CN101896230B - 便携式氧输送装置和向移动用户输送氧气的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于增加用户吸入的空气中的氧含量的便携式氧输送装置。所述装置包括太阳能电池，其长时间收集能量并基于用户的需求即时为电解单元供电用于氧更新的目的。由所述电解单元产生的氧气被管道系统传递到邻近用户口和鼻的区域。所述太阳能电池和所述电解单元被集成到由用户穿着的服装中。

Description

便携式氧输送装置和向移动用户输送氧气的方法
技术领域
本发明涉及用于增加用户吸入的空气中的氧含量的便携式装置，特别地，提供了高操作自主性的用户和装置。此外，本发明还涉及增加用户吸入的空气中的氧含量的方法。
背景技术
增加氧气供给用于在特定环境下改善人们的健康状况。现代生活方式使许多人不能充足地接触到新鲜空气。特别地，在人们主要居住的高度城市化的区域中，这导致相关人士氧气缺乏。通过增加这些人所吸入的空气中的氧气含量，可以改善他们的健康状况。
例如，已公知形式为压缩富集空气瓶的便携式氧气分配系统。然而，这些瓶会相对快速地耗尽，这导致显著降低的操作自主性并导致显著的操作成本。
发明内容
基于上述背景，本发明的一个目的为提供克服或至少减小了上述问题的便携式氧输送装置。
在本发明中，提出通过利用太阳光照的能量(通过太阳能电池-SC)和自然水来实现自主便携式氧输送系统，以便在呼吸的空气中提供氧气富集(enrichment)。
通过提供一种用于增加用户吸入的空气中的氧含量的便携式氧输送装置来实现该目的，所述装置包括：能量源，耦合到电解单元，所述电解单元被配置为将水分解为氧气和氢气；氧分配导管，耦合到所述电解单元，所述导管被配置为将产生的氧传送到邻近用户的鼻和口的区域，并且所述导管被配置为在所述邻近用户的鼻和口的区域中释放所产生的氧。
由此，由于几乎可以在任何地方随意找到阳光和水，所以提供了一种基本上完全自主的便携式氧输送装置。
所述能量源包括至少一个太阳能电池。
所述太阳能电池被集成到服装中，由此，所述氧输送装置可以被舒适地携带。
优选地，所述太阳能电池为挠性太阳能电池，由此，所述装置易于被集成在服装(garment)中。
所述服装为上衣(jacket)、背心(vest)、帽、带或背包。
电解单元包括具有两个分离的气体容纳腔的水容器。
优选地，每一个气体容纳腔具有所述电解单元的至少两个电极中的至少一个电极。
所述容器可以为可更换的筒(cartridge)。由此，当需要时，用户可以容易地更换所述水容器。
所述容器或筒可以为可再填充的类型。由此，当需要时，用户可以容易地再次填充所述水容器。
优选地，所述电解单元被集成到服装中以易于携带。
所述太阳能电池和所述电解单元还包括可再充电电池或电容器，并且所述太阳能电池和所述电解单元被连接到所述电池或电容器。由此，在所述电池或电容器被充电的情况下，最大氧产生容量依赖于所述可再充电电池或电容器的最大功率输出，而不受限于太阳能电池的瞬时功率输出。
所述太阳能电池基本上恒久连接到所述电容器或电池以对所述电池或电容器充电。由此，在所述太阳能电池可以得到光照的任何时间，都可以充电电池或电容器。
所述电解单元可选择性地连接到所述电池或电容器。由此，用户可以根据他/她的需要来激活和去激活氧产生。
所述装置还包括电连接器，所述电连接器允许将所述电解单元和/或电池或电容器连接到外部电源。由此，如果需要可以迅速再充电电池和/或由外部电源向所述电解单元供应电力。
所述分配导管被连接到包含所述电极的阳极中的一个的所述气体容纳腔的出口。
可以在所述出口设置过滤器，优选地，能够阻止液滴的过滤器。由此，可以避免水传送通过所述分配导管。
