CN111302446A - 一种温差产氧水杯及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种温差产氧水杯及其应用，其中温差产氧水杯包括杯体和杯盖，杯体有温差发电片、与温差发电片连接的阳极析氧电极和阴极析氢电极、处于两个电极中间的多孔隔膜。本发明通过热水冷却过程中杯内和环境的温度差，实现温差发电，电能将杯中的水分解为氧气和氢气，其中氧气汇入杯中，通过纯氧或者富氧水的形式回供人体，消除疲劳、改善缺氧用于家用产氧、富氧杯、急救或户外用氧；氢气通过出气口释放或者收集用于氢气治疗。本发明的温差产氧水杯具有节能、简单、安全、有效、便携、供氧及时等特点。

Description

一种温差产氧水杯及其应用
技术领域
本发明涉及一种康养、医养用品，尤其涉及一种水杯，具体是指一种温差产氧水杯。
背景技术
2020年初新型冠状病毒肆虐，由于其传染性非常强，感染人数、疑似人数巨多，医疗资源紧张。针对轻症患者，国家卫健委新型冠状病毒试行第七版诊疗方案提出了“及时给予有效氧疗措施，包括鼻导管、面罩给氧和经鼻高流量氧疗。有条件可采用氢氧混合吸入气(H2/O2:66.6％/33.3％)治疗”的方案。湖北地区由于感染人数巨多，医疗资源紧张，氧气包和氧气瓶难以供给，普通的通氧治疗也无法满足，更不用说氢氧混合气治疗。
在日常生活中也存在很多需要氧气的情况：需要定期进行通氧治疗的疾病患者、攀登探险者、突发的医疗事故，氧气包、氧气瓶、制氧机等是家用供氧常用的装备，存在携带不便、更换困难、使用成本高、供应不及时等问题。
富氧水也可以作为一种供氧的来源，但是市面上的富氧水一般是经过特殊工艺额外补充氧得到的富含溶解氧的一类包装饮用水。但是这种包装的富氧水不易保存，打开瓶盖后，溶解在水里的氧气很多会被释放出来，人体饮用后，效果不明显。
针对中国人引用热水的生活习惯，热水杯和保温杯是日常生活必需品，100度沸水到人宜饮温度35度要释放大量的热量，这部分热量通常自发散失掉，造成巨大浪费。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种温差产氧水杯及其应用，利用热水与环境的温差发电，电解水产氧，通过氧气和富氧水的形式为人体增氧，具有节能、简单、安全、有效、便携、供氧及时的特点。
本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种温差产氧水杯，包括导热杯体和设置在杯体上的温差发电片，以及与杯体内的水接触的阳极析氧电极和阴极析氢电极，所述阳极析氧电极与温差发电片的正极电性连接，阴极析氢电极与温差发电片的负极电性连接，温差发电片的热端与杯体导热接触，温差发电片的冷端位于杯体外。
本方案充分利用热水在冷却过程中释放的大量热能，通过热水冷却过程中杯内和环境的温度差，实现温差发电片的温差发电，温差发电片产生的电能将杯中的水分解为氧气和氢气，其中氧气汇入杯中，通过纯氧或者富氧水的形式回供人体，消除疲劳、改善缺氧用于家用产氧、富氧杯、急救和户外用氧。
作为优化，阴极析氢电极作为杯体，阴极析氢电极包括由析氢材料制成的杯底和杯壁，所述杯壁的下端与杯底密封固接且沿周向闭合。本优化方案将阴极析氢电极作为杯体，简化了杯子制作工艺，减轻了杯子重量，降低成本的同时使杯子更加实用。
作为优化，阴极析氢电极沿周向闭合，阳极析氧电极位于阴极析氢电极内侧，阳极析氧电极和阴极析氢电极之间还设有透水且限制氢气和氧气通过的多孔隔膜。本优化方案的设置使电解产生的氧气和氢气由多孔隔膜隔开，保障安全的同时，给集中利用氧气和氢气提供方便。
