(57)【要約】  電気的に接地された外面（１０４）と、電気的に正である内面（１０５）とを備えたチューブ（１０３）を有している酸素同素体ジェネレータ（１０１）が開示されている。複数のコロナ反応プレート（１１６）がチューブの内部に沿って間隔を設けて配置されており、それらプレートはワイヤ（１１７、１１８、１２１）によって長手方向で相互に接続されており、電気的に正であるチューブの内面（１０９、１１０）と電気的に接続されている。外部のジャケット（１１２）がチューブを包囲し、部分的にオゾン化されたガスがジェネレータ内を通流するように第２の線状通路を提供する。別実施態様はコロナ反応の位置で外側に配分された接地用接続部（１０８）を含んでいる。【選択図】図３
2018531876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の厚みの壁部を有した、略筒状のチューブ（１０３）と；
酸素含有ガス源に連結されるよう構成されている入口（１０２）と；
前記チューブの外面上の第１の導電性要素（１０４）であって、接地されるよう構成されている第１の導電性要素と；
前記チューブの内面上の第２の導電性要素と；
前記第２の導電性要素を電源に接続するための導電体（１１０）と；
前記チューブを包囲し、所定の距離だけ前記チューブの壁部から離間した筒状のジャケット（１１２）と；
前記ジャケットから出る酸素同素体含有ガスのための出口（１１５）と；
前記チューブの内部を横断し、間隔を開けて配置される複数のコロナ反応プレート（１１６）であって、当該コロナ反応プレートは導電性であり、前記第２の要素に電気的に接続されているコロナ反応プレートと、
を備える、酸素同素体ジェネレータ（１０１）。
【請求項２】
前記コロナ反応プレートを相互に接続する長手状の中央サポートワイヤ（１２１）をさらに備える、請求項１記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項３】
前記コロナ反応プレートを相互に接続する複数のコロナ反応ワイヤ（１１８）をさらに備える、請求項１または２記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項４】
前記コロナ反応プレートを相互に接続する複数のサポートワイヤ（１１７）をさらに備える、請求項１−３に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項５】
隣接する前記コロナ反応プレートは互いに対して回転してオフセットしている、請求項１−４に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項６】
前記サポートワイヤは前記複数のコロナ反応プレートを通じて螺旋状に配置されている、請求項５記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項７】
前記チューブ内のそれぞれのコロナ反応プレートの位置に接地コネクタ（１０８）をさらに備える、請求項１−５に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項８】
前記接地コネクタはそれぞれ、前記第１の導電性要素の外側で前記チューブの周囲に巻き付けられたワイヤ（１２２）を備える、請求項７記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項９】
コロナ反応プレート（１３１、１３２）が前記チューブの各端部を横断して接続されており、前記複数のコロナ反応プレートの残りは、前記端部の前記コロナ反応プレート間で前記チューブの全長にわたって略等間隔に間隔をあけて配置されている、請求項１−８に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項１０】
前記コロナ反応プレートは導電ワイヤのメッシュから構成されている、請求項１−９に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項１１】
前記入口の端部とは反対側の前記チューブの端部にサポートリング（２４０）をさらに備え、前記サポートリングは、前記ジャケット内で前記チューブの端部を支持しており、前記サポートリングは、前記チューブから出る部分的にオゾン化されたガスのための貫通開口部（２４２）と、前記部分的にオゾン化されたガスを、前記ジャケットの内部で前記チューブの外側（１３０）に沿って通過させるために、周囲に形成された分配用の穴部（２４１）と、を有している、請求項１−１０に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項１２】
前記酸素同素体ジェネレータに取り付けるためのベース部（２０１）をさらに備える、請求項１−１１に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項１３】
前記第１の導電性要素は、前記チューブの外面を略包囲するワイヤメッシュである、請求項１−１２に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項１４】
前記第２の導電性要素は、前記チューブの内面を略覆うワイヤメッシュである、請求項１−１２に記載の酸素同素体ジェネレータ。
【請求項１５】
