JP2008510617A - 酸素溶解度の高い水を調製するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素溶解度が向上した水の組成物を調製する。
【解決手段】ａ）それぞれが管路を形成する少なくとも１つのセル（２１０）、ｂ）前記セルの管路内にある少なくとも２つの電極プレート（２１６）、およびｃ）サイリスタを備え、前記電極プレートに接続された電気回路を有している装置であり、前記電気回路を動作させることによって、前記管路を通って導かれる水および酸素に電気パルスを印加する装置により、酸素溶解度が向上した水を調製する。
【選択図】図２

Description

関連出願

本出願は、２００４年８月２３日に出願された米国特許仮出願第60/603,893号の利益を主張し、この米国特許仮出願の教示の全体は、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。

多くの方法およびシステムにおいて、溶存酸素の濃度を高めることによって水の酸素含有量を高めるためのプロセスを記載している。高められた酸素のレベルを開放された系において長い時間にわたって維持することは、酸素が水から大気へと拡散してしまうために、今までのところ不可能であった。

酸素溶解度の高い水が利用可能になれば、運動能力および疾病の症状の処置に有益であると考えられ、とくには虚血性の患者にとって有益であると考えられる。そのような水は、スポーツ能力を向上させるためにも使用可能であろう。しかしながら、最近の文献は、大量の酸素を含有させた「酸素化水」を前もって用意しても、運動の能力は向上しないことを示している。

したがって、運動能力に利益をもたらすことができ、あるいは虚血性の疾病症状の治療を改善することができる酸素溶解度の高い水を生成するための優れた方法および装置について、ニーズがある。

本発明は、酸素などの無極性の気体の水中への溶解度を高めるための装置および方法に関する。

一実施形態においては、装置が少なくとも１つのセルを備えており、各セルが管路を形成する。少なくとも２つの電極プレートが、セルの管路内に配置されている。電気回路が、電極プレートへと接続されている。この電気回路はサイリスタを備えており、電気回路を動作させることによって、管路を通って導かれる水または水と酸素ガスとの組み合わせに電気パルスが印加される。

他の実施形態においては、水の溶解度を高める方法が、水を酸素と組み合わせる工程、および未処理の水に対してその水の飽和点を超えて酸素を溶解させるための充分な量の電磁気パルスを印加することによって水を処理する工程、を有している。

さらに他の実施形態においては、本発明は、本発明の方法によって得られる、酸素の溶解度が向上した水である。

本発明の装置および方法によって得られた溶解度向上水（ＥＳＷ）は、従来からのやり方で酸素化された水に比べ、長期にわたって安定または準安定な酸素空洞を呈することができると考えられる。ＥＳＷは、少なくとも１日間にわたって高められた酸素溶解度を有することができる。さらに、ＥＳＷは、実施例１〜５に示されるように、測定可能な生理学的効果を伴うインビボでの安定性および吸収性を有することができる。ＥＳＷは、疾病症状を治療するのに使用することができ、さらには運動の能力を高めることができる。本発明の装置および方法は、水の解離を生じさせ、水素ガス（Ｈ_２）および酸素ガス（Ｏ_２）を形成すると考えられる。形成された酸素ガスの少なくとも一部が、残りの分子の構成配置によって捕らえられると考えられる。本発明の装置および方法によって形成された溶解度が向上した水は、例えば人間の運動能力を向上させるために使用可能である。

図１は、酸素富化水または溶解度向上水を調製するための本発明の一実施形態として、装置１１０を示している。一実施形態においては、例えば前もってろ過された都市上水、天然水などといった持ち運び可能の水が、ポンプ１１２によって管路１１４を経由し、タンク１１６へと導かれる。タンクとしては、例えば４，０００米国ガロンのステンレス鋼製の円錐形の接触タンクが例示できる。タンク１１６からの水は、タンク１１６から管路１１７、主システム・ポンプ１２０、および管路１１８を介し、反応チャンバ１２２へと循環される。反応容器１２２の水は、詳しくは後述するように、溶解度が向上した水へと変換される。水の変換の際に生成される水素ガス（Ｈ_２）を含んでいる処理済みの水は、セル放電ヘッダー管１２４によってタンク１１６へと導かれる。セル排出ヘッダー管１２４は、タンク１１６の中心においてタンクの上部から鉛直方向に進入し、適切な深さまで延びている。深さとしては、約７２インチの深さであってもよい。励起された（酸素富化）水が、タンク１１６に入ると、タンク内の水と混ざり合い、半励起水および励起水の混合物が生成される。変換によって形成され、タンク１１６へと戻る変換済みの水に含まれている水素ガス（Ｈ_２）は、通気孔１１９を通してタンク１１６から放出することができる。

主システム・ポンプ１２０は、比例積分微分（ＰＩＤ）ループを使用する周波数インバータ１２６によって制御される。さらに第２のポンプ１２８が、タンク１１６の底部から管路１３０を介し、熱交換器１３２を通って水を循環させ、次いで管路１３４を通してタンク１１６の上部へと水を戻す。熱交換器１３２は、水の温度を約０．５５℃〜約１．６７℃の範囲に定めるために使用することができる。熱交換器１３２は、例えばエチレングリコールなど、この技術分野において公知の任意の流体を使用することができる。

