药筒和包括药筒的呼吸装置的制作方法

本申请要求2016年9月12日提交的德国专利申请号102016217325.1的优先权，其公开内容通过引用的方式并入本文中。

本发明涉及一种闭路呼吸装置(ccba)，并且更具体地涉及一种用于氧气呼吸装置的化学药筒(cartridge)。

背景技术：

闭路呼吸装置(ccba)允许使用者在危险区域中工作长达约4小时。所述ccba使用由高压氧气瓶或化学生成的氧气组成的氧气源。在后一类型的呼吸装置中，使用者呼出的空气经过位于罐或化学药筒中的化学品，例如，以颗粒形式存在的过氧化钾(ko2)。根据以下方程式，呼出空气中存在的水分和二氧化碳与所述过氧化钾反应，并在放热反应中生成氧气：

4ko2+2h2o->4koh+3o2(i)

4ko2+4co2+2h2o->4khco3+3o2(ii)

随后所生成的氧气经由所述化学药筒传递至呼吸袋中，之后由使用者吸入。所述呼出的co2可至少部分地被ko2吸收(参见上面的方程式ii)或者可被额外的co2吸收剂吸收，比如高压氧气情况下的碱石灰。

对于重要功能的监测、警告或支持，所有ccba都需要额外的电能。在当前的应用中，电能是由电池或蓄电池提供的。然而，对电能的不断增加的需求(例如由于额外的或更复杂的监测设备)需要更多的电容量。过去建议了不同的方法以提供额外的电能，比如利用热效应、压电效应以产生能量或增加更多的电池。所有这些建议都需要额外的部件并增加由使用者携带的总重量。

因此，呼吸系统领域中存在限制或减少由ccba使用者携带的电池或蓄电池的重量的需求。

技术实现要素：

总体上，本发明提供了一种用于在呼吸装置中生成氧气的改进装置和方法。优选地，提供了一种用于呼吸装置的药筒，其可产生电能并减少所需电池或蓄电池的重量，并且从而显著降低ccba的总重量。

根据一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，提供了一种用于呼吸装置的化学药筒，具体而言用于包括外罐和提供有内部空间的内罐的氧气生成呼吸装置。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述内罐的内部空间可包括至少一种可在水分存在时作为电解质的碱金属过氧化物(alkalihyperoxide)或碱土金属过氧化物(earthalkalihyperoxide)和至少一种第一金属材料。至少一种第二金属材料可提供在所述内罐和所述外罐之间或任选地可至少部分地整合入所述外罐壁中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，离子可渗透材料可设置在所述内罐中的所述第一金属材料和所述第二金属材料之间。

