KR102689885B1 - 유체 처리 시스템 및 이를 사용한 방법 - Google Patents

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KR102689885B1
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카렌 플렉너
마이클 니이론
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에토너스 인코포레이티드
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Abstract

음파 에너지 발생기와 전자기장 발생기를 포함하는 유체 처리 시스템이 본 명세서에 서술된다. 유체 처리 시스템은 사용시, 음파 에너지 발생기와 EMF 발생기를 독립적으로 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 또한 유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 단계 및 직접 전도 경로에 의해 유체의 적어도 일부에 전자기장 신호를 인가하는 단계를 포함하는 유체를 처리하는 방법도 본 명세서에 서술된다. 이러한 유체 처리 시스템을 사용하여 대기 물 발생기 유닛에 의해 추출된 물을 처리하는 방법도 본 명세서에 서술된다.

Description

유체 처리 시스템 및 이를 사용한 방법
본 명세서의 실시예는 일반적으로 초음파 및 전도성 전자기장을 사용하는 유체 처리 시스템뿐만 아니라 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.
다양한 유체 처리 메커니즘은 화학 처리(예컨대, AOP(advanced oxidation processes)), 초음파, 여과 및 전자기장 인가를 포함하여 이 분야에 공지되어 있다. 유체 처리 시스템은 일반적으로 동일 체적의 유체에 연속적으로 적용되는 하나 이상의 처리 메커니즘을 포함한다. 다시 말해, 제1 처리가 제1 위치에서 체적의 유체에 사용되고, 그 후 유체는 제2 위치로 이동하여, 체적의 유체가 제2 처리로 처리된다.
하지만, 바람직하지 않을 수 있는(예컨대, 식수의 경우) 화학 물질을 필요로 하지 않고, 다양한 오염 물질을 가지는 다양한 유체를 최소한의 조정으로 처리하는데 사용될 수 있고, 및/또는 처리될 수 있는 주어진 유체 체적에 공간 및 에너지 효율적인 유체 처리 메커니즘은 거의 없다. 따라서, 유체 처리 시스템 및 관련 방법 분야에 화학 물질을 필요로 하지 않고, 다양한 오염 물질을 포함하는 다양한 유체 처리에 사용될 수 있고, 컴팩트하며 에너지 효율적인 것이 여전히 요구된다. 이 명세서는 이것 및 관련 이점을 제공한다.
본 명세서의 양태는 사용시, 용기 내의 유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 소니케이터와 같은 음파 에너지 발생기; 및 사용시, 유체의 적어도 일부에 EMF(electromagnetic field) 신호를 전도성으로 인가하는 EMF 발생기를 포함하는 유체 처리 시스템을 포함한다. 실시예에서, 유체 처리 시스템은 사용시, 음파 에너지 발생기와 EMF 발생기를 독립적으로 제어하는 제1 컨트롤러를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 유체 처리 시스템은 사용시, 유체 처리 시스템의 조건을 모니터링하고 제1 컨트롤러로 조건에 관한 피드백을 전송하는 센서를 더 포함한다.
본 명세서의 추가 양태는 용기 내의 유체를 처리하는 단계를 포함하고, 처리하는 단계는: 유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 단계; 및 직접 전도 경로에 의해 유체의 적어도 일부에 EMF 신호 인가하는 단계를 포함하는 방법을 포함한다. 실시예에서, 유체를 처리하는 단계는 제1 컨트롤러에 의하여, 음파 신호와 EMF 신하를 독립적으로 제어하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 유체는 부유 고형물, 용해 고형물, 용해 기체, 금속, 금속 염, 무기 화합물, 휘발성 유기 화합물과 같은 유기 화합물, 생물학적 물질, 방사선 물질, 조류, 박테리아, 바이러스 또는 그 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 음파 신호 인가는 유체의 적어도 일부에 기포를 만든다. 일부 실시예에서, 음파 신호 인가, EMF 신호 인가 또는 둘 모두는 핵 생성을 야기한다. 일부 실시예에서, 음파 신호 인가, EMF 신호 인가 또는 둘 모두는 초음파 파편화를 야기한다.
본 명세서의 양태는 제1 AWG(atmospheric water generator) 유닛 및 제2 AWG 유닛을 포함하는 복수의 AWG 유닛을 활성화하는 단계; 복수의 AWG 유닛에 의해 주변 공기로부터 물을 추출하는 단계; 및 물의 적어도 일부를 처리하는 단계를 포함하고, 처리하는 단계는: 물의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 단계; 및 직접 전도 경로에 의해 물의 적어도 일부에 EMF(electromagnetic field) 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법을 더 포함한다. 실시예에서, 방법은 지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하여 제2 AWG 유닛을 비활성화하는 단계를 더 포함한다. 실시예에서, 복수의 AWG 유닛을 활성화하는 단계는 지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반한다.
다양한 실시예에서, 제1 AWG 유닛, 제2 AWG 유닛 또는 둘 모두는 제1 설정 및 제2 설정을 가지고, 제1 설정은 제2 설정보다 더 높은 추출 효율과 더 높은 에너지 소비를 가지고, 제2 설정은 제1 설정보다 더 낮은 추출 효율과 더 낮은 에너지 소비를 가진다. 일부 실시예에서, 제1 AWG 유닛 및 제2 AWG 유닛은 지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하여 제1 설정에서 제2 설정으로 변경된다.
본 명세서의 추가 양태는 복수의 AWG 유닛; 및 물 처리 장치를 포함하고, 복수의 AWG 유닛은: 제1 AWG 유닛; 및 제2 AWG 유닛을 포함하고, 물 처리 장치는: 사용시, 용기 내의 유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 음파 에너지 발생기; 및 사용시, 유체의 적어도 일부에 EMF 신호를 전도성으로 인가하는 EMF 발생기를 포함하는 시스템을 포함한다. 실시예에서, 시스템은, 제1 AWG 유닛 근처의 주변 공기의 혼합을 증가시키도록 구성된 구조물은 더 포함한다. 일부 실시예에서, 시스템은 사용시, 복수의 AWG 유닛, 물 처리 장치 또는 둘 모두를 독립적으로 제어하는 컨트롤러를 더 포함한다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 제공된다. 도면에서, 도면 부호의 가장 왼쪽 숫자(들)는 도면 부호가 나타나는 도면을 식별한다. 상이한 도면에서 동일한 도면 부호의 사용은 유사 또는 동일한 컴포넌트 또는 특징을 나타낸다.
도 1은 본 명세서의 유체 처리 시스템의 일실시예를 도시한다.
도 2는 중첩된 음파 신호와 EMF 신호의 예시를 나타내는데, EMF 신호는 본 명세서의 일실시예에 따른 초음파 신호와 상관 관계 설정을 가지지 않는 랜덤 간격으로 펄스된다.
도 3은 중첩된 음파 신호와 EMF 신호의 예시를 나타내는데, EMF 신호는 위상 시프트 없이 본 명세서의 일실시예에 따른 음파 신호와 동일한 주파수로 펄스된다.
도 4는 중첩된 음파 신호와 EMF 신호의 예시를 나타내는데, EMF 신호는 위상 시프트 없이 본 명세서의 일실시예에 따른 음파 신호의 주파수의 절반으로 펄스된다.
도 5는 중첩된 음파 신호와 EMF 신호의 예시를 나타내는데, EMF 신호는 위상 시프트 없이 본 명세서의 일실시예에 따른 음파 신호의 주파수의 두 배로 펄스된다.
도 6은 중첩된 음파 신호와 EMF 신호의 예시를 나타내는데, EMF 신호는 90도 앞선 위상 시프트로 본 명세서의 일실시예에 따른 음파 신호와 동일한 주파수로 펄스된다.
도 7은 본 명세서의 유체 처리 시스템의 일실시예를 도시한다.
도 8은 두 종류의 AWG 유닛에 대해 물 생성 속도(gal/day)에 대한 상대 습도의 효과를 도시한다.
도 9는 두 종류의 AWG 유닛에 대해 전기 효율(사용되는 전기/gal)에 대한 상대 습도의 효과를 도시한다.
도 10은 3일에 걸친 중앙 텍사스 지역에 대한 하루 중 시간의 함수로 평균 상대 습도를 도시한다.
도 11은 더 작은 AWG 유닛을 켜는 상대 습도 트리거 값의 함수로 대형 대 소형 AWG 유닛의 1:2 비율로 모델링된 대규모 AWG 플랫폼의 전기 효율을 도시한다.
도 12는 100개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 상대 습도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 13은 500개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 상대 습도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 14는 1,000개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 상대 습도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 15는 5,000개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 상대 습도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 16은 10,000개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 상대 습도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 17은 100개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 온도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 18은 500개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 온도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 19는 1,000개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 온도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 20은 5,000개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 온도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
도 21은 10,000개의 AWG 유닛을 작동시키는 대규모 AWG 플랫폼을 둘러싸는 영역에 대한 표면 온도의 변화의 모델링된 결과를 도시한다.
본 명세서에 기술되는 것은 초음파 및 전기장을 사용하여 유체를 처리하기 위한 시스템뿐만 아니라 이를 사용한 방법이다. 이러한 시스템은 음파 신호를 생성 및 인가하는 소니케이터와 같은 음파 에너지 발생기 및 전도성 EMF 신호를 유체에 적용하는 EMF 발생기를 포함한다. 음파 신호 및 EMF 신호는 독립적으로 제어될 수 있다. 본 명세서에 개시되는 시스템은 단독 장치의 형태일 수 있거나 더 큰 처리 시스템의 일부일 수 있다.
음파 신호와 EMF 신호 모두 개별적으로 용해된 종의 핵 형성(예컨대, 균일한 핵 형성)이나 결정화, 음향 캐비테이션(다양한 미생물의 세포벽이나 세포막에 손상을 일으키는) 또는 둘 모두를 야기할 수 있다. 실시예에서, 음파 신호와 전도성 EMF 신호는 동일한 체적의 유체에 인가된다. 일부 실시예에서, 음파 신호와 전도성 EMF 신호는 동시에 또는 실질적으로 동시에 인가된다. 유체 체적으로의 음파 신호와 전도성 EMF의 동시 또는 실질적 동시 인가는 시너지 효과를 낳을 수 있다. 나아가, 각 신호를 개별적으로 제어함으로써, 신호의 상호작용이 미세 조정 및 최적화될 수 있다.
음파 신호와 EMF 신호 인가의 조합된 효과는 용해된 종의 겉보기 포화도를 증가시키고 유체 소스로부터 용해된 종의 침전 효율을 향상시키는 것을 포함할 수 있다. 이론에 구속됨 없이, 음파 신호는 유체에 인가될 때, 유체(예컨대, 물)에 용해된 종의 핵 형성 및/또는 결정화의 속도를 향상시킨다. 음파 신호 생성 압력파는 유체 내에 용해된 종의 혼합을 향상시켜, 이온 쌍 간의 충돌 빈도와 핵 형성 사건이 발생할 확률을 높인다. 음파 신호는 초음파 결정(sonocrystallation); 초음파 파편화(sonofragmentation); 음향 화학(sonochemistry); 음발광(sonoluminiscense); 융합(fusion); 미생물 불활성화(microorganism inactivation); 미생물 파괴(microorganism destruction); 타게팅된 바이오킬(targeted biokill); 선택적 화학 반응의 개시; 선택적 화학 반응의 종료; 선택적 입자 크기 결정화 및 분리; 고에너지 물리학의 조건 확립; 유체의 pH, 농도, 온도, 압력, 부유 고형물, 용해 고형물, 탁도, 점도, 열적 및 전기적 전도성, 밀도, 표면 장력 및 다른 유동학 및 총괄성과 같은 속성 변화 또는 그 조합도 야기할 수 있다. 유사하게, EMF 신호는 유체에 적용될 때, 용해된 종을 핵 생성시킬 수 있다. EMF 신호는 물과 같은 쌍극자 모멘트를 가지는 유체의 분자와 상호작용한다. 예를 들어, 물 분자는 EMF 신호와 정렬되도록 강요되어, 보통 핵 생성 사건을 방해하는 용해된 종 주위의 수화 층을 파괴할 것이다. 이것은 효과적으로 용해된 종의 일시적 과포화 상태를 만든다. 수화 층 없이, 카운터 이온은 함께 포획되어 핵 생성할 것이고, 이것은 포화 농도에 도달할 때까지 보통 일어나지 않는다. 추가 이온은 이 초기 핵 주위에서 쉽게 결정화되어 용액으로부터 종을 제거할 것이다. 이러한 핵 형성은 미생물에 생체 독성 효과도 가질 수 있다. 추가로, EMF 신호와 음파 신호의 조합은 유체 내의 국부적 이온 분포에 영향을 줘서 표면 장력; 용해된 화학종의 활동도 계수와 같은 열역학 특성; 유체 처리의 효율에 영향을 줄 수 있는 열, 질량 및 유체와 다른 인자의 운송 특성과 같은 유체의 총괄성을 변화시킬 수 있다.
나아가, 음파 신호와 EMF 신호의 조합된 효과는 미생물에 대한 손상(예컨대, 사망(예컨대, 자기 분해나 괴사를 통해), 세포벽 손상, 세포막 손상, 성장 억제 등)을 포함한다. 이론에 구속됨 없이, 유체에 인가될 때, 음파 신호는 유체에 압력파를 생성하는데, 음향 캐비테이션을 야기할 수 있다. 생성된 기포가 붕괴됨에 따라, 고속 제트가 방출되어 미생물의 세포벽이나 세포막을 타격하고 손상을 줄 수 있다. 생성된 압력파는 세포벽이나 세포막을 파열시킬 정도로 강력한 전단력도 유발할 수 있다. 손상된 미생물은 만약 생존할 수 있다면, 복제 대신 손상 복구에 에너지를 소비하여야 한다. 손상된 세포벽이나 세포막도 주위 유체로부터의 화학종이 세포에 들어가는 것을 막을 수 없다. 유사하게, EMF는 전기 천공법에서 세포막에 천공을 만듦으로써 세포에 유전 물질을 도입하는데 사용된다. 미생물을 포함하는 유체에 인가될 때, EMF 신호는 세포막의 쌍극자 분자인 인지질이 서로 분리되게 하여 세포막에 천공을 만든다. 정상 상태에서 EMF 신호가 제거되면 세포는 이들 천공을 닫는데 에너지를 소비할 것이다. EMF 신호의 지속적인 인가로, 세포막의 개방된 천공은 미생물이 에너지를 소비하여 복제 대신 천공을 복구하려 시도하도록 요구한다. 나아가, 세포막의 개방된 천공은 활성 화학종이 세포에 침입할 수 있게 하여, 결국 세포의 죽음으로 이어진다.
음파 신호와 EMF 신호의 인가의 추가적인 조합된 효과는 처리 중이거나 처리된 유체를 운반하는 구조에서 물때(scale) 방지, 물때 감소, 부식 방지 및 부식 감소를 포함할 수 있다. 음파 신호와 EMF 신호의 조합은 한 신호만 단독으로 동작할 때의 이전에 식별된 물리 현상을 향상시킬 수 있다. 다시 말해, 음파 신호와 EMF 신호의 조합은 시너지 효과의 결과를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 명세서의 시스템은 음파 신호를 인가하는 음파 에너지 발생기와 전도성 EMF 신호를 유체에 인가하는 EMF 발생기를 포함한다. 일부 실시예에서, 시스템은 음파 신호와 전도성 전자기장(EMF) 신호가 인가되는 유체를 보유하는 용기를 포함한다.
본 명세서에 서술되는 시스템과 방법은 물을 처리하는데 사용될 수 있다. 실시예에서, 이러한 시스템은 AWG 유닛에 의해 주변 공기로부터 추출된 물을 처리하는데 사용된다. 이러한 실시예에서, 음파 에너지 발생기와 EMF 발생기는 AWG 유닛과 관련된 임의의 적절한 위치에 위치할 수 있는데, 예컨대 물 저장 탱크에 연결되고, AWG로부터 2차 물 저장 탱크로 물을 이송하는 도관에 연결되고, 2차 물 저장 탱크에 연결되는 등이다.
본 명세서에 개시되는 실시예는 추출된 물을 음파 신호와 전도성 EMF 신호로 처리하는 적어도 하나의 물 처리 장치와 조합하여 복수의 AWG 유닛을 포함하는 시스템도 포함한다.
본 명세서의 장치와 방법의 특정 실시예를 서술하기 위하여, 첨부된 도면을 참조한다. 본 명세서에 서술되는 실시예의 특정 세부 사항은 예시로서 본 명세서의 실시예의 예시적인 설명의 목적을 위한 것이므로, 이 설명은 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 후술되는 특정 실시예는 소니케이터를 음파 에너지 발생기의 일례로 지칭하지만, 아래의 서술은 소니케이터를 음파 에너지의 소스로 제한하는 것은 아니다.
도 1은 처리 용기(102)를 포함하는 유체 처리 시스템(100)의 일실시예를 도시한다. 실시예에서, “처리”는 처리 또는 처리에 영향을 주기 위한 관련 시스템과 관련하여 사용될 때, 통계적으로 유의미한 양만큼 유체의 오염물의 감소를 지칭한다. 일부 실시예에서, 처리는 유체의 오염물을 적어도 약 20%만큼 감소시킨다. 추가 실시예에서, 처리는 유체의 오염물을 적어도 약 50%만큼 감소시킨다. 추가 실시예에서, 처리는 유체의 오염물을 적어도 약 70%만큼 감소시킨다. 추가 실시예에서, 처리는 유체의 오염물을 적어도 약 90%만큼 감소시킨다.
처리되는 유체의 흐름의 방향성은 화살표로 표시된다. 유체는 제1 포트(104)를 통해 처리 용기(102)에 들어간다. 유체 처리 시스템(100)이 처리 용기(102)를 탱크로 묘사하지만, 처리는 파이프나 유체가 저장 또는 유체가 이동되는 다른 구조에서 영향 받을 수 있다.
용기(102)에 있는 동안, 체적의 유체는 소니케이터(108)에 의해 생성된 음파 신호(106)와 EMF 발생기(112)에 의해 생성된 EMF 신호(110)로 처리된다. 일부 실시예에서, 유체 체적은 복수의 소니케이터 및/또는 복수의 EMF 발생기에 의해 처리될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 체적은 복수의 초음파 신호 및/또는 복수의 EMF 신호로 처리될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 체적은 더 큰 시스템 내에서 직렬, 병렬 또는 그 조합으로 동작하는 복수의 용기를 통해 처리될 수 있다. 이러한 일부 실시예에서, 각 용기는 상이한 소니케이터 및 EMF 발생기와 연관된다.
