KR20160146922A - A system and method for treating water systems with high voltage discharge and ozone - Google Patents

A system and method for treating water systems with high voltage discharge and ozone Download PDF

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데이비드 에프. 벨라
매튜 씨. 홀로웨이
윌리엄 피. 보쉬
호세 이. 에바로
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Abstract

미생물학적 종들을 제거하거나 또는 그것의 성장을 제어하기 위해 플라즈마 방전을 갖고 유수 시스템들을 처리하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 용수 시스템의 구성요소들은 전기유압 처리로부터의 과도한 에너지에 의해 손상되는 것으로부터 보호된다. 플라즈마 방전에 동력을 공급하는 고 전압 발생기에 의해 발생된 오존 가스는 물을 추가로 처리하기 위해 재활용된다. 가스 주입 시스템은 특히 물의 전도도가 높을 때, 플라즈마 발생을 돕기 위해 처리되는 물에서 오존, 공기, 또는 다른 가스들의 미세한 기포들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 전극 장착 어셈블리는 플라즈마 발생을 최적화시키기 위해 서로로부터 고정된 거리에 고 전압 전극 및 접지 전극을 유지한다. 고 전압 발생기 회로를 위한 개방 지지 구조는 물리적으로 불꽃 갭 전극들을 분리하며 플라즈마를 생성하기 위해 고 전압 펄스의 방전을 방해할 수 있는 금속 침전물들을 막는다. Systems and methods are disclosed for treating effluent systems with plasma discharges to remove microbiological species or to control their growth. The components of the water system are protected from being damaged by excessive energy from the electrohydraulic treatment. The ozone gas generated by the high voltage generator that powers the plasma discharge is recycled to further treat the water. The gas injection system can be used to produce fine bubbles of ozone, air, or other gases in the water being treated to aid in plasma generation, especially when the conductivity of the water is high. The electrode mounting assemblies maintain a high voltage electrode and a ground electrode at a fixed distance from each other to optimize plasma generation. The open support structure for the high voltage generator circuit physically isolates the spark gap electrodes and blocks metal deposits that can interfere with the discharge of high voltage pulses to create a plasma.

Description

고 전압 방전 및 오존을 가진 용수 시스템들을 처리하기 위한 시스템 및 방법{A SYSTEM AND METHOD FOR TREATING WATER SYSTEMS WITH HIGH VOLTAGE DISCHARGE AND OZONE}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a system and method for treating water systems having high voltage discharge and ozone,

관련 출원들에 대한 상호-참조Cross-references to related applications

본 출원은 양쪽 모두가 2014년 4월 24일에 출원된 미국 가 출원 일련 번호들(제61/983,678호 및 제61/983,685호), 및 2015년 4월 24일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제14/695,519호에 대한 이득을 주장한다.This application claims priority from U.S. Provisional Serial Nos. 61 / 983,678 and 61 / 983,685, both filed on April 24, 2014, and U.S. Serial No. Serial No. 14 / 695,519.

본 발명은 플라즈마를 발생시키기 위해 고 전압 방전을 사용하며 물의 강화된 처리를 위해 고 전압 발생으로부터의 오존 부산물을 사용하여 유수 시스템들을 처리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 시스템 및 방법은 냉각탑 또는 다른 재순환 또는 폐쇄-루프 시스템들을 처리할 때 특히 유용하다. The present invention relates to systems and methods for treating effluent systems using ozone byproducts from high voltage generation for enhanced treatment of water, using high voltage discharges to generate the plasma. The systems and methods of the present invention are particularly useful when processing cooling towers or other recirculating or closed-loop systems.

인위적 용수 시스템들은 세계의 에너지 생산 설비들, 산업 및 제조 공장들, 병원들, 및 다른 제도적 단지들 및 빌딩들의 대부분에서 흔히 발견되는 중대한 구성요소들이다. 이들 시스템들은 보급수 및 하수 처리 비용들 단독으로 연간 18억 달러의 비용을 갖고 약 70조 갤런의 물을 소비한다. 이들 인위적 용수 시스템들의 모두는 효율적인 시스템 동작을 위해 필요한 중요한 열 전달 표면들 상에서 스케일, 생물막 및 다른 부식 부산물들의 구축을 제어하기 위해, 화학적이거나 또는 비화학적인, 몇몇 형태의 처리를 요구한다.Artificial water systems are a significant component that are commonly found in most of the world's energy production facilities, industrial and manufacturing plants, hospitals, and other institutional complexes and buildings. These systems consume about 70 trillion gallons of water at a cost of $ 1.8 billion annually for both supply and sewage treatment costs alone. All of these artificial water systems require some form of treatment, either chemical or non-chemical, to control the build up of scale, biofilm and other corrosion byproducts on critical heat transfer surfaces that are required for efficient system operation.

냉각탑들 및 보일러들과 같은, 열 교환을 수반한 용수 시스템들을 위해, 이들 오염물들을 제거하기 위해 및 시스템들이 재-오염되기 전에 시간량을 연장시키기 위한 효과적인 처리는 상당한 양의 돈을 절약할 수 있다. 효과적이며 철저한 처리는 주기적 처리들의 빈도를 감소시키거나 또는 정기 보수 및/또는 주기적 처리들을 위해 요구된 화학제의 양을 감소시킴으로써 노동 및 처리 화학제에 대한 비용들을 절약할 수 있다. 이러한 처리는 또한 깨끗한 열 교환 표면들의 동작을 통해 에너지 비용들에 대해 절약할 수 있다. 열 교환 표면들의 파울링은 미국 산업에 매년 수백만 달러의 비용이 들며 연간 거의 3000조 Btus(quads)의 에너지 소비에서의 증가에 직접 관련된다.For water systems with heat exchange, such as cooling towers and boilers, effective treatment to remove these contaminants and to prolong the amount of time before systems are re-contaminated can save a considerable amount of money . Effective and thorough treatment can save on labor and processing chemistry costs by reducing the frequency of periodic treatments or by reducing the amount of chemical required for regular maintenance and / or periodic treatments. This process can also save on energy costs through the operation of clean heat exchange surfaces. Fouling of heat exchange surfaces costs millions of dollars annually to the US industry and is directly related to an increase in energy consumption of nearly 3,000 trillion Btus (quads) per year.

물 사용을 최대화하며 낭비를 최소화하기 위해, 많은 이들 시스템들은 스케일링, 생물막 형성, 및 부식에 대해 시스템을 보호하는 일련의 화학 처리들을 이용한다. 이들 화학 처리들은 그것이 물을 방출하며 그것을 신선한 물로 교체하기 위해 필요해지기 전에 물이 다수 회 재사용되며 재활용되도록 허용한다. 물이 순환될 수 있는 지속 기간을 증가시키는 것은 하수 시스템으로 방출되는 물의 양을 상당히 감소시키며 블리드 오프를 교체하기 위해 요구되는 보급수의 양을 최소화한다. 그러나, 많은 화학 처리 구성들 및 방법들은 사용된 화학제가 매우 부식성이므로 처리되는 용수 시스템의 구성요소들을 손상시킬 수 있다. 환경으로 배출되는 방출수에서 식별되어 온 트리할로메탄들, 할로아세토나이트릴들, 및 할로페놀들과 같은 독성 소독 부산물들의 형성에 대한 커지는 우려를 포함하는, 혹독한 화학 처리들에 대한 환경적 단점이 또한 있다. 방출을 수용하는 영역들 및 수도들에서 또는 그 가까이에서 사는 다양한 종들 또는 방출을 수용하는 하수 처리 공장들의 세균 성분들에 영향을 줄 수 있는, 냉각탑 처리들의 결과로서 연간 방출된 5360억 파운드들의 물 처리 화학제가 있다는 것이 추정된다. To maximize water use and minimize waste, many of these systems use a series of chemical treatments to protect the system against scaling, biofilm formation, and corrosion. These chemical treatments allow water to be reused and recycled many times before it is needed to release water and replace it with fresh water. Increasing the duration that water can circulate significantly reduces the amount of water that is discharged to the sewage system and minimizes the amount of water required to replace the bleed off. However, many chemical treatment arrangements and methods can damage the components of the water system being treated because the chemicals used are highly corrosive. Environmental concerns for harsh chemical treatments, including a growing concern for the formation of toxic disinfection byproducts, such as trihalomethanes, haloacetonitriles, and halophenols, identified in the effluent discharged into the environment There is also this. Water treatment of 536 billion pounds per year released as a result of cooling tower treatments that could affect the bacterial components of the sewage treatment plants receiving the various species or discharges in or near the areas receiving the emissions It is presumed that there is a chemical agent.

몇몇 화학 처리와 연관된 환경적 영향을 최소화하려는 시도로, 많은 용수 처리 회사들, 및 보다 중요하게 그것들의 고객들은 그들의 시스템들의 성능을 유지하기 위해 비-화학 기반 물 처리 기술들을 사용하는 것을 고려해보고 있다. 상업적 및 거주용 용수 시스템들 양쪽 모두에서 사용하기 위해 상업적으로 이용 가능한 현재 약 30개의 비-화학 처리 디바이스들 또는 물 조절 기술들이 있다. 이들 시스템들은 3개의 카테고리들로 나뉘어질 수 있다: (1) 살생물제를 생성하기 위해 공기 또는 염과 같은 양성의 또는 안전한 화학 첨가제를 사용하는 간접 화학 물질 생산자들. 이들 시스템들은 오존 발생기들 및 전기화학 차아염소산염 발생기들 및 혼합 산화제 발생기들을 포함한다. (2) 물에서의 직접 상호작용으로부터 활성 화학 종들을 발생시키는 직접 화학 물질 생산자들. 이들 디바이스들은 물에서의 높은 온도들 및 압력들의 국소화된 영역들과 함께 하이드록시 라디칼들을 생성하기 위해, 유체역학 공동화 또는 음파 공동화와 같은, 기계적 프로세스들을 사용한다. 이러한 카테고리에 맞을 다른 유형들의 디바이스들은 자외선 광 시스템들이다. (3) 플라즈마 발생을 포함하는, 전기 및 자기 디바이스들은 전기 천공법을 통한 세포사, 또는 세포 벽 내에서의 이온 사이클로트론 공명 효과들을 야기할 수 있는 이온 영동 및 움직임을 유도하기 위해 유도된 전기장 및 자기장을 사용한다. 이들 기술들 모두 중에서, 전기 및 자기 디바이스들이 가장 일반적이지만; 그것들은 가장 덜 엄격한 과학적 지지를 가진 기술들이다. 직접 및 간접적 화학 접근법들은 보다 많은 과학적 신용을 갖지만; 이러한 보다 큰 이해는 그것들의 잠재적인 애플리케이션들을 제한하며 그러므로 그것들은 시장 점유율의 보다 큰 부분을 차지할 수 없었다. In an attempt to minimize the environmental impact associated with some chemical treatments, many water treatment companies, and more importantly their customers, are considering using non-chemical based water treatment techniques to maintain the performance of their systems . There are currently about 30 non-chemical processing devices or water conditioning techniques commercially available for use in both commercial and residential water systems. These systems can be divided into three categories: (1) Indirect chemical producers using positive or safe chemical additives, such as air or salt, to produce biocides. These systems include ozone generators and electrochemical hypochlorite generators and mixed oxidant generators. (2) Direct chemical producers that generate active species from direct interaction in water. These devices use mechanical processes, such as hydrodynamic cavitation or sonar cavitation, to generate hydroxy radicals with localized regions of high temperatures and pressures in water. Other types of devices that fit this category are ultraviolet light systems. (3) Electrical and magnetic devices, including plasma generation, can be used for cell death through electroporation, or for induction of ionospheric and motion induced ionic cyclotron resonance effects within the cell wall, use. Among all of these techniques, electrical and magnetic devices are the most common; They are technologies with the least rigorous scientific backing. Direct and indirect chemical approaches have more scientific credibility; This greater understanding limits their potential applications and therefore they can not account for a larger share of market share.

물 내에서 고 전압 방전 및 발생 플라즈마의 적용이 종래 기술에서 알려져 있다. 예를 들면, B.R. Locke 외에 의해 공개된 논문(Ind Eng. Chem Res 2006, 45,882-905)은 물 방출 프로세스에서 전기유압 방전 및 비-열적 플라즈마 동안 형성되는 전극 구성 및 구조, 펄싱 아크 대 펄싱 코로나, 및 화학 종들을 설명한다. 논문은 물 처리를 위한 이러한 기술을 사용하는 것에 관련된 많은 기본 이슈들을 다루지만, 그것은 산업용, 상업용, 또는 거주용 환경에서 물 처리에 관련된, 특히 물 및 주변 분위기로 배출되는 전자기 방사의 효과를 최소화하기 위해 다수의 접지 포인트들에 대한 요구에 관련된 실질적인 애플리케이션들을 다루는데 실패한다. Application of high voltage discharge and generating plasma in water is known in the prior art. For example, B.R. A paper published by Locke et al. (Ind Eng. Chem Res 2006, 45, 882-905) describes electrode configurations and structures formed during electrohydraulic discharge and non-thermal plasma in a water discharge process, pulsed arc versus pulsed corona, do. Although the paper deals with a number of basic issues related to the use of this technology for water treatment, it is important to minimize the effects of electromagnetic radiation on water treatment, particularly in water and the surrounding atmosphere, in industrial, commercial or residential environments Fail to deal with practical applications related to the demand for multiple grounding points.

보다 최근의 공보에서, Bruggeman 외는 그가 Locke에 의한 논문에서 개괄된 많은 전극 구조들을 포함하는 14개의 상이한 반응기 구성들을 개괄한 액체들에 있으며 그것과 접촉하는 비-열적 플라즈마들에 대한 광대한 리뷰를 공개하였다(P. Brggeman, 및 C. Leys, J. Phys. D. Appl. Phys, 2009, 1-28). 이들 반응기 유형들의 대부분에서, 플라즈마 방전에 의해 처리되는 유체는 어떤 흐름도 없는 벌크 방전 시스템(기포 코로나 방전 반응기, 침수형 액체 제트를 가진 방전 반응기, 전기분해 방전 반응기 또는 모세관 바늘 방전 반응기 시스템과 같은)이지만, 유체 및 공기 스트림이 기포 방전 반응기에서의 배리어의 어느 한 측 상에 도입되는 유전체 배리어 방전(DBD) 반응기에 대한 설명이 또한 있다. 논문은 기포들이 전극들과 접촉하지 않을 때조차, 기포들 내에 플라즈마를 발생시키는 가능성이 있으며, 시스템의 불꽃 전압이 증가된 기포 레이트에 따라 감소한다는 것을 주의하자. 불꽃 전압에 대한 기포 크기의 효과의 언급은 없다. 실제로, 절연체의 표면을 따라 위치될 때 기포들은 기포 표면을 따라 성형되며 위치된 스트리머들을 야기하였으며 방전은 항상 전극, 기포 벽과, 절연체 사이에서의 삼중 접합점에서 발생된다는 것이 또한 주의되었다.In a more recent publication, Bruggeman et al disclose an extensive review of non-thermal plasmas in contact with and in liquids that outlines 14 different reactor configurations, including many electrode structures as outlined in his paper by Locke. (P. Brggeman, and C. Leys, J. Phys. D. Appl. Phys, 2009, 1-28). In most of these reactor types, the fluid treated by the plasma discharge is a flow-free bulk discharge system (such as a bubble corona discharge reactor, a discharge reactor with a submerged liquid jet, an electrolysis discharge reactor or a capillary needle discharge reactor system) There is also a description of a dielectric barrier discharge (DBD) reactor in which fluid and air streams are introduced on either side of the barrier in the bubble discharge reactor. Note that even when the bubbles are not in contact with the electrodes, the article is likely to generate plasma in the bubbles, and that the spark voltage of the system decreases with increasing bubble rate. There is no mention of the effect of bubble size on flame voltage. In fact, it has also been noted that when positioned along the surface of the insulator, the bubbles form molded and positioned streamers along the bubble surface, and the discharge always occurs at the triple junction between the electrode, the bubble wall and the insulator.

물을 처리하기 위해 오존 가스를 사용하는 것이 또한 알려져 있다. 예를 들면, Gupta 외에 의한 논문(S. B. Gupta, IEEE Transactions on Plasma Science, 2008, 36, 40, 1612-163)에서, 물에서의 펄싱 방전들에 기인한 개선된 산화 프로세스의 사용이 설명된다. Gupta에 의해 설명된 프로세스는 2차 독립 소스들로부터(및 고 전압 발생기로부터가 아닌) 방전 반응기로 공급된 산소 가스 또는 오존 가스를 사용한다. 그들은 또한 시스템 출력 및 성능이 용액 전도도에 매우 의존적임을 보고한다. 냉각탑 및 폐쇄 루프 애플리케이션들에서와 같은, 물 전도도가 높을 수 있는 시스템들을 위해, 보다 높은 전압 방전들이 요구되며 이것은 결과적으로 증가된 전자기 방사가 갖는 문제점들을 생성한다.It is also known to use ozone gas to treat water. For example, in a paper by Gupta et al. (S. B. Gupta, IEEE Transactions on Plasma Science, 2008, 36, 40, 1612-163), the use of an improved oxidation process due to pulsing discharges in water is described. The process described by Gupta uses oxygen gas or ozone gas supplied to the discharge reactor from the secondary independent sources (and not from the high voltage generator). They also report that system power and performance are highly dependent on solution conductivity. For systems with high water conductivities, such as in cooling towers and closed loop applications, higher voltage discharges are required and this results in problems with increased electromagnetic radiation.

물에서, 특히 물 화학(전도도, 화학 조성, 용해된 고체들, 플랑크톤 박테리아 카운트들, pH 등)이 시간에 걸쳐 변할 수 있는 용수 시스템에서 고 전압 전극과 접지 전극 사이에 플라즈마를 발생시키거나 또는 전기-유압 방전을 생성하기 위해, 두 개의 전극들 사이에서 200 kV가 넘는 전위 차까지 및 그 이상을 발생시킬 수 있는 고 전압 전력 공급 장치를 요구한다. 물에서 플라즈마를 발생시키거나 또는 전기-유압 방전을 생성하기에 충분한 전압들을 발생시키기 위한 하나의 알려진 시스템은 막스 발생기(Marx generator) 또는 막스 사다리(Marx ladder)이다. 막스 발생기는 병렬로 있는 커패시터들의 세트를 변경하며 그 후 커패시터들을 직렬로 갑작스럽게 방전시키기 위해 불꽃 갭 트리거를 사용함으로써 고 전압 펄스를 발생시키는 회로를 사용한다. 통상적으로, 구성요소들은 가압된 가스를 포함하는 하우징 내에서의 프레임에 의해 지지된다. 이들 고 전압 발생기들 중 많은 것이 궁극적인 목표로서 최대 에너지 밀도를 갖고 설계되며 보다 높은 항복 전압들을 가능하게 하기 위해 불꽃 갭 챔버에서 SF6과 같은 가스들 및 증가된 압력을 사용하여 이와 같이 설계된다. 이들 높은 항복 전압들의 결과로서, 불꽃 갭이 활성화될 때마다, 불꽃 갭 전극의 일 부분이 기화되기 때문에 몇몇 금속성 손실이 있다. 기화된 금속은 그 후 고 전압 발생기의 구성요소들 상에서 침전될 수 있으며 몇몇 축적 후 불꽃 갭 방전의 타이밍을 방해할 수 있다. 이것은 정적 물 처리 동작들과 함께 사용하기 위해서와 같은, 짧은 시간 기간들 동안 실행되는 고 전압 시스템들에 대한 문제가 아니며; 유수 시스템들의 처리를 위해서와 같은, 한 번에 수 개월 내지 수년 동안 실행하도록 설계되는 시스템에 대해, 이것은 매우 문제가 있다.In a water system, especially in a water system where water chemistry (conductivity, chemical composition, dissolved solids, planktonic bacterial counts, pH, etc.) can change over time, a plasma is generated between the high voltage electrode and the ground electrode, - To generate hydraulic discharges, a high voltage power supply is required that can generate up to and above a potential difference of more than 200 kV between two electrodes. One known system for generating voltages sufficient to generate a plasma in water or to generate an electro-hydraulic discharge is the Marx generator or the Marx ladder. Max generator uses a circuit that generates a high voltage pulse by changing the set of capacitors in parallel and then using a spark gap trigger to discharge the capacitors in series suddenly. Typically, the components are supported by a frame in a housing containing pressurized gas. Many of these high voltage generators are designed with the maximum energy density as their ultimate goal and are thus designed using gases such as SF 6 and increased pressure in the spark gap chamber to enable higher breakdown voltages. As a result of these high breakdown voltages, each time the spark gap is activated, there is some metallic loss because a portion of the spark gap electrode is vaporized. The vaporized metal may then settle on the components of the high voltage generator and may interfere with the timing of the spark gap discharge after some accumulation. This is not a problem for high voltage systems running for short time periods, such as for use with static water treatment operations; For systems designed to run for months to years at a time, such as for the processing of prospective systems, this is very problematic.

미국 특허 출원 공개 번호 제2009/0297409호(대기 또는 보다 높은 압력들에서 흐름 방전 플라즈마들의 발생), 미국 특허 출원 공개 번호 제2006/0060464호(특히 수성 매질에서 발생되며 그것에 포함된 기포들 내에 형성되며 기포들을 포획하며 전극들에 걸쳐 전압을 증가시키기 위해 그것들이 유전체 배리어로서 동작하게 하기 위한 구성을 포함하는, 다수의 전극 구성들을 설명하는, 유체들에서의 플라즈마의 발생), 미국 특허 번호 제6,558,638호(방전 구역에서 기포들을 발생시키기 위한 가스 전달 수단을 통합하면서, 액체들을 처리하기 위해 고 전압 방전을 사용하는), 및 미국 특허 출원 공개 번호 제2010/0219136호(단지 120 내지 150 와트의 전력만을 소비하면서 5 gpm의 유량으로 물과 같은 유체를 처리하기 위한 펄싱 플라즈마 방전)과 같은, 물 처리 또는 정제를 포함하는, 다양한 목적들을 위해 플라즈마 발생을 다루는 여러 개의 종래 기술의 특허들 또는 공개된 특허 출원들이 있다. U.S. Patent Application Publication No. 2009/0297409 (the generation of flow discharge plasmas at atmospheric or higher pressures), U.S. Patent Application Publication No. 2006/0060464 (especially in aqueous media and formed in bubbles contained therein) The generation of plasma in fluids, which describes a number of electrode configurations, including a configuration for capturing bubbles and causing them to act as dielectric barriers to increase the voltage across the electrodes), U.S. Patent No. 6,558,638 (Using high voltage discharge to treat liquids, incorporating gas delivery means to generate bubbles in the discharge zone), and U.S. Patent Application Publication No. 2010/0219136 (which consumes only 120-150 watts Such as a pulsed plasma discharge to treat fluids such as water at a flow rate of 5 gpm, That, there are patents or published patent application as prior art to deal with the number of plasma generation for various purposes.

막스 발생기 설계들을 개시한 다수의 특허들이 또한 있다. 예를 들면, 미국 특허 번호 제3,505,533호는 블럼라인(Blumlein) 전송 라인(전압 이중 라인)과 결합된 막스 발생기를 개시한다. 막스의 불꽃 갭들은 가압된 불활성 가스(CO2 및 아르곤)로 채워진 밀폐된 하우징에 있으며 전체 디바이스는 오일에 잠긴다. 미국 특허 번호 제7,498,697호는 기계적 보유를 위해 절연 층에 장착되는 전도성 플라스틱 연결 구조를 가진 막스 발생기를 개시한다. 전도성 플라스틱은 결합 및 충전 저항기들을 대신하며 고 전압들에 대한 장기 저항을 가질 것이다.There are also a number of patents disclosing Marx generator designs. For example, U.S. Patent No. 3,505,533 discloses a Maxx generator combined with a Blumlein transmission line (voltage dual line). Marx's flame gaps are in a sealed housing filled with pressurized inert gas (CO2 and argon) and the entire device is immersed in oil. U.S. Patent No. 7,498,697 discloses a Maxx generator having a conductive plastic connection structure mounted on an insulating layer for mechanical retention. Conductive plastics will replace the bond and charge resistors and will have long term resistance to high voltages.

알려진 종래 기술은 화학적으로 활성 종들을 생성하고, 물리적 효과들을 보이며, 물 화학을 제어하기 위해 플라즈마를 발생시키도록 고 전압 방전들을 발생시키기 위한 시스템들 및 방법들을 개시한다. 그러나, 알려진 종래 기술은 스케일 및 부식 제어, 블로다운, 및 물 보존 방안들을 위해 요구되는 제어기들 및 모니터들으 포함하는, 용수 시스템의 다른 구성요소들을 손상시키지 않고 보다 긴 시간 기간들에 걸쳐 산업용, 상업용 또는 거주용 설정에서 보다 큰 볼륨들의 유수를 처리하기 위해 플라즈마 방전을 사용하는 이러한 기술을 적용하는 방법을 다루지 않는다. 부가적으로, 알려진 종래 기술은 시간에 걸쳐 가변적인 전도도를 가진 재순환 용수 시스템들에서 이러한 기술의 사용을 다루지 않는다. 최종적으로, 알려진 종래 기술은 부가적인 물 처리로서 막스 발생기에 의해 발생된 오존의 포획 및 사용을 개시하지 않는다. Known prior art discloses systems and methods for generating chemically active species, exhibiting physical effects, and generating high voltage discharges to generate plasma to control water chemistry. However, the known prior art does not impair other components of the water system, including the controls and monitors required for scale and corrosion control, blowdown, and water conservation measures, Or how to apply such a technique that uses plasma discharge to handle the flow of larger volumes in a residential setting. Additionally, the known prior art does not address the use of such techniques in recirculating water systems with varying conductivity over time. Finally, the known prior art does not disclose the capture and use of ozone generated by the Maxx generator as an additional water treatment.