清浄な加圧空気を空気ポンプ１３６から管路１３８、合体フィルタ１４０、および衛生フィルタ１４２を通して供給することによって、加圧された清浄な空気の層を、タンク１１６内の水の上部に維持することができる。典型的には、空気の層は、タンク１１６のドームから約１２インチ下方へと広がることができ、約２４１キロパスカルの圧力に維持することができる。

プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）１４４が、図１に示した装置の例えば圧力、液体の水位、流速、などといったプロセス変数を制御するため、出力指示を出すことができる。この指示により、アナログまたはデジタル入力モジュール（例えば、圧力センサ、液体水位センサ、熱電対、流量センサ、など）からの入力を利用して閉ループ・プロセスを制御することができ、アナログまたはデジタル出力モジュール（例えば、ポンプ、バルブ、熱交換器、など）へと制御出力を供給して、プロセス変数を所望の設定点に保持するうえで有効な応答とすることができる。ひとたび圧力、温度、および流れに関する所定のパラメータが達成されて維持されると、ＰＬＣ１４４は、反応チャンバ１２２内のセルへの給電を開始することができる。

反応チャンバ１２２は、典型的には、複数の励起セルを使用することができ、例えば約４０個のセルを使用することができる。セルは、反応チャンバ１２２に収容されている。図２が、単一のセル２１０を示している。セルは、剛体の管２１２を用いて形成でき、例えば約７．６ｃｍの内径および約１２０ｃｍの長さのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）管で形成できる。剛体の絶縁スペーサ２１４、例えばＰＶＣ製の絶縁スペーサが、電極プレート２１６を保持するために使用される。電極プレート２１６は、約１００マイクロオームの白金コーティングを有する幅が約５ｃｍ、長さが約１００ｃｍの長方形のチタニウム・プレートであってよい。プレート２１６は、スペーサ２１４によって、図示のとおり、それぞれ４枚のプレートからなる２つの組（正および負）として保持されている。プレート２１６の間隔は、２つの組の間で約６．４ミリメートルである。各組は、セル２１０から突き出る３１６ステンレス鋼の埋め込みボルト２２２を終端とすることができる。水が、矢印２２４によって示されている方向に、プレート２１６の間を、プレート２１６の長手方向両端に対して直角に、各セルを図２の左右方向である長手方向に通過するように通って導かれる。各セルを通過する水の流速は、典型的には層流であるように調節され、非侵襲の流量計によって較正することができ、記録することができる。

反応チャンバ１２２（図１）を動作させるための回路の例を、次のとおり説明することができる。絶縁変圧器（ｋ‐８）が、電源からの一次の６００ボルトの３相を、複数タップの二次の１０〜２０ボルトの３相交流（ＡＣ）へと降圧する。二次の３相ＡＣが、直流（ＤＣ）への変換のために、サイリスタに供給される。サイリスタとしては、例えば５００アンペア３相サイリスタ直流（ＤＣ）変換器が例示できる。一実施形態においては、サイリスタが、１２個のシリコン制御整流器を備え、四象限の動作をするように配置されている。このサイリスタは、６個のシリコン制御整流器（ＳＣＲ）および四象限の回路配置を用いて、セルを励起するために使用される。反応チャンバ１２２が、点弧ボードによってゲートトリガされて導通状態となる。反応出力負荷が、分岐または迂回ボードへと供給される。ＰＬＣ１４４により、反応チャンバ内のセルにＤＣを印加するＰＩＤランプ・シーケンスが可能となる。セルの電流および電圧が、セルの電極プレートを励起すべく時間の関数として上げ下げされる。ＤＣ電力の交番を、例えば約３０分ごとに反転させたパルスとしてセルに供給することができる。サイリスタを介して、所定の電流値が印加され、最初は電流が、例えば各セルにつき約５．０アンペアＤＣで、流入する供給水の導電率に関係する電圧にて印加される。時間傾斜が開始され、各セルにつき約１０アンペアを維持できるまで続けられる。全体の生成プロセスは、これらの条件のもとで約３．５〜４時間続く可能性があり、１リットル当たり約２８〜約３５ミリグラムの酸素を有する約３２８０米国ガロンの水が生成される。

装置の一例についての典型的な仕様を、実施例６に提示する。

溶解度が向上した水（ＥＳＷ）は、優れた水および酸素の混合物である。８〜９ｍｇ／LのＯ_２を含んでいる大気へと暴露された通常の水と異なり、ＥＳＷは、通常の酸素含有量の約３倍（すなわち、２８〜３５ｍｇ／L）を含むことができると考えられている。また、この高められた酸素濃度は、開放系容器においても２日以上維持できると考えられている。攪拌（かき混ぜ）後、典型的には気泡がまったく、あるいはほとんど形成されず、従来どおりに例えば酸素で加圧されて酸素化された水に比べ、本発明のＥＳＷは酸素含有量の減少が少ないか、あるいはまったく減少しない。

