KR20180023901A - 선박 평형수 생물오염 제어를 위해 중첩된 시변 주파수 전자기파를 적용하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 개시는 바람직하지 않은 침입 해양 유기체의 운송 제어와 같은 처리 효과가 실현되도록 하기 위해, 평형수를 처리하는 시스템 및 방법과 평형수 처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 AC 및 DC 성분을 둘 다 포함하는 중첩된 시변 주파수 전자기파를 평형수 처리 시스템 내 평형수에 맥동 방식으로 적용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

선박 평형수 생물오염 제어를 위해 중첩된 시변 주파수 전자기파를 적용하는 방법 및 시스템

본 발명은 포괄적으로는 하나 이상의 처리 효과를 이용하기 위해 물체 또는 영역을 처리하는 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 평형수(ballast water) 및 평형수 처리 시스템을 소독하기 위해 AC 및 DC 성분을 둘 다 포함하는 중첩된 시변 주파수 전자기파를 맥동 방식으로 적용하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

많은 경우에, 바람직하지 않은 침입 해양 유기체의 운송 제어와 같은 처리 효과가 실현되도록 하기 위해, 예를 들어 평형수 및 평형수 처리 시스템과 같은, 물체 또는 물체를 둘러싸는 매체에 의해 형성된 영역의 처리가 필요하다.

평형수는 선박의 안정성을 조절하거나 흘수(draft)를 늘리거나 그렇지 않으면 선박에 평형작업을 제공하기 위해 선박 내의 밸러스트 탱크(ballast tank)의 안팎으로 펌핑되는 물이다. 그와 같은 평형수에서 외국행 선박에 의한 원치 않는 침입 해양 유기체의 운송을 제어하기 위해, 국제해사기구(IMO)와 USCG는 평형수 처리에 관한 규정을 시행한다. IMO에 의해 규정된 일반적인 제어 요건은 다음과 같이 주어진다:

유기체	최대 배출 허용치
> 50 ㎛	< 10 per cu.m
10~50 ㎛	< 10 per ml
독성 비브리오 콜레라균	< 1 cfu/100 ml
대장균	< 250 cfu/100 ml
장내 장구균	< 100 cfu/100 ml

일반적으로 현재 시판중인 평형수 처리 시스템은 모두 염소 처리, UV 처리, 래디컬(radical) 사용 등과 같은 방법을 사용하는 기존의 소독 개념에 의해 처리한다. 그러나 이러한 소독 방법들 중 그 어느 것도 문제를 완전한 또는 전체적인 방식으로 해결하지 않는다. 시장에 나와 있는 모든 기술은 물 속에 있는 유기체를 죽이는 방법에 초점을 맞추지만, 탱크 내 또는 부식된 강철 영역 아래의 퇴적물에 있는 유기체를 지금까지는 박멸할 수 없었다.

대규모 응용 분야에서 사용되는 가장 일반적인 평형수 처리 소독 기술은 크게 다음과 같이 분류할 수 있다:

1. 전기-염소 처리(활성 물질 사용);

2. UV 소독 시스템(활성 물질 사용하지 않음);

3. 미세 필터/UV/AC 초저주파 애벌랜치 전류(avalanche current)의 결합(활성 물질 사용하지 않음)

해양 산업에서 가장 일반적으로 사용되는 대규모 소독 시스템임에도 불구하고 이 시스템들은 많은 단점이 있다.

전기-염소 처리 시스템은 해수를 전기 분해하여 소독을 위한 염소/하이포아염소산염을 생성하거나 물 속에 있는 유기체를 사멸시키기 위해 DC 전기분해 시스템을 사용한다. 주요 치수에서 50 ㎛보다 큰 유기체는 일반적으로 사이클론 분리기 또는 기계적 메쉬 필터에 의해 사전에 제거된다. 50 μm보다 작은 유기체는 그다음에 염소/하이포아염소산염과 같은 활성 물질에 의해 소독되거나 또는 사멸된다. 전기분해 과정에서 독성 염소 및 폭발성 수소 가스가 필연적으로 생성되는 데 이는 이러한 시스템들의 주요 단점들 중 하나이다.

전기-염소 처리 시스템의 또 다른 문제점은 생성된 활성 물질 및 산화제의 양이 환경에 유해하다는 것이다. 산화제의 양은 대개 물 속에 존재하는 총 잔류 산화물(TRO: total residual oxidants)에 의해 측정된다. 물의 종류와 존재하는 유기체에 따라, 물 속의 유기체를 제어하기 위해 전기-염소 처리 시스템에 의해 요구되는 TRO의 양은 일반적으로 10 ppm 이상이다. 그러나 TRO가 그렇게 높은 물은 환경에도 유해하며 TRO를 줄이기 위한 추가의 처리 없이 직접 배출할 수는 없다.

또 다른 문제는 이러한 높은 TRO 수준이 배관 시스템의 금속 구조물 및 장비에 심각한 부식을 일으키고 일부 비금속 구조물의 재료 무결성에 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 환경적인 이유로, 법적 요건에 따르면 배출수 TRO가 0.2 ppm 이하로 추가 처리되어야 한다. 이 요건을 충족 시키려면, 배출 전에 TRO 감소제를 투여해야 하며, 이는 전기-염소 처리 시스템의 또 다른 단점이다.

평형수 시스템에서 유기체의 효과적인 제어를 위해서는, 대량의(bulk) 물 속에 있는 유기체의 사멸 비율에 초점을 맞추는 대신 생물막 사이트를 제어하거나 근절하는 것이 중요하다. 전기-염소 처리 시스템에서 염소 및 하이포아염소산염은 대량의 물 속의 유기체를 죽이는 데 효과적이지만, 생물막을 침투하여 시스템 내부에서 사는 박테리아와 유기체를 죽이는 성공률이 매우 제한적이다. 분명히 TRO에 의해 유발된 강철 표면의 부식은 소독제에 의해 도달될 수 없는 부식 사이트를 더 많이 생성하여 소독 효능을 상쇄시킨다.

염소-처리 시스템의 또 다른 문제는 식물성 플랑크톤의 재번식을 제어하는 것이다. 식물성 플랑크톤은 양분과 올바른 성장 환경이 존재하는 경우 염소 처리 효과가 약화된 후에 매우 빨리 재번식할 수 있다. 따라서 염소 처리된 평형수가 밸러스트 탱크에 오랫동안 보관되면 식물성 플랑크톤은 여전히 생존할 수 있으며 따라서 물이 처리된 것으로 간주되더라도 다른 국가로 유입될 수 있다. 이 문제는 평형수를 평형 사이클의 일부로서만 처리하고 평형수 배출 시 처리하지 않는 평형수 처리 시스템에서 특히 일반적입니다.

전기-염소 처리 시스템의 또 다른 단점은 밸러스트에 사용되는 물의 천연 염화물 함량이다. 강어귀 또는 강물에서와 같이 염화물 함량이 낮으면, 생성된 염소 및 하이포아염소산염의 양이 효과적인 소독을 위해서는 너무 적을 수 있다. 일부 시스템은 또 다른 탱크를 사용하여 해수를 운반하고 소독을 위해 그 해수를 전기분해하여 담수로 주입하지만 이는 선박의 화물 용량을 감소시킨다.

전기-염소 처리 시스템의 단점은 다음과 같이 요약할 수 있다:

1. 폭발성 수소 가스의 발생;

2. 높은 TRO로 인한 부식 문제;

3. 처리 후 TRO 감소 처리가 필요;

4. 생물 유기체가 염소 처리에 면역될 수 있음;

5. 염소는 생물막을 침투하여 생물막에 사는 유기체를 박멸할 수 없음;

6. 처리 후 식물성 플랑크톤의 재번식을 제어할 수 없음;

7. 물의 염화물 함량이 낮으면 효과적인 소독을 제공할 수 없음.

UV 소독 처리 기술은 UVC 범위의 UV 광을 사용하여 물을 소독한다. 일부는 소독을 위해 UVA 및 UVB를 UVC와 함께 사용할 수 있지만 개념 및 방법은 동일하다. UV가 소독에 사용되는 경우에도 많은 단점이 있다.

UV 처리는 처리 시점에서만 효과적이며, 전체 시스템을 통해 처리 효과를 전달하기 위한 잔류 효과를 갖지 않는다. 처리 시스템이 잔류 처리 효과가 없으면, 탱크를 포함하여 처리 시점에서 사멸되지 않거나 배관 시스템에 남아 있는 유기체 및 박테리아가 다시 번식하고 증식하여 전체 소독 결과가 나빠지게 된다.

UV는 잔류 효과가 없으므로, 생물막을 제거하기 위해 처리된 물에 의해 상기 효과가 수행될 수 없다. 이것은 유기체의 성장 또는 비효과적인 소독을 초래한다.

일반적인 개념은 UV가 어떠한 부식 문제도 일으키지 않지만, 실제 밸러스트 해수 처리에서, 소독 기능에 사용된 매우 강한 UV 투여량이 물의 TRO를 상승시킬 수 있다는 것이다. 극단의 경우, 매우 강한 UV에 의한 TRO의 증가는 특히 TiO₂의 존재에 따라 0.5 ppm까지 높아질 수 있다. 이는 배출수 TRO 요구 사항을 초과할 뿐만 아니라, 잔류 산화제가 침수된 금속 구조물의 부식 속도를 가속화하기도 한다. 이것은 차례로 유기체에 더 많은 서식지를 생성하는 연쇄 효과를 초래하고, 그러면 더 많은 양의 소독이 필요하며, 그 결과 더 많은 TRO와 더 많은 부식이 발생한다.

많은 자외선 밸러스트 시스템은 50 ㎛ 초과의 유기체를 걸러 내기 위해 매우 미세한 필터에 의존하며 박테리아를 포함한 50 ㎛ 미만의 유기체를 사멸하기 위해 UV를 사용한다. UV가 대량의 물에서 박테리아의 효과적인 사멸 및 수의 제어와 함께 효과적인 소독을 제공할 수 있지만, 대형 유기체를 죽이는 데는 덜 효과적이다. 박테리아보다 큰 유기체의 경우, 특히 식물성 플랑크톤의 경우 그것들을 사멸하기 위해 필요한 UV의 강도가 매우 높기 때문에, 그러한 시스템의 전력 소비도 높다. 결과적으로 평형수 처리를 위한 여러 종류의 UV 시스템의 전력 소비는 매우 높다. LED UV를 사용하면 전력 소비를 줄일 수 있지만 LED UV 비용 그 자체가 매우 높다. 저압, 중압 또는 고압 UV 램프의 사용 여부와 관계없이, 대형 밸러스트 용량 선박의 소비 전력이 매우 크기 때문에, 여분의 전력을 공급하기 위해 추가 발전기를 선상에 설치할 필요가 있으며 이는 많은 경우에서 실용적이지 않다.