본 발명은 냉각탑들 및 폐쇄-루프 또는 재순환 용수 시스템들과 같은, 유수 시스템들을 처리하기 위해 비-화학적 기술들을 사용하는 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이러한 처리 시스템 및 방법은 처리되는 물에 잠긴 두 개의 전극들 사이에서 고 주파수 및 고 전압 방전을 발생시키는 것을 수반한다. 전극들 사이에서의 각각의 방전을 갖고, 발생된 다수의 오래가는 산화 화학제들(오존, 과산화수소) 및 오래가지 못하는 산화 화학제들(초 산화물들, 하이드록시 라디칼들, 및 수소 라디칼들)이 있을 수 있으며, UV 복사가 또한 음속 충격파들과 함께, 발생된다. 이들 효과들은 종래 기술에서 잘 알려져 있으며 정적 용수 시스템들의 주기적인 처리를 위해 사용되어 왔지만, 이전에 흐르는 또는 재순환하는 용수 시스템들을 효과적으로 처리하기 위해 사용되지 않았다. 본 발명의 일 바람직한 실시예에 따르면, 흐르는 또는 재순환하는 용수 시스템에서 물을 처리하기 위해 플라즈마를 발생시키기 위해 고 전압을 생성하기 위한 처리 시스템 및 방법이 제공된다. 처리 시스템 및 방법은 용수 시스템의 구성요소들을 손상시키지 않고, 플라즈마가 동작의 장기적인 기간들에 걸쳐 미리 결정된 시간 간격들에서 반복적으로 발생되는 반응 챔버를 통해 흐르는 물에 대한 실질적으로 연속적인 처리를 제공한다. The present invention is directed to processing systems and methods that use non-chemical techniques to treat effluent systems, such as cooling towers and closed-loop or recirculating water systems. Such processing systems and methods involve generating high frequency and high voltage discharges between two water immersed electrodes to be treated. (Ozone, hydrogen peroxide) and long-lasting oxidation chemistries (superoxides, hydroxyl radicals, and hydrogen radicals), each with a respective discharge between the electrodes, And UV radiation is also generated, along with sonic shock waves. These effects are well known in the art and have been used for periodic treatment of static water systems, but have not been used to effectively treat previously flowing or recirculating water systems. According to one preferred embodiment of the present invention, a processing system and method are provided for generating a high voltage to generate a plasma to process water in a flowing or recirculating water system. The processing system and method provide substantially continuous processing of water flowing through the reaction chamber that occurs repeatedly at predetermined time intervals over long periods of operation of the plasma without damaging the components of the water system .

하나의 바람직한 실시예에 따르면, 처리 시스템 및 방법은 장기 플라즈마 또는 전기유압 방전이 변화하는 전도도, 온도 및 용해된 고체들을 가질 수 있는 유수에서 발생할 수 있게 하는 플라즈마 반응 챔버 또는 반응기 유닛을 이용한다. 본 발명에 따른 반응기 유닛의 일 바람직한 실시예는 물 및 선택적으로 가스들이 도입되며 반응기 몸체로부터 제거되도록 허용하며, 전기 연결들이 고 전압 및 접지 전극들을 갖고 이루어지도록 허용하는 부품들을 갖고 양쪽 단부들 모두에서 캐핑되는 몸체를 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 반응기 유닛은 반응기 유닛 내에 배치된 전극 마운트 어셈블리를 포함한다. 전극 마운트 어셈블리는 바람직하게는 반응기 또는 플라즈마 방전 구역을 갖고 병목점(choke point)들을 감소시키며 물의 전도도가 증가할 때 플라즈마 발생을 돕기 위해 플라즈마 방전 구역으로 가스 기포들을 이동시키는 구성을 포함한다. According to one preferred embodiment, the processing system and method utilizes a plasma reaction chamber or reactor unit that allows long-term plasma or electro-hydraulic discharge to occur at varying levels of conductivity, temperature and dissolved solids. One preferred embodiment of the reactor unit according to the present invention comprises parts which allow water and optionally gases to be introduced and removed from the reactor body and allow electrical connections to be made with high voltage and ground electrodes, And includes a capped body. According to another preferred embodiment, the reactor unit comprises an electrode mount assembly disposed within the reactor unit. The electrode mount assembly preferably includes a reactor or plasma discharge zone and a configuration for reducing gas choke points and moving gas bubbles to the plasma discharge zone to assist in generating plasma as the conductivity of water increases.

본 발명의 처리 시스템 및 방법의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 고 전압 발생의 부산물로서 생성된 오존 가스가 포획되며 물 처리를 강화하기 위해 사용된다. 흐르며 재-순환하는 용수 시스템들에서 발견된 고 전도도 물에서의 고 전압 방전들을 위한 반응 영역을 최대화하기 위해, 200 kV 이상을 발생시키는 능력을 가진 전원 공급 장치들이 선호된다. 이들 전원 공급 장치들의 동작에서의 부산물은 제거되어야 하는 오존 가스의 생성이거나 또는 그것은 지지 구조와 같은 고 전압 발생 시스템의 구성요소들을 손상시킬 수 있다. 이 실시예에서, 상기 오존은 물 처리를 강화하기 위해, 바람직하게는 플라즈마 반응 챔버에서, 포획되며 처리되는 물로 도입된다. According to another preferred embodiment of the treatment system and method of the present invention, the ozone gas produced as a by-product of high voltage generation is captured and used to enhance the water treatment. To maximize the reaction area for high voltage discharges in high conductivity discharges found in flowing and re-circulating water systems, power supplies with the ability to generate more than 200 kV are preferred. The by-product in the operation of these power supplies may be the generation of ozone gas to be removed or it may damage the components of the high voltage generating system such as the supporting structure. In this embodiment, the ozone is introduced into the water to be captured and treated in order to enhance the water treatment, preferably in a plasma reaction chamber.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 가스 주입 시스템은 공기 또는 반응성 가스들과 같은, 오존 부산물 또는 다른 가스들을, 처리를 추가로 강화하기 위해 처리되는 물로 도입하기 위해 제공된다. 이들 가스들은 바람직하게는 플라즈마 발생이 일어나는 반응 챔버에 들어가기 전에 물에 부가되거나 또는 반응 챔버 내에서의 제자리에서 발생된다. 가스 주입 시스템의 바람직한 실시예들은 마이크로 기포기(microbubbler), 벤투리 입력 또는 벤투리 인젝터, 유체 역학 공동화 시스템, 음파 처리 프로브들, 또는 그것의 조합을 포함한다. 가스 주입 시스템은 바람직하게는 처리되는 물로의 기포들의 미세 분산을 도입하며, 이것은 공기/가스의 절연 파괴 강도가 물의 것보다 작기 때문에 플라즈마 발생을 추가로 돕는다. 플라즈마 파괴가 공기 또는 가스 분자들에서 개시됨에 따라, 공기 또는 가스 분자들로부터의 이온화된 전자들은 그 후 캐리 오버하며 물 분자들에서의 전자 이온화를 시작할 것이다. According to another preferred embodiment, the gas injection system is provided for introducing ozone byproducts or other gases, such as air or reactive gases, into the treated water to further enhance the treatment. These gases are preferably added to the water before entering the reaction chamber where plasma generation takes place or are generated in situ in the reaction chamber. Preferred embodiments of the gas injection system include microbubbles, Venturi inputs or venturi injectors, hydrodynamic cavitation systems, sonic processing probes, or a combination thereof. The gas injection system preferably introduces a fine dispersion of the bubbles into the water to be treated, which further aids in generating plasma since the dielectric breakdown strength of the air / gas is less than that of water. As the plasma breakdown is initiated in air or gas molecules, ionized electrons from air or gas molecules will then carry over and begin electron ionization in water molecules.

본 발명에 따른 처리 시스템 및 방법의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 연속 사용 고 전압 발생기가 제공된다. 바람직한 고 전압 발생기는 막스 발생기 또는 막스 사다리 구성을 가진다. 종래 기술의 막스 발생기들이 가진 알려진 문제점은 불꽃 갭 전극들로부터의 금속이 불꽃 갭 방전의 타이밍을 방해하는 고 전압 발생기 시스템의 막스 사다리 폐쇄 지지 구조 및 다른 구성요소들의 벽의 측면들 상에 침전되게 되는 것이며, 이것은 플라즈마의 형성을 방지하거나 또는 방해할 것이다. 본 발명에 따른 막스 발생기 지지 구조의 바람직한 실시예는 불꽃 갭 전극들 사이에서의 거리를 증가시키기 위해 증가된 높이 및 폭의 개방 프레임을 포함한다. 불꽃 갭 전극들 사이에서의 증가된 간격을 갖고, 금속 침전물들은 보다 좁은 지지 엔클로저를 갖고서만큼 빨리 갭을 브리징하지 않는다. 막스 발생기 지지 구조의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 프레임의 하부 연결 부분은 그것을 커패시터 뱅크로부터 전기적으로 분리시키기 위해 유조에 잠긴다. 또 다른 바람직한 실시예는 금속 침전물들이 지지 구조 표면의 표면들 상에 형성되는 것을 방지하거나 또는 금지하기 위해 및 표면들 상에 형성하는 임의의 침전물의 용이한 제거를 허용하기 위해 미네랄 오일로 코팅되는 지지 구조를 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 지지 구조는 오존이 지지 구조의 기계적 고장을 야기할 수 있는 몇몇 재료들을 약화시키는 것으로 알려져 있으므로, 내오존 재료들로 만든다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 하우징 또는 커버는 강화된 물 처리에서의 사용을 위해 오존을 포획하기 위해 및 감소된 또는 음의 압력에서 막스 발생기의 동작을 용이하게 하기 위해 막스 발생기 지지 구조 위에 위치된다.According to another preferred embodiment of the processing system and method according to the present invention, a continuous use high voltage generator is provided. A preferred high voltage generator has a Max generator or Marx ladder configuration. A known problem with the prior art Marx generators is that the metal from the spark gap electrodes is deposited on the sides of the walls of the Marx ladder closure support structure and other components of the high voltage generator system that interfere with the timing of the spark gap discharge , Which will prevent or hinder the formation of plasma. A preferred embodiment of the Maxx generator support structure according to the present invention comprises an open frame of increased height and width to increase the distance between the spark gap electrodes. With increased spacing between the spark gap electrodes, the metal deposits have a narrower support enclosure and do not bridge the gap as quickly. According to another preferred embodiment of the Max generator support structure, the lower connection portion of the frame is submerged in the furnace to electrically isolate it from the capacitor bank. Another preferred embodiment provides a support that is coated with mineral oil to prevent or inhibit metal deposits from being formed on the surfaces of the support structure surface and to allow for easy removal of any deposits that form on the surfaces. Structure. According to another preferred embodiment, the support structure is made of internal ozone materials, since it is known that ozone weakens some materials that can cause mechanical failure of the support structure. According to another preferred embodiment, the housing or the cover is located above the Maxx generator support structure to capture ozone for use in enhanced water treatment and to facilitate operation of the Maxx generator at reduced or negative pressures .

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 물을 처리하기 위한 시스템 및 방법은 하나 이상의 구성요소들에 연결된 하나 이상의 제어 시스템들을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 제어 시스템은 처리 시스템 및 용수 시스템의 물, 배선, 또는 다른 중대한 전력 공급 구성요소들의 과열을 방지하기 위해 특정 시간 증분들 또는 간격들에서 발생하도록 펄싱된 고 전압 방전의 시간을 맞춘다. 또 다른 실시예에 따르면, 제어 시스템은, 물이 용수 시스템 및 처리 시스템을 통해 흐름에 따라, 재순환의 사이클들에 따라 증가하는, 물 전도도를 기록하는 피드백 루프를 포함한다. 전도도가 증가함에 따라, 제어기는 플라즈마 방전을 돕기 위해 반응 챔버로 공기 또는 다른 가스들의 흐름을 증가시킨다(가스 주입 시스템을 통해서와 같은). According to another preferred embodiment of the present invention, a system and method for treating water comprises one or more control systems connected to one or more components. According to a preferred embodiment, the control system controls the time of the high voltage discharge pulsed to occur at specific time increments or intervals to prevent overheating of the water, wiring, or other significant power supply components of the processing system and the water system It adjusts. According to another embodiment, the control system includes a feedback loop for recording water conductivity, the water increasing with cycles of recirculation as the water flows through the water system and the treatment system. As the conductivity increases, the controller increases the flow of air or other gases into the reaction chamber (such as through a gas injection system) to aid in plasma discharge.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 분리된 전원 공급 장치, 접지된 금속 구성요소들, 및 전자기 간섭 디바이스들과 같은, 다양한 보호 디바이스들이 생성된 과도한 전압으로부터 용수 시스템의 구성요소들을 보호하기 위해 처리 시스템 및/또는 용수 시스템 전체에 걸쳐 사용된다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 고 전압 방전에 의해 생성된 과도한 에너지(일반적으로 낭비되는)는 물을 추가로 조절하며 처리하기 위해 포획된다. 전류는 물에 자기장을 발생시키기 위해 접지에 용수 시스템 배관을 연결하는 와이어 루프들을 통해 흐르도록 허용된다. 이러한 자기장은 물 처리에서 유익한 효과를 갖는 것으로 도시되었으며 전체 용수 시스템 전체에 걸쳐 많은 양의 전자기 방사의 손상 효과들이 전도도, pH, 생물학적 활동을 측정하기 위해, 뿐만 아니라 일반적으로 물 공급 장치로 고 전압 방전을 직접 발생시키는 시스템들을 갖고 발견되는 펌프들 및 다른 중대한 시스템 구성요소들을 제어하기 위해 사용된 전자 제어 시스템들 상에 갖는 것을 회피한다. 물에서의 다수의 접지 포인트들 또는 다른 보호 디바이스 또는 고 전압 구성요소들 주위에서의 적절한 차폐를 갖지 않는 고 전압 방전의 사용은 기존의 종래 기술의 적용 가능성을 엄격하게 제한한다.According to another preferred embodiment of the present invention, various protection devices, such as a separate power supply, grounded metal components, and electromagnetic interference devices, are used to protect the components of the water system from the generated excess voltage Processing systems and / or water systems. According to another preferred embodiment, the excess energy (typically wasted) produced by the high voltage discharge is captured to further regulate and process the water. The current is allowed to flow through the wire loops connecting the water system piping to ground to generate a magnetic field in the water. These magnetic fields have been shown to have beneficial effects in water treatment, and the damaging effects of large amounts of electromagnetic radiation throughout the entire water system can be used for measuring conductivity, pH, biological activity, as well as for high- And on electronic control systems used to control other important system components. ≪ RTI ID = 0.0 > [0002] < / RTI > The use of high voltage discharges that do not have adequate shielding around multiple grounding points or other protective devices or high voltage components in water severely limits the applicability of existing prior art techniques.

본 발명에 따른 처리 시스템들 및 방법들은 가혹한 화학제들의 사용을 요구하지 않고 및 용수 시스템의 구성요소들을 손상시키지 않고 용수 시스템에서의 물로부터 다른 침전물들과 함께 생물막 및 조류를 효과적으로 제거한다. 본 발명의 처리 시스템들 및 방법들은 또한 용수 시스템을 통해 흐르는 물이 깨끗한 것으로 고려되었을 때조차(이전 화학 처리에 기초하여 또는 그것이 시 공급으로부터 새로운 물로 이루어졌기 때문에) 상당한 침전물들 및 조류가 본 발명에 따라 처리된 용수 시스템으로부터 배출되어 관찰되었으므로 종래 기술의 처리들보다 더 효과적이다. 본 발명에 따른 처리들이 사용될 때, 증가된 구리 부식률들이 또한 관찰되며, 이것은 열 교환기 튜브들이 생물막 성장 및 다른 침전물들이 효과적으로 제거되어 증가된 열 교환 효율을 야기함을 나타낸다.The treatment systems and methods according to the present invention effectively remove biofilms and algae from the water in the water system with other deposits without requiring the use of harsh chemicals and without damaging the components of the water system. The processing systems and methods of the present invention are also useful in the present invention because significant sediments and algae are present in the present invention even when the water flowing through the water system is considered clean (based on previous chemical treatments, Is more effective than the processes of the prior art since it was observed to be discharged from the treated water system. When the treatments according to the invention are used, increased copper corrosion rates are also observed, indicating that the heat exchanger tubes cause biofilm growth and other deposits to be effectively removed resulting in increased heat exchange efficiency.

본 발명의 장치는 다음의 도면들에 관하여 추가로 기술되며 설명된다.The apparatus of the present invention is further described and illustrated with reference to the following drawings.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 일 바람직한 실시예의 개략도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예가 적용되지 않을 때 하나의 실험에서 측정된 전자기장들을 도시한 그래프들.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 사용하여 또 다른 실험에서 측정된 전자기장들을 도시한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 바람직한 실시예의 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 바람직한 실시예의 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 반응 챔버 및 전극 마운트 어셈블리의 바람직한 실시예의 정면도.
도 7은 도 6의 전극 마운트 어셈블리 및 접지 전극의 대안적인 바람직한 실시예의 정면도.
도 8은 본 발명에 따른 고 전압 장착 베이스의 바람직한 실시예의 하부 투시도.
도 9a는 본 발명에 따른 고 전압 장착 베이스의 또 다른 바람직한 실시예의 하부 투시도.
도 9b는 도 9a의 고 전압 장착 베이스의 상부 평면도.
도 10은 본 발명에 따른 접지 전극 장착 베이스의 바람직한 실시예의 상부 평면도.
도 11은 도 9의 접지 전극 장착 베이스의 하부 투시도.
도 12는 도 9의 접지 전극 장착 베이스의 정면도.
도 13은 도 9의 접지 전극 장착 베이스의 하부 평면도.
도 14는 본 발명에 따른 접지 전극 장착 베이스의 또 다른 바람직한 실시예의 하부 투시도.
도 15는 본 발명에 따른 막스 사다리 지지 구조의 바람직한 실시예의 투시도.
도 16은 도 15의 막스 사다리 지지 구조의 상부 평면도.
도 17은 도 15의 막스 사다리 지지 구조의 측면도.
도 18은 도 15의 막스 사다리 지지 구조의 또 다른 투시도이다.
도 19는 외부 하우징, 불꽃 갭 챔버, 및 막스 사다리 지지 구조를 도시한, 고 전압 발생기 시스템의 바람직한 실시예의 단면, 정면도.
도 20은 도 19의 고 전압 발생기 시스템의 일 부분의 상부 평면도.
도 21은 도 19의 고 전압 발생기 시스템의 일 부분의 투시도.
도 22는 도 15의 막스 사다리에 대한 회로 레이아웃.
1 is a schematic diagram of one preferred embodiment of a system according to the invention;
Figures 2a and 2b are graphs of electromagnetic fields measured in one experiment when the embodiment of the present invention is not applied.
3 is a graph showing electromagnetic fields measured in another experiment using the preferred embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of another preferred embodiment of a system according to the invention;
5 is a schematic diagram of another preferred embodiment of a system according to the invention;
Figure 6 is a front view of a preferred embodiment of a reaction chamber and electrode mount assembly in accordance with the present invention;
Figure 7 is a front view of an alternative preferred embodiment of the electrode mount assembly and ground electrode of Figure 6;
8 is a bottom perspective view of a preferred embodiment of a high voltage mounting base according to the present invention;
Figure 9a is a bottom perspective view of another preferred embodiment of a high voltage mounting base in accordance with the present invention;
Figure 9b is a top plan view of the high voltage mounting base of Figure 9a.
10 is a top plan view of a preferred embodiment of a ground electrode mounting base according to the present invention;
Figure 11 is a bottom perspective view of the grounded electrode mounting base of Figure 9;
Figure 12 is a front view of the ground electrode mounting base of Figure 9;
Figure 13 is a bottom plan view of the ground electrode mounting base of Figure 9;
Figure 14 is a bottom perspective view of another preferred embodiment of a ground electrode mounting base according to the present invention;
15 is a perspective view of a preferred embodiment of a Marx ladder support structure in accordance with the present invention.
Figure 16 is a top plan view of the Marx ladder support structure of Figure 15;
Figure 17 is a side view of the Marx ladder support structure of Figure 15;
Figure 18 is another perspective view of the Marx ladder support structure of Figure 15;
19 is a cross-sectional, front view of a preferred embodiment of a high voltage generator system, showing an outer housing, a spark gap chamber, and a Marx ladder support structure.
Figure 20 is a top plan view of a portion of the high voltage generator system of Figure 19;
Figure 21 is a perspective view of a portion of the high voltage generator system of Figure 19;
Figure 22 is a circuit layout for the Marx ladder of Figure 15;

본 발명에 따른 처리 시스템의 바람직한 실시예가 도 1에 묘사된다. 처리 시스템(10)은 바람직하게는 가스 주입 시스템(28), 플라즈마 반응 챔버(36), 고 전압 발생기 시스템(40), 전력 시스템(46), 및 다양한 구성요소 보호 디바이스들을 포함한다. 처리 시스템(10)은 기존의 용수 시스템(12)에 쉽게 부가된다. 용수 시스템(12)은 임의의 거주용, 상업용 또는 산업용 용수 시스템, 특히 냉각탑들과 같은, 냉각 애플리케이션들 및 재순환된 용수 시스템들을 위해 사용된 것들일 수 있다. 용수 시스템(12)은 도 1에 묘사되지 않은 잘 알려진 구성요소들을 포함한다. 처리되는 용수 시스템(12)으로부터의 물 스트림(14)은 pH 센서들, 온도, 및 전도도와 같은, 용수 시스템들을 모니터링할 때 흔히 사용되는 다양한 센서들(16)을 통과한다. 용수 시스템(12)의 크기 및 용수 시스템(12)을 통해 흐르는 물의 양에 의존하여, 시스템에서의 모든 물은 처리 시스템(10)을 통과할 수 있거나 또는 단지 일 부분 또는 측류가 처리 시스템(10)을 통과할 수 있다. 가장 바람직하게, 처리 시스템(10)은, 또한 용수 시스템을 통해 물의 흐름을 정지시키거나 또는 감소시킬 필요 없이, 처리 시스템이 보수를 위해 정지될 때와 같은, 처리 시스템을 바이패스하기 위해 셧-다운 밸브 또는 다이버터(diverter)를 포함한다.A preferred embodiment of the treatment system according to the present invention is depicted in Fig. The processing system 10 preferably includes a gas injection system 28, a plasma reaction chamber 36, a high voltage generator system 40, a power system 46, and various component protection devices. The processing system 10 is easily added to the existing water system 12. The water system 12 may be any residential, commercial or industrial water system, especially those used for cooling applications and recycled water systems, such as cooling towers. The water system 12 includes well known components not depicted in FIG. The water stream 14 from the treated water system 12 passes through various sensors 16 that are commonly used in monitoring water systems, such as pH sensors, temperature, and conductivity. Depending on the size of the water system 12 and the amount of water flowing through the water system 12, all the water in the system may pass through the processing system 10, or only a portion or side stream may pass through the processing system 10, Lt; / RTI > Most preferably, the treatment system 10 also includes a shut-down (not shown) system for bypassing the treatment system, such as when the treatment system is stopped for maintenance, without having to stop or reduce the flow of water through the water system. A valve or a diverter.

물 스트림(18)은 바람직하게는 가스 주입 시스템(28)을 통해 흐르며, 이것은 공기 및/또는 가스의 미세 기포들을 갖고 물 스트림(18)을 주입한다. 바람직하게는, 가스 주입 시스템(28)은 하나 이상의 마이크로-기포기 디바이스들(20)을 포함하며, 여기에서 공기 또는 가스(22), 반응성 가스(26), 및/또는 오존(30)이 플라즈마 반응 챔버(36)의 미세 기포 업스트림으로서 물 스트림으로 도입된다. 오존, 모노-원자 산소, 준-안정 단일항 델타 산소, 기체 상 이산화수소, 염소 가스, 이산화염소 가스와 같은, 반응성 가스들이 또한 용수 시스템(12)으로부터 미생물 종들의 최대 제거를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 가스들의 사용 및 선택은 용수 시스템(12) 내에서의 물 조건들에 의존할 것이다. 그것은 물 스트림(18)으로 공기, 오존, 또는 다른 가스 스트림들을 부가하기 위해, 또는 미세-기포들로서 부가되도록 요구되지 않지만, 미세-기포들은 플라즈마 발생을 도우며 오존 가스 또는 반응성 가스가 또한 용수 시스템의 물을 처리하도록 작용한다. 기포들이 부가된다면, 기포들을 갖고 주입된, 스트림(24)은 플라즈마 반응 챔버(36)를 공급하며, 그렇지 않다면 스트림(18)은 플라즈마 반응 챔버(36)를 공급한다.The water stream 18 preferably flows through the gas injection system 28, which injects the water stream 18 with fine bubbles of air and / or gas. Preferably, the gas injection system 28 comprises one or more micro-bubbling devices 20 wherein the air or gas 22, the reactive gas 26, and / or the ozone 30 are subjected to a plasma reaction Is introduced into the water stream as a micro-bubble upstream of the chamber 36. Reactive gases such as ozone, mono-atomic oxygen, quasi-stable monodentate-delta oxygen, gaseous hydrogen peroxide, chlorine gas, chlorine dioxide gas can also be used to achieve maximum removal of microbial species from the water system 12 have. The use and selection of these gases will depend on the water conditions within the water system 12. [ It is not required to add air, ozone, or other gas streams to the water stream 18, or to be added as micro-bubbles, but the micro-bubbles aid in plasma generation and ozone gas or reactive gas is also added to the water Lt; / RTI > If bubbles are added, the stream 24, which is injected with bubbles, feeds the plasma reaction chamber 36, otherwise the stream 18 feeds the plasma reaction chamber 36.