理論に拘束されるつもりはないが、ＥＳＷの高められた酸素溶解度は、プレート２１６により生成される電磁気を利用した電磁気的処理を含むプロセスからもたらされる水の構造の変化に関係していると考えられる。この処理が、水の空洞のサイズを大きくし、これにより水は多くの酸素を吸収することができる。さらには、溶解度の向上という特性は、実施例での優れた結果に示されているように、ＥＳＷが摂取されて血流中に進入した後にも保持されるように見受けられる。ＥＳＷの通常の摂取および胃腸での吸収により、血漿における優れた酸素溶解度および酸素の拡散をもたらすことができる。血流中のＥＳＷは、赤血球が酸素を放出するのを増加させ、その結果、組織への酸素の送達の効率を、向上させると考えられる。送達の増加という正味の効果が、健康な人々における生理学的利益に反映される。

理論に拘束されるつもりはないが、これらの観察結果の１つの解釈は、液体状態の物理学および非古典的核生成理論によれば、ＥＳＷの酸素含有量のうちの一部が、サブ‐ナノメートルのサイズの空洞へと捕らえられた小さな酸素クラスタの形態で溶解しているというものである。これらの空洞は、液体の流動性ゆえに時間において変動する可能性があり、平均で数十個の水分子で形成されることができる。対照的に、未処理の水では、大気中の酸素が、クラスタの形態でではなく、もっぱら単独の（単量の）酸素分子の形態で溶解するものと考えられる。酸素クラスタを含有するＥＳＷ中により大きな空洞が存在するということは、液体の水が有する水素結合ネットワークの周知の傾向に起因すると考えられ、そこでは空洞の変動（これらの微視的変動の時間軸は、ピコ秒の次元である）において現れたり、消滅したりする空洞が作り出される。これらの空洞が数個の酸素分子（他の無極性の分子も使用可能である）を捕らえたとき、それらはエントロピー−エンタルピー補償機構によって安定化されるものと考えられる。そして、酸素クラスタを含んでいるこれらの空洞は、そうでなければ単独種に有利に働く平衡の状況に関して、準安定でありうる。その結果、巨視的レベルにおいては、ＥＳＷが通常の熱力学の状態において２日以上準安定であることが観察される。

液体の水では、大気条件下、自然発生の一時的な空洞を、氷の特定の形態に見受けられるクラスレート構造（下記の化学式を参照）に類似する水分子の殻によって定めることができる。液体の状態において、不活性な無極性の気体を包むことができるこれらの空洞の殻を形成しているＨ_２Ｏ分子の平均的な数は、２０〜２５の間であると考えられ、殻によって囲まれる空間は、単一の（単量の）Ｏ_２分子を保持するために充分大きい。未処理の水においては、巨大な空洞の形成（空洞形成の仕事）がエントロピー・コストの指数関数によって与えられるため、大きな空洞の発生、すなわち約２５個を超える水分子で構成される殻を備える空洞の発生はまれであると考えられる。例えば、約２５個の水分子で構成される空洞を観測する確率は、２０個の分子で構成される空洞を観察する確率に比べ、大まかに二桁も小さい。

対照的に、最大で３倍の溶解酸素量を含むと考えられるＥＳＷにおいては、２つ以上の酸素分子が大きな空洞に収容されると考えられ、その殻は相応してより大きいと考えられる。しかしながら、酸素分子と水分子との間の分子間の相互作用が、かなりの程度で空洞形成のエントロピー・コストに関与するとも考えられる。これらのより大きな殻は、約３５個を超えるＨ_２Ｏ分子で形成されると考えられる。

ＥＳＷは、約３５個を超えるＨ_２Ｏ分子で形成されるこれらの大きな空洞の殻が複数存在することに関係していると考えられる。

上の図には、未処理の水において単一のＯ_２分子を収容できる水の殻のおおよそのサイズのクラスレート形式の構造の例が示されており、わかりやすくするため、Ｈ_２Ｏ分子のうちの酸素部分のみが（図の頂点として）示されている。

人間における効果
健康な個人におけるＥＳＷの生理学および能力の効果を実証するため、えり抜きの自転車乗りに対していくつかの運動の研究を実行した。研究により、ＥＳＷを摂取することで、自転車乗りが同じ量の未処理の水を摂取した場合に見られる効果と比べ、固定の作業負荷において心拍数が有意に低くなること、および固定の心拍数においてより作業速度が速くなることが、実証された。

下肢動脈疾患に関係する局部的酸素供給不足の患者においては、ＥＳＷを摂取することで、虚血症状の発生の遅延および回復時間の短縮がもたらされた。

実施例１：最大下運動の研究
静的な最大下自転車運動テストの際の心拍数についてのＥＳＷの効果を判断するため、水道水を対照とした単盲検の双方向交差の最大下運動の研究をした。自分自身の自転車を使用する１６人の男性および女性の自転車乗りが、本研究に参加した。ベースライン作業負荷を、それぞれの自転車乗りのラクテート（無酸素性作業）しきい値（ＬＴ）（コンコーニ・テスト）を割り出すことによって標準化した。ベースラインを標準化する際には、４つの抵抗設定、すなわち（１）ＬＴの８０％、（２）８０％＋２０ワット、（３）８０％＋４０ワット、（４）８０％＋６０ワットにおいて段階的な静的な運動テストを実行した。

