CN107207293A - 用于调理水的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用电磁场处理水的处理装置，其包含管道、包含位于一部分所述管道外周的电线线圈的换能器、和与所述换能器电联接的控制器。所述控制器被构造成向所述换能器提供交流电。在一些情况下，所述处理装置可包括多段式换能器，其包含定位在一部分所述管道外周的多个电线线圈。所述多个电线线圈可串联连接，并且控制器可与所述多段式换能器电联接。所述控制器可被构造成向所述多个电线线圈的每个电线线圈提供交流电。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求2015年1月16日提交的美国临时专利申请No.62/104,564的优先权，该专利申请属于Steven Stronczek并题为“水调理装置(Water Conditioning Device)”，以及要求2015年8月7日提交的美国临时专利申请No.62/202,470的优先权，该专利申请属于Steven Stronczek并题为“用于调理水的系统和方法(Systems and Methods forConditioning Water)”，这两个专利申请以其整体通过引用结合在本文中。
背景技术
迄今为止，水处理方法使用比较低的功率水平，结果，对于将所述水维持在通过外加功率实现的改变的状态下并不成功。所述水在改变的状态下保持数小时，有时多达一两天，但是不稳定并返回到它的未处理状况下。此外，传统方法以升/小时度量所产生的产物并且只能产生约两升/小时。例如，KANGEN WATER产生的调理水可具有4-5天的储存期。
由于两个主要原因，过去的装置在产生稳定的调理水方面不成功。第一，为了降低总体功耗成本，向水施加比较低的功率。第二，金属导体是用于向水施加功率的标准装置，并且它实际上浸在水中以便激发水并将水通电。该方法的结果是不稳定的调理水，其不能维持它的改变状态并含有浸出的金属离子。所述处理水不仅在数日内消散(dissipate)，而且所述处理水还含有添加的金属离子。
可供给至水处理装置的功率的量有限制。一般而言，不需要施加更大的功率，因为制造调理的饮用水的目标已经达到。另外，使用的是墙壁上的标准110伏线，220伏线是不合需要的。再有，因为标准电力系统的限度，施加的安培的量是有限的。加入过高的功率是不可取的，因为电经由所述导体与水直接接触。如果直接向水施加过高的功率，水将加热并汽化，最终全部蒸发。
另一种处理装置包括传统的离子交换水软化器，它有几个缺点，包括向水添加钠离子(Na+)、必须不断补充的材料的价格、介质再生期间的停工时间、和水的浪费。在传统的水软化器中，槽中的介质是带电的珠子，其通常可容纳约30,000格令的钙(Ca)和镁(Mg)。随着水流过所述软化器，存在于水中的Ca和Mg以及其他金属阳离子被所述介质持留，以便将水的硬度降到基本为零。在所述介质满容量之前，通过向槽中添加氯化钠(NaCl)或氯化钾(KCl)以经由离子交换引起介质释放Ca和Mg阳离子，从而使所述水软化器单元再生，而所述Ca和Mg阳离子与Cl阴离子结合形成氯化钙(CaCl2)和氯化镁(MgCl2)，以便从所述单元排出。所述介质持留来自所述NaCl(或KCl)的Na(或K)阳离子并于是能接纳更多硬水。硬水中的金属阳离子与所述介质上的Na或K阳离子反应，从而引起所述Na或K阳离子从所述介质同时释放并持留所述Mg和Ca阳离子。一旦所述介质再次几乎满容量，所述单元必须重复所述再生过程。最终产物是有少量Na但没有Ca或Mg阳离子的水，导致水被软化。有甚至少量钠的水可对烹饪、饮用水的味道、和环境美化效力有不良影响。
发明内容
在一种实施方式中，用电磁场处理水的处理装置包含管道、包含定位在一部分所述管道外周的电线线圈的换能器、和与所述换能器电联接的控制器。所述控制器被构造成向所述换能器提供交流电。
在一种实施方式中，用电磁场处理水的处理装置包含管道、包含定位在一部分所述管道外周的多个电线线圈的多段式换能器、和与所述多段式换能器电联接的控制器。所述多个电线线圈是串联连接的，所述控制器被构造成向所述多个电线线圈的每个电线线圈提供交流电。
在一种实施方式中，水处理方法包括使进入水通过管道、所述进入水经受所述管道内的变动电磁场、响应于所述变动电磁场改变所述管道内的进入水的至少一种性质、和产生调理水。所述方法也可以包括使交变电流通过换能器，并响应于通过所述换能器的所述交变电流在所述管道内产生所述变动电磁场。所述换能器包含围绕所述管道的至少一部分布置的电线线圈。
根据下面结合附图和权利要求的详细说明，将更加清楚地了解这些和其他特征。
在本文中描述的实施方式包含旨在解决与特定现有的装置、系统和方法相关的各种缺点的特征和优点的组合。前面所述相当宽泛地概括了本发明的特征和技术优势，以便可以更好地了解下述的本发明详细说明。在阅读以下详细说明和参考附图后，上述各种特点、以及其他特征对本领域技术人员将是很容易显而易见的。本领域技术人员应该领会，所公开的概念和具体实施方式可以很容易地用作修改或设计用于执行本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效构造不背离如所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
对于本发明的优选实施方式的详细说明，现在将参考附图，其中：
图1是根据一种实施方式的一种处理装置实施方式的示意性视图；
图2是根据一种实施方式的另一种处理装置实施方式的示意性视图；
图3是根据一种实施方式在处理过程期间用于加热水的又一种处理装置实施方式的示意性视图；
图4是示意性工艺流程图，显示了根据一种实施方式所使用的再循环回路；
图5示意性地图示了用在所述处理装置的一种实施方式上的湍流诱导装置的一种实施方式；
图6A-6C示意性图示了用于换能器的一种实施方式的不同卷绕模式；
图7示意性图示了可用于所述处理装置的一种实施方式的控制器；和
图8是根据一种实施方式的高功率、高通量处理装置的示意图。
具体实施方式
下面的论述涉及各种示例性实施方式。然而，本领域技术人员将理解，在本文中公开的例子具有广义的应用，而且任何实施方式的论述只意味着是该实施方式的示例，并不意欲建议将本公开、包括权利要求的范围限于该实施方式。
特定术语在整个下面的描述和权利要求中用于指称特定的特征或组件。如本领域技术人员将领会，不同的人可以通过不同的名称来指称相同的特征或组件。本文件不打算在名称而不是功能方面不同的组件或特征之间加以区分。所述图形不一定是按比例的。在本文中特定特征和组件可以在尺度上放大或以略微示意性的形式显示，而常规元件的一些细节为了清晰和简明起见可以不显示。
在以下论述和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放的方式使用，并因此应该解释为是指“包括但不限于…”。还有，术语“联接”意欲是指间接或直接连接。因此，如果第一装置与第二装置联接，则连接可以通过直接连接、或通过经由其他装置、组件和连接的间接连接。另外，用在本文中时，术语“轴向的”和“轴向地”一般是指沿着或平行于中轴(例如，主体或端口的中轴)，而术语“径向的”和“径向地”一般是指垂直于所述中轴。例如，轴向距离是指沿着或平行于所述中轴测量的距离，而径向距离是指垂直于所述中轴测量的距离。
在本文中描述的实施方式涉及用于调理水的方法和装置。具体地，利用流过包裹在水流过的管子周围的一个或多个线圈的强电流，向水施加电场。
在本文中公开了水调理系统和方法，其适合于处理在其中有溶解的组分例如矿物质、二氧化碳等的水。利用电磁场处理水可以导致溶解在水中的一部分所述组分沉淀，从而改善水的整体性质。所述水的处理可利用布置在管道外部的换能器并且交变电磁场可通过所述换能器。所述变动电磁场可产生流过所述管道中的水的交变电流和磁场。在这种构造中，水充当导体，使得所述系统遵从法拉第定律(Faraday's Law)。本文中描述的实施方式具有超过过去用于产生调理或软化水的方法和装置的几个优点。例如，本发明能在高达数百加仑/分钟的生产率下生产能保持稳定达超过18个月的稳定产品。所述工艺也不向所述水产品添加材料，不管是经由来自直接接触导体的金属离子或来自离子交换水软化器的钠。
图1示意性地图示了根据一种实施方式的水处理设备的一种实施方式。正如图示，系统100可包含与进电线路104联接的控制器102。控制器102与包裹在管道108周围的换能器106电联接。
控制器102可向包裹在管道108周围的换能器106提供交流电(AC)电源。通过换能器106的电流可在所述换能器106内产生交变电磁场，后者入射到通过管道108的水上。具体地，水在流过换能器106内的管道108时，所述水受到在换能器106内产生的电磁场的影响。
一般而言，管道108用来在使用期间持留水和支撑所述换能器。管道108可具有圆形横截面，但任何横截面均可使用，例如正方形、长方形、椭圆形、三角形等等。管道108的长度可以选择，以提供合适的距离来容纳换能器106的长度。管道108可具有一个或多个转弯或弯曲，其可以帮助在提供对于换能器106合适的长度的同时提供紧凑的装置。
管道108可由适合于包含水并经得起向其施加的电的任何材料制成。例如，塑料例如PVC可用于形成管道108。塑料可能是有用的，因为它既比较便宜又是电绝缘的。在一些实施方式中，非铁磁材料可用于形成管道108。合适的非铁磁材料可包括但不限于铜、铝、非铁磁不锈钢、它们的任何合金、及它们的任何组合。
在使用期间，由于通过换能器106的电流，所述换能器106可产生热。可以基于将所述热传导到水中的期望，使用选定的材料形成管道108。金属材料例如铜、不锈钢或铝可具有比塑料高的热导率，因此当生热是个问题时可以使用。
管道108的直径可基于所述装置的用途而异。例如，当需要较大的水通量时，可以使用较大的直径。在一种实施方式中，管道108的直径可以大于约0.1英寸、大于约0.25英寸、大于约0.5英寸、大于约0.75英寸、大于约1英寸、大于约1.5英寸、大于约2英寸、大于约3英寸、大于约4英寸、大于约5英寸、大于约6英寸、大于约10英寸、大于约12英寸、或大于约18英寸。在一种实施方式中，管道108的直径可以小于约36英寸、小于约30英寸、小于约24英寸、小于约20英寸、小于约18英寸、小于约16英寸、小于约16英寸、小于约14英寸、小于约12英寸、小于约10英寸、小于约8英寸、或小于约6英寸。管道108的直径可以在任一所述下限直径值和所述上限直径值之间选择。
在一些实施方式中，管道108可包含电绝缘涂层以减少换能器106和管道108之间的任何电联接。所述涂层可包含非磁性(例如非铁磁性)的聚合或介电材料。在一种实施方式中，所述电涂层可包含喷涂涂层例如聚氨酯或搪瓷涂层。其他绝缘材料例如清漆(例如GEGlyptal等)也可以使用。如果在电线上存在电涂层，则所述管道上的电涂层可以不必存在或可以厚度减小。
