KR20170104571A - 수질 조정용 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
전자기장으로 물을 처리하기 위한 처리 장치는 도관, 이 도관의 일부의 외면의 주위에 위치된 와이어 코일을 포함하는 트랜스듀서, 및 이 트랜스듀서에 전기적으로 결합된 제어기를 포함한다. 제어기는 트랜스듀서에 교류를 제공하도록 구성된다. 일부의 예에서, 본 처리 장치는 도관의 일부의 외면의 주위에 위치된 복수의 와이어 코일을 포함하는 다중-섹션 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 복수의 와이어 코일은 직렬로 접속될 수 있고, 제어기는 다중-섹션 트랜스듀서에 전기적으로 결합될 수 있다. 제어기는 복수의 와이어 코일의 각각의 와이어 코일에 교류를 제공하도록 구성될 수 있다.
Description
관련 출원의 상호 참조
"수질 조정 장치"라는 명칭으로 2015년 1월 16일에 출원된 미국 가특허출원 번호 62/104,564(Steven Stronczek)에 대한 우선권 및 "수질 조절용 시스템 및 방법"이라는 명칭으로 2015년 8월 7일에 출원된 미국 가특허출원 번호 62/202,470(Steven Stronczek)에 대한 우선권을 주장하며, 두 출원 모두 그 전체가 원용에 의해 본원에 포함된다.
지금까지, 물을 처리하는 방법은 상대적으로 낮은 전력 수준을 사용해 왔고, 그 결과 인가된 전력에 의해 유발된 변화된 상태의 물을 유지하는데 실패하였다. 물은 수 시간 동안, 때로는 하루나 이틀까지 변화된 상태로 남아있었지만, 불안정하여 그 미처리 상태로 되돌아갔다. 또한, 종래의 방법은 얻어진 생성물을 시간 당 리터 단위로 측정하며, 시간 당 약 2 리터만 생산할 수 있다. 예를 들면, KANGEN WATER는 4-5일의 유효 기간을 가질 수 있는 조정된 물을 생산한다
과거의 장치는 두 가지 주된 이유로 안정한 조정된 물을 생산하는데 실패하였다. 첫째, 전체 전력 소비 비용을 감소시키기 위해 상대적으로 낮은 전력이 물에 공급된다. 둘째, 금속 도체는 물에 전력을 인가하는데 사용되는 표준 장치이며, 이것은 물을 자극하고 물에 전기를 통과시키기 위해 실제로 물 속에 잠긴다. 이 방법의 결과는 변화된 상태를 유지하기 않고, 침출된 금속 이온을 함유하는 불안전한 조정된 물이다. 처리된 물은 수 일 내에 소산될 뿐만 아니라 처리된 물은 또한 첨가된 금속 이온을 함유한다.
물 처리 장치에 공급될 수 있는 전력의 양은 제한된다. 일반적으로, 조정된 식수를 생산하는 목표가 달성되었으므로 더 많은 전력을 인가할 필요가 없었다. 또한, 벽으로부터 표준 110 볼트 라인이 사용되었으므로 220 볼트 라인은 바람직하지 않았다. 또한, 표준 전기 시스템의 한계로 인해 인가된 암페어의 양이 제한된다. 지나치게 많은 전력이 인가되면 전기가 도체를 통해 물과 직접 접촉하므로 바람직하지 않았다. 지나치게 많은 전력이 물에 직접 인가되면, 물이 가열되어 증발되고, 결국 완전히 증발된다.
처리를 위한 다른 장치는 종래의 이온 교환 물 연화장치를 포함하고, 이것은 물에 나트륨 이온(Na+)의 첨가, 끊임없이 보충되어야 하는 재료의 가격, 매체(media)의 재생 중의 정지시간, 및 물의 낭비를 포함한 여러 가지 결점을 갖는다. 종래의 물 연화장치에서, 탱크 내의 매체는 대전된 비드(bead)이고, 이것은 통상적으로 최대 약 30,000 개의 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg) 입자를 함유할 수 있다. 물이 연화장치를 통과함에 따라, Ca, Mg, 및 물에 존재하는 기타 금속 양이온은 매체에 의해 보유됨으로써 물의 경도를 본질적으로 0까지 감소시킨다. 매체가 풀가동 상태가 되기 전에, 물 연화장치 유닛은 이온 교환을 통해 매체가 Ca 및 Mg 양이온을 방출하도록 탱크에 염화나트륨(NaCl) 또는 염화칼륨(KCl)을 첨가함으로써 재생되고, Ca 양이온 및 Mg 양이온은 Cl 음이온과 결합하여 유닛으로부터 배출될 염화칼슘(CaCl2) 및 염화마그네슘(MgCl2)을 형성한다. 매체는 NaCl(또는 KCl)로부터 Na(또는 K) 양이온을 보유함으로써 더 높은 경도의 경수를 수용할 수 있다. 경수 내의 금속 양이온은 매체 상의 Na 양이온 또는 K 양이온과 반응하여 매체로부터 Na 양이온 또는 K 양이온을 동시에 방출시키고, Mg 양이온 및 Ca 양이온을 유지시킨다. 매체가 다시 거의 풀가동 상태가 되면, 유닛은 재생 프로세스를 반복해야 한다. 최종 생성물은 물이 연화되도록 저농도의 Na을 함유하지만 Ca 양이온 또는 Mg 양이온은 함유하지 않는 물이다. 저농도의 나트륨을 함유하는 물은 요리, 식수의 맛, 및 조경의 효능에 악영향을 줄 수 있다.
일 실시형태에서, 전자기장으로 물을 처리하기 위한 처리 장치는 도관, 이 도관의 일부의 외면의 주위에 위치된 와이어 코일을 포함하는 트랜스듀서, 및 이 트랜스듀서에 전기적으로 결합된 제어기를 포함한다. 제어기는 트랜스듀서에 교류를 제공하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 전자기장으로 물을 처리하기 위한 처리 장치는 도관, 이 도관의 일부의 외면의 주위에 위치된 복수의 와이어 코일을 포함하는 다중-섹션 트랜스듀서, 및 이 다중-섹션 트랜스듀서에 전기적으로 결합된 제어기를 포함한다. 복수의 와이어 코일은 직렬로 접속되고, 제어기는 복수의 와이어 코일의 각각의 와이어 코일에 교류를 제공하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 물을 처리하는 방법은 도관을 통해 유입수를 통과시키는 단계, 유입수를 도관 내의 가변 전자기장에 노출시키는 단계; 가변 전자기장에 응답하여 도관 내의 유입수의 하나 이상의 특성을 변화시키는 단계; 및 조정된 물을 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 트랜스듀서를 통해 교류를 통과시키는 단계, 및 트랜스듀서를 통해 교류를 통과시키는 것에 응답하여 도관 내에서 가변 전자기장을 발생하는 단계를 포함할 수 있다. 트랜스듀서는 도관의 적어도 일부의 주위에 배치된 와이어 코일을 포함한다.
이들 특징 및 기타 특징은 첨부한 도면과 관련하여 설명된 이하의 상세한 설명 및 청구항으로부터 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 기술된 실시형태는 어떤 종래의 장치, 시스템 및 방법에 관련된 다양한 단점을 해결하도록 된 특징 및 장점의 조합을 포함한다. 상기는 이하의 본 발명의 상세한 설명을 더 깊이 이해할 수 있도록 본 발명의 특징 및 기술적 장점을 다소 광범위하게 개괄한 것이다. 전술한 다양한 특성 뿐만 아니라 기타 특징은 이하의 상세한 설명을 읽고, 첨부된 도면을 참조하면 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 당업자는 개시된 개념 및 특정의 실시형태가 본 발명과 동일한 목적을 실행하기 위한 기타 구조를 개조 또는 설계하기 위한 기본으로서 쉽게 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한 당업자는 이러한 균등의 구조가 첨부된 청구항에 기재된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명을 위해 첨부된 도면을 참조할 것이다.
도 1은 일 실시형태에 따른 처리 장치의 일 실시형태의 개략도이고;
도 2는 일 실시형태에 따른 처리 장치의 다른 실시형태의 개략도이고;
도 3은 일 실시형태에 따른 처리 프로세스 중에 물을 가열하는데 사용되는 처리 장치의 또 다른 실시형태의 개략도이고;
도 4는 일 실시형태에 따른 재순환 루프를 도시하는 개략 프로세스 흐름도이고;
도 5는 처리 장치의 일 실시형태에서 사용하기 위한 난류 유발 장치의 일 실시형태를 개략적으로 도시하고;
도 6a 내지 도 6c는 트랜스듀서의 일 실시형태를 위한 상이한 권선 패턴을 개략적으로 도시하고;
도 7은 처리 장치의 일 실시형태에서 사용될 수 있는제어기를 개략적으로 도시하고;
도 8은 일 실시형태에 따른 고출력 및 높은 처리능력의 처리 장치의 개략도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 처리 장치의 다른 실시형태의 개략도이고;
도 3은 일 실시형태에 따른 처리 프로세스 중에 물을 가열하는데 사용되는 처리 장치의 또 다른 실시형태의 개략도이고;
도 4는 일 실시형태에 따른 재순환 루프를 도시하는 개략 프로세스 흐름도이고;
도 5는 처리 장치의 일 실시형태에서 사용하기 위한 난류 유발 장치의 일 실시형태를 개략적으로 도시하고;
도 6a 내지 도 6c는 트랜스듀서의 일 실시형태를 위한 상이한 권선 패턴을 개략적으로 도시하고;
도 7은 처리 장치의 일 실시형태에서 사용될 수 있는제어기를 개략적으로 도시하고;
도 8은 일 실시형태에 따른 고출력 및 높은 처리능력의 처리 장치의 개략도이다.
다음의 설명은 다양한 예시적 실시형태에 관한 것이다. 그러나, 당업자는 본 명세서에 개시된 실시례가 광범위한 용도를 가지며, 임의의 실시형태의 설명은 그 실시형태의 예시에 불과하며, 청구항을 포함한 본 개시의 범위를 그 실시형태로 제한함을 의미하지 않는다는 것을 이해할 것이다.
특정 용어가 특정의 피처(feature) 또는 구성요소를 지칭하기 위해 다음의 설명 및 청구항의 전체를 통해 사용되었다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 사람마다 동일한 피처 또는 구성요소를 상이한 이름으로 지칭할 수 있다. 본 명세서는 명칭이 상이하지만 기능은 동일한 구성요소 또는 피처를 구별하려는 의도는 없다. 작도된 도면은 반드시 척도에 따르지는 않는다. 본 명세서 내의 특정의 피처 및 구성요소는 척도가 과장되거나 다소 개략적 형태로 도시될 수 있고, 종래의 요소의 일부의 세부는 명료성 및 간결성의 이익을 위해 도시되지 않을 수 있다.
이하의 설명 및 청구항에서, 용어 "포함하다"는 확장가능한 형식으로 사용되므로, "포함하고, 그러나 제한되지 않는다"는 의미로 해석되어야 한다. 또한, 용어 "결합"은 간접 또는 직접 연결을 의미하기 위한 것이다. 따라서, 제 1 장치가 제 2 장치에 결합되는 경우, 그 연결은 직접 연결을 통한 것이거나, 다른 장치, 구성요소, 및 연결을 통한 간접 연결을 통한 것일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "축선방향의" 및 "축선방향으로"는 일반적으로 중심 축선(예를 들면, 바디 또는 포트의 중심 축선)을 따는 것 또는 이것과 평행한 것을 의미하고, 한편 용어 "반경방향의" 및 "반경방향으로"는 일반적으로 중심 축선에 수직인 것을 의미한다. 예를 들면, 축선방향의 거리는 중심 축선을 따라 또는 이것에 평행하게 측정된 거리를 지칭하며, 반경방향의 거리는 중심 축선에 수직으로 측정된 거리를 의미한다.
본 명세서에 기술된 실시형태는 수질을 조정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 물이 흐르는 파이프의 주위에 감겨진 하나 이상의 코일을 통해 흐르는 강력한 전류를 사용하여 물에 전기장이 인가된다.
용해된 성분을 함유하는 물을 처치하기에 적합한 수질 조정 시스템 및 방법이 본 명세서에 개시된다. 전자기장을 이용하여 물을 처리하면 물에 용해된 성분 중 일부가 침전됨으로써 물의 전체적인 특성을 향상시킬 수 있다. 물의 처리는 도관의 외부에 배치된 트랜스듀서를 이용할 수 있으며, 교류 전자기장이 트랜스듀서를 통과할 수 있다. 가변 전자기장은 도관 내의 물을 통해 흐르는 교류 및 자기장을 유발할 수 있다. 이러한 구성에서, 물은 도체로서 작용하므로 시스템은 패러데이 법칙을 따른다. 본 명세서에 기술된 실시형태는 조정되거나 연화된 물을 생성하기 위한 과거의 방법 및 장치에 비해 여러 가지 장점을 갖는다. 예를 들면, 본 발명은 분당 최대 수백 갤런의 생산 속도로 18 개월을 넘어 안정한 상태를 유지할 수 있는 안정한 제품을 생산할 수 있다. 본 프로세스는 직접 접촉 도체로부터 금속 이온을 통해서나 이온 교환 물 연화장치로부터 나트륨을 통해서 물 생성물에 물질을 첨가하지 않는다.
도 1은 일 실시형태에 따른 물 처리 장치의 일 실시형태를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 시스템(100)은 전기 유입 라인(104)에 결합된 제어기(102)를 포함할 수 있다. 제어기(102)는 도관(108)의 주위에 감겨진 트랜스듀서(106)에 전기적으로 결합된다.
제어기(102)는 도관(108)의 주위에 감겨진 트랜스듀서(106)에 교류(AC) 전원을 제공할 수 있다. 트랜스듀서(106)를 통과하는 전류는 트랜스듀서(106) 내에서 교류 전자기장를 발생시킬 수 있고, 이것은 도관(108)을 통과하는 물에 입사된다. 특히, 물은 이 물이 트랜스듀서(106) 내의 도관(108)을 통해 흐름에 따라 트랜스듀서(106) 내에서 발생되는 전자기장의 영향을 받는다.
일반적으로, 도관(108)은 사용 중에 물을 보유하고, 트랜스듀서를 지지하는 역할을 한다. 도관(108)은 원형 단면을 가질 수 있으나, 정사각형, 직사각형, 타원형, 삼각형 등과 같은 임의의 단면이 사용될 수 있다. 도관(108)의 길이는 트랜스듀서(106)의 길이를 수용하기 위해 적절한 거리를 제공하도록 선택될 수 있다. 도관(108)은 하나 이상의 하나 이상의 절곡부 또는 굴곡부를 가질 수 있으며, 이것은 트랜스듀서(106)를 위한 적절한 길이를 제공하면서, 콤팩트한 장치를 제공하는데 도움을 줄 수 있다.
도관(108)은 물을 수용하는, 그리고 그것에 인가된 전기에 견디기에 적절한 임의의 재료로 제작될 수 있다. 예를 들면, 도관(108)을 형성하기 위해 PVC와 같은 플라스틱이 사용될 수 있다. 플라스틱은 상대적으로 저렴하고, 전기 절연성이므로 유용할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 도관(108)을 형성하기 위해 비강자성 재료가 사용될 수 있다. 적절한 비강자성 재료는 구리, 알루미늄, 비강자성 스테인리스강, 이들의 임의의 합금, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
사용 중에, 트랜스듀서(106)는 트랜스듀서(106)를 통해 흐르는 전류로 인해 열을 생성할 수 있다. 도관(108)을 형성하기 위해 사용되는 재료의 선택은 물에 열을 전도하기 위한 요구에 기초할 수 있다. 구리, 스테인리스강, 또는 알루미늄과 같은 금속 재료는 플라스틱보다 높은 열전도율을 가질 수 있으므로 열생성이 문제인 경우에 사용될 수 있다.