テストは、ＰＣ １（登録商標）パワー・パックを使用するコンピュータ化された静テスト・スタンド（Compu Trainer Racer Mate（登録商標））にて実行した。心拍数を、４つの抵抗レベルのそれぞれについて３分間後にPolarX Training Heart Rate（登録商標）モニタで測定した。

テストを繰り返す前３時間の間の３０分間で、グループＩは、５００ｍＬのＥＳＷを摂取し、グループＩＩは、５００ｍＬの水道水（盲検）を摂取した。交差研究においては、同じベースラインおよび繰り返しテストを、各グループの摂取する水の種類を入れ替えて再び実行した。

ベースラインおよび種々の抵抗における心拍数を、Studentのｔテスト（両側）を使用して各グループについて統計的に比較した。Ｐ＜０．０５を統計的に有意であると考えた。

データは、どちらのグループについても、いずれの抵抗レベルにおいても、水道水を摂取した後に心拍数に有意な変化がないことを実証している。対照的に、ＥＳＷを摂取した後では、すべての抵抗レベルにおいて心拍数に有意な減少が存在した。

心拍出量と、作業負荷および酸素消費量に対する心拍数との関係は、運動能力に照らして充分に立証されている。健康なアスリートにおいては、トレーニング効果またはベースライン・パラメータの変化がない場合、固定の抵抗（作業負荷）での繰り返しの運動は、同様の心拍数にて達成されうる。本研究においては、４つの抵抗の同程度の最大下範囲において各自転車乗りを繰り返しテストすることによって、トレーニング効果またはベースライン・パラメータの変化を最小にすることができる。１日について通常の水道水の摂取の前および後において、段階的な運動の際の各自転車乗りの心拍数を比較すると、心拍数に変化がなかったことが明らかであり、この試験設計では、心拍数に有意な変化を発生しうることを確認している。

対照的に、この双方向交差の研究において、自転車乗りは、ＥＳＷの摂取の前および後に同じ運動能力を繰り返し、心拍数が有意に低下することが見いだされた。したがって、ＥＳＷの摂取について観察された生理学的効果は、未処理の水と比べた場合、複数の作業負荷を実行しつつ健康な個人の心拍数を下げる点である。

実施例２：固定の心拍数の試験的研究
静的な最大下自転車運動テストの際に、所定の心拍数でペダルを漕ぎつつ５マイルの模擬走行をするために要する時間について、ＥＳＷの摂取の効果を判断するための水道水を対照とした単盲検の最大下運動の研究を行った。

自分自身の自転車を使用する１２人の男性および女性の優れた自転車乗りを、無作為に６人からなる２つのグループへと分け、各グループは最初のテストにおいて水道水またはＥＳＷのいずれかを摂取し、交差実験において他方の水を摂取した。各自転車乗りによる固定の心拍数をそれぞれの自転車乗りのラクテート（無酸素性作業）しきい値（ＬＴ）の８０％に維持することによって、運動を標準化した。無酸素性作業しきい値は、履歴データまたはテスト（コンコーニ・テスト）によって割り出した。適切なウォームアップの後、乗り手らは、ＰＣ １（登録商標）パワー・パックを備えるコンピュータ化された静テスト・スタンド（Compu Trainer Racer Mate（登録商標））を使用し、自分自身の自転車を用いて、５マイルの模擬距離を、それぞれに指定された心拍数を維持する速度で走行した。心拍数を、PolarX Training Heart Rate（登録商標）モニタで測定した。モニタは、それぞれの自転車乗りが５マイルの模擬距離を走行するまで、各マイルを示す標識に達する時間も記録した。

テストの前日に、それぞれの乗り手は、水道水またはＥＤＷの６本の５００ｍＬボトルを摂取した。次の日、テストの開始前１２０分から始まる９０分間、それぞれの乗り手は、さらに３本の５００ｍＬボトルを摂取した。１０分間のウォームアップの後、乗り手らは、５マイルの模擬距離にわたって所定の心拍数での静的なテストを実行した。実際の心拍数が指定の心拍数の２拍の範囲内に保たれていることを保証するため、モニタで心拍数をチェックした。

第３日目に、各乗り手が他方の水を摂取するようにした後に、同じ水摂取スケジュールおよび静的なテストを繰り返した。

それぞれの水を摂取した後に５マイルの模擬距離を走行するために要した時間を、Studentのｔテスト（両側）を使用して統計的に比較した。Ｐ＜０．０５を統計的に有意であると考えた。

すべての乗り手が、この手順を完了できた。ＥＳＷの摂取後、５マイルの模擬距離を走行するのに必要な時間が有意に短縮された（ｐ＝０．０３５７）。

本研究において、ＥＳＷの能力効果は、自転車乗りの速度の向上という形態で利益をもたらした。通常の競技の状況においては、自転車乗りは典型的には固定の心拍数を維持することはないが、本研究は、水道水と比べ、ＥＳＷの摂取後は、同様の心拍数でより大きな速度（すなわち、作業出力）を発生することができるという結論を裏付けるデータをもたらしている。