在一种实施方式中，换能器106包含卷绕在一节管道108周围的电线。所述电线的每端可与控制器102联接以接收所述AC电流。所述电线的长度，直的和盘绕的两种，以及规格，由改变流过所述管子的水所必需的所述换能器需要的电场来决定。不同规格的电线可用于形成换能器106。一般而言，电线的直径越大(例如规格越小)，则可流过所述电线而不产生过量热的电流越大。
一般而言，用于形成换能器106的电线可由任何导电材料形成。在一种实施方式中，所述电线可由铜、铝、钢、或任何其他合适的导电体形成。在决定所述电线的选择中，可以考虑所述材料的电阻。铝电线，其普遍用于当今的电业中，具有比铜高的电阻，与铜电线相比，其在相同的电线规格上可导致更多的热产生。
一般而言，选择所述电线的长度和规格以提供期望的电阻并因此提供通过所述换能器的电流。所述电线的规格也可以影响生热的量，并可选择足够的厚度以将所述生热减少到低于规定的限度。所述规格和长度相互关联而产生期望的电阻。一旦基于通量需求选择所述规格，则可计算长度来提供期望的电阻。所得的电线长度然后可卷绕在所述管道周围，这能决定换能器106的长度。
被换能器106覆盖的管道108的量不是关键的，只要被覆盖的管道108的长度足以提供水在电磁场中的阈值停留时间即可。该长度可以基于水的流量和电磁场的强度。
在一种实施方式中，通过管道108的水速度可影响水在所述处理区内的总时间。所述水速度可以低得足以使得水被处理并在所述水性质的一种或多种上达到期望的改变，如本文中更详细描述的。在一种实施方式中，水的速度可以维持低于约10ft/s、低于约9ft/s、低于约8ft/s、低于约7ft/s、低于约6ft/s、或低于约5ft/s。所述水速度也可以表示为给定管道直径的流量。例如，所述水流量可以是在1”管中小于约15加仑/分(例如，速度低于约6ft/s)，在4”管中低于约200加仑/分(例如，速度低于约5ft/s)，或在8”管中低于约600加仑/分。
使用所述换能器可以在管道108内生成交变电磁场。场强的分量相互关联并可分别测量。在一种实施方式中，所述场强的磁分量可以是至少约20高斯、至少约100高斯、至少约500高斯、至少约1000高斯、或至少约1200高斯，其中所述磁场强度可以至少部分基于所述交流电频率选择。例如，在约2500赫兹的频率下30高斯场强可能是有效的，而在60赫兹的频率下1200高斯场强可能是有效的。在一种实施方式中，所述场强和频率的乘积可以是至少约50,000高斯-赫兹、至少约55,000高斯-赫兹、约60,000高斯-赫兹、至少约65,000高斯-赫兹、至少约70,000高斯-赫兹、或至少约75,000高斯-赫兹。
控制器102用来在期望的电压、频率和波形下向换能器106提供电功率。供给换能器106的电压可以取决于具体的应用而而异，并可基于水的预期流量和/或期望在水中的改变量。可使用约12V AC和约480V AC之间的电压供给。在一种实施方式中，施加于换能器106的电压可以为约110V AC至约480V AC。
控制器102可以充当从电源104接收的电流到换能器106的通道。在一种实施方式中，相当于120V AC，60Hz功率的普通功率线路电流可直接通到换能器106。在一些实施方式中，240V AC，60Hz和/或480V AC，60Hz功率可供给至所述换能器，其中在本文中更详细地描述了三相电源的使用。如本文中更详细描述的，在一些实施方式中，控制器102可包含变压器以提供指定的电压输出、频率发生器以提供期望的频率、和/或波形发生器以产生期望的波形(例如方波、正弦波、三角波等)。
跨换能器106施加的电压可由电源104决定和/或可基于产生期望的功率通量所需要的电压来选择。所得的所述外加电压、电线规格和电线长度的组合可以用于计算电流通量。所述各种参数可以变化，以在管道110的水内提供期望的电磁场强度。
在一种实施方式中，施加于换能器106的电流的频率可以变化来提供所述交变电磁场。在一种实施方式中，所述电磁流的频率可以在约10Hz和约200kHz之间、或约50Hz和约30kHz之间变化。测试了约60Hz和30kHz之间的交流电频率。因为结果没有明显改变，基于简单性，在一些实施方式中可以使用约60Hz的频率。在一种实施方式中，在使用期间频率可以基本不变。
施加至换能器106的交变电磁流的频率在处理过程期间可维持在恒定频率下或者它可以是变化的。当所述频率变化时，所述频率可以在约0.5秒至约30秒的时间段内范围在约10Hz和约200kHz之间。所述频率可以以稳定的模式上升并然后下降，上升并然后重置到下限值，或以任何其他合适的模式变化。在一种实施方式中，所述频率可在约1秒和10秒之间的时段内从约30Hz上升到约30kHz，然后在相似的时段内退回到30Hz。
所述施加至换能器106的功率水平影响最终产物中的改变量。在一种实施方式中，随着施加于换能器106的功率量增加，产物水的参数中的改变也是如此。换能器106可以能够接受范围从约1瓦至约10千瓦的功率水平。施加于换能器106的功率的量可基于包括预期通过装置100的次数、水流量等在内的所述处理应用而变化。例如，农业或景观应用可能需要约500瓦。更大规模的应用可能需要几千瓦或更多。
一般而言，处理装置100可用于处理包含可受变动电磁场影响的离子、盐、极性分子等的任何流体。所述流体可包含含有水和一种或多种溶解化合物的水流体。在一种实施方式中，所述水流体包含水和溶解矿物质和通常见于供水中的气体类型。虽然所述水流体不只是含有水，但对本申请来说，所述流体在本文中可被称为“水”。
施加于换能器106的电流在水110中引起外加电磁场，其可改变所述水的氧化还原电位(ORP)、总溶解固体(TDS)、pH、水硬度、和电导率(EC)。通常，水的性质，例如物理和/或化学性质，由组成和/或存在于水中的任何组分之间的分子间相互作用限定。对本文中的公开来说，经受如本文中公开的水处理方法的水将被称为“水”，作为如本文中公开的水处理方法的结果而得到的水将被称为“调理水”。另外，对本文中的公开来说，术语“处理”、“调理”、“软化”、“转化”和“加工”，当用于描述如本文中公开的水处理方法时，可互换地使用，并且是指从水产生调理水的工艺。
在一种实施方式中，所述水可包含任何合适的水源。适合于产生如本文中公开的调理水的水的非限制性例子包括淡水、地下水、自来水、饮用水、非饮用水、井水、废水、循环水、回收水、灰水、灌溉用水、工业用水、压裂用水等，或其组合。如本领域技术人员将领会的，并借助于本公开，所述水可取决于来源而具有不同的组成。用于系统100的水含有水分子和各种溶解固体和/或离子。一般而言，使用没有任何溶解离子的纯水可能不与所产生的电磁场相互作用而展示水性质的任何改变。水通常可包含水分子(例如，未解离的水分子)、解离成水合氢离子(H3O+)和羟离子(HO-)的水分子、溶解固体、溶解矿物质、溶解离子、溶解阳离子(例如Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe2+等)、溶解阴离子(例如Cl-、HCO3 -、CO3 2-、SO4 2-等)、溶解气体(例如O2、CO2、H2CO3等)，等等。
通常，水特有(与其他溶剂相反)的大部分性质，例如密度、沸点、熔点等，起因于水分子之间存在的氢键。如本领域技术人员将领会的，并借助于本公开，液态水含有任何溶剂中最密集的氢键之一，具有几乎与所拥有的共价键一样多的氢键。不希望受理论限制，水分子(例如未解离的水分子)可形成包含五个或更多个水分子的四面体结构的簇(例如，水分子可簇集成群)，其中一个水分子可位于所述四面体结构(例如四面体)的中心，被位于所述四面体结构的角中的四个其他水分子包围并与它们氢键结合。另外，如本领域技术人员将领会的，并借助于本公开，水中的氢键可响应于条件和环境、例如溶质(例如溶解固体、溶解矿物质、溶解离子、溶解阳离子、溶解阴离子、溶解气体等)改变而迅速地重新布置。
例如，二氧化碳(CO2)可溶于水，但它不具有偶极矩并且当与水分子相比时它是相当大的分子，并且这样的溶解度可部分归因于CO2中的氧原子和水分子之间的氢键。大气CO2(其中CO2在气(g)相中)可溶于水(其中CO2在水(aq)相中)，如方程式(1)表示：
如本领域普通技术人员将领会的，并借助于本公开，方程式(1)中描绘的平衡可基于温度、压力、水的组成等向任一方向偏移。例如，如果CO2(aq)用于水中的反应(例如方程式(2)描绘的)，那么在方程式(1)中描绘的平衡可右移，并且更多的CO2(g)可被溶剂化并进入水相，变成CO2(aq)。另外，如本领域普通技术人员将领会的，并借助于本公开，气体在较低的温度下具有较高的水溶解度，并且水温增加可通过导致CO2离开水进入气相(例如空气、大气等)中，使方程式(1)中描绘的平衡向左移。CO2(aq)可根据方程式(2)与水反应形成碳酸(H2CO3)：
H2CO3可溶于水并且它通过它的氢原子和它的氧原子与水分子形成氢键。H2CO3在水中分两步离子化，第一步根据方程式(3)形成碳酸氢根阴离子(HCO3 -)，第二步根据方程式(4)形成碳酸根阴离子(CO3 2-)：
CO2溶解在水中通过根据方程式(3)和(4)产生水合氢离子(H3O+)而降低了水的pH(例如，增加酸性)。不希望受理论限制，H3O+可位于包含20个水分子的水簇(例如十二面体)的中央，形成“幻数簇(magic number cluster)”H3O+(H2O)20，其中H3O+与周围水分子形成氢键，并且其中这样的周围水分子互相形成氢键。
通常，溶解的阳离子具有多于一个水合壳层，例如一级水合外层、二级水合外层、三级水合壳层等。水合壳层或水合球体是溶剂化壳层的特殊情况，其中所述溶剂是水，并且它是指水分子在水溶液(例如水)中的离子(例如阳离子)周围的布置。通常，水分子在金属离子周围形成球体(例如，水合壳层或水合球体)。所述水合壳层的水分子的负电性氧原子被静电吸引至所述金属离子的正电荷，从而产生包围所述金属离子的水分子的溶剂化壳层。取决于所述金属离子的电荷，所述水合壳层可以是几个水分子厚(例如，一级水合壳层、二级水合壳层、三级水合壳层等)。如本领域普通技术人员将领会的，并借助于本公开，所述金属离子的电荷越大，在该特定金属离子的水合壳层中会存在的水分子越多。在阳离子(例如Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe2+，以及痕量元素的阳离子，等等)周围的水簇集(例如水合壳层形成)，使得将这样的阳离子保留在水中(例如水溶液)。不希望受理论限制，钙阳离子(Ca2+)在第一水合壳层中具有至少六个水分子，并且在第二水合壳层中具有至少约9-10个水分子。另外，不希望受理论限制，所述第一水合壳层中的水分子由于它们的偶极矩可被静电吸引至Ca2+，并且可以与Ca2+直接配位，而第二水合壳层中的水分子与所述第一水合壳层的水分子氢键结合。类似地，镁阳离子(Mg2+)在第一水合壳层中具有六个水分子，并在第二水合壳层中具有十二个水分子。所述第一水合壳层中的水分子由于它们的偶极矩可被静电吸引至Mg2+，并且可以与Mg2+直接配位，而第二水合壳层中的水分子与所述第一水合壳层的水分子氢键结合。
