸如至少一個於圓柱體或環形物壁中之圓周褶狀物的至少一個膨脹構件。膠接頭可包含諸如於基底或框架側上之Resbond 940 SS及於對應膠接頭之窗口側上之Resbond 989的多個層。在一實施例中，凸緣、膠及窗口之熱膨脹係數與操作溫度範圍大致匹配。在一例示性實施例中，藍寶石窗口與具有匹配類似膨脹係數之所選不鏽鋼(SS)凸緣膠合。在一實施例中，SS可包含科伐合金或恆範鋼。膠或黏著劑可包含諸如Resbond 940SS、Resbond 989、Resbond 905、Resbond 940LE及Resbond 907中之至少一者的本發明之膠或黏著劑。膠接頭可經諸如能夠進行高溫操作之硬焊件，諸如本發明之硬焊件的合適硬焊件置換。操作溫度可在約300℃至2000℃範圍內。在一實施例中，經膠合或硬焊PV窗口之溫度極緩慢地逐漸升高及下降以防止熱衝擊。溫度逐漸升高速率可在約10℃/小時至2000℃/小時範圍內。
在一實施例中，EM泵壓力可增大以使待注入至PV空腔之頂部5ab4及5b4以及側面窗口中之至少一者之表面上的熔融金屬清除窗口的諸如金屬氧化物，諸如氧化錫或氧化鎵之材料。
噴嘴可包含耐火包層或塗層，該耐火包層或塗層亦可包含電絕緣器或具有低導電性。在一實施例中，噴嘴、塗層或包層中之至少一者可包含以下中之至少一者：耐火金屬或陶瓷、W、Ta、碳、經陶瓷塗佈之碳、BN、氧化鋯、氧化鋁、氧化鉿、諸如Resbond 940 HT或Resbond 940SS之Resbond灌封化合物及本發明之另一陶瓷或組合選項。
低能量氫反應可進行以下中之至少一者：在諸如金屬表面，諸如所注入熔融金屬，諸如錫、鎵或銀之極熱表面或可在約500℃至3500℃之溫度範圍內之金屬襯裡或注入器部件上傳播及自行持續。襯裡可包含突起至反應單元腔室中之部件，該反應單元腔室經選擇性地加熱以充當熱表面。熱表面可減少或消除對施加外部電場及點火電流中之至少一者的需求。在一實施例中，噴嘴5q及諸如壁襯裡及反應單元腔室底部或基底襯裡中之至少一者的反應單元腔室5b31襯裡中之至少一者可充當熱表面，該熱表面諸如為：諸如W、Ta之金屬表面或諸如本發明之耐火金屬表面的另一耐火金屬表面。在一替代性實施例中，諸如襯裡之熱表面可包含：陶瓷，諸如導電陶瓷，諸如金屬氮化物、碳化物或二硼化物塗層，諸如於諸如碳之耐火襯裡基板材料上之WC、TiB
2、ZrB
2或TiN塗層。例示性塗層為硼化鉿(HfB2) (M.P. = 3380℃)、碳化鎢(WC) (M.P. = 2785℃-2830℃)、碳化鉿(HfC) (M.P. = 3900℃)、Ta4HfC5 (M.P. = 4000℃)、Ta4HfC5TaX4HfCX5 (4215℃)、氮化鉿(HfN) (M.P. = 3385℃)、二硼化鋯(ZrB2) (M.P. = 3246℃)、碳化鋯(ZrC) (M.P. = 3400℃)、氮化鋯(ZrN) (M.P. = 2950℃)、硼化鈦(TiB2) (M.P. = 3225℃)、碳化鈦(TiC) (M.P. = 3100℃)、氮化鈦(TiN) (M.P. = 2950℃)、碳化矽(SiC) (M.P. = 2820℃)、硼化鉭(TaB2) (M.P. = 3040℃)、碳化鉭(TaC) (M.P. = 3800℃)、氮化鉭(TaN) (M.P. = 2700℃)、碳化鈮(NbC) (M.P. = 3490℃)、氮化鈮(NbN) (M.P. = 2573℃)、碳化釩(VC) (M.P. = 2810℃)。在一例示性實施例中，反應腔室5b31襯裡可包含W底面板5b31b及諸如用於形成矩形、立方體形、六邊形、八邊形或其他多邊形之W板壁區段的W板壁區段，其可進一步包含於W板之間的諸如陶瓷條帶之電絕緣器以將其隔離，從而避免於相鄰W板之間且接著到達噴嘴中之一者的電路徑。可替代地，壁襯裡可至少部分地包含電絕緣器或諸如碳、經陶瓷塗佈之碳、石英、諸如本發明之陶瓷的陶瓷之具有低導電性之材料或經諸如陶瓷塗層之非傳導性塗層塗佈的諸如W或Ta之導體。
在諸如圖8A-8L中所示之雙重熔融金屬注入器SunCell的雙重熔融金屬注入器SunCell之實施例中，一個EM泵之泵送速率相對於相對EM泵之泵送速率而言增大以使對應的主要所注入熔融金屬流衝擊於諸如金屬部件，諸如反應單元腔室側壁之表面上來產生經加熱表面，從而引發反應單元腔室中之低能量氫反應。一旦引發低能量氫反應，則可將EM泵之EM泵送速率設定為平衡的。可替代地，在SunCell之兩個儲集器中之僅一者中具有斷電器之SunCell的實施例中，主要所注入熔融金屬流衝擊於襯裡表面上，該襯裡表面不斷處於主要所注入熔融金屬流之極性的反極性下以產生熱表面，從而引發低能量氫反應，其中EM泵送速率可在之後經平衡。
在一實施例中，諸如圖8H-8L及圖13中所示之914及915之至少一組凸緣以及諸如26d、26e及902之其他凸緣可經諸如圍繞每一經接合組件周邊之環形物的扁平金屬板(無螺栓孔)置換。板可在外邊緣上經熔接在一起以形成接縫。可切割或研磨接縫以分離兩個板。
在一實施例中，注入器EM泵管5k61諸如為以下情況中之至少一者之注入器EM泵管：耐火及對與諸如W或Ta熔融金屬之熔融金屬形成合金具有抗性，該注入器EM泵管可包含用於將管緊扣至EM泵底板5kk1上之套環的管扣件。扣件可包含熔接件。扣件可包含熔接件。扣件可包含壓縮配件。可替代地，扣件可包含：黏著劑或灌注化合物，諸如本發明之黏著劑或灌注化合物，諸如陶瓷，諸如可具有與不鏽鋼類似之熱膨脹係數之Cotronics Resbond 940SS、Cotronics Resbond 940 HT或Sauereisen Electrotemp水泥。在另一實施例中，扣件包含EM泵管及諸如於每一者上之墊圈的套環環形物，其中環形物可經熔接於邊緣上以緊扣管。可替代地，EM泵管可包含使用諸如碳板之罩蓋將管緊固至與底板熔接之套環的環形物，該罩蓋推動環形物抵靠底板。板可與底板膠合或藉由至少一個扣件固持在適當位置。諸如套環、環形物及扣件之組件可經諸如本發明之錫合金抗性塗層，諸如CrC、氧化鋁或Ta的錫合金抗性塗層塗佈。
EM泵管5k6、儲集器5c及反應單元腔室5b31中之至少一者可經保護基礎金屬免於與熔融金屬形成合金之塗層塗佈。例示性塗層為氧化物、碳化物、二硼化物、氮化物、諸如防火漆料之陶瓷塗層及本發明之另一塗層。諸如壁及基底中之至少一者的EM泵管5k6、儲集器5c及反應單元腔室5b31中之至少一者可加襯裡加襯。例示性襯裡為碳或諸如氧化鋁，諸如在鎢襯裡圓周之96+%氧化鋁或FG995氧化鋁之陶瓷。碳可經諸如防火漆料、ZrO
2或Resbond 907GF之電絕緣材料塗佈。儲集器5c及反應單元腔室5b31可具有諸如正方形或矩形橫截面之多邊形橫截面。諸如包含碳及鎢中之至少一者之襯裡的襯裡可包含襯裡材料板，該等板可在板相交處一同傾斜。
在本發明之實施例中，諸如反應單元腔室、入口升流管、儲集器及EM泵管之SunCell組件之塗層可包含由諸如氧化釔、氧化鉿-鈦、氧化鋯、YAG、3Y
2O
3-5Al
2O
3及氧化鋁之ZYP塗料製造的塗層。至少一種ZYP塗料可替代防火漆料。
反應單元腔室5b31及PV窗口腔室916中之至少一者可進一步包含至少一個用於支撐反應單元腔室5b31及PV窗口腔室916中之至少一者之重量的結構支撐件，該結構支撐件諸如為至少一個可附接至平台409c之管柱或鬆緊螺旋扣409k。
在一實施例中，PV窗口包含至少一個鼓風機或壓縮機及至少一個用於藉由於窗口表面上之高速度氣流冷卻PV的噴口。諸如氦氣或氫氣之氣體可經選擇以使得其對發射輻射為惰性、透明的且具有高熱傳遞能力。
在一實施例中，PV窗口可位於球體中心，該球體具有覆蓋球體內部之能夠進行光回收之PV。可替代地，PV窗口可位於在半球體底部包含平面鏡之環形物之中心，該半球體包含覆蓋半球體內部之能夠進行光回收之PV。該鏡子可包含經拋光金屬、諸如Accuflect (Accuratus)之陶瓷或此項技術中已知之能夠反射諸如在約200 nm-5000 nm波長範圍內之光之由SunCell發射之實質上所有波長的其他反射體。
在諸如圖8L中所示之實施例的實施例中，反應單元腔室壁可在高溫下操作以充當PV轉換器26a之PV單元的黑體輻射器。PV轉換器26a之PV單元可各自包含紅外襯底或底層鏡以執行光回收至黑體輻射器壁。反應單元腔室壁可包含諸如使得能夠在諸如在約1000℃至3500℃範圍內之高溫下操作之鈮的耐火材料。壁可經諸如氧化鋁或CrC之本發明塗層塗佈以抑制氧化及與熔融金屬形成合金中之至少一者。
在一實施例中，使諸如鎵或錫之熔融金屬流過諸如於包含熱光伏打轉換器之殼型中之管的熱交換器。可將諸如鎵或錫之熔融金屬泵送通過輻射至經安裝於外殼內部之TPV單元的管。
在一實施例中，藉由低能量氫電漿經由PV窗口發射之強黑體輻射可直接用作輻射加熱器、光源及定向能量武器中之至少一者。諸如強光發射之定向能量可破壞或熔融諸如導彈及子彈之進入射彈。
在一實施例中，包含低能量氫或分子低能量氫之物質組合物包含向經塗佈物件提供隱形之塗層，此係因為低能量氫包含不吸收或發射可見光之暗物質。
在一實施例中，熔融金屬可包含任何已知金屬或合金，該金屬或合金諸如為錫、鎵、鎵銦錫合金、銀、銅；Ag-Cu合金，諸如71.9% Ag/28.1% Sn；及Ag-Sn合金，諸如50% Ag/50% Sn熔體。SunCell可包含用於使電漿及黑體光中之至少一者自反應單元腔室發射至PV轉換器之PV窗口。在一實施例中，反應單元腔室包含用於使黑體溫度更均一之氣體。氣體可包含諸如氬氣之稀有氣體。氣體壓力可較高以更好地分佈溫度。
熔融金屬可包含抗拒潤濕PV窗口，從而防止窗口失透之諸如錫之金屬。PV窗口可包含透明材料，該透明材料可為耐高溫及對錫潤濕具有抗性中之至少一者。該窗口可包含以下中之至少一者：石英、零度微晶玻璃(zerodur) (鋁矽酸鋰玻璃陶瓷)、ULE (具有零熱膨脹係數(CTE)之二氧化鈦-二氧化矽二元玻璃)、藍寶石、氮氧化鋁、MgF