또 다른 바람직한 실시예에서, 가스 주입 시스템(28)은 물 스트림(24)을 생성하기 위해 물 스트림(18)으로 공기/가스, 반응성 가스, 및/또는 오존의 미세 기포 분산을 주입하기 위한 벤투리 시스템을 포함한다. 벤투리 입력은 고 전압 반응 챔버(36)의 업스트림으로 위치되며 반응 챔버(36) 내에서 고 전압 방전 영역으로 이들 가스들 중 하나 이상의 미세-기포들을 도입한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 미세-기포들은 반응 챔버(36) 내에서 반응 구역으로 유체 역학 공동화 프로세스에 의해 생성된 미세-기포들의 고도로 분산된 부유를 도입하는 유체 역학 공동화 시스템을 통합함으로써 생성된다. 제 4 바람직한 실시예에서, 벤투리 시스템 및 유체 역학 공동화 시스템이 함께 사용된다. 상기 조합은 최적화된 반응 속도론 및 활성 종 발생을 위한 상승 환경을 생성하는 이점을 가진다. 제 5 바람직한 실시예에서, 고 전압 반응 챔버(36)는 챔버(36) 내에서 고 전압 방전 구역 내에서의 제자리에서 미세-기포들을 발생시킬 수 있는 복수의 음파 처리 프로브들과 결합될 수 있어서, 다시 상승 반응 성능을 제공한다. 최종적으로 제 6 바람직한 실시예에서, 이들 가스들 중 하나 이상이 음파 처리 프로브들에 의해 발생되는 미세-기포들과 함께 고 전압 반응 구역으로 벤투리될 수 있다. 그것의 구성요소들 및 애플리케이션들이 이 기술분야에서 잘 알려져 있는, 이들 시스템들 또는 디바이스들 중 임의의 것 또는 이들 시스템들 및 디바이스들의 임의의 조합을 사용한 미세-기포들의 도입은 공기 또는 가스의 절연 파괴 강도가 물의 것보다 작기 때문에 플라즈마 발생을 추가로 돕는다. 플라즈마 파괴가 공기 또는 다른 가스 분자들에서 개시됨에 따라, 공기 또는 다른 가스로부터의 이온화된 전자들이 그 후 캐리 오버하며 물 분자들에서의 전자 이온화를 시작할 것이다. In another preferred embodiment, the gas injection system 28 includes a venturi for injecting the air / gas, reactive gas, and / or microbubble dispersion of ozone into the water stream 18 to produce the water stream 24. System. The Venturi input is located upstream of the high voltage reaction chamber 36 and introduces one or more micro-bubbles of these gases into the high voltage discharge region within the reaction chamber 36. In another preferred embodiment, the micro-bubbles are created by incorporating a hydrodynamic cavitation system that introduces a highly dispersed suspension of micro-bubbles produced by the hydrodynamic cavitation process into the reaction zone in the reaction chamber 36. In a fourth preferred embodiment, a Venturi system and a hydrodynamic cavitation system are used together. The combination has the advantage of creating an optimized kinetics and a rising environment for active species generation. In the fifth preferred embodiment, the high-voltage reaction chamber 36 can be combined with a plurality of sonic processing probes capable of generating micro-bubbles in-situ within the high-voltage discharge region within the chamber 36, And provides a rising reaction performance again. Finally, in a sixth preferred embodiment, one or more of these gases may be ventilated into the high-voltage reaction zone with the micro-bubbles generated by the sonic processing probes. The introduction of micro-bubbles using any of these systems or devices, or any combination of these systems and devices, whose components and applications are well known in the art, The intensity is further smaller than that of water, thus further helping to generate plasma. As the plasma breakdown is initiated in air or other gas molecules, ionized electrons from air or other gases will then carry over and initiate electron ionization in the water molecules.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 가스 주입 시스템(28)의 하나 이상의 구성요소들은 제어기(용수 시스템을 위한 제어기 또는 처리 시스템을 위한 별개의 제어기일 수 있는)에 연결된다. 제어기는 물에서 전도도의 증가된 측정치들(통상적으로 용수 시스템 제어 기능의 부분으로서 측정되는)에 응답하여 반응 챔버(36)로 공기 또는 다른 가스들의 흐름을 증가시키도록 동작한다. 증가된 공기 흐름은 물의 전도도가 높을 때조차 플라즈마 방전이 발생함을 보장하도록 돕는다.According to another preferred embodiment, one or more components of the gas injection system 28 are connected to a controller (which may be a controller for the water system or a separate controller for the treatment system). The controller is operative to increase the flow of air or other gases to the reaction chamber 36 in response to increased measurements of conductivity in water (typically measured as part of the water system control function). The increased airflow helps to ensure that plasma discharge occurs even when the conductivity of the water is high.

반응 챔버(36)는 바람직하게는 내부 유전체 배리어 층(34a) 및 외부 접지 실드(34b)에 의해 둘러싸이며 차폐된 밀봉된, 방수 하우징(35)을 포함한다. 유전체 배리어(34a)는 접지와 관련 있는 전도성 외부 층인, 접지 층(34b)에 대한 아크를 방지하는 비-전도성 층이다. 유전체 배리어(34a) 및 접지 실드(34b)는 반응 챔버(36)에서 발하는 전자기 간섭들을 감소시킨다. 반응 챔버(36)가 차폐되지 않는다면, 민감성 전자 장비가 챔버(36) 내에서 발생된 플라즈마에 의해 손상될 수 있다. 고 전압 발생기 시스템(40)에서 발생된 전압이 챔버(36) 내에서 고 전압 전극으로 송신됨에 따라 챔버(36) 내에서 플라즈마 방전을 발생시키는 고 전압 전극 및 접지 전극이 반응 챔버(36) 내에 배치된다. 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 이들 구성요소들은 당업자들에게 잘 알려져 있다. 반응 챔버(36), 하우징(35), 및 반응 챔버(36) 내에서의 고 전압 및 접지 전극들의 형태 및 구성은 중대하지 않으며 임의의 알려진 형태 및 구성이 사용될 수 있지만, 도 6 및 도 7에 도시되며 이하에 논의된 바와 같이 전극 마운트 어셈블리 및 반응 챔버의 바람직한 실시예가 가장 바람직하게 사용된다. 또 다른 접지(48)가 또한 하우징(35)을 둘러싸는 접지 층(34b)과 접촉하여 배치되며, 이것은 반응 챔버(36)에서 플라즈마 방전을 발생시키기 위해 요구된다. 접지(48)는 접지 전극으로서 동작할 수 있거나 또는 접지 전극으로서 동작하기 위해 더 두꺼운 로드 또는 다른 도체에 연결될 수 있다. 고도로 절연된 고 전압 와이어(38)는 반응 챔버(36)에서의 고 전압 전극과 고 전압 발생기 시스템(40)을 연결한다. 와이어(38)는 바람직하게는 다른 전자 디바이스들, 금속 구조들, 또는 사람들/조작자들에 대한 아크를 방지하기 위해 고 강도 유전체를 갖고 절연된다. 와이어(38)는 고 전압 전극으로서 동작할 수 있거나 또는 전극으로서 동작하기 위해 더 두꺼운 로드 또는 다른 도체에 연결될 수 있다. 처리된 물 스트림(50)은 반응 챔버(36)를 빠져나오며 시스템을 통해 재순환되도록 섬프(54)(특히 용수 시스템(12)이 냉각 탑인 경우) 또는 용수 시스템(12)의 다른 구성요소들 또는 배관으로 리턴한다. 챔버(36)로 및 그 밖으로 물 스트림들(24 및 50)을 위한 유입구 및 유출구 결합들이 접지되어야 한다. The reaction chamber 36 preferably includes a sealed, watertight housing 35 surrounded by and shielded by an inner dielectric barrier layer 34a and an outer ground shield 34b. The dielectric barrier 34a is a non-conductive layer that prevents arcing to the ground layer 34b, which is a conductive outer layer associated with the ground. The dielectric barrier 34a and the grounding shield 34b reduce the electromagnetic interference emanating from the reaction chamber 36. [ If the reaction chamber 36 is not shielded, the sensitive electronic equipment can be damaged by the plasma generated in the chamber 36. As a result of the voltage generated in the high voltage generator system 40 being transmitted to the high voltage electrode in the chamber 36, a high voltage electrode and a ground electrode that generate a plasma discharge in the chamber 36 are placed in the reaction chamber 36 do. These components for generating a plasma discharge are well known to those skilled in the art. The shape and configuration of the high voltage and ground electrodes in the reaction chamber 36, the housing 35, and the reaction chamber 36 are not critical and any known shapes and configurations may be used, And the preferred embodiment of the electrode mount assembly and reaction chamber as discussed below is most preferably used. Another ground 48 is also placed in contact with the ground layer 34b surrounding the housing 35, which is required to generate a plasma discharge in the reaction chamber 36. The ground 48 may operate as a ground electrode or may be connected to a thicker rod or other conductor to act as a ground electrode. A highly insulated high voltage wire 38 connects the high voltage generator system 40 to the high voltage electrode in the reaction chamber 36. The wire 38 is preferably insulated with a high-strength dielectric to prevent arcing against other electronic devices, metal structures, or people / operators. The wire 38 may operate as a high voltage electrode or may be connected to a thicker rod or other conductor to act as an electrode. The treated water stream 50 exits the reaction chamber 36 and passes through the sump 54 (particularly if the water system 12 is a cooling tower) or other components of the water system 12 . The inlet and outlet connections for the water streams 24 and 50 into and out of the chamber 36 must be grounded.

고 전압 발생기 시스템(40)은 각각의 방전 단계에서 200 kV를 초과하는 고 주파수, 고 전압 펄스를 발생시킬 수 있다. 고 전압 발생기 시스템(40)은 바람직하게는 주변 환경으로부터 막스 사다리(42)를 분리하며 내부 구성요소들로부터 근처의 금속 구조들, 콘센트들, 및 다른 모니터링 및 제어 시스템들로 아크를 방지하기 위해 유전체 배리어를 포함하는 외부 하우징(43)(도 19에 도시된 바람직한 실시예에서와 같은) 내에서의 불꽃 갭 챔버(41) 내에 배치된 막스 사다리 또는 막스 발생기(42)를 포함한다. 종래의 냉각탑들 또는 폐쇄 루프 시스템들에서 보여진 것들과 유사한 전도성 물들을 처리할 때 효과가 있도록, 고 전압 발생기 시스템(40)은 바람직하게는 반응 챔버(36)에서 고 전압 방전 전극과 접지 전극 사이에서 약 5 mm의 전극 갭에 대해 200 kV의 전압 출력이 가능하다. 다른 갭 거리들이 당업자에 의해 이해될 수정들을 갖고 사용될 수 있지만, 약 5 mm의 갭 거리가 선호된다. 이것은 보다 큰 갭 거리가 고 전압 발생기 시스템(40)에서의 구성요소 고장과 같은, 부가적인 이슈들을 도입할 수 있는, 출력 전압에서의 증가를 요구하며, 보다 작은 갭 거리가 플라즈마 방전에 노출되는 물의 양을 감소시키기 때문에 선호된다. The high voltage generator system 40 can generate high frequency, high voltage pulses in excess of 200 kV at each discharge stage. The high voltage generator system 40 preferably separates the Marx ladder 42 from the surrounding environment and is adapted to isolate the dielectric from internal components and to prevent arcing by nearby metallic structures, Includes a Max ladder or Maxx generator 42 disposed in a flame gap chamber 41 within an outer housing 43 (such as in the preferred embodiment shown in FIG. 19) that includes a barrier. The high voltage generator system 40 is preferably located in the reaction chamber 36 between the high voltage discharge electrode and the ground electrode so as to be effective when processing conductive materials similar to those shown in conventional cooling towers or closed loop systems A voltage output of 200 kV is possible for an electrode gap of approximately 5 mm. Gap distances of about 5 mm are preferred, although other gap distances may be used with modifications that will be understood by those skilled in the art. This requires an increase in the output voltage, where a larger gap distance may introduce additional issues, such as component failure in the high voltage generator system 40, and a smaller gap distance is required for the water to be exposed to the plasma discharge It is preferred because it reduces the amount.

일 바람직한 실시예에서, 고 전압 발생기 시스템(40)은 통상적인 벽부착 접속구로부터 110V 출력을 취하며 40 kV DC 신호를 발생시키는 스테이지 1 저 전압 구성요소(도 19 및 도 22에 도시된 바와 같이, 드라이버 회로(39))를 포함한다. 이것은 플라이백 변압기로부터의 입력을 펄싱하는 제로 볼트 스위칭 회로에 의해 달성된다. 변압기에 대한 턴들의 수는 플라이백 변압기의 출력 전압을 변경하기 위해 증가되거나 또는 감소될 수 있다. 제로 볼트 스위칭 드라이버 회로를 사용하는 이점은 그것이 펄싱 전력 시스템들에서 생성되는 전자기 간섭에 민감하지 않은, 고 잡음 여유도를 특징으로 한다는 것이다. 디지털 또는 다른 회로들이 또한 사용될 수 있지만, 그것들은 제로 볼트 스위칭 드라이버보다 플라즈마 반응 챔버(36)에 의해 발생된 외부 간섭에 더 민감하다. 고 전압 출력으로부터 전자 장치를 보호하기 위해, 이것은 별개의 차폐된 엔티티로서 구성된다. 스테이지 1 저 전압 구성요소(드라이버 회로(39))로부터의 신호는 병렬로 조립된 커패시터들을 갖는, 막스 발생기(42)에서 커패시터 뱅크를 충전하기 위해 사용된다. 커패시터 뱅크가 방전 한계에 도달할 때, 그것은 단말기 전압이 방전과 접지 전극 사이에서의 200 kV보다 크도록 막스 사다리에서의 불꽃 갭들 사이에서의 캐스케이딩 방전 이벤트를 트리거한다. In one preferred embodiment, the high voltage generator system 40 is a stage 1 low voltage component that takes a 110V output from a typical wall attachment port and generates a 40 kV DC signal (as shown in Figures 19 and 22, Driver circuit 39). This is accomplished by a zero volts switching circuit that pulses the input from the flyback transformer. The number of turns for the transformer may be increased or decreased to change the output voltage of the flyback transformer. The advantage of using a zero volt switching driver circuit is that it features a high noise margin, which is not sensitive to electromagnetic interference generated in pulsed power systems. Although digital or other circuits may also be used, they are more susceptible to external interference generated by the plasma reaction chamber 36 than a zero volt switching driver. To protect the electronic device from the high voltage output, it is configured as a separate shielded entity. The signal from the stage 1 low voltage component (driver circuit 39) is used to charge the capacitor bank in Maxx generator 42, with the capacitors assembled in parallel. When the capacitor bank reaches the discharge limit, it triggers a cascading discharge event between the spark gaps in the Marx ladder such that the terminal voltage is greater than 200 kV between the discharge and the ground electrode.

공기를 가압하거나 또는 분사하기 위한 공기 펌프들(44) 또는 다른 디바이스들은 바람직하게는 고 전압 발생기 시스템(40)으로 통합되지만, 또한 발생기(40)의 외부에 있으며 발생기(40)로의 공기 흐름을 허용하기 위해 적절한 도관과 연결될 수 있다. 공기 펌프들(44)은 전극 수명을 증가시키도록 돕는, 막스 사다리(42)의 전극들을 퀀칭하기 위해 고 전압 발생기 시스템(40)을 통해 공기를 분사한다. 공기 펌프들(44)은 전극들에 걸쳐 및 불꽃 갭 챔버(41) 밖으로 공기를 밀어낸다. 불꽃 갭 챔버(41)로부터 발생된 오존 가스(30)는 고 전압 발생기 시스템(40)으로부터 인출되며 바람직하게는 추가 물 처리를 제공하기 위해 용수 시스템(18)으로 더해지거나 또는 주입되도록 다시 재순환된다. 막스 사다리로부터 발생된 오존 가스는 통상적으로 폐기물로 고려되지만, 그것은 유리하게는 물 처리의 소스로서 본 발명에 따라 사용된다. 가장 바람직하게는, 오존 가스(30)는 반응 챔버(36)로의 유입구에서 또는 그 가까이에서 물 스트림(18)으로 벤투리된다. 이것은 물 공급기로의 오존(및 질소와 같은, 공기의 다른 구성요소들)의 도입을 허용하며 또한 공급 스트림(24)을 형성하기 위해 미세 마이크로-기포들을 갖고 물 스트림(18)을 통기시킨다. 플라즈마 방전과 조합된 고 전압 발생기 시스템(40)으로부터의 오존 부산물의 사용은 상승적이며 처리되는 물에서 플랑크톤 박테리아를 감소시키는데 특히 효과적이라는 것이 발견되었다. The air pumps 44 or other devices for pressurizing or spraying air are preferably integrated into the high voltage generator system 40 but are also external to the generator 40 and allow air flow to the generator 40 To the appropriate conduit. Air pumps 44 inject air through high voltage generator system 40 to quantify the electrodes of Maxl ladder 42, which helps to increase electrode life. Air pumps 44 push air across the electrodes and out of the flame gap chamber 41. The ozone gas 30 generated from the flame gap chamber 41 is withdrawn from the high voltage generator system 40 and is recycled back into the water system 18 to be preferably added or processed to provide additional water treatment. Ozone gas generated from the Marx ladder is typically considered waste, but it is advantageously used according to the present invention as a source of water treatment. Most preferably, the ozone gas 30 is ventilated to the water stream 18 at or near the inlet to the reaction chamber 36. This permits the introduction of ozone (and other constituents of air, such as nitrogen) into the water feeder and also allows the water stream 18 to flow with micro-micro-bubbles to form a feed stream 24. The use of ozone byproducts from a high voltage generator system 40 in combination with plasma discharge has been found to be particularly effective in reducing planktonic bacteria in synergistic and treated water.

처리 시스템(10)은 또한 생성된 과도한 전압으로부터 용수 시스템의 구성요소들을 보호하기 위해 전력 시스템(46) 및 다양한 보호 디바이스들을 포함한다. 전력 시스템(46)은 바람직하게는 중단 가능하지 않은 전원 공급 장치 또는 절연 변압기를 포함하며, 이것은 용수 시스템(12)이 하우징되는 빌딩의 전원 공급 장치에 들어가는 것으로부터 임의의 과도 전압 스파이크들을 감소시킨다. 이것은 또한 별개의, 중단 가능하지 않은 전원 공급 장치 또는 절연 변압기(60)를 가진 센서들(16)과 같은, 빌딩 및 용수 시스템(12)의 다른 전자 구성요소들로부터 고 전압 발생기 시스템(40)을 분리시킨다. 접지된 금속 구성요소(56)는 바람직하게는 용수 시스템(12)(냉각탑의 경우에 섬프(54)와 같은)을 위한 물 저장소에 위치된다. 접지된 금속 구성요소(56)는 바람직하게는 큰 표면적을 가진 금속 또는 메시의 조각이지만, 다른 형태들 및 구성들이 사용될 수 있다. 이러한 접지된 구성요소는 물을 통해 전자기 간섭을 감소시키거나 또는 제거한다. 전자기 간섭 억제기들(58)은 바람직하게는 용수 시스템(12)의 전자 구성요소들, 특히 전도도, 온도, 및 pH와 같은, 물 품질들을 모니터링하기 위해 사용될 임의의 센서들(센서들(16)과 같은)에 연결되거나 또는 그것 상에서 클램핑된다. 52와 같은, 다른 접지 디바이스들이 필요에 따라 용수 시스템(12) 내에서의 다른 저장소들 또는 배관에 부가되거나 또는 처리 시스템(10)과 용수 시스템(12)을 연결할 수 있다. 일 바람직한 실시예에서, 접지 디바이스(52)는, 일 단부에서 나사의 헤드에 연결되며, 접지에 연결된 다른 단부를 갖고, 여러 번 파이프 주위에서 래핑되는 와이어의 길이를 갖고, 용수 시스템에서의 물이 흐르는 파이프의 벽으로 삽입된 나사를 포함한다. 다른 접지 디바이스들 또는 구성들은 또한 당업자들에 의해 이해될 바와 같이 사용될 수 있다. 통상적으로, 이들 접지 디바이스들은 코레이터(corrater)(부식 모니터링 시스템), 화학 제어기, 흐름 제어기, 전도성 프로브와 같은, 특정 유형들의 장비 상에 또는 그 가까이에 위치될 것이거나, 또는 가장 큰 용수 시스템 애플리케이션들에서 사용된 2 내지 4개의 디바이스들과 용수 시스템 전체에 걸쳐 간격이 두어질 것이다. 이들 접지 디바이스들은 용수 시스템(12)의 구성요소들을 보호하도록 작용하며 또한 다수의 접지 포인트들로부터의 에너지가 커패시터 또는 인덕터에 포집되며 저장되도록 허용한다. 포집된 및 저장된 에너지는 물 처리 프로세스에 추가 이득들을 제공하는 저 레벨 에너지 필드들(전자기 또는 전기화학)을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 전자기장들은 화학 스케일 형성을 방지하기 위해 사용되어 왔으며 항균 속성들을 갖는 것으로 도시되어 온 전기 천공 및 이온 사이클로트론 공진을 유도하기 위해 사용되어 왔다. 전기화학 반응들은 국소화된 고 및 저 pH의 영역들을 생성할 수 있으며 또한 전기천공을 유도할 수 있다. 그것들은 또한 에너지를 저장하지 않고 용수 시스템 내에서 국소적으로 저 레벨 전자기장들을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 설명된 바와 같이 용수 시스템에서 파이프 주위에 래핑된 와이어 디바이스를 갖고, 펄스(플라즈마로부터의)가 접지로 가라앉게 될 때마다, 전류는 상기 위치에서 파이프를 통해 흐르는 물에서 자기장을 발생시키기 위해 파이프 주위에서 와이어 루프들을 통해 흐를 것이다. The processing system 10 also includes a power system 46 and various protection devices to protect the components of the water system from the generated excess voltage. The power system 46 preferably includes an uninterruptible power supply or isolation transformer which reduces any transient voltage spikes from entering the power supply of the building in which the water system 12 is housed. It also includes a high voltage generator system 40 (not shown) from other electronic components of the building and water system 12, such as a separate non-interruptible power supply or sensors 16 with isolation transformer 60 . The grounded metal component 56 is preferably located in a water reservoir for the water system 12 (such as a sump 54 in the case of a cooling tower). The grounded metal component 56 is preferably a piece of metal or mesh having a large surface area, although other shapes and configurations may be used. These grounded components reduce or eliminate electromagnetic interference through water. Electromagnetic interference suppressors 58 preferably include any of the sensors (sensors 16) to be used to monitor water quality, such as electrical components, particularly conductivity, temperature, and pH, Or the like). Other grounding devices, such as 52, may be added to other reservoirs or piping in the water system 12 as needed or may connect the treatment system 10 and the water system 12. In one preferred embodiment, the grounding device 52 has a length of wire which is connected to the head of the screw at one end and which has another end connected to the ground and which is wrapped around the pipe several times, And screws inserted into the wall of the flowing pipe. Other grounding devices or configurations may also be used as will be understood by those skilled in the art. Typically, these grounding devices will be located on or near certain types of equipment, such as a corrater (corrosion monitoring system), a chemical controller, a flow controller, a conductive probe, Lt; RTI ID = 0.0 > 2 < / RTI > These grounding devices serve to protect the components of the water system 12 and also allow energy from multiple ground points to be captured and stored in a capacitor or inductor. The captured and stored energy can be used to generate low-level energy fields (electromagnetic or electrochemical) that provide additional benefits to the water treatment process. Electromagnetic fields have been used to prevent chemical scale formation and have been used to induce electroporation and ion cyclotron resonance which have been shown to have antibacterial properties. Electrochemical reactions can produce regions of localized high and low pH and can also induce electroporation. They can also generate low-level electromagnetic fields locally in the water system without storing energy. For example, with a wire device wrapped around a pipe in a water system as described above, each time a pulse (from a plasma) sinks to ground, the current will flow from the water flowing through the pipe at that location into a magnetic field Will flow through the wire loops around the pipe to generate.

처리 시스템(10)은 또한 바람직하게는 주기적인 간격들로 처리 시스템(10)을 활성화시키기 위해 제어기 또는 타이머를 포함한다. 제어기 또는 타이머는 고 전압 발생기 시스템(40), 공기 펌프들(44), 및 마이크로 기포기(20)와 같은, 가스 주입 시스템(28)의 구성요소들을 충전하기 위해 전력 시스템(46)을 포함하는, 다양한 구성요소들을 주기적으로 턴 온할 것이다. 일단 고 전압이 고 전압 발생기 시스템(40)으로부터 반응 챔버(36)로 방전되며 플라즈마 방전이 반응기 하우징(35) 내에서 발생되면, 처리 시스템의 구성요소들은 다음 사이클을 위한 시간일 때까지 셧-오프될 것이다. 활성화/비활성화 사이클은 용수 시스템 및 처리 시스템의 정상 동작들 동안 여러 주들 내지 여러 달들 동안 지속되는 실질적으로 연속적인 처리 사이클 동안, 주기적인 간격들, 바람직하게는 약 15분 간격들로 반복한다. 주기적 활성화/비활성화는 전체 시스템 가열을 감소시키며 효율을 증가시킨다. 시스템이 뜨거워짐에 따라, 보다 많은 에너지가 막스 발생기(40)에서 소멸될 것이며, 이것은 반응기 하우징(35) 내에서 플라즈마 발생을 위해 이용 가능한 보다 많은 충전 손실들 및 보다 적은 에너지를 야기한다. 시스템이 주기적 비활성화 동안 냉각되도록 허용하는 것은 충전 손실들을 감소시키며 효율을 증가시킨다. 주기적 활성화/비활성화는 또한 불꽃 갭 챔버로부터의 오존이 규칙적으로 제거되며(및 바람직하게는 물 처리를 강화하기 위해 반응기 하우징으로 공급되는) 반응기 하우징에서 고 전압 전극과 접지 전극 사이에서 5 mm 이상의 전극 갭에 걸쳐 펄싱 아크 방전을 유지하도록 허용할 것이다. 시스템을 안전하게 동작시키기 위해, 누전 차단(ground fault circuit interrupt)을 특징으로 하는 스위치 박스(45)를 통해 시스템에 동력을 제공하는 것이 선호된다. 이러한 긴급 정지 시스템은 디바이스로부터 흐르는 전류가 디바이스로 쏟아부은 전류에 매칭되지 않는다면 트리거할 것이다. The processing system 10 also preferably includes a controller or timer for activating the processing system 10 at periodic intervals. The controller or timer may include a power system 46 for charging the components of the gas injection system 28, such as a high voltage generator system 40, air pumps 44, The various components will be periodically turned on. Once a high voltage is discharged from the high voltage generator system 40 to the reaction chamber 36 and a plasma discharge is generated in the reactor housing 35 the components of the processing system are shut off until a time for the next cycle Will be. The activation / deactivation cycle repeats at periodic intervals, preferably at intervals of about 15 minutes, during a substantially continuous treatment cycle that lasts from weeks to months during normal operations of the water system and the treatment system. Periodic activation / deactivation reduces overall system heating and increases efficiency. As the system gets hotter, more energy will be dissipated in the Max generator 40, causing more charge losses and less energy available for plasma generation within the reactor housing 35. Allowing the system to cool down during periodic deactivation reduces charge losses and increases efficiency. Periodic activation / deactivation is also carried out in the reactor housing where ozone from the spark gap chamber is regularly removed (and preferably supplied to the reactor housing to enhance the water treatment) and an electrode gap of at least 5 mm between the high voltage electrode and the ground electrode RTI ID = 0.0 > pulsed < / RTI > In order to operate the system safely, it is preferred to provide power to the system via a switch box 45 featuring a ground fault circuit interrupt. Such an emergency stop system will trigger if the current flowing from the device does not match the current poured into the device.

다음은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 처리 시스템(10)이 검사되는 예들이다.The following are examples in which the processing system 10 is tested according to various embodiments of the present invention.