这种化学作用可有助于解释由换能器106产生的电磁场和管道108中的水之间的相互作用。在一种实施方式中，水可包含水簇，其中所述水簇可在溶质(例如溶解固体、溶解矿物质、溶解离子、溶解阳离子、溶解阴离子、溶解气体等)周围形成并稳定所述溶质。所述水的水簇可以以平均水簇尺寸为特征。通常，平均水簇尺寸是指存在于水中的水簇的平均尺寸，其中所述水簇由于H3O+(例如幻数簇H3O+(H2O)20)、溶解或溶剂化的阳离子(例如，Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe2等)簇等而存在。
在一种实施方式中，所述水可以以水pH为特征。通常，水或(水溶液)的pH是所述水的氢离子含量的量度。pH值越低，水(或水溶液)越酸性；而pH越高，水(或水溶液)越碱性。在一些实施方式中，进入所述系统的水可以以约7.0的下限pH至约8.2、约8.0、或约7.8、或约7.6、或约7.4或约7.2的上限pH为特征。因此，所述进入水可具有约7.0和任一种所述上限pH值之间的范围。
在一种实施方式中，所述水可以以水总溶解固体(TDS)为特征。通常，TDS是移动带电离子包括给定水体积中溶解的矿物质、盐或金属的合并含量的量度，并可用每单位体积水的质量单位(mg)(mg/L)表示，其也可以称为百万分率(ppm)。TDS可包含无机盐(例如，钙、镁、钾、钠、碳酸氢盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐等)。水中的TDS可来源于天然源(例如，天然环境特征例如矿泉、碳酸盐沉积物、盐沉积物、海水侵入等)、污水、城市径流、工业废水、用于水处理过程的化学制品、用于输送水的管路或五金器具(例如管道设施)等的性质，或其组合。在一些实施方式中，所述水可以以水TDS大于约280mg/L、大于约300mg/L、大于约400mg/L、大于约500mg/L、大于约600mg/L、或大于约700mg/L为特征。在一些实施方式中，所述TDS含量的上限可以是饱和度或接近饱和度，其可取决于溶解在水中的一种或多种化合物的具体组成以及水的温度和压力。在一些实施方式中，所述水可以以水TDS小于约1800mg/L、小于约1500mg/L、小于约1200mg/L、小于约1000mg/L、小于约800mg/L、或小于约700mg/L为特征。所述水TDS可在任一种所述下限值至任一种所述上限值之间变化。
在一种实施方式中，所述水可以以水硬度为特征。通常，硬度是给定水体积中溶解的多价阳离子(即，电荷等于或大于2)的量度，并可用mg/L或ppm表示。水硬度也可以一般地用格令硬度表示，其中1格令硬度＝17.1mg/L。水硬度的主要贡献者是钙离子(Ca2+)和镁离子(Mg2+)；然而，其他阳离子，例如亚铁离子(Fe2+)和锰离子(Mn2+)，基于它们在水中的浓度和/或存在，也可对水硬度有贡献。在一些实施方式中，所述水可以以水硬度大于约200mg/L、大于约250mg/L、大于约300mg/L、大于约350mg/L、或大于约400mg/L为特征。在一些实施方式中，所述水可以以水硬度小于约1800mg/L、小于约1500mg/L、小于约1200mg/L、或小于约1000mg/L为特征。所述水的硬度可在任一种所述下限值至任一种所述上限值之间变化。
在一种实施方式中，所述水可以以水氧化还原电位(ORP)为特征。通常，ORP是水从化学反应释放或接受电子的能力的量度，并且它常用相对于参比电极(例如，在3M KCl中的Ag/AgCl、标准氢电极(SHE)等)的mV表示。所述ORP可随引入水中的化学物质而变，所述化学物质可与已经存在于所述水中的物质相同或不同。所述ORP也可以随从水中除去至少一部分化学物质(例如Ca2+)而变。在一些实施方式中，所述水可以以25℃下水ORP大于约300mV、大于约350mV、大于约400mV、大于约450mV、大于约500mV为特征。在一些实施方式中，所述水可以以25℃下水ORP小于约700mV、小于约650mV、小于约600mV、小于约550mV、或小于约500mV为特征。所述水的ORP可在任一种所述下限值至任一种所述上限值之间变化。
在一种实施方式中，所述水可以以水电导率为特征。通常，电导率是水通过电流的能力的量度，并可用微欧姆/厘米(μmhos/cm)或微西门子/厘米(μS/cm)表示。所述水中的电导率可受存在的无机溶解固体例如溶解阳离子、溶解阴离子等和受温度(即，水越温暖，电导率越高)影响。在一些实施方式中，所述水可以以25℃下水电导率大于约500μS/cm、大于约1000μS/cm、大于约2000μS/cm、大于约3000μS/cm、大于约4000μS/cm、或大于约5000μS/cm为特征。在一些实施方式中，所述水可以以25℃下水电导率小于约7000μS/cm、小于约6000μS/cm、小于约5000μS/cm、小于约4000μS/cm、小于约3000μS/cm、小于约2000μS/cm、或小于约1000μS/cm为特征。所述水的电导率可在任一种所述下限值至任一种所述上限值之间变化。
在一种实施方式中，所述水可以以水表面张力为特征。通常，表面张力是由于水分子之间的相互作用而导致的水分子之间内聚力的结果，并且是水表面能抵抗外力的程度的量度。表面张力取决于水中的溶解离子的量(例如，水含盐量增加导致表面张力增加)以及温度。水的表面张力、粘附力和内聚力在限定水的毛细作用中是重要的，而毛细作用在农业中又是重要的(例如，植物中的吸水)。通常，毛细作用或毛细现象，是水在没有外力例如重力帮助下并且对抗外力例如重力流入窄空间(例如孔隙、毛细管等)的能力。毛细作用当水对所述窄空间的粘附力强于水分子之间的内聚力时发生，受表面张力(例如内聚力越大，表面张力越大，毛细作用越小)和重力限制。表面张力可以是水对抗空气的度量，并可用mN/m或dyn/cm表示。一般而言，表面张力倾向于随着水的TDS含量增加，以接近线性的方式增加。
在一种实施方式中，在所述水经受电磁场后，可产生调理水。不希望受理论限制，所述电磁场可引起水分子偶极基于所述场的参数取向，从而通过将氢键赋能到更高能量电位并产生反应更可利用的离子来破坏所述水簇(例如，钙水合壳层，其是在Ca2+周围形成的水簇)。一种这样的反应可以是由Ca2+和CO3 2-形成碳酸钙(CaCO3)固体，如方程式(5)所表示的：
CaCO3是当从水中沉淀时不表现电荷的固体。另外，因为所述离子变得更可为反应所用，其他化合物能以类似的方式沉淀，例如氢氧化镁、硫酸钙、硫酸钡、磷酸钙、磷酸锌、氢氧化铁等，或其组合。通过形成不溶性固体(例如沉淀物)从溶液除去离子，可由于溶剂化离子数量减少而造成平均簇尺寸减小。在一种实施方式中，调理水可以以平均调理水簇尺寸小于所述平均水簇尺寸为特征。通常，平均调理水簇尺寸是指存在于所述调理水中的调理水簇的平均尺寸，其中所述调理水簇由于H3O+(例如幻数簇H3O+(H2O)20)、溶解或溶剂化的阳离子(例如，Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Fe2等)簇等而存在。当在溶剂化离子周围形成的水簇数量减少时，小得多的水分子四面体结构可具有较大的影响并减小调理水簇的平均尺寸。所述调理水可被称为比所述水“更瘦(skinnier)”，这是指所述调理水能比水更容易且更好地通过植物和结构化土壤中的毛细管，因为一些水分子不再在溶剂化离子周围的水合壳层中群集(例如，簇集)在一起。CaCO3和任何其他沉淀的化合物(例如氢氧化镁、硫酸钙、硫酸钡、磷酸钙、磷酸锌、氢氧化铁等)可形成水垢，因而将它们从水中除去而产生调理水可以是有利的。例如，与在管子和其他设备的壁上形成积垢相比，形成作为微粒形式的固体的沉淀物可以更容易从所述水中除去。
在一种实施方式中，当与所述水pH比较时，所述调理水pH增加等于或大于约0.1pH单位，或者等于或大于约0.2pH单位、或者等于或大于约0.3pH单位、或者等于或大于约0.4pH单位、或者等于或大于约0.5pH单位、或者等于或大于约1pH单位、或者等于或大于约1.5pH单位、或者等于或大于约2.0pH单位、或者等于或大于约2.5pH单位、或者等于或大于约3.0pH单位。
在一种实施方式中，当与所述水TDS比较时，所述调理水TDS可降低至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、或至少约50％。
在一种实施方式中，当与所述水硬度比较时，所述调理水硬度可降低至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、或至少约60％。
在一种实施方式中，当与所述水ORP比较时，所述调理水ORP可降低等于或大于约20mV、或者等于或大于约30mV、或者等于或大于约40mV、或者等于或大于约50mV。
在一种实施方式中，当与所述水电导率比较时，所述调理水电导率可降低至少约10％、至少约20％、至少约30％、或至少约40％。
在一种实施方式中，当与所述水表面张力比较时，所述调理水表面张力可降低至少约10％、至少约20％、至少约30％、或至少约40％。
在一种实施方式中，所述调理水可在保持所述调理水性质的同时储存一段时间。在储存所述调理水的同时，CaCO3和任何其他沉淀化合物(例如氢氧化镁、硫酸钙、硫酸钡、磷酸钙、磷酸锌、氢氧化铁等)可沉降到储存容器的底部而形成沉降的沉淀物。所述调理水可从含有所述沉降的沉淀物的储存容器取出(例如，倾析)并可进一步用于任何合适的目的。所述包含储存的调理水的储存容器可对外部环境密封，从而防止CO2(g)根据方程式(1)扩散回到水中。在一种实施方式中，所述调理水可以以稳定性等于或大于约1年、或者等于或大于约2年为特征。通常，调理水的稳定性是指调理水随时间保持其改变的性质(例如，pH、TDS、硬度、ORP、电导率、表面张力等)的能力。
虽然根据水来论述，但所述处理装置也可以用于处理其他流体。例如，可处理含水流体和烃流体来引起所述流体的分离。所述处理装置也可以用于提供特定化学反应的活化能。例如，利用极性或离子性液体的化学生产可通过所述处理装置，并且所述换能器可用于提供所述反应的活化能。虽然不打算受理论限制，但所生成的中间产物可以充当进一步反应的催化剂和/或充当一种或多种组分(例如，一些反应产物)沉淀的起始位点。因此，水可能不是适合用于处理装置100的唯一流体。