수질 조건의 영향도 UV 처리의 효능에 영향을 미친다. UV 광의 강도는 물과 접촉하는 UV 램프 석영 슬리브 상의 부착물(fouling) 조건뿐만 아니라 물의 탁도에 의해 크게 영향을 받는다. 항구, 강물 또는 강어귀 물과 같이 미사(微砂) 내용물을 갖는 혼탁한 물 상태에서는, UV 광이 탁한 물을 통과하기가 매우 어렵기 때문에 소독 효능이 상쇄된다. 현재 평형수 처리에 요구되는 큰 유동 조건 하에서 미사를 효과적으로 여과할 수 있는 상용의 여과 시스템은 없다. 만일 물의 탁도 문제가 해결되지 않으면, 탁한 물에서 UV를 적용하는 것은 실용적이지 않다.

물의 탁도 이외에, UV 램프 석영 슬리브 상의 부착물이 UV 처리 효능을 더욱 악화시키는 원인이 될 것이다. 부착물을 청소하기 위해 화학 약품이나 브러시를 사용하면 처리 효능을 어느 정도 유지하는 데 도움이되지만 운전 및 장치 비용이 추가된다.

제3 유형의 처리는 미세 필터와 UV 및 AC 초저주파(ULF) 애벌랜치 전류와 결합한다. 이들은 더 큰 유기체를 제거하여 소독 효과를 유지하기 위해 50 ㎛ 미만의 매우 고성능 미세 필터 메시(mesh)를 필요로 한다. 이는 극히 높은 전력이 사용되지 않는 한 UV + 순수 AC ULF 처리가 대형 유기체를 처리하는 데 덜 효과적이라는 사실 때문이다. 필터 메쉬 또는 시일(seals)이 작동 중 누출이 발생하면, 대형 유기체가 필터를 통과하여 UV 및 ULF 챔버로 직접 들어간다. 그러면 UV + ULF 처리에 영향을 미칠 수 있으므로 대형 유기체 소독 요구 사항을 충족시킬 수 없다.

UV + ULF 처리의 또 다른 결점은 효과적인 소독 제어를 위해 2개의 분리된 공정이 필요하다는 것이다. UV가 없으면, ULF 처리 자체는 소독 효과를 갖지만 엄격한 선박 평형수 처리 요건을 충족시킬 수 없을 것이다. 평형수 처리에서, 소독 요구 사항은 박테리아, 10-50 ㎛ 유기체, 및 50 ㎛ 초과 유기체에 대한 처리 후에 평형수 배출일에 완전한 소독 효과가 발생할 것을 요구한다. ULF 처리만으로는 ULF 강도가 크게 증가하지 않는 한 이 평형수 배출 요건을 충족시키기 위해 2일보다 많은 시간이 소요될 것이다. 대안으로, UV 시스템을 추가하여 ULF 소독 처리 효과(특히, 총 박테리아 수)를 보충하여 둘째 날까지 소독 횟수(disinfection count) 요구 사항을 확실히 충족시킬 수도 있을 것이다. 그러나 일단 UV 시스템이 ULF 시스템에 통합되면, 위에 언급된 UV 시스템의 단점도 결합된 UV + ULF 시스템에 관련된다.

순수한 AC ULF 시스템에 대한 또 다른 문제점은 애벌랜치 전류가 비금속 챔버 또는 파이프 섹션에서만 생성될 수 있다는 것이다. 따라서 금속 평형수 시스템에 적용하기 위해서는, 비금속 파이프 섹션이 강철 평형수 파이프 내에 추가되어야 하며, 이러한 비금속 섹션은 고압을 필요로하는 응용 및/또는 폭발방지 안전 요구사항을 만족시키기 위해서는 충분하지 않을 수 있다.

평형수 처리 요구사항에 관한 전술한 기술적 문제들은 IMO(International Maritime Organization) 요건을 참조하고 있다. 최신 미국 해안 경비대(USCG) 평형수 처리 요구 사항(2016년 초에 시행)은 10-50 ㎛ 식물성 플랑크톤 유기체에 대해 IMO 요건보다 훨씬 더 엄격한 요건을 부과했다.

IMO 요건은 소위 "가장 가능성 있는 수(MPN: Maximum Probable Number)" 카운트 수에 의한 처리 후 10-50 ㎛ 식물성 플랑크톤 수를 허용한다. 즉 식물성 플랑크톤이 처리 후 즉시 죽지 않더라도 14일의 "재번식" 기간을 경과하는 것이 허용된다. 식물성 플랑크톤이 이 14일 동안 증식할 수 없고 총 수가 10/ml 미만으로 잔류한다면, IMO 기준을 통과한 것으로 간주된다.

새로운 USCG 요건에 있어서, 식물성 플랑크톤을 계수하기 위해 MPN을 사용할 수 없다. 식물성 플랑크톤은 시험에서 명시된 기간 동안 유지된 후에 완전히 "사멸"되어야 한다. 유지 기간은 보통 5일 미만이다. 완전 "사멸"은 식물성 플랑크톤 유기체가 증식할 수 없다는 것뿐만 아니라, 식물성 플랑크톤 세포에서 검출 가능한 대사 활동이 없어야 한다는 것을 의미한다.

이 새로운 완전 "사멸" 요건에 따라, 종래의 UV 시스템은 이미 매우 높고 비실용적인 전력 소비 특성에 적어도 4배 내지 5배 더 많은 전력을 부가할 필요가 있다. 이것은 종래의 UV 시스템의 선박에의 적용을 완전히 비실용적으로 만든다.

UV + 순수 AC UL 시스템의 경우, 소비 전력 증가가 종래의 UV의 경우보다 작지만 종래 UV와 동일한 상황이 발생한다.

본 명세서에서 명백하게 앞서 공개된 문서의 목록 또는 논의는 반드시 그 문헌이 최신 기술의 일부이거나 흔한 일반적인 지식이라는 것을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안된다.

효과적이고 환경에 해를 끼치지 않지만 가장 엄격한 최신 USCG 요건을 충족시킬 수 있는 다양한 처리 효과를 얻기 위한 대안 기술을 개발하는 것은 항상 도전 과제였다. 따라서 평형수를 효과적으로 소독할 수 있고 대기 또는 수계 환경에 해를 끼치지 않으면서 가장 어려운 USCG 10-50 ㎛ 식물성 플랑크톤 처리 요건을 충족시킬 수 있는 새로운 방법 및 시스템이 필요하다.

(발명의 요약)

본 발명은 전술한 필요를 충족시키기 위해 개발된 것으로서, 환경적으로 무해하고 주변에 화학 물질을 배출하지 않으면서, 대상 물체 또는 대상 영역에 중첩된 시변 주파수 전자기파를 인가하는 시스템을 제공하는 점에서 주요 이점을 갖는다. 본 발명은본 출원이 우선권을 주장하는 모 출원에 기재된 방법 및 시스템을 이용하고, 평형수를 처리하고 소독하는 특정한 방법 및 시스템을 추가로 제공한다.

본 발명의 또 다른 장점은 평형수를 처리하기 위한 방법 및 시스템을 제공할 수 있고, 종래 기술보다 훨씬 경제적이고 이용하기에 편리하지만 USCG 요건을 충족시킬 수 있는 평형수 처리 시스템을 제공할 수 있다는 것이다.

본 발명의 또 다른 이점은 다음의 바람직한 특징들 중 하나 이상을 갖는 평형수 소독 시스템을 제공할 수 있다는 것이다:

1. USCG 기준에서 요구하는 식물성 플랑크톤에 대해 완전 "사멸" 소독을 제공할 수 있는 능력.

2. 폭발성 수소 가스의 발생이 없음.

3. 종래 시스템에서와 같이 소독 시 물에 염소/하이포아염소산염/오존과 같은 오래 지속되는 잔류 산화제(TRO)를 생성하는 대신에, 본 발명에 의한 소독 효과는 무시할 수 있는 TRO를 생성한다(IMO 또는 USCG에서 요구하는 순수 UV 시스템과 유사함).

4. 필터/사이클론 후 50 ㎛ 초과의 유기체를 사멸시키는 것과 박테리아를 포함하여 50 ㎛ 미만의 유기체를 사멸시키는 것 등 광범위한 유기체 크기에 대한 소독 능력을 갖는다.

5. 밸러스트 배관 시스템 및 탱크 내의 강철 또는 금속 부재에 부식 방지 효과를 부여한다.

6. 바이오-유기체 내성 문제 없음.

7. 생물막에 침투하여 생물막에 존재하는 유기체를 박멸하는 능력.

8. 처리 후 적어도 2주 동안 식물성 플랑크톤의 재번식을 제어하는 능력.

9. 에너지 소비가 낮다.

10. 탁한, 담수, 강어귀 및 해수 조건에서 수행할 수 있다.

11. 긴 잔류 소독 효과.

12. 비금속 및 금속 배관 시스템에 적용하는 능력.

본 발명은 DC 바이어스 된 시변 맥동 파(DC biased time-varying pulsating wave)를 사용하여, UV, 전기-염소 처리 및 순수 AC/ULF 소독 시스템에서 생성되는 것과 같은 바람직하지 않은 부작용 또는 문제들을 일으키지 않으면서 상기 요건을 모두 충족시킬 수 있는 소독 효과를 생성한다.

본 발명은 첨부된 청구 범위의 제1항에 따른 평형수를 처리하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 청구 범위의 제18항에 따른 평형수 처리 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 평형수 처리 방법은 정류된 DC 전력을 초저주파(ULF) AC 파 발생기에 공급하는 단계와, 상기 정류된 DC 전력으로부터 교번하는(alternating) 시변 변조된 저주파 맥동 파를 발생시키는 단계, 상기 교번하는 시변 변조된 저주파 맥동 파를 중첩하여 DC 바이어스 된 맥동 AC 전자기파를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 평형수는 상기 DC 바이어스 된 맥동 AC 전자기파에 의한 처리 전에 기계적 여과 공정을 통과한다. 바람직하게는, DC 바이어스 된 펄스형(pulsed) AC 시변 파 출력은 펄스 폭 변조기에 의해 제어될 수도 있다.