前記第２の導電性要素は、前記チューブの内面を略覆うワイヤメッシュである、請求項１３記載の酸素同素体ジェネレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、オゾン及び／又は酸素同素体を生成するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素は幾つかの同素体の形態で存在する。酸素はＯ２の二量体の形態で存在するときは安定した分子であり、地球上で最も数が多い元素の１つである。オゾンであるＯ３は、稲妻やその他の放電現象が発生する際、および紫外線光の作用によって大気内で自然に発生する。加えて、酸素同素体の幾つかの組み合わせ、例えば、Ｏ３．．．Ｏまたはオゾン二量体（（Ｏ３）２）等が形成できる（Ｇａｄｚｈｉｅｖ  ｅｔ  ａｌ．（２０１３）Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｔｈｅｏｒｙ  Ｃｏｍｐｕｔ．９：２４７−２６２）。さらに、特定の温度と圧力の条件下では酸素のさらに他の同素体が生成されることが知られている。例えば、酸素の別の同素体であるオキソゾンと呼ばれる四酸素（Ｏ４）は短命であると考えられており、オゾンよりも大幅に高い潜在力を備えた酸化剤であると信じられている（Ｏｄａ  ａｎｄ  Ｐａｓｑｕａｒｅｌｌｏ（２００４）Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ，７０（１３）  ｉｄ  １３４４０２およびＣａｃａｃｅ  ｅｔ  ａｌ．（２００１）Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．４０：４０６２−４０６５）。Ｏ５、Ｏ６、Ｏ７等の幾つかの他の同素体及び／又は固体酸素の様々な相、例えばα相（明るい青）、β相（薄い青からピンク）、γ相（薄い青）、δ相（オレンジ）、ε相（暗い赤から黒；Ｏ８）およびζ相（金属；Ｏ９）も存在する（例えば、Ｓｈｉｍｉｚｕ  ｅｔ  ａｌ．（１９９８）Ｎａｔｕｒｅ  ３９３（６６８７）：７６７−７６９；Ｆｒｅｉｍａｎ  ａｎｄ  Ｊｏｄｌ（２００４）  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｒｅｐｏｒｔｓ  ４０１：１−２２８；およびＬｕｙｎｄｅｇａａｒｄ  ｅｔ  ａｌ．（２００６）Ｎａｔｕｒｅ  ４４３：２０１−２０４）。
【０００３】
オゾンはＯ２以外で最も理解されている酸素同素体である。それは刺激臭のない紫色の気体である。オゾン同素体は水中にほとんど溶けない無色の気体である。オゾンは、安定した二量体分子（Ｏ２）を電荷が分子的に分離し、それをバラバラにして、２つの不安定な酸素の原子を形成するときに生成される。安定を求めて、これら原子は他の酸素分子に結合してオゾン（Ｏ３）を生成する。
【０００４】
オゾンを生成するのに典型的に利用される３つの主要なアプローチが存在する：すなわち、コロナ放電、紫外線処理、およびコールドプラズマ生成である。オゾンのコロナ放電による生成においては、乾燥空気または酸素含有ガスを、高エネルギーの電界を通過させる。一般に、コロナ放電によるオゾン生成装置は、誘電プレートによって分離されている複数の静電プレートを有している。このタイプの構造は多数の特許および公開特許において見られる。例えば、交互に重なった誘電プレートと静電プレートが、遅くとも１９４６年には説明されている（米国特許２４０５７２８参照）。米国特許公開２００４／０１９７２４４は、セラミック誘電プレートによって分離されている平坦な穴開き金属電極プレートの重ね合わされた長手状スタックからコロナ放電を発生させることにより、改善されたオゾン生成の量、その効率および低減された熱の発生を伴うコロナ放電を提供することを意図する。米国特許５５２５３１０（Ｄｅｃｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）もまた、セラミック製誘電プレートが重ね合わされた複数のステンレス鋼ワイヤメッシュグリッド電極を有したコロナ放電オゾン生成装置を開示する。場合によっては、二酸化鉛触媒等の触媒がオゾン生成を増加させるために金属プレートの表面に堆積される（例えばＥＰ１７７７３２３参照）。
【０００５】
過去においては、コロナ放電からの熱の発生が問題であった。この問題は、米国特許２４０５７２８の冷却ジャケット等の何らかのタイプの冷却装置を採用することで、あるいは米国特許４９６０５７０のように、内側電極と外側電極との間または外側電極と誘電チューブとの間に金属ロッドまたは誘電ロッドを使用することで対処されてきた。場合によっては、オゾンの生成を促進する試みとして高電圧が使用されてきた（米国特許５４０９６７３及び米国特許公開２００８／００４７９０７）。
【０００６】
空気の紫外線処理で二酸素分子（Ｏ２）を酸素原子に分離でき、続いて他の二酸素分子に結合してオゾンを形成する。しかし、このオゾンの生成方法は効率が悪く、ほとんど全ての産業的オゾンの製造業者はコロナ放電方法に依存している。
【０００７】
コールドプラズマタイプのオゾンジェネレータ（オゾン生成装置）は、誘電体バリア放電によって創出されたプラズマに曝露される純酸素ガスを使用する。これは二酸素を単原子に分離し、続いて再結合処理によってオゾンを形成する。紫外線処理よりも効率的ではあるものの、コールドプラズマ装置は最大濃度で約５％程度のオゾンを生成するだけであり、その結果、主として臨床的状況において利用されている。
【０００８】