理論に拘束されるつもりはないが、ＥＳＷが血流中へと吸収されることで、血漿中の酸素溶解度が向上すると考えられ、赤血球からの酸素の拡散（抽出）の向上につながると考えられる。組織への酸素利用性は、心拍数に反映される心拍出量と酸素の抽出との相互関係によって決まるため、固定の心拍数における作業出力の増加は、酸素抽出の向上に起因すると思われる。

実施例３：二重盲の固定心拍数の試験的研究
静的な最大下自転車運動テストの際に、所定の心拍数でペダルを漕ぎつつ１０マイルの模擬距離を走行するために要する時間について、ＥＳＷの摂取の効果を判断するための水道水を対照とした二重盲の最大下運動の研究である。

自分自身の自転車を使用する４３人の成人の男性および女性の優れた自転車乗りを無作為に分け、一方が水道水を摂取し他方がＥＳＷを摂取する２つのグループとした。
テストの際に、自転車乗りおよび監視者の両者を、水の識別について盲検とした。自転車乗りの固定の心拍数を、ラクテート（無酸素性作業）しきい値（ＬＴ）の８０％にそれぞれの自転車乗りが維持することによって、運動を標準化した。無酸素性作業しきい値は、履歴データまたはテスト（コンコーニ・テスト）によって割り出した。適切なウォームアップの後、ＰＣ １（登録商標）パワー・パックを使用するコンピュータ化された静テスト・スタンド（Compu Trainer Racer Mate（登録商標））上で、１０マイルの模擬距離にわたって、それぞれに指定された心拍数を維持する速度で自分自身の自転車を漕いだ。心拍数を、PolarX Training Heart Rate（登録商標）モニタで測定した。

乗り手および監視者の両者を、各乗り手の速度および各テストの前に摂取した水の種類に関し、盲検とした。やはり盲検としたさらなる監視者が、それぞれの自転車乗りが１０マイルの模擬距離を走行するまで、各マイルを示す標識に達する時間を記録した。

テスト日に先立つ２日のそれぞれにおいて、各乗り手は、水道水またはＥＤＷの６本の５００ｍＬボトルを摂取した。テストの日に、体重が１４０ポンド未満である場合、それぞれの乗り手は、軽い朝食の後、テスト開始前１２０分から始まる９０分間、さらに３本の５００ｍＬボトルを摂取した。１４０ポンド以上の乗り手は、テスト開始前１５０分から始まる１２０分間、さらに４本の５００ｍＬボトルを摂取した。

１０分間のウォームアップの後、乗り手らは、１０マイルの模擬距離にわたって所定の心拍数での静的なテストを実行した。監視者および乗り手は、実際の心拍数が指定の心拍数の２拍の範囲内に保たれていることを保証するため、連続的にチェックを行った。さらなる盲検の監視者が、各乗り手について、各マイルを示す標識の通過および１０マイルの模擬のコースの完了に要した時間を記録した。

交差のテストを、最初のテストの７日後に行った。各グループを他方の水を摂取するように入れ替えた後に、同じ水摂取スケジュールおよび静的なテストを繰り返した。

水道水またはＥＳＷを摂取した後に模擬の１０マイルの距離を走行するために要した時間を、Studentのｔテスト（両側）を使用して統計的に比較した。Ｐ＜０．０５を統計的に有意であると考えた。

４３人の乗り手のうち、２人はこの手順を完了できなかった。一方の乗り手は、自身の自転車が機械的に故障してしまい、他方の乗り手は、一貫した心拍を指定の心拍数に維持することができなかった。ＥＳＷの摂取後、１０マイルの模擬の距離の完了に必要な時間が有意に短縮された（ｐ＝０．０３６４）。完走までの時間の短縮は、平均で２９秒であり、あるいは平均総時間の１．４％であった。

先の研究と一致し、これらの結果は、ＥＳＷの能力効果を、自転車乗りの速度の向上という形態での利益へと変換できることを確認している。通常の競技の状況において、自転車乗りが固定の心拍数を維持することがないのは確かであるが、本研究は、水道水と比べ、ＥＳＷの摂取後は、同様の心拍数でより大きな速度（すなわち、作業出力）を発生することができるという結論を裏付けるデータをもたらしている。

理論に拘束されるつもりはないが、ＥＳＷが血流中へと吸収されることで、血漿中の酸素溶解度が向上すると考えられ、赤血球からの酸素の拡散（抽出）の向上につながると考えられる。組織への酸素利用性は、心拍数に反映される心拍出量と酸素の抽出との相互関係によって決まるため、固定の心拍数における作業出力の増加は、おそらくは酸素抽出の向上に起因している。

実施例４：単盲検の跛行の試験的研究
下肢末梢血管障害を既に有する患者における跛行（下肢の痛み）の発生、最大強度の継続時間、および回復までの時間について、ＥＳＷの摂取の効果を判断するための水道水を対照とした単盲検のトレッドミル運動、すなわち歩行ベルトを用いた運動テストをした。