도관(108)의 직경은 장치의 용도에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들면, 더 큰 물 처리능력이 요구되는 경우에는 더 큰 직경이 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 도관(108)의 직경은 약 0.1 인치를 초과하거나, 약 0.25 인치를 초과하거나, 약 0.5 인치를 초과하거나, 약 0.75 인치를 초과하거나, 약 1 인치를 초과하거나, 약 1.5 인치를 초과하거나, 약 2 인치를 초과하거나, 약 3 인치를 초과하거나, 약 4 인치를 초과하거나, 약 5 인치를 초과하거나, 약 6 인치를 초과하거나, 약 10 인치를 초과하거나, 약 12 인치를 초과하거나, 또는 약 18 인치를 초과할 수 있다. 일 실시형태에서, 도관(108)의 직경은 약 36 인치 미만, 약 30 인치 미만, 약 24 인치 미만, 약 20 인치 미만, 약 18 인치 미만, 약 16 인치 미만, 약 16 인치 미만, 약 14 인치 미만, 약 12 인치 미만, 약 10 인치 미만, 약 8 인치, 또는 약 6 인치 미만일 수 있다. 도관(108)의 직경은 임의의 하한 직경 값과 상한 직경 값 사이에서 선택될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 도관(108)은 트랜스듀서(106)와 도관(108) 사이에 임의의 전기적 결합을 감소시키기 위해 전기 절연성 코팅을 포함할 수 있다. 코팅은 비자성(예를 들면, 비강자성)인 중합체 또는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 전기 코팅은 폴리우레탄 또는 에나멜 코팅과 같은 스프레이 코팅을 포함할 수 있다. 바니시(예를 들면, GE Glyptal 등)과 같은 다른 절연 재료도 사용될 수 있다. 와이어 상에 전기 코팅이 존재하는 경우, 도관 상의 전기 코팅은 존재하지 않거나, 감소된 두께를 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 트랜스듀서(106)는 도관(108)의 길이의 주위에 감겨진 와이어를 포함한다. 와이어의 각각의 단부는 AC 전류를 수취하기 위해 제어기(102)에 결합될 수 있다. 와이어의 길이(직선형 및 코일형의 양자 모두) 및 굵기는 파이프를 통해 흐르는 물을 변경하는데 필요한 트랜스듀서의 요구되는 전기장에 의해 결정된다. 상이한 굵기의 와이어가 트랜스듀서(106)를 형성하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 와이어의 직경이 클수록(예를 들면, 굵기가 더 작을 수록), 과도한 열을 발생시키지 않고 와이어를 통해 흐를 수 있는 전류가 더 커진다.
일반적으로, 트랜스듀서(106)를 형성하기 위해 사용되는 와이어는 임의의 도전성 재료로 형성될 수 있다. 일 실시형태에서, 와이어는 구리, 알루미늄, 강, 또는 임의의 다른 적절한 전기 도체로 형성될 수 있다. 와이어의 선택을 결정할 때 재료의 저항이 고려될 수 있다. 오늘날 전기 업계에서 통상적으로 사용되는 알루미늄 와이어는 구리보다 높은 저항을 가지며, 이것은 구리 와이어에 비해 동일한 와이어 굵기에 대해 더 많은 열을 발생시킬 수 있다.
일반적으로, 와이어의 길이 및 굵기는 원하는 저항 및 이에 따라 트랜스듀서를 통과하는 전류를 제공하도록 선택된다. 와이어의 굵기는 또한 발생되는 열의 양에 영향을 미칠 수 있고,
규정된 한계 미만으로 열 발생을 감소시키기 위해 충분한 두께가 선택될 수 있다. 굵기 및 길이는 상호관련되어 원하는 저항을 생성한다. 일단 처리능력 요구사항에 기초하여 굵기가 선택되면, 원하는 저항을 제공하기 위한 길이가 계산될 수 있다. 그 다음에 트랜스듀서(106)의 길이를 결정할 수 있는 결과적인 길이의 와이어가 도관의 주위에 감겨질 수 있다.
트랜스듀서(106)에 의해 덮혀지는 도관(108)의 양은 덮힌 도관(108)의 길이가 전자기장에서 물의 임계치 체류 시간을 제공하기에 충분한 한 중요하지 않다. 이 길이는 물의 유속 및 전자기장의 강도에 기초할 수 있다.
일 실시형태에서, 도관(108)을 통한 물 속도는 물이 처리 구역 내에 있는 총 시간에 영향을 줄 수 있다. 물 속도는, 본 명세서에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 물이 처리되도록 허용하기 위해, 그리고 물의 특성 중 하나 이상의 원하는 변화를 달성하기 위해 충분히 낮을 수 있다. 일 실시형태에서, 물의 속도는 약 10 ft/s 미만, 약 9 ft/s 미만, 약 8 ft/s 미만, 약 7 ft/s 미만, 약 6 ft/s, 또는 약 5 ft/s 미만으로 유지될 수 있다. 물 속도는 또한 주어진 도관 직경에 대한 유속으로서 표현될수 있다. 예를 들면, 물의 유속은 1" 파이프에서 약 15 갤런/분 미만(예를 들면, 약 6 ft/s 미만의 속도), 4" 파이프에서 약 200 갤런/분 미만(예를 들면, 약 5 ft/s 미만의 속도), 또는 8"에서 약 600 갤런/분 미만일 수 있다.
트랜스듀서를 사용하면 도관(108) 내에 교류 전자기장을 생성할 수 있다. 장 강도(field strength)의 구성요소는 상호관련되며, 별도로 측정될 수 있다. 일 실시형태에서, 장 강도의 자기 성분은 약 20 가우스 이상, 약 100 가우스 이상, 약 500 가우스 이상, 약 1000 가우스 이상, 또는 약 1200가우스 이상일 수 있고, 자기장 강도는 적어도 부분적으로 교류 주파수에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 30 가우스의 장 세기는 약 2500 헤르츠의 주파수에서 효과적일 수 있고, 1200 가우스의 장 세기는 60 헤르츠의 주파수에서 효과적일 수 있다. 일 실시형태에서, 장 강도와 주파수의 곱은 약 50,000 가우스-Hz 이상, 약 55,000 가우스-Hz 이상, 약 60,000 가우스-Hz 이상, 약 65,000 가우스-Hz 이상, 약 70,000 가우스-Hz 이상, 또는 약 75,000 가우스-Hz 이상일 수 있다.
제어기(102)는 원하는 전압, 주파수, 및 파형에서 트랜스듀서(106)에 전력을 제공하는 역할을 한다. 트랜스듀서(106)에 공급된 전압은 특정 용도에 따라 달라질 수 있고, 물의 예상 유속 및/또는 물에서 원하는 변화량에 기초할 수 있다. 약 12 V AC 내지 약 480 V Ac의 전압 공급장치가 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 트랜스듀서(106)에 인가된 전압은 약 110 V AC 내지 약 480 V AC일 수 있다.
제어기(102)는 전원(104)으로부터 트랜스듀서(106)로 수신되는 전류의 통과부의 역할을 할 수 있다. 일 실시형태에서, 120 V AC, 60 Hz 전력에 대응하는 정규 전력 라인 전류는 트랜스듀서(106)에 직접 전달될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 240 V AC, 60 Hz 및/또는 480 V AC, 60 Hz 전력이 트랜스듀서에 공급될 수 있으며, 여기서 3상 전력 공급장치가 보다 상세히 설명된다. 본 명세서에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 제어기(102)는 특정된 전압 출력을 제공하기 위한 변압기, 원하는 주파수를 제공하기 위한 주파수 발생기, 및/또는 일부의 실태형태에서 원하는 파형(예를 들면, 구형파, 정현파, 삼각파 등)을 생성하는 파형 발생기를 포함할 수 있다.
트랜스듀서(106)에 인가된 전압은 전원(104)에 의해 결정될 수 있고, 및/또는 원하는 전력 처리능력을 생성하는데 필요한 전압에 기초하여 선택될 수 있다. 인가된 전압, 와이어 굵기, 및 와이어 길이의 결과적인 조합을 사용하여 전류 처리능력을 계산할 수 있다. 도관(110) 내의 물 내의 원하는 전자기장 강도를 제공하기 위해 다양한 파라미터가 변화될 수 있다.
일 실시형태에서, 교류 전자기장을 제공하기 위해 트랜스듀서(106)에 인가되는 전류의 주파수가 변화될 수 있다. 일 실시형태에서, 전자기 전류의 주파수는 약 10 Hz 내지 약 200 kHz, 또는 약 50 Hz 내지 약 30 kHz 사이에서 변화될 수 있다. 약 60 Hz 내지 30 kHz의 교류 주파수가 시험되었다. 결과가 크게 변화되지 않았으므로, 일부의 실시형태에서는 약 60 Hz의 주파수가 단순성에 기초하여 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 주파수는 사용 중에 실질적으로 일정할 수 있다.
트랜스듀서(106)에 인가되는 교류 전자기 전류의 주파수는 처리 프로세스 중에 일정한 주파수에 유지될 수 있거나 변화될 수 있다. 주파수가 변화되는 경우, 주파수는 약 0.5 초 내지 약 30 초의 시간에 걸쳐 약 10 Hz 내지 약 200 kHz의 범위일 수 있다. 주파수는 일정한 패턴으로 상승 후 하강할 수 있거나, 상승 후 더 낮은 값으로 재설정되거나, 임의의 다른 적절한 패턴으로 변화될 수 있다. 일 실시형태에서, 주파수는 약 1 초 내지 10 초의 시간에 걸쳐 약 30 Hz로부터 약 30 kHz까지 상승할 수 있고, 다음에 유사한 시간에 걸쳐 30 Hz로 하강할 수 있다.
트랜스듀서(106)에 인가되는 전력 수준은 최종 생성물 내의 변화량에 영향을 줄 수 있다. 일 실시형태에서, 트랜스듀서(106)에 인가되는 전력량이 증가함에 따라 생성된 물의 파라미터의 변화도 증가한다. 트랜스듀서(106)는 약 1 와트 내지 약 10 킬로와트의 범위의 전력 수준을 수용할 수 있다. 트랜스듀서(106)에 인가되는 전력량은 장치(100)를 통과하는 예상 통과(pass)의 수, 물의 유속 등을 포함하는 처리 용도에 기초하여 변화될 수 있다. 예를 들면, 농업 용도 또는 조경 용도는 약 500 와트를 요구할 수 있다. 더 큰 규모의 용도는 수 킬로와트 이상을 필요로 할 수 있다.
일반적으로, 처리 장치(100)는 가변 전자기장에 의해 영향을 받을 수 있는 이온, 염, 극성 분자 등을 포함하는 임의의 유체를 처리할 수 있다. 유체는 물 및 용해된 화합물을 포함하는 수성 유체를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 수성 유체는 물 및 용해된 미네랄 및 물 공급원에서 일반적으로 발견되는 유형의 기체를 포함한다. 수성 유체가 단순히 물만을 포함하는 것은 아니지만 이 유체는 본원의 목적 상 본 명세서에서 "물"로 지칭될 수 있다.
트랜스듀서(106)에 인가되는 전류는 물(110)에 전자기장을 인가하게 되고, 이는 물의 산화 환원 전위(ORP), 전고형분(TDS), pH, 물의 경도, 및 전기 전도율(EC)을 변화시킬 수 있다. 일반적으로, 물리적 및/또는 화학적 특성과 같은 물의 특성은 물에 존재하는 임의의 성분들 사이의 조성 및/또는 분자 상호작용에 의해 정의된다. 본 명세서의 개시의 목적을 위해, 본 명세서에 개시된 바와 같은 물처리 방법에 적용되는 물은 "물"이라고 불리고, 본 명세서에 개시된 바와 같은 물처리 방법의 결과로서 얻어지는 물은 "조정된 물"이라고 불린다. 또한, 본 명세서의 개시의 목적을 위해, 본 명세서에 개시된 바와 같은 물처리 방법을 설명하기 위해 사용되는 경우, 용어 "처리", "조절", "연화", "전환", 및 "프로세스"는 동일한 의미로 사용될 수 있고, 물로부터 조정된 물을 생성하는 프로세스를 지칭한다.
일 실시형태에서, 물은 임의의 적절한 물 공급원을 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 조정된 물을 생성하기에 적합한 물의 비제한적 예는 담수, 지하수, 수돗물, 음용수, 비음용수, 우물물, waste 물, 재순환수, 재생수, 가정잡배수, 관개수, 공업용수, 파쇄수(fracking water) 등 또는 이들의 조합을 포함한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 그리고 본 개시를 이용하면, 물은 공급원에 따라 상이한 조성을 가질 수 있다. 시스템(100)에서 사용되는 물은 물 분자 및 다양한 용해된 고형물 및/또는 이온을 함유한다. 일반적으로, 용해된 이온을 함유하지 않는 순수한 물의 사용은 생성된 전자기장과 상호작용하지 않아서 물의 특성 변화를 보일 수 없다. 물은 일반적으로 물 분자(예를 들면, 해리되지 않은 물 분자), 하이드로늄 이온(H3O+) 및 히드록실 이온(HO-)으로 해리된 물 분자, 용해된 고형물, 용해된 미네랄, 용해된 이온, 용해된 양이온(예를 들면, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+ 등), 용해된 음이온(예를 들면, Cl-, HCO3-, CO3 2-, SO4 2- 등), 용해된 기체(예를 들면, O2, CO2, H2CO3 등) 등을 포함할 수 있다.
일반적으로, 밀도, 비등점, 융점 등과 같은 (다른 용매와 다른) 물 특유의 대부분의 특성은 물 분자들 사이의 수소 결합의 존재로 인해 발생한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 그리고 본 개시를 이용하면,
액체 물은 공유 결합과 거의 같은 수의 수소 결합을 갖는 임의의 용매의 가장 고밀도의 수소 결합들 중 하나를 포함한다. 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, 물 분자(예를 들면, 해리되지 않은 물 분자)는 5 개 이상의 물 분자를 포함하는 사면체 구조(예를 들면, 물 분자는 그룹으로 집합할 수 있음)를 갖는 클러스터를 형성할 수 있고, 여기서 물 분자는 사면체 구조(예를 들면, 사면체)의 중심에 위치될 수 있고, 사면체의 모서리에 위치된 4 개의 다른 물 분자에 의해 둘러싸여 수소결합될 수 있고, 또한, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 그리고 본 개시를 이용하면, 물 내의 수소 결합은, 예를 들면, 용질(예를 들면, 용해된 고형물, 용해된 미네랄, 용해된 이온, 용해된 양이온, 용해된 음이온, 용해된 기체 등)과 같은 조건 및 환경의 변화에 따라 신속하게 재배열될 수 있다.
예를 들면, 이산화탄소(CO2)는 쌍극자 모멘트를 갖지 않고, 물 분자와 비교했을 때 더 큰 분자이지만 물 중에서 가용성이고, 이러한 용해도는 CO2 내의 산소 원자와 물 분자 사이의 수소 결합에 기인될 수 있다. 대기의 CO2(여기서, CO2는 기체상(g)임)는 식 (1)로 표시되는 바와 같이 물에 용해될 수 있다(여기서, CO2는 수성상(aq)임):
CO2(g) + H2O 
CO2(aq)
(1)
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 그리고 본 개시를 이용하면, 식 (1)에서 묘사된 평형은 물의 온도, 압력, 조성 등에 기초하여 양 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들면, CO2(aq)가 (예를 들면, 식 (2)에 의해 묘사된 것과 같이) 물에서의 반응에 사용되면, 식 (1)에 묘사된 평형은 우측으로 이동될 수 있고, 더 많은 CO2(aq)가 용매화되어 수성상으로 진입하여 CO2(aq)가 된다. 또한, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 그리고 본 개시를 이용하면, 기체는 더 낮은 온도에서 물에 더 높은 용해도를 가지며, 물의 온도를 증가시키면 CO2가 물을 기체 상(예를 들면, 공기, 대기 등)으로 배출하도록 함으로써 식 (1)에 묘사된 평형은 좌측으로 이동될 수 있다. CO2(aq)는 식 (2)에 따라 물과 반응하여 탄산(H2CO3)을 형성할 수 있다:
CO2(aq) + H2O 
H2CO3
(2)
H2CO3는 물에 용해되며, 이것의 수소 원자 및 산소 원자의 모두를 통해 물 분자와 수소 결합을 형성한다. H2CO3는 제 1 단계에서 식 (3)에 따라 바이카보네이트 음이온(HCO3 -)을 형성하고, 제 2 단계에서 식 (4)에 따라 카보네이트 음이온(CO3 2-)을 형성함을써, 2 단계로 물에서 이온화된다.
