CN107404997B - 用于释放离子的电化学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于释放离子的电化学装置，包括电气电路，该电气电路包括：第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极适于在这些电极暴露于构成电解液的流体时提供原电池；以及升压转换器，该升压转换器适于放大在第一电极和第二电极之间生成的电势。电气电路还包括与升压转换器的输出侧相连的第三电极，其中当第二电极和第三电极暴露于流体时，这些电极构成由原电池供电的电解电池。

Description

用于释放离子的电化学装置
技术领域
本发明涉及一种用于释放离子的电化学装置，包括电气电路，该电气电路包括：第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极适于在这些电极暴露于构成电解液的流体时提供原电池；以及升压转换器，该升压转换器适于放大在第一电极和第二电极之间生成的电势。本发明还涉及适于与流体结合使用的装置，诸如牙刷或剃须刀，上述装置包括这样的用于释放离子的电化学装置。
背景技术
矿物质和离子因它们对人体的积极效果而得到大量使用和广泛认可。矿物质和离子可以例如用于防止细菌、病毒和真菌感染的形成。为了诸如消除细菌、刺激人体的细胞或者离子电渗疗法等目的，还知道的是使用微电流，其中离子电渗疗法在介质中运送离子并且可以用于无创地将药物输送至人体。另外，已知各种波长的光具有各种有利的效果。
近年来，我们看到许多传统的产品已经被重新设计或者进行升级，目的是以积极的方式改善或者贡献于用户的健康。在日常生活中使用的各种装置诸如牙刷或剃须刀通常是具有基本功能的低成本、消耗性装置。改善这样的装置的功能的可能性通常受制于将制作成本保持得尽可能低的需求。可以针对装置的直接功能进行改善，例如通过提供新的健康改善功能，或者更间接地通过改善用户体验并且由此提高依从性和正确使用。
牙刷和剃须刀已发展成包括基于电子器件和内部电源的各种功能。例如，电子牙刷可以在刷牙期间测量各种参数，以改善刷牙质量。其他示例是包含电源以用于控制离子的释放的离子牙刷，以及包含电池供电的振动模块以改善剃须质量的剃须刀。与这些装置相关的缺点在于复杂性增加，以及由此造成的装置成本增加。
存在在不显著增加产品的复杂性和成本的情况下改善日常装置的功能的需求。进一步地，将健康刺激功能诸如离子或矿物质释放集成到日常生活中大量使用的装置中可能是有利的。
发明目的
本发明的目的在于提供可以有助于改善处理质量以及用户健康的简单装置。
特别地，提供能够在使用期间释放离子、矿物质和/或微电流并且可相对便宜地生产的装置可以被视为本发明的另一目的。
更进一步地，提供包含无需用集成的电源诸如电池进行供电的电气电路的日常装置可以被视为本发明的目的。
发明内容
因此，上文描述的目的以及若干其他目的旨在在本发明的第一方面中通过提供包括第一部分和第二部分的电化学装置来获得，该第一部分包括：第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极适于在它们暴露于构成电解液的外部流体时提供原电池；一个或多个电化学系统；该原电池适于在运行时对上述一个或多个电化学系统供电；上述第二部分包括升压转换器，该升压转换器适于放大在第一电极和第二电极之间生成的电势。
外部流体是不包括在即不存在于电化学装置中的流体。
外部流体可以是包括盐的水溶液。
外部流体可以是体液，诸如汗水或唾液。
一个或多个电化学系统可以是电解电池和/或电动装置诸如发光装置。
因而，在一些实施方案中，一个或多个电化学系统是电动装置。
在一些其他实施方案中，一个或多个电化学系统是至少两个电化学系统。
在一些另外的实施方案中，至少两个电化学系统是电解电池和电动装置。
在一些实施方案中，电动装置是与升压转换器的输出侧相连的发光装置或超声换能器。
在一些实施方案中，电化学装置是手持式装置，其中第一部分是用于被持握在用户的手中的手柄部，并且第二部分是适于与外部流体接触的头部。
第一电极和第二电极位于第一部分或头部中作为用以对电化学系统进行供电的原电池，并且因而第一电极和第二电极都需要暴露于外部流体。
因而，第一电极和第二电极适于暴露于在外部提供的流体，即，来自电化学装置的外部并且不包括在电化学装置中的流体。因此，第一电极和第二电极可以放置在第一部分或头部的外表面上，以便暴露于存在于第一部分或头部的外表面上的外部流体。
因而，上文描述的目的以及若干其他目的旨在在本发明的第一实施方案中通过提供一种用于释放离子的电化学装置来获得，该电化学装置包括电气电路，该电气电路包括：第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极适于在这些电极暴露于构成电解液的流体时提供原电池；以及升压转换器，该升压转换器适于放大在第一电极和第二电极之间生成的电势，其中电气电路还包括与升压转换器的输出侧相连的第三电极，第二电极和第三电极适于在暴露于构成电解液的流体时提供由原电池供电的电解电池，由此，在原电池和电解电池中的电化学过程期间，离子从一个或多个电极释放到电解液中。