作为优化，多孔隔膜的上端与阴极析氢电极的上端密封设置，阴极析氢电极上穿设有连通外界与多孔隔膜、阴极析氢电极之间腔体的氢气出气管。本优化方案的设置使多孔隔膜、阴极析氢电极之间形成腔体，产生的氢气溢出水面后通过氢气出气管排出或者收集用于氢气治疗。
作为优化，所述多孔隔膜为陶瓷多孔隔膜、玻璃多孔隔膜和玻璃纤维多孔隔膜中的一种。本优化方案的多孔隔膜材料为陶瓷、玻璃、玻璃纤维等无机多孔隔膜，保证材料对人体环保无害，同时又具有一定的支撑性，方便安装和使用。
作为优化，还包括杯盖，所述杯盖上设有氧气出气口。本优化方案通过设置杯盖，减少了从杯口的热量散失，使更多热能用于温差发电，同时有利于氧气的集中排放，打开杯盖时，得到的是富氧水，盖上杯盖时可以从杯盖出气口处出得到氧气，可以实现纯氧和富氧水两种不同形式供给，满足家用产氧、富氧杯、急救或户外用氧等不同需求。
本方案温差产氧水杯的应用包括：
a、用于家用产氧，在家庭中使用本温差产氧水杯得到氧气，提升了呼吸质量；
b、用于富氧水杯，通过饮用本温差产氧水杯产氧后的水，有利于身体健康；
c、用于急救或户外用氧，本温差产氧水杯方便携带，在普通电池无法放电的低温环境也可使用，满足户外用氧的要求。
本发明的有益效果为：
1、采用温差发电，在热水冷却过程中通过温差发电电解水产生氧气，实现富氧水或纯氧供给，结构简单，成本低廉，便于携带；
2、采用温差发电驱动电解水产氧，避免了电池消耗，有效地利用了余热，基于中国人习惯喝热水的生活特点，只需要加入热水就能产生富氧水或者气体氧；
3、基于温差发电原理，通过调控温差发电片的数量，实现当水温降至适于人饮用的温度时，电解水自动停止，产氧反应自动关闭；
4、采用温差发电驱动电解水产氧，解决了电池在低温下不放电的问题，适用于雪山等缺氧寒冷的特殊领域的氧气供应，越冷的外界环境能产生更大的温差，相同时间内能够产生更多的氧气；
5、采用杯盖上设置氧气出气口的设计，通过打开/合上杯盖简单实现富氧水以及纯氧两种产品的简单互换，可以满足家用产氧、富氧杯、急救或户外用氧等不同需求；
6、采用热水冷却过程中电解水产生氧气实现富氧水，实时产氧实时饮用，相比与市面上所售瓶装富氧水，有效吸收氧含量高，更益于人体。
附图说明
图1为实施例一的温差产氧水杯结构图；
图2为实施例一的温差产氧水杯侧面处电解水过程示意图；
图3为实施例二的温差发电片在不同温差下产生的电解水分解电压与电流密度的关系；
图4为实施例二温差为45.8度下的对应的产氢量和产氧量。
图中所示：
1、阳极析氧电极，2、多孔隔膜，3、阴极析氢电极，4、温差发电片，5、杯盖，6、氧气出气口，7、氢气出气管，8、导线，9、水，10、氧气，11、氢气，41、温差发电片的热端，42、温差发电片的冷端。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例一
如图1所示一种温差产氧水杯，包括杯盖5、可导热的杯体和固定设置在杯体上的温差发电片4，以及与杯体内的水接触的阳极析氧电极1和阴极析氢电极3，杯盖5上设有氧气出气口6，阳极析氧电极与阴极析氢电极相对固定设置，所述阳极析氧电极与温差发电片4的正极通过导线8电性连接，阴极析氢电极与温差发电片4的负极通过导线8电性连接，温差发电片的热端41与杯体导热接触，温差发电片的冷端42位于杯体外，暴露在环境中。
为了简化结构，本实施例的阴极析氢电极作为杯体，阴极析氢电极包括由析氢材料制成的杯底和杯壁，所述杯壁的下端与杯底密封固接且沿周向闭合，多片温差发电片串联且贴于阴极析氢电极外侧面。阴极析氢电极沿周向闭合，阳极析氧电极位于阴极析氢电极内侧，阳极析氧电极和阴极析氢电极之间还设有透水且限制氢气和氧气通过的多孔隔膜2，本实施例的多孔隔膜为陶瓷多孔隔膜。
