一种冬暖夏凉可调温的恒温垫的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种冬暖夏凉可调温的恒温垫，该恒温垫包括衬底与调温垫，调温垫为沟槽状立体织物；调温垫的底部设有至少一个或均匀设置的多个沟槽，沟槽内安放有相变材料包，相变材料包采用高强度柔性材料密闭封装，相变材料包的底部设置有加热单元。通过加热单元或空调的作用，使得相变材料在高能态与低能态间转化，使得恒温垫在不同环境下，均可维持人体周围的小气候环境处于一个相对恒定且适宜的温度范围内，满足人体舒适需求，兼具保暖与降温的作用。立体织物中凸起部分的高抗弯刚度纤维层提供了必要的弹性和支撑力，具有较好的压力分散效果，且可保护沟槽内的相变材料包。通过在沟槽状立体织物的凸起部分布置充足的孔隙，保证良好的透汽性。
【专利说明】一种冬暖夏凉可调温的恒温垫
【技术领域】
[0001]本发明属于生活用垫或医用垫的生产制造【技术领域】，具体涉及一种冬暖夏凉可调温的恒温垫。
【背景技术】
[0002]随着全球气候的变暖，我国大部分地区夏季温度较以往逐渐偏高，已明显超出人体承受温度；冬季温度仍较低，尤其是江南等地湿度较大，体感温度较低，为保证人们的睡眠质量，床垫的保暖与降温一直是人们关注的热点问题。
[0003]目前冬季床上取暖最普遍的是使用电热毯取暖。电热毯取暖存在的问题在于，通电使用不安全，同时电磁辐射有可能对人体产生潜在的危害；断电使用，使用者往往是将温度调高，烘热被褥，上床时人体感觉很暖和，但由于温度高于人体舒适温度，睡眠过程中会感觉燥热难耐，被褥中贮存的热量散失后，人体又会感觉冷。尤其是环境温度一般在凌晨四、五点降到最低，此时被褥贮存的热量已完全散失。夏季降温最普遍采用的方式是空调，但空调噪音及送风使人的睡眠质量变差，风如果直吹甚至会引起体弱人群如老人、孩子生病，久用空调会弓I起人体的各种不适。
[0004]为了保证睡眠全过程的舒适，保暖或凉爽床垫最好能够保持恒温时间达到10小时以上，满足人体热需求。例如在冬季，凌晨4-5点是环境温度最低的时间，因此，床垫的热缓冲作用至少要保持7个小时以上。
[0005]又如长期卧床的病人，由于不能随时翻身，致使背部温度较高，而且产生的汗汽难以排出，易形成褥疮，增加病患的痛苦。
[0006]为了解决如上问题，针对床垫的保暖降温的技术不断问世。相关领域的专利举例如下:
[0007]许多床垫的加热会采取电加热方式，如专利CN1929763A介绍了一种纤维增强加热装置和具有该装置的床垫，采用的是电加热方式，可提供局部加热；专利CN102599757介绍了一种多功能床垫，具有依人体不同部位需求可调温等功能；专利CN102204861A介绍了一种医用智能调温电热床垫，为了解决电加热的电磁辐射问题，该专利采用了无电磁辐射的碳纤维红外线发热组件，为了防止漏电，设计了漏电保护装置及防水防漏插头等。这些专利存在的问题在于不能断电，使用过程中需要带电使用，断电后温度不能恒定。
[0008]专利CN1994192A及专利CN101433412A分别介绍了两种自动控温电热水暖床垫；专利CN2545910Y冬暖夏凉床垫，是一种利用水加热或降温的冬暖夏凉床垫。这类床垫在通电的情况下可以进行温度调节，保暖和降温利用水的显热。如果断电，冬季随着时间的推移水的温度不断降低，致使人体周围的小气候温度随之降低，低于人体舒适温度后反而会加重人体不适；夏季反之。利用显热的最大问题就是断电后不能维持人体小气候的温度基本保持恒定。
[0009]专利CN1596799A介绍了一种冬暖夏凉自动调温床垫，其特征在于将热介质装入不透汽性的袋中可作为床热垫、从垫、靠垫、枕头等使用。专利只介绍了热介质的配比方法，没有提供加热及冷却方式。
[0010]专利CN201709884U及专利CN102648806A为密切相关专利，专利中用到了相变材料作为恒温材料。专利介绍了一种双向调温储能床垫，技术核心在于上下层布料之间夹有的双向调温储能纤维絮片。该技术存在的问题在于，储能材料的能量储存需要借助于外部能源，而专利未提供外部能源作为储能材料热量补充手段。以冬季为例，在冬季常温下，环境温度低于储能材料完成能量储存所需温度，床垫又没有提供加热功能，因此，在低温环境中无法完成储能，也就无法提供调温所需热量。此外，纤维絮片因为纤维加工过程中，储能材料的用量过大会影响纤维成型，用量过小则会使得储能材料含量太少而使得有效温度调节时间过短。