在使用中，系统100可用于处理流过管道108的水110。在一种实施方式中，水110可通过所述管道108。随着水110通过换能器106内的管道108，所述水110可经受电磁场而产生调理水，其中所述电磁场可由定位在所述管子周围的换能器106产生。所述水可以以各种标准为特征，所述标准包括水pH、氧化还原电位(ORP)、总溶解固体(TDS)、水硬度、和电导率(EC)。所述调理水然后可从管道108回收，以供各种下游用途和/或再循环回到管道108供多程处理。所述调理水可以以所述相同的标准为特征，并且所述标准在所述调理水中可由于所述处理而改变。在一种实施方式中，所述调理水pH可增加(例如，变得更碱性)至少约0.1pH单位，并且当与所述水硬度比较时，所述调理水硬度可降低等于或大于约20％。由于如上所述的处理，也可以形成沉淀物。
处理装置200的另一种实施方式在图2中示意性图示。如图2所示，管道108可具有围绕管道108布置的换能器206，并且所述换能器206可与控制器102联接。所述控制器102和所述管道108可与就图1所描述的控制器102和管道108相同或相似。
如同所示，换能器206可分成多个段206a、206b、206c、206d。在这种实施方式中，换能器206分成四段206a、206b、206c、206d，然而也可以使用二、三、或五或更多段。在一种实施方式中，多段式换能器206可具有约2至50段。第一段206a中电线的起点与控制器102联接。所述换能器的各段串联连接，其中第一段206a中电线线圈的末端与所述电线线圈的第二段206b的起点连接。类似地，第三段206c和第四段206d也串联布置。第四段206d中电线的末端与控制器102联接。换能器206的各段206a、206b、206c、206d用来提供管道108内的一部分电磁场。
所述换能器段206a、206b、206c、206d的长度可以大约相同或者它们可以不同。在一种实施方式中，所述换能器段206a、206b、206c、206d的大致长度可以大约相同并可以被构造成向管道108中的水传送相应部分的电磁场。例如，当存在四段206a、206b、206c、206d时，各段可以向所述水提供总电磁场的大约四分之一。这也可以通过注意到各段206a、206b、206c、206d可经历相应部分的电压降来表达。例如，当跨换能器206施加的电压是大约120V AC时，各段206a、206b、206c、206d可以设计成具有大约30V的下降。当多段串联布置时，各段可以被构造成具有约20V和80V之间或约30V和约60V之间的电压降。
如下面更详细地描述的，所述水在所述换能器206段内的同时，可以使用湍流诱导结构来改善所述水的混合。所述混合可改善所述水内的反应性物质的相互作用，以帮助总反应产生所述调理水。使用在管道108中有一个或多个转弯或弯曲的多段处理装置可帮助提供湍流状态，以提高通过处理装置200的水中的混合。
处理装置的另一种实施方式在图3中显示。在这种实施方式中，水除了在所述水通过装置300时被所述电磁场处理之外，所述水还可以由换能器306加热。如同在先前的实施方式中，控制器102和管道108可以与就图1所述的控制器102和管道108相同或相似。在这种实施方式中，换能器306可以被构造成产生过量热，而换能器306和管道108可以包含在图3中以虚线示意性图示的绝缘罩302内。
在这种实施方式中，换能器306可设计成产生过量热，所述过量热可传递到水中来加热所述水。为了产生所述热，可选择用于形成换能器306的电线尺寸和/或材料，以便当电流通过换能器306时产生过量热。例如，电线的尺寸可以选成小于比较用电线。减小的尺寸可具有较高的单位长度电阻，其可在使用期间生热。类似地，可以选择电阻增大的材料形成所述电线，从而产生更多的热用于加热所述水。
当换能器306被构造成产生过量热来加热所述水时，管道108可以由热导率比较高的材料形成。例如，为了将换能器306产生的热有效传递到所述水中，管道108可以由铜、铝、非磁性不锈钢等形成。罩302可包含布置在所述罩和换能器306之间的绝缘体。罩302和所述绝缘体可将所述热保留在罩302内并帮助提供温差以增加传热到管道108内的水中的潜力。
虽然图3中图示的换能器306含有两段，但任何合适的段数均可串联和/或并联使用，以产生期望的升温。在一种实施方式中，使用系统300可提供所述水的温度增加等于或大于约5℃、或者等于或大于约10℃、或者等于或大于约15℃、或者等于或大于约20℃、或者等于或大于约30℃、或者等于或大于约40℃。如本领域技术人员将领会的，并借助于本公开，所述水的温度增加将导致CO2(g)离开所述水，从而使方程式(1)、(2)、(3)和(4)中的平衡左移，并导致pH升高。不希望受理论限制，pH升高将导致更多的CaCO3和氢氧化镁沉淀，以及幻数簇H3O+(H2O)20数量减少(由于方程式(3)和(4)中的平衡左移，水合氢离子减少)，从而进一步减小调理水簇的平均尺寸。另外，根据方程式(6)，水温增加将导致碳酸氢钙产生CaCO3(s)和CO2(g)：
Ca(HCO3)2(aq)→CO2(g)+H2O+CaCO3(s) (6)
这可通过作为碳酸盐沉淀物除去一部分碳酸氢根离子，在所述调理水中产生增大的效应。
在处理区内时间增加可在一些实施方式中产生另外的利益。为了增加水对电磁场的曝露时间，可使用具有再循环管线的系统使所述水两次或更多次通过所述处理区。图4示意性地图示了在系统400中具有再循环管线412的系统400的实施方式。如同图示，输入管线401可让未处理的水进入系统400。输入管线401可将水与再循环管线412中的水合并，形成合并流404，其可进入处理区402。处理区402可包含在本文中描述的处理系统的任何实施方式(例如，处理系统100、处理系统200、处理系统300等)。一旦在处理系统402中处理过，所述调理水就可通往输出管线(403)，其可分开成调理水输出管线406和再循环管线412。动力装置408例如泵等可用于使所述再循环管线412内的水循环。
任选的储槽410可放置在再循环管线412内的任何位置处。储槽410可用来在所述循环系统内提供大流体容量以及提供用于除去可由于所述水处理而形成的任何固体沉淀物的沉降槽。在一种实施方式中，所述动力装置408可放置在所述储槽410的上游或下游。
在一些实施方式中，一个或多个内置传感器可放置在所述再循环回路内。例如，一个或多个传感器可放置在输出管线403内的传感器包414中，以检测通过处理系统402的调理水的性质。传感器包414中的传感器可检测在本文中描述的任何性质。在一些实施方式中，所述传感器可包括pH计、TDS计、ORP传感器等。虽然图示为单个传感器包414，但多个传感器包可串联布置。另外，所述传感器可放置在所述再循环回路的任何点，包括任选的储槽410内。所述传感器于是可在所述系统运转期间用于测定所述调理水的性质。
具有所述再循环管线412的系统400可以以连续、分批或半分批的运转方式运转。在连续运转系统中，通过输入管线401供给的水可被连续引入并与再循环管线412中的调理水合并。取决于在所述调理水中期望的处理量，所述进入水与所述再循环水的比率可以在体积的基础上范围为从约1:1000至约1000:1。通过调理水输出管线406的水的流量可以具有与通过输入管线401进入系统400的流量大致相同。输入管线401中的水和通过再循环管线412的水的相对流量可以确定所述水通过处理区402再循环的大概次数。在一种实施方式中，所述水可以有效地再循环通过处理区402约2至约50次。所述水再循环的次数可以至少部分取决于期望的水性质的测量(例如，利用传感器包414中的传感器)，其中所述水可以再循环直到达到所述水性质为止。
在分批运转方式中，系统400可以通过输入管线401装载待处理的水。一旦装满，输入管线可被关闭，所述再循环管线中的水可被循环，直到给所述水供应了期望的处理量为止。在这种实施方式中，所述水可以再循环通过处理区402约2至约50次。例如，可以监测目标调理水性质以确定所述水何时达到目标水平。一旦水被调理，则所述水可通过调理水输出管线406从系统400除去。
系统400也可以在半分批运转方式下运转。在这种实施方式中，系统400可装载待处理的水。定期地或以特定间隔，可通过调理水输出管线406从再循环管线412取出系统400中的一部分水并且所述水可通过输入管线401再充满。
使用具有所述再循环管线的系统400在制造有期望的输出性质的调理水中可能是有用的。当处理区402具有的体积或场强小于产生所述期望的调理水参数所需要的体积或场强时，系统400也可能是有用的。因此，再循环所述水的能力可以让系统400产生的调理水与具有更强电磁场的更大单元有相同的性质，这可以让所述系统在获得相同的结果的同时较小。
所述水运行通过所述装置多于一程使pH、OPR和硬度增加，所需要的程数和受影响的改变必须与所述水的最终应用和所需要的参数平衡。如果水被泵过换能器约30次，则所述水的pH从7.5增至超过8.5或甚至9。高达9.2的pH已经达到。认为碱性水具有潜在的健康利益和更好的味道。此外，对于水栽培应用，则水通过越多程越好。
为了在水在所述处理区中的同时增加所述水的混合，在本文中公开的任何实施方式中管道108内可以使用各种另外的结构。在水通过所述处理区时，使用湍流诱导结构可以改善所述水的处理。各种结构包括内混合结构例如螺旋、具有一个或多个弯曲的管路构造、或诱导湍流的任何其他结构或特征均可使用。
在一种实施方式中，使用多段式换能器可以用于诱导湍流。例如，可以使用图2中图示的实施方式，其中管道108具有由管道108中的弯曲连接的多个段。使用串联连接的多段式换能器206由于连接件中的弯曲导致水改变方向，具有在水中引起更多湍流的附加优点。由于所述弯曲的湍流增加可导致水在管道108内混合并基本均等和均匀地经受所述电磁场，致使所有的水被所述管子内径的外缘附近的最强场部分处理。增加的湍流也可以增加水中反应性组分之间的相互作用，从而改善所述水的总体处理效率。
在一些实施方式中，在所述管道内可放置结构来诱导湍流。图5图示了可放置在管道108内的插件502。插件502可包括很多形状。如图5所示，插件502可以呈螺旋形状。所述螺旋可以绕中轴扭转，引导水以螺旋的模式通过所述处理区中的线圈。所述螺旋路径也可以减慢水的轴向流动以增加水对所述电磁辐射的暴露。所述螺旋或螺纹的外径可以与所述管子的内径大致相同，使得在插件502和管道108之间形成过盈配合。插件502的长度取决于所期望的调理水的结果并且可以与所述换能器或换能器段的长度大致相同。在一些实施方式中，插件502的长度可以比所述换能器或换能器段的长度短或长。
