KR20150080623A - 초음파 진동을 이용한 포울링 및 스케일링 방지를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

초음파 진동을 이용한 포울링 및 스케일링 방지를 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

초음파 진동을 사용하여 멤브레인의 스케일링 및 포울링을 방지하거나 또는 그렇지 않으면 이를 감소시키기 위한 장치 및 방법이 여기에 설명된다. 하나의 예시적인 방법은 (1) 용액을 멤브레인 조립체의 멤브레인에 지향시키는 단계; 및 (2) 멤브레인에 물리적으로 결합된 압전 재료가 멤브레인으로 지향되는 초음파를 생산하도록 유발시키는 단계를 포함하며, 상기 멤브레인은 용액의 용매를 멤브레인을 통해 제1 비율로 통과시키며, 상기 멤브레인은 용액의 용질의 적어도 일부가 멤브레인을 통과하는 것을 방지하며, 상기 초음파는 멤브레인의 적어도 일부에 진동을 유도하고, 그에 따라 용액의 용매가 제1 비율 보다 더 큰 제2 비율로 멤브레인을 통과시킨다.

Description

초음파 진동을 이용한 포울링 및 스케일링 방지를 위한 장치 및 방법{APPARATUSES AND METHODS FOR PREVENTING FOULING AND SCALING USING ULTRASONIC VIBRATIONS}
본 출원은 그 전체가 여기에 참조 인용된, 발명의 명칭이 "물 탈염(desalination)의 비용 절감"이고 2012년 11월 5일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/722,674호를 우선권으로 주장한다.
여기에서 달리 언급하지 않는 한, 이 섹션에서 설명된 재료는 본 출원의 청구범위에 대해 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함됨으로써 종래 기술로 받아들여지지 않는다.
신선한 물에 대한 사회의 수요는 지속적으로 증가하고 있다. 일부 지역에서는 신선한 물에 대한 수요가 사용가능한 신선한 물의 공급량을 초과할 수 있다. 그런 지역에서는 해수에서 신선한 물을 추출하는 공정인 탈염이 신선한 물의 공급의 증가를 돕는데 사용될 수 있다.
해수 탈염에는 몇 가지 방법이 있다. 예를 들어 역삼투는 해수를, 신선한 물을 허용하고 염분 및 다른 용질(solute)을 거부하는 멤브레인(membrane)을 강제로 통과시키는 단계를 포함하는 선도적인 담수화 방법이다. 일반적으로 탈염 방법은 많은 어려움을 가질 수 있다. 예를 들어, 그런 방법들은 실시하기에 비용이 많이 들 수 있고, 다량의 에너지를 필요로 할 수 있다.
또한, 특별한 탈염 방법의 다른 변경은 그 자체의 고유한 문제를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 역삼투 탈염에서, 멤브레인 포울링(fouling)은 다른 부정적인 영향들 중, 멤브레인의 투과성을 감소시키거나 멤브레인을 파괴할 수도 있다. 넓은 의미에서, 포울링은 용질 또는 입자가 멤브레인 표면에 부착하거나 또는 멤브레인의 구멍을 막아서 멤브레인의 성능을 저하시킬 수 있는 방법으로 언급된다. 포울링은 다른 발생가능한 원인 중, 멤브레인 표면에 무기 염류의 층을 형성하는 스케일링(scaling)의 결과물일 수 있다.
포울링 및 스케일링 효과에 대처하기 위해서, 멤브레인을 통과하기 전에 화학물질을 해수에 첨가할 수 있다. 그러나 해수가 탈염된 후, 이런 화학물질이 폐기 부산물에 남아있을 수 있으며, 상기 폐기 부산물은 다시 주위 환경으로 전해져서, 생태계에 해를 일으키는 원인이 될 수 있다.
포울링 및 스케일링의 효과를 감소하려는 다른 노력에는 멤브레인을 통한 고속으로 해수를 추진시키는 것을 포함할 수 있다. 이런 노력은 멤브레인 표면 상에 포울링 재료의 축적을 감소시킬 수는 있지만, 그러나 멤브레인을 손상시키거나 또는 그렇지 않으면 멤브레인의 수명을 감소시킬 수도 있다.
다른 탈염 및 여과 방법도 또한 포울링 및 스케일링의 문제에 직면할 수 있다. 예를 들어, 그런 문제는 전방(forward) 삼투 탈염 및 물 여과 방법에서 직면하게 될 수 있다. 멤브레인을 이용하는 다른 유체 처리방법도 또한 상기 문제에 직면할 수 있다. 따라서 포울링 및 스케일링 없이 멤브레인을 유지하는 개선된 방법이 필요하다.
전술한 바와 같이, 탈염을 포함하는 여과 방법은 멤브레인 포울링 및 스케일링의 도전에 직면하고 있다. 멤브레인을 통과하기 전에 용액에 화학물질을 첨가하여, 포울링 및 스케일링을 약간은 감소시킬 수 있다. 그러나 상기 화학물질이 환경에 해로울 수 있다. 또한, 용액을 고속으로 멤브레인을 통과시키는 추진방식은 포울링, 재료의 축적을 최소로 감소시킬 수 있다. 그러나 이러한 추진방식은 멤브레인의 수명 및/또는 멤브레인의 효능을 감소시킬 수 있다.
초음파 진동을 이용하여 멤브레인의 포울링 및 스케일링을 막거나 감소시키기 위한 장치 및 방법이 여기에 설명된다. 미크론 이하(submicron)의 포울링 재료 또는 이 보다 큰 포울링 재료에 대한 진동은 멤브레인의 구멍 근방 또는 구멍에 축적될 수 있는 축적물의 층을 파괴하여, 용매(예를 들어, 물)가 멤브레인을 통해 수월하게 이동하게 한다. 포울링 및 스케일링의 감소의 결과로서, 본원의 장치 및 방법은 특정 처리 과정에서 필요한 용액의 추진 속도를 감소시킬 수 있다. 따라서 상기 방법 및 장치가 멤브레인의 효능과 멤브레인의 사용 수명을 증가시키는 데 도움이 될 것이다. 여기에 설명되는 장치 및 방법은 포울링 또는 스케일링에 민감할 수 있는 멤브레인을 이용하는 임의의 시스템 또는 장치에 적용될 수 있다.
제1 양태에서는 멤브레인 조립체가 제공된다. 멤브레인 조립체는 (1) 용액의 용매가 멤브레인을 통과하는 것을 허용하도록 구성되고, 용액의 적어도 일부 용질이 멤브레인을 통과하는 것을 막도록 구성되는 멤브레인; 및 (2) 상기 멤브레인에 물리적으로 결합되며, 멤브레인으로 향하는 초음파를 생성하여, 멤브레인의 적어도 일부분에서 진동을 유도하도록 구성된 압전 재료(piezoelectric material)를 포함할 수 있다.
제2 양태에서는 방법이 제공된다. 상기 방법은 (1) 용액을 멤브레인 조립체의 멤브레인으로 향하게 하는 단계, 및 (2)멤브레인에 물리적으로 결합된 압전 재료가 멤브레인으로 향하는 초음파를 생성하도록 하는 단계를 포함하며, 상기 멤브레인은 제1속도로 멤브레인을 통해 용액의 용매를 통과시키며, 상기 멤브레인은 용액의 용질의 적어도 일부가 멤브레인을 통해 통과하는 것을 막고; 상기 초음파는 멤브레인의 적어도 일부에 진동을 유도하여, 용액의 용매가 제1 비율보다 더 큰 제2 비율로 멤브레인을 통과한다.
