TWI795387B - 產生電能或熱能的電力系統 - Google Patents

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TWI795387B
TWI795387B TW107105070A TW107105070A TWI795387B TW I795387 B TWI795387 B TW I795387B TW 107105070 A TW107105070 A TW 107105070A TW 107105070 A TW107105070 A TW 107105070A TW I795387 B TWI795387 B TW I795387B
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雷戴爾 李 米爾斯
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美商明亮光源能源公司
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Abstract

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

Description

產生電能或熱能的電力系統
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，本發明之實施例係針對經由磁流體動力功率轉換器、光-電功率轉換器、電漿-電功率轉換器。光子-電功率轉換器或熱-電功率轉換器產生光功率、電漿及熱功率並產生電功率的發電裝置及系統以及相關方法。此外，本發明之實施例描述使用光伏打功率轉換器，使用水或基於水之燃料來源之點火來產生光功率、機械功率、電功率及/或熱功率之系統、裝置及方法。此等及其他相關實施例詳細描述於本發明中。
電力產生可採取許多形式，利用來自電漿之功率。電漿之成功商業化可視能夠有效形成電漿且隨後捕捉所產生之電漿之功率的電力產生系統而定。
電漿可以在某些燃料之點火期間形成。此等燃料可以包括水或基於水之燃料來源。在點火期間，形成剝除電子之原子之電漿雲，且可釋放出 高光功率。電漿之高光功率可藉由本發明之功率轉換器利用。離子及激發態原子可以再結合且經歷電子弛豫，發射光功率。光功率可藉由光伏打裝置轉換成電。
本發明之某些實施例係針對電力產生系統，其包含：經組態以將功率傳送至燃料以點火燃料並產生電漿之複數個電極，諸如固體或熔融金屬電極；經組態以將電能傳送至該複數個電極之電源；及經定位以接收高溫及高壓電漿之至少一個磁流體動力功率轉換器或經定位以接收至少複數個電漿光子之至少一個光伏打(「PV」)功率轉換器。
2:電源
13b:泵管線
5b3:殼體
5b31:反應電解槽腔室
5b3a:外部壓力容器
5b3a1:電池腔室
5b3b:底板
5b4:圓頂/金屬黑體輻射器
5b41:下部半球
5b4a:黑體輻射器外表面
5b4a1:第二空腔
5b42:上部半球
5b5:下部腔室
5b6a:冷卻管線
5b71:墊片
5b8:儲集器支撐板
5b81:頂部/PV轉換器支撐板
5c:導電儲集器
5ca:滴水邊緣
5e1:容器
5e2:入口
5e3:出口
5f:電感耦合加熱器天線
5h1:穿透件
5h3:穿透件
5k1:EM泵熱交換器
5k2:EM泵匯流排
5k4:磁體
5k6:EM泵管
5k7:熱傳遞塊
5k9:接頭套管
5k10:接頭套管型接合O形環
5k11:冷卻劑管線
5k12:冷板
5k13:EM電力供應器
5k14:滑動螺母接頭
5k14a:墊片
5k15:套環
5k16:壓縮保持套筒
5k17:蓄水器凸緣
5k18:冷卻劑迴路
5k19:EM泵組合件套環凸緣
5k21:螺母
5k31:EM泵饋通件
5k33:EM泵匯流排連接器
5k61:EM泵管注射器
5kk:EM泵組合件
5kk1:EM泵組合件
5m:電感耦合加熱器
5mc:電感耦合加熱器天線饋通組合件
5p:引線
5q:噴嘴
5qa:碳進水升管
5s1:放射源
5s2:輻射偵測器
5u:氫貯槽
5u1:氬貯槽
5ua:氫進料管線
5ua1:氬氣管線
5z1:氣體噴射器
6k61:雙熔融金屬噴射器系統
8:電極
8a1:O形環鎖定螺母
9:點火匯流排
9a:匯流排集電器
10:點火匯流排
10a:饋通件
10a2:點火匯流排連接器
13a:泵
15:聚光型光伏打電池
23:透明反射鏡
26:電池
26a:PV轉換器
26b:PV熱交換器/模組式平板熱交換器元件
26c:包層
31:輻射器/燃料回收及熱管理系統
31a:急冷器
31b:入口/熱冷卻劑入口管線
31c:出口
31d:冷卻劑入口管線
31e:冷卻劑出口管線
31k:冷卻劑泵
31m:閥門
31j1:風扇
31t:輻射器入口管線
31u:水泵出口
87:熱交換器
87a:熱交換器
90:點火電容器殼體
90a:線圈電容器箱
92:齒輪箱
93:馬達
94:滾珠螺桿
94a:軸承
100:電腦
110:功率調節器或反相器
111:蒸汽出口
113:入口
114:空間分離圓周半球狀熱交換器
114a:面板或區段
114b:歧管
114c:冷卻劑管線
114d:冷卻劑入口孔
114e:冷卻劑出口孔
114f:歧管冷卻劑出口
115:下部熱交換器
116:鍋爐
200:熱交換器元件
202:熱冷卻劑出口
203:罩蓋主體
204:冷卻劑入口/冷埠
301:饋入孔
304:MHD電極
305:MHD電導線
306:MHD磁體
306a:MHD磁體殼體
307:MHD噴嘴
308:凸台
309:MHD冷凝區段
309b:氣體殼體
309d:透氣膜
309e:排空組合件
310:MHD回流管
311:貯槽/蓄水器
312:MHD傳回EM泵
312a:壓縮機/氣泵
312b:馬達
312c:刮刀或輪葉
313:MHD回流EM泵管
313a:管氣體通路
316:熱交換器
400:EM泵
400a:多級EM泵組合件
400b:感應EM泵/空氣冷卻系統
400c:感應EM泵
401:初級變壓器繞組
401a:EM泵變壓器繞組電路
402:磁性電路或EM泵變壓器磁軛
403:AC電磁體
403a:電磁體
403b:電磁體
403c:EM泵電磁電路
404:EM泵電磁磁軛
404a:變壓器磁軛
404b:變壓器磁軛
405:EM泵套管區段
406:EM泵電流迴路傳回區段
407:凸緣接頭
407a:密封件
408:凸台
409:儲集器底板組合件
409a:底板
410:感應點火變壓器組合件
411:感應點火變壓器繞組
412:感應點火變壓器磁軛
413:蓋板
414:陶瓷交接通道
415:天線
416:EM泵儲集器管線
417:EM泵噴射管線
418:結構支架
419:控制管線
420:熱屏蔽
421:貯氣瓶
422:氣體供應套管
500:系統
501:觸發電花隙開關
502:12V電開關
503:高電壓DC電源
504:接地連接
505:高電壓電容器
506:金屬導線
507:腔室
併入此說明書中且構成此說明書之一部分之隨附圖式說明本發明之若干實施例，且連同描述一起用以闡明本發明之原則。在圖式中：圖1為根據本發明之實施例的SF-CIHT電池或SunCell®發電機之具有及不具有磁體之電磁泵的磁軛組合件之示意圖。
圖2為根據本發明之實施例之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示電磁泵與儲集器之組合件的分解橫截面視圖。
圖3為根據本發明之實施例之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示橫截面視圖，該熱光伏打SunCell®發電機包含其組件容納於單一外部壓力容器中之雙EM泵噴射器作為液體電極。
圖4為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示儲集器與黑體輻射器之組合 件。
圖5為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示儲集器與黑體輻射器之組合件的透明視圖。
圖6為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示黑體輻射器及雙噴嘴的下部半球。
圖7為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示具有外部壓力容器之發電機，展示對外部壓力容器之底座的穿透。
圖8為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示頂部移除了外部壓力容器之發電機，展示對外部壓力容器之底座的穿透。
圖9為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意性冠狀xz剖面圖。
圖10為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意性yz截面圖。
圖11為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示發電機支架組件。
圖12為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示發電機支架組件。
圖13為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示發電機支架組件。
圖14為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示發電機支架組件。
圖15為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示發電機支架組件。
圖16為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示垂直伸縮式天線處於向上或儲集器加熱位置。
圖17為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示垂直伸縮式天線處於向下或冷卻位置。
圖18為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示用以改變加熱器線圈之垂直位置的致動器。
圖19為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示用以改變加熱器線圈之垂直位置的致動器之驅動機構。
圖20為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之橫截面示意圖，其展示用以改變加熱器線圈之垂直位置的致動器。
圖21為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示電磁泵組合件。
圖22為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示滑動螺母儲集器連接器。
圖23為展示根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之外部及橫截面視圖的示意圖，該熱光伏打SunCell®發電機包含滑動螺母儲集器連接器。
圖24為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之俯視橫截面示意圖。
圖25為展示根據本發明之實施例之粒子絕緣密閉容器之橫截面示意圖。
圖26為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之橫截面示意圖，其展示粒子絕緣密閉容器。
圖27至圖37為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機的示意圖，該熱光伏打SunCell®發電機具有X射線水平感測器、滑動螺母連接器及容納功率調節器及電力供應器之下部腔室。
圖38為根據本發明之實施例之容納兩個EM磁體及冷卻迴路之電磁泵(EM)法拉弟籠的示意圖。
圖39為根據本發明之實施例之容納一個EM磁體及冷卻迴路之電磁泵(EM)法拉弟籠的示意圖。
圖40至圖49為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機的示意圖，該熱光伏打SunCell®發電機具有X射線水平感測器、滑動螺母連接器及容納功率調節器及電力供應器之下部腔室。
圖50至圖53為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器及滑動螺母連接器之原型熱光伏打SunCell®發電機之示意圖。
圖54為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器及滑動螺母連接器之原型熱光伏打SunCell®發電機之部件的示意圖。
圖55為根據本發明之實施例之SunCell®發電機之示意圖，其展示光分佈及光伏打轉換器系統的細節。
圖56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密集型接收器陣列的三角形元件的示意圖。
圖57為根據本發明之實施例之SunCell®發電機之示意圖，其展示立方體形次級輻射器及其電感耦合加熱器處於作用中位置之光伏打轉換器系統的細節。
圖58為根據本發明之實施例之SunCell®發電機之示意圖，其展示立方體形次級輻射器及其電感耦合加熱器處於儲存位置之光伏打轉換器系統的細節。
圖59為根據本發明之實施例之包含立方體形次級輻射器的立方體形光伏打轉換器系統的示意圖。
圖60為根據本發明之實施例之SunCell®發電機之示意圖，其展示立方體形次級輻射器及其中移除了加熱天線之光伏打轉換器系統的細節。
圖61為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機的示意圖，其展示具有進水升管之電磁泵組合件。
圖62為根據本發明之實施例之儲集器與EM泵組合件之濕封的示意圖。
圖63為根據本發明之實施例之儲集器與EM泵組合件之濕封的示意圖。
圖64為根據本發明之實施例之儲集器與EM泵組合件之內部或反向滑動螺母密封的示意圖。
圖65為根據本發明實施例之儲集器與EM泵組合件之壓縮密封的示意圖。
圖66為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示具有進水升管之傾斜電磁泵組合件及半徑增加而減小黑體光強度的PV轉換器。
圖67至圖68各為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示具有進水升管之傾斜電磁泵組合件。
圖69至圖70各為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器之熱光伏打SunCell®發電機之示意圖，其展示具有進水升管之傾斜電磁泵組合件及透明反應電解槽腔室。
圖71為根據本發明之實施例的電感耦合加熱器之RF天線之俯視示意圖，該電感耦合加熱器包含：兩個單獨天線線圈，其各包含上部餅狀托架及與EM泵管平面平行的下部Ω形餅狀線圈；每個天線線圈電容器箱；及用於水平移動之雙向致動器。
圖72為根據本發明之實施例的電感耦合加熱器之RF天線之俯視示意圖，該電感耦合加熱器包含：兩個單獨天線線圈，其各包含上部餅狀托架及與EM泵管平面平行的下部Ω形餅狀線圈；具有柔性天線連接之共同天線線圈電容器箱；及用於水平移動之雙向致動器。
圖73為根據本發明之實施例的電感耦合加熱器之RF天線之示意圖的兩個視圖，該電感耦合加熱器包含：為兩個儲集器圓周之上部分段橢圓， 其中每一迴路包含柔性天線區段；及與EM泵管平面平行的下部Ω形餅狀線圈，其具有帶柔性天線連接之共同天線線圈電容器箱；及用於水平移動之雙向致動器。
圖74為根據本發明之實施例的電感耦合加熱器之RF天線之示意圖的兩個視圖，該電感耦合加熱器包含分裂的上部圓周橢圓線圈及連接至該橢圓線圈之一半的下部餅狀線圈，其中當該橢圓之兩個半部處於如圖所示之閉合位置時，該等半部由迴路電流連接器接合。
圖75為根據本發明之實施例的電感耦合加熱器之RF天線之示意圖的四個視圖，該電感耦合加熱器包含分裂的上部圓周橢圓線圈及連接至該橢圓線圈之一半的下部餅狀線圈，其中當所示處於斷開位置之該橢圓之兩個半部移至閉合位置時，該等半部由迴路電流連接器接合。
圖76至圖78各為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的SunCell®熱力發電機的示意圖，其展示用以接收來自黑體輻射器之熱力並將熱量傳遞至冷卻劑的壁中嵌入有冷卻劑管之空腔吸熱器，然後係用以輸出熱空氣之次級熱交換器。
圖79為根據本發明之實施例的包含用以輸出蒸汽之上部及下部熱交換器的SunCell®熱力發電機的示意圖。
圖80至圖81各為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的SunCell®熱力發電機的示意圖，其展示用以輸出蒸汽之上部及下部鍋爐管。
圖82為根據本發明之實施例的SunCell®熱力發電機之用以輸出蒸汽的鍋爐管及鍋爐腔室的示意圖。
圖83為根據本發明之實施例的SunCell®熱力發電機之用以輸出蒸汽 的反應腔室、鍋爐管及鍋爐腔室的示意圖。
圖84為根據本發明之實施例的磁流體動力(MHD)轉換器組件(陰極、陽極、絕緣體及匯流排饋通凸緣)的示意圖。
圖85至圖89為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器及包含一對MHD傳回EM泵的磁流體動力(MHD)轉換器。
圖90至圖96為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器及包含一對MHD傳回EM泵及一對MHD回氣泵或壓縮機的磁流體動力(MHD)轉換器。
圖97至圖99為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、陶瓷EM泵管組合件及包含一對MHD傳回EM泵的磁流體動力(MHD)轉換器。
圖100為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD)SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、陶瓷EM泵管組合件及筆直MHD通道。
圖101為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD)SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器及筆直MHD通道。
圖102至圖106為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD)SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直MHD通道及氣體添加殼體。
圖107為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD)SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球 面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體及用於噴射之單級感應EM泵及單級感應抑或DC傳導MHD傳回EM泵。
圖108為根據本發明之實施例的單級感應噴射EM泵的示意圖。
圖109為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD)SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、用於噴射及MHD傳回兩者之兩級感應EM泵及感應點火系統。
圖110為根據本發明之實施例的儲集器底板組合件及連接組件(進水升管、噴射器管及噴嘴)的示意圖。
圖111為根據本發明之實施例的兩級感應EM泵之示意圖，其中第一級充當MHD傳回EM泵且第二級充當噴射EM泵。
圖112為根據本發明之實施例的感應點火系統之示意圖。
圖113至圖114為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD)SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、用於噴射及MHD傳回兩者之兩級感應EM泵(其各自具有強制風冷系統)及感應點火系統。
圖115為根據本發明之實施例的包含作為液體電極之雙EM泵噴射器的磁流體動力(MHD)SunCell®發電機的示意圖，其展示傾斜儲集器、球面反應電解槽腔室、筆直磁流體動力(MHD)通道、氣體添加殼體、用於噴射及MHD傳回兩者之兩級感應EM泵(其各自具有強制風冷系統)、感應點火系統及在EM泵管、儲集器、反應電解槽腔室及MHD回流管上的電感 耦合式加熱天線。
圖116為根據本發明之實施例的對包含經吸收之H2及H2O的80mg丸粒點火的處於5nm至450nm區域的絕對光譜，該經吸收之H2及H2O來自在滴入蓄水器中之前熔化的銀的氣體處理，其展示基本上全部處於紫外及遠紫外光譜區中的1.3MW之平均NIST經校準光功率。
圖117為根據本發明之實施例的在具有約1Torr之環境H2O蒸氣壓的大氣氬中對泵抽至W個電極中之熔融銀點火的光譜(歸因於藍寶石光譜儀窗，在180nm處具有截止之100nm至500nm區域)，其展示在大氣隨著銀之汽化而變得對於UV輻射為光厚時轉變為5000K黑體輻射的UV線發射。
圖118為根據本發明之實施例的低能量氫反應電解槽腔室的示意圖，該低能量氫反應電解槽腔室包含使導線爆震以充當反應物來源中之至少一者的構件及用以傳播低能量氫反應以形成大型聚集體或聚合物的構件，該等大型聚集體或聚合物包含低能氫物質，諸如分子低能量氫。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2017年2月12日提交之美國臨時申請案第62/457,935號、2017年2月21日提交之第62/461,768號、2017年2月26日提交之第 62/463,684號、2017年4月04日提交之第62/481,571號、2017年5月31日之提交第62/513,284號、2017年5月31日提交之第62/513,324號、2017年6月23日提交之第62/524,307號、2017年7月14日提交之第62/532,986號、2017年7月26日提交之第62/537,353號、2017年8月14日提交之第62/545,463號、2017年9月11日提交之第62/556,941號、2017年10月17日提交之第62/573,453號、2017年11月10日提交之第62/584,632號、2017年11月04日提交之第62/594,511號、2017年11月29日提交之第62/612,304號及2017年1月17日提交之第62/618,444號之權益，該等申請案全部均以引用之方式併入本文中。
在實施例中，產生電能及熱能中之至少一者之SunCell®電力系統包含：至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；反應物，其包含：(i)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑、(ii)至少一種H2O來源或H2O、(iii)至少一種原子氫來源或原子氫及(iv)熔融金屬；熔融金屬噴射系統，其包含至少兩個各自包含泵及噴射管之熔融金屬儲集器；至少一個反應物供應系統，其用以補充在反應物發生反應以產生電能及熱能中之至少一者的過程中消耗之反應物；至少一個點火系統，其包含用以向至少兩個各自包含電磁泵之熔融金屬儲集器供應相反電壓之電源；及光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率的至少一個功率轉換器或輸 出系統。
在實施例中，熔融金屬可包含此項技術中已知之任何導電金屬或合金。熔融金屬或合金可具有低熔點。例示性金屬及合金為鎵、銦、錫、鋅及鎵銦錫合金，其中典型共晶混合物之實例為68% Ga、22% In及10% Sn(按重量計)，但比例可在62至95% Ga、5至22% In、0至16% Sn(按重量計)之間變化。在金屬可與氧及水中之至少一者反應以形成相對應的金屬氧化物的實施例中，低能量氫反應混合物可包含熔融金屬、金屬氧化物及氫。金屬氧化物可充當氧來源以形成HOH催化劑。可在金屬氧化物與HOH催化劑之間回收氧，其中可再供應經消耗以形成低能量氫之氫。
熔融金屬噴射系統可包含至少兩個熔融金屬儲集器，其各自包含噴射在容器內部相交之熔融金屬流之電磁泵，其中每一儲集器可包含熔融金屬位準控制器，其包含進水升管。點火系統可包含用以向至少兩個各自包含電磁泵之熔融金屬儲集器供應相反電壓之電源，其供應流動穿過相交之熔融金屬流之電流及功率，引起反應物之反應(包含點火)以在容器內部形成電漿。點火系統可包含：(i)用以向至少兩個各自包含電磁泵之熔融金屬儲集器供應相反電壓之電源及(ii)自該至少兩個各自包含電磁泵之熔融金屬儲集器噴出之至少兩個相交的熔融金屬流，其中電源能夠遞送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能。傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能的電源可包含至少一個超級電容器。每一電磁泵可包含以下中之一者：(i)DC或AC導電型，其包含經由電極供應至熔融金屬之DC或AC電流源及恆定或同相交變向量交叉磁場之來源；或(ii)感應型，其包含穿過熔融金屬之短路迴路之交變磁場來源，其在金屬中誘導交流電；及同相交變向量交叉磁場來源。泵與相對應的儲集器之至少一個 活接(union)及包含容器、噴射系統及轉換器之部件之間的另一活接可包含濕封、凸緣及墊片密封、黏著密封及滑動螺母密封中之至少一者，其中墊片可包含碳。熔融金屬點火系統之DC或AC電流可在10A至50,000A之範圍內。熔融金屬點火系統之電路可由熔融金屬流之相交而閉合以引起點火，從而進一步引起在0Hz至10,000Hz之範圍內的點火頻率。感應型電磁泵可包含形成熔融金屬之短路迴路之陶瓷溝道。電力系統可進一步包含用以由相對應的固體金屬形成熔融金屬之電感耦合加熱器，其中該熔融金屬可包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者。電力系統可進一步包含真空泵及至少一個急冷器。電力系統可包含反應功率輸出之至少一個功率轉換器或輸出系統，諸如以下各者之群組中之至少一者：熱光伏打轉換器、光伏打轉換器、光電轉換器、磁流體動力轉換器、電漿動力轉換器、熱離子轉換器、熱電轉換器、斯特林引擎(Sterling engine)、布累登循環引擎(Brayton cycle engine)、朗肯循環引擎(Rankine cycle engine)及熱機、加熱器及鍋爐。鍋爐可包含輻射鍋爐。反應容器之一部分可包含黑體輻射器，其可保持在1000K至3700K之範圍內之溫度下。電力系統之儲集器可包含氮化硼，容器之包含黑體輻射器之部分可包含碳，且與熔融金屬接觸之電磁泵部件可包含抗氧化金屬或陶瓷。低能量氫反應的反應物可包含甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫、氧及水中之至少一者。反應物供應器可將甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫、氧及水中之每一者保持在0.01Torr至1Torr範圍內之壓力下。由電力系統之黑體輻射器發射並引向熱光伏打轉換器或光伏打轉換器的光可主要為黑體輻射，包含可見光及近紅外光，且光伏打電池可為聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦 (InGaAsSb)、銻化砷磷銦(InPAsSb)、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge。由反應電漿發射且引向熱光伏打轉換器或光伏打轉換器的光可主要為紫外光，且光伏打電池可為聚光電池，其包含至少一種選自III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN及InGaN之化合物。
在實施例中，PV轉換器可進一步包含至PV電池之UV窗。PV窗可替換黑體輻射器之至少一部分。該窗可實質上透過UV。該窗可抗用熔融金屬潤濕。該窗可在係高於熔融金屬之熔點及高於熔融金屬之沸點中之至少一者的溫度下操作。例示性窗為藍寶石、石英、MgF2及熔融矽石。窗可經冷卻且可包含用於在操作期間或在維護期間清潔的構件。SunCell®可進一步包含電場及磁場中之至少一者的來源以將電漿約束於避免與窗及PV電池中之至少一者接觸的區域中。來源可包含靜電沈澱系統。來源可包含磁性約束系統。電漿可由重力約束，其中窗及PV電池中之至少一者處於關於電漿產生之位置的合適高度處。
或者，磁流體動力功率轉換器可包含連接至反應容器之噴嘴、磁流體動力通道、電極、磁體、金屬採集系統、金屬再循環系統、熱交換器及視情況選用之氣體再循環系統，其中反應物可包含H2O蒸氣、氧氣及氫氣中之至少一者。反應物供應器可將O2、H2及反應產物H2O保持在0.01Torr至1Torr之範圍內之壓力下。用以補充在反應物發生反應以產生電能及熱 能中之至少一者的過程中消耗之反應物的反應物供應系統可包含以下中之至少一者：O2及H2氣體供應器、氣體殼體、在反應容器、磁流體動力通道、金屬採集系統及金屬再循環系統中之至少一者的壁中之選擇性透氣膜、用以保持O2及H2壓力中之至少一者的O2、H2及H2O分壓感測器、流量控制器、至少一個閥門及電腦。在實施例中，電力系統之至少一個組件可包含陶瓷，其中陶瓷可包含金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯及氮化矽中之至少一者。熔融金屬可包含銀且磁流體動力轉換器可進一步包含氧源以形成供應至儲集器、反應容器、磁流體動力噴嘴及磁流體動力通道中之至少一者的銀粒子之氣溶膠，其中反應物供應系統可另外供應及控制氧源以形成銀氣溶膠。熔融金屬可包含銀。磁流體動力轉換器可進一步包含電解槽氣體(cell gas)，其包含環境氣體，與儲集器及容器中之至少一者中的銀接觸。電力系統可進一步包含保持與熔融銀接觸之電解槽氣體的流動以形成銀氣溶膠之構件，其中電解槽氣體流動可包含強制氣體流動及對流氣體流動中之至少一者。電解槽氣體可包含稀有氣體、氧、水蒸氣、H2及O2中之至少一者。保持電解槽氣體流動之構件可包含氣泵或壓縮機中之至少一者，諸如磁流體動力氣泵或壓縮機、磁流體動力轉換器及由熔融金屬噴射系統及電漿中之至少一者引起的擾流。
電力系統之感應型電磁泵可包含雙級泵，其包含第一級，該第一級包含金屬再循環系統之泵，及第二級，該第二級包含金屬噴射系統之泵以噴射與容器內部之另一熔融金屬流相交之熔融金屬流。點火系統之電源包含感應點火系統，該感應點火系統可包含穿過熔融金屬之短路迴路之交變磁場來源，其在金屬中產生包含點火電流之交流電。交變磁場來源可包含 初級變壓器繞組，其包含變壓器電磁體及變壓器磁軛，且銀可至少部分地充當次級變壓器繞組，諸如單匝短路繞組，其圍封初級變壓器繞組且包含感應型電流迴路。儲集器可包含熔融金屬交接通道，其連接兩個儲集器以使得電流迴路圍封變壓器磁軛，其中感應電流迴路包含在儲集器、交接通道中所含之熔融銀、噴射管中之銀及相交以接通感應電流迴路之所噴射熔融銀流中產生的電流。
在實施例中，發射器產生電能及熱能中之至少一者，其中發射器包含：至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；反應物，該等反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或可滲透穿過容器壁之原子氫；d)熔融金屬，諸如銀、銅或銀銅合金；及e)氧化物，諸如CO2、B2O3、LiVO3及不與H2反應之穩定氧化物中之至少一者；至少一個熔融金屬噴射系統，其包含熔融金屬儲集器及電磁泵；至少一個包含電源之反應物點火系統，其用以引起反應物形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者，其中電源自功率轉換器接收電功率；用以回收熔融金屬及氧化物之系統；光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統；其中熔融金屬點火系統包含以下中之至少一者：點火系統，其包含i)來自以下之群組的電極：a)至少一組用以約束熔融金屬之耐火金屬或碳電極；b)耐火金屬或碳電極及藉由電磁泵自電隔離熔融金屬儲集器傳送之熔融金屬流，及c)藉由至少兩個電磁泵自複數個電隔離熔融金屬儲集器傳送之至少兩個熔融金屬流；及ii)電源，其用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之高電流電能，其中熔融金屬點火系統電流在50A至50,000A之範圍內；其中熔融金屬噴射系統包含電磁泵，其包含提供磁場 之至少一個磁體及用以提供向量交叉電流分量之電流源；其中熔融金屬儲集器包含電感耦合加熱器；發射器，其進一步包含回收熔融金屬及氧化物之系統，諸如包含能夠在重力下提供熔體流動之壁之容器及與該容器連通之儲集器中之至少一者，且其進一步包含冷卻系統，該冷卻系統用以將儲集器保持在比容器低的溫度下以使金屬採集在儲集器中；其中能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓之容器包含：內部反應電解槽，其包含高溫黑體輻射器；及外部腔室，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；其中黑體輻射器經保持在1000K至3700K之範圍內之溫度下；其中包含黑體輻射器之內部反應電解槽包含耐火材料，諸如碳或W；其中自池外部發射之黑體輻射入射於光-電功率轉換器上；其中反應功率輸出之至少一個功率轉換器包含熱光伏打轉換器及光伏打轉換器中之至少一者；其中由該池發射之光主要為黑體輻射，包含可見光及近紅外光，且光伏打電池為聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)及銻化砷磷銦(InPAsSb)、III族/V族半導體、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge，且電力系統進一步包含真空泵及至少一個排熱系統，且黑體輻射器進一步包含黑體溫度感測器及控制器。視情況地，發射器可包含至少一個額外反應物噴射系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或 催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；及c)至少一種原子氫來源或原子氫。額外反應物噴射系統可進一步包含電腦、H2O及H2壓力感測器及流量控制器中之至少一者，該等流量控制器包含質量流量控制器、泵、注射泵及高精度電子可控閥之群組中之至少一或多者；該閥門包含針閥、比例電子閥及步進馬達閥中之至少一者，其中該閥門由壓力感測器及電腦控制以保持H2O及H2壓力中之至少一者處於所需值；其中額外反應物噴射系統將H2O蒸氣壓保持在0.1Torr至1Torr之範圍內。
在實施例中，藉由將H轉換為低能量氫發電之產生器可由氫產生以下產物中之至少一者：a)具有為0.23至0.25cm-1整數倍之拉曼峰值加在0至2000cm-1範圍內之基質位移的氫產物；b)具有為0.23至0.25cm-1整數倍之紅外峰值加在0至2000cm-1範圍內之基質位移的氫產物；c)具有在500至525eV範圍內之能量處之X射線光電子光譜加在0至10eV範圍內之基質位移的氫產物；d)引起高磁場MAS NMR基質位移的氫產物；e)相對於TMS具有大於-5ppm之高磁場MAS NMR或液體NMR位移之氫產物；f)具有在200至300nm範圍內之至少兩個電子束發射光譜峰之氫產物，其具有為0.23 to 0.3cm-1整數倍之間距加在0至5000cm-1範圍內之基質位移；及g)具有在200至300nm範圍內之至少兩個UV螢光發射光譜峰之氫產物，其具有為0.23 to 0.3cm-1整數倍之間距加在0至5000cm-1範圍內之基 質位移。
在一個實施例中，本發明係針對一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；反應物，該等反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)熔融金屬；至少一個熔融金屬噴射系統，其包含熔融金屬儲集器及電磁泵；至少一個額外反應物噴射系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O，及c)至少一種原子氫來源或原子氫；至少一個包含電源之反應物點火系統，其中電源自功率轉換器接收電功率；用以回收熔融金屬之系統；光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統。
在實施例中，熔融金屬點火系統包含：a)至少一組用以約束熔融金屬之電極；及b)用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能之電源。
電極可包含耐火金屬。
在實施例中，傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能的電源包含至少一個超級電容器。
熔融金屬噴射系統可包含電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及用以提供向量交叉電流分量之電流源。
熔融金屬儲集器可包含電感耦合加熱器。
熔融金屬點火系統可包含至少一組分離以形成開路的電極，其中該開路藉由噴射熔融金屬閉合以使高電流流動而達成點火。
熔融金屬點火系統電流可在500A至50,000A之範圍內。熔融金屬點火系統之電路可藉由金屬噴射閉合，以使點火頻率在1Hz至10,000Hz之範圍內，其中熔融金屬包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者，且加成反應物可包含H2O蒸氣及氫氣中之至少一者。
在實施例中，額外反應物噴射系統可包含電腦、H2O及H2壓力感測器及流量控制器中之至少一者，該等流量控制器包含質量流量控制器、泵、注射泵及高精度電子可控閥之群組中之至少一或多者；該閥門包含針閥、比例電子閥及步進電動閥中之至少一者，其中該閥門由壓力感測器及電腦控制以保持H2O及H2壓力中之至少一者處於所需值。
額外反應物噴射系統可將H2O蒸氣壓保持在0.1Torr至1Torr之範圍內。
在實施例中，回收反應物產物之系統包含以下中之至少一者：包含能夠在重力下提供熔體流動之壁之容器、電極電磁泵及與該容器連通之儲集器，且該系統進一步包含冷卻系統，其用以將儲集器保持在比容器之另一部分低的溫度下以使熔融金屬之金屬蒸氣凝結在儲集器中
其中回收系統可包含電極電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及向量交叉點火電流分量。
在實施例中，電力系統包含能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓之容器，該容器包含內部反應電解槽、包含黑體輻射器之頂蓋及能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓的外部腔室。
其中包含黑體輻射器之頂蓋經保持在1000K至3700K之範圍內之溫度下
其中內部反應電解槽及包含黑體輻射器之頂蓋中之至少一者包含具有高輻射率之耐火金屬。
電力系統可包含反應功率輸出之至少一個功率轉換器，其包含以下各者之群組中之至少一者：熱光伏打轉換器、光伏打轉換器、光電轉換器、電漿動力轉換器、熱離子轉換器、熱電轉換器、斯特林引擎、布累登循環引擎、朗肯循環引擎及熱機，以及加熱器。
在實施例中，由該池發射之光主要為黑體輻射，包含可見光及近紅外光，且光伏打電池為聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：鈣鈦礦、結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)、銻化砷磷銦(InPAsSb)、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge。
在實施例中，由該池發射之光主要為紫外光，且光伏打電池為聚光 電池，其包含至少一種選自III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN及InGaN之化合物。
電力系統可進一步包含真空泵及至少一個急冷器。
在一個實施例中，本發明係針對產生電能及熱能中之至少一者的電力系統，其包含：至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；反應物，該等反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)熔融金屬；至少一個熔融金屬噴射系統，其包含熔融金屬儲集器及電磁泵；至少一個額外反應物噴射系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O，及c)至少一種原子氫來源或原子氫；至少一個包含電源之反應物點火系統，其用以引起反應物形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者，其中電源自功率轉換器接收電功率；用以回收熔融金屬之系統；光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統；其中熔融金屬點火系統包含：a)至少一組用以約束熔融金屬之電極；及 b)用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能的電源；其中電極包含耐火金屬；其中用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能的電源包含至少一個超級電容器；其中熔融金屬噴射系統包含電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及用以提供向量交叉電流分量之電流源；其中熔融金屬儲集器包含電感耦合加熱器；其中熔融金屬點火系統包含至少一組分離以形成開路的電極，其中該開路藉由噴射熔融金屬閉合以使高電流流動而達成點火；其中熔融金屬點火系統電流在500A至50,000A之範圍內；其中熔融金屬點火系統之電路閉合以使點火頻率在1Hz至10,000Hz之範圍內；其中熔融金屬包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者；其中加成反應物包含H2O蒸氣及氫氣中之至少一者；其中額外反應物噴射系統包含電腦、H2O及H2壓力感測器及流量控制器中之至少一者，該等流量控制器包含質量流量控制器、泵、注射泵及高精度電子可控閥之群組中之至少一或多者；該閥門包含針閥、比例電子閥及步進電動閥中之至少一者，其中該閥門由壓力感測器及電腦控制以保持H2O及H2壓力中之至少一者處於所需值；其中額外反應物噴射系統將H2O蒸氣壓保持在0.1Torr至1Torr之範圍內；其中回收反應物產物之系統包含以下中之至少一者：包含能夠在重 力下提供熔體流動之壁之容器、電極電磁泵及與該容器連通之儲集器，且該系統進一步包含冷卻系統，其用以將儲集器保持在比容器之另一部分低的溫度下以使熔融金屬之金屬蒸氣凝結在儲集器中；其中回收系統包含電極電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及向量交叉點火電流分量；其中能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓之容器包含內部反應電解槽，包含黑體輻射器之頂蓋及能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓的外部腔室；其中包含黑體輻射器之頂蓋經保持在1000K至3700K之範圍內之溫度下；其中內部反應電解槽及包含黑體輻射器之頂蓋中之至少一者包含具有高輻射率之耐火金屬；其中黑體輻射器進一步包含黑體溫度感測器及控制器；其中反應功率輸出之至少一個功率轉換器包含熱光伏打轉換器及光伏打轉換器之群組中之至少一者；其中由該池發射之光主要為黑體輻射，包含可見光及近紅外光，且光伏打電池為聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)及銻化砷磷銦(InPAsSb)、III族/V族半導體、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge；且電力系統進 一步包含真空泵及至少一個急冷器。
在一個實施例中，本發明係針對一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；反應物，該等反應物包含：a)至少一種H2O來源或H2O；b)H2氣體；及c)熔融金屬；至少一個熔融金屬噴射系統，其包含熔融金屬儲集器及電磁泵；至少一個額外反應物噴射系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種H2O來源或H2O，及b)H2；至少一個包含電源之反應物點火系統，其用以引起反應物形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者，其中電源自功率轉換器接收電功率；回收熔融金屬之系統；光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統；其中熔融金屬點火系統包含：a)至少一組用以約束熔融金屬之電極；及b)用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能的電源，其中電極包含耐火金屬；其中用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能的電源包含至少一個超級電容器； 其中熔融金屬噴射系統包含電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及用以提供向量交叉電流分量之電流源；其中熔融金屬儲集器包含用以至少首先加熱金屬而形成熔融金屬之電感耦合加熱器；其中熔融金屬點火系統包含至少一組分離以形成開路的電極，其中該開路藉由噴射熔融金屬閉合以使高電流流動而達成點火；其中熔融金屬點火系統電流在500A至50,000A之範圍內；其中熔融金屬點火系統之電路閉合以使點火頻率在1Hz至10,000Hz之範圍內；其中熔融金屬包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者；其中額外反應物噴射系統包含電腦、H2O及H2壓力感測器及流量控制器中之至少一者，該等流量控制器包含質量流量控制器、泵、注射泵及高精度電子可控閥之群組中之至少一或多者；該閥門包含針閥、比例電子閥及步進電動閥中之至少一者，其中該閥門由壓力感測器及電腦控制以保持H2O及H2壓力中之至少一者處於所需值；其中額外反應物噴射系統將H2O蒸氣壓保持在0.1Torr至1Torr之範圍內；其中回收反應物產物之系統包含以下中之至少一者：包含能夠在重力下提供熔體流動之壁之容器、電極電磁泵及與該容器連通之儲集器，且該系統進一步包含冷卻系統，其用以將儲集器保持在比容器之另一部分低的溫度下以使熔融金屬之金屬蒸氣凝結在儲集器中；其中回收系統包含電極電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及向量交叉點火電流分量； 其中能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓之容器包含內部反應電解槽，包含高溫黑體輻射器之頂蓋及能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓的外部腔室；其中包含黑體輻射器之頂蓋經保持在1000K至3700K之範圍內之溫度下；其中內部反應電解槽及包含黑體輻射器之頂蓋中之至少一者包含具有高輻射率之耐火金屬；其中黑體輻射器進一步包含黑體溫度感測器及控制器；其中反應功率輸出之至少一個功率轉換器包含熱光伏打轉換器及光伏打轉換器中之至少一者；其中由該池發射之光主要為黑體輻射，包含可見光及近紅外光，且光伏打電池為聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)及銻化砷磷銦(InPAsSb)、III族/V族半導體、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge；且電力系統進一步包含真空泵及至少一個急冷器。
在一個實施例中，本發明係針對一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個容器，其能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓；反應物，該等反應物包含： a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)熔融金屬；至少一個熔融金屬噴射系統，其包含熔融金屬儲集器及電磁泵；至少一個額外反應物噴射系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O，及c)至少一種原子氫來源或原子氫；至少一個包含電源之反應物點火系統，其用以引起反應物形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者，其中電源自功率轉換器接收電功率；用以回收熔融金屬之系統；光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統；其中熔融金屬點火系統包含：a)至少一組用以約束熔融金屬之電極；及b)用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能之電源；其中電極包含耐火金屬；其中用以傳送足以引起反應物反應形成電漿之短脈衝高電流電能的電源包含至少一個超級電容器；其中熔融金屬噴射系統包含電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及用以提供向量交叉電流分量之電流源； 其中熔融金屬儲集器包含用以至少首先加熱金屬而形成熔融金屬之電感耦合加熱器；其中熔融金屬點火系統包含至少一組分離以形成開路的電極，其中該開路藉由噴射熔融金屬閉合以使高電流流動而達成點火；其中熔融金屬點火系統電流在500A至50,000A之範圍內；其中熔融金屬點火系統之電路閉合以使點火頻率在1Hz至10,000Hz之範圍內；其中熔融金屬包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者；其中加成反應物包含H2O蒸氣及氫氣中之至少一者；其中額外反應物噴射系統包含電腦、H2O及H2壓力感測器及流量控制器中之至少一者，該等流量控制器包含質量流量控制器、泵、注射泵及高精度電子可控閥之群組中之至少一或多者；該閥門包含針閥、比例電子閥及步進電動閥中之至少一者，其中該閥門由壓力感測器及電腦控制以保持H2O及H2壓力中之至少一者處於所需值；其中額外反應物噴射系統將H2O蒸氣壓保持在0.1Torr至1Torr之範圍內；其中回收反應物產物之系統包含以下中之至少一者：包含能夠在重力下提供熔體流動之壁之容器、電極電磁泵及與該容器連通之儲集器，且該系統進一步包含冷卻系統，其用以將儲集器保持在比容器之另一部分低的溫度下以使熔融金屬之金屬蒸氣凝結在儲集器中；其中回收系統包含電極電磁泵，其包含提供磁場之至少一個磁體及向量交叉點火電流分量；其中能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓之容器包含內部反應電 解槽，包含黑體輻射器之頂蓋及能夠保持壓力低於、處於或高於大氣壓的外部腔室；其中包含黑體輻射器之頂蓋經保持在1000K至3700K之範圍內之溫度下；其中內部反應電解槽及包含黑體輻射器之頂蓋中之至少一者包含具有高輻射率之耐火金屬；其中黑體輻射器進一步包含黑體溫度感測器及控制器；其中反應功率輸出之至少一個功率轉換器包含熱光伏打轉換器及光伏打轉換器之群組中之至少一者；其中由該池發射之光主要為黑體輻射，包含可見光及近紅外光，且光伏打電池為聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)及銻化砷磷銦(InPAsSb)、III族/V族半導體、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge；且電力系統進一步包含真空泵及至少一個急冷器。
在另一實施例中，本發明係針對一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個能夠具有低於大氣壓之壓力的容器；包含反應物之丸粒，該等反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑； b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)導體及導電基質中之至少一者；至少一個包含至少一個強化軌道炮之丸粒噴射系統，其中該強化軌道炮包含分離之帶電軌道及產生垂直於軌道平面之磁場的磁體，且軌道之間的電路為開路，直至藉由丸粒與軌道接觸而閉合為止。
至少一個用以引起丸粒形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者之點火系統，至少一個點火系統包含：a)至少一組用以約束丸粒之電極；及b)用以傳送短脈衝高電流電能之電源；其中該至少一組電極形成開路，其中該開路藉由噴射丸粒而閉合，以使高電流流動而達成點火，且用以傳送短脈衝高電流電能之電源包含以下中之至少一者：經選擇以引起在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中之至少一者之範圍內的電流之高AC、DC或AC-DC混合之電壓；在以下中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2；該電壓由固體燃料之導電性確定，或其中該電壓由所需電流乘以固體燃料樣品之電阻而得到；DC或峰值AC電壓在0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV中之至少一者之範圍內，以及AC頻率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100 Hz至10kHz中之至少一者之範圍內；用以回收反應物之反應產物之系統，其包含重力及強化電漿軌道炮回收系統中之至少一者，該強化電漿軌道炮回收系統包含至少一個提供磁場之磁體及點火電極之向量交叉電流分量；至少一個用以自反應產物再生額外反應物且形成額外丸粒之再生系統，其包含粒化機，該粒化機包含用以形成熔融反應物之熔爐、用以將H2及H2O添加至熔融反應物之系統、熔體滴落器及用以形成丸粒之蓄水器，其中額外反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)導體及導電基質中之至少一者；及光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統，其包含以下各者之群組中之一或多者：光伏打轉換器、光電轉換器、電漿動力轉換器、熱離子轉換器、熱電轉換器、斯特林引擎、布累登循環引擎、朗肯循環引擎及熱引擎以及加熱器。
在另一實施例中，本發明係針對一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個能夠具有低於大氣壓之壓力的容器；包含反應物之丸粒，該等反應物包含銀、銅、所吸收之氫氣及水中之至少一者；至少一個包含至少一個強化軌道炮之丸粒噴射系統，其中該強化軌道炮包含分離之帶電軌道及產生垂直於軌道平面之磁場的磁體，且軌道之 間的電路為開路，直至藉由丸粒與軌道接觸而閉合為止；至少一個用以引起丸粒形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者之點火系統，至少一個點火系統包含：a)至少一組用以約束丸粒之電極；及b)用以傳送短脈衝高電流電能之電源；其中該至少一組電極經分離以形成開路，其中該開路藉由噴射丸粒而閉合，以使高電流流動而達成點火，且用以傳送短脈衝高電流電能之電源包含以下中之至少一者：經選擇以引起在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中之至少一者之範圍內的電流之高AC、DC或AC-DC混合之電壓；在以下中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2；該電壓由固體燃料之導電性確定，其中該電壓由所需電流乘以固體燃料樣品之電阻而得到；DC或峰值AC電壓在0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV中之至少一者之範圍內，以及AC頻率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz中之至少一者之範圍內；用以回收反應物之反應產物之系統，其包含重力及強化電漿軌道炮回收系統中之至少一者，該強化電漿軌道炮回收系統包含至少一個提供磁場之磁體及點火電極之向量交叉電流分量；至少一個用以自反應產物再生額外反應物且形成額外丸粒之再生系 統，其包含粒化機，該粒化機包含用以形成熔融反應物之熔爐、用以將H2及H2O添加至熔融反應物之系統、熔體滴落器及用以形成丸粒之蓄水器，其中額外反應物包含銀、銅、所吸收之氫氣及水中之至少一者；至少一個功率轉換器或輸出系統，其包含聚光型紫外光伏打轉換器，其中該等光伏打電池包含至少一種選自III族氮化物、GaAlN、GaN及InGaN之化合物。
在另一實施例中，本發明係針對一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個容器；包含反應物之丸粒，該等反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)導體及導電基質中之至少一者；至少一個丸粒噴射系統；至少一個丸粒點火系統，其用以引起丸粒形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者；用以回收反應物之反應產物之系統；至少一個再生系統，其用以自反應產物再生額外反應物且形成額外丸粒，其中額外反應物包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O； c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)導體及導電基質中之至少一者；光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統。
本發明之某些實施例係針對一種電力產生系統，其包含：複數個經組態以將功率傳送至燃料以對該燃料點火且產生電漿之電極；經組態以將電能傳送至複數個電極之電源；以及至少一個定位成用於接收至少複數個電漿光子之光伏打功率轉換器。
在一個實施例中，本發明係針對一種產生直流電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個容器；反應物，其包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種原子氫來源或原子氫；c)導體及導電基質中之至少一者；及至少一組用以約束低能量氫反應物之電極，用以傳送短脈衝高電流電能之電源；重載系統；至少一個用以自反應產物再生初始反應物之系統，及至少一個電漿動力轉換器或至少一個光伏打轉換器。
在一個例示性實施例中，產生電力之方法可包含向複數個電極之間的區域供應燃料；為複數個電極供能以對該燃料點火，形成電漿；用光伏打功率轉換器將複數個電漿光子轉換成電功率；以及輸出至少一部分電功 率。
在另一例示性實施例中，產生電功率之方法可包含向複數個電極之間的區域供應燃料；為複數個電極供能以對該燃料點火，形成電漿；用光伏打功率轉換器將複數個電漿光子轉換成熱功率；以及輸出至少一部分電功率。
在本發明之實施例中，產生功率之方法可包含：將一定量之燃料傳送至燃料裝載區，其中該燃料裝載區位於複數個電極間；藉由向複數個電極施加至少約100A/cm2之電流，使該電流流過燃料來對該燃料點火，從而產生電漿、光及熱中之至少一者；在光伏打功率轉換器中接收光之至少一部分；使用光伏打功率轉換器將光轉換成不同形式之功率；以及輸出不同形式之功率。
在另一實施例中，本發明係針對一種水電弧電漿電力系統，其包含：至少一個封閉之反應容器；包含H2O來源及H2O中之至少一者之反應物；至少一組電極；用以傳送該H2O之初始高擊穿電壓且提供後續高電流之電源；及熱交換器系統，其中該電力系統產生電弧電漿、光及熱能；及至少一個光伏打功率轉換器。可在電極上或跨電極供應呈蒸氣形式之水。可准許電漿擴展至電漿電池之低壓區域中，以防止由於約束而抑制低能量氫反應。電弧電極可包含火花塞設計。電極可包含銅、鎳、鍍有鉻酸銀及鋅以供抗腐蝕之鎳、鐵、鎳鐵、鉻、貴金屬、鎢、鉬、釔、銥及鈀中之至少一者。在實施例中，水電弧經保持處於低水壓，諸如在約0.01Torr至10Torr及0.1Torr至1Torr中之至少一個範圍中。
壓力範圍可藉助於針對SF-CIHT電池之揭示內容而保持在本發明之一個範圍中。用以供應水蒸氣之例示性構件係質量流量控制器及包含H2O 之儲集器中之至少一者，該儲集器諸如為水合沸石或鹽浴，諸如在所需壓力範圍下排出氣體H2O之KOH溶液。水可由注射泵供應，其中傳送至真空中導致水之汽化。
本發明之某些實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約100A/cm2或至少約5,000kW之電源；電耦接至該電源之複數個電極；經組態以接收固體燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將電功率傳送至該固體燃料，從而產生電漿；及經定位以接收由反應產生之電漿、光子及/或熱之至少一部分的電漿功率轉換器、光伏打功率轉換器及熱-電功率轉換器中之至少一者。其他實施例係針對一種電力產生系統，其包含：複數個電極；位於該複數個電極之間且經組態以接收導電燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將足以對該導電燃料點火且產生電漿及熱功率中至少一者之電流施加至該導電燃料；用於將該導電燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；及用以將電漿光子轉換成某一形式之功率之光伏打功率轉換器或用以將熱功率轉換成非熱形式之功率(包含電力或機械功率)之熱-電功率轉換器中之至少一者。其他實施例係針對一種產生電力之方法，其包含：將一定量燃料傳送至燃料裝載區，其中該燃料裝載區係位於複數個電極間；藉由向複數個電極施加至少約2,000A/cm2之電流，使該電流流過該燃料來對該燃料點火，從而產生電漿、光及熱中至少一者；在光伏打功率轉換器中接收該光之至少一部分；使用光伏打功率轉換器將該光轉換成不同形式之功率；及輸出該不同形式之功率。
額外實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW之電源；複數個間隔開之電極，其中該複數個電極至少部分地包圍燃料，電連接至該電源，經組態以接收電流從而對該燃料點火，且該複數個電極中 至少一者為可移動的；用於移動該燃料之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式之功率的光伏打功率轉換器。本發明另外提供一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；複數個間隔開之電極，其中該複數個電極至少部分地包圍燃料，電連接至該電源，經組態以接收電流從而對該燃料點火，且該複數個電極中至少一者為可移動的；用於移動該燃料之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式之功率的光伏打功率轉換器。
另一實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW或至少約2,000A/cm2之電源；複數個間隔開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區由該複數個電極包圍，使得該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之燃料供電，從而對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之光子轉換成非光子形式之功率的光伏打功率轉換器。本發明之其他實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；複數個間隔開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區由該複數個電極包圍，使得該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之燃料供電從而對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式之功率的電漿功率轉換器。
本發明之實施例亦針對電力產生系統，其包含：複數個電極；由該 複數個電極包圍且經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以對位於該燃料裝載區中之燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；經組態以將由該燃料點火產生之光子轉換成非光子形式之功率之光伏打功率轉換器；用於移除經點火之燃料之副產物的移除系統；及可操作地耦接至該移除系統之再生系統，其用於將移除的經點火之燃料之副產物再循環至再循環之燃料中。本發明之某些實施例亦針對一種電力產生系統，其包含：經組態以輸出至少約2,000A/cm2或至少約5,000kW之電流的電源；電連接至該電源之複數個間隔開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之複數個光子轉換成非光子形式之功率的光伏打功率轉換器。某些實施例可進一步包括以下中之一或多者：可操作地耦接至光伏打功率轉換器之輸出功率端子；功率儲存裝置；經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器；及經組態以控制與該電力產生系統相關之至少一個製程的控制器。本發明之某些實施例亦針對一種電力產生系統，其包含：經組態以輸出至少約2,000A/cm2或至少約5,000kW之電流之電源；複數個間隔開之電極，其中該複數個電極至少部分地包圍燃料，電連接至該電源，經組態以接收電流從而對該燃料點火，且該複數個電極中之至少一者為可移動的；用於移動該燃料之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之光子轉換成不同形式之功率之光伏打功率轉換器。
本發明之額外實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW或至少約2,000A/cm2之電源；電連接至該電源之複數個間隔開 之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；經組態以將由該燃料點火產生之複數個光子轉換成非光子形式之功率的光伏打功率轉換器；經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器；及經組態以控制與該電力產生系統相關之至少一個製程的控制器。另外的實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；電連接至該電源之複數個間隔開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式之功率的電漿功率轉換器；經組態以量測與該電力產生系統相關之至少一個參數之感測器；及經組態以控制與該電力產生系統相關之至少一個製程的控制器。
本發明之某些實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW或至少約2,000A/cm2之電源；電連接至該電源之複數個間隔開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火，且其中該燃料裝載區中之壓力為部分真空；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式之功率的光伏打功率轉換器。一些實施例可包括以下額外特徵中之一或多者：光伏打功率轉換器可位於真空單元內；該光伏打功率轉換器可包括抗反射塗層、光阻抗匹配塗層或保護塗 層中之至少一者；該光伏打功率轉換器可以可操作地耦接至經組態以清潔該光伏打功率轉換器之至少一部分的清潔系統；該電力產生系統可包括光學濾光片；該光伏打功率轉換器可包含單晶電池、多晶電池、非晶電池、串狀/帶狀矽電池、多接面電池、同質接面電池、異質接面電池、p-i-n裝置、薄膜電池、染料敏化電池及有機光伏打電池中之至少一者；且該光伏打功率轉換器可包含多接面電池，其中該多接面電池包含倒置式電池、立式電池、晶格失配電池、晶格匹配電池及包含III-V族半導體材料之電池中之至少一者。
額外例示性實施例係針對一種經組態以生成電力之系統，其包含：經組態以供應燃料之燃料供應器；經組態以供應電功率之電力供應器；及至少一對經組態以接收燃料及電功率之電極，其中該等電極選擇性地將電功率引向圍繞電極之局部區域，以對該局部區域內之燃料點火。一些實施例係針對一種生成電功率之方法，其包含：向電極供應燃料；向電極供應電流以對經定位之燃料點火從而生成能量；及將由點火生成之至少一些能量轉換成電功率。
其他實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約2,000A/cm2之電源；電連接至該電源之複數個間隔開之電極；經組態以接收燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區由該複數個電極包圍，且其中該複數個電極經組態以在該燃料接收於該燃料裝載區中時向該燃料供電以對該燃料點火，且其中該燃料裝載區中之壓力為部分真空；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式之功率的光伏打功率轉換器。
另外的實施例係針對一種電力產生單元，其包含：耦接至真空泵之 出口孔；電耦接至至少約5,000kW之電源的複數個電極；經組態以接收主要包含H2O之基於水之燃料的燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將功率傳送至該基於水之燃料，從而產生電弧電漿及熱功率中之至少一者；及經組態以將該電弧電漿及該熱功率中之至少一者的至少一部分轉換成電功率的功率轉換器。亦揭示一種電力產生系統，其包含：至少約5,000A/cm2之電源；電耦接至該電源之複數個電極；經組態以接收主要包含H2O之基於水之燃料的燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將功率傳送至該基於水之燃料，從而產生電弧電漿及熱功率中之至少一者；及經組態以將該電弧電漿及該熱功率中之至少一者的至少一部分轉換成電功率的功率轉換器。在一實施例中，該功率轉換器包含將光功率轉換成電之光伏打轉換器。
額外實施例係針對一種產生電力之方法，其包含：將燃料裝載至燃料裝載區中，其中該燃料裝載區包括複數個電極；將至少約2,000A/cm2之電流施加至該複數個電極以對該燃料點火，從而產生電弧電漿及熱功率中之至少一者；執行以下至少一者：使該電弧電漿通過光伏打轉換器以產生電功率，及使該熱功率通過熱-電轉換器以產生電功率；及輸出所產生之電功率之至少一部分。亦揭示一種電力產生系統，其包含：至少約5,000kW之電源；電耦接至該電源之複數個電極，其中該複數個電極經組態以將電功率傳送至主要包含H2O之基於水之燃料，從而產生熱功率；及經組態以將該該熱功率之至少一部分轉換成電功率之熱交換器；及經組態以將光之至少一部分轉換成電功率之光伏打功率轉換器。另外，另一發實施例係針對一種電力產生系統，其包含：至少約5,000A/cm2之電源；複數個間隔開之電極，其中該複數個電極中之至少一者包括壓縮機構；經 組態以接收主要包含H2O之基於水之燃料之燃料裝載區，其中該燃料裝載區由該複數個電極包圍，使得該至少一個電極之壓縮機構朝向該燃料裝載區定向，且其中該複數個電極電連接至該電源且經組態以向該燃料裝載區中所接收之基於水之燃料供電從而對該燃料點火；用於將該基於水之燃料移至該燃料裝載區中之傳送機構；及經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式之功率的光伏打功率轉換器。
本文中揭示用以釋放來自原子氫之能量以形成較低能態之催化劑系統，其中電子外殼處於相對於核較接近之位置。
所釋放之功率用於發電，且另外，新型氫物質及化合物為所需產物。該等能態係由經典物理定律所預測的，且需要催化劑來接受來自氫的能量以便進行相對應的能量釋放躍遷。
經典物理學給出氫原子、氫陰離子、氫分子離子及氫分子的閉型解，且預測具有分數主量子數之相對應的物質。原子氫可經歷與某些物質(包括其本身)之催化反應，其可接受原子氫之位能之整數倍的能量m．27.2eV，其中m為整數。所預測之反應涉及諧振非輻射能量自原本穩定之原子氫傳遞至能夠接受該能量之催化劑。產物為H(1/p)，原子氫之分數芮得伯態(fractional Rydberg state)，稱作「低能量氫原子」，其中在用於氫激發態之芮得伯方程式中，n=1/2、1/3、1/4、...、1/p(p
Figure 107105070-A0305-02-0047-304
137，為整數)替換熟知參數n=整數。各低能量氫態亦包含電子、質子及光子，但來自光子之場份額增加結合能而非減小結合能，其對應於能量解吸而非吸收。因為原子氫之位能為27.2eV，所以m個H原子充當針對另一第(m+1)個H原子之具有m．27.2eV之催化劑[1]。舉例而言，H原子可藉由經由跨空間能量傳遞(諸如藉由磁或所感應之電偶極-偶極耦合)自另一個H接受27.2eV而充 當其催化劑，從而形成隨連續譜帶之發射衰變之中間物，其具有短波長截止及能量m 2‧13.6eV
Figure 107105070-A0305-02-0048-327
。除原子H以外，自原子H接受m．27.2eV且分子位能量值減少相同能量之分子亦可充當催化劑。H2O之位能為81.6eV。隨後，藉由相同機制，預測藉由金屬氧化物之熱力學有利的還原形成之初生H2O分子(並非以固態、液態或氣態鍵合之氫)充當催化劑，以形成釋放204eV能量(包含81.6eV傳遞至HOH)及釋放在10.1nm處具有截止之連續輻射(122.4eV)的H(1/4)。
在涉及躍遷至
Figure 107105070-A0305-02-0048-4
態之H原子催化劑反應中，m個H原子充當另外第(m+1)個H原子之具有m．27.2eV之催化劑。隨後，m個原子藉以自第(m+1)個氫原子以諧振及非輻射方式接受m．27.2eV而使得m個H充當催化劑之m+1個氫原子之間的反應藉由以下給出：
Figure 107105070-A0305-02-0048-5
Figure 107105070-A0305-02-0048-7
Figure 107105070-A0305-02-0048-8
且，總反應為
Figure 107105070-A0305-02-0048-10
關於新生H2O[1]之位能，催化反應(m=3)為
Figure 107105070-A0305-02-0048-12
Figure 107105070-A0305-02-0048-13
Figure 107105070-A0305-02-0048-14
且，總反應為
Figure 107105070-A0305-02-0048-15
在能量傳遞至催化劑(方程式(1)及(5))之後，形成具有H原子半徑及為質子中心場之m+1倍的中心場的中間物
Figure 107105070-A0305-02-0049-18
。預測半徑隨著電子經歷徑向加速度而減小，直至半徑為未催化氫原子之半徑的1/(m+1)的穩定狀態，且釋放出m2．13.6eV能量。預測歸因於
Figure 107105070-A0305-02-0049-20
中間物(例如方程式(2)及方程式(6)之遠紫外連續輻射譜帶具有短波長截止及藉由以下給出之能量
Figure 107105070-A0305-02-0049-328
：
Figure 107105070-A0305-02-0049-24
且延伸至比對應的截止長之波長。此處，由於H*[aH/4]中間物之衰減而引起之遠紫外連續輻射譜帶經預測為在E=m2．13.6=9．13.6=122.4eV(10.1nm)處具有短波長截止[其中在方程式(9)中，p=m+1=4且m=3]並延伸至更長的波長。觀察到10.1nm處之連續輻射譜帶，且對於理論上預測之H至較低能量(所謂的「低能量氫」狀態H(1/4))之躍遷到達較長波長，其僅由包含一些氫之脈衝捏縮氣體放電引起。藉由方程式(1)及(5)預測之另一觀察結果為自快H+之再結合形成快速激發態H原子。該等快原子產生展寬之巴耳麥α發射。
揭露了在某些混合氫電漿中具有非常高的動能能量氫原子之群體的大於50eV之巴耳麥α線展寬係一種熟知現象，其中其原因係由於在低能量氫之形成中所釋放的能量。在連續發射氫捏縮電漿中觀察到快H。
形成低能量氫之額外催化劑及反應係可能的。基於已知電子能級可鑑別的具體物質(例如，He+、Ar+、Sr+、K、Li、HCl及NaH、OH、SH、SeH、初生H2O、nH(n=整數))需要與原子氫一起存在以催化該過程。該反應涉及非輻射性能量傳遞，接著為q．13.6eV連續發射或q．13.6eV傳遞 至H以形成極熱的激發態H及氫原子，該氫原子之能量低於對應於分數主量子數的未反應之原子氫。亦即，在氫原子之主能級之式中：
Figure 107105070-A0305-02-0050-26
n=1,2,3,... (11)
其中a H 為氫原子之波爾半徑(Bohr radius)(52.947pm)，e為電子電荷之量值，且ε o為真空電容率，分數量子數：
Figure 107105070-A0305-02-0050-28
替換氫激發態之芮得伯方程式(Rydberg equation)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n=1狀態及氫之
Figure 107105070-A0305-02-0050-29
狀態為非輻射性的，但兩種非輻射狀態之間的躍遷，比如n=1至n=1/2，係可能經由非輻射性能量傳遞發生的。氫為由方程式(10)及(12)給出之穩定狀態的特例，其中氫或低能量氫原子之相對應半徑係由以下給出：
Figure 107105070-A0305-02-0050-30
 其中p=1、2、3、...。為使能量守恆，能量必須以處於普通n=1狀態中之氫原子的位能之整數為單位自氫原子傳遞至催化劑，且半徑躍遷至
Figure 107105070-A0305-02-0050-31
。藉由使普通氫原子與具有以下之反應淨焓之合適的催化劑反應而形成低能量氫：m˙27.2eV (14)
其中m為整數。據信，隨著反應淨焓更緊密地匹配m˙27.2eV，催化之速率增加。已發現反應，反應淨焓在m˙27.2eV之±10%(較佳±5%)內之催化劑適合於大多數應用。
催化反應涉及兩步能量釋放：非輻射性能量傳遞至催化劑，接著隨著半徑減小，進行另外的能量釋放，直至相對應的穩定最終狀態。因此， 藉由以下給出總體反應：
Figure 107105070-A0305-02-0051-35
Figure 107105070-A0305-02-0051-37
Cat (q+r)++re -→Cat q++m．27.2eV及 (17)整體反應為
Figure 107105070-A0305-02-0051-38
q、r、m及p為整數。
Figure 107105070-A0305-02-0051-39
具有氫原子之半徑(對應於分母中之 1)及等於質子之中心場的(m+p)倍的中心場，且
Figure 107105070-A0305-02-0051-42
係半徑為H之
Figure 107105070-A0305-02-0051-43
的對應穩態。
催化劑產物H(1/p)亦可與電子反應，形成低能量氫氫陰離子H -(1/p)，或兩個H(1/p)可發生反應，形成相對應的分子低能量氫H2(1/p)。具體而言，催化劑產物H(1/p)亦可與電子反應，形成具有結合能E B 之新穎氫陰離子H -(1/p)。
Figure 107105070-A0305-02-0051-44
其中p=整數>1，s=1/2，ħ為普朗克常量項(Planck's constant bar)，μ o 為真空之磁導率，m e 為電子之質量，μ e 為由
Figure 107105070-A0305-02-0051-315
給出之約化之電子質量，其中m p 為質子之質量，a o 為波爾半徑，且離子半徑為
Figure 107105070-A0305-02-0051-47
。根據方程式(19)，經計算之氫陰離子之電離能量為0.75418eV，且實驗值為6082.99±0.15cm -1(0.75418eV)。低能量氫氫 陰離子之結合能可藉由X射線光電子光譜(XPS)量測。
往高磁場位移之NMR峰係存在相對於普通氫陰離子半徑減小且質子之反磁性屏蔽增大的較低能態氫的直接證據。藉由兩個電子之反磁性及幅度為p之光子場的作用之總和給出位移(Mills GUTCP方程式(7.87))：
Figure 107105070-A0305-02-0052-49
其中第一項適用於H -，其中對於H -(1/p)，p=1且p=整數>1，且α為精細結構常量。所預測之低能量氫氫陰離子峰相對於普通氫陰離子異常地往高磁場位移。在實施例中，峰為TMS的高磁場。相對於TMS之NMR位移可大於對於單獨或構成化合物之普通H-、H、H2或H+中之至少一者已知的NMR位移。該位移可大於以下中之至少一者：0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40ppm。相對於裸質子之絕對位移之範圍(其中TMS之位移相對於裸質子為約-31.5)可為-(p29.9+p22.74)ppm(方程式(20))，其約在以下之至少一者中的範圍內：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm及±100ppm。相對於裸質子之絕對位移之範圍可為-(p29.9+p21.59×10-3)ppm(方程式(20))，其約在以下之至少一者中的範圍內：0.1%至99%、1%至50%及1%至10%。在另一個實施例中，低能量氫物質(諸如，低能量氫原子、氫陰離子或分子)在固體基質(諸如，如NaOH或KOH之氫氧化物之基質)中之存在引起基質質子往高磁場位移。基質質子(諸如NaOH或KOH之基質質子)可交換。在實施例中，位移可引起基質峰在相對於TMS的約-0.1ppm至-5ppm之範圍內。 NMR測定可包含魔角旋轉 1 H核磁諧振光譜(MAS 1 H NMR)。
H(1/p)可與質子反應且兩個H(1/p)可發生反應以分別形成H 2(1/p)+及H 2 (1/p)。在非輻射之約束下，根據橢圓座標中之拉普拉斯算子(Laplacian)來求解氫分子離子及分子電荷與電流密度函數、鍵距離以及能量。
Figure 107105070-A0305-02-0053-50
在長球體分子軌道之各焦點處具有+pe之中心場的氫分子離子之總能量E T 為：
Figure 107105070-A0305-02-0053-51
其中p為整數，c為真空中之光速，且μ為經約化之核質量。在長球體分子軌道之各焦點處具有+pe之中心場的氫分子之總能量為：
Figure 107105070-A0305-02-0053-262
氫分子H 2 (1/p)之鍵解離能量E D 係對應氫原子之總能量與E T 之間的 差。
E D =E(2H(1/p))-E T (24)
其中E(2H(1/p))=-p 227.20eV (25)
E D 由方程式(23-25)給出： E D =-p 227.20eV-E T =-p 227.20eV-(-p 231.351eV-p 30.326469eV)=p 24.151eV+p 30.326469eV (26)
H 2 (1/p)可由X射線光電子光譜(XPS)識別，其中除經電離電子之外的電離產物可為諸如包含兩個質子及電子(氫(H)原子、低能量氫原子、分子離子、氫分子離子及H 2 (1/p)+)之可能物中的至少一者，其中能量可因基質而位移。
催化產物氣體之NMR提供H 2 (1/p)之理論上預測的化學位移的決定性測試。大體而言，歸因於橢圓座標中之分數半徑，H 2 (1/p)之1 H NMR諧振經預測為自H 2的1 H NMR諧振朝向高磁場，其中電子明顯更靠近原子核。藉由兩個電子之反磁性及幅度為p之光子場的作用之總和給出H 2 (1/p)之經預測位移
Figure 107105070-A0305-02-0054-54
(Mills GUTCP方程式(11.415-11.416))：
Figure 107105070-A0305-02-0054-56
Figure 107105070-A0305-02-0054-57