바람직하게는, 본 발명의 시스템은 DC 바이어스 된 맥동 AC 전자기파에 의한 처리 전에 평형수로부터 50㎛보다 큰 크기를 갖는 입자 및 유기체를 분리하기 위한 기계적 여과 시스템을 더 포함한다.

상기 DC 바이어스 된 맥동 AC 전자기파 처리는 많은 다른 방법으로 생성될 수 있다;

a) 다음 설명에서 설명된 방식으로 DC 전원공급장치를 연결하는 방법.

b) ULF AC 파 발생기의 DC 출력에 유도성 다이오드를 연결하는 방법.

c) DC 바이어스 된 출력을 제공하도록 파형을 프로그래밍하는 방법.

상기 시변 AC 파는 또한 간헐적인 파형 또는 다른 구성을 생성하도록 프로그래밍 될 수 있다. 파형은 정사각형, 정현파형, 삼각형, 불규칙형 또는 랜덤형일 수 있지만, AC 시변하고, DC 전류 바이어스 된 성분을 갖고, 및 펄스화되는(pulsed) 한, 필요한 효과를 발생시킬 수 있다. 바람직하게는, 펄스의 주파수 범위, DC 진폭 및 전압은 상이한 유기체를 제어하고 원하는 수질을 제공하도록 미세 조정된다.

본 발명에서, 시변 맥동 파는 DC 바이어스 된 전압 및 전류 위에 실린다. 상기 DC 바이어스 된 맥동 AC 시변 주파수 파는 DC 성분 및 교번하는 파형 모두를 갖지만, 그 처리 효과는 DC, AC 또는 두 개의 별개의 AC 파 및 DC 파를 단순히 결합하는 것과는 완전히 다르다. 예를 들어, 해수를 처리하기 위해 DC 전기분해를 사용할 때 높은 염소/하이포아염소산염, TRO 또는 총 잔류 염소(TRC: Total Residual Chlorine)가 생성될 것이다. 또한 스케일 형성(scale formation), 전극 대 필드 저항 증가 등과 같은 양극/음극(anode/cathode) 표면 분극의 부정적인 문제가 드러날 것이다. AC 맥동 파를 사용할 때 즉각적인 소독 "사멸" 효과는 매우 약하다. 별개의 AC 파 및 DC 파를 결합하면 생성된 살균제로 인한 DC 효과가 즉각적인 사멸 효과를 지배하지만, 높은 TRO/TRC/염소/하이포아염소산염도 생성되어 DC 시스템의 모든 단점을 부가한다. 본 발명의 시변 DC 바이어스 된 맥동 파를 사용할 때, UV 시스템과 유사한 TRO/TRC는 무시할 만 하거나 또는 실질적으로 발생하지 않지만, 즉각적인 소독 사멸 효과는 DC 전기분해 시스템 이상은 아니지만 그 만큼 양호하다.

전기-염소 처리 시스템에서의 DC 전기 분해와 비교하여, DC 전기 분해에서의 양극 및 음극은 물 속의 이온에 의해 양극에서 음극으로 가로 질러 운반되는 고정된 직류 전류를 방출하거나 수용할 것이다. 매우 중요하게도, DC 전기 분해를 사용하는 종래의 전기-염소 처리의 경우, 물 속의 전류는 펄스화되지 않는다. 전자는 전극 표면에서 교환되고 따라서 화학 반응은 전극 표면에서 일어난다. 따라서 염소가 양극 측에서 생성되고, 물에 염화물이 포함되어 있다면, 수소가 음극 표면에서 생성될 것이다. 염소는 물과 추가로 반응하여 소독을 위한 하이포아염소산염으로 만들어진다. 장기간 작동 시, 음극 표면에 미네랄 스케일이 형성되고 스케일을 용해시키기 위해서 산 세척이 필요하다.

순수한 AC ULF 처리 시스템을 사용하면, 양극 또는 음극이 없고 물속에 DC 전류가 없으므로, 그 소독 효과는 정확한 주파수가 비금속 구획 내부에 인가되면 물에서 생성된 하전된 이온파(ionic wave) 에너지에만 의존한다. 이는 소독용 ULF 전하 파가 고정된 순 DC 전류 방향이 없는 교류 파이기 때문에, 하이포아염소산염, 오존 또는 기타 활성 물질과 같은 소독제가 물 속에 생성되지 않기 때문이다. 그러나 순수한 AC ULF 소독 처리는 즉각적인 소독 효과가 없으므로, 다른 시스템의 도움 없이, 50 ㎛ 초과의 유기체, 10 ~ 50 ㎛의 유기체 또는 박테리아에 대해 IMO/USCG 밸러스트 처리 유기체 제어 요구 사항을 충족시킬 수 없다.

본 발명에서, 시변 DC 바이어스 된 맥동 파는 2개의 이미터들 사이에서 생성된다. 동시에, 애벌랜치 하전된 이온파 전류가 또한 상기 시변하는 맥동 효과로 인해 물 속에 생성된다. 본 발명의 구성에 따르면, 순수한 UV 시스템과 유사한 TRO/TRC는, 물 속 및 이미터 표면 둘 다에서 상기 DC 바이어스 된 맥동 AC 시변 파의 교번하는 특성으로 인해 실질적으로 생성되지 않는다. 전기화학 분야에서 일반적으로 알려진 바와 같이, 전극 표면에서 생성된 화학 물질 및 반응은 AC 및 DC 둘 다의 영향을 받는다. 본 발명에서, DC 바이어스 된 전류는 전극 표면에서의 전자 교환에 의해 전극 표면에서 염소와 같은 산화제의 생성을 초래할 수 있지만, 동일한 전극 표면 상에 동시에 작용하는 교번하는 AC 파 전압은 AC 파의 인가된 전압과 그 주파수 범위에 따라 전극 표면에서의 화학 반응을 억제하거나 제어한다.

DC 전기 분해에서, 전극 표면에서 일어나는 화학 반응은 순 DC 과전위 및 전체 화학 반응이 일어날 수 있는 기간에 의해 거의 결정된다. 전형적으로, 전체 화학 반응이 전극 표면에서 일어나기 위해서는, 1초 정도가 요구될 수 있다. DC 바이어스 된 시변하는 AC 맥동 파 조건에서, 각각의 교번 펄스는 밀리 초 또는 마이크로 초 정도이므로, DC 생성된 화학 반응이 전극 표면상에서 일어날 수 있기 전에, 반대 방향 AC 성분 파에 의해 억제된다. 간단히 말해, 전체 DC-유도된 화학 반응이 전극 표면에서 일어날 수 있기 전에, AC 전압과 주파수는 전자가 전극 표면을 가로 질러 교번하는 방식으로 이동하는 것을 허용하면서 화학 반응을 억제하도록 조절될 수 있다.

결과적으로, 매우 강력하고 순간적인 소독 효과가 생성될 수 있다. 이러한 극단적이고 단시간의 순간적인 소독 효과는 염소 또는 하이포아염소산염과 같은 부식성 산화제를 생성하지 않도록 제어될 수 있다. 그러나, 그것의 AC 에너지공급 효과는 오래 지속되는 잔류 소독 효과를 일으킬 수 있다. 또한, 이 DC 바이어스 시변 처리 하에서 이미터로부터 방사된 물 클러스터(clusters)의 여기된 습윤 플라즈마 에너지로부터의 시너지 효과는 소독 효과를 더욱 증폭시킨다. 결과적으로 소독을 통해 50 ㎛ 초과의 유기체, 10-50 ㎛의 유기체 및 박테리아를 포함하여 훨씬 넓은 범위의 유기체를 제어할 수 있다. 또한 초기 순간 소독 강도보다 훨씬 약하지만, 잔류 에너지 소독 효과도 더 길어진다.

50 ㎛ 초과에서 10 내지 50 ㎛ 및 박테리까지 전체 범위의 유기체를 제어하기 위한 효과적인 평형수 처리를 위해, 상기 DC 중첩된 시변하는 파에 의하면, 측정된 물 속의 TRO의 증가는 무시할만 하고 무시될 수 있거나 UV 처리보다 훨씬 낮은 수준이다.

종래의 DC 전기 분해에서, IMO 평형수 요건을 충족시키기 위해 DC 전기 분해에 의해 유기체를 죽이기 위해 요구되는 측정된 TRO 농도는 10 ppm을 초과하고, 전형적으로 15 내지 25 ppm의 범위이다. 처리된 물 속의 TRO는 5일의 평형수 보유 기간 동안 서서히 저하되는 것이 허용되므로 IMO 요건을 통과하기 위해 처리 후 5일 이내에 0.2 ppm 미만으로 낮아져야 한다. TRO 배출 한계를 충족시키지 못하면, 배출하기 전에 TRO 수준을 줄이기 위해 TRO 감소 화학 약품을 추가해야 한다.

본 발명의 DC 중첩된 시변 AC 펄스형 파 방법에서 수소의 발생을 피하기 위해, 예를 들어 금속 파이프 내부 표면을 음극으로 사용함으로써 음극 면적이 또한 증가될 수 있으며, 이것에 의해 음극 전류 밀도가 현저히 낮아질 수 있다. 이러한 방식으로, 전류 밀도가 낮고 또한 음극 전위가 Ag/AgCl 기준 전극에 비해 - 1.1 V보다 더 낮지 않도록 제어되는 한, 음극 표면에서 수소 가스가 생성되지 않는다.

본 발명의 무시할 수 있는 TRO 농도 소독 접근법을 사용함으로써, 물 산화 부식 효과 또한 감소되거나 제거된다. 또한, 본 발명의 또 다른 이점은 상기 시변 DC 바이어스 된 맥동 AC 여기 효과가 강철 표면 상에 쉽게 자철광 층을 형성시켜 부식으로부터 상기 강철을 더욱 보호한다는 것이다. 자철광 생성에 추가하여, DC 바이어스 양 및 전류 흐름 방향이, Ag/AgCl 기준 셀에 비해 -0.8 볼트보다 더 낮아야 하는 종래의 완전 부식 음극 보호 기준을 충족시킬만큼 충분히 음의 값을 갖도록, 상기 강관을 보다 음인 전해질 전위로 이동시키도록 더욱 조절될 수 있다.