제3 양태에서는 멤브레인 조립체가 제공된다. 멤브레인 조립체는 (1) 용액의 용매가 멤브레인을 통과할 수 있도록 구성되고, 용액의 용질의 적어도 일부가 멤브레인을 통과하는 것을 막도록 구성되는 멤브레인; (2) 멤브레인에 물리적으로 결합되며 용액이 멤브레인 조립체를 통해 지향하도록 구성된 스페이서; 및 (3) 스페이서에 물리적으로 결합되고, 멤브레인으로 지향되는 초음파를 생성하고 그에 따라 멤브레인의 적어도 일부분에서 진동을 유도하도록 구성되는 압전 재료를 포함한다.
상기 양태 및 그 밖의 다른 양태에서의 이점 및 대안은, 첨부 도면을 참조하여 설명되는 이하의 상세한 설명을 통해 당업자에게 명백히 나타나게 될 것이다.
도 1은 실시예에 따른, 예시적인 멤브레인 조립체를 포함하는 처리 시스템의 간략화된 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른, 상기 예시적인 멤브레인 조립체의 실시예의 간략화된 블록도이다.
도 3은 실시예에 따른, 예시적인 멤브레인 조립체의 평면도이다.
도 4a-도 4f는 예시된 실시예에 따르는 예시적인 멤브레인 조립체의 실시예의 간략화된 블록도이다.
도 5a는 실시예에 따른, 멤브레인 조립체의 예시적인 적용을 도시한 도면이다.
도 5b는 실시예에 따른, 도 5a의 멤브레인 조립체를 나타낸다.
도 6a는 실시예에 따른, 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6b는 도 6a의 예시적인 방법에 따른, 제1시점에 멤브레인 조립체이다.
도 6c는 도 6a의 예시적인 방법에 따른, 제2시점에 도 6b의 멤브레인 조립체이다.
다음의 상세한 설명에서, 참조는 본 출원의 일부를 형성하는 첨부 도면에서 이루어진다. 문맥상 다르게 지칭하지 않는 한, 도면에서 유사한 기호는 전형적으로 유사한 구성요소로 나타내었다. 상세한 설명, 도면, 및 청구범위에 기재된 예시적인 실시예는 제한적인 의미로 설명된 것은 아니다. 다른 실시예가 이용될 수 있고, 다른 변경이 본 발명의 주제의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 일반적으로 본 명세서에 설명되고 도면에 예시된 바와 같은 본원의 양태는, 명시적으로 이들 모두가 시도될 수 있는, 다양한 다른 구성으로 배치, 대체, 결합, 분리, 및/또는 설계될 수 있는 것임을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
1. 소개
일 예로서 역삼투 탈염에서 포함하는, 다양한 상황에서 초음파 진동을 이용하여 멤브레인의 포울링 및 스케일링을 감소시키는 것을 돕는 장치 및 방법의 양태가 여기에 설명된다. 본원의 멤브레인 조립체의 실시예는 멤브레인 조립체의 멤브레인으로 초음파가 향하도록 구성할 수 있다. 초음파는 압전 재료로 생성할 수 있다. 또한, 실시예에서, 초음파는 멤브레인의 표면에서 진동을 유도할 수 있으며, 따라서 멤브레인에 무기물 입자 및/또는 유기물이 정착하는 것을 막고 및/또는 멤브레인으로부터 그런 정착된 입자의 적어도 일부가 분리되게 한다. 그 결과, 여기에 설명되는 멤브레인 조립체를 사용하여 멤브레인의 효능 및/또는 수명을 증가시키고, 이에 의해 멤브레인을 이용하는 처리 시스템의 운영 비용을 절감할 수 있다.
전술한 바와 같이, 일 실시에 있어서, 개시된 멤브레인 조립체는 역삼투 탈염 시스템에 사용될 수 있다. 전형적으로, 이런 시스템에서, 스케일링, 포울링, 및 용액의 고속 추진은 멤브레인의 수명 및/또는 효능을 감소시킬 수 있다. 이런 시스템의 추가적인 바람직하지 않은 부산물은 또한 주위 환경에 축적되는 유해한 화학물질을 포함할 수 있다. 여기에 설명되는 멤브레인 조립체는 포울링 및 스케일링을 줄일 수 있고, 용액의 필요한 추진 속도를 줄일 수 있는 것이다.
2. 예시적인 시스템
단지 상황 및 설명을 목적으로, 개시된 멤브레인 조립체를 포함하는 예시적인 처리 시스템을 설명한다. 그러나 여기에 설명되는 멤브레인 조립체의 양태는 다른 처리 시스템을 포함하는 다른 시스템들 및/또는 다른 상황에서 이용될 수 있음을 인식해야 한다. 따라서 아래에 설명되는 예시적인 처리 시스템은 개시된 멤브레인 조립체가 이용될 수 있는 처리 시스템의 일 예에 불과한 것으로 이해되어야 하며, 제한적인 것으로 받아들여지지 않는다.
a. 예시적인 처리 시스템
도 1은 실시예에 따른, 예시적인 멤브레인 조립체(200)를 포함하는 처리 시스템(100)의 간략화된 블록도를 도시한다.
처리 시스템(100)은 수처리(water treatment) 시스템(예를 들어, 탈염 시스템 또는 물 여과 시스템), 또는 용질과 용매를 함유하는 용액을 수용하고 그 후 용매 및 용질의 (많아 봐야) 일부분을 출력할 수 있는 다른 처리 시스템일 수 있다.
처리 시스템(100)은 펌프(110)에 결합되는 용액 공급원(105)을 포함하며, 상기 펌프는 다시 멤브레인 조립체(200)에 결합될 수 있다. 멤브레인 조립체(200)는 폐기물 저장조(120) 및 출력 저장조(125)에 결합될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 멤브레인 조립체(200)는 제어 장치(130)에 서로 통신 가능하게 결합될 수 있다. 또한 특정 실시예에서는, 제어 장치(130)가 펌프(110)에 서로 통신 가능하게 결합될 수도 있다. 대안적으로, 제어 장치(130) 이외의 제어 장치가 펌프(110)에 서로 통신 가능하게 결합될 수 있다. 또한 처리 시스템(100)의 다른 구성요소도 제어 장치(130)에 서로 통신 가능하게 결합될 수 있다.
처리 시스템(100)의 다양한 구성요소들은 용액이 처리 시스템(100)을 통해 지향하도록 구성될 수 있는 하나 또는 그 이상의 어댑터, 피팅, 가스켓, 밸브, 등(이하, 간단히 "어댑터"라 지칭한다)을 각각 포함할 수 있음을 인식해야 한다. 따라서 각종 구성요소가 용액이 처리 시스템(100)을 통해 흐를 수 있도록 임의의 적절한 튜빙, 파이핑 또는 다른 배관 장치를 통해 서로 결합될 수 있다.