オゾンは水中で自然分解して水素ペルオキシ（ＨＯ２）およびヒドロキシル（ＯＨ）のフリーラジカルを生成するが、それらは強力な酸化能力を有し、有機汚染物、無機汚染物およびジアルジアやクリプトスポリジウム等の微生物を容易に酸化させる強力な消毒剤として機能する。酸素の他の反応性同素体は汚染物と微生物に対してさらに強力な効果を有するが、それらも同様に振る舞うものと考えられている。
【０００９】
Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６、Ｏ７、Ｏ８等の他の酸素同素体に関してはほとんど知られておらず、理解もされておらず、これら同素体の形態物の生成はこれまで困難であり、非効率的であり、部分的にはそれらの一時的な特性および研究用のサンプル量が少ないという理由によって論争に満ちていた。自給式であり、複雑な誘電材料を必要とせず、余分の熱を発生させず、電力の消費が少なく、低稼働コストの、効率的な酸素同素体ジェネレータは現在のところ利用が可能ではないようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許２４０５７２８
【特許文献２】米国特許公開２００４／０１９７２４４
【特許文献３】米国特許５５２５３１０
【特許文献４】ＥＰ１７７７３２３
【特許文献５】米国特許４９６０５７０
【特許文献６】米国特許５４０９６７３
【特許文献７】米国特許公開２００８／００４７９０７
【発明の概要】
【００１１】
本発明の装置の目的は、自給式であり、複雑な誘電材料を必要とせず、余分の熱を発生させず、最低量のエネルギー（電力）を使用するだけであり、比較的低い稼働コストで済むような効率的な酸素同素体ジェネレータを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
ここに開示した本発明の実施例の目的、利点および特徴は、添付の図面に照らして以下の詳細な説明を読めば自ずと理解されるであろう。
【００１３】
【図１】図１は、従来技術のオゾンジェネレータの断面図である。
【図２】図２は、従来技術のオゾンジェネレータの概略図である。
【図３】図３は、幾分か概略化されている本発明の１実施例による酸素同素体ジェネレータの断面図である。
【図４】図４は、外側メッシュに接続された、分散（分配）型の接地（アース）ワイヤを備えた図３の中央チューブ（管体）の部分的に切り開かれている状態を示す別実施例である。
【図５】図５は、図３の切断面５−５に沿った断面図であり、図３と図４の構造体に採用されているコロナ反応の正のプレートの拡大図を図示する。
【図６Ａ】図６Ａは、図３の酸素同素体ジェネレータが取り付けられているベース部の部分的断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示されるベース部の斜視図である。
【図７】図７は、図３のジェネレータの上端部に採用されているサポートリングの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここに開示されている装置は図１に示す酸素同素体ジェネレータを改良したものであり、図１の酸素同素体ジェネレータは米国特許７３１４６００に含まれている。発明の理解のために、この従来技術を幾分か詳細に説明する。この酸素同素体ジェネレータは説明のために概して水平配向で図示されているが、それは説明の便宜上のためである。説明されているジェネレータの実施例は、普通は垂直配向で利用され、ガス（気体）入口とガス出口はその底端にあり、以下で説明する。
【００１５】
図１は、酸素同素体、つまりオゾンを生成する従来技術の装置５を図示する。内部要素、すなわちチューブ１０はジャケット２５内に配置されている。このチューブは一般に中空である。チューブ１０の内部の周囲には内側メッシュ１５が配置され、チューブの外面の周囲には外側メッシュ２０が配置されている。代表的なメッシュはステンレス鋼ワイヤ製の１０番メッシュである。チタンも採用できる。米国特許７３１４６００に記載されているように、要素１５と２０は適した形態の導電ワイヤであることだけが要求され、メッシュの形態である必要はない。
【００１６】
電気エネルギー源１７はコネクタ１９を介してエネルギーを内側メッシュ１５に供給する。外側メッシュ２０は電気接地部２２に接続されている。稼動にあたり、電気エネルギー源は内側メッシュ１５にＤＣ電圧を提供する。電圧量が十分であるときに、チューブ１０を通って外側メッシュ２０に至るアークが形成される。
【００１７】
一例として、チューブ１０は円筒形であり、約１．５インチ（３８．１ｍｍ）の外径を有し、石英ガラス（溶融石英ガラス；ｆｕｓｅｄ  ｑｕａｒｔｚ）または合成石英ガラス（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｆｕｓｅｄ  ｓｉｌｉｃａ）から製造できる。この構造体は、約１８５ナノメートルのオゾン同素体生成波長の紫外線を創出する。
【００１８】