因而，在一些实施方案中，一个或多个电化学系统可以是一电解电池，该电解电池由第二电极和与升压转换器的输出侧相连的第三电极在暴露于构成电解液的外部流体时提供，由此，在运行时，离子从第一电极、第二电极或第三电极中的一个或多个释放到构成电解液的外部流体中。
如对于第一电极和第二电极所描述的，第三电极和第二电极也需要暴露于外部流体，以便提供电解电池。因而，第一电极、第二电极和第三电极均位于第一部分或头部中。
因而，第一电极、第二电极和第三电极适于暴露于在外部提供的流体，即，来自电化学装置的外部并且不包括在电化学装置中的流体。由此，第一电极、第二电极和第三电极可以放置在第一部分或头部的外表面，以便暴露于存在于第一部分或头部的外表面上的外部流体。
由此提供了能够释放离子、矿物质和微电流的自供电电化学装置。该电化学装置可以在各式各样的产品中实施，其中一些产品将会在下文中进一步描述。原电池和集成的升压转换器提供足以对各种电动装置和电解电池的电解过程供电的输出电势。由此，通过选择合适的材料用于电极，可以由装置释放具有有益特性的离子和矿物质。离子和矿物质可以用于各种目的，例如与人体或动物体有关的目的或者用于清洁或消毒的目的。电化学过程的另外的结果是，在电极之间创建了电场。这样的电场可以在离子电渗疗法过程中用于运送所释放的离子。离子电渗疗法可以例如用于将带电的离子运送到体内。
在电化学装置的一种实施方案中，第一电极可以是原电池的阴极电极，第三电极可以是电解电池的第二阴极电极，以及第二电极可以是由原电池和电解电池共享的公共阳极电极。
在一些实施方案中，第一电极是原电池的阴极电极，所述第三电极是电解电池的阴极电极，以及第二电极是由原电池和电解电池共享的公共阳极电极。
在另一实施方案中，第三电极可以构成第二阳极电极。进一步地，电气电路可以包括第四电极，该第四电极构成与升压转换器的输出侧相连的第二阳极电极。
在一些实施方案中，第四电极可以是阴极。
另外，第一电极可以包括选自金、银、铜、铅、锡、镍、钴、铁、铬、锌、锰、石墨烯、碳纳米管或富勒烯的材料或材料的组合。第二电极可以包括选自锂、铷、钾、铯、钡、锶、钙、钠、镁、铝和锡的材料或材料的组合。第三和第四电极可以包括选自上述材料组中任一组的材料或材料的组合。
在第一电极是第一阴极电极的实施方案中，第一电极可以优选地包括选自金、银、铜、石墨或石墨烯诸如碳纳米管的材料或材料的组合，作为公共阳极电极的第二电极可以优选地包括选自镁或锌的材料或材料的组合，并且作为第二阴极电极的第三电极可以优选地包括选自金、银或铜的材料或材料的组合。
另外，电化学装置的电气电路可以包括与升压转换器的输出侧相连的发光装置或超声换能器。由此，可以从装置释放具有相关联有益效果的光和脉冲。进一步地，发光装置可以适于发射适合于杀死细菌的紫外光谱范围内的光。
作为发光装置或者超声换能器的替代或补充，电气电路可以包括与升压转换器的输出侧相连的其他电动装置，诸如扬声器。电气电路也可以既包括发光装置又包括超声换能器。而且，电气电路可以包括用于测量时间的计时电路。
上文描述的电化学装置的升压转换器可以包括环形铁芯(toroidal core，环形磁芯)电感器形式的电感器，该环形铁芯电感器包括环形铁芯和线圈，该环形铁芯由铁磁材料制成。
根据本发明的另外的实施方案，上文描述的电化学装置可以并入在牙刷中，其中电极设置在牙刷的刷头部分，并且离子可以从电极释放到口腔中。进一步地，由电极创建的电场可以具有某些有利效果，诸如促进将释放的离子运送到例如牙齿中。
根据本发明的又一实施方案，上文描述的电化学装置可以并入在包括剃须刀头部分的剃须刀中，其中电极设置在剃须刀头部分上，并且离子可以从电极释放到皮肤上。进一步地，由电极创建的电场可以具有某些有益效果，诸如促进将释放的离子运送到皮肤中。
根据本发明的又一实施方案，上文描述的电化学装置可以并入在瓶子或其他类型容器的瓶盖中，其中电极设置在瓶盖的内表面上并且适于暴露于瓶子中的流体，由此，当电极暴露于流体时，离子可以从电极释放到瓶子中的流体中。
根据本发明的又一实施方案，上文描述的电化学装置可以并入在适于清洁容器中的流体的水清洁装置中，其中电化学装置布置于适于至少部分地浸没在流体中的壳体中，并且其中电极设置在适于被浸没的壳体的外表面上，由此，当电极暴露于流体时，离子可以从电极释放到流体中。
根据本发明的又一实施方案，上文描述的电化学装置可以并入在用于清洁受伤皮肤的伤口消毒装置，其中电化学装置布置于壳体中，并且电极设置在适于被按压到受伤皮肤的区域上的外部界面上，由此，当电极暴露于伤口区域中的流体时，离子从电极释放到流体和伤口中。进一步地，由电极创建的电场可以具有某些有益效果，诸如促进将释放的离子运送到皮肤中和伤口中。
根据本发明的又一实施方案，上文描述的电化学装置可以并入在光带中，该光带包括多个与电气电路相连的发光装置，其中电极布置在光带的适于接触用户的皮肤的内表面上，由此，当电极暴露于皮肤上的流体诸如汗液时，由原电池产生的电势对发光装置供电，并且离子从电极释放。
可替代地，光带可以包括仅第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极布置在光带的内表面上并且适于在内表面暴露于流体时提供原电池，并且多个发光装置可以与电气电路的升压转换器的输出侧相连，并且由此由原电池供电。