2、玻璃、派熱克斯玻璃(Pyrex)及此項技術中已知之其他該等窗口。除傳輸來自反應單元腔室內部之電漿發射以外，窗口亦可能夠在諸如在約200℃至1800℃範圍內之高溫下操作且可充當黑體輻射器。合適的例示性能夠具有高溫之窗口為Rayotek之高壓、高溫視鏡窗口(HTHP)之能夠具有高溫之窗口(https://rayoteksightwindows.com/products/high-temp-sight-glass-windows.html)。
在一實施例中，PV窗口為以下情況中之至少一者：經清潔及經來自諸如以下之源之氣體圍包、噴氣口、高壓噴口或氣刀中之至少一者冷卻：氣體噴嘴或注入器、氣體源以及諸如可在電漿產生期間操作之壓力感測器、閥及電腦之流量及壓力控制器。氣體可包含諸如氬氣之稀有氣體及蒸汽中之至少一者。在一實施例中，窗口清潔器包含可為脈衝式之噴水口，其中可將過量水作為蒸汽泵送出。在一實施例中，噴氣口可包含蒸汽。窗口可包含連接至真空泵之局部真空埠以在蒸汽流入反應單元腔室中之前移除蒸汽。窗口可進一步包含擋板，該擋板諸如為用於關閉來自反應單元腔室之窗口以准許藉由局部真空埠及真空泵選擇性泵送出蒸汽之閘閥。在一實施例中，窗口可包含熔融金屬泵，該熔融金屬泵諸如為用以將諸如鎵、錫、銀、銅或其合金之熔融金屬注入至窗口之內表面上以對其進行清潔的電磁泵。
在一實施例中，熔融金屬包含錫。在一實施例中，PV窗口包含諸如氧化銦錫之傳導性透明塗層。可藉由電壓源向窗口施加偏壓以排斥諸如錫粒子及SnO粒子之黏著粒子。在一實施例中，窗口為藉由諸如輝光放電源之電漿源加以清潔之電漿。在一實施例中，窗口或窗口殼體中之至少一者可進一步包含輝光放電電極。在一實施例中，PV窗口接近將HOH及原子H提供至反應單元腔室5b31之輝光放電單元900 (圖9A)。放電單元可為以下情況中之至少一者：經定位或成角度以使得由所供應之分子氫形成於放電單元中之原子氫在PV窗口表面上方流動。原子氫可與錫或氧化錫反應以形成揮發性SnH
4，從而清潔PV窗口。在一實施例中，放電單元出口可包含擋板或偏轉器以使來自放電單元出口之原子氫流入射於PV窗口上。擋板或轉轍器可包含諸如玻璃、石英或陶瓷，諸如氧化鋁或BN之具有低氫複合係數或低複合能力之材料。
在一實施例中，窗口經冷卻以至少(i)減少PV轉換器之加熱；及(ii)准許形成揮發性錫烷以清潔窗口，其中錫烷係在溫度高於錫烷熱分解溫度之反應單元腔室中分解。另外，窗口溫度可經維持高於錫熔點，諸如高於235℃。在一實施例中，諸如反應單元腔室及儲集器中之至少一者中之熔融錫溫度的熔融錫溫度經維持高於錫烷分解溫度及氫氣實質上自熔融錫解吸之時之溫度中的一或多者。氫氣可為來自反應單元腔室之低能量氫反應物。在一實施例中，窗口溫度經維持高於氧化錫之氫還原溫度，其中氫可為呈分子及原子之至少一種形式的氣態氫。反應單元腔室及儲集器中之至少一者可經維持在約235℃至3500℃之溫度範圍內。
在一實施例中，電力產生系統(稱為SunCell)包含至少一個電漿單元，該電漿單元包含：(i)放電電漿產生單元900，其產生水/氫氣混合物，該水/氫氣混合物待經由放電電漿產生單元導向熔融金屬單元；及(ii)放電電漿點火單元，其在反應單元腔室5b31中產生放電電漿，其中電漿單元中之至少一者在反應單元腔室5b31中引起低能量氫電漿點火，其中低能量氫電漿包含至少部分地由低能量氫反應提供動力及持續的電漿。在此等實施例中，諸如輝光放電單元之放電電漿產生單元誘導由氣體(例如包含混合氧氣及氫氣之氣體)形成第一電漿；其中放電電漿產生單元之流出液被導向熔融金屬電路(例如熔融金屬、陽極、陰極、浸沒於熔融金屬儲集器中之電極、兩個熔融金屬儲集器中之任一者、兩個注入器熔融金屬電極中之任一者)之任何部分。在此等實施例中，諸如輝光放電單元之放電電漿點火單元在反應單元腔室中誘導諸如氣體放電之放電以在反應單元腔室中引起低能量氫反應之點火。放電電漿點火之電極可包含點火電極。放電單元之電極可包含陽極、陰極、浸沒於熔融金屬儲集器中之電極、兩個熔融金屬儲集器中之任一者、兩個注入器熔融金屬電極中之任一者、儲集器、反應單元腔室及獨立放電電漿點火電極中之至少一者，該獨立放電電漿點火電極經由諸如饋通件之電隔離連接件穿透反應單元腔室。放電電漿點火電極可為抗拒與熔融金屬形成合金的諸如Ta、W之金屬或諸如經碳化物或氮化物塗佈之不鏽鋼電極之經塗佈金屬。
在一例示性實施例(圖8F-G)中，鎢放電電漿點火電極可在注入器電極5k6之金屬流中之一者附近穿透反應單元腔室。電極可經由饋通件穿透反應單元腔室壁。SunCell可包含高壓動力供應器，該高壓動力供應器可包含給放電電漿產生單元提供動力之供應器。動力供應器可向放電電漿產生單元施加高電壓以引起氣體輝光放電，從而點燃低能量氫電漿。一個電極可包含點火匯流條5k2a1。在其中反應單元腔室5b31接地之例示性實施例中，來自高電壓放電動力供應器之正放電電極導線可連接至包含斷電器913之儲集器5c中之點火匯流條5k2a1，且來自高電壓放電動力供應器之負放電電極導線可連接至另一點火匯流條5k2a1。在一替代性實施例中，放電電漿產生單元900充當放電電漿產生單元900及放電電漿點火單元。在該情況下，放電電漿產生單元之諸如正電極之電極可延伸穿過放電電漿產生單元，進入反應單元腔室中。
在一實施例中，光-電轉換器包含本發明之光伏打轉換器，該光伏打轉換器包含光伏打(PV)單元，該等光伏打(PV)單元響應於諸如對應於至少10%光功率輸出的自該單元發射之光之實質波長區。在一實施例中，PV單元為可接收大於日光強度之諸如在約1.5 suns至75,000 suns、10 suns至10,000 suns及100 suns至2000 suns中之至少一者之強度範圍內之高強度光的聚光型單元。聚光型PV單元可包含可在約1 Suns至1000 Suns範圍內操作之c-Si。矽PV單元可在執行以下中之至少一個功能之溫度下操作：改善帶隙以更好地匹配黑體光譜及改善排熱且從而降低冷卻系統之複雜度。在一例示性實施例中，聚光型矽PV單元係在約130℃下以100 Suns至500 Suns操作以得到約0.84 V之帶隙，從而匹配3000℃黑體輻射器之光譜。PV單元可包含單個接面或諸如三重接面之複數個接面。聚光型PV單元可包含單接面Si或單接面III/V族半導體或複數個層，該複數個層諸如為III/V族半導體之層，諸如以下之群中之至少一者：InGaP/InGaAs/Ge；InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge；GaInP/GaAsP/SiGe；GaInP/GaAsP/Si；GaInP/GaAsP/Ge；GaInP/GaAsP/Si/SiGe；GaInP/GaAs/InGaAs；GaInP/GaAs/GaInNAs；GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs；GaInP/Ga(In)As/InGaAs；GaInP-GaAs-wafer-InGaAs；GaInP-Ga(In)As-Ge；及GaInP-GaInAs-Ge。諸如三重或雙重接面之複數個接面可串聯連接。在另一實施例中，該等接面可並聯連接。該等接面可以機械方式堆疊。該等接面可經晶圓結合。在一實施例中，接面之間的隧道二極體可經晶圓結合件置換。晶圓結合件對於藉由後續或較深接面轉換之波長區而言可為電隔離及透明的。每一接面可連接至獨立電連接件或匯流條。獨立匯流條可串聯或並聯連接。用於每一電學上獨立之接面的電接觸件可包含柵格電線。由於電流分佈於用於獨立接面或接面組之多個並聯電路或互連件上，因此可使電線陰影面積減至最小。可側向移除電流。晶圓結合層可包含透明傳導層。例示性透明導體為：透明傳導性氧化物(TCO)，諸如氧化銦錫(ITO)、摻氟氧化錫(FTO)及經摻雜之氧化鋅；及傳導性聚合物、石墨烯及碳奈米管及熟習此項技術者已知之其他透明導體。苯并環丁烯(BCB)可包含中間結合層。結合可介於諸如玻璃，諸如硼矽酸鹽玻璃之透明材料與PV半導體材料之間。例示性雙接面單元為包含結合至GaAs底層之GaInP晶圓頂層的單元(GaInP//GaAs)。例示性四接面單元包含於InP基板上之GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs，其中每一接面可藉由隧道二極體(/)或隔離透明晶圓結合層(//)單獨間隔開，諸如藉由於InP上之GaInP//GaAs//GaInAsP//GaInAs給出之單元。PV單元可包含InGaP//GaAs//InGaAsNSb//傳導層//傳導層//GaSb//InGaAsSb。基板可為GaAs或Ge。PV單元可包含Si-Ge-Sn及合金。二極體與晶圓結合件之所有組合皆在本發明之範疇內。在AM1.5d光譜之297倍濃度下具有44.7%轉換功效之例示性四接面單元係由SOITEC, France製造。PV單元可包含單個接面。例示性單接面PV單元可包含單晶矽單元，諸如Sater等人(B. L. Sater, N. D. Sater, 「High voltage silicon VMJ solar cells for up to 1000 suns intensities」, 光伏打專家會議(Photovoltaic Specialists Conference), 2002. 第二十九屆IEEE之會議記錄(Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE), 2002年5月19-24日, 第1019-1022頁)所給出之單晶矽單元中之一者，該文獻以全文引用之方式併入本文中。可替代地，單接面單元可包含GaAs或摻雜其他元素之GaAs，該等其他元素諸如為III族及V族之元素。在一例示性實施例中，PV單元包含在約1000 suns下操作之三重接面聚光型PV單元或GaAs PV單元。在另一例示性實施例中，PV單元包含在250 suns下操作之c-Si。在一例示性實施例中，PV可包含可選擇性地對小於900 nm之波長反應之GaAs及可選擇性地對在900 nm與1800 nm之間的區域中之波長反應之於InP、GaAs及Ge中之至少一者上之InGaAs。可以組合形式使用包含於InP上之GaAs及InGaAs之兩種類型之PV單元來提高效率。兩種該單接面型單元可用於具有雙重接面單元之效應。該組合可藉由使用雙向色鏡、雙向色濾光片及單獨或與鏡子組合之單元架構中之至少一者來實施以達成如本發明中所給出之光之多次反彈或反射。在一實施例中，每一PV單元包含對入射光進行分離及分類，從而使其重新定向以照在多接面單元中之特定層上的多色層。在一例示性實施例中，該單元包含用於可見光之磷化銦鎵層及用於紅外光之砷化鎵層，其中對應的光經導向。PV單元可包含GaAs