虽然作为螺旋描述，但另外的插件可以在管道108内类似地生成湍流。在一种实施方式中，插件502可包含一系列交叉结构，例如销、金属线等。在一些实施方式中，插件502可包含筛网或纱网，其可以生成通过所述材料的曲折路径以生成湍流和增加的路线长度。其他插件也可以是合适的。
在本文中描述的任何换能器(例如换能器106、换能器206、换能器306等)的卷绕模式可具有单层构造、多层、或随机卷绕模式。如图6A所示，所述电线的卷绕模式可以是单层布置的。所述绕组的轴向密度(例如，各相邻的电线与下一个绕线的接近程度)可影响管道108内的电磁场强度。一般而言，所述电线卷绕越紧密，所述换能器(绕组)具有的对水的效应越大。如果所述换能器卷绕不紧密，致使所述绕组之间有间距，则所述换能器可以不产生同样多的热，这在一些实施方式中可能是有益的。
图6B图示了多层卷绕模式。在这种实施方式中，所述电线可以沿着所述管道单层卷绕，同时第二层可以是在所述第一层上的电线。使用多个电线层可在较短的距离内允许更大的电磁场密度，这样使所述换能器更紧凑。当有限量的距离可以用来在所述管子上放置所述换能器时，这种模式可能是有用的。然而，当使用多层时，可损失一些量的效率。这可能要求所述绕组的总长度略长于使用单层时的情况。
图6C示出了又一种卷绕模式。这种模式可包括在短距离中稍随机的绕组，其在有些情况下可称为不规则声音(scramble sound)。这种卷绕模式可以用于填充所述管道上的预定卷绕区域或空间，所述绕组的精确构造可以不是始终完美有序的。正如使用多层的情况一样，所述绕组内的场强可增强。虽然因使用多层构造可能损失一些量的效率/场强，但尚未发现所述卷绕模式在显著程度上影响所述水的总体转化。
在本文中描述的任何实施方式中，所述控制器可包含被设计成生成通过所述换能器的交流电的很多组件。如本文中所述，控制器102用来在期望的电压、频率和波形下向换能器706提供电功率。控制器102可包含许多组件例如变压器702、电压调节器704、和/或波形产生器708。
图7示意性地图示了可存在于所述控制器中的组件。在一种实施方式中，入口变压器702可用于将电流与输入管线隔离。如果不同于线路电压的电压用于换能器706的话，变压器702可用来提供期望的电压。在一些实施方式中，变压器702可被取消，以便所述换能器直接塞进标准墙壁插座中，如本文中所述。例如，所述变压器可被取消，并且所述控制器可以仅仅包含墙壁插座和所述换能器之间的直接连接。
在一种实施方式中，控制器102可包含电压调节器。所述电压调节器可以与所述变压器相同，或可以使用单独的电压调节器704。所述电压调节器可以结合波形产生器708使用，以产生通向换能器706的电流的波形。波形产生器708可用于产生所述电流的许多波形。在一种实施方式中，波形产生器708可以产生期望频率的方波供换能器706使用。在一些实施方式中，波形产生器708可以产生正弦波形供换能器706使用。所述波形产生器708可以产生稳定的频率和波形，或可以产生可变频率用于所述换能器。例如，可以产生具有多频谱的三角波供换能器706使用。
各种其他组件可以与控制器102整合。在一些实施方式中，安全设备例如流量开关710、温度传感器712等可与换能器706一起使用。流量开关710和/或温度传感器712可以是控制器102的一部分或者它们可以是单独的组件。流量开关710和/或温度传感器712，当存在时，可以与控制器102中的开关联接以防止当温度超过阈值时和/或当流量开关710指示水没有流过管道108时将功率送给换能器706。
在一种实施方式中，流量开关710可以在所述处理装置的入口或出口处整合到管道108中。当水流过所述管道并接触所述流量开关时，在流量开关710中可以产生激活换能器706的信号。在开启所述换能器但没有任何水流冷却换能器706的情况下，流量开关710在防止所述管道过热中可以是有益的。流量开关710可以包含继电器或具有相位控制三端双向可控硅开关的电路来开启控制器102中的换能器。例如，磁簧开关可用作流量开关710。
在一种实施方式中，温度传感器712例如热电偶可用于检测换能器706、管道108和/或离开所述处理装置的水的温度。温度传感器712可以与控制器102中的继电器电联接并在检测到温度超过阈值的情况下关掉所述换能器。
在一些实施方式中，当所述控制器除了任何其他控制组件之外还包含电容器时，所述装置可以作为调谐回路运转。一般而言，调谐回路在它的谐振频率下可以发生振荡，所述谐振频率取决于所述换能器的相对电感容量和所述电容器的电容性容量。所述驱动频率可以与所述谐振频率相同或接近。所述处理装置在所述谐振频率下作为调谐回路运转可以产生接近正弦波形，并且相对于所述换能器以非调谐回路实施方式运转，可以减少所述换能器内的热量。所述热减少在将原本可以引起所述换能器加热的功率传递给处理所述水上也可以是有利的。
在一种实施方式中，所述处理装置可以作为调谐回路(例如储能电路)构造并在施加至所述换能器绕组的约2500Hz频率下运转。所述绕组可通过从所述换能器与它的跨所述换能器的相关并联(谐振)电容中生成L-C储能电路，而具有在2500Hz下的LC谐振。所述换能器可由2500Hz功率方波激发，并通过所述并联谐振储能的LC作用，重新生成跨所述换能器的大致正弦波。所述方波可以在具有方波振荡器的控制器组件中电产生，它的输出然后被施加至D类功率V-MOSFETS，后者本质上作为从地面到Vdd的简单开关运转。虽然外加电压可以变化，但大约48伏可以施加至漏极(drain)以在高输出功率水平(例如，在约150瓦RMS的电流元水平)下运转。所生成的对所述调谐回路的输入可以包括方波和/或脉冲输入以驱动所述电路。虽然根据特定的值论述了所述调谐回路设计，但所述输出装置、驱动电路、谐振频率、电感容量、和电容性容量是在设计所述调谐回路电路中可以考虑的设计因素。
这种实施方式中的控制器也可以包含故障检测器。所述故障检测器可以包含在所述换能器主绕组周围卷绕的次级绕组。当所述换能器在从所述电子单元适当激发下时，可以在所述故障检测器绕组中诱导RMS电压(例如，大约两伏RMS电压)。所述故障检测器绕组输出可被整流并施加至比较器，所述比较器设定为如果来自次级传感绕组的输入消失则所述比较器具有输出。这进而提供了换能器故障的指示(例如发出警报、指示灯亮起等)。在一些实施方式中，60Hz换能器的故障检测器可以由在所述主换能器绕组上的直接驱动指示灯的简单次级卷绕形成。在这种类型的故障检测器中，没有灯表明换能器没有功能。2500Hz电子激发的换能器可以在产生长期稳定的调理水中得到应用。
在一种实施方式中，所述处理装置可以与各种电压源一起使用。在一种实施方式中，可以使用120V AC电流源。在一些实施方式中，较高的电压源可用于，例如，较大体积的应用。图8示意性地图示了利用240V AC三相电源的处理装置的实施方式。为了处理较大的水通量，供应集管808a可以向一个或多个处理支线供应水。虽然图示了六个处理支线，但所述处理装置800可以按水通量的比例使用少于六个处理支线或者7个或更多处理支线。
每个处理支线可包含四个换能器806段，其可以与在本文中描述的任何换能器段相似或相同并可与240V AC电源一起使用。中央电连接802可与两个电源801、803联接。对于每个支线，前两个换能器段与第一电源801和中心线802联接，同时后两个换能器段与第二电源803和中心线802联接。作为例子，当电源电压是有三相功率的240V AC时，在各电源线801、803和中心线802之间产生120V AC差。在这个例子中，各处理支线上的各换能器段于是可具有60V AC的外加电压。这种实施方式可以让约10安培至约100安培之间的电流用于所述处理装置800。也可以使用更高电压的电源(例如，480V AC)，在此情况下可以划分所述换能器段以提供每段相似的电压(例如，对于480V电源来说，每个处理支线有四个或更多个换能器段)。因此，如图8中显示的实施方式所示范，对于较大的水通量可以达到较大功率通量，这对于一些用途例如农业用水可能是有用的。
由利用在本文中描述的任何实施方式产生的调理水可用于许多用途。例如，所述调理水可用于饮用水、各种烹饪用途、农业、化学制备和工业用途。在一种实施方式中，所述调理水可用作饮用水或用于其他可饮用途。如上所述，所述调理水可具有较少的溶解固体和增加的pH。已经发现，在大于2kHz或更高的频率下运转的处理单元产生的调理水相对于利用较低运转频率的处理单元具有更好的味道。另外，所述饮用水处理单元可以带有再循环构造运转，与用单程达到的变化相比，在水中产生额外的变化。所述调理水然后可用于饮用水或瓶装水。所述调理水也可用于结垢成为问题的一些应用例如咖啡机或烹调。较大的单元可能在家庭规模上可用于防止管子和热水加热器中结垢。在这方面，所述处理装置可能可用于代替水软化器。在一些实施方式中，所述调理水可与食物成分结合。例如，所述调理水可与软饮添加剂结合。使用所述调理水可能允许使用较少的成分得到相同的味道结果。
所述调理水也可以用于家庭规模以及商业农业应用二者的农业用途。在一些实施方式中，使用所述调理水可更好吸收到土壤和植物中，引起更快速的生长。
例如，使用所述调理水可以让水渗透和摄取效率相对于未处理水增加。这样的用途可以让浇所述调理水的植物更耐受昆虫和极端天气。这可以提供生长季节延长，因为植物能更好地承受冷热并增加植物生产和产量。处理过的水还可以对于海洋生物更健康和更长寿的生存具有潜在应用。所述调理水可用于任何类型的植物，包括水稻、干草、玉米、小麦、坚果、水果或任何其他农作物。
当用于农业时，所述调理水可以用于处理所有用于灌溉的水或只一部分所使用的水。例如，可处理一部分所述水并且所生成的调理水可在用于灌溉之前与未处理水混合。所述调理水与未处理水的组合可以允许为了灌溉的目的控制所述混合物的性质。另外，所述调理水可以在整个生长季节或仅仅其一部分期间使用。例如，所述调理水可以在生长季节开始时使用以让种子萌发和萌芽，并且新植物以更快的生长速率更好地长成。一旦所述植物定植，在剩下的生长季节即使使用调理水，也可减少调理水的量。
在一些实施方式中，所述处理装置可用于降低用于商业应用的水的总溶解固体含量。例如，所述处理装置可以用于冷却塔应用。所述调理水可以具有减少的总溶解固体含量以及降低的钙含量，总溶解固体和钙二者都可引起冷却塔热交换器中形成垢。
另外的商业用途可包括制备特定化学品。作为水溶液的一部分销售的任何化学品可以具有受用于形成所述溶液的水的组成的影响的化学性质。在一些情况下，化学产品可以利用反渗透来制备比较纯的水。使用在本文中描述的处理装置可以允许所述调理水用于化学制品中以及最终的化学溶液中。另外，所产生的pH增加在一些化学应用中可能是有益的。
为了进一步说明本发明的各种说明性实施方式，提供了以下实施例。
实施例
已经一般性描述了本公开，以下实施例作为本公开的特定实施方式给出并示范其实践和优点。要理解，所述实施例作为说明给出，并且不打算以任何方式限制说明书或权利要求。