上文描述的目的以及若干其他目的也可以在本发明的另一实施方案中通过提供适于与流体结合使用的手持式装置诸如牙刷或剃须刀来获得，该手持式装置包括：用于被持握在用户的手中的手柄部；设置有功能单元诸如刷子组件或剃刀组件的的头部；以及电气电路，其中，头部设置有至少第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极适于在头部暴露于流体时提供原电池，第一电极和第二电极与电气电路相连，该电气电路包括适于放大在第一电极和第二电极之间生成的电势的升压转换器，并且其中该手持式装置还包括与升压转换器的输出侧相连的电动装置诸如发光装置。
根据手持式装置的一种实施方案，第一电极可以是阴极电极，并且第二电极可以是阳极电极。进一步地，头部可以设置有与升压转换器的输出侧相连的第三电极，并且第二电极和第三电极可以适于在头部暴露于流体时提供电解电池。另外，第三电极可以是第二阴极电极，或者可替代地是第二阳极电极。
在手持式装置的其中第一电极是第一阴极电极的实施方案中，第一电极可以优选地包括选自金、银、铜、石墨或石墨烯诸如碳纳米管的材料或材料的组合，作为公共阳极电极的第二电极可以优选地包括选自镁或锌的材料或材料的组合，并且作为第二阴极电极的第三电极可以优选地包括选自金、银或铜的材料或材料的组合。
进一步地，电动装置可以是发光装置诸如LED，或者是适于发射脉冲的超声换能器。另外，发光装置可以适于发射适合于杀死细菌的紫外光谱范围内的光。手持式装置也可以既包括发光二极管装置又包括超声换能器。另外，电动装置可以是扬声器。此外，电气电路可以包括用于测量时间的计时电路。
更进一步地，手持式装置的升压转换器可以包括环形铁芯电感器形式的电感器，该环形铁芯电感器包括由铁磁材料制成的环形铁芯和围绕铁芯缠绕的线圈。
在上文描述的手持式装置的一种实施方案中，第一电极可以包括金、银、铜、石墨或石墨烯，诸如碳纳米管或富勒烯，或者包括有这些材料的组合，并且第二电极可以包括镁或锌。进一步地，第三电极可以包括银或铜。
在一种实施方案中，手持式装置是牙刷并且头部是牙刷的刷头。在另一实施方案中，手持式装置是碟刷并且头部是碟刷的刷头。进一步地，所述电极中的一个或多个可以并入在牙刷或碟刷的刷子组件内。
可替代地，手持式装置可以是剃须刀，其中头部是设置有一个或多个剃刀片的剃须刀头。
参考从属权利要求、说明书和随附附图，本发明的另外的实施方案、优点和特征将变得明了并且被阐明。
本发明的第一和其他方面和/或实施方案可以分别与任意其他方面和/或实施方案组合。参考下文中描述的实施方案，本发明的这些以及其他方面和/或实施方案将变得明了并且被阐明。
附图说明
现在关于随附附图更详细地描述根据本发明的电化学装置和手持式装置。附图示出了实施本发明的一种方式，而不能被理解为限制落入所附权利要求组的范围内的其他可能的实施方案。
图1A、图1B和图1C是根据本发明的一些实施方案的电化学装置的示意图。
图1D是根据本发明的一些实施方案的电化学装置的电气电路的示意图。
图2a至2c示出了牙刷形式的手持式装置的不同实施方案。
图3示出了牙刷的刷头。
图4a和图4b示出了剃须刀形式的手持式装置的不同实施方案。
图5示出了根据本发明的一些实施方案的碟刷的一种实施方案。
图6示出了包括电化学装置的水清洁装置的示意图。
图7示出了包括电化学装置的伤口消毒装置的示意图。
图8示出了包括电化学装置的瓶盖的截面图。
图9示出了包括电化学装置的光带的正视图和后视图。
具体实施方式
图1A示出了一种电化学装置106，该电化学装置包括连接至升压转换器101的第一电极105和第二电极104。第一电极和第二电极适于在这些电极暴露于外部流体时提供原电池103，其中该外部流体构成该原电池的电解液。当电极104和105浸没在电解液中时，在这些电极之间生成可以被确定为输入电势的电势(Vin)。输入电势由升压转换器101放大为在升压转换器的输出侧输送的输出电势(Vout)。
在电化学装置的第一部分中，原电池103适于在运行中对电化学系统102供电；升压转换器101适于放大在第一电极和第二电极之间生成的电势。
图1B示出了一种电化学装置107，该电化学装置包括连接至升压转换器113并且提供原电池108的第一电极109和第二电极110。
在电化学装置107中，由原电池108供电的电化学系统是电解电池112，该电解电池由第二电极110和与升压转换器113的输出侧相连的第三电极111在暴露于构成电解液的外部流体时提供。
图1C示出了一种电化学装置121，该电化学装置包括连接至升压转换器114的第一电极119和第二电极118。
在电化学装置121中，原电池120对两个电化学系统供电，这两个电化学系统为由第二电极118和第三电极117提供的电解电池116和与升压转换器114的输出侧相连的电动装置115。
图1D示出了一种包括电气电路14的电化学装置，该电气电路包括连接至升压转换器18的第一电极15和第二电极16。第一电极和第二电极适于在这些电极暴露于流体时提供原电池，其中该流体构成该原电池的电解液。当电极14、15浸没在电解液中时，在这些电极之间生成可以被确定为输入电势的电势(Vin)。输入电势由升压转换器16放大为在升压转换器的输出侧输送的输出电势(Vout)。