예 1A. 비보호 시스템으로의 직접 방전: 제 1 세트의 실험들에서, 파일럿 냉각탑이 사용되었다. 도 1에서 묘사된 시스템들과 부합하는 이러한 실험 시스템의 구성요소들은 도 1에서의 참조 부호들에 따라 라벨링된다. 냉각 탑(총 양 100 L) 용수 시스템(12)은 물로 가득 채워지며 시스템은 순환하도록 설정되었다. 물 화학은 두 개의 내부 생물학적 모니터링 시스템들 및 ChemTrak 생물학적 모니터를 사용하여 수행된 바와 같이 어드밴티지 제어 시스템(Advantage Control system)을 사용하여 모니터링되었다. 이들 시스템들은 통상적으로 대규모 상업용 또는 산업용 냉각탑 동작들에서 발견되거나 또는 그것에서 통상적으로 발견된 것들과 유사하다. 냉각탑으로 고 전압 발생기 시스템을 통합하기 위해, 측류 흐름(스트림 18)이 기계적 볼 밸브 및 12 피트의 0.75 인치 직경의 투명한 가요성 PVC 튜빙을 통해 열 교환기 랙으로부터 빼내어진다. 이러한 밸브는 시스템이 처리되는 물의 특정 조성에 기초하여 흐름 역학을 변경하도록 허용한다. 예를 들면, 벤투리를 지나 유량을 변경하는 것은 가스 기포들이 어떻게 물로 분배되는지를 변경하며 이것은 결과적으로 고 전압 방전 전극에서 발생된 플라즈마의 형태를 변경할 수 있다. 또한 양 및 유량은 성공적인 처리가 전달되는 에너지의 양뿐만 아니라 처리 시간에 또한 의존하기 때문에 지향성 고 전압 방전을 사용하여 생물학적 제어를 위한 전체 시스템 물의 처리에 관하여 중요하다. 박테리아가 많은 양의 물 내에서 통상적인 시스템에서 끊임없이 복제하고 있기 때문에, 시스템 물의 전체 양이 총 처리 시간(생물학적 구성 성분들을 가진 물의 컬럼이 고 전압 방전과 접촉하는 시간의 총 양)을 증가시키기 위해 반복적으로 처리되거나 또는 고 전압 방전 구역을 통해 순환됨을 보장하기 위해 반응 챔버(36)를 통해 충분히 높은 유량을 달성하는 것이 중요하다. Example 1A. Direct Discharge to Unprotected System: In the first set of experiments, a pilot cooling tower was used. The components of this experimental system consistent with the systems depicted in FIG. 1 are labeled according to the reference numbers in FIG. The cooling tower (total volume 100 L) water system 12 was filled with water and the system was set to circulate. The water chemistry was monitored using an Advantage Control system as performed using two internal biological monitoring systems and a ChemTrak biological monitor. These systems are typically found in large commercial or industrial cooling tower operations or similar to those commonly found in it. To incorporate the high voltage generator system into the cooling tower, the sidestream flow (stream 18) is withdrawn from the heat exchanger rack via a mechanical ball valve and 12 ft. 0.75 inch diameter transparent flexible PVC tubing. These valves allow the system to change flow dynamics based on the particular composition of the water being treated. For example, changing the flow rate through the venturi changes how the gas bubbles are dispensed into the water, which can consequently change the shape of the plasma generated at the high voltage discharge electrode. Also, the amount and flow rate are important for the treatment of the entire system water for biological control using directional high-voltage discharges, since the successful treatment is also dependent on the amount of energy delivered as well as the treatment time. Because the bacteria are constantly replicating in a conventional system in large quantities of water, the total amount of system water is increased to increase the total treatment time (the total amount of time the column of water with biological components contacts the high voltage discharge) It is important to achieve a sufficiently high flow rate through the reaction chamber 36 to ensure that it is repeatedly processed or circulated through the high voltage discharge zone.

파일럿 냉각 탑들 상에서 이러한 셋업을 사용하는 것은 2 gpm 측류 흐름의 최대치를 허용한다. 이러한 튜빙은 스레딩된 폴리에틸렌 가시 부품을 통해 플라즈마 챔버(36)에 연결되었다. 반응 챔버의 유출구에서, 5 피트의 투명한 PVC 튜빙이 반응 챔버를 빠져나가는 물(스트림 50)을 섬프(54)로 배출하기 위해 사용된다. 상기 바람직한 실시예에 대하여 설명된 접지 포인트들(접지(52 및 56)와 같은) 중 어떤 것도 실시되지 않는다. 반응 챔버(36)는 고 전압 발생기 시스템(40)에 연결되었다. 유닛은 활성화되었으며 1,500 ㎛hos 전도도를 가진 물에서의 펄싱 불꽃 방전은 1 cm 전극 갭을 통해 관찰되었다. 고 전압 발생기 시스템(40)을 활성화한 즉시, 용수 시스템(12)의 흐름 제어 계전기들이 오프 및 온을 활성화기 시작하여, 용수 시스템(12)으로의 전력을 차단한다. 어드밴티지 제어기에서의 전자 장치는 오버로딩되며 시스템을 셧 다운하고 생물학적 모니터 출력(고 전압 발생기 시스템(40)으로부터 룸의 다른 측면 상에 위치된)은 오버로딩되며 셧 다운된다. 도 2a 및 도 2b는, 양쪽 경우들 모두에서 물을 통해 이동하는 전자기장들을 가진 물 흐름을 갖고 및 물 흐름 없이, 이러한 테스트 실시예에서 플라즈마 유닛을 갖고 물에서 측정된 전자기장들을 도시한다. 물이 흐를 때(도 2a), 시스템을 통해 순환하는 물을 관통하는 높은 공진 전자기 펄스가 있다는 것이 보여질 수 있다. 물이 흐르지 않을 때(도 2b), 고 전압 방전에 기인한 측정 가능한 전자기장이 여전히 있다는 것이 보여질 수 있다.Using this setup on pilot cooling towers allows a maximum of 2 gpm sidestream flow. This tubing was connected to the plasma chamber 36 via a threaded polyethylene visible component. At the outlet of the reaction chamber, 5 feet of clear PVC tubing is used to drain water (stream 50) exiting the reaction chamber to the sump 54. None of the ground points (such as grounds 52 and 56) described with respect to the preferred embodiment are implemented. The reaction chamber 36 is connected to the high voltage generator system 40. The unit was activated and the pulsing spark discharge in water with a 1,500 μmhos conductivity was observed through a 1 cm electrode gap. As soon as the high voltage generator system 40 is activated, the flow control relays of the water system 12 start off and on to activate and shut off the power to the water system 12. The electronics in the advantage controller are overloaded and the system shuts down and the biological monitor output (located on the other side of the room from the high voltage generator system 40) is overloaded and shut down. Figures 2a and 2b show the electromagnetic fields measured in water with the plasma unit in this test embodiment, with and without water flow, with the electromagnetic fields traveling through water in both cases. It can be seen that when water flows (Figure 2a) there are high resonant electromagnetic pulses through the water circulating through the system. When water does not flow (Figure 2b), it can be seen that there is still a measurable electromagnetic field due to the high voltage discharge.

예 1B. 보호 시스템으로의 직접 방전: 1A의 경험은 그러나, 제자리에 다수의 접지 보호 시스템을 갖고, 반복되었다. 접지들은 섬프(54) 및 시스템 전체에 걸쳐 튜빙의 부분들에 위치되었다(상기 논의된 바와 같이 스크류 및 와이어 래핑을 사용하여). 도 3은 물에서의 전자기장에서 상당한 감소가 있음을 보여준다. 다수의 접지 시스템을 사용하여, 용수 시스템(12)의 부분으로서 사용된 전자 제어 및 모니터링 장비에 문제점들을 야기하지 않고 계속해서 수 시간들 동안 고 전압 방전 시스템을 구동하는 것이 이제 가능하다. Example 1B. Direct discharge to protection system: 1A experience, however, has been repeated with multiple ground protection systems in place. The grounds were placed in the sump 54 and portions of the tubing throughout the system (using screw and wire wrapping as discussed above). Figure 3 shows that there is a significant reduction in the electromagnetic field in water. Using multiple grounding systems it is now possible to continue operating the high voltage discharge system for several hours without causing problems for the electronic control and monitoring equipment used as part of the water system 12.

예 2. 미생물들의 제거를 위한 벤치 트라이얼들 : 4개의 벤치-레벨 연구들이 미생물들을 비활성화시키기 위해 물에서 비-열적 플라즈마 방전의 효율을 결정하기 위해 행해졌다. 물에서의 플라즈마 방전은 그 모두가 미생물들을 비활성화시킬 수 있는 활성 산소 종들, UV 복사, 및 압력장 충격파들을 발생시킬 것이라는 것이 알려져 있다. 플라즈마 방전은 그것의 항복 전압을 넘어 용액에서의 전기장을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 항복 전압은 용액의 전도도 및 유전체 속성들에 의존적이다. 시스템에서 미생물들의 로그 감소와 입력 에너지 사이에 관계가 존재한다는 것이 관찰되어 왔다. 대장균(E. coli)에서 하나의 로그 감소(D-값으로서 알려진)를 달성하기 위해 요구된 입력 에너지는 14 J/L에서 366 J/L 이상으로 변할 수 있다는 것이 또한 문서화되어졌다. 슈도모나스(pseudomonas)의 특정 종들을 가진 실험들에 대해, 85 kJ/L이 하나의 로그 감소를 달성하기 위해 요구된 평균 입력 에너지임이 보고되어왔다. Example 2. Bench trials for removal of microorganisms : Four bench-level studies were conducted to determine the efficiency of non-thermal plasma discharges in water to inactivate microorganisms. It is known that plasma discharges in water will all generate reactive oxygen species, UV radiation, and pressure field shock waves that can deactivate microorganisms. Plasma discharges can be achieved by increasing the electric field in the solution beyond its breakdown voltage. The breakdown voltage is dependent on the conductivity and dielectric properties of the solution. It has been observed that there is a relationship between log reduction of microbes and input energy in the system. It has also been documented that the input energy required to achieve one log reduction (known as the D-value) in E. coli can vary from 14 J / L to 366 J / L or more. For experiments with certain species of pseudomonas, 85 kJ / L has been reported to be the average input energy required to achieve one log reduction.

제 1 실험 세트에서, 로드 대 실린더 전극 구성은 1,600 mL의 물(800 mL의 수돗물 및 800 mL의 증류수)을 포함하는 비커에 위치되었다. 막스 발생기로부터(비-열적 플라즈마의 전압 증배기로부터) 발생된 오존은 1,600 mL의 물(800 mL의 수돗물 및 800 mL의 증류수)을 포함하는 2차 비커(비커 #2)로 통기된다. 이들 테스트들에서, 대장균(E. coli)은 직접 에너지 방법들에 의한 비활성화에 대한 그것의 높은 민감성 때문에 이용되었다. 1,600 ml의 설명된 물을 포함하는 비커들의 각각에 대해, 알려진 농도의 현탁 E. coli를 가진 2 ml의 TSB 저장 용액이 4.65×106 cfu/mL(테스트 #1) 및 4.5×106 cfu/mL의 최종 E. coli 농도를 위해 물로 채워진 비커들의 각각을 주입하기 위해 사용되었다. 플라즈마 전용 비커 테스트(비커 #1)를 위해, 실린더 전극 직경은 펄싱 코로나가 방전 동안 발생되도록 ¼ 인치(아크 방전을 발생시킨)에서 1 인치 크기로 증가되었다. 이러한 테스트의 목적은 아크 방전(보다 많은 에너지를 시스템에 더하는, 그것이 선호된다) 또는 펄싱 코로나 중 어떤 것이 대부분의 생물학적 비활성화를 야기하는지를 결정하기 위한 것이었다. In the first set of experiments, the rod-to-cylinder electrode configuration was placed in a beaker containing 1,600 mL of water (800 mL of tap water and 800 mL of distilled water). Ozone generated from the Max generator (from the voltage multiplier of the non-thermal plasma) is vented to a secondary beaker (Beaker # 2) containing 1,600 mL of water (800 mL tap water and 800 mL distilled water). In these tests, E. coli was used because of its high sensitivity to inactivation by direct energy methods. For each of the beakers containing 1,600 ml of the described water, 2 ml of TSB stock solution with a known concentration of suspended E. coli was stored at 4.65 x 10 6 cfu / ml (test # 1) and 4.5 x 10 6 cfu / was used to inject each of the filled beakers with water for final E. coli concentration. For the plasma only beaker test (Beaker # 1), the cylinder electrode diameter was increased to 1 inch size from ¼ inch (which caused the arc discharge) to occur during pulsing corona discharge. The purpose of these tests was to determine whether arc discharge (which adds more energy to the system, is preferred) or pulsing corona causes most of the biological inactivation.

오존 처리 전용 비커에 대해, 오존은 막스 발생기 챔버를 통해 푸싱되며 에어스톤의 사용으로 비커로 기포화되었다. 실험들 동안, 25 mL 샘플들이 0분, 2분, 4분, 10분, 20분, 및 30분에서 각각의 비커로부터 독립적으로 수집되었으며 cfu/mL 결정을 위해 생물 분석되었다. 펄싱 코로나 방전 플라즈마 전용 테스트의 결과들은 테스트 #1 하에서 이하의 표 1에 도시된다.For ozone-only beakers, ozone was pushed through the maks generator chamber and bubbled into the beaker by the use of air stones. During the experiments, 25 mL samples were collected independently from each beaker at 0 min, 2 min, 4 min, 10 min, 20 min, and 30 min and biologically analyzed for cfu / mL determination. The results of the pulsed corona discharge plasma dedicated test are shown in Table 1 below under test # 1.

제 2 실험은 통기된 오존 및 로드 대 실린더 전극 셋업을 1,600 mL의 물(800 mL의 수돗물 및 800 mL의 증류수)을 포함하는 단일 비커로 조합하였다(테스트 #2). 이러한 테스트를 위해, 알려진 농도의 현탁 E. coli를 가진 2 mL의 TSB 저장 용액은 6.10×106 cfu/mL의 최종 E. coli 농도를 위해 물로 채워진 비커를 주입하기 위해 사용되었다. 펄싱 불꽃(펄싱 아크 방전)이 방전 동안 용액에서 발생되도록 하는 실린더 전극 직경 ¼ 인치 및 막스 발생기에 의해 발생된 오존은 전극 셋업 아래로 비커로 기포화되었다. 실험 동안, 25 mL 샘플들이 0분, 10분, 30분, 45분, 60분에서 수집되었으며 cfu/mL 결정을 위해 생물 분석되었다. 결과들은 테스트 #2 하에서 이하의 표 1에 도시된다.The second experiment combines the vented ozone and rod-to-cylinder electrode setup with a single beaker containing 1,600 mL of water (800 mL of tap water and 800 mL of distilled water) (test # 2). For this test, 2 mL of TSB stock solution with a known concentration of suspended E. coli was used to inject water-filled beakers for a final E. coli concentration of 6.10 × 10 6 cfu / mL. The diameter of the cylinder electrode, which caused the pulsing flame (pulsed arc discharge) to develop in solution during discharge, was ¼ inch and the ozone generated by the MaxS generator was bubbled into the beaker below the electrode setup. During the experiment, 25 mL samples were collected at 0 min, 10 min, 30 min, 45 min and 60 min and biologically analyzed for cfu / mL determination. The results are shown in Table 1 below under test # 2.

제 3 실험은 1,600 mL의 물(800 mL의 수돗물 및 800 mL의 증류수)을 포함하는 비커에 위치된 로드 대 실린더 전극 구성을 특징으로 한다(테스트 #3). 막스 발생기로부터(비-열적 플라즈마의 전압 증배기로부터) 발생된 오존은 1,600 mL의 물(800 mL의 수돗물 및 800 mL의 증류수)을 포함하는 2차 비커로 통기된다. 이러한 연구를 위해, 대장균(E. coli)은 지향성 에너지 방법들에 의한 비활성화에 대한 그것의 높은 민감성 때문에 이용되었다. 1,600 mL의 설명된 물을 포함하는 비커들의 각각을 위해, 알려진 농도의 현탁 E. coli를 가진 2 mL의 TSB 저장 용액은 각각 3.05×106 cfu/mL 및 3.40×106 cfu/mL의 최종 E. coli 농도를 위해 물로 채워진 비커를 주입하기 위해 사용되었다. 제 2 실험과 유사하게, 실린더 전극 직경은 펄싱 불꽃(펄싱 아크 방전)이 방전 동안 용액에서 발생되도록 낮아졌다. 오존 처리 전용 비커에 대해, 오존은 막스 발생기 챔버를 통해 푸싱되며 에어스톤의 사용으로 비커로 기포화되었다. 실험 동안, 25 mL 샘플들은 0분, 10분, 15분, 30분, 45분에서 각각의 비커로부터 독립적으로 수집되었으며 cfu/mL 결정을 위해 생물 분석되었다. 결과들은 테스트 #3 하에서 이하의 표 1에 도시된다.The third experiment is characterized by a rod-to-cylinder electrode configuration (Test # 3) located in a beaker containing 1,600 mL of water (800 mL of tap water and 800 mL of distilled water). Ozone generated from the Max generator (from the voltage multiplier of the non-thermal plasma) is vented to a secondary beaker containing 1,600 mL of water (800 mL of tap water and 800 mL of distilled water). For this study, E. coli was exploited because of its high sensitivity to inactivation by directional energy methods. For each of the beakers containing 1,600 mL of the described water, 2 mL of the TSB stock solution with a known concentration of suspended E. coli was diluted to 3.05 × 10 6 cfu / mL and 3.40 × 10 6 cfu / mL final E was used to infuse water filled beakers for coli concentration. Similar to the second experiment, the cylinder electrode diameter was lowered so that the pulsing flame (pulsed arc discharge) was generated in solution during discharge. For ozone-only beakers, ozone was pushed through the maks generator chamber and bubbled into the beaker by the use of air stones. During the experiment, 25 mL samples were collected independently from each beaker at 0 min, 10 min, 15 min, 30 min and 45 min and biologically analyzed for cfu / mL determination. The results are shown in Table 1 below under test # 3.

제 4 실험에서, 통기된 오존은 2,000 mL의 물(1,000 mL의 수돗물 및 1,000 mL의 증류수)을 포함하는 단일 비커로 로드 대 실린더 전극 셋업과 조합되었다(테스트 #4). 이러한 테스트를 위해, 알려진 농도의 현탁 슈도모나스 푸티다(pseudomonas putida)를 가진 5 mL의 TSB 저장 용액이 7.00×107 cfu/mL의 최종 슈도모나스 푸티다 농도를 위해 물로 채워진 비커를 주입하기 위해 사용되었다. 제 1 실험과 상이하게, 실린더 전극 직경은 펄싱 불꽃(펄싱 아크 방전)이 방전 동안 용액에서 발생되도록 낮춰지며 막스 발생기에 의해 발생된 오존은 전극 셋업 아래로 비커로 기포화된다. 실험 동안, 25 mL 샘플들이 0분, 15분, 30분, 45분, 및 60분에서 수집되었으며 cfu/mL 결정을 위해 생물 분석되었다. 결과들은 표 1 및 표 2에서 도시된다. In the fourth experiment, the vented ozone was combined with a rod-to-cylinder electrode setup with a single beaker containing 2,000 mL of water (1,000 mL of tap water and 1,000 mL of distilled water) (test # 4). For this test, 5 mL of TSB stock solution with a known concentration of suspending Pseudomonas putida was used to inject a water filled beaker for a final Pseudomonas putida concentration of 7.00 × 10 7 cfu / mL. Unlike the first experiment, the cylinder electrode diameter is lowered so that the pulsing flame (pulsed arc discharge) is generated in solution during discharge and the ozone generated by the Maxs generator is bubbled into the beaker below the electrode set-up. During the experiment, 25 mL samples were collected at 0 min, 15 min, 30 min, 45 min, and 60 min and biologically analyzed for cfu / mL determination. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure pct00001
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Figure pct00002
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도 4를 참조하면, 필드 테스트가 또한 본 발명의 시스템 및 방법의 바람직한 실시예를 사용하여 수행되었다. 이러한 필드 테스트를 위한 목표는 물에서 미생물 집단을 제어하기 위해 산화성 살균제들을 사용한 냉각탑 용수 시스템(112)에 플라즈마 용수 처리 시스템(110)을 설치하는 것이었다. 냉각탑 용수 시스템(112)은 1,400 갤런들의 총 양을 가지며 지방 대학의 관리 건물 밖에서 스트리트 레벨로 위치되었다. 물 흐름 및 물 전도도를 모니터링한 제어 유닛(115)은 섬프(154)로의 약품 주입 및 용수 시스템 블로 다운을 제어하기 위해 사용되었다. 이러한 유닛은 900 ㎛hos와 1500 ㎛hos 사이에서 물 전도도를 유지하였다. 플라즈마 처리 시스템(110)은 고 전압 발생기(140) 및 플라즈마 반응 챔버(136)를 포함한다. 고 전압 발생기는 유전체 배리어를 포함하는 외부 하우징(143) 내에서의 불꽃 갭 챔버(141) 내에 배치된 막스 사다리 또는 막스 발생기(142)를 포함한다. 오존 가스 스트림(130)은 불꽃 갭 챔버(141)로부터 빼내어지며 벤투리(121)를 통해 유입 물 스트림(114)으로 주입된다. 이 테스트에서 처음에 사용되지 않지만, 공기(122) 및/또는 반응성 가스(126)는 또한 마이크로-기포기 또는 유사한 디바이스(120)를 통해 물 스트림으로 주입될 수 있다. 티(tee), 믹서, 또는 유사한 연결 디바이스(129)가 마이크로-기포기(120)로부터 공기 및/또는 반응성 가스의 미세-기포들을 갖고 스트림(124)(오존을 포함한)을 주입하며 반응 챔버(136)로의 유입구를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 반응 챔버(136)는 유전체 배리어 층(134a) 및 외부 접지 실드(134b)에 의해 둘러싸여지며 차단된 밀봉된, 방수 하우징(135)을 포함한다. 유전체 배리어(134a)는 접지와 관련 있는 전도성 외부 층인, 접지 층(134b)에 대한 아크를 방지하는 비-전도성 층이다. 반응 챔버(136) 내에 고 전압 전극 및 고 전압 발생기(140)에서 발생된 전압이 와이어(138)를 통해 챔버(136) 내에서 고 전압 전극으로 송신됨에 따라 챔버(136) 내에 플라즈마 방전을 발생시키는 접지 전극이 배치된다. 와이어(138)는 고 전압 전극으로서 동작할 수 있거나 또는 전극으로서 동작하도록 보다 두꺼운 로드 또는 다른 도체에 연결될 수 있다. 또 다른 접지(148)는 또한 하우징(135)을 둘러싸는 접지 층(134b)과 접촉하여 배치된다. 접지(148)는 접지 전극으로서 동작할 수 있거나 또는 전극으로서 동작하도록 보다 두꺼운 로드 또는 다른 도체에 연결될 수 있다. 이러한 필드 테스트에서 반응 챔버(136)는 직경이 약 4인치들이었다. 이러한 필드 테스트에서 반응 챔버(136)는 용수 시스템(112)의 기존의 수위(water line)들로 직접 플러밍(plumb)되었다. 반응기 유입구(129)는 냉각탑 섬프(154)로부터 물을 제거하는 펌프(113)의 고압 측으로부터 수선(114)에 연결되었다. 펌프(113)와 반응기(136) 사이에서의 라인으로 삽입된 벤투리(121)는 막스 사다리(142)에 의해 발생된 오존 가스(130)를 처리되는 물로 이끌기 위해 사용되었다. 반응 챔버(136)를 빠져나온 처리된 물(150)은 그것이 냉각탑으로 다시 순환한 냉동기의 출력 측으로 리턴되었다. Referring to Figure 4, a field test was also performed using the preferred embodiment of the system and method of the present invention. The goal for such a field test was to install the plasma water treatment system 110 in the cooling tower water system 112 using oxidizing fungicides to control the microbial population in water. The cooling tower water system 112 has a total volume of 1,400 gallons and is located at a street level outside the administrative buildings of the provincial colleges. The control unit 115, which monitored the water flow and water conductivity, was used to control the chemical injection into the sump 154 and the water system blowdown. These units maintained water conductivity between 900 and 1500 μmhos. The plasma processing system 110 includes a high voltage generator 140 and a plasma reaction chamber 136. The high voltage generator includes a Max ladder or Maxx generator 142 disposed in a spark gap chamber 141 within an outer housing 143 that includes a dielectric barrier. The ozone gas stream 130 is withdrawn from the flame gap chamber 141 and injected into the influent stream 114 through the venturi 121. Although not initially used in this test, air 122 and / or reactive gas 126 may also be injected into the water stream through a micro-bubble or similar device 120. A tee, mixer, or similar connecting device 129 injects stream 124 (including ozone) with micro-bubbles of air and / or reactive gas from micro-bubbler 120 into reaction chamber 136 , ≪ / RTI > The reaction chamber 136 includes a sealed, watertight housing 135 surrounded by a dielectric barrier layer 134a and an outer ground shield 134b. Dielectric barrier 134a is a non-conductive layer that prevents arcing to ground layer 134b, which is a conductive outer layer associated with ground. A high voltage electrode in the reaction chamber 136 and a voltage generated in the high voltage generator 140 are transmitted through the wire 138 to the high voltage electrode in the chamber 136 to generate a plasma discharge in the chamber 136 A ground electrode is disposed. Wire 138 may operate as a high voltage electrode or may be connected to a thicker rod or other conductor to act as an electrode. Another ground 148 is also placed in contact with the ground layer 134b surrounding the housing 135. [ The ground 148 may operate as a ground electrode or may be connected to a thicker rod or other conductor to act as an electrode. In this field test, the reaction chamber 136 was about 4 inches in diameter. In this field test, the reaction chamber 136 was plumbed directly into the existing water lines of the water system 112. The reactor inlet 129 was connected to the waterline 114 from the high pressure side of the pump 113 to remove water from the cooling tower sump 154. The venturi 121 inserted into the line between the pump 113 and the reactor 136 was used to direct the ozone gas 130 generated by the Max ladder 142 to the treated water. The treated water (150) exiting the reaction chamber (136) was returned to the output side of the refrigerator where it circulated back to the cooling tower.

시스템(110)이 처음에 설치되었을 때, 도 1 및 처리 시스템(10)을 참조하여 언급된 추천된 예방책들 또는 보호 방안들 중 어떤 것도 그대로 있지 않았다. 시스템(110)은 용수 시스템 마스터 제어 시스템에 매우 근접하여 설치되었고, 그것은 접지되지 않았고, 제어기 유닛의 어떤 차폐도 있지 않았으며 EMI 억제를 위해 센서 리드들 주위에 어떤 페라이트 비드들도 없었다. 고 전압 발생기(140)는 벽에서 주 콘센트로 직접 플러깅되었다. When the system 110 was initially installed, none of the recommended precautionary measures or protective measures mentioned with reference to Figure 1 and the processing system 10 remained intact. The system 110 was installed in close proximity to the water system master control system, which was not grounded, had no shielding of the controller unit, and had no ferrite beads around the sensor leads for EMI suppression. The high voltage generator 140 was plugged directly from the wall to the mains outlet.