所述装置还包括适合于调节流向所述用户的氧气流的气流调节器。由此，用户可以根据他/她的需要来控制输送的氧的量。
所述装置还包括在所述分配导管的上游部分中的氧分配臂。由此，可以实现到用户的口和鼻附近的正确区域的输送。
所述氧分配臂可以被集成到体服装中。由此，所述氧分配臂易于携带。
所述氧分配臂可以被集成到帽或眼镜中。
所述分配导管包括在所述电解单元与所述氧分配臂之间的挠性管道。
所述装置还包括氢气释放排放口，所述氢气释放排放口被耦合到包含所述电极的阴极中的一个的所述气体容纳腔。
还通过提供一种增加用户吸入的空气中的氧含量的方法来实现上述目的，所述方法包括：提供便携式电解装置，所述便携式电解装置被配置为将水分解为氧气和氢气；收集所述氧气并将其传送朝向邻近用户的口和鼻的区域；以及邻近所述用户的鼻和口输送所述氧气。
所述便携式电解装置由太阳能电池驱动。
优选地，所述电解装置包括可再充电电池或电容器，并且所述方法还包括以下步骤：当电解和装置未激活时，还用所述太阳能电池对所述可再充电电池或电容器充电。
所述电解装置包括可再填充的水容器，并且所述方法还包括再填充所述水容器。
所述电解装置包括用户可更换的水筒，所述方法还包括更换所述用户可更换的水筒。
还通过提供包括控制器的移动装置来获得上述目的，所述移动装置具有用于连接到便携式氧输送装置的接口，并且所述移动装置被配置为控制便携式氧输送装置的操作。
所述移动装置被配置为开始和停止所述便携式氧输送装置中的氧产生过程。
所述移动装置被配置为根据所述移动装置的状态开始和停止所述氧产生过程。
所述移动装置具有提供实时测量的传感器，由此所述移动装置被配置为根据所述实时测量的结果开始和停止所述氧产生过程。
所述实时测量包括下列中的一种或多种：位置、环境空气质量、环境空气污染水平、环境空气氧水平、温度、环境空气压强、海拔、用户心率以及用户呼吸频率。
所述移动装置的状态通过从远程服务或装置接收消息或命令串而改变。
所述消息或命令串可以接收自远程装置或远程服务。
所述移动装置可以为通信装置。
还通过提供一种移动电子装置的使用来实现上述目的，所述移动电子装置包括可再充电电池以为便携式氧输出装置供电。
还通过使用移动电子装置控制便携式氧输送装置的操作来实现上述目的。
根据本发明的移动电池充电装置和方法的其他目的、特征、优点和特性将通过详细的描述而变得显而易见。
附图说明
在本说明书的下列细节部分中，将参考在附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明。
图1为示例了根据本发明的实施例的便携式氧输送装置的一般结构的框图；
图2为根据本发明的实施例的便携式氧输送装置的透视图；
图3为根据图2的便携式氧输送装置的截面视图；
图4为根据本发明的实施例的便携式氧输送装置的一部分的透视图；
图5为根据图4的便携式氧输送装置的另一部分的透视正视图；
图6为根据图4的便携式氧输送装置的另一部分的透视后视图；
图7示例了根据图5和6的氧输送装置的细节；
图8示例了根据本发明的方法的流程图；
图9为根据本发明的实施例的移动装置的正视图；以及
图10为根据图9的移动装置的概略框图。
具体实施方式
在下列详细说明中，将通过优选实施例详细描述根据本发明的自主便携式氧输送装置。
该便携式氧输送装置的基本设计包括：
·挠性(或刚性)太阳能电池，被集成为便携式形式，例如，像帽、背心(vest)、上衣(jacket)或带状服装；
·具有两个分离的腔(用于氧气/氢气产生)和内置电极(该电极可由腔表面的碳或金属构成的内部涂层形成)的水容器或筒(cartridge)(可更换)；
·氧气分配臂，用于将产生的氧气输送到鼻/口下。
根据实施例，便携式氧输送装置还包括到/来自外部电子装置(例如移动电话的电池)的替代的电连接器，以及
