[go: up one dir, main page]

TW201601444A - 電力產生系統及關於彼等之方法 - Google Patents

電力產生系統及關於彼等之方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201601444A
TW201601444A TW104117578A TW104117578A TW201601444A TW 201601444 A TW201601444 A TW 201601444A TW 104117578 A TW104117578 A TW 104117578A TW 104117578 A TW104117578 A TW 104117578A TW 201601444 A TW201601444 A TW 201601444A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
hydrogen
power
source
catalyst
energy
Prior art date
Application number
TW104117578A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI748931B (zh
Inventor
雷戴爾 李 米爾斯
Original Assignee
黑光能源公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 黑光能源公司 filed Critical 黑光能源公司
Publication of TW201601444A publication Critical patent/TW201601444A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI748931B publication Critical patent/TWI748931B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B3/00—Low temperature nuclear fusion reactors, e.g. alleged cold fusion reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/03—Thermonuclear fusion reactors with inertial plasma confinement
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G21B1/15—Particle injectors for producing thermonuclear fusion reactions, e.g. pellet injectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/32—Electrical components comprising DC/AC inverter means associated with the PV module itself, e.g. AC modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/38—Energy storage means, e.g. batteries, structurally associated with PV modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/42—Cooling means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/01—Handling plasma, e.g. of subatomic particles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
    • H10F10/161—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising multiple PN heterojunctions, e.g. tandem cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
    • H10F10/163—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs/AlGaAs or InP/GaInAs photovoltaic cells
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2277/00—Applications of particle accelerators
    • H05H2277/13—Nuclear physics, e.g. spallation sources, accelerator driven systems, search or generation of exotic elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本發明提供一種用於提供電力及熱功率中之至少一者之電漿-電源的固體或液體燃料，其包含(i)至少一個反應池，其用於催化原子氫形成分數氫；(ii)包含至少兩種組分之化學燃料混合物，該等組分選自：H2O觸媒來源或H2O觸媒；原子氫來源或原子氫；用於形成該H2O觸媒來源或H2O觸媒及原子氫來源或原子氫之反應物；一或多種用於起始原子氫之催化之反應物；以及用於引起該燃料高度傳導之材料；(iii)燃料噴射系統，諸如軌道槍丸粒噴射器；(iv)至少一組約束該燃料之電極，及電源，該電源提供用以起始該分數氫反應之快速動力學的重複性短時間低電壓、高電流電能以及由形成分數氫引起之能量增益，從而形成發射亮光之電漿；(v)產物回收系統，諸如強化電漿軌道槍回收系統及重力回收系統中之至少一者；(vi)燃料粒化機或丸粒製造機，包含熔爐、氫來源及H2O來源、滴落器及用於形成燃料糰粒或丸粒之水浴及用於將丸粒饋入該噴射器中之攪動器；及(vii)能夠將該電池之高功率光輸出轉換成電之電力轉換器，諸如聚光型太陽能裝置，其包含複數個紫外(UV)光電電池或複數個光電電池及UV窗。