实施例1
为了论证在本文中描述的处理系统的效果，构建处理系统并用于处理若干水样品，测试所述样品以说明由所述处理装置引起的相对变化。本实施例中使用的系统被设计成调理自来水供饮用和混合软饮料如咖啡、茶等。所述换能器作为谐振系统运转，在大约2500赫兹的交流电频率下运转。所述系统被设计成基于来自可编程的七天数字计时器的时间信号将水再循环通过所述换能器，所述时间信号每周相同地再循环。构造所述系统，使得需要来自厨房龙头或出口的水将在通过设置压差开关确定的压力下由蓄水储槽供应。当从所述蓄水储槽排出足够的水时，所述压差开关将开动泵，并且借助于螺线管阀，来自大储槽的水将在压力下被泵入所述蓄水槽和厨房供水管路。当厨房需水停止时，所述泵将继续用泵加压所述蓄水储槽中的压力，直到达到所述压差开关的设置并停止所述泵。
当所述数字计时器在所述计时周期期间需要再循环所述水时，所述计时器引起所述泵开动并借助于螺线管阀引起水在返回所述储槽之前通过所述换能器。所述换能器由所述计时器激活，使得所述水在所述再循环周期期间将通过所述换能器以被调理。当所述时间周期完成时，所述单元进入休止模式，直到厨房需要水或下一个时间周期启动。如果在所述再循环计时周期期间的任何时候厨房都有水的需求，所述再循环计时周期受厨房水需求支配，被来自所述压差开关的信号触发。借助于螺线管阀系统，所述水从所述泵输出改向通过所述换能器，然后到蓄水储槽和厨房供水管路。当厨房需求停止时，所述泵将运行直到传感蓄水槽压力的压差开关停止所述泵为止。在这时，所述系统基于来自所述数字计时器的时间信号，再次回归到再循环水以完成它的设定时间周期。如果在厨房需求停止之前，所述再循环计时周期已经完成，在厨房需求终止时，所述单元进入它的休止模式。
水位借助于四个浮控开关在所述储槽中维持在适当的工作水位下。存在在故障模式的情况下引起供水螺线管阀关闭的溢流保险开关、在所述储槽中低水位的情况下关掉整个系统的低水位浮控开关。最后布置有两个浮控开关，响应于所述高和低水位浮控开关引起水填充螺线管阀开闭，将所述储槽保持在适当的工作水位。
取水样，然后使其通过本系统设置。水样在处理所述水(样品A1、样品B1和样品C1)之前分析并在处理所述水之后产生调理水(分别是样品A2、样品B2和样品C2)。样品A1是来自Kerr Country，TX的井水；样品B1是来自Santa Barbara，CA的水；和样品C1是来自Kerrville，TX的原水。由Texas Plant&Soil Lab，Edinburg，TX分析所述水样的各种组分，例如溶解总固体、阳离子、阴离子和硬度。总可溶性盐含量按电导率(EC[mmhos/cm])测量，总溶解固体从EC值估算。钠吸附比(SAR)描述了所述水样中钠与钙和镁的比例，从钠、钙和镁的水平估算。所述水分析的结果在表1中显示。
表1
关于表1中的数据，负％改变表示特定参数的减小，而正％改变表示特定参数的增加。总之，在处理下，钙、碳酸根和碳酸氢根的水平减少，可能是由于形成了碳酸钙沉淀物。碳酸钙沉淀物的形成也导致总体硬度减小。镁的水平也在处理下总体减少，可能是由于形成了氢氧化镁沉淀物。随着固体(例如碳酸钙、氢氧化镁等)沉淀，总可溶性盐水平在处理下也减少。SAR在处理后增加，鉴于钙和镁减少，联同观察到的钠水平增加，这是可预期的。钠、钾、硝酸根和氯离子水平的总体增加可以归于由于特定盐沉淀和/或由于pH改变，盐解离平衡移动所致。PH总体增加，这可能是由CO2(g)离开水引起，从而将碳酸平衡朝消耗水合氢离子移动。碳酸钙沉淀物和CO2(g)的产生对于钙和碳酸氢根水平减少可能有贡献。只对样品B1和B2测试了B、Mn、Zn、Cu和Fe水平。Zn和Cu的水平极低，可能接近仪器的检测限，因而表1中显示的Zn和Cu的变化可能不明显。B、Mn和Fe的水平在处理下减少，表明这些元素的一些也可能形成不溶性沉淀物，例如六硼化钙、碳酸锰、氢氧化铁、磷酸铁等。
实施例2
以下列规范建造所述处理装置的实施方式：30英寸的1.5英寸壁厚系列40PVC管子，用16号标准电线卷绕，为了空间和效率切成4段并联接。水流量约25-加仑/分。这被认为是用于家用装置的胜任的实施方式。所述城市的1-英寸水表通常提供约30加仑/分，因此所述装置将少许减慢所述流量，因为它只能处理25加仑/分。如果草坪以25加仑/分浇水，这仍然留有来自所述城市的5加仑/分同时冲洗厕所。如果城市流量大于所述装置流量，则所述装置将约束所述流量并减小水压，但所述装置不会受损。
实施例3
在所述装置的另一个实施例中，使用长度24英寸的1/2(半)英寸壁厚系列40PVC管，其具有用24-规格电线以约18英寸的紧密卷绕的绕组长度制成的换能器，并且施加的功率在变动频率下是20瓦。所述装置的另一个实施方式使用1.5英寸壁厚系列40PVC管，所述管带有由16号规格电线制成的换能器，总长度100-120英寸，向其施加500瓦功率以单程调理所述水供农业目的。为了工业的目的，例如用过的压裂水或废水，可使用的装置具有在几个直径为4英寸或6英寸的12英尺长度的管子上卷绕6号规格电线的换能器，并向其施加许多千瓦的功率。
实施例4
处理水用在德克萨斯州Kerrville于2014年3月1日栽种的番茄植物上，该栽种时间比正常早约1-2个月。所述番茄植物经历四次低温后存活，生长到超过六英尺高，并且仍然在7月中旬结出番茄。番茄植物罕见经历低温后存活，因为它们偏好温暖到热的温度。当时提到低温时，所述温度通常在30-32华氏度左右。pH约8.5的处理水，这意味着所述水经历约30程通过所述装置，也用于德克萨斯州Kerrville的蓝莓生长。所述蓝莓植物仍然在7月中旬结出果实。
实施例5
为了农业目的，例如用于灌溉枢轴，必要的水流量将可能是约400加仑/分钟或更高。对于约30英尺管子，所述换能器将由12号规格电线制成。一些枢轴提供900加仑水/分钟，并且所述装置将需要具有6号规格电线的6-英寸直径管子并施加100安培的电力。枢轴灌溉和其他大规模农业应用的目标是每次可浇灌180英亩的单程换能器或枢轴喷雾器。
实施例6
为了进一步论证在本文中描述的处理系统的效果，建造处理系统并如本文中前面所公开的用于处理若干水样品，测试所述样品以说明由所述处理装置引起的相对变化。更具体地，对于各种水样、对于单程和多程通过所述处理系统，研究所述处理系统对pH、电导率、电阻率和电阻的效应，所得的数据显示在表2中。pH用在使用之前校准的pH计测量；电导率用伏特计装置测量以收集当水样品用作所述过程中的电阻器时通过的DC电压。#1样品是未处理水的对照样品：该特定样品没有通过所述处理系统。#2样品通过将所述未处理水单程通过所述处理系统而得到。#3样品通过软化所述未处理水并然后将它单程通过所述处理系统而得到。#4样品(例如50加仑设置)和#5样品通过将所述未处理水多程通过所述处理系统而得到。#3样品是唯一在其通过所述处理系统之前经历除去钙和镁离子的样品；没有其他样品被软化预处理(例如，在通过所述处理系统之前)。
表2
表2中的数据表明，将水通过如本文中所公开的处理系统，存在pH增加并且一般存在电阻率增加；和电导率降低。表2中的结果提示，如本文中公开的处理系统活化所述水，使它的平衡移动以形成比它的离子配对物(H+和HO-)更多的水分子(H2O)。
pH分析.通过增加通过如本文中公开的处理系统的程数，存在pH增加，从而将水的离子积(Kw)从样品#1的2.88x 10-15降至样品#4的2.40x 10-17。从样品#1到样品#3，Kw减少一个数量级；而从样品#1到样品#4，Kw减少两个数量级。不希望受理论限制，水通过如本文中公开的处理系统可以导致有效减少溶液中H+和HO-离子的数量并基于方程式(7)中描绘的平衡将这些离子向未解离的H2O结构推动：
温度变化也影响方程式(7)中的平衡，其中温度升高(例如高温)将该平衡朝右侧移动(例如水分子解离成H+和HO-离子)，并且其中温度降低(例如低温)将该平衡朝左侧移动(例如，从H+和HO-离子形成水分子)。例如，在25℃、pH 7下，Kw＝1.0x 10-14。另外，作为另一个例子，在0℃下，Kw＝1.5x 10-15。另外，作为又一个例子，在60℃下，Kw＝9.5x 10-14。如本领域技术人员将领会的，并借助于本公开，较高的温度促成较高的Kw。
导电率分析.通常，电阻率随着溶液中离子的数量或量减少而增加，而电导率遵循相反的趋势，通常随着溶液中离子的数量或量减少而降低。这在软化水(样品#3)中是明显的，其中Mg2+和Ca2+离子(存在于样品#1和#2中)不再存在(或已被基本除去)。样品#3的电导率降低，因为除了所述处理系统通过将方程式(7)中的平衡朝未解离的水分子移动来减少溶液中H+和HO-离子的数量之外，Mg2+和Ca2+离子也从所述水样中被除去，从而降低了整个体系的电导率。因为离子(例如Mg2+和Ca2+离子)可能从所述溶液(例如水样)中沉淀，用多程系统时电导率继续降低(样品#4和#5)。当通过离子交换软化水样时，Mg2+和Ca2+离子通常被Na+离子代替，并且该过程通常不影响整体电导率；然而，在这种情况下，由于方程式(7)的平衡朝未解离的水分子移动使溶液中的H+和HO-离子数量减少，电导率可降低。
单程比较.软化水(样品#3)具有较高的pH，很可能是由于样品#3溶液中作为所述水软化的结果而存在的离子(Na+)。不希望受理论限制，如本文中公开的处理系统可以更有效地作用于这样的小离子(Na+)。样品#3的pH上升是因为存在的未解离的水分子比它的离子配对物(H+和HO-)更多，并且Na+离子的存在可导致pH增大。如本文中前面对于电导率论述的，如本文中公开的处理系统通过将方程式(7)中的平衡朝水分子移动，可导致溶液中H+和HO-离子数量减少，从而导致电导率较低，并因此电阻率较高。在不同的单程样品(样品#2和#3)之间观察到的pH和电导率的差异很可能是由于软化了样品#3中的水所致。样品#2的电导率增加可归因于由于如本文中公开的处理系统激活所述水使其平衡移向形成比它的离子配对物(H+和HO-)更多的未解离水分子(H2O)，使得溶液中游离离子数量增加之故。不希望受理论限制，溶液中的一些离子(例如样品#2)由于这样的离子水合较低，就电流而论可能更为流动。
多程比较.多程样品#4和#5当与单程样品#2相比时，显示电导率降低(和因此的电阻率增加)，可能是由于通过方程式(7)中的平衡朝水分子移动，使溶液中的H+和HO-离子数量更大程度降低之故。
在本文中已经描述了许多系统和方法，具体实施方式可包括，但不限于：
在第一实施方式中，用电磁场处理水的处理装置包含：管道；包含定位在一部分所述管道外周的电线线圈的换能器；和与所述换能器电联接的控制器，其中所述控制器被构造成向所述换能器提供交流电。
第二实施方式可包括所述第一实施方式的装置，其中所述管道包含塑料。