[0011]专利CN201452350U为密切相关专利，介绍了一种可蓄热、取暖的合作坐卧用具。由外壳、密闭内壳、相变蓄热材料、换热管组成。换热管的入口端和出口端分别通过管道与热源连接。I)换热管埋设入相变材料内部；2)应用时放置在床上，使用时被褥直接压在用具上，其硬质外壳结构没有弹性；3)没有设计透汽透湿通道；4)【具体实施方式】中给出的相变温度为32度的羊醋酸，只适合取暖使用，不适合夏季使用；5)装置复杂，使用过程中需外接控制部分，使用不灵活。
[0012]实用新型专利CN202947397U为密切相关专利，介绍了一种降温解署凉垫。凉垫采用不漏水材料粘连在一起，里面装27度的恒温相变材料。存在的问题在于，用做床垫时，I)相变材料包没有防护，人体直接压在材料包上，当相变材料转变为液体时，相变材料包受压有胀破的可能；2)凉垫为单向温度调节，只能应用于夏季，无法应用于冬季；3)不漏水材料不透汽不透湿，人体睡眠中产生的汗汽不能及时排除，虽然降温，但会造成人体表面湿气积聚，产生不舒适感。
[0013]因此，鉴于以上问题，有必要提出一种冬暖夏凉可调节温度的恒温垫，以实现根据人体周围小气候温度的变化进行温度调节，维持人体周围的小气候环境处于一个相对恒定的适宜的温度范围内，满足人体舒适需求。
【发明内容】
[0014]有鉴于此，本发明提供了一种冬暖夏凉可调温的恒温垫，该恒温垫包括沟槽状立体织物，沟槽内设置相变材料包与加热单元，可根据人体周围小气候温度的变化进行温度调节，实现保暖与降温的双重作用，维持人体周围的小气候环境处于一个相对恒定的适宜的温度范围内，且可保持良好的透汽性，满足人体舒适需求。
[0015]根据本发明的目的提出的一种冬暖夏凉可调温的恒温垫，所述恒温垫包括衬底与调温垫，所述调温垫为沟槽状立体织物；所述调温垫的底部设有至少一个或均匀设置的多个沟槽，相邻两个沟槽间形成凸起，所述沟槽内安放有相变材料包，所述相变材料包的底部设置有加热单元；
[0016]环境温度较低时，启动加热单元对相变材料包进行加热产生相变，当人体周围小气候温度降低时，相变材料包释放潜热，使人体周围小气候温度保持恒定；
[0017]环境温度较高时，预先对相变材料包进行制冷处理产生相变，当人体周围小气候温度升高时，相变材料包相变吸热，使人体周围小气候温度保持恒定。
[0018]优选的，所述沟槽状立体织物是一种三层结构织物，分别为上层表面织物、下层表面织物与设置于所述上层表面织物与下层表面织物间的高抗弯刚度纤维层，所述沟槽状立体织物的三层结构一体编织成型。
[0019]优选的，所述沟槽状立体织物的凸起部分上均匀的设置有用于汗汽排出的孔隙。
[0020]优选的，所述沟槽沿所述调温垫宽度方向或长度方向平行设置。
[0021]优选的，所述上层表面织物与所述下层表面织物均由涤纶、锦纶单丝或锦纶复丝组成。
[0022]优选的，所述高抗弯刚度纤维层为高弹性模量的涤纶单丝、玻璃纤维丝或玻璃纤维与丙纶混纺丝。
[0023]优选的，所述加热单元包括底布以及固定于所述底布上的电热丝。
[0024]优选的，所述相变材料包中的相变材料为复合石蜡、脂肪酸或多元醇类相变材料，所述复合石蜡包括十二烷至三十六烷中的至少两种组份。
[0025]优选的，在双组份配合中，十八烷与二十烷配比为(C18H38) = (C2tlH42) = 0.69:0.31。
[0026]优选的，所述相变材料包采用高强度柔性材料密闭封装成大胶囊，所述相变材料包的外形与所述沟槽匹配。
[0027]与现有技术相比，本发明提供的冬暖夏凉可调温的恒温垫的优点是:
[0028]I)该恒温垫内设置有相变材料包与加热单元，冬季在使用前可先将相变材料包加热到恒定温度，使其由固态转变为液态，加热单元的电能转化为相变材料的潜热，人体位于垫子上时，相变材料会根据人体周围小气候环境的变化将该部分潜热逐渐释放，同时相变材料的温度维持在一个相对恒定的区间内，使得的人体感受到温暖。夏季在使用前可采用空调制冷将相变材料由液态转化为固态，人体位于垫子上时，当人体周围的小气候环境温度升高时，相变材料开始相变吸热，吸收的热量使得相变材料由固态转化为液态降温，使得的人体感受到凉爽。该恒温垫具有保暖与降温的双重作用，且可根据人体需要进行温度范围调节，维持人体周围的小气候环境处于一个相对恒定的适宜的温度范围内，满足人体舒适需求。