1-x-yN
xBi
y合金。
PV單元可包含矽。矽PV單元可包含可在約5 Suns至2000 Suns之強度範圍內操作的聚光型單元。矽PV單元可包含結晶矽且至少一個表面可進一步包含可具有與結晶Si層不同之帶隙的非晶矽。非晶矽可具有比結晶矽寬的帶隙。非晶矽層可執行以下中之至少一個功能：使單元為電透明的及防止電子-電洞對在表面處複合。矽單元可包含多接面單元。該等層可包含個別單元。至少一個諸如頂部單元，諸如包含Ga、As、InP、Al及In中之至少一者之單元的單元可經離子分片且以機械方式堆疊於諸如Si底部單元之Si單元上。多接面單元及串聯連接之單元之層中之至少一者可包含旁通二極體以將由單元各層之間的電流錯配所致之電流及功率損失降至最低。單元表面可有紋理以便於光穿透至單元中。單元可包含抗反射塗層以增強光穿透至單元中。抗反射塗層可進一步反射比帶隙能量低之波長。塗層可包含複數個層，諸如約兩個至20個層。數目增加之層可增強對帶通諸如比帶隙能量高之光之所需波長範圍且反射諸如比帶隙能量低之波長之另一範圍的選擇性。自單元表面反射之光可反彈至可吸收光之至少一個其他單元。PV轉換器可包含諸如測地圓頂之閉合結構以提供所反射光之多次反彈，從而增大用於PV吸收及轉換之橫截面。測地圓頂可包含諸如覆蓋有PV單元15之三角形單元的複數個接收器單元200 (圖11)。圓頂可充當積分球。未經轉換之光可經回收。光回收可經由諸如測地圓頂之接收器單元的部件接收器單元之間的反射而發生。表面可包含可反射比該單元之帶隙能量低之波長的濾光片。該單元可包含諸如銀或金底層之底鏡以反射回未經吸收之光穿過單元。另外的未經吸收之光及由單元表面濾光片反射之光可由黑體輻射器吸收且再發射至PV單元，其中黑體輻射包含諸如反應單元腔室及儲集器之至少一個壁的SunCell組件中之至少一者。在一實施例中，PV基板可包含對自底部單元透射至基板背面上之反射器之光透明的材料。具有透明基板之例示性三重接面單元為InGaAsP (1.3 eV)、InGaAsP (0.96 eV)、InGaAs (0.73 eV)、InP基板及銅或金IR反射器。在一實施例中，PV單元可包含聚光型矽單元。多接面III-V單元可經選擇用於較高電壓，或Si單元可經選擇以獲得更低的成本。匯流條陰影可藉由使用諸如透明傳導性氧化物(TCO)之透明導體來減少。
PV單元可包含鈣鈦礦單元。例示性鈣鈦礦單元自上而下包含Au、Ni、Al、Ti、GaN、CH
3NH
3SnI
3、單層h-BN、CH
3NH
3PbI
3-xBr
x、HTM/GA、底部接點(Au)之層。
單元可包含諸如包含分別用於轉換EUV及UV之AlN頂層及GaN底層之單元的多p-n接面單元。在一實施例中，光伏打單元可包含GaN p層單元，該GaN p層單元在表面附近具有重度p摻雜以避免諸如UV及EUV之短波長光的過度衰減。n型底層可包含AlGaN或AlN。在一實施例中，PV單元包含GaN及在p-n接面之頂層中經重度p摻雜之Al
xGa
1 - xN，其中p摻雜層包含二維電洞氣體。在一實施例中，PV單元可包含具有半導體接面之GaN、AlGaN及AlN中之至少一者。在一實施例中，PV單元可包含具有金屬接面之n型AlGaN或AlN。在一實施例中，PV單元響應於比具有多個電子-電洞對之PV材料之帶隙高的高能量光。光強度可足以使複合機制飽和以提高效率。
轉換器可包含複數個以下中之至少一者：(i) GaN；(ii) AlGaN或AlN p-n接面；及(iii)淺超薄p-n異質接面光伏打單元，其各自包含於n型AlGaN或AlN基底區上之GaN中之p型二維電洞氣體。每一單元可包含到達諸如Al薄膜層之金屬膜層、n型層、耗乏層、p型層之導線及到達諸如Al薄膜層之金屬膜層之導線，其中由於短波長光及真空操作而不存在鈍化層。在包含AlGaN或AlN n型層之光伏打單元之實施例中，具有適當功函數之金屬可置換p層以構成肖特基(Schottky)整流障壁，從而構成肖特基障壁金屬/半導體光伏打單元。
在另一實施例中，轉換器可包含光伏打(PV)單元、光電(PE)單元及PV單元與PE單元之混合單元中之至少一者。PE單元可包含諸如GaN PE單元之固態單元。PE單元可各自包含光陰極、間隙層及陽極。例示性PE單元包含中止GaN (陰極)/可中止AlN (分離器或間隙)/ Al、Yb或Eu (陽極)。PV單元可各自包含本發明之GaN、AlGaN及AlN PV單元中之至少一者。PE單元可為頂層且PV單元可為混合單元之底層。PE單元可轉換最短波長光。在一實施例中，PE單元之陰極層及陽極層以及PV單元之p層及n層中之至少一者可完全顛倒。架構可改變以改善集電。在一實施例中，將來自燃料點火之光發射偏振且將轉換器最佳化以使用光偏振選擇性材料來最佳化光穿透至單元之主動層中。
在一實施例中，自反應單元腔室中之低能量氫電漿發射光通過PV窗口到達PV轉換器可主要包含紫外光及諸如在約10 nm至300 nm之波長區內之光的極紫外光。PV單元可響應於約10 nm至300 nm之波長區之至少一部分。PV單元可包含聚光型UV單元。單元可響應於黑體輻射。黑體輻射可對應於約1000K至6000K之至少一個溫度範圍。入射光強度可在約2 suns至100,000 suns及10 suns至10,000 suns之至少一個範圍內。單元可在諸如約低於300℃及低於150℃之至少一個溫度範圍的此項技術中已知之溫度範圍下操作。PV單元可包含諸如InGaN、GaN及AlGaN中之至少一者的III族氮化物。在一實施例中，PV單元可包含複數個接面。該等接面可串聯分層。在另一實施例中，該等接面為獨立或電並聯的。獨立接面可以機械方式堆疊或經晶圓結合。例示性多接面PV單元包含至少兩個包含諸如來自InGaN、GaN及AlGaN之群之複數者之經n-p摻雜之半導體的接面。GaN之n摻雜劑可包含氧氣，且p摻雜劑可包含Mg。例示性三重接面單元可包含InGaN//GaN//AlGaN，其中//可指隔離透明晶圓結合層或機械堆疊。PV可在等於聚光型光伏打裝置(CPV)之光強度的高光強度下操作。基板可為藍寶石、Si、SiC及GaN中之至少一者，其中後兩者提供CPV應用之最佳晶格匹配。各層可使用此項技術中已知之有機金屬氣相磊晶(MOVPE)法沈積。該等單元可藉由諸如CPV或二極體雷射，諸如商業GaN二極體雷射中所用之冷板的冷板冷卻。如在CPV單元之情況下，柵格接點可經安裝於單元之正表面及背表面上。在一實施例中，諸如包含GaN、AlN及GaAlN中之至少一者之PV單元的PV單元之表面可終止。終止層可包含H及F中之至少一者。終止可減小缺陷之載波複合效應。表面可用諸如AlN之窗口終止。
在一實施例中，PV窗口以及光伏打(PV)轉換器及光電(PE)轉換器之保護性窗口中之至少一者可實質上對其所響應之光透明。窗口可對響應光至少10%透明。窗口可對UV光透明。窗口可在PV或PE單元上包含諸如UV透明塗層之塗層。塗層可藉由諸如氣相沈積之沈積來施用。塗層可包含諸如藍寶石或MgF
2窗口之本發明UV窗口之材料。其他合適窗口包含LiF及CaF
2。諸如MgF
2窗口之任何窗口可製得較薄以限制EUV衰減。在一實施例中，諸如硬的玻璃類PV或PE材料，諸如GaN之PV或PE材料充當可清潔表面。諸如GaN之PV材料可充當窗口。在一實施例中，PV或PE單元之表面電極可包含窗口。電極及窗口可包含鋁。窗口可包含鋁、碳、石墨、氧化鋯、石墨烯、MgF
2、鹼土氟化物、鹼土鹵化物、Al
2O
3及藍寶石中之至少一者。窗口可極薄，諸如約1 Å至100 Å厚以使得其對來自單元之UV及EUV發射透明。例示性薄透明薄膜為Al、Yb及Eu薄膜。該膜可藉由MOCVD、氣相沈積、濺鍍及此項技術中已知之其他方法來施用。
在一實施例中，該單元可藉由至少一種機制將入射光轉換成電，該至少一種機制諸如為來自光伏打效應、光電效應、熱離子效應及熱電效應之群之至少一種機制。轉換器可包含雙層單元，每一雙層單元在光伏打層之頂部上具有光電層。諸如極紫外光之較高能量光可選擇性地經頂層吸收及轉換。複數個層中之一個層可包含諸如MgF
2窗口之UV窗口。UV窗口可保護紫外(UV) PV免受諸如因軟X射線輻射所致之損壞的因電離輻射所致之損壞。在一實施例中，可添加低壓單元氣體以選擇性地使將損壞UV PV之輻射衰減。可替代地，此輻射可藉由光電轉換器頂層至少部分地轉換成電且至少部分地由UV PV阻擋。在另一實施例中，諸如GaN之UV PV材料亦可使用光伏打效應及光電效應中之至少一者將來自單元之極紫外發射之至少一部分轉換成電。
光伏打轉換器可包含將紫外光轉換成電之PV單元。例示性紫外PV單元包含以下中之至少一者：經沈積於經Nb摻雜之氧化鈦上之聚(4-苯乙烯磺酸酯)膜(SrTiO3:Nb)摻雜之p型半傳導性聚合物PEDOT-PSS聚(3,4-伸乙二氧基噻吩) (PEDOT-PSS/SrTiO3:Nb異質結構)、GaN、經諸如錳之過渡金屬、SiC、金剛石、Si及TiO
2摻雜之GaN。其他例示性PV光伏打單元包含n-ZnO/p-GaN異質接面單元。
為了將高強度光轉換成電，產生器可包含光分佈系統及諸如圖10中所示之光伏打轉換器的光伏打轉換器26a。光分佈系統可包含沿自單元發射之光之傳播軸線佈置成遮光堆疊之複數個半透明鏡，其中在該堆疊之每一鏡子部件23處，光至少部分地經反射至諸如與光傳播方向平行對準之單元之PC單元15上以接收橫向反射光。光-電面板15可包含PE、PV及熱離子單元中之至少一者。到達轉換器之窗口可對諸如短波長光之單元發射光或諸如對應於約1000K至4000K之溫度之黑體輻射透明，其中功率轉換器可包含熱光伏打(TPV)功率轉換器。PV窗口或到達PV轉換器之窗口可包含以下中之至少一者：藍寶石、氮氧化鋁、LiF、MgF
2及CaF
2；諸如氟化物，諸如BaF
2、CdF