３６〜７０歳であって末梢血管障害からの跛行が確認されている１４人の成人の男性および女性の患者が、ベースラインのトレッドミル運動テストを実行し、その後に９０分間にわたって、１リットルの未処理の水（ＵＷ）またはＥＳＷを飲用した。３０分の休養期間の後、トレッドミル運動テストを繰り返した。翌日の交差の研究においては、患者に他方の水を飲用させて、この手順を繰り返した。

トレッドミル運動テストは、２．０〜３．５ｋｍ／時の固定の速度で実行した。２％の傾斜から出発し、痛みの発生ゆえにテストを終了させるまで、２分ごとに２％ずつ傾斜を増加させた。測定対象には、下肢の傷みの開始、最大の苦痛の終了、および痛みの緩和の時間とともに、休息時、それぞれの２分間の歩行期間の終了時、および痛みの開始時、および痛みの緩和時の心拍数、ならびに休息時および痛みの緩和時の血圧が含まれる。

両日のテストの際に、一定の速度で歩行ベルト上を歩行するときの患者の生理学的反応（心拍数および血圧）は、予想される通常の範囲内であった。

他の原因ではなく跛行ゆえの痛みが確認されている患者について、最大の痛みの時点の心拍数は、予想される年齢最大値の８０％であった。ＥＳＷを摂取することで、作業負荷（歩行）を受ける時間が１０．４％改善され、最初の痛みまでの時間が１３．６％改善された。最大の痛みの発生は、統計的に有意に遅れた（ｐ＜０．０５）。最大の痛みの後の回復期間は、ＥＳＷの摂取後には３１％短縮された（ｐ＜０．００１）。心拍数は、未処理の水に比べ、ＥＳＷを投与したグループにおいて一貫して低かった。ＥＳＷは、本研究において患者に対して統計的に有意な生理学的効果を示した。下肢の跛行に起因する痛みの発生が、ＥＳＷの摂取の後には遅くなった。さらには、痛みの発生後の回復時間も短縮された。

実施例５：二重盲の跛行の試験的研究
下肢末梢血管障害（跛行）を既に有する患者における下肢の痛みの発生、最大強度の継続時間、および回復までの時間について、ＥＳＷの摂取の効果を判断するための水道水を対照とした二重盲のトレッドミル運動テストである。

４３〜７１歳であって末梢血管障害からの跛行が確認されている２４人の男性および女性の患者（表１）が、ベースラインのトレッドミル運動テスト（Ｔ１）を実行し、その後に９０分間にわたって、１リットルの未処理の水（ＵＷ）またはＥＳＷを飲用し、次いで同じ運動テスト（Ｔ２）を繰り返した。翌日の交差の研究においては、患者に他方の水を飲用させて、この手順を繰り返した。

トレッドミル運動テストは、２．５〜４．２ｋｍ／時の固定の速度で実行した（表１）。２％の傾斜から出発し、痛みゆえに歩行を終了するまで、２分ごとに２％ずつ傾斜を増加させた。得られたデータには、最大の苦痛の終了、および痛みの緩和の時間とともに、休息時、それぞれの２分間の歩行の終了時、最大の痛みの終了時、および痛みの緩和時の心拍数、ならびに休息時および痛みの緩和時の血圧が含まれる。テストの結果（歩行および回復の継続時間）を、表２に要約する。

患者がＥＳＷを摂取した後は、歩行ベルト上での歩行の継続時間が有意に増加した（ｐ＜０．００１）。増加は平均で８２秒であり、これは１６％の改善を意味する。対照的に、未処理の水を飲用した後には、歩行の継続時間に改善はなかった（ｐ＝０．５２９）。

これらの結果は、ＥＳＷの飲用によって参加者における最大の痛みの発生が遅れることを示唆している。さらに、ＥＳＷを飲用した後には、歩行ベルト上をより長く歩行したにもかかわらず、回復（痛みが完全に消失するまでの時間）が短縮された。さらに、心拍数および血圧について運動によって引き起こされる生理学的影響が、患者がＥＳＷを摂取した後にはより弱くなった。

実施例６：ＥＳＷの調製のための装置
装置の仕様：
・ステンレス鋼製のフレームおよびキャビネット
・装置（反応箱）サイズ：高さ９２インチ、長さ１４４インチ、幅９０インチ
・装置入口配管 ６インチＰＶＣフランジ
・装置出口配管 ６インチＰＶＣフランジ
・装置閉鎖流速 ４７４ＧＰＭ（１７９４ＬＰＭ）
・動作圧力 ３５ｐｓｉ
・必要電力 ６００ボルト３相４０アンペア
・装置動作温度 ３３Ｆ（０．５℃）
・動作温度条件 ９℃〜３０℃
・装置送り込みおよび送り出し絶縁バルブ