H2CO3 + H2O 
H3O+ + HCO3 -
(3)
HCO3 - + H2O
H3O+ + CO3 2-
(4)
물에서 CO2의 용해는 식 (3) 및 식 (4)에 따라 하이드로늄 이온(H3O+)을 생성함으로써 물의 pH를 감소시킨다(예를 들면, 산성도를 증가시킨다). 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, H3O+는 20 개의 물 분자(예를 들면, 12면체)를 포함하는 물 클러스터의 중간에 위치되어 H3O+가 주위의 물 분자와 수소 결합을 형성하는 "매직 넘버(magic number) 클러스터" H3O+(H2O)20를 형성할 수 있고, 여기서 H3O+는 주변의 물 분자와 수소 결합을 형성하고, 이러한 주위의 물 분자는 서로 수소 결합을 형성한다.
일반적으로, 용해된 양이온 1차 수화 셸(hydration shell), 2차 수화 셸, 3차 수화 셸 등과 같은 2 개 이상의 수화 셸(shell)을 갖는다. 수화 셸 또는 수화 구(sphere)는 용매화 셸의 특별한 경우이고, 여기서 용매는 물이고, 이것은 수용액(예를 들면, 물)에 이온(예들 들면, 양이온)을 둘러싼 물 분자의 배열을 의미한다. 일반적으로, 물 분자는 금속 이온의 주위에 구(예를 들면, 수화 셸 또는 수화 구)를 형성한다. 수화 셸의 물 분자의 전기음성의 산소원자는 금속 이온의 양전하를 향해 정전기적으로 당겨지고, 이로써 금속 이온을 둘러싸는 물 분자의 용매화 셸을 형성한다. 수화 셸은 금속 이온의 전하에 따라 수 개의 물 분자 두께(예를 들면, 1차 수화 셸, 2차 수화 셸, 3차 수화 셸 등)일 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 그리고 본 개시를 이용하면, 금속 이온의 전하가 클수록 그 특정 금속 이온의 수화 셸에 더 많은 물 분자가 존재할 것이다. 양이온(예를 들면, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, 뿐만 아니라 미량 원소의 양이온 등) 주위의 물 클러스터링(예를 들면, 수화 셸 형성)은 물(예를 들면, 수용액)에서 이러한 양이온의 보유를 허용한다. 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, 칼슘 양이온(Ca2+)은 제 1 수화 셸에 6 개 이상의 물 분자를 갖고, 제 2 수화 셸에 약 9-10 개 이상의 물 분자를 갖는다. 또한, 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, 제 1 수화 셸 내의 물 분자는 그들의 쌍극자 모메트로 인해 Ca2+를 향해 정전기적으로 당겨질 수 있고, Ca2+에 직접 배위될 수 있으며, 제 2 수화 셸 내의 물 분자는 제 1 수화 셸의 물 분자에 수소 결합된다. 유사하게, 마그네슘 양이온(Mg2+)은 제 1 수화 셸 내에 6 개의 물 분자를 가지며, 제 2 수화 셸 내에 12 개의 물 분자를 갖는다. 제 1 수화 셸 내의 물 분자는 그들의 쌍극자 모멘트로 인해 Mg2+를 향해 정전기적으로 당겨질 수 있고, Mg2+에 직접 배위될 수 있으며, 한편 제 2 수화 셸 내의 물 분자는 제 1 수화 셸 내의 물 분자에 수소 결합된다.
이러한 화학작용은 트랜스듀서(106)에 의해 생성된 전자기장과 도관(108) 내의 물 사이의 상호작용을 설명하는 것을 도울 수 있다. 일 실시형태에서, 물은 물 클러스터를 포함할 수 있고, 여기서 물 클러스터는 용질(예를 들면, 용해된 고형물, 용해된 미네랄, 용해된 이온, 용해된 양이온, 용해된 음이온, 용해된 기체 등)의 주위에 형성되어 안정화시킬 수 있다. 물의 물 클러스터는 평균 물 클러스터의 크기를 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, 물 클러스터의 평균 크기는 물 내에 존재하는 물 클러스터의 평균 크기를 의미하며, 여기서 물 클러스터는 H3O+(예를 들면, 매직 넘버 클러스터 H3O+(H2O)20), 용해된 또는 용매화된 양이온(예를 들면, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2 등) 클러스터 등으로 인해 존재한다.
일 실시형태에서, 물은 물의 pH를 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, 물(또는 수용액)의 pH는 물의 수소 이온 함량의 척도이다. pH 값이 낮을수록, 물(또는 수용액)의 산성은 더 높아지고, pH가 높을 수록 물(또는 수용액)의 염기성이 더 높아진다. 일부의 실시형태에서, 본 시스템에 유입되는 물은 약 7.0의 더 낮은 pH로부터 약 8.2의 더 높은 pH, 약 8.0, 또는 약 7.8, 또는 약 7.6, 또는 약 7.4, 또는 약 7.2를 특징으로 할 수 있다. 따라서, 유입수는 약 7.0 내지 임의의 pH 상한값 사이의 범위를 가질 수 있다.
일 실시형태에서, 물은 물의 전고형분(TDS)을 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, TDS는 주어진 체적의 물에 용해된 미네랄, 염 또는 금속을 포함하는 이동성 대전 이온의 결합된 함량의 측정값이며, 단위 체적의 물 당 단위 질량(mg/L)으로 표현될 수 있고, 이것은 또한 ppm이라고도 한다. TDS는 무기 염(예를 들면, 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨, 바이카보네이트, 카보네이트, 염화물, 설페이트 등)을 포함할 수 있다. 물 내의 TDS는 천연의 공급원(예를 들면, 광천, 카보네이트 침전물, 소금 침전물, 해수 침입 등과 같은 자연 환경 특성), 하수, 도시 유출수, 산업 폐수, 수처리 공정에서 사용된 화학물질, 물을 운반하기 위해 사용되는 배관 또는 하드웨의 특성(예를 들면, 배관) 등, 또는 이들의 조합으로부터 유래될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 물은 약 280 mg/L 초과, 약 300 mg/L 초과, 약 400 mg/L 초과, 약 500 mg/L 초과, 약 600 mg/L 초과, 또는 약 700 mg/L 초과의 물의 TDS를 특징으로 할 수 있다. 일부의 실시형태에서, TDS 함량의 상한은 포화 또는 그 부근일 수 있으며, 이것은 물에 용해된 화합물 또는 화합물들의 특정 조성 및 물의 온도 및 압력에 좌우될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 물은 약 1800 mg/L 미만, 약 1500 mg/L 미만, 약 1200 mg/L 미만, 약 1000 mg/L 미만, 약 800 mg/L 미만, 또는 약 700 mg/L 미만의 물의 TDS를 특징으로 할 수 있다. 물의 TDS는 임의의 더 낮은 값 임의의 더 높은 값 사이에서 변화될 수 있다.
일 실시형태에서, 물은 물의 경도를 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, 경도는 주어진 체적의 물 내의 용해된 다가(즉, 2 이상의 전하를 가진) 양이온의 척도이고, mg/L 또는 ppm으로 표현될 수 있다. 물의 경도는 또한 일반적으로 그레인(grain)의 경도로 표현될 수 있으며, 1 그레인의 경도는 17.1 mg/L이다. 물의 경도의 1차 요인은 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)이지만, 예를 들면, 제1철 이온(Fe2+) 및 망가니즈 이온(Mn2+)과 같은 다른 양이온도 물 내에서 그것의 농도 및/또는 존재에 기초하여 물의 경도의 원인일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 물은 약 200 mg/L 초과, 약 250 mg/L 초과, 약 300 mg/L 초과, 약 350 mg/L 초과, 또는 약 400 mg/L 초과의 물의 경도를 특징으로 할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 물은 약 1800 mg/L 미만, 약 1500 mg/L 미만, 약 1200 mg/L 미만, 또는 약 1000 mg/L 미만의 물의 경도를 특징으로 할 수 있다. 물의 경도는 임의의 더 낮은 값과 임의의 더 높은 값 사이에서 변화될 수 있다.
일 실시형태에서, 물은 물 산화 환원 전위(ORP)를 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, ORP는 화학 반응으로부터 전자를 방출하거나 수용할 수 있는 물의 능력의 척도이며, 일반적으로 기준 전극(예를 들면, 3M KCl 중의 Ag/AgCl, 표준 수소 전극(SHE) 등)에 대해 mV로 표현된다. ORP는 물에 화학 종을 도입함으로써 변화될 수 있고, 이 화학 종은 물에 이미 존재하는 종과 동일하거나 상이할 수 있다. ORP는 또한 물로부터 적어도 일부의 화학 종(예를 들면, Ca2+)을 제거함으로써 변화될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 물은 25 ℃에서 약 300 mV 초과, 약 350 mV 초과, 약 400 mV 초과, 약 450 mV 초과, 약 500 mV 초과의 물의 ORP를 특징으로 할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 물은 25 ℃에서 약 700 mV 미만, 약 650 mV 미만, 약 600 mV 미만, 약 550 mV 미만, 또는 약 500 mV 미만의 물의 ORP를 특징으로 할 수 있다. 물의 ORP는 임의의 더 낮은 값과 임의의 더 높은 값 사이에서 변화될 수 있다.
일 실시형태에서, 물은 물의 전기 전도도를 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, 전기 전도도는 전류를 통과시키는 물의 능력의 척도이며, 센티미터 당 마이크로-옴(μmhos/cm) 또는 센티미터 당 마이크로지멘스(μS/cm)로 표현될 수 있다. 물 내에서의 전기 전도도는 용해된 양이온, 용해된 음이온 등과 같은 용해된 무기 고형물의 존재 및 온도(즉 물의 온도가 따뜻할수록 전기 전도도가 높아짐)에 의해 영향을 받을 수 있다 일부의 실시형태에서, 물은 25 ℃에서 약 500 μS/cm 초과, 약 1000 μS/cm 초과, 약 2000 μS/cm 초과, 약 3000 μS/cm 초과, 약 4000 μS/cm 초과, 또는 약 5000 μS/cm 초과의 물의 전기 전도도를 특징으로 할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 물은 25 ℃에서 약 7000 μS/cm 미만, 약 6000 μS/cm 미만, 약 5000 μS/cm 미만, 약 4000 μS/cm 미만, 약 3000 μS/cm 미만, 약 2000 μS/cm 미만, 또는 약 1000 μS/cm 미만의 물의 전기 전도도를 특징으로 할 수 있다. 물의 전기 전도도는 임의의 더 낮은 값과 임의의 더 높은 값 사이에서 변화될 수 있다.
일 실시형태에서, 물은 물의 표면 장력을 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, 표면 장력은 물 분자들 사이의 응집력의 결과이며, 물 분자들 사이의 상호작용으로 인해 물 표면이 외력에 얼마나 잘 저항할 수 있는지를 나타내는 척도이다. 표면 장력은 물에 용해된 이온의 양(예를 들면, 증가된 물의 염 함량은 증가된 표면 장력을 유발함) 뿐만 아니라 온도에 좌우된다. 물의 표면 장력, 접착력 및 응집력은 물의 모세관 작용을 정의하는데 중요하며, 이는 농업(예를 들면, 식물의 물 흡수)에서 중요하다. 일반적으로, 모세관 작용 또는 모세관현상은 중력과 같은 외력의 도움없이, 그리고 외력의 반대방향으로 좁은 공간(예를 들면, 기공, 모세관 등) 내로 물을 흐르게 하는 능력이다. 모세관 작용은 좁은 공간에의 물의 접착력이 물 분자들 사이의 응집력보다 강력한 경우에 발생되며, 표면 장력(예를 들면, 응집력이 클수록 표면 장력이 커지고, 모세관 작용은 저하됨) 및 중력에 의해 제한된다. 공기에 대한 물의 표면 장력이 측정될 수 있으며, mN/m 또는 dyn/cm로 표현될 수 있다. 일반적으로, 표면 장력은 물의 TDS 함량이 증가함에 따라 거의 선형으로 증가하는 경향이 있다.
일 실시형태에서, 조정된 물은 물이 전자기장에 노출된 후에 생성될 수 있다. 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, 전자기장은 장의 파라미터에 기초하여 물 분자 쌍극자의 배향을 유발할 수 있고, 이로써 수소 결합을 더 높은 에너지 전위로 활성화하여 반응을 위해 이온을 더 많이 사용할 수 있게 함으로써 물 클러스터(예를 들면, Ca2+의 주위에 형성된 물 클러스터인 칼슘 수화 셸)를 파괴할 수 있다. 이러한 반응 중 하나는 식 (5)로 표시되는 Ca2+ 및 CO3 2-로부터 탄산칼슘(CaCO3) 고체(들)의 형성일 수 있다.
Ca2+ + CO3 2- 
CaCO3
(5)
CaCO3는 물로부터 침전될 때 전하를 나타내지 않는 고체이다. 또한, 다른 화합물은, 이온이, 예를 들면, 수산화마그네슘, 칼슘 설페이트, 바륨 설페이트, 칼슘 포스페이트, 아연 포스페이트, 철 수산화물 등, 또는 이들의 조합과 같이 반응을 위해 더 많이 이용할 수 있게 됨으로써 유사한 방식으로 침전될 수 있다. 불용성 고형물(예를 들면, 침전물)을 형성함으로써 용액으로부터 이온을 제거하면 용매화 이온의 수의 감소로 인해 평균 클러스터 크기가 감소될 수 있다. 일 실시형태에서, 조정된 물은 물 클러스터의 평균 크기보다 작은 조정된 물 클러스터의 평균 크기를 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, 조정된 물 클러스터의 평균 크기는 조정된 물에 존재하는 조정된 물 클러스터의 평균 크기를 지칭하며, 조정된 물 클러스터는 H3O+(예를 들면, 매직 넘버 클러스터 H3O+(H2O)20), 용해된 또는 용매화된 양이온(예를 들면, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2 등) 클러스터 등으로 인해 존재한다. 용매화된 이온의 주위에 형성된 물 클러스터의 수가 감소되면, 물 분자의 훨씬 더 작은 사면체 구조가 더 큰 영향을 줄 수 있고, 조정된 물 클러스터의 평균 크기를 감소시킬 수 있다. 조정된 물은 물보다 더 "스키너(skinner)"한 것을 의미하며, 이것은 일부의 물 분자가 더 이상 용매화된 이온의 주위의 수화 셸 내에서 함께 응집(예를 들면, 클러스터링)하지 않으므로 조정된 물이 물보다 식물 및 구조화된 토양 내의 모세관을 더 쉽게 그리고 잘 통과할 수 있음을 의미한다. CaCO3 및 임의의 다른 침전된 화합물(예를 들면, 수산화마그네슘, 칼슘 설페이트, 바륨 설페이트, 칼슘 포스페이트, 아연 포스페이트, 철 수산화물 등)은 석회스케일을 형성할 수 있고, 물로부터 이것을 제거하여 조정된 물을 생성하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 미립자 형태의 고체로서 침전물을 형성하면 파이프나 기타 설비의 벽 상의 스케일의 형성에 비해 물로부터 더 쉽게 제거될 수 있다.
일 실시형태에서, 조정된 물의 pH는 물의 pH에 비해 약 0.1 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 0.2 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 0.3 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 0.4 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 0.5 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 1 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 1.5 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 2.0 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 2.5 pH 단위 이상 만큼, 또는 약 3.0 pH 단위 이상 만큼 증가될 수 있다.