·气流调节器。
水的电解是利用电流将水分解为氧气(O2)和氢气(H2)的电解过程。电解基元包括连接到直流电源的两级的两个电极(通常碳导电迹线(trace)或惰性金属层)。电解的能量效率相对高(约95％)。
图1为根据本发明的实施例的便携式氧输送装置的框图。该装置包括水容器10，但至少部分地填充有水，并由分隔壁11分为两个腔。阳极12位于腔14中，并至少部分地浸入在腔14中的水中。腔14的上部容纳在电解过程期间产生的氢气。阴极13位于腔15中，并至少部分地浸入在腔15中的水中。腔15的上部容纳在电解过程期间产生的氧气。
阳极12和阴极13通过控制器16被电连接到一个或多个太阳能电池22和可再充电电池或电容器23。控制器16控制分别从太阳能电池22到可再充电电池和从电池23到阳极12和阴极13的电力流动(直流)。控制器16被配置为使用由太阳能电池产生的电力在任何时间对电池充电，即，太阳能电池默认对可再充电电池充电。由控制器16选择性地将电极12，13连接到可再充电电池23或将电极12，13与可再充电电池断开，来控制电解过程的激活。控制器通过用户接口17接收来自用户的指令。用户接口17包括键盘、开关或任何其他用户输入装置。
控制器16还连接到外部电连接器19，外部电连接器19被配置为连接到外部电源，例如，移动电话的电池(未示出)。在一个实施例中，外部电连接器19还可包括接口，该接口用于连接接管氧输送装置的控制的移动装置。控制器16还被配置为使用外部电力对可再充电电池23进行再充电和/或直接为电解过程供电。电池操作允许在没有阳光或阳光不足时的氧气输送。
几十年来，已经开发了不同类型的太阳能电池，像在挠性/透明衬底上的硅或相对新的有机染料光敏太阳能电池。目前常规太阳能电池的固有转换效率的范围为10-20％。太阳能电池技术正迅速发展。许多迹象表明，转换效率将进一步被提高到35-50％的更高的水平。在海平面处的阳光的功率约1200W/m2。考虑常规太阳能电池，在约S1＝10x10cm(100cm2)的太阳能电池面积中的转换效率能够产生约2W的电力。
需要相对小量的氧气，以通过增强可呼吸的空气中的氧气浓度来提供显著改善的空气质量。一个正常成年人每小数消耗约50升氧气。氧气浓度的10％的改善就已经可以产生积极影响。这意味着，每小时约5升的纯氧基本上会改善人体生理状况。
图2和3示例了集成有用户可穿戴的帽20的便携式输送装置的实施例。电力产生太阳能电池22(为挠性形式或为刚性电池组)被设置在帽20和帽遮21的顶上(太阳能电池覆盖的总表面积约1000cm2)。这样的帽概念能够在用户鼻/口前方的可呼吸空气中产生10-20％的氧气富集。
在帽20的总体结构中；存在两个基本部件：由太阳能电池20构成的盖和形成包含水的筒的内部层。在太阳能电池层之下存在可更换的(以及可再填充的)筒24，该筒24至少部分地填充有水。通过使用软橡胶/聚合物等等的材料实现筒24，这样的材料还同时提供了到用户头部的软耦合。筒24被分隔壁11物理分割为两个分离的腔(氧气腔15和氢气腔14)以用于分别产生氧气和氢气。在帽的底部，环形通道18连接腔12和13。在筒的内侧，存在导体表面涂层(例如，碳或金属涂层)，用作电极表面12，13。导电表面覆盖筒的整个内部表面(以最大化效率)，但导电表面被物理分离以提供两个分离的电极(阳极12/阴极13)。
当筒24(以及由此的两个腔14，15)填充有水时，通过来自被光照的太阳能电池(或来自未示出的电池)的电流供电的电极12，13，开始电解过程。在阳极(+)之上产生氧12，氧12被收集并在氧容纳腔15的顶部上的出口管嘴处排出。
在腔出口，存在层/过滤器29，其防止水溢出到挠性管道25，管道25将氧气导引向用户。