第三实施方式可包括所述第一实施方式的装置，其中所述管道包含非铁磁材料。
第四实施方式可包括所述第三实施方式的装置，其中所述管道由铜、铝、非铁磁不锈钢、它们的任何合金或它们的任何组合形成。
第五实施方式可包括所述第一至第四实施方式任一种的装置，其中所述管道包含电绝缘涂层，并且其中所述电绝缘涂层布置在所述管道的外表面和所述电线线圈之间。
第六实施方式可包括所述第一至第五实施方式任一种的装置，其还包含与所述控制器联接的电源，其中所述电源被构造成提供约12V AC和约480V AC之间的交流电源。
第七实施方式可包括所述第一至第六实施方式任一种的装置，其还包含再循环管线，其中所述再循环管线提供所述换能器下游的管道的出口和所述换能器上游的管道的入口之间的流体连通。
第八实施方式可包括所述第一至第七实施方式任一种的装置，其还包含绝缘罩，其中所述管道和所述换能器布置在所述绝缘罩内，并且其中所述电线线圈中电线的尺寸被构造成响应于提供给所述换能器的交流电而生热。
第九实施方式可包括所述第一至第八实施方式任一种的装置，其中所述电线线圈包含围绕所述管道的单层绕组。
第十实施方式可包括所述第一至第八实施方式任一种的装置，其中所述电线线圈包含围绕所述管道的多层绕组。
第十一实施方式可包括所述第十实施方式的装置，其中所述多层以随机卷绕模式布置。
第十二实施方式可包括所述第一至第十一实施方式任一种的装置，其中所述控制器包含电容器，其中所述电容器和所述换能器形成调谐回路，并且其中所述控制器被构造成以谐振频率向所述换能器提供交流电。
第十三实施方式可包括所述第一至第十二实施方式任一种的装置，其还包含布置在所述管道内的湍流诱导结构。
第十四实施方式可包括所述第十三实施方式的装置，其中所述湍流诱导装置包含在所述管道内的具有螺旋形状的插件。
第十五实施方式可包括所述第一至第十四实施方式任一种的装置，其还包含流量开关，其中所述流量开关被构造成当水没有流过所述管道时向所述控制器提供指示。
第十六实施方式可包括所述第一至第十五实施方式任一种的装置，其还包含与所述换能器热接触并与所述控制器呈信号连通的温度传感器，其中所述控制器进一步被构造成当所述温度传感器检测的温度超过阈值时，阻止向所述换能器提供交流电。
在第十七实施方式中，用电磁场处理水的处理装置包含：管道；多段式换能器，其包含定位在一部分所述管道外周的多个电线线圈，其中所述多个电线线圈串联连接；和与所述多段式换能器电联接的控制器，其中所述控制器被构造成向所述多个电线线圈的每个电线线圈提供交流电。
第十八实施方式可包括所述第十七实施方式的装置，其中所述多段式换能器包含2至10个电线线圈。
第十九实施方式可包括所述第十七或第十八实施方式的装置，其中所述控制器被构造成向所述多个电线线圈的每个电线线圈提供约20V AC至约80V AC。
第二十实施方式可包括所述第十七至第十九实施方式任一种的装置，其中所述管道在所述多个电线线圈的每个线圈之间包含至少一个弯曲。
在第二十一实施方式中，处理水的方法包括：使进入水通过管道；所述进入水在所述管道内经受变动电磁场；响应于所述变动电磁场改变所述管道内的进入水的至少一种性质；和产生调理水。
第二十二实施方式可包括所述第二十一实施方式的方法，其还包括：使交变电流通过换能器，其中所述换能器包含围绕所述管道的至少一部分布置的电线线圈；并且响应于通过所述换能器的交变电流在所述管道内产生所述变动电磁场。
第二十三实施方式可包括所述第二十二实施方式的方法，其中所述管道包含非铁磁材料。
第二十四实施方式可包括所述第二十三实施方式的方法，其中所述管道包含金属，并且其中所述方法还包含：在所述水经受所述变动电磁场的同时生热；并将所述热传导到通过所述管道的水中。
第二十五实施方式可包括所述第二十二至第二十四实施方式任一种的方法，其中所述交变电流在约12V AC和约480V AC之间的电压下提供。
第二十六实施方式可包括所述第二十二至第二十五实施方式任一种的方法，其中所述交变电流在约10Hz和约200kHz之间的频率下提供。
第二十七实施方式可包括所述第二十二至第二十五实施方式任一种的方法，其中所述交变电流在约10瓦至约10千瓦之间提供给所述水。
第二十八实施方式可包括所述第二十二至第二十七实施方式任一种的方法，其还包含：在所述换能器内加热所述进入水。
第二十九实施方式可包括第二十八实施方式的方法，其中所述调理水比所述进入水暖至少约5℃。
第三十实施方式可包括所述第二十一至第二十九实施方式任一种的方法，其中所述交变电流与电容器呈电连通，并且其中所述换能器和所述电容器作为调谐回路在谐振频率下运转。
第三十一实施方式可包括所述第二十一至第三十实施方式任一种的方法，其中所述调理水具有比所述进入水高至少约0.1pH单位的pH。
第三十二实施方式可包括所述第二十一至第三十一实施方式任一种的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约10％的TDS含量。
第三十三实施方式可包括所述第二十一至第三十二实施方式任一种的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约20％的硬度。
第三十四实施方式可包括所述第二十一至第三十三实施方式任一种的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约20mV的ORP。
第三十五实施方式可包括所述第二十一至第三十四实施方式任一种的方法，其还包含响应于所述进入水的所述至少一种性质改变而形成沉淀物。
第三十六实施方式可包括所述第二十一至第三十五实施方式任一种的方法，其还包含将所述调理水一次或多次再循环到所述管道的入口。
虽然以上已经显示和描述了根据在本文中公开的原理的各种实施方式，但本领域技术人员在不背离本公开的精神和教示下可以对其作出修改。本文中描述的实施方式只是代表性的并不打算是限制性的。许多变化、组合和修改是可能的并且在本公开的范围之内。由组合、整合和/或省略所述实施方式的特征产生的替代性实施方式也在本公开的范围内。因此，保护范围不由以上说明的描述所限，而是由权利要求限定，所述范围包括所述权利要求的主题的所有等效物。每个和所有的权利要求作为进一步的公开纳入本文本中，并且权利要求是本发明的实施方式。此外，上述的任何优点和特征可以与具体实施方式相关，但不应该将这样发布的权利要求的应用限制于实现任何或所有上述优点或具有任何或所有上述特征的工艺和结构。
另外，本文中使用的章节标题为与37C.F.R.1.77项下的建议一致而提供的或否则提供组织上的提示。这些标题不应该限制或表征在可能由本公开发布的任何权利要求中阐述的本发明。具体地和举例来说，虽然所述标题可能提到“领域”，但权利要求不应该受在此标题下为描述所谓的领域而选择的语言的限制。另外，“背景”中的技术的描述不应被解释为承认某种技术是本公开中的任何发明的现有技术。“发明内容”也不应被认为是在发布的权利要求中阐述的发明的限制性表征。此外本公开中任何以单数提到“发明”均不应该用来论证本公开中只有单一点的新颖性。多个发明可以根据从本公开发布的多个权利要求的限度来阐述，并且这样的权利要求相应地限定由此保护的发明、和它们的等效物。在一切情况下，所述权利要求的范围应该根据本公开靠它们自己的长处来考虑，而不应该受本文中阐述的标题制约。
使用更广义的术语例如包含、包括和具有应该理解为对更狭义的术语例如由...组成、基本由...组成、和基本由...构成提供支持。关于实施方式的任何元素使用术语“任选地”、“可以”、“可能”、“可能地”等是指所述该元素不被需要，或者，该元素被需要，这两种选项都在所述实施方式的范围内。还有，提到例子仅仅是为说明性目的而提供，不打算是排他的。
虽然已经显示和描述了优选实施方式，但本领域技术人员在不背离本文中的范围或教示下可做出其修改。在本文中描述的实施方式只是示例性的而不是限制性的。在本文中描述的系统、设备和工艺的许多变化和修改是可能的并且在本公开的范围之内。例如，各种部件的相对尺寸、制造所述各种部件的材料、和其他参数可变化。因此，保护范围不限于在本文中描述的实施方式，而是只由随后的权利要求限制，其范围应该包括所述权利要求的主题的所有等效物。除非另有明确说明，否则方法权利要求中的步骤可以按任何顺序进行。在方法权利要求中的步骤之前引用标号例如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)不打算并且不指定所述步骤的特定顺序，而是用于简化随后对这样的步骤的指称。
还有，在分立或单独的各种实施方式中描述和说明的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法合并或整合而不背离本公开的范围。按互相直接联接或连通来显示或论述的其他项可以通过一些接口、装置或居间组件间接联接或连通，不管是以电、机械、或其他方式。变化、取代和变更的其他例子可由本领域技术人员确定并且可在不背离本文中公开的精神和范围下做出。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用电磁场处理水的处理装置，所述装置包含：
管道；
包含定位在一部分所述管道外周的电线线圈的换能器；和
与所述换能器电联接的控制器，其中所述控制器被构造成向所述换能器提供交流电。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述管道包含塑料。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述管道包含非铁磁材料。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述管道由铜、铝、非铁磁不锈钢、它们的任何合金或它们的任何组合形成。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述管道包含电绝缘涂层，并且其中所述电绝缘涂层被布置在所述管道的外表面和所述电线线圈之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其还包含与所述控制器联接的电源，其中所述电源被构造成提供约12V AC和约480V AC之间的交流电源。
7.根据权利要求1所述的装置，其还包含再循环管线，其中所述再循环管线提供在所述换能器下游的管道的出口和所述换能器上游的管道的入口之间的流体连通。