일 실시형태에서, 조정된 물의 TDS는 물의 TDS에 비해 약 10% 이상, 약 20% 이상, 약 30% 이상, 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상 만큼 감소될 수 있다.
일 실시형태에서, 조정된 물의 경도는 물의 경도에 비해 약 20% 이상, 약 30% 이상, 약 40% 이상, 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상 만큼 감소될 수 있다.
일 실시형태에서, 조정된 물의 ORP는 물의 ORP에 비해 약 20 mV 이상, 또는 약 30 mV 이상, 또는 약 40 mV 이상, 또는 약 50 mV 이상 만큼 감소될 수 있다.
일 실시형태에서, 조정된 물의 전기 전도도는 물의 전기 전도도에 비해 약 10% 이상, 약 20% 이상, 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상 만큼 만큼 감소될 수 있다.
일 실시형태에서, 조정된 물의 표면 장력은 물의 표면 장력에 비해 약 10% 이상, 약 20% 이상, 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상 만큼 감소될 수 있다.
일 실시형태에서, 조정된 물은 이 조정된 물의 특성을 유지하면서 일정 기간 동안 보관될 수 있다. 조정된 물이 보관되는 동안에, CaCO3 및 임의의 다른 침전된 화합물(예를 들면, 수산화마그네슘, 칼슘 설페이트, 바륨 설페이트, 칼슘 포스페이트, 아연 포스페이트, 철 수산화물 등)은 저장 용기의 바닥에 침전되어 침전물을 형성할 수 있다. 조정된 물은 침전된 침전물을 수용하고 있는 저장 용기로부터 제거(예를 들면, 디캔팅(decanting))될 수 있고, 임의의 적절한 목적을 위해 더 사용될 수 있다. 조정된 물을 저장하고 있는 저장 용기는 외부 환경으로부터 밀봉될 수 있고, 이로써 식 (1)에 따라 CO2(g)가 물로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 일 실시형태에서, 조정된 물은 약 1 년 이상, 또는 약 2 년 이상의 안정성을 특징으로 할 수 있다. 일반적으로, 조정된 물의 안정성은 그 변화된 특성(예를 들면, pH, TDS, 경도, ORP, 전기 전도도, 표면 장력 등)을 시간의 경과에 따라 유지할 수 있는 조정된 물의 능력을 지칭한다.
물의 관점에서 논의되었으나, 본 처리 장치는 또한 다른 유체를 처리하기 위해서도 사용될 수 있다. 예를 들면, 물 및 탄화수소 유체를 함유한 유체는 이 유체의 분리를 유발하기 위해 처리될 수 있다. 본 처리 장치는 또한 특정 화학 반응에 대한 활성화 에너지를 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 극성 또는 이온성 액체를 사용하는 화학적 생성물을 본 처리 장치를 통과시킬 수 있으며, 트랜스듀서를 사용하여 반응을 위한 활성화 에너지를 제공할 수 있다. 이론에 의해 제한되기를 의도하지 않으면서, 결과적인 중간 생성물은 추가의 반응을 위한 촉매로서 및/또는 하나 이상의 성분(예를 들면, 일부의 반응 생성물)의 침전을 위한 개시점으로서 작용할 수 있다. 결과적으로, 물이 본 처리 장치(100)와 함께 사용하기에 적절한 유일한 유체일 수 없다.
사용 시, 본 시스템(100)은 도관(108)을 통해 흐르는 물(110)을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 물(110)은 도관(108)을 통과할 수 있다. 물(110)은 조정된 물을 생성하기 위해 이 물(110)이 트랜스듀서(106) 내의 도관(108)을 통과함에 따라 전자기장에 노출될 수 있고, 여기서 전자기장은 파이프의 주위에 위치된 트랜스듀서(106)에 의해 생성될 수 있다. 물은 물의 pH, 산화 환원 전위(ORP), 전고형분(TDS), 물의 경도, 및 전기 전도율(EC)을 포함한 다양한 기준을 특징으로 할 수 있다. 조정된 물은 다양한 하류 이용을 위해 도관(108)으로부터 회수될 수 있고, 및/또는 멀티-패스(multi-pass) 처리를 위해 도관(108)으로 재순환될 수 있다. 조정된 물은 동일한 기준을 특징으로 할 수 있으며, 이 기준은 조정된 물에서 처리의 결과로서 변할 수 있다. 일 실시형태에서, 조정된 물의 pH는 약 0.1 pH 단위 이상 만큼 증가(예를 들면, 더 염기성이 됨)될 수 있고, 조정된 물의 경도는 물의 경도에 비해 약 20% 이상 만큼 감소될 수 있다. 침전제가 전술한 바와 같은 처리의 결과로서 또한 형성될 수 있다.
처리 장치(200)의 다른 실시형태가 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도관(108)은 이 도관(108)의 주위에 배치된 트랜스듀서(206)를 가질 수 있고, 이 트랜스듀서(206)는 제어기(102)에 결합될 수 있다. 제어기(102) 및 도관(108)은 도 1과 관련하여 설명된 제어기(102) 및 도관(108)과 동일하거나 유사할 수 있다.
도시된 바와 같이, 트랜스듀서(206)는 복수의 섹션(206a, 206b, 206c, 206d)으로 분리될 수 있다. 이 실시형태에서, 트랜스듀서(206)는 4 개의 섹션(206a, 206b, 206c, 206d)으로 분리되어 있으나, 2 개, 3 개, 또는 5 개 이상의 섹션도 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 다중-섹션 트랜스듀서(206)는 약 2 개 내지 50 개의 섹션을 가질 수 있다. 제 1 섹션(206a)에서 와이어의 개시부는 제어기(102)에 결합되어 있다. 제 1 섹션(206a)의 와이어 코일의 단부는 제 2 섹션(206b)의 와이어 코일의 개시부에 연결됨으로써 트랜스듀서의 각 섹션은 직렬로 연결된다. 유사하게, 제 3 섹션(206c)과 제 4 섹션(206d)도 직렬로 배치되어 있다. 제 4 섹션(206d)의 와이어의 단부는 제어기(102)에 결합된다. 트랜스듀서(206)의 각 섹션(206a, 206b, 206c, 206d)은 도관(108) 내에 일부의 전자기장을 제공하는 역할을 한다.
트랜스듀서 섹션(206a, 206b, 206c, 206d)의 길이는 대략 동일하거나 상이할 수 있다. 일 실시형태에서, 트랜스듀서 섹션(206a, 206b, 206c, 206d)의 대략의 길이는 대략 동일할 수 있고, 도관(108) 내의 물에 대응하는 몫의 전자기장을 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 4 개의 섹션(206a, 206b, 206c, 206d)이 제공되는 경우, 각 섹션은 물에 전체 전자기장의 대략 1/4을 제공할 수 있다. 이것은 각 섹션(206a, 206b, 206c, 206d)이 대응하는 몫의 전압 강하를 경험할 수 있다는 것으로도 표현될 수 있다. 예를 들면, 트랜스듀서(206)에 인가된 전압이 약 120 V AC인 경우, 각 섹션(206a, 206b, 206c, 206d)은 약 30 V의 강하를 가지도록 설계될 수 있다. 다수의 섹션이 직렬로 배치된 경우, 각 섹션은 약 20 V 내지 80 V, 또는 약 30 V 내지 약 60 V의 전압 강하를 가지도록 구성될 수 있다.
이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 물이 트랜스듀서(206) 섹션 내에 있는 동안에 도관(108) 내의 물의 혼합을 개선하기 위해 난류 유발 구조물이 사용될 수 있다. 혼합은 물 내의 반응 종의 상호작용을 향상시켜 조정된 물을 생성하기 위한 전체 반응을 도울 수 있다. 도관(108)에서 하나 이상의 절곡부 또는 굴곡부을 갖는 다중-섹션 처리 장치을 사용하면 처리 장치(200)를 통해 물의 혼합을 향상시키는 난유 유동 형태를 제공하는 것을 도울 수 있다.
처리 장치의 다른 실시형태는 도 3에 도시되어 있다. 이 실시형태에서, 물은 물이 본 장치(300)를 통과함에 따라 전자기장에 의해 처리되는 것에 더하여 트랜스듀서(306)에 의해 가열될 수 있다. 이전의 실시형태에서와 같이, 제어기(102) 및 도관(108)은 도 1과 관련하여 설명된 제어기(102) 및 도관(108)과 동일하거나 유사할 수 있다. 이 실시형태에서, 트랜스듀서(306)는 과도한 열을 생성하도록 구성될 수 있고, 트랜스듀서(306) 및 도관(108)은 도 3에서 점선으로 개략적으로 도시된 절연된 엔클로저(302) 내에 수용될 수 있다.
이 실시형태에서, 트랜스듀서(306)는 물에 전달되어 물을 가열할 수 있는 과도한 열을 생성하도록 설계될 수 있다. 열을 생성하기 위해, 트랜스듀서(306)를 형성하는데 사용되는 와이어 크기 및/또는 재료는 전류가 트랜스듀서(306)를 통과할 때 과도한 열을 생성하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 와이어의 크기는 비교 와이어보다 작게 선택될 수 있다. 감소된 크기는 단위 길이 당 더 높은 저항을 가질 수 있으며, 이는 사용 중에 열을 발생시킬 수 있다. 유사하게, 증가된 저항을 갖는 재료가 와이어를 형성하기 위해 선택될 수 있으며, 이로써 물을 가열하기 위한 더 많은 열을 생성할 수 있다.
트랜스듀서(306)가 물을 가열하기 위한 과도한 열을 생성하도록 구성된 경우에, 도관(108)은 상대적으로 높은 열전도율을 가진 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 도관(108)은 트랜스듀서(306)에 의해 생성된 열을 물에 효율적으로 전달하기 위해 구리, 알루미늄, 비자성 스테인리스강 등으로 형성될 수 있다. 엔클로저(302)는 엔클로저와 트랜스듀서(306) 사이에 배치되는 절연체를 포함할 수 있다. 엔클로저(302)와 절연체는 엔클로저(302) 내에 열을 유지할 수 있으며, 도관(108) 내의 물에 열전달 가능성을 증가시키기 위해 온도차를 제공하는 것을 돕는다.
도 3에 예시된 트랜스듀서(306)는 2 개의 섹션을 포함하고 있지만, 원하는 온도 증가를 생성하기 위해 임의의 적절한 수의 섹션이 직렬 및/또는 병렬로 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 본 시스템(300)을 사용하면, 물의 온도를 약 5 ℃ 이상 만큼, 또는 약 10 ℃ 이상 만큼, 또는 약 15 ℃ 이상 만큼, 또는 약 20 ℃ 이상 만큼, 또는 약 30 ℃ 이상 만큼, 또는 약 40 ℃ 이상 만큼 증가시킬 수 있다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 그리고 본 개시를 이용하면, 물의 온도를 증가시키면 CO2(g)가 물로부터 방출되고, 이로써 식 (1), (2), (3), 및 (4)의 평형을 왼쪽으로 이동시키고, pH를 증가시킨다. 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, pH의 증가는 CaCO3 및 수산화마그네슘 침전을 증가시킬 뿐만 아니라 (식 (3) 및 식 (4)의 평형을 왼쪽으로 이동시킴에 의한 하이드로늄 이온의 감소로 인해) 매직 넘버 클러스터 H3O+(H2O)20를 감소시키며, 이로써 조정된 물 클러스터의 평균 크기를 더 감소시킨다. 또한, 물의 온도가 증가하면 식 (6)에 따라 칼슘 바이카보네이트는 CaCO3(s) 및 CO2(g)를 생성한다.
Ca(HCO3)2(aq) → CO2(g) + H2O + CaCO3(s)
(6)
이는 바이카보네이트 이온의 일부를 카보네이트 침전물로서 제거함으로써 조정된 물에서 증가된 효과를 생성할 수 있다.
처리 구역 내에서 증가된 시간은 일부의 실시형태에서 부가의 이점을 생성할 수 있다. 전자기장에 대한 물의 노출 시간을 증가시키기 위해, 재순환 라인을 갖는 시스템이 2 회 이상 처리 구역을 통해 물을 통과시키는데 사용될 수 있다. 도 4는 시스템(400) 내에 재순환 라인(412)을 갖는 시스템(400)의 일 실시형태를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 유입 라인(401)은 시스템(400) 내로 미처리된 물을 통과시킬 수 있다. 유입 라인(401)은 물을 재순환 라인(412)의 물과 통합시켜 통합된 흐름(404)을 형성할 수 있고, 이것은 처리 구역(402) 내로 진행할 수 있다. 처리 구역(402)은 본 명세서에 기술된 처리 시스템의 임의의 실시형태(예를 들면, 처리 시스템(100), 처리 시스템(200), 처리 시스템(300) 등)를 포함할 수 있다. 처리 시스템(402)에서 일단 처리되면, 조정된 물은 조정된 물의 출구 라인(406) 및 재순환 라인(412)으로 분할될 수 있는 아웃라인 라인(403)으로 진행할 수 있다. 재순환 라인(412) 내에서 물을 순환시키기 위해 펌프 등과 같은 동력 장치(408)가 사용될 수 있다.
선택적 저장 탱크(410)는 재순환 라인(412) 내의 임의의 위치에 설치될 수 있다. 저장 탱크(410)는 재순환 시스템 내에 큰 유체 용량을 제공하는 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 물 처리의 결과로서 형성될 수 있는 임의의 고체 침전물을 제거하기 위한 침전 탱크를 제공하는 역할을 할 수 있다. 일 실시형태에서, 동력 장치(408)는 저장 탱크(410)의 상류 또는 하류에 설치될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 하나 이상의 인라인 센서가 재순환 루프 내에 설치될 수 있다. 예를 들면, 처리 시스템(402)을 통과하는 조정된 물의 특성을 검출하기 위해 하나 이상의 센서가 출구 라인(403) 내의 센서 패키지(414) 내에 설치될 수 있다. 센서 패키지(414) 내의 센서는 본 명세서에 기술된 임의의 특성을 검출할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 센서는 pH 측정기, TDS 측정기, ORP 센서 등을 포함할 수 있다. 단일 센서 패키지(414)로서 도시되어 있으나, 복수의 센서 패키지가 직렬로 배치될 수 있다. 또한, 센서는 선택적 저장 탱크(410)의 내부를 포함하는 재순환 루프 내의 임의의 지점에 설치될 수 있다. 센서는 조정된 물의 특성을 결정하기 위해 시스템의 작동 중에 사용될 수 있다.
재순환 라인(412)을 갖는 시스템(400)은 연속 작동 모드, 배치 작동 모드, 또는 세미-배치 작동 모드로 작동될 수 있다. 연속 작동 시스템에서, 유입 라인(401)을 통해 공급되는 물은 연속적으로 도입되어 재순환 라인(412) 내의 조정된 물과 합류될 수 있다. 유입수와 재순환 물의 비율은 조정된 물에서 원하는 처리량에 따라 체적 기준으로 약 1: 1000 내지 약 1000:1의 범위일 수 있다. 조정된 물의 아웃라인 라인(406)을 통과하는 물은 유입 라인(401)을 통해 시스템(400)으로 유입되는 유량과 대략 동일한 유량을 가질 수 있다. 유입 라인(401) 내의 물과 재순환 라인(412)을 통과하는 물의 상대 유량은 물이 처리 구역(402)을 통해 재순화된는 대략의 횟수를 결정할 수 있다. 일 실시형태에서, 물은 약 2 회 내지 약 50 회로 처리 구역(402)을 통해 효과적으로 재순환될 수 있다. 물이 재순환되는 횟수는 물이 물의 특성이 달성될 때까지 재순환될 수 있는 (예를 들면, 센서 패키지(414) 내의 센서를 사용하여) 원하는 물의 특성의 측정에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다.