其中第一項適用於H 2，其中對於H 2 (1/p)，p=1且p=整數>1。實驗絕對H 2 氣相諧振位移-28.0ppm與經預測之絕對氣相位移-28.01ppm相符(方程式(28))。所預測之分子低能量氫的峰相對於普通H2異常地往高磁場位移。在實施例中，峰為TMS的高磁場。相對於TMS之NMR位移可大於對於單獨或構成化合物之普通H-、H、H2或H+中之至少一者已知的 NMR位移。該位移可大於以下中之至少一者：0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40ppm。相對於裸質子之絕對位移之範圍(其中TMS之位移相對於裸質子為約-31.5ppm)可為-(p28.01+p22.56)ppm(方程式(28))，其約在以下之至少一者中的範圍內：±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm及±100ppm。相對於裸質子之絕對位移之範圍可為-(p28.01+p21.49×10-3)ppm(方程式(28))，其約在以下之至少一者中的範圍內：0.1%至99%、1%至50%及1%至10%。
供氫型分子H 2 (1/p)自v=0躍遷至v=1的振動能量E vib 為：E vib =p 20.515902eV (29)
其中p為整數。
供氫型分子H 2 (1/p)自J躍遷至J+1的旋轉能量E rat 為：
Figure 107105070-A0305-02-0055-59
其中p為整數且I為慣性力矩。對氣體中及捕集於固體基質中之電子束激發分子觀察到H 2 (1/4)之振轉發射。
由核間距離之反向p相關性及對慣性力矩I之對應影響得到旋轉能量之p 2 相關性。H 2 (1/p)之經預測之核間距離2c'為
Figure 107105070-A0305-02-0055-60
H2(1/p)之旋轉及振動能量中之至少一者可藉由激勵發射光譜分析、拉曼光譜分析及傅立葉變換紅外(FTIR)光譜分析來量測。H2(1/p)可捕集於基質中(諸如MOH、MX及M2CO3(M=鹼金屬；X=鹵化物)基質中之 至少一者中)，以便進行量測。
在實施例中，觀察到作為大約1950cm-1處之逆拉曼效應(IRE)峰的分子低能量氫產物。藉由使用包含與支援表面增強型拉曼散射(SERS)之拉曼雷射波長相當的粗糙度特徵或粒度的導電材料來增強峰，以展示IRE峰。
I.催化劑
在本發明中，諸如低能量氫反應、H催化作用、H催化反應、當提及氫時的催化、形成低能量氫之氫反應及低能量氫形成反應均係指例如以下之反應：由方程式(14)定義之催化劑的方程式(15)至(18)與原子H反應以形成具有由方程式(10)及(12)給出的能級之氫狀態。當提及執行將H催化至具有由方程式(10)及(12)給出之能級的H狀態或低能量氫狀態的反應混合物時，諸如低能量氫反應物、低能量氫反應混合物、催化劑混合、用於低能量氫形成之反應物、產生或形成低能態氫或低能量氫的反應物的對應術語亦可互換地使用。
本發明之催化性低能量氫躍遷需要自原子H接受能量以引起躍遷的催化劑，該催化劑可呈未經催化之原子氫之位能27.2eV的整數m倍的吸熱化學反應的形式。吸熱催化劑反應可為自諸如原子或離子之物質電離一或多個電子(例如，對於Li→Li 2+，m=3)，且可進一步包含鍵斷裂與自一或多種初始鍵搭配物電離一或多個電子的協同反應(例如，對於NaH→Na 2++H，m=2)。He +因為以54.417eV(為2˙27.2eV)電離，所以其滿足催化劑準則--焓變等於27.2eV之整數倍的化學或物理過程。整數數目個氫原子亦可充當27.2eV焓之整數倍的催化劑。催化劑能夠自原子氫接受呈約27.2eV±0.5eV及
Figure 107105070-A0305-02-0056-264
±0.5eV中之一者的整數單位的能 量。
在實施例中，催化劑包含原子或離子M，其中t個電子自原子或離子M各自電離至連續能級，以使得t個電子之電離能量的總和大致為m˙27.2eV及m‧
Figure 107105070-A0305-02-0057-265
中之一者，其中m為整數。
在實施例中，催化劑包含雙原子分子MH，其中M-H鍵之斷裂加上t個電子自原子M各自電離至連續能級使得t個電子之鍵能及電離能量的總和大致為m˙27.2eV及m‧
Figure 107105070-A0305-02-0057-266
中之一者，其中m為整數。
在實施例中，催化劑包含原子、離子及/或選自分子AlH、AsH、BaH、BiH、CdH、ClH、CoH、GeH、InH、NaH、NbH、OH、RhH、RuH、SH、SbH、SeH、SiH、SnH、SrH、TlH、C 2 、N 2 、O 2 、CO 2 、NO 2 及NO 3 之分子及以下之原子或離子：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、Kr、2K +、He +、Ti 2+、Na +、Rb +、Sr +、Fe 3+、Mo 2+、Mo 4+、In 3+、He +、Ar +、Xe +、Ar 2+及H +，及Ne +以及H +。
在其他實施例中，藉由以下提供用以產生低能量氫之MH-型氫催化劑：將電子傳遞至受體A、M-H鍵斷裂加t個電子自原子M各自電離至連續能級，使得包含MH與A之電子親和力(EA)之差異的電子傳遞能量、M-H鍵能及t個電子自M電離的電離能量之總和為約m˙27.2eV，其中m為整數。能夠提供約m˙27.2eV之反應淨焓的MH-型氫催化劑為OH-、SiH-、CoH-、NiH-及SeH-。
在其他實施例中，藉由以下提供用以產生低能量氫之MH+型氫催化劑：自可帶負電之供體A傳遞電子、M-H鍵斷裂加t個電子自原子M各自電 離至連續能級，使得包含MH與A之電離能量之差異的電子傳遞能量、M-H鍵能及t個電子自M電離的電離能量之總和為約m˙27.2eV，其中m為整數。
在實施例中，分子或帶正電或帶負電分子離子中之至少一者充當自原子H接受約m27.2eV之催化劑，其中分子或帶正電或帶負電分子離子之位能的量值減小約m27.2eV。例示性催化劑為H2O、OH、醯胺基NH2及H2S。
O2可充當催化劑或催化劑來源。氧分子之鍵能為5.165eV，且氧原子之第一、第二及第三電離能量分別為13.61806eV、35.11730eV及54.9355eV。反應O 2→O+O 2-,O 2→O+O 3+，及2O→2O +分別提供為E h 約2倍、4倍及1倍之淨焓且包含藉由自H接受此等能量以使低能量氫形成的用以形成低能量氫的催化劑反應。
II.低能量氫
具有由
Figure 107105070-A0305-02-0058-64
給出之結合能之氫原子(其中p為大於1，較佳為2至137之整數)係本發明之H催化反應的產物。原子、離子或分子之結合能(亦被稱作電離能量)係自原子、離子或分子移除一個電子所需的能量。具有方程式(10)及(12)中給出之結合能的氫原子在下文被稱作「低能量氫原 子」或「低能量氫」。具有半徑
Figure 107105070-A0305-02-0058-65
之低能量氫的標識為
Figure 107105070-A0305-02-0058-66
，其中a H 為普通氫原子之半徑且p為整數。具有半徑a H 之氫原子在下文中被稱作「普通氫原子」或「正常氫原子」。普通原子氫之特徵在於其結合能為13.6eV。
根據本發明，提供一種具有根據方程式(19)之結合能的低能量氫氫陰離子(H-)，該結合能對於p=2直至23大於且對於p=24(H-)小於普通氫陰 離子之結合能(約0.75eV)。對於方程式(19)之p=2至p=24，氫陰離子結合能分別為3、6.6、11.2、16.7、22.8、29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.6、72.4、71.6、68.8、64.0、56.8、47.1、34.7、19.3及0.69eV。本文亦提供包含新穎氫陰離子之例示性組合物。
亦提供包含一或多種低能量氫氫陰離子及一或多種其他元素的例示性複合物。此類化合物被稱為「低能量氫氫化物」。
普通氫物質之特徵在於以下結合能：(a)氫陰離子，0.754eV(「普通氫陰離子」)；(b)氫原子(「普通氫原子」)，13.6eV；(c)雙原子氫分子，15.3eV(「普通氫分子」)；(d)氫分子離子，16.3eV(「普通氫分子離子」)；及(e)
Figure 107105070-A0305-02-0059-290
，22.6eV(「普通三氫分子離子」)。本文中，關於氫之形式，「正常」與「普通」同義。
根據本發明之另一實施例，提供一種化合物，其包含至少一種結合能增加的氫物質，諸如：(a)氫原子，其具有約
Figure 107105070-A0305-02-0059-68
(諸如，在
Figure 107105070-A0305-02-0059-71
之約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中p為自2至137之整數；(b)氫陰離 子(H -)，其具有約
Figure 107105070-A0305-02-0059-72
(諸 如，在
Figure 107105070-A0305-02-0059-316
之約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中p為自2至24之整數；(c)
Figure 107105070-A0305-02-0059-291
(1/p)；(d)三低能量氫分子離子
Figure 107105070-A0305-02-0059-295
(1/p)，其具有約
Figure 107105070-A0305-02-0059-267
(諸如，在
Figure 107105070-A0305-02-0059-268
之約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中p為自2至137之整數；(e)二低能量氫，其具 有約
Figure 107105070-A0305-02-0060-270
(諸如，在
Figure 107105070-A0305-02-0060-271
的約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中 p為自2至137之整數；(f)二低能量氫分子離子，其具有統
Figure 107105070-A0305-02-0060-273
(諸如在
Figure 107105070-A0305-02-0060-274
之約0.9倍至1.1倍的範圍內)之結合能，其中p為整數，較佳為自2至137之整數。
根據本發明之另一實施例，提供一種化合物，其包含至少一種結合能增加之氫物質，諸如：(a)二低能量氫分子離子，其具有約
Figure 107105070-A0305-02-0060-84
(諸如在
Figure 107105070-A0305-02-0060-85
的約0.9倍至1.1倍的範圍內)之總能量，其中p為整數，ħ為普朗克常量項，m e 為電子之質量，c為真空中之光速，且μ為經約化之核質量，及(b)二低能量氫分子，其具有約
Figure 107105070-A0305-02-0061-86
(諸如，在
Figure 107105070-A0305-02-0061-87
之約0.9至1.1倍的範圍內)之總能量，其中p為整數且a o 為波爾半徑。
根據本發明之一個實施例(其中化合物包含帶負電之結合能增加的氫物質)，該化合物進一步包含一或多種陽離子，諸如質子、普通
Figure 107105070-A0305-02-0061-305
或普通
Figure 107105070-A0305-02-0061-306
。
本文提供一種用於製備包含至少一種低能量氫氫陰離子之化合物的方法。此類化合物在下文被稱作「低能量氫氫化物」。該方法包含使原子氫與反應淨焓為約
Figure 107105070-A0305-02-0061-276
．27eV之催化劑反應，其中m為大於1之整數，較佳為 小於400之整數，從而產生結合能為約
Figure 107105070-A0305-02-0061-90
之結合能增加的氫原子，其中p為整數，較佳為自2至137的整數。另一催化產物為能量。結合能增加之氫原子可與電子來源反應以產生結合能增加之氫陰離子。結合能增加之 氫陰離子可與一或多種陽離子反應以產生包含至少一種結合能增加之氫陰離子的化合物。
新穎的氫組成物質可包含：
(a)至少一種具有以下結合能之中性、正或負的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)
(i)大於對應普通氫物質之結合能，或
(ii)大於任何氫物質在對應普通氫物質因為普通氫物質之結合能小於環境條件(標準溫度及壓力，STP)下之熱能或為負而不穩定或觀察不到時的結合能；及
(b)至少一種其他元素。本發明之化合物在下文中被稱作「結合能增加之氫化合物」。
在此上下文中，「其他元素」意謂除結合能增加之氫物質以外的元素。因此，其他元素可為普通氫物質，或除氫以外之任何元素。在一組化合物中，其他元素及結合能增加之氫物質為中性。在另一組化合物中，其他元素及結合能增加之氫物質帶電，使得其他元素提供平衡電荷以形成中性化合物。前一組化合物之特徵在於分子及配位鍵合；後一組之特徵在於離子鍵合。
亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：
(a)至少一種具有以下總能量之中性、正或負的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)
(i)大於對應普通氫物質之總能量，或
(ii)大於任何氫物質在對應普通氫物質因為普通氫物質之總能量小於環境條件下之熱能或為負而不穩定或觀察不到時的總能量；及
(b)至少一種其他元素。
氫物質之總能量為自氫物質移除所有電子的能量之總和。根據本發明之氫物質的總能量大於對應普通氫物質之總能量。根據本發明之總能量增加之氫物質亦被稱作「結合能增加之氫物質」，即使總能量增加之氫物質之一些實施例可具有比對應普通氫物質之第一電子結合能小的第一電子結合能。舉例而言，p=24之方程式(19)之氫陰離子的第一結合能小於普通氫陰離子之第一結合能，而p=24之方程式(19)之氫陰離子的總能量遠遠大於對應普通氫陰離子之總能量。
本文亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：
(a)複數種具有以下結合能之中性、正或負的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)
(i)大於對應普通氫物質之結合能，或
(ii)大於任何氫物質在對應普通氫物質因為普通氫物質之結合能小於環境條件下之熱能或為負而不穩定或觀察不到時的結合能；及
(b)視情況選用之一種其他元素。本發明之化合物在下文中被稱作「結合能增加之氫化合物」。
可藉由使一或多種低能量氫原子與電子、低能量氫原子、含有該等結合能增加之氫物質中之至少一者及除結合能增加之氫物質以外的至少一種其他原子、分子或離子的化合物中之一或多者反應來形成結合能增加之氫物質。
亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：
(a)複數種具有以下總能量之中性、正或負的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」
(i)大於普通分子氫之總能量，或
(ii)大於任何氫物質在對應普通氫物質因為普通氫物質之總能量小於環境條件下之熱能或為負而不穩定或觀察不到時的總能量；及
(b)視情況選用之一種其他元素。本發明之化合物在下文中被稱作「結合能增加之氫化合物」。
在實施例中，提供一種化合物，其包含至少一種選自以下之結合能增加之氫物質：(a)根據方程式(19)之結合能對於p=2直至23大於且對於p=24小於普通氫陰離子之結合能(約0.8eV)的氫陰離子(「結合能增加之氫陰離子」或「低能量氫氫陰離子」)；(b)結合能大於普通氫原子之結合能(約13.6eV)的氫原子(「結合能增加之氫原子」或「低能量氫」)；(c)具有大於約15.3eV之第一結合能的氫分子(「結合能增加之氫分子」或「二低能量氫」)；或(d)具有大於約16.3eV之結合能的分子氫離子(「結合能增加之分子氫離子」或「二低能量氫分子離子」)。在本發明中，結合能增加之氫物質及化合物亦被稱作低能氫物質及化合物。低能量氫包含結合能增加之氫物質或等同地較低能量之氫物質。
III.化學反應器
本發明亦係針對用於產生本發明之結合能增加之氫物質及化合物(諸如二低能量氫分子及低能量氫氫化物)的其他反應器。取決於電池類型，其他催化產物為功率及(可選地)電漿及光。此類反應器在下文中被稱作「氫反應器」或「氫電池」。氫反應器包含用於製作低能量氫之電池。用於製作低能量氫之電池可採用以下形式：化學反應器或氣體燃料電池(諸如氣體放電電池)、電漿炬電池或微波功率電池及電化電池。在實施例中，催化劑為HOH且HOH及H中之至少一者的來源為冰。在實施例中， 電池包含電弧放電電池，該電弧放電電池包含冰及至少一個電極，以使得放電涉及冰之至少一部分。
在實施例中，電弧放電電池包含容器、兩個電極、高電壓電源(諸如能夠具有在約100V至1MV之範圍內的電壓及在約1A至100kA之範圍內的電流的電源)，及水源(諸如儲集器及形成並供應H2O液滴之構件)。液滴可在電極之間傳送。在實施例中，液滴引發電弧電漿之點火。在實施例中，水電弧電漿包含可發生反應以形成低能量氫之H及HOH。可藉由控制液滴尺寸及將液滴供應至電極之速率來控制點火速率及對應功率比。高電壓源可包含至少一個可由高電壓電源充電的高電壓電容器。在實施例中，電弧放電電池進一步包含諸如功率轉換器的構件，諸如本發明之功率轉換器，諸如PV轉換器及用以將來自低能量氫製程之功率(諸如光及熱)轉換成電的熱機中之至少一者。
用於製作低能量氫之電池的例示性實施例可採用以下形式：液體燃料電池、固體燃料電池、異質燃料電池、CIHT電池及SF-CIHT或SunCell®電池。此等電池中之每一者包含：(i)原子氫來源；(ii)至少一種用於製作低能量氫之催化劑，其選自固體催化劑、熔融催化劑、液體催化劑、氣態催化劑或其混合物；及(iii)用於使氫與用於製作低能量氫之催化劑反應之容器。如本文所使用及如本發明如預期，除非另外規定，否則術語「氫」不僅包括氕(1 H)，而且包括氘(2 H)及氚(3 H)。例示性化學反應混合物及反應器可包含本發明之SF-CIHT、CIHT或熱電池實施例。在此化學反應器部分中給出額外例示性實施例。在本發明中給出在混合物反應期間形成之用H2O作為催化劑的反應混合物的實例。其他催化劑可用於形成結合能增加及氫物質及化合物。可在諸如反應物、反應物之wt%、H2壓力 及反應溫度之參數方面根據此等例示性情況調節反應及條件。合適的反應物、條件及參數範圍係本發明之反應物、條件及參數範圍。藉由經預測之13.6eV之整數倍的連續輻射譜帶、由H線之多普勒線展寬所量測之在其他方面無法解釋的超高H動能、H線反轉、在無擊穿電場之情況下形成電漿及如在Mills先前公開案中所報導的不規則電漿餘暉持續時間顯示低能量氫及分子低能量氫係本發明之反應器的產物。資料(諸如關於CIHT電池及固體燃料的資料)已由其他研究人員在場外獨立驗證。由本發明之電池形成低能量氫亦藉由在較長持續時間內連續輸出之電能所證實，該等電能係電輸入之多倍，其在大多數情況下超過在無替代來源情況下的輸入的10倍以上。所預測之分子低能量氫H2(1/4)藉由以下各者而鑑別為CIHT電池與固體燃料之產物：MAS H NMR，其展示經預測之約-4.4ppm之往高磁場移位之基質峰；ToF-SIMS及ESI-ToFMS，其展示H2(1/4)與集氣劑基質複合成為m/e=M+n2峰，其中M為母離子之質量且n為整數；電子束激發發射光譜分析及光致發光發射光譜分析，其展示經預測之具有H2能量之16倍或量子數p=4的平方倍數的H2(1/4)的旋轉及振動光譜；拉曼及FTIR光譜分析，其展示1950cm-1之H2(1/4)的旋轉能量，其為H2之旋轉能量之16倍或量子數p=4的平方倍數；XPS，其展示經預測之500eV的H2(1/4)之總結合能；及到達時間在m/e=1峰之前的ToF-SIMS峰，該m/e=1峰對應於動能約204eV之H，其將所預測之H至H(1/4)之能量釋放與傳遞至第三體H之能量相匹配，如以下中所報導：Mills先前公開案及R.Mills X Yu、Y.Lu、G Chu、J.He、J.Lotoski的「Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell」，International Journal of Energy Research,(2013)以及R.Mills、J.Lotoski、J.Kong、G Chu、J.He、J.Trevey的 「High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell」(2014)，其以全文引用之方式併入本文中。
使用水流量熱計及Setaram DSC 131差示掃描量熱計(DSC)兩者，藉由觀察到來自形成低能量氫之固體燃料的超過最大理論能量60倍的熱能，證實藉由本發明之電池(諸如包含用以產生熱功率之固體燃料之電池)形成低能量氫。MAS H NMR展示出約-4.4ppm之經預測H2(1/4)高磁場基質位移。始於1950cm-1之拉曼峰匹配H2(1/4)之自由空間旋轉能量(0.2414eV)。此等結果報導於Mills先前公開案及R.Mills、J.Lotoski、W.Good、J.He的「Solid Fuels that Form HOH Catalyst」(2014)中，其以全文引用之方式併入本文中。
IV.固體燃料催化劑誘導之低能量氫躍遷(SF-CIHT)電池及功率轉換器
在實施例中，產生直接電能及熱能中之至少一者的電力系統包含：至少一個容器；反應物，其包含：(a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；(b)至少一種原子氫來源或原子氫；及(c)導體及導電基質中之至少一者；及至少一組用以約束低能量氫反應物之電極；用以傳送短脈衝高電流電能的電源；重載系統；至少一個用以自反應產物再生初始反應物的系統；及至少一個直接轉換器，諸如以下中之至少一者：電漿-電力轉換器(如PDC)；磁流體動力轉換器；光伏打轉換器；光學整流天線(optical rectenna)，諸如A.Sharma、V.Singh、T.L.Bougher、B.A.Cola的「A carbon nanotube optical rectenna」。Nature Nanotechnology，第10卷，(2015)，第1027-1032頁，doi：10.1038/nnano.2015.220中所報導之光學整流天線，該參考文獻以全文引用之方式併入；及至少一個熱-電功率轉換器。在另一實施例中，容器能夠具有大氣壓、高於大氣壓及低於 大氣壓中之至少一者的壓力。在實施例中，再生系統可包含水合、熱學、化學及電化學系統中之至少一者。在另一實施例中，至少一個直接電漿-電轉換器可包含以下之群組中的至少一者：電漿動力功率轉換器、
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直接轉換器、磁流體動力功率轉換器、磁鏡磁流體動力功率轉換器、電荷漂移轉換器、桿式或百葉窗式功率轉換器、磁旋管、光子聚束微波功率轉換器及光電轉換器。在另一實施例中，至少一個熱-電轉換器可包含以下之群組中的至少一者：熱機、蒸汽機、蒸汽渦輪機及發電機、燃氣渦輪機及發電機、朗肯循環引擎、布累登循環引擎、史特林引擎、熱離子功率轉換器及熱電功率轉換器。
SunCell®可包含複數個電極。在實施例中，低能量氫反應選擇性地在諸如正極化電極之極化電極處發生。該反應選擇率可歸因於在正偏壓電極處之低能量氫反應的更高動力學。在實施例中，SunCell®之至少一個組件(諸如反應電解槽腔室5b31壁)可正偏壓以增加低能量氫反應速率。SunCell®可包含連接至黑體輻射器之下部半球5b41之導電儲集器5c，其中該儲集器經正偏壓。偏壓可藉由儲集器5c中之熔融金屬與經正偏壓之EM泵管5k6及5k61中之至少一者之間的接觸來達成。EM可經由點火電磁泵匯流排5k2a至電源2之正極端子的連接而正偏壓。
點火可引起高功率EUV光的釋放，該高功率EUV光可對光電活性電極進行電離，以在該電極處產生電壓。點火電漿對於EUV光可為光厚的，以使得EUV光可經選擇性地約束於正電極，以進一步引起在正電極處對光電子效應的選擇性侷限。SunCell®可進一步包含橫越電負載連接以利用由光電子效應引起之電壓及基於低能量氫之功率的外部電路。在實施例中，形成低能量氫之點火事件引起可在複數個電極處作為電功率捕獲的電 磁脈衝，其中整流器可對電磁功率進行整流。
除本發明之UV光伏打及熱光伏打之外，SunCell®可包含此項技術中已知之其他電轉換構件，諸如熱離子、磁流體動力、渦輪機、微型渦輪機、朗肯或布累登循環渦輪機、化學及電化學功率轉換系統。朗肯循環渦輪機可包含超臨界CO2、有機物(諸如氫氟碳化物或碳氟化合物)或蒸氣工作流體。在朗肯或布累登循環渦輪機中，SunCell®可向渦輪機系統之預熱器、復熱器、鍋爐及外部燃燒器型熱交換器平台中之至少一者提供熱功率。在實施例中，布累登循環渦輪機包含整合於渦輪機之燃燒區段中之SunCell®渦輪機加熱器。SunCell®渦輪機加熱器可包含自壓縮機及復熱器中之至少一者接收氣流之導管，其中空氣受熱且導管將加熱之壓縮流引導至渦輪機之入口，以執行壓力體積功。SunCell®渦輪機加熱器可替換或補充燃氣渦輪機之燃燒室。朗肯或布累登循環可關閉，其中功率轉換器進一步包含冷凝器及冷卻器中之至少一者。
轉換器可為Mills先前公開案及Mills先前申請案中給出之轉換器。低能量氫反應物(諸如H來源及HOH來源)及SunCell®系統可包含本發明或諸如以下之先前美國專利申請案中之低能量氫反應物及SunCell®系統：Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455；2008年4月24日提交之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，2009年7月29日提交之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US10/27828，2010年3月18日提交之PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，2011年3月17日提交之PCT；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，2012年3月30日提交之PCT/US12/31369；CIHT Power System，2013年5月21日提交之PCT/US13/041938；Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT/IB2014/058177，2014年1月10日提交之PCT；Photovoltaic Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT/US14/32584，2014年4月1日提交之PCT；Electrical Power Generation Systems and Methods Regarding Same，PCT/US2015/033165，2015年5月29日提交之PCT；Ultraviolet Electrical Generation System Methods Regarding Same，PCT/US2015/065826，2015年12月15日提交之PCT；及Thermophotovoltaic Electrical Power Generator，PCT/US16/12620，2016年1月8日提交之PCT(「Mills先前申請案」)，其以全文引用之方式併入本文中。
在實施例中，在以熱、電漿及電磁(光)功率中之至少一者的形式釋放高能量的情況下，點火H2O以形成低能量氫。(本發明中之「點火」表示H至低能量氫之極高反應速率，其可表現為爆發、脈衝或其他形式之高功率釋放)。H2O可包含可利用施加高電流(諸如，在約100A至100,000A之範圍內的高電流)點火的燃料。此可藉由施加諸如約5,000至100,000V之高電壓以首先形成高導電電漿(諸如電弧)而達成。或者，可使高電流通過包含H2O之化合物或混合物，其中所得燃料(諸如固體燃料)之導電性高。(在本發明中，使用固體燃料來指代形成進一步反應而形成低能量氫的諸如HOH及H之催化劑的反應物。電漿電壓可較低，諸如在約1V至100V之範圍內。然而，反應混合物可包含除固體以外的其他物理狀態。在實施例中，反應混合物可為以下中之至少一種狀態：氣態、液體、熔融基質(諸如熔融導電基質，諸如熔融金屬，諸如熔融銀、銀銅合金及銅中之至少一 者)、固體、漿液、溶膠凝膠、溶液、混合物、氣態懸浮液、氣動流及熟習此項技術者已知之其他狀態)。在實施例中，具有極低電阻之固體燃料包含含H2O之反應混合物。低電阻可係由反應混合物之導體組分所導致的。在實施例中，固體燃料之電阻為在以下範圍內中之至少一者：約10-9歐姆至100歐姆、10-8歐姆至10歐姆、10-3歐姆至1歐姆、10-4歐姆至10-1歐姆及10-4歐姆至10-2歐姆。在另一實施例中，具有高電阻之燃料包含含痕量或微量莫耳百分比之經添加化合物或材料的H2O。在後一種情況下，可使高電流流過燃料，以藉由引起擊穿而達成點火，從而形成高度導電狀態(諸如電弧或電弧電漿)。
在實施例中，反應物可包含H2O來源及導電基質，以形成催化劑來源、催化劑、原子氫來源及原子氫中之至少一者。在另一實施例中，包含H2O來源之反應物可包含以下中之至少一者：體相H2O、除體相H2O以外的狀態、經歷用以形成H2O及釋放結合之H2O的反應中之至少一者的一或多種化合物。另外，經結合H2O可包含與H2O相互作用之化合物，其中H2O處於經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中之至少一者的狀態。在實施例中，反應物可包含導體及一或多種化合物或材料，該一或多種化合物或材料經歷體相H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水之釋放中之至少一者且其反應產物為H2O。在其他實施例中，初生H2O催化劑來源及原子氫來源中之至少一者可包含以下中之至少一者：(a)至少一種H2O來源；(b)至少一種氧來源；及(c)至少一種氫來源。
在實施例中，低能量氫反應速率取決於高電流之施加或形成。在SF-CIHT電池之實施例中，形成低能量氫之反應物經受引起極快反應速率及 能量釋放的低電壓、高電流、高功率脈衝。在例示性實施例中，60Hz電壓小於15V峰值，電流在100A/cm2與50,000A/cm2峰值之間的範圍內，且功率在1000W/cm2與750,000W/cm2之間的範圍內。在此等參數之約1/100倍至100倍之範圍內之其他頻率、電壓、電流及功率係合適的。在實施例中，低能量氫反應速率取決於高電流之施加或形成。在實施例中，電壓經選擇為引起具有在以下至少一個範圍內的電流之高AC、DC或AC-DC混合：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA。DC或峰值AC電流密度可在以下中之至少一者的範圍內：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2。DC或峰值AC電壓可在選自以下之至少一個範圍內：約0.1V至1000V、0.1V至100V、0.1V至15V及1V至15V。AC頻率可在以下範圍內：約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz。脈衝時間可在選自以下之至少一個範圍內：約10-6s至10s、10-5s至1s、10-4s至0.1s及10-3s至0.01s。
在實施例中，傳遞來自經催化為低能量氫狀態之原子氫的能量導致對催化劑之電離。自催化劑電離之電子可積聚在反應混合物及容器中並引起空間電荷堆積。該空間電荷可改變用於自原子氫至催化劑之後續能量傳遞的能級，同時降低反應速率。在實施例中，施加高電流會移除空間電荷，以引起低能量氫反應速率之增加。在另一實施例中，諸如電弧電流之高電流使得可充當H來源及HOH催化劑之反應物(諸如水)的溫度極快提高。高溫可引起水熱解為H及HOH催化劑中之至少一者。在實施例中，SF-CIHT電池之反應混合物包含H來源及催化劑(諸如nH(n為整數)及HOH中之至少一者)的來源。nH及HOH中之至少一者可藉由至少一種物相之水 (諸如，固體、液體及氣態水中之至少一者)的熱解或熱分解形成。熱解可在高溫(諸如，在約500K至10,000K、1000K至7000K及1000K至5000K之至少一個範圍內的溫度)下發生。在例示性實施例中，反應溫度為約3500至4000K，使得原子H之莫耳分數較高，如由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，其以引用之方式併入本文中]。熱解可由固體表面(諸如電池組分中之一者)協助。可藉由輸入功率及藉由低能量氫反應所保持之電漿將固體表面加熱至高溫。熱解氣體(諸如點火區域之彼等向下的氣體流)可經冷卻以防止再結合或產物至初始水含量之逆反應。反應混合物可包含處於比產物氣體之溫度低的溫度下的冷卻劑，諸如固相、液體相氣相中之至少一者。熱解反應產物氣體之冷卻可藉由使產物與冷卻劑接觸而達成。冷卻劑可包含低溫蒸汽、水及冰中之至少一者。
SunCell®可包含熱解氫發生器，其包含SunCell®輻射器、金屬氧化物、水源、噴水器及氫氣及氧氣採集系統。來自黑體輻射器5b4之黑體輻 射可入射於在加熱時分解成氧氣及金屬的金屬氧化物。氫發生器可包含水源及噴塗金屬之噴水器。金屬可與水反應以形成金屬氧化物及氫氣。可使用此項技術中已知之分離器及採集系統來採集氣體。反應可由下者表示：MxOy=xM+y/2O2
xM+yH2O=MxOy+yH2
金屬及氧化物可為此項技術中已知的支援H2O熱解以形成氫的金屬及氧化物，諸如ZnO/Zn及SnO/Sn。其他例示性氧化物為氧化錳、氧化鈷、氧化鐵及其混合物，如此項技術中已知及在以全文引用的方式併入本文中的https：//www.stage-ste.eu/documents/SF%201%202011%20solar_fuels%20by%20SolarPACES.pdf中給出。
在實施例中，SF-CIHT或SunCell®發電機包含產生電能及熱能中之至少一者的電力系統，其包含：至少一個容器；反應物，其包含：a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)導體及導電基質中之至少一者；至少一個反應物噴射系統；至少一個反應物點火系統，其用以引起反應物形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者；用以回收反應物之反應產物之系統；至少一個再生系統，其用以自反應產物再生額外反應物，其中該等額外反應物包含： a)至少一種包含初生H2O之催化劑來源或催化劑；b)至少一種H2O來源或H2O；c)至少一種原子氫來源或原子氫；以及d)導體及導電基質中之至少一者；及該光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統，諸如以下之群組中之一或多者：光伏打轉換器、光電轉換器、電漿動力轉換器、熱離子轉換器、熱電轉換器、斯特林引擎、布累登循環引擎、朗肯循環引擎，及熱機及加熱器。
在一實施例中，丸粒燃料可包含H來源、H2、催化劑來源、H2O來源及H2O中之至少一者。合適的丸粒包含導電金屬基質及水合物，諸如鹼性水合物、鹼土水合物及過渡金屬水合物中之至少一者。水合物可包含MgCl2．6H2O、BaI22．H2O及ZnCl2．4H2O中之至少一者。或者，丸粒可包含銀、銅、所吸收之氫氣及水中之至少一者。
點火系統可包含：a)至少一組用以約束反應物之電極；及b)用以傳送短脈衝高電流電能的電源，其中該短脈衝高電流電能足以引起反應物反應以形成電漿。電源可自功率轉換器接收電功率。在實施例中，反應物點火系統包含至少一組分離以形成開路的電極，其中該開路藉由噴射反應物閉合以使高電流流動而達成點火。在一實施例中，點火系統包含用於進行以下中之至少一者的開關：起始電流及在達成點火之後中斷電流。電流之流動可藉由完成電極之間的間隙之反應物起始。開關可藉由諸如以下中之至少一者之構件以電子方式執行：絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)、矽控整流器(SCR)及至少一個金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET)。或者，可以機械方式對點火進行開關。在點火之後可中斷電流以便使輸出低能量氫產生之能量相對於輸入點火能量達到最佳。點火系統可包含在其中產生電漿之階段期間允許可控量之能量流入燃料中以引起爆震並關掉電源的開關。在實施例中，用以傳送短脈衝高電流電能之電源包含以下中之至少一者：經選擇用於產生高AC、DC或AC-DC電流混合物之電壓，該電流在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中之至少一者之範圍內；在以下中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2；其中該電壓由固體燃料之導電性確定，其中該電壓由所需電流乘以固體燃料樣品之電阻而得到；DC或峰值AC電壓在0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV中之至少一者之範圍內，以及AC頻率在0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz中之至少一者之範圍內，SF-CIHT電池之輸出功率可包含熱及光伏打可轉換之光功率。在一實施例中，光-電轉換器可包含利用光伏打效應、熱離子效應及光電子效應中之至少一者的轉換器。功率轉換器可為將高動能電子之動能轉換成電之直接功率轉換器。在一實施例中，SF-CIHT電池之功率可至少部分地呈熱能形式或可至少部分地轉換成熱能。電力轉換器可包含熱離子功率轉換器。例示性熱離子陰極可包含摻鈧之鎢。該電池可利用光子增強熱離子發 射(PETE)，其中光效應藉由使半導體發射器中之電子能量跨越帶隙，提昇至熱發射電子之傳導帶中來增強電子發射。在一實施例中，SF-CIHT電池可包含光吸收劑，該光諸如遠紫外(EUV)、紫外(UV)、可見及近紅外光中之至少一者。該吸收劑可在電池外部。舉例而言，其可在PV轉換器26a之窗外部。吸收劑之溫度可由於吸收而升高。吸收劑溫度可在約500℃至4000℃之範圍內。該熱量可輸入至熱光伏打或熱離子電池。諸如史特林、朗肯、布累登及此項技術中已知之其他熱機之熱電及熱機在本發明之範疇內。
複數個轉換器之至少一個第一光-電轉換器(諸如利用光伏打效應、熱離子效應及光電子效應中之至少一者的光-電轉換器)可具有對電磁波譜之第一部分之選擇性且可透過電磁波譜之至少第二部分。第一部分可在對應的第一轉換器中轉換成電，且第一轉換器不具有選擇性之第二部分可傳播至另一個對電磁波譜所傳播之第二部分之至少一部分具有選擇性的第二轉換器。
在實施例中，圖1、2、及圖3至圖72中所示之SF-CIHT電池或發電機(亦被稱作SunCell®®)包含六個基本易維護系統，一些系統不具有活動部件且能夠長時間操作：(i)啟動電感耦合加熱器，其包含電力供應器5m、引線5p及天線線圈5f，用以首先熔化銀或銀銅合金以構成熔融金屬或熔體；及視情況選用之電極電磁泵，其包含磁體，用以在最初引導點火電漿流；(ii)燃料噴射器，諸如包含氫供應器(諸如，貫穿黑體輻射器之滲氫供應器)的燃料噴射器，其中可藉由電解或熱解自水中得到氫；及噴射系統，其包含用以噴射熔融銀或熔融銀銅合金之電磁泵5ka及氧來源(諸如氧化物，諸如LiVO3或本發明之另一氧化物)；及替代地，用以噴射水蒸氣 及氫氣中之至少一者的氣體噴射器5z1；(iii)點火系統，其用以產生跨越一對電極8之低電壓高電流流動，熔融金屬、氫及氧化物、或熔融金屬及H2O及氫氣中之至少一者經噴射至該對電極中以形成發亮光電漿；(iv)藉由電漿加熱至白熾溫度之黑體輻射器；(v)光-電轉換器26a，其包含所謂的聚光型光伏打電池15，該等聚光型光伏打電池自黑體輻射器接收光並在諸如超過一千suns之高光強度下操作；及(vi)燃料回收及熱管理系統31，其致使熔融金屬在點火後返回至噴射系統。在另一實施例中，來自點火電漿之光可直接輻射PV轉換器26a以轉換為電。
在一實施例中，電漿以EUV及UV光形式發射出光功率及能量之顯著部分。可藉由在反應腔室電池1中維持真空來降低壓力，從而將電漿維持在光學上不太厚之條件下，從而減少短波長光之衰減。在一實施例中，光-電轉換器包含本發明之光伏打轉換器，其包含光伏打(PV)電池，該等伏打(PV)電池回應於自該電池發射之光之實質性波長區域，諸如對應於至少10%之光功率輸出之波長範圍。在一實施例中，燃料可包含具有經捕集之氫及經捕集之H2O中之至少一者的銀。光發射可主要包含紫外光，諸如在約120nm至300nm之波長區域內之光。PV電池可回應於約120nm至300nm之波長區域之至少一部分。PV電池可包含III族氮化物，諸如InGaN、GaN及AlGaN中之至少一者。在實施例中，PV電池包含SiC。在一實施例中，PV電池可包含複數個接面。該等接面可串聯分層。在另一實施例中，該等接面為獨立的或電並聯。獨立接面可以機械方式堆疊或經晶圓接合。多接面電池及串聯連接之電池之層中的至少一者可包含旁通二極體，其用以將由電池各層之間的電流錯配導致的電流及功率損失降至最低，例示性多接面PV電池包含至少兩個接面，包含經n-p摻雜之半導體，諸如 InGaN、GaN及AlGaN之群組中之複數者。GaN之n型摻雜劑可包含氧，且p型摻雜劑可包含Mg。例示性三重接面電池可包含InGaN//GaN//AlGaN，其中//可指隔離性透明晶圓接合層或機械堆疊。PV可在等於聚光型光伏打裝置(CPV)之高光強度下操作。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。該等電池可藉由冷板冷卻，諸如CPV或二極體雷射(諸如商用GaN二極體雷射)中所用之彼等冷板。如在CPV電池的情況下，柵格接觸點可安裝在電池之正表面及背表面上。在一實施例中，PV轉換器可具有對於其所回應之光實質上可透過之保護性窗。該窗可至少10%透過回應光。該窗可透過UV光。該窗可在PV電池上包含塗層，諸如UV透明塗層。該塗層可包含本發明之UV窗之材料，諸如藍寶石或MgF2窗。其他合適之窗包含LiF及CaF2。該塗層可藉由沈積、諸如氣相沈積來施加。
PV轉換器26a之電池可包含光子設計，其迫使發射器及電池單一模式僅在半導體帶隙上方進行交叉諧振耦合及阻抗匹配，從而在此處產生『擠壓』窄帶近場發射光譜。具體而言，例示性PV電池可包含表面電漿極化聲子熱發射器及銀敷層半導體薄膜光伏打電池。
EM泵5ka(圖1、2及圖3至圖86)可包含EM泵熱交換器5k1、電磁泵冷卻劑管線饋通組合件5kb、磁體5k4、磁軛及視情況選用之可包含具有任選輻射屏蔽之氣體或真空間隙的熱障5k5、泵管5k6、匯流排5k2及具有可由來自PV轉換器之電流供應之饋通件5k31的匯流排電流源連接件5k3。磁性電路之磁體5k4及磁軛5k5中至少一者可藉由EM泵熱交換器5k1冷卻，諸如利用冷卻劑(諸如水)冷卻之EM泵熱交換器，其具有至急冷器31a 之冷卻劑入口管線31d及冷卻劑出口管線31e。例示性EM泵磁體5k4包含鈷釤(諸如SmCo-30MGOe及釹鐵硼(N44SH))磁體中之至少一者。磁體可包含回復磁通量電路。
在實施例中，極高功率及能量中之至少一者可藉由氫在本文中被稱作歧化之過程中經歷至具有方程式(18)中之高p值的低能量氫的躍遷而達成，如Mills GUT Chp.5中所給出，其以引用之方式併入。氫原子H(1/p)p=1、2、3、...137可經歷由方程式(10)及(12)所給出之至較低能態的進一步躍遷，其中一個原子之躍遷係藉由以諧振及非輻射方式接受m˙27.2eV且伴隨有其位能之相反變化的另一個原子來催化。由方程式(35)所給出之由m˙27.2eV諧振傳遞至H(1/p')而誘導之H(1/p)躍遷至H(1/(p+m)的一般總方程式由以下表示：H(1/p')+H(1/p)→H+H(1/(p+m))+[2pm+m 2-p'2+1]．13.6eV (35)
來自低能量氫製程之EUV光可解離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催化為H(1/17)，其中H(1/4)可為藉由HOH對另一H進行催化的反應產物。預測低能量氫之歧化反應產生X射線區域中之特徵。如由方程式(5)至(8)所 示，HOH催化劑之反應產物為
Figure 107105070-A0305-02-0080-91
。考慮在含H2O氣體之氫雲中很可能 有躍遷反應，其中第一氫型原子
Figure 107105070-A0305-02-0080-92
為H原子，且充當催化劑之第二受 體氫型原子
Figure 107105070-A0305-02-0080-317
為
Figure 107105070-A0305-02-0080-318
。由於
Figure 107105070-A0305-02-0080-95
之位能為42˙27.2eV=16˙27.2eV=435.2eV，故躍遷反應由以下表示：
Figure 107105070-A0305-02-0081-96
Figure 107105070-A0305-02-0081-97
Figure 107105070-A0305-02-0081-98
且，總反應為
Figure 107105070-A0305-02-0081-108
預測歸因於
Figure 107105070-A0305-02-0081-101
中間物(例如方程式(16)及方程式(37))之遠紫外連續輻射譜帶具有短波長截止及藉由以下給出之能量
Figure 107105070-A0305-02-0081-324
：
Figure 107105070-A0305-02-0081-105
且延伸至比對應的截止長之波長。此處，預測歸因於
Figure 107105070-A0305-02-0081-107
中間物之衰減的遠紫外連續輻射譜帶在E=3481.6eV；0.35625nm處具有短波長截止並延伸至更長波長。NASA之錢德拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory)及XMM-Newton[E.Bulbul、M.Markevitch、A.Foster、R.K.Smith、M.Loewenstein、S.W.Randall,「Detection of an unidentified emission line in the stacked X-Ray spectrum of galaxy clusters」,The Astrophysical Journal，第789卷，第1期，(2014)；A.Boyarsky、O.Ruchayskiy、D.Iakubovskyi、J.Franse,「An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster」,(2014),arXiv：1402.4119[astro-ph.CO]]近來在英仙座星團中觀察到具有3.48keV截止之寬X射線峰，其不匹配任何已知原子躍遷。BulBul等人之分佈給具有未知身分之黑暗物質的3.48keV特徵匹配
Figure 107105070-A0305-02-0082-110
躍遷且進一步證實低能量氫為黑暗物質之身分。
在實施例中，發電機可利用低壓H2O產生高功率及能量。水蒸氣壓力可在以下中之至少一個範圍內：約0.001Torr至100Torr、0.1mTorr至50Torr、1mTorr及5Torr、10mTorr至1Torr及100mTorr至800Torr。低H2O蒸氣壓可為以下情況中之至少一者：由水蒸氣來源及用以控制流動速率及壓力中之至少一者的構件供應及保持。供水可足以保持所需點火速率。水蒸氣壓力可由穩態或動態控制及平衡控制中之至少一者控制。發電機可包含保持所需區域中之較低水蒸氣壓力的泵13a。水可藉由差分泵抽移除，使得電池中在電極區域之外的區域可具有較低壓力，諸如水之較低分壓。
電池水蒸氣壓力可由與電池連接之蓄水器/捕集器(trap)保持。電池水蒸氣壓力可處於穩態或與蓄水器/捕集器之水面上方的水蒸氣壓力平衡中之至少一者。蓄水器/捕集器可包含用以降低蒸氣壓之構件，諸如保持對比溫度(諸如低溫溫度)之急冷器及諸如活性木炭或乾燥劑及溶質之H2O吸收材料中之至少一者。水蒸氣壓力可為利用可經過冷之冰在平衡或穩態下確立的低壓。冷卻可包含低溫急冷器或浴，諸如二氧化碳、液氮或液氦浴。可將溶質添加至蓄水器/捕集器以降低水蒸氣壓力。蒸氣壓可根據勞氏定律降低。溶質可為高度可溶且高濃度的。例示性溶質為糖及離子化合物，諸如鹼金屬、鹼土金屬及鹵化銨、氫氧化銨、硝酸銨、硫酸銨、重鉻酸銨、碳酸銨及乙酸銨中之至少一者，諸如K2SO4、KNO3、KCl、NH4SO4、NaCl、NaNO2、Na2Cr2O7、Mg(NO3)2、K2CO3、MgCl2、KC2H3O2、LiCl及KOH。捕集器乾燥劑可包含分子篩，諸如例示性分子篩13X、4-8目集結粒。
在移除過量水之實施例中，可密封及加熱捕集器；隨後，可泵抽出液體水或可將其作為蒸汽排出。捕集器可經再冷卻及再運行。在實施例中，將H2添加至諸如電極處之此類區域中，以與O2反應產物反應，從而將其轉換為利用蓄水器/捕集器控制的水。H2可藉由在滲氫陰極(諸如PdAg陰極)處之電解提供。可利用向氫供應控制器(諸如電解控制器)提供回饋信號之感測器來監測氫壓力。
在例示性實施例中，藉由含水分子篩(諸如13X)將水分壓保持在所要壓力(諸如在約50mTorr至500mTorr之範圍中之壓力)下。任何自分子篩釋放之水可經水供應(諸如由相對應的歧管及管線供應之來自貯槽31l的水供應)替換。分子篩之面積可足以至少按保持所要分壓所需之速率來供水。分子篩之廢氣率可與低能量氫製程之消耗率與泵出率的總和相匹配。釋放速率與分壓中之至少一者可藉由控制分子篩之溫度來控制。電池可包含連接至電池26之分子篩的控制器。貯藏器(container)可進一步包含用以保持分子篩之溫度的構件，諸如加熱器及急冷器及溫度控制器。
在替代性穩態實施例中，水蒸氣壓力由流量控制器(諸如控制電池中之質量流量及水蒸氣壓力中之至少一者的流量控制器)保持。供水速率可經調節以匹配在低能量氫及任何其他電池反應中消耗的速率及藉由諸如泵抽之手段移除之速率。泵可包含蓄水器/捕集器、低溫泵、真空泵、機械真空泵、渦卷泵及渦輪泵中之至少一者。供應速率及移除速率中之至少一者可經調節以達成所要電池水蒸氣壓力。此外，可增添所要之氫分壓。H2O及H2壓力中之至少一者可由感測器及控制器(諸如壓力計，如Baratron量規及質量流量控制器)感測及控制。水可由流量控制器經由EM泵管5k4噴射，該流量控制器可進一步包含壓力捕捉器及防止熔融金屬流 回至供水器(諸如質量流量控制器)中的反流止回閥。氣體可由注射泵供應。作為質量流量控制器之替代，水蒸氣壓力可由高精度電子可控閥(諸如針閥、比例電子閥及步進馬達閥中之至少一者)保持。該閥門可由水蒸氣壓力感測器及電腦控制以將電池水蒸氣壓力保持在所要值，諸如在約0.5Torr至2Torr之範圍內，其中該控制可達到小公差，諸如在20%內。閥門在電池中之水蒸氣壓快速變化的情況下可具有保持公差的快速回應。穿過閥門的流動之動態範圍可經調節以藉由改變在閥門之供應側上之水蒸氣壓力來適應不同最小及最大範圍。供應側壓力可藉由分別提高或減小蓄水器31l之溫度而提高或減小。水可經由EM泵管5k6供應。
在另一實施例中，水(諸如蒸汽)及氫中之至少一者可同時隨著熔融金屬(諸如熔融銀金屬)噴射。水、蒸汽及氫噴射器中之至少一者可包含端接於快速螺線管閥中的傳送管。螺線管閥可以串聯及並聯中之至少一種形式與電極電連接，使得在電流流經電極時，電流流經該閥門。在此情況下，水(諸如蒸汽)及氫中之至少一者可同時隨著熔融金屬噴射。在另一實施例中，噴射器系統包含光學感測器及引起噴射之控制器。在感測到金屬噴射或點火時，控制器可打開及關閉快速閥門(諸如螺線管閥)。在實施例中，用於噴射熔體(諸如銀熔體)、水(諸如蒸汽)及氫中之至少兩者的管線可為重合的。重合可係經由共同管線。在實施例中，噴射器包含噴射噴嘴。噴射器之噴嘴可包含氣體歧管，諸如與包含電極8之金屬流對準之氣體歧管。噴嘴可進一步包含來自歧管之複數個針孔，其傳送H2O及H2中之至少一者的多種氣體噴流。在實施例中，在大於電池之壓力的壓力下使H2鼓泡通過H2O儲集器，且H2O經夾帶於H2載氣中。高壓氣體混合物流經針孔進入熔體中以保持氣體噴流。在電極處，可為混合物之氣體可與導電基質 (金屬熔體)組合。在施加高電流之情況下，相對應的燃料混合物可點火以形成低能量氫。
在改良發電機之能量平衡的實施例中，諸如31之急冷器可由包含電池所產生之熱量的熱功率驅動。熱功率可來自內部耗散及來自低能量氫反應。急冷器可包含熟習此項技術者已知的吸收急冷器。在實施例中，藉由冷卻劑製冷劑(諸如可汽化之水)來吸收將排出之熱量。吸收急冷器可用熱來使製冷劑凝結。在實施例中，將水蒸氣吸收於吸收材料(吸附劑)(諸如矽膠、沸石)或奈米結構材料(諸如Pacific Northwest Laboratory之P.McGrail之奈米結構材料)中。將所吸收水加熱以使其在腔室中釋放，其中壓力的增加足以使水凝結。
SF-CIHT發電機包含其參數諸如本發明中經感測及控制之參數的組件。在實施例中，具有感測器及控制系統之電腦可感測及控制：(i)每一經冷卻系統(諸如PV轉換器、EM泵磁體及電感耦合加熱器中之至少一者)之每一急冷器之入口及出口溫度及冷卻劑壓力及流動速率，(ii)點火系統電壓、電流、功率、頻率及工作循環，(iii)使用諸如光學、都卜勒、勞侖茲或電極電阻感測器之感測器及控制器之EM泵噴射流動速率，(iv)電感耦合加熱器及電磁泵5k之電壓、電流及功率，(v)電池中之壓力，(vi)電池組件之壁溫，(vii)每一區段中之加熱器功率，(viii)電磁泵之電流及磁通量，(ix)銀熔化溫度、流動速率及壓力，(xi)藉由調節器形成之可經由共同氣體噴射歧管傳送的每一滲透或噴射氣體(諸如H2及H2O及混合物)的壓力、溫度及流動速率，(xi)入射至PV轉換器的光之強度，(xii)PV轉換器之電壓、電流及功率輸出，(xiii)任何功率調節設備之電壓、電流、功率及其他參數，及(xiv)至寄生負載及外部負載中之至少一者的SF-CIHT發 電機輸出電壓、電流及功率，(xv)至任何寄生負載(諸如電感耦合加熱器、電磁泵、急冷器及感測器及控件中之至少一者)的電壓、電流及功率輸入，及(xvi)具有能量儲存之起動電路之電壓、電流及電荷狀態。在實施例中，待量測參數可與系統中具有將在其量測期間損害感測器的高溫的區域分離。舉例而言，諸如H2及H2O中之至少一者的氣體的壓力可藉由使用連接氣體管線來量測，該連接氣體管線諸如係連接至電池(如5b或5c)及在進入壓力換能器(諸如Baratron電容壓力計)之前冷卻氣體的冷卻塔。在參數超出所需範圍的情況下(諸如經歷超溫)，發電機可包含安全關閉機構，諸如此項技術中已知之機構。關閉機構可包含電腦及向發電機之至少一個組件提供功率的開關，其可斷開以引起關閉。
在實施例中，電池可包含至少一種集氣劑，諸如至少一種用於空氣、氧、氫、CO2及水之集氣劑。氧氣集氣劑(諸如，氧反應性材料，諸如可細微粉碎之碳或金屬)可清除電池中形成之任何氧。至於碳，可利用可逆的CO2洗滌劑將產物二氧化碳抽出。二氧化碳洗滌劑為此項技術中已知的，諸如有機化合物，諸如胺(如單乙醇胺)、礦物及沸石、氫氧化鈉、氫氧化鋰及基於金屬氧化物之系統。細微粉碎之碳的集氣劑亦可用於清除氧以保護電池，諸如包含氧敏材料(諸如Mo、W、石墨及Ta之容器或泵管)中之氧敏材料的目的。在此情況下，二氧化碳可利用CO2洗滌劑移除或可利用真空泵泵出，其中細微粉碎之碳僅僅用於組件保護。
金屬集氣劑可選擇性與H2O上的氧反應，使得其可利用氫再生。具有低水反應性之例示性金屬包含以下之群組之金屬：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W及Zn。可自SF-CIHT電池移除集氣劑或氧 氣洗滌劑且再生。該移除可為週期性的或間歇的。該再生可藉由氫還原而達成。該再生可就地發生。就地再生可為間歇的或連續的。熟習此項技術者已知其他氧氣集氣劑及其再生，諸如沸石及形成含氧可逆配位體鍵之化合物，諸如鹽，諸如與2-胺基對苯二甲酸根基相關之去氧系統之硝酸鹽，[{(bpbp)Co2 II(NO3)}2(NH2bdc)](NO3)2.2H2O(bpbp-=2,6-雙(N,N-雙(2-吡啶基甲基)胺甲基)-4-第三丁基酚根基，NH2bdc2-=2-胺基-1,4-苯二羧根基)。高度可燃的金屬(諸如例示性金屬：鹼金屬、鹼土金屬、鋁及稀土金屬)亦可用作氧氣集氣劑。高度可燃的金屬亦可用作水清除劑。氫儲存材料可用於清除氫。例示性氫儲存材料包含金屬氫化物、米許合金(諸如M1：La-rich米許合金，諸如M1Ni3.65Al0.3Mn0.3或M1(NiCoMnCu)5、Ni、R-Ni、R-Ni+約8wt% Vulcan XC-72、LaNi5、Cu或Ni-Al、Ni-Cr(諸如約10% Cr)、Ce-Ni-Cr(諸如約3/90/7wt%)、Cu-Al或Cu-Ni-Al合金)、M-N-H系統之物質(諸如LiNH2、Li2NH或Li3N)，及鹼金屬氫化物，其進一步包含硼(諸如硼氫化物)或鋁(諸如鋁氫化物)。另外的合適的氫儲存材料為：金屬氫化物，諸如鹼土金屬氫化物(諸如MgH2)；金屬合金氫化物(諸如BaReH9、LaNi5H6、FeTiH17及MgNiH4)；金屬硼氫化物(諸如Be(BH4)2、Mg(BH4)2、Ca(BH4)2、Zn(BH4)2、Sc(BH4)3、Ti(BH4)3、Mn(BH4)2、Zr(BH4)4、NaBH4、LiBH4、KBH4及Al(BH4)3、AlH3、NaAlH4、Na3AlH6、LiAlH4、Li3AlH6、LiH、LaNi5H6、La2Co1Ni9H6及TiFeH2、NH3BH3、聚胺基硼烷、胺硼烷錯合物(諸如胺硼烷、硼烷氨合物、肼-硼烷錯合物、二硼烷二氨合物、硼氮炔及八氫三硼銨或四氫硼酸銨；咪唑鎓離子液體(諸如烷基(芳基)-3-甲基咪唑鎓N-雙(三氟甲磺醯基)醯亞胺鹽、硼酸鏻及草酸鹽物質)。另外的例示性化合物為氨硼烷、鹼氨 硼烷(諸如鋰氨硼烷)及硼烷烷基胺錯合物(諸如硼烷二甲胺錯合物、硼烷三甲胺錯合物)及胺基硼烷及硼烷胺(諸如胺基二硼烷、正二甲基胺基二硼烷、三(二甲胺基)硼烷、二正丁基硼胺、二甲基胺基硼烷、三甲基胺基硼烷、氨-三甲基硼烷及三乙基胺基硼烷)。另外的合適的氫儲存材料為氫經吸收之有機液體，諸如咔唑及衍生物，諸如9-(2-乙基己基)咔唑、9-乙基咔唑、9-苯基咔唑、9-甲基咔唑及4,4'-雙(N-咔唑基)-1,1'-聯二苯。集氣劑可包含能夠儲存氫之合金，諸如AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)型中之一者，其中「ABX」標識係指A型元素(LaCePrNd或TiZr)與B型元素(VNiCrCoMnAlSn)之比率。額外合適的氫氣集氣劑係金屬氫化物電池組(諸如熟習此項技術者中所知之鎳-金屬氫化物電池組)中所使用的氫氣集氣劑。氫化物陽極之例示性合適的集氣劑材料包含R-Ni、LaNi5H6、La2Co1Ni9H6、ZrCr2H3.8、LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75、ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2之群組中的氫化物及其他能儲存氫之合金，諸如AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)類型中之一者，其中「ABX」標識係指A型元素(LaCePrNd或TiZr)與B型元素(VNiCrCoMnAlSn)之比率。在其他實施例中，氫化物陽極集氣劑材料包含以下中之至少一者：MmNi5(Mm=米許合金)，諸如：MmNi3.5Co0.7Al0.8，AB5-類型：MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm=米許合金：25wt% La、50wt% Ce、7wt% Pr、18wt% Nd)；La1-yRyNi5-xMx，AB2-類型：Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12合金；鎂基合金，諸如Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1合金、Mg0.72Sc0.28(Pd0.012+Rh0.012)及Mg80Ti20、Mg80V20、La0.8Nd0.2Ni2.4CO2.5Si0.1、LaNi5-xMx(M=Mn、 Al)、(M=Al、Si、Cu)、(M=Sn)、(M=Al、Mn、Cu)及LaNi4Co、MmNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、LaNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、MgCu2、MgZn2、MgNi2、AB化合物，諸如TiFe、TiCo及TiNi、ABn化合物(n=5、2或1)、AB3-4化合物及ABx(A=La、Ce、Mn、Mg；B=Ni、Mn、Co、Al)。其他合適的氫化物集氣劑為ZrFe2、Zr0.5Cs0.5Fe2、Zr0.8Sc0.2Fe2、YNi5、LaNi5、LaNi4.5Co0.5、(Ce、La、Nd、Pr)Ni5、米許合金-鎳合金、Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5、La2Co1Ni9、FeNi及TiMn2。本發明之集氣劑及熟習此項技術者已知之其他集氣劑可包含超過一個種類之電解槽氣體的集氣劑。額外集氣劑可為熟習此項技術者所知之集氣劑。例示性多氣體集氣劑包含鹼金屬或鹼土金屬(諸如鋰)，其可去除O2、H2O及H2中之至少兩者。集氣劑可藉由此項技術中已知之方法(諸如藉由還原、分解及電解)再生。在實施例中，集氣劑可包含進行以下中之至少一者的低溫捕集器：凝結諸如水蒸氣、氧氣及氫氣中之至少一者的氣體；及將氣體捕獲於呈冷卻狀態之吸收材料中。氣體可釋放自處於較高溫度之吸收材料，使得隨著加熱及泵抽廢氣，集氣劑可再生。吸收水蒸氣、氧氣及氫氣中之至少一者的可藉由加熱及泵抽再生的例示性材料為碳，諸如活性木炭及沸石。在對應氣體位準增加至如藉由相對應的電解槽氣體含量之感測器感測的不容許位準時，可確定氧氣、氫氣及及水洗滌劑再生之時序。在實施例中，電池產生之氫氣及氧氣中之至少一者可藉由熟習此項技術者所知的系統及方法採集及作為商用氣體出售。或者，所採集氫氣可用於SunCell®中。
併入至熔體中之氫氣及水可在由諸如機械泵之對應泵產生的壓力下自貯槽5u及31l流經歧管及供料管線。或者，水泵可藉由加熱水槽31l形成 蒸汽壓力而替換，且氫氣泵可藉由電解產生使氫氣流動的壓力而替換。或者，藉由H2O貯槽31l、蒸汽產生器及蒸汽關係提供成蒸汽形式之H2O。氫氣可滲透與由電解或熱解加壓之氫貯槽連接的中空陰極。此等替換系統可消除具有活動部件之對應系統。
在實施例中，SF-CIHT電池組件及系統為以下中之至少一者：經組合、微型化及在其他方面經最佳化為重量及尺寸減小、成本減小及維護減少中之至少一者。在實施例中，SF-CIHT電池包含用於急冷器及及電池真空泵之共同壓縮機。用於排熱之急冷器亦可充當低溫泵以充當真空泵。H2O及O2可藉由低溫泵凝結。在實施例中，藉由儘可能靠近電極使用數目減少之電容器(諸如例示性單一2.75V、3400 3400 Maxwell超級電容器)來微型化包含一組電容器之點火系統。在實施例中，至少一個電容器之正極端子可直接連接至正母線條或正電極且至少一個電容器之負極端子可直接連接至負母線條或負電極，其中電容器之具有相反極性的其他端子可藉由母線條連接，使得在熔融金屬藉由橋接可包含熔融金屬噴射器之電極來閉合電路時，電流流經包含電容器之電路。若需要，則跨越電極串聯連接之該組電容器可複製整數倍，以提供約整數倍以上的電流。在實施例中，可藉由利用來自PV轉換器之功率充電而將電容器上之電壓保持在所需範圍內。
SF-CIHT發電機之功率調節可藉由使用內部負載之所有DC功率簡化，其中DC功率由PV轉換器供應。在實施例中，來自PV轉換器之DC功率可供應以下中之至少一者：(i)至電極8的包含電源2的點火系統之電容器的DC充電功率；(ii)至少一個電磁泵之DC電流；(iii)電阻式或電感耦合加熱器之DC功率；(iv)包含DC電馬達之急冷器之DC功率；(v)包含DC電 馬達之真空泵的DC功率；及(vi)至電腦及感測器之DC功率。輸出功率調節可包含來自PV轉換器之DC功率或來自使用反相器將來自PV轉換器之DC功率轉換為AC之過程的AC功率。
在一實施例中，光-電轉換器包含本發明之光伏打轉換器，其包含光伏打(PV)電池，其回應於自該電池發射之光之實質性波長區域，諸如對應於至少10%之光功率輸出之波長範圍。在一實施例中，PV電池為可接受大於日光強度之高強度光之聚光電池，該強度諸如在約1.5suns至75,000suns、10suns至10,000suns及100suns至2000suns中之至少一者之強度範圍內。聚光PV電池可包含可在約1至1000suns範圍內操作之c-Si。矽PV電池可在進行以下中之至少一個功能的溫度下操作：改良帶隙以更好地匹配黑體光譜及改良排熱從而降低冷卻系統之複雜度。在例示性實施例中，聚光矽PV電池在約130℃下以200至500Suns操作，以提供約0.84V的帶隙，從而匹配3000℃黑體輻射器的光譜。PV電池可包含複數個接面，諸如三重接面。聚光PV電池可包含複數個層，諸如III/V族半導體之層，諸如以下各者之群組中之至少一者：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-晶圓-InGaAs；GaInP-Ga(In)As-Ge；以及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。該等接面可經晶圓接合。在一實施例中，接面之間的隧道二極體可用晶圓接合替換。晶圓接合對於藉由後續或 較深接面轉換之波長區域而言可為電絕緣及透明的。各接面可連接至獨立電連接或匯流排。獨立匯流排可串聯或並聯連接。各電獨立接面之電接觸可包含柵格導線。由於電流在用於獨立接面或接面組之多個並聯電路或互連中之分佈，可使導線陰影面積降至最低。可側向移除電流。晶圓接合層可包含透明導電層。例示性透明導體為透明導電氧化物(TCO)，諸如氧化銦錫(ITO)、摻氟氧化錫(FTO)及經摻雜之氧化鋅；及導電聚合物、石墨烯及碳奈米管及熟習此項技術者已知之其他導體。苯并環丁烯(BCB)可包含中間接合層。接合可介於諸如玻璃(諸如硼矽酸鹽玻璃)之透明材料與PV半導體材料之間。例示性雙接面電池為包含接合至GaAs底層之GaInP晶圓頂層之電池(GaInP//GaAs)。例示性四接面電池包含InP基板上之GaInP/GaAs/GaInAsP/GaInAs，其中各接面可藉由隧道二極體(/)或隔離的透明晶圓接合層(//)單獨隔開，諸如藉由InP上之GaInP//GaAs//GaInAsP//GaInAs給出之電池。PV電池可包含InGaP//GaAs//InGaAsNSb//導電層//導電層//GaSb//InGaAsSb。基板可為GaAs或Ge。PV電池可包含Si-Ge-Sn及合金。二極體與晶圓接合之所有組合在本發明之範疇內。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電池藉由SOITEC,France製備。PV電池可包含單一接面。例示性單一接面PV電池可包含單晶矽電池，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)所給出之彼等電池中之一者，其以全文引用的方式併入本文中。或者，單接面電池可包含摻雜有 其他元素之GaAs或GaAs，該等其他元素諸如III族及V族之元素。在一例示性實施例中，PV電池包含在約1000suns下操作之三重接面聚光PV電池或GaAs PV電池。在另一例示性實施例中，PV電池包含在250suns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900nm之波長反應之GaAs及在InP、GaAs及Ge中之至少一者上之InGaAs，其可選擇性地回應於在900nm與1800nm之間的區域中之波長。可以組合形式使用包含在InP上之GaAs及InGaAs之兩種類型之PV電池來提高效率。兩個單接面型電池可用於獲得雙重接面電池之效應。該組合可藉由使用二向色鏡、二向色濾光片及單獨或與鏡子組合之電池架構中之至少一者以達成如本發明中所給出之光之多次反彈或反射來實施。在一實施例中，各PV電池包含對入射光進行分離及分類，使其重新定向以照在多接面電池中之特定層上之複光層。在一例示性實施例中，該電池包含用於可見光之磷化銦鎵層及用於紅外光之砷化鎵層，其中對應的光經定向。PV電池可包含GaAs1-x-yNxBiy合金。
PV電池可包含矽。矽PV電池可包含可在約5至2000Suns之強度範圍內操作的聚光電池。矽PV電池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。非晶矽層可進行以下中之至少一個功能：致使電池為電透明的及防止電子-電洞對在表面處再結合。矽電池可包含多接面電池。該等層可包含個別電池。至少一個電池(諸如頂部電池，諸如包含Ga、As、InP、Al及In中之至少一者的電池)可經離子分片且機械堆疊於Si電池(諸如Si底部電池)上。多接面電池及串聯連接之電池之層中的每一者可包含旁通二極體，其用以將由電池各層之間的電流錯配導致的電流及功率損失降至最 低。電池表面可有紋理以便於光穿透至電池中。電池可包含抗反射塗層以增強光穿透至電池中。抗反射塗層可進一步反射低於帶隙能量的波長。該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帶通所要波長範圍(諸如高於帶隙能量之光)並反射另一範圍(諸如低於帶隙能量之波長)的的選擇率。反射自電池表面之光可反彈至可吸收光之至少一個其他電池。PV轉換器26a可包含閉合結構，諸如測地圓頂，其提供反射光之多次反彈以增加用於PV吸收及轉換之橫截面。該測地線圓頂可包含複數個接收器單元，諸如覆蓋有PV電池之三角形單元。該圓頂可充當積分球。未經轉換之光可經再循環。光再循環可經由在部件接收器單元(諸如測地圓頂之接收器單元)之間的反射而發生。表面可包含可反射低於電池之帶隙能量之波長的濾光片。電池可包含底部反射鏡(諸如銀或金底層)，以將未經吸收之光反射回電池。此外，未經吸收之光及由電池表面濾光片反射之光可由黑體輻射器吸收並再發射至PV電池。在實施例中，PV基板可包含對自底部電池傳輸至基板背面上之反射器的光透明的材料。具有透明基板之例示性三重接面電池為InGaAsP(1.3eV)、InGaAsP(0.96eV)、InGaAs(0.73eV)、InP基板及銅或金IR反射器。在一實施例中，PV電池可包含聚光矽電池。多接面III-V電池可因較高電壓而選擇，或Si電池可因較低成本而選擇。匯流排陰影可藉由使用諸如透明導電氧化物(TCO)之透明導體來減少。
PV電池可包含鈣鈦礦電池。例示性鈣鈦礦電池包含自上而下為Au、Al、Ti、GaN、CH3NH3SnI3、單層h-BN、CH3NH3PbI3-xBrx、HTM/GA、底部接點(Au)之各層。
電池可包含多p-n接面電池，諸如包含分別轉換EUV及UV之AlN頂層 及GaN底層的電池。在實施例中，光伏打電池可包含GaN p層電池，其在表面附近具有重p摻雜以避免短波長光(諸如UV及EUV)的過度衰減。n型底層可包含AlGaN或AlN。在實施例中，PV電池包含GaN及在p-n接面之頂層中經重度p摻雜之AlxGa1-xN，其中p摻雜層包含二維電洞氣體。在實施例中，PV電池可包含具有半導體接面之GaN、AlGaN及AlN中之至少一者。在實施例中，PV電池可包含具有金屬接面之n型AlGaN或AlN。在實施例中，PV電池利用多個電子-電洞對對高於PV材料之帶隙的高能光作出回應。光強度可足以充滿再結合機構以改良效率。
轉換器可包含(i)GaN、(ii)AlGaN或AlN p-n接面及(iii)較淺超薄p-n異質接面光伏打電池中之至少一者的複數個，其各自包含n型AlGaN或AlN基底區域上之GaN中的p型二維電洞氣體。每一電池可包含至金屬膜層(諸如Al薄膜層、n型層、耗盡層、p型層)之引線及至金屬膜層(諸如Al薄膜層且歸因於短波長光及真空操作而無鈍化層)的引線。在包含AlGaN或AlN n型層之光伏打電池的實施例中，具有適當功函數之金屬可替換p層以構成肖特基整流障壁以構成肖特基障壁金屬/半導體光伏打電池。
在另一個實施例，轉換器可包含光伏打(PV)電池、光電(PE)電池及PV電池與PE電池之混合物中之至少一者。PE電池可包含固態電池，諸如GaN PE電池。PE電池可各自包含光電陰極、間隙層及陽極。例示性PE電池包含中止之GaN(陰極)/AlN(分離器或間隙)/可經中止之Al、Yb或Eu(陽極)。PV電池可各自包含本發明之GaN、AlGaN及AlN PV電池中之至少一者。PE電池可為頂層且PV電池可為混合物之底層。PE電池可轉換最短波長光。在實施例中，PE電池之陰極及陽極層及PV電池之p層及n層中之至少一者可完全顛倒。架構可改變以改良集電。在實施例中，將自燃料 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以使光穿透至電池之活性層中達到最佳。可藉由用相對應的電極或磁體施加諸如電場或磁場之場來使光偏振。
在實施例中，燃料可包含銀、銅或Ag-Cu合金熔體，其可進一步包含經捕集氫及經捕集H2O中之至少一者。光發射可主要包含紫外光及遠紫外光，諸如在約10nm至300nm之波長區域中的光。PV電池可回應於約10nm至300nm之波長區域之至少一部分。PV電池可包含聚光型UV電池。電池可回應於黑體輻射。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至100,000suns及10至10,000suns之至少一個範圍內。電池可在此項技術中已知之溫度範圍(諸如約小於300℃及小於150℃中之至少一個溫度範圍)下操作。PV電池可包含III族氮化物，諸如InGaN、GaN及AlGaN中之至少一者。在一實施例中，PV電池可包含複數個接面。該等接面可串聯分層。在另一實施例中，該等接面為獨立的或電並聯。獨立接面可以機械方式堆疊或經晶圓接合。例示性多接面PV電池包含至少兩個接面，包含經n-p摻雜之半導體，諸如InGaN、GaN及AlGaN之群組中之複數者。GaN之n型摻雜劑可包含氧，且p型摻雜劑可包含Mg。例示性三重接面電池可包含InGaN//GaN//AlGaN，其中//可指隔離性透明晶圓接合層或機械堆疊。PV可在等於聚光型光伏打裝置(CPV)之高光強度下操作。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。該等電池可藉由冷板冷卻，諸如CPV或二極體雷射(諸如商用GaN二極體雷射)中所用之彼等冷板。如在CPV電池的情況下，柵格觸點可安裝在電池之正表面及背表面上。在實施 例中，PV電池(諸如包含GaN、AlN及GaAlN中之至少一者的PV電池)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再結合效應。表面可用諸如AlN之窗終止。
在實施例中，光伏打(PV)及光電(PE)轉換器中之至少一者可具有對其回應之光實質上透明的保護性窗。該窗可至少10%透過回應光。該窗可透過UV光。該窗可在PV或PE電池上包含塗層，諸如UV透明塗層。塗層可藉由諸如氣相沈積之沈積塗覆。該塗層可包含本發明之UV窗之材料，諸如藍寶石或MgF2窗。其他合適窗包含LiF及CaF2。諸如MgF2窗之任何窗可製得較薄以限制EUV衰減。在實施例中，PV或PE材料(諸如硬的玻璃類材料，諸如GaN)充當可清潔表面。PV材料(諸如GaN)充當窗。在實施例中，PV或PE電池之表面電極可包含窗。電極及窗可包含鋁。窗可包含鋁、碳、石墨、氧化鋯、石墨烯、MgF2、鹼土氟化物、鹼土鹵化物、Al2O3及藍寶石中之至少一者。窗可極薄，諸如約1Å至100Å厚，使得其對來自電池之UV及EUV發射透明。例示性較薄透明薄膜為Al、Yb及Eu薄膜。薄膜可藉由MOCVD、氣相沈積、濺鍍及此項技術中已知之其他方法塗覆。
在實施例中，電池可藉由至少一種機構將入射光轉換為電，該至少一種機構諸如係來自光伏打效應、光電效應、熱離子效應及熱電效應之群組的至少一種機構。轉換器可包含雙層電池，其各自在光伏打層之頂部上具有光電層。諸如遠紫外光之較高能量光可選擇性地藉由頂層吸收及轉換。複數個層中之一層可包含UV窗，諸如MgF2窗。UV窗可保護紫外(UV)PV免於由於電離輻射而受損，諸如由於軟X射線輻射而受損。在實施例中，可添加低壓電解槽氣體以選擇性地使將損害(UV)PV之輻射衰減。 或者，此輻射可藉由光電轉換器頂層至少部分地轉換為電且至少部分地自UV PV被阻擋。在另一個實施例中，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電池之遠紫外發射的至少一部分轉換為電。
光伏打轉換器可包含將紫外光轉換成電之PV電池。例示性紫外PV電池包含以下中之至少一者：經沈積於Nb摻雜之氧化鈦上之聚(4-苯乙烯磺酸酯)膜(SrTiO3：Nb)摻雜之p型半導體聚合物PEDOT-PSS：(聚(3,4-伸乙二氧基噻吩))(PEDOT-PSS/SrTiO3：Nb異質結構)、GaN、摻雜有諸如錳之過渡金屬之GaN、SiC、金剛石、Si及TiO2。其他例示性PV光伏打電池包含n-ZnO/p-GaN異質接面電池。
為將高強度光轉換為電，發電機可包含光分佈系統及光伏打轉換器26a(諸如圖55中所示之光分佈系統及光伏打轉換器)。光分佈系統可包含沿自電池發射之光的傳播軸線佈置成遮光堆疊之複數個半透明反射鏡，其中在堆疊之每一個反射鏡部件23處，光至少部分地反射至PC電池15(諸如與光傳播方向平行對準的電池)上以接收橫向反射光。光-電面板15可包含PE、PV及熱離子電池中之至少一者。至轉換器的窗可對電池發射的光(諸如短波長光)或黑體輻射(諸如對應於約2800K至4000K之溫度的黑體輻射)透明，其中功率轉換器可包含熱光伏打(TPV)功率轉換器。至PV轉換器之窗可包含以下中之之一者：藍寶石、LiF、MgF2及CaF2、其他鹼土鹵化物(諸如氟化物，諸如BaF2、CdF2)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼矽酸鹽及紅外矽(ThorLabs)。半透明反射鏡23可對短波長光透明。材料可與PV轉換器窗之材料相同，部分覆蓋反射性材料，諸如反射鏡，諸如UV反射鏡。半透明反射鏡23可包含反射性材料之格紋圖案，該反射性材料諸如 UV反射鏡，諸如以下中之至少一者：經MgF2塗佈之Al及鋁上之氟化物薄膜，諸如MgF2或LiF膜，或SiC膜。
在實施例中，TPV轉換效率可藉由使用選擇性發射器(諸如黑體發射器5b4之表面上的鏡)而增加。鐿為一類稀土金屬之例示性成員，其代替發射類似線路輻射光譜之光譜的正常黑體光譜。此允許相對較窄發射之能量頻譜與TPV電池之帶隙極為接近地匹配。
在實施例中，發電機進一步包含開關(諸如本發明或此項技術中已知之IGBT或另一種開關)，以在低能量氫反應自身藉由熱解傳播的情況下斷開點火電流。該反應自身可維持升高之電池及電漿溫度中之至少一者，諸如支援以足以保持此該溫度及低能量氫反應速率之速率進行熱解的溫度。該電漿可包含光厚電漿。電漿可包含黑體。光厚電漿可藉由保持高氣體壓力而達成。在例示性實施例中，在利用100A至1000A之範圍內之連續點火電流在鎢電極處噴射熔融銀及熔融銀銅(28wt%)合金時發生熱解，其中疊加脈衝在約2kA至10kA之範圍內、電漿黑體溫度為5000K且電極溫度在約3000K至3700K之範圍。熱解可發生在電漿及與電漿接觸之電池組件(諸如反應電解槽腔室5b31之壁)中之至少一者的高溫下。該溫度可在約500K至10,000K、1000K至7000K及1000K至5000K之至少一個範圍內。在另一實施例中，電池組件中之至少一者(諸如儲集器5c)可充當冷卻劑以冷卻熱解H以防止其恢復成H2O。
所保持黑體溫度可為發射出可利用光伏打電池轉換為電之輻射的溫度。在例示性實施例中，黑體溫度可經保持在約1000K至4000K中之至少一個範圍內。光伏打電池可包含熱光伏打(TPV)電池。用於熱光伏打轉換之例示性光伏打電池包含結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵 (GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)及銻化砷磷銦(InPAsSb)電池。其他例示性電池為InGaAsP(1.3eV)/InGaAsP(0.96eV)/InGaAs(0.73eV)/InP基板/銅或金IR發射器及InAlGaAs(1.3eV)/InGaAs(0.96eV)/分級緩衝層/Ge子電池/銅或金IR反射體。PV電池可包含在多接面GaSb電池上之多接面GaAs電池堆疊，諸如在2J GaSb電池上之3J GaAs電池。轉換器可包含至直接及重定向輻射至熱光伏打轉換器上中之至少一者的反射鏡。在實施例中，反向反射鏡將未經轉換之輻射反射回至來源以促成經重輻射至轉換器之功率。例示性反射鏡包含以下中之至少一者：椎體材料，諸如鋁及陽極化鋁、經MgF2塗佈之Al；及氟化物薄膜，諸如在鋁及藍寶石上之MgF2或LiF薄膜或SiC薄膜；氧化鋁，諸如α-氧化鋁，其可經濺射塗佈於基板上，諸如不鏽鋼、經MgF2塗佈之藍寶石、硼矽石玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃(諸如Gorilla玻璃)；LiF、MgF2及CaF2、其他鹼土鹵化物，諸如氟化物，諸如BaF2、CdF2石英、熔融石英、UV玻璃、硼矽酸鹽、紅外矽(ThorLabs)及陶瓷玻璃，其可在透明時在外表面上成鏡像。諸如陽極化鋁反射鏡之反射鏡可使光擴散以均一地輻射PV轉換器。透明材料(諸如藍寶石、氧化鋁、硼矽石玻璃、LiF、MgF2及CaF2、其他鹼土鹵化物(諸如氟化物，諸如BaF2、CdF2)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼矽酸鹽、紅外矽(ThorLabs)及陶瓷玻璃中之至少一者)可充當用於TPV轉換器之窗。TPV轉換器之另一實施例包含黑體發射器濾光片以傳送與PV之帶隙匹配的波長並將失配之波長反射回至發射器，其中該發射器可包含熱電池組件作為電極。黑體輻射器5b4可經塗佈有選擇性發射器(諸如，稀土金屬(諸如鐿))，其發射對於熱光伏打轉換更有利之光譜，諸如類似線路輻射光譜之光譜。
電池之帶隙經選擇以使用於給定黑體操作溫度及對應光譜之電輸出效率達到最佳。在於約3000K或3500K下操作的例示性實施例中，TPV電池接面之帶隙於表1中給出。
Figure 107105070-A0305-02-0101-319
為使包含多接面電池之熱光伏打轉換器之效能達到最佳，自電池發射之光的黑體溫度可經保持為約在諸如10%內的常量。隨後，可利用功率調節設備來控制功率輸出，其中盈餘功率儲存於諸如電池或電容器之裝置中或經排出(諸如作為熱量排出)。在另一實施例中，可藉由用本發明降低反應速率(諸如改變點火頻率及電流、金屬噴射速率及H2O及H2中之至少一者的噴射速率)來保持來自電漿之功率，其中黑體溫度可藉由控制電漿之發射率來保持。可藉由添加諸如稀有氣體之電解槽氣體改變電池氛圍(諸如最初包含金屬蒸氣之電池氛圍)來改變電漿之發射率。
在實施例中，利用對應感測器或量規來感測電解槽氣體(諸如水蒸氣、氫及氧之壓力)之壓力。在實施例中，藉由監測電池之至少一個參數來感測至少一種氣體壓力(諸如水壓及氫壓中之至少一者)，該至少一個參數回應於此等電解槽氣體中之至少一者的壓力變化而變化。可藉由隨著氣體的供應改變一或多種壓力同時監測改變之效應來達成合乎需要之水壓及氫壓中之至少一者。藉由氣體改變之例示性經監測參數包含點火電路之電行為及電池之光輸出。點火電流及光輸出中之至少一者可在氫壓及水蒸氣壓中之至少一者的所要壓力下達到最大。光偵測器(諸如二極體)及PV轉換器之輸出中之至少一者可量測電池之光輸出。電壓及電流計中之至少一 者可監測點火電路之電行為。發電機可包含壓力控制系統(諸如包含軟體之壓力控制系統)、處理器(諸如電腦)及自對參數之監測中接收輸入資料及調節氣體壓力以達成發電機之所要功率輸出的最佳化的控制器。在包含燃料金屬(包含銅)之實施例中，氫可保持在一定壓力下以自H2O與低能量氫及氧之反應達成對來自銅與氧之反應的氧化銅的還原，其中調節水蒸氣壓以藉由監測參數來使發電機輸出達到最佳。在實施例中，可藉由電解藉由供應H2將氫壓控制在約恆定壓力下。可將電解電流保持在約恆定電流下。可以一定速率供應氫以與大約全部低能量氫反應氧產物反應。盈餘氫可經由電池壁擴散，以保持低能量氫反應及與氧產物反應所消耗之氫上方的恆定壓力。氫可滲透過中空陰極至反應電解槽腔室5b31。在實施例中，壓力控制系統回應於點火電流及頻率與光輸出來控制H2及H2O壓力以使至少一者達到最佳。可利用二極體、功率計或光譜儀監測光。可利用萬用錶或數位示波器來監測點火電流。亦可控制電磁泵5k之熔融金屬的噴射速率以使點火電路之電行為及電池之光輸出中之至少一者達到最佳。