升压转换器18是包括电感器21和晶体管T的DC-DC转换器。电感器包括铁芯22和围绕铁芯缠绕的线圈23。线圈包括与晶体管T的集电极端子相连的初级绕组以及经由电阻器R与晶体管的基极端子相连的次级绕组。升压转换器18也可以表示为开关模式电源或者间歇振荡器。第一电极连接至电感器，并且第二电极与晶体管的发射极端子相连。升压转换器18由此将第一电极和第二电极之间的电势放大为作为高频脉冲输送的近似3-15V的输出电势Vout。升压转换器的输出侧被定义为晶体管的集电极端子和发射极端子，并且输出电势是晶体管的集电极和发射极之间的电势。本领域技术人员会容易理解关于升压转换器的功能的细节。进一步地，在不脱离本发明的范围的情况下，也可以以本领域技术人员已知的其他方式来构建升压转换器。
由升压转换器输送的输出电势Vout用于对电动装置19供电，该电动装置诸如为发光装置、超声换能器或者另一类型的电动装置。受制于被选择用于电极的材料，升压转换器能够将由使用自来水作为电解液的原电池生成的电势放大到足以驱动常规的发光二极管(LED)或者超声换能器的水平。
仍参照图1D，与升压转换器18的输出侧相连的第三电极17被设置为电气电路的一部分。第三电极17适于与第二电极16一起在这些电极暴露于流体时提供电解电池，其中该流体构成该电解电池的电解液。输出电势Vout可以在第二电极和第三电极之间生成足以驱动电解电池内的电解过程的电流。
根据电极材料和用作电解液的流体的成分，可以发生各种反应。根据一种实施方案，对用于电极的材料进行选择，使得第一电极15构成原电池的阴极，而第二电极16构成原电池的阳极。第一阴极电极15可以例如包括金、银、铜、石墨或者石墨烯，例如处于碳纳米管或富勒烯的形式，或者包括有这些材料中的一种或多种的合金。阳极电极16可以包括镁、锌或者包括有这些材料中的一种或多种的合金。
当这些电极暴露于电解液时，在阳极电极处发生氧化过程，由此正金属离子诸如镁离子被释放到流体中。在氧化反应期间，电极是自由的并且它们经由电气电路行进至第一电极15或者阴极电极。在阴极电极处，当电极被正离子吸附时，发生还原反应。由此阴极电极可以被认为是电源的正极侧，而阳极电极被认为是电源的负极侧。
在原电池的阳极电极和阴极电极之间产生的电势由电极材料的标准电极电势确定。富勒烯和碳纳米管提供独特的电特性，并且它们可以用于阴极电极以增大在电极之间产生的电势。最大的理论电势为约2.4V，但是实际上，电势会略低并且尤其是取决于温度、离子浓度和电极的电阻。
如上文所描述的，电解电池中的电解反应由原电池中产生的电势供电。再者，取决于被选择用于电极的材料，电解过程可以引起从第三电极释放各种金属离子诸如铜离子或银离子。
根据一种实施方案，镁或锌或包括这些材料的合金被选择作为用于第二电极的材料，而银或铜或包括这些材料的合金被选择作为用于第三电极的材料。在第三电极连接至升压转换器18的输出侧的正极侧的情况下，第三电极将构成电解电池的阴极电极。在该示例性实施方案中，第二电极构成由原电池和电解电池二者共享的公共阳极。在电解反应期间，在阳极处发生氧化反应，而在阴极处发生还原反应。进一步地，在阴极电极处的反应可以引起银离子或铜离子的释放，这取决于阴极电极的材料。
电解液的组成也可能会影响电极处的反应以及离子的相关联释放。因此，可以使用具有特定特性的电解液来实现特定结果。一般而言，电极电势和溶液中的离子浓度对于分别在阴极和阳极处发生的反应以及分别在阴极和阳极处还原和氧化的离子具有影响。
参照图2a、图2b、图2c至图5，将在下文中进一步详细地描述根据本发明的手持式装置。手持式装置包括用于被持握在用户的手中的手柄部11，以及从手柄部延伸的头部12。进一步地，头部设置有功能单元13，诸如刷子组件13a。与电气电路14相连的第一电极15和第二电极16布置在头部上，该第一电极和第二电极适于在头部暴露于构成电解液的流体时提供原电池。最后，手持式装置包括与电气电路相连的电动装置19，例如发光装置19a。
图2a示出了牙刷1a形式的手持式装置。牙刷包括手柄部11和刷头12a形式的头部，该刷头设置有刷子组件13a形式的功能单元。牙刷还包括如上所述的电气电路14和电极15、16。电极被示为定位在头部的相反侧并且连接至集成在手柄部11中的剩余电气电路。电动装置是发光装置19a，该发光装置可以包括一个或多个发光二极管。电气电路包括升压转换器18，并且电动装置可以可替代地被集成在牙刷的头部或者如本领域技术人员想到的牙刷的其他部分。
当使用牙刷时，电极与外部流体，即水、唾液和/或牙膏结合，创建如上所述的原电池。原电池经由升压转换器18对发光装置19a供电，并且光可以被发射。所发射的光既可以用于功能性目的，又可以用于引导用户。在一种实施方案中，电气电路14被设置有提供计时功能的计时电路(未示出)。计时功能测量牙刷已被使用的时间，并且计时功能可以例如在电极第一次暴露于流体时被启用。当电极暴露于流体时，发光装置发射特定颜色例如红色的光，并且在一时间段例如2分钟后，所发射的光改变颜色，例如改变成绿色。由此向用户通知牙刷已被使用了多长时间。发光装置也可以照亮，以指示牙刷被适当地使用或者作为刺激牙刷的使用的简单花招。另外，电气电路和发光装置可以被设计成使得发光装置仅在从第一次使用牙刷起开始的固定时间段内开启。由此，当到时间更换牙刷时，可以通知用户。例如，该功能可以通过以下方式来实现：这样的方式即适当地确定原电池的电极的尺寸的大小，使得原电池在预定时间段后停止运行。