배치 작동 모드에서, 시스템(400)은 유입 라인(401)을 통해 처리될 물로 충전될 수 있다. 충전된 후, 유입 라인을 폐쇄할 수 있고, 재순환 라인 내의 물은 원하는 처리량이 물에 공급될 때까지 순환시킬 수 있다. 이 실시형태에서, 물은 처리 구역(402)을 통해 약 2 내지 약 50 회 재순환될 수 있다. 예를 들면, 목표의 조정된 물의 특성을 모니터링하여 물이 목표 수준에 도달한 때를 결정할 수 있다. 물이 일단 조정되면, 물은 조정된 물의 출구 라인(406)을 통해 시스템(400)으로부터 제거될 수 있다.
시스템(400)은 또한 세미-배치 작동 모드 하에서 작동할 수 있다. 이 실시형태에서, 시스템(400)은 처리될 물로 충전될 수 있다. 주기적으로 또는 특정 간격으로, 시스템(400) 내의 물의 일부가 조정된 물의 출구 라인(406)을 통해 재순환 라인(412)으로부터 취출될 수 있고, 유입 라인(401)을 통해 물이 재충전될 수 있다.
재순환 라인을 갖는 시스템(400)의 사용은 원하는 출구 특성을 가진 조정된 물을 생성하는데 유용할 수 있다. 시스템(400)은 또한 처리 구역(402)이 원하는 조정된 물 파라미터를 생성하는데 필요한 것보다 작은 체적 또는 장 강도를 갖는 경우에 유용할 수 있다. 따라서, 물을 재순환하는 능력으로 인해 시스템(400)은 더 강한 전자기장을 갖는 더 큰 유닛과 동일한 특성을 갖는 조정된 물을 생성할 수 있고, 이로써 시스템은 동일한 결과를 달성하면서도 더 작을 수 있다.
본 장치를 통해 2 회 이상을 물을 통과시키면, pH, OPR, 및 경도가 증가하지만, 필요한 통과 횟수 및 영향을 받는 변화 내용은 물의 궁극적인용도 및 요구되는 파라미터와 균형을 이루어야 한다. 물이 트랜스듀서를 통해 약 30 회 펌핑되는 경우, 물의 pH는 7.5 내지 8.5 또는 심지어 9까지 증가된다. 9.2까지의 pH가 달성되었다. 알칼리성 물은 잠재적인 건강 상의 이점과 개선된 맛을 갖는 것으로 생각된다. 또한, 수경 용도의 경우, 물의 통과 횟수가 많으면 많을수록 더 좋다.
물이 처리 구역 내에 있는 동안에 물의 혼합을 증가시키기 위해 본 명세서에 개시된 임의의 실시례에서 도관(108) 내에 다양한 추가 구조가 사용될 수 있다. 물이 처리 구역을 통과할 때 난류 유발 구조를 사용하면 물의 처리를 개선시킬 수 있다. 나선과 같은 내부 혼합 구조, 하나 이상의 굴곡부를 가진 배관 구성, 또는 난류를 유발시키는 임의의 다른 구조 또는 기구를 포함하는 다양한 구조가 사용될 수 있다.
일 실시형태에서, 난류를 유발시키기 위해 다중-섹션 트랜스듀서가 사용될 수 있다. 예를 들면, 도관(108)이 이 도관(108) 내의 굴곡부에 의해 연결되는 다수의 섹션을 갖는 경우, 도 2에 도시된 실시형태가 사용될 수 있다. 직렬로 연결된 다중-섹션 트랜스듀서(206)의 사용은 물의 방향 변화를 유발하는 커넥터 부재의 굴곡부로 인해 물으 흐름에 더 많은 난류를 유발하는 부가적인 장점을 갖는다. 굴곡부로 인한 증가된 난류는 도관(108) 내에서 물의 혼합을 유발할 수 있고, 모든 물이 파이프의 내경의 외연부 근처의 장의 가장 강한 부분에 의해 처리되도록 실질적으로 동등하고 균일하게 전자기장에 노출될 수 있다. 증가된 난류는 또한 물 내의 반응 성분들 사이의 상호작용을 증가시킬 수 있고, 이로써 물의 전체적인 처리 효율을증가시킬 수 있다.
일부의 실시형태에서, 난류를 증가시키기 위해 도관 내에 구조물이 설치될 수 있다. 도 5는 도관(108) 내에 설치될 수 있는 삽입체(502)를 예시한다. 삽입체(502)는 다수의 형상을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 삽입체(502)는 나선형일 수 있다. 나선은 중심 축선을 중심으로 비틀림되어 처리 구역 내의 코일을 통해 나선형 패턴으로 물을 안내할 수 있다. 나선형 경로는 또한 물의 축방향 흐름을 느리게 함으로써 물의 전자기 복사선에 대한 노출을 증가시킬 수 있다. 삽입체(502)와 도관(108) 사이에 억지끼워맞춤이 형성되도록 나선 또는 나사산의 외경은 파이프의 내경과 거의 동일할 수 있다. 삽입체(502)의 길이는 조정된 물의 원하는 결과에 의존하고, 트랜스듀서 또는 트랜스듀서 섹션과 대략 동일한 길이일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 삽입체(502)의 길이는 트랜스듀서 또는 트랜스듀서 섹션의 길이보다 짧거나 길 수 있다.
나선으로서 기술되었으나, 추가의 삽입체는 도관(108) 내에서 유사하게 난류를 생성할 수 있다. 일 실시형태에서, 삽입체(502)는 핀, 와이어 등과 같은 일련의 교차 구조를 포함할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 삽입체(502)는 난류 또는 증가된 경로 길이를 형성하기 위해 재료를 통한 구불구불한 경로를 형성할 수 있는 메시 또는 거즈를 포함할 수 있다. 다른 삽입체도 적합될 수 있다.
본 명세서에 기술된 임의의 트랜스듀서(예를 들면, 트랜스듀서(106), 트랜스듀서(206), 트랜스듀서(306) 등)의 권선 패턴은 단일 층 구성, 다중 층, 또는 무작위 권선 패턴을 가질 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 와이어의 권선 패턴은 단일 층으로 배치될 수 있다. 권선의 축방향 밀도(예를 들면, 각각의 인접하는 와이어가 다음의 와이어 권선에 근접해 있는 정도)는 도관(108) 내에서 전자기장 강도에 영향을 줄 수 있다. 일반적으로, 와이어가 더 조밀하게 권선되면 될수록 물에 대한 트랜스듀서(권선)의 영향이 더 커진다. 권선들 사이에 공간이 존재하도록 트랜스듀서가 조밀하지 않게 권선된 경우, 트랜스듀서(306)는 다량의 열을 생성할 수 없고, 이는 일부의 실시형태에서 유익할 수 있다.
도 6b는 다중 층 권선 패턴을 도시하고 있다. 이 실시형태에서, 와이어는 도관을 따라 단일 층으로 권선될 수 있고, 제 2 층은 제 1 층 상에 권선될 수 있다. 복수의 와이어 층을 사용하면 더 짧은 거리 내에 더 큰 전자기장 밀도를 허용하므로 트랜스듀서가 더 소형화된다. 이 패턴은 파이프 상이 트랜스듀서를 설치할 수 있는 거리가 제한되어 있을 때 유용할 수 있다. 그러나, 다중 층이 사용되는 경우에 어느 정도의 효율이 손실될 수 있다. 이것은 권선의 총 길이가 단일 층이 사용되는 경우보다 다소 더 길어야 할 수 있다.
도 6c는 또 다른 권선 패턴을 예시한다. 이 패턴은 짧은 거리 내에 다소 무작위 권선을 포함할 수 있으며, 경우에 따라 스크램블 사운드(scramble sound)로 지칭될 수 있다. 이 권선 패턴은 정확한 권선의 구성이 완벽하게 규칙을 이루지 않을 수 있으므로 도관 상의 사전결정된 권선 면적 또는 공간을 충전하도록 사용될 수 있다. 다중 층의 사용과 같이, 권선 내의 장 강도가 증가될 수 있다. 다중 층 구성의 사용으로 어느 정도의 효율/장 강도가 손실될 수 있으나, 이 권선 패턴은 물의 전체적인 변환에 상당한 정도로 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다.
본 명세서에 기술된 임의의 실시형태에서, 제어기는 트랜스듀서를 통해 교류를 생성하도록 설계된 다수의 구성요소를 포함할 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 제어기(102)는 원하는 전압, 주파수, 및 파형에서 트랜스듀서(706)에 전력을 제공하는 역할을 한다. 제어기(102)는 변압기(702), 전압 조정기(704), 및/또는 파형 발생기(708)와 같은 다수의 구성요소를 포함할 수 있다.
도 7은 제어기에 존재할 수 있는 구성요소를 개략적으로 도시한다. 일 실시형태에서, 입구 변압기(702)가 사용될 수 있다. 유입 라인으로부터 전류를 절연시키기 위해 사용될 수 있다. 변압기(702)는 트랜스듀서(706)에서 라인 전압과 다른 전압이 사용되는 경우에 원하는 전압을 제공하는 역할을 할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 튜랜드듀서가 본 명세서에 기술된 바와 같이 표준 벽 소켓 내에 직접 접속되도록 변압기(702)는 제거될 수 있다. 예를 들면, 변압기가 제거될 수 있고, 제어기는 간단히 벽 출구와 트랜스듀서 사이에서 직접 연결부를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 제어기(102)는 전압 조정기를 포함할 수 있다. 전압 조정기는 변압기와 동일할 수 있거나, 별도의 전압 조정기(704)가 사용될 수 있다. 전압 조정기는 트랜스듀서(706)로 흐르는 전류에 대한 파형을 생성하기 위해 파형 발생기(708)와 함께 사용될 수 있다. 파형 발생기(708)는 전류에 대한 다수의 파형을 생성하는데 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 파형 발생기(708)는 트랜스듀서(706)에서 사용하기 위한 원하는 주파수의 구형파를 생성할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 파형 발생기(708)는 트랜스듀서(706)에서 사용하기 위한 정현파형을 생성할 수 있다. 파형 발생기(708)는 정상 주파수 및 파형을 생성할 수 있고, 또는 가변 주파수가 트랜스듀서를 위해 생성될 수 있다. 예를 들면, 다중-주파수 스펙트럼을 갖는 삼각파가 트랜스듀서(706)에서 사용하기 위해 생성될 수 있다.
다양한 기타 구성요소가 제어기(102)와 통합될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 플로우 스위치(710), 온도 센서(712) 등과 같은 안전 설비가 트랜스듀서(706)에서 사용될 수 있다. 플로우 스위치(710) 및/또는 온도 센서(712)는 제어기(102)의 일부일 수 있고, 또는 이들은 별도의 구성요소일 수 있다. 플로우 스위치(710) 및/또는 온도 센서(712)는, 존재하는 경우, 제어기(102) 내의 스위치에 결합되어, 온도가 임계치를 초과하는 경우 및/또는 플로우 스위치(710)가 도관(108)을 통해 물이 흐르지 않음을 나타내는 경우에, 전력이 트랜스듀서(706)에 공급되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시형태에서, 플로우 스위치(710)는 처리 장치의 입구 또는 출구에서 도관(108) 내에 결합될 수 있다. 물이 도관을 통해 흐르고, 플로우 스위치와 접촉하는 경우, 트랜스듀서(706)를 활성화시키는 신호가 플로우 스위치(710)에서 생성될 수 있다. 플로우 스위치(710)는 어떤 물의 흐름도 없는 상태에서 트랜스듀서가 온되어 있는 경우에 도관의 과열을 방지하기 위해 트랜스듀서(706)를 냉각시키는데 유리할 수 있다. 플로우 스위치(710)는 제어기(102) 내의 트랜스듀서를 온시키기 위한 위상 제어 트라이액(phase control triac)을 갖는 릴레이 또는 회로를 포함할 수 있다. 예를 들면, 플로우 스위치(710)로서 자기 리드 스위치가 사용될 수 있다.
일 실시형태에서, 트랜스듀서(706), 도관(108), 및/또는 처리 장치로부터 배출되는 물의 온도를 측정하기 위해 서모커플과 같은 온도 센서(712)가 사용될 수 있다. 온도 센서(712)는 제어기(102) 내의 릴레이에 전기적으로 결합될 수 있고, 임계치를 초과하는 온도가 검출되는 경우 트랜스듀서를 오프시킬 수 있다.
일부의 실시형태에서, 본 장치는 제어기가 임의의 다른 제어 구성요소에 부가하여 커패시터를 포함하는 경우에 동조 루프로서 작동될 수 있다. 일반적으로, 동조 루프는 트랜스듀서의 상대적 인덕턴스 용량 및 커패시터의 용량성 용량에 의존하는 공진 주파수로 발진될 수 있다. 구동 주파수는 공진 주파수와 동일하거나 근접할 수 있다. 공진 주파수에서 동조 루프로서의 처리 장치의 동작은 거의 정현파형을 생성할 수 있고, 트랜스듀서 내의 가열량은 비동조 루프 실시형태의 동작에 비해 감소될 수 있다. 가열의 감소는 또한 전력을 전달하는데 유리할 수 있고, 그렇지 않으면 물을 처리하는 트랜스듀서의 가열을 유발할 수 있다.
일 실시형태에서, 처리 장치는 동조 루프(예를 들면, 탱크 회로)로서 구성될 수 있고, 트랜스듀서 권선에 인가되는 약 2500 Hz의 주파수에서 동작될 수 있다. 권선은 트랜스듀서에서 관련된 병렬(공진) 커패시턴스와 함께 트랜스듀서로부터 L-C 탱크 회로를 생성하여 2500 Hz에서 LC 공진을 가질 수 있다. 트랜스듀서는 2500 Hz의 전력 구형파에 의해 여기될 수 있으며, 병렬 공진 탱크의 LC 작용에 의해, 대략적인 정현파가 트랜스듀서에 재현될 수 있다. 구형파는 구형파 발진기를 가진 제어기의 구성요소 내에서 전자적으로 생성될 수 있으며, 구형파 발진기의 출력은 본질적으로 접지로부터 Vdd로의 간단한 스위치로서 동작하는 클래스 D 전력 V-MOSFETS에 인가된다. 인가된 전압이 변할 수 있는 동안, 약 48 볼트가 드레인(drain)에 인가되어 높은 출력 전력 수준(예를 들면, 약 150 와트 RMS의 전류 단위 수준)으로 동작할 수 있다. 동조 루프에의 결과적 입력은 회로를 구동시키기 위한 구형파 및/또는 펄스 입력을 포함할 수 있다. 동조 루프의 설계가 특정값에 관련하여 논의되지만, 출력 장치, 구동 회로, 공진 주파수, 인덕턴스 용량, 용량성 용량은 동조 루프 회로를 설계할 때 고려될 수 있는 설계 요인이다.
이 실시형태의 제어기는 또한 고장 검출기를 포함할 수 있다. 고장 검출기는 트랜스듀서의 주 권선의 주위에 권취된 2차 권선을 포함할 수 있다. 트랜스듀서가 전자 유닛으로부터 적절한 여기(excitation) 하에 있을 때, 고장 검출기의 권선에 RMS 전압(예를 들면, 대략 2 볼트 RMS 전압)이 유도될 수 있다. 고장 검출기의 권선 출력은 정류되어 비교기에 인가될 수 있으며, 비교기는 2차 감지 권선으로부터의 입력이 소실되는 경우에 출력을 갖도록 설정된다. 이는 차례로 트랜스듀서 고장의 표시(예를 들면, 경보의 발생, 표시등의 점등 등)를 제공한다. 일부의 실시형태에서, 60 Hz 트랜스듀서에 대한 고장 검출기는 표시등을 직접 구동하는 주 트랜스듀서 권선 상에 권취된 단순한 2차 권선에 의해 형성될 수 있다. 이 유형의 고장 검출기에서, 광의 결핍은 작동하지 않는 트랜스듀서를 나타낸다. 2500 Hz의 전자식 여기 트랜스듀서는 장기간 안정된 조정된 물의 생성에 적용할 수 있다.