在另一個實施例中，感測器可量測多個組件。在例示性實施例中，利用質譜儀(諸如四極質譜儀，諸如殘氣分析儀)來量測電解槽氣體及總壓力。質譜儀可以分批或趨向模式進行感測。水或濕度感測器可包含絕對、電容及電阻濕度感測器中之至少一者。能夠分析複數種氣體之感測器包含電漿源，諸如微波腔室及發生器，其中電漿激發電解槽氣體發射諸如可見及紅外光的光。藉由光譜發射(諸如氣態組分之特徵線及強度)來測定氣體及濃度。氣體可在取樣之前冷卻。在分析電解槽氣體之氣體組成之前，自電解槽氣體移除金屬蒸氣。電池(諸如包含銀及銅中之至少一者的電池)中之金屬蒸氣可經冷卻以凝結金屬蒸氣，使得電解槽氣體可在金屬蒸氣不存 在時流動至感測器中。SF-CIHT電池在本文中亦被稱作SF-CIHT發電機或發電機可包含通道(諸如氣體自電池流動之管)，其中該管包含電池入口及經凝結金屬蒸氣流動之出口及不可凝結氣體至至少一個氣體感測器的輸出。管可經冷卻。冷卻可藉由傳導達成，其中管經散熱至經冷卻電池組件(諸如電極電磁泵之磁體)。可藉由諸如水冷之方式及諸如散熱管之被動構件來有效冷卻管。包含金屬蒸氣之電解槽氣體可進入管，其中金屬蒸氣由於管之低溫而凝結。經凝結金屬可藉由諸如重力流動及泵抽中之至少一者的方式流動至椎體儲集器，使得待感測之氣體在金屬蒸氣不存在時流動至感測器中。或者，可在外部腔室5b3a中量測氣體壓力，其中氣體可滲透至反應電解槽腔室5b31中。滲透可經由黑體輻射器5b4。
在實施例中，發電機包含黑體輻射器5b4，其可充電包含反應電解槽腔室5b31之容器。在實施例中，PV轉換器26a包含在金屬罩殼之內部上之PV電池15，該金屬罩殼包含含有黑體輻射器5b4之電池腔室5b3。PV冷卻板可在電池腔室外部。腔室5b3、5b3a及5b31中之至少一者能夠將壓力保持為以下中之至少一者：低於大氣壓、為大氣壓及高於大氣壓。PV轉換器可進一步包含至少一組電饋通件以將來自電池腔室之內表面內之PV電池的電功率傳送至電池腔室外部。饋通件可為具有氣密及真空或壓力能力中之至少一者。
在實施例中，諸如儲集器5c之至少一個電池組件可經絕緣。絕緣件可包含熱屏蔽，亦可包含其他形式之熱絕緣，諸如陶瓷絕緣材料(諸如MgO、火磚、Al2O3、氧化鋯(諸如Zicar))、氧化鋁增強型熱障(AETB)(諸如AETB 12絕緣件、ZAL-45及SiC-碳氣凝膠(AFSiC))。例示性AETB 12絕緣厚度為約0.5至5cm。絕緣件可囊封於兩個層(諸如，可包含相同或 不同材料(諸如不鏽鋼)的內部耐火金屬或材料電池組件壁及外部絕緣壁)之間。電池組件可經冷卻。外部絕緣囊封壁可包含冷卻系統，諸如將熱量傳遞急冷器或輻射器31的冷卻系統。
在實施例中，急冷器可包含輻射器31且可進一步包含至少一個風扇31j1及至少一個冷卻劑泵31k來冷卻輻射器並使冷卻劑循環。輻射器可經空氣冷卻。例示性輻射器包含汽車或卡車輻射器。急冷器可進一步包含冷卻劑儲集器或貯槽31l。貯槽31l可充當流動緩衝器。冷卻系統可包含旁通閥以將來自貯槽之流動返回至輻射器。在實施例中，冷卻系統包含以下中之至少一者：用以在輻射器入口管線壓力由於冷卻管線中之泵抽之降低或中止而較低時使冷卻劑在貯槽與輻射器之間再循環的旁通迴路；及在輻射器與貯槽之間的輻射器過壓或溢流管線。冷卻系統可進一步包含在旁通迴路中之至少一個止回閥。冷卻系統可進一步包含輻射器溢流閥(諸如止回閥)及自輻射器至溢流貯槽31l之溢流管線。輻射器可充當貯槽。急冷器(諸如輻射器31及風扇31j1)可具有往返貯槽31l的流動。
冷卻系統可包含自輻射器至貯槽31l之用以傳送已冷卻之冷卻劑的貯槽入口管線。冷卻劑可自貯槽31l泵抽至可向待冷卻之每一組件供應降溫冷卻劑的共同貯槽出口歧管。輻射器31可充當貯槽，其中輻射器出口提供降溫冷卻劑。或者，待冷卻之每一組件(諸如電感耦合加熱器、EM泵磁體5k4及PV轉換器26a)可具有單獨冷卻劑流動迴路，其具有藉由急冷器(諸如輻射器及風扇)冷卻之貯槽。每一迴路可包含複數個泵31k中之獨立泵或泵及複數個閥門31m中之閥門。每一迴路可接收來自調節迴路中之流動的獨立泵31k的流動。或者，每一迴路可接收來自向複數個迴路提供流動之泵31k的流動，其中每一迴路包含閥門31m，諸如調節迴路中之流動的螺 線管閥門。穿過每一迴路之流動可獨立地藉由其控制器(諸如熱感測器，諸如熱電偶、流量計、可控制值、泵控制器及電腦中之至少一者)控制。
在實施例中，反應電解槽腔室5b31經密封以約束以下中之至少一者：燃料氣體，諸如水蒸氣及氫及氧來源(諸如氧化物)中之至少一者；及燃料熔體之金屬蒸氣，諸如Ag或Ag-Cu合金蒸氣。反應電解槽腔室5b31之外表面可包含黑體輻射器5b4，其可包含能夠在極高溫(諸如在約1000℃至4000℃之範圍內)下操作的材料。在實施例中，黑體輻射器5b4可包含熔點比熔融金屬(諸如銀)之熔點高的材料。例示性材料為來自以下各者之群組的金屬及合金中之至少一者：WC、TaW、CuNi、赫史特合金C、赫史特合金X、英高鎳(Inconel)、英高合金(Incoloy)、碳鋼、不鏽鋼、鉻-鉬鋼(諸如，經改質之9Cr-1Mo-V(P91)、21/4Cr-1Mo鋼(P22))、Nd、Ac、Au、Sm、Cu、Pm、U、Mn、經摻雜Be、Gd、Cm、Tb、經摻雜Si、Dy、Ni、Ho、Co、Er、Y、Fe、Sc、Tm、Pd、Pa、Lu、Ti、Pt、Zr、Cr、V、Rh、Hf、Tc、Ru、經摻雜B、Ir、Nb、Mo、Ta、Os、Re、W、碳、陶瓷(諸如SiC、MgO、氧化鋁、Hf-Ta-C、氮化硼)及此項技術中已知之可充當黑體的其他高溫材料。
黑體輻射器自電漿吸收功率以加熱至其高操作溫度。在熱光伏打實施例中，黑體輻射器5b4提供入射至PV轉換器26a之光。黑體輻射器可具有諸如接近一之發射率的發射率。在實施例中，可調節發射率以產生匹配PV轉換器之能力的黑體功率。在例示性實施例中，可藉助於本發明增加或減小發射率。在金屬黑體輻射器5b4之例示性情況下，表面可為經氧化及經粗化中之至少一者，以增加發射率。發射率可與波長成非線性(諸如與波長成反比)，以使得短波長發射自其外表面係有利的。在黑體輻射器 5b4與PV轉換器26a之間的間隙中之濾光片、透鏡及反射鏡中之至少一者可對於將短波長光傳送至PV轉換器同時將紅外光返回至輻射器5b4具有選擇性。在例示性實施例中，W或碳黑體輻射器5b4之操作溫度係W白熾電燈泡之操作溫度，諸如至多3700K。在發射率為1的情況下，根據斯蒂芬波茲曼方程式，黑體輻射器功率為至多10.6MW/m2。在實施例中，使黑體輻射入射PV轉換器26a，該PV轉換器包含回應對應輻射之聚光型光伏打電池15(諸如本發明之聚光型光伏打電池)，諸如回應可見及近紅外光之聚光型光伏打電池。電池可包含多接面電池，諸如包含III/V半導體之雙或三接面電池，諸如本發明之電池。
SF-CIHT發電機可進一步包含黑體溫度感測器及黑體溫度控制器。黑體輻射器5b4之黑體溫度可經保持及調節以使黑體光至電的轉換達到最佳。可利用諸如以下中之至少一者的感測器來感測黑體輻射器5b4之黑體溫度：光譜儀、光學高溫計、PV轉換器26a及使用發射率來測定黑體溫度的功率計。藉助於本發明，控制器(諸如包含電腦之控制器及低能量氫反應參數感測器及控制器)可控制來自低能量氫反應之功率。在例示性實施例中，為控制溫度及黑體溫度之穩定性，藉由控制水蒸氣壓、氫壓、燃料噴射速率、點火頻率及點火電壓及電流中之至少一者來控制低能量氫反應速率。對於來自加熱黑體輻射器5b4之反應電解槽腔室5b31的給定低能量氫反應功率，可藉由以下中之至少一者來達成黑體輻射器5b4的所要操作黑體溫度：選擇及控制黑體輻射器5b4之內及外表面中之至少一者的發射率。在實施例中，自黑體輻射器5b4輻射之功率大約為與PV轉換器26a匹配的光譜及功率。在實施例中，外表面之發射率經選擇(諸如在約0.1至1之範圍內的發射率)，以便使頂蓋5b4在所要黑體溫度下將功率輻射至PV 轉換器，該功率並未超出其最大可接受入射功率。黑體溫度可經選擇以較好地匹配PV電池之光伏打轉換反應，使得轉換效率可最大化。可藉由修改黑體輻射器5b4的外表面來改變發射率。可藉由塗覆發射率增加或減小之塗層來增加或減小發射率。在例示性實施例中，可將熱解碳塗層施加至黑體輻射器5b4以增加其發射率。發射率亦可藉由氧化及粗化W表面中之至少一者來增加，且發射率可藉由還原經氧化表面及拋光粗糙W表面中之至少一者來減小。發電機可包含氧化氣體(諸如氧及H2O中之至少一者)的來源及還原氣體(諸如氫)的來源以及用以控制電池腔室中之氛圍的組成及壓力的構件。發電機可包含氣體感測器(諸如壓力計)、泵、氣體供應器及用以控制氣體組成及壓力以控制黑體輻射器5b4的發射率的氣體供應控制器。
黑體輻射器5b4及PV轉換器26a可藉由間隙(諸如氣體或真空間隙)分隔，以防止PV轉換器由於熱傳導至PV轉換器而過熱。黑體輻射器5b4可包含多個合適的形狀，諸如包含扁平板或圓頂之形狀。可針對結構完整性及將光傳輸至PV區域的最佳化中之至少一者來選擇形狀。例示性形狀為立方體形、直圓柱形、多邊形及測地線球。黑體輻射器5b4(諸如碳)可包含零件，諸如可膠合在一起之板。例示性立方體反應電解槽腔室5b31及可包含碳之黑體輻射器5b4可包含自碳之固體立方體機械加工並膠合在一起的兩個半立方體。
空腔之基底可包含諸如圓錐通道之幾何結構，以准許熔融金屬流回至儲集器中。基底可比上壁厚，以充當絕緣件，使得功率優先自非基底表面輻射。
空腔可包含壁，其厚度沿周界變化，以便產生沿包含黑體輻射器5b4 之外表面的所要溫度分佈。在例示性實施例中，立方體形反應電解槽腔室5b31可包含壁，其包含在各壁上居中之球面區段以產生外表面之均一黑體溫度。球面區段可經機械加工成壁形式，或其可膠合成平面內壁表面。球面區段之球面半徑可經選擇以達成所要黑體表面溫度分佈。
為增強電池電輸出及效率，黑體發射器5b4之面積與接收PV轉換器26a可最佳匹配。在實施例中，其他電池組件(諸如儲集器5c)可包含材料(諸如耐火材料，諸如碳、BN、SiC或W)以充當黑體輻射器至沿圓周佈置至組件以接收黑體輻射之PV轉換器。電池組件(諸如黑體輻射器5b4及儲集器5c)中之至少一者可包含使PV電池15之堆疊最佳以接受來自組件的光的幾何結構。
在例示性實施例中，電池組件可包含多面體表面，諸如多邊形，諸如三角形、五邊形、六邊形、正方形及矩形中之至少一者，與PV電池15之幾何結構相匹配。考慮到諸如照明光子之入射角及對PV效率之對應影響的參數，黑體輻射器及PV轉換器之幾何結構可經選擇以使自該黑體輻射器至該PV轉換器的光子傳遞最佳。在實施例中，PV轉換器26a可包含用以移動PV電池(諸如PV回轉料架)以引起入射於電池上之時間平均輻射的更多均一性的構件。PV回轉料架可使軸向對稱PC轉換器(諸如包含橫向多邊形環之PC轉換器)繞對稱軸或z軸旋轉。多邊形可包含六邊形。旋轉可由機械驅動連接、氣動馬達、電磁驅動裝置或熟習此項技術者所知之其他驅動裝置引起。
可更改黑體輻射器5b4表面以利用關於自黑體輻射器輻射之功率的對應改變來更改發射率。黑體輻射器發射率可藉由(i)更改表面之拋光、粗糙度或紋理、(ii)向碳添加塗層(諸如碳化物，諸如碳化鎢、碳化鉭及碳化鉿 中之至少一者)或熱解塗層及(iii)向碳黑體輻射器添加包層(諸如W包層)來改變。在後一種情況下，可藉由扣件(諸如具有膨脹構件(諸如狹槽)之螺釘)以機械方式將W附接至碳。在例示性實施例中，相對於碳的約1之發射率，在碳黑體輻射器5b4上之TaC(諸如TaC塗層、平鋪或包層)的發射率為約0.2。
黑體輻射器5b4可包含具有第一幾何結構之空腔，諸如在具有第二幾何結構(諸如立方體)的實心形狀內的球面空腔5b31(圖57至圖61)。在另一個實施例中，具有第一幾何結構之第一空腔5b31可在具有第二幾何結構之第二空腔5b4a1內部。例示性實施例包含在中空立方體空腔中之球殼空腔。相對應的第二空腔5b4a1可包含黑體空腔，其包含黑體輻射器外表面5b4a。第二空腔之內部可藉由具有第一幾何結構之內部第一空腔加熱至黑體溫度。來自相對應的第二黑體輻射器5b4a之黑體輻射可入射至PV電池15，其可以匹配幾何結構組織。電池可佈置在具有匹配幾何結構之陣列中。在實施例中，可藉由以下中之至少一者將接收至PV電池中之光功率降低至在黑體輻射器之操作溫度下發射之光的可容許強度：增加第二空腔與PV電池之間的間距；使用在表面上包含半反射鏡的PV電池以反射一部分入射光；使用次級輻射器(諸如鎢而非碳，發射率降低之輻射器)；及使用在PV電池前方之具有針孔的反射器，該等針孔僅將來自初級或次級黑體輻射器之黑體輻射部分地透射至PV電池並理想地反射非透射光。在實施例中，次級輻射器5b4a及具有匹配幾何結構之PV轉換器26a之幾何結構可經選擇以降低PV冷板、PV冷卻器或PV熱交換器26b的複雜度。例示性立方幾何結構可將PV冷板之數目降至最低，將PV冷板之尺寸最大，且導致電互連及冷卻劑管線連接(諸如至PV冷卻劑系統之入口31b及出口31c的 電互連及冷卻劑管線連接)的複雜度較低。
可藉由支援鹵素循環之構件保護W次級黑體輻射器免受昇華影響。在實施例中，圍封W黑體輻射器之腔室(諸如腔室5b3(圖3))的氣體可包含鹵素來源(諸如I2或Br2)或與昇華鎢形成錯合物的烴溴化合物。錯合物可在熱鎢表面上分解以將鎢再沈積於黑體輻射器5b4上。可為多層之PV電池15上的窗可支援溫度梯度以支援鎢-鹵素物質的揮發從而支援鹵素循環。
在實施例中，可藉由施加外部壓力保護碳電池組件(諸如碳黑體輻射器5b4)免受昇華影響。在例示性實施例中，藉由施加約100大氣壓之壓力使碳穩定昇華至4500K。可如藉由高壓氣體(諸如惰性氣體、氫及熔融金屬蒸氣(諸如銀蒸氣)中之至少一者)施加壓力。
在實施例中，黑體輻射器5b4包含可連接至儲集器5c之球面圓頂。黑體輻射器可為除球面(諸如立方體)以外的形狀且可進一步經塗佈或包覆有材料以改變其發射率，從而較好地將經輻射功率與PV電池之能力匹配。例示性包覆黑體輻射器5b4包含具有耐火材料之碳立方體包覆，該耐火材料之發射率比在黑體操作溫度下具有自氣化或昇華之低蒸氣壓的碳低。至少一個電池組件(諸如儲集器5c、黑體輻射器5b4及黑體輻射器包層中之至少一者)可包含以下中之至少一者：石墨(昇華點=3642℃)；耐火金屬(諸如鎢(M.P.=3422℃)或鉭(M.P.=3020℃))；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，該等硼化物、碳化物、氮化物及氧化物諸如係早期過渡金屬之彼等者，諸如硼化物(HfB2)、二硼化鋯(ZrB2)、氮化鉿(HfN)、氮化鋯(ZrN)、碳化鈦(TIC)、氮化鈦(TiN)、二氧化釷(ThO2)、硼化鈮(NbB2)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(ZrO2)(M.P.=2715℃)、硼化鉿(HfB2)(M.P.=3380℃)、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℃)及氮化釩(M.P.=2050℃)及渦輪葉片材料(諸如來自以下各者之群組中之一或多者：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H2反應有抗性。在例示性實施例中，相對於碳的約1之發射率，在碳黑體輻射器5b4上之TaC(諸如TaC塗層、平鋪或包層)的發射率為約0.2。例示性電池組件(諸如儲集器)包含MgO、氧化鋁、ZrO、ZrB2、SiC或BN。例示性黑體輻射器5b4可包含碳或鎢。電池組件材料(諸如石墨)可經塗佈有另一種高溫或耐火材料(諸如耐火金屬(諸如鎢)或陶瓷(諸如ZrB2、TaC、HfC、WC))或本發明或此項技術中已知之另一種材料。另一石墨表面塗層包含類金剛石碳，其可藉由對椎體之電漿處理形成於表面上。處理方法可包含此項技術中已知之用於將類金剛石碳沈積於基板上之處理方法。在實施例中，銀蒸氣可藉由預塗覆或在操作期間沈積於表面上以保護 錐面免受侵蝕。在實施例中，反應電解槽腔室5b31可包含碳與電解槽氣體(諸如H2O、H2、CO及CO2中之至少一者)的反應產物以遏制碳之進一步反應。在一實施例中，至少一個組件(諸如泵管5k6之下部及EM泵組合件5kk)可包含高溫鋼，諸如海恩斯230。在實施例中，藉由低能量氫反應保持之稀有氣體-H2電漿(諸如氬-H2(3至5%))可將石墨形式之碳轉換為類金剛石或金剛石形式中之至少一者。
電池組件(諸如儲集器5c或黑體輻射器5b4)可經鑄造、研磨、熱壓、燒結、電漿燒結、浸潤、火花電漿燒結、藉由粉末床雷射熔化3D打印及藉由熟習此項技術者已知之其他方法形成。在實施例中，至少一個組件(諸如外殼5b3a)可藉由衝壓或印模按壓組成材料(諸如金屬)來製造。
在熱離子及熱電實施例中，熱離子或或熱電轉換器可與熱黑體輻射器5b4直接接觸。黑體輻射器5b4亦可將熱量傳遞至熱機(諸如朗肯、布累登或史特林熱機)或可充當熱至電轉換器之加熱器。在實施例中，除標準介質(諸如水或空氣)以外的介質可用作熱機之工作介質。在例示性實施例中，烴或超臨界二氧化碳可置換渦輪發電機之朗肯循環中之水，且關於外部燃燒器設計之空氣可用作渦輪發電機之布累登循環之工作介質。例示性超臨界二氧化碳循環發電機包含Echogen電力系統之發電機(https：//www.dresser-rand.com/products-solutions/systems-solutions/waste-heat-recovery-system/http：//www.echogen.com/_CE/pagecontent/Documents/News/Echogen_brochure_2016.pdf)。或者，熱蓋5b4可充當熱源或加熱器或光源。至熱機或加熱器之熱流可為直接或間接的，其中SF-CIHT發電機可進一步包含熱交換器或熱傳遞構件(諸如本發明中之一者)。在另一實施例中， SunCell®可包含磁流體動力(MHD)或電漿流體動力(PHD)發電機，其中在反應電解槽腔室5b31中產生之高壓電漿流動至MHD或PHD發電機中並轉換為電。回流可進入反應電解槽腔室中。
電池腔室5b3或5b3a1及反應電解槽腔室3b31中之至少一者可利用泵13a經由諸如13b之泵管線抽空。相對應的泵管線閥門可用於選擇經泵抽容器。電池可進一步包含一或多個用於氧、氫、水蒸氣、金屬蒸氣、氣態氧化物(諸如CO2、CO)中之至少一者及總壓力的具有高溫能力之感測器。藉助於本發明，水及氫壓力可經控制至所要壓力，諸如本發明之壓力，諸如在0.1Torr至1Torr之範圍內的水蒸氣壓。在例示性實施例中，閥門及其中閥門開口經控制以利用使用氣體之經量測壓力的回饋供應保持氣體之所要壓力的流動的氣體供應器保持所要氣體壓力。H2O及H2可藉由氫氣貯槽及管線31l供應，該氫氣貯槽及管線31l可包含提供H2之電解系統、H2O/蒸汽貯槽及管線31l、氫進料管線5ua、氬貯槽5u1及進料管線5u1a及氣體噴射器(諸如可穿過EM泵管之H2、氬氣及H2O/蒸汽噴射器中之至少一者)。作為泵抽出氧氣或吸除氧氣之替代，電池中產生之氧氣可與經供應之氫氣反應以形成水。低能量氫氣體可經由電池之壁及接合點擴散或流出選擇性氣體閥門。
在另一實施例中，反應電解槽腔室5b31在惰性氛圍下操作。SF-CIHT發電機可包含惰性氣體來源(諸如貯槽)及以下中之至少一者：壓力計、壓力調節器、流量調節器、至少一個閥門、泵及用以讀取壓力及控制壓力之電腦。惰性氣體壓力可在約1Torr至10atm之範圍內。
在實施例中，在啟動後，可卸除加熱器，且可進行冷卻以將電池組件(諸如儲集器5c、EM泵及PV轉換器26a)保持在其操作溫度(諸如本發明 中所給出之操作溫度)下。
在實施例中，圖1、2、及圖3至圖72中所示之SF-CIHT電池或發電機(亦被稱作SunCell®®)包含六個基本易維護系統，一些系統不具有活動部件且能夠長時間操作：(i)啟動電感耦合加熱器，其包含電力供應器5m、引線5p及天線線圈5f，用以首先熔化銀或銀銅合金以構成熔融金屬或熔體；及視情況選用之電極電磁泵，其包含磁體，用以在最初引導點火電漿流；(ii)燃料噴射器，諸如包含氫供應器(諸如，貫穿黑體輻射器之滲氫供應器)的燃料噴射器，其中可藉由電解或熱解自水中得到氫；及噴射系統，其包含用以噴射熔融銀或熔融銀銅合金之電磁泵5ka及氧來源(諸如氧化物，諸如CO2、CO、LiVO3或本發明之另一氧化物)；及替代地，氣體噴射器，其可包含用以噴射水蒸氣及氫氣中之至少一者的穿過EM泵管5k6的埠；(iii)點火系統，其用以產生跨越一對電極8之低電壓高電流流動，熔融金屬、氫及氧化物、或熔融金屬及H2O及氫氣中之至少一者經噴射至該對電極中以形成發亮光電漿；(iv)藉由電漿加熱至白熾溫度之黑體輻射器5b4；(v)光-電轉換器26a，其包含所謂的聚光型光伏打電池15，該等聚光型光伏打電池自黑體輻射器接收光並在諸如超過一千個Suns之高光強度下操作；及(vi)燃料回收及熱管理系統，其致使熔融金屬在點火後返回至噴射系統並冷卻至少一個電池組件(諸如電感加熱器天線5f、EM泵磁體5k4及PV轉換器26a)。在另一實施例中，來自點火電漿之光可直接輻射PV轉換器26a以轉換為電。在另一實施例中，EM泵5ka可包含熱電泵、機械泵(諸如齒輪泵，諸如陶瓷齒輪泵)或此項技術中已知之另一種泵(諸如包含葉輪的能夠進行高溫(諸如在約900℃至2000℃之溫度範圍內)操作的泵)。
在實施例中，至PV轉換器26a之黑體輻射器可包含高溫材料(諸如碳)、耐火金屬(諸如W、Re)或陶瓷(諸如過渡元素(諸如鉿、鋯鉭及鈦)的硼化物、碳化物及氮化物)、Ta4HfC5(M.P.=4000℃)、TaB2、HfC、BN、HfB2、HfN、ZrC、TaC、ZrB2、TiC、TaN、NbC、ThO2、氧化物(諸如MgO)、MoSi2、W-Re-Hf-C合金及本發明之其他材料。黑體輻射器可包含有效地將光傳遞至PV且使PV電池填充最佳的幾何結構，其中光之功率自反應電解槽腔室5b31流動。例示性黑體輻射器可包含多邊形或球面圓頂。黑體輻射器可藉由氣體或真空間隙與PV轉換器26a分離，其中PV電池經定位以自黑體輻射器接收黑體光。
發電機可進一步包含能夠密封至該氛圍並進一步能夠保持壓力低於、等於及大於大氣壓中之至少一者的周邊腔室。發電機可包含在圓頂周邊之球面壓力或真空容器，其包含電池腔室5b3，其中PV轉換器包含殼體或壓力容器。電池腔室可包含熟習此項技術者已知之合適材料，其提供結構強度、密封及熱傳遞。在例示性實施例中，電池腔室包含不鏽鋼及銅中之至少一者。PV電池可覆蓋電池腔室之內部，且PV冷卻系統(諸如熱交換器87)可覆蓋電池腔室之外表面。在熱光伏打實施例中，PV轉換器26a可包含用於至PV轉換器26a之可見波長的選擇性濾光片(諸如光子晶體)。
在實施例中，黑體輻射器包含球面圓頂5b4。在實施例中，石墨球之內表面經塗佈有具有高溫能力之碳化物，諸如Ta4HfC5(M.P.=4000℃)、碳化鎢、碳化鈮、碳化鉭、碳化鋯、碳化鈦或碳化鉿。相對應的金屬可與石墨表面之碳反應以形成相對應的金屬碳化物表面。圓頂5b4可藉由氣體或真空間隙與PV轉換器26a分離。在一實施例中，為減小入射於PV電池上之光強度，PV電池可經定位為更遠離黑體輻射器。舉例而言，周邊球 面腔室之半徑可增加以減小自內部球面黑體輻射器發射之光的強度，其中PV電池安裝在周邊球面腔室之內表面上(圖66)。PV轉換器可包含由複數個PV電池構成之密集型接收器陣列(DRA)。DRA可包含鑲花形狀。個別PV電池可包含三角形、五邊形、六邊形及其他多邊形中之至少一者。形成圓頂或球形之電池可按測地線圖案組織。在於諸如3500K之高溫下操作的次級黑體輻射器之例示性實施例中，輻射發射率為發射率的約8.5MW/m2倍。在此情況下，可藉由塗覆碳化鎢塗層來將發射率約為1之碳圓頂5b4之發射率減小至約0.35。黑體輻射器5b4可包含不同材料之包層26c(圖66)以將發射率變為更合乎需要的發射率。在例示性實施例中，相對於碳的約1之發射率，在碳黑體輻射器5b4上之TaC(諸如TaC塗層、平鋪或包層)的發射率為約0.2。在另一實施例中，PV電池(諸如包含外部測地線圓頂之PV電池)可為以下情況之至少一者：成角及包含反射塗層以將由PV電池吸收之光減少至在PV電池之強度容量之內的位準。至少一個PV電路元件(諸如PV電池電極、互連件及匯流排之群組中之至少一者)可包含具有高發射率之材料，諸如經拋光導體，諸如經拋光鋁、銀、金或銅。PV電路元件可將來自黑體輻射器5b4之輻射反射回至黑體輻射器5b4，使得PV電路元件並不會顯著促成遮蔽PV功率轉換損失。
在實施例中，黑體輻射器5b4可包含複數個可分離之區段，諸如可分離的頂部及底部半球。該兩個半球可在凸緣處結合。W圓頂可藉由此項技術中已知之技術(諸如熔結W粉末、活化電漿熔結、鑄造及藉由雷射熔化之3D打印)製造。下部腔室5b5可在半球凸緣處結合。電池腔室可藉由能夠具有真空、大氣壓及高於真空之壓力中之至少一者的凸緣附接至下部腔室。下部腔室可與電池腔室及反應電解槽腔室中之至少一者密封隔離。氣 體可滲透在電池腔室與反應電解槽腔室之間。氣體交換可平衡兩個腔室中之壓力。氣體(諸如氫及稀有氣體(諸如氬)中之至少一者)可添加至電池腔室以藉由滲透或流動向電池反應腔室供應氣體。滲透及流動可對於所要氣體(諸如氬-H2)有選擇性。金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)可為不可滲透的或可為流動受限的，以使得其選擇性地僅保留在電池反應腔室中。可藉由將儲集器5c保持在凝結金屬蒸氣及保持其蒸氣壓處於所要位準的溫度下來控制金屬蒸氣壓。發電機可利用氣體壓力(諸如低於操作壓力(諸如大氣壓)之氬-H2氣體壓力)啟動，使得不會隨著電池加熱及氣體膨脹而形成超壓。氣體壓力可利用本發明之控制器(諸如電腦、壓力感測器、閥門、流量計及真空泵)來控制。
在實施例中，藉由充當導電基質之銀蒸氣來保持低能量氫反應。其中至少一部分變為蒸氣的連續噴射及來自儲集器5c之銀的直接沸騰中之至少一者可提供銀蒸氣。電極可向反應提供高電流以移除電子並引發低能量氫反應。來自低能量氫反應之熱量可幫助向反應電解槽腔室提供金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)。
點火電力供應器可包含電容器及電感器中之至少一者。點火電路可包含變壓器。變壓器可輸出高電流。發電機可包含自PV轉換器接收DC功率並輸出AC的反相器。發電機可包含DC至DC電壓及電流調節器，以改變來自PV轉換器的可輸入至反相器的電壓及電流。輸入至變壓器之AC可來自反相器。反相器可在所要頻率(諸如在約一至10,000Hz之範圍內的頻率)下操作。在實施例中，PV轉換器26a輸出DC功率，其可直接饋送至反相器或可在輸入至反相器之前進行調節。經反相功率(諸如60Hz AC)可直接為電極供電或可輸入至變壓器以增加電流。在實施例中，電源2向電極 提供連續DC或AC電流。電極及電磁泵可支援經噴射熔體(諸如熔融Ag，其可進一步包含氧來源(諸如氧化物))的連續點火。氫可藉由滲透過黑體輻射器來添加。
可藉助於本發明達成負載追蹤。在實施例中，當向下調節來自反應電解槽腔室5b31之功率時，至PV轉換器26a之黑體輻射器5b4可極快速地輻射掉其儲存能量。在實施例中，輻射器表現為白熾長絲，其在中斷功率自反應腔室5b31流動至輻射器5b4的情況下具有類似光中止時間。在另一實施例中，電負載追蹤可藉由在對應於約恆定操作溫度之約恆定功率流動下操作輻射器來達成，其中至負載之非所需功率耗散或堆積至電阻性元件(諸如電阻器，諸如SiC電阻器或本發明之其他加熱元件)中。
在實施例中，發電機可包含智慧型控制系統，其智慧型地啟動及撤銷啟動複數個負載中之負載以控制波峰聚集負載。發電機可包含複數個發電機，其可連軸以獲得穩定性及提供峰值功率中之至少一者。智慧型計量及控制中之至少一者可藉由遙測(諸如藉由使用具有WiFi之蜂巢式電話或個人電腦)而達成。
在實施例中，來自黑體輻射器5b4之黑體光經隨機引導。該光可為經反射、經吸收及在輻射器黑體輻射器5b4與PV電池15之間來回再輻射中之至少一者。PV電池可最佳成角以達成所要PV吸收及光至電轉換。PV防護玻璃罩之反射率可隨位置而變化。反射率之變化可利用具有空間可變反射率之PV窗達成。可變性可利用塗層達成。例示性塗層為MgF2-ZnS抗反射塗層。PV電池可在幾何學上經佈置以達成所要PV電池吸收及反射，其涉及在黑體輻射器5b4與PV電池中之至少兩者之間、在複數個PV電池之間及在複數個PV電池與黑體輻射器5b4之間的功率流動相互作用。在實施例 中，PC電池可經佈置至一表面中，該表面具有隨表面角度(諸如摺疊表面，諸如摺疊測地線圓頂)變化之可變半徑。在實施例中，黑體輻射器5b4可具有相對於彼此成角度之元件，以進行以下中之至少一者：定向地發射、吸收及反射輻射至PV電池或自PV電池定向地發射、吸收及反射輻射。在實施例中，黑體輻射器5b4可包含在黑體輻射器表面上之元件發射器板以匹配PV定向，從而達成功率至PV電池的所要傳遞。黑體輻射器、反射器或吸收器表面中之至少一者可具有以下中之至少一者：發射率、反射率、吸收係數及表面積，該表面積經選擇以達成至涉及輻射器及PV電池之PV轉換器的所要功率流動。功率流動可涉及在PV電池與黑體輻射器之間的輻射反彈。在實施例中，黑體輻射器5b4之內對外表面之發射率及表面積中之至少一者經選擇以達成所要的功率流動至PV電池對功率流回至反應電解槽腔室5b31。
在實施例中，高能量光(諸如UV及EUV中之至少一者)可解離反應電解槽腔室5b31中之H2O及H2中之至少一者，以增加低能量氫反應之速率。解離可為熱解效應之替代。
在另一實施例中，操作發電機以保持反應電解槽腔室5b31中之高金屬蒸氣壓。高金屬蒸氣壓可為以下中之至少一者：形成光厚電漿以將來自低能量氫反應之UV及EUV發射轉換為黑體輻射；及充當低能量氫反應之反應物(諸如導電基質)以增加其反應速率。低能量氫反應可在藉由水之熱解支援的反應電解槽腔室中傳播。金屬蒸氣及黑體溫度中之至少一者可較高(諸如，在1000K至10,000K之範圍內)以支援水之熱解，從而增加低能量氫反應速率。低能量氫反應可在氣相及電漿相中之至少一者中發生。金屬可藉由電磁泵噴射且藉由點火電流及來自低能量氫反應之熱量中之至少 一者汽化。反應條件、電流及金屬噴射速率可經調節以達成所要金屬蒸氣壓。
在高於金屬蒸氣之金屬來源之沸點的溫度下操作發電機可引起大於大氣壓之反應電解槽腔室壓力。金屬蒸氣壓可藉由以下中之至少一者控制：控制由電磁(EM)泵供應至腔室之金屬蒸氣的量；及控制電池組件(諸如電池儲集器)之溫度。在實施例中，反應電解槽腔室5b31及儲集器5c中之至少一者可包含至少一個擋板，其引起熱蒸氣自反應電解槽腔室之一個區域對流流動至儲集器5c之較冷液體金屬表面，在該區域中，蒸氣在諸如其中發生低能量氫反應之區域中具有最高溫度。熱循環可藉由凝結蒸氣來控制銀蒸氣壓，其中蒸氣壓可藉由輸送速率及對可控制之液體銀溫度的蒸氣壓依賴性中之至少一者來測定。儲集器可足夠深以保持液體銀位準。儲集器可藉由熱交換器冷卻以保持液體銀。該溫度可使用冷卻(諸如水冷)來控制。在例示性實施例中，自儲集器延伸至反應電解槽腔室中之筆直擋板可將外部冷卻流與內部熱流分離。在另一實施例中，可控制EM泵以在達成所要金屬蒸氣壓時停止泵抽。或者，電池腔室5b3或5b3a1之壓力可與反應電解槽腔室5b31之壓力匹配，使得存在跨越腔室之所要可容許壓力梯度。可藉由自由閥門、調節器、控制器及壓力感測器控制之氣體供應件添加氣體(諸如稀有氣體)至電池腔室來減小或等化或平衡腔室壓力之間的差。在實施例中，氣體可在電池腔室5b3或5b3a1與反應電解槽腔室5b31之間滲透。腔室氣體而非金屬蒸氣可移動及平衡兩個腔室之壓力。可利用氣體(諸如稀有氣體)將兩個腔室加壓至高壓。壓力可高於金屬蒸氣之最高操作分壓。最高金屬蒸氣分壓可對應於最高操作溫度。在操作期間，金屬蒸氣壓可增加反應電解槽壓力，使得氣體選擇性地自反應電解槽5b3流動 至電池腔室5b3或5b3a1直至壓力平衡，且反之亦然。在實施例中，兩個腔室之間的氣體壓力自動平衡。平衡可藉由氣體在腔室之間的選擇性移動性而達成。在實施例中，避免壓力偏移，以便避免大壓差。
電池腔室中之壓力可經保持為大於反應電解槽腔室中之壓力。外部電池腔室中之較大壓力可用來以機械方式將電池組件(黑體輻射器56b4及儲集器5c)固持在一起。
在實施例中，將金屬蒸氣保持在穩態壓力下，其中將蒸氣之凝結降至最少。電磁泵可在所要金屬蒸氣壓下停止。可間歇地啟動EM泵進行泵抽以便保持所要穩態壓力。金屬蒸氣壓可經保持在0.01Torr至200atm、0.1Torr至100atm及1Torr至50atm之至少一個範圍內。
在一實施例中，為達成高低能量氫功率，控制電極電磁泵抽動作以控制點火電流參數，諸如波形、峰值電流、峰值電壓、恆定電流及恆定電壓。在實施例中，波形可為任何所要波形，其使所要功率輸出及效率最佳。波形可為恆定電流、恆定電壓、恆定功率、鋸齒、方波、正弦、梯形、三角形、具有截止之斜升、斜升-斜降及此項技術中已知之其他波形。在其中波形具有約為零之電壓或電流的一部分的情況下，工作循環可在約1%至99%之範圍內。頻率可為任何所要的，諸如在約0.001至1MHz、0.01Hz至100kHz及0.1Hz至10kHz之至少一個範圍內。波形之峰值電流可在約10A至1MA、100A至100kA及1kA至20kA之至少一個範圍內。電壓可藉由電阻與電流之乘積給出。在實施例中，電源2可包含點火電容器組90。在實施例中，電源2(諸如電容器組)可經冷卻。冷卻系統可包含本發明之冷卻系統，諸如輻射器。
在實施例中，電源2包含具有不同數目個串聯及並聯電容器的電容器 組以提供最佳電極電壓及電流。PV轉換器可將電容器組充當至所要最佳電壓並保持最佳電流。點火電壓可藉由使跨越電極之電阻增加而增加。電極電阻可藉由在更高溫下(諸如在約1000K至3700K之溫度範圍內)操作電極而增加。可控制電極溫度以藉由控制點火過程及電極冷卻來保持所要溫度。電壓可在約1V至500V、1V至100V、1V至50V及1V至20V之至少一個範圍內。電流可在約10A至100kA、100A至10kA及100A至5kA之至少一個範圍內。在例示性實施例中，在150A與250A之間的恆定電流下，電壓為約16V。在實施例中，歸因於低能量氫反應之功率由於較高低能量氫反應速率而在正電極處較高。較高速率可歸因於藉由正電極更有效地自反應電漿移除電子。在實施例中，低能量氫反應取決於電子之移除，其在所施加之較高電極電壓下係有利的。電子之移除亦可藉由使與反應電漿接觸之電池組件接地來增強。發電機可包含額外接地或正偏壓電極。電容器包含於點火電容器殼體90中(圖12)。
點火電壓可較高，諸如在約1V至100V、1V至50V及1V至25V之至少一個範圍內。電流可為脈衝式或連續的。電流可在約50A至100kA、100A至10kA及300A至5kA之至少一個範圍內。汽化熔體可提供自低能量氫催化反應移除電子以增加反應速率的導電路徑。在例示性實施例中，歸因於在約2162℃至4000℃之溫度範圍中的汽化，銀蒸氣壓較高，諸如在約0.5atm至100atm之範圍內。
在實施例中，SunCell®可包含液體電極。電極可包含液體金屬。液體金屬可包含燃料之熔融金屬。噴射系統可包含至少兩個儲集器5c及至少兩個可實質上彼此電隔離之電磁泵。複數個噴射系統中之每一者的噴嘴5q可經定向以致使複數個熔融金屬流相交。每一流可具有至電源2之端子的 連接，以向相交流提供電壓及電流。電流可自一個噴嘴5q經由其熔融金屬流流動至其他流及噴嘴5q且返回至電源2的相對應端子。電池包含熔融金屬返回系統以便於將所噴射之熔融金屬傳回至複數個儲集器。在實施例中，熔融金屬返回系統將穿過熔融金屬之點火電流及噴射電流中之至少一者的短接降到最少。反應電解槽腔室5b31可包含底層，其將所噴射熔融金屬之回流引至單獨儲集器5c中，使得銀實質上在單獨儲集器5c中隔離，以將在銀連接儲集器中的電氣短路降至最少。用於電傳導之電阻在儲集器之間的銀回流中實質上比在相交銀中高，使得大部分電流流經相交流。電池可包含儲集器電隔離器或分離器，其可包含電絕緣體，諸如陶瓷或具有低導電性之耐火材料(諸如石墨)。
低能量氫反應可引起高濃度電子的產生，其可減緩其他低能量氫產生且由此抑制低能量氫反應速率。點火電極8處之電流可移除電子。在實施例中，歸因於在陽極處優先移除電子從而引起高低能量氫反應速率及局部加熱，固體電極(諸如固體耐火金屬電極)在為正電極或陽極時易於熔化。在實施例中，電極包含液體電極與固體電極之混合物。陽極可包含液體金屬電極且陰極可包含固體電極，諸如W電極，且反之亦然。液體金屬陽極可包含至少一個EM泵及噴嘴，其中噴射液體金屬以與陰極接觸從而接通點火電路。
在實施例中，當低能量氫反應在不存在電功率輸入的情況下傳播時，終止點火功率。低能量氫反應可在藉由水之熱解支援的反應電解槽腔室中傳播。與點火功率無關之反應自身可在合適的反應條件下傳播。反應條件可包含高溫及合適的反應物濃度中之至少一者。可控制低能量氫反應條件及電流中之至少一者以達成在電極之至少一部分上的高溫從而達成熱 解。反應溫度及電極之一部分之溫度中之至少一者可較高，諸如在約1000℃至20,000℃、1000℃至15,000℃及1000℃至10,000℃之至少一個範圍內。合適的反應濃度可包含在以下之至少一個範圍內的水蒸氣壓：約0.1Torr至10,000Torr、0.2Torr至1000Torr、0.5Torr至100Torr及0.5Torr至10Torr。合適的反應濃度可包含在以下之至少一個範圍內的氫壓：約0.1Torr至10,000Torr、0.2Torr至1000Torr、0.5Torr至100Torr及0.5Torr至10Torr。合適的反應濃度可包含在以下之至少一個範圍內的金屬蒸氣壓：約1Torr至100,000Torr、10Torr至10,000Torr及1Torr至760Torr。反應電解槽腔室可經保持在一溫度下，該溫度保持使低能量氫反應速率最佳的金屬蒸氣壓。
在實施例中，可將化合物添加至熔融金屬(諸如熔融Ag或AgCu合金)以便進行以下中之至少一者：降低其熔點及黏度。化合物可包含助熔劑，諸如硼砂。在實施例中，固體燃料(諸如本發明之固體燃料)可添加至熔融金屬。在實施例中，熔融金屬(諸如熔融銀、銅或AgCu合金)包含用於將水結合或分散於熔體(諸如助熔劑)中之組成物，該助熔劑可經水合，諸如硼砂，其可經水合至各種程度，諸如無水硼砂、五水合硼砂及十水合硼砂。熔體可包含助熔劑以自泵管之內部移除氧化物。移除可在電磁泵母線5k2之區域處保持熔融金屬與泵管5k6之間的良好電接觸。
在實施例中，包含氧來源之化合物可添加至熔融金屬，諸如熔融銀、銅或AgCu合金。在實施例中，金屬熔體包含並不黏附於電池組件(諸如錐形儲集器及椎體或圓頂)的金屬。金屬可包含合金，諸如Ag-Cu(諸如AgCu(28wt%))或Ag-Cu-Ni合金。化合物可在儲集器5c及電磁泵之操作溫度下熔化，使得其進行以下中之至少一者：溶解及與熔融金屬混合。化 合物可在低於熔點之溫度下進行以下中之至少一者：在熔融金屬中溶解及混合。包含氧來源之例示性化合物包含氧化物，諸如金屬氧化物或13、14、15、16或17族氧化物。金屬氧化物之例示性金屬為具有低水反應率之金屬中之至少一者，該等金屬係諸如以下各者之群組之彼等金屬：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W及Zn。相對應的氧化物可以熱力方式有利地與氫反應形成HOH催化劑。例示性金屬氧化物及其相對應的熔點為十水合四硼酸鈉(M.P.=743℃，無水)、CuO(M.P.=1326℃)、NiO(M.P.=1955℃)、PbO(M.P.=888℃)、Sb2O2(M.P.=656℃)、Bi2O3(M.P.=817℃)、CO2O3(M.P.=1900℃)、CdO(M.P.=900-1000℃)、GeO2(M.P.=1115℃)、Fe2O3(M.P.=1539-1565℃)、MoO3(M.P.=795℃)、TeO2(M.P.=732℃)、SnO2(M.P.=1630℃)、WO3(M.P.=1473℃)、WO2(M.P.=1700℃)、ZnO(M.P.=1975℃)、TiO2(M.P.=1843℃)、Al2O3(M.P.=2072℃)、鹼土金屬氧化物、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物、內部過渡金屬氧化物、鹼金屬氧化物(諸如Li2O(M.P.=1438℃)、Na2O(M.P.=1132℃)、K2O(M.P.=740℃)、Rb2O(M.P.=>500℃)、Cs2O(M.P.=490℃))、氧化硼(諸如B2O3(M.P.=450℃))、V2O5(M.P.=690℃)、VO(M.P.=1789℃)、Nb2O5(M.P.=1512℃)、NbO2(M.P.=1915℃)、SiO2(M.P.=1713℃)、Ga2O3(M.P.=1900℃)、In2O5(M.P.=1910℃)、Li2WO4(M.P.=740℃)、Li2B4O7(M.P.=917℃)、Na2MoO4(M.P.=687℃)、LiVO3(M.P.=605℃)、Li2VO3、Mn2O5(M.P.=1567℃)及Ag2WO4(M.P.=620℃)。另外的例示性氧化物包含氧化物之混合物，諸如包含鹼型氧化物(諸如Li2O及Na2O及Al2O3、 B2O3及VO2)中之至少兩者的混合物。該混合物可引起更合乎需要之物理性質，諸如較低熔點或較高沸點。氧化物可經乾燥。在氧來源(諸如Bi2O3或Li2WO4)之例示性實施例中，氧來源之氫還原反應在熱力學上係有利的，且還原產物與水反應形成氧來源可在操作條件下(諸如在赤熱條件下)發生。在例示性實施例中，在赤熱下，鉍與水反應形成三氧化物(三氧化二鉍(III))(2Bi(s)+3H2O(g)→Bi2O3(s)+3H2(g))。在實施例中，氧化物經汽化為氣相或電漿。反應電解槽腔室5b31中之氧化物的莫耳數可限制其蒸氣壓。在實施例中，形成HOH催化劑之氧來源可包含多種氧化物。複數個氧化物中之每一者可揮發以在某些溫度範圍內充當HOH催化劑之來源。舉例而言，LiVO3可充當高於以上其熔點及低於第二氧來源(諸如第二氧化物)之熔點的主氧源。第二氧化物在較高溫度(諸如高於其熔點)下充當氧源。例示性第二氧化物為Al2O3、ZrO、MgO、鹼土金屬氧化物及稀土金屬氧化物。氧化物在諸如3000K之操作溫度下基本上可全部為氣態。壓力可藉由添加至反應電解槽腔室5b31之莫耳數來調節。氧化物與銀蒸氣壓之比率可經調節以使低能量氫反應條件及速率最佳。
在實施例中，氧來源可包含無機化合物，諸如以下中之至少一者：H2O、CO、CO2、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5、SO、SO2、SO3、PO、PO2、P2O3、P2O5。氧來源(諸如CO2及CO中之至少一者)可為處於室溫下之氣體。氧源(諸如氣體)可處於外部壓力容器腔室5b31a中。氧源可包含氣體。氣體可進行以下中之至少一者：自外部壓力容器腔室5b31a擴散或滲透至反應電解槽腔室5b31；及自反應電解槽腔室5b31擴散或滲透至外部壓力容器腔室5b31a。反應電解槽腔室5b31內部之氧源氣體濃度可藉由控制其在外部壓力容器腔室5b31a中之壓力來控制。氧源氣體 可藉由供應管線添加至反應電解槽腔室作為在反應電解槽腔室內部之氣體。供應管線可進入較冷區域中，諸如進入在儲集器之底部處之EM泵管中。氧源氣體可藉由分解或汽化固體或液體(諸如凍結CO2、碳酸鹽或碳酸)而供應。可利用壓力計(諸如本發明之壓力計)來量測外部壓力容器腔室5b31a及反應電解槽腔室5b31中之至少一者中的壓力。可利用控制器及氣體源控制氣體壓力。
反應電解槽腔室5b31氣體可進一步包含H2，其可滲透黑體輻射器5b4或經由EM泵管或另一入口供應。另一種氣體(諸如CO2、CO及H2O中之至少一者)可藉由滲透及流經入口(諸如EM泵管)中之至少一者供應。H2O可包含水蒸氣及氣態水或蒸氣中之至少一者。外部腔室中之氣體可包含H2、H2O、CO及CO2中之至少一者，該氣體滲透黑體輻射器(諸如碳黑體輻射器5b4)以供應反應電解槽腔室5b31。氣體可進行以下中之至少一者：自外部壓力容器腔室5b31a擴散或滲透至反應電解槽腔室5b31；及自反應電解槽腔室5b31擴散或滲透至外部壓力容器腔室5b31a。控制外部腔室中之相對應的氣體壓力可控制每種氣體之反應電解槽腔室5b31濃度。可用相對應的感測器來感測每種氣體之反應電解槽腔室5b31壓力或濃度。CO、CO2及H2在反應電解槽腔室5b31中之存在可遏制H2O與由碳構成之任何電池組件(諸如碳反應電解槽腔室)反應。在實施例中，H2O與低能量氫(諸如H2(1/4))之反應的氧產物可有益於低能量氫反應。氧產物與電池組件之氧化副反應可由氫之存在來遏制。可在操作期間形成之熔融金屬塗層亦可保護電池組件免於與H2O及氧中之至少一者反應。在實施例中，壁(諸如反應電解槽腔室之內壁)可經塗佈有塗層(諸如在反應電解槽腔室之情況下為熱解石墨)，其中該塗層對於所要氣體係選擇性可滲透的。在例示性實施 例中，黑體輻射器5b4包含碳，且反應電解槽腔室5b31之內壁包含熱解石墨，其對H2係可滲透的，同時對O2、CO、CO2及H2O中之至少一者係不可滲透的。內壁可經塗佈有熔融金屬(諸如銀)以避免壁與氧化物質(諸如O2及H2O)反應。
氧來源可包含化合物，該化合物包含氧陰離子。該化合物可包含金屬。該化合物可選自以下中之一者：氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸鹽、硫酸氫鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、高錳酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、亞氯酸鹽、過亞氯酸鹽、次亞氯酸鹽、溴酸鹽、過溴酸鹽、亞溴酸鹽、過亞溴酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、亞碘酸鹽、過亞碘酸鹽、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、碲酸鹽、硒酸鹽、砷酸鹽、矽酸鹽、硼酸鹽、氧化鈷、氧化碲及其他氧陰離子，諸如以下各者之氧陰離子：鹵素、P、B、Si、N、As、S、Te、Sb、C、S、P、Mn、Cr、Co及Te，其中金屬可包含以下中之一或多者：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Se及Te。氧來源可包含MNO3、MClO4、MOx、MxO及MxOy中之至少一者，其中M為金屬，諸如過渡金屬、內過渡金屬、稀土金屬、Sn、Ga、In、鉛、鍺、鹼金屬或鹼土金屬，且x及y為整數。氧來源可包含以下中之至少一者：SO2、SO3、S2O5O2、F5SOF、M2S2O8、SOxXy(諸如SOCl2、SOF2、SO2F2或SOBr2)、XxX'yOz(其中X及X'為鹵素(諸如ClO2F、ClO2F2、ClOF3、ClO3F，及ClO2F3)、氧化碲(諸如TeOx，諸如TeO2或TeO3、Te(OH)6)、SeOx(諸如SeO2或SeO3)、氧化硒(諸如SeO2、SeO3、SeOBr2、SeOCl2、SeOF2或SeO2F2)、P2O5、POxXy(其中X為鹵素，諸如POBr3、POI3、POCl3或POF3)、氧化砷(諸如As2O3或As2O5)、氧化銻(諸 如Sb2O3、Sb2O4或Sb2O5、或SbOCl、Sb2(SO4)3)、氧化鉍、另一種鉍化合物(諸如BiAsO4、Bi(OH)3、Bi2O3、BiOBr、BiOCl、BiOI、Bi2O4)、金屬氧化物或氫氧化物(諸如Y2O3、GeO、FeO、Fe2O3、或NbO、NiO、Ni2O3、SnO、SnO2、Ag2O、AgO、Ga2O、As2O3、SeO2、TeO2、In(OH)3、Sn(OH)2、In(OH)3、Ga(OH)3或Bi(OH)3)、CO2、CO、高錳酸鹽(諸如KMnO4及NaMnO4)、P2O5、硝酸鹽(諸如LiNO3、NaNO3及KNO3)、過渡金屬氧化物或氫氧化物(Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、或具有至少一個O及OH之Zn)、氧(氫氧)化物(諸如FeOOH)、第二或第三過渡系列氧化物或氫氧化物(諸如Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Os之氧化物或氫氧化物)、貴金屬氧化物(諸如PdO或PtO)、金屬及氧陰離子(諸如Na2TeO4或Na2TeO3)、CoO、含有至少兩個來自氧及不同鹵素原子之群組的原子的化合物(諸如F2O、Cl2O、ClO2、Cl2O6、Cl2O7、ClOF3、ClO2F、ClO2F3、ClO3F、I2O5)、在還原後可形成金屬之化合物。氧來源可包含氣體，該氣體包含氧，諸如O2、N2O及NO2中之至少一者。
在實施例中，熔體包含至少一種添加劑。添加劑可包含一個氧來源及氫來源。氧來源及氫來源中之至少一者可包含以下各者之群組中之一或多者：H2、NH3、MNH2、M2NH、MOH、MAlH4、M3AlH6及MBH4、MH、MNO3、MNO、MNO2、M2NH、MNH2、NH3、MBH4、MAlH4、M3AlH6、MHS、M2CO3、MHCO3、M2SO4、MHSO4、M3PO4、M2HPO4、MH2PO4、M2MoO4、M2MoO3、MNbO3、M2B4O7、MBO2、M2WO4、M2CrO4、M2Cr2O7、M2TiO3、MZrO3、MAlO2、M2Al2O2、 MCoO2、MGaO2、M2GeO3、MMnO4、M2MnO4、M4SiO4、M2SiO3、MTaO3、MVO3、MIO3、MFeO2、MIO4、MOCl、MClO2、MClO3、MClO4、MClO4、MScO3、MScOn、MTiOn、MVOn、MCrOn、MCr2On、MMn2On、MFeOn、MxCoOn(x為整數或分數)、MNiOn、MNi2On、MCuOn、MZnOn，其中n=1、2、3或4且M為金屬，諸如鹼金屬、Mg3(BO3)2及M2S2O8；混合金屬氧化物或插層氧化物(諸如鋰離子電池插層化合物)，諸如以下各者之群組中之至少一者：LiCoO2、LiFePO4、LiNixMnyCozO2、LiMn2O4、LiFeO2、Li2MnO3、Li2MnO4、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2VO3、Li2NbO3、Li2SeO3、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2HfO3、Li2MoO3或Li2MoO4、Li2TiO3、Li2ZrO3及LiAlO2；助熔劑，諸如四硼酸鈉(M.P.=743℃，無水)、K2SO4(M.P.=1069℃)、Na2CO3(M.P.=851℃)、K2CO3(M.P.=891℃)、KOH(M.P.=360℃)、MgO、(M.P.=2852℃)、CaO、(M.P.=2613℃)、SrO(M.P.=2531℃)、BaO(M.P.=1923℃)、CaCO3(M.P.=1339℃)；分子氧化劑，其可包含諸如以下之氣體：CO、CO2、SO2、SO3、S2O5Cl2、F5SOF、SOxXy(諸如SOCl2、SOF2、SO2F2、SOBr2)、PO2、P2O3、P2O5、POxXy(諸如POBr3、POI3、POCl3或POF3)、I2O5、Re2O7、I2O4、I2O5、I2O9、SO2、CO、CO2、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5、Cl2O、ClO2、Cl2O3、Cl2O6、Cl2O7、NH4X，其中X為硝酸根離子或熟習此項技術者已知之其他合適的陰離子，諸如包含以下各者之群組中之一者：NO3-、NO2-、SO42-、HSO4-、CoO2-、IO3-、 IO4-、TiO3-、CrO4-、FeO2-、PO43-、HPO42-、H2PO4-、VO3-、ClO4-及Cr2O72；氧陰離子，諸如以下各者之群組中之一者：NO3-、NO2-、SO42-、HSO4-、CoO2-、IO3-、IO4-、TiO3-、CrO4-、FeO2-、PO43-、HPO42-、H2PO4-、VO3-、ClO4-及Cr2O72-；強酸、氧化劑、分子氧化劑之氧陰離子，該分子氧化劑諸如為以下各者之群組中之一者：V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2及NH4X，其中X為硝酸根離子或熟習此項技術者已知之其他合適的陰離子；氫氧化物，諸如以下各者之群組中之一者：Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl及W、MOH、MOH、M'(OH)2，其中M為鹼金屬且M'為鹼土金屬、過渡金屬氫氧化物、Co(OH)2、Zn(OH)2、Ni(OH)2、其他過渡金屬氫氧化物、稀土金屬氫氧化物、Al(OH)3、Cd(OH)2、Sn(OH)2、Pb(OH)、In(OH)3、Ga(OH)3、Bi(OH)3、包含
Figure 107105070-A0305-02-0131-278
、
Figure 107105070-A0305-02-0131-279
、
Figure 107105070-A0305-02-0131-285
、
Figure 107105070-A0305-02-0131-281
、
Figure 107105070-A0305-02-0131-282
、
Figure 107105070-A0305-02-0131-283
及
Figure 107105070-A0305-02-0131-284
之化合物、錯合離子氫氧化物，諸如Li2Zn(OH)4、Na2Zn(OH)4、Li2Sn(OH)4、Na2Sn(OH)4、Li2Pb(OH)4、Na2Pb(OH)4、LiSb(OH)4、NaSb(OH)4、LiAl(OH)4、NaAl(OH)4、LiCr(OH)4、NaCr(OH)4、Li2Sn(OH)6及Na2Sn(OH)6；酸，諸如H2SO3、H2SO4、H3PO3、H3PO4、HClO4、HNO3、HNO、HNO2、H2CO3、H2MoO4、HNbO3、H2B4O7、HBO2、 H2WO4、H2CrO4、H2Cr2O7、H2TiO3、HZrO3、MAlO2、HMn2O4、HIO3、HIO4、HClO4，或酸來源，諸如無水酸，諸如以下各者之群組中之至少一者：SO2、SO3、CO、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl207、PO2、P2O3及P2O5；固體酸，諸如MHSO4、MHCO3、M2HPO4及MH2PO4之群組中之一者，其中M為金屬，諸如鹼金屬；氧(氫氧)化物，諸如以下各者之群組中之一者：WO2(OH)、WO2(OH)2、VO(OH)、VO(OH)2、VO(OH)3、V2O2(OH)2、V2O2(OH)4、V2O2(OH)6、V2O3(OH)2、V2O3(OH)4、V2O4(OH)2、FeO(OH)、(α-MnO(OH)錳榍石及γ-MnO(OH)水錳礦)、MnO(OH)、MnO(OH)2、Mn2O3(OH)、Mn2O2(OH)3、Mn2O(OH)5、MnO3(OH)、MnO2(OH)3、MnO(OH)5、Mn2O2(OH)2、Mn2O6(OH)2、Mn2O4(OH)6、NiO(OH)、TiO(OH)、TiO(OH)2、Ti2O3(OH)、Ti2O3(OH)2、Ti2O2(OH)3、Ti2O2(OH)4、及NiO(OH)、水鈣礦(CrO(OH))、水鋁石(AlO(OH))、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、針鐵礦(α-Fe3+O(OH))、錳榍石(Mn3+O(OH))、圭亞那鐵礦(guyanaite)(CrO(OH))、黑鐵釩礦((V,Fe)O(OH))、CoO(OH)、NiO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)及Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)、RhO(OH)、InO(OH)、綠磷鉛銅礦(tsumgallite)(GaO(OH))、水錳礦(Mn3+O(OH))、釔鎢華-(Y)YW2O6(OH)3、釔鎢華-(Ce)((Ce、Nd、Y)W2O6(OH)3)、未命名(釔鎢華-(Ce)之Nd-類似物)((Nd、Ce、La)W2O6(OH)3)、弗蘭克鐵鉻鋇礦(frankhawthorneite)(Cu2[(OH)2[TeO4])、碲鉛銅石
Figure 107105070-A0305-02-0132-287
、副碲鉛銅礦
Figure 107105070-A0305-02-0132-289
及MxOyHz，其中 x、y及z為整數，且M為金屬，諸如過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬(諸如金屬氧(氫氧)化物)；氧化物，諸如以下各者之群組中之一者：氧陰離子化合物；鋁酸鹽；鎢酸鹽；鋯酸鹽；鈦酸鹽；硫酸鹽；磷酸鹽；碳酸鹽；硝酸鹽；鉻酸鹽及錳酸鹽、氧化物；亞硝酸鹽；硼酸鹽；氧化硼(諸如B2O3)；金屬氧化物；非金屬氧化物；以下各者之氧化物：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬、及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B，及形成氧化物或氧陰離子之其他元素；氧化物，其包含至少一個來自鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬之群組之陽離子、及Al、Ga、In、Sn及Pb陽離子、金屬氧化物陰離子及陽離子(諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬陽離子)；及其他金屬及類金屬之氧化物(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之氧化物，諸如：MM'2xO3x+1或MM'2xO4(M=鹼土金屬，M'=過渡金屬，諸如Fe或Ni或Mn，x=整數)及M2M'2xO3x+1或M2M'2xO4(M=鹼金屬，M'=過渡金屬，諸如Fe或Ni或Mn，x=整數)、M2O及MO，其中M為金屬(諸如鹼金屬，諸如Li2O、Na2O及K2O))及鹼土金屬(諸如MgO、CaO、SrO及BaO)、MCoO2(其中M為金屬，諸如鹼金屬)、CoO2、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、PbO2、Ag2O2、AgO、RuO2；化合物，其包含銀及氧、過渡金屬之氧化物(諸如NiO及CoO)、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr、Sn、In、Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl及W過渡金屬之氧化物及Sn之氧化物(諸如SnO)、鹼金屬之氧化物(諸如Li2O、Na2O及K2O)及鹼土金屬之氧化物(諸如MgO、 CaO、SrO及BaO)、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MnO、Mn2O7、HfO2、CO2O3、CoO、Co3O4、PdO、PtO2、BaZrO3、Ce2O3、LiCoO2、Sb2O3、BaWO4、BaCrO4、BaSi2O5、Ba(BO2)2、Ba(PO3)2、BaSiO3、BaMoO4、Ba(NbO3)2、BaTiO3、BaTi2O5、BaWO4、CoMoO4、CO2SiO4、CoSO4、CoTiO3、CoWO4、CO2TiO4、Nb2O5、Li2MoO4、LiNbO3、LiSiO4、Li3PO4、Li2SO4、LiTaO3、Li2B4O7、Li2TiO3、Li2WO4、LiVO3、Li2VO3、Li2ZrO3、LiFeO2、LiMnO4、LiMn2O4、LiGaO2、Li2GeO3、LiGaO2；水合物，諸如本發明中之水合物，諸如硼砂或六水合四硼酸鈉；過氧化物，諸如H2O2、M2O2(其中M為鹼金屬)(諸如Li2O2、Na2O2、K2O2)、其他離子過氧化物，諸如鹼土金屬過氧化物(諸如Ca、Sr、或Ba過氧化物之離子過氧化物、其他正電性金屬之離子過氧化物(諸如鑭系元素之離子過氧化物)及共價金屬過氧化物(諸如Zn、Cd及Hg之共價金屬過氧化物)；超氧化物，諸如MO2(其中M為鹼金屬)，諸如NaO2、KO2、RbO2及CsO2及鹼土金屬超氧化物；化合物，其包含OH物質及H物質中之至少一者，該等氧物質諸如O2、O3、
Figure 107105070-A0305-02-0134-297
、
Figure 107105070-A0305-02-0134-298
、O、O+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH、OOH-、O-、O2-、
Figure 107105070-A0305-02-0134-299
及
Figure 107105070-A0305-02-0134-301
中之至少一者，該等H物質諸如H2、H、H+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH及OOH-中之至少一者； 能夠經歷水合反應之酐或氧化物，其包含元素、金屬、合金或混合物，諸如來自以下之群組中之一者：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg、Li2MoO3、Li2MoO4、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3、LiAlO2、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2VO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO4、Li2HfO3、LiCoO2及MO(其中M為金屬，諸如鹼土金屬，諸如MgO之Mg)、As2O3、As2O5、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、Bi2O3、SO2、SO3、CO、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5；氫化物，諸如來自以下之群組中之氫化物：R-Ni、La2Co1Ni9H6、La2Co1Ni9H6、ZrCr2H3.8、LaNi3.55Mn0.4Al0.3Co0.75、ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2；及能夠儲存氫之其他合金，該氫諸如係選自MmNi5(Mm=米許合金)(諸如MmNi3.5Co0.7Al0.8、AB5(LaCePrNdNiCoMnAl)或AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn)類型)之氫，其中「ABx」標識係指A型元素(LaCePrNd或TiZr)與B型元素(VNiCrCoMnAlSn)之比率；AB5型，MmNi3.2Co1.0Mn0.6Al0.11Mo0.09(Mm=米許合金：25wt% La，50wt% Ce，7wt% Pr，18wt% Nd)，La1-yRyNi5-xMx；AB2型：Ti0.51Zr0.49V0.70Ni1.18Cr0.12合金；鎂基合金；Mg1.9Al0.1Ni0.8Co0.1Mn0.1合金；Mg0.72Sc0.28(Pd0.012+Rh0.012)及Mg80Ti20、Mg80V20、La0.8Nd0.2Ni2.4CO2.5Si0.1、LaNi5-xMx(M=Mn、Al)、(M=Al、Si、Cu)、(M=Sn)、(M=Al、Mn、Cu)及 LaNi4Co、MmNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、LaNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75、MgCu2、MgZn2、MgNi2；AB化合物；TiFe、TiCo及TiNi、ABn化合物(n=5、2或1)、AB3-4化合物；ABx(A=La、Ce、Mn、Mg；B=Ni、Mn、Co、Al)、ZrFe2、Zr0.5Cs0.5Fe2、Zr0.8Sc0.2Fe2、YNi5、LaNi5、LaNi4.5Co0.5、(Ce、La、Nd、Pr)Ni5；米許合金鎳合金、Ti0.98Zr0.02V0.43Fe0.09Cr0.05Mn1.5、La2Co1Ni9、FeNi、TiMn2、TiFeH2、M-N-H系統之物質(諸如LiNH2、Li2NH或Li3N)；及鹼金屬氫化物，其進一步包含硼(諸如硼氫化物)或鋁(諸如鋁氫化物)；鹼土金屬氫化物(諸如MgH2)；金屬合金氫化物(諸如BaReH9、LaNi5H6、FeTiH1.7及MgNiH4)；金屬硼氫化物(諸如Be(BH4)2、Mg(BH4)2、Ca(BH4)2、Zn(BH4)2、Sc(BH4)3、Ti(BH4)3、Mn(BH4)2、Zr(BH4)4、NaBH4、LiBH4、KBH4及Al(BH4)3、AlH3、NaAlH4、Na3AlH6、LiAlH4、Li3AlH6、LiH、LaNi5H6、La2Co1Ni9H6及TiFeH2、NH3BH3；氫化物金屬或半金屬，其包含鹼金屬(Na、K、Rb、Cs)、鹼土金屬(Mg、Ca、Ba、Sr)、來自族IIIA之元素(諸如B、Al、Ga、Sb)、來自族IVA之元素(諸如C、Si、Ge、Sn)及來自族VA之元素(諸如N、P、As)、過渡金屬合金及金屬間化合物ABn，其中A表示一或多個能夠形成穩定氫化物之元素且B為形成不穩定氫化物之元素；表2中給出之金屬間化合物；其中部位A及/或部位B之一部分經另一元素(諸如其中M表示LaNi5之元素)取代的金屬間化合物，該金屬間合金可由LaNi5-xAx表示，其中A為(例如)Al、Cu、Fe、Mn及/或Co，且La可經米許合金取代；含有30%至70%鈰、釹及極小量來自同一系列之元素的稀土金屬之混合物取代，剩餘物為鑭；形成混合氫化物(諸 如MMgH3(M=鹼金屬)之合金(諸如Li3Mg、K3Mg、Na3Mg)；聚胺硼烷；胺硼烷錯合物(諸如胺硼烷、硼烷氨合物、肼-硼烷錯合物、二硼烷二氨合物、硼氮炔及八氫三硼銨或四氫硼酸銨)；咪唑鎓離子液體(諸如烷基(芳基)-3-甲基咪唑鎓N-雙(三氟甲磺醯基)醯亞胺鹽、硼酸鏻及草酸鹽物質)。另外的例示性化合物為氨硼烷、鹼氨硼烷(諸如鋰氨硼烷)及硼烷烷基胺錯合物(諸如硼烷二甲胺錯合物、硼烷三甲胺錯合物)及胺基硼烷及硼烷胺(諸如胺基二硼烷、正二甲基胺基二硼烷、三(二甲胺基)硼烷、二正丁基硼胺、二甲基胺基硼烷、三甲基胺基硼烷、氨-三甲基硼烷及三乙基胺基硼烷。另外的合適的氫儲存材料為氫經吸收之有機液體，諸如咔唑及衍生物，諸如9-(2-乙基己基)咔唑、9-乙基咔唑、9-苯基咔唑、9-甲基咔唑及4,4'-雙(N-咔唑基)-1,1'-聯二苯；
Figure 107105070-A0305-02-0137-111
滲氫膜，諸如Ni(H2)、v(H2)、Ti(H2)、Fe(H2)或Nb(H2)；化合物，其包含氧及氫中之至少一者，諸如本發明中之化合物，其中其他金屬可置換本發明之金屬，M亦可為另一種陽離子，諸如鹼土金屬、過渡金屬、內部過渡金屬或稀土金屬陽離子或第13至第16族陽離子(諸如Al、Ga、In、Sn、Pb、Bi及Te)，且金屬可為熔融金屬中之一者，諸如銀及銅中之至少一者，及氫及氧中之至少一者的其他此類來源，諸如熟習此項技術者已知 的來源。在實施例中，藉由低能量氫反應釋放之能力及跨越電極施加之電壓中之至少一者足以破壞氧來源之氧結合以釋放氧氣。該電壓可在約0.1V至30V、0.5V至4V及0.5V至2V中之至少一個範圍內。在實施例中，氧來源比氫還原產物(諸如水)及包含較少氧之氧來源更穩定。氫還原產物可與水反應以形成氧來源。經還原之氧來源可與水及氧中之至少一者反應以保持此等氧化劑在反應電解槽腔室5b31中之低濃度。經還原之氧來源可保持圓頂5b4。在包含W圓頂及高度穩定之氧化物(諸如Na2O)的例示性實施例中，經還原之氧來源氧為Na金屬蒸氣，其與H2O及O2二者反應以自反應電解槽腔室中清除此等氣體。Na亦可使圓頂上之W氧化物還原為W以保持其不會腐蝕。
例示性氧來源(諸如具有合適的熔點及沸點之能夠溶解或混合成熔體(諸如熔融銀)之氧來源)係選自以下之群組中之至少一者：NaReO4、NaOH、NaBrO3、B2O3、PtO2、MnO2、Na5P3O10、NaVO3、Sb2O3、Na2MoO4、V2O5、Na2WO4、Li2MoO4、Li2CO3、TeO2、Li2WO4、Na2B4O7、Na2CrO4、Bi2O3、LiBO2、Li2SO4、Na2CO3、Na2SO4、K2CO3、K2MoO4、K2WO4、Li2B4O7、KBO2、NaBO2、Na4P2O7、CoMoO4、SrMoO4、Bi4Ge3012、K2SO4、Mn2O3、GeO2、Na2SiO3、Na2O、Li3PO4、SrNb2O6、Cu2O、LiSiO4、LiNbO3、CuO、CO2SiO4、BaCrO4、BaSi2O5、NaNbO3、Li2O、BaMoO4、BaNbO3、WO3、BaWO4、SrCO3、CoTiO3、CoWO4、LiVO3、Li2VO3、Li2ZrO3、LiMn2O4、LiGaO2、Mn3O4、Ba(BO2)2*H2O、Na3VO4、LiMnO4、K2B4O7*4H2O及NaO2。
在實施例中，氧來源(諸如過氧化物，諸如Na2O2)、氫來源(諸如氫化 物或氫氣，諸如氬/H2(3%至5%))及導電基質(諸如熔融銀)可充當固體燃料以形成低能量氫。反應可在惰性容器(諸如鹼土金屬氧化物容器，諸如MgO容器)中進行。
添加劑可進一步包含藉由氧來源之氫還原形成之化合物或元素。經還原之氧來源可藉由在反應電解槽腔室5b31中與多餘氧及水中之至少一者反應而形成氧來源(諸如氧化物)。氧來源及經還原之氧來源中之至少一者可包含一定重量百分比之經噴射熔體，其包含熔融金屬(諸如銀)、氧來源(諸如硼砂)及使低能量氫反應速率達到最大的經還原氧來源中之至少兩者。氧來源及經還原之氧來源中之至少一者的重量百分比可在以下中之至少一個重量百分比範圍內：約0.01wt%至50wt%、0.1wt%至40wt%、0.1wt%至30wt%、0.1wt%至20wt%、0.1wt%至10wt%、1wt%至10wt%及1wt%至5wt%。反應電解槽腔室氣體可包含氣體混合物。該混合物可包含稀有氣體，諸如氬及氫。反應電解槽腔室5b31可保持在包含氫之分壓之氛圍下。氫壓可在以下中之至少一個範圍內：約0.01Torr至10,000Torr、0.1Torr至1000Torr、1Torr至100Torr及1Torr至10Torr。稀有氣體(諸如氬)的壓力可在以下中之至少一個範圍內：約0.1Torr至100,000Torr、1Torr至10,00Torr及10Torr至1000Torr。氧來源可經歷與氫反應以形成H2O。H2O可充當HOH催化劑以形成低能量氫。氧來源可在熱力學上對氫還原不利。HOH可在點火期間(諸如在電漿中)形成。經還原產物可與在點火期間形成之水反應。水反應可將反應電解槽腔室5b31中之水保持在較低位準下。低水位可在以下中之至少一個範圍內：約小於40Torr、小於30Torr、小於20Torr、小於10Torr、小於5Torr及小於1Torr。反應電解槽腔室中之低水蒸氣壓可保護至少一個電池組件(諸如圓 頂5b4，諸如W或石墨圓頂)免於經歷腐蝕。氧化鎢作為氧來源可參與鎢循環以保持鎢圓頂5b4免於腐蝕。氧及鎢存量之平衡可保持近乎恆定。藉由使來自氧化鎢之氧與鎢金屬反應得到的任何氧化鎢腐蝕產物可由來自氧化鎢之鎢金屬置換，該氧化鎢經還原以提供氧反應物。
添加劑可包含用以增強另一添加劑(諸如氧來源)之可溶性的化合物。化合物可包含分散劑。化合物可包含焊劑。發電機可進一步包含攪拌器，其用以將熔融金屬(諸如銀)與添加劑(諸如氧來源)混合。攪拌器可包含機械、氣動、磁性、電磁攪拌器(諸如使用勞侖茲力之攪拌器)、壓電及此項技術中已知之其他攪拌器中之至少一者。攪拌器可包含音波器，諸如超音波發生器。攪拌器可包含電磁泵。攪拌器可包含電極電磁泵及噴射電磁泵5ka中之至少一者。攪拌可發生在固持熔體之電池組件(諸如儲集器及EM泵中之至少一者)中。可調節熔體組合物以增加添加劑之可溶性。熔體可包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者，其中熔體組合物可經調節以增加添加劑之可溶性。增加可溶性之化合物可包含氣體。氣體可具有與添加劑(諸如氧來源)的可逆反應。可逆反應可增強氧來源之可溶性。在例示性實施例中，氣體包含CO及CO2中之至少一者。例示性可逆反應為CO2與氧化物(諸如鹼金屬氧化物，諸如Li2O)反應以形成碳酸鹽。在另一個實施例中，反應包含氧來源之還原產物(諸如，金屬氧化物(諸如鹼金屬氧化物，諸如Li2O或Na2O)、過渡金屬氧化物(諸如CuO)及氧化鉍的金屬及水)的反應。
在例示性實施例中，熔體或經噴射熔融金屬包含熔融銀及LiVO3及M2O(M=Li或Na)中之至少一者，其在約0.1至5mol%、1至3mol%及1.5至2.5mol%之至少一個濃度範圍中。反應電解槽腔室5b31氣體包含惰性 氣體，諸如氬，其中氫氣經保持在約1至10%、2至5%及3至5%之至少一個範圍內。可藉由供應氫至電池腔室5b3或5b31a同時諸如在電池腔室中監測氫分壓及總壓力中之至少一者來置換消耗之氫，其中歸因於氬氣存量之惰性本質及恆定性，可自總壓力推斷出氫壓。氫反加速率可在以下中之至少一個範圍內：約0.00001moles/s至0.01moles/s、0.00005moles/s至0.001moles/s及0.0001moles/s至0.001moles/s。黑體輻射器5b4可包含W或碳。黑體輻射器5b4可包含金屬布或織物(諸如包含鎢之金屬布或織物，其包含細鎢長絲)，其中織物密度係可透氣的，但防止銀蒸氣自反應電解槽腔室內部滲透至電池腔室。儲集器5c及EM泵組件(諸如泵管5k6)中之至少一者可包含以下中之至少一者：鈮、鉬、鉭、鎢、錸、鈦、釩、鉻、鋯、鉿、釕、銠、鋨及銥。該等組件可藉由燒結粉末焊接、雷射焊接、電子束焊接、放電機械加工、鑄造、使用螺紋接頭、使用包含耐火材料之接頭套管、使用合金用劑(諸如用於Mo之錸、鈦及鋯(TZM))及電鍍接合之群組中之至少一種接合或製造技術接合。在包含耐火金屬之實施例中，泵管5k6在EM泵匯流排5k2處之區段可自固體塊機械加工或藉由諸如功率熔結鑄造之方式鑄造。該區段可包含用於鄰接泵管之相對應的入口及噴嘴部分的入口及出口管。接合可係藉助於本發明。鄰接導管區段可為經焊接成直立區段之電子束且隨後彎曲以形成泵迴路。自儲集器之泵管入口部分及噴嘴部分可分別經對接至儲集器之底部並穿過底部。可藉由電子束焊接將管焊接在儲集器之底部之每一穿透件處。
在實施例中，使用O形環(諸如耐火金屬或材料O形環)將螺紋耐火金屬電池組件塊密封在一起。螺紋連接塊可在扁平及刃口對處接合，其中刃口壓縮O形環。例示性耐火金屬或材料為本發明之耐火金屬或材料，諸如 W、Ta、Nb、Mo及WC。在實施例中，電池之部件(諸如EM泵之部件，諸如儲集器5c之泵管噴嘴5q、泵管5k6入口及出口及儲集器5c、錐形儲集器5b及圓頂5b4中之至少一者)可藉由螺紋、O形環、VCR型配件、擴口及壓縮配件，及接頭套管配件或接頭套管型配件中之至少一者連接至連續部件。配件及O形環中之至少一者可包含耐火材料，諸如W。O形環、VCR型配件之壓縮環、接頭套管配件或接頭套管型配件中之至少一者可包含較軟的耐火材料，諸如Ta或石墨。電池組件及配件中之至少一者可包含以下中之至少一者：Ta、W、Mo、W-La2O3合金、Mo、TZM及鈮(Nb)。部件(諸如圓頂5b4)可自固體W或W-氧化鑭合金機械加工。部件(諸如黑體輻射器5b4，諸如W圓頂)可藉由選擇性雷射熔化(SLM)形成。
在實施例中，發電機進一步包含能夠具有低於大氣壓、為大氣壓及高於大氣壓之壓力的電池腔室，其容納圓頂5b4及相對應的反應電解槽腔室5b31。電池腔室5b3殼體及下部腔室5b5殼體可為連續的。或者，下部腔室5b5可為獨立的，具有其自有壓力控制系統，其可在與電池腔室不同之壓力(諸如大氣壓或真空)下操作。電池腔室5b3及下部腔室5b5之分離器可包含在儲集器5c之頂部5b81或底部5b8處之板。板5b8可藉由板5b81或5b8與儲集器5c之間的螺紋緊固至儲集器。螺紋黑體輻射器及具有底板之儲集器中之至少一者可經機械加工為來自經鍛造鎢的單塊。經按壓鎢電磁泵匯流排5k2可藉由塗覆在高溫下操作期間形成燒結焊之鎢粉末而燒結焊接至泵管壁凹痕。將耐火材料(諸如鎢)用於電池組件可避免在黑體輻射器與儲集器之間或在儲集器與EM泵之間具有熱障(諸如熱絕緣體，諸如SiC)的必要性。
在實施例中，反應電解槽腔室5b31可包含銀鍋爐。在實施例中，允 許熔融金屬(諸如銀)之蒸氣壓約在操作溫度下達到平衡，使得金屬蒸發之過程將停止且將消除利用排熱之銀汽化及凝結的功率損失。在3000K及3500K之操作溫度下之例示性銀蒸氣壓分別為10atm及46atm。在電池操作溫度下保持平衡銀蒸氣壓包含在電池發電操作期間利用回流液體保持電池壓力的穩定構件。由於圓頂5b4可在高壓力及溫度下斷裂，故在實施例中，電池腔室5b3中之壓力匹配反應電解槽腔室5b31中之壓力，使得基本上不存在跨越黑體輻射器5b4之淨壓差。在實施例中，可保持反應電解槽腔室5b31中之輕微超壓(諸如在約1mTorr至100Torr之範圍內)以避免鎢圓頂黑體輻射器5b4之潛移，諸如針對重力之潛移。在一實施例中，可藉由添加穩定添加劑至黑體輻射器5b4之金屬來遏制潛移。在實施例中，鎢摻雜有添加劑(諸如少量的K、Re、CeO2、HfC、Y2O3、HfO2、La2O3、ZrO2、Al2O3、SiO2及K2O中之至少一個者)以減少潛移。添加劑可為任何所需量，諸如在1ppm至10wt%之範圍內。
在作為銀鍋爐操作之反應電解槽腔室5b31的實施例中，電池組件(諸如黑體輻射器5b4及儲集器5c)分別包含諸如鎢或碳及氮化硼的耐火材料。在啟動模式下，可利用加熱器(諸如電感耦合加熱器5m)將儲集器5c可加熱至充足溫度，以使得以使得蒸氣壓(諸如銀金屬蒸氣壓)加熱黑體輻射器5b4。在啟動EM泵及電極以引起泵抽及點火時，該溫度可高於銀之熔點。在實施例中，在啟動期間，隨著金屬蒸氣在加熱期間回流，氧來源(諸如氧化物，諸如LiVO3)可經塗佈於黑體輻射器5b4壁上以便合併成熔體。
在實施例中，藉由充當導電基質之銀蒸氣來保持低能量氫反應。其中至少一部分變為蒸氣的連續噴射及來自儲集器之銀的直接沸騰中之至少 一者可提供銀蒸氣。電極可向反應提供高電流以移除電子並引發低能量氫反應。來自低能量氫反應之熱量可幫助向反應電解槽腔室提供金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)。在實施例中，穿過電極之電流可至少部分地分流至與電漿接觸之替代或補充電極。電流分流可在銀蒸氣之壓力變得足夠高而使得銀蒸氣至少部分地充當導電基質之後發生。與電漿接觸之替代或補充電極可包含一個或多個中心電極及圍繞反應電解槽腔室之周界的相對電極。電池壁可充當電極。
在實施例中，PV轉換器26a包含於具有外部腔室5b3a1之外部壓力容器5b3a中(圖3至圖17)。外部壓力容器可具有任何合乎需要的幾何形狀，其含有PV轉換器及包含照亮PV轉換器之光源的內部電池組件。外部腔室可包含具有至少一個圓頂狀端蓋之圓柱形主體。外部壓力容器可包含圓頂或球面幾何結構或其他合適的幾何結構，其能夠含有PV轉換器及圓頂5b4並能夠將壓力保持為低於、等於或大於真空中之至少一者。在實施例中，包含PV電池、冷板及冷卻系統之PV轉換器26a位於外部壓力容器內部，其中電管線及冷卻劑管線經由密封穿透件及饋通件(諸如本發明之密封穿透件及饋通件中之一者)穿透容器。在實施例中，外部壓力容器可包含圓柱形主體，其可包含至少一個圓頂頂部。在實施例中，發電機可包含圓柱形腔室，其可具有用以容納黑體輻射器5b4及PV轉換器26a之圓頂狀蓋。發電機可包含容納PV轉換器之頂部腔室及容納電磁泵之底部腔室。腔室可在相同或不同壓力下操作。
在實施例中，外部壓力容器包含PV轉換器支架，諸如PV圓頂，其形成含有圍封反應電解槽腔室5b3之圓頂5b4之電池腔室5b3。外部壓力容器可包含圓頂或球面幾何結構或其他合適的幾何結構，其能夠含有圓頂5b4 並能夠將壓力保持為低於、等於或大於真空中之至少一者。在實施例中，PV電池15在外部壓力容器壁(諸如球面圓頂壁)之內部上，且冷板及冷卻系統在壁外。電連接件可經由密封穿透件及饋通件(諸如本發明之密封穿透件及饋通件中之一者)穿透容器。熱傳遞可跨越可導熱之壁發生。合適的壁材料包含金屬，諸如銅、不鏽鋼或鋁。在PV電池之內部上的PV窗可包含透明區段，其可藉由黏著劑(諸如矽黏著劑)接合以形成氣密透明窗。窗可保護PV電池免受氣體影響，該等氣體將自圓頂5b4汽化之金屬再沈積回至圓頂。氣體可包含鹵素循環之氣體。壓力容器PV容器(諸如圓頂狀容器)可藉由ConFlat或其他此類凸緣密封而密封至在上部與下部腔室或其他腔室之間的隔板5b81或5b8。上部腔室可含有黑體輻射器5b4及PV電池15，且下部腔室可含有EM泵。下部腔室可進一步包含下部腔室冷板或冷卻管線5b6a(圖12)。
鎢的熔點3422℃在所有金屬中係最高的且在元素中僅次於碳(3550℃)。耐火陶瓷及合金具有較高熔點，尤其係Ta4HfC5TaX4HfCX5熔點為4215℃，碳化鉿為3900℃且碳化鉭為3800℃。在實施例中，電池組件(諸如黑體輻射器5b4及儲集器5c)可包含耐火材料，諸如W、C及耐火陶瓷或合金中之至少一者。在其中黑體輻射器包含石墨之實施例中，電池腔室5b3含有高壓氣體，諸如遏制石墨昇華之高壓惰性氣體氛圍。
在實施例中，黑體輻射器可包含碳。自石墨黑體輻射器(諸如球面石墨黑體輻射器)昇華之碳可藉由靜電沈澱(ESP)自電池腔室5b3移除。ESP系統可包含陽極、陰極、電力供應器及控制器。粒子可藉由一個電極充電並藉由另一對立電極採集。所採集之煙灰可自採集電極變位且使其落入採集箱中。變位可藉由機械系統達成。在實施例中，透明容器之內部可帶負 電，且圓頂可利用所施加之電壓源而帶正電。在壁與黑體輻射器5b4之間的場的影響下，自石墨黑體輻射器5b4昇華之帶負電之碳粒子可遷移回至圓頂。在實施例中，可藉由活性輸送(諸如藉由使氣體流動經過電池腔室53b且接著經過碳粒子過濾器)來移除碳，在實施例中，圓頂5b4可包含石墨，且儲集器可包含耐火材料，諸如氮化硼。石墨可包含各向同性石墨。本發明之組件之石墨可包含玻璃碳，如Compressed glassy carbon：An ultrastrong and elastic interpenetrating graphene network,Science Advances，2017年6月09日：第3卷，第6號，e1603213 DOI：10.1126/sciadv.1603213,http：//advances.sciencemag.org/content/3/6/e1603213.full中給出，其以引用之方式併入本文中。在實施例中，石墨黑體輻射器(諸如球面圓頂)可包含用以避免在反應電解槽腔室5b31內部之熔融金屬侵蝕石墨的襯墊。襯墊可包含耐火材料，諸如鎢。襯墊可包含形成至石墨圓頂之內部的網狀物或薄片。襯墊可防止流動的熔融金屬的剪切力侵蝕反應電解槽腔室之內表面。
PV轉換器可包含PV電池，其各自具有可包含至少一個熱光伏打濾光片(諸如紅外濾光片)的窗。該濾光片可優先反射具有不會藉由PV轉換器轉換為電的波長的光。
PV轉換器之電池可於背面上成鏡像以反射穿過電池返回黑體輻射器的光。反射鏡可對於不會藉由PV電池轉換為電之紅外光具有選擇性。紅外反射鏡可包含金屬。電池之背面可經金屬化。金屬可包含紅外反射器，諸如金。金屬可藉由接觸點附接至PV電池之半導體基板。該等接觸點可分佈在電池背面上。該等點可包含黏結材料，諸如Ti-Au合金或Cr-Au合 金。PV電池可包含至少一個接面。在3500K下操作之代表性電池包含在GaAs基板上之GaAs或在InP或GaAs基板上之InAlGaAs作為單接面電池及在InP或GaAs基板上之InAlGaAs作為雙接面電池。在3000K下操作之代表性電池包含在GaAs基板上之GaAs或在InP或GaAs基板上之InAlGaAs作為單接面電池及在InP或GaAs基板上之InAlGaAs作為雙接面電池。
在實施例中，黑體輻射器5b4之測地線PV轉換器26可包含光分佈系統23(諸如本發明之光分佈系統)(圖55)。光分佈系統23可將光分成不同波長區域。分離可藉由反射鏡及濾光片(諸如本發明之彼等者)中之至少一者達成。縫隙光可入射於對經分離及入射光具有選擇性的PV電池15。光分佈系統23可經佈置為自圍繞球面黑體輻射器5b4的測地線球朝外突出之柱。
發電機可包含用於電池腔室壓力及反應電解槽腔室壓力中之至少一者的精密氣體壓力感測及控制系統。本發明之系統可包含氣體貯槽及管線，諸如氫氣及稀有氣體貯槽及管線(諸如貯槽5u及管線5ua1)中之至少一者。氣體系統可進一步包含壓力感測器、歧管、入口管線、饋通件、噴射器、噴射器閥門、真空泵(諸如真空泵13a)、真空泵管線(諸如真空泵管線13b)、控制閥及管線及饋通件。稀有氣體(諸如氬或氙)可添加至電池腔室5b3或5b3a1以匹配反應電解槽腔室5b31中之壓力。反應電解槽腔室壓力可藉由量測黑體溫度及使用金屬蒸氣壓與溫度之間的關係來量測。圓頂之溫度可使用其黑體光譜發射來量測。該溫度可使用光學高溫計量測，該光學高溫計可使用光纖來將光採集及輸送至感測器。該溫度可藉由具有濾光片之複數個二極體來量測，該等濾光片對於黑體曲線之樣本部分有選擇性以確定溫度。電池組件(諸如儲集器5c)可包含耐火材料(諸如氧化鋁、藍 寶石、氮化硼及碳化矽中之至少一者)，其至少部分地對可見及紅外光中之至少一者透明。組件(諸如儲集器，諸如氮化硼儲集器)可包含在該組件中之凹部或變薄斑點，以更好地准許光穿過組件達到光學溫度感測器。
除稀有氣體以外，外部壓力容器腔室5b3a1、電池腔室5b3中之至少一者中的氣體亦可包含氫。藉由貯槽、管線、閥門及噴射器供應至至少一個腔室之氫可經由電池組件擴散，該電池組件在電池操作溫度下係氫可滲透的，以替換所消耗之氫，從而形成低能量氫。氫可滲透黑體輻射器5b4。低能量氫氣體產物可自腔室(諸如腔室5b3或5b3a1及5b31)擴散至環境氛圍或採集系統。或者，低能量氫氣體產物可選擇性地自至少一個腔室泵出。在另一實施例中，低能量氫氣體可以集氣劑採集，該集氣劑可定期替換或更新。
在實施例中，圍封W黑體輻射器之腔室之氣體可進一步包含鹵素來源(諸如I2或Br2)或與昇華的鎢形成錯合物之烴溴化合物。錯合物可在熱鎢圓頂表面上分解以將鎢再沈積於黑體輻射器5b4上。一些圓頂耐火金屬(諸如W)可經添加至熔融金屬(諸如銀)以汽化及沈積於內圓頂表面上從而替換經汽化或昇華金屬。