Description

電力產生系統及關於彼等之方法 相關申請案的交叉參考
本申請案主張以下各者之權益：2014年5月29日申請之美國臨時申請案第62/004,883號；2014年6月13日申請之美國臨時申請案第62/012,193號；2014年6月24日申請之美國臨時申請案第62/016,540號；2014年7月7日申請之美國臨時申請案第62/021,699號；2014年7月11日申請之美國臨時申請案第62/023,586號；2014年7月20日申請之美國臨時申請案第62/026,698號；2014年8月14日申請之美國臨時申請案第62/037,152號；2014年8月22日申請之美國臨時申請案第62/041,026號；2014年10月2日申請之美國臨時申請案第62/058,844號；2014年10月24日申請之美國臨時申請案第62/068,592號；2014年11月24日申請之美國臨時申請案第62/083,029號；2014年12月4日申請之美國臨時申請案第62/087,234號；2014年12月15日申請之美國臨時申請案第62/092,230號；2015年2月6日申請之美國臨時申請案第62/113,211號；2015年3月31日申請之美國臨時申請案第62/141,079號；2015年4月17日申請之美國臨時申請案第62/149,501號；2015年5月9日申請之美國臨時申請案第62/159,230號及2015年5月22日申請之美國臨時申請案第62/165,340號，其全部以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於電力產生領域，且具體言之，係關於用於產生電力之系統、裝置及方法。更具體言之，本發明之實施例係針對電力產生 裝置及系統，以及相關方法，其產生光功率、電漿及熱功率且經由光-電力轉換器、電漿-電力轉換器、光子-電力轉換器或熱-電力轉換器產生電力。此外，本發明之實施例描述了使用光伏打電力轉換器，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、電力及/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，利用來自電漿之電力。電漿之成功商業化可視能夠有效形成電漿且隨後捕捉所產生之電漿之電力的電力產生系統而定。
電漿可以在某些燃料之點火期間形成。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電力轉換器利用。離子及激發態原子可以重組且經歷電子弛豫，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一種電力產生系統，其包含：複數個經組態以將功率傳遞至燃料以對該燃料點火且產生電漿之電極；經組態以將電能傳遞至複數個電極之電源；以及至少一個經定位以接收至少複數個電漿光子之光伏打電力轉換器。
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：至少一個能夠承受低於大氣壓之壓力之容器；包含丸粒之反應物，該等反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；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)導體及傳導性基質中之至少一者； 至少一個包含至少一個強化軌道槍之丸粒噴射系統，其中該強化軌道槍包含間隔開之電化軌道及產生垂直於軌道平面之磁場的磁鐵，且軌道之間之電路為開路，直至藉由丸粒與軌道接觸來閉合；至少一個用於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)至少一組用於約束丸粒之電極；以及b)用於傳遞短時間高電流電能之電源；其中該至少一組電極形成開路，其中該開路藉由丸粒之噴射引起高電流流動以達成點火來閉合，且用於傳遞短時間高電流電能之電源包含以下各者中之至少一者：經選擇用於產生高AC、DC或AC-DC混合電流之電壓，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100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度；電壓藉由固體燃料或高能材料之電導率來確定，其中電壓藉由所要電流乘以固體燃料或高能材料樣品之電阻得到；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，用於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槍回收系統中之至少一者，包含至少一個提供磁場及點火電極之向量交叉電流分量之磁鐵；至少一個用於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，該粒化機包含用於形成熔融反應物之熔爐、用於向熔融反應物中添加H2及H2O之系統、熔融物滴落器及用於形成丸粒之水儲集器，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；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)導體及傳導性基質中之至少一者；以及至少一個將該光及熱輸出中之至少一者轉換成電力及/或熱功率之電力轉換器或輸出系統，其包含以下各者之組中之一或多者：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、史特林引擎(Sterling engine)、布雷頓循環引擎(Brayton cycle engine)、朗肯循環引擎(Rankine cycle engine)及熱引擎及加熱器。
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：至少一個能夠承受低於大氣壓之壓力之容器；包含丸粒之反應物，該等反應物包含銀、銅、經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槍之丸粒噴射系統，其中該強化軌道槍包含間隔開之電化軌道及產生垂直於軌道平面之磁場的磁鐵，且軌道之間之電路為開路，直至藉由丸粒與軌道接觸來閉合；至少一個用於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)至少一組用於約束丸粒之電極；以及b)用於傳遞短時間高電流電能之電源；其中該至少一組電極經間隔開以形成開路， 其中該開路藉由噴射丸粒引起高電流流動以達成點火來閉合，且用於傳遞短時間高電流電能之電源包含以下各者中之至少一者：經選擇用於產生高AC、DC或AC-DC混合電流之電壓，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100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度；電壓藉由固體燃料或高能材料之電導率來確定，其中電壓藉由所要電流乘以固體燃料或高能材料樣品之電阻得到；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，用於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槍回收系統中之至少一者，包含至少一個提供磁場及點火電極之向量交叉電流分量之磁鐵；至少一個用於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，該粒化機包含用於形成熔融反應物之熔爐、用於向熔融反應物中添加H2及H2O之系統、熔融物滴落器及用於形成丸粒之水儲集器，其中該等額外反應物包含銀、銅、經吸收之氫氣及水中之至少一者；至少一個電力轉換器或輸出系統，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第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；包含丸粒之反應物，該等反應物包含：e)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；f)至少一種H2O來源或H2O；g)至少一種原子氫來源或原子氫；以及h)導體及傳導性基質中之至少一者；至少一個丸粒噴射系統；至少一個丸粒點火系統，用於引起丸粒形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者；用於回收反應物之反應產物之系統；至少一個用於自反應產物再生額外反應物且形成額外丸粒之再生系統，其中該等額外反應物包含：e)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；f)至少一種H2O來源或H2O；g)至少一種原子氫來源或原子氫；以及h)導體及傳導性基質中之至少一者；以及至少一個將光及熱輸出中之至少一者轉換成電力及/或熱功率之電力轉換器或輸出系統。
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；包含漿料之反應物，該等反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒； 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)導體及傳導性基質中之至少一者；至少一個漿料噴射系統，其包含旋轉滾筒電極，包含旋轉漿料泵；至少一個用於引起丸粒形成發光電漿之漿料點火系統；用於回收反應物之反應產物之系統；至少一個用於自反應產物再生額外反應物且形成額外漿料之再生系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；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)導體及傳導性基質中之至少一者；以及至少一個將光及熱輸出中之至少一者轉換成電力及/或熱功率之電力轉換器或輸出系統。
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遞至燃料以對該燃料點火且產生電漿之電極；經組態以將電能傳遞至複數個電極之電源；以及至少一個經定位以接收至少複數個電漿光子之光伏打電力轉換器。
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；反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；b)至少一種原子氫來源或原子氫；c)導體及傳導性基質中之至少一者；以及 至少一組用於約束分數氫反應物之電極，用於傳遞短時間高電流電能之電源；再裝載系統；至少一個用於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；給複數個電極供能以對該燃料點火，形成電漿；用光伏打電力轉換器將複數個電漿光子轉換成電力；以及輸出該電力之至少一部分。
在另一例示性實施例中，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；給複數個電極供能以對該燃料點火，形成電漿；用光伏打電力轉換器將複數個電漿光子轉換成熱功率；以及輸出該電力之至少一部分。
在本發明之一實施例中，產生電力之方法可包含將一定量之燃料傳遞至燃料裝載區，其中該燃料裝載區位於複數個電極間；藉由將至少約2,000A/cm2之電流施加至該複數個電極，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；在光伏打電力轉換器中接收該光之至少一部分；使用光伏打電力轉換器將該光轉換成不同形式之電力；以及輸出該不同形式之電力。
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；用於傳遞該H2O之初始高擊穿電壓且隨後提供高電流之電源；及熱交換器系統，其中該電力系統產生電弧電漿、光及熱能；及至少一個光伏打電力轉換器。
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2,000A/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遞至該固體燃料，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電力轉換器、光伏打電力轉換器及熱-電力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傳導性燃料之燃料裝載區，其中該複數個電極經組態以將足以對該傳導性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傳導性燃料；用於將該傳導性燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；及用於將電漿光子轉換成某一形式電力之光伏打電力轉換器或用於將熱功率轉換成非熱形式電力(包含電功率或機械功率)之熱-電力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：將一定量燃料傳遞至燃料裝載區，其中該燃料裝載區係位於複數個電極間；藉由將至少約2,000A/cm2之電流施加至該複數個電極，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；在光伏打電力轉換器中接收該光之至少一部分；使用光伏打電力轉換器將該光轉換成不同形式之電力；及輸出該不同形式之電力。
其他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遞機構；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電力的光伏打電力轉換器。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遞機構；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電力的光伏 打電力轉換器。
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遞機構；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電力的光伏打電力轉換器。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遞機構；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電力的電漿電力轉換器。
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遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之光子轉換成非光子形式電力之光伏打電力轉換器；用於移除該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，其用於將移除的該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遞機構；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電力的光伏打電力轉換器。某些實施例可進一步包括以下各者中之一或多者：可操作地耦接至光伏打電力轉換器之輸出功率端子；電力儲存裝置；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遞機構；及經組態以將由該燃料點火產生之光子轉換成不同形式電力之光伏打電力轉換器。
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遞機構；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電力的光伏打電力轉換器；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。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；用於將該燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；經組態以將由該燃料點火產生之電漿轉換成非電漿形式電力的電漿電力轉換器；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遞機構；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電力的光伏打電力轉換器。一些實施例可包括以下額外特徵中之一或多者：光伏打電力轉換器可位於真空電池內；該光伏打電力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；該光伏打電力轉換器可以可操作地耦接至經組態以清潔該光伏打電力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；該光伏打電力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；且該光伏打電力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、晶格不匹配電池、晶格匹配電池及包含第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產生電力之系統，其包含：經組態以供應燃料之燃料供應器；經組態以供應電力之電源供應 器；及至少一個經組態以接收燃料及電力之齒輪，其中該至少一個齒輪將該電力選擇性地引導至該齒輪周圍之局部區域以在該局部區域內對該燃料點火。在一些實施例中，該系統可進一步具有以下特徵中之一或多者：該燃料可包括粉末；該至少一個齒輪可包括兩個齒輪；該至少一個齒輪可包括第一材料及第二材料，該第二材料之電導率低於第一材料，該第一材料電耦接至該局部區域；且該局部區域可與該至少一個齒輪之齒狀物及間隙中之至少一者相鄰。其他實施例可使用支撐部件代替齒輪，而其他實施例可使用齒輪及支撐部件。一些實施例係針對一種產生電力之方法，其包含：向滾筒或齒輪供應燃料；使滾筒或齒輪旋轉以使該燃料中之至少一些定位於滾筒或齒輪之某一區域；向滾筒或齒輪供應電流以對經定位之燃料點火，從而產生能量；及將由點火產生之能量中之至少一些轉換成電力。在一些實施例中，使滾筒或齒輪旋轉可包括使第一滾筒或齒輪及第二滾筒或齒輪旋轉，且供應電流可包括向第一滾筒或齒輪及第二滾筒或齒輪供應電流。
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遞機構；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電力的光伏打電力轉換器。
其他實施例係針對一種電力產生電池，其包含：耦接至真空泵之出口孔；電耦接到至少約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遞至該基於水之燃料，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 少一部分轉換成電力的電力轉換器。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遞至該基於水之燃料，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力的電力轉換器。在一實施例中，該電力轉換器包含將光功率轉換成電之光伏打轉換器。
其他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力，及使該熱功率通過熱-電力轉換器以產生電力；及輸出所產生之電力中之至少一部分。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力傳遞至主要包含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力之熱交換器；及經組態以將光之至少一部分轉換成電力之光伏打電力轉換器。此外，另一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之基於水之燃料的燃料裝載區，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該基於水之燃料供電以對該燃料點火；用於將該基於水之燃料移至該燃料裝載區中之傳遞機構；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電力的光伏打電力轉換器。
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觸媒系統，其中電子外殼處於相對於核較接近之位置。將釋放之電力用於電力產生且另外新的氫物質及化合物為所需產物。此等能態係根據經典物理定律預測且需要觸媒自氫接受能量以經歷相應能量釋放躍遷。
經典物理學得到氫原子、氫化物離子、氫分子離子及氫分子之閉型解(closed-form solution)且預測具有分數主量子數(fractional principal quantum number)之相應物質。使用麥克斯韋方程(Maxwell's equation)，根據邊界值問題(boundary-value problem)推導出電子結構，其中電子包含在躍遷期間隨時間變化之電磁場的源電流，其約束為n=1束縛態電子不能輻射能量。由H原子之解所預測的反應涉及自另外的穩定原子氫轉移諧振、非輻射性能量至能夠接受能量以形成能態低於先前認為可能之能態之氫的觸媒。具體言之，經典物理學預測原子氫可經歷與某些原子、準分子、離子及雙原子氫化物之催化反應，其提供淨焓為原子氫位能E h =27.2eV之整數倍的反應，其中E h 為一哈崔(Hartree)。基於已知電子能階可鑑別之特定物質(例如He+、Ar+、Sr+、K、Li、HCl及NaH、OH、SH、SeH、新生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轉移，接著為q．13.6eV連續發射或q．13.6eV轉移至H以形成極熱的激發態H及氫原 子，其能量低於對應於分數主量子數的未反應之原子氫。亦即，在關於氫原子之主能階之公式中：
n=1,2,3,... (2)
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：
替代有關氫激發態之芮得伯方程(Rydberg equation)中之熟知參數n=整數且表示稱為「分數氫」之較低能態氫原子。接著，類似於具有麥克斯韋方程式之分析解的激發態，分數氫原子亦包含電子、質子及光子。然而，後者之電場增加了對應於能量解吸之結合而非如在激發態隨著能量吸收而減弱中心場，且由此產生的分數氫之光子-電子相互作用為穩定的而非輻射性的。
氫之n=1狀態及氫之狀態為非輻射性的，但兩種非輻射狀態之間的躍遷，比如n=1至n=1/2，係可能經由非輻射性能量轉移發生的。氫為由方程(1)及(3)得出之穩定狀態的特例，其中氫或分數氫原子之相應半徑係由以下得出：
其中p=1,2,3,....。為使能量守恆，必須自氫原子轉移以下單位之能量至觸媒：m.．27.2eV (5)
及使半徑轉變為。觸媒反應涉及兩個能量釋放步驟：非輻射性能量轉移至觸媒，隨後當半徑減小至相應的穩定最終狀態時另外的能量釋放。咸信當淨反應焓與m.．27.2eV較為緊密地匹配時催化速率增 大。已發現淨反應焓在m.．27.2eV之±10%、較佳±5%內之觸媒適用於大多數應用。在將分數氫原子催化至較低能態之情況下，以與分數氫原子之位能相同的因子對m.．27.2eV(方程(5))之反應焓作相對論性校正。
因此，一般反應係由以下給出：
Cat (q+r)++re -→Cat q++m．27.2eV且 (8)
總反應為
q、r、m及p為整數。具有氫原子半徑(對應於分母中 之1)及等於質子之(m+p)倍的中心場，且為半徑為H之 的相應穩定狀態。當電子經歷自氫原子半徑至此距離之半徑的徑向加速時，能量以特徵光發射或第三體動能之形式釋放。發 射可呈邊緣在[(p+m)2-p 2-2m]．13.6eV或 nm且延伸至較長波長之遠紫外線連續輻射之形式。除輻射之外，亦可發生諧振動能轉移以形成快H。隨後此等快H(n=1)原子藉由與背景H2碰撞而激發，接著發射相應H(n=3)快原子，使巴耳麥α發射變寬。或者，快H為充當觸媒的H或分數氫之直接產物，其中接受諧振能量轉移認為與位能而非電離能有關。能量守恆產生動能對應於在前一情況下之位能之一半的質子，及在後一情況下處於基本上靜止之觸媒離子。快質子之H複合輻射使巴耳麥α發射變寬，此與符合過度電力平衡之熱氫之存量(inventory)不成比例。
在本發明中，諸如分數氫反應、H催化、H催化反應、當提及氫時 之催化、形成分數氫之氫反應及分數氫形成反應之術語均係指諸如以下反應：由方程(5)定義之觸媒之方程(6-9)之反應，其中原子H所形成之氫狀態具有由方程(1)及(3)得出之能階。當提及催化H形成具有由方程(1)及(3)得出之能階之H狀態或分數氫狀態的反應混合物時，諸如分數氫反應物、分數氫反應混合物、觸媒混合物、用於分數氫形成之反應物、產生或形成較低能態氫或分數氫之反應物的相應術語亦可互換使用。
本發明之催化性較分數氫躍遷需要可呈未經催化原子氫之位能27.2eV之整數m倍的吸熱化學反應形式之觸媒，其自原子H接受能量以引起躍遷。吸熱觸媒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)且可進一步包含鍵裂解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 +因其以54.417eV(為2．27.2eV)電離而滿足觸媒準則一焓變等於27.2eV之整數倍的化學或物理過程。整數數目之氫原子亦可充當27.2eV焓之整數倍的觸媒。氫原子H(1/p)p=1,2,3,...137可經歷由方程(1)及(3)給出之向較低能態之進一步躍遷，其中一個原子之躍遷由一或多個以諧振及非輻射方式接受m．27.2eV且伴隨位能對換之其他H原子所催化。關於由m．27.2eV諧振轉移至H(1/p')所誘導的H(1/p)躍遷至H(1/(m+p))的一般總方程由以下表示：H(1/p')+H(1/p)→H+H(1/(m+p))+[2pm+m 2-p '2+1]．13.6eV (10)
氫原子可充當觸媒，其中對於一個、兩個及三個原子分別為m=1、m=2及m=3，從而用作另一者之觸媒。當極快H與分子碰撞形成2H時，兩原子觸媒2H之速率可能較高，其中兩個原子自碰撞搭配物之第三氫原子以諧振及非輻射方式接受54.4eV。藉由同一機制，兩個熱H2之碰撞提供3H以充當第四者之具有3．27.2eV之觸媒。與預測一致，觀察到在22.8nm及10.1nm下之EUV連續光譜、意外的(>100eV)巴耳 麥α譜線變寬、高度激發之H狀態、產物氣體H 2 (1/4)，及較大能量釋放。
H(1/4)基於其多極性及其形成之選擇規則而為較佳的分數氫狀態。因此，在形成H(1/3)之情況下，躍遷至H(1/4)可根據方程(10)由H催化而快速發生。類似地，H(1/4)為大於或等於81.6eV之觸媒能量(對應於方程(5)中m=3)的較佳狀態。在此情況下，向觸媒之能量轉移包含形成方程(7)之H*(1/4)中間物的81.6eV以及來自中間物衰變之27.2eV之整數。舉例而言，焓為108.8eV之觸媒可藉由接受81.6eV以及來自H*(1/4)衰變能量122.4eV之27.2eV來形成H*(1/4)。剩餘衰變能量95.2eV釋放至環境中以形成較佳狀態H(1/4)，其接著反應形成H2(1/4)。
適合觸媒因此可提供m．27.2eV之正的淨反應焓。亦即，觸媒以諧振方式自氫原子接受非輻射性能量轉移且將能量釋放至環境中以實現向分數量子能階之電子躍遷。由於非輻射性能量轉移，故氫原子變得不穩定且進一步發射能量，直至其達到具有方程(1)及(3)得出之主能階之較低能量非輻射性狀態為止。因此，該催化自氫原子釋放能量且氫原子尺寸相稱減小r n =na H ，其中n由方程(3)得出。舉例而言，催化H(n =1)成為H(n=1/4)釋放204eV，且氫半徑自a H 減小至 a H 。
觸媒產物H(1/p)亦可與電子反應形成分數氫氫化物離子H -(1/p)，或兩個H(1/p)可反應形成相應分子分數氫H 2 (1/p)。具體言之，觸媒產物H(1/p)亦可與電子反應形成結合能為E B 之新的氫化物離子H -(1/p)：
其中p=>1之整數，s=1/2，ħ為普朗克常數棒(Planck's constant bar)，μ o為真空磁導率(permeability of vacuum)，m e 為電子質量，μ e為 由得出之還原之電子質量，其中m p 為質子質量，a 0 為波爾 半徑，且離子半徑為。根據方程(11)，氫化物離子之電離能計算值為0.75418eV，且實驗值為6082.99±0.15cm -1(0.75418eV)。分數氫氫化物離子之結合能可由X射線光電子能譜(XPS)量測。
高磁場偏移之NMR峰為存在半徑相對於普通氫化物離子減小且質子之反磁屏蔽增大之較低能態氫的直接證據。位移由兩個電子之反磁性與具有量值p之光子場的貢獻總和得到(Mills GUTCP方程(7.87))：
其中第一項適用於p=1之H -且對於H -(1/p)為p=>1之整數，且α為精細結構常數。所預測的分數氫氫化物離子峰相對於普通氫化物離子存在明顯高磁場偏移。在一實施例中，該等峰為TMS之高磁場。相對於TMS之NMR位移可大於已知的單獨普通H-、H、H2或H+或包含其之化合物中之至少一者之NMR位移。該位移可大於0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、-31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40ppm中之至少一者。相對於裸質子之絕對位移範圍(其中TMS相對於裸質子之位移為約-31.5)可為-(p29.9+p22.74)ppm(方程(12))之±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm及±100ppm中大約至少一者的範圍內。相對於裸質子之絕對位移範圍可為-(p29.9+p21.59×10-3)ppm(方程(12))之約0.1%至99%、1%至50%及1%至10%中大約至少一者之範圍內。在另一實施例中，固體基質(諸如氫氧化物基質，諸如NaOH或KOH)中分數氫物質(諸如分數 氫原子、氫化物離子或分子)之存在引起基質質子向高磁場偏移。基質質子(諸如NaOH或KOH之質子)可交換。在一實施例中，位移可使基質峰相對於TMS在約-0.1至-5ppm範圍內。NMR測定可包含魔角自旋1 H核磁共振光譜(MAS 1 H NMR)。
H(1/p)可與質子反應且兩個H(1/p)可反應分別形成H 2(1/p)+及H 2(1/p)。氫分子離子及分子電荷以及電流密度函數、鍵長及能量係在具有非輻射約束之橢球座標中自拉普拉斯算符(Laplacian)求解。
在長球體分子軌域之每一焦點處具有+pe之中心場的氫分子離子之總能量E T 為
其中p為整數，c為真空中之光速，且μ為減小之核質量。在長球體分子軌域之每一焦點處具有+pe之中心場的氫分子離子之總能量為
氫分子H 2(1/p)之鍵解離能E D 為相應氫原子之總能量與E T 之間的差E D =E(2H(1/p))-E T (16)
其中E(2H(1/p))=-p 227.20eV (17)
E D 係由方程(16-17)及(15)得到：E D =-p 227.20eV-E T =-p 227.20eV-(-p 231.351eV-p 30.326469eV)=p 24.151eV+p 30.326469eV (18)
H 2(1/p)可由X射線光電子能譜(XPS)鑑別，其中除電離之電子外之電離產物可為諸如以下可能性中之至少一者：包含兩個質子及一個電子之電離產物、氫(H)原子、分數氫原子、分子離子、氫分子離子及H 2(1/p)+，其中能量可因該基質而偏移。
催化產物氣體之NMR提供H 2(1/p)之理論預測化學位移之確定性測試。一般而言，歸因於橢圓座標中之分數半徑，其中電子明顯較接近核，故預測H 2(1/p)之1 H NMR諧振係相對於H 2之諧振為高磁場。 H 2(1/p)之預測位移由兩個電子之反磁性與具有量值p之光子場的 貢獻總和得到(Mills GUTCP方程(11.415-11.416))：
其中第一項適用於p=1之H 2 且對於H 2 (1/p)，p=>1之整數。實驗絕對H 2 氣相諧振位移-28.0ppm與所預測之絕對氣相位移-28.01ppm(方程(20))優良地一致。所預測的分子分數氫峰相對於普通H2存在明顯高磁場偏移。在一實施例中，該等峰為TMS之高磁場。相對於TMS之NMR位移可大於已知的單獨普通H-、H、H2或H+或包含其之化合物中之至少一者之NMR位移。該位移可大於0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10、-11、-12、-13、-14、-15、-16、-17、-18、-19、-20、-21、-22、-23、-24、-25、-26、-27、-28、-29、-30、31、-32、-33、-34、-35、-36、-37、-38、-39及-40ppm中之至少一者。相對於裸質子之絕對位移範圍(其中TMS相對於裸質子之位移為約-31.5ppm)可為-(p28.01+p22.56)ppm(方程(20))之±5ppm、±10ppm、±20ppm、±30ppm、±40ppm、±50ppm、±60ppm、±70ppm、±80ppm、±90ppm及±100ppm中大約至少一者的範圍內。相對於裸質子之絕對位移範圍可為-(p28.01+p21.49×10-3)ppm(方程(20))之約0.1%至99%、1%至50%及1%至10%中大約至少一者之範圍內。
氫型分子H 2 (1/p)之v=0至v=1躍遷的振動能E vib 為E vib =p 2 0.515902eV (21)
其中p為整數。
氫型分子H 2 (1/p)之J至J+1躍遷的旋轉能E rot 為
其中p為整數且I為慣性矩。對於氣體中且捕集在固體基質中的電子束激發之分子觀察到H 2(1/4)之轉振發射。
旋轉能之p 2 依賴性由核間距離之逆p依賴性及對慣性矩I之相應影響引起。H 2(1/p)之預測核間距離2c'為
H2(1/p)之旋轉能及振動能中之至少一者可由電子束激發發射光譜、拉曼光譜及傅里葉變換紅外(Fourier transform infrared，FTIR)光譜中之至少一者來量測。H2(1/p)可捕集於基質中以便量測，諸如捕集於MOH、MX及M2CO3(M=鹼金屬；X=鹵離子)基質中之至少一者中。
I.觸媒
He+、Ar+、Sr+、Li、K、NaH、nH(n=整數)及H2O因為其滿足觸媒準則-焓變等於原子氫位能27.2eV之整數倍的化學或物理過程，所以預測可充當觸媒。具體言之，藉由以下方式提供催化系統：將t個電子自原子各自電離至連續能階，使得t個電子之電離能總和為約m．27.2eV，其中m為整數。此外，可發生其他催化躍遷，諸如在首先形成H(1/2) 之情況下：等。一旦催化開始，分數氫即在稱為 歧化之過程中進一步自催化，其中H或H(1/p)充當另一H或H(1/p')(p可等於p')之觸媒。
氫及分數氫可充當觸媒。氫原子H(1/p)p=1,2,3,...137可經歷由方程(1)及(3)給出之向較低能態之躍遷，其中一個原子之躍遷由以諧振及非輻射方式接受m．27.2eV且伴隨位能對換之第二原子催化。關於由m．27.2eV諧振轉移至H(1/p')所誘導的H(1/p)躍遷至H(1/(m+p))的一般總方程由方程(10)表示。因此，氫原子可充當觸媒，其中對於一個、兩個及三個原子分別為m=1、m=2及m=3，從而用作另一者之觸媒。兩原子或三原子觸媒情形之速率只有在H密度高時才可觀測到。但是，高H密度並不常見。容許2H或3H充當第三或第四能量受體之高氫原子濃度可在若干情況下達成，諸如太陽及星星之表面上(歸因於溫度 及重力驅動之密度)、在支撐多個單層之金屬表面上及在高度解離之電漿、尤其是捏縮氫電漿中。此外，當兩個H原子之產生伴隨熱H與H 2 之碰撞時，易於達成三體H相互作用。此事件常常在具有一大群極快H之電漿中發生。此係由不常見之原子H發射強度證實。在該等情況下，能量可自一個氫原子轉移至經由多極耦接而在足夠接近範圍內(通常為數埃)的兩個其他原子。接著，三個氫原子之間之反應由以下給出，其中兩個原子以諧振及非輻射性方式自第三氫原子接受54.4eV，使得2H充當觸媒：
且總反應為
其中具有氫原子半徑及等於質子之3倍的中心場且為半徑為H之1/3的相應穩定態。當電子經歷自氫原子半徑至1/3此距離之半徑的徑向加速時，能量以特徵光發射或第三體動能之形式釋放。
在涉及直接躍遷至狀態之另一H原子觸媒反應中，兩個熱H 2 分子碰撞且解離，使得三個H原子充當第四個之具有3．27.2eV之觸媒。接著，四個氫原子之間之反應由以下給出，其中三個原子以諧振及非輻射性方式自第四氫原子接受81.6eV，使得3H充當觸媒：
且總反應為
預測由方程(28)之中間物引起之遠紫外連續輻射譜帶可在122.4eV(10.1nm)處具有短波長截止點且延伸至較長波長。此連續譜帶由實驗確定。一般而言，由接受m．27.2eV引起之H至躍遷產生這樣一種連續譜帶，其具有短波長截止點及以下得出之能量
且延伸至比對應截止點長的波長。在星際介質、太陽與白矮星中，以實驗觀察到10.1nm、22.8nm及91.2nm連續光譜之氫發射系列。
H2O之位能為81.6eV(方程(43))[Mills GUT]。接著，根據相同機制，新生H2O分子(固態、液態或氣態中無氫鍵)可充當觸媒(方程(44-47))。關於理論預測之H至較低能量(所謂「分數氫」狀態)之躍遷所觀察到的在10.1nm處之連續輻射譜帶及進入較長波長僅由最先在BlackLight Power,Inc.(BLP)且在哈佛天體物理中心(Harvard Center for Astrophysics，CfA)再現之脈衝捏縮氫放電引起。所觀察到的匹配預測之H至分數氫狀態之躍遷的在10至30nm區域中之連續輻射僅由在熱力學上有利於經歷H還原形成HOH觸媒之金屬氧化物存在下脈衝捏縮氫放電引起；而不利的該等金屬氧化物不顯示任何連續光譜，即使所測試之低熔點金屬極其有利於以更有效之電漿來源形成具有強短波長連續光譜之金屬離子電漿。
或者，諧振動能轉移以形成快H之發生可與對應於高動能H之意外巴耳麥α譜線加寬之觀察結果相符。能量轉移至兩個H亦引起觸媒激發 態之抽汲，且如由例示性方程(24)、(28)及(47)及由諧振動能轉移所給出的，直接產生快H。
II.分數氫
具有以下得出之結合能的氫原子
其中p為大於1之整數，較佳為2至137；為本發明之H催化反應之產物。原子、離子或分子之結合能(又稱為電離能)為自該原子、離子或分子移除一個電子所需之能量。具有方程(34)中得出之結合能的氫原子在下文中稱為「分數氫原子」或「分數氫」。具有半徑之分數 氫(其中a H 為普通氫原子之半徑且p為整數)的名稱為。具有半徑a H 之氫原子在下文中稱為「普通氫原子」或「標準氫原子」。普通原子氫之特徵在於其結合能為13.6eV。
分數氫由普通氫原子與具有以下淨反應焓之適合觸媒反應形成：m．27.2eV (35)
其中m為整數。咸信當淨反應焓與m．27.2eV較為緊密地匹配時催化速率增大。已發現淨反應焓在m．27.2eV之±10%、較佳±5%內之觸媒適用於大多數應用。
該催化自氫原子釋放能量且氫原子尺寸相稱減小r n =na H 。舉例而言，催化H(n=1)成為H(n=1/2)釋放40.8eV，且氫半徑自a H 減小至 。催化系統藉由以下方式提供：將t個電子自原子各自電離至連續能階，使得t個電子之電離能總和為約m．27.2eV，其中m為整數。作為電源，在催化期間放出之能量比觸媒失去之能量大得多。所釋放之能量比習知化學反應大。舉例而言，當氫氣及氧氣燃燒形成水時
已知形成水之焓為△H f =-286kJ/mol或每個氫原子1.48eV。相比之下，每個(n=1)經歷催化之普通氫原子淨釋放40.8eV。此外，亦可 發生其他催化躍遷：等。一旦催化開始，分數氫即在稱為歧化之過程中進一步自催化。該機制類似於無機離子催化之機制。但是，分數氫催化之反應速率因焓與m．27.2eV更相配而高於無機離子觸媒。
III.分數氫觸媒及分數氫產物
表1中給出了能夠提供約m．27.2eV(其中m為整數)之淨反應焓以產生分數氫之氫觸媒(其中自一個原子或離子電離出t個電子)。第一行中給出之原子或離子經電離以提供第十行中給出之m．27.2eV之淨反應焓，其中m於第十一行中給出。參與電離之電子與電離電位(又稱電離能或結合能)一起給出。原子或離子之第n個電子的電離電位由IP n 指定且由CRC給出。亦即，例如Li+5.39172eV→Li ++e -且Li ++75.6402eV→Li 2++e -。第一電離電位IP 1=5.39172eV，及第二電離電位IP 2=75.6402eV分別在第二行及第三行中給出。Li雙電離之淨反應焓為81.0319eV，於第十行中給出，且方程(5)中m=3於第十一行中給出。
本發明之分數氫氫化物離子可由電子來源與分數氫，即結合能為約(其中，且p為大於1之整數)之氫原子反應而形成。分數氫氫化物離子由H -(n=1/p)或H -(1/p)表示：
分數氫氫化物離子不同於包含普通氫核及兩個電子且結合能為約0.8eV之普通氫化物離子。後者在下文中稱為「普通氫化物離子」或「標準氫化物離子」。分數氫氫化物離子包含包括氕、氘或氚在內之氫核，以及具有根據方程(39)及(40)之結合能的兩個無法區分之電子。
分數氫氫化物離子之結合能可由下式表示：
其中p為大於1之整數，s=1/2，π為pi，ħ為普朗克常數棒，μ o為真空磁導率，m e 為電子質量，μ e為由得出之還原之電子質量，其中m p 為質子質量，a H 為氫原子半徑，a o 為波爾半徑，且e為元電荷。半徑由以下得出
表2中顯示分數氫氫化物離子H -(n=1/p)隨p而變化的結合能，其中p為整數。
根據本發明，所提供之分數氫氫化物離子(H-)具有根據方程(39)及(40)之結合能，對於p=2至23，該結合能大於普通氫化物離子之結合能(約0.75eV)且對於p=24(H-)則小於普通氫化物離子之結合能。對於方程(39)及(40)中之p=2至p=24，氫化物離子結合能分別為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化物離子之例示性組合物。
亦提供包含一或多個分數氫氫化物離子及一或多種其他元素之例示性化合物。此類化合物稱為「分數氫氫化物化合物」。
普通氫物質之特徵在於以下結合能：(a)氫化物離子，0.754eV(「普通氫化物離子」)；(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)，22.6eV(「普通三氫分子離子」)。在本文中，提及氫形式時，「標準」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)結合能為約，諸如在之約0.9至1.1倍之範圍內的氫原子，其中p為2至137之整數；(b)結合能為約 結合能=，諸如在該結合能之 約0.9至1.1倍之範圍內的氫化物離子(H -)，其中p為2至24之整數；(c)(1/p)；(d)結合能為約，諸如在之約0.9至1.1倍之範圍內的三分數氫分子離子(1/p)，其中p為2至137之整數；(e)結合能 為約，諸如在之約0.9至1.1倍之範圍內的二分數氫，其 中p為2至137之整數；(f)結合能為約，諸如在之約0.9至1.1倍之範圍內的二分數氫分子離子，其中p為整數，較佳為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)總能量為約
諸如在該總能量E T 之約0.9至1.1倍範圍內的二分數氫分子離子，其中p為整數，ħ為普朗克常數棒，m e 為電子質量，c為真空中光速，且 μ為還原核質量；及(b)總能量為約
諸如在E T 之約0.9至1.1倍之範圍內的二分數氫分子，其中p為整數且a o 為波爾半徑。
根據化合物包含帶負電之結合能增加之氫物質的本發明之一個實施例，該化合物進一步包含一或多個陽離子，諸如質子，普通或普通。
本文提供一種用於製備包含至少一個分數氫氫化物離子之化合物的方法。此類化合物在下文中稱為「分數氫氫化物化合物」。該方法包含使原子氫與淨反應焓為約．27eV(其中m為大於1之整數，較佳為 小於400之整數)之觸媒反應，以產生結合能為約的結合能增加之氫原子，其中p為整數，較佳為2至137之整數。另一催化產物為能量。該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化物離子。該結合能增加之氫化物離子可與一或多個陽離子反應以產生包含至少一種結合能增加之氫化物離子之化合物。
新穎氫物質組合物可包含： (a)至少一種具有以下結合能之中性、帶正電或帶負電之氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)(i)大於相應普通氫物質之結合能，或(ii)大於任何氫物質在相應普通氫物質因為在環境條件(標準溫度及壓力，STP)下普通氫物質之結合能小於熱能或為負值而不穩定或觀察不到時之結合能；及(b)至少一種其他元素。本發明之化合物在下文中稱作「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，該其他元素及結合能增加之氫物質為中性的。在另一組化合物中，該其他元素及結合能增加之氫物質為帶電的，使得該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；後一組之特徵在於離子鍵。
亦提供包含以下之新穎化合物及分子離子：(a)至少一種具有以下總能量之中性、帶正電或帶負電的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)，(i)大於相應普通氫物質之總能量，或(ii)大於任何氫物質在相應普通氫物質因為在環境條件下普通氫物質之總能量小於熱能或為負值而不穩定或觀察不到時之總能量；及(b)至少一種其他元素。
氫物質總能量為自氫物質移除所有電子之能量總和。根據本發明之氫物質的總能量大於相應普通氫物質之總能量。根據本發明的具有增加之總能量之氫物質亦稱作「結合能增加之氫物質」，即使具有增加之總能量之氫物質的一些實施例可能具有小於相應普通氫物質之第一 電子結合能的第一電子結合能。舉例而言，p=24之方程(39)及(40)之氫化物離子的第一結合能小於普通氫化物離子之第一結合能，而p=24之方程(39)及(40)之氫化物離子的總能量比相應普通氫化物離子之總能量大得多。
本文亦提供包含以下之新穎化合物及分子離子：(a)複數種具有以下結合能之中性、帶正電或帶負電的氫物質(在下文中為「結合能增加之氫物質」)，(i)大於相應普通氫物質之結合能，或(ii)大於任何氫物質在相應普通氫物質因為在環境條件下普通氫物質之結合能小於熱能或為負值而不穩定或觀察不到時之結合能；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稱作「結合能增加之氫化合物」。
結合能增加之氫物質可藉由使一或多個分數氫原子與電子、分數氫原子、含有該等結合能增加之氫物質中至少一者之化合物及至少一種除結合能增加之氫物質外之其他原子、分子或離子中的一或多者反應來形成。
亦提供包含以下之新穎化合物及分子離子：(a)複數種具有以下總能量之中性、帶正電或帶負電的氫物質(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)大於任何氫物質在相應普通氫物質因為在環境條件下普通氫物質之總能量小於熱能或為負而不穩定或觀察不到時之總能量；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稱作「結合能增加之氫化合物」。
在一個實施例中，提供一種化合物，其包含至少一種選自以下的 結合能增加之氫物質：(a)對於p=2至23，根據方程(39)及(40)之結合能大於普通氫化物離子之結合能(約0.8eV)且對於p=24則小於普通氫化物離子之結合能的氫化物離子(「結合能增加之氫化物離子」或「分數氫氫化物離子」)；(b)結合能大於普通氫原子之結合能(約13.6eV)之氫原子(「結合能增加之氫原子」或「分數氫」)；(c)第一結合能大於約15.3eV之氫分子(「結合能增加之氫分子」或「二分數氫」)；及(d)結合能大於約16.3eV之分子氫離子(「結合能增加之分子氫離子」或「二分數氫分子離子」)。在本發明中，結合能增加之氫物質及化合物亦稱為較低能量之氫物質及化合物。分數氫包含結合能增加之氫物質或等同地較分數氫物質。
IV.其他MH型觸媒及反應
一般而言，表3A中給出了藉由以下方式提供之產生分數氫的MH型氫觸媒：M-H鍵斷裂加上t個電子自原子M各自電離至連續能階，使得t個電子之鍵能與電離能之總和為約m．27.2eV，其中m為整數。各MH觸媒在第一行給出且相應M-H鍵能在第二行給出。第一行中給出的MH物質之原子M經電離以提供m．27.2eV之淨反應焓，且在第二行添加鍵能。觸媒之焓在第八行中給出，其中m在第九行給出。參與電離之電子與電離電位(又稱電離能或結合能)一起給出。舉例而言，NaH之鍵能1.9245eV在第二行給出。原子或離子之第n個電子的電離電位由IP n 指定且由CRC給出。亦即，例如Na+5.13908eV→Na ++e -且Na ++47.2864eV→Na 2++e -。第一電離電位IP 1=5.13908eV，及第二電離電位IP 2 =47.2864eV分別在第二行及第三行中給出。NaH鍵斷裂及Na雙電離之淨反應焓為54.35eV，於第八行中給出，且方程(35)中m=2於第九行中給出。BaH鍵能為1.98991eV且IP1、IP2及IP3分別為5.2117eV、10.00390eV及37.3eV。BaH鍵斷裂及Ba三電離之淨反應焓為54.5eV，於第八行中給出，且方程(35)中m=2於第九行中給出。SrH鍵能 為1.70eV且IP1、IP2、IP3、IP4及IP5分別為5.69484eV、11.03013eV、42.89eV、57eV及71.6eV。SrH鍵斷裂及Sr電離得到Sr5+之淨反應焓為190eV，於第八行中給出，且方程(35)中m=7於第九行中給出。
在其他實施例中，表3B中給出了藉由以下提供之產生分數氫之MH-型氫觸媒：將電子轉移至受體A、M-H鍵斷裂加上t個電子自原子M各自電離至連續能階，使得包含MH與A之電子親和力(EA)差異之電子轉移能量、M-H鍵能及t個電子自M電離之電離能的總和為約m．27.2eV，其中m為整數。各MH-觸媒、受體A、MH之電子親和力、A之電子親和力及M-H鍵能分別在第一、第二、第三及第四行中給出。參與電離的MH之相應原子M之電子與電離電位(亦稱為電離能或結合能)一起在隨後各行中給出且觸媒之焓及相應整數m在最後一行給出。舉例而 言，OH及H之電子親和力分別為1.82765eV及0.7542eV，使得電子轉移能量為1.07345eV，如第五行中給出。OH之鍵能為4.4556eV，於第六行給出。原子或離子之第n個電子之電離電位由IP n 指定。亦即，例如O+13.61806eV→O ++e -且O++35.11730eV→O 2++e -。第一電離電位IP 1=13.61806eV，及第二電離電位IP 2=35.11730eV分別在第七行及第八行中給出。電子轉移反應、OH鍵斷裂及O雙電離之淨焓為54.27eV，於第十一行給出，且方程(35)中m=2於第十二行中給出。在其他實施例中，藉由以下提供使H形成分數氫之觸媒：使負離子電離，使得其EA加上一或多個電子之電離能的總和為約m．27.2eV，其中m為整數。或者，可將負離子之第一電子轉移至受體，隨後再電離至少一個電子，使得電子轉移能量加上一或多個電子之電離能的總和為約m．27.2eV，其中m為整數。電子受體可為H。
在其他實施例中，藉由以下提供產生分數氫之MH+型氫觸媒：自可帶負電之供體A轉移電子、M-H鍵斷裂及t個電子自原子M各自電離至連續能階，使得包含MH與A之電離能差異之電子轉移能量、M-H鍵能及t個電子自M電離之電離能的總和為約m．27.2eV，其中m為整數。
在一個實施例中，觸媒包含能夠接受m．27.2eV(m=1,2,3,4,....(方程(5)))之能量的處於基態或激發態之任何物質，諸如原子、帶正電或帶負電之離子、帶正電或帶負電之分子離子、分子、準分子、化合物或其任何組合。咸信當淨反應焓與m．27.2eV較為緊密地匹配時催化速 率增大。已發現淨反應焓在m．27.2eV之±10%、較佳±5%內之觸媒適用於大多數應用。在將分數氫原子催化至較低能態之情況下，以與分數氫原子之位能相同的因子對m．27.2eV(方程(5))之反應焓作相對論性校正。在一實施例中，觸媒以諧振及無輻射之方式自原子氫接受能量。在一實施例中，所接受之能量使觸媒之位能量值降低約自原子氫轉移之量。由於最初束縛電子之動能守恆，故可產生高能離子或電子。至少一個原子H充當至少另一原子H之觸媒，其中受體之27.2eV位能由自催化之供體H原子轉移27.2eV而消除。受體觸媒H之動能可作為快速質子或電子而得以保存。另外，在催化之H中形成之中間態(方程(7))隨連續能量以輻射或第三體中誘導之動能形式發射而衰減。此等能量釋放可在本發明之CIHT電池中產生電流流動。
在一個實施例中，分子或者帶正電或帶負電之分子離子中之至少一者充當自原子H接受約m27.2eV之觸媒，且該分子或者帶正電或帶負電之分子離子的位能量值減少約m27.2eV。舉例而言，Mills GUTCP中得出之H2O之位能為
自原子H接受m．27.2eV且分子位能量值降低相同能量之分子可充當觸媒。舉例而言，有關H2O之位能之催化反應(m=3)為
且總反應為
其中具有氫原子半徑及等於質子之4倍的中心場且 為半徑為H之1/4的相應穩定態。當電子經歷自氫原子半徑至1/4此距離之半徑的徑向加速時，能量以特徵光發射或第三體動能之形式釋放。基於自0℃冰成為100℃水之汽化作用之熱的10%能量變化，沸水中每個水分子之H鍵平均數目為3.6個。因此，在一個實施例中，H2O必須以化學方式形成呈具有適合活化能之分離之分子形式以便充當觸媒，從而形成分數氫。在一個實施例中，H2O觸媒為新生H2O。
在一個實施例中，nH、O、nO、O2、OH及H2O(n=整數)中之至少一者可充當觸媒。作為觸媒的H與OH之產物可為H(1/5)，其中該觸媒之焓為約108.8eV。作為觸媒的H與H2O之反應產物可為H(1/4)。分數氫產物可進一步反應達到較低狀態。作為觸媒的H(1/4)與H之產物可為H(1/5)，其中該觸媒之焓為約27.2eV。作為觸媒的H(1/4)與OH之產物可為H(1/6)，其中該觸媒之焓為約54.4eV。作為觸媒的H(1/5)與H之產物可為H(1/6)，其中該觸媒之焓為約27.2eV。
另外，OH可充當觸媒，因為OH之位能為
H狀態p=1與p=2之間的能量差為40.8eV。因此，OH可自H接受約40.8eV以充當觸媒，從而形成H(1/2)。
類似於H2O，Mills GUTCP中給出之醯胺官能基NH2之位能為-78.77719eV。根據CRC，由各相應△H f 計算的NH2形成KNH2之反應的△H為(-128.9-184.9)kJ/mol=-313.8kJ/mol(3.25eV)。根據CRC，由各相應△H f 計算的NH2形成NaNH2之反應的△H為(-123.8-184.9)kJ/mol=-308.7kJ/mol(3.20eV)。根據CRC，由各相應△H f 計算的NH2形成LiNH2之反應的△H為(-179.5-184.9)kJ/mol=-364.4kJ/mol(3.78eV)。因此，充當形成分數氫之H觸媒的鹼金屬胺化物MNH2(M=K、Na、Li)可接受之淨焓分別為約82.03eV、81.98eV及82.56eV(方程(5)中m=3)，對 應於醯胺基之位能與自醯胺基形成胺化物之能量的總和。分數氫產物(諸如分子分數氫)會引起藉由諸如MAS NMR之手段所觀察到之高磁場基質位移。
類似於H2O，Mills GUTCP中給出之H2S官能基之位能為-72.81eV。該位能之抵消亦會消除與3p殼層混成化相關之能量。該混成化能量7.49eV由氫化物軌域半徑與初始原子軌域半徑之比率乘以殼層總能量而得出。另外，因形成兩個1.10eV之S-H鍵所致的S3p殼層之能量變化納入觸媒能量中。因此，H2S觸媒之淨焓為81.40eV(方程(5)中m=3)。H2S觸媒可由MHS(M=鹼金屬)藉由以下反應形成：2MHS→M2S+H2S (49)
該可逆反應可形成呈活性催化狀態之H2S，該狀態為產物H2S之過渡狀態，其可催化H形成分數氫。反應混合物可包含形成H2S之反應物及原子H之來源。分數氫產物(諸如分子分數氫)會引起藉由諸如MASNMR之手段所觀察到之高磁場基質位移。
此外，原子氧為一種具有兩個半徑相同且均等於原子氫之波爾半徑之不成對電子的特殊原子。當原子H充當觸媒時，接受27.2eV之能量，使得充當另一者之觸媒之各電離之H的動能為13.6eV。類似地，O之兩個電子各自可在13.6eV動能轉移至O離子下電離，使得OH之O-H鍵斷裂以及隨後兩個外部不成對電子電離之淨焓為80.4eV，在表3中給出。在OH-電離成OH期間，可發生進一步反應得到H(1/4)及O2++2e-之能量匹配，其中所釋放之204eV能量貢獻給CIHT電池之電功率。反應如下給出：
且總反應為
其中方程(5)中m=3。動能亦可保存於熱電子中。觀察到在水蒸氣電漿中有H群體反轉證明了此機制。分數氫產物(諸如分子分數氫)會引起藉由諸如MAS NMR之手段所觀察到之高磁場基質位移。本發明中給出了鑑別分子分數氫產物之其他方法，諸如FTIR、拉曼法及XPS。
在氧或含氧化合物參與氧化或還原反應之一個實施例中，O2可充當觸媒或觸媒來源。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 +提供的淨焓分別為E h 之約2倍、4倍及1倍，且該等反應包含藉由自H接受該等能量引起分數氫之形成來形成分數氫之觸媒反應。
在一實施例中，分子分數氫產物以在約1950cm-1處之反拉曼效應(IRE)峰來觀察。該峰藉由使用包含粗糙度特徵或與支持表面增強之拉曼散射(SERS)以顯示IRE峰之拉曼雷射波長相當之粒度的傳導性材料來增強。
VI.化學反應器
本發明亦針對用於產生本發明之結合能增加之氫物質及化合物(諸如二分數氫分子及分數氫氫化物化合物)的其他反應器。其他催化產物取決於電池類型而為電力及視情況存在之電漿及光。此類反應器在下文中稱為「氫反應器」或「氫電池」。氫反應器包含用於製備分數氫之電池。用於產生分數氫之電池可呈化學反應器或氣體燃料電池(諸如氣體放電電池)、電漿炬電池或微波動力電池，及電化學電池的形式。用於製備分數氫之電池的例示性實例可呈液體燃料電池、固體燃料電池、非均質燃料電池、CIHT電池及SF-CIHT電池之形式。此等電 池各自包含：(i)原子氫來源；(ii)至少一種選自固體觸媒、熔融觸媒、液體觸媒、氣態觸媒或其混合物的用於產生分數氫之觸媒；及(iii)用於使氫與觸媒反應以製備分數氫之容器。如本文所使用且如本發明所預期的，除非另作說明，否則術語「氫」不僅包括氕(1 H)，而且亦包括氘(2 H)及氚(3 H)。例示性化學反應混合物及反應器可包含SF-CIHT、CIHT或本發明之熱電池實施例。其他例示性實施例在本化學反應器部分中給出。本發明給出了具有在混合物反應期間形成之H2O作為觸媒的反應混合物之實例。其他觸媒(諸如表1及3中給出之觸媒)可用於形成結合能增加之氫物質及化合物。表3A之例示性M-H型觸媒為NaH。可根據該等例示性情形在諸如反應物、反應物wt%、H2壓力及反應溫度之參數方面調整反應及條件。適合反應物、條件及參數範圍係本發明之該等反應物、條件及參數範圍。藉由預測的13.6eV之整數倍之連續輻射譜帶、由H線之多普勒譜線(Doppler line)變寬所量測的在其他方面無法解釋之超高H動能、H線反轉、在不破壞磁場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分數氫及分子分數氫為本發明之反應器的產物。其他研究人員已在裝置外獨立驗證資料，諸如有關CIHT電池及固體燃料之資料。由本發明之電池形成分數氫亦藉由在較長持續時間內連續輸出的電能證實，該等電能為電輸入之多倍，其在大多數情形中超過在無替代性來源情況下之輸入的超過10倍。預測的分子分數氫H2(1/4)藉由以下方法鑑別為CIHT電池及固體燃料之產物：MAS H NMR，其顯示預測的約-4.4ppm之高磁場偏移之基質峰；ToF-SIMS及ESI-ToFMS，其顯示H2(1/4)與吸氣劑基質複合成為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及發光發射光譜，其顯示預測的具有H2能量之16倍或量子數p=4之平方的H2(1/4)之旋轉及振動譜；拉曼光譜及FTIR光譜，其顯示1950cm-1之H2(1/4)旋轉能，其為H2旋轉能之16倍或量子數 p=4的平方；XPS，其顯示預測的500eV之H2(1/4)總結合能；及到達時間在m/e=1峰之前的ToF-SIMS峰，該m/e=1峰對應於動能為約204eV之H，其將預測的H變為H(1/4)之能量釋放與轉移至第三體H之能量相匹配，如以下中所報導：Mills先前公開案，及R.Mills X Yu,Y.Lu,G Chu,J.He,J.Lotoski,「Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell」,International Journal of Energy Research,(2013)，以及R.Mills,J.Lotoski,J.Kong,G Chu,J.He,J.Trevey,「High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition(CIHT)Electrochemical Cell」(2014)，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分數氫之固體燃料的超過最大理論能量60倍之熱能，證實了本發明之電池(諸如包含固體燃料之電池)形成分數氫以產生熱功率。MAS H NMR顯示出預測的約-4.4ppm之H2(1/4)高磁場基質位移。在1950cm-1處開始之拉曼峰匹配H2(1/4)之自由空間旋轉能(0.2414eV)。該等結果報導於Mills先前公開案及R.Mills,J.Lotoski,W.Good,J.He,「Solid Fuels that Form HOH Catalyst」,(2014)中，其以全文引用之方式併入本文中。
在一個實施例中，固體燃料反應形成H2O及H作為產物或中間反應產物。H2O可充當形成分數氫之觸媒。反應物包含至少一種氧化劑及一種還原劑，且反應包含至少一個氧化還原反應。還原劑可包含金屬，諸如鹼金屬。反應混合物可進一步包含氫來源及H2O來源，且可視情況包含載體，諸如碳、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)或腈。載體可包含金屬粉。在一個實施例中，氫載體包含Mo或Mo合金，諸如本發明者，諸如MoPt、MoNi、MoCu及MoCo。在一個實施例中，藉由諸如以下方法來避免載體氧化：選擇不使載體氧化之其他反應混合物組分、選擇非氧化性反應溫度及條件，及維持如熟習此項技術者 已知之還原氛圍，諸如H2氛圍。H來源可選自以下之群：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬、稀土金屬氫化物及本發明之氫化物。氫來源可為氫氣，其可進一步包含在諸如碳或氧化鋁及本發明之其他之載體上之解離劑，諸如本發明之解離劑，諸如貴金屬。水來源可包含脫水之化合物，諸如氫氧化物或氫氧化物錯合物，諸如Al、Zn、Sn、Cr、Sb及Pb之氫氧化物或氫氧化物錯合物。水來源可包含氫來源及氧來源。氧來源可包含含氧化合物。例示性化合物或分子為O2、鹼金屬或鹼土金屬氧化物、過氧化物或超氧化物、TeO2、SeO2、PO2、P2O5、SO2、SO3、M2SO4、MHSO4、CO2、M2S2O8、MMnO4、M2Mn2O4、MxHyPO4(x、y=整數)、POBr2、MClO4、MNO3、NO、N2O、NO2、N2O3、Cl2O7及O2(M=鹼金屬；且鹼土金屬或其他陽離子可替代M)。其他例示性反應物包含選自以下之群之試劑：Li、LiH、LiNO3、LiNO、LiNO2、Li3N、Li2NH、LiNH2、LiX、NH3、LiBH4、LiAlH4、Li3AlH6、LiOH、Li2S、LiHS、LiFeSi、Li2CO3、LiHCO3、Li2SO4、LiHSO4、Li3PO4、Li2HPO4、LiH2PO4、Li2MoO4、LiNbO3、Li2B4O7(四硼酸鋰)、LiBO2、Li2WO4、LiAlCl4、LiGaCl4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2TiO3、LiZrO3、LiAlO2、LiCoO2、LiGaO2、Li2GeO3、LiMn2O4、Li4SiO4、Li2SiO3、LiTaO3、LiCuCl4、LiPdCl4、LiVO3、LiIO3、LiBrO3、LiXO3(X=F、Br、Cl、I)、LiFeO2、LiIO4、LiBrO4、LiIO4、LiXO4(X=F、Br、CI、I)、LiScOn、LiTiOn、LiVOn、LiCrOn、LiCr2On、LiMn2On、LiFeOn、LiCoOn、LiNiOn、LiNi2On、LiCuOn及LiZnOn(其中n=1、2、3或4)、氧陰離子、強酸之氧陰離子、氧化劑、分子氧化劑(諸如V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2，及NH4X，其中X為硝酸根或CRC中給出的其他適合陰離子)，及還原劑。另一鹼金屬或其他陽離子可替代Li。其他氧來源可選自以下之群：MCoO2、MGaO2、M2GeO3、MMn2O4、M4SiO4、M2SiO3、MTaO3、MVO3、MIO3、MFeO2、MIO4、MClO4、 MScOn、MTiOn、MVOn、MCrOn、MCr2On、MMn2On、MFeOn、MCoOn、MNiOn、MNi2On、MCuOn及MZnOn(其中M為鹼金屬且n=1、2、3或4)、氧陰離子、強酸之氧陰離子、氧化劑、分子氧化劑(諸如V2O3、I2O5、MnO2、Re2O7、CrO3、RuO2、AgO、PdO、PdO2、PtO、PtO2、I2O4、I2O5、I2O9、SO2、SO3、CO2、N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5、Cl2O、ClO2、Cl2O3、Cl2O6、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5)。反應物可為能形成分數氫之任何所需比率。例示性反應混合物為0.33g LiH、1.7g LiNO3、及1g MgH2與4g活性C粉末之混合物。另一例示性反應混合物為火藥，諸如KNO3(75wt%)、軟木木炭(其可包含大致調配物C7H4O)(15wt%)及S(10wt%)；KNO3(70.5wt%)及軟木木炭(29.5wt%)，或該等比率在約±1-30wt%範圍內。氫來源可為包含大致組成C7H4O之木炭。
在一個實施例中，反應混合物包含形成氮、二氧化碳及H2O之反應物，其中H2O充當在反應中亦形成之H之分數氫觸媒。在一個實施例中，反應混合物包含氫來源及H2O來源，H2O來源可包含硝酸鹽、硫酸鹽、過氯酸鹽、過氧化物(諸如過氧化氫)、過氧化合物(諸如三丙酮-三過氧化物(TATP)或二丙酮-二過氧化物(DADP))，該過氧化合物亦可充當H來源，尤其在添加O2或另一氧來源(諸如硝基化合物，諸如硝基纖維素(APNC)、氧氣或其他含氧化合物或氧陰離子化合物)時。反應混合物可包含包括結合至氮之氫、碳、烴及氧中之至少兩者的化合物來源或化合物或者官能基來源或官能基。反應物可包含硝酸鹽、亞硝酸鹽、硝基及硝胺。硝酸鹽可包含金屬(諸如鹼金屬)硝酸鹽，可包含硝酸銨，或熟習此項技術者已知之其他硝酸鹽，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬，或Al、Ga、In、Sn或Pb之硝酸鹽。硝基可包含有機化合物官能基，諸如硝基甲烷、硝基甘油、三硝基甲苯或熟習此項技術者已知之類似化合物。例示性反應混合物為 NH4NO3及碳源，諸如長鏈烴(CnH2n+2)，諸如取暖油、柴油燃料、煤油，其可包含氧(諸如糖蜜或糖)或硝基(諸如硝基甲烷)或碳源(諸如煤粉)。H來源亦可包含NH4、烴(諸如燃油)或糖，其中結合至碳之H提供H之控制釋放。H釋放可藉由自由基反應進行。C可與O反應以釋放H並形成碳-氧化合物，諸如CO、CO2及甲酸鹽。在一個實施例中，單一化合物可包含形成氮、二氧化碳及H2O之官能基。進一步包含烴官能基之硝胺為環三亞甲基三硝胺，通常稱為旋風炸藥(Cyclonite)或代號為RDX。可充當H來源及H2O觸媒來源(諸如O來源及H來源中至少一種來源)中至少一者的其他例示性化合物為選自以下之群之至少一者：硝酸銨(AN)、黑火藥(75% KNO3+15%木炭+10% S)、硝酸銨/燃油(ANFO)(94.3% AN+5.7%燃油)、四硝酸赤藻糖酯、三硝基甲苯(TNT)、阿瑪托炸藥(amatol)(80% TNT+20% AN)、特屈爾炸藥(tetrytol)(70%特屈爾+30% TNT)、特屈爾(2,4,6-三硝基苯基甲基硝胺(C7H5N5O8))、C-4(91% RDX)、C-3(基於RDX)、組合物B(63% RDX+36% TNT)、硝基甘油、RDX(環三亞甲基三硝胺)、Semtex(94.3% PETN+5.7% RDX)、PETN(異戊四醇四硝酸酯)、HMX或八角硝胺(八氫-1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮雜環辛烷)、HNIW(CL-20)(2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮雜異伍茲烷(hexaazaisowurtzitane))、DDF、(4,4'-二硝基-3,3'-氧化偶氮呋咱)、七硝基立方烷、八硝基立方烷、2,4,6-參(三硝基甲基)-1,3,5-三嗪、TATNB(1,3,5-三疊氮基-2,4,6-三硝基苯)、三硝基苯胺、TNP(2,4,6-三硝基苯酚或苦味酸)、D型炸藥(dunnite)(苦味酸銨)、苦味酸甲酯、苦味酸乙酯、苦味酸鹽氯化物(2-氯-1,3,5-三硝基苯)、三硝基甲酚、收斂酸鉛(2,4,6-三硝基間苯二酚鉛，C6HN3O8Pb)、TATB(三胺基三硝基苯)、硝酸甲酯、硝基甘醇、甘露糖醇六硝酸酯、伸乙基二硝胺、硝基胍、四硝基甘脲、硝基纖維素、硝酸脲及六亞甲基三過氧化二胺(HMTD)。氫、碳、氧及氮之比率可為任何所需比率。 在硝酸銨(AN)及燃油(FO)之反應混合物(稱為硝酸銨/燃油(ANFO))之一個實施例中，產生大致平衡之反應的適合化學計量為約94.3wt% AN及5.7wt% FO，但FO可過量。AN及硝基甲烷之例示性平衡反應為3NH4NO3+2CH3NO2→4N2+2CO2+9H2O (80)
其中一些H亦轉化成較低能量之氫物質，諸如H2(1/p)及H-(1/p)，諸如p=4。在一個實施例中，氫、氮及氧之莫耳比與諸如具有式C3H6N6O6之RDX中類似。
在一個實施例中，能量藉由使用原子氫之添加來源增加，該添加來源諸如H2氣體或氫化物(諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氫化物)及解離劑(諸如Ni、Nb或貴金屬/載體(諸如碳、碳化物、硼化物或氮化物或二氧化矽或氧化鋁))。反應混合物可在反應形成H2O觸媒及原子H期間產生壓縮或衝擊波以增加形成分數氫之動力學。反應混合物可包含至少一種用以在反應形成H及H2O觸媒期間增加熱的反應物。反應混合物可包含可分散於固體燃料顆粒或小珠之間的氧來源(諸如空氣)。舉例而言，AN小珠可包含約20%空氣。反應混合物可進一步包含敏化劑，諸如填充空氣之玻璃珠。在一個例示性實施例中，添加粉末狀金屬(諸如Al)以增加反應之熱及動力學。舉例而言，Al金屬粉末可添加至ANFO中。其他反應混合物包含煙火材料，其亦具有H來源及觸媒來源(諸如H2O)。在一個實施例中，分數氫之形成具有可由高能反應(諸如高能或煙火材料之高能反應)提供之高活化能，其中分數氫之形成有助於反應混合物之自加熱。或者，活化能可由電化學反應提供，諸如具有對應於11,600K/eV之高等效溫度的CIHT電池之電化學反應。
另一例示性反應混合物為可在約0.01atm至100atm壓力範圍內之H2氣體、硝酸鹽(諸如鹼金屬硝酸鹽，諸如KNO3)及氫解離劑(諸如Pt/C、Pd/C、Pt/Al2O3或Pd/Al2O3)。混合物可進一步包含碳，諸如石墨 或GTA級柔性石墨(Grade GTA Grafoil)(Union Carbide)。反應比率可為任何所需值，諸如約0.1wt%至10wt%之混合物中約1至10% Pt或Pd/碳與約50wt%之硝酸鹽混合，且其餘為碳；但在例示性實施例中，該等比率可變化約5至10倍。在使用碳作為載體之情況下，溫度維持在低於產生形成諸如碳酸鹽(諸如鹼金屬碳酸鹽)之化合物之C反應的溫度。在一個實施例中，溫度係維持在諸如約50℃-300℃或約100℃-250℃範圍內，以使得NH3經N2形成。
反應物以及再生反應及系統可包含本發明及先前之美國專利申請案中之反應物以及再生反應及系統，諸如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455，2008年4月24日申請之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，2009年7月29日申請之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US10/27828，2010年3月18日申請之PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，2011年3月17日申請之PCT；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US12/31369，2012年3月30日申請；及CIHT Power System，PCT/US13/041938，2013年5月21日申請(「Mills先前申請案」)，以全文引用之方式併入本文中。
在一個實施例中，反應可包含氮氧化物(諸如N2O、NO2或NO)而不是硝酸鹽。或者，亦向反應混合物中添加氣體。NO、NO2及N2O及鹼金屬硝酸鹽可由已知工業方法，諸如依次藉由哈柏法(Haber process)及奧斯特瓦爾德法(Ostwald process)產生。在一個實施例中，例示性步驟順序為：
具體言之，可使用哈柏法，使用諸如含α-鐵之某種氧化物之觸媒，在較高溫度及壓力下由N2及H2產生NH3。奧斯特瓦爾德法可用於在觸 媒(諸如熱鉑或鉑-銠觸媒)下氧化氨形成NO、NO2及N2O。在一個實施例中，產物為氨及鹼金屬化合物中之至少一者。NO2可由NH3藉由氧化而形成。NO2可溶解於水中以形成硝酸，硝酸與鹼金屬化合物(諸如M2O、MOH、M2CO3或MHCO3)反應形成M之硝酸鹽，其中M為鹼金屬。
在一個實施例中，氧來源(諸如MNO3，M=鹼金屬)形成H2O觸媒之反應；(ii)由諸如H2之來源形成原子H之反應；及(iii)形成分數氫之反應中至少一種反應係藉由可加熱之習知觸媒(諸如貴金屬，諸如Pt)或在該習知觸媒上發生。加熱之觸媒可包含熱長絲。長絲可包含熱Pt長絲。氧來源(諸如MNO3)可為至少部分呈氣態的。氣態及其蒸氣壓力可藉由加熱MNO3(諸如KNO3)來控制。氧來源(諸如MNO3)可於敞開舟皿中，可加熱該敞開舟皿以釋放氣態MNO3。加熱可用加熱器(諸如熱長絲)進行。在一個例示性實施例中，MNO3係置放於石英舟中，且Pt長絲捲繞在該舟周圍以充當加熱器。MNO3之蒸氣壓力可維持在約0.1托至1000托或約1托至100托之壓力範圍內。氫來源可為維持在約1托至100atm、約10托至10atm、或約100托至1atm壓力範圍內的氣態氫。長絲亦用於解離可經由氣體管線供應至電池的氫氣。電池亦可包含真空管線。電池反應產生H2O觸媒及原子H，其反應形成分數氫。反應可維持在能夠維持真空、環境壓力或超過大氣壓之壓力中至少一者的容器中。產物，諸如NH3及MOH，可自電池移除且再生。在一個例示性實施例中，MNO3與氫來源反應形成H2O觸媒及NH3，該NH3在單獨反應容器中或作為單獨步驟藉由氧化而再生。在一個實施例中，氫來源，諸如H2氣體，係由水藉由電解或熱中至少一種方式產生。例示性熱方法為鐵氧化物循環、氧化鈰(IV)-氧化鈰(III)循環、鋅-氧化鋅循環、硫-碘循環、銅-氯循環及混合硫循環，及熟習此項技術者已知之其他循環。形成H2O觸媒以與H進一步反應形成分數氫之例示性電池反應為KNO 3+9/2H 2→K+NH 3+3H 2 O. (82)
KNO 3+5H 2→KH+NH 2+3H 2 O. (83)
KNO 3+4H 2→KOH+NH 3+2H 2 O. (84)
KNO 3+C+2H 2→KOH+NH 3+CO 2 . (85)
2KNO 3+C+3H 2→K 2 CO 3 +1/2N 2+3H 2 O. (86)
形成氮氧化物之例示性再生反應係由方程(81)給出。產物(諸如K、KH、KOH及K2CO3)可與藉由向水中添加氮氧化物所形成之硝酸反應以形成KNO2或KNO3。形成反應物H2O觸媒及H2中至少一者之其他適合例示性反應係於表4、5及6中給出。
形成H2O觸媒之反應物可包含O來源，諸如O物質；及H來源。O物質來源可包含以下至少一者：O2、空氣及含O化合物或化合物混合物。含氧化合物可包含氧化劑。含氧化合物可包含氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、過氧化物及超氧化物中之至少一者。適合的例示性金屬氧化物為鹼金屬氧化物(諸如Li2O、Na2O及K2O)、鹼土金屬氧化物(諸如MgO、CaO、SrO及BaO)、過渡金屬氧化物(諸如NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3及CoO)、以及內過渡金屬及稀土金屬氧化物、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)、以及含氧之該等及其他元素之混合物。氧化物可包含氧化物陰離子(諸如本發明之氧化物陰離子，諸如金屬氧化物陰離子)，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，以及其他金屬及類金屬之陽離子(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之陽離子)，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)。適合例示性金屬氧(氫氧)化物為AlO(OH)、ScO(OH)、YO(OH)、VO(OH)、CrO(OH)、MnO(OH)(α-MnO(OH)錳礦石及γ-MnO(OH)水錳礦)、FeO(OH)、CoO(OH)、NiO(OH)、RhO(OH)、GaO(OH)、InO(OH)、Ni1/2Co1/2O(OH)及Ni1/3Co1/3Mn1/3O(OH)。適合的例示性氫氧化物為諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬之金屬之氫氧化物，及諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之其他金屬及類金屬之氫氧化物，及混合物。適合的錯合離子氫氧化物為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。其他例示性適合氫氧化物為來自以下之至少一者：Co(OH)2、Zn(OH)2、Ni(OH)2、其他 過渡金屬氫氧化物、Cd(OH)2、Sn(OH)2及Pb(OH)。適合的例示性過氧化物為H2O2、有機化合物過氧化物及金屬過氧化物，諸如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)、其他正電性金屬過氧化物(諸如鑭系金屬過氧化物)及共價金屬過氧化物(諸如Zn、Cd及Hg之過氧化物)。適合的例示性超氧化物為金屬超氧化物MO2(其中M為鹼金屬，諸如NaO2、KO2、RbO2及CsO2)及鹼土金屬超氧化物。在一個實施例中，固體燃料包含鹼金屬過氧化物及氫來源，諸如氫化物、烴或儲氫材料，諸如BH3NH3。反應混合物可包含氫氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，以及Al、Ga、In、Sn、Pb及形成氫氧化物之其他元素之氫氧化物；及氧來源，諸如包含至少一個氧陰離子之化合物，諸如碳酸鹽，諸如包含鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，以及Al、Ga、In、Sn、Pb及本發明之其他元素之碳酸鹽。其他適合的含氧化合物為以下之群之至少一種氧陰離子化合物：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、重鉻酸鹽及錳酸鹽、氧化物、氧(氫氧)化物、過氧化物、超氧化物、矽酸鹽、鈦酸鹽、鎢酸鹽。氫氧化物及碳酸鹽之例示性反應係由以下給出Ca(OH)2+Li2CO3→CaO+H2O+Li2O+CO2 (87)。
在其他實施例中，氧來源為氣態的或容易形成氣體，諸如NO2、NO、N2O、CO2、P2O3、P2O5及SO2。由H2O觸媒之形成得到的經還原氧化物產物(諸如C、N、NH3、P或S)可藉由與氧或其來源一起燃燒而再次轉化回氧化物，如Mills先前申請案中所給出。電池可產生可用於加熱應用之過量熱，或熱可藉由諸如朗肯或布累頓系統之方法轉換成電。或者，電池可用於合成分數氫物質，諸如分子分數氫及分數氫氫化物離子及相應化合物。
在一個實施例中，用於形成分數氫以進行產生分數氫物質及化合物以及產生能量中之至少一者的反應混合物包含原子氫來源以及包含H及O中之至少一者的觸媒來源，諸如本發明之觸媒來源，諸如H2O觸媒。反應混合物可進一步包含酸，諸如H2SO3、H2SO4、H2CO3、HNO2、HNO3、HClO4、H3PO3及H3PO4；或酸來源，諸如酸酐或無水酸。後者可包含以下之群中之至少一者：SO2、SO3、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5。反應混合物可包含鹼及鹼酐(諸如M2O(M=鹼金屬)、M'O(M'=鹼土金屬)、ZnO或其他過渡金屬氧化物、CdO、CoO、SnO、AgO、HgO或Al2O3中之至少一者。其他例示性酐包含對H2O穩定之金屬，諸如Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In。該酐可為鹼金屬或鹼土金屬氧化物，且水合化合物可包含氫氧化物。反應混合物可包含氧(氫氧)化物，諸如FeOOH、NiOOH或CoOOH。反應混合物可包含H2O來源及H2O中之至少一者。H2O可藉由水合及脫水反應在原子氫存在下可逆地形成。形成H2O觸媒之例示性反應為Mg(OH)2→MgO+H2O (88)
2LiOH→Li2O+H2O (89)
H2CO3→CO2+H2O (90)
2FeOOH→Fe2O3+H2O (91)
在一個實施例中，H2O觸媒係由至少一種包含磷酸根之化合物脫水形成，諸如磷酸鹽、磷酸氫鹽及磷酸二氫鹽，諸如陽離子，諸如包含以下金屬之陽離子之該等鹽：諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，及其他金屬及類金屬，諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te，以及混合物，由此形成縮合磷酸鹽，諸如以下至少一者：聚磷酸鹽，諸如[P n O3n+1](n+2)-；長鏈偏磷酸鹽， 諸如[(PO3) n ] n-；環狀偏磷酸鹽，諸如[(PO3) n ] n-，其中n3；及超磷酸鹽，諸如P4O10。例示性反應為
脫水反應之反應物可包含R-Ni，其可包含Al(OH)3及Al2O3中之至少一者。反應物可進一步包含金屬M，諸如本發明之該等金屬(諸如鹼金屬)、金屬氫化物MH、金屬氫氧化物(諸如本發明之金屬氫氧化物，諸如鹼金屬氫氧化物)；及氫來源，諸如H2，以及固有氫。例示性反應為2Al(OH)3→Al2O3+3H2O (94)
Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O (95)
3MH+Al(OH)3→M3Al+3H2O (96)
MoCu+2MOH+4O2→M2MoO4+CuO+H2O(M=Li、Na、K、Rb、Cs) (97)
反應產物可包含合金。R-Ni可藉由復水而再生。形成H2O觸媒之反應混合物及脫水反應可包含且涉及氧(氫氧)化物，諸如本發明之氧(氫氧)化物，如以下例示性反應中所給出：3Co(OH)2→2CoOOH+Co+2H2O (98)。
原子氫可由H2氣體藉由解離形成。氫解離劑可為本發明該等氫解離劑中一者，諸如R-Ni，或在載體上之貴金屬或過渡金屬，諸如在碳或Al2O3上之Ni或Pt或Pd。或者，原子H可由H滲透穿過膜(諸如本發明之膜)得到。在一個實施例中，電池包含膜(諸如陶瓷膜)以允許H2選擇性擴散穿過，同時防止H2O擴散。在一個實施例中，H2及原子H中之至少一者藉由包含氫來源之電解質(諸如包含H2O之水性或熔融電解質)電解來供應至電池。在一個實施例中，H2O觸媒係藉由酸或鹼脫水形成酐形式而可逆地形成。在一個實施例中，形成觸媒H2O及分數氫之反應係藉由改變電池pH值或活性、溫度及壓力中至少一者來傳播，其 中該壓力可藉由改變溫度來改變。如熟習此項技術者所知，一種物質(諸如酸、鹼或酐)之活性可藉由添加鹽來改變。在一個實施例中，反應混合物可包含可吸收氣體(諸如H2或酸酐氣體)或作為該氣體之來源用於形成分數氫之反應的材料，諸如碳。反應物可為任何所需濃度及比率。反應混合物可為熔融的或包含水性漿料。
在另一實施例中，H2O觸媒來源為酸與鹼之間的反應，諸如氫鹵酸、硫酸、硝酸及亞硝酸中之至少一者與鹼之間的反應。其他適合的酸反應物為以下各物之水溶液：H2SO4、HCl、HX(X-鹵離子)、H3PO4、HClO4、HNO3、HNO、HNO2、H2S、H2CO3、H2MoO4、HNbO3、H2B4O7(M為四硼酸根)、HBO2、H2WO4、H2CrO4、H2Cr2O7、H2TiO3、HZrO3、MAlO2、HMn2O4、HIO3、HIO4、HClO4，或有機酸，諸如甲酸或乙酸。適合的例示性鹼為包含鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬或者Al、Ga、In、Sn或Pb之氫氧化物、氧(氫氧)化物或氧化物。
在一個實施例中，反應物可包含酸或鹼，其分別與鹼或酸酐反應以形成H2O觸媒及相應地鹼陽離子與酸酐陰離子之化合物或鹼酐陽離子與酸陰離子之化合物。酸酐SiO2與鹼NaOH之例示性反應為4NaOH+SiO2→Na4SiO4+2H2O (99)
其中相應酸之脫水反應為H4SiO4→2H2O+SiO2 (100)
其他適合的例示性酐可包含一種元素、金屬、合金或混合物，諸如來自以下之群者：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg。相應氧化物可包含以下至少一者：MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、 MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、Mn2O7、HfO2、Co2O3、CoO、Co3O4、Co2O3及MgO。在一個例示性實施例中，鹼包含氫氧化物，諸如鹼金屬氫氧化物，諸如MOH(M=鹼金屬)，諸如LiOH，該氫氧化物可形成相應鹼性氧化物(諸如M2O，諸如Li2O)及H2O。鹼性氧化物可與酐氧化物反應形成產物氧化物。在LiOH與酐氧化物反應並釋放H2O之一個例示性反應中，產物氧化物化合物可包含Li2MoO3或Li2MoO4、Li2TiO3、Li2ZrO3、Li2SiO3、LiAlO2、LiNiO2、LiFeO2、LiTaO3、LiVO3、Li2B4O7、Li2NbO3、Li2SeO3、Li3PO4、Li2SeO4、Li2TeO3、Li2TeO4、Li2WO4、Li2CrO4、Li2Cr2O7、Li2MnO4、Li2HfO3、LiCoO2及MgO。其他適合的例示性氧化物為以下之群之至少一者：As2O3、As2O5、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、Bi2O3、SO2、SO3、CO2、NO2、N2O3、N2O5、Cl2O7、PO2、P2O3及P2O5，及熟習此項技術者已知之其他類似氧化物。另一實例係由方程(91)給出。適合的金屬氧化物反應為2LiOH+NiO→Li2NiO2+H2O (101)
3LiOH+NiO→LiNiO2+H2O+Li2O+1/2H2 (102)
4LiOH+Ni2O3→2Li2NiO2+2H2O+1/2O2 (103)
2LiOH+Ni2O3→2LiNiO2+H2O (104)
其他過渡金屬(諸如Fe、Cr及Ti)、內過渡金屬及稀土金屬及其他金屬或類金屬(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可替代Ni，且其他鹼金屬(諸如Li、Na、Rb及Cs)可替代K。在一個實施例中，氧化物可包含Mo，其中在反應形成H2O期間，新生H2O觸媒及H可形成，其可進一步反應形成分數氫。例示性固體燃料反應及可能之氧化還原途徑為3MoO2+4LiOH→2Li 2 MoO 4+Mo+2H 2 O (105)
2MoO 2+4LiOH→2Li 2 MoO 4+2H 2 (106)
O2 -→1/2O2+2e - (107)
2H2O+2e -→2OH -+H 2 (108)
2H2O+2e -→2OH -+H+H(1/4) (109)
Mo 4++4e -→Mo (110)
該反應可進一步包含氫來源，諸如氫氣及解離劑，諸如Pd/Al2O3。氫可為氕、氘或氚或其組合中之任一者。形成H2O觸媒之反應可包含兩種氫氧化物形成水之反應。氫氧化物之陽離子可具有不同氧化態，諸如鹼金屬氫氧化物與過渡金屬或鹼土金屬氫氧化物之反應之陽離子氧化態。反應混合物及反應可進一步包含且涉及來自來源之H2，如例示性反應中所給出：LiOH+2Co(OH)2+1/2H2→LiCoO2+3H2O+Co (111)
反應混合物及反應可進一步包含及涉及金屬M(諸如鹼金屬或鹼土金屬)，如例示性反應中所給出：M+LiOH+Co(OH)2→LiCoO2+H2O+MH (112)
在一個實施例中，反應混合物包含金屬氧化物及可充當H來源之氫氧化物及視情況選用之另一H來源，其中金屬氧化物之金屬(諸如Fe)可具有多種氧化態以便其在形成H2O以充當觸媒與H反應形成分數氫的反應期間經歷氧化還原反應。實例為FeO，其中Fe2+可在形成觸媒之反應期間經歷氧化而形成Fe3+。例示性反應為FeO+3LiOH→H2O+LiFeO2+H(1/p)+Li2O (113)
在一個實施例中，至少一種反應物(諸如金屬氧化物、氫氧化物或氧(氫氧)化物)充當氧化劑，其中金屬原子(諸如Fe、Ni、Mo或Mn)之氧化態可高於另一可能的氧化態。形成觸媒及分數氫之反應可使原子經歷還原而形成至少一個低氧化態。使金屬氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物形成H2O觸媒之例示性反應為2KOH+NiO→K2NiO2+H2O (114)
3KOH+NiO→KNiO2+H2O+K2O+1/2H2 (115)
2KOH+Ni2O3→2KNiO2+H2O (116)
4KOH+Ni2O3→2K2NiO2+2H2O+1/2O2 (117)
2KOH+Ni(OH)2→K2NiO2+2H2O (118)
2LiOH+MoO3→Li2MoO4+H2O (119)
3KOH+Ni(OH)2→KNiO2+2H2O+K2O+1/2H2 (120)
2KOH+2NiOOH→K2NiO2+2H2O+NiO+1/2O2 (121)
KOH+NiOOH→KNiO2+H2O (122)
2NaOH+Fe2O3→2NaFeO2+H2O (123)
其他過渡金屬(諸如Ni、Fe、Cr及Ti)、內過渡金屬及稀土金屬及其他金屬或類金屬(諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te)可替代Ni或Fe，且其他鹼金屬(諸如Li、Na、K、Rb及Cs)可替代K或Na。在一個實施例中，反應混合物包含對H2O穩定之金屬氧化物及氫氧化物中至少一者，該等金屬諸如為Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In。此外，反應混合物包含氫來源(諸如H2氣體)及視情況存在之解離劑(諸如在載體上之貴金屬)。在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含金屬鹵化物(諸如至少一種過渡金屬鹵化物，諸如溴化物，諸如FeBr2)及形成氧(氫氧)化物、氫氧化物或氧化物之金屬中至少一者與H2O之混合物。在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含金屬氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物(諸如至少一種過渡金屬氧化物，諸如Ni2O3)中至少一者與H2O之混合物。
鹼酐NiO與酸HCl之例示性反應為2HCl+NiO→H2O+NiCl2 (124)
其中相應鹼之脫水反應為Ni(OH)2→H2O+NiO (125)。
反應物可包含路易斯酸或鹼及布朗斯特-勞瑞酸或鹼中之至少一者。反應混合物及反應可進一步包含且涉及含氧化合物，其中酸與該含氧化合物反應形成水，如例示性反應中所給出：2HX+POX3→H2O+PX5 (126)
(X=鹵離子)。類似化合物(如POX3)係適合的，諸如P經S替代之化合物。其他適合的例示性酐可包含可溶於酸中之元素、金屬、合金或混合物之氧化物，諸如包含鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬或稀土金屬，或Al、Ga、In、Sn或Pb的氫氧化物、氧(氫氧)化物或氧化物，諸如來自以下之群者：Mo、Ti、Zr、Si、Al、Ni、Fe、Ta、V、B、Nb、Se、Te、W、Cr、Mn、Hf、Co及Mg。相應氧化物可包含MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO或Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、MnO、Mn3O4、Mn2O3、MnO2、Mn2O7、HfO2、Co2O3、CoO、Co3O4、Co2O3及MgO。其他適合的例示性氧化物為以下之群之氧化物：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In。在一個例示性實施例中，酸包含氫鹵酸且產物為H2O及該氧化物之金屬鹵化物。反應混合物進一步包含氫來源(諸如H2氣體)及解離劑(諸如Pt/C)，其中H與H2O觸媒反應形成分數氫。
在一個實施例中，固體燃料包含H2來源(諸如滲透膜或H2氣體)及解離劑(諸如Pt/C)及包含還原成H2O之氧化物或氫氧化物之H2O觸媒來源。氧化物或氫氧化物之金屬可形成金屬氫化物，其充當H來源。鹼金屬氫氧化物及氧化物(諸如LiOH及Li2O)之例示性反應為LiOH+H2→H2O+LiH (127)
Li2O+H2→LiOH+LiH (128)。
反應混合物可包含經歷氫還原形成H2O之金屬氧化物或氫氧化物，諸如以下之氧化物或氫氧化物：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In；及氫來源(諸如H2氣體)；及解離劑(諸如Pt/C)。
在另一實施例中，反應混合物包含H2來源(諸如H2氣體)及解離劑(諸如Pt/C)以及分解成H2O觸媒及其他含氧產物(諸如O2)之過氧化物化合物(諸如H2O2)。一些H2與分解產物(諸如O2)可反應，亦形成H2O觸媒。
在一個實施例中，形成作為觸媒之H2O的反應包含有機脫水反應，諸如醇(諸如多元醇，諸如糖)脫水形成醛及H2O。在一個實施例中，脫水反應涉及自末端醇釋放H2O以形成醛。末端醇可包含糖或其衍生物，其釋放可充當觸媒之H2O。適合的例示性醇為內赤蘚醇、半乳糖醇、甜醇及聚乙烯醇(PVA)。例示性反應混合物包含糖+氫解離劑，諸如Pd/Al2O3+H2。或者，反應包含金屬鹽(諸如具有至少一個水合水之金屬鹽)之脫水反應。在一個實施例中，脫水包含自水合物(諸如水合離子及鹽水合物，諸如BaI2 2H2O及EuBr2 nH2O)失去H2O以充當觸媒。
在一個實施例中，形成H2O觸媒之反應包含含氧化合物(諸如CO)、氧陰離子(諸如MNO3；M=鹼金屬)、金屬氧化物(諸如NiO、Ni2O3、Fe2O3或SnO)、氫氧化物(諸如Co(OH)2)、氧(氫氧)化物(諸如FeOOH、CoOOH及NiOOH)以及氫可還原成H2O之化合物、氧陰離子、氧化物、氫氧化物、氧(氫氧)化物、過氧化物、超氧化物及含氧物質之其他組合物(諸如本發明之組合物)的氫還原反應。例示性含氧化合物或氧陰離子為SOCl2、Na2S2O3、NaMnO4、POBr3、K2S2O8、CO、CO2、NO、NO2、P2O5、N2O5、N2O、SO2、I2O5、NaClO2、NaClO、K2SO4及KHSO4。用於氫還原之氫來源可為H2氣體及氫化物(諸如金屬氫化物，諸如本發明之金屬氫化物)中之至少一者。反應混合物可進一步包含可形成含氧 化合物或離子之還原劑。氧陰離子之陽離子可形成含另一陰離子之產物化合物，該陰離子諸如鹵離子、其他硫族離子、磷離子、其他氧陰離子、氮離子、矽離子、砷離子或本發明之其他陰離子。例示性反應為4NaNO3(c)+5MgH2(c)→5MgO(c)+4NaOH(c)+3H2O(l)+2N2(g) (129)
P2O5(c)+6NaH(c)→2Na3PO4(c)+3H2O(g) (130)
NaClO4(c)+2MgH2(c)→2MgO(c)+NaCl(c)+2H2O(l) (131)
KHSO4+4H2→KHS+4H2O (132)
K2SO4+4H2→2KOH+2H2O+H2S (133)
LiNO3+4H2→LiNH2+3H2O (134)
GeO2+2H2→Ge+2H2O (135)
CO2+H2→C+2H2O (136)
PbO2+2H2→2H2O+Pb (137)
V2O5+5H2→2V+5H2O (138)
Co(OH)2+H2→Co+2H2O (139)
Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O (140)
3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O (141)
Fe2O3+H2→2FeO+H2O (142)
Ni2O3+3H2→2Ni+3H2O (143)
3Ni2O3+H2→2Ni3O4+H2O (144)
Ni2O3+H2→2NiO+H2O (145)
3FeOOH+1/2H2→Fe3O4+2H2O (146)
3NiOOH+1/2H2→Ni3O4+2H2O (147)
3CoOOH+1/2H2→Co3O4+2H2O (148)
FeOOH+1/2H2→FeO+H2O (149)
NiOOH+1/2H2→NiO+H2O (150)
CoOOH+1/2H2→CoO+H2O (151)
SnO+H2→Sn+H2O (152)
反應混合物可包含陰離子來源或陰離子及氧來源或氧(諸如含氧化合物)，其中形成H2O觸媒之反應包含陰離子-氧交換反應，且視情況選用的來自來源之H2與氧反應形成H2O。例示性反應為2NaOH+H2+S→Na2S+2H2O (153)
2NaOH+H2+Te→Na2Te+2H2O (154)
2NaOH+H2+Se→Na2Se+2H2O (155)
LiOH+NH3→LiNH2+H2O (156)。
在另一實施例中，反應混合物包含硫族化物之間之交換反應，諸如含O及含S反應物之間之交換反應。例示性硫族化物反應物，諸如四面體四硫代鉬酸銨，含有([MoS4]2-)陰離子。形成新生H2O觸媒及視情況存在之新生H的例示性反應包含鉬酸根[MoO4]2-與硫化氫在氨存在下之反應：[NH4]2[MoO4]+4H2S→[NH4]2[MoS4]+4H2O (157)。
在一個實施例中，反應混合物包含氫來源、含氧化合物及能夠與反應混合物之至少一種其他元素形成合金的至少一種元素。形成H2O觸媒之反應可包含含氧化合物之氧與能夠與氧化合物之陽離子形成合金之元素的交換反應，其中氧與來自來源之氫反應形成H2O。例示性反應為NaOH+1/2H2+Pd→NaPb+H2O (158)
NaOH+1/2H2+Bi→NaBi+H2O (159)
NaOH+1/2H2+2Cd→Cd2Na+H2O (160)
NaOH+1/2H2+4Ga→Ga4Na+H2O (161)
NaOH+1/2H2+Sn→NaSn+H2O (162)
NaAlH4+Al(OH)3+5Ni→NaAlO2+Ni5Al+H2O+5/2H2 (163)。
在一個實施例中，反應混合物包含含氧化合物(諸如氧(氫氧)化物)及還原劑(諸如形成氧化物之金屬)。形成H2O觸媒之反應可包含氧(氫氧)化物與金屬形成金屬氧化物及H2O之反應。例示性反應為2MnOOH+Sn→2MnO+SnO+H2O (164)
4MnOOH+Sn→4MnO+SnO2+2H2O (165)
2MnOOH+Zn→2MnO+ZnO+H2O (166)。
在一個實施例中，反應混合物包含含氧化合物(諸如氫氧化物)、氫來源及至少一種包含不同陰離子(諸如鹵離子)或另一元素之其他化合物。形成H2O觸媒之反應可包含氫氧化物與該其他化合物或元素之反應，其中陰離子或元素與氫氧化物交換以形成該陰離子或元素之另一化合物，且氫氧化物與H2反應形成H2O。陰離子可包含鹵離子。例示性反應為2NaOH+NiCl2+H2→2NaCl+2H2O+Ni (167)
2NaOH+I2+H2→2NaI+2H2O (168)
2NaOH+XeF2+H2→2NaF+2H2O+Xe (169)
BiX3(X=鹵離子)+4Bi(OH)3→3BiOX+Bi2O3+6H2O (170)。
氫氧化物及鹵化物化合物可經選擇以使得形成H2O及另一鹵化物之反應為熱可逆的。在一個實施例中，一般交換反應為NaOH+1/2H2+1/yMxCly=NaCl+6H2O+x/yM (171)
其中例示性化合物MxCly為AlCl3、BeCl2、HfCl4、KAgCl2、MnCl2、NaAlCl4、ScCl3、TiCl2、TiCl3、UCl3、UCl4、ZrCl4、EuCl3、GdCl3、MgCl2、NdCl3及YCl3。在較高溫度(諸如在約100℃至2000℃之範圍內)下，方程(171)之反應具有焓及約0kJ之自由能中至少一者且為可逆的。可逆的溫度係由每一反應之相應熱力學參數計算。代表性溫度範圍為在約800K-900K下之NaCl-ScCl3、在約300K-400K下之NaCl-TiCl2、在約600K-800K下之NaCl-UCl3、在約250K-300K下之 NaCl-UCl4、在約250K-300K下之NaCl-ZrCl4、在約900K-1300K下之NaCl-MgCl2、在約900K-1000K下之NaCl-EuCl3、約>1000K之NaCl-NdCl3及約>1000K之NaCl-YCl3。
在一個實施例中，反應混合物包含氧化物，諸如金屬氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氧化物，以及其他金屬及類金屬氧化物，諸如Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se及Te之氧化物；過氧化物，諸如M2O2(其中M為鹼金屬),諸如Li2O2、Na2O2及K2O2；及超氧化物，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；及氫來源。離子過氧化物可進一步包含Ca、Sr或Ba之離子過氧化物。形成H2O觸媒之反應可包含形成H2O之氧化物、過氧化物或超氧化物之氫還原反應。例示性反應為Na2O+2H2→2NaH+H2O (172)
Li2O2+H2→Li2O+H2O (173)
KO2+3/2H2→KOH+H2O (174)。
在一個實施例中，反應混合物包含氫來源，諸如H2、氫化物(諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬氫化物及本發明氫化物中之至少一者)及含易燃氫之氫來源或其他化合物(諸如金屬胺化物)中之至少一者，及氧來源(諸如O2)。形成H2O觸媒之反應可包含H2、氫化物或氫化合物(諸如金屬胺化物)之形成H2O之氧化反應。例示性反應為2NaH+O2→Na2O+H2O (175)
H2+1/2O2→H2O (176)
LiNH2+2O2→LiNO3+H2O (177)
2LiNH2+3/2O2→2LiOH+H2O+N2 (178)。
在一個實施例中，反應混合物包含氫來源及氧來源。形成H2O觸 媒之反應可包含氫來源及氧來源中之至少一者分解形成H2O的反應。例示性反應為NH4NO3→N2O+2H2O (179)
NH4NO3→N2+1/2O2+2H2O (180)
H2O2→1/2O2+H2O (181)
H2O2+H2→2H2O (182)。
本文在此化學反應器部分中所揭示的反應混合物進一步包含氫來源以形成分數氫。來源可為原子氫來源，諸如氫解離劑及H2氣體或金屬氫化物，諸如本發明之解離劑及金屬氫化物。提供原子氫之氫來源可為包含氫之化合物，諸如氫氧化物或氧(氫氧)化物。反應形成分數氫之H可為由一或多種反應物之反應(諸如氫氧化物與氧化物之反應)形成的新生H，其中至少一種反應物包含氫來源。反應亦可形成H2O觸媒。氧化物及氫氧化物可包含相同化合物。舉例而言，氧(氫氧)化物(諸如FeOOH)可脫水提供H2O觸媒，而且在脫水期間提供新生H以用於分數氫反應：4FeOOH→H2O+Fe2O3+2FeO+O2+2H(1/4) (183)
其中在反應期間形成之新生H反應形成分數氫。其他例示性反應為氫氧化物與氧(氫氧)化物或氧化物(諸如NaOH+FeOOH或Fe2O3)形成鹼金屬氧化物(諸如NaFeO2)+H2O之反應，其中該反應期間形成之新生H可形成分數氫，其中H2O充當觸媒。氧化物及氫氧化物可包含相同化合物。舉例而言，氧(氫氧)化物(諸如FeOOH)可脫水提供H2O觸媒，而且在脫水期間提供新生H以用於分數氫反應：4FeOOH→H2O+Fe2O3+2FeO+O2+2H(1/4) (184)
其中在反應期間形成之新生H反應形成分數氫。其他例示性反應為氫氧化物與氧(氫氧)化物或氧化物(諸如NaOH+FeOOH或Fe2O3)形成鹼金屬氧化物(諸如NaFeO2)+H2O之反應，其中該反應期間形成之 新生H可形成分數氫，其中H2O充當觸媒。氫氧根離子在形成H2O及氧離子中經歷還原及氧化兩者。氧離子可與H2O反應形成OH-。可在諸如以下所示之氫氧化物-鹵化物交換反應下獲得相同路徑2M(OH) 2+2M'X 2→H2O+2MX 2+2M'O+1/2O2+2H(1/4) (185)
其中例示性M及M'金屬分別為鹼土金屬及過渡金屬，諸如Cu(OH)2+FeBr2、Cu(OH)2+CuBr2或Co(OH)2+CuBr2。在一個實施例中，固體燃料可包含金屬氫氧化物及金屬鹵化物，其中至少一種金屬為Fe。可添加H2O及H2中至少一者以使反應物再生。在一個實施例中，M及M'可選自以下之群：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、第13、14、15及16族元素，以及氫氧化物或鹵化物之其他陽離子，諸如本發明之該等陽離子。形成HOH觸媒、新生H及分數氫中至少一者之例示性反應為4MOH+4M'X→H2O+2M' 2 O+M 2 O+2MX+X 2+2H(1/4) (186)。
在一個實施例中，反應混合物包含氫氧化物及鹵化物化合物中至少一者，諸如本發明之該等化合物。在一個實施例中，鹵化物可用於促進新生HOH觸媒及H中至少一者之形成及維持中至少一者。在一個實施例中，該混合物可用於降低反應混合物之熔點。
在一個實施例中，固體燃料包含Mg(OH)2+CuBr2之混合物。產物CuBr可昇華形成CuBr縮合產物，由此使其與非揮發性MgO分離。Br2可用冷阱捕集。CuBr可與Br2反應形成CuBr2，且MgO可與H2O反應形成Mg(OH)2。Mg(OH)2可與CuBr2組合形成再生之固體燃料。
酸-鹼反應為獲得H2O觸媒之另一方法。因此，該熱化學反應類似於形成分數氫之電化學反應。例示性鹵化物及氫氧化物混合物為Bi、Cd、Cu、Co、Mo及Cd之鹵化物及氫氧化物混合物，以及以下之群之具有低水反應性之金屬的氫氧化物及鹵化物之混合物：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。在一個實施例中，反應混合物進一步包含H2O，其可充當H及觸媒(諸如新生H2O)中至少一者之來源。水可呈水合物形式，其在反應期間會分解或以其他方式反應。
在一個實施例中，固體燃料包含H2O及形成新生H及新生H2O之無機化合物的反應混合物。無機化合物可包含與H2O反應之鹵化物，諸如金屬鹵化物。反應產物可為以下至少一者：氫氧化物、氧(氫氧)化物、氧化物、氧鹵化物、羥基鹵化物及水合物。其他產物可包括含氧及鹵素之陰離子，諸如XO -、XO2 -、XO3 -及XO 4 -(X=鹵素)。產物亦可為還原之陽離子及鹵素氣體中至少一者。鹵化物可為金屬鹵化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，以及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B，以及形成鹵化物之其他元素之鹵化物。該金屬或元素可另外為形成氫氧化物、氧(氫氧)化物、氧化物、氧鹵化物、羥基鹵化物、水合物中至少一者的金屬或元素，及形成具有含氧及鹵素之陰離子(諸如XO -、XO2 -、XO3 -及XO 4 -(X=鹵素))之化合物的金屬或元素。適合的例示性金屬及元素為以下至少一者：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬，以及Al、Ga、In、Sn、Pb、S、Te、Se、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge及B。例示性反應為5MX2+7H2O→MXOH+M(OH)2+MO+M2O3+11H(1/4)+9/2X2 (187)
其中M為金屬，諸如過渡金屬，諸如Cu，且X為鹵素，諸如Cl。
在一個實施例中，H2O充當觸媒，其維持在低濃度下以提供新生H2O。在一個實施例中，低濃度係藉由將H2O分子分散於另一材料(諸如固體、液體或氣體)中來達成。H2O分子可稀釋至分離的新生分子之極限。該材料亦包含H來源。該材料可包含離子化合物，諸如鹼金屬鹵化物，諸如鹵化鉀，諸如KCl；或過渡金屬鹵化物，諸如CuBr2。新生H之低濃度亦可動態地達成，其中H2O係由反應形成。產物H2O可相 對於形成速率以一定速率移除，該形成速率引起穩態低濃度以提供新生H及新生HOH中至少一者。形成H2O之反應可包含脫水反應、燃燒反應、酸-鹼反應及其他，諸如本發明之該等反應。H2O可藉由諸如蒸發及濃縮之方法移除。例示性反應物為形成氧化鐵及H2O之FeOOH，其中新生H亦由進一步反應形成以形成分數氫。其他例示性反應混合物為Fe2O3+NaOH及H2中之至少一者、及FeOOH+NaOH及H2中之至少一者。反應混合物可維持在較高溫度下，諸如在約100℃至600℃之範圍內。H2O產物可藉由在反應器之冷點(諸如維持低於100℃之氣體管線)中使蒸汽冷凝來移除。在另一實施例中，包含H2O作為混合物之夾雜物或一部分的材料或諸如H2O分散或吸收於晶格(諸如離子化合物，諸如鹼金屬鹵化物，諸如鹵化鉀，諸如KCl之晶格)中的化合物可伴隨高能粒子之轟擊出現。粒子可包含光子、離子及電子中之至少一者。粒子可包含諸如電子束之射束。轟擊可提供H2O觸媒、H及形成分數氫之反應之活化中之至少一者。在SF-CIHT電池之實施例中，H2O含量可能很高。H2O可藉由高電流點火而以高速率形成分數氫。
反應混合物可進一步包含載體，諸如導電高表面積載體。適合的例示性載體為本發明之該等載體，諸如金屬粉，諸如Ni或R-Ni；金屬篩網，諸如Ni、Ni celmet、Ni網；碳、碳化物，諸如TiC及WC，及硼化物。載體可包含解離劑，諸如Pd/C或Pd/C。反應物可為任何所需莫耳比率。在一個實施例中，化學計量有利於反應完成以形成H2O觸媒及提供H以形成分數氫。反應溫度可在任何所需範圍內，諸如在約環境至1500℃範圍內。壓力範圍可為任何所需範圍，諸如在約0.01托至500atm範圍內。反應為基於本文及以下Mills先前公開案中所揭示之方法進行的代表性可逆反應中至少一者：諸如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US08/61455，2008年4月24日申請之PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT/US09/052072，2009年7月29日申請之 PCT；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US10/27828，2010年3月18日申請之PCT；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT/US11/28889，2011年3月17日申請之PCT；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，PCT/US12/31369，2012年3月30日申請；及CIHT Power System，PCT/US13/041938，2013年5月21日申請，其以全文引用之方式併入本文中。如熟習此項技術者所知，形成H2O之反應可藉由改變反應條件(諸如溫度及壓力)以使消耗H2O之反應逆轉而變為可逆的。舉例而言，H2O壓力可在向後反應中增加以藉由復水而自產物再形成反應物。在其他情形中，氫還原之產物可藉由氧化反應，諸如藉由與氧及H2O中至少一者反應而再生。在一個實施例中，可自反應中移除逆反應產物以使逆反應或再生反應繼續進行。即使在基於平衡熱力學不利的情況下，藉由移除至少一個逆反應產物，逆反應亦可變成有利的。在一個例示性實施例中，再生之反應物(逆反應或再生反應產物)包含氫氧化物，諸如鹼金屬氫氧化物。氫氧化物可為藉由諸如溶劑化或昇華之方法移除。在後一情形中，鹼金屬氫氧化物昇華在約350℃至400℃範圍內之溫度下未改變。該等反應可在Mills先前公開案之電力工廠系統中維持。產生電力之電池之熱能可向如先前所揭示之至少一個經歷再生之其他電池提供熱。或者，形成H2O觸媒之反應與逆再生反應之平衡可如先前所揭示，藉由改變在電池之所選區處因冷卻劑而具溫度梯度之系統設計之水牆的溫度來偏移。
在一個實施例中，鹵化物及氧化物可經歷交換反應。交換反應之產物可彼此分離。交換反應可藉由加熱產物混合物來進行。分離可藉由昇華實現，該昇華可藉由加熱及施加真空中至少一者驅動。在一個例示性實施例中，CaBr2及CuO可因加熱至高溫(諸如在約700℃至900℃範圍內)而經歷交換反應，形成CuBr2及CaO。可使用任何其他適合 的溫度範圍，諸如在約100℃至2000℃範圍內。CuBr2可藉由昇華來分離及收集，該昇華可藉由施加熱及低壓來實現。CuBr2可形成單獨帶。CaO可與H2O反應形成Ca(OH)2。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含單態氧來源。產生單態氧之例示性反應為NaOCl+H2O2→O2+NaCl+H2O (188)
在另一實施例中，固體燃料或高能材料包含芬頓反應(Fenton reaction)之來源或試劑，諸如H2O2。
在一個實施例中，使用包含H及O中之至少一者之觸媒(諸如H2O)合成分數氫物質及化合物。合成例示性分數氫化合物MHX之反應混合物，其中M為鹼金屬且可為另一金屬(諸如鹼土金屬)，其中化合物具有相應化學計量，H為分數氫(諸如分數氫氫化物)，且X為陰離子(諸如鹵離子)，包含M及X來源(諸如鹼金屬鹵化物，諸如KCl)及金屬還原劑(諸如鹼金屬)、氫解離劑(諸如Ni，諸如Ni篩網或R-Ni)及視情況選用之載體(諸如碳)、氫來源(諸如金屬氫化物(諸如MH，可替代M)及H2氣體中之至少一者)及氧來源(諸如金屬氧化物或含氧化合物)。適合的例示性金屬氧化物為Fe2O3、Cr2O3及NiO。反應溫度可維持在約200℃至1500℃或約400℃至800℃範圍內。反應物可為任何所需比率。形成KHCl之反應混合物可包含K、Ni篩網、KCl、氫氣，及Fe2O3、Cr2O3及NiO中之至少一者。例示性重量及條件為1.6g K、20g KCl、40g Ni篩網、金屬氧化物中與K等莫耳之氧(諸如1.5g Fe2O3及1.5g NiO)、1atm H2，及約550-600℃之反應溫度。反應藉由H與金屬氧化物中之O反應形成H2O觸媒，且H與該觸媒反應形成分數氫及形成產物KHCl之分數氫氫化物離子。形成KHI之反應混合物可包含K、R-Ni、KI、氫氣、及Fe2O3、Cr2O3及NiO中之至少一者。例示性重量及條件為1g K、20g KI、15g R-Ni 2800、金屬氧化物中與K等莫耳之氧(諸如1g Fe2O3及1g NiO)、1 atm H2，及約450-500℃之反應溫度。反應藉由H與金屬氧化物中之O反應形成H2O觸媒，且H與該觸媒反應形成分數氫及形成產物KHI之分數氫氫化物離子。在一個實施例中，CIHT電池、SF-CIHT電池、固體燃料或化學電池中至少一者之產物為H2(1/4)，其引起高磁場H NMR基質偏移。在另一實施例中，固體基質(諸如氫氧化物(諸如NaOH或KOH)之基質)中分數氫物質(諸如分數氫原子、氫化物離子或分子)之存在引起基質質子向高磁場位移。基質質子(諸如NaOH或KOH之質子)可交換。在一個實施例中，位移可使得基質峰相對於TMS在約-0.1至-5ppm範圍內。
在一個實施例中，氫氧化物及鹵化物化合物混合物(諸如Cu(OH)2+CuBr2)之再生反應可藉由添加至少一種H2及H2O來實現。產物(諸如鹵化物及氧化物)可藉由使鹵化物昇華來分離。在一個實施例中，可在加熱條件下，將H2O添加至反應混合物中以自反應產物形成氫氧化物及鹵化物，諸如CuBr2及Cu(OH)2。在一個實施例中，再生可藉由熱循環步驟達成。在一個實施例中，鹵化物(諸如CuBr2)為可溶於H2O的，而氫氧化物(諸如Cu(OH)2)係不可溶的。再生化合物可藉由過濾或沈澱來分離。化學品可用來自該反應之熱能乾燥。熱可由餾出之水蒸氣恢復。該恢復可藉由熱交換器或藉由直接使用蒸汽進行加熱或使用例如渦輪機及發電機產生電。在一個實施例中，自CuO再生Cu(OH)2係藉由使用H2O裂解觸媒來達成。適合的觸媒為載體上之貴金屬，諸如Pt/Al2O3，及藉由燒結CuO及Al2O3形成之CuAlO2、磷酸鈷、硼酸鈷、甲基硼酸鈷、硼酸鎳、RuO2、LaMnO3、SrTiO3、TiO2及WO3。形成H2O裂解觸媒之例示性方法為分別在0.92V及1.15V之電位(相對於標準氫電極)下於約0.1M磷酸鉀硼酸鹽電解質(pH 9.2)中進行Co2+及Ni2+溶液之受控電解。例示性熱可逆固體燃料循環為T 100 2CuBr2+Ca(OH)2→2CuO+2CaBr2+H2O (189)
T 730 CaBr2+2H2O→Ca(OH)2+2HBr (190)
T 100 CuO+2HBr→CuBr2+H2O (191)
T 100 2CuBr2+Cu(OH)2→2CuO+2CaBr2+H2O (192)
T 730 CuBr2+2H2O→Cu(OH)2+2HBr (193)
T 100 CuO+2HBr→CuBr2+H2O (194)
在一個實施例中，具有H2作為反應物及H2O作為產物以及H2或H2O中一或多者作為反應物及產物中至少一者中之至少一者的固體燃料之反應混合物經選擇以使得任何習知反應之最大理論自由能在限制性試劑之-500至+500kJ/mol範圍內或較佳在限制性試劑之-100至+100kJ/mol範圍內為約零。反應物及產物之混合物可維持在使自由能為約零之大致最佳溫度及使反應可逆以獲得再生或穩定動力至少持續比在維持混合物及溫度不存在下之反應時間長之持續時間的大致最佳溫度中之一或多者。該溫度可在最佳溫度之約+/- 500℃或約+/- 100℃範圍內。例示性混合物及反應溫度為在800K下Fe、Fe2O3、H2及H2O之化學計量混合物，及在800K下化學計量之Sn、SnO、H2及H2O。
在鹼金屬M(諸如K或Li)及nH(n=整數)、OH、O、2O、O2及H2O中至少一者充當觸媒之一個實施例中，H來源為金屬氫化物(諸如MH)以及金屬M及金屬氫化物MH中至少一者與H來源反應形成H中至少一者。一種產物可為氧化之M，諸如氧化物或氫氧化物。產生原子氫及觸媒中之至少一者之反應可為電子輸送反應或氧化還原反應。該反應混合物可進一步包含以下至少一者：H2、H2解離劑(諸如本發明之該等H2解離劑，諸如Ni篩網或R-Ni)及導電載體(諸如該等解離劑)及其他，以及本發明之載體，諸如碳及碳化物、硼化物及碳氮化物。M或MH之例示性氧化反應為4MH+Fe2O3→+H2O+H(1/p)+M2O+MOH+2Fe+M (195)
其中H2O及M中之至少一者可充當觸媒以形成H(1/p)。反應混合物 可進一步包含針對分數氫之吸氣劑，諸如化合物，諸如鹽，諸如鹵化物鹽，諸如鹼金屬鹵化物鹽，諸如KCl或KI。該產物可為MHX(M=金屬，諸如鹼金屬；X為相對離子，諸如鹵離子；H為分數氫物質)。其他分數氫觸媒可取代M，諸如本發明之該等觸媒，諸如表1之該等觸媒。
在一個實施例中，氧來源為具類似於水之形成熱的化合物以便氧來源化合物之還原產物與氫之間的氧交換在最低能量釋放下發生。適合的例示性氧來源化合物為CdO、CuO、ZnO、SO2、SeO2及TeO2。其他(諸如金屬氧化物)亦可為當H2O觸媒來源為MnOx、AlOx及SiOx時可經歷脫水反應之酸或鹼之酐。在一個實施例中，氧化物層氧來源可覆蓋氫來源，諸如金屬氫化物，諸如氫化鈀。形成進一步反應以形成分數氫的H2O觸媒及原子H的反應可藉由加熱氧化物塗佈之氫來源(諸如金屬氧化物塗佈之氫化鈀)起始。氫化鈀可藉由氫不可透層(諸如金膜層)塗佈於氧來源之相對側以引起釋放之氫選擇性地遷移至氧來源，諸如氧化物層，諸如金屬氧化物。在一個實施例中，形成分數氫觸媒之反應及再生反應分別包含氧來源化合物與氫之間及水與還原之氧來源化合物之間的的氧交換。適合的還原之氧來源為Cd、Cu、Zn、S、Se及Te。在一個實施例中，氧交換反應可包含用於熱形成氫氣之反應。例示性熱方法為鐵氧化物循環、氧化鈰(IV)-氧化鈰(III)循環、鋅-氧化鋅循環、硫-碘循環、銅-氯循環及混合硫循環，及熟習此項技術者已知之其他循環。在一個實施例中，形成分數氫觸媒之反應及再生反應(諸如氧交換反應)係在同一反應容器中同時發生。可控制條件(諸如溫度及壓力)以達成反應之同時發生。或者，產物可移出且在至少一個其他單獨容器中再生，其可在不同於本發明及Mills先前申請案中所給之電力形成反應之條件下發生。
在一個實施例中，諸如LiNH2之醯胺的NH2基團充當觸媒，其中對應於方程(5)中m=3，位能為約81.6eV。類似於酸或鹼形成酐及酐形 成酸或鹼之可逆的H2O消除或添加反應，醯胺與醯亞胺或氮化物之間的可逆反應形成NH2觸媒，NH2觸媒進一步與原子H反應形成分數氫。醯胺與醯亞胺及氮化物中至少一者之間的可逆反應亦可充當氫來源，諸如原子H。
在一個實施例中，藉由H與OH及H2O觸媒中之至少一者的反應合成分數氫物質，諸如分子分數氫或分數氫氫化物離子。分數氫物質可由以下之群中至少兩者產生：金屬(諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬、Al、Ga、In、Ge、Sn、Pb、As、Sb及Te)、金屬氫化物(諸如LaNi5H6及本發明之其他金屬氫化物)、氫氧化物水溶液(諸如鹼金屬氫氧化物，諸如0.1M至飽和濃度之KOH)、載體(諸如碳、Pt/C、蒸氣碳、碳黑、碳化物、硼化物或腈)及氧。形成分數氫物質(諸如分子分數氫)之適合的例示性反應混合物為(1)Co PtC KOH(飽和)，有及無O2；(2)Zn或Sn+LaNi5H6+KOH(飽和)；(3)Co、Sn、Sb或Zn+O2+CB+KOH(飽和)；(4)Al CB KOH(飽和)；(5)Sn Ni塗佈之石墨KOH(飽和)，有及無O2；(6)Sn+SC或CB+KOH(飽和)+O2；(7)Zn Pt/C KOH(飽和)O2；(8)Zn R-Ni KOH(飽和)O2；(9)Sn LaNi5H6 KOH(飽和)O2；(10)Sb LaNi5H6 KOH(飽和)O2；(11)Co、Sn、Zn、Pb或Sb+KOH(飽和水溶液)+K2CO3+CB-SA；及(12)LiNH2 LiBr及LiH或Li及H2或其來源及視情況選用之氫解離劑(諸如Ni或R-Ni)。其他反應混合物包含熔融氫氧化物、氫來源、氧來源及氫解離劑。形成分數氫物質(諸如分子分數氫)之適合的例示性反應混合物為(1)Ni(H2)LiOH-LiBr空氣或O2；(2)Ni(H2)NaOH-NaBr空氣或O2；及(3)Ni(H2)KOH-NaBr空氣或O2。
在一個實施例中，形成分數氫之化學SF-CIHT及CIHT電池反應中之至少一者的產物為包含分數氫或較分數氫物質(諸如與無機化合物複合之H2(1/p))的化合物。該化合物可包含氧陰離子化合物，諸如鹼金 屬或鹼土金屬碳酸鹽或氫氧化物或本發明之其他此類化合物。在一個實施例中，產物包含M 2 CO 3‧H 2(1/4)與MOH‧H 2(1/4)(M=鹼金屬或本發明之其他陽離子)複合物中之至少一者。該產物可藉由ToF-SIMS鑑別為正離子光譜中之一系列離子，分別包含M(M 2 CO 3‧H 2(1/4)) n +)及M(KOH‧H 2(1/4)) n +，其中n為整數且整數p>1，可被4取代。在一個實施例中，包含矽及氧之化合物(諸如SiO2或石英)可充當H2(1/4)的吸氣劑。H2(1/4)的吸氣劑可包含過渡金屬、鹼金屬、鹼土金屬、內過渡金屬、稀土金屬、金屬之組合、合金(諸如Mo合金，諸如MoCu)及儲氫物質，諸如本發明之彼等物質。
用本發明方法合成之分數氫化合物可具有式MH、MH2或M2H2，其中M為鹼金屬陽離子且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHn，其中n為1或2，M為鹼土金屬陽離子且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHX，其中M為鹼金屬陽離子，X為中性原子(諸如鹵素原子)、分子或帶單一負電的陰離子(諸如鹵素陰離子)中之一者，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHX，其中M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHX，其中M為鹼土金屬陽離子，X為帶雙負電的陰離子，且H為結合能增加之氫原子。化合物可具有式M2HX，其中M為鹼金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MHn，其中n為整數，M為鹼金屬陽離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2Hn，其中n為整數，M為鹼土金屬陽離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2XHn，其中n為整數，M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且化合物之 氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2X2Hn，其中n為1或2，M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2X3H，其中M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式M2XHn，其中n為1或2，M為鹼土金屬陽離子，X為帶雙負電的陰離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式M2XX'H，其中M為鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，X'為帶雙負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MM'Hn，其中n為1至3之整數，M為鹼土金屬陽離子，M'為鹼金屬陽離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式MM'XHn，其中n為1或2，M為鹼土金屬陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為帶單一負電的陰離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式MM'XH，其中M為鹼土金屬陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X為帶雙負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MM'XX'H，其中M為鹼土金屬陽離子，M'為鹼金屬陽離子，X及X'為帶單一負電的陰離子，且H為結合能增加之氫化物離子或結合能增加之氫原子。化合物可具有式MXX'Hn，其中n為1至5之整數，M為鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電或雙負電的陰離子，X'為金屬或類金屬、過渡元素、內過渡元素或稀土元素，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式MHn，其中n為整數，M為陽離子，諸如過渡元素、內過渡元素或稀土元素，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式MXHn，其中n為整數，M為陽離子，諸如鹼金屬陽離子、鹼土金屬陽離子，X為另一陽離子，諸如 過渡元素、內過渡元素或稀土元素陽離子，且化合物之氫內含物Hn包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式[KH m KCO 3 ] n ，其中m及n各為整數且化合物之氫內含物H m 包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式[KH m KCO 3]+ n nX -，其中m及n各為整數，X為帶單一負電的陰離子，且化合物之氫內含物H m 包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式[KHKNO 3 ] n ，其中n為整數且化合物之氫內含物H包含至少一種結合能增加之氫物質。化合物可具有式[KHKOH] n ，其中n為整數且化合物之氫內含物H包含至少一種結合能增加之氫物質。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各為整數，M及M'各為鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X為帶單一負電或雙負電的陰離子，且化合物之氫內含物H m 包含至少一種結合能增加之氫物質。包括陰離子或陽離子之化合物可具有式[MH m M'X'] n + nX -，其中m及n各為整數，M及M'各為鹼金屬或鹼土金屬陽離子，X及X'為帶單一負電或雙負電的陰離子，且化合物之氫內含物H m 包含至少一種結合能增加之氫物質。陰離子可包含本發明彼等陰離子中之一者。適合的例示性帶單一負電的陰離子為鹵離子、氫氧根離子、碳酸氫根離子或硝酸根離子。適合的例示性帶雙負電的陰離子為碳酸根離子、氧離子或硫酸根離子。
在一個實施例中，結合能增加之氫化合物或混合物包含包埋於晶格(諸如結晶晶格)中，諸如包埋於金屬或離子晶格中之至少一種較分數氫物質，諸如分數氫原子、分數氫氫化物離子及二分數氫分子。在一個實施例中，晶格不能與較分數氫物質反應。基質可為非質子性的，諸如在包埋之分數氫氫化物離子之情況下。化合物或混合物可包含包埋於鹽晶格(諸如鹼金屬或鹼土金屬鹽，諸如鹵化物)中之H(1/p)、H2(1/p)及H-(1/p)中之至少一者。例示性鹼金屬鹵化物為KCl及KI。在包埋之H-(1/p)情況下該鹽可缺乏任何H2O。其他適合的鹽晶格包含本 發明之彼等鹽晶格。較分數氫物質可藉由用非質子性觸媒(諸如表1中之觸媒)催化氫來形成。
本發明之化合物較佳為大於0.1原子%純。化合物更佳為大於1原子%純。化合物甚至更佳為大於10原子%純。化合物最佳為大於50原子%純。在另一實施例中，化合物為大於90原子%純。在另一實施例中，化合物為大於95原子%純。
在形成分數氫之化學反應器之另一實施例中，形成分數氫及釋放動力(諸如熱功率)之電池包含內燃機、火箭引擎或氣體渦輪機之燃燒腔室。反應混合物包含氫來源及氧來源以產生觸媒及分數氫。觸媒來源可為含氫物質及含氧物質中之至少一者。該等物質或另一反應產物可為包含O與H中至少一者之物質中的至少一者，諸如H2、H、H+、O2、O3、O 3 +、O 3 -、O、O+、H2O、H3O+、OH、OH+、OH-、HOOH、OOH-、O-、O2-、O 2 -及O 2 2-。觸媒可包含氧或氫物質，諸如H2O。在另一實施例中，觸媒包含nH、nO(n=整數)、O2、OH及H2O觸媒中之至少一者。氫來源(諸如氫原子來源)可包含含氫燃料，諸如H2氣體或烴。氫原子可在烴燃燒期間藉由烴熱解來產生。反應混合物可進一步包含氫解離劑，諸如本發明之彼等氫解離劑。H原子亦可藉由氫解離形成。O來源可進一步包含來自空氣之O2。反應物可進一步包含H2O，H2O可充當H與O中之至少一者的來源。在一個實施例中，水充當氫與氧中之至少一者的另一來源，氫與氧可由電池中H2O熱解而供應。水可在表面(諸如汽缸或活塞頭)上熱或催化解離成氫原子。表面可包含用於將水解離成氫及氧之材料。水解離材料可包含以下之元素、化合物、合金或混合物：過渡元素或內過渡元素、鐵、鉑、鈀、鋯、釩、鎳、鈦、Sc、Cr、Mn、Co、Cu、Zn、Y、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Cd、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Au、Hg、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Vb、Lu、Th、Pa、U、活性炭(碳)或Cs插碳(石 墨)。H及O可反應形成觸媒及H以形成分數氫。氫及氧來源可經由相應接口或入口(諸如入口閥或歧管)引入。產物可經由排出口或出口排出。流量可藉由控制穿過各自接口之入口及出口速率來控制。
在一個實施例中，分數氫藉由加熱觸媒來源與氫來源(諸如本發明之固體燃料)來形成。加熱可為熱功率加熱與撞擊加熱(percussion heating)中之至少一者。實驗上，拉曼光譜學證實分數氫藉由將固體燃料(諸如氫氧化物與鹵化物之混合物，諸如包含諸如Li之鹼金屬之混合物)球磨來形成。舉例而言，自球磨之LiOH+LiI及LiOH+LiF在2308cm-1觀測到相反的拉曼效應峰。因此，一種適合的例示性混合物為LiOH+LiI或LiF。在一個實施例中，熱功率與撞擊加熱中之至少一者藉由快速反應實現。在此情況下，額外的高能反應藉由形成分數氫來提供。
VII.固體燃料觸媒誘導之分數氫躍遷(SF-CIHT)電池及電力轉換器
在一個實施例中，產生直流電能及熱能中之至少一者的電力系統包含至少一個容器，反應物包含：(a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；(b)至少一種原子氫來源或原子氫；及(c)導體及傳導性基質中之至少一者，及至少一組用以約束分數氫反應物之電極，用以傳遞短時間低電流電能之電源、再裝載系統、至少一個用以自該等反應產物再生初始反應物的系統及至少一個直接轉換器，諸如電漿-電轉換器(諸如PDC、光電轉換器)及至少一個熱-電力轉換器中之至少一者。在另一實施例中，該容器能夠承受大氣壓、高於大氣壓及低於大氣壓中之至少一種壓力。在一個實施例中，再生系統可包含水合、熱功率、化學及電化學系統中之至少一者。在另一實施例中，該至少一個直接電漿-電轉換器可包含以下之群中至少一者：電漿動力電力轉換器、×直接轉換器、磁流體動力電力轉換器、磁鏡磁流體動力電力轉換器、電荷漂移轉換器、普斯特(Post)或百葉窗式電力轉換器、磁旋管、光子聚束微波電力轉換器及光電轉換器。在另一實施例中，該至少一 個熱-電力轉換器可包含以下之群中至少一者：熱引擎、蒸汽引擎、蒸汽渦輪機與發電機、氣體渦輪機與發電機、朗肯循環引擎、布雷頓循環引擎、史特林引擎、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。該轉換器可為Mills先前公開案及Mills先前申請案中所給出之轉換器。
在一個實施例中，H2O點火形成呈熱功率、電漿及電磁(光)動力中之至少一者的形式高度釋放能量之分數氫。(在本發明中「點火」表示H至分數氫的極高反應速率，其可表現為爆發、脈衝或高動力釋放之其他形式)。H2O可包含在施加高電流(諸如在約2000A至100,000A範圍內之高電流)下可點火之燃料。此可藉由施加諸如約5,000至100,000V之高壓首先形成高傳導性電漿(諸如電弧)來實現。或者，高電流可通過包含H2O之化合物或混合物，其中所得燃料(諸如固體燃料)之傳導性高。(在本發明中，固體燃料或高能材料用以表示形成進一步反應形成分數氫之觸媒(諸如HOH及H)的反應混合物。然而，反應混合物可包含除固體外之其他物理狀態。在實施例中，反應混合物可為氣體、液體、固體、漿料、固凝膠、溶液、混合物、氣體懸浮液、氣動流及熟習此項技術者已知之其他狀態中的至少一種狀態)。在一個實施例中，具有極低電阻之固體燃料包含包括H2O之反應混合物。低電阻可歸因於反應混合物之導體組分。在實施例中，固體燃料之電阻為在以下範圍內的至少一者：約10-9Ω至100Ω、10-8Ω至10Ω、10-3Ω至1Ω、10-4Ω至10-1Ω及10-4Ω至10-2Ω。在另一實施例中，具有高電阻之燃料包含包括痕量或較小莫耳百分比之添加化合物或材料的H2O。在後一情況下，高電流可流過燃料以藉由引起擊穿來形成高傳導狀態(諸如電弧或電弧電漿)，從而實現點火。
在一個實施例中，反應物可包含用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之H2O來源及傳導性基質。在另一實施例中，包含H2O來源之反應物可包含以下至少一者：散裝H2O、除散裝 H2O外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放經結合H2O中至少一者之一或多種化合物。此外，經結合H2O可包含與H2O相互作用之化合物，其中H2O係呈經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合作用之水中至少一種狀態。在實施例中，反應物可包含導體及一或多種經歷散裝H2O、經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合作用之水釋放中至少一者的化合物或材料，且其具有H2O作為反應產物。在其他實施例中，新生H2O觸媒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。
在其他實施例中，用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中至少一者之反應物包含以下至少一者：H2O及H2O來源；O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧離子、超氧離子、氫化物、H2、鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物、水合化合物、選自鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、包含氧之化合物中至少一者之群的水合化合物；及傳導性基質。在某些實施例中，氧(氫氧)化物可包含來自以下之群之至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH：氧化物可包含來自以下之群之至少一者：CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO及Ni2O3：氫氧化物可包含來自以下之群之至少一者：Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Ni(OH)2；包含氧之化合物可包含來自以下之群之至少一者：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、氧化鈷鎂、氧化鎳鎂、氧化銅鎂、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、 Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO、Ni2O3、稀土金屬氧化物、CeO2、La2O3、氧(氫氧)化物TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH；且傳導性基質可包含來自以下之群之至少一者：金屬粉、碳、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)或腈。
在實施例中，反應物可包含金屬、其金屬氧化物與H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。在其他實施例中，反應物可包含金屬、金屬鹵化物與H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。在其他實施例中，反應物可包含過渡金屬、鹼土金屬鹵化物與H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的。且在其他實施例中，反應物可包含導體、吸濕材料與H2O之混合物。在實施例中，導體可包含金屬粉或碳粉，其中金屬或碳與H2O之反應並非熱力學上有利的。在實施例中，吸濕材料可包含以下之群之至少一者：溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、光鹵石(諸如KMgCl3．6(H2O))、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉，以及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、化肥、鹽、乾燥劑、二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣、分子篩、沸石、潮解材料、氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及潮解鹽。在某些實施例中，電力系統可包含導體、吸濕材料與H2O之混合物，其中(金屬/導體)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量範圍為以下至少一種：約(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)； (0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。在某些實施例中，與H2O發生熱力學上不利之反應的金屬可為以下之群中至少一者：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、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In。在其他實施例中，反應物可藉由添加H2O而再生。
在其他實施例中，反應物可包含金屬、其金屬氧化物與H2O之混合物，其中金屬氧化物能夠在低於1000℃之溫度下進行H2還原。在其他實施例中，反應物可包含以下各物的混合物：不容易在H2及適度熱下還原之氧化物；具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬；及H2O。在實施例中，具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬可為以下之群中至少一者：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、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In。在實施例中，不容易在H2及適度熱下還原之金屬氧化物包含氧化鋁、鹼土金屬氧化物及稀土金屬氧化物中之至少一者。
在實施例中，固體燃料可包含碳或活性碳及H2O，其中混合物係藉由包含添加H2O之復水而再生。在其他實施例中，反應物可包含以下至少一者：漿料、溶液、乳液、複合物及化合物。在實施例中，用以傳遞短時間高電流電能之電源的電流足以使分數氫反應物以極高速率發生反應，形成分數氫。在實施例中，用以傳遞短時間高電流電能之電源包含以下至少一者：經選擇以引起在以下至少一者範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合的電壓：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA；在以下至少一者之範圍內之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；電壓係由固體燃料或高能材料之電導率確定，其中電壓係由所需電流乘以固體燃料或高能材料樣品之電阻得出；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500kV、0.1V至100kV及1V至50kV，且AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。在實施例中，固體燃料或高能材料樣品之電阻係在選自以下之至少一個範圍內：約0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ及10Ω至1kΩ，且每單位有效形成分數氫之電極面積的適合負載之電導率係在至少一個選自以下之範圍內：約10-10Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-5Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至105Ω-1 cm-2、10-3Ω-1 cm-2至104Ω-1 cm-2、10-2Ω-1 cm-2至103Ω-1 cm-2、10-1Ω-1 cm-2至102Ω-1 cm-2及1Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2。
在一個實施例中，固體燃料為傳導性的。在實施例中，固體燃料之一部分、糰粒或等分試樣的電阻為在以下範圍內的至少一者：約10-9Ω至100Ω、10-8Ω至10Ω、10-3Ω至1Ω、10-3Ω至10-1Ω及10-3Ω至10-2Ω。在一個實施例中，分數氫反應速率視高電流之施加或形成而定。諸如高能分數氫催化反應之分數氫催化反應可藉由低壓高電流流過傳導性燃料引發。能量釋放可很高，且可形成衝擊波。在一個實施例中，電壓經選擇以引起在以下至少一者範圍內之引起點火之電流(諸如高電流)的高AC、DC或AC-DC混合：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA。電流密度可在以下至少一者之範圍內：每平方公分可包含糰粒(諸如壓粒)之燃料100A至1,000,000A、1000A至100,000A及2000A至50,000A。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100kV、0.1V至1kV、0.1V至100V及0.1V至15V。AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。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。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料可包含H2O來源或H2O。H2O莫耳%含量可在以下至少一者之範圍內：約0.000001%至100%、0.00001%至100%、0.0001%至100%、0.001%至100%、0.01%至100%、0.1%至100%、1%至100%、10%至100%、0.1%至50%、1%至25%及1%至10%。在一個實施例中，分數氫反應速率視高電流之施加或形成而定。在一個實施例中，電壓經選擇以引起在以下至少一者範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA。DC或峰值AC電流密度可在以下至少一者之範圍內：100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2。在一個實施例中，電壓係由固體燃料或高能材料之電導率確定。固體燃料或高能材料樣品之電阻在選自以下之至少一個範圍內：約0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ及10Ω至1kΩ。每單位有效形成分數氫之電極面積的適合負載之電導率在至少一個選自以下之範圍內：約10-10Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-5Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至105Ω-1 cm-2、10-3Ω-1 cm-2至104Ω-1 cm-2、10-2Ω-1 cm-2至103Ω-1 cm-2、10-1Ω-1 cm-2至102Ω-1 cm-2及1Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2。在一個實施例中，電壓係由所需電流乘以固體燃料或高能材料樣品之電阻得出。在例示性情況下，電阻約為1mΩ，電壓低，諸如<10V。在其中電阻基本上無窮大之基本上純H2O的例示性情況下，實現用於點火之高電流的外加電壓高，諸如高於H2O之擊穿電壓，諸如約5kV或更高。在實施例中，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500kV、0.1V至100kV及1V至50kV。AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。在一個實施例中，DC電壓放電以產生包含離子化H2O之電漿，其中電流欠阻尼且在其衰減時振盪。
在一個實施例中，高電流脈衝藉由電容器(諸如超電容器)放電實 現，該等電容器可以串聯與並聯中至少一者之方式連接以實現所需電壓及電流，其中電流可為DC或經熟習此項技術者已知之諸如變壓器(諸如低壓變壓器)之電路元件調節。電容器可由電源(諸如電網電力、發電機、燃料電池或電池組)充電。在一個實施例中，電池組供應電流。在一個實施例中，適合的頻率、電壓及電流波形可藉由對電容器或電池組之輸出進行電力調節來實現。
固體燃料或高能材料可包含導體或傳導性基質或載體，諸如金屬、碳或碳化物，以及H2O或H2O來源，諸如可反應形成H2O及可釋放經結合H2O之一或多種化合物，諸如本發明之彼等化合物。固體燃料可包含H2O、與H2O相互作用之化合物或材料以及導體。H2O可以除散裝H2O以外的狀態，諸如經吸收或經結合H2O(諸如物理吸附之H2O或水合作用之水)存在。或者，H2O可呈散裝H2O形式存在於混合物中，該混合物藉由施加適合電壓而為高傳導性的或成為高傳導性的。固體燃料可包含H2O及提供高傳導性之材料或化合物(諸如金屬粉或碳)以及用以促進形成H及可能性HOH觸媒之材料或化合物(諸如氧化物，諸如金屬氧化物)。一種例示性固體燃料可包含單獨R-Ni，以及包含R-Ni及諸如過渡金屬及Al之添加劑的添加劑，其中R-Ni藉由使水合Al2O3及Al(OH)3分解來釋放H及HOH。一種適合例示性固體燃料包含至少一種氧(氫氧)化物，諸如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH，以及傳導性基質，諸如金屬粉與碳粉中至少一者，以及視情況存在之H2O。固體燃料可包含至少一種氫氧化物，諸如過渡金屬氫氧化物(諸如Cu(OH)2、Co(OH)2、Fe(OH)2及Ni(OH)2中至少一者)、氫氧化鋁(諸如Al(OH)3)、導體(諸如碳粉與金屬粉中至少一者)以及視情況存在之H2O。固體燃料可包含至少一種氧化物，諸如過渡金屬氧化物中至少一者(諸如CuO、Cu2O、NiO、Ni2O3、FeO及Fe2O3中至 少一者)、導體(諸如碳粉與金屬粉中至少一者)以及H2O。固體燃料可包含至少一種鹵化物，諸如金屬鹵化物(諸如鹼土金屬鹵化物，諸如MgCl2)、導體(諸如碳粉與金屬粉(諸如Co或Fe)中至少一者)以及H2O。固體燃料可包含固體燃料之混合物，諸如包含氫氧化物、氧(氫氧)化物、氧化物及鹵化物(諸如金屬鹵化物)中至少兩者以及至少一種導體或傳導性基質以及H2O的固體燃料。導體可包含以下中至少一者：用包含固體燃料之反應混合物之一或多種其他組分塗佈的金屬篩、R-Ni、金屬粉(諸如過渡金屬粉)、Ni或Co celmet、碳或碳化物，或熟習此項技術者已知之其他導體或傳導性載體或傳導性基質。在一實施例中，基於H2O之固體燃料之至少一個導體包含金屬，諸如金屬粉末，諸如過渡金屬(諸如Cu、Al及Ag)中之至少一者。
在一個實施例中，固體燃料包含碳，諸如活性碳及H2O。在用以形成電漿之點火發生在真空或惰性氛圍下的情況下，在電漿-電力產生後，自電漿凝結之碳可復水以在再生循環中重新形成固體。固體燃料可包含以下混合物中至少一者：酸性、鹼性或中性H2O與活性碳、木炭、軟木炭、蒸汽及氫處理碳中至少一者以及金屬粉末。在一個實施例中，碳-金屬混合物之金屬至少部分地與H2O不起反應。對與H2O反應至少部分穩定的適合金屬為以下之群中至少一者：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、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In。混合物可藉由包含H2O添加之復水而再生。
在一個實施例中，基本所需反應物為H來源、O來源及優良導體基質以允許高電流在點火期間滲透材料。固體燃料或高能材料可含於密封容器(諸如密封金屬容器，諸如密封鋁容器)中。固體燃料或高能材料可藉由低壓高電流脈衝反應，該脈衝諸如由點焊機產生之脈衝，諸如藉由泰勒-溫菲爾德模型ND-24-75點焊機(Taylor-Winfield model ND-24-75)之兩個銅電極之間的約束實現且經受短時間低壓高電流電能的脈衝。60Hz電壓可為約5至20V RMS且電流可為約10,000至40,000A/cm2。
例示性高能材料及條件為以下中至少一者：TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH、SmOOH、Ni2O3．H2O、La2O3．H2O及Na2SO4．H2O，其呈漿料形式塗佈至Ni網篩上且乾燥，接著經受約60Hz、8V RMS及至40,000A/cm2之電脈衝。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含H2O及用以形成新生H2O及H之分散劑及解離劑。適合的例示性分散劑及解離劑為鹵化物，諸如金屬鹵化物，諸如過渡金屬鹵化物，諸如溴化物，諸如FeBr2；形成水合物之化合物，諸如CuBr2；及諸如具有能夠具有多重氧化態之金屬之氧化物及鹵化物的化合物。其他包含氧化物、氧(氫氧)化物或氫氧化物，諸如過渡元素之氧化物、氧(氫氧)化物或氫氧化物，諸如CoO、Co2O3、Co3O4、CoOOH、Co(OH)2、Co(OH)3、NiO、Ni2O3、NiOOH、Ni(OH)2、FeO、Fe2O3、FeOOH、Fe(OH)3、CuO、Cu2O、CuOOH及Cu(OH)2。在其他實施例中，過渡金屬經諸如鹼金屬、鹼土金屬、內過渡金屬及稀土金屬以及第13及14族金屬之另一金屬置換。適合的實例為La2O3、CeO2及LaX3(X=鹵化物)。在另一實施例中，固體燃料或高能材料包含呈無機化合物(諸如氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物或鹵化物)之水合物形式的H2O。其他適合的水合物為本發明之金屬化合物，諸如以下之群中至少一者：硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、次氯酸鹽、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、次溴酸鹽、亞溴酸鹽、溴酸鹽、過氯酸鹽、次碘酸鹽、亞碘酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、硫酸氫鹽、磷酸氫鹽或磷酸二氫鹽、具有氧陰離子之其他金屬化合物，以及金屬鹵化物。諸如金屬氧 化物或鹵化物之分散劑及解離劑的莫耳比為引起點火事件之任何所需莫耳比。適合的至少一種化合物之莫耳數比H2O莫耳數在約0.000001至100000、0.00001至10000、0.0001至1000、0.01至100、0.1至10及0.5至1之至少一個範圍內，其中比率定義為(化合物莫耳數/H2O莫耳數)。固體燃料或高能材料可進一步包含導體或傳導性基質，諸如以下中至少一者：金屬粉(諸如過渡金屬粉)、Ni或Co celmet、碳粉或碳化物或熟習此項技術者已知之其他導體或傳導性載體或傳導性基質。包含至少一種化合物及H2O之水合化合物之莫耳數與導體莫耳數的適合比率在約0.000001至100000、0.00001至10000、0.0001至1000、0.01至100、0.1至10及0.5至1之至少一個範圍內，其中比率定義為(水合化合物莫耳數/導體莫耳數)。
在一個實施例中，反應物藉由添加H2O自產物再生。在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含H2O及適於本發明之低壓高電流流過水合材料，引起點火的傳導性基質。傳導性基質可為以下中至少一者：金屬表面、金屬粉、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)、腈、本發明或熟習此項技術者已知之另一傳導性基質。添加H2O形成固體燃料或高能材料或使其自產物再生可為連續或間歇的。
固體燃料或高能材料可包含傳導性基質、氧化物(諸如金屬與相應金屬氧化物之混合物，諸如過渡金屬及其至少一種氧化物，諸如選自Ag、Fe、Cu、Ni或Co之一者)及H2O之混合物。H2O可呈水合氧化物形式。在其他實施例中，金屬/金屬氧化物反應物包含與H2O反應性低，對應於氧化物容易能夠還原成金屬的金屬，或在分數氫反應期間不氧化之金屬。具有低H2O反應性之一適合例示性金屬為選自以下之一者：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、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr。金屬可在該反應期間轉換成氧化物。對應於金屬反應物 之氧化物產物可藉由用熟習此項技術者已知之系統及方法進行氫還原來再生成初始金屬。氫還原可在高溫下進行。氫可藉由H2O電解供應。在另一實施例中，金屬藉由碳還原、還原劑(諸如更加氧活潑金屬)還原或藉由電解(諸如熔融鹽中電解)自氧化物再生。金屬自氧化物之形成可藉由熟習此項技術者已知之系統及方法實現。金屬比金屬氧化物比H2O之莫耳量為在經受如本發明中給出之低壓高電流電脈衝時引起點火之任何需要莫耳量。(金屬)、(金屬氧化物)、(H2O)之相對莫耳量的適合範圍為以下至少一種：約(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固體燃料或高能材料可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
固體燃料或高能材料可包含傳導性基質、鹵化物(諸如第一金屬及相應第一金屬鹵化物或第二金屬鹵化物之混合物)及H2O之混合物。H2O可呈水合鹵化物形式。第二金屬鹵化物可比第一金屬鹵化物更穩定。在一個實施例中，第一金屬與H2O反應性低，對應於氧化物容易能夠還原成金屬，或金屬在分數氫反應期間不氧化。具有低H2O反應性之一適合例示性金屬為選自以下之一者：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、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr。金屬比金屬鹵化物比H2O之莫耳量為在經受如本發明中給出之低壓高電流電脈衝時引起點火之任何需要莫耳量。(金屬)、(金屬鹵化物)、(H2O)之相對莫耳量的適合範圍為以下至少一種：約(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、 (0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固體燃料或高能材料可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料可包含導體(諸如本發明之導體，諸如金屬或碳)、吸濕材料及H2O。適合的例示性吸濕材料為溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、諸如KMgCl3．6(H2O)之光鹵石、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉，以及濃硫酸及濃磷酸、纖維素纖維(諸如棉花及紙)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、許多化肥、鹽(包括食鹽)及熟習此項技術者已知之多種其他物質，以及乾燥劑，諸如二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣及分子篩(典型地，沸石)或潮解材料，諸如氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及熟習此項技術者已知之許多不同潮解鹽。(金屬)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量的適合範圍為以下至少一種：約(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)。固體燃料或高能材料可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中至少一者。
在一種例示性高能材料中，將0.05ml(50mg)H2O添加至20mg Co3O4或CuO中，密封在鋁DSC鍋(鋁坩堝30μl、D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6,7、模沖、不密封(Setaram,S08/HBB37409))中，且使用泰勒-溫菲爾德模型ND-24-75點焊機在約8V RMS下用在約15,000至25,000A範圍內之電流點火。觀測到大的能量脈衝，其使樣品 蒸發，每一者呈高能、高度離子化、膨脹之電漿形式。以相同方式點火且得到類似結果之另一種例示性固體燃料包含Cu(42.6mg)+CuO(14.2mg)+H2O(16.3mg)，其密封在鋁DSC鍋(71.1mg)(鋁坩堝30μl、D：6.7x3(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6,7、模沖、密封(Setaram,S08/HBB37409))中。
在一個實施例中，固體燃料或高能材料包含新生H2O觸媒來源及H來源。在一個實施例中，固體燃料或高能材料為傳導性的或包含傳導性基質材料以使新生H2O觸媒來源與H來源之混合物為傳導性的。新生H2O觸媒來源與H來源中至少一者之來源為包含至少O與H之化合物或化合物混合物及材料。包含O之化合物或材料可為以下中至少一者：氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬、稀土金屬及第13及14族金屬氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物。包含氧之化合物或材料可為硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、氧化鈷鎂、氧化鎳鎂、氧化銅鎂、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、稀土金屬氧化物(諸如CeO2或La2O3)、氧(氫氧)化物(諸如TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH)。例示性H來源為H2O、具有經結合或經吸收H2O之化合物(諸如水合物、氫氧化物、氧(氫氧)化物或硫酸氫鹽、磷酸氫鹽或磷酸二氫鹽)及烴。傳導性基質材料可為以下中至少一者：金屬粉、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、甲 腈(諸如TiCN)或腈。本發明之導體在不同實施例中可呈不同實體形式，諸如大塊、微粒、粉末、奈米粉末及熟習此項技術者已知之使包含具有導體之混合物的固體燃料或高能材料為傳導性的其他形式。
例示性固體燃料或高能材料包含H2O與傳導性基質中至少一者。在一個例示性實施例中，固體燃料包含H2O及金屬導體，諸如過渡金屬，諸如Fe，呈諸如Fe金屬粉導體及Fe化合物(諸如氫氧化鐵、氧化鐵、氧(氫氧)化鐵及鹵化鐵)之形式，其中後者可代替H2O作為充當H2O來源之水合物。其他金屬可代替Fe，呈其任何實體形式，諸如金屬及化合物以及諸如大塊、薄片、篩、篩孔、線、微粒、粉末、奈米粉末及固體、液體及氣體之狀態。導體可包含呈一或多種實體形式之碳，諸如以下中至少一者：大塊碳、微粒碳、碳粉、碳氣凝膠、碳奈米管、活性碳、石墨烯、KOH活性碳或奈米管、碳化物衍生碳、碳纖維布及富勒烯。適合的例示性固體燃料或高能材料為CuBr2+H2O+傳導性基質；Cu(OH)2+FeBr2+傳導性基質材料，諸如碳或金屬粉；FeOOH+傳導性基質材料，諸如碳或金屬粉；Cu(OH)Br+傳導性基質材料，諸如碳或金屬粉；AlOOH或Al(OH)3+Al粉，其中添加H2供應至反應以藉由Al與由AlOOH或Al(OH)3分解所形成之H2O之反應形成分數氫；H2O於可蒸汽活化之傳導性奈米微粒(諸如碳奈米管及富勒烯)中及H2O於金屬化沸石中，其中分散劑可用於濕潤疏水性材料(諸如碳)；NH4NO3+H2O+NiAl合金粉；LiNH2+LiNO3+Ti粉；LiNH2+LiNO3+Pt/Ti；LiNH2+NH4NO3+Ti粉；BH3NH3+NH4NO3；BH3NH3+CO2、SO2、NO2以及硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽；LiH+NH4NO3+過渡金屬、稀土金屬、Al或其他可氧化金屬；NH4NO3+過渡金屬、稀土金屬、Al或其他可氧化金屬；NH4NO3+R-Ni；P2O5與本發明之氫氧化物、LiNO3、LiClO4及S2O8中每一者+傳導性基質；及H來源，諸如氫氧化物、氧(氫氧)化物、儲氫材料(諸如本發明之一或多種儲氫材料)、柴 油，及氧來源，其亦可為電子受體，諸如P2O5及其他酸酐，諸如CO2、SO2或NO2。
形成分數氫之固體燃料或高能材料可包含至少一種高反應性或高能材料，諸如NH4NO3、tritonal、RDX、PETN及本發明之其他高反應性或高能材料。固體燃料或高能材料可另外包含以下中至少一者：導體、傳導性基質或傳導性材料，諸如金屬粉、碳、碳粉、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)或腈、烴(諸如柴油)、氧(氫氧)化物、氫氧化物、氧化物及H2O。在一個例示性實施例中，固體燃料或高能材料包含高反應性或高能材料，諸如NH4NO3、tritonal、RDX及PETN及傳導性基質，諸如金屬粉(諸如Al或過渡金屬粉)及碳粉中至少一者。固體燃料或高能材料可與如本發明中所給之高電流反應。在一個實施例中，固體燃料或高能材料進一步包含敏化劑，諸如玻璃微球。
A.電漿動力轉換器(PDC)
電漿之正電荷離子之質量至少是電子的1800倍；因此，迴旋軌道大1800倍。此結果允許電子磁性捕集在磁場線上，而離子可漂移。可發生電荷分離以提供電壓至電漿動力轉換器。
B.磁流體動力(MHD)轉換器
基於在橫向磁場中形成離子質量流之電荷分離在此項技術中熟知為磁流體動力(MHD)能量轉換。正離子及負離子以相對方向進行洛仁子定向(Lorentzian direction)且在相應MHD電極上接收以影響其間電壓。形成離子質量流之典型MHD方法為使經由噴嘴用離子接種之高壓氣體膨脹以產生高速流體穿過橫向磁場，其中一組MHD電極相對於偏轉場交叉以接收偏轉離子。在本發明中，壓力典型地超過大氣壓，但不一定如此，且定向的質量流可藉由固體燃料反應形成高電離徑向膨脹電漿而實現。
C.電磁直接(交叉場或漂移)轉換器， × 直接轉換器
磁場及交叉電場中帶電粒子之導向中心漂移可用以分離及收集在空間分開之×電極上的電荷。因為裝置提取垂直於導向場之粒子能量，所以電漿膨脹未必為必需的。理想化×轉換器之效能取決於離子與電子之間的慣性差異，此為電荷分離及在相對於交叉場方向之相對×電極產生電壓之根源。▽漂移收集亦可獨立地使用或與×收集組合使用。
D.電荷漂移轉換器
由Timofeev及Glagolev描述之直接電力轉換器[A.V.Timofeev,「A scheme for direct conversion of plasma thermal energy into electrical energy」,Sov.J.Plasma Phys.，第4卷，第4期，7月-8月，(1978)，第464-468頁；V.M.Glagolev，及A.V.Timofeev,「Direct Conversion of thermonuclear into electrical energy a drakon system」,Plasma Phys.Rep.，第19卷，第12期，12月(1993)，第745-749頁]取決於電荷注入漂移分開之正離子，以自電漿提取電力。此電荷漂移轉換器在相對於磁通量B來源及具有場力線曲率之磁通量B來源之方向橫向的方向上包含磁場梯度。在兩種情況下，漂移之帶負電及正電離子以垂直於由B及磁場梯度方向形成之平面或B具有曲率之平面的相對方向移動。在每一情況下，分開的離子在與平面平行之相對電容器產生電壓，其中離子熱能伴之降低。電子接收在一個電荷漂移轉換器電極上且正離子接收在另一個上。因為離子移動性比電子小得多，所以電子注射可直接進行或藉由將其自加熱之電荷漂移轉換器電極蒸去來進行。電力損耗小，電力平衡無過多成本。
E.磁性約束
認為爆炸或點火事件係在H催化形成分數氫加速至很高速率時。在一個實施例中，由爆炸或點火事件產生之電漿為膨脹電漿。在此情況下，磁場流體動力學(MHD)為一種適合的轉換系統及方法。或者， 在一個實施例中，電漿受約束。在此情況下，轉換可用電漿動力轉換器、磁流體動力轉換器、電磁直接(交叉場或漂移)轉換器、×直接轉換器及電荷漂移轉換器中至少一者實現。在此情況下，除SF-CIHT電池及包含點火、再裝載、再生、燃料處理及電漿-電力轉換系統之設備其餘部分外，電力產生系統進一步包含電漿約束系統。約束可用諸如螺線管磁場之磁場實現。磁鐵可包含永久性磁鐵及電磁鐵中至少一者，諸如未冷卻磁鐵、水冷卻磁鐵及具有相應低溫管理系統之超導磁鐵中至少一者，該低溫管理系統包含以下中至少一者：液氦杜而瓶(dewar)、液氮杜而瓶、可包含銅之輻射擋板、高真空絕熱層、輻射罩及可由基於分數氫之發電機之功率輸出供電的低溫泵及壓縮機。磁鐵可為開圈，諸如赫爾姆霍茲線圈(Helmholtz coil)。電漿可進一步約束於磁瓶中且由熟習此項技術者已知之其他系統及方法約束。
兩個磁鏡或更多可形成磁瓶以約束由H催化形成分數氫所形成之電漿。約束理論在先前申請案中給出，諸如以全文引用的方式併入本文中之Microwave Power Cell,Chemical Reactor,And Power Converter，於3/7/02申請之PCT/US02/06955(短版)、於3/7/02申請之PCT/US02/06945(長版)、於9/5/03申請之US案號10/469,913。在瓶中的中心區域中產生之離子將沿軸盤旋，但將由每一末端之磁鏡反射。具有與所需軸平行之高速度分量的更高能之離子將在瓶末端逃脫。因此，在一個實施例中，瓶可自磁瓶末端產生基本上線性離子流至磁流體動力轉換器。因為電子可因其質量相對於正離子較低而優先受約束，且在本發明之一電漿動力實施例中形成電壓。電力在與受約束電子接觸之陽極與收集正離子之陰極(諸如約束容器壁)之間流動。電力可在外加負載中耗散。
F.固體燃料觸媒誘導之分數氫躍遷(SF-CIHT)電池