소니케이터와 같은 임의의 적절한 음파 에너지 발생기가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 소니케이터(108)는 초음파 발생기이다. 다른 실시예에서, 소니케이터(108)는 가압 안테나, 초음파 분해 혼, 해머 변환기, 음파 변환기, 자기 변형 변환기 또는 압전 변환기이다.
디지털 또는 아날로그 함수 발생기가 음파 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 디지털 또는 아날로그 함수 발생기는 하나 이상의 진폭, 주파수 및/또는 위상 변조기 또는 임의 파형 발생기를 포함할 수 있다. 음파 신호(106)는 지속적으로 또는 간헐적으로 인가될 수 있다. 실시예에서, 음파 신호(106)는 연속 파형을 가진다. 이러한 실시예에서, 파형은 사인 곡선 파형, 사각 파형, 삼각 파형 또는 톱니 파형일 수 있다. 실시예에서, 파형은 디랙 펄스 형태이다. 특정 실시예에서, 음파 신호(106)는 감소된 파형, 예컨대 감쇠된 사인 곡선 파형이다. 실시예에서, 음파 신호(106)는 규칙적으로 또는 랜덤으로 펄스된다.
실시예에서, 음파 신호(106)는 유체 체적에서 안정된 방식, 관성 방식 또는 둘 다로 버블 핵 생성 및 캐비테이션을 일으킨다. 일부 실시예에서, 시스템은 동일 유체 체적으로의 가스 살포와 같은 버블 핵 생성이나 형성을 위한 다른 방법을 포함할 수 있다.
음파 신호(106)는 고정 주파수 또는 가변 주파수를 가질 수 있다. 음파 신호(106)는 저주파 범위(0 내지 20Hz), 음향 범위(20Hz 내지 20kHz), 초음파 범위(20kHz 내지 100MHz) 또는 100MHz 이상일 수 있다. 일부 실시예에서, 음파 신호(106)는 초음파 신호이다. 실시예에서, 음파 신호(106)의 주파수는 약 20kHz 내지 약 300MHz의 범위이다. 일부 실시예에서, 음파 신호(106)의 주파수는 약 20kHz 내지 약 20MHz의 범위이다. 일부 실시예에서, 음파 신호(106)의 주파수는 약 20kHz 내지 약 2MHz의 범위이다. 특정 실시예에서, 음파 신호(106)의 주파수는 용기(102) 내에서 공진 정상파를 생성한다.
임의의 적절한 EMF 발생기가 사용될 수 있다(예컨대, 미국 특허 제9,181,113호 및 미국 특허 출원 제2016/0023926호에 서술된 바와 같은 EMF 발생기). 적절한 EMF 발생기는 EMF 신호를 생성하고 유도 경로를 통해서가 아닌 직접 전도 경로(즉, 하나 이상의 전도성 매체를 통한 물리적 접촉에 의해 전기 에너지의 전달)를 통해 유체에 인가한다. 예를 들어, EMF 발생기(112)는 유체로 전도성 EMF 신호(110)를 전송하는 하나 이상의 접점을 포함할 수 있다. 전기적으로 전도성인 경계, 예컨대 벽이나 경계의 일부를 포함하는 용기(102)를 포함하는 실시예에서, EMF 신호(110)는 유체와 전기적으로 접촉하는 용기(102)의 벽(들)을 통해 유체를 통하여 전송된다. 다른 실시예에서, 접점(들)은 처리되는 유체와 전기적으로 접촉하게 될 수 있는 용기(102) 내부의 전도성 요소(예컨대, 배선(들), 메시, 돌출부(들) 등)이다. EMF 발생기(112)는 용기(102)의 외부나 그 근처, 또는 용기(102) 내부에 위치할 수 있다.
전도성 EMF 신호의 사용은 유도성 EMF 장치보다 더 컴팩트한 장치로부터 더 긴 범위와 신호 강도를 가능하게 한다. 유도성 EMF 신호 대신 전도성 EMF 신호를 사용함으로써, 동일 강도의 신호가 더 낮은 전력 입력으로 생성될 수 있다.
디지털 또는 아날로그 함수 발생기가 EMF 신호를 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 디지털 또는 아날로그 함수 발생기는 하나 이상의 진폭, 주파수 및/또는 위상 변조기 또는 임의 파형 발생기를 포함할 수 있다. EMF 신호(110)는 지속적으로 또는 간헐적으로 인가될 수 있다. 실시예에서, EMF 신호(110)는 연속 파형을 가진다. 이러한 실시예에서, 파형은 사인 곡선 파형, 사각 파형, 삼각 파형 또는 톱니 파형일 수 있다. 실시예에서, 파형은 디랙 펄스 형태이다. 특정 실시예에서, EMF 에너지(110)는 감소된 파형, 예컨대 감쇠된 사인 곡선 파형이다.
EMF 에너지(110)는 고정 주파수 또는 가변 주파수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, EMF 에너지(110)의 주파수는 랜덤화된다. 실시예에서, EMF 에너지(110)의 주파수는 약 0kHz 내지 약 100MHz의 범위이다. 실시예에서, EMF 에너지(110)의 주파수는 약 10kHz 내지 약 500kHz의 범위이다. 실시예에서, EMF 에너지(110)의 주파수는 약 50kHz 내지 약 400kHz의 범위이다. 실시예에서, EMF 에너지(110)의 주파수는 약 80kHz 내지 약 380kHz의 범위이다. 실시예에서, EMF 에너지(110)의 주파수는 약 110kHz 내지 약 80MHz의 범위이다. 실시예에서, EMF 에너지(110)의 주파수는 약 5kHz 내지 약 40MHz의 범위이다.
실시예에서, EMF 에너지(110)는 규칙적으로 또는 랜덤으로 펄스된다. 이러한 실시예에서, EMF 신호(110)는 약 0kHz 내지 약 100MHz의 범위에서 펄스될 수 있다. 일부 실시예에서, EMF 신호(110)는 약 1kHz 내지 약 80kHz의 범위에서 펄스될 수 있다. 특정 실시예에서, EMF 신호(110)는 약 5kHz 내지 약 40MHz의 범위에서 펄스될 수 있다. 특정 실시예에서, EMF 신호(110)는 80kHz 내지 380kHz의 범위의 파형 진동과 5kHz 내지 40kHz의 범위의 펄스 주파수를 가지는 랜덤하게 펄스된 감쇠된 사인 곡선 파형이다.
소니케이터(108)와 EMF 발생기(112)는 컨트롤러(116)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤러(116)는 소니케이터(108)와 EMF 발생기(112)를 독립적으로 제어할 수 있다. 다시 말해, 컨트롤러(116)는 음파 신호(들)과 EMF 신호(들)의 생성 및/또는 인가를 서로 독립적으로 관리할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(116)는 음파 신호와 EMF 신호를 독립적으로 제어하고 신호의 조합된 인가를 모니터링할 수 있다.
EMF 신호(110)와 음파 신호(106)는 동기화 또는 실질적으로 동기화될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, EMF 신호(110)와 음파 신호(106)는 실질적으로 동일 주파수로 펄스된다. 실시예에서, EMF 신호(110)는 음파 신호(106)의 주파수보다 높거나 낮은 음파 신호(106)의 주파수의 배진동의 정수값인 주파수로 규칙적으로 펄스된다. 일부 실시예에서, EMF 신호(110)는 음파 신호(106)로부터 -180도에서 180도까지 위상 시프트된다. 일부 실시예에서, EMF 신호(110)는 음파 신호(106)로부터 0도에서 360도까지 위상 시프트된다. 특정 실시예에서, 음파 신호(106)의 파형은 EMF 신호(110)의 파형의 고조파이고, -180도에서 180도까지 위상 시프트된다.
중첩된 음파 신호(106)와 EMF 신호(110)의 예시가 도 2 내지 도 6에 도시된다. 이들 도면은 동일 시간축 상에 음파 신호(굵은 선)과 EMF 신호(가는 선)의 몇몇 그래프를 도시한다. 각 그래프의 굵은 선으로 표현되는 음파 신호는 40kHz의 사인파 신호의 예시를 보여준다. 가는 선으로 표현되는 EMF 신호는 350kHz의 감쇠된 사인파 신호에 기반한 신호의 다양한 예시를 도시한다. 두 신호의 진폭은 단지 설명의 목적을 위한 것이다. 일부 실시예에서, 음파 신호의 진폭은 EMF 신호의 진폭보다 수배 크다. 이 설명의 목적을 위해서, 음파 신호 파의 양의 진폭은 압력파의 압축 부분을 나타내기 위해 취해지며, 음의 진폭은 팽창 부분을 나타낸다. 이들 도면은 대표적인 예로 제시되며, 통상의 기술자는 파형 종류, 신호 주파수, 위상 시프트 및 EMF 신호 감쇠와 같은 양상이 본 명세서의 범위 내에서 더 달라질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
실시예에서, EMF 신호는 랜덤화되는데, 예컨대 랜덤하게 펄스된다(예컨대, 도 2 참조). 도 2에 도시된 바와 같이, EMF 신호는 랜덤하게 펄스되고, 그렇지 않으면 음파 신호와 상관되지 않는다. 이러한 EMF 신호는 공진이 일어나고 비효율적인 EMF 처리로 이어질 수 있으므로, 공진을 피하는 것이 바람직한 상황에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 랜덤화된 EMF 신호는 음파 신호와 넓은 범위의 상호작용을 가진다.
일부 실시예에서, 음파 신호와 EMF 신호는 동기화될 수 있다(예컨대, 도 3 참조). 이러한 일부 실시예에서, 음파 신호와 EMF 신호는 임의의 위상 시프트 없이 동기화된다. 도 3에 도시된 바와 같이, EMF 신호는 임의의 위상 시프트 없이 음파 신호와 동일 주파수(40kHz)에서 펄스된다. 이러한 실시예에서, EMF 신호와 음파 신호는 유사한 유체 처리 효과(예컨대, 물의 과포화된 염의 균일한 핵 생성 및 미생물에 대한 손상)를 가질 수 있다. EMF 신호가 음파 신호의 압축파가 시작될 때 발생하도록 신호를 타이밍함으로써, 동시 파가 유체 처리 효과의 효율을 높일 수 있다.
시너지 효과는 EMF 신호와 음파 신호를 동기화함으로써 얻어질 수 있는데, 신호 중 하나는 다른 신호보다 더 높은 배진동이다(즉, n이 정수일 때 다른 신호의 주파수의 n배인 주파수를 가진다). 예를 들어, 도 4와 도 5는 EMF 신호가 초음파 신호에 대해 각각 더 낮은 배진동수(20kHz)와 더 높은 배진동수(80kHz)에서 펄스되는 실시예를 도시한다. 도 4와 도 5 모두에서, EMF 신호와 음파 신호는 프로세스의 특정 주기에서 도 3의 경우에 도시된 바와 같은 유사한 동시 효과를 달성하기 위해 상관된다. EMF 신호가 더 낮은 주파수에서 펄스되는 도 4에 도시된 신호 상관은 도 3의 신호와 비교할 때 유체의 수화층의 더 긴 이완 시간을 가능하게 한다. 이것은 특정 유체 조건, 예컨대 고농축 흐름에서 염의 제거에서 음파 신호의 영향을 극대화하는데 더 효과적일 수 있는데, EMF 신호에 의해 생성되는 작은 양의 과포화만이 요구된다. EMF 펄스가 더 자주 이뤄지는 도 5에 도시된 상관은 이완기를 현저히 감소시켜, 용해된 염의 수화층 및 미생물 세포벽의 인지질을 일정한 흐름으로 유지시켜 음파 신호 인가를 더 효과적으로 한다.
일부 실시예에서, 음파 신호와 EMF 신호는 동일 주파수를 가지지만, 위상 시프트에 의해 서로로부터 오프셋된다. 도 6에서, EMF 신호는 음파 신호와 동일 주파수(40kHz)로 펄스되지만, 음파 신호로부터 -90도 위상 시프트된다. 이 시나리오에서, 음파 신호 파의 압축 부분에 앞서 EMF 신호를 시작하는 것은 압축파의 영향에 앞서 수 마이크로초 동안 수화층과 세포벽이나 세포막을 파열시킬 수 있게 하여, 그 때에 음파 신호의 인가를 더 효율적으로 만든다.
도 1로 돌아가면, 음파 신호와 EMF 신호 주파수, 진폭, 파형, 위상 시프트 및 감쇠율은 처리되는 유체 및 처리되는 유체의 오염물에 기반하여 조정되는 모든 인자이다. 일부 실시예에서, 이들 값 중 하나 이상은 피드백 루프에 응답하여 소니케이터(108)와 EMF 발생기(112)를 위해 컨트롤러(116)에 의해 필요에 따라 조정될 것이다. 이러한 피드백 루프는 유체 처리 시스템(100) 내에 구축될 수 있다. 예를 들어, 센서, 예컨대 용기(102)의 상류의 미생물 감지기는 용기(102)의 상류의 미생물 수의 증가를 관측하고 그 판독을 컨트롤러(116)로 전송할 수 있다. 컨트롤러(116)는 그 레벨에서 미생물에 가장 잘 영향을 줄 수 있는 상관된 신호 세트를 달성하기 위하여 음파 신호 진폭 증가, EMF 신호 진폭 증가, 음파 신호 주파수 조정, EMF 신호 주파수 조정, EMF 신호와 음파 신호 간의 위상 시프트 변경 또는 그 조합과 같은 여러 방법 중 하나로 응답할 수 있다. 센서, 예컨대 오염물 센서를 이용한 유사한 피드백 루프가 그 레벨에서 오염물에 가장 잘 영향을 줄 수 있는 상관된 음파 및 EMF 신호 세트를 달성하기 위하여 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 음파 신호(106)와 EMF 신호(110)의 신호 처리, 예컨대 용기(102) 내에 생성된 도플러 시프트, 공진 및 배음과 같은 잔여 신호 효과가 컨트롤러(116)에 의해 사용되어 처리 조건을 모니터링, 평가 또는 조정할 수 있다.
실시예에서, 컨트롤러(116)는 하나 이상의 센서로부터 실시간으로 피드백을 받는다. 일부 실시예에서, 센서 피드백은 지연되거나 저장된다. 센서 피드백에 응답하여, 컨트롤러(116)는 주파수, 강도 및 파형과 같은 음파 신호 특징, 주파수, 강도 및 파형과 같은 EMF 신호 특징 및/또는 주파수 매칭, 배진동 및 위상 시프트와 같은 음파 및 EMF 신호 간의 동기화 파라미터를 변경할 수 있다.
실시예에서, 유체 처리 시스템은 하나 이상의 소니케이터를 포함한다. 각 소니케이터는 다른 소니케이터로부터의 음파 신호와 상이한 적어도 하나의 특성(예컨대, 주파수, 파형, 진폭, 위상 시프트, 감쇠 등)을 가지는 음파 신호를 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, 소니케이터는 시스템의 다른 소니케이터로부터의 음파 신호와 실질적으로 동일한 음파 신호를 생성한다.
실시예에서, 유체 처리 시스템은 하나 이상의 EMF 발생기를 포함한다. 각 EMF 발생기는 다른 EMF 발생기로부터의 EMF 신호와 상이한 적어도 하나의 특성(예컨대, 주파수, 파형, 진폭, 위상 시프트, 감쇠 등)을 가지는 EMF 신호를 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, EMF 발생기는 시스템의 다른 EMF 발생기로부터의 EMF 신호와 실질적으로 동일한 EMF 신호를 생성한다. 도 1의 EMF 발생기(112)가 용기(102)와 연결된 것으로 도시되지만, EMF 발생기는 EMF 신호가 유체 체적에 전도성으로 인가될 수 있게 하는 임의의 장소, 예컨대 용기(102)의 상류(즉, 제1 포트(104)의 상류)나 용기(102)의 하류(즉, 제2 포트(114)의 하류)에 위치할 수 있다. 실시예에서, EMF 신호가 적어도 하나의 음파 신호와 상호작용하도록 EMF 신호는 용기의 일부를 통해 전파된다. 일부 실시예에서, EMF 신호는 용기 전체를 통해 전파된다.
컨트롤러(116)는 상류 유체 조건, 성능의 하류 측정 또는 모두에 응답하여 유체 처리 시스템을 통해 음파 및/또는 EMF 신호 강도와 주파수를 관리할 수 있다. 다양한 실시예에서, 컨트롤러(116)는 소니케이터(108)와 EMF 발생기(112)를 제어하는 단독 시스템이다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(116)는 더 큰 유체 처리 시스템을 위한 통합된 제어 시스템의 일부이다.
하나 이상의 컨트롤러를 포함하는 실시예에서, 컨트롤러는 직접 통신 연결(유선 또는 무선)을 사용하여 또는 공통 네트워크를 통하여 서로 통신할 수 있다. 이러한 실시예에서, 각 컨트롤러는 자율적으로 동작할 수 있거나 중앙 제어 스테이션으로부터 수신하는 명령에 기반하여 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 제어 스테이션은 컨트롤러와 동일 위치에 있다. 일부 실시예에서, 중앙 제어 스테이션은 원격으로 위치한다. 공통 네트워크는 이더넷 네트워크, 모드버스 네트워크, CAN 버스 네트워크 또는 다른 어떤 적절한 통신 네트워크와 같은 임의의 적절한 네트워크일 수 있다.
컨트롤러는 외부 네트워크에 연결될 수 있는 네트워크 통신 장치를 포함할 수 있다. 외부 네트워크는 LAN, WAN, 클라우드, 인터넷 또는 어떤 다른 네트워크일 수 있고 유선 및/또는 무선일 수 있다. 네트워크에 따라서, 사용되는 프로토콜은 표준 프로토콜, 예컨대 이더넷, 모드버스, CAN 버스, TCP/IP 또는 임의의 다른 적절한 프로토콜일 수 있다. 나아가, 보안 및 암호화 기술이 사용될 수 있다.
컨트롤러는 GUI(graphical user interface)를 통해 유체 처리 프로세스를 제어 및/또는 모니터링하는데 사용될 수 있다. GUI는 디스플레이(예컨대, LCD, LED 디스플레이 등)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이는 컨트롤러에 통합되거나, 원격 GUI가 적절한 하드웨어를 통해 컨트롤러에 부착된다.