본 발명의 DC 바이어스 된 시변 맥동 파 및 그 효과는 별도의 종래 DC 전기 분해 시스템과 소독용 순수 AC ULF 여기 방법의 결합과는 상이하다. 본 발명에서 물 속에 생성된 파 및 전류는 또한 DC 전기 분해와 순수한 AC ULF 여기를 결합하는 효과와는 완전히 상이하다. 하나의 일반적인 물 하우징에서 별도의 DC 전기 분해와 AC ULF 여기에 의하면, (본 발명의 맥동 효과가 없는) 고정된 일정 DC 전류는 어떤 펄스없이 물 속에서 독립적으로 이동하고 상기 생성된 순수한 AC ULF 파 역시 어떤 DC 시프트 없이 물에서 동일한 양 및 음의 전압/전류 크기로 대칭적으로 교번을 계속한다. 이것은 물 속에 감지될 수 있는 시변하는 DC 맥동 파가 없음을 의미한다. 본 발명에 있어서, 전극에서뿐만 아니라 물 속에서 검출된 파형은 지향성 맥동 시변 DC 펄스형 AC 파이다.

본 명세서에서 하우징에 대한 언급은 하나 이상의 챔버에 대한 참조를 포함하고, 또한 파이프를 포함할 수도 있다. 하우징은 폐쇄 루프 시스템의 일부이거나 개방 루프 시스템의 일부일 수 있다.

본 발명과 종래의 DC 전기 분해/순수한 AC ULF 사이의 또 다른 주요한 차이점은 소독 메카니즘 및 최종 효과에 있다.

본 발명의 시스템 및 방법의 시변 DC 맥동 파는, 그것의 맥동하는 이온 전자기 AC 파의 특성으로 인해, 생물막을 침투할 수 있고 또한 유기체의 낭종 또는 알에 영향을 미칠 수 있다. 이것은 생물막 침투 문제와 화학 물질/TRO에 대한 세포의 내성 문제를 해결한다. 화학적 처리와는 달리, 시변하는 DC 바이어스 된 맥동 AC 파 소독 처리는 박테리아 또는 다른 유기체가 내성을 일으키는 징후를 보이지 않았다. 식물성 플랑크톤에 대한 재번식 시험에서도 정확한 처리 량이 주어진 경우 재번식할 수 없음을 확인했으며, 이것은 또한 결과적으로 장기적인 잔류 효과를 제공한다.

시변 DC 맥동 AC 파의 또 다른 주요 이점은 그 소독 효능이 종래 기술 시스템보다 물의 전기전도율(conductivity)의 변화에 덜 민감하다는 것이다. DC 전기 분해의 경우, 양극 출력 전류 및 그에 따라 물로 방출되는 TRO의 개수는 물 전기전도율에 비례한다. 많은 경우들에서, 선박이 바다에서 강어귀 또는 강으로 항해할 때, DC 전기 분해 전류 출력은 물의 전기전도율이 더 낮아 감소할 것이며, 이는 처리 효능에 영향을 미친다. 해수는 염소 생성을 위해 선박에 저장될 수 있지만 많은 물 탱크 공간을 차지한다. 대조적으로, 시변하는 DC 맥동 AC 파 처리가 유기체를 죽이기 위해 높은 TRO 양에 의존하지 않고 그것의 주요 메카니즘은 맥동 AC 파 효과와 전극 표면상의 순간적인 전자 교환 반응의 시너지 효과를 통해 이루어지기 때문에, 생성된 TRO의 양은 전체 처리 효능에 영향을 미치지 않고 따라서 물의 전기전도율은 결과에 영향을 주지 않는다. 상기 시변하는 DC 맥동 AC 파는 담수 및 해수 모두에서 잘 작동하며, DC 전기 분해 시스템보다 물 전기전도율 및 염화물 함량의 변화에 의해 영향을 훨씬 덜 받는다.

DC 바이어스 된 시변 맥동 AC 파를 생성하고 인가하는 시스템 및 방법의 특징은 본 출원이 우선권을 주장하는 출원에 설명되어 있다.

따라서, DC 바이어싱 유닛은 스위치 모드 DC 전원공급장치, AC-DC 컨버터, 재충전 가능한 DC 배터리 및 유도성 다이오드 필터로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 중첩된 시변 주파수 전자기파를 발생시키는 장치는 사전 제작된 전자 회로로서 제공될 수도 있다. 상기 DC 바이어싱 유닛은 실제 필요 및 요구 사항에 따라 가변 DC 바이어스 전압 또는 고정 DC 바이어스 전압을 제공할 수도 있다.

일부 경우에, 상기 DC 바이어스 전압은, 상기 중첩된 시변 주파수 AC 전자기파가 극 비대칭을 갖도록 또는 단일 방향 맥동 파가 되도록, 선택된다. 또는, 상기 DC 바이어싱 유닛이 반파 왜곡, 부분 왜곡 또는 전파(full-wave) 왜곡을 갖는 중첩된 시변 주파수 AC 전자기파를 생성하도록 선택된다.

제1 및 제2 여기 사이트(excitation site)의 위치는 실제 필요 및 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 상기 두 개의 여기 위치는 평형수 내에, 또는 평형수 시스템의 하우징의 동일한 면에 간격을 두고, 또는 평형수 시스템의 두 개의 다른 표면에 배치되거나, 또는 평형수 내에 및 평형수 시스템의 하나 이상의 표면에 배치될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서, AC 파 발생기는 원하는 스위핑(sweeping) 시간에 시변 주파수 AC 전자기파를 갖는 신호를 생성하도록 구성된 제어 유닛, 및 상기 제어 유닛에 결합되어 상기 제어 유닛에서 생성된 신호를 수신하는 하나 이상의 브릿지형 회로를 포함하며, 상기 브릿지형 회로는 상기 수신된 신호에 의해 구동되어 상기 시변 주파수 AC 전자기파의 AC 구동 신호를 생성 및 증폭하며, 상기 브릿지형 회로는, 하나 또는 그 이상의 하프-브릿지 드라이버 집적 회로(IC) 및 각각의 하프-브릿지 드라이버 IC에 결합된 하나 이상의 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 제어 유닛은 AC 구동 신호의 주파수를 시간-변화시키는 프로그램 가능한 집적회로(IC), 및 선택적으로 AC 구동 신호를 안정화시키기 위한 안정화 회로를 포함한다.

바람직하게는, 상기 중첩된 시변 주파수 전자기파의 주파수는 약 100 Hz와 약 1 MHz 사이, 더 바람직하게는 약 100 Hz와 약 200 kHz 사이이다. 상기 중첩된 시변 주파수 전자기파의 스위핑 주파수는 약 1 Hz와 약 1 KHz 사이, 바람직하게는 약 10 Hz와 약 100 Hz 사이이다.

종래 기술에 공지된 방법 및 시스템과는 달리, 본 발명의 핵심은 중첩된 시변 주파수 전자기파를 사용하여 처리될 물체 또는 영역에 적용하는 것이다. 따라서, 상기 물체 또는 영역은 전기장 및 자기장의 효과 및 AC 맥동 및 DC 바이어스 된 성분의 영향을 동시에 받는다. 결과적으로, 전기전도성의 물체 또는 매체 내에 생성된 전류는 맥동하는 하전된 양이온 및 음이온, 전자 또는 다른 전하를 운반할 수 있으며, 이는 분자 클러스터 및 용해된 이온의 진동 및 회전 내부 에너지를 증가시킬 뿐만 아니라 물체 및 매체의 직접적인 여기를 초래한다.

본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 첨부 도면과 함께 본 발명 및 그 실시 형태에 대한 다음의 비한정적인 설명이 참조된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된, 중첩된 시변 주파수 전자기파 시스템의 예시적인 구성의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된, 중첩된 시변 주파수 전자기파 시스템의 예시적인 구성의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제3 실시예에 따라 구성된, 중첩된 시변 주파수 전자기파 시스템의 예시적인 구성의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제4 실시예에 따라 구성된, 중첩된 시변 주파수 전자기파 시스템의 예시적인 구성의 개략도이다.
도 5a 내지 도 5c는 중첩된 시변 주파수 전자기파의 제1 예시적인 파형의 개략도이다.
도 6a 내지 도 6d는 중첩된 시변 주파수 전자기파의 제2 예시적인 파형의 개략도이다.
도 7a 내지 도 7d는 중첩된 시변 주파수 전자기파의 제3 예시적인 파형의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8c는 중첩된 시변 주파수 전자기파의 제4 예시적인 파형의 개략도이다.
도 9a 및 도 9b는 중첩된 시변 주파수 전자기파의 제5 예시적인 파형의 개략도이다.
도 10은 예시적인 AC 파 발생기의 개략도이다.
도 11은 본 발명에 따른 평형수 처리 시스템의 예시적인 구성의 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른 평형수 처리 시스템의 대안의 예시적인 구성의 개략도이다.
도면들에서, 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.

본 발명이 비제한적인 바람직한 실시예와 관련하여 도시되고 기술되지만, 대상 물체 또는 대상 영역에 중첩된 시변 주파수 전자기파를 적용하기 위한 시스템은 많은 다른 구성, 크기, 형태 및 재료로 생성될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "매체"라는 용어는 물체를 둘러싸는 기체, 액체 또는 고체 또는 이들의 임의의 조합을 지칭할 수 있고, 매체 및 물체는 바람직한 처리 효과를 요구하는 영역을 함께 형성한다. 유리하게는, 상기 매체는 이온화되거나 전기전도성이 있으며, 예를 들어 물, 오일, 토양 등과 같은 전해질이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 매체는 평형수를 포함한다.

본 명세서에서 사용된 "액추에이터" 또는 "이미터(emitter)"라는 용어는 대상 물체 또는 대상 영역에 에너지를 공급하여 대상 물체 또는 영역을 중첩된 시변 주파수 전자기파로 처리하기 위해 상기 중첩된 시변 주파수 전자기파를 이용할 수 있는 요소를 지칭한다.

도 1 내지 도 10 및 대응하는 후속 설명은 중첩된 DC 펄싱 이온파 전류를 생성하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 도 11 및도 12 및 대응하는 설명은 평형수를 처리하기 위한 방법 및 시스템에 관한 특정 발명에 관한 것이다.

이제 도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 구성된 시스템(100)을 제공한다. 본 발명의 이 실시예에서, 시스템(100)은 중첩된 시변 주파수 전자기파를 발생시키는 장치(110)를 포함한다. 장치(110)는 AC 파 발생기(112), 및 AC 파 발생기(112)와 직렬로 전기적으로 결합된 DC 바이어싱 유닛(116)을 포함한다.