本發明之化學反應物可稱為固體燃料或高能材料或兩者。當產生 引起很高反應動力學以形成分數氫之條件且維持時，固體燃料可表現為高能材料且藉此包含高能材料。在一個實施例中，分數氫反應速率視高電流之施加或形成而定。在SF-CIHT電池之一個實施例中，形成分數氫之反應物經受低壓高電流高脈衝，引起極快反應速率及能量釋放。速率可足以產生衝擊波。在一個例示性實施例中，60Hz電壓小於15V峰值，電流在10,000A/cm2與50,000A/cm2峰值之範圍內，且功率在150,000W/cm2與750,000W/cm2之範圍內。在此等參數的約1/100至100倍範圍內之其他頻率、電壓、電流及功率為適合的。在一個實施例中，分數氫反應速率視高電流之施加或形成而定。在一個實施例中，電壓經選擇以引起在以下至少一者範圍內之電流之高AC、DC或AC-DC混合：100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA。DC或峰值AC電流密度可在以下至少一者之範圍內：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頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz範圍內。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H催化成分數氫期間，電子藉由自催化成HOH之H所轉移之能量自HOH觸媒電離。催化步驟為(1)原子氫與稱作觸媒之能量受體反應，其中能量自原子氫轉移至觸媒，該觸媒由於接受該能量而形成正離子及經電離之電子；(2)隨後，H之負電子落至較接近於正質子之較低外殼，從而形成較小氫原子分數氫，釋放出能量，視系統設計而定產生電或熱；(3)該觸媒正離子重新獲得其丟失之電子，重新形成觸媒用於另一循環，且釋放出自H(原子氫)接受之初始能量。SF-CIHT電池之高電流對抗來自丟失電子之觸媒之電荷累積之極限效應，從而產生極高 反應速率。此等電子(步驟2)可在所施加之高電路電流中傳導，從而防止催化反應因電荷積累而自我限制。高電流可進一步引起電子刺激躍遷或電子刺激級聯，其中一或多個電流電子增加氫(H)原子電子經歷躍遷形成分數氫之速率。高電流可產生巨大衰變或巨大的分數氫反應速率。藉由該分數氫形成之電漿功率可直接轉化成電。
爆炸由快速動力學產生，其又引起大規模電子電離。在實施例中，使用至少一種專用電漿-電轉換器，諸如MHD、PDC及×直接轉換器中之至少一者，將來自固體燃料點火之電漿功率轉換成電力。此等及其他電漿-電力轉換器之細節在先前公開案，諸如R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,「Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity」,IEEE Transactions on Plasma Science,10月，(2002)，第30卷，第5期，第2066-2073頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,「On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications」,IEEE Transactions on Plasma Science,8月，(2002)，第30卷，第4期，第1568-1578頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,「Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications」,40th Annual Power Sources Conference,Cherry Hill,NJ,6月10-13日，(2002)，第1-4頁(「Mills先前Plasma Power Conversion公開案」)(其以全文引用的方式併入本文中)，及先前申請案，諸如Microwave Power Cell,Chemical Reactor,And Power Converter，於3/7/02申請之PCT/US02/06955(短版)、於3/7/02申請之PCT/US02/06945(長版)、於9/5/03申請之US案號10/469,913；Plasma Reactor And Process For Producing Lower-Energy Hydrogen Species，於4/8/04申請之PCT/US04/010608、於10/12/15申請之US/10/552,585；以及Hydrogen Power,Plasma,and Reactor for Lasing, and Power Conversion，於11/8/02申請之PCT/US02/35872、於5/6/04申請之US/10/494,571(「Mills先前Plasma Power Conversion公開案」)(以全文引用的方式併入本文中)中給出。
轉變成電之電漿能在外電路中耗散。如藉由計算及在Mills先前Plasma Power Conversion公開案中實驗上證明，可實現超過50%電漿能轉換成電。熱以及電漿藉由每一SF-CIHT電池產生。熱可直接使用，或使用熟習此項技術者已知之轉換器(諸如熱引擎，諸如蒸汽引擎或蒸汽或氣體渦輪機與發電機、朗肯或布雷頓循環引擎或史特林引擎)轉換成機械功率或電力。對於電力轉換，每一SF CIHT電池可與Mills先前公開案中描述之熱能或電漿-機械功率或電力之任何轉換器以及熟習此項技術者已知之轉換器(熱引擎、蒸汽或氣體渦輪機系統、史特林引擎或熱離子或熱電轉換器)相接。其他電漿轉換器包含Mills先前公開案中揭示之以下轉換器中之至少一者：電漿動力電力轉換器、×直接轉換器、磁流體動力電力轉換器、磁鏡磁流體動力電力轉換器、電荷漂移轉換器、普斯特或百葉窗式電力轉換器、磁旋管、光子聚束微波電力轉換器及光電轉換器。在一個實施例中，電池包含如Mills先前Thermal Power Conversion公開案、Mills先前Plasma Power Conversion公開案及Mills先前申請案中給出之內燃機的至少一個汽缸。
圖1中所示之固體燃料觸媒誘導之分數氫躍遷(SF-CIHT)電池發電機包含至少一個具有結構支撐框架301a之SF-CIHT電池301，每一SF-CIHT電池具有至少兩個約束固體燃料303之樣品、糰粒、部分或等分試樣之電極302及用以傳遞短時間低壓高電流電能穿過燃料303之電源304。電流將燃料點火以藉由形成分數氫釋放能量。電力呈能夠直接轉換成電的熱功率及燃料3之高度電離電漿形式。(本文中「點火或形成爆炸」係指因施加於燃料之高電流而建立高分數氫反應動力學)。電漿可作晶種以增加電導率或電導率之持續時間。在一實施例中，可向 固體燃料及電漿中之至少一者中添加諸如元素或化合物(諸如鹼金屬或鹼金屬化合物，諸如K2CO3)之物質組合物以將其作為帶電離子之晶種。在一實施例中，電漿包含當電漿冷卻時維持電導率之離子引晶來源，諸如鹼金屬或鹼金屬化合物。用於達成固體燃料之點火以形成電漿之電力之例示性來源為Taylor-Winfleld型號ND-24-75點焊機及EM測試型號CSS 500N10電流突波產生器，8/20US高達10KA之電力來源。在一實施例中，電源304為DC，且電漿-電力轉換器適合於DC磁場。適合在DC磁場下操作之轉換器為磁流體動力、電漿動力及×電力轉換器。
在一實施例中，例示性固體燃料混合物包含過渡金屬粉末、其氧化物及H2O。精細粉末可氣動地噴灑至電極302在其開路時所形成的間隙中。在另一實施例中，燃料包含粉末及漿料中之至少一者。燃料可噴射至受約束介於電極302之間的有待藉由高電流點火之理想區域中。為較佳地約束粉末，電極302可具有公-母半邊，形成用於容納燃料之腔室。在一實施例中，燃料及電極302可帶相反的靜電，使得燃料流入電極間區域且以靜電方式黏附於各電極302中對燃料點火之所要區域。
在圖1中所示之發電機之一實施例中，電極表面302可與重力軸平行，且固體燃料粉末303可自頂置式料斗305以間歇流形式重力流動，其中該間歇流之時序匹配電極302之尺寸，如該等電極開路以接收流動的粉末狀燃料303且閉合以對燃料流點火。在另一實施例中，電極302進一步包含在其末端上藉由小間隙間隔開之滾筒302a，該小間隙填充有燃料流。導電燃料303完成電極302之間的電路，且流過燃料之高電流對其點火。燃料流303可為間歇的以防止膨脹電漿破壞燃料流流動。
在另一實施例中，電極302包含一組由結構元件302b支撐之齒輪302a。該組齒輪可藉由用驅動齒輪馬達302d提供動力之驅動齒輪302c 旋轉。在另一實施例中，該組滾筒可藉由用驅動滾筒馬達302d提供動力之驅動滾筒302c旋轉。在一實施例中，驅動滾筒可包含修整輪，其中滾筒電極上之外加壓力可調整。在一實施例中，電極之軸承包含滑動軸承。電極軸承可用諸如MoS2或石墨潤滑劑之導電性潤滑劑潤滑。驅動齒輪302c可進一步充當各齒輪302a之散熱器，其中熱量可藉由自驅動齒輪302c接受熱量之電極熱交換器(諸如310)移除。齒輪302a(諸如人字齒輪)各自包含整數n個齒，其中當第n-1個齒間間隙中之燃料受到配合齒輪之第n-1個齒壓縮時，該燃料流入第n個齒間間隙或齒底。齒輪之其他幾何形狀或齒輪之功能在本發明範疇內，諸如如熟習此項技術者已知之互相交叉多角形或三角形齒狀齒輪、螺旋齒輪及螺鑽。在一實施例中，燃料及電極302a之齒輪齒之所要區域(諸如齒底)可帶相反靜電，使得燃料流入且以靜電方式黏附於一個或兩個電極302a之所要區域，其中當輪齒嚙合時對燃料點火。在一實施例中，燃料303(諸如精細粉末)氣動地噴灑至齒輪302a之所要區域中。在另一實施例中，燃料303噴射至受約束介於電極302a之間的所要區域中，諸如待由高電流點火之齒輪302a之輪齒的指狀交叉區域。在一實施例中，滾筒或齒輪302a藉由某些手段，諸如藉由裝載彈簧或藉由氣動或液壓致動來維持朝向彼此之張力。輪齒之嚙合及壓縮引起配合輪齒與傳導性燃料之間的電接觸。在一實施例中，齒輪在嚙合期間在接觸燃料之指狀交叉區域中傳導，且在其他區域中絕緣，使得電流選擇性地流過燃料。在一實施例中，齒輪302a包含經金屬塗佈以便在指狀交叉區域中傳導或在無接地路徑下電絕緣的陶瓷齒輪。此外，驅動齒輪302c在無接地路徑之情況下可為非傳導性的或電絕緣的。自電極302至輪齒之指狀交叉部分之電接觸及電供應可由電刷提供。例示性電刷包含例如被彈簧推成與齒輪接觸之碳棒或桿。或者，自電極302之匯流排至電極之電接觸可藉由套管、滑環、旋轉變壓器及同步器中之至少一者。在一實施例 中，自匯流排自電源至電極302之電接觸可藉由密封儲集器中之Hg接觸。連接可包含在藉由匯流排電化之Hg儲集器中轉動之可旋轉軸。旋轉軸可連接至與滾筒電極302接觸之滾筒。
在另一實施例中，自電極302至輪齒之指狀交叉部分之電接觸及電供應可經由對應的齒輪轂及軸承直接提供。自電極302至滾筒之相對部分之電接觸及電供應可經由對應的滾筒轂及軸承直接提供。結構元件302b可包含電極302。如圖1中所示，電極對之各電極302可以各齒輪或滾筒為中心且連接至各齒輪或滾筒之中心以充當結構元件302b及電極302，其中將各齒輪或滾筒302a連接至其軸或轂之齒輪或滾筒軸承充當電接點，且唯一的接地路徑介於相對齒輪或滾筒之接觸輪齒或表面之間。在一實施例中，各齒輪或滾筒之外部圍繞其中心轂以便經由較大半徑處之附加軸承具有較多電接觸。該轂亦可充當大散熱器。電極熱交換器310亦可附接至該轂以自齒輪或滾筒移除熱量。熱交換器310可藉由具有高導熱性之絕緣體薄層與該轂電絕緣，該絕緣體諸如電絕緣體，諸如金剛石或類金剛石碳膜。在其中諸如齒輪或滾筒電極之電極藉由至少一個馬達直接驅動之一實施例中，該熱交換器轂可具有滑環與旋轉電極。轂熱交換器與旋轉滾筒或齒輪電極之界面可具有軸承，諸如滑動軸承。冷卻劑亦可經由該軸流動至齒輪或滾筒電極且可經由中空通道在諸如齒輪或滾筒之電極中進一步流動。齒輪或滾筒之電化可使用電腦及開關電晶體(諸如無電刷DC電動馬達中所用之彼等)定時。在一實施例中，對齒輪或滾筒間歇地供能，使得當齒輪嚙合或滾筒接觸時有高電流流過燃料。可對燃料之流動進行定時以匹配當齒輪嚙合時燃料傳遞至齒輪或當滾筒旋轉時燃料傳遞至滾筒且使電流流過燃料。隨之而來的高電流引起對燃料點火。燃料可持續流過齒輪或滾筒302a，該等齒輪或滾筒旋轉以推動燃料通過間隙。當燃料經旋轉以填充電極302之間之空間(包含一組齒輪之嚙合區域或一組滾筒之相 對側面)時，可持續對該燃料點火。在此情況下，輸出功率可為穩定的。在一實施例中，所得電漿膨脹至齒輪側面外且流動至電漿-電力轉換器306。電漿膨脹流可沿著與各齒輪之軸平行且相對於燃料流303之流動方向橫向之軸。軸向流可到達如圖1中所示之PDC轉換器306或MHD轉換器。其他方向之流動可藉由約束磁鐵，諸如赫爾姆霍茲線圈或磁瓶306d之彼等磁鐵實現。
電極可為自固體燃料303之組分連續地或間歇地再生之金屬中之至少一者。固體燃料可包含在點火期間呈熔融形式之金屬，使得表面之一些黏附、熔絲、焊縫或合金替換電極302a材料，諸如在操作期間腐蝕掉或磨損掉之金屬。SF-CIHT電池發電機可進一步包含用於修復電極形狀(諸如齒輪302a之輪齒)之構件。該構件可包含澆鑄模具、研磨機及銑床中之至少一者。在操作期間可連續地修復齒輪腐蝕。SF-CIHT電池之齒輪電極可藉由放電加工(EDM)或藉由構件電鍍，諸如可在真空中執行之EDM電鍍進行連續修復。在操作期間在真空中或在電池氣體中連續修整齒輪或滾筒之系統及方法(諸如冷噴霧、熱噴霧或濺鍍)為熟習此項技術者所已知。
在一實施例中，指狀交叉齒輪經設計以截留過量固體燃料，諸如具高度傳導性之固體燃料粉末。諸如各輪齒及對應的嚙合齒輪齒底之齒輪區域具有幾何設計及選擇性電化中之至少一者，使得僅一部分過量燃料爆炸。所選部分可藉由非選擇之未爆炸燃料隔開，避免與齒輪表面接觸。指狀交叉區域中燃料之體積形狀可使得所選擇之較小體積具有足以允許爆炸之高電流；然而，電流可通過之周圍較大體積具有低於爆炸所需之電流密度。在一實施例中，所截留之過量燃料傳導流經較大面積或體積之燃料的電流且濃縮成其中超過爆炸之電流閾值的較小面積或體積，且在具有較高電流密度之所選燃料部分中發生爆炸。在一實施例中，選擇性燃料部分之電阻由於決定通過燃料部分之 電流路徑之長度的幾何設計及選擇性電化所致，故相對於非選擇之部分較低。在一實施例中，齒輪之幾何形狀引起所選區域之燃料壓縮高於非選擇之區域，使得所選區域中之電阻降低。因此，電流密度在所選區域中較高且高於爆炸閾值。相比之下，在非選擇之區域中之電阻較高。因此，電流密度在非選擇之區域中較低且低於爆炸閾值。在一例示性實施例中，所選區域包含沙漏形燃料等分試樣之捏縮。
在一實施例中，諸如滾筒或指狀交叉齒輪之反電極提供燃料之初始壓縮且促進電流流動至燃料中。隨後，與受約束之燃料內之電流相關之爆炸及磁捏縮力以進一步壓縮燃料以便達成進一步點火所需之臨界電流及壓力密度的方式起作用。後者可發生於與表面層相距一定距離之燃料區內。在一實施例中，在選擇性區域中選擇性點火藉由選擇性電化、選擇性壓縮、高電流流經燃料之選擇性捏縮力以及爆炸前之選擇性成形及爆炸力來達成。用於達成選擇性之手段中之至少一者可歸因於選擇性幾何形狀。選擇性可歸因於在遠離齒輪表面之受約束燃料之區域中達成了壓力及電流之臨界值。
周圍的過量非爆炸燃料若直接暴露於將以其他方式引起對齒輪之腐蝕的條件且不存在不爆炸之介入固體燃料，則其吸收該等條件中之至少一些。該等條件可包含轟擊或暴露於高熱、高壓(諸如由於衝擊波或爆炸超壓所致者)、射彈、電漿、電子及離子中之至少一者。未爆炸燃料可藉由燃料回收系統連接且再循環。關於圖1及圖2A，燃料回收及再循環系統可包含蒸汽冷凝器315、滑槽306a、產物移除器/燃料裝載機313、再生系統314及料斗305。
在另一實施例中，齒輪可藉由諸如往復連桿之固定機構移動，該往復連桿藉由類似於內燃機活塞系統之系統及方法之曲柄軸攻擊及致動。當齒輪之反電極部分旋轉成相對配合位置時，該等反電極經驅動壓縮在一起且在藉由固定機構點火之後移開。反電極可呈任何所要形 狀且可選擇性地電化以引起燃料中之至少一者在所選區域中經歷較大壓縮且所選區域中之電流密度較大。反電極可形成半球形外殼，其將燃料壓縮成中心壓縮最大。最高電流密度亦可處於中心，從而選擇性地達成中心區域中之爆炸閾值。膨脹電漿可流出半球形外殼之開放部分。在另一實施例中，反電極可形成沙漏形，其中所選區域可包含沙漏之腰部或頸部。
在一實施例中，齒輪可包含至少兩種材料，其中至少一種材料為導體。當暴露於爆炸條件中時，至少一種硬化材料可起到抵抗腐蝕之目的，其中爆炸可與硬化材料接觸發生或靠近硬化材料發生。高傳導性材料可藉由未爆炸固體燃料與爆炸隔開。至少兩種類型之材料之佈置提供所選區域優於未經選擇區域之選擇性壓縮及選擇性電化中之至少一者。在一例示性實施例中，齒輪之指狀交叉形成沙漏形或捏縮形。沙漏形之頸部或腰部可藉由可為諸如陶瓷之絕緣體之高度穩定或硬化材料形成。齒輪之非腰部或球狀部分可包含導體，諸如金屬，諸如過渡金屬、內過渡金屬、稀土金屬、第13族金屬、第14族金屬及第15族金屬中之至少一者或至少兩種此類金屬之合金或碳化物(諸如TiC及WC)。腰部可壓縮所選區域且電流可通過非腰部或腰部區域中待濃縮之球狀區域之間。從而，電流密度在包含腰部之所選區域中增加以便達成爆炸閾值。藉由抵抗包含硬化材料之腰部材料之腐蝕，保護腰部免因爆炸受到破壞。由導體構成之非腰部或球狀區域與非選擇之燃料區接觸，其中插入在爆炸區與此等對應的齒輪表面之間的燃料保護此等表面不被爆炸腐蝕。
點火電源304亦可充當起動電源，包含至少一個電容器，諸如供應為達成點火所需之低電壓高電流的一組低電壓高電容電容器。電容器電路可經設計以避免在放電期間漣波或振鈴，從而增加電容器之壽命。壽命可為長的，諸如在約1至20年範圍內。電容器可經設計以儲存 在爆炸時所反射之電力波之至少一部分。電極之匯流排可包含多層或包含用於達成電容以補償匯流排之電感且因此在爆炸之後減弱或控制無功功率的其他構件。匯流排可為超導的，用於攜帶大電流，諸如在約1000A至1,000,000A範圍內。電容器組電源供應器可包含在放電期間避免集膚效應之電路，該集膚效應將阻止電流穿過大多數固體燃料。電力電路可包含用於電容器放電以對固體燃料點火之LRC電路，其中時間常數足夠長，以便防止包含高頻分量之阻止電流流過樣品而不對其點火的高頻振盪或脈衝放電。
為抑制任何間歇性，一些電力可儲存在電容器及視情況存在之高電流變壓器、電池組或其他能量儲存裝置中。在另一實施例中，一個電池之電輸出可傳遞對另一電池之燃料點火之短時間低電壓高電流電能。輸出功率可藉由用電源連接器308及308a連接之輸出功率調節器307進一步調節。輸出功率調節器307可包含諸如電力儲存之元件，諸如電池組或超級電容器、DC-AC(DC/AC)轉換器或反相器及變壓器。DC電力可轉換成另一形式之DC電力，諸如具有較高電壓之DC電力；該電力可轉換成AC或DC與AC之混合物。輸出功率可經電力調節至所要波形，諸如60Hz AC電力，且經由輸出端子309供應至負載。在一實施例中，輸出功率調節器307將來自光伏打轉換器或熱-電力轉換器之電力轉換成所要頻率及波形，諸如除60或50HZ(分別為美國及歐洲之標準)以外之AC頻率。可施加不同頻率以匹配經設計用於不同頻率之負載，諸如馬達，諸如用於動機、航空、海洋、電氣設備、工具及機器、電力加熱及空間調節、電信及電子設備應用之彼等馬達。在功率輸出端子309之輸出功率之一部分可用於給電源304供電，諸如約5-10V、10,000-40,000A DC電力。PDC電力轉換器可輸出較適用於給電極302再供電以引起隨後供應之燃料的點火的低電壓高電流DC電力。低電壓高電流之輸出可供應至DC負載。DC可用DC/DC轉換器調節。例 示性DC負載包含DC馬達，諸如電子換向馬達，諸如用於動機、航空、海洋、電氣設備、工具及機器、DC電力加熱及空間調節、DC電信及DC電子設備應用之彼等馬達。在動機應用之一實施例中，載具可用作行動分配式發電資產。消費者可經由諸如由Uber Technologies,Inc.提供之服務購買電源用於運輸。舉例而言，消費者可向行動電話、筆記型電腦或電腦之提供者集合請求電力，且提供者可開車至消費者之場所且向消費者提供電力，其中電力由具有本發明之SF-CIHT或SunCellTM之載具產生。
點火產生輸出電漿及熱功率。電漿功率可藉由光伏打電力轉換器306直接轉換成電。電池可在向大氣開放之情況下操作。在一實施例中，電池301能夠維持真空或小於大氣壓之壓力。真空或小於大氣壓之壓力可藉由真空泵313a維持，以允許用於固體燃料303之點火之膨脹電漿的離子在大氣氣體下自由碰撞。在一實施例中，在包含產生電漿之電池301及所連接之光伏打轉換器306之系統中維持真空或小於大氣壓之壓力。在一實施例中，電池301可在真空及覆蓋氣體中之至少一者下操作。覆蓋氣體可包含惰性氣體，諸如稀有氣體，諸如氬氣。在氮氣與固體燃料反應形成諸如金屬氮化物之產物不利的情況下，覆蓋氣體可包含氮氣。覆蓋氣體可進一步包含用於與由H2O變成分數氫及氧氣之反應形成之氧氣反應的氫氣之一部分。氫氣亦可與來自任何大氣洩漏之氧氣反應形成H2O。在光轉換成電之情況下，覆蓋氣體經選擇以使得其不對由分數氫反應產生之光產生任何不合需要之吸收。覆蓋氣體亦可經選擇作為光之一個光譜至用於光伏打轉換成電之另一個較合乎需要之光譜的轉換器。
熱功率可藉由以下各者中之至少一者提取：電極熱交換器310，其中冷卻劑流過其電極冷卻劑入口管線311及電極冷卻劑出口管線312；及PDC熱交換器318，其中冷卻劑流過其PDC冷卻劑入口管線319 及PDC冷卻劑出口管線320。可使用其他熱交換器接收來自分數氫反應之熱功率，諸如可進一步施加於容器301之至少一個管壁、PDC轉換器之至少一個其他管壁及PDC轉換器之電極317之背面上的水管壁型設計。在一實施例中，熱交換器及熱交換器之組件中之至少一者可包含熱管。熱管流體可包含熔融的鹽或金屬。例示性金屬為銫、NaK、鉀、鈉、鋰及銀。用於有效地且成本有效地移除來自反應之熱量之此等及其他熱交換器設計為熟習此項技術者所已知。熱量可轉移至熱負載。因此，電力系統可包含加熱器，其中由冷卻劑出口管線312及320中之至少一者供應之熱量轉至熱負載；或將熱量轉移至熱負載之熱交換器。經冷卻之冷卻劑可藉由冷卻劑入口管線311及319中之至少一者返回。由冷卻劑出口管線312及320中之至少一者供應之熱量可流至熱引擎、蒸汽引擎、蒸汽渦輪機、氣體渦輪機、朗肯循環引擎、布雷頓循環引擎及史特林引擎，轉換成機械功率，諸如使軸、輪子、發電機、航空渦輪風扇或渦輪螺旋槳、船用螺旋槳、葉輪及旋轉軸機器中之至少一者旋轉之機械功率。或者，熱功率可自冷卻劑出口管線312及320中之至少一者流動至熱-電力轉換器(諸如本發明之彼等轉換器)。適合之例示性熱-電轉換器包含以下各者之組中之至少一者：熱引擎、蒸汽引擎、蒸汽渦輪機及發電機、氣體渦輪機及發電機、朗肯循環引擎、布雷頓循環引擎、史特林引擎、熱離子電力轉換器及熱電電力轉換器。熱-電力轉換器之輸出功率可用以給負載供電，且一部分可給SF-CIHT電池發電機之組件(諸如電源304)供電。
燃料303之反應物之點火產生功率及產物，其中該功率可呈產物之電漿形式。在一實施例中，燃料303在分數氫反應爆炸事件期間經部分地至實質上汽化成氣態物理狀態，諸如電漿。電漿通過電漿-電力轉換器306。或者，電漿將光發射至光伏打轉換器306，且重組電漿形成氣態原子及化合物。此等物質藉由蒸汽冷凝器315冷凝且藉由產物移除 器-燃料裝載機313收集並傳送至再生系統314，該產物移除器-燃料裝載機包含與再生系統314之傳送機連接器且進一步包含與料斗305之傳送機連接器。蒸汽冷凝器315及產物移除器-燃料裝載機313可包含諸如以下各者中之至少一者的系統：靜電收集系統及至少一個螺鑽、傳送機或氣動系統，諸如用於收集且移動材料之真空或抽吸系統。固體燃料或產物材料可藉由諸如過濾、旋風器、靜電分離、離心分離及磁力分離及重力分離(諸如離心簸選機及乾空氣振動台分離)之系統及方法與諸如氬氣之載體氣體分離。
電漿產物及自再生系統314再生之燃料可在靜帶電或磁化之傳送帶313上輸送，其中燃料及產物粒子經黏附且輸送。再生之燃料粒子可由於粒子對傳送帶之強靜電引力或磁引力自再生腔室314汲取至再生腔室上方之導管313中。適合系統為熟習此項技術者所已知。燃料或產物輸送亦可使用磁力達成。舉例而言，磁性或磁化粒子可藉由永久磁鐵或電磁鐵之磁場輸送。後者可按一定的時序活化，促使粒子進行以下各者中之至少一者：沿著所要軌道移動、被收集、排斥及捕集。
再生系統314可包含能夠承受大於大氣壓之壓力的封閉容器或腔室及再生腔室中之熱交換器。再生熱交換可與熱源結合，該熱源諸如電極熱交換器310及PDC熱交換器318中之至少一者。在一實施例中，來自槽來源314a之水滴落至再生熱交換器上形成蒸汽，該蒸汽處理電漿產物，對其進行水合。該蒸汽可藉由水冷凝器322回流，該水冷凝器具有自再生腔室314至水槽314a之管線321。水合可以批次再生形式執行，繼之以以下步驟：冷卻蒸汽且冷凝，將H2O再循環至水槽314a，將再生之固體燃料經由產物移除器/燃料裝載機313移至料斗305，及經由產物移除器/燃料裝載機313用電漿產物再填充再生腔室314以開始另一循環。
在一實施例中，電漿-電力轉換器306(諸如電漿動力轉換器或包含 光伏打轉換器306之發電機系統)包含用於將產物傳送至產物移除器-燃料裝載機313中之滑槽或通道306a。PDC轉換器306、滑槽306a及PDC電極317之底板中之至少一者可傾斜，使得產物流可至少部分地歸因於重力流。PDC轉換器306、滑槽306a及PDC電極317之至少一個底板可以機械方式攪動或振動以幫助流動。該流動可藉由經固體燃料之點火形成之衝擊波來輔助。在一實施例中，PDC轉換器306、滑槽306a及PDC電極317之底板中之至少一者包含機械刮刀或用於將產物自對應表面移至產物移除器-燃料裝載機313之傳送機。
料斗305可藉由產物移除器-燃料裝載機313再填充自再生系統314再生之燃料。諸如在形成分數氫時所消耗之任何H或H2O皆可由H2O來源314a之H2O製造。本文中，用諸如在形成分數氫時所消耗之由H2O來源314a之H2O製造的任何H或H2O使得用過的燃料再生成初始反應物或燃料。水來源可包含可含有散裝或氣態H2O或包含H2O或一或多種形成H2O之反應物(諸如H2+O2)之材料或化合物中之至少一者的槽、單元或容器314a。或者，該來源可包含大氣水蒸汽或用於自大氣中提取H2O之構件，諸如吸濕材料，諸如溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、光鹵石(諸如KMgCl3．6(H2O))、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉及濃硫酸及磷酸、纖維素纖維(諸如棉花及紙張)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明(methamphetamine)、諸多化肥、鹽(包括食鹽)及熟習此項技術者已知之各種其他物質；以及乾燥劑，諸如二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣及分子篩(通常為沸石)；或潮解材料，諸如氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及熟習此項技術者已知之諸多不同的潮解鹽。
在一實施例中，SF-CIHT電池發電機進一步包含可移除任何產物氧氣及分子分數氫氣體之真空泵313a。在一實施例中，將氧氣及分子分數氫中之至少一者收集於槽中作為商業產品。該泵可進一步包含選 擇性膜、閥、篩、低溫過濾器或熟習此項技術者已知用於分離氧氣及分數氫氣體之其他構件，且此外可收集H2O蒸汽，且可向再生系統314供應H2O用於在再生之固體燃料中再循環。可向容器腔室中添加H2氣體以便抑制諸如齒輪或PDC或MHD電極之發電機組件之任何氧化。氫氣可在存在任何氧氣之情況下經歷燃燒。該發電機可進一步包含用於催化H2及O2反應形成水之再結合器。或者，電漿可引起H2及O2反應形成H2O。氫氣可藉由H2O之電解供應，其中H2與O2分離。該分離可藉由選擇性氣體膜達成。可藉由使用可與電池301聯合之氫氣可滲透陰極來分離氣體。
在一實施例中，燃料303包含可藉由對再生或再加工之固體燃料球磨形成之精細粉末，其中再生系統314可進一步包含球磨機、研磨機或自較大粒子形成較小粒子之其他構件，諸如此項技術中已知之彼等研磨或碾磨構件。例示性固體燃料混合物包含導體，諸如導電金屬粉末，諸如過渡金屬、銀或鋁、其氧化物之粉末，及H2O。在另一實施例中，燃料303可包含可在再生系統314中按壓之固體燃料糰粒。固體燃料糰粒可進一步包含粉末狀金屬或封裝金屬氧化物之另一金屬及H2O及視情況存在之金屬粉末之薄箔片。在此情況下，再生系統314藉由諸如以下各者中之至少一者之手段再生金屬箔：在真空中加熱、在還原性氫氣氛圍下加熱及自諸如熔融的鹽電解質之電解質電解。再生系統314進一步包含金屬處理系統，諸如用於自再生之箔片金屬坯料形成箔片之滾軋或碾磨機器。夾套可藉由壓印機或按壓機形成，其中經封裝之固體燃料可在內部進行壓印或按壓。
在一個例示性實施例中，固體燃料藉助於諸如本發明中給出之方式，諸如添加H2、添加H2O、加熱再生及電解再生中之至少一者來再生。由於相對於引發反應之輸入能量，分數氫反應能量增益極大，諸如在NiOOH情況下為100倍(如在例示性SF-CIHT電池測試結果部分中 所給出之3.22kJ輸出對比46J輸入)，諸如Ni2O3及NiO之產物可藉由電化學反應以及如在本發明中所給出之化學反應以及藉由熟習此項技術者已知之化學反應轉換成氫氧化物，接著轉換成氧(氫氧)化物。在其他實施例中，諸如Ti、Gd、Co、In、Fe、Ga、Al、Cr、Mo、Cu、Mn、Zn、Sn及Sm之其他金屬及相應氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物(諸如本發明之彼等氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物)可代替Ni。在另一實施例中，固體燃料包含金屬氧化物及H2O及相應金屬作為傳導性基質。產物可為金屬氧化物。固體燃料可藉由一部分金屬氧化物經氫還原成金屬，接著與已復水之氧化物混合而再生。具有可在適度熱(諸如小於1000℃)及氫下容易地還原成金屬之氧化物的適合金屬為Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In。在另一實施例中，固體燃料包含(1)不容易經H2及適度熱還原之氧化物，諸如氧化鋁、鹼土金屬氧化物及稀土金屬氧化物中之至少一者；(2)具有能夠在中等溫度(諸如小於1000℃)下經H2還原成金屬之氧化物的金屬；及(3)H2O。一種例示性燃料為MgO+Cu+H2O。接著，H2可還原及不可還原之氧化物的產物混合物可用H2處理且在溫和條件下加熱，使得僅可還原之金屬氧化物轉換成金屬。此混合物可水合以包含再生固體燃料。一種例示性燃料為MgO+Cu+H2O；其中產物MgO+CuO進行H2還原處理以產生MgO+Cu，其水合形成固體燃料。
在另一實施例中，諸如CuO或AgO之氧化物產物藉由在真空與惰性氣體流中之至少一者下加熱再生。溫度可在以下中之至少一者之範圍內：約100℃至3000℃、300℃至2000℃、500℃至1200℃及500℃至1000℃。在一個實施例中，再生系統314可進一步包含碾磨機，諸如球磨機及碎片/研磨機中之至少一者，以將大塊氧化物及金屬中之至少一者碾磨成粉末，諸如細粉，諸如粒徑在以下中之至少一者之範圍內之 細粉：約10nm至1cm、100nm至10mm、0.1μm至1mm及1μm至100μm(μ=微)。
在另一實施例中，再生系統可包含電解電池，諸如包含金屬離子之熔融鹽電解電池，其中金屬氧化物產物之金屬可藉由使用此項技術中熟知之系統及方法電沈積來鍍至電解電池陰極上。系統可進一步包含碾磨機或研磨機以自電鍍金屬形成所需尺寸之金屬粒子。金屬可添加至諸如H2O之反應混合物之另一組分中，以形成再生固體燃料。
在一個實施例中，圖1之電池301能夠維持真空或小於大氣壓之壓力。藉由泵313a維持電池301中真空或小於大氣壓之壓力，且亦可在自電漿來源電池301接收高能電漿離子的連接之電漿-電力轉換器306中維持。在一個實施例中，固體燃料包含對與H2O反應變成氧化金屬實質上在熱力學上穩定的金屬。在此情況下，固體燃料之金屬在形成產物之反應期間不氧化。一種例示性固體燃料包含金屬、氧化金屬及H2O之混合物。接著，諸如初始金屬與金屬氧化物之混合物的產物可藉由產物移除器-燃料裝載機313移除且藉由添加H2O再生。與H2O進行實質上熱力學上不利之反應的適合金屬可選自以下之群：Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In。在其他實施例中，固體燃料包含H2O不起反應之金屬及以下中之至少一者：H2O、可包含相同或至少一種不同金屬之金屬氧化物、氫氧化物及氧(氫氧)化物。
在一個實施例中，進行H2還原、在真空下還原及復水之方法，以迅速、有效且儘可能成本有效地再生固體燃料。
在一個實施例中，固體燃料包含包括H2O之吸濕材料與導體之混合物。一種例示性燃料為水合鹼土金屬鹵化物，諸如MgX2(X=F、Cl、Br、I)，及導體，諸如過渡金屬，諸如Co、Ni、Fe或Cu。
固體燃料可包含物質組合物，諸如某一元素或化合物，諸如具有低熔點、高電導率及低功函數中之至少一者之金屬，其中功函數在高溫下可為極低的，且進一步包含H2O來源及H2O中之至少一者。在一實施例中，固體燃料包含導體，諸如可熔融之金屬；來自電源4之高電流使諸如金屬之導體熔融，產生熱離子或熱電發射，形成低電壓電弧電漿，且該電弧電漿引起H2O之點火。在一實施例中，固體燃料為高度傳導性的且包含至少一種在高溫下具有低功函數之低熔點金屬，從而在存在燃料之H2O的情況下產生低電壓電弧電漿，其中該燃料因此點燃。
在一實施例中，固體燃料包含H來源，諸如烴，其可為根據方程(6-9)用於形成分數氫之mH觸媒來源。固體燃料可包含導體、用於結合氫來源之材料(諸如碳或其他疏水性基質)及氫來源(諸如烴)。固體燃料可藉由高電流爆炸，該高電流促使形成高濃度H，其充當觸媒及反應物，形成分數氫。
發電機進一步包含用於可變功率輸出之構件及方法。在一實施例中，藉由控制燃料303至電極302或滾筒或齒輪302a中之可變或可中斷流動速率以及電源304之可變或可中斷燃料點火速率來控制發電機之功率輸出。亦可控制滾筒或齒輪之旋轉速率以控制燃料點火速率。在一實施例中，輸出功率調節器307包含用於控制輸出(其可為DC)之功率控制器307。功率控制器可控制燃料流動速率，藉由控制使驅動齒輪302c旋轉且使齒輪302a轉動之齒輪驅動馬達302d來控制齒輪之旋轉速度。基於燃料消耗速率或衝動頻率中之至少一者之機械或電力控制的響應時間可為極快的，諸如在10ms至1μs範圍內。亦可藉由控制電漿-電力轉換器之轉換器電極之連接性來控制功率。舉例而言，串聯連接PDC電極增加電壓，且並聯連接轉換器電極增加電流。改變PDC電極之角度或在相對於磁場方向中之至少一者的不同角度下選擇性地連接 至PDC電極組317改變藉由改變電壓及電流中之至少一者收集之功率。
在圖2A中所示之實施例中，電力轉換器306包含光伏打或太陽電池系統。在一實施例中，輸出功率控制器/調節器307自光伏打電力轉換器306接受功率且將該功率中之一些以適合於給電源304供電之形式傳遞至電源304，從而在所要之重複率下引起固體燃料303之點火。在一實施例中，點火係藉由充分降低電極之間的電阻以允許點火之燃料的存在而自動觸發的。可以用於達成所要點火速率之速率將燃料噴射至電極中。可輸出由輸出功率控制器/調節器307接收且調節之額外功率，傳遞至功率負載。具有燃料點火電力系統、電源304及負載之功率要求的光伏打輸出之適合集成可藉由熟習此項技術者已知之太陽能行業中所用之輸出功率控制器/調節器307達成。適合太陽能調節器輸出在適用於柵格之一系列電壓(諸如120V及其倍數)下之AC電力。在一實施例中，光伏打轉換器之功率輸出之至少一部分為高電壓，用於降低在將功率傳遞至內部及外部負載過程時之輸電損耗。電壓可在約10V至5000V、100V至1000V、200至500V及300至400V之至少一個範圍內。
功率控制器307進一步包含輸入及輸出參數之感測器，該等參數諸如電壓、電流及功率。將來自感測器之信號饋入控制發電機之處理器中。可控制緩升時間、緩降時間、電壓、電流、功率、波形及頻率中之至少一者。在一實施例中，輸出電可為任何所要波形，諸如DC或AC，諸如60Hz AC或不同於60Hz之可包含新的電源標準之另一頻率。發電機可包含電阻器，諸如可藉以耗散超過為功率負載所需或所要之功率的分路電阻器。分路電阻器可連接至輸出功率調節器或功率控制器307。發電機可包含用於提供遠程監測之嵌人式處理器及系統，其可進一步具有停用發電機之能力。
在一實施例中，SF-CIHT發電機包含用於對該發電機進行監測及 控制中之至少一者的智慧型行動裝置。該智慧型行動裝置可進一步包含入口網站。該入口網站可促進至SF-CIHT發電機之無線通信及自SF-CIHT發電機之無線通信。在一實施例中，入口網站可充當用於對網際網路型及電信內容進行發射及接收中之至少一者的構件。智慧型裝置可包含智慧型手機及智慧型平板中之至少一者。網際網路類服務可經由該入口網站提供。例示性網際網路類服務包含GPS、網際網路連接、社交媒體、網路連接、電子郵件、網際網路協定上的語音或視頻、搜尋能力及熟習此項技術者已知之網際網路之其他用途。各SF-CIHT發電機之入口網站可連接至用於形成網間連接上之網路的其他此類入口網站。該網路可充當可供選擇的或平行的網際網路。Airborne SunCell，諸如在諸如飛機及遙控飛機之航空器中之彼等，可充當接收-發射塔替代物。在一實施例中，諸如來自SF-CIHT電池入口網站之網際網路內容之信號可經由可基於DC電之建築佈線發射。
在一實施例中，可為攜帶型或行動型之SF-CIHT電池(諸如安裝在載具中之SF-CIHT電池)可連接至功率調節設備，諸如用於將DC轉換成AC電力之反相器。該功率調節設備可用於任何應用，諸如輔助電源。例示性輔助電源用途為載具對固定電源(vehicle to stationary power)，諸如載具對建築物或工廠；及載具對載具(vehicle to vehicle)，諸如載具對卡車、載具對火車及載具對船隻，其中提供電力之載具(諸如汽車)可由接收電力之載具攜帶。例示性運載工具為卡車、火車、船隻及飛機。在一實施例中，功率調節設備可包含反向汽車充電站，諸如此項技術中已知之反向汽車充電站。在一實施例中，由行動SF-CIHT電池(諸如在載具中之電池)供應之DC電力可連接至功率調節設備，諸如包含反相器之功率調節設備，諸如用於向諸如建築物之固定設施供電之反向充電站。在一實施例中，載具可包含反向充電站。載具可包含功率調節設備，諸如輸出適用於外部負載之功率的反相器，該外部負載諸 如固定或輔助應用負載。來自功率調節器之輸出可藉由匹配連接至外部負載之電力線而連接至該負載。與負載之例示性電線連接為連接至建築物之斷路器箱。在一實施例中，SunCell(諸如安裝在載具中者)可向諸如建築物之可需要DC電力之外部負載輸出DC電力。連接可經由電線。電力傳送可包含使用載具上之發射器及用於接收電力且向諸如建築物之輔助負載供電之接收器的電感充電。功率調節設備與SF-CIHT電池之間的連接可進一步包含用於控制自SF-SunCell至功率調節設備之功率流之機械及電子鍵中之至少一者。該控制亦可藉由監測且控制經由入口網站啟用之單元之能力來提供。
在一實施例中，將在端子309處之電源輸出之一部分供應至電源304、齒輪(滾筒)驅動馬達302d、產物移除器-燃料裝載機313、泵313a及再生系統314中之至少一者，從而得到用於傳播化學反應以自反應產物再生初始固體燃料的電力及能量。在一實施例中，藉由冷卻劑出口管線312及320中之至少一者將來自電極熱交換器310及PDC熱交換器318中之至少一者之熱量之一部分輸入固體燃料再生系統，其中冷卻劑藉由冷卻劑輸入管線311及319中之至少一者返回循環，從而得到用於傳播化學反應以自反應產物再生初始固體燃料之熱功率及能量。來自熱-電轉換器306之輸出功率之一部分亦可用於給再生系統以及SF-CIHT電池發電機之其他系統供電。
G.電漿動力電漿-電力轉換器
電漿功率可使用基於磁性空間電荷分離之電漿動力電力轉換器306(圖1)轉換成電。由於其質量相對於正離子較低，所以電子優先約束於磁化PDC電極(諸如圓柱形PDC電極或處於磁場中之PDC電極)之磁通線。因此，電子之移動性受束縛；而正離子相對自由，從而與固有或非固有磁化之PDC電極碰撞。電子與正離子均與未磁化之PDC電極充分碰撞。電漿動力轉換直接自電漿之熱能及位能提取電力，且不 依賴於電漿流。代替之，藉由PDC之電力提取利用浸於電漿中的磁化與未磁化PDC電極之間的電位差來驅動外加負載中之電流，且藉此直接自儲存之電漿熱能提取電力。熱電漿能量至電之電漿動力轉換(PDC)藉由將至少兩種漂浮導體直接插入高溫電漿主體中來實現。此等導體之一藉由外部電磁場或永久磁鐵磁化，或其固有地具有磁性。另一個未磁化。電位差由重正離子對比輕電子之電荷移動性的極大差別產生。此電壓施加在電負載上。
在實施例中，圖1中所示之電力系統包含附加內部或外部電磁鐵或永久磁鐵或包含多個固有磁化及未磁化之PDC電極，諸如圓柱形PDC電極，諸如針形PDC電極。平行於各PDC針形電極306b之均勻磁場B之來源可由電磁鐵提供，諸如由赫爾姆霍茲線圈306d提供。磁鐵可為以下各者中之至少一者：永久磁鐵，諸如海爾貝克陣列磁鐵(Halbach array magnet)，及未冷卻、經水冷卻及超導電磁鐵。例示性超導磁鐵可包含NbTi、NbSn或高溫超導材料。藉由陽極或負極PDC電極317收集來自複數個陽極針形電極306b之負電壓。在一實施例中，至少一個磁化PDC針形電極306b平行於外加磁場B；然而，至少一個對應的相對PDC針形電極306c垂直於磁場B，使得其由於其相對於B方向之定向而未磁化。藉由陰極或正極PDC電極317a收集來自複數個陰極針形電極306c之正電壓。電力可經由負電極功率連接器308及正電極功率連接器308a傳遞至功率調節器/控制器。在一實施例中，電池壁可充當PDC電極。在一實施例中，PDC電極包含在高溫大氣環境中穩定之耐火金屬，諸如高溫不鏽鋼及熟習此項技術者已知之其他材料。在一實施例中，電漿動力轉換器進一步包含電漿約束結構，諸如磁瓶或螺線管磁場來源，諸如赫爾姆霍茲線圈306d，用於約束電漿且提取高能離子之較多功率作為電。
在電力轉換器之又一實施例中，v ∥>>v ⊥之沿著z軸之離子流隨後可 進入包含軸向磁場梯度遞增之壓縮區段，其中平行於z軸方向之電子運 動分量v ∥由於絕熱不變量=常數而至少部分地轉換成垂直運動v ⊥。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，在盤式發電機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)。該電壓可驅使電流流過電力負載。電漿功率亦可使用本發明之×直接轉換器或其他電漿-電裝置轉換成電。在另一實施例中，磁場(諸如赫爾姆霍茲線圈306d之磁場)約束電漿，使得其可藉由電漿-電力轉換器306(其可為電漿動力電力轉換器)轉換成電。在一實施例中，赫爾姆霍茲線圈包含磁瓶。PDC轉換器306可相對於赫爾姆霍茲線圈接近電漿來源，如圖1中所示。關於位於電池容器外部之包含磁鐵之電漿-電力轉換器組件，間隔壁可包含非鐵材料，諸如不鏽鋼。舉例而言，將赫爾姆霍茲線圈306與含有電漿之容器301隔開之壁或者PDC轉換器或MHD轉換器之側壁可包含磁通量易於穿透之材料，諸如不鏽鋼。在此實施例中，將磁鐵定位在外面，以獲得橫向磁化橫向定向之PDC針形陽極或橫切MHD轉換器之電漿膨脹方向的磁通量。
各電池亦輸出可分別藉由入口及出口冷卻劑管線311及312自電極熱交換器310提取以及分別藉由入口及出口冷卻劑管線319及320自PDC熱交換器318提取的熱功率。熱功率可直接用作熱或轉換成電。在實施例中，電力系統進一步包含熱-電力轉換器。轉換可使用習知朗肯或布雷頓電力設備，諸如包含鍋爐、蒸汽渦輪機與發電機之蒸汽設備或包含氣體渦輪機(諸如外加熱之氣體渦輪機)與發電機之蒸汽設備實現。適合的反應物、再生反應及系統以及電力設備可包含以下中之彼等反應物、再生反應及系統以及電力設備：本發明中；在先前美國專利申請案中，諸如Hydrogen Catalyst Reactor，PCT於4/24/2008申請之 PCT/US08/61455；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor，PCT於7/29/2009申請之PCT/US09/052072；Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System,PCT於3/18/2010申請之PCT/US10/27828；Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System，PCT於3/17/2011申請之PCT/US11/28889；H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System，於3/30/2012申請之PCT/US12/31369；及CIHT Power System，於5/21/13申請之PCT/US13/041938(「Mills先前申請案」)；以及先前公開案中，諸如R.L.Mills,M.Nansteel,W.Good,G.Zhao,「Design for a BlackLight Power Multi-Cell Thermally Coupled Reactor Based on Hydrogen Catalyst Systems」,Int.J.Energy Research，第36卷，(2012),778-788；doi：10.1002/er.1834；R.L.Mills,G.Zhao,W.Good,「Continuous Thermal Power System」,Applied Energy，第88卷，(2011)789-798,doi：10.1016/j.apenergy.2010.08.024，及R.L.Mills,G.Zhao,K.Akhtar,Z.Chang,J.He,X.Hu,G.Wu,J.Lotoski,G.Chu,「Thermally Reversible Hydrino Catalyst Systems as a New Power Source」,Int.J.Green Energy，第8卷，(2011),429-473(「Mills先前Thermal Power Conversion公開案」)，以全文引用的方式併入本文中。在其他實施例中，電力系統包含熟習此項技術者已知之其他熱-電力轉換器之一，諸如直接電力轉換器，諸如熱離子及熱電電力轉換器以及其他熱引擎，諸如史特林引擎。
在一實施例中，10MW發電機經歷以下步驟：
1.燃料自料斗流入一對齒輪及/或支撐部件中，其將高度傳導性固體燃料之約0.5g等分試樣約束在指狀交叉區域中，其中低電壓高電流流過燃料，引起該燃料點火。點火釋放出約10kJ能量/等分試樣。齒輪包含60個輪齒且以1000RPM旋轉，使得衝動頻率為1kHz，對應於10MW功率。在一實施例中，將齒輪設計成使得與齒輪直接接觸之燃 料粉末層不負載爆炸之臨界電流密度，然而整體區域負載爆炸之臨界電流密度，使得該等齒輪受保護免因燃料點火爆炸而腐蝕。
2.基本上完全電離之電漿膨脹至齒輪外面垂直於齒輪之軸上且進入磁流體動力或電漿動力轉換器，其中電漿流轉換成電。或者，使用光伏打電力轉換器將自電漿發射出之亮光轉換成電。
3.一部分電給電極電源供電且其餘部分可在藉由對應的電池進行功率調節之後供應給外部負載。藉由電極熱交換器自齒輪轂移出之熱量流至再生系統熱交換器，且其餘的流至外部熱負載。
4.電漿氣體冷凝成包含固體燃料不含H2O之產物。
5.螺鑽(諸如醫藥或食品行業中所用之螺鑽)將產物粉末輸送至再生系統，其中用蒸汽使該產物粉末復水，其中該蒸汽藉由來自H2O儲集器之H2O流過再生系統熱交換器之熱線圈而形成。
6.藉由螺鑽將再生之固體燃料輸送至料斗，以允許僅藉由反加H2O連續使用燃料。
假定0.5公克固體燃料產生1kJ能量。假定燃料密度為Cu之密度8.96g/cm3，則指狀交叉區域中每輪齒燃料之體積為0.056cm3。若達成貫穿燃料之高電導率之傳導深度為2mm，則由各齒輪之三角形輪齒之指狀交叉間隙限定之燃料基礎為4mm，且齒輪寬度為0.11cm3/(0.2)(0.4)=1.39cm。在另一實施例中，例示性10MW發電機之H2O消耗量給出如下： H2O至H2(1/4)+1/2O2(50MJ/mol H2O)；10MJ/s/50MJ/mol H2O=0.2莫耳(3.6g)H2O/s或13kg/h=13公升/小時。考慮其中固體燃料藉由點火再循環且在1分鐘內再生且0.5公克產生10kJ之例示性情況，固體燃料之存量給出如下：10MJ/s×0.5g/10kJ=500g/s(30kg/min)，且固體燃料存量為30kg或約3公升。
H.具有光功率之光伏打轉換之電弧及高DC、AC及DC-AC混合電流分 數氫電漿電池
在本發明之例示性實施例中，具有光功率之光伏打轉換之電力系統可包括本文中關於SF-CIHT電池所揭示之組件中之任一者。舉例而言，某些實施例包括以下各者中之一或多者：容器能夠承受大氣壓、超過大氣壓之壓力及低於大氣壓之壓力中之至少一者；反應物可包含用以形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中之至少一者之H2O來源及傳導性基質；反應物可包含H2O來源，其包含散裝H2O、除散裝H2O以外之狀態、經歷反應形成H2O及釋放結合H2O中之至少一者的化合物中之至少一者；結合H2O可包含與H2O相互作用之化合物，其中該H2O呈經吸收H2O、經結合H2O、物理吸附之H2O及水合水中之至少一者的狀態；反應物可包含導體及一或多種經歷散裝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的化合物或材料，且具有H2O作為反應產物；新生H2O觸媒來源及原子氫來源中之至少一者可包含a)至少一種H2O來源、b)至少一封氧來源及c)至少一種氫來源中之至少一者；反應物可形成觸媒來源、觸媒、原子氫來源及原子氫中之至少一者，可包含a)H2O及H2O來源、b)O2、H2O、HOOH、OOH-、過氧化物離子、超氧離子、氫化物、H2、鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、含氧化合物、水合化合物、選自鹵化物、氧化物、氧(氫氧)化物、氫氧化物、含氧化合物中之至少一者之組之水合化合物及c)傳導性基質中之至少一者；氧(氫氧)化物可包含TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH之組中之至少一者；氧化物可包含CuO、Cu2O、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO及Ni2O3之組中之至少一者；氫氧化物可包含Cu(OH)2、Co(OH)2、Co(OH)3、Fe(OH)2、Fe(OH)3及Ni(OH)2之組中之至少一者；含氧化合物包含硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、鉻酸鹽、焦磷 酸鹽、過硫酸鹽、過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽、MXO3、MXO4(M=金屬，諸如鹼金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs；X=F、Br、Cl、I)、氧化鈷鎂、氧化鎳鎂、氧化銅鎂、Li2O、鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、CuO、CrO4、ZnO、MgO、CaO、MoO2、TiO2、ZrO2、SiO2、Al2O3、NiO、FeO、Fe2O3、TaO2、Ta2O5、VO、VO2、V2O3、V2O5、P2O3、P2O5、B2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、SeO2、SeO3、TeO2、TeO3、WO2、WO3、Cr3O4、Cr2O3、CrO2、CrO3、CoO、Co2O3、Co3O4、FeO、Fe2O3、NiO、Ni2O3、稀土金屬氧化物、CeO2、La2O3、氧(氫氧)化物、TiOOH、GdOOH、CoOOH、InOOH、FeOOH、GaOOH、NiOOH、AlOOH、CrOOH、MoOOH、CuOOH、MnOOH、ZnOOH及SmOOH之組中之至少一者；且傳導性基質可包含金屬粉末、碳、碳化物、硼化物、氮化物、甲腈(諸如TiCN)或腈之組中之至少一者。
在本發明之其他實施例中，電力系統可包括以下各者中之一或多者：反應物可包含金屬、其金屬氧化物及H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的；反應物可包含過渡金屬、鹼土金屬鹵化物及H2O之混合物，其中金屬與H2O之反應並非熱力學上有利的；反應物可包含導體、吸濕材料及H2O之混合物；導體可包含金屬粉末或碳粉末，其中金屬或碳與H2O之反應並非熱力學上有利的；吸濕材料可包含溴化鋰、氯化鈣、氯化鎂、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸鉀、光鹵石(諸如KMgCl3．6(H2O))、檸檬酸鐵銨、氫氧化鉀及氫氧化鈉及濃硫酸及磷酸、纖維素纖維、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、柴油燃料、甲基安非他明、化肥、鹽、乾燥劑、二氧化矽、活性炭、硫酸鈣、氯化鈣、分子篩、沸石、潮解材料、氯化鋅、氯化鈣、氫氧化鉀、氫氧化鈉及易潮解鹽之組中之至少一者；電力系統可包括導體、吸濕材料及H2O之混合物，其中(金屬)、(吸濕材料)、(H2O)之相對莫耳量之範圍為約(0.000001至100000)、(0.000001至100000)、(0.000001至 100000)；(0.00001至10000)、(0.00001至10000)、(0.00001至10000)；(0.0001至1000)、(0.0001至1000)、(0.0001至1000)；(0.001至100)、(0.001至100)、(0.001至100)；(0.01至100)、(0.01至100)、(0.01至100)；(0.1至10)、(0.1至10)、(0.1至10)；及(0.5至1)、(0.5至1)、(0.5至1)中之至少一者；與H2O發生熱力學上不利之反應的金屬可為Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In之組中至少一者；反應物可藉由添加H2O而再生；反應物可包含金屬、其金屬氧化物及H2O之混合物，其中金屬氧化物能夠在低於1000℃之溫度下進行H2還原；反應物可包含不容易在H2及適度熱下還原之氧化物、具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬及H2O之混合物；具有能夠在低於1000℃之溫度下經H2還原成金屬之氧化物的金屬可為Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In之組中至少一者；不容易在H2及適度熱下還原之金屬氧化物包含氧化鋁、鹼土金屬氧化物及稀土金屬氧化物中之至少一者；固體燃料可包含碳或活性碳及H2O，其中混合物藉由包含添加H2O之復水而再生；且反應物可包含漿料、溶液、乳液、複合物及化合物中之至少一者；H2O莫耳%含量可在約0.000001%至100%、0.00001%至100%、0.0001%至100%、0.001%至100%、0.01%至100%、0.1%至100%、1%至100%、10%至100%、0.1%至50%、1%至25%及1%至10%中之至少一者的範圍內；電源之電流可傳遞短時間高電流電能，其足以引起分數氫反應物以極高的速率經歷反應，形成分數氫。
在本發明之一些實施例中，電力系統可包括以下各者中之一或多者：電源可傳遞短時間高電流電能，包含經選擇以引起在100A至1,000,000A、1kA至100,000A、10kA至50kA中之至少一者之範圍內 的電流的高AC、DC或AC-DC混合的電壓、在100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度中之至少一者；電壓由固體燃料或高能材料之電導率確定，其中電壓按所要電流乘以固體燃料或高能材料樣品之電阻給出；DC或峰值AC電壓可在至少一個選自約0.1V至500kV、0.1V至100kV及1V至50kV之範圍內；且AC頻率可在約0.1Hz至10GHz、1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz之範圍內；固體燃料或高能材料樣品之電阻可在至少一個選自約0.001mΩ至100MΩ、0.1Ω至1MΩ及10Ω至1kΩ之範圍內；且每單位有效形成分數氫之電極面積的適合負載之電導率在至少一個選自約10-10Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-5Ω-1 cm-2至106Ω-1 cm-2、10-4Ω-1 cm-2至105Ω-1 cm-2、10-3Ω-1 cm-2至104Ω-1 cm-2、10-2Ω-1 cm-2至103Ω-1 cm-2、10-1Ω-1 cm-2至102Ω-1 cm-2及1Ω-1 cm-2至10Ω-1 cm-2之範圍內；再生系統可包含水合系統、熱系統、化學系統及電化學系統中之至少一者；光伏打電力轉換器可包括光子-電力轉換器；電力系統可包括光分配系統或聚光型光電裝置；光伏打電力轉換器可包括光子-熱功率轉換器；電力系統可包括熱-電力轉換器、聚光型太陽能裝置、追蹤器或能量儲存裝置；電力系統可以可操作地連接至電力柵格；電力系統可為獨立系統；光伏打電力轉換器可包括複數個多接面光伏打電池；多接面光伏打電池可為三重接面光伏打電池；光伏打電力轉換器可位於真空電池內；光伏打電力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；光伏打電力轉換器可以可操作地耦接至經組態以清潔該光伏打電力轉換器之至少一部分的清潔系統；電力系統可包括光學濾光片；光伏打電力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；光伏打電 力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、晶格不匹配電池、晶格匹配電池及包含第III-V族半導體材料之電池中之至少一者；電力系統可包括可操作地耦接至光伏打電力轉換器之輸出功率調節器及可操作地耦接至輸出功率調節器之輸出功率端子；電力系統可包括反相器或能量儲存裝置；來自輸出功率端子之功率輸出之一部分可與能量儲存裝置或電力產生系統之組件或複數個電極或外部負載或電力柵格有關。
在一個實施例中，CIHT電池包含分數氫形成電漿電池，稱為分數氫電漿電池，其中光功率之至少一部分藉由光伏打轉換器轉換成電。高電流可為DC、AC或其組合。電漿氣體可包含H來源及HOH觸媒來源中之至少一者，諸如H2O。額外的適合電漿氣體為H2O、H來源、H2、氧來源、O2及惰性氣體(諸如稀有氣體)中之至少一者之混合物。氣體壓力可在以下至少一者之範圍內：約0.001托至100atm、1托至50atm及100托至10atm。電壓可為高的，諸如在以下至少一者範圍內：約50V至100kV、1kV至50kV及1kV至30kV。電流可在以下至少一者範圍內：約0.1mA至100A、1mA至50A及1mA至10A。電漿可包含電弧，電弧具有高得多之電流，諸如在以下至少一者之範圍內的電流：約1A至100kA、100A至50kA及1kA至20kA。在一個實施例中，高電流加速分數氫反應速率。在一個實施例中，電壓及電流為AC。驅動頻率可為音頻，諸如在3kHz至15kHz範圍內。在一個實施例中，頻率在以下至少一者之範圍內：約0.1Hz至100GHz、100Hz至10GHz、1kHz至10GHz、1MHz至1GHz及10MHz至1GHz。至少一個電極之暴露於電漿氣體之導體可提供電子熱離子及場致發射以支撐電弧電漿。
在一個實施例中，電池包含高壓電源，施加該高壓電源以在包含H來源及HOH觸媒來源之電漿氣體中實現擊穿。電漿氣體可包含水蒸氣、氫、氧來源及惰性氣體(諸如稀有氣體，諸如氬氣)中之至少一者。 高壓電力可包含直流電(DC)、交流電(AC)及其混合。電漿氣體中之擊穿引起電導率顯著增加。電源能夠提供高電流。施加低於擊穿電壓之電壓下的高電流引起H藉由HOH觸媒以高速催化形成分數氫。高電流可包含直流電(DC)、交流電(AC)及其混合。
高電流電漿電池之一個實施例包含能夠形成HOH觸媒及H之電漿氣體。電漿氣體包含HOH來源及H來源，諸如H2O及H2氣體。電漿氣體可進一步包含額外的氣體，該等氣體允許、增加或維持HOH觸媒及H。其他適合的氣體為稀有氣體。電池包含以下中之至少一者：至少一組電極、至少一個天線、至少一個RF線圈及至少一個可包含天線之微波空腔，且進一步包含至少一個擊穿電源，諸如能夠產生足以引起電漿氣體電擊穿之電壓或電子或離子能量的擊穿電源。電壓可在以下至少一者範圍內：約10V至100kV、100V至50kV及1kV至20kV。電漿氣體可最初呈液態以及呈氣態。電漿可在如液體H2O或包含液體H2O之介質中形成。氣體壓力可在以下至少一者之範圍內：約0.001托至100atm、0.01托至760托及0.1托至100托。電池可包含至少一個第二電源，一旦實現擊穿，該電源即提供高電流。高電流亦可藉由擊穿電源提供。每一電源可為DC或AC。每一者之頻率範圍可在以下至少一者之範圍內：約0.1Hz至100GHz、100Hz至10GHz、1kHz至10GHz、1MHz至1GHz及10MHz至1GHz。高電流可在以下至少一者之範圍內：約1A至100kA、10A至100kA、1000A至100kA、10kA至50kA。高放電電流密度可在以下至少一者之範圍內：0.1A/cm2至1,000,000A/cm2、1A/cm2至1,000,000A/cm2、10A/cm2至1,000,000A/cm2、100A/cm2至1,000,000A/cm2及1kA/cm2至1,000,000A/cm2。在一個實施例中，擊穿與第二高電流電源中之至少一者可間歇施加。間歇頻率可在以下至少一者之範圍內：約0.001Hz至1GHz、0.01Hz至100MHz、0.1Hz至10MHz、1Hz至1MHz及10Hz至100kHz。工作循環可在以下至少一者之 範圍內：約0.001%至99.9%、1%至99%及10%至90%。在包含AC(諸如RF電源)及DC電源之一個實施例中，DC電源藉由至少一個電容器與AC電源絕緣。在一個實施例中，用以形成分數氫之H來源(諸如H2與H2O中之至少一者)以維持分數氫分量與輸出功率，得到所需電池增益，諸如分數氫電力分量超過輸入電力之電池增益的速率供應至電池。
在一個實施例中，電漿氣體經液體H2O置換，液體H2O可為純的或包含鹽水溶液，諸如鹽水。溶液可附帶AC激勵，諸如高頻輻射，諸如RF或微波激勵。包含H2O之激勵介質(諸如鹽水)可置於RF發射器與接收器之間。RF發射器或天線自RF產生器接收RF功率，該RF產生器能夠產生頻率及功率能夠為包含H2O之介質所吸收之RF信號。電池及激勵參數可為本發明之彼等參數之一。在一個實施例中，RF頻率可在約1MHz至20MHz範圍內。RF激勵來源可進一步包含調諧電路或匹配網路以匹配負載對發射器之阻抗。金屬粒子可懸浮於H2O或鹽溶液中。入射功率可為高的，諸如在以下至少一者之範圍內：約0.1W/cm2至100kW/cm2、0.5W/cm2至10kW/cm2及0.5W/cm2至1kW/cm2，以因入射輻射與金屬粒子之相互作用而在電漿中引起電弧。金屬粒子之尺寸可經調整以最佳化電弧形成。適合的粒徑在約0.1μm至10mm範圍內。電弧載運引起分數氫反應以高動力學發生之高電流。在另一實施例中，電漿氣體包含H2O，諸如H2O蒸氣，且電池包含金屬物體，其亦附帶高頻輻射，諸如RF或微波。金屬物體上尖點上之場濃度在包含H2O之電漿氣體中引起電弧，其中分數氫反應速率極大提高。
在一個實施例中，高電流電漿包含電弧。電弧電漿可具有區別於輝光放電電漿之特徵。在前一種情況下，電子及離子溫度可為類似的，且在後一種情況下，電子熱能可比離子熱能大得多。在一個實施例中，電弧電漿電池包含捏縮電漿。諸如包含H2O之電漿氣體的電漿氣體維持在足以形成電弧電漿之壓力下。壓力可為高的，諸如在約100托至100 atm範圍內。在一個實施例中，擊穿及高電流電源可為相同的。電弧可在包括液體H2O之高壓H2O中藉由包含複數個電容器之電源形成，該複數個電容器包含能夠供應高電壓(諸如在約1kV至50kV範圍內之電壓)及高電流(諸如當電阻及電壓下降時可增加之電流，形成電荷且維持)之電容器組，其中電流可在約0.1mA至100,000A範圍內。電壓可藉由串聯連接電容器來增加，且電容可藉由並聯連接電容器來增加，以實現所需高電壓及電流。電容可足以維持電漿長時間，諸如0.1s至超過24小時。電力電路可具有額外的元件以在電弧形成後維持電弧，諸如第二高電流電源。在一個實施例中，電源包含複數個電容器組，該複數個電容器組將電力連續供應至電弧，其中當給定之充電電容器組放電時，各放電電容器組可藉由充電電源再充電。複數個組可足以維持穩態電弧電漿。在另一實施例中，用以提供電漿擊穿與高電流中之至少一者至電弧電漿之電源包含至少一個變壓器。在一個實施例中，電弧以諸如在約0.01Hz至1MHz範圍內之高DC重複速率建立。在一個實施例中，陰極與陽極之作用可循環逆轉。逆轉速率可為低的，以維持電弧電漿。交流電之循環速率可為以下中之至少一者：約0Hz至1000Hz、0Hz至500Hz及0Hz至100Hz。電源可具有維持所需速率之分數氫反應速率的最大電流界限。在一個實施例中，高電流為可變的，以控制產生分數氫之電力，從而提供可變的功率輸出。藉由電源控制之高電流界限可在以下至少一者之範圍內：約1kA至100kA、2kA至50kA及10kA至30kA。電弧電漿可具有負電阻，該負電阻包含隨著電流增加電壓下降之特性。電漿電弧電池電力電路可包含一種正阻抗形式，諸如電動安定器，以建立所需位準之穩定電流。電極可呈所需幾何形態，以在兩者之間提供電場。適合的幾何形態為以下中之至少一者：中心圓柱形電極及外部同心電極、平行板電極及相對針或圓柱。電極可在陰極提供電子熱離子及場致發射中之至少一者以支撐電弧電 漿。可形成高電流密度，諸如高達約106A/cm2之電流密度。電極可由以下中之至少一者構成：具有高熔點之材料，諸如來自諸如W或Mo之耐熔金屬及碳之群的材料；及與水反應性低之材料，諸如來自Cu、Ni、Pb、Sb、Bi、Co、Cd、Ge、Au、Ir、Fe、Hg、Mo、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Se、Ag、Tc、Te、Tl、Sn、W、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In之群之材料。在一個實施例中，電極可為活動的。電極可彼此親密置放或直接接觸，接著機械分開，以引發及維持電弧電漿。在此情況下，擊穿電壓可比電極永久地以固定間隙分開之情況小得多。在活動或間隙可調電極下施加以形成電弧之電壓可在以下中之至少一者之範圍內：約0.1V至20kV、1V至10kV及10V至1kV。電極間距可經調整以維持所需電流或電流密度之穩定電弧。
在一個實施例中，包含OH、HOH、O2、nO及nH(n為整數)中之至少一者之觸媒在水電弧電漿中產生。H2O電弧電漿電池發電機100之一個示意圖展示於圖2B中。電弧電漿電池109包含兩個電極，諸如外部圓柱形電極106及中心軸電極103，諸如具有電池蓋111及絕緣體基底102之中心條，其可界定能夠承受真空、大氣壓及超過大氣壓之壓力中之至少一者的電池109之電弧電漿腔室。電池109供有電弧電漿氣體或液體，諸如H2O。或者，電極103及106浸沒於電弧電漿氣體或容器109中含有之液體(諸如H2O)中。藉由添加離子來源，諸如可溶解之諸如鹽之離子化合物，可使H2O更具傳導性，以實現較低電壓下電弧擊穿。鹽可包含氫氧化物或鹵化物，諸如鹼金屬氫氧化物或鹵化物或本發明之其他氫氧化物或鹵化物。供應可來自來源，諸如具有閥108之槽107及氣體或液體流入電池109所經之管線110，且排出氣體經由具有至少一個壓力計115及閥116之出口管線126自電池流出，其中泵117自電池109移除氣體以維持所需流量及壓力中之至少一者。在一個實施例中，電漿氣體維持在高流動條件下，諸如高壓(諸如大氣壓及更高壓力)下 超音速流動，以提供足夠的反應物質量流動供分數氫反應產生所需位準之基於分數氫之電力。一個適合的例示性流速實現超過輸入電力的基於分數氫之電力。或者，液體水可在電池109中，諸如具有電極作為邊界之儲集器中。電極103及106經由電池電力接頭124連接至高電壓-高電流電源123。與中心電極103之連接可穿過底板101。在一個實施例中，電源123可藉由另一電源，諸如充電電源121，經由接頭122供應。高電壓-高電流電源123可包含電容器組，該電容器組可串聯以提供高電壓且並列以提供高電容及高電流，且電源123可包含複數個該等電容器組，其中每一者可暫時放電且充電以提供可接近連續輸出之功率輸出。該或該等電容器組可藉由充電電源121充電。
在一個實施例中，諸如103之電極可藉由AC電源123供電，AC電源123可為高頻率且可為高功率，諸如藉由RF產生器(諸如特斯拉線圈(Tesla coil))提供之頻率及功率。在另一實施例中，電極103包含微波電漿炬之天線。功率及頻率可為本發明之功率及頻率，諸如分別在約100kHz至100MHz或100MHz至10GHz及每公升100W至500kW範圍內。在一個實施例中，圓柱形電極可僅僅包含電池壁且可由諸如石英、陶瓷材料或氧化鋁之絕緣體構成。電池蓋111可進一步包含電極，諸如接地或不接地電極。電池可經操作，以形成H2O之電漿電弧或射光，其至少部分地覆蓋電弧電漿電池109內部之電極103。電弧或射光大大提高分數氫反應速率。
在一個實施例中，電弧電漿電池109閉合以約束熱能釋放。接著密封之電池內的水處於根據如熟習此項技術者已知之所需操作溫度及壓力之H2O相位圖，液體與氣體混合物之標準條件下。操作溫度可在約25℃至1000℃範圍內。操作壓力可在以下至少一者之範圍內：約0.001atm至200atm、0.01atm至200atm及0.1atm至100atm。電池109可包含鍋爐，其中至少一個包含加熱水、過熱水、蒸汽及過熱蒸汽之 相流出蒸汽出口114且供應熱或機械負載(諸如蒸汽渦輪機)來發電。出口流冷卻與蒸汽冷凝中至少一個製程隨著熱功率轉移至負載而發生，且冷卻之蒸汽或水經由迴路112返回電池。或者，補充蒸汽或水返回。使系統閉合且可進一步包含泵113，諸如H2O再循環或返回泵，以使H2O呈其物理相循環，充當冷卻劑。電池可進一步包含熱交換器119，該熱交換器119可在電池壁內部或外部，以移除熱能至冷卻劑中，該冷卻劑在冷卻劑入口118以冷的狀態進入且在冷卻劑出口120以熱的狀態存在。此後，熱的冷卻劑流至熱負載，諸如純的熱負載或熱-機械功率轉換器或熱-電力轉換器，諸如蒸汽或氣體渦輪機或或熱引擎，諸如蒸汽引擎及視情況選用之發電機。熱至機械功率或電力轉換之其他例示性轉換器為朗肯或布雷頓循環引擎、史特林引擎、熱離子及熱電轉換器及此項技術中已知之其他系統。熱至機械與電中之至少一者之轉換的系統及方法亦揭示於以全文引用的方式併入本文中之Mills先前申請案中。
在一個實施例中，諸如碳或金屬電極(諸如鎢或銅電極)之電極103及106在因電漿而腐蝕時可饋入電池109中。當被腐蝕時可替換電極，或不斷替換。腐蝕產物可自電池中以諸如沈澱物之形式收集且再循環至新的電極中。因此，電弧電漿電池發電機進一步包含電極腐蝕產物回收系統105、電極再生系統104及再生電極連續進料125。在一個實施例中，傾向於大部分腐蝕之至少一個電極，諸如陰極，諸如中心電極103，可藉由本發明之系統及方法再生。舉例而言，電極可包含選自以下之一種金屬：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、Al、V、Zr、Ti、Mn、Zn、Cr及In，其具有可藉由H2處理、加熱及在真空下加熱而還原之相應氧化物。再生系統104可包含用以熔融氧化物及金屬中之至少一者且自再生金屬澆鑄或擠出電極的熔爐。用於金屬熔煉 及成型或碾磨之系統及方法為熟習此項技術者所熟知。在另一實施例中，再生系統104可包含電解電池，諸如包含金屬離子之熔融鹽電解電池，其中電極金屬可藉由使用此項技術中熟知之系統及方法電沈積來鍍至電極上。
在諸如圖2B中所示之電弧電漿電池109之電漿電池的一實施例中，H2O電弧電漿電池輸出高光功率，且藉由光伏打電力轉換器將該光轉換成電。在一實施例中，電池蓋111包含用於接收高光功率且將其轉換成電之光伏打電力轉換器。在另一實施例中，電極103及106中之至少一者包含至少部分地透光之柵格電極。透光度可歸因於電極傳導區段之間的空隙。將光伏打轉換器定位在柵格電極之後以將光功率轉換成電。在另一實施例中，電極103及106包含平行板。平行板電極可約束在可密封之電池109中。可藉由光伏打轉換器106a接收藉由電極形成之平面橫向的高光功率。光伏打轉換器可包含光伏打電池且可進一步包含光功率可透射之窗口，用於保護電池免因電弧電漿之壓力波而損壞。支撐電漿及電弧電漿(諸如包含H2O之電漿)中之至少一者且包含至少一個使光穿透光伏打轉換器(諸如熟習此項技術者已知之彼等光伏打轉換器)之區域的電極及電極組態及設計的其他實施例在本發明範疇內。
在一個實施例中，分數氫電池包含捏縮電漿來源以形成分數氫連續光譜發射。電池包含及陰極、陽極、電源及用以形成捏縮電漿之氫來源與HOH觸媒來源中之至少一者。電漿系統可包含稠密電漿焦點來源，諸如此項技術中已知之稠密電漿焦點來源。電漿電流可為很高的，諸如超過1kA。電漿可為電弧電漿。特點為電漿氣體包含H與HOH或H觸媒中之至少一者，且電漿條件可最佳化以給出氫連續光譜發射。在一實施例中，光伏打轉換器106a或111將光功率轉換成電。
I.光伏打光-電力轉換器
在圖2A中所示之SF-CIHT電池發電機之替代性電漿電力轉換器306中，藉由固體燃料303之點火產生之電漿為高度電離的。諸如由方程(6-9)及(44-47)給出之分數氫催化反應以及在形成分數氫時所釋放之能量促使燃料電離。離子與電子重組，發射光。藉由使激發態原子、離子、分子、化合物及材料衰變而發射出附加光。在一實施例中，分數氫反應釋放軟X射線連續輻射，將其轉換成光厚介質中之黑體可見發射。光入射在光伏打轉換器306上。光伏打電力轉換器306包含陰極306c及陽極306b，其各自分別藉由陰極及陽極輸出功率連接器308a及308連接至輸出功率控制器/調節器307。光可藉由光子-電力轉換器306接收，諸如真空容器301內部之光伏打瓷磚。光伏打電力轉換器可藉由至少一個熱交換器318冷卻，該熱交換器經由光伏打冷卻劑入口管線319接收冷的冷卻劑且經由光伏打冷卻劑出口管線320拒斥熱的冷卻劑。本文中所給出之關於SF-CIHT電池之光功率光伏打轉換成電的揭示內容亦適用於具有光功率之光伏打轉換之電弧及高DC、AC及DC-AC混合電流分數氫電漿電池。
a.固體燃料噴射系統
在圖2A中所示之實施例中，藉由重力將固體燃料饋入SF-CIHT發電機中。燃料流系統可包含重力流系統。重力流可包含進料器機構，諸如以下各者中之至少一者：螺鑽、可在料斗305之底部自滑槽底部將燃料接收至其輪齒中之旋轉齒輪及可在料斗305之底部自滑槽底部將燃料接收至其輪齒中之一對齒輪或滾筒302a。固體燃料可自如水泥混合器技術中通常所知之含有阿基米德螺桿(Archimedes screw)之滾動的鼓形儲集器分配。在一替代實施例中，將燃料303噴射至引起燃料點火之電極302中。電極302可包含滾筒、齒輪、諸如活塞之可移動元件及040114申請之名稱為「PHOTOVOLATIC POWER GENERATION SYSTEMS AND METHODS REGARDING SAME」之PCT申請案第 PCT/US14/32584號中所述之其他實施例中之至少一者，該申請案以全文引用的方式併入本文中。滾筒302a可具有在約0.0001至100,0000、0.001至10,000及0.01至1000之至少一個範圍內之長度或寬度：半徑比。滾筒之長度：半徑比可經選擇以滿足以下各者中之至少一者：不阻擋來自光伏打轉換器之光，准許電漿膨脹以使得將光發射至光伏打轉換器，允許爆炸壓力藉由較小電阻及約束加壓氣體之膨脹而耗散，燃料密度低於對滾筒表面造成損壞之密度，熱傳遞足以防止熱損壞，且電導率足以避免不能令人滿意的功率損耗及滾筒之加熱中之至少一者。該揭示內容之光收集系統(諸如光分配系統之鏡及透鏡)可與電極幾何形狀及尺寸相匹配。該鏡可為用於自類焦距光源接收光之拋物面鏡，諸如包含長度或寬度：半徑比小於一之滾筒電極之鏡。該鏡可為用於自較擴展光源接收光之較抛物面鏡或柱面鏡，諸如包含長度或寬度：半徑比大於一之滾筒電極之鏡。在一實施例中，電漿可以大於、小於及等於音速中之至少一者之速率膨脹。在一實施例中，噴射系統包含用於使燃料帶電之構件及用於使燃料朝向電極302電加速之構件。用於使燃料帶電之構件可包含電子來源，諸如燈絲、電暈放電、電子槍或熟習此項技術者已知之其他構件。燃料可在噴射器料斗305或在料斗305基底之噴射器帶電。諸如齒輪302a或滾筒之電極302可帶相反電荷，使得帶電燃料加速到達電極。燃料之速度可藉由控制以下各者中之至少一者來控制：在諸如料斗305或噴射器之來源處之燃料的電荷與電極302之間的電壓差、燃料粒度、在施加間歇性電壓之情況下施加電壓差的時間、燃料所穿過之氣體之壓力及燃料粒子之大小。可控制燃料之速度以使得克服來自燃料之預先樣品之爆炸之任何壓力。在一實施例中，經點火之燃料之能量及功率主要為輻射(光功率)而非壓力體積。在一實施例中，由於來自燃料爆炸之壓力波所造成之超壓為以下各者中之至少一者：小於100PSIg、小於50PSIg、小於10PSIg、小於 5PSIg、小於2PSIg及小於1PSIg。在一實施例中，噴射器可利用與靜電噴塗、光複製中之粒子傳遞、靜電沈澱器中之空氣污染物移除及熟習此項技術者已知之其他此類靜電技術中所用之彼等系統及方法類似的系統及方法。
在另一實施例中，燃料噴射及燃料噴射器包含氣動噴射。燃料303可藉由諸如惰性氣體(諸如稀有氣體，諸如氬氣)之載體氣體噴射。燃料303可包含未藉由諸如齒輪或螺鑽之機械進料器自料斗305裝載之粉末。在例示性實施例中，料斗305具有楔形滑槽，其在滑槽末端具有旋轉齒輪，其中該齒輪基於藉由輪齒及齒底形成之空腔之大小及齒輪之旋轉速率計量出受控制的燃料流。可控制氣體壓力以使得克服來自燃料之預先樣品之爆炸之任何壓力。該壓力可大於來自燃料之預先樣品之爆炸之任何壓力。在一例示性實施例中，因為爆炸壓力小於約3PSIg，所以在較高壓力下用氬氣噴射流噴射固體燃料。在一實施例中，燃料303可藉由氣動及靜電噴射之組合藉由對應的系統噴射至電極302中。燃料303可藉由氣動噴射系統之諸如稀有氣體(諸如氬氣)之載體氣體且藉由靜電噴射系統之電場輸送且引導至電極302中之至少一者。在另一實施例中，燃料303或產物可藉由磁場藉由磁場系統輸送且加速中之至少一者。燃料303或產物中之至少一者具有磁性或可磁化。在一實施例中，載體氣體及粒子(諸如產物粒子)可藉由使粒子偏轉而氣體不偏轉之磁場分離。在一實施例中，藉由機械、氣動、靜電及磁性系統及方法中之至少一者噴射燃料。噴射系統可包含進料器機構，諸如螺鑽或可在料斗305之底部自滑槽底部將燃料接收至其輪齒中之旋轉齒輪。所饋入之燃料可藉由機械、氣動、靜電及磁性系統及方法中之至少一者噴射。
可噴射固體燃料以在電極上形成塗層。噴射塗層可藉由機械、氣動及靜電系統及方法中之至少一者達成。固體燃料可為散裝的，諸如 一堆點火產物，其經復水且藉由至少一個電極拾取且輸送至某一位置以經歷點火。可拾取經復水之燃料作為由於以下各者中之至少一者而形成之塗層：吸收、物理吸附(physisorption/physical adsorption)、化學吸附、黏附、抽吸、壓縮、熱黏結、收縮黏結、其中燃料及至少一個電極中之至少一者可帶靜電的靜電黏結及其中燃料及至少一個電極中之至少一者可為具有磁性及經磁化中之至少一者的磁性黏結。
包含固體燃料漿料槽5固體燃料來源、光分配及光伏打轉換器系統26a之SF-CIHT電池發電機之示意圖示出在圖2C及圖2C1中，進一步包含施料器輪27之點火系統示出在圖2D中，且包含半透明鏡23及光伏打電池15之光分配及光伏打轉換器系統之內部示出在圖2E中。圖2C、圖2C1、圖2C2及圖2D之組件可等效於圖1及圖2A中所示之第一實施例之彼等組件且可組織成不同架構。該系統可進一步包含新的組件來替換第一實施例中不存在之組件。結合圖2A中所示之第一實施例之類似組件之結構及功能，圖2C、圖2C1、圖2C2、圖2D及圖2E中所示之發電機包含由結構支撐件1支撐之電池26、電極(諸如安裝於在由軸承支撐件4支撐且由馬達12及13提供動力之軸承4a上旋轉之軸7上之一對滾筒電極8)及與各電極之電連接，諸如自可自輸出功率控制器/調節器3接收功率之電源2發射功率之匯流排9及10。固體燃料自槽5上升且輸送至電極8接觸區域，其中高電流引起固體燃料點火。由於燃料之軌道及較低之膨脹電阻，光向上直射。向下直射之光藉由抛物面鏡14反射向上。藉由固體點火產生之光功率通過窗口20且入射在光分配及PV轉換系統26a上，該系統包含藉由扣件22連接至支撐件之半透明鏡23，其中在各柱中之鏡之各堆疊中之鏡23拆分入射高強度且將光引導至該柱之對應PV面板15，轉換成電，該電在匯流排26b上攜帶至輸出功率控制器/調節器3及輸出功率端子6。藉由物料流清潔來自窗口20之點火產物，該物料流諸如來自含噴水口之沖洗管線21之氣流，其藉由由於噴 射水泵17而具有加壓水流之窗口洗滌管線16供應，其中將藉由水儲集器11供應之水添加回在形成分數氫時消耗之水。將點火產物沖洗至成形為用於收集之收集區24，且當噴射燃料以點火時亦自旋轉滾筒電極8廢棄固體燃料。藉由滾筒8之旋轉動作經由滑槽25抽汲所收集之燃料沖洗液且將其收集於槽5中。用吸水泵18經由吸水管線19移除過量的水，其中可對槽5進行振動及攪動中之至少一者以促進過量水回收。抽吸泵18可包含流體旋風分離器。隨後將水抽汲至噴射水泵17。將漿料稠度調整至所要黏度。在一實施例中，所收集之燃料沖洗液可向下流過滑槽，該滑槽包含篩網，諸如金屬篩網，在該篩網內具有壓力梯度。漿料之上部側面上之較高壓力引起一些水與漿料分離。該水可流過篩網且藉由諸如抽吸泵18之泵收集。篩網內之壓力梯度可藉由氣泵維持。該氣泵可經由回收點火產物且促進其再循環之噴氣口循環所抽汲之氣體。可藉由諸如施料器輪27之施料器將漿料施加至滾筒電極8，該施料器包含藉由施料器輪馬達30經由施料器軸29驅動之施料器轉板28。滾筒電極可為沿橫向及縱向方向中之至少一者之凹槽，以便將固體燃料較佳地持留在其表面上。
在一實施例中，藉由用固體燃料塗佈至少一個電極來達成噴射。塗佈可藉由使電極帶靜電來輔助及達成中之至少一者。用於塗佈之燃料來源可為與至少一個電極接觸之燃料之散裝集合或燃料堆。在一實施例中，電極包含與散裝燃料接觸之滾筒，該散裝燃料諸如散裝儲集器、漿料浴及糊狀物浴中之至少一者。滾筒可藉由轉動穿過諸如散裝儲集器、漿料浴及糊狀物浴之燃料來源中之至少一者來塗佈。燃料可由於施加至燃料及滾筒中之至少一者之靜電而黏附於至少一個滾筒。燃料可吸收至滾筒上。燃料可吸收H2O以形成可吸收狀態，諸如黏附於至少一個滾筒之糊狀物或漿料。漿料或糊狀物之厚度可使用刮刀，將燃料層以所要厚度塗抹至滾筒上來控制。參看圖2D，糊狀物可藉由 具有可撓性附件之施料器輪27施加至諸如滾筒電極8之電極，該等可撓性附件諸如以與由與輪相切之軸限定之x軸相距超過90°之角度連接之沿圓周連接之刮刀或槳葉28，其中正軸沿輪之旋轉方向。刮刀或槳葉可自儲集器5拾取燃料糊狀物，藉由旋轉與滾筒電極8接觸，當其各自彎曲變形時施加壓力，且在進一步旋轉下執行塗抹動作。在一實施例中，使用刮刀施加固體燃料與設定成具有所要厚度之塗層。來自儲集器之藉由刮刀施加之固體燃料可流動。或者，可用泵或螺鑽自儲集器施加燃料，其中刮漿刀可幫助或促進具有所要厚度之層之施加。塗佈可使用使電極薄帶成型之方法及系統施加。在一實施例中，藉由鋼絲刷作為燃料施料器用固體燃料糊狀物塗佈電極。鋼絲刷之鋼絲材料、鋼絲厚度、鋼絲密度及鋼絲彈性可經選擇以達成糊狀物之所要拾取及至滾輪電極之施加。在一實施例中，塗佈可使用將來自儲集器之諸如糊狀物或漿料之燃料噴射至電極對之電接觸區域中之漿輪或齒輪泵之方法及系統來施加。噴射可藉由旋轉泵元件之離心力。在一實施例中，使用另一施料器輪將固體燃料糊狀物施加到至少一個滾筒電極，其中該施料器輪可藉由滾筒電極藉由圓柱表面之收縮來驅動。可藉由將來自儲集器之燃料糊狀物塗抹在電極上或將其用刀片刮抹在電極上而用該燃料糊狀物塗佈電極。
在一實施例中，用於將燃料塗佈至滾筒電極上之構件包含輸送成與滾筒電極接觸之連續行進平板燃料來源。燃料平板之移動可使用可具有用於促進燃料施加至滾筒電極上之刺突之螺鑽、振動台及傳送帶達成。在一實施例中，傳送機接收來自儲集器之固體燃料。傳送機可包含儲集器之底板之至少一部分。儲集器之側面可傾斜以充當到達傳送機表面之滑槽。儲集器出口處可具有高度可調整之狹縫用於控制由傳送機輸送之固體燃料之深度。儲集器可位於可調整之支柱上，且傳送機位於底部，從而接收具有由支柱高度決定之深度之燃料。在一實 施例中，用於充當固體燃料施料器之傳送機可包含皮帶，諸如傳動皮帶或確動皮帶與機械配件。燃料可藉由使平板與滾筒表面接觸及將平板按壓至滾筒表面上中之至少一者施加。可使平板之切線速度非常接近在上面施加燃料之滾筒電極之速度。可調整相對速度以將燃料施加至移動電極上，諸如旋轉滾筒或齒輪電極。連續行進平板燃料來源可進行以下各者中之至少一者：自諸如槽之燃料儲集器薄帶成型或藉由諸如傳送機及螺鑽中之至少一者之構件以機械方式自儲集器拾取。平板之厚度可藉由燃料儲集器出口出之諸如刮漿刀之刮刀之深度設定。在一實施例中，用於充當固體燃料施料器之傳送機可包含皮帶，諸如傳動皮帶或確動皮帶與機械配件。在一實施例中，用於輸送諸如漿料之燃料之螺鑽包含步進空腔泵，一種類型之正排量泵，亦稱為步進式空腔泵、單螺桿泵或空腔泵。
在一實施例中，藉由向含過量水之漿料(預製漿料)施加壓力使過量水與復水固體燃料分離。壓力可藉由以機械方式及以氣動方式中之至少一者施加。機械壓力可藉由活塞推移預製漿料及藉由諸如振動台、容器及輸送器中之至少一者之振動器施加。氣動壓力可藉由含有預製漿料之密封容器中之加壓氣體施加。在一實施例中，可在足以使過量水與預製漿料分離以形成漿料之壓力下操作該單元。在一實施例中，將預製漿料輸送到至少一個可為可密封之單元，且該單元用諸如氬氣之氣體加壓。可控制氣體壓力以達成所要水分離。在一實施例中，可控制預製漿料及漿料中之至少一者之溫度以控制固體燃料之水溶性組分(諸如水結合化合物，諸如形成水合物之鹼土金屬或過渡金屬鹵化物化合物)之溶解度。金屬及鹵化物中之至少一者可經選擇以達成所要溶解度。在MgCl2之一例示性實施例中，可針對MgX2(X=鹵化物)選擇氟化物以降低水結合化合物之溶解度，其中MgX2(X=F、Cl、Br)在25℃下以莫耳/100g H2O為單位之溶解度分別為0.0002、0.58及 0.55。過量水可藉由用諸如抽吸泵18之泵進行抽汲而移除。過量水分離可在複數個可密封容器中達成。該分離可在分批法中。該分離可依序進行且處於分離製程之不同階段，以便達成漿料輸出之連續性或週期性流動。在另一實施例中，當輸送預製漿料或預製漿料流動時施加氣體壓力，使得產生較連續之漿料流。漿料可輸送至漿料槽5。輸送可使用以下各者中之至少一者達成：在重力或氣動流下之滑槽、螺鑽、傳送機及泵，諸如螺杆泵。
在一實施例中，燃料可塗佈在電極上，諸如至少一個齒輪或滾筒。燃料可藉由燃料施料器塗佈在至少一個電極上。在另一實施例中，燃料可包含可以機械方式抽汲之漿料。可抽汲燃料以塗佈至少電極，諸如至少一個齒輪或滾筒電極。或者，可抽汲燃料以將燃料噴射至電極中正好接近發生燃料點火處。可藉由將燃料自其中對燃料進行收集及復水中之至少一者之位置(諸如在-90°之第一位置)抽汲至第二位置(諸如在-180°下，其中發生點火)來輸送燃料。在另一實施例中，可將燃料沿中心饋入電極且擠壓、流動、抽汲或以其他方式輸送至表面，與一對反電極進行電接觸。電極可包含滾筒或齒輪，且輸送可為自中心輸入區域徑向的。流動可藉由離心力，其中諸如滾筒或齒輪之電極可旋轉。
在圖2C、圖2C1、圖2C2、圖2D及圖2E中所示之實施例中，點火為藉由燃料之存在自動觸發的，該燃料使電極8之間之電阻減少至足以允許點火。可以用於達成所要點火速率之速率將燃料噴射至電極中。光伏打轉換器26a可充當較適用於向電極8再供電以引起隨後供應之燃料之點火的低電壓高電流DC電力之來源。當燃料點火產生高相對電阻(諸如開路電阻)時，供應給電極8之電源2之功率可反射回電源2。參看圖2C1，電源2可包含用於接收且儲存反射功率以用於另一點火之儲存元件，諸如電容器或電池組27。點火系統可進一步包含DC電源供應器 與DC再生器33。
發電機可藉由圖2C1之起動電池組27及起動電路28啟動。作為電池組之替代方案，可藉由電容器供應初始起動能量，該電容器諸如輸出功率控制器/調節器3之一。電容器可包含超級電容器且可具有與所要點火頻率相容之頻率回應。點火頻率可在1Hz至10MHz、10Hz至1MHz、100Hz至100kHz及1kHz至10kHz中之至少一者之範圍內。諸如馬達及泵之內部負載最初可藉由起動電源提供動力。在起動之後，點火及內部功率負載可藉由光伏打轉換器26a提供動力。藉由光伏打轉換器26a輸出到至少一個內部及外部負載之電壓輸出可為高的，以減少電阻損耗。DC電力可饋入至少一個變頻驅動器36中，向諸如至少一個馬達或泵之內部負載提供恰當輸入功率。PV輸出可與至少一個用於向至少一個伺服馬達供電之伺服驅動器有關，該伺服馬達諸如本發明之用於控制點火之滾筒馬達11及12以及壓電致動器。DC PV輸出可用DC/DC、AC/DC及DC/AC轉換器中之至少一者調節。輸出至內部及外部負載之輸出功率可為藉由DC/AC電力反相器35自PV轉換器26a之DC輸出轉換之AC。待轉換之DC電力可儲存在DC電力儲存器34中。
起動電池組或電容器(例如27，或3之一部分)及電源2可藉由光伏打轉換器26a再充電或可包含光伏打轉換器26a。起動電池組或電容器及電源2中之至少一者之峰值功率之範圍可在由電壓及電流範圍之乘積所給出之範圍內。電壓可在約4V至20V範圍內，且電流可在約5000A至30,000A範圍內。峰值功率可在約20kW至600kW範圍內。時間平均功率可藉由用於對燃料點火所需之能量乘以點火頻率給出。用於對燃料點火之平均能量可在約1J至500J範圍內，且點火頻率可在約1Hz至100kHz範圍內。時間平均功率可在約1W至50MW範圍內。工作循環可藉由時間平均功率：峰值功率之比率給出。點火輸入功率流之持續時間可藉由用於達成點火之能量除以峰值功率給出。表7中給出了一些 操作參數。
開關可藉由諸如以下各者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。燃料可觸發開關，其中電極之間的電導率隨著燃料累積而下降，使得高電流流過，引起點火。可用微控制器控制開關。微控制器可控制頻率、工作循環、電壓、電流、功率、脈衝峰值功率、脈衝持續時間以及燃料噴射/傳遞、燃料回收、燃料再生、功率調節、功率輸出、冷卻及電漿-電力轉換器之效能。
在一實施例中，燃料可包含粉末。燃料可包含高度導電基質，諸如金屬粉末及H2O。燃料可進一步包含結合H2O之材料，諸如吸濕化合物。例示性吸濕化合物為氧化物，諸如過渡金屬氧化物；及鹵化物， 諸如鹼土金屬鹵化物，諸如MgCl2。固體燃料可包含具有以下各者之組合：低熔點金屬，諸如Zn、Sn及In及Ti，及Ti合金，諸如TiAl、TiFe、TiV、TiMo、TiC、鉬-鈦-鋯(TZM)合金及TiN；及H2O與H2O來源。在一實施例中，作為固體燃料之導體之Ag、Cu及貴金屬具有足夠低的電阻，不管金屬之空氣暴露，從而支持諸如在4至15V範圍內之低電壓及諸如在約5,000A至35,000A範圍內之高電流，從而引起點火。
在一實施例中，基於H2O之固體燃料包含改變混合物之表面張力之組分。該組分可包含水結合化合物，諸如金屬鹵化物或氧化物，諸如鹼土金屬鹵化物或氧化物，諸如MgX2(X=F、Cl、Br、I)。表面張力之改變可促進混合物較佳地黏附於點火系統之滾筒。
適合之例示性基於H2O之固體燃料為來自以下各者之組之彼等固體燃料：金屬外殼(諸如盤，諸如鋁DSC盤(75mg)(鋁坩堝30μl，D：6.7mm×3mm(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6.7mm，壓印，緊密(Setaram,S08/HBB37409)))中之Ti+H2O；DSC盤中之Cu+H2O；DSC盤中之Cu+CuO+H2O；DSC盤中之Ag+MgCl2．6H2O；Ag+NH4NO3+H2O；DSC盤中之NH4NO3+H2O+Al；DSC盤中之NH4NO3；NH4NO3+燃料油；NH4NO3+燃料油+Al及Ti+Al+ZnCl2+H2O。反應混合物可進一步包含以下各者中之至少一者：氧化物，諸如金屬氧化物；氫氧化物，諸如金屬氫氧化物；及化合物，諸如包含氧陰離子之離子化合物，諸如硼酸鹽、偏硼酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、錫酸鹽、磷酸鹽及硫酸鹽。氧化物、氫氧化物及含氧化合物中之至少一者可包含水合物或包含水合水。燃料可包含M+M'X2+H2O內含物+/-烴(M=過渡金屬Ag；M'=鹼土金屬Zn；X=鹵素)。該金屬可為非反應性的或具有與H2O之氧化反應之正的至略負的自由能。例示性金屬為Ni、Cu、Ag、Mo、Co及Sn。金屬可包含至少一種合金，諸如至少兩種來自Ni、Cu、Ag、Mo、Co、Sn及貴金屬之組之金屬中之一者。例示性合金為AgCu。燃 料可包含粉末。適合之例示性基於烴之固體燃料為來自DSC盤中之石蠟及DSC盤中之合成油10W40之組之彼等固體燃料。反應混合物可在真空、環境壓力或超過大氣壓之壓力下操作。在一實施例中，電極可用金屬層塗佈，該金屬層防止電極遭受熔融及爆炸破壞。塗層可包含固體燃料之金屬，諸如Ti。金屬可具保護性，因為其具有較高熔點及較硬中之至少一者。塗層可為薄的，使得電阻為低的。該金屬可與電極之金屬相同，此類Cu金屬及Cu電極。
在一實施例中，向固體燃料中添加材料(諸如化合物)以促進以下各者中之至少一者：固體燃料至電極中之定向靜電噴射；爆炸產物對光分配系統之排斥；及爆炸產物之收集及爆炸產物至再生系統之輸送中之至少一者。
在一實施例中，將H2O噴射至以下各者中之至少一者：電漿形成區中及電極上。電極可包含粗糙表面，諸如黏有金屬粉末之表面。粗糙電極可黏住所噴射之水，促進將H2O輸送至點火區域中且點火。粗糙表面可藉由用金屬粉末塗佈滾輪且允許點火之熱量使金屬熔融或黏結至電極(諸如滾輪電極)來形成。可使用本發明之水再循環系統噴射水。圖2C中所示之例示性H2O再循環系統包含槽5、吸水管線19、吸水泵18、噴射泵17、噴水管線16、含噴口之沖洗管線21、刮刀及收集區24及滑槽25。
適合之例示性基於H2O之固體燃料包含高度傳導性基質，諸如金屬，諸如金屬粉末，及以下各者中之至少一者：H2O、結合H2O之化合物、氧化物、氫氧化物、鹵化物及水合物，諸如金屬水合物。金屬粉末可包含過渡金屬、內過渡金屬、Ag、Al及本發明之其他金屬中之至少一者。金屬可作為本發明固體燃料之一部分施加。金屬可包含固體燃料糰粒之外殼。金屬可包含氫解離劑，諸如Ni、Ti及貴金屬。燃料可包含M+M'X2+H2O內含物+/-烴(M=過渡金屬Sn、Ag；M'=鹼土金 屬、過渡金屬Ni、Zn；X=鹵素)。例示性固體燃料為Ti、Ag、Ni或Sn+MgCl2及ZnCl2中之至少一者+H2O、MgCl2 6H2O、ZnCl2 6H2O及Ni+NiCl2 6H2O。在一實施例中，燃料之H2O可藉由固體燃料之蒸汽處理添加。在一實施例中，固體燃料包含氫氧化物，其具有在添加H2O之情況下氧化物至氫氧化物之可逆反應。適合氧化物為Al2O3、諸如MgO之鹼土金屬氧化物及諸如NiO之過渡金屬氧化物。在一實施例中，包含氫氧化物之固體燃料進一步包含鹵化物，諸如鹼土金屬鹵化物，諸如MgCl2；或過渡金屬鹵化物，諸如NiCl2或ZnCl2，以允許諸如藉由方程(185-186)給出之鹵化物-氫氧化物交換，從而形成H且隨後形成分數氫。
在一實施例中，固體燃料包含傳導性基質；及H2O與H2O結合化合物中之至少一者，諸如本發明之彼等及H2O。在一實施例中，傳導性基質包含石墨烯及超導體中之至少一者。
在一實施例中，基於H2O之固體燃料可包含可與H2O反應形成氧化物及H2之金屬。可防止形成金屬氧化物中之至少一者且所形成之金屬氧化物可藉由施加氫而還原至金屬及H2O。點火可在氫氣氛圍下操作。藉由點火形成之電漿可形成原子氫。關於抑制形成金屬氧化物及還原任何所形成之金屬氧化物之操作中之至少一者，原子氫之反應性可遠大於H2。電池氛圍可包含氫氣及惰性氣體，諸如稀有氣體，諸如氬氣。電池氛圍可為任何所要壓力，諸如在約0.1托至100atm、10托至50atm及1atm至10atm之至少一個範圍內。H2可呈任何所要莫耳比，諸如在約0.1%至99%、1%至75%及10%至50%之至少一個範圍內。在一例示性實施例中，基於H2O之固體燃料可包含在H2及氬氣之電池氛圍下操作之Ti+MgCl2+H2O。點火電漿可形成H原子，其防止形成氧化鈦且與氧化鈦反應形成Ti及H2O。在一實施例中，諸如在約100A至1MA範圍內之本發明高電流維持電漿，該電漿維持還原性原子氫。在一實施例中，鈦之氧化藉由可由電漿維持之原子氫而限於2+狀態，諸如 在TiO之情況下。在用於防止金屬氧化之H2及視情況存在之稀有氣體(諸如氪)下操作之燃料之附加實例為Al+MgCl2+H2O、Al+Ti+MgCl2+H2O、諸如Fe或Ti及Al之過渡金屬中之至少一者+吸濕化合物，諸如本發明吸濕化合物，諸如鹼土金屬鹵化物，諸如MgX2或CaX2(X=F、Cl、Br、I)。
在一實施例中，發電機可進一步包含用於將金屬氧化物還原成金屬之獨立電漿腔室，諸如氫氣還原腔室及氫氣電漿腔室，其中金屬氧化物藉由基於H2O之固體燃料之氧化形成。
在另一實施例中，抑制基於H2O之固體燃料之至少一種金屬之金屬氧化物的形成且藉由與碳反應將金屬氧化物還原成金屬。可藉由碳還原來防止金屬氧化物形成且使其逆轉。碳可包含石墨或活性碳。在一例示性實施例中，基於H2O之固體燃料可包含Ti+MgCl2+H2O，其中藉由與碳反應抑制任何氧化鈦形成且將任何氧化鈦形成還原成Ti。在一實施例中，可藉由H還原及碳還原中之至少一者保護基於H2O之固體燃料之至少一種金屬之穩定或使其穩定以免遭氧化。保護及穩定中之至少一者可藉由添加諸如汽油、柴油燃料、蠟、煤油及油之烴來達成。烴可充當用於碳還原之碳的來源且烴可充當用於H還原之氫的來源。在一實施例中，TiO為傳導性的且由Ti之高級氧化物之H及碳還原中之至少一者形成。TiO可包含針對進一步氧化之保護層。在一實施例中，固體燃料可進一步包含傳導性氧化物，諸如TiO、ZnO、SnO、氧化鈷及LiCoO2。在另一實施例中，基於H2O之固體燃料包含經導電塗層塗佈之金屬，諸如Ti或Al，該導電塗層諸如以下各者中之至少一者：氧化鈦(TiO)、氮化鈦(TiN)、碳氮化鈦(TiCN)、碳化鈦(TiC)、氮化鈦鋁(TiAlN)及碳氮化鈦鋁。在一實施例中，該塗層藉由與氧氣及水中之至少一者反應而避免傳導性基質材料氧化。在其他實施例中，基於H2O之固體燃料之傳導性基質包含傳導性化合物，諸如以下各者中之至少 一者：氧化鈦(TiO)、氮化鈦(TiN)、碳氮化鈦(TiCN)、碳化鈦(TiC)、氮化鈦鋁(TiAlN)及碳氮化鈦鋁。在一實施例中，該化合物藉由與氧氣及水中之至少一者反應而滿足抗氧化及對氧化不起反應中之至少一者。其他此類塗層或化合物包含氧化銦錫，諸如In2O3及SnO2或經鋁、鎵或銦摻雜之氧化鋅之混合物。
在一實施例中，基於H2O之固體燃料之金屬為合金。合金之氧化物可比合金之單一金屬之氧化物易於經歷還原，諸如H還原或碳還原。合金可包含Ti，諸如以下各者中之至少一者：Pt-貴金屬、Ti-Pt、Ti-其他過渡金屬、TiCu及Ti-Ni。合金可包含至少兩種能夠進行H2O-金屬反應以幫助產生H分數氫反應物之元素，諸如TiAl合金及鉬-鈦-鋯(TZM)合金。可藉由在如本發明中所給出之點火電漿中存在氫而避免Ti及Al兩者氧化。
碳還原產物可包含CO及CO2。可更換電池中，諸如基於H2O之固體燃料中所消耗之用於形成產物之碳。可捕集產物且將其自電池中移除。CO及CO2可藉由清除劑、洗滌器或集氣劑移除。CO及CO2可藉由可逆化學反應移除。在一實施例中，電池包含二氧化碳洗滌器、吸收二氧化碳(CO2)之裝置，以移除在碳還原期間形成之CO2。洗滌器可包含熟習此項技術者已知之系統及方法，諸如胺洗滌、礦物及沸石(諸如氫氧化鈉或氫氧化鋰)、再生二氧化碳移除系統及活性碳中之至少一者。洗滌器反應諸如在高溫下可為可逆的。熱可逆洗滌器反應可包含可逆地結合CO2之胺(諸如單乙醇胺)、關於碳酸鹽循環之氧化物或關於苛性化之氫氧化物。熱化學法之替代方案為電方法，其中向碳酸鹽溶液中施加標稱電壓以釋放CO2。
在一實施例中，高電流之外加電壓超過用於使H2O之O-H鍵斷裂之對應閾值能量。鍵斷裂可提供用於形成分數氫之H原子來源。該能量可在約2V至10V、3V至8V、4V至6V及4V至5V之至少一個範圍內。 該高電流可在約5,000A至35,000A之範圍內。在另一實施例中，H2O可與諸如Mg、Al及Ti之金屬反應形成對應的氧化物及氫氣。在一實施例中，向點火電漿施加附加功率來源以自諸如H2O之來源形成原子氫。附加功率可為微波、RF、輝光放電及本發明電漿功率之其他來源中之至少一者。附加功率可進一步包含雷射，諸如可選擇性激發H2O之H-O鍵，引起該鍵斷裂，形成H原子之雷射。雷射波長可為紅外波長，諸如在約1μm至10μm範圍內。在一例示性實施例中，該波長為約2.9μm。例示性雷射為氣體雷射，諸如CO、CO2、HCN及C2H2氣體雷射；固態雷射，諸如經稀土金屬摻雜之硫族化物玻璃纖維雷射；及二極體雷射，諸如GaAs或第III族銻化物雷射。該雷射可為高功率連續波或脈衝。
在一實施例中，金屬粉末之塗層黏附於諸如滾筒或齒輪之電極或允許其黏附於該等電極以避免電極因爆炸而遭到破壞。在一實施例中，固體燃料之至少一種金屬可黏附於電極以避免電極因爆炸而遭到破壞。例示性金屬為過渡金屬，諸如Cu及Ti。該層可為薄的，使得維持電阻為低的。該金屬可在操作期間連續地累積。電極可為可調整的，諸如可自我調整以適應電極之大小改變，諸如半徑隨時間增加。電極可具有用於維持恆定大小之構件，諸如對電極表面進行間歇地或連續地研磨或切削中之至少一者之構件。一種構件為可藉由諸如電腦化控制器之控制器控制以使電極維持在某些所要大小容許度內的研磨機或車床。可用修整輪調節至少一個電極。各電極可具有修整輪來調節表面。各修整輪可藉由諸如至少一個齒輪之驅動機構驅動，其中驅動系統可藉由至少一個可藉由諸如微處理器之系統控制之電動馬達驅動。或者，至少一個修整輪可藉由可經微處理器控制或藉由另一控制構件控制之電動馬達直接驅動。修整輪可在電極表面上壓印出圖案。該圖案可有助於固體燃料黏附於表面。在一實施例中，修整輪藉由可使修 整輪沿與待修整之滾筒之方向相反的方向旋轉之獨立馬達驅動。在另一實施例中，反向旋轉藉由與齒輪箱反向傳動達成，該齒輪箱藉由亦可提供可相對於滾筒速度升高或降低旋轉速度之變速傳動之電極驅動馬達來傳動。在替代性實施例中，諸如圖2C及圖2D中所示之實施例，一個藉由其馬達12或13驅動之滾筒電極8充當另一者之修整輪。在一實施例中，各滾筒8藉由其獨立速度控制馬達12或13驅動。例示性電腦控制之DC馬達為Teknic之ClearPath。在此情況下，可控制一個滾筒之旋轉速度比另一滾筒快或慢。較快旋轉滾筒可修整另一滾筒，或反之亦然。各滾筒表面調節及旋轉速度之感測器可藉由至少一個感測器及控制器控制，諸如用於維持所要燃料流及點火速率同時亦執行修整操作之微處理器。滾筒之間的間距亦可藉由諸如微處理器之控制器來控制。可將間距設定成允許滾筒對之一個成員之旋轉比另一個快且維持所要機械壓力以控制切削或碾磨速率。在另一實施例中，馬達可包含氣動、液壓、內部燃燒及電動馬達及具有減速器-轉矩放大器之電動馬達中之至少一者。在一實施例中，氣動馬達之排氣可用以使氣體在固體燃料回收及再生系統中流動，諸如穿過導管53及穿孔窗口20c(圖2G1、圖2G1a、圖2G1b及圖2G1c)。
在一實施例中，可藉由未爆炸粉末保護電極。可改變幾何形狀、燃料壓縮強度、燃料數量、燃料組成、點火頻率及電化以達成所要功率輸出同時保護電極，諸如齒輪及滾筒電極中之至少一者。在一實施例中，電極至少部分地包含易氧化金屬，諸如Al、Zr、Mo、W、過渡金屬及Ti中之至少一者。在具有氧化塗層且具有諸如在4V至15V範圍內之低外加電壓之電極之實施例中，相比於在不存在氧化物塗層之情況下諸如在5,000至40,000A範圍內之電流，該電流極低。可選擇性地氧化電極區以引起氧化區可抵抗高電流，使得可在非氧化區中達成選擇性高電流及燃料之選擇性爆炸。在一實施例中，引起諸如粉末燃料 之燃料之選擇性壓縮及電化中之至少一者之電極幾何形狀產生可保護電極之未爆炸粉末層。在一實施例中，電極由對由爆炸造成之破壞具有抗性之材料構成。電極可由用氧化鋁加強之銅分散體之冷成型合金構成，諸如Luvata's Nitrode、銅鉻、銅鉻鋯、銅-鉬、銅-鎢及含鎢或鉬面層之銅。
在一實施例中，諸如水之冷卻劑流過齒輪中之內部通道，對其進行冷卻。冷卻劑及通道可為電絕緣的。冷卻劑通道、冷卻劑入口及冷卻劑出口之至少一個區段可為非導電的，從而達成電絕緣。在一實施例中，使用熱管來移除來自發電機之至少一個組件之熱能，該至少一個組件諸如電極及光伏打轉換器中之至少一者。
本發明固體燃料可包含藉由處理固體燃料點火產物形成之復水或再生固體燃料中之至少一者，其中向產物中添加至少H2O以重新形成燃料。
b.固體燃料再生系統
參看圖2A，點火產物可移動至再生系統314。該產物可經復水且再用作燃料。可藉由諸如紅外及拉曼光譜法中之至少一者之手段線上或分批監測燃料之H2O含量。燃料或產物可藉由機械、氣動及靜電系統及方法中之至少一者輸送。輸送器可包含機械產物移除器/燃料裝載機，諸如螺鑽及傳送帶中之至少一者。氣動產物移除器/燃料裝載機313可包含高於或低於環境壓力平均值之氣壓來源，從而促使燃料粒子得到輸送。該系統可藉由吹氣或藉由抽吸來移動粒子。粒子可藉由旋風分離器、過濾器及沈澱器中之至少一者與氣體分離。靜電產物移除器/燃料裝載機313可包含用於饋入燃料之構件及用於藉由創建使燃料粒子加速之電場來移動燃料之構件。用於建立加速電場之構件可包含一系列電極，諸如柵格電極，諸如可帶電且粉末可透過之線柵電極。可控制充電以產生靜電場或部分靜電場。在一實施例中，電極可依序充 電以使粉末沿著由電極電化之時序及位置確定之路徑依序移動。在一實施例中，電場定位之時序用於在電極之間移動帶電粉末。產物移除器/燃料裝載機313可包含機械、氣動及靜電系統及方法之組合。舉例而言，該系統可包含可充靜電之機械輸送器，諸如可經充電以黏附隨後以機械方式輸送之帶電產物或燃料粒子之傳送帶或螺鑽。該等粒子可藉由放電或藉由施加相反電荷釋放。
在圖2A中所示之實施例中，固體燃料點火產物沿著滑槽306a主動地及被動地中之至少一者輸送至產物移除器/燃料裝載機313。滑槽306a之底板可傾斜，使得產物流可至少部分地歸因於重力流。滑槽306a可包含本發明之用於輸送產物之系統及方法，諸如機械、氣動及靜電系統及方法中之至少一者。在一例示性實施例中，可對滑槽306a之底板進行機械攪動、震盪及振動中之至少一者以幫助流動。滑槽306a之底板可包含用於輸送產物之機械及氣動系統中之至少一者，諸如鼓風機、抽吸源、螺鑽、刮刀、震盪器及傳送機中之至少一者，從而將產物自其所收集之區域移動至產物移除器-燃料裝載機313。當將燃料輸送且儲存於產物移除器/燃料裝載機313中時，可使燃料復水。電池301可包含H2O蒸汽之適合分壓以便達成所要復水程度。在一實施例中，諸如齒輪或滾筒302a之電極至少部分地延伸至產物移除器/燃料裝載機313中，使得電極與至少一些包含再生燃料之復水產物接觸。燃料可呈漿料或糊狀物形式，使得其黏附於齒輪或滾筒電極302a。產物移除器/燃料裝載機313可進一步包含本發明系統，諸如用於向齒輪或滾筒電極302a施加塗層之刮漿刀、鏝刀、薄帶成型系統、噴射器及靜電電極充電器中之至少一者。在一實施例中，產物移除器/燃料裝載機313進一步包含用於將固體燃料施加或塗抹至電極302(諸如滾筒或齒輪電極302a)上之系統。在一實施例中，產物移除器/燃料裝載機313充當再生系統314及料斗305。在此實施例中，產物移除器/燃料裝載機313之 入口及出口組件可為不必要的。
在一實施例中，圖2A之產物移除器/燃料裝載機313及再生系統314由水沖洗及再循環系統替換，該系統諸如圖2C及圖2D中所示之槽5、吸水管線19、吸水泵18、噴射泵17、噴水管線16、含噴口之沖洗管線21、刮刀及收集區24及滑槽25，其中可藉由施料器輪27輔助將燃料施加至滾筒電極。
在一實施例中，電池301(圖2A)及電池26(圖2C)可具有可包含水蒸汽之氛圍。水蒸汽可使固體燃料復水。電池之氛圍可包含用於使燃料復水之控制數量的水蒸汽。可藉由控制復水程度及脫水或乾燥程度中之至少一者將固體燃料之H2O含量調整至所要程度，該固體燃料諸如至少一種噴射型固體燃料、包含諸如糊狀物塗層之塗層的固體燃料、包含散裝材料之固體燃料、包含諸如漿料浴之浴的固體燃料及包含懸浮液之固體燃料。在任何情況下，復水程度可藉由控制H2O蒸氣壓、包含點火產物及水蒸汽之反應混合物之溫度及產物暴露於水蒸汽中之時間中之至少一者來控制。在包含形成水合物且為吸濕的固體燃料化合物(諸如鹼土金屬鹵化物中之至少一者，諸如MgCl2及ZnCl2)之實施例中，將水蒸氣壓維持在允許形成水合物同時防止任何顯著程度之散裝H2O吸收的值下。在另一實施例中，H2O蒸氣壓維持在引起水合物及易潮解水被吸收之值下。在包含MgCl2之固體燃料之例示性實施例中，H2O蒸氣壓維持在30托或30托以下以選擇性地允許水合物之形成，且維持在30托以上以形成物理吸附H2O以及化學結合水合水。在一實施例中，可控制電極之溫度以使得在點火之前驅散由燃料吸收之過量H2O。使用H2O之感測器，諸如紅外光譜、拉曼光譜及電導率中之至少一者，可監測H2O含量以達成反饋控制迴路之控制。在一實施例中，可添加H2O蒸汽及諸如氨之另一氣體中之至少一者且控制其為電池氣體，以藉由使電池氣體參與形成分數氫之反應來提高功率產率。 另一氣體可至少提供氫且增強形成分數氫之催化速率。
以下各者中之至少一者可充當用於冷卻至少一個電極之散熱器：濕燃料塗層及將電極對之至少一個電極浸沒於諸如水合散裝燃料或漿料之濕燃料中。在一實施例中，可將電極溫度控制在諸如約25℃至2000℃、100℃至1500℃、200℃至1000℃及300℃至600℃中之至少一者之範圍內，使得在點火之前驅散由燃料吸收之過量H2O。可使H2O含量最佳化以給出最大功率及能量，同時維持可達成點火之足夠電導率。
在圖2A中所示之實施例中，再生系統314可包含流體化床。流體可包含再生燃料之氣體懸浮液。氣體可包含用於使燃料復水之控制數量的水蒸汽。在一實施例中，再生系統314可包含移動床反應器，其可進一步包含流體化反應器區段，其中連續地供應反應物且移出副產物且使其再生並返回反應器。該系統可進一步包含用於分離產物混合物之組分之分離器。該分離器可例如包含用於藉由諸如大小之物理特性之差異而進行機械分離之篩子。該分離器亦可為利用混合物組分之密度差異的分離器，諸如旋風分離器。舉例而言，無機產物可基於在適合介質(諸如強制惰性氣體)中之密度差異且亦藉由離心力得到分離。亦可達成固體與諸如載體氣體(諸如氬氣)之氣體組分之分離。組分之分離亦可基於介電常數及荷電率之差異。舉例而言，金屬氧化物可基於向其施加靜電電荷，藉由電場自混合物中移除而與金屬分離。在混合物之一或多種組分具有磁性之情況下，可使用磁鐵達成分離。可經一系列單獨的或與一或多個篩子組合的強磁鐵攪動混合物，從而基於磁性粒子對磁鐵之較強黏附性或引力及兩類粒子之大小差異中之至少一者產生分離。在使用篩子及外加磁場之實施例中，後者向重力場中添加附加力以將較小的磁性粒子拖拉穿過篩子，同時混合物之其他粒子由於其較大的大小而保留在篩子上。
該反應器可進一步包含基於有差別的相變或反應而分離一或多種組分之分離器。在一實施例中，相變包含使用加熱器熔融，且液態與固體藉由此項技術中已知之方法分離，該方法諸如重力過濾、使用加壓氣體輔助、離心及藉由施加真空進行過濾。反應可包含分解，諸如氫化物分解或反應形成氫化物，且分離可分別藉由熔融對應金屬、繼之以其分離及藉由以機械方式分離氫化物粉末來達成。後者可藉由篩分達成。
熟習此項技術者已知藉由應用常規實驗可適用於本發明分離之其他方法。總體而言，機械分離可分成四組：沈澱、離心分離、過濾及篩分。在一個實施例中，粒子之分離藉由篩分及分類器之使用中之至少一者達成。可對起始物質中粒子之大小及形狀加以選擇以達成所要之產物分離。
c.組合漿料點火及再生系統
參看圖2C、圖2C1、圖2C2、圖2D及圖2E，發電機可包含組合點火及再生系統。在一實施例中，將諸如滾筒或齒輪電極之電極8至少部分地浸沒於固體燃料漿料中，使得該漿料經旋轉抽汲至電極接觸區域中，且該燃料接著點火。固體燃料漿料可含於儲集器中，諸如可接收來自收集區24之燃料流之槽5。該流動可使用水流或氣流達成。水流及氣流中之至少一者可由管線16自儲集器5及11提供。可藉由泵17對該物料流加壓。管線可到達至少一個噴嘴21，該噴嘴可具有壓力計作為壓力及流量控制器之輸入。該物料流可藉由收集系統24及25以及亦可抽汲該物料流之抽吸管線19及泵18回收。或者，第二泵17可抽汲物料流穿過管線16及噴嘴21。在另一實施例中，過量H2O可藉由排水孔或通道自槽5排出。過量水可使用集水坑泵18泵出。抽汲液可穿過過濾器，諸如在可包含槽5之收集儲集器之底部中之過濾器。槽5可具有諸如振動台之振動器系統，用於攪動漿料以達成以下各者中之至少一者：使 過量水與固體燃料分離及維持所要黏度以及混合固體燃料組分，諸如金屬粉末、吸濕化合物及H2O。在一實施例中，固體燃料之旋轉抽汲藉由諸如滾筒或齒輪電極8之電極之旋轉達成。固體燃料可在電極旋轉時至少暫時黏附或塗佈至少一個電極8，從而達成以下各者中之至少一者：將固體燃料輸送且投射至接觸區域中。將旋轉維持在足以輸送固體燃料漿料之速度下。在使用直徑3吋之銅滾筒電極之例示性實施例中，使滾筒以超過1000RMP之高旋轉速度運轉將Ti(50莫耳%)+H2O(50莫耳%)漿料固體燃料以持續速率輸送至點火區域，從而維持約1MW光功率。另一例示性燃料為(Ti+MgCl2)(50莫耳%)+H2O(50莫耳%)。點火系統可包含用於清潔黏有固體燃料漿料之側面之電極清除器24且可進一步包含檔板及滑槽25，從而提供固體燃料針對旋轉電極之壓力梯度，以便達成對電極進行較佳塗佈或促成燃料之較佳黏附中之至少一者。點火系統可包含攪動器，諸如機械振動器，用於促進燃料施加至電極8上，諸如藉由電極之旋轉之手段輸送至接觸區域中。攪動器可包含本發明之漿輪。漿料攪動器可包含藉由電動馬達驅動之螺旋槳或攪拌器刮刀。燃料之流動速率可藉由調整電極之間的間隙及施加至電極之壓力來調整燃料厚度而得以控制。亦可調整電極間壓力以達成以下各者中之至少一者：將燃料壓縮至排斥H2O之程度及充分降低電阻以便發生點火。在一實施例中，諸如滾筒或齒輪電極8之電極中之至少一者為可移動的。燃料之壓縮可由可調整張力提供，諸如藉由可調整彈簧、氣動或液壓致動器達成之可調整張力。與可移動電極之電連接可為可撓性的。可撓性連接可由線纜連接提供。在一實施例中，用於使電極8分開之機械系統可包含旋轉機構及線性機構中之至少一者。旋轉機構可包含使滾筒電極來回搖動以達成間距改變之凸輪。該凸輪可藉由伺服馬達驅動。電極之機械分開可用致動器達成，該等致動器諸如本發明致動器，諸如螺線管致動器、壓電致動器、氣動致動 器、伺服馬達驅動致動器、藉由旋轉驅動連接驅動之凸輪及螺桿馬達驅動致動器。該間距可在約0.0001cm至3cm、0.01cm至1cm及0.05cm至0.5cm之至少一個範圍內。亦可藉由控制諸如滾筒或齒輪之電極在漿料中之深度及旋轉速率來控制燃料之流動。可控制表面粗糙化以改變燃料拾取速率，從而控制燃料流動速率。
該系統可進一步包含起泡器，諸如機械攪動器及氣動起泡器中之至少一者，諸如將諸如固體燃料漿料之固體燃料提昇至電極接觸區域中之滲濾器。固體燃料可以燃料柱形式供應。起泡器可包含氣壓計作為壓力及流量控制器及氣體噴嘴之輸入。氣體可自用於清潔光學元件且促進點火產物回收再生之噴氣系統供應。諸如滾筒電極8之電極可至少部分地浸沒。諸如滾筒或齒輪電極8之電極之旋轉動作可將燃料輸送至發生點火之收縮區域中。起泡器可填充電極之間至少一部分(諸如下部)的空間。可壓縮固體燃料，使得電流優先流入電極之間的壓縮區域，使得在此選擇區域發生點火。藉由點火形成之膨脹電漿可膨脹離開具有由諸如起泡器之構件供應之固體燃料之區域。藉由起泡器上升之燃料可提供壓力壁壘，使得電漿膨脹離開所供應之燃料。光可藉由本發明之光分配及光伏打轉換系統26a接收。光功率可藉由控制燃料流動速率來控制，燃料流動速率又可藉由最小電極分離處發生點火處之電極旋轉速率及諸如滾筒電極之電極上之燃料層之厚度來控制。
在一實施例中，燃料之旋轉或投射出之等分試樣之動能足以克服先前燃料等分試樣之點火之爆炸壓力波之力。在其中將燃料塗佈至諸如旋轉電極(諸如滾筒或齒輪)之電極上之實施例中，燃料與電極之黏著力及將燃料固定至滾輪表面之大氣壓中之至少一者大於對電極表面所黏附之燃料之等分試樣的離心力。使用對應的系統，可藉由賦予燃料動能，引起燃料等分試樣之拋射式噴射來達成噴射。拋射動作可藉由電力或磁力裝置以及藉由機械裝置達成。此項技術中已知之前一種 類型裝置之例示性實施例為靜電引擎及軌道槍。
考慮尺寸D為6.7mm×3mm之基於H2O之固體燃料等分試樣，燃料等分試樣之速度v為等分試樣之寬度除以光脈衝之持續時間：
旋轉頻率為等分試樣之速度除以滾筒之周長。例示性情況為具有6.5cm半徑及41cm周長之滾筒之旋轉頻率f為
530mg等分試樣之動能K由以下得出：
530mg等分試樣之離心力F c 由以下得出：
在一例示性實施例中，來自點火之爆炸波之壓力為2PSIg或1.37×104N/m2。對燃料等分試樣之截面之爆炸力F B 之估計值為F B =(6.7mm)(3mm)(10-6 m 2/mm 2)(1.37X104 N/m 2)=0.275N (200)
對應於該動能之力F K 之估計值為
動能力大於爆炸力，因此前一爆炸不排斥該等分試樣。對等分試樣之大氣壓力F A 之估計值為
大氣壓力大於離心力。若等分試樣黏合至滾輪之力為約大氣壓力，則等分試樣將輸送至點火區域且爆炸而不受離心力驅逐。
在一實施例中，旋轉頻率可在約1RPM至100,000RPM、10RPM至10,000RPM及100RPM至2000RPM之至少一個範圍內。諸如滾筒或齒輪電極之旋轉電極可各自具有在約0.1cm至1m、1cm至100cm及1 cm至25cm之至少一個範圍內之半徑。點火頻率可在約1Hz至100,000Hz、10Hz至10,000Hz及500Hz至3000Hz之至少一個範圍內。諸如滾筒或齒輪電極之旋轉電極之圓周速度可在約0.01m/s至200m/s、0.1m/s至100m/s、1m/s至50m/s及1m/s至25m/s之至少一個範圍內。旋轉電極之寬度可在約0.01cm至10m、0.1cm至1m、1cm至100cm及1cm至10cm之至少一個範圍內。在一實施例中，滾筒寬度增加引起在給定旋轉速度下燃料之流動增加。可增加點火電流以維持貫穿燃料之大致恆定的點火電流密度。在另一實施例中，增加之燃料流可增加電漿強度及對應的固有地形成之電流，使得穿過電極之點火電流會降低。發電機可在藉由較寬之滾筒電極供應之燃料點火之後，用比用於維持電漿及光功率所需之電流高之電流脈衝啟動，其中電漿對該電流有貢獻。脈衝電流可由例示性元件提供，該等元件諸如如本發明中所揭示之電容器及電池組中之至少一者。可藉由低至無旋轉速度之滾筒達成開始，使得所積聚之能量經保藏用於促進點火。可在點火之後增加旋轉速度。分數氫功率對電漿之貢獻可促進用於維持固體燃料點火所需之輸入功率之下降。當電極旋轉時，可藉由沿著電極截面之複數個場所以高於平均密度之密度給電流連續定位來促進點火發生，從而得到連續截面。在一例示性實施例中，將用於維持電漿之點火電流保持在4000A下，且滾筒寬度自1.3cm增加至2.6cm。在一實施例中，點火電流可隨電極表面積而變進行縮放，其中以在約10A/cm2至1MA/cm2、100A/cm2至500kA/cm2、1kA/cm2至100kA/cm2及5kA/cm2至50kA/cm2之至少一個範圍內之充足電流密度達成點火。在一例示性實施例中，點火電流在自約30,000至40,000A至約3000至4000A之範圍內縮放，但用1至2.5cm寬×4cm半徑滾筒電極替換5/8吋直徑圓柱形電極。固體燃料層之厚度可在約0.001cm至10cm、0.01cm至1cm及0.1cm至1cm之至少一個範圍內。所施加之固體燃料之水組成可為約0.01莫耳% 至99.9莫耳%、0.1莫耳%至80莫耳%及1莫耳%至50莫耳%之至少一個範圍。
在其中燃料包含傳導性基質及結合H2O之化合物的實施例中，藉由瞬態電流之集膚效應增加電流密度。快速瞬態可藉由對直流電、交流電及其組合中之至少一者進行脈衝達成。用於引起點火之電源可包含電流之脈衝來源，其中頻率愈高，固體燃料之傳導性基質中之電流之集膚深度愈吞沒，使得燃料之一部分中之電流密度增加。控制最大電流及脈衝頻率以達成所要電流密度，諸如引起固體燃料之至少一部分點火之電流密度。可控制電流密度以使發電機之能量增益達最佳，該能量增益包含輸出能量與輸入能量之比率。可藉由如本發明中所揭示之電子式及機械式中之至少一者達成快速脈衝。電流密度可藉由減小燃料及電極中之至少一者之接觸面積或電流之電截面而進一步增加。滾筒電極之接觸面積可藉由減小滾筒直徑及滾筒寬度中之至少一者來減小。在一實施例中，滾筒電極可包含不同半徑。亦可對電極進行改質。舉例而言，滾筒對之至少一個滾筒之滾筒表面可具有凸起部及隆起部中之至少一者，諸如相對於彼此以機械方式振動滾筒同時旋轉造成電流中斷且在表面積降低之區域產生電接觸以引起電流在彼區域富集中之至少一者之突起。在一實施例中，電極對之至少一個電極可包含具有傳導性材料(諸如金屬，諸如銅)及非傳導性或絕緣材料(諸如陶瓷、氧化金屬或陽極化金屬)之交替區域之圓形表面。非傳導性材料可包含滾筒表面上之層或可包含表面及主體之滾筒片段。在兩個電極均具有介入非導體表面之情況下，電極對之類似區域之接觸可同步。電導率及對應的電流為脈衝式的，此係歸因於由於滾筒之幾何或材料更改所致之交替電導率。脈衝可經由集膚效應藉由電流富集來增加最大電流引起點火之有效性。
在一實施例中，來自集膚效應之高電流可產生藉由燃料點火形成 之電漿之磁捏縮電漿。該捏縮可產生電漿約束，其可增加電漿密度及約束時間中之一者，從而增加分數氫反應速率及產率中之至少一者。
圖2A提供電極之例示性定向。至少一個塗佈電極可將燃料輸送至高電流通過電極之間流過燃料以達成點火之處。該輸送可藉由電極302之旋轉達成，諸如在不同於點火點之位置處經燃料塗佈之齒輪或滾筒電極302a之旋轉。關於如圖2A中所示之發電機系統，考慮球形笛卡爾座標系統(spherical Cartesian coordinate system)，其中z軸垂直定向且+x軸水平定向於圖右側，且角度θ=0°，=0°沿著z軸。燃料可自滾筒上右手側之經塗佈之第一位置(諸如在θ=180°，=0°)輸送至發生點火之第二位置(諸如在θ=90°，=180°)，其中左側滾筒反時針旋轉且右側滾筒順時針旋轉。在另一實施例中，燃料可自滾筒上右手側之經塗佈之第一位置(諸如在θ=180°，=0°)輸送至發生點火之第二位置(諸如在θ=90°，=180°)，其中左側滾筒順時針旋轉且右側滾筒反時針旋轉。在另一實施例中，兩個電極均經塗佈且藉由旋轉將燃料輸送至點火點。在一實施例中，諸如滾筒或齒輪302a之電極對302可沿著z軸對準。在一例示性實施例中，底部電極可在第一位置(諸如在θ=180°，=0°之位置)經塗佈且順時針旋轉以將燃料塗層輸送至發生點火之第二位置(諸如在θ=90°，=180°之位置)；或者，底部電極可經塗佈且反時針旋轉以將燃料塗層自第一位置(諸如在θ=180°，=0°之位置)輸送至發生點火之第二位置(諸如在θ=90°，=180°之位置)。在一實施例中，離心地飛離一個旋轉電極之固體燃料至少部分地藉由反向旋轉電極捕獲，輸送至點火區域中。
參看圖2C，在一實施例中，點火產物可藉由液態蒸汽(諸如H2O)流及氣體流(諸如氬氣)中之至少一者自上面彙集有點火產物之表面(諸如窗口20)回收至光分配及光伏打轉換系統26a。在一實施例中，可對窗口20進行帶靜電及用諸如H2O之液體薄膜維護中之至少一者以防止 點火產物黏附於窗口上。在一實施例中，窗口及視情況存在之任何電池反射表面經抗黏附或抗黏著層塗佈，以便阻礙點火產物之黏附。塗層可包含此項技術中已知之奈米技術塗層。塗層可包含超疏水塗層。塗層可包含抗污漬塗層，諸如由所Jones：http：//phys.org/news/2014-01-self-cleaning-solar-panel-coating-optimizes.html報導，其以全文引用的方式併入本文中。該塗層可為適用於光伏打轉換成電之波長可透射的。窗口上之任何表面材料可用氣流及H2O流沖洗。該物料流之施加可呈光柵形式，諸如藉由使用噴口21之活化之控制序列。光柵移動可藉由微處理器控制器來控制。移除可為在某一時刻之一個像素或有限數目之像素，使得滿足以下各者中之至少一者：光阻擋有限及該物料流得到濃縮。沖洗可對收集區24(或圖2A之產物移除器/燃料裝載機313)進行。在一實施例中，至少頂層窗口20包含弓形結構。氣流及H2O流中之至少一者可至少部分地沿弓形結構之至少一個基底之切線方向施加，使得該物料流之壓力引起氣體或H2O(或能夠進行清潔及冷卻中之至少一者之其他適合液體)沿著弓形結構行進，自表面拾取產物材料且流動至收集區諸如24。在一實施例中，可移除諸如傳導性基質材料(諸如金屬或碳粉末及懸浮於電池氣體中之任何吸水材料之粉末)之點火產物以清除此等潛在吸收劑之光學路徑。該清除可藉由氣流及H2O流中之至少一者達成。該物料流可為光傳播之橫向以自光學路徑移除物料流。清除材料可收集於至少一個電池區域上，諸如窗口20、電池26之壁及收集區24，且可返回至固體燃料儲集器(諸如漿料槽5)作為再生固體燃料。
在一實施例中，本發明之包圍電極之抛物面鏡14，諸如約在焦點處具有電極之引導光朝向光學窗口(諸如頂部窗口20)之抛物面鏡，可藉由來自諸如含噴口之沖洗管線21之來源的氣流及H2O流中之至少一者進行沖洗及冷卻中之至少一者。該鏡子可直接連接至側樑結構元 件，諸如可反射且可包含鏡子之電池26之壁。在一實施例中，H2O流可自窗口20、26之側樑及抛物面鏡14中之至少一者移除產物。水可流動至收集區24，隨後穿過抛物面鏡14中之通路。該等通路可將水流引導至各電極之與上面發生點火之側相對的一側，隨後沿著滑槽25且進入燃料儲集器，諸如槽5。滾筒電極8可沿H2O流流動至槽5中之方向旋轉。滾筒之旋轉可有助於抽汲H2O流。在一實施例中，諸如滾筒或齒輪8之電極沿著將固體燃料向上旋轉抽汲至發生點火之收縮區中且將水流向下抽汲至滑槽25及燃料儲集器(諸如槽5)中之方向旋轉。在一替代實施例中，抛物面鏡為獨立的，未連接至側樑元件。氣流及H2O流可分開地施加至抛物面鏡14及電池26之側樑。該等分開的流可合併或保持獨立且流動至收集區24，其將水流引導至沿H2O流穿過任何通路流動至槽5之方向旋轉之各電極(諸如滾筒電極8)之側面。
產物可藉由H2O流復水。諸如H2O流之物料流可流動至收集區諸如24(或圖2A之產物移出器/燃料裝載機313)。諸如H2O之過量液體或諸如氬氣之氣體可藉由以下各者中之至少一者移除：濾網、泵、過濾器、旋風分離器及離心分離器及本發明之其他分離系統及方法以及此項技術中已知之彼等系統及方法。諸如氬氣之氣體及諸如H2O之液體可藉由諸如泵之構件再循環。在一實施例中，發電機包含再循環系統，其包含至H2O儲集器之導管，該H2O儲集器在入口處具有抽吸泵且在出口處具有H2O噴射泵。或者，再循環系統包含至H2O抽吸泵18之導管19，該H2O抽吸泵自槽5移除過量H2O且將其抽汲至噴射泵17，其使得用於清潔電池組件之水再循環穿過水管線16及含噴口之沖洗管線21。噴射泵17可自H2O儲集器11汲取附加水以補償由諸如藉由分數氫之形成之方式消耗之水。H2O可噴射至窗口20、抛物面鏡14及收集區24中之至少一者。H2O可引起以下各者中之至少一者：引起點火產物自窗口20輸送至收集區24及引起點火產物自收集區24輸送至產物槽5。或者或除 H2O流輸送以外，點火產物可藉由氣體流自窗口20及抛物面鏡14輸送至收集區24及槽5中之至少一者。在一實施例中，吸水泵18包含流體旋風分離器，其中移除過量水且脫水漿料藉由輸送器返回至槽5，該輸送器諸如傳送機、螺鑽及泵中之至少一者，該泵諸如步進空腔泵，一種類型之正排量泵，亦稱為螺杆泵、單螺桿泵或空腔泵。
在一實施例中，水用於收集及回收來自電池之點火產物且形成漿料，該漿料自漿料槽5施加至電極8。移除超過使基於H2O之固體燃料復水及形成所需漿料兩者中之至少一者之量的過量水。所要漿料可具有之H2O含量在約0.000001%至100%、0.00001%至99%、0.0001%至90%、0.001%至80%、0.01%至75%、0.1%至70%、1%至65%、10%至60%、0.1%至50%、1%至25%及1%至10%之至少一個重量%範圍內。或者，施加至電極8之漿料固體燃料之水組成可為約0.01莫耳%至99.9莫耳%、0.1莫耳%至80莫耳%及1莫耳%至50莫耳%之至少一個範圍。過量水可用噴水器移除。噴水器可指向與含有過濕漿料之儲集器垂直之角度，使得在漿料表面產生氣流之切線分量。在一實施例中，切線氣流產生H2O流，其分離過量水與剩餘所要漿料。諸如槽5之儲集器可經部分地填充，使得過量水藉由切向流沿著儲集器之至少一個壁垂直向上推出。可優於固體燃料選擇性地移除過量水，此歸因於其較低質量、較低黏度及較大流動性中之至少一者。噴氣口可包含脈衝壓力或連續壓力中之至少一者以選擇性地移除過量H2O。在一實施例中，強制流可在洗衣板或流槽上以增加分離，其中任一者可為部分地水平及部分地垂直中之至少一者。水流可選擇性地黏附於分離器結構，諸如上面噴水之垂直定向之彎道。由於柯安達效應(Coanda effect)，水可在結構表面彎曲或沿著結構表面流動。可利用此效應達成較佳分離。在一實施例中，過量水可藉由水及漿料之逆流流動而選擇性地移除達到較大程度。在一實施例中，所移除之水所含水之莫耳百分比可高於漿料。 此水可再循環用於自電池收集及回收點火產物且形成漿料。水可用泵抽汲，諸如吸水泵18及噴水泵17。該等泵可包含蠕動泵或螺杆泵。
在一實施例中，過量H2O可藉由蒸發移除。該水可為用噴氣口移除之水及自收集且回收點火產物之沖洗液直接獲得之水中之至少一者。所蒸發之水可在冷凝器中冷凝，該冷凝器可包含可自電池或發電機系統移除餘熱之熱交換器、排熱系統及冷卻器系統中之至少一者。冷凝水可再循環用於收集及回收點火產物。在一例示性實施例中，自水冷凝釋放之熱可在熱交換器中耗散，且可自系統移除餘熱。用於達成蒸發之例示性熱源為電極8上之任何熱交換器及光分配及光伏打轉換器26a之光伏打電池。
在一實施例中，漿料冷卻電極，諸如滾筒8。另外，諸如漿料塗層之燃料塗層可保護諸如滾筒8之電極免遭爆炸破壞。在一實施例中，漿料、漿料槽5及諸如氣流及水流中之至少一者之物料流之儲集器中之至少一者用對應的熱交換器、冷卻器、散熱器及冷卻系統(圖2C1之31)中之至少一者冷卻。在一實施例中，可給滾筒電極裝輪輻以防止熱量轉移至中心軸承。
在一實施例中，來自固體燃料點火之光可射入產生蒸汽之光吸收材料。光吸收材料可包含複數個層，諸如兩種形式之碳，諸如石墨薄片及多孔碳。光吸收材料可漂浮在散裝水上且可使用毛細作用將水吸入結構中以形成蒸汽。頂層可選擇性吸收光且得到熱，且至少一個其他層可充當第一層之絕熱層及水導管，其中自藉由所吸收之光加熱水形成蒸汽。該蒸汽可用於蒸汽負載中，諸如加熱負載或用於發電之渦輪機。
d.光分配系統
在一實施例中，操作該系統以使諸如黑體輻射之光功率達到最大。藉由諸如將膨脹電漿維持光學薄之手段，可優於諸如熱及壓力體 積功率之其他功率存量增加光功率。此可藉由允許電漿以較高速率膨脹同時延遲吸收物質之膨脹來達成。可藉助於本發明自光學路徑吹走或沖洗吸收物質。可調整系統氣體壓力以達成有差別的膨脹速度。可藉由諸如藉由減少約束之手段改變滾筒直徑以降低壓力體積功。電池氣體、燃料組成及燃料組合物之添加劑中之至少一者可經選擇以降低壓力體積功，使得來自分數氫之形成之能量實質上呈光形式。舉例而言，可改變電池氣體之質量以降低壓力體積功。或者，此等組合物中之任一者可產生超過該等組合物或點火產物之平移能之光子。可調整滾筒寬度。可調整點火功率波形。可調整電流密度。可降低電池中之水組分及其他吸收氣體。可調整燃料之水含量及其他組分。可調整噴射速度及對應的產物速度。可向電池氛圍中添加諸如稀有氣體(諸如Kr或Xe)之添加劑。可向燃料中添加添加劑，從而以光形式釋放出較多功率或將諸如黑體發射之發射向較合乎需要之光譜範圍(諸如較短波長)偏移。在一實施例中，電池氣體可包含用於進行以下各者中之至少一者的一些氧氣：使光譜向所要光譜範圍偏移及增加光功率。燃料可包含氧氣穩定組分，諸如Ag及ZnCl2水合物。
參看圖2C、圖2C1、圖2C2、圖2D及圖2E，SF-CIHT發電機之光伏打電力轉換器26a可進一步包含光分配系統26a，從而在可按緊湊設計配置之複數個光伏打電池15下獲得SF-CIHT電池之光功率。諸如電池26之頂部之至少一個電池壁可包含窗口20，其透射出電池光且將其引導至光伏打轉換器26a。窗口20可呈平面、弓形結構、拱頂、多邊形、網格狀拱頂、透鏡(諸如至少一個菲涅耳透鏡(Fresnel lens))形式及熟習此項技術者已知之其他適合之建築形式。窗口材料對於諸如EUV、UV、可見光、紅外光及近紅外光之發射光之波長帶中之至少一者為可透射的。例示性材料為玻璃、石英及塑膠，諸如聚碳酸酯、熱塑聚碳酸酯(Lexan)及丙烯酸類。
在光伏打轉換器之實施例中，光輸出(光功率)係針對複數個光伏打轉換器。光輸出可藉由光分配及光伏打轉換系統分配，該光分配及光伏打轉換系統諸如包含鏡子、透鏡、光纜及光波導中之至少一者之光分配及光伏打轉換系統。在諸如包含滾筒或齒輪電極之SF-CIHT發電機之實施例中，該發電機包含至少部分地包圍發光區域以將光反射至將光輸送且引導至光伏打電池之光伏打轉換器及光分配系統中之至少一者的鏡子。在光分配系統及光伏打轉換器(圖2C之26a)之實施例中，藉由一系列半透明鏡23將光分配至複數個PV電池或面板15。
在一個實施例中，用透鏡使光在一抛物面鏡之焦點處形成為光束，且將其引導至位於另一抛物面鏡之焦點處之透鏡，該抛物面鏡輸出平行光線，該等光線入射在光伏打電池上。該系統包含複數個此類抛物面鏡、透鏡及光伏打電池且可進一步包含光波導。光亦可使用光束分光器、稜鏡、光柵、漫射體及熟習此項技術者已知之其他光學元件來引導及分配。在一實施例中，窗口(諸如圖2G1e3之20)包含用於將光較均勻地分配至光伏打轉換器之漫射體或均勻器。諸如稜鏡、複光層、單色器、濾光器及光柵之元件可分離光輸出之複數個波長範圍或譜帶，使得可將所分離之光引導至光伏打電池，該等光伏打電池具有在各譜帶之波長範圍內最大之光-電轉換效率。
在另一實施例中，光功率收集於光纜束中。該收集可藉由至少一或多個透鏡及一或多個光阻抗匹配膜片(諸如四分之一波片)達成。該光分配系統可進一步包含至少一個鏡子，用於進行以下各者中之至少一者：將光引導至透鏡及光纜且將自光纜反射之任何光反射回纜線入口、光收集系統及纜線之阻抗匹配膜片中之至少一者。該鏡子可大約在點火中心，其中光充當鏡子中心之點源。鏡子可處於圖2A之齒輪電極之平面。該鏡子可包含一對鏡子，該等鏡子將相反方向之光反射至相對匹配之光伏打轉換器，如圖2A中所示。相對之鏡子可將光反射回 光分配系統，諸如包含光纜之光分配系統。鏡子可具有使背面反射光反射至光分配系統最佳化之形狀。該等鏡子可為抛物面鏡。光纜之光纜元件可具有針對波長帶之選擇性，其可將光選擇性地引導至多個光伏打電池中具有該譜帶之波長範圍內之最大光-電轉換效率的匹配的光伏打電池。在另一實施例中，光分配系統及光伏打電力轉換器包含複數個以堆疊形式配置之透明或半透明光伏打電池，使得當光照射至堆疊中時，來自點火之光功率在堆疊成員處轉換成電。在一實施例中，光伏打電池之表面可經多色物質塗佈，該多色物質將入射光分離成波長帶且將各譜帶引導至光伏打電池之響應於該波長帶之部分。在一實施例中，在藉由諸如膨脹之機制進行黑體輻射冷卻之前，收集來自點火之光。可在諸如藉由圖2A之赫爾姆霍茲線圈306d產生之磁瓶中維持電漿以防止膨脹或碰撞損失，使得可藉由輻射提取最大功率。
在一實施例中，固體燃料可包含用於使電漿光譜向所要波長帶偏移以匹配光伏打電池響應之波長帶的添加劑。在一實施例中，光譜向較短波長偏移。添加劑可包含氧化物，諸如以下各者中之至少一者：金屬氧化物，諸如鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物、過渡金屬氧化物、內過渡金屬氧化物、稀土金屬氧化物、第13族金屬氧化物及第14族金屬氧化物。氧化物可包含非金屬化合物。氧化物可包含第13族、第14族、第15族或第16族元素。例示性金屬氧化物及用於使光譜偏移之氧化物為MgO、CuO、FeO、CaO、TiO、AlO、Al2O3及SiO2之組中之至少一者。在一實施例中，添加劑可增強分數氫反應速率及產率中之至少一者。諸如MgO或MgBr2之添加劑可增加黑體溫度，引起光譜向較短波長偏移。在一實施例中，可添加氣體以達成以下各者中之至少一者：使光譜向所要波長範圍偏移、增加發射強度、增加原子H及觸媒中之至少一者之濃度、增加分數氫反應之速率及產率中之至少一者、有助於防止固體燃料之金屬之氧化及用以在再生期間輸送點火產物。 該氣體可包含稀有氣體，諸如He、Ne、Ar、Kr及Xe。可向該氣體中添加氫氣以達成以下各者中之至少一者：防止固體燃料之金屬氧化及提供額外原子H作為分數氫反應之反應物。例示性電池氣體為呈任何所要比率及總壓力之Kr與氫氣之混合物。
該光伏打轉換器可為模組化且可縮放的。光伏打轉換器可包含光伏打電池，諸如聚光電池。在一實施例中，光伏打電池中之每一者包含遠紫外、紫外、可見及紅外光伏打電池中之至少一者。該等電池可按可位於光功率來源周邊周圍之可堆疊模組形式組織。光分配系統可基於所要輸出功率縮放，其中光功率經控制以產生用於達成所要電輸出之所要位準。可藉由控制點火頻率、在間歇點火中點火之燃料之量、燃料組成及點火波形之參數來控制光功率。
在一實施例中，光分配系統包含亦可充當聚光器之集光器。該集光器可具有定向反射。該集光器可包含抛物面鏡。定向反射可到達光分配系統上，該光分配系統可包含一或多個透鏡、鏡子、光波導及光纜。在一實施例中，定向光可入射在光纜入口上。光可藉由至少一個透鏡聚焦於入口上。一系列透鏡(諸如按平面形式配置之系列)可將光聚焦至複數個可包含光纜束之光纜上。光纜束中透鏡所照射之區域為可變的。該可變照射區可藉由改變透鏡之焦點來調整。各透鏡或複數個透鏡之焦點可藉由改變任何指定透鏡與自透鏡接收光之對應光纜之間的間隔距離來改變。透鏡系統可包含與以引用的方式併入本文中之US 6730840中所述之透鏡系統類似的透鏡系統。各光纜可入射在至少一個光伏打(PV)電池上，諸如三重接面聚光型光伏打電池。或者，各透鏡可將光聚焦於將光輸送至一或多個對應的光伏打電池之鏡子或光波導之系統上。諸如光纜之光分配組件之輸出與該輸出所照射之PV電池之間的距離可為可調整的。光伏打電池可包含聚光型光伏打電池。光伏打電池可堆疊形成模組化可縮放設計。PV電池堆疊可包含與以引 用的方式併入本文中之US 5575860中所述之PV電池堆疊類似的PV電池堆疊。由發電機輸出之電力可藉由以下各者中之至少一者之步驟按比例擴大：(i)藉由控制來自燃料點火之功率增加光功率；(ii)使透鏡系統散焦以將入射光分配至入射在PV電池上之光纜、鏡系統或光波導系統之按比例增加之區域；(iii)對應於PV電池堆疊中PV電池數目之增加量，按比例增加PV電池面積；及(iv)增加至少一個光纖之出口與其所照明之PV電池之間的路徑長度，使得在PV電池之平面下照明較大區域，其中PV電池面積經放大以匹配入射光之程度。
光伏打轉換器可包含用於以下各者中之至少一者之塗層：抗反射層或塗層，諸如一氧化矽；光阻抗匹配；及防止電漿或動力學材料遭到腐蝕或損壞。該膜可包含窗口。該窗口可進一步包含用於清潔覆蓋該窗口且至少部分地阻擋光至光伏打轉換器之透射之爆炸產物的系統。在一實施例中，清潔光學窗口。該清潔可包含化學清潔或蝕刻及電漿清潔或蝕刻中之至少一種系統及方法。該窗口可包含各自可移除之多個窗口，使得當清潔至少另一個窗口之爆炸產物時，用一個替換另一個且這個窗口用以使光透射至轉換器。在一實施例中，清潔光學窗口。該清潔可包含化學清潔或蝕刻及電漿清潔或蝕刻中之至少一種系統及方法。在一實施例中，諸如惰性氣體之氣流沿著與膨脹點火電漿相反之方向流動，以便防止產物塗佈保護性窗口、集光系統(諸如鏡子、透鏡、光纜、光波導中之至少一者)及光伏打轉換器中之至少一者。在一實施例中，諸如惰性氣體流(諸如氬氣流)之氣流可定向成電漿之膨脹方向橫向，引起點火產物流出電漿與光學及光伏打轉換器之間的光學路徑之外。該氣流可迫使產物到達收集區。用於提供氣流之噴氣口可包含氣壓計作為壓力及流量控制器及氣體噴嘴之輸入。在一實施例中，維持諸如氣流或H2O流材料之物料流材料之薄層以保護窗口免遭電漿損壞。
在一實施例中，可處於高壓及高速下之氣流及液流中之至少一者(諸如高壓射流)執行防止爆炸出來之粉末累積在光分配系統組件之表面上及清潔點火產物之組分中之至少一個功能，其中例示性光分配系統組件包含鏡子、透鏡、光纜及光波導中之至少一者。速度及壓力可為足以移除任何累積之點火產物。諸如鏡子之光分配系統組件可包含用於使組件帶電之靜電系統，諸如與希望排斥之粒子具有相同極性之鏡子。鏡子可帶正電以排斥膨脹電漿中之帶正電產物粒子。或者，帶負電之收集器(諸如帶電電極，諸如柵格電極)可收集帶電粒子。參看圖2A，所收集之粒子可輸送至再生系統314，使得燃料再生。
在一實施例中，膨脹電漿由帶正電粒子及電子組成。在一實施例中，電子之遷移率高於正離子。可發展出空間電荷效應。在一實施例中，空間電荷效應用於以下各者中之至少一者：收集產物離子及排斥產物離子。在一實施例中，電子電接地於粒子累積為不合乎需要之表面上。該表面可進一步帶正電以排斥帶正電粒子。該表面可包含光分配系統之至少一個元件，諸如光波導、鏡子、透鏡及光纜組件，諸如入口。在一實施例中，SF-CIHT電池發電機包含靜電粒子排斥系統及氣動粒子排斥系統中之至少一者。排斥系統可防止諸如燃料點火產物之產物累積在光分配系統及光伏打轉換器中之至少一者上。光分配系統可包含透鏡、鏡子、光波導及光纜。在一實施例中，電漿粒子可藉由施加電子而帶電，且該等粒子可藉由施加排斥電場而停止。施加電子可為諸如電暈放電之手段。在一實施例中，諸如玻璃板之透明膜或窗口能夠停止來自燃料點火之壓力波且透射光包含用於使表面帶靜電以排斥產物粒子之構件，諸如傳導性線柵。在一實施例中，透明膜帶電，使得防止產物黏附。在另一實施例中，使用磁力來排斥粒子及防止粒子黏附中之至少一者。
在一實施例中，排斥電場之電壓足以停止具有動能K=1/2mv2之粒 子，其中m為粒子質量且v為粒子速度。停止距離之對應電壓可藉由eV>K得出，其中e為粒子之基本電荷且V為外加電壓。電壓可在約1V至1MV、10V至1MV、100V至100kV及1000V至50kV之至少一個範圍內。電場可在約1V/m至108V/m、10V/m至107V/m、100V/m至106V/m及1000V/m至105V/m之至少一個範圍內。
在一實施例中，發電機包含抛物面鏡，其中點火區域位於使得點火產生之光反射至光分配系統之窗口、透鏡及光波導中之至少一者之區域。燃料點火點相對於抛物面鏡之位置可在抛物面鏡之焦點或焦點附近。透鏡可包含至少半圓柱面透鏡，其中光纜及光波導中之至少一者沿著各圓柱之軸對準以將所聚焦之光接收至光纜及波導中之至少一者中。波導可包含表面上之PV電池。透鏡可嵌入窗口中以消除光學界面。窗口、透鏡、光纜、光波導及光伏打電池中之至少一者可經四分之一波片或用於較佳阻抗匹配入射光與光學元件之其他光學塗層塗佈，使得光透射至該元件中或穿過該元件。不充當光學系統之窗口之組件諸如電池之不透明壁、電極、燃料施料器及電池光入射在上面之其他組件，可具有使光得到反射且最後傳輸至光分配及光伏打轉換系統之反射表面。在一實施例中，窗口及暴露於點火產物中之任何光學元件(諸如鏡子、透鏡、光纜、波導及PV電池)中之至少一者可用氣體及H2O之組合間歇地或連續地清潔，同時使不透光性降到最低，其中H2O具有可見光之強吸收譜帶。沖洗產物可由諸如氣流及H2O流中之至少一者之物料流攜帶至收集區。
關於如圖2A中所示之發電機系統，考慮球形笛卡爾座標系統，其中z軸垂直定向且+x軸水平定向於圖右側，且角度θ=0°，=0°沿著z軸。在一實施例中，諸如圖2F中所示之實施例，光入射在相對於由結構支撐件1限定之單元之側面傾斜之至少一個鏡子40上，諸如定向在約θ=45°，=0°之鏡子及在約θ=45°，=180°之鏡子，使得光垂直反射至 諸如光分配系統之透鏡或波導之光學元件。光可藉由圍繞電極之鏡(諸如中心平面鏡41或抛物面鏡)引導至傾斜鏡。在一實施例中，將光引導至複數個透鏡，該等透鏡將光聚焦至可在至少一個側面或前表面上具有PV電池之光波導中。鏡子之角度可為達成至光分配系統之光學元件之所要反射之任何合乎需要之角度。傾斜鏡可安裝在封閉電漿之窗口系統之外部，其中光透射穿過該等窗口，入射在鏡子上，且反射至光學元件。光可垂直反射至複數個光學元件，諸如透鏡或波導(平板，諸如矩形玻璃或石英塊)。鏡子或鏡系統(諸如抛物面鏡或系統)可圍繞電極以垂直地引導光。可藉由執行以下各者中之至少一者進一步垂直引導光：約束電漿使得其垂直膨脹及藉由使燃料具有沿垂直方向之動能。固體燃料可藉由噴射垂直加速。噴射可藉由用泵抽汲達成，該泵諸如旋轉泵，諸如包含旋轉滾筒電極之泵；以及藉由本發明之氣動、靜電、磁性及機械構件抽汲。電池之頂壁可包含使光透射至光分配系統之窗口，該光分配系統諸如以下各者中之至少一者：由透鏡、光纜、波導及PV電池構成之系統；包含波導及PV電池之系統；及由諸如半透明鏡之光束分光器及PV電池構成之系統。
在一實施例中，馬達及泵中之至少一者在用於包含電漿之密封腔室之外部，該密封腔室具有至少一個使光透射至光分配系統及PV轉換器之窗口。可藉由諸如抛物面鏡14之可擱置構件將光向上引導至光分配系統及PV轉換器，使得點火發生在大約鏡子中心處。SF-CIHT電池發電機之示意圖示出在圖2G中，示出了馬達、泵及其他組件在容納滾筒電極之區域外部之置放。可設置在軸承上之軸可運轉以使電極旋轉。可密封單元穿透部。在一實施例中，發電機包含用於使組件中之每一者運轉之獨立馬達，該等組件諸如可移動電極，諸如旋轉滾筒或齒輪電極；電極表面重修系統，諸如修整輪；泵，諸如集水坑泵、抽吸泵、H2O噴射泵及氣體噴射泵。在另一實施例中，複數個馬達中之 至少一者可用藉由其他馬達運轉之齒輪箱替換。齒輪箱可包含用於控制諸如旋轉之驅動之速度的可調整傳動裝置。該控制可使用電腦或微處理器達成。
波導可在波導之至少一個表面或側面上具有光伏打電池，用於接收在波導中所捕集且透射穿過表面之光。複數個波導之入口可緊密封裝，使得最大量之入射光可透射至波導中。膨脹電漿包含動態光源，其中光隨時間推移以不同角度進入波導且因此可隨時間推移存在於直接側位。在一實施例中，PV電池之波導光出口位置之改變隨時間推移掃描PV電池表面上之強光以隨時間推移分配光強度。光之時間分配可較佳地匹配PV電池之最大容量。波導可配置為扇形物，其中入口緊密收縮且波導在較遠處擴散開來，使得PV電池可固定至表面上。不具有用於接收光之PV電池之任何表面可經反射。在另一實施例中，光入射在將光聚焦至光波導中之複數個透鏡上。可冷卻波導及PV電池之集合。該冷卻可藉由圍繞波導及PV電池之循環水流達成。
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1.5個太陽至75,000個太陽、10個太陽至10,000個太陽及100個太陽至2000個太陽中之至少一者之強度範圍內。聚光型PV電池可包含可在約1至1000個太陽範圍內操作之c-Si。PV電池可包含複數個接面，諸如三重接面。聚光型PV電池可包含複數個層，諸如第III/V族半導體之層，諸如以下各者之組中之至少一者：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。該等接面可經晶圓結合。在一實施例中，接面之間的隧道二極體可用晶圓結合替換。晶圓結合對於藉由後續或較深接面轉換之波長範圍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配，可使導線陰影面積降至最低。可側向移除電流。晶圓結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)可包含中間結合層。結合可介於諸如玻璃(諸如硼矽酸鹽玻璃)之透明材料與PV半導體材料之間。例示性雙接面電池為包含結合至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(/)或隔離的透明晶圓結合層(//)單獨隔開，諸如藉由InP上之GaInP//GaAs//GaInAsP//GaInAs給出之電池。二極體與晶圓結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電池可包含單接面。例示性單接面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，該等其他元素諸如第III族及第V族之元素。在一例示性實施例中，PV電池包含在約1000個太 陽下操作之三重接面聚光型PV電池或GaAs PV電池。在另一例示性實施例中，PV電池包含在250個太陽下操作之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，其可選擇性地響應於在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。這兩個單接面型電池可用於獲得雙重接面電池之作用。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。
在輻照度(W/m2)大於光伏打電池之最大照明容量之輻照度之實施例中，藉由光分配系統藉由將光不斷地分配至光伏打電池之較大區域上及藉由將光及時分配至較大區域上中之至少一種方法來降低輻照度。在前一種情況下，光分配系統可包含本發明之透鏡、光纜、存在狹縫、光波導及光伏打電池之系統，其中可調整入口焦點以覆蓋可調整數目之光纜且可調整電池上之纖維出口焦點以控制藉由各纖維照明之光伏打有效面積。或者，可用諸如半透明鏡之至少一個光束分光器拆分光，其中入射光部分地反射至PV電池或面板，且透射光最後經引導入射在至少一個其他PV電池、PV面板或該PV面板之其他部分上。
在時間分配法中，光分配系統可包含複數個可移動光學元件，其可接收來自固體燃料之點火之光及對穿過複數個接收光學元件之光進行光柵化或掃描，該等接收光學元件諸如接收光且將其輸送至光伏打電池之透鏡、鏡子、光纜及光波導。或者，對穿過複數個光伏打電池之光進行光柵化或掃描。可移動元件可包含主動鏡及主動透鏡中之至 少一者。可移動光學元件可以在接收光學元件中劃分光且將其傳遞至光伏打電池使得光伏打電池容量之利用最大化之頻率適時地光柵化或掃描。在一實施例中，穿過接收元件之光之光柵化或掃描之頻率處於大於光伏打電池之響應時間之頻率下，使得照射為有效地恆定的。此速率包含時間融合速率。在實施例中，光柵化或掃描速率視需要可為較快的或較慢的，在時間融合速率之約1%至10,000%範圍內。在一實施例中，諸如主動鏡或透鏡之可移動光學元件包含壓電、氣動及機械致動器。諸如動態鏡(諸如壓電傾斜鏡及轉向鏡)之掃描鏡系統之例示性組件及輔助系統組件(諸如電動化微定位工作台及致動器、馬達控制器及位置感測器)在http：//www.physikinstrumente.com/en/products/prdetail.php？sortnr=300710下給出。
在一實施例中，可移動光學元件包含分段鏡。在一實施例中，分段鏡藉由壓電、氣動及機械致動器中之至少一者驅動。在一實施例中，可移動光學元件包含旋轉鏡，諸如對穿過接收光學元件之光進行光柵化或掃描之旋轉多面鏡。光柵化或掃描將光調變至接收光學元件中，使得調變光具有比入射在可移動光學元件上之光低之時間平均強度。接收光學元件可包含光波導及PV電池中之至少一者。波導可具有安裝在至少一個表面上以接收光且將其轉換成電之PV電池。光波導之入口可緊密封裝且遠側部分可擴散成複數個波導之間的介入空間，從而提供用於將PV電池安裝在包含邊緣及正面中之至少一者之表面上的空間。接收元件可包含將光聚焦至其他光學元件上之透鏡，該等其他光學元件諸如波導、光纜、鏡子及PV電池中之至少一者。在一實施例中，可移動光學元件之光調變可使用隨時間而變之PV輸出功率控制，該PV輸出功率響應於進入接收光學元件中之光取向及掃描或光柵化速率而改變，產生光功率輸入至PV電池及對應的電力輸出。
在一實施例中，光分配系統包含窗口，諸如在電池頂部之窗口及 包含至少一個用於使入射光散焦之透鏡的透鏡系統。透鏡系統可包含複數個透鏡。透鏡可連接至窗口以減少光學界面之數目。散焦光可入射在包含至少一個PV電池之PV轉換器上。散焦光可入射在至少一個將光引導至PV轉換器之光學元件上，該等光學元件諸如至少一個鏡子、透鏡、光纜及波導。將光強度在空間上減少至與PV電池之容量相容之其他手段為將電池置放在與覆蓋較大面積之光源相距較大距離處。反距離平方強度減小之光可直接入射或自至少一個光學元件二次入射，該光學元件諸如至少一個鏡子、光束分光器、透鏡、光纜及波導。
參看圖2C、圖2C1、圖2C2、圖2D及圖2E，在一實施例中，光透射穿過窗口20，諸如在電池26之頂部之窗口，且入射在包含複數個半透明鏡23之光分配及光伏打轉換系統26a上，該等半透明鏡諸如一系列半透明鏡之至少一個空間重複堆疊。該等鏡子安裝至支撐結構。各鏡子(諸如矩形鏡邊框或面板)可用諸如端托架22之扣件安裝至支撐結構，從而避免由鏡子扣件或支撐件造成之任何光阻擋。在一實施例中，半透明鏡23包含此項技術中已知之光學元件作為光束分光器，其例外之處為電池光包含波長帶且並非單色、並非相干的，且可包含發散光線。各鏡子23將入射光之一部分反射到至少一個對應的光伏打電池或面板15且將該光之其餘部分透射至該系列中之下一個鏡子。總體而言，鏡子堆疊充當用於降低來自電池之光之強度的光分配系統且使其以光伏打電池15能夠將光轉換成電之強度入射在光伏打電池或面板15上。鏡子堆疊架構可類似於各自由百葉窗式板條構成之百葉簾或百葉窗之架構。各第(n+1)個鏡子與第n個之垂直間隔為使得透射光入射在第(n+1)個鏡子之表面上且自其表面反射之光不被第n個鏡子阻擋。各鏡子相對於稱作z軸之鏡間軸之角度可相同或不同。該角度可使得來自第(n+1)個鏡子之反射光不被第n個鏡子之背側阻擋。鏡子角度可使得光反射至除返回電池中以外之位置。光可反射至其他光學元件及PV電 池中之至少一者。鏡子相對於稱作z軸之鏡間軸之角度可在θ=1°至89°、θ=10°至75°及θ=30°至50°之至少一個範圍內。各第(n+1)個鏡子與各第n個之垂直間隔至少可為各鏡子之寬度乘以與z軸所成之角度之餘弦。在一實施例中，鏡子與z軸成約θ=45°之角度，且間隔距離為至少約0.71乘以鏡子寬度。各鏡子之長度可為用於接收所有或基本上所有自電池發射之光。在一實施例中，各第(n+1)個鏡子與各第n個之垂直間隔可小於各鏡子之寬度乘以與z軸所成之角度之餘弦，其中各鏡子對於以面朝電池之鏡子正面之入射方向傳播之光而言為半透明(一些反射性)的且對於以背對電池之鏡子背面之入射方向傳播之光而言為透明(基本上缺乏反射性)的。PV電池可定位在光傳播方向橫向之xy平面中，從而藉由接收未經鏡子之百葉窗式堆疊之鏡子反射之剩餘光覆蓋鏡子之百葉窗式堆疊。圖2E中示出了SF-CIHT電池發電機之示意圖，顯示包含半透明鏡23及光伏打電池15之光分配及光伏打轉換系統26a之內部透視圖。
在一實施例中，使光入射至光阱空腔，諸如圖2E中所示之光阱空腔，其具有將光反射至複數個光伏打電池類型中之至少一者上之半透明鏡。光伏打電池可包含在空腔中之光入射表面。PV電池類型針對不同波長區域(諸如可見光對比近紅外光)可具有選擇性。反射可使得光最佳地捕集在空腔中，在該空腔中，光可經歷多次反射直至其經光伏打電池吸收為止，其中某一波長帶之光子經對相同光學譜帶具有選擇性之光伏打電池類型選擇性地吸收。在一實施例中，入射在對用於產生電子及電洞之對應波長不具選擇性之光伏打電池上的光反射至選擇性電池。該反射可藉由在各光伏打電池上之反射背襯(諸如傳導性金屬背襯)達成。在一實施例中，二向色濾光器可在光伏打電池之正面上。二向色濾光器可選擇可恰當匹配光伏打電池之選擇性之光。非選擇之光可反射至對反射光具有選擇性之其他光伏打電池。該光可經歷多次 反射且甚至經歷複數次入射在指定光伏打電池上直至發生選擇性吸收為止之軌跡。在光之多次反射及入射之此類情況下，效率可提高。藉由二向色濾光器拆分光亦可改善光-電轉換效率。在一實施例中，光通過光閥且捕集在光空腔中，其中該光入射在至少一個PV電池上且可經歷至少一次反射以入射在該PV電池或複數個PV電池中之其他PV電池上。所捕集之光至少部分地轉換成電。在一實施例中，具有指定波長範圍敏感性之至少一個第一光伏打電池可充當具有不同波長範圍敏感性之至少另一光伏打電池之二向色濾光器。第一光伏打電池可吸收其具有選擇性之光且將非選擇之光反射至具有不同波長範圍敏感性之其他光伏打電池中之至少一者上。第一及至少另一光伏打電池之取向可使得第一電池接收來自燃料點火之光且將光反射到至少一個另外的光伏打電池上。非選擇之光可自第一光伏打電池反射至對反射光具有選擇性之另一光伏打電池。光可經歷多次反射且甚至經歷複數次入射在指定光伏打電池或至少一個另外的光伏打電池上直至發生選擇性光吸收及光-電轉換為止之軌跡。
在一實施例中，鏡子之材料引起部分光透射及反射。在另一實施例中，圍繞鏡子之鏡子介質(諸如氣體、液體或固體)具有由於在介質-鏡子界面處電容率之恰當改變而引起選擇性透射及反射之電容率。在一實施例中，鏡子可具有除扁平以外之形狀，諸如半球形、曲面、多面及波狀，諸如正弦形。在一實施例中，各PV電池或面板之背面可經反射，使得介於PV面板之間的管柱中之光最終經反射或引導至PV電池或面板正面。在另一實施例中，PV材料可在如圖2E中所示之垂直電池或面板15之兩側上，使得PV材料接收來自半透明鏡之反射光，且在該等管柱內隨機地反射、散射及傳播中之至少一者之光可藉由該管柱之相對PV壁接收，以將該光轉換成電。PV材料可把諸如水冷式熱交換器之共用散熱器夾在中間。
或者或除垂直定向以外，光分配及光伏打轉換系統26a可定向為光子傳播之水平軸，且電池之光可藉由沿水平方向之電池發射及藉由至少一個光學元件(諸如鏡子、透鏡及波導)沿水平方向之光折射、反射或二次發射中之至少一者至少部分地沿著此橫軸定向。
在一實施例中，光分配及光伏打轉換系統26a包含複數個各自具有連續的對應PV電池面板15之鏡子堆疊23，其中各鏡子堆疊23將其反射光引導至對應的PV面板15。PV面板15可製備得儘可能薄，以避免遮蔽鏡子堆疊。各PV面板15之基底可包含至少一個用於反射或以其他方式將入射在各PV面板基底之光引導至鏡子堆疊之光學元件。舉例而言，覆蓋各PV面板之基底之覆蓋區的傾斜鏡可重新引導入射在各基底上之光，使得將光最終引導至鏡子堆疊及其對應的PV面板。或者，該基底可用至少一個透鏡(諸如柱面透鏡)覆蓋以將入射在基底上之光引導至光伏打電池及鏡子中之至少一者。亦可將光向後引導至電池中且進一步反射至PV轉換器。沿著z軸定向之鏡子堆疊及PV面板之系統可包含用於接收來自電池26穿過窗口20之光且將其轉換成電之PV轉換塔。各鏡子之角度可為可調整的且響應於入射光動態改變，產生光在對應光伏打電池或面板上之所要分配。
鏡子之反射可沿著透射光之軸變化。該可變性可使對電池之光分配達到最佳，從而達成最高容量及效率而不用過量入射功率損壞電池。在一實施例中，光強度隨遠離光源之堆疊中之垂直位置而減小。因此，在一實施例中，鏡子之反射可相應地隨垂直位置而增加，使得反射至對應的光伏打電池或面板之各區域上之光之量可為大致恆定的。垂直堆疊之最後一面鏡子可為約100%反射，使得沒有光自該堆疊損失。藉由該鏡子堆疊將來自電池之光約100%引導成入射在光伏打電池或面板上。在一實施例中，反射率(R)及透射率(T)可在約R=0.0001%至100%且T=0%至99.999%、R=0.01%至95%且T=0.01%至95%之至 少一個範圍內，且其中沿著該堆疊隨垂直位置而變，反射率可增加且透射率可減小，且反射率及透射率可在該等範圍中之至少一者內。
在一實施例中，可動態控制反射率。具有可變反射率之適合有源元件為電光裝置，諸如電致變色鏡子。動態反射率可藉由諸如微處理器之控制器控制。反射率可響應於自其對應的鏡子接收光之PV電池之功率輸出來控制。該控制可達成PV電池之最佳照射，從而在不損壞電池之情況下達成峰值效率及峰值功率輸出中之至少一者。鏡子材料可包含對可見波長具有低損失之材料，諸如光纖材料。在一實施例中，各鏡子角度及各鏡子之反射率及透射率為可調整的。前者可用伺服馬達或其他致動器(諸如本發明之彼等致動器)改變，且後者可藉由改變鏡子上之外加電壓來調整，該外加電壓改變電致變色鏡子塗層之不透明度。
在一實施例中，光譜之一部分可在指定鏡子下選擇性地反射及透射。隨後，在一實施例中，對應的光伏打電池具有對選擇性反射之波長之選擇性反應。該堆疊中在第n個鏡子上方之至少一個其他鏡子可具有選擇性以反射選擇性反射光之至少一部分，且將該光引導至對選擇性反射波長具有選擇性反應之對應的光伏打電池或面板。該等鏡子及反應匹配之對應PV電池或面板的波長選擇性反射可隨沿著該堆疊之位置而重複，使波長色散沿著鏡子堆疊達到最佳，從而達成比在不存在選擇性之情況下高之功率及效率中之至少一者。
在一實施例中，由於反射率之選擇性，故自該堆疊之底部朝向頂部，較長波長增加。在一實施例中，底部上對應的PV電池對於較短波長具有選擇性，且頂部上之PV電池對於較長波長具有選擇性。在一例示性實施例中，底層上之鏡子可選擇性反射可見光且透射紅外光，且對應的PV電池對可見光具有高效率。頂層上之鏡子可選擇性反射紅外光且對應的PV電池對紅外光具有高效率。適合之可見光PV電池為單晶 矽或GaAs且適合之紅外光電池為鍺或矽鍺。波長選擇性之適合例示性材料為二向色鏡、二向色反射器及二向色濾光器。在一實施例中，PV電池15可經主動地及被動地冷卻中之至少一者。冷卻系統可包含散熱器，諸如散熱片。散熱器可由諸如鋁或銅之高度導熱材料構成。散熱器可藉由氣體或液體介質中之至少一者冷卻，分別諸如空氣及水。在一實施例中，PV電池15可用以下各者中之至少一者冷卻：空氣冷卻，諸如指向PV電池之空氣射流；及藉由水冷卻，諸如在PV電池或PV面板之背表面上之水流動至諸如散熱器或冷卻器之熱交換器以排熱。散熱器可進行對流冷卻、傳導性冷卻及強制對流冷卻中之至少一者。諸如氦氣之另一氣體可取代空氣作為氣體冷卻劑。在一實施例中，各PV電池用微通道冷卻器(諸如在電池背面上之冷卻器)冷卻，其中諸如H2O及乙二醇中之至少一者之冷卻劑循環穿過排熱系統，諸如熱交換器及冷卻器中之至少一者。在一實施例中，光分配系統26a之鏡子可藉由傳導性冷卻、對流冷卻、強制空氣冷卻及水冷卻中之至少一者冷卻。水冷卻系統可包含沿著鏡子使光阻擋降到最低之微通道。光可在微通道位置藉由對應的光學元件反射或折射。
參看圖2C1，暴露於點火產物之窗口20及鏡子14可用氣體及H2O之組合間歇地或連續地清潔，同時使不透光性降到最低，其中H2O具有可見光之強吸收譜帶。在一實施例中，維持諸如氣流或H2O流材料之物料流材料之薄層以保護窗口20免遭電漿損壞。點火產物可自收集區諸如24沖洗且最終與水流一起流動至槽5中。可移除過量水。槽5可在電池26之底部。諸如滾筒或齒輪電極8之旋轉電極可浸沒在槽5中之固體燃料漿料中。諸如滾筒之可移動電極可將燃料漿料輸送至介於滾筒電極對8之間的接觸區域以引起點火。
在一實施例中，紅外波長與較短波長分離且自電池透射至其中藉由限制H2O透射路徑使水衰減降到最低之區域中。該分離可在電池內 部達成。該分離可藉由諸如二向色鏡之構件。紅外光可使用本發明系統及方法進行以下各者中之至少一者：透射、反射及視情況聚焦至光分配系統及光伏打轉換器。氣體可用於在接近窗口20之區域中擷取且再循環燃料以避免光因水衰減。氣體可用於向下推送任何向上傳播之點火產物，從而維持透光性。
在一實施例中，藉由用氣流及H2O流中之至少一者將點火產物輸送至鏡子14(圖2C)使固體燃料再循環。在圖2C1中所示之實施例中，發電機包含氣體供應器，諸如氬氣供應器29；及噴氣口，諸如氬氣分配系統30之氬氣噴口，用於抑制點火產物向下且清潔窗口20。氬氣噴口可在窗口20包含氬氣刀用於清潔該窗口。圖2C2顯示氣體再循環系統之另一角度。噴氣口燃料擷取及再循環系統可包含以下各者中之至少一者：氣泵入口37a、氣泵37及鼓風機及氣泵回流管線38外加氣體分配管線及噴口30。噴氣口及泵及鼓風機可經定位以達成擷取及再循環。在一實施例中，氣體流型為在電池中心下方以抵抗噴射電漿，且具有來自電池頂部周邊之回流。可迫使點火產物到達抛物面鏡14上且將其用瞄準抛物面鏡14之噴水口21沖洗，穿過旋轉滾筒電極8之背側進入漿料槽5中。該等噴水口可經定位形成用於達成H2O再循環之水流型。抛物面鏡上之例示性流型為沿著各側上之滾筒電極之背面在中心下方，且具有來自抛物面鏡周邊之回流。水反射可使光分配及光伏打轉換系統之光分配隨機化。
在一實施例中，沿點火電漿膨脹方向之相反方向之氣流由氣流系統提供。關於圖2C1及圖2C3，在一實施例中，強制氣流之方向可沿負z方向，其中膨脹點火電漿之平均方向沿正z方向。氣流系統可包含風扇，其可包含複數個扇葉。該風扇對於藉由電漿發射之光的光譜之至少一部分(諸如可見光及近紅外光譜)而言可為透明的。該風扇可包含複數個可移動窗式板條(百葉窗式板條)39。在一實施例中，窗口20可 為扁平的。風扇可包含百葉窗式風扇20a。百葉窗式風扇可包含平面窗口，當板條39處於關閉位置時平行於窗口20。在一實施例中，板條可沿著相對於彼此之角取向呈杯形或彎曲及交錯中之至少一者以較佳地移動氣體。在一實施例中，該等板條相對於彼此有角度地定向，使得當該等板條旋轉時，板條邊緣之集合清除行進波。在另一實施例中，該等板條為成對的，且相鄰板條沿相反方向旋轉。在一實施例中，該等板條偏離中心縱向軸線安裝以較佳地移動氣體。在一實施例中，將板條安裝成圍繞一個縱向邊緣旋轉。各板條39可在各板條之兩端接合至托架40。各托架40可藉由樞軸或軸承42連接至托架固持器41，使得各板條可圍繞縱向板條軸自由旋轉。板條托架40可在各板條39之末端，以防止經由百葉窗式風扇20a阻擋光。板條可由石英或玻璃構成，諸如光纖玻璃或PV防護玻璃罩，其具有來自電漿之可見光及近紅外光之最小衰減。板條39之邊緣可經反射以反射側光。板條旋轉可使入射光之反射時間平均化，形成光分配及光伏打轉換系統26a之均勻分配。百葉窗式風扇可包含用於光分配系統之光分配系統。板條可藉由至少一個電動馬達43驅動。複數個板條之旋轉可串聯或同步。可藉由具有複數個驅動連接之同步馬達或單一馬達來達成協調旋轉。在一實施例中，各板條可包含雙重滑輪44，一個驅動相鄰板條且一個為相鄰板條之驅動器。各雙重板條滑輪44可藉由驅動皮帶45驅動，且滑輪44可用板條皮帶46驅動相鄰板條。各大滑輪可具有用於防止皮帶滑脫之惰輪。或者，皮帶45及46可包含鋸齒狀確動皮帶或鏈條。或者，此項技術中已知之其他連接器(諸如齒輪或鏈條)可驅動板條旋轉。可驅動板條之旋轉以產生負z軸定向氣流。在旋轉循環期間，板條前邊緣之向下旋轉直接推動氣體向下且板條後邊緣之對應的向上旋轉逆著將氣體重新引導向下之窗口20推動氣體向上。因此，順時針或反時針旋轉結果為向下引導之氣體蒸汽(沿著負z軸)。
滾筒電極可充當固體燃料之向上旋轉泵及氣體及H2O中之至少一者之向下旋轉泵。在一實施例中，滾筒密封墊47防止漿料跨越至諸如百葉窗式風扇20a及窗口20之光學元件上。在一些漿料藉由諸如滾筒密封墊(諸如47)之失效或點火失敗之事件無意地跨越至光學元件及點火粉末在光學元件上累積中之至少一者的情況下，則可用噴氣口、氣刀、噴水口及水刀中之至少一者清潔漿料。除迫使點火產物向下到達抛物面鏡14上以外，板條旋轉可以機械方式移除未藉由向下引導之氣體停止之任何黏附著的點火產物。在板條處及在頂部窗口20處產生之氣體紊流進一步用以維持此等表面不含黏附著的點火產物。此包含旋轉板條或輪葉再循環系統之百葉窗式風扇可進一步包含針對板條或輪葉上之產物黏附之感測器及板條或輪葉清潔器，諸如至少一個氣刀及至少一個噴水口，其可包含蒸汽噴口。百葉窗式風扇之氣流可進一步用以冷卻以下各者中之至少一者：窗口20、百葉窗式風扇20a及諸如板條39之百葉窗式風扇組件。
如圖2G1及2G1a中所示，百葉窗式風扇將氣體沿一定方向自電池頂部之窗口吹至抛物面鏡14，且回流氣流可穿過在電池下邊緣(諸如在抛物面鏡14之邊緣)處含氣體收集入口64之導管53。回流氣體可經通道到達介於窗口20與百葉窗式風扇20a之間的區域。
在圖2G1b中所示之另一實施例中，圖2G1中所示之百葉窗式風扇可用穿孔透明窗口20c替換。頂部窗口20及下部穿孔窗口20c可形成空腔。該等窗口可為平行的。該等窗口可為平行平面窗口。該空腔可接收來自氣體分配導管53之加壓氣體。如圖2G1c中所示，進入該空腔中之氣體之壓力及流動可藉由導管鼓風機53a維持。加壓氣體可流過該等穿孔，向下分配以抑制點火產物之向上流動，如在百葉窗式風扇實施例之情況下。向下輸送之點火產物可經復水形成固體燃料，該固體燃料如本發明中所述再循環。
關於圖2G1、圖2G1a、圖2G1b及圖2G1c，導管泵及導管鼓風機53a中之至少一者可與導管53成一直線以增加導管53中之回流氣體流動速率、體積及壓力中之至少一者以及藉由百葉窗式風扇20a及穿孔窗口20c來自電池頂部之下降氣體流動速率、體積及壓力中之至少一者。泵及鼓風機53a中之至少一者可進一步提供在抛物面鏡14之位準之氣體抽吸。可藉由經由鼓風機出口64b排出氣體之鼓風機53a自抛物面鏡14之區域抽吸氣體，使其穿過導管入口64c、充氣室65及導管53，進入鼓風機入口64a。氣體可流過導管53及另一充氣室65，進入窗口20與百葉窗式風扇20a或穿孔窗口20c之間的區域。導管中之氣體可用熱交換器及冷卻器冷卻。在其他實施例中，抛物面鏡14可用其他結構元件及反射器替換，諸如充當用於收集點火產物且將其引導至漿料槽之構件之彼等以及亦可充當用於將電池之光功率引導朝向光伏打轉換器之反射器之彼等。抛物面鏡之例示性替代物為具有反射壁之滑槽。
在一實施例中，鼓風機構件包含圓周風扇，諸如旋風風扇，諸如藉由Dyson商業製造之風扇。
關於圖2G1、圖2G1b、圖2G1c及圖2G1d，在替代實施例中，導管鼓風機53a提供電極外殼20b中之氣體抽吸，穿過至少一個側壁中之導管中之至少一者及在漿料下穿過玻璃料49且進入連接至回流導管53之底層導管。在一實施例中，藉由泵18經由管線19將自玻璃料49收集之氣體抽吸至導管65中，轉移至噴射泵17，且在藉由管線16供應之噴口21噴射。在其他實施例中，水替換氣體作為再循環介質。至少元件16、17、18、19、21、49及65能夠使如本發明所指定之諸如水之液體介質再循環。
在一實施例中，發電機包含僅粉末點火產物回收及再循環系統，其中用諸如百葉窗式風扇20a及穿孔窗口20c之鼓風機構件向下吹點火產物粉塵。氣體沿滾筒之向下旋轉部分流過通道52(圖2G1及圖 2G1b)。通道52連接至管道，且氣體流過管道且在漿料48表面下鼓泡以使點火產物粉塵且濕漿料混合。氣體可經由在可包含電極外殼20b之漿料槽5之側面或底部49之至少一個篩網回收。在一實施例中，側面氣體回流導管在抛物面鏡14下方且在位於抛物面鏡下方之漿料槽5及漿料48之上方。氣體可流動至導管53中以在電池頂部返回，諸如介於窗口20與百葉窗式風扇20a或穿孔窗口20c之間的區域。在一替代實施例中，氣體可流過各滾筒電極8之周邊側面，穿過通道52且吸入導管53，該等導管延伸以與電極外殼20b連接。該抽吸可由氣體導管鼓風機53a提供。該鼓風機可迫使氣體在電池頂部噴射穿過導管53。在另一實施例中，氣體導管可為圖2G1之電極外殼20b之側壁。在此實施例中，氣體管線之導管可在抛物面鏡14下方且在位於抛物面鏡下方之漿料之上方。
在圖2G1及圖2G1b中所示之實施例中，氣體沿著與電漿膨脹方向相反之方向移動，諸如沿著向下或負z軸方向。氣體可藉由百葉窗式風扇20a或穿孔窗口20c向下流動。氣體可沿著抛物面鏡14之表面經過通道且流動至旋轉滾筒8外部上之通道中，其中該等旋轉滾筒沿向下方向旋轉。旋轉滾筒可充當用於將氣體移動至抛物面鏡14下方之電極外殼20b中之旋轉泵，其中隨著氣體一起流動之點火產物可與可包含電極外殼20b之槽5中之漿料接觸。氣體之通道出口可在漿料表面上方或下方，使得氣體及所輸送之點火產物粉末與漿料接觸，且粉末變成漿料之一部分。沿著滾筒電極8之側表面之密封墊47可含有在電極外殼20b區域中之漿料，除此之外，旋轉抽汲至滾筒接觸區域且點火。在另一實施例中，粉末與氣體一起在電極外殼20b中循環，其中氣體流過漿料48且流出選擇性透氣膜49到達導管，該等導管充當氣體返回至電池頂部之管道。在一實施例中，氣體必須進行以下各者中之至少一者以便流出選擇性滲透膜(諸如精篩，諸如精細不鏽鋼網篩或玻璃料49)進入 導管：接觸漿料表面且流過漿料。例示性篩網包含在約5至50微米範圍內之不鏽鋼網。篩網49之替代實施例示出在圖2G1、圖2G1b及圖2G1d中。
在圖2G1、圖2G1a、圖2G1b、圖2G1c及圖2G1d中所示之另一組合氣體及H2O再循環系統實施例中，百葉窗式風扇20a或穿孔窗口20c推動點火產物向下，且氣體沿著抛物面鏡及氣體分配導管53之周邊穿過氣體收集導管64，返回至介於窗口20與百葉窗式風扇20a或穿孔窗口20c之間的區域。該氣流可藉由導管鼓風機53a加重。藉由下降氣流迫使到達抛物面鏡14上之點火產物可藉由可包含至少一個蒸汽噴口之噴水口21洗滌至漿料槽中。在一實施例中，鏡子14包含上面藉由表面張力黏附有H2O之表面，諸如石英、玻璃或Pyrex。水可經由圖2G1及圖2G1b之通道52流入漿料槽中，且可藉由抽吸移除過量水，諸如藉由吸水泵18抽吸穿過與漿料48接觸之透水膜、屏障或過濾器49，諸如在漿料槽5之側面或底部。該膜可具有對水之選擇性，使得固體燃料之固體反應物保留在漿料槽中。該膜、屏障或過濾器49可包含篩網，諸如不鏽鋼篩網或玻璃料，諸如多孔性陶瓷玻璃料或金屬玻璃料，諸如25微米不鏽鋼篩網。自含有過量水之漿料抽汲水之速率及程度中之至少一者可藉由控制膜、屏障或過濾器之面積及屏障兩端之壓差中之至少一者來控制。在一實施例中，H2O流過篩網49之速率可在攪動下增加，諸如由攪拌器或振動器提供之攪動。在一實施例中，自含有過量水之漿料抽汲水之速率及程度中之至少一者藉由控制槽5中之漿料表面上之增加之壓力及與膜、屏障或過濾器接觸之漿料上方之真空中之至少一者來控制。壓力梯度可用感測器量測。在一實施例中，在膜、屏障或過濾器變得堵塞之情況下，可後向抽汲水以清除該膜、屏障或過濾器之堵塞。清除堵塞可藉由響應於流量感測器之控制器來控制。可藉由吸水泵18達成且維持壓差。水可抽吸至水吸入口65及吸水管線19 中。水可藉由噴水泵17經由藉由管線16供應之管線21再循環。可包含電極外殼20b之槽5可進一步包含H2O感測器50，且漿料水合可藉由響應於水合讀數自水儲集器11添加水而維持在所要範圍內，諸如本發明中之一者。水合水準之讀取及控制可藉由控制器(諸如包含電腦之控制器)達成。例示性漿料水合感測器包含聲音傳播速度、導熱率及電導率感測器中之至少一者。發電機可進一步包含藉由漿料攪動器馬達67驅動之至少一個漿料攪動器66，用於達成以下各者中之至少一者：將水與燃料混合以形成且維持漿料，促進藉由諸如跨膜49抽吸之手段自漿料移除過量H2O，及將漿料推送至其中旋轉電極8可將漿料汲取至點火製程中之區域中。在另一實施例中，藉由離心移除水。水可流過玻璃料且藉由泵移除。
各攪動器可包含螺鑽。各攪動器可包含複數個混合刮刀，諸如每攪動器一對混合刮刀。該等刮刀可沿相反方向旋轉，諸如在商用雙重刮刀混合器之情況下。在另一實施例中，螺鑽可藉由使單軸轉動之一個馬達驅動，其中相對的半邊上之螺鑽的間距具有相反偏手性。發電機可進一步包含氫來源，諸如氫氣貯槽68及具有用於僅供應氫氣之構件之H2O電解系統(諸如選擇性膜或熟習此項技術者已知之其他系統)中之至少一者。氫氣可經由氫氣進料管線70供應至電池。發電機可進一步包含氫氣感測器69及用於控制氫分壓之構件，諸如可包含電腦之控制器。發電機可包含外部氫氣感測器及用於警告外部氫氣洩漏之報警器。在外部氫氣洩漏之情況下，控制器可停用發電機且自來源停止氫氣流動。
在圖2G1d中所示之實施例中，漿料槽5包含可傾斜之側面。斜坡可將較大表面積頂部周邊區段連接至較小表面積底部區段。底部可呈通道形狀，諸如U形。該通道可容納攪動器66。至少一個漿料槽側壁(諸如矩形頂部漿料槽之兩個相對的長壁)可為V形且可成錐形以將矩形頂 部連接至U形基底。V形壁可包含透水膜49。包含V形壁之槽可進一步包含外殼壁20d，其形成用於接收抽吸穿過透水膜49之水的真空密封水腔室20e。該抽吸可由吸水泵18提供，該吸水泵經由吸水管線19將水抽出腔室20e。水可藉由來自由管線16供應之噴水泵17之壓力經由噴口21噴射(圖2G1及圖2G1b)。所噴射之水可將點火粉末沖洗至漿料槽5中。在圖2G1d中所示之實施例中，諸如螺鑽66之漿料攪動器在滾筒8之下方，使得其將漿料自兩側饋入中間，其中該漿料向上湧出以抽吸至滾筒中進行點火。來自抛物面鏡14之沖洗液可在遠離中心之末端，其中漿料可下沉至底層螺鑽66進行混合且藉由上湧動作迫使上升。漿料流可包含漿料槽5中之混合循環。在另一實施例中，腔室20e含有氣體及水，且發電機系統進一步包含維持透水膜/玻璃料49兩端之抽吸之真空泵。泵入口可在腔室20e中之水位上方且穿過電極外殼20b。泵入口管線可接收來自腔室20e之氣體，且泵輸出管線可將該氣體排出至漿料槽5及電極外殼20b中之至少一者之電池外部之另一區域。在一實施例中，氣體可排出至導管53。在一實施例中，控制氣泵壓力及水泵壓力，使得達成穿過透水膜/玻璃料49之所要水抽吸、穿過水泵18及17之水抽吸及藉由氣泵進行之氣體抽汲。在一實施例中，控制相對泵壓力以避免將水抽汲至氣泵中。