根据一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，提供了一种用于具有多种功能的呼吸装置的化学药筒。所述化学药筒可以是一种可用于生成氧气并吸收co2的电化学电池。当潮湿的呼出空气接触到与存在于药筒中的过氧化物时，所述化学药筒可使得产生电能。所述过氧化物与水的反应可以生成一种可以与两种金属材料接触的碱性电解质溶液(例如参见上述方程式i)。所述碱性电解质可在第一和第二金属材料(具有不同的标准电势)之间提供电路，从而可产生电能。化学药筒可以按需提供电能(即，仅在使用呼吸装置和药筒时)，而不会在储存过程中损失潜在的容量。无需额外的电池供电，从而在改善性能的同时减轻呼吸装置的重量。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种碱金属过氧化物可选自过氧化钠、过氧化钾和过氧化锂。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种碱金属过氧化物可以为过氧化钾。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱土金属过氧化物可以选自过氧化镁、过氧化钙、过氧化锶和过氧化钡。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱金属过氧化物可提供在药筒的内部空间中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱金属过氧化物可提供在所述药筒的内罐中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱金属过氧化物可以为颗粒状固体化合物。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，当所述碱金属过氧化物(比如在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，过氧化钾)与水(在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，呼出空气中存在的水)接触，可以形成可作为电解质的碱性溶液。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，呼出空气中的水分(水)可足以提供碱性电解质溶液。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱金属过氧化物化合物可提供于内罐中，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，在所述药筒内。所述内罐可具有多孔、离子可渗透罐壁，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，其形式为可渗透膜或多孔金属壁。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述药筒可以具有至少一种提供在所述内罐内部用于支撑和储存所述至少一种碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物的支撑结构。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述支撑结构可以避免或防止碱金属过氧化物附聚。支撑结构可以为多孔材料，比如丝网，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，金属丝网或穿孔板(在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，孔大小为约3mm)。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，其中多孔材料是金属丝网，所述金属丝网也可以作为第一金属材料，下文将对此进行更详细的说明。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述支撑结构可以将所述内罐的内部空间划分为若干节段或子空间。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述节段可以具有相同或不同的尺寸。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述节段可以垂直设置(在通过所述药筒的吸入气体的流动方向上)，或可以以网格或栅格的形式设置。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，为了产生电流或电压，所述至少一种第一金属材料和所述至少一种第二金属材料可包含可具有不同标准电势的不同材料。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，可以选择所述至少一种第一金属材料和所述至少一种第二金属材料，使得两种材料之间的标准电势差可以提供至少100mv，优选至少200mv，或更优选至少400mv的最小电压。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，提供在内罐的内部空间中的所述第一金属材料可以为具有比第二金属材料或金属氧化物更低的标准电势的第一金属或金属氧化物。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可具有比所述第二金属材料更高的标准电势。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，只要所述第一和第二金属材料存在足够的标准电势差，任何合适的金属或金属氧化物的任何合适组合都可以用作第一和第二金属材料。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可以为第一金属，比如，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，铝、锌、锰或它们的任意组合，并且所述第二金属材料可以为第二金属，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，铁、铅、铜、银、霍加拉特(hopcalite)或它们的任意组合；反之亦然。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可以以金属丝网的形式提供。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可以以杆或板或任何其他合适形状的形式提供。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第一金属材料可以以分散在碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物中的金属颗粒的形式提供。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，锌颗粒可以分散在碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第一金属材料可连接到至少一个第一电极上。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一电极可以由任何合适的导电材料制成，比如金属、导电聚合物等。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可以以颗粒的形式分散在碱金属过氧化物中，因此，所述第一电极可以提供在该分散体中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可以作为单独实体(separateentity)提供于所述内罐和外罐之间。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，将所述至少一种第二金属材料作为单独实体提供于所述内罐和外罐之间可通过不同的方式进行。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可以作为杆或板提供于所述内罐壁和外罐壁之间的空间中，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，没有接触到所述罐壁中的一者。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属材料可以以放置在所述内罐和外罐之间金属颗粒的形式提供。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述金属颗粒可以设置在所述离子可渗透膜和所述外罐之间的封闭空间中。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述封闭空间的壁可由多孔材料制成。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述多孔材料可以为多孔板的形式。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属材料可以作为颗粒分散在合适的载体化合物或额外的co2吸收化合物中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可放置或固定在所述外罐壁的内表面，比如，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，直接在所述内表面上或在所述外罐壁的内表面的预定距离内。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可以形成与所述外罐壁接触的板。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可以至少部分地整合至所述外罐(壁)中。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属材料可以在所述壁的预定部分或节段内整合至所述外罐壁中。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述罐壁的剩余部分可以由另一非导电的材料制成。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可电连接到至少一个第二电极。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二电极可由任何适合的导电材料比如金属或导电聚合物制成。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，完整的外罐壁可以用作所述第二电极。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，完整的外罐可由所述第二电极材料制成。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，在所述药筒中，设置于内罐和外罐之间并且将所述第一电极和所述第二电极彼此分开的所述离子可渗透材料可以为非导电材料，比如，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，玻璃绒、合成绒或膜。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，将所述第一和第二电极彼此分开的所述离子可渗透材料可以是液体可渗透的，并且可以包围或部分或完全覆盖所述内罐的外表面。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，在所述药筒中，可以在所述内罐和所述外罐之间提供至少一种co2吸收化合物。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述co2吸收化合物可以是霍加拉特(氧化锰和氧化铜的混合物)、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡或它们的混合物(也称为碱石灰)。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物，比如，过氧化钾，也可用作co2吸收化合物。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述co2吸收化合物可设置在所述内罐内(在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，在过氧化钾的情况下)或者可以设置在所述内罐和所述外罐之间的空间中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述co2吸收化合物可以以层状设置在离子可渗透材料(或离子可渗透膜或层)上，使得所述co2吸收化合物可分散在所述内罐和外罐之间的空间内。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，可以这样做使得在所述离子可渗透层和所述外罐壁之间提供一个可以被co2吸收化合物或材料填充的封闭空间。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述封闭空间的壁可由多孔材料制成，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，以多孔板的形式。这可以允许co2从内罐的内部空间扩散通过其离子可渗透壁和离子可渗透绒，通过多孔板进入填充有co2吸收化合物的空间中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述co2吸收化合物或材料可固定在可随后设置在所述离子可渗透绒或材料的网状材料或绒材料上。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，本发明的药筒可包括至少一个空气的进口，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，呼出空气包含co2和水或水分，并且可以包括至少一个在所述药筒中生成的氧气的出口。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述药筒可连接至呼吸软管和呼吸袋。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述药筒可用于呼吸装置中，在一种优选且非限制性的实施方案、实施例或方面中，为ccba。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，本发明的药筒在使用时可以使得氧气和电能的生成以及co2的吸收能够同时发生。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，空气包含co2和水，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，呼出空气所含中的水可通过至少一个进口进入所述药筒并且可以流动通过所述药筒。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，当(湿润的)空气接触所述药筒中提供的所述至少一种碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物时，可形成(碱性)电解质，导致电能的产生，并且同时，可以生成氧气，通过所述至少一个出口从所述药筒中离开。