在實施例中，電池進一步包含至電池腔室之氫供應。該供應可經由EM泵管、儲集器及黑體輻射器中之至少一者穿透電池。該供應可包含耐火材料，諸如W及Ta中之至少一者。該供應可包含氫滲透膜，諸如包含耐火材料之氫滲透膜。氫供應可穿透電池中溫度比黑體輻射器之溫度低的區域。該供應可穿透在EM泵管或儲集器處之電池。該供應可包含氫滲透膜，其在EM泵管或儲集器中之熔融銀的操作溫度下穩定。氫滲透膜可包含Ta、Pt、Ir、Pd、Nb、Ni、Ti或具有熟習此項技術者已知之合適的熔點 的其他合適的氫滲透金屬。
在實施例中，在反應電解槽腔室及黑體輻射器之操作溫度下將至少一個外部腔室或在反應電解槽腔室5b31外部之腔室加壓至約為反應電解槽腔室之內部壓力的外部壓力。外部壓力與內部壓力之匹配可在約加減0.01%至加減500%之範圍內。在例示性實施例中，在黑體輻射器及反應電解槽腔室之外的一個容器的至少一個腔室之外部壓力為約10atm以匹配處於約3000K之操作溫度下的反應電解槽腔室的10atm銀蒸氣壓。黑體輻射器能夠支援外部壓差，其隨著黑體輻射器溫度增加至操作溫度而減小。
在圖3至圖26中所展示之實施例中，SunCell®包含外部壓力容器5b3a，其具有含有PV轉換器26a、黑體輻射器5b4、儲集器5c及EM泵的外部壓力容器5b3a1。外部壓力容器5b3a之壁可藉由冷卻劑管線、冷板或熱交換器5b6a水冷。SunCell®組件(諸如外部壓力容器5b3a之壁)可包含熱或輻射屏蔽以幫助冷卻。該屏蔽可具有低發射率來反射熱量。外部壓力容器5b3a可包含在外部之熱交換器鰭片。鰭片可包含高熱導體，諸如銅或鋁。發電機可進一步包含用以提供自散熱片之強制對流熱傳遞的構件。該構件可包含可位於壓力容器下方的殼體中的風扇或風機。風扇或風機可迫使空氣在鰭片上朝上。外部壓力容器可包含諸如圓柱形區段之區段，其含有並安裝電池組件，諸如PV轉換器26a、黑體輻射器5b4、儲集器5c及EM泵組合件5ka。用以安裝及支撐電池組件的連接件包含用以適應組件與底座及支架之間的不同熱膨脹速率或量以避免膨脹損害的構件。底座及支架可包含膨脹接頭及可膨脹連接器或扣件(諸如墊圈及襯套)中之至少一者。連接器及扣件可包含可壓縮碳(諸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso))或由六方氮化硼構成之碳。墊片可包含經按壓MoS2、WS2、CelmetTM(諸 如包含Co、Ni或Ti之一者，諸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric))、布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)或本發明之另一種材料。在實施例中，電、氣體、感測器、控制及冷卻管線可穿透外部壓力容器5b3a之底部。外部壓力容器可包含圓柱形及圓頂殼體及與該殼體密封之底板5b3b。殼體可包含碳纖維或不鏽鋼或經塗佈之剛。塗層可包含鎳鍍敷。殼體可為抽取式的，以便易於使用SunCell®組件。底板5b3b可包含電、氣體、感測器、控制及冷卻管線中之至少一者的饋通件。饋通件可為耐壓的且在管線可電短接至殼體的情況下係電絕緣的。在實施例中，PV轉換器冷卻系統包含歧管，其具有至密集型接收器陣列之元件(諸如三角形元件)的冷板之分支。底板饋通件可包含：i.)點火匯流排連接器10a2，其連接至電源2，諸如在殼體90中包含點火電容器組之點火匯流排連接器，該殼體可進一步包含由PV轉換器26a輸出供電之DC至DC轉換器，且該點火匯流排連接器10a2進一步連接至用於點火匯流排9及10之饋通件10a，該等點火匯流排9及10穿透在點火匯流排饋通組合件10a1之底板(例示性點火電壓及電流大約為50V DC及50至100A)；ii.)EM泵匯流排連接器5k33，其連接至EM電力供應器5k13且進一步連接至EM泵饋通件5k31，該等EM泵饋通件穿透在EM泵匯流排饋通凸緣5k33處之底板；電力供應器5k13可包含由PV轉換器26a輸出供電之DC至DC轉換器(例示性EM泵電壓及電流大約為0.5至1V DC及100至500A)；iii.)電感耦合加熱器天線饋通組合件5mc，其中天線由電感耦合加熱器電力供應器5m供電，該電感耦合加熱器電力供應器可包含由PV轉換器26a輸出供電之DC至DC轉換器、變壓器、至少一個IGBT及射頻傳輸器(例示性電感耦合加熱器頻率、電壓、電 流大約為15kHz、250V AC或DC等效及100至300A)，iv.)用於分別連接至氫貯槽5u及氬貯槽5u1之氫氣管線5ua及氬氣管線5ua1的穿透件5h1及5h3，v.)用於連接至熱交換器冷卻劑管線5k11之EM泵冷卻劑管線31d及31e的穿透件，其中EM泵熱交換器5k1之冷卻劑管線5k11及EM泵冷板5k12可各自包含跨越兩個熱交換器5k1之一個片件，vi.)用於PV冷卻劑管線31b及31c之穿透件，及vii.)用於自PV轉換器26a至功率調節器或反相器110之功率流動的穿透件。入口冷卻劑管線(諸如入口冷卻劑管線31e)連接至輻射器入口管線31t且出口冷卻劑管線(諸如出口冷卻劑管線31d)連接至水泵出口31u。除輻射器31以外，發電機由風扇31j1冷卻。在實施例中，PV轉換器26a包含緊固在一起以圍繞黑體輻射器5b4安裝之下部及上部半球面零件。PV電池可各自包含在PV電池上之窗。PV轉換器可擱置於PV轉換器支撐板5b81上。支撐板可懸掛以避免與黑體輻射器或儲集器接觸且可經穿孔以允許在整個外部壓力容器之間進行氣體交換。半球(諸如下部半球)可包含圍繞區域之一部分(諸如底部)以將光反射至PV轉換器之PV電池的反射鏡。反射鏡可適應用以接收來自黑體輻射器之光的理想測地線圓頂與可由PV元件形成之測地線圓頂之間的任何失配。非理想性可歸因於繞黑體輻射器安裝PV元件之空間侷限性，該等空間侷限性由包含測地線圓頂之PV元件的幾何結構導致。
例示性PV轉換器可包含測地線圓頂，其由陣列模組三角形元件構成，該等陣列模組三角形元件各自包含複數個聚光型PC電池及背襯冷板。該等元件可咬合在一起。例示性陣列可包含五方十二面體。例示性陣列可包含6個五邊形及16個三角形。在實施例中，PV轉換器26a之基底可包含處於並未安裝測地線PV轉換器陣列之三角形PV元件之位置的反射 器。反射器可進行以下中之至少一者：將入射光反射至PV轉換器之另一部分及反射回至黑體輻射器。在實施例中，來自下部半球5b41之基底的功率至少部分地經恢復成光及熱中之至少一者。在實施例中，PV轉換器26a包含在下部半球5b41之基底周圍之PV電池套環。在實施例中，藉由熱交換器(諸如散熱管)採集呈熱量形式之功率。該熱量可用於冷卻。該熱量可供應至熟習此項技術者已知之吸收急冷器以達成冷卻。
在實施例中，冷卻系統(諸如急冷器及輻射器中之至少一者)的覆蓋面積可藉由允許冷卻劑(諸如水，諸如池過濾水)經歷相變而減小。相變可包含液體至氣體。相變可發生在自PV電池移除熱量之冷板內。液體至氣體之相變可發生在微通道冷板之微通道中。冷卻劑系統可包含用以減小冷卻系統中之至少一個位置的壓力的真空泵。相變可由保持冷卻劑系統中之減壓來協助。可保持冷卻系統之冷凝器區段中之減壓。PV轉換器、冷板及PV電池中之至少一者可浸沒於經歷相變(諸如沸騰)以提高熱移除的冷卻劑中。冷卻劑可包含此項技術中已知之冷卻劑，諸如惰性冷卻劑，諸如3M全氟三丁胺。
在實施例中，冷卻劑系統可包含多個冷卻劑迴路。第一冷卻劑迴路可直接或經由冷板(諸如包含微通道板之冷板)自PV電池提取熱量。冷卻劑系統可進一步包含至少一個熱交換器。第一熱交換器可自第一冷卻劑迴路至另一冷卻劑迴路傳熱。冷卻劑相變可發生在其他冷卻劑迴路中之至少一者中。相變可為可逆的。相變可提高冷卻劑在給定流動速率下與環境交換熱量並冷卻PV轉換器的能力。另一冷卻劑迴路可包含自其冷卻劑至空氣傳熱之加熱交換器。可控制每一冷卻劑迴路中之操作參數(諸如流動條件、流動速率、壓力、溫度變化、平均溫度及其他參數)，以控制所要熱 傳遞速率及在第一冷卻劑迴路內之所要操作參數(諸如在冷板之微通道板內之冷卻劑的操作參數)。微通道中之例示性條件為約10℃至20℃之冷卻劑之溫度變化範圍、約50℃至70℃之平均溫度及層流從而避免擾流。
在實施例中，為減小冷卻系統之尺寸，第一冷卻劑迴路可在高溫下操作，該高溫諸如係儘可能高而不會使PV電池效能顯著降低的溫度，諸如40℃至90℃之溫度。冷卻劑之溫差在第一迴路中可比在另一冷卻劑迴路中小。在例示性實施例中，冷卻劑在第一迴路中之溫差可為約10℃；然而，冷卻劑在另一迴路(諸如次級迴路)中之溫差可較高，諸如約50℃。例示性的對應溫度溫範圍分別為80℃至90℃及40℃至90℃。相變可發生在至少一個冷卻迴路中以提高熱傳遞從而減小冷卻系統尺寸。
在實施例中，冷卻PV電池之微通道板可由熱交換器、散熱管、熱傳遞塊、冷卻劑噴口及冷卻劑浴中之至少一者替換，該冷卻劑浴諸如係包含惰性冷卻劑(諸如蒸餾或去離子水)或介電液體(諸如3M全氟三丁胺、R134a或Vertrel XF)的冷卻劑浴。就水冷卻劑而言，冷卻劑系統可進一步包含水純化或處理系統以防止水有過度腐蝕性。冷卻劑可包含抗腐蝕劑，諸如此項技術中已知的用於銅的抗腐蝕劑。輻射器可包含耐腐蝕之不鏽鋼、銅或鋁中之至少一者。冷卻劑可包含防凍劑，諸如以下中之至少一者：陶氏熱媒(Dowtherm)、乙二醇、氨及醇(諸如甲醇及乙醇中之至少一者)。電池可不斷運行以防止冷卻劑凍結。冷卻劑系統亦可包含加熱器以防止水凍結。PV電池可浸沒於冷卻劑浴中。PV電池可自未照射側面至冷卻劑浴傳熱。冷卻劑系統可包含至少一個泵，其中冷卻劑可循環以在冷卻系統中之一個位置吸收熱量並在另一位置排出該熱量。PV電池可在較高操作溫度及高溫溫度範圍中之至少一個條件下操作，由此可減小冷卻系統 之尺寸。冷卻劑系統可包含冷凝器，其中相變隨著自PV電池之熱傳遞而發生。冷卻劑系統可經加壓、處於大氣壓或低於大氣壓。可控制壓力以控制冷卻劑沸點溫度。在壓力下操作之冷卻劑系統可包含泵，其具有入口及出口以及使冷卻劑返回低壓泵入口側之壓力排氣閥，其中冷卻劑經由入口泵抽至熱交換器(諸如輻射器或急冷器)。就急冷器而言，經冷凍冷卻劑可再循環以降低溫度並增加冷卻劑PV之間的溫差以提高熱傳度速率。已冷卻之冷卻劑可進一步泵抽至PV電池-冷卻劑熱傳遞介面以接收熱量，冷卻劑由此可沸騰。冷卻劑系統可在低於臨界熱流通量之熱流下操作，在形成足夠蒸氣時不再繼續潤濕經冷卻表面。冷卻劑可在過冷卻沸騰下操作。歸因於跨越對應熱交換器(諸如輻射器)之較大冷卻劑-空氣熱量梯度，PV電池可在保持過冷卻沸騰同時將至環境之熱傳遞速率最大化的溫度下操作。例示性PV操作溫度為130℃。該系統可經操作以避免薄膜沸騰。熱冷卻劑與環境空氣之間的熱交換器可包含輻射器，諸如環繞式輻射器，諸如具有汽車輻射器設計之輻射器。熱交換器可包含至少一個風扇以移動空氣。風扇可居中。電池亦可居中。
PV電池可安裝在傳熱介質(諸如散熱片，諸如銅板)上。銅板可進行以下中之至少一者：介接傳遞熱量的熱傳遞構件(諸如熱交換器、散熱管及熱傳遞塊中之至少一者)及介接冷卻劑以增加熱傳遞接觸面積。熱傳遞構件可徑向散熱。冷卻劑可經歷相變以提高熱傳遞，由此可減小冷卻劑系統尺寸。熱傳遞構件可經塗佈有銷釘以增加用於熱傳遞之表面積。冷卻劑系統可包含用以凝結冷卻劑之構件及排熱系統(諸如至少一個冷卻劑循環泵及在冷卻劑與環境(諸如可加壓之輻射器)之間的熱交換器中之至少一者)。在實施例中，PV轉換器之半徑、PV電池冷卻劑系統之半徑(諸如PV 冷卻劑系統之熱交換器、散熱管或熱傳遞塊中之至少一者的半徑)中之至少一者可增加以減小待自PV電池傳遞至環境之熱流通量負載，以便有效地冷卻PV電池。PV轉換器可包含保持與黑體輻射器5b4相距相同距離的形狀。黑體輻射器可為球面的，且PV轉換器至黑體輻射器的距離可為恆定的，以達成入射至可包含均一照射強度之PV的所要光強度。
在實施例中，PV轉換器冷卻系統可包含球面歧管，其包含具有散熱片刺狀球面沸騰表面之冷卻劑儲集器，其包含在PV電池之背面上之散熱片及鍋爐板。鍋爐板可經塗佈有銷釘以增加用於熱傳遞之表面積。冷卻劑可藉由至少一個泵流動。流動可包含自在頂部處之至少一個入口及在急冷器之底部處之至少一個出口的球面流動。經加熱冷卻劑可經由待冷卻之輻射器泵抽且返回至儲集器。在另一實施例中，冷卻劑可經由鍋爐板中之通道泵抽，該等鍋爐板經接合至PC電池之背面並自PV電池接收熱量。
熱傳遞板或元件可包含多孔金屬表面塗層，諸如包含燒結金屬粒子之塗層。表面可提供多孔層結構，其特徵在於互連通路之圖案。通路經恰當地設定大小，以為蒸氣凝核提供大量穩定部位，從而針對所給出的表面與冷卻劑飽和溫度之間的溫度差而極大地增加熱流通量(多達10倍)。表面塗層亦可增加臨界熱流通量(CHF)。表面可包含形成用於凝核之微空腔的導電微多孔塗層。例示性表面包含燒結銅微多孔表面塗層(SCMPSC，cf.Jun等人，Nuclear Engineering and Technology,2016)。表面增強方法可與短銷釘(亦為多孔式經塗佈之銷釘)結合使用以進一步增加表面積。表面積增強件(諸如多孔式經塗佈銷釘或短柱)可經鑄造。在例示性實施例中，具有多孔表面積增強件之短柱(諸如銅短柱)可鑄造於熱傳遞板(諸如銅板)之背面上。
來自輻射器之回流可經組態以在鍋爐板之表面上提供對流。複數個入口可將冷卻劑流動分成多個入口噴流，其在球面及圓柱形冷卻劑儲集器之壁上沿切線成角，以提供主體渦流運動。該運動可引起在表面處之對流沸騰，其自凝核部位移除蒸氣泡，從而抑制CHF。在實施例中，可使用除水以外的冷卻劑，係因為可在增強型凝核部位之存在下提高具有較小表面張力之流體(諸如有機液體、致冷劑及熱傳遞流體)的沸騰。可基於未加壓系統之飽和(P-T)狀態來選擇冷卻劑。在實施例中，為達成溫度均一性並解釋至跨越PV元件之冷卻劑之對流傳導的變化，可利用相同微通道散熱片來冷卻每一元件。
在實施例中，PV轉換器26a可包含複數個三角形接收器單元(TRU)，其各自包含複數個光伏打電池(諸如正面聚光型光伏打電池)、安裝板及在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散熱管中之至少一者。三角形接收器單元可連接在一起以形成至少部分測地線圓頂。TRU可進一步包含電連接件、匯流排及冷卻劑通道中之至少一者的互連。在實施例中，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結構。PV轉換器組件之數目(諸如測地線球面PV轉換器之三角形接收器單元的數目)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5b4之部分罩殼。PV轉換器及黑體輻射器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的表面在幾何學上可為匹配的。罩殼可藉由三角形、正方形、矩形、圓柱形或其他幾何單元中之至少一者形成。黑體輻射器5b4可包含正方形、球體或其他合乎需要的幾何結構中之至少一者以照射PV轉換器之各單元。在例示性實施例中，罩殼可包含圍繞可為球面或正方形之黑體輻射器5b4的五個 正方形單元。罩殼可進一步包含自黑體輻射器之基底接收光的接收器單元。基底單元之幾何結構可為使光採集最佳的幾何結構。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，其連接至包含四個交替正方形及三角形對之上部區段，該上部區段連接至作為中段之六個正方形，該中段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，其連接至部分或不存在的底部正方形。
光伏打轉換器之測地線密集型接收器陣列之三角形元件的示意圖展示於圖56中。PV轉換器26a可包含由三角形元件200組成之密集型接收器陣列，該等三角形元件各自包含複數個能夠將來自黑體輻射器5b4之光轉換為電的聚光型光伏打電池15。PV電池15可包含在GaAs N晶圓上之GaAs P/N電池、在InP上之InAlGaAs及在GaAs上之InAlGaAs中之至少一者。電池可各自包含至少一個接面。三角形元件200可包含罩蓋主體203(諸如包含經衝壓科伐合金薄片之罩蓋主體)、熱埠202及冷埠204(諸如包含壓入配合管之冷埠)，以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)。
在包含熱功率源之實施例中，熱交換器26a包含：複數個熱交換器元件200(諸如，圖56中所展示之三角形元件200)，其各自包含熱冷卻劑出口202及較冷的冷卻劑入口204；及用以吸收來自黑體輻射器5b4之光並將功率作為熱量傳遞至流動穿過元件之冷卻劑中的構件。冷卻劑入口及出口中之至少一者可附接至共同水歧管。如圖31至32中所示，熱交換器系統26a進一步包含冷卻劑泵31k、冷卻劑貯槽311及負載熱交換器(諸如輻射器31及利用經過輻射器之空氣流動向負載提供熱空氣的風扇31j1)。除測地線幾何結構之外，具有其他幾何結構之熱交換器(諸如此項技術中已知之 熱交換器)在本發明之範疇內。例示性立方體幾何結構展示於圖57至圖61中，該等圖分別展示至熱負荷之熱冷卻劑入口管線31b及低溫出口管線31c，其中模組式平板熱交換器元件26b不存在於PV電池15中。熱交換器26a可具有使熱傳遞、尺寸、功率要求、簡單性及成本中之至少一者最佳之所要幾何結構。在實施例中，熱交換器系統26a之面積按比例調整為黑體輻射器5b4之面積，使得所接收之功率密度為所要的功率密度。
至少一個接收器單元可經反射鏡替換或部分替換，該等反射鏡進行以下中之至少一者：直接或間接地將黑體輻射反射至其他接收器單元或接收器單元上覆蓋有PV電池之其他位置。接收器單元可在最佳高強度照明區域(諸如在球面黑體輻射器5b4之情況下為中心圓形區域)上經填入有PV電池，其中未經PV填入之區域可由反射鏡覆蓋。接收類似量之輻射的電池可經連接以形成所要匹配電流之輸出，其中該等電池可串聯連接。包含較大面積之接收器(諸如正方形接收器單元)之罩殼可各自包含相對應的冷卻器或熱交換器26b(圖57至圖61)。每一接收器單元(諸如正方形接收器單元)之冷卻器或熱交換器26b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；至少一個冷卻劑分佈結構，諸如分流器擋板(諸如具有通路之板)；以及安裝至PV電池安裝板上之複數個冷卻劑鰭片。鰭片可包含高導熱材料，諸如銀、銅或鋁。鰭片之高度、間距及分佈可經選擇以達成在PV電池區域上之均一溫度。冷卻器可藉由熱環氧樹脂安裝至安裝板及PV電池中之至少一者。可藉由防護玻璃罩或窗保護PV電池之前側(發光側)。在實施例中，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電解槽腔室5b31內部之熔融金屬蒸氣壓的內部壓力。
在一實施例(圖66)中，PV轉換器之半徑可相對於黑體輻射器之半徑增大，以基於光功率通量之半徑平方依賴性而減小光強度。或者，可藉由光分佈系統減小光強度，該光分佈系統包含沿黑體輻射器光線路徑之一系列半透明反射鏡23(圖55)，該黑體輻射器光線路徑將入射光部分地反射至PV電池15並另外將一部分光傳輸至該系列之下一個部件。光分佈系統可包含用以沿徑向路徑、Z形路徑或便於堆疊一系列PV電池之其他路徑減小光強度的反射鏡及用以達成所要光強度分佈及轉換的反射鏡。在實施例中，黑體輻射器5b4可具有與光分佈及PV轉換系統相配之幾何結構，該光分佈及PV轉換系統包含一系列與相對應的PV電池組合之反射鏡、透鏡或濾光片。在例示性實施例中，黑體輻射器可為正方形且與直線光分佈及PV轉換系統幾何結構相匹配。
冷卻系統之參數可經選擇以使發電機之成本、效能及功率輸出最佳。例示性參數為冷卻劑之標識、冷卻劑之相變、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、PV轉換器及冷卻劑系統相對於黑體輻射器之半徑的半徑，及在PV之正面或背面的光再循環及波長帶選擇性濾光片或反射器，其用以減少無法藉由PV轉換為電之PV入射光的量或使在穿過PV電池後未能轉換的PV入射光再循環。例示性冷卻劑系統為執行以下中之至少一者的系統：i.)在PV電池處形成蒸汽、輸送蒸汽及凝結蒸汽，以利用環境在交換介面處釋放熱量；ii.)在PV電池處形成蒸氣，將其凝結回液體，並利用環境(諸如輻射器)在熱交換器處自單相排熱；及iii.)自具有微通道板之PV電池移除熱量並利用環境在熱交換器處排熱。在冷卻PV電池期間，冷卻劑可仍處於單相。
PV電池可安裝至冷板。可藉由至冷卻歧管的冷卻劑導管或冷卻劑導 管自冷板移除熱量。歧管可包含圓周圍繞PV轉換器之複數個環形導管，其可沿PV轉換器之垂直或z軸間隔開；且該歧管包含與其分離之冷卻劑導管或冷卻劑導管。
黑體輻射器可包含密封在一起以構成反應電解槽腔室5b31的複數個零件。複數個零件可包含下部半球5b41及上部半球5b42。其他形狀在本發明之範疇內。兩個半球可在密封件5b71處緊固在一起。該密封件可包含凸緣、至少一個墊片5b71及扣件(諸如夾鉗與螺釘)中之至少一者。該密封件可包含石墨墊片(諸如Perma-Foil(Toyo Tanso))及耐火螺栓(諸如石墨或W螺栓及螺母)，其中金屬螺栓及螺母(諸如W螺栓及螺母)可進一步包含石墨或Perma-Foil墊片或墊圈以補償碳與螺栓及螺母金屬(諸如W)之間的不同熱膨脹係數。黑體輻射器5b41之下部半球及儲集器5c可接合。接合可包含密封凸緣、螺紋接頭、焊接接頭、膠合接頭或另一種接頭(諸如本發明或熟習此項技術者已知之接頭)。密封可包含藉由密封劑形成之膠合或化學鍵合密封。例示性石墨膠為Aremco Products,Inc.Graphi-Bond 551RN石墨黏著劑及具有Resbond 931黏合劑之Resbond 931粉末。膠合碳區段可經熱處理以形成化學碳鍵。該鍵可與每一片件之結構相同或類似。黏結可包含石墨化。在實施例中，兩個片件(諸如上部半球及下部半球)可為經螺紋及旋擰在一起及經膠合中之至少一者。接合區段可經舌槽式接合以增加接觸面積。
在實施例中，下部半球5b41及儲集器5c可包含單一片件。儲集器可包含藉由接頭(諸如本發明或熟習此項技術者已知之接頭)附接之底部板。或者，底部板及儲集器主體可包含整體件，其可進一步包含具有下部半球之一個片件。儲集器部底板可連接至儲集器支撐板5b8，其提供至外部壓 力容器5b3a壁之連接以支撐儲集器5c。EM泵管5k6及噴嘴5q可穿透並利用接頭(諸如機械配件，諸如接頭套管型及VCR型配件5k9及接頭套管型接合O形環5k10中之至少一者)連接至儲集器5c之底部板(圖2)。在實施例中，頂部半球5b42、底部半球5b42、儲集器5c、儲集器5c之底部板及EM泵管5k6、噴嘴5q及連接器5k9中之至少一者包含W、Mo及碳中之至少一者。可藉由鑄造形成碳管組件(諸如具有彎管之碳管組件，諸如碳立管)或噴射器管及噴嘴。在實施例中，頂部半球5b42、底部半球5b41、儲集器5c及儲集器5c之底部板包含碳。在實施例中，碳電池部件(諸如儲集器及黑體輻射器)可包含襯墊。襯墊可防止底層表面(諸如碳表面)免受侵蝕。襯墊可包含耐火材料薄片或網狀物中之至少一者。襯墊可包含W箔或網狀物或WC薄片。箔可經退火。在實施例中，石墨電池組件之襯墊(諸如黑體輻射器、儲集器及VCR型配件之內部)可包含塗層，諸如熱解石墨、碳化矽或本發明或此項技術中已知的防止碳侵蝕的另一種塗層。塗層可在高溫下藉由在塗層上施加及維持高氣體壓力而穩定。
在包含電池組件塗層之實施例中，塗層及基板(諸如碳)中之至少一者可經選擇以使得熱膨脹係數相符。
在實施例中，一對電極中之至少一個電極包含液體電極8。在實施例中，電極可包含液體及固體電極。液體電極可包含電磁泵噴射器之熔融金屬流。點火系統可包含電磁泵，其將熔融金屬噴射至固體電極上以接通電路。點火電路之接通可歸因於來自電源2之電流流動而引起點火。固體電極可與熔融電極電隔離。電隔離可由固體電極之電絕緣塗層在其穿透處(諸如在儲集器5c側壁處)提供。固體電極可包含負電極，且液體電極可包含正電極。歸因於來自正電極處之高動力學之較高熱量，液體正電極可消 除正電極熔化之可能性。固體電極可包含經鍛造W。電極可包含導電陶瓷，諸如以下中之至少一者：碳化物，諸如WC、HfC、ZrC及TaC中之一者；硼化物，諸如ZrB2；及複合物，諸如可逐步達到1800℃之ZrC-ZrB2及ZrC-ZrB2-SiC複合物。導電陶瓷電極可包含塗層或覆蓋物，諸如套筒或套環。
在實施例中，SunCell®包含至少兩個EM泵噴射器，其產生相交以構成至少兩個液體電極之至少兩個熔融金屬流。EM泵之相對應的儲集器可為垂直的，其具有偏離垂直之噴嘴以使得噴出之熔融金屬流相交。每一EM泵噴射器可連接至具有相反極性之電源，使得電流流動穿過在交點處之金屬流。電源2之正極端子可連接至一個EM泵噴射器且負極端子可連接至另一EM泵噴射器。點火電連接件可包含點火電磁泵匯流排5k2a。電源2可向點火過程供應電壓及電流，同時避免對EM泵電力供應器之實質電干擾。電源2可包含浮動電壓電力供應器及開關電力供應器中之至少一者。電氣連接可在EM泵之導電組件處，該導電組件諸如係EM泵管5k6、熱傳遞塊5k7及EM泵匯流排5k2中之至少一者。每一熱傳遞塊5k7可藉由導電膏(諸如金屬粉末，諸如W或Mo粉末)熱耦接至泵管5k6。點火功率可連接至各組熱傳遞塊5k7，使得在電源2與各組熱傳遞塊塊5k7之間建立極性相反之良好電連接。熱傳遞塊可將來自點火功率之熱量沿熱傳遞塊分佈。噴嘴可運行浸沒於液體金屬中以防止電弧及加熱損失。包含儲集器熔融金屬位準感測器及EM泵控制器(諸如EM泵電流控制器)之位準控制系統可將儲集器熔融金屬位準保持在合理的容限內，使得自浸沒噴嘴之噴射為以下中之至少一者：並未顯著由浸沒位準更改及位準控制系統控制EM泵抽以調節浸沒位準。
EM泵可自浸沒噴嘴5q中泵抽金屬，使得所噴出之熔融金屬可形成相對重力行進之流。該流可經導向以與包含雙熔融金屬噴射器之SunCell®實施例的相對流相交。SunCell®可包含至少一個熔融金屬流偏轉器。至少一個流(諸如浸沒電極流)可經導向至流偏轉器。流偏轉器可再導向流以與雙熔融金屬噴射器實施例之相對流相交。偏轉器可包含耐火材料，諸如碳、鎢或本發明之另一材料。偏轉器可包含反應電解槽腔室5b31之延伸部分，諸如黑體輻射器5b41之下部半球之延伸部分或伸出部分。偏轉器可包含電絕緣體。絕緣體可電隔離偏轉器。
在雙熔融金屬EM泵噴射器實施例(諸如包含至少一個浸沒噴嘴之實施例(圖62至圖70)中，至少一個儲集器及EM泵管5k61之相對應的噴嘴區段可傾斜，以使得相比未傾斜之情況，熔融流更多地經導向中心。傾斜儲集器可包含EM泵組合件5kk之傾斜底板。儲集器支撐板5b8可包含匹配傾角以支撐EM泵組合件5kk之傾斜底板。或者，儲集器5c、EM泵組合件5kk及包含磁體5k4及磁性冷卻5k1之EM泵5ka中之至少一者可在EM泵5ka之基底處遠離中心傾斜，以引起在儲集器5c之頂部處的朝內傾斜。儲集器支撐板5b8可包含匹配傾角以支撐傾斜儲集器及EM泵組合件5ka。儲集器管5c之頂部可以一定角度切割，以在具有黑體輻射器5b41之下部半球的扁平活接的底部相抵配合。或者，黑體輻射器5b41之下部半球可包含相對應的傾斜活接，諸如包含傾斜套環及連接器(諸如自下部半球5b41延伸之滑動螺母連接器)的傾斜套節，以允許有自黑體輻射器5b4至儲集器5c之熱量梯度。在滑動螺母接頭5k14之例示性實施例中，儲集器5c包含氮化硼，下部半球5b41滑動螺母連接器包含碳，螺母包含碳，且墊片5k14a包含碳，其中石墨及BN之熱膨脹係數經選擇以達成可熱循環之密封。在實 施例中，碳及BN部件具有匹配的熱膨脹係數，或BN之熱膨脹係數略大於亦構成壓縮接頭之碳部件的熱膨脹係數。墊片可壓縮以防止熱膨脹超出碳部件之抗張強度。該壓縮可為可逆的，以允許熱循環。
進水升管之高度及位置可經選擇以在SunCell®之操作期間保持浸沒噴嘴。進水升管可包含開端式管，其中發生至管中之流動，直至熔融金屬位準大約為管開口之高度的位準。可在至熔融金屬位準的匹配傾斜下切割管端開口。管開口之尺寸可經選擇以節制或抑制朝內流動速率以保持在雙熔融金屬噴射器系統之兩個儲集器之間的位準控制的穩定性。管開口可包含多孔覆蓋物(諸如網狀物)以達成節流。EM泵速率可節制位準控制以保持相對位準穩定性。EM泵速率可藉由控制EM泵電流調節，其中針對包含一個流微傾斜於另一流略之實施例，管開口節制及動態電流調節範圍中之至少一者足以達成相對位準控制穩定性及流的對準。
進水升管可包含耐火電絕緣體，諸如BN管，其可插入附接至EM泵組合件基底之固持器中或上方。在例示性實施例中，固持器包含較短金屬管，諸如附接至EM泵組合件基底之Mo或SS。進水升管(諸如頂槽形BN管)可藉由緊線器(諸如固定螺釘)或藉由壓縮配件在固持器內固定就位。進水升管可藉由安裝在進水升管及固持器兩者之兩端上方的耦合器連接至固持器。在實施例中，進水升管可包含碳。碳進水升管與EM泵組合件5kk之連接可包含至固持器(諸如管固持器)之螺紋及壓縮配件中之至少一者，該管固持器可藉由扣件(諸如螺紋及焊縫中之至少一者)緊固至EM泵組合件的基底。固持器(諸如管固持器)可包含不與進水升管固持器反應之材料。用以固定碳進水升管之例示性固持器包含耐碳化物反應之管(諸如鎳或錸管)或耐碳化之SS管(諸如包含SS 625或Haynes 230之管)。進水升 管(諸如碳管)在操作期間可變為塗佈有熔融金屬，其中熔融金屬可保護管免受反應電漿侵蝕。
在實施例中，碳進水升管5qa、EM泵管5k61之噴嘴區段及噴嘴5q中之至少一者可包含氧化穩定之耐火材料，諸如耐火貴金屬(諸如Pt、Re、Ru、Rh或Ir)或耐火氧化物(諸如MgO(M.P.2825℃)、ZrO2(M.P.2715℃)、對H2O穩定之氧化鎂氧化鋯、鋯酸鍶(SrZrO3 M.P.2700℃)、HfO2(M.P.2758℃)、二氧化釷(M.P.3300℃)或本發明之另一氧化物)。陶瓷泵噴射器部件(諸如進水升管5qa、EM泵管5k61之噴嘴區段及噴嘴5q)可緊固至靠近或處於EM泵組合件5kk之金屬EM泵入口或出口。扣件可包含本發明之扣件。扣件可包含以下中之至少一者：螺紋或金屬化及螺紋陶瓷部件、螺紋泵組成部件及硬焊至靠近或處於EM泵組合件5kk之金屬EM泵入口或出口的金屬化陶瓷部件。金屬化可包含不會氧化之金屬，諸如鎳或耐火金屬。扣件可包含擴口配件。陶瓷部件可包含擴口，其可為圓錐形的或其可為扁平的。扣件之凸出部分(male portion)可附接至EM泵組合件5kk的基底。擴口配件之凸出部分可包含金屬螺紋套環及凸出導管區段以與凹形螺紋套環配合，該凹形螺紋套環在匹配螺紋經繃緊時使陶瓷部件之擴口繃緊至凸出導管區段。扣件可進一步包含墊片，諸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)墊片。金屬部件(諸如EM泵組合件5kk之金屬部件)可包含不與墊片反應之材料，諸如鎳。藉由配合螺紋部件形成之任何空隙可用惰性材料填充，以防止熔融金屬(諸如熔融銀)浸潤並充當用以緩解來自熱膨脹及收縮之壓力的構件。填充可包含墊片材料，諸如本發明之墊片材料，諸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)。在例示性實施例中，陶瓷管至EM泵組合件5kk之基底的所述可包含以下中之至少一者：(i)陶瓷部件及 EM泵組合件5kk部件螺紋；(ii)陶瓷部件金屬化及將金屬螺合或硬焊至靠近或處於EM泵組合件之金屬EM泵入口或出口(氧化鋁為待金屬化及硬焊之常見材料)；及(iii)擴口配件，其包含陶瓷管，其中每一陶瓷管具有圓錐形或扁平擴口端及螺紋金屬上滑凹形套環，以附接至焊接至EM泵組合件底板之螺紋套環；擴口配件可進一步包含Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)墊片，且EM泵組合件可包含鎳金屬部件以防止與碳以及水反應。材料(諸如凸出扣件部件之材料)可經選擇以匹配凹形部件之熱膨脹係數。
在一實施例中，為避免組件腐蝕，(i)反應電解槽腔室5b31(諸如碳反應電解槽腔室)可為以下中之至少一者；經塗佈有熔融金屬(諸如銀)之保護層，包含熱解石墨或熱解石墨表面塗層，經負偏壓，其中負偏壓可由點火電壓(諸如至負極噴射器及儲集器之連接)中之至少一者提供；(ii)EM泵管之內表面可包含不與水反應之材料，諸如鎳；及(iii)儲集器、進水升管及噴射器可包含陶瓷(諸如MgO)或熟習此項技術者已知之其他耐火及穩定陶瓷。在實施例中，施加至碳下部半球5b41之負偏壓保護碳免於與氧化物儲集器(諸如MgO或ZrO2儲集器)進行碳還原反應。偏壓可施加至碳部件而非接觸性氧化物部件。或者，氧化物與碳之間的活接可包含濕封或墊片以限制氧化物與碳之間的接觸。在實施例中，控制溫度及壓力使得其在熱力學上對於碳還原氧化物(諸如MgO)係可能的。例示性壓力(P)及溫度(T)條件大約係在T/P0.0449<1200時。碳可包含熱解碳以減小碳還原反應性。氛圍可包含CO2以降低碳還原之自由能。碳可塗佈有保護塗層(諸如來自熔融銀之汽化的銀)或石墨Cova塗層(http：//www.graphitecova.com/files/coating 4.pdf)。Cova塗層可包含以下複數層：鋁加化合物/鋁加合金/純鋁/金屬/石墨。在實施例中，石墨塗 佈有塗層以避免與氫反應。例示性塗層包含由ZrC、Nb、Mo及/或Nb-Mo合金及/或MO2C構成之金屬層及非金屬層。
在實施例中，儲集器5c、下部半球5b41及上部半球5b42中之至少一者包含陶瓷，諸如氧化物，諸如金屬氧化物(諸如ZrO2、HfO2、Al2O3或MgO)。下部半球5b41、上部半球5b42及儲集器5c之群組中之至少兩個部件可膠合在一起。在實施例中，下部半球5b41、上部半球5b42及儲集器5c之群組中之至少兩個部件可模製為單一組件。在實施例中，儲集器可藉由滑動螺母接頭、濕封接頭、墊片接頭及本發明之另一接頭接合至下部半球及EM泵組合件5kk中之至少一者。滑動螺母接頭可包含碳墊片。螺母、EM泵組合件5kk及下部半球中之至少一者可包含耐碳化及碳化物形成之材料(諸如鎳)、碳及耐碳化之不鏽鋼(SS)(諸如SS 625或Haynes 230 SS)。在實施例中，歸因於接合至氧化物儲集器之碳下部半球的套環之合適長度，碳下部半球與氧化物儲集器(諸如MgO儲集器)之間在其活接處的碳還原反應藉由至少一個構件避免，該至少一個構件諸如係包含經冷卻至碳還原反應溫度以下之濕封的接頭及保持低於碳還原反應溫度的滑動螺母接頭。在實施例中，藉由保持包含與碳接觸之氧化物的接頭處於非反應溫度(低於碳還原反應溫度之溫度)來避免碳還原反應。在實施例中，MgO碳還原反應溫度高於約2000℃至2300℃之範圍。可利用諸如磁流體動力之系統來達成功率轉換，該系統能夠利用接頭在非反應溫度下進行有效轉換。在實施例中，下部半球5b41、上部半球5b42及儲集器5c包含陶瓷，諸如金屬氧化物(諸如氧化鋯)，其中部件為經模製及膠合在一起中之至少一者，且EM泵組合件處之接頭包含濕封。在實施例中，下部半球5b41及儲集器5c包含氧化鋯，其中部件為經模製及膠合在一起中之至少一者，且 EM泵組合件處之接頭包含濕封。在實施例中，黑體輻射器5b4包含利用MgO穩定之ZrO2、TiO2或氧化釔。歸因於約0.2之較低ZrO2發射率，PV圓頂之半徑可相對於具有入射功率密度相同之碳黑體輻射器的SunCell®的半徑減小。PV轉換器之更同心幾何結構可提供更有利的約正入射角之黑體輻射至PV電池上。
在包含下部半球5b41之實施例中，該下部半球包含電絕緣體，儲集器5c可包含導體，諸如金屬(諸如耐火金屬)、碳、不鏽鋼或本發明之其他導電材料，包含電絕緣體之下部半球5b41可包含金屬氧化物(諸如ZrO2、HfO2、Al2O3或MgO)或塗佈有絕緣體(諸如富鋁紅柱石或本發明之其他電絕緣塗層)之碳。
在實施例中，黑體輻射器5b4之發射率對於高於PV電池之帶隙的光較低且對於低於PV電池帶隙之輻射較高。低於PV帶隙之光可藉由自PV電池反射再循環，藉由黑體輻射器5b4吸收，且在黑體輻射器之操作溫度(諸如在約2500K至3000K之範圍內)再發射為黑體輻射。在實施例中，低於帶隙之經反射輻射可對於黑體輻射器5b4透明，使得其藉由反應電解槽腔室5b31氣體及電漿吸收。經吸收反射功率可加熱黑體輻射器以有助於保持其溫度，且由此達成對經反射之低於帶隙之光的再循環。在包含具有對於低於帶隙的光的低發射率及高透射率之黑體輻射器的實施例中，黑體輻射器(諸如陶瓷黑體輻射器，諸如氧化鋯黑體輻射器)包含添加劑(諸如塗層或內部層)以吸收經反射低於帶隙的光並使其再循環至PC電池。塗層或內部層可包含高發射率，使得其吸收自PV電池反射之光。添加劑可包含碳、碳化物、硼化物、氧化物、氮化物或本發明之其他耐火材料。例示性添加劑為石墨、ZrB2、碳化鋯及ZrC複合物(諸如ZrC-ZrB2及ZrC-ZrB2- SiC)。添加劑可包含粉末層。黑體輻射器5b4可包含層壓結構，諸如內表面耐火物質，諸如陶瓷/中間高發射率耐火化合物/外表面耐火物質(諸如陶瓷)。表面耐火物質(諸如陶瓷)對於水及氧氣係不可滲透的。例示性層壓結構為內表面ZrO2/中間ZrC/外表面ZrO2。可藉由在模具中鑄造內層，用中間層化合物噴塗經鑄造層及接著在模具中鑄造外層來製造層壓結構。
由於氧化鋯用於沈積光學塗層且其為自近UV至中間IR可用的高折射材料，歸因於其在此光譜區中之低吸收，黑體輻射器包含氧化鋯，其中低於帶隙的光經透射穿過黑體輻射器，吸收在反應電解槽腔室5b31之內部且經再循環至PV轉換器26a。在實施例中，近UV至中間IR光對於黑體輻射器5b4(諸如氧化鋯黑體輻射器)透明。反應電解槽腔室電漿之黑體發射可直接傳輸至PV電池以及經吸收以將黑體輻射器加熱至其黑體操作溫度。
在實施例中，PV轉換器包含覆蓋PV電池並保護其免受來自黑體輻射器之汽化材料(諸如經汽化金屬氧化物，諸如MgO或ZrO2)影響的窗。窗可包含接帚，諸如可自動清潔窗的機械接帚。在實施例中，PV窗包含自黑體輻射器5b4形成經凝結汽化金屬氧化物的透明塗層的材料及設計。在例示性實施例中，黑體輻射器5b4包含一種材料，諸如氧化鋯，其對於在約近UV至中間IR之波長範圍中之輻射透明，以使得至PV窗上的氧化鋯沈積不會明顯使窗變為不透明，達到來自黑體輻射器之黑體輻射。
在實施例中，保持在黑體輻射器上之高氣體壓力(諸如，惰性氣體(諸如稀有氣體，諸如氬)的氣體壓力)以遏制汽化。氣體壓力可在約1至500atm、2至200atm及2至10atm之至少一個範圍內。可保持外部壓力容器5b3a中之氣體壓力。可在啟動期間降低外部壓力容器5b3a中之壓力以降 低電感耦合加熱器所消耗之功率，其中可在電池產生超過保持所要操作溫度所需的功率的功率之後重建壓力。黑體輻射器(諸如金屬氧化物黑體輻射器)可塗佈有塗層以遏制汽化。該塗層可包含本發明之塗層。例示性金屬氧化物塗層為ThO2(M.P.=3390℃)。氧化釷以及氧化釔及氧化鋯可進一步充當在黑體輻射器5b4上之氣體網罩以產生較高PV轉換效率。在實施例中，金屬氧化物陶瓷組件(諸如黑體輻射器5b4)經保持在氧化氛圍中，該氧化氣氛諸如係包含H2O及O2中之至少一者的氧化氛圍，其增加金屬氧化物之穩定性。在實施例中，SunCell®包含經加熱金屬氧化物之來源，其為以下中之至少一者：充當沈積於藉由汽化丟失金屬氧化物之至少一個組件上的來源；及充當遏制來自至少一個金屬氧化物電池組件之汽化的經汽化金屬氧化物來源。
在實施例中，反應電解槽腔室5b31之內壁包含不與水反應之耐火材料。耐火材料可包含錸、銥、陶瓷中之至少一者，陶瓷諸如係金屬氧化物(諸如氧化鋯)、硼化物(諸如二硼化鋯)及碳化物(諸如碳化鉭、碳化鉿、碳化鋯及碳化鉭鉿)。碳反應電解槽腔室5b31之壁可包含錸，係因為其耐碳化物形成。錸塗層可藉由化學氣相沈積施加至碳壁。該方法可包以下中之方法：Yonggang Tong、Shuxin Bai、Hong Zhang、Yicong Ye,「Rhenium coating prepared on carbon substrate by chemical vapor deposition」,Applied Surface Science，第261卷，2012年11月15日，第390-395頁，其以全文引用之方式併入。在碳反應電解槽腔室5b31之壁上之銥塗層可塗覆於錸夾層上，以提高黏著強度並緩解部分熱膨脹失配。錸塗層可藉由化學氣相沈積塗覆至碳壁，且銥塗層可以電化方式塗覆。方法可包含以下中之方法：Li'an Zhu、Shuxin Bai、Hong Zhang、Yicong Ye、Wei Gao,「Rhenium used as an interlayer between carbon-carbon composites and iridium coating：Adhesion and wettability」，Surface & Coatings Technology，第235卷，(2013)，第68-74頁，其以全文引用之方式併入。在實施例中，黑體輻射器包含陶瓷，其對與水之反應穩定，該陶瓷塗佈有在操作溫度下為非揮發性的材料，諸如ZrC、W、碳、HfC、TaC、碳化鉭鉿或本發明之其他合適的耐火材料。不與水反應之材料可包含反應電解槽腔室5b31之內壁。例示性實施例包含塗佈有石墨或ZrC之ZrO2。
在實施例中，反應電解槽腔室5b31之碳壁經塗佈有塗層，該塗層防止碳與氧來源或催化劑(諸如Li2O、水及HOH中之至少一者)反應。塗層可包含氟。碳反應電解槽腔室之內表面可經塗佈有末端鍵結至碳之氟。在實施例中，反應電解槽腔室包含氟來源，諸如熔融金屬氟化物(諸如氟化銀)或與熔融金屬接觸之電池組件的金屬之氟化物(諸如氟化鎳、氟化錸、氟化鉬或氟化鎢)，以保持氟端碳，其保護氧化，諸如藉由氧來源或水的氧化。
在實施例中，反應電解槽腔室5b31包含插入碳中之物質或物質來源。物質可包含以下中之至少一者：鹼金屬(諸如鋰)；與水反應之金屬(諸如鹼金屬或鹼土金屬)；及不與水反應之金屬(諸如鎳、銅、銀或錸)。鋰金屬可交換藉由經插入鋰與水反應形成之Li2O或LiOH。
在實施例中，形成HOH催化劑之氧來源可包含氧化物。氧化物可不溶於熔融金屬(諸如銀)。氧化物可包含氧化鋰。反應電解槽腔室之壁可經塗佈有熔融金屬(諸如銀)。氧來源可與氫反應以形成HOH催化劑。銀塗層可保護反應電解槽腔室壁，諸如包含來自接觸氧來源之碳的反應電解槽腔 室壁。銀塗層可保護碳壁免於與氧來源反應。碳壁可包含經插入鋰。鋰可與碳反應以將其還原。碳可藉由施加負電位至碳來還原。碳可具有鋰離子電池之碳陽極的組成。陽極組合物可保護碳免於藉由氧來源及HOH中之至少一者氧化。可相對於熔融金屬(諸如銀)、至少一個儲集器5c及至少一個熔融金屬電極(諸如正電極)中之至少一者來施加還原電位。藉由氧來源(諸如氧化鋰)對石墨壁之碳還原反應可受到銀塗層、經插入金屬離子(諸如鋰離子)及施加電壓中之至少一者妨礙。鋰化碳可以電化方式形成，如熟習此項技術者已知。鋰化可藉由使用碳作為具有鋰相對電極之電化電池之陽極來形成，其中鋰化藉由對電池充電而形成。在實施例中，熔融金屬(諸如銀)包含插層物，諸如鋰。插層物可藉由施加負電位至反應電解槽腔室5b31而插入至碳中。反應電解槽腔室可包含電化電池以形成嵌鋰碳。碳圓頂可電連接至陰性熔融金屬噴射器系統。碳圓頂可連接至負極性儲集器。負極性儲集器可包含碳。碳圓頂可藉由接頭(諸如滑動螺母)連接指示碳儲集器。碳圓頂及負極性儲集器可包含單一單元。碳儲集器可藉由濕封或本發明或此項技術中已知之另一活接而接合至EM泵組合件5kk基底。陽性熔融金屬噴射器可充當電化電池之相對電極，該電化電池進行以下中之至少一者：形成及保持嵌物質碳(諸如嵌鋰碳)。
在實施例中，黑體輻射器5b4可包含表面塗層以使高能光的選擇性發射之比例大於黑體輻射。塗層可准許黑體輻射器5b4在較低溫度(諸如在約2500K至3000K之範圍內之溫度)下操作，同時達成對應較高黑體溫度之PV轉換效率。黑體輻射器5b4(諸如金屬氧化物黑體輻射器，諸如ZrO2或HfO2黑體輻射器)可在合適的操作溫度範圍內操作，以避免汽化，同時歸因於塗層而達成所要PV轉換效率。塗層可包含本發明或此項技術中已知 之熱光伏打濾光片。該塗層可包含選擇性管線發射器，諸如網罩塗層。用以產生較高PV轉換效率之黑體輻射器5b4上之例示性網罩為氧化釷及氧化釔。
在實施例中，光可直接自低能量氫電漿直接傳播至PV轉換器26a之PV電池。歸因於反應電解槽腔室5b31之透明度，反應電解槽腔室5b31可在至PV電池之給定光學功率流動下保持處於較低黑體溫度下(圖69至圖70)。反應電解槽腔室5b31可包含透明材料，諸如透明的耐火材料，諸如陶瓷。陶瓷可包含金屬氧化物。金屬氧化物可為多晶的。反應電解槽腔室5b31可包含光學透明氧化鋁(藍寶石)Al2O3、氧化鋯(立方氧化鋯)ZrO2、氧化鉿(HfO2)、氧化釷ThO2及其混合物中之至少一者。保持在反應電解槽腔室5b31內部之低能量氫電漿可發光，諸如黑體及對反應電解槽腔室5b31透明之線發射。透明度可用於至少具有高於PV轉換器26a之PV電池之帶隙的能量的波長。PV電池可反射未經轉換之光，該光之能量為高於帶隙及低於帶隙中之至少一者。光可反射至反射鏡、另一PV電池及可包含反應電解槽腔室5b31內部之電漿的黑體輻射器中之至少一者。歸因於電漿之散射、電離及黑體特徵，電漿可對經反射輻射有高吸收性。反射光可經循環回至PV電池以用於進一步轉換為電。反應電解槽腔室5b31可包含具有反射鏡之區段，其用以將光反射至PV電池及使光再循環中之至少一者。反應電解槽腔室5b31可包含不透明區段。不透明區段可為以下中之至少一者：不透光的或較冷的。銀反射鏡可在所要位置處形成以保持不透明度。反射鏡可藉由凝結自熔融銀形成。儲集器5c及下部半球5b41之下部中之至少一者可為不透明的。反應電解槽腔室5b31可能夠在高於熔融金屬(諸如銀)之沸點的溫度下操作以避免金屬凝結在透明區段上。圓頂 5b4可能夠在高於銀之沸點(2162℃)之溫度下操作，使得其保持對電漿黑體輻射透明以照射PV電池。能夠高於銀之沸點(B.P.=2162℃)操作的例示性透明陶瓷為氧化鋯(立方氧化鋯)ZrO2、氧化鉿(HfO2)、氧化釷ThO2及其混合物。在實施例中，透明圓頂5b4(諸如藍寶石圓頂)可低於熔融金屬之沸點操作，其中電漿過熱熔融金屬以防止其凝結在透明圓頂區段上。電池之部件(諸如下部半球5b41、上部半球5b42及儲集器5c)可包含單個部件或可包含複數個經接合之部件。接合可藉助於本發明，諸如藉由使用陶瓷膠將部件膠合在一起。在實施例中，透明圓頂5b4可包含各具有較小直徑之複數個透明圓頂。複數個圓頂可包含單一片件或膠合在一起之複合圓頂。
在實施例中，透明反應電解槽腔室5b31內部之電漿溫度經保持在對於藉由PV電池的電轉換大約最佳的溫度下，該等PV電池諸如係商用PV電池，諸如基於Si及III-V半導體之PV電池(諸如本發明之PV電池)中之至少一者，其中電池可包含聚光電池。黑體溫度可保持在太陽熱(Sun)之溫度(諸如約5600K)下。
在實施例中，輻射器5b4(諸如可傳輸大部分電漿輻射之透明圓頂)包含用以冷卻圓頂以避免超出其最大操作溫度的冷卻系統。冷卻系統可包含保持在殼體5b3中之氣體以藉由傳導、對流及強制對流中之至少一個方式移除熱量。冷卻系統可包含具有氣體急冷器之強制氣體冷卻系統。或者，冷卻系統可包含至少一個冷卻劑管線、在可為透明之圓頂表面上之冷卻劑管線表面網狀物、可約為透明之冷卻劑、冷卻劑泵及急冷器。大約透明之冷卻劑可包含熔鹽，諸如鹼金屬或鹼土金屬熔鹽，諸如鹵鹽。在實施例中，圓頂之基底可經冷卻以防止光阻。在實施例中，圓頂可覆蓋有耐火導 體帶以使熱量流動至周界以便由冷卻系統移除。在實施例中，圓頂之部分可覆蓋有高發射率耐火材料(諸如本發明之耐火材料)以增強自圓頂之輻射性熱損失以便冷卻圓頂。在包含複數個可包含單一片件或膠合在一起之複合圓頂的元件圓頂的實施例中，冷卻系統可包含沿元件圓頂之間的接縫延行之冷卻劑管線。
在實施例中，低能量氫反應電漿經保持在包含透明球體之反應電解槽腔室5b31之中心，以達成自反應電解槽腔室5b31之中心至透明圓頂5b4的熱梯度。可在空間上控制低能量氫反應速率以藉由控制低能量氫反應物之噴射及控制反應條件(諸如將導電熔融金屬基質保持至中心)以及控制點火參數(諸如電壓及電流)而定位於球體之中心。在另一個實施例中，緩衝層之非電漿氣體可沿圓頂5b4之內側壁噴射以防止低能量氫電漿與壁直接接觸。或者，SunCell®可包含充電源(諸如電電力供應器及電極)以致使壁及電漿可同樣充電以引起電漿與壁之間的電斥力，從而防止電漿與壁直接接觸。在實施例中，SunCell®可包含用於電漿磁性約束之磁場來源。電漿可藉由磁場經約束至圓頂之大致中心處。圓頂可包含磁瓶，其中電漿經約束至中心以使得透明壁不會過熱。
在實施例中，進水升管5qa及噴射器5k61管中之至少一者可包含碳或陶瓷。陶瓷可包含不與H2O反應之陶瓷(諸如氧化物，諸如ZrO2、HfO2、MgO、Al2O3中之至少一者)，本發明之陶瓷及熟習此項技術者已知之陶瓷。陶瓷可包含碳化物，其為以下中之至少一者：形成保護性氧化物塗層並抗與水發生反應，諸如ZrC。管可包含在基底端處之螺紋且可螺合至EM泵組合件5kk之基底中。
在實施例中，進水升管5qa、噴射器5k61及儲集器5c中之至少一者為 至少部分導電的且經負偏壓以避免腐蝕。例示性導電耐火陶瓷為碳化矽、氧化釔穩定之氧化鋯及熟習此項技術者已知之其他。負偏壓部件(諸如進水升管5qa、噴射器5k61及儲集器5c中之至少一者)可包含耐火導體，諸如石墨。正偏壓部件可包含氧化穩定之耐火材料，諸如耐火貴金屬(諸如Pt、Re、Ru、Rh或Ir)或耐火氧化物(諸如MgO或本發明之其他氧化物)。在實施例中，電池組件可包含非反應性表面塗層以避免腐蝕，諸如因與氧化劑(諸如氧及水蒸氣)氧化而腐蝕。例示性部件(諸如EM泵管5k4、進水升管5qa及噴射器5k61中之至少一者)的塗層可包含Ni、Co、耐火貴金屬(諸如Pt、Re、Ru、Rh或Ir)或陶瓷(諸如MgO、Al2O3、富鋁紅柱石或本發明之另一氧化物)。與高溫H2O接觸之部件可包含抗氧化不鏽鋼，諸如以下中之至少一者：Haynes 230、Pyromet®合金625、Carpenter L-605合金及BioDur® Carpenter CCM®合金。在高溫下操作之部件可塗佈有非反應性耐火塗層。塗佈可藉由熟習此項技術者已知之方法(諸如藉由電鍍、化學沈積、噴塗及氣相沈積)來達成。在例示性實施例中，Mo或W進水升管5qa及噴射器5k61中之至少一者可塗佈有錸(M.P.=3180℃)、銥(M.P.=2410℃)及相對應的合金中之至少一者。在實施例中，諸如Mo管噴射器5k61及W噴嘴5q之組件可使用羰基熱分解方法而塗佈有錸。十二羰基錸(Re2(CO)10)在170℃下分解，Re2(CO)10可經汽化及分解至保持於超過170℃之溫度下之部件上。其他合適的塗佈方法係此項技術中已知之塗佈方法，諸如電鍍、氣相沈積及化學沈積方法。燒焊或扣件(諸如擴口配件)可用於將金屬進水升管5qa及噴射器5k61(諸如鍍Re之Mo及W噴射器中之至少一者)中之至少一者連接至EM泵組合件5kk之底板。與鎳相同，在普通條件下，錸不與水反應。不與水反應之金屬可為以下中之至少一者：受保 護以免於氧化；及氧化物可藉由保持包含氫之氛圍而還原為金屬及水。氧化鎳及氧化錸可各自藉由與氧反應而形成。在例示性實施例中，保持氫氛圍可將氧化鎳及氧化錸中之至少一者還原。EM泵組合件5kk可包含用於進水升管5qa及噴射器5k61之套環。套環可焊接至底板或機械加工成底板。套環以及進水升管5qa及噴射器5k61管可包含抵抗與H2O反應的材料。套環、進水升管5qa及噴射器5k61管可為經鎳經塗佈、經鉑塗佈、經貴金屬塗佈及經錸塗佈中之至少一者。經塗佈之進水升管5qa及噴射器5k61中之至少一者可藉由至套環之螺紋而接合至EM泵組合件5kk的底板。
熱解石墨幾乎不會與氫反應且不會插入銀；因此，碳部件(諸如反應電解槽腔室5b31)可包含可與氫氛圍及熔融銀一起使用的熱解石墨。銀亦具有有利屬性，即其不會自許多金屬(諸如鎳及錸)形成合金。
電池組件之間的活接或接合可包含硬焊接合。硬焊接合可包含熟習此項技術者已知之接合，諸如在文章R.M.do Nascimento、A.E.Martinelli、A.J.A.Buschinelli,「Review Article：Recent advances in metal-ceramic brazing」,Ceramica，第49卷，(2003)第178-198頁中所描述之接合中一者，該文章以全文引用之方式併入本文中。硬焊件可包含商用硬焊，諸如包含S-Bond®活性焊料(http：//www.s-bond.com)之硬焊件，該等活性焊料使得能夠將陶瓷(諸如氧化物、氮化物、碳化物、碳/石墨矽化物、藍寶石及其他)接合至金屬以及彼此接合。S-鍵結合金之活性元素(諸如鈦及鈰)添加至Sn-Ag、Sn-In-Ag及Sn-Bi合金以形成可在鍵結之前直接與陶瓷及藍寶石表面反應的焊料。S-鍵結合金利用所有金屬(包括鋼、不鏽鋼。鈦、鎳合金、銅及鋁合金)產生可靠的密閉式接合，其限制條件為 管理在接合溫度下之熱膨脹失配。
在實施例中，進水升管5qa、噴射器5k61管及儲集器5c中之至少一者可硬焊至EM組合件5kk底板。進水升管5qa、噴射器5k61管，儲集器5c中之至少一者可包含可硬焊至EM組合件5kk底板之陶瓷，諸如金屬氧化物(諸如ZrO2、HfO2Al2O3中之至少一者)。EM組合件5kk底板可包含金屬，諸如不鏽鋼(SS)(諸如400系列SS)、鎢、鎳、鈦、鈮、鉭、鉬、陶瓷(諸如ZrO2或本發明之另一氧化物)。底板可包含具有與儲集器類似之熱膨脹係數的材料。硬焊件可包含熔填金屬，該熔填金屬可包含貴金屬，諸如銠、釕、鈀、錸、銥、鉑、金、銀及其合金(諸如Pd-Au合金)中之至少一者。活性金屬(諸如鉿、鋯及鈦中之至少一者)可添加至諸如貴金屬之熔填金屬。可添加呈細粉形式之活性金屬。可添加呈氫化物(諸如氫化鈦)形式之活性金屬，其在硬焊期間分解以形成精細鈦粒子。可以所要莫耳百分比(諸如在約1至2莫耳%之範圍內)添加活性金屬至熔填金屬以達成硬焊。
活性金屬可用來潤濕陶瓷。活性金屬可部分地取代陶瓷金屬以達成潤濕陶瓷及用陶瓷黏結中之至少一者。可儘可能密切地匹配經接合部件之熱係數，同時達成組件的所要操作特性。在例示性實施例中，至少一個組件(諸如進水升管5qa、噴射器5k61管及儲集器5c中之至少一者)可包含ZrO2、HfO2及Al2O3中之至少一者，其經硬焊至鉬EM組合件5kk底板。在另一例示性實施例中，至少一個組件(諸如進水升管5qa、噴射器5k61管及儲集器5c中之至少一者)可包含ZrO2、HfO2及Al2O3中之至少一者，其經硬焊至410不鏽鋼EM組合件5kk底板，其中硬焊件包含Paloro-3V鈀-金-釩合金(Morgan Advanced Materials)。合金之金屬百分比可經調節以達成所要最大操作溫度，諸如在約1150℃至1300℃之範圍內的溫度，其中硬焊 件溫度可更高，諸如高100℃。
經接合電池組件之間的熱膨脹係數失配可至少部分藉由使用躍遷元件校正，該躍遷元件包含經硬焊至EM組合件5kk底板及陶瓷部件的金屬連接器。金屬連接器之熱膨脹係數可更密切地匹配陶瓷組件之熱膨脹係數。連接器可適應與EM組合件5kk底板之較大熱失配，其係歸因於底板及連接器金屬之可變形性。例示性連接器為鉬套環，其一端經硬焊至金屬氧化物部件且另一端經硬焊或焊接至不鏽鋼EM組合件5kk底板，其中鉬與陶瓷(諸如氧化鋯)之熱膨脹係數更密切地匹配，且金屬之變形適應在兩種金屬之活接處的較高熱膨脹失配應力。在另一實施例中，連接器可包含波紋管以適應差分膨脹。波紋管可經電鑄。
硬焊可在真空中進行。硬焊可在高溫真空爐中進行。熔填及活性金屬可形成為匹配接頭(諸如環)之幾何結構的幾何結構以構成硬焊材料。部件可與介入該等部件之間的硬焊材料並列。爐可在約硬焊材料之熔點的溫度下操作以使該硬焊材料熔化並形成硬焊件。經硬焊金屬部件可塗佈有抗氧化塗層(諸如鎳、貴金屬、或鉑塗層)或本發明之另一種塗層。
在例示性實施例中，EM組合件5kk底板、EM泵管5k6，EM泵匯流排5k2包含鉬。該等部件可藉由此項技術中已知之方式(諸如雷射或電子束焊接)而焊接在一起。用於進水升管5qa及噴射器5k61管之套環可經機械加工成底板，且進水升管5qa及噴射器5k61管在裝配期間可藉由螺紋連接至底板。使用具有1至2莫耳%之鈦細粉作為活性金屬之鈀填料來將包含ZrO2、HfO2或Al2O3之儲集器5c硬焊至鉬EM組合件5kk底板。利用介入在經硬焊之部件之間的硬焊材料將儲集器置放於經裝配之EM組合件5kk之底板上。硬焊在真空爐中在約1600℃下進行以熔化鈀(M.P.=1555℃)。或 者，填料可包含合金，諸如Pd-Au 90%(M.P.=1300℃)。儲集器5c之內部之底板的表面及EM泵管5k6之內部經塗佈有氧化保護塗層，諸如鉑或鎳。塗層可藉由電鍍、氣相沈積或熟習此項技術者已知之其他方法形成。
剛性支柱(諸如金屬或陶瓷支柱)可支撐儲集器支撐板5b8。前一者可藉由將支柱安裝在諸如陽極化鋁底板之絕緣體上而電隔離，其中支柱與底板之間的連接可包含陽極化扣件，諸如螺栓或螺釘。金屬支柱可經塗佈有絕緣塗層(諸如BN、SiC、富鋁紅柱石、黑色氧化物)或本發明之其他塗層。
在另一實施例中，噴嘴5q可包含至少一個孔洞、縫隙或小開口，其在低流動速率下傳遞熔融金屬以塗佈噴嘴。流動可不斷地使因電漿汽化而損失的熔融金屬表面而非噴嘴再生。孔洞可藉由鑽孔、電極放電機器、雷射鑽孔及在諸如藉由鑄造及藉由此項技術中已知之其他方法製造期間形成。在另一實施例中，噴嘴5q可包含分流器，其引導所噴出之熔融金屬之一部分在噴嘴上方流動從而保護噴嘴免受電漿汽化影響。在另一個實施例中，包含電源2之點火電路進一步包含電弧感測器，其感測在噴嘴處而非穿過熔融金屬流的電弧；及電弧保護電路，其終止噴嘴上之電弧電流。
在實施例中，噴射管5k61可彎曲以將噴嘴5q置放在儲集器5c之頂部處的大約中心處。在實施例中，噴射管5k61可自垂直成角以使噴嘴5q在儲集器5c之頂部處居中。角度在處於儲集器5k9之底部處的連接器處固定。連接器可建立角度。連接器可包含接頭套管5k9，其具有至儲集器基底之鎖緊螺母；且進一步包含至螺紋端噴射管5k61之成角陰連接器。陰連接器可包含具有陰連接器之彎曲套環或成角螺母以使得陰螺紋之角度傾斜。或者，儲集器基底可成角度以建立噴射器管之角度。在另一實施例 中，儲集器底板中之螺紋可傾斜。接頭套管配件5k9可螺合至傾斜或成角螺紋中。EM泵管5k61之已連接直式噴射部分可由於成角螺紋而成角度。該角度可將噴嘴5q置放於儲集器5c之中心。相對於儲集器之基底成角之接頭套管配件5k9可連接至在儲集器底板下方之成角套環，以准許與EM泵管5k6之約垂直連接，其中該EM泵管連接以穿透儲集器底板。泵管5k6可包含抵抗與水反應之不鏽鋼(SS)，諸如用於鍋爐中之SS。泵管可焊接至EM泵管組合件(諸如傾斜的EM泵管組合件)。
在實施例中，SunCell®發電機包含兩個儲集器5c及在儲集器中之一者(噴射儲集器)中之一個熔融金屬噴射器。熔融金屬噴射器可包含EM泵噴射器。另一儲集器，即非噴射器儲集器，可用熔融金屬填充。由單一噴射器噴射之多餘熔融金屬可溢位並返回至具有噴射器之儲集器中。下部半球5b41可傾斜以使金屬流動返回至噴射儲集器。儲集器可藉由電連接至點火電源2之相對應端子而充當相反極化之端子或電極。極性可如此以防止噴射器之噴嘴5q免於受到劇烈的低能量氫反應電漿損壞。非噴射器儲集器可包含正電極且噴射器儲集器可包含負電極。
儲集器支撐板或底板5b8可包含電絕緣體，諸如SiC或氮化硼。或者，支撐板可為能夠在局部溫度下操作之金屬，諸如鈦。金屬可為非磁性及高度導電中之至少一者，以限制自電感耦合加熱器吸收之RF功率並具有高熔點。例示性金屬為W及Mo。底板可包含碳。金屬底板5b8之電隔離可由板與安裝夾具之間以及儲集器與板之間的絕緣體提供。絕緣體可包含絕緣體墊圈或襯套，諸如SiC或陶瓷墊圈或襯套。雙儲集器之支撐板可為一個或單獨支撐板。儲集器支撐板可包含具有絕緣體套環或襯套(諸如SiC或BN套環或襯套)縱向分離板以電隔離儲集器。儲集器支撐板可包含縱向 分離的兩片式底板，該底板具有用於其上安放儲集器之墊片(諸如電絕緣墊片，諸如SiC或BN墊片)之狹槽。或者，每一儲集器可由獨立底板支撐，使得在底板之間存在電流中斷。底板可包含具有用於電感耦合加熱器之RF功率的低吸收截面的材料。底板可包含抗熱衝擊陶瓷，諸如碳化矽或氮化硼。底板可包含具有低RF吸收之金屬。底板可包含塗佈有可具有低RF吸收截面之塗層(諸如本發明之塗層)的金屬。
交點可為任何所要的，諸如在範圍自儲集器至在反應電解槽腔室5b31之頂部處的區域的區域中。交點可大約在反應電解槽腔室之中心。交點可藉由泵壓及噴嘴自垂直之相對彎曲或傾角中之至少一者控制。儲集器可為單獨及電隔離的。熔融金屬(諸如熔融銀)可自反應電解槽腔室流回至待再循環之每一儲集器。可藉由金屬流斷流器或分裂器防止回流銀跨越兩個儲集器電短路，以中斷原本將橋接兩個儲集器並提供導電路徑之銀的連續性。分裂器可包含不規律表面，其由致使銀成珠粒以中斷儲集器之間的電連接的材料組成。分裂器可包含每一儲集器壁在短路區域處之中斷，使得銀滴落在中斷或滴水邊緣上方從而使連續性受到破壞。分裂器可包含覆蓋兩個儲集器之交點的圓頂或半球，其中圓頂或半球之基底包含用於每一儲集器之中斷。在實施例中，兩個儲集器5c及其底部板或底板以及黑體輻射器5b41之下部半球可包含一個片件。黑體輻射器5b41之下部半球可包含在設定儲集器之底部中的凸起圓頂或橫向脊線。在實施例中，每一儲集器之頂部可包含充當回流銀在其上流動的唇部的環板或墊圈。唇部引起金屬流流動至每一儲集器的中斷，以破壞儲集器之間的可另外流動經過回流銀的任何電流路徑。每一儲集器之頂部可包含經機械加工之圓周凹槽，墊圈安放在該圓周凹槽中以形成唇部或滴水邊緣5ca，如圖6中所示。至少 一個電池組件(諸如，分裂器(諸如圓頂或半球分裂器)、儲集器5c、黑體輻射器5b41之下部半球、黑體輻射器5b41之下部半球之凸起或圓頂底部及在每一儲集器上之唇部)可包含碳。
在實施例中，黑體輻射器之基底(諸如反應電解槽腔室5b31之底層，諸如黑體輻射器5b41之下部半球之底層)可包含凹槽或通道以將較佳路徑中之熔融金屬流動導向至儲集器5c之入口，使得兩個反向充電之儲集器之間的任何電連接受到破壞或大約受到破壞。通道可將熔融金屬導向至儲集器之正面、側面及背面中之至少一者。通道可各自包含階度(gradation)以引起至儲集器中之重力流動。通道可為以下中之至少一者：分級及傾斜的。該級別可引起相對於反應電解槽腔室之中心朝向所要儲集器位置(諸如儲集器之背面)的緯斜。將流動導向至雙噴射器實施例之兩個儲集器中之給定儲集器的傾斜分級通道可為與另一儲集器之通道相對的鏡像，以引起至相反相對位置的流動。在於具有處於位置(-1,0)及(1,0)的儲集器之反應腔室之底層的中心處具有經指定的xy座標系統的例示性實施例中，分級及相反傾斜之通道的流動將熔融金屬導向至居中在每一儲集器上的相對極角(3/2π及1/2π)。底層可包含在每一儲集器開口之中心及正面的至少一個伸出部分。可優選流動至儲集器之側面及背面中之至少一者。
在實施例中，發電機包含感測器及點火控制器，該點火控制器用以減小點火電壓及電流中之至少一者，以防止電池組件(諸如下部半球5b41)的短路引起對組件的損害。電氣短路感測器可包含電流或電壓感測器，其將信號饋送至控制點火電流及電壓中之至少一者的點火控制器中。
在實施例中，在自過度填充之儲集器流動至填充不足之儲集器的情況下，熔融金屬可被動地流經兩個儲集器之間的導管。電池可包含在儲集 器之間的導管中的旋轉分離器以中斷熔融金屬內的電路。經過熔融金屬之點火電流的電氣短路可由包含可移動裝置之分裂器(諸如電絕緣閘極)中斷。該閘極可包含具有複數個輪葉之可移動裝置以中斷熔融金屬導電路徑。例示性設計為可包含耐火材料(諸如SiC或氮化硼)之葉輪的設計。葉輪可容納於導管中並准許金屬流動而不准許儲集器之間的電連接。
在實施例中，返回熔融金屬流可藉由至少一個系統中斷，該系統包含：(i)滴水邊緣，諸如置放於儲集器入口之頂部中的扁平墊圈；(ii)噴嘴5q、熔融金屬位準及在儲集器5c中降低的進水升管中之至少一者；(iii)下部半球5b41返回熔融金屬流道，其將流動分散以避免大型流或中斷任何連接性電流路徑；(iv)自儲集器壁之複數個電絕緣伸出部分；(iv)切割成滴水邊緣之複數個電絕緣波紋或凸起、儲集器頂部入口或儲集器壁；(v)光柵，諸如在儲集器頂部上之電絕緣光柵；及(vi)所施加磁場，其在電氣短路電流流經該流時產生勞侖茲力以使該流偏轉至珠粒中。
在實施例中，SunCell®包含儲集層銀位準均衡系統，其包含銀位準感測器、EM泵電流控制器及接收來自位準感測器之輸入並驅動電流控制器在儲集器5c中保持大約相同的金屬位準的控制器，諸如可程式化邏輯控制器(PLC)或電腦100。在實施例中，SunCell®包含熔融金屬均衡器，其用以在每一儲集器5c中保持大約相同的位準(諸如銀位準)。均衡器可包含在每一儲集器上之儲集器位準感測器及EM泵速率控制器以及用以啟動每一EM泵以保持大約相同位準的控制器。感測器可包含：基於至少一個物理參數之感測器，該至少一個物理參數諸如係放射性不透明度、電阻或電容、熱發射、溫度梯度、聲音(諸如超音波頻率、位準相關聲學諧振頻率、阻抗或速度)、光學(諸如紅外發射)；或此項技術中已知的適合於藉 由歸因於位準之變化或跨越位準介面之變化的參數變化偵測指示儲集器熔融金屬位準的參數的其他感測器。位準感測器可指示EM泵之啟動位準且由此指示熔融金屬流動。可藉由監測點火電流及電壓中之至少一者來監測點火狀態。
感測器可包含放射源5s1，諸如放射性核種，諸如以下中之至少一者：發射60keV γ射線的鋂(諸如241Am)、133Ba、14C、109Cd、137Cs、57Co、60Co、152Eu、55Fe、54Mn、22Na、210Pb、210Po、90Sr、204Tl或65Zn。放射性核種輻射可經準直。準直器可產生複數個光束，諸如兩個光束，其各與中心軸線成45°，其中一個放射性同位素來源可形成兩個扇形光束以穿透兩個儲集器中之每一者並接著變為入射於一對中之相對應的偵測器。準直器可包含光閥(shutter)，其用以在感測器未處於操作中時阻擋輻射。來源5s1可包含X射線及γ射線發生器，諸如制動輻射X射線源，諸如http：//www.source1xray.com/index-1.html處之彼等者。感測器可進一步包含相對於放射源在儲集器之相對側面上之至少一個輻射偵測器5s2。感測器可進一步包含位置掃描儀或構件(諸如機械構件)，其用以將輻射源及輻射偵測器中之至少一者沿垂直儲集器軸線移動，同時保持源與偵測器之間的對準。該移動可跨越熔融金屬位準。掃描儀可包含移動電感耦合加熱器天線5f之致動器，其中輻射源(諸如241Am來源)及輻射偵測器中之至少一者可附接至線圈5f、線圈電容器箱90a及活動致動器機構中之至少一者。在隨著經準直輻射超越該位準後在貫穿輻射計數中之變化可識別位準。或者，掃描儀可循環地改變來源與偵測器之相對定向，以在該金屬位準上方及下方掃描以便偵測金屬位準。在另一實施例中，感測器可包含沿每一儲集器之垂直軸線佈置之複數個來源5s1。感測器可包含相對於對應 來源在儲集器之相對側面上之複數個輻射偵測器5s2。在實施例中，輻射偵測器可與輻射源成對，以使得輻射沿軸向路徑自該源行進穿過儲集器，到達偵測器。輻射源可藉由儲集器金屬(若存在)衰減，以使得輻射偵測器將記錄在位準上升超過輻射路徑時的較低信號，且將記錄在位準降低至路徑以下時的較高信號。該來源可包含寬光束或具有寬輻射角範圍的光束，該輻射橫越儲集器到達空間擴展之偵測器或經擴展之偵測器陣列(諸如X射線敏感線性二極體陣列)，以提供對輻射路徑中之儲集器的金屬含量的縱向或深度分佈的量測。例示性的X射線敏感線性二極體陣列(LDA)為X-Scan Imaging Corporation XI8800 LDA。金屬位準對計數之衰減可指示位準。例示性來源可包含來自放射性或X射線管來源之擴散光束，且偵測器可包含經擴展之閃爍或蓋格計數器偵測器。偵測器可包含以下中之至少一者；蓋格計數器、CMOS偵測器、閃爍體偵測器及具有光電二極體偵測器之閃爍體(諸如碘化鈉或碘化銫)。偵測器可包含電離偵測器，諸如MOSFET偵測器，諸如煙霧偵測器中的MOSFET偵測器。電離腔室電極可包含在輻射入射側上之至少一個薄箔或線柵以及如煙霧偵測器電路中之典型的相對電極。
在實施例中，包含貫穿輻射(X射線)之來源、偵測器及控制器之感測器進一步包含用以將在偵測器處自該來源接收之信號的強度處理為儲集器熔融金屬位準讀數的演算法。感測器可包含單個廣角發射器及單個廣角偵測器。X射線或γ射線可以一角度穿透儲集器之內部到達儲集器橫向平面，以增加穿過含有熔融金屬之飛行區域至偵測器的路徑長度。該角度可對熔融金屬之較大深度取樣以提高用於判定儲集器中之熔融金屬的深度的鑑別。可針對已知熔融金屬位準來校準偵測器信號強度。隨著位準上升， 偵測器強度信號減小，其中自該校準判定位準。例示性來源為放射性同位素(諸如鋂241)及X射線來源(諸如制動輻射裝置)。例示性偵測器為蓋格計數器及閃爍體及光電二極體。X射線源可包含AmeTek來源，諸如Mini-X，且偵測器可包含NaI或YSO晶體偵測器。可掃描輻射源(諸如X射線源)及偵測器中之至少一者以獲得X射線衰減之縱向分佈且由此獲得金屬位準。掃描儀可包含機械掃描儀，諸如凸輪驅動掃描儀。該凸輪可藉由旋轉軸轉動，該旋轉軸可由電動馬達驅動。掃描儀可包含機械、氣動、液壓、壓電、電磁、伺服馬達驅動掃描儀或構件或熟習此項技術者已知之其他此類掃描儀或構件，以便以可逆方式平移或重定向X射線源及偵測器中之至少一者以獲得金屬位準之深度分佈。放射性同位素(諸如鋂)可封裝於耐火材料(諸如W、Mo、Ta、Nb、氧化鋁、ZrO、MgO)或另一種耐火材料(諸如本發明之耐火材料)中，以准許在溫度高的情況下將其置放為與儲集器極接近。X射線源及發射器以及偵測器中之至少一者可安裝於可具有受控壓力及溫度中之至少一者的殼體中。殼體可安裝至外部壓力容器5b3a。可移除殼體以准許容易移除外部壓力容器5b3a。殼體可以水平方式移除以准許垂直移除外部壓力容器5b3a。殼體可具有用於傳送X射線同時保持跨越窗之壓力梯度的內窗。窗可包含碳纖維。殼體之外端可與大氣相通或封閉。
在實施例中，位準感測器包含X射線或γ射線之來源，其在儲集器5c內部之套管(well)或殼體的內部。X射線或γ射線之來源可為放射性核種，諸如41Am、133Ba、14C、109Cd、137Cs、57Co、60Co、152Eu、55Fe、54Mn、22Na、210Pb、210Po、90Sr、204Tl或65Zn。套管可緊固至EM泵組合件5kk之底板。放射性核種可囊封於耐火材料(諸如碳、W、氮化硼或碳化 矽)中。放射性核種可包含耐火合金。放射性核種可包含具有高熔點之元素或化合物，諸如14C、Ta4Hf14C5(M.P.4215℃)、133BaO、147Pm2O2、144Ce2O3、90SrTiO3、60Co、242Cm2O3或144Cm2O3。套管壁可包含容易由X射線或γ射線穿透的材料。例示性套管為氮化硼套管。儲集器可包含容易由X射線或γ射線穿透的材料，諸如氮化硼或碳化矽儲集器。位準感測器可包含可經校準以形成複數個光束的複數個X射線或γ射線來源。位準感測器可包含複數個X射線或γ射線偵測器，其在儲集器之壁之外並定位為在不藉由熔融金屬(諸如銀)衰減時入射X射線或γ射線。光束衰減差異位置指示如藉由處理器判定的液面的位置。在實施例中，X射線或γ射線來源(諸如在套管內的放射性核種)可並未經準直。可在儲集器外部的至少一個偵測器處偵測X射線或γ射線信號之強度。偵測器可包含閃爍體晶體及光電二極體(諸如Gadox、CsI、NaI或CdW光電二極體)。可校準隨熔融金屬位準變化的信號強度。位準感測器可包含處理器，其處理經量測信號強度及來自查找表之校準資料並判定熔融金屬位準。
在實施例中，位準感測器包含粒子後向散射類型。位準感測器可包含粒子(諸如氦離子、質子、X射線或γ射線、電子及中子中之至少一者)之來源。該來源可包含經準直來源。粒子可在複數個垂直座標位置處入射儲集器5c或可隨時間掃描複數個垂直位置。當在相較於低於熔融金屬位準而在高於該位準之垂直位置處入射於儲集器上時，粒子可隨強度變化後向散射。強度變化可視粒子及其能量而增大或減小。X射線可由熔融金屬(諸如銀)吸收，以使得自遠儲集器壁之後向散射可歸因於介入熔融金屬而減少。因而，當X射線在低於位準的垂直座標位置處入射儲集器時，後向散射之X射線的強度可減小。X射線之能量可經選擇以相較於在儲集器壁中 的衰減而在熔融金屬(諸如銀)中具有較高衰減。X射線能量可經選擇為剛好在電子邊緣處高於電子殼之結合能的能量。X射線來源可包含放射性同位素或X射線發生器。在實施例中，偵測經後向散射之X射線的減少以作為識別位準的方式，其中X射線能量經選擇，以使得相較於無高於位準之銀柱，經後向散射之信號藉由低於位準的銀高度衰減。具有高吸收率之能量可在邊緣處，諸如銀K邊緣之25keV能量。
在實施例中，入射粒子可產生次級粒子或具有不同能量之相同粒子。次級粒子發射之強度變化可用於偵測位準。在例示性實施例中，具有第一能量之X射線在不同垂直位置處入射儲集器，且具有第二能量之X射線由偵測器偵測。具有第二能量之X射線或螢光X射線的強度在越過光束之間的位準時的變化指示位準。舉例而言，偵測器可處於使諸如沿著與0°或180°或90°之入射光束相同的軸線的螢光X射線信號最大的位置。在實施例中，當入射光束入射低於位準相對高於位準的儲集器時，銀之螢光X射線增加。位準感測器可包含此項技術中已知之X射線螢光(XRF)或能量色散X射線螢光(EDXRF)系統。X射線來源可包含放射性同位素或X射線發生器。EDXRF系統可包含高能粒子(諸如電子或質子)之來源。偵測器可包含矽漂移偵測器或熟習此項技術者已知之其他偵測器。
當中子自指示液面位置的銀柱後向散射時，強度可增加。中子可自241Am及鈹金屬產生。中子來源可包含中子發生器，諸如使用電場以加速氘及氚離子中之至少一者以隨著中子產生引起D-D或D-T融合的中子發生器。可用相對應的偵測器(諸如X射線或中子偵測器)偵測經後向散射之粒子。在另一實施例中，可自在儲集器之一側上之來源發射且在儲集器之另一測上的同一軸線上偵測到粒子。經偵測作為偵測器強度下降之粒子束的 衰減增加的垂直儲集器位置可識別位準之位置。本發明之例示性中子後向散射及γ射線衰減位準感測器為可購自Thermo Scientific之感測器(https：//tools.thermofisher.com/content/sfs/brochures/EPM-ANCoker-0215.pdf)，其針對儲集器5c之幾何結構而修改。
在實施例中，位準感測器可包含選擇性地自低於熔融金屬位準的熔融金屬反射的電磁輻射來源及經反射輻射之強度的偵測器。該位準可藉由相比高於位準之反射強度的低於位準之增強型雷射反射強度來偵測。可自沿著產生增強型反射強度的垂直儲集器軸線的入射光束的位置來判定位準之位置。輻射可包含波長，其對於儲集器壁足夠透明以使得其穿透壁並反射回至偵測器。儲集器5c壁可能夠透射光。儲集器可包含對可見及紅外光透明之氧化鋁、藍寶石、氮化硼及碳化矽中之至少一者。輻射可穿透熔融金屬之薄膜。雷射可有足夠大功率以穿透熔融金屬之薄膜。在實施例中，儲集器壁可包含氮化硼，其對於在輻射之波長範圍中(諸如在UV至紅外之範圍中)的輻射具有部分透明度。雷射可包含高功率可見或紅外光二極體雷射。電池組件(諸如儲集器)可對雷射光束透明。對紅外光透明的合適的耐火材料為MgO、藍寶石及Al2O3。雷射可包含紅外雷射以更好地保持焦點。在包含氮化硼之實施例中，波長可為約5微米，係因為BN在此波長下具有透射窗。在實施例中，雷射具有足夠功率以在自雷射至偵測器的軸向路徑上穿透儲集器壁(諸如氮化硼壁、任何銀壁塗層及銀蒸氣)。壁可在雷射光束-壁接觸斑點處變薄。壁可經機械加工以防止雷射光束擴散或散佈。壁可經刨平。壁可經機械加工以形成重聚焦橫越壁之光的透鏡。透鏡可與雷射波長匹配。壁可包含嵌入式透鏡。透鏡可包含抗反射塗層。透鏡可包含四分之一波片以減低反射。透射光信號指示不存在儲集器銀柱，且 不存在光信號指示存在銀柱，且光信號不連續性之垂直儲集器位置可用於識別位準。雷射可包含透鏡以增加焦點及功率密度(光束強度)中之至少一者。例示性商用雷射在http：//www.freemascot.com/match-lighting-laser.html或http：//www.freemascot.com/50mw-532nm-handheld-green-laser-pointer-1010-black.html？gclid=CNu8gJ-EqtICFZmNswodZLMNQA.給出。雷射及偵測器中之至少一者可遠離儲集器以便定位於溫度不會過度升高而危害雷射或偵測器功能的區域中。雷射及偵測器(諸如光電二極體)中之至少一者可經冷卻。
熔融金屬可包含銀。銀在約300nm之波長下具有透射窗。輻射可包含在約250至320nm之範圍內的波長。輻射來源可包含UV二極體，諸如UVTOP310。UV二極體可包含透鏡，其可包含半球透鏡以製作定向光束。輻射來源可包含雷射，諸如二極體泵抽雷射。銀之透射窗的波長區域中之例示性雷射為KrF準分子雷射、Nd：YAF第四諧波雷射、InGaN二極體雷射、XeCl雷射、He-Cd雷射、氮雷射、XeF準分子雷射及Ne+雷射。偵測器可包含光電二極體。
雷射型位準感測器可包含雷射掃描儀，其隨時間垂直移動雷射及偵測器中之至少一者以截取高於、處於及低於位準的區域從而偵測位準。或者，電流輻射-照明型位準感測器可包含複數個輻射源及相對應的偵測器，其垂直間隔開以使得位準處於接近該複數個源的位置處，使得該位準之位置可藉由源與其偵測器之間的差分反射來偵測。輻射源及偵測器可相對於彼此成角，使得源輻射可自熔融金屬柱(若存在)反射並變為入射至相對應的偵測器。儲集器之壁可經機械加工為在輻射入射及反射時更薄，以准許該輻射在自熔融金屬柱反射後自來源傳播至偵測器。在另一個實施例 中，當在光束路徑中不存在熔融金屬柱時，輻射可穿透儲集器之兩個壁，且在光束路徑低於位準時，該柱可阻擋該光束。可藉由偵測器偵測光束透射穿過儲集器，該偵測器可位於輻射源(諸如雷射)之相對側上。可一致地掃描輻射源及相對應的偵測器，或位準感測器可包含沿儲集器之垂直軸線間隔開的複數個輻射源及對應偵測器，以藉由在高於相對低於熔融金屬位準的光束的傳輸之差異來偵測該位準。在實施例中，RF線圈5f具有用於入射及經反射或經透射光束的開口。線圈5f可經設計為補償任何開口，以在不存在開口的情況下提供所要加熱功率分佈。
感測器可包含至少一個滴水邊緣、朝下成角管或熱源(諸如雷射，諸如二極體雷射)及振動器中之至少一者，以至少部分地消除在高於位準的可反射輻射之金屬儲集器壁上的熔融金屬膜。在實施例中，在光束路徑與儲集器壁相交時，任何熔融金屬膜可藉由在回流金屬之位置處的滴水邊緣移除。電池可包含儲集器振動器或發波器及加熱器中之至少一者。交點處之任何熔融金屬膜可藉由振動或藉由加熱該點處之壁來移除。光束可加強以藉由使用更大功率光束及透鏡中之至少一者來穿透金屬膜。
雷射光束可相對於儲集器壁以一角度定向，以引起成一角度之反射，從而提高穿過任何薄銀層之透射，使得反射在經監測時減少。在實施例中，調節雷射光束角度以產生消散波，其中反射在銀位準下方相對銀位準上方增加。在實施例中，感測器可包含套管中之光纖電纜，該套管在反射光經定量之情況下具有部分透明度。藉由偵測器(諸如光電二極體)偵測的反射強度准許藉由處理器判定位準之位置。
雷射波長可經選擇以提高穿過儲集器壁及任何銀膜塗層的傳輸。例示性波長為約315nm，係因為銀在約315nm下具有透射窗。光偵測器(諸 如，可視情況包含光學波長帶通濾波器之光電二極體)可選擇性地回應於雷射光。在實施例中，燈可替代雷射。燈可包含大功率發光二極體(LED)陣列。位準感測器可包含短波長來源，諸如能夠發射諸如在約315至320nm之波長區域中的UV光的來源。短波長來源可包含氘燈以照明儲集器。燈可包含可見光或紅外光燈。在實施例中，照明源(諸如高於銀位準之短波長光)可為電漿發射。
在實施例中，電漿利用對儲集器透明之強光照明熔融金屬位準上方的空間。透明儲集器可包含透明材料，諸如氮化硼、碳化矽及氧化鋁中之至少一者。可藉由使用至少一個光偵測器(諸如光電二極體)量測光在金屬位準處的不連續性來記錄熔融金屬位準。
在實施例中，儲集器5c壁能夠透射光。儲集器可包含對可見及紅外光透明的氧化鋁、藍寶石、氮化硼及碳化矽中之至少一者。在實施例中，包含透光型位準感測器之熔融金屬位準感測器偵測自儲集器5c內部透射至外部的光，且至少一個光感測器中之透射光強度的垂直變化由處理器處理以判定熔融金屬位準。處理器可自兩個儲集器接收資料並關聯資料，以移除來自熔融金屬在儲集器壁上流動的任何渾濁影響，其可另外錯誤地指示熔融金屬位準之存在。
在實施例中，藉由在反應電解槽腔室5b31中點火產生的電漿照明儲集器5c壁，且部分光選擇性地穿透在熔融金屬位準上方的區域中的壁。光感測器(諸如攝影機或光電二極體)可偵測經透射穿過儲集器壁之光。光感測器(諸如光電二極體)可經垂直掃描，或位準感測器可包含複數個垂直分離之光感測器，諸如光電二極體。在一實施例中，為判定熔融金屬位準，處理器處理以下中之至少一者：i)攝影機影像上方之光強度的差；ii)複數 個光感測器之間的光強度的差；及iii)經掃描光感測器之垂直位置之間的光強度的差。
為促進經由儲集器壁將電漿光傳輸或傳送至光感測器，儲集器可包含至少一個光通路，諸如壁中之凹痕、凹部或變薄區域。至少一個光感測器(諸如攝影機)、複數個光學感測器或經掃描光學感測器(諸如二極體)可記錄隨著沿儲集器的通路高度的透射光變化可藉由光纜(諸如高溫光纜，諸如石英電纜)將光傳導至每一遠端光感測器。光纜或其他光導管可增大在背景黑體光上方的固有光信號。可藉由使用光偵測器使來自電漿光之固有信號增加超過黑體輻射，該光偵測器相對於來自外部儲集器壁之黑體輻射的光譜對於較短波長有選擇性。偵測器可包含選擇性短波長偵測器或在該偵測器上的濾波器。偵測器或濾波器可准許對藍色或UV輻射之選擇性偵測。偵測器可偵測藉由儲集器壁透射之短波長光，諸如在氮化硼壁的情況下為長於約320nm的光。可利用具有穿透件之遮光蓋沿著光通路之視線阻擋諸如黑體輻射之背景光。位準感測器可包含至少一個靜止或經掃描反射鏡，以自至少一個壁位置將透射光反射至遠端光感測器。在例示性實施例中，為適應加熱器天線5f極為接近儲集器5c，將透射光朝下反射至發生器之基底以便入射至光偵測器。反射鏡可安裝於天線5f上。處理器可接收並處理光感測器資料來判定熔融金屬位準。
在實施例中，位準感測器包含場源(諸如電流線圈、天線或在電池內部(諸如在儲集器內部)的燈)，其將場(諸如磁場及電磁輻射中之至少一者)發射至外部場偵測器。經偵測信號之強度或空間變化為熔融金屬位準之函數，且處理器使用對應資料來識別熔融金屬位準。
在實施例中，透光熔融金屬位準感測器包含光源，其照明儲集器壁 以產生輸入至處理器的影像或垂直光強度變化來識別位準。光源可包含燈、雷射及電漿中之至少一者。燈可在儲集器內部。燈可包含白熾燈，諸如W燈或W鹵素燈。燈可包含裸W長絲，其連接至封裝於電絕緣體中之引線，該電絕緣體可包含耐火陶瓷，諸如SiC或BN。燈可包含可支援電漿(諸如電弧電漿)的兩個分離電極。燈可包含碳弧。絕緣件可充當支架，或燈可包含充當支架的導管。該導管可包含耐火材料，諸如本發明之耐火材料。至外部電力供應器之引線可為燈供電。電力供應器可為與EM泵電力供應器、點火電力供應器及電感耦合加熱器電力供應器中之至少一者共用的電力供應器。電力供應器可在外部電池殼體之第二腔室中。引線可在EM泵組合件5kk之基底中的饋通件處穿透儲集器。燈可容納於套管中，該套管可在EM泵組合件5kk之基底處穿透。套管壁可至少部分地對內部燈透明。套管可包含耐火材料，諸如至少部分地對光透明的氧化鋁、藍寶石、氮化硼及碳化矽中之至少一者。在實施例中，燈可照明槽內部。燈可在槽下方。套管可包含至少一個反射鏡或光擴散器，其用以使光自槽(在水平面中)徑向傳輸。
光感測器可消除來自儲集器壁之背景黑體發射的干擾。光感測器可選擇性地回應於電漿或燈光。光感測器可包含濾光片以傳送電漿或燈光之選擇性波長區域特性。光感測器可回應於電漿或燈光之複數個波長特性。光感測器可包含光學高溫計或光學溫度感測器。
在實施例中，電池經加熱至所要溫度分佈，其支援電漿形成及熔融金屬再循環並大約處於EM泵噴射熔融金屬開始時。加熱器線圈5f可在黑體輻射器5b4之至少一部分上方延伸，以將其加熱至所要溫度分佈。加熱器可藉由致動器替換。可施加點火電壓，使得點火及電漿形成在來自雙 EM泵之熔融金屬流相交時發生。電漿光可直接或經由通路透射穿過儲集器壁，以准許偵測到熔融金屬位準。
感測器可包含沿儲集器之垂直軸線間隔開之一連串電觸點及用以量測電觸點之間的導電性及電容中之至少一者的導電計及電容計中之至少一者，其中導電性及電容中之至少一者跨越在儲集器內部之熔融金屬位準而可量測地變化。電觸點可各自包含圍繞內部或外部圓周或儲集器之圓周之一部分的導電環。導電計可包含歐姆錶。在實施例中，導電性或電容探測器中之至少一者可包含複數個引線，其在熔融金屬位準之所要高度範圍內的複數個空間分離位置處進入EM泵管，沿EM泵管行進，並退出EM泵管。引線出口可在感測器或探測器中終止。或者，導線可在套管中行進，該套管可焊接至EM泵組合件5kk之底部中。探測器可包含導體或電容器。可使用單獨探測器之間的導電性或單獨探測器處的相對導電性來偵測熔融金屬位準，其中導電性在探測器與熔融金屬接觸時增加。引線可包含電絕緣導線，其在諸如接頭套管之密封饋通件處穿透在儲集器之外的EM泵管。引線可經由可密封或可不密封之電絕緣穿透件離開儲集器內部之EM泵管。導線可經塗佈有耐火電絕緣體，諸如氮化硼或本發明之另一耐火塗層。導線可塗佈有經陽極化之Al。導線可包含耐火導體，諸如Mo、W或本發明之另一種耐火導體。在實施例中，導線可由耐火光纜替代，其中可以光纖方式感測位準。
在包含儲集器之實施例中，該等儲集器包含電絕緣體(諸如SiC、BN、AUO3或ZrO2)，複數個縱向隔開之導線可穿過儲集器之壁且橫跨熔融金屬位準的範圍。導線可為裸露的。導線可藉由壓縮密封來密封。在儲集器製造期間，導線可經燒結或鑄造在適當位置。或者，導線可經由緊密 配合穿透件插入。穿透件(諸如孔)可藉由機械加工。放電研磨、噴水鑽孔、雷射鑽孔或此項技術中已知之其他方法產生。緊密配合導線之熱膨脹係數可能比儲集器材料之熱膨脹係數高，使得在加熱儲集器時形成壓縮密封。導線可感測隨著熔融金屬位準變化的導電性變化及電容變化中之至少一者。