컨트롤러 또는 중앙 제어 스테이션은 센서로부터의 판독, 유속 데이터, 전력 소비 데이터 등을 포함하여 정보를 저장하기 위한 데이터베이스를 포함할 수 있다. 이러한 데이터베이스는 컴퓨터 판독가능한 매체, 개별 장치 또는 둘 다에 저장될 수 있다. 데이터베이스와 함께, 컴퓨터 판독가능한 매체는 운영체제 및/또는 애플리케이션 소프트웨어도 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리되는 유체는 유출 포트와 같은 제2 포트(114)를 통해 용기(102)를 빠져나간다. 실시예에서, 도 1에 도시된 것과 같은 유체 처리 시스템은 단독 유체 처리 유닛이다. 일실시예에서, 도 1에 도시된 것과 같은 유체 처리 시스템은 더 큰 유체 처리 시스템의 컴포넌트로 기능한다. 이러한 실시예에서, 처리되는 유체는 용기(102)를 빠져나간 후 추가 처리를 거칠 수 있다. 채용될 수 있는 추가 유체 처리 프로세스는 AOP(advanced oxidation processes; 예컨대, 자외선 방사, 오존 처리, 과산화수소 처리 등), 여과(예컨대, 마이크로, 나노 및 초미세 여과), 역삼투, 정삼투, 압력 인가, 진공 인가, 기계적 교반, 가스 살포 및 제거, 열처리(예컨대, 다단 플래시법), 격막 증류법, 전해 투석, 생물 반응조, 혐기성 및 호기성 생물 처리, 화학 처리 시스템, 핵 생성제로 처리, 흡수제로 처리, 살생물제로 처리, 응집, 전자 응집 시스템, 전기 응고 시스템, 전자기 방사, 이온 교환 컬럼 또는 시스템, 영가 철과 같은 환원제로 처리, 촉매로 처리, 광촉매로 처리, 또는 그 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 추가 유체 처리 프로세스는 전자기 방사, 촉매, 광촉매, 화학물, 살생물제, 핵 생성제, 흡수제, 열 에너지, 생화학, 또는 그 조합을 가하는 것을 포함한다. 실시예에서, 본 명세서의 유체 처리는 해수/염수 담수화, AWG, OTEC(ocean thermal energy conversion), 조력 증기 에너지 발생기, 막 생물 반응조 또는 그 조합과 조합될 수 있다.
실시예에서, 처리되는 유체는 식수, 농업으로 오염된 물, 폐수, 지하수, 표층수, 중수, 해수, 생산수(produced water), 환류수, 채굴 폐수, 방사선으로 오염된 물, 회수수, 산업 공정 용수, 냉각수, 석유 원유, 가공된 석유, 석유 기반 연료, 유기 용제, 식물성 기름, 바이오 연료, 합성유, 합성 연료, 인간 생리적 유체, 동물 생리적 유체 또는 그 조합을 포함한다.
실시예에서, 처리되는 유체는 물이다. 일부 실시예에서, 유체 처리 시스템은 거주용, 공업용, 간접적 음용 재사용, 직접적 음용 재사용(회수수), 지하수 주입, 상업용, 음식 및 음료, 환대, 농업용, 채굴용, 기름 & 가스, 전력, 데이터 센터, 건강 관리, 병원, 양로원, 제약, 정부(예컨대, 군사, 연방, 주, 지역, 지방 자치제 및 외국) 보안, 상업용 부동산(space markets), 긴급 물 사용, 소방용 사용 또는 그 조합과 같은 적절한 목적을 위해 물을 처리할 수 있다.
일부 실시예에서, 처리되는 물은 현탁된 고체 물질을 포함하는 오염수 흐름이다. 이러한 실시예에서, 오염수 흐름은 표층수, 지하수, 하수 흐름, 중수 흐름, 농업 폐수 흐름, 축산 폐수 흐름, 진흙, 광산, 드릴, 채굴로부터의 환류 및 생산수 흐름 및 폐수 유출을 포함할 수 있다. 실시예에서, 물은 적어도 1 질량%의 부유 고형물을 포함한다. 일부 실시예에서, 물은 적어도 5 질량%의 부유 고형물을 포함한다.
실시예에서, 처리되는 유체는 현탁된 고체 물질을 포함하는 오염수 흐름이다. 이러한 실시예에서, 물 흐름은 제올라이트, 금속, 금속 산화물, 활성탄, 분자체, 중합체, 수지, 점토 등과 같은 물 중의 특정 오염물에 대한 흡수능이 큰 흡수제 고체 물질로 처리될 수 있다. 그 후 흡수체를 포함하는 물 흐름은 음파 신호와 EMF 신호로 처리될 수 있다. 음파 신호는 고체 물질을 느슨하게 하고, 고체로부터 기체성 및 수성 오염물을 방출하고, 이들 오염물의 흡수제 물질로의 흡착 속도를 향상시키는데 도움을 준다.
그 후 고형물과 흡수제는 원심분리법과 건조와 같은 다양한 프로세스를 통해 물로부터 회수될 수 있다. 음파 신호와 EMF 신호를 물 흐름에 인가함으로써, 건조 프로세스로 인한 물 손실이 감소되는데, 이러한 단계에서 요구되는 에너지의 양도 감소된다.
나아가, 음파 신호와 EMF 신호를 물 흐름에 인가하는 것은 용존 오염물의 수화 층을 파괴하여 유효 이온 크기를 줄이고 이온이 흡수제 물질의 더 작은 기공으로 들어갈 수 있게 하고, 신호는 흡수제 물질의 기공에 들어감에 따라 수화 층이 이온 주위에 형성되는 것을 막아서 이온이 흡수제 물질의 기공에 들어가는 정도를 향상시킨다. 본 명세서에 서술되는 유체 처리 시스템은 예컨대 폐수나 동물 폐기 유출물일 수 있는 시작 오염수 흐름보다 더 낮은 레벨의 미생물을 가지는 분리된 물과 고형물을 생성할 것이다. 회수 후, 고형물은 EPA(Environmental Protection Agency)에 의한 Class A Biosolids로의 분류 기준을 만족할 수 있다.
다양한 실시예에서, EMF 신호와 음파 신호의 인가 전, 후 또는 그 동안 추가 처리 프로세스도 사용될 수 있다. 추가 처리 프로세스는 예컨대 pH 조정을 위해 화학물 추가, 응집제, 오존, 과산화수소 및 자외선 방사와 같은 산화제, 영가 철과 같은 환원제, 촉매 등을 포함한다. 이러한 추가 처리 프로세스는 오염수로부터 오염물 제거의 비율, 용량 또는 둘 다를 향상시킬 수 있다. 실시예에서, 하나 이상의 흡수제 물질(예컨대, 금속, 금속 산화물, 제올라이트, 활성탄, 분자체, 중합체, 수지 및 점토)이 존재하는 동안 EMF 신호와 음파 신호는 오염수에 인가된다.
실시예에서, 분리된 물은 고형물이 제거된 후 추가 처리를 겪는다. 일부 실시예에서, 물은 각각 소니케이터와 EMF 발생기로부터의 음파 신호와 EMF 신호를 인가함으로써 처리된다. 일부 실시예에서, 물은 여과, 역삼투, 정삼투, 오존, 과산화수소 및 자외선 방사와 같은 고도 산화 처리, 영가 철과 같은 환원제, 화학 처리, 전자 화학 처리 또는 그 조합과 같은 하나 이상의 추가 처리 프로세스로 더 처리된다.
추가 실시예에서, 처리되는 유체는 PFC(예컨대, 퍼플루오르화 알킬 할라이드, 퍼플루오르화 아릴 할라이드, 플루오로 클로로 알켄, 퍼플루오로 에테르, 퍼플루오로 에폭시, 퍼플루오로 알코올, 퍼플루오로 아민, 퍼플루오로 케톤, 퍼플루오로 카복실산, 퍼플루오로 니트릴, 퍼플루오로 이소니트릴, 퍼플루오로 술폰산, 퍼플루오로 술폰산의 유도체 및 퍼플루오르화 아릴 보레이트)로 오염된 물(예컨대, 표층수나 지하수)이다. 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, PFAC(perfluoroalkyl substance), PFO(perfluorooctane sulfonate) 및 PFOA(perfluorooctanoic acid)를 포함하여 PFC는 음용수의 수원을 오염시키고, 제거되지 않는 한 무기한으로 환경에 잔존한다.
실시예에서, 활성탄에 의한 흡수가 물로부터 PFC를 제거하는데 사용된다. PFC로 오염된 물을 EMF 신호와 음파 신호를 인가하며 활성탄(예컨대, 과립 활성탄 또는 분말 활성탄)으로 처리함으로써, 활성탄의 PFC 흡수율뿐만 아니라 활성탄의 용량도 현저히 증가할 수 있다. 실시예에서, EMF 신호와 음파 신호를 인가함으로써, EMF 신호와 음파 신호의 인가 없이 활성탄의 PFC 흡수율과 비교할 때 활성탄의 PFC 흡수율이 적어도 약 8배 증가한다. 일부 실시예에서, EMF 신호와 음파 신호를 인가함으로써, EMF 신호와 음파 신호의 인가 없이 활성탄의 PFC 흡수율과 비교할 때 활성탄의 PFC 흡수율이 약 8배 내지 10배 증가한다. 다양한 실시예에서, EMF 신호와 음파 신호의 인가 전, 후 또는 그 동안 추가 처리 프로세스도 사용될 수 있다. 추가 처리 프로세스는 예컨대 pH 조정을 위해 화학물 추가, 응집제, 오존, 과산화수소 및 자외선 방사와 같은 산화제, 영가 철과 같은 환원제, 촉매 등을 포함한다. 이러한 추가 처리 프로세스는 오염수로부터 PFC 제거의 비율, 용량 또는 둘 다를 향상시킬 수 있다.
실시예에서, EMF 신호와 음파 신호가 중합체 또는 중합체 수지를 사용하는 이온 교환 컬럼 또는 제올라이트과 함께 사용되어, 물에서 PFC를 제거한다. 이온 교환 컬럼의 중합체 수지는 예컨대 활성탄과 PFC 흡수율에 대해 유사한 질량 확산 한계를 가지는 작은 비드로 제공될 수 있다. PFC로 오염된 물을 EMF 신호와 음파 신호를 인가하며 이온 교환 컬럼으로 처리함으로써, 물질 전달 한계가 향상된다. 실시예에서, 이온 교환 컬럼 처리와 EMF 신호 및 음파 신호를 조합함으로써 이온 교환 컬럼의 PFC의 흡수율뿐만 아니라 이온 교환 컬럼의 용량도 현저히 증가될 수 있다. 추가 실시예에서, 음파 신호와 EMF 신호는 중합체 또는 중합체 수지 물질을 재생하는 방법을 개선하기 위해 사용된다. 중합체나 중합체 수지는 전통적으로 PFC를 제거하기 위해 후처리되는 용액(예컨대, 약산)을 사용하여 재생된다. 음파 신호와 전도성 EMF 신호의 추가는 재생 속도와 중합체나 중합체 수지로부터 제거되는 PFC의 비율을 증가시킬 수 있다. 실시예에서, EMF 신호와 음파 신호를 인가함으로써, EMF 신호와 음파 신호의 인가 없이 이온 교환 컬럼의 PFC 흡수율과 비교할 때 이온 교환 컬럼의 PFC 흡수율은 적어도 약 8배 증가한다. 일부 실시예에서, EMF 신호와 음파 신호를 인가함으로써, EMF 신호와 음파 신호의 인가 없이 이곤 교환 컬럼의 PFC 흡수율과 비교할 때 이온 교환 컬럼의 PFC 흡수율이 약 8배 내지 10배 증가한다.
다양한 실시예에서, PFC를 제거하기 위해 EMF 신호와 음파 신호의 인가 전, 후 또는 그 동안 추가 처리 프로세스도 사용될 수 있다. 추가 처리 프로세스는 예컨대 pH 조정을 위해 화학물 추가, 응집제, 오존, 과산화수소 및 자외선 방사와 같은 산화제, 영가 철과 같은 환원제, 촉매 등을 포함한다. 이러한 추가 처리 프로세스는 오염수로부터 PFC 제거의 비율, 용량 또는 둘 다를 향상시킬 수 있다.
도 7은 더 큰 유체 처리 시스템(700)의 일실시예를 도시한다. 먼저, 유체는 EMF 발생기(712a)로부터의 EMF 신호로 처리되며 미세 여과막(718)을 통과한다. 도 1에 관해 상술한 바와 같이 그 후 유체는 유체가 EMF 발생기(712b)로부터의 EMF 신호 및 소니케이터(708)로부터의 음파 신호로 처리되는 용기(702)로 이동한다.
소니케이터(708)와 EMF 발생기(712a, 712b, 712c)는 공통 컨트롤러(716)에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤러(716)는 소니케이터(708)와 EMF 발생기(712a, 712b, 712c) 각각을 독립적으로 제어할 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 소니케이터(708)와 EMF 발생기(712a, 712b, 712c) 각각은 개별 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤러(716)는 상류 유체 조건, 하류 성능 측정 또는 둘 모두에 응답하여 유체 처리 시스템의 다양한 위치(즉, EMF 발생기(712a, 712b, 712c) 각각)의 EMF 신호 강도와 주파수를 관리할 수 있다. 실시예에서, 컨트롤러는 에너지 효율을 향상시키기 위해서 EMF 신호, 음파 신호 또는 둘 모두를 조정한다. 실시예에서, 컨트롤러는 유체 결과물의 품질을 조정하기 위해서 EMF 신호, 음파 신호 또는 둘 모두를 조정한다.
유체가 음파 신호 및 EMF 신호로 처리된 후, 유체는 하나 이상의 퇴적 단계, 하나 이상의 여과 단계, 하나 이상의 통기 단계, 하나 이상의 탈수 단계 등을 포함할 수 있는 고체 분리 유닛(720)으로 전달된다. 실시예에서, 물은 고체 분리 유닛(720)에서 처리된 후 1 중량% 미만의 부유 고형물을 가진다. 일부 실시예에서, 고형물은 분리 후 멸균 단계를 거친다. 일부 실시예에서, 유체는 고형물이 분리된 후 추가 살균 단계를 거친다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제3 EMF 발생기(712c)는 유체가 고체 분리 유닛(720)으로부터 이온 교환 및 폴리싱 탱크(722)로 이송되는 도관에 연결된다. 상술한 바와 같이, EMF 발생기(712c)는 직접 전도 경로로 유체에 EMF 신호를 인가한다. 제3 EMF 발생기(712c)는 다른 EMF 발생기로부터의 EMF 신호와는 상이한 적어도 하나의 특성(예컨대, 주파수, 파형, 진폭, 위상 시프트, 감쇠 등)을 가지는 EMF 신호를 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, 제3 EMF 발생기(712c)는 시스템(700)의 다른 EMF 발생기로부터의 EMF 신호와 실질적으로 동일한 EFM 신호를 생성한다. 추가 실시예에서, 다수의 EMF 유닛(712a, 712b, 712c)이 소니케이터(708) 없이 유체 처리 시스템에서 사용될 수 있다.
통상의 기술자가 이해하는 바와 같이 이온 교환 및 폴리싱 탱크(722)에서 원치 않는 이온을 다른 덜 불쾌한 이온과 교환함으로써 하나 이상의 원치 않는 이온 오염물을 제거함으로써 유체가 처리된다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(716)는 시스템(700) 전체에 걸쳐 위치한 하나 이상의 센서를 사용하여 처리 프로세스를 모니터링한다. 이러한 센서는 예컨대 온도, 압력, 전도성, pH, 혼탁도, 총 용존 고형물, 총 부유 고형물, 생물학적 산소 요구량, 화학적 산소 요구량, 유속, 화학 조성, 미생물 수 등을 측정하는 센서를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에서, 유체 처리 시스템(유체 처리 시스템(700)과 같은)은 AOP(advanced oxidation processes; 예컨대 자외선 방사, 오존 처리, 과산화수소 처리 등), 여과(예컨대, 마이크로, 나노 및 초미세 여과), 역삼투, 정삼투, 열처리(예컨대, 다단 플래시법), 격막 증류법, 전해 투석, 생물 반응조, 혐기성 및 호기성 생물 처리, 화학 처리 시스템, 핵 생성제로 처리, 흡수제로 처리, 살생물제로 처리, 응집, 전자 응집 시스템, 전기 응고 시스템, 전자기 방사, 이온 교환 컬럼 또는 시스템, 촉매로 처리, 광촉매로 처리, 또는 그 조합과 같은 추가 유체 처리 프로세스를 포함한다. 일부 실시예에서, 추가 유체 처리 프로세스는 전자기 방사, 촉매, 광 촉매, 화학 물질, 살생물제, 핵 생성제, 흡수체, 열 에너지, 생화학 또는 그 조합을 유체에 인가하는 것을 포함한다. 실시예에서, 추가 유체 처리 프로세스는, 미네랄화, 염소화, US-FDA(United States Food and Drug Administration)이 승인한 향미 첨가제, 여과(예컨대, 마이크로, 초미세 및 나노 여과), 연화, 탈염소화, 탈암모니아화, 유기 제거, 역삼투, 정삼투, 증류, 자외선 방사, 멸균 또는 이들의 조합일 수 있다.
유체 처리 시스템은 임의의 적절한 순서로 조직될 수 있다. 실시예에서, 하나 이상의 추가 유체 처리 프로세스는 인가되는 음파 신호와 EMF 신호의 상류, 하류, 동일 용기 또는 그 조합에서 일어날 수 있다.
실시예에서, 처리되는 유체는 식수, 농업으로 오염된 물, 폐수, 지하수, 표층수, 중수, 해수, 생산수(produced water), 환류수, 채굴 유출액, 방사선으로 오염된 물, 회수수, 산업 공정 용수, 냉각수, 석유 원유, 가공된 석유, 석유 기반 연료, 유기 용제, 식물성 기름, 바이오 연료, 합성유, 합성 연료, 인간 생리적 유체, 동물 생리적 유체 또는 그 조합을 포함한다.
실시예에서, 처리되는 유체는 물이다. 일부 실시예에서, 유체 처리 시스템은 거주용, 공업용, 간접적 음용 재사용, 직접적 음용 재사용(회수수), 지하수 주입, 상업용, 음식 및 음료, 환대, 농업용, 채굴용, 기름 & 가스, 전력, 데이터 센터, 건강 관리, 병원, 양로원, 제약, 정부(예컨대, 군사, 연방, 주, 지역, 지방 자치제 및 외국) 보안, 상업용 부동산(space markets), 긴급 물 사용, 소방용 사용 또는 그 조합과 같은 적절한 목적을 위해 물을 처리할 수 있다.