根据一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，提供了一种用于呼吸装置的药筒，其可包括具有内部区域的第一穿孔罐；提供在所述第一穿孔罐的所述内部区域中的碱金属过氧化物和碱土金属过氧化物中的至少一种；提供在所述第一穿孔罐的所述内部区域中的第一金属材料；提供在靠近所述第一穿孔罐的外部的第二金属材料；和提供在所述第一穿孔罐和所述第二金属材料之间的离子可渗透材料。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一穿孔罐可包括多孔壁。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属材料可为第二罐的形式，并且所述第一穿孔罐可提供在所述第二罐中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱金属过氧化物可包括以下中的至少一种：过氧化钠、过氧化钾、过氧化锂或它们的任意组合。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱土金属过氧化物可包括以下中的至少一种：过氧化镁、过氧化钙、过氧化锶、过氧化钡或它们的任意组合。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一和第二金属材料可彼此不同并且可具有不同的标准电势。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一和第二金属材料之间的标准电势可提供至少约100mv的最小电压。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可包括以下中的至少一种：铝、锌、锰或它们的任意组合。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属材料可包括以下中的至少一种：铁、铅、铜、银、霍加拉特或它们的任意组合。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可为以下中的至少一种形式：丝网、杆、板或它们的任意组合。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可以为分散在所述碱金属过氧化物中的金属颗粒的形式。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一穿孔罐可基本上位于第二罐内，并且所述第二金属材料可提供在所述第一罐和所述第二罐之间。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一穿孔罐可基本上位于所述第二罐内，并且所述第二金属材料可提供在所述第二罐的内表面。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一穿孔罐可基本上位于第二罐内，并且所述第二金属材料可至少部分地整合入所述第二罐的壁中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述离子可渗透材料可以是非导电的。

根据一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，提供了一种产生氧气和电能的方法。所述方法包括(a)提供上述的药筒，其中所述药筒包括进口和出口；和(b)使包含水和co2的气体流动通过药筒的进口并与至少部分吸收co2形成电解质并释放氧气的所述碱金属过氧化物和所述碱土金属过氧化物中的至少一种接触，其中所述氧气通过所述出口离开所述药筒，其中所述电解质在连接至所述第一和第二金属材料的第一和第二电极之间提供电能。

其它优选且非限制性的实施方式、实施例或方面记载在如下编号的项目(clause)中。

项目1：一种用于氧气生成呼吸装置的化学药筒，其包括外罐和具有内部空间的内罐，其中：在所述内罐的所述内部空间中提供至少一种可在水分存在时作为电解质的碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物和至少一种第一金属材料；和在所述内罐和所述外罐之间提供至少一种第二金属材料；其中，在具有所述第一金属材料的所述内罐和具有所述第二金属材料的所述外罐之间设置有离子可渗透材料。