能量存量之非光分量之功率及能量損失(諸如壓力-體積功、加熱基於H2O之固體燃料反應物及產物(諸如金屬粉末基質)及加熱且蒸發水)可藉由以下各者中之至少一者減少：改變滾筒電極之曲率半徑，藉由諸如改變滾筒之旋轉速度之手段改變燃料之動能，降低爆炸產物之密度，及藉由諸如抽吸穿過半透膜且藉由滾筒向燃料施加壓力之手段改變H2O含量。
在一實施例中，諸如鏡子14及至少一個連接組件(諸如導管53之入口及噴水口21)之發電機組件藉由至少一種此項技術中已知之方法來 製造，諸如3D印刷、澆鑄及碾磨。
在一替代實施例中，諸如脫水固體燃料粉末之粉末點火產物可藉由氣流移除，諸如抽吸。該粉末可收集在過濾器上。可移除所收集之材料且使其復水且再循環作為基於H2O之固體燃料。可藉由H2O沖洗移除。該移除可為氣動地，其中該粉末可在漿料槽5中可控制地水合。沖洗液或粉末可藉助於本發明輸送至漿料槽。過量水可藉助於本發明在漿料沖洗液輸送至漿料槽之前或之後移除。在一例示性實施例中，用真空清潔器收集點火產物粉末，用H2O週期性地或連續地沖洗真空清潔器過濾器，所得漿料流至諸如槽5之H2O分離儲集器中，且藉由諸如至少一個將額外H2O吹走之噴氣口及經由選擇性H2O滲透膜抽吸之手段移除過量水。或者，經抽成真空或抽吸之點火產物粉末可直接傳遞至漿料槽或以粉末形式首先傳遞至水合儲集器。該粉末可在漿料槽5中或在儲集器中復水且傳遞至漿料槽5。該系統可實質上密封，使得其在諸如輸送應用(諸如航空)之應用中不會受到重力或離心力之明顯影響。粉末或漿料可藉助於本發明(諸如氣動或機械構件)輸送至槽。或者，含氣體之點火粉末可流至封閉儲集器中，該封閉儲集器收集粉末且視情況使其復水且藉助於本發明將粉末或漿料輸送至漿料槽5。
在一實施例中，旋轉電極8在足以將固體燃料自諸如漿料槽5之儲集器輸送至電極對(諸如滾筒)之接觸區域以引起點火的旋轉速度下操作。在直徑3吋之銅滾筒電極之例示性實施例中，使下部浸沒在Ti(50莫耳%)+H2O(50莫耳%)或Ti+MgCl2(50莫耳%)+H2O(50莫耳%)漿料中之滾筒在大於1000RMP之高旋轉速度下運轉將燃料自θ=180°，=0°位置輸送至θ=90°，=180°位置，且在滾筒接觸區域壓縮促成點火。光主要垂直(z軸方向)前進。此可認為係由於電漿由於漿料之壓力而可能不能夠向下膨脹，且藉由滾筒施加之燃料之垂直方向之動能引起垂直電漿膨脹。在一實施例中，鏡系統14圍繞諸如滾筒電極8之電極 且垂直引導光。鏡系統可包含抛物面鏡14。電極8可在諸如在焦點或焦點附近之位置，使得光最佳地向上引導至電池頂部。電池之頂壁可包含窗口20，其將光透射至光分配及光伏打轉換器系統26a，諸如包含半透明鏡23之堆疊系列及光伏打面板15之光分配及光伏打轉換器系統(圖2C及圖2C1)。
包含Ti+MgCl2+H2O之基於H2O之燃料的點火之高速視訊記錄藉由Edgertronics攝影機執行。由於分數氫反應所觀察到的一些現象為：(i)基於H2O之燃料在初步點火之後展現出不規則碎片型微爆炸，亦即觀察到後續點火級聯；(ii)不規則碎片型微爆炸疊加在快速燃料噴射及點火產生非線性倍增功率輸出上；(iii)當基於H2O之固體燃料點火產生電漿閃焰型現象時，該基於H2O之固體燃料之微噴霧化；及(iv)Al DSC盤中之諸如Ti+H2O之經歷點火的燃料糰粒展現衝擊波混響。在一實施例中，藉由施加外部電場、電流及外部磁場中之至少一者，微爆炸級聯之速率及程度中之至少一者增強。外部電場及電流可由與點火輸出(諸如藉由基於H2O之固體燃料之點火形成之電漿)接觸之電極及可藉由發電機供電之外部電源提供。電場及電流可在本發明範圍內，諸如分別為0.01V/m至100kV/m及1A至100kA。外加電場及電流之頻率可在本發明之電漿激發之範圍內，諸如在0Hz至100GHz範圍內。在例示性實施例中，AC、RF及微波激發可由本發明發電機提供。磁場可由電磁鐵及永久磁鐵中之至少一者提供，諸如本發明之彼等電磁鐵及永久磁鐵。電磁鐵可包含赫爾姆霍茲線圈。磁場可在0.001T至10T範圍內。磁場可為恆定的或按時間交變。外加交變磁場之頻率可在約0.001Hz至10GHz、0.1Hz至100MHz、1Hz至1MHz、1Hz至100kHz及1Hz至1kHz之至少一個範圍內。在一實施例中，交變磁場可藉由使永久磁鐵或電磁鐵旋轉達成。該旋轉可使用以機械方式使磁鐵旋轉之馬達達成。在另一實施例中，磁場以電子方式旋轉。電子旋轉可藉由 如熟習此項技術者已知控制電流在空間及時間中之變化來達成。在一實施例中，磁場約束電漿，增加分數氫反應物之濃度且從而增加分數氫反應之速率。
在一實施例中，光可經由至少一個藉由諸如使光散焦或漫射之手段降低光強度之光學元件輸出。強度降低之光可入射至光分配及光伏打轉換器系統26a上，該系統可具有比窗口20大之覆蓋區或覆蓋比該窗口大之橫截面積。在一例示性實施例中，窗口20包含使入射在具有較大橫截面積之光分配及光伏打轉換器系統26a上之光散焦的透鏡。窗口20可包含凹透鏡。透鏡可包含菲涅耳透鏡。光分配及光伏打轉換器系統26a可包含附加入口光學元件，諸如至少一個鏡子、透鏡、光纜及光波導，用於將強度降低之光(諸如漫射或散焦之光)引導至光分配及光伏打轉換器系統26a之管柱中。在另一實施例中，光可經由至少一個藉由諸如使光聚焦或集中之手段增加光強度之光學元件輸出。強度增加之光可入射至光分配及光伏打轉換器系統26a上，該系統可具有比窗口20小之覆蓋區或覆蓋比該窗口小之橫截面積。在一例示性實施例中，窗口20包含使入射在具有較小橫截面積之光分配及光伏打轉換器系統26a上之光聚焦之透鏡。窗口20可包含凸透鏡。透鏡可包含菲涅耳透鏡。光分配及光伏打轉換器系統26a可包含附加入口光學元件，諸如至少一個鏡子、透鏡、光纜及光波導，用於將強度增加之光(諸如經集中或聚焦之光)引導至光分配及光伏打轉換器系統26a之管柱中。在此情況下，包含充當光源之點火及再生系統之標準大小電池26可為可輸出諸如在10kW至50MW範圍內之光功率範圍之模組，且光分配及光伏打轉換器系統26a可調整大小以將光功率轉換成電力，其中窗口20及光分配及光伏打轉換器系統26a之截面可不同。針對10MW電力之一些例示性操作參數在表8中給出。該等獨立參數中之一些未用計算方案給出。用於計算其他依賴性參數之方法在表8中給出。該等參數為10MW 電力之例示性參數。關於其他功率，該等參數可按比例縮放。
鏡子可動態移動。主動鏡可以在接收光伏打電池中劃分光使得光伏打電池容量之利用最大化之頻率適時地光柵化或掃描。光劃分亦可藉由鏡子堆疊之鏡子之半透明性質達成。在一實施例中，穿過接收元件之光之光柵化或掃描之頻率處於大於光伏打電池之響應時間之頻率下，使得照射為有效地恆定的。此速率包含時間融合速率。在實施例中，光柵化或掃描速率視需要可為較快的或較慢的，在時間融合速率之約1%至10,000%範圍內。在一實施例中，可移動或主動鏡包含壓電、氣動及機械致動器。諸如動態鏡(諸如壓電傾斜鏡及轉向鏡)之掃描鏡系統之例示性組件及輔助系統組件(諸如電動化微定位工作台及致動器、馬達控制器及位置感測器)在http：//www.physikinstrumente.com/en/products/prdetail.php？sortnr=300710下給出。在一實施例中，各鏡子包含分段鏡。在一實施例中，分段鏡藉由壓電、氣動及機械致動器中之至少一者驅動。在一實施例中，可移動鏡包含旋轉鏡，諸如對穿過接收PV電池之光進行光柵化或掃描之旋轉多面鏡。在一實施例中，可移動鏡之光調變可使用隨時間而變之PV輸出功率控制，該PV輸出功率響應於進入接收PV電池中之光的光柵化速率及取向而改變。
PV轉換器之功率可傳遞至電池組系統，諸如鋰離子電池組系統(圖2C1之27或34)。PV轉換之電可給電池組充電。電池組可給點火系統供電且可藉由輸出功率控制器/調節器進一步調節。電池組及輸出功率控制器/調節器可包含類似於熟習此項技術者已知之太陽能農業功率調節中所用之系統的系統。
在一實施例中，點火系統包含PV轉換器之功率的調節器。經調節之功率可至少部分地給點火系統供電。經調節之PV功率可包含AC、DC及其變體。PV功率可給儲存元件充電，該儲存元件諸如電容器及電池組中之至少一者，諸如圖2C1之27。儲存元件可連接至點火系統之電路元件，諸如電源、匯流排及電極。電路元件可自我觸發。該觸發 可在儲存元件充電達到臨限值位準時達成。或者，儲存元件可藉由開關觸發，該開關諸如至少一個或複數個以下各者之組中之一或多個成員：矽控整流器(SCR)、絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)、金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)及氣體管。在一實施例中，諸如直流電之高電流之來源包含單極發電機。在一實施例中，連續地施加點火功率。用於達成點火之電流在開始時可顯著高於穩定操作時。在一實施例中，高的開始或起動電流可由起動電路提供，該起動電路可包含電力儲存元件(諸如包含至少一個電容器及電池組之元件)及電源中之至少一者。在一實施例中，該起動可藉由標準穩態工作電流達成，其中在外加電流下隨時間產生電漿，達到穩態水準。適用於連續操作之電流小於間歇點火之電流，諸如使用諸如本發明之機械或電子開關之開關所施加之彼等電流，可在間歇地施加之點火電流之0.1%至90%、1%至80%、5%至75%及10%至50%之至少一個範圍內。例示性連續施加之點火電流在約100A至10,000A、500A至7,500A、1000A至5,000A、1500A至2000A之至少一個範圍內。點火功率與燃料輸送速率之匹配可藉由控制器達成，從而使指定之理想輸出功率下之功率增益達到最佳。控制器可匹配點火能量與來自對應的點火燃料之光能，從而由於形成分數氫而達成最佳功率增益。控制器可控制燃料流動速率、點火電流及點火電壓中之至少一者。燃料流動速率可藉由控制滾筒旋轉速度及施加至滾筒或其他類型可移動電極之燃料之厚度來控制。控制器可接收來自可測定電極之間存在或不存在燃料之感測器之輸入。該感測器可為光學感測器。該感測器可感測燃料對比電極之反射、散射及吸收中之至少一者。該感測器可包含成像裝置，諸如高速攝影機。
在一實施例中，點火系統包含用於進行以下各者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糰粒起始。用於起始電流之開關可為機械開關及電 子開關中之至少一者。電子開關可包含IGBT、SCR及MOSFET開關中之至少一者。在點火之後可中斷電流以便使輸出分數氫產生之能量相對於輸入點火能量達到最佳。點火系統可包含開關，其使可控量之能量流至燃料中引起爆炸且在稱作點火之電漿階段之產生電漿之階段期間關閉電源。在一實施例中，藉由給點火供能之可用功率、能量、電流或電荷中之至少一者(諸如電容器、電容器組或電池組上之電荷或變壓器中之電流)之耗盡終止電流。在一實施例中，通向電漿之電流之終止或中斷藉由以機械方式移除滾筒電極之間的傳導性燃料來達成。可控制傳導性燃料穿過電極間接觸區之輸送速率以控制電接觸時間之持續時間。傳導性燃料之移除之時序可藉由控制電極之旋轉速度而達成。可增加滾輪速度以較快失去接觸，從而使得點火之後之電漿階段期間電流終止或中斷之持續時間較短。點火之後終止電流可使輸入能量達到最佳。在點火之電漿階段期間電流之終止可藉由諸如電流、電壓、電導率、功率、光及壓力感測器中之至少一者之感測器及諸如電腦之控制器來控制。
在另一實施例中，該開關可包含機械開關。電極之間的接觸可藉由使其以物理方式分開足以使得低電壓不能在該等電極之間維持電接觸之距離而週期性地中斷。在電極分開下具有電流之實施例中，該分開足以使得該電流不包含來自充電系統之顯著寄生汲極，諸如來自PV轉換器之經調節功率或直接功率。在一實施例中，用於間歇地及視情況週期性地分開電極之機械系統可包含旋轉機構及線性機構中之至少一者。旋轉機構可包含使滾筒電極來回搖動以達成間隔隨時間改變之凸輪。該凸輪可藉由伺服馬達驅動。電極之機械分開可用致動器達成，該等致動器諸如本發明致動器，諸如螺線管致動器、壓電致動器、氣動致動器、伺服馬達驅動致動器、藉由旋轉驅動連接驅動之凸輪及螺桿馬達驅動致動器。在一實施例中，間歇分開可藉由來自點火事件之 壓力將電極推開而達成，其中藉由諸如彈簧之恢復機構恢復接觸。該間隔可在約0.001cm至3cm、0.01cm至1cm及0.05cm至0.5cm之至少一個範圍內。點火可藉由以下至少一種機制自我觸發：給電壓充電達到足夠高之位準及分開間隙由於電極共同移近而足夠小。在一實施例中，使電極分開至少最小間隙以防止在不存在燃料之情況下點火。高度傳導性燃料至間隙間區域中之輸送引起電極之間足以流過大電流引起點火之電接觸。在其中間隙間區域中之燃料經點火且由於點火而消失之實施例中，電流基本上停止，因為在無燃料電連接之情況下存在間隙。
在一實施例中，機械張力及定位系統維持電極對相對於彼此之張力及位置，使得電流可維持在大致恆定電流下或最佳地維持為恆定。在另一實施例中，機械張力及定位系統維持電極對相對於彼此之張力及位置，使得電流為脈衝式的。機械系統可包含螺桿機械系統、氣動機械系統、液壓機械系統、壓電機械系統及此項技術中已知能夠致動之其他機械系統中之至少一者，該等致動諸如至少一個電極相對於另一者之線性驅動，從而引起電極之間的間隔及張力中之至少一者改變。定位及張力可藉由控制器控制，該控制器諸如具有感測器及電腦之控制器。該感測器可偵測對應於電流之最佳調節方面之變化的信號。該信號可為至少部分地遭到干擾之點火電流之無功電流或反射電流、諸如伺服馬達之馬達之轉矩由於張力改變所致之改變及光發射改變。定位可為動態的，響應於點火之後之光發射持續時間之時標。或者，定位可為基本上剛性的，發生在較長時標上。該系統可具有較大或較小可撓性，用於響應於藉由燃料爆炸所產生之動壓力給出所要電流。設定位置可週期性地調整。該調整可藉由機械張力及定位系統進行。例示性機械系統為連接至安裝有一個滾筒及驅動馬達之可移動工作台之螺紋桿。該螺紋桿可具有擰緊或鬆開之螺帽，使得該工作台朝 向或背離可固定在位置上之反電極移動。在替代性例示性實施例中，藉由壓電致動器移動電極，該電極諸如藉由其驅動馬達安裝在可移動工作台上之電極。該致動器可藉由電源供應器驅動。該電源供應器可藉由控制器控制。在除了基於使操作條件最佳化而做之調整之外，電極固持在相對固定位置之情況下，藉由碾磨維持電極。該碾磨可藉由隨著滾筒電極旋轉碾磨表面之固定研磨刮刀達成。該刮刀之高度可為可調整的。
在一實施例中，滾筒電極可圍繞諸如滑動軸承之軸承旋轉。滑動軸承之直徑及對應的周長可足以防止過熱及卡住。表面可經改善耐久性之導體電鍍或塗佈，該導體諸如Ag、Cu、Ti、TiO或Cr。軸承面可包含用於改善耐久性之不同材料，諸如一面上為Cu且另一面上為鍍銀銅。在一實施例中，滑動軸承裝載有彈簧。可抵著外電極環藉由彈簧按壓可擴展內電極環以產生電接觸，其中一個環相對於另一個旋轉。可冷卻滑動軸承。該軸承可經水冷卻。該滑動軸承可包含滑環。藉由該滑動軸承連接且電化之旋轉軸可藉由除滑動軸承以外之軸承(諸如滾筒軸承)支撐。熟習此項技術者已知之替代性軸承亦在本發明之範疇內，該等軸承諸如滾珠軸承及具有增加滾珠軸承之滾珠上之電流接觸之元件的軸承，諸如具有圓柱形元件之軸承。在一實施例中，匯流排，諸如圖2C1中所示之9，可在安裝在與滾筒8連接器相對之末端之框架下樞轉。匯流排之可移動或可撓性連接器可自電源供應低電壓高電流點火功率。該匯流排除了與電源之連接器之外可為電絕緣的。例示性連接器為編線。考慮滾筒電極對之各成員。該滾筒可藉由可安裝至該框架或經安裝使得其藉由匯流排9或10之樞軸樞轉之馬達驅動。該滾筒可藉由諸如皮帶、鏈條或傳動裝置之驅動連接驅動。或者，該滾筒可藉由與滾筒電極接觸之第二滾筒驅動，其中該第二滾筒藉由諸如電動馬達之馬達驅動。在另一實施例中，該滾筒可藉由磁力驅動來驅動。 磁力驅動可包含以下各者中之至少一者：安裝在滾筒上之永久磁鐵或電磁鐵(滾筒磁鐵)與安裝在驅動機構上之獨立相對永久磁鐵或電磁鐵(驅動磁鐵)以及滾筒磁鐵與驅動磁鐵之間的間隙。驅動磁鐵可藉由諸如電動馬達之馬達旋轉。旋轉驅動磁鐵可以機械方式與滾筒磁鐵耦接以使其轉動且伴隨著使滾筒電極轉動。滾筒磁鐵及驅動磁鐵可包含電動馬達，其中一組磁鐵用作轉子且另一組用作定子。該馬達可包含電刷或可為無電刷的，諸如電子整流馬達。在另一實施例中，該馬達可安裝至框架且該馬達可經由軸7經由機械耦合器直接驅動滾筒8，該機械耦合器可達成以下各者中之至少一者：具有電隔離器及撓曲部或能夠撓曲以適應滾筒之運動。該撓曲部可適應滾筒距接觸點之約1mm至1cm之最大位移範圍。在其他實施例中，軸7、滾筒8及匯流排9或10可安裝在可移動工作台上之導軌上以允許電極接觸及位移之往復運動。在一實施例中，匯流排為超導的。該超導匯流排可比正常傳導的匯流排緊密。
在圖2G1d1中所示之實施例中，至少一個在電池安裝末端處之諸如軸承或撓曲部之電絕緣樞軸連接下樞轉之匯流排9在電極外殼20b外部。該匯流排可藉由諸如導線75之經連接之可撓性導體電連接至電源2。滾筒8可剛性地連接至軸7，該軸穿過電極外殼20b之外壁20d。允許穿過壁20d之軸7搖盪運動之狹縫用驅動軸密封墊59密封。軸7連接至軸承，諸如滑動軸承73a及安裝在與樞軸安裝末端相對之樞轉匯流排9末端上之本發明其他軸承。軸7可進一步包含在穿過軸承之軸7之一部分上之安裝突起上的間接驅動機構。間接驅動機構可包含滑輪71，其藉由分別安裝至框架之軸74及馬達12或13轉動。連接至藉由驅動軸承73固持之驅動軸74之滾筒驅動滑輪71a可藉由用驅動滑輪71驅動之軸驅動皮帶72驅動。替代性驅動機構包含轉子-定子機構，其中滾筒磁鐵可固定至在軸7末端之圓形對稱安裝結構，諸如安裝圓盤。匯流排9可用 連接至安裝台57a之彈簧57進行彈簧裝載，該彈簧向匯流排施加壓力，從而對滾筒電極8施加張力。電極外殼20b之外殼壁20d可包含高導磁合金(mu metal)，以使轉子-定子驅動器屏蔽由點火電流產生之磁場。樞轉凸輪匯流排實施例之優勢在於其允許匯流排電絕緣定位在遠離較接近滾筒電極8之較熱區域之底部樞軸點。
能夠樞轉之匯流排允許滾筒電極之間的張力及間隙可如本發明所給出般變化。在固體燃料點火之後用於分離力之恢復機構可為本發明中之一者。例示性恢復機構為彈簧、氣動、液壓及壓電致動。包含藉由分別安裝之馬達在匯流排上樞轉且藉由恢復機構恢復之滾筒的實施例相比於其中滾筒驅動馬達及滾筒安裝在可移動工作台上之實施例可具有較快的恢復響應時間。該響應可由於質量減小而加快。亦可藉由使用具有較高有效彈簧常數之恢復機構減少響應時間。該響應時間可調整成合乎需要之響應時間。該調整可為產生所要功率及能量增益中之至少一者該調整可藉由控制器執行，該控制器諸如包含至少一個感測器之控制器，該感測器諸如張力、位置及張力感測器及電腦中之至少一者。
在另一實施例中，可藉由旋轉電極中之至少一者上之非均勻表面達成週期性接觸，該非均勻表面諸如包含包括升高及降低或扇形區域之凸起部或刻面之非均勻表面。可在反電極上之升高區域開始接近旋轉時達成接觸且當降低區域併接時失去接觸。或者，可在凸起電極之升高區域開始與圓形表面相對滾筒電極在旋轉下接觸時達成接觸，且反之亦然。交替的電接觸產生電流脈衝。在2014年4月1日(040114)申請之名稱為「Photovoltaic Power Conversion Systems and Methods Regarding Same」之先前PCT申請案第PCT/US14/32584號及2014年1月10日申請之名稱為「Power generation systems and methods regarding same」之PCT第PCT/IB2014/058177號中給出了具有表面周邊之不均勻 性以提供間歇接觸之適合電極設計，該等申請案以全文引用之方式併入本文中。或者，至少一個滾筒之滾筒電極周邊可為介入相對非傳導性或絕緣性區段、區域或片段之均勻水準。絕緣滾筒區段可包含該表面且可視情況包含底層主體區段、區域或片段。傳導性材料之滾筒區段可包含諸如銅之金屬，且非傳導性或絕緣材料之滾筒區段可包含陶瓷、氧化金屬或陽極化金屬。交替的非傳導性材料可包含在滾筒表面上之層或可包含滾筒表面及主體之區段。在兩個滾筒之表面均具有非傳導性及傳導性區段之混合物的情況下，可使電極對之類似區域之接觸同步，使得電導率及對應的電流為脈衝式的。或者，當傳導性區段接觸連續傳導性滾筒時達成接觸。交替電導率產生脈衝式電流。
在一實施例中，具有藉由引起接觸之各對旋轉電極之彼等區域之併接達成之週期性接觸之旋轉電極包含複數個此類電極對。沿著各對旋轉電極之至少一個成員之周邊之非均勻表面升高包含包括升高區域及在凸起部之間之降低或扇形區域之凸起部或刻面。各對可包含用於引起點火之獨立電源。各電源可自PV轉換器接收功率及能量。可使複數個諸如滾筒電極對之電極對定時以循環之分階段方式經歷點火，從而達成合乎需要之大致恆定之點火及光持續時間或其他參數。在n對至少一個成員具有m%相對於非凸起區域之凸起區域(該等區域根據循環中之相對階段按幾何學排列)之情況下，可用諸如10%之所要工作循環達成所要衝動頻率，諸如連續發火。本文中，工作循環可為固定的，但可藉由改變具有凸起部之滾筒上之滾筒凸起部之數目來改變。亦可改變發火時間或其可進一步藉由控制點火電路以電子方式改變。複數個n個電極對之各成員電極之旋轉速度需要在具有均勻表面之對之旋轉速度的僅1/n之速度下旋轉。舉例而言，十對需要在僅200RPM下旋轉以達成與具有2000RPM旋轉速度之單對均勻電極相同之工作循環及點火速率。兩種情況之間的每單位表面積之熱量亦相等。在具有複 數個週期性地傳導之滾筒電極對之實施例中，對數為約1/單對之工作循環，其中各滾筒沿著周邊連續地傳導且在相同RPM下操作。在滾筒對數目為1/工作循環之週期性傳導滾筒對之實施例中，點火電路之數目為約1/工作循環且各自可具有充電快如單對之點火電路之約1/工作循環之電容器，其中各滾筒沿著周邊連續地傳導且在相同RPM下操作。
點火系統可進一步包含用於將來自複數個電極對之光均勻引導至光分配及光伏打轉換系統之構件。引導系統可包含本發明光學元件，諸如主動光學元件，諸如主動鏡或透鏡。引導系統可進一步包含機械系統，諸如用於移動點火系統以達成多個電極對之各對電極之點火之圍繞電池中心調整的構件。
在複數個電極對之實施例中，向絕緣之各對供應電連接，其中各滾筒之驅動由獨立驅動馬達、具有複數個剛性地連接且藉由至少一個常見馬達驅動之滾筒之軸及驅動連接(諸如藉由馬達驅動之齒輪、皮帶或鏈條)中之至少一者提供，其中驅動連接可驅動至少一個滾筒。在一實施例中，作為用於驅動複數個滾筒之機構之一部分的驅動連接包含滾筒之間的電絕緣。電絕緣可由驅動機構之非導電元件提供。複數個n個滾筒電極對可包含n個電極點火系統，諸如圖2C1中所示之一對。在一實施例中，關於複數個對，諸如n對，滾筒對之一個成員連接至一個軸且另一個成員連接至另一個軸。各軸可藉由電動馬達驅動。電極之間的各軸中之非傳導區段可使滾筒彼此電絕緣。該等電極可獨立地電化。各自可具有可包含滑環或諸如滑動軸承之導電軸承之獨立連接，以便允許軸及所連接之滾筒旋轉同時提供電流。在一實施例中，電連接可包含匯流排，諸如圖2C1之9或10，其可包含滑環或諸如滑動軸承之傳導軸承。
點火系統可藉由以下各者中之至少一者來控制：在至少一個電極(諸如旋轉電極，諸如滾筒電極)上施加力及改變電極之間的間隔。壓 力施加及間隔改變中之至少一者可藉由機械、氣動、液壓、壓電致動中之至少一者達成。電極之間的間隔距離可在約0至50mm、0至10mm、0至2mm及0至1mm之至少一個範圍內。一個電極對該對另一個之壓力可在約0.1N至100,000N、1N至10,000N、10N至1000N及20N至200N之至少一個範圍內。響應於外加電壓膨脹及收縮之壓電致動器可達成間隔間隙及壓力中之至少一者。在一實施例中，壓電致動器可向固定有電極之匯流排施加壓力，從而使其可逆地撓曲以藉此施加壓力。或者，電極可具有針對點火循環中釋放壓力階段之另一恢復機構，諸如迫使至少一個滾筒電極與該對之另一成員分開之彈簧。在一實施例中，壓電致動器可進行施加壓力及使電極之間的間隔靠近中之至少一者以使高電流流過，引起點火，其中至少一個其他壓電致動器經歷往返固定有電極之匯流排之收縮的往復動作，使其可逆地撓曲以藉此施加壓力。在一實施例中，壓電致動器可移動上面安裝有至少一個電極及對應的電極驅動馬達之工作台。壓電致動器可安裝在特定位置，諸如在發電機框架上用於確定初始間隙及初始壓力中之至少一者的位置。該位置可藉由位置調整器調整，該位置調整器諸如機械、氣動、螺線管及液壓位置調整器中之一者。適合之機械位置調整器包含測微器。壓電致動器可包含複數個可以串聯及並聯中之至少一者起作用之單元。在一實施例中，壓電致動器可以串聯及並聯中之至少一者配置。並聯佈置可用於達成較強作用力。串聯配置可用於達成較大位移。壓電致動器可包含機械系統，諸如用於增加其運動範圍之槓桿臂。槓桿臂可連接至電極系統中需要移動或加壓之部分。
至少一個壓電致動器來回移動至少一個滾筒電極以打開且關閉滾筒電極對之間的對應間隙，從而打開且關閉點火電路。滾筒電極可安裝在連接至滑動引導件之軸承上之工作台上。滾筒電極可藉由亦可安裝在滑動工作台上之電動馬達直接驅動。
在一實施例中，壓電致動器點火系統包含至少兩個經配置以引起往復動作之壓電致動器，從而達成施加及釋放壓力以及關閉及打開電極之間的間隔中之至少一者，從而引起或終止引起點火之高電流。在一實施例中，一個壓電致動器經歷膨脹及收縮之往復動作，而另一個經歷相反的收縮及膨脹之往復動作。藉由施加及釋放壓力以及關閉及打開間隔間隙中之至少一者，使至少兩個致動器以相反的運動操作，引起在電極處間歇點火。因此，相反的壓電致動器可提供恢復動作。頻率、作用力、位移及工作循環可為本發明之彼等，其中相對致動器經歷相移180°之運動。在一例示性實施例中，間隙可為約50μm，頻率可為1000至2000Hz，一個致動器可膨脹以施加壓力且使電極對閉合約50μs至100μs，同時另一個致動器收縮以移除恢復力，持續50μs至100μs。隨後，一個收縮同時另一個膨脹以減輕壓力且打開間隙，持續約500μs至1000μs。壓電致動器之動作可用控制電源供應器之可程式化控制器進行控制，其中壓電致動器之力及行進距離可藉由外加電壓之強度控制。頻率及工作循環可藉由控制器藉由控制施加至壓電致動器之電壓波形來控制。在一實施例中，在點火及非點火之循環期間，施加壓力及提供恢復力之功能由相同壓電致動器以膨脹及收縮模式提供。點火可藉由以下各者中之至少一者達成：向至少一個電極直接或間接地施加機械動作及藉由向安裝有至少一個電極之工作台直接或間接地施加機械動作。在一實施例中，例示性壓電材料包含石英、鈦酸鋇及鈦酸鉛鋯中之至少一者。在一實施例中，壓電晶體之高反應率及快速失真允許該等步驟在諸如5MHz以上之極高頻率下進行。這給出了約800毫米/秒或接近2.9km/h之例示性最大線速度；然而，其他合乎需要之速度可為較高或較低的，諸如在約10mm/s至10,000mm/s及100mm/s至1000mm/s之至少一個範圍內。在一實施例中，用電壓激活壓電致動器以達成電極之間足以引起點火之接觸。點火或激活時間包含 高電流流過燃料之時間，可不同於對應的非點火或去激活時間。工作循環包含點火時間與非點火時間之比率，可在約0.01%至99%、0.1%至50%及1%至20%之至少一個範圍內。可在點火階段期間激活壓電致動器以施加壓力或減小之電極間隔中之至少一者。該激活可藉由施加電壓達成。該電壓可藉由函數產生器、電源供應器及諸如電腦之控制器來施加。舉例而言，可施加50μs方波激活電壓且可不施加電壓或施加500μs相反極性之方波電壓。激活頻率及去激活頻率中之至少一者可在約1Hz至1MHz、10Hz至100kHz及100Hz至10kHz至少一個範圍內。激活持續時間及去激活持續時間中之至少一者可在約1μs至100s、10μs至10s及25μs至1s之至少一個範圍內。
壓電致動器系統之示意圖示出在圖2G1e中。在一實施例中，用於進行打開及關閉點火以及控制電極之間的間隔及張力之操作中之至少一者之壓電系統包含用於使電極相對於彼此移動之相對壓電致動器54及55。壓電致動器可安裝在壓電致動器安裝台56上。馬達12及13以及支撐在滾筒軸7上之電極8及用於滾筒軸之軸承支撐件4可單獨地安裝在可移動工作台62上，該等可移動工作台藉由壓電致動器54及55相對於彼此移動。恢復力可由藉由張力彈簧安裝台57a支撐之張力彈簧57提供。工作台62之運動可藉由基底支撐件61中之滑軌60引導。馬達可藉由馬達安裝台63安裝在工作台62上。電極滾筒軸7之運動可藉由含有漿料槽5之電極外殼20b之壁中之可撓性密封墊59適應。電極外殼可藉由電極外殼托架58安裝至基底支撐件61。
固體燃料之點火可藉由高電流流動來達成。點火可間歇地起始及終止。滾筒之間的電流時間可不同於無電流時間。施加電流之工作循環可在約0.01%至99%、0.1%至50%及1%至20%之至少一個範圍內。中斷可藉由以下各者中之至少一者達成：減小電極施加給燃料之壓力及打開電極之間的間隙。在一實施例中，至少一個諸如滾筒或齒輪電極 之電極藉由來自電動馬達之間接驅動而旋轉，該電動馬達諸如皮帶及滑輪、嵌齒及鏈條及齒輪驅動中之至少一者。滾筒電極可安裝在槓桿上，該槓桿可包含介於具有固定穿過軸承之滾筒之末端與另一末端之間的樞軸。可驅動另一末端。該運動可為週期性的，以達成以下各者中之至少一者：打開及關閉電極之間的間隙以及向燃料施加壓力。另一末端之驅動運動可由機械、氣動及壓電致動中之至少一者所引起。驅動末端之往復機械運動可藉由連接至凸輪或曲柄軸之連接桿達成。凸輪可成形成用於達成所要工作循環。該凸輪可為多葉的。往復運動亦可藉由螺線管系統達成，諸如具有揚聲器設計之螺線管系統。可藉由諸如定向及磁屏蔽之手段保護揚聲器型致動器之螺線管線圈及磁鐵不受高點火電流之高場之影響。亦可對伺服馬達進行磁屏蔽。該屏蔽可用高導磁合金達成。響應於外加電壓膨脹及收縮之壓電馬達或致動器可達成控制間歇點火之運動。可控制來自函數產生器及電源供應器之外加電壓以達成所要工作循環。
在一實施例中，電極在傳導性位置中連續嚙合。諸如滾筒電極之電極可裝載上彈簧或用於在電極之間施加壓力以維持電接觸之其他構件。在一實施例中，滾筒電極8(圖2C、圖2G1及圖2G1b)藉由單一馬達驅動。當滾筒電極對接觸時，馬達驅動滾筒可驅動滾筒電極對之另一滾筒。一個滾筒對另一個之張力可由至少一個彈簧提供，該彈簧將該等滾筒推到一起以產生接觸。各滾筒可藉由至少一個清除器進行修整，該清除器諸如施加至滾筒表面以在滾筒轉動時移除外來材料之固定清除器。馬達安裝台及匯流排連接可為剛性的或接近剛性的。點火電流可藉由可自PV轉換器獲得功率之電源連續維持。或者，點火電流可在小於100%之工作循環下間歇地施加。用於引起點火之電流開關可包含機械開關。在一實施例中，機械開關為匯流排之一部分，其中使匯流排電路接觸移動以打開及關閉電路，而非包含藉由移動電極及視 情況存在之驅動馬達及安裝工作台來產生接觸之開關元件。在此情況下，可大大減小質量、行進距離及外加力，使得可分別達成約2000Hz之可程式化開關及10%之工作循環。
機械開關可包含匯流排電路區段之接觸之嚙合及脫嚙的運動。該區段可包含導線，諸如與末端連接器之編線，該等連接器可藉由致動器接觸。在一實施例中，導體之小區段藉由諸如壓電致動器之致動器移動以打開及關閉點火電路。匯流排電路區段之間的接觸區域可為極大且極平的，使得間隔可為極小的，從而斷開接觸，諸如在約10nm至200μm、100nm至100μm及1μm至50μm之至少一個間隔範圍內。該接觸可介於兩塊大平板之間。連接至開關相對側之匯流排區段可連接至引導件。該引導件可包含撓曲部、彈簧及具有軸承之滑動套環中之至少一者。引導件及開關自身中之至少一者可具有用於致動器之托架或連接件，該致動器移動至少一個開關零件及引導件以關閉開關。
該開關可包含諸如銅、銀之高度傳導性材料及諸如鋁之輕質型高度傳導性金屬中之至少一者。在一實施例中，電壓過低以致不能拱起；因此，表面保持扁平。在一實施例中，開關可維持在惰性氛圍中，諸如稀有氣體氛圍，諸如氦氣氛圍，該氛圍防止氧化且亦可由於He之高電離能而防止電弧放電。或者，該開關可維持在真空中以防止電弧放電及氧化中之至少一者。開關之接觸表面(諸如大平板)可經諸如Au或Ag之惰性材料塗佈以防止氧化。開關表面可經諸如鎢之具有高功函數之金屬塗佈以防止電弧放電。在一實施例中，使用槓桿臂或其他機械系統來增加致動器運動以打開及關閉電路之範圍。在另一實施例中，機械開關致動器包含本發明之液壓、氣動、螺線管、凸輪驅動、曲柄軸驅動及伺服馬達驅動之致動器中之至少一者。凸輪可具有多個凸起部。產生電接觸之凸起部區域可包含諸如10%之工作循環百分比用於10%工作循環。或者，凸輪可打開開關且凸起部可包含100%減去該區 域之工作循環百分比。在任一情況下，恢復機構可包含彈簧、氣動、液壓及機械恢復器，諸如相對凸輪。
壓力施加及電極分開中之至少一者可藉由以下各者中之至少一者達成：使凸輪軸及曲柄軸機構及可能存在之往復致動器(諸如具有連接至需要進行加壓及移動中之至少一者的電極組件之連接桿的螺線管)旋轉。在另一實施例中，電力伺服馬達沿著小於180°之弧度順時針及反時針重複旋轉以使凸輪向前及向後移動。凸輪可具有連接至滾筒電極以使其相對於電極對之第二滾筒電極來回移動以打開及關閉點火電路之軸。滾筒可安裝在連接至滑動引導件之軸承上之工作台上，其中該滾筒可藉由亦可安裝在工作台上之電動馬達直接驅動。
在一實施例中，點火為機械及電子系統之混合。在一實施例中，點火系統包含具有帶電導線之配電器，該帶電導線移動到至少一個電連接至電極對之至少一個成員之接觸點。導線至接觸點之運動允許電流自帶電導線流至電極，諸如滾筒電極。完整電路可包含電源、連接至帶電配電器導線之電源端子、配電器接觸點、電極對、連接至電極對之一個成員之接觸點、相接觸之電極、電極對中連接至另一個電源端子之另一成員。電流之流動引起滾筒電極之間的燃料之點火。可間歇地、諸如週期性地產生接觸，其中控制工作循環以允許電源有足夠的時間來儲存足以在電路閉合時引起點火之能量。配電器之帶電導線可包含連接至一個電源端子之中心集線器。電極對之一個成員可電連接到至少一個接觸點。相對滾筒電極可電連接至另一個電源端子。至少一個接觸點可沿圓周定位，使得藉由配電器導線之旋轉產生與其之接觸。
在一實施例中，電流及電壓中之至少一者為脈衝式的，用於增加分數氫反應速率及輸出功率超過輸入功率之功率增益中之至少一者。該脈衝可藉由以電子方式及以機械方式中之至少一者達成。以電子方 式脈衝之系統可包含本發明之電子開關，諸如包含矽控整流器、絕緣閘極雙極電晶體及MOSFET之彼等開關。電壓及電流中之至少一者可為脈衝式的。可控制峰值電流、峰值電壓、補償電流或最小電流、補償電壓或最小電壓、波形形狀或形式、脈衝持續時間、脈衝頻率及工作循環中之至少一者以達成所要點火功率脈衝。該控制可藉由控制器達成，該控制器諸如包含至少一個電壓及電流感測器及電腦之控制器。脈衝可進一步包含經控制之波形包絡，諸如電流及電壓斜坡中之至少一者，其可包含鋸齒波形、正弦形及熟習此項技術者已知之其他波形包絡。峰值電流可在約10A至1MA之範圍內。補償或最小電流可在0至10kA範圍內。峰值電壓可在約0.1V至1000V範圍內。補償電壓可為大於約0V至100V。脈衝持續時間可在約100ns至1s範圍內。脈衝頻率可在約10Hz至1MHz範圍內。工作循環可在約1%至99%範圍內。
機械脈衝可主動地或被動地達成。用於達成脈衝之主動機械系統包含本發明之機械開關，諸如凸輪開關及壓電開關。用於達成脈衝之被動機械系統可包含機械開關及開關組件，諸如樞轉匯流排(圖2G1d1)及機械恢復，諸如恢復彈簧。機械頻率可藉由改變彈簧常數及點火系統之可移動部分之質量來調整。在一例示性實施例中，質量藉由使用安裝在未直接轉載驅動馬達之諸如樞轉匯流排之輕質匯流排上的間接驅動滾筒來減小。在一實施例中，機械脈衝可藉由至少一個具有非均勻周長之本發明滾筒來達成，諸如本發明之凸起滾筒電極或電極。在一實施例中，機械脈衝藉由控制滾筒電極之旋轉速度來達成。點火燃料之爆炸壓力之動力學及機械反應可經調節以產生脈衝。此類手段包含藉由諸如旋轉速度之手段控制供應燃料進行點火之速率。其他手段包含控制燃料厚度及每單位燃料之能量產率。該厚度可使用本發明之燃料施加構件控制。每單位燃料之能量產率可藉由控制燃料組成來控 制，該燃料組成諸如H2O含量及混合物之其他組分，諸如本發明中所給出之傳導性基質及水結合化合物。
在一實施例中，點火系統為機械及電子系統之混合，其中監測機械及電子狀態以達成所要之點火速率及時序中之至少一者。點火可主要以電子方式或以機械方式脈衝，其中以電子方式觸發之脈衝可提前或延遲以適應以機械方式產生之脈衝或反之亦然。在後一種情況下，機械點火系統可經控制驅動。例示性經控制之機械點火系統包含本發明之壓電、凸輪及電磁驅動系統中之至少一者。點火系統可包含諸如電腦之控制器及用於追蹤用於觸發電子及機械觸發點火中之至少一者之所要點火循環中之機械運動、位置及電導率及時序之感測器。在燃料包含本發明之離散糰粒之情況下，該感測器可進一步感測在該糰粒進入其軌道中且穿過其進行點火期間該糰粒之位置、電導率及壓力。該感測器可為光學感測器、諸如電導率感測器之電子感測器及諸如壓力感測器之機械感測器中之至少一者。
在一實施例中，該燃料除包含漿料以外亦可包含粉末。該燃料可在惰性氛圍及水蒸汽下點火，該惰性氛圍諸如包含惰性氣體之惰性氛圍，該惰性氣體諸如稀有氣體，諸如氬氣或氪氣。諸如固體燃料粉末之固體燃料可包含針對與H2O反應而言實質上穩定之金屬，諸如Ag、Cu、Ni、Co、Te、Sn、Sb、Mo、Cd、Pb及Bi之組中之至少一者及Ag、Cu、Ni、Co、Fe、As、Tc、Ru、Rh、Pd、Cd、Sb、Te、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pd及Bi之組中之一者，且可進一步包含H2O來源，諸如經吸收之水及水結合化合物中之至少一者，該水結合化合物諸如鹵化物、氫氧化物及氧化物中之至少一者及鹵化物、氫氧化物及氧化物中之複數者以及其混合物。H2O結合化合物可包含以下各者之組中之一或多者：經水合之鹼土金屬及過渡金屬鹵化物，諸如MgBr2及ZnCl2；及經水合之鹼金屬、內過渡金屬及稀土金屬鹵化物；及經水合 之非金屬鹵化物；及經水合之鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬及非金屬之氧化物或氫氧化物。反應混合物可進一步包含以下各者中之至少一者：氧化物，諸如金屬氧化物、氫氧化物，諸如金屬氫氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬、稀土金屬或第13族金屬、第14族金屬或第15族金屬或非金屬之氧化物或氫氧化物；及化合物，諸如包含氧陰離子之離子化合物，諸如硼酸鹽、偏硼酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、錫酸鹽、磷酸鹽及硫酸鹽。氧化物、氫氧化物及含氧化合物中之至少一者可包含水合物或包含水合水。在一實施例中，固體燃料包含氫氧化物，其具有在添加H2O之情況下氧化物至氫氧化物之可逆反應。例示性氧化物為Al2O3、諸如MgO之鹼土金屬氧化物及諸如NiO之過渡金屬氧化物。舉例而言，氫氧化鋁Al(OH)3過去稱作氧化鋁之水合物或三水合氧化鋁(Al2O3．3H2O)，可以可逆方式經歷水合及脫水：
固體鹼土金屬氫氧化物經歷可逆的水合及脫水反應。舉例而言，氫氧化鎂在332℃下經歷吸熱分解，且反之，MgO與水反應形成氫氧化鎂：
類似地，稀土金屬氫氧化物經歷可逆的水合及脫水反應。
過渡金屬氧化物形成水合物，其可包含氫氧化物。該相互轉變經由丟失或增加H2O而為可逆的。舉例而言，Fe2O3．H2O(亦寫成2Fe(O)OH)在約200℃脫水：
類似地，鐵(III)氫氧化物在高於200℃之溫度下之熱分解由以下得 出：
諸如LiOH之鹼金屬氫氧化物亦經歷可逆的水合及脫水反應：
在一實施例中，藉由含氧化合物(諸如氧化物或氫氧化物)之反應，自該固體燃料釋放H2O。例示性H2O釋放反應涉及含氧化合物之H2還原，包含Fe2O3在約400℃下用氫氣進行之部分還原，得到含有Fe(III)及Fe(II)之磁鐵礦：
諸如金屬粉末之傳導性基質對於與水合H2O結合化合物反應可為穩定的。固體燃料可包含Cu及Ag及稀土鹵化物中之至少一者，該等鹵化物諸如氯化物，諸如La、Ce、Pr、Ho、Dy、Er、Lu、Nd之彼等水合氯化物。固體燃料可包含諸如選自Ag、Cu、Ni、Co、Te、Sn、Sb、Mo、Cd、Pb及Bi之組中之複數者之金屬混合物，該等金屬呈不同比率以作為較優燃料。可將具有高電阻之材料與具有低電阻之彼等材料混合。例示性傳導性基質包含高度傳導性Ag與次傳導性Ni之不同比率的混合物。具有最佳組分比之燃料混合物可藉由常規實驗獲得且可針對所要特性加以選擇，該等特性諸如功率或能量產率、光譜曲線及輻照度、燃料對不合需要之反應之穩定性、所要粒度分佈之穩定性、水合物(諸如MgBr2 6H2O或BaI2 2H2O，其相對熱穩定且可在形成或維持燃料之同時在高溫下形成或穩定存在)之穩定性、復水之動力學及程度、在其中諸如ZnCl2 4H2O之具有較低分解溫度之水合物可較有利的爆炸條件下H2O釋放之速率及程度、限制燃料中之電極材料之程度、電極腐蝕預防及促進電極(涉及燃料材料)之表面重修之能力。電池材料可經選擇以避免與燃料或產物反應。在一實施例中，電池可由不鏽鋼、鉬合金、TZM及蒙納合金(Monel metal)中之至少一者構成。在形成鹵 素氣體之情況下，暴露於該氣體中之電池及發電機組件可包含耐鹵素腐蝕之金屬，諸如不鏽鋼及蒙納合金中之至少一者。
在一實施例中，燃料或燃料組分(諸如傳導性金屬基質，諸如銀粉末)可摻雜有已知數量(諸如重量百分比)之其他元素之痕量雜質以跟蹤材料之任何竊取。
在一實施例中，將固體燃料自燃料儲集器5垂直噴射至滾筒中，如圖2G1e1中所示。該噴射可藉由本發明之手段及方法達成。在一實施例中，使用粉末燃料至滾筒中之氣動及機械噴射以及用於將燃料返回至槽進行再噴射之氣動點火產物移除/收集系統(諸如包含導管、風扇及旋風分離器之系統)，使燃料再循環。在一實施例中，將點火產物自電池中吹出或抽出且噴射至滾筒中。電池氣體可充當點火產物之載體氣體。該噴射可為氣動噴射。該粉末可以氣動方式流過旋風分離器，且該氣流之一部分用於以氣動方式噴射燃料。旋風分離器可分離載體氣體與點火產物。來自旋風分離器之氣流中之一些可用於噴射燃料粉末。該氣流之一部分可用於使粉末流動至滾筒中以點火。燃料可自旋風分離器流至槽5，其中該燃料藉由諸如氣動方式之手段噴射至滾筒中。旋風分離器可連接至導管53及槽5(圖2G1b)中之至少一者。入口及出口之名稱可隨導管及電池中之氣流方向之逆轉而可互換的。電池氣體可流過通路，諸如在電池頂部之窗口20c處之通路。或者，氣體可通過電池側面中之至少一個窗口。電池之開口可包含複數個用於選擇性地允許氣體通過同時將光子反射出導管外之穿孔反射器。
在圖2G1e1中所示之實施例中，漿料48用粉末固體燃料替換，諸如包含諸如金屬粉末之傳導性基質及諸如水合物之水結合化合物之粉末固體燃料。例示性粉末固體燃料為Ag+MX2(M=Mg、Ca、Sr、Ba；X=F、Cl、Br、I)及Cu+MX2(M=Mg、Ca、Sr、Ba；X=F、Cl、Br、I)。在一實施例中，將粉末燃料饋入可充當旋轉泵之旋轉滾筒電 極8中。可藉由用攪動器馬達67驅動之粉末攪動器66攪動粉末。攪動器66可包含具有一個馬達67及同一軸上之兩個相對的定距螺釘的螺鑽。亦可用振動器攪動燃料。可進一步以氣動方式攪動粉末。在一實施例中，攪動器鼓風機或泵18將諸如電池氣體(諸如稀有氣體，諸如氬氣或氪氣)之氣體經由氣體噴射管線19噴射至腔室20e中。該氣體可流動穿過透氣膜49，吹至粉末燃料48中，引起對粉末燃料之攪動。在另一實施例中，該粉末可藉由可由氣體噴射管線19供應之噴氣口以氣動方式攪動。該粉末可藉由機械及氣動攪動中之至少一者部分地懸浮，引起燃料輸送至電極8，其中旋轉滾筒電極8之旋轉抽汲動作可進一步有助於燃料之噴射。在一實施例中，點火可為電流脈衝式的，諸如本發明中所給出之參數，諸如約1kHz、50%工作循環、1kA最大電流。滾筒可基本上固定在適當的位置，且出於伸展性，匯流排中有一些撓曲，使得點火動力學實質上藉由脈衝電源驅動。諸如至少一個滑動軸承之軸承可位於滾筒遠端以避免過熱。在一例示性實施例中，滑動軸承可位於電極外殼20b之外部。滾筒8可固定到藉由具有滑動軸承73a之匯流排9(圖2G1d1)帶電之軸7上。
在一實施例中，Ag+鹼土金屬鹵化物水合物之燃料效能似乎視水合物之溫度穩定性而定。水合物之較高穩定性允許滾筒電極在較高溫度下操作。例示性熱穩定燃料為Ag及Cu粉末中之至少一者及BaI2 2H2O、MgBr2 6H2O及CaCl2 6H2O中之至少一者。滾筒電極可藉由使諸如水之冷卻劑流過滾筒軸7來冷卻。各滾筒電極亦可包含可經碾磨且用諸如焊接板之密封板覆蓋之冷卻劑通道。或者，可澆鑄出該等通道。冷卻劑可藉由可包含至少一個熱交換器及風扇之冷卻器冷卻。在一實施例中，包含Ag金屬粉末之燃料不會遭受金屬粉末之燃燒且不需要防爆馬達及其他組件。
在一實施例中，以氣動方式回收且再循環該粉末。電池氣體可藉 由再循環鼓風機或泵17經由抽氣管線17a抽出電極外殼20b。再循環鼓風機17可向攪動器鼓風機18供應氣體且可將經由噴氣管線16噴射之氣體進一步供應至圖2G1b之噴氣口21。回流氣體可經由通道52流至電極外殼20b，從而將點火產物攜帶至燃料槽5。在一實施例中，諸如鏡子14之電池壁可包含光滑陡峭之電池壁，用於充當回流通道52及燃料槽5之滑槽以使得粉末燃料易於流動。該等壁可用諸如振動器之攪動器以機械方式攪動以增加點火產物之流動。
可回收粉末用於在電池上部以及在包含電極外殼20b之下部進行氣動再循環。在圖2G1b及2G1c中所示之實施例中，電池氣體經由導管入口64及充氣室65進入氣體收集導管64，沿著導管53經由鼓風機入口64a流入導管鼓風機53a，且藉由導管鼓風機53a吹出鼓風機出口64b到達充氣室65且離開導管出口64d。該氣體可在窗口20與穿孔窗口20c之間流動，向下吹至電池底板鏡子14上且穿過通道52。下降流可攜帶點火產物且將其向下輸送，從而輸送至槽5。在燃料至槽5之流動或輸送期間，該燃料可發生復水。該粉末可藉由吸收來自電池氣體之H2O復水。電池氣體之H2O分壓可維持在達成所要水合程度或固體燃料之水含量之水準，諸如水合物，諸如六水合物。在另一實施例中，電池氣體再循環之方向可逆轉。
在一實施例中，燃料噴射或燃料供應系統包含流體化床。在一實施例中，燃料包含水合粉末，諸如Ag+BaI2 2H2O、Ag+MgBr2 6H2O或Cu+ZnCl2水合物，諸如以氣動方式再循環之ZnCl2 4H2O。電極可包含固體燃料之金屬之表面塗層。圖2G1e2中示出了SF-CIHT電池發電機，其顯示具有鼓風機及旋風分離器燃料再循環-再生系統之燃料粉末噴射及點火系統之詳情。點火粉末產物可藉由抽吸捲入鼓風機77之入口導管76。可將夾帶在氣流上之產物吹出鼓風機77之出口78且使其流入旋風分離器80之旋風分離器入口79。在一實施例中，使用抗靜電管 道或金屬管道來避免點火產物粒子靜電黏附至再循環系統之壁。固體粒子可下落至旋風分離器80中，且氣體可在旋風分離器80之頂部離開氣體回流導管81。加壓氣體可經由回流導管81回流至電池到達電池頂部，剛好低於窗口20。旋風分離器80中所收集之粉末可藉由鼓風機77氣流加壓。可視需要沿著燃料再循環系統之導管及組件添加額外鼓風機，以達成改善之粉末運動及所要流動。粉末可流入槽5中以便噴射至滾筒中。旋風分離器可包含可饋入螺鑽66中之出口滑槽82。或者，螺鑽66或螺鑽及槽5可充分延伸以允許滑槽82以允許燃料自由流動之角度供應燃料，諸如在有壓力施加至旋風分離器80中之燃料之頂部的情況下。可藉由來自鼓風機77之氣體施加壓力。在其他實施例中，充當用於將燃料粉末輸送至滾筒8下方之區域之構件的螺鑽可用另一輸送器替換，諸如本發明之傳送帶及其他輸送器。
可藉由加壓氣體流促進自槽噴射粉末燃料。如圖2G1e1中所示，來自鼓風機77之較高壓力氣體輸出可經由氣體噴射管線19進入腔室20e且流動穿過噴口或透氣膜49以使槽5中之粉末48懸浮，將該粉末吸入滾筒8以點火。槽5中之燃料可經攪動及推動中之至少一者以到達槽5之中心，以便可用於藉由攪動器66輸送至滾筒8中，該攪動器諸如藉由攪動器馬達67驅動之螺鑽。
在圖2G1e2及圖2G1e3中所示之另一實施例中，藉由噴氣口及氣刀83中之至少一或多者使該燃料進行流體化及霧化中之至少一者。可將氣流以一定角度引導至燃料粉末之表面，使得流動方向具有沿著負z軸之投影，與自槽5至滾筒電極之方向相對的方向。舉例而言，高速氣體可沿著負z軸引導，使得燃料懸浮於藉由燃料粉末及槽5之底板及壁中之至少一者之衝擊力產生之紊流中。懸浮粉末可流入電極間區域中，發生點火。槽5之底板及壁可成形成用於攪動紊流且使燃料粉末懸浮以促使該燃料粉末噴射至滾筒中用於點火。在一實施例中，點火系 統包含在槽各側面上之噴口83，其用於將高速氣體向下噴射至粉末中，該粉末藉由離開槽壁之氣流之背壓迫使向上。點火系統可包含沿著滾筒電極側面之密封墊47(圖2G1b)，其用於將槽5中之霧化粉末約束在粉末上方及抛物面鏡14下方。高速氣體可藉由鼓風機77之高壓側面之管線供應。或者，發電機可進一步包含氣泵或壓縮機，其供應亦可在高壓下之高速氣體。速度及壓力可為用於達成燃料攪動及懸浮之任何所要速度及壓力，諸如分別在約1m/s至1000m/s及約1PSIG至1500PSIG範圍內。噴氣口或氣刀83可經移動以覆蓋所要區域。該運動可處於橫向平面中。該運動可包含位移之重複模式。噴口或刀83可針對指定區域經光柵化以較佳地攪動且懸浮燃料粉末。該運動可藉由諸如電磁機械裝置之致動器達成。例示性致動器可基於如此項技術中熟知之電鈴或揚聲器之原理起作用。在一例示性實施例中，燃料粉末藉由在其中螺鑽堆積粉末之中間在槽相對側面上之1/8吋直徑、35PSIG噴氣口形成為流體化雲狀物，且該燃料雲狀物流動穿過滾筒以點火。
在一實施例中，滾筒電極包含用於將燃料粉末自槽輸送至在滾筒電極之接觸區域處之點火區中之機械機構。該機構可包含齒輪、葉片、勺、槳葉或連接至滾筒或與該等滾筒相鄰之其他突起或附件，該等滾筒旋轉且向上輸送燃料。在一實施例中，用遮罩覆蓋滾筒電極以返回未點火之燃料。抛物面盤14可在滾筒背側上具有用於使非點火燃料返回槽之通道52。
燃料可藉由吸收電池氣體之濕度來復水，該復水可經控制以達成所要水合。復水可發生在連續點火事件之間的過渡期間。在一實施例中，用於引起燃料流體化及霧化從而引起燃料噴射之氣流可攜帶懸浮水及水蒸汽中之至少一者以促成燃料之復水。該水可藉由穿過水柱起泡而夾帶在氣體中。電池之H2O蒸氣壓可藉由維持在用於達成液相及氣相之穩態下所要壓力之溫度下之最冷點來控制，其中電池之其餘部 分維持在比最冷點高之溫度下。在一實施例中，電池氣體之溫度可升高，諸如在約26℃至2000℃之溫度範圍內，使得H2O之平衡分壓不受較冷之水來源之溫度限制。在一實施例中，液態H2O及包含H2O蒸氣之氣流中之至少一者可引導至所選擇之復水區域中之粉末燃料上，該復水區域諸如可用螺鑽66攪動之槽5。所引導之水可由噴灑構件或噴霧器提供，諸如超音波或氣動噴霧器。氣動系統可經操作驅散來自鼓風機之氣體壓力。在一實施例中，藉由施加液態水及水蒸氣中之至少一者形成水合物且該水合物對於電池及電池氣體之高溫為穩定的。諸如潮解水之任何過量水可蒸發以產生結合有水合水之化合物。所蒸發之水可冷凝以維持較低蒸氣壓，從而防止光衰減。在一例示性實施例中，所收集之點火產物可用超過諸如旋風分離器及槽中之至少一者之區域中之水合水的H2O加濕。水合物對於滾筒之高溫為穩定的，且超過水合水之水含量在與滾筒接觸時蒸發。所蒸發之水可用較冷之冷凝器或除濕器冷凝以防止蒸汽在窗口20上冷凝，從而避免光衰減，該光諸如自電池傳播出來到達諸如光伏打電力轉換器之電力轉換器之可見光及近紅外光。冷凝器或除濕器可處於所要區域中，諸如在自光傳播穿過之電池空腔移除H2O水之鼓風機之入口。在一實施例中，蒸汽可再循環以便可用於對點火產物進行復水。鼓風機可自電池抽吸蒸汽且將其吹至所要區域中、諸如旋風分離器或螺鑽中之燃料上。超過燃料復水之過量水之蒸發可用以自滾筒移除熱量。在一實施例中，冷卻負載由於滾筒加熱而藉由用蒸汽移除之熱量而減少。蒸汽可在冷凝器中冷凝且藉由熱交換器及冷卻器中之至少一者自該系統移除。
在一實施例中，滾筒包含鼓風機葉片，諸如用於引起相對於槽中諸如粉末燃料之固體燃料之抽吸及吹氣中之至少一者的渦輪泵之葉片。吹氣可攪動粉末，使其懸浮，使得一些流入滾筒之接觸區域且點火。在其中葉片形成抽吸之另一實施例中，燃料經抽吸至滾筒接觸區 域中且經歷點火。在一實施例中，固定到滾筒電極上之旋轉葉片包含可替換鼓風機77之鼓風機。在另一實施例中，旋轉葉片藉由諸如電動馬達或齒輪箱之構件獨立地驅動，該構件可為可變的，可自該系統之另一馬達選擇性驅動。燃料可抽吸至電極接觸區域中且點火。點火產物可吹入至少一個回流導管中且以電池氣體為載體回流至槽5。或者，點火產物可吹入旋風分離器80中。點火產物粒子可在再循環期間復水。該等粒子可自電池氣體載體中沈澱出來且流出旋風分離器滑槽82，進入槽5，且藉由諸如螺鑽66之構件輸送至在滾筒8下方之區域以進行再噴射。來自旋風分離器80之滑槽出口82之電池氣體可藉助於回流導管回流至槽5。該氣體可藉由氣體擴散器在該槽擴散。滾筒8上方藉由旋轉葉片產生之氣流可冷卻滾筒。熱量可用熱交換器移除，諸如導管中之熱交換器，諸如將流動氣體回流至槽之導管中之熱交換器。
在一實施例中，至少一個滾筒電極及其支撐軸及軸承可安裝在可移動平台上，諸如滑動軸承及引導件上之工作台，諸如圖2G1e中所示。滑動軸承可在引導諸如直線運動之運動的桿子上滑動。軸軸承可藉由諸如陶瓷之高溫絕緣體與可移動平台電絕緣。滾筒軸穿透電極外殼使得該軸有空間經歷由於電極間間隔改變所致之小平移。可移動軸可穿透電極外殼具有細長間隙，包含允許滾筒軸在操作期間隨著電極間隔改變而行進之狹縫。此等穿透可用可撓性密封件密封。該密封件可包含具有金屬-陶瓷或玻璃聯合之波紋管。或者，該等穿透可不密封。實際上該密封件可為開放的，且氣密性外殼可含有點火系統之周圍其他組件，諸如穿透外殼之匯流排；及驅動系統，諸如滾筒馬達安裝台之滑輪及驅動皮帶。該外殼可進一步包住可移動平台。點火系統可包含連接至可移動平台上之可移動電極之外殼腔室之匯流排撓曲內部，其中匯流排可用諸如矽填隙物之絕緣體密封劑剛性地密封在其外殼穿透處。藉由外殼形成之外殼腔室可與電池氣體連通，該電池氣體 包含諸如氬氣或氪氣之惰性氣體及一些水蒸氣。其中軸穿過電極外殼之各開封口可包含電絕緣套管，諸如圍繞滾筒軸之陶瓷套管，其中在環形套管與軸之間存在間隙；且在包含粉末燃料之實施例中，可進一步包含用於在該間隙處吹回粉末燃料之噴氣口。可在靜止或固定之相對滾筒電極之固定滾筒軸之穿透處對軸承進行密封。
在一實施例中，點火電源或電源供應器包含光伏打轉換器DC輸出之適合部分之功率分配器，該光伏打轉換器DC輸出輸入至反相器以輸出AC電力。反相器之例示性輸入電壓為400V DC，且反相器之適合輸出電壓為480V AC。AC電壓可用變壓器降低至小於20V，且電流增加到至少1000A。在一實施例中，可增加變壓器之頻率以減小其大小。可對AC電壓進行整流以向電極施加低電壓高直流電(DC)，使固體燃料點火。滾筒電極之例示性下降為1V及10,000A DC。例示性AC整流器包含二極體電橋電路，諸如C&H Technologies,CHA1BU2450F2FRCMVF單相二極體電橋、空氣冷卻及Powerex單相電橋。可將DC電力施加至電極作為基本上恆定電流，其中電流密度足以引起燃料點火。或者，電流可為脈衝式的，經由集膚效應產生電流富集，其中電流密度之增加足以引起燃料點火。在此等及其他實施例中，快速響應超級電容器可用於功率位準。
電源供應器可包含向大匯流排供電之光伏打電池(PV)電池。在一實施例中，高DC電流由光伏打轉換器直接提供或藉由DC-DC電力調節以達成所要電壓及電流來提供。PV電池之輸出端子可連接至向滾筒電極供應低電壓高電流之大匯流排。或者，可自此大匯流排調節功率。在另一實施例中，PV轉換器之個別PV電池或複數個PV電池子組可單獨地控制以使其對應的功率輸出貢獻給大匯流排，該大匯流排供應功率調節設備、滾筒電極、電力儲存及輸出功率端子中之至少一者。來自PV轉換器之各PV或各PV電池子組之功率流可藉由開關控制，該開 關組合串聯及並聯功率之分量以向大匯流排輸出所要電壓及電流，諸如，諸如小於10V之低電壓及諸如大於1000A之高電流。在一實施例中，可隨燃料流動速率而變調整電流以有效地點火。可調整電流以提供足夠的功率用於加熱燃料，使該燃料在存在於點火區中之同時爆炸。
在包含來自PV轉換器之DC電源之實施例中，PV電池可串聯及並聯連接以傳遞至少一個所要電壓及電流。PV電源供應器可藉由PV電池之恰當並聯及串聯連接包含複數個電壓及電流輸出。PV電源可包含例如低的及較高的電壓DC輸出。PV電源供應器可輸出諸如1至10V之低電壓用於點火電源及諸如10V至400V之較高電壓用於例如伺服馬達。發電機之內部負載可經選擇以與PV轉換器之可利用之DC輸出相匹配。舉例而言，伺服馬達之內部負載可包含低電壓高電流操作。
在一實施例中，冷卻諸如匯流排9及10之載流元件以降低對此等元件之電阻及功率電壓降。該冷卻可藉由冷卻劑與該元件接觸來達成，其中冷卻劑用冷卻器冷卻，諸如包含熱交換器及風扇之冷卻器。在一實施例中，諸如匯流排9及10之載流元件可包含超導體。沿著載流元件之電壓降可藉由冷卻或藉由使用超導體而降低。既然目的並未為了產生磁場，則可使用液氮超導體。具有超導材料之組件可包含低溫管理系統。低溫管理系統可包含以下各者中之至少一者：液氦杜而瓶、可包含銅之輻射擋板、高真空絕熱層、輻射罩及低溫回收系統，諸如包含可由基於分數氫之發電機之功率輸出供電的低溫泵及壓縮機之低溫回收系統。
在一實施例中，藉由滾筒電極8將粉末燃料壓縮至足以引起該燃料爆炸且該燃料之氫含量最佳轉換成分數氫之程度。在一實施例中，該壓力在0.1巴至500巴範圍內。針對轉矩及功率調整滾筒馬達12及13之大小以提供對應於壓縮燃料之壓力體積功。
在一實施例中，固體燃料包含小粒子，諸如粉末或漿料粒子。來 自電源之電流可為脈衝式的。粒度可經選擇以增強集膚效應之效率以對燃料點火。在一實施例中，電源可具有較低之最大電流，但仍可由於藉助於集膚效應顯著增加電流密度之電流之高頻脈衝而對燃料粒子點火。該脈衝可為DC、AC以及其組合。諸如脈衝頻率、波形、峰值電流、峰值電壓、補償電流、補償電壓及工作循環之電流參數中之至少一者及粒度可經選擇以達成每單位輸入能量所點火之燃料之最佳量(亦即最高點火效率)。燃料粒度可藉由選擇燃料組分中之至少一者之粒度來加以選擇，該等組分諸如傳導性基質，諸如金屬粉末，諸如Ag或Cu金屬粉末；及H2O結合化合物，諸如MgBr2 6H2O或ZnCl2 4H2O。組分粒度可在約0.01μm至1mm範圍內。燃料粒度可在約0.01μm至1mm範圍內。可控制燃料之流動速率以達成用於達成點火之最佳有效能量輸入。滾筒可包含用於固持可藉由電流之集膚效應集中而爆炸之燃料聚集體的圖案。該圖案可在操作期間或在間歇維持期間藉由切削操作來維持。在一實施例中，燃料可形成為可流至電極中且點火之燃料聚集體。可藉由集膚效應藉由電流富集在燃料聚集體表面上來促進點火。燃料聚集體可藉由添加水及乾燥中之至少一者形成。在一實施例中，諸如粉末之點火產物可進行加濕及潤濕及乾燥中之至少一者。加濕及潤濕及乾燥中之至少一者可在電池區域中執行，該電池區域諸如旋風分離器及槽中之至少一者。燃料聚集體可處理成較小、大小較合乎需要之燃料聚集體。該處理可以機械方式執行。可使用螺鑽來處理燃料聚集體。該處理可在將粒子噴射至滾筒中進行點火之同時發生。燃料聚集體之粒度可藉由噴射系統選擇，諸如藉由選擇性地懸浮具有所要大小之燃料聚集體之噴氣口。該大小可藉由控制藉由例如噴氣口對載體氣體施加之壓力及流動速率來選擇。
在一實施例中，燃料包含用於週期性地中斷電路之非導電粒子。電路中斷可產生電流脈衝。脈衝或快速改變電流可藉由集膚效應富集 電流，引起燃料點火。該等粒子可包含不規則形狀、珠粒及球形中之至少一者。該等粒子可包含氧化鋁、過渡金屬氧化物(諸如CuO)、鹼土金屬氧化物(諸如MgO、CaO、SiO2)、稀土金屬氧化物(諸如La2O3)、玻璃、石英或經氧化之鋁(諸如陽極化鋁金屬球)。珠粒所具有之大小可足以引起點火電流中斷，由於集膚效應而產生所要濃度之所得脈衝電流。珠粒大小就直徑而言可在約10μm至5mm範圍內。脈衝頻率可藉由諸如添加及移除粒子之手段及藉由控制粒子大小以及藉由控制諸如滾筒旋轉速度之燃料噴射參數來加以控制。非傳導粒子可由於其比固體燃料之金屬及水結合化合物粒子高之質量而選擇性地移出旋風分離器。在用於碾磨滾筒之實施例中，在槽5中進行研磨。該研磨可至少部分替換固體燃料。在一實施例中，該研磨包含非導電粒子。
在一實施例中，燃料噴射系統包含用於引起燃料流至電極間接觸區域中之構件及用於引起該流動為間歇性的構件。間歇流可引起電流脈衝，因為傳導性燃料之存在完成電極之間的電路，且傳導性燃料之不存在引起基本上開路。燃料之間歇流可藉由間歇地引起燃料流動之噴射器達成。該噴射器可為揭示內容之一。該噴射器可包含氣動噴射器，諸如噴氣口及充當旋轉泵之滾筒。該噴射器可進一步包含機械噴射器及電動噴射器。機械噴射器可包含一組旋轉的槳葉或桶，其在約上死點位置向後摺疊以允許燃料樣品在各槳葉或桶擺動時輸送至電極接觸區域中。槳葉或桶可安裝在經歷旋轉運動之皮帶或鏈條上。或者，其可安裝在旋轉輪或熟習此項技術者已知之類似結構上。燃料可自諸如維持在槽5中之儲集器拾取。在一實施例中，用斬波器使燃料流為間歇的。斬波器間歇地阻斷燃料流。在一實施例中，斬波器包含與燃料流方向橫向之旋轉圓盤，其中在該圓盤區域之一部分中存在燃料通路。該通路與燃料流路徑間歇地對準。該燃料流過該通路直至其旋轉至不與燃料流路徑對準且非通路部分旋轉至此位置中。因此，旋轉圓 盤充當燃料流之機械斬波器。間歇流及電流脈衝速率可藉由控制圓盤之旋轉速率來控制。在另一實施例中，斬波器包含擋板。斬波器亦可包含旋轉軸。
在一實施例中，脈衝式點火電流藉由間歇地供應導電燃料糰粒來供應。在一實施例中，粉末燃料形成為糰粒，將其輸送至諸如滾筒電極之電極之間的區域中，其中藉由傳導性糰粒在非傳導性電極間間隙上完成電路。圖2G1e2及2G1e3中所示之系統可包含諸如機械、液壓或壓電致動器之構件及用於將可移動工作台62固定在固定位置以固定諸如滾筒8之電極之間的電極間間隙之鎖定機構。該間隙可實質上包含藉由糰粒閉合之開路。施加至固體燃料以形成例示性1mm至10mm直徑糰粒之壓力可對應於在0.01噸至10噸範圍內之力。電極上之壓力可為可調整的且對應於1mm至10mm直徑糰粒上之在約1lb至1000lb範圍內之力。該間隙可設定成當糰粒進入電極間區域中時在該糰粒上施加所要壓力。該間隙可小於糰粒，使得壓力施加至糰粒。機械系統可包含一些撓曲以容納糰粒同時施加壓力且同時維持基本上固定之工作台62位置。例示性間隙可在約0.001mm至10mm範圍內。
糰粒可具有任何合乎需要之形狀，諸如圓柱形或球形。可選擇諸如球形之合乎需要之形狀以增強一或多個位置處之電流密度，從而在比不存在幾何增強之情況下低之電流下引起點火。電流密度可藉由電流快速改變所引起之集膚效應進一步增強及視情況放大。該快速改變可藉由諸如藉由機械、電子或物理開關之構件使電流脈衝來達成。物理開關可藉由諸如以糰粒形式在電極之間間歇地供應傳導性燃料來達成。或者，物理開關可藉由在流入電極接觸區域中之傳導性燃料流內供應諸如非導電粒子之非導電材料來中斷電流而達成。
在其中存在較佳條件(諸如糰粒取向、位置、速度及諸如滾筒電極8之電極中之壓力)之實施例中，本發明之以電子方式脈衝之點火系統 包含用於偵測諸如位置之條件之感測器，諸如光學或電導率感測器，且進一步包含在諸如位置之最佳條件下點火電流脈衝之觸發器。點火及點火觸發之時間控制中之至少一者可包含電腦控制及電子設備。在其中在電流之觸發與到達之時間之間存在失配之實施例中，點火電路包含功率調節系統，諸如提供電流延遲(諸如延遲線)或電流提前(諸如提前觸發器)之系統。
噴射可為靜電、氣動及機械噴射中之至少一者。在一實施例中，點火系統包含用於形成經壓縮之燃料樣品的粒化機，該等經壓縮之燃料樣品饋入電極接觸區域中用於爆炸。該等糰粒可藉由渦輪風扇、噴氣口及滾筒旋轉泵中之至少一者饋入。或者，糰粒噴射可藉由糰粒噴射器達成。在一實施例中，糰粒儲集器(諸如槽5中之儲集器)供應糰粒，該等糰粒以氣動方式輸送至電極8之接觸區域中。參看圖2G1e2及2G1e3，該輸送可藉由以下各者中之至少一者以氣動方式達成：藉由包含滾筒電極8之旋轉泵抽吸、噴氣口83及藉由鼓風機77維持之壓力梯度。該等糰粒可經抽吸及噴吹中之至少一者進入電極接觸區域中。該等糰粒可藉由諸如振動軸、平台或工作台之振動器饋入滾筒中。該軸之形狀可在槽5及至少一個上部槽中推成糰粒堆。振動器可包含壓電振動器。底部可為楔形且頂部平坦或例如呈杯形。或者，可使該等糰粒部分地懸浮以使該等糰粒藉由氣體表及至少一個下部噴氣口中之一或多者饋入滾筒中。亦可藉由向下發射噴口83將糰粒拋至滾筒，該等噴口起作用藉由反射離開槽5之氣體引起攪動。諸如旋轉泵、噴氣口、振動器及氣體表之噴射器可藉由螺鑽66供應。該等糰粒可逐個地及依序地流動，因為自第n個糰粒之爆炸產生之超壓可將第n+1(n為整數)個糰粒推開一段時間，諸如約0.1至100ms，在此期間壓力耗散，從而允許第n+1個粒子流入接觸區域中，經歷爆炸。可藉由改變滾筒幾何形狀(諸如寬度及直徑中之至少一者)以控制爆炸超壓耗散之時間來控制發火 間隔。點火系統可包含複數個對燃料糰粒依序點火之滾筒電極對。該點火系統可並聯電連接，使得當電流經過爆炸中之糰粒時，一個糰粒可一次爆炸一個。或者，發電機系統可包含複數個具有同時爆炸複數個糰粒之電容之點火電源供應器。可藉由旋風分離器收集點火產物，如本發明中所揭示使燃料復水，且再生燃料可自旋風分離器流至粒化機。
粒化機可包含粉末狀燃料之壓模或熟習此項技術者已知之諸如製錠機之機器。粒化機可包含擠壓機刮刀型或嚙合齒輪型。粒化機可包含丸粒製造機。粒化機可包含在擴散衝程之間得到間歇地填充之料斗。該衝程可擴散燃料且隨後回掃以接收另一份燃料填充物之流入物以粒化。糰粒可藉由使齒輪嚙合，將饋入接觸區域中之燃料壓縮成糰粒來形成。在一實施例中，藉由將糰粒形成與點火製程分開之機構(諸如嚙合齒輪)來粒化。用於形成糰粒之齒輪對之一個成員之至少一部分包含非金屬，諸如塑膠，諸如耐綸(Nylon)、鐵氟龍(Teflon)或聚碳酸酯。在一實施例中，該齒輪包含抵抗嚙合輪齒之間所形成之糰粒之黏附的非金屬輪齒表面。該輪齒可藉由相鄰輪齒固定在適當的位置，防止展開，直至釋放出糰粒為止。該糰粒可藉由使展性輪齒部分地及可逆地舒展開來之展開的齒輪自齒輪對之成員釋放。
在一實施例中，40mg以200mg：60mg(30重量% MgBr2 6H2O)之比率包含Ag+MgBr2 6H2O之固體燃料混合物樣品在資料I部分中之水浴量熱計描述中給出357J過剩能量。燃料呈3mm OD×1mm H=7.1×10-3cm3之正圓柱形糰粒形式，其藉由0.1至0.75噸在壓力機中形成且在90至175磅之力下固持在水浴彈式熱量計之樣品緊固螺栓之間。糰粒密度藉由糰粒質量與體積之比率給出：40×10-3g/7.1×10-3cm3=5.65g/cm3。樣品中之水之莫耳數藉由樣品重量乘以水合物重量%，除以水合物MgBr2 6H2O之分子量，乘以每莫耳水合物中H2O之莫耳數給出： (40mg×0.30)/292.2×6=2.46×10-4莫耳H2O。燃料之每莫耳H2O之能量產率藉由每一糰粒之能量與每一糰粒之H2O之莫耳數之比率給出：357J/2.46×10-4莫耳H2O=1.44MJ/mol H2O。H2O至H2(1/4)+1/2O2之理論能量為50MJ/mol。由燃料之每莫耳H2O之能量產率與對應的理論能量之比率推斷出分數氫之產率：1.44MJ/50MJ=2.88%。藉由過剩能量除以點火能量得到之增益為357J/40J=8.9倍。在一實施例中，用於使熱量測定糰粒點火之條件在連續發電機中得到充分再現，諸如圖(諸如圖2G1e2)中所示之用於達成兩個實施例中每單位質量燃料相同能量產率的發電機。隨後，可自糰粒資料確定在高速率下重複連續點火之情況之工程原理。燃料可包含各種形式，諸如燃料粉末、藉由滾筒電極壓縮之粉末及可在滾筒中形成或在粒化機中預先形成的燃料糰粒。考慮40mg燃料樣品在1000Hz(每毫秒一個點火)之例示性頻率下點火產生357J。則總連續過剩功率為357J×1000Hz=357,000W。燃料質量流動速率藉由燃料樣品質量與點火速率之乘積得到：40mg×1000Hz=40g/s。燃料流量體積藉由質量流量與燃料密度之比率得到：40g/s/(5.65g/cm3)=7.1cm3/s。單一點火之輸入庫侖(Coulomb)藉由RMS電流除以峰值頻率得到：20,000/A×1/120Hz=118C/點火。樣品點火能量藉由樣品電壓降及電流之RMS乘積得到：1/2×0.5V×20,000A×1/120Hz=42J。對應的連續電流藉由每單位樣品之庫侖數乘以點火速率之乘積得到：118C×1000Hz=118,000A，或11,800A與由於如本發明中所給出之脈衝所致之10×集膚效應。連續功率藉由每單位樣品之能量乘以點火速率之乘積得到：42J×1000Hz=42kW，或4.2kW與由於如本發明中所給出之脈衝所致之10×集膚效應。在穩定高功率電漿對比糰粒之冷點火之電漿之條件下，功率及電流可減小。另外，功率增益曲線預期為正非線性。有關直徑10cm、寬1cm之滾筒電極之1800RPM之參數的燃料厚度藉由體積燃料流動速率除以滾筒 之旋轉速度及表面積得到：7.1cm3/s×60s/min/1800RPM×1/(π×10cm×1cm)=0.0075cm。對40mg以200mg：30mg(15重量% BaI2 2H2O)之比率包含Ag(4-7μm)+BaI2 2H2O之固體燃料混合物樣品使用相同分析，在資料I部分中之水浴量熱計描述中給出380J過剩能量，27%之H2O氫變成分數氫H2(1/4)，能量增益為9.5倍，且對應的總連續過剩功率為380,000W。
在一例示性實施例中，該糰粒包含40mg糰粒Cu+MgBr2 6H2O(13重量%)、40mg糰粒Ag+MgBr2 6H2O(23重量%)或40mg糰粒40mg Ag+BaI2 2H2O(15重量%)。在一實施例中，在不存在糰粒之情況下，諸如滾筒之電極在其之間可具有電氣間隙，諸如約0.1至10mm之間隙，用於防止諸如引起點火之大電流，且糰粒之存在完成了電路，允許足夠的電流流過以引起點火。糰粒之間歇存在可產生間歇電流脈衝，其可藉由集膚效應富集電流，從而降低用於達成點火所需之最大電流。糰粒可藉由施加至燃料之約0.1噸至1噸之壓力形成。藉由電極施加至糰粒之壓力可為約10磅至500磅。在一例示性實施例中，40mg Ag+BaI2 2H2O(15重量%)之直徑2mm之糰粒用電極兩端約0.2V至0.5V電壓降及約10kA最大電流點火。點火發生在氬氣、氪氣或氙氣氛圍中約1ms且發射出強白光約1ms。在另一實施例中，糰粒包含藉由在惰性氛圍手套箱中在石墨或陶瓷板上TIG焊機加熱粉末且在氪氣氛圍中點火形成之40mg 10% Ag/Cu+BaI2 2H2O(13wt%)球體。在一實施例中，在諸如石墨或銅表面之傳導性表面上形成糰粒。
在一實施例中，發電機包含用於使燃料復水之蒸汽產生器。快速復水動力學可藉由向點火產物施加蒸汽來達成。蒸汽產生器可接收至少一些來自於藉由電池產生之熱量的熱量，諸如在固體燃料點火期間由於電阻加熱及分數氫形成中之至少一者而在滾筒處釋放之熱量。該熱量可藉由熱交換器轉移至蒸汽產生器。該熱量可藉由熱管轉移至蒸 汽產生器。點火產物可藉由諸如暴露於水蒸氣之手段復水，諸如在0.1托至超飽和蒸汽之壓力的範圍內，諸如大於一個標準大氣壓。或者，燃料可藉由水，諸如藉由使用水噴霧或水霧暴露而復水。超過所要量(諸如使能量產率最佳化之量，諸如水合物及附加水之量，諸如在約0至100重量%範圍內)之過量水可藉由諸如在壓縮期間施加壓力形成燃料糰粒來移除。或者，燃料可藉由向水結合化合物(諸如鹼土金屬鹵化物，諸如BaI2)之飽和溶液中添加點火產物且收集沈澱之金屬粉末及經水合之水結合化合物(諸如鹼土金屬鹵化物，諸如BaI2 2H2O晶體)來復水。該燃料可視情況離心以移除過量水。可對該燃料進行乾燥。乾燥熱可藉由廢熱供應。該燃料可藉由本發明方法形成為糰粒。
在一實施例中，藉由物理或化學方法形成糰粒，諸如藉由形成固體，將該固體碾磨成糰粒，諸如球形糰粒。或者，例示性製程為基於表面張力形成球體。當將熔融材料置於諸如陶瓷表面之非黏附表面上或懸浮於例如液體介質中時，可藉由表面張力形成球體。其他此類製程已為熟習此項技術者所熟知。在一實施例中，將諸如Ag+BaI2、Cu+BaI2及Ag+Cu+BaI2中之至少一者之固體燃料混合物熔融且使熔融的混合物冷卻成糰粒，諸如球形或圓柱形糰粒。傳導性混合物可為金屬混合物，諸如熔點顯著低於混合物之個別成員之最高熔點的共晶混合物，諸如Ag-Cu(28.1重量%)合金(m.p.=779℃)、Ag-Sb(44重量%)合金(m.p.=485℃)(其中可使用較低量(諸如25重量%)之Sb(m.p.=562℃)來維持高電導率)、Cu-Sb(19重量%)合金(m.p.=645℃)及Cu-Sb(63重量%)合金(m.p.=525℃)。或者，例示性合金包含90/10原子% Ag-Ti合金(m.p.=1150℃)及95/5原子% Ag-Ti合金(m.p.=961℃)。固體燃料可包含不同傳導性基質中之至少三者之混合物，諸如金屬及合金及不同水結合化合物之混合物。該等組合可選自針對與H2O反應而言實質上穩定之金屬，諸如Ag、Cu、Ni、Co、Te、Sn、Sb、Mo、Cd、Pb及 Bi之組中之至少一者，且可進一步包含H2O來源，諸如經吸收之水及水結合化合物中之至少一者，該水結合化合物諸如鹵化物、氫氧化物及氧化物中之至少一者及鹵化物、氫氧化物及氧化物中之複數者以及其混合物。固體燃料可經燒結以形成糰粒。所要形狀可藉由在模具中燒結固體燃料粉末來達成。該糰粒可藉由施加水蒸氣及水(諸如起薄霧或噴霧狀水)中之至少一者來水合。經固化熔融之糰粒及經燒結之糰粒可在其形成期間或在其形成之後復水。或者，水結合化合物(諸如鹵化物，諸如鹼土金屬鹵化物，諸如BaI2或LaBr3 XH2O，諸如LaBr3 6H2O；或氧化物，諸如La2O3)可在以下各者中之至少一者之前復水：燃料混合物熔融、金屬熔融及在用於形成糰粒之製程中燒結燃料。在僅金屬熔融之情況下，水結合化合物(諸如金屬鹵化物或氫氧化物(水合氧化物)，諸如Mg(OH)2、Al(OH)3、La(OH)3、硼砂、水合B2O3及硼酸)可在藉由糰粒形成固化之金屬中捕集。水合物可為高度穩定的，且在處理期間可不超過分解溫度。舉例而言，在一實施例中，包含BaI2 2H2O之固體燃料混合物不在高於其分解溫度740℃下加熱，其中傳導性基質(諸如合金，諸如Ag或Cu及Sb之合金)在低於BaI2 2H2O分解溫度下熔融。其他例示性燃料包含Ag及Cu中之至少一者與對於與H2O反應可為穩定的其他低熔點金屬(諸如Pb、Bi、Sb及Te中之至少一者，諸如10至50重量%)之合金及諸如BaI2 2H2O之水合物。例示性三元合金為Ag(5原子%)、Cu(0.5原子%)、Bi(94.5原子%)，且熔點為258℃。在一實施例中，將H2O蒸氣壓維持在防止水合物在燃料熔點下分解之壓力以上。在其中燃料熔點高於水合物分解溫度且脫水反應之動力學緩慢之另一實施例中，將燃料維持在熔融狀態，從而以比分解時間少之時間形成糰粒。點火產物可如本發明中所指出般加以回收及復水且隨後熔融形成燃料糰粒。在其他實施例中，固體燃料(諸如可包含不同傳導性基質中之至少三者之混合物的固體燃料，諸如金屬及合金及不同水結 合化合物之混合物)經選擇以使得該粉末易於藉由自諸如滾筒電極之電極施加可持續壓力及電流而點火，得到高的分數氫產率。適合電流為在約1000A至1MA及1000A至30,000A之至少一個範圍內。適合壓力為在約1atm至10,000atm範圍內。滾筒上之適合力為在約10磅至4000磅範圍內。
在另一實施例中，粉末燃料可流向點火系統且轉換成糰粒，隨後進入點火製程。該等糰粒可在爆炸前當場形成。當場粒化機系統可包含用於使粉末流至點火系統之構件(諸如滾筒電極)、藉由施加至流動粉末以引起糰粒形成之低電流高電壓脈衝產生之電漿之來源、用於引起糰粒流至諸如氣動系統(諸如噴氣口)或機械系統(諸如壓電驅動噴射器)之點火系統之構件及能夠藉由糰粒在電路閉合下傳遞脈衝功率之點火系統(諸如低電壓高電流點火系統)。點火系統可包含電極，諸如滾筒電極；及點火系統之電源，諸如包含PV轉換器及視情況存在之電容器之點火系統。
在圖2G1e2及圖2G1e3中所示之實施例中，用旋風分離器系統回收點火產物。點火產物可自旋風分離器流至粒化機。點火粉末產物可藉由抽吸捲入鼓風機77之入口導管76。可將夾帶在氣流上之產物吹出鼓風機77之出口78且使其流入旋風分離器80之旋風分離器入口79。固體粒子可下落至旋風分離器80中，且氣體可在旋風分離器80之頂部離開氣體回流導管81。在水結合化合物之水合物對於使對應固體燃料熔融、燒結及以機械方式粒化中之至少一者穩定之情況下，可藉由使點火產物在運輸至旋風分離器系統或在該旋風分離器系統中停留的同時暴露於水蒸氣及水(諸如薄霧或噴霧)中之至少一者來使該點火產物復水，該旋風分離器系統包含鼓風機77、旋風分離器80、入口及出口(諸如76及78)、出口滑槽82及最佳地諸如螺鑽66及槽5之輸送系統。加壓氣體可經由回流導管81回流至電池到達電池頂部，剛好低於窗口20。 旋風分離器80中所收集之粉末可藉由鼓風機77氣流加壓。旋風分離器可包含可饋入螺鑽66中之出口滑槽82。或者，滑槽82可向粒化機中進料，且該等糰粒可自粒化機輸送或流動至電極8。螺鑽66可輸送糰粒。在其他實施例中，充當用於將糰粒輸送至滾筒8下方之區域之構件的螺鑽可用另一輸送器替換，諸如本發明之傳送帶及其他輸送器。在一實施例中，噴射器包含用於分離大小超出所要範圍之丸粒或糰粒之移位器。該噴射器可進一步包含用於將具有不當大小之丸粒或糰粒返回粒化機之輸送器。或者，不同大小之丸粒或糰粒可分成複數批相似大小範圍，諸如直徑為約1mm±50%、2mm±50%及3mm±50%之丸粒或糰粒。各批次之丸粒或糰粒可在一組對應的點火參數下點火，諸如經調整以使功率及能量釋放達最佳之電極間隔。
在實施例中，用於收集點火產物且將其供應至粒化機及噴射器中之至少一者之再循環系統包含來自以下各者之組之系統之至少一或多個特徵：(i)在電池頂部之穿孔窗口20c及視情況存在之窗口20，其中氣體向下流動至滾筒電極8外部上面之抛物面鏡14之背面，穿過鼓風機77且進入旋風分離器80；(ii)在電池上部側面用於形成圍繞電池之氣旋流的多個導管出口64d，其中氣體入口64a在電池底部、較佳在滾筒電極8之外部上之區域中，穿過鼓風機77且進入旋風分離器80；(iii)無導管設計，包含至少一個在電極區域、諸如在滾筒電極8外部上之吸入口52或64a，穿過鼓風機77且進入旋風分離器80中，其中旋風分離器79之入口在其側面上以形成氣旋氣流。在一實施例中，抽吸入口大致在滾筒電極之上方及橫向，大致在赫爾姆霍茲線圈之位置處以及在滾筒下方，如圖2H1中所示。旋風分離器80之頂部可對電池開放以使氣流背壓降到最低。再循環系統可包含開孔設計，諸如盒中盒(box-in-box)，其中電池壁經成形用於將光向上反射至PV轉換器。電池頂部可為開放的，且壁、開頂式旋風分離器及PV轉換器中之至少一者可容納在可維 持在經控制之壓力的惰性氛圍下的密封外殼中。PV電池或面板可包含可進一步包含維持在氣流條件下之穿孔窗口20c之保護性窗口20。諸如20之窗口可具有介於至少一個壁與窗口之間的開放間隙，以允許氣流沿著壁回流至抽吸入口52中。間隙之大小可為可變的，從而改變氣體流動速率及流型。電池底板可包含具有幫助將未藉由在吸入口抽吸曳出之點火產物移動至旋風分離器及粒化機中之至少一者的視情況存在之構件的料斗。例示性輸送方式為氣動方式，諸如抽吸及吹氣；及機械方式，諸如振動。
在具有低電阻之點火系統之實施例中，匯流排9及10各自包含經擠壓匯流排，諸如Woehner經擠壓匯流排，諸如具有諸如1600mm2之大截面之TCC類型。點火電源可包含光伏打轉換器。阻尼電容器之位置可非常接近滾筒以便輸入及無功功率之快速響應。在另一實施例中，無功功率可藉由可與匯流排並聯連接之分路二極體耗散。用於瞬態抑制之例示性二極體為瞬態電壓抑制二極體(TVS)，其中良好表徵之突崩擊穿發生在某一臨限電壓以上。充當具有不顯著漏電之電阻器之二極體變成可容納約點火電流之電流(諸如數千安培)以及在擊穿之後具有一些耗散能力的分路。在另一實施例中，用至少一個變阻器抑制無功電壓及電流瞬態。在需要藉由燃料糰粒達成之第一電路閉合之時間延遲的情況下，可將諸如電感或電容之一些電抗設計至電路中。電容器可用DC電流充電以降低匯流排之電阻，以便電流自PV轉換器載運至電容器。在一實施例中，來自無功功率之無功能量為低的，使得其可在對應的電路元件中耗散。藉由無功分量之耗散，可消除功率消耗整流及PV保護。在另一實施例中，所設計之電抗可對抗點火電路之電抗。
在一實施例中，點火電源供應器包含至少一個電容器，諸如一組可以串聯及並聯中之至少一者連接之電容器；用於自SF-CIHT電池接 收光且將其轉換成電(諸如用於給諸如電容器組之電容器充電之低電壓高電流DC電)的光伏打電力轉換器；及用於將PV轉換器連接至電容器組及將電容器組連接至滾筒電極之匯流排。該等連接可為串聯或並聯的。在一實施例中，PV轉換器並聯連接至電容器及電極。來自PV轉換器之匯流排可包含用於在點火事件之後抑制來自電極之反射或反向無功功率的電感器。無功功率可偏轉或分路遠離PV轉換器到達可回收無功功率之能量中之至少一些的電容器組。電感器可選擇性地提供針對反射功率而非正向DC充電功率之阻抗。功率分路可保護PV轉換器免遭無功功率損壞。在一實施例中，諸如分路二極體之二極體可分路及消散無功功率中之至少一些以保護PV轉換器。
在一實施例中，粒化機可包含至少一個用於包含至少一個可視水合物之熱穩定性而定可水合或不可水合之燃料樣品的模型或模具。可將各樣品加熱以燒結至糰粒或熔融形成糰粒中之至少一者，其中冷卻中之熔融物可至少部分地形成球體。若該糰粒不包含H2O，則其可水合。燒結或熔融可藉由對各燃料樣品進行直接或間接加熱中之至少一者達成。該模型或模具可在諸如電阻烘箱或電弧爐之烘箱中加熱。在一實施例中，藉由熱管(諸如此項技術中已知之熱管)將點火反應之熱量輸送至燃料燒結或熔融區。在另一實施例中，各樣品可藉由諸如電弧或放電或電漿炬之直接加熱器直接加熱。該電弧或放電加熱器可包含用於各燃料樣品之電極，其中燃料樣品及模型或模具包含相對電極。該模型或模具可包含複數個燃料樣品容器，諸如板中之孔(諸如圓柱孔)或凹陷(諸如半球形凹陷)。燃料、燒結燃料、熔融燃料及糰粒中之至少一者可抵抗黏附於該板。該等樣品可藉由樣品分配器以等分試樣形式分散。或者，可在板表面上施加燃料且可移除不在孔或凹陷中之過量燃料。該移除可例如藉由諸如藉由氣流之氣動方式或藉由刮刀或振動之機械方式之手段。其他過量燃料移除手段為熟習此項技術者 所已知的。在加熱之情況下，熔融物可形成燒結糰粒，諸如分別來自熔融物之圓柱形糰粒及球形固化糰粒。
粒化機可包含複數個此類板，該等板包含複數個此類模型或模具。該等板可安裝在包含傳送機模具之運輸皮帶或鏈條上。樣品可施加至傳送機模具之板，且傳送機模具可將裝載有燃料之板輸送至加熱器中。加熱器可間接或直接地加熱樣品以形成糰粒。用於該板之電弧或放電加熱器可包含電極陣列，其中各燃料樣品具有充當相對電極之含各對應的燃料樣品的電極。或者，直接加熱器可包含以下各者中之至少一者：複數個電漿炬、至少一個光柵化電漿炬及至少一個與包含樣品之相對電極組合形成電弧或放電之光柵化電弧或放電電極。或者，可使用諸如電子束之射束來加熱燃料以製造糰粒。可使用導引電極或磁鐵在光柵中對複數個可在傳送機模具上移動之燃料樣品導引射束以製造糰粒。電子束加熱器可包含電子束焊機。焊機可包含電源供應器及控制與監測電子設備、電子槍、射束導引機構及真空腔室。在一實施例中，可使用諸如二極體雷射或氣體雷射(諸如CO2雷射)之雷射來加熱燃料以製造糰粒。在一實施例中，可使用來自SF-CIHT電池之光輸出來加熱燃料樣品以形成糰粒。在一實施例中，可使用燈(諸如白熾燈、螢光燈、電弧燈及鹵素燈中之至少一者)及發光二極體、雷射泵來源、閃光燈泡或此項技術中已知之其他光源來加熱燃料樣品以形成糰粒。光可藉由諸如抛物面鏡之鏡子引導至燃料樣品。光可藉由諸如透鏡及鏡子中之至少一或多者之光學元件聚焦。光可藉由本發明之至少一個光學元件傳遞，該光學元件係諸如透鏡、鏡子及光纜中之一或多者。藉由光子加熱之燃料樣品可處於絕熱支撐件上，以防止經傳遞用於加熱燃料樣品之能量過度損失。可使用導引光學裝置在光柵中在複數個可在傳送機模具上移動之燃料樣品上導引雷射束、光束或來自電池之光以製造糰粒。可藉由至少一個直接加熱器之光柵化與樣品藉 由傳送機模具之輸送之組合運動來加熱樣品區域。樣品板之樣品區域藉由至少一種以下各者之群之方法加熱：(i)使至少一個直接加熱器在該區域上光柵化；(ii)使至少一個直接加熱器沿著一條線光柵化且傳送機模具藉由輸送將線性光柵自第n條線(n為整數)前進至第n+1條線；(iii)直接加熱器之至少一條線加熱樣品線且傳送機模具藉由輸送使線性加熱器自第n條線(n為整數)前進至第n+1條線；及(iv)及加熱器之二維陣列加熱板之一部分之樣品或板之所有樣品之區域，且傳送機模具使加熱器陣列自第n個區域前進至第n+1個區域。在一例示性實施例中，一列10個相隔5mm之電極藉由高電壓低電流放電直接加熱10個相隔5mm之樣品。該電壓及電流可為本發明之電壓及電流。諸如30至40mg Ag+BaI2 2H2O之樣品在諸如陶瓷或石墨之非黏附材料之板中之凹陷中。在一實施例中，在諸如石墨或銅表面之傳導性表面上形成糰粒。該等板安裝在傳送機上且包含以平均約1m/s移動之傳送機模具。藉由持續約一毫秒之脈衝放電傳遞約10焦耳/樣品能量。10個相隔5mm之電極列藉由用傳送機輸送10mm，自第n列移動至第n+1列。經一秒，所覆蓋之列數為100，使得在一秒內形成1000個球形糰粒。
一旦形成糰粒，該等糰粒即可自板移出且輸送至點火電極。該等糰粒可傾倒至螺鑽66及槽5中以輸送至滾筒電極。或者，該等糰粒可例如藉由諸如藉由氣流之氣動方式或藉由刮刀或振動之機械方式之手段自傳送機模具之板中移除。其他糰粒移除手段為熟習此項技術者所已知的。糰粒形成製程可連續地發生，因為傳送機模具之複數個板有助於形成及釋放糰粒之步驟之重複循環。在其他實施例中，傳送機模具用另一類型之粒化機更換，諸如熟習此項技術者已知之齒輪或擠壓機類型。燃料可自旋風分離器80流入粒化機(諸如此項技術中已知之粒化機)中，且該等糰粒可離開該粒化機以輸送至電極8。該等糰粒可藉由槽5中之螺鑽66輸送以傳遞至滾筒電極8。
在一實施例中，粒化機可包含丸粒製造機。在一實施例中，粒化機包含經加熱之料斗，其中固體燃料熔融且流動穿過噴嘴或滴落器，進入水儲集器中。水可用諸如BaI2之水結合化合物飽和以抑制燃料之諸如BaI2之化合物之溶解，其中水合成BaI2 2H2O可在水儲集器中發生。加熱器可包含本發明之加熱器。在一實施例中，可攪拌或攪動熔融物以維持金屬與諸如BaI2及BaI2 2H2O之水結合化合物之均勻混合物。該攪動可藉由噴射水或蒸汽來達成，該水或蒸汽亦可進行以下各者中之至少一者：使水結合化合物水合及維持其水合物。該加熱器可為電阻加熱器或電弧加熱器。噴嘴可形成熔融燃料滴，其在水浴中快速冷卻且形成基本上球形糰粒。該等糰粒亦可在氣體或真空降中或在冷卻支撐件上形成及冷卻。該等糰粒可自水儲集器移出且流入螺鑽66中，輸送至電極8。該移出可為以機械方式移出。在一實施例中，使該等糰粒自該浴應變。或者，將水抽出至另一儲集器中。該等糰粒可在傳送帶上輸送，且可將該等糰粒倒出，諸如倒入螺鑽66中。水儲集器可進一步充當用於冷卻需要冷卻之系統的散熱器。舉例而言，可冷卻電極及滑動軸承。
在一實施例中，燃料包含以下各者之糰粒：(i)傳導性材料，諸如金屬或合金，諸如包含水不反應組分之合金，諸如Ag、Pb、Bi、Sb及Te中之至少一或多者；及(ii)經水合之水結合材料，諸如傳導性材料及形成水合物之材料中之至少一者，形成水合物之材料諸如化合物，諸如金屬鹵化物、水合氧化物及氫氧化物，諸如本發明之彼等化合物。例示性金屬鹵化物水合物、水合氧化物及氫氧化物為鹼金屬、鹼土金屬及過渡金屬鹵化物水合物，諸如BaI2 2H2O、MgBr2 6H2O及ZnCl2水合物；及鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬、第13族、第14族、第15族及第16族及稀土金屬之水合氧化物及氫氧化物，諸如NaOH、Mg(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3、硼砂、經水合之B2O3或其他三 氧化二硼、硼酸及La(OH)3。在一實施例中，固體燃料包含與氫氣反應之氧化物，諸如CuO，且電池氣體包含氫氣，使得藉由氧化物與電池氣體氫氣之反應形成觸媒HOH。點火產物可藉由熔融及復水之步驟形成為糰粒。該等步驟可按任何次序或同時。糰粒可藉由金屬-丸粒方法形成，其中點火產物經熔融且經由噴嘴滴落或傾入水性冷卻儲集器中以形成糰粒。水結合材料可在滴落或傾入水儲集器中之前水合。或者，水結合材料可在浸沒在水儲集器中同時水合。在一實施例中，諸如金屬或金屬合金之傳導性材料包含經熔融且滴入或傾入水儲集器中之點火產物。一些水可在冷卻糰粒之同時變成蒸汽，且該蒸汽可形成空腔且在形成燃料糰粒時得以捕集。亦可在所得燃料糰粒中捕集散裝水。
用於形成熔融物之加熱器可包含本發明之加熱器，諸如電阻加熱器、電弧加熱器或電感耦合加熱器。來自SF-CIHT電池之光輸出可用於加熱燃料樣品，形成糰粒。光可藉由諸如抛物面鏡之鏡子引導至燃料樣品。光可藉由諸如透鏡及鏡子中之至少一或多者之光學元件聚焦。光可藉由本發明之至少一個光學元件傳遞，該光學元件諸如透鏡、鏡子及光纜中之一或多者。
在一例示性實施例中，藉由較佳在惰性氛圍下熔融銀且將約40mg樣品滴入水中來形成燃料糰粒。蒸汽可形成空腔，且可在糰粒中捕集H2O。銀熔融物亦可滴入無機化合物之鹽水中，其形成諸如BaI2 2H2O鹽水之水合物，其中該水合物可併入糰粒中作為水合物。例示性能量釋放為10kJ/g。鑒於自H2O至H2(1/4)+1/2O2之能量釋放為50MJ/mol，故10kJ將需要2E-4莫耳(3.6mg)H2O。因此，銀糰粒將必須含有至少0.36重量%H2O。在另一實施例中，糰粒包含金屬，諸如Ag或Ag合金，諸如Ag(72重量%)-Cu(28重量%)，及可在糰粒形成期間藉由諸如起泡至熔融物中，隨後滴入儲集器中且併入來自儲集器之H2O之手段併入金屬中之H2及H2O中之至少一者。
燃料可包含水合多孔材料，諸如水合金屬或金屬合金材料，諸如金屬或金屬合金發泡體、海綿、篩網、空蝕金屬或合金或墊子。水合多孔材料可藉由對熔融金屬或金屬合金進行蒸汽及水處理中之至少一者形成，其中可在該材料中捕集H2O。金屬或金屬合金可為Ag、Cu、Pb、Bi、Sb及Te中之至少一者。多孔材料可以比燃料樣品或糰粒大之單位形成，且諸如糰粒之燃料樣品可藉由切削形成，諸如藉由自較大單位之材料壓印或衝壓出糰粒。該材料可在切削至所要大小糰粒之前或之後水合。在一實施例中，藉由以下製得金屬發泡體：向金屬中添加鹽，加熱至介於金屬與鹽之熔點之間的溫度，藉由惰性氣體施加之壓力迫使熔融金屬進入鹽中，及將混合物冷卻至固體。鹽可藉由將該材料置放於水中且藉由溶解該鹽來移除。該材料可形成為平板，且該發泡體可切削成碎片且用水進行水合。在另一實施例中，可將金屬-鹽混合物切割成糰粒且水合以形成燃料糰粒。或者，金屬-鹽混合物之鹽可包含水合物，且該混合物可經切割或衝壓成糰粒，從而形成燃料糰粒。在一實施例中，多孔金屬或金屬合金或金屬-鹽混合物可澆鑄成圓柱體或其他細長形狀且藉由諸如饋線粒化機之機器切割成糰粒。在一實施例中，該鹽可包含助熔劑。該金屬可包含銀，且該助熔劑可包含硼砂、硼酸及諸如碳酸鈉之鹼金屬碳酸鹽中之至少一者。在該鹽經脫水之情況下，使該鹽復水以形成燃料。
在一實施例中，燃料可包含併入有氫來源、氫、H2O來源及H2O中之至少一者的傳導性基質，諸如金屬或金屬合金，諸如Ag-Cu(50-99重量%/l重量%至50重量%)，且可視情況包含水結合化合物，其可包含水合物。燃料可包含丸粒及糰粒中之至少一者。在一實施例中，氫、氫來源及H2O中之至少一者在固體燃料之熔融形式之傳導性基質材料(諸如金屬或合金)中之溶解度增加。諸如熔融金屬或合金之熔融的基質材料可暴露於氫、氫來源及H2O中之至少一者。氫、氫來源及H2O中 之至少一者之壓力可為任何所要壓力，諸如小於、等於或大於大氣壓。該壓力可在約1毫托至100atm範圍內。可增加溫度以增加氫吸收。在一實施例中，金屬及合金組成中之至少一者經選擇以增加氫、氫來源及H2O中之至少一者之併入。在一實施例中，包含Ag及Cu之合金之Ag及Cu之組成經選擇以使氫、氫來源及H2O中之至少一者之併入達最佳。可向熔融合金中添加諸如氧化物及氫氧化物中之至少一者之添加劑以增加可充當H及HOH觸媒之來源中之至少一者之氫及氧中之至少一者的含量。已吸收氫來源、氫、H2O來源及H2O中之至少一者的熔融基質材料最初可在外表面上固化以捕集氫來源、氫、H2O來源及H2O中之至少一者。H2及H2O中之至少一者在固體中之溶解性可遠小於在熔融金屬或合金中。可在固化金屬或合金中形成包含H2及H2O中之至少一者之氣體空腔或囊袋。在一實施例中，藉由引起脆化之技術(諸如此項技術中已知之彼等技術)，將氫併入固化熔融物中。由具有已溶解之氫來源、氫、H2O來源及H2O中之至少一者之熔融物形成的丸粒或糰粒可為多孔性的或包含金屬發泡體或海綿，其具有已併入之H來源、觸媒來源、H2O來源、H2及H2O中之至少一者。已吸收氫來源、氫、H2O來源及H2O中之至少一者之熔融的基質材料可藉由在諸如水或惰性氣體之液態或氣態冷卻劑中冷卻而固化以形成糰粒，諸如丸粒。或者，熔融物可固化為可呈任何所要形式(諸如線材或平板)之固體。該等糰粒可以機械方式自固體形成。該等糰粒可藉由剪切線材或藉由衝壓平板形成。在另一實施例中，該等糰粒可由熔融的傳導性基質材料形成，該熔融的傳導性基質材料進一步含有水結合材料，諸如本發明之彼等水結合材料，諸如形成水合物之金屬鹵化物或氧化物，該水合物諸如ZnCl2水合物、BaI2 2H2O或MgCl2 6H2O。
在一實施例中，可將氣體吹至熔融物中以形成丸粒。吹至熔融物中之氣體可形成多孔性金屬或金屬發泡體，當將熔融物滴入水中時， 水彙集至該多孔性金屬或金屬發泡體中。該氣體可將熔融金屬吹出噴嘴。諸如旋轉輪之機械分配器可用於捕捉滴液且將其投射至水浴中進行冷卻。粒化機可包含離心霧化器或粒化機。熔融的丸粒材料可滴入杯中或滴至以在足以產生形成糰粒之大離心力之速度下旋轉的旋轉錐或圓盤上。在旋轉電極製程實施例中，使固體燃料或至少一種組分之棒旋轉，同時藉由加熱器熔融該棒之末端，以形成糰粒。加熱器可包含電弧，諸如來自鎢電極之電弧。可施加水噴霧以至少部分地冷卻下落中之糰粒。該等糰粒可下落至除水以外之冷卻劑中，諸如密度較小之冷卻劑，諸如油。
在其他實施例中，可藉由以下各者中之至少一者形成糰粒：使用除水以外之工作流體或冷卻劑及使用除滴落至散裝水中以外之方法。熟習此項技術者已知之適合方法為流體或氣體霧化，諸如涉及藉由諸如液體(諸如水)或氣體(諸如惰性氣體)之衝擊性高能量流體射流分散熔融的丸粒材料之稀薄流的水霧化。在霧化製程中，視熔融的小液滴冷卻成固體時，表面張力可用於形成最小的表面：體積比之時間而定，產生粒子形狀。低熱容量氣體藉由延長冷卻時間而有利於球形。滴落器或噴嘴可允許粒子之較自由或較不自由下落，其中前一種情況稱作緊密耦合或約束霧化，包含提供可調整之霧化氣體以使得氣體射流及熔融的物料流之衝擊剛好發生在噴嘴下方的噴嘴及頭部設計。
在一實施例中，當其流出滴落器以在糰粒中產生孔時，可向諸如點火產物之熔融物中添加燃料之未熔融組分(諸如粉末點火產物)，熔融物諸如包含熔融的合金之點火產物，諸如Ag-Cu合金，諸如Ag(72重量%-Cu(28重量%)或Ag(50重量%)+Cu、Pb、Bi、Sb或Te。可在水與可形成孔之蒸汽之間的相變期間改變糰粒表面之至少一部分上之壓力。該等糰粒可滴入不同溫度之水中以藉由對形成中之糰粒之起泡或蒸汽動作而產生孔。該等糰粒可滴入具有諸如氬氣或CO2之溶解氣體 的水中以形成多孔性糰粒。多孔性糰粒亦可藉由將諸如氬氣之氣體鼓泡至熔融物中形成。在一實施例中，向浴中之冷卻糰粒施加超音波以形成孔。超音波之強度可足以引起空蝕。該等糰粒可富集超音波功率以增加形成多孔性糰粒的效率。多孔性糰粒可藉由添加可溶解於水浴中之鹽形成。該等糰粒可藉由在孔中捕集H2O來水合。在一實施例中，糰粒可包含沸石結構。具有所要大可小或大小範圍之糰粒藉由用諸如藉由控制溫度及藉由控制滴落器或噴嘴之孔口之大小之手段來控制熔融物之黏度來製備。所要大小可在約10μm至2cm、100μm至10mm及1mm至5mm之至少一個範圍內。可使用蒸汽產生器來促進糰粒之水合。例示性燃料為TiO+H2O 3mm糰粒、Cu盤+H2O、Ag+ZnCl2 4H2O、Ag+CaCl2 6H2O、Ag+MgBr2 6H2O、Ag+MgCl2 6H2O、Ag+CeBr3 7H2O、Ti+ZnCl2+H2O(185：30：30)100mg裝載在Cu蓋上、Ag+水合硼砂、Ag+CeCl3 7H2O、Ag+SrCl2 6H2O、Ag+SrI2 6H2O、Ag+BaCl2 2H2O、Ag+BaI2 6H2O、Cu+水合硼砂、Cu+ZnCl2 4H2O、Cu+CeBr3 7H2O、Cu+CeCl3 7H2O、Cu+MgCl2 6H2O、Cu+MgBr2 6H2O、Cu+CaCl2 6H2O、Cu+SrCl2 6H2O、Cu+SrI2 6H2O、Cu+BaCl2 2H2O及Cu+BaI2 6H2O。
在一實施例中，藉由旋風分離器收集來自固體燃料點火之粉末且使其成型為諸如線形或平板模具之模具。該粉末可藉由本發明手段，諸如以機械方式及以氣動方式分散。可在良好絕熱以保存能量之鍋爐中將粉末加熱至熔融物。在冷卻器區段中冷卻可具有由熱交換器自電池之熱部分提供之一些熱量之熔融物。使固化材料水合，該固化材料諸如金屬-鹽混合物，諸如Ag+ZnCl2或Ag+MgBr2之混合物。該水合可藉由施加散裝水、水薄霧或蒸汽達成。在後一種情況下，可使蒸汽再循環以保存能量。可藉由諸如衝壓、壓印及切割中之至少一者之手段將燃料平板或條帶切削成糰粒。該等糰粒可藉由諸如傳送機或螺鑽 (諸如螺鑽66)之構件輸送至滾筒。該等糰粒可藉由噴射器(諸如本發明之噴射器)噴射至滾筒中以點火。
在一實施例中，至少一個噴嘴或滴落器在其將熔融的燃料排放至諸如傳送帶表面之非黏附表面上時使其在線或區域上經空間光柵化，其中該非黏附表面使滴液聚集成糰粒球體或半球體。光柵化可在線上，其中可在發生滴落的同時移動傳送帶以達成區域上之分配。或者，在獨立於傳送機平移之區域上分配期間，光柵化可在平面上。在其他實施例中，噴嘴或滴落器之管線沿著管線同時分配且可藉由沿橫向方向光柵化或藉由僅在與傳送機運動不同之橫向軸位置處之管線分配而在區域上分配。在其中滴落器將熔融的燃料排放至具有使滴液聚集成糰粒球體或半球體之非黏附表面之傳送帶上的實施例中，該燃料可包含諸如Sb之用以使熔點降低至水合物分解溫度(在BaI2 2H2O之情況下，諸如740℃)以下之添加劑。
粒化機可包含第一及第二容器，其可包含充當點火產物之熔化器之加熱器或鍋爐，該點火產物可包含金屬，諸如純金屬或合金，諸如Ag、Cu或Ag-Cu合金。用於形成熔融物之加熱器可包含本發明之加熱器，諸如電阻加熱器、電弧加熱器或電感耦合加熱器。來自SF-CIHT電池之光輸出可用於加熱燃料樣品，形成糰粒。來自熱交換器之熱量可自SF-CIHT電池之另一組件將熱量傳遞至熔融物。加熱器可包含具有能夠承受高溫之加熱元件的電阻加熱器，該等加熱元件諸如包含鎳鉻合金、鎢、鉬、SiC或MoSi2之加熱元件。該等元件可進行氣密性密封。加熱器可包含非長絲類型，諸如電弧加熱器。在一實施例中，藉由諸如旋風分離器之構件收集點火產物。所收集之產物可流入第一容器、坩堝或進一步包含加熱器之料斗。該產物可藉由加熱器熔融，且熔融物可穿過連接通路流入第二容器中。進入第二容器之通路出口可浸沒在熔融物表面以下，該熔融物諸如第二容器中之熔融的點火產 物。第一容器可將熔融物排放在第二容器表面以下。任一容器中之熔融物含量可藉由電阻探針感測，該等電阻探針諸如與容器壁電絕緣之折射絲，諸如W或Mo絲，從而感測在不存在與熔融物接觸之情況下之開路及在與熔融物接觸時之低電阻。自第一容器至第二容器之流動可基於第一及第二容器中之熔融物之含量以及第一及第二容器中之任何氣體壓力，藉由第一容器與第二容器之間的壓力差來控制。可改變熔融物含量以控制該等容器之間的流動。在一實施例中，通路及第一容器中之至少一者中之熔融點火產物之柱高使得藉由熔融物密度、重力加速度及柱高之乘積得出之對應壓力加第一容器中之氣體壓力大於或等於第二容器中之壓力。第一容器中之氣體壓力可包含SF-CIHT電池之氣體壓力。在一實施例中，第一及第二容器中之至少一者中之壓力藉由至少一個壓力感測器、至少一個閥門、至少一個氣體壓力控制器、至少一個泵及電腦來控制。穿過通路之流動亦可或進一步藉由閥門、小型旋塞或閘閥來控制。
第二容器或坩堝進一步包含至少一個噴嘴或滴落器以形成丸粒。熔融物可流出第二容器之孔口或噴嘴至用於形成丸粒之水儲集器，且所得含量及壓力改變可引起熔融物自第一容器流至第二容器。在一實施例中，可控制孔口或噴嘴開口大小以控制丸粒大小及金屬流動速率中之至少一者。具有可調整大小之例示性孔口可包含電磁閥、擋板閥或閘閥。開口大小可藉由螺線管或其他機械、電子或機電致動器控制。在另一實施例中，孔口可具有針對諸如Ag-Cu(72%/28%)之合金而言諸如1mm直徑之固定大小。孔口可具有在約0.01mm至10mm範圍內之直徑。丸粒大小可藉由可控制地調整以下各者中之至少一者來控制：孔口大小、燃料熔融物溫度、容器之間的連接通路之直徑、第一容器中之壓力、第二容器中之壓力、第一及第二容器之間的壓力差、燃料組成，諸如傳導性基質中之至少一者之組成，諸如金屬合金(諸 如Ag-Cu合金)之純金屬組分之重量百分比；及水結合化合物之百分比組成、水含量及氫含量中之至少一者。
在一實施例中，點火產物在具有由電弧提供之強加熱之第一區域或容器中熔融，該電弧諸如以下各者中之至少一者：具有直接攜帶電弧電流中之至少一些之點火產物的電弧及接近第一容器之電弧，該第一容器諸如點火產物粉末流動穿過其中之耐火金屬管。熔融物可流入具有超過點火產物熔點之溫度的另一區域或容器中，該溫度可藉由第二容器加熱器維持，該加熱器諸如電阻加熱器，諸如包含鎳鉻合金、SiC及MoSi中之至少一者之加熱器。在為了避免電弧電漿電極降解同時熔融點火產物粉末之實施例中，第一容器加熱器包含感應加熱元件，諸如電磁加熱器，諸如交替頻率(AC)電感耦合加熱器。第二容器加熱器可包含電感耦合加熱器。該頻率可在約1Hz至10GHz、10Hz至100MHz、10Hz至20MHz、100Hz至20MHz、100kHz至1MHz、500Hz至500kHz、1kHz至500kHz及1kHz至400kHz之至少一個範圍內。該容器可包含耐熱性AC可透射材料，諸如陶瓷，諸如氮化矽(諸如Si3N4)、Al2O3、氧化鋁或氧化鋯(Zirconia)、氧化鋯(zirconium oxide)。加熱器可包含容器與電感耦合線圈之間的高絕熱，其可藉由諸如水冷卻之手段冷卻。在另一實施例中，第二容器可經部分地及單獨地藉由熔融物加熱中之至少一者，該熔融物在第一容器中形成且升溫。諸如電感耦合加熱器之第一容器加熱器可將熔融物加熱至比第二容器中所要溫度高之溫度，從而向第二容器提供熱量。可控制自第一容器流動至第二容器之金屬之溫度及流動速率以達成第二容器中之所要溫度。在一實施例中，第一及第二容器中之至少一者之加熱器包含電感耦合加熱器、用於轉移源自反應物反應之熱功率的熱交換器及至少一個用於轉移源自反應物反應之光功率的光學元件中之至少一者。粒化機亦可包含一或多個用於控制粉末及熔融物中之至少一者流動穿過粒化機 之電磁泵。在一實施例中，粒化機進一步包含復熱器，其用於自冷卻丸粒回收或再生至少一些熱量且將該熱量轉移至即將進入的點火產物，從而在該點火產物進入包含加熱器之熔爐或第一容器時，對其進行預熱。熔融物可自滴落器滴入水儲集器中且形成熱丸粒，該熱丸粒趁熱回收。可藉由復熱器至少部分地回收或再生來自冷卻丸粒之熱量。所回收或再生之熱量可用於以下各者中之至少一者：預熱所回收之點火產物粉末、熔融該粉末、加熱該熔融物及維持粒化機之至少一部分之溫度。該粒化機可進一步包含用於增加所回收之熱量之溫度的加熱泵。
第二容器可能能夠將氣體維持在小於、等於或大於大氣壓之壓力下。第二容器可密封。第二容器可能能夠在氣體流動條件下維持所要控制氛圍。諸如H來源、H2、觸媒來源、H2O來源及H2O中之至少一者之氣體可在靜態或流動條件下供應至第二容器。在一實施例中，可使諸如氫氣及水蒸氣及混合物之氣體再循環。再循環系統可包含以下各者之組中之一或多者：至少一個閥門、一個泵、一個流動及壓力調控器及一個氣體管線。在一實施例中，諸如H2及H2O之複數種氣體可進行以下各者中之至少一者：使用共用管線或分開的管線流入容器中或流出該容器。為允許氣體鼓泡穿過熔融物，可將入口氣體端口浸沒在熔融物中，且氣體出口可在熔融物上方。H2及H2O兩者均可藉由使氣體混合物流動來供應，該氣體混合物諸如包含電池氣體(諸如添加有諸如Ar/H2(5%)之氣體的稀有氣體)之氣體混合物或包含H2、H2O以及H2與H2O之混合物中之至少一者的氣體混合物。氣體可流動穿過H2O起泡器以在諸如H2氣流之氣流中夾帶H2O，且隨後混合物可流入熔融物中。經氣體處理之熔融物可滴入H2O中以形成併入有諸如H2O及H2中之至少一者之氣體的丸粒。所添加或流動之氣體可僅包含H2及僅包含H2O。熔融物可包含氧化物以便進一步增加H來源、觸媒來源、H2及 H2O中之至少一者之丸粒含量。該氧化物可藉由添加可流入熔融物中之O2來源或O2氣體形成。該氧化物可包含本發明之彼等氧化物，諸如過渡金屬氧化物。諸如CuO之氧化物可為可用H2還原的(CuO+H2→Cu+H2O)，或其可包含對H2還原具有抗性之氧化物，諸如鹼金屬、鹼土金屬或稀土金屬氧化物。該氧化物可能能夠可逆地水合。水合/脫水可分別藉由H2O添加及加熱或點火達成。在一實施例中，可向熔融物中添加諸如硼砂之助熔劑以增強H2及H2O中之至少一者併入丸粒中。
在一實施例中，丸粒燃料可包含H來源、H2、觸媒來源、H2O來源及H2O中之至少一者。H來源、H2、觸媒來源、H2O來源及H2O中之至少一者可供應至由諸如丸粒或糰粒燃料之燃料的點火形成之電漿。氫可供應至形成電漿之電池。氫可以氣體形式供應。在一實施例中，水供應至形成電漿之電池中之電漿。水可以氣體形式供應，諸如來自經加熱之水儲集器之蒸汽。或者，可將水噴射至電漿中。所引導之水可由噴灑構件或噴射器或噴霧器提供，諸如超音波或氣動噴射器或噴霧器。水噴霧器或噴射器可包含諸如Fog Buster型號10110，美國專利第5,390,854號之噴霧器。水噴霧可進一步充當冷卻劑，諸如滾筒電極之冷卻劑。過量蒸汽可藉由冷凝器冷凝。所供應之氫氣可充當H、觸媒來源、觸媒、水來源及HOH來源中之至少一者之主要的或次要的或補充來源中之至少一者。所供應之水可充當H及HOH觸媒中之至少一者之主要的或次要的或補充來源中之至少一者。
在一實施例中，可動態控制燃料組成中之至少一者，諸如H來源、觸媒來源、H2、H2O來源及H2O及添加劑(諸如磷光體)及電池氣體(諸如稀有氣體)及電池氣體壓力中之至少一者，從而控制所產生之光之光譜匹配具有PV轉換器敏感性之光譜。該匹配可藉由光譜儀及PV轉換器之電輸出中之至少一者來監測。可在第二容器中控制H來源、H2、觸媒來源、H2O來源及H2O中之至少一者之壓力、流量及暴露時間中之至少 一者以控制燃料組成。該光譜可進一步藉由控制點火速率、滾筒速度、丸粒噴射速率、丸粒大小、點火電流、點火電流持續時間及點火電壓來控制。
在一實施例中，燃料之H2O之反應為H2O→H2(1/p)+1/2O2，諸如p=4。可自電池中移除氧氣。或者，可向電池中添加氫氣以替換形成分數氫H2(1/p)者。氧氣可與氧氣產物反應形成H2O。可藉由電池電漿促進燃燒。可藉由在H2O之外部電解期間使氫氣透過陰極來供應氫氣。在另一實施例中，可清除電池中之氧氣。可藉由氧氣集氣劑、諸如可為細粉狀之材料(諸如金屬)來清除氧氣。該集氣劑可越過電池中之其他氣體(諸如H2O)，選擇性地與氧氣反應。例示性金屬為對與本發明之水反應具有抗性之金屬。具有低水反應性之例示性金屬包含以下各者之組之金屬：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電池移出集氣劑或氧氣洗滌劑且再生。該移出可為週期性的或間歇的。該再生可藉由氫還原。該再生可當場發生。當場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)。氧氣洗滌劑再生之時序可在氧含量增加時測定，該氧含量如藉由電池氧含量之氧感測器所感測。
在一實施例中，糰粒自粒化機輸送至糰粒噴射器。在其中糰粒在水儲集器中形成之實施例中，可藉由水可滲透之傳送機自水浴移除糰粒。亦可在水可滲透之槽5中移除水。該等糰粒可藉由螺鑽66輸送至在滾筒電極下方之區域。該等糰粒可藉由噴氣口83噴射至滾筒中。噴氣 口可指向槽5之底部，其中指向下之噴氣口83升起糰粒以經由反射空氣及紊流達成糰粒噴射。在糰粒所通過之滾筒之下方的一或多個準直器及檔板中之至少一者可產生幾乎單行之糰粒流，其可進一步用以產生文土里效應(Venturi effect)以將糰粒抽吸至滾筒中。
槽5可包含用於包含加壓氣體之外殼。槽及外殼可包含內部含螺鑽66之圓柱管。螺鑽66可實質上關閉通向氣流之管。糰粒可在螺鑽66之中心輸送至料斗。料斗可包含噴氣口，諸如83，其可指向所要方向(諸如向上)以使糰粒堆流體化。噴氣口可形成燃料糰粒之流體化床，其可流動穿過至少一個準直器或擋板，流入滾筒電極8之電極間區域中以點火。
在一實施例中，糰粒噴射器包含壓電致動器，諸如本發明之壓電致動器，其中行進軸為軸向的，朝向電極間區域。該噴射器可自螺鑽66饋入糰粒。壓電致動器可包含延伸軸，使得有細軸穿過糰粒堆到達頂部，其中軸末端將糰粒自該燃料堆之頂部推向電極。糰粒之噴射可至少部分地藉由自滾筒上方抽吸來輔助。該抽吸可由燃料再循環系統提供，該系統包含至少一或多個風扇、鼓風機或泵，諸如鼓風機77。在其他實施例中，噴射器可包含輔助輪或齒輪或螺線管型致動器中之至少一者，諸如聲學揚聲器，用於將糰粒猛擲入電極間間隙區域中。除至少一個準直器或擋板以外，可調整滾筒電極之寬度以較佳地促進糰粒以約1個/毫秒之速率依序燃燒。
在一實施例中，噴射器包含氣動噴射器，其包含糰粒來源(諸如料斗)及用於調控糰粒至氣動噴射器中之流動之閥門，該噴射器可包含管子，該管子含有用於將糰粒攜帶至管子開口之加壓流動氣體，該等糰粒穿過該管子開口在軌道上通往電極間區域。該閥門可包含糰粒輸送管線之旋轉氣鎖閥。該管中之氣體可由另一管線供應，糰粒自糰粒輸送管線流入該另一管線中。兩條管線之管接頭下游之管子包含將糰粒 輸送至指向電極之開口的噴射管。氣體在噴射管中之流動可藉由文土里效應增加。氣動噴射系統可包含至少一個用於使氣體流動，產生文土里效應之通道。流動氣體可藉由至少一個風扇、鼓風機或泵加壓。氣動糰粒料斗及噴射器為圖2H3及2H4中所示之軌道槍實施例之替代方案。
可對糰粒噴射進行以下各者中之至少一者：藉由電場及磁場中之至少一者促進及控制。該等糰粒可藉由諸如柵格電極之電極帶電及引導至滾筒電極8之間的點火區域中。該等糰粒可經帶電或具有外加電壓且引導至滾筒電極8之點火區域，該區域具有與外加電壓相反之電荷或極性。該等糰粒可包含可磁化材料，諸如鐵磁性奈米粒子，且可磁化。鐵磁性材料可抗氧化。該等粒子可具有抗氧化塗層，諸如氧化物塗層。該等粒子可在粒化期間、諸如在丸粒形成期間併入糰粒中。該等糰粒可藉由電磁鐵及永久磁鐵中之至少一者磁化。磁化糰粒可藉由磁場引導至點火區域中。該等磁場可藉由電磁鐵及永久磁鐵中之至少一者提供且控制。滾筒電極8可經相反地磁化以將糰粒引導至點火區域中。
在一實施例中，將燃料糰粒輸送至包含糰粒選擇器之轉鼓中，該等糰粒選擇器諸如各自適用於固持糰粒之穿孔及壓痕。可藉由氣體壓力梯度將糰粒固持在選擇器中。可對轉鼓加壓，且加壓氣體可洩漏穿過穿孔。氣體流動可藉由糰粒之存在而減弱，糰粒之存在至少部分地堵塞穿孔，其中經部分地堵塞之流動產生壓力梯度，使得糰粒固持在適當的位置。該加壓可用風扇或鼓風機達成。轉鼓可旋轉以將糰粒移動至某一位置，該等糰粒在選擇器(諸如包含穿孔及壓痕之選擇器)中加以選擇，其中該等穿孔藉由諸如一組外部滾筒之構件覆蓋，該轉鼓在該組外部滾筒下方旋轉。各滾筒堵塞各穿孔之存在移除了氣體壓力梯度，引起對應的糰粒得到釋放。各糰粒可下落至連接至氣體管線之對應的歧管中。該糰粒可藉由氣流在氣體管線中自加壓轉鼓輸送至滾 筒電極下方之位置。自歧管至電極之氣體壓力梯度可將糰粒推至滾筒電極之間的區域中，該糰粒在該區域中點火。在另一實施例中，形成於傳送機模具上之糰粒可直接落入歧管及所連接之氣體管線中，其中自傳送機歧管區域至滾筒電極之壓力梯度藉由動能將糰粒輸送至滾筒電極，引起該等糰粒被噴射至點火製程。
糰粒可藉由滾筒加速以匹配滾筒速度。滾筒速度可使得糰粒在點火期間之行進距離可類似於糰粒直徑，且點火功率可經匹配以在對應的糰粒點火停留時間(點火持續時間)期間供應點火能量。舉例而言，糰粒可具有2mm之直徑且點火持續時間可為1ms。如此，在2m/s滾筒周邊速度下，在點火持續時間內之糰粒行進距離為2mm。在5kW之輸入功率下，用於匹配點火能量之輸入能量為5J。
在一實施例中，可自燃料點火位置沿任何方向發射光。光可進行以下各者中之至少一者：沿著任何所要方向傳播至窗口，進一步直接地或使用諸如本發明光學元件之光學元件間接地入射在光伏打轉換器上。在另一實施例中，光可藉由至少一個光學元件指向較佳方向，諸如向上，該光學元件諸如至少一個鏡子，諸如圖2G中所示之抛物面鏡14。待噴射之燃料可包含在點火之後再生之糰粒及粉末之混合物。粉末及糰粒之混合物可密封電極底部，迫使電漿朝向窗口20向上膨脹以將光發射約束至電池而非槽區域5。在一實施例中，諸如糰粒之燃料可沿所要方向發射以產生較佳軌跡且對應的光發射為電池之所要區域。在一例示性實施例中，噴射系統(諸如氣動噴射器、噴氣口、由鼓風機77(圖2G1e2及圖2G1e3)所引起之壓力梯度中之至少一者)及旋轉泵(包含旋轉滾筒電極8)中之至少一者自槽5向上發射糰粒，引起點火及光發射發生在抛物面鏡14上方之電池空間中。
在包含諸如漿料、粉末及粒化燃料中之至少一者之燃料的實施例中，諸如包含燃料糰粒及粉末之混合物之實施例，諸如粉末之一些燃 料在滾筒之間流動，經加熱，且一些金屬黏附於該等滾筒以修補爆炸破壞。點火系統可進一步包含用於自滾筒移除過量材料以維持滾筒之碾磨機。在除了基於使操作條件最佳化而做之調整之外，電極固持在相對固定位置之例示性情況下，藉由碾磨維持電極。該碾磨可藉由隨著滾筒電極旋轉碾磨表面之固定研磨刮刀達成。該刮刀之高度可為可調整的。在一實施例中，滾筒外層可包含硬化層，諸如可壓縮適配在可具有較高電導率之中心滾筒區段上之18200 3級銅輪緣。在一實施例中，諸如金屬粉末之金屬可燒結至電極上以保護電極不受爆炸影響。該燒結可發生在操作期間且可至少發生在至少部分藉由爆炸加熱之點火區及滾筒上之另一位置中之至少一者中。在後一種情況下，金屬粉末可流動至滾筒上且藉由滾筒及加熱器(諸如電弧或電阻加熱器)中之至少一者加熱，引起金屬藉由諸如燒結黏附於滾筒。滾筒腐蝕可在操作期間連續地或間歇地修復。使用沈積系統，滾筒電極可在操作期間修整及修復或藉由暫時關閉間歇地維護。沈積系統之實施例包含放電加工(EDM)系統或電鍍系統，諸如可在真空中操作之EDM電鍍系統。可在真空中或在惰性氛圍(諸如包含稀有氣體之惰性氛圍，諸如氬氣、氪氣或氙氣)中操作期間提供齒輪或滾筒之連續修整之系統及方法包含沈積系統之替代實施例。熟習此項技術者已知之例示性沈積系統包含雷射焊接或用二極體雷射燒結，例如較適用於銅沈積之冷噴塗、熱噴塗(諸如使用電漿電弧、電弧之噴塗)、火焰噴塗(諸如高速氧基燃料(HVOF))及濺鍍。在一例示性實施例中，分別在約200℃及400℃下施加銀及銅噴霧，噴霧壓力在250至500PSI範圍內，氣體速度為約馬赫(Mach)2.2，粉末腔室壓力為約25PSI，氣流處於約50SCFM下，且載體氣體為稀有氣體，諸如He、Ne或Ar。用於維持噴霧溫度之加熱可至少部分地由SF-CIHT電池之熱功率提供。其他範圍為可能的，諸如此等值加或減75%。在一實施例中，在操作期間磨損之電極(諸如滾筒電 極)之外部包含與燃料類似或相同的金屬合金，使得其可在包括修復及修整之操作期間互混及互換。該等滾筒可藉由碾磨、研磨、搭接、超精加工及熱處理中之至少一者平滑化且形成為所要半徑。在另一實施例中，電極修補或修復系統包含感測器，諸如光學感測器，諸如用於偵測滾筒損壞之雷射。控制器可控制用於修復爆炸破壞之沈積。電池或其他電池組件可藉由本發明之塗佈方法(諸如電漿噴塗)經抗蝕塗層塗佈，該等塗層諸如經氧化釔部分穩定之氧化鋯(YSZ)。碾磨材料及過量冷噴塗材料可藉由本發明之輸送器(諸如氣動或機械輸送器)返回至旋風分離器及粒化機中之至少一者。
在一實施例中，諸如滾筒電極之電極或其表層可包含燃料之金屬。在一實施例中，燃料丸粒或糰粒金屬中之一些熔融或焊接至電極表面。在一實施例中，諸如丸粒或糰粒高速噴射之實施例，沈積可超過材料因點火事件而變形或自電極撕開之速率，使得在表面上發生淨金屬累積。諸如金屬之丸粒或糰粒材料在滾筒上之沈積可藉由控制以下各者中之至少一者來控制：丸粒或糰粒大小、點火電流、點火電壓、點火功率、點火電流相對於丸粒或糰粒在電極間區域中之位置的觸發、滾筒速度、滾筒間距及滾筒溫度。超過包含初始電極尺寸之量的過量金屬可藉由諸如切削之手段移除。在一實施例中，將粉末狀點火產物及粉末狀燃料中之至少一者噴射至電極間區域中，其中在共同噴射之燃料之點火期間產生電漿。點火產物及粉末燃料可包含金屬粉末，諸如Ag或Ag合金，諸如Ag-Cu粉末。金屬粉末可進行以下各者中之至少一者：黏結至滾筒電極之表面、焊接或熔融至滾筒電極表面、塗佈滾筒電極及粉末塗佈滾筒電極。諸如點火產物(諸如金屬粉末，諸如銀金屬粉末)之粉末可以氣動方式噴射。該噴射可與燃料一起或與燃料同步，該燃料之點火產生電漿。金屬粉末可與燃料糰粒或丸粒一起噴射，該等燃料糰粒或丸粒諸如直徑約1mm至5mm之銀丸粒，其可含 有氫氣及水中之至少一者。點火產物可自燃料再循環系統轉移。舉例而言，粉末可自旋風分離器獲取或可繞過旋風分離器且可與諸如銀丸粒之燃料一起噴射。在一實施例中，可使諸如直徑小於10μm之小粒子繞過旋風分離器且直接噴射至滾筒中，黏結至表面。在此情況下，無需靜電沈澱器來移除旋風分離器難以移除之粒子。未黏結至滾筒電極之粉末可與在點火時直接形成之點火產物一起再循環。在一例示性實施例中，將Ag粉與Ag丸粒共同噴射至滾動電極中，使Ag粉在點火期間黏結至表面，從而當場修復滾筒，亦即在操作的同時修復滾筒。在一實施例中，可藉由一個滾筒在另一個滾筒上施加壓力。可在發生粉末沈積之同時施加壓力。可藉由關閉滾筒之間的任何間隙來施加壓力。可在滾筒相接觸且噴射粉末以黏結至滾筒的同時連續地施加電流。可藉由以下各者中之至少一者促進黏結：施加在滾筒之間的高電流，諸如電弧電流；及由燃料點火所引起之電漿，該燃料諸如糰粒及粉末燃料中之至少一者。粉末噴射可藉由氣動噴射糰粒或丸粒及本發明之其他方法達成，該等其他方法諸如藉由用噴氣口將氣體噴射至槽中，引起粉末流如所揭示般流入電極間區域中。諸如Ag金屬之過量材料可藉由表面修整工具切削掉，該工具諸如精密研磨機或車床，其可在滾筒停止之同時間歇地操作或在滾筒轉動之同時連續地操作。經切削移除之材料可再循環。該材料可藉由輸送至旋風分離器再循環。在另一實施例中，諸如具有低功函數之材料的材料(諸如金屬，諸如銀粉)可在點火期間噴射至電極間區域中，經電離以支撐電漿。該材料可具有低功函數以便較佳地電離以支撐電漿。用於電離之例示性氣體材料為稀有氣體，諸如氬氣。電漿之強化可增加分數氫反應速率及功率。
在一實施例中，始於點火事件之分數氫反應釋放出高能光，諸如遠紫外光及紫外光。所得電漿可藉由在恰當壓力下維持恰當覆蓋氣體而變成完全電離且光學上厚的。該壓力可維持在低於大氣壓、大氣壓 或高於大氣壓下。覆蓋氣體可包含稀有氣體，諸如氬氣、氪氣或氙氣；或H2O或H2O來源，諸如水蒸氣或水合燃料，其中水可經化學結合或物理吸收。可向反應混合物中添加諸如ZnCl2或ZnCl2水合物之其他元素或化合物以使得電漿在光學上為厚的。該添加劑可具有低電離能，以便形成較多離子及電子。光學厚電漿可發射黑體輻射。黑體輻射對於光伏打轉換而言可為合乎需要的。電池氣體、添加劑、燃料、點火條件及壓力中之至少一者可經選擇以達成針對光-電有效光伏打轉換而言最佳化之黑體輻射的所要光譜。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電池包含以下各者中之至少一者：即經沈積於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。
在一實施例中，燃料之點火引起高速分數氫反應，產生電漿。電漿可包含完全電離之電漿，其可為光學厚的且可發射其特徵性黑體輻射。在一實施例中，除了可藉助於本發明手段最小化為小分量之熱能及壓力體積能量以外的基本上所有能量均可以光子形式發射。
在一實施例中，允許固體燃料在爆炸之後膨脹，使得形成諸如新生HOH及H之觸媒之氣體密度以便最佳地傳播分數氫反應。在無約束條件下之點火可增加分數氫反應之功率、光及分數氫產物中之至少一者。關於約50至100mg包含Ag+ZnCl2+H2O(74：13：13重量%)之例示性固體燃料糰粒或40mg以200mg：30mg(15重量% BaI2 2H2O)之比率包含Ag(4-7μm)+BaI2 2H2O之固體燃料混合物樣品，用Edgertronic攝影機記錄之高速(18,000幀/秒)視訊顯示，電漿球之半徑為約10cm，其可保持相對靜態持續電漿發射事件之長時間。電漿在約100μs內達成此半徑且電漿球甚至在電流為零之後依然存在。電流衰減之典型時間 為1ms且電漿持續存在之典型時間為10ms。電漿在約4.2公升之相同維持體積下均勻地冷卻。在諸如扭結之Sn絲之對照材料之電弧電漿形成的情況下，僅觀察到弱電漿之連續膨脹。這說明，在一實施例中，分數氫反應需要固定體積與對應的電漿密度來維持新生觸媒HOH及H。諸如Ag+ZnCl2+H2O(74：13：13重量%)及Ag+MgCl2 6H2O(83：17重量%)之燃料之無約束爆炸之可見光及紅外光譜為連續黑體發射，其積分強度為僅銀或鋁之對照電弧電漿之強度的至少5至10倍。在一實施例中，Al DSC盤中之諸如Ti+ZnCl2 4H2O、Ti+MgCl2 6H2O及Ti+H2O之化學輔助的機制可類似於諸如Cu(OH)2+FeBr2之熱固體燃料之機制，可補償約束體積中之爆炸。在一實施例中，可使電極變窄或傾斜以減少爆炸之約束。以無約束方式爆炸之例示性固體燃料為DSC盤中之以下各者中之至少一者：Ag+MgCl2 6H2O、Ag+ZnCl2 4H2O、Ag+CeBr3 7H2O、Ag+BaI2 6H2O、Ag粉+DIW、Ag+CaCl2 6H2O、Ag+MgBr2 6H2O、Ag+水合硼砂、Ag+CeCl3 7H2O、Ag+SrCl2 6H2O、Ag+SrI2 6H2O、Ag+BaCl2 2H2O、Ag+水合鹼金屬鹵化物(諸如LiCl H2O)、Ag+水合硼砂、Ag+KMgCl3．6(H2O)、Ag+水合鹼金屬鹵化物(諸如LiCl H2O)、Cu+MgCl2 6H2O、Cu+ZnCl2 4H2O、Cu+CeBr3 7H2O、Cu+BaI2 6H2O、Cu粉+DIW、Cu+CaCl2 6H2O、Cu+MgBr2 6H2O、Cu+水合硼砂、Cu+CeCl3 7H2O、Cu+SrCl2 6H2O、Cu+SrI2 6H2O、Cu+BaCl2 2H2O、Cu+水合鹼金屬鹵化物(諸如LiCl H2O)、Cu+水合硼砂、Cu+KMgCl3．6(H2O)、Cu+水合鹼金屬鹵化物(諸如LiCl H2O)、NH4NO3。在一實施例中，在電池中維持諸如HOH及H之觸媒中之至少一者之來源。舉例而言，可添加氫氣及水蒸氣中之至少一者或使其流過電池。H2O可藉由在諸如氬氣之流動的惰性覆蓋氣體中鼓泡來添加。
在固體燃料點火電漿膨脹至真空中之情況下觀察到具有在10.1 nm之短波長截止的連續EUV，其中膨脹產生光學薄電漿以及較低密度電漿，其可支持分數氫反應。在H2O電弧電漿之實施例中，過剩壓力之限制消除。在一實施例中，產生電弧電漿且將其維持在氣態H2O中，諸如壓力可高於大氣壓之蒸汽。電池可在能夠在諸如約1托至100atm之壓力範圍的所要壓力下維持電漿氣體之所要氛圍的容器中包含兩個電極。H2O氣體可用高電壓電弧點火，其轉變成高電流低電壓電漿。可調整H2O壓力以達成以高速傳播分數氫反應之電漿密度-溫度條件。電池可維持在蒸汽在所要壓力下冷凝之溫度以上。該蒸汽可由指定水饋料在密封電池中形成。或者，蒸汽可自蒸汽產生器流入電池中。可在陰極與陽極之間形成且維持電弧電漿放電，該陰極及陽極可連接至開關及高電壓電源供應器，諸如包含一組如本發明中及Mills先前公開案中所述之電容器的電源供應器。電壓可在約0.1至100kV範圍內，且電流可在約1mA至100kA範圍內。
在真空壓力下運作之實施例中，觀察到強軟X射線輻射，與分數氫發射為具有10.1nm之短波長截止點之連續軟X射線(122.4eV)一致。在於大氣壓下操作之實施例中，主要觀察到UV、弱可見光及中級近紅外光。分數氫軟X射線輻射使介質電離，其隨後顯示為紫外(UV)及較長波長。經加熱之燃料可視溫度而定發射近紅外光。因為該發射來自電漿，所以基本上所有能量均應該以光子形式發射。在一實施例中，應用此等系統及方法以達成高能光以便有效光伏打轉換成電。在一實施例中，窗口20可透過高能光，諸如UV光。對應的光伏打轉換器可將UV光轉換成電。
電漿混合物可包含諸如添加劑之構件，可將發射EUV或UV之電漿轉換成發射PV轉換器易於利用之較長波長之電漿。舉例而言，高能光可藉由製造光學厚電漿而能量降頻轉換成可見及近紅外波長。光學厚電漿可包含在所要的黑體溫度下之高壓、完全電離之電漿。可藉由控 制燃料之組成及數量、電池氣體及添加劑組成以及諸如壓力及電流之點火參數來控制粉末密度及電離。在包含Ag+ZnCl2水合物之實施例中，近紅外發射(NIR)強度強於可見發射。舉例而言，吸濕ZnCl2可降頻轉換與Ag+BaI2 2H2O燃料之BaI2 2H2O有關之光能。H2O及ZnCl2中之至少一者可用於將UV降頻轉換成匹配諸如聚光電池之商用PV電池之較長波長。H2O在諸如NIR之長波長下為光學厚的；因此，可控制至PV之路徑長度中之H2O蒸氣壓以維持對NIR光之透光度。ZnCl2為另一候選者。
短波長光可藉由電池中所維持之氣體降頻轉換成較長波長光。該氣體可吸收諸如UV之短波長光且以合乎需要之較長波長光形式再發射光。諸如可見光之再發射之光可能能夠PV轉換成電。吸收諸如UV之短波長光且以較長波長再發射之例示性氣體為稀有氣體，諸如氙氣；及分子氣體，諸如H2O及N2。可調整氣體壓力以使自短波長至所要波長之轉換達最佳。可使用磷光體在SF-CIHT中將UV轉換成可見光，該等磷光體諸如將來自Hg蒸氣放電之UV轉換成可見光之螢光燈中所用的磷光體。磷光體可包含晶體磷光體，諸如MgWO4及(ZnBe)2SiO4．Mn之混合物，或單組分磷光體，諸如藉由銻及錳活化之鹵代磷酸鈣。磷光體可併入燃料中或可塗佈在光學組件上，諸如至少一個窗口，諸如20或20c。熟習此項技術者已知之例示性磷光體為過渡金屬及稀土金屬化合物。其他例示性磷光體在鏈路http：//en.wikipedia.org/wiki/Phosphor下給出，其以全文引用的方式併入本文中。磷光體可經選擇以使因光子降頻轉換所致之能量損失降到最低。在一例示性實施例中，磷光體可包含黑光磷光體，諸如經銪摻雜之氟硼酸鍶(SrB4O7F：Eu2+)、經銪摻雜之硼酸鍶(SrB4O7：Eu2+)、經鉛摻雜之矽酸鋇(BaSi2O5：Pb+)、鉛活化之偏矽酸鈣、銪活化之焦硼酸鍶、SrP2O7、Eu、SrB4O7、Eu、BaSi2O5、Pb、SrAl11O18、Ce或MgSrAl10O17、 Ce。
在一實施例中，藉由分數氫反應以光、熱及電漿中之至少一者之形式釋放之能量對發射體進行加熱，該發射體諸如耐高溫發射體，諸如碳或耐火金屬，諸如鉬、鎢；氣體渦輪機或噴射引擎中所用之金屬或合金，諸如超合金，諸如合金718、赫史特合金(Hastelloy)、英高鎳(Inconel)、斯帕洛伊合金(Waspaloy)、雷內合金(Rene alloy)、MP98T、TMS合金、CMSX單晶合金、鋁化鈦、陶瓷及經陶瓷塗佈之金屬或合金。高溫可在約1000K至4000K範圍內。在一實施例中，光穿透窗口(諸如石英或藍寶石窗)且加熱發射體。經加熱之發射體發射黑體輻射，該黑體輻射可使用諸如NIR電池(諸如InGaAs或Ge電池)之光伏打電池或藉由使用熱光伏打電池轉換成電。在一實施例中，發射體可包含圍繞電池中之電極可發射光穿過窗口20之部分外罩或外罩。
在一實施例中，諸如燃料糰粒之固體燃料樣品在浸沒在水下之同時點火。該點火可藉由高電流達成。電壓可為低的。例示性高點火電流可在約100至100,000A範圍內，且例示性低電壓可在約1V至100V範圍內。所釋放之能量可加熱水。水可轉換成蒸汽。經加熱之水及蒸汽中之至少一者可直接使用。或者，可使用蒸汽渦輪機及發電機將蒸汽轉換成電。
在一實施例中，固體燃料包含氫來源及觸媒來源，其不氧化諸如金屬粉末基質之傳導性基質。非氧化性燃料可包含氫氣。非氧化性燃料可包含烴。烴之氫可充當用於形成分數氫之H及H觸媒反應物。烴可噴射至電極間區域中。烴可噴射至旋轉的滾筒電極之接觸區域中。該旋轉可將燃料輸送至接觸區域中進行點火。諸如金屬粉末之傳導性基質可噴射至電極間區域中。包含諸如金屬粉末之傳導性基質及烴之分數氫反應混合物可同時或單獨地分別自相同或不同噴射器噴射，從而構成燃料。該燃料可藉由諸如藉由滾筒電極之旋轉之手段輸送以經歷 點火。
點火產物可藉由本發明之氣動手段、諸如藉由抽吸來收集。粉末點火產物(諸如包含諸如金屬粉末之傳導性基質之粉末點火產物)可藉由抽吸至過濾器上來收集。未點火之烴可經收集且亦進行再循環。產物可經輸送且用於復原燃料。燃料可藉由向傳導性基質中添加烴來復原。可直接添加烴以形成可噴射之燃料。或者，可分別地噴射所回收之傳導性基質及烴，其中其在同步噴射至點火系統中之情況下形成燃料。
在其中可投射粒子可藉由點火爆炸及旋轉滾筒8中之至少一者朝向窗口20向上跨越之實施例中，抑制或阻擋該等粒子以免衝擊在電池頂部之窗口20。該抑制及阻擋可藉由氣體自再循環系統、諸如自旋風分離器80之氣體回流導管18之流動來達成。在一實施例中，該等粒子可帶電，且該抑制及阻擋可藉由磁場達成，諸如磁路之磁場。磁場及磁路通量中之至少一者可具有來自點火系統之電流的貢獻。磁路可包含鐵磁性材料。磁場可包含電磁鐵(諸如常導磁鐵或超導磁鐵)及永久磁鐵中之至少一者。
在另一實施例中，該抑制及阻擋可藉由外加電場達成。電場可排斥離子。電場可藉由至少一個電極對施加，粒子流動穿過該等電極。電極可產生電暈放電，引起粒子帶電，且將粒子吸引至相對電極進行收集。粒子移除可藉由電流流過粒子-電池氣體混合物來達成。粒子抑制及阻擋系統可包含實質上類似於熟習此項技術者已知之靜電沈澱器之系統的系統。在一實施例中，增加壓力以減小燃料爆炸之後，點火產物之速度。靜電沈澱器可包含至少一個帶負電之中心導線及至少一個帶正電之粉末收集板。該板可圍繞導線環繞。靜電沈澱器可包含複數個中心導線及收集板，該等收集板可為環形的，諸如管子。在一實施例中，靜電沈澱器板定位成至少部分地在來自電池之光的視線之 外。在一實施例中，靜電沈澱器電極或板定位在其中不存在來自點火製程之電漿以電力縮短該等板之電池區域中。例示性位置為在本發明擋板上方之位置。在一實施例中，靜電沈澱器可為再循環系統之元件，其中電漿不存在於諸如旋風分離器中。小粒子可藉由諸如絲電極之中心電極帶電，且該等粒子可藉由環形電極收集，諸如包含旋風分離器或靠近旋風分離器之壁的電極。靜電沈澱器可移除旋風分離器難以移除之小粒子，諸如大小範圍諸如約小於10μm直徑。旋風分離器可具有結構修改，諸如變寬部分，諸如用於減慢或停止氣體速度以允許粒子黏附至靜電沈澱器電極板且下落至諸如粒化機之所要系統中之球狀物。收集電極或板可使材料下落至旋風分離器底部中。氣旋氣流亦可移走所收集之粒子且將其輸送至旋風分離器底部。該移走可藉由機械構件達成，諸如振動構件及本發明之其他機械沈積糟。該等板可為產物非黏附板，諸如本發明之彼等板。管狀收集板之直徑可足夠大，使得來自點火製程之光之射線路徑實質上不攔截該板。在有效無限半徑之限制中，沒有射線路徑將攔截帶正電之板。所收集之點火產物可藉由本發明之清潔構件連續地或間歇地移除，該清潔構件諸如噴氣口、氣刀、如在氣體流動穿過本發明之穿孔電池壁的情況下迫使穿過電極板中之穿孔之氣體以及機械清潔，諸如超音波應用或藉由機械刮刀。可間歇地或連續地更換電極，其中該清潔可在距入射光區域遠處執行。在一例示性實施例中，靜電沈澱器電極可諸如在皮帶上移動，或其可包含移動之皮帶。點火系統可進一步包含抛物面鏡。可清潔該鏡子。舉例而言，該鏡子可用空氣射流連續清潔。管壁之半徑可足以避免實質上攔截直接地或來自抛物面鏡之任何射線路徑。在較高壓力下，由於諸如氬氣之電池氣體之擊穿電壓增加，故該管可製備得較大。
在另一實施例中，粒子抑制及阻擋系統可包含加壓氣體噴口。或者，加壓氣體可流動穿過穿孔窗口20c之穿孔。氣體可自旋風分離器80 之頂部流動穿過氣體回流導管81(圖2G1e3)。在一實施例中，來自噴氣口之氣流可包含燃料再循環系統，其中可進一步施加加壓氣體以使點火產物再循環。
在一實施例中，對點火產物對SF-CIHT電池之反射及可透射表面(諸如電池壁)、任何鏡子(諸如抛物面鏡)及任何窗口(諸如通向PV轉換器之窗口)的接觸及黏附中之至少一者進行阻擋及抑制中之至少一者。反射及可透射表面可包含經拋光之光滑表面，諸如在反射表面之情況下為拋光金屬，及任何點火產物黏附性污染物之清潔，諸如潤滑脂。可藉由點火製程及至少一個加熱器中之至少一者將表面加熱至高溫，其中該高溫減少了點火產物之黏附。電池壁可包含能夠承受高溫操作、高度反射、對點火產物黏附具有抗性中之至少一者的材料。電池壁可包含不形成氧化物塗層之材料或鍍層，諸如Ag、Au、Pt、Pd或其他貴金屬。電池壁可包含形成氧化物之材料或鍍層，諸如Al、Ni或Cu。可施加諸如振動或超音波之機械攪動，使得點火產物粉末將不太能夠黏附。在一實施例中，諸如電池壁之SF-CIHT電池表面可包含聲學揚聲器，其在某一頻率及振幅下振動，防止點火產物粉末黏附，使得電池壁保持來自固體燃料點火之入射光的反射。可藉由以下各者中之至少一者進一步防止點火產物黏附至表面：使用氣壁及靜電排斥或藉由使用靜電集塵器移除點火產物。
在一實施例中，電池壁可用穿孔或噴氣口反射。穿孔或噴口之加壓氣體可在兩個並聯板之間流動，該等板包含氣體供應導管之壁。具有氣體穿孔或噴口之一個板可面向電池且該導管之另一個鏡壁可定位成用於使光穿過氣體穿孔或噴口反射回電池中。穿孔壁之背面亦可裝上鏡子，使得可在該等壁之間發生多次反射，從而允許光返回電池。在另一實施例中，穿孔或噴口可相對於表面之某一角度定向。穿孔可具有諸如錐形之幾何形狀以達成氣體擴散。包含噴口或氣體穿孔之壁 可包含篩網或網孔，諸如1至50μm目篩網。篩網可包含不鏽鋼或其他耐腐蝕金屬或合金。穿孔或噴口可起作用以在壁處理想地形成均勻氣體壓力屏障，該屏障將妨礙粉末點火產物對電池壁之接觸及黏附中之至少一者。亦可對點火產物及壁中之至少一者施加靜電充電，引起前者與後者相排斥，從而防止粉末黏附至壁上。穿過電池之氣流可輸送點火產物粉末以使燃料再循環。
在一實施例中，向上傳播之點火產物入射在屏障或擋板上，諸如光可透射之屏障，諸如窗口，諸如窗口20及穿孔窗口組合20c。該屏障阻礙向上之粒子軌跡。隨後移除減速之粒子。該移除可藉由本發明手段達成，諸如以氣動方式，諸如藉由抽吸或吹氣。在一實施例中，藉由抽吸移除減速粒子。可抽吸至實質上可開放之旋風分離器。對應的再循環系統可包含無導管設計或呈盒設計之盒。屏障或擋板可減慢來自點火之粒子之速度，從而允許藉由本發明之靜電沈澱器移除粒子。擋板可包含耐熱且耐黏附之透明材料，諸如藍寶石、熔融石英、熔融二氧化矽、石英及諸如石英之透明基板上之藍寶石中之至少一者。該擋板可透過紫外光。適合擋板包含藍寶石、LiF、MgF2及CaF2中之至少一者。該擋板可包含透鏡，其可對來自燃料點火之光執行聚焦及漫射中之至少一者，從而在通向光-電轉換器之光圈兩端形成平均分佈，該光-電轉換器諸如光伏打轉換器、光電轉換器及熱離子轉換器中之至少一者。擋板透鏡可成形成用於接收入射點火光且使其在光-電轉換器上聚焦，該光-電轉換器諸如光伏打轉換器、光電轉換器及熱離子轉換器中之至少一者。透鏡可至少部分地凹入以將光擴散出去。在另一實施例中，漫射光可藉由可至少部分地凸出之透鏡較聚焦及集中。在一實施例中，亦可對點火產物及擋板、壁及窗口中之至少一者施加靜電充電，引起前者與後者相排斥，從而防止粉末黏附至壁上。穿過電池之氣流可輸送點火產物粉末以使燃料再循環。可藉由電極進 行充電，該等電極諸如本發明靜電沈澱器之彼等電極。在諸如擋板及窗口之透明組件的情況下，電極可包含細柵格導線或透明導體，諸如透明導電氧化物(TCO)，諸如氧化銦錫(ITO)、經氟摻雜之氧化錫(FTO)及經摻雜之氧化鋅及熟習此項技術者已知之其他透明導體。
SF-CIHT發電機可包含藍寶石元件，諸如用於透明或反射電池組件中之至少一者的板、瓷磚或邊框，諸如擋板、窗口及電池壁。各透明藍寶石元件可具有背板鏡(backing mirror)。該鏡子可用真空間隙隔開以減少熱傳遞。該組件可進一步包含環繞藍寶石元件及鏡子中之至少一者的附加輻射屏蔽、絕熱材料及冷卻系統。藍寶石可在足以防止點火產物黏附之高溫下操作。藍寶石可在點火產物蒸發掉之溫度下操作。可藉由諸如噴霧之手段添加H2O，從而達成以下各者中之至少一者：冷卻擋板及潤濕點火產物，從而增強其再循環之容易性。潤濕之點火產物由於在接觸時形成蒸汽而可呈珠狀離開組件，該等組件諸如壁及光學組件，諸如窗口及擋板。水噴霧亦可冷卻至少一種電池組件，諸如擋板、壁及窗口中之至少一者。可使用其他材料作為元件，該等材料諸如LiF、鹼土金屬鹵化物(諸如氟化物，諸如MgF2、CaF2及BaF2及CdF2)、石英、熔融石英、UV玻璃、硼矽酸鹽及紅外矽(Infrasil)(ThorLabs)。該元件可在使黏附降到最低之溫度下操作，其中黏附能量可在高溫下降到最低。該元件材料可具有低的點火產物表面吸收能且具有對於PV轉換有利的波長內之光功率而言高的透射率。在一實施例中，點火產物包含至少一種組分，諸如實質上非黏附至電池壁及窗口之傳導性基質。在一實施例中，非黏附基質包含銀。壁可包含抗點火產物之黏附之材料，諸如金屬，諸如銀或氣密性密封之銀，諸如具有諸如藍寶石或二氧化矽之鏡子密封劑之銀。在一例示性實施例中，膜為約100nm厚。膜可小於約40μm厚。在另一實施例中，Ag之高反射率可藉由在Al上施加薄的Ag塗層而延伸至400nm以下，諸如 延伸至200nm，其中UV區中之較短波長經Ag透射且藉由底層Al反射。在一實施例中，壁包含能夠具有在UV波長下之高反射率的材料，諸如經MgF2塗佈之Al。壁可在鋁上包含氟化物薄膜，諸如MgF2或LiF膜或SiC膜。壁可在諸如Ag或Ag-Cu合金之點火產物可黏附之溫度以下，諸如200℃以下操作。壁可藉由使水經歷自液體至蒸汽之相變同時將蒸汽維持在所要最高溫度(諸如200℃)以下來冷卻。在其他實施例中，壁可在較高溫度下操作，其中可施加噴氣口、振動或本發明用於移除黏附性點火產物之其他方法。可使用具有高反射率之其他例示性適合反射塗層，諸如以下各者之組中之至少一者：貴金屬、鉑、釕、鈀、銥、銠及金及銀。
在一實施例中，黏附性點火產物可藉由噴氣口或氣刀、藉由振動、藉由加熱及藉由轟擊或蝕刻中之至少一者移除。轟擊或蝕刻可藉由離子達成。該等離子可包含稀有氣體離子，諸如由電池氣體形成之彼等離子。該等離子可藉由放電形成，諸如電暈放電。該等離子可藉由外加電場加速。可控制離子能量以移除黏附性點火產物，同時避免顯著蝕刻電池組件，諸如電池壁或光學元件，諸如窗口，諸如窗口20及20c。
在一實施例中，點火產物可藉由用諸如水之液體沖洗來移除。該液體可藉由液體噴口施加。沖洗液可收集在槽中。過量液體(諸如水)可藉由以下各者中之至少一者移除：濕式洗滌器，諸如此項技術中已知之濕式洗滌器，諸如經垂直(逆流)或水平(交叉流)組態之彼等濕式洗滌器；及藉由抽吸之篩網或膜，諸如本發明之彼等篩網或膜。濕式洗滌器可包含以下各者中之至少一者：噴霧塔、文氏管洗滌器(Venturi scrubber)、冷凝洗滌器及霧氣清除機，諸如旋風分離器。濕式洗滌器可包含以下各者中之至少一者：飽和器、文氏管洗滌器、霧沫分離器、再循環泵、再循環液體(諸如水)及風扇及管道系統。
光分配系統及光伏打轉換器26a(圖2C)可為模組化且可縮放的。光功率可藉由以下各者來增加：增加間歇點火之點火頻率、使點火波形之參數最佳化、選擇提供較多功率之燃料組成、增加燃料流動速率、增加諸如滾筒或齒輪電極8之旋轉電極之旋轉速率及半徑、增加塗佈在旋轉電極上之燃料之量及增加諸如滾筒或齒輪電極8之旋轉電極之寬度。光伏打轉換器可包含聚光電池，諸如三重接面電池、c-Si電池及GaAs電池。在一實施例中，光伏打電池中之每一者包含遠紫外、紫外、可見、近紅外及紅外光伏打電池中之至少一者。光分配系統及光伏打轉換器可基於所要輸出功率縮放，其中光功率經控制以產生用於達成所要電輸出之所要位準。可藉由增加以下各者來增加規模：電池26及窗口20之光輸出面積、光分配系統及光伏打轉換器26a之大小、PV電池或面板15之數目、PV電池15之效率、PV電池15之強度容量、半透明鏡23之數目及寬度以及鏡子及PV面板26a之柱高。該等組件可經模組化。舉例而言，可添加附加電極區段以增加電極寬度，且可使用對應的附加模組增加光學分配及PV轉換器系統之數目及柱高，從而增加功率容量。
在一實施例中，發電機可包含安全系統，諸如連鎖開關，其用於防止向滾筒電極施加電力直至滾筒以某一速度旋轉為止，該速度賦予點火燃料足以防止來自點火之壓力及電漿對滾筒造成實質性破壞的速度。
在一實施例中，包含旋轉泵之旋轉電極將漿料維持在槽5中。在一實施例中，抛物面鏡14頂部與藉由圖2G1之百葉窗式風扇20a及圖2G1、圖2G1a、圖2G1b及圖2G1c之導管鼓風機中之至少一者維持之漿料之間的壓力差使得電池可在相對於重力與槽5中所維持之漿料成任何定向下操作，同時存在進入點火區域中之固體燃料流及至槽之回流。舉例而言，一個大氣壓之壓力梯度可補償等於105N/m2之燃料重 量/單位面積。
發電機可在正壓力下，使得用於使燃料流再循環之物料流相對於槽5在正壓力下，其中當將燃料輸送至點火區域時，藉由燃料之移除發生壓降。在另一實施例中，發電機可連接至可旋轉支撐件，其連接至諸如航空器或衛星之結構，該可旋轉支撐件具有複數個旋轉自由度，使得該發電機可相對於該結構之旋轉而轉動，從而維持發電機相對於地球重力之立式定向。例示性可旋轉支撐件緊固至具有迴轉儀之結構。
在一實施例中，SF-CIHT發電機可包含環形配置至SF-CIHT電池1以便減小雜訊之真空腔室。在一替代實施例中，該電池包含主動雜訊抑制，諸如雜訊消除系統，諸如熟習此項技術者已知之彼等系統。在一實施例中，SF-CIHT發電機及任何時變電子組件(諸如用於對燃料點火之電源)中之至少一者可包含經塗佈之傳導性腔室，諸如經環形配置以便降低電磁干擾的經鎳塗佈之腔室。
在另一實施例中，藉由磁場或電場約束中之至少一者約束電漿以使電漿與光子-電力轉換器之接觸降到最低。磁性約束可包含磁瓶。磁性約束可由赫爾姆霍茲線圈6d提供。在又一實施例中，該轉換器將電漿中之帶電或中性物質(諸如高能電子、離子及氫原子)之動能轉換成電。此轉換器可與電漿接觸以接收高能物質。
在一實施例中，SF-CIHT發電機包含氫催化電池，其產生具有由方程(1)給出之結合能之原子以及電子激發態原子及離子之密集群體中之至少一者，諸如燃料材料之彼等原子及離子。藉由自發發射或受激發射以光子形式發射功率。使用本發明之光子-電力轉換器，諸如光電或光伏打電池，將光轉換成電。在一實施例中，電力電池進一步包含本發明之氫雷射器。
在一實施例中，光子執行以下各者中之至少一個動作：傳播至光伏打電池且入射在該該光伏打電池上，且離開雷射空腔之半透明鏡且 照射光伏打電池。非相干功率及雷射功率可使用光伏打電池轉換成電，如光伏打電池將雷射功率轉換成電力之以下參考文獻中所述，該等參考文獻以全文引用之方式併入本文中：L.C.Olsen,D.A.Huber,G.Dunham,F.W.Addis,「High efficiency monochromatic GaAs solar cells」，第22屆IEEE光伏打專家會議之會議記錄(Conf.Rec.22nd IEEE Photovoltaic Specialists Conf.),Las Vegas,NV，第I卷，十月(1991)，第419-424頁；R.A.Lowe,G.A.Landis,P.Jenkins,「Response of photovoltaic cells to pulsed laser illumination」,IEEE Transactions on Electron Devices，第42卷，第4期，(1995)，第744-751頁；R.K.Jain,G.A.Landis,「Transient response of gallium arsenide and silicon solar cells under laser pulse」,Solid-State Electronics，第4卷，第11期，(1998)，第1981-1983頁；P.A.Iles,「Non-solar photovoltaic cells」，第21屆IEEE光伏打專家會議之會議記錄(Conf.Rec.21st IEEE Photovoltaic Specialists Conf.),Kissimmee,FL，第I卷，五月，(1990)，第420-423頁。
在光功率及雷射功率轉換器中之至少一者之實施例中，使用波束成形光學裝置，光束及雷射束中之至少一者減少且在較大區域內傳播，如L.C.Olsen,D.A.Huber,G.Dunham,F.W.Addis,「High efficiency monochromatic GaAs solar cells」，第22屆IEEE光伏打專家會議之會議記錄，Las Vegas,NV，第I卷，十月(1991)，第419-424頁中所述，其以全文引用的方式併入本文中。波束成形光學裝置可為透鏡或漫射體。電池1可進一步包含用於將光引導至光伏打裝置上之鏡子或透鏡。鏡子亦可存在於電池壁中以增加光之路徑長度，諸如用於維持激發態之氫萊曼系列發射(hydrogen Lyman series emission)，該等激發態可藉由碰撞或光子進一步激發。
在另一實施例中，使用光伏打裝置將來自基於水之燃料電漿之自 發或受激發射轉換成電力。自發或受激發射中之至少一者至電之轉換可使用現有光伏打(PV)電池以顯著功率密度及效率達成，該等光伏打電池具有與該等波長匹配之能帶隙。本發明電力轉換器之對紫外及遠紫外光起反應的光電池包含輻射硬化之習知電池。由於光子之較高能量，故相比於轉換較低能量光子之彼等效率而言，有可能可達成較高效率。該硬化可藉由保護塗層達成，該保護塗層諸如鉑或其他貴金屬之原子層。在一實施例中，光伏打裝置具有高的能帶隙，諸如由氮化鎵構成之光伏打裝置。
在使用光伏打裝置進行功率轉換之實施例中，高能光可藉由磷光體轉換成較低能量之光。在一實施例中，磷光體為將電池之短波長光有效地轉換成長波長光之氣體，光伏打裝置對該長波長光較有反應。磷光體氣體百分比可在任何所要範圍內，諸如在約0.1%至99.9%、0.1%至50%、1%至25%及1%至5%之至少一個範圍內。磷光體氣體可為惰性氣體，諸如稀有氣體，或藉由爆炸成為氣體之元素或化合物之氣體，諸如金屬，諸如鹼金屬、鹼土金屬或過渡金屬。在一實施例中，氬氣包含如爆炸以發射出適用於光伏打轉換成電之可見光範圍中之亮光中所用的氬燭。在一實施例中，將磷光體塗佈在電池1之透明壁上，使得藉由經激發之磷光體發射之光子較密切匹配可圍繞經磷光體塗佈之壁之光伏打裝置的峰值波長效率。在一實施例中，向電漿中添加形成準分子之物質以吸收來自分數氫形成之功率且促進大量激發態粒子數及反轉粒子數中之至少一者的形成。在一實施例中，固體燃料或所添加之氣體可包含鹵素。可添加至少一種稀有氣體(諸如氦氣、氖氣及氬氣)，以便形成準分子。該功率可藉由準分子自發或雷射發射提取。光功率入射光伏打轉換器6且轉換成電。
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，從而降低高能光子至較長波長光子之降頻轉換之速率以及EUV及UV光至較低能量較長波長光子之轉換之程度中之至少一者。功率譜波長範圍亦可藉由向固體燃料中添加其他覆蓋氣體(諸如稀有氣體，諸如氬氣)及添加劑來改變，諸如以下各者中之至少一者：金屬，諸如過渡金屬；及至少一種無機化合物，諸如金屬化合物，諸如鹼金屬、鹼土金屬及過渡金屬鹵化物、氧化物及氫氧化物中之至少一者。
在此例示性實施例中，SF-CIHT電池電力產生系統包括經組態以捕獲由燃料點火反應產生之電漿光子且將其轉換成可用能量的光伏打電力轉換器。在一些實施例中，高轉換效率可為所要。該反應器可沿多個方向，例如至少兩個方向排出電漿，且反應半徑可為約若干毫米至若干公尺之規模，例如半徑約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3顯示在滴落至水儲集器中之前包含自銀熔融物之氣體處理所吸收之H2及H2O之80mg銀丸粒之點火之120nm至450nm區域中之例示性絕對光譜，顯示出172kW之平均光功率，基本上全在紫外光譜區中。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。高強度UV發射之持續時間為約1ms。對照光譜在UV區域中為平的。在一實施例中，電漿基本上100%電離，此可藉由量測H巴耳麥α譜線之斯塔克變寬(Stark broadening)來證實。固體燃料之輻射諸如譜線及黑體發射中之至少一者，可具有在約2至200,000個太陽、10至100,000個太陽、100至75,000個太陽之至少一個範圍內之強度。
根據維恩位移定律(Wien's displacement law)[A.Beiser,Concepts of Modern Physics，第四版，McGraw-Hill Book Company,New York,(1978)，第329-340頁]，在T=6000K下，黑體中具有最大能量密度之波 長λmax為
斯特藩-玻耳茲曼定律(Stefan-Boltzmann law)[A.Beiser,Concepts of Modern Physics，第四版，McGraw-Hill Book Company,New York,(1978)，第329-340頁]使由每單位面積物體輻射之功率R等於發射率e乘以斯特藩-玻耳茲曼常數σ乘以溫度之四次方T 4 。
R=eσT 4 (211)
針對包含黑體之光學厚電漿而言，發射率e=1，σ=5.67X10-8 Wm -2 K -4，且所量測之黑體溫度為6000K。因此，由經點火之固體燃料輻射之每單位面積之功率為R=(1)(σ=5.67X10-8 Wm -2 K -4)(6000K)4=7.34X107 Wm -2 (212)
在電漿為穩態之情況下，6000K電漿球之半徑r ps 可自R及爆炸典型功率P 爆炸 計算，該爆炸典型功率P 爆炸 藉由1000J爆炸能E 爆炸 與20×10-6 s爆炸時間τ之商得到
在膨脹電漿的情況下，平均半徑藉由1/2乘以膨脹速度(諸如音速343m/s)乘以爆炸持續時間(諸如25μs至5ms)得到。
在6000K平均黑體溫度下，膨脹電漿球之例示性平均半徑為23cm。根據Beiser[A.Beiser,Concepts of Modern Physics，第四版，McGraw-Hill Book Company,New York,(1978)，第329-340頁]，半徑23cm之體積中之光子之總數N為
根據Beiser[1]，光子之平均能量為
附加電漿溫度、電漿發射率、每單位面積輻射之功率、電漿半徑、光子總數及光子之平均能量在本發明之範疇內。在一實施例中，電漿溫度在約500K至100,000K、1000K至10,000K及5000K至10,000K之至少一個範圍內。在一實施例中，電漿發射率在約0.01至1、0.1至1及0.5至1之至少一個範圍內。在一實施例中，根據方程(212)，每單位面積輻射之功率在約103Wm-2至1010Wm-2、104Wm-2至109Wm-2及105Wm-2至108Wm-2之至少一個範圍內。在一實施例中，根據每單位面積輻射之功率R及藉由爆炸能E 爆炸 與爆炸時間τ之商得到之爆炸功率P 爆炸 ，光子之半徑及總數分別藉由方程(213)及(214)給出。在一實施例中，該能量在約10J至1GJ、100J至100MJ、200J至10MJ、300J至1MJ、400J至100kJ、500J至10kJ及1kJ至5kJ之至少一個範圍內。在一實施例中，該時間在約100ns至100s、1μs至10s、10μs至1s、100μs至100ms、100μs至10ms及100μs至1ms之至少一個範圍內。在一實施例中，該功率在約100W至100GW、1kW至10GW、10kW至1GW、10kW至100MW及100kW至100MW之至少一個範圍內。在一實施例中，該半徑在約100nm至10m、1mm至1m、10mm至100cm及10cm至50cm之至少一個範圍內。在一實施例中，根據方程(214)，光子之總數在約107至1025、1010至1022、1013至1021及1014至1018之至少一個範圍內。在一實施例中，根據方程(215)，光子之平均能量在約0.1eV至100eV、0.5eV至10eV及0.5eV至3eV之至少一個範圍內。
e. UV光伏打光-電轉換器系統、光電子光-電轉換器系統、軌道槍噴射器及重力及電漿軌道槍回收系統
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。電力轉換器可為將高能電子之動能轉換成電之直接電力轉換器。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電力轉換器。例示性熱離子陰極可包含經鈧摻雜之鎢。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體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，其可在窗口20之外部。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℃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、布雷頓及此項技術中已知之其他熱引擎之熱電及熱引擎在本發明之範疇內。
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，其響應於自該電池發射之光之實質性波長範圍，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中之至少一者的銀丸粒。光發射可主要包含 紫外光，諸如在約120nm至300nm之波長範圍內之光。PV電池可響應於約120nm至300nm之波長範圍之至少一部分。PV電池可包含第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結合。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結合層或機械堆疊。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轉換器可具有實質上可透過其所響應之光的保護性窗口。該窗口可透過至少10%響應光。該窗口可透過UV光。該窗口可在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。其他適合之窗包含LiF及CaF2。該塗層可藉由沈積、諸如氣相沈積來施加。
SF-CIHT電池電力轉換器可包含光電子(PE)轉換器。光電子效應包含當藉由普朗克方程(Planck's equation)得到之光子能超過功函數Φ時，具有該功函數之材料(諸如金屬)吸收光子且噴射電子。關於具有能量hv之光子，受激電子之總能量為hv，其中超過自金屬逸出所需之 功函數Φ的過量以動能 m e v 2形式出現，其中h為普朗克常數，v為光子 頻率，m e 為電子質量，且v為電子速度。能量守恆要求該動能為所吸收之光子之能量與該金屬之功函數(其為結合能)之間的差值。關係式為
由於所發射之電子產生之電流與輻射強度成比例。本發明之光-電轉換器(諸如紫外光-電轉換器)利用光電子效應將光子能轉換成電能。熱亦可輔助電子之噴射，電子之噴射可促成裝置之電流。光-電轉換器可包含光電電力轉換器，其包含圖2G1e4中所示之至少一個電池，各自能夠接收入射光，諸如紫外光205，包含透明套管201、光陰極或電子發射體204、陽極或電子收集器202、隔離空間(諸如抽空之電極間空間203)及陰極與陽極之間經由負載206的外部電連接207。當暴露於光及熱中之至少一者時，陰極204發射電子，該等電子藉由陽極202收集，該陽極藉由間隙或空間203與陰極隔開。在一實施例中，光陰極204之功函數高於陽極202，其中當電池暴露於光(諸如紫外光)時，前者充當電子發射體且後者充當電子收集器。兩個電極之不同材料之間的功函數之差異用以加速電子自較高功函數光陰極至較低功函數陽極，從而提供用於在外電路中執行有用功之電壓。陽極之功函數可為低的，從而增強對負載之電池功率輸出。光電子電池進一步包含用於將電子傳導至光陰極之電連接207及用於自陽極移除電子之電連接。該等電連接可包含藉由跨越有電流流過之負載206連接之電路。該電池可密封。間隙203可在真空中。
在實施例中，光陰極可分成兩組：圖2G1e4中所示之透射或半透明及圖2G1e5及圖2G1e6中所示之反射或不透明。參看圖2G1e4，半透明光電電池實施例通常包含在透明窗口201上之塗層，該等窗口諸如藍寶石、LiF、MgF2及CaF2、其他鹼土金屬鹵化物(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)，其 中光照在光陰極204之一個表面上且電子自204之相對表面離開。在「半透明」模式實施例中，該電池包含光陰極204、陽極202及電極203之間的分隔間隙，且輻射205穿過窗口201進入電池，在該窗口上光陰極204沈積在電池內部上。自光陰極204之內表面，諸如間隙或真空界面203發射電子。
圖2G1e5及圖2G1e6中所示之不透明或反射型光電電池實施例通常包含形成於不透明金屬電極基底上之光陰極材料，其中光進入且電子自同一側離開。變化為雙重反射類型，其中金屬基底為鏡樣的，引起在不引起發射之情況下通過光陰極之光反彈回來，在吸收及光發射下進行第二次通過。在「不透明」模式實施例中，圖2G1e5中所示之電池包含透明套管201、光陰極204、透明陽極208、隔離空間(諸如抽空之電極間空間203)及陰極與陽極之間經由負載206的外部電連接207，其中諸如UV輻射205之輻射進入電池且直接入射在光陰極204上。輻射在間隙203(諸如真空間隙界面)進入陰極204，且電子自同一界面發射。參看圖2G1e6，光205可穿過透明窗口201進入電池，在窗口201之內部側面上具有陽極，諸如柵格陽極209。不透明模式可視為包含直接照明陰極，其中入射輻射首先穿過窗口201、陽極208或209及間隙203。
在一實施例中，SF-CIHT發電機之電池可維持在真空中。光電(PE)轉換器可包含光陰極、柵格陽極及電極之間的真空空間，其中該真空與電池之真空連續。在一實施例中，PE轉換器可不存在窗口。
電極之電連接柵格可包含光伏打電池之柵格，諸如細線柵格，其中光可通過柵格線之間。此類網格為熟習此項技術者已知的。複數個光電子效應電池可以串聯及並聯中之至少一者連接以達成所要電壓及電流。該等收集可達成較高電流及較高電壓中之至少一者。舉例而言，電池可串聯連接以增加電壓，且電池可並聯連接以增加電池電流。柵 格及互連可連接到至少一個匯流排26b以將較高功率攜帶至負載，諸如攜帶至SF-CIHT電池之功率調節設備3及寄生負載及功率輸出6(圖2c1)。
以自由電子流形式自光陰極至陽極之電流發射使得在間隙中產生空間電荷。藉由柴耳得-蘭牟方程(Child Langmuir equation)得到由於空間電荷所致之反向V SC ：
其中J為電流密度，m e 為電子質量，ε 0為電容率，e為電子電荷，且d為電極間隔距離，對應於電極之間的間隙。在一實施例中，光電電池之電壓V PE 藉由光陰極之功函數Φ C 與陽極之功函數Φ A 之差值得到，該差值藉由反向負空間電荷電壓V SC 校正V PE =Φ C -Φ A +V SC (218)
光電子電池功率密度P PE 可藉由光電電池電壓V PE 與電流密度J之乘積得到：P PE =V PE J (219)
使用方程(217-219)，採用電流密度J及電極間隔d之所選擇之值，反向空間電荷電壓V SC 、光電電池電壓V PE 及功率密度P PE 在表9中給出。
在一實施例中，間隙或電極間隔d在約0.1μm至1000μm、1μm至100μm、約1μm至10μm及約1至5μm之至少一個範圍內。間隙間距可藉由諸如氧化鋁或氧化鈹之絕緣隔片達成。在一實施例中，光電子效應電池進一步包含用於施加電子收集電壓以在指定電流及功率密度下改善空間電荷及其電壓的電壓源。例示性外加電壓為在藉由方程(217)得到之電壓之相反電壓之約±50%內。溫度可維持低的，諸如小於500℃，從而避免會在間隙兩端導致短路之熱畸變效應。在於高溫下操作之實施例中，間隙可大於3至5μm以避免近紅外損失。可在諸如在500℃至3500℃範圍內之高溫下利用熱離子以及光電子發射。
在一實施例中，各自包含兩個藉由間隙隔開之電極之個別光電電池可單獨地密封。該間隙可維持在小於大氣壓之壓力、大氣壓或高於大氣壓之壓力下。該間隙可維持在真空中。在實施例中，間隙壓力可維持在約0托至10,000托、10-9托至760托、10-6托至10托及10-3托至1托之至少一個範圍內。在一實施例中，各自包含兩個藉由間隙隔開之電 極之個別光電電池可單獨地拆封且容納在能夠維持密封電池壓力之容器中。該容器可為剛好容納光電電池之容器。在另一實施例中，該容器可包含SF-CIHT電池。在一實施例中，該間隙可含有用於減少來自從陰極發射之電子之空間電荷的材料。例示性材料為鹼金屬，諸如銫蒸氣。在一實施例中，空間電荷可藉由諸如銫蒸氣之鹼金屬蒸氣及氧氣減少。該材料可以點火模式產生電漿且不以未點火模式產生電漿。在諸如1至10μm之小間隙下，銫除藉由電漿電離以外，亦可在陰極電離。該電離可藉由來自陰極之熱能及電能中之至少一者。
在為了消除空間電荷之實施例中，該電池可在間隙中包含閘電極且包含縱向磁場，促使電子避免在閘電極收集。閘電極可經穿孔以允許截留在磁場線上之電子通過該閘電極，不被收集。
在點火模式中，在電極間空間中，銫原子之密度可為約1016/cm3(1托)，且電漿密度可為約1013/cm3至1014/cm3。該材料可存在於超過電極間空間之較大外罩中且可接收電能及熱能中之至少一者以自電極及除電極以外之接觸表面中之至少一者形成電漿。在一實施例中，維持電漿需要小於約0.5eV之電弧壓降。在另一實施例中，電弧電壓降在約0.01V至5V範圍內。離子可藉由來自可為熱的陰極表面之發射形成，尤其在低材料壓力及近電極間間距之情況下，以使電子散射降到最低。該電離可歸因於來自陰極之熱能及電能中之至少一者。在稱為克努森放電(Knudsen discharge)之實施例中，電極之間的壓力維持得足夠低，使得電子平均自由路徑大於電極間間隙，因此基本上在不散射之情況下發生電子傳遞。在極限情況下，不發生由於空間電荷所致之電壓降。在一實施例中，選擇且維持諸如氣態材料(諸如蒸發之鹼金屬)之材料，從而使自陰極(發射體)移除電子之功函數減小且用於在陽極(收集器)收集電子之功函數減小。在另一實施例中，光陰極可具有相對於光之入射方向傾斜之表面，因此輻射壓力可減少空間電荷。
光陰極包含光電子效應活性材料。光陰極可包含功函數匹配入射輻射之電離光譜之功函數的材料。光陰極功函數可大於陽極之功函數。光陰極功函數之量值可大於空間電荷之反向電壓能量之量值及收集器或陽極之功函數之量值的總和。代表性能量量值分別為0.8eV及1eV。在一實施例中，來自SF-CIHT電池之輻射包含短波長輻射，諸如遠紫外(EUV)及紫外(UV)。諸如氦氣之電池氣體或諸如約真空之操作壓力可有利於短波長光之發射。在一實施例中，光陰極響應於來自SF-CIHT電池之紫外輻射。因為能量高於功函數之輻射會損失，變成動能及可能熱能，所以光陰極之功函數可經匹配以接近諸如紫外輻射之光之能量。舉例而言，對於波長短於690nm之輻射，光陰極功函數可大於1.8eV；且對於波長短於350nm之輻射，光陰極功函數可大於3.5eV。光陰極功函數可在約0.1V至100V、0.5V至10V、1V至6V及1.85eV至6V之至少一個範圍內。光陰極可為以下各者中之至少一者：具有約3.5eV之帶隙之響應於在波長範圍150-400nm中之光的GaN及其合金，諸如AlxGa1-xN、InxGa1-xN、鹼金屬鹵化物(諸如KI、KBr)；及具有約5.4eV之帶隙之響應於在小於200nm之波長範圍中之光的CsI；多鹼金屬，諸如S20 Hamamatsu，其包含Na-K-Sb-Cs，響應於在大於150nm之波長範圍中之光；響應於在大於300nm之波長範圍中之光的GaAs；響應於在波長範圍150-300nm中之光的CsTe；具有約5.47eV之帶隙之響應於在小於200nm之波長範圍中之光的金剛石；響應於在大於150nm之波長範圍中之光的Sb-Cs；響應於峰值波長為185nm之光的Au；響應於在波長範圍300-1200nm中之光的Ag-O-Cs；雙鹼金屬，諸如Sb-Rb-Cs、Sb-K-Cs或Na-K-Sb及InGaAs。例示性不透明光陰極可包含GaN、CsI及SbCs中之至少一者。例示性半透明光陰極可包含CsTe。III-V型材料UV光陰極具有適合之大帶隙，諸如GaN為3.5eV且AlN為6.2eV。能量或波長響應區可藉由諸如藉由改變光陰極之材料組 成之手段，諸如藉由改變AlxGa1-xN中GaN與AlN之比率來進行微調。p型摻雜材料薄膜可藉由例如用銫或Mg及氧進行恰當表面處理，活化成負電子親和力。附加例示性光陰極包含在Ag上之MgO薄膜、MgF2、MgO及CuI2。例示性金屬光陰極包含Cu、Mg、Pb、Y及Nb。例示性經塗佈之金屬光陰極包含Cu-CsBr、Cu-MgF2、Cu-Cs及Cu-CsI。例示性金屬合金光陰極包含CsAu及諸如Al、Mg及Cu之純金屬之合金，分別含有少量Li、Ba及BaO。例示性半導體光陰極包含CsTe、RbTe、鹼金屬銻化物、Cs3Sb、K2CsSb、Na2KSb、NaK2Sb、CsK2Sb、Cs2Te、超級鹼金屬、正電子親和力(PEA)類型、Cs：GaAs、Cs：GaN、Cs：InGaN、Cs：GaAsP、梯度摻雜、三級結構、負電子親和力(NEA)類型。半導體光陰極可維持在高真空中，諸如小於約10-7Pa。PE電池之大小可為合乎需要的且能夠製造的。舉例而言，已製造出具有次毫米尺寸至大如20cm×20cm之經氣密性密封的PE電池，其包含光陰極、陽極及作為密封結構之組件之窗口。
在一實施例中，光陰極之有效性表示為量子效率，其定義為所發射之電子與光之撞擊光子或量子之比率。在一實施例中，量子效率藉由以下各者中之至少一者最佳化：提供強電場及藉由諸如添加諸如鹼金屬之添加劑的手段使幾何形狀、溫度及材料組成最佳化。在一實施例中，光陰極經選擇以使光子吸收參數、電子傳遞特性及表面能狀態達最佳，從而達成最大光電子效率。在後一情況下，該表面可經處理或活化成具有負電子親和力，因此達到該表面之傳導電子之能量高於真空電子且因此最佳地形成光電子。舉例而言，可藉由加銫(cesiation)、加氫、用單層LiF及RbF塗佈及使用PH3化學氣相沈積進行磷摻雜，將金剛石表面處理或活化成具有負電子親和力。GaN光陰極之表面可用Cs及氧活化。在半透明模式實施例中，窗口背側上之膜厚度經選擇以使量子效率達最佳，其中入射光子之波長依賴性方式之吸 收隨著膜厚度增加同時至表面之電子傳遞之概率減小。在例示性半透明實施例中，光陰極膜厚度可在約0.1nm至100μm、1nm至10μm、10nm至5μm及100nm至1μm之至少一個範圍內。總體而言，電極(陰極或陽極)厚度(諸如電極膜厚度)可在約0.1nm至100μm、1nm至10μm、10nm至5μm及100nm至1μm之至少一個範圍內。
在一實施例中，光陰極包含用於轉換較寬範圍之光子波長之多個層。多層光陰極可包含光子可沿著傳播路徑透過連續各層的薄層。在一例示性實施例中，頂層可選擇性穿過最少之光，且連續各層經配置以基於衰減速率或層狀結構中之穿透深度而具有選擇性。在例示性三層光陰極中，頂層可選擇性穿過最少波長且具有對應的最高功函數，中間層可選擇性穿過中等程度之波長且具有對應的中間功函數，且底層或沿著光傳播路徑之最遠層可選擇性穿過最多波長且具有對應的最低功函數。穿透深度、相對層位置及功函數之其他組合在本發明之範疇內。
陽極包含能夠收集電子之材料。根據方程(218)，陽極功函數可儘可能地低，從而增加電池電壓。陽極功函數可低於約2V、1.5V、1V、0.9V、0.8V、0.7V、0.6V、0.5V、0.4V及0.3V中之至少一者。陽極可包含以下各者中之至少一者：諸如銫之鹼金屬、具有約0.76eV之功函數之鋁酸鈣電子鹽(C12A7：e)、具有約0.9eV之功函數之經磷摻雜之金剛石奈米膜及經鈧摻雜之鎢。
陰極及陽極之至少一個電極可具有其結構化或非平坦之表面之至少一部分，因此入射光之一部分可反射至另一光陰極、該光陰極之一部分及諸如鏡子之光學元件中之至少一者，鏡子可反射光且將其反射至該光陰極之另一部分或至少一個其他光陰極上。以此方式，光陰極接收入射光之多次反彈(反射)，增加用於產生光電子之光陰極之吸收截面。在一實施例中，光陰極包含結構化以增加效率之基板，其中 光陰極中之光子吸收路徑增加同時電子逸出路徑保持與平面基板相同或小於平面基板。例示性結構化表面具有內錯角為45°之鋸齒形結構。在另一實施例中，鋸齒形角度可在45°與90°之間交錯。其他角度在本發明之範疇內。
在一實施例中，可藉由以下各者中之至少一者達成材料內光子吸收增加同時光電子必須行進至表面之距離減小：改變入射輻射之角度及在光陰極內使用多個總內反射。使用後一種方法，關於光電子自光陰極背表面之反射，當各光子產生至多單一光電子時，對於一些材料而言有助於達成大於50%之轉換效率。舉例而言，一些GaN光陰極在AlN薄緩衝層上生長，該AlN薄緩衝層具有大帶隙能量且充當反射層。隨入射輻射角度而變之光轉換效率隨著相對於正入射角之角度增加，直至達到全反射點為止。另外，若以半透明模式操作之光陰極可在透明基板上生長，因此其具有鋸齒形光作用層，則所產生之傳導電子比在平基板情況下接近逸出表面，且因此應該具有較高的逸出至真空中之概率。或者，光陰極在平坦表面上生長以避免因晶格失配所致實質性降解。舉例而言，GaN通常在晶格匹配之在表面處具有C平面的藍寶石或碳化矽基板上生長。在另一實施例中，可向陽極施加類似反射系統及方法。在半透明模式電池中，陽極可包含雙重反射類型，其中金屬基底為鏡樣的，引起在不引起發射之情況下通過光陰極之光反彈回光陰極進行第二次照射。
用於使光通過進入電池中之窗口對於諸如短波長光、諸如紫外光之光可為透明的。例示性紫外光具有大於約1.8eV之能量，對應於約小於690nm之波長。該窗口可包含以下各者中之至少一者：藍寶石、LiF、MgF2及CaF2、其他鹼土金屬鹵化物(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)。
在一實施例中，光電(PE)轉換器可安裝在本發明再循環系統之擋 板之後。在一實施例中，該擋板經PE轉換器替換。PE轉換器之窗口可提供擋板作為用於妨礙點火產物流之向上軌跡且提供光進入光-電轉換器(在此實施例中為PE轉換器)中之透光度之構件的功能。
在一實施例中，膨脹電漿由帶正電粒子及電子組成。在一實施例中，電子之遷移率高於正離子。可發展出空間電荷效應。在一實施例中，藉由使電池之至少一個傳導性組件(諸如電池壁)接地來消除空間電荷。在另一實施例中，兩個電極均電連接至電池，其中基本上所有自電源2(圖2C1)至滾筒電極之電流均流過燃料，由於燃料之低得多的電阻、諸如燃料丸粒或糰粒之電阻而引起點火。空間電荷及其對應的電壓之消除可增加分數氫反應速率。在一實施例中，該電池在真空中操作。真空條件可促進消除以下各者中之至少一者：空間電荷及會降低分數氫反應速率之約束。真空條件亦可防止UV光衰減，該UV光為用於PE轉換成電所需的。
在電池在抽成真空之條件(諸如真空)下操作之情況下，SF-CIHT電池發電機可包含真空泵以在藉由壓力計及控制器控制之所要壓力下維持抽成真空。諸如氧氣之產物氣體可藉由抽汲及集氣劑中之至少一者移除，該集氣劑諸如氧氣集氣劑，其可進行連續地及週期性地再生中之至少一者。後者可藉由以下達成：移除集氣劑且藉由施加氫氣使其再生，從而還原集氣劑以形成產物，諸如水。
該電池可在抽成真空之條件下操作。該電池可包含真空腔室，諸如可具有圓頂端蓋之圓柱形腔室或錐筒形腔室。在一實施例中，向上膨脹之點火電漿之回收藉由重力達成，重力逆著上升速度起作用以減慢、停止且隨後加速點火產物向下，最終收集在粒化機中，重新形成燃料。該收集可藉助於本發明。電池之高度可藉由使初始動能等於重力位能來計算：1/2mv 2=mgh (220)
其中m為粒子質量，v為初始粒子速度，g為重力加速度(9.8m/s2)，且h為由於重力減速所致之最大粒子軌跡高度。對於最初以5m/s行進之粒子，最大高度為1.2m，因此電池可高於1.2m。在一實施例中，上升速度可藉由本發明之擋板減慢，以降低電池高度要求。
在另一實施例中，燃料再循環藉由使用勞侖茲力(Lorentz force)，利用軌道槍原理達成，該軌道槍諸如可進一步包含強化軌道槍類型之電漿電樞類型。勞侖茲力使點火電漿定向且流入中收集區域中，諸如可將產物材料饋入粒化機中之板或收集箱。電流及磁場可位於水平面或xy平面中，因此根據方程(221)之勞侖茲力沿著負z軸向下指向收集系統組件，諸如板或箱。在另一實施例中，電流可位於xy平面中且B場沿著z軸定向，因此根據方程(221)之勞侖茲力在xy平面中橫向指向收集系統組件。點火電漿可將來自電源2(圖2C1)或來自外部電源之電流攜帶至滾筒電極以充當方程(221)中之電流。使用點火電流之至少一部分，電極及匯流排及對應電路中之至少一者可經設計以在點火期間提供電漿電流及磁場中之至少一者，從而產生所要勞侖茲力，以所要方式移動電漿，諸如移出在點火期間形成電漿之區域。給電漿電流及磁通量中之至少一者供電以得到勞侖茲力之點火電流可藉由諸如延遲線之延遲電路元件延遲，從而在比點火事件晚之時間提供電流及磁通量。該延遲可允許電漿在藉由勞侖茲力將其移除之前發射光。該延遲可藉由電路或此項技術中已知之控制構件控制。諸如高DC電流之電流亦可藉由電源藉由並聯板電極以所要方向施加，其中電流方向沿著板間軸。電流源功率可源自電力轉換器，諸如PE或PV轉換器，其中功率可儲存在電容器組中。方程(221)之磁場可由在點火期間流過滾筒之電流及強化磁場(強化軌道槍設計，在本文中稱作強化電漿軌道槍回收系統)中之至少一者提供。強化磁場之來源可包含電磁鐵及永久磁鐵中之至少一者。強化電漿軌道槍之磁場可藉由赫爾姆霍茲線圈施加，諸如 一對分開的軸向對準之線圈，其中磁場沿著線圈間軸指向所要方向。磁場強度可藉由電流控制器控制勞侖茲力之強度來控制，且因此控制點火產物之回收速率。複數個電磁鐵可具有經不同控制之磁場，以將電漿及點火產物引導至所要位置進行收集。在一實施例中，強化電場及磁場中之至少一者可藉由至少一個感應線圈及交流電壓或電流驅動器以電感方式產生。在另一實施例中，磁場可由一對分開的軸向對準之永久磁鐵提供，其中磁場沿著磁極面間軸指向所要方向。永久磁鐵可包含AlNiCo、稀土族或此項技術中已知之其他高場磁鐵。磁通量可為任何所要磁通量，諸如在約0.001T至10T、0.01T至1T及0.1T至0.5T之至少一個範圍內。電磁鐵可藉由電源供應器供電，其中電磁功率可源自諸如PE或PV轉換器之電力轉換器，其中功率可儲存在電容器組中。來自電源2(圖2C1)至滾筒電極及強化磁場來源中之至少一者之磁場經組態以使點火產物電漿根據勞侖茲力按所希望地流入收集系統中。收集系統可包含本發明之收集系統，諸如可向粒化機中進料之收集板及箱中之至少一者。該箱可為粒化機之第一容器。在另一實施例中，強化電漿軌道槍(電磁泵)可用於以下各者中之至少一者：使電漿聚焦及將電漿抽汲至電池中之所要位置，從而將電漿發射之光引導至光伏打轉換器。強化電漿軌道槍(電磁泵)可藉由在空間上及在時間上中之至少一者引導電漿達成將電漿光聚焦或準直至電力轉換器上之效應。