藉由隨著熔融金屬位準變化的導電性、電感、電容及阻抗的變化中之至少一者感測熔融銀位準的位準感測器可包含參考電觸點(諸如在EM泵組合件5kk之基底上的參考電觸點)及容納在套管中之至少一個探測器導線，該套管緊固至儲集器之底部(諸如EM泵組合件5kk之底部處)。電容感測器可包含兩個板，其可取決於位準而用熔融金屬填充並對該位準作出回應。電感感測器可包含線圈，其中由線圈連接之通量取決於熔融金屬位準。套管可藉由扣件(諸如接頭套管)緊固或可焊接至EM泵組合件之底部。導線可以電氣方式及實體方式附接至每一導線末端處之套管的內壁。至少一個導線之對應電觸點可垂直隔開。例示性套管包含耐火金屬管(諸如Mo管)，其在EM泵組合件5kk之底部處可用開槽不鏽鋼接頭套管緊固，其中藉由氧化鋁護套絕緣之導電性探測器導線進入底部的開口端，在管內行進，且藉由焊件附接至Mo椎體，該Mo椎體焊接在管末端處。能夠在高溫下再結晶的金屬探測器可經預加熱以在將其用作探測器時使金屬再結晶。量測探測器導線與附接至EM泵組合件5kk之基底的參考觸點之間的導電性。在另一實施例中，EM泵管5k6之出口部分充當槽。隨著銀位準上升，探測器與參考之間的導電性歸因於穿過熔融金屬之探測器電流的平行路徑而降低。可校準隨金屬位準變化之導電性。可根據套管溫度進行校準。套管可進一步含有熱電偶以量測探測器處之套管溫度，以准許選擇對 應校準。或者，導電性感測器可包含在單獨儲集器中之兩個匹配探測器(諸如兩個匹配再結晶的W導管)，其中控制相對EM泵抽速率以匹配兩個探測器之導電性從而控制及匹配兩個儲集器中之熔融金屬的位準。感測器可進一步包含用於探測器之間隨平均導電性及操作溫度中之至少一者變化的任何偏移導電性的校準曲線。導電性探測器可包含電絕緣護套或塗層以防止利用點火功率進行電弧擊穿，同時保持足夠電連接以感測導電性。導電性探測器可包含可經摻雜之半導體。可用高頻率探測器電流或電壓及相對應的電壓或電流信號來量測導電性，以判定導電性可進一步經濾波以移除雜訊(諸如由點火電流引起之雜訊)的效應。
藉由複數個導體之間或複數個導體處之隨熔融金屬位準變化的差分導電性或電容中之至少一者來感測熔融銀位準的位準感測器可包含複數個導體，諸如穿過儲集器壁之導線。儲集器壁可包含電絕緣體，諸如氮化硼或碳化矽。歸因於導線相對於壁材料之差分膨脹，導線可藉由壓縮密封。舉例而言，Mo、Ta及Nb各自具有有利的高於SiC之熱膨脹係數。可在室溫下藉由執行以下至少一個初始步驟達成對電池之密封：在經由儲集器壁中之孔插入在不存在壁加熱或導線冷卻的情況下緊密配合的導線之前，藉由手段(諸如藉由施加致冷劑(諸如液氮))來加熱壁及冷卻導線。在另一實施例中，導線可藉由模製、膠合或密封來密封。或者，可在製造期間藉由將導線合併至壁材料中來達成密封。可在儲集器製造期間使用黏膠或密封劑來將導線密封在適當位置。
感測器可包含位準依賴性聲學諧振頻率感測器。儲集器可包含空腔。大體而言，取決於水填充位準，空腔(諸如樂器，諸如經部分填充之水瓶)各自具有諧振頻率，諸如基音。在實施例中，儲集器空腔具有取決 於熔融金屬填充位準的諧振聲學頻率。頻率可隨著熔融金屬位準變化以及儲集器空氣之氣體填充部分相對金屬填充部分的體積變化而移位。可利用取決於填充位準的頻率而支援儲集器中之至少一個諧振聲波。可在給定操作條件(諸如儲集器及電池溫度)下使用填充位準及對應頻率校準感測器。
諧振聲學感測器可包含用以激發聲波(諸如駐聲波)之構件及用以偵測位準依賴聲波之頻率的聲學頻率分析器。用以激發儲集器空腔中之聲音的構件可包含機械、氣動、液壓、壓電、電磁、伺服馬達驅動源構件以可逆地使儲集器之壁變形。用以激發及接收儲集器空腔中之聲音中的至少一者的構件可包含驅動振動膜。該振動膜可使聲音傳播至儲集器中。振動膜可包含電池之組件，諸如EM泵、上部半球及下部半球中之至少一者。聲學激發源與用於聲學激發之組件之間的接觸可經由探測器，諸如對與組件之接觸點的溫度穩定的耐火材料探測器。用以激發儲集器空腔中之聲音的構件可包含發波器，諸如聲納發波器。頻率分析器可為麥克風，其可接收儲集器之諧振頻率回應作為穿過組件周圍的氣體的聲音。用以接收及分析聲音之構件可包含麥克風、換能器、壓力換能器、可藉由聲音變形且可具有殘餘電荷之電容器板，且可包含此項技術中已知之其他聲音分析器。在實施例中，用以引起儲集器之聲學激發之構件及用以接收諧振聲學頻率之構件中之至少一者可包含麥克風。麥克風可包含用以判定填充位準之頻率分析器。激發源及接收器中之至少一者可位於外部壓力容器5b3a外部。
在實施例中，聲學感測器包含聲音頻率之壓電換能器。感測器可經由聲音引導件(諸如中空導管或實心導管)接收聲音。聲音可用儲集器發波器激發。壓電換能器可包含汽車爆震感測器。爆震感測器可匹配具有處於所要位準之銀的儲集器之聲學諧振特性。可使用加速計判定諧振特徵。聲 音導管導體可直接附接至儲集器及換能器。聲音導體可包含耐火材料，諸如鎢或碳。換能器可位於熱區之外，諸如在外部壓力容器5b3a之外。在例示性實施例中，爆震感測器經螺合至連接至聲音導體之外部容器5b3a的底板5b3b中的孔，該聲音導體在另一端與儲集器接觸。導管可沿著垂直軸線行進以避免線圈5f之運動。陷波濾波器可選擇性地傳遞適合於感測儲集器中的銀位準之頻率。控制器可調節EM泵電流以將銀位準變為所要位準，如自係位準之函數之頻率所判定。
聲學感測器可包含在儲集器內部之至少一個探測器或空腔。空腔可包含槽。套管可焊接至EM泵組合件5kk之基底。套管可為中空或實心的。探測器可包含閉端管或桿，其藉由扣件(諸如接頭套管)連接至EM泵組合件5kk之基底。可藉由發波器引起探測器或空腔振動。發波器可藉由連接桿(諸如耐火材料連接桿，諸如包含Mo、W或Ta或不鏽鋼的傳輸發波器之發波動作的連接桿)而定位於高溫區域外部。定向可為在振動激發下最有效的定向。振動感測器(諸如麥克風)可感測振動頻率，其中頻率為特徵且用於判定探測器或空氣周圍的熔融金屬位準。探測器或空腔可經選擇以促進對熔融金屬位準之聲學頻率感測。可校準熔融位準之頻率依賴性。可針對可量測之操作溫度來調節校準。能夠在高溫下再結晶之金屬探測器可經預加熱以在用作探測器之前使金屬再結晶。或者，聲學感測器可包含在單獨儲集器中之兩個匹配探測器(諸如兩個匹配再結晶的W導管)，其中控制相對EM泵抽速率以匹配兩個探測器之頻率從而控制及匹配兩個儲集器中之熔融金屬的位準。感測器可進一步包含用於探測器之間隨平均頻率及操作溫度中之至少一者變化的任何偏移頻率的校準曲線。
探測器或空腔可包含耐火材料，諸如以下中之至少一者：Mo、鈦-鋯 -鉬(TZM)、鉬-鉿-碳(MHC)、鉬-氧化鑭(ML)、鉬-ILQ(MoILQ)、鉬-鎢(MoW)、鉬-錸(MoRe)、鉬-銅(MoCu)、鉬-氧化鋯(MoZrO2)、W、碳、Ta、氧化鋁、氧化鋯、MgO、SiC、BN及本發明之其他耐火金屬、合金及陶瓷以及此項技術中已知之耐火金屬、合金及及陶瓷。金屬探測器可包含電絕緣蓋或護套或電絕緣塗層(諸如富鋁紅柱石、SiC或本發明之另一者)以防止利用點火功率進行電弧擊穿。陶瓷探測器可包含中空空腔，諸如末端密封之中空管。陶瓷探測器可藉由螺紋接頭(諸如EM泵管組合件之基底上之匹配螺紋焊接套環)緊固至EM泵組合件之底部。其他例示性扣件包含鎖緊套環、夾鉗、固定螺釘套環或固持器及接頭套管固持器裝置。例示性陶瓷探測器包含向外開口之氮化硼(BN)管，其一端未開孔且另一端密封，該另一端旋擰進入焊接至EM泵管組合件之基底的螺紋不鏽鋼套環。探測器可進一步包含銷釘，其穿透EM泵組合件之基底及陶瓷探測器的密封端以穿透中空部分。銷釘可為螺紋式的。銷釘可旋擰至EM泵組合件之基底與陶瓷管之密封端中之至少一者中。管可包含氮化硼。銷釘可用於以下中之至少一者：沿探測器傳輸及接收聲能。探測器可包含壓電或微機電系統(MEMS)，其中可藉由施加及感測壓電電壓或MEMS信號來達成對聲學頻率、振動及加速度中之至少一者的激勵及感測。感測器可包含加速度計，其量測熔融金屬阻尼加速度或探測器振動頻率。可使用相同裝置來達成激勵及感測。發波及感測構件可組合於同一裝置中。可控制熔融金屬位準以匹配單獨儲集器中之單獨探測器的聲學回應，其中任何偏移可藉由校準判定且用於匹配控制演算法中。
在實施例中，聲學感測器可包含發波器，其在EM泵管5k6之出口部分中激勵諸如振動之運動。激勵在所要頻率(諸如EM泵管之機械諧振頻 率)下可為連續的或間斷的。EM泵管之末端可包含經附接振動阻尼器。消震器可包含橫切於EM泵管之縱向軸線的葉片。振動阻尼器可包含耐火材料。材料可為電絕緣體，諸如氮化硼或SiC。阻尼器可藉由扣件緊固至噴嘴5q。緊固可使用螺紋部件達成。螺紋阻尼器及噴嘴或EM泵管之末端可旋擰在一起。阻尼器可靠近熔融金屬之表面。阻尼器可浸沒或部分地高於金屬表面。阻尼器在熔融金屬中之深度可判定減振量。減振可藉由EM泵管再發射之聲能中之頻率、加速度或振幅變化中之至少一者量測。可在EM泵管上(諸如在儲集器之外的位置)感測所發射聲能。或者，可自儲集器壁感測所發射聲能。可附接至儲集器壁之具有高溫能力之導管可傳輸聲音。附接可包含螺紋旋進式連接或圍繞儲集器的夾持式套環。在實施例中，聲學感測器包含外部聲音抑制或抵消構件，其用以改良聲學信雜比。抑制構件可包含吸聲材料，諸如此項技術中已知之吸聲材料。消聲構件可包含主動消聲系統，諸如此項技術中已知之消聲系統。
或者，諸如EM泵管或探測器等之儲集器內部之振動物體可將其振動傳輸至將以同樣方式振動之儲集器壁。儲集器壁振動可由偵測最初入射至振動壁之反射光之頻率或位置變化的裝置以電磁方式量測。入射電磁輻射可在具有高反射性之波長範圍中，諸如微波可見區域中。分析器可包含量測頻率變化之外差式計或干涉計或量測位置變化之位置感測器。分析器可包含將反射光束轉換成電氣信號之構件，諸如光伏打電池、光電二極體或光電晶體管。感測器可包含將頻率或位置變化處理成為熔融位準之函數的聲學信號之信號處理器。聲學感測器可包含可見光、紅外線或微波雷射干涉計麥克風。雷射可包含二極體雷射。依賴於由儲集器壁移動所引起之傳回或反射之雷射束之頻率變化(其中頻率變化由干涉量測術偵測)的例示性 雷射麥克風由普林斯頓大學給出(http：//www.princeton.edu/~romalis/PHYS210/Microphone/)。依賴於由儲集器壁移動引起之傳回或反射雷射束之位置變化之例示性雷射麥克風由Lucidscience(http：//www.lucidscience.com/pro-laser%20spy%20device-1.aspx；hackaday http：//hackaday.com/2010/09/25/laser-mic-makes-eavesdropping-remarkably-simple/)給出。在另一實施例中，雷射脈衝之隨時間變化的飛行時間用於量測壁位移及聲學信號之頻率及振幅。聲學感測器可包含光偵測及測距(LIDAR)系統。可附接至儲集器壁之麥克風可量測壁振動。麥克風可包含壓電裝置。
聲學分析器可為本文所揭示內容中之一者，諸如麥克風及頻率分析器。可控制熔融位準匹配獨立儲集器之獨立感測器之聲學回應，其中任何偏移可由校準判定且用於匹配控制演算法。或者，感測器可包含探測器，該探測器在其末端進一步包含振動衰減器。由於任何熔融位準變化，衰減器可增大信號。
感測器可包含兩個平行板，該等平行板在EM泵組合件5kk之基座中引入電子感測連接通孔穿透。熔融金屬可將該等板填充至熔融位準。可由發波器引起金屬板振動。由於為該等板之間熔融位準之函數的振動頻率之改變，電感及電容中之至少一者改變。在另一實施例中，對接對之磁線圈及電容器板中之至少一者嵌入於電絕緣體套管中，諸如包含氮化硼之電絕緣套管。發波器可振動槽，且線圈或板之間的電感及電容中之至少一者可經由電連接件讀取，其中彼等參數為該對對接部件之間的位準之函數。可藉由將電流及電壓中之至少一者施加至線圈及板上而實現讀取。
位準感測器可包含光偵測及測距(LIDAR)系統，其中自感測器之發 射器發射、自液面反射且由感測器之偵測器偵測到之雷射脈衝的飛行時間藉由感測器來量測以獲取熔融位準之位置。在另一實施例中，位準感測器可包含導引式雷達系統。不同頻率之電磁輻射(諸如雷達)可代替LIDAR系統之光。
在另一實施例中，位準感測器可包含超音波裝置，諸如包含藉由轉換發送至儲集器內部且自儲集器內部反射回之聲能脈衝之飛行時間感測熔融位準的超音波發射器及接收器的厚度規。聲音可垂直行進以感測熔融金屬之深度。發射器及接收器可位於EM泵組合件5kk之基座處以沿垂直或儲集器縱向軸線(亦被稱作z軸)發送及接收聲音。在另一實施例中，發射器及接收器可位於儲集器之側面處。聲音可沿橫向軸線或平面發送及接收。在位準攔截聲音時，反射可自儲集器相反壁或熔融金屬表面。發射器及接收器可包含沿z軸空間分離之成像該位準之複數個裝置。發射器及接收器可包含相同裝置，諸如壓電換能器。換能器可與EM泵組合件5kk之基座或儲集器壁直接接觸。或者，可使用可能夠在高溫下操作之聲音導管傳輸聲音。例示性厚度感測器為Elcometer MTG系列規(http：//www.elcometerusa.com/ultrasonic-ndt/Material-Thickness-Gauges/)。飛行時間資料可由經校準之處理器處理以自該資料判定金屬水平並控制相對EM泵速率從而控制儲集器位準。
在另一實施例中，位準感測器可包含此項技術中已知之至少一個短線感測器，諸如微波短線感測器。可在熔融位準區域內掃描短線感測器以偵測熔融位準。可藉由致動器實現掃描，諸如本發明或此項技術中已知的機械、機電、壓電、液壓、氣動或其它類型的致動器。或者，位準感測器可包含可藉由比較複數個短線感測器之間的信號而感測位準之複數個短線 感測器。
在實施例中，位準感測器可包含渦流位準量測感測器(ECLMS)。ECLMS可包含至少三個線圈，諸如一個初級及兩個二級感測線圈。ECLMS可進一步包含高頻電流源，諸如RF源。可將RF電流施加至初級線圈以產生高頻磁場，該高頻磁場因此在熔融金屬表面產生渦流。渦流可感應可定位於初級線圈之任一側面上的兩個感測線圈中之電壓。感測線圈之電壓差隨感測器到金屬表面之不同距離而變化。可將ECLMS校準到熔融位準使其可在電池操作期間讀取位準。
感測器可包含回應於儲集器銀位準之阻抗計。阻抗計可包含回應於位準之函數之電感的線圈。線圈可包含電感耦合加熱器線圈。線圈可包含高溫或耐火金屬導線，諸如塗佈有高溫絕緣體之W或Mo。線圈之導線間距可為非絕緣導線不會電短路之間距。熔融銀可包含添加物，諸如鐵磁性或順磁性金屬或化合物，諸如此項技術中已知的金屬或化合物，從而提高電感回應。電感可藉由針對交流電波形驅動線圈所量測之電流與電壓之間的相移來量測。頻率可為諸如約5kHz至1MHz範圍內之射頻。
在實施例中，位準感測器可包含成像感測器，該成像感測器包含複數個發射器及接收器，該複數個發射器自複數個位置發射電磁信號，且該複數個接收器在複數個位置處接收信號以成像位準。可針對位準校準成像信號。發射器及接收器可包含天線，諸如RF天線。頻率範圍可在kHz到GHz範圍中。例示性範圍為5至10GHz RF。成像感測器可包含RF陣列以自所反射信號構建資料。感測器可包含自原始資料提供密度類型反饋以識別位準之處理器。例示性成像感測器為包含使用穿過儲集器壁之射頻技術看起來像物體之可程式化3D感測器之Walabot。Walabot使用天線陣列照 射其前方區域，並且感測傳回信號。由VYYR2401 A3系統單晶片積體電路產生並記錄信號。使用USB介面將資料傳達至主機裝置，該USB介面使用Cypress控制器實施。感測器可包含自電感耦合加熱器移除RF干擾之RF濾波器。
感測器可包含量測溫度量測裝置之間的溫度的一系列溫度量測裝置，諸如沿儲集器之垂直軸線隔開的熱敏電阻或熱電偶，其中該溫度跨越儲集器內部之熔融位準可量測地變化。在實施例中，感測器包含在儲集器內以不同高度空間分離之複數個熱電偶。所感測溫度為熔融銀位準之函數。熱電偶可包覆於可焊接至EM泵組合件5kk之底部的熱套管中。熱管可包含耐火材料，諸如本發明之Mo、Ta或另一元素。熱管可藉由諸如Swagelok之緊固件緊固。諸如本發明之彼等熱電偶可能夠承受高溫。多個熱電偶可在一個熱管中垂直地隔開。EM泵管5k6之出口可充當熱管。儲集器外部之EM泵管之穿透可包含此項技術中已知的穿透，諸如進入之Swagelok或電子饋入。熱電偶可由另一溫度感測器代替，諸如光學溫度感測器。
感測器可包含紅外線攝影機。紅外線溫度標記可跨越銀位準而變化。位準感測器可包含至少一個套管及電磁輻射源及對應偵測器。套管可包含進入儲集器5c內部之封閉式導管，該封閉式導管可附接於儲集器之基座處。附接可在EM泵組合件5kk之基座處。套管可包含電磁輻射透明材料，諸如電絕緣體，諸如氧化鋁、MgO、ZrO2、氮化硼及碳化矽。感測器可使用可穿過套管之壁且反射出熔融位準之電磁輻射照射套管內部。成像熔融位準之感測器可偵測所反射電磁輻射。電磁輻射可包含可跨越位準區域掃描之波束。感測器可包含處理所反射影像以判定熔融位準之處理器。 所反射電磁輻射可照射電磁輻射偵測器上之區域。區域可隨位準、入射電磁輻射及偵測器之相對位置而改變。經照射偵測器區域之大小可回應於位準及與熔融位準之交點處之逐漸變小的套管之對應橫截面而改變。舉例來說，由於位準較高，反射可包含可具有較小直徑之環。可選擇感測器之電磁輻射來減小背景電磁輻射。感測器之電磁輻射可包含經加熱套管或電解槽之黑體輻射不具有相當大背景強度之波長。電磁輻射可包含紅外線、可見光及UV輻射中之至少一者。例示性波長範圍為約250nm至320nm，其中銀具有透射窗以使得由於銀之行而不是薄銀膜，反射為選擇性的。
在實施例中，感測器包含壓力感測器，其中壓力隨位準增大而增大。由於儲集器5c中之熔融金屬行之額外重量，壓力增大可歸因於排出壓力增大。
在實施例中，感測器包含偵測至少一個儲集器之重量之變化或儲集器之間的重心之變化的重量感測器，其中重量隨儲集器熔融位準增大而增大。儲集器之間的差分重量分佈使所量測之重心偏移。重量感測器可位於具有回應於對應儲集器中之質量之增大的位移或壓力變化之位置處。該位置可在對應儲集器之支架上。重量感測器可在儲集器內部，其中感測器可回應於隨熔融位準之重量及壓力變化中之至少一者。感測器可在可穿透電解槽之至少一個導線上傳輸其信號。可控制熔融位準以匹配獨立儲集器中之獨立探測器之重量或壓力，其中任何偏移可由校準判定且用於匹配控制演算法。導線可自儲集器內部之感測器延行至EM泵管5k6入口，且穿透儲集器5c外部之區段上之EM泵管5k6。穿透可使用諸如Swagelok之饋入通孔或固定件密封。重量感測器可包含需要具有最小位移之壓力的感測器。感測器可包含由熟習此項技術者已知的壓電式感測器或其他此類感測 器。
在實施例中，重量或壓力感測器可容納於自高溫電解槽移除同時保持壓力或重量連續性之外殼中。壓力或重量連接性可藉由來自電池組件(諸如儲集器或EM泵管(諸如儲集器外之部分管))之熔融金屬連接件實現。熔融金屬連接件可包含具有比儲集器中之熔融金屬之密度更高的密度的熔融金屬行。舉例而言，包含於連接到儲集器外之EM泵管之管中的金行可連接至含有重量或壓力感測器之外殼。在實施例中，連續性連接件可包含具有比儲集器中之金屬之密度更高的密度及比儲集器中之金屬之金屬熔點更低之金屬熔點的金屬以便有助於在低溫下操作之重量或壓力感測器之使用。
回應於熔融金屬重量之位準感測器可包含天平，其中天平之傾斜隨銀位準而變化。該天平可包含兩個剛性連接之臂。臂可在支點附接至支架。該天平可在各臂之末端包含觸點。各觸點可鄰接儲集器底部上之振動膜或波紋管。振動膜可為凹陷的，諸如朝外凹陷以提供更多移動。振動膜可為半球形的。振動膜可隨對應儲集器中之熔融金屬之重量的變化而向下移位。臂或觸點之部分中之至少一者可電絕緣以防止電流在儲集器之間流動。天平可包含天平橫桿，在橫桿之各端具有附接活塞。活塞可包含電絕緣體。各活塞可在儲集器之基座中鄰接其振動膜。傾斜感測器(諸如位移、應力或扭轉感測器中之至少一者)可感測橫桿或臂之傾斜。傾斜感測器可包含自放大由傾斜感測器感測之傾斜的橫桿的延伸部。例示性傾斜感測器可包含自臂或天平橫桿之至少一部分到應變計之連接件。例示性天平包含金屬橫桿，諸如末端具有氧化鋁或氮化硼活塞之不鏽鋼橫桿。各活塞可在EM泵組合件之基座中與其焊入薄不鏽鋼振動膜接觸，其中傾斜可藉 由應變計通過到橫桿之一端的連接件來量測。該連接件可准許應變計自SunCell®之高溫區域移除。在實施例中，連接件及活塞中之至少一者可包含亦可抵抗電感耦合加熱器之加熱的耐火材料。可調整天平以所要熔融金屬儲集器位準實現橫桿末端或臂之間的平衡。可藉由將重量添加到一個橫桿端或一個臂來實現平衡。
或者，支點之位置可調整。在實施例中，平衡型感測器進一步包含接收傾斜資料且調整EM泵電流以等化儲集器之熔融位準之處理器。包含平衡型之位準感測器可進一步包含用於諸如在原動力源SunCells®之情況下平移運動引發之力的感測器。平衡型位準感測器可進一步包含加速度計、MEMS裝置及陀螺儀中之至少一者以將資料提供至修改對傾斜資料之回應的處理器從而校正在相對EM泵速率之控制下外部平移引發之力。平衡型位準感測器可進一步包含振動抑制或抵消構件，諸如抑制安裝件或襯套、減震器及主動振動抵消系統中之至少一者，諸如此項技術中已知之彼等構件，從而減小外部振動之效應。
在實施例中，重量型位準感測器包含伸長計，諸如破裂開口位移(COD)規。例示性COD規為各自被應力規束之ε模型3548COD、3448COD、3549COD及3648COD伸長計中之一者。伸長計可包含接觸EM泵管組合件5kk中之振動膜之桿，諸如氧化鋁或碳化矽桿。伸長計可包含非接觸類型，諸如包含量測距離之雷射的非接觸類型。例示性感測器為ε模型LE-05及LE-15雷射伸長計，其中各自包含判定反射點之間的間距之高速雷射掃描器，諸如兩個振動膜中之各者上的反射點。振動膜可包含用於反射雷射束之反射表面。包含具有高熔點之非氧化反射箔片之例示性反射表面為Pt箔片(MP=1768℃)。可過濾伸長計信號以移除諸如來自振 動之噪音。
在實施例中，振動膜包含EM泵組合件5kk之底部區域之大體部分以將對行高度變化及對應重量變化之靈敏度增至最大。在實施例中，相較於位移規或伸長計之加壓抗性或彈簧常量，振動膜具有對變形相對低之抗性。在此情形下，位準偵測變得對可改變其對變形之抗性的振動膜溫度更不敏感。在實施例中，振動膜包含改變其回應於變形之抗性之材料。振動膜可包含感測熔融位準隨校準電阻變化而變之變形的惠斯登電橋(Wheatstone bridge)之支腳。
在實施例中，位準感測器包含當位準為所要高度時至少部分浸沒於熔融金屬中之驅動機械探測器，熔融金屬抵抗驅動探測器之運動，且量測抗性為對自抗性判定位準之處理器的輸入。探測器可為旋轉及平移中之至少一者。探測器可包含耐火材料，諸如W、SiC、碳或BN。探測器可穿透EM泵組合件5kk處之儲集器5c。機械運動可由可能夠承受諸如962℃到1200℃高溫之軸承支援。感測器可包含准許縱向平移之波紋管。隨位準而變之抗性可使用應變計量測。
在實施例中，位準感測器包含量測電磁泵之取決於電磁泵處之熔融金屬排出壓力之至少一個電子參數的時差式電子參數感測器(諸如時差式電抗、阻抗、抗性、電感、電容、電壓、電流及功率感測器)中之至少一者。可改變至少一個電子參數，且可量測EM泵及電子參數回應，其中回應為排出壓力之函數。處理器可使用回應資料及查找校準資料集判定熔融位準。
在實施例中，發電機包含感測各儲集器中之熔融銀位準及調整EM泵電流以保持儲集器中之大約匹配位準之電路控制系統。控制系統可大約連 續保持各EM泵上之最小注射壓力以使得對接熔融銀流相交以點火。在實施例中，注射系統包含相同平面中之兩個金屬流，其中流衝擊具有非匹配EM泵速度以使得可不定地控制速度從而保持匹配儲集器銀位準。在實施例中，發電機可包含一個儲集器上之位準感測器而不是包含兩個位準感測器，每個儲集器各一個。諸如銀之熔融金屬之總量在封閉式反應電解槽腔室5b31情況下為恆定的。因此，藉由量測一個儲集器中之位準，可判定另一儲集器中之位準。發電機可包含用於一個儲集器之EM泵之電路控制系統而不是包含兩個電路控制系統，每個儲集器之EM泵各一個。不具有位準感測器之儲集器之EM泵之電流可為固定的。或者，用於不具有位準感測器之儲集器之EM泵可包含回應於具有位準感測器之儲集器中所感測位準之電路控制系統。
可由於對應儲集器中熔融位準升高時增大之排出壓力發生通過EM泵之熔融金屬流動速率之自發增大。排出壓力可有助於泵壓並產生對流動速率之對應貢獻。在實施例中，儲集器高度足以提高包含最低與最高所要熔融位準之極值之間的充足排出壓力差從而提供用於至少一個EM泵之控制信號從而保持大約相等熔融位準。EM泵感測器可包含流動感測器，諸如勞侖茲力(Lorentz force)感測器或此項技術中已知之其他EM泵流動感測器。流動速率可由於排出壓力之變化，由於位準之變化而變化。至少一個流動速率參數，諸如個別EM泵流動速率、組合流動速率、個別差分流動速率、組合差分流動速率、相對流動速率、個別流動速率之變化率、組合流動速率之變化率、相對流動速率之變化率、其他流動速率量測值可用於感測至少一個儲集器中之熔融位準。所感測流動速率參數可與至少一個EM泵電流相比較以判定至少一個EM泵電流之控制調整從而保持大約相等 之儲集器熔融位準。
在實施例中，下半球5b41可包含鏡面成像高度分級信道以直接自一個儲集器5c上溢至另一儲集器並且進一步有助於諸如銀之熔融金屬返回到儲集器。在另一實施例中，位準藉由導管均等化，該導管將兩個儲集器在導管之各端處與滴液邊緣連接從而防止兩個儲集器之間的短路。過度充滿之儲集器中之銀通過導管流回另一儲集器從而將位準更大程度均等化。
在實施例中，儲集器5c之間的熔融位準藉由主動與被動機制中之至少一者基本上保持相同。主動機制可包含回應於藉由感測器量測之熔融位準來調整EM泵速率。被動機制可包含由於熔融位準在對應儲集器中升高時增大之排出壓力通過EM泵之熔融金屬速率的自發增大。排出壓力可有助於固定或變化之EM泵壓從而保持大約相等之儲集器位準。在實施例中，儲集器高度足以使包含最低與最高所要熔融位準之極值之間的充足排出壓力差增大從而使得儲集器位準在操作過程中保持大約相同。可由於差分流動速率，由於對應於儲集器之間的熔融位準之差的差分排出壓力而實現該保持。
在實施例中，EM泵包含入口立管5qa(圖61)，在該入口立管上包含複數個熔融金屬入口開口或孔隙。入口立管5qa可包含中空導管，諸如管。導管可連接到EM泵磁體5k4之入口側上之EM泵管5k6。連接件可位於EM泵組合件5kk之基座處。連接件可包含本發明中之一者，諸如匹配螺紋或Swagelok。入口立管可包含耐火材料，諸如耐火金屬、碳或陶瓷，諸如W、Mo、SiC、氮化硼及本發明之其他耐火材料中之一者。入口立管可具有比噴嘴5q之高度更小之高度從而減小或消除點火電流之勢能從而電短接到進水升管。在實施例中，到入口立管之最低入口可具有比EM 泵注射器之噴嘴5q之頂部更大之高度使得噴嘴保持浸沒。浸沒噴嘴可為可浸沒以保護其形成低能量氫反應電漿之正電極。入口立管可為非導管的。入口立管可塗佈有諸如本發明之塗層的塗層。塗層可為非導體。可包含諸如Mo之耐火金屬的入口立管可覆蓋有外皮或包層。外皮或包層可包含非導體。諸如BN外皮的外皮可藉由熱壓縮固持到入口立管。在實施例中，EM泵管組合件5kk之基座與進水升管5qa及EM泵管注射器5k61中之至少一者的活接中之至少一者可包含配對之螺紋結合。管可分別在EM泵管組合件5kk之基座處螺旋至EM泵之入口及出口。具有浸沒噴嘴之儲集器之例示性入口立管包含在EM泵出口處旋入EM泵組合件基座中之BN管；入口包含管之側面上之V形槽且開放式頂部以比噴嘴之尖端之高度更大的高度具有V底部使得噴嘴保持浸沒，其中噴嘴可包含正電極。在另一實施例中，進水升管之底部可包含可在EM泵組合件之基座處螺旋入或焊接至EM泵管出口之第一材料(諸如例如不鏽鋼之金屬或諸如Mo之耐火金屬)，且進一步包含上部分，該上部分包含諸如非導體或塗佈或包覆有非導體之導體的第二材料。例示性上部進水升管區段包含可為螺旋入及壓縮擬合至下管部分中之至少一者的BN。
入口開口可從入口立管之上到下逐漸變小以藉由控制到EM泵之入口流速而自動控制泵速率及銀位準。在實施例中，入口立管5qa包含垂直隔開之開口使得隨著儲集器熔融位準增大，EM泵抽速率增大，其由於以下中之至少一個效應：(i)熔融金屬更快流動到入口立管中，因為總開口橫截面隨著熔融位準高度增大；(ii)入口立管中之熔融金屬高度隨著熔融位準增大而增大，熔融位準隨著EM泵排出壓力之對應增大而增大；及(iii)流動限制之減小，由於較大總開口橫截面或區域根據歐拉(Bernoulli's)等式 減小任何對應壓降且可在無流動限制情況下入口流速限制將入口立管填充到其最大高度情況下進一步增加排出壓力。相比之下雙注射器電極系統之反入口立管及注射器可由於滴液相對熔融位準而經歷相反效應及對應的減小之EM泵抽速率。在對可在開口範圍內從上到下進行限定入口流動之複數個垂直隔開開口之替代實施例中，入口立管可在入口立管之頂端包含至少一個垂直槽，該等垂直槽可跨越諸如熔融位準之所要高度範圍之高度範圍。槽可將槽之寬度從上至下逐漸減小以使得對應流動限制具有熔融金屬高度。入口立管之頂部可為開放式或封閉式。在另一實施例中，複數個垂直隔開之進入單個EM泵入口管之孔洞中之各者可由對應入口管代替。在實施例中，複數個入口管在磁體5k4之前或之後組合，或其保持獨立使得其各自充當在熔融金屬以其特有高度流動到對應入口端中時選擇性地泵抽之個別EM泵注射器。在實施例中，EM泵可包含量測總電壓及電流或個別電壓及電流中之至少一者之電壓及電流感測器中之至少一者。處理器可使用感測器資料且控制總電壓及電流或個別電壓及電流中之至少一者從而控制總泵抽速率或個別泵抽速率。
可選擇儲集器高度及平均熔融金屬深度以藉由經由開口之限制流動限定件達成所需排出壓力及排出壓力降中的至少一者。熔融金屬位準歸因於隨EM泵抽驅動雙熔融金屬噴射器電極之儲集器的相對熔融金屬位準變化的自動流入及對應泵抽速率調整而趨於平衡。每一噴射器之EM泵可設定為約恆定電流。該電流可足以使得反應物單元腔室5b31之約中心處之雙噴射金屬流與至遍及泵抽速率之任一側面偏心之區間的小型變體相交，引起位準更改及對應泵流入及EM泵抽速率。由每一EM泵電力供應器5k13供應之電流可設定為所需恆定位準。可替代地，SunCell®可包含EM 泵電力供應器5k13、EM泵電力供應器電流感測器及控制器、點火電流感測器及處理器。每一EM泵電流可由其電流感測器感測且由控制器調整以得到如由點火電流感測器量測且由處理器處理之所需起始點火電流。點火控制器亦可控制點火功率參數。電流可維持在一範圍內，該範圍提供熔融金屬流在反應物單元腔室之約中部中之交叉的穩定性。在一例示性實施例中，電流維持在大於該流相交之閾限且低於使得一個流無相交存在下傳播至相對儲集器的位準。例每一EM泵電流之示性電流區間為約300A至550A。兩個泵之電流可相等。
EM泵速可由以下中的至少一者控制：入口流動速率控制器，藉由水平高度相關進液升管流入橫截面及藉由熔融金屬位準感測器；位準處理器；及EM泵電流控制器。EM泵電力供應器5k13之電阻、電流、電壓及功率中之至少一者之變化可藉由對應感測器感測，且可控制EM泵電流以進一步控制相對EM泵抽速率以達成儲集器熔融金屬位準之間的大致平衡。在一實施例中，EM泵5ka可包含功率限制器以在EM泵管5k6電阻歸因於較低熔融金屬裝入及流動而過度增大之情況下，防止EM泵管電阻過熱及對應高溫。
在一實施例中，進液升管開口可包含諸如入口防護件之保護件，該保護件係針對諸如炭或金屬氧化物顆粒之顆粒，該等顆粒可阻塞開口或堵塞進液升管及EM泵管5k6中的至少一者。在一例示性實施例中進液升管開口在進液升管頂部跨距大致1cm，其中所需頂部熔融金屬水準在上一開口之頂部且最小開口略微大於最大腐蝕產物，同時對相對於未受限EM泵抽速率之流動之流動提供限制。
每一EM泵可由獨立電力供應器供電。可替代地，複數個EM泵(諸如 兩個EM泵)可經由並聯電連接由共同電力供應器供電。每一泵之電流可由每一並聯電路之電流調節器控制。每一並聯電路可包含絕緣二極體以使得每一電路電絕緣。電絕緣可防止EM泵噴射器之間的點火功率之短接。在一實施例中，EM泵冷卻劑管線5k11可對EM泵組合件5ka兩者係共同的。在一實施例中，至少一個EM泵噴射器之噴嘴5q可浸沒在熔融銀中。該浸沒可至少部分防止噴嘴由電漿劣化。
噴嘴5q可低於熔融金屬位準以防止噴嘴由電漿損壞。可替代地，可抬升泵管之噴嘴段5k61，且噴嘴可包含側孔以使得朝向相對匹配噴嘴側向噴射，使得該等流相交。噴嘴可成角度放置以使得雙流之相交點在所需位置處。噴嘴可包含球面管端，其中一孔在該球面上之角位處，以將熔融金屬引導至反應物單元腔室5b31中之所需位置。在一實施例中，噴嘴5q包括延伸部以引導熔融金屬流之方向。延伸部可包含短管以藉由雙熔融金屬噴射系統之相對流使流朝向相交點流動。噴嘴管段(諸如耐火者，諸如包含W或Mo者)可係垂直的。其可包含至泵管之另一段的螺紋連接。其可包含至接頭套管或VCR接頭(諸如儲集器滲透5k9處之一者)之螺紋連接。噴嘴5q(諸如耐火者，諸如W或Mo者)可具有傾斜出口。噴嘴可藉由螺紋接合而接合泵管之噴嘴區段5k61。噴嘴中之旋擰可保持在所需位置處，該位置使得熔融金屬流在諸如固定螺釘或鎖緊螺母之緊固件附近或焊接件附近相交。焊接件可包含雷射焊接件。
在一實施例中，包含兩個儲集器及兩個EM泵(充當雙液體電極)之黑體輻射器5b41之下部半球劃分為由電絕緣密封件連接之至少兩個區段。密封件可包含凸緣、墊片及緊固件。墊片可包含電絕緣體。密封件可使兩個液體電極電絕緣。在一實施例中，兩個儲集器之間的電絕緣邊界可藉由 將上部半球5b41及下部半球5b42之凸緣及墊片垂直地而非水平地定向來達成，使得黑體輻射器5b4包括垂直凸緣處接合的左及右半部。每一半部可包含黑體輻射器5b4及一個儲集器5c之垂直分割之半部。
在一實施例中，黑體輻射器5b41之下部半球包含具有緊固或連接至其之兩個儲集器5c的單獨片件。連接可各自包含螺紋活接或接合。每一儲集器5c可包含頂部處外表面上與下部半球5b41之螺紋配合之螺紋。螺紋可塗佈有使每一儲集器與下部半球至少部分電隔離之糊狀物或塗層，以進一步使兩個儲集器彼此電隔離。塗層可包含本發明中的一者，諸如ZrO。在一實施例中，電絕緣表面塗層可包含本發明之塗層或高溫材料，諸如ZrO、SiC及官能化石墨中的至少一者。絕緣表面塗層可包含陶瓷，諸如基於鋯之陶瓷。例示性氧化鋯塗層包含經氧化釔穩定化之氧化鋯，諸如3wt%氧化釔。另一可能之鋯陶瓷塗層為二硼化鋯(ZrB2)。表面塗層可藉由熱噴塗或本領域中已知的其他技術塗覆。塗層可包含浸漬石墨塗層。塗層可為多層。例示性多層塗層包含氧化鋯及氧化鋁之交替層。官能化石墨可包含封端石墨。封端石墨可包含H、F及O封端石墨中的至少一者。在一實施例中，至少一個儲集器可係電絕緣且至少另一個可與黑體輻射器5b41之下部半球電接觸使得下部半球可包含電極。下部半球可包含負電極。在一實施例中，每一儲集器5c與黑體輻射器5b41之下部半球之間的該連接遠離反應物單元腔室5b31，將該連接之此電絕緣塗層維持在低於諸如SiC或ZrO之塗層之熔融或分解溫度的溫度。
儲集器之間的電絕緣可藉由包含電絕緣體之間隔件(諸如碳化矽間隔件)來達成。下部半球5b41可包含至間隔件之經延長連接，該連接自下部半球之主體經充分延長使得該連接處之溫度適當低於間隔件之溫度。間隔 件可由螺紋連接在經延長連接處且可連接至儲集器5c。至儲集器5c之連接可包含螺紋。間隔件可包含藉由螺紋連接至下部半球5b41之延伸部之碳化矽汽缸，且藉由螺紋連接至SiC圓柱形之相對端部處之儲集器5c。活接可由螺紋直接密封且可進一步包含密封件及墊片中的至少一者，諸如間隔件與下部半球之間的連接處的一者及間隔件與儲集器之間的連接處的一者。墊片可包含石墨(諸如坡莫合金-箔(Toyo Tanso)或柔性石墨)，或由六角氮化硼構成之一者。墊片可包含經按壓MoS2、WS2、CelmetTM(諸如包含Co、Ni或Ti之一者，諸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric))、布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)或本發明之另一種材料。SiC間隔件可包含結合反應物之SiC。包含螺紋之間隔件可初始地包含經碳化以形成螺紋SiC間隔件之Si。間隔件可結合至下部半球及對應儲集器之上部部分。該結合可包含化學鍵結。結合可包含SiC。SiC間隔件可熔合至碳組分，諸如對應下部半球及儲集器。該熔合可出現在高溫下。可替代地，結合可包含黏著劑。間隔件可包含滴水簷以防止熔融金屬之返回流動電短接儲集器。滴水簷可經機器加工或澆築到諸如SiC間隔件之間隔件中。可替代地，間隔件可包含凹槽以供插入諸如環盤形滴水簷之滴水簷。間隔件可包含其他耐火材料、本發明之電絕緣材料(諸如氧化鋯)、經氧化釔穩定化之氧化鋯及MgO。在一實施例中，點火系統包含安全截斷開關以感測雙儲集器-噴射器之間的電短路且終止點火功率以防止損壞噴射器(諸如噴嘴5q)。感測器可包含經由下部半球5b41之儲集器電路之間的電流之電流感測器。
在圖18至圖70中所展示之一實施例中，減少單元之接點之數目以避 免故障之風險。在一實施例中，去除(i)下部半球5b41與上部半球5b42，(ii)下部半球與不導電間隔件及(iii)不導電間隔件與儲集器之間的接點中的至少一者。接點去除可藉由形成單一片件而非接合片件來達成。舉例來說，下部及上部半球可形成為包含單一半球形5b4。(i)下部半球與不導電間隔件及(ii)不導電間隔件與儲集器之間的至少一個接點可藉由形成單一片件來去除。
下部及上部半球可包含單一片件或兩個片件，其中(i)下部半球與不導電間隔件及(ii)不導電間隔件與儲集器之間的至少一個接點可藉由形成單一片件來去除。單一片件可藉由以下中之至少一種方法形成：澆鑄、模製、熔結、衝壓、3D印刷、放電加工、雷射切除機械加工、藉由化學蝕刻(諸如在包含氧氣之氛圍中碳氧燃燒之雷射點火)之雷射切除、氣動或液體機械加工(諸如噴水器機械加工)、化學或熱蝕刻、工具機械加工及此項技術中已知之其他方法。
在一實施例中，諸如黑體輻射器5b4(諸如半球形黑體輻射器)及至少一個儲集器5c之電池組件的至少一個區段係不導電的。包含半球形5b4或下部半球5b41及上部半球5b42的儲集器5c及黑體輻射器中的至少一者之圓周區段可係不導電的或包含非導體。黑體輻射器之不導電區段可包含橫切於雙液體噴射器實施例之兩個噴嘴之間的管線的平面。非導體可藉由將組件之區段之材料轉化為不導電而形成。非導體可包含SiC或碳化硼(諸如B4C)。電池組件之SiC或B4C區段可藉由使碳電池組件分別與矽源或硼源反應而形成。舉例來說，碳儲集器可與液體矽或矽聚合物(諸如聚(甲基苯胺)中的至少一者反應以形成碳化矽區段。聚合物可在組件之所需區段處形成。可加熱電池組件。電流可經過組件以使得反應物形成不導電區段。 不導電區段可藉由熟習此項技術者已知之其他方法形成。儲集器5c之外部表面可包含凸起圓周帶以在碳至碳化矽或碳化硼在所需區段中之轉化期間保持熔融矽或硼。碳化矽可藉由反應物鍵結而形成。自硼與碳形成碳化硼之例示性方法在https：//www.google.com/patents/US3914371中給出，以上內容併入參考。碳化矽或碳化硼區段可藉由如https：//www3.nd.edu/~amoukasi/combustion_synthesis_of_siliconcarbide.pdf中給出之燃燒合成及Jesse C.Margiotta之Study Of Si1lcon Carbide Formation By Liquid Silicon Infiltration By Porous Carbon Structures形成，以上內容併入參考。其他適合之儲集器材料為不導電石墨(諸如熱解石墨或摻雜石墨)、SiC、氮化矽、碳化硼、氮化硼、氧化鋯、氧化鋁、AlN、AlN-BN(諸如SHAPAL Hi Msoft(Tokuyama Corporation))、二硼化鈦及其他高溫陶瓷。儲集器可為複合材料，其中不導電區段形成用於父儲集器材料(諸如碳)。儲集器可包含塗佈有諸如SiC、氧化鋯或氧化鋁之耐火材料電絕緣體的材料。經塗佈材料可為由塗層電絕緣之諸如碳之電導體。在一例示性實施例中，碳儲集器包含可為各向異性之諸如Minteq Pyroid SN/CN熱解石墨之連續成核石墨，其中低電導率可在橫向平面中，且儲集器之端部可塗佈有諸如SiC之非導體以防止電流沿縱向儲集器軸線流動。在一實施例中，多孔SiC儲集器可塗佈有碳以密封孔。可藉由來自諸如電碳弧之源的碳之氣相沈積塗佈。
如圖18至圖70中所展示，半球形54b及儲集器5c可包含單一片件。單一片件可藉由就愛那個電池組件之材料機械加工為單一片件來達成。可替代地，此實例中之單一片件可初始地包含由至少一個密封件接合的多個區段、部件或組件，該至少一個密封件可包含由密封件形成之膠合或化學結 合密封件。本發明之其他片件、部件或組件可類似地經膠合或化學接合。例示性石墨膠為Aremco Products,Inc.Graphi-Bond 551RN石墨黏著劑及具有Resbond 931黏合劑之Resbond 931粉末。儲集器靠近接近半球形之頂部可包含不導電區段。儲集器可連接至底板。儲集器可擱置到凹形套環中。僅套環之頂部之遠端的套環之外表面及儲集器之端部中的至少一者可帶螺紋。緊固在螺紋上之螺母可接合儲集器及底板。螺紋可傾斜使得螺母之旋轉一起拖曳儲集器及底板。在具有配合螺母螺紋之相對區段上螺紋可具有相對間距。
儲集器在底板5b8端部處可包含滑動螺母5k14，其中滑動螺母緊固在外螺紋底板套環5k15上以形成緊固接合。在一實施例中，滑動螺母可包含凹槽及墊片。滑動螺母可在凹槽處附接至儲集器。凹槽可經澆築或機器加工成圓柱形儲集器壁。O形環或墊片可壓入至凹槽中且滑動螺母可緊固在外螺紋底板套環5k15上以形成禁錮接合。外螺紋底板套環可經進一步楔形化以容納儲集器。
滑動螺母5k14緊固件可進一步包含墊片5k14a或O形環(諸如柔性石墨或坡莫合金-箔(Toyo Tanso))，或六角氮化硼墊片或陶瓷繩O形環以將儲集器密封至底板。BN儲集器5c壁之突出部可包含六角氮化硼墊片。BN墊片可經機器加工或澆築至BN儲集器5c之壁中。
墊片可包含與儲集器之材料相同的材料。墊片可旋擰到儲集器上。墊片可包含較寬寬度，諸如約1mm至20mm寬之寬度範圍。EM泵組合件5kk套環及滑動螺母之螺母可包含用於BN墊片之凸緣類安放表面。墊片可填充包含螺母、儲集器壁及EM泵組合件5kk套環之墊片支座之空腔。在一例示性實施例中，寬螺紋BN墊片旋擰到BN儲集器上，其中用於墊片之 套環及螺母座在寬度上匹配以產生較大墊片安放及密封面積。BN墊片可用BN膠塗佈至滑動螺母密封件之空間填充空隙。例示性膠是Cotronics Durapot 810及Cotronics Durapot 820。
為避免包含碳之墊片形成諸如碳化鐵之碳化物的反應，包含鐵或諸如碳反應之金屬的其他材料之部件可塗佈有惰性塗層，諸如富鋁紅柱石、SiC、BN、MgO、矽酸鹽、鋁酸鹽、ZrO或本發明之其他材料。塗層可包含密封劑，諸如Cotronics Resbond 920陶瓷黏著劑、Cotronics Resbond 940LE陶瓷黏著劑或本發明中的一者。塗層可包含並不形成碳化物之金屬或元素，其中該等元素可包含合金元素，諸如鋼鐵中的合金元素。並不在鋼鐵中形成碳化物之例示性元素為Al、Co、Cu、N、Ni及Si。接觸碳(諸如碳墊片)之接合部件(諸如螺紋套環及滑動螺母接頭之螺母)可包含或可電鍍有並不形成碳化物或形成在電池工作溫度下不穩定之碳化物的金屬，諸如鎳。接頭部件可包覆有耐碳化物形成材料，諸如鎳。為避免形成碳化鐵之反應，在墊片接觸鐵或部件(諸如包含鐵之螺母)情況下，墊片可為除碳以外之材料。接頭部件可包含耐滲碳之不鏽鋼，諸如Hayes 230。
在一實施例中，EM泵組合件5kk可包含碳使得其與石墨滑動螺母墊片相容，其中該螺母亦可包含碳。EM泵管5k61之注射區段及進液升管5qa中的至少一者可包含碳。碳部件可藉由3D印刷、澆鑄、模製及機械加工中的至少一者形成。
應亦避免其他此類化學不相容性。墊片或O形環可包含諸如鎳、鉭或鈮之金屬。墊片可包含經按壓MoS2、WS2、CelmetTM(諸如包含Co、Ni或Ti之一者，諸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric))、布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)或本發明之另一種材料。儲集器(諸如包含BN之儲集器)與EM泵組合件5kk(諸如包含不鏽鋼之EM泵組合件)之套環之間的接頭可包含諸如BN與金屬(諸如不鏽鋼)之間的鍵的化學鍵。在一實施例中，EM泵組合件套環之內部經BN塗佈，且隨後BN儲集器管藉由按壓接頭及加熱中的至少一者結合至套環之內部。化學鍵可藉由此項技術中已知之其他方法形成，諸如藉由如Yoo等人之「Diffusion bonding of boron nitride on metal substrates by plasma activated sintering process」，Scripta Materialia，第34卷，第9號，(1996)，第1383頁至第1386頁，以上內容以其全文引用之方式併入本文中。接合部可包含由以下之群組之至少一種形成：施加壓力下擴散結合、熱噴塗或機械結合、使用P/M技術之燒結結合(諸如在可發生陶瓷粉末之熔結及結合到金屬基板上同時熱均衡加壓(HIP))及電漿輔助熔結(PAS)製程，以在熔結陶瓷層時在BN陶瓷層與金屬基板產生良好擴散結合。BN儲集器與金屬EM泵組合件套環之間的結合可包含黏結劑、化合物或具有氮化矽-氧化鋁及氮化鈦-氧化鋁陶瓷中的至少一者的複合陶瓷(諸如包含BN之複合陶瓷)、BN強化氧化鋁及氧化鋯、硼矽酸鹽玻璃、玻璃陶瓷、搪瓷，及具有硼化鈦、硼化鈦-氮化鋁及碳化矽-氮化硼組合物之陶瓷。接合部可包含滑動螺母或本發明之填充箱體類型。塗佈有黏結劑、化合物或複合陶瓷之諸如六角BN或氧化鋁-矽酸鹽纖維墊片的墊片可使用黏結劑在諸如熱及壓力之至少一個結合反應條件下化學結合(膠合)至表面粗化陶瓷儲集器(諸如BN儲集器)。墊片可包含六角BN或布或帶(諸如包含陶瓷纖維之一者)，其包含高量氧化鋁及耐火材料氧化物(諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)，且黏結劑可包含諸如Cotronics Resbond陶瓷黏著劑(諸如Resbond 906)之密封劑。
在一實施例中，密封件可包含接頭套管。在一實施例中，密封件可包含Gyrolok，諸如包含前部套圈、後部套圈、對接密封件、主體及螺母中的至少一者的Gyrolok，其中前部套圈、後部套圈及對接密封件中的至少一者可包含諸如本發明中之一者的墊片。套圈可為倒角。密封件部件可與墊片化學相容；舉例來說，與碳墊片接觸之部件可包含鎳。
套環可包含內部錐形以容納儲集器，從而藉由滑動螺母之緊固壓緊墊片。儲集器可包含待由套環容納之外部錐形以藉由滑動螺母之緊固壓緊墊片。套環可包含外部錐形以藉由滑動螺母之緊固將張力施加至O形環。底板可包含碳。儲集器可包含筆直壁。儲集器壁可包含針對至少一個墊片之至少一個凹槽。除容納滑動螺母之套環之外部上的螺紋以外，EM泵管組合件5kk套環可內部帶螺紋以容納諸如包含氮化硼之儲集器之儲集器的端部上之匹配螺紋。螺紋可楔形化。螺紋可包含導管螺紋。
儲集器與EM泵管組合件5kk套環之間的活接可包含套環之內部部分與儲集器之間的內部墊片，諸如套環之內部底座與儲集器之端部之間的一個。儲集器端部可楔形化以截留墊片。錐形可將墊片截留在儲集器之外部壁與套環之內部壁之間。墊片密封件可在儲集器之底座處。密封墊及螺紋中的至少一者可經諸如Cotronics Resbond 920陶瓷黏著劑或Cotronics Resbond 940LE陶瓷黏著劑之密封劑進一步密封。
在一實施例中，活接可包含配合螺紋活接。儲集器及EM泵管組合件5kk套環可旋擰在一起。密封劑可將施加至螺紋。例示性密封劑為Cotronics Resbond 920陶瓷黏著劑及Cotronics Resbond 940LE陶瓷黏著劑。此活接或本發明之其他活接之螺紋可包含與接合部件中的至少一者形成合金之軟金屬。在一例示性實施例中，軟金屬可與套環形成合金，其中 合金可具有高熔點。錫金屬可充當套環至儲集器螺紋之軟金屬密封劑，其中套環可包含鎳及鐵中的至少一者，且儲集器可包含氮化硼或碳化矽。套環可藉由來自以下之群組之至少一個方法塗佈有Sn：將套環浸漬在熔融錫中、氣相沈積及電鍍。
底板可包含藉由墊片中的至少一者至EM泵管(諸如接頭套管)的緊固件，諸如柔性石墨或坡莫合金-箔(Toyo Tanso)、六角氮化硼或矽酸鹽墊片及密封劑。墊片可包含經按壓MoS2、WS2、CelmetTM(諸如包含Co、Ni或Ti之一者，諸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric))、布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)或本發明之另一種材料。可替代地，底板可包含諸如不鏽鋼或耐火金屬之金屬。EM泵管可藉由焊接緊固至金屬底板。可選擇底板金屬以使儲集器之熱膨脹與接合部件匹配。滑動螺母及墊片可接受底板之膨脹與儲集器組件的差別。
在一實施例中，上部滑動螺母可包含接合石墨下部半球5b41上之匹配螺紋的石墨。EM泵組合件5kk可包含不鏽鋼。下部滑動螺母可包含諸如Mo、W、Ni、Ti、或不同不鏽鋼類型之金屬，該金屬之熱膨脹係數比EM泵組合件不鏽鋼(SS)低，使得滑動螺母維持壓緊在滑動螺母墊片上。例示性組合為分別具有17.3×10-6m/mK及9.9×10-6m/mK之線性溫度膨脹係數的SS奧氏體(304)及SS鐵磁體(410)。可替代地，滑動螺母可包含膨脹係數類似於儲集器之材料。在儲集器為氮化硼或碳化矽之情況下，滑動螺母可包含石墨、氮化硼或碳化矽。滑動螺母接合部之至少一個組件(諸如EM泵組合件之螺紋部分)可包含熱膨脹凹槽。熱膨脹凹槽可允許在所需方向上熱膨脹，諸如使凹槽周向性變窄與徑向膨脹。在一實施例中，橫跨 EM泵管組合件5kk之整個套環切割膨脹凹槽。切割可極薄使得其藉由套環之熱膨脹密封，其中添加或多或少以達成密封組合件工作溫度諸如約1000℃。切割可藉由諸如機械加工、噴水器切割及雷射切割之方式完成。螺母可包含碳、氮化硼或SiC。可選擇諸如碳或氮化硼之類型的材料類型以允許一些螺母膨脹，從而避免其在電池工作溫度(諸如約1000℃至1200℃之溫度範圍)下破裂。可選擇凹槽或切割之數目、置放及寬度以匹配電池工作溫度下之套環金屬膨脹量。在一實施例中，膨脹凹槽可為經由套環僅部分延伸，諸如延伸套環之寬度之50%至95%以防止熔融金屬洩漏。切割可自外螺紋向內延伸以允許套環之螺紋面積處之膨脹，其中滑動螺母之相對螺母螺紋在緊固螺母時配合。切割可基本上覆蓋在緊固螺母時由螺母覆蓋之螺紋套環之部分。切割可藉由諸如焊接之方式經由具有添加之金屬裏襯之材料的整個套環以提供擠壓或殘缺區。添加之裏襯金屬可為同一或不同金屬。添加之材料或金屬可係可延展的。
在一實施例中，諸如氮化硼管儲集器之儲集器5c與EM泵管組合件5kk之間的活接可包含壓縮配件。活接可包含內部螺紋EM泵管組合件套環、雙面螺紋圓筒形插入件及螺紋端儲集器。EM泵管組合件5kk之套環可包含具有第一熱膨脹係數之材料，諸如400不鏽鋼或410不鏽鋼。雙面螺紋圓筒形可包含具有可高於套環之熱膨脹係數的第二熱膨脹係數之材料，諸如304不鏽鋼。其他材料組合係可能的，諸如具有304 SS底板之304 SS或410 SS套環，其中304焊接於EM泵管5k6中；及包含在諸如約1000℃至1200℃中之一者的操作溫度範圍下不熔融之金屬之插入件，金屬諸如Ni、Ti、Nb、Mo、Ta、Co、W、304 SS或400 SS、410 SS、鎳鋼(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或科伐合金(FeNiCo合金)。儲 集器管可旋擰至插入件之內部螺紋中，且插入件可旋擰至套環之內部中。或者，插入件可僅旋擰於內部上且可焊接至EM泵組合件5kk之基底處之套環。在一實施例中，套環之內部、插入件之外部、插入件之內部及儲集器中之至少兩者之間的至少一個活接不帶螺紋。在一實施例中，插入件具有比套環更高的熱膨脹係數；因此，插入件可朝內膨脹以壓縮儲集器管從而在其中配合插入件表面及套環表面與儲集器表面中之至少一者帶螺紋的情況下形成壓縮密封以及螺紋密封。壓縮插入件可藉由膨脹形成緊密密封以避免在配合表面之間形成間隙且不在可使其故障之儲集器管上造成過大壓力。在另一實施例中，活接包含壓縮密封，其中儲集器在具有或不具有封閉劑之情況下壓入配合至套環中。在一實施例中，加熱至少一個EM泵組合件-儲集器活接組件，諸如無螺紋套環、螺紋套環、螺紋插入件及無螺紋插入件之群組中之至少一者，以在將其配合或安裝至活接之對應組件或將其按壓至對應組件中之前使其膨脹。在一實施例中，冷卻至少一個EM泵組合件-儲集器活接組件，諸如螺紋插入件、無螺紋插入件及儲集器管之群組中之至少一者，以在將其配合或安裝至活接之對應組件或將其按壓至對應組件中之前使其收縮。可冷卻至低溫溫度。冷卻可藉由將組件暴露於諸如液氮之低溫劑來達成。對應活接可包含壓縮配件、螺紋配件及密封配件中之至少一者。在一實施例中，諸如BN管之儲集器管可置於EM泵組合件基底中之凹入式凹槽中。在另一實施例中，蓄水焊接或以化學方式結合至EM泵組合件基底。BN可藉由粗化BN表面及使焊接金屬流入對應孔隙中結合至金屬基底從而形成與金屬底板之結合。
例示性EM泵組合件-儲集器活接包含410 SS、鎳鋼(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或科伐合金(FeNiCo合金)套環，其中304 SS底板 具有304 SS或鈮雙邊螺紋或無螺紋插入件與配合螺紋或無螺紋套環及BN儲集器，其中無螺紋部分可包含藉由差溫加熱或冷卻所達成之壓縮配件的部分形成之壓縮配件。
滑動螺母密封可包含複數個密封。滑動螺母密封可包含背對背滑動螺母。滑動螺母密封可包含標準螺母及上下顛倒之滑動螺母及墊片。在一實施例中，滑動螺母可包含上部螺母及下部螺母及包夾於其間之墊片，其中兩個螺母可旋擰至EM泵組合件5kk之套環之外部螺紋上。藉由旋擰螺紋而施加至墊片之壓力可將墊片推動至儲集器管5c中從而形成緊密壓縮密封。儲集器5c可包含經壓縮墊片之位置處的凹槽以更好地容納墊片且改良密封。儲集器與EM泵組合件之間的密封可包含壓蓋密封或填料箱密封。墊片可包含本發明之墊片。填料箱密封可進一步包含封閉劑，諸如包含惰性耐火細粉之封閉劑(諸如本公開之封閉劑)。封閉劑可具有高熱膨脹係數以在高溫下填充填料箱。在一實施例中，EM泵組合件基底可替換填料箱密封之底部螺母，其中滑動螺母可包含上部螺母。填充可為儲集器之圓周，其中儲集器可包含填充之凹部。儲集器可進一步包含滑動螺母內部之壓縮填充之上部凸緣。
在一實施例中，活接可僅僅包含外側螺紋儲集器，諸如旋擰至內部螺紋套環(諸如304不鏽鋼套環)中之氮化硼儲集器。本發明之活接(諸如儲集器與套環之間的活接)之螺紋可包含管道螺紋。活接可進一步包含螺紋封閉劑及滑動螺母密封件中之至少一者。例示性封閉劑為Cotronics Resbond 920陶瓷黏著劑及Cotronics Resbond 940LE陶瓷黏著劑。在一實施例中，封閉劑可包含與插入件或套環形成合金之軟金屬，其中該合金可具有高熔點。錫金屬可充當插入件或套環之包含鎳及鐵中之至少一者之軟 金屬封閉劑。插入件及套環中之至少一者可藉由在熔融錫中浸漬插入件、氣相沈積及電鍍之群組中之至少一個方法用Sn塗佈。
在一實施例中，活接可包含本發明之活接，諸如螺紋活接或無螺紋活接(諸如壓縮密封件)中之至少一者，且活接可進一步包含密封件，其包含齊平鄰接EM泵組合件之基底上之儲集器的底部邊緣。儲集器底部邊緣與EM泵組合件基底之間的密封件可進一步包含墊片，諸如包含Celmet、MoS2、或布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)之墊片。活接可進一步包含滑動螺母連接。儲集器管(諸如BN儲集器管)可包含較小上部外徑(OD)及較大下部外徑。在螺紋穿過EM泵組合件套環上之滑動螺母室外情況下，滑動螺母可藉由抵靠包含兩個直徑之凸緣而繃緊來將儲集器底部邊緣緊固至EM泵組合件基底。在另一實施例中，凸緣可由扣件(諸如擰緊之栓釘)替換以緊固螺母。包含螺母、螺紋套環及儲集器管之滑動螺母接頭可進一步包含凸緣頂部與螺母內部之間的墊片。凸緣墊片可包含Celmet、MoS2或布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)。例示性活接包含410 SS套環、410 SS基底、在包含較小上部OD及較大下部OD之套環螺紋處具有凸緣之BN儲集器、410 SS滑動螺母及Celmet墊片，其中BN儲集器之下邊緣與EM泵組合件之基底鄰接，且該鄰接藉由隨著將滑動螺母旋擰至套環上而抵靠凸緣緊固滑動螺母來緊固。
在一實施例中，在圓頂5b4處由活接接合之儲集器可包含諸如陶瓷(諸如SiC、氮化矽、碳化硼、氮化硼、氧化鋯、氧化鋁或其他高溫陶瓷)之絕緣體。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(ZrO2)(M.P.=2715℃)、硼化鉿(HfB2)(M.P.=3380℃)、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℃)。絕緣體儲集器5c可包含頂部處之滴落邊緣以藉由回流熔融金屬以防止電短路。活接可包含滑動螺母活接，諸如與儲集器與底板之間的滑動螺母活接相同類型之滑動螺母活接。滑動螺母可包含耐火材料(諸如碳、SiC、W、Ta)或另一耐火金屬中之至少一者。陶瓷儲集器可藉助於諸如鑽石工具研磨來研磨從而形成適合於達成滑動螺母密封之精密表面。在陶瓷儲集器(諸如包含氧化鋁管之陶瓷儲集器)之一實施例中，儲集器之至少一端可帶螺紋。螺紋可藉由附接螺紋套環來達成。螺紋套環可藉由黏著劑、黏結劑或膠附接。膠可包含陶瓷膠。
介接墊片或O形環之接合表面可經粗化或開槽以形成有高壓能力之密封。墊片或O形環可用封閉劑進一步密封。可將矽(諸如矽粉末或液體矽)添加至包含碳之墊片或O形環中，其中形成SiC之反應可在高溫下進行以形成化學鍵作為封閉劑。另一例示性封閉劑為石墨膠，諸如本發明之石墨膠。除形成墊片或O形環密封之滑動螺母以外，接合部分可包含配合螺紋以防止該等部分由於較高反應電解槽腔室壓力而分離。活接可進一步包含 黑體輻射器5b4與儲集器5c或底板之底部之間的結構支架，以防止活接在內部壓力下分離。結構支架可包含至少一個將該等部分固持在一起之夾鉗。或者，結構支架可包含具有將黑體輻射器及儲集器或底板之底部螺栓在一起之端螺母的端螺桿，其中黑體輻射器及儲集器或底板之底部包含用於桿之結構錨。桿及螺母可包含碳。
在一實施例中，活接可包含至少一個端部凸緣及O形環或墊片密封。活接可包含滑動螺母或夾鉗。滑動螺母可在凸緣形成之前置於接合零件上。或者，滑動螺母可包含圍繞儲集器及套環中之至少一者自至少兩個零件焊接在一起的金屬(諸如不鏽鋼或耐火金屬)。
在一實施例中，黑體輻射器5b4之儲集器5c及底部套環及儲集器及底板──EM泵──噴射器組合件5kk中之至少一者可藉由螺紋(其可在相反儲集器末端及滑動螺母活接上具有相反間距)中之至少一者接合。螺紋活接之螺紋、滑動螺母之螺紋及滑動螺母墊片中之至少一者可藉由本發明之膠(諸如可用碳或碳膠形成SiC之矽)膠合。
在一實施例中，導電性較小或絕緣之儲集器(諸如SiC或B4C儲集器)可替換碳儲集器。絕緣儲集器可包含(i)在頂部之連接至下半球5b41或單件式黑體輻射器圓頂5b4之螺紋及(ii)儲集器底部中之至少一者，其中儲集器及儲集器底部係一個整體件。SiC儲集器可藉由墊片及包含矽之封閉劑中之至少一者接合至碳下半球，其中矽酮可與碳反應以形成SiC。亦可使用此項技術中已知之其他封閉劑。儲集器底部可包含用於EM泵管扣件(諸如Swagelok扣件)之螺紋穿透件。儲集器底部可為單獨零件，諸如可包含金屬之底板。金屬底板可包含EM泵管在穿透件處之焊接接頭。底板可包含連接至儲集器之配合扣件(諸如滑動螺母)之螺紋套環。套環可錐形化以 容納儲集器。套環楔形可在內部。儲集器末端可楔形化。儲集器楔形可在外部以容納於套環內部。扣件可包含諸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)、六方氮化硼或矽酸鹽墊片之墊片。墊片或O形環可包含諸如鎳、鉭或鈮之金屬。墊片可包含經按壓MoS2、WS2、CelmetTM(諸如包含Co、Ni或Ti之CelmetTM，諸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric))、布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)，或本發明之另一種材料。滑動螺母之緊固可向墊片施加壓縮。
在一實施例中，黑體輻射器5b4可包含一個整體件(諸如圓頂)或可包含上半球5b42及下半球5b41。圓頂5b4或下半球5b41可包含基底處之至少一個螺紋套環。螺紋可與儲集器5c配合。套環之活接及儲集器可包含旋擰至套環之內部螺紋中之儲集器上的外部螺紋或反之亦然。活接可進一步包含墊片。或者，活接可包含旋擰於套環上之外部螺紋上之儲集器上的滑動螺母。套環可包含末端處容納儲集器之內部楔形。活接可包含墊片，諸如Graphoil或Perma-Foil(Toyo Tanso)、六方氮化硼或矽酸鹽墊片、經按壓之MoS2或WS2、CelmetTM(諸如包含Co、Ni或鈦之CelmetTM，諸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric))、陶瓷繩或熟習此項技術者已知之其他高溫墊片材料，諸如布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)。墊片可安放在儲集器與套環之間的活接處。儲集器可包含諸如SiC、B4C或氧化鋁之非導體。儲集器可經鑄造或機械加工。圓頂或下半球可包含碳。滑動螺母可包含耐火材料，諸如碳、SiC、W、Ta或其他耐火金屬或材料(諸如本發明之耐火金屬或材料)。
儲集器可進一步附接至EM泵末端處之底板組合件。活接可包含與黑體輻射器末端處相同的類型。底板組合件可包含(i)可在內部或外部帶螺紋以與匹配螺紋儲集器配合之活接套環、(ii)可在末端處內部楔形化以容納儲集器且在外部帶螺紋以與滑動螺母配對之活接套環、(iii)儲集器底部及(iv)其中穿透件可藉由焊縫接合之EM泵管組件。底板組合件及滑動螺母可包含不鏽鋼。在一實施例中，滑動螺母可附接至凸緣或凹槽處之儲集器。凹槽可經鑄造或機械加工成圓筒形儲集器壁。儲集器及套環兩者皆可在至少一個末端上包含凸緣，其中活接包含在接合零件之配合凸緣與夾鉗(其繞過凸緣且在緊固時將其拖曳在一起)之間的O形環或墊片。
在另一實施例中，密封或接合(諸如儲集器與EM泵組合件5kk之間的密封或接合)可包含濕封或冷封(圖62)。濕封可具有熔融碳酸鹽燃料電池濕封之設計。濕封可包含待接合之零件中之各者上的經配合凸緣，其形成熔融金屬之通道以填充諸如儲集器凸緣5k17及EM泵組合件套環凸緣5k19。在圖63中所示之另一實施例中，EM泵組合件套環凸緣5k19可進行以下中之至少一者：(i)與儲集器支撐板5b8配合，(ii)包含儲集器支撐板5b8，及(iii)包含儲集器支撐板5b8及EM泵組合件5kk1(其包含EM泵管5k4之入口及出口)之基底。儲集器支撐板5b8可藉由錨定至支撐基底5b83之柱5b82支撐。在一實施例中，濕封冷卻器5k18包含儲集器支撐板5b8之周界及支撐柱5b82中之至少一者之冷卻器，其可散熱儲集器支撐板5b8之周界。儲集器凸緣5k17、儲集器支撐板5b8、EM泵套環凸緣5k19、無套環EM泵凸緣5k19、EM泵組合件5kk1之基底及儲集器5c中之至少一者在傾斜儲集器設計中可為傾斜的。凸緣可與扣件(諸如鉗夾、螺栓、螺釘、本發明之扣件及熟習此項技術者已知之扣件)接合。扣件穿透件、儲集器 凸緣5k17及EM泵組合件套環凸緣5k19中之至少一者可包含用於差膨脹濕封部分及座架(諸如儲集器支撐板5b8之任何座架)之構件。濕封冷卻劑迴路5k18通道可徑向延伸，使得通道之外延區可保持在低於熔融金屬之熔點(諸如在銀之情況下低於962℃)的溫度下。固化金屬之濕封區域可包含與扣件(諸如螺栓5k20)接觸以避免在扣件處洩漏之區域。螺栓可包含碳且可進一步包含碳墊圈(諸如Perma-Foil或Graphoil墊圈)來充當膨脹襯墊。
在一例示性實施例中，濕封可包含儲集器5c上之套環凸緣，諸如氮化硼管，其可為在EM泵組合件5kk之套環上膠合上之套環凸緣及旋擰上之套環凸緣及焊接上之套環凸緣中之至少一者。濕封凸緣(諸如陶瓷儲集器之凸緣)可藉由將凸緣板(諸如BN凸緣板)旋擰及膠合至圓筒形儲集器(諸如BN儲集器)上中之至少一者形成。例示性膠為Cotronics Durapot 810及Cotronics Durapot 820。或者，濕封凸緣(諸如陶瓷儲集器之凸緣)可藉由模製、熱按壓及機械加工陶瓷(諸如BN)中之至少一者形成。BN組件(諸如儲集器5c、墊圈及儲集器凸緣5k17中之至少一者)可藉由熱按壓BN粉末以及後續機械加工製造。可將氧化硼添加至由氮化硼粉末製成的部分中以更好地壓縮。將BN特性(諸如熱膨脹、可壓縮性、及抗張強度及壓縮強度)改變成彼等期望特性之其他BN添加劑為CaO、B2O3、SiO2、AUO3、SiC、ZrO2及AlN。氮化硼薄膜可藉由化學氣相沈積自三氯化硼及氮前驅體製造。氮化硼等級HBC及HBT不含黏合劑且可在達至3000℃下使用。
通道外邊緣可包含圓周同心帶。該帶可包含BN凸緣置於其中之EM泵組合件套環凸緣之外圓周緣。通道可經冷卻以對通道之入口處的周界及熔融金屬維持固態金屬。
接頭冷卻系統可包含本發明之接頭冷卻系統，諸如包含液體或氣體 冷卻劑或輻射器之接頭冷卻系統。接頭可藉由至少一個冷卻劑迴路5k18在周界處冷卻。冷卻劑迴路5k18可包含來自EM泵冷卻熱交換器5k1之管線、冷卻劑管線5k11或冷板5k12。接頭可藉由至少一個散熱片(諸如輻射器或對流或導電鰭片)在周界處冷卻。接頭可藉由至少一個散熱管在周界處冷卻。例示性濕封冷卻器包含銅管冷卻劑迴路5k18，其中冷卻劑可包含水。凸緣中之至少一者可具有充當圓周冷卻迴路之通道的圓周凹槽。冷卻迴路可相對於圓周扣件(諸如螺栓)徑向向內以使熔融金屬自螺栓徑向向內固化。在一實施例中，EM泵組合件套環凸緣5k19及儲集器凸緣5k17可足夠寬以使得密封件之周界處之溫度低於熔融金屬之熔點，使得冷卻劑迴路5k18並非係必要的。EM泵組合件套環凸緣5k19可包含儲集器支撐板5k8。儲集器可傾斜於可為水平的儲集器凸緣5k17上。在其他實施例中凸緣5k17及5k19以及儲集器5c可相對於彼此處於任何所需角度以達成密封及將熔融金屬噴射至反應電解槽腔室5b31中。在一實施例中，凸緣(諸如5k17及5k19)之材料及厚度可測定熱傳遞且藉此冷卻。在一例示性實施例中，儲集器凸緣5k17與包含儲集器支撐板5b8、EM泵凸緣5k19及EM泵組合件基底5kk之板直接配合，該EM泵組合件基底進一步包含EM泵之EM泵管5k4之入口及出口，且儲集器凸緣5k17包含具有高熱導率之BN。板5k17及配合板5k19之厚度及寬度可經選擇以提供充足冷卻以維持濕封。密封可進一步包含本發明之冷卻器，諸如嵌入於至少一個凸緣5k17及5k19之周界中的冷卻劑迴路5k18。板5k17可包含具有可傾斜之經附接儲集器5c之套環。儲集器可藉由模製機械加工、旋擰及膠合中之至少一者附接至板凸緣5k17。
在一實施例中，傾斜(slanted/tilted)儲集器可包含適合於引起濕封在 儲液器之基底處之所需分離的長度。濕封可包含覆蓋固化金屬部分之法拉弟籠以減少加熱此部分。濕封之配合凸緣、扣件及任何其他組件可包含對來自電感耦合加熱器之RF具有低吸收率之材料，諸如Mo及BN。濕封之冷卻迴路可至少冷卻濕封且可包含較大冷卻系統(諸如進一步冷卻儲集器5c、EM泵磁體5k4、EM泵管5k6及另一EM泵或電池組件中之至少一者)之分支。濕封冷卻系統可包含至少一個冷卻迴路、至少一個泵、至少一個溫度感測器，及冷卻劑流量控制器。
在一實施例中，配合凸緣密封可包含墊片。墊片可在栓固凸緣之間形成密封。墊片可包含密封至凹形組件之凸形組件。BN墊片可包含BN儲集器凸緣5k17之突起，其中BN墊片可包含凸形墊片組件。墊片可包含本發明之另一墊片，諸如氧化鋁-矽酸鹽陶瓷板墊片。
在另一實施例中，儲集器陶瓷(諸如BM)可包含金屬化陶瓷或金屬EM泵組合件5kk套環之硬焊密封中之至少一者。例示性金屬化材料及硬焊包含Ag、Ag-Cu、Cu、Mo-Mn、W-Mn、Mo-W-Mn、Mo-Mn-Ti、Cu基合金、Ni基合金、Ag基合金、Au基合金、Pd基合金及活性金屬硬焊合金中之至少一者。
在滑動螺母密封之一實施例中，螺母、螺母上之螺紋塗層及螺母之填充內部之群組中之至少一者包含與儲集器熔融金屬(諸如銀)形成具有比熔融金屬更高熔點之合金的元件。填充可包含粉末或包層，諸如金屬粉末或包層。密封可包含填料箱型密封，其中封閉劑包含填充或包層。封閉劑可包含墊片，其包含元素。元素可包含Pt、稀土、Er、Gd、Dy、Ho、Pd、Si、Y及Zr中之至少一者。
在一實施例中，密封可包含反向滑動螺母設計(圖141)，其中螺母 5k21旋擰於EM泵組合件5kk套環內部上，儲集器管5c在EM泵組合件5kk之套環5k15之外部上方滑動，且墊片5k14a位於儲集器管5c之內部圓周上。例示性墊片及儲集器管包含氮化硼。EM泵組合件5kk可包含不鏽鋼。反向滑動螺母密封可進一步包含可抵抗套環5k15及儲集器5c之膨脹力(諸如熱膨脹力)的壓縮保持套筒5k16(諸如包含W、Mo或C之壓縮保持套筒)
密封可進一步包含反向壓縮型密封(圖142)。在一例示性實施例中EM泵組合件套環5k15隨著溫度自室溫升高而抵靠儲集器管5c膨脹。儲集器及EM泵組合件套環之材料可經選擇以具有所需熱膨脹係數，以達成壓縮密封且不破壞儲集器管。在反向壓縮型密封之一實施例中，密封進一步包含儲集器管5c周圍之壓縮保持套筒5k16以增加管的抗張強度。壓縮保持套筒5k16可具有所需低熱膨脹係數以防止儲集器5c由於EM泵組合件套環5k15內部膨脹而破裂。例示性壓縮保持套筒5k16可包含耐火材料，諸如W、Mo或C。例示性壓縮密封可包含薄壁套環5k16中之至少一者，其包含具有低熱膨脹係數之不鏽鋼，諸如410 SS、鎳鋼(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或科伐合金(FeNiCo合金)，以減少熱膨脹從而防止BN儲集器5c及石墨壓縮保持套筒5k16開裂。
密封可包含反向滑動螺母及壓縮密封中之至少一者。在一實施例中，接頭(諸如反向滑動螺母及壓縮密封中之至少一者)可進一步包含螺紋部分，諸如在壓縮密封之情況下旋擰至外部儲集器管之內部之EM泵管套環的外部。在一實施例中，螺紋冠部可相對於螺紋凹部減低高度以包含沿壓縮接頭接觸區域之膨脹接頭。
底板及EM泵部分可經裝配以包含底板-EM泵-噴射器組合件5kk(圖 21及圖70)。在雙熔融金屬噴射器實施例之情況下，發電機包含兩個電隔離底板-EM泵-噴射器組合件。電隔離可藉由實體分離該兩個組合件來達成。或者，兩個組合件藉由組合件之間的電絕緣來電隔離。雙液體噴射器實施例之噴嘴可對準。儲集器可倒置置放或處於倒置位置，且充當熔融金屬之金屬可經由至少一個儲集器之開口端添加至反應電解槽腔室中。隨後，底板-EM泵-噴射器組合件可連接至儲集器。該連接可藉由本發明之連接器(諸如濕封、壓縮或滑動螺母套環連接器)達成。底板-EM泵-噴射器組合件可包含不鏽鋼或耐火金屬(諸如Mo及W中之至少一者)中之至少一者。諸如連接器之EM泵管、儲集器底部、噴嘴、底板及配合套環的部分可經焊接及緊固在一起中之至少一者。扣件可包含螺紋活接。雙熔融噴射器實施例之兩個基底板5b8可藉由電絕緣板(諸如陶瓷板，諸如SiC、SiN、BN、BN+Ca、B4C、氧化鋁或氧化鋯板)藉助於諸如扣件(諸如螺栓)連接以形成單個儲集器結構支架，其可由柱(諸如陶瓷柱或電絕緣410SS、鎳鋼(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或科伐合金(FeNiCo合金)柱)升高以減弱熱膨脹效應。柱可包含管以減弱熱膨脹效應。在一實施例中，儲集器支撐板5b8可包含具有支架之單個或多個零件以形成連續板從而避免熱變形。儲集器結構支架可由可包含管以減弱熱膨脹效應之柱(諸如陶瓷柱或電絕緣410 SS、鎳鋼(FeNi36)、Inovco(F333Ni4.5Co)、FeNi42或科伐合金(FeNiCo合金)柱)升高。
在一實施例中，SunCell®包含儲集器位置調整系統或儲集器調節器以控制熔融金屬噴射器之對準。在包含雙熔融金屬噴射器之一實施例中，SunCell®包含使得支撐儲集器支撐板5b8之柱的長度調整對準噴嘴5q以使得兩個熔融流相交之構件。SunCell®可包含儲集器支撐板致動器，諸如 機械致動器、氣動致動器、液壓致動器、電測致動器及壓電致動器中之至少一者，諸如本發明之儲集器支撐板致動器。噴嘴可能在加熱電池時由於儲集器支撐柱之差膨脹而丟失對準。為了避免熱膨脹造成未對準，柱可包含具有低熱膨脹係數之材料，諸如耐火材料。柱可經隔熱及冷卻中之至少一者以防止其膨脹。SunCell®可包含柱冷卻器，諸如熱交換器或導電或對流冷卻構件。冷卻可藉由沿柱導熱至散熱片來達成。SunCell®可包含藉由選擇性地控制柱之長度來對準噴嘴之構件，該等柱藉由控制及導致熱差膨脹或在不同柱之間收縮中之至少一者來支撐儲集器支撐板5b8。SunCell®可包含至少一或多個柱加熱器及柱冷卻器以選擇性地及以差動方式加熱或冷卻儲集器支撐柱，使得長度藉由膨脹或收縮選擇性地變化，從而使噴射器對準。
在一實施例中，SunCell®包含儲集器位置調整系統或儲集器調節器，諸如機械調節器，諸如可穿透殼體5b3a之推挽桿調節器。作用於殼體5b3a壁處之桿的螺紋機構可提供該推挽。調節器可提供沿或圍繞至少一個軸之移動。調節器可具有垂直地或水平地推動或牽拉至少一個儲集器或圍繞x軸、y軸或z軸旋轉其之能力。可執行調整以使得雙熔融金屬噴射器之熔融金屬流最佳地相交。在其中儲集器及EM泵組合件可藉由諸如濕封之手段穩固地連接之一實施例中，儲集器可在具有下半球5b41之儲集器5c之接頭處旋轉。儲集器中心5c軸及具有噴嘴之EM泵組合件5kk中心軸可沿相同軸。准許BN儲集器旋轉之例示性連接器為包含BN儲集器5c、石墨下半球5b41、石墨墊片及石墨螺母之滑動螺母連接器。h-BN及石墨兩者皆可包含潤滑劑。EM泵之連接件(諸如電流5k2及點火5k2a匯流排之彼等連接件)可包含諸如接頭或樞軸之構件，以使儲集器充分旋轉以造成噴射 熔融金屬流之對準。匯流排可至少部分地包含堆疊薄片或纜線(諸如編結纜線)以准許對準運動。在一實施例中，在由控制器控制時調整EM泵電流可控制流之垂直位置，且流之橫向位置可由儲集器調節器控制。在其中儲集器穩固地固定之一實施例中，對準可實現為服務作業，其中部分拆卸SunCell®，對準噴嘴，且重新裝配SunCell®。
在包含雙熔融金屬噴射器之實施例中，來自一個噴嘴的熔融金屬流之軌道可處於第一平面，且來自第二噴嘴的熔融金屬流之軌道之平面可處於圍繞第一平面之兩個笛卡爾(Cartesian)軸中之至少一者旋轉的第二平面。該等流可沿傾斜路徑彼此接近。在一實施例中，第一噴嘴之熔融金屬流之軌道處於yz平面，且第二噴嘴可自yz平面側向地移動且朝向yz平面旋轉，使得該等流傾斜地接近。在本發明之例示性實施例中，第一噴嘴之熔融金屬流之軌道處於yz平面，且第二噴嘴之熔融金屬流之軌道處於由yz平面圍繞z軸之旋轉定義之平面，使得第二噴嘴可自yz平面側向地移動且朝向yz平面旋轉使得該等流傾斜地接近。在一實施例中，第一流高度及第二流高度處的軌跡交叉各自經調節以引起相交。在一實施例中，第二EM泵之出口管偏離第一EM泵套管之出口管，且第二EM泵之噴嘴朝向第一EM泵之噴嘴，使得熔融流彼此傾斜地接近，且流相交可藉由調節流之相對高度來達成。流高度可由諸如控制至少一個EM泵之EM泵電流之一者的控制器來控制。
在包含最初在同一yz平面中對準的兩個噴射器之兩個噴嘴的實施例中，達成噴射流之相交的噴射熔融金屬流之相對傾斜軌道可藉由使至少一個對應的儲集器5c略微圍繞z軸旋轉及藉由朝向yz平面旋轉而略微彎曲自yz平面平移之噴嘴的操作中之至少一個操作來達成。諸如餅狀部分之電感 耦合加熱器天線5f可彎曲成非平面以適應對應的EM泵套管5k6。可視需要旋轉其他組件及連接件。舉例而言，亦可旋轉EM泵磁體5k4以維持其相對於EM泵套管5k6垂直的位置。
在另一實施例中，噴射系統可包含諸如使至少一股熔融金屬流偏轉以達成噴射流之對準的磁場及電場中之至少一者之源的場源。歸因於對應的導體經由所施加磁場之移動及諸如霍爾(Hall)及點火電流之至少一種電流與所施加磁場之間的力，噴射熔融金屬流中之至少一者可由勞侖茲力偏轉。偏轉可藉由控制磁場強度、熔融金屬流動速率及點火電流中之至少一者來控制。磁場可藉由永久磁體、電磁體(其可經冷卻)及超導磁體中之至少一者提供。磁場強度可藉由控制電流來控制磁體與熔融流之間的距離及磁場強度中之至少一者來控制。
量測點火電流或電阻可判定最佳交叉點。當電流在設定電壓或電阻最小時經最大化時，可獲得最佳對準。可包含可程式化邏輯控制器及電腦中之至少一者的控制器可達成最佳化。
在一實施例中，各儲集器可包含諸如電感耦合加熱器之加熱器以將諸如銀之儲集器金屬維持在至少啟動之熔融狀態下。發電機可進一步包含圍繞黑體輻射器之加熱器以防止諸如銀之熔融金屬至少在啟動期間黏附。在不需要黑體輻射器5b4加熱器之實施例中，諸如5b41及5b42之黑體輻射器可包含其未黏附有如銀之熔融金屬的材料。非黏附可發生在藉由來自儲集器5c加熱器之熱傳遞達成的溫度下。黑體輻射器可包含碳且可加熱至處於或高於諸如銀之熔融金屬在EM泵啟動之前未黏附之溫度。在一實施例中，黑體輻射器在啟動期間由儲集器加熱器加熱。黑體輻射器5b4壁可充分地厚以允許熱量自儲集器傳遞至黑體輻射器，從而允許黑體輻射器達成 熔融金屬黏附至黑體輻射器之溫度以上及大於熔融金屬之熔點中之至少一者之溫度。在一實施例中，接近加熱之電池組件的電感耦合加熱器(ICH)天線(諸如捲繞在儲集器5c周圍)與電池組件很好地熱絕緣，其中來自ICH之RF輻射穿透絕緣體。熱絕緣體可將自電池組件至ICH天線之冷卻劑的熱流減少至所要流動速率。
系統進一步包含諸如電池(諸如鋰離子電池)之啟動功率/能源。可替代地，可經由自外部電源至發電機之連接件提供用於啟動的諸如柵極電源之外部電源。連接件可包含功率輸出匯流排。
在一實施例中，在啟動期間可由諸如至少一個熱燈之外部輻射加熱器加熱黑體輻射器。熱燈可在PV轉換器26a外部且可經由移除PV轉換器中之面板來提供輻射。可替代地，可在啟動期間加熱黑體輻射器，且可在電池連續運作且產生足夠的濾網以在維持分數氫反應之足夠的溫度下維持反應電解槽腔室5b31之後移除加熱器。
在電感耦合加熱器在加熱諸如陶瓷儲集器(諸如BN或SiC儲集器)之儲集器時效率低下之情況下，儲集器可包含能夠有效地吸收電感耦合加熱器輻射之耐火覆蓋物或套筒。吸收套筒之例示性RF包含碳。
發電機可包含用以應用及伸縮加熱器線圈及儲存加熱器線圈中之至少一者的諸如機械(諸如齒條及齒輪、螺釘、線性齒輪及其他本領域中已知的)、氣動、液壓及電磁系統中之至少一者的致動器5f1。電磁致動器可包含揚聲器機構。氣動及液壓可包含活塞。加熱器天線可包含允許伸縮的可撓性區段。例示性可撓性天線係銅編織的導線編織鐵氟龍套管。在一實施例中，外部壓力容器5b3a可包含容納經收縮天線之凹形腔室。
電感耦合加熱器天線5f可包含可移動的區段。電感耦合加熱器可包 含各儲集器之可伸縮的至少一個線圈5f(圖7至圖75)。線圈可包含將濾網有效地施加至儲集器之形狀或幾何結構。例示性形狀係用於圓柱狀儲集器之托架或可調節式抓鬥(clamshell)。托架可在受熱期間將RF功率施加至對應的儲集器且此後可收縮。各托架可包含餅狀線圈且附接至共同餅狀線圈，該餅狀線圈定向於平行於由EM泵裝配5kk之EM泵套管在其底座下方形成之平面的平面中。各托架餅狀線圈可藉由可撓性或可擴展天線區段附接至共同餅狀線圈。共同餅狀線圈可附接至可安裝在致動器上的電感耦合加熱器電容器箱。可替代地，各托架可附接至對應的電容器箱及電感耦合加熱器，或兩個分離的電容器箱可連接至共同電感耦合加熱器。托架餅狀線圈、共同餅狀線圈、共同電容器箱及分離電容器箱中之至少一者可安裝或附接至致動器以達成在啟動之後儲存天線之動作。
在一實施例中，諸如電感耦合加熱器之加熱器包含單個可伸縮線圈5f(圖16至圖17、圖57至圖58及圖71至圖75)。線圈可為圍繞儲集器5c中之至少一者之圓周。加熱器可包含圍繞兩個儲集器5c之單個多捲曲線圈。加熱器可包含諸如15kHz加熱器之低頻加熱器。加熱器之頻率可在約1kHz至100kHz、1kHz至25kHz及1kHz至20kHz的至少一個範圍內。單個線圈可為沿儲集器之豎軸可伸縮。線圈5f可藉由諸如本發明(諸如氣動、液壓、電磁、機械)中之一者之致動器或伺服馬達驅使之致動器、齒輪馬達驅動之致動器沿豎軸移動。線圈可用熟習此項技術者已知的機械裝置(諸如螺釘、齒條及齒輪)及活塞來移動。在彼此上方以機械方式移動之諸如齒輪齒或滑移部件之致動器部件可用諸如六方氮化硼、MoS2或石墨之高溫潤滑劑潤滑。其他係滑石、氟化鈣、氟化鈰、二硫化鎢、軟金屬(銦、鉛、銀、錫)、聚四氟乙烯、一些固體氧化物、稀土氟化物及金剛 石。線圈可在允許所要運動之一或多側或末端位置或其他適宜位置處安裝至致動器，同時不會使致動器過載負重。天線可經由可撓性天線區段連接至濾網供應器以允許移動。在一實施例中，電感耦合加熱器包含具有與加熱器之其餘部分分離之傳輸器組件之分裂單元。分單獨傳輸器組件可包含電容器/RF傳輸器。電容器/RF傳輸器可安裝在致動器上。電容器/RF傳輸器可藉由外部壓力容器腔室5b3a1中之可撓性電線及冷卻管線連接至加熱器之其餘部分。此等管線可穿過外部壓力容器5b3a之壁。電容器/RF傳輸器可安裝在連接至RF天線之致動器上，其中天線亦安裝在致動器上。電容器可安裝於可經冷卻之罩殼中。箱可包含熱反射塗層。罩殼可充當安裝燈具。箱可包含導軌及其他驅動機構之安裝托架。電感耦合加熱器可包含使用諸如一個6至12米長之長加熱器的並聯諧振模型加熱器。諸如冷卻板之熱交換器可在由天線冷卻管線提供之冷卻之情況下安裝在電容器/RF傳輸器上。致動器可由受控制器控制的電動伺服馬達或齒輪馬達驅動，該控制器可回應於溫度分佈輸入來獲得諸如儲集器5c、EM泵、下半球5b41及上半球5b42之發電機組件之所要溫度分佈。
在一實施例中，諸如電感耦合加熱器之加熱器包含單個可伸縮線圈5f(圖16至圖17、圖57至圖58及圖71至圖75)，其係圍繞期望被加熱之電池組件之圓周，諸如黑體輻射器5b4、儲集器5c及諸如EM泵套管5k6之EM泵組件之至少一部分中之至少一者。在一實施例中，加熱器可在加熱期間固定。幾何結構及線圈匝密度可經組態以選擇性地將所要加熱功率施加至各電池組件或各電池組件之區域以達到諸如在970℃至1200℃之範圍內的組件或區域特定所要溫度範圍。歸因於先前加熱校準及加熱器設計，對電池上有限數目個點之溫度的監測提供電池上所監測點之溫度。在一實 施例中，可控制加熱器功率及加熱持續時間以達到所要溫度範圍，其中可能不需要溫度監測。控制熔融金屬泵浦至反應電解槽腔室及點火功率之施加中之至少一者可控制加熱黑體輻射器。將輸入提供至溫度控制器之諸如熱電偶或光學溫度感測器之溫度感測器可監測黑體輻射器溫度。可經掃描之例示性光學溫度感測器係Ω iR2P。可替代地，EM泵浦及點火功率以及電感耦合加熱功率之定時順序可用於實現所要電池溫度分佈，諸如其中與熔融金屬接觸之電池組件之溫度高於金屬熔點之一者。
同時加熱所要電池組件之加熱器線圈5f可允許消除熱傳遞塊5k7、粒子絕緣體、粒子絕緣體儲集器5e1及控制系統中之至少一者以進行垂直移動加熱器及當垂直移動加熱器時控制加熱器功率位準中之至少一者。電感耦合加熱器5k4之磁體可包含RF屏蔽物及由冷卻系統(諸如包含EM泵冷卻劑管線5k11及EM泵冷板5k12之冷卻系統)提供之足夠冷的水中之至少一者，以防止磁體過熱至由EM泵套管5k6水平所施加之熱量所造成的磁化損耗之點。RF屏蔽物可包含多層RF反射材料，諸如可包含金屬箔片或濾網之高度導電材料，諸如Al、Cu或Ag。
在一實施例中，電感耦合加熱器屏蔽物可包含磁性材料，以使入射於EM泵磁體上之磁通量衰減。例示性磁性材料包含坡莫合金(Permalloy)或高電阻高導磁率合金(Mu-Metal)，諸如具有高磁導率之基於鎳之金屬，諸如在低飽和度水平之情況下具有約300,000之滲透率之金屬。在加熱器所施加磁場強度高之實施例中，磁性材料可包含較高飽和度材料，諸如磁性金屬，諸如碳鋼或鎳。在一實施例中，歸因於永久性磁場經屏蔽金屬吸收且永久性磁場在EM泵套管中之液態金屬中減弱，磁性材料可具有將對永久性EM泵磁體之永久性磁場線之負面影響減到最小之設計及滲透率。 在另一實施例中，屏蔽物包含法拉弟籠(Faraday cage)5k1a(圖38)，其包含圍繞預期被屏蔽組件(諸如EM泵磁體5k4)之高導電率金屬，諸如銅。諸如面板之法拉弟籠部件5ka1可用諸如高度導電的螺釘5k1b(諸如銅螺絲釘)之緊固件固定。在一實施例中，法拉弟籠5k1a不會影響永久磁體5k4之靜態磁場，使得籠型可完全包圍磁體。法拉弟籠可經冷卻。冷卻可藉由EM泵冷板5k12及EM泵冷卻劑管線5k11來提供。在一實施例中，冷板可包含用以冷卻聚光PV電池(諸如包含微通道之聚光PV電池)之設計。在一實施例中，各磁體可包含單獨的法拉弟籠(圖39)。法拉弟籠之壁厚可大於電感耦合加熱器之RF發射之穿透深度。在一實施例中，感應加熱頻率之穿透深度小於0.3mm；因此，針對增加壁厚而增加屏蔽之屏蔽物，籠壁可厚於0.3mm。在一實施例中，EM泵磁體5k4可包含引導磁通量穿過EM泵套管5k6之磁軛5k5或梯形磁體，且可進一步包含磁性電路，其中磁體5k4及磁體冷卻系統5k1可位於諸如中心在儲集器5c外部之部分EM泵套管5k6下方的位置。磁性電路可包含在EM泵桿體5k2之位置處引導磁通量橫切電流之磁軛。在一實施例中，磁體5k4可包含錐形磁體，其在電流沿z軸且泵沿y軸流送之情況下沿x軸經由EM泵套管5k6壁使高磁場富集。在一實施例中，諸如5k2及5k3中之至少一者之EM泵匯流排可包含能夠在高溫下運作之高度導電的導體，諸如Mo。磁性電路可包含EM泵磁體5k4、包含高度可滲透材料之芯體，該高度可滲透材料可進一步包含在其區段、用於EM泵套管5k6之電路的間隙與在間隙處經由EM泵套管5k6使磁通量富集之磁軛之間的磁體。芯體可包含諸如肥粒鐵之向上C形可滲透材料，其中間隙在C之開口中。在另一實施例中，EM泵包含具有複數個繞組之定子及含有待泵浦之熔融金屬之至少一個圓柱狀導管。在例示性實施例中， 具有三對螺旋狀繞組之定子產生旋轉扭轉磁場。軸向推力以及所產生的旋轉扭力作用於圓柱狀導管中之熔融金屬。
在一實施例中，電感耦合加熱器線圈5f可進一步包含聚光器，以藉由增加電池組件或電池組件之區域中之對應的電流在所要區域中強化電磁場。例示性聚光器可包含高頻肥粒鐵及低頻墊片鋼。聚光器可用於實現電池之所要溫度分佈。在包含期望被加熱但不包含易於耦接至電感耦合加熱器之RF功率之材料的電池組件之實施例中，組件可用諸如碳之RF吸收材料包覆。包層可包含分裂或膨脹間隙，以適應不同熱係數之膨脹。例示性實施例包含圓柱狀BN儲集器5c，其經被分離以適應差異性熱膨脹之圓柱狀石墨套管包覆。
在一實施例中，可水冷卻之電感耦合加熱器天線線圈5f可包含對兩個儲集器為圓周的至少一個線圈及對黑體輻射器5b4之至少一部分為圓周的線圈或線圈之一部分。線圈可進一步包含至少一個餅狀線圈。餅狀線圈之平面可平行於儲集器外部的EM泵套管之平面。餅狀線圈可沿EM泵套管之外部部分的至少一側置放。餅狀線圈可加熱兩個EM泵套管。可替代地天線5f可包含複數個餅狀線圈，其中餅狀線圈可單獨或共同地加熱各個EM泵套管。餅狀線圈可沿發電機之豎軸伸縮。餅狀線圈可與儲集器線圈一起伸縮且可為儲集器線圈之一部分。天線可包含複數個單獨組件。天線可包含各自包含一對餅狀線圈的兩個天線。兩個餅狀線圈可各自包含加熱黑體輻射器之一部分及儲集器中之至少一者的上部線圈。上部餅狀線圈可圍繞經加熱之表面配適。例示性形狀分別係圍繞球面或橢圓黑體輻射器之底部的C形及圍繞圓柱狀儲集器之U形。線圈可沿複數個軸(諸如橫軸且接著豎軸)伸縮以在啟動之後經儲存。致動器可沿此等軸移動各天線5f以達 成儲存。天線之連接部分可包含可撓性引水導管線，諸如可撓性金屬套管，諸如伸縮式套管。套管可包含銅。