项目2：根据项目1所述的药筒，其中所述碱金属过氧化物可选自过氧化钠、过氧化钾和过氧化锂，优选过氧化钾。

项目3：根据项目1或2所述的药筒，其中在所述内罐的所述内部空间内可提供用于所述至少一种碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物的至少一种支撑结构。

项目4：根据项目1-3中任一项所述的药筒，其中所述至少一种支撑结构可以是丝网，具体地，金属丝网。

项目5：根据项目1-4中任一项所述的药筒，其中所述第一和第二金属材料彼此不同并且具有不同的标准电势。

项目6：根据项目1-5中任一项所述的药筒，其中可以选择所述第一和第二金属材料，使得两种金属材料之间的标准电势差提供至少100mv、优选至少200mv、特别优选至少400mv的最小电压。

项目7：根据项目1-6中任一项所述的药筒，其中所述至少一种第一金属材料可以以金属丝网、杆或板的形式提供。

项目8：根据项目1-7中任一项所述的药筒，其中所述至少一种第一金属材料可以以分散在所述碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物中的金属颗粒的形式提供。

项目9：根据项目1-8中任一项所述的药筒，其中所述至少一种第一金属材料可连接到至少一个第一电极。

项目10：根据项目1-9中任一项所述的药筒，其中所述至少一种第二金属材料可设置在所述内罐和所述外罐之间的空间中。

项目11：根据项目1-10中任一项所述的药筒，其中所述至少一种第二金属材料可设置在所述外罐的内表面。

项目12：根据项目1-11中任一项所述的药筒，其中所述至少一种第二金属材料可在外罐壁的预定部分或节段内整合入所述外罐壁中。

项目13：根据项目1-12中任一项所述的药筒，其中所述至少一种第二金属材料可连接到至少一个第二电极。

项目14：根据项目1-13中任一项所述的药筒，其中完整的外罐充当所述至少一个第二电极。

项目15：根据项目1-14中任一项所述的药筒，其中设置在所述内罐和所述外罐之间的所述离子可渗透材料可由非导电材料制成。

项目16：根据项目1-15中任一项所述的药筒，其中可提供至少一种co2吸收化合物。

项目17：根据项目1-16中任一项所述的药筒，其中在所述药筒中存在至少一个用于空气的进口和至少一个用于生成的氧气的出口。

项目18：一种呼吸装置，其包括至少一个根据项目1-17中任一项所述的药筒。

项目19：一种在根据项目18所述的呼吸装置中生成电能和氧气的方法：其中包含co2和水分的空气通过所述至少一个进口进入所述药筒并流动通过所述药筒：其中当所述空气接触到提供于所述药筒中的至少一种碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物时，可形成电解质，导致生成电能并同时生成氧气；并且其中所述生成的氧气通过至少一个出口离开所述药筒。

项目20：一种用于呼吸装置的药筒，其包括具有内部区域的第一穿孔罐；提供在所述第一穿孔罐的所述内部区域中的碱金属过氧化物和碱土金属过氧化物中的至少一种；提供在所述第一穿孔罐的所述内部区域中的第一金属材料；提供在靠近所述第一穿孔罐的外部的第二金属材料；和提供在所述第一穿孔罐和所述第二金属材料之间的离子可渗透材料。