在另一实施方案中，发光装置19可以适于发射紫外光谱范围内的光，并且发光装置可以布置在头部12处或靠近头部。紫外光可以用于在牙刷使用期间或者在牙刷使用之间杀死细菌。发光装置也可以适于发射对牙齿具有美白效果的光。
图2b示出了与图2a的实施方案相比另外包括第三电极17的另一实施方案。第三电极可以用作如上文中结合电化学装置描述的第二阴极。由此，当牙刷暴露于流体时，创建出电解电池，并且可以发生电解过程。电解过程可以产生各种离子诸如铜离子或银离子，这些离子可以具有与牙齿和口腔卫生有关的有益效果。例如，铜离子和银离子可以用于对抗细菌、病毒和真菌感染。另外，产生负离子诸如氯离子或者氢氧离子可以有助于移除牙菌斑，这是因为牙菌斑是通过正离子结合至牙齿。进一步地，在电极之间产生的电势创建电场，从而引起微电流在电解液中和在口腔的其他部位诸如牙齿中流动。这样的微电流可以促进将带电离子运送到牙齿和口腔的其他部位中。
图2c示出了除了图2a和图2b中示出的实施方案外还包括超声换能器19b的另一实施方案。超声换能器布置在头部，并且可以用于发出超声波形式的振动。可以基于要实现的目的来确定发射的波长。例如，超声振动可以用于通过移除牙菌斑和其他异物来清洁牙齿。
图3示出了刷头12a，该刷头可以是之前公开的实施方案中的刷头。刷头包括刷子组件13a，该刷子组件包括多个刷子131。如所示出的，电极可以以刷子131的形式并入刷子组件中。
进一步地，牙刷可以被设计和制造成使得刷头12a构成可更换和可丢弃的部分，该刷头可以比牙刷的剩余部分更加频繁地进行更换。例如，如果必须替换一个或多个电极，则能够更换刷头可能是有利的。另外，通过提供可更换的刷头，可以降低牙刷的生命周期总成本和碳排放量。
图4a示出了剃须刀1c形式的手持式装置。剃须刀1c包括手柄部11和剃须刀头12c形式的头部，该剃须刀头设置有一个或多个剃刀片13c。剃须刀还包括上文中结合牙刷描述的电气电路14和电极15、16。电极被示为定位在头部的相反侧并且连接至集成在手柄部11中的剩余电气电路。电动装置是发光装置19a，该发光装置可以包括一个或多个发光二极管。包括升压转换器18和电动装置的电气电路也可以集成在牙刷的头部或者如本领域技术人员想到的牙刷的其他部位。
当使用剃须刀时，电极与水、剃须膏和/或皮肤上的水分接触，从而根据上文所描述的原理创建原电池。原电池经由升压转换器18对发光装置19a供电，并且光可以被发射。所发射的光既可以用于功能性目的，又可以用于引导用户。电气电路14可以设置有提供如上所述的计时功能的计时电路(未示出)。发光装置也可以照亮，以指示剃须刀被适当地使用或者用于本领域技术人员想到的其他目的。同样如上文中关于牙刷所描述的，发光装置19也可以适于发射紫外光谱范围内的光。另外，电气电路和发光装置可以被设计成使得发光装置仅在从第一次使用剃须刀或剃须刀头起开始的固定时间段内开启。由此，当到时间更换剃须刀或剃须刀头时，可以通知用户。例如，该功能可以通过以下方式来实现：这样的方式即适当地确定电极的尺寸的大小，使得原电池在预定时间段后停止运行。
图4b示出了剃须刀的另一实施方案，该实施方案与图4a的实施方案相比另外包括第三电极17。当结合水、皮肤上的水分和/或剃须膏使用剃须刀时，可以创建如上所述的电解电池和相关联的电解反应。同样如上所述，电解过程可以产生各种离子和微电流，这样的离子和微电流可以具有与皮肤有关的有益效果。进一步地，剃须刀可以被设计和制造成使得剃须刀头12c构成可更换和可丢弃的部分，该剃须刀头可以比剃须刀的剩余部分更加频繁地进行更换。如果在替换剩余的剃须刀部件之前需要替换一个或多个电极，这出于明显的原因是有利的。
在一种实施方案中，剃须刀也可以设置有超声换能器(未示出)或者其他适于发出振动的振动模块。使剃须刀头振动是已知的用于改善剃须质量的方法。根据本发明，可以由使用剃须膏、水和/或皮肤水分作为电解液的原电池对振动模块供电。因此，不需要外部电源或者集成的电源，诸如电池。
图5示出了碟刷形式的手持式装置。碟刷包括手柄部11和刷头12b形式的头部，该刷头设置有刷子组件13b形式的功能单元。碟刷还包括电气电路14以及第一电极15和第二电极16，该电气电路由虚线方形指示，该第一电极和第二电极被示出为并入在刷子组件中。在此要注意的是，电极15、16也可以如结合牙刷实施方案所描述的并入在刷头12b的其他部分中。电气电路可以完全地或部分地集成在手柄部中。电气电路包括发光装置19a形式的电动装置，该发光装置可以包括一个或多个发光二极管。可以结合头部或手柄部布置发光装置。
碟刷还可以包括超声换能器(未示出)或其他适于发出振动的振动模块。振动可以被用于移除特别难以冲洗掉的污垢或其他物质，诸如烧焦或者干掉的食物。超声换能器或振动模块可以由用户选择性地启用，其仅仅在碟刷暴露于流体时被启用。
当碟刷与水或其他流体结合使用时，根据之前描述的原理创建原电池。原电池对发光装置19a供电，并且可能也对振动模块供电。所发射的光既可以用于功能性目的，又可以用于引导用户。在一种实施方案中，电气电路14被设置有温度传感器(未示出)，以用于测量与碟刷结合使用的水的温度。温度传感器监测温度，并且当温度在预定义的温度阈值以下或以上时，温度传感器经由发光装置通知用户。这可以通过更换所发射的光的颜色来进行。另外，电气电路可以被设置有计时功能，以用于测量碟刷已被使用多长时间。碟刷也可以并入关于牙刷实施方案所提及的特征和功能。