용액 공급원(105)은 용액을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 용액 공급원(105)은 용액을 함유하도록 구성되었거나 함유하는데 적합하게 형성된 장치일 수 있다. 예를 들어, 용액 공급원(105)은 대형 탱크(vat), 욕조, 탱크, 또는 임의의 다른 적절한 용기일 수 있다. 다른 실시예에서, 용액 공급원(105)은 용액이 자연 환경에 존재하는 임의의 장소일 수 있다. 예를 들어, 용액 공급원(105)은 다른 예들 중, 바다 또는 호수일 수 있다.
용액은 용매 및 용질을 포함하는 임의의 액체 혼합물일 수 있다. 일 예에서, 용매는 물을 포함할 수 있으며, 용질은 염 및/또는 다른 미네랄을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 용매는 물을 포함하고, 용질은 폐기물(예를 들어, 병원균, 유기입자, 무기입자, 독극물 등)을 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시예들도 가능하다. 여기에 사용된 "용액"이라는 용어는 일반적으로, 여과되는 유체를 지칭하며, 여기에 사용된 "용매"라는 용어는 여과되는 유체를 지칭하는 것임을 인식해야 한다.
용액 공급원(105)은 펌프(110)로 용액을 방출하게 구성될 수 있다. 펌프(110)는 소정의 압력으로 용액을 가압하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 펌프(100)는 용액이 멤브레인 조립체(200)를 통과할 때 용액에 소정의 압력을 발휘하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프(110)는 용액을 가압하여 멤브레인 조립체(200)에서 특정 속도로 압력 용액을 방출하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 펌프(110)는 제어 장치(130)로부터 신호를 수신하여 수신된 신호에 따라 용액을 가압하도록 구성될 수 있다.
일 예에서, 소정의 압력은 1300 psi에 이르는 압력일 수 있다. 다른 예에서, 소정의 압력은 900 psi 내지 1100 psi 범위를 포함하는 압력일 수 있다. 다른 예에서, 소정의 압력은 약 250 psi 내지 1200 psi의 압력일 수 있다. 다른 압력도 가능하다.
폐기물 저장조(120)는 임의의 적절한 대형 탱크, 욕조, 탱크, 또는 용질을 포함하도록 구성되는 다른 적절한 용기일 수 있다. 폐기물 저장조(120)는 멤브레인 조립체(200)로부터 지향된 폐기물(예를 들어, 용질)을 수용하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 폐기물 저장조(120)는 염수(brine)를 수용하고 포함하게 구성될 수 있다.
출력 저장조(125)는 임의의 적절한 대형 탱크, 욕조, 탱크, 또는 용매를 포함하도록 구성된 다른 적절한 용기일 수 있다. 출력 저장조(125)는 멤브레인 조립체(200)로부터 방출 용매(예를 들어, 물)를 수용하도록 구성될 수 있다. 방출 용매는 입력 용액으로부터의 일부 용질을 포함할 수 있는 것으로 이해한다. 예를 들어, 방출 용매는 입력 용액으로부터의 용질의 약 1 % 내지 10 %를 포함할 수 있다. 그러나 방출 용매는 입력 용액으로부터 더 많거나 또는 더 적은 용질을 포함할 수 있다.
제어 장치(130)는 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램 명령을 실행하도록 구성될 수 있다. 제어 장치(130)는 처리 시스템(100)의 특정 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(130)는 펌프(110)가 용액을 가압하도록 구성될 수 있고 및/또는 제어 장치(130)는 멤브레인 조립체(200)의 압전 재료가 초음파를 생성하도록 구성될 수 있다. 다른 예에서, 제어 장치(130)는 용액이 처리 시스템(100)을 통해 지향되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(130)는 작동기가 하나 또는 그 이상의 밸브를 개폐하게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 장치(130)는 용액 공급원(105)의 밸브를 개방하게 구성되어 용액이 멤브레인 조립체(200)에 들어가도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 장치(130)는 멤브레인 조립체(200)의 서브시스템을 제어하도록 구성될 수 있다.
처리 시스템(100)은 본 발명으로부터 이탈하지 않는 범위 내에서, 도시되지 않은 하나 또는 그 이상의 구성요소를 포함할 수 있고, 및/또는 처리 시스템(100)은 도시된 구성요소 중 하나 이상을 포함할 수 있는 것으로 이해한다. 또한, 처리 시스템(100)은 멤브레인 조립체(200)에 대한 일례의 상황을 제공하게 묘사되었고, 멤브레인 조립체(200)는 다른 시스템에서 이용될 수 있는 것으로 이해한다. 예를 들어, 멤브레인 조립체(200)는 전방 삼투 수처리 시스템, 폐수 처리 시스템, 여과 시스템, 또는 멤브레인을 이용하는 임의의 다른 시스템에서 이용될 수 있다.
b. 예시적인 멤브레인 조립체
도 2는 처리 시스템의 일부로서[예를 들어, 도 1의 처리 시스템(100)] 실시될 수 있는 개시된 멤브레인 조립체(200)의 실시예의 간략화된 블록도이다. 멤브레인 조립체(200)는 마찬가지로 다른 시스템에서도 실시될 수 있다.
멤브레인 조립체(200)는 멤브레인(210)에 물리적으로 결합된 압전 재료(220)를 포함할 수 있다. 압전 재료(220)는 많은 방법으로 멤브레인(210)에 물리적으로 결합될 수 있는 것으로 이해한다. 일반적으로, 압전 재료(220)는 압전 재료(220)에 의해 생성된 초음파가 멤브레인(210)과 상호 작용할 수 있는 임의의 방법으로 멤브레인(210)에 물리적으로 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 멤브레인(210)과 압전 재료(220)는 서로 직접적으로 접촉할 수 있다. 다른 실시예에서는, 멤브레인(210)과, 압전 재료(220) 사이에 개재되는 적어도 하나의 층이 존재할 수 있다.
일반적으로, 멤브레인(210)은 다른 재료가 그를 통과하는 것을 막으면서 선택적으로 특정 분자 또는 이온의 통과를 허용하는 구멍을 포함하는 반투과성 멤브레인일 수 있다. 즉, 멤브레인(210)은 용액(230)의 용매(235)가 멤브레인(210)을 통과시키면서, 용액(230)의 용질(240)의 적어도 일부가 멤브레인(210)을 통과하는 것을 막도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 멤브레인(210)은 입력 용액의 용질의 약 90 % 내지 99 %를 차단하게 구성될 수 있다. 멤브레인(210)은 멤브레인 조립체(200)가 실시되는 특정 처리 시스템에 따른 임의의 적절한 멤브레인일 수 있다.
일 실시예에서, 멤브레인(210)은 나노-여과 멤브레인일 수 있다. 이와 같이, 멤브레인(210)은 1 ~ 10 옹스트롬의 범위의 구멍 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 하나의 예에서, 멤브레인(210)은 3000 달톤(Dalton)의 "MWCO"(molecular weight cut-off)을 가지도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 멤브레인(210)은 약 1000-5000 달톤의 MWCO를 갖도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 멤브레인(210)은 미크론 이하(sub-micro) 여과 멤브레인, 마이크로(micro) 여과 멤브레인 또는 울트라(ultra) 여과 멤브레인일 수 있다.