チューブ１０と、内側メッシュ１５および外側メッシュ２０とを囲んでいるのはジャケット２５である。このジャケットはほぼ透明であり、ジャケットがチューブ１０と同じ熱特性、光学特性及びその他の特性を有するよう、ジャケットはチューブ１０を構成するのに使用されたものと同じ石英（ｑｕａｒｔｚ）またはシリカ（ｓｉｌｉｃａ）で構成されている。ジャケット２５は、外側メッシュ２０上で酸素含有ガスの流れを閉じ込める。入口４０がチューブ１０の一端に配置されており、酸素含有ガスはその入口を通ってチューブの内部に沿って方向付けられる。進入する酸素含有ガスは、ＵＶ線を放射する複数の電気アークを発生させる内側メッシュ１５に曝露される。酸素含有ガス内の酸素は、そのガスがチューブ１０の長さに沿って（長手方向に）進行するときにＵＶ線に曝露されてオゾンに変換される。酸素含有ガスはチューブ１０の端部に到達すると、ジャケット２５の内面に接触し、チューブ１０の外面に沿って方向転換され、外側メッシュ２０に接触し、外側メッシュに存在する電気アークによって発生される紫外線に再び曝露される。この紫外線への第２の曝露はさらに酸素同素体を生成し、生成される酸素同素体の量を大幅に増加させ、酸素同素体ジェネレータの効率を大幅に高める。説明の簡素化のために、ここでは用語“オゾン”が使用されているが、この用語は、オゾン、および、適切なその他の酸素同素体を含むことが意図されている。
【００１９】
酸素含有ガスが内側メッシュ１５と外側メッシュ２０との両方に曝露された後、そのガスはジャケット２５の一端に配置されたオゾン戻りライン４５を通る。
【００２０】
ハウジング３０は、チューブ１０とジャケット２５の両方を包囲しており、ジャケット周囲で汚染された流体を含み、それをジャケット周囲で方向付けている。ハウジング３０は流体入口５０と流体出口５５とを含んでいる。オゾン戻りライン４５は流体入口５０内に接続されている。オゾン戻りラインはオゾンをジャケット２５から流体入口５０まで輸送し、流体内にオゾンを注入する。ジャケット２５は、内側メッシュ１５と外側メッシュ２０との間で形成される電気アークによって発生する紫外線をほぼ透過させるため、流体内に存在する酸素から追加のオゾンが流体内に形成される。この構造体は同時にオゾンガスで流体を噴射し、その流体を流体内に追加のオゾンを生成する紫外線に曝露する。
【００２１】
図示のように、ステンレス鋼で製造可能なハウジング３０の内面の反射面３５は、内側メッシュ１５と外側メッシュ２０とによって発生される紫外線を反射し、流体を追加の紫外線に曝露する。
【００２２】
典型的な従来のオゾンジェネレータは図２で概略的に図示されている。酸素はチューブ１４０を通って主オゾン生成チューブ１１０に入り、主オゾン生成チューブにおいて熱がそのプロセスによって発生し、チューブ１１０の両端が、入口チューブと出口チューブまたはポート（１４１）とを除いて閉じているので、熱は中央チューブ内に保持される。（内部の）酸素ガスが従来技術のチャンバの内部（中央）から出るためには、酸素からオゾンガスに変換されたガスは“１つの”中央穴を介してチャンバの上部サポート端／スリーブから出なければならなかった。その後、テフロン（登録商標）ホースを介してジェネレータの外部の“片側（一方側）”からジェネレータ内に再度戻り、次にジェネレータから出て処理されている流体に入る。
【００２３】
コールドスタートは酸素ガスを含むジェネレータの全てのパーツがまだ冷たい状態の時である。例えば、ジェネレータが約１５分間の加温（ウォームアップ）時間後に起動されたとき、ジェネレータのパーツは熱の蓄積／保持を開始し、ジェネレータの中心部内のこの熱の蓄積は、ジェネレータのオゾン生成の減少効果をもたらし始める。これでジェネレータの外側チャンバ内に再進入したオゾンガスは熱くなり、さらなる熱が既に加熱されている外側チャンバに加えられる。この従来技術システムも“１つの”出口ポイントを有していただけであった。初期の従来技術のジェネレータは確かに有用量のオゾンを生成したが、複数の空気冷却装置が、冷却された酸素をジェネレータ内に注入し、その酸素を冷却状態に保つために使用されなければならなかった。
【００２４】
ほぼ全てのオゾンジェネレータは、大きな熱保持の課題／問題を抱えており、よって、一部のオゾンジェネレータは、ジェネレータが加温／加熱された後に、ジェネレータを、オゾンガスを生成するのに十分冷えた状態に保つために水冷ジャケットまたは大型ファンを必要としている。
【００２５】
本発明の装置は以下で説明するように不都合な熱の発生の問題に対処する。
【００２６】
図３は、クリスタル（クリスタルガラス）チューブ１０３の一端に入口パイプ１０２を有する本発明のオゾンジェネレータ１０１の１実施例の中央部を図示する。入口１０２は、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標）の商標で販売されている、ポリテトラフルオロエチレン）等の適した材料で製造された、好適には、内径３／８インチ（９．５３ｍｍ）のチューブでよい。進入ガスは、好適には、タンク、または外部源、または酸素ジェネレータから供給できる少なくとも９０％〜９５％の乾燥Ｏ２である。適した酸素ジェネレータは、例えば、ニューヨーク州バッファロ市のＡｉｒＳｅｐ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌから入手できるＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｏｒｓ（ＡＦＴ）シリーズシステムである。
【００２７】