프로세스를 시작하기 위해, 물 스트림(114)은 반응 챔버(136)로 도입되었으며 고 전압 시스템(140)은 활성화되었다. 즉시 물을 통한 전자기 피드백은 용수 시스템(112) 상에서의 전도도계가 6000 ㎛hos로 점프하게 하여, 물이 드레인으로 덤핑되는 것을 야기한 즉각적인 블로 다운 모드로 용수 시스템(112)을 밀어 넣는다. 도 1의 시스템(10)을 갖고 언급된 보호 방안들 중 하나 이상 없이, 냉각수 시스템에서 고 전압 방전 처리 시스템을 효과적으로 동작시키는 것을 불가능할 것이다.To begin the process, the water stream 114 was introduced into the reaction chamber 136 and the high voltage system 140 was activated. Immediate electromagnetic feedback through the water causes the conductivity meter on the water system 112 to jump to 6000 쨉 mhos, pushing the water system 112 into an immediate blowdown mode causing water to dump into the drain. Without the system 10 of FIG. 1 and without more than one of the protection schemes mentioned, it would be impossible to effectively operate the high-voltage discharge processing system in the cooling water system.

시스템들(110 및 112)의 셋-업은 그 후 하우징(172) 내에서 분리되는 용수 제어 유닛(170)(용수 시스템(112)의 다양한 구성요소들을 제어하기 위해 사용된)을 갖고 및 전도도 센서(116)를 이끄는 와이어들 주위에서의 페라이트 비드들(158)을 클램핑함으로써 재구성되었다. 하우징(172)은 시스템(110)의 동작 동안 용수 시스템 제어 유닛(170)을 둘러싸지만, 내부가 서비스를 위해 액세스될 수 있도록 개방 가능한 도어 또는 착탈 가능한 커버를 포함한다. 하우징(172)은 바람직하게는 금속 박스이지만, 플라스틱들, 콘크리트, 또는 금속 플라스틱 합성물들과 같은 다른 차폐 재료들이 또한 사용될 수 있다. 고 전압 발생기(140)는 제어기로부터 룸의 반대측으로 이동되었으며(대략 12피트 떨어진, 및 바람직하게는 적어도 6피트 떨어진) 전원 공급 장치(146)는 메인들에 직접 연결되는 것으로부터 UPS를 통해 구동되는 것으로 스위칭되었다. 냉각탑에서의 섬프(154)는 151에 의해 접지된 리턴된(처리된) 수위(150)인 바와 같이, 접지되었다(156). 선택적으로, 페라이트 비드들(153)은 처리된 수위(150) 주위에서 또한 래핑될 수 있다. 시스템(110)이 활성화되었을 때, 제어 시스템(170) 또는 센서(116)에 대한 부정적인 영향이 없어서, 냉각탑 시스템(112)이 정상적으로 동작하도록 허용한다. The set-up of the systems 110 and 112 then has a water control unit 170 (used to control the various components of the water system 112) that is separated in the housing 172 and a conductivity sensor 116 by clamping the ferrite beads 158 around the wires. The housing 172 surrounds the water system control unit 170 during operation of the system 110, but includes a door or detachable cover that is openable so that the interior can be accessed for service. The housing 172 is preferably a metal box, but other shielding materials such as plastics, concrete, or metal plastic composites may also be used. The high voltage generator 140 has been moved from the controller to the opposite side of the room (approximately 12 feet away, and preferably at least 6 feet away) and the power supply 146 is driven from the UPS directly through the mains Respectively. The sump 154 in the cooling tower was ground 156 (156) as is the returned (treated) water level 150 grounded by 151. Alternatively, the ferrite beads 153 may also be wrapped around the treated water level 150. When the system 110 is activated, there is no negative effect on the control system 170 or the sensor 116, allowing the cooling tower system 112 to operate normally.

이러한 셋업을 사용하여, 용수 처리 시스템(110)은 살충제의 부가 없이 6개월 동안 구동되었다. 프로세스 동안, 막스 사다리(142)에서 발생된 오존 가스(130)는 물로 도입되어 반응 챔버(136)에 들어간다. 이것은 고 전압 전극 표면에서 기포들의 미세 스트림을 생성하였다. 물이 약 900 ㎛hos의 낮은 전도도를 가졌을 때, 이것은 플라즈마 방전을 발생시키기에 충분할 것이지만, 전도도가 농도의 사이클들의 증가하는 수에 따라 증가됨에 따라, 이것은 반응 챔버에서 더 이상 플라즈마 방전을 발생시키기에 적절하지 않았다. 물 전도도가 증가함에 따라, 기생 전기화학 반응들이 전자들의 방전을 위한 선호되는 메커니즘이 되며, 플라즈마를 발생시키기 위한 능력은 약화된다. 부가적인 공기(122)가 접지 전극와 고 전압 방전 전극 사이에 보다 강력한 에어 커튼을 제공하는 반응 챔버로 도입되어, 플라즈마가 1500 ㎛hos를 초과한 전도도를 갖고 물에서 발생되도록 허용한다. 일단 전도도가 미리 설정된 임계치, 보통 약 1500 ㎛hos에 도달하면, 냉각탑 또는 다른 용수 시스템은 블로 다운 모드에 들어가서, 고 전도도 물을 드레인으로 덤핑하며 그것을 새로운 물로 교체한다(보통 시 공급으로부터의 담수, 그러나 보다 낮은 전도도 레벨들을 가진 다른 물 소스들이 사용될 수 있다).Using this setup, the water treatment system 110 was driven for six months without the addition of insecticide. During the process, the ozone gas 130 generated in the Max ladder 142 is introduced into the water and enters the reaction chamber 136. This produced a fine stream of bubbles at the surface of the high voltage electrode. When water has a low conductivity of about 900 [mu] mhos, this will be sufficient to generate a plasma discharge, but as conductivity increases with increasing number of cycles of concentration, it causes more plasma discharge in the reaction chamber It was not appropriate. As water conductivity increases, parasitic electrochemical reactions become a preferred mechanism for the discharge of electrons, and the ability to generate plasma is weakened. Additional air 122 is introduced into the reaction chamber, which provides a stronger air curtain between the ground electrode and the high voltage discharge electrode, allowing the plasma to be generated in water with a conductivity in excess of 1500 mu mhos. Once the conductivity reaches a predetermined threshold, typically about 1500 μmhos, the cooling tower or other water system enters the blowdown mode, dumping the high conductivity water to the drain and replacing it with fresh water (fresh water from normal supply, but Other water sources having lower conductivity levels may be used).

도 5를 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(210)의 또 다른 바람직한 실시예가 제 2 필드 트라이얼에서 테스트되었다. 시스템(210)은 2,200 갤런 스테인리스 스틸/아연 도금 냉각탑 용수 시스템(212)을 처리하기 위해 설치되었다. 이러한 설치 동안, 고 전압 발생기(240) 및 플라즈마 반응기 챔버(26)는 하우징(260) 내에서 차폐되며 용수 시스템(212)의 용수 제어 유닛(270) 및 센서들(216)로부터 떨어져 외부 벽 상에 위치되었다. 하우징(260)은 바람직하게는 용수 제어 유닛(270) 및 센서들(216)로부터 적어도 6피트 떨어진다. 하우징(260)은 바람직하게는 금속으로 만들지만, 플라스틱 또는 금속 플라스틱 합성물들과 같은 다른 재료들이 또한 사용될 수 있다. 하우징(260)은 동작 동안 시스템(210)을 둘러싸지만, 내부가 서비스를 위해 액세스될 수 있도록 개방 가능한 도어 또는 착탈 가능한 커버를 포함한다. 하우징(260)이 사용될 때, 하우징(시스템(110)과 함께 사용된 하우징(172)과 같은)에서 제어 유닛(170)을 둘러싸는 것이 필요하지 않지만, 이러한 하우징은 또한 제어 유닛의 부가된 보호를 위해 사용될 수 있다. 섬프(254)로부터의 물(214)은 접지(256)되는 섬프(254)로 직접 위치된 펌프(213)를 사용하여 플라즈마 반응기를 통해 순환되었다. 고 전압 발생기(240)는 전원 공급 장치(246)로서 주 콘센트로 직접 연결되었지만, 상기 콘센트는 그 자신의 차단기 회로상에 있었다. 이러한 셋-업을 갖고, 시스템(210)은 용수 시스템(212)의 동작을 방해하는 임의의 전기 또는 EMI 이슈들 없이 6개월 동안 계속해서 동작할 수 있었다(이때 냉각 시스템은 겨울 동안 중단되었지만, 시스템은 냉각이 요구된다면 더 긴 기간 동안 본 발명의 이러한 실시예를 갖고 게속해서 동작할 수 있다고 믿어진다).Referring to FIG. 5, another preferred embodiment of the plasma processing system 210 has been tested in a second field trial. The system 210 was installed to process a 2,200 gallon stainless steel / zinc plated cooling tower water system 212. During this installation, the high voltage generator 240 and the plasma reactor chamber 26 are shielded within the housing 260 and away from the water control unit 270 and sensors 216 of the water system 212, Respectively. The housing 260 is preferably at least six feet away from the water control unit 270 and the sensors 216. The housing 260 is preferably made of metal, but other materials such as plastic or metal-plastic composites may also be used. The housing 260 includes a door or a removable cover that surrounds the system 210 during operation, but is openable so that the interior can be accessed for service. It is not necessary to surround control unit 170 in housing (such as housing 172 used with system 110) when housing 260 is used, but such housing also provides additional protection of the control unit Lt; / RTI > The water 214 from the sump 254 has been circulated through the plasma reactor using a pump 213 located directly in the sump 254 to ground 256. The high voltage generator 240 was directly connected to the mains outlet as the power supply 246, but the socket was on its own circuit breaker circuit. With this set-up, the system 210 could continue to operate for six months without any electrical or EMI issues interfering with the operation of the water system 212 (where the cooling system was shut down during winter, Is believed to be able to continue to operate with this embodiment of the invention for a longer period of time if cooling is required).

섬프 내에 위치된 큰 표면적을 가진 금속 또는 메시의 접지된 조각(56과 유사한), 전자기 간섭 억제기들(58과 같은), 접지된 와이어 래핑 파이프 세그먼트들 또는 페라이트 비드들(52 또는 158 또는 258과 같은), 고 전압 발생기 및 플라즈마 반응 챔버 주위에서의 보호성 하우징(260과 같은), 용수 제어 유닛 및 센서들로부터 충분한 거리로 고 전압 공급 장치 및 반응 챔버를 위치시킨, 용수 제어 유닛 주위에서의 보호성 하우징(172와 같은), 고 전압 발생기를 위한 분리된 전원 공급 장치(그 자신의 차단기 회로 또는 UPS 또는 절연 변압기), 및/또는 용수 제어 유닛 또는 센서들을 위한 분리된 전원 공급 장치(별개의 UPS 또는 절연 변압기와 같은)와 같은, 보호 방안들의 임의의 조합은 임의의 간섭 또는 손상으로부터 용수 시스템 구성요소들을 보호하며 처리 시스템이 연장된 시간 기간들 동안 계속해서 동작하도록 허용하기 위해 본 발명에 따른 임의의 처리 시스템과 함께 사용될 수 있다. 접지 디바이스들의 임의의 조합은 또한 처리 시스템에 의해 발생된 과도한 에너지를 포집하기 위해(및 커패시터들 또는 인덕터들을 사용하여 저장하기 위해) 및 용수 처리 프로세스에 추가 이득들을 제공하는 저 레벨 에너지 필드들(전자기 또는 전기화학)을 발생시키기 위해 본 발명에 따른 임의의 처리 시스템과 함께 사용될 수 있다. A grounded piece of metal or mesh 56 having a large surface area located in the sump, electromagnetic interference suppressors 58, grounded wire wrapping pipe segments or ferrite beads 52 or 158 or 258, (Such as the protective housing 260 around the high voltage generator and the plasma reaction chamber), the water control unit, and the protection around the water control unit in which the high voltage supply and the reaction chamber are located at a sufficient distance from the sensors A separate power supply for the high voltage generator (its own breaker circuit or UPS or isolation transformer), and / or a separate power supply for the water control unit or sensors (separate UPS Or isolation transformer) may be used to protect the water system components from any interference or damage, This may be used in combination with any of the processing system according to the present invention to allow to continue to operate during an extended time period. Any combination of grounding devices may also be used to provide low-level energy fields (for example, for storing using capacitors or inductors) and for collecting excess energy generated by the processing system, Or < / RTI > electrochemistry).

그것 내에 플라즈마 방전이 발생할 반응기 하우징에 걸친 압력 강하를 제어하기 위한 능력은, 특히 오존, 공기 또는 다른 가스가 고 전압 방전 전극의 유전체 배리어를 보완하기 위해 유입 물 스트림에 부가된다면, 충분한 방전을 보장하는데 중요하다. 파셴(Paschen)의 법칙은 압력 및 갭 길이(고 전압 전극과 접지 전극 사이에서의 거리)의 함수로서 두 개의 전극들 사이에서의 방전을 시작하기 위해 필요한 항복 전압을 설명하는 방정식이다. 플라즈마 방전의 개시에서, 전자의 제 1 이온화 에너지는 가속화될 때 자유롭게 된 전자들이 원자들과 충돌함에 따라 연쇄 반응 전자 사태(avalanche)를 야기하는 전자를 몰아내며 자유롭게 하기 위해 도달되어야 한다. 방전 매질의 압력이 높을수록, 전자가 방전 전극에서 접지로 이동함에 따라 발생하는 충돌들이 더 많으며, 이것은 전자 방향을 랜덤화하고, 이것은 결과적으로 전극들 사이에서의 실패한 방전을 야기하는 전자 감속을 야기할 수 있다. 물이 고도로 응축된 가스로서 보여질 수 있기 때문에, 전극에 걸친 압력 강하는 반응기 하우징 내에서 전기 유압 방전을 성공적으로 생성하기 위한 능력에 대한 주요 기여 요인이 된다. The ability to control the pressure drop across the reactor housing in which a plasma discharge occurs is ensured, particularly if ozone, air or other gases are added to the inlet stream to compensate for the dielectric barrier of the high voltage discharge electrode It is important. Paschen's law is an equation describing the breakdown voltage required to initiate the discharge between two electrodes as a function of pressure and gap length (distance between the high voltage electrode and the ground electrode). At the onset of the plasma discharge, the first ionization energy of the electrons must be reached in order to free and free the electrons causing the chain reaction electron avalanche as the electrons freed upon impingement collide with the atoms when accelerated. The higher the pressure of the discharge medium is, the more collisions that occur as electrons travel from the discharge electrode to ground, which randomize the electron direction, which results in an electron deceleration which causes a failed discharge between the electrodes can do. Since water can be seen as a highly condensed gas, the pressure drop across the electrode is a major contributor to its ability to successfully generate electrohydraulic discharges in the reactor housing.

부가적으로, 반응기 하우징을 통한 흐름 속도가 증가함에 따라, 병목점들이 반응기 하우징을 통한 흐름의 특정한 영역들에서 생길 수 있으며 이들 병목점들은 반응기 하우징에 걸친 압력 강하에 영향을 주는 압력 증가들을 야기한다. 반응기 하우징에서 플라즈마를 성공적으로 방전시키기 위해, 이들 잠재적인 병목점들을 최소화하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에 따른 처리 시스템들(시스템(10, 110, 또는 210)과 같은)은 반응기 하우징의 유출구 단부 상에서 처리된 물 스트림이 다음의 식에 따라, 가능한 최고 흐름 계수를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다:Additionally, as the flow rate through the reactor housing increases, bottleneck points can occur in certain areas of the flow through the reactor housing and these bottlenecks cause pressure increases that affect the pressure drop across the reactor housing . In order to successfully discharge the plasma in the reactor housing, it is desirable to minimize these potential bottlenecks. As such, the processing systems (such as system 10, 110, or 210) according to the present invention are configured such that the treated water stream on the outlet end of the reactor housing is configured to have the highest possible flow coefficient, desirable:

Figure pct00003
Figure pct00003

CV = 밸브의 흐름 계수 또는 흐름 용량 정격. (gpm으로의 흐름의 물의 양)C V = Flow coefficient or flow capacity rating of the valve. (amount of water in flow to gpm)

F = 흐름의 레이트 (분당 US 갤런들)F = rate of flow (US gallons per minute)

SG = 유체의 특정 중력 (물 = 1)SG = specific gravity of fluid (water = 1)

△P = 몸체에 걸친 압력 강하 (psi).△ P = pressure drop across the body (psi).

개별적으로 또는 함께 조작될 수 있고, 몸체에 걸친 압력 강하 및 반응기에 걸친 유체의 흐름 레이트를 최적화할 여러 개의 인자들이 있다. 유량을 낮추는 것은, 그것이 흐름 계수를 낮추며 방전 단부 상에서의 흐름 계수가 가능한 한 높은 것이 선호되므로, 바람직하지 않다. 유량을 낮추는 것은 또한 접촉 시간을 최소화하며 효율을 감소시키고, 이것은 바람직하지 않다. 부가적으로, 흐름 계수를 증가시키기 위해 반응기 하우징(135)에 걸쳐 압력 강하를 최소화하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 처리 시스템들을 사용하여 행해진 실험들에서, 반응 챔버의 방전 단부 상에서의 압력을 최소화하는 것이 항복 전압을 낮춤으로써 플라즈마의 형성하도록 돕는다고 판단되었다. 용수 시스템을 재순환할 때 자주 마주하게 되는 물과 같은, 고 전도도 물에서, 항복 전압을 낮추는 것은 보다 적은 기생 전류 손실들(V=iR)을 야기하며 그러므로 보다 많은 에너지가 플라즈마를 통해 처리되는 물로 입력될 것이다.There are a number of factors that can be manipulated individually or together and optimize the pressure drop across the body and the flow rate of fluid through the reactor. Lowering the flow rate is not preferable because it lowers the flow coefficient and the flow coefficient on the discharge end is preferably as high as possible. Lowering the flow rate also minimizes contact time and reduces efficiency, which is undesirable. Additionally, it is desirable to minimize the pressure drop across the reactor housing 135 to increase the flow coefficient. In experiments conducted using processing systems according to the present invention, it has been determined that minimizing the pressure on the discharge end of the reaction chamber helps to form the plasma by lowering the breakdown voltage. Lowering the breakdown voltage in high conductivity, such as water, which is frequently encountered when recirculating a water system, results in less parasitic current losses (V = iR) and therefore more energy is input into the water treated through the plasma Will be.

방전 단부 상에서의 압력을 최소화하는 것 외에, 처리되는 물에서의 증가된 전도도와 연관된 약화된 플라즈마 발생은 또한 (1) 고 전압 전극 및 접지 전극을 서로 가깝게 이동시키며(그러나 이것은 플라즈마 방전으로 노출되는 물의 양을 감소시키는 단점을 가진다), (2) 접지와 고 전압 전극 사이에서의 전압을 증가시키거나(그러나 이것은 고 전압 발생기에서 가능한 구성요소 고장의 단점을 가진다), 또는 (3) 고 전압 전극 주위에서의 기체 상 유전체 배리어를 증가시킴으로써 처리될 수 있다. 본 발명에 따른 처리 시스템들 및 방법들은 가장 바람직하게는 고 전도도 물에서 플라즈마 발생을 돕기 위한 가장 유익한 방식으로서 처리되는 물에 기포들을 부가하기 위해 가스 주입 시스템의 사용을 통해 기체 상 유전체 배리어를 증가시키는 것에 의존한다.In addition to minimizing the pressure on the discharge end, the weakened plasma generation associated with the increased conductivity in the treated water also (1) moves the high voltage electrode and the ground electrode close to each other (2) increase the voltage between the ground and the high voltage electrode (but this has the disadvantage of possible component failure at the high voltage generator), or (3) Lt; RTI ID = 0.0 > barrier < / RTI > The treatment systems and methods according to the present invention are most preferably used to increase the gas phase dielectric barrier through the use of a gas injection system to add bubbles to the water being treated as the most beneficial way to assist in plasma generation in high conductivity water .

도 6 및 도 7을 참조하면, 반응 챔버(136) 및 전극 마운트 어셈블리(80)의 바람직한 실시예가 도시된다. 반응 챔버(136)는 도 4에서 도시된 것과 유사하며 처리 시스템(10, 110, 또는 210)과 함께 사용될 수 있다. 반응 챔버(136)는 양쪽 단부들(137, 139) 모두에서 캐핑되며 물 및 가스들이 도입되고 반응기 하우징(135)으로부터 제거되도록 및 전기 연결들이 고 전압 전극(138) 및 접지 전극(148)과 이루어지도록 허용하는 부품들(129, 133)을 가진 밀봉된, 방수 하우징(135)을 포함한다. 이 실시예에서, 물(114)의 연속 스트림은 처리되는 용수 시스템에서의 소스로부터 반응기 하우징(135)로 및 그 후 처리된 물(150)로서 최상부 너머로 펌핑된다. 물이 반응기 하우징(135)으로 흐름에 따라, 오존 가스(130)(바람직하게는 고 전압 전원 공급 장치(140)(도 6에서 도시되지 않음)에서 발생된)는 벤투리(121) 또는 다른 유형의 가스 주입기/확산기를 사용하여 물로 도입될 수 있다. 물/오존 혼합물(124)은 그 후 반응기 하우징(135)에 들어가기 전에 압축 공기(122) 또는 다른 가스들(120과 같은, 마이크로 기포기를 통해 기포화될 수 있는)과 선택적으로 혼합되는 유입구 포트(129)에 들어간다. 일 단부에서 고 전압 전극(138)에 및 반대 단부에서 접지 전극(148)에 연결된 전극 마운트 어셈블리(80)가 반응기 하우징(135) 내에 배치된다. 고 전압 전극과 접지 전극 사이에서의 전위차는, 고 전압 방전 영역 또는 구역 또는 플라즈마 방전 영역 또는 구역(도 6에서 101로서 도시된)으로서 여기에서 참조된 영역에서, 고 전압 베이스(82)와 접지 베이스(92) 사이에서의 물에서 플라즈마 방전을 야기한다. Referring to Figures 6 and 7, a preferred embodiment of the reaction chamber 136 and electrode mount assembly 80 is shown. The reaction chamber 136 is similar to that shown in FIG. 4 and can be used with the processing system 10, 110, or 210. The reaction chamber 136 is capped at both ends 137 and 139 so that water and gases are introduced and removed from the reactor housing 135 and electrical connections are made to the high voltage electrode 138 and the ground electrode 148 Watertight housing 135 having parts 129, 133 that allow it to pass therethrough. In this embodiment, a continuous stream of water 114 is pumped from the source in the treated water system to the reactor housing 135 and then to the top as treated water 150. Ozone gas 130 (preferably generated in high voltage power supply 140 (not shown in FIG. 6)) is supplied to venturi 121 or other type Of gas injector / diffuser. The water / ozone mixture 124 then enters an inlet port (not shown) that is optionally mixed with compressed air 122 or other gases (such as 120 can be bubbled through microbubbles) prior to entering the reactor housing 135 129). An electrode mount assembly 80 connected to the high voltage electrode 138 at one end and to the ground electrode 148 at the opposite end is disposed within the reactor housing 135. The potential difference between the high voltage electrode and the ground electrode is such that in the region referred to herein as a high voltage discharge region or region or a plasma discharge region or region (shown as 101 in FIG. 6), the high voltage base 82 and the ground base Thereby causing a plasma discharge in the water between the electrodes 92.

도 6 내지 도 14를 참조하면, 전극 마운트 어셈블리(80)가 반응기 하우징(135) 내에 배치된다. 전극 마운트 어셈블리(80)는 바람직하게는 고 전압 베이스(82), 접지 베이스(92), 및 접지 전극 튜브(147)를 포함한다. 고 전압 베이스(82) 및 접지 베이스(92)는 서로로부터 고정된 거리에서 고 전압 전극 및 접지 전극을 유지하도록 구성되며, 따라서 전극 갭은 약 1 내지 10 mm, 및 가장 바람직하게는 약 5 mm이다. 이러한 거리는 특히, 이하에서 논의된 바와 같이 바람직한 접지 전극 구성이 사용될 때, 충분한 양의 물이 플라즈마에 노출되도록 허용하는 반면, 고 전압 발생기로부터 출력 전압에서의 증가를 요구하지 않는다. 고 전압 베이스(82)는 바람직하게는 중심 허브(88), 허브(88)로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되며 외부 링 또는 림(84)에서 종단되는 복수의 스포크들(86)을 포함하는 휠-형 구성을 가진다. 허브(88)는 바람직하게는 약간 테이퍼링된 또는 절단된 원뿔형 구성(도 8에 도시된 바와 같이)을 갖지만, 또한 실질적으로 원통형일 수 있다. 개구(90)는 허브(88)를 지나 배치되며 고 전압 와이어(138)(또는 와이어(138)에 연결된 보다 두꺼운 로드 또는 도전 재료)는 고 전압 전극으로서 동작하도록 개구(90) 내에 맞춘다. 가장 바람직하게는, 고 전압 와이어(138)는 기생 전기화학 반응들을 최소화하기 위해 그것의 전체 길이 상에서 유전체 코팅을 가진다.Referring to Figs. 6-14, an electrode mount assembly 80 is disposed within the reactor housing 135. Fig. The electrode mount assembly 80 preferably includes a high voltage base 82, a ground base 92, and a grounded electrode tube 147. The high voltage base 82 and the ground base 92 are configured to hold the high voltage electrode and the ground electrode at a fixed distance from each other and thus the electrode gap is about 1 to 10 mm and most preferably about 5 mm . This distance does not require an increase in the output voltage from the high voltage generator, while allowing a sufficient amount of water to be exposed to the plasma, particularly when the preferred ground electrode configuration is used, as discussed below. The high voltage base 82 preferably includes a central hub 88 and a plurality of spokes 86 extending radially outwardly from the hub 88 and terminating in an outer ring or rim 84. The wheel- . The hub 88 preferably has a slightly tapered or truncated conical configuration (as shown in Figure 8), but may also be substantially cylindrical. The opening 90 is disposed past the hub 88 and the high voltage wire 138 (or a thicker rod or conductive material connected to the wire 138) is aligned within the opening 90 to act as a high voltage electrode. Most preferably, the high voltage wire 138 has a dielectric coating on its entire length to minimize parasitic electrochemical reactions.