시스템(100)은 장치(110)의 각각의 출력 단자와 각각 전기적으로 결합된 2개의 액추에이터(120)를 추가로 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)는 컨테이너(140)에 수용된 전기전도성 액체(130)(즉, 바닷물, 담수, 강어귀 물과 같은 물)에 잠긴다. 본 발명의 액추에이터는 중첩된 시변 주파수 전자기파로 전기전도성 액체(130)에 에너지를 공급한다. 제1 여기 사이트(150)와 제2 여기 사이트(160)는 자신들과 액추에이터(120)와의 접속이 단락의 문제를 야기시키지 않도록 상기 액체 내에 이격되어 배치된다. 장치(110), 액추에이터(120) 및 전기전도성 액체(130)는 함께 폐쇄 루프 회로를 형성한다. 이 실시예에서, 액체(물)(130)은 박테리아 및 생물학적 성장의 제어를 목적으로 처리될 것이며, 스케일 형성의 제어, 부식의 제어 및/또는 물의 경도의 제어를 포함할 수 있다. 액추에이터(120)의 재료는 임의의 금속, 고체 전기전도성 재료 또는 전기전도성 재료로 코팅된 재료일 수 있으며, 강철, 구리, 아연, 흑연, 스테인레스 스틸, 티타늄, 금속 산화물 코팅된 티타늄 등으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 액추에이터(120)는 원형, 정사각형, 직사각형 및 삼각형 형상을 포함하는 임의의 기하학적 형상일 수 있고, 바(bar), 로드(rod), 튜브(tube), 접시(dish), 플레이트(plate), 구체(sphere), 큐브(cube), 중공의 형태(hollow forms), 솔리드 형태(solid forms), 천공된 형태(perforated forms), 메시(mesh) 등의 형태로 제공될 수도 있다. 액츄에이터(120)는 액체에 잠기거나, 금속 및 비금속 재료 또는 구조물을 포함하는 전기전도성 재료에 직접 여기를 일으킬 수 있다.

AC 파 발생기(112)는 전원 공급장치와 전기적으로 결합되고, 원하는 스위핑 시간에 시변 주파수를 갖는 AC 전자기파의 AC 구동 신호를 생성하도록 구성된다. 전원 공급 장치는 DC 또는 AC 전원 공급 장치가 될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전원 공급 장치는 유리하게는 DC 특성을 가지며, 입력 DC 신호를 AC 파 발생기(112)에 제공한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 AC 파 발생기(112)는, 원하는 스위핑 시간에 원하는 시변 주파수를 갖는 신호를 발생시키도록 구성되고 프로그래밍 된 제어 유닛(114)을 포함하며, 제어 유닛(114)에 의해 생성된 이 신호는 밀리 암페어(milli-amperes)의 크기를 갖는다.

AC 파 발생기(112)는 제어 유닛(114)에 의해 생성된 신호를 수신하기 위해 제어 유닛(114)에 전기적으로 결합된 하나 이상의 브릿지형 회로(115)를 더 포함한다. 브릿지형 회로는, 예를 들어, 밀리 암페어 내지 암페어의 크기 범위에서 AC 구동 신호를 생성 및 증폭하도록 상기 수신된 신호에 의해 구동될 수 있다. 이 AC 구동 신호는 원하는 스위핑 시간을 갖는 시변 주파수 AC 전자기파에 상응하며, DC 출력에 중첩하기 위해 DC 바이어싱 유닛(116)으로 전달된다. 브릿지형 회로(115)는 도시된 바와 같이 병렬로 두 세트의 서브회로를 포함한다. 각각의 서브회로는 2개 이상의 MOSFET와여 하프-브릿지 드라이버 집적회로를 포함한다. 주 AC 전원이 인가되는 경우, AC 전원을 DC 전원으로 변환하기 위해 AC-DC 컨버터가 AC 파 발생기(112)에 내장될 수 있으며, 그 다음에 DC 전원은 제어부(114)에 인가된다. 전원 공급 장치는 실제 응용에 따른 전압, 예를 들어, 약 12V 내지 약 200V 사이의 전압을 AC 파 발생기(112)에 인가한다.

AC 파 발생기(112) 내의 다양한 전자 부품은 인쇄 회로 기판(PCB) 상에 제공될 수 있다. AC-DC 컨버터 또는 정류기가 필요한 경우 그것은 컴팩트한 구조로서 PCB에 장착될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 제어 유닛(114)은 원하는 스위핑 시간에 시변 주파수 신호를 생성한다. 스위핑 시간은, 액체가 정확한 노출 시간주기 동안 해당 주파수에 노출되는 정확한 시간 프레임을 갖는 것을 보장하도록 선택된다. 다른 어플리케이션의 경우, 광범위한 주파수가 선택될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 사용되는 중첩된 시변 주파수 전자기파의 주파수는 100 Hz 내지 1 MHz 범위, 바람직하게는 100 Hz 내지 200 kHz 범위이며, 스위핑 주파수는 약 1 Hz 내지 1 kHz, 바람직하게는 10 Hz 내지 100 Hz의 범위에 있다. 상기 중첩된 시변 주파수 전자기파의 파형은 정사각형, 삼각형, 직사각형, 정현파 또는 다른 형태일 수 있다. 이 실시예에서, 제어 유닛(114)은 AC 구동 신호의 주파수를 시간에 따라 변화시키는 프로그램 가능한 집적 회로(IC), 및 상기 AC 구동 신호를 안정화시키는 안정화 회로를 포함한다.

DC 바이어싱 유닛(116)은 AC 파 발생기(112)와 직렬로 전기적으로 결합되며, 가변 또는 고정될 수 있는 소정의 DC 바이어스 전압을 갖는 DC 출력을 생성하도록 구성된다. DC 바이어싱 유닛(116)은, DC 출력이 AC 파 발생기(112)로부터 수신된 증폭된 AC 구동 신호와 혼합되어 상기 중첩된 시변 주파수 전자기파를 발생시키도록 프로그래밍되며, 여기서 상기 시변 AC 파형은 상기 소정의 DC 바이어스 전압에 실린다. 이 실시예에서, DC 바이어싱 유닛(116)은 스위치 모드 DC 전원공급장치이다. 재충전식 DC 배터리 또는 AC-DC 정류기 전원공급장치는 DC 바이어싱 유닛(116)에 대한 가능한 대안이다. 재충전식 DC 배터리가 DC 바이어싱 유닛(116)으로서 사용될 때, 매우 순수한 DC 출력이 생성될 수 있고, 이것은 매우 순수한 DC 소스가 필요한 일부 응용에 특히 적합하다.

DC 바이어스 전압이 AC 파 발생기(112)로부터 오는 AC 맥동 파형의 전압 및 주파수와 정합하는 것이 유리하다. 일반적으로, DC 바이어스 전압은 시변 맥동 파형 전압보다 낮다. 따라서 DC 바이어스 전압은 다양한 현장 처리 요구 사항에 맞게 조정할 수 있다. 경우에 따라, DC 바이어스 소스는 시변 맥동 AC 파가 DC 바이어스 소스로 쇄도할 경우 전류/전압의 유입을 취할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 한 특징은, 상기 고유한 중첩된 시변 주파수 전자기파가 AC 파 발생기(112), DC 바이어싱 유닛(116) 및 액추에이터(120)의 올바른 조합이 서로 직렬로 연결될 때에만 발생될 수 있다는 것이다.

본 발명의 중첩된 시변 주파수 전자기파는 DC 성분의 인가와 별도의 시변 주파수 AC 파의 단순한 조합과 상이하다. DC 성분이 시변 주파수 AC 파에 별도로 인가되는 경우, 액체 내에 중첩된 DC 펄스형 파가 생성되거나 나타나지 않는다. DC 성분은 정적이며 자체 DC 효과를 별도로 발휘할 것이며, DC 특성이 없고 양의 진폭과 음의 진폭에서 균형을 이룬 별도의 시변 주파수 AC 파 역시 자체 효과를 발휘할 것이다.

입력 DC 신호가 AC 파 발생기(112)에 제공되는 경우, 발생기(112)는 시변 주파수 AC 전자기파에 대응하는 AC 구동 신호를 특정 스위핑 시간에 발생시키고 증폭하며, 그것은 예를 들면 정현파 형태의 파이다(도 5a 내지 도 5c 참조). 시변 주파수 AC 교번 전자기파의 증폭된 AC 구동 신호는 DC 바이어싱 유닛(116)으로 전달되며, 여기서 미리 정의된 바이어스 전압(V_DC)을 갖는 DC 바이어스 출력은 AC 구동 신호와 혼합된다. 이러한 혼합의 결과는 AC-DC 중첩된 신호이고, 여기서 시변 AC 전자기파는 DC 사전설정 레벨에 실려서 혼합-주파수 전압을 갖는 중첩된 시변 주파수 전자기파(이하, "DAC 파"라고 함)를 생성한다. DAC 파에서, DC 성분은 정적이 아니라 오히려 AC 성분과 함께 맥동 및 시변 방식으로 진행한다. 그러므로, 액체(130) 내에 생성된 DC 성분을 포함하는 펄싱 이온파 전류가 존재할 것이다. 즉, 액체(130) 내에 흐르는 물리적 이온 또는 전하가 존재하며, 이것은 중요하고 구별되는 본 발명의 특징이다. 이러한 이온파 전류에 영향을 받은 후에, 액체의 진동 및 회전 에너지를 포함하는 내부 에너지가 변화되어, 전자 또는 양전하를 운반하는 액체 분자 클러스터를 생성한다. 이것은 액체 분자의 클러스터링 배열을 변화시킬 수 있으며, 더 중요하게는 에너지가 주위로 완전히 소산되기 전에 일정 기간 동안 액체에 저장될 수 있다. 상기 액체에 저장된 에너지는 다양한 처리 효과에 중요한 역할을 한다.

몇몇 경우들에서, 제어 가능한 DC 중첩 크기를 갖도록 상기 DAC 파를 제어할 필요가 있다. 예를 들어, DAC 파가 생물오염 제어 목적으로 적용되는 경우, DC 바이어싱 전압(V_DC)는 DC 중첩 크기가 연속 변동으로 또는 단계적으로 - 60V 내지 + 60V 사이에서 변화 제어되도록 설정될 수 있으며, 물론 더 높은 전압이 인가될 수 있다. 일반적으로 DC 중첩(imposition) 크기의 최대 한도는 안전 작동 한계에 의해 결정되며 맥동 파 피크 전압보다 낮게 제어된다. 음 및 양 극성은 영구적으로 설정되거나 미리 프로그램 된 주파수로 또는 수동으로 단자 극성을 전환함으로써 제어될 수 있다.