接地された（１０８）導電性ワイヤライニングまたは要素１０４がチューブ１０３の周囲に適用され、電気的に正である要素またはワイヤのライニング１０５（ワイヤ１１０により接続されている電源１０９）がチューブの内面に存在する。ライニング１０４と１０５は、好適には、メッシュの形態であり、その用語はここでは広く使用されている。矢印１０６は、チューブ１０３を通って流れる酸素含有ガスの方向を示しており、そのガスは流れ矢印１１１によって示されるようにチューブの開口端１０７の周囲から出る。チューブ１０３は外側の、好適には金属製または反射可能に研磨されたジャケット１１２によって囲まれ、ジャケット１１２とチューブ１０３との間に通流スペースまたはチャンバを形成している。流体はチューブの入口端に向かって戻り、チューブ１１４を通ってオゾンジェネレータ１０１から出て、例えば消毒剤として使用するためにパイプ１１５から出る。流出流体１１９はオゾンジェネレータ１０１によって生成されるときのオゾン濃度を有する。試験によって、典型的なオゾン測定計がパイプ１１５の出口端に採用されると、それは最大値を示し、オゾンジェネレータの出力１１９は、９０％〜９５％酸素入力に基づいて、少なくとも１ノーマル立方メートル当たり４００インスタントグラムオゾン（Ｏ３ｇＮｍ３）である。
【００２８】
チューブ１０３内にはコロナ反応プレート１１６が存在し、それらの幾つか（１０枚が図示）が存在する。これらプレートは以下で詳細に説明されており、メッシュプレートとも表記する。
【００２９】
正の螺旋状サポートワイヤ１１７、正のコロナ反応直線ワイヤ１１８および正の長手状中央直線サポートワイヤ１２１は、チューブ内でプレート１１６を共に接続し、それらをその場に支持している。このコロナ反応プレート１１６は図示のようにチューブ１０３の全長にわたって約３．０インチ（７．６ｃｍ）の間隔（スペース）で配置されており、それらの２枚であるコロナ反応プレート１３１と１３２はチューブのそれぞれの端部に固定されている。中央サポートワイヤ１２１、螺旋状サポートワイヤ１１７、および直線サポートワイヤ１１８は、端部プレート１３１、１３２と、チューブの全長にわたってそれぞれのプレート１１６とに固定されている。それぞれのメッシュプレート１１６、１３１、１３２のそれぞれのコーナ部１２３（図５）は内側ワイヤメッシュ１０５と物理的および電気的に接触状態にある。よって、チューブ１０３内の全ての導電性要素は電気的に正である。
【００３０】
別実施例は図４に図示されている。外側の負または接地ワイヤメッシュ１０４は図４の側面図に図示されている。図３の単一の接地部１０８とは対照的に、メッシュプレート１１６のそれぞれの位置は、接地ワイヤ１２２、好適には、チューブ１０３の周囲でメッシュ１０４上に巻き付けられた複数巻きのワイヤとして形成されている接地ワイヤ１２２を含んでいる。チューブ１０３内の正のコロナ反応プレート１１６の位置に、外側メッシュ１０４と物理的および電気的に接触状態にある接地ワイヤ１２２を加えることで、チューブの内側と外側との間の実効電荷差（有効電荷差）が、チューブ内側の静電反応（ｓｔａｔｉｃ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）をさらに多く発生させ、オゾンと酸素の同素体との生成においてチューブの内外の両方でアーク現象の有効性を高め、さらに高輝度のＵＶアーク現象を発生させることでＵＶ波長のエネルギーを増加させることが発見されている。この分散型の接地の実施例（図４）は、図３の実施例と比較してオゾン生成量を６０％〜１００％も増加させることが発見されている。ＵＶ波長のエネルギーが生成されるのと同時に、そのエネルギーは上記した電荷差によっても高められる。さらに、コロナ反応プレート１１６を通ってチューブ１０３の全長を通過する酸素含有ガスが遭遇する静電気もオゾン生成を増加させる。
【００３１】
外側メッシュ１０４と外側ジャケット１１２の内面との間には約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）のスペースが存在する。従って、外側メッシュ上の接地ワイヤによる全ての過剰なワイヤ構造（図４）は、ジェネレータのチャンバ１１３を酸素が移動するときに酸素が通過しなければならない小型のマウンド（小丘）または隆起を創出する（ボトルネック効果）。このボトルネック効果は酸素を強制的に逆流（滞留）させ、蓄積させ（ｂｕｉｌｄｕｐ）、膨張させて、ＵＶ光に対するガスの曝露を長引かせる。酸素がＵＶ光に曝露される時間が長くなればなるほど、酸素が、他の電子との結合を望む他の酸素分子との磁化現象を有する機会が多くなる。試験は、上述の２つの効果、すなわち、複数の、または分散型の接地およびＵＶ線に対する通流酸素の過剰な曝露によって、これら過剰のワイヤまたは接地ワイヤがジェネレータに加えられると、オゾン生成において相当程度の増加が存在することを示した。
【００３２】
コロナ反応プレート１１６は図５において拡大詳細図で示されている。それぞれのプレートは名目上、約１．１３インチ（２．９ｃｍ）平方である。正のサポートワイヤ１２１は中央に存在し、正の螺旋状サポートワイヤ１１７はプレートのコーナ部に向かって中央から離間している。直線サポートワイヤ１１８も図５に示されており、プレート１１６のコーナ部に隣接している。この図では３枚のプレート１１６が長手方向に段階的に部分的に回転されており、そのコーナ部１２３が図示されている。構成されているように、各プレート１１６のそれぞれのコーナ部１２３は正の内側メッシュ１０５と物理的および電気的に接触状態である。
【００３３】