2之其他鹼土鹵化物；石英、熔結石英、UV玻璃、硼矽酸鹽及紅外矽(ThorLabs)。半透明鏡23可對短波長光透明。材料可與PV轉換器窗口之材料相同，該PV轉換器窗口部分覆蓋有諸如鏡子，諸如UV鏡之反射性材料。半透明鏡23可包含反射性材料之格紋圖案，該反射性材料諸如為UV鏡，諸如以下中之至少一者：經MgF
2塗佈之Al及於鋁上之諸如MgF
2或LiF膜或SiC膜之氟化物薄膜。
在一實施例中，TPV轉換效率可藉由使用於黑體發射體5b4c表面上之諸如鐿之選擇性發射體來增大。鐿為一類稀土金屬之例示性成員，其代替發射類似於譜線輻射光譜之正常黑體光譜發射譜。此允許相對窄之經發射能量光譜與TPV單元之帶隙極為接近地匹配。
在一實施例中，PV轉換器26a (參見例如圖12-13)可包含複數個三角形接收器單元(TRU)，每一單元包含複數個諸如正面聚光型光伏打單元之光伏打單元、安裝板及於安裝板背面上之冷卻器。冷卻器可包含多通道板、支援冷卻劑相變之表面及熱管中之至少一者。三角形接收器單元可連接在一起以形成至少一部分測地圓頂。TRU可進一步包含電連接件、匯流條及冷卻劑通道中之至少一者的互連。在一實施例中，接收器單元及連接圖案可包含降低冷卻系統之複雜度的幾何形狀。諸如測地球形PV轉換器之三角形接收器單元數目的PV轉換器組件數目可減少。PV轉換器可包含複數個區段。該等區段可接合在一起以形成圍繞黑體輻射器5b4c或PV窗口5b4之部分罩殼。PV轉換器及黑體輻射器5b4c中之至少一者可為多面體形的，其中黑體輻射器及接收器單元之表面在幾何學上可為匹配的。PV窗口亦可具有與PV轉換器26a類似之幾何匹配，諸如在部分圓頂PV窗口5b4 (圖13)及部分測地圓頂PV轉換器26a之情況下。舉例而言，PV窗口可為球形或半球形的，且PV轉換器可包含多個呈測地圓頂組態之PV面板，且視情況而言，PV窗口球體之中心與測地圓頂之中心相同或幾乎相同(例如在1 cm內)。PV轉換器罩殼可包含三角形單元、正方形單元、矩形單元、圓柱形單元或其他幾何單元中之至少一者。黑體輻射器5b4c或PV窗口5b4可包含正方形、部分球體或其他所需幾何形狀中之至少一者以照射PV轉換器之單元。在一例示性實施例中，轉換器罩殼可包含五個圍繞黑體輻射器5b4c或PV窗口5b4之正方形單元，該PV窗口可為球形、矩形或正方形的。轉換器罩殼可進一步包含用於自黑體輻射器或PV窗口之基底接收光之接收器單元。基底單元之幾何形狀可為使光採集最佳化之幾何形狀。罩殼可包含正方形與三角形之組合。罩殼可包含頂部正方形，該頂部正方形連接至包含四個交替正方形及三角形對之上部區段，連接至作為中段之六個正方形，連接至包含四個交替正方形及三角形對之至少一部分下部區段，該至少一部分下部區段連接至部分或不存在的底部正方形。
光伏打轉換器之測地緻密接收器陣列之三角形元件的示意圖示於圖11中。於測地圓頂中之PV轉換器26a (參見例如圖12-13)可包含由三角形元件200構成之緻密接收器陣列，每一三角形元件由能夠將來自黑體輻射器5b4c或PV窗口5b4之光轉換成電的複數個聚光型光伏打單元15構成。PV單元15可包含於GaAs N晶圓上之GaAs P/N單元、於InP上之InAlGaAs及於GaAs上之InAlGaAs中之至少一者。單元可各自包含至少一個接面。三角形元件200可包含：罩蓋本體201，諸如包含經衝壓科伐合金薄片之罩蓋本體；熱埠202及冷埠204，諸如包含壓入配合管之熱埠及冷埠；及用於連接連續三角形元件200之附接凸緣203，諸如包含經衝壓科伐合金薄片之附接凸緣。
在包含熱力源之實施例中，PV轉換器26a之熱交換器包含複數個諸如圖11中所示之三角形元件200的熱交換器元件200及用於吸收光之構件，每一元件包含熱冷卻劑出口202及較冷冷卻劑入口204。光可來自諸如反應單元腔室壁之黑體輻射器5b4c或穿過PV窗口5b4之低能量氫電漿。熱交換器元件200可各自在熱進入流過該元件之冷卻劑時傳遞未轉換成電之動力。冷卻劑入口及出口中之至少一者可附接至共同水歧管。熱交換器系統可進一步包含冷卻劑泵、冷卻劑槽及諸如輻射器及在空氣流過輻射器之情況下向裝載裝置提供熱空氣之空氣風扇的裝載熱交換器。
每一接收器單元之冷卻器或熱交換器可包含以下中之至少一者：冷卻劑殼體，其包含至少一個冷卻劑入口及一個冷卻劑出口；至少一個冷卻劑分配結構，諸如分流器擋板，諸如具有通路之板；及經安裝至PV單元安裝板上之複數個冷卻劑鰭片。鰭片可由諸如銀、銅或鋁之高導熱性材料構成。鰭片之高度、間距及分佈可經選擇以在PV單元區域上達成均一溫度。冷卻器可藉由熱環氧樹脂安裝至安裝板及PV單元中之至少一者。可藉由防護玻璃罩或窗口保護PV單元之前側(經照明側)。在一實施例中，包含接收器單元之罩殼可包含壓力容器。壓力容器之壓力可經調節以至少部分地平衡反應單元腔室5b31內部之熔融金屬蒸氣壓的內部壓力。
在一實施例中，SunCell之功率可藉由能夠記錄電漿黑體輻射及溫度之光功率計或光譜儀來光學感測。諸如透射通過PV窗口5b4之所記錄功率可由控制器使用以控制諸如本發明之低能量氫反應條件的低能量氫反應條件，從而維持所需功率輸出。
在一實施例(圖12-13)中，PV轉換器之半徑可相對於黑體輻射器5b4c或PV窗口5b4之半徑而言增大以基於光功率通量之反半徑平方依賴性而降低光強度。可替代地，可藉由光分佈系統降低光強度，該光分佈系統包含沿黑體輻射器射線路徑之一系列半透明鏡23 (圖10)，該黑體輻射器射線路徑將入射光部分地反射至PV單元15且將光之一部分進一步透射至該系列之下一部件。光分佈系統可包含用於沿徑向路徑、Z形路徑或便於堆疊一系列PV單元之其他路徑降低光強度之鏡子及用於達成所需光強度分佈及轉換之鏡子。在一實施例中，黑體輻射器5b4c或PV窗口5b4可具有與光分佈系統及PV轉換系統配合之幾何形狀，該光分佈系統及PV轉換系統包含一系列鏡子、透鏡或濾光片以及對應PV單元。在一例示性實施例中，黑體輻射器或PV窗口可為正方形的且與直線光分佈系統及PV轉換系統幾何形狀匹配。
冷卻系統之參數可經選擇以使產生器之成本、效能及功率輸出最佳化。例示性參數為冷卻劑身分、冷卻劑相變、冷卻劑壓力、PV溫度、冷卻劑溫度及溫度範圍、冷卻劑流動速率、相對於黑體輻射器半徑而言之PV轉換器及冷卻劑系統半徑及用以減少無法藉由PV轉換成電之PV入射光的量或用以回收在穿過PV單元後未能轉換之PV入射光的於PV之正面或背面上之光回收及波長帶選擇性濾光片或反射器。例示性冷卻劑系統為執行以下中之至少一者之冷卻劑系統：i.)在PV單元處形成蒸汽、輸送蒸汽及使蒸汽冷凝以在與周圍之交換介面處釋放熱量；ⅱ.)在PV單元處形成流，將其冷凝回成液體，且在諸如輻射器之與環境之熱交換器處自單相排熱；及ⅲ.)自具有微通道板之PV單元移除熱量且在與周圍之熱交換器處排熱。在冷卻PV單元期間，冷卻劑仍可處於單相中。
PV單元可經安裝至冷板。可藉由到達冷卻歧管之冷卻劑導管或冷卻劑管自冷板移除熱量。歧管可包含可沿PV轉換器之豎直或z軸間隔開之圍繞PV轉換器圓周之複數個環形管，且包含脫離其之冷卻劑導管或冷卻劑管。在一實施例中，經加熱冷卻劑可用以向裝載裝置提供熱力。冷卻系統可包含至少一個額外熱交換器以使冷卻劑冷卻且向熱裝載裝置提供熱量。經冷卻之冷卻劑可藉由泵再循環至冷板。
反應單元腔室、儲集器及EM泵中之至少一者可藉由諸如水之冷卻劑冷卻。根據本發明，冷卻劑可被動地循環通過熱交換器或藉由泵主動地循環以移除熱量。被動循環可包含蒸汽形成及冷凝熱傳遞循環。PV單元及PV窗口中之至少一者可藉由循環冷卻劑冷卻。在一實施例中，PV轉換器26a包含PV單元之緻密接收器陣列、PV窗口、容納PV轉換器之殼體、藉由至少一個泵循環通過殼體之冷卻劑、熱交換器、至少一個溫度感測器、至少一個流量感測器及用於自PC單元及PV窗口中之至少一者移除熱量之熱交換器。冷卻劑可在發射至PV窗口或自PV窗口發射之光的光譜區中具有低光吸收係數，其中光可經回收。冷卻劑可包含水。冷卻劑可包含經選擇以獲得PV窗口及PV單元中之至少一者之操作溫度且具有用於所發射或回收光之低吸收係數的熔融鹽。可將PV窗口與PV單元之間的光學路徑長度減至最小以減少所發射或回收光之吸收。冷卻劑流動速率可由泵維持以冷卻PV窗口，從而維持穩定的窗口溫度。在一替代性實施例中，PV窗口係在到達PV單元之黑體輻射提供充分冷卻以維持操作溫度之時的溫度下操作。在一實施例中，PV窗口空腔足夠大以使得相較於電漿加熱而言，PV窗口之光吸收為PV窗口加熱之重要貢獻因素，其中窗口壁距離電漿之距離減少電漿加熱。
在一實施例中，比PV帶隙低之光可藉由自PV單元反射來回收，由黑體輻射器5b4c吸收，且在諸如在約1000 K至4000 K範圍內之黑體輻射器操作溫度下再發射為黑體輻射。黑體輻射器可包含外部SunCell壁或PV窗口及低能量氫反應電漿。在一實施例中，比帶隙低之經反射輻射可對PV窗口透明以使得其由反應單元腔室5b31氣體及電漿吸收。經吸收之經反射功率可加熱黑體輻射器以有助於維持其溫度且從而達成比帶隙低之經反射光的回收。在包含諸如外部SunCell壁之黑體輻射器之實施例中，可將高發射率施加至表面。塗層可包含碳、碳化物、硼化物、氧化物、氮化物或本發明之其他耐火材料。例示性塗層為石墨、ZrB
2、碳化鋯以及諸如ZrC-ZrB
2及ZrC-ZrB
2-SiC之ZrC複合物。塗層可包含粉末層。
為了便於將自SunCell傳遞之輻射功率密度與熱光伏打(TPV)單元之可接受操作功率密度匹配，亦可藉由增大反應單元腔室及儲集器中之至少一者之幾何面積在較大表面積之反應單元腔室及儲集器中之至少一者上散播由SunCell產生之功率。在一實施例中，藉由增大SunCell之至少一個尺寸以增大對應壁表面積來將藉由反應單元腔室及儲集器壁中之至少一者輻射之所需功率密度與由SunCell產生之功率匹配。TPV單元經選擇以在自壁發射且入射於TPV單元上之光之對應濃度下具有高效率。在包含其中濃度超過TPV單元或TPV單元冷卻系統之容量中之至少一者的PV窗口之實施例中，可藉由將PV轉換器26a之TPV單元置放於距離PV窗口5b4較大距離處來將光濃度降低至適當位準，諸如圖8E中所示。在一例示性實施例中，PV轉換器26a可包含包圍PV窗口5b4之六邊立方體形或矩形空腔。PV轉換器之底部面板可附接至PV窗口凸緣26d。連接件可包含於PV面板與凸緣連接件之間的熱絕緣器。在一實施例中，包含倒置Y幾何形狀SunCell之筆直幾何形狀區段之PV窗口的尺寸可增大以在較大區域上散播光。例示性PV幾何形狀為圓柱形或矩形罐，其中本體橫截面大於倒置V幾何形狀區段之凸緣的接合部橫截面。在另一實施例中，可藉由利用使PV窗口更大來增大PV窗口表面積，從而降低PV窗口上之熱負荷，其中較大面積增大熱損失以維持所需窗口操作溫度。