项目21：根据项目20所述的药筒，其中所述第一穿孔罐可包括多孔壁。

项目22：根据项目20或21所述的药筒，其中所述第二金属材料可为第二罐的形式，并且所述第一穿孔罐可提供在所述第二罐中。

项目23：根据项目20-22中任一项所述的药筒，其中所述碱金属过氧化物可包括以下中的至少一种：过氧化钠、过氧化钾、过氧化锂或它们的任意组合。

项目24：根据项目20-23中任一项所述的药筒，其中所述碱土金属过氧化物包括以下中的至少一种：过氧化镁、过氧化钙、过氧化锶、过氧化钡或它们的任意组合。

项目25：根据项目20-24中任一项所述的药筒，其中所述第一和第二金属材料彼此不同并且具有不同的标准电势。

项目26：根据项目20-25中任一项所述的药筒，其中所述第一和第二金属材料之间的标准电势提供至少约100mv的最小电压。

项目27：根据权项目20-26中任一项所述的药筒，其中所述第一金属材料包括以下中的至少一种：铝、锌、锰或它们的任意组合。

项目28：根据项目20-27中任一项所述的药筒，其中所述第二金属材料包括以下中的至少一种：铁、铅、铜、银、霍加拉特或它们的任意组合。

项目29：根据项目20-28中任一项所述的药筒，其中所述第一金属材料为以下中的至少一种形式：丝网、杆、板或它们的任意组合。

项目30：根据项目20-29中任一项所述的药筒，其中所述第一金属材料为分散在所述碱金属过氧化物中的金属颗粒的形式。

项目31：根据项目20-30中任一项所述的药筒，其中所述第一穿孔罐基本上位于第二罐内，并且所述第二金属材料提供在所述第一罐和所述第二罐之间。

项目32：根据项目20-31中任一项所述的药筒，其中所述第一穿孔罐基本上位于所述第二罐内，并且所述第二金属材料提供在所述第二罐的内表面。

项目33：根据项目20-32中任一项所述的药筒，其中所述第一穿孔罐基本上位于第二罐内，并且所述第二金属材料至少部分地整合入所述第二罐的壁中。

项目34：根据项目20-33中任一项所述的药筒，其中所述离子可渗透材料是非导电的。

项目35：一种生成氧气和电能的方法，该方法包括：(a)提供根据项目20-34中任一项所述的药筒，其中所述药筒包括进口和出口；和(b)使包含水和co2的气体流动通过药筒的进口并与至少部分吸收co2形成电解质并释放氧气的所述碱金属过氧化物和所述碱土金属过氧化物中的至少一种接触，其中所述氧气通过所述出口离开所述药筒，其中所述电解质在连接到所述第一和第二金属材料的第一和第二电极之间提供电能。

附图说明

参考在所附示意图显示的示例性优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，对本发明的其他优点和细节进行如下详细说明，其中：

图1是根据本发明原理的用于呼吸装置的药筒的一种实施方式、实施例或方面的剖视图；和

图2是根据本发明原理的用于呼吸装置的药筒的另一实施方式、实施例或方面的剖视图。

具体实施方式

为了便于下文详细描述，应理解本发明可采用各种替代变化和步骤顺序，除非有清楚的相反指示。还应理解以下说明书中描述的具体装置和方法仅是本发明的示例性的实施方式、实施例或方面。此外，除在任何操作示例中或另行指示外，在优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中表达的所有数字、说明书和权利要求书中使用的成分的量应被理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在以下说明书和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据本发明所要获得的所需性质而变化。至少，并不是试图将等同原则应用于限制所述权利要求的范围，每个数值参数至少应该根据记载的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技巧来解释。

尽管阐述本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中列出的数值将尽可能精确地记载。然而，任何数值固有地包含由在其各自测试测量中发现的标准偏差引起的某些误差。

此外，应该理解的是本文记载的所有数值范围旨在包括归入其中的所有子范围。例如，“1到10”的范围旨在包括所述最小值1和所述最大值10之间(含1和10)的所有子范围，即最小值等于或大于1和最大值等于或小于10。

还应理解，附图中展示的以及以下说明书中描述的特定装置和方法仅是本发明的示例性的实施方式、实施例或方面。因此，与本文公开的实施方式、实施例或方面相关的特定尺寸和其他物理特征不应被认为有限制作用。本发明的某些优选且非限制性的实施方式、实施例或方面将参照附图进行描述，其中相同的参考数值对应于相同的或功能等同的要素。

在本申请中，除非另行清楚指示，否则单数的使用包括复数并且复数涵盖单数。另外，在本申请中，除非另行清楚指示，否则“或”的使用意味着“和/或”，即使在某些情况下可以明确使用“和/或”。此外，在本申请中，除非另行清楚指示，否则“一个”或“一种”的使用意味着“至少一个/种”。