멤브레인(210)은 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다. 특정 실시예에서, 멤브레인(210)은 박막 복합 멤브레인(thin-film composite membrane)일 수 있다. 특히, 멤브레인(210)은 다른 예들 중, 적어도 폴리아미드 또는 폴리에틸렌 설폰을 포함할 수 있다.
압전 재료(220)는 멤브레인(210)으로 향하는 초음파를 생성함으로써, 멤브레인(210)의 적어도 일부에 진동을 유도하도록 구성될 수 있다. 압전 재료(220)는 멤브레인(210)에 대해 수직 또는 경사진 방향으로 초음파가 지향하게 구성하거나 다르게 배치될 수 있다. 그 결과로, 발생한 진동이 멤브레인(210)의 표면에 대해 수직 또는 경사지게 할 수 있다. 특정 실시예에서는, 멤브레인(210)에 유도된 진동이 멤브레인(210)으로 지향된 초음파와 동일하거나 유사한 주파수 및/또는 진폭을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서는, 압전 재료(220)도 초음파가 용액, 용질 및/또는 용매에 침투하도록 구성될 수 있다. 따라서 용매의 흐름을 방해하는 불순물이 멤브레인(210)의 경계층 밖으로 분쇄될 수 있도록, 압전 재료(220)가 용액 및/또는 멤브레인(210)에 모멘텀을 추가할 수 있는 초음파를 생성하도록 구성될 수 있다.
압전 재료(220)는 역 압전 효과가 나타나게 구성되는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 압전 재료(220)는 다른 예의 압전 재료 중에서, 압전 결정(crystal), 압전 세라믹(예를 들어, 납 지르콘 티탄산 염), 또는 압전 폴리머[예를 들어, 폴리비닐리덴 2불화물("PVDF")]일 수 있다.
다른 실시예에서, 압전 재료(220)는 투과성 또는 불투과성으로 구성될 수도 있다. 특정 실시예에서, 압전 재료(220)는 압전 재료(220)가 가요성이 되도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 압전 재료(220)는 멤브레인(210)과 동일한 형상으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 압전 재료(220)는 나선형으로 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 압전 재료(220)는 강성(rigid)으로 구성될 수 있다.
특정 실시예에서, 압전 재료(220)는 임의의 적절한 기하학적 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 압전 재료(220)는 다른 형상들 중, 디스크, 정사각형, 직사각형, 또는 삼각형으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 압전 재료(220)의 형상 및/또는 크기는 멤브레인 조립체(200)가 실시되는 처리 시스템의 크기 및/또는 형상에 따를 수 있다.
일부 실시예에서, 압전 재료(220)는 멤브레인(210)에 대한 지지 구조물로서 구성될 수 있다. 이와 같이, 압전 재료(402)는 다양한 방식으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 멤브레인 조립체(300)의 평면도를 도시한 도 3을 참조하여 설명하면, 압전 재료(220)는 멤브레인(210)의 외주 둘레에 배치되고, 멤브레인(210)의 표면에 물리적으로 결합될 수 있다. 이런 예에서, 압전 재료(220)는 불투과성 재료로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 압전 재료(220)는 (도 2에 도시된 바와 같이) 멤브레인(210)과 동일한 형상 및/또는 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 압전 재료(220)는 전체적으로 또는 부분적으로 투과성 재료로 제조될 수 있다. 일 예에서, 압전 재료(220)는 투과성 재료와 불투과성 재료 모두로 제조될 수 있다. 다른 실시예들도 가능하다.
다시 도 2를 참조하여 설명하면, 특정 실시예에서, 멤브레인 조립체(200)는 선택적으로 압전 제어 장치(225)를 포함할 수 있다. 압전 제어 장치(225)는 압전 재료(220)가 초음파를 생성하도록 압전 재료(220)에 신호를 보내도록 구성될 수 있다. 압전 제어 장치(225)는 신호를 생성하도록 구성될 수 있는 신호 발생기와, 신호가 압전 재료(220)로 전송되기 전에 신호를 증폭하도록 구성될 수 있는 신호 증폭기를 포함할 수 있다. 신호 발생기는 특정 진폭 및 특정 주파수의 신호를 출력하도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기는 약 100 mVpp 내지 900 mVpp의 진폭과 약 20 kHz 내지 300 MHz의 주파수의 신호를 출력하도록 구성할 수 있다. 신호 증폭기는 전력 증폭기, 수요 당 전력(power-per-demand), 또는 임의의 다른 증폭기 유형일 수 있다.
압전 제어 장치(225)는 또한 다른 구성요소 중, 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 프로그램 명령들을 실행하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 압전 제어 장치(250)는 제어 장치(130)일 수 있다. 다른 실시예에서, 압전 제어 장치(225)는 제어 장치(130)의 서브시스템/장치일 수 있다.
일부 실시예에서, 멤브레인 조립체(200)는 또한 선택적으로 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 냉각 시스템은 용액(230)의 온도 및/또는 압전 재료(220)의 동작 온도를 가변적이도록 구성할 수 있다. 예를 들면, 냉각 시스템은 용액(230)의 온도를 감소하도록 구성될 수 있다. 이런 예에서, 용액(230)은 멤브레인 조립체(200)에 들어가기에 앞서 또는 일단 멤브레인 조립체(200)에 들어가서 냉각될 수 있다. 다른 예에서, 냉각 시스템은 압전 재료(220)의 적어도 일부의 둘레로 냉각제를 순환 시키도록 구성될 수 있다.
c. 예시적인 멤브레인 조립체
도 2는 처리 시스템에서 실시될 수 있는 하나의 예시적인 멤브레인 조립체를 나타낸다. 다른 멤브레인 조립체도 또한 본원에서 고려된다. 아래에서 다양한 상기 예의 멤브레인 조립체와 그 양태가 논의된다. 그러나 이것은 단지 예시 및 설명을 위한 것임을 인식해야 한다. 다른 예들이 있을 수 있으며, 또한 청구범위는 여기에 설명되는 특정한 예 또는 양태로 제한되지 않는다.
도 4a-도 4f는 예시된 실시예에 따른 예시적인 멤브레인 조립체를 나타내고 있다. 명확한 도시를 위해, 예시적인 멤브레인 조립체는 특정 구성요소[예를 들면, 압전 제어 장치(225)]를 갖지 않는 상태를 나타내고 있다. 그러나 그런 구성요소는 내용이 달리 기재되지 않는 한, 멤브레인 조립체에 통신 가능하게 결합될 수 있음을 인식해야 한다.
또한, 예시적인 멤브레인 조립체는 멤브레인, 압전 재료 및/또는 스페이서의 각종 조합을 포함하는 것으로 아래에서 설명될 수 있다. 내용이 다르게 기재되지 않는 한, 멤브레인은 전술한 어떤 멤브레인[예를 들어, 멤브레인(210)]을 지칭할 수 있으며, 압전 재료는 전술한 압전 재료[예를 들어, 압전 재료(220)]를 지칭할 수 있음을 인식해야 한다.