在一實施例中，TPV轉換器容納於能夠具有真空、大氣壓及高於大氣壓中之至少一者之腔室中。TPV轉換器可經維持在真空或諸如稀有氣體氛圍，諸如氬氣氛圍之惰性氛圍下。腔室可包含用於供點火之電連接件之電饋通件、EM泵及諸如溫度、氣體流量、氣體壓力、光功率及光譜感測器之電漿放電單元900電流以及其他參數感測器。
在一實施例中，諸如點火動力、EM泵動力、真空泵動力、控制器動力、急冷器或冷卻器動力及鼓風機動力中之至少一者的用於操作本發明之SunCell、鍋爐及空氣熱交換器中之至少一者之動力之至少一部分可由SunCell熱光伏打轉換器供應。在其中用於操作SunCell之動力至少部分地由SunCell發射之TPV轉換提供的SunCell-TPV-空氣熱交換器系統之例示性實施例(圖9F及圖9I)中，來自反應腔室壁、儲集器壁及PV窗口中之至少一者之黑體發射可入射於PV轉換器上，且由SunCell產生之剩餘熱力可藉由諸如圖9G-H或圖7G中所示之空氣熱交換器的空氣熱交換器經傳遞至空氣。在鍋爐點火動力供應器實施例中，用於提供至少一些電以充當點火電源之PV窗口及PV轉換器可含於諸如作為水及氣密件中之至少一者之殼體的殼體中。
在一實施例中，光學熱力源包含諸如圖2-5、圖8A-8L、圖13及圖9J中所示之包含PV窗口5b4之SunCell 812，其中待加熱之裝載裝置直接或間接地經來自SunCell之電漿發射、黑體發射、UV發射、可見發射及紅外發射中之至少一者照射。輻射可藉由一或多個鏡子及透鏡中之至少一者反射至所需位置。光可使用對應反射器經由Z形射線路徑引入。在圖9J中所示之實施例中，輻射可受限於殼體，該殼體諸如為熱空腔，諸如烘箱系統928之熱絕緣空腔930，諸如進一步包含空氣循環器929及輸送機932之殼體。熱空腔可包含光學熱烘箱。烘箱壁中之至少一者可包含黑體空腔或輻射器。SunCell 812可包含熱燈。空腔壁之熱絕緣體可包含：能夠具有高溫之熱絕緣體，諸如陶瓷，諸如本發明之陶瓷，諸如氧化鋁、二氧化矽、氧化鎂、氧化鉿、氧化鋯、BN或石墨。光學熱烘箱可進一步包含諸如熱感測器之感測器及用於控制烘箱內部溫度之諸如SunCell光功率輸出控制件之控制件。烘箱可包含SunCell啟動烘箱931。啟動烘箱931可使諸如錫之熔融金屬熔融。啟動烘箱可在啟動期間自將SunCell加熱切換成在啟動之後藉由來自SunCell之動力加熱之烘箱。光學熱烘箱可包含超過一個諸如容納SunCell之空腔931的空腔及另一接收來自待加熱之PV窗口5b4之光的工作烘箱腔室930。容納SunCell之烘箱空腔931可包含啟動烘箱。在包含複數個腔室之實施例中，一個腔室931可容納SunCell且另一腔室可包含加熱所需材料或標的物之工作腔室930。在一實施例中，PV窗口可至少部分地由PV轉換器26a之PV單元覆蓋以將電漿輻射之至少一部分轉換成電。可藉由動力調節器、供應器及控制器2至少部分地調節電以用於給附加裝載裝置提供諸如點火動力、EM泵動力、控制器動力、輝光放電動力及真空泵動力的動力。用於與自鍋爐及其蒸汽至空氣熱交換器之功率一起向工業烘箱及鍋爐提供熱力之光功率可用於諸如空間及製程加熱、蒸汽處理、蒸煮、炙烤、烘烤、乾燥、固化、熔煉、精煉、合成氣生產、氨生產、脫鹽、純化及水泥生產之許多市場。
在一實施例中，圖9K中所示之SunCell鍋爐包含諸如圖9J中所示之烘箱或鍋爐的烘箱或鍋爐以外部加熱SunCell 812之鍋爐腔室116。外部補給水槽36可在鍋爐腔室116中供應補給水且減弱水湍流。SunCell鍋爐可包含圖8A-8L及圖9J中所示之具有電漿窗口5b4及5ab4之SunCell 812、在鍋爐腔室116外部，諸如在壁或基底處之黑體吸收器942及用於將熱量自黑體吸收器942傳遞至鍋爐腔室116內部之水以產生經加熱水及蒸汽中之至少一者的熱交換器943。在一例示性實施例中，黑體吸收器942可包含：經陽極處理之金屬，諸如具有高熱傳遞係數之經陽極處理之金屬，諸如經陽極處理之銅或鋁。諸如PV窗口5b4及5ab4之SunCell之至少一部分可容納於腔室931A中。腔室931A可包含諸如一個上部腔室931A及另一下部腔室931B之複數個腔室，其中維持上部腔室比下部腔室熱。下部腔室可進一步包含諸如風扇946之用於在低能量氫電漿起始之後冷卻EM泵5kk之構件，其中兩個腔室均可充當加熱器烘箱以使熔融金屬熔融，從而啟動低能量氫反應。熱交換器943可包含穿透鍋爐空腔116壁之諸如銅桿或鋁桿之熱傳遞桿或熱管，且可進一步包含諸如連接至桿或熱管之管或鰭片的熱傳遞表面。在一例示性實施例中，SunCell窗口5b4傳輸光功率以在鍋爐槽116外部之基底處加熱吸收器板942，其中板942包含在槽基底之相對側上之槽水中之熱傳遞鰭片943。在一替代性實施例中，可經熱絕緣的諸如5b4之PV窗口及諸如反應單元腔室5b31之一部分的SunCell之一部分中之至少一者可經由鍋爐腔室壁中之穿透件處於鍋爐腔室116內部，以使得可藉由直接電漿輻射及熱對流以及傳導來加熱鍋爐水。
SunCell可包含用於給寄生裝載裝置提供動力之PV轉換器26a。諸如圖9J及圖9K中所示之PV轉換器的PV轉換器26a可在PV窗口5ab4及5b4圓周以允許共同產生所發射光功率及電力。SunCell可在諸如在約110℃至3000℃範圍內之高溫下與反應單元腔室之壁及反應單元腔室5b31中之至少一者一起操作以維持高低能量氫反應速率及高低能量氫反應產物向反應腔室壁之穿透率中之至少一者。
在另一實施例中，諸如圖13中所示之SunCell的SunCell 812可包含輸出由低能量氫反應產生之動力之主要部分作為電的PV轉換器26a。諸如圖9K中所示之鍋爐的鍋爐可包含將鍋爐黑體吸收器置換為水熱交換器943且由SunCell輸出之電提供動力的電熱元件。
在一實施例中，諸如光學熱烘箱之PV窗口的SunCell之PV窗口可包含：複數個窗口，諸如經空間分離之窗格，諸如圖8I及圖8L以及圖13中所示之經空間分離之窗格，其包含內部窗口或窗格5ab4及外部窗口或窗格5b4。經分離之窗格可形成空腔。PV窗口可包含真空泵。空腔可藉由真空泵有差異地泵送以維持空腔中之至少部分真空。差異泵送可減少任何空氣洩漏。外部窗格可能夠至少部分具有真空。內部窗格可至少部分地密封來自空腔之熔融金屬及電漿。在另一實施例中，SunCell可包含諸如氬氣之惰性氣體槽、至少一個閥、流量控制器、壓力感測器及用於維持空腔中諸如高於大氣壓之氣體壓力的所需氣體壓力之控制器。在一實施例中，烘箱可包含能夠具有真空或緊密容器或空腔，其中能夠具有真空或緊密烘箱可連接至腔室916 (圖8G、圖8I及圖8L)或包含腔室916。腔室916可藉由差異真空泵來維持在真空下或可經維持在諸如惰性氣體氛圍之所需氛圍的所需壓力下。
在一實施例中，反應單元腔室中產生之光功率可經傳輸通過PV窗口到達本發明之光伏打轉換器且轉換成電。電可用於此項技術中已知之任何電應用，諸如例示性應用或電阻性加熱、空氣調節、電動烘箱、高溫電爐、電弧爐、電蒸汽鍋爐、熱泵、照明、原動力火車、電動馬達、電氣設備、電動工具、電腦、音訊-視訊系統及資料中心之群之裝載裝置。可以任何所需規模製造SunCell以滿足任何所需裝載需求，或可以任何所需規模使SunCell成套排列。PV轉換器可經設計以輸出所需電流及電壓範圍。SunCell可包含用於諸如至少一個逆變器、變壓器及DC-DC轉換器以及DC與DC電壓轉換器及調節器之應用的對應動力調節系統。
在一實施例中，SunCell之輸出動力可藉由控制諸如本發明參數之確定低能量氫反應速率之參數來加以控制達到所需位準。輸出動力可藉由以下中之至少一者進行感測：(i)藉由諸如光電二極體之光學感測器感測之SunCell光功率；(ii) PV轉換器26a之電力輸出；及(iii)藉由諸如光學高溫計或熱電偶之熱感測器感測之熱力。輸出動力係由低能量氫反應速率確定，該低能量氫反應速率可藉由低能量氫反應產生之聲音的強度及頻率來加以感測，其可在約1 Hz至30,000 Hz範圍內。諸如本發明參數(例如H
2、O
2、H
2O流動速率、EM泵送速率、點火電流、操作溫度)之確定低能量氫反應速率之控制參數可基於電漿聲音及頻率中之至少一者加以更改以達成所需低能量氫反應速率。
在一實施例中，重力缺乏可藉由慣性力或壓差補償。特定言之，在航太實施例中，EM泵足夠快速及有力地泵送以將對應儲集器中之熔融金屬維持在所需熔融金屬高度層級下，同時亦維持熔融金屬注入。在一實施例中，EM泵使用慣性力來克服可由SunCell運動產生之重力及離心力。EM泵可泵送來自反應單元腔室之熔融金屬。EM泵可將熔融金屬輸送至儲集器且輸送至EM泵入口以維持注入流過EM泵5k61之注入部分。在另一實施例中，SunCell可經安裝在自旋以在每一EM泵儲集器之基底方向上產生離心力以置換用於返回熔融金屬流之重力的支架上。在圖8C-D中所示之另一實施例中，用於具有光回收之熱光伏打(TPV)轉換之SunCell包含倒置Y幾何形狀，其中倒置Y幾何形狀之倒置「V」部分包含兩個連接至反應單元腔室5b31之注入儲集器5c，且倒置Y幾何形狀之筆直部分包含黑體輻射器或PV窗口5b4。反應單元腔室氣體之熱電漿及熔融金屬體積位移中之至少一者可自反應單元腔室5b31及包含空腔之PV窗口產生氣體壓力梯度，該梯度對熔融金屬施加力以使熔融金屬流回儲集器且維持在儲集器中，其中熔融金屬可因表面張力而彙集。
微中子通訊系統低能量氫分子在單分子軌道(MO)中包含兩個氫同位素核及兩個電子。獨特地，MO包含配對電子及未配對電子(Mills GUT，歸因於H
2(1/4)區段之自旋磁矩之參數及磁能)。為了在兩個低能量氫原子之間形成鍵期間保留自旋角動量，必須以諸如自旋½之電子微中子的微中子形式釋放鍵能：