在電池壓力低(諸如真空)之情況下，點火產物之再循環可使用本發明之其他手段達成，諸如靜電沈澱(ESP)。ESP收集電極可在藉由分數氫反應產生之光之射線路徑的視線之外。ESP可在點火電漿區域中操作。電漿操作可藉由諸如真空之低電池氣體壓力支持。ESP可在實質上不接觸至少一種類型ESP電極(諸如收集電極，為陰極或陽極)之區域中用點火電漿來操作。ESP收集電極對於點火電漿可為環形的，其 具有在自相對電極至收集電極之電路徑中具有高電阻之真空及低壓區域中之至少一者。ESP電極對中之至少一者可包含擋料電極。擋料電極可限制電流且維持高場以靜電收集點火產物。一種電極類型可用允許稱作電阻阻擋放電之DC操作之高電阻層覆蓋。電極阻擋層可包含半導體，諸如砷化鎵層，用於替換介電阻擋層以使得能夠使用高電壓DC。該電壓可在例如580V至740V範圍內。該高電壓可為脈衝式的。點火產物可自收集電極輸送至粒化機。該輸送可為以下各者中之至少一者：重力輔助輸送及藉由本發明之其他方法達成，諸如氣動方法。
該電池可在抽成真空之條件下操作。該電池可包含真空腔室，諸如可具有圓頂端蓋之圓柱形腔室或錐筒形腔室。錐筒形腔室可有利於在最小電池體積下使自電極發射之來自錐形體之光的傳播最佳化。在另一實施例中，電池所具有之直徑足以使得點火電漿光實質上不接觸壁，隨後離開至PV或PE轉換器之窗口20中之至少一者且直接入射在PV或PE轉換器上。點火產物可在電池壁上收集且以機械方式，諸如藉由振動移走。點火產物可藉由重力或藉由本發明之其他構件(諸如氣動構件)在諸如粒化機之第一腔室之容器中收集。該電池可在諸如真空之低壓下操作。
在一實施例中，點火產物可藉由以下各者中之至少一者移除：(i)重力，其中可在減壓下操作電池，諸如在0至100托範圍內之真空；(ii)以點火電漿作為電樞之強化軌道槍，在本文中稱作強化電漿軌道槍回收系統；及(iii)靜電沈澱器。在一實施例中，較大粒子可藉由諸如電暈放電之手段帶電且藉由電場排斥光-電轉換器，該電場諸如靜電場，其可藉由電源供應器施加至排斥柵格。在一實施例中，強化電漿軌道槍回收系統移除或回收基本上所有細粒子，因此該電池可透過由點火產生之光。重力可移除或回收其餘部分。在一實施例中，電池高度足以將藉由強化電漿軌道槍回收系統未移除或回收或者因重力而停在向 上軌跡中之粒子冷卻至某一溫度，該溫度使得該等粒子不黏附於轉換器之窗口或轉換器(諸如PV或PE轉換器)中之任一者。SF-CIHT發電機可包含用於自窗口或轉換器之表面移除點火產物之構件，諸如可在該表面上進行掃描或光柵化之離子濺鍍束。或者，用於自窗口或轉換器之表面移除點火產物之清潔構件可包含機械刮刀，諸如小刀，諸如在表面上週期性地移動之剃刀片。該運動於刮刀而言可為掃描窗口寬度或在較小刮刀之情況下可為光柵化運動。本發明之擋板可進一步包含機械刮刀，諸如小刀，或用於以相同方式自擋板移除點火產物之離子束清潔器。
在一實施例中，噴射器為靜電噴射器、電力噴射器、電動力噴射器、磁力噴射器、磁動力噴射器及電磁噴射器中之至少一者。路徑軌跡在電極間區域中，諸如在相對滾筒電極之最近接觸之中心點中。瞄準性輸送可包含燃料丸粒或糰粒之噴射。該噴射可完成滾筒之間的電接觸，該電接觸可產生高電流，引起丸粒或糰粒點火。在一實施例中，噴射器包含靜電噴射器，諸如本發明之靜電噴射器。丸粒或糰粒可帶上靜電，滾筒電極可帶相反電荷，且丸粒或糰粒可藉由電場推動，噴射至電極間區域中進行點火。在一實施例中，由於磁場及電場中之至少一者之時間相關性施加，所以燃料丸粒或糰粒之高電導率允許感應出表面電流，其中所感應之電流產生藉由丸粒或糰粒產生之磁場。相應地磁化的丸粒或糰粒可沿著諸如由引導磁場提供之路徑加速，該等引導磁場諸如由載流軌道提供之彼等磁場。可隨時間推移產生磁場梯度，從而使丸粒或糰粒沿著路徑加速。
在另一實施例中，丸粒或糰粒噴射器包含軌道槍。在一實施例中，軌道槍包含高電流源、至少一對包含高導體之軌道及包含亦充當拋射體之丸粒或糰粒的電樞。軌道槍噴射器可包含護殼，其可為可再用的。或者，軌道槍可使用可包含金屬之電漿電樞，該金屬可為點火 產物及汽化之燃料中之至少一者且當丸粒或糰粒攜帶高電流且引起丸粒或糰粒沿著軌道槍噴射器之軌道加速時，變成丸粒或糰粒後之電漿。電流源可提供在約1A至100MA、10A至10MA、100A至1MA、1000A至100KA及1kA至10kA之至少一個範圍內電流脈衝。電流源可包含滾筒電極之引起點火之電源2(圖2C1)，諸如包含一組電容器之電源，該組電容器藉由諸如PV或PE轉換器之光-電轉換器充電。軌道可包含正軌道及負軌道，其包含高導體，諸如銅及銀中之至少一者。軌道槍噴射器可在諸如1000Hz之所要頻率下激活，從而提供足以維持所要燃料點火速率之燃料，其中即將到達之傳導性丸粒或糰粒可完成滾筒電極之間的電路，引起丸粒或糰粒點火。在一實施例中，噴射激活頻率可控制在約0.01Hz至1MHz、1Hz至10kHz及10Hz至1kHz之至少一個範圍內。可控制噴射激活頻率以控制SF-CIHT電池之功率輸出。噴射激活控制可包含開關。開關可包含本發明用於滾筒電極之電源2(圖2C1)之開關中之一者，諸如機械或電子開關，諸如至少包含IGBT、SCR及MOSFET電晶體之開關。在另一實施例中，當開路閉合時，向該等軌道連續地供能，從而允許在藉由燃料丸粒或糰粒完成電路之情況下高電流流動。在一實施例中，每次丸粒或糰粒接觸軌道以完成電路，該丸粒或糰粒均經加速且噴射至電極中進行點火。電源可能能夠在任何指定時間下維持沿著軌道加速之複數個丸粒或糰粒中之各丸粒或糰粒之所要電流。電流可藉由電路元件及控制器中之至少一者控制。在另一實施例中，軌道槍電流在數目為整數n之在指定情況下在軌道上加速的丸粒或糰粒中進行劃分，因此根據方程(221)，單一丸粒或糰粒之噴射速度之減小藉由n個丸粒或糰粒之同時加速及依序噴射得到補償。視軌道槍電流而定，此補償機制可維持大致恆定之噴射速率。在另一實施例中，軌道兩端之電壓獨立於丸粒或糰粒之數目維持大致恆定，因此每丸粒或糰粒之電流由於該等丸粒或糰粒之類似電 阻而大致相同。大致恆定電壓可藉由包含大電容之電源供應，諸如包含電容器組之電源。在一實施例中，軌道可提供連續引導路徑，但包含電流之分段區段，因此當丸粒沿著不同區段傳播時，電流可為可變的且經控制。各區段中之電流可藉由電腦、感測器及複數個電流源控制，從而控制任何指定區段中之丸粒之速度及能量，從而控制噴射或注射之時序，其中多個丸粒可在包含可變電流區段之軌道上。
恆定電壓可保持低於造成電弧放電及隨之而來的丸粒-軌道焊接或軌道電弧破壞之電壓。在一實施例中，該電壓可為以下各者中之至少一者：小於約100V、小於約50V、小於約20V、小於約10V、小於約5V、小於約1V、小於約0.5V及小於約0.25V。在一實施例中，軌道可為散熱器，從而避免丸粒-軌道焊接。散熱器可與包含軌道及丸粒之電路電絕緣。亦可為良好導熱體之電絕緣體可提供該電絕緣。例示性散熱器包含高質量高導熱材料，諸如可與金剛石膜之頂層電絕緣的Al、Cu或Ag塊，該金剛石膜亦為良好熱導體以及電絕緣體。在另一實施例中，軌道可包含耐焊接之導體，諸如石墨。在另一實施例中，軌道可包含耐焊接之耐火金屬導體，諸如鎢或鉬。軌道可藉由諸如空氣或水冷卻之手段冷卻以防止焊接。在一實施例中，軌道至少部分地浸沒於水中，該水冷卻軌道及丸粒且防止焊接。該水亦可防止丸粒與軌道之間的電弧。電流可小於引起丸粒-軌道焊接之電流。在一實施例中，軌道可為圍繞其縱軸(在圓柱座標中為z軸)旋轉之長圓柱體，以便與丸粒較佳接觸。相對軌道旋轉可朝向軌道對之中心反向旋轉以抵著該等軌道將丸粒推得較緊密。較緊密之連接可減輕丸粒與軌道之焊接。
在軌道電流之磁場貢獻低之情況下，藉由用諸如電磁鐵或永久磁鐵之磁鐵施加之磁場加強磁場，勞侖茲力可為高的。在例示性強化軌道槍實施例中，外加磁場可由一對赫爾姆霍茲線圈提供，一個在軌道平面(xy平面)上方且一個在該平面下方；各自平行於xy平面，從而提 供垂直於xy平面之磁場。類似之z軸定向磁場可藉由兩個永久磁鐵(諸如磁盤)產生，替換xy平面中之赫爾姆霍茲線圈。在另一實施例中，永久磁鐵可包含矩形棒，其在上方及下方運作且平行於軌道，具有沿著z軸定向之磁場。永久磁鐵可包含AlNiCo、稀土族或此項技術中已知之其他高場磁鐵。磁通量可為任何所要磁通量，諸如在約0.001T至10T、0.01T至1T及0.1T至0.5T之至少一個範圍內。在一實施例中，多個丸粒可存在於軌道上以劃分外加功率，從而防止電弧放電及丸粒至軌道之對應焊接或對軌道之電弧破壞。造成焊接或軌道破壞之電流浪湧可藉由使電路元件阻尼來改善，該電路元件諸如分路二極體、延遲線及電路電感器中之至少一者。軌道槍噴射器可具有冗餘，因此若一個失效，則另一個可在其位置起作用直至失效之軌道槍修復好為止。在該失效歸因於軌道上之糰粒焊接之情況下，其可以機械方式(例如藉由研磨或釘板條)或以電氣方式(諸如藉由在高電流下汽化)移除。
軌道槍噴射器可包含裝載有低摩擦低壓彈簧之頂部引導件，用於促進丸粒與軌道之間的電接觸。在一實施例中，藉由施加至噴射器之振動輔助丸粒-軌道電接觸。可施加振動以引起軌道與丸粒之間的低電阻電接觸。該接觸亦可藉由攪動器促進，諸如圖214及圖215中所示之機械及噴水攪動器。在一實施例中，強化軌道槍噴射器之外加磁場可包含平行於糰粒運動方向且與穿過丸粒之電流橫向之分量，因此根據藉由方程(221)得到之勞侖茲力，迫使丸粒向下至軌道上，從而在丸粒與軌道之間產生良好電接觸且維持該電接觸。運動平行磁場可由永久磁鐵及電磁鐵中之至少一者提供。在後一種情況下，可改變磁場以控制對丸粒之下向力，從而使接觸達最佳同時避免過量摩擦。磁場之控制可由電腦、感測器及可變電流電源供應器提供。在一實施例中，軌道可包含用於限制軌道氧化及對應的電阻增加之抗氧化材料，諸如銀軌道。
軌道槍噴射器可包含複數個可具有同步噴射激活之軌道槍噴射器，該同步噴射激活可藉由諸如微處理器或電腦之控制器控制。複數個噴射器可增加噴射速率。複數個軌道槍噴射器可包含噴射器陣列以增加噴射速率。軌道槍之軌道可為筆直的或彎曲的，以達成自丸粒或糰粒供應器至發生點火之電極間區域之所要噴射路徑。可增加滾筒電極之旋轉速度以容納較多燃料且增加SF-CIHT電池之功率輸出。可按比例調整滾筒直徑以達成增加之旋轉速度。鋼之最大旋轉速度例如為約1100m/s[J.W.Beams,「Ultrahigh-Speed Rotation」，第135-147頁]。考慮其中丸粒或糰粒之直徑加一系列丸粒或糰粒之分隔空間為3mm之例示性情況，則由軌道槍或複數個軌道槍供應之最大燃料流動速率為367,000個/秒。藉由每丸粒或糰粒500J之例示性能量，轉換成電之對應總功率可為180MW。附加功率可藉由添加複數個含噴射器之滾筒電極對來達成，其中該等電極可在相同或不同軸上。
在另一實施例中，噴射器包含高斯槍(Gauss gun)或線圈槍，其中糰粒或丸粒包含拋射體。糰粒或丸粒可包含鐵磁性材料，諸如Ni、Co或Fe中之至少一者。例示性丸粒包含具有經捕集之H2及H2O及鐵磁性材料之Ag。線圈槍可包含至少一個沿著機筒之電流線圈，其包含用於糰粒或丸粒之引導件、用於在至少一個線圈中提供高電流及磁場之電源供應器及用於引起電流流動以將丸粒或糰粒拉向線圈中心之開關，其中在丸粒或糰粒藉由通過線圈中心經歷反向力之前關掉電流。該開關可為本發明之開關，諸如包含IGBT之開關。電源供應器可包括至少一個電容器。在一實施例中，電流流過丸粒或糰粒，藉由施加外部功率或藉由外部時間相關性場，諸如時間相關性磁場，形成丸粒或糰粒磁場。丸粒或糰粒電流可藉由磁感應達成。磁感應可由電流線圈之時變磁場引起。在一實施例中，流至至少一個電流線圈之暫態電流經控制以沿著機筒推動丸粒或糰粒。
為將高強度光轉換成電，發電機可包含光分配系統26a，諸如圖2C中所示之光分配系統。光-電面板15可包含PE、PV及熱離子電池中之至少一者。鏡子20可透過諸如短波長光之光。該窗口可包含以下各者中之至少一者：藍寶石、LiF、MgF2及CaF2、其他鹼土金屬鹵化物(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)。半透明鏡23可透過短波長光。材料可與窗口20之材料相同，部分覆蓋反射性材料，諸如鏡子，諸如UV鏡。半透明鏡23可包含反射性材料之格紋圖案，該反射性材料諸如UV鏡，諸如以下各者中之至少一者：經MgF2塗佈之Al及鋁上之氟化物薄膜，諸如MgF2或LiF膜，或SiC膜。
在一實施例中，可控制丸粒或糰粒之傳遞速度及其在滾筒電極表面上之位置以可控制地修復對該表面之任何點火破壞。該控制可藉由控制例如丸粒或糰粒加速電流脈衝之時序以及軌道槍噴射器之電流、位置及導引能力來達成。藉由控制滾筒速度及點火電流控制之定位傳遞可促進丸粒或糰粒黏結至電極。可藉由丸粒或糰粒之燒結、熔融及焊接中之至少一者黏結至電極表面處之所要位置。在一實施例中，可使特定百分比之丸粒或糰粒具有較少至無分數氫反應物，諸如氫及HOH中之至少一者。在一實施例中，此可藉由在不在粒化機中添加蒸汽及H2中之至少一者之情況下形成丸粒來達成。H2O及H2之減少或消除可藉由在丸粒形成期間消除供應或藉由降低熔融物溫度來減少在熔融物中之溶解度來達成。或者，可將糰粒製備成不存在或含減少量之H2及H2O中之至少一者。對應的「無用的」丸粒或糰粒可單獨地或以所要百分比與普通丸粒或糰粒混合來施加。在一實例中，整數n個中之一個丸粒或糰粒為在噴射時黏結至電極之無用物。可視待修復之破壞之量而定，控制整數n較大或較小。在一實施例中，點火粉末經回收，停止丸粒形成製程，且藉由電漿軌道槍噴射器或強化電漿軌道槍噴射 至電極中，其中粉末中之一些支撐電漿，促成推動電漿。藉由其他丸粒之點火支撐之點火電流及點火電漿中之至少一者可促使粉末黏結至電極。過量材料可藉由諸如藉由使用精密研磨機或車床之手段切削掉。或者，過量材料可藉由放電加工(EDM)移除，其中EDM系統可包含電極及電源供應器。
在軌道槍噴射器之實施例中，電流自電源供應器之正端子向上流至正軌道，越過包含燃料丸粒或糰粒之電樞，且向下流過負軌道，返回電源供應器。在軌道中流動之電流產生圍繞各軌道軸之方位角或環形磁場。磁場線圍繞正軌道沿反時針環形蔓延且圍繞負軌道沿順時針環形蔓延，且軌道之間的淨磁場垂直定向。在諸如強化軌道槍之其他實施例中，電流通過附加平行導體對，該等導體對經配置以增加施加至丸粒或糰粒之磁場。此外，可施加外部磁場，其在電流流過丸粒或糰粒時作用於該丸粒或糰粒。丸粒或糰粒拋射體經歷垂直指向磁場及電流流動方向之勞侖茲力，該電流流過包含丸粒或糰粒之電樞。勞侖茲力F平行於軌道，藉由以下得到：F=L i×B (221)
其中i為電流，L為電流穿過軌道之間的丸粒或糰粒之路徑長度，且B為磁通量。該力可藉由增加燃料丸粒或糰粒之直徑或電流量來增強。丸粒或糰粒之動能可藉由增加軌道長度來增加。在勞侖茲力之影響下，拋射體加速至軌道末端且離開，飛至電極間區域。該離開可經由孔口。電路因該離開而切斷，這結束了電流之流動。關於1kA之例示性電流，3mm之丸粒直徑及0.01T之B通量，該力為0.03N。長度為5cm之軌道之對應的動能為0.0015J。根據該動能，80mg丸粒之最終速度為6m/s。
丸粒或糰粒可饋入噴射器中。該饋入可來自料斗。進料器可包含本發明之進料器，諸如機械進料器。進料器可包含振動器。進料器可 包含壓電振動器及致動器中之至少一者。進料器可包含螺鑽及槽中之至少一者。後者可具有沿著底部之狹縫以沿著軌道槍進料。丸粒或糰粒可自複數個位置沿著軌道槍噴射器饋入。該饋入可藉由以機械方式及以氣動方式中之至少一種方法達成。
在一實施例中，在乾燥器(諸如烘箱，諸如真空烘箱)中乾燥自驟冷水浴回收之丸粒，隨後該等丸粒進入噴射器系統之抽成真空之區域，諸如饋入噴射器，諸如軌道槍噴射器。在一實施例中，粒化機、用於冷卻及形成丸粒之水儲集器或水浴及用於自水儲集器移出丸粒之輸送器中之至少一者在真空條件下連接至電池。輸送器可自丸粒排去過量水。例示性輸送器包含透水傳送機。當足夠熱到表面所吸收之水經蒸發時，可移出丸粒。可藉由諸如真空泵或低溫泵之泵自電池氛圍中移除自丸粒及水儲集器中之至少一者蒸發之水以維持所要低壓。低溫泵可包含水冷凝器。冷凝器可代替真空泵用於以下各者中之至少一者：部分地抽空電池及將電池維持在減壓下。水冷凝器可由於藉由冷凝水產生之水蒸氣而降低壓力。水可再循環至儲集器或浴槽。來自冷凝器之水可藉由諸如回流滴水管線之回流水管線再循環至儲集器或浴槽。水冷凝器可用冷卻器冷卻，該冷卻器諸如空氣冷卻式散熱器、冷凍機式冷卻器及帕耳帖冷卻器(Peltier chiller)中之至少一者。可使用此項技術中已知之其他冷卻器將冷凝器冷卻至所要溫度。在一實施例中，藉由冷凝器之溫度確定電池中之水蒸氣壓，冷凝器之溫度可在約0℃至100℃範圍內。在一例示性實施例中，典型的工業水冷卻器在約17℃下操作，對應於約13托之水蒸氣壓。在另一實施例中，冷卻器可直接冷卻儲集器或浴槽以使得水蒸氣直接冷凝至儲集器或浴槽中且消除水回流管線。乾丸粒可藉由第二輸送器輸送至噴射器，諸如藉由螺鑽輸送至丸粒噴射器。丸粒噴射器可包含軌道槍噴射系統，其中高度傳導性丸粒可充當電樞且其與電化軌道之接觸可觸發軌道兩端之電流， 產生勞侖茲力，將丸粒推至諸如滾筒電極之電極中。
例示性丸粒包含截留有諸如H2及H2O中之至少一者之氣體的銀球。該丸粒可藉由將對應的熔融材料滴入浴槽或儲集器(諸如水浴或儲集器)中且在其中驟冷來形成。在一實施例中，更換丸粒輸送器螺鑽及丸粒噴射器進料螺鑽。在一實施例中，噴水口將水流體化床饋入軌道槍噴射器，其中通向軌道槍之入口在水浴中且通往浴槽外部到達噴射位置。流體化水浴可提供防止熱/冷卻丸粒之黏附的目的且提供與本發明氣動噴射器之氣體/丸粒流體化床相同的目的。在一實施例中，用於冷卻熔融物且形成丸粒之水浴或儲集器進一步包含用於攪拌丸粒之攪動器。攪動器可包含噴水口，其可藉由至少一個水泵驅動。噴水口之動作可形成流體化床。攪動器可進一步包含機械攪動器，諸如螺鑽、攪拌器或振動器，諸如電磁或壓電振動器及此項技術中已知其他攪動器。在一實施例中，浴槽包含在某一位置之用於接收丸粒且將其推至電極中進行點火之軌道槍。軌道槍之丸粒輸入區段可定位在浴槽底部且可包含用於接收水浴中藉由攪動器攪動之丸粒的槽或料斗。軌道槍噴射器可穿透浴槽壁，指向電極點火區域。軌道槍可具有將丸粒自浴槽底部輸送至諸如滾筒電極之電極之點火區域的引導路徑形狀。軌道槍可包含在丸粒行進時，其中至少一些在浴槽之水位上方垂直行進，用於排出任何隨丸粒一起移動返回浴槽中之水的構件。不流回浴槽之水，諸如隨丸粒一起噴射之水，可落入電池底部之接收料斗且藉由排水泵抽回至浴槽中。藉由熱丸粒蒸發之水可藉由浴槽冷卻器冷凝至浴槽中。丸粒可為熱的以提供乾燥。丸粒之高溫可來自尚未完全冷卻之熔融狀態之餘熱及來自軌道槍中穿過丸粒產生勞侖茲力之電流之電阻加熱。在一實施例中，電池、粒化機(諸如包含腔室之粒化機)、水浴及噴射軌道槍可關於氣體壓力及抽成真空之電池氛圍而言維持連續性。
在一實施例中，SF-CIHT電池可根據以下各者中之至少一者操作：獨立於其相對於地球之定向及獨立於重力。丸粒水浴可密封，可擴展，且能夠維持在約0.001托至100atm範圍內之壓力。壓力P可大致匹配或超過藉由方程(222)得到之高度h之浴槽之水壓柱之壓力，其中密度ρ為水之密度且g為重力加速度(9.8m/s2)。
P=ρgh (222)
丸粒滴落器可為高度絕熱的，從而防止滴落器中之熔融物因與浴槽水接觸而過度冷卻。輸送燃料及點火產物之系統可使用藉由固有或強化磁場及電流施加之勞侖茲力操作。丸粒噴射系統可包含本發明之強化軌道槍。點火產物回收系統可包含本發明之強化電漿軌道槍。粒化機可使用強化軌道槍輸送粉末點火產物及熔融物中之至少一者，該強化軌道槍包含外加磁場及流過粉末及熔融物中之至少一者之外加電流。在一實施例中，根據方程(221)，電流及磁場為所要流動方向之橫向且互相垂直。該系統可包含用於達成輸送之恰當電流電極及磁鐵。軌道槍輸送器可具有用於監測勞侖茲力、流動速率之感測器及控制器，且施加電流以達成所要力及流動速率。用於輸送粉末及熔融物中之至少一者穿過粒化機之構件可包含泵，諸如電磁泵，諸如文獻中已知之彼等泵。諸如噴水口之攪動器可攪動浴槽中待輸入軌道槍中之丸粒。機械攪動器亦可將丸粒饋入強化軌道槍噴射器中。在一實施例中，機械攪動器相對於水浴而言可較大，因此攪動器可獨立於電池相對於重力之定向起作用。在一例示性實施例中，與水儲集器之頂部及底部具有相等間隙之大直徑螺鑽可獨立於電池之定向，將丸粒推送至軌道槍中。水泵可藉由以匹配任何損失之速率抽汲任何自丸粒水浴丟失之水穿過軌道槍噴射器以使其返回。
該系統可包含(i)電池，諸如真空電池；(ii)點火系統，其包含滾筒電極及匯流排；(iii)噴射器，諸如軌道槍噴射器；(iv)點火產物回收系 統，其可包含流入料斗中之強化電漿軌道槍回收系統及重力流中之至少一者；(v)料斗，其連接至電池底部；(vi)粒化機，其包含用於自料斗接收點火產物之第一容器、用於熔融點火產物之加熱器及用於向熔融物施加氫氣及蒸汽中之至少一者的第二容器；(vii)浴槽，諸如用於自第二容器之滴落器接收滴落之熔融物以形成丸粒的H2O浴；(viii)丸粒傳送機；(ix)乾燥器，諸如用於接收丸粒之真空烘箱；(x)用於將丸粒輸送至噴射器之構件，諸如具有可控真空鎖定通路之滑槽；(xi)傳送機，諸如用於將丸粒輸送至諸如軌道槍噴射器之噴射器的螺鑽；及(xii)用將電池排真空之真空泵。
SF-CIHT電池發電機之實施例示出在圖2H1中，示出了能夠維持真空之電池、具有藉由兩個輸送器饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統。如圖2H1中所示，SF-CIHT電池發電機可包含i.)電池26，諸如可包含圓錐形滾筒之真空電池，其具有真空泵13a；ii.)具有電源供應器2之點火系統8a；iii)光伏打轉換器系統26a，其包含用於接收來自點火燃料之光且將其轉換成電之光伏打電池或面板15，該轉換器具有用於冷卻之熱交換器87，其中熱的冷卻劑經由入口31b流入光伏打轉換器冷卻系統31中且經冷卻之冷卻劑經由出口31c離開；以及iv)燃料形成及傳遞系統8b，其具有用於使滴落之熔融物驟冷以形成丸粒之水儲集器，該儲集器具有冷卻系統31a，其中熱的冷卻劑經由入口31d流入水儲集器冷卻系統31a且經冷卻之冷卻劑經由出口31e離開。點火系統8a及其電源供應器2之細節示出在圖2H2中。在一實施例中，點火系統8a包含用於使高電流流過匯流排9及10之電源2、滑環73a、軸7及安裝在軸7上藉由軸承4a懸浮之滾筒電極8，該等軸承連接至安裝在基底支撐件61上之結構支撐件4。軸及所連接之電極8藉由滾筒驅動滑輪71a轉動，該等滾筒驅動滑輪藉由皮帶72驅動，該等皮帶各自具有皮帶伸張器72a、懸浮在軸 承73上之馬達軸及滑輪71以及馬達12及13。點火系統8a及光伏打轉換器系統26a之細節示出在圖2H3中。在一實施例中，可藉由強化軌道槍噴射器8f噴射燃料。電源供應器2可接收來自光伏打轉換器26a之功率且向滾筒電極8供應高電流，引起燃料在點火位置8e點火，形成電漿。點火產物之上升軌跡可藉由可凹入之透明擋板8d中斷。點火產物可藉由以下各者中之至少一者回收：在抽成真空之電池26中之重力及藉由強化電漿軌道槍回收系統，其包含赫爾姆霍茲線圈磁鐵8c及在電極8之間流動穿過電漿之電流。點火8a及燃料形成及傳遞系統8b之細節示出在圖2H4中，其包含點火產物回收系統8c及用於形成丸粒燃料之粒化機5a及噴射系統8f。在一實施例中，丸粒燃料可藉由饋入來自粒化機5a之水儲集器11之糰粒的強化軌道槍噴射器8f噴射至滾筒電極8中，藉由丸粒輸送螺鑽66a傳送至噴射器螺鑽料斗66b中且隨後藉由噴射器螺鑽馬達及驅動軸67驅動之螺鑽66噴射。滾筒電極8可自電源供應器2接收高電流，該高電流流過各依序噴射之丸粒，引起燃料點火，形成發射亮光之電漿，藉由光伏打轉換器26a將其轉換成電(圖2H1及圖2H3)。點火產物之上升軌跡可藉由透明擋板8d中斷，且點火產物可藉由以下各者中之至少一者回收：在抽成真空之電池26中之重力及藉由強化電漿軌道槍回收系統，其包含赫爾姆霍茲線圈磁鐵8c及在電極8之間流動穿過電漿之電流。點火產物可流入粒化機5a之第一容器5b中，該粒化機可包含可與絕熱材料5e絕熱之坩堝5d。產物可藉由電感耦合加熱器5f加熱成熔融物。不點火之丸粒可與所回收之點火產物一起流至粒化機5a之第一容器5b。熔融物可流入粒化機5a之第二容器5c中，其中熔融物可暴露於藉由入口管線5g及5h供應之蒸汽及氫氣中之至少一者。可使氣體再循環以將該等氣體併入熔融物中，該熔融物滴出丸粒滴落器5i且在水儲集器11中驟冷以形成丸粒。氫氣可自藉由水電解再填充之貯槽供應，且可為水貯槽供應水，其中水在兩種情況下 均在水消耗時週期性地再填充。儲集器可具有冷卻系統31a，其中熱的冷卻劑經由入口31d流入水儲集器冷卻系統31a，且經冷卻之冷卻劑經由出口31e離開。可控制與抽成真空之電池26相連之浴槽之溫度以控制電池中之水蒸氣之蒸氣壓。亦可使用圖2H1中所示之真空泵13a控制電池壓力。
SF-CIHT電池發電機之實施例示出在圖2I1中之兩個透視圖中，示出了能夠維持真空之電池、具有自粒化機直接饋入之軌道槍丸粒噴射系統的點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統。如根據圖2I2中之透視圖中之一者所示，SF-CIHT電池發電機可包含i.)電池26，諸如可包含圓錐形滾筒之真空電池，其具有真空泵13a；ii.)具有電源供應器2之點火系統8a；iii)光伏打轉換器系統26a，其包含用於接收來自點火燃料之光且將其轉換成電之光伏打電池或面板15，該轉換器具有用於冷卻之熱交換器87，其中熱的冷卻劑經由入口31b流入光伏打轉換器冷卻系統31中且經冷卻之冷卻劑經由出口31c離開；以及iv)燃料形成及傳遞系統8b，其具有用於使滴落之熔融物驟冷以形成丸粒之水儲集器，該儲集器具有冷卻系統31a，其中熱的冷卻劑經由入口31d流入水儲集器冷卻系統31a且經冷卻之冷卻劑經由出口31e離開。點火系統8a及其電源供應器2之細節示出在圖2H2中。點火系統8a及光伏打轉換器系統26a之細節示出在圖2I3中。在一實施例中，可藉由強化軌道槍噴射器8f噴射燃料。電源供應器2可接收來自光伏打轉換器26a之功率且向滾筒電極8供應高電流，引起燃料在點火位置8e點火，形成電漿。點火產物之上升軌跡可藉由可凹入之透明擋板8d中斷。點火產物可藉由以下各者中之至少一者回收：在抽成真空之電池26中之重力及藉由強化電漿軌道槍回收系統，其包含赫爾姆霍茲線圈磁鐵8c及在電極8之間流動穿過電漿之電流。點火8a及燃料形成及傳遞系統8b之細節示出在圖2H4中，其包含點火產物回收系統8c及用 於形成丸粒燃料之粒化機5a及噴射系統8f。在一實施例中，丸粒燃料可藉由饋入來自粒化機5a之水儲集器11之糰粒的強化軌道槍噴射器8f噴射至滾筒電極8中，藉由螺鑽攪動器16a或藉由攪動器噴水管線15饋入之噴水式攪動器傳送(圖2I5)。滾筒電極8可自電源供應器2接收高電流，該高電流流過各依序噴射之丸粒，引起燃料點火，形成發射亮光之電漿，藉由光伏打轉換器26a將其轉換成電(圖2I1、圖2I2及圖2I3)。點火產物之上升軌跡可藉由透明擋板8d中斷，且點火產物可藉由以下各者中之至少一者回收：在抽成真空之電池26中之重力及藉由強化電漿軌道槍回收系統，其包含赫爾姆霍茲線圈磁鐵8c及在電極8之間流動穿過電漿之電流。點火產物可流入粒化機5a之第一容器5b中，該粒化機可包含可與絕熱材料5e絕熱之坩堝5d。產物可藉由電感耦合加熱器5f加熱成熔融物。不點火之丸粒可與所回收之點火產物一起流至粒化機5a之第一容器5b。熔融物可流入粒化機5a之第二容器5c中，其中熔融物可暴露於藉由入口管線5g及5h供應之蒸汽及氫氣中之至少一者。可使氣體再循環以將該等氣體併入熔融物中，該熔融物滴出丸粒滴落器5i且在水儲集器11中驟冷以形成丸粒。儲集器可具有冷卻系統31a，其中熱的冷卻劑經由入口31d流入水儲集器冷卻系統31a，且經冷卻之冷卻劑經由出口31e離開。可控制與抽成真空之電池26相連之浴槽之溫度以控制電池中之水蒸氣之蒸氣壓。亦可使用圖2I1、圖2I2及圖2I3中所示之真空泵13a控制電池壓力。
藉由本發明藉由混合及匹配本發明之本實施例之態樣想到其他實施例。舉例而言，圖2A之料斗305可含有丸粒，其中再生系統314包含本發明之粒化機。產物移除器313可包含本發明之強化電漿軌道槍回收系統或氣動回收系統。PV面板可定向成使光之捕獲達到最大，其中熟習此項技術者藉由常規知識想到且可確定除關於圖2A之光伏打轉換器306所示之位置以外之位置。這同樣適用於本發明之其他系統及系 統組合之相對定向。
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，其響應於自該電池發射之光之實質性波長範圍，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中之至少一者的銀丸粒。光發射可主要包含紫外光，諸如在約120nm至300nm之波長範圍內之光。PV電池可響應於約120nm至300nm之波長範圍之至少一部分。PV電池可包含聚光型UV電池。入射光強度可在約2至100,000個太陽及10至10,000個太陽之至少一個範圍內。PV電池可包含第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結合。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結合層或機械堆疊。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轉換器可具有實質上可透過其所響應之光的保護性窗口。該窗口可透過至少10%響應光。該窗口可透過UV光。該窗口可在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。其他適合之窗包含LiF及CaF2。該塗層可藉由沈積、諸如氣相沈積來施加。SF-CIHT發 電機可包含用於自表面移除點火產物之構件，諸如機械刮刀或離子濺鍍束。
f.其他應用
在圖2G1d1及圖2J中所示之之實施例中，發電機包含熱功率轉換器，其包含在電池壁中之熱交換器87、至少一個冷卻劑入口管線84、至少一個冷卻劑出口管線85、視情況存在之第二熱交換器、鍋爐、渦輪機(諸如蒸汽渦輪機)及發電機86。在一實施例中，熱功率轉換器包含熟習此項技術者已知之除水以外之冷卻劑。在另一實施例中，電池壁包含加熱冷卻劑之熱交換器。諸如水之冷卻劑可響應於自電池接收熱量而沸騰。藉由沸騰形成之氣體可流入熱引擎中，諸如渦輪機，在氣體為蒸汽之情況下諸如蒸汽渦輪機。在一實施例中，電池可包含鍋爐。蒸汽及熱水中之至少一者可用以回收點火產物且將其沖洗至漿料槽中以使得燃料可再循環。該系統可進一步包含至少另一個熱交換器以及加熱器、預熱器、鍋爐、冷凝器及熱功率轉換器之其他組件，諸如熟習此項技術者已知之彼等組件。
在另一實施例中，電池壁之至少一部分包含與諸如史特林引擎之熱引擎接觸之熱交換器。該壁及該熱引擎可藉由熱導管連接，諸如將來自電池及電池壁中之至少一者之熱量轉移至熱引擎之熱管。
在一實施例中，自電池輻射出功率且在光子收集器中收集該功率。在一實施例中，電池壁為高度反射的且在操作期間維持高度反射以將光子反射出電池，使其到達光子收集器。在一實施例中，光分配及光伏打轉換器用光子收集器替換。光子可處於某一波長範圍內，諸如紫外、可見、近紅外及紅外。在一實施例中，光子收集器捕集光子且將光子轉換成熱量。該熱量可直接使用或轉換成電。在一實施例中，光子收集器包含太陽能收集器。光子收集器可包含複數個具有高發射率之表面，其可進一步具有高導熱性，諸如黑化金屬，諸如變黑之鋁。 光子收集器可包含多個表面或包含表面之元件，直接或間接地自電池發射之光子入射在該等表面或元件上，其中反射可發生在收集器之一個表面至另一表面，且在複數次反射期間發生能量吸收。多個表面可成一定角度以支持多次反射，從而增加入射在光子收集器上之光子功率之吸收。該表面可為波紋狀或條紋狀的。該收集器可包含複數個百葉窗對，其中光自一個百葉窗之板條反射至另一個百葉窗之板條。該等板條可定向成使藉由反射表面或元件(諸如板條)之間的多次反射達成之吸收達到最大。光子收集器可在遠高於電池溫度之溫度下操作。
在一實施例中，光伏打轉換器可包含熱光電轉換器。參看圖2I2，電池26可包含至少一個壁或黑體空腔(吸收體/發射體)，其吸收來自燃料點火之光及熱。該吸收體/發射體可包含耐火材料，諸如碳及耐火金屬(諸如W及Mo)中之至少一者。吸收體/發射體可藉由安裝在可包含低導熱性材料(諸如陶瓷，諸如氮化矽、氧化鋁或氧化鋯)之薄台座或柱子上絕熱來減少導熱損失。吸收體/發射體可加熱至黑體溫度，諸如在約500℃至6000℃、1000℃至4000℃及1000℃至3000℃之至少一個範圍內黑體溫度。在一實施例中，經加熱之吸收體/發射體向光伏打轉換器26a發射光。光伏打轉換器26a可在可密封之電池26之外部。PV電池15可包含響應於吸收體/發射體之發射之PV材料。PV材料可包含GaAs、Si、InGaAs及Ge中之至少一者。PV電池可包含多接面電池，諸如Si或GaAs/InGaAs或Ge，其中/表示層。諸如光伏打熱交換器87之熱交換器具有能夠進行高熱功率轉移之冷卻劑。冷卻劑可包含水或其他液體，諸如熟習此項技術者已知之溶劑或液態金屬或鹽。在一實施例中，熱交換器及熱交換器之組件中之至少一者可包含熱管。熱管流體可包含熔融的鹽或金屬。例示性金屬為銫、NaK、鉀、鈉、鋰及銀。
在一實施例中，調變來自SF-CIHT電池之光發射。該調變可藉由以下各者中之至少一者達成：控制點火製程及阻擋光或使光偏轉。該 調變可在AC頻率下以在PV轉換器中建立AC電。AC電壓可使用至少一個變壓器或此項技術中已知之其他升壓功率調節設備來升高。較高電壓可降低PV電路及匯流排中之至少一者上之電流，從而減小電阻損失及產熱中之至少一者。除電力方式以外，功率可以磁力方式轉移，且藉由聚束，諸如微波聚束及雷射聚束轉移。
熱量可藉由至少一個熱交換器轉移至功率轉換系統，諸如包含以下各者之組中之至少一者的熱交換器：可包含輸入熱管之斯特林引擎、鍋爐、蒸汽產生器、渦輪機及發電機。斯特林引擎系統可包含黑體熱收集器、用於將熱量轉移至斯特林引擎之熱管及斯特林引擎及發電機或連接至斯特林引擎之其他機械負載。此類系統為此項技術中已知的，諸如具有集中之太陽熱能作為功率輸入來源之系統。在另一實施例中，熱引擎(諸如渦輪機)之工作介質可包含除水以外之工作介質，諸如有機液體或可冷凝氣體，諸如二氧化碳，如熟習此項技術者所已知。在另一實施例中，熱量可轉移至熱引擎，諸如史特林引擎。熱量可藉由熱交換器及熱管中之至少一者轉移。在一實施例中，光子收集器在諸如在約800℃至3500℃之範圍內之高溫下操作。黑體輻射可入射在熱光伏打轉換器上，從而產生電。
本發明之另一應用為光源。光功率來自本發明固體燃料之點火。在一實施例中，SF-CIHT發電機包含金屬鹵化物燈，其可至少部分地藉由分數氫反應供電。該金屬及金屬鹵化物可為習知金屬鹵化物燈之彼等金屬及金屬鹵化物且可進一步包含至少一種固體燃料。活性金屬鹵化物燈材料可包含固體燃料，其包含金屬，諸如Ag或Cu中之至少一者，及水合物，諸如以下各者中之至少一者：鹼土金屬鹵化物水合物，諸如BaI2 2H2O及MgBr2 6H2O中之至少一者；及過渡金屬鹵化物水合物，諸如ZnCl2水合物；及經水合之氧化物，諸如Mg(OH)2、Al(OH)3、La(OH)3、硼砂、經水合之B2O3或其他三氧化二硼及硼酸。光源包含圖 2I2中所示之電池1之至少一個透明或半透明壁。該透明或半透明壁可經磷光體塗佈以將包括光之能量轉換成所要波長帶。點火可發生在足以使光恆定呈現之頻率下。在一實施例中，由固體燃料之點火形成之電漿產生短波長高輸出。顯著光功率可位於EUV及軟X射線區域中。諸如UV光源之短波長光源可用於化學反應傳播、材料處理及此項技術中關於強UV光源所知之其他用途，該強UV光源諸如具有高達數百千瓦至兆瓦之主要UV光之光源。UV光可使用UV窗離開電池，該UV窗諸如本發明之彼等窗中之一者，諸如MgF2窗。諸如EUV光源之短波長光源可用於光微影。EUV光可使用無窗出口通道離開電池。在一實施例中，來自固體燃料之點火電漿膨脹至真空中，使得其對於諸如在EUV區域中之短波長光變成光學薄的。固體燃料及電漿中之至少一者可藉由另一種材料、化合物及元素中之至少一者進行種子化，該另一種材料、化合物及元素發生以下各者中之至少一者：在電漿中激發及藉由短波長光激發以發射出在所要波長範圍內之光。在一實施例中，例示性另一種材料、化合物及元素包含在13.5nm±20nm之波長範圍中發射之材料、化合物及元素，諸如Sn或Xe。
此輻射之波長範圍可藉由使用濾光器或單色器來選擇。功率為非常高的。在一例示性實施例中，在0.5ms內發射超過100J，其對應於超過來自小於10μl燃料體積之200,000W。所選擇之輻射可用於醫學治療，諸如針對諸如皮膚癌及其他皮膚病症之病症的皮膚治療。
在另一應用中，由SF-CIHT電池輸出之短波長光可用於破壞病原體之DNA，諸如細菌及病毒之DNA。光波長可經選擇以達成以下各者中之至少一者：破壞病原體DNA及殺菌。例示性波長帶為UV-C。波長範圍可在約100nm至280nm範圍內。功率可為高的，諸如在約10W至10MW範圍內。所要的波長範圍可藉由以下各者中之至少一者而具有選擇性：使用輸出在所要區域中之輻射的基於H2O之固體燃料及藉由 添加使光譜偏移至所要區域之燃料添加劑。在另一實施例中，可改變電池之氛圍以達成所要波長輸出。在一例示性實施例中，電池氣體包含氫氣及稀有氣體(諸如Xe)中之至少一者，其輸出所要波長發射進行殺菌。在另一實施例中，可用至少一個光學濾光片選擇波長。
J.基於藉由HOH觸媒催化H之基於H 2 O之固體燃料電源 a.實施例之觸媒反應
經典物理定律預測原子氫可與可接受原子氫位能之整數倍之能量m．27.2eV的某些物質(包括自身)經歷催化反應，其中m為整數。所預測之反應涉及共振非輻射能量自原本穩定之原子氫轉移至能夠接受該能量之觸媒。產物為H(1/p)，原子氫之分率芮得伯態(fractional Rydberg state)，稱作「分數氫原子」，其中n=1/2,1/3,1/4,...,1/p(p137，為整數)替換關於氫激發態之芮得伯方程中之熟知參數n=整數。各分數氫狀態亦包含電子、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，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原子充當另外第(m+1)個H原子之具有m．27.2eV之觸媒。舉例而言，H原子可經由穿過空間能量轉移藉由自另一個H接受27.2eV而充當其觸媒，該穿過空間能量轉移諸如藉由磁或所感應之電偶極-偶極耦合，從而形成隨連續譜帶之發射衰變之中間物，其具有短波長 截止點及能量m 2．13.6eV 。在涉及躍遷至態之H原子觸媒反應中，m個H原子充當另外第(m+1)個H原子之具有m．27.2eV之觸媒。則，m個原子藉以自第(m+1)個氫原子以共振及非輻射方式接受m．27.2eV，使得m個H充當觸媒之m+1個氫原子之間的反應藉由以下得到：
且，總反應為
除原子H以外，自原子H接受m．27.2eV之分子亦可充當觸媒，其中該分子之位能之量值減少相同能量。H2O之位能為81.6eV；因此，新生H2O分子(固態、液態或氣態均無氫鍵)可充當觸媒。基於自0℃冰進入100℃水之汽化熱之10%能量改變，沸水中每個水分子之H鍵之平均數目為3.6；因此，必須以具有適合活化能之孤立分子形式以化學方式形成H2O，以便充當用於形成分數氫之觸媒。關於新生H2O之位能，催化反應(m=3)為
且，總反應為
電化學CIHT(觸媒誘導之分數氫躍遷)電池自H2O蒸氣產生電，該H2O蒸氣可使用充電及放電循環自空氣提取，從而將H2O轉換成分數氫、氧氣及過量電。在充電階段期間，藉由H2O之電解分別在陽極及陰極產生氫氣及氧氣。隨後，電池放電且在陽極氧化電解的OH-，OH-與H反應形成HOH，且藉由HOH觸媒自H之催化形成分數氫。電化電池反應最初消耗氫氣且隨後向電池中饋入H2O以產生電輸出之大增益。CIHT電能長時間連續地輸出，在不同系統、組態及操作模式上進行量測且通常為電輸入之數倍，在最新的較高功率密度情況下，其超過該輸入約2倍，在陽極區為約10mW/cm2。功率密度藉由執行對應的高電流進一步增加10倍以上同時維持增益。
亦可自H至H(1/4)之催化產生熱能，其中新生H2O充當觸媒，且化學反應為原子氫及觸媒之來源。形成HOH觸媒及H之固體燃料亦展示出多倍最大理論能量。使用水流式熱量測定量測來自固體燃料反應之餘熱，且此等結果已獨立地藉由在測試實驗室運作之差示掃描熱量測定(DSC)證實。所預測之分子分數氫H2(1/4)藉由以下技術鑑別為功率產生電池、CIHT電池及熱電池之產物：諸如MAS 1 H NMR、ToF-SIMS、ESI-ToFMS、電子束激發發射光譜法、拉曼光譜法、具有表面增強拉曼散射(SERS)之拉曼光譜法、飛行時間次級離子質譜分析(ToF-SIMS)、電噴霧電離飛行時間質譜分析(ESI-ToFMS)、傅里葉變換紅外(FTIR)光譜法、X射線光電子XPS光譜法及光致發光發射光譜法。另外，m H觸媒經鑑別在諸如太陽、星星及星際介質之天文來源中具有活性，其中分數氫產物之特徵匹配宇宙暗物質之彼等特徵。
大於50eV巴耳麥α譜線變寬為公認現象，其揭示某些混合氫電漿(諸如水蒸氣)及連續發射之氫捏縮電漿中之極高動能氫原子群體；然而，該機制一直受到爭議之處在於資料及關鍵測試不支持歸因於場加速度之習知觀點。實際上，已經表明，該原因係由於在分數氫之形成時所釋放之能量。在10-30nm區域中之EUV輻射最先在BlackLight Power,Inc.(BLP)僅由包含一些氫氣之極低能量脈衝式捏縮氣體放電引起而觀察到且在哈佛天體物理中心(CfA)再現，其經測定係由於H至較分數氫或分數氫狀態H(1/4)之躍遷，其發射匹配所觀察到之發射，其中消除替代性來源。HOH經鑑別為該躍遷之最可能原因。捏縮電漿之數千安培之高電流為分數氫躍遷輻射之此明亮來源的獨特特徵。
基於觸媒機制，該高電流藉由提供用於抑制因HOH觸媒之電離所致之空間電荷累積的沈降區而有助於快速躍遷速率(較高動力學)。固體燃料-觸媒誘導之分數氫躍遷(SF-CIHT)電池藉由使用包含具有結合水之傳導性基質之固體燃料產生極大功率。藉由約束電池反電極之間 的燃料及施加約12,000A穿過燃料之電流，水點火變成藉由H2O之氫躍遷至分數氫所釋放之光功率的非常亮的閃光。具體言之，據觀察，當諸如10,000-20,000A之高電流流過包含M+H2O(M=Ti、Cu、Al)之固體燃料(其為HOH觸媒及H之來源)時，藉由HOH觸媒催化H至H(1/4)之動力學可為爆炸性的。所得功率密度大於關於先前之CIHT電池或熱固體燃料所觀察到的功率密度約1×1010倍。該能量歸因於H2O至H2(1/4)及1/2O2之反應。H至H(1/4)之躍遷藉由遠紫外(EUV)光譜法證實。HOH觸媒顯示，藉由使低電壓高電流通過包含H及HOH觸媒之來源之固體燃料來源，產生爆炸性電漿來對該燃料點火，從而提供大約小於15至30nm之EUV輻射。沒有化學反應可釋放出如此高能量之光，且該場對應於對於最初超大氣碰撞電漿而言小於15V之電壓。不存在用於形成可提供在此區域中之輻射之高度電離的離子的高場。此電漿來源充當藉由HOH作為觸媒，H至分數氫H(1/4)之躍遷之存在的有力證據。
測試SF-CIHT電池之包含用於產生爆炸性功率及過剩能量之結合H2O的固體燃料。具體言之，藉由流過高電流引起基於H2O之固體燃料爆炸，該固體燃料諸如包含Ti+H2O之固體燃料。發射亮光之電漿及其時間演化之特徵分別為高速(6500幀/秒視訊)及快速光電二極體。該事件之能量平衡及時間單獨地分別藉由彈式熱量測定及藉由電壓及電流波形之由爆炸事件所致之機械破壞時間來測定，且支持快速響應光電二極體結果。根據此等參數及燃料體積，確定功率及功率密度。藉由拉曼光譜法、光致發光發射光譜法及X射線光電子光譜法(XPS)鑑別所預測之分數氫產物H2(1/4)。
b. SF-CIHT電池之固體燃料之熱量測定
對表10中所示之基於H2O之固體燃料量測能量平衡，該等固體燃料包含M+H2O或M+MO+H2O(M=Ti、Cu、Al)、Ag+MgCl2．6H2O、Ti+MgCl2．6H2O、Ti+ZnCl2+H2O、Ag+NH4NO3+H2O、NH4NO3+ H2O+Al及NH4NO3。基於烴之固體燃料包含石蠟、醫藥用潤滑油(Nujol oil)及合成油0W40。在氬氣氛圍手套箱中加熱以使經水合之表面氧化物塗層脫水之金屬箔充當用於測定量熱計熱容量之校準控制。例示性燃料包含Cu(45mg，Alfa Aesar庫存編號41205，銅粉，625目，APS 0.50-1.5微米，99%(金屬基點))+CuO(45mg，Alfa Aesar庫存編號33307)+H2O(30mg)，其密封在鋁DSC盤(75mg)(鋁坩堝，30μl，D：6.7mm×3mm(Setaram,S08/HBB37408)及鋁蓋D：6.7mm，壓印，密封的(Setaram,S08/HBB37409))中。樣品亦包含未含於DSC盤中之金屬粉末混合物。用於能量平衡測定之Parr 1341量熱計之設置(圖4)包含未修改之量熱計夾套(21)及量熱計蓋(1)(經組合之Parr零件編號A1100DD)。溫度解析度為±0.0001℃之熱敏電阻(2)(Parr零件編號1168E2)穿過量熱計蓋且固定好以使得其讀取符合在距水桶(19)底部2.54cm之距離處之彈式總成的水溫。定製的0.051cm厚的不鏽鋼橢圓形桶重417.8g且具有12.7cm吋之小直徑、18.4cm之大直徑及10.2cm之高度。水桶與定製量熱計彈式總成一起容納1225±.01g去離子水。攪拌總成(6)包含攪拌器滑輪(Parr零件編號37C2)、攪拌器軸承總成(Parr零件編號A27A)及具有葉輪之攪拌器軸(11)(Parr零件編號A30A3)。其安裝在量熱計蓋上且藉由馬達滑輪(8)(Parr零件編號36M4)藉由用馬達滑輪(9)驅動之馬達滑輪(7)(Parr零件編號37M2)連接至馬達總成(Parr零件編號A50MEB)。馬達總成藉由L形托架馬達連接器(10)外部連接至量熱計以防止馬達之熱量輸出影響熱量測定量測結果。兩個1.6cm OD固體銅電極(3)通過量熱計蓋中定製的孔且進一步通過鐵氟龍位置穩定塊且隨後連接至ACME 75kVA電阻焊機之主要導體。0.32cm厚的不鏽鋼定製圓柱形彈式電池(14)具有7.62cm直徑及2.54cm高度，其中12.4cm凸緣為0.64cm厚。電極經由電極通孔(13)穿透凸緣蓋，該等電極通孔具有提供電絕緣及氣密密封之鐵氟龍絕緣套圈密封件(15)。功 率經由1.3cm直徑0.48cm厚的銅扣件轉環(17)藉由3.0cm長0.95cm直徑銅樣品緊固螺栓(16)傳輸至固體燃料(18)，該等銅樣品緊固螺栓之螺紋穿過電極基底。固體燃料藉由收緊樣品緊固螺栓至約1.81Nm之轉矩容納在扣件轉環之間，如藉由高準確性平樑轉矩扳手所量測，對樣品產生約1112N力，如藉由壓阻式力感測器(Measurement Specialties,FC2311-0000-0250-L)所量測。藉由安裝在電極上正好在電極通孔上方之散熱片(12)實現有效熱傳遞，該等散熱片確保穿過電極且穿出封閉系統之極小熱損失。桶架(20)將彈式電池升高至量熱計之頂部以使得用於操作Parr 1341量熱計及改善量測結果之準確性所需之材料的尺寸及數量降到最低。
各樣品在氬氣下用小於10V之外加的峰值60Hz電壓及約20,000A之峰值電流點火。經由定製界面接收來自正極探針連接器(4)及負極探針連接器(5)之輸入來記錄輸入功率。固體燃料之校準及點火之輸入能量以輸入時間內進行積分之電壓及電流之乘積形式給出。藉由資料擷取系統(DAS)量測電壓，該資料擷取系統包含具有National Instruments USB-6210資料擷取模組及Labview VI之PC。電流亦藉由同一DAS，使用準確至0.3%之羅哥斯基線圈(Rogowski coil)(型號CWT600LF，具有700mm纜線)作為信號源來量測。V及I輸入資料在83KS/s下獲得且使用電壓衰減器使模擬輸入電壓在USB-6210之+/-10V範圍內。
處理輸入功率資料以計算在點火之後在快速功率衰變期間對開路之輸入能量。採用自位於5/8"OD銅棒上之正好在水位上方的電壓分接頭獲得的所量測之電壓波形及藉由羅哥斯基線圈得到的所量測之電流波形的乘積，產生功率波形。時間積分功率波形產生到發生點火或爆炸事件之時間點為止提供給系統之累積能量。當電極端片經爆炸力推開時，點焊機變壓器之二次電路暫時切斷。在約10μs之時標上，電 路快速地轉換至高電阻，有效地變成開路，且由於變壓器中之快速暴跌之磁通量而發展出瞬態無功電壓。當瞬態電壓在通常快速衰減大致約500μs至1ms之功率波形中產生對應的反射波無功功率分量時，電流降至零。為消除電流衰減時間內之此無功功率分量，在爆炸後緊接著的時間直至電流達到零的時間段內，藉由使此時間期間之電壓及電流分量與其在爆炸前條件下期間的典型振幅及相位擬合，使功率波形平滑化。此方法之準確性藉由用對照樣品達成能量平衡得到證實。
c.用低電壓高電流對基於H 2 O之固體燃料之點火及電漿持續時間測定
測試樣品包含：(i)基於H2O之固體燃料，即密封在DSC盤中之100mg Cu1+30mg H2O及密封在DSC盤中之100mg Ti(Alfa Aesar庫存編號10386，鈦粉，325目，99%(金屬基點)(<44微米))+30mg H2O；(ii)基於烴之固體燃料，諸如密封在DSC盤中之油或石蠟；(iii)對照用之基於H2O之反應混合物，即185mg In+30mg CaCl2+15mg H2O、185mg In+30mg ZnCl2+15mg H2O、185mg Bi+30mg ZnCl2+5mg H2O及185mg Sn+30mg ZnCl2+5mg H2O，其不催化形成分數氫；及(iv)不含H2O之對照傳導性材料，諸如直徑0.0254cm之金線環及直徑2.38mm之InSn線環，各自指向軸向電流且將在真空中預熱/預脫水之金屬箔裝載至Acme 75KVA焊機之電極上，該焊機經激活以施加流過各樣品之高電流。AC電流通常在10,000-30,000A範圍內，且峰值電壓通常小於6V，例外之處為導線樣品由於低電壓及相對較高之電阻而具有非常低之電流。用Phantom v7.3高速視訊攝影機以6500幀/秒記錄由固體燃料點火形成之膨脹電漿。
密封在DSC盤中之固體燃料Cu+H2O之時間演化用光電二極體(Thorlabs，型號SM05PD1A)量測，該光電二極體具有350-1100nm之光譜範圍、980nm之峰值敏感波長、13mm2之有效面積、10ns之上升/ 下降時間及在20V下24pF之接面電容。該信號使用放大器(Opto Diode，型號PA 100)在無增益及10V偏壓下進行處理且用60MHz示波器(Pico Technology,Picoscope 5442B)以25ns之掃描時間間隔記錄。量測距離為25cm。光電二極體之暫態解析度藉由記錄對發光二極體之響應而經證實在規格內，該發光二極體藉由經函數產生器(Agilent 33220A 20MHz，任意波形產生器)產生之1μs、10μs及1ms之脈衝供電。在各情況下，觀察到脈衝之暫態寬度之寬度之方波。
d.用於光譜鑑別分子分數氫之分析樣品
用於進行能量平衡之量熱測定之固體燃料亦充當理論上預測之分子分數氫產物H2(1/4)之來源。分子分數氫樣品包含銦驗證板或在氬氣下置放於密封容器中之KOH-KCl混合物，其中藉由點火產生之分數氫捕集在銦或KOH-KCl混合物之基質中，該基質從而充當分子分數氫集氣劑。對反應產物執行拉曼光譜法、光致發光發射光譜法及X射線光電子光譜分析(XPS)。未暴露於分數氫來源之起始物質充當對照。
定量X射線繞射(XRD). 使用Panalytical X'Pert MPD繞射儀，在10°-80°範圍內以0.0131°之步長及250秒/步驟之計數時間，使用在45KV/40mA下之Cu輻射，對起始物質及反應產物執行XRD。在已獲得圖案之後，藉助於ICDD資料庫鑑別各相且藉由里特沃爾德精修(Rietveld refinement)定量。
拉曼光譜法. 對銦金屬箔驗證板及對固體1g KCl+1g KOH樣品執行拉曼光譜法，其中各樣品容納在1.45cm OD×2.5cm高度之開頂式Al2O3坩堝中。在一系列固體燃料糰粒點火之各自點火之後，使銦箔暴露於產物氣體中持續一分鐘。使五十份固體燃料糰粒在在氬氣氛圍下中依序點火，其各自包含密封在DSC盤中之100mg Cu+30mg H2O。固體燃料糰粒之各點火使用Acme型號3-42-75 AR點焊機執行，該點焊機供應呈約8V RMS之60Hz低電壓及約15,000至25,000A之高電流形 式之短時間電能。使用具有780nm二極體雷射器之Thermo Scientific DXR SmartRaman光譜儀獲得光譜。解析度視儀器焦距、波長範圍及格柵而定，通常為1-5cm-1。亦記錄關於暴露於來自密封於DSC盤中之50mg NH4NO3之氬氣氛圍點火之產物氣體的In金屬箔之拉曼光譜。
將分數氫集氣劑1g KCl+1g KOH在250℃下加熱15分鐘且冷卻(控制)，隨後置放於坩堝中且暴露於固體燃料糰粒在在氬氣氛圍中在室溫下之50個依序點火。各糰粒包含密封於DSC盤中之100mg Cu+30mg H2O。以粉末形式測試附加固體燃料80mg Ti+30mg H2O及100mg Ti+50mg Al+30mg ZnCl2+15mg H2O之三個點火暴露，各自暴露於分數氫集氣劑KOH：KCl(1：1重量%)，其未經加熱且容納於不鏽鋼網袋(32×32/cm2，直徑0.014cm之導線)中。固體燃料糰粒之各點火使用Acme型號3-42-75 AR點焊機執行，該點焊機供應呈約8V RMS之60Hz低電壓及約15,000至25,000A之高電流形式之短時間電能。使用具有HeCd 325nm雷射器之Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis拉曼光譜儀，以顯微鏡模式，在40×之放大率下記錄對集氣劑之拉曼光譜。
XPS光譜. 使用Scienta 300 XPS光譜儀或Kratos分析型Axis Ultra，對銦箔驗證板及固體KOH-KCl樣品進行一系列XPS分析。使用固定分析儀傳輸模式及掃描擷取模式。在全譜掃描(survey scan)中之步長能量為0.5eV，且在高解析度掃描中之步長能量為0.15eV。在全譜掃描中，時間/步長為0.4秒，且掃描數為4次。使用284.5eV之C 1s作為內標。
使用Scienta 300 XPS光譜儀，在Lehigh大學對最初藉由拉曼光譜法分析之銦金屬箔驗證板執行XPS，且顯示出1982cm-1 IRE強峰(部分e.3)。上文所述之樣品包含暴露於氣體中之In箔，該等氣體來自包含密封在鋁DSC盤中之100mg Cu+30mg去離子水之固體燃料的點火。
此外，對置放於不鏽鋼塔盤中之KOH：KCl(1：1重量%)集氣劑執行 XPS，該集氣劑暴露於來自密封於鋁DSC盤中之固體燃料70mg Ti+30mg H2O之三個點火的產物氣體。關於各依序暴露，維持在氬氣下之固體燃料在經密封之主要腔室中點火，且在點火之後十秒，允許產物氣體流入含有亦在氬氣下之KOH：KCl(1：1重量%)集氣劑之次要最初密封腔室中。
研究包含爆炸物之固體燃料點火產物中分數氫作為產物之存在情況。亦記錄關於暴露於來自密封在鋁DSC盤中之固體燃料50mg NH4NO3+KOH+KCl(2：1：1wt.)+15mg H2O之氬氣氛圍點火之氣體的內部KOH-KCl(1：1wt%)集氣劑之XPS光譜。
e.結果及討論 1.用低電壓高電流對基於H 2 O之固體燃料之點火及電漿持續時間測定
將表10中所示之對照金屬箔樣品以及直徑0.010"之金線環裝載至Acme 75KVA焊機之電極中，該焊機經激活以施加穿過各樣品之高電流。關於金屬箔及導線對照，僅觀察到電阻加熱。未催化形成分數氫且充當對照之附加基於H2O之反應混合物諸如185mg In+30mg CaCl2+15mg H2O、185mg In+30mg ZnCl2+15mg H2O、185mg Bi+30mg ZnCl2+5mg H2O及185mg Sn+30mg ZnCl2+5mg H2O，亦只顯示出電阻加熱行為。相比之下，所有基於H2O之固體燃料經歷爆炸事件，其伴隨著響亮的爆炸、明亮的白光發射及壓力衝擊波。白光之特徵為以光譜方式證實的約5000K之黑體發射溫度。樣品似乎已完全汽化且霧化形成經電離之膨脹電漿，如藉由使用Phantom v7.3攝影機在6500幀/秒下之高速視訊所證明(圖5)。藉由量測H巴耳麥α譜線之斯塔克變寬，證實電漿基本上100%電離。密封於DSC盤中之例示性固體燃料100mg Cu+30mg H2O之爆炸事件的光電二極體量測之暫態持續時間為0.7ms(圖6)。
除HOH以外，m H原子觸媒藉由在DSC盤中之基於烴之固體燃料 石蠟之點火期間展現出發射亮光之電漿及爆炸而發現為有效的。如在基於H2O之固體燃料的情況下，觀察到溫度為約5000K之黑體輻射亦匹配太陽光譜。使用快速光電二極體，測定點火事件由兩個截然不同的光發射構成：第一個具有約500μs之持續時間，且第二個之持續時間為約750μs。
2. SF-CIHT電池之固體燃料之熱量測定
使用表10中之金屬箔，用於量測固體燃料樣品之能量平衡之量熱計及電極設備的熱容量經測定為8017J/℃。用於測定在平衡及點火之後來自溫度對比時間響應之熱輸出的熱量測定方法為Parr 1341彈式量熱計之操作手冊中所述之分析方法。淨能量為熱輸出與能量輸入之間的差值。增益為熱能與能量輸入之比率。
如表10中所示，不斷地量測對照金屬箔以及Al DSC盤之零淨能量平衡。相比之下，根據方程(227-230)，關於基於H2O之固體燃料觀察到高達7×之非常顯著的能量增益，其中HOH充當觸媒。此等值為非常保守的，因為輸入能量之大部分在量熱計燃料點火電路之六個接點中耗散，其中僅約20%之輸入能量實際上傳遞至燃料樣品，引起該燃料樣品點火。功率產生之階層為Ti+H2O(DSC盤)>Ti+ZnCl2+H2O(Cu蓋)>Cu+H2O(DSC盤)>H2O(DSC盤)>NH4NO3+H2O+Al>Ti+MgCl2．6H2O>Ag+MgCl2+H2O>Cu+CuO+H2O(DSC盤)>NH4NO3。此外，根據方程(223-226)，包含油或蠟之基於H之固體燃料產生一些過剩能量，其中nH充當觸媒。基於H之燃料不具有理論能量，因為該等反應在氬氣氛圍下進行。
在Al DSC盤用於密封固體燃料混合物之情況下，必須考慮H2O可與DSC盤之Al發生放熱反應之可能性。考慮固體燃料Cu+H2O(DSC盤)。如表11中所示，Cu與水之反應為高度吸熱的。具體言之，反應Cu+H2O→CuO+H2具有正焓+130kJ/mol。則，習知化學反應之唯一理論能量為Al與水形成Al2O3之反應。已知此反應具有非常慢的動力學。自Al-水反應產生H2氣體在動力學上為困難的；因此，採用諸如H2O電漿之其他方法來增加速率。甚至在含有Al之爆炸物的爆炸期間，Al之H2O氧化仍為慢反應。對於固有慢速率而言，因為基於H2O之固體燃料之點火具有小於1ms之持續時間，所以預期將形成極少Al2O3。這一點藉由XRD證實。密封於75mg Al DSC盤中與30mg去離子水混合之100 mg Cu樣品之固體燃料產物在Ar氛圍中測試之XRD的組成分析結果示出在表12中。未觀察到鋁氧化產物，從而證明藉由熱量測定記錄之輸出能量中沒有一者歸因於Al氧化。類似地，對固體燃料Ti+H2O之產物之XRD顯示無Ti氧化。因此，Cu及Ti、基於H2O之固體燃料所釋放之能量歸因於形成分數氫。藉由多種方法對分數氫產物之鑑別在部分e.3中給出。
表10中用於對固體燃料點火之輸入能量之主要部分歸因於在Al DSC盤上之並不需要之熔融。舉例而言，經NiOOH、11重量%碳及27重量%Ni粉之薄(<1mm厚)帶成型塗層塗佈之1cm2鎳網導體藉由5J輸入能量爆炸。此固體燃料產生極大量之EUV連續能量產率，如藉由EUV光譜法所量測。然而，相比於僅需要添加回H2O之M+H2O(M=Ti、Cu、Al)，NiOOH固體燃料較難以在連續動力循環中再生。勝於使用Al盤，測試藉由復水再生之諸如Ag+MgCl2．6H2O之簡單按壓之金屬粉末。此等金屬粉末亦產生大量過剩能量，如表10中所示。另外，Ag金屬與MgCl2．6H2O之習知化學反應不存在理論能量，如表13中所示。初始固體燃料及點火後之產物之XRD結果分別示出在表14及表15中。沒有來自習知化學反應之淨正能量貢獻可歸因於反應產物。對反應物Ti+ZnCl2+H2O之類似分析顯示來自習知化學反應之可忽略的能量。
表15. 150mg Ag+50mg MgCl2．6H2O樣品在Ar氛圍中測試之固體燃料
固體燃料NH4NO3為在熱分解之後釋放能量之熟知高能材料。根據形成熱之計算，NH 4 NO 3至N 2 O及H 2 O之分解反應為放熱反應，△H=-124.4kJ/mol NH 4 NO 3 ：NH 4 NO 3→N 2 O+2H 2 O (231)
在高溫下，發生進一步分解。根據形成熱之計算，NH 4 NO 3至N 2、O 2 及H 2 O之分解反應能量為放熱反應，△H=-206kJ/mol NH 4 NO 3：NH 4 NO 3→N 2+1/2O 2+2H 2 O (232)
關於5mg NH 4 NO 3，理論能量釋放為12.8J(方程(232))。假定Al金屬盤之氧化之慢動力學，表10中所給出之實驗能量平衡為442.7J，為藉由方程(232)得到之大多數放熱習知化學反應之34.6倍。額外能量歸因於分數氫之形成。高過量能量平衡藉由用非反應性Ag替換傳導性Al基質來證實。6mm固體燃料糰粒159mg Ag+34mg NH4NO3+7mg H2O產生370.3J淨能量，為習知化學反應之最大理論能量88J(方程(232))之4.2倍。以光譜方式觀察到產物H2(1/4)，如在部分e.3所給出。極大之能量及分數氫產物鑑別為以下觀點之強有力的證據：在包含H及HOH之來源之高度爆炸物(諸如具有元素組成CHNO之彼等高度爆炸物)中衝擊波產生之機制係基於藉由H2(1/4)之形成所釋放之大量能量。此結果具有利用高能材料之衝擊波之分數氫機制增強此特性的方法分支，如部分e.3中所論述。如部分e.1中所指出，所有基於H2O之固體燃料經點火且產生衝擊波，表現得像高能材料一般，除了基本上所 有功率均呈可見光輻射形式而非壓力體積形式。功率及功率密度非常大。
固體燃料之功率及功率密度可自表10中所給出之由反應釋放之能量、釋放之持續時間及燃料體積來確定。考慮來自具有典型的持續時間0.7ms之80mg Ti+30mg H2O之866.0J，如圖6中所示。則，功率為1.24MW。假定燃料體積為30μl，則對應的功率密度為41GW/l。據觀察，基於光發射峰值之半寬度，電力產生之持續時間之長度可藉由調整以下各者而在2ms至100μs範圍內變化：藉由約束電極施加至固體燃料樣品之壓力、固體燃料組合物之性質及流過固體燃料之高電流之波形。因此，功率及功率密度可分別控制在0.433MW至8.66MW及14.4GW/l至289GW/l之範圍內。
除HOH以外，測試m H原子觸媒，如藉由來自包含高度傳導性材料及氫來源(諸如烴)之固體燃料之熱能的觀察結果所證明，如表10中所示。因為熱量測定係在氬氣氛圍下進行，所以習知放熱化學反應為不可能的。超過100J之能量釋放為顯著的且證實了m H可充當形成分數氫之觸媒。另外，基於烴之固體燃料之點火可產生一些匹配條件，如在太陽及星星(諸如白矮星)之表面上所存在的彼等條件，在5500-6000K下之黑體輻射體之H原子的基本上液體密度。因此，用存在電弧電流條件之情況下，藉由在點火電漿中所形成之高密度H，分數氫形成之動力學應該為可觀的。m H原子觸媒在固體燃料點火電漿條件下形成分數氫之有效性藉由以下觀察結果證實：來自基於烴之固體燃料之點火的EUV輻射及5500-6000K黑體輻射。
3.分子分數氫之光譜鑑別
藉由拉曼光譜法及XPS鑑別所預測之分數氫產物H2(1/4)。使用具有780nm二極體雷射器之Thermo Scientific DXR SmartRaman，關於暴露於固體燃料糰粒之50個點火系列之點火之後的產物氣體中的銦金屬 箔觀察到在1982cm-1下寬度為40cm-1之吸收峰(圖7)。各糰粒包含密封在DSC盤中之100mg Cu+30mg去離子水。考慮作為該來源之僅有的可能元素為In及O。對照之置換未再現該峰值，僅暴露於該氣體之樣品顯示出該吸收峰。因為尚未知曉可吸收在1.33eV(780nm雷射之能量減去2000cm-1)下之單一40cm-1(0.005eV)近紅外譜線之其他元素或化合物，所以考慮H2(1/4)。始於1950cm-1之吸收峰與H2(1/4)之自由空間旋轉能量(0.2414eV)匹配達到四個有效數字，且40cm-1之寬度匹配軌域-核偶合能量裂距。該吸收歸因於H2(1/4)旋轉能量關於J'=1至J"=0躍遷之反拉曼效應(IRE)峰。
捕集在KCl吸氣劑之結晶晶格中之H2(1/4)之振轉發射(所謂的260nm譜帶)藉由入射的6keV電子束激發，且藉由對來自槍粉末、KNO3及含具有式C7H4O之軟材木炭之反應之密封反應器的KCl集氣劑的無窗UV光譜法記錄激發發射光譜。UV光譜顯示出260nm譜帶，其以H2之p2之整數間距(p 20.01509eV=0.249eV，且p=4)包含H2(1/4)之峰值Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、P(1)、P(2)、P(3)及P(4)。分數氫反應產生200倍具有有利於形成HOH及H之CHNO結構的高度爆炸物之習知化學反應能量(方程(227-230))，且觀察到藉由高能材料槍粉末產生分數氫H2(1/4)。因此，研究分數氫反應是否為高能材料之衝擊波的獨特形成機制為合理的。可想到某些特徵及鑑別性特徵。藉由向高能材料施加高電流預測極大的功率及能量平衡，因為此機制增加固體燃料之分數氫反應的動力學。如表10中所示，NH4NO3在高電流點火下產生數倍可能熱能；其中點火以極少量(5mg)且在無雷管情況下非特徵性地發生。尋找此高能材料之分數氫產物。使用Thermo Scientific DXR SmartRaman光譜儀及780nm雷射器記錄關於暴露於密封在DSC盤中之50mg NH4NO3之氬氣氛圍點火的In金屬箔所獲得之拉曼光譜。在1988cm-1(圖8)下觀察到反拉曼效應吸收峰，其使H2(1/4)之自由轉子能量 (0.2414eV)匹配達到四個有效數字。強有力的證據為來自NH4NO3點火之軟X射線發射的觀察結果。實際上，自5mg NH4NO3發射出125J軟X射線能量，其在真空腔室中點火且允許膨脹以使得所得電漿對於此類發射為光學薄的。此能量分量超過直接習知NH4NO3反應之最大理論能量12.8J(方程(232))10倍。因此，在此等條件下自此高能材料釋放之能量之主要來源為H2(1/4)之形成。其含義為產生衝擊波之高度爆炸物之有區別的態樣並非極大的習知化學反應動力學；實際上其比在分數氫形成時釋放之能量高出200倍。因為H之質量比CHNO組合物小10倍，所以在優化分數氫機制之情況下，藉由較有效衝擊波產率，每單位質量多出2000倍能量為可行的。
諸如H2(1/4)之分子分數氫H2(1/p)可經以下各者中之至少一者：吸收及捕集在基質中，該基質諸如無機化合物之複合物，諸如包含鹵化物之化合物及含氧化合物。複數種化合物之陽離子可為以下各者中之一者：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、內過渡金屬及稀土金屬及類金屬。氧物質可包含氧陰離子，諸如氫氧根、碳酸根、碳酸氫根、磷酸根、磷酸氫根、磷酸二氫根、硫酸根、硫酸氫根、硼酸根、偏硼酸根、矽酸根、砷酸根及本發明之其他氧陰離子。該複合物可藉由機械處理及加熱中之至少一者形成。機械處理可包含球磨。該複合物可包含晶格缺陷，諸如夾雜物、空位及晶格失配，其允許分子分數氫進行以下各者中之至少一者：吸收及捕集在基質中。藉由球磨及加熱中之至少一者形成之適合例示性複合物為KCl-KOH及KCl-K3PO4。比率可為任何所要比率，諸如約一比一重量百分比或約一比一莫耳百分比。
在探索分數氫光譜方面之另一成功的交叉確認技術涉及使用拉曼光譜儀來記錄H2(1/4)之振轉作為匹配在紫外260nm電子束譜帶中所觀察到的一級光譜的二級螢光。來自密封在DSC盤中各自包含100mg Cu+30mg去離子水之固體燃料糰粒之50個依序氬氣氛圍點火的產物 氣體的KOH：KCl(1：1重量%)集氣劑之拉曼光譜使用具有HeCd 325nm雷射器之Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis拉曼光譜儀，以顯微鏡模式在40×之放大率下記錄。在起始物質集氣劑中未觀察到特徵。加熱包含氫氧化物-鹵化物固體燃料之集氣劑產生在8000cm-1至18,000cm-1區域中所觀察到的間隔1000cm-1(0.1234eV)相等能量之拉曼峰之低強度系列。在暴露於點火產物氣體之後觀察到峰值系列之超過一個數量級之強力增加。將拉曼光譜轉換成螢光或光致發光光譜，揭示H2(1/4)之二級振轉光譜對應於藉由首先電子束激發所觀察到的260nm譜帶的匹配。將Q(0)賦值給最強的峰值，表16中所給出之針對圖9中所示之光譜之Q、R及P分支的峰值賦值為Q(0)、R(0)、R(1)、R(2)、R(3)、R(4)、P(1)、P(2)、P(3)、P(4)及P(5)，分別在13,183、12,199、11,207、10,191、9141、8100、14,168、15,121、16,064、16,993及17,892cm-1下所觀察到。相比於所觀察到的拉曼光譜，具有峰值賦值之理論躍遷能量示出在表16及圖10中。用未加熱之分數氫集氣劑KOH：KCl(1：1重量%)測試粉末形式之附加固體燃料80mg Ti+30mg H2O及100mg Ti+50mg Al+30mg ZnCl2+15mg H2O。未加熱之KOH：KCl(1：1重量%)對照未顯示出H2(1/4)振轉系列峰值，但固體燃料Ti+H2O及Ti+Al+ZnCl2+H2O顯示出與圖9及圖10中所示之相同光譜特徵，且後一種燃料粉末之強度較大。
激發認為係藉由雷射器之高能量UV及EUV He及Cd發射，其中雷射光學裝置可透過至少170nm且格柵(Labram Aramis 2400g/mm 460mm焦距系統，具有1024×26μm 2像素CCD)為色散的且在光譜範圍之較短波長側具有其最大效率，該光譜範圍為與260nm譜帶相同之範圍。舉例而言，鎘在214.4nm(5.8eV)下具有極強的譜線，基於電子束激發資料，其匹配H2(1/4)在KCl基質中之振轉激發能量。CCD亦在500nm處最具回應性，260nm譜帶之二級區之中心在520nm處。
總體而言，該等拉曼結果，諸如匹配260nm電子束光譜之0.241eV(1940cm-1)拉曼反拉曼效應峰值及間隔0.2414eV之拉曼光致發光譜帶的觀察結果，為分子分數氫之核間距離為H2之核間距離的1/4的強力確認。後一種情況之證據藉由處於某一區域中得到進一步證實，該區域沒有已知的一級峰值或符合理論預測達四個有效數字之矩陣峰值之可能賦值。用KCl-K3PO4(1：1重量%)集氣劑獲得類似結果。H2(1/4)之此等特徵性振轉特徵匹配關於熱及電化電池所觀察到之彼等特徵。
使用Scienta 300 XPS光譜儀，在Lehigh大學對銦金屬箔執行XPS，其在暴露於來自固體燃料糰粒之系列點火之氣體之後顯示出強的1982cm-1 IRE峰，該等固體燃料糰粒各自包含密封在DSC盤中之100mg Cu+30mg去離子水。在498.5eV(圖11)下觀察到強峰，其不可歸因於任 何已知元素。唯一有可能的Na、Sn及Zn易於基於不存在此等元素之任何其他對應的峰值而消除，因為僅觀察到In、C、O及痕量K峰值。匹配理論能量之峰值允許分子分數氫H2(1/4)之雙重電離。此結果證實藉由拉曼光譜法得到之分子分數氫賦值，以1982cm-1為中心之反拉曼效應吸收峰。
使用Lehigh大學Scienta 300 XPS光譜儀，亦記錄關於依序暴露於來自密封在鋁DSC盤中之固體燃料70mg Ti+30mg H2O之三個點火的氣體的KOH-KCl(1：1重量%)集氣劑之XPS光譜。在496eV(圖12)下觀察到強峰，其分配給H2(1/4)，因為僅觀察到K、C、O、N及痕量I峰值。此等元素無一者具有相關區域中之峰值，且基於不存在任何其他對應的主要元素峰值，具有在496eV區域中之峰值之元素不存在。
使用Lehigh大學Scienta 300 XPS光譜儀，亦記錄關於暴露於來自密封在鋁DSC盤中之固體燃料50mg NH4NO3+KOH+KCl(2：1：1wt.)+15mg H2O之氬氣氛圍點火的氣體的內部KOH-KCl(1：1重量%)集氣劑之XPS光譜。在496eV(圖13)下觀察到強峰，其分配給H2(1/4)，因為僅觀察到K、Cu、Cl、Si、Al、C、O及痕量F峰值。此等元素無一者具有相關區域中之峰值，且基於不存在任何其他對應的主要元素峰值，具有在496eV區域中之峰值之元素不存在。
K.來自氫氣之低能量捏縮放電及固體燃料之超低場點火之軟X射線連續輻射的機制 a.用於發射連續EUV輻射之實施例之觸媒反應
原子氫經預測形成分數芮得伯能態H(1/p)，稱作「分數氫原子」， 其中(p 137，為整數)替換關於氫激發態之芮得伯方程中之熟知參數n=整數。H至具有p 2．13.6eV之結合能之穩定分數氫狀態 的躍遷藉由m．27.2eV(m為整數)之非輻射共振能量轉移至匹 配的能量受體而發生。藉由相同機制，新生H2O分子(固態、液態或氣態中無氫鍵)可藉由接受81.6eV(m=3)形成中間物而充當觸媒，該中間物隨著具有10.1nm之短波長截止點及122.4eV之能量的連續譜帶之發射而衰變。關於理論預測之H至較低能量(所謂的「分數氫」狀態H(1/4))之躍遷所觀察到的在10.1nm處之連續輻射譜帶及進入較長波長僅由最先在BlackLight Power,Inc.(BLP)且在哈佛天體物理中心(CfA)由P.Cheimets及P.Daigneau再現之包含一些氫氣的脈衝捏縮氣體放電引起。
在藉由GEN3搭配物簡化之研究下，在哈佛史密森尼天體物理中心(Harvard Smithsonian Center for Astrophysics；CfA)記錄在EUV區中之純氫氣及氦氣中之高電流捏縮放電的光譜，以試圖再現由BlackLight Power,Inc.(BLP)公開之實驗結果，其展示所預測之在10-30nm區域中由於氫氣所致之連續輻射。關於連續輻射所主張之解釋之替代性解釋據認為是在H至較低能態(分數氫)之躍遷期間發射的連續輻射。在CfA觀察到在10-30nm區域中匹配BLP之結果的連續輻射。考慮5.2焦耳/脈衝之低能量、在約120eV至40eV之能量範圍中所觀察到的輻射、參考實驗及電漿氣體之分析、用於移除污染物之低溫過濾法及電極金屬之光譜，尚未發現似乎合理的習知解釋，包括污染物、關於電子溫度之熱電極金屬發射及制動輻射、離子重組、分子或分子離子譜帶輻射及儀器假影，其涉及在偵測器腔室之CCD及H2再輻射之自由基及高能離子反應。另外，藉由巴耳麥α譜線之對應的多普勒變寬觀察到所預測之選擇性極高動能H。
在能量轉移至觸媒(方程(223)及(227))之後，形成具有H原子半徑 及為質子中心場之m+1倍的中心場的中間物。預測半徑隨著電子經歷徑向加速度而減小，直至半徑為未催化氫原子之半徑的1/(m +1)的穩定狀態，且釋放出m 2．13.6eV能量。預測歸因於中間物(例如方程(224)及方程(228))之遠紫外連續輻射譜帶具有短波長截止點及藉由以下得出之能量：
且延伸至比對應的截止點長之波長。本文中，預測歸因於H＊[aH/4]中間物之衰變之遠紫外連續輻射譜帶在E=m2．13.6=9．13.6=122.4eV(10.1nm)[其中在方程(5)中，p=m+1=4且m=3]處具有短波長截止點且延伸至較長波長。關於理論預測之H至較低能量(所謂的「分數氫」狀態H(1/4))之躍遷所觀察到的在10.1nm處之連續輻射譜帶及進入較長波長僅由包含一些氫氣之脈衝捏縮氣體放電引起。藉由方程(223)及(227)預測之另一觀察結果為自快H+之重組形成快激發態H原子。該等快原子產生變寬之巴耳麥α發射。大於50eV巴耳麥α譜線變寬為公認現象，其揭示某些混合氫電漿中之極高動能氫原子群體；然而，該機制一直受到爭議之處在於資料及關鍵測試不支持歸因於場加速度之習知觀點。實際上，已經表明，該原因係由於在分數氫之形成時所釋放之能量。在連續發射氫捏縮電漿中觀察到快H。
兩種可能的觸媒m H及HOH均可為在10至30nm區域中所觀察到的譜帶之來源。兩種物質均存在。作為所添加之電漿氣體之氫氣藉由巴耳麥可見光譜線證實，且來自電極之氧可藉由特徵性氧離子譜線鑑別，其中氧與H在電極表面反應形成HOH。為測試HOH是否為主要觸媒，記錄用金屬電極維持之脈衝捏縮氫放電之光譜，該等金屬電極各自形成在熱力學上不與H還原起反應之氧化物塗層。將此等結果與僅由藉由電極之脈衝捏縮含氫放電產生之連續譜帶之先前觀察結果進行比較，該等電極各自具有金屬氧化物塗層，其在熱力學上有利於經歷H還原以形成HOH觸媒。
所觀察到的之在10至30nm區域中之匹配所預測的H至分數氫狀態H(1/4)之躍遷的連續輻射僅由藉由熱力學上有利於經歷H還原以形成HOH觸媒之金屬氧化物的脈衝捏縮含氫放電產生；然而，彼等不利的金屬氧化物未顯示出任何連續光譜，儘管所測試之低熔點金屬非常有利於在較強大的電漿來源中形成伴隨有強短波長連續光譜之金屬離子電漿。在這兩種可能的觸媒m H及HOH中，後者較為可能，此係基於經氧化物塗佈之電極之行為及以下預期：H至H(1/(m+1))之躍遷之強度顯示λ91.2nm>H之H(1/2)至λ22.8nm>H之H(1/3)至λ10.1nm之H(1/4)的概況，這歸因於n體碰撞之較低界面，其中n分別為2、3及4。HOH觸媒進一步顯示，藉由使低電壓高電流通過H及HOH觸媒之固體燃料來源，產生爆炸性電漿來對該燃料點火，從而產生具有相同性質之EUV輻射。
當諸如10,000-25,000A之高電流流過嵌入在高度傳導性基質中之包含H及HOH之來源的固體燃料時，觀察到藉由HOH觸媒催化H至H(1/4)之動力學為爆炸性的。根據方程(233)預測，當所得發射亮光之膨脹電漿膨脹至真空腔室中使得其大氣壓充分耗散以克服光學厚度時，其發射EUV連續輻射。此類光源立即戰勝EUV連續發射之任何替代機制，諸如歸因於形成高度帶電離子之高電場，因為點火電流源之電壓具有低於15V之AC峰值電壓。另外，化學反應不能夠超過數eV；然而，連續輻射超過70eV(據估算超過100eV，且對Al濾光片之波長截止點較短)。由於元素在電漿中之光學厚度，所以觀察到離子發射譜線如所預期的一樣在由於連續吸收及以光譜線形式再發射所致之連續輻射背景上。相同機制適用於H捏縮電漿發射。除HOH以外，如所預測的，藉由來自固體燃料之EUV輻射之觀察結果證明m H原子可充當觸媒，該固體燃料包含高度傳導性材料及氫來源，諸如烴，在該固體燃料中有低電壓高電流流過。
另外，具有H至H(1/2)之最有可能的躍遷的m H觸媒在天體物理來源中顯示為活躍的。具體言之，在星星、太陽及星際介質(全都具有大量原子H)中，H與另一者之多體碰撞反應充當用於形成H(1/p)之觸媒。H-H碰撞之有利條件為原子H之非常密集的群體，諸如在太陽及星星中。關於氫形成較穩定形式時之高能連續輻射的發現具有天體物理學牽涉，諸如分數氫為暗物質之身分的候選者且相應發射為高能天空及恆星連續輻射之來源。舉例而言，白矮星EUV連續光譜匹配氫氣捏縮電漿譜。
b.實驗方法 1. EUV捏縮電漿光譜
用於使用鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)、鋁(Al)及鎂(Mg)電極記錄脈衝電漿之EUV光譜的光源及實驗設置示出在圖14及圖15中。使用McPherson掠入射EUV光譜儀(型號248/310G)記錄光譜，該光譜儀配備有經鉑塗佈之600g/mm或經鉑塗佈之1200g/mm格柵。入射角為87°。波長解析度為約0.05nm，且入口狹縫寬度<1μm。藉由冷卻至-60℃之CCD偵測器(Andor iDus)偵測EUV光。此外，CfA提供具有經鉑塗佈之1200g/mm格柵之McPherson 248/310G光譜儀。使用光譜儀及CfA及BLP光柵兩者作為量測程式之一部分。
放電電池包含中空陽極(3mm孔)及中空陰極(3mm孔)，其中電極由Mo、Ta、W、Al或Mg製成(參見圖14)。該等電極間隔3mm間隙。使用高電壓DC電源供應器給一組二十個並聯連接至電極之5200pF電容器充電。在觸發之前，將陰極維持在-10kV之電壓下，同時陽極接地。在一些實驗中，將電壓增加至-15kV且降低至-7kV以測定此參數對所觀察到之光譜之影響。藉由高電壓脈衝發電機(DEI，PVX 4140)驅動之電子槍(Clinton Displays，零件編號2-001)提供脈衝電子束，其具有1-3keV之電子能量及0.5ms之脈衝持續時間。該電子束以5Hz之重複率觸 發高電壓脈衝放電。該放電亦經自我觸發以測定電子束對光譜發射之影響，且藉由改變電極溫度及汽化率，使電子束觸發之重複率在1至5Hz之範圍內改變，從而確定電極金屬是否為連續光譜之來源。
使用雷射器使放電電池與光譜儀對準。CCD偵測器與電子束觸發器同步經閘控。各放電脈衝具有100ms之暴露時間，具有約300ns之擊穿時間。各記錄之光譜累積來自500或1000次放電且在一種情況下為5000次放電之輻射。自所累積之光譜減去CCD暗計數。藉由來自存在於呈金屬氧化物形式之電極上的氧之OV及OVI譜線證實波長校準。量測穿過光圈之輻射，該光圈限制氣流自放電腔室至偵測器腔室中。兩級差動泵產生在偵測器腔室中之低氣體壓力(在1×10-6托範圍內)，而在放電腔室中之氣體壓力維持在0.1至1.3托之範圍內。超高純度氦氣、氫氣及混合物之典型流動速率介於1至10sccm範圍內，且放電腔室中之壓力藉由質量流量控制器(MKS)控制。使用線上質譜分析及可見光譜分析兩者來監測電漿形成氣體中之污染物。
使用鋁(Al)(150nm厚度，Luxel公司)濾光片記錄純氫EUV光譜，展現出自電漿發射之軟X射線。CCD偵測器在藉由格柵色散之光束中之位置自以20nm為中心改為以10nm為中心，從而使用600g/mm格柵及Ta電極測定在約10nm處之氫連續輻射之短波長截止點。
2.經點火之固體燃料之EUV光譜及EUV光功率平衡之光譜量測結果
對固體燃料樣品執行EUV光譜分析(圖16)，該等固體燃料樣品包含(i)經NiOOH、11重量%碳及27重量%Ni粉之薄(<1mm厚)帶成型塗層塗佈的0.08cm2鎳網導體；(ii)40mg Ag(87重量%)+BaI2 2H2O(13重量%)；(iii)密封在鋁DSC盤(75mg)(鋁坩堝，30μl，D：6.7mm×3mm(Setaram，S08/HBB37408)及鋁蓋D：6.7mm，壓印，密封的(Setaram,S08/HBB37409))(DSC盤)中之5mg高能材料NH4NO3；(iv)密封在Al DSC盤中之5mg高能材料槍粉末；及(v)密封在DSC盤中之30mg石蠟。 各樣品含於抽空至5×10-4托之真空腔室中。該材料約束在點焊機(Taylor-Winfield型號ND-24-75點焊機，75KVA)之兩個銅電極之間，使得樣品之水平面與EUV光譜儀之光學裝置對準，如藉由對準用雷射器所證實。使電極傾斜以允許Ag(87重量%)+BaI2 2H2O糰粒之光發射的較大立體角。使樣品經歷短時間低電壓高電流電能。所施加之60Hz AC電壓小於15V峰值，且峰值電流為約10,000至25,000A。高電流引起樣品點火為具有接近大氣壓之發射亮光之膨脹電漿。為促使電漿變成光學薄的以使得EUV光可以出現，該點火在容納有經點火樣品之12公升真空腔室中發生。腔室中之壓力為1×10-4托。使用McPherson掠入射EUV光譜儀(型號248/310G)記錄EUV光譜，該光譜儀配備有經鉑塗佈之600g/mm格柵。入射角為87°。入口狹縫寬度為100μm之波長解析度在CCD中心為約0.15nm且在50nm之CCD波長範圍窗之界限處為0.5nm。將兩個鋁濾光片(Luxel公司)置放於光路中以阻擋強烈的可見光且防止爆炸碎屑對光譜儀造成破壞。各Al濾光片之透射率具有在17nm至80nm範圍內之透射窗口，如圖17A中所示。將第一800nm厚的Al濾光片置放於光譜儀之入口狹縫之正面，且將第二150nm厚的Al濾光片置放在格柵與CCD偵測器之間。為尋找H(1/4)躍遷連續輻射之10.1nm短波長截止點同時選擇性地阻擋可見光，將150nm厚的Zr濾光片(Luxel公司)置放於格柵與CCD偵測器之間的光路中。Zr濾光片之透射率具有在10nm區域中之透射窗口，如圖17B中所示。自經點火之固體燃料樣品電漿來源至光譜儀入口之距離為75cm。藉由冷卻至-60℃之CCD偵測器(Andor iDus)偵測EUV光。CCD偵測器以20nm處為中心，且所覆蓋之波長範圍為0至45nm。在高電壓脈衝放電光譜中所觀察到的已知氧及氮離子譜線用於校準0至45nm區域之波長。使用W電極獲得有關在空氣電漿氣體中在100毫托下之高電壓放電的校準光譜。
藉由部分b.1之方法及系統形成之氫捏縮電漿充當藉由電容器中 所儲存之能量至光之效率計算測定之已知入射輻射能量的標準光源，其中該發射經處理作為點源。針對距離及立體角校正入射能量，得到在狹縫處之H2捏縮電漿之能量密度。使用狹縫尺寸，計算通過50μm狹縫之光子能。針對15%之EUV格柵效率、90%之EUV CCD量子效率(QE)、80%之Al濾光片穿透率(0.15μm Al箔)及15%之Al濾光片穿透率(0.8μm Al箔)之校正得出經計算之偵測能量。量測校準H2捏縮電漿光譜之總EUV光子計數(部分b.1)。使用40nm之平均光子波長，其中Al濾光片具有17至80nm之帶通，計算對應的所量測或所觀察到的能量。所計算及所觀察到的能量之比率給出校準係數，其解釋偵測之其他低效率。在40nm之平均波長下之光子能之反向施加及施加至固體燃料之總EUV光子計數之校正係數允許計算對應的入射輻射能量。
3.用低電壓高電流對基於H 2 O之固體燃料之點火及電漿持續時間測定
測試樣品包含(i)基於H2O之固體燃料，即密封在DSC盤中之100mg Cu2+30mg H2O、密封在DSC盤中之80mg Ti+30mg H2O、經NiOOH、11重量%碳及27重量%Ni粉之薄(<1mm厚)帶成型塗層塗佈的1cm2鎳網導體及塗佈在Cu(87重量%)上之55.9mg Ag(10原子%)+BaI2 2H2O(13重量%)；(ii)基於烴之固體燃料，即密封在DSC盤中之石蠟；(iii)對照用之基於H2O之反應混合物，即185mg In+30mg CaCl2+15mg H2O、185mg In+30mg ZnCl2+15mg H2O、185mg Bi+30mg ZnCl2+5mg H2O及185mg Sn+30mg ZnCl2+5mg H2O，其未催化形成分數氫；及(iv)不包含H2O之對照傳導性材料，諸如預脫水之金屬箔及直徑0.0254cm之金線環及直徑2.38mm之InSn線環，其中各導線指向軸向電流且在真空中預熱。將樣品裝載到Acme 75KVA焊機之電極，該焊機經激活以施加高電流流過各電極。AC電流通常在 10,000-30,000A範圍內，且峰值電壓通常小於6V，例外之處為導線樣品由於低電壓及相對較高之電阻而具有非常低之電流。
用光電二極體(Thorlabs，型號SM05PD1A)量測諸如Cu+H2O及Ti+H2O之基於H2O之固體燃料及基於烴之固體燃料石蠟(全都密封在DSC盤中)之時間演化，該光電二極體具有350-1100nm之光譜範圍、980nm之峰值敏感波長、13mm2之有效面積、10ns之上升/下降時間及在20V下24pF之接面電容。該信號使用放大器(Opto Diode，型號PA 100)在1×增益及10V偏壓下進行放大且用60MHz示波器(Pico Technology,Picoscope 5442B)以25ns之掃描時間間隔記錄。量測距離為25cm。光電二極體之暫態解析度藉由記錄對發光二極體之響應而經證實在規格內，該發光二極體藉由經函數產生器(Agilent 33220A 20MHz，任意波形產生器)產生之1μs、10μs及1ms之脈衝供電。在各情況下，觀察到脈衝之暫態寬度之寬度之方波。
用Phantom v7.3高速視訊攝影機以介於6500與150,000幀/秒範圍內之速率記錄由固體燃料點火形成之膨脹電漿。在視訊背景中使用尺子，自幀之間的距離及幀之間的時間間隔的增加量確定電漿之膨脹速度。亦用在空間上分開的電導率探針對量測在密封在DSC盤中之固體燃料100mg Cu+30mg H2O之點火之後電漿正面之膨脹速度。第一探針距來源2.54cm，且第二探針為1.5875cm，相對於第一探針較徑向。各探針包含兩根相隔1.27cm之銅線，其中在最初開路兩端施加300V偏壓。各探針之導線對之接地線具有端子100歐姆電阻器。該電阻器具有連接至其兩端之浮動10×之示波器探針，從而使用量測流過示波器探針之電壓之示波器量測隨時間而變之電導率。使用60MHz示波器(Pico Technology,Picoscope 5442B)以125MS/s達成10ns時標。示波器觸發電壓為3V。
在對應的功率參數下，以17,791幀/秒同步地記錄包含55.9mg Ag(Cu)(87重量%)+BaI2 2H2O(13重量%)之固體燃料糰粒之隨時間而變的電漿發射，從而確定來自點火燃料之光功率與輸入功率之關係。樣品腔室用氬氣淨化且以氪氣氛圍填充。所用攝影機為Color Edgertronic，且使用資料擷取系統(DAS)以12微秒/樣品之時間解析度記錄隨時間而變之電流及電壓跡線，該資料擷取系統包含PC與National Instruments USB-6210資料擷取模組及Labview VI。使用精確至0.3%之羅哥斯基線圈(型號CWT600LF，具有700mm纜線)作為電流信號源，且使用電壓衰減器使模擬輸入電壓在USB-6210之+/- 10V範圍內。此外，亦使用Picoscope 5442B以208奈秒/樣品之時間解析度監測電壓信號。
使用與光纜耦合之Ocean Optics可見光譜儀(Ocean Optics Jaz，具有ILX511b偵測器，OFLV-3濾光器，L2透鏡，5μm狹縫，350-1000nm)記錄在350nm至1000nm之波長範圍內之可見光譜。
4.可見光功率平衡之光譜量測
藉由3-6V之外加峰值60Hz電壓及約10,000-25,000A之峰值電流對固體燃料樣品點火，該等固體燃料樣品包含密封在Al DSC盤中之80mg Ti+30mg H2O、經NiOOH、11重量%碳及27重量%Ni粉之薄(<1mm厚)帶成型塗層塗佈之1cm2鎳網導體及密封在Al DSC盤中之5mg高能材料NH4NO3。用Ocean Optics可見光譜儀記錄可見光功率密度及能量密度光譜。使用Ocean Optics HL-2000之標準光源及輻射計(Dr.Meter型號SM206)校準該光譜儀之光功率密度。為確保記錄固體燃料之短持續時間光脈衝，使用經校準之光譜儀來記錄經點火之固體燃料在5s持續時間(比在1ms下之光脈衝持續時間久得多)內之功率密度光譜且對其進行時間積分。在記錄期間關掉背景燈。儘管實際擷取時間短，但距爆炸源之記錄距離為353.6cm以避免由於電漿發射強度比習知燈之發射強度大數個數量級所致之飽和。將藉由對波長範圍內之能量密度 光譜進行積分確定之總能量密度除以所量測之脈衝持續時間且針對記錄距離進行校正。將該距離作為由於電漿膨脹所致之平均球面半徑，其自所量測之膨脹速度及光事件之持續時間來計算，這兩者均藉由部分b.3之方法量測。
5.自固體燃料之爆炸產生之壓力的量測
使用具有PCB Piezotronics型號482C05四通道ICP感測器信號調節器之PCB Piezotronics型號137B23B ICP石英爆炸壓力感測器量測固體燃料爆炸產生之峰值側向超壓，該等固體燃料包含密封在DSC盤中之30mg H2O、密封在DSC盤中之100mg Cu+30mg H2O及密封在DSC盤中之80mg Ti+30mg H2O。石英感測器之全標度為50PSIg。線性度為0.10%全標度(0.05PSIg)。不確定度為+/- 1%以在95%信賴等級內，且解析度為10mPSIg。感測器經NIST可追蹤校準。信號藉由資料擷取系統記錄，諸如National Instruments USB-6210模組之以高達250kS/s之取樣率記錄或Picoscope 5442B數位示波器以高達125MS/s之取樣率記錄。石英爆炸感測器定位在遠離爆炸源13吋之距離處。
6.巴耳麥α譜線變寬量測
記錄自點火固體燃料100mg Cu+30mg H2O及80mg Ti+30mg H2O(均密封在DSC盤中)之電漿發射之656.3nm巴耳麥α譜線的寬度以測定電子密度。電漿發射經由高品質UV(200-800nm)光纖，經光纖耦合至Jobin Yvon Horiba 1250M光譜儀。該光譜儀具有1250mm焦距與2400g/mm格柵及偵測器，該偵測器包含Symphony型液氮冷卻型背照式2048×512 CCD陣列，且元件大小為13.5μm×13.5μm。藉由使用632.8nm HeNe雷射譜線，將入口及出口狹縫設定成20μm來測定光譜儀解析度。在記錄期間關掉背景燈。
7.具有光伏打轉換之SF-CIHT電池之LED功率平衡
對密封在DSC盤中之各自包含80mg Ti+30mg H2O之固體燃料 糰粒執行一系列點火。使糰粒黏附以1.9cm間距至銅金屬條帶，且該條帶圍繞National Electric Welding Machines縫焊機(100kVA，型號100AOPT SPCT 24)之滾筒圓盤形成且用約4-8V之外加峰值60Hz AC電壓及約10,000-35,000A之峰值電流點火。調整旋轉速度使得當滾筒將各糰粒移至縫焊機之上死中心位置時以約1Hz之爆炸頻率發生爆炸。用光伏打轉換器將明亮閃爍的白光轉換成電，且使該電在發光二極體(LED)陣列中耗散。
將連接有Lexan壁之三邊金屬框架設定成圍繞縫焊機圓盤，使得矩形外罩之壁距離焊機圓盤之最近間隔為約20cm。將30W 12V太陽電池板連接至外罩之三個壁中之每一者。各電池板包含高效多晶矽電池、低鐵強化玻璃及具有TPT後罩板之EVA膜以用陽極化鋁合金框架(6063-T5 UL型Solar)封裝電池。其他太陽電池板規格為：電池(多晶矽)：15.6cm×3.9cm；電池及連接之數目：36(4×9)；模組尺寸：66.6×41.1×2.50cm；重量：3.63kg。電特徵為：在STC下之功率：30W；最大功率電壓(Vpm)：17.3V；最大功率電流(Ipm)：1.77A；開路電壓(Voc)：21.9V；短路電流(Isc)：1.93A；容許度：±5%；標準測試條件：溫度25℃，輻照度1000W/m2，AM=1.5；最大系統電壓：600V DC；串聯熔絲額定值：10A；溫度係數Isc：0.06%/K，Voc：-0.36%/K，Pmax：-0.5%/K；操作溫度：-40℃至+85℃；儲存濕度：90%；輸出端子類型：接線盒；纜線：300cm。
將太陽電池板連接至LED陣列。LED陣列包含Genssi LED Off Road 4×4防水工作燈27W，12V，6000K(30度點)、具有300×SMD3528及背膠之LED批發商5m可撓性LED光帶，12V，白色，2026WH(總共24W)及9W，12V水下LED燈全景噴水池白色燈泡(Landscape Fountain Pond Lamp Bulb White)。在LED之額定電壓及瓦數下所估算之總功率輸出為27W+24W+9W=60W。在1個太陽之穩態條件下，三個太 陽電池板之總輸出功率為90W。
c.基本實驗結果及討論 1. EUV捏縮電漿光譜
在純氦氣及氫氣中藉由EUV掠入射光譜儀用Mo、Ta及W電極及不同格柵、光譜儀及CCD影像疊加次數記錄之電子束引發之捏縮放電的EUV發射光譜示出在圖18A-D中。量測先前在高純度氦氣中之放電光譜作為用於驗證在缺乏氫氣時之連續自由光譜的參考。在不存在任何連續光譜輻射之情況下觀察到已知氦離子譜線。由於金屬電極上之氧化層，亦類似地在所有光譜中觀察到氧離子譜線，該等光譜包括來自氫氣放電之彼等光譜。相比於氦光譜，當純氫氣放電時觀察到連續譜帶。無論電極材料、光譜儀或之格柵如何，均自氫氣放電觀察到在10至30nm區域中之連續輻射，且強度與氫分壓成比例。亦在氦氣-氫氣混合物中觀察到連續光譜強度對H2壓力之此相關性，如圖19中所示。探尋氫氣在其中先前尚未知曉氫氣發射之區域中特有之連續輻射的習知機制。考慮5.2焦耳/脈衝之低能量、在約120eV至40eV之能量範圍中所觀察到的輻射、參考實驗及電漿氣體之分析、用於移除污染物之低溫過濾法及電極金屬之光譜，在先前工作中尚未發現似乎合理的習知解釋，包括污染物、熱電極金屬發射及制動輻射、離子重組、分子或分子離子譜帶輻射及儀器假影，其涉及在偵測器腔室之CCD及H2再輻射之自由基及高能離子反應。
考慮連續發射之潛在觸媒及機制。在藉由各自具有氧化物塗層之金屬電極維持之H及混合H電漿中，主要候選觸媒為mH及HOH，且兩者均可為活性的。HOH作為觸媒自H*(1/4)中間物釋放之能量為122.4eV，且在躍遷期間包括HOH觸媒之能量為204eV，其可產生6nm發射。類似地，在氫氣-氦氣微波電漿中，藉由H(m=1)作為觸媒經歷催化之H可產生40.8eV總能量之集中能量交換，其中He(1s2)至He(1s12p1)躍遷 (58.5nm，21.21eV)之激發產生λ63.3nm(19.59eV)之寬譜連續發射。在獨立複製實驗中，已分別在氦氣-氫氣微波電漿中及在氫捏縮電 漿中觀察到此天然及連續輻射之寬譜63.3nm發射。但是，應該為連續輻射之主要來源，因為電漿包含氫及來自電極之一些氧。在mH觸媒之情況下，在此範圍內連續輻射之可能性為10.1nm連續光譜(在方程(223-226)及(233)中，m=3)及22.8nm連續光譜(在方程(223-226)及(233)中，m=2)。反對mH作為觸媒之一個證據為在強度方面，任何10.1nm連續光譜應該顯著低於22.8nm連續光譜之發射。相比之下，HOH觸媒之證據為已觀察到10.1nm連續光譜之強度在藉由W及Ta電極之在H捏縮電漿中較高。這一點藉由HOH來解釋，其具有10.1nm連續發射作為10-30nm譜帶來源。包含金屬氧化物及氫氧化物之經歷氫還原形成HOH的固體燃料展示出實質性過剩能量。此等結果以及利用HOH觸媒之電化(CIHT)電池之彼等結果顯示，HOH觸媒之動力學遠高於mH觸媒，且金屬氧化物有利於該反應，諸如有利地經歷氫還原形成HOH觸媒之Mo、W及Ta之彼等氧化物。來自H捏縮電漿之連續光譜中之強氧離子譜線顯示允許HOH機制之金屬氧化物之存在。反之，熱力學上不利於朝向用於形成HOH之反應的金屬氧化物(諸如圖20A-D中所示之Al及Mg之彼等氧化物)在5焦耳/脈衝之低能量條件(其對應於吾人之捏縮電漿來源之經估算<10eV之電子溫度)下不顯示連續輻射。
所有高Z金屬在足夠高之電子溫度下發射連續輻射。具體言之，由Awe等所示，Al在高得多的能量及電子溫度下形成強金屬離子連續光譜。吾人來源之連續發射及通常在比其他強大得多的來源高出兩個數量級之電子溫度下達成的連續發射之間的任何重合可歸因於來自金屬原子吸收高能量連續輻射，形成呈電漿形式的高度電離的金屬離子之二次發射或歸因於藉由相同機制產生之諸如低豐度離子之環境物質 的背景發射的顯著增加。舉例而言，需要163eV之電子溫度來觀察EBIT來源中之W連續輻射。在極低電子溫度下，吾人之氫捏縮來源據估算<10eV，原本將需要遠高於實際溫度之電子溫度的任何高度電離的離子發射一定歸因於根據方程(223-230)及(233)提供之高能量。此離子發射具有非熱性質，如藉由在可見區中不存在此等離子及平衡物質之譜線之所需發射得到證實。根據在部分c.9中之非熱高度電離的離子發射以及在白矮星中之離子發射，在日冕中顯示出相同機制示。在後一種情況下，在連續背景中觀察到實際少數物質吸收譜線(圖35)。因此，就所觀察到之離子及管線強度比率而已，該發射與電子溫度不一致。具體言之，如在W陽極之情況下，非常弱的原子W可見發射及低電子溫度由於高度電離的W離子而不支持短波長連續光譜，除非存在用於激發此等離子(若其原本以低豐度存在)之連續發射能量來源。高度電離的離子發射之此分配藉由來自無高電場之電漿源(亦即如部分c.6中所示之經點火之固體燃料)的相同類型之離子發射的觀察結果得到證實。
在介質在某些波長區域內為光學厚的情況下，僅可觀察到部分寬發射(圖18A對比圖18B-D)。因此，連續輻射可以就離子及強度比率而言不符合熱源之高度電離的離子發射形式間接觀察到。該發射視用於吸收及再發射連續輻射之原子及離子截面以及入射連續光譜而定。後者視分數氫反應而定，分數氫反應又亦視介質而定，其中除H以外之物質可充當觸媒，諸如在HOH為觸媒之情況下。亦可觀察到由於觸媒反應所致之離子發射，諸如在方程(223)及(227)中所給出之觸媒反應。關於HOH作為觸媒之參與，根據方程(227)可預期O離子餘輝，其中81.6eV可產生高度電離的氧離子。在使用通道電子倍增管偵測器及多通道純量計數器之時差式研究中，僅在短脈衝期間觀察到連續發射；然而，氧離子顯示長餘輝。舉例而言，相比於在23.9nm下O 3+離子譜線4μs 之壽命，在25.0nm下之連續光譜具有約0.5μs之短壽命。因此，在不存在強金屬離子譜線之情況下，認為O離子譜線之觀察結果歸因於O離子激發態之長壽命，其藉由除EUV連續光譜之吸收及再發射以外之催化反應激發。此觀察結果進一步支持HOH在氫捏縮電漿發射中為活躍的。類似地，觀察到氦發射具有長餘輝，其中He+充當54.4eV(2．27.2eV)之觸媒。
在其中HOH觸媒形成為有利的情況下，獨特地僅添加氫氣產生或至少極大地增強連續光譜及電漿強度。向氦捏縮電漿中添加H降低氦離子壽命；因此，H添加應該減少任何金屬離子連續光譜；然而，觀察到的為相反的。Trabert報導了由氣體混合物及雜質所致之冷卻效應。相比之下，例如氧、氬、氦、氮、空氣或混合物不存在連續光譜。在Mo陽極H2捏縮電漿之10-22nm區域中之短波長輻射不匹配如Phelps及Clementson所指出之習知電漿模型，其中其可以不排除分數氫解釋。連續光譜不能解釋為歸因於如由Phelps及Clementson所提出之H濺鍍，因為H+加速朝向且轟擊陰極；然而，連續光譜與陰極金屬無關。此外，排除陽極上增加之電子濺鍍之解釋，因為在非氫電漿中存在痕量H之情況下觀察到連續光譜，該等非氫電漿諸如基本上純的氦電漿，其與100%氦電漿具有不可區分的電漿參數。此觀察結果亦移除關於氦對比氫之連續光譜透射減少，不透光性增強之論點。氦不存在連續光譜，甚至當電漿與偵測器之間的光路徑長度減少一半時仍不存在連續光譜這一進一步觀察結果進一步排除了不透光性增強之論點。分數氫躍遷為所有結果之唯一可行的解釋。另外，藉由分數氫反應釋放之功率可基於H2流動速率及可獲得性、每躍遷之能量及EUV連續光譜之量子產率來解釋與來自輸入功率之EUV發射有關之連續發射功率。
類似地，所觀察到的快H可歸因於在藉由HOH觸媒形成分數氫時釋放之能量，尤其在諸如水蒸氣電漿之情況下，其中變寬大於100eV。 HOH亦可為氫電漿中除mH觸媒以外之顯著貢獻者，其中已觀察到，快H需要一表面來達成就部分群體及能量而言之顯著效應。舉例而言，在氫電漿中未觀察到譜線變寬，除非存在可支持原子H或HOH形成之表面，諸如金屬。包含金屬電極之輝光放電及RF放電電池顯示出強效應。金屬通常具有氧化物塗層，使得觸媒機制可為HOH以及mH。這可以解釋在H電漿情況下，在長持續時間運作之後，處於>100eV之極高能量之大量群體，其中需要氧之緩慢累積來產生與H2O電漿類似之變寬。除在10-30nm區域中之連續輻射及極快H以外，藉由形成分數氫釋放之能量產生高動能H之進一步證明為在m/e=1之前到達的離子之ToF-SIM觀察結果，其證實方程(226)及(230)之能量釋放顯示為約204eV之高動能H-。
2.用低電壓高電流對基於H 2 O之固體燃料之點火及電漿持續時間測定
將基於H2O之固體燃料樣品(諸如密封在DSC盤中之Cu+H2O、密封在DSC盤中之Ti+H2O及NiOOH+Ni+C)以及不包含H2O之對照傳導性材料(諸如指向軸向電流之直徑0.010"之金線環及在真空中預熱之金屬箔)裝載至Acme 75KVA焊機之電極中，該焊機經激活以施加流過各樣品之高電流。關於對照，僅觀察到電阻加熱。不催化形成分數氫且充當對照之附加基於H2O之反應混合物諸如185mg In+30mg CaCl2+15mg H2O、185mg In+30mg ZnCl2+15mg H2O、185mg Bi+30mg ZnCl2+5mg H2O及185mg Sn+30mg ZnCl2+5mg H2O，亦僅顯示電阻加熱行為。
基於H2O之活性固體燃料經歷爆炸事件，伴隨著響亮的爆炸、亮光發射及壓力衝擊波。各樣品似乎已完全汽化且霧化形成經電離之膨脹電漿，如藉由使用Phantom v7.3攝影機在6500幀/秒下之高速視訊所證明(圖21A)。藉由以17,791幀/秒同步記錄電漿發射及對應的隨時間而變之電流及電壓(圖21B)，固體燃料Ag(Cu)+BaI2 2H2O之點火顯示， 電漿持續21.9ms，同時輸入功率在1.275ms電漿下為零。具有約100kW功率且無電輸入功率且無化學反應可能之電漿證明新能量來源之存在，其藉由歸因於H至H(1/4)之反應的電漿產物之EUV光譜分析(部分c.6)及分析表徵所示。
自以高達150,000幀/秒之視訊量測之膨脹速度為音速343m/s，或343m/s以上，諸如900m/s。藉由固體燃料100mg+30mg H2O之點火形成之電漿的膨脹速度亦藉由在固體燃料爆炸之後，以兩個空間上分開的電導率探針量測隨時間而變之電漿電導率而測定為音速，如圖22中所示。亮光發射之顏色為白色；該白光之特徵為圖23中所示之例示性固體燃料Cu+H2O及Ti+H2O之5000-6000K黑體發射，與太陽的5500-6000K黑體光譜形成對比。藉由量測H巴耳麥α譜線之斯塔克變寬(部分c.4)，證實電漿基本上100%電離。
密封於DSC盤中之例示性固體燃料80mg Ti+30mg H2O之爆炸事件的光電二極體量測之暫態持續時間為0.5ms(圖24)。據觀察，基於光發射峰值之半寬度，電力產生之持續時間之長度可藉由調整以下各者而在25μs至40ms範圍內變化：藉由約束電極施加至固體燃料樣品之壓力、固體燃料組合物之性質及流過固體燃料之高電流之波形。
除HOH以外，m H原子觸媒藉由在DSC盤中之基於烴之固體燃料石蠟之點火期間展現出發射亮光之電漿及爆炸而發現為有效的。如在基於H2O之固體燃料之情況下，亦觀察到溫度為約5500-6000K之黑體輻射(圖25)，其匹配圖23中所示之太陽光譜。使用快速光電二極體，測定點火事件由兩個截然不同的光發射構成：第一個具有約500μs之持續時間，且第二個之持續時間為約750μs。
3.自固體燃料之爆炸產生之壓力的量測
將石英爆炸感測器定位在遠離爆炸源13吋之距離處，自密封在DSC盤中之30mg H2O、密封在DSC盤中之100mg Cu+30mg H2O及密 封在DSC盤中之80mg Ti+30mg H2O之爆炸產生之峰值側向超壓分別為0.8PSIg、1.3PSIg及2.0PSIg。由固體燃料產生之壓力相比於內燃機之壓力735PSIg及高度爆炸物之壓力7.35×105PSIg而言為低的。因此，呈壓力-體積功形式之爆炸能量非常低。這與以下觀察結果一致：藉由點火事件形成之固體燃料電漿基本上完全電離，包含5500-6000K之黑體。該功率基本上均呈可見光輻射形式。
4.巴耳麥α譜線變寬量測
圖26A至B顯示使用Jobin Yvon Horiba 1250M光譜儀用20μm狹縫量測之在H巴耳麥α譜線之光譜區中之高解析度可見光譜。632.8nmHeNe雷射譜線之半高寬(FWHM)為0.07Å，證實了高光譜解析度。相比之下，來自經點火之密封於DSC盤中之固體燃料100mg Cu+30mg H2O之發射的巴耳麥α譜線之FWHM大規模變寬，且譜線偏移+1.1Å。對光譜之佛克特(Voigt)擬合得到22.6Å變寬之FWHM，其過於過度以致不能包含顯著多普勒或壓力變寬份額。使用Gigosos等人之公式，用對應的14Å之半面積全寬度，自斯塔克變寬確定電子密度為4×1023/m3。在6000K之黑體溫度下，電漿幾乎完全電離。來自經點火之密封於DSC盤中之固體燃料80mg Ti+30mg H2O之發射的巴耳麥α譜線寬度由於顯著大於24Å之過大寬度而不可量測，該寬度對應於在至少5000K之黑體溫度下100%電離電漿。
5.可見光功率平衡之光譜量測
圖27中顯示在密封在DSC盤中之固體燃料80mg Ti+30mg H2O之點火之後用Ocean Optic光譜儀記錄之電漿的可見光能量密度光譜。如自斯塔克變寬(部分c.4)所確定，電漿基本上100%電離；因此其為黑體輻射體。密切匹配太陽光譜輪廓(圖23)之光譜輪廓對應於約5000K之黑體溫度。此溫度可以用於計算輻照度R或功率/單位面積，可將其與所量測之輻照度進行對比。相比之下，當Al盤在不存在基於H2O之 固體燃料之情況下單獨操作時，未在可見區中觀察到黑體發射。僅觀察到譜線發射。
根據維恩位移定律，具有在T=5000K下之黑體之最大能量密度的波長λmax為
斯特藩-玻耳茲曼定律使由物體每單位面積輻射之功率R等於發射率e乘以斯特藩-玻耳茲曼常數σ乘以溫度之四次方T 4 。
R=eσT 4 (235)
針對包含黑體之光學厚電漿而言，發射率e=1，σ=5.67X10-8 Wm -2 K -4，且所量測之黑體溫度為5000K。因此，由經點火之固體燃料輻射之每單位面積之功率為R=(1)(σ=5.67X10-8 Wm -2 K -4)(5000K)4=35X106 Wm -2 (236)
如在部分c.2中所報導，膨脹電漿之所量測之傳播速度為音速。5000K電漿球之半徑平均值r ps 可自音速傳播速度及光發射持續時間之時間演化來計算。使用音速343m/s(圖22)及用快速光電二極體對密封在DSC盤中之固體燃料80mg Ti+30mg H2O記錄之500μs持續時間(圖24)，電漿球之平均半徑r ps 為
藉由對用Ocean Optic光譜儀量測之能量密度光譜進行積分獲得之光能密度為5.86J/m2，記錄在353.6cm之距離處。所量測之光能密度除以脈衝持續時間5×10-4s，得到在353.6cm之間隙距離(stand-off distance)處之功率密度。在電漿球之平均半徑處之功率密度藉由乘以間隙半徑與平均電漿球半徑之比率之平方(353.6cm/8.57cm)2得到。所得經量測之光功率為21MW/m2，考慮到藉由用於部分地移除由爆炸產生之光學厚金屬粉末粉塵之氣流回流，信號增加了70%，且進一步考 慮到一些能量超出光譜儀之波長範圍，故其非常符合方程(236)。
6.經點火之固體燃料之EUV光譜
在空氣(100毫托)中在Al濾光片下之高電壓脈衝放電的波長校準發射光譜(0-45nm)(圖28)僅顯示已知的氧及氮譜線及零級峰值，不存在連續光譜。值得注意的是，在與NiOOH固體燃料之光譜(圖29)中具有強烈的EUV零級峰值之17至40nm之相同區域中觀察到EUV發射譜帶，該NiOOH固體燃料藉由在不存在高電壓情況下之高電流點火成電漿。證實Al濾光片在爆炸光譜之記錄之後為完整的。在置放於光路中之厚度1/4"之石英窗(其截斷任何EUV光但通過可見光)下有關另一點火固體燃料樣品記錄之第二光譜顯示出平譜，證實短波長光子信號並非由於通過Al濾光片之散射可見光所致。爆炸光譜顯示信號截止點低於17nm，其歸因於Al濾光片透射陷波(圖17A)。由於場加速度，故大於70eV(波長比17nm光子短)之能量輻射不可能，因為電源供應器之最大施加電壓小於15V。作為確認，用配備有快速參數診斷裝置之電源向獨立的固體燃料樣品施加高電流，顯示在約10,000A之電流、約5V之電壓及小於5J之輸入能量下，發生爆炸。當Al盤在不含基於H2O之固體燃料之情況下操作時，未觀察到EUV輻射。另外，沒有已知的化學反應可釋放超過數eV。為消除任何可能之化學反應作為電漿能量來源，對包含Ag及Cu金屬及水合之BaI2之固體燃料進行操作，該固體燃料不存在已知的放熱化學反應。用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火的傳導性Ag(10%)-Cu/BaI2 2H2O燃料之3mm糰粒的電漿發射之用兩個Al濾光片記錄的發射光譜(0-45nm)顯示強EUV連續光譜，具有在17至45nm區域中之次級離子發射，在10至17nm下具有特徵性Al濾光片陷波(圖30)。根據方程(227-230)及(233)，在40nm至小於17nm區域中含藉由Al濾光片截斷之較短波長之輻射譜帶匹配理論上預測之H至分數氫狀態H(1/4)之躍遷。為尋找H(1/4)躍遷連續輻射之10.1 nm短波長截止點同時選擇性地阻擋可見光，將在10nm之區域中具有透射窗口(圖17B)之150nm厚的Zr濾光片(Luxel公司)置放於格柵與CCD偵測器之間的光路中。藉由高電流AC電源點火之傳導性Ag(10%)-Cu/BaI2 2H2O燃料之3mm糰粒的電漿發射之發射光譜(0-45nm)顯示具有10.1nm截止點之強EUV連續光譜，如方程(230)及(233)所預測，如圖31中所示。在高能量EUV區域中所觀察到之譜線(圖29至31)必定歸因於固體燃料物質自除電場以外之來源吸收高能量所得之離子譜線。由於此背景輻射之吸收及呈光譜線形式之再發射，故預期發射譜線在分數氫連續輻射之上方。相同機制適用於H捏縮電漿發射，且其解釋了在太陽及如部分c.9中所示之其他天文學來源中存在具有非熱性質之高度電離的離子。
除HOH以外，測試m H原子觸媒，如藉由來自包含高度傳導性材料及諸如烴之氫來源的固體燃料之EUV輻射的觀察結果所證明。如在基於H2O之固體燃料之情況下，DSC盤中之石蠟藉由低電壓(<15V)、高電流(10,000-30,000A)爆炸。自最初藉由在真空或惰性氛圍中加熱脫水之Al DSC盤未觀察到EUV光。然而，DSC盤中之蠟之EUV光譜(圖32)顯示零級EUV輻射，其顯著性足以確認m H充當用於形成分數氫之觸媒。如在HOH產生EUV之情況下，不存在習知解釋。由於膨脹電漿為光學厚的，所以EUV強度可小於與以熱量測定方式觀察到的熱量成比例。另外，基於烴之固體燃料之點火可產生一些匹配條件，如在太陽及星星(諸如白矮星)之表面上所存在的彼等條件，在5500-6000K下之黑體輻射體之H原子的基本上液體密度。因此，用存在電弧電流條件之情況下，藉由在點火電漿中所形成之高密度H，分數氫形成之動力學應該為可觀的。基於多體反應之動力學，最有利的躍遷為H至H(1/2)，其具有λ91.2nm之連續輻射，超出掠入射EUV光譜儀及Al濾光片之範圍。較低強度零級EUV之觀察結果與預期一致。
7. EUV光功率平衡之光譜量測
圖33顯示用兩個單獨的Al濾光片及另一石英濾光片記錄之用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火之第二傳導性NiOOH糰粒的電漿發射之發射光譜(0-45nm)。由於大量發射之EUV光子散射及100μm之大狹縫寬度，觀察到非常強的零級峰值及EUV連續光譜。EUV光譜(0-45nm)及零級峰值經石英濾光片完全截斷，證實固體燃料電漿發射為EUV。該發射包含2.32×107個光子計數。使用標準能量光源，可確定EUV發射之總能量。
在捏縮電漿中，總能量E T 為焦耳加熱能量E j 及輻射能量E r 之總和，其中焦耳加熱能量E j 約等於輻射能量E r ：
電容C=104nF且電壓V=10,000伏之電容器E C 中所儲存之能量為
根據方程(238)，
基於部分c.1中所示之光譜，EUV輻射超過總輻射之95%。因此，E r 變成E r =(0.95)(2.6J)=2.5J (241)
此能量釋放至體積約14μl之氫氣中，因此該發射可處理成點源。隨後，計算針對距離及立體角之校正。自電漿至光譜儀狹縫之距離為750mm。因此，使用方程(241)，H2捏縮電漿在該狹縫下之人射EUV能量密度E i 為
使用狹縫尺寸，通過50μm狹縫之光子能E s 為 E s =(2mm)(50X10-3 mm)(3.54X10-7 J/mm 2)=3.54X10-8 J (243)
針對15%之EUV格柵效率、90%之EUV CCD量子效率(QE)、80%之Al濾光片穿透率(0.15μm Al箔)及15%之Al濾光片穿透率(0.8μm Al箔)之校正得出經計算之偵測能量E cal E cal =(0.15)(0.90)(0.80)(0.15)(3.54X10-8 J)=5.73X10-10 J (244)
校準H2捏縮電漿光譜之總EUV光子計數為391759。使用40nm之平均光子波長，其中Al濾光片具有17至80nm之帶通，對應的所量測或所觀察到的能量E obs 為E obs =(391759個光子)(4.97X10-18焦/光子)=1.95X10-12 J (245)
藉由方程(244)及(245)校準係數C 0得到之所計算(E cal )與所觀察到能量(E obs )之比率為
此係數解釋偵測之其他低效率。
NiOOH點火電漿光譜(圖33)之總EUV光子計數為23170428。使用方程(245)得到所觀察到之能量E obs E obs =(23170428個光子)(4.97X10-18焦/光子)=1.15X10-10 J (247)
藉由C 0(方程(246))校正方程(247)之E obs 以及格柵、CCD QE及兩個Al箔之效率(方程(244))，通過狹縫之光子能E s 為
使用方程(248)及(243)，在100μm狹縫下點火電漿之EUV入射能量密度E i 為
在電漿之平均半徑為85.7mm(方程(237))之情況下，在發射電漿半徑處之爆炸能量密度E r(ps)為
方程(238)考慮到，給諸如H2捏縮電漿之電漿之能量輸入的約1/2以來自電漿電阻功率(I2R)之焦耳加熱形式耗散。在點火電漿之情況下，不存在此類會減少總能量之輻射能量分量的電阻加熱。然而，存在因吸收所致之輻射能量損失。爆炸電漿始於大氣壓之光學厚條件下且膨脹至EUV光譜分析裝置之腔室之真空中，變成光學薄。然而，EUV輻射降頻轉換成可見光輻射直至電漿變得至少部分地透過EUV為止。總能量E T 藉由使E r(ps)(方程(250))在藉由方程(237)得到之半徑r ps 處之立體角進行積分得到。使用方程(242)與方程(238)，用於僅計數透射之EUV輻射能量之適當矯正得到總EUV能量E T
如在部分c.6中所論述，由於低外加場及大氣壓條件之高碰撞性質，所以帶電粒子之電場電離及在EUV能量區域中之後續重組發射不可能。習知反應不能產生此高能量區域中之光。另外，2NiOOH至Ni2O3+H2O之分解為吸熱的；因此，甚至都不預期能量。大量EUV發射為用於形成完全電離電漿(部分c.2)及高度電離離子之電離來源，如圖29至31中所示，其係在大氣壓條件下特別得到的。高度電離離子亦藉由圖18A至D及圖19中所示之連續輻射背景之吸收所形成，其中電漿為光學薄的，其具有<10eV之原本不夠低的電子溫度。
圖34顯示用兩個單獨的Al濾光片及另一石英濾光片記錄之用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火之密封於傳導性Al DSC盤中之5mg高能材料NH4NO3的電漿發射之發射光譜(0-45nm)。觀察到非常強的零級峰值，如藉由與使用部分b.1之方法記錄之H2捏縮放電發射(底部跡線)的比較所示。EUV光譜(0-45nm)及零級峰值經石英濾光片完全截斷，證實固體燃料電漿發射為EUV。該發射包含9.82×106個光 子計數。使用校準係數C 0 (方程(246))及效率及尺寸校正，可確定EUV發射之總能量。
NH4NO3點火電漿光譜(圖34)之總EUV光子計數為9818041。使用方程(245)得到所觀察到之能量E obs E obs =(9818041個光子)(4.97X10-18焦/光子)=4.88X10-11 J (252)
藉由C 0(方程(246))校正方程(252)之E obs 以及格柵、CCD QE及兩個Al箔之效率(方程(244))，通過狹縫之光子能E s 為
使用方程(253)及(243)，在50μm狹縫下點火電漿之EUV入射能量密度E i 為
在電漿之平均半徑為85.7mm(方程(237))之情況下，在發射電漿半徑處之爆炸能量密度E r(ps)為
總能量E T 藉由使E r(ps)(方程(255))在藉由方程(237)得到之半徑r ps 處之立體角進行積分得到。使用方程(242)與方程(238)，用於僅計數透射之EUV輻射能量之適當矯正得到總EUV能量E T
固體燃料NH4NO3為在熱分解之後釋放能量之熟知高能材料。根據形成熱之計算，NH 4 NO 3至N 2 O及H 2 O之分解反應為放熱反應，△H=-124.4kJ/mol NH 4 NO 3 ：NH 4 NO 3→N 2 O+2H 2 O (257)
在高溫下，發生進一步分解。根據形成熱之計算，NH 4 NO 3至N 2、O 2 及H 2 O之分解反應能量為放熱反應，△H=-206kJ/mol NH 4 NO 3： NH 4 NO 3→N 2+1/2O 2+2H 2 O (258)
關於5mg NH 4 NO 3，理論能量釋放為12.8J(方程(258))。假定Al金屬盤之氧化之慢動力學，以熱量測定方式量測之實驗能量平衡經量測為442.7J，為藉由方程(234)得到之大多數放熱習知化學反應之34.6倍。高過量能量平衡藉由用非反應性Ag替換傳導性Al基質來證實。125J(方程(256))之軟X射線發射能量為僅考慮此分量之理論能量之10倍。額外能量歸因於分數氫之形成。大量軟X射線之觀察結果證實氫具有較低能階。分數氫反應產生200倍具有有利於形成HOH及H之CHNO結構的高度爆炸物之習知化學反應能量(方程(227-230))。來自高能材料NH4NO3之軟X射線之發射為以下觀點之強有力的證據：在包含H及HOH之來源之高度爆炸物(諸如具有元素組成CHNO之彼等高度爆炸物)中衝擊波產生之機制係基於藉由H2(1/4)之形成所釋放之大量能量。實際上，以光譜方式觀察到H2(1/4)作為槍粉末反應及NH4NO3之反應之產物，且觀察到來自本研究中之槍粉末之EUV連續輻射(1500個計數之零級輻射)。大量能量及分數氫產物鑑別具有利用高能材料之衝擊波之分數氫機制增強此特性的方法分支。如部分c.2中所指出，所有基於H2O之固體燃料經點火且產生衝擊波，表現得像高能材料一般，除了基本上所有功率均呈可見光輻射形式而非壓力體積形式。
8.具有光伏打轉換之SF-CIHT電池之LED功率平衡
固體燃料80mg Ti+30mg H2O之爆炸產生顏色為白色之明亮閃爍的光，與所量測之黑體溫度5500-6000K一致，該溫度與太陽相同(部分c.2)。Ti+H2O糰粒在1Hz下之一系列依序爆炸在基本上連續之操作下在全光輸出下維持LED陣列。考慮藉由固體燃料糰粒爆炸釋放之能量及藉由三個太陽電池板收集之能量的平衡。平均每燃料糰粒，LED輸出約60W，持續約1s，儘管爆炸平均短得多，為500μs(部分c.2)。多晶光伏打材料具有不太適用於兆瓦短脈衝之響應時間及最大功率。 但是，由於一些電容，太陽電池充當每糰粒爆炸在1s時間間隔內約60J能量之負載平衡器。光在Lexan下之反射經測定為約40%，且對應的透射率為60%，且多晶電池經額定在將5800K光轉換成電時具有12%之最大效率。因此，有效效率為約7.2%。不包括自電漿之背側、頂部及底部損失之光，針對7.2%效率校正60J，對應於833J。此能量匹配所量測之量熱能量平衡以及部分c.5中所給出之光功率平衡，其中在500μs點火事件內入射在太陽電池板上之對應的光功率為1.67MW(833J/500μs)。關於此等需要熔融、繼之以爆炸之DSC糰粒，用於引起爆炸之典型能量為約60J。對應的能量增益為約14×。二十五年保證，三重接面聚光型光伏打裝置(PV)在高功率照射下已在超過1MW/m2下達成50%轉換效率，且正在研發具有10倍此強度能力之新一代PV電池。藉由此等結果展現出商業生存力。
9.支持m H觸媒機制之天體物理資料
本發明之EUV連續光譜結果提供對諸多原本不可解釋之天體觀察結果的解答，其中(a)來自分數氫躍遷之能量及輻射為關於日冕問題之極高溫度及功率之來源、太陽黑子及其他太陽活動之原因及太陽為何發射X射線；(b)分數氫躍遷輻射為加熱WHIM之輻射源且支持漫射Hα發射普遍存在於整個星系中，需要912Å之向短波長通量之廣泛來源的觀察結果；以及(c)暗物質為分數氫之鑑別。
星星亦包含氫電漿，其中表面由基本上密集之原子氫構成，允許多主H相互作用以傳播H至H(1/(m+1)之躍遷，其中m H充當觸媒。根據方程(223-226)及(233)預測，此類躍遷發射EUV連續輻射。使來自白矮星之由極高濃度之氫引起的發射模型化為約50,000K氣體之光學厚的黑體，該氣體主要包含氫氣及氦氣。圖35中顯示來自Barstow及Holberg之模型化複合光譜，全光譜範圍為10nm至>91.2nm，豐度He/H=10-5。雖然白矮星光譜可使用層別法及可調整之He及H柱密度及 電離分數進行曲線擬合以移除光學及EUV光譜與後者之獨立量測結果之間的一些不一致，但匹配短波長處之光譜為有問題的。或者，將圖18A至D中所示之發射與91.2nm連續光譜組合，得到邊緣在10.1nm、22.8nm及91.2nm處之連續光譜，匹配白矮星光譜。然而，所提出之電漿性質及機制非常不同。在吾人之研究中之發射歸因於在不存在任何氦氣之冷氣體光學薄的電漿中之分數氫躍遷。白矮星及天體模型會需要對吾人之高能量H連續發射之發現進行修正且得益於此。
舉例而言，不存在可將日冕/色球來源之外層氛圍(色球、過渡區及日冕)之不同離散區域中之溫度及密度條件聯結起來的現存物理模型。通常，將日冕模型化為比作為日冕加熱源之表面熱三個數量級，似乎無視熱力學第二定律。藉由m 2．13.6eV(方程(233))連續輻射之譜線吸收及再發射之機制提供調和方案。連續至較長波長之91.2nm連續光譜預期為顯著的(比10.1nm及22.8nm譜帶衰減程度小)且儘管受到日冕氣體衰減，仍在太陽遠紫外光譜中觀察到，如圖36中所示。鑒於4000K表面溫度及在太陽氛圍中在4.7μm下CO吸收譜帶之觀察結果，高能量光子激發似乎比T~106之熱機制合理，其中CO不能在高於4000K下存在。考慮10.1nm譜帶作為來源，基於約106K之激發，日冕溫度之上限為能量匹配。除該溫度以外，另一個異常觀察結果為雖然太陽外層之總平均能量輸出為約等於光球輻射之0.01%，但局部瞬態事件可產生超過光球通量之能量通量。後者之能量來源在本質上可為磁性的，但高度電離日冕來源之鑑別未建立。太陽之總能量平衡亦尚未調和。太陽中基於先前未發現之過程的新能量來源之革命性發現的可能性為如由Bahcall在其諾貝爾演講(Noble lecture)中所論述之開放性問題。在星星及太陽中發生m H催化的分數氫躍遷[N.Craig,M.Abbott,D.Finley,H.Jessop,S.B.Howell,M.Mathioudakis,J.Sommers,J.V.Vallerga,R.F.Malina,「The Extreme Ultraviolet Explorer stellar spectral atlas」,The Astrophysical Journal增刊系列，第113卷，(1997)，第131-193頁]，如藉由其光譜中之對應的連續光譜顯而易見，解決了太陽日冕問題、太陽黑子及其他太陽活動之原因及太陽為何發射X射線。
本發明之EUV連續光譜結果具有關於暗物質之鑑別及輻射源之鑑別的解答的進一步暗示，其支持漫射Hα發射普遍存在於整個星系中且需要912Å之向短波長通量之廣泛來源的觀察結果[S.Labov,S.Bowyer,「Spectral observations of the extreme ultraviolet background」,The Astrophysical Journal,371,(1991)，第810-819頁]，如由Labov及Boywer報導。暗物質之鑑別一直為宇宙之神秘之處。預期星際物質之遠紫外背景之發射光譜具有暗物質之光譜特徵。Labov及Bowyer設計出用於量測且記錄漫射遠紫外背景之掠入射光譜儀。該儀器在探空火箭上運載，且獲得80Å與650Å之間的資料(資料點為約每1.5Å)。觀察到與暗物質相關之若干譜線，包括強烈的635Å發射，其具有相當大的天體物理重要性，如由作者所指出： 「無論來源如何，所觀察到之635Å發射可為主要電離來源。Reynolds(1983,1984,1985)已展示，漫射Hα發射普遍存在於整個星系中，且需要912Å之向短波長通量之廣泛來源。脈衝星色散量測結果(Reynolds 1989)表明相關電離材料之高尺度高。因為912Å之向短波長之輻射之路徑長度低，所以這意味著電離來源必定亦具有大尺度高且為廣泛分佈的。瞬態加熱似乎不太可能，且穩態電離速率超過可由宇宙射線、軟X射線背景、B型星或熱白矮星提供(Reynolds 1986；Brushweiler及Cheng 1988)。Sciama(1990)及Salucci及Sciama(1990)曾爭論，可藉由在星系中存在暗物質來解釋各種觀察結果，該暗物質隨著發射低於912Å之輻射而衰變。
用於產生氫電離所需之635Å輻射之通量藉由F=ζ H /σ λ =4.3X104 ζ -13光子cm -2 s -1得到，其中ζ -13為電離速率，單位為10-13 s -1/H 原子。Reynolds(1986)估計，在緊鄰太陽處，需要介於0.4與3.0之間的穩態電離速率ζ -13。為產生此電離範圍，吾人所觀察之635Å強度將必須分佈在超過7%-54%之天空。」
63.5±0.47nm譜線匹配關於藉由H(m=1)作為觸媒經歷催化之H所預測的分數氫躍遷，產生40.8eV總能量之一致的能量交換，伴隨著激發He 1s2至1s12p1躍遷。在向氦微波電漿中添加氫之情況下觀察到所預測之與暗物質相關的63.3nm發射。由Labov及Bowyer提出之替代性分配為需要大規模非熱電離來源之O V之63.0nm譜線。來自躍遷至低能階分數氫狀態之連續輻射可提供此輻射。實際上，63.3nm譜線之觀察結果亦與星際X射線背景之存在有關。
在約25年前第一次偵測到且報導軟X射線背景[S.Bower,G.Field及J.Mack,「Detection of an anisotropic soft X-ray background flux」,Nature，第217卷，(1968)，第32頁]。很自然地，假定此等軟X射線發射係來自熱氣體內之電離原子。Labov及Bowyer亦將該資料解釋為來自熱氣體之發射。然而，該等作者不排除一些其他解釋之可能性，來自其引言之聲明如下：「現在通常認為，此漫射軟X射線背景係由星際介質之高溫組分產生的。然而，此發射之熱性質之證據為間接的，因為其並非基於譜線發射之觀察結果，而是基於尚未提出不與所觀察到之證據之一些部分衝突的似乎合理的非熱機制的間接證據。」
作者亦表明「若此解釋為正確的，則在若干溫度下存在氣體」。具體言之，發射歸因於在以下三個範圍內之氣體：5.5<logT<5.7；logT=6；6.6<logT<6.8。HST及FUSE[C.W.Danforth,J.M.Shull,「The low-z intergalactic medium.III.H I and metal absorbers at z<0.4」,The Astrophysical Journal，第679卷，(2008)，第194-219頁]以及XMM-Newton[N.Werner,A.Finoguenov,J.S.Kaastra,A.Simionescu, J.P.Dietrich,J Vink,H.Böhringer,「Detection of hot gas in the filament connecting the clusters of galaxies Abell 222 and Abell 223」,Astronomy & Astrophysics Letters，第482卷，(2008)，第L29-L33頁]在紫外區中之觀察結果證實漫射星際介質(IGM)之此等異常溫度且揭示大部分宇宙重子物質呈WHIM(溫熱電離介質)形式。暗物質之鑑別、所觀察到之黑暗星際介質光譜、漫射X射線背景之來源及IGM之電離來源之未解之迷藉由以下各者來解答：視狀態躍遷及條件而定形成發射EUV及X射線連續光譜之分數氫；連續光譜建立發射非熱源之離子輻射的高度電離離子；H至H(1/2)之分數氫躍遷產生63.3nm譜線，且充當54.4eV(2．27.2eV)觸媒之He+泵激氦離子譜線之強度，諸如與觀察結果一致的30.4nm譜線。在星際介質中，不需要第三個主體來碰撞掉2H至H2之替代過程之鍵能。
催化反應之產物具有m．27.2eV之結合能，使得其可進一步充當觸媒。因此，可發生進一步催化躍遷：等。因此，較分數氫原子分數氫可藉由以共振及非輻射方式自另一H或分數氫原子接受m．27.2eV能量而充當觸媒。預測分數氫之此類歧化反應產生X射線區域中之特徵。如由方程(230)所示，HOH觸媒之反應產物為。在含 有H2O氣體之氫雲中之可能的躍遷反應為H原子至之躍遷，其中 充當觸媒，得到短波長截止點在E=3481.6eV；0.35625nm處之寬峰。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截止點之寬X射線峰，其不匹配任何已知原子躍遷。BulBul等人之分配給具有未知身分之暗物質的3.48keV特徵匹配躍遷且進一步證實分數氫為暗物質之身分。
關於來自分數氫躍遷之EUV發射之證據亦來自星際介質(ISM)，因為其提供分散的普遍存在的EUV宇宙背景之來源。具體言之，10.1nm連續光譜匹配所觀察到之強烈的11.0-16.0nm譜帶[M.A.Barstow及J.B.Holberg,Extreme Ultraviolet Astronomy,Cambridge Astrophysics Series 37,Cambridge University Press,Cambridge,(2003)；R.Stern,S.Bowyer,「Apollo-Soyuz survey of the extreme-ultraviolet/soft X-ray background」,Astrophys.J.，第230卷，(1979)，第755-767頁]。此外，其提供關於不能以熱方式解釋的ISM之氦之高電離及來自星系團之過量EUV輻射的機制[S.Bowyer,J.J.Drake,S.Vermes,「Extreme ultraviolet spectroscopy」,Ann.Rev.Astron.Astrophys.，第38卷，(2000)，第231-288頁]。另外，最新資料揭示，在星系附近之氧離子選擇性地吸收來自遠處活躍的星系核來源之X射線[A.Gupta,S.Mathur,Y.Krongold,F.Nicastro,M.Galeazzi,「A huge reservoir of ionized gas around the Milky Way：Accounting for the missing mass？」The Astrophysical Journal Letters，第756卷，第1期，(2012)，第L8頁，doi：10.1088/2041-8205/756/1/L8]。吸收暈之溫度介於1百萬與2.5百萬克耳文之間，或比太陽表面熱數百倍。對應的能量範圍為86eV至215eV，其處於H躍遷至H(1/4)所釋放之能量範圍內。額外天體物理證據為以下觀察結果：大部分宇宙重子物質在不存在習知電離能量來源之情況下呈WHIM(溫熱電離介質)形式且分數氫匹配暗物質之身分。後一 種情況得到特徵電子-正電子湮沒能量之觀察結果的進一步支持。
暗物質包含大部分宇宙質量以及星系內部質量[F.Bournaud,P.A.Duc,E.Brinks,M.Boquien,P.Amram,U.Lisenfeld,B.Koribalski,F.Walter,V.Charmandaris,「Missing mass in coliisional debris from galaxies」,Science，第316卷，(2007)，第1166-1169頁；B.G.Elmegreen,「Dark matter in galactic coliisional debris」,Science，第316卷，(2007)，第32-33頁]。因為在發射γ射線之中心之超大質量黑洞之存在，所以當物質落入銀河系中時，預期其將由於高重力而在銀河系中心富集。因為分數氫各自為具有質子核之氫狀態，所以撞擊在暗物質上之高能量γ射線將成對產生。對應所觀察到之特徵性特徵為成對產生之511keV湮沒能量之發射，其將暗物質鑑別為分數氫[P.Jean等人，「Early SPI/INTEGRAL measurements of 511keV line emission from the 4th quadrant of the Galaxy」,Astron,Astrophys.，第407卷，(2003)，第L55-L58頁；M,Chown,「Astronomers claim dark matter breakthrough」,NewScientist.com,10月3日，(2003),http：//www.newscientist.com/article/dn4214-astronomers-claim-dark-matter-breakthrough.html；C.Boehm,D.Hooper,J.Silk,M.Casse,J.Paul,「MeV dark matter：Has it been detected」,Phys.Rev.Lett.，第92卷，(2004)，第101301頁]。星際介質、γ射線爆炸及太陽耀斑亦發射511keV譜線輻射。γ射線爆炸中之正電子之主要來源可能為藉由光子-光子或光子-強磁場之成對產生。太陽耀斑發射可能歸因於在加速之電荷相互作用中放射性正電子發射體之產生；然而，藉由星際介質產生之漫射511keV輻射符合在來自入射宇宙輻射之成對產生中分數氫作為暗物質之作用。
分數氫之特徵性光譜特徵及特性匹配歸因於宇宙暗物質之特徵性光譜特徵及特性。宇宙主要由氫及少量氦構成。此等元素存在於星 際空間區域中，且預期其包含大部分星際物質。然而，觀察到隨著距發光星系中心之距離增加，諸多星系之角速度恆定，該恆定角速度僅可解釋為不發光之弱相互作用物質暗物質之存在。先前已認可，暗物質存在於冷星系邊緣中及冷星際空間中。這一點已由Bournaud等人[F.Bournaud,P.A.Duc,E.Brinks,M.Boquien,P.Amram,U.Lisenfeld,B.Koribalski,F.Walter,V.Charmandaris,「Missing mass in collisional debris from galaxies」,Science，第316卷，(2007)，第1166-1169頁；B.G.Elmegreen,「Dark matter in galactic collisional debris」,Science，第316卷，(2007)，第32-33頁]之觀察結果反駁了，該觀察結果證實星系主要由暗物質構成，且該等資料持續地支持暗物質可能解釋大部分宇宙質量。
然而關於暗物質存在之最佳證據為其作為巨大的重力質量來源之直接觀察結果，如由不發射或吸收光之背景星系之重力透鏡所證明，如圖37中所示。已公佈一些支持分數氫存在之出人意料的天體物理結果。Bournaud等人提出，暗物質為呈密集分子形式之氫，就不可觀察而言，其在某種程度上表現不同，但其重力效應除外。理論模型預測，由大質量星系之碰撞碎屑形成之矮星應該不含非重子暗物質。因此，其重力應該與其內部之星星及氣體相符合。藉由分析如此再循環之星系所觀察到之氣體運動學，Bournaud等人已量測出一系列處於圍繞最近剛經歷碰撞之大質量星系之環中的矮星系之重力質量。與冷暗物質(CDM)理論之預測結果相反，其結果證明，其含有相當於可見物質之約兩倍的大質量黑暗組分。據爭論，此重子暗物質為冷分子氫，但其與普通分子氫之區別在於其完全不能藉由傳統方法示蹤。此等結果匹配暗物質為分子分數氫之預測。
此外，天文學家Jee等人[M.J.Jee,A.Mahdavi,H.Hoekstra,A.Babul,J.J.Dalcanton,P.Carroll,P.Capak,「A study of the dark core in A520 with the Hubble Space Telescope：The mystery deepens」,Astrophys.J.，第747卷，第96期，(2012)，第96-103頁]使用來自NASA之哈伯望遠鏡(Hubble Telescope)之資料，已映射出由大質量星系團之劇烈碰撞形成之合併星系團Abell 520之核心中暗物質、星系及熱氣體的分佈，且已確定暗物質已聚集在暗核中，該暗核所含星系遠少於在暗物質與暗物質無碰撞且星系錨定在一起之情況下所預期的。藉由星系離開碰撞區所留下之碰撞碎屑表現得如同氫氣一樣，此為將暗物質鑑別為分子分數氫之另一跡象。
另外，在大型強子對撞機(Large Hadron Collider)下，暗物質之替代性假設身分(諸如超對稱性粒子，諸如微中子)之偵測已失敗；亦未在大型地下氙(LUX)實驗中觀察到的關於弱相互作用大質量粒子或wimp之單一事件。關於暗物質之HADES搜索消除了主要候選者「暗光子」或U玻子之可能性。
d.實施例結果之概述
所觀察到的之在10至30nm區域中之匹配所預測的H至分數氫狀態H(1/4)之躍遷的連續輻射僅由藉由熱力學上有利於經歷H還原以形成HOH觸媒之金屬氧化物的脈衝捏縮氫放電產生；然而，彼等不利的金屬氧化物未顯示出任何連續光譜，儘管所測試之低熔點金屬非常有利於在顯著較強大的電漿來源中形成伴隨有強短波長連續光譜之金屬離子電漿。未顯示連續光譜之電漿表明，捏縮來源之能量過低以致於不能產生與Bykanov之分析一致的高度電離的金屬連續發射。任何高能量離子發射必定歸因於來自所吸收之分數氫連續光譜之非熱二次發射。在這兩種可能的觸媒m H及HOH中，基於在短波長下之強度概況及與在陽極之金屬氧化物至HOH之熱力學上有利的反應之相關性，有關經氧化物塗佈之電極之行為，後者較為可能。類似機制在CIHT電池中起作用。關於藉由HOH催化之H至H(1/4)之分數氫躍遷，除具有 m 2．13.6eV；m=3之短波長截止點的特徵性連續輻射以外，該躍遷亦產生所預測之選擇性的動能異常高的H，其藉由對應的巴耳麥α譜線變寬所觀察到。
實驗室實驗具有天體牽涉。來自躍遷以形成分數氫之氫連續光譜匹配來自白矮星之發射，提供將日冕/色球來源之不同離散層之溫度及密度條件聯繫起來的可能機制，且提供具有匹配所觀察到之強烈的11.0-16.0nm譜帶之10.1nm連續光譜的普遍存在的漫射EUV宇宙背景之來源，除解答其他宇宙神秘之處以外，m H觸媒在天文學來源中亦展示出活性。關於氫形成較穩定狀態時之高能連續輻射的發現具有天體物理學牽涉，諸如分數氫為暗物質之身分的候選者且相應發射為高能天空及恆星連續輻射之來源。舉例而言，白矮星之EUV光譜匹配H(1/2)、H(1/3)及H(1/4)之連續光譜，且自星際介質觀察到H至H(1/4)之躍遷之10.1nm連續光譜。分數氫連續輻射匹配普遍存在的漫射EUV及軟X射線宇宙背景，該輻射源支持以下觀察結果：漫射Hα發射普遍存在於整個星系中且需要912Å之向短波長通量之廣泛來源，及星際介質(ISM)之電離來源，其中不部分宇宙重子物質在不存在習知電離能量來源之情況下呈WHIM(溫熱電離介質)形式。另外，最新的X射線吸收資料揭示，星系暈氣體之溫度在86eV至215eV範圍內，其處於H至H(1/4)躍遷所釋放之能量範圍內。來自非熱來源之離子的間接發射為天體來源中自分數氫躍遷發射之連續輻射以及在吾人之實驗室中在氧化電極處之氫捏縮電漿及固體燃料電漿的特徵。
並非離子之電場加速度引起高度電離離子之密集發射作為氫電漿之10-30nm連續輻射之來源的機制，在連續光譜頂部之離子譜線發射經測定歸因於如在天文來源之情況下所吸收之連續輻射的二次發射。在兩種情況下之發射經測定具有非熱性質。另外，在吾人之實驗室中自基本上無場之電漿觀察到10-30nm EUV連續光譜。在SF-CIHT 電池中形成之HOH觸媒進一步展示，得到具有與捏縮電漿相同性質之10.1nm短波長截止點EUV連續輻射，該捏縮電漿藉由使超低電壓高電流通過H及HOH觸媒之固體燃料來源以產生爆炸性電漿來對該燃料點火產生。
沒有化學反應可釋放出如此高能量之光，且該電場對應於對於大氣壓碰撞電漿而言小於15V之電壓。任何無功電壓尖峰發生在1μs內，其對於電漿成為光學薄電漿而言為過短之時間範圍，其中電漿在此時基本上處於固體密度。將電場約束在電極之間，且電漿以音速或音速以上之速度膨脹。電漿必須膨脹至遠離電極之真空中以達成充分光學薄，以便觀察軟X射線發射。因此，基本上所有發射均發生在電極區之外。因此，電子溫度為低的，約1eV，比用於支持所觀察到之>100eV之連續輻射所需小100倍。難以在低密度下達成如此高的電子溫度，且極不可能藉由習知手段將固體形成為大氣壓高密度固體燃料電漿。不存在用於形成可提供在此區域中之輻射之高度電離的離子的高場。另外，如圖21B中所示，在點火之後，在無功率輸入之情況下觀察到高功率電漿。在此等情況下，軟X射線能量之量超過給電漿之總輸入能量。3500至5500K之黑體溫度除電輸入以外亦需要電離機制，亦即高能量來源。對照顯示無軟X射線發射。此電漿源充當藉由HOH作為觸媒之H至分數氫H(1/4)之躍遷的存在作為新能量來源的強力證據。基於H2O之固體燃料表現得像具有極高功率密度之高能材料一樣，其中大部分能量以高能量光形式釋放，與壓力-體積功相對。此態樣可藉由基於分數氫之高速視訊紀錄(圖21A至B)與顯示滾滾濃煙及火焰之習知爆炸物的對比來瞭解。
基於以光譜方式量測之斯塔克譜線變寬，基於H2O之燃料點火產生發射亮光之電漿，亦即燃料之主要包含正離子及自由電子之基本上完全電離的氣體物理狀態。太陽之5800K黑體溫度與點火電漿之溫度 大致相同，因為在兩種情況下之加熱機制相同，均為H催化至分數氫。高度爆炸物之溫度亦高達5500K。若高溫來源為分數氫之形成，則預期到這一點，分數氫之形成如藉由以下各者所支持：所觀察到之分數氫之大量軟X射線發射及過量EUV能量平衡(部分c.6)、過量以熱量測定方式量測之能量平衡(其具有約5J之點火能量及每40mg固體燃料約200至300J之典型過剩能量)及光譜特徵。因為太陽電池已經最佳化以將5800K黑體輻射轉換成電，所以使用太陽電池之光伏打轉換為SF-CIHT發電機之功率轉換之適合手段，如藉由此等測試所證實。簡單地替換所消耗之H2O再生出燃料，且該燃料可連續地饋入電極中以連續地輸出功率。
1‧‧‧結構支撐件/量熱計蓋
2‧‧‧電源/熱敏電阻
3‧‧‧電極/輸出功率控制器/調節器
4‧‧‧用於滾筒軸之軸承支撐件/正極探針連接器
4a‧‧‧軸承
5‧‧‧槽/負極探針連接器/漿料槽
5a‧‧‧用於形成丸粒燃料之粒化機/粒化機
5b‧‧‧第一容器
5c‧‧‧第二容器
5d‧‧‧坩堝
5e‧‧‧絕熱材料
5f‧‧‧電感耦合加熱器
5g‧‧‧入口管線
5h‧‧‧入口管線
5i‧‧‧丸粒滴落器
6‧‧‧攪拌總成/輸出功率端子
7‧‧‧滾筒軸/攪拌器驅動皮帶
8‧‧‧滾筒電極/馬達滑輪
8a‧‧‧點火
8b‧‧‧燃料形成及傳遞系統
8c‧‧‧點火產物回收系統/赫爾姆霍茲線圈磁鐵
8d‧‧‧透明擋板
8e‧‧‧點火位置
8f‧‧‧強化軌道槍噴射器/噴射系統
9‧‧‧負電極匯流排/樞轉匯流排/馬達
10‧‧‧馬達連接器/正電極匯流排
11‧‧‧水儲集器/葉輪
12‧‧‧滾筒馬達1/散熱片
13‧‧‧滾筒馬達2/電極通孔
13a‧‧‧真空泵
14‧‧‧抛物面鏡/彈式電池
15‧‧‧光伏打面板/絕緣套圈密封件
16‧‧‧噴水管線/噴氣管線/樣品緊固螺栓
16a‧‧‧螺鑽攪動器
17‧‧‧噴水泵/再循環鼓風機/扣件轉環
17a‧‧‧抽氣管線
18‧‧‧固體燃料/攪動器鼓風機/吸水泵
19‧‧‧氣體噴射管線/水桶/吸水管線
20‧‧‧窗口/桶架
20a‧‧‧百葉窗式風扇
20b‧‧‧電極外殼
20c‧‧‧穿孔窗口
20d‧‧‧外殼壁
20e‧‧‧腔室
21‧‧‧含射流之沖洗管線/量熱計夾套
22‧‧‧鏡扣件
23‧‧‧半透明鏡
24‧‧‧刮刀及收集區
25‧‧‧滑槽
26‧‧‧電池
26a‧‧‧光分配及光伏打轉換系統
26b‧‧‧PV匯流排
27‧‧‧電池組/施料器輪
28‧‧‧起動電路/施料器轉板
29‧‧‧施料器軸/氬氣供應器
30‧‧‧施料器輪馬達/氬氣分配器
31‧‧‧冷卻系統
31a‧‧‧冷卻系統
31b‧‧‧入口
31c‧‧‧出口
31d‧‧‧入口
31e‧‧‧出口
32‧‧‧DC電源供應器
33‧‧‧DC再生器
34‧‧‧DC電力儲存器
35‧‧‧DC/AC電力反相器
36‧‧‧VFD驅動器
37‧‧‧氣泵
37a‧‧‧氣泵入口
38‧‧‧氣泵回流管線
39‧‧‧百葉窗式板條
40‧‧‧百葉窗式托架
40‧‧‧傾斜鏡
41‧‧‧平面鏡/托架固持器
42‧‧‧軸承
43‧‧‧板條馬達
44‧‧‧雙重滑輪
45‧‧‧驅動皮帶
46‧‧‧板條皮帶
47‧‧‧滾筒密封墊
48‧‧‧漿料/燃料粉末
49‧‧‧透氣膜/玻璃料/透水膜/玻璃料
50‧‧‧水感測器
52‧‧‧通道
53‧‧‧導管/氣體分配導管
53a‧‧‧導管鼓風機
54‧‧‧壓電致動器1
55‧‧‧壓電致動器2
56‧‧‧壓電致動器馬達
57‧‧‧張力彈簧
57a‧‧‧彈簧安裝台/張力彈簧安裝台
58‧‧‧電極外殼托架
59‧‧‧可撓性密封墊/驅動軸密封墊
60‧‧‧滑軌
61‧‧‧基底支撐件
62‧‧‧可移動工作台
63‧‧‧馬達安裝台
64‧‧‧氣體收集導管
64a‧‧‧鼓風機入口
64b‧‧‧鼓風機出口
64c‧‧‧導管入口
64d‧‧‧導管出口
65‧‧‧充氣室/水吸入口
66‧‧‧漿料攪動器/螺鑽
66a‧‧‧丸粒輸送螺鑽
66b‧‧‧噴射器螺鑽料斗
67‧‧‧漿料攪動器馬達/螺鑽馬達
68‧‧‧氫氣貯槽
69‧‧‧氫氣感測器
70‧‧‧氫氣進料管線
71‧‧‧底部間接驅動滑輪/間接驅動滑輪
71a‧‧‧頂部間接驅動滑輪
72‧‧‧軸驅動皮帶
72a‧‧‧皮帶伸張器
73‧‧‧驅動軸軸承
73a‧‧‧滑動軸承
74‧‧‧驅動軸
75‧‧‧導線連接器
76‧‧‧鼓風機入口導管
77‧‧‧鼓風機
78‧‧‧鼓風機出口導管
79‧‧‧旋風分離器入口
79a‧‧‧旋風分離器安裝台
80‧‧‧旋風分離器
81‧‧‧氣體回流導管/回流導管
82‧‧‧出口滑槽/滑槽/旋風分離器滑槽/滑槽出口
83‧‧‧噴氣口/氣刀/噴口/刀/發射噴口
84‧‧‧冷卻劑入口管線
85‧‧‧冷卻劑出口管線
86‧‧‧第二熱交換器、鍋爐、渦輪機(諸如蒸汽渦輪機)及發電機
87‧‧‧熱交換器/光伏打熱交換器
100‧‧‧H2O電弧電漿電池發電機
101‧‧‧底板
102‧‧‧絕緣體基底
103‧‧‧電極
103‧‧‧中心軸電極/中心電極/電極
104‧‧‧再生系統/電極再生系統
105‧‧‧電極腐蝕產物回收系統
106‧‧‧外部圓柱形電極/電極
106a‧‧‧光伏打轉換器
107‧‧‧槽
108‧‧‧閥
109‧‧‧電弧電漿電池/電池/電弧電漿氣體或容器
110‧‧‧管線
111‧‧‧電池蓋/光伏打轉換器
112‧‧‧迴路
113‧‧‧泵
114‧‧‧蒸汽出口
115‧‧‧壓力計
116‧‧‧閥
117‧‧‧泵
118‧‧‧冷卻劑入口
119‧‧‧熱交換器
120‧‧‧冷卻劑出口
121‧‧‧充電電源
122‧‧‧接頭
123‧‧‧高電壓-高電流電源/電源/AC電源
124‧‧‧電池電力接頭
125‧‧‧再生電極連續進料
126‧‧‧出口管線
201‧‧‧透明套管/透明窗口/窗口
202‧‧‧陽極/電子收集器
203‧‧‧抽空之電極間空間/間隙/空間/電極/真空界面
204‧‧‧光陰極/電子發射體/陰極
205‧‧‧紫外光/輻射/UV輻射/光
206‧‧‧負載
207‧‧‧外部電連接/電連接
208‧‧‧透明陽極/陽極
209‧‧‧柵格陽極/陽極
301‧‧‧SF-CIHT電池/電池/容器/電漿來源電池/含有電漿之 容器/真空容器
301a‧‧‧結構支撐框架
302‧‧‧電極/電極表面/滾筒電極
302a‧‧‧滾筒/齒輪/電極/齒輪或滾筒電極/電極對
302b‧‧‧結構元件
302c‧‧‧驅動齒輪/驅動滾筒
302d‧‧‧驅動齒輪馬達/驅動滾筒馬達
303‧‧‧固體燃料/燃料/固體燃料粉末/粉末狀燃料/導電燃料/燃料流
304‧‧‧電源/點火電源
305‧‧‧料斗/頂置式料斗/噴射器料斗
306‧‧‧電漿-電力轉換器/PDC轉換器/光伏打電力轉換器/光伏打轉換器/電力轉換器/熱-電轉換器/光子-電力轉換器
306a‧‧‧滑槽/通道
306b‧‧‧PDC針形電極/磁化PDC針形電極/陽極針形電極/陽極
306c‧‧‧相對PDC針形電極/陰極針形電極/陰極
306d‧‧‧赫爾姆霍茲線圈/磁瓶
307‧‧‧輸出功率調節器/功率控制器/輸出功率控制器/調節器
308‧‧‧負電極功率連接器/電源連接器/陰極輸出功率連接器
308a‧‧‧正電極功率連接器/電源連接器/陽極輸出功率連接器
309‧‧‧輸出端子/功率輸出端子/端子
310‧‧‧電極熱交換器/熱交換器
311‧‧‧入口冷卻劑管線/電極冷卻劑入口管線/冷卻劑入口管線/冷卻劑輸入管線
312‧‧‧出口冷卻劑管線/電極冷卻劑出口管線/冷卻劑出口管線
313‧‧‧產物移除器-燃料裝載機/產物移除器/燃料裝載機/傳 送帶/導管/
313a‧‧‧真空泵/泵
314‧‧‧再生系統/再生腔室
314a‧‧‧槽來源/H2O來源/水槽/槽/單元/容器
315‧‧‧蒸汽冷凝器
317‧‧‧電極/陽極或負極PDC電極/PDC電極/PDC電極組
317a‧‧‧陰極或正極PDC電極
318‧‧‧PDC熱交換器/熱交換器
319‧‧‧PDC冷卻劑入口管線/冷卻劑入口管線/冷卻劑輸入管線/入口冷卻劑管線
320‧‧‧PDC冷卻劑出口管線/冷卻劑出口管線/出口冷卻劑管線/光伏打冷卻劑出口管線
321‧‧‧管線
322‧‧‧水冷凝器
併入本說明書中且構成本說明書之一部分的隨附圖式說明本揭示案之若干實施例且與描述一起用來解釋本揭示案之原理。在該等圖式中：圖1為根據本發明實施例的顯示電漿動力轉換器之SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2A為根據本發明實施例的顯示光伏打轉換器之SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2B為根據本發明實施例的顯示光伏打轉換器之電弧H2O電漿電池發電機之示意圖。
圖2C為根據本發明實施例的顯示光分配及光伏打轉換器系統之SF-CIHT電池發電機的示意圖。
圖2C1為根據本發明實施例的顯示光分配及光伏打轉換器系統與輔助系統元件之SF-CIHT電池發電機的示意圖。
圖2C2為根據本發明實施例的顯示點火系統及輔助系統元件之SF-CIHT電池發電機的示意圖。
圖2C3為根據根據本發明實施例的顯示百葉窗式風扇之SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2D為根據本發明實施例的顯示具有施料器輪之點火系統的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2E為根據本發明實施例的顯示包含半透明鏡及光伏打電池之光分配及光伏打轉換器系統之內部透視圖的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2F為根據本發明實施例的顯示具有鏡子之點火系統的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G為根據本發明實施例的顯示電動機、泵及其他組件在容納滾 筒電極之區域外部之置放的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1為根據本發明實施例的顯示電動機、泵及其他組件在容納滾筒電極之區域外部之置放且進一步顯示具有百葉窗式風扇之燃料再循環系統的SF-CIHT電池發電機一種示意圖。
圖2G1a為根據本發明實施例的顯示燃料再循環系統之噴口及氣體分配導管之沖洗管線的詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1b為根據本發明實施例的顯示具有穿孔窗口氣體擴散器之燃料再循環系統之導管的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1c為根據本發明實施例的顯示燃料再循環系統之氣體分配導管及導管鼓風機之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1d為根據本發明實施例的顯示V形篩網在漿料槽之壁中之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1d1為根據本發明實施例的顯示樞轉匯流排點火系統之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1e為根據本發明實施例之壓電致動器系統之示意圖。
圖2G1e1為根據本發明實施例的顯示燃料粉末噴射及點火系統之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1e2為根據本發明實施例的顯示具有鼓風機及旋風分離器燃料再循環-再生系統之燃料粉末噴射及點火系統的詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1e3為根據本發明實施例的顯示具有鼓風機及旋風分離器燃料再循環-再生系統之燃料粉末噴射及點火系統之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2G1e4為根據本發明實施例之透射或半透明型光電電池之示意圖。
圖2G1e5為根據本發明實施例之反射或不透明型光電電池之示意 圖。
圖2G1e6為根據本發明實施例之包含柵格陽極或收集器之反射或不透明型光電電池之示意圖。
圖2H1為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有藉由兩個輸送器饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2H2為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有藉由兩個輸送器饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統，顯示點火系統及其電源供應器之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2H3為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有藉由兩個輸送器饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統，顯示點火系統及光伏打轉換器系統之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2H4為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有藉由兩個輸送器饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統，顯示點火及噴射系統、點火產物回收系統及用於形成丸粒燃料之粒化機之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2I1為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有自粒化機直接饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統的兩個視圖的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2I2為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有自粒化機直接饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及 重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2I3為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有自粒化機直接饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統，顯示軌道槍噴射器及點火系統及光伏打轉換器系統之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2I4為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有自粒化機直接饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統，顯示具有機械攪動器之噴射系統、點火系統、點火產物回收系統及用於形成丸粒燃料之粒化機之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2I5為根據本發明實施例的顯示能夠維持真空之電池、具有自粒化機直接饋入之軌道槍丸粒噴射系統之點火系統、強化電漿軌道槍及重力回收系統、粒化機及光伏打轉換器系統，顯示具有噴水式攪動器之噴射系統、點火系統、點火產物回收系統及用於形成丸粒燃料之粒化機之詳情的SF-CIHT電池發電機之示意圖。
圖2J為根據本發明實施例之熱功率系統之示意圖。
圖3為根據燃料實施例的在滴落至水儲集器中之前包含自銀熔融物之氣體處理所吸收之H2及H2O之80mg銀丸粒之點火之120nm至450nm區域中之絕對光譜，顯示出172kW之平均光功率，基本上全在紫外光譜區中。
圖4為用於能量平衡測定之Parr 1341量熱計之設置。
圖5顯示在6500幀/秒下拍攝之由固體燃料Cu+CuO+H2O之高電流爆炸形成之發射亮光之膨脹電漿。
圖6顯示用快速光電二極體量測之固體燃料Cu+H2O之點火事件之暫態半高寬光強度為0.7ms。
圖7顯示關於暴露於來自在氬氣下之一系列固體燃料點火之產物氣體之In金屬箔所獲得之拉曼光譜(Raman spectrum)，該等固體燃料點火各自包含混合有30mg去離子水之100mg Cu。使用Thermo Scientific DXR SmartRaman光譜儀及780nm雷射，光譜顯示出在1982cm-1處之使H2(1/4)之自由轉子能量(0.2414eV)匹配達到四個有效數字之反拉曼效應峰。
圖8顯示關於暴露於來自密封於DSC盤中之50mg NH4NO3之氬氣氛圍點火之產物氣體的In金屬箔所記錄之拉曼光譜。使用Thermo Scientific DXR SmartRaman光譜儀及780nm雷射，光譜顯示出在1988cm-1處之H2(1/4)反拉曼效應峰。
圖9顯示使用Horiba Jobin Yvon LabRam ARAMIS 325nm雷射與1200光柵，在一系列8000-19,000cm-1拉曼位移中，暴露於密封在DSC盤中之100mg Cu與30mg去離子水之固體燃料樣品之點火的產物氣體之KOH-KCl(1：1wt%)集氣劑之拉曼模式二級光致發光光譜。
圖10顯示理論能量與表16中用所觀察到之拉曼光譜所給出之賦值之間的圖比較。
圖11A至B顯示關於暴露於來自密封在DSC盤中之固體燃料100mg Cu+30mg去離子水之依次氬氣氛圍點火之氣體的銦金屬箔所記錄之XPS光譜。(A)顯示僅存在元素In、C、O及痕量K峰之調查光譜。(B)顯示出在分配給H2(1/4)之498.5eV處之峰值之高解析度光譜，其中基於不存在任何其他對應的主要元素峰消除了其他可能性。
圖12A至B顯示關於暴露於來自密封在DSC盤中之與30mg去離子水混合之固體燃料85mg Ti之依次氬氣氛圍點火之氣體的KOH-KCl(1：1wt%)集氣劑所記錄之XPS光譜。(A)顯示僅存在元素K、C、O、N及痕量I峰之調查光譜。(B)顯示出在分配給H2(1/4)之496eV處之峰值之高解析度光譜，其中基於不存在任何其他對應的主要元素峰消除了 其他可能性。
圖13A至B顯示關於暴露於來自密封在鋁DSC盤中之固體燃料50mg NH4NO3+KOH+KCl(2：1：1wt.)+15mg H2O之氬氣氛圍點火之氣體的內部KOH-KCl(1：1wt%)集氣劑所記錄之XPS光譜。(A)顯示僅存在元素K、Cu、Cl、Si、Al、C、O及痕量F峰之調查光譜。(B)顯示出在分配給H2(1/4)之496eV處之峰值之高解析度光譜，其中基於不存在任何其他對應的主要元素峰消除了其他可能性。
圖14為高電壓脈衝式放電電池之實驗設置。光源發射其光譜，經由入口光圈通過狹縫，光譜分散離開掠入射光柵到達CCD偵測系統上。
圖15為高電壓脈衝式放電光源之像片。
圖16為用於傳導性固體燃料樣品之點火及強電漿發射之記錄的實驗設置。電漿膨脹成真空腔室，使得其變成光學薄。光源發射其光譜，經由入口光圈通過狹縫，光譜分散離開掠入射光柵到達CCD偵測系統上。
圖17A至B為濾光片關於阻擋可見光之EUV光之透射曲線。(A)短波長截止點為約17nm之Al濾光片(150nm厚度)。(B)在所預測之H(1/4)躍遷截止點10.1nm下具有高透射之Zr濾光片(150nm厚度)。
圖18A至D為包含在氦氣或氫氣中之電子束引發之高電壓脈衝式氣體放電之1000次疊加的發射光譜(2.5-45nm)。用氦僅觀察到已知氦及氧離子譜線，不存在連續光譜。僅針對氫氣觀察到與電極、光柵、光譜儀或CCD影像疊加之數目無關之連續輻射。(A)用Mo電極維持之氦及氫電漿及使用CfA EUV掠入射光譜儀與BLP 600條線/毫米光柵記錄之發射。(B)用Ta電極維持之氦及氫電漿及使用CfA EUV掠入射光譜儀與BLP 600條線/毫米光柵記錄之發射。(C)用W電極維持之氦及氫電漿及使用CfA EUV掠入射光譜儀與CfA 1200條線/毫米光柵記錄之發射。(D)用W電極維持之氦及氫電漿及使用CfA EUV掠入射光譜儀與 BLP 600條線/毫米光柵記錄之發射。
圖19為使用600條線/毫米光柵及1000次疊加，藉由EUV掠入射光譜儀記錄，在W電極之情況下，在氦氣-氫氣混合物中之電子束引發之高電壓脈衝式放電的發射光譜(5-50nm)，顯示出隨著氫氣壓力增加，連續輻射強度增加。
圖20A至D為包含在氫氣中在存在及不存在Al濾光片之情況下，電子束引發之高電壓脈衝式氣體放電之1000次疊加的發射光譜(5-40nm)。自Al及Mg陽極未觀察到連續輻射。(A)用Al陽極維持之氫電漿。(B)用Al陽極維持之氫電漿與用Al濾光片記錄之光譜。(C)用Mg陽極維持之氫電漿。(D)用Mg陽極維持之氫電漿與用Al濾光片記錄之光譜。
圖21A至B顯示由固體燃料之低電壓高電流爆炸形成之發射亮光之膨脹電漿之高速攝影。(A)在6500幀/秒下拍攝之Cu+CuO+H2O。白色-藍色指示來自溫度為5500-6000K(等效於太陽之溫度)之黑體之大量UV發射。(B)塗佈在Cu(87重量%)上之55.9mg Ag(10原子%)+BaI2 2H2O(13重量%)，在17,791幀/秒下拍攝，具有VI波形，顯示出當不存在電輸入功率(藉由黃色垂直線標註)且化學反應均不可能時之電漿。電漿保持21.9ms，同時在1.275ms時之輸入功率為零。在匯流排之焊機連接處量測之峰值無功電壓為約20V，且在接近燃料之另一末端處之對應電壓<15V。
圖22顯示在密封於DSC盤中之固體燃料100mg+30mg H2O之爆炸之後，在相隔1.5875cm之電導率探針對下，電漿電導率隨時間而變之圖。電導率探針對之間的時間延遲經量測為42μs，對應於電漿膨脹速度378m/s，其對多次量測結果取平均達到音速343m/s。
圖23顯示藉由均密封於DSC盤中之固體燃料100mg Ti+30mg H2O及100mg Cu+30mg H2O之低電壓高電流點火形成之電漿的可見光譜相比於地球表面之太陽輻射光譜之強度標準化疊加。覆蓋圖表明 所有光源發射約5000-6000K之黑體輻射，但固體燃料黑體發射(在標準化之前)比地球表面上之陽光強50,000倍以上。
圖24顯示隨時間而變之快速光電二極體信號，捕捉密封於DSC盤中之固體燃料100mg Ti+30mg H2O之點火事件之後之光發射的演變。用快速光電二極體量測之暫態半高寬光強度為0.5ms。
圖25顯示在427cm處自爆炸獲得之藉由密封於DSC盤中之固體燃料石蠟之低電壓高電流點火形成的電漿之可見光譜。此光源亦發射約5000-6000K之黑體輻射，類似於太陽及圖23中所示之基於H2O之固體燃料之光譜。
圖26A至B顯示使用Jobin Yvon Horiba 1250M光譜儀用20μm狹縫量測之在H巴耳麥α(H Balmer α)譜線光譜區中之高解析度可見光譜。(A)632.8nm HeNe雷射譜線之半高寬(FWHM)為0.07Å，證實了高光譜解析度。(B)來自經點火之密封於DSC盤中之固體燃料100mg Cu+30mg H2O之發射的巴耳麥α譜線之FWHM為22.6Å，對應於3.96×1023/m3之電子密度。該譜線有+1.2Å之位移。在6000K之黑體溫度下，電漿幾乎完全電離。來自經點火之密封於DSC盤中之固體燃料100mg Ti+30mg H2O之發射的巴耳麥α譜線之寬度由於顯著大於24Å之過大寬度而不可量測，該寬度對應於在至少5000K之黑體溫度下100%電離電漿。
圖27顯示用Ocean Optics光譜儀量測之光能密度光譜(350nm至1000nm)，其係藉由在5s時間跨度內獲得之功率密度光譜之時間積分以收集來自密封於DSC盤中之經點火之固體燃料100mg Ti+30mg H2O之0.5ms光發射脈衝之所有光能。藉由對能量密度光譜進行積分獲得之能量密度為5.86J/m2，記錄在353.6cm之距離處。
圖28顯示使用EUV掠入射光譜儀用600條線/毫米光柵及Al濾光片記錄之在W電極之情況下在空氣(100毫托)中之高電壓脈衝式放電的校 準發射光譜(0-45nm)，顯示僅觀察到已知的氧及氮線及零級峰值，不存在連續光譜。
圖29顯示用兩個單獨的Al濾光片及另一石英濾光片記錄之用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火之傳導性NiOOH糰粒的電漿發射之發射光譜(0-45nm)。僅EUV通過Al濾光片，且EUV光經石英濾光片阻擋。在區域17至45nm中觀察到具有次級離子發射之強EUV連續光譜，且在10至17nm下有特徵性Al濾光片陷波，如圖17A中所示。EUV光譜(0-45nm)及強零級峰值經石英濾光片完全截斷，證實固體燃料電漿發射為EUV。
圖30顯示用兩個Al濾光片記錄且疊加膨脹以展示詳情之用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火之傳導性Ag(10%)-Cu/BaI22H2O燃料的3mm糰粒之電漿發射之發射光譜(0-45nm)。在區域17至45nm中觀察到具有次級離子發射之強EUV連續光譜，且在10至17nm下有特徵性Al濾光片陷波，如圖17A中所示。
圖31顯示用兩個Al濾光片記錄且疊加膨脹以展示詳情之用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火之傳導性Ag(10%)-Cu/BaI22H2O燃料的3mm糰粒之電漿發射之發射光譜(0-45nm)。觀察到具有次級離子發射之強EUV連續光譜，且經鋯濾光片透射之截止點為10.1nm，如藉由方程(230)及(233)所預測，如圖17B中所示。
圖32顯示用兩個單獨的Al濾光片及另一石英濾光片記錄之用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火之密封於傳導性DSC盤中之石蠟的電漿發射之發射光譜(0-45nm)。觀察到零級EUV峰值。零級峰值經石英濾光片完全截斷，證實固體燃料電漿發射為EUV。
圖33顯示用兩個單獨的Al濾光片及另一石英濾光片記錄之用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火之傳導性NiOOH糰粒的電漿發射之發射光譜(0-45nm)。由於大量發射之EUV光子散射及100μm 之大狹縫寬度，觀察到非常強的零級峰值及EUV連續光譜。該發射包含2.32×107個光子計數，其對應於EUV輻射之148J經距離及立體角校正之總能量。EUV光譜(0-45nm)及零級峰值經石英濾光片完全截斷，證實固體燃料電漿發射為EUV。
圖34顯示用兩個單獨的Al濾光片及另一石英濾光片記錄之用具有小於15V之AC峰值電壓之高電流源點火之密封於傳導性Al DSC盤中之5mg高能材料NH4NO3的電漿發射之發射光譜(0-45nm)。觀察到非常強的零級峰值，如藉由與H2捏縮放電發射(下部掃描)比較所示。該發射對應於EUV輻射之125J經距離及立體角校正之總能量。EUV光譜(0-45nm)及零級峰值經石英濾光片完全截斷，證實固體燃料電漿發射為EUV。
圖35顯示使用50,000K之溫度及He/H=10-5之數目豐度的白矮星之光球之EUV連續光譜的例示性模型，分別顯示在22.8nm(228Å)及91.2nm(912Å)下之He II及H I Lyman吸收線系列。來自M.A.Barstow及J.B.Holberg,Extreme Ultraviolet Astronomy,Cambridge Astrophysics Series 37,Cambridge University Press,Cambridge,(2003)。
圖36顯示關於日珥(上圖)、寧靜的太陽中心(中圖)及日面邊緣上方之日冕(下圖)所記錄之太陽之Skylab(哈佛大學天文台(Harvard College Observatory)光譜儀)平均遠紫外線光譜，來自M.Stix,The Sun,Springer-Verlag,Berlin,(1991)，圖9.5，第321頁。在平靜的太陽中心光譜中，預期達到較長波長之91.2nm連續光譜為顯著的且儘管受到日冕氣體減弱，但依然可觀察到。該連續光譜在日珥及日冕中大大減少，在日珥及日冕中，H濃度分別大大降低及不存在。來自色球譜線及連續光譜之發射亦在日冕中遭到嚴重減弱。日冕光譜中之最強譜線及日珥中之較低程度譜線為多電離離子，諸如Ne VIII、Mg X或Si XII之雙重峰，此可歸因於高能量連續輻射而非熱激發之吸收。來自E.M. Reeves,E.C.M.Huber,G.J.Timothy,「Extreme UV spectroheliometer on the Apollo telescope mount」,Applied Optics，第16卷，(1977)，第837-848頁。
圖37顯示星系團中之暗物質環。此哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)合成影像顯示星系團Cl 0024+17中之暗物質之朦朧的「環」。該環為迄今為止關於暗物質之存在之最強證據之一，暗物質為彌漫著整個宇宙之前所未知之物質。經由NASA/ESA,M.J.Jee及H.Ford(Johns Hopkins University),2004年11月提供。
301‧‧‧含有電漿之容器/SF-CIHT電池
301a‧‧‧結構支撐框架
302‧‧‧電極/電極表面/滾筒電極
302a‧‧‧滾筒/齒輪/電極/齒輪或滾筒電極/電極對
302c‧‧‧驅動齒輪/驅動滾筒
302d‧‧‧驅動齒輪馬達/驅動滾筒馬達
303‧‧‧固體燃料/燃料/固體燃料粉末/粉末狀燃料/導電燃料/燃料流
304‧‧‧電源/點火電源
305‧‧‧料斗/頂置式料斗/噴射器料斗
306‧‧‧電漿-電力轉換器/PDC轉換器/光伏打電力轉換器/光伏打轉換器/電力轉換器/熱-電轉換器/光子-電力轉換器
306a‧‧‧滑槽/通道
306b‧‧‧PDC針形電極/磁化PDC針形電極/陽極針形電極/陽極
306c‧‧‧相對PDC針形電極/陰極針形電極/陰極
306d‧‧‧赫爾姆霍茲線圈/磁瓶
307‧‧‧輸出功率調節器/功率控制器/輸出功率控制器/調節器
308‧‧‧負電極功率連接器/電源連接器/陰極輸出功率連接器
308a‧‧‧正電極功率連接器/電源連接器/陽極輸出功率連接器
309‧‧‧輸出端子/功率輸出端子/端子
310‧‧‧電極熱交換器/熱交換器
311‧‧‧入口冷卻劑管線/電極冷卻劑入口管線/冷卻劑入口管線/冷卻劑輸入管線
312‧‧‧出口冷卻劑管線/電極冷卻劑出口管線/冷卻劑出口管線
313‧‧‧產物移除器-燃料裝載機/產物移除器/燃料裝載機/傳送帶/導管/
313a‧‧‧真空泵/泵
314‧‧‧再生系統/再生腔室
314a‧‧‧槽來源/H2O來源/水槽/槽/單元/容器
315‧‧‧蒸汽冷凝器
317‧‧‧電極/陽極或負極PDC電極/PDC電極/PDC電極組
317a‧‧‧陰極或正極PDC電極
318‧‧‧PDC熱交換器/熱交換器
319‧‧‧PDC冷卻劑入口管線/冷卻劑入口管線/冷卻劑輸入管線/入口冷卻劑管線
320‧‧‧PDC冷卻劑出口管線/冷卻劑出口管線/出口冷卻劑管線/光伏打冷卻劑出口管線