在另一实施方案中，发光装置19可以适于发射紫外光谱范围内的光，并且发光装置可以被布置成使得所发射的光到达刷子组件13b。紫外光可以用于在碟刷使用期间或者在碟刷的使用之间杀死细菌。
图6示出了浸没在容纳有水或可能的另一流体的容器中的水清洁装置3。水清洁装置集成有如上所述的电化学装置1，并且电气电路14布置在壳体31中。壳体适于浸没在水中，并且电化学装置的电极15、16、17设置在壳体的外表面32上。当水清洁装置浸没在水中并且电极暴露于水时，开始如上所述的原电池反应和电解反应。由此，离子可以从电极释放到水中，这可以帮助杀死细菌、清洁水或者使水富集有益的离子和矿物质。
图7示出了用于清洁受伤的皮肤诸如蚊虫叮咬的皮肤的伤口消毒装置。伤口消毒装置集成有如上所述的电化学装置1，并且电气电路14布置在壳体41内。电极设置在壳体的外部界面42上，该外部界面适于被按压到受伤皮肤的区域上。当电极暴露于受伤区域中的流体时，离子和微电流可以从电极释放到流体和伤口中。
图8示出了用于安装到瓶子上的瓶盖5的截面图。瓶盖包括：用于安装到瓶子上或者其他容器(未示出)上的凸缘52；以及流体可以通过其从瓶子流出的流体通道53。瓶盖还包括如上所述的电化学装置1，其中电极在流体通道中安装在瓶盖的内表面51上。由此，电极暴露于从瓶子流出的流体。当电极暴露于流体时，离子可以释放到水中，这可以帮助杀死细菌、清洁水或者使水富集有益的离子和矿物质。
图9示出了光带6的正视图和后视图，该光带可以是适于环绕头、手臂或者身体的其他部位穿戴的头带或臂带。光带也可以集成在其他可穿戴的装束内。光带包括如上所述的电化学装置1，以及布置在光带的外表面61上的多个发光装置19a。发光装置19a与电气电路14和升压转换器18电连接。电极15、16、17布置在光带的适于接触用户的皮肤的内表面62上。由此，当电极暴露于皮肤上的流体诸如汗液时，发光装置由原电池供电并且离子可以从电极释放到皮肤。
虽然已经结合特定实施方案描述了本发明，但是本发明不应被理解为以任何方式受限于所呈现的实施例。例如，手持式装置也可以是移动电话或者平板电脑，其中与升压转换器结合的原电池可以被用作备用电源或者用作对电池进行充电的源。
本发明的范围由所附权利要求组规定。在权利要求的上下文中，术语“包括(comprising)”或者“包括(comprises)”并不排除其他可能的元件或者步骤。而且，提及到的对诸如“一个(a)”或“一个(an)”等的引用不应被理解为排除多个。在权利要求中关于附图中指示的元件所使用的附图标记也不应被理解为限制本发明的范围。此外，不同权利要求中提及的各个特征可以有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合并非不可能和并非有利。
项目
本发明还涉及以下项：
1.一种用于释放离子的电化学装置(1)，包括电气电路(14)，所述电气电路包括：
-第一电极(15)和第二电极(16)，所述第一电极和所述第二电极适于在这些电极暴露于构成电解液的流体时提供原电池，以及
-升压转换器(18)，所述升压转换器适于放大在所述第一电极和所述第二电极之间生成的电势(Vin)，
其中，所述电气电路还包括与所述升压转换器的输出侧相连的第三电极(17)，所述第二电极和所述第三电极适于在暴露于构成电解液的流体时提供由所述原电池供电的电解电池，由此，在所述原电池和所述电解电池中的电化学过程期间，离子可以从一个或多个或所述电极释放到所述电解液中。
2.根据项目1所述的电化学装置，其中，所述第一电极是所述原电池的阴极电极(15)，所述第三电极是所述电解电池的阴极电极，并且所述第二电极是由所述原电池和所述电解电池共享的公共阳极电极(16)。
3.根据项目1或2所述的电化学装置，其中，所述电气电路还包括与所述升压转换器的输出侧相连的发光装置(19a)或超声换能器(19b)。
4.根据前述项目中任一项所述的电化学装置，其中，所述升压转换器包括环形铁芯电感器形式的电感器(21)，所述环形铁芯电感器包括由铁磁材料制成的环形铁芯(22)和围绕所述环形铁芯缠绕的线圈(23)。
5.根据前述项目中任一项所述的电化学装置，其中，所述第一电极包括石墨烯，诸如碳纳米管或富勒烯，所述阳极电极包括镁或锌，并且所述第三电极包括银或铜。
6.一种牙刷(1a)，包括根据项目1至5中任一项所述的电化学装置，其中，电极设置在所述牙刷的刷头部分(12a)上，由此，当所述电极暴露于口腔中的流体时，离子可以从所述电极释放到所述口腔中。
7.一种剃须刀(1c)，包括根据项目1至5中任一项所述的电化学装置，其中，电极设置在所述剃须刀的剃须刀头部分(12c)上，由此，当所述电极暴露于皮肤上的流体时，离子可以从所述电极释放到所述皮肤上。
8.一种用于安装在瓶子上的瓶盖(5)，包括根据项目1至5中任一项所述的电化学装置，其中，电极设置在所述瓶盖的内表面(51)上，所述内表面被布置为暴露于所述瓶子中的流体，由此，当所述流体流经所述电极时，离子可以从所述电极释放到所述流体中。
9.一种适于清洁容器中的水的水清洁装置(3)，所述水清洁装置包括根据项目1至5中任一项所述的电化学装置，所述电化学装置布置在适于至少部分地浸没在水中的壳体(31)内，其中，所述电极设置在适于被浸没的所述壳体的外表面(32)上，由此，当所述电极暴露于水时，离子可以从所述电极释放到水中。