DAC 파의 극성은 주로 DC 성분에 의해 특징 지어지며, DC 성분의 극성 및 전체 루프 전원 전류 흐름 방향에 의존한다. DAC 파의 평균 전압은 두 가지 성분을 갖는 것으로 보일 수 있으며, 하나는 AC 진폭이고 다른 하나는 DC 바이어스 전압이다. 이들 각각의 크기는 자체 기능을 가지고 있지만, 종종 서로에게 시너지 효과를 제공한다. 일부 시나리오에서는, 예를 들어 생물유기체(bio-organism) 부착을 방지하기 위해, 큰 AC 전압 진폭이 필요하다. 다른 시나리오에서는, 예를 들어, 전체 부식 방지 기준을 충족하기 위해 부식 제어 시 보호할 구조 표면을 덮는 충분한 전류 밀도를 제공하는 경우에, DC 크기(즉, DC 바이어스 전압)가 중요하다. 또한, 생성되는 소독 효과의 유형을 제어하는 것과 같은 일부 응용에서 AC 대 DC 진폭의 비율이 중요하다. 높은 DC 크기는 더 긴 잔류 시간 소독제를 생성할 수 있는 반면 높은 AC 크기는 더 짧은 수명의 소독제를 생성할 수 있다. 따라서, AC 진폭 전압 및 DC 바이어스 전압은 DAC 파가 필요한 실제 응용에 따라 조정 및 선택될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, DAC 파의 극성은 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 비대칭으로 변경될 수 있다. 도 5a에서 DAC 정현파는 절대 음으로 가지 않고, 도 5c에서 DAC 정현파는 절대 양으로 가지 않으며, 도 5b에서 DAC 정현파는 음보다 양에서 더 많은 시간을 보낸다. DAC 파의 극성을 변경하는 방법 중 하나는, 원하는 경우 DAC 정현파의 극성이 달라질 수 있도록, 다른 DC 바이어스 전압(V_DC)을 제공하도록 DC 바이어싱 유닛을 구성하는 것이다.

예를 들어 정사각형파, 직사각형파, 삼각형파 등의 정현파형 이외의 파형이 본 발명에 대해 가능하다. 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d는 파형들의 가능한 몇몇 변형을 도시한다. 생물오염을 방지하기 위해 DAC 파가 물에 적용되는 경우와 같은 DAC 파의 특정 응용에서, 규칙적인 파형 대신 왜곡된 파형을 사용하면 생물유기체 제어에 더 좋은 효과를 낼 수 있다. 생물 유기체는 파형의 변화에 적응하기가 어렵고 따라서 더 효과적인 소독 결과가 실현될 수 있다고 믿어진다. 도 8a 내지 도 8c에는 파형 왜곡의 몇 가지 예가 도시되어 있다. 왜곡된 파형은 필터링 다이오드 또는 필터 회로에 의해 얻을 수 있다. 또는 AC 파 발생기는 많은 다른 가능한 왜곡된 파형을 생성하도록 프로그래밍이 될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따라 구성된 시스템(200)이 도시되어 있다. 이 실시예의 시스템(200)은, DC 바이어싱 유닛으로서 유도성 다이오드 필터(216)가 선택된 점을 제외하고는, 제1 실시예에 도시된 시스템과 구조적으로 동일하다. 유도성 다이오드 필터(216)는 시변 주파수 AC 전자기파의 양 또는 음의 절반의 전부 또는 일부를 필터링하여 양의 성분 또는 음의 성분만을 갖는 비대칭 파를 생성하는 기능을 한다. 이 실시예에서, DAC 파는 양 또는 음의 방향으로만 진폭을 갖도록 바이어싱 되어 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같은 파형들을 발생시킨다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제3 실시예에 따라 구성된 시스템(300)을 도시한다. 본 실시예의 시스템(300)은, 파이프(340)와 파이프(340) 내를 유동하는 물(330)과 같은 유체가, 처리될 대상 영역을 함께 형성한다는 것을 제외하고는, 제1 실시예에서 도시된 시스템과 구조적으로 동일하다. 도 3a에서, 파이프(340)는 비금속 재료로 만들어지고 두 개의 액추에이터(320)는 유체 내에 위치한 제1 및 제2 여기 사이트와 연결되도록 배치된다. 필요한 경우, 전자기 효과를 향상시키기 위해 인덕터가 여기 사이트들 중 하나와 연결되도록 배치될 수 있다. 도 3b에서, 파이프(340)는 금속 재료로 제조된다. 이 경우, 하나의 액츄에이터(320)가 유체 내에 위치된다. 다른 여기 사이트는 파이프(340) 자체 상에 위치되고, 이 여기 사이트는 DAC 파 발생 장치의 출력 단자와 직접 전기적으로 결합된다. DAC 파는 액체(330)와 파이프(340) 내에서 서로 다른 방향으로 무작위로 갈 수 있으며, 이것은 액체 및 파이프 내의 다수의 사각 지대 또는 구역에 DAC 파가 도달하고 따라서 DAC 파로 처리되는 것을 보장한다. 도달하기 매우 어려운 일부 사각 지대 또는 구역의 경우에, DAC 파의 복귀를 강제하기 위해 사각지대 영역들에 여분의 접속점(360)이 제공될 수도 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제4 실시예에 따라 구성된 시스템(400)을 도시한다. 본 실시예의 시스템(400)은, 액추에이터가 대상 영역을 여기시키기 위해 코일(420)의 형태로 제공되는 것을 제외하고는, 제1 실시예에서 도시된 것과 동일하다. 자기장 효과를 높이기 위해 페라이트가 코일 내부 또는 코일 외부에 통합될 수 있다. 마찬가지로, 코일(420)은 액체 내에(도 4a) 또는 액체 위에(4b) 잠길 수 있다.

본 발명의 방법에서, 액츄에이터는 물 속에 위치될 수 있다. 액추에이터의 위치는 전해질에서 생성된 전위 구배가 최소가 되도록 구조물로부터 먼 거리에 있을 수 있다. 액추에이터가 구조물로부터 "원격" 배치되거나 반대로 위치되면, DAC 파가 전체 구조물 표면에 걸쳐 균등하게 분산되어, 균일하고 완벽한 보호 효과를 제공할 수 있을 것이다.

상기 실시예들에서 논의된 시스템들은 요구되는 DAC 파를 고유하게 생성할 수있다. 특정 응용에 대해 원하는 치료 효과를 위해 적절한 시스템이 선택될 수 있다.

본 발명은 평형수의 처리 및 평형수 처리 시스템에 대한 전술한 시변 DC 맥동 파의 특정 응용을 제공한다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다. 각 실시예에 도시 된 요소들은 임의의 다른 실시예에 도시된 요소들과 교환 가능하다는 것을 유의해야 한다. 도 11은 비금속 하우징 구조물 또는 비금속 내부 라이닝(lining)을 갖는 강철(또는 다른 금속) 하우징을 갖는 시스템의 효과를 도시하고, 도 12는 비금속 라이닝 구조가 없는 금속 하우징에 대한 효과를 도시한다.

본 발명에서, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 시변 DC 맥동 파 소독 시스템은 기계적 분리 수단(500)을 통해 처리 시스템 내로 통과되는 평형수(330)에 대해 사용된다. 주요 길이 치수가 50 ㎛를 초과하는 입자 및 유기체의 사전 분리가 기계적 분리 수단(500)을 사용하여 수행되며, 이것은 여과기(strainer), 사이클론(cyclone) 또는 필터와 같은 임의의 적합한 수단일 수 있다. 50 ㎛ 초과의 일부 생물유기체가 분리기(500)를 통과할 수 있지만, 대부분은 여과 분리 공정에서 제거될 것으로 예상된다. 분리기(500) 이후 공정 흐름에 배치된 UV 유닛이 통합될 수 있지만 시스템 성능에 영향을 미치지 않을 것이다. 이러한 부가는 본 발명의 선택적 특징으로 고려될 수 있다.

DC 바이어스 된 시변 맥동 파는 DAC 파 발생기(110)에 의해 발생된다. 전력 공급원(501)은 통상 230V/440V, 50/60 Hz AC 전원공급장치로부터 정류된 전력을 ULF 파 발생기(110)에 제공한다. 파 발생기(110)는 입력되는 정류된 DC 전류를 출력으로서 교번하는 시변 변조된 저주파수 파로 변환하는 전자 회로 보드로 구성된 시변 DC 맥동 파 발생기를 포함한다. DC 중첩은, 다양한 수단에 의해, 예를 들어 도 12에서 참조 부호 '610'로 나타낸 가변 출력 DC 스위치 모드 전원 공급 장치 또는 재충전식 DC 배터리를 사용하여, 또는 도 11에서 참조 부호 '510'로 나타낸 유도성 다이오드 필터를 사용함으로써 수행될 수 있으며, 후자는 비대칭 DC 중첩된 펄스형 시변 파에 유사한 처리 효과를 생성하지만 어떤 추가적인 DC 전원도 필요로 하지 않는다.

도 11은 전기 비전도성 재료의 하우징(540)에 대한 구성을 도시하며, 구성에서 2개의 이미터(520)가 하우징(540) 내의 평형수(330)에 위치된다. 도 12는 금속 또는 전기전도성 재료 하우징(640)에 대한 구성을 도시하며, 구성에서 하나의 이미터(620)는 하우징(640) 내의 평형수(330)에 위치되고, 다른 하나의 이미터(660)는 금속 하우징(640) 자체에 위치된다.

평형수에 배치된 이미터(520, 620)는 바람직하게는 흑연과 같은 반 소모성 또는 비소모성 재료로 이루어지거나, 예를 들어 실리콘 크롬 철, 전기전도성 탄소 또는 전기전도성 탄소 코팅된 기재(substrate), 금속 산화물 코팅된 기재, 또는 백금 코팅된 티타늄 또는 다이아몬드 도핑된 기재를 포함할 수 있다.