실시예에서, 처리되는 유체는 음용수이다. 이러한 실시예에서, 생성되는 물은 식수, 음용수, 생수, 광천수, 고성능 수(pH>7. 0), 정제수(USP(US Pharmacopeia)에서 정의), 주사용 증류수(USP), 특수 목적 의약품용 물(USP), 혈액 투석용 물(USP), 멸균정제수(USP), 비-식수, 2차 처리수, 3차 처리수 및 재활용/재생된 물 중 하나 이상에 대한 연방, 주 및 지방 법의 순도 기준을 충족시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 생성되는 물은 지하수 재주입, 표층수 주입, 간접 식용 재사용, 직접 식용 재사용, 대수층 충전 및 대수층 저장 및 회수 중 하나 이상에 대한 연방, 주 및 지방 법의 순도 기준을 충족시킬 수 있다.
실시예에서, 유체 처리 시스템은 AWG(Atmospheric Water Generation) 유닛에 연결된다. AWG 유닛은 습기가 많은 공기를 끌어들여 냉각기 및 응축기 시스템을 통과시켜 수증기를 액체의 물로 응축시킨다. 수집된 물은 일반적으로 표층 또는 지하수원에 비해 오염물을 훨씬 덜 가진다. 일부 실시예에서, AWG 유닛은 추출되는 물의 오염물의 레벨을 더 감소시키는 하나 이상의 공기 필터를 포함한다. 나아가, AWG 유닛이 물 인프라구조 필요 없이 동작할 수 있기 때문에, AWG 유닛은 긴급 상황 동안 또는 표층이나 지하수가 부족한 곳에서 물을 제공하는데 이상적이다. 본 명세서의 유체 처리 시스템은 AWG 유닛을 작동하는데 필요한 전력의 양과 비교할 때 상대적으로 작은 양만큼 필요한 전력량을 증가시킨다. 나아가, 본 명세서의 유체 처리 시스템은 추출되는 물에 추가되는 임의의 추가 화학물을 필요로 하지 않는다. 따라서, AWG 유닛은 본 명세서의 유체 처리 시스템과 조합될 때, 화학적으로 처리되지 않은 수원을 제공한다. AWG 유닛은 수집된 물을 처리하기 위하여 본 명세서의 유체 처리 시스템(즉, 음파 에너지 발생기와 EMF 발생기를 포함하는 시스템)과 조합되어 사용되는 추가 처리 시스템을 포함할 수 있다.
유체 처리 시스템의 컨트롤러는 하나 이상의 센서로부터의 판독에 기반하여 처리 조건을 조정할 수 있다. 이러한 센서는 예컨대, 습도 센서, 온도 센서, 압력 센서, 풍속 센서 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 실시예에서, AWG 유닛의 제어 유닛은 유체 처리 시스템의 컨트롤러로 작용할 수 있다. 다양한 실시예에서, 유체 처리 시스템의 컨트롤러는 AWG 유닛의 제어 유닛과 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 처리 시스템은 AWG 유닛이 동작하는 동안 활동한다. 일부 실시예에서, 유체 처리 시스템은 AWG 유닛이 동작하지 않는 동안 활동한다.
본 명세서의 실시예는 음파 에너지 발생기와 EMF 발생기뿐만 아니라 다양한 시스템과 서브시스템(예컨대, 에너지 발생 시스템, 에너지 저장 시스템, 재활용 시스템 등)를 포함하는 하나 이상의 유체 처리 시스템을 포함하는 플랫폼을 더 포함한다. 다양한 시스템과 서브시스템은 개별 제어 시스템을 가질 수 있거나, 중앙 제어 시스템을 공유할 수 있거나, 둘 다이다. 제어 시스템은 내부 조건, 외부 조건 또는 둘 모두에 응답하여 플랫폼의 각 시스템의 성능을 최적화하기 위해 데이터 수집, 집계 및 분석을 사용하는 시스템 복합 시스템 접근법으로 구성될 수 있다. 제어 시스템은 예컨대 국지적 기상 변화에 응답하여 개별 유닛을 활성화 또는 비활성화하는 등 전체 플랫폼을 모니터링 및 제어하는데 사용될 수 있다.
실시예에서, 본 명세서의 플랫폼은 네트워크를 통해 하나 이상의 다른 장치와 연결된다. 일부 실시예에서, 본 명세서의 플랫폼의 제어 시스템은 네트워크를 통해 하나 이상의 다른 장치와 연결된다. 실시예에서, 플랫폼은 IoT(Internet on Things)에 연결된다. 일부 실시예에서, 본 명세서의 플랫폼의 제어 시스템은 IoT에 연결된다. 실시예에서, 데이터는 Infrastructure(예컨대, 6LowPAN, IPv4/IPv6, 및 RPL), Identification(예컨대, EPC, uCode, IPv6, 및 URIs), Communications/Transport(예컨대, Wifi, Bluetooth, 및 LPWAN), Discovery(예컨대, Physical Web, mDNS, 및 DNS-SD), Data Protocols (예컨대, MQTT, CoAP, AMQP, Websocket, 및 Node), Device Management(예컨대, TR-069 및 OMA-DM), Semantic(예컨대, JSON-LD 및 Web Thing Model), Multi-layer Frameworks, 또는 그 조합과 같은 IoT 프로토콜을 사용하여 통신될 수 있다.
IoT 가능 제어 시스템은 더 큰 규모(예컨대, 지역, 주, 국가 등)로 기상 패턴을 추적하는 IoT 시스템과 통신할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템 또는 네트워크를 통해 제어 시스템과 연결된 장치는 기상 조건 예측을 모델링하기 위해 IoT 시스템에 의해 제공되는 데이터를 사용한다. 다양한 실시예에서, 제어 시스템은 예컨대 실시간 모델 분석; 예측적 모델링 및 제어; 신경망, 퍼지 논리 시스템, 유전 알고리즘 및 전문가 시스템을 포함하는 인공 지능 시스템; 소프트웨어 에이전트; 데이터 마이닝, 클라우드 컴퓨팅, BIoT(Building Internet of Things), 스마트 시티, 인프라 구조 및 유틸리티, 건강 관리 시스템, 보험 산업 및 제조 분야를 위해 IoT에서 이용되는 병렬 및 분산 컴퓨팅을 위한 KM(knowledge management); 또는 그 조합을 포함하는 데이터 분석 도구, 방법 및 제어 전력을 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 본 명세서의 플랫폼은 명목상, 최적 및 비상시 사용 동안 시스템 동작의 장애 허용 운영이 가능하고, 중복성, 탄력성 및 안정성을 해결하는 전체 노드 네트워크를 위한 최적의 플랫폼 내 및 플랫폼 간 성능을 달성하기 위하여 노드 네트워크 전체에 걸친 데이터 공유를 포함하는 다른 물, 전력 및 데이터 생성기 및 분배기의 노드 네트워크 내에서 노드로 동작한다.
본 명세서의 플랫폼은 로컬 제어 시스템뿐만 아니라 하나 이상의 네트워크화 장치로 데이터를 제공하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 이러한 데이터는 하나 이상의 시스템의 성능을 최적화하기 위해 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 AWG 유닛을 포함하는 플랫폼은 제어 시스템으로 판독을 제공하는 습도 센서 또는 공기 중 수증기의 표시를 제공하는 다른 센서를 포함할 수 있다. 습도 센서는 제어 시스템이 하나 이상의 AWG 유닛을 활성화시키도록 야기하는 습도 증가를 기록할 수 있다.
본 명세서의 플랫폼은 시스템이 위치한 특정 지리적 영역에 적합한 다양한 컴포넌트를 이용하도록 구성되는 하나 이상의 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 해양 또는 소금이 함유된 수원 근처에 위치한 플랫폼은 AWG 유닛뿐만 아니라 해양이나 소금이 함유된 수원으로부터 추가적인 깨끗한 물을 생성하기 위한 역삼투 유닛과 연관된 여과 시스템 및 AWG 유닛, 삼투 유닛 및 플랫폼의 다른 컴포넌트를 위한 전기를 제공 또는 오프셋하기 위한 에너지 발생 유닛 둘 다 포함할 수 있다. 나아가, 시스템의 위치 및 국지적 및/또는 지역적 기상 조건(예컨대, 온도, 상대 습도 등)은 환경 변화에 응답하여 외부 인자(BIoT와 IoT와 같은) 또는 둘 다와 교섭하기 위해 제어 시스템에 의해 실시간으로 고려될 수 있다. 예를 들어, 해양이나 소금이 함유된 수원 근처에 위치한 플랫폼은 제어 시스템의 일부로 온도 및 습도 센서도 포함할 수 있다. 제어 시스템을 통한 이들 센서로부터의 판독은 플랫폼으로부터 지속적인 물 생성 속도를 유지하기 위하여 AWG 유닛이 얼마나 많은 물을 생성할 수 있는지 예측하고, AWG 물 생성을 증강하기 위하여 얼마나 많은 물이 삼투 시스템으로부터 생성되어야 하는지 조정하는데 사용될 수 있다. 이 모드는 주문형 물 부하 밸런싱을 나타낸다. 다른 예시로, 플랫폼은 배치 가능한 AWG 유닛으로 구축되고, 물 공급의 생물 안전성(예컨대, 허리케인 및 홍수) 및 생물 보안(예컨대, 부주의한 또는 의도적인 독성 물질로 물 공급 오염)과 관련된 사건(예컨대, 자연적 또는 인공적 비상 사태)을 감지하기 위해 외부 기상 및 물 모니터링 데이터베이스와 통신하는 제어 시스템을 가질 수 있다. 이러한 이벤트가 감지되면, 제어 시스템은 하나 이상의 AWG 유닛을 배치하기 위한 절차를 시작할 수 있다. 컨트롤러는 AWG 유닛이 플랫폼으로부터 연결을 끊고 이 비상 사태 동안 영향을 받는 사람들에게 신선한 물을 제공하기 위하여 신속하게 배치될 수 있게 허용한다.
일부 실시예에서, 본 명세서의 플랫폼은 확립된 플랫폼 기술이 충족하여야 하는 동일한 연방, 주 및 지역 법률 및 규정을 충족시키기 위해 새로운 기술의 신속한 프로토타입 및 인증을 제공하기 위해 확립된 기술과 함께 새로운 기술을 도입하는데 사용된다.
본 명세서의 플랫폼은 하나 이상의 유틸리티를 포함하거나, 가까이 위치할 수 있다. 이들 유틸리티는 플랫폼을 지원하거나, 주변 커뮤니티에 유틸리티에 대한 접근을 제공하거나, 더 큰 유틸리티를 지원하거나, 그 조합을 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 플랫폼은 데이터/통신 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 플랫폼은 데이터/통신 시스템 근처에 위치한다.
실시예에서, 플랫폼은 물 처리 시설을 포함한다. 일부 실시예에서, 플랫폼은 물 처리 시설 근처에 위치한다. 이러한 일부 실시예에서, 물 처리 시설은 지표 수원을 이용한다.
실시예에서, 플랫폼은 발전 시스템 또는 전력 저장 시스템을 포함한다(예컨대, 태양 전지 시스템, 수력 시스템 등). 일부 실시예에서, 플랫폼은 발전 시스템 또는 전력 저장 시스템 근처에 위치한다. 발전 시스템 또는 전력 저장 시스템은 재생 가능 컴포넌트, 비-재생 가능 구성요소 또는 그 조합으로 구성될 수 있다. 적절한 발전 또는 전력 저장 시스템은 화석 연료(예컨대, 천연 가스, 석탄 및 기름), 아원자 입자 반응 및 충돌로부터 생성된 핵 에너지, 재생 가능 연료(예컨대, 바이오 연료) 또는 지속 가능한 연료 스톡(예컨대, 바이오 매스 및 시립 고형 폐기물/고형 연료) 기반 발전소를 포함한다. 추가 발전 또는 전력 저장 시스템은 태양 및 풍력 발전; 지열 및 수력 시스템; 연료 전지; 플로우 셀; 고체 상태, 염 기반 및 액체 배터리 시스템; 커패시터 및 울트라 커패시터; 및 열 에너지 저장 장치와 같은 재생 가능 전력 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 플랫폼은 종래의 전력망에 연결된다. 다른 실시예에서, 플랫폼은 종래의 전력망에 연결되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 명세서의 유체 처리 시스템은 AWG 유닛과 조합하여 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 본 명세서의 플랫폼은 복수의 AWG 유닛과 하나 이상의 유체 처리 시스템을 포함할 수 있다. 복수의 AWG 유닛은 모두 동일 타입(예컨대, 제조사, 용량 등)일 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 AWG 유닛은 하나 이상의 타입의 AWG 유닛을 포함한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 AWG 유닛은 제1 설정과 제2 설정을 가지고, 제1 설정은 제2 설정과 비교할 때 더 높은 추출 효율과 더 높은 에너지 소비를 가지고, 제2 설정은 제1 설정과 비교할 때 더 낮은 추출 효율과 더 낮은 에너지 소비를 가진다. 실시예에서, 제1 설정은 동일 온도와 습도 조건에서 제2 설정보다 적어도 5% 많은 물을 생성한다. 일부 실시예에서, 제1 설정은 동일 온도와 동일 습도 조건에서 제2 설정보다 적어도 5% 많은 에너지를 사용한다.
실시예에서, AWG 유닛은 적어도 지리, 기후, 기상, 물 수요 또는 사용 가능한 공급, 전력 수요 또는 사용 가능한 공급 또는 그 조합에 관한 데이터에 기반하여 제1 설정 또는 제2 설정으로 동작한다. 이러한 데이터는 센서, 외부 소스 등으로부터 실시간으로 수신하거나 예측 모델링에 의해 생성될 수 있다. 사용될 수 있는 센서는 습도 센서, 온도 센서, 압력 센서, 풍속 센서 또는 그 조합을 포함한다.
유체 처리 시스템은, 예컨대 공동 위치된 물 저장 탱크에 연결되고, 개별 AWG 유닛으로부터 공동 위치된 물 저장 탱크로 물을 운송하는 도관에 연결되고, 개별 AWG 유닛을 위한 물 저장 탱크에 연결되는 등 임의의 적절한 위치에 위치할 수 있다.
각 AWG 유닛은 다른 AWG 유닛의 고려 없이 AWG 유닛을 활성화 및 비활성화할 수 있는 자율 컨트롤러(예컨대, AWG 유닛 및 유체 처리 시스템을 위한 통합 컨트롤러)를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 자율 컨트롤러는 예컨대 주변 공기의 상대 습도 및 온도에 기반하여 AWG 유닛의 성능을 최대화하기 위해 AWG 유닛은 활성화 또는 비활성화할 수 있다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 AWG 유닛이 개별 AWG 유닛을 활성화 및 비활성화하는 제어 시스템에 의해 제어된다. 이러한 일부 실시예에서, 제어 시스템은 적어도 지리, 기후, 날씨, 물 수요 또는 사용 가능한 공급, 전력 공급 또는 사용 가능한 공급, 또는 그 조합에 관한 데이터에 기반하여 AWG 유닛을 제1 설정에서 제2 설정으로 또는 제2 설정에서 제1 설정으로 바꿀 수 있다. 제어 시스템은 온도와 습도가 시간에 따라 변함에 따라 복수의 AWG 유닛의 에너지 효율과 물 회수율을 최대화하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템은 전력 사용과 에너지 및 물 생산 비용을 최소화하며 물 생산 속도, 전기 및 물 회수 효율을 최대화하는데 사용된다.
나아가, 제어 시스템은 적어도 하나의 음파 에너지 발생기와 적어도 하나의 EMF 발생기를 포함하는 본 명세서의 유체 처리 시스템뿐만 아니라 임의의 추가 처리 시스템을 제어하는데 사용될 수 있다.
추가 실시예에서, 본 명세서의 플랫폼은 비상시(예컨대, 재난 대응을 위해) 또는 종래의 물이나 전력을 이용하지 않는 것이 바람직한 위치에서 물과 전력원의 역할을 할 수 있다. 이러한 경우에, 본 명세서의 플랫폼은 물 탄력성(즉, 위험의 영향을 적시에 효율적인 방식으로 견디고, 흡수하고, 수용하고 및/또는 회복하는 능력)과 물 안정성을 제공할 수 있다. 이러한 플랫폼은 비상 대응 및 사용을 위해 배치되는 물 처리, 전력 및 데이터 통신을 위한 위성 비상 대응 시스템으로 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 플랫폼은 미국 국방부(DoD) 국토 안보부(DHS)뿐만 아니라 국제 보안기구(ISO)에 대한 군대급 지휘, 통제, 통신 및 컴퓨터(C4)를 충족할 수 있다. 이러한 실시예에서, 플랫폼은 DoD, DHS 및 ISO 사양 내에서 동작하기 위해 필요한 프로토콜로 IoT 가능할 수 있다.
일부 실시예에서, 플랫폼의 하나 이상의 서브 시스템은 위치적으로 고정되지 않고, 원정, 비상 및/또는 원격 모드로 다른 위치로 이동될 수 있다. 이러한 일부 실시예에서, 각 서브 시스템은 일시적, 간헐적 및/또는 영구적 방식으로 동작할 수 있다.
실시예에서, 플랫폼은 물, 전력 및 데이터 상품 거래(즉, 물, 전력 및 연관된 데이터를 구매 및 판매하기 위한 거래)를 위한 거래 데스크로 동작한다. 물, 전력 및 연관된 데이터는 가장 높고 최선의 사용 또는 지역 물 및 전력 사용 가능성에 기반한 최대 값을 위해 판매될 수 있다. 실시예에서, 생산된 물 및 전력은 이들 상품이 지역 지방 자치 단체나 다른 지역원으로부터 용이하게 사용 가능하지 않을 때, 만약 이러한 소스로부터 상품을 구매하기에 비용 효율적이지 않을 때 또는 둘 다일 때 고객에게 판매된다. 이러한 거래 데스크는 주간(예컨대, 낮 시간, 태양이 사용 가능할 때 및 입사광, 열, 온도, 상대 습도, 압력, 풍속 등과 같은 변수에 효과를 주지 않는 밤에) 및 계절 조건에 적합한 지역 미래 시장의 가상 지원뿐만 아니라 물, 전력 및 관련 데이터의 현지 시장 판매를 위해 사용될 수 있다. 플랫폼은 물, 전력 및 관련 데이터를 생성, 저장, 판매 협상 및 배포하기에 시스템의 최적의 네트워크로 배열될 수 있다. 시스템의 최적의 네트워크는 IoT로 구체적인 결과를 추가 통신 및 협상하는 지역 자원의 역할도 할 수 있다.