例示目的のみの形態において、チューブ１０３は約３４．５インチ（８７．６ｃｍ）の長さと約２．０インチ（５．１ｃｍ）の外径である。その壁部は約０．０６インチ（１．５ｍｍ）厚であり、チューブはクリスタル、好適には石英ガラスまたは合成石英ガラスで製造されている。もちろんチューブはさらに長くても（例えば、３６インチ）またはさらに短くても（例えば、６インチ）よく、さらに大きな、または小さな直径（０．５インチ〜２．０インチ）でもよく、チューブ壁部の厚さは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍでもよく、またはそれより薄くても厚くてもよく、全てはオゾンジェネレータのサイズによって決定される。適した石英ガラスクリスタルチューブは、例えば、Ｇｎｅｒａｌ  ＥｌｅｃｔｒｉｃのＳｙｌｖａｎｉａおよびＭｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから入手できる。
【００３４】
外部ジャケット１１２はステンレス鋼、石英ガラスクリスタル、アルミニウム、またはパイレックス（登録商標）ガラスで作製でき、約２．５インチ（６．３５ｃｍ）の内径と、約０．１２インチ（３．０ｃｍ）の壁厚を有する。図３に示すように、ジャケット１１２はそれぞれの端部で約１．５インチ（３．８ｃｍ）ほどチューブ１０３よりも長い。ジャケット１１２は内部が研磨されており、その内面は反射面である。内側メッシュ電極１０５と外側メッシュ電極１０４は好適にはステンレス鋼ワイヤ製であり、チタン、白金、金、ニッケル、銀、またはアルミで製造されてもよい。様々なステンレス鋼が適しており、例えば、低炭素ＳＳ、３０４ＳＳ、３０９ＳＳ、３１０ＳＳ、３１６ＬＳＳ、３２１ＳＳ、３４７ＳＳ、４００ＳＳおよび４０５ＳＳが含まれている。メッシュワイヤのサイズは８、９、１０、１１、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９その他であってもよいが、より小さいワイヤが好適である。内側メッシュ１０５および外側メッシュ１０４、プレート１１６のメッシュ、ならびにサポートワイヤ１１７、１１８および１２１は、好適には０．０２５インチ（０．６ｍｍ）径のステンレス鋼である。ワイヤサイズは、０．０１５と０．０２８との間、またはその他でもよい。３１６ＳＳ（ステンレス鋼）、サイズ１０のワイヤがコロナ反応プレート１１６には好適である。
【００３５】
再び図３において、ジャケット１１２とチューブ１０３との間の長形環状チャンバ１１３は紫外線（ＵＶ）発生チャンバであり、負電荷を有する。ジャケット内のチューブ構造体は約１８５ナノメートルの波長でＵＶエネルギーを発生させる。
【００３６】
図４に示すように、チューブ１０３内のそれぞれ２枚のプレート１１６間には酸素反応同素体チャンバ１２４が形成される。
【００３７】
電源１０９は約６ボルトから少なくとも約２５キロボルトまでのＤＣ電圧を印加でき、それは任意の適したＤＣ電源によって供給でき、ＡＣ電源から電力供給された変圧器を含む。電源のワット数は、約０．５アンペアから約１アンペアで、約１００ワットから約５キロワットの範囲が可能である。これら比較的幅広い範囲は、本発明の教示に従って構成された酸素同素体ジェネレータがスケール（大きさ）において多様であり得ることを示す。
【００３８】
ここで説明する同素体ジェネレータは、実際上は圧力タンクであることは注目されるべきである。この装置は少なくとも約１ポンド（ｐｓｉ）から、少なくとも約２５ポンド（ｐｓｉ）の内部背圧で稼働される。さらに大きな背圧はさらに高いオゾン生成量をもたらすことが発見されている。背圧は強制的に酸素分子をくっつけて酸素分子を結合させ、それによって生成されるオゾンの濃度を増加させ、Ｏ３と複数の酸素同素体を生成すると考えられる。何ら外部圧力タンクはこの装置には必要ない。上述のサイズの例（３４．５インチの長さと、約２インチの外径）では、背圧は好適には少なくとも約３ｐｓｉｇであろう。
【００３９】
チューブ１０３の内部を流入ガスが通過するとき、そのガスは回転してオフセットされた電気的に正であるメッシュプレート１１６に遭遇し、メッシュプレート１１６はそのガスを強制的に渦状サイクロン化する。これにより遠心力が通流ガスに作用し、そのガスは強制的に正の内側メッシュ１０５と遭遇しやすくなり、増加したＵＶ発生をもたらす。このガスはジェネレータ１０１から小穴を通って、好適には、例えば、約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）径であるチューブ１１４に連結された２つの穴を通って出て、高励起分子を強制的にくっつける。酸素分子が背圧によってくっつけられると、酸素分子は引き付け合って結合するさらに大きな機会を有し、同素体Ｏ４およびそれを超える同素体を生成する。ガスは、チューブの最初（片道分）の長さを通過した後に、チャンバ１１３を通ってチューブ１０３の外側に沿って通流する。図４の別実施例では、上述したように、接地ワイヤ１２２が膨出部を構成し、またはメッシュに囲まれたチューブの径を増大させる。ガスが環状チャンバ１１３を通過するとき、これら増加した径の接地ワイヤの配置は、ガスの希薄化供給、乱流または拡散を引き起こし、外側メッシュ１０４とジャケット１１２の内面との間に、さらなるコロナを創出する。
【００４０】
よって、背圧とオフセットメッシュプレートとはガスをアーク、静電気およびＵＶエネルギーに強制的に複数曝露または接触させる。ここでは用語“アーク”が使用されているが、チューブ１０３の壁部を通るアークのみが存在する。チューブ１０３内、またはチューブ１０３とジャケット１１２との間での内部アークは存在しない。ここで説明している装置によって創出されるオゾンの約７５％まではチューブ１０３の内部で達成され、チューブ１０３の外部でのＵＶ線が残りの２５％を創出すると考えられる。