本公开涉及一种用于呼吸装置的药筒，其可产生电能。图1所示的所述药筒10的第一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面包括外罐11、内罐12和离子可渗透分离器，比如设置在所述外罐11和内罐12之间的空间中的玻璃绒14。所述内罐12的壁由穿孔材料制成，比如允许所述气体扩散通过其中的穿孔金属板。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述内罐12的内部空间13可填充有过氧化钾(ko2)15，其在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中可通过金属丝网16支撑结构而保持在所述内罐12中的适当位置。根据所述丝网的尺寸和结构，所述丝网16可以产生若干用于储存所述碱金属过氧化物的节段，从而防止所述过氧化物的附聚。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，丝网16可由例如铝的第一金属制成并连接至第一电极17。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述外罐11可由第二金属例如铁或铜(具有比铝更高的标准电势)制成并且可用作连接至第二电极18的第二金属。当被人使用时，所述药筒可以形成ccba的一部分，包含co2和水的呼出空气可以通过进口20进入所述药筒并流入所述内罐12中。潮湿空气于此与所述过氧化钾15接触，导致形成作为碱性电解质的氢氧化钾。由于所述电解质的形成，因此所述第一电极和所述第二电极之间产生电压。与此同时，氧气从过氧化钾释放，其通过出口30离开所述药筒。co2被所述过氧化钾15吸收。

图2显示了本发明药筒的第二优选且非限制性的实施方式、实施例或方面。图2所述优选且非限制性的实施方式、实施例或方面与图1所述优选且非限制性的实施方式、实施例或方面的不同之处在于在内罐中没有提供支撑结构。相反，锌颗粒21分散在所述过氧化钾15中作为第一金属。此外，将单独的第一电极17放置于所述过氧化钾和锌颗粒分散体中。

此外，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，将用作第二金属的霍加拉特19层提供在离子可渗透分离器14和外罐壁之间。因此，在所述离子可渗透分离器14和所述填充有霍加拉特19的外罐壁之间提供了封闭空间。所述封闭空间的壁由多孔材料制成，例如以多孔板的形式。所述霍加拉特19用作所述第二金属并连接至第二电极18。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，呼出空气中的co2从所述内罐流动通过离子和气体可渗透分离器14，并随后被co2吸收剂19吸收。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，罐10被设置为碱性锰电池。所述罐由填充有ko215和锌颗粒21的混合物的多孔容器组成。所述内罐具有气体进口和气体出口。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，由导电材料制成的电极位于ko2-锌混合物内。所述内容器被可渗透液体和气体的非导电膜覆盖。具有分离器的内容器被mno2或霍加拉特的层覆盖。所述霍加拉特层与第二电极连接。整个装置被外罐覆盖。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，当要使用所述ko2罐时，富含co2和水分的呼出空气将被施加到ko2中。反应将开始并且将生成氧气。同时将开始co2吸收。

可以看出，本文公开了药筒10的一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，其包括外罐11、内罐12和设置在外罐11和内罐12之间的空间中的离子可渗透分离器14。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，离子可渗透分离器14可以为玻璃绒。然而，这不应被解释为具有限定作用，因为设想离子可渗透分离器14可由任何合适的和/或期望的可渗透离子的材料形成以用于本文所描述的应用。在一种实例中，离子可渗透分离器14可以为合成绒。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述内罐12的壁可以为穿孔的或由穿孔材料制成。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述内罐12的壁可以为允许气体扩散通过其的穿孔金属板。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，内罐12的内部空间13可以(在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中)由通过任何合适的和/或理想的措施保持在内罐12内适当位置的碱金属过氧化物15填充，所述措施例如在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中是以金属丝网16支撑结构。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，碱金属过氧化物15可以为化合物过氧化钾(ko2)。然而，这不应被解释为具有限定作用，因为可设想使用任何其他合适的和/或理想的碱金属过氧化物化合物。为了便于本文描述，碱金属过氧化物15将被描述为过氧化钾。然而，这不应被解释为具有限定作用。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，根据其尺寸和构造，丝网16可以限定多个用于储存所述碱金属过氧化物15的节段，从而避免所述碱金属过氧化物15附聚。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，丝网16可由可连接至第一电极17的第一金属制成。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属可以为铝。然而，这不应被解释为具有限定作用，因为设想所述第一金属可以是任何其他合适的和/或理想的金属或金属合金。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，外罐11可由第二金属制成。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属可具有比所述第一金属更高或更大的标准电势。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属可以是铁或铜。所述第二金属可连接至第二电极18。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，设想通过选择合适的所述第一和第二金属，所述第一金属可以具有比所述第二金属更高或更大的标准电势。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，药筒10可形成ccba的一部分，当被人使用时，包含co2和水的呼出空气通过进口20进入药筒10并通过其穿孔流入内罐12。在内罐12中，潮湿空气与所述过氧化钾15接触，导致作为碱性电解质的氢氧化钾的形成。由于碱性电解质的形成，所述第一电极17和所述第二电极18之间产生电压。与此同时，氧气从所述过氧化钾15中释放并通过所述出口30离开所述药筒。co2被所述过氧化钾15吸收。