。
特定言之，微中子包含在其電場及磁場中具有
角動量之光子(Mills GUT，微中子區段)。在方程(38)反應期間，在產物中保留反應物角動量，其中兩個反應低能量氫原子中之每一者為電子自旋½，且產物分子低能量氫及電子微中子亦各自為自旋½。可採用微中子發射反應(方程(38))用於通訊。
在一實施例中，微中子通訊系統及方法包含微中子發射體，該微中子發射體包含用於形成低能量氫之反應系統，其中低能量氫反應速率及分子低能量氫形成速率中之至少一者可在時間及強度上變化以引起時序上經調變之低能量氫反應伴隨時間上調變之微中子發射。在一實施例中，低能量氫反應速率可藉由控制點火電流、EM泵電流及反應物流量來調變。調變可包含分頻多工、振幅調變及此項技術中已知之其他用於同時攜載複數個獨立通訊、視訊或資料之方法。微中子通訊系統可進一步包含低能量氫反應速率及分子低能量氫形成速率中之至少一者的速率修改器。速率修改器可包含諸如電場、磁場、光子束及粒子束源中之至少一者的至少一個場源及束源。粒子束可包含電子束。光子束可包含諸如UV氣體或二極體雷射、可見氣體或二極體雷射或紅外氣體或二極體雷射之雷射。速率修改器可包含諸如光子或雷射窗口或粒子束窗口之窗口。雷射窗口可包含PV窗口。例示性電子束窗口包含氮化矽窗口。速率修改器可進行以下中之至少一者：時間上經脈衝及強度上經調變以引起對通訊資訊進行編碼之微中子發射的匹配變化。
在一實施例中，微中子通訊系統包含以下中之一或多者：至少一個變換器，諸如音訊或視訊變換器，其用以產生通訊信號或資料串流；處理器，諸如電腦；資料串流，諸如於電腦中儲存或處理之資料；至少一個記憶體元件，其用以儲存及提供通訊信號或資料串流；資料串流及通訊信號，其係自處理器輸出；及控制器，其接收自處理器輸出之資料串流及通訊信號且控制低能量氫反應速率修改器。
在一實施例中，低能量氫反應混合物可包含固體基質，該固體基質包含：(i)氫氣源，諸如氫分子、氫化物或有機化合物中之至少一者之源；及(ii) HOH催化劑源，諸如水、氫氧化物、過氧化物、氫氣、氧化物、氧氣、超氧化物及包含氫氣及氧氣中之至少一者之物質組合物之源。諸如結晶基質，諸如鹼性或鹼土鹵化物、金剛石、石英或另一無機結晶化合物之基質可對諸如UV雷射、可見雷射或紅外雷射之雷射透明。雷射動力可足以藉由照明包含低能量氫反應物之固體基質而引起低能量氫反應。
在一實施例中，用於形成低能量氫之反應系統包含：(i)含有諸如水蒸氣、氫氣及氧氣中之至少一者之低能量氫反應混合物的反應腔室；(ii)至少一個反應混合物源，諸如氣體罐、閥、管線、流量計、壓力計、壓力調節器、控制器及雷射，其中低能量氫反應速率及分子低能量氫形成速率中之至少一者可在時間及強度上變化或時序上經雷射脈衝調變以引起時序上經調變之低能量氫反應伴隨時間上經調變之微中子發射。雷射可在反應混合物中產生時序上經調節之電漿以產生經調變之低能量氫反應速率及微中子發射通訊信號。
本發明亦包括微中子通訊系統及通訊方法。此等系統及方法可包含微中子接收器，該微中子接收器包含分子低能量氫源，該分子低能量氫之鍵能等於在鍵形成期間發射微中子之低能量氫分子之鍵能，從而包含發射體信號。接收器分子低能量氫可吸收入射微中子以導致鍵斷裂，從而形成兩個低能量氫原子。可藉由低能量氫通訊感測器在時間及濃度方面監測以下中之至少一者：分子低能量氫轉換成低能量氫原子及由低能量氫分子吸收微中子而產生低能量氫原子。感測器可包含諸如rf SQUID之超導量子推斷裝置(SQUID)。感測器可包含諸如耦接至諸如rf-SQUID之SQUID之超導變壓器的變壓器。具有極高靈敏度之例示性rf SQUID感測器包含R. M. Weisskoff等人, 「rf SQUID detector for single‐ion trapping experiments」, Journal of Applied Physics. 第63卷, 第4599頁(1988)；https://doi.org/10.1063/1.340137之rf SQUID感測器。感測器可經磁化以提高感測器靈敏度。SQUID感測器可對歸因於低能量氫原子至低能量氫分子之相對慢之反向反應的低頻信號背景上方來自發射體之高頻通訊信號有反應。SQUID感測器可包含諸如此項技術中已知之用於將輸入信號處理成輸出通訊信號之信號處理元件及方法的至少一種信號處理元件及方法。處理元件可包含以下中之一或多者：(i)至少一個用於選擇所需信號或經處理信號頻帶之濾波器，諸如高、低及帶通濾波器中之一者；(ii)用於偏移信號相之移相器；(iii)用於放大信號之放大器；(iv)用於相對於通訊信號而言抑制雜訊信號且穩定SQUID之反饋電路；(v)至少一個電感器、電容器及電阻器，其用以提供所需阻抗、共振頻率及品質因數Q中之至少一者；(vi)混頻器、外差、調變器、解調器或用於偏移SQUID感測器信號之頻率及相中之至少一者的移頻器；及(vii)處理器，諸如用於處理信號及輸出通訊信號之電腦。SQUID感測器可對由至少一個低能量氫分子轉換成對應低能量氫原子引起之通量變化有反應。SQUID Josephson接面可包含至少一個低能量氫分子。
在另一實施例中，感測器可包含諸如對關於電子核自旋翻轉躍遷之超精細結構譜線有反應之感測器的低能量氫原子感測器。超精細結構感測器可包含能夠產生低能量氫原子超精細躍遷之共振吸收之電磁輻射源、共振電磁輻射之吸收之偵測器及處理器。在一例示性實施例中，H(1/4)超精細結構具有約21.4 cm
- 1之共振頻率。在另一實施例中，低能量氫原子感測器可包含所施加磁場中之低能量氫原子核或電子自旋翻轉中之至少一者的感測器，其中低能量氫原子感測器或監測系統包含：磁場源，諸如將磁場施加至低能量氫原子之永磁體或電磁體；能夠在所施加磁場處產生低能量氫原子核或電子自旋翻轉躍遷之共振吸收之電磁輻射源；共振電磁輻射之吸收之偵測器；及處理器。在另一實施例中，感測器可包含諸如對來自電子與對應低能量氫原子結合以形成低能量氫氫負離子之發射有反應之感測器的低能量氫氫負離子感測器。感測器可包含諸如至少一個光電二極體及至少一個濾波器的能夠偵測至少一個特定波長或頻帶之光學偵測器。可替代地，感測器可包含對低能量氫氫化物發射有反應之光譜儀。低能量氫氫負離子(H
-)發射可對應於根據方程(19)之結合能。在其中方程(19)中之
至
之例示性實施例中，氫負離子結合能分別為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。發射可包含具有結合能截止值之連續輻射且可進一步包含氫負離子發射之磁通軌跡鍵聯結構。
感測器反應之時序變化及強度可藉由處理器處理以接收所傳輸微中子信號中之通訊。信號處理可包含外差式偏移、濾波及此項技術中已知之其他用於改善信號雜訊比且減小任何背景信號之技術。例示性分子低能量氫源包含經嵌入於諸如KCl:H
2(1/4)或GaOOH:H
2(1/4)之結晶化合物中之分子低能量氫。另一源包含經嵌入於充當電子源之晶格中之分子低能量氫，該晶格諸如為金屬晶格，諸如薄膜鋁或鋯，其中該源至少部分地對在微中子偵測期間形成於晶格中之低能量氫氫化物發射透明。
微中子發射可為定向的，諸如視線。視線可穿過實體結構或甚至土壤。發射體與接收器之對準可藉由諸如發射體與接收器之GPS座標的位置資訊來確定。在一實施例中，通訊系統進一步包含諸如用於引起定向微中子發射之雷射的可轉向磁場源及可轉向光子源中之至少一者。定向性可藉由低能量氫原子及所得分子低能量氫之核及電子自旋中之至少一者的磁性對準以及原子及分子中之至少一者之電子及核自旋中之至少一者的偏振來達成。偏振可藉由雷射輻射達成。在另一實施例中，另一調變微中子發射之方法係藉由使微中子發射與分子低能量氫激發耦合來達成。分子低能量氫激發可包含以下中之至少一者：低能量氫分子旋轉、振動、自旋翻轉、自旋軌道耦合、磁通軌跡鍵聯及微中子發射期間之磁性傾斜能量躍遷，其中調變可包含能量偏移及時序調變中之至少一者。微中子通訊系統可進一步包含用於引起共振分子低能量氫激發之微中子發射調變系統，該微中子發射調變系統包含諸如永磁體或電磁體之磁場源、諸如射頻輻射源之電磁輻射源及諸如雷射之光子源中的至少一者。調變系統可包含電子順磁共振(EPR)光譜儀及拉曼光譜儀中之至少一者。在一實施例中，微中子可經偏振。偏振可藉由將磁場施加至反應單元腔室來達成，其中發射信號調變可由射頻、雷射或電子束照射中之至少一者編碼。
本文提及附件或子附件係指特此以全文引用之方式併入之2021年8月23日申請之美國申請案第62/236,198號之附件，且特定言之，由本發明系統產生且在其後收集之材料的其中之諸如EPR及拉曼之光譜量測結果。
實例
實例 1對窗口執行各種改良以便增強在系統操作期間穿過窗口之電漿光之光透射。使用本發明之雙重熔融金屬流注入系統來識別窗口之適合改良以確保系統可操作性。系統使用10-12 kg熔融錫，該熔融錫係自經電分離之儲集器連續地流過兩個電磁泵且通過對應噴嘴以便使熔融流交叉且形成閉合電路。
在第一組實驗中，使用熔結二氧化矽窗口。在電漿產生期間賦予熔融金屬及熔融金屬氧化物之動能在窗口內部上誘導積聚。此等缺陷抑制光透射且從而限制有限操作之後的能量收集。系統操作在產生第二電漿期間引起熔結二氧化矽熔融及變形。
PV窗口經改良以便增強通過PV窗口之可操作性透射以用於最終能量收集，此係藉由在由與錫儲集器成流體連通之電磁泵產生第二電漿期間將錫注入至PV窗口表面上來進行。
藉由將此變化併入PV窗口及系統裝置中，通過PV窗口之光透射增強，從而獲得其中發射光譜可經量測之一致性操作窗口。發現當錫在第二電漿形成反應中用作熔融金屬時(例如與鎵相比)，此等改良格外作用良好。
實例 2使用本發明之雙重熔融金屬流注入系統來量測來自第二電漿之發射光譜。系統使用10-12 kg熔融錫，該熔融錫係自經電分離之儲集器連續地流過兩個電磁泵且通過對應噴嘴以便使熔融流交叉且形成閉合電路。用設定為恆定電流模式之電供應器使電磁泵儲集器受到相對偏壓以便使電流流過相交流。執行重複試驗，例如在一些實驗中，將輸入電流維持在790 A下。
使氫氣(H
2)及氧氣(O