일부 실시예에서, 플랫폼은 (1) 이력 데이터; 플랫폼의 시스템과 서브 시스템의 과거 및 현재 동작 조건; 현재 환경 및 기상 조건; NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration), GIS(Geographic Information Systems) 및 USGS(United State Geological Survey) 데이터베이스와 같은 외부 데이터베이스와 정보원; DHS, EPA 및 미국 생태 및 에너지부와 같은 전세계, 연방, 주 및 지역 데이터베이스와 정보원; 외부 물, 전력 및 데이터 발생기 및 배포 시스템으로부터의 신호 및 이벤트; 플랫폼이 생산하는 물, 전력 및 데이터의 과거 및 현재 성능, 효율 및 품질; 과거, 현재 및 예상되는 외부 조건; 모델 추정 및 예측; 및 물, 전력 및 데이터의 과거, 현재 및 미래의 공급 및 수요로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 요소를 포함하여 하나 이상의 내부 또는 외부 데이터 소스로부터 데이터를 수집 및 통합하고; (2) 물, 전력 및 데이터의 소스(들)을 정의하는 플랫폼을 위한 후보 동작 파라미터의 세트; 생성되는 물, 전력 및 데이터의 목표량 및 품질; 물, 전력 및 데이터의 배포 제어; 외부 물, 전력 및 데이터 발생기 및 배포 시스템으로 보내지는 신호 및 이벤트; 및 플랫폼을 위한 다른 연관된 동작 조건을 정의하고; (3) 통합된 데이터에 대해 후보 동작 파라미터를 평가하기 위해 최적화 함수를 사용하고; (4) 연방, 주 또는 지역 법률 및 규제 또는 시스템이나 서브 시스템 제한을 고려하여 최적화 검색 알고리즘을 통해 최적화 함수를 최소화 또는 최대화하기 위하여 후보 동작 파라미터를 조정 또는 정제하고; 및 (5) 플랫폼에 선택된 동작 파라미터를 적용한다.
추가 실시예에서, 플랫폼은 물 사용 효율의 시스템을 지원하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 물, 전력 및 데이터 생성의 최적화가 물 사용 효율을 위해 이러한 시스템을 지원하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예는 플랫폼에서 생산되는 물이 생성되고 배포를 위해 사용 가능하게 되는 식수(1차), 2차 및 3차 물의 양에 비례하여 평가되는 방법을 포함한다. 일부 실시예에서, 플랫폼의 시스템이나 서브 시스템은 즉시 사용 가능한 물 및/또는 식수, 2차 및 3차 수원으로서 당사자(예컨대, 도매상, 소매상 및 최종 사용자)에게 가장 효율적인 수원에 기반하여 즉시, 중기 및 장기 수요에 기반하여 생성되는 물에 대해 분석 및 협상한다. 일부 실시예에서, 플랫폼의 시스템 또는 서브 시스템은 물 사용 감소 및 유지, 물의 유익한 사용, 물 재활용 및 재사용 및 대안적인 수원의 물 접근을 추천하는 결정을 하고 및 다른 플랫폼이나 외부 장치로 신호를 전송한다. 이러한 일부 실시예에서, 플랫폼의 시스템이나 서브시스템은 물 생산을 증가시키고 전력 사용을 감소시키는 등을 위하여 하나 이상의 AWG 유닛을 위해 제안된 설정을 결정 및 전송한다. 따라서, 실시예는 물, 전력 및 데이터 생성의 최적화가 물 사용 효율을 위한 시스템을 지원하는데 사용되는 것을 포함하며, (1) 물 생산자가 생성하고 배포를 위해 사용 가능해지는 식수(1차), 2차 및 3차 물의 양에 비례하여 물을 평가하거나 평가에 동의하는데 할당될 수 있는 방법; (2) 본 명세서의 플랫폼이 즉시 사용을 위해 사용 가능한 물 및/또는 도매업자, 소매업자 및 최종 사용자에게 식수, 2차 및 3차 수원으로서 가장 효율적인 방법 또는 수원에 기반하여 즉시, 중기 및 장기 수요에 기반한 물 생성의 분석 및 협상할 수 있는 방법; 및/또는 (3) 물 사용 감소 및 유지, 물의 유익한 사용, 물의 재활용 및 재사용 및 대안적인 수원의 물 접근을 추천하기 위해 적절한 신호 및 제안된 모드를 결정 및 본 명세서의 플랫폼 및/또는 플랫폼의 네트워크로 전송하는 방법을 포함한다.
본 명세서의 플랫폼은 플랫폼의 데이터 및 통신 시스템을 추가적인 내부 및 외부 데이터, 소프트웨어 및 시스템과 통합함으로써 플랫폼의 환경 영향을 감소시키고, 환경 영향에 대한 연방, 주 및 지역 법규 및 규제 및 공업적으로 확립된 표준(ISO 14001과 같은)을 지키기 위한 프로세스 및 실행을 정의하는 EMS(environmental management system) 프레임워크를 통합할 수 있다. 일부 실시예에서, EMS는 환경 준수; 건강 및 안전 준수; 에너지 효율; 에너지 보존; 물 보존; 환경 보존; 환경 지속 가능성; 폐기물 감소; 위험 물질 및 폐기물 관리 시스템; 이용 관리 시스템; 계획, 프로그래밍, 예산 및 실행 시스템; 작업 흐름 관리 시스템; 훈련 및 작업 실행 문서화 및 시스템; 유지 보수 및 지원 시스템; 위험 평가 및 관리 시스템; 비상 준비 및 대응 시스템; 물리적 및 전자적 보안 소프트웨어 및 시스템; EMS 데이터 추적 및 모니터링 소프트웨어 및 시스템; EMS 데이터 분석 소프트웨어 및 시스템; EMS 빅데이터 및 데이터 분석 소프트웨어 및 시스템; EMS 보고 소프트웨어 및 시스템; EMS 인터페이스 소프트웨어 및 시스템; EMS 회계 감사 소프트웨어 및 시스템; 준수 준비 및 보고 소프트웨어 및 시스템; 또는 그 조합을 포함한다. 이러한 일부 실시예에서, EMS 기술 및 규범적 분석은 플랫폼의 EMS 데이터 분석, 회계 감사 및 최저 위험을 입증하고 보다 낮은 보험료를 보증하는데 필수 문서화를 제공하는 준수 준비의 결과이다.
추가 실시예에서, EMS는 연방, 주 및 지역 수질 요구 사항 및 산업 표준(ASHRAE 188과 같은)을 충족하기 위해 기술적 및 규범적 단계 및 플랫폼에 의해 생산되는 물의 미생물학적 품질을 보장하기 위한 통제 수단(대장균 및 레지오넬라 검출과 같은)을 개략적으로 설명하고 WMP(water management plan)을 포함한다. 일부 실시예에서, EMS와 플랫폼(들)은 교육 방법론의 일부로 신속하게 모든 이해당사자를 물리적 플랫폼 또는 네트워크 구성에, 모든 프로세스의 레이아웃(PFD(process flow diagrams), P&ID(process instrumentation drawing) 및 물과 전력 배포 시스템과 같은), 성능 측정, 예방적 검증, 통제 수단, 확인, 및 연관된 문서화, 금융 결과에 대한 효용 및 상품 효과(업무 운영 및 상술한 거래 데스크 동작에 관한 재무 제표와 전력과 같은)를 탑재 및 업데이트하는데 사용되어 플랫폼 관련 기술과 정보를 적절한 이해당사자에게 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 플랫폼 관련 운영 및 유지 보수 기술은 예컨대 물 처리, 물 생성, 에너지 생성, 에너지 효율, 에너지 보존, 환경적 지속 가능성, 환경 보존 또는 그 조합을 포함한다.
하루에 적어도 10,000 갤런을 집합적으로 생산할 수 있는 복수의 AWG 유닛을 포함하는 플랫폼은 대규모 AWG 플랫폼으로 간주된다. 실시예에서, 이러한 플랫폼은 하나 이상의 타입의 AWG 유닛을 포함한다. 일부 실시예에서, AWG 유닛의 타입은 상대 습도에 기반하여 달라지는 효율을 가질 수 있다. 실시예에서, 제1 타입은 최적의 온도와 습도 조건에서 제2 타입보다 적어도 5% 더 물을 생산한다. 실시예에서, 제1 타입의 전기 효율은 최적의 온도와 습도 조건에서 제2 타입보다 적어도 5% 다르다.
대규모 AWG 플랫폼 내에서, 다양한 AWG 유닛의 선택, 설계 및 상대 용량은 플랫폼의 위치와 사용자 요구 조건에 크게 의존한다.
대규모 AWG 플랫폼의 제어 시스템은 대규모 AWG 플랫폼의 에너지 효율과 물 회수를 최대화하기 위하여 조건(예컨대, 온도, 습도, 풍속, 풍향 등)에 따라 특정 타입의 하나 이상의 AWG 유닛을 활성화 및 비활성화할 수 있다. 다양한 실시예에서, 특정 타입의 하나 이상의 AWG 유닛은 상대 습도(RH) 임계치(즉, RH 트리거값)에 기반하여 활성화 또는 비활성화된다. RH 트리거값은 특정 RG 값에서 AWG 유닛의 에너지 효율에 기반할 수 있다. RH 트리거값은 대규모 AWG 플랫폼 내에서 전기 효율을 향상시키기 위해 최적화될 수 있다. 낮은 RH에서 전기적으로 비효율적이지만 높은 RH에서 전기적으로 매우 효율적인 AWG 유닛을 너무 낮은 RH 트리거값에서 활성화시키는 것은 플랫폼의 전체 전기 효율을 저하시킬 수 있다. 한편, 같은 AWG 유닛을 너무 높은 RH 트리거값에서 활성화시키는 것은 높은 습도에서 AWG 유닛의 향상된 개별 효율을 이용하는데 실패함으로써 플랫폼의 전체 효율을 현저히 낮출 수 있다.
최적의 RH 트리거값의 분석은 각 대규모 AWG 플랫폼에 대해 상이하고, 위치, 기상 패턴, 최종 사용자 요구 조건 등에 기반하여 달라진다. 이러한 분석은 플랫폼 고유의 것이며, 특정 타입의 AWG 유닛에 대한 성능 곡선, 위치로부터 과거 기상 데이터 등에 기반할 것이다. 유사하게, 주어진 RH 트리거값에 대한 최적의 전기 효율을 제공하는 AWG 유닛의 타입의 최적 비율을 결정하기 위한 분석은 각 자본 및 운영 비용을 고려할 것이다. 이러한 분석의 예시가 예시 1로 제공된다.
주어진 위치의 현재 날씨뿐만 아니라 예측된 날씨는 활성화 또는 비활성화되는 다양한 타입의 AWG 유닛의 비율 및 수에 영향을 줄 것이다. 예를 들어, 만약 기압 전선이 위치를 이동할 것으로 예보되고, 높은 습도의 징후인 강수가 예상되면, 제어 시스템은 그렇지 않을 때 활성화되는 것보다 한 타입의 AWG 유닛을 더 빨리, 또는 그 타입의 AWG 유닛을 더 많이 활성화하여 물 회수, 전기 효율 또는 둘 다를 증가시킬 수 있다.
실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 각 AWG 유닛 및 대규모 AWG 플랫폼 전체의 물 생산 효율, 전력 생산 효율 및 비용을 최적화하도록 운영된다. 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 복수의 대규모 AWG 플랫폼에 대한 물 생산 효율, 전력 생산 효율 및 비용도 최적화하도록 운영된다. 이러한 일부 실시예에서, 운영 방식(예컨대, 활성화되는 AWG 유닛의 수, 활성화되는 다양한 타입의 AWG 유닛의 비율 등)은 기력 데이터, 실시간 데이터, 모델 예측, 및/또는 생성 및 소모되는 물, 전력 및 데이터의 예상에 기반한다. 이러한 운영 방식은 기존의 유틸리티 설치를 상호작용, 지원 및 증강하는 위성 유틸리티 플랫폼 설치의 애드혹 네트워크를 생성할 수 있다. 실시예에서, 복수의 대규모 AWG 플랫폼의 운영 방식은 (1) 하나 이상의 내부 또는 외부 데이터 소스, 예컨대 이력 데이터; 플랫폼의 시스템과 서브 시스템의 과거 및 현재 동작 조건; 과거, 현재 및 예측되는 외부 조건 내에서 플랫폼에 의해 생성되는 물, 전력 및 데이터의 과거 및 현재 성능, 효율 및 품질; 모델 추정 및 예측; 및 물, 전력 및 데이터의 현재 및 미래 공급 및 수요로부터 데이터를 수집 및 통합하고; (2) 물, 전력 및 데이터의 소스(들); 생성되는 물, 전력 및 데이터의 목표량 및 품질 및 플랫폼을 위한 다른 연관된 동작 조건을 정의하는 네트워크 내의 각 플랫폼에 대한 후보 운영 파라미터의 세트를 정의하고; (3) 통합된 데이터에 대해 후보 동작 파라미터를 평가하기 위해 최적화 함수를 사용하고; (4) 연방, 주 또는 지역 법규 및 규제 또는 시스템이나 서브 시스템 제한을 고려하여 최적화 검색 알고리즘을 통해 최적화 함수를 최소화 또는 최대화하기 위해 후보 동작 파라미터를 조정 또는 정제하고; 및 (5) 네트워크 상의 플랫폼에 선택된 동작 조건을 적용함으로써 결정된다.
대규모 AWG 플랫폼은 탄력적이고 대기, 지하, 육상, 대양 또는 다른 염분이 섞인 물에서 찾은 수원에 접근할 수 있다. 예를 들어, 한 장소가 공공 음수 기준에 맞지 않거나, 신뢰할 수 없거나, 유통 인프라구조로부터 더럽혀진 우물, 대수층, 호수, 저수지 또는 자치구 처리장의 오염된 수원에 접근할 수 있다. 대규모 AWG 플랫폼은 음용 및 비-음용을 위한 대기로부터 추가 물을 추출하는 복수의 AWG 유닛과 조합하여 본 명세서의 음파 신호와 EMF 신호를 사용하여 유체 처리를 통해 오염된 가용 소스를 처리할 수 있는 이 장소에 설치될 수 있다. 물 처리 시스템이 다른 소스로부터 수집된 물을 처리하는 한편 대규모 AWG 플랫폼은 복수의 AWG 유닛을 통해 대기로부터 즉각적인 깨끗한 수원을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 수역, 물 처리, 전력 생산 또는 그 조합 근처에 위치한다. 대규모 AWG 플랫폼은 기존의 자연 또는 인공 수역 근처에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, AWG 유닛은 주로 기존의 수원(예컨대, 대양, 바다, 호수 또는 강)의 바람의 하류에 위치한다. 일부 실시예에서, AWG 유닛은 수역의 1마일 이내에 위치한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 대규모 AWG 플랫폼 사이트는 플랫폼의 AWG 유닛이 수원으로부터 바람의 하류에 있도록 위치된 저류 연못과 같은 인공 개방 수조를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 수역 위를 통과하는 바람은 AWG 유닛에 도달하기 전에 자연 증발에 의해 공기로 유입되는 추가 수분을 축적할 수 있고 대규모 AWG 플랫폼에 의해 수집될 수 있는 수분을 증가시킨다. 수원(들)은 청수 및 해수, 우수 연못 또는 폐수 탱크를 포함하여 표층수와 같이 불순할 수 있다. 증발된 수분은 오염 물질을 두고 온, 주로 깨끗한 물일 것이다. 본 명세서의 AWG 유닛 및 유체 처리 시스템은 생산되는 물의 순도에 있어 한층 더 깊은 보호를 제공한다.
대규모 AWG 플랫폼은 폐수 처리장(예컨대, 도시 폐수 처리장, 재생수 처리장 등)과 같은 다른 물 처리 시스템, 염수/해수 담수화 플랜트, OTEC, 조력 스팀 에너지 발생기, 지열 시스템, 수력 발전소 및 시추, 채광 및 수압 파쇄 물 처리를 위한 복원 연못의 일부이거나 조합된 수원 근처에 위치할 수 있다. 이러한 물 처리장은 일반적으로 대량의 전력을 소비하고 발전소와 함께 위치할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼이 발전소와 함께 위치한다. 대규모 AWG 플랫폼은 기존 전력 공급 사양 내에서 동작하도록 설계되고, 물 처리장의 개방형 수원을 사용하여 깨끗한 물이 추출될 수 있는 추가 습기를 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 함께 위치한 물 처리 또는 생산 시설로부터 물 생산을 증강하는데 사용된다. 예를 들어, 함께 위치한 시스템은 선택적 전력 생산이 있는 담수 플랜트일 수 있고, 대규모 AWG 플랫폼은 담수 플랜트에서 거부된 폐수를 더 처리하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 함께 위치한 물 처리 또는 생산 설비를 사용하여 AWG 유닛이나 플랫폼의 다른 물 처리 시스템이 일시적으로 최소 생산 속도를 충족하지 못할 때 최소 물 생산 속도에 도달하기 위해 추가 물을 제공한다.
실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼의 AWG 유닛의 잘 설계된 구성 또는 물리적 배열은 유닛 간 및 유닛 주위의 좋은 공기 분배를 보증하는 것으로, 모든 유닛이 실질적으로 동일한 수분 함량을 가지는 공기로부터 얻을 것이다. 대규모 AWG 플랫폼의 실시예에서, AWG 유닛은 야외 프레임워크에서 3차원 패턴으로 설치될 수 있다. 이러한 배열은 지면으로부터 더 먼 공기로부터 물을 추출함으로써 공기로부터 캡처하는 습기의 양을 증가시킬 수 있다. 나아가, 이러한 배열은 효율을 향상시키고 지면의 차지하는 공간이나 필요한 면적을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 야외 주차장과 유사한, AWG 유닛의 각 층 사이에 충분한 공간이 있는 다층 개방 구조가 사용될 수 있다. 경사로, 예컨대 나선형 경사로와 같은 다른 구조도 사용될 수 있다. 추가 예시에서, AWG 유닛은 기존 구조물 위에 위치한다. 따라서, 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼의 AWG 유닛의 배열은 각 유닛의 고도 및 지리적 위치를 포함한다.
증발 공정은 “생체 구” 또는 폐쇄 환경에서도 이용될 수 있다. 이러한 대규모 AWG 플랫폼 설계는 공기의 움직임이 현장을 통해 가속화될 때 더 효율적일 수 있다. 더 빠른 공기의 움직임은 개방된 표면에 걸쳐 물질 전달 및 증발의 속도를 증가시킬 수 있는데, 공기의 습기의 농도, 즉 습도를 증가시킨다.