스포크들(86)은 바람직하게는 허브(88) 및 림(84)(도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이)에 대해 각이 있으며, 이것은 고 전압 와이어 전극에 대한 허브의 접촉 영역을 최소화하고, 그에 의해 허브의 플라스틱 재료를 통한 전도를 감소시킴으로써 전극 상에서의 전하 밀도를 증가시킨다. 림(84)은 바람직하게는 반응기 하우징(135)(또는 35 또는 235)의 형태 및 크기와 일치하도록 구성된 형태 및 크기를 가진다. 반응기 하우징은 가장 바람직하게는 원통형이며, 따라서 림(84)은 또한 바람직하게는 고 전압 베이스(82)가 반응기 하우징(135)으로 삽입될 수 있으며 하우징(135)의 내부 벽에 대해 꼭 맞추도록 반응기 하우징(135)의 내부 직경보다 약간 더 작은 직경을 가진 원통형이다. 고 전압 베이스(82)의 개방 휠-형 구성은 플라즈마 생성을 지연시킬 수 있는 임의의 압력 병목점들을 제거하는 것을 돕는다. The spokes 86 are preferably angled with respect to the hub 88 and rim 84 (as shown in Figures 6 and 7), which minimizes the contact area of the hub with respect to the high voltage wire electrode Thereby increasing the charge density on the electrode by reducing conduction through the plastic material of the hub. The rim 84 preferably has a shape and dimensions configured to match the shape and size of the reactor housing 135 (or 35 or 235). The reactor housing is most preferably cylindrical so that the rim 84 is also preferably positioned such that the high voltage base 82 can be inserted into the reactor housing 135 and aligned with the inner wall of the housing 135. [ And has a diameter slightly smaller than the inner diameter of the housing 135. The open wheel-like configuration of the high voltage base 82 helps to remove any pressure bottleneck points that can retard plasma generation.

전극 장착 어셈블리(80)와 함께 사용하기 위한 고 전압 베이스(182)의 또 다른 바람직한 실시예가 도 9a 및 도 9b에서 도시된다. 고 전압 베이스(182)는 바람직하게는 중심 허브(188), 허브(188)로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되며 림(184)에서 종단되는 복수의 스포크들(186)을 포함한다. 고 전압 베이스(182)는 이 실시예에서 허브(188)가 바람직하게는 실질적으로 원통형이며 스포크들(186)이 허브(188) 및 림(184)에 대해 각이 있지 않다는 점을 제외하고, 베이스(82)와 유사하다. 실질적으로 원통형 허브는 고 전압 와이어/전극과 접지 전극 사이에서의 갭 거리에서의 보다 큰 정밀도를 제공한다. 실질적으로 원통형 허브(188)는 또한 도 6 및 도 7과 유사한, 각이 있는 스포크들과 함께 사용될 수 있다.Another preferred embodiment of a high voltage base 182 for use with the electrode mounting assembly 80 is shown in Figures 9a and 9b. The high voltage base 182 preferably includes a central hub 188 and a plurality of spokes 186 extending radially outwardly from the hub 188 and terminating in a rim 184. The high voltage base 182 is similar to the base 182 except that the hub 188 in this embodiment is preferably substantially cylindrical and the spokes 186 are not angled relative to the hub 188 and the rim 184. [ (82). A substantially cylindrical hub provides greater precision at the gap distance between the high voltage wire / electrode and the ground electrode. Substantially cylindrical hub 188 may also be used with angled spokes similar to those of Figs.

도 7 및 도 10 내지 도 13을 참조하면, 접지 베이스(92)는 바람직하게는 림(94), 림(94)으로부터 연장된 몸체(96), 및 몸체(96)로부터 연장된 칼라(98)를 포함한다. 개구(100)는 칼라(98)를 지나 배치된다. 림(94)은 바람직하게는 반응기 하우징(135)(또는 35 또는 235)의 형태 및 크기와 일치하도록 구성된 형태 및 크기를 가진다. 반응기 하우징은 가장 바람직하게는 원통형이며, 따라서 림(94)은 또한 바람직하게는 접지 베이스(92)가 반응기 하우징(135)으로 삽입될 수 있으며 하우징(135)의 내부 벽에 대해 꼭 맞도록 반응기 하우징(135)의 내부 직경보다 약간 더 작은 직경을 가진 원통형이다. 몸체(96)는 바람직하게는 폐쇄된, 절단된 원뿔형 또는 돔 형 형태를 가지며, 이것은 임의의 부가된 가스 기포들을 플라즈마 방전 구역(101)으로 및 고 전압 전극(138)을 향해 이동시키는 것을 돕는다.7 and 10-13, the ground base 92 preferably includes a rim 94, a body 96 extending from the rim 94, and a collar 98 extending from the body 96, . The aperture 100 is disposed beyond the collar 98. The rim 94 preferably has a shape and dimensions configured to match the shape and size of the reactor housing 135 (or 35 or 235). The reactor housing is most preferably cylindrical so that the rim 94 also preferably includes a ground base 92 that can be inserted into the reactor housing 135 and is adapted to fit into the reactor housing Which is slightly smaller than the inner diameter of the inner tube 135. The body 96 preferably has a closed, truncated, conical or dome shape, which helps move any added gas bubbles toward the plasma discharge zone 101 and toward the high voltage electrode 138.

접지 베이스(192)의 또 다른 바람직한 실시예가 도 14에 도시된다. 접지 베이스(192)는 바람직하게는 림(194), 림(194)으로부터 연장된 몸체(196), 및 몸체(196)로부터 연장된 칼라(198)를 포함하며, 모두는 접지 베이스(92)와 유사하다. 개구(200)는 칼라(198)를 지나 배치된다. 접지 베이스(92)와 달리, 접지 베이스(192)는 부가된 휠-형 구조(고 전압 베이스(182)와 유사한)를 가진다. 접지 베이스(192)는 또한 중심 허브(204), 허브(204)로부터 방사상 바깥쪽으로 연장되며 림(194)에서 종단된 복수의 스포크들(202), 및 허브(204)를 지나 배치된 개구(206)를 포함한다.Another preferred embodiment of the ground base 192 is shown in Fig. The ground base 192 preferably includes a rim 194, a body 196 extending from the rim 194 and a collar 198 extending from the body 196 all of which are connected to a ground base 92 similar. The opening 200 is disposed beyond the collar 198. Unlike the ground base 92, the ground base 192 has an added wheel-like structure (similar to the high voltage base 182). The ground base 192 also includes a central hub 204, a plurality of spokes 202 extending radially outwardly from the hub 204 and terminated at the rim 194 and an opening 206 ).

접지 와이어(148)는 개구(100)를 지나 배치되며 접지 전극 튜브(147)에 연결된다. 애퍼처를 가진 탭이 접지 와이어(148)로의 연결을 용이하게 하기 위해 접지 전극 튜브(147)의 단부에서 제공될 수 있다. 가장 바람직하게는, 접지 전극 튜브(147)(도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이)는 실질적으로 원통형 몸체(또는 칼라(198)에서 삽입되도록 구성된 다른 형태) 또는 몸체의 측벽을 지나 배치된 복수의 개구들(149)을 가진 중공 튜브를 포함한다. 접지 전극 튜브(147)는 바람직하게는 티타늄으로 구성될 수 있지만, 스테인리스 스틸 또는 구리와 같은, 다른 전도성 재료들이 또한 사용될 수 있다. 개구들(149)은 바람직하게는 약 4 mm과 8 mm 사이에서의 직경을 가진 원형이지만, 다른 형태들이 또한 사용될 수 있다. 개구들(149)의 크기는 과도한 가스가 플라즈마 방전 구역(101) 안에서 압력 병목점을 피하며 방지하도록 허용하기에 충분히 크다. 개구들(149)은 개구들의 에지들 주위에서 보다 큰 필드 강화의 이점을 가지며, 이것은 필드의 효과를 강화하는 형성되지 않은 필드 라인들을 생성한다. 개구들(149)은 또한 반응기 하우징(135)이 투명하거나 또는 뷰잉 윈도우를 가질 때 플라즈마 방전들이 가시적(밝은 광으로서)이도록 허용하는 이점을 가진다. 접지 전극 튜브(147)의 외부 측벽은 바람직하게는 접지 전극 튜브(147)의 외부 표면상에서 기생 전기화학 반응들을 감소시키며 플라즈마 방전 구역(101)에서 플라즈마를 발생시키기 위한 가능성을 최대화하기 위해 비-전도성 세라믹 또는 유리와 같은, 유전체 배리어 코팅을 가진다.The ground wire 148 is disposed past the opening 100 and is connected to the ground electrode tube 147. A tab with an aperture may be provided at the end of the ground electrode tube 147 to facilitate connection to the ground wire 148. Most preferably, the grounding electrode tube 147 (as shown in FIGS. 6 and 7) includes a substantially cylindrical body (or other configuration configured to be inserted in the collar 198) or a plurality Lt; RTI ID = 0.0 > 149 < / RTI > The ground electrode tube 147 may preferably be constructed of titanium, but other conductive materials, such as stainless steel or copper, may also be used. The openings 149 are preferably circular with a diameter between about 4 mm and 8 mm, although other shapes may also be used. The size of the openings 149 is large enough to allow excess gas to escape and avoid pressure bottlenecks within the plasma discharge zone 101. The openings 149 have the advantage of greater field enhancement around the edges of the openings, which creates unformed field lines that enhance the effect of the field. The openings 149 also have the advantage of allowing the plasma discharges to be visible (as bright light) when the reactor housing 135 is transparent or has a viewing window. The outer sidewall of the grounded electrode tube 147 preferably has a non-conductive (not shown) surface to reduce parasitic electrochemical reactions on the outer surface of the grounded electrode tube 147 and to maximize the potential for generating plasma in the plasma discharge zone 101. [ Such as ceramics or glass.

접지 전극 튜브(147)는 가장 바람직하게는 고 전압 베이스(82) 및 접지 베이스(92)를 연결하기 위해 칼라(98) 내에 및 허브(88)(도 7에 도시된 바와 같이) 내에 맞도록 구성된다. 접지 전극 튜브(147)는 스크류들에 의해서와 같이, 칼라(98) 및/또는 허브(88)에 해제 가능하게 부착될 수 있다. 대안적으로, 접지 전극 튜브(147)는 허브(88)까지 이르도록 연장되지 않을 수 있다(도 6에 도시된 바와 같이). 상기 구성에서, 고 전압 베이스(80) 및 접지 베이스(92)는 반응기 몸체(135) 내에서의 그것들의 상대적 위치들에 의해 이격되며 접지 전극 튜브(147)에 대해 고 전압 전극(138)을 배치하기 위해, 마찰력, 접지 전극 베이스에서 고 전압 베이스로 연장된 또 다른 구조, 또는 림들(94 및 84)과 일치하도록 구성된 반응기 몸체(135) 내에서의 립 또는 다른 돌출부와 같은, 다른 수단에 의해 제자리에서 유지된다. 고 전압 전극(138)의 하부 단부는 허브(88)를 지나 접지 전극 튜브(147)로 배치된다. 고 전압 전극(138)은 접지 전극 베이스(92)에 이르도록 또는 실질적으로 접지 전극 튜브(147)의 길이를 지나(도 6에 도시된 바와 같이) 연장될 수 있지만, 가장 바람직하게는 고 전압 전극(138)은 고 전압 전극이 반응기 몸체(135)를 통해 물의 흐름을 방해하는 것을 회피하기 위해 단지 약 4 내지 30 mm(도 7에 도시된 바와 같이)의 짧은 거리로 튜브(147)로 연장된다. 고 전압 전극(138) 및 접지 전극 튜브(147)는 바람직하게는 약 1 내지 10 mm 및 가장 바람직하게는 약 5 mm의 두 개의 전극들 사이에 갭을 제공하도록 사이징되며 구성된다. 도 6 및 도 7에 도시된 구성들에서, 고 전압 전극(138)이 접진 전극 튜브(147) 내에 부분적으로 배치되며 그것 내에서 실질적으로 중심이 같은 로드인 경우, 갭은 고 전압 전극의 외부 벽과 접지 전극 튜브(147)의 내부 벽 사이에서의 방사 거리이다. 접지 전극 튜브(147)는 가장 바람직하게는 길이가 2 내지 4 인치들이다. 비교적 더 짧은 전극을 갖는 것은 보다 큰 전하 농도를 허용하며, 이것은 방전을 돕는다.The ground electrode tube 147 is most preferably configured to fit within the collar 98 and into the hub 88 (as shown in Figure 7) for connecting the high voltage base 82 and the ground base 92 do. The ground electrode tube 147 may be releasably attached to the collar 98 and / or the hub 88, such as by screws. Alternatively, the ground electrode tube 147 may not extend to reach the hub 88 (as shown in FIG. 6). The high voltage base 80 and the ground base 92 are spaced by their relative positions within the reactor body 135 and the high voltage electrode 138 is positioned relative to the ground electrode tube 147 Or by other means, such as ribs or other protrusions within the reactor body 135 that are configured to coincide with the rims 94 and 84, or other structure extending from the ground electrode base to the high voltage base, Lt; / RTI > The lower end of the high voltage electrode 138 is disposed through the hub 88 to the ground electrode tube 147. The high voltage electrode 138 may extend to reach the ground electrode base 92 or substantially beyond the length of the ground electrode tube 147 (as shown in FIG. 6), but most preferably, The electrode 138 extends to the tube 147 at a short distance of only about 4 to 30 mm (as shown in Figure 7) to avoid the high voltage electrode from interfering with the flow of water through the reactor body 135 . The high voltage electrode 138 and the ground electrode tube 147 are preferably sized and configured to provide a gap between the two electrodes of about 1 to 10 mm and most preferably about 5 mm. 6 and 7, when the high-voltage electrode 138 is partially disposed in the turn-on electrode tube 147 and is substantially centrally located within it, And the inner wall of the ground electrode tube 147. [ The ground electrode tube 147 is most preferably 2 to 4 inches long. Having a relatively shorter electrode allows a greater charge concentration, which helps discharge.

고 전압 와이어(138) 및 접지 와이어(148)는 바람직하게는 편조 와이어보다는, 고체 금속으로 구성된다. 이것은 고체 와이어가 단부 부품들(137, 139) 또는 포트들(129, 133)에서 밀봉하기에 더 용이하기 때문에 연결들을 더 용이하게 한다. 고체 배선은 또한 위험할 수 있는, 반응기 하우징(135)에서 내부 와이어 코어로 물 위킹(wicking)이 가진 잠재적인 문제점들을 제거한다. The high voltage wire 138 and the ground wire 148 preferably comprise a solid metal rather than a braided wire. This facilitates connections because the solid wire is easier to seal at the end pieces 137, 139 or the ports 129, 133. Solid wiring also eliminates potential problems with water wicking from the reactor housing 135 to the inner wire core, which can be dangerous.

전극 장착 어셈블리(80), 및 어셈블리(80)의 구성요소들에 대한 임의의 변형이 반응기 하우징(35, 135, 및 235)을 포함하여, 본 발명에 따른 임의의 처리 시스템 및 방법에서 임의의 반응 챔버/하우징과 함께 사용될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 바람직한 전극 마운트 및 접지 전극 구성은 플라즈마가 일련의 수 화학 조건들하에 발생되도록 허용한다. 예를 들면, 물의 전도도가 재-순환의 사이클들에 따라 증가함에 따라, 플라즈마 방전 구역(101)으로 전달될 수 있는 공기/가스/오존의 양은 가스 유량을 간단히 변경함으로써 증가될 수 있다. 증가된 가스 유량은 전극들 사이에서의 거리를 변경할 필요 없이 고 전도도 조건들하에서 보다 큰 플라즈마 방전을 달성하거나 또는 접지와 고 전압 전극 사이에서의 전압을 증가시키기 위해 기체 상 유전체 배리어에서의 증가에 대응한다. Any modifications to the electrode mounting assembly 80 and components of the assembly 80 can be made in any of the processing systems and methods in accordance with the present invention, including reactor housings 35, 135, and 235 Chamber / housing. The preferred electrode mount and ground electrode configurations, as shown in Figures 6 and 7, allow plasma to be generated under a series of hydrochemical conditions. For example, as the conductivity of water increases with cycles of re-circulation, the amount of air / gas / ozone that can be delivered to the plasma discharge zone 101 can be increased by simply changing the gas flow rate. The increased gas flow rate corresponds to an increase in the gaseous dielectric barrier to achieve a greater plasma discharge under high conductivity conditions or to increase the voltage between the ground and the high voltage electrode without the need to change the distance between the electrodes do.

일련의 테스트들이 가스 주입 시스템, 반응 챔버, 및 도 6에 도시된 것과 유사한 전극 마운트 어셈블리를 갖고 수행되었다. 사용된 용수 시스템은 지방 대학에 위치된 냉각 탑이었으며 물은 980 mmhos 내지 1900 mmhos의 전도도 범위를 가졌다. 처리 시스템은 4개월 기간에 걸쳐 계속해서 구동되었다. 방전 전압은 240 kV에서 설정되었으며 고 전압과 접지 전극들 사이에서의 전극 갭은 5 mm이었다. 반응기 하우징은 투명한 재료로 구성되며, 따라서 하우징의 안쪽은 가시적이었다. 동작 동안, 접지와 고 전압 전극 사이에서의 플라즈마 방전 및 접지와 고 전압 전극 사이에서의 공간으로 밀고 들어가진 기포들 양쪽 모두가 관찰되었다. 일단 전도도가 1000 mmhos를 초과하여 증가되면, 플라즈마 방전은 단독으로 벤투리를 통해 도입된 기포들의 사용으로 관찰되지 않았지만; 플라즈마 방전은 부가적인 압축 공기가 접지와 고 전압 전극들 사이에서의 공간으로 도입되었다면 다시 관찰되었다. A series of tests were performed with a gas injection system, a reaction chamber, and an electrode mount assembly similar to that shown in FIG. The water system used was a cooling tower located at a provincial college and the water had a conductivity range of 980 mmhos to 1900 mmhos. The treatment system continued to operate over a four month period. The discharge voltage was set at 240 kV and the electrode gap between the high voltage and the ground electrodes was 5 mm. The reactor housing was made of a transparent material, so the inside of the housing was visible. During operation, both the plasma discharge between the ground and the high voltage electrode, and the air bubbles that were pushed into the space between the ground and the high voltage electrode were observed. Once the conductivity increased beyond 1000 mmhos, the plasma discharge was not observed with the use of bubbles introduced through venturi alone; The plasma discharge was again observed if additional compressed air was introduced into the space between the ground and high voltage electrodes.

고 전압 발생기 시스템(40, 140, 또는 240)과 같은, 본 발명에 따른 임의의 고 전압 발생기에서 사용된 막스 발생기를 위한 지지 구조(62)에 대한 바람직한 실시예는 도 15 내지 도 18에 도시된다. 지지 구조(62)는 바람직하게는 상부 지지 암(66T), 하부 지지 암(66B), 및 하부 지지 암(66B)과 상부 지지 암(66T) 사이에서 연장된 하나 이상의 단부 지지 암들(66E)을 포함한다. 상부 지지 암(66T)은 바람직하게는 개방 중심 부분을 가진 실질적으로 직사각형 형태를 형성한다. 유사하게, 하부 지지 암(66B)은 바람직하게는 개방 중심 부분을 가진 실질적으로 직사각형 형태를 형성한다. 수직 단부 지지 암들(66E)은 일반적으로 U-형 프레임을 형성하기 위해 지지 구조(62)의 일 단부에서 상부 및 하부 지지 암들(66T 및 66B)을 연결한다. 지지 구조(62)의 다른 단부는, 암들(66T 및 66B)을 결합하기 위해 어떤 수직 커넥터들도 갖지 않고, 바람직하게는 실질적으로 개방된다. 부착 탭들(64)은 바람직하게는 지지 구조(62)의 일 단부에서 배치되어, 최상부 및 최하부 지지 암들(66T 및 66B)의 각각으로부터 바깥쪽으로 연장된다. 애퍼처들(65)이 탭들(64)을 지나 배치된다. 탭들(64) 및 애퍼처들(65)은 챔버(41) 및 하우징(43)의 구성에 의존하여, 불꽃 갭 챔버(41) 또는 외부 하우징(43)의 최하부 표면에, 또는 불꽃 갭 챔버(41) 또는 외부 하우징(43) 내에 배치된 커패시터 뱅크 하우징(77)에 지지 구조(52)를 고정시키는 것을 용이하게 한다. 지지 구조(62)는 또한 불꽃 갭 챔버(41)또는 외부 하우징(43)을 갖고 단일 부분으로부터 일체형으로 형성될 수 있다. A preferred embodiment of a support structure 62 for a Max generator used in any high voltage generator according to the present invention, such as a high voltage generator system 40, 140, or 240, is shown in Figures 15-18 . The support structure 62 preferably includes an upper support arm 66T and a lower support arm 66B and one or more end support arms 66E extending between the lower support arm 66B and the upper support arm 66T. . The upper support arm 66T preferably forms a substantially rectangular shape with an open center portion. Similarly, the lower support arm 66B preferably forms a substantially rectangular shape with an open center portion. The vertical end support arms 66E generally connect the upper and lower support arms 66T and 66B at one end of the support structure 62 to form a U-shaped frame. The other end of the support structure 62 does not have any vertical connectors to engage the arms 66T and 66B, and is preferably substantially open. Attachment tabs 64 are preferably disposed at one end of the support structure 62 and extend outwardly from each of the top and bottom support arms 66T and 66B. The apertures 65 are disposed past the tabs 64. Taps 64 and apertures 65 may be formed on the bottom surface of spark gap chamber 41 or outer housing 43 or on the bottom surface of spark gap chamber 41 or outer housing 43 depending on the configuration of chamber 41 and housing 43. [ Or to secure the support structure 52 to the capacitor bank housing 77 disposed within the outer housing 43. [ The support structure 62 may also have a flame gap chamber 41 or an outer housing 43 and may be integrally formed from a single portion.

복수의 쌍을 이룬 포스트들(70A-71A, 70B-71B, 및 70C-71C)이 각각의 하부 지지 암(66B)으로부터 위쪽으로 연장된다. 복수의 제 1 포스트들(70A, 70B, 및 70C)은 하부 지지 암(66B)의 제 1 측(전방향 측)으로부터 연장되며 복수의 제 2 포스트들(71A, 71B, 및 71C)은 하부 지지 암(66B)의 제 2(뒤쪽) 측으로부터 연장된다. 도 20 및 도 21(둘 사이에 연결들을 갖고, 커패시터 뱅크 하우징(77) 상에 막스 사다리 지지 구조(62)를 도시하는), 및 도 22의 회로도(지지 구조(62)에 연결될 수 있는, 막스 발생기 또는 막스 사다리를 위한 통상적인 회로를 나타내는)를 참조하여, 두 개의 이격된 전극들(76)을 포함하는, 불꽃 갭 스위치(S1, S2 등)가 포스트들의 각각의 쌍 사이에 배치되며, 따라서 S1은 70A와 71A 사이에 있으며 S2는 70B와 71B 사이에 있고, 등이다. 애퍼처(72)가 각각의 포스트를 지나 배치되며, 그것을 지나 불꽃 갭 전극 마운트(73)가 배치된다. 불꽃 갭 전극(76)은 지지 구조(62) 안쪽에 배치된 불꽃 갭 전극 마운트(73)의 단부에 부착된다. 이것은 포스트들의 각각의 쌍(70A-71A, 70B-71B 등) 사이에 복수의 불꽃 갭 전극 쌍들을 형성한다. 전극들(76) 및 마운트들(73)은 바람직하게는 전극이 불꽃 갭 전극들의 각각의 쌍 사이에서의 갭 거리를 선택적으로 조정하기 위해 마운트를 따라 측방향으로 이동하도록 허용하기 위해 구성된다. 가장 바람직하게는, 불꽃 갭 전극 마운트들(73)은 각각의 전극(76)이 막스 사다리 지지 구조(62) 내에 배치된 마운트(73)의 단부 상에서 나사형 맞물림에 부착되는 스크류를 포함한다. 이러한 바람직한 구성은 전극들(76)의 각각의 쌍의 상대적 위치들이 마운트(73)의 길이를 따라 전극들(76)을 간단히 회전시킴으로써 불꽃 갭 거리를 증가시키거나 또는 감소시키기 위해 막스 사다리 구조(62) 내에서 서로 더 가깝게 또는 더 멀리 떨어지도록 이동시키기 위해 선택적으로 수정되도록 허용한다. 가장 바람직하게는 전극들(76)의 각각의 쌍 사이에서의 불꽃 갭 거리는 약 15 내지 40 mm이다. 대안적으로, 각각의 불꽃 갭 전극(76)은 구조(62) 내에서 각각의 마운트(73)의 단부에 고정될 수 있으며 마운트들(73)은 갭 거리를 선택적으로 조정하기 위해 포스트들(70, 71)에 대해 측방향 움직임을 위해 구성될 수 있다. 조정 가능한 전극들 및 조정 가능한 마운트들의 조합이 또한 사용될 수 있다.A plurality of paired posts 70A-71A, 70B-71B, and 70C-71C extend upwardly from each lower support arm 66B. The plurality of first posts 70A, 70B and 70C extend from the first side (front side) of the lower support arm 66B and the plurality of second posts 71A, 71B and 71C extend from the lower support And extends from the second (rear) side of the arm 66B. 20 and 21 (showing the Marx ladder support structure 62 on the capacitor bank housing 77, with connections between the two), and the circuit diagram of FIG. 22 (which may be connected to the support structure 62, Generators, or Marx ladders), a spark gap switch (S1, S2, etc.), including two spaced electrodes 76, is disposed between each pair of posts, S1 is between 70A and 71A, S2 is between 70B and 71B, and so on. An aperture 72 is disposed across each post, over which a spark gap electrode mount 73 is disposed. The spark gap electrode 76 is attached to the end of the spark gap electrode mount 73 disposed within the support structure 62. This forms a plurality of pairs of spark gap electrodes between each pair of posts (70A-71A, 70B-71B, etc.). The electrodes 76 and mounts 73 are preferably configured to allow the electrodes to laterally move along the mount to selectively adjust the gap distance between each pair of spark gap electrodes. Most preferably, the flamegap electrode mounts 73 include screws in which each electrode 76 is attached to the threaded engagement on the end of the mount 73 disposed within the Maxx ladder support structure 62. This preferred configuration allows the relative positions of each pair of electrodes 76 to be increased by increasing the distance between the lumped lumped elements 62 and the lumped lumped elements 62 in order to increase or decrease the spark gap distance by simply rotating the electrodes 76 along the length of the mount 73 To move closer to or farther from each other. Most preferably, the spark gap distance between each pair of electrodes 76 is about 15 to 40 mm. Alternatively, each spark gap electrode 76 may be secured to the end of each mount 73 within the structure 62 and the mounts 73 may be attached to the posts 70 , ≪ / RTI > 71). A combination of adjustable electrodes and adjustable mounts may also be used.