制御部の仕様：
・ステンレス鋼製ＮＥＭＡ（登録商標） ４×制御パネル（切り離し付き）
・Ａｌｌｅｎ Ｂｒａｄｌｅｙ（登録商標） ＰＬＣ制御およびラック
・Ｐａｎｅｌ ｖｉｅｗ操作者カラー・インターフェイス
・シーメトリック（Ｓｅａｍｅｔｒｉｃ）社製アナログ流量計（読み出し付き）
・温度熱電対プロセス・ラインインおよびラインアウト
・状態表示および警報用Ａ／Ｂスタック・ライト
・ＡＦＤ３０ｈｐ ６００ボルト・プロセス・ポンプ・インバータ
・マグ−テック（Ｍａｇ‐Ｔｅｃｈ）社製タンク水位コントローラ （４〜２０ｍａ 送信機付き）
・タンク上部動作レベルｓ／ｓフロート・スイッチ
・プロセッサ導入ライン用圧力トランスデューサ
・ＤＣ制御パネル（デッド・フォント・セル・フュージング付き）
・ＤＣ制御パネル・コントローラおよび動作ボード
・ＷＴＷ ＭＩＤ／Ｃ １８４端子Ｏ２コントローラ
・ライン圧力計（油充填）

タンクの仕様：
・米国３８２２ガロン縦型ステンレス鋼絶縁タンク
・タンク進入用２０インチマンホール
・６インチ上部入口ｓ／ｓフランジ
・６インチ底部出口ｓ／ｓフランジ
・タンク圧力定格４０ｐｓｉ
・タンク高さ１８８インチＦ／Ｆ
・タンク外径８８インチ

ポンプの仕様：
・３０馬力ＦＲＩＳＴＡＭ（登録商標）モデル＃１１５１
・１７５０ｒｐｍ ４インチトリクランプ接続吸い込みおよび放出
・５０ｐｓｉの水で６００ｇｐｍの定格放出

さらなる情報については、発明を実施するための最良の形態および図面を参照されたい。自治体による処理済みの水または天然水を、前もってろ過して、４，０００米国ガロンのステンレス鋼製円錐形接触タンクへと配置することができる。セル・ヘッダー排出管が、タンクの上部から進入し、タンクの中心に位置する垂直の管路によって、７２インチの深さまで沈められている。

周波数インバータによって制御可能な主システム・ポンプによって、タンクから水を反応チャンバ内の４０個のセルを通して、再びタンクへと循環させることができる。比例積分微分閉ループ制御を使用することができる。次いで、第２のポンプが、水を接触タンクの底から熱交換器へと循環させ、再びタンクの上部へと戻す。接触タンク内の所定の水位において、冷却ユニットが熱交換器を通過するグリコールを冷却し、水を３３°Ｆ〜３５°Ｆの一定の範囲に冷却する。

励起された水がセル排出ヘッダーから垂直タンク管路へと流れるため、混合チャンバをタンク内に生み出すことができる。半励起水と励起水との混合物を、混ぜ合わせることができる。

加圧された清浄な空気の層を、設定された水位の上に生じさせることができる。ドームには、１２インチのすき間を維持することができる。一定に調節された３５ｐｓｉの空気圧を、容器で維持することができる。

出力指示を、プロセス・ループの圧力、液体の水位、および流速を制御するために使用することができる。この指示により、閉ループを制御することができ、アナログ入力モジュールからの入力を使用し、アナログ出力モジュールへと制御出力を供給してプロセス変数を所望の設定点に有効に保持する応答とすることができる。ひとたび圧力、温度、および流れに関する所定のパラメータが達成されて維持されると、システムのＰＬＣが、反応チャンバ内のセルへの動力を開始する。

電気回路は、一次の６００ボルト３相を、複数タップの二次の１０〜２０ボルトＡＣ３相へと降圧する絶縁変圧器（ｋ‐８）巻線で構成されている。二次の３相ＡＣを、変換のために５００アンペア・サイリスタへと供給することができる。３相サイリスタＤＣ変換器は、６個のＳＣＲおよび四象限の回路配置を用いて、セルを励起するために使用することができる。反応器を、点弧ボードによってゲートトリガして導通状態とすることができる。反応出力負荷を、迂回ボードへと供給することができる。ＰＬＣが、セルへと直流を印加するＰＩＤランプ・シーケンスを可能にする。セルの電流および電圧を、セルのプレートを励起させるべく上下に時間的に傾斜させることができる。セルへのＤＣ電力の交番を、３０分ごとに反転させることができる。最初に電流を、各セルにつき約５．０アンペアＤＣで、流入供給水の導電率に関係できる電圧にて印加できる。時間傾斜が開始され、各セルにつき約１０アンペアを維持できるまで続けられる。

セルは、長さ約４７．５インチの３インチの剛体のＰＶＣ管で形成でき、密に閉じられたＰＶＣプレート・スペーサ挿入物を備える。別個の端部キャップにより、セル・アセンブリを所定の位置に保持される。最大の導通を達成するために、１００ミクロンインチＵの白金コーティングがされたチタニウム製の長さ約４０インチの長さおよび幅約２インチの４枚の平坦なプレートからなる２つの部位が存在できる。プレートは、正および負の組の間に０．２５０インチの間隔を有することができる。これらは、セルから突き出る３１６ステンレス鋼の埋め込みボルトを終端とすることができる。