多孔隔膜为上端敞口的圆筒形，与阴极析氢电极相对固定设置，多孔隔膜2的上端与阴极析氢电极的上端密封固接，阳极析氧电极与多孔隔膜上端密封固接，多孔隔膜与阴极析氢电极之间形成环形闭合的腔体，阴极析氢电极上穿设有连通外界与多孔隔膜、阴极析氢电极之间腔体的氢气出气管7。
使用时，在杯中注入热水，利用热水冷却过程中杯内和环境的温度差，实现温差发电片的温差发电。通过导线8分别与阳极和阴极相连，在阳极析氧电极1处产生氧气10溶于水9中形成富氧水，或者通过杯盖5上的氧气出气口实现纯氧供给；在阴极析氢电极3处产生氢气11，通过阴极析氢电极3上的氢气出气管7排出或者收集用于氢气治疗。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于，处于两个电极之间的多孔隔膜为玻璃多孔薄膜，以商业的铁镍合金为阳极析氧电极，镍金属为阴极产氢电极，作为驱动电源的温差发电片图案化贴于杯体外侧壁上，温差发电片总面积为9平方厘米，
为了证实产氧效果，进行了实验，实验时控制杯内外温差分别为1℃，16.1℃，31.2℃，40.0℃和45.8℃，产生的不同电压如图3，当温差为45.8℃时，响应的产氢和产氧量分别为0.482mmol/h和0.248mmol/h如图4所示，完全满足了产氧需求。
本发明温差产氧水杯在实际中的应用，包括如下方面：
a、用于家用产氧，基于中国人习惯喝热水的生活特点，利用开水冷却过程中的温差发电，在家庭中使用本温差产氧水杯得到氧气，提升了呼吸质量；
b、用于富氧水杯，通过饮用本温差产氧水杯产氧后的水，有利于身体健康；
c、用于急救或户外用氧，本温差产氧水杯方便携带，在普通电池无法放电的低温环境也可使用，满足户外用氧的要求。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (7)

1.一种温差产氧水杯，其特征在于：包括导热杯体和设置在杯体上的温差发电片(4)，以及与杯体内的水接触的阳极析氧电极(1)和阴极析氢电极(3)，所述阳极析氧电极与温差发电片(4)的正极电性连接，阴极析氢电极与温差发电片(4)的负极电性连接，温差发电片的热端与杯体导热接触，温差发电片的冷端位于杯体外。
2.根据权利要求1所述的一种温差产氧水杯，其特征在于：阴极析氢电极作为杯体，阴极析氢电极包括由析氢材料制成的杯底和杯壁，所述杯壁的下端与杯底密封固接且沿周向闭合。
3.根据权利要求1所述的一种温差产氧水杯，其特征在于：阴极析氢电极沿周向闭合，阳极析氧电极位于阴极析氢电极内侧，阳极析氧电极和阴极析氢电极之间还设有透水且限制氢气和氧气通过的多孔隔膜(2)。
4.根据权利要求3所述的一种温差产氧水杯，其特征在于：多孔隔膜(2)的上端与阴极析氢电极的上端密封设置，阴极析氢电极上穿设有连通外界与多孔隔膜、阴极析氢电极之间腔体的氢气出气管(7)。
5.根据权利要求3所述的一种温差产氧水杯，其特征在于：所述多孔隔膜为陶瓷多孔隔膜、玻璃多孔隔膜和玻璃纤维多孔隔膜中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种温差产氧水杯，其特征在于：还包括杯盖(5)，所述杯盖(5)上设有氧气出气口(6)。
7.一种权利要求1～6任一项所述温差产氧水杯的应用，其特征在于：
a、用于家用产氧；
b、用于富氧水杯；
c、用于急救或户外用氧。
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