일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼의 AWG 유닛은 현장 주위의 기상 행동의 이력 및 모델 평균에 기반하여 각 AWG 유닛이 대규도 AWG 플랫폼의 바람 상류의 공기의 온도와 습기 함량의 +/-2% 내의 온도와 습기 함량을 가지는 공기로부터 얻어내도록 배열된다. 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼의 AWG 유닛의 구성은 수학적으로 모델링되어 유입 공기 온도 및 습기 함량이 평균적으로 각 AWG 유닛에 대해 정규화되도록 각 AWG 유닛의 최적의 배치를 결정한다.
실시예에서, 공기 흐름을 유도하고 가속시키도록 설계된 추가적인 고정물이 AWG 유닛 근처의 위치에 배열된다. 이러한 일부 실시예에서, 추가 고정물은 AWG 유닛의 바람 반대 방향에 배열된다. 이러한 추가 고정물은 AWG 유닛 주위의 공기의 습기 함량을 증가시기키 위해 배열될 수 있다. 임의의 적절한 추가 고정물이 사용될 수 있는데, 수동적 유닛(예컨대, 벽, 기둥, 날, 배플, 격자 또는 다른 경화 구조물)이나 동력 유닛(예컨대, 전동 팬 또는 벤츄리 효과 기반 팬)을 포함한다. 고정물이 동력 유닛인 실시예에서, 유닛은 AWG 유닛에 대해 공기의 속도를 조정하도록 제어될 수 있다. 이들 고정물은 지배적인 풍향으로 회전하는 받침대에 장착될 수 있다. 일부 실시예에서, 고정물은 제어되는 받침대에 장착된다. 이러한 실시예에서, 고정물은 AWG 유닛 위치에서 또는 그 주위에서 공기 속도 및 혼합을 증가시키기 위해 자동으로 또는 수동으로 풍향 변화에 따라 회전될 수 있다.
일부 실시예에서, AWG 유닛으로부터 배출되는 공기로부터 운동 에너지를 복구하기 위해 풍차나 풍력 터빈과 같은 추가 구조물이 AWG 유닛의 바람 하류에 위치한다.
실시예에서 대규모 AWG 플랫폼의 AWG 유닛의 배열은 바람 하류 위치의 제습을 통해 대기 기상 조건을 방해하지 않도록 선택된다.
대규도 AWG 플랫폼의 모든 AWG 유닛이 주변 공기로부터 습기를 뽑아내기 때문에, 다른 AWG 유닛의 바람 하류에 위치한 AWG 유닛은 더 낮은 성능을 가질 수 있는데, 공기가 더 낮은 습기 함량을 가질 수 있기 때문이다. 유사하게, 다른 대규모 AWG 플랫폼에 대한 대규모 AWG 플랫폼의 위치가 각 플랫폼의 효율 및 용량에 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼의 AWG 유닛의 배열은 바람 상류에 위치한 제2 대규모 AWG 플랫폼에 의해 악영향을 받지 않도록 선택된다.
실시예에서, 자연적 또는 인공적 특징에 대한 AWG 유닛의 위치, 대규모 AWG 플랫폼 내의 AWG 유닛의 구성 및 배열 및 다른 대규모 AWG 플랫폼에 대한 대규모 AWG 플랫폼의 배치는 대규모 AWG 플랫폼의 전체 물 생산 용량 및 에너지 효율을 최적화하도록 선택된다.
풍력 및 태양과 같은 대규모 재생 가능 전력 시스템은 대기의 운동 및 에너지에 대한 영향 때문에 기상에 있어 작지만 중대한 변화를 일으킬 수 있다는 연구 결과가 있다. 유사하게, 대규모 AWG 플랫폼은 주변 공기의 습기 함량에 영향을 줌으로써 동일하거나 유사한 방식으로 작동할 수 있다. 다양한 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 자연 지역 대기(Natural Local Atmosphere)에 중대한 영향을 주지 않는다. “자연 지역 대기(NLA)”는 임의의 대규모 AWG 플랫폼에 의한 지역 대기에 대한 영향이 없는 지구 표면 바로 위의 특정 영역, 지역 및/또는 체적을 지칭한다. 실시예에서, 대기의 한도는 적어도 3,000미터이다. 일부 실시예에서, 대기의 한도는 100미터 내지 10,000미터이다. 일부 실시예에서, 대기의 한도는 1,000미터 내지 5,000미터이다.
NLA의 공기는 대규모 AWG 플랫폼에 의해 추출될 수 있는 최대 습기 함량을 가질 것이다. 일부 실시예에서, AWG 유닛의 생산 속도는 NLA에서 동작할 때 가장 높을 것이다.
일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼의 AWG 유닛은 주변 공기의 습기 함량과 주어진 위치에 대한 생산 속도 및 주어진 지역 기상 패턴에서 AWG 유닛의 효율을 최대화하도록 배열된다. 일부 실시예에서, 둘 이상의 대규모 AWG 플랫폼은 주변 공기의 습기 함량과 주어진 위치에 대한 생산 속도 및 주어진 지역 기상 패턴에서 AWG 유닛의 효율을 최대화하도록 배열된다. 일부 실시예에서, 각 대규모 AWG 플랫폼의 간격은 적어도 1마일이다. 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 북위 35° 내지 남위 35° 사이(즉, 열대 지방 및 아열대 지방)에 위치한 현장에 배치된다. 특정 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 북위 23. 5°와 35° 또는 남위 23. 5°와 35° 사이(즉, 아열대 지방)에 위치한 현장에 배치된다.
하나 이상의 대규모 AWG 플랫폼의 최적의 배열은 임의의 적절한 방식으로 계산될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 대규모 AWG 플랫폼을 위한 초기 배치가 선택되고; 각 대규모 AWG 플랫폼에 대한 NLA와 대규모 AWG 대기(large scale AWG atmosphere; LSAWGA) 조건을 결정하기 위해 수학적 모델(들)이 사용되고; 및 제안된 위치가 수용 가능한지 여부를 결정하기 위해 이 정보가 추가 데이터 소스와 비교된다. 그렇지 않은 경우, 배치가 수정될 수 있다. NLA와 LSAWGA를 결정하기 위해 사용되는 모델은 온도, 압력, 습도, 풍속 및 풍향, 강수량, 운량, 태양 복사, 공기 조성, 공해, 하루 중 시간, 1년 중 시간, 지리적 좌표, 지표 고도 데이터, 토지 이용 데이터, 식생 범위, 도시 지역 범위(도시, 건물 크기 및 타입), 토양 유형, 대규모 AWG 플랫폼의 배열 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, NLA와 LSAWGA의 계산은 이력 및 예측된 기상 및 기후 데이터; 수학적 기상 예측 모델; GIS나 ARCInfo와 같은 지리적 데이터 소스; USGS 데이터와 같은 수원 데이터; 및/또는 지역 물, 전력 및 데이터 유틸리티 용량 및 생성/분배를 포함한다.
예를 들어, 지리적 영역에서 하나 이상의 대규모 AWG 플랫폼(N≥1일 때, N=대규모 AWG 플랫폼의 수)의 최적의 배열을 결정하기 위하여, 현장에서 최대 표고 zmax(수직; z-변수)까지의 대기까지의 거리가 적어도 3,000미터의 값을 가진다. 이 예시의 목적을 위해, 최적의 배열은 NLA 변화 없이 하나 이상의 대규모 AWG 플랫폼을 가능한 가장 작은 영역에 배치하는 것이다. 다시 말해, 하나 이상의 대규모 AWG 플랫폼은 모든 대규모 AWG 플랫폼으로부터 최적의 물이 최대 표고(zmax)까지의 대기로부터 추출될 수 있게 하는 가장 작은 지리적 영역에 위치한다. 따라서, NLA 변화 없이 대규모 AWG 플랫폼이 다른 대규모 AWG 플랫폼 가까이 위치할 수 있는 최소 거리 (x,y) 변수가 결정될 것이다. 각 대규모 AWG 플랫폼의 계획된 배치는 좌표 (x1,y1), (x2,y2), ..., (xN,yN)으로 정의된다. 이 지역의 NLA는 과거 기상 패턴에 기반하여 결정되고, 지역 내의 각 지점에서 정의된 습기 M(kg/kg)과 같은 대기 속성을 포함한다. 예를 들어, MNLA (x1,y1)는 계획된 현장에서 제1 대규모 AWG 플랫폼에 대한 고도에서 zmax까지 NLA의 습기 함량을 나타낸다. 유사한 방법이 모든 추가 대규모 AWG 플랫폼의 배치에 대해 예측된 대기 속성, LSAWGA을 결정하는데 사용된다. LSAWGA1은 제1 대규모 AWG 플랫폼의 추가로 예측되는 대기 조건을 나타내고, LSAWGA2는 제2 대규모 AWG 플랫폼의 추가로(제1 대규모 AWG 플랫폼에 추가적으로) 예측되는 대기 조건을 나타내는 등이다. 따라서, 제1 대규모 AWG 플랫폼에서의 습기 함량은 M( LSAWGA1 ) (x1,y1)이다. 각 대규모 AWG 플랫폼의 추가로 대기의 조건 LSAWGA를 결정함으로써, NLA를 유지하는 대규모 AWG 플랫폼의 배치가 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 영역 내의 체적의 적어도 일부에 걸쳐 및/또는 하나 이상의 시간 세그먼트에 걸쳐 하나 이상의 변수(그 평균값, 표준 편차 및/또는 분산)의 평가를 포함하는 NAL와 LSAWGA에 적용되는, 공간적 및/또는 시간적으로 해결될 수 있는 목적 함수를 사용하여 NLA와 LSAWGA 간의 비교가 이루어진다. 이러한 실시예에서, 목적 함수로 통합될 수 있는 변수는: 온도; 압력; 습도; 풍속; 풍향; 난류 측정; 강수량; 전선; 기상 폭풍 전선(토네이도, 허리케인 및 태풍과 같은); 운량; 표면 파라미터화 파라미터; 부력 안정성; 관성 안정성; 모닌-오부코프 길이; 벌크 리차드슨 수; 리차드슨 수 변화도; 행성 경계층 높이; 운동량 표면 거칠기 길이; 열 표면 거칠기 길이; 습기 표면 거칠기 길이; 운동량, 잠열 및 습기에 대한 표면 플럭스; 수문학 파라미터; 지하 수위; 표층수 위치, 용량 및 현재 수위; 지하수 수위; 대수층 용량 및 현재 수위; 표층수 수질; 지하수 수질; 해류; 대양 조석; 공기-대-바다 계면 파라미터; 물 수요 요구 사항; 전기 수요 요구 사항; 물 사용 데이터; 전력 사용 데이터; 전기 비용; 물 유틸리티 비용; 지표 고도; 땅 사용; 땅 비용; 자본 설비 비용; 운영 및 유지 보수 비용; 인구; 인구 성장; 단기 및 장기 기후 예보; 장기 물 가용성; 및/또는 가뭄 조건 예측을 포함한다.
이러한 대규모 AWG 플랫폼의 AWG 유닛을 배열하는 방법은 지역 기상에 영향을 주거나 대기 물 채취의 일종으로 공기로부터 물을 수집하는데 이용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 대기 자원으로서 물을 함유하는 공기에 보유된 물의 층을 추출하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 제2 대규모 AWG 플랫폼으로 물을 함유한 공기를 유도하는데 사용될 수 있다.
통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, 산, 언덕, 호수, 대양 및 초목과 같은 큰 자연적 특징은 국지적인 규모에서 공기의 흐름(예컨대, 바람 패턴)에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 산에 밀려나는 습하고 따뜻한 공기는 물을 함유한 공기 물질의 높은 고도로 인해 공기가 냉각됨에 따라 비로 응축되기 쉬울 것이다. 유사한 원리를 사용하여, 대규모 AWG 플랫폼은 국지적 기상의 길을 만들기 위해 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 대규모 AWG 플랫폼은 국지적 기상 패턴 둔턱을 만들기 위해 배열될 수 있다. 대규모 AWG 플랫폼은 기상 완충의 일종으로서 공기의 불안정성을 감소시키는 것을 돕기 위해 공기로부터 습기를 제거하거나, 바람이 흐르는 방향의 일반적 경향을 촉진하기 위해 다른 근처의 지리적 특징을 사용하는 등과 같이 유익한 사용을 위해 기상 패턴(예컨대, 단기 기상 패턴)에 고의로 영향을 주기 위해 배열 및 사용될 수 있다. 지역 기상 패턴에 대한 대규모 AWG 패턴의 영향이 모델링되었고, 그 결과가 예시 2에 서술된다.
비록 대규모 AWG 플랫폼의 특정 구성이 위치, 최종 목적, 기상 패턴 등에 따라 달라질 것이지만, 본 명세서에 서술된 AWG 유닛의 배열 방법이 적용될 수 있다.
예시 1
대규모 AWG 플랫폼은 복수의 소형 AWG 유닛과 복수의 대형 AWG 유닛을 포함한다. 소형 AWG 유닛은 높은 습도 수준(예컨대, 80% 이상의 상대 습도)에서 효율적이지만 낮은 습도 수준(예컨대, 50% 이하의 상대 습도)에서 아주 비효율적이다. 대형 AWG 유닛은 높은 습도에서 소형 유닛만큼 효율적이지 않지만, 50% 미만의 상대 습도에서 상당한 양의 물을 생산할 수 있다. 이러한 경우, 제어 시스템은 물의 생성을 기저 부하로 하기 위하여, 습도가 50%를 초과할 때 이 시점에 효율성의 이점을 얻기 위하여 소형 유닛을 활성화하는 한편 대형 유닛을 계속하여 동작할 수 있다. 몇몇 인자(예컨대, 전력 비용 등)에 따라서, 제어 시스템은 습도가 80%를 초과할 때 소형 유닛을 활성화시킬 수 있다. AWG 유닛들의 조합을 이용함으로써, 제어 시스템은 딱 한가지 타입의 AWG 유닛 또는 다른 것을 이용할 때와 비교하여 필요한 에너지를 최소화하는 한편 물 생성을 최대화할 수 있다.
이 예시를 더 설명하기 위하여, 두 상업용 AWG 유닛의 보고된 성능이 대규모 AWG 플랫폼을 모델링하는데 사용되었다. 모델에 사용된 대형 AWG 유닛은 80% 상대 습도(RH)에서 2,500gal/일의 물을 생성하는데 최적화되었고 낮은 습도를 쉽게 처리할 수 있다. 소형 AWG 유닛은 좋은 전기 효율로 80% RH에서 1,250gal/일을 생성하는데 최적화되었지만 50% 미만의 습도에서 성능이 좋지 않다. 습도는 AWG 유닛 성능에 있어 가장 큰 요인이다. 비록 온도가 AWG 유닛의 성능에 있어 중요한 역할을 할 수 있지만, 이 예시의 목적을 위해 온도 효과는 두 유닛에 동등하고 이 때 고려하지 않는다고 가정한다. 물 생산을 위한 습도에 대한 영향과 두 타입의 AWG 유닛의 전기 효율이 도 8 및 도 9에 각각 도시된다.
두 타입의 AWG 유닛의 다양한 조합 사용에 대한 전체 물 생성 및 에너지 효율을 예측하기 위하여, 텍사스 중부에서 3일에 걸친 RH 데이터가 고려되었다. 이 데이터는 1년 중 시간을 대표하는 상대적으로 안정된 기상 기간 동안 국립 기상청(National Weather Service)로부터 가져온 것이다. 하루 중 시간의 함수로서의 RH 데이터가 도 10에 도시된다. 도 10에 도시된 습도 패턴(즉, 하루 중 후반부에 RH가 떨어짐)이 대부분의 장소에서 일반적인 습도 패턴이다. 이 패턴은 따뜻한 공기가 더 많은 습기를 보유하지만, 추가적인 공기가 도입되지 않으므로, 공기 중 습기의 상대적인 양은 최대에 도달한 후 감소한다는 지식과 일치한다.
이 RH 데이터에 기반하여, 하루에 50,000갤런의 물을 추출하도록 설계된 대규모 AWG 플랫폼을 위한 몇몇 사용 사례가 모델링되었다.
1) 대형 AWG 유닛만 사용하는 플랫폼, 항상 동작함.
2) 소형 AWG 유닛만 사용하는 플랫폼, 항상 동작함.
3) 대형 대 소형 AWG 유닛을 2:1 비율로 사용하는 플랫폼, 모든 유닛이 항상 동작함.
4) 대형 대 소형 AWG 유닛을 2:1 비율로 사용하는 플랫폼, 소형 AWG 유닛이 RH가 50% 이상일 때만 사용됨.
5) 대형 대 소형 AWG 유닛을 1:2 비율로 사용하는 플랫폼, 모든 유닛이 항상 동작함.
4) 대형 대 소형 AWG 유닛을 1:2 비율로 사용하는 플랫폼, 소형 AWG 유닛이 RH가 50% 이상일 때만 사용됨.
전체 일일 생산 속도를 결정하기 위하여 평균 습도와 조합하여 물 생성 및 전력 곡선을 사용하여, 각 타입의 AWG 유닛의 성능이 하루 중 각 시간에 대해 분석될 수 있다. 이 데이터로부터, 일일 요구 사항을 충족시키는데 필요한 AWG 유닛의 최소 개수가 계산될 수 있다. 유사하게, 요구되는 전력 및 순 전기 효율도 이 데이터를 사용하여 계산될 수 있다. 각 사례 모델에 대한 결과가 표 1에 제시된다.
사례 물 생성
(gal/일)		 필요한 에너지
(kWh/일)		 전기 효율
(kWh/gal)		 대형 AWG 유닛의 수 소형 AWG 유닛의 수
1 51,662 80,757 1.56 33 0
2 52,045 47,927 0.92 0 66
3 50,956 73,067 1.43 26 13
4 53,212 74,410 1.40 28 14
5 50,286 62,392 1.24 16 32
6 52,294 59,194 1.13 18 36
전부 소형 AWG 유닛을 사용하는 사례 2가 가장 에너지 효율적이다 하더라도, 일일 요구 사항을 충족하기 위해 66개의 소형 AWG 유닛은 필요로 한다. 이와 비교하면, 사례 1은 일일 요구 사항을 충족하기 위해 33개의 대형 AWG 유닛을 필요로 하는데, 자본 설비의 계수 인자 때문에 더 낮은 투자가 된다. 이 분석에서 고려되지 않았지만, 66개의 소형 AWG 유닛을 수용하기 위해 더 많은 지면 공간이 필요하고, 전체 비용을 현저히 증가시킬 수 있다.