8.根据权利要求1所述的装置，其还包含绝缘罩，其中所述管道和所述换能器被布置在所述绝缘罩内，并且其中所述电线线圈中电线的尺寸被构造成响应于提供给所述换能器的交流电而生热。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电线线圈包含围绕所述管道的单层绕组。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述电线线圈包含围绕所述管道的多层绕组。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述多层以随机卷绕模式布置。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器包含电容器，其中所述电容器和所述换能器形成调谐回路，并且其中所述控制器被构造成以谐振频率向所述换能器提供交流电。
13.根据权利要求1所述的装置，其还包含被布置在所述管道内的湍流诱导结构。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述湍流诱导结构包含在所述管道内的具有螺旋形状的插件。
15.根据权利要求1所述的装置，其还包含流量开关，其中所述流量开关被构造成当水没有流过所述管道时向所述控制器提供指示。
16.根据权利要求1所述的装置，其还包含与所述换能器热接触并与所述控制器呈信号连通的温度传感器，其中所述控制器进一步被构造成当所述温度传感器检测的温度超过阈值时，阻止向所述换能器提供交流电。
17.用电磁场处理水的处理装置，所述装置包含：
管道；
多段式换能器，其包含定位在一部分所述管道外周的多个电线线圈，其中所述多个电线线圈串联连接；和
与所述多段式换能器电联接的控制器，其中所述控制器被构造成向所述多个电线线圈的每个电线线圈提供交流电。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述多段式换能器包含2至10个电线线圈。
19.根据权利要求17所述的装置，其中所述控制器被构造成向所述多个电线线圈的每个线圈提供约20V AC至约80V AC。
20.根据权利要求17所述的装置，其中所述管道在所述多个电线线圈的每个电线线圈之间包含至少一个弯曲。
21.处理水的方法，所述方法包括：
使进入水通过管道；
使交变电流通过换能器，其中所述换能器包含围绕所述管道的至少一部分布置的电线线圈；
响应于通过所述换能器的交变电流在所述管道内产生变动电磁场；
所述进入水在所述管道内经受所述变动电磁场；
响应于所述变动电磁场改变所述管道内的进入水的至少一种性质；和
产生调理水。
22.(删除)
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述管道包含非铁磁材料。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述管道包含金属，并且其中所述方法还包含：
在所述水经受所述变动电磁场的同时生热；和
将所述热传导到通过所述管道的水中。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述交变电流在约12V AC和约480V AC之间的电压下提供。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述交变电流在约10Hz和约200kHz之间的频率下提供。
27.根据权利要求21所述的方法，其中所述交变电流在约10瓦至约10千瓦之间提供给所述水。
28.根据权利要求21所述的方法，其还包含：在所述换能器内加热所述进入水。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述调理水比所述进入水暖至少约5℃。
30.根据权利要求21所述的方法，其中所述交变电流与电容器呈电连通，并且其中所述换能器和所述电容器作为调谐回路在谐振频率下运转。
31.根据权利要求21所述的方法，其中所述调理水具有比所述进入水高至少约0.1pH单位的pH。
32.根据权利要求21所述的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约10％的TDS含量。
33.根据权利要求21所述的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约20％的硬度。
34.根据权利要求21所述的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约20mV的ORP。
35.根据权利要求21所述的方法，其还包含响应于所述进入水的所述至少一种性质的改变而形成沉淀物。
36.根据权利要求21所述的方法，其还包含将所述调理水一次或多次再循环到所述管道的入口。
Claims (36)
1.用电磁场处理水的处理装置，所述装置包含：
管道；
包含定位在一部分所述管道外周的电线线圈的换能器；和
与所述换能器电联接的控制器，其中所述控制器被构造成向所述换能器提供交流电。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述管道包含塑料。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述管道包含非铁磁材料。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述管道由铜、铝、非铁磁不锈钢、它们的任何合金或它们的任何组合形成。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述管道包含电绝缘涂层，并且其中所述电绝缘涂层被布置在所述管道的外表面和所述电线线圈之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其还包含与所述控制器联接的电源，其中所述电源被构造成提供约12V AC和约480V AC之间的交流电源。
7.根据权利要求1所述的装置，其还包含再循环管线，其中所述再循环管线提供在所述换能器下游的管道的出口和所述换能器上游的管道的入口之间的流体连通。
8.根据权利要求1所述的装置，其还包含绝缘罩，其中所述管道和所述换能器被布置在所述绝缘罩内，并且其中所述电线线圈中电线的尺寸被构造成响应于提供给所述换能器的交流电而生热。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电线线圈包含围绕所述管道的单层绕组。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述电线线圈包含围绕所述管道的多层绕组。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述多层以随机卷绕模式布置。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器包含电容器，其中所述电容器和所述换能器形成调谐回路，并且其中所述控制器被构造成以谐振频率向所述换能器提供交流电。
13.根据权利要求1所述的装置，其还包含被布置在所述管道内的湍流诱导结构。
14.根据权利要求12所述的装置，其中所述湍流诱导装置包含在所述管道内的具有螺旋形状的插件。
15.根据权利要求1所述的装置，其还包含流量开关，其中所述流量开关被构造成当水没有流过所述管道时向所述控制器提供指示。
16.根据权利要求1所述的装置，其还包含与所述换能器热接触并与所述控制器呈信号连通的温度传感器，其中所述控制器进一步被构造成当所述温度传感器检测的温度超过阈值时，阻止向所述换能器提供交流电。
17.用电磁场处理水的处理装置，所述装置包含：
管道；
多段式换能器，其包含定位在一部分所述管道外周的多个电线线圈，其中所述多个电线线圈串联连接；和
与所述多段式换能器电联接的控制器，其中所述控制器被构造成向所述多个电线线圈的每个电线线圈提供交流电。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述多段式换能器包含2至10个电线线圈。
19.根据权利要求17所述的装置，其中所述控制器被构造成向所述多个电线线圈的每个线圈提供约20V AC至约80V AC。
20.根据权利要求17所述的装置，其中所述管道在所述多个电线线圈的每个电线线圈之间包含至少一个弯曲。
21.处理水的方法，所述方法包括：
使进入水通过管道；
所述进入水在所述管道内经受变动电磁场；
响应于所述变动电磁场改变所述管道内的进入水的至少一种性质；和
产生调理水。
22.根据权利要求21所述的方法，其还包括：
使交变电流通过换能器，其中所述换能器包含围绕所述管道的至少一部分布置的电线线圈；和
响应于通过所述换能器的交变电流在所述管道内产生所述变动电磁场。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述管道包含非铁磁材料。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述管道包含金属，并且其中所述方法还包含：
在所述水经受所述变动电磁场的同时生热；和
将所述热传导到通过所述管道的水中。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述交变电流在约12V AC和约480V AC之间的电压下提供。
26.根据权利要求22所述的方法，其中所述交变电流在约10Hz和约200kHz之间的频率下提供。
27.根据权利要求22所述的方法，其中所述交变电流在约10瓦至约10千瓦之间提供给所述水。
28.根据权利要求22所述的方法，其还包含：在所述换能器内加热所述进入水。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述调理水比所述进入水暖至少约5℃。
30.根据权利要求21所述的方法，其中所述交变电流与电容器呈电连通，并且其中所述换能器和所述电容器作为调谐回路在谐振频率下运转。
31.根据权利要求21所述的方法，其中所述调理水具有比所述进入水高至少约0.1pH单位的pH。
32.根据权利要求21所述的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约10％的TDS含量。
33.根据权利要求21所述的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约20％的硬度。
34.根据权利要求21所述的方法，其中所述调理水具有比所述进入水低至少约20mV的ORP。
35.根据权利要求21所述的方法，其还包含响应于所述进入水的所述至少一种性质的改变而形成沉淀物。
36.根据权利要求21所述的方法，其还包含将所述调理水一次或多次再循环到所述管道的入口。
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