2)流入輝光放電單元中，在該單元中流出液被導向於相交經偏壓熔融錫流處。2000 sccm流量之氫氣及30 sccm流量之氧氣流入輝光放電單元中以引發第二電漿形成。
使用Mightex UV-Vis_IR光譜儀來量測在180 nm至800 nm範圍內之第二電漿之發射光譜，其中取樣時間為100 ms且縫隙為25 μm。藉由採用實例1中論述之PV窗口改良來量測第二電漿之發射光譜。圖14提供在操作期間產生於系統中之第二電漿之所量測之發射光譜。如可見，發射光譜包括一些飽和特點。
在運行期間，初生水及原子氫於反應單元中之濃度大大降低，從而減少動力輸出。圖15提供在此等有限反應條件中產生之電漿之發射光譜，其中來自電漿之發射峰可經清楚地識別。如可見，光輸出可藉由改變輸入反應物濃度來加以控制。
氫氣及痕量氧氣至輝光放電單元之遞送中止且置換為氬氣，氬氣係以用於維持恆定5托總壓之速率流動。輸入電流經維持在790 A下，但在移除反應物時，電壓自初始48 V (電漿產生期間之電壓)升高至61 V，且對應地，電漿光強度衰減。對於在36 kW輸入功率下之高低能量氫功率區間而言之在總波長範圍內之積分光強度係對於在40 kW輸入功率下之低電漿功率區間而言之在總波長範圍內之積分光強度的11.7倍，此在前一情況下對應於470 kW光功率輸出。圖14採取36 kW輸入功率，其係在經偏壓流中提供，從而產生470 kW所量測光功率輸出。儘管圖15中所採取之發射說明歸因於H
2濃度降低之低於超過11.7×之光功率輸出，但輸入功率在40 kW下較大(在恆定電流方案中)。由於電漿功率輸出減少，因此較低輸出電漿需要較高電壓，此有助於驅動系統。
實例 3使用本發明之雙重熔融金屬流注入系統來量測來自第二電漿之發射光譜。系統使用10-12 kg熔融錫，該熔融錫係自經電分離之儲集器連續地流過兩個電磁泵且通過對應噴嘴以便使熔融流交叉且形成閉合電路。用設定為恆定電流模式之電供應器使電磁儲集器受到相對偏壓以便使電流流過相交流。
系統包含與第二電漿相鄰之第一6''直徑PV窗口，該PV窗口採用實例1中所識別之改良。第二窗口圍繞第一PV窗口以維持SunCell反應單元腔室在真空下且幫助將光導引至具有聚光型光伏打單元之集合的緻密接收器陣列。
調節系統中之耐火襯裡之厚度以便改變反應單元之系統區域中系統之內部溫度。舉例而言，具有適當襯裡之系統區域能夠達到3000 K內部溫度。此等裝耐火襯裡之反應單元腔室係作為黑體空腔操作。電漿產生將能量傳輸至此等襯裡，從而在受控溫度下誘導黑體輻射。在3000K下，緻密接收器陣列與黑體光輸出匹配，因此採用光回收且提高系統效率。
操作具有足以在3000K-5000K內部溫度下操作之耐火襯裡的系統。此等系統產生功率密度為4.6至35 MW/m
2之輻射。利用緻密接收者陣列及紅外光回收能夠將能量收集效率提高超過50%。
2:動力調節器及供應器
5b3:單元腔室
5b31:反應單元腔室
5b31a:反應單元腔室襯裡
5b31b:反應單元腔室底面襯裡
5b4:PV窗口
5ab4:內部PV窗口
5b4c:黑體輻射器
5b41:下部半球體
5c:儲集器
5c1:底座
5c1a:滴水邊緣
5c2:倒置底座
5ka:EM泵
5kk:EM泵總成
5kk1:儲集器基底,底板,金屬底板,儲集器底板,EM泵底板
5k2:EM泵匯流條
5k2a:EM泵匯流條
5k2a1:點火儲集器匯流條
5k30:EM泵電極
5k4:EM泵磁體
5k6:EM泵管
5k61:電磁泵管之噴嘴區段,對立注入器電極,注入管,熔融金屬EM泵注入器,注入電極,注入器管,儲集器注入器
5k17:儲集器凸緣
5k18:冷卻迴路
5q:EM泵噴嘴
5qa:入口升流管
5qa1:入口篩網,過濾器
8:電極
10:電極匯流條/電極
10a1:點火匯流條,電極穿透件,饋通件
13a:真空泵
15:光-電面板,PV單元,聚光型光伏打單元
23:半透明鏡
26a:光伏打(PV)轉換器,PV陣列,PV面板
26c:黑體輻射器包層
26d:凸緣接合部,反應單元腔室凸緣,黏著劑接頭,加墊片密封件
26d1:扣件,夾鉗
26e:頂部凸緣,內部PV窗口凸緣
26e1:用於內部PV窗口之閥座,內部PV窗口凸緣支撐件
33:鍋爐壓力容器
33a:上部可移除區段
33b:下部區段
34:冷卻劑出口,第一蒸汽出口
35:水補給管線
36:外部補給水槽
37:電饋通件,電連接件
38:穿透件
39:整流罩
40:出口
41:入口
42:鼓風機或壓縮機,水泵
43:熱交換器鰭片
44:冷板或散熱器
44a:間隙
45:熱管
46:開口區
100:電腦
116:鍋爐腔室
200:三角形元件,熱交換器元件
201:罩蓋本體
202:熱埠,熱冷卻劑出口
203:附接凸緣
204:冷埠,較冷冷卻劑入口
307:MHD噴嘴區段
308:MHD膨脹或生產區段,MHD產生器通道
309:MHD冷凝區段
401:點火變壓器
402:軛,變壓器
409a:儲集器底板,頂部凸緣底板
409c:EM泵總成滑台,基底
409d:套筒儲集器
409e:套筒儲集器凸緣
409f:插入件儲集器
409g:插入件儲集器凸緣
409h:氣體埠
409j:螺旋狀隔板
409k:鬆緊螺旋扣支撐件,鬆緊螺旋扣
414:儲集器之交叉連接通道
414a:儲集器跨接電纜
415:電阻性加熱器
418:結構支撐件
518:SunCell
519:真空泵
710:氣體注入管
711:儲集器真空管
712:熱電偶埠
801:導管
801a:導管襯裡
802:歧管或罩帽
803:熱交換器入口管線
803a:熱交換器入口歧管
803b:熱交換器入口管線
803c:熔接入口管線
804:熱交換器出口管線,返回管線,出口
804a:熱交換器出口歧管
804b:熱交換器出口管線
804c:熔接出口管線
805:分配器
805a:外部片件
806:外殼
806a:殼體
807:外部冷卻劑入口
808:外部冷卻劑出口
809:隔板
810:鎵或錫循環EM泵
811:熱交換器冷卻劑循環泵
812:SunCell
813:熱交換器
900:電漿放電單元,輝光放電單元
901:輝光放電電漿腔室,放電單元本體,放電單元
902:Conflat凸緣
903:配合頂板
904:高電壓饋通件
905:內部鎢桿電極
906:氬氣管線,氣體入口
906a:饋通件-氣體入口,電饋通件
906b:放電單元凸緣
907:底板
909:入口
910:出口水
911:接合部
912:點火饋通件
913:斷電器
914:斷電器凸緣
914a:中斷儲集器EM泵總成
915:儲集器凸緣
915a:儲集器EM泵總成
916:PV窗口腔室
917:伸縮管
918:反應單元腔室支撐件
920:框架
920a:可移動框架
921:螺釘
922:可變形套或彈簧
923:絕緣護套
924:動力纜線
925:管線,再循環蒸汽出口
926:蒸汽返回件
927:蒸汽及熱水與空氣熱交換器
928:烘箱系統
929:空氣循環器
930:熱絕緣空腔,工作烘箱腔室
931:SunCell啟動烘箱,容納SunCell之烘箱空腔
931A:上部腔室
931B:下部腔室
932:輸送機
940:斷電器熱絕緣器
941:軌跡
942:黑體吸收器,吸收器板
943:熱交換器
944:正極化正真空管線區段
945:斷電器
946:風扇
併入本說明書中且構成本說明書之一部分之隨附圖式繪示本發明之若干實施例且連同實施方式一起用以闡明本發明之原理。在圖式中：
圖1為展示根據本發明之實施例的SunCell®熱力產生器之細節的示意圖，該熱力產生器包含於注入器儲集器中之單一EM泵注入器及作為液體電極之倒置底座。
圖2-4為展示根據本發明之實施例的SunCell®熱力產生器之細節的示意圖，該熱力產生器包含於注入器儲集器中之單一EM泵注入器及作為液體電極之部分倒置底座以及用以抑制PV窗口金屬化之楔形反應單元腔室。
圖5為展示根據本發明之實施例的SunCell®熱力產生器之細節的示意圖，該熱力產生器包含於注入器儲集器中之單一EM泵注入器、作為液體電極之部分倒置底座、感應點火系統及PV窗口。
圖6為展示根據本發明之實施例的SunCell®熱力產生器之細節的示意圖，該熱力產生器包含具有襯裡之立方體形反應單元腔室及於注入器儲集器中之單一EM泵注入器以及作為液體電極之倒置底座。
圖7A為展示根據本發明之實施例的SunCell®熱力產生器之細節的示意圖，該熱力產生器包含沙漏形反應單元腔室襯裡及於注入器儲集器中之單一EM泵注入器以及作為液體電極之倒置底座。
圖7B為展示根據本發明之實施例的SunCell®熱力產生器之細節的示意圖，該熱力產生器包含於注入器儲集器中之單一EM泵注入器及作為電極之倒置底座。
圖7C為展示根據本發明之實施例的SunCell®熱力產生器之細節的示意圖，該熱力產生器包含於注入器儲集器中之單一EM泵注入器及作為電極之倒置底座，其中EM泵管包含複數個對鎵或錫合金形成及氧化中之至少一者具有抗性之部件的總成。
圖7D-H為展示根據本發明之實施例的SunCell®泵送式熔融金屬-至-空氣熱交換器之細節的示意圖。
圖8A-B為根據本發明之實施例的陶瓷SunCell®電力產生器之示意圖，該電力產生器包含雙重儲集器及作為液體電極之DC EM泵注入器，該等液體電極具有接合以形成反應單元腔室之儲集器。
圖8C-D為倒置Y幾何形狀SunCell®電力產生器之示意圖，該電力產生器包含雙重儲集器及DC EM泵注射器。此等DC EM泵注射器形成具有其中對應所注入熔融金屬流接合以在反應單元腔室中形成電路之儲集器的液體電極。根據本發明之實施例，該腔室連接至PV窗口。
圖8E為根據本發明之實施例的光伏打轉換器及倒置Y幾何形狀SunCell®電力產生器之示意圖，該電力產生器包含雙重儲集器及作為液體電極之DC EM泵注入器，該等液體電極具有接合以形成連接至PV窗口之反應單元腔室之儲集器。PV窗口由用於收集及轉換來自第二電漿之光的光伏打單元網包圍。
圖8F-8G為根據本發明之實施例的熱光伏打SunCell®電力產生器之示意圖，該電力產生器包含作為液體電極之雙重EM泵注入器，該等液體電極展示具有入口升流管之傾斜電磁泵總成、內PV窗口及外PV窗口以及一或兩個包含斷電器及伸縮管之儲集器。圖8G提供熱光伏打SunCell®之內部橫截面圖。