[0029]2)立体织物中凸起部分的高抗弯刚度纤维层提供了必要的弹性和支撑力，具有较好的压力分散效果，能缓解睡眠过程中人体局部压力过高等问题；且可有效保护沟槽内的相变材料包，避免受压损坏。
[0030]3)通过在沟槽状立体织物的凸起部分布置充足的孔隙，便于汗汽的排出，保证良好的透汽性。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本发明公开的一种冬暖夏凉可调温的恒温垫的结构示意图。
[0033]图2为调温垫的结构示意图。
[0034]图3为加热单元的结构示意图。
[0035]图中的数字或字母所代表的相应部件的名称:[0036]1、调温垫2、沟槽3、凸起4、相变材料包5、加热单元6、衬底
[0037]21、表面织物22、高抗弯刚度纤维层
[0038]51、底布52、电热丝
【具体实施方式】
[0039]目前，冬季床上取暖普遍采用电热毯。该方式由于在通电下使用不安全，同时电磁辐射有可能对人体产生潜在的危害；若断电使用，难以保证温度在人体舒适范围内，且持续时间较短。夏季降温最普遍采用空调，但空调噪音及送风使人的睡眠质量变差，久用空调会引起人体的各种不适。现有技术中存在多种调温方式，但大都断电后难以维持较长时间的恒温，且无法实现冬季与夏季的通用，结构复杂，人体产生的汗汽难以有效排出，影响人体舒适感。
[0040]本发明针对现有技术中的不足，提供了一种冬暖夏凉可调温的恒温垫，该恒温垫包括沟槽状立体织物，沟槽内设置相变材料包与加热单元，可根据人体周围小气候温度的变化进行温度调节，实现保暖与降温的双重作用，维持人体周围的小气候环境处于一个相对恒定的适宜的温度范围内，且可保持良好的透汽性，满足人体舒适需求。
[0041]下面将通过【具体实施方式】对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]如图1-3所示，一种冬暖夏凉可调温的恒温垫，恒温垫包括衬底6与调温垫I，调温垫为沟槽状立体织物；调温垫I的底部设有至少一个或均匀设置的多个沟槽2，相邻两个沟槽2间形成凸起3，沟槽2内安放有相变材料包4，相变材料包4的底部设置有加热单元5。
[0043]冬季在使用前需先对相变材料包4进行加热到恒定温度，使其由固态转变为液态，加热单元的电能转化为相变材料的潜热，当人体周围的小气候环境温度低于人体舒适温度时，调温垫能自动感知环境温度的变化并自动开始释放热量，从而使得人体周围的小气候内保持恒定在人体舒适温度范围内，使得人体感受到温暖。
[0044]夏季在使用前可采用空调制冷将相变材料由液态转化为固态，当人体周围的小气候环境温度高于人体舒适温度时，调温垫能自动感知环境温度的变化并自动开始相变吸热，吸收的热量使得相变材料由固态转化为液态降温，使得人体周围的小气候内保持恒定在人体舒适温度范围内，使得的人体感受到凉爽。
[0045]优选的，沟槽2沿调温垫宽度方向或长度方向平行设置。沟槽的宽度与高度一般为2cm*2cm，且相邻两个沟槽间间距为2cm。按照沟槽的大小填充适量的相变材料，在正常使用情况下，该结构的相变持续时间达到10小时以上。其中，该实例的结构尺寸为优选方案，沟槽的尺寸与间距可根据不同需要调节，具体不做限制。
[0046]优选的，沟槽状立体织物是一种三层结构织物，分别为表面织物21与高抗弯刚度纤维层22，表面织物包括上层表面织物与下层表面织物，高抗弯刚度纤维层22夹于上层表面织物与下层表面织物之间，且沟槽状立体织物的三层结构一体编织成型。
[0047]其中，表面织物21可由涤纶、锦纶单丝或锦纶复丝等化学纤维采用机织、针织、非织造或编织的方法生产。可采用双针床经编机生产间隔织物，通过改变针床间距，改变中间高抗弯刚度纤维层高度，生产出沟槽织物。织物凸起部位的高抗弯刚度纤维层厚，凹进部位高抗弯刚度纤维层薄。