Claims (19)

  1. 一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個能夠承受低於大氣壓之壓力之容器；包含丸粒之反應物，該等反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；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)導體及傳導性基質中之至少一者；至少一個丸粒噴射系統；至少一個丸粒點火系統，其用於引起該丸粒形成發光電漿及發熱電漿中之至少一者，其中該電力來源自電力轉換器接收電力；用於回收該等反應物之反應產物的系統；至少一個用於自該等反應產物再生額外反應物且形成額外丸粒之再生系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；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)導體及傳導性基質中之至少一者；以及至少一個將該光及熱輸出中之至少一者轉換成電力及/或熱功率之電力轉換器或輸出系統。
  2. 如請求項1之電力系統，其中該丸粒點火系統包含：a)至少一組用於約束該丸粒之電極；以及b)用以傳遞足以引起該等丸粒反應物反應形成電漿之短時間高電流電能的電源。
  3. 如請求項2之電力系統，其中該丸粒點火系統包含至少一組經隔開以形成開路之電極，其中該開路藉由該丸粒之該噴射引起該高電流流動以達成點火來閉合。
  4. 如請求項1之電力系統，其中該丸粒包含銀、銅、經吸收之氫氣及水中之至少一者。
  5. 如請求項1之電力系統，其中該噴射系統包含強化軌道槍及氣動噴射器中之至少一者，其中該氣動噴射器包含用於推進該丸粒之高壓流動氣體之來源。
  6. 如請求項5之電力系統，其中該強化軌道槍包含間隔開之電化軌道及產生垂直於該等軌道之平面之磁場的磁鐵，且該等軌道之間之電路為開路，直至藉由該丸粒與該等軌道接觸來閉合。
  7. 如請求項1之電力系統，其中用於回收該等反應物之該等產物之該系統包含重力及強化電漿軌道槍回收系統中之至少一者，其包含至少一個提供磁場及向量交叉電流分量之磁鐵。
  8. 如請求項1之電力系統，其中該系統包含用於自該等反應產物再生該等初始反應物且形成丸粒之再生系統。
  9. 如請求項8之電力系統，其中該再生系統包含粒化機，該粒化機包含用於形成熔融反應物之熔爐、用於向該等熔融反應物中添加H2及H2O之系統、熔融物滴落器及用於形成丸粒之冷卻劑。
  10. 如請求項9之電力系統，其中用於形成丸粒之該冷卻劑包含水儲集器及/或水浴。
  11. 如請求項1之電力系統，其進一步包含維持真空之系統，該系統包含真空泵及該水儲集器及/或水浴之冷卻器中之至少一者。
  12. 如請求項9之電力系統，其中該粒化機包含藉由電感耦合加熱器加熱之第一絕緣容器、用於接收該第一絕緣容器之熔融物之第二絕緣容器、滴落器及用於形成丸粒之水儲集器。
  13. 如請求項12之電力系統，其中該第二容器包含經熔融之點火產物、進入該第二容器之內部的氫氣及蒸汽管線、連接至該等氫氣及蒸汽管線之該熔融物的氫氣及蒸汽起泡器、至少一個連接至用於再循環該氫氣及蒸汽之泵的氣體出口管線。
  14. 如請求項13之電力系統，其包含滾筒電極再生系統，該滾筒電極再生系統包含：(1)所回收之點火產物及缺乏氫氣及H2O中之至少一者之丸粒中之至少一者；(2)該噴射系統；(3)該點火系統；以及(4)用於使該等電極再生至其初始形式之研磨系統。
  15. 如請求項1之電力系統，其中該反應功率輸出之至少一個電力轉換器包含以下各者之組中之至少一者：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、史特林引擎(Sterling engine)、布雷頓循環引擎(Brayton cycle engine)、朗肯循環引擎(Rankine cycle engine)及熱引擎及加熱器。
  16. 如請求項15之電力系統，其中由該電池發射之該光主要為紫外光，且該等光伏打電池為聚光電池，其包含至少一種選自第III族氮化物GaAlN、GaN及InGaN之化合物。
  17. 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；包含漿料之反應物，該等反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；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)導體及傳導性基質中之至少一者；至少一個漿料噴射系統，其包含旋轉滾筒電極，包含旋轉漿料泵；至少一個用於引起該丸粒形成發光電漿之漿料點火系統； 用於回收該等反應物之反應產物之系統；至少一個用於自該等反應產物再生額外反應物且形成額外漿料之再生系統，其中該等額外反應物包含：a)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；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)導體及傳導性基質中之至少一者；以及至少一個將該光及熱輸出中之至少一者轉換成電力及/或熱功率之電力轉換器或輸出系統。
  18. 一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個能夠承受低於大氣壓之壓力之容器；包含丸粒之反應物，該等反應物包含：e)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；f)至少一種H2O來源或H2O；g)至少一種原子氫來源或原子氫；以及h)導體及傳導性基質中之至少一者；至少一個包含至少一個強化軌道槍之丸粒噴射系統，其中該強化軌道槍包含間隔開之電化軌道及產生垂直於該等軌道之平面之磁場的磁鐵，且該等軌道之間之電路為開路，直至藉由該丸粒與該等軌道接觸來閉合；至少一個用於引起該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)至少一組用於約束該丸粒之電極；以及b)用於傳遞短時間高電流電能之電源；其中該至少一組電極形成開路，其中該開路藉由該丸粒之該 噴射引起該高電流流動以達成點火來閉合，且用於傳遞短時間高電流電能之該電源包含以下各者中之至少一者：經選擇用於產生高AC、DC或AC-DC混合電流之電壓，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100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2中之至少一者之範圍內的DC或峰值AC電流密度；該電壓藉由該固體燃料或高能材料之電導率來確定，其中該電壓藉由該所要電流乘以該固體燃料或高能材料樣品之電阻得到；該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，以及該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，用於回收該等反應物之反應產物之系統，其包含重力及強化電漿軌道槍回收系統中之至少一者，包含至少一個提供磁場及該等點火電極之向量交叉電流分量之磁鐵；至少一個用於自該等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，該粒化機包含用於形成熔融反應物之熔爐、用於向該等熔融反應物中添加H2及H2O之系統、熔融物滴落器及用於形成丸粒之水儲集器，其中該等額外反應物包含：e)至少一種包含新生H2O之觸媒來源或觸媒；f)至少一種H2O來源或H2O；g)至少一種原子氫來源或原子氫；以及 h)導體及傳導性基質中之至少一者；以及至少一個將該光及熱輸出中之至少一者轉換成電力及/或熱功率之電力轉換器或輸出系統，其包含以下各者之群中之至少一或多者：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、史特林引擎、布雷頓循環引擎、朗肯循環引擎及熱引擎及加熱器。
  19. 一種產生電能及熱能中之至少一者之電力系統，其包含：至少一個能夠承受低於大氣壓之壓力之容器；包含丸粒之反應物，該等反應物包含銀、銅、經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槍之丸粒噴射系統，其中該強化軌道槍包含間隔開之電化軌道及產生垂直於該等軌道之平面之磁場的磁鐵，且該等軌道之間之電路為開路，直至藉由該丸粒與該等軌道接觸來閉合；至少一個用於引起該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)至少一組用於約束該丸粒之電極；以及b)用於傳遞短時間高電流電能之電源；其中該至少一組電極經隔開以形成開路，其中該開路藉由該丸粒之該噴射引起該高電流流動以達成點火來閉合，且用於傳遞短時間高電流電能之該電源包含以下各者中之至少一者：經選擇用於產生高AC、DC或AC-DC混合電流之電壓，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100A/cm2至1,000,000A/cm2、1000A/cm2至100,000A/cm2及2000A/cm2至50,000A/cm2中之至少一者之範圍內的DC或峰 值AC電流密度；該電壓藉由該固體燃料或高能材料之電導率來確定，其中該電壓藉由該所要電流乘以該固體燃料或高能材料樣品之電阻得到；該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，以及該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，用於回收該等反應物之反應產物之系統，其包含重力及強化電漿軌道槍回收系統中之至少一者，包含至少一個提供磁場及該等點火電極之向量交叉電流分量之磁鐵；至少一個用於自該等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，該粒化機包含用於形成熔融反應物之熔爐、用於向該等熔融反應物中添加H2及H2O之系統、熔融物滴落器及用於形成丸粒之水儲集器，其中該等額外反應物包含銀、銅、經吸收之氫氣及水中之至少一者；至少一個電力轉換器或輸出系統，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第III族氮化物GaAlN、GaN及InGaN之化合物。
TW104117578A 2014-05-29 2015-05-29 電力產生系統及關於彼等之方法 TWI748931B (zh)