가장 바람직하게는, 막스 사다리 구조(62)는 커패시터 뱅크 하우징(77)에 기초한다. 잘-알려진 막스 사다리 회로에 따라 함께 연결된 복수의 커패시터들 및 저항기들이 커패시터 뱅크 하우징(77) 내에 있다. 복수의 애퍼처들은 불꽃 갭 스위치들에 커패시터들을 연결하도록 배선(75)이 지나가는 것을 허용하기 위해 하우징(77)의 상부 단부 또는 착탈 가능한 커버를 지나 배치된다. 막스 사다리 구조(62)의 바깥쪽에 배치된 각각의 마운트(73)의 단부는 배선(75)에 의해 커패시터 뱅크 하우징(77) 내에서 커패시터들에 연결되며, 따라서 커패시터(C1)는 포스트 쌍(70A-71A) 상에서의 마운트들(73)에 연결되고, 커패시터(C2)는 포스트 쌍(70B-71B) 상에서의 마운트들(73)에 연결된다. 가장 바람직하게는, 포스트들의 3 내지 6개의 쌍들은 구조(62)를 위해 제공되지만, 부가적인 쌍들은 당업자들에 의해 이해될 바와 같이 충분한 전압을 발생시키기 위해 요구된 대로 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 22에 도시된 바와 같이 회로를 위한 5개의 쌍들의 포스트들이 있을 것이며, 하나의 쌍은 각각의 불꽃 갭 스위치(S1 내지 S5)를 위한 것이다. 이들 배열들에서의 변형들은, 당업자들에 의해 이해될 바와 같이, 이루어질 수 있다.Most preferably, the Max ladder structure 62 is based on the capacitor bank housing 77. A plurality of capacitors and resistors coupled together in accordance with a well-known Marx ladder circuit are in the capacitor bank housing 77. The plurality of apertures are disposed past the upper end of the housing 77 or the removable cover to allow the wiring 75 to pass through to connect the capacitors to the flame gap switches. The end of each mount 73 disposed outside of the Max ladder structure 62 is connected to the capacitors in the capacitor bank housing 77 by the wiring 75 so that the capacitor C1 is connected to the post pair 70A -71A and the capacitor C2 is connected to the mounts 73 on the post pair 70B-71B. Most preferably, three to six pairs of posts are provided for structure 62, but additional pairs may be provided as required to generate sufficient voltage as will be appreciated by those skilled in the art. For example, there may be five pairs of posts for the circuit as shown in Fig. 22, one pair for each spark gap switch (S1 to S5). Variations in these arrangements can be made, as will be appreciated by those skilled in the art.

구조(62)의 치수들은 바람직하게는 14인치 길이에 대해, 약 2인치 폭×약 2인치 높이 및 약 3인치 폭×3인치 높이이다. 여기에서 설명된 바와 같이, 폭은 실질적으로 포스트들의 쌍(70-71) 사이에서의 치수이고, 높이는 하부 지지 암(66B)으로부터 상부 지지 암(66T)을 향한 방향으로 수직 지지 암들(66E)의 치수이며, 길이는 수직 지지 암들(66E)로부터 탭들(64)을 향한 방향으로 지지 암들(66T, 66B)의 보다 긴 치수이다. 이들 치수들은 불꽃 갭들이 금속 침전물들에 의해 브리징되는 것을 방지하도록 돕기 위해 불꽃 갭 전극들을 물리적으로 분리하기 위해 선호되며, 이것은 막스 사다리에서 고 전압 펄스의 발생을 방해할 것이다. 가장 바람직하게는, 불꽃 갭들(76) 사이에서의 갭 거리(G로서 도 20에 도시된 바와 같이, 포스트들의 각각의 쌍(70-71) 상에서 전극들(73)의 쌍 사이에서의 거리)는 약 15 mm 내지 40 mm, 및 바람직하게는 약 27 mm이다. 갭 거리는 전극 마운트들(73) 상에서 전극들(76)을 이동시킴으로써 선택적으로 증가되거나 또는 감소될 수 있으며, 이것은 고 전압 발생기에 의해 생성된 전압을 변경한다. 부가적으로, 지지 구조(72)에 대한 다른 크기들이, 특히 마운트들(73) 상에서의 거리의 변형에 의해 달성 가능한 것보다 큰 갭이 요구된다면, 불꽃 갭 치수들을 스케일링하기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 보다 큰 폭들 및 높이들이 사용될 수 있지만, 3×3보다 훨씬 더 큰 것이 채널에서의 금속 침전이 보다 큰 치수들에서 더 이상 시스템 고장의 요인이 아니기 때문에 전체 시스템 동작에 임의의 상당한 이점을 제공하지 않는다고 믿어진다.The dimensions of structure 62 are preferably about 2 inches wide by about 2 inches high and about 3 inches wide by 3 inches high, for a 14 inch length. As described herein, the width is substantially the dimension between the pair of posts 70-71 and the height is the height of the vertical support arms 66E in the direction from the lower support arm 66B toward the upper support arm 66T. And the length is a longer dimension of the support arms 66T, 66B in the direction from the vertical support arms 66E toward the taps 64. [ These dimensions are preferred for physically separating the spark gap electrodes to help prevent spark gaps from being bridged by metal deposits, which would hinder the generation of high voltage pulses in the Max ladder. Most preferably, the gap distance between the spark gaps 76 (G, as shown in Figure 20, the distance between pairs of electrodes 73 on each pair 70-71 of posts) About 15 mm to about 40 mm, and preferably about about 27 mm. The gap distance can be selectively increased or decreased by moving the electrodes 76 on the electrode mounts 73, which alters the voltage generated by the high voltage generator. Additionally, other sizes for the support structure 72 may be used to scale the flame gap dimensions, particularly if a larger gap is required than is achievable by deformation of the distance on the mounts 73. In addition, although larger widths and heights can be used, much greater than 3x3 can result in any significant advantage to overall system operation because metal deposition in the channel is no longer a factor in system failure at larger dimensions Is not provided.

지지 암들(66T, 66B, 및 66E)은 실질적으로 개방 지지 구조 프레임을 형성한다. 많은 종래 기술의 막스 사다리들은 밀폐된 구조들에 있으며, 이것은 막스 챔버 또는 지지 구조의 벽들 상에 침전하는 금속의 결과로서 기생 방전과 같은 문제점들을 야기할 수 있다. 지지 프레임(62)에 대한 실질적으로 개방된 구조를 가짐으로써, 이들 문제점들이 회피된다. 예를 들면, 폐쇄 지지 구조로부터 멀리 이동시키며 서로로부터 불꽃 갭 전극들을 물리적으로 분리시키는 개방 지지 시스템으로 이동시킴으로써. 바람직한 치수들을 포함하는, 바람직한 지지 구조(62)의 구성을 갖고, 불꽃 갭 방전에서 비록된 임의의 금속 침전물들은 전극들 사이에서 브리지를 만들 수 없으며 그러므로 방전 타이밍을 방해할 수 없다.The support arms 66T, 66B, and 66E form a substantially open support structure frame. Many prior art Marx ladders are in closed structures, which can cause problems such as parasitic discharges as a result of metal depositing on the walls of the Marx chamber or support structure. By having a substantially open structure for the support frame 62, these problems are avoided. For example, by moving away from the closed support structure and moving to an open support system that physically separates the spark gap electrodes from each other. Any metal deposits that have the configuration of the preferred support structure 62, including preferred dimensions, that are sputtered in the spark gap discharge can not bridge between the electrodes and therefore can not interfere with the discharge timing.

지지 구조(62)는 바람직하게는, 테프론, ABS, 또는 유리 섬유와 같은, 내오존 재료들로 구성된다. 오존이 막스 사다리에 의해 발생되므로, 구조를 손상시키는 것을 회피하도록 지지 구조(62)를 제작하기 위해 이러한 저항 재료들을 사용하는 것이 바람직하다. 오존에 의해 공격받기 쉬운 재료들을 사용하는 것은 불꽃 갭 전극들의 지지 구조를 약화시킬 수 있으며, 본 발명에 따른 유수 시스템들을 처리하기 위해 요구된 반복된, 실질적으로 연속적인 불 사용을 갖고, 이러한 약화된 구조는 기계적 고장 및 파손을 겪을 수 있다. 미네랄 오일 또는 실리콘 오일과 같은, 오일로 지지 구조(62)의 표면들을 코팅하는 것이 또한 바람직하다. 오일은 불꽃 갭 전극들로부터의 임의의 금속이 지지 구조(62)의 표면들로 침전되는 것을 방지하는 것을 도울 것이다. 침전물들이 관찰되면, 그것들은 오일 층을 없애며 새로운 코팅을 다시 도포함으로써 쉽게 치워질 수 있다. 부가적으로, 하부 지지 암(66B), 포스트들(70, 71)의 하부 부분, 및 수직 단부 지지 암들(66E)의 하부 부분이 도 19에 도시된 바와 같이, 유조(74)에 담궈진다.The support structure 62 preferably comprises ozone resistant materials, such as Teflon, ABS, or glass fiber. Since ozone is generated by the Max ladder, it is desirable to use such resistance materials to fabricate the support structure 62 to avoid damaging the structure. The use of materials susceptible to attack by ozone can weaken the support structure of the spark gap electrodes and have the repeated, substantially continuous, non-use required to treat the effluent systems according to the invention, The structure may experience mechanical failure and damage. It is also desirable to coat the surfaces of the support structure 62 with an oil, such as mineral oil or silicone oil. The oil will help prevent any metal from the spark gap electrodes from depositing on the surfaces of the support structure 62. When sediments are observed, they can be easily removed by removing the oil layer and reapplying the new coating. In addition, the lower support arm 66B, the lower portion of the posts 70, 71, and the lower portion of the vertical end support arms 66E are dipped in the oil bath 74, as shown in FIG.

도 19 내지 도 21을 참조하면, 고 전압 발생기 시스템(40)을 위한 바람직한 하우징 구성이 도시된다. 고 전압 발생기 시스템(40)은 바람직하게는 외부 하우징(43), 불꽃 갭 챔버(41), 및 막스 사다리(42)를 포함한다. 막스 사다리(42)는 바람직하게는 지지 구조(62), 커패시터 뱅크 하우징(77), 저 전압 드라이버 회로(39), 복수의 커패시터들(C), 저항기들(R), 및 불꽃 갭 전극들(76)을 포함한다. 외부 하우징(43)을 통한 연결들은 외부 전원(벽 부착 접속구와 같은)을 드라이버 회로(39)에 연결하기 위해 및 공기 펌프들(44)을 불꽃 갭 챔버(41)에 연결하기 위해 및 불꽃 갭 챔버(41) 내로부터 오존(및 공기의 다른 구성요소들)을 빼내기 위해 제공된다. Referring to Figures 19-21, a preferred housing configuration for high voltage generator system 40 is shown. The high voltage generator system 40 preferably includes an outer housing 43, a spark gap chamber 41, and a Marx ladder 42. The Max ladder 42 preferably includes a support structure 62, a capacitor bank housing 77, a low voltage driver circuit 39, a plurality of capacitors C, resistors R, and spark gap electrodes 76). Connections through the outer housing 43 are used to connect an external power supply (such as a wall mount connection) to the driver circuit 39 and to connect the air pumps 44 to the spark gap chamber 41, (And other constituents of the air) from within the chamber 41.

외부 하우징(43)은 바람직하게는 불꽃 갭 챔버(41) 및 막스 사다리(42)를 둘러싸도록 구성된 구조이다. 그것은 바람직하게는 하우징(43)의 내부로의 액세스 및 불꽃 갭 챔버(41)로의 액세스를 허용하기 위해 착탈 가능한 커버 또는 탑 또는 개방 가능한 도어를 가진다. 외부 하우징(43)은 바람직하게는 폴리카보네이트, 렉산, 또는 또 다른 강직성 고분자로 만들지만, 다른 재료들이 사용될 수 있다. 외부 하우징(43)은 또한 바람직하게는 주변 환경으로부터 막스 사다리(42)를 분리하며 내부 구성요소들로부터 근처의 금속 구조들, 콘센트들, 및 다른 모니터링 및 제어 시스템들로의 아크를 방지하기 위해 유전체 배리어를 포함한다. 이러한 유전체 배리어는 하우징(43)의 안쪽 상에 또는 그것의 외부 상에 코팅 또는 재료의 별개의 층일 수 있다. The outer housing 43 is preferably constructed to surround the flame gap chamber 41 and the Maxx ladder 42. It preferably has a removable cover or top or openable door to allow access to the interior of the housing 43 and access to the flame gap chamber 41. The outer housing 43 is preferably made of polycarbonate, Lexan, or another rigid polymer, but other materials may be used. The outer housing 43 also preferably separates the Marx ladder 42 from the surrounding environment and includes a dielectric body 42 to prevent arcing from nearby components to nearby metal structures, receptacles, and other monitoring and control systems. Barrier. This dielectric barrier may be a separate layer of coating or material on the inside of or outside the housing 43.

커패시터 뱅크 하우징(77)은 바람직하게는 하우징 내에서 커패시터들(C) 및 저항기들(R)로의 액세스를 허용하기 위해 착탈 가능한 상부 커버 또는 개방 가능한 도어를 가진다. 애퍼처들은 와이어들이 불꽃 갭 전극 마운트들(73)을 통해 불꽃 갭 전극들(76)에 커패시터들을 연결하도록 허용하기 위해 하우징(77)의 상부 커버에서 제공된다. 또 다른 애퍼처는 커패시터 뱅크를 저 전압 드라이버 회로(39)에 연결하기 위해 하우징을 통해 배치된다. 하우징(77)은 바람직하게는 커패시터들을 적어도 부분적으로 담그기 위해 충분한 용량을 가진 유조(74)를 포함하도록 구성된다. 미네랄 오일 또는 실리콘 오일은 유조(74)를 위해 사용될 수 있다. 커패시터 뱅크 하우징(77)은 불꽃 갭 챔버(41) 내에 배치될 수 있거나 또는 불꽃 갭 챔버(41)의 외부에 있을 수 있다.The capacitor bank housing 77 preferably has a removable top cover or openable door to allow access to the capacitors C and resistors R in the housing. The apertures are provided in the top cover of the housing 77 to allow the wires to connect the capacitors to the flame gap electrodes 76 through the flame gap electrode mounts 73. [ Another aperture is placed through the housing to connect the capacitor bank to the low voltage driver circuit 39. [ The housing 77 is preferably configured to include an oil reservoir 74 having sufficient capacity to at least partially immerse the capacitors. Mineral oil or silicone oil may be used for oil bath 74. The capacitor bank housing 77 may be disposed in the flame gap chamber 41 or may be external to the flame gap chamber 41. [

불꽃 갭 챔버(41)는 적어도 막스 사다리 지지 구조(62)를 둘러싸기 위해 또 다른 구조를 포함할 수 있으며 막스 사다리(42)의 다른 구성요소들을 둘러쌀 수 있다. 불꽃 갭 챔버(41)는 바람직하게는 지지 구조(62)(또는 불꽃 갭 챔버(41) 내에서의 막스 사다리(42)의 다른 구성요소들)가 액세스될 수 있도록 착탈 가능한 탑 또는 커버 또는 개방 가능한 도어를 가진다. 상기 구성에서, 막스 사다리 지지 구조(62)의 하부 지지 암(66B)은 불꽃 갭 챔버(41)의 최하부 표면에 기초할 것이다. 대안적으로, 불꽃 갭 챔버는 지지 구조(62) 위에 맞는 착탈 가능한 커버일 수 있지만 하부 구조를 갖지 않는다. 상기 구성에서, 고 전압 발생기(42)를 위한 지지 구조(62)의 하부 지지 암(66B)은 커패시터 뱅크 하우징(77)의 상부 표면에(또는 대안적으로 외부 하우징(43)의 하부 표면에) 기초할 것이다. 착탈 가능한 커버가 사용된다면, 씰은 오존이 불꽃 갭 챔버(41) 밖으로 펌핑되거나 또는 흡입되도록 허용하기 위해 제공된다. 고 전압 발생기(42)에 의해 발생된 오존을 반응 챔버(36)로 수송하기 위해 사용된 불꽃 갭 챔버(41)의 내부 표면 및 임의의 배관 또는 도관은 바람직하게는 테프론, ABS, 또는 유리 섬유와 같은, 내오존 재료들로 구성된다. 이들 부분들을 제작하기 위해 이러한 저항 재료들의 사용은 오존으로의 노출에 의해 그것들을 손상시키는 것을 회피하기 위해 선호된다. 제 2 유조(74)는 불꽃 갭 챔버(41) 또는 외부 하우징(43)의 하부에 선택적으로 배치되거나 또는 막스 사다리 지지 구조(62)를 위한 별개의 트레이 또는 다른 컨테이너(도시되지 않음)에 배치될 수 있다. 유조(74)는 바람직하게는 하부 지지 암(66B), 포스트들(70, 71)의 하부 부분, 및 수직 단부 지지 암들(66E)의 하부 부분이 오일에 담궈지도록 충분한 체적을 가진다. 미네랄 오일 또는 실리콘 오일이 유조(74)를 위해 사용될 수 있다. 지지 구조(62)는 또한 바람직하게는 오일에서 코팅된다. 외부 하우징(43)은 고 전압 발생기 시스템(40)를 위한 하우징 및 불꽃 갭 챔버로서 동작하도록 구성될 수 있으며, 따라서 별개의 불꽃 갭 챔버(41)는 당업자들에 의해 이해될 바와 같이 수정들을 갖고 요구되지 않는다. 별개의 불꽃 갭 챔버가 없는 구성은 1차 외부 하우징이 고 전압 발생기 시스템 및 반응 챔버(고 전압 발생기 시스템(240) 및 반응 챔버(236)를 포함하는, 하우징(260)과 같은) 양쪽 모두를 포함하기 위해 제공될 때 특히 유용할 수 있다. The flame gap chamber 41 may include at least another structure to surround at least the lid ladder support structure 62 and may surround other components of the ladder 42. The flame gap chamber 41 preferably includes a removable top or cover such that the support structure 62 (or other components of the Marx ladder 42 within the flame gap chamber 41) can be accessed, It has a door. In this configuration, the lower support arm 66B of the Max ladder support structure 62 will be based on the lowermost surface of the flame gap chamber 41. Alternatively, the spark gap chamber may be a removable cover that fits over the support structure 62, but does not have a substructure. The lower support arm 66B of the support structure 62 for the high voltage generator 42 is connected to the upper surface of the capacitor bank housing 77 (or alternatively to the lower surface of the outer housing 43) Will be based. If a removable cover is used, the seal is provided to allow ozone to be pumped out or inhaled out of the flame gap chamber 41. The inner surface of the flame gap chamber 41 used to transport ozone generated by the high voltage generator 42 to the reaction chamber 36 and any plumbing or conduit are preferably made of Teflon, Like ozone materials. The use of these resistance materials to make these parts is preferred to avoid damaging them by exposure to ozone. The second oil vat 74 may be selectively disposed under the flame gap chamber 41 or the outer housing 43 or disposed in a separate tray or other container (not shown) for the Maxx ladder support structure 62 . The oil reservoir 74 preferably has a sufficient volume so that the lower support arm 66B, the lower portion of the posts 70, 71, and the lower portion of the vertical end support arms 66E are immersed in the oil. Mineral oil or silicone oil may be used for oil bath 74. The support structure 62 is also preferably coated in oil. The outer housing 43 can be configured to operate as a housing and a spark gap chamber for the high voltage generator system 40 so that the separate spark gap chamber 41 can have modifications as required by those skilled in the art, It does not. The configuration without a separate spark gap chamber includes both the primary outer housing and the high voltage generator system and the reaction chamber (such as housing 260, including high voltage generator system 240 and reaction chamber 236) ≪ / RTI >

다양한 애퍼처들 또는 포트들이 전력이 전력 시스템(46)으로부터 막스 사다리(42)로 공급되도록 허용하기 위해, 전압이 막스 사다리(42)로부터 반응 챔버(36)로 운반되도록 허용하기 위해, 공기가 도관(47)을 통해 공기 펌프들/압축기들(44)로부터 불꽃 갭 챔버(41)로 불어넣기 위해, 및 오존(30)이 제거되도록 허용하기 위해, 외부 하우징(43), 불꽃 갭 챔버(41), 및 커패시터 뱅크 하우징(77) 상에서의 측벽들을 지나 배치된다. 공기 펌프들(44)은 고 전압 발생기(42)를 냉각시키고, 불꽃 갭 챔버(41)를 가압하기 위해, 및/또는 도관 또는 배관을 통해 오존을 제거하기 위해(불꽃 갭 챔버 또는 외부 하우징에서 빼내는) 사용될 수 있다. 벤투리 또는 진공 펌프는 또한 흡입에 의해 불꽃 갭 챔버로부터 오존을 제거하기 위해 및 불꽃 갭 챔버를 가압하기 위해 사용될 수 있다. To allow the voltage to be carried from the Max ladder 42 to the reaction chamber 36 in order to allow various apertures or ports to be supplied from the power system 46 to the Marx ladder 42, The outer housing 43, the flame gap chamber 41, and the flame gap chamber 41, to blow air from the air pumps / compressors 44 into the flame gap chamber 41 through the flame 47 and allow the ozone 30 to be removed. And the sidewalls on the capacitor bank housing 77. Air pumps 44 may be used to cool the high voltage generator 42 and pressurize the flame gap chamber 41 and / or remove ozone through conduits or piping ) Can be used. Venturi or vacuum pump can also be used to remove ozone from the flame gap chamber by suction and to pressurize the flame gap chamber.

가장 바람직하게는, 불꽃 갭 챔버(41)(또는 별개의 불꽃 갭 챔버가 사용되지 않는다면 외부 하우징(43))는 1 대기압 미만의, 감소된 압력 또는 음의 압력에서 유지되며, 이것은 고 전압 펄스를 주기적으로 발생시키기 위해 불꽃 갭들의 간헐적인 연소를 지원한다. 통상적인 막스 사다리 발생기들은 1 대기압 이상의 압력들에서 동작된다. 본 발명에 따른 처리 시스템들 및 방법들은 흐름 또는 재순환 용수 시스템을 처리하기 위해 실질적으로 연속적인 고 전압 발생(바람직하게는 각각의 반복된 사이클 사이에서 냉각을 위한 몇몇 비활성화 기간을 갖고, 충전 및 방전의 반복된 사이클들)을 요구한다. 이러한 실질적으로 연속적인 동작 모드에서, 42, 142, 또는 242와 같은, 본 발명에 따른 막스 사다리를 동작시키기 위해, 압력을 감소시키거나 또는 진공으로 동작시키는 것이 바람직하며, 이것은 시스템이 보다 낮은 전압들에서 증가하도록 허용한다.Most preferably, the flame gap chamber 41 (or the outer housing 43 if a separate flame gap chamber is not used) is maintained at a reduced or negative pressure of less than one atmosphere pressure, It supports intermittent burning of flame gaps to occur periodically. Typical Max ladder generators operate at pressures above one atmosphere. The processing systems and methods in accordance with the present invention can be used to process a substantially continuous high voltage generation (preferably having several periods of inactivity for cooling between each repeated cycle, for charging and discharging Repeated cycles). In this substantially continuous mode of operation, it is desirable to reduce the pressure or operate in vacuum to operate the Marx ladder according to the present invention, such as 42, 142, or 242, Lt; / RTI >

다양한 가스 주입 시스템 구성요소들, 전극 마운트 어셈블리(80), 및 막스 사다리 지지 구조(62)를 포함하는, 여기에 설명된 본 발명에 따른 처리 시스템들의 구성요소들 중 임의의 것이 본 발명의 범위 내에서 다른 구성요소들 또는 다른 실시예들과 임의로 조합하여 함께 사용될 수 있다. 처리 시스템들(10, 110, 및 210)과 같은, 임의의 특정한 처리 시스템 실시예는 단지 상기 실시예에 관하여 구체적으로 설명된 이들 구성요소들 및 구성들에만 제한되지 않는다.Any of the components of the processing systems according to the present invention described herein, including various gas injection system components, electrode mount assembly 80, and Marx ladder support structure 62, are within the scope of the present invention May be used in combination with other components or other embodiments in any combination. Any particular processing system embodiment, such as processing systems 10, 110, and 210, is not limited solely to these components and configurations specifically described in connection with the embodiment.