本文还公开了药筒10的一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，其在内罐12内不包括支撑结构16。在这种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，锌颗粒21分散在过氧化钾15中作为第一金属。此外，将单独的第一电极17放置于所述过氧化钾15和锌颗粒21的分散体中。。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，用作所述第二金属的霍加拉特19层可提供在所述离子可渗透分离器14和所述外罐11的壁之间。因此，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，可在所述离子可渗透分离器14和可由所述霍加拉特19填充的外罐11的壁之间提供封闭空间(通过图2中的霍加拉特19周围的虚线所示)。所述封闭空间的壁可由多孔材料制成，在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中是多孔板。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，霍加拉特19可以用作所述第二金属并且连接至第二电极18。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，进入进口20的呼出空气中的co2流入内罐12，通过离子和气体可渗透分离器14，并随后被作为co2吸收剂的霍加拉特19吸收。

本文还公开了一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，药筒10被设置为碱性锰电池。在这种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，药筒10包括外罐11和填充有ko215和锌颗粒21的混合物的多孔内容器12。药筒10具有气体进口20和气体出口30。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，由导电材料制成的电极17位于ko2-锌混合物内。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述内容器12可以被液体和气体可渗透的非导电膜(或分离器)14覆盖。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述内容器12和分离器14可以被mno2或霍加拉特19的层覆盖。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述霍加拉特19层可以与第二电极18连接。整个装置可以被外罐11覆盖。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，当使用罐10时，富含co2和水分的呼出空气将施加到ko2-锌混合物上。所述反应将开始并将生成氧气。同时将开始co2吸收。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，在反应过程中将产生氢氧化钾溶液。所述氢氧化钾溶液与ko2-锌混合物(15,21)和霍加拉特19层两者均保持接触。由于锌21(在ko2-锌混合物中)和锰(在霍加拉特19中)的电化学势不同，因此在电极17和18之间将产生电压。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述产生的电压可在460和660mv之间。

本文还公开了用于氧气生成呼吸装置的化学药筒的一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面，其包括外罐和具有内部空间的内罐，其中：在所述内罐的所述内部空间中提供至少一种可在水分存在时作为电解质的碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物和至少一种第一金属材料；和在所述内罐和所述外罐之间提供至少一种第二金属材料；其中，在具有所述第一金属材料的所述内罐和具有所述第二金属材料的所述外罐之间设置有离子可渗透材料。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱金属过氧化物可选自过氧化钠、过氧化钾和过氧化锂。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱金属过氧化物可以理想地为过氧化钾。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，可在所述内罐的所述内部空间内提供至少一种用于所述至少一种碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物的支撑结构。所述至少一种支撑结构可以为丝网。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述丝网可以为金属丝网。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一和第二金属材料可彼此不同并且可具有不同的标准电势。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，可选择所述第一和第二金属材料，使得两种金属材料之间的标准电势差在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中可提供至少约100mv的最小电压。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，两种金属材料之间的标准电势差可以为至少约200mv。在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，两种金属材料之间的标准电势差可以为至少约400mv。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第一金属材料可以以金属丝网、杆或板的形式提供。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第一金属材料可以以分散在所述碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物中的金属颗粒的形式提供。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第一金属材料可连接到至少一个第一电极。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可设置在所述内罐和所述外罐之间的空间中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可设置在所述外罐的内表面。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可以在外罐壁的预定部分或节段内整合入所述外罐壁中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述至少一种第二金属材料可连接到至少一个第二电极。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，完整的外罐可作为所述至少一个第二电极。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，设置在内罐和外罐之间的离子可渗透材料可以由非导电材料制成。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，可提供至少一种co2吸收化合物。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述药筒可包括至少一个用于空气的进口和至少一个用于在所述药筒中生成的氧气的出口。