여기에 설명된 바와 같은 스페이서에 대해, 스페이서는 멤브레인을 지지하도록 구성된 재료일 수 있으며, 유체가 멤브레인으로 흘러가는 흐름을 촉진한다. 일부 실시예에서, 스페이서는 물리적으로 멤브레인에 결합되는 비-액체 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스페이서는 다공성 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 스페이서는 다른 재료 중, 다공성 플라스틱으로 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 스페이서는 멤브레인으로 초음파가 지향하도록 구성될 수 있다. 따라서 스페이서는 압전 폴리머와 같이, 전체적으로 또는 부분적으로 투과성 재료 또는 불투과성 압전 재료로 제조될 수 있다.
도 4a는 멤브레인 조립체(400)의 간략화된 측면도이다. 멤브레인 조립체(400)는 압전 재료(402)에 물리적으로 결합된 멤브레인(401)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 멤브레인 조립체(400)는 용매(235)가 압전 재료(402)를 통과하고, 다음 멤브레인(401)이 압전 재료(402)와 멤브레인(401)에 대해 수직 또는 경사 방향으로(검은 색 화살표로 표시된 바와 같이) 통과하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 멤브레인 조립체(400)는 용매가 멤브레인(401)을 통과하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 멤브레인 조립체(400)는 이것이 멤브레인 조립체(400) 위를 통과할 때 용액(230) 상에 압력이 발휘될 수 있도록 구성될 수 있으며, 이것은 용액(230)이 압전 재료(402) 및 멤브레인(401)을 향해 지향되게 할 수 있음을 인식해야 한다.
도 4b는 예시적인 멤브레인 조립체(410)의 간략화된 도면을 도시하고 있다. 멤브레인 조립체(410)는 제1 스페이서(412)에 물리적으로 결합되는 제1 압전 재료(411)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 스페이서는 다시 멤브레인(412)에 물리적으로 결합될 수 있다. 또한, 멤브레인(413)은 제2 스페이서(414)에 결합될 수 있으며, 상기 제2 스페이서는 다시 제2 압전 재료(415)에 물리적으로 결합될 수 있다. 이 예에 있어서, 각각의 압전 재료(411, 415)는 불투과성 압전 재료일 수 있다. 따라서 압전 재료는 용액(230)을 멤브레인(413)을 향해 지향시키는 것을 돕도록 추가로 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 멤브레인 조립체(410)는 용액(230)이 스페이서(412)를 통해 그리고 멤브레인(413)과 평행하게 지향될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(410)는 (검은 화살표에 의해 도시된 바와 같이) 용매(235)가 멤브레인(413)과 직교하거나 또는 비스듬한 방향으로 멤브레인(413)을 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(410)는 용질(240)이 멤브레인(413)을 통과하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 멤브레인 조립체(410)는 이것이 멤브레인 조립체(410)를 통과할 때 용액(230) 상에 압력이 발휘될 수 있도록 구성될 수 있으며, 이것은 용액(230)이 멤브레인(413)을 향해 지향되게 할 수 있음을 인식해야 한다.
도 4c는 예시적인 멤브레인 조립체(420)의 간략화된 도면을 도시하고 있다. 멤브레인 조립체(420)는 제1 스페이서(422)에 물리적으로 결합될 수 있는 제1 멤브레인(421)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 스페이서는 다시 압전 재료(423)에 물리적으로 결합될 수 있다. 압전 재료(423)는 제2 스페이서(424)에 물리적으로 결합될 수 있으며, 상기 제2 스페이서는 다시 제2 멤브레인(425)에 물리적으로 결합될 수 있다.
도시된 바와 같이, 멤브레인 조립체(420)는 용액(230)이 스페이서(422, 424)를 통해 그리고 멤브레인(421, 425)과 평행하게 지향될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(420)는 용매(235)가 (검은 화살표에 의해 도시된 바와 같이) 멤브레인과 직교하거나 또는 비스듬한 방향으로 멤브레인(421, 425)을 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(420)는 용질(240)이 멤브레인(421, 425)을 통과하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 멤브레인 조립체(420)는 이것이 멤브레인 조립체(420)를 통과할 때 용액(230) 상에 압력이 발휘될 수 있도록 구성될 수 있으며, 이것은 용액(230)이 멤브레인(421, 425)을 향해 지향되게 할 수 있음을 인식해야 한다.
도 4d는 예시적인 멤브레인 조립체(430)의 간략화된 도면을 도시하고 있다. 멤브레인 조립체(430)는 제1 멤브레인(432)에 물리적으로 결합될 수 있는 제1 압전 재료(431)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 멤브레인은 다시 스페이서(433)에 물리적으로 결합될 수 있다. 스페이서(433)는 제2 멤브레인(434)에 물리적으로 결합될 수 있으며, 상기 제2 멤브레인은 다시 제2 압전 재료(435)에 물리적으로 결합될 수 있다.
도시된 바와 같이, 멤브레인 조립체(430)는 용액(230)이 스페이서(433)를 통해 그리고 멤브레인(432, 434) 및 압전 재료(431, 435)와 평행하게 지향될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(430)는 용매(235)가 (검은 화살표에 의해 도시된 바와 같이) 이들과 직교하거나 또는 비스듬한 방향으로 멤브레인 및 압전 재료를 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(430)는 용질(240)이 멤브레인(432, 434)을 통과하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 멤브레인 조립체(430)는 이것이 멤브레인 조립체(430)를 통과할 때 용액(230) 상에 압력이 발휘될 수 있도록 구성될 수 있으며, 이것은 용액(230)이 멤브레인(432, 434)을 향해 지향되게 할 수 있음을 인식해야 한다.
멤브레인 조립체(430)의 하나의 대안적인 실시예에 있어서, 제1 압전 재료(431)는 제1 멤브레인(432) 아래에 배치될 수 있다. 멤브레인 조립체(430)의 다른 대안적인 실시예에 있어서, 제2 압전 재료(435)는 제2 멤브레인(434) 위에 배치될 수 있다.
도 4e는 예시적인 멤브레인 조립체(440)의 간단한 모습을 도시하고 있다. 멤브레인 조립체(440)는 제1 압전 재료(442)에 물리적으로 결합될 수 있는 제1 멤브레인(441)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 압전 재료는 다시 스페이서(443)에 물리적으로 결합될 수 있다. 스페이서(443)는 제2 압전 재료(444)에 물리적으로 결합될 수 있으며, 상기 제2 압전 재료는 다시 제2 멤브레인 재료(445)에 물리적으로 결합될 수 있다.
도시된 바와 같이, 멤브레인 조립체(440)는 용액(230)이 멤브레인(441, 445)에 평행하게 지향되도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(440)는 용매(235)가 (검은 화살표에 의해 도시된 바와 같이) 이들과 직교하거나 또는 비스듬한 방향으로 멤브레인(441, 445) 및 압전 재료(442, 444)를 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(440)는 용질(240)이 멤브레인(441, 445)을 통과하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 멤브레인 조립체(440)는 이것이 멤브레인 조립체(440) 위를 통과할 때 용액(230) 상에 압력이 발휘될 수 있도록 구성될 수 있으며, 이것은 용액(230)이 멤브레인(441, 445)을 향해 지향되게 할 수 있음을 인식해야 한다.
멤브레인 조립체(440)의 하나의 대안적인 실시예에 있어서, 제1 압전 재료(442)는 제1 멤브레인(441) 위에 배치될 수 있다. 멤브레인 조립체(440)의 다른 대안적인 실시예에 있어서, 제2 압전 재료(444)는 제2 멤브레인(445) 아래에 배치될 수 있다.