[0048]高抗弯刚度纤维层22为高弹性模量的涤纶单丝、玻璃纤维丝或玻璃纤维与丙纶混纺丝或其它高弹性模量的化学长丝。凸起部分的高抗弯刚度纤维层对床垫提供了必要的弹性和支撑力，具有较好的压力分散效果，能缓解睡眠过程中人体局部压力过高；且织物凸起部分能承受人体压力而避免相变材料包受压损坏。
[0049]优选的，沟槽状立体织物的凸起部分上均匀的设置有用于汗汽排出的孔隙(未示出)。便于汗汽的排出，具有良好的透汽、透湿性能。
[0050]优选的，加热单元5包括底布51以及固定于底布51上的电热丝52。加热单元采用将表面绝缘的电热丝52缝制固定于底布51的表面。加热单元放置在相变材料包4下方，通电后可直接加热相变材料包。
[0051]加热单元的外接电源参数:额定电压220V，额定频率50Hz，额定功率60-150W。加热单元还配置温控器，加热温度一般不超过38度。
[0052]加热单元用于冬季保暖时加热相变材料。加热过程将电能转化为相变材料的潜热，使固体的相变材料转化为液体，能量储存在相变材料内。38度的温度控制可以防止加热温度过高引起的燥热感。该温度可以使得相变材料完全转化为液态。睡时断电，可以防止电磁辐射对人体的伤害，同时断电使用更安全。其中，38度为优选实施温度，加热温度一般可在28-45度范围内，加热温度还可设定为35度等，具体温度可根据需要设定，在此不做限制。
[0053]相变温度范围为15-45度，一般选择20-34度的人体舒适范围之间相变，该温度范围为优选方案。
[0054]相变材料选择复合石蜡。材料无毒、无害、成本低、可重复使用。复合石蜡由十二烷至三十六烷中至少两种组份配合，相变材料还可以是脂肪酸、多元醇类相变材料的组合，相变温度与相变潜热由相变材料的不同配比决定。
[0055]优选的，相变材料包的设计以及使用形式使得使用过程中可以根据恒温时间设计相变材料的封装量，实验过程中采用双组份配合，优选为:十八烷与二十烷配比为(C18H38):(C20H42) = 0.69:0.31。该方案中，该配比的相变材料相变温度的范围为26-31度，为最优配比。且通过与该恒温垫沟槽结构配合使用，可以保证人体睡眠10小时的热缓冲需求。
[0056]相变材料采用高强度柔性材料(如薄膜等)封装成大胶囊，防止搬运及使用过程中的破裂。且相变材料包的外形与沟槽匹配。
[0057]冬季，加热单元的电能转化为相变材料的潜热，相变材料吸收外部热量由低能态(固态)转变为高能态(液态)状态，睡眠过程中该部分潜热在相变材料由高能态转化为低能态的过程中均匀、缓慢地释放，同时相变材料的温度维持在一个相对恒定的区间，即所设计的相变温度。维持人体周围小气候的舒适温度。下次使用时，再次加热，材料又由低能态转化为高能态。如此往复。
[0058]实施中，相变材料被加热单元加热到38度，略高于人体皮肤温度，人体位于垫子上时有温暖的感觉。此时的温度高于相变温度，材料的保暖处于显热阶段。随着使用过程的延长，材料温度较快降至30相变温度，相变材料开始相变放热，相变放热的同时保持温度基本恒定；该设计的优点在于:人体位于垫子上初期，材料温度略高于人体表面温度，使人有温暖感。但随着使用时间的延续，相变材料的相变放热在略低于人体表面温度的人体舒适温度范围内维持人体周围小气候的温度基本恒定，并可维持10小时以上，使人在睡眠过程中即不产生因温度过高而产生的燥热，且释放的热量又可满足人体的恒温需求。
[0059]夏季，空调制冷使相变材料由高能态(液态)向低能态(固态)转变。人体睡眠过程中，人体产生的热量以及外部环境的热量使得相变材料由低能态转变为高能态，在这个过程中，材料的温度保持基本恒定。下次使用时，再次采用空调制冷，材料由高能态(液态)向低能态(固态)转变，如此往复。
[0060]实施中，使用空调制冷，使相变材料温度至空调设定温度并固化。空调制冷将相变材料由液态转变为固态。使用时关闭空调，温度升高到26度时材料开始相变吸热，吸收的热量使得相变材料由固态转化为液态降温，在这个过程中相变材料保持温度基本恒定，并维持10小时以上，使人在睡眠过程不会产生热感。
[0061]相变温度的设计利用的是人体舒适的小气候温度。冬暖的原理是相变材料放热维持人体所需，夏凉的原理是相变材料吸热而将人体散发的热量及周边环境热量吸收。这一原理使得相变材料在冬季低于人体表面温度散热，保持温暖而不燥热；夏季低于人体表面温度吸热，人体与垫子接触部位不会因睡眠中久不翻身挪动而使温度升高，保持人体持久凉爽。这一特性亦可用于长期卧床的病人免生褥疮。