在一實施例中，餅狀或其他線圈5f可包含至少一個可撓性區段。可撓性區段可允許線圈圍繞諸如法拉弟籠上之EM泵磁體5k4、磁軛5k5或突出物之電池組件收縮，該電池組件容納視情況包含磁通量聚集磁軛之至少一個磁體。可替代地，EM泵可包含可移動磁軛(諸如可在法拉弟籠外部可滑動之磁軛)及可在軌道上的可移動磁體5k4中之至少一者，以有助於餅狀線圈之伸縮。在一實施例中，諸如EM泵點火匯流排5k2a之區域處的EM泵套管5k6之加熱組件之區段可由電感耦合加熱器天線5f選擇性地加熱，藉由包含其線圈之一部分緊鄰組件的天線中之至少一者且藉由包含較佳耦接至RF場之材料的組件，諸如不鏽鋼或鉬上方之磁鋼。類似材料可與磁性金屬之躍遷附接一起附接。例示性附接件係焊接及螺栓及螺母緊固件。EM泵點火匯流排5k2a可包含焊接至不鏽鋼泵套管5k6之不鏽鋼及焊接或緊固至EM泵點火匯流排5k2a之不鏽鋼部分的磁鋼。在一實施例中，點火匯流排5k2a可附接至底板5b8。
天線線圈5f可包含至少一個捲曲迴路，其中線圈迴路可逆向延伸且可伸縮，使得線圈可緊鄰電池摺疊以實現良好的RF功率耦合且接著擴展以允許伸縮且儲存天線。天線儲存可用本發明之致動器實現。線圈之各迴路可包含可伸縮式或伸縮式區段。在一實施例中，天線線圈5f之至少一個迴路可逆向地擴展及伸縮。迴路可包含可伸縮式或伸縮式區段。水冷卻可經由將套管密封在線圈迴路之可逆向擴展及伸縮區段之內部獲得。套管可包含可插入引導線圈迴路之內部以至少橋連可逆向擴展及伸縮區段的鐵氟龍或其他高溫水套管。套管可包覆有導體，諸如可撓性導體，諸如編織金 屬，諸如編織銅導線。例示性可撓性天線區段係導線編織鐵氟龍套管或彈性套管，諸如手術套管。導線編帶可包含銅編帶。可替代地，可延伸區段可包含諸如聚酯薄膜之金屬化塑膠。天線線圈5f可進一步包含使至少一個迴路擴展或伸縮之致動器。在一實施例中，可伸縮迴路以達成緊鄰經加熱電池組件，諸如儲集器。接近可實現對電池組件之較大RF耦接。相同或至少一個附加致動器可擴展迴路以允許相同或另一致動器移動線圈從而將其儲存。可垂直移動。可儲存在下腔室5b5中。線圈可藉由施加至天線線圈之水及真空壓力擴展及伸縮，其中電感耦合加熱器電源供應器及電容器之冷卻迴路可經螺線管閥旁通。致動器在散佈機上方移動彈簧負載線圈之朝下線性移動可擴展線圈。
在圖71至圖75中所展示之實施例中，圍繞雙熔融金屬噴射系統之兩個儲集器5c及黑體輻射器5b4之至少一部分中之至少一者的圓周線圈可逆向擴展及伸縮。線圈可沿軸向(沿電池垂直)延伸之線圈之每一迴路的兩個位置垂直分離。諸如導線(諸如絞合漆包線)之可撓性電連接器可橋連分離的迴路區段。導線可為高度導電的，諸如銅導線。導線可為耐火的，諸如W或Mo。諸如導線之各橋連件可藉由諸如傳導、對流及輻射之方式在外部經冷卻。橋連件可經由氣體冷卻，諸如具有高熱傳遞能力之氣體，諸如氦氣。橋連件氣體冷卻系統可包含強制對流或傳導系統。橋連件冷卻系統可包含外部熱交換器，諸如外部冷卻劑熱交換器。當處於摺疊位置時，諸如導線之橋連件可捲曲。橋連線圈可包含逆向延伸及伸縮之彈簧導線。在例示性實施例中，天線可包含耐火金屬彈簧，以使電感耦合加熱器天線之可伸縮線圈區段電跨接。跨接線可由氦氣冷卻或由其他外部系統冷卻，諸如與天線導線跨接線熱接觸之單獨的捲曲系統，諸如熱交換器。可替代 地，跨接線可能不經主動冷卻。
在分離橢圓螺旋狀線圈之實施例中，相對分離線圈迴路區段之間的連接件包含接觸連接件(圖74至圖75)。接觸點可包含線圈迴路端板。相對線圈迴路區段之端部上的接觸點可包含陽極連接器5f4及陰極連接器5f5或熟習此項技術者所已知的其他電接觸連接器。接觸點可在其將分離線圈區段水平移入及移出接觸點時由致動器5f1接合及脫離。各陽極插塞連接器5f4可包含圓形或指針末端，使得當兩個天線半部滑在一起時其更容易地與陰極連接器5f5對準。經連接兩個半部天線區段可形成橢圓螺旋線。當處於閉合(經插入在一起)組態時，天線可作為具有經附接垂直平面餅狀線圈之橢圓螺旋線來操作。在另一實施例中，天線包含分離橢圓線圈，其中兩個區段中之每一者包含可視情況包含用於配對之電連接器的一對餅狀線圈之附接構件。當天線處於閉合(經插入在一起)組態時，天線可作為具有包含兩個經連接或未經連接區段之垂直平面餅狀線圈的橢圓螺旋線來操作。在閉合天線包含兩件餅狀線圈之兩個未經連接構件之情況下，各構件可包含水冷卻之連接器的單獨系統。在一實施例中，可藉由致動器逆向移動可進一步包含法拉弟籠5k1a之至少一個EM泵磁體5k4以適應分離天線的接合及脫離。磁體之伸縮可允許餅狀線圈在其由致動器移動期間通過。在餅狀線圈已經移動至其運作位置之後，磁體可經移動至運作位置，諸如緊鄰EM泵套管5k6。
分離線圈之各半部之線圈迴路可包含在垂直鄰接之線圈迴路端部之間延伸的水導管5f2。導管可相反螺合以旋擰至線圈之表面或邊緣。天線之迴路可由天線間隔件分隔開及支撐件5f3支援。在一實施例中，水導管5f2及線圈迴路區段提供用於諸如水之冷卻劑的連續流動路徑。冷卻劑導 管可電絕緣或包含諸如高溫聚合物、陶瓷或玻璃之電絕緣體。冷卻劑導管可包含在線圈迴路處電絕緣的導體。冷卻劑導管可經熱屏蔽。例示性鐵氟龍或縮醛樹脂(Delrin acetal)水導管將各半部線圈之鄰接迴路區段之端部分別連接至水冷卻的各半部線圈。導管可藉由擠塑、射出模製、印模、銑削、加工及3D雷射印刷來製造。導管可連接至可經焊接至天線線圈迴路之冷卻劑套管。諸如鐵氟龍導管之水導管亦可充當結構支撐件。在一實施例中，水冷卻管通道在各迴路區段內可為雙向的。在一實施例中，天線可包含諸如鐵氟龍水導管5f2之單獨冷卻劑導管及結構支撐件或間隔件5f3。結構支撐件可包含耐火絕緣體間隔件，諸如其可進一步對熱衝擊具有抗性之氮化硼或氮化矽。在一實施例中，各半部線圈經連接至天線RF電源供應器90a之電容器箱。電連接件可經冷卻且充當冷卻劑管線。各半部線圈可進一步包含另一冷卻劑管線或連接件冷卻劑管線以充當導管以形成經由對應半部天線及諸如冷卻器之熱交換器之閉合冷卻劑迴路。連接件冷卻劑管線中之每一者可僅用於冷卻，其中各者可包含電絕緣體或可與天線電隔離。
在一實施例中，SunCell®包含包覆且加熱儲集器5c及至少一個餅狀線圈之諸如兩線圈之複數個天線，該至少一個餅狀線圈加熱EM泵套管5k6。各線圈可包含其自身電容器箱及濾網供應器中之至少一者。電源可包含功率分離器。天線可包含兩個上部C形線圈及至少一個餅狀線圈，該至少一餅狀線圈可包含諸如各者包含溫度感測器之單獨電源及單獨控制器，諸如紅外線感測器，諸如光學高溫計及功率控制器。當不操作時，線圈可由至少一個致動器伸縮。在一實施例中，諸如餅狀線圈或線圈之至少一個線圈在不使用時可排出冷卻劑且保持在運作位置(未伸縮)。線圈可包 含泵、冷卻劑儲集器或供應器及控制器以在操作及儲存模式中分別逆向地添加及排出冷卻劑。
在一實施例中，SunCell®包含包覆且加熱儲集器5c及至少一個餅狀線圈之諸如兩個線圈之複數個天線，該至少一個餅狀線圈加熱EM泵套管5k6，其中各天線之截斷頻率經獨立調制以防止天線之間的耦接。天線中之至少一者可伸縮。SunCell®可包含至少一個致動器以實現伸縮。可替代地，至少一個天線可經固定。固定天線可充當次級角色作為熱交換器以在SunCell®濾網產生操作期間移除過熱。熱交換器天線可包含具有高熔點之導體，諸如耐火金屬，諸如鉬或本發明之另一者。天線可包含水或另一冷卻劑，諸如熔融金屬、熔融鹽或本發明或本領域中已知的另一者。固定天線之冷卻劑可在SunCell®啟動之後排出。可替代地，當運作以產生濾網時，冷卻劑可用於移除來自SunCell®之熱量。固定天線可用於在啟動期間加熱至少一個SunCell®組件且在濾網產生期間冷卻至少一個組件。SunCell®組件可為諸如EM泵5ka、儲集器5c及反應電解槽腔室5b31中之至少一者之電池組件，及諸如MHD噴嘴區段307、MHD發電機區段308、MHD凝聚區段309、回流管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵套管313中之至少一者之MHD轉換器之組件之群中之至少一者。
在一實施例中，天線5f可包含可將加熱功率傳遞至儲集器之RF耦接材料。RF耦接材料可包含碳。碳可包含適配於待填充空隙且形成天線及儲集器之天線中的塊。RF耦接材料可變形以允許在電池啟動之後儲存天線。碳塊可變形。碳塊可為可疊縮式。可疊縮式碳塊可經彈簧負載以提供對儲集器之良好RF耦接及熱接觸。碳塊可伸縮使得可儲存天線。石墨塊 可由致動器系統延伸及收縮，諸如氣動、液壓、電子、機械系統或本發明之其他致動器。液壓系統可應用來自由冷卻劑泵所提供之天線冷卻劑之壓力，其中電感耦合加熱器冷卻迴路可使用螺線管閥旁通。氣動系統可應用由真空泵所提供之真空或壓力。機械致動器可包含齒條及齒輪或球形螺釘致動器或本發明之其他者。
各磁體可容納於單獨的法拉弟籠中(圖39)。在另一實施例中，餅狀線圈可塑形以具有各EM磁體下方之區段以允許其伸縮。在由EM泵套管定義之平面之一側上的可伸縮餅狀線圈可包含倒置雙背或環回C形線圈及雙背W形線圈中之至少一者，其中線圈在彼等位置處之各磁體下方穿過。諸如餅狀線圈之線圈5f可為諸如EM泵套管之加熱部分的圓周以增加加熱效率。當減少對磁體施加RF功率時，諸如圖74至圖75中所展示之雙背W形線圈之線圈可選擇性地加熱諸如入口側及出口側之各EM泵套管之至少一部分。為實現自雙背W形線圈至EM泵套管之良好RF功率傳遞，EM泵套管可在儲集器之間的中部充分分隔開，以允許天線之各支腳在天線之倒置V形區段中之對應泵套管外部延伸。EM泵套管及天線中之至少一者可藉由使用線圈套管彎曲之系統及方法來製造，以達成在天線線圈之泵套管內部之緊密適配。在另一實施例中，雙線圈之繞組以此類路徑沿天線線圈為外部-內部-外部-內部對比外部-外部-內部-內部方式在中部上方交叉。
諸如圓周及餅狀線圈中的至少一者的線圈5f可為電絕緣的。天線的管路可包含用以覆蓋更多表面區域以將加熱功率更佳地耦合至電池組件的寬平管。並不有效地吸收射頻功率的組件，諸如氮化硼儲集器，可覆蓋有RF吸收器覆蓋物，該RF吸收器覆蓋物可包含諸如碳的具有更佳RF耦合或吸收的材料。當諸如兩個圓周蛤殼的區段可藉由諸如W夾鉗、帶材或線材 的扣件保持在適當位置時，可附接用於諸如BN儲集器的儲集器的間接RF加熱的碳。在一實施例中，蛤殼被設計成防止電池的電極化部件之間的電接觸以避免電短接。為避免形成碳化鐵之反應性，碳蛤殼不應與包含鐵之部件接觸；在蛤殼接觸鐵或諸如包含鐵之螺母之部件的情況下，蛤殼可包含除碳以外的材料。亦應避免其他此類化學不相容性。在一實施例中，RF吸收器覆蓋物可包含諸如碳織物、蜂巢或泡沫之材料，其用以自電感耦合加熱器吸收RF功率且充當熱絕緣件。天線電絕緣件可包含Fibrex、Kapton帶、環氧樹脂、陶瓷、石英、玻璃及水泥中之至少一者。至少一個線圈可在啟動之後收縮及儲存。儲存器可在腔室內部之容納黑體輻射器的第二室中。諸如髮夾或餅狀線圈的其他特殊幾何形狀的線圈(諸如沿儲集器外部的EM泵管之端部、側面或底部的部分之線圈)在本發明的範圍內。線圈中之任一者可包含聚光器。在另一實施例中，發電機包含複數個線圈致動器，其中用以加熱池之天線可包含可沿複數個軸收縮的複數個線圈。在一例示性實施例中，線圈可水平地收縮且隨後垂直地收縮。在一實施例中，發電機可包含至少一個EM泵管加熱器線圈及至少一個線圈致動器及至少一個EM泵磁體致動器。一或多個加熱器線圈可在EM泵磁體收縮之情況下加熱儲集器外部之EM泵管區段，一或多個線圈可藉由一或多個線圈致動器收縮，且一或多個EM泵磁體致動器可將EM泵磁體移動至適當位置以在EM泵管冷卻至諸如銀之內部熔融金屬的熔點以下之前支援泵抽。可協調線圈收縮及磁體定位之運動。該協調可藉由機械連接或藉由控制器(諸如包含電腦及感測器之控制器)來達成。
在一實施例中，EM泵管5k6可選擇性地經加熱同時藉由以下中之至少一者維持EM泵磁體5k4冷卻：(i)使用RF屏蔽及磁性防護罩或法拉弟籠 (Faraday cage)中之至少一者來減小入射EM泵磁體之RF功率，(ii)使用聚光器來選擇性地強化EM泵管處之電磁場且因此增大RF電流並加熱EM泵管，其中聚光器之磁場可沿避免干擾EM泵的方向，諸如在EM泵電流的方向上或在EM泵管的方向上，(iii)使用選擇性地加熱EM泵管5k6之RF線圈5f，(iv)使用熱傳遞構件，諸如熱傳遞塊5k7、具有較大橫截面之EM泵管或散熱管，以將熱量自經加熱上部電池組件傳遞至較少加熱的EM泵管，及(v)增大藉由諸如電磁泵熱交換器5k1之冷卻器冷卻的磁體。儲集器底板可包含諸如陶瓷之材料，該材料阻止自電感耦合加熱器吸收RF，使得更多功率可藉由在對應區中施加之加熱選擇性地由EM泵管吸收。
加熱器線圈及電容器箱可安裝至在啟動期間可移動至加熱位置且在並未使用時收縮至儲存器室中之致動器。儲存器室可包含在外部壓力容器腔室5b3a1中之亦可含有功率調節器的區段。線圈可進一步用於水冷卻可冷卻功率調節器之儲存器室。用以移動加熱器之構件可包含本發明中的一者，諸如可安裝於加熱器儲存器室中之馬達驅動的滾珠螺桿或齒條及小齒輪機構。加熱器儲存器室可包含功率調節設備腔室。
在一實施例中，致動器可包含安裝於凹進腔室(諸如在外部壓力容器5b3b之底座中的一者)中之驅動機構，諸如伺服馬達。伺服馬達或齒輪馬達可驅動諸如螺桿、活塞或齒條及小齒輪的機械移動裝置。線圈5f及用於電感耦合加熱器之電容器中之至少一者可藉由移動裝置移動，其中該運動可藉由移動附接有移動組件之導向安裝件來達成。在一實施例中，致動器可至少部分地定位於外部壓力容器5b3a外部。致動器可至少部分地定位於外部壓力容器5b3b之底座外部。提昇機構可包含氣動、液壓、電磁、機械或伺服馬達驅動之機構中之至少一者。線圈可藉由熟習此項技術者已知 之機械裝置移動，該等機械裝置諸如螺桿、齒條及小齒輪，及活塞。致動器可包含具有活塞穿透件之可密封在波紋管中的至少一個提昇活塞，其中用以垂直地移動活塞之機構可在壓力容器5b3a外部，諸如外部壓力容器5b3b之底座外部。此類型的例示性致動器包含諸如Veeco系統之MBE/MOCVD系統的致動器，該系統包含例示性快門葉片波紋管。在一實施例中，致動器可包含磁耦合機構，其中外部磁場可引起外部壓力容器5b3a內部之機械運動。磁耦合機構可包含外部馬達、外部永磁體或電磁體、內部永磁體或電磁體及機械移動裝置。外部馬達可引起外部磁體的旋轉。旋轉外部磁體可耦接至內部磁體以使得該內部磁體旋轉。內部磁體可連接至諸如齒條及小齒輪或螺桿的機械移動裝置，其中旋轉使得裝置移動線圈5f及電容器中之至少一者。致動器可包含旋轉磁場之電子外部源及內部磁性耦合器。在一實施例中，耦合至內部磁體之外部旋轉磁場可以電子方式獲得。旋轉外部場可藉由定子產生，且耦合可達至諸如電動馬達之一者的內部轉子。定子可為電子整流類型。在另一實施例中，以機械方式在彼此上方移動之致動器部件，諸如齒輪齒或滑移部件，可藉由諸如MoS2或石墨之高溫潤滑劑潤滑。
在諸如圖18至圖72中所展示的一實施例中，諸如伺服馬達或齒輪馬達之馬達93可驅動機械移動裝置，諸如具有軸承94a之滾珠螺桿94、活塞、齒條及小齒輪，或懸浮於滑輪上之緊密纜線。天線及電感耦合加熱器致動器箱中之至少一者可附接至藉由驅動滑輪移動之纜線，該驅動滑輪藉由電動馬達旋轉。馬達93及諸如滾珠螺桿機構94之機械移動裝置之間的驅動連接件可包含齒輪箱92。諸如齒輪馬達之馬達及諸如齒條及小齒輪或滾珠及螺桿94之機械移動裝置及導軌92a可在外部壓力容器5b3a的內部或 外部，諸如在外部壓力容器5b3b之底板外部，且可進一步包含線性軸承95及可具有高溫及高壓中之至少一者的軸承軸。線性軸承95可包含諸如Glyon之滑移材料。軸承軸可諸如穿過外部壓力容器5b3b之底板穿透外部壓力容器腔室5b3a1且附接至加熱器線圈5f及加熱器線圈電容器箱中之至少一者，以在該軸在向上或向下方向上藉由機械移動裝置垂直地驅動時引起其垂直運動。線性軸承可安裝於凹進腔室(諸如外部壓力容器5b3b之底座中之一者)中。軸承軸可穿過一孔穿透外部壓力容器5b3b之底板。線圈5f及用於電感耦合加熱器之電容器90a中之至少一者可藉由移動裝置移動，其中該運動可藉由移動附接有移動組件之導向安裝件來達成。
在一實施例中，電池組件(諸如下部半球5b41、上部半球5b42)、儲集器5c及連接器可能夠在諸如3000K的黑體輻射器之操作溫度下經加壓至對應於10atm的銀蒸氣壓之壓力。黑體輻射器可覆蓋有碳纖維之網狀瓶以維持高壓。外部壓力容器腔室5b3a1可能未加壓以平衡反應電解槽腔室5b31中之壓力。外部壓力容器可具有大氣壓或低於大氣壓。外部壓力容器腔室5b3a1可維持在真空下以避免至腔室壁的熱傳遞。致動器可包含在外部容器5b3a之底板5b3b處的用於藉由外部馬達驅動的轉向或傳動軸之穿透件的密封軸承，該外部馬達諸如藉由諸如電腦之控制器的伺服或步進馬達控制器。驅動系統可包含用於增加之轉矩、編碼器及控制器的步進馬達、確動皮帶、繃緊滑輪、驅動滑輪或齒輪箱中之至少一者。驅動軸可轉動齒輪，諸如蝸輪、斜齒輪、齒條及小齒輪、滾珠螺桿及螺母、傾斜盤或其他機械構件，以移動加熱器線圈5f。用於驅動軸穿透件之軸承可能夠相對於真空、大氣壓及高壓中之至少一者密封。軸承可能夠在高溫下操作。在一實施例中，軸承可藉由套環或管及凸緣配件自底板5b3b偏移以在較 低操作溫度環境中定位軸承。
已充分確定與其液相平衡之任何氣體的蒸氣壓為與其接觸且平衡之最冷液體的蒸氣壓。在一實施例中，儲集器5c中的在其表面處與反應電解槽腔室5b31氛圍接觸之熔融金屬液體的溫度比反應電解槽腔室5b31溫度低得多，使得反應電解槽腔室5b31中之金屬蒸氣壓比在黑體輻射器之溫度下的銀蒸氣壓低得多。在一例示性實施例中，在其表面處與反應電解槽腔室5b31氛圍接觸之銀液的溫度在約2200℃至2800℃範圍內，使得反應電解槽腔室5b31中之銀蒸氣壓略高於其中高於此之壓力將導致在氣液界面處至液體的凝結的一種氛圍。在一實施例中，電池包含用以在反應電解槽腔室5b31與儲集器5c的內部之間建立高溫度梯度的構件。高溫度梯度可確保熔融金屬液體-蒸氣界面在充分地低於儲集器5c之熔點的溫度下。溫度亦可提供所要金屬蒸氣壓。溫度梯度構件可包含熱量屏蔽、擋板、絕緣件及儲集器直徑之變窄且使反應電解槽腔室5b31與儲集器5c之間的開口變窄中之至少一者。另一選項為使儲集器壁厚變窄，增大儲集器壁區域，及藉由熱交換器及諸如水冷卻輻射器之排熱器增加自儲集器之熱傳遞來維持儲集器冷卻中之至少一者。
在一實施例中，為增大自反應電解槽腔室5b31至儲集器5c液體金屬界面之熱梯度，其中反應電解槽腔室5b31中之電力主要藉由輻射傳遞且諸如銀之熔融金屬具有用於熔融金屬及其蒸氣之極低發射率，基本上來自反應電解槽腔室5b31之所有電力在液體銀界面處得以反射。在一實施例中，儲集器被設計成採用電力返回至反應電解槽腔室5b31中之反射。儲集器可包含反射器及擋板中之至少一者以藉由增加反射、減少傳導及減少對流之群組的機構中之至少一者在儲集器5c處產生溫度梯度。在另一實施 例中，諸如銀之熔融金屬包含添加物，該添加物包含可漂浮在液體金屬之頂部上且改變界面處之發射率以增加電力反射的較低密度材料。添加物亦可起增大金屬蒸氣之凝結速率及降低金屬蒸氣之汽化率中之至少一個作用。
在一實施例中，電力可藉由饋通件供應至外部壓力容器腔室5b3a1，至腋系統電力供應器，該腋系統電力供應器為至少一個腋系統(諸如電感耦合加熱器、至少一個電磁泵、點火系統及至少一個真空泵中之至少一者)供電。在一實施例中，用以運行至少一個腋系統之電力藉由PV轉換器26a之輸出提供。腋系統電力供應器可包含至少一個功率調節器，該至少一個功率調節器自外部壓力容器腔室5b3a1內之PV轉換器26a接收電力輸出且為至少一個輔助系統供電。腋系統電力供應器可包含足以為寄生發電機負載(諸如電感耦合加熱器、至少一個電磁泵及點火系統中之彼等)提供電力之反相器。點火系統可藉由直接來自反相器或間接地在電力調節之後的AC電力供電。點火系統可由可藉由PV轉換器26a供應之DC電力供電。PV轉換器可為能夠輸出所要電壓及電流之電容器組充電，所要電壓及電流諸如在約1V至100V範圍內之電壓及在約10A至100,000A範圍內之電流。PV的主要電力可經由饋通件輸出為DC電力。寄生負載之對應外部饋通件可由包含來自PV轉換器之內部調節電力的內部電源替換。在一實施例中，外部壓力容器腔室5b3a1可包含容納至少一個功率調節器的功率調節設備腔室。功率調節設備腔室可為經熱量屏蔽、經熱絕緣及經冷卻中之至少一者。外部壓力容器5b3a可包含可在約大氣壓，諸如在加或減100%內之大氣壓下操作的殼體。外部壓力容器5b3a可為諸如矩形的任何所需形狀。
發電機可包含加熱器系統。加熱器系統可包含用以接收感測器輸入(諸如電池組件(諸如上部半球、下部半球、儲集器及EM泵組件之彼等)之溫度)的可移動加熱器、致動器、諸如熱電偶之溫度感測器及控制器。熱電偶可包含在熱電偶套管中之一者，該熱電偶套管提供對電池內部之溫度(諸如EM泵管內部的溫度及儲集器內部的溫度)中之至少一者的存取。熱電偶可穿過EM泵管的壁穿透至EM泵管及儲集器中之至少一者中。熱電偶可量測EM泵管及儲集器之連接器的溫度，諸如接頭套管溫度，該溫度可在EM泵管內部得以量測。接頭套管溫度可藉由外部熱電偶量測，該外部熱電偶藉由諸如接合構件之構件或諸如熱膏之熱導體具有與接頭套管表面的良好熱接觸。熱電偶可安裝於熱管中，該熱管諸如焊接在EM泵組合件5kk中之一者。控制器可進行以下中之至少一者：驅動致動器以移動加熱器線圈及控制加熱器功率以將電池組件之溫度控制在所要範圍內。範圍可各自高於熔融金屬之熔點且低於電池組件之熔點或故障點。熱電偶可能夠進行高溫操作，諸如由硒化鉛、鉭及此項技術中已知之其他組成的一者。熱電偶可經電隔離或偏壓以防止干擾諸如電感耦合加熱器之外部電源。電隔離可藉由諸如陶瓷外鞘之電絕緣的、能夠經受高溫的外鞘達成。熱電偶可由紅外溫度感測器替換。光學感測器可包含光纖溫度感測器。至少一個光纖纜線可將藉由黑體輻射器5b4發射之光傳輸至光學熱感測器以量測黑體輻射器5b4的溫度。可掃描的例示性光學溫度感測器為Ω iR2P。光學感測器可經空間地掃描以量測發電機上之複數個位置的溫度。空間掃描可藉由諸如本發明或熟習此項技術者已知的電磁或其他致動器之致動器來達成。
量測下部半球溫度及上部半球溫度中之至少一者的熱電偶可為可伸 縮的。反應可在所量測溫度達至其操作的上限時發生。縮回器可包含機械、氣動、液壓、壓電、電磁、伺服馬達驅動的或熟習此項技術者已知之其他此類縮回器。收縮可在冷卻的PV轉換器內或離其更遠。下部半球及上部半球中之至少一者的高於熱電偶之操作溫度的溫度可藉由諸如高溫計之光學感測器或光譜儀中之至少一者及藉由PV轉換器回應量測。
在池啟動之後可降低線圈。底板5b3b可具有用於線圈5f及安裝在致動器上之對應電容器組中之至少一者的凹進外殼。線圈可包含水冷射頻(RF)天線。線圈可進一步充當用以提供冷卻水冷的熱交換器。線圈可用於在電磁泵的操作溫度歸因於自反應電解槽腔室5b31中之低能量氫反應加熱而變得過高時水冷電磁泵，其中熱量沿儲集器5c傳導至EM泵。諸如EM泵及儲集器之電池組件可絕緣以藉由減少或終止之加熱功率維持組件的所需溫度，其中天線亦可為非絕緣組件提供冷卻。例示性所需溫度高於藉由EM泵噴射之熔融金屬的熔點。
在一實施例中，必要時，諸如在啟動期間，電感耦合加熱器可延伸至EM泵區域以熱量EM泵管從而維持熔融金屬。磁體可包含用以反射來自電感耦合加熱器之加熱功率的主要部分的電磁輻射屏蔽。屏蔽可包含諸如包含鋁或銅之一者的高度導電覆蓋物。EM泵磁體可藉由RF反射器屏蔽以允許線圈5f在磁體的水平面上。避免加熱EM泵磁體可至少部分地藉由使用帶缺口的線圈設計來達成，其中該缺口在磁體位置處。電感耦合加熱器功率可隨EM泵功率減少而增加，且反之亦然，以維持穩定溫度從而避免引起EM泵及儲集器連接器螺紋失效之快速變化。
EM磁體5k4可包含用於內部冷卻之導管。內部冷卻系統可包含兩個同心水管線。水管線可包含將水傳送至磁體之EM泵管端的內部管及外部 返回水管線。水管線可包含用以准許外部壓力容器5b3a之垂直出口穿過底座5b3b的彎管或彎頭。每一磁體之兩個同心內部水管線可在磁體的中心縱向軸線上。水管線可壓入磁體中之通道中。內部冷卻系統可進一步包含用以增加冷卻管線與磁體之間的熱接觸之熱傳遞膏。內部水冷管線可減小磁體冷卻系統的大小以允許加熱器線圈5f在EM泵之區域中垂直地移動。磁體可包含用以跨泵管提供軸向磁場同時進一步提供緊密設計之非線性幾何形狀。設計可允許線圈5f在磁體上方通過。磁體可包含具有L定向之L形狀，使得冷卻管線可在所要方向上經引導以提供緊密設計。水管線可朝向外部壓力容器5b3b之底座向下引導或諸如朝向兩個儲集器之間的中心水平地引導。考慮沿兩個儲集器之四個EM泵磁體的軸之後一情況的順時針圓形路徑。磁極可定向為S-N-S-N//S-N-S-N，其中//表明兩組EM泵磁體及一個EM泵相對於另一EM泵之電流定向可為反向的。其他緊密磁體冷卻設計在本發明之此類裝配磁體的冷卻劑夾套及線圈的範圍內。
EM泵可包含用以防止磁體藉由電感耦合加熱器線圈5f加熱之在EM泵磁體5k4處的RF屏蔽。當RF線圈5f以其中電感耦合加熱器的RF斷開之冷卻模式接觸屏蔽時，該屏蔽稍後可充當熱傳遞板。在另一實施例中，冷卻劑管線可穿過每一磁體穿透冷卻劑迴路中之磁體的側面。可使用其他冷卻劑幾何結構，其有利於自磁體移除熱量同時准許加熱器線圈在垂直地移動時通過該等其他冷卻劑幾何結構。
在一實施例中，加熱器藉由加熱儲集器5c及儲集器中所含之熔融金屬間接地加熱泵管5k6。熱量轉移至泵管，諸如具有穿過諸如銀之熔融金屬、儲集器壁及熱傳遞塊5k7中之至少一者的所施磁場的區段。EM泵可進一步包含諸如熱電偶或熱敏電阻之溫度感測器。溫度讀數可輸入至諸如 可程式化邏輯控制器及加熱器電力控制器的控制系統，該控制系統讀取泵管溫度且控制加熱器以在熔融銀的情況下將溫度維持在諸如高於金屬之熔點(諸如熔融金屬之熔點100℃內)及低於泵管之熔點(諸如在1000℃至1050℃的範圍內)的所要範圍內。
諸如下部半球5b41、上部半球5b42、儲集器5c、熱傳遞塊5k7及EM泵管5k6中之至少一者的電池組件可為絕緣的。絕緣件在啟動之後可為抽取式的。絕緣件可為可再用的。絕緣件可包含顆粒、珠、粒及片中之至少一者，諸如包含MgO、CaO、二氧化矽、氧化鋁、諸如雲母之矽酸鹽及諸如沸石之矽酸鋁中之至少一者的一者。絕緣件可包含砂粒。絕緣件可經乾燥以移除水。絕緣件可保持在容器5e1(圖25及圖26)中，該容器對於來自電感耦合加熱器之輻射可為透明的。容器可經組態以准許加熱器線圈5f沿垂直軸線移動。在一例示性實施例中，包含砂粒之絕緣件含於玻璃纖維或陶瓷容器5e1中，其中加熱器線圈可沿線圈5f內部之容器垂直地移動。顆粒絕緣容器5e1可包含入口5e2及出口5e3。絕緣件可經排出或加回以改變絕緣件。絕緣件可藉由重力排出容器。移除可使得絕緣件按自儲集器之頂部至EM泵管之底部的次序移除。絕緣件可按自距產生低能量氫反應之功率最近至最遠的次序移除。所移除絕緣件可儲存在絕緣件儲集器中。絕緣件可藉由將其返回至容器而回收。絕緣件可藉由機械構件及氣動構件中之至少一者返回。絕緣件可藉由螺旋鑽或輸送帶以機械方式移動。絕緣件可藉由風機或抽吸泵以氣動方式移動。絕緣件可藉由熟習此項技術者已知之其他構件移動。在一實施例中，諸如砂粒之顆粒絕緣件可由諸如銅丸之傳熱媒介替換，該傳熱媒介可在發電機啟動之後自儲存容器添加以自儲集器及EM泵中之至少一者移除熱量。熱傳遞可達至電感耦合加熱器的水冷天 線。
反應自身可維持在諸如升高的電池溫度及電漿溫度中之至少一者的有反應條件下。反應條件可以充足速率支援熱解以維持溫度及低能量氫反應速率。在其中低能量氫反應變得自持的一實施例中，可終止至少一個啟動電源，諸如加熱器功率、點火功率及熔融金屬泵抽功率中之至少一者。在一實施例中，當電池溫度充分地升高以維持熔融金屬之充足高蒸氣壓時，可終止電磁泵，使得金屬泵抽並非維持所要低能量氫反應速率所需的。升高溫度可高於熔融金屬之沸點。在一例示性實施例中，包含黑體輻射器5b4之反應電解槽腔室的壁的溫度在約2900K至3600K範圍內，且熔融銀蒸氣壓在約5atm至50atm範圍內，其中反應電解槽腔室5b31充當回流熔融銀之鍋爐，如此EM泵功率可消除。在一實施例中，熔融金屬蒸氣壓足夠高，以使得金屬蒸氣充當用以消除對電弧電漿之需要且藉此對點火電流之需要的導電基質。在一實施例中，低能量氫反應提供熱量以將諸如儲集器5c、下部半球5b41及上部半球5b42之電池組件維持在所要升高溫度下，使得加熱器功率可移除。所需溫度可高於熔融金屬之熔點。在一實施例中，電池啟動可藉由諸如抽取式加熱器、點火及EM泵電源中之至少一者的至少一個抽取式電源達成。一旦開始，則電池可在連續操作中操作。在一實施例中，啟動可藉由諸如電池組及電容器(諸如超級電容器裝置)中之至少一者的能量儲存裝置達成。裝置可藉由發電機之電力輸出或藉由獨立電源充電。在一實施例中，發電機可在使用獨立啟動電力供應器的工廠處起動且在缺乏啟動電源供應器(諸如加熱器、點火及泵抽電力供應器中之至少一者)之連續操作中運送。
在例示性實施例中，SunCell®包含在碳儲集器中藉由雙重EM泵噴射 至反應電解槽腔室5b31中的熔融鋁(M.P.=660℃,B.P.=2470℃)或熔融銀(M.P.=962℃,B.P.=2162℃)，該反應電解槽腔室包含碳下部半球5b41及碳上部半球5b42，該雙重EM泵包含諸如Hayes 230之不鏽鋼、Ti、Nb、W、V及Zr扣件(諸如接頭套管5k9)中之至少一者，及諸如Haynes 230或SS 316之不鏽鋼、Ti、Nb、W、V及Zr EM泵管、碳或鐵熱傳遞塊5k7中之至少一者，噴嘴泵管(具有泵管及W噴嘴之定位焊接的W末端噴嘴區段5k61)之不鏽鋼、Ti、Nb、W、V及Zr初始區段中之至少一者。每一EM泵管可進一步包含用於連接至包含與EM泵管相同的金屬之電源2的端子的點火源匯流排。在一實施例中，點火系統可進一步包含電路，該電路包含在啟動期間在閉合時使點火源EM泵管匯流排短路以加熱泵管的開關。在電池操作期間處於打開位置之開關使得電流流動穿過相交之熔融金屬流。碳熱傳遞塊可包含用以用線劃分EM泵管之凹痕的熱傳遞碳粉末。儲集器可製得較長以減低諸如扣件5k9及EM泵管5k6之EM泵組件處的溫度。具有添加氫來源(諸如氬-H2(3%))之HOH催化劑的氧化物源可包含CO、CO2、LiVO3、Al2O3及NaAlO2中之至少一者。HOH可形成於點火電漿中。在一實施例中，與熔融鋁接觸之電池組件可包含諸如SiC或碳的陶瓷。儲集器及EM泵管及噴嘴可包含碳。組件可包含塗佈有諸如陶瓷之保護塗層的金屬，諸如不鏽鋼。例示性陶瓷塗層為本發明之彼等，諸如石墨、鋁矽酸鹽耐火材料、AlN、Al2O3、Si3N4及鋁氧氮陶瓷。在一實施例中，與熔融鋁接觸之電池組件可包含至少一種耐腐蝕材料，諸如Nb-30Ti-20W合金、Ti、Nb、W、V、Zr；及陶瓷，諸如石墨、鋁矽酸鹽耐火材料、AlN、Al2O3、Si3N4及SiAlON。
在一實施例中，分離器包含可位於兩個儲集器之接合區域處的EM 泵。EM泵可包含電磁體及永磁體中之至少一者。EM泵匯流排上之電流及電磁體電流中之至少一者的極性可週期性地反向以將返回銀引導至一個儲集器且隨後至另一儲集器從而避免儲集器之間的電短路。在一實施例中，點火電路包含迫使電流在一個方向上穿過雙重EM泵噴射器液體電極的電二極體。
在一實施例中，由碳組成之電池組件塗佈有能夠在電池組件的操作溫度下維持約零蒸氣壓的諸如碳塗層之塗層。黑體輻射器之例示性操作溫度為3000K。在一實施例中，用以抑制應用於諸如碳電池組件(諸如黑體輻射器5b4或儲集器5c)之外部表面的表面之昇華的塗層包含熱解石墨、裂解色譜(Pyrograph)塗層(Toyo Tanso)、石墨化塗層(Poco/Entegris)、碳化矽、TaC，或本發明或此項技術中已知的抑制昇華之另一塗層。塗層可在高溫下藉由在塗層上施加及維持高氣體壓力而穩定。在一實施例中，EM泵管5k6、電流匯流排5k2、熱傳遞塊5k7、噴嘴5q及配件5k9可包含Mo及W中之至少一者。在一實施例中，接頭套管型及VCR型配件5k9可包含碳，其中儲集器可包含碳。碳配件可包含諸如耐火金屬網狀物之襯墊或諸如W的箔片。在一實施例中，電極在饋通件10a處穿透壓力容器壁及黑體輻射器5b4的下部半球5b41及儲集器5c中之至少一者。電極8可藉由電極O形環鎖定螺母8a1鎖定在適當位置。電極匯流排9及10可經由匯流排集電器9a連接至電源。電極穿透件可用諸如ZrO的電絕緣體塗佈。由於C具有低導電性，電極可在穿透件(諸如在儲集器壁處的穿透件)處藉由諸如石墨膏的密封劑直接密封。替代地，電極可在穿透件處藉由VCR或接頭套管饋通件密封。具有不同熱膨脹係數的部件(諸如EM泵管與儲集器5c的底座及電極與儲集器壁之間的VCR型或型鍛式配件中之至少一者)的機械接合可 包含可壓縮密封件，諸如碳墊片或墊圈，諸如Perma-Foil或Graphoil墊片或墊圈或六方氮化硼墊片。墊片可包含經按壓MoS2、WS2、CelmetTM(諸如包含Co、Ni或Ti之一者，諸如多孔Ni C6NC(Sumitomo Electric))、布或鏈布(諸如包含陶瓷纖維之布或鏈布，其包含高氧化鋁及耐火氧化物，諸如Cotronics Corporation Ultra Temp 391)或本發明之另一種材料。
在一例示性實施例中，反應電解槽腔室功率為400kW，具有6吋直徑之碳黑體輻射器的操作溫度為3000K，EM泵之泵抽速率為約10cc/s，用以熔融銀之電感耦合加熱器功率為約3kW，點火功率為約3kW，EM泵功率為約500W，反應電解槽氣體包含Ag蒸氣及氬/H2(3%)，外部腔室氣體包含氬/H2(3%)，且反應電解槽及外部腔室壓力各自為約10atm。
外部壓力容器可經加壓以平衡反應電解槽腔室5b31的壓力，其中後一壓力歸因於諸如銀的基質金屬之汽化隨著溫度增大。壓力容器可最初經加壓，或壓力可隨著反應電解槽腔室溫度升高而增大。氫可添加至壓力容器以滲透至反應電解槽腔室中。在其中黑體輻射為各向同性碳的一實施例中，圓頂對氣體而言至少部分地可透以平衡壓力且為反應供應氫，該等氣體為諸如氫及惰性氣體(諸如氬)中之至少一者。在一實施例中，電力可藉由控制至流動反應電解槽腔室5b31中之低能量氫反應的氫受控。低能量氫反應可藉由吹掃或排空氫而停止。吹掃可藉由流動諸如氬氣的惰性氣體來達成。
SunCell®可包含在高壓下具有水以提供高壓氫之高壓水電解劑，諸如包含質子交換薄膜(proton exchange membrane，PEM)電解劑的一者。H2及O2腔室中之每一者可包含用以分別消除污染物O2及H2之複合器。PEM可充當陽極及陰極室之分離器及鹽橋中之至少一者，以允許在陰極處 產生氫且在陽極處產生氧作為分離氣體。陰極可包含二硫屬化物析氫催化劑，諸如包含鈮及鉭中之至少一者的可進一步包含硫的一者。陰極可包含此項技術中已知的一者，諸如Pt或Ni。氫可在高壓下產生且可直接地或藉由滲透，諸如滲透黑體輻射器供應至反應電解槽腔室5b31。SunCell®可包含自陰極室至將氫氣傳送至電池之點的氫氣管線。SunCell®可包含自陽極室至將氧氣傳送至儲存容器或排氣孔之點的氧氣管線。在一實施例中，SunCell®包含感測器、處理器及電解電流控制器。感測器可感測以下中之至少一者：(i)諸如電解陰極室、氫管線、外部腔室5b3a1及反應電解槽腔室5b31之至少一個腔室中的氫壓，(ii)SunCell®之電力輸出，及(iii)電解電流。在一實施例中，至電池中之氫供應藉由控制電解電流受控。氫供應可隨著增加電解電流增大，且反之亦然。氫可為在高壓下及包含低庫存中之至少一者，使得至電池之氫供應可藉由控制電解電流以快速時間回應受控。
在另一實施例中，氫可藉由使用所供應水及由SunCell®產生之熱量熱解來產生。熱解循環可包含本發明或此項技術中已知的一種中之一者，諸如基於金屬及其氧化物(諸如SnO/Sn及ZnO/Zn中之至少一者)的一者。在其中電感耦合加熱器、EM泵及點火系統僅在啟動期間消耗功率的一實施例中，氫可藉由熱解產生，使得寄生電力要求極低。SunCell®可包含用以提供電力以運行諸如氣體感測器及控制系統之系統的諸如鋰離子電池組的電池組，該等控制系統諸如用於反應電漿氣體的彼等。
反應腔室5b31之壓力可藉由量測至少一個電池組件因內部壓力所致的延伸或移位來量測。因內部壓力所致的延伸或移位可在給定反應腔室5b31溫度下藉由量測隨由給定反應腔室溫度下的不凝結氣體引起的內部 壓力而變化的此等參數中之至少一者經校準。
在一實施例中，石墨電池組件的塗層，諸如黑體輻射器、儲集器及VCR型配件的表面可包含熱解石墨、碳化矽或本發明或此項技術中已知的不與氫的發生反應之另一塗層。塗層可在高溫下藉由在塗層上施加及維持高氣體壓力而穩定。
在一實施例中，負(還原)電位應用於可經受與H2O及氧中之至少一者的氧化反應的電池組件，諸如黑體輻射器5b4、儲集器5c及泵管中之至少一者。產生器可包含用以將負電壓施加至電池組件的電壓源、至少兩個電導線、導電基質、正電極及相對電極。在一實施例中，黑體輻射器5b4、一個儲集器5c及一個EM泵5ka中之至少一者可藉由負電壓或還原電壓加偏壓。該對電極8的負電極可包含一個EM泵5ka、黑體輻射器5b4及一個儲集器5c的群組中之至少一個組件，使得組件藉由負電壓或還原電壓加偏壓。電極8可包含熔融金屬噴射器電極。導電基質可包含電漿及金屬蒸氣中之至少一者。
正熔融電極可包含第一EM泵5ka及第一儲集器5c，該第一儲集器與黑體輻射器5b4、另一或第二儲集器5c及另一或第二EM泵5ka中之至少一者電隔離。第一儲集器5c可至少部分地包含電絕緣體。第一EM泵5ka的點火功率及正偏壓中的至少一者可由電源2供應。可浸沒第一正偏壓EM泵5ka的第一噴射器噴嘴5q。浸沒可減少或防止電漿及水反應中的至少一者對噴嘴的損壞。
黑體輻射器5b4、第二儲集器5c及第二EM泵5ka中之至少一者可藉由負電壓或還原電壓加偏壓。可藉由電源2供應針對黑體輻射器5b4、第二儲集器5c及第二EM泵5ka中之至少一者之點火功率及負偏壓中之至少一 者。第二儲集器可包含電導體，諸如石墨。替代地，第二儲集器可包含電絕緣體，且電池其進一步包含自負偏壓來源(諸如點火電磁匯流排5k2a)至黑體輻射器5b4的電短路。短路可包含EM泵組合件5kk之導電部分與黑體輻射器5b4之間的電導體。例示性短路包含施加至氮化硼管之石墨貝殼掀蓋，其中貝殼掀蓋接觸EM泵組合件5kk及黑體輻射器5b4。貝殼掀蓋亦可有助於自電感耦合加熱器吸收RF輻射。黑體輻射器5b4、第二儲集器5c及第二EM泵5ka可在負偏壓下電性連接。
負偏壓可足以防止黑體輻射器5b4、第二儲集器5c及第二EM泵5ka中之至少一者與H2O及氧氣中之至少一者反應。反應電解槽腔室5b31中之熔融金屬蒸氣(諸如銀蒸氣)以及點火及低能量氫反應支援之電漿中之至少一者可充當完成正電極與不利偏壓之電池組件(諸如黑體輻射器5b4、第二儲集器5c及第二EM泵5ka中之至少一者)之間的電解電路的手段。H2O、H2、CO及CO2中之至少一者可滲透穿過黑體輻射器5b4及至少一個儲集器5c中之至少一者。H2O、H2、CO及CO2中之至少一者可由至反應電解槽腔室5b31(諸如包含EM泵管5k6之反應電解槽腔室)之通路供應。H2O可充當H及HOH催化劑中之至少一者之來源。氫氣可進行以下中之至少一者：充當H來源以形成低能量氫及與氧反應以形成水，其中氧氣可為來自作為H來源以形成低能量氫之H2O的產物。可藉由保持氫氣、二氧化碳及一氧化碳中之至少一者之氛圍進一步抑止碳氧化反應。
在一實施例中，發電機可僅包含第一儲集器5c及包含熔融金屬噴射器電極之第一EM泵5ka。對立電極可包含黑體輻射器5b4。電極可由電源2供電。熔融金屬噴射器電極可為正的，且黑體輻射器電極為負的。可至少部分地保護不利偏壓之黑體輻射器免於與H2O及O2中之至少一者反應。 諸如CO、CO2、H2及H2O中之至少一者的氣體可由本發明之系統和方法供應。H2O、H2、CO及CO2中之至少一者可滲透穿過黑體輻射器5b4及儲集器5c中之至少一者。H2O、H2、CO及CO2中之至少一者可由至反應電解槽腔室5b31(諸如包含EM泵管5k6之反應電解槽腔室)之通路供應。
在一實施例中，SunCell®包含化學上防止氧化反應或化學上減少至少一個經氧化電池組件(諸如EM泵管、黑體輻射器、進水升管及噴嘴中之至少一者)的熔融金屬添加劑。可將還原劑/保護劑添加至銀以防止EM泵管由H2O及O2中之至少一者氧化。添加劑可包含此項技術中已知之還原劑，諸如硫代硫酸鹽、Sn、Fe、Cr、Ni、Cu或Bi。添加劑可減少碳反應電解槽腔室與水、氧氣、二氧化碳及一氧化碳中之至少一者的反應。當正偏壓碳組件(諸如反應電解槽腔室5b31)時，添加劑可保護碳免遭氧化反應。添加劑可包含碳、烴及氫氣中之至少一者。在另一實施例中，熔融金屬及添加劑中之至少一者可塗佈或濕潤電池組件之壁以保護免遭氧化反應。可保護EM泵管5k6之內部及反應電解槽腔室5b31(諸如碳反應電解槽腔室)中之至少一者。經供應低能量氫反應物(諸如H2O)在由於塗層或潤濕而對應氣體對電池組件(諸如黑體輻射器5b4)或反應電解槽腔室5b31(諸如碳反應電解槽腔室)不可滲透的情況下可經由EM泵管5k6供應。
亦可藉由應用負電位保護EM泵管。可使用點火電源2施加負電位。可將電位可逆地施加至雙熔融金屬噴射器之兩個EM泵管中之每一者。點火電源2可包含循環地逆轉點火匯流排5k2a中之每一者處之極性的開關。SunCell®可包含黑體輻射器5b4，諸如碳黑體輻射器，其進一步包括至電壓源之負極端的匯流排。電壓源可包含點火電力電源2。負匯流排可連接至頂部滑動螺母，該頂部滑動螺母連接儲集器及黑體輻射器5b4之底座。 至諸如頂部滑動螺母之熱碳部件的連接器可包含碳，以避免金屬連接器之金屬碳化物形成。任何金屬碳連接可經由置放區域中之連接的擴展來進行，其中連接溫度低於將導致金屬碳化物形成的溫度。負電位可包含恆定負電位。匯流排可包含耐火電導體，諸如Mo或W。在一實施例中，提供至黑體輻射器之負偏壓的連接可包含機械式跨接線，以直接地或間接地與點火匯流排及黑體輻射器之底座可逆地形成電連接。連接可包含至少一個可逆的機械開關及包覆儲集器5c之一部分(諸如儲集器外部上(諸如BN管外部上)之碳貝殼掀蓋)的導體。應避免化學不相容性。舉例來說由於鐵及碳可反應以形成碳化鐵，故應避免包含鐵之部件與包含鐵之部件接觸。
可在藉由電解還原或藉由化學還原來還原經氧化電池組件之後再生氧化添加劑。電解還原可由施加至至少一個電池組件之負電位提供。反應電解槽腔室氛圍5b31可包含水蒸氣。反應電解槽腔室5b31可包含電解電池陰極，其中電漿完成陰極與陽極之間的電路。陽極可包含正偏壓之熔融金屬電極。在電池之負(陰極)放電電極處(諸如在反應電解槽腔室5b31壁處)形成之氫氣可保護電極(壁)免於由H2O氧化。水還原/氧化反應可為陰極：2H2O+2e-至H2+2OH-(41)
陽極：4OH-至O2+2H2O+4e-(42)
在一實施例中，EM泵管5k6之內部可用熔融金屬塗料塗佈以保護其免於由反應電解槽腔室5b31、儲集器5c及EM泵管5k6中之至少一者中之物種腐蝕，該等物種諸如水、CO2、Co及O2中之至少一者。銀潤濕塗層可保護SunCell®之至少一個組件。在一實施例中，可處理至少一個金屬表面(諸如EM泵管5k6之內部之金屬表面)以移除氧化物塗層以准許熔融金屬(諸如銀)潤濕表面。可移除氧化物塗層以改善穿過熔融金屬(諸如銀)之匯 流排上之導電率。可藉由至少一個方法(諸如機械及化學移除中之一或多者)移除氧化物塗層。可藉由使用研磨工具(諸如鋼絲刷)或藉由噴砂移除氧化物塗層。可藉由蝕刻劑(諸如酸，諸如HCl或HNO3或還原劑(諸如氫氣))移除氧化物塗層。諸如銀之熔融金屬可來自塗層以保護反應電解槽腔室5b31之內部、儲集器5c及EM泵管5k6。電極中之至少一者可經浸沒以保護其免於由電漿腐蝕或侵蝕。在一實施例中，反應電解槽腔室之壁可包含諸如各向同性碳之經銀塗佈之碳、熱碳及經銀塗佈之熱碳中之至少一者。鍍銀層可在電池操作期間形成或可藉由塗佈方法施加，該等塗佈方法諸如電漿噴射、電鍍、氣相沈積及由熟習此項技術者已知之其他方法。
電池之組件可包含材料及塗料中之至少一者以防止或減少氧化反應，諸如與氧氣及水蒸氣中之至少一者的氧化反應。在一實施例中，EM泵管5k4可包含鍋爐級不鏽鋼或鎳，或管可內部地經鎳塗佈。在一實施例中，耐火EM泵管5k61可包含抗水材料，諸如Mo超合金，諸如TZM。EM泵管5k61之噴嘴或噴射部分可包含碳，諸如熱碳。EM泵管之內部可用銀塗佈以防止與水反應。在一實施例中，進水升管5qa、EM泵管5k61之噴嘴部分及噴嘴5q中之至少一者可包含對氧化反應穩定之耐火材料，諸如耐火氧化物，諸如MgO(M.P.2825℃)、ZrO2(M.P.2715℃)、氧化鎂、對H2O穩定之氧化鋯、鋯酸鍶(SrZrO3 M.P.2700℃)、HfO2(M.P.2758℃)、二氧化釷(M.P.3300℃)或本發明之另一種氧化物。反應電解槽腔室5b31可包含可用保護性銀塗佈之碳，諸如熱碳。反應電解槽腔室5b31可不利地偏壓將保護其免遭氧化反應。儲集器可包含氮化硼，其可包含添加劑或表面塗料以保護其免遭氧化反應，諸如CaO、B2O3、SiO2、AUO3、SiC、ZrO2及AlN中之至少一者，其中水及氧氣中之至少一者可包含氧化 劑。氮化硼可包含對水反應具有抗性之結晶結構，諸如αBN。反應混合物可包含添加劑(諸如HxByOz)，其可包含氣體以抑止BN之氧化反應。在一實施例中，諸如儲集器5c之細胞組件可包含耐火氧化物，諸如MgO(M.P.2825℃),ZrO2(M.P.2715℃)，氧化鎂、對H2O穩定之氧化鋯、鋯酸鍶(SrZrO3 M.P.2700℃)、HfO2(M.P.2758℃)或在工作溫度下對氧化反應穩定之二氧化釷(M.P.3300℃)。
在一實施例中，氧氣之氣態來源(諸如水蒸氣、CO2、CO及O2)可浮升至反應電解槽腔室5b31之頂部。除金屬蒸氣(諸如銀蒸氣)以外，反應電解槽腔室氣體包含由於水之較高浮力而使水蒸氣移位至反應電解槽腔室的頂部稠密氣體(諸如氙氣)。在一實施例中，將銀蒸氣保持在足以使水蒸氣浮升至反應電解槽腔室之頂部的壓力下。水蒸氣之上升移位可防止其免於造成電池組件(諸如EM泵管5b6)腐蝕。至少一種反應物氣體(諸如H2O及H2)可經由EM泵管供應。
化學還原可由還原氣體(諸如氫氣)提供。例示性還原氛圍包含Ar/H2(3%)氣體。氫氣可滲透穿過至少一個電池組件，諸如黑體輻射器5b4及EM泵管5k6中之至少一者。EM泵管可包含氫氣可滲透金屬，諸如不鏽鋼(SS)，諸如430 SS、釩、鉭、或鈮、或鎳。氫氣可滲透噴射至中噴射至正EM泵管中。在此情況下，可避免產生氧氣之氧化反應，其中氧化反應可包含：陽極：2OH-+H2至2H2O+2e-(43)
在一實施例中，SunCell®進一步包含正電極、施加正電極與至少一個電池組件之間的電位之偏壓電源及偏壓電源之控制器。正電極可包含熔融金屬電極。正電極可包含諸如銀之熔融金屬之至少一部分，諸如儲集器 5c或黑體輻射器5b41之下半球中之至少一者中之熔融金屬。正電極可包含對氧化反應穩定之導體，諸如貴金屬，其亦可為耐火金屬，諸如Pt、Re、Ru、Rh或Ir。可在EM泵管外部施加正偏壓，使得管之內部不經正偏壓。泵管之內部可包含法拉弟籠。EM泵管可包含正電極，其為在表面上流動之浸沒有銀及塗佈有銀中之至少一者。流動銀可在噴嘴及EM泵管中之至少一者中形成孔。孔可選擇性地在暴露於電漿之EM泵管部分上。
可藉由在電池組件與正電極之間施加負偏壓保護至少一個電池組件(諸如黑體輻射器54b、儲集器5c及EM泵5ka中之至少一者)免受電池反應物或產物(諸如氧氣來源、CO、CO2、H2O及O2中之至少一者)之氧化反應。偏壓電位可為至少造成還原電池組件之氧化物及防止電池組件之氧化中之至少一者的電位。偏壓電壓可在約0.1V至25V、0.5V至10V及0.5V至5V中之至少一個範圍內。正電極可為可消耗及可替換中之至少一者。正電極可包含碳。碳正電極可附接至正EM泵管及噴嘴5q，其中正電極可比噴嘴之尖端更接近反應電解槽腔室。正電極可與正EM泵管及噴嘴電接觸。氫氣及氧氣中之至少一者之來源可包含H2O。低能量氫反應產物可包含H2(1/p)，諸如H2(1/4)及氧氣。正電極可與氧氣產物反應。碳電極可與過多氧氣反應且形成CO2。可自反應電解槽腔室5b31移除CO2。可藉由經由至少一個電池組件(諸如黑體輻射器5b4)泵送及擴散中之至少一者來移除CO2。
在圖3至圖96中所展示之一實施例中，可藉由以下中之至少一者將惰性氣體、水或蒸汽、氫氣及氧氣中之至少一者供應至反應電解槽腔室5b31：噴射至泵管5k6中(諸如在噴嘴5q末端處)；及噴射至反應電解槽腔室5b31中。發電機可包含至少一種惰性氣體、水或蒸汽、氫氣及氧氣來 源，諸如貯槽及傳送線。諸如流動閥或壓力閥之閥門(諸如電磁線圈閥)可控制噴射。在一實施例中，SunCell®可包含水噴射器，包含噴嘴、水位線、流量及壓力控制器、水源(諸如水之貯槽)及汽化水以形成氣態H2O之構件中之至少一者。汽化水以形成氣態H2O之構件可包含蒸汽發電機。流入電池之內部中之水可防止熔融金屬反流入噴嘴中。可設定噴嘴開口或孔口之大小，使得保持低能量氫反應之最小所要流速可由線路中之水壓力提供，其該線路至少為反應電解槽腔室5b31壓力之線路。增加線路中之水壓力可提供更高水供應速率。噴嘴及噴嘴孔口中之至少一者可包含由於高壓水噴射而對腐蝕及侵蝕具有抗性之材料。諸如陶瓷之材料可為極硬的且對氧化反應具有抗性，該陶瓷諸如氧化物陶瓷，諸如Al2O3、氧化鋯或氧化鉿。
在一實施例中，HOH催化劑之來源及H之來源包含噴射至電極中之水。施加高電流以致使點火為明亮發光電漿。水之來源可包含結合水。噴射至電極中之固體燃料可包含水及高度導電基質，諸如熔融金屬，諸如銀、銅及銀-銅合金中之至少一者。固體燃料可包含化合物，其包含結合水。可供應至點火之結合水化合物可包含水合物，諸如分解溫度為740℃之BaI2 2H2O。可包含結合水之化合物可可與熔融金屬(諸如銀)混溶。可互溶化合物可包含焊劑，諸如水合Na2CO3、KCl、碳、硼砂(諸如Na2B4O7．10H2O)、氧化鈣及PbS中之至少一者。結合水化合物可對高達熔融金屬之熔點的水損失穩定。舉例而言，結合水可對超過1000℃穩定，且在點火事件處損失水。包含結合水之化合物可包含氧氣。在釋放氧氣之情況下，熔融金屬可包含銀，此係因為銀不在其熔點處形成穩定的氧化物。包含結合水之化合物可包含：氫氧化物，諸如鹼、鹼土、過渡金屬、 內部過渡金屬、稀土、13、14組、15組及16組氫氧化物；礦物，諸如滑石、由具有化學式H2Mg3(SiO3)4或Mg3Si4O10(OH)2之水合矽酸鎂組成的礦物、及白雲母或雲母、具有式KAl2(AlSi3O10)(F,OH)2或(KF)2(Al2O3)3(SiO2)6(H2O)之鋁及鉀的頁矽酸鹽礦物。在一實施例中，脫水化合物充當乾燥劑以保持低反應電解槽腔室壓力。舉例而言，氫氧化鋇在加熱至800℃時分解為氧化鋇及H2O，且所得BaO之沸點為2000℃，使得其仍然針對高於2300K之電漿溫度大體上氣化。在一實施例中，水之來源包含亦可充當H來源之氧化物及氫氣。氫來源可包含氫氣。氧化物可能夠藉由氫氣還原以形成H2O。氧化物可包含以下中之至少一者：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W及Zn。可控制H2O化合物之來源、H2O化合物之來源之濃度、反應電解槽腔室中之水蒸氣壓、工作溫度及EM泵送速率中之至少一者以控制供應至點火之水的量。H2O化合物之來源之濃度可在約0.001莫耳%至50莫耳%、0.01莫耳%至20莫耳%及0.1莫耳%至10莫耳%之至少一個範圍內。在一實施例中，將水溶解於燃料熔化物中，諸如包含銀、銅及銀-銅合金中之至少一者的燃料熔化物。水之溶解度隨著水與熔化物接觸之分壓(諸如反應電解槽腔室之水蒸氣分壓)增加。反應電解槽腔室中之水壓力可由槽腔室中之水蒸氣壓平衡。可藉由本發明之手段(諸如用於諸如氬氣之其他氣體的彼等)來達成平衡。反應電解槽腔室水蒸氣壓可在約0.01Torr至100atm、0.1Torr至10atm及0.5Torr至1atm之至少一個範圍內。EM泵送速率可在約0.01ml/s至10,000ml/s、0.1ml/s至1000ml/s及0.1ml/s至100ml/s之至少一個範圍內。
SunCell®可包含輻射熱交換器及輻射鍋爐中之至少一者(圖76至圖 83)。SunCell®可包含輻射能量吸收器，諸如圍繞黑體輻射器5b4之初級熱交換器87。輻射能量吸收器可包含黑體吸收器(諸如碳吸收器)且可進一步包含鍋爐管以接收來自黑體吸收器(其中蒸汽可在管中形成且經由熱水或蒸汽出口111離開)的熱量。可將管嵌入於黑體吸收器中。蒸汽可傳送至諸如城市蒸汽加熱系統之負載。SunCell®可包含次級熱交換器87a，其可藉由初級熱交換器87傳遞自黑體輻射器5b4或反應電解槽腔室5b31吸收之熱量且將該熱量傳遞至次級介質，諸如固體、液體或氣態介質。在一實施例中，次級熱交換器可將熱量傳遞至空氣，該空氣可藉由風扇31j1吹掃通過或吹過熱交換器87a。空氣可離開熱空氣管道112以流動至熱負載。
在圖79至圖83中所展示之熱發電機實施例中，經由水入口113將冷的冷卻劑(諸如冷水)供應至熱發電機，且經由蒸汽及熱水出口111中之至少一者輸出熱水及蒸汽中之至少一者。可將反應電解槽腔室5b31中產生之熱量輻射至上部加熱器交換器114之鍋爐管以在鍋爐腔室116中產生蒸汽。蒸汽鍋爐進一步包含具高壓上部熱交換器及鍋爐腔室殼體5b3a及底板5b3b。來自儲集器5c及下部電池組件之熱量可輻射至下部熱交換器115以形成離開出口111之熱水及蒸汽中之至少一者。在一實施例中，鍋爐管可攜載熱水而非蒸汽。
SunCell®功率可以直接輻射、熱空氣、熱水及蒸汽之形式用作熱功率。在另一實施例中，鍋爐或熱交換器可包含液體液滴輻射器，其包含夾帶於氣流或流體流中之粒子吸收劑(諸如氣溶膠或金屬蒸氣)，其中粒子吸收熱通量且傳遞其以移動氣體或流體冷卻劑。液滴冷卻系統可包含液滴噴霧及收集系統，諸如包含噴墨列印機之系統。自黑體輻射器至粒子吸收劑之熱傳遞在性質上可主要為輻射的。包含耐火粒子及具有較高熱傳遞能力 之氣體的一例示性實施例包含懸浮於氫氣流或氦氣流中之鎢微粒子。
在另一實施例中，鍋爐或熱交換器可包含將熱量自反應電解槽腔室5b31或黑體輻射器5b4中之至少一者傳遞至鍋爐或熱交換器之冷卻劑的傳熱介質(諸如固體、液體或氣體介質)。熱傳遞機構可包含輻射、對流及傳導中之至少一者。例示性液體傳熱介質包含水、熔融金屬及熔融鹽中之至少一者。例示性氣體傳熱介質可包含惰性氣體、氫氣、氦氣、稀有氣體及氮氣中之至少一者。鍋爐或熱交換器可包含氣體傳熱介質及調節其壓力之構件，諸如供應源，諸如貯槽、調節器、壓力計、泵及控制器，以實現所要常數或所要可變壓力以控制熱傳遞速率。
SunCell®可包含熱交換器87，諸如反應電解槽腔室5b31之外表面5b4上之凸片，以加熱流動工作介質，諸如冷卻劑(諸如熔融鹽)，諸如共熔物混合物、熔融金屬、水或氣體(諸如空氣)。熱交換器亦可包含吸熱器及吸熱器上之熱傳遞凸片，其中熱傳遞可吸收來自黑體輻射器5b4之熱量。凸片可與氣體或流體冷卻劑/工作介質交換熱量。吸收器可包含較高輻射率材料，諸如碳。布累登循環系統可包含封閉式加壓氣體迴路及渦輪機及環境熱交換器，其中氣體由SunCell®加熱，在最高壓力下流動至燃氣渦輪機中，且可在藉由經由熱交換器對環境之熱損失而在渦輪機之後端處下降壓力。化學系統可包含構件，諸如熱分解系統，以使用來自低能量氫反應之熱量將水轉換為H2。氫氣可用於已知轉換器中，諸如燃燒渦輪機或燃料電池，諸如PEM燃料電池，以產生電力。替代地，電化學循環可包含具有氫化物離子電解質、氫氣陰極及金屬氫化物陽極的燃料電池。金屬氫化物可以熱方式分解以保持使用來自低能量氫製程之熱量形成電力的可逆的金屬氫化物/金屬加氫氣循環。氫化物離子燃料電池描述於吾之先前 申請中，諸如美國專利申請案，諸如Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，2011年3月17日申請之PCT/US11/28889；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，2012年3月30日申請之PCT/US12/31369；CIHT Power System，2013年5月21日申請之PCT/US13/041938；及Power Generation Systems and Methods Regarding Same，2014年1月10日申請之PCT/IB2014/058177，其以全文引用之方式併入。
在一實施例中，複數個發電機可連軸以提供所要功率輸出。複數個發電機可以串聯及平行中之至少一者互連以實現所要功率輸出。經連軸發電機之系統可包含控制器，以控制在控制發電機之間的串聯連接及平行連接中之至少一者，該等發電機控制複數個經連軸發電機之經疊加輸出電力之功率、電壓及電流中之至少一者。複數個發電機可各自包含電力控制器，以控制功率輸出。電力控制器可控制低能量氫反應參數，以控制發電機功率輸出。各發電機可包含在PV轉換器26a之PV電池或PV電池組中之至少一者之間的開關且進一步包含控制器，以控制PV電池或之組之間的串聯連接及平行連接中之至少一者。控制器可切換互連以實現自PV轉換器輸出之所要電壓、電流及電功率中之至少一者。經連軸複數個發電機之中央控制器可控制經連軸發電機之間的串聯互連及平行互連中之至少一者、至少發電機上之低能量氫反應參數及複數個經連軸發電機之至少一個發電機之至少一個PV轉換器之PV電池或PV電池組之間的連接。中央控制器可直接地或經由個別發電機控制器控制發電機及PV連接及低能量氫反應參數中之至少一者。功率輸出可包含DC或AC功率。各發電機可包含DC至AC反相器，諸如反相器。替代地，可經由發電機之間的連接組合複 數個發電機之DC功率且使用DC至AC轉換器(諸如能夠轉換經疊加DC功率之反相器)將其轉換為AC功率。PV轉換器及經連軸發電機系統中之至少一者之例示性輸出電壓為約380V DC或780V DC。約380V輸出可轉換為二相AC。約760V輸出可轉換為三相AC。AC功率可轉換為另一個所要電壓，諸如約120V、240V或480V。可使用變壓器轉變AC電壓。在一實施例中，可使用IGBT將DC電壓改變為另一個DC電壓。在一實施例中，反相器之至少一個IGBT亦可用作電感耦合加熱器5m之IGBT。
在一實施例中，轉換器包含經連軸以包含經組合循環的複數個轉換器。經組合循環轉換器可選自以下的組：光伏打轉換器、光電轉換器、電漿動力轉換器、熱轉換器、熱電轉換器、斯特林引擎、布累登循環引擎、朗肯循環引擎及熱機以及加熱器。在一實施例中，SF-CIHT電池主要產生紫外光及極遠紫外光。轉換器可包含經組合循環，其包含光電子轉換器，接著為光電轉換器，其中光電轉換器對紫外光為透明的且可主要地回應於極遠紫外光。轉換器可進一步包含額外的經組合循環轉換器元件，諸如熱電轉換器、斯特林引擎、布累登循環引擎、朗肯循環引擎及磁流體動力轉換器中之至少一者。
磁流體動力(MHD)轉換器
基於交叉磁場中之離子或導電介質之質量流量之形成的電荷分離作為磁流體動力(MHD)功率轉換為熟知的技術。陽離子和陰離子在相對的方向上流經洛倫茲方向並且在相應的MHD電極處被接收以影響其之間的電壓。形成離子之質量流量典型的MHD方法為經由噴嘴擴展接種有離子之高壓氣體以產生穿過經交叉磁場之高速流，其中一組MHD電極關於偏轉場交叉以接收經偏轉離子。在一實施例中，壓力通常大於常壓，且方向 性質量流量可藉由反應來實現以形成電漿及高度導電、高壓及高溫熔融金屬蒸氣，其經擴增以產生穿過MHD轉換器之橫向磁場部分的高速流。可穿過MHD轉換器之流動可為軸向或徑向的。其他方向性流動可藉由約束性磁體，諸如赫爾姆霍茲線圈或磁瓶之彼等磁體實現。
特定言之，圖84至圖115中所展示之MHD電功率系統可包含本發明之低能量氫反應電漿源(諸如包含EM泵5ka之電漿源)、至少一個儲集器5c、至少兩個電極(諸如包含雙熔融金屬噴射器5k61之電極)、低能量氫反應物來源(諸如HOH催化劑及H之來源)、點火系統(包含將電壓及電流施加至電極以由低能量氫反應物形成電漿的電源2)及MHD電功率轉換器。包含低能量氫反應電漿源及MHD轉換器的MHD電力系統之組件可由抗氧化劑材料中之至少一者組成，該等抗氧化劑材料諸如抗氧化劑金屬、包含抗氧化劑塗料的金屬及陶瓷，使得系統可在空氣中操作。在一雙熔融金屬噴射器實施例中，藉由保持包含間歇性電流之脈衝噴射來實現高電場。藉由銀流斷開連接及重新連接脈衝電漿。可施加電壓直至連接雙熔融金屬流。脈衝可包含藉由造成金屬流之斷開-重新連接之對應高頻的高頻。連接-重新連接可自發地發生且可藉由控制藉由構件之低能量氫反應功率(諸如本發明之彼等)及藉助於本發明之熔融金屬噴射速率(諸如藉由控制EM泵電流)中之至少一者來控制。在一實施例中，點火系統可包含電壓及電流之來源，諸如DC電源及一組電容器，以用針對高電流脈衝之能力傳送脈衝點火。
圖84至圖115中所展示之磁流體動力電力轉換器可包含橫向於z軸之磁通量之來源，該z軸其MHD轉換器300之穿過軸向熔融金屬蒸氣及電漿流之方向。導電流動沿z軸可具有較佳速度，此係由於氣體沿z軸擴展。其 他方向性流動可藉由約束性磁體，諸如赫爾姆霍茲線圈或磁瓶之彼等磁體實現。因此，金屬電子及離子傳播至橫向磁通量之區域中。傳播電子及離子上之洛倫茲力藉由以下給出F=e v×B(44)
力橫向於電荷速度及磁場且在陽離子及陰離子之相對方向上。因此，橫向電流形成。橫向磁場之來源可包含依據沿z軸之位置提供不同強度之橫向磁場以便最佳化具有平行速度分散之流動電荷之交叉偏轉(方程式(44))的組件。
儲集器5c熔融金屬可呈液體及氣態之至少一個狀態。儲集器5c熔融金屬可定義為MHD工作介質且可同樣被稱作MHD工作介質或被稱作熔融金屬，其中其暗示熔融金屬可進一步呈液體及氣態之至少一個狀態。亦可使用諸如熔融金屬、液體金屬、金屬蒸氣或氣態金屬之特定狀態，其中亦可存在另一種物理狀態。例示性熔融金屬為可呈液體及氣態狀態中之至少一者的銀。MHD工作介質可進一步包含添加劑，其包含以下中之至少一者：添加金屬，其在工作溫度範圍處可呈液體及氣態中之至少一者；化合物，諸如本發明中之一者，其在工作溫度範圍處可呈液體及氣態中之至少一者；及氣體，諸如稀有氣體(諸如氦氣或氬氣)、水、H2及本發明之其他電漿氣體中之至少一者。MHD工作介質添加劑可與MHD工作介質呈任何所要比率。在一實施例中，選擇介質與添加劑介質之比率以得到MHD轉換器之視情況選用之電力轉換性能。諸如銀或銀-銅合金之工作介質可在過飽和條件下操作。
在一實施例中，MHD發電機300可包含法拉第、通道霍耳及圓盤霍耳類型中之至少一者。在通道霍耳MHD實施例中，膨脹或發電機通道308 可沿z軸垂直地定向，其中熔融金屬電漿(諸如銀蒸氣及電漿)流動穿過加速器部分(諸如限制或噴嘴導入口307)，隨後膨脹部分308。通道可包含螺線管磁體306，諸如超導或永久磁體，諸如沿x軸橫向於流動方向之海爾貝克陣列(Halbach array)。磁體可由MHD磁體安裝托架306a固定。磁體可包含液體致冷劑或可包含具有或不具有液體致冷劑之低溫致冷機。低溫致冷機可包含乾燥稀釋致冷機。磁體可包含磁場之返回路徑，諸如磁軛，諸如C形或矩形反磁軛。一例示性永久磁體材料為SmCo，且一例示性磁軛材料為磁性CRS、冷軋鋼或鐵。發電機可包含至少一組電極，諸如沿y軸之經分段電極304，其橫向於磁場(B)以接收在MHD電極304上產生電壓之橫向地洛倫茲偏轉離子。在另一實施例中，至少一個通道(諸如發電機通道308)可包含除具有平面壁(諸如圓柱形壁通道)之幾何結構以外的幾何結構。藉由[E.M.Walsh,Energy Conversion Electromechanical,Direct,Nuclear,Ronald Press Company,NY,NY,(1967)，第221-248頁]描述磁流體動力產生，其之完整本發明以引用之方式併入本文中。
MHD磁體306可包含永久磁體及電磁體中之至少一者。電磁體306可為具有對應低溫管理之未冷卻磁體、經水冷卻磁體及超導磁體中之至少一者。例示性磁體為螺線管或鞍形物線圈，其可磁化MHD通道308及跑道線圈，其可磁化圓盤通道。超導磁體可包含低溫致冷機及致冷劑杜瓦瓶系統中之至少一者。超導磁體系統306可包含：(i)超導線圈，其可包含NbTi或NbSn之超導體線螺旋圈，其中超導體可包覆於保護免受由諸如振動之手段誘導之超導體狀態之瞬態局部淬滅的正常導體(諸如銅線)或高溫超導體(HTS)上，該高溫超導體諸如YBa2Cu3O7，通常被稱作YBCO-123或僅YBCO；(ii)液態氦杜瓦瓶，其在線圈之兩側上提供液態氦；(iii)液氮杜瓦 瓶，其在螺線管磁體之內部及外部半徑上具有液氮，其中液態氦及液氮杜瓦瓶二者可包含輻射擋板及輻射護罩(可包含銅、不鏽鋼及鋁中之至少一者)及在壁處絕緣之高真空；及(iv)各磁體之入口，其可附接低溫泵及壓縮機，該低溫泵及壓縮機可經由其輸出功率端子由SunCell®發電機之功率輸出供電。
在一個實施例中，磁流體動力電力轉換器為經分段法拉第發電機。在另一實施例中，由離子流之洛倫茲偏轉形成之橫向電流在平行於離子之輸入流之方向(z軸)上經受進一步洛倫茲偏轉以在沿z軸相對地移位之至少第一MHD電極與第二MHD電極之間產生霍耳電壓。此裝置在此項技術中稱為磁流體動力電力轉換器之霍耳發電機實施例。其中MHD電極在xy平面中關於z軸成角度的類似裝置包含本發明的之另一實施例且稱為具有「窗口訊框」構造之對角發電機。在每一情況下，電壓可驅使電流流過電力負載。經分段法拉第發電機、霍耳發電機及對角發電機之實施例在Petrick[J.F.Louis,V.I.Kovbasyuk,Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation,M Petrick及B.Ya Shumyatsky編者，Argonne National Laboratory,Argonne,Illinois,(1978)，第157-163頁]中給出，其之完整本發明以引用之方式併入。
在磁流體動力電力轉換器之另一實施例中，隨著v |>>v ⊥沿z軸之離子流可接著進入包含增加的軸向磁場梯度之壓縮部分，其中平行於z軸v ∥之方向之電子運動分量至少部分地轉換為垂直運動v ⊥，此係由於絕熱不變量
Figure 107105070-A0305-02-0285-325
=常數。由於v ⊥，故在z軸周圍形成方位角電流。在運動平面中電流由於軸向磁場而徑向偏轉，在盤式產生器磁流體動力電力轉換器之內環與外環MHD電極之間產生霍爾電壓(Hall voltage)。電壓可驅使電流流過電力負 載。電漿功率亦可使用本發明或此項技術中已知之電力裝置的
Figure 107105070-A0305-02-0286-297
×
Figure 107105070-A0305-02-0286-298
直接轉換器或其他電漿轉換為電力。
MHD發電機可包含接收膨脹流動之冷凝器通道部分309且發電機進一步包含回流通道或管310，其中MHD工作介質(諸如銀蒸氣)冷卻，此係因為其在冷凝器部分中損失溫度、壓力及能量中之至少一者且經由通道或管310流回至儲集器。發電機可包含至少一個回流泵312及回流泵管313以將回流泵送至儲集器5c及EM泵噴射器5ka。回流泵及泵管可泵送液體、蒸氣及氣體中之至少一者。回流泵312及回流泵管313可包含電磁(EM)泵及EM泵管。至EM泵之入口可具有比出口泵管直徑更大的直徑以增加泵出口壓力。在一實施例中，回流泵可包含EM泵噴射器電極5ka之噴射器。在一雙熔融金屬噴射器實施例中，發電機包含各自藉由對應回流泵(諸如回流EM泵312)之回流儲集器311。回流儲集器311可進行以下中之至少一者：平衡回流熔融金屬(諸如熔融銀)流動且冷凝或分離與液體銀混合之銀蒸氣。儲集器311可包含冷凝銀蒸氣之熱交換器。儲集器311可包含第一級電磁泵以較佳地泵送液體銀以分離液體與氣態銀。在一實施例中，可藉由離心力將液體金屬選擇性地噴射至回流EM泵312中。回流導管或回流儲集器可包含離心部分。離心儲集器可自入口至出口為楔形的，使得離心力在頂部比在底部更大以迫使熔融金屬至底部且將其與氣體(諸如金屬蒸氣及任何工作介質氣體)分離。替代地，SunCell®可安裝於離心表上，該離心表圍繞垂直於回流熔融金屬之流動方向的軸旋轉以產生分離液體及氣態物種的離心力。
在一實施例中，經冷凝金屬蒸氣流動至兩個獨立回流儲集器311中，且各回流EM泵312將熔融金屬泵送至對應儲集器5c中。在一實施例中， 兩個回流儲集器311及EM泵儲集器5c中之至少一者包含含量控制系統，諸如本發明中之一者，諸如進水升管5qa。在一實施例中，由於呈視回流儲集器中之含量而定之較高或較低速率，可將回流熔融金屬抽吸至回流儲集器311中，其中抽吸速率由對應含量控制系統(諸如進水升管)控制。
在一實施例中，MHD轉換器300可進一步包含至少一個加熱器，諸如電感耦合加熱器。加熱器可預熱與MHD工作介質接觸之組件，諸如反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308、MHD冷凝部分309、回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313中之至少一者。加熱器可包含接合及回縮加熱器之至少一個致動器。加熱器可包含複數個線圈及線圈部分中之至少一者。線圈可包含此項技術中已知之線圈。線圈部分可包含至少一個分離線圈，諸如本發明中之一者。在一實施例中，MHD轉換器可包含至少一個冷卻系統，諸如熱交換器316。MHD轉換器可包含用於至少一個電池及MHD組件之冷卻器，諸如以下組中之至少一者：腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD磁體306、MHD電極304、MHD發電機部分308、MHD冷凝部分309、回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313。冷卻器可自MHD流動通道移除熱量損失，諸如來自以下中之至少一者之熱量損失：腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308及MHD冷凝部分309。冷卻器可自MHD工作介質回流系統移除熱量，該MHD工作介質回流系統諸如回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313中之至少一者。冷卻器可包含可將熱量排出至環境氣氛的輻射熱交換器。
在一實施例中，冷卻器可包含將能量自冷凝部分309傳遞至儲集器 5c、反應電解槽腔室5b31、噴嘴307及MHD通道308中之至少一者的再循環器或復熱器。經傳遞能量(諸如熱量)可包含來自剩餘熱能、壓力能及工作介質之汽化熱中之至少一者的熱量，該工作介質諸如包含氣化金屬、動力氣溶膠及氣體(諸如稀有氣體)中之至少一者的工作介質。散熱管為被動二相裝置，其能夠隨著十分之幾度溫度下降在幾米之距離內轉移大量熱通量(諸如高達20MW/m2)；因此，顯著地降低材料上之熱應力，從而僅使用少量工作流體。鈉及鋰散熱管可傳遞大量熱通量且沿軸向方向保持幾乎等溫。鋰散熱管可傳遞高達200MW/m2。在一實施例中，諸如熔融金屬(諸如液體鹼金屬，諸如包覆於耐火金屬(諸如W)中之鈉或鋰)的散熱管可傳遞來自冷凝器309之熱量且將其再循環至反應電解槽腔室5b31或噴嘴307。在一實施例中，至少一個散熱管回收銀汽化熱且使其再循環，使得經回收熱量功率為輸入至MHD通道308之功率的部分。
在一實施例中，SunCell®之組件(諸如包含MHD轉換器之組件)中之至少一者可包含散熱管以進行以下中之至少一者：將熱量自SunCell®發電機之一個部分傳遞至另一部分及將熱量自加熱器(諸如電感耦合加熱器)傳遞至SunCell®組件，諸如EM泵管5k6、儲集器5c、反應電解槽腔室5b31及MHD熔融金屬回流系統，諸如MHD回流導管310、MHD回流儲集器311、MHD回流EM泵312及MHD回流EM管。替代地，可在烘箱(諸如此項技術中已知之烘箱)內加熱SunCell®或至少一個組件。在一實施例中，可加熱至少一個SunCell®組件以供至少啟動操作。加熱器可為電阻性加熱器或電感耦合加熱器。在一實施例中，可在一個SunCell®組件處加熱低能量氫反應之熱量。在一例示性實施例中，諸如電感耦合加熱器之加熱器加熱EM泵管5k6、儲集器5c及至少反應電解槽腔室5b31之底部。 至少一個其他組件可藉由低能量氫反應之熱量釋放加熱，該至少一個其他組件諸如反應電解槽腔室5b31之頂部、MHD噴嘴307、MHD通道308、MHD冷凝部分309及MHD熔融金屬回流系統中之至少一者，該MHD熔融金屬回流系統諸如MHD回流導管310、MHD回流儲集器311、MHD回流EM泵312及MHD回流EM管。在一實施例中，諸如MHD回流導管310、MHD回流儲集器311、MHD回流EM泵312及MHD回流EM管的MHD熔融金屬回流系統可用高溫熔融金屬或金屬蒸氣(諸如熔融銀或蒸氣)加熱，該高溫熔融金屬或金屬蒸氣具有在約1000℃至7000℃、1100℃至6000℃、1100℃至5000℃、1100℃至4000℃、1100℃至3000℃、1100℃至2300℃、1100℃至2000℃、1100℃至1800℃及1100℃至1500℃之至少一個範圍內的溫度。高溫熔融金屬或金屬蒸氣可在旁通或停用MHD轉換為電力之情況下導致流動穿過MHD組件。停用可藉由移除電場或藉由電性地使電極短路來實現。
在一實施例中，電池及MHD轉換器之至少一個組件可經絕緣以防止熱量損失。可使以下各者之群組中之至少一者絕緣：腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308、MHD冷凝部分309、回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313。來自絕緣之熱量損失可耗散於對應冷卻器或熱交換器中。在一實施例中，諸如銀之工作流體可充當冷卻劑。可增加EM泵噴射速率以提供吸收熱量之銀，以冷卻至少一個電池或MHD組件，諸如MHD噴嘴307。銀之氣化可冷卻噴嘴MHD 307。循環器或復熱器可包含用於冷卻之工作介質。在一例示性實施例中，經由待冷卻之組件泵送銀其將其噴射至反應電解槽腔室及MHD轉換器中以回收熱量，同時提供冷卻。
至少諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31及MHD轉換器307及308之高壓部分之高壓組件可保持在包含殼體5b3a及5b3b之壓力腔室5b3a1中。壓力腔室5b3a1可保持在壓力下以至少反向平衡高內反應腔室5b31及MHD噴嘴307及MHD發電機通道308之至少一部分。壓力平衡可減少發電機組件(諸如儲集器5c與EM泵組合件5kk之間的彼等)之接點上之張力。高壓容器5b3a可選擇性容納高壓組件，諸如反應電解槽腔室5b31、儲集器5c及MHD膨脹通道308中之至少一者。其他電池組件可容納在低壓力容器或殼體中。
諸如H2O、H2、CO2及CO中之至少一者之低能量氫反應物的來源可滲透通過可滲透電池組件，諸如槽腔室5b31、儲集器5c、MHD膨脹通道308及MHD冷凝部分309中之至少一者。可諸如經由EM泵管5k6、MHD膨脹通道308、MHD冷凝部分309、MHD回流導管310、回流儲集器311、MHD回流泵312、MHD回流EM泵管313將低能量氫反應氣體引入至至少一個位置中之熔融金屬流中。諸如質量流量控制器之氣體噴射器可能夠諸如經由EM泵管5k6、MHD回流泵312及MHD回流EM泵管313中之至少一者在MHD轉換器之高壓側上在高壓下噴射。氣體噴射器可能夠諸如經由MHD冷凝部分309、MHD回流導管310及回流儲集器311在諸如至少一個位置之MHD轉換器之低壓側上在較低壓力下噴射低能量氫反應物。在一實施例中，可藉由流體控制器經由EM泵管5k4噴射水及水蒸氣中之至少一者，該流量控制器可進一步包含壓力捕集器及防止熔融金屬流回至供水器(諸如質量流量控制器)中的反流止回閥可經由選擇性地滲透膜(諸如陶瓷或碳膜)噴射水。在一實施例中，轉換器可包含PV轉換器，其中低能量氫反應物噴射器能夠藉由諸如藉由滲透或在傳送位置操作壓力下噴射的手 段中之至少一者供應反應物。在另一實施例中，SunCell®可進一步包含氫氣來源及氧氣來源，其中兩種氣體經合併以在反應電解槽腔室5b31中提供水蒸氣。氫來源及氧來源可各自包含對應貯槽、氣體直接或間接地流動至反應電解槽腔室5b31之線路、流量調節器、流量控制器、電腦、流量感測器及至少一個閥門中之至少一者。在後者情況中，氣體可藉由反應電解槽腔室5b31以氣體連續性流動至腔室中，該反應電解槽腔室諸如EM泵5ka、儲集器5c、噴嘴307、MHD通道308及其它MHD轉換器組件(諸如任何回流線路310a、導管313a及泵312a)中之至少一者。在一實施例中，可將H2及O2中之至少一者噴射至EM泵管5k61之噴射部分中。可經由雙重EM泵噴射器之單獨的EM泵管噴射O2及H2。替代地，可在具有較低銀蒸氣壓之區域中經由噴射器將諸如氧氣及氫氣中之至少一者的氣體添加至電池內部，諸如MHD通道308或MHD冷凝部分309。可經由選擇性膜(諸如陶瓷膜，諸如奈米多孔陶瓷膜)噴射氫氣及氧氣中之至少一者。氧可經由氧氣滲透膜供應，該氧氣滲透膜諸如可經Bi26Mo10O69塗佈以增加氧氣滲透率之BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧氣滲透膜之本發明中之一者。氫氣可經由氫氣滲透膜供應，該氫氣滲透膜諸如鈀-銀合金膜。SunCell®可包含電解器，諸如高壓電解器。電解器可包含質子交換膜，其中純氫氣可藉由陰極區室供應。純氧氣可藉由陽極區室供應。在一實施例中，EM泵部件塗佈有非氧化塗層或氧化保護塗層，且使用兩個質量流量控制器(其中可基於藉由對應氣體感測器感測之電池濃度來控制流量)在受控制條件單獨地噴射下氫氣及氧氣。
在一實施例中，SunCell®及包含內部區室之MHD轉換器之至少一個組件(諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、噴嘴307、MHD通道308、 MHD冷凝部分309及其他MHD轉換器組件(諸如任何回流線路310a、導管313a及泵312a))容納於經氣體密封之殼體或腔室中，其中藉由在對氣體可滲透且對銀蒸氣不可滲透之膜片上擴散用內部電解槽氣體平衡腔室中之氣體。氣體選擇性膜可包含半滲透陶瓷，諸如本發明中之一者。電解槽氣體可包含氫氣、氧氣及稀有氣體(諸如氬氣或氦氣)中之至少一者。外部殼體可包含用於各氣體之壓力感測器。SunCell®可包含用於各氣體之來源及控制器。諸如氬氣之稀有氣體之來源可包含貯槽。氫氣及氧氣中之至少一者的來源可包含電解器，諸如高壓電解器。氣體控制器可包含流量控制器、氣體調節器及電腦中之至少一者。可控制殼體中之氣體壓力以控制電池之內部中(諸如儲集器、反應電解槽腔室及MHD轉換器組件中)之各氣體之氣體壓力。各氣體之壓力可在約0.1Torr至20atm之範圍內。在圖102至圖115中所展示之一例示性實施例中，直線MHD通道308及MHD冷凝部分309包含氣體殼體309b、壓力計309c以及氣體供應及抽空組合件309e，該抽空組合件包含進氣口線、出氣口線及凸緣，其中透氣膜309d可安裝於MHD冷凝部分309之壁中。安裝件可包含經燒結接點、金屬化陶瓷接點、銅焊接點或本發明之其他。氣體殼體309b可進一步包含存取埠。氣體殼體309b可包含諸如抗氧化金屬之金屬(諸如SS 625)或金屬上之抗氧化塗層(諸如適合CTE(諸如鉬)之金屬上之銥塗層)。替代地，氣體殼體309b可包含陶瓷，諸如金屬氧化物陶瓷，諸如氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉿、石英或本發明之另一者。可冷卻經由金屬氣體殼體309b(諸如MHD回流導管310之彼等)穿透之陶瓷。穿透可包含碳密封，其中密封溫度低於金屬之碳化溫度及陶瓷之碳還原溫度。可針對熱熔融金屬移除密封以使其冷卻。密封可包含冷卻，諸如被動或加壓空氣或水冷卻。
在例示性實施例中，電感耦合加熱器天線5f可包含一個線圈、如圖101至圖102中所展示之三個單獨的線圈、如圖105至圖106中所展示之三個連續的線圈、兩個經分離線圈或如圖103至圖104中所展示之兩個連續的線圈。一例示性電感耦合加熱器天線5f包含上部橢圓形線圈及下部EM泵管餅狀線圈，該下部EM泵管餅狀線圈可包含螺旋形線圈，其可包含具有連續圓周電流方向之同心箱(圖103至圖104)。反應電解槽腔室5b31及MHD噴嘴307可包含平面、多邊形、矩形、圓柱形、球形或其他所需幾何結構，如圖85至圖115中所展示。電感耦合加熱器天線5f可包含連續的一組三個匝，包含環繞各儲集器5c之兩個螺旋及平行於EM泵管之餅狀線圈，如圖105至圖106中所展示。可捲繞圍繞儲集器之相對螺旋之匝以使得電流處於相同方向以強化兩個線圈之磁場或處於相對方向以消除螺旋之間的空間中之磁場。電感耦合加熱器天線5f可進一步用於冷卻至少一個組件，諸如EM泵5kk、儲集器5c、反應電解槽腔室5b31之壁及感應點火系統之磁軛中之至少一者。至少一個冷卻組件可包含陶瓷，諸如本發明中之一者，諸如氮化矽、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿。
SunCell®可包含自MHD膨脹通道之末端至儲集器5c之一個MHD工作介質回流導管，其中儲集器5c可包含經密封頂蓋，該頂蓋將儲集器中之較低壓力與較高反應電解槽腔室5b31壓力分離。EM泵噴射器部分5k61及噴嘴5q可穿透蓋以噴射熔融金屬，諸如反應電解槽腔室5b31中之銀。穿透可包含本發明之密封，諸如壓縮密封、滑動螺母、墊片銅焊或填充箱密封。儲集器可包含進水升管5qa以控制儲集器5c之熔融金屬含量。所覆蓋儲集器及接收回流熔融金屬流量之EM泵組合件5kk可包含雙熔融金屬噴射器系統之第一噴射器。包含第二儲集器及EM泵組合件之第二噴射器可 包含間接地接收來自第一噴射器之回流的開放儲集器。第二噴射器可包含正電極。第二噴射器可保持浸沒在儲集器中之熔融金屬含量以方。對應進水升管5qa可控制浸沒。
SunCell®可包含自MHD發電機通道308之末端至熔融金屬噴射器系統之至少一個儲集器5c之至少一個氣態金屬回流導管310。SunCell®可包含自MHD發電機通道308之末端至雙熔融金屬噴射器系統之兩個對應儲集器5c之兩個回流導管310。各儲集器5c可包含經密封頂蓋，該頂蓋將儲集器5c中之較低壓力與較高反應電解槽腔室5b31壓力分離。EM泵噴射器部分5ka及5k61及噴嘴5q可穿透儲集器頂蓋以噴射熔融金屬，諸如反應電解槽腔室5b31中之銀。穿透可包含本發明之密封，諸如壓縮密封、滑動螺母、墊片、銅焊或填充箱密封。各儲集器5c可包含進水升管5qa以控制儲集器5c中之熔融金屬含量。反應電解槽腔室5b31之溫度可高於熔融金屬之沸點，使得噴射至反應電解槽腔室中之液態金屬氣化且經由回流導管310回流。
SunCell®可包含自MHD冷凝器通道309之末端至熔融金屬噴射器系統之至少一個儲集器5c之至少一個MHD工作介質回流導管310。SunCell®可包含自MHD冷凝器通道309之末端至雙熔融金屬噴射器系統之兩個對應儲集器5c之兩個MHD工作介質回流導管310。各儲集器5c可包含經密封頂蓋，該頂蓋將儲集器5c中之較低壓力與較高反應電解槽腔室5b31壓力分離。EM泵噴射器部分5ka及5k61及噴嘴5q可穿透儲集器頂蓋以噴射熔融金屬，諸如反應電解槽腔室5b31中之銀。穿透可包含本發明之密封，諸如壓縮密封、滑動螺母、墊片、銅焊或填充箱密封。各儲集器5c可包含進水升管5qa以控制儲集器5c中之熔融金屬含量。反應電解槽腔 室5b31之溫度可高於熔融金屬之沸點，使得噴射至反應電解槽腔室中之液態金屬氣化，蒸氣經由MHD噴嘴部分307加速，蒸氣之動能轉換為發電機通道308中之電力，蒸氣冷凝在MHD冷凝器部分309中，且熔融金屬經由回流導管310回流。
SunCell®可包含至少一個MHD工作介質回流導管310、一個回流儲集器311及對應泵312。泵312可包含電磁(EM)泵。SunCell®可包含雙熔融金屬管310、回流儲集器311及對應EM泵312。對應進水升管5qa可控制各回流儲集器311中之熔融金屬含量。回流EM泵312可將MHD工作介質自MHD冷凝器通道309之末端泵送至回流儲集器311且接著至對應噴射器儲集器5c。在另一實施例中，熔融金屬回流經由回流導管310直接地至對應回流EM泵312且接著至對應噴射器儲集器5c。在一實施例中，針對壓力梯度(諸如約10atm)泵送MHD工作介質(諸如銀)以完成熔融金屬流電路，包含噴射、點火、膨脹及回流。為達成高壓，EM泵可包含一系列級別。SunCell®可包含雙熔融金屬噴射器系統，其包含一對儲集器5c，該對儲集器各自包含EM泵噴射器5ka及5k61及進水升管5qa，以控制對應儲集器5c中之熔融金屬含量。回流可進入對應EM泵組合件5kk之底座5kk1。
在一實施例中，工作介質在至少一個位置(包含MHD組件中之位置，諸如噴嘴之入口、噴嘴、噴嘴之出口及MHD通道之所需部分)中之速度可足夠高，使得即使在滿足金屬蒸氣飽和條件之情況下，冷凝(諸如衝擊冷凝)不發生。由於與冷凝時間相比之較短轉變時間，可不發生冷凝。可藉由控制電漿壓力、電漿溫度、噴氣速度、工作介質組合物及磁場強度來更改或選擇冷凝動力學。諸如銀蒸氣之金屬蒸氣可冷凝於可具有較高表面積之冷凝器309上，且所收集液體銀可經由回流導管及EM泵系統回流。在 一實施例中，利用避免衝擊冷凝之噴嘴中之較短轉變時間以允許另外將導致衝擊冷凝之MHD通道307中之有利MHD轉換條件的產生。
在一實施例中，亦已知作為MHD通道的MHD膨脹或發電機通道包含擴口MHD通道以持續導出能力轉換，其中熱量梯度轉換為驅動動能流量之壓力梯度。來自銀冷凝之熱量可有助於MHD通道中之壓力梯度或質量流量。藉由冷凝銀釋放之汽化熱可充當噴氣式引擎中之後燃器之功能以產生更高速度流量。在一例示性實施例中，銀汽化熱充當噴氣式後燃器中之燃燒功能以增加或有助於銀噴氣式流之速度。在一實施例中，藉由冷凝銀蒸氣釋放之汽化熱增加高於無冷凝存在下之壓力的壓力。MHD通道可包含幾何結構(諸如閃焰或噴嘴幾何結構)以將壓力轉換為經導引流量或藉由MHD轉換器轉換成電力的動能。可調節由MHD磁體306提供之磁場以防止電漿在銀蒸氣藉由導電性之對應改變冷凝之情況下停滯。在一實施例中，將MHD通道308之壁保持在高溫下以防止金屬蒸氣藉由對應質量及動能損失冷凝於壁上。較高電極溫度亦可防止電漿電弧放電，該電漿電弧放電可在與相對於較熱電漿具有較少導電或更多絕緣邊界層之冷卻電極相對之情況中發生。