사례 3과 사례 4 및 사례 5와 사례 6을 비교하면 알 수 있듯이, 자본 비용을 위해 습도 제어를 구현하는데 이점이 있다. 예를 들어, 사례 4가 사례 3과 비교할 때 일일 요구 사항을 충족하기 위해 3개의 추가 AWG 유닛을 필요로 하지만, 사례 4에 전체 에너지 효율의 향상이 있다. 전기가 비싼 곳에서, 사례 4로 운영하는게 이득일 수 있는데, 에너지 절약으로 인해 추가 자본 비용이 상쇄될 수 있기 때문이다.
이 차이는 사례 5와 사례 6의 비교에서 더 두드러지는데, 사례 5에 비해 사례 6에서 약 8. 8%의 전기 효율 향상이 있다.
사례 4와 6은 소형 AWG 유닛을 활성화시키기 위해 50% RH의 RH 트리거 값을 사용했다. RH 트리거값은 대규모 AWG 플랫폼 내에서 전기 효율을 향상시키기 위해 최적화될 수 있다. 도 11은 사례 6에 대해 50,000gal/일의 최소 물 생산을 유지하며 RH 트리거 값의 함수로 플랫폼의 전체 전기 효율 변화를 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이 예시에 대해 최고의 전기 효율을 얻는 최적의 RH 트리거 값은 50% 부근이다.
예시 2
예보 모델에 기반하여 지역 기상 패턴에 대한 대규모 AWG 플랫폼의 배치의 영향을 보여주기 위해 모델이 생성되었다. 모델은 수년에 걸쳐 지구 표면(행성 경계층을 포함하여)으로부터 및 과거 및 현재 기상 및 지리 데이터에 기반하여 대류권 및 더 높은 고도를 통해 대기의 행동을 모델링하고 예측하기 위해 개발되고 국립 대기 연구 센터(National Center for Atmosphere)에서 관리하는 기존의 오픈 소스 WRF(Weather Research and Forecasting 3. 0) 프로그램을 사용하였다. 모델은 미국 남부에 걸쳐 10km 간격의 100x100 그리드를 사용하여 기상 패턴을 시뮬레이션하기 위해 사용되었다. 기상 데이터의 초기 조건은 국립 기상청에서 가져온 것이다.
기본 사례는 NLA를 나타내고 초기 조건의 기상 및 향후 48시간 예보를 사용하여 30초 시간 단위로 계산되었다. 대규모 AWG 플랫폼으로 수정된 사례는 대규모 AWG 플랫폼이 회수한 물을 고려한 행성 경계층 계산에 수분 소비량 항이 포함된다. 회수된 물의 양은 대규모 AWG 플랫폼으로 들어가는 공기 흐름, 지표면에서 그 공기의 현재 습기 함유량, 50%의 예상 물 회수 효율 및 대규모 AWG 플랫폼에 포함된 AWG 유닛의 총 수의 함수이다.
대규모 AWG 플랫폼이 동작중인 사례와 기본(NLA) 간의 표면 상대 습도(%)의 변화가 대규모 AWG 플랫폼이 100개, 500개, 1,000개, 5,000개 및 10,000개의 AWG 유닛을 대규모 AWG 플랫폼 내에 포함하는 사례에 대해 계산된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 100개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)의 경우, 표면 상대 습도는 대규모 AWG 플랫폼의 북동쪽에 집중되어 있던 영역에서 플러스 마이너스 약 10% 달라지고, 일부 더 작은 변화 영역이 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽에 있고, 더 작은 변화 영역이 동쪽 및 더 가까운 남쪽에 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 500개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)의 경우, 표면 상대 습도는 대규모 AWG 플랫폼의 북동쪽에 집중되어 있던 영역에서 플러스 마이너스 약 10% 달라지고, 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽의 일부 더 작은 변화 영역뿐만 아니라 표면 RH가 대규모 AWG 플랫폼의 위치보다 약 20% 낮은 작은 영역이 관측된다. 나아가, 표면 RH가 플러스 마이너스 약 10%인 더 작은 변화 영역이 동쪽 및 더 가까운 남쪽에 보인다. 대규모 AWG 플랫폼이 100개의 유닛을 가질 때보다 대규모 AWG 플랫폼의 동쪽의 변화 영역이 더 작았고, 대규모 AWG 플랫폼의 남쪽의 변화 영역은 더 컸다.
도 14에 도시된 바와 같이, 1,000개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)의 경우, 표면 상대 습도는 대규모 AWG 플랫폼의 북동쪽에 집중되어 있던 영역에서 플러스 마이너스 약 10% 달라지고, 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽의 일부 변화뿐만 아니라 표면 RH가 대규모 AWG 플랫폼의 위치보다 약 20% 낮은 작은 영역이 관측된다. 낮은 상대 습도를 가지는 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽 및 북동쪽 영역은 500개의 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼 사례보다 크다. 하지만, 동쪽 및 더 가까운 남쪽의 더 작은 변화 영역은 유사한 크기로 보인다.
도 15에 도시된 바와 같이, 5,000개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)은 더 큰 영역의 표면 RH에 명백한 영향을 미친다. 표면 RH의 변화는 여전히 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽의 일부 변화와 함께 대규모 AWG 플랫폼의 북동쪽에 집중되었다. 변화는 일반적으로 대규모 AWG 플랫폼의 위치의 표면 RH의 플러스 마이너스 약 10%이고, 일부 영역은 표면 RH가 약 20% 더 낮다. 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽 및 북동쪽 영역은 1,000개의 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼 사례보다 크다. 하지만, 동쪽 및 더 가까운 남쪽의 더 작은 변화 영역은 대략 동일한 크기로 유지된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 10,000개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)은 5,000개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼과 유사한 총 영역에 영향을 미치는 것으로 보인다. 표면 RH의 변화는 여전히 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽의 일부 변화와 함께 대규모 AWG 플랫폼의 북동쪽에 집중되었다. 변화는 일반적으로 대규모 AWG 플랫폼의 위치의 표면 RH의 플러스 마이너스 약 10%이고, 일부 영역은 표면 RH가 약 20% 더 낮다. 동쪽 및 더 가까운 남쪽의 더 작은 변화 영역은 대략 동일한 크기로 유지된다.
각 사례와 기본 사례 사이에 48시간의 예보 후 °F로 상대적인 표면 온도의 변화도 모델링되었다. 도 17에 도시된 바와 같이, 100개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)의 경우, 표면 온도는 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽 및 북동쪽에 집중되어 있던 영역에서 플러스 마이너스 약 5°F 달라지고, 일부 더 작은 변화 영역이 동쪽 및 더 가까운 남쪽에 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 500개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)의 경우, 표면 온도는 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽 및 북동쪽에 집중되어 있던 영역에서 플러스 마이너스 약 5°F 달라지고, 일부 더 작은 변화 영역이 동쪽 및 더 가까운 남쪽에 있다. 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽 및 북동쪽의 변화 영역은 100개의 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼에서 보여지는 것보다 컸다.
도 19에 도시된 바와 같이, 1,000개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)의 경우, 표면 온도는 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽 및 북동쪽에 집중되어 있던 영역에서 플러스 마이너스 약 5°F 달라지고, 일부 더 작은 변화 영역이 동쪽 및 더 가까운 남쪽에 있다. 대규모 AWG 플랫폼의 북동쪽의 변화 영역은 500개의 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼 사례보다 크다. 하지만, 동쪽 및 더 가까운 남쪽의 더 작은 변화 영역은 유사한 크기로 보인다.
도 20에 도시된 바와 같이, 5,000개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)은 더 큰 영역의 표면 온도에 명백한 영향을 미친다. 표면 온도의 변화는 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽의 일부 변화와 함께 대규모 AWG 플랫폼의 북동쪽에 집중되었다. 변화는 일반적으로 대규모 AWG 플랫폼의 위치의 표면 온도의 플러스 마이너스 약 5°F이다. 동쪽 및 더 가까운 남쪽의 더 작은 변화 영역은 유사한 크기로 유지되는 것으로 보인다.
도 21에 도시된 바와 같이, 10,000개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼(검은 점으로 표시)은 5,000개의 AWG 유닛을 가지는 대규모 AWG 플랫폼과 유사한 총 영역에 영향을 미치는 것으로 보인다. 표면 온도의 변화는 여전히 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽의 일부 변화와 함께 대규모 AWG 플랫폼의 북동쪽에 집중되었다. 변화는 일반적으로 대규모 AWG 플랫폼의 위치의 표면 온도의 플러스 마이너스 약 5°F이다. 동쪽 및 더 가까운 남쪽의 더 작은 변화 영역은 대략 동일한 크기로 유지된다.
모든 사례가 대규모 AWG 플랫폼은 대규모 AWG 플랫폼의 북쪽 및 북동쪽의 영역에서 기상 조건에 영향을 주는 것을 보였다. 초기에 이들은 북동쪽 영역에 더 집중되었지만, 대규모 AWG 플랫폼의 크기가 커질수록 북쪽 영역이 더 영향을 받게 되었다. 이들이 10°F 이하의 온도 변화와 20% 이하의 상대 습도 변화로 대규모 변화는 아니지만, 이들 변화는 이들 영역에 있는 대규모 AWG 플랫폼 내의 AWG 유닛의 성능을 크게 영향을 줄 수 있다. 대규모 AWG 플랫폼 내의 AWG 유닛은 상대 습도와 온도와 강하게 연결된다. 대규모 AWG 플랫폼의 영향은 다른 자연 및 인공 현상에 의해 복합될 수 있다.
다음 실시예는 본 명세서의 범위에 포함된다.
1. 사용시, 용기 내의 유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 음파 에너지 발생기; 및
사용시, 유체의 적어도 일부에 EMF(electromagnetic field) 신호를 전도성으로 인가하는 EMF 발생기를 포함하는 유체 처리 시스템.
2. 실시예 1에 있어서,
사용시, 음파 에너지 발생기와 EMF 발생기를 독립적으로 제어하는 제1 컨트롤러를 더 포함하는 유체 처리 시스템.
3. 실시예 2에 있어서,
사용시, 유체 처리 시스템의 조건을 모니터링하고 제1 컨트롤러로 조건에 관한 피드백을 전송하는 센서를 더 포함하는 유체 처리 시스템.
4. 실시예 2 또는 실시예 3에 있어서,
상기 음파 에너지 발생기는 제1 음파 에너지 발생기이고, 상기 EMF 발생기는 제1 EMF 발생기이고, 유체 처리 시스템은:
제2 음파 에너지 발생기; 및
제2 EMF 발생기를 더 포함하는 유체 처리 시스템.
5. 실시예 4에 있어서,
제1 컨트롤러는 사용시, 제2 음파 에너지 발생기와 제2 EMF 발생기를 제어하는 유체 처리 시스템.
6. 실시예 4에 있어서,
사용시, 제2 음파 에너지 발생기와 제2 EMF 발생기를 제어하는 제2 컨트롤러를 더 포함하고, 제1 컨트롤러와 제2 컨트롤러는 네트워크를 통해 연결되는 유체 처리 시스템.
7. 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호, EMF 신호 또는 둘 모두는 사용시, 연속적으로 인가되는 유체 처리 시스템.
8. 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호는 제1 파형을 가지고 EMF 신호는 제2 파형을 가지고, 제1 파형과 제2 파형은 사인파, 사각파, 삼각파, 톱니파, 디랙 펄스파 또는 그 조합으로부터 독립적으로 선택되는 유체 처리 시스템.
9. 실시예 8에 있어서,
제1 파형은 제2 파형과 동기화되는 유체 처리 시스템.
10. 실시예 8에 있어서,
제1 파형은 0도 내지 360도의 범위로 위상 시프트된 제2 파형의 배음인 유체 처리 시스템.
11. 실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호는 펄스화된 음파 신호이거나, EMF 신호는 펄스화된 EMF 신호이거나, 둘 다인 유체 처리 시스템.
12. 실시예 11에 있어서,
펄스화된 음파 신호와 펄스화된 EMF 신호는 동기화되는 유체 처리 시스템.
13. 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호는 제1 주파수를 가지고 EMF 신호는 제2 주파수를 가지고, 제1 주파수는 제2 주파수와 실질적으로 동일한 유체 처리 시스템.
14. 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호, EMF 신호 또는 둘 모두는 가변 주파수를 가지는 유체 처리 시스템.
15. 실시예 1 내지 실시예 14 중 어느 하나의 항에 있어서,
EMF 발생기는 사용시, EMF 신호가 유체의 적어도 일부에 전도성으로 인가되는 둘 이상의 접점을 포함하는 유체 처리 시스템.
16. 실시예 1 내지 실시예 15 중 어느 하나의 항에 있어서,
대기 물 발생기를 더 포함하는 유체 처리 시스템.
17. 용기 내의 유체를 처리하는 단계를 포함하고,
처리하는 단계는:
유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 단계; 및
직접 전도 경로에 의해 유체의 적어도 일부에 EMF(electromagnetic field) 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
18. 실시예 17에 있어서,
음파 신호, EMF 신호 또는 둘 모두는 연속적으로 인가되는 방법.
19. 실시예 17 또는 실시예 18에 있어서,
음파 신호는 제1 파형을 가지고 EMF 신호는 제2 파형을 가지고, 제1 파형과 제2 파형은 사인파, 사각파, 삼각파, 톱니파, 디랙 펄스파 또는 그 조합으로부터 독립적으로 선택되는 방법.
20. 실시예 19에 있어서,
제1 파형은 제2 파형과 동기화되는 방법.
21. 실시예 19에 있어서,
제1 파형은 0도 내지 360도의 범위로 위상 시프트된 제2 파형의 배음인 방법.
22. 실시예 17에 있어서,
음파 신호는 펄스화된 음파 신호이거나, EMF 신호는 펄스화된 EMF 신호이거나, 둘 다인 방법.
23. 실시예 22에 있어서,
펄스화된 음파 신호와 펄스화된 EMF 신호는 동기화되는 방법.
24. 실시예 17 내지 실시예 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호는 제1 주파수를 가지고 EMF 신호는 제2 주파수를 가지고, 제1 주파수는 제2 주파수와 실질적으로 동일한 방법.
25. 실시예 17 내지 실시예 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호, EMF 신호 또는 둘 모두는 가변 주파수를 가지는 방법.
26. 실시예 17 내지 실시예 25 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호 인가는 유체의 일부에 기포를 만드는 방법.
27. 실시예 17 내지 실시예 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호 인가, EMF 신호 인가 또는 둘 모두는 핵 생성을 야기하는 방법.
28. 실시예 17 내지 실시예 27 중 어느 하나의 항에 있어서,
음파 신호 인가, EMF 신호 인가 또는 둘 모두는 초음파 파편화를 야기하는 방법.
29. 실시예 17 내지 실시예 28 중 어느 하나의 항에 있어서,
유체를 처리하는 단계는 제1 컨트롤러에 의하여, 음파 신호와 EMF 신하를 독립적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
30. 실시예 29에 있어서,
유체를 처리하는 단계는 센서에 의하여, 유체의 조건을 모니터링하는 단계 및 센서에 의하여, 조건에 관한 피드백을 제1 컨트롤러로 전송하는 단계를 더 포함하는 방법.
31. 실시예 29 또는 실시예 30에 있어서,
상기 음파 신호는 제1 음파 신호이고, 상기 EMF 신호는 제1 EMF 신호이고, 유체를 처리하는 단계는 제2 컨트롤러에 의하여, 제2 음파 신호와 제2 EMF 신호를 제어하는 단계를 더 포함하고, 제1 컨트롤러와 제2 컨트롤러는 네트워크를 통해 연결되는 방법.
32. 실시예 29 또는 실시예 30에 있어서,
상기 음파 신호는 제1 음파 신호이고, 상기 EMF 신호는 제1 EMF 신호이고, 유체를 처리하는 단계는 제1 컨트롤러에 의하여, 제2 음파 신호 및 제2 EMF 신호를 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
33. 실시예 17 내지 실시예 32 중 어느 하나의 항에 있어서,
유체는 식수, 폐수, 지하수, 표층수, 오수, 중수, 지방 자치 단체로부터의 진흙, 농업으로부터의 진흙, 군대 전진 작전 기지로부터의 진흙, 해수, 생산수, 환류수, 채굴 폐수, 방사선으로 오염된 물, 회수수, 도시 고형 폐기물 침출 폐수, 산업 공정 용수, PFC(perfluorinated compound)로 오염된 물, 냉각수, 석유 원유, 가공된 석유, 석유 기반 연료, 유기 용제, 식물성 기름, 바이오 연료, 합성유, 합성 연료, 인간 생리적 유체, 동물 생리적 유체 또는 그 조합을 포함하는 방법.
34. 실시예 17 내지 실시예 33 중 어느 하나의 항에 있어서,
유체는 부유 고형물, 용해 고형물, 용해 기체, 금속, 금속 염, 무기물, 유기물, 생물학적 물질, 방사선 물질, 조류, 박테리아, 바이러스 또는 그 조합을 포함하는 방법.
35. 실시예 17 내지 실시예 34 중 어느 하나의 항에 있어서,
유체는 물이고, 방법은 대기 물 발생기에 의하여 물을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
36. 제1 AWG(atmospheric water generator) 유닛 및 제2 AWG 유닛을 포함하는 복수의 AWG 유닛을 활성화하는 단계;
복수의 AWG 유닛에 의해 주변 공기로부터 물을 추출하는 단계; 및
물의 적어도 일부를 처리하는 단계를 포함하고,
처리하는 단계는:
물의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 단계; 및
직접 전도 경로에 의해 물의 적어도 일부에 EMF(electromagnetic field) 신호를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
37. 실시예 36에 있어서,
지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하여 제2 AWG 유닛을 비활성화하는 단계를 더 포함하는 방법.
38. 실시예 36에 있어서,
복수의 AWG 유닛을 활성화하는 단계는 지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하는 방법.
39. 실시예 36 내지 실시예 38 중 어느 하나의 항에 있어서,
제1 AWG 유닛, 제2 AWG 유닛 또는 둘 모두는 제1 설정 및 제2 설정을 가지고, 제1 설정은 높은 추출 효율과 높은 에너지 소비를 가지고, 제2 설정은 낮은 추출 효율과 낮은 에너지 소비를 가지는 방법.
40. 실시예 39에 있어서,
제1 AWG 유닛 및 제2 AWG 유닛은 지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하여 제1 설정에서 제2 설정으로 변경되는 방법.