圖8H-8L為根據本發明之實施例的熱光伏打SunCell®電力產生器之示意圖，該電力產生器包含作為液體電極之雙重EM泵注射器，其中該等液體電極各自展示具有入口升流管之傾斜電磁泵總成、內PV窗口、外PV窗口、至少一個包含斷電器之儲集器及至少一個包含伸縮管之儲集器。在圖8L中，可看到相交以形成閉合電路之熔融金屬流之相交軌跡。
圖9A-C為SunCell®低能量氫電力產生器之示意圖，該電力產生器包含至少一個於注入器儲集器電極中之電磁泵注入器及電極、至少一個豎直對準之對立電極及一個連接至頂部凸緣以形成HOH催化劑及原子H之輝光放電單元。A. 一個電極對實施例之外部視圖。B. 一個電極對實施例之橫截面圖。C. 兩個電極對實施例之橫截面圖。
圖9D-E為根據本發明之實施例的SunCell®低能量氫電力產生器及鍋爐之示意圖。
圖9F為根據本發明之實施例的用於蒸汽及熱水至空氣熱交換器之SunCell®低能量氫電力產生器及鍋爐之示意圖。
圖9G-H為根據本發明之實施例的SunCell®低能量氫電力產生器及直接熱管熱交換器之示意圖。
圖9I為根據本發明之實施例的SunCell®低能量氫電力產生器之示意圖，該電力產生器具有至少一個窗口，該至少一個窗口充當至少一個吸收器及空氣熱交換器之熱輻射源。
圖9J為根據本發明之實施例的SunCell®低能量氫電力產生器之示意圖，該電力產生器具有一個窗口，該窗口充當烘箱之熱輻射源。
圖9K為根據本發明之實施例的SunCell®低能量氫電力產生器之示意圖，該電力產生器具有一個窗口，該窗口充當鍋爐之熱輻射源。
圖10為根據本發明之實施例的SunCell®電力產生器及光伏打轉換器系統之示意圖，該電力產生器展示光學分佈之細節。
圖11為根據本發明之實施例的光伏打轉換器或熱交換器之測地緻密接收器陣列之三角形元件的示意圖。
圖12-13為根據本發明之實施例的熱光伏打SunCell®電力產生器之示意圖，該電力產生器包含作為液體電極之雙重EM泵注入器，該等液體電極展示具有入口升流管之傾斜電磁泵總成及用於降低黑體光強度之具有經增大半徑之PV轉換器。
圖14為於電漿上量測之發射光譜，該電漿係由輝光放電流出液與經電偏壓雙重錫熔融流之相互作用形成，該輝光放電流出液係由氫氣與氧氣之混合物產生。
圖15為在反應單元中降低初生水及原子氫濃度之後形成之電漿之發射光譜。
5ab4:內部PV窗口
5b4:PV窗口
5k2a1:點火儲集器匯流條
5k61:電磁泵管之噴嘴區段，對立注入器電極，注入管，熔融金屬EM泵注入器，注入電極，注入器管，儲集器注入器
5kk:EM泵總成
5k2:EM泵匯流條
5qa:入口升流管
26a:光伏打(PV)轉換器，PV陣列，PV面板
26e:頂部凸緣，內部PV窗口凸緣
26e1:用於內部PV窗口之閥座，內部PV窗口凸緣支撐件
409k:鬆緊螺旋扣支撐件，鬆緊螺旋扣
913:斷電器
914:斷電器凸緣
916:PV窗口腔室
917:伸縮管
Claims (36)
- 一種電力產生系統，其包含： a)至少一個容器，其能夠維持壓力低於大氣壓，包含反應腔室； b)兩個電極，其經組態以使熔融金屬在其間流動，從而使電路完整； c)電源，其連接至該兩個電極以在該電路閉合時在該兩個電極間施加點火電流； d)電漿產生單元(例如輝光放電單元)，其用以誘導由遞送至其之氣體形成第一電漿；其中該電漿產生單元之流出液被導向該電路(例如該熔融金屬、陽極、陰極、浸沒於熔融金屬儲集器中之電極)； 其中當施加電流通過該電路時，該電漿產生單元之該流出液進行用於產生第二電漿及反應產物之反應；及 e)電源適配器，其包含經組態以將來自該第二電漿之能量轉換成及/或傳遞至機械能、熱能及/或電能之熱光伏打轉換器； 其中來自該第二電漿之能量在黑體輻射器中被吸收以產生黑體輻射，且該黑體輻射在該熱光伏打轉換器中經轉換。
- 如請求項1之電力產生系統，其中該電漿產生單元中之該氣體包含氫氣(H 2)與氧氣(O 2)之混合物。
- 如請求項2之電力產生系統，其中氧氣與氫氣之相對莫耳比為0.01-50 (例如0.1-20、0.1-15等)。
- 如請求項1至3中任一項之電力產生系統，其中該熔融金屬為錫。
- 如請求項1至4中任一項之電力產生系統，其中該電源適配器為熱光伏打適配器。
- 如請求項5之電力產生系統，其中該熱光伏打適配器包含於測地圓頂中之光伏打轉換器(參見例如圖12)，其中該光伏打轉換器可包含由三角形元件構成之接收器陣列(例如緻密接收器陣列)；且 其中每一三角形元件包含複數個能夠將該黑體輻射轉換成電之聚光型光伏打單元。
- 如請求項1至6中任一項之電力產生系統，其中該兩個電極中之經正偏壓電極為、包含或連接至該黑體輻射器。
- 如請求項6至7中任一項之電力產生系統，其中具有比該等光伏打單元之帶隙低之能量之光子朝向該電漿產生單元反射回來。
- 如請求項1至8中任一項之電力產生系統，其進一步包含在包含該第二電漿之反應單元與該熱光伏打轉換器之間的PV窗口。
- 如請求項9之電力產生系統，其中錫不會使該PV窗口濕潤。
- 如請求項1至10中任一項之電力產生系統，其中該氣體包含不會使錫氧化之反應混合物。
- 如請求項9至11中任一項之電力產生系統，其中該PV窗口包含(或主要包含)平整表面，該電源適配器包含光伏打(PV)轉換器，且該PV轉換器包含具有匹配該PV窗口之幾何形狀之平整緻密接收器陣列面板以經由該PV窗口接收電漿發射。
- 如請求項9至12中任一項之電力產生系統，其中該PV窗口包含石英、藍寶石、氮氧化鋁、CaF 2及MgF 2中之至少一者。
- 如請求項1至13中任一項之電力產生系統，其中該等反應產物不會使該PV窗口濕潤(例如在該熔融金屬包含或為錫時)。
- 如請求項1至14中任一項之電力產生系統，其中該兩個電極中之每一電極包含熔融金屬儲集器及電饋通件，該電饋通件係用於僅將電流供應至其中之該熔融金屬且由此供應該點火電流。
- 如請求項15之電力產生系統，其進一步包含連接至該等儲集器之反應單元腔室，其中該等儲集器中至少一者之壁與該反應單元腔室藉由陶瓷塗層及襯裡中之至少一者進行電隔離。
- 如請求項16之電力產生系統，其中該等儲集器中之至少一者與該反應單元腔室藉由襯裡進行熱絕緣。
- 如請求項17之電力產生系統，其中該襯裡包含碳及鎢中之至少一者。
- 如請求項18之電力產生系統，其中該襯裡經陶瓷塗層塗佈。
- 如請求項1至18中任一項之電力產生系統，其中在該兩個電極之間流動之該熔融金屬係由雙重熔融金屬注入系統形成，該等雙重熔融金屬注入系統獨立地與一或多個包含該熔融金屬之熔融金屬儲集器流體連通； 其中每一熔融金屬注入系統包含電磁泵及噴嘴，其中每一電磁泵使熔融金屬流過該噴嘴以形成熔融金屬流； 其中該等電極與該等熔融金屬流連通，由此形成具有反極性之雙重熔融金屬流；且 其中該完整電路係藉由使該等雙重熔融金屬流相交而形成。
- 如請求項20之電力產生系統，其中至少一個儲集器包含斷電器(electrical break)以使該等電極彼此電隔離。
- 如請求項20或21之電力產生系統，其進一步包含可撓性元件及至少一個致動器，該至少一個致動器係用於傾斜該儲集器之注入器電極，從而引起該等熔融金屬流之對準。
- 如請求項22之電力產生系統，其中該儲集器包含由複數個支撐件支撐之底板，其中用於傾斜該儲集器之該注入器電極之該至少一個致動器伸長或縮短至少一個支撐件。
- 如請求項22之電力產生系統，其中該可撓性元件包含在一端上之固定框架及在相對端上之可移動框架，且進一步包含至少一個致動器，該至少一個致動器附接至該可移動框架，其中該等致動器在該可撓性元件之一側上收縮且在相對側上擴張以引起該注入器傾斜。
- 如請求項22之電力產生系統，其中該可撓性元件包含伸縮管。
- 如請求項20至25中任一項之電力產生系統，其中該等雙重熔融流在包含窗口之腔室中相交，且由該第二電漿或該黑體輻射產生之光自該窗口出射以加熱裝載物。
- 如請求項26之電力產生系統，其中該裝載物為經由該第二電漿或該黑體輻射產生之該光加熱之烘箱腔室(或其中之空氣/水/蒸汽)。
- 如請求項1至27中任一項之電力產生系統，其中該第二電漿反應發生在包含PV窗口之反應腔室中；且 其中自該PV移除該熔融金屬或氧化熔融金屬，且： a)該PV窗口包含石英、藍寶石、氮氧化鋁、CaF 2及MgF 2中之至少一者； b)該PV窗口經加熱至高於該熔融金屬之氧化物(例如氧化錫)之熔點； c)該熔融金屬之該氧化物之氫還原係藉由在足以達成該氫還原之壓力下使氫氣流動至該反應腔室中而發生；及/或 d)在該第二電漿之產生期間，該PV窗口在其表面上注入有熔融金屬(例如，從電磁泵)。
- 如請求項1至28中任一項之電力產生系統，其包含至少一個PV窗口及至少一個熱吸收器，其中藉由輻射功率轉移將來自該第二電漿反應之光功率經由該PV窗口轉移至該熱吸收器，且該熱吸收器自該輻射功率轉移發射熱力。
- 如請求項29之電力產生系統，其進一步包含藉由來自該熱吸收器之該熱力加熱之水鍋爐。
- 如請求項29之電力產生系統，其進一步包含藉由來自該熱吸收器之該熱力加熱之空氣熱交換器。
- 一種自PV窗口移除熔融金屬氧化物(例如氧化錫)之系統，其包含： 去積聚材料之源，其中該去積聚材料被導向該PV窗口；且 該去積聚材料為氫氣或該熔融金屬氧化物之熔融金屬。
- 一種形成產生紫外光之電漿的方法，其包含： a)由導向其之氣體在輝光放電單元中形成第一電漿； b)產生經電偏壓熔融金屬流； c)將來自該輝光放電單元之流出液導向該經電偏壓熔融金屬流以形成產生紫外光之第二電漿。
- 如請求項33之方法，其中電漿產生單元中之該氣體包含氫氣(H 2)與氧氣(O 2)之混合物。
- 一種自PV窗口移除熔融金屬氧化物(例如氧化錫)之方法，其包含將去積聚材料導向該PV窗口； 其中該去積聚材料為氫氣或該熔融金屬氧化物之熔融金屬。
- 如請求項35之方法，其中該去積聚材料為熔融金屬(例如錫)，其中該窗口曝露於電漿，且該熔融金屬以防止或減少該窗口之與過熱相關聯之結構變形(例如翹曲、破裂、透明度降低)或經歷任何與過熱相關聯之結構變形(例如翹曲、破裂)的速率被導引至該窗口上。
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