可藉由將熱量自反應電解槽腔室5b31傳遞至MHD通道之壁而將MHD通道308保持在所需高溫下。MHD轉換器可包含將熱量自反應電解槽腔室傳遞至MHD通道之壁的熱交換器。熱交換器可包含導電或對流熱交換器，諸如包含將熱量自反應電解槽腔室傳遞至MHD通道之壁之熱傳遞區塊的熱交換器。熱交換器可包含輻射的熱交換器，其中反應電解槽腔室之至少一部分之外壁包含黑體輻射器以發射功率且MHD通道之壁之至少一部分可包含黑體輻射器以吸收黑體輻射。熱交換器可包含可經泵送之 冷卻劑。泵可包含EM泵，其中冷卻劑為熔融金屬。在另一實施例中，低能量氫反應進一步傳播且保持在MHD通道308中以保持MHD通道壁溫度高於在通道中流動之金屬蒸氣之冷凝溫度。低能量氫反應可藉由供應反應物(諸如H及HOH催化劑或其來源)來保持。由於其支援且促進低能量氫反應速率之導電性，反應可選擇性地保持在電極處。MHD轉換器可包含記錄MHD通道壁溫度之至少一個溫度感測器及控制熱傳遞構件(諸如熱交換器)中之至少一者及保持所需MHD通道壁溫度之低能量氫反應速率的控制器。可藉助於本發明控制低能量氫反應速率，諸如控制低能量氫反應物至MHD通道之流動的構件。
在另一實施例中，將電漿、金屬蒸氣及冷凝金屬蒸氣中之至少一者限制在通道中且藉由通道限制構件(諸如包含電力及磁場中之至少一者之來源的構件)防止在MHD壁上收集。限制構件可包含磁性限制構件，諸如磁瓶。限制構件可包含以感應方式耦合之場，諸如RF場。MHD轉換器可包含RF電源、至少一個天線、靜電電極及電源以及至少一個靜磁磁場源中之至少一者以實現限制。
在一實施例中，工作介質包含MHD通道308中之氣化金屬，其中工作介質之壓力及溫度藉由由沿MHD通道冷凝金屬蒸氣釋放之熱量增加，此係因為其由於MHD轉換為電力而損失動能。來自銀之冷凝的能量可增加MHD通道中之工作介質之壓力、溫度、速度及動能中之至少一者。可藉由利用文丘里效應(Venturi effect)或柏努利原理(Bernoulli principle)的通道幾何結構增加流速。在一實施例中，流動液體銀可充當蒸氣之吸引器介質以使得其在MHD通道中流動。
在一實施例中，MHD通道308直徑及容積體積中之至少一者根據沿 自噴嘴307出口至MHD通道308出口的MHD通道之流動軸或z軸之距離而減小。MHD通道308可包含僅聚集z軸之通道。在另一實施例中，沿z軸之通道大小仍然相同且發散小於習知經晶種氣體MHD工作介質轉換器之通道大小。在銀冷凝且釋放熱量以保持高能電漿時，可減小通道體積以保持沿z軸之壓力及速度。藉由沿z軸之電漿流動自冷凝銀蒸氣(254kJ/莫耳)釋放之汽化熱可增加工作介質之溫度及壓力以使得增加沿通道之z軸的任何給出位置處非冷凝銀之流動。流速之增加可由文丘里效應或柏努利原理造成。磁通量可沿MHD通道之流動軸(z軸)持久性或動態地變化以提取隨z軸位置而變之MHD功率以保持沿通道之所要壓力、溫度、速度、功率及能量存量，其中隨沿z軸之距離而變的通道大小可匹配z軸磁通量變化以至少部分地實現氣化金屬自提取汽化熱之能量作為電力。電漿氣流亦可充當經冷凝銀蒸氣之載氣。
經冷凝銀可包含薄霧或霧。由於銀在遠低於給出壓力下之其沸點的溫度下形成氣溶膠之趨勢，霧狀態可為有利的。工作介質可包含氧氣及銀，其中熔融銀具有在遠低於給出壓力下之其沸點的溫度下在氧氣存在下形成氣溶膠的趨勢，其中銀可吸收大量氧氣。工作介質可包含氣溶膠化氣體，諸如氮氣、氧氣、水蒸氣或稀有氣體(諸如氬氣)，除諸如形成冷凝銀之氣溶膠之銀蒸氣的金屬蒸氣以外。在一實施例中，在整個反應電解槽腔室及MHD通道中之氣溶膠化氣體之壓力可在操作條件下保持在其穩態分佈處。MHD轉換器可進一步包含氣溶膠化氣體之供應源，諸如氣溶膠化氣體之貯槽、泵及選擇性地量測一或多個位置處之氣溶膠化氣體壓力的至少一個量規。可使用泵及氣溶膠化氣體供應器藉由添加或移除氣溶膠化氣體將氣溶膠化氣體存量保持在所需含量處。在一例示性實施例中，液體銀 在僅高於熔點之溫度下形成霧或氣溶膠，使得MHD通道308中之恆定環境壓力氣溶膠化氣體(諸如氬氣)使銀蒸氣至液體轉變以氣溶膠之形式發生，該氣溶膠可攜帶有電漿流量且聚集於MHD冷凝器309上。在一實施例中，冷凝蒸氣之速度保存於冷凝物中。冷凝物之速度可自釋放汽化熱增加。MHD通道可包含將汽化熱轉換為冷凝物動能的幾何結構。在一實施例中，通道可為窄的以將汽化熱轉換為冷凝物動能。在另一實施例中，汽化熱可增加通道壓力，且壓力可藉由噴嘴轉換為動能。在一實施例中，銅或銀-銅合金可替換銀。在一實施例中，充當金屬氣溶膠之來源的熔融金屬包含銀、銅及銀-銅合金中之至少一者。氣溶膠可在氣體存在下形成，該氣體諸如氧氣、水蒸氣及稀有氣體(諸如氬氣)中之至少一者。
在一實施例中，SunCell®包含保持電解槽氣體之流量與熔融銀接觸以形成熔融金屬氣溶膠(諸如銀氣溶膠)的構件。氣流可包含加壓氣流及對流氣流中之至少一者。在一實施例中，反應電解槽腔室5b31及儲集器5c中之至少一者可包含至少一個擋扳以使得電解槽氣體循環以增加氣流。可藉由諸如由來自電漿反應之熱量梯度及壓力中之至少一者造成之彼等的對流及壓力梯度中之至少一者來驅動流動。氣體可包含稀有氣體、氧氣、水蒸氣、H2及O2中之至少一者。保持氣流之構件可包含氣泵或壓縮機中之至少一者，諸如MHD氣泵或壓縮機312a、MHD轉換器及由EM泵熔融金屬噴射器及低能量氫電漿反應中之至少一者引起的擾流。可控制氣體之氣流速率及組合物中之至少一者以控制氣溶膠產生速率。在一實施例中，其中水蒸氣經再循環，SunCell®進一步包含將熱化為H2及O2的任何H2O重組為H2O的複合器、將水蒸氣冷凝至液體水的冷凝器及將加壓水噴射至供應至少一個內部電池組件的線路中之液體水泵，該內部電池組件諸如儲集 器5c或反應電解槽腔室5b31，其中加壓水可在路徑中轉變為蒸汽以在電池之內部噴射。複合器可為此項技術中已知之複合器，諸如包含雷尼鎳、Pd及Pt中之至少一者的複合器。水蒸氣可在包含高壓區室之迴路中(諸如在反應電解槽腔室5b31與儲集器5c之間)經再循環。
在一實施例中，儲集器5c及反應電解槽腔室5b31中之至少一者包含具有足夠低溫度以進行以下中之至少一者之氣體來源：將銀蒸氣冷凝為銀氣溶膠且冷卻銀氣溶膠。藉由高能低能量氫反應釋放之熱量可形成銀蒸氣。氣化可在低能量氫反應電漿中發生。與低能量氫反應接觸的環境氣體包含電解槽氣體。電解槽氣體及氣溶膠中之至少一者之一部分可藉由含有氣體氣溶膠及電漿中之至少一者的儲集器及反應電解槽腔室中之至少一者之區域內部中之熱交換器及急冷器冷卻。電解槽氣體及氣溶膠中之至少一者可經充分冷卻以進行以下中之至少一者：將銀蒸氣冷凝為氣溶膠且冷卻氣溶膠。可藉由控制冷卻期間之熱傳遞及冷卻電解槽氣體及氣溶膠之溫度及壓力來控制蒸氣冷凝速率及冷卻電解槽氣體-氣溶膠-蒸氣混合物之溫度及壓力中之至少一者。
在一實施例中，為避免沿通道之質量損失，銀蒸氣在蒸氣冷凝時導致形成霧。沿通道損失其電力之動能的莫耳分數可導致形成霧，其中對應汽化熱將動能賦予對應氣溶膠粒子以保持另外損失質量之恆定初速度。由於部分原子聚合為與剩餘氣體原子一起流動之氣溶膠粒子，通道可為直線彙聚以保持伴隨減小之粒子數目的速度。在一實施例中，MHD通道308壁可維持在諸如大於銀之熔點的溫度下以避免經冷凝液體藉由支援霧形成冷凝。
在一實施例中，銀電漿噴射接觸之MHD通道組件及表面可包含藉由 銀液體抗潤濕之材料。MHD通道壁308及MHD電極304中之至少一者可包含抗潤濕之表面。
氣溶膠粒子可經充電及收集。收集可在MHD通道末端發生。可藉由靜電沈澱或電噴射沈澱移除氣溶膠粒子。在一實施例中，MHD轉換器可包含氣溶膠粒子充電構件(諸如至少一個粒子充電電極)、電能供應源(諸如高壓源)及經電性偏壓以收集帶電粒子帶電粒子集電極(諸如至少一個電極)。可藉由施加電場在MHD通道末端收集帶電粒子。
在一實施例中，藉由電漿流量進行金屬蒸氣液滴。液滴可形成MHD電極及MHD通道壁中之至少一者之表面上之薄膜。盈餘經冷凝液體可經機械地剝蝕且藉由電漿及質量流量運載。在一實施例，法拉第電流穿過經冷凝金屬蒸氣(諸如經冷凝銀蒸氣)且產生霍耳電流，該霍耳電流促使經冷凝銀粒子沿著來自MHD噴嘴307之電漿噴射的軌跡。霍耳電流可使經冷凝銀流出MHD通道以回流至儲集器5c。由於比金屬蒸氣更高的導電性，電流可較佳地流動穿過經冷凝銀。在另一實施例中，可藉由MHD通道之發散及彙聚中之至少一者來輔助輸送。在一實施例中，諸如圓盤發電機之MHD轉換器可包含在MHD通道之入口及出口處接觸電漿以使得改善熔融金屬在通道中之短路之效應的電極。
在一實施例中，工作介質包含可在低於其沸點之溫度下昇華以防止金屬冷凝於MHD通道之壁上以使得其流至再循環系統的金屬(諸如銀)。在一實施例中，將MHD通道之出口處之壓力保持在低壓(諸如低於常壓之壓力)處。真空可保持在MHD通道之出口處，使得工作介質金屬蒸氣不在MHD通道308中冷凝。可藉由MHD氣泵或壓縮機312a(圖90至圖96)保持真空。
在一實施例中，MHD通道可包含入口部分中之發電機及出口部分中之壓縮機。壓縮機可使得將經冷凝蒸氣泵送出MHD通道。MHD轉換器可包含電流源及電流控制器，以可控制地在所施加磁場之垂直方向上將電流施加至MHD通道之工作介質，以使得經冷凝工作介質蒸氣自通道流動，其中通道條件可經控制以使得蒸氣冷凝以實現蒸氣之汽化熱之釋放。
在另一實施例中，可藉由在諸如MHD冷凝器309的熱交換器處冷凝蒸氣來諸如銀金屬蒸氣的金屬蒸氣之汽化熱。冷凝可在高於諸如銀的金屬之沸點的溫度下發生。可藉由此項技術中已知之手段(諸如藉由對流、傳導、輻射)或藉由冷卻劑將熱量傳遞至儲集器5c之一部分。熱傳遞系統可包含藉由傳導傳遞熱量之耐火熱傳遞區塊，諸如Mo、W或碳區塊。熱量可使得儲集器中之銀汽化。熱量可保存於汽化熱中。低能量氫反應可進一步增加氣化金屬之壓力及溫度。在包含工作介質添加劑(諸如稀有氣體，諸如氬氣或氦氣)之一實施例中，MHD轉換器進一步包含氣泵或壓縮機312a(圖90至圖96)以將氣體自低壓再循環至MHD轉換器之高壓部分。氣泵或壓縮機312a可包含驅動馬達312b及刮刀或輪葉312c。MHD轉換器可包含泵入口及泵出口，該泵入口可包含自MHD冷凝部分309至泵入口的氣體通路310a，該泵出口可包含自泵或壓縮機312a至反應電解槽腔室5b31的氣體通路313a。泵可將氣體自低壓(諸如約1至2atm)泵送至高壓(諸如約4至15atm)。自MHD冷凝部分309至泵312a之進水管310a可包含過濾器，諸如入口處的選擇性膜或金屬冷凝器，以將氣體(諸如稀有氣體)自金屬蒸氣(諸如銀蒸氣)分離。MHD冷凝器部分309中之擋板309a可將熔融金屬(諸如在MHD冷凝部分309中冷凝之熔融金屬)導引至MHD回流導管310中。中心中之擋板之高度及MHD回流導管310之熔融金屬回流入口中之至 少一者可在其中上升氣體壓力超過經冷凝或液體熔融金屬粒子上之重力之力的位置處，以促進其流入MHD回流導管310中。
SunCell®可包含可位於MHD冷凝部分309中之金屬蒸氣冷凝器(諸如恆定壓力冷凝器)且可包含熱交換器316。工作介質可包含金屬蒸氣晶種之載劑或工作氣體，諸如銀蒸氣晶種之稀有氣體，諸如氦氣或氬氣。冷凝器可冷凝金屬蒸氣以使得可單獨地泵送液態金屬及稀有氣體。可藉由以下組之方法中之至少一者來分離：重力沈積、離心分離、氣旋分離、過濾、靜電沈澱及熟習此項技術者已知之其他方法。在一例示性實施例中，自冷凝器之頂部移除經分離稀有氣體，且自冷凝器之底部移除經分離液態金屬。液體及氣體可由以下中之至少一者分離：擋板309a、過濾器、選擇性滲透膜及氣體可穿過之液體障壁。
壓縮機312a可泵送氣體或使得氣體再循環至反應電解槽腔室5b31。EM泵312可泵送液體銀以使其回流至儲集器5c，以回注至反應電解槽腔室5b31。壓縮機312a及EM泵312分別再加壓工作介質氣體(諸如氬氣或氦氣)及液態金屬(諸如液體銀)。工作介質氣體可經由導管313a回流至反應電解槽腔室，該管可連接EM泵管5k6、儲集器5c、EM泵組合件5kk之底座5kk1及反應電解槽腔室5b31中之至少一者。替代地，氣體可經由管313a回流至反應電解槽腔室5b31，該管連接至傳送管313b，諸如提供至儲集器5c或反應電解槽腔室5b31中之導引通路的傳遞管。氣體可用於將熔融金屬噴射至反應電解槽腔室中。熔融金屬可變得夾帶在氣體噴射中以替換或補充EM泵熔融金屬噴射器。可藉由控制氣體流速、氣體壓力、氣體溫度、儲集器溫度、反應電解槽溫度、噴嘴進水壓力、MHD噴嘴流速、MHD噴嘴出口壓力及低能量氫反應速率來控制經噴射熔融金屬及蒸 氣(諸如液體及氣態銀蒸氣)流動速率。
用於工作介質氣體及熔融金屬中之至少一者(諸如延行穿過儲集器5c之熔融金屬的工作介質氣體及熔融金屬)的回流導管313b可包含耐火材料，諸如Mo、W、錸、經錸塗佈之Mo或W、陶瓷(諸如金屬氧化物，諸如ZrO2、HfO2、MgO、Al2O3)中之至少一者及本發明之其他者。管可包含螺紋成EM泵管組合件基座5kk1中之套環或底座的耐火材料管。回流導管313b之高度可為期望傳送氣體的同時允許其他分量之期望效能(諸如金屬噴射劑)的高度且分別藉由EM泵管5k61及進水升管5qa之噴射部分來控制含量。高度可為約儲集器熔融金屬含量。
在圖94至圖96中所展示之一實施例中，氣泵或壓縮機312a可泵送氣態工作介質物種之混合物，該氣態工作介質物種諸如稀有氣體、熔融金屬晶種及熔融金屬蒸氣(諸如銀蒸氣)中之至少兩者。在一實施例中，氣泵或壓縮機312a可泵送氣態及液體工作介質二者，諸如稀有氣體、金屬蒸氣及液體熔融金屬(諸如液體銀)中之至少一者。液體及氣體可經由管313a回流至反應電解槽腔室，該管可連接EM泵管5k6、儲集器5c、EM泵組合件5kk之底座5kk1及反應電解槽腔室5b31中之至少一者。替代地，氣體可經由管313a回流至反應電解槽腔室5b31，該管連接至傳送管313b，諸如提供至儲集器5c或反應電解槽腔室5b31中之導引通路的傳遞管。
在一實施例中，氣體及液體可流動穿過EM泵管5k6。氣體可用於將熔融金屬噴射至反應電解槽腔室中。熔融金屬可變得夾帶在氣體噴射中以進行以下中之至少一者：加強且替換EM泵以經由噴射器管5k61及噴嘴5q泵送熔融金屬。可藉由控制氣泵或壓縮機312a之流速及壓力中之至少一者及藉由本發明之其他手段來控制噴射速率。可藉由相對於成對之其他控制 一個氣泵或壓縮機312a之壓力及流速中之至少一者的本發明之水平感測器及控制器來控制儲集器5c之熔融金屬含量。
在包含泵送所有工作介質(諸如銀晶種之稀有氣體)之氣泵或壓縮機的一實施例及包含僅泵送稀有氣體之氣泵或壓縮機的一實施例中，可等溫地操作壓縮。MHD轉換器可包含熱交換或冷卻器以進行中之至少一者：在壓縮之前及期間冷卻氣態工作介質。氣泵或壓縮機可包含中間冷卻器。氣泵或壓縮機可包含複數個級別，諸如多級中間冷卻器壓縮機。冷卻可增加壓縮氣體之效率以匹配反應電解槽腔室5b31之操作壓力。
在回流循環中之泵送階段之後，回流氣態工作介質可經加熱以增加其壓力。加熱可藉由自MHD轉換器接收熱量的熱交換器或可自MHD冷凝部分309或其他熱組件接收熱量的再生器實現，該其他熱組件諸如以下群組中之至少一者：反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308及MHD冷凝部分309。在一實施例中，可藉由使用用於分別流入反應電解槽腔室5b31及流出MHD噴嘴之氣體的入口閥及出口閥而大量地減少氣泵功率，其中將低壓氣體泵送至反應電解槽腔室中且壓力藉由電漿反應功率增加至所要壓力，諸如10atm。可將所得脈衝MHD功率調節為穩定DC或AC功率。回流MHD氣體管313a可包含打開以准許比峰值反應電解槽腔室操作壓力更低的壓力之氣體流動的閥門，且MHD噴嘴部分307可包含打開以允許高壓氣體在藉由反應電解槽腔室5b31電漿加熱氣體後流出噴嘴的閥門。閥門可有助於藉由氣泵或壓縮機將低壓氣體噴射至反應電解槽腔室中，其中藉由低能量氫反應電漿將氣體加熱至高壓。閥門可經同步以准許藉由電漿加熱累積之反應腔室壓力。閥門可為180°異相。閥門可包含轉動擋閘類型。MHD噴嘴可經冷卻以准許操作MHD噴嘴閥門。 回流氣體管313a閥門可在EM泵組合件5kk1之底座處或靠近該EM泵組合件之底座以避免銀在對應氣體傳送管313b中冷凝。MHD轉換器可包含脈衝電力系統，包含反應電解槽腔室5b31之工作介質氣體之入口閥及出口閥的電力系統。脈衝MHD功率可水平化至藉由功率調節設備輸出恆定功率，諸如包含功率儲存之設備，諸如電池組或電容器。
在一實施例中，經再循環之熔融金屬(諸如銀)仍然呈氣態，其中包括任何回流線路310a、管313a及泵312a的MHD轉換器之溫度在MHD系統中之操作壓力或銀分壓下保持呈高於銀之沸點溫度的溫度。
泵312a可包含機械泵，諸如齒輪泵(諸如陶瓷齒輪泵)，或此項技術中已知之其他泵，諸如包含葉輪之泵。泵312a可在高溫下操作，諸如在約962℃至2000℃之溫度範圍中操作。泵可包含渦輪機類型，諸如用於燃氣渦輪機之渦輪機或用作內燃引擎之渦輪增壓器之類型的渦輪機。氣泵或壓縮機312a可包含螺旋泵、軸向壓縮機及渦輪機壓縮機中之至少一者。泵可包含正排量類型。氣泵或壓縮機可將根據伯努利定律(Bernoulli's law)在固定反應電解槽腔室體積中轉換為壓力的較高氣體速度。回流氣體管313a可包含閥門(諸如背壓遏制閥)以迫使來自壓縮機之流體流入反應電解槽腔室且接著MHD轉換器。
易於由工作介質磨損之機械部件(諸如泵312a輪葉或渦輪機刮刀)可經熔融金屬(諸如熔融銀)塗佈以防止其磨耗或磨損。在一實施例中，包含氣泵或壓縮機之氣體及熔融金屬回流系統之至少一個組件(諸如MHD回流導管310a、回流儲集器311a、與回流氣體及熔融金屬接觸之MHD回流氣泵或壓縮機312a部件(諸如輪葉)及MHD泵管313a(圖90至圖96))包括執行熱保護且防止由熔融金屬潤濕之至少一個功能以促進回流金屬流動至儲集器 5c。
在一實施例中，在SunCell®啟動期間，壓縮機312a可再循環工作介質(諸如氦氣或氬氣)以預熱反應電解槽腔室5b31及MHD組件中之至少一者，諸如MHD噴嘴部分307、MHD通道308、MHD冷凝部分309及包含MHD回流導管310、回流儲集器311、MHD回流EM泵312及MHD回流EM泵管313之EM回流泵系統之至少一個組件。工作介質可分流至EM回流泵系統之至少一個組件。諸如對應於天線5f之電感耦合加熱器可加熱可經再循環以使得預加熱反應電解槽腔室5b31及至少一個MHD組件中之至少一者的工作介質。
在一例示性實施例中，MHD系統包含工作介質，該工作介質包含經銀接種或經銀-銅合金接種之氬氣或氦氣，其中大部分壓力可歸因於氬氣或氦氣。銀或銀-銅合金莫耳分數隨著增加使用氬氣供應源、感測及控制系統控制之稀有氣體(諸如氬氣)分壓而下降。SunCell®可包含冷卻系統以用於反應電解槽腔室5b31及MHD組件，諸如MHD噴嘴部分307、MHD通道308及MHD冷凝部分309中之至少一者。可控制至少一個參數，諸如反應電解槽腔室5b31及MHD通道之壁溫度及反應及氣體混合條件，以確定最佳銀或銀-銅合金存量或蒸氣壓力。在一實施例中，最佳銀蒸氣壓力為最佳化金屬蒸氣之導電性及能量存量以實現最佳功率轉換密度及效率的銀蒸氣壓力。在一實施例中，一些金屬蒸氣冷凝於MHD通道中以釋放在MHD通道中轉換為額外動能且轉換為電力的熱量。泵或壓縮機312a可包含諸如用於銀及氬氣二者之機械泵，或MHD轉換器可包含兩個泵類型，氣體312a及熔融金屬312。
在一實施例中，MHD轉換器可包含複數個噴嘴以產生呈複數個級別 之熔融金屬之高速傳導流。第一噴嘴可包含與反應電解槽腔室5b31結合之噴嘴307。其他噴嘴可位於冷凝部分309處，其中自冷凝銀釋放之熱量可在噴嘴之入口處產生高壓。MHD轉換器可包含在各噴嘴之下游具有交叉磁體及電極的MHD通道以將高速傳導流轉換為電力。在一實施例中，MHD轉換器可包含複數個反應電解槽腔室5b31，諸如在緊靠著前述噴嘴之位置中。
在不包含回流儲集器311之一實施例中，其中MHD通道309之末端表現得如同黑體輻射器5b41之下半球，且回流EM泵312速度較快(不限制回流速率)，則銀將以與其在本發明之黑體輻射器設計中相同之方式分配回至噴射儲集器5c。可接著藉由各儲集器5c之進水升管5qa來控制相對噴射速率，如在本發明之黑體輻射器設計之情況中。
在一實施例中，SunCell®包含在僅加速噴嘴307之下游的位置處的EM泵以將經冷凝熔融金屬泵送回至熔融金屬噴射器系統之至少一個儲集器，諸如開放式雙熔融金屬噴射器系統5ka及6k61之儲集器5c。
在一實施例中，SunCell®包含可藉由熟習此項技術者選擇之回流導管310及310a、回流儲集器311及311a、回流EM泵312及壓縮機312a、開放式噴射器儲集器5c、封閉式噴射器儲集器5c、開放式EM泵噴射器截面5k61及噴嘴5q以及封閉式EM泵噴射器截面5k61及噴嘴5q之其他組合及組態，以實現MHD工作介質經由反應電解槽腔室5b31及MHD轉換器300之所要流動電路。在一實施例中，諸如回流儲集器311及噴射儲集器5c中之至少一者的任何儲集器之熔融金屬含量控制器5qa可包含進水升管5qa、本發明之其他者及熟習此項技術者已知者中之至少一者。
在一實施例中，工作介質可包含氣態及液相之混合物，諸如至少一 種液態金屬及至少一種氣體，諸如金屬蒸氣及氣體(諸如稀有氣體)中之至少一者。例示性工作介質包含液體銀及氣態銀或液體銀、氣態銀及至少一種其他氣體，諸如稀有氣體或其他金屬蒸氣。
在一實施例中，MHD轉換器可包含液態金屬MHD(LMMHD)轉換器，諸如此項技術中已知之轉換器。LMMHD轉換器可包含熱交換器以使得熱量自反應電解槽腔室5b31流動至LMMHD轉換器。MHD轉換器可包含利用Rankine、Brayton、Ericsson及Allam循環中之至少一者的系統。在一實施例中，工作介質包含高密度且相對於稀有氣體保持高密度，使得工作流體之復原及再循環泵送中之至少一者藉由工作流體之較少膨脹及較多熱量保持中之至少一者來實現。工作介質可包含熔融金屬及其蒸氣，諸如銀及銀蒸氣。工作介質可進一步包含液體及蒸氣狀態中之至少一者中之額外金屬及諸如稀有氣體、蒸汽、氮氣、氟利昂(Freon)、氮氣及液態金屬MHD(LMMHD)轉換器之此項技術中已知之其他者的氣體中之至少一者。在一實施例中，MHD轉換器可包含EM泵、MHD壓縮機及機械壓縮機或泵中之至少一者以再循環工作介質。
MHD轉換器可進一步包含混合器以將液體與氣體混合，其中可在混合之前加熱至少一個相。替代地，可加熱經混合相。由於加熱在工作介質中產生之壓力，包含相之混合物的熱工作介質流動至MHD通道中以產生電力。在另一實施例中，液體可包含複數種液體，諸如充當導電基質(諸如銀)之液體及由於其在反應電解槽腔室中氣化而具有較低沸點以充當氣態工作介質之另一種液體。金屬之氣化可准許熱力學MHD循環。由二相傳導產生之電能在MHD通道中流動。可藉由熱交換器加熱工作介質以產生壓力以提供通道中之流動。反應電解槽腔室可向熱交換器之入口提供流 動至熱交換器出口且接著工作介質的熱量。
在一實施例中，低能量氫電漿蒸氣在混合器中與液體銀混合以形成二相工作介質。加熱產生主要熔融銀通過其中熱量動能轉換為電力之MHD通道及冷卻器的高壓流，MHD通道之出口處之低壓工作介質藉由MHD EM泵再循環。
在包含混合循環(開放式氣體循環及封閉式金屬循環)之一實施例中，工作介質可包含用金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)接種之氧氣、氮氣及空氣中之至少一者。在反應電解槽腔室5b31中氣化以包含氣體晶種之液態金屬(諸如銀)可在離開MHD通道308後冷凝且再循環至儲集器5c。離開MHD通道之氣體(諸如空氣)可自晶種分離且可排出至大氣。可自排出氣體回收熱量。可藉由氣體泵或壓縮機312a吸入諸如空氣之環境氣體。
在一實施例中，MHD轉換器可包含均相MHD發電機，其包含經加熱以使得金屬在至MHD通道之入口處氣化的金屬或金屬混合物。轉換器可進一步包含通道入口熱交換器以將熱量自反應電解槽腔室傳遞至工作介質以使得其在進入至MHD通道之前氣化。均相MHD發電機可進一步包含MHD通道之出口處的通道熱交換器以充當再生器以在熱量流動至入口熱交換器之前將其傳遞至工作介質。入口熱交換器可包含通過反應電解槽腔室之工作介質管。金屬工作介質可在出口熱交換器之下游的冷凝熱交換器處冷凝，其中接著藉由再循環EM泵來泵送熔融金屬。
在一實施例中，工作介質包含金屬及氣體，該氣體在低溫下可溶於熔融金屬且在高溫下不可溶於熔融金屬或較不溶於熔融金屬。在一例示性實施例中，工作介質可包含銀及氧氣中之至少一者。在一實施例中，反應電解槽腔室中之氧氣壓力保持在大體上防止熔融金屬(諸如銀)經受氣化的 壓力處。低能量氫反應電漿可加熱氧氣及液體銀至所需溫度，諸如3500K。包含工作介質之混合物可在諸如25atm之壓力下流動通過楔形MHD通道，其中壓力及溫度在熱能轉換成電力時下降。由於溫度下降，熔融金屬(諸如銀)可吸收氣體(諸如氧氣)。接著，可將液體泵送回至儲集器以在反應電解槽腔室中再循環，其中電漿加熱釋放氧氣以增加保持所要反應電解槽腔室壓力及溫度條件以驅動MHD轉換。在一實施例中，MHD通道之出口處的銀之溫度為約熔融金屬之熔點，其中氧氣之溶解度在一個大氣壓O2下為氧氣之約20cm3(STP)至銀之1cm3。包含溶解氣體之液體之再循環泵送功率可大大小於游離氣體之功率。此外，可大體上減少在熱力學功率循環期間使游離氣體之壓力及溫度下降的氣體冷卻需求及MHD轉換器體積。
在一實施例中，MHD通道可為垂直的且通道中之工作介質之壓力梯度可由於重力之力大於壓力等值，使得熔融金屬之工作介質流量保持在自反應電解槽腔室5b31至MHD通道之出口的循環中，其中將熔融金屬泵送回至儲集器5c。在一實施例中，最小壓力P為P=pgh(45)
其中p為密度(對於銀，1.05×104kg/m3)，g為重力常數，且h為金屬管柱之高度。對於例示性，h=0.2m，P=0.2atm。
噴嘴307中之膨脹可為等熵的。在一實施例中，反應電解槽腔室5b31中之低能量氫反應條件可提供且保持適合MHD噴嘴307溫度及壓力，使得噴嘴可產生高速度射流，同時避免冷凝衝擊。可在於MHD通道308中膨脹期間保持約常數速度條件及連續性條件中之至少一者(由此密度、速度及面積之乘積為約常數)。在一實施例中，在自MHD噴嘴307至MHD通道 308的進入口處噴射超聲波銀蒸氣。一些銀可冷凝於通道中，但是由於等熵膨脹，冷凝可受限。包含蒸氣及任何經冷凝液體之射流中之剩餘能量以及銀之汽化熱可藉由在冷凝器309處冷凝至少部分地回收且藉由再循環器或再生器(諸如散熱管)再循環。在一實施例中，使用散熱管實現再生，其中散熱管至少回收銀汽化熱且再循環其，使得經回收熱量功率為輸入至MHD通道的功率之部分；接著此功率平衡之分量僅降低散熱管之效率。冷凝之金屬蒸氣之百分比可為無關緊要的，諸如在約1%至15%之範圍內。在一實施例中，經冷凝蒸氣可導致形成氣溶膠。反應電解槽腔室、噴嘴及MHD通道可含有導致冷凝蒸氣來自氣溶膠的氣體，諸如氬氣。蒸氣可在冷凝器(諸如冷凝器309)處冷凝在MHD通道308之末端。液態金屬可經再循環，且汽化熱可藉由再生器(諸如包含散熱管之再生器)至少部分地回收。
在另一實施例中，蒸氣可經加壓以冷凝在所要區域中，諸如噴嘴307部分。噴嘴膨脹可為等熵的，其中純氣體(諸如銀蒸氣)之冷凝限於臨界溫度處開始之50%液體莫耳分數及對於銀分別為506.6MPa及7480K的重要壓力。在一實施例中，可藉由諸如移除熱量以使得熵值可減少及用至少一種其他氣體加壓冷凝區域中之至少一者的手段來克服來自經加壓蒸氣之膨脹的此冷凝侷限性。氣體壓力在其中存在氣體連續性的區域之所有部分中，諸如在反應電解槽腔室5b31、噴嘴307及MHD通道308區域中可為相等的。MHD轉換器可進一步包含其他氣體之貯槽、氣壓計、氣泵及氣體壓力控制器。可藉由壓力控制器控制至少一種其他氣體壓力。可控制氣體壓力以使得在比純金屬蒸氣之等熵膨脹更大的程度上冷凝金屬蒸氣。在一實施例中，氣體包含可溶於蒸氣金屬中之氣體。在一例示性實施例中金屬 包含銀且氣體包含O2及H2O中之至少一者。
在一實施例中，噴嘴307及MHD通道308中之至少一者中之壓力產生藉由在金屬氣相快速地冷凝至液態金屬流上時產生冷凝衝擊來實現，產生自二相至單相流動的快速轉化，從而釋放汽化熱。能量釋放為顯現為液體流之動能。液體流之動能在MHD通道308中轉換為電力。在一實施例中，蒸氣冷凝為霧或氣溶膠。氣溶膠可在氣體環境氛圍中形成，諸如包含氣溶膠形成氣體(諸如氧氣)及視情況選用之稀有氣體(諸如氬氣)的氣體環境氣氛。MHD通道308可為直線的以保持MHD通道流動之恆定速度及壓力。氣溶膠形成氣體(諸如氧氣)及視情況選用之稀有氣體(諸如氬氣)可流動通過儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴307、MHD通道308及其他MHD轉換器組件(諸如任何回流線路310a、管313a及泵312a)中之至少一者。可藉由MHD回流氣泵或壓縮機312a再循環氣體。
在一實施例中，噴嘴307包含冷凝噴流噴射器，該冷凝噴流噴射器包含二相噴射裝置，其中呈液態之熔融金屬與其氣相混合，產生具有壓力的液體流，該壓力高於兩個進水流中之任一者之壓力。壓力可在反應電解槽腔室5b31及噴嘴307中之至少一者中產生。噴嘴壓力可在噴嘴307之出口處轉換為流速度。在一實施例中，反應電解槽腔室電漿包含噴射裝置之一個相。來自至少一個EM泵噴射器之熔融金屬可包含噴射裝置之其他相。在一實施例中，可藉由獨立EM泵噴射器噴射諸如液相之其他相，該EM泵噴射器可包含EM泵5ka、儲集器(諸如5c)、EM泵管5k61之噴嘴部分及噴嘴5q。
在一實施例中，MHD噴嘴307包含氣溶膠噴流噴射器，該氣溶膠噴流噴射器在MHD通道308中將反應電解槽腔室5b31之高壓電漿轉換為高速 度氣溶膠流或噴流。噴流之動能可來自反應電解槽腔室5b31中之電漿之壓力組之至少一個源及經冷凝以形成氣溶膠噴流之金屬蒸氣之汽化熱。在一實施例中，經冷凝蒸氣之莫耳體積為小於標準條件下之對應蒸氣的約50至500倍。蒸氣在噴嘴307中之冷凝可使得噴嘴之出口部分處的壓力減小。減小的壓力可導致增加可包含液體及氣溶膠噴流中之至少一者的經冷凝流體之速度。噴嘴可經伸展且可經彙集以將局部壓力轉換為動能。通道可包含比噴嘴出口之面積更大的橫截面積，且可為直線的以允許傳播氣溶膠流。其他噴嘴307及MHD通道308幾何結構(諸如具有彙集、發散及直線截面的幾何結構)可經選擇以實現金屬蒸氣之所要冷凝，其中在MHD通道308中將能量之至少一部分轉換為傳導流。
在一實施例中，一些殘餘氣體在MHD通道308中可保持不冷凝。未冷凝氣體可支援MHD通道中之電漿以提供導電MHD通道流動。可藉由可在MHD通道308中傳播之低能量氫反應保持電漿。可將低能量氫反應物提供至反應電解槽腔室5b31及MHD通道308中之至少一者。
在一實施例中，噴嘴307及MHD通道308中之至少一者中之壓力產生藉由金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)之冷凝與汽化熱之釋放來實現。能量釋放顯現為冷凝物之動能。流動之動能可在MHD通道308中轉換為電力。MHD通道308可為直線的以保持MHD通道流動之恆定速度及壓力。在一實施例中，蒸氣冷凝為霧或氣溶膠。氣溶膠可在包含惰性氣體(諸如包含氬氣的惰性氣體)的環境氣氛中形成。氣溶膠在包含氧氣之環境氣氛可形成。MHD轉換器可包含金屬氣溶膠(諸如銀氣溶膠)之來源。來源可包含雙熔融金屬噴射器中之至少一者。氣溶膠來源可包含獨立EM泵噴射器，該EM泵噴射器可包含EM泵5ka、儲集器(諸如5c)、EM泵管5k61之噴嘴部 分及噴嘴5q，其中熔融金屬噴射劑至少部分地轉換為金屬氣溶膠。氣溶膠可流動或噴射至其中需要冷凝金屬蒸氣之區域中，諸如在MHD噴嘴307中。氣溶膠可在比對於經受等熵膨脹(諸如等熵噴嘴膨脹)之金屬蒸氣為可能的程度更大的程度上冷凝金屬蒸氣。金屬蒸氣冷凝可釋放金屬蒸氣汽化熱，該金屬蒸氣汽化熱可增加氣溶膠之溫度及壓力中之至少一者。對應能量及功率可有助於噴嘴之出口處的氣溶膠及電漿流之動能及功率。由於來自金屬蒸氣汽化熱之功率之貢獻，流動之功率可隨著效率的增加轉換為電力。MHD轉換器可包含金屬氣溶膠之來源之控制器以控制氣溶膠流速及氣溶膠質量密度中之至少一者。控制器可控制氣溶膠之EM泵來源之EM泵送的速率。可控制氣溶膠噴射速率以最佳化回收蒸氣汽化熱之蒸氣冷凝及MHD功率轉換效率。
在一實施例中，藉由蒸氣在噴嘴中冷凝釋放之汽化熱直接地或間接地至少部分地傳遞至反應電解槽腔室電漿。噴嘴可包含熱交換器以將熱量傳遞至反應電解槽腔室。可藉由輻射、傳導及對流之至少一個方法來傳遞熱量。可藉由經釋放汽化熱加熱噴嘴且可藉由傳導將熱量傳遞至反應電解槽腔室。噴嘴可包含高度導熱之材料，諸如可包含抗氧化塗層的耐火導熱體。在例示性實施例中，噴嘴可包含可用抗氧化耐火塗層(諸如ZrO2塗層)塗佈之氮化硼或碳。材料可包含本發明之其他耐火材料及塗層。
在一實施例中，噴嘴307及MHD通道308中之至少一者中之壓力產生藉由金屬蒸氣(諸如銀金屬蒸氣)之冷凝與汽化熱之釋放來實現。能量釋放顯現為冷凝物之動能。流動之動能可在MHD通道308中轉換為電力。MHD通道308可為直線的以保持MHD通道流動之恆定速度及壓力。在一實施例中，蒸氣冷凝為霧或氣溶膠。氣溶膠可在環境氣氛中形成，諸如包 含氬氣及氧氣中之至少一者的環境氣氛。可藉由氧氣及稀有氣體中之至少一者噴射、被動流動或強制流動通過液體銀來形成氣溶膠。可使用壓縮機312a再循環氣體。氣體可在高壓氣流迴路中再循環，諸如在反應電解槽腔室531處接收氣體且再循環其至儲集器5c的迴路，在該儲集器中氣體流動通過熔融銀以增加氣溶膠形成。在一實施例中，銀可包含添加劑以增加氣溶膠形成速率及程度。在一替代實施例中，高速之氣溶膠產生可由以高速循環液態金屬形成。可藉由至少一個熔融金屬噴射器(諸如包含EM泵5kk之雙熔融金屬噴射器)以高速噴射金屬。泵送速率可在約1g/s至10g/s、10g/s至100g/s、1kg/s至10kg/s、10kg/s至100kg/s及100kg/s至1000kg/s之至少一個範圍內。在一實施例中，藉由在經保持電池氛圍(諸如包含氧氣之所要濃度的氛圍)中泵送熔融金屬形成銀氣溶膠的能量效率可高於泵送氣體通過熔融銀。
MHD轉換器可包含金屬氣溶膠(諸如銀氣溶膠)之來源。來源可包含雙熔融金屬噴射器中之至少一者及來自至少一個儲集器之氣溶膠形成物中之一或多者，此係由於含於儲集器中之金屬之溫度高於金屬的熔點。氣溶膠來源可包含獨立EM泵噴射器，該EM泵噴射器可包含EM泵5ka、儲集器(諸如5c)、EM泵管5k61之噴嘴部分及噴嘴5q，其中熔融金屬噴射劑至少部分地轉換為金屬氣溶膠。氣溶膠可流動或噴射至其中需要冷凝金屬蒸氣之區域中，諸如在MHD噴嘴307中。氣溶膠可在比對於經受等熵膨脹(諸如等熵噴嘴膨脹)之金屬蒸氣為可能的程度更大的程度上冷凝金屬蒸氣。金屬蒸氣冷凝可釋放金屬蒸氣汽化熱，該金屬蒸氣汽化熱可增加氣溶膠之溫度及壓力中之至少一者。對應能量及功率可有助於噴嘴之出口處的氣溶膠及電漿流之動能及功率。由於來自金屬蒸氣汽化熱之功率之貢獻， 流動之功率可隨著效率的增加轉換為電力。MHD轉換器可包含金屬氣溶膠之來源之控制器以控制氣溶膠流速及氣溶膠質量密度中之至少一者。控制器可控制氣溶膠之EM泵來源之EM泵送的速率。可控制氣溶膠噴射速率以最佳化回收蒸氣汽化熱之蒸氣冷凝及MHD功率轉換效率。
在另外的等熵膨脹期間造成銀蒸氣冷凝之熵值減少可藉由以下給出之銀之氣化的熵值△S vap 來評估：
Figure 107105070-A0305-02-0317-112
其中T vap 為銀沸點且△H vap 為氣化之銀焓。在銀蒸氣接觸具有1500K之儲集器之例示性溫度的銀霧或氣溶膠情況下，以達到沸點之熵值變為
Figure 107105070-A0305-02-0317-115
其中dH fog 為差分霧焓，T fog 為霧溫度，C p 為恆定壓力下之銀之比熱容，且T res為儲集器及起始霧溫度。因此，在霧之質量流量為金屬蒸氣之質量流量約8倍的情況下，金屬蒸氣將在噴嘴中冷凝以釋放其汽化熱，其中可用之對應能量顯著地轉換為動能。假定作為霧或氣溶膠之經冷凝蒸氣之例示性莫耳體積為小於對應蒸氣之約50倍，則霧流需要僅為總氣體/電漿體積流之約15%，以實現蒸氣之冷凝以產生約純霧或氣溶膠電漿流。可藉由控制儲集器溫度、霧來源噴射速率(諸如EM泵送速率)及氣溶膠-形成氣體之壓力(諸如氧氣及視情況選用之氬氣)來控制霧流速。
在一實施例中，MHD熱力學循環包含保持低能量氫反應電漿(保持過熱銀蒸氣)且藉由添加冷銀氣溶膠或液體銀金屬噴射劑將冷凝為高液滴動能氣溶膠噴流的過程。氣溶膠噴流功率存量可包含主要動能功率。電功率轉換可主要來自MHD通道308中之動能功率改變。MHD轉換器之操作模 式可包含與軌道槍之操作模式相反的操作模式或與DC傳導電磁泵相反的操作模式。
形成液體銀液滴之高動能噴流的蒸氣冷凝可大體上避免在能量及功率平衡中損失汽化熱。冷銀氣溶膠可形成於儲集器中且輸送至反應電解槽腔室5b31及MHD噴嘴307中之至少一者。電池可進一步包含在穿過反應電解槽腔室至MHD轉換器的電漿流之下游側處的混合腔室。冷氣溶膠及過熱蒸氣之混合可發生於反應電解槽腔室5b31、混合腔室及MHD噴嘴307中之至少一者中。在一實施例中，SunCell®包含氧氣來源以形成發煙熔融銀以促進銀氣溶膠形成。可將氧氣供應至以下中之至少一者：儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴307、MHD通道308、MHD冷凝部分309及SunCell®-MHD轉換器發電機之其他內部腔室。可由熔融銀吸收氧氣以形成氣溶膠。可藉由在發電機內部存在稀有氣體(諸如氬氣氛圍)來增強氣溶膠。可藉由本發明之系統在所要壓力下添加及保持氬氣氛圍，該等系統諸如氬氣貯槽、線路、閥門、控制器及噴射器。噴射器可在冷凝部分309或其他合適區域中以避免銀回流。在一實施例中，超熱銀蒸氣可經冷凝以藉由將銀直接地或間接地噴射至噴嘴中形成氣溶膠噴流。在一實施例中，可在較低溫度及較低壓力中之至少一者下操作反應電解槽腔室5b31以准許待在膨脹(諸如等熵膨脹)下液化之蒸氣之較大分數。例示性較低溫度及壓力相較於3500K及10atm分別為約2500K及約1atm。
在流速減小之情況下，霧之密度可升高以保持在通道中恆定流動。可藉由聚合銀霧液滴增加密度。通道可包含直線通道。在其他實施例中，通道可彙集或發散或具有適於最佳化MHD功率轉換的其他幾何結構。
在一實施例中，噴嘴可包含用於相對冷的金屬蒸氣氣溶膠之至少一 個通道及用於銀蒸氣或超熱銀蒸氣之至少其他通道。通道可傳送待在噴嘴307中混合之對應氣溶膠。混合可減小熵值以使得銀蒸氣冷凝。冷凝及噴嘴流動可在噴嘴出口處產生快速氣溶膠噴流。可藉由控制來源之溫度(諸如儲集器溫度，其中儲集器可充當來源)來控制相對冷的氣溶膠之流速。可藉由控制低能量氫反應速率及熔融金屬噴射速率中之至少一者來控制過熱蒸氣之流速。
在一實施例中，噴嘴出口壓力及溫度為約MHD通道308出口處之彼等，且MHD通道308之入口處之輸入功率P input 為約藉由與其速度v處之質量流速
Figure 107105070-A0305-02-0319-280
相關聯之動能給出之輸入功率。
Figure 107105070-A0305-02-0319-282
MHD通道中之電力轉換功率P electric 藉由以下給出P electric =VI=ELJ=ELσ(vB-E)A=vBWLσ(vB-WvB)d 2=σv 2 B 2 W(1-W)Ld 2 (49)
其中V為MHD通道電壓，I為通道電流，E為通道電場，J為通道電流密度，L該通道長度，σ為流動導電率、v為流速，B為磁場強度，A為電流橫截面積(噴嘴出口面積)，d為電極間距，且W為負載因子(跨負載之電場與斷路電場之比率)。效率η藉由MHD通道(方程式(49))中之電力轉換功率及輸入功率(方程式(48))之比率給出：
Figure 107105070-A0305-02-0319-117
在質量流量
Figure 107105070-A0305-02-0319-281
為1kg/s，導電率σ為50,000S/m，速度為1200m/s，磁通量B為0.25T，負載因子W為0.5，例示性直線正方形矩形通道之通道寬度及電極間距d為0.05m以及通道長度L為0.2m之情況下，功率及效率為：P input =720kW (51)
P electric =562kW (52)
及η=78% (53)
方程式(53)為當總能量存量基本上為動能時之總焓效率，其中汽化熱亦在噴嘴307中轉換為動能。
在一實施例中，差分勞侖茲力dF L 與銀電漿流速及沿MHD通道308之差分距離dx成比例：dF L =σvB 2(1-W)d 2 dx (54)
差分勞侖茲力(方程式(54))可重新配置為：
Figure 107105070-A0305-02-0320-320
或
Figure 107105070-A0305-02-0320-119
其中(i)導電率σ及磁通量B可沿通道恆定，(ii)理想地不存在沿通道之質量損失以使得質量
Figure 107105070-A0305-02-0320-283
關於距離恆定，且通道m中之質量流速由於噴射至通道入口中之恆定速率及在穩態條件下流動之連續性而為恆定的，及(iii)速度與距離
Figure 107105070-A0305-02-0320-120
之差分在穩定流動條件下與時間無關。隨著沿通道減小速度的恆定質量流速可對應於增加氣溶膠粒子之聚合以限制MHD通道出口處之完全崩解。接著，速度關於通道距離之變化率與速度成比例：
Figure 107105070-A0305-02-0320-121
其中k為藉由邊界條件判定之常數。方程式(57)之整合提供v=v 0 e -kx (58)
藉由比較方程式(57)與方程式(56)，常數k為
Figure 107105070-A0305-02-0320-278
藉由組合方程式(58)及方程式(59)，作為通道距離之函數的速度為
Figure 107105070-A0305-02-0321-123
根據方程式(49)，通道之對應功率藉由以下給出
Figure 107105070-A0305-02-0321-125
在質量流量
Figure 107105070-A0305-02-0321-326
為0.5kg/s，導電率σ為50,000S/m，速度為1200m/s，磁通量B為0.1T，負載因子W為0.7，例示性直線正方形矩形通道之通道寬度及電極間距d為0.1m以及通道長度L為0.25m之情況下，功率及效率為：P inpud =360kW (62)
P electric =196kW (63)
及η=54% (64)
方程式(64)對應於轉換為供電外部負載之電力的起始通道動能之54%以及耗散在內部阻抗中之功率之46%，其中電功率密度為80kW/公升。
電功率聚集至輸入至MHD通道
Figure 107105070-A0305-02-0321-285
之動能功率乘以MHD通道之負載因子W。可藉由增加輸入動能功率且藉由減小通道尺寸來增加功率密度。後者可藉由增加質量流速、磁通量密度及流動導電率中之至少一者來達成。在質量流量
Figure 107105070-A0305-02-0321-286
為2kg/s，導電率σ為500,000S/m，速度為1500m/s，磁通量B為1T，負載因子W為0.7，例示性直線正方形矩形通道之通道寬度及電極間距d為0.05m以及通道長度L為0.1m之情況下，功率及效率為：P input =2.25MW (65)
P electric =1.575MW (66)
及η=70% (67)
方程式(67)對應於轉換為供電外部負載之電力的起始通道動能之70%及耗散在內部阻抗中之功率之30%，其中電功率密度為6.3MW/公升。
藉由方程式(61)給出之功率可表示為
Figure 107105070-A0305-02-0322-126
其中K 0 為起始通道動能。可藉由獲取P關於W之衍生物且將其設置為等於0來判定最大功率輸出。
Figure 107105070-A0305-02-0322-127
其中
Figure 107105070-A0305-02-0322-128
則，(1+sW)=e s(1-W) (71)
在其中s=125之方程式(65-67)之例示性情況中，使用迭代方法，功率在W=0.96時為最佳。在此情況下，針對方程式(65-66)之條件的效率為96%。
在一實施例中，反應電解槽腔室5b31及噴嘴307中之至少一者可包含磁瓶，該磁瓶可選擇性地形成沿MHD通道308之縱軸的電漿噴流。電力轉換器可包含磁鏡，其在離子流動之所要方向上為磁場梯度之來源，其中電漿電子v ∥之起始平行速度增加，此係因為根據絕熱不變量
Figure 107105070-A0305-02-0322-129
=常數，軌道速度v ⊥隨著能量之守恆而減小，自軌道運動抽取線性能量。由於磁通量B 減小，離子迴旋半徑將增加，使得流量π α 2B保持恆定。連接軌道之流量之不變性為「磁鏡」之機制之依據。磁鏡之原理為在初速度針對鏡之情況下帶電粒子由強磁場之區域反射且以其他方式自鏡射出。經由離子之軌道的流量之絕熱不變性為沿z軸形成離子流之手段，其中將v ∥轉換為v ∥，使得v>v ⊥。兩個磁鏡或更多磁鏡可形成磁瓶以限制電漿，諸如形成於反應電解槽腔室5b31中之電漿。產生含於中心區域中之瓶中之離子將沿軸螺旋，但將由各端處之磁鏡反射。具有平行於所要軸之速度之高分量的更高能離子將在瓶之端部處逸出。瓶可在MHD通道末端處更大的漏泄。因此，瓶可產生自磁瓶之端部至磁流體動力轉換器之通道入口中之基本上線性離子流。
特定言之，電漿可藉由磁鏡磁化，該磁鏡使得垂直於MHD通道或z軸v ⊥之方向的離子運動之分量由於絕熱不變量
Figure 107105070-A0305-02-0323-130
=常數而至少部分地轉換為平行運動v ∥。離子具有沿z軸之較佳速度且傳播至磁流體動力電力轉換器中，其中洛倫茲偏轉離子在與對應橫向偏轉場交叉之電極處形成電壓。電壓可驅使電流流過電力負載。在一實施例中，磁鏡包含產生等效於亥姆霍茲線圈(Helmholtz coil)或電磁線圈之場的電磁體或永久磁體。在電磁磁鏡之情況下，可藉由控制電磁電流以控制離子自反應電解槽腔室流出以控 制功率轉換時的速率來調節磁場強度。在
Figure 107105070-A0305-02-0323-131
及
Figure 107105070-A0305-02-0323-322
在至MHD 通道308之入口處的情況下，藉由
Figure 107105070-A0305-02-0323-134
給出之速度可為平行於z軸之約95%。
在一實施例中，低能量氫反應混合物可包含氧氣、水蒸氣及氫氣中之至少一者。MHD組件可包含諸如陶瓷之材料，諸如金屬氧化物，諸如氧化鋯及氧化鉿中之至少一者，或在氧化氛圍下穩定的矽石或石英。在一 實施例中，MHD電極304可包含可在操作期間較不易受腐蝕或降解影響的材料。在一實施例中，MHD電極304可包含導電陶瓷，諸如導電固體氧化物。在另一實施例中，MHD電極304可包含液體電極。液體電極可包含在電極工作溫度下為液體的金屬。液體金屬可包含工作介質金屬，諸如熔融銀。熔融電極金屬可包含浸漬有熔融金屬之基質。基質可包含諸如金屬之耐火材料，諸如可導電之W、碳、陶瓷或本發明之其他耐火材料。負電極可包含固體耐火金屬。負極性可保護負電極免遭氧化。正電極可包含液體電極。
液體電極可包含施加電磁限制(勞侖茲力)以保持游離表面液體金屬的構件。液體金屬電極可包含磁場源及電流源以保持電磁限制。磁場源可包含MHD磁體306及其他一組磁體(諸如永久磁體、電磁體及超導磁體)中之至少一者。電流源可包含MHD電流及來自外部電流源之所施加電流中之至少一者。
在一實施例中，導電陶瓷電極可包含本發明中之一者，諸如碳化物(諸如ZrC、HfC或WC)或硼化物(諸如ZrB2)或具有可處理至1800℃之20% SiC組合物的組合物(諸如ZrC-ZrB2、ZrC-ZrB2-SiC及ZrB2)。電極可包含碳。在一實施例中，複數個液體電極可經由歧管供應液體金屬。液體金屬可藉由EM泵泵送。液體電極可包含浸染在非反應性基質中之熔融金屬，該非反應性基質諸如陶瓷基質，諸如金屬氧化物基質。替代地，可經由基質泵送液體金屬以連續供應熔融金屬。在一實施例中，電極可包含持續噴射之熔融金屬，諸如點火電極。噴射器可包含非反應性耐火材料，諸如金屬氧化物，諸如ZrO2。在一實施例中，液體電極中之每一者可包含暴露於MHD通道電漿之熔融金屬之流動流。
在一實施例中，可將電極配置於霍耳發電機設計中。負電極可接近MHD通道之入口且正電極可接近MHD通道之出口。可接近MHD通道之入口的電極可包含液體電極，諸如浸沒式電極。接近MHD通道之出口的電極可包含在電極工作溫度下對氧化具有抗性的導體，其中出口處之該工作溫度可比MHD通道之入口處的顯著地更低。MHD出口處之例示性抗氧化電極可包含諸如ZrC之碳化物或諸如ZrB2之硼化物。在一實施例中，電極可包含由絕緣體部分分離之一系列電極部分，該絕緣體部分包含可包含電絕緣體之MHD通道壁之突起。凸起部分可在防止金屬蒸氣冷凝之溫度下保持。絕緣部分可包含壁帶，該等壁帶中之至少一者經加熱及絕緣以保持帶溫度在MHD通道之操作壓力下高於金屬之沸點。通道之出口處之電極可包含抗氧化電極，諸如可穩定以在出口溫度下氧化的碳化物或硼化物。在一實施例中，MHD通道可保持在低於導致壁之絕緣體部分上的金屬蒸氣冷凝及電極之腐蝕中之至少一者的溫度下，該等電極諸如碳化物或硼化物電極(諸如包含ZrC或ZrB2之碳化物或硼化物)或可處理至1800℃之組合物(諸如ZrC-ZrB2及ZrC-ZrB2-SiC組合物)。在一實施例中，工作介質包含可在低於其沸點之溫度下昇華以防止金屬冷凝於MHD通道之壁上以使得其流至再循環系統的金屬(諸如銀)。
在一實施例中，MHD磁體306可包含可將正弦或交變磁場施加至MHD通道308的交變場磁體(諸如電磁體)。正弦或交變施加之場可使得MHD電力輸出為交變(AC)功率。交變電流及電壓頻率可為標準的電流及電壓頻率，諸如50Hz或60Hz。在一實施例中，藉由感應將MHD功率自通道傳遞出。感應發電機可消除接觸電漿之電極。
將反應電解槽腔室5b31及MHD加速通道或噴嘴307連接至MHD膨脹 或發電機通道308之組件(諸如密封件314)之間的活接及密封件可包含墊片凸緣密封件或本發明之其他。其他密封件(諸如回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312、噴射儲集器5c及噴射EM泵組合件5kk之密封件)可包含本發明中之一者。例示性墊片包含碳(諸如石墨或Graphoil)，其中經接合金屬氧化物部分(諸如包含氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯及氧化鎂中之至少一者的金屬氧化物部分)保持低於碳還原溫度(低於約1300℃至1900℃之範圍)。分量可包含本發明之不同材料(諸如耐火材料)及基於其操作參數及需求的不鏽鋼。在一例示性實施例中，i.)EM泵組合件5kk、回流導管310、回流儲集器311及回流EM泵管312中之至少一者包含不鏽鋼，其中內部可用氧化保護塗層(諸如鎳、Pt、錸或其他貴金屬)塗佈；ii.)儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、噴嘴307及MHD膨脹部分308中之至少一者包含電絕緣耐火材料(諸如氮化硼)或耐火氧化物(諸如MgO(M.P.2825℃))、ZrO2(M.P.2715℃)、氧化鎂、對H2O穩定之氧化鋯、鋯酸鍶(SrZrO3 M.P.2700℃)、HfO2(M.P.2758℃)，或在工作溫度下對氧化反應穩定之二氧化釷(M.P.3300℃)；iii.)反應電解槽腔室5b31包含石墨(諸如各向同性及熱石墨中之至少一者)；及iv.)進水升管5qa、電磁泵管5k61之噴嘴部分、噴嘴5q及MHD電極304中之至少一者可包含碳、Mo、W、錸、經錸塗佈之Mo、經錸塗佈之W中之至少一者。在一例示性實施例中，EM泵組合件5kk、回流導管310a、回流儲集器311a及回流氣泵或壓縮機312a中之至少一者包含不鏽鋼，其中內部可用氧化反應保護塗層塗佈，該氧化反應保護塗層諸如鎳、Pt、錸或其他貴金屬。
電極可包含經貴重金屬塗覆之導體，諸如銅、鎳、鎳合金及鈷合金上之Pt，或此等未經塗佈之金屬，其中可藉由背襯熱交換器或冷板應用冷 卻。電極可包含尖晶石類型電極，諸如0.75 MgAl2O4-0.25 Fe3O4、0.75 FeAl2O4-0.25 Fe3O4及鉻化鑭La(Mg)CrO3。在一實施例中，MHD電極304可包含液體電極，諸如液體銀塗佈之耐火金屬電極或經冷卻金屬電極。Ni及錸塗層中之至少一者可防止經塗佈組件與H2O反應。MHD氛圍可包含氫氣以保持金屬之還原條件，諸如EM泵管5k6、進水升管5qa、電磁泵管5k61之噴嘴部分、噴嘴5q及MHD電極304之彼等。MHD氛圍可包含水蒸氣以保持氧化物陶瓷，諸如鋯酸鍶、氧化鉿、陶瓷組件之ZrO2或MgO，諸如反應電解槽腔室5b31、噴嘴307及MHD膨脹部分308中之至少一者。可使用陶瓷膠(諸如氧化鋯磷酸鹽膠結劑、ZrO2膠結劑或氧化鈣-氧化鋯磷酸鹽)將金屬氧化物部分膠合或膠結在一起。例示性Al2O3黏著劑為Rescor 960氧化鋁(Cotronics)及Ceramabond 671。另外的例示性陶瓷膠為Resbond 989(Cotronics)及Ceramabond 50(Aremco)。在一實施例中，壁組件可包含可用MgO穩定之隔熱陶瓷(諸如ZrO2或HfO2)，且經分段電極之電極絕緣體可包含導熱陶瓷(諸如MgO)。為防止自外表面氣化的損失，陶瓷可為足夠厚以外部充分冷卻、主動或被動冷卻或包覆於絕緣中之至少一者。
可將若干氧化物添加至ZrO2(氧化鋯)或HfO2(氧化鉿)以使材料穩定，該等材料諸如氧化釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鍶(SrO)、氧化鉭(Ta2O5)、三氧化二硼(B2O3)、TiO2、氧化鈰(Ce2O3)、SiC、釔及銥。晶體結構可為立方相，其被稱作立方穩定之氧化鋯(氧化鉿)或穩定之氧化鋯(氧化鉿)。在一實施例中，諸如反應電解槽腔室5b31之至少一個電池組件對氧氣及氧化物離子中之至少一者為可透的。例示性氧化物可穿透材料為ZrO2。可藉由控制通過氧化物可穿透或氧化物移動材 料(諸如ZrO2)之氧化物擴散率來控制反應電解槽腔室5b31之氧含量。電池可包含氧化物可穿透材料上之電壓及電流源及一及電流控制系統，其中氧化物離子在材料上之流動受電壓及電流控制。其他適合之耐火分量材料包含SiC(M.P.=2830℃)、BN(M.P.=2970℃)、HfB2(M.P.=3250℃)及ZrB2(M.P.=3250℃)中之至少一者。
為避免MHD電極藉由熔融金屬蒸氣電短路，電極304(圖84)可包含導體，各自安裝於電絕緣體覆蓋之導電柱或充當隔絕引線之引線305上，該引線進一步充當電極與發電機通道308之壁的間隔物。電極304可經經分段且可包含陰極302及陽極303。除隔絕引線305以外，電極可自由地懸浮於發電機通道308中。沿垂直軸線隔開之電極可足以防止熔融金屬短路。電極可包含耐火導體，諸如W或Mo。引線305可連接至電線，該等電線可藉由耐火絕緣體(諸如BN)絕緣。電線可接合在線束中，該線束穿透可包含金屬之MHD匯流排饋通凸緣301處之通道。在MHD轉換器外，線束可連接至功率合併器及反相器。
在一例示性實施例中，MHD轉換為電力期間之黑體電漿最初及最終溫度3000K及1300K。在一實施例中，MHD發電機冷卻於低壓側上以保持電漿流動。霍耳或發電機通道308可經冷卻。冷卻手段可為本發明中之一者。MHD發電機300可包含熱交換器316(諸如輻射熱交換器)，其中熱交換器可經設計以依據其溫度輻射功率以保持所要最低通道溫度範圍，諸如在約1000℃至1500℃範圍內。輻射熱交換器可包含較高表面以最小化其大小及重量中之至少一者。輻射熱交換器316可包含複數個表面，該複數個表面可經組態呈方錐形或方形琢面以增加輻射表面積。輻射熱交換器可在空氣中操作。輻射熱交換器之表面可用具有以下組之至少一個特性之材 料塗佈：(i)能夠高溫操作，諸如耐火材料，(ii)具有較高輻射率，(iii)對氧化反應穩定，且提供較高表面積，諸如具有不受阻或無阻礙排放的刻花表面。例示性材料為陶瓷，諸如氧化物，諸如MgO、ZrO2、HfO2、Al2O3及其他氧化穩定之陶瓷，諸如ZrC-ZrB2及ZrC-ZrB2-SiC組合物。
發電機可進一步包含再生器或再生式熱交換器。在一實施例中，流體在以逆流方式穿過之後回流至噴射系統以接收膨脹部分308或其他熱量損耗區域中之熱量以預熱噴射至電池反應腔室5b31中之金屬以保持反應電解槽腔室溫度。在一實施例中，工作介質(諸如銀及稀有氣體中之至少一者)、細胞組件(諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31及MHD轉換器組件(諸如MHD冷凝部分309或其他熱組件(諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308及MHD冷凝部分309之群組中之至少一者)中之至少一者))中之至少一者可藉由熱交換器加熱，該熱交換器自至少一個其他電池或MHD組件(諸如儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD發電機部分308及MHD冷凝部分309之群組中之至少一者)接收熱量。再生器或再生式熱交換器可將熱量自一個組件傳遞至其他組件。
在一實施例中，可控制輻射加熱器交換器316之輻射率、面積及溫度中之至少一者以控制熱傳遞速率。可藉由控制輻射器上之熱屏之覆蓋程度來控制面積。可藉由控制流動至輻射器之熱量來控制溫度。在另一實施例中，熱交換器316可包含冷卻劑迴路，其中MHD熱交換器316經由MHD冷卻劑入口317接收冷卻劑且經由MHD冷卻劑出口318移除熱量。熱量可用於再生式熱交換器中以預熱回流銀流動、電池組件或MHD組件。替代地，熱量可用於加熱及熱電共生應用。
噴嘴導入口307可包含對耗損具有抗性之耐火材料，諸如金屬氧化物(諸如ZrO2、HfO2、Al2O3或MgO)、耐火氮化物、耐火碳化物(諸如碳化鉭、碳化鎢或碳化鉭鎢)、可包含耐火覆層之熱石墨(諸如鎢)或僅本發明之其他耐火材料或可包覆耐火材料(諸如碳)上之材料。電極304可包含耐火導體，諸如W或Mo。諸如電極305之彼等的發電機通道308或電絕緣載體可為耐火絕緣體，諸如本發明中之一者，諸如陶瓷氧化物，諸如ZrO2、氮化硼或碳化矽。在其中MHD組件經冷卻的另一實施例中，諸如噴嘴307及通道308中之至少一者的MHD組件可包含可用耐火材料(諸如Al2O3、ZrO2、富鋁紅柱石或本發明之其他)塗佈之過渡金屬(諸如Cu或Ni)。電極可包含可經冷卻之過渡金屬，其中表面可用耐火導體(諸如W或Mo)塗佈。可藉由水、熔融鹽或其他冷卻劑冷卻之組件由熟習此項技術者已知，諸如熱油(諸如矽基聚合物)、熔融金屬(諸如Sn、Pb、Zn、合金)、熔融鹽(諸如鹼性鹽)及共熔鹽混合物(諸如鹼性鹵化物-鹼金屬氫氧化物混合物(MX-MOH M=Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Cl、Br、I))中之至少一者。熱冷卻劑可經再循環以預熱噴射至反應電解槽腔室5b31中之熔融金屬。對應熱回收系統可包含復熱器。
在一實施例中，MHD組件(諸如MHD噴嘴307、MHD通道308及MHD冷凝部分309)可包含耐火材料，諸如本發明中之一者，諸如碳化物、碳及硼化物中之至少一者，及金屬。耐火材料可易於氧化為氧氣及水中之至少一者。為抑止氧化反應，HOH催化劑之氧氣來源可包含化合物，該化合物包含氧氣，諸如CO、鹼金屬或鹼土金屬氧化物中之至少一者，或包含本發明之氧氣的其他氧化物或化合物。硼化物可包含可摻雜有SiC之ZrB2。碳化物可包含ZrC、WC、SiC、TaC、HfC及Ta4HfC5中之至 少一者。諸如碳化物之導電材料可在經指示之情況下(諸如在點火及MHD電極中之至少一者之電隔離之情況下)用絕緣間隔物或襯套電隔離。
例示性MHD體積轉換密度為約70MW/m3(70kW/公升)。歷史上MHD之大部分問題來源於燃氣情況中及燃煤對應物中之低導電性加排渣環境中之低導電性特徵。根據12V電壓下之10,000A電流，銀SunCell®電漿之導電率經估計為約1mΩ。根據弧形尺寸，與鹼接種惰性MHD工作氣體(其中功率密度與導電率成比例)之約20S/m相比，對應導電率經估計為1×105S/m。
在一實施例中，工作介質可包含銀蒸氣及銀蒸氣接種之稀有氣體中之至少一者，諸如He、Ne或Ar。在一實施例中，可藉由控制熔融金屬蒸氣壓力(諸如銀蒸氣壓力)及工作介質之電離中之至少一者來控制工作介質之導電率。可藉由控制低能量氫反應功率、藉由低能量氫反應發射之EUV及UV光之強度、點火電壓、點火電流、熔融金屬流之EM泵送速率及操作溫度(諸如氣體、電子、離子及黑體溫度中之至少一者)來控制工作介質之電離。可藉由控制點火及低能量氫反應條件中之至少一者來控制至少一個溫度。例示性低能量氫反應條件為氣體壓力及氣體成分，諸如H2O、H2及惰性氣體成分。低能量氫反應條件及對應控制可為本發明之一者或其他適合之條件。
在一實施例中，SunCell®可進一步包含熔融金屬溢出系統，諸如包含溢出貯槽、至少一個泵、電池熔融金屬存量傳感器、熔融金屬存量控制器、加熱器、溫度控制系統及熔融金屬存量之系統，以視需要存儲熔融金屬且供應至SunCell®，此可藉由至少一個感測器及控制器判定。溢流系統之熔融金屬存量控制器可包含本發明之熔融金屬含量控制器，諸如進水 升管及EM泵。溢流系統可包含MHD回流導管310、回流儲集器311、回流EM泵312及回流EM泵管313中之至少一者。
在一實施例中，在確保等熵流動之條件下保持工作介質之膨脹。在一實施例中，針對將確保噴嘴之可逆膨脹及MHD通道之強力驅動壓力梯度的超聲波噴嘴膨脹選擇入口工作介質條件。由於飽和(若其發生於噴嘴中)，由於快速冷卻速率(諸如約15K/us)將導致強列的不平衡過.冷卻且此可進一步將觸發噴嘴之發散部分中之冷凝衝擊，噴嘴入口條件可高度過熱以便蒸氣不在膨脹期間變得飽和。在一實施例中，將避免冷凝衝擊，此係因為其導致與所要等熵流動條件偏離且急劇地降低噴嘴出口速度的不可逆性，夾帶在噴嘴之超聲波/發散部分中之蒸氣流中之所得高度稠密液體Ag液滴可導致噴嘴表面之經加速侵蝕。在其中勞侖茲力對流動方向不利作用以使得MHD通道中之微弱驅動壓力梯度可產生減少的穿過系統之體積流動的一實施例中，噴嘴入口溫度儘可能高以允許適當過熱，且壓力亦適當地較高以確保噴嘴之下游的MHD部分中之強烈的驅動壓力梯度。在一例示性實施例中，噴嘴入口處之反應電解槽腔室5b31壓力為約6atm，且電漿溫度為約4000K以引起等熵膨脹且乾蒸氣以約722m/s速度及多於2atm之壓力在約馬赫數目1.24下離開噴嘴。較低入口溫度亦為可能的，但此等可各自產生更小出口速度及壓力。
在其中勞侖茲力可在達成所要MHD通道308出口溫度之前停滯電漿噴射的一實施例中，電漿導電率、磁場強度、氣體溫度、電子溫度、離子溫度、通道入口壓力、噴流速度及工作介質流動參數中之至少一者經最佳化以實現所要MHD轉化效率及功率密度。在包含熔融金屬接種之稀有氣體電漿(諸如銀蒸氣接種之氬氣或氦氣電漿)的一實施例中，控制金屬蒸氣 至稀有氣體之相對流動以實現所要導電率、電漿氣體溫度、反應腔室5b31壓力及MHD通道308入口噴射速度、壓力及溫度中之至少一者。在一實施例中，可藉由控制對應回流泵來控制稀有氣體及金屬蒸氣流動以實現所要相對比率。在一實施例中，可藉由控制相對稀有氣體及金屬噴射速率藉由控制接種至反應電解槽腔室5b31之量來控制導電率。在一實施例中，可藉由控制低能量氫反應速率來控制導電率。可藉助於本發明來控制低能量氫反應速率，諸如藉由控制催化劑來源、氧氣來源、氫氣來源、水蒸氣、氫氣、導電基質之流動(諸如熔融銀之噴射)及點火參數(諸如點火電壓及電流中之至少一者)中之至少一者之噴射速率。在一實施例中，MHD轉換器包含用於低能量氫反應及MHD操作參數之感測器及控制系統，諸如(i)反應條件，諸如反應物壓力、溫度及相對濃度、諸如HOH及H或其來源之彼等的反應物流動及諸如液體及氣化銀的導電基質之流動及泵送速率以及諸如點火電流及電壓的點火條件；(ii)電漿及氣體參數，諸如通過MHD轉換器之級的壓力、速度、流動速率、傳導率及溫度；(iii)回流及再循環材料參數，諸如稀有氣體及熔融金屬之泵送速率及物理參數，諸如流動速率、溫度及壓力；及(iv)反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴部分307、MHD通道308及MHD冷凝部分309中之至少一者中之電漿導電率感測器。
在一實施例中，可諸如氫氣(諸如H2氣體及H2O中之至少一者)之氣體來源供應至反應電解槽腔室5b31。SunCell®可包含至少一個質量流量控制器以供應可呈液體及氣態形式中之至少一者的氫氣來源，諸如H2氣體及H2O中之至少一者。供應可經由以下中之至少一者：EM泵組合件5kk1之底座、儲集器5c壁、反應電解槽腔室5b31之壁、噴射EM泵管5k6、MHD 回流導管310、MHD回流儲集器311、MHD回流EM泵312之泵管及MHD回流EM泵管313。添加至電池或MHD內部之氣體可噴射在MHD冷凝機部分309中或在連接至內部之任何方便的電池或MHD轉換器組件處。在一實施例中，氫氣可經由選擇性膜(諸如氫氣滲透膜)供應。氫氣供應膜可包之Pd或Pd-Ag H2滲透膜或熟習此項技術者已知之類似膜片。氣體至EM泵管壁的穿透可包含焊入或旋擰入的凸緣。可由氫氣貯槽供應氫氣。氫氣可由自氫化物釋放供應，其中該釋放可由熟習此項技術者已知的手段控制，諸如藉由控制氫化物之壓力及溫度中之至少一者。可藉由電解水供應氫氣。水電解器可包含高壓電解器。可藉由控制器(諸如包含電腦及對應感測器的控制器)來控制電解器及氫氣質量流量控制器中之至少一者。可基於可藉由轉換器(諸如熱量測裝置、PV轉換器或MHD轉換器)記錄之SunCell®之功率輸出控制氫氣流量。
在一實施例中，可將H2O供應至反應電解槽腔室5b31。供應源可包含一線路，諸如通過EM泵管5k6或EM泵組合件5kk的線路。H2O可提供H及HOH催化劑中之至少一者。低能量氫反應可產生O2及H2(1/p)及產物。諸如H2(1/4)的H2(1/p)可自反應電解槽腔室及MHD轉換器中之至少一者擴散至諸如環境氣氛的外部區域或H2(1/p)收集系統。H2(1/p)可由於其較小體積而經由反應電解槽腔室及MHD轉換器中之至少一者之壁擴散。O2產物可自反應電解槽腔室及MHD轉換器中之至少一者擴散至諸如環境氣氛的外部區域或O2收集系統。O2可經由選擇性膜、材料或值擴散。選擇性材料或膜可包含能夠導電氧化物(諸如氧化釔、鎳/氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)/矽酸鹽分層)的材料或膜或熟習此項技術者已知之其他氧氣或氧化物選擇性膜。O2可經由可滲透壁(諸如能夠導電氧化物的壁，諸如氧化釔 壁)擴散。氧氣滲透膜可包含反應電解槽及MHD轉換器之低壓組件之多孔陶瓷，諸如MHD通道308之陶瓷壁。氧氣選擇性膜可包含可用Bi26Mo10O69塗佈以增加氧氣滲透率的BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧氣滲透膜。氧氣選擇性膜可包含Gd1-xCaxCoO3-d及Ce1-xGdxO2-d中之至少一者。氧氣選擇性膜可包含陶瓷氧化物膜，諸如SrFeCo0.5Ox、SrFe0.2Co0.5Ox、Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2Ox、BaCo0.4Fe0.4Zr0.2Ox、La0.6Sf0.4CoOx及Sr0.5La0.5Fe0.8Ga0.2Ox中之至少一者。
諸如EM泵組合件5kk、EM泵5ka、EM泵管5k6、進水升管5qa及噴射EM泵管5k61中之至少一者的EM泵或組件可包含對氧氣穩定的材料或塗料，諸如陶瓷，諸如Al2O3、ZrC、ZrC-ZrB2、ZrC-ZrB2-SiC及具有20% SiC組合物的ZrB2中之至少一者，或至少一種貴金屬，諸如白金(Pt)、鈀(Pd)、釕(Ru)、銠(Rh)及銥(Ir)中之至少一者。
在圖97至圖104中所展示之一實施例中，EM泵組合件5kk、EM泵5ka、泵管5k6、進水升管5qa及噴射EM泵管5k61中之至少一者可包含對氧化反應具有抗性的陶瓷。陶瓷可不與O2反應。陶瓷可包含對與升高溫度下的氧氣反應穩定的電導體。例示性陶瓷為ZrC、ZrB2、ZrC-ZrB2、ZrC-ZrB2-SiC及具有20%SiC組合物的ZrB2。導電陶瓷可摻雜有SiC以提供保護免遭氧化反應。
銥(M.P.=2446℃)不與銀形成合金或固溶體；因此，銥可充當EM泵組合件5kk及EM泵管5k6中之至少一者的適合抗氧化反應塗層以避免氧化反應。可將銥塗層施加至約匹配熱膨脹係數(CTE)的金屬。在一例示性實施例中，用銥電鍍EM泵組合件5kk及EM泵管5k6之內部，其中經電鍍組件包含具有與銥類似之CTE的不鏽鋼(SS)，諸如Haynes 230、310 SS或 625 SS。替代地鉬EM泵組合件5kk可用銥塗佈，其中存在CTE匹配(例如，約7ppm/K)。在一實施例中，使用管作為陰極電鍍EM泵管之內部，且對立電極可包含具有絕緣間隔物的線，該線在對立電極上週期性地移動至由間隔物覆蓋之電鍍區域。在一實施例中，可藉由氣相沈積施加銥塗層，諸如包含化學沈積包含銥之有機分子的方法，諸如熱量分解四銥十二羰基以使得銥沈積於在升高溫度下保持之所要表面上。可藉由此項技術中已知之一或多種方法沈積銥，該等方法諸如以下中之至少一者：磁控濺鍍(直流電磁控濺鍍(DCMS)及射頻磁控濺鍍(RFMS))、化學氣相沈積(CVD)、金屬有機CVD(MOCVD)、原子層沈積(ALD)、物理氣相沈積(PVD)、雷射誘導之化學氣相沈積(LCVD)、電沈積、脈衝雷射沈積(PLD)及兩倍輝光電漿(DGP)。在一實施例中，EM泵5k6管之內部可由銥包覆。可藉由本發明之手段(諸如CVD或電鍍)用銥塗佈覆層之端部。
在另一實施例中，可用耐火抗氧化劑塗料(諸如氧化物及碳化物中之至少一者)塗佈諸如不鏽鋼EM泵組合件的EM泵組合件。塗料可包含碳化物(諸如碳化鉿/碳化矽(HfC/SiC))及氧化物(諸如HfO2、ZrO2、Y2O3、AUO3、SiO2、Ta2O5及TiO2中之至少一者)中之至少一者。
在另一實施例中，EM泵管5k6包含抗氧化不鏽鋼(SS)，諸如用於煤火箱及鍋爐管煤水壁的不鏽鋼，諸如奧氏體不鏽鋼。例示性材料為Haynes 230、SS 310及SS 625，為一種具有出色的耐腐蝕性與低溫至1800℉(982℃)之高強度聯合之罕見組合的奧氏體鎳-鉻-鉬-鈮合金。在一實施例中，諸如Haynes 230、SS 310或SS 625的材料可經預氧化以形成保護性氧化物塗層。可藉由在包含氧氣之氛圍中加熱形成保護性氧化物塗層。可在空氣或受控制氛圍(諸如包含氧氣之氛圍)及稀有氣體(諸如氬氣) 中預氧化諸如Haynes 230之SS。在例示性實施例中，在空氣中在1000℃下或在氬氣80%/氧氣20%中預氧化諸如具有W之Ni-Cr合金及Mo合金的Haynes 230持續24小時。可在所要工作溫度及氧氣濃度下形成氧化物塗層。在一實施例中，可3D打印諸如包含SS 625(諸如EM泵組合件5kk)之彼等的金屬部件。在一實施例中，可保護EM泵組合件的外部免遭氧化反應。保護可包含藉由抗氧化劑塗層(諸如本發明中之一者)的塗層。替代地，可將EM泵組合件5kk之至少一部分嵌入於抗氧化劑材料中，該抗氧化劑材料諸如陶瓷、石英、玻璃及膠結劑。經氧化反應保護部分可在空氣中操作。在一實施例中，諸如銀之熔融金屬可包含添加劑，該添加劑可防止或減少EM泵管之內部的氧化反應。添加劑可包含還原劑(諸如硫代硫酸鹽)或EM泵管之氧化產物，使得藉由穩定管壁之保護性氧化物來抑制另外的氧化反應。替代地，熔融金屬添加劑可包含鹼，其使泵管之壁上的保護性金屬氧化物穩定。
在一實施例中，EM泵組合件可包含複數個陶瓷，諸如導電及不導電陶瓷。在一例示性實施例中，除EM泵匯流排5k2外，EM組合件5kk可包含不導電陶瓷，諸如氧化物(諸如Al2O3、氧化鋯或氧化鉿)，且EM泵匯流排5k2可包含導電陶瓷，諸如ZrC、ZrB2或組合物(諸如ZrC-ZrB2-SiC)。儲集器5c可包含與EM泵組合件5kk相同的不導電陶瓷。在一實施例中，陶瓷EM泵可包含至少一個銅焊或金屬化陶瓷部分以在部件之間形成活接。
電磁泵可各自包含用於液體金屬的兩個主要類型之電磁泵中之一者：AC或DC傳導泵，其中AC或DC磁場在含有液體金屬之管上建立，且將AC或DC電流分別饋入至連接至管壁的液體貫通電極；及感應泵，其中 移動式場感應所需電流，如同其中電流可與所施加AC電磁場交叉的感應電動機。感應泵可包含三個主要形式：環形線性、平面線性及螺旋形。泵可包含此項技術中已知之其他泵，諸如機械及熱電泵。機械泵可包含具有電動機驅動葉輪之離心泵。
熔融金屬泵可包含移動磁體泵(MMP)，諸如描述於M.G.Hvasta,W.K.Nollet,M.H.Anderson「Designing moving magnet pumps for high-temperature,liquid-metal systems」,Nuclear Engineering and Design，卷327,(2018)，第228-237頁中之泵，其全部內容以引用之方式併入。MMP可藉由永久磁體之自旋陣列及多相場線圈中之至少一者產生移動式磁場。在一實施例中，MMP可包含多級泵，諸如用於MHD再循環及點火噴射的二級泵。二級MMP泵可包含電動機，諸如轉動軸的電馬達。二級MMP可進一步包含兩個轉鼓，其各自包含交變在各轉鼓之表面上固定之極性的一組周向性安裝之磁體及具有容納轉鼓之U形部分的陶瓷容器，其中各轉鼓可藉由軸旋轉以使得熔融金屬在陶瓷容器中流動。在另一MMP實施例中，由在包夾條帶陶瓷容器之對置位置上之各圓盤表面上交變極性磁體之兩個盤片替換交變磁體之滾筒，該容器含有藉由旋轉盤片泵送之熔融金屬。在另一實施例中，容器可包含磁場可滲透材料，諸如非二價鐵金屬(諸如不鏽鋼)或陶瓷(諸如本發明中之一者)。可藉由諸如空氣冷卻或水冷卻之手段來冷卻磁體以准許在高溫下操作。
例示性商業AC EM泵為CMI Novacast CA15，其中加熱及冷卻系統可經修改以支援泵送熔融銀。可藉由本發明之加熱器(諸如電阻或電感耦合加熱器)加熱包含入口及出口部分之EM泵管及含有銀之容器的加熱器。諸如電阻或電感耦合加熱器之加熱器可在EM泵管外部且進一步包含熱傳 遞構件以經熱量自加熱器傳遞至EM泵管(諸如散熱管)。散熱管可在高溫下操作，諸如藉由鋰工作流體。可藉由本發明之系統(諸如藉由水冷卻迴路及急冷器)冷卻EM泵之電磁體。
在一實施例(圖107至圖108)中，EM泵400可包含AC感應型，其中銀上之勞侖茲力由通過銀之時變電流及交叉同步時變磁場產生。通過銀之時變電流可由第一時變磁場之法拉弟感應產生，該第一時變磁場由EM泵變壓器繞組電路401a產生。
第一時變磁場之來源可包含初級變壓器繞組401，且銀可充當次級變壓器繞組，諸如單匝短路繞組，其包含電流迴路之EM泵套管區段405及EM泵電流迴路傳回區段406。初級繞組401可包含AC電磁體，其中第一時變磁場通過銀圓周迴路405及406、感應電流迴路藉由磁性電路或EM泵變壓器磁軛402來導電。銀可含有於諸如陶瓷容器405及406之容器中，諸如包含本發明之陶瓷的容器，諸如氮化矽(MP 1900℃)、石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿。保護性SiO2層可在亞硝酸矽上藉由受控鈍化氧化來形成。容器可包含圍封磁性電路或EM泵變壓器磁軛402之通道405及406。容器可包含扁平區段405以使得感應電流具有在垂直方向上流動至同步時變磁場及根據對應勞侖茲力之泵流動所需方向之組件。交叉同步時變磁場可藉由包含AC電磁體403及EM泵電磁磁軛404之EM泵電磁電路403c來產生。磁性磁軛404在含有銀之容器405之扁平區段處可具有間隙。EM泵變壓器繞組電路401a之電磁體401及EM泵電磁電路403c之電磁體403可由單相AC電源或此項技術中已知的其他適合之電源供電。磁體可接近於迴路彎曲部定位以使得存在所需電流向量組件。供電變壓器繞組401及電磁體繞組403之AC電流的相位可同步以保持勞侖茲泵抽力之所需 方向。
在實施例(圖107-108)中，感應電流迴路可包含入口EM泵套管5k6、電流迴路之EM泵套管區段405、出口EM泵套管5k6以及通過儲集器5c中之銀的路徑，該儲集器可包含包含此等組件之實施例中之進水升管5qa及噴射器5k61的壁。EM泵可包含監測及控制系統，諸如用於初級繞組之電流及電壓及使用泵抽參數回饋控制SunCell功率產生之監測及控制系統。例示性量測回饋參數可為反應電解槽腔室5b31處之溫度及MHD轉換器處之電力。監測及控制系統可包含對應感測器、控制器及電腦。
在僅具有一對電磁泵400之MHD轉換器實施例中，每一MHD回流導管310延伸至對應電磁泵5kk之入口且連接至該入口。連接可包含諸如具有MHD回流導管310之輸入的活接(諸如Y活接)與諸如儲集器底板組合件409之凸台的儲集器之基座之凸台308。在包含具有MHD轉換器之加壓SunCell®的實施例中，EM泵之噴射側、儲集器及反應電解槽腔室5b31相對於MHD回流導管310在高壓下操作。每一EM泵之入口可僅包含MHD回流導管310。連接可包含諸如具有MHD回流導管310之輸入的活接(諸如Y活接與儲集器之基座的凸台，其中泵功率預防自來自儲集器之入口流回流至MHD回流導管310。
在MHD功率產生器實施例中，噴射EM泵及MHD傳回EM泵可包含本發明中之任一者，諸如DC或AC導電泵及AC感應泵。在例示性MHD功率產生器實施例(圖107)中，噴射EM泵可包含感應EM泵400，且MHD傳回EM泵312可包含感應EM泵或DC導電EM泵。
在另一實施例中，噴射泵可進一步充當MHD傳回EM泵。MHD回流導管310可在比來自儲集器之入口更低之壓力位置處輸入至EM泵。來自 MHD回流導管310之入口可在適合於MHD冷凝區段309及MHD回流導管310中之低壓的位置處進入EM泵。來自儲集器5c之入口可在壓力較高之EM泵套管的位置處進入，諸如在壓力為所需反應電解槽腔室5b31操作壓力之位置處。噴射器區段5k61處之EM泵壓可至少為所需反應電解槽腔室壓力之壓力。入口可在套管及電流迴路區段5k6、405或406處附接至EM泵。
EM泵可包含多段泵(圖109-115)。多級EM泵可在各自對應於基本上僅允許向前熔融金屬流離開EM泵出口及噴射器5k61之壓力之不同泵級處接收輸入金屬流，諸如來自MHD回流導管310之輸入金屬流及來自儲集器5c之基座的輸入金屬流。在實施例中，多級EM泵組合件400a(圖111)包含至少一個EM泵變壓器繞組電路401a且進一步包含至少一個AC EM泵電磁電路403c，該EM泵變壓器繞組電路包含穿過感應電流迴路405及406之變壓器繞組401及變壓器磁軛402，該AC EM泵電磁電路包含AC電磁體403及EM泵電磁軛404。感應電流迴路可包含EM泵套管區段405及EM泵電流迴路傳回區段406。電磁軛404在含有諸如銀之泵送熔融金屬之電流迴路405的容器或EM泵套管區段之扁平區段處可具有間隙。
在實施例中，多級EM泵可包含供應垂直於電流及金屬流兩者之磁通量之複數個AC EM泵電磁電路403c。多級EM泵可沿電流迴路405之EM泵套管區段在入口壓力適合於局部泵壓之位置處接收入口，以實現向前泵流，其中壓力在下一AC EM泵電磁電路403c階段增大。在例示性實施例中，MHD回流導管310在包含AC電磁體403a及EM泵電磁軛404a之第一AC電磁體電路403c之前的入口處進入電流迴路，該電流迴路諸如電流迴路405之EM泵套管區段。來自儲集器5c之入口流可在第一AC電磁體電路 403c之前及在第二AC電磁體電路403c之後進入，該等AC電磁體電路包含AC電磁體403b及EM泵電磁軛404b，其中泵保持電流迴路405中之熔融金屬壓力，該熔融金屬壓力保持來自每一入口之所需流至下一泵級或至泵出口及噴射器5k61。每一泵級之壓力可利用控制AC電磁體電路之對應AC電磁體的電流來控制。
在實施例中，諸如陶瓷通道之EM泵電流迴路傳回區段406可包含熔融金屬流量限制器或可用固體電導體填充以使得電流迴路之電流完整，同時防止熔融金屬自更高壓力回流至EM泵套管之更低壓力區段。固體可包含諸如本發明之不鏽鋼之金屬，諸如Haynes 230、Pyromet®合金625、Carpenter L-605合金、BioDur® Carpenter CCM®合金、Haynes 230、310 SS或625 SS。固體可包含耐火金屬。固體可包含抗氧化劑之金屬。固體可包含諸如銥之金屬或導電頂蓋層或塗層以避免固體導體之氧化。
在實施例中，轉換器及電磁體中之至少一者之磁性繞組與電流迴路之EM泵套管區段405保持距離，其含有藉由變壓器磁軛402及電磁電路磁軛404中的至少一者之延伸來流動金屬。延伸允許諸如EM泵套管405之電感耦合加熱之更高效加熱及變壓器繞組401、變壓器磁軛402以及包含AC電磁體403及EM泵電磁軛404的電磁電路403c中之至少一者之更高效冷卻中之至少一者。就二級EM泵而言，磁性電路可包含AC電磁體403a及403b以及EM泵電磁軛404a及404b。變壓器磁軛402及電磁軛404中之至少一者可包含具有較高居里溫度之鐵磁性材料，諸如鐵或鈷。EM泵變壓器繞組電路401a及EM泵電磁電路403c中之至少一者可包含諸如本發明中之一者之水冷卻系統，諸如DC導電EM泵之磁體5k4中的一者(圖38-39)。感應EM泵400b中之至少一者可包含空氣冷卻系統400b(圖113-114)。感應 EM泵400c中之至少一者可包含水冷卻系統(圖115)。
例示性變壓器包含矽鋼層合變壓器芯。點火變壓器可包含(i)在約10至10,000匝、100至5000匝及500至25,000匝之至少一個範圍內的繞組數目；在約10W至1MW、100W至500kW、1kW至100kW及1kW至20kW之至少一個範圍內的功率，以及(iii)在約0.1A至10,000A、1A至5kA、1A至1kA及1A至500A之至少一個範圍內的初級繞組電流。在例示性實施例中，點火電流在約6V至10V之電壓範圍內，且電流為約1000A；因此具有50匝之繞組在約500V及20A下操作以在1000A下提供10V之點火電流。EM泵電磁體可包含在約0.01T至10T、0.1T至5T及0.1T至2T之至少一個範圍內的通量。在例示性實施例中，約0.5mm直徑磁線保持在約200℃下。
EM泵套管可使用諸如餅狀線圈天線之電感耦合加熱器天線加熱。天線可經水冷卻。在實施例中，儲集器5c可使用電感耦合加熱器加熱。加熱器天線5f可包含在儲集器5c周圍之可進一步連接至諸如餅狀線圈之線圈以加熱EM泵套管的兩個圓柱形螺旋。可捲繞儲集器周圍之相對螺旋之匝以使得電流處於相同方向以強化兩個線圈之磁場或處於相對方向以消除螺旋之間的空間中之磁場。在例示性實施例中，電感耦合加熱器天線5f可包含持續組三個匝，該等匝如圖105-106、109及113-115中所展示包含每一儲集器5c圓周之兩個螺旋線及平行於EM泵管之餅狀線圈，其中兩個螺旋線順時針捲繞，且電流自一個螺旋線之頂部流動至其底部，流動至餅狀線圈中，且隨後自第二螺旋線之底部流動至其頂部。電流迴路之EM泵套管區段405可藉由通量聚集器、諸如石英或氮化矽之添加劑的EM泵套管405材料之添加劑及諸如來自電感耦合加熱器之RF的吸收之碳套管之泵套管405 的包層中之至少一者來選擇性加熱。在實施例中，電流迴路之EM泵套管區段405可藉由包含泵套管405周圍之螺旋線的電感耦合加熱器天線來選擇性加熱。諸如MHD回流導管310、EM泵儲集器管線416及EM泵噴射管線417中之至少一者之至少一個管線(圖115-115)可藉由電感耦合加熱器加熱，該電感耦合加熱器可包含纏繞於可水冷天線的管線周圍之天線415。纏繞有諸如5f及415之電感耦合加熱器天線的組件可包含內部絕緣層。電感耦合加熱器天線可提供雙重功能或加熱及水冷卻以保持對應組件之所需溫度。SunCell可進一步包含：固定諸如MHD磁體殼體306a、MHD噴嘴307及MHD通道308之組件之結構支架418，電輸出，感測器，及可安裝在結構支架418及諸如EM泵儲集器管線416及EM泵噴射管線417周圍之420的熱屏蔽上之控制管線419。
電流迴路之EM泵套管區段405可包含連接至對應EM泵套管5k6區段之熔融金屬入口及出口通道(圖108)。EM泵套管5k6之每一入口及出口可緊固至對應儲集器5c、進水升管5qa及噴射器5k61。扣件可包含本發明之接頭、扣件或密封件。密封件407a可包含陶瓷膠。接合可各自包含使用諸如石墨墊片之墊片密封的凸緣。每一儲集器5c可包含諸如金屬氧化物之連接至可為陶瓷之儲集器底板的陶瓷。底板連接可包含凸緣及墊片密封，其中墊片可包含碳。底板可包含儲集器底板組合件409(圖110)，該儲集器底板組合件包含底板409a，該底板具有附接進水升管5qa及噴射器套管5k61，該噴射器套管具有噴嘴5q。套管可穿透儲集器底板409a之基座作為凸台408。來自儲集器5c之凸台408可藉由具有扣件及墊片之凸緣活接407中的至少一者連接至感應型EM泵400之EM泵套管之陶瓷入口及出口，該等扣件諸如螺栓，該等螺栓諸如碳、鉬或陶瓷螺栓，該墊片諸如碳 墊片，其中包含至少一個陶瓷組件之活接在低於碳還原溫度下操作。在其他實施例中，活接可包含此項技術中已知其他活接，諸如Swagelok、滑動螺母或壓縮配件。在實施例中，點火電流藉由電源供應，該電源具有連接至相對泵套管、儲集器、凸台及活接中之一者之導電組件的其正極端子及負極端子。
在另一實施例中，點火系統包含感應系統(圖109、112-115)，其中電源應用於導電熔融金屬以使得低能量氫反應之點火提供感應電流、電壓及功率。點火系統可包含無電極系統，其中點火電流藉由通過感應點火變壓器組合件410之感應來應用。感應電流可流動穿過來自藉由諸如EM泵400之泵保持之複數個噴射器之相交熔融金屬流。在實施例中，儲集器5c可進一步包含陶瓷交接通道414，諸如儲集器5c之底座之間的通道。感應點火變壓器組合件410可包含感應點火變壓器繞組411及感應點火變壓器磁軛412，該感應點火變壓器磁軛可延伸穿過由儲集器5c、來自複數個熔融金屬噴射器之相交熔融金屬流及交接通道414形成的感應電流迴路。感應點火變壓器組合件410可與EM泵變壓器繞組電路401a之感應點火變壓器組合件類似。
在實施例中，點火電流源可包含AC感應型，其中諸如銀之熔融金屬中之電流由通過銀的時變磁場之法拉弟感應產生。時變磁場之來源可包含初級變壓器繞組、感應點火變壓器繞組411，且銀可至少部分充當次級變壓器繞組，諸如單匝短路繞組。初級繞組411可包含AC電磁體，其中感應點火變壓器磁軛412通過包含熔融銀之圓周導電迴路來傳導時變磁場。變壓器電磁體可藉由單相AC電源或此項技術中已知之其他適合電源供電。可增加變壓器頻率以減小變壓器磁軛412之大小。變壓器頻率可在約1Hz 至1MHz、1Hz至100kHz、10Hz至10kHz及10Hz至1kHz之至少範圍內。儲集器5c可包含諸如連接兩個儲集器5c之交接通道414之熔融金屬通道。圍封變壓器磁軛412之電流迴路可包含儲集器5c、交接通道414中所含之熔融銀、噴射器套管5k61中的銀及所噴射之相交以使感應電流迴路完整之熔融銀流。感應電流迴路可進一步至少部分包含熔融銀，該熔融銀含於諸如進水升管5qa、EM泵套管5k6、凸台及噴射器5k61之EM泵組件中之至少一者中。