도 4f는 예시적인 멤브레인 조립체(450)의 간단한 모습을 도시하고 있다. 멤브레인 조립체(450)는 제1 압전 재료(452)에 물리적으로 결합될 수 있는 제1 스페이서(451)를 포함할 수 있고, 상기 제1 압전 재료는 다시 멤브레인(453)에 물리적으로 결합될 수 있다. 멤브레인(453)은 제2 압전 재료(454)에 물리적으로 결합될 수 있으며, 상기 제2 압전 재료는 다시 제2 스페이서(455)에 물리적으로 결합될 수 있다. 이 예에 있어서, 압전 재료는 투과성 재료로부터 제조될 수 있다. 압전 재료(452, 453) 및/또는 스페이서(451, 455)는 전압원[예를 들어, 압전 제어 장치(225)]에 전기적으로 결합될 수 있다. 따라서 압전 재료(452, 453) 및/또는 스페이서(451, 455)는, 전압이 압전 재료 또는 스페이서를 가로질러 인가될 때, 이들이 [예를 들어, 멤브레인(453)을 전단하거나 또는 압축함으로써] 멤브레인(453)을 기계적으로 변형시키도록, 전위를 이송하도록 구성될 수 있다. 이런 기계적 변형은 멤브레인(453)의 경계층을 붕괴시킬 수 있으며, 이것은 멤브레인(453)을 통과하는 용매의 흐름율을 강화시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 멤브레인 조립체(450)는 용액(230)이 제1 스페이서(451)를 통해 그리고 멤브레인(453)에 평행하게 지향되도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(450)는 용매(235)가 (검은 화살표로 도시된 바와 같이) 이들과 직교하거나 또는 비스듬한 방향으로 멤브레인(453) 및 2개의 압전 재료를 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 멤브레인 조립체(450)는 용질(240)이 멤브레인(453)을 통과하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 멤브레인 조립체(450)는 이것이 멤브레인 조립체(450)를 통과할 때 용액(230) 상에 압력이 발휘될 수 있도록 구성될 수 있으며, 이것은 용액(230)이 제1 압전 재료(452) 및 멤브레인(453)을 향해 지향되게 할 수 있음을 인식해야 한다.
d. 예시적인 적용
도 5a는 여기에 설명되는 멤브레인 조립체의 예시적인 적용을 도시하고 있다. 도 5는 적어도 하나의 멤브레인 조립체를 사용하는 멤브레인 하우징(500)을 도시하고 있다. 예시적인 멤브레인 하우징 및 그 양태가 아래에 설명된다. 그러나 이것은 예 및 그 설명만을 위한 것임을 인식해야 한다. 다른 예시적인 적용이 존재할 수 있으며, 또한 청구범위는 여기에 설명되는 특별한 예 또는 그 양태에 제한되지 않는다. 본 기술분야의 숙련자라면 도 5는 어떤 점에서는 나선형의 경계 역삼투 멤브레인 하우징과 유사한 멤브레인 하우징을 도시하고 있음을 인식할 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 멤브레인 하우징(500)은 외측 랩(wrap)(505), 수집 튜브(510), 하나 또는 그 이상의 멤브레인 조립체(515), 및 멤브레인 하우징(500)의 양 단부 상에 위치되는 적어도 2개의 지지 장치(525)[오직 하나만 도시되었다]를 포함할 수 있다. 각각의 지지 장치(525)는 적어도 하나의 압전 재료(550)를 포함할 수 있다. 따라서 멤브레인 하우징(500)은 압전 재료(550)와 통신 가능하게 결합되는 압전 제어 장치(555)를 포함할 수 있다. 압전 제어 장치(555)는 압전 제어 장치(225)와 동일하거나 또는 유사할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 적어도 하나의 압전 재료가 외측 랩(505)에 결합될 수 있다. 여하튼, 압전 재료(550)는 초음파를 멤브레인 조립체(515)로 지향시키도록 구성 및/또는 배치될 수 있다.
멤브레인 하우징(500)은 용액(230)을 멤브레인 하우징(500)을 통해 지향시키도록 구성될 수 있다. 또한, 각각의 멤브레인 조립체(515)는 용액(230)의 용매(235)가 멤브레인 조립체(515)를 통과하고 그리고 수집 튜브(510)에 수집되게 하도록 구성될 수 있다. 따라서 수집 튜브(510)는 용매(235)를 수집하고 그리고 상기 용매(235)를 멤브레인 하우징(500)으로부터 지향시키도록 구성될 수 있다. 어떤 경우에 있어서, 수집 튜브(510)는 관통될 수 있다. 멤브레인 조립체(515)는 용액(230)의 용질(240)이 멤브레인 조립체(515)를 통해 수집 튜브(510) 내로 통과하는 것을 방지하도록 추가로 구성될 수 있다.
멤브레인 하우징(500)은 멤브레인 하우징(500)을 처리 시스템, 예를 들어 처리 시스템(100)의 다른 부품에 결합하도록 구성되는 (도시되지 않은) 어댑터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인 하우징(500)은 수집 튜브(510)를 출력 저장조(125)에 결합하도록 구성된 어댑터를 포함할 수 있다.
각각의 지지 장치(525)는 멤브레인 하우징(500)의 멤브레인 조립체(515)와 다양한 요소를 함께 결합하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, 지지 장치(525)는 멤브레인 조립체(515) 및/또는 외측 랩(505)이 풀리거나 및/또는 과잉연장하는 것을 방지하도록 구성되는 신축-방지(anti-telescoping) 장치일 수 있다. 지지 장치(525)는 외측 랩(505) 위에 위치되고 또한 지지 장치(525) 내로 삽입된 수집 튜브(510)를 수용하도록 구성될 수 있다.
도 5b는 일 실시예에 따른 도 5a의 멤브레인 조립체(515)를 도시하고 있다. 각각의 멤브레인 조립체(515)는 멤브레인(516), 스페이서(517), 적어도 하나의 압전 재료(518), 및 추가층(519)을 포함할 수 있다. 멤브레인(516)은 여기에 설명되는 임의의 멤브레인일 수 있다. 스페이서(517)는 전술한 임의의 스페이서일 수 있으며, 또한 용액(230)을 멤브레인(516)의 표면 위로 지향시키도록 구성될 수 있다. 압전 재료(518)는 여기에 설명되는 임의의 압전 재료일 수 있다. 압전 재료(518)는 압전 재료(550)와 동일하거나, 유사하거나, 또는 상이할 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 압전 재료(515)는 투과성 재료로 제조될 수 있으며, 또한 압전 재료(550)는 불투과성 재료로 제조될 수 있다. 또한, 다른 예도 가능하다. 일부 실시예에 있어서, 추가층(519)은 용매(235)를 수집하고 그리고 상기 용매(235)를 수집 튜브(510)로 지향시키는데 사용될 수 있다. 또한, 다른 예시적인 추가층도 가능하다.
도시된 바와 같이, 압전 재료(518)는 스페이서(517)에 또는 그 일부에 결합될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 압전 재료는 멤브레인 및/또는 수집층에 또는 그 일부에 결합될 수 있다. 여하튼, 압전 재료(518)는 멤브레인(516)에 진동을 유도하도록 구성될 수 있다.