セル当たりの水の流速は、層流であることができ、非侵襲の流量計によって較正することができ、記録することができる。

製造プロセスの全体は、反応チャンバ（セル）、接触タンク、および冷却ユニットを備える閉ループ・システムにおいて３．５〜４時間にわたって実行される。これにより、酸素濃度が２４〜３０ｍｇ／Lの範囲の水約３２８０米国ガロンが生成される。

このプロセスは、一定の混合、圧力、および電気パルスの傾斜のもとで行われる、励起された水の電磁気的処理を含む。このプロセスは、事実上任意の液体溶液に酸素用の空洞を形成するために使用することができる。

以下の文献の教示の全体を、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。２００１年４月１７日に付与された米国特許第6,217,712号、２０００年１０月５日に出願された米国特許出願第09/679,371号、２０００年２月１８日に出願された米国特許出願第09/507,122号、１９９９年１０月５日に出願された米国特許出願第09/412,359号、および１９９６年１２月４日に出願された米国特許出願第08/760,342号。

本発明を、本発明の好ましい実施形態を参照しつつ詳しく示して説明したが、本明細書に包含される本発明の技術的範囲から離れることなく、これらの実施形態において形態および詳細についてのさまざまな変更が可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。

酸素富化水を調製するための本発明の一実施形態としての装置１１０を示している。 装置１１０において使用できる単一の励起セル２１０を示している。

符号の説明

１１７，１１８…第２の管路
１２０…ポンプ

Claims (27)

1. 水の酸素溶解度を高めるための装置であって、
   ａ）それぞれが管路を形成する少なくとも１つのセル、
   ｂ）前記セルの管路内にある少なくとも２つの電極プレート、および
   ｃ）サイリスタを備え、前記電極プレートに接続された電気回路
   を有しており、
   前記電気回路を動作させることによって、前記管路を通って導かれる水および酸素に電気パルスを印加する装置。
2. 請求項１において、電極プレートが、セルによって形成される管路を通って延びる直角な流れの経路に対して基本的に直角に延びる主軸を備えている装置。
3. 請求項２において、セルが反応チャンバに収容されている装置。
4. 請求項１において、電極プレートが電磁気を発生する装置。
5. 請求項１において、電気回路が変圧器を備えている装置。
6. 請求項５において、変圧器が、複数タップの３相変圧器である装置。
7. 請求項１において、サイリスタが、所定の電流に達したときに電気パルスを通過させる装置。
8. 請求項３において、
   ａ）容器、
   ｂ）前記容器から反応チャンバへと延びる第２の管路、および
   ｃ）前記第２の管路に位置するポンプ
   をさらに備えている装置。
9. 請求項８において、ポンプが周波数インバータによって制御される装置。
10. 請求項８において、前記容器からの流体路に熱交換器をさらに備えており、この熱交換器によって前記容器内の流体の温度を制御することができる装置。
11. 請求項８において、前記容器からの流体路に加圧空気の供給源をさらに備えている装置。
12. 水の酸素溶解度を高める方法であって、
    未処理の水に対して、その水の飽和点を超えて酸素を溶解させるための充分な量の電磁気パルスを印加することによって水を処理する工程を有している方法。
13. 請求項１２において、処理済みの水を酸素と組み合わせる工程をさらに含んでいる方法。
14. 請求項１２において、電磁気を発生する電極プレートに水を接触させることによって電磁気パルスが印加され、サイリスタが約５アンペア〜約１０アンペアの間の範囲の電気パルスを発生する方法。
15. 請求項１４において、前記電気パルスの電流値を、セル当たり最大値約９．５アンペアまで増加させる方法。
16. 請求項１２において、サイリスタおよび電極プレートを、１２個のシリコン制御整流器を備え、四象限の動作をする電気回路の構成部品としている方法。
17. 請求項１３において、水を約３３°Ｆ〜約３５°Ｆの間の範囲の温度に維持する方法。
18. 請求項１３において、絶縁変圧器が、一次の６００ボルトの３相を、複数タップの二次の１０ボルト〜２０ボルトの間の範囲の３相へと降圧し、その３相の二次を変換のためにサイリスタに供給する方法。
19. 請求項１４において、サイリスタが５００アンペアのサイリスタである方法。
20. 請求項１９において、点弧ボードを介してゲートトリガされて導通状態となる反応器内の水に、電磁気パルスを印加する方法。
21. 請求項２０において、電磁気を発生する電極プレートをセル内に配置し、セルを反応器の中に入れる方法。
22. 請求項２１において、反応器内の少なくとも１つのセルを通って水を導く工程をさらに含む方法。
23. 請求項２２において、層流状態のもとで少なくとも１つのセルを通って水を導く方法。
24. 請求項２３において、各セルへと加えられる電流を、周期的に反転する方法。
25. 請求項２４において、前記周期が、約２０〜４０分の間の範囲にある方法。
26. 請求項２５において、前記周期が約３０分である方法。
27. 請求項１３の方法によって得られた溶解度向上水。

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