순수 DC 펄스형 시변 파를 수신하는 대응하는 이미터(520, 660)는 임의의 금속 재료 또는 전기전도성 비금속 재료로 제조될 수 있다. 금속성 하우징(640)의 경우, 하우징 자체가 순수 DC 파 수신 이미터(660)로서 사용될 수도 있다.

이미터 또는 이미터 쌍의 개수는 처리 효능 요구사항에 따라 직렬로 또는 개별적으로 증가될 수 있다. 이미터 쌍의 주파수와 강도는 상이한 유기체들의 특정 주파수 범위 요구 사항을 충족시키기 위해 개별적으로 제어될 수도 있다.

도 11에 도시된 바와 같은 비금속 하우징(540)을 사용할 때, 양호한 애벌랜치 전류가 동시에 생성될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같은, 비금속 하우징(640)의 경우에, 애벌랜치 전류의 생성을 향상시키기 위해 비전도성 재료 라이닝이 제공될 수도 있다. 그러나, 강철과 같은 재료의 금속 하우징(640)도 이미터 여기 에너지에 의해 생성된 자철광 보호 층의 생성에 의한 음극 보호와 유사한 부식 방지 효과를 또한 받을 것이다.

도 11 및 도 12는 출력 전류를 제어하기 위한 인덕터 코일(570)을 도시한다. 그러나 대안으로 펄스 폭 변조 기술이 DAC 파형 발생 회로 설계에 통합되고 출력 전류, 출력 파형 설계, 펄스 주파수, 주파수 범위, 스위핑 주파수 및 인가된 전압을 제어하는 데 사용될 수 있다.

DAC 파 발생기(110)에 의해 생성된 DC 바이어스 된 시변 맥동 파는 몇 가지 중요한 특성을 갖는다. 맥동 파는 제어 가능한 DC 중첩 크기를 가지며, 이 크기는, 모든 실제 목적을 위해, 연속적으로 또는 단계적으로 - 60 V에서 + 60 V까지 변하도록 제어될 수 있지만, 보다 높은 전압이 적용될 수도 있다. 일반적으로 DC 부과 크기의 최대 한도는 안전 작동 한계에 의해 결정되며 또한 맥동 파 피크 전압보다 낮게 제어된다. 음극성 및 양극성은 영구적으로 설정되거나 사전 프로그래밍 된 주파수로 또는 수동으로 단자 극성을 전환하여 제어될 수도 있다.

전술한 바와 같이, DC 중첩된 시변 주파수 파의 기본 파형은 정사각형, 삼각형, 정현파형 또는 다른 랜덤 형태일 수 있고, DC 중첩된 시변 주파수 파의 최종 출력은 도 5 내지 도 9에 도시된 조합들 중 어느 하나일 수 있다.

DC 바이어스 된 시변 펄스형 파는 비대칭 ULF 파에 의해 또는 유도성 다이오드 필터, 종래 다이오드 또는 필터링 회로의 사용에 의해 생성될 수 있다. ULF 파가 비대칭 또는 오프셋일 때, 시간에 따라 변하는 AC 파는 DC 바이어스 된 파가 될 것이다. 파형에 스파이크를 생성하여 소독 성능을 향상시키기 위해, 동일한 필터링 또는 정류기 구성 요소가 사용되거나 별도로 추가될 수도 있다.

본 발명을 위한 DC 중첩은 다음 방법들 중 하나에 의해 제공될 수 있다:

1. 스위치 모드 DC 전원공급장치 또는 가변 또는 고정 출력 전압을 갖는 다른 AC-DC 정류기 전원 공급 장치를 사용한다.

2. 유도성 다이오드 필터를 사용하는 경우, DC 중첩(imposition)은 AC 파 진폭의 양 또는 음의 절반의 전부 또는 일부를 필터링하고 상기 파 진폭을 양 또는 음의 방향으로만 바이어싱 함으로써 달성된다.

3. 유도성 다이오드 필터 또는 DC 대신에 DC 중첩 목적으로 충전식 DC 배터리가 또한 사용될 수 있다.

4. 원하는 비대칭 AC 펄스형 시변 파를 생성하기 위해 특정 회로 설계를 사용한다.

상기 맥동 파 주파수 범위는 100 Hz 내지 1 MHz 일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 kHz 내지 200 kHz 사이이다.

상기 맥동 주파수 범위의 스위핑 주파수는 1 Hz 내지 1000 Hz 사이의 임의의 값일 수 있다.

전술한 바와 같이, 시스템이 금속 배관 또는 하우징 시스템(640) 내에 설치될 때, 금속 하우징은 파 복귀 이미터(660)로서 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 파 방출 이미터(620) 재료는 또한 소모성 또는 비소모성 재료 중에서 선택될 수 있다. 마그네슘 또는 알루미늄 양극과 같은 소모성 재료를 선택하면, 염소를 생성하지 않는 추가 이점이 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 MgC0₃+MgO 또는 알칼리성 환경을 제공하는 다른 알칼리 재료로 감싸진 강철봉을 사용하는 새로운 복합 전극을 사용하여 강철 양극 표면 상에 본래 위치에에서(in situ) 생성된 자철광 층을 생성시키는 것을 포함한다. 이러한 전극은 자철광을 생성하기 위해 DC 전류와 함께 사용되었지만, 이것은 자철광 생성 전에 종종 Fe₂O₃가 생성된다는 단점이 있다. 결과적으로, 강철봉은 여전히 소모되고 영구 전극을 형성하는 목적은 달성하기 어렵다. 본 발명에서, 강철봉은 DC 바이어스 된 시변 맥동 파에 의해 에너지공급되고, 정적 DC 전류 대신에 맥동 파의 존재로 인해, 자철광은 상기 맥동 파로부터의 더 높은 에너지 공급 덕분에 강철봉 상에 매우 효과적으로 형성될 수 있다. 자철광 형성을 더욱 향상시키기 위해, 강철봉을 일시적 파 방출 이미터에 연결함으로써 강철봉은 DC 바이어스 된 시변 파를 사용하여 먼저 미리 에너지공급될 수 있다. 강철봉이 MgO+MgC0₃ 알칼리 환경에서 상기 일시적 파 방출 이미터로부터 DC 바이어스 된 시변 파 전류를 수신할 때, 강철봉 위에 자철광 층이 쉽게 형성될 것이다. 자철광을 형성한 후, 강철봉은 파 복귀 이미터로서의 위치에서 분리되어 영구적인 자철광 이미터로서 사용될 수 있다.

처리 시스템에서 소모성, 반 소모성 또는 영구적인 파 이미터 및 복귀 이미터 및 조합들의 사용은 다양한 현장 조건에 적합하도록 많은 가능한 배치로 배열되거나 필요에 따라 수정될 수 있다. 일반적으로, 파 이미터와 복귀 이미터 조립체는 처리 시스템의 일반적인 배관 시스템의 일부이거나 또는 별도의 파 이미터/복귀 이미터 챔버에 배치될 수 있다.

본 발명의 시스템 및 방법에서, 물 속의 TRO는 DC 중첩 양에 의해 제어되거나 완화된다. DC 중첩 제어는 평형수 처리 요구 사항 또는 다른 응용에 적합하도록 수동으로 또는 자동 TRO 농도 피드백 제어기를 통해 제어될 수 있다.

신선한 물에서 바닷물로 또는 그 반대로 항해하는 것과 같이 전기전도율의 급격한 변화가 알려지지 않은 물에서 선박이 항해를 해야 하는 경우가 많이 있다. 이러한 상황에서 전기전도율에 급격한 변화가 있을 수 있으며 높은 전기전도율의 물에서 항해를 할 때 전류 출력이 크게 증가하거나 선박이 담수 강이나 호수에 있을 때 출력 전류가 너무 낮을 수 있다. 통상적으로, 전류를 제어하는데 정전류 변압기가 사용될 수 있다. 그러나 정전류 변압기는 전압을 변화시킴으로써 전류 출력을 조절하고 높은 전기전도율 해수의 상황에서 전압은 과전류를 피하기 위해 담수에서의 48V의 높은 전압과 비교할 때 수 볼트만으로 떨어뜨릴 필요가 있다. 이것은 해수 전도성이 50 ms/cm로 높고 신선한 호수 물이 0.1 ms/cm 만큼 낮은 전기전도율을 가질 수 있기 때문이다. 전압이 수 볼트만으로 낮아지는 경우 유기체 사멸 효과를 생성하기에는 너무 낮고 불충분하다. 유사하게, 높은 염분 조건 하에서 최대 전류를 수용하도록 최대 전류가 설정되면, 담수 조건에서 전압은 최대로 유지되지만 전류는 너무 낮아서 정전류 변압기 정류기 제어 기능에 의해 사멸 효과를 생성할 수 없다.

상기 문제점을 극복하기 위해, 본 발명에서, 펄스 폭 변조 방법이 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 미리 결정된 "유효 사멸 전압 및 전류"가 가장 낮은 전기전도율 조건에 대해 프로그램에 먼저 설정된다. 전기전도율이 증가할 때 펄스 대역폭이 감소되어 전류 실효값(root mean square value)이 감소하지만 전압은 일정하게 유지된다. 이 방법으로, 물 속의 유기체는 필요한 전압 및 전류 처리를 받게 될 것이므로 모든 종류의 수질 조건 하에서 우수한 소독 효과가 생성되거나 유지될 수 있다.

본 발명의 모든 실시예들에서, 시변 DC 맥동 파의 생성은 전술한 바와 같으며, 저주파 시변 맥동 전자기파 신호에 직류 전류를 중첩하는 것을 포함한다. 저주파 시변 전자기파는 정현파형, 정사각형, 삼각형 또는 랜덤 형태일 수 있다. 그러나, 주파수 범위는 바람직하게는 100 Hz 내지 1 MHz의 범위에서 작동하고, 1 Hz 내지 1000 Hz의 스위핑 주파수로 변한다. 주파수 범위 및 스위핑 주파수의 선택은 유체 품질, 유속 및 처리 목적에 따라 결정된다.

따라서, 본 발명은, 매우 간단하고 비교적 저렴하며 보다 환경 친화적인 평형수 및 평형수 처리 시스템에 중첩된 시간 변동 주파수 전자기파를 적용하는 시스템 및 방법을 제공한다. 가장 중요한 것은 추가 발전기를 설치할 필요없이 선박에서 사용할 수 있고 전력 소모가 상대적으로 낮으면서도 USCG 요구 사항을 충족한다는 것이다.