멤브레인 조립체(515)는 전술한 멤브레인 조립체[예를 들어, 멤브레인 조립체(200, 400, 410, 420, 430, 440, 450)]와 동일하거나 또는 유사한 방식으로 구성되거나 또는 그렇지 않으면 배치될 수 있다. 멤브레인 조립체(515)는 검은 화살표에 의해 도시된 바와 같이 나선부 내로 권취될 수 있다. 따라서 압전 재료(518)가 나선형으로 형성될 수 있으며 및/또는 가요성 재료로부터 제조될 수 있다.
멤브레인 조립체(500)는 단지 예 및 설명을 위해 나선형의 경계 역삼투 멤브레인 하우징과 유사한 내용으로 도시되며, 또한 제한하는 것으로 취해지지 않음을 인식해야 한다. 또한, 다른 예시적인 멤브레인 하우징도 가능하다. 예를 들어, 멤브레인 조립체(500)와 유사한 멤브레인 하우징이 중공 파이버 멤브레인의 내용에 사용될 수 있다. 특히, 설명된 압전 재료는 중공 파이버 멤브레인의 내벽 상에 및/또는 상기 중공 파이버 멤브레인을 포함하는 외측 쉘 상에 배치될 수 있다. 또한, 다른 용도도 가능하다.
3. 예시적인 방법
도 6a는 예시적인 실시예에 따른 방법(600)을 도시한 흐름도이다. 일반적으로, 여기에 설명되는 임의의 멤브레인 조립체는 아래에 설명되는 바와 같은 방법(600)을 실시할 수 있다. 어떤 실시예에 있어서, 방법(600)은 멤브레인 조립체 또는 상기 멤브레인 조립체와 통신 가능하게 결합되는 일부 다른 계산 시스템과 통신하는 제어 장치[예를 들어, 제어 장치(130)]에 의해, 전체적으로 또는 부분적으로 실시될 수 있다. 단지 예 및 설명을 위해, 방법(600)은 멤브레인 조립체(410)를 참조하여 아래에 도시될 것이지만, 그러나 설명된 임의의 멤브레인 조립체는 방법(600)을 수행하는데 사용될 수 있음을 인식해야 한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 방법(600)은 용액을 멤브레인 조립체의 멤브레인으로 지향시키는 블록(602)에서 시작하며, 거기에서 멤브레인은 멤브레인을 통해 용액의 용매를 제1 비율로 통과시키고, 또한 멤브레인은 용액의 용질의 적어도 일부가 멤브레인을 통과하는 것을 방지한다. 블록(604)에서, 방법(600)은 멤브레인에 물리적으로 결합된 압전 재료가 멤브레인으로 지향되는 초음파를 생산하도록 유발시키는 단계를 포함하며, 상기 초음파는 멤브레인의 적어도 일부에 진동을 유도하고 그에 따라 용액의 용매가 상기 제1 비율 보다 더 큰 제2 비율로 멤브레인을 통과한다. 도 6a에 대해 도시된 각각의 블록이 아래에 추가로 설명된다.
a. 멤브레인으로의 직접 용액
방법(600)은 용액을 멤브레인 조립체의 멤브레인으로 지향시키는 블록(602)에서 시작하며, 거기에서 멤브레인은 용액의 용매를 멤브레인을 통해 제1 비율로 통과시키며, 또한 상기 멤브레인은 용액의 용질의 적어도 일부가 멤브레인을 통과하는 것을 방지한다.
용액은 도 1을 참조하여 전술한 용액과 동일하거나 또는 유사할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 멤브레인 조립체는 용액을 멤브레인으로 지향시킬 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 외부 부품[예를 들어, 제어 장치(130)]은 용액을 지향시키거나 또는 다른 부품이 용액을 멤브레인으로 지향시키도록 할 수 있다. 예를 들어, 용액 공급원(105) 및/또는 펌프(110)는 용액을 멤브레인으로 지향시키거나 또는 지향시키는 것을 도울 수 있다. 일 실시예에 있어서, 용액을 멤브레인으로 지향시키는 것은, 용액이 멤브레인과 접촉하게 하는 밸브를 개방시키는 제어 장치(130)를 포함할 수 있다. 또한, 다른 예도 가능하다.
방법(600)에 따라 제1 지점에서 적시에 멤브레인을 도시한 도 6b에 있어서, 멤브레인 조립체(410)는 (검은 화살표에 의해 도시된 바와 같이) 용액(630)을 멤브레인(413)으로 지향시킬 수 있다. 멤브레인(413)은 용액의 용매를 멤브레인(413)을 통해 제1 비율(635)로 통과시킬 수 있으며, 또한 멤브레인(413)은 용액의 용질(640)의 적어도 일부가 멤브레인(413)을 통과하는 것을 방지할 수 있다. 용매가 멤브레인(413)을 통과하는 제1 비율(635)은 멤브레인(413)의 경계부 상에 축적되는 용질 축적물에 의해 영향을 받을 수 있다. 축적물은 그 무엇보다도 용질로부터 유기물 및/또는 무기물을 포함할 수 있으며, 이것은 멤브레인(413)의 구멍을 통과할 수 있는 용매의 양을 막히게 하거나 지연시킨다.
b. 압전 재료의 초음파 생산 유발
블록(604)에 의해 도시된 바와 같이, 방법(600)은 멤브레인에 물리적으로 결합되는 압전 재료가 멤브레인으로 지향되는 초음파를 생산하도록 유발시키는 단계를 포함하며, 상기 초음파는 멤브레인의 적어도 일부에 진동을 유도하고, 그에 따라 용액의 용매가 제1 비율 보다 더 큰 제2 비율로 멤브레인을 통과한다.
일부 실시예에 있어서, 압전 재료가 멤브레인으로 지향되는 초음파를 생산하도록 유발시키는 단계는, 압전 제어 장치(225)로부터 신호를 수용하는 압전 재료를 포함할 수 있다. 상기 신호는 도 2를 참조하여 전술한 바와 같은 신호와 동일하거나 또는 유사할 수 있다. 예를 들어, 신호는 압전 제어 장치(225)로부터 수신된 초음파 신호일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 신호는 연속적이거나 또는 간헐적일 수 있다. 예를 들어, 압전 재료가 초음파를 생산하도록 유발시키는 단계는 압전 제어 장치로부터 간헐적 신호를 수신하는 압전 재료를 포함할 수 있으며, 그리고 이에 대응하여 압전 재료가 초음파의 간헐적 펄스를 출력한다. 일 예에 있어서, 압전 재료는 압전 제어 장치로부터 신호를 6 시간 당 1회, 2 시간 당 1회, 시간 당 1회, 분 당 1 회, 30 초 당 1회, 또는 10 초당 1회 수신할 수 있다. 또한, 다른 간헐적 신호 간격도 가능하다. 또한, 어떤 실시예에 있어서, 압전 재료는 미리 결정된 시간 주기로, 예를 들어, 10 시간, 6 시간, 2 시간, 1 시간, 1 분, 30 초, 등으로 신호를 수신할 수 있다.