Applications Claiming Priority (36)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462004883P 2014-05-29 2014-05-29
US62/004,883 2014-05-29
US201462012193P 2014-06-13 2014-06-13
US62/012,193 2014-06-13
US201462016540P 2014-06-24 2014-06-24
US62/016,540 2014-06-24
US201462021699P 2014-07-07 2014-07-07
US62/021,699 2014-07-07
US201462023586P 2014-07-11 2014-07-11
US62/023,586 2014-07-11
US201462026698P 2014-07-20 2014-07-20
US62/026,698 2014-07-20
US201462037152P 2014-08-14 2014-08-14
US62/037,152 2014-08-14
US201462041026P 2014-08-22 2014-08-22
US62/041,026 2014-08-22
US201462058844P 2014-10-02 2014-10-02
US62/058,844 2014-10-02
US201462068592P 2014-10-24 2014-10-24
US62/068,592 2014-10-24
US201462083029P 2014-11-21 2014-11-21
US62/083,029 2014-11-21
US201462087234P 2014-12-04 2014-12-04
US62/087,234 2014-12-04
US201462092230P 2014-12-15 2014-12-15
US62/092,230 2014-12-15
US201562113211P 2015-02-06 2015-02-06
US62/113,211 2015-02-06
US201562141079P 2015-03-31 2015-03-31
US62/141,079 2015-03-31
US201562149501P 2015-04-17 2015-04-17
US62/149,501 2015-04-17
US201562159230P 2015-05-09 2015-05-09
US62/159,230 2015-05-09
US201562165340P 2015-05-22 2015-05-22
US62/165,340 2015-05-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201601444A true TW201601444A (zh) 2016-01-01
TWI748931B TWI748931B (zh) 2021-12-11