Figure GPA00001155476100072
过滤器29阻止水，但允许氧气流到外部。取代
Figure GPA00001155476100073
还可以使用能够阻止水滴的其他类型的可透过气体的过滤器。
氧气进一步由挠性管道25朝向分配臂26传送，在分配臂26处具有气流调节器(未示出)，这允许用户调整流量。分配臂26同样被集成到帽中，并可以向上/下夹住(依赖于使用)。氧气分配臂26终止在用户的鼻和口附近，由此仅仅在用户的鼻和口前方富氧化呼吸空气。分配臂26被设计为牢固安装在头部的帽上，以允许物理活动(移动、走动、跑动等等)。与氧气并行地，在具有阴极的关键氢容纳腔14中产生特定量的氢气。氢气通过排放口28释放到大气中，排放口28同样具有
Figure GPA00001155476100074
过滤器29或其他能够阻止水滴的可透过气体的过滤器。
H2排放口28和O2出口连接两者可以被分离/附接，以便有可能探及两个电解腔，从而再填充水。
图4到7示例了根据本发明的氧输送装置的另一实施例。在该实施例中，以背心30的形式实现氧输送装置，这利用了背心的可获得的更大的表面积。覆盖背心的太阳能电池提供了用于更高级别的氧气产生的足够量的电力。背心上可得的使用区可以很大，约5000cm2(或甚至更大，像太阳能电池衣)。可更换的水筒10以背心口袋32的形式实现。筒10具有盖34，其允许用户用水再填充筒10。替代地，用户可以在使用之后更换筒10。筒10被保持在背心口袋中，并可以被更换或填充(依赖于用户场所和条件)。
产生的氧气通过挠性管道25传送到氧分配臂26。在该实施例中，氧分配臂26为眼镜37的集成部分。眼镜37为太阳镜或不具有任何光学透镜效果的其他眼镜。
图7示例了根据本发明的实施例的方法的流程图。在第一步骤50中，提供便携式太阳能驱动电解装置。该电极装置配置为，将水分解为氧气和氢气。在下一步骤52中，收集氧气，并将氧气传送到邻近用户口和鼻的区域。接下来的步骤54包括在用户口和鼻附近分配氧气。
使用场景
在外面的高度城市化/繁忙街道上、在路上和在办公室中的用户可以携带该便携式氧输送装置；甚至正在进行体育运动的用户，移动用户均可使用，用户也可以在家中使用，在压力大的时间段使用，当然还可以帮助用户减轻头痛。该便携式氧输送装置被设计为稳固地适合高操作自主性和移动性(水和阳光几乎可以在任何地方自由地找到)。
便携式氧输送装置对于任何参与山区活动的人而言是非常有益的，该山区活动包括滑雪、登山、越野或长距离骑行、攀岩、越野跑和徒步旅行等等。旅行者也可以通过使用便携式氧输送装置而极大地受益。可能的应用包括在航空旅行之前和之后使用。另一应用为压力消除。可以在工作中使用便携式氧输送装置1以获得竞争优势并保持更佳的注意力。此外，在富氧环境中没有细菌或病毒可以生存，这意味着当在人口稠密的区域(公共汽车、电车、地下铁或其他拥挤区域)通勤时，可以使用便携式氧输送装置以最小化感染概率。
图9和10示例了根据本发明的实施例的移动装置。移动装置200，在该实施例中为移动电话，具有壳、显示器203、扬声器204以及键盘205。通过控制器218控制移动电话200的操作。控制器被连接到显示器203、扬声器204、键盘205、麦克风206、发射机、接收单元220以及可再充电电池224。移动电话200还包括均连接到控制器218的传感器210和外部装置接口230。
外部装置接口230适宜于与例如便携式氧输送装置20的外部装置连接。外部装置接口230还适宜于控制连接到移动电话200的外部装置的操作。控制器218被配置为当这样的外部装置被连接到移动电话200时控制外部装置的操作。特别地，控制器218被配置为控制便携式氧输送装置的操作，即，根据环境开始和停止电解过程。控制器考虑移动电话200的状态并相应地控制该便携式氧输送装置。特别地，该控制根据从远程装置或服务接收消息或命令串来控制便携式输送装置的操作。这样的服务可以位于医院，或为监视移动电话200的实际位置处的空气质量数据的服务器。