방법(600)에 따라 제2 지점에서 적시에 멤브레인 조립체(410)를 도시하고 있는 도 6c에 있어서, 압전 재료(411 및/또는 415)는 멤브레인(413)으로 지향된 초음파를 생산하도록 유발될 수 있다. 초음파는 멤브레인(413)의 적어도 일부에 진동을 유도할 수 있으며, 그에 따라 용액의 용매는 [화살표(635, 675)의 상대폭(relative width)에 의해 도시된 바와 같이] 제1 비율(635) 보다 더 큰 제2 비율(675)로 멤브레인(413)을 통과할 수 있다. 이런 진동은 (도 6c에 도시된 바와 같이) 멤브레인의 표면에 수직(normal)할 수 있다. 진동은 압전 재료(411 및/또는 415)에 의해 수신된 신호의 매개변수에 대응하는 주파수 및/또는 진폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(413)의 적어도 일부의 진동은 약 100 mVpp 내지 900 mVpp 의 진폭 및/또는 약 20 kHz 내지 300 MHz 의 주파수를 포함할 수 있다. 또한, 다른 예도 가능하다.
용매가 멤브레인(413)을 통과하는 증가된 제2 비율(675)은 멤브레인(413)의 구멍으로부터 장애물(impediment)을 제거하는, 유도된 진동의 결과일 수 있다. 즉, 멤브레인(413)의 유도된 진동은 하나 또는 그 이상의 축적물이 멤브레인(413)으로부터 분리되게 하고, 그에 따라 증가된 용매량이 통과하도록 할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 방법(600)은 용액이 멤브레인 위로 지향될 때 용액을 미리 결정된 압력으로 가압하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 펌프(110)는 용액을 가압하는데 사용될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 미리 결정된 압력은 약 900 psi 내지 1100 psi 의 압력일 수 있다. 또한, 예를 들어 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 다른 예시적인 압력 범위도 가능하다.
다른 실시예에 있어서, 방법(600)은 냉각제를 압전 재료의 적어도 일부의 둘레로 분배하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 냉각 시스템은 냉각제를 압전 재료의 적어도 일부의 둘레로 분배하는데 사용될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 냉각제는 냉각 시스템에 의해 차가워진 용액일 수 있다. 또한, 다른 예도 가능하다.
4. 결론
다양한 양태 및 실시예가 여기에 설명되었지만, 다른 양태 및 실시예가 본 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 도면에 도시되고 그리고 여기에 설명된 흐름도에 대해, 블록으로서 설명된 기능은 포함된 기능성에 따라, 도시되거나 또는 설명된 순서를 벗어나 실질적으로 동시에 또는 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 더 많거나 또는 더 적은 블록 및/또는 기능이 사용될 수 있으며 및/또는 흐름도들이 서로 부분적으로 또는 전체적으로 조합될 수 있다.
정보의 처리를 나타내는 블록은, 여기에 설명되는 방법 또는 기술의 특정한 논리적 기능을 수행하도록 구성될 수 있는 회로에 대응할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 정보의 처리를 나타내는 블록은 모듈, 세그먼트, 또는 (관련 데이터를 포함하는) 프로그램 코드의 일부에 대응할 수 있다. 프로그램 코드는 방법 또는 기술에서 특정한 논리적 기능 또는 동작을 실행하기 위해 프로세서에 의해 실행 가능한 하나 또는 그 이상의 명령을 포함할 수 있다.
여기에 설명된 다양한 양태 및 실시예는 도시를 위한 것이며, 그리고 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 진정한 범위 및 정신은 이하의 청구범위에 의해 나타난다. 여기에 제시된 대상물의 정신 및 범위로부터의 일탈 없이, 다른 실시예가 사용될 수 있으며, 또한 다른 변화가 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 멤브레인 조립체로서:
    용액의 용매가 멤브레인을 통과하는 것을 허용하도록 구성되며, 또한 용액의 용질의 적어도 일부가 멤브레인을 통과하는 것을 방지하도록 구성되는 멤브레인; 및
    멤브레인에 물리적으로 결합되며, 멤브레인으로 지향되는 초음파를 생산하고 그에 따라 멤브레인의 적어도 일부에 진동을 유도하도록 구성되는 압전 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    용매는 물을 포함하며, 용질은 염과 폐기물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    멤브레인은 폴리아미드 멤브레인과 폴리에틸렌 설폰 멤브레인 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    압전 재료는 압전 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    압전 재료는 폴리비닐리덴 2불화 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    압전 재료와 통신 가능하게 결합되는 압전 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    압전 제어 장치는 100 mVpp 내지 900 mVpp 범위의 진폭을 포함하는 신호를 압전 재료에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  8. 청구항 6에 있어서,
    압전 제어 장치는 약 20 kHz 내지 300 MHz 범위의 주파수를 포함하는 신호를 압전 재료에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  9. 방법으로서:
    용액을 멤브레인 조립체의 멤브레인에 지향시키는 단계; 및
    멤브레인에 물리적으로 결합된 압전 재료가 멤브레인으로 지향되는 초음파를 생산하도록 유발시키는 단계를 포함하며,
    상기 멤브레인은 용액의 용매를 멤브레인을 통해 제1 비율로 통과시키며, 상기 멤브레인은 용액의 용질의 적어도 일부가 멤브레인을 통과하는 것을 방지하며,
    상기 초음파는 멤브레인의 적어도 일부에 진동을 유도하고, 그에 따라 용액의 용매가 제1 비율 보다 더 큰 제2 비율로 멤브레인을 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    용매는 물을 포함하고, 용질은 염과 폐기물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    멤브레인은 폴리아미드 멤브레인과 폴리에틸렌 설폰 멤브레인 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    압전 재료는 압전 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    압전 재료는 폴리비닐리덴 2불화 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    압전 재료가 초음파를 생산하도록 유발시키는 단계는, 압전 재료가 간헐적 초음파를 생산하도록 유발시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 8에 있어서,
    멤브레인에 유도된 진동은 하나 또는 그 이상의 축적물이 멤브레인으로부터 분리되게 하며, 상기 하나 또는 그 이상의 축적물은 용액의 용질의 적어도 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 8에 있어서,
    멤브레인의 적어도 일부는 100 mVpp 내지 900 mVpp 범위의 진폭으로 진동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 청구항 8에 있어서,
    멤브레인의 적어도 일부는 약 20 kHz 내지 300 MHz 범위의 주파수로 진동하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 멤브레인 조립체로서:
    용액의 용매가 멤브레인을 통과하는 것을 허용하도록 구성되며, 또한 용액의 용질의 적어도 일부가 멤브레인을 통과하는 것을 방지하도록 구성되는 멤브레인;
    멤브레인에 물리적으로 결합되고, 용액을 멤브레인 조립체를 통해 지향시키도록 구성되는 스페이서; 및
    멤브레인에 물리적으로 결합되며, 멤브레인으로 지향되는 초음파를 생산하고 그에 따라 멤브레인의 적어도 일부에 진동을 유도하도록 구성되는 압전 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  19. 청구항 18에 있어서,
    압전 재료는 불투과성 압전 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
  20. 청구항 18에 있어서,
    멤브레인의 적어도 일부에 유도된 진동은 약 100 mVpp 내지 900 mVpp 의 진폭과 약 20 kHz 내지 300 MHz 의 주파수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 조립체.
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