10.一种用于清洁受伤皮肤的伤口消毒装置(4)，包括根据项目1至5中任一项所述的电化学装置，所述电化学装置布置在壳体(41)中，其中，所述电极设置在适于被按压到受伤皮肤的区域上的外部界面(42)上，由此，当所述电极暴露于受伤区域中的流体时，离子可以从所述电极释放到所述流体和伤口中。
11.一种适于与流体结合使用的手持式装置(2)，诸如牙刷或剃须刀，所述手持式装置包括：
-手柄部(11)，所述手柄部用于被持握在用户的手中，
-头部(12)，所述头部设置有功能单元(13)，诸如刷子组件或剃刀组件，以及
-电气电路(14)，
其中，所述头部设置有至少第一电极(15)和第二电极(16)，所述第一电极和所述第二电极适用于在所述头部暴露于所述流体时提供原电池，所述第一电极和所述第二电极与所述电气电路相连，所述电气电路包括适于放大在所述第一电极和所述第二电极之间生成的电势(Vin)的升压转换器(18)，并且其中，所述手持式装置还包括与所述升压转换器的输出侧相连的电动装置(19)，诸如发光装置(19a)。
12.根据项目11所述的手持式装置，其中，所述第一电极是所述原电池的阴极电极(15)，并且所述第二电极是所述原电池的阳极电极(16)。
13.根据项目11或12所述的手持式装置，其中，所述电动装置是发光装置(19a)或适于发射脉冲的超声换能器(19b)。
14.根据项目11至13中任一项所述的手持式装置，其中，所述手持式装置是牙刷(1a)，并且所述头部是所述牙刷的刷头(12a)。
15.根据项目11至14中任一项所述的手持式装置，其中，所述头部设置有与所述升压转换器的输出侧相连的第三电极(17)，并且所述第二和第三电极适于在所述头部暴露于所述流体时提供电解电池。
本发明还涉及根据本发明的第一方面及其实施方案的以下项和实施方案：
16.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述第一电极包括石墨烯，诸如碳纳米管或富勒烯，所述第二电极包括镁或锌，并且所述第三电极包括银或铜。
17.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述电化学装置是牙刷，并且其中所述第一电极、第二电极和第三电极设置在所述牙刷的刷头部分上，由此，当所述电极暴露于口腔中的外部流体时，离子可以从所述电极释放到所述口腔中。
18.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述电化学装置是剃须刀，并且其中，所述第一电极、第二电极和第三电极设置在所述剃须刀的剃须刀头部分上，由此，当所述电极暴露于皮肤上的外部流体时，离子可以从所述电极释放到所述皮肤上。
19.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述电化学装置是用于安装到瓶子上的瓶盖，并且其中所述第一电极、第二电极和第三电极设置在所述瓶盖的内表面上，所述内表面被布置为暴露于所述瓶子中的所述外部流体，由此，当所述电极暴露于所述瓶子中的所述外部流体时，离子可以从所述电极释放到所述瓶子中的所述外部流体中。
20.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述电化学装置是适于清洁容器中的水的水清洁装置，其中，所述第一电极、第二电极和第三电极布置于适于至少部分地浸没在水中的壳体中，其中所述第一电极、第二电极和第三电极设置在适于被浸没的所述壳体的外表面上，由此，当所述电极暴露于所述外部流体诸如水时，离子可以从所述电极释放到所述外部流体中。
21.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述电化学装置是用于清洁受伤皮肤的伤口消毒装置，其中所述第一电极、第二电极和第三电极布置于壳体中，并且其中所述第一电极、第二电极和第三电极设置在适于被按压到受伤皮肤的区域上的外部界面上，由此，当所述电极暴露于位于伤口区域中的所述外部流体时，离子可以从所述电极释放到所述伤口区域中的所述外部流体中。
22.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述电动装置是与所述升压转换器的输出侧相连的发光装置。
23.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，还包括电气电路；
其中，所述手持式装置适于与所述外部流体结合使用，其中所述头部设置有功能单元，其中所述头部设置有至少所述第一电极和所述第二电极，所述第一电极和所述第二电极适于在所述头部暴露于所述外部流体时提供所述原电池，所述第一电极和所述第二电极与所述电气电路相连，所述电气电路包括适于放大在所述第一电极和所述第二电极之间生成的电势(Vin)的所述升压转换器，并且其中，所述手持式装置还包括与所述升压转换器的输出侧相连的所述电动装置，诸如发光装置。
24.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述功能单元是刷子组件或剃刀组件。