在一个实施例中，移动电话200具有连接到控制器18的传感器210。传感器210向控制器218输送实时信号。由传感器传送的实时测量包括下列中的一个或多个：位置(实际位置)、环境空气质量、环境空气污染水平、环境空气氧水平、温度、环境空气压强、海拔、用户心率以及用户呼吸频率。
响应于该信号或这些信号，控制器218确定开始或停止氧气产生过程。
在一个实施例中，外部装置接口230还包括用于建立电路的连接，该电路将电流从电池导引到移动电话200中的24，并导引到外部装置。由此，移动电子装置200可以用于给便携式氧输送装置20供电并对便携式氧输送装置中的可再充电电池23再充电。
本发明被公开为集成到帽或背心中，但应该理解，本发明还可以集成到可由用户穿着或携带的任何其他服装。
本发明具有多个优点。不同的实施例或实施方式产生下列优点中的一个或多个。注意，这并不是穷尽的列举，并且还存在这里没有描述的其他优点。本发明的一个优点为允许自主氧气输送。本发明的另一优点为允许可移动且重量轻的氧输送系统。本发明的再一优点为允许氧输送系统集成到服装中。本发明的又一优点为允许氧输送系统具有低的操作成本。本发明的又一优点为允许环境友善的氧输送系统。本发明的又一优点为允许用户获得更好的健康和身体水平。本发明的又一优点为可以支撑高强度活动，包括滑雪、背负以及攀爬、徒步、山地骑行、骑行和登山。又一优点为本发明提供的小型化可能性，因为氧源为液体(18克水包含大气压下的25升气态氧)，这提供了小型化便携式应用概念的巨大潜力并改善了安全规范(按照用户希望产生/消耗的氧不以气态存储在沉重的瓶中)。
这里使用的术语“包括”并没有排除其他部件或步骤。权利要求中使用的术语“一”或“一个”不排除多个。
虽然在上述说明中重点描述了本发明的具有特定的重要性的那些特征，但是应该理解，无论强调与否，申请人要求保护任何具有专利性的特征或之前附图提及和/或示出的特征的组合。此外，应该理解，本领域的技术人员，在考虑本发明的公开的基础上，可以对本发明的装置进行修改和/或改善，但却仍在下列权利要求阐释的范围和精神内。

Claims (37)

1.一种用于增加用户吸入的空气中的氧含量的便携式氧输送装置，所述装置包括：
能量源，耦合到电解单元，所述电解单元被配置为将水分解为氧气和氢气；
氧分配导管，耦合到所述电解单元，所述导管被配置为将产生的氧传送到邻近用户的鼻和口的区域，并且所述导管被配置为在所述邻近用户的鼻和口的区域中释放所产生的氧，其中所述能量源包括至少一个太阳能电池。
2.根据权利要求1的装置，其中所述太阳能电池被集成到服装中。
3.根据权利要求1的装置，其中所述太阳能电池为挠性太阳能电池。
4.根据权利要求1的装置，还包括可再充电电池或电容器，其中所述太阳能电池被配置为恒久收集太阳能，所述太阳能被存储在电容器或电池中并根据用户需求而被立即释放用于产生氧气的目的。
5.根据权利要求2的装置，其中所述服装为上衣、背心、帽、带或背包中的一种。
6.根据权利要求1-5中的任一项的装置，其中电解单元包括具有两个分离的气体容纳腔的水容器。
7.根据权利要求6的装置，其中每一个气体容纳腔具有所述电解单元的至少两个电极中的至少一个电极。
8.根据权利要求6的装置，其中所述水容器为可更换的筒。
9.根据权利要求6的装置，其中所述水容器或筒为可再填充的。
10.根据权利要求1-5中的任一项的装置，其中所述电解单元被集成到服装中。