흐름 또는 재순환 용수 시스템에서 물을 처리하는 바람직한 방법은 바람직하게는 막스 사다리를 포함하는 고 전압 발생기에서 고 전압 펄스를 발생시키는 단계, 접지와 고 전압 전극들 사이에서 지나가는 처리될 물의 흐름을 갖고 접지 전극에 근접하여 배치된 고 전압 전극에 고 전압 펄스를 향하게 하는 단계, 및 고 전압과 접지 전극들 사이에 및 그 주위에 배치된 플라즈마 방전 구역에서의 유수에서 플라즈마 방전을 발생시키는 단계를 포함한다. 가장 바람직하게는, 물은 방전 구역을 통해 계속해서 흐르며 플라즈마는 막스 사다리의 주기적 동작에 기초하여 주기적으로 발생된다(약 15분마다). 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 물을 처리하는 방법은 공기 또는 다른 가스를 플라즈마 방전 구역으로 주입하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 방법은 막스 사다리에서 고 전압 펄스를 발생시킬 때 부산물로서 생성되는, 오존 가스를 포획하는 단계, 및 오존을 플라즈마 방전 구역으로 주입하는 단계를 포함한다. 가장 바람직하게는, 물에서의 전도도의 레벨이 재순환의 반복된 사이클들에 따라 증가함에 따라 공기 또는 가스의 주입이 증가한다. 바람직한 방법은 막스 사다리의 구성요소들을 냉각시키는 것을 돕기 위해 막스 사다리에 대한 하우징을 통해 공기를 펌핑하거나 또는 흡입하는 단계, 하우징 내로부터 오존을 플러싱하는 단계, 및 하우징을 가압하는 단계를 추가로 포함하며 막스 사다리는 바람직하게는 감소된 압력 또는 진공 상태들하에서 동작된다. 바람직한 방법은 고 전압 펄스 발생 또는 플라즈마 방전에 의해 야기될 수 있는 간섭 또는 손상으로부터 용수 시스템의 다양한 구성요소들을 보호하는 단계를 추가로 포함한다. 부가적으로, 고 전압 방전에 의해 생성된 과도한 에너지는 용수 시스템에서의 물을 추가로 조절하기 위해 포획되며 사용된다. 가장 바람직하게는, 본 발명에 따라 물을 처리하는 방법들은 여기에서 설명된 용수 처리 시스템들의 구성요소들을 사용한다. A preferred method of treating water in a flow or recirculating water system comprises generating a high voltage pulse in a high voltage generator, preferably comprising a Max ladder, with a flow of water to be passed between the ground and high voltage electrodes, Directing the high voltage pulse to a high voltage electrode disposed in close proximity to the high voltage electrode and generating a plasma discharge in the water flow in the plasma discharge region disposed between and around the high voltage and ground electrodes. Most preferably, water continues to flow through the discharge zone, and the plasma is periodically generated (every about 15 minutes) based on the periodic operation of the Max ladder. According to another preferred embodiment, the method of treating water further comprises the step of injecting air or other gas into the plasma discharge zone. According to another preferred embodiment, the method includes trapping the ozone gas, which is produced as a by-product in generating a high voltage pulse in the Max ladder, and injecting ozone into the plasma discharge zone. Most preferably, the injection of air or gas increases as the level of conductivity in water increases with repeated cycles of recirculation. The preferred method further comprises pumping or sucking air through the housing to the Max ladder to help cool components of the Max ladder, flushing ozone from within the housing, and pressing the housing The Max ladder is preferably operated under reduced pressure or vacuum conditions. The preferred method further comprises protecting various components of the water system from interference or damage that may be caused by high voltage pulse generation or plasma discharge. Additionally, the excess energy generated by the high voltage discharge is captured and used to further regulate the water in the water system. Most preferably, the methods of treating water in accordance with the present invention employ components of the water treatment systems described herein.

또 다른 바람직한 방법에 따르면, 물의 전도도가 주기적으로 측정되며(측정들은 용수 시스템에서의 기존의 장비 또는 처리 시스템으로 통합된 장비에 의해 수행될 수 있다) 처리의 하나 이상의 파라미터들은 전도도 레벨이 미리 결정된 임계치에 도달할 때 수정되거나 또는 조정된다. 이들 동작 파라미터들은 (1) 고 전압 전극 및 접지 전극을 서로 가깝게 이동시키고; (2) 고 전압 전극으로 공급된 고 전압 펄스의 전압을 증가시키고; (3) 유수 스트림으로 기포들을 부가하는 레이트를 증가시키거나; 또는 (4) 반응 챔버의 유출구에서 유수 스트림의 압력을 감소시킴으로써 조정될 수 있다. 단계들의 임의의 조합은 높은 물 전도도 상태들하에서 플라즈마 발생을 돕기 위해 사용될 수 있다.According to another preferred method, the conductivity of water is periodically measured (measurements may be performed by existing equipment in the water system or by equipment integrated into the treatment system). One or more parameters of the process may be determined by measuring the conductivity Or is adjusted when it reaches. These operating parameters include: (1) moving the high voltage electrode and the ground electrode close to each other; (2) increasing the voltage of the high voltage pulse supplied to the high voltage electrode; (3) increasing the rate at which bubbles are added to the effluent stream; Or (4) by reducing the pressure of the water stream at the outlet of the reaction chamber. Any combination of steps may be used to assist in generating plasma under high water conductivity conditions.

여기에서의 용수 시스템들에 대한 참조들은 미생물 종들의 성장을 제어하거나 또는 제거하기 위해 주기적인 처리를 요구하는, 산업용, 상업용, 및 거주용을 포함하는, 임의의 유형의 유수 시스템을 포함한다. 용수 시스템을 통해 흐르는 물은 오염물들 또는 화학적 또는 생물학적 처리제들을 포함할 수 있다. 여기에서 연속적 또는 실질적으로 연속적 등에 대한 참조들은, 용수 시스템 및 처리 시스템의 정상 동작 기간들 동안 발생하며 중단 시간들(용수 시스템의 계절적인 중단 또는 유지를 위한 용수 시스템 또는 처리 시스템의 중단과 같은) 동안 발생하지 않는 것으로서, 처리 시스템 구성요소들의 활성화/비활성화의 반복된 사이클들을 갖고, 연장된 시간 기간에 걸쳐 본 발명에 따른 처리 시스템의 동작들을 나타낸다. 도면들에서 묘사된 구성요소들은 일정한 비율로 그려지지 않으며 단지 본 발명에 따른 처리 시스템들 및 이들 처리 시스템들이 사용되는 용수 시스템들의 바람직한 실시예들에서 사용된 다양한 구성요소들의 표현들로서 의도된다. 부가적으로, 도면들에서 묘사된 용수 시스템들의 특정한 구성요소들은 도면들에서 묘사된 것과 본 발명의 시스템들 및 용수 시스템들의 다른 구성요소들에 대해 다른 위치들에 있을 수 있다. 당업자들은 본 명세서를 판독할 때, 용수 시스템들의 구성요소들을 보호하면서 플라즈마 방전 및 오존을 갖고 유수를 처리하기 위한 시스템 및 방법들에 대한 수정들 및 변경들이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이며 여기에서 개시된 본 발명의 범위는 본 발명자들이 법적으로 자격을 부여받은 첨부된 청구항들의 가장 넓은 해석에 의해서만 제한된다는 것이 의도된다. References to water systems herein include any type of runoff system, including industrial, commercial, and residential, requiring periodic treatment to control or eliminate the growth of microorganism species. Water flowing through the water system may include contaminants or chemical or biological treatment agents. Herein, references to continuous or substantially continuous, etc., occur during normal operating periods of the water system and the treatment system, and may include downtime (such as interruption of the water system or treatment system for seasonal interruption or maintenance of the water system) And which has repeated cycles of activation / deactivation of the processing system components, and which represents the operations of the processing system according to the present invention over an extended period of time. The components depicted in the figures are not drawn to scale and are merely intended as representations of the various components used in the preferred embodiments of the processing systems according to the present invention and the water systems in which these processing systems are used. Additionally, certain components of the water systems depicted in the drawings may be at different locations relative to those depicted in the drawings and other components of the systems and water systems of the present invention. Those of ordinary skill in the art, upon reading the present disclosure, understand that modifications and variations to the systems and methods for treating effluents with plasma discharge and ozone while protecting the components of the water systems can be made within the scope of the present invention And it is intended that the scope of the invention disclosed herein be limited only by the broadest interpretation of the appended claims, which the present inventors are legally qualified to do.

10: 처리 시스템 12: 용수 시스템
16, 216: 센서
20: 마이크로-기포기 디바이스들 22: 공기 또는 가스
26: 반응성 가스 30: 오존
28: 가스 주입 시스템 35, 135: 방수 하우징
36, 136: 플라즈마 반응 챔버 38: 고 전압 와이어
39: 드라이버 회로
40: 고 전압 발생기 시스템 41, 141: 불꽃 갭 챔버
42, 142: 막스 사다리 43, 143: 외부 하우징
44: 공기 펌프 46: 전력 시스템
48, 148, 256: 접지 52: 접지 디바이스
54, 154, 254: 섬프 58: 전자기 간섭 억제기
60: 절연 변압기 62: 지지 프레임
64: 탭 65: 애퍼처
66B: 하부 지지 암 66E: 단부 지지 암
66T: 상부 지지 암 70, 71: 포스트
73: 마운트 74: 유조
75: 배선 76: 불꽃 갭 전극
77: 커패시터 뱅크 하우징
80: 전극 마운트 어셈블리 82, 182: 고 전압 베이스
84, 194: 림 86, 186, 202: 스포크
88, 188, 204: 허브 90, 100, 200, 206: 개구
92, 192: 접지 베이스 96, 196: 몸체
98, 198: 칼라
110: 플라즈마 용수 처리 시스템
112, 212: 냉각탑 용수 시스템 113: 펌프
114: 수위 115: 제어 유닛
116: 전도도 센서 121: 벤투리
126: 반응성 가스 129: 연결 디바이스
130: 오존 가스 스트림 138: 와이어
140, 240: 고 전압 발생기 147: 접지 전극 튜브
158: 페라이트 비드
170, 270: 용수 제어 유닛 172, 260: 하우징
182: 고 전압 베이스
210: 플라즈마 처리 시스템 236: 반응 챔버
246: 전원 공급 장치
10: processing system 12: water system
16, 216: sensor
20: micro-bubbling devices 22: air or gas
26: Reactive gas 30: Ozone
28: gas injection system 35, 135: waterproof housing
36, 136: Plasma reaction chamber 38: High voltage wire
39: Driver circuit
40: high voltage generator system 41, 141: flame gap chamber
42, 142: Max ladder 43, 143: Outer housing
44: air pump 46: power system
48, 148, 256: ground 52: grounding device
54, 154, 254: Sump 58: Electromagnetic Interference Suppressor
60: Isolation transformer 62: Support frame
64: Tab 65: Aperture
66B: lower support arm 66E: end support arm
66T: upper support arm 70, 71: post
73: Mount 74: Oiler
75: Wiring 76: Spark gap electrode
77: Housing of capacitor bank
80: Electrode mounting assembly 82, 182: High voltage base
84, 194: rim 86, 186, 202: spoke
88, 188, 204: hub 90, 100, 200, 206: opening
92, 192: ground base 96, 196: body
98, 198: Color
110: Plasma water treatment system
112, 212: cooling tower water system 113: pump
114: water level 115: control unit
116: Conductivity sensor 121: Venturi
126: reactive gas 129: connecting device
130: ozone gas stream 138: wire
140, 240: High voltage generator 147: Ground electrode tube
158: ferrite bead
170, 270: water control unit 172, 260: housing
182: High voltage base
210: plasma processing system 236: reaction chamber
246: Power supply

Claims (32)

플라즈마 방전 및 오존을 갖고 유수 시스템에서 물을 처리하기 위한 처리 시스템에 있어서,
복수의 커패시터들, 저항기들, 및 막스 사다리 회로에서 구성된 불꽃 갭 전극들, 상기 불꽃 갭 전극들을 위한 지지 구조, 및 하우징을 포함하는 고 전압 발생기;
처리될 물로서 상기 용수 시스템을 통해 흐르는 물의 적어도 일 부분을 수용하도록 구성된 유입구, 플라즈마 방전 및 오존을 갖고 처리된 후 상기 용수 시스템으로 다시 상기 물의 부분을 리턴하도록 구성된 유출구, 및 반응기 몸체를 포함하는 반응 챔버;
하나 이상의 가스들의 기포들을 처리될 상기 물에 부가하기 위해 상기 유입구의 위쪽으로 또는 상기 반응 챔버 내에 배치된 가스 주입 시스템;
상기 반응 챔버에 적어도 부분적으로 배치되며 고 전압 펄스가 상기 고 전압 발생기에 의해 생성될 때 상기 반응기 몸체 내에 플라즈마 방전을 발생시키도록 구성된 고 전압 전극 및 접지 전극; 및
상기 하우징으로부터 상기 가스 주입 시스템으로 상기 고 전압 발생기에서 생성된 오존 가스를 전달하도록 구성된 도관을 포함하는, 처리 시스템.
1. A treatment system for treating water in an effluent system having plasma discharge and ozone,
A high voltage generator comprising a plurality of capacitors, resistors, and spark gap electrodes configured in a Marx ladder circuit, a support structure for the spark gap electrodes, and a housing;
An inlet configured to receive at least a portion of the water flowing through the water system as the water to be treated, an outlet configured to return a portion of the water back to the water system after being treated with the plasma discharge and ozone, chamber;
A gas injection system disposed above the inlet or within the reaction chamber to add bubbles of one or more gases to the water to be treated;
A high voltage electrode and a ground electrode disposed at least partially in the reaction chamber and configured to generate a plasma discharge in the reactor body when a high voltage pulse is generated by the high voltage generator; And
And a conduit configured to transfer ozone gas produced in the high voltage generator from the housing to the gas injection system.
제 1 항에 있어서,
상기 반응 챔버 내에 배치된 전극 장착 어셈블리를 더 포함하며, 상기 전극 장착 어셈블리는 상기 고 전압 전극에 연결된 고 전압 장착 베이스 및 상기 접지 전극에 연결된 접지 장착 베이스를 포함하는, 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising an electrode mounting assembly disposed within the reaction chamber, the electrode mounting assembly including a high voltage mounting base coupled to the high voltage electrode and a ground mounting base coupled to the ground electrode.
제 2 항에 있어서,
상기 고 전압 장착 베이스는 휠-형 몸체를 포함하는, 처리 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the high voltage mounting base comprises a wheel-shaped body.
제 3 항에 있어서,
상기 접지 전극 장착 베이스는 노(funnel) 또는 돔 형 몸체를 포함하는, 처리 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the ground electrode mounting base comprises a funnel or dome-shaped body.
제 2 항에 있어서,
상기 고 전압 장착 베이스 및 접지 장착 베이스는 상기 접지 전극으로부터 약 1과 10 mm 사이에서의 고정 갭 거리로 상기 고 전압 전극을 유지하도록 구성되는, 처리 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the high voltage mounting base and the ground mounting base are configured to hold the high voltage electrode at a fixed gap distance between about 1 and 10 mm from the ground electrode.
제 5 항에 있어서,
상기 접지 전극은 튜브의 측벽을 지나 배치된 복수의 애퍼처들을 가진 실질적으로 원통형 및 전도성 튜브를 포함하며, 상기 튜브는 상기 접지 전극 장착 베이스와 상기 고 전압 장착 베이스 사이에 배치되는, 처리 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the ground electrode comprises a substantially cylindrical and conductive tube having a plurality of apertures disposed through a sidewall of the tube, the tube being disposed between the ground electrode mounting base and the high voltage mounting base.
제 6 항에 있어서,
상기 고 전압 전극은 상기 접지 전극 튜브 내에 적어도 부분적으로 배치되며 그것과 실질적으로 중심이 같은 로드를 포함하며 상기 갭 거리는 상기 로드의 외부 표면과 상기 튜브의 내부 표면 사이에서의 방사 거리인, 처리 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the high voltage electrode comprises a rod that is at least partially disposed within and substantially centered within the ground electrode tube and wherein the gap distance is a radial distance between an outer surface of the rod and an inner surface of the tube.
제 7 항에 있어서,
약 4 내지 30 mm의 상기 로드가 상기 접지 전극 튜브 내에 배치되는, 처리 시스템.
8. The method of claim 7,
Wherein the rod of about 4 to 30 mm is disposed within the ground electrode tube.
제 6 항에 있어서,
상기 튜브의 외부 표면은 유전체 배리어 재료로 코팅되는, 처리 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the outer surface of the tube is coated with a dielectric barrier material.
제 1 항에 있어서,
상기 불꽃 갭 전극들을 위한 상기 지지 구조는:
개방 중심 부분을 가진 실질적으로 직사각형 구성을 가진 상부 지지 암,
개방 중심 부분을 가진 실질적으로 직사각형 구성을 가진 하부 지지 암,
이격된 관계에서 상기 하부 지지 암에 상기 상부 지지 암을 연결하는 하나 이상의 수직 지지 암들;
복수의 이격된 포스트 쌍들로서, 각각의 쌍은 상기 하부 지지 암의 제 1 측으로부터 수직으로 연장된 제 1 포스트 및 상기 제 1 측의 실질적으로 반대편에 있는 상기 하부 지지 암의 제 2 측으로부터 수직으로 연장된 제 2 포스트를 포함하는, 상기 복수의 이격된 포스트 쌍들을 포함하는, 처리 시스템.
The method according to claim 1,
The support structure for the spark gap electrodes comprises:
An upper support arm having a substantially rectangular configuration with an open center portion,
A lower support arm having a substantially rectangular configuration with an open center portion,
One or more vertical support arms connecting the upper support arm to the lower support arm in spaced relation;
A plurality of spaced-apart post pairs, each pair comprising a first post vertically extending from a first side of the lower support arm and a second post extending vertically from a second side of the lower support arm substantially opposite the first side And a plurality of spaced pairs of posts, each of the plurality of spaced pairs including an extended second post.
제 10 항에 있어서,
상기 상부 지지 암, 하부 지지 암, 및 수직 지지 암들은 개방된, 실질적으로 U-형 프레임을 형성하는, 처리 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the upper support arm, the lower support arm, and the vertical support arms form an open, substantially U-shaped frame.
제 10 항에 있어서,
상기 지지 구조는 약 2인치 폭×약 2인치 높이 내지 3인치 폭×3인치 높이의 치수들을 갖는, 처리 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the support structure has dimensions of about 2 inches wide by about 2 inches high by 3 inches wide by 3 inches high.
제 10 항에 있어서,
상기 지지 구조는 복수의 전극 마운트들을 더 포함하고, 각각의 마운트는 상기 이격된 포스트 쌍들의 상기 제 1 포스트들의 각각 및 상기 제 2 포스트들의 각각으로부터 안쪽으로 연장되고,
각각의 전극 마운트는 각각의 이격된 포스트 쌍 사이에 복수의 전극 쌍들을 형성하기 위해 상기 불꽃 갭 전극들 중 하나에 부착되며;
각각의 전극 쌍에서의 상기 불꽃 갭 전극들 사이에서의 갭 거리는 약 15 mm 내지 40 mm인, 처리 시스템.
11. The method of claim 10,
The support structure further comprising a plurality of electrode mounts, each mount extending inwardly from each of the first posts and the second posts of the spaced pairs of posts,
Each electrode mount being attached to one of said spark gap electrodes to form a plurality of pairs of electrodes between each pair of spaced posts;
Wherein the gap distance between the spark gap electrodes in each pair of electrodes is from about 15 mm to about 40 mm.
제 13 항에 있어서,
상기 불꽃 갭 전극들은 상기 갭 거리를 선택적으로 조정하기 위해 상기 전극 마운트들을 따라 측방향으로 이동하도록 구성되는, 처리 시스템.
14. The method of claim 13,
Wherein the spark gap electrodes are configured to move laterally along the electrode mounts to selectively adjust the gap distance.
제 14 항에 있어서,
상기 전극 마운트들은 상기 불꽃 갭 전극들이 상기 전극 마운트들을 따라 측방향 움직임을 달성하기 위해 회전될 수 있도록 상기 불꽃 갭 전극들 상에서의 나사들과 짝을 이루도록 구성된 나사들을 포함하는, 처리 시스템.
15. The method of claim 14,
Wherein the electrode mounts comprise screws configured to mate with threads on the spark gap electrodes such that the spark gap electrodes can be rotated to achieve lateral movement along the electrode mounts.
제 13 항에 있어서,
상기 전극 마운트들은 상기 갭 거리를 선택적으로 조정하기 위해 상기 포스트들에 대해 측방향으로 이동하도록 구성되는, 처리 시스템.
14. The method of claim 13,
Wherein the electrode mounts are configured to move laterally relative to the posts to selectively adjust the gap distance.
제 1 항에 있어서,
상기 하우징 내에 배치된 유조를 더 포함하는, 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a vat disposed within the housing.
제 17 항에 있어서,
상기 지지 구조는 상기 불꽃 갭 전극들 아래에 배치된 하부 지지 암을 포함하며 상기 하부 지지 암은 상기 유조에 담궈지는, 처리 시스템.
18. The method of claim 17,
Wherein the support structure comprises a lower support arm disposed below the spark gap electrodes and the lower support arm is immersed in the oil tank.
제 17 항에 있어서,
상기 커패시터들은 상기 유조에 적어도 부분적으로 담궈지는, 처리 시스템.
18. The method of claim 17,
Wherein the capacitors are at least partially dipped in the oil.
제 1 항에 있어서,
상기 지지 구조의 상기 표면들은 오일로 코팅되는, 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the surfaces of the support structure are coated with oil.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 주입 시스템으로의 전달을 위해 상기 고 전압 발생기에서 발생된 오존을 상기 도관으로 이끌기 위해 벤투리 또는 진공 펌프를 더 포함하는, 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a Venturi or vacuum pump to direct ozone generated in the high voltage generator to the conduit for delivery to the gas injection system.
제 1 항에 있어서,
상기 고 전압 발생기를 통해 공기를 분사하기 위해 공기 펌프를 더 포함하는, 처리 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising an air pump for injecting air through the high voltage generator.
유수 스트림을 처리하는 방법에 있어서,
복수의 커패시터들, 저항기들, 및 불꽃 갭 스위치들을 포함하는 막스 사다리 회로를 사용하여 고 전압 펄스 및 오존을 발생시키는 단계로서, 상기 불꽃 갭 스위치들은 개방 지지 구조에 의해 지지되는, 상기 고 전압 펄스 및 오존 발생 단계;
감소된 압력에서 또는 음의 압력하에서 상기 막스 사다리 회로를 동작시키는 단계;
상기 지지 구조상에서의 금속 침전물들을 감소시키기 위해 오일과 상기 지지 구조의 적어도 일 부분을 접촉시키는 단계; 및
오존을 상기 유수 스트림에 공급하는 단계를 포함하는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
A method for treating an effluent stream,
Generating high voltage pulses and ozone using a Maxth ladder circuit comprising a plurality of capacitors, resistors, and spark gap switches, wherein the spark gap switches comprise a high voltage pulse and a high voltage pulse, An ozone generating step;
Operating the Marx ladder circuit at reduced pressure or under negative pressure;
Contacting at least a portion of the support structure with the oil to reduce metal deposits on the support structure; And
And supplying ozone to said water stream.
제 23 항에 있어서,
상기 오일을 제거하기 위해 상기 지지 구조를 주기적으로 세정하고 상기 지지 구조의 적어도 일 부분을 접촉하기 위해 신선한 오일을 공급하는 단계를 더 포함하는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
24. The method of claim 23,
Further comprising the step of periodically cleaning the support structure to remove the oil and supplying fresh oil to contact at least a portion of the support structure.
제 23 항에 있어서,
각각의 불꽃 갭 스위치는 갭 거리만큼 분리된 전극들의 쌍을 포함하며 상기 개방 지지 구조는 상기 갭 거리가 약 15 mm와 40 mm 사이에 있도록 상기 복수의 불꽃 갭 스위치들을 지지하도록 구성되는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
24. The method of claim 23,
Each flame gap switch comprising a pair of electrodes separated by a gap distance and the open support structure being configured to support the plurality of flame gap switches such that the gap distance is between about 15 mm and 40 mm, How to process.
제 23 항에 있어서,
반응 챔버에서 적어도 부분적으로 배치된 고 전압 전극으로 상기 고 전압 펄스를 공급하는 단계로서, 상기 반응 챔버는 상기 물 스트림이 흐르는 유입구 및 유출구를 갖는, 상기 공급 단계;
상기 반응 챔버에 적어도 부분적으로 배치된 상기 고 전압 전극과 접지 전극 사이에서의 상기 유수 스트림에서 플라즈마 방전을 발생시키는 단계를 더 포함하는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
24. The method of claim 23,
Supplying the high voltage pulse to a high voltage electrode at least partially disposed in a reaction chamber, the reaction chamber having an inlet and an outlet through which the water stream flows;
Further comprising generating a plasma discharge in the water stream between the high voltage electrode and the ground electrode at least partially disposed in the reaction chamber.
제 26 항에 있어서,
상기 플라즈마 방전이 발생하는 영역에서 상기 유수 스트림으로 하나 이상의 가스들의 기포들을 부가하는 단계를 더 포함하는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
27. The method of claim 26,
Further comprising the step of adding bubbles of one or more gases to the effluent stream in a region where the plasma discharge occurs.
제 27 항에 있어서,
상기 유수 스트림의 전도도를 주기적으로 측정하는 단계 및 상기 전도도가 미리 결정된 임계치 이상일 때 하나 이상의 동작 파라미터들을 조정하는 단계를 더 포함하는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
28. The method of claim 27,
Periodically measuring the conductivity of the water stream and adjusting one or more operating parameters when the conductivity is above a predetermined threshold.
제 28 항에 있어서,
상기 하나 이상의 동작 파라미터들은:
상기 고 전압 전극 및 상기 접지 전극을 서로 가깝게 이동시키는 단계;
상기 고 전압 전극으로 공급된 상기 고 전압 펄스의 전압을 증가시키는 단계;
상기 유수 스트림으로 기포들을 부가하는 레이트를 증가시키는 단계; 및
상기 반응 챔버의 상기 유출구에서 상기 유수 스트림의 상기 압력을 감소시키는 단계 중 하나 이상에 의해 조정되는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
29. The method of claim 28,
Wherein the one or more operational parameters comprise:
Moving the high voltage electrode and the ground electrode close to each other;
Increasing the voltage of the high voltage pulse supplied to the high voltage electrode;
Increasing the rate at which bubbles are added to the water stream; And
And reducing the pressure of the effluent stream at the outlet of the reaction chamber.
제 25 항에 있어서,
상기 갭 거리를 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 상기 고 전압 포스트의 전압을 조정하는 단계를 더 포함하는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
26. The method of claim 25,
Further comprising adjusting the voltage of the high voltage post by increasing or decreasing the gap distance.
제 30 항에 있어서,
상기 개방 지지 구조는 프레임, 상기 프레임에 의해 지지된 복수의 포스트들, 및 상기 포스트들에 의해 지지된 복수의 전극 마운트들을 포함하며, 각각의 전극 마운트는 상기 불꽃 갭 전극들 중 하나를 지지하고;
상기 갭 거리는 상기 전극 마운트들에 대해 상기 불꽃 갭 전극들을 측방향으로 이동시키거나 또는 상기 포스트들에 대해 상기 전극 마운트들을 측방향으로 이동시킴으로써 증가되거나 또는 감소되는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
31. The method of claim 30,
The open support structure includes a frame, a plurality of posts supported by the frame, and a plurality of electrode mounts supported by the posts, each electrode mount supporting one of the spark gap electrodes;
Wherein said gap distance is increased or decreased by laterally moving said spark gap electrodes relative to said electrode mounts or by laterally moving said electrode mounts relative to said posts.
제 23 항에 있어서,
상기 유수 스트림의 전도도를 주기적으로 측정하는 단계 및 상기 전도도가 미리 결정된 임계치 이상일 때 하나 이상의 동작 파라미터들을 조정하는 단계를 더 포함하는, 유수 스트림을 처리하는 방법.
24. The method of claim 23,
Periodically measuring the conductivity of the water stream and adjusting one or more operating parameters when the conductivity is above a predetermined threshold.
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