交接通道414可在諸如儲集器中之銀之熔融金屬之所需位準處。可替代地，交接通道414可在低於所需儲集器熔融金屬位準之位置處以使得通道在操作期間連續地用熔融金屬填充。交接通道414可朝向儲集器5c之基座定位。通道可形成感應電流迴路或電路之部分且進一步有助於熔融金屬自具有較高銀位準之一個儲集器流動至具有較低位準的另一儲集器以保持兩個儲集器5c中之所需位準。熔融金屬排出壓力中之差分可使得金屬在儲集器之間流動以保持每一儲集器中之所需位準。電流迴路可包含相交熔融金屬流、噴射器套管5k61、儲集器5c中之熔融金屬塔及連接所需熔融銀位準處之儲集器5c或低於所需位準處之儲集器的交接通道414。電流迴路可圍封藉由法拉弟感應產生電流之變壓器磁軛412。在另一實施例中，至少一個EM泵變壓器磁軛402可進一步包含感應點火變壓器磁軛412以藉由通過點火熔融金屬迴路額外供應時變磁場來產生感應點火電流，該點火熔融金屬迴路諸如由相交熔融金屬流及含於儲集器及交接通道414中之熔融金屬形成的點火熔融金屬迴路。儲集器5c及通道414可包含諸如陶瓷之電絕緣體。感應點火變壓器磁軛412可包含蓋板413，該蓋板可包含諸如陶瓷蓋板之電絕緣體及熱絕緣體中之至少一者。在儲集器之間延伸的感應點 火變壓器磁軛412之區段可藉由蓋板413熱或電屏蔽，該等儲集器可包含諸如螺旋線圈之沿圓周纏繞電感耦合加熱器天線。儲集器5c、通道414及蓋板413中之至少一者之陶瓷可為本發明之陶瓷，諸如氮化矽(MP 1900℃)、諸如熔融石英的石英、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿。保護性SiO2層可在亞硝酸矽上藉由受控鈍化氧化來形成。
諸如石英部件之陶瓷部件可使用諸如石墨或其他耐火惰性模製之模製來澆築。在例示性實施例中，藉由諸如Hellma分析(http：//www.hellmaanalytics.com/assets/adb/32/32e6a909951dc0e2.pdf)之方法的此項技術中已知之方法之熱或低溫液體澆築石英的模製包含四個部件，該等部件包含兩個鏡面對諸如儲集器5c及反應電解槽腔室5b31之電池組件之內及外表面。
在實施例中，交接通道414保持儲集器銀位準接近恆定。SunCell®可進一步包含噴射器5k61之浸沒噴嘴5q。歸因於每一儲集器5c之大約恆定之熔融金屬位準，每一浸沒噴嘴的深度且因此噴射器噴射通過之排出壓力可基本上保持恆定。在包含交接通道414之實施例中，進水升管5qa可經移除且用孔置換至儲集器凸台408或EM泵儲集器管線416中。
EM泵及點火系統中之至少一者的變壓器繞組401及411、電磁體403、磁軛402、404及412以及磁性電路401a、403a及410中之至少一者可屏蔽電感耦合加熱器之RF磁場以減小加熱效果。屏蔽可包含法拉弟籠。籠壁厚可大於電感耦合加熱器之RF場之趨膚深度。在包含感應點火系統410之實施例中，變壓器磁軛412可藉由水冷卻天線5f的鄰近而至少部分冷卻，該水冷卻天線可在操作期間進一步用於冷卻SunCell®及儲集器5c中之至少一者。
點火電流可為時變的，諸如約60Hz AC，但可具有其他特性及波形，諸如具有在1Hz至1MHz、10Hz至10kHz、10Hz至1kHz及10Hz至100Hz之至少一個範圍內之頻率的波形，在約1A至100MA、10A至10MA、100A至1MA、100A至100kA及1kA至100kA之至少一個範圍內的峰值電流，以及在約1V至1MV、2V至100kV、3V至10kV、3V至1kV、2V至100V及3V至30V之至少一個範圍內的峰值電壓，其中波形可包含正弦波、方波、三角形或其他所需波形，該波形可包含諸如在1%至99%、5%至75%及10%至50%之至少一個範圍內的占空比之占空比。
在實施例中，調節點火頻率以產生反應電解槽腔室5b31及MHD通道308中之至少一者中的低能量氫發電對應頻率。諸如約60Hz AC之電力輸出的頻率可藉由控制點火頻率來控制。點火頻率可藉由變化感應點火變壓器組合件410之時變磁場的頻率來調節。感應點火變壓器組合件410之頻率可藉由變化感應點火變壓器繞組411之電流的頻率來調節，其中可變化繞組411之功率之頻率。MHD通道308中之時變功率可防止氣溶膠噴柱流之震波形成。在另一實施例中，時變點火可驅動導致時變電功率輸出之時變低能量氫發電。MHD轉換器可輸出AC電力，該轉換器亦可包含DC組件。AC組件可用於對諸如變壓器及電磁體繞組中之一或多者中之至少一者的至少一個繞組供電，該等變壓器及電磁體繞組諸如EM泵變壓器繞組電路401a之繞組及EM泵電磁電路403c之電磁體的繞組中之至少一者。
具有MHD轉換器之加壓SunCell®可在不依賴重力之情況下操作。諸如兩級空氣冷卻EM泵400b之諸如400之EM泵可定位於使熔融金屬入口及出口管道或管線之填料及最小化中之至少一者最佳化的位置中。例示性包裝為EM泵定位在MHD冷凝區段309之末端與儲集器5c之基座之間的中間 位置之包裝。
在實施例中，離開MHD噴嘴307且進入MHD通道308之銀蒸氣-銀氣溶膠混合物包含大部分液體分數。為實現大部分液體分數在MHD通道308入口處，混合物可包含MHD噴嘴307之入口處的大部分液體。由低能量氫反應產生之反應電解槽腔室5b31之熱功率可藉由MHD噴嘴307大部分轉換成動能。在實現MHD噴嘴307之出口處之大部分能量庫存為動能的條件之實施例中，混合物必須為大部分液體分數，且混合物之溫度及壓力應接近熔融金屬在其熔點處之溫度及壓力。為將較大分數之混合物之熱能庫存轉換成動能，諸如de Laval噴嘴之聚合-分岔MHD噴嘴307之分岔區段的噴嘴區域必須增大。因為混合物之熱能轉換成MHD噴嘴307中之動能，混合物之溫度隨著伴隨壓降下降。低壓條件對應於較低蒸氣密度。較低蒸氣密度減小橫截面以將向前動量及動能轉移至混合物之液體分數。在實施例中，可增加噴嘴長度以產生噴嘴出口之前的更長液體加速時間。在實施例中，可減小MHD噴嘴出口處之氣溶膠噴柱之橫截面積。區域減小可藉由至少一個聚焦磁體、隔板及此項技術中已知之其他構件中之一或多者來實現。具有減小區域之聚焦氣溶膠噴柱可准許MHD通道308橫截面積更小。MHD通道功率密度可為更高。MHD磁體306歸因於磁化通道308之更小體積可為更小。
在實施例中，MHD通道308之入口處之混合物的溫度接近於熔融金屬之熔點。就銀而言，混合物溫度可在約965℃至2265℃、1000℃至2000℃、1000℃至1900℃及1000℃至1800℃之至少一個範圍內。在實施例中，銀液體可藉由EM泵400、400a、400b或400c再循環至儲集器5c以回收液體中之熱能之至少一部分。
在包含活接之實施例中，該等活接包含陶瓷部件及碳墊片，再循環銀之溫度可低於石墨以及陶瓷之碳還原溫度及諸如陶瓷組件之SunCell®組件的材料之失效溫度中之至少一者。在包含諸如傳回管道310、電流迴路之EM泵套管區段405、儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴307、在陶瓷組件之間具有至少一個碳墊片凸緣活接407之MHD通道308及MHD冷凝區段309的氧化釔穩定氧化鋯之例示性實施例中，銀溫度低於約1800℃至2000℃。包含動能及熱能之氣溶膠的功率可轉換成MHD通道中之電力。氣溶膠動能可藉由液體MHD機制轉換成電力。諸如MHD通道308中之混合物的任何蒸氣之熱功率之一些殘餘熱功率可藉由作用於對應蒸氣之勞侖茲力轉換成電力。熱能轉換率使得混合物溫度下降。銀蒸氣壓可對應於較低混合物溫度而較低。MHD通道308可保持在較低背景壓力下，諸如在約0.001托至760托、0.01托至100托、0.1托至10托之至少一個範圍內之壓力下，以防止來自噴嘴307的氣溶膠噴柱經受震波，諸如冷凝震波或擾流，從而氣溶膠產生加壓，諸如MHD通道308中之背壓。
在實施例中，混合物之蒸氣分數在噴嘴入口處最小化以在噴嘴出口處減小其。蒸氣分數可在約0.01至0.3、0.05至0.25、0.05至0.20、0.05至0.15及0.05至0.1之至少一個範圍內。20個大氣壓、0m/s速度、3253K溫度、混合物之0.9液體質量分數、聲波速度137m/s、Mach數目0及0kJ/kg動能之給定噴嘴例示性入口參數、噴嘴出口處的混合物之例示性參數約為表3中給定之參數。
Figure 107105070-A0305-02-0350-135
Figure 107105070-A0305-02-0351-136
在實施例中，蒸氣可在MHD通道之末端至少部分冷凝，諸如在MHD冷凝區段309中。熱交換器316可移除熱以使得冷凝。可替代地，蒸氣壓可為足夠低以使得MHD效率藉由不冷凝蒸氣增加，其中蒸氣在MHD通道308中保持靜態平衡壓力。在實施例中，勞侖茲力大於MHD通道308中之任何未冷凝蒸氣的碰撞摩擦力。勞侖茲力可增加至增大磁場強度所需之勞侖茲力。可增加MHD磁體306之磁通量。在實施例中，磁通量可在約0.01T至15T、0.05T至10T、0.1T至5T、0.1T至2T及0.1T至1T之至少一個範圍內。在實施例中，銀蒸氣冷凝以使得汽化熱加熱再循環至儲集器或輸出為噴射器5k61之二級EM泵的EM泵套管之銀。蒸氣可使用壓縮機312a壓縮。壓縮機可連接至諸如400c之二級EM泵。
在實施例中，銀蒸氣/氣溶膠混合物在MHD噴嘴307之出口處幾乎為純淨液體加氧。氧於銀中之溶解度隨著溫度接近熔點而增大，其中溶解度針對銀體積為至多約40至50個氧體積。銀在MHD通道308處吸收氧，諸如在出口處，且液體銀及氧皆經再循環。氧可經再循環為熔融銀中所吸收之氣體。在實施例中，氧釋放於反應腔室5b31中以再生循環。高於熔點之銀的溫度亦充當用於熱功率再循環或再生之手段。氧氣濃度經最佳化以實現熱力學循環，其中再循環銀之溫度小於諸如1800℃的SunCell®組件之最大操作溫度。在例示性實施例中，(i)反應電解槽腔室5b31及MHD噴嘴 307中之至少一者中之氧壓為1個大氣壓，(ii)MHD通道308的出口處之銀幾乎全為諸如氣溶膠之液體，(iii)氧質量流率為約0.3wt%，且(iv)MHD通道之出口處的溫度為約1000℃，其中O2加速氣溶膠且隨後由1000℃銀吸收。液體銀氧混合物再循環至反應電解槽腔室5b31，其中氧經釋放，以形成熱力學循環。可減小或除去諸如312a之氣體壓縮機及對應寄生功率負載的需求。在實施例中，氧壓可在約0.0001個大氣壓至1000個大氣壓、0.01個大氣壓至100個大氣壓、0.1個大氣壓至10個大氣壓及0.1個大氣壓至1個大氣壓之至少一個範圍內。氧在一個電池區域中可具有較高分壓，該電池區域諸如反應電解槽腔室5b31及相對於MHD通道出口308之噴嘴307中之至少一者。SunCell®可具有可在諸如反應電解槽腔室5b31及相對於MHD通道出口308之噴嘴307中之至少一者的一個電池區域中升高之背景氧氣分壓。歸因於操作溫度下之遠遠更高氧熱容量及非冷凝力，MHD噴嘴可相對於僅使用銀蒸氣之MHD轉換器的尺寸在尺寸上減小以實現氣溶膠噴柱加速。
熱力學循環可經最佳化以最大化電轉換效率。在實施例中，最大化混合物動能同時最小化蒸氣分數。在實施例中，熱功率再循環或再生隨自MHD通道308之出口至反應電解槽腔室5b31之再循環銀的溫度而變來實現。再循環銀之溫度可小於SunCell®組件之諸如1800℃之最大操作溫度。在另一實施例中，勞侖茲力可冷卻混合物以至少部分濃縮液相，其中對應所釋放之汽化熱至少部分轉移至液相。MHD噴嘴擴展、MHD通道308擴展及MHD通道308中之勞侖茲力冷卻中之至少一者可將MHD噴嘴307出口及MHD通道308中的一或多者處之混合物之溫度降低低於銀熔點。由冷凝蒸氣所釋放之熱可隨著溫度提高而吸收至銀及銀熱容量之熔融 熱。由冷凝蒸氣汽化熱加熱之銀可再循環以再生對應熱功率。在提高效率之另一個實施例中，相對低溫氣溶膠可藉由諸如來自儲集器5c之管道的構件噴射至諸如MHD噴嘴307或MHD通道308之功率轉換組件中。
SunCell®之陶瓷部件可借助於本發明接合，諸如藉由兩個或多於兩個陶瓷部件之陶瓷膠、陶瓷至金屬部件之銅焊、滑動螺母密封、墊片密封及濕封。墊片密封可包含用墊片密封之兩個凸緣。凸緣可連同諸如螺栓之扣件抽出。滑動螺母接合或墊片密封可包含碳墊片。螺母、EM泵組合件5kk、儲集器底板5b8及下部半球5b41中之至少一者可包含抗碳化及碳化物形成之材料，諸如鎳、碳及抗碳化之諸如SS 625或Haynes 230 SS的不鏽鋼(SS)。EM泵組合件與陶瓷儲集器之間的滑動螺母接合可包含EM泵組合件5kk及石墨墊片，該EM泵組合件包含螺紋軸環及螺母，該螺紋軸環及螺母包含抗碳化的諸如SS 625或Haynes 230 SS之不鏽鋼(SS)，其中螺母擰在軸環上以緊固彼墊片。EM泵組合件5kk與儲集器5c之間的凸緣密封接合可包含具有螺栓孔之儲集器底板5b8、具有凸緣以及螺栓孔之陶瓷儲集器及碳墊片。具有儲集器底板之EM泵組合件可包含抗碳化之諸如SS 625或海恩斯230 SS之不鏽鋼(SS)。儲集器之凸緣可藉由緊固碳或石墨墊片之螺栓來緊固至底板5b8。在實施例中，諸如碳墊片之碳與諸如氧化物儲集器5c之包含氧化物的部件之間的碳還原反應藉由維持包含氧化之接合與碳在非反應性溫度下接觸來避免，氧化物儲集器諸如MgO、Al2O3或ZrO2儲集器，該非反應性溫度低於碳還原反應溫度。在實施例中，MgO碳還原反應溫度高於約2000℃至2300℃之範圍。
在例示性實施例中，諸如氧化物陶瓷之陶瓷可用諸如Mo-Mn之合金金屬化，該氧化物陶瓷諸如氧化鋯或氧化鋁。兩個金屬化陶瓷部件可藉由 銅焊接合。金屬化陶瓷部件及諸如EM泵匯流排5k2之金屬部件可藉由銅焊連接。可塗佈金屬化以保護其免於氧化。例示性塗層就水氧化劑而言包含鎳及貴金屬，且就氧而言包含貴金屬。在例示性實施例中，氧化鋁或氧化鋯EM泵套管5k6在EM泵匯流排5k2之穿透處金屬化，且EM泵匯流排5k2藉由銅焊連接至金屬化EM泵套管穿透。在另一例示性實施例中，來自EM泵組合件5kk、EM泵5ka、EM泵套管5k6、進水升管5qa、噴射EM泵套管5k61、儲集器、MHD噴嘴307及MHD通道308中之至少兩者的清單之部件可用陶瓷膠膠合在一起。陶瓷部件可使用本發明或此項技術中已知之方法來構造。陶瓷部件可經粉末模製、澆築或燒結、或膠合在一起、或擰在一起。在實施例中，組件可在陶瓷生坯中構造並燒結。在例示性實施例中，氧化鋁部件可燒結在一起。在另一實施例中，複數個部件可構造為生坯部件，裝配及燒結在一起。部件及材料之尺寸可經選擇以補償部件收縮。
在實施例中，諸如包含ZrC-ZrB2-SiC中之至少一者的陶瓷部件之陶瓷SunCell®部件可藉由球磨研磨組件粉末之化學計量混合物形成，在模製中形成為所需形狀，且藉由諸如熱均衡加壓(HIP)或火花電漿燒結(SPS)之手段燒結。陶瓷可具有相對較高密度。在實施例中，諸如EM泵套管5k6之空心部件可使用用於空心部件的氣囊澆築。氣囊可在澆鑄之後放氣且部件經燒結。可替代地，部件可藉由3D列印構造。諸如下部半球5b41及上部半球5b42中之至少一者的部件可滑動澆築，且諸如儲集器5c之部件可藉由擠出及壓製中之至少一者形成。其他構造方法包含噴霧乾燥、射出模製、加工、金屬化及塗層中之至少一者。
在實施例中，碳化物陶瓷部件可構造為分別與諸如鋯或矽之對應金 屬反應之石墨製備ZrC或SiC部件。包含不同陶瓷之部件可藉由本發明之方法或此項技術中已知之方法接合在一起，諸如擰緊、膠合、濕封、銅焊及墊片密封。在實施例中，EM泵套管可包含套管區段及彎管以及膠合在一起之匯流排突片5k2。在例示性實施例中，膠合EM泵套管部件包含ZrC或與Zr金屬反應以形成ZrC之石墨。可替代地，部件可包含ZrB2或相似非氧化導電陶瓷。
在實施例中，MHD電極304包含諸如液體銀電極之液體電極。MHD電導線305及饋入孔301中之至少一者類似於濕封可包含諸如固化銀之固化熔融金屬，其中導線或饋入孔中之至少一者可經冷卻以保持固體金屬狀態。MHD轉換器可包含圖案化結構，該圖案化結構包含MHD電極304、諸如305之電絕緣導線、絕緣電極分離器及諸如穿透諸如310之MHD匯流排饋入孔凸緣的饋入孔之饋入孔的群組之至少一個組件。包含諸如銀電極之液體電極之圖案化結構組件及絕緣分離器可包含浸潤材料以保持液態金屬呈所需形狀及諸如銀電極之液體電極與絕緣電極分離器兩者之間的間距。圖案化結構之浸潤材料及絕緣分離器中之至少一者可包含陶瓷。液體電極之浸潤材料可包含多孔陶瓷。電絕緣分離器可包含可針對銀為非濕潤之緻密陶瓷。導線可包含可諸如水冷之冷卻以保持導線之硬度的電絕緣通道及套管。例示性實施例包含經冷卻以將固化銀保持在內部以充當導電引線之電絕緣MHD電極導線305。在另一實施例中，MHD電導線305及饋入孔301中之至少一者可包含諸如塗層之銥，該塗層諸如經銥塗佈的Mo或諸如625 SS之抗氧化劑不鏽鋼。
用於具有MHD轉換器之SunCell®之例示性材料包含(i)儲集器5c、反應電解槽腔室5b31及噴嘴307：諸如穩定化氧化鋯或氧化鉿的固體氧化 物；(ii)MHD通道308：MgO或Al2O3；(iii)電極304：ZrC或ZrC-ZrB2、ZrC-ZrB2-SiC及具有可至多1800℃下工作之20%SiC複合物之ZrB2或塗佈有貴金屬之金屬；(iv)EM泵5ka：諸如塗佈有貴金屬的不鏽鋼或塗佈有具有類似熱膨脹係數之材料諸如Paloro-3V鈀金釩合金(Morgan高級材料)的410不鏽鋼之金屬，該貴金屬諸如白金(Pt)、鈀(Pd)、釕(Ru)、銠(Rh)及銥(Ir)中之至少一者；(v)儲集器5c-EM泵組合件5kk活接：諸如釺焊至410不鏽鋼EM組合件5kk底板之ZrO2、HfO2或Al2O3的氧化物儲集器，其中銅焊包含Paloro-3V鈀金釩合金(Morgan高級材料)；(vi)噴射器5k61及進水升管5qa：諸如穩定化氧化鋯或氧化鉿之固體氧化物；以及(vii)氧選擇性隔膜：可塗佈有Bi26Mo10O69以增加氧滲透率之BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧滲透膜。
在實施例中，SunCell®進一步包含氧氣感測器及諸如以惰性氣體稀釋氧及將惰性氣體泵離中之至少一者的手段之氧控制系統。前者可包含惰性氣體貯槽、閥門、調節器及泵中之至少一者。後者可包含閥門及泵中之至少一者。
反應電解槽腔室5b31之低能量氫反應混合物可進一步包含諸如H2O及包含氧的化合物中之至少一者之氧來源。諸如包含氧之化合物之氧來源可呈過量形式以保持接近恆定氧來源庫存，其中在電池操作期間，較小部分可逆地與諸如H2氣體的供應H來源反應以形成HOH催化劑。包含氧之例示性化合物為MgO、CaO、SrO、BaO、ZrO2、HfO2、Al2O3、Li2O、LiVO3、Bi2O3、Al2O3、WO3及本發明之其他化合物。氧來源化合物可為用於使諸如氧化釔或氧化鉿之氧化物陶瓷穩定的氧來源化合物，該氧化物陶瓷諸如氧化釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鍶(SrO)、氧 化鉭(Ta2O5)、三氧化二硼(B2O3)、TiO2、氧化鈰(Ce2O3)、鋯酸鍶(SrZrO3)、鋯酸鎂(MgZrO3)、鋯酸鈣(CaZrO3)及鋯酸鋇(BaZrO3)。
在導電性大於約20kS/m且電漿氣體溫度為約4000K之例示性實施例中，反應腔室壓力保持在約15MPa至25MPa的範圍內以抗勞侖茲力保持MHD通道308中之流動。在例示性實施例中，導電性保持在約700S/m，電漿氣體溫度為約4000K，反應電解槽腔室5b31壓力為約0.6MPa，噴嘴307出口速度為約Mach 1.24，噴嘴出口區域為約3.3cm2，噴嘴出口直徑為約2.04cm，噴嘴出口壓力為約213kPa，噴嘴出口處之溫度為約2640K，通過噴嘴的質量流為約250g/s，MHD通道308中之磁場強度為約2T，MHD通道308長度為約0.2m，MHD通道出口壓力為約11kPa，MHD通道出口溫度為約1175K，且輸出電功率為約180kW。在理想實施例中，效率藉由Carnot方程式確定，其中電漿溫度至環境溫度之不可避免功率損失為氣體及液態金屬泵損失。
在實施例中，用於能夠加熱銀以形成銀蒸氣及銀氣溶膠中之至少一者之諸如核或燃燒的任何電源之MHD轉換器包含本發明之MHD轉換器，該MHD轉換器進一步包含至少一個熱交換器以轉移來自電源的熱以加熱儲集器5c及反應電解槽腔室5b31中之至少一者來產生銀蒸氣及銀氣溶膠中之至少一者。MHD轉換器可進一步包含諸如晶種中之至少一者的電離源極，該晶種諸如鹼金屬，該鹼金屬諸如熱電離之銫及電離器，該ionizer諸如雷射、RF放電產生器、微波放電產生器及輝光放電產生器。
在包含加熱器電力轉換器之SunCell®電力系統之實施例中，雙重熔融金屬噴射器的EM泵可各自包含感應型電磁泵以將與另一熔融金屬之流相交的熔融金屬之流噴射於容器之內部。點火系統之電源包含電感點火系 統410，其可包含穿過熔融金屬之短路迴路之交變磁場來源，其在金屬中產生包含點火電流之交流電。交變磁場來源可包含初級變壓器繞組411，其包含變壓器電磁體及變壓器磁軛412，且銀可至少部分充當次級變壓器繞組，諸如單匝短路繞組，其圍封初級變壓器繞組且包含電感型迴路。儲集器5c可包含熔融金屬交接通道414，其連接兩個儲集器以使得電流迴路圍封變壓器磁軛412，其中感應電流迴路包含在儲集器5c、交接通道414中所含之熔融銀、噴射器套管5k61中之銀及所噴射之相交以使感應電流迴路完整之熔融銀流中產生的電流。諸如氫及氧之反應氣體可通過進氣口及氣體殼體309b之排空組合件309e供應至電池。氣體殼體309e可在沿球面之頂部極點之軸線的球狀熱交換器外部。氣體殼體可包含凸緣連接處之至球狀反應電解槽腔室5b31之頂部的薄氣管連接。氣管連接可穿過將冷卻劑流動供應至球狀熱交換器之同心冷卻劑流動管道的內部。在反應電解槽側上，至氣管之凸緣連接可連接至透氣膜309d，諸如多孔陶瓷隔膜。
SunCell®加熱器或熱功率產生器實施例包含球狀反應器電池5b31以及包含接收來自球狀反應器5b4之輻射的熱之面板或區段114a之空間分離圓周半球狀熱交換器114。每一面板可包含由通過球面之極點之兩個較大環限定的球狀表面之區段。熱交換器114可進一步包含具有來自熱交換器之面板114a中之各者的冷卻劑管線114c之環面歧管之歧管114b及歧管冷卻劑出口114f。每一冷卻劑管線114c可包含冷卻劑入口孔114d及冷卻劑出口孔114e。熱功率產生器可進一步包含具有入口及出口309e之貯氣瓶421及通過熱交換器114之頂部延伸至球狀電池5b31之頂部上的透氣膜309d之氣體供應套管422。氣體供應套管422可穿過熱交換器114之頂部處的冷卻劑收集歧管114b。在另一SunCell®加熱器實施例(圖79-83)中，反應電解 槽腔室5b31可為具有圓柱形熱交換器114之圓柱形的。貯氣瓶421可在熱交換器114外部，其中氣體供應套管422藉由穿過熱交換器114連接至反應電解槽腔室5b31之頂部上的透氣膜309d。冷水可饋入入口113中且在熱交換器114中加熱以形成鍋爐116中收集且蒸汽出口111中存在之蒸汽。熱功率產生器可進一步包含雙重熔融金屬噴射器，該等雙重熔融金屬噴射器包含感應EM泵400、儲集器5c及反應電解槽腔室5b31。諸如儲集器5c之至少一個SunCell®加熱器組件可用電感耦合加熱器天線5f加熱。SunCell®加熱器可包含感應點火系統，該感應點火系統諸如包含感應點火變壓器繞組411及感應點火變壓器磁軛412之感應點火系統。
例示性實施例
在本發明之包含PV轉換器之SunCell®發電機的例示性實施例中：(i)EM泵組合件5kk可包含不鏽鋼，其中諸如EM泵套管5k6之內部的曝露於氧化之表面可用諸如鎳塗層之抗氧化劑塗層塗佈，其中選擇諸如英高鎳之不鏽鋼以具有與鎳之熱膨脹係數類似的熱膨脹係數；(ii)儲集器5c可包含諸如BN-Ca之氮化硼，其可抗氧化穩定化；(iii)儲集器與EM泵組合件5kk之間的活接可包含濕封；(iv)熔融金屬可包含銀；(v)進水升管5qa及噴射套管5k61可包含擰至EM泵組合件底板5kk1中之軸環中的ZrO2；(vi)下部半球5b41可包含諸如抗與氫反應之熱碳的碳；(vii)上部半球5b42可包含諸如抗與氫反應之熱碳的碳；(viii)氧來源可包含CO，其中CO可作為氣體添加，由諸如金屬羰基(例如W(CO)6、Ni(CO)4、Fe(CO)5、Cr(CO)6、Re2(CO)10及Mn2(CO)10)之羰基之受控熱或其他分解供應，且作為CO2來源或CO2氣體供應，其中CO2可在低能量氫電漿中分解以釋放CO或可與諸如供應犧牲碳粉末的碳反應，以供應CO，或O2可通過諸如本發明中之一 者之本發明的氧滲透膜添加，諸如可用Bi26Mo10O69塗佈以增加氧滲透率之BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-δ(BCFN)氧滲透膜，其中添加可與犧牲碳粉末反應以隨著用偵測器監測及用控制器控制來保持所需CO濃度之O2；(ix)氫來源可包含可通過諸如EM泵套管5k4壁中的Pd或Pd-Ag隔膜使用質量流量控制器供應氫滲透膜以控制來自高壓水電解劑之氫流之H2氣體；(x)儲集器與下部半球5b41之間的活接可包含滑動螺母，該滑動螺母可包含碳墊片及碳螺母；以及(xi)PV轉換器可包含緻密接收器陣列，該緻密接收器陣列包含藉由冷板冷卻之多接面III-V PV電池。反應電解槽腔室5b31可包含諸如碳粉末之犧牲碳來源以清除將另外與碳反應電解槽腔室的壁反應之O2及H2O。水與碳之反應速率取決於與反應電解槽腔室5b31壁之表面區域相比就犧牲碳而言大多個數量級之表面區域。在實施例中，碳反應電解槽腔室之內部壁包含碳鈍化層。在實施例中，反應電解槽腔室之內壁塗佈有錸塗層以保護壁免於H2O氧化。在實施例中，SunCell®之氧庫存保持大約恆定。在實施例中，添加氧庫存可添加為CO2、CO、O2及H2O中之至少一者。在實施例中，添加H2可與犧牲粉末狀碳反應以形成甲烷，以使得低能量氫反應物包含諸如甲烷之由O、C及H元素形成之至少一種烴及諸如CO或CO2之由O、C及H元素形成的至少一種氧化合物。氧化合物及烴可分別充當氧來源及H來源，以形成HOH催化劑及H。
SunCell®可進一步包含諸如CO感測器、CO通風口、CO稀釋劑氣體及CO吸收劑中之至少一者的一氧化碳安全系統。CO可受濃度及總庫存中之至少一者限制以提供安全。在實施例中，CO可經限制至反應腔室5b31且視情況經限制至外部容器腔室5b3a1。在實施例中，SunCell®可包含次級腔室以限制及稀釋自反應電解槽腔室5b31漏泄之任何CO。次級腔室可 包含電池腔室5b3、外部容器腔室5b3a1、下部腔室5b5及另一腔室中之至少一者，該另一腔室可接收CO以進行以下中之至少一者：含有及稀釋漏泄CO至安全位準。CO感測器可檢測任何漏泄CO。SunCell®可進一步包含稀釋氣體貯槽、稀釋劑氣體貯槽閥門、排氣閥門及CO控制器中之至少一者以接收來自CO感測器之輸入且控制閥門中之打開及流動來在速率下稀釋及釋放或拍出CO，其濃度不超過所需或安全位準。含有漏泄CO之腔室中之CO吸收劑亦可吸收漏泄CO。例示性CO吸附劑為亞銅銨鹽、溶解於HCl溶液中之氯化亞銅、氨溶液或鄰甲氧基苯胺及本領域的技術人員已知的其他吸附劑。任何排出CO可呈小於約25ppm之濃度。在反應電解槽腔室CO濃度保持在約1000ppm CO且反應電解槽腔室CO包含總CO庫存之例示性實施例中，外部密閉或次級腔室體積相對於反應電解槽腔室體積大超過40倍，以使得SunCell®對CO洩漏為本質上安全的。在實施例中，SunCell®進一步包含諸如氧化器之CO反應器，該氧化器諸如燃燒器或分解器，諸如電漿反應器，以將CO反應成諸如CO2或C及O2之安全產物。例示性催化氧化器產物為包含Moleculite(Molecular,http：//www.molecularproducts.com/products/marcisorb-co-absorber)之Marcisorb CO吸收器。
在實施例中，氫可充當催化劑。將nH(n為整數)供應為催化劑及H原子以形成低能量氫之氫來源可包含可通過EM泵套管5k4壁中之諸如Pd或Pd-Ag的氫滲透膜使用質量流量控制器以控制來自高壓水電解劑之氫流來供應的H2氣體，該氫滲透膜諸如23%Ag/77%Pd合金隔膜。使用氫作為HOH催化劑之替代的催化劑可避免諸如碳反應電解槽腔室5b31之至少一個電池組件之氧化反應。反應電解槽腔室中所保持之電漿可分解H2以提供 H原子。碳可包含熱碳以遏制碳與氫之間的反應。
在本發明之SunCell®加熱器之例示性實施例中：(i)EM泵組合件5kk可包含不鏽鋼，其中諸如EM泵套管5k6之內部的曝露於氧化之表面可用諸如鎳塗層之抗氧化劑塗層塗佈；(ii)儲集器5c可包含呈立方型藉由MgO或Y2O3穩定化之ZrO2；(iii)儲集器與EM泵組合件5kk之間的活接可包含濕封；(iv)熔融金屬可包含銀；(v)進水升管5qa及噴射套管5k61可包含擰至EM泵組合件底板5kk1中之軸環中的ZrO2；(vi)下部半球5b41可包含呈立方型藉由MgO或Y2O3穩定化之ZrO2；(vii)上部半球5b42可包含呈立方型藉由MgO或Y2O3穩定化的ZrO2；(viii)氧來源可包含諸如鹼金屬氧化物或鹼土金屬氧化物或其混合物之金屬氧化物；(ix)氫來源可包含可通過EM泵套管5k4壁中之氫滲透膜使用質量流量控制器供應以控制來自高壓水電解劑的氫流之H2氣體；(x)儲集器與下部半球5b41之間的活接可包含陶瓷膠；(xi)下部半球5b41與上部半球5b42之間的活接可包含陶瓷膠；以及(xii)熱交換器可包含輻射鍋爐。在實施例中，下部半球5b41及上部半球5b42中之至少一者可包含具有熱導率之材料，諸如導電陶瓷，諸如本發明中之一者，諸如在1800℃對氧化穩定之ZrC、ZrB2及ZrC-ZrB2及ZrC-ZrB2-SiC複合物中之至少一者，以改良自電池之內部至外部的熱傳遞。
在包含磁流體動力(MHD)轉換器之本發明之SunCell®發電機的例示性實施例中：(i)EM泵組合件5kk可包含不鏽鋼，其中諸如EM泵套管5k6之內部的曝露於氧化之表面可用諸如鎳塗層之抗氧化劑塗層塗佈；(ii)儲集器5c可包含呈立方型藉由MgO或Y2O3穩定化的ZrO2；(iii)儲集器與EM泵組合件5kk之間的活接可包含濕封；(iv)熔融金屬可包含銀；(v)進水升管5qa及噴射套管5k61可包含擰至EM泵組合件底板5kk1中之軸環中的 ZrO2；(vi)下部半球5b41可包含呈立方型藉由MgO或Y2O3穩定化之ZrO2；(vii)上部半球5b42可包含呈立方型藉由MgO或Y2O3穩定化之ZrO2；(viii)氧來源可包含諸如鹼金屬氧化物或鹼土金屬氧化物或其混合物之金屬氧化物；(ix)氫來源可包含可通過EM泵套管5k4壁中之氫滲透膜使用質量流量控制器供應以控制來自高壓水電解劑之氫流的H2氣體；(x)儲集器與下部半球5b41之間的活接可包含陶瓷膠；(xi)下部半球5b41與上部半球5b42之間的活接可包含陶瓷膠；(xii)MHD噴嘴307、通道308及冷凝309區段可包含呈立方型藉由MgO或Y2O3穩定化之ZrO2；(xiii)MHD電極304可包含諸如經Pt塗佈Mo或W的經Pt塗佈之耐火金屬、在700℃對水反應穩定的碳、在1800℃對氧化穩定之ZrC-ZrB2及ZrC-ZrB2-SiC複合物、或銀液體電極；以及(xiv)MHD回流導管310、傳回EM泵312、傳回EM泵套管313可包含不鏽鋼，其中諸如套管及管道之內部的曝露於氧化之表面可用諸如鎳塗層之抗氧化劑塗層塗佈。MHD磁體306可包含諸如具有1T磁通量密度之鈷釤磁體之永久磁體。
在包含磁流體動力(MHD)轉換器之本發明之SunCell®發電機的例示性實施例中：(i)EM泵可包含二級感應型，其中第1級充當MHD傳回泵切第2級充當噴射泵；(ii)電流迴路之EM泵套管區段405、EM泵電流迴路406、接合部凸緣407、儲集器底板組合件409及MHD回流導管310可包含諸如熔融石英之石英、氮化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿；(iii)變壓器繞組401、變壓器磁軛404a及404b以及電磁體403a及403b可為水冷式；(iv)儲集器5c、反應電解槽腔室5b31、MHD噴嘴307、MHD通道308、MHD冷凝區段309及氣體殼體309b可包含諸如熔融石英之石英、氮化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂或氧化鉿，其中ZrO2呈立方型藉由MgO 或Y2O3穩定化；(v)氣體殼體309b及MHD冷凝區段309中之至少一者可包含諸如625 SS或經銥塗佈Mo之不鏽鋼；(vi)(a)組件之間的活接可包含具有諸如碳墊片之墊片之凸緣密封、膠合密封或濕封，其中濕封可接合相異陶瓷或諸如不鏽鋼部件的陶瓷及金屬部件，(b)具有石墨墊片之凸緣密封可接合金屬部件或在低於金屬之碳化溫度下操作之陶瓷至金屬部件，以及(c)具有墊片的凸緣密封可接合金屬部件或陶瓷至金屬部件，其中石墨墊片接觸包含不具碳化傾向之諸如鎳之金屬或塗層的密封之金屬部分，或另一高溫墊片在適合操作溫度下使用；(vii)熔融金屬可包含銀；(viii)進水升管5qa及噴射套管5k61可包含擰至儲集器底板組合件409中之軸環中的ZrO2；(ix)氧來源及氫來源可分別包含可通過MHD冷凝區段309壁中之透氣膜309d使用質量流量控制器供應以控制來自高壓水電解劑之每一氣流的O2氣體及H2氣體；(x)MHD電極304可包含諸如經Pt塗佈Mo或W的經Pt塗佈之耐火金屬、在700℃對水反應穩定的碳、在1800℃對氧化穩定之ZrC-ZrB2及ZrC-ZrB2-SiC複合物、或銀液體電極；以及(xi)MHD磁體306可包含諸如具有在約0.1至1T的範圍內之磁通量密度之鈷釤磁體的永久磁體。
在實施例中，SunCell®電源可包含諸如可穿透黑體輻射器5b4之壁之包含諸如鎢的耐火金屬之陰極之電極及熔融金屬噴射器對立電極。可浸沒諸如EM泵套管噴射器5k61及噴嘴5q之對立電極。可替代地，對立電極可包括諸如立方ZrO2或氧化鉿之電絕緣耐火材料。鎢電極可在黑體輻射器5b4之穿透處密封。電極可藉由儲集器5c與黑體輻射器5b4之間的電絕緣體襯套或間隔物電絕緣。電絕緣體襯套或間隔物可包含BN或諸如ZrO2、HfO2、MgO或Al2O3之金屬氧化物。在另一實施例中，黑體輻射器5b4可 包含諸如耐火陶瓷之電絕緣體，該耐火陶瓷諸如BN或諸如ZrO2、HfO2、MgO或Al2O3之金屬氧化物。
其他實施例
在實施例中，SunCell®可包含可逆地鍵合來自大氣之水的水吸收器、將熱自諸如熱交換器26a的SunCell®之熱組件轉移至水負載吸收器之構件、冷凝所釋放的水之冷凝器及接收待用於SunCell®之冷凝水的收集容器。在實施例中，提供HOH催化劑及H反應物以形成低能量氫之HOH催化劑來源及H來源中之至少一者可位大氣水。
水可使用水吸收材料收集且隨後脫水以釋放經吸收水。水可藉由使用由SunCell®提供之熱來脫水或解吸附。水吸收材料可包含結合水蒸氣且在加熱時將其釋放至冷凝器之諸如鋯金屬及己二酸或M2Cl2(BTDD)(M=Mn(1)、CO(2)、Ni(3)；BTDD=雙(1H-1,2,3-三唑并[4,5-b],[4',5'-1]二苯并[1,4]二氧雜環己烯)之組合的金屬有機框架。
在實施例中，SunCell®包含將低能量氫形成為反應產物之反應混合物。反應可形成能量電漿。反應混合物可進一步包含諸如石墨及烴中之至少一者的碳來源。能量電漿可轟擊固體碳或來自碳來源的沈積於基板上之碳。在實施例中，轟擊將石墨碳轉換成鑽石形式碳。在以引用之方式併入的Mills公開案R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,B.Dhandapani,「Synthesis of HDLC Films from Solid Carbon」,J.Materials Science,J.Mater.Sci.39(2004)3309-3318及R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,B.Dhandapani,「Spectroscopic Characterization of the Atomic Hydrogen Energies and Densities and Carbon Species During Helium-Hydrogen-Methane Plasma CVD Synthesis of Diamond Films」,Chemistry of Materials，第15卷，(2003)，第1313-1321頁中所描述之例示性實施例中，SunCell®包含能量電漿源以使得自非鑽石形式碳形成鑽石。鑽石之產生可藉由1333cm-1拉曼峰值之存在來量測。
分子低能量氫氣體可藉由電離普通氫來純化及分離。電離氫可藉由電及磁場中之至少一者單獨移除。可替代地，普通氫可藉由與形成可冷凝反應產物之反應物反應來移除，其中反應藉由電漿條件而有利進行。例示性反應物為形成在低溫冷阱中移除以產生純化分子低能量氫氣體之可冷凝氨之氮。可替代地，分子低能量氫氣體可使用基於分子低能量氫氣體之較高擴散而將普通氫與分子低能量氫氣體分離之分子篩來純化及分離。例示性分離分子篩為Na8(Al6Si6O24)Cl2。
在實施例中，來自黑體輻射器之熱能可用於加熱與CO2及H2O之混合物反應的諸如CeO2之催化劑以形成合成氣(CO+H2)。合成氣可用於形成烴燃料。燃料反應器可包含費歇爾托普希反應器。
在實施例中，包含水蒸氣之低能量氫反應電漿可進一步包含氬。氬可至少起一下中之一種作用：藉由增大H2分子再結合時間而增大H原子濃度，藉由干擾水氫鍵而增大新生HOH濃度，以及提供諸如Ar+催化劑之額外催化劑來源。
低能量氫反應可在包含呈諸如晶格之經組織或重複結構之水的固體燃料中傳播。固體燃料可包含可為結晶之水合物。固體燃料可包含諸如冰之結晶形式水，諸如I型冰。冰固體燃料可具有能量，其中能量釋放可包含脈衝。脈衝可以依序方式實施以諸如就內燃發動機中之空氣燃料之點火而言在延伸至無限之持續時間中提供功率。冰燃料系統包含在在冰水中產生衝擊波之構件。冰燃料系統可包含衝擊波限制構件。限制構件可包含冰 套子。套子可包含諸如金屬外殼之外殼。衝擊波及限制中之至少一者可產生衝擊波以破壞冰水分子之間的氫鍵中的一些中之至少一者及水分子中的一些之至少一個氧氫鍵。冰燃料系統可包含爆炸物以在諸如冰之包含H2O的結晶結構中產生衝擊波。爆炸物可包含C-N-O-H型之爆炸物、諸如氫氧爆炸物之另一爆炸物或熟習此項技術者已知之另一爆炸物。爆炸物可非常接近於諸如冰之結晶結構以將衝擊波有效耦合至結晶結構中。爆炸物可嵌入於諸如冰之結晶結構中之至少一個通道中。
可替代地，冰燃料系統可包含在冰水中產生衝擊波之電構件，諸如至少一個爆炸線。爆炸線可包含諸如高電壓及電流中之至少一者之電源的大功率電源。較高電功率電源可包含至少一個電容器。電容器可具有高電壓及電流。至少一個電容器通過至少一個電線放電可使其爆炸。電線爆炸物系統可包含薄導電電線及電容器。例示性電線為包含金、鋁、鐵或白金之電線。在例示性實施例中，電線可具有小於0.5mm之直徑，且電容器可具有約25kWh/kg之能量消耗且放出104-106A/mm2之電荷密度的脈衝，導致溫度至多為100,000K，其中標誌可在約10-5-10-8秒之時段中出現。具體而言，100μF油填充之電容器可使用DC電源充電至3kV，且電容器可通過12英吋長之30標準尺寸(gauge)裸鐵電線使用刀口開關或氣體電弧開關，其中電線嵌入於限制在鋼殼體中之冰中。冰燃料系統可進一步包含諸如電池、燃料電池中之至少一者處的電源及諸如SunCell®之產生器以對電容器充電。例示性能量材料包含藉由可包含Ti、Al及另一金屬中之至少一者的爆炸電線點火之Ti+Al+H2O(冰)。
在實施例中，能量反應混合物及系統可包含諸如本發明及先前申請案中之低能量氫燃料混合物中之一者的低能量氫燃料混合物，該等申請案 以引用之方式併入。反應混合物可包含呈諸如冷凍固態、液體、及氣態之至少一種物理狀態的水。能量反應可藉由應用諸如在約20A至50,000A的範圍內之電流的高電流來引發。電壓可較低，諸如在約1V至100V之範圍內。電流可通過諸如金屬基質之導電基質運載，該金屬基質諸如Al、Cu或Ag金屬粉末。可替代地，導電基質可包含諸如金屬容器之容器，其中容器可圍封或包覆反應混合物。例示性金屬容器包含Al、Cu或Ag DSC盤。例示性能量反應混合物包含冷凍水(冰)或液體水包含以下中之至少一者：Al坩堝Ti+H2O；Al坩堝Al+H2O；Cu坩堝Ti+H2O；Cu坩堝Cu+H2O；Ag坩堝Ti+H2O；Ag坩堝Al+H2O；Ag坩堝Ag+H2O；Ag坩堝Cu+H2O；Ag坩堝Ag+H2OO+NH4NO3(莫耳50：25：25)；Al坩堝Al+H2O+NH4NO3(莫耳50：25：25)。
除呈如冰之冷凍狀態之外，水亦可包含諸如呈水合物形式之呈鍵結形式之固態。反應混合物可包含：(i)諸如過氧化物之氧來源，(ii)諸如金屬氫化物、水及諸如還原劑之水反應物以及諸如燃油的烴中之至少一者的氫來源，該還原劑諸如金屬，該金屬諸如金屬粉末，以及(iii)諸如金屬粉末之導電基質。例示性反應混合物包含Al坩堝Ti或TiH+Na2O2或諸如Na2O2．2H2O2．4H2O、Na2O2．2H2O、Na2O2．2H2O2及Na2O2．8H2O中之至少一者之水合Na2O2。反應混合物可分別使用諸如約15V及27,000A之低電壓高電流點火。
在實施例中，低能量氫反應混合物可包含諸如可具有較高表面積之鹼或鹼土金屬之水反應性金屬，諸如粒子金屬。金屬粒子可包含諸如氧化物塗層之保護性塗層。例示性低能量氫反應物包含具有氧化物塗層之粒子Li金屬。反應混合物可進一步包含水或冰。在實施例中，粒子金屬添加至 諸如1℃水之冷水且快速冷凍。快速凍結可使用液氮達成以避免金屬反應。反應混合物可包含諸如本發明中之導電基質的導電基質。
爆炸電線可接近諸如冰之結晶結構以使得衝擊波在冰中傳播。電線可嵌入於冰中以使得衝擊波有效耦合至冰。在實施例中，嵌入於冰中之複數個電線爆震以使得衝擊波及壓縮通過冰傳播，使結晶冰結構碎裂以形成H及HOH催化劑來形成低能量氫。爆炸電線可產生歸因於導電電弧電流而支撐較高動力學之導電電漿路徑，該等導電電弧電流歸因於在催化期間催化劑之電離而重組離子且減小空間變化中之至少一者以增加反應速率。諸如冰之結晶結構可進一步包含諸如嵌入金屬之導體以歸因於其導電性而增加動力學，該嵌入金屬諸如金屬線、金屬功率或金屬柵格。金屬可為對水高度導電及化學穩定的，諸如銀或銅。在實施例中，冰嵌入於諸如金屬網狀物之導電基質中，該金屬網狀物諸如銅、鎳、銀或鋁網狀物，諸如Celmet(Sumitomo Electric Industries,Ltd.)型網狀物。
在實施例中，冰燃料系統可包含釋放熱且產生與氧爆震以在冰水中產生衝擊波之氫的反應物，其中反應物可嵌入且限制於冰中。反應物可包含諸如至少部分嵌入及包覆在冰水中之Fe2O3/Al金屬粉末混合物之鋁熱劑。套子可包含金屬貯藏器。鋁熱劑可包含莫耳過量之鋁以與水反應以形成H2氣體來使用大氣氧充當爆炸物。過量金屬亦可充當導體以增加反應速率。
在實施例中，補充諸如包含諸如冰之呈適合形式之水的能量材料之能量材料及視情況諸如包含氫來源及諸如金屬之導電性中之至少一者的此類添加劑的添加劑，該金屬諸如較高表面積金屬，諸如Al粉末或鹼金屬粉末，諸如鋰粉末。可限制能量材料以使得限制由能量材料之點火產生之衝 擊波。衝擊波之限制可有助於破壞H2O之鍵合以供應H及HOH。能量材料可包覆於諸如金屬容器之密封容器中以提供限制。在實施例中，點火可藉由使高電流穿過至少一個電線來執行，電線穿過能量材料或非常接近於能量材料，其中高電流可致使一或多個電線爆炸。電線爆炸可在能量材料中產生衝擊波。電線可經佈置以增強能量材料中之衝擊波。在例示性實施例中，電線可彼此平行延伸以自複數個方向壓縮能量材料。在另一實施例中，內爆可產生於能量材料中，其中能量材料中之衝擊波朝內導向。朝內衝擊波可為球形地朝內。內爆可藉由一或多個電線爆震及諸如TNT之習知爆炸物之爆震中之至少一者來產生。爆炸物可經成形以產生內爆。爆炸物可包含球形地成形之電荷。冰水中之內爆及衝擊波可致使冰爆震。例示性能量材料裝置可包含諸如用爆炸電線點火之習知爆炸物的具有包圍球狀衝擊波源之冰。涉及能量材料之限制及內爆中之至少一者可產生額外能量材料的爆震補充。在實施例中，爆震電線可包含包圍諸如水之HOH及H來源之諸如螺線管或環面的圍封結構以使得其內爆來更有效地形成HOH及H以反應以形成低能量氫，該水諸如冰。
在另一實施例中，結晶固體燃料使用諸如液體水之對應液體置換。
在實施例中，能量反應系統包含HOH催化劑及諸如呈諸如氣體、液體或諸如I型冰之固體之任何物理狀態的水之H中之至少一者的來源及爆炸來源，以產生衝擊波。在實施例中，能量反應系統包含複數個衝擊波來源。衝擊波之來源可包含諸如本發明之爆炸電線之一或多個爆炸電線及諸如TNT或本發明的另一習知能量材料之一或多個電荷中之至少一者。能量反應系統可包含習知能量材料之至少一個雷管。能量反應系統可進一步包含諸如延遲線之依序觸發器構件或至少一種定時開關以使得形成在至少第 一及另一衝擊波之間具有時間延遲的複數個衝擊波。依序觸發器可在爆炸中產生延遲以在第一及至少一個其他爆震之間產生延遲，其中每一爆震形成衝擊波。觸發器可延遲應用於爆炸電線及習知能量材料之雷管中之至少一者的功率。延遲時間可在約1飛秒至1秒、1奈秒至1秒、1微秒至1秒及10微秒至10毫秒之至少一個範圍內。
在實施例中，SunCell®可包含化學反應器，其中除低能量氫反應物外，反應可供應至反應器以形成所需化學產物，或除低能量氫反應物之外，反應亦可供應至反應器以形成所需化學產物。反應物可通過EM泵套管供應。產物可通過EM泵套管提取。反應物可在反應器閉合且反應引發之前添加於物料中。可藉由在反應器操作之後打開反應器來移除物料中之產物。反應產物可藉由通過諸如反應電解槽腔室壁之反應器壁之滲透來提取。反應器可在1250K至10,000K之範圍內的黑體溫度下提供持續電漿。反應器壓力可在1大氣壓至25大氣壓的範圍內。壁溫度可在1250K至4000K的範圍內。熔融金屬可包含支撐所需化學反應之熔融金屬，諸如銀、銅及銀銅合金中之至少一者。
在實施例中，封裝在冰水中之爆炸電線可包含過渡金屬，諸如Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及Zn中之至少一者。電線可進一步包含鋁。爆震電壓可為諸如在1000V至100,000V及3000V至10,000V之至少一個範圍內的電壓之高電壓。包含過渡金屬及低能量氫氫之薄膜可形成諸如低能量氫氫化鐵、鉻或錳、分子低能量氫錯合物或原子低能量氫錯合物。H包含低能量氫之FeH由使用4000V及千安培來爆震包含Fe、Cr及Al合金之電線形成。FeH藉由ToF-SIM來識別。包含低能量氫及諸如另一金屬之另一元素之其他化合物可藉由使用包含諸如另一金屬的對應元素之爆 炸電線來形成。
在實施例中，形成包含諸如分子低能量氫之較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物的構件包含HOH來源及諸如呈諸如氣體、液體及冰中之至少一者的任何物理狀態之水之H來源，且可進一步包含諸如爆震電線之高電流來源。形成包含諸如分子低能量氫之較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物的構件進一步包含反應腔室以限制低能量氫反應產物。例示性低能量氫反應物為空氣或諸如惰性氣體之另一氣體中之水蒸氣。水蒸氣壓可在1毫托至1000托的範圍內。低能量氫反應可藉由電線利用電功率之爆震來引發。在例示性實施例中，本發明之電線藉由使用本發明之爆震構件在包含空氣中之環境水蒸氣之空腔中爆震。環境水蒸氣壓可在約1至50托的範圍內。例示性產物為諸如FeH2(1/4)之鐵低能量氫聚合物及諸如MoH(1/4)16之鉬低能量氫聚合物。產物可藉由諸如新穎組合物之獨特物理特性來識別，諸如包含諸如鐵氫、鋅氫、鉻氫或鉬氫之金屬及氫的新穎組合物。若獨特組合物存在，則獨特組合物在不存在已知之包含普通氫的對應組合物磁性之情況下可為磁性的。在例示性實施例中，獨特組合物聚合鐵氫、鉻氫、鈦氫、鋅氫、鉬氫及鎢氫為磁性的。包含諸如分子低能量氫之較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物可藉由以下識別：(i)可基於金屬及氫化物離子及諸如H16及H24的較高質量片段之較高質量片段之較高質量消解而明確地記錄諸如FeH及MoH16的獨特金屬及氫組合物之飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)；(ii)可記錄約1940cm-1處之H2(1/4)旋轉能量及指紋區域中的吸收帶中之至少一者的傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)，其中可不存在已知官能團之其他較高能量特徵；(iii)可記錄諸如-4ppm至-6ppm區域中之高場矩陣峰值的高場矩陣峰值之質子魔角旋轉核 磁諧振光譜(1H MAS NMR)；(iv)可記錄歸因於可包含聚合結構之獨特組合物的新穎峰值之X射線繞射(XRD)；(v)可記錄氫聚合物在諸如200℃至900℃之區域中的極低溫度下分解且提供獨特氫化學計量或諸如FeH或MoH16之組合物之熱解重量分析(TGA)；(vi)可記錄包含以0.25eV間隔開的峰值之260nm區域中之H2(1/4)振轉帶的電子束激發發射光譜分析；(vii)可記錄包含以0.25eV間隔開之峰值之260nm區域中的H2(1/4)振轉帶之第二級之光致發光拉曼光譜分析；(viii)可記錄約1940cm-1處的H2(1/4)旋轉峰值之拉曼光譜法；以及(ix)可記錄約500eV處之H2(1/4)的總能量之X射線光電子光譜分析(XPS)。
在實施例中，收集呈氣態、物理吸收、液化或呈其他狀態之分子低能量氫的設備包含：包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物之來源，含有包含較低能量氫物種的大型聚集體或聚合物之腔室，熱分解腔室中之包含較低能量氫物種的大型聚集體或聚合物之構件，及收集自包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物所釋放的氣體之構件。分解構件可包含加熱器。加熱器可將第一腔室加熱至比包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物之分解溫度更大的溫度，諸如在約10℃至3000℃、100℃至2000℃及100℃至1000℃之至少一個範圍內之溫度。收集來自包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物之分解的氣體之構件可包含第二腔室。第二腔室可包含氣泵、氣體閥門、壓力計及質量流量控制器中之至少一者以進行以下中之至少一者：儲存及轉移經收集分子低能量氫氣體。第二腔室可進一步包含吸氣劑以吸收分子低能量氫氣體或諸如低溫系統之冷卻器以液化分子低能量氫。冷卻器可包含低溫泵或杜瓦瓶，該低溫泵或杜瓦瓶含有諸如液氦或液氮之低溫液體。
形成包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物之構件可進一步包含場源，諸如電場或磁場中之至少一者之來源。電場之來源可包含至少兩個電極及電壓源以將電場應用至反應腔室，其中形成聚集體或聚合物。可替代地，電場之來源可包含靜電充電材料。靜電充電材料可包含諸如包含碳之腔室之反應電解槽腔室，諸如塑膠玻璃腔室。本發明之爆震可對反應電解槽腔室靜電充電。磁場之來源可包含諸如永久性電磁體或超導磁體之至少一個磁體以將磁場應用至反應腔室，其中形成聚集或聚合物。
諸如H2(1/4)之分子低能量氫可具有非零
Figure 107105070-A0305-02-0374-299
及對應於具有對應磁矩之軌道角動量的m l 量子數。分子低能量氫之磁性特徵藉由質子魔角旋轉核磁諧振光譜(1H MAS NMR)證明。可進一步包含一些水合水之諸如鹼金屬氫氧化物-鹼金屬鹵化物矩陣之固體矩陣中的分子低能量氫之存在歸因於分子低能量氫之順磁矩陣效果而產生高場1H MAS NMR峰值，通常在-4至-5ppm。產生呈非零角動量狀態之分子低能量氫之便利方法為在H2O存在的情況下藉由電線爆震以充當低能量氫催化劑及H來源。包含水蒸氣之大氣中之電線爆震產生包含諸如具有非零
Figure 107105070-A0305-02-0374-301
及具有可聚集以形成腹板的金屬原子或離子之m l 量子狀態的分子低能量氫之低能量氫的磁性線性鏈。自裝配可包含磁性次序或自裝配機制。吾入熟知，外部磁場之應用產生懸置於諸如甲苯之溶劑中的諸如磁鐵(Fe2O3)之膠態磁性奈米顆粒以裝配至線性結構中。歸因於較小質量及較高磁矩，分子低能量氫甚至在不存在磁場之情況下磁性地自裝配。在增強自裝配且控制形成低能量氫產物之替代結構之實施例中，外部磁場應用於低能量氫反應，諸如電線爆震。磁場可藉由將至少一個永久磁體置放在反應腔室中來應用。可替代地，爆震電線可包含充當諸如磁鐵之磁性粒子來源以驅動分子低能量氫之磁性自裝配的金 屬，其中來源可為水蒸氣中之電線爆震或另一來源。
在實施例中，分子低能量氫可包含非零角動量量子數。分子低能量氫可為磁性的，其中磁性可歸因於非零角動量量子數。歸因於分子低能量氫之固有磁矩，其可自裝配至大型聚集體中。在實施例中，諸如H2(1/4)之分子低能量氫可裝配至受磁偶極子力束縛之線性鏈中。在另一實施例中，分子低能量氫可裝配至諸如在八個頂點中之各者處具有諸如H2(1/4)之H2(1/p)的立方體之三維結構中。在實施例中，八個諸如H2(1/4)分子之H2(1/p)分子磁性鍵結至立方體中，其中每一分子之中心在立方體的八個頂點中之一者處，且每一間核軸線平行於頂點上定中心之立方體的邊緣。磁性對準為以使得每一分子偶極之每一北及南極點與立方體之其三個最接近相鄰者中之各者相對地定向。H16可充當由自裝配形成之更複雜宏觀結構的單元或部分。在另一實施例中，在方形之四頂點中之各者處包含諸如H2(1/4)之H2(1/p)的H8單元可添加至長方體H16以包含H 16+8n，其中n為整數。例示性額外大型聚集體為H16、H24及H32。氫大型聚集體中性物及離子可與諸如O、OH、C及N之其他物種組合為中性物或離子。在實施例中，所得結構產生飛行時間次級離子質譜(ToF-SIMS)中之H16峰值，其中片段可為對應於自H16之整數H損失的觀測到之質量，諸如H16、H14、H13及H12。歸因於1.00794 u之H之質量，對應+1或-1離子峰值具有以下質量：16.125、15.119、14.111、13.103、12.095……諸如
Figure 107105070-A0305-02-0375-287
或
Figure 107105070-A0305-02-0375-288
之氫大型聚集體離子可包含介穩態物。具有寬峰值之介穩定特徵之氫大型聚集體
Figure 107105070-A0305-02-0375-292
及
Figure 107105070-A0305-02-0375-293
藉由ToF-SIMS在正及負光譜中的16.125處觀測到。
Figure 107105070-A0305-02-0375-289
在15.119處之負ToF-SIMS頻譜中觀測到。H24介穩定物種
Figure 107105070-A0305-02-0375-291
及
Figure 107105070-A0305-02-0375-290
分別在正及負ToF-SIMS光譜中觀測到。
在實施例中，諸如H16之分子低能量氫大型聚集體或諸如H2(1/4)之諸如H2(1/p)的分解產物可包含磁諧振成像(MRI)造影劑，諸如旋轉極化Xeon。分子低能量氫可歸因於成像之其NMR主動質子或其在普通質子上之效果中的至少一者而吸入及用於MRI成像，該等普通質子諸如經成像人、動物或物件之主體的水分子之質子，其中分子低能量氫之順磁性影響對應NMR位移或諸如T1及T2中之至少一者的弛緩時間中之至少一者。在實施例中，分子低能量氫之對形式可藉由旋轉交換轉換成NMR主動鄰形式。旋轉交換可使用諸如磁性物種之旋轉交換試劑達成，諸如磁鐵(Fe2O3)粒子。氣體可與旋轉交換試劑一起培育以達成H2(1/p)之鄰形式之轉換。體內鄰形式之生存期可用作MRI造影劑之基礎。
在實施例中，諸如原子低能量氫、分子低能量氫或低能量氫氫化物離子之低能量氫物種藉由H與OH及H2O催化劑中之至少一者反應來合成。在實施例中，諸如包含本發明之丸粒或電線點火以形成低能量氫的SunCell®反應及能量反應中之至少一者的產物為包含與以下中之至少一者錯合的諸如H2(1/p)之低能量氫物種的低能量氫化合物或物種：(i)除氫外之元素；(ii)諸如H+、普通H2、普通H-及普通
Figure 107105070-A0305-02-0376-314
中之至少一者的普通氫物種，諸如有機離子或有機分子之有機分子物種；以及(iv)諸如無機離子或無機化合物之無機物種。低能量氫化合物可包含諸如鹼或鹼土碳酸酯或氫氧化物之氧陰離子化合物或本發明的其他此類化合物。在實施例中，產物包含M 2 CO 3˙H 2(1/4)及MOH˙H 2(/4)(M=本發明之鹼或其他陽離子)錯合物中之至少一者。產物可藉由ToF-SIMS分別識別為包含M(M2CO3˙H2(1/4))
Figure 107105070-A0305-02-0376-306
及M(MOH˙H 2 (1/4))
Figure 107105070-A0305-02-0376-307
之正波譜中之一系列離子，其中n為整數，且整數P>1可用4替代。在實施例中，包含諸如SiO2或石英之矽及氧 之化合物可充當H2(1/4)的吸氣劑。H2(1/4)之吸氣劑可包含過渡金屬、鹼金屬、鹼土金屬、內過渡金屬、稀土金金屬組合、諸如MoCu的諸如Mo合金之合金、以及諸如本發明之材料的氫儲存材料。
包含藉由本發明之方法合成之低能量氫物種的化合物可具有式MH、MH2或M2H2，其中M為鹼陽離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHn，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHX，其中M為鹼陽離子，X為諸如鹵素原子之中性原子、分子或諸如鹵素陰離子的單帶負電陰離子中之一者，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHX，其中M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHX，其中M為鹼土陽離子，X為雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式M2HX，其中M為鹼陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MHn，其中n為整數，M為鹼性陽離子，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2Hn，其中n為整數，M為鹼土陽離子，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2XHn，其中n為整數，M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2X2Hn，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2X3H，其中M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式M2XHn，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，X為雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式M2XX'H，其中M為鹼土陽離子，X為單帶負電陰離子，X'為雙帶負電陰離子，且H 為低能量氫物種。化合物可具有式MM'Hn，其中n為1至3之整數，M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式MM'XHn，其中n為1或2，M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式MM'XH，其中M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為雙帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MM'XX'H，其中M為鹼土陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X及X'為單帶負電陰離子，且H為低能量氫物種。化合物可具有式MXX'Hn，其中n為1至5之整數，M為鹼或鹼土陽離子，X為單或雙帶負電陰離子，X'為金屬或類金屬、過渡元素、內過渡元素或稀土元素，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式MHn，其中n為整數，M為諸如過渡元素、內過渡元素或稀土元素之陽離子，且化合物之氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式MXHn，其中n為整數，M為諸如鹼陽離子、鹼土陽離子之陽離子，X為諸如過渡元素、內過渡元素或稀土元素陽離子之另一陽離子，且化合物的氫內容物Hn包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式(MHmMCO3)n，其中M為鹼陽離子或其他+1陽離子，m及n皆為整數，且化合物之氫內容物Hm包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式(MH m MNO 3)
Figure 107105070-A0305-02-0378-311
nX -，其中M為鹼陽離子或其他+1陽離子，m及n皆為整數，X為單帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hm包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式(MHMNO 3)n，其中M為鹼陽離子或其他+1陽離子，n為整數，且化合物之氫內容物H包含至少一種低能量氫物種。化合物可具有式(MHMOH)n，其中M為鹼陽離子或其他+1陽離子，n為整數，且化合物之氫內容物H包含 至少一種低能量氫物種。包括陰離子或陽離子之化合物可具有式(MH m M'X)n，其中m及n皆為整數，M及M'皆為鹼或鹼土陽離子，X為單或雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hm包含至少一種低能量氫物種。包括陰離子或陽離子之化合物可具有式(MH m M' X')
Figure 107105070-A0305-02-0379-312
nX -，其中m及n皆為整數，M及M'皆為鹼或鹼土陽離子，X及X'為單或雙帶負電陰離子，且化合物之氫內容物Hm包含至少一種低能量氫物種。陰離子可包含本發明之陰離子中之一者。適合例示性單帶負電陰離子為鹵離子、氫氧根離子、碳酸氫根離子或硝酸根離子。適合例示性雙帶負電陰離子為碳酸根離子、氧化物或硫酸根離子。
在實施例中，低能量氫化合物或混合物包含諸如低能量氫原子、低能量氫氫化物離子之至少一種低能量氫物種及嵌入於諸如金屬或離子晶格中的諸如晶格之晶格中之二低能量氫分子。在實施例中，晶格不與低能量氫物種反應。矩陣諸如就經嵌入低能量氫氫化物離子而言可為非質子。化合物或混合物可包含嵌入於鹽晶格中之H(1/p)、H2(1/p)及H-(1/p)中之至少一者，鹽晶格諸如鹼或鹼土鹽，諸如鹵化物。例示性鹼鹵化物為KCl及KI。鹽就經嵌入H-(1/p)而言可不存在任何H2O。其他適合之鹽晶格包含本發明之鹽晶格。
本發明之低能量氫化合物較佳地超過0.1原子%純。更佳地，化合物超過1原子%純。甚至更佳地，化合物超過10原子%純。最佳地，化合物超過50原子%純。在另一實施例中，化合物超過90原子%純。在另一實施例中，化合物超過95原子%純。
實驗
SF-CIHT電池電力產生系統包括經組態以採集由燃料點火反應產生 之電漿光子且將其轉換成可使用的能量之光伏打電力轉換器。在一些實施例中，高轉換效率可為所要。反應器可沿多個方向排出電漿，例如，至少兩個方向，且反應之半徑可在約若干毫米至若干米之規模，例如，半徑為約1mm至約25cm。此外，藉由燃料點火產生之電漿光譜可類似於藉由太陽產生之電漿光譜及/或可包括附加短波長輻射。圖115展示對包含經吸收之H2及H2O之80mg丸粒點火的處於5nm至450nm區域之絕對光譜之例示性實施例，該經吸收H2O來自隨著銀冷卻成丸粒添加至熔融銀之水，其展示基本上全部處於紫外及遠紫外光譜區中的1.3MW之平均光功率。該點火使用Taylor-Winfield型號ND-24-75點焊機以低電壓高電流達成。丸粒內之電壓降小於1V且電流為約25kA。較高強度UV發射之持續時間約為1ms。控制光譜在UV區域中為扁平的。固體燃料之輻射諸如譜線及黑體發射中之至少一者，可具有在約2至200,000suns、10至100,000suns、100至75,000suns之至少一個範圍內之強度。在實施例中，可增加焊機點火電路之電感以增加點火之後的電流衰減時間。更長衰減時間可保持低能量氫電漿反應以增加能量產生。
UV及EUV光譜可轉換成黑體輻射。轉換可藉由使電池大氣對於UV及EUV光子中之至少一者的傳播而言為光學不透明來達成。光學厚度可藉由使諸如燃料金屬之金屬在電池中汽化來增加。光學厚電漿可包含黑體。黑體溫度歸因於低能量氫反應之極大功率密度容量及藉由低能量氫反應發射的光子之高能量可為較高的。在具有約1Torr之環境H2O蒸氣壓的大氣氬中對泵送至W個電極中之熔融銀點火的光譜(歸因於藍寶石光譜儀窗口，在180nm處具有截止之100nm至500nm區域)展示於圖116中。電源2包含兩組串聯之兩個電容器(馬克士威技術K2超電容器(Maxwell Technologies K2 Ultracapacitor)2.85V/3400F)，該等電容器並聯連接以提供約5至6V及300A之恆定電流，其中在約1kHz至2kHz之頻率下，疊加電流脈衝為5kA。W個電極(1cm×4cm)之平均輸入功率為約75W。當大氣隨著銀之汽化而變得對於UV輻射光學不透明時，初始UV管線發射藉由低能量氫反應功率轉變為5000K黑體輻射。具有0.15之氣化銀輻射率的5000K黑體輻射器之功率密度為5.3MW/m2。觀測到之電漿之區域為約1m2。黑體輻射可加熱可充當本發明之熱光伏實施例中之PV轉換器26a的黑體輻射器之諸如頂蓋5b4之電池26的組件。
包含氧來源之熔融物的例示性測試包含在具有藉由絕對光譜分析確定之光功率之氬/5莫耳% H2大氣中點火80mg銀/1wt%硼砂脫水丸粒。觀測使用焊機(Acme 75KVA點焊機)以在約1V之電壓降250kW功率時應用約12kA之高電流持續約1ms。在包含氧來源之熔融物的另一例示性測試中，包含在具有藉由絕對光譜分析確定之光功率之氬/5莫耳% H2大氣中點火80mg銀/2mol%Na2O脫水丸粒。觀測使用焊機(Acme 75KVA點焊機)以在約1V之電壓降370kW功率時應用約12kA之高電流持續約1ms。在包含氧來源之熔融物的另一例示性測試中，包含在具有藉由絕對光譜分析確定之光功率之氬/5莫耳% H2大氣中點火80mg銀/2mol%Li2O脫水丸粒。觀測使用焊機(Acme 75 KVA點焊機)以在約1V之電壓降500kW功率時應用約12kA之高電流持續約1ms。
基於使用Edgertronics高速視訊攝影機記錄之電漿之大小，低能量氫反應及功率視反應體積而定。體積可能需要為最小值供用於最佳化反應功率及能量，諸如約0.5至10公升，用於點火諸如銀丸粒及諸如水合之H及HOH催化劑來源之約30至100mg的丸粒。自丸粒點火，低能量氫反應速率 在極高銀壓力下較高。在實施例中，低能量氫反應在較高電漿壓力之情況下可具有較高動力學。基於高速光譜及Edgertronics數據，低能量氫反應速率在電漿體積最低且Ag蒸氣壓最高之初始時最高。1mm直徑Ag丸粒當熔融時(T=1235K)點火。80mg(7.4×10-4莫耳)丸粒之初始體積為5.2×10-7公升。對應最大壓力為約1.4×105個大氣壓。在例示性實施例中，觀測到反應以約聲音速度(343m/s)擴展持續反應約0.5ms。最終半徑為約17cm。在無任何背壓之情況下之最終體積為約20公升。最終Ag分壓為約3.7E-3個大氣壓。因為反應在更高壓力下可具有較高動力學，所以反應速率可藉由通過應用電極壓力及允許電漿垂直於間電極軸線擴展之電極限制來增加。
量測在存在97%氬/3%氫氣氛圍之情況下由低能量氫反應所釋放的功率，該低能量氫反應由將一mol%或0.5mol%氧化鉍以2.5ml/s添加至噴射至SunCell®之點火電極中的熔融銀造成。在添加對應於氧化物添加的低能量氫反應功率比重之前及之後的暫態反應電解槽水冷卻劑溫度之斜率中之相對變化乘以充當內標的恆定初始輸入功率。針對重複延伸，具有在氧來源添加之後的低能量氫功率比重之總電池輸出功率藉由對應於7540W、8300W、8400W、9700W、8660W、8020W及10,450W之總輸入功率的97、119、15、538、181、54及27之暫態冷卻劑溫度回應的斜率之比率的產物確定。熱峰值功率分別為731,000W、987,700W、126,000W、5,220,000W、1,567,000W、433,100W及282,150W。
量測在存在97%氬/3%氫氣氛圍之情況下由低能量氫反應所釋放的功率，該低能量氫反應由將一mol%氧化鉍(Bi2O3)、一mol%釩酸鋰(LiVO3)或0.5mol%釩酸鋰以2.5ml/s添加至噴射至SunCell®之點火電極中的熔融 銀造成。在添加對應於氧化物添加的低能量氫反應功率比重之前及之後的暫態反應電解槽水冷卻劑溫度之斜率中之相對變化乘以充當內標的恆定初始輸入功率。針對重複延伸，具有在氧來源添加之後的低能量氫功率比重之總電池輸出功率藉由對應於6420W、9000W及8790W之總輸入功率的497、200及26之暫態冷卻劑溫度回應的斜率之比率的產物確定。熱峰值功率分別為3.2MW、1.8MW及230,000W。
在例示性實施例中，點火電流對應於電壓在約0.5中自約0V增加至1V而自約0A逐漸上升至2000A，在該電壓處電漿點火。電壓隨後以一步增加至約16V且保持約0.25s，其中約1kA流動通過熔融物且1.5kA通過除電極8外之另一接地迴路串聯流動通過大多數電漿。在以9公升/s之流動速率約25kW之輸入功率至包含Ag(0.5莫耳% LiVO3)及氬-H2(3%)的SunCell®之情況下，電力輸出高於1MW。點火序列在約1.3Hz重複。
在例示性實施例中，點火電流為約500A恆定電流，且電壓為約20V。在以9公升/s之流動速率約15kW之輸入功率至包含Ag(0.5莫耳% LiVO3)及氬-H2(3%)的SunCell®之情況下，電力輸出為高於1MW。
在圖117中所展示之實施例中，形成包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物的系統500包含諸如塑膠玻璃腔室之腔室507、金屬導線506、具有可藉由高電壓DC電源503充電的接地連接504之高電壓電容器505及諸如12V電開關502及觸發電花隙開關501之開關，該開關將電路自電容器閉合至腔室507之內部的金屬導線506，以使得電線爆震。腔室可包含水蒸氣及諸如大氣空氣或惰性氣體之氣體。
形成包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物的例示性系統包含：具有46cm之長度及12.7cm之寬度及高度的閉合矩形長方體塑膠玻璃 腔室；10.2cm長、0.22~0.5mm直徑金屬導線，其使用不鏽鋼螺母以距腔室底層9cm之距離安裝在兩個不鏽鋼極點之間；15kV電容器(Westinghouse模型5PH349001AAA，55uF)，其對應於557J充電至約4.5kV；充電電容器的35kV DC電源；以及12V開關及觸發電花隙開關(Information Unlimited，模型Trigatron10，3kJ)，其將電路自電容器閉合至腔室之內部的金屬導線，以使得電線爆震。電線可包含Mo(鉬金屬網，來自0.305mm直徑電線之20目，99.95%，Alpha Aesar)、Zn(0.25mm直徑，99.993%，Alpha Aesar)、Fe-Cr-Al合金(73%-22%-4.8%，31標準尺寸，0.226mm直徑，KD Cr-Al-Fe合金電線部件第#1231201848號，Hyndman Industrial Products Inc.)或Ti(0.25mm直徑，99.99%，Alpha Aesar)電線。在例示性延伸中，腔室包含空氣，空氣包含約20托水蒸氣。高電壓DC電源在閉合觸發器開關之前關閉。約4.5kV之峰值電壓在5kA之峰值電流下以高於約300us之阻尼諧波振盪器放電。包含較低能量氫物種之大型聚集體或聚合物在電線爆震之後約3-10分鐘內形成。自腔室底層及壁以及在置放在腔室中之Si晶圓上收集分析樣本。分析結果匹配本發明之低能量氫標記。
在實施例中，低能量氫振轉光譜藉由包含諸如氬氣之惰性氣體及充當HOH催化劑及原子氫之來源的水蒸氣之反應混合物氣體之電子束激發來觀測到。氬可在約100托至10個大氣壓之壓力範圍內。水蒸氣壓可在約1微托至10托的範圍內。電子束能量可在約1keV至100keV的範圍內。旋轉管線在來自包含藉由通過氮化矽窗口入射腔室中之氣體的12keV至16keV電子束激發之約100毫托水蒸氣之大氣壓氬電漿的145-300nm區域中觀測到。觀測通過反應氣體腔室之MgF2另一窗口的發射。氫之能量間距 42倍的能量間距將核間距離確定為H2之核間距離之1/4且識別H2(1/4)(方程式(29-31))。該系列匹配用於H2(1/4)振動躍遷v=1→v=0之H2(1/4)之P分支，該分支分別包含在154.94、159.74、165.54、171.24、178.14及183.14nm處觀測到的P(1)、P(2)、P(3)、P(4)、P(5)及P(6)。
在另一實施例中，包含諸如本發明中之低能量氫的低能量氫之物質組合物經熱分解，且包含諸如H2(1/4)之低能量氫的分解氣體引入至反應氣體腔室中，其中低能量氫氣體使用電子束激發，且記錄振轉發射光譜。
在另一實施例中，諸如H2(1/4)之低能量氫氣體吸收於諸如鹼鹵化物或鹼鹵化物鹼金屬氫氧化物矩陣之吸氣劑中。旋轉振動光譜可藉由在真空中電子束激發吸氣劑來觀測到。電子束能量可在約1keV至100keV的範圍內。峰值之間的旋轉能量間距可藉由方程式(30)給定。藉由方程式(29)給定之振動能量歸因於由結晶矩陣造成之較高有效質量而可位移至較低能量。在例示性實驗實例中，吸氣劑之晶格中捕獲之H 2(1/4)之振轉發射藉由在5×10-6托的壓力範圍內具有10-20μA之光束電流之入射6KeV電子槍激發，且藉由無窗UV光譜分析記錄。充當Mills等人(R.Mills,X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,「Catalyst induced hydrino transition(CIHT)electrochemical cell」,(2012),Int.J.Energy Res.,(2013),DOI：10.1002/er.3142，其以引用之方式併入)之5W CIHT電池堆疊中之吸氣劑的UV透明矩陣KCl中之H2(1/4)(所謂260nm帶)之經解決振轉光譜包含258nm處之峰值最大值，其中峰值之代表性位置在222.7、233.9、245.4、258.0、272.2及287.6nm處，具有0.2491eV的相等間距。大體而言，能量相對於峰值數目之曲線產生在與用於躍遷υ=I→υ=0及Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、P(1)、P(2)、P(3)及P(4)之H2(1/4)的經預測值極為一致之R2 =0.999或更好處藉由y=-0.249eV+5.8eV給定之管線，其中Q(0)可識別為該系列的最強峰值。
此外，具有經吸收低能量氫反應產物氣體之吸氣劑之正離子ToF-SIMS光譜展示矩陣化合物之多聚體群，其中二氫作為結構之部分，M：H2(M=KOH或K2CO3)。具體而言，包含KOH及K2CO3[26-27]或具有此等化合物作為低能量氫反應產物氣體之吸氣劑的先前低能量氫反應產物之正離子光譜展示與作為結構中之錯合物的H2(1/p)一致之K +(H 2：KOH) n 及K +(H 2：K 2 CO 3) n 。
在另一實施例中，低能量氫振轉光譜藉由電子束激發包含諸如諸如H16之分子低能量氫化合物或大型聚集體或諸如H2(1/p)之分解產物的低能量氫之組合物物質來觀測到。包含低能量氫之物質組合物可包含本發明之低能量氫化合物。電子束能量可在約1keV至100keV的範圍內。發射光譜可藉由EUV光譜分析在真空中記錄。最早例示性實驗實施例中，H2(1/4)振轉管線藉由12keV至16keV電子束激發自低能量氫氫化鋅在145-300nm區域中觀測到。光束在真空中入射化合物。低能量氫氫化鋅由在空氣中存在水蒸氣之情況下根據本發明之方法的鋅電線爆震形成。氫之能量間距42倍的能量間距將核間距離確定為H2之核間距離之1/4且識別H2(1/4)(方程式(29-31))。該系列匹配用於H2(1/4)振動躍遷v=1→v=0之H2(1/4)之P分支，該分支分別包含P(1)、P(2)、P(3)、P(4)、P(5)、P(6)及P(7)。
5b3:殼體
5b31:反應電解槽腔室
5b3a:外部壓力容器
5b3a1:電池腔室
5b4:圓頂
5b5:下部腔室
5b81:頂部
5c:導電儲集器
5f:電感耦合加熱器天線
5k7:熱傳遞塊
5q:噴嘴
15:聚光型光伏打電池
26a:PV轉換器

Claims (31)

  1. 一種產生電能及熱能中之至少一者的電力系統，其包含：至少一個容器，其能夠保持一壓力低於、處於或高於大氣壓；反應物，該等反應物包含：a.至少一種初生H2O來源；b. H2O或至少一種H2O來源；c.原子氫或至少一種原子氫來源；以及d.一熔融金屬；一熔融金屬噴射系統，其包含至少兩個各自包含一泵及一噴射器管之熔融金屬儲集器，其中一熔融金屬流自該等熔融金屬儲集器之每一者噴出且該等熔融金屬流相交；至少一個反應物供應系統，其用以補充在反應物之一反應以產生該電能及熱能中之至少一者的過程中消耗之該等反應物；至少一個點火系統，其包含一電源，該電源用以向該至少兩個各自包含一電磁泵之熔融金屬儲集器供應相反電壓，其中來自該電源之電流及功率流過相交之該等熔融金屬流以引起該等反應物形成電漿，及光及熱輸出中之至少一者至電功率及/或熱功率之至少一個功率轉換器或輸出系統。
  2. 如請求項1之電力系統，其中每一該等熔融金屬儲集器包含一熔融金屬位準控制器，其包含一進水升管。
  3. 如請求項1之電力系統，其中每一該等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該熔融金屬之一DC或AC電流源及一恆定或同相交變向量交叉磁場來源，或b.感應型，其包含穿過熔融金屬之一短路迴路之一交變磁場來源，其在該金屬中誘導一交流電；及一同相交變向量交叉磁場來源。
  4. 如請求項1之電力系統，其中該泵與相對應的該熔融金屬儲集器之至少一個活接或在包含該容器、該熔融金屬噴射系統及該功率轉換器之部件之間的另一活接可包含一濕封、一凸緣及墊片密封、一黏著密封及一滑動螺母密封中之至少一者。
  5. 如請求項1之電力系統，其中該點火系統電流在10A至50,000A之範圍內。
  6. 如請求項5之電力系統，其中該點火系統之該電路藉由該等熔融金屬流之相交而閉合以引起點火，從而進一步引起在0Hz至10,000Hz之範圍內的一點火頻率。
  7. 如請求項3之電力系統，其中感應型之該電磁泵包含形成熔融金屬之該短路迴路之陶瓷通道。
  8. 如請求項1之電力系統，其進一步包含用以由相對應的固體金屬形成該熔融金屬之一電感耦合加熱器。
  9. 如請求項1之電力系統，其中該熔融金屬包含銀、銀銅合金及銅中之至少一者。
  10. 如請求項1之電力系統，其進一步包含一真空泵及至少一個急冷器。
  11. 如請求項1之電力系統，其中反應功率輸出之該至少一個功率轉換器或輸出系統包含諸如以下各者之群組中之至少一者：一熱光伏打轉換器、一光伏打轉換器、一光電轉換器、一磁流體動力轉換器、一電漿動力轉換器、一熱離子轉換器、一熱電轉換器、一斯特林引擎、一布累登循環引擎、一朗肯循環引擎及一熱機、一加熱器及一鍋爐。
  12. 如請求項11之電力系統，其中該鍋爐包含一輻射鍋爐。
  13. 如請求項11之電力系統，其中該容器之一部分包含一黑體輻射器，其經保持在1000K至3700K之範圍內之一溫度下。
  14. 如請求項13之電力系統，其中該等熔融金屬儲集器包含氮化硼，該容器之包含該黑體輻射器之該部分包含碳，且與該熔融金屬接觸之該等電磁泵之部件包含一抗氧化金屬或陶瓷。
  15. 如請求項14之電力系統，其中該等反應物包含甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫、氧及水中之至少一者。
  16. 如請求項15之電力系統，其中該反應物供應系統將該甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫、氧及水中之每一者保持在0.01Torr至1Torr之範圍內的一壓力下。
  17. 如請求項16之電力系統，其包含一熱光伏打轉換器或一光伏打轉換器，其中由該黑體輻射器發射之光主要為黑體輻射，其包含可見光及近紅外光，且該光伏打轉換器包括聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：結晶矽、鍺、砷化鎵(GaAs)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦鎵(InGaAs)、銻化砷鎵銦(InGaAsSb)、銻化砷磷銦(InPAsSb)、InGaP/InGaAs/Ge、InAlGaP/AlGaAs/GaInNAsSb/Ge、GaInP/GaAsP/SiGe、GaInP/GaAsP/Si、GaInP/GaAsP/Ge、GaInP/GaAsP/Si/SiGe、GaInP/GaAs/InGaAs、GaInP/GaAs/GaInNAs、GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs、GaInP/Ga(In)As/InGaAs、GaInP-GaAs-晶圓-InGaAs、GaInP-Ga(In)As-Ge及GaInP-GaInAs-Ge。
  18. 如請求項16之電力系統，其包含一熱光伏打轉換器或一光伏打轉換器，其中由反應電漿發射之光主要為紫外光，且該光伏打轉換器包括聚光電池，其包含至少一種選自以下之化合物：一III族氮化物、GaN、AlN、GaAlN及InGaN。
  19. 如請求項11之電力系統，其中該磁流體動力轉換器包含連接至容器之一噴嘴、一磁流體動力通道、電極、磁體、一金屬採集系統、一金屬再 循環系統、一熱交換器及視情況選用之一氣體再循環系統。
  20. 如請求項19之電力系統，其中該等反應物包含H2O蒸氣、氧氣及氫氣中之至少一者。
  21. 如請求項20之電力系統，其中該反應物供應系統將該O2、該H2及一反應產物H2O中之每一者保持在0.01Torr至1Torr之範圍內的一壓力下。
  22. 如請求項21之電力系統，其中用以補充在該等反應物之一反應以產生該電能及熱能中之至少一者的過程中消耗之該等反應物的該反應物供應系統包含：a. O2及H2氣體供應中之至少一者；b.一氣體殼體；c.一選擇性透氣膜，其在以下中之至少一者的壁中：該容器、該磁流體動力通道、該金屬採集系統及該金屬再循環系統；d. O2、H2及H2O分壓感測器；e.流量控制器；f.至少一個閥門，及g.一電腦，其用以保持O2及H2壓力中之至少一者。
  23. 如請求項1或22之電力系統，其中該電力系統之至少一個組件包含陶瓷。
  24. 如請求項23之電力系統，其中該陶瓷包含以下中之至少一者：一金屬氧化物、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鉿、碳化矽、碳化鋯、二硼化鋯及氮化矽。
  25. 如請求項19之電力系統，其中該熔融金屬包含銀且該磁流體動力轉換器進一步包含一氧源以形成供應至該等熔融金屬儲集器、該容器、該噴嘴及該磁流體動力通道中之至少一者的銀粒子之一氣溶膠。
  26. 如請求項25之電力系統，其中該反應物供應系統另外供應並控制該氧源以形成該銀氣溶膠。
  27. 如請求項7之電力系統，其中感應型之該電磁泵包含一雙級泵，其包含一第一級，該第一級包含該金屬再循環系統之一泵，及一第二級，該第二級包含該金屬噴射系統之泵，其用以噴射將與該容器內部之另一熔融金屬流相交之該熔融金屬流。
  28. 如請求項27之電力系統，其中包含該電源之該點火系統包括一感應點火系統。
  29. 如請求項之28電力系統，其中該感應點火系統包含穿過熔融金屬之一短路迴路之一交變磁場來源，其在該金屬中產生包含點火電流之一交流電。
  30. 如請求項29之電力系統，其中該交變磁場來源可包含一初級變壓器繞組，其包含一變壓器電磁體及一變壓器磁軛，且該熔融金屬至少部分地充當諸如一單匝短路繞組之一次級變壓器繞組，其圍封該初級變壓器繞組且包含一感應電流迴路。
  31. 如請求項30之電力系統，其中該等熔融金屬儲集器包含一熔融金屬交接通道，其連接該兩個熔融金屬儲集器以使得該電流迴路圍封該變壓器磁軛，其中該感應電流迴路包含在該等熔融金屬儲集器、該熔融金屬交接通道中所含之熔融金屬、該噴射器管中之銀及相交以接通該感應電流迴路之該等經噴射熔融金屬流中產生的電流。
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