본 발명의 주어진 양태, 특징 또는 파라미터에 대한 선호 및 옵션은, 문맥이 달리 나타내지 않는 한, 본 발명의 모든 다른 양태, 특징 및 파라미터의 임의의 및 모든 선호 및 옵션과 함께 개시된 것으로 간주되어야 한다.

본 명세서에 기술된 실시예가 예시적인 시스템 및 방법으로 의도되었지만, 본 발명은 예시된 실시예에 제한되지 않음을 통상의 기술자는 이해할 것이다. 통상의 기술자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 통상의 기술자의 통상의 지식에 의해 많은 다른 가능한 변형 및 수정을 구상할 것이지만, 그러한 변형 및 수정은 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (37)

1. 중첩된 시변 주파수 AC 전자기파를 평형수에 적용하는 평형수 처리 방법에 있어서,
   시변 주파수를 갖는 AC 구동 신호가 미리 정의된 DC 바이어스 전압을 갖는 DC 출력에 실려서 순수 DC 바이어스 된 맥동 AC 전자기파를 형성하는 중첩된 시변 주파수 전자기파를 발생시키는 단계;
   상기 시변 중첩된 DC 맥동 전자기파 전류를 하나 이상의 이미터에 전송하는 단계; 및
   상기 DC 바이어스 된 맥동 전자기파 전류에 상기 평형수를 적용하여 상기 평형수를 여기시키는 단계;
   를 포함하고,
   상기 여기시키는 단계는 DC 성분을 갖는 이온 전류의 흐름을 평형수 내에서 맥동 시변 AC 방식으로 이동하도록 하고 상기 평형수 시스템 및 상기 평형수 또는 상기 평형수의 분자들 및 전자들의 진동을 유도하며,
   상기 이미터는 상기 DC 바이어스 된 맥동 전자기파를 전송하는, 평형수 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   정류된 DC 전력을 초저주파수(ULF) 파 발생기에 공급하는 단계;
   상기 정류된 DC 전력으로부터 교번하는 시변 변조된 저주파 맥동 파를 발생시키는 단계; 및
   상기 교번하는 시변 변조된 저주파수 맥동 파를 중첩하여 상기 순수 DC 바이어스 된 맥동 전자기파를 형성하는 단계;
   를 포함하는, 평형수 처리 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 DC 바이어스 된 맥동 전자기파에 의한 처리 전에, UV 유닛 또는 기계적 여과 공정을 통해 평형수를 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 평형수 처리 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이미터는 하우징에 수용되고,
   상기 평형수는 상기 하우징을 통해 통과되는, 평형수 처리 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 하우징은 하나 이상의 챔버를 포함하는, 평형수 처리 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 하우징은 하나 이상의 파이프를 추가로 포함하는, 평형수 처리 방법.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징은 폐쇄 루프 시스템의 일부인, 평형수 처리 방법.
8. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징은 개방 루프 시스템의 일부인, 평형수 처리 방법.
9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징은 금속 재료 또는 전기전도성 재료로 만들어지고,
   하나의 이미터가 상기 평형수 내에 제공되고 또 하나의 이미터가 상기 하우징 상에 제공되는, 평형수 처리 방법.
10. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 비금속 재료 또는 전기 비전도성 재료로 만들어지고, 한 쌍 이상의 이미터가 상기 평형수 내에 제공되는, 평형수 처리 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중첩된 시변 주파수 전자기파의 주파수는 약 100 Hz와 약 1 MHz 사이, 바람직하게는 약 0.1 KHz와 약 200 KHz 사이인, 평형수 처리 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중첩된 시변 주파수 전자기파는 약 1 Hz와 약 1 kHz 사이, 바람직하게는 약 10 Hz와 약 500 Hz 사이의 스위핑 주파수를 갖는, 평형수 처리 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생성된 DC 바이어스 된 시변 중첩된 맥동 이온파 전류는 고정된 주파수, 시변 주파수 또는 랜덤 주파수를 갖는 DC 바이어스 된 AC 전류인, 평형수 처리 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 에 있어서,
    하나 이상의 이미터는 알칼리 환경을 생성하기 위해 MgO+MgC0₃ 또는 다른 알칼리 재료로 코팅된 강철봉을 구비하는 파를 발신하는 이미터를 포함하고, DC 바이어스 된 맥동 전자기파는 상기 강철봉 상에 자철광 층을 형성시키는, 평형수 처리 방법.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항 에 있어서,
    상기 DC 바이어스 된 펄스형 시변 파 출력 전류는 인덕터 코일의 사용에 의해 제어되는, 평형수 처리 방법.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 된 펄스형 시변 파 출력은 펄스 폭 변조기에 의해 제어되는, 평형수 처리 방법.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 된 시변 중첩된 DC 맥동 전자기파는 상기 평형수의 생물오염을 제어하는, 평형수 처리 방법.
18. 평형수 처리 시스템에 있어서,
    교번하는 시변 변조된 저주파수 맥동 파 발생기에 전력을 공급하는 전원공급장치;
    중첩된 시변 주파수 전자기파를 발생시키고 2개 이상의 출력 단자를 가지는 장치로서, 원하는 스위핑 시간에 시변 주파수를 갖는 AC 전자기파의 AC 구동 신호를 발생시키는 AC 파 발생기, 및 상기 AC 파 발생기와 직렬로 전기적으로 결합되고 미리 정의된 DC 바이어스 전압을 갖는 DC 출력을 생성하는 DC 바이어싱 유닛을 포함하는, 장치; 및
    상기 평형수 처리 시스템 및 상기 평형수 내 또는 상기 평형수 내의 제1 여기 사이트 및 제2 여기 사이트 중 하나 또는 각각에 제공되고, 상기 장치의 출력 단자와 직렬로 전기적으로 연결되어, 상기 DC 바이어스 된 맥동 전자기파를 평형수에 전송하는 이미터;
    를 포함하고,
    상기 장치는 상기 평형수 처리 시스템 및 상기 평형수 내의 또는 상기 평형수의 상기 제1 여기 사이트 및 상기 제2 여기 사이트와 직접 또는 상기 이미터를 통해 직렬로 전기적으로 연결되어, 상기 중첩된 시변 주파수 전자기파가 상기 평형수 처리 시스템 및 상기 평형수 내 또는 상기 평형수에 적용되고,
    상기 DC 바이어스 출력 및 상기 AC 구동 신호는, 상기 중첩된 시변 주파수 전자기파가 상기 평형수 처리 시스템 및 상기 평형수 내 또는 상기 평형수 내에서 맥동 시변 방식으로 이동하는 DC 성분을 갖는 이온 전류의 흐름을 유도하고, 상기 평형수 시스템 및 상기 평형수 또는 상기 평형수의 분자들 및 전자들의 유도된 진동을 일으킬 수 있도록 중첩되며,
    상기 DC 바이어싱 유닛은 상기 DC 출력이 상기 AC 구동 신호와 혼합되어, 상기 시변 주파수 AC 파가 상기 미리 정의된 DC 바이어스 전압에 실리는 중첩된 시변 주파수 전자기파를 생성하는, 평형수 처리 시스템.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 이미터들은 평형수가 통과하는 하우징 내에 수용되는, 평형수 처리 시스템.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 하우징은 하나 이상의 챔버를 포함하는, 평형수 처리 시스템.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 하우징은 하나 이상의 파이프를 추가로 포함하는, 평형수 처리 시스템.
22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 폐쇄 루프 시스템의 일부인, 평형수 처리 시스템.
23. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 개방 루프 시스템의 일부인, 평형수 처리 시스템.
24. 제 19 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징은 금속성 또는 비금속성인, 평형수 처리 시스템.
25. 제 18 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 된 맥동 전자기파에 의한 처리 전에 평형수로부터 50 ㎛보다 큰 크기를 갖는 입자들 및 유기체들을 분리하는 기계적 여과 시스템을 추가로 포함하는, 평형수 처리 시스템.
26. 제 25 항에 있어서,
    상기 기계적 여과 시스템은 UV 챔버를 추가로 포함하는, 평형수 처리 시스템.
27. 제 18 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 바이어싱 유닛은 스위치 모드 DC 전원공급장치, AC-DC 컨버터, 재충전식 DC 배터리 및 유도성 다이오드 필터로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 평형수 처리 시스템.
28. 제 18 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중첩된 시변 주파수 전자기파를 발생시키는 장치는 미리 제작된 전자회로로서 제공되는, 평형수 처리 시스템.
29. 제 18 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 정의된 DC 바이어스 전압은 가변 또는 고정으로 설정되는, 평형수 처리 시스템.
30. 제 18 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 바이어스 전압은 상기 중첩된 시변 주파수 전자기파가 극 비대칭을 갖거나 또는 단방향 맥동 파가 되도록 선택되는, 평형수 처리 시스템.
31. 제 18 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중첩된 시변 주파수 전자기파는 정사각형, 삼각형, 직사각형 또는 정현파 형태인, 평형수 처리 시스템.
32. 제 18 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중첩된 시변 주파수 전자기파의 주파수는 약 100 Hz와 약 1 MHz 사이, 바람직하게는 약 0.1 kHz와 약 200 kHz 사이인, 평형수 처리 시스템.
33. 제 18 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중첩된 시변 주파수 전자기파의 스위핑 주파수는 약 1 Hz와 약 1 kHz 사이, 바람직하게는 약 10 Hz와 약 500 Hz 사이인, 평형수 처리 시스템.
34. 제 18 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 여기 사이트 모두는 이격된 관계로 평형수 내에 위치되거나, 또는 상기 제1 및 제2 여기 사이트 중 하나는 상기 평형수 처리 시스템 내에 위치되고 다른 하나는 평형수 내에 위치되는, 평형수 처리 시스템.
35. 제 18 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    DC 펄스형 시변 파 출력의 출력 전류를 제어하기 위해 인덕터 코일이 제공되는, 평형수 처리 시스템.
36. 제 18 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    DC 펄스형 시변 파 출력의 출력을 제어하기 위해 펄스 폭 변조기가 제공되는, 평형수 처리 시스템.
37. 제 18 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미터들 중 하나 이상은 알칼리 환경을 생성하기 위해 MgO+MgC0₃ 또는 다른 알칼리 재료로 코팅된 강철봉을 구비하는 이미터를 포함하고, 상기 DC 바이어스 된 맥동 전자기파는 자철광 층을 상기 강철봉 상에 형성시키는, 평형수 처리 시스템.

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