Family

ID=53488436

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110142309A TWI810709B (zh) 2014-05-29 2015-05-29 電力產生系統及關於彼等之方法
TW104117578A TWI748931B (zh) 2014-05-29 2015-05-29 電力產生系統及關於彼等之方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110142309A TWI810709B (zh) 2014-05-29 2015-05-29 電力產生系統及關於彼等之方法

Country Status (14)

Country Link
US (3) US11230776B2 (zh)
EP (3) EP3149745A1 (zh)
JP (4) JP2017527091A (zh)
KR (3) KR20250037785A (zh)
CN (1) CN107077893B (zh)
AU (4) AU2015266760A1 (zh)
BR (1) BR112016027844B1 (zh)
CA (1) CA2948640A1 (zh)
EA (1) EA201692463A1 (zh)
IL (2) IL318165A (zh)
MX (1) MX2016015386A (zh)
SG (2) SG11201609924RA (zh)
TW (2) TWI810709B (zh)
WO (1) WO2015184252A1 (zh)

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI586969B (zh) * 2016-08-15 2017-06-11 旺矽科技股份有限公司 用於探針測試及清潔設備的探針高度應用方法及其設備
TWI655834B (zh) * 2018-04-03 2019-04-01 富田電機股份有限公司 Motor unit with rapid heat dissipation
TWI680632B (zh) * 2017-10-03 2019-12-21 首利實業股份有限公司 高功率電源供應器之電路結構
TWI706808B (zh) * 2019-10-31 2020-10-11 富氫生物科技股份有限公司 含氫空氣的安全輸出裝置及其安全輸出方法
CN111896851A (zh) * 2020-08-04 2020-11-06 云南电力技术有限责任公司 一种短空气间隙击穿电压的预测方法、系统及存储介质
TWI718289B (zh) * 2016-04-15 2021-02-11 法商安能比公司 包含磁電轉換器之發電機及相關製造方法
TWI746863B (zh) * 2017-07-01 2021-11-21 美商克萊譚克公司 用於控制及量測一樣本之檢測之極化之系統及方法
TWI786557B (zh) * 2021-02-26 2022-12-11 國立臺灣科技大學 超薄奈米發電總成及其應用
TWI788852B (zh) * 2020-05-19 2023-01-01 韓商金茲股份有限公司 真空用電磁鐵裝置及其製造方法
TWI795387B (zh) * 2017-02-12 2023-03-11 美商明亮光源能源公司 產生電能或熱能的電力系統
TWI798165B (zh) * 2016-01-19 2023-04-11 美商明亮光源能源公司 產生電能及熱能之至少一者之電力系統
TWI811719B (zh) * 2020-07-01 2023-08-11 美商應用材料股份有限公司 用於金屬側氧基光阻之氣相熱蝕刻液
TWI828101B (zh) * 2021-12-09 2024-01-01 竹北動力股份有限公司 馬達控制系統及馬達控制方法
TWI835777B (zh) * 2018-10-19 2024-03-21 國立大學法人金澤大學 發電元件及致動器
TWI866712B (zh) * 2023-12-21 2024-12-11 矽品精密工業股份有限公司 散熱結構及其電子封裝件
US12352501B1 (en) 2023-12-28 2025-07-08 Industrial Technology Research Institute Radiators and immersion tanks using the same
US12416863B2 (en) 2020-07-01 2025-09-16 Applied Materials, Inc. Dry develop process of photoresist
TWI900964B (zh) * 2023-12-28 2025-10-11 財團法人工業技術研究院 散熱器及使用此散熱器的浸沒槽

Families Citing this family (105)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102891537B1 (ko) 2013-11-20 2025-11-25 브릴리언트 라이트 파워, 인크. 발전 시스템 및 발전 방법
US10559864B2 (en) 2014-02-13 2020-02-11 Birmingham Technologies, Inc. Nanofluid contact potential difference battery
BR112018072071B1 (pt) * 2016-05-02 2023-01-10 Terrapower, Llc Reator nuclear de combustível fundido
TWI729144B (zh) * 2016-05-30 2021-06-01 美商明亮光源能源公司 熱光伏打電力產生器、其網路及用於彼等之方法
JP6987402B2 (ja) * 2016-08-31 2022-01-05 ワン サイエンティフィック，インコーポレイテッド 水の水素および酸素への変換を介して電力を発生させるためのシステム、装置および方法
WO2018130798A1 (en) * 2017-01-12 2018-07-19 Dyson Technology Limited A hand held appliance
US10732378B2 (en) * 2017-01-25 2020-08-04 Flir Systems, Inc. Mounting optical elements in optical systems
US11680341B2 (en) * 2017-03-20 2023-06-20 University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education Mandrel-less electrospinning processing method and system, and uses therefor
EP3451523A1 (en) * 2017-08-31 2019-03-06 General Electric Technology GmbH Voltage source converters
CN107398123B (zh) * 2017-09-19 2023-03-21 西南石油大学 一种用于烟道气的超声速旋流捕捉处理系统
CN109991360B (zh) * 2017-12-14 2023-04-21 特利丹菲力尔探测公司 在流动路径中保留可变形记忆材料
JP7151089B2 (ja) * 2018-02-06 2022-10-12 株式会社サタケ 光学式選別機
EP3537488B1 (en) * 2018-03-07 2020-10-21 poLight ASA Determining and applying a voltage to a piezoelectric actuator
CN108844567B (zh) * 2018-04-19 2021-01-05 大连民族大学 一种全钨面向等离子体样品台
CN108717484B (zh) * 2018-05-15 2022-04-19 安徽理工大学 一种低切换随机输入波形缓解nbti效应的方法及系统
US11469082B1 (en) * 2018-06-08 2022-10-11 Innoveering, LLC Plasma-based electro-optical sensing and methods
US11487994B2 (en) * 2018-07-19 2022-11-01 Sacramento Municipal Utility District Techniques for estimating and forecasting solar power generation
CN108728803B (zh) * 2018-08-13 2024-08-23 东莞市典雅五金制品有限公司 一种循环脉冲扫描轴向磁场发生装置
CN108863096B (zh) * 2018-08-16 2021-02-26 重庆市渝大节能玻璃有限公司 玻璃镀膜用防溅射的阴极底板
AU2019325602B2 (en) 2018-08-24 2022-06-30 Hexagon Purus North America Holdings Inc. Battery system for heavy duty vehicles
WO2020046591A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-05 Laitram, L.L.C. Ice-covered tray conveyor
CN109301915B (zh) * 2018-08-31 2021-12-10 南京航空航天大学 一种低温等离子体场下静态多重换能系统
CN108933502B (zh) * 2018-09-11 2020-04-10 许昌学院 一种虚拟同步发电系统
CN109167317B (zh) * 2018-09-12 2020-06-30 国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 一种自调节线缆张紧装置
TWI826559B (zh) * 2018-10-29 2023-12-21 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司 延長靶材輸送系統壽命之裝置及方法
CN109559510B (zh) * 2018-11-22 2021-04-06 太原理工大学 基于随机分布控制算法的多个mfd子区边界协调控制方法
DE102018133377A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 RF360 Europe GmbH Piezoelektrisches Material und piezoelektrische Vorrichtung
US10749446B2 (en) * 2019-01-02 2020-08-18 General Electric Company Virtual synchronous generator system and method with virtual inertia control
BR112021013983A2 (pt) * 2019-01-18 2021-09-21 Brilliant Light Power, Inc. Gerador de energia elétrica de hidrogênio magneto-hidrodinâmico
US10998376B2 (en) 2019-01-29 2021-05-04 International Business Machines Corporation Qubit-optical-CMOS integration using structured substrates
DE102019202001B3 (de) * 2019-02-14 2020-06-25 Bruker Biospin Gmbh MAS-Probenkopf mit thermisch isolierter Probenkammer
CN111577419B (zh) * 2019-02-15 2024-06-07 浙江大学 布雷顿循环系统
KR20210114543A (ko) * 2019-02-18 2021-09-23 퓨얼 셀 에너지, 인크 용융 탄산염 전해조 전지를 이용한 연소 터빈용 에너지 저장
USD938114S1 (en) * 2019-03-22 2021-12-07 Sungrow Power Supply Co., Ltd. Intelligent cleaning robot
TWI821522B (zh) * 2019-04-04 2023-11-11 日商納美仕有限公司 多孔質碳及樹脂組成物
CN109872828B (zh) * 2019-04-09 2020-10-20 大连理工大学 一种利用水合物法分离氙气氪气混合气的系统及方法
EP3956169A4 (en) 2019-04-19 2023-01-11 Hexagon Purus North America Holdings Inc. ELECTRIC POWERTRAIN SYSTEM FOR HEAVY DUTY VEHICLES
US10731557B1 (en) 2019-04-19 2020-08-04 Hamilton Sundstrand Corporation Cyclonic dirt separator for high efficiency brayton cycle based micro turbo alternator
BR112021020928A2 (pt) 2019-04-19 2022-01-25 Hexagon Purus North America Holdings Inc Conjunto de dispositivos acessórios de extremidade dianteira elétrica
WO2020226977A1 (en) * 2019-05-07 2020-11-12 Transient Plasma Systems, Inc. Pulsed non-thermal atmospheric pressure plasma processing system
CN111068919A (zh) * 2019-05-21 2020-04-28 湖南科技大学 一种电除尘装置的节能优化的方法和装置
CN110180241A (zh) * 2019-05-25 2019-08-30 禹涵（上海）环保科技有限公司 一种润滑油颗粒u形耦合分散装置
JP7285152B2 (ja) * 2019-07-08 2023-06-01 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
CN110470212B (zh) * 2019-07-10 2021-04-20 哈尔滨工业大学（威海） 一种轮毂电机动态偏心故障检测方法
US11434149B2 (en) * 2019-08-22 2022-09-06 Massachusetts Institute Of Technology Pressure-driven treatment of fluid
WO2021039632A1 (ja) * 2019-08-28 2021-03-04 国立研究開発法人産業技術総合研究所 プラズマアクチュエータ
CN110543740B (zh) * 2019-09-12 2023-11-24 湘潭大学 一种基于矩形弯波导微放电研究的方法
WO2021091666A1 (en) 2019-11-05 2021-05-14 Ess Tech, Inc. Method and system for redox flow battery performance recovery
EP4041589A4 (en) * 2019-11-26 2023-11-08 Hexagon Purus North America Holdings Inc. POWER SUPPLY AND DRIVE CONTROL MODULE FOR AN ELECTRIC VEHICLE
CN111414666B (zh) * 2020-03-11 2022-02-11 燕山大学 一种获取精密风电齿圈加热器的设计方法
CN111485173B (zh) * 2020-04-09 2020-12-08 广东德纳斯金属制品有限公司 一种新型恒温材料及其制备方法和应用
WO2021216558A1 (en) * 2020-04-21 2021-10-28 Swift Joseph A Dynamic wireless inductive charge transfer system
US12480718B2 (en) * 2020-07-16 2025-11-25 Texel Energy Storage Ab Thermochemical energy storage device
US11351570B2 (en) 2020-07-22 2022-06-07 Saudi Arabian Oil Company Apparatus for coating dust particles uniformly on flat surfaces for accelerated testing
JP7107589B2 (ja) * 2020-08-28 2022-07-27 株式会社ヒューモラボラトリー チップ電子部品検査用のローラ電極接触子を備えた装置
KR102439532B1 (ko) * 2020-09-07 2022-09-02 운해이엔씨(주) 공기정화 및 살균 기능을 지닌 에어샤워 장치
US11926207B2 (en) 2020-10-09 2024-03-12 Hexagon Purus North America Holdings Inc. Battery and auxiliary components for vehicle trailer
CN112170134A (zh) * 2020-10-20 2021-01-05 依合斯工程塑胶（上海）有限公司 一种应用于聚氨酯滚轮制造轮毂喷胶的工艺方法
CN112349439B (zh) * 2020-11-07 2022-07-15 华能山东石岛湾核电有限公司 一种高温气冷堆卡球故障在线解除装置及方法
US11527611B2 (en) 2020-11-09 2022-12-13 The Aerospace Corporation Method of forming nanowire connects on (photovoltiac) PV cells
CN112447266B (zh) * 2020-11-17 2024-04-05 武汉理工大学 一种考虑水分子迁移的全钒液流电池容量衰减建模方法
EP4259495A4 (en) 2020-12-11 2024-11-06 Hexagon Purus North America Holdings Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR REDUCING ANY ABBREVIATIONS WHEN TOWING TRAILERS
CN112652793B (zh) * 2020-12-21 2022-09-16 清华大学 发电装置和发电方法
CN112581838B (zh) * 2020-12-29 2024-10-22 苏州大学文正学院 一种电磁拖动法测量机电系统时间常数和摩擦力矩的装置
CN112711210B (zh) * 2020-12-30 2025-01-21 洺安实业(上海)有限公司 一种带显示的2通道智能数据采集器
CN113052202A (zh) * 2021-01-29 2021-06-29 昆明理工大学 一种用于分类全日面图像中太阳黑子群的方法
US12428743B2 (en) 2021-02-02 2025-09-30 Saudi Arabian Oil Company Porous copper/copper oxide xerogel catalyst
WO2022174229A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-18 Joby Aero, Inc. Aircraft propulsion unit
CN114910840B (zh) * 2021-02-10 2024-04-23 清华大学 磁场增强组件及磁场增强器件
CN114910850B (zh) * 2021-02-10 2024-04-23 清华大学 一种双核mri的图像增强超构表面器件
GB2604853B (en) * 2021-02-26 2023-04-05 Energynetiq Ltd Heating systems and methods
JPWO2022210732A1 (zh) * 2021-03-30 2022-10-06
JP6991414B1 (ja) * 2021-04-12 2022-01-13 三菱電機株式会社 マルチワイヤ放電加工機
CN113194590B (zh) * 2021-04-20 2023-03-14 核工业西南物理研究院 一种静电探针探头
US20220386442A1 (en) * 2021-05-27 2022-12-01 The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Non-thermal hybrid-plasma and methods of production and use thereof
KR102514468B1 (ko) * 2021-06-16 2023-03-29 박종민 스크류실린더를 이용한 가스처리설비용 파우더제거장치
CN113354018B (zh) * 2021-07-09 2023-10-24 中国科学院近代物理研究所 一种太阳能蒸发层级结构及其制备方法
FR3125648B1 (fr) * 2021-07-21 2024-04-12 Marbeuf Conseil Et Rech Installation de production d’électricité comportant une pile à combustible à hydrogène et un réacteur chimique apte à produire du dihydrogène – procédé associé
TWI780909B (zh) * 2021-09-14 2022-10-11 致茂電子股份有限公司 檢測晶圓表面用的取像裝置及其取像設備
CN115958954A (zh) * 2021-10-08 2023-04-14 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于模块化动态分配容量存储系统的主动安全管理系统
US20220117114A1 (en) * 2021-12-20 2022-04-14 Intel Corporation Immersion cooling system with phoretic force particulate collection
WO2023122297A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-29 Wood Ryan S Magnetohydrodynamic cavitation fusion energy generator
CN114071813B (zh) * 2022-01-18 2022-03-18 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 一种高压多重电极装置
CN114694853B (zh) * 2022-04-01 2024-06-21 西南科技大学 一种碳气凝胶包覆金属球的制备方法及应用
CN114492675B (zh) * 2022-04-01 2022-07-12 武汉格蓝若智能技术有限公司 一种电容式电压互感器故障原因智能诊断方法
WO2023204993A1 (en) * 2022-04-20 2023-10-26 Northrop Grumman Systems Corporation Vapor cell detection system
CN115378222B (zh) * 2022-04-21 2024-11-26 天津大学 一种基于海尔贝克环的液态金属流动电磁泵
JP2025516051A (ja) * 2022-05-04 2025-05-26 クリーン ハイ－ドロ－ゲン インコーポレイテッド 水素を燃焼させ、燃焼生成物をリサイクルするためのプロセスおよび装置
CN115287737B (zh) * 2022-08-03 2024-07-02 昆明理工大学 一种钛基梯度复合二氧化锰阳极板及其制备方法
US11846273B1 (en) 2022-08-17 2023-12-19 Venus Aerospace Corp Reactor rocket engine
CN115283124B (zh) * 2022-10-08 2023-01-31 中铁工程服务有限公司 一种机制砂细度模数控制方法
KR20240080985A (ko) * 2022-11-30 2024-06-07 현대자동차주식회사 연료전지 항공기 및 연료전지 항공기 제어 방법
US12222736B2 (en) * 2022-12-20 2025-02-11 Balboa Water Group, Llc Flow control valve and spa recirculation system with heat pump using the valve
US20240258200A1 (en) * 2023-01-27 2024-08-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device including power grid structure and method of fabricating
US11840360B1 (en) * 2023-03-14 2023-12-12 Beta Air, Llc Apparatus and a method for an indicating system for ground support equipment for an electric aircraft
US12458921B2 (en) * 2023-04-26 2025-11-04 Universal Atmosphere Processing Uk Ltd Electromagnetic plasma separator
CN116535087B (zh) * 2023-04-28 2025-02-07 北方夜视科技(南京)研究院有限公司 气体储存用玻璃毛细管阵列及其制备方法
CN116921817B (zh) * 2023-09-15 2023-12-15 中建安装集团有限公司 自动tig焊电弧聚集度在线监测及智能预警方法
TWI841499B (zh) * 2023-10-17 2024-05-01 財團法人金屬工業研究發展中心 燃燒器之熱交換器熱傳導係數模型的建立方法、燃燒器診斷方法及燃燒器診斷系統
US12203440B1 (en) * 2023-10-31 2025-01-21 Guangdong Ocean University Wave energy pressure amplification device and marine ranching feeding system and method
WO2025207152A2 (en) * 2023-11-03 2025-10-02 Cortex Fusion Systems, Inc. Fusion reactor using optical control of quantum tunneling
CN117670054B (zh) * 2023-12-09 2024-05-07 民航中南机场设计研究院(广州)有限公司 光伏面板的闪烁和眩光对航空安全影响的评估方法及系统
PL447470A1 (pl) * 2024-01-05 2025-07-07 Leszek Bartczak Urządzenie do wspomaganego wytwarzania energii
CN118380171B (zh) * 2024-03-14 2024-11-12 四川大学 不含流体介质的微型反应装置及其功率控制方法
CN120438975B (zh) * 2025-05-15 2026-01-27 潜江市度力石油机械设备有限公司 一种耐腐蚀变径法兰及其制备方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU62545A1 (zh) 1971-02-04 1972-12-05
US4182650A (en) 1973-05-17 1980-01-08 Fischer Albert G Pulsed nuclear fusion reactor
US4603043A (en) 1985-03-01 1986-07-29 Gte Products Corporation Controllable nitrate fusion
JP2941370B2 (ja) * 1990-07-02 1999-08-25 三菱重工業株式会社 レールガン式加速装置
US5390854A (en) 1992-10-01 1995-02-21 Hench; Lee E. Coolant spray system
US5575860A (en) 1994-08-11 1996-11-19 Cherney; Matthew Fiber optic power-generation system
KR19990022396A (ko) * 1995-06-06 1999-03-25 밀스 란델 엘. 저 에너지 수소 방법 및 구조
US7559494B1 (en) 1996-09-03 2009-07-14 Ppg Industries Ohio, Inc. Method of forming non-stoichiometric nanoscale powder comprising temperature-processing of a stoichiometric metal compound
US6630257B2 (en) 1998-06-10 2003-10-07 U.S. Nanocorp. Thermal sprayed electrodes
WO2002088020A2 (en) * 2001-03-07 2002-11-07 Blacklight Power, Inc. Microwave power cell, chemical reactor, and power converter
JP2002289900A (ja) 2001-03-23 2002-10-04 Canon Inc 集光型太陽電池モジュール及び集光型太陽光発電システム
AU2002365227A1 (en) 2001-11-14 2003-09-02 Blacklight Power, Inc. Hydrogen power, plasma, and reactor for lasing, and power conversion
EP1492854A2 (en) 2002-03-18 2005-01-05 Engineuity Research &amp; Development Ltd. A closed loop energy system for power generation and transportation based on metal fuel and condensed phase oxidizer
CN1239587C (zh) 2003-04-03 2006-02-01 中国石油化工股份有限公司 一种复合粉末及其制备方法和用途
US10443139B2 (en) 2003-09-05 2019-10-15 Brilliant Light Power, Inc. Electrical power generation systems and methods regarding same
US7455829B2 (en) 2005-07-12 2008-11-25 Honeywell International Inc. Low temperature hydrogen generator
JP5372927B2 (ja) * 2007-07-06 2013-12-18 エヴァコ エルエルシー 水を単体ガスに使用箇所で安価かつカーボンフリーに解離して水素関連発電を行う方法と装置
US20130084474A1 (en) 2010-03-18 2013-04-04 Randell L. Mills Electrochemical hydrogen-catalyst power system
SG183976A1 (en) * 2010-03-18 2012-10-30 Blacklight Power Inc Electrochemical hydrogen-catalyst power system
MX2013011480A (es) * 2011-04-05 2014-03-12 Black Light Power Inc Sistema de energia de catalizador de hidrogeno electroquimico a base de h2o.
KR20140048802A (ko) 2012-10-08 2014-04-24 삼성전자주식회사 멀티 레이어 비디오 부호화 방법 및 장치, 멀티 레이어 비디오 복호화 방법 및 장치
KR102891537B1 (ko) * 2013-11-20 2025-11-25 브릴리언트 라이트 파워, 인크. 발전 시스템 및 발전 방법
EP3996109A3 (en) 2015-05-09 2022-12-21 Brilliant Light Power, Inc. Thermophotovoltaic electrical power generator

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI798165B (zh) * 2016-01-19 2023-04-11 美商明亮光源能源公司 產生電能及熱能之至少一者之電力系統
TWI860643B (zh) * 2016-01-19 2024-11-01 美商明亮光源能源公司 產生電能及熱能之至少一者之電力系統
TWI718289B (zh) * 2016-04-15 2021-02-11 法商安能比公司 包含磁電轉換器之發電機及相關製造方法
TWI586969B (zh) * 2016-08-15 2017-06-11 旺矽科技股份有限公司 用於探針測試及清潔設備的探針高度應用方法及其設備
TWI795387B (zh) * 2017-02-12 2023-03-11 美商明亮光源能源公司 產生電能或熱能的電力系統
TWI746863B (zh) * 2017-07-01 2021-11-21 美商克萊譚克公司 用於控制及量測一樣本之檢測之極化之系統及方法
TWI680632B (zh) * 2017-10-03 2019-12-21 首利實業股份有限公司 高功率電源供應器之電路結構
TWI655834B (zh) * 2018-04-03 2019-04-01 富田電機股份有限公司 Motor unit with rapid heat dissipation
TWI835777B (zh) * 2018-10-19 2024-03-21 國立大學法人金澤大學 發電元件及致動器
TWI706808B (zh) * 2019-10-31 2020-10-11 富氫生物科技股份有限公司 含氫空氣的安全輸出裝置及其安全輸出方法
TWI788852B (zh) * 2020-05-19 2023-01-01 韓商金茲股份有限公司 真空用電磁鐵裝置及其製造方法
US12033866B2 (en) 2020-07-01 2024-07-09 Applied Materials, Inc. Vapor phase thermal etch solutions for metal oxo photoresists
US12416863B2 (en) 2020-07-01 2025-09-16 Applied Materials, Inc. Dry develop process of photoresist
TWI811719B (zh) * 2020-07-01 2023-08-11 美商應用材料股份有限公司 用於金屬側氧基光阻之氣相熱蝕刻液
US12068170B2 (en) 2020-07-01 2024-08-20 Applied Materials, Inc. Vapor phase thermal etch solutions for metal oxo photoresists
CN111896851B (zh) * 2020-08-04 2023-04-14 云南电力技术有限责任公司 一种短空气间隙击穿电压的预测方法、系统及存储介质
CN111896851A (zh) * 2020-08-04 2020-11-06 云南电力技术有限责任公司 一种短空气间隙击穿电压的预测方法、系统及存储介质
TWI786557B (zh) * 2021-02-26 2022-12-11 國立臺灣科技大學 超薄奈米發電總成及其應用
TWI828101B (zh) * 2021-12-09 2024-01-01 竹北動力股份有限公司 馬達控制系統及馬達控制方法
TWI866712B (zh) * 2023-12-21 2024-12-11 矽品精密工業股份有限公司 散熱結構及其電子封裝件
US12352501B1 (en) 2023-12-28 2025-07-08 Industrial Technology Research Institute Radiators and immersion tanks using the same
TWI900964B (zh) * 2023-12-28 2025-10-11 財團法人工業技術研究院 散熱器及使用此散熱器的浸沒槽

Also Published As

Publication number Publication date
BR112016027844B1 (pt) 2022-05-17
TWI810709B (zh) 2023-08-01
KR20250037785A (ko) 2025-03-18
WO2015184252A9 (en) 2016-03-24
AU2020277273A1 (en) 2021-01-07
AU2015266760A1 (en) 2017-01-12
CN107077893A (zh) 2017-08-18
EP4618104A2 (en) 2025-09-17
KR102778113B1 (ko) 2025-03-06
AU2023200384A1 (en) 2023-02-23
US12442094B2 (en) 2025-10-14
TWI748931B (zh) 2021-12-11
EA201692463A1 (ru) 2017-10-31
KR20240090443A (ko) 2024-06-21
US11230776B2 (en) 2022-01-25
MX2016015386A (es) 2018-01-26
WO2015184252A1 (en) 2015-12-03
KR102667932B1 (ko) 2024-05-21
US20240200213A1 (en) 2024-06-20
CN107077893B (zh) 2019-09-17
JP2024125355A (ja) 2024-09-18
JP2017527091A (ja) 2017-09-14
US11885034B2 (en) 2024-01-30
EP3882923A2 (en) 2021-09-22
SG11201609924RA (en) 2016-12-29
EP3882923A3 (en) 2022-06-22
CA2948640A1 (en) 2015-12-03
US20220098744A1 (en) 2022-03-31
IL318165A (en) 2025-03-01
BR112016027844A2 (zh) 2017-08-22
JP2021061243A (ja) 2021-04-15
IL249224A0 (en) 2017-02-28
JP2023075281A (ja) 2023-05-30
TW202226738A (zh) 2022-07-01
EP3149745A1 (en) 2017-04-05
KR20170013357A (ko) 2017-02-06
SG10202009862QA (en) 2020-11-27
AU2025200640A1 (en) 2025-02-20
US20200002828A1 (en) 2020-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12442094B2 (en) Electrical power generation systems and methods regarding same
US10443139B2 (en) Electrical power generation systems and methods regarding same
JP2017527091A5 (zh)
JP2022068189A (ja) 光起電力パワー発生システム及び同システムに関する方法
JP2025102877A (ja) 電磁流体発電機
HK1242041A1 (zh) 产生电能和热能中的至少一种的动力系统
HK1242041B (zh) 产生电能和热能中的至少一种的动力系统
HK1233379A1 (zh) 光伏动力生成系统和相关方法