일 실시형태에서, 처리 장치는 다양한 전압원과 함께 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 120 V AC 전원이 사용될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 예를 들면, 더 큰 체적용으로 더 높은 전압원이 사용될 수 있다. 도 8은 240 V AC 3상 전원을 사용하는 처리 장치의 일 실시형태를 개략적으로 도시한다. 더 큰 물 처리능력을 처리하기 위해, 공급 헤더(808a)는 하나 이상의 처리 레그(leg)에 물을 공급할 수 있다. 6 개의 처리 레그가 도시되어 있으나, 처리 장치(800)의 물 처리능력을 조정하기 위해 6 개 미만의 처리 레그 또는 7 개 이상의 처리 레그가 사용될 수 있다.
각각의 처리 레그는 본 명세서에 기술된 임의의 트랜스듀서 섹션과 유사하거나 동일할 수 있는 4 개의 트랜스듀서(806) 섹션을 포함할 수 있고, 240 V AC 전원과 함께 사용될 수 있다. 중앙 전기 접속부(802)는 2 개의 공급부(801, 803)에 결합될 수 있다. 각각의 레그에 대하여, 2 개의 제 1 트랜스듀서 섹션은 제 1 공급부(801) 및 중심 라인(802)에 결합되고, 2 개의 제 2 트랜스듀서 섹션은 제 2 공급부(803) 및 중심 라인(802)에 결합된다. 일례로서, 공급 전압이 3상 전력의 240 V Ac인 경우, 각각의 공급 라인(801, 803)과 중심 라인(801) 사이에 120 V AC 차가 생성된다. 이 예에서, 각각의 처리 레그 상의 각각의 트랜스듀서 섹션은 60 V Ac의 인가 전압을 가질 수 있다. 이 실시형태는 처리 장치(800)에 대해 약 10 암페어 내지 약 100 암페어의 전류가 사용되도록 허용할 수 있다. 더 높은 전압 전원(예를 들면, 480 V AC)이 또한 사용될 수 있고, 여기서 트랜스듀서 섹션은 섹션 당 유사한 전압을 제공하도록 분할될 수 있다(예를 들면, 480 V 공급부의 경우 처리 레그 당 4 개 이상의 트랜스듀서 섹션). 따라서, 도 8에 도시된 실시형태에 의해 설명되는 바와 같이, 상대적으로 큰 전력 처리능력이 더 큰 물 처리능력을 위해 달성될 수 있으며, 이는 농업용수와 같은 일부의 용도에 유용할 수 있다.
본 명세서에 기술된 임의의 실시형태를 이용하여 생성되는 조정된 물은 임의의 수의 용도로 사용될 수 있다. 예를 들면, 조정된 물은 식수, 다양한 요리용, 농업, 화학 약품, 및 산업 용으로 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 조정된 물은 식수 또는 기타 음료용으로 사용될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 조정된 물은 보다 적은 용해된 고형물 및 증가된 pH를 가질 수 있다. 2 kHz 이상의 주파수에서 작동하는 처리 유닛은 더 낮은 동작 주파수를 사용하는 처리 유닛에 비해 개선된 맛을 갖는 조정된 물을 생성하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 식수 처리 유닛은 단일 통과로 달성되는 변화에 비해 물에 추가의 변화를 일으키는 재순환 구성으로 작동할 수 있다. 조정된 물은 식수 또는 병입수(bottled water)용으로 사용될 수 있다. 조정된 물은 커피 메이커 또는 요리와 같은 스케일링의 문제가 있는 일부 용도에서도 사용될 수 있다. 더 큰 유닛은 파이프 및 온수 히터에서 스케일을 방지하기 위해 가정 규모로 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 처리 장치는 물 연화장치를 대체하는데 유용할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 조정된 물은 식품 성분과 조합될 수 있다. 예를 들면, 조정된 물은 청량 음료 첨가제와 조합될 수 있다. 조정된 물의 용도는 동일한 맛 결과를 얻기 위해 사용되는 성분의 수를 더 줄일 수 있다.
조정된 물은 또한 가정용 규모 뿐만 아니라 상업적 농업 분야의 농업 용으로 사용될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 조정된 물은 토양 및 식물에 더 잘 흡수되어 더 빠른 성장을 유발할 수 있다.
예를 들면, 조정된 물은 처리되지 않은 물에 비해 물의 침투 및 흡수의 효율을 증가시킬 수 있다. 이러한 사용으로 인해 조정된 물을 공급받는 식물은 곤충 및 극심한 기후에 더 저항력을 가질 수 있다. 이것은 식물이 더위와 추위에 견딜 수 있으므로 성장 절기가 연장될 수 있고, 식물 생산량과 수율을 증가시킬 수 있다. 처리된 물은 보다 건강하고 보다 긴 수명의 해양 생물을 위한 잠재적인 용도를 가질 수 있다. 조정된 물은 벼, 건초, 옥수수, 밀, 견과류, 과일 또는 임의의 다른 작물을 포함한 임의의 유형의 식물에 대해 사용될 수 있다.
농업에서 사용되는 경우, 조정된 물은 관개용으로 사용되는 모든 물 또는 사용되는 일부의 물만을 처리하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 물의 일부는 처리될 수 있고, 얻어진 조정된 물은 미처리된 물과 혼합된 후에 관개용으로 사용될 수 있다. 미처리된 물과 조정된 물의 조합은 관개의 목적으로 혼합물의 특성을 제어할 수 있다. 또한, 조정된 물은 성장 절기의 전체를 통해 또는 그 일부에만 사용될 수 있다. 예를 들면, 조정된 물은 종자가 발아하여 성장할 수 있도록 성장 절기의 초기에 사용될 수 있고, 새로운 식물은 더 빠른 성장 속도로 더욱 잘 수립될 수 있다. 일단 식물이 수립되면, 성장 절기의 나머지 기간 동안 전혀 사용되지 않는 경우 조정된 물의 양은 감소될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 처리 장치는 상업적 용도에 사용하기 위해 물의 전고형분 함량을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 처리 장치는 냉각탑 용도에서 사용될 수 있다. 조정된 물은 감소된 전고형분 함량 및 감소된 칼슘 함량을 가질 수 있고, 이들 모두는 냉각탑 열교환기 내에 스케일을 형성할 수 있다.
추가 상업적 용도는 특정 화학물질의 제조를 포함할 수 있다. 수용액의 일부로서 판매되는 화학물질은 용액을 형성하기 위해 사용된 물의 조성에 의해 영향을 받는 화학적 특성을 가질 수 있다. 상황에 따라, 화학적 제품은 비교적 순순한 물을 제조하기 위해 역삼투를 사용할 수 있다. 본 명세서에 기술된 처리 장치를 사용하면 화학적 제조에서 뿐만 아니라 최종 화학 용액에서 조정된 물을 사용할 수 있다. 또한, 결과적인 pH 증가는 일부의 화학 용도에서 유익할 수 있다.
본 발명의 다양한 예시적 실시형태를 더 설명하기 위해 다음의 실시례를 제공한다.
실시례
본 개시는 개괄적으로 기술되었으나, 다음의 실시례는 본 개시의 특정 실시형태로서 제시되고, 본 발명의 실시 및 장점을 입증한다. 본 실시례는 실례로서 제공되며, 본 명세서 또는 청구항을 임의의 방식으로 제한하려는 의도를 갖지 않는다.
실시례 1
본 명세서에 기술된 처리 시스템의 효과를 입증하기 위해, 처리 시스템을 구성하여 여러가지 물의 샘플을 처리하기 위해 사용하였으며, 물의 샘플은 본 처리 장치에 의해 유발되는 상대적 변화를 설명하기 위해 시험되었다. 본 실시례에서 사용된 시스템은 커피, 차 등의 소프트드링크를 혼합하기 위해 수돗물을 조정하도록 설계되었다. 트랜스듀서는 약 2500 헤르츠의 교류 주파수로 동작하는 공진 시스템으로서 동작하였다. 본 시스템은 매주 동일하게 재순환되는 프로그램가능 7일 디지털 타이머로부터의 시간 신호를 기반으로 트랜스듀서를 통해 물을 순환시키도록 설계되었다. 본 시스템은 주방 수도꼭지 또는 출구로부터 요구되는 물이 차압 스위치의 설정에 의해 결정된 압력 하에서 축압 저장 탱크에 의해 공급되도록 구성되었다. 축압 저장 탱크로부터 충분한 물이 배출되면, 차압 스위치가 펌프를 작동시키고, 솔레노이드 밸브에 의해, 대형 저장 탱크로부터의 물이 압력 하에서 축압 탱크와 주방 공급 배관 내로 펌핑된다. 주방의 물 수요가 중단되었을 때, 펌프는 차압 스위치의 설정에 도달하여 펌핑을 중단할 때까지 축압 저장 탱크 내의 압력을 계속해서 증가시킨다.
디지털 타이머가 타이밍 사이클 동안 물의 재순환을 요구하면, 타이머는 펌프의 시동을 유발하고, 솔레노이드 밸브를 이용하여 물이 트랜스듀서를 통과하여 저장 탱크로 되돌아 가도록 한다. 트랜스듀서는 타이머에 의해 활성화됨으로써 물이 재순환 사이클 중에 조정되도록 트랜스듀서를 통과할 수 있도록 한다. 시간 사이클이 완료되었을 때, 본 유닛은 주방에서 물을 요구하거나 다음 시간 사이클이 시작될 때까지 휴면 모드로 들어갔다. 재순환 타이밍 사이클 중 언제라도 주방에 물 수요가 있는 경우, 재순환 타이밍 사이클은 차압 스위치로부터의 신호에 의해 트리거되는 주방의 물 수요에 의해 무시되었다. 솔레노이드 밸브 시스템을 사용하여, 물은 펌프 출구로부터 트랜스듀서를 통해 축압 저장 탱크 및 주방의 공급 배관까지 방향전환되었다. 주방의 수요가 중단된 경우, 펌프는 축압 탱크 압력을 감지하는 차압 스위치가 펌프를 정지시킬 때까지 작동되었다. 그 때 본 시스템은 디지털 타이머로부터의 시간 신호를 기반으로 설정된 시간 사이클을 완료하기 위해 재순환하는 물로 복귀되었다. 주방의 수요가 중단되기 전에 재순환 타이밍 사이클이 완료된 경우, 주방의 수요의 중단 시에 본 유닛은 휴면 모드로 들어갔다.
저장 탱크 내에서의 수위는 4 개의 플로트 스위치를 사용하여 적절한 작동 수준에 유지되었다. 저장 탱크 내의 물이 부족한 경우 전체 시스템의 전원을 차단하는 저수준 플로트 스위치인, 고장 모드의 경우에 공급 솔레노이드 밸브를 폐쇄시키는 오버플로우 안전 스위치가 있다. 마지막으로 저장 탱크를 적절한 작동 수준으로 유지하기 위해 고수위 및 저수위 플로트 스위치에 반응하여 물 충전 솔레노이드 밸브를 개폐시키도록 배치된 2 개의 플로트 스위치가 있다.
물의 샘플이 샘플링되었고, 본 시스템 셋업을 통해 통과시켰다. 물의 샘플을 분석한 후에 물(샘플 A1, 샘플 B1, 및 샘플 C1)을 처리하였고, 다음에 이 물을 처리하여 조정된 물(각각 샘플 A2, 샘플 B2, 및 샘플 C2)을 생성하였다. 샘플 A1은 텍사스의 커 컨트리(Kerr Country)의 우물물이고, 샘플 B1은 캘리포니아의 산타 바바라(Santa Barbara)의 물이고, 샘플 C1은 텍사스의 커빌(Kerrville)의 원수이다. 물의 샘플은 Texas Plant & Soil Lab(Edinburg, TX에 소재)에 의해 전고형분, 양이온, 음이온, 및 경도와 같은 다양한 구성요소에 대해 분석되었다. 총 가용성 염 함량은 전기 전도도(EC [mmhos/cm])로서 측정되었고, 전고형분은 EC값으로부터 추정되었다. 물의 샘플 내의 나트륨 대 칼슘 및 마그네슘의 비율을 묘사하는 나트륨 흡착 비율(SAR)은 나트륨, 칼슘 및 마그네슘의 농도로부터 추정되었다. 물 분석의 결과는 표 1에 표시되었다.
|
샘플 #
시험된 파라미터 |
A1 | A2 |
%
변화 |
B1 | B2 |
%
변화 |
C1 | C2 |
%
변화 |
평균
% 변화 |
|
|
총 가용성 염
EC [mmhos/cm] |
1.4 | 1.332 | -4.9 | 2.2 | 2.17 | -1.4 | 0.568 | 0.451 | -20.6 | -8.9 | |
| 전고형분 | 896 | 852 | -4.9 | 1408 | 1389 | -1.3 | 364 | 289 | -20.6 | -9.0 | |
| pH | 7.79 | 8.28 | 6.3 | 7.73 | 7.65 | -1.0 | 8.01 | 8.37 | 4.5 | 3.2 | |
| SAR | 1.5 | 1.43 | -4.7 | 2.74 | 3.02 | 10.2 | 0.31 | 0.71 | 129.0 | 44.9 | |
|
양이온
[ppm] |
나트륨 Na | 80 | 75 | -6.3 | 169 | 188 | 11.2 | 13 | 23 | 76.9 | 27.3 |
| 칼슘 Ca | 74 | 74 | 0 | 123 | 111 | -9.8 | 68 | 32 | -52.9 | -20.9 | |
| 마그네슘 Mg | 86 | 81 | -5.8 | 99 | 111 | 12.1 | 32 | 28 | -12.5 | -2.1 | |
| 칼륨 K | 22 | 20 | -9.1 | 7 | 13 | 85.7 | 5 | 5 | 0.0 | 25.5 | |
|
음이온
[ppm] |
카보네이트 CO 3 | 0 | 3 | 해당무 | 0 | 0 | 해당무 | 6 | 3 | -50.0 | -50.0 |
| 바이카보네이트 HCO 3 | 275 | 293 | 6.5 | 525 | 287 | -45.3 | 305 | 226 | -25.9 | -21.6 | |
| 설페이트 SO 4 | 186 | 216 | 16.1 | 426 | 284 | -33.3 | 45 | 20 | -55.6 | -24.3 | |
| 염화물 Cl | 12 | 45 | 275.0 | 321 | 377 | 17.4 | 14 | 12 | -14.3 | 92.7 | |
| 질산염 NO 3 | 0.15 | 0.18 | 20.0 | 0.67 | 2.97 | 343.3 | 0.19 | 0.07 | -63.2 | 100.0 | |
|
기타
원소 |
붕소 B | - | - | - | 0.8 | 0.09 | -88.8 | - | - | - | -88.8 |
| 망가니즈 Mn | - | - | - | 0.83 | 0.04 | -95.2 | - | - | - | -95.2 | |
| 아연 Zn | - | - | - | 0.01 | 0.01 | 0.0 | - | - | - | 0.0 | |
| 구리 Cu | - | - | - | 0.01 | 0.06 | 500.0 | - | - | - | 500.0 | |
| 철 Fe | - | - | - | 0.32 | 0.07 | -78.1 | - | - | - | -78.1 | |
|
경도
CaCO 3 |
[mg/mL] | 536 | 517 | -3.5 | 715 | 732 | 2.4 | 301 | 194 | -35.5 | -12.2 |
| [그레인/갤런] | 31 | 30 | -3.2 | 42 | 43 | 2.4 | 18 | 11 | -38.9 | -13.2 | |
표 1의 데이터와 관련하여, 음의 % 변화는 특정 파라미터의 감소를 나타내고, 한편 양의 % 변화는 특정 파라미터의 증가를 나타낸다. 전반적으로, 처리에 의해, 칼슘, 카보네이트 및 바이카보네이트의 농도가 다분히 탄산칼슘 침전물의 형성으로 인해 감소되었다. 탄산칼슘 침전물의 형성은 또한 전반적인 경도의 감소로 이어졌다. 마그네슘의 농도도 처리에 의해 다분히 수산화마그네슘 침전물의 형성으로 인해 전반적으로 감소되었다. 고형물(예를 들면, 탄산칼슘, 수산화마그네슘 등)의 침전으로 인해, 총 가용성 염 농도가 또한 처리에 의해 감소되었다. 처리 시에 SAR은 증가되었고, 이것은 관찰된 나트륨 농도의 증가와 함께 칼슘과 마그네슘의 감소를 감안할 때 예상될 수 있다. 나트륨, 칼륨, 질산염, 및 염화물의 농도의 전반적인 증가는 특정 염의 침전 및/또는 pH의 변화로 인한 염 해리 평형의 이동의 원인이 될 수 있다. pH는 전반적으로 증가되었고, 이는 물로부터 CO2(g)의 배출에 의해 유발될 수 있으며, 이로써 탄산 평형을 하이드로늄 이온을 소비하는 쪽으로 이동시킨다. 탄산칼슘 침전물 및 CO2(g)의 생성은 칼슘 및 바이카보네이트의 농도의 감소의 원인이 될 수 있다. B, Mn, Zn, Cu 및 Fe의 농도는 샘플 B1 및 샘플 B2에 대해서만 시험되었다. Zn 및 Cu의 농도는 매우 낮아서, 기기의 검출 한계에 접근하였고, 따라서 표 1에 표시된 바와 같은 Zn 및 Cu의 변화는 중요하지 않을 수 있다. B, Mn, 및 Fe의 농도는 처리에 의해 감소되었고, 이는 이들 원소의 일부가, 예를 들면, 칼슘 육붕소화물, 망가니즈 카보네이트, 철 수산화물, 철 포스페이트 등과 같은 불용성 침전물을 형성할 수 있음을 나타낸다.