25.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述电动装置是发光装置或适于发射脉冲的超声换能器。
26.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述手持式装置是牙刷，并且所述头部是所述牙刷的刷头。
27.根据本发明的第一方面及其实施方案的电化学装置，其中，所述头部设置有与所述升压转换器的输出侧相连的所述第三电极，并且所述第二电极和所述第三电极适于在所述头部暴露于所述外部流体时提供电解电池。

Claims (10)

1.一种用于改善处理质量以及用户健康的电化学装置，包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括：
-第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极适于在所述第一电极和所述第二电极暴露于外部流体时提供原电池，所述流体构成电解液，
-一个或多个电化学系统；
所述原电池适于在运行时对所述一个或多个电化学系统供电；
所述第二部分包括升压转换器，所述升压转换器适于放大在所述第一电极和所述第二电极之间生成的电势，
其中，所述一个或多个电化学系统是一电解电池，所述电解电池由所述第二电极和与所述升压转换器的输出侧相连的第三电极在暴露于构成电解液的所述外部流体时提供，由此，当在运行时，离子从所述第一电极、所述第二电极或所述第三电极中的一个或多个释放到构成电解液的所述外部流体中，其中，所述第一电极是所述原电池的阴极电极，所述第三电极是所述电解电池的阴极电极，并且所述第二电极是由所述原电池和所述电解电池共享的公共阳极电极。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述一个或多个电化学系统是至少两个电化学系统。
3.根据权利要求2所述的电化学装置，其中，所述至少两个电化学系统是电解电池和电动装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学装置，其中，所述升压转换器包括环形铁芯电感器形式的电感器，所述环形铁芯电感器包括由铁磁材料制成的环形铁芯和围绕所述环形铁芯缠绕的线圈。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述第一电极包括石墨烯，所述第二电极包括镁或锌，并且所述第三电极包括银或铜。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置是牙刷，并且其中所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极设置在所述牙刷的刷头部分上，由此，当所述电极暴露于口腔中的所述外部流体时，离子能够从所述电极释放到所述口腔中。
7.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置是剃须刀，并且其中，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极设置在所述剃须刀的剃须刀头部分上，由此，当所述电极暴露于皮肤上的所述外部流体时，离子能够从所述电极释放到所述皮肤上。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置是用于安装到瓶子上的瓶盖，并且其中，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极设置在所述瓶盖的内表面上，所述内表面被布置为暴露于所述瓶子中的所述外部流体，由此，当所述电极暴露于所述瓶子中的所述外部流体时，离子能够从所述电极释放到所述瓶子中的所述外部流体中。
9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置是适于清洁容器中的水的水清洁装置，其中，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极布置于适于至少部分地浸没在水中的壳体中，其中所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极设置在适于被浸没的所述壳体的外表面上，由此，当所述电极暴露于所述外部流体时，离子能够从所述电极释放到所述外部流体中。
10.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述电化学装置是用于清洁受伤皮肤的伤口消毒装置，其中，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极布置在壳体中，并且其中，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极设置在适于被按压到受伤皮肤的区域上的外部界面上，由此，当所述电极暴露于位于伤口区域中的所述外部流体时，离子能够从所述电极释放到所述伤口区域中的所述外部流体中。
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