11.根据权利要求4的装置，其中所述太阳能电池基本上恒久连接到所述电容器或电池以对所述电池或电容器充电。
12.根据权利要求4的装置，其中所述电解单元被选择性地连接到所述电池或电容器。
13.根据权利要求4的装置，还包括电连接器，所述电连接器允许将所述电解单元和/或电池或电容器连接到外部电源。
14.根据权利要求6的装置，其中所述分配导管被连接到包含所述电极的阳极中的一个的气体容纳腔的出口。
15.根据权利要求14的装置，其中在所述出口处设置过滤器，优选为能够阻止液滴的可透过气体的过滤器。
16.根据权利要求1-5中的任一项的装置，还包括适合于调节流向所述用户的氧气流的气流调节器。
17.根据权利要求1-5中的任一项的装置，还包括在所述分配导管的上游部分中的氧分配臂。
18.根据权利要求17的装置，其中所述氧分配臂被集成到体服装中。
19.根据权利要求18的装置，其中所述分配臂被集成到帽或眼镜中。
20.根据权利要求18到19中的任一项的装置，其中所述分配导管包括在所述电解单元与所述氧分配臂之间的挠性管道。
21.根据权利要求6的装置，还包括氢气释放排放口，所述氢气释放排放口被耦合到包含所述电极的阴极之一的气体容纳腔。
22.一种增加用户吸入的空气中的氧含量的方法，所述方法包括以下步骤：
提供便携式电解装置，所述便携式电解装置被配置为将水分解为氧气和氢气；
收集所述氧气并将其传送朝向邻近用户的口和鼻的区域；以及
邻近所述用户的鼻和口输送所述氧气，
其中所述便携式电解装置由太阳能电池驱动，所述太阳能电池在较长的时间内收集能量并根据用户需求将能量向系统释放以产生氧。
23.根据权利要求22的方法，其中所述电解装置包括可再充电电池或电容器，所述方法还包括以下步骤：当电解和装置未激活时，还用所述太阳能电池对所述可再充电电池或电容器充电。
24.根据权利要求22或23的方法，其中所述电解装置包括可再填充的水容器，所述方法还包括再填充所述水容器。
25.根据权利要求22或23的方法，其中所述电解装置包括用户可更换的水筒，所述方法还包括更换所述用户可更换的水筒。
26.一种包括控制器的移动装置，所述移动装置具有用于连接到根据权利要求1-21中任一项的便携式氧输送装置的接口，并且所述移动装置被配置为控制便携式氧输送装置的操作。
27.根据权利要求26的移动装置，其中所述移动装置被配置为开始和停止所述便携式氧输送装置中的氧产生过程。
28.根据权利要求27的移动装置，其中所述移动装置被配置为根据所述移动装置的状态开始和停止氧产生过程。
29.根据权利要求27的移动装置，其中所述移动装置具有提供实时测量的传感器，由此所述移动装置被配置为根据所述实时测量的结果开始和停止所述氧产生过程。
30.根据权利要求29的移动装置，其中所述实时测量包括下列中的一种或多种：位置、环境空气质量、环境空气污染水平、环境空气氧水平、温度、环境空气压强、海拔、用户心率以及用户呼吸频率。
31.根据权利要求28到30中任一项的移动装置，其中所述移动装置的状态通过从远程服务或装置接收消息或命令串而改变。
32.根据权利要求31的移动装置，其中所述消息或命令串接收自远程装置或远程服务。
33.根据权利要求26到30中任一项的移动装置，其中所述移动装置为通信装置。
34.移动电子装置的使用，所述移动电子装置包括可再充电电池，以为根据权利要求1-21中任一项的便携式氧输出装置供电。
35.根据权利要求34的使用，其中所述移动电子装置为移动通信装置。
36.使用移动电子装置控制根据权利要求1-21中任一项的便携式氧输送装置的操作。
37.根据权利要求36的使用，其中所述移动电子装置为移动电话。
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