실시례 2
처리 장치의 실시형태는 다음의 사양으로 구성되었다. 번호 16 굵기의 와이어로 권취된 30 인치의 1.5 인치 스케쥴 40 PVC 파이프를 4 개의 섹션으로 절단하고, 공간 및 효율성을 위해 결합하였다. 물의 유속 약 25 갤런/분이었다. 이것은 가정용 유닛을 위한 적절한 실시형태인 것으로 생각된다. 도시의 1 인치의 수량계는 통상적으로 약 30 갤런/분을 제공하므로 이 유닛은 25 갤런/분만을 처리할 수 있으므로 흐름을 약간 느리게 할 수 있다. 잔디에 25 갤런/분으로 물을 주는 경우, 이것은 도시로부터 5 갤런/분을 남겨서 동시에 화장실을 플러싱한다. 도시 흐름이 유닛 흐름보다 큰 경우, 이 유닛은 흐름을 제한하고, 수압을 감소시키지만 유닛은 손상되지 않는다.
실시례 3
장치의 다른 실시례에서, 약 18 인치의 조밀하게 권취된 권선 길이을 가진 24-굵기의 와이어로 제작된 트랜스듀서를 구비한 24 인치의 길이를 갖는 1/2 인치 스케쥴 40 PVC 파이프가 사용되었고, 인가된 전력은 가변 주파수의 20 와트였다. 본 장치의 추가의 실시형태는 100-120 인치의 총 길이를 가진 번호 16 굵기의 와이어로 제작된 트랜스듀서를 구비한 .5 인치 스케쥴 40 PVC 파이프를 사용하였고, 단일 통과로 농업용으로 물을 조정하기 위해 500 와트의 전력이 인가되었다. 사용된 프랙 워터(frac water) 또는 폐수와 같은 산업적 목적의 경우, 4 인치 또는 6 인치의 직경 및 12 피트의 길이의 파이프 상에 권취된 번호 6 굵기의 와이어의 트랜스듀서를 구비한 장치가 사용되었고, 수 킬로와트의 전력이 인가되었다.
실시례 4
처리된 물은 통상보다 1-2 개월 일찍이 2014년 3월 1일 텍사스의 커빌(Kerrville)에 심어진 토마토 식물에 사용되었다. 이 토마토 식물은 4 회의 동결에서 생존했으며, 6 피트를 초과하여 성장했으며, 7월 중순에도 토마토를 여전히 생산하였다. 토마토 식물은 난온 내지 고온을 선호하므로 동결에서 거의 생존하지 못한다. 동결이라고 하는 경우, 온도는 통상적으로 약 화씨 30-32도이다. 약 8.5의 pH를 가진 처리된 물, 즉 본 장치를 약 30 회 통과한 물은 텍사스의 커빌의 블루베리를 성장시키는데 사용되었다. 블루베리 식물은 7월 중순에 여전히 과실을 생산하고 있었다.
실시례 5
관개 피벗(pivot)에서의 사용과 같은 농업 목적의 경우, 물의 필요한 유속은 약 400 갤런/분 이상일 수 있다. 트랜스듀서는 약 30 피트의 번호 12 굵기의 와이어로 제작되었다. 일부의 피벗은 분당 900 갤런의 물을 제공하며, 본 장치는 번호 6 굵기의 와이어를 가진 6 인치 직경의 파이프를 필요로 하고, 100 암페어의 전력이 인가되었다. 피벗 관개 및 기타 대규모 농업 용도의 목표는 한 번에 180 에이커를 관개할 수 있는 단일-통과 트랜스듀서 또는 피벗 분무기??.
실시례 6
본 명세서에 기술된 처리 시스템의 효과를 더 입증하기 위해, 처리 시스템을 구성하여, 본 명세서에서 전술한 바와 같이, 여러가지 물의 샘플을 처리하기 위해 사용하였으며, 물의 샘플은 본 처리 장치에 의해 유발되는 상대적 변화를 설명하기 위해 시험되었다. 보다 구체적으로, pH, 전도율, 저항률, 및 저항에 대한 본 처리 시스템의 효과가 본 처리 시스템을 통한 단일 통과 및 다중 통과에 대해 다양한 물의 샘플에 대해 조사되었으며, 얻어진 데이터는 표 2에 표시되어 있다. pH는 사용전에 보정된 pH 측정기로 측정되었고, 전도율은 물의 샘플이 프로세스에서 저항으로 사용되는 경우에 DC 전압 패스(pass)를 수집하도록 설정된 전압계로 측정되었다. 샘플 #1은 미처리된 물의 대조 샘플이었으며 이 특정 샘플은 처리 시스템을 통과하지 않았다. 샘플 #2는 미처리된 물을 단일 통과로 본 처리 시스템을 통과시킴으로써 얻어졌다. 샘플 #3은 미처리된 물을 연화시킨 후 단일 통과로 본 처리 시스템을 통과시킴으로써 얻어졌다. 샘플 #4(예를 들면, 50 갤런 셋업) 및 샘플 #5는 미처리된 물을 다중 통과로 본 처리 시스템을 통과시킴으로써 얻어졌다. 샘플 #3은 처리 시스템을 통과시키기 전에 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 제거한 유일한 샘플이었으며, 다른 어떤 샘플도 (예를 들면, 본 처리 시스템을 통과시키기 전에) 연화 전처리되지 않았다
|
시험된 파라미터
샘플 # |
pH |
전도율 변화
[ohms -1 ] |
저항률 변화
[ohms] |
저항
[ohms] |
| 1 | 7.27 | 해당무 | 0 | 0.52 |
| 2 | 7.46 | 14.29 | 0.07 | 0.59 |
| 3 | 7.94 | -12.50 | -0.08 | 0.44 |
| 4 | 8.31 | 8.70 | 0.115 | 0.635 |
| 5 | 8.26 | 5.88 | 0.17 | 0.69 |
표 2의 데이터는 본 명세서에 개시된 바와 같이 본 처리 시스템에 물을 통과시킴으로써 pH 및 일반적으로는 저항률이 증가하고, 전도율은 감소함을 나타낸다. 표 2의 결과는 본 명세서에 개시된 바와 같은 처리 시스템이 물의 이온 대응부분(H+ 및 HO-)보다 많은 물 분자(H2O)를 형성하도록 그 평형을 이동시키도록 물을 활성화시킨다는 것을 시사한다.
pH 분석. 본 명세서에 개시된 바와 같이 처리 시스템을 통과하는 횟수를 증가시킴으로써, pH가 증가되고, 물의 이온곱(Kw)은 샘플 #1의 2.88 x 10-15로부터 샘플 #4의 2.40 x 10-17로 감소된다. Kw는 샘플 #1로부터 샘플 #3으로 1자리수만큼 감소되고, Kw는 샘플 #1로부터 샘플 #4로 2자리수만큼 감소된다. 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, 본 명세서에 개시된 바와 같이 처리 시스템에 물을 통과시키면 용액 중의 H+ 이온 및 HO- 이온의 수가 효과적으로 감소될 수 있고, 식 (7)에서 묘사된 평형에 기초하여 이들 이온이 해리되지 않은 H2O 구조로 진입될 수 있다.
H2O 
H+ + HO-
(7)
온도 변동도 또한 식 (7)의 평형에 영향을 주며, 여기서 온도의 증가(예를 들면, 고온)는 이 평형을 우측(예를 들면, 물 분자가 H+ 및 HO- 이온으로 해리됨)으로 이동시키고, 온도의 감소는 이 평형을 좌측(예를 들면, H+ 및 HO- 이온으로부터 물 분자가 형성됨)으로 이동시킨다. 예를 들면, 25 ℃ 및 7의 pH에서, Kw = 1.0 x 10-14이다. 또한, 다른 실시례로서, 0 ℃에서, Kw = 1.5 x 10-15이다. 또한, 또 다른 실시례로서, 60 ℃에서, Kw = 9.5 x 10-14이다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 그리고 본 개시를 이용하면, a 더 높은 온도는 더 높은 Kw에 기여한다.
전도율 분석. 일반적으로, 저항률은 용액 중의 이온의 수 또는 양의 감소에 따라 증가되고, 전도율은 용액 중의 이온의 수 또는 양의 감소에 따라 일반적으로 감소되는 반대의 추세를 따른다. 이것은 연화된 물(샘플 #3)에서 명백하며, 여기서 Mg2+ 및 Ca2+ 이온(샘플 #1 및 샘플 #2에 존재하는 이온)은 더 이상 존재하지 않는다(또는 실질적으로 제거되었다). 샘플 #3의 전도율은 식 (7)의 평형을 해리되지 않은 물 분자쪽으로 이동시킴으로써 용액 중의 H+ 및 HO- 이온의 수를 감소시키는 처리 시스템에 더하여 물의 샘플로부터 Mg2+ 및 Ca2+ 이온이 또한 제거되어 전반적인 시스템의 전도율이 감소되므로 감소된다. 용액(예를 들면, 물의 샘플)에서 침전될 가능성이 있는 이온(예를 들면, Mg2+ 및 Ca2+ 이온)으로 인해 다중 통과 시스템(샘플 #4 및 샘플 #5)에서 전도율은 계속 감소된다. 물의 샘플이 이온 교환에 의해 연화되는 경우, Mg2+ 및 Ca2+ 이온은 통상적으로 Na+ 이온으로 대체되며, 이 프로세스는 통상적으로 전체 전도율에 영향을 주지 않지만, 이 경우 전도율은 식 (7)의 평형을 해리되지 않은 물 분자쪽으로 이동시킴으로써 용액 중의 H+ 및 HO- 이온의 수를 감소시키는 것에 기인되어 감소될 수 있다.
단일 통과 비교 연화된 물(샘플 #3)은 대개 물의 연화로 인해 샘플 #3 용액 중에 존재하는 이온(Na+)에 기인되어 더 높은 pH를 갖는다. 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 처리 시스템은 작은 이온(Na+)에 더 효과적으로 작용할 수 있다. 샘플 #3의 pH는 이온성 대응부분(H+ 및 HO-)보다 해리되지 않은 물 분자가 더 많이 존재하고, Na+ 이온의 존재는 pH 상승으로 이어질 수 있으므로 상승한다. 전도율에 대해 본 명세서에서 이전에 논의된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 바와 같은 처리 시스템은 식 (7)의 평형을 물 분자쪽으로 이동시킴으로써 용액 중의 H+ 및 HO- 이온의 수를 감소시킬 수 있고, 이로써 더 낮은 전도율 및 결과적으로 더 높은 저항률을 유발할 수 있다. 상이한 단일 통과 샘플들(샘플 #2 및 샘플 #3) 사이의 pH 및 전도율에서 관찰되는 차이는 대개 샘플 #3의 물을 연화시킨 것에 기인한다. 샘플 #2의 전도율의 증가는 물의 이온 대응부분(H+ 및 HO-)보다 많은 물 분자(H2O)를 형성하도록 그 평형을 이동시키도록 물을 활성화시키는, 본 명세서에 개시된 바와 같은 처리 시스템으로 인해, 용액 중의 증가된 자유 이온의 수에 기인할 수 있다. 이론에 의해 제한되기를 바라지 않으면서, 용액(예를 들면, 샘플 #2) 중의 일부의 이온은 이러한 이온의 보다 낮은 수화로 인해 전류에 대해 보다 높은 이동성을 가질 수 있다.
다중 통과 비교 다중 통과 샘플 #4 및 #5는 단일 통과 샘플 #2와 비교할 때 전도율의 감소(및 저항률의 증가)를 나타내며, 이는 아마도 식 (7)의 평형을 물 분자쪽으로 이동시킴으로써 용액 중의 H+ 및 HO- 이온의 수가 보다 높은 정도로 감소하는 것에 기인할 것이다.
본 명세서에서 다수의 시스템 및 방법을 설명하였지만, 구체적인 실시형태는 다음을 포함할 수 있고, 그러나 이들에 제한되지는 않는다.
제 1 실시형태에서, 전자기장으로 물을 처리하기 위한 처리 장치는 도관; 이 도관의 일부의 외면의 주위에 위치된 와이어 코일을 포함하는 트랜스듀서; 및 이 트랜스듀서에 전기적으로 결합된 제어기를 포함하고, 이 제어기는 트랜스듀서에 교류를 제공하도록 구성되어 있다.
제 2 실시형태는 제 1 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 여기서 도관은 플라스틱을 포함한다.
제 3 실시형태는 제 1 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 여기서 도관은 비강자성 재료를 포함할 수 있다.
제 4 실시형태는 제 3 실시형태를 포함할 수 있고, 여기서 도관은 구리, 알루미늄, 비강자성 스테인리스강, 이들의 임의의 합금, 또는 이들의 임의의 조합으로 형성된다.
제 5 실시형태는 제 1 내지 제 4 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 도관은 전기 절연성 코팅을 포함하고, 상기 전기 절연성 코팅은 상기 도관의 외면과 상기 와이어 코일 사이에 배치된다.
제 6 실시형태는 제 1 내지 제 5 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 제어기에 결합되는 전원을 더 포함하고, 상기 전원은 약 12 V AC 내지 약 480 V AC의 교류를 제공하도록 구성된다.
제 7 실시형태는 제 1 내지 제 6 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 재순환 라인을 더 포함하고, 상기 재순환 라인은 상기 트랜스듀서의 하류의 상기 도관의 출구와 상기 트랜스듀서의 상류의 상기 도관의 입구 사이에 유체 연통을 제공한다.
제 8 실시형태는 제 1 내지 제 7 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 절연된 엔클로저(enclosure)를 더 포함하고, 상기 도관 및 상기 트랜스듀서는 상기 절연된 엔클로저 내에 배치되고, 상기 와이어 코일 내의 와이어의 크기는 상기 트랜스듀서에 제공되는 교류에 응답하여 열을 발생하도록 구성된다.
제 9 실시형태는 제 1 내지 제 8 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 와이어 코일은 도관의 주위에 단일 층의 권선을 포함한다.
제 10 실시형태는 제 1 내지 제 8 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 와이어 코일은 도관의 주위에 복수 층의 권선을 포함한다.
제 11 실시형태는 제 10 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 복수 층은 무작위 권선 패턴으로 배치된다.