本文还公开了一种呼吸装置，其包括至少一种上述类型的药筒。

本文还公开了一种用于在上述的呼吸装置中产生电能和氧气的方法，其中包含co2和水分的空气通过所述至少一个进口进入所述药筒并流动通过所述药筒：其中当所述空气接触所述药筒中提供的至少一种碱金属过氧化物或碱土金属过氧化物时，形成电解质，导致电能的产生并同时生成氧气；和其中所述生成的氧气通过至少一个出口离开所述药筒。

本文还公开了一种药筒(10)，包括：具有内部区域的第一穿孔罐(12)；提供在第一多孔罐(12)的所述内部区域中的碱金属过氧化物和碱土金属过氧化物(15)中的至少一种；提供在所述第一多孔罐(12)的内部区域中的第一金属材料(16或21)；提供在靠近所述第一穿孔罐(12)外侧的第二金属材料(18或19)；和提供在所述第一多孔罐(12)和所述第二金属材料之间的离子可渗透材料(14)。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一穿孔罐(12)可包括多孔壁。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属材料可以为第二罐(11)的形式。所述第一穿孔罐(12)可以提供在所述第二罐(11)中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述碱金属过氧化物可包括以下中的至少一种：过氧化钠、过氧化钾、过氧化锂或它们的任意组合。所述碱土金属过氧化物可包括以下中的至少一种：过氧化镁、过氧化钙、过氧化锶、过氧化钡或它们的任意组合。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一和第二金属材料可彼此不同并且可具有不同的标准电势。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一和第二金属材料之间的所述标准电势可提供至少约100mv的最小电压。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可包括以下中的至少一种：铝、锌、锰或它们的任意组合。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属材料可包括以下中的至少一种：铁、铅、铜、银、霍加拉特或它们的任意组合。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第二金属材料可以为丝网、杆、板或它们的任意组合的形式。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一金属材料可以为分散在所述碱金属过氧化物中的金属颗粒的形式。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一穿孔罐(12)可基本上位于第二罐(11)内。所述第二金属材料可以提供在所述第一罐和所述第二罐之间。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一穿孔罐(12)可基本上位于所述第二罐(11)内。所述第二金属材料可以提供在所述第二罐的内表面。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述第一穿孔罐(12)可基本上位于第二罐(11)内。所述第二金属材料可以至少部分地整合入所述第二罐的壁中。

在一种优选且非限制性的实施方式、实施例或方面中，所述离子渗透材料可以是非导电的。

本发明还公开了一种生成氧气和电能的方法。该方法包括：(a)提供如上所述的药筒，其中所述药筒包括进口和出口；和(b)使包含水和co2的气体流动通过药筒的进口并与至少部分地吸收co2形成电解质并释放氧气的所述碱金属过氧化物和所述碱土金属过氧化物中的至少一种接触，其中所述氧气通过所述出口离开所述药筒，其中所述电解质在连接至所述第一和第二金属材料的第一和第二电极之间提供电能。

尽管出于说明的目的，已经基于当前被认为是最实用、优选且非限制性的实施方式、实施例或方面对本发明进行了详细描述，但应理解的是，这些详细信息仅用于该目的，且本发明不限于所述公开的内容。

相反，优选且非限制性的实施方式、实施例或方面旨在所附权利要求书的精神和范畴内涵盖修改和等同设计。例如，应理解的是，本发明设想，在可能的范围内，任何优选且非限制性的实施方式、实施例或方面的一个或多个特征可以与任何其他优选且非限制性的实施方式、实施例或方面的一个或多个特征组合。