【００４１】
図３の酸素同素体ジェネレータが取り付け可能な、説明のためのベース部は図６Ａと図６Ｂに図示されている。図３の装置の右側端部は、典型的な垂直稼働配向でベース部２０１に取り付けられた状態が図示されている。このベース部は、穴部２０２を通るボルト等の適した手段で稼働位置に取り付けられるように構成されている。ベース部の中央には穴部２０３が存在し、その穴部２０３をチューブ１０２が通過し、酸素をチューブ１０３の内部に供給する。電気的に正である接続ワイヤ１１０は穴部２０４を通り、サポートワイヤ１１７、１１８および１２１、並びに内側メッシュ１０５に接続されているのが図示されている。
【００４２】
フランジ２１０がジェネレータ１０１の端部に固定され、穴部２１２を通るボルト２１１等の適切な手段によってベース部２０１に取り付けられている。穴部２１５は同素体の出口チューブ１１４に接続されている。
【００４３】
ベース部２０１とフランジ２１０の両方はＣＰＶＣ（塩素化塩化ポリビニル）で形成できるが、類似の適した特性を備えた他の材料であっても利用できる。
【００４４】
サポートリング２４０が図７に図示されている。このリングは、図３に示すように、ベース部２０１に取り付けられた端部の反対側のチューブ１０３の端部に取り付けられている。穴部２４１は、チューブ１０３の内部から、チューブとジャケット１１２との間のチャンバ１１３に、部分的にオゾン化されたガスの流れを提供する。中央開口部２４２は図３に示すようにチューブ１０３の左側端部からのガス流を通過させる。サポートリング２４０は好適にはＰＴＦＥまたはその均等物で製造される。
【００４５】
上述したように、従来技術の閉じた端部の形態とは対照的に、この装置の効果的に減少した熱特性に関して、本発明のシステムは上部で閉じていない（図３の左側端部）。サポートリング２４０はジャケット１１２内でチューブ１０３の上端を支持しており、自由流はチューブの端部から出てチャンバ１１３を通ってチューブ１０３の外側を流れる。
【００４６】
従ってサポートリング２４０は２つの目的に供する：チューブ１０３の上端を支持すること；および、その上端の周囲に酸素同素体ガスを均等に分配し、ベース部２０１の出口穴部へ方向付けることである。
【００４７】
この構造体は、酸素同素体ジェネレータの効果的な自己冷却を提供する。
【００４８】
さらなる説明と稼働の理論
それぞれの分離されたチャンバ（チューブ１０３内で、図４の２つの隣接するメッシュプレート１１６と１２４との間の部分）内には、酸素分子と反応する複数の同時作用が存在する：１）放射線（ＵＶ）；２）チューブ１０３の壁部の帯電（アーク）；３）静電帯電（オフセットメッシュプレートおよびオフセットメッシュプレートワイヤ）；並びに４）上昇圧力。酸素がチューブ１０３に入ると、それは直ちにＵＶ放射、光放射／アーク、直流電気／静電気、および非直流電気タイプの環境に導入される。酸素分子はＵＶ（放射）によって直ちに影響を受け、続いてアーク現象（コロナ）に接触し、次に酸素はオフセットメッシュプレート（静電気）を強制的に通過させられる。正の電気コロナ（アーク）現象が、正電荷がチューブの壁部を通って接地を求めるときに発生する。この正電荷（壁部アーク）は、ＵＶ光現象（石英ガラスクリスタルチューブの壁部を通って接地する正電荷を介して）と、それぞれ１．１３インチのオフセットプレート（この代表的実施例では、それぞれの正方形オフセットメッシュプレートは１１個の穴部の正方形）上への正の静電気電荷と、を発生させる。オフセットメッシュプレートを支持するワイヤ（１１７、１１８、１２１）にも静電気が存在する。
【００４９】
オフセットメッシュプレートを介して生じる３０％〜３５％のオゾン（複数の同素体）変換が存在する。酸素同素体に関しては、三原子Ｏ３は（−Ｏ，＋Ｏ，−Ｏ）の組み合わせであり、すなわち、１個の正に帯電した酸素分子と２個の負に帯電した酸素分子であり、６個の半結合と３個の全結合を創出する。複数四酸素Ｏ４同素体の結合も生じる。これは次のように考えられるであろう：（−Ｏ，＋Ｏ，−Ｏ，＋Ｏ）。この四酸素は、８個の半結合、または４個の全結合の四面体結合を有し、さらに高いポテンシャルエネルギーの大幅に安定した形態の酸素を創出するであろう。
【００５０】
ＵＶ光現象と関連して、正に帯電したワイヤ１１０が、内側チューブ壁部の全長に対して接触状態して配置された導電性メッシュ状材料（内側メッシュ１０５）の一端に取り付けられ（内側メッシュはチューブの内面の周囲上に接触して“密に”成型されている）、類似した電気的“接地ワイヤ”（負）１０８が、これもチューブ壁部の外面上に成型されている（外側メッシュ１０４はチューブ表面に“密に”成型されている）導電性メッシュ状材料に取り付けられている。ここで“成型”とは、メッシュがチューブ表面に密着して取り付けられていることを意味する。電源１０９からの適した電圧（例えば１５ＫＶ）の電気が印加されると、石英ガラスクリスタル壁部を通じてメッシュ体１０４と１０５との間にアークが発生する。このアークは、利用される電圧レベルによって増加または減少させることが可能なＵＶ現象を創出する。ＵＶ放射現象（紫／ピンク）は、ジェネレータが暗室で稼動されたときに見ることができる。ＵＶは、印加されている電気量を制御することで、光スイッチの調光器のように制御できる。石英ガラスクリスタルが紫外線スペクトルの転移のために優れていることは確定している。