제 12 실시형태는 제 1 내지 제 11 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 제어기는 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터 및 상기 트랜스듀서는 동조 루프를 형성하고, 상기 제어기는 공진 주파수에서 상기 트랜스듀서에 교류를 제공하도록 구성된다.
제 13 실시형태는 제 1 내지 제 12 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 도관 내에 배치된 난류 유발 구조물을 더 포함한다.
제 14 실시형태는 제 13 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 난류 유발 장치는 나선 형상을 갖는 상기 도관 내의 삽입체를 포함한다.
제 15 실시형태는 제 1 내지 제 14 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 플로우 스위치를 더 포함하고, 상기 플로우 스위치는, 물이 상기 도관을 통해 유동하지 않는 경우에, 상기 제어기에 표시를 제공하도록 구성된다.
제 16 실시형태는 제 1 내지 제 15 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 트랜스듀서와 열접촉되는, 그리고 상기 제어기와 통신되는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 임계치를 초과하는 경우에, 상기 트랜스듀서에 교류가 제공되는 것을 방지하도록 더 구성된다.
제 17 실시형태에서, 전자기장으로 물을 처리하기 위한 처리 장치는 도관; 이 도관의 일부의 외면의 주위에 위치된 복수의 와이어 코일을 포함하는 다중-섹션 트랜스듀서 - 상기 복수의 와이어 코일은 직렬로 연결됨 -; 상기 다중-섹션 트랜스듀서에 전기적으로 결합되는 제어기를 포함하고, 이제어기는 복수의 와이어 코일의 각각의 와이어 코일에 교류를 제공하도록 구성된다.
제 18 실시형태는 제 17 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 다중-섹션 트랜스듀서는 2 개 내지 10 개의 와이어 코일을 포함한다.
제 19 실시형태는 제 17 또는 제 18 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 제어기는 상기 복수의 와이어 코일의 각각의 와이어 코일에 약 20 V AC 내지 약 80 V AC를 제공하도록 구성된다.
제 20 실시형태는 제 17 내지 제 19 실시형태 중 임의의 실시형태의 장치를 포함할 수 있고, 상기 도관은 상기 복수의 와이어 코일의 각각의 와이어 코일 사이에 하나 이상의 굴곡부를 포함한다.
제 21 실시형태에서, 물을 처리하는 방법은 도관을 통해 유입수를 통과시키는 단계; 유입수를 도관 내의 가변 전자기장에 노출시키는 단계; 가변 전자기장에 응답하여 도관 내의 유입수의 하나 이상의 특성을 변화시키는 단계; 및 조정된 물을 생성하는 단계를 포함한다.
제 22 실시형태는 제 21 실시형태의 방법을 포함하고, 트랜스듀서를 통해 교류를 통과시키는 단계 - 상기 트랜스듀서는 상기 도관의 적어도 일부의 주위에 배치된 와이어 코일을 포함함 -; 및 상기 트랜스듀서를 통과하는 교류에 반응하여 도관 내에 가변 전기장을 생성하는 단계를 더 포함한다.
제 23 실시형태는 제 22 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 상기 도관은 비강자성 재료를 포함한다.
제 24 실시형태는 제 23 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 상기 도관은 금속을 포함하고, 상기 방법은 물을 가변 전자기장에 노출시키면서 열을 발생시키는 단계; 및 상기 도관을 통해 물에 열을 전도하는 단계를 더 포함한다.
제 25 실시형태는 제 22 내지 제 24 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 교류는 약 12 V AC 내지 약 480 V AC의 전압으로 제공된다.
제 26 실시형태는 제 22 내지 제 25 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 교류는 약 10 Hz 내지 약 200 kHz의 주파수로 제공된다.
제 27 실시형태는 제 22 내지 제 25 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 교류는 물에 약 10 와트 내지 약 10 킬로와트로 제공된다.
제 28 실시형태는 제 22 내지 제 27 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 트랜스듀서 내에서 유입수를 가열하는 단계를 더 포함한다.
제 29 실시형태는 제 28 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 조정된 물은 유입수보다 약 5 ℃ 이상 더 따뜻하다.
제 30 실시형태는 제 21 내지 제 29 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 교류는 커패시터와 전기 통신되고, 트랜스듀서 및 커패시터는 공진 주파수에서 동조 루프로서 동작된다.
제 31 실시형태는 제 21 내지 제 30 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 조정된 물은 유입수보다 약 0.1 pH 단위 이상 더 높은 pH를 갖는다.
제 32 실시형태는 제 21 내지 제 31 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 조정된 물은 유입수보다 약 10% 이상 더 낮은 TDS 함량을 갖는다.
제 33 실시형태는 제 21 내지 제 32 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 조정된 물은 유입수보다 약 20% 이상 더 낮은 경도를 갖는다.
제 34 실시형태는 제 21 내지 제 33 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 조정된 물은 유입수보다 약 20 mV 더 낮은 ORP를 갖는다.
제 35 실시형태는 제 21 내지 제 34 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 유입수의 하나 이상의 특성을 변화시키는 것에 반응하여 침전물을 형성하는 단계를 더 포함한다.
제 36 실시형태는 제 21 내지 제 35 실시형태 중 임의의 실시형태의 방법을 포함할 수 있고, 조정된 물을 도관의 입구로 1회 이상 재순환시키는 단계를 더 포함한다.
본 명세서에 개시된 원리에 따른 다양한 실시형태가 위에서 도시 및 설명되었으나, 본 개시의 사상 및 교시로부터 벗어나지 않는 한 위 실시형태의 개조가 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시형태는 단지 대표적인 것이며, 제한하려는 것은 아니다. 많은 변경, 조합 및 개조가 가능하며, 이것은 본 개시의 범위 내에 있다. 실시형태(들)의 특징들의 조합, 통합 및/또는 생략으로부터 얻어지는 대안적 실시형태도 본 개시의 범위 내에 있다. 따라서, 보호의 범위는 전술한 설명에 의해 제한되지 않고, 후속하는 청구항에 의해 한정되며, 그 범위는 청구항의 요지의 모든 균등을 포함한다. 각각의 모든 청구항은 본 명세서에 추가의 개시로서 포함되며, 청구항은 본 발명(들)의 실시형태(들)이다. 또한, 전술한 임의의 장점 및 특징은 특정 실시형태와 관련될 수 있지만, 임의의 또는 모든 상기 장점을 달성하거나 임의의 또는 모든 상기 특징을 갖는 프로세스 및 구조에 이러한 청구항의 적용을 제한해서는 안된다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 표제는 37 C.F.R. 1.77 하의 제안과의 일관성을 유지하기 위해 또는 조직적 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이 표제는 본 개시로부터 유래할 수 있는 임의의 청구항에 기술된 발명(들)을 제한하거나 특징을 부여해서는 안된다. 특히 그리고 예로서, 표제가 ‘분야’를 지칭할 수 있으나, 청구항은 소위 분야를 기술하기 위해 이 표제 하에서 선택되는 언어에 의해 제한되어서는 안된다. 또한, "배경"에서 기술의 설명은 특정 기술이 본 개시에서 임의의 발명(들)의 선행기술임을 인정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한 "요약"이 청구항에 기술된 발명(들)의 특징을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 또한, 본 개시에서 "발명"에 대한 임의의 단일의 언급은 본 개시에 단일의 신규성만이 존재하는 것을 논증하는데 사용되어서는 안된다. 다수의 발명이 본 개시로부터 유래되는 다수의 청구항의 제한에 따라 설명될 수 있으며, 따라서 이러한 청구항은 이것에 의해 보호되는 본 발명(들) 및 그 균등을 한정한다. 모든 경우에, 청구항의 범위는 본 개시에 비추어 그 진가에 의해 고려되어야 하지만 전술한 표제에 의해 구속되어서는 안된다.
"포함하다" 및 "가지다"와 같은 보다 넓은 용어의 사용은 "구성되다", "본질적으로 구성되다", "실질적으로 구성되다"와같은 보다 좁은 용어를 지원하기 위해 제공될 수 있다. 어떤 실시형태의 임의의 요소에 대해 "선택적으로", "가능하다", "경우에 따라" 등의 용어를 사용하는 것은 그 요소가 요구되지 않거나 요구되고, 이들 모두는 실시형태(들)의 범위 내에 있음을 의미한다. 또한, 실시례에 대한 언급은 단지 예시적 목적을 위해 제공된 것이며, 배타적인 의도를 가지지 않는다.
바람직한 실시형태가 도시되고 설명되었으나, 본 발명의 범위 또는 교시로부터 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 이것의 개조가 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시형태는 단지 예시적인 것이며 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에 기술된 시스템, 장치 및 프로세스의 많은 변경 또는 재조가 가능하고, 본 개시의 범위 내에 속한다. 예를 들면, 다양한 부품들의 상대적 치수, 다양한 부품들이 제작되는 재료, 및 기타 파라미터는 변경될 수 있다. 따라서, 보호의 범위는 본 명세서에 기술된 실시형태에 제한되지 않고, 후속되는 청구항에 의해서만 제한되며, 그 범위는 청구항의 요지의 모든 균들을 포함해야 한다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 방법 청구항에서의 단계는 임의의 순서로 수행될 수 있다. 방법 청구항에서 단계 앞의 (a), (b), (c) 또는 (1), (2), (3)과 같은 식별부호의 인용은 그 단계의 특정의 순서를 명시하기 위한 의도를 갖거나 또는 명시하는 것이 아니며, 이러한 단계의 후속 참조를 단순화하기 위해 사용된다.
또한, 다양한 실시형태에서 개별적으로 또는 별개로 설명 및 예시된 기법, 시스템, 서브시스템 및 방법은 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않는 한 다른 시스템, 모듈, 기법, 또는 방법과 조합되거나 통합될 수 있다. 서로 직접 결합되거나 연통되는 것으로 도시되거나 논의된 기타 요소는 전기적으로, 기계적으로 또는 다른 방식으로 일부의 인터페이스, 장치 또는 중간 부품을 통해 간접적으로 결합되거나 연통될 수 있다. 기타의 변화, 대체 및 변경의 실시례는 당업자에 의해 구명될 수 있으며, 본 명세서에 개시된 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시될 수 있다.
Claims (35)
- 전자기장으로 물을 처리하기 위한 처리 장치로서,
도관;
상기 도관의 일부의 외면의 주위에 위치되는 와이어 코일을 포함하는 트랜스듀서; 및
상기 트랜스듀서에 전기적으로 결합되는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는 상기 트랜스듀서에 교류를 제공하도록 구성된,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 도관은 플라스틱을 포함하는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 도관은 비강자성 재료를 포함하는,
물 처리 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 도관은 구리, 알루미늄, 비강자성 스테인리스강, 이들의 임의의 합금, 또는 이들의 임의의 조합으로 형성되는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 도관은 전기 절연성 코팅을 포함하고, 상기 전기 절연성 코팅은 상기 도관의 외면과 상기 와이어 코일 사이에 배치되는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어기에 결합되는 전원을 더 포함하고, 상기 전원은 약 12 V AC 내지 약 480 V AC의 교류를 제공하도록 구성되는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
재순환 라인을 더 포함하고, 상기 재순환 라인은 상기 트랜스듀서의 하류의 상기 도관의 출구와 상기 트랜스듀서의 상류의 상기 도관의 입구 사이에 유체 연통을 제공하는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
절연된 엔클로저(enclosure)를 더 포함하고, 상기 도관 및 상기 트랜스듀서는 상기 절연된 엔클로저 내에 배치되고, 상기 와이어 코일 내의 와이어의 크기는 상기 트랜스듀서에 제공되는 교류에 응답하여 열을 발생하도록 구성되는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 와이어 코일은 상기 도관의 주위에 단일 층의 권선을 포함하는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 와이어 코일은 상기 도관의 주위에 복수 층의 권선을 포함하는,
물 처리 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수 층은 무작위 권선 패턴으로 배치되는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어기는 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터 및 상기 트랜스듀서는 동조 루프를 형성하고, 상기 제어기는 공진 주파수에서 상기 트랜스듀서에 교류를 제공하도록 구성되는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 도관 내에 배치되는 난류 유발 구조물을 더 포함하는,
물 처리 장치. - 제 13 항에 있어서,
상기 난류 유발 구조물은 나선 형상을 갖는 상기 도관 내의 삽입체를 포함하는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
플로우 스위치를 더 포함하고, 상기 플로우 스위치는, 물이 상기 도관을 통해 유동하지 않는 경우에, 상기 제어기에 표시를 제공하도록 구성되는,
물 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 트랜스듀서와 열접촉되는, 그리고 상기 제어기와 통신되는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 임계치를 초과하는 경우에, 상기 트랜스듀서에 교류가 제공되는 것을 방지하도록 더 구성되는,
물 처리 장치. - 전자기장으로 물을 처리하기 위한 처리 장치로서,
도관;
상기 도관의 일부의 외면의 주위에 위치된 복수의 와이어 코일을 포함하는 다중-섹션 트랜스듀서 ― 상기 복수의 와이어 코일은 직렬로 접속됨 ―; 및
상기 다중-섹션 트랜스듀서에 전기적으로 결합된 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 복수의 와이어 코일의 각각의 와이어 코일에 교류를 제공하도록 구성되는,
물 처리 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 다중-섹션 트랜스듀서는 2 개 내지 10 개의 와이어 코일을 포함하는,
물 처리 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 복수의 와이어 코일의 각각의 와이어 코일에 약 20 V AC 내지 약 80 V AC를 제공하도록 구성된,
물 처리 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 도관은 상기 복수의 와이어 코일의 각각의 와이어 코일 사이에 하나 이상의 굴곡부를 포함하는,
물 처리 장치. - 물을 처리하는 방법으로서,
도관을 통해 유입수를 통과시키는 단계;
트랜스듀서를 통해 교류를 통과시키는 단계 - 상기 트랜스듀서는 상기 도관의 적어도 일부의 주위에 배치된 와이어 코일을 포함함 -;
상기 트랜스듀서를 통해 교류를 통과시키는 것에 응답하여 상기 도관 내에서 상기 가변 전자기장을 발생시키는 단계;
상기 유입수를 상기 도관 내에서 가변 전자기장에 노출시키는 단계;
상기 가변 전자기장에 응답하여 상기 도관 내의 상기 유입수의 하나 이상의 특성을 변화시키는 단계; 및
조정된 물을 생성하는 단계를 포함하는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 도관은 비강자성 재료를 포함하는,
물 처리 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 도관은 금속을 포함하고, 상기 방법은,
상기 물을 상기 가변 전자기장에 노출시키는 동안에 열을 발생시키는 단계; 및
상기 도관을 통해 상기 물 내에 열을 전도하는 단계를 더 포함하는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 교류는 약 12 V AC 내지 약 480 V AC의 전압으로 제공되는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 교류는 약 10 Hz 내지 약 200 kHz의 주파수로 제공되는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 교류는 상기 물에 약 10 와트 내지 약 10 킬로와트를 제공하는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 트랜스듀서 내에서 상기 유입수를 가열시키는 단계를 더 포함하는,
물 처리 방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 조정된 물은 상기 유입수보다 약 5 ℃ 이상 더 따뜻한,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 교류는 커패시터와 전기 통신되고, 상기 트랜스듀서와 상기 커패시터는 공진 주파수에서 동조 루프(tuned loop)로서 동작되는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 조정된 물은 상기 유입수보다 약 0.1 pH 단위 이상 더 높은 pH를 갖는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 조정된 물은 상기 유입수보다 약 10% 이상 더 낮은 TDS 함량을 갖는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 조정된 물은 상기 유입수보다 약 20% 이상 더 낮은 경도를 갖는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 조정된 물은 상기 유입수보다 약 20 mV 이상 더 낮은 ORP를 갖는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 유입수의 하나 이상의 특성을 변화시키는 것에 응답하여 침전물을 형성하는 단계를 더 포함하는,
물 처리 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 조정된 물을 상기 도관의 입구로 1 회 이상 재순환시키는 단계를 더 포함하는,
물 처리 방법.
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