41. 실시예 39에 있어서,
제1 AWG 유닛과 제2 AWG 유닛은 지리, 기후, 기상, 물, 전력 및 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하여 제1 설정으로 동작하는 방법.
42. 실시예 39에 있어서,
제1 AWG 유닛과 제2 AWG 유닛은 지리, 기후, 기상, 물, 전력 및 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하여 제2 설정으로 동작하는 방법.
43. 실시예 37 내지 실시예 42 중 어느 하나의 항에 있어서,
데이터는 실시간으로 수신되는 방법.
44. 실시예 37 내지 실시예 42 중 어느 하나의 항에 있어서,
데이터는 예측적 모델링에 의하여 생성되는 방법.
45. 실시예 37 내지 실시예 42 중 어느 하나의 항에 있어서,
데이터는 하나 이상의 센서로부터의 하나 이상의 판독을 포함하는 방법.
46. 실시예 45에 있어서,
하나 이상의 센서는 습도 센서, 온도 센서, 압력 센서, 풍속 센서 또는 그 조합을 포함하는 방법.
47. 실시예 37 내지 실시예 46 중 어느 하나의 항에 있어서,
복수의 AWG 유닛을 활성화시키는 것은 기상 패턴을 변화시키는 방법.
48. 복수의 AWG(atmospheric water generator) 유닛; 및
물 처리 장치를 포함하고,
복수의 AWG 유닛은:
제1 AWG 유닛; 및
제2 AWG 유닛을 포함하고,
물 처리 장치는:
사용시, 용기 내의 유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 음파 에너지 발생기; 및
사용시, 유체의 적어도 일부에 EMF(electromagnetic field) 신호를 전도성으로 인가하는 EMF 발생기를 포함하는 시스템.
49. 실시예 48에 있어서,
제1 AWG 유닛, 제2 AWG 유닛 또는 둘 모두는 제1 설정 및 제2 설정을 가지고, 제1 설정은 높은 추출 효율과 높은 에너지 소비를 가지고, 제2 설정은 낮은 추출 효율과 낮은 에너지 소비를 가지는 시스템.
50. 실시예 48 또는 실시예 49에 있어서,
하나 이상의 센서를 더 포함하는 시스템.
51. 실시예 50에 있어서,
하나 이상의 센서는 습도 센서, 온도 센서, 압력 센서, 풍속 센서 또는 그 조합을 포함하는 시스템.
52. 실시예 48 내지 실시예 51 중 어느 하나의 항에 있어서,
제1 AWG 유닛 근처의 주변 공기의 혼합을 증가시키도록 구성된 구조물은 더 포함하는 시스템.
53. 실시예 52에 있어서,
구조물은 벽, 배플, 격자, 팬, 풍차, 벤츄리 흐름 공기 시스템 또는 그 조합을 포함하는 시스템.
54. 실시예 48 내지 실시예 53 중 어느 하나의 항에 있어서,
복수의 AWG 유닛은 네트워크를 통해 연결되는 시스템.
55. 실시예 48 내지 실시예 54 중 어느 하나의 항에 있어서,
사용시, 복수의 AWG 유닛, 물 처리 장치 또는 둘 모두를 독립적으로 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 시스템.
용어 “약”은 통상의 기술자가 언급된 수치 또는 범위와 함께 사용할 때, 합리적으로 이에 속하는 의미를 가지는데, 즉 언급된 값이나 범위보다 약간 크거나 약간 적은 것, 언급된 값의 ±20%의 범위 내, 언급된 값의 ±19%, 언급된 값의 ±18%, 언급된 값의 ±17%, 언급된 값의 ±16%, 언급된 값의 ±15%, 언급된 값의 ±14%, 언급된 값의 ±13%, 언급된 값의 ±12%, 언급된 값의 ±11%, 언급된 값의 ±10%, 언급된 값의 ±9%, 언급된 값의 ±8%, 언급된 값의 ±7%, 언급된 값의 ±6%, 언급된 값의 ±5%, 언급된 값의 ±4%, 언급된 값의 ±3%, 언급된 값의 ±2%, 또는 언급된 값의 ±1%를 나타낸다.
용어 “실질적으로”는 통상의 기술자가 항목의 물리적 특성을 서술하려 사용할 때, 합리적으로 이에 속하는 의미를 가지는데, 즉 항목이 언급된 특성에 대해 상당한 정도, 예컨대 언급된 특성의 ±20%의 범위, 언급된 특성의 ±19%, 언급된 특성의 ±18%, 언급된 특성의 ±17%, 언급된 특성의 ±16%, 언급된 특성의 ±15%, 언급된 특성의 ±14%, 언급된 특성의 ±13%, 언급된 특성의 ±12%, 언급된 특성의 ±11%, 언급된 특성의 ±10%, 언급된 특성의 ±9%, 언급된 특성의 ±8%, 언급된 특성의 ±7%, 언급된 특성의 ±6%, 언급된 특성의 ±5%, 언급된 특성의 ±4%, 언급된 특성의 ±3%, 언급된 특성의 ±2% 또는 언급된 특성의 ±1%를 가짐을 나타낸다. 예를 들어, 만약 항목의 직경의 임의의 두 측정이 서로 ±20%, ±19%, ±18%, ±17%, ±16%, ±15%, ±14%, ±13%, ±12%, ±11%, ±10%, ±9%, ±8%, ±7%, ±6%, ±5%, ±4%, ±3%, ±2% 또는 ±1%의 범위 이내라면 항목이 실질적으로 원형으로 간주될 수 있다. 비교기와 함께 사용될 때, 실질적으로는 차이가 언급된 특성의 적어도 ±20%의 범위, 언급된 특성의 ±19%, 언급된 특성의 ±18%, 언급된 특성의 ±17%, 언급된 특성의 ±16%, 언급된 특성의 ±15%, 언급된 특성의 ±14%, 언급된 특성의 ±13%, 언급된 특성의 ±12%, 언급된 특성의 ±11%, 언급된 특성의 ±10%, 언급된 특성의 ±9%, 언급된 특성의 ±8%, 언급된 특성의 ±7%, 언급된 특성의 ±6%, 언급된 특성의 ±5%, 언급된 특성의 ±4%, 언급된 특성의 ±3%, 언급된 특성의 ±2% 또는 언급된 특성의 ±1%임을 의미한다.
본 명세서를 서술하는 문맥(특히 다음 청구항의 문맥)에서 사용되는 용어 “a”, “an”, “the” 및 유사한 구 또는 절은 본 명세서에 다르게 표시되거나 명백히 문맥과 모순되는 것이 아니면 단수와 복수 모두를 포함하는 것(즉, “하나 이상”)으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 기술되는 값의 범위는 범위에 속하는 개별 값 각각을 개별적으로 지칭하는 단축 방법으로 사용되기 의도한 것이다. 본 명세서에서, 임의의 농도 범위, 백분율 범위, 비율 범위 또는 정수 범위는 다르게 표시되지 않으면 기술된 범위 내의 임의의 정수 값 및, 적절한 경우 그 분수(정수의 10분의 1 또는 100분의 1과 같은)를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에 기술되는 크기와 같은 임의의 물리적 특징에 관한 임의의 숫자 범위는 다르게 표시되지 않으면 기술되는 범위 내의 임의의 정수를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 다르게 표시되지 않으면, 각 개별 값은 본 명세서에 개별적으로 기술된 것과 같이 본 명세서에 통합된다.
대안(예컨대, “또는”)의 사용은 대안 중 하나, 모두 또는 그 임의의 조합을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 다양한 실시예는 추가의 실시예들을 제공하도록 결합될 수 있다. 본 명세서의 대안적 요소 또는 실시예의 그룹화는 제한으로 해석되어서는 안된다. 그룹의 각 원소는 개별적으로, 또는 그룹의 다른 원소나 본 명세서에서 찾을 수 있는 다른 요소와의 임의의 조합으로 언급 및 청구될 수 있다.
본 명세서에 서술되는 각 실시예는 특정 언급된 요소, 단계, 성분 또는 구성요소를 포함하거나, 본질적으로 구성되거나, 구성될 수 있다. 용어 “포함한다”는 “포함하지만, 이에 제한되지 않는다”를 의미하고 명시되지 않은 요소, 단계, 성분 또는 구성요소를 심지어 다량 포함하는 것을 허용한다. 구절 “구성된다”는 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 성분 또는 구성요소를 제외한다. 구절 “본질적으로 구성된다”는 실시예의 범위를 명시된 요소, 단계, 성분 또는 구성요소, 및 청구된 개시의 기본적 및 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것으로 제한한다.
본 명세서에 서술되는 특정한 것은 예로서, 본 명세서의 실시예의 설명적인 논의만을 목적으로 한다. 본 명세서에 제공되는 임의의 및 모든 예시 또는 예시적인 언어(예컨대, “와 같은”)의 사용은 본 명세서를 더 잘 나타내도록 의도한 것뿐이며 청구된 바와 같은 명세서의 범위를 제한하지 않는다. 명세서에서 어떠한 언어도 임의의 청구되지 않은 요소가 본 명세서의 실시에 필수적임을 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다. 나아가, 본 명세서에 서술된 모든 방법은 본 명세서에 다르게 표시되거나 문맥과 명백하게 모순되지 않으면 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다.
본 출원이 우선권을 주장하는 2016년 12월 2일 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/429,702호, 2017년 6월 9일 출원된 미국 임시 출원 제62/517,340호 및 2017년 9월 11일 출원된 미국 임시 출원 제62/556,657호는 본 명세서에 전체로서 참조로 통합된다.
상술한 다양한 실시예는 추가의 실시예들을 제공하도록 결합될 수 있다. 본 명세서에 언급되고 및/또는 출원 데이터 시트에 나열되는 모든 미국 특허, 미국 특허 출원 공개 공보, 미국 특허 출원, 외국 특허, 외국 특허 출원 및 비특허 문헌은 본 명세서에 전체로서 참조로 통합된다. 실시예의 양태는 만약 다양한 특허, 출원 및 공개 공보의 개념을 채용하여 추가 실시예를 제공하는데 필요하다면 수정될 수 있다.
상기 상세한 설명에 비추어 이들 및 다른 변화가 실시예에 대해 이루어질 수 있다. 일반적으로, 하기의 청구항들에서 사용되는 용어는 청구항을 명세서에 개시되는 특정 실시예 및 청구항으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 이러한 청구항의 균등물의 전체 범위와 함께 모든 가능한 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 청구항은 명세서로 제한되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 정의는 예시에서 명백하고 모호하지 않게 수정되거나 의미의 적용이 임의의 구성을 무의미하거나 본질적으로 무의미하게 하지 않는 한 임의의 장래의 구성에서 제어하는 것을 의미하고 의도한다. 용어의 구성이 무의미하게 또는 본질적으로 무의미하게 만드는 경우에, 정의는 Webster’s Dictionary 제3판 또는 통상의 기술자에게 알려진 사전에서 취해져야 한다.
주제가 구조적 특징 또는 방법론적 행위 특유의 언어로 서술됐지만, 첨부된 청구항에 정의된 주제는 서술된 특정한 특징 또는 행위에 반드시 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 그보다는, 특정한 특징 및 행위는 청구범위를 구현하는 예시적인 형태로서 기재되는 것이다.

Claims (36)

  1. 처리될 유체를 보유하는 용기;
    사용시, 용기 내의 유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 음파 에너지 발생기;
    사용시, 유체의 적어도 일부에 EMF(electromagnetic field) 신호를 전도성으로 인가하는 EMF 발생기;
    사용시, 음파 에너지 발생기와 EMF 발생기를 독립적으로 제어하는 컨트롤러; 및
    사용시, 미생물을 감지하는, 용기의 상류에 있는, 센서를 포함하며,
    음파 신호와 EMF 신호의 주파수, 진폭, 파형, 위상 시프트 및 감쇠율 중 하나 이상은, 센서에 의해 감지된 레벨에서 미생물에 가장 잘 영향을 줄 수 있는 상관된 신호 세트를 달성하기 위해, 센서에 의해 전송되는 데이터에 응답하여 컨트롤러에 의해 조정되고,
    상기 컨트롤러는, 상기 유체 내의 미생물에 손상을 주기 위해,
    (1) 음파 신호는 주파수를 가지며, EMF 신호는 음파 신호의 주파수의 고조파의 정수값인 주파수로 규칙적으로 펄스화되는 경우; (2) 음파 신호는 주파수를 가지고, EMF 신호도 주파수를 가지며, 음파 신호와 EMF 신호 중 하나의 주파수는 다른 하나의 주파수의 n배이고, n은 0 이외의 정수인 경우; (3) EMF 신호는 파형을 가지며, 음파 신호는 EMF 신호의 파형의 고조파인 경우; (4) 음파 신호는 주파수를 가지며, EMF 신호는 위상 변이 없이 음파 신호와 동일한 주파수로 규칙적으로 펄스화되는 경우; (5) 음파 신호는 주파수를 가지며, EMF 신호는 EMF 신호가 음파 신호의 압축파의 시작점에서 발생하도록 음파 신호와 동일한 주파수로 펄스화되는 경우; 및 (6) 상기 (1) 내지 상기 (5)의 조합의 경우 중 하나에 따라, 상기 EMF 발생기로부터의 신호 및 상기 음파 에너지 발생기로부터의 신호를 동기화하도록 구성되는, 유체 처리 시스템.
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  7. 청구항 1에 있어서,
    대기 물 발생기를 더 포함하는 유체 처리 시스템.
  8. 용기 내의 유체를 처리하기 위해,
    용기로의 유체 공급에서 미생물과 오염물 중 적어도 하나의 레벨을 감지하는 단계;
    유체의 적어도 일부에 음파 신호를 인가하는 단계;
    직접 전도 경로에 의해 유체의 적어도 일부에 EMF(electromagnetic field) 신호를 인가하는 단계; 및
    유체 공급에서 감지된 미생물과 오염물 중 적어도 하나의 레벨에 응답하여, 감지된 레벨에서 미생물과 오염물 중 적어도 하나에 가장 잘 영향을 줄 수 있는 상관된 신호 세트를 달성하기 위해, 인가된 음파 신호, 인가된 EMF 신호 또는 둘 다의 신호 주파수, 진폭, 파형, 위상 시프트 및 감쇠율 중 하나 이상을 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 조정하는 단계는, (1) 음파 신호는 주파수를 가지며, EMF 신호는 음파 신호의 주파수의 고조파의 정수값인 주파수로 규칙적으로 펄스화되는 경우; (2) 음파 신호는 주파수를 가지고, EMF 신호도 주파수를 가지며, 음파 신호와 EMF 신호 중 하나의 주파수는 다른 하나의 주파수의 n배이고, n은 0 이외의 정수인 경우; (3) 음파 신호는 파형을 가지고, EMF 신호는 파형을 가지며, 음파 신호와 EMF 신호는 음파 신호가 EMF 신호의 파형의 고조파이도록 인가되는 경우; (4) 음파 신호는 주파수를 가지며, EMF 신호는 주파수를 가지고, EMF 신호는 위상 변이 없이 음파 신호와 동일한 주파수로 규칙적으로 펄스화되는 경우; (5) 음파 신호는 주파수를 가지고, EMF 신호는 주파수를 가지며, EMF 신호가 음파 신호의 압축파의 시작점에서 발생하도록 EMF 신호와 음파 신호의 인가 시간이 정해지는 경우; 및 (6) 상기 (1) 내지 상기 (5)의 조합의 경우 중 하나에 따라, 상기 음파 신호와 상기 EMF 신호를 동기화하는 단계를 포함하는, 유체 처리 방법.
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  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 음파 신호를 인가하는 단계는 유체의 일부에 기포를 만드는 유체 처리 방법.
  13. 청구항 8 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 음파 신호를 인가하는 단계, 상기 EMF 신호를 인가하는 단계 또는 둘 모두는 핵 생성을 야기하는 유체 처리 방법.
  14. 청구항 8 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 음파 신호를 인가하는 단계, 상기 EMF 신호를 인가하는 단계 또는 둘 모두는 초음파 파편화를 야기하는 유체 처리 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
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  18. 청구항 8 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 유체는 물이고,
    상기 방법은 대기 물 발생기에 의하여 물을 생성하는 단계를 더 포함하는 유체 처리 방법.
  19. 제1 AWG(atmospheric water generator) 유닛 및 제2 AWG 유닛을 포함하는 복수의 AWG 유닛을 활성화하는 단계;
    복수의 AWG 유닛에 의해 주변 공기로부터 물을 추출하는 단계; 및
    청구항 8의 유체 처리 방법을 사용하여, 물의 적어도 일부를 처리하는 단계를 포함하는, 유체 처리 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하여 제2 AWG 유닛을 비활성화하는 단계를 더 포함하는 유체 처리 방법.
  21. 청구항 19에 있어서,
    복수의 AWG 유닛을 활성화하는 단계는 지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하는 유체 처리 방법.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 AWG 유닛, 상기 제2 AWG 유닛 또는 둘 모두는 제1 설정 및 제2 설정을 가지고, 제1 설정은 높은 추출 효율과 높은 에너지 소비를 가지고, 제2 설정은 낮은 추출 효율과 낮은 에너지 소비를 가지는 유체 처리 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    제1 AWG 유닛 및 제2 AWG 유닛은 지리, 기후, 기상, 물, 전력 또는 그 조합에 관한 데이터에 적어도 부분적으로 기반하여 제1 설정에서 제2 설정으로 변경되는 유체 처리 방법.
  24. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
    데이터는 실시간으로 수신되는 유체 처리 방법.
  25. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
    데이터는 예측적 모델링에 의하여 생성되는 유체 처리 방법.
  26. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
    데이터는 하나 이상의 센서로부터 수집된 하나 이상의 데이터를 포함하는 유체 처리 방법.
  27. 청구항 26에 있어서,
    하나 이상의 센서는 습도 센서, 온도 센서, 압력 센서, 풍속 센서 또는 그 조합을 포함하는 유체 처리 방법.
  28. 복수의 AWG(atmospheric water generator) 유닛; 및
    청구항 1의 유체 처리 시스템을 포함하고,
    복수의 AWG 유닛은:
    제1 AWG 유닛; 및
    제2 AWG 유닛을 포함하는, 유체 처리 시스템.
  29. 청구항 28에 있어서,
    제1 AWG 유닛 근처의 주변 공기의 혼합을 증가시키도록 구성된 구조물을 더 포함하는, 유체 처리 시스템.
  30. 청구항 29에 있어서,
    구조물은 벽, 배플, 격자, 팬, 풍차, 벤츄리 흐름 공기 시스템 또는 그 조합을 포함하는, 유체 처리 시스템.
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