【００５１】
このジェネレータは、内側チューブ１０３内にはコロナ現象を発生させないことは注目すべきである。さらに、このジェネレータでは石英ガラスクリスタルチューブ内にはアークは存在しない；アークはチューブ壁部を通じてのみ発生する。他のコロナタイプジェネレータが、そのチューブすなわち内側サークル内にコロナ反応を創出するように設計されていることは知られている。例えば、１つの内壁は反対側内壁にアークを発生させ、あるいは内壁が、円形チューブまたはリング状ジェネレータの中央を通って配置された金属ロッドにアークを発生させる。ここで使用する用語“コロナ現象”とは“アーク現象”と交換可能に使用されており、同一現象を意味するように意図されている。
【００５２】
オゾンを生成するこのシステムには少なくとも３つの異なる稼働形態が存在する。１つは紫外線光（ＵＶ）であり、約１４０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長の放射光によって紫外線光を生成できる。正電荷のこの波長範囲のＵＶ光現象は、典型的にはＵＶ電球に採用されている水銀ガスの存在なく、石英ガラスクリスタルチューブ１０３内で発生する。このＵＶ波長放射は、チューブの壁部を通じて外部接地メッシュ１０４にアークを発生させるチューブ１０３内の内側ワイヤメッシュ１０５に接続されている正の電気ワイヤ１１０から生じる。
【００５３】
チューブ１０３内で正のＵＶ放射によって既に生成されているオゾンを含んだガスが環状チャンバ１１３を反対方向に通過すると、今度は負に帯電したＵＶ放射への第２の曝露が発生する。従って、酸素分子はＵＶ放射に二重に曝露され、酸素同素体の生成を増加させ、酸素同素体ジェネレータの内側部分内でＯ３、および場合によりＯ４、または他の同素体に既に変換されている酸素分子をさらに加えるか、酸素分子を剥ぎ取る。負イオンは過剰な電子を有した酸素原子である。それは無臭である。正イオンは電子が１個少ない酸素原子である。続くＵＶ、コロナ、および静電気プロセスを通じて酸素分子は電子が加えられるか、電子を失う。
【００５４】
さらに説明すると、ＵＶは酸素分子に対して剥ぎ取り効果を有する、すなわち、それは酸素分子から電子を剥ぎ取り、安定分子Ｏ２から発生期酸素分子Ｏ１に変換させ、Ｏ３分子を生成させる可能性がある。Ｏ１は活性種であり、不安定で短命である。この理由により、それはそれが必要とされる場所と時に、その場で生成される必要がある。
【００５５】
第２のオゾン生成装置はコロナ帯電式である。ここでは酸素は、内側メッシュすなわち正のメッシュから外側メッシュすなわち接地メッシュまで、それが通過する（アークされる）ところのリング状ダイオードの中心を通過する。コロナ現象は酸素分子に対して帯電効果を有する。
【００５６】
ここでの稼働における第３のオゾン生成装置は静電気帯電式である。これは、特定の材料のカーペット上の靴から発生する、または風船表面を擦ることから発生する通常の現象と同じ現象である。静電気帯電は酸素分子をさらに磁化させる。Ｏ２は自然では磁性分子である。
【００５７】
この装置は約０．５から、少なくとも約１０５０ｇＮｍ３／ｈｒ（１時間当たり、１ノーマル立法メートルあたりのオゾンの気相グラム）の速度でオゾンを生成する。酸素分子をＯ３（オゾン）および追加の酸素同素体クラスタ、さらに場合により固体酸素への変換は、進入ガスの、それぞれのオフセットメッシュプレート１１６との全ての遭遇で１０倍も増加させる。Ｏ３に加えて、Ｏ４、Ｏ６および安定酸素Ｏ８を含む他の酸素同素体もこのシステムのプロセスで生成される。それはまたＯ８（固体酸素）の一定流量と、場合によりＯ９（金属酸素）の一定流量も生成できる。創出されるＯ３および同素体が多いほど、このシステムの生成物の消毒値は大きくなる。
【００５８】
酸素含有ガスが通過する全てのメッシュプレートチャンバにおいて、Ｏ３以外にも複数酸素同素体が創出されるという予測に基づき、創出される複数の酸素同素体が存在する。試験を通じて、まずＯ３同素体が最も自明であることが示された。適した背圧が適用され、石英ガラスメッシュ１０４、１０５（コロナアーク）、メッシュオフセットプレート１１６（静電気）、およびＵＶ曝露（ナノメートル波長放射）の間に適した接触時間が許容されると、Ｏ３同素体のみが約３グラムから３０グラムにまで増加する。１０枚のメッシュプレートが利用されると、ジェネレータは３００グラムのＯ３ｇ／Ｎｍ３（約３フィート四方（０．９１×０．９１メートル）の平方面積に予測されるオゾン量）のレベルに到達する。さらに、ジェネレータのサイズ、電気入力、酸素ガス量、および酸素温度に関係してさらに多いオゾンの生成量が達成できる。目的によっては比例して小さなオゾンジェネレータが適しているであろう。または、さらに大きなジェネレータの利用も考えられる。
【００５９】
海洋水、豪雨水、廃水、ガス、化学物質その他多くの物質さえも含む流体の除染および水のエンハンサー（活性剤）などで、この装置が使用できる多数の潜在的な市場が存在する。
【００６０】
この装置の追加の利点は、それが生成するさらに安定したオゾン分子が、潜在的に良くない副産物の産出を排除できないとしても、減少させる可能性を有し、さらに安定した除染効果を有する蓋然性が高いことである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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