[0062]综上，冬季使用是一个相变材料的散热过程。夏季使用是一个相变材料吸热的过程。不论冬季还是夏季，人体需要的是身体处于一个适宜的温度范围。因此，相变材料的设计与选择使得床垫冬暖的同时能够同时实现夏凉。本设计可同时应用于床垫、沙发垫、椅垫
坐寸ο
[0063]衬底可以采用常规织物，也可以采用硬质材料。衬底织物通过粘合的方式与调温垫结合在一起。一方面使床垫系统的底面平整，另一方面将加热单元及相变材料包封闭在沟槽状立体织物的凹槽内。通过衬底织物的结构选择，还可以增加床垫的弹性和压力分布特性。
[0064]本专利与现有技术的明显区别在于:
[0065]I)本发明采用沟槽状立体织物，织物中的高抗弯刚度纤维层对人体同时提供了睡眠中所需的支撑力及弹性；沟槽部分放置相变材料包，沟槽形状及沟槽底部的高抗弯刚度纤维层对相变材料包提供了有效的保护，同时使得沟槽部位也具有人体睡眠中所需的支撑力及弹性；凸起部分提供了人体睡眠中所需的支撑力及弹性。
[0066]2)相变材料发生相变需要冷热激励，现有技术中没有提供冷热激励手段，只能被动的依靠环境温度的调节，只能单向应用于降温。本发明中通过在相变材料包的底部设置加热单元，提供了热激励手段。可应用于保暖及降温双重作用。
[0067]3)本发明中设计的沟槽状立体织物的凸起部分布置充足的孔隙，便于汗汽的排出，保证良好的透汽性。
[0068]本发明公开了一种冬暖夏凉可调温的恒温垫，该恒温垫包括衬底与调温垫，调温垫为沟槽状立体织物；调温垫的底部设有至少一个或均匀设置的多个沟槽，相邻两个沟槽间形成凸起，沟槽内安放有相变材料包，相变材料包的底部设置有加热单元；通过加热单元或空调的作用，使得相变材料在高能态与低能态间相互转化，实现恒温垫在不同外部环境条件下，均可维持人体周围的小气候环境处于一个相对恒定且适宜的温度范围内，满足人体舒适需求，具有保暖与降温的双重作用。
[0069]立体织物中凸起部分的高抗弯刚度纤维层提供了必要的弹性和支撑力，具有较好的压力分散效果，且可有效保护沟槽内的相变材料包，避免受压损坏。
[0070]通过在沟槽状立体织物的凸起部分布置充足的孔隙，便于汗汽的排出，保证良好的透汽性。
[0071]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述恒温垫包括衬底与调温垫，所述调温垫为沟槽状立体织物；所述调温垫的底部设有至少一个或均匀设置的多个沟槽，相邻两个沟槽间形成凸起，所述沟槽内安放有相变材料包，所述相变材料包的底部设置有加热单元; 环境温度较低时，启动加热单元对相变材料包进行加热产生相变，当人体周围小气候温度降低时，相变材料包释放潜热，使人体周围小气候温度保持恒定； 环境温度较高时，预先对相变材料包进行制冷处理产生相变，当人体周围小气候温度升高时，相变材料包相变吸热，使人体周围小气候温度保持恒定。
2.如权利要求1所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述沟槽状立体织物是一种三层结构织物，分别为上层表面织物、下层表面织物与设置于所述上层表面织物与下层表面织物间的高抗弯刚度纤维层，所述沟槽状立体织物的三层结构一体编织成型。
3.如权利要求1所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述沟槽状立体织物的凸起部分上均匀的设置有用于汗汽排出的孔隙。
4.如权利要求1所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述沟槽沿所述调温垫宽度方向或长度方向平行设置。
5.如权利要求2所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述上层表面织物与所述下层表面织物均由涤纶、锦纶单丝或锦纶复丝组成。
6.如权利要求2所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述高抗弯刚度纤维层为高弹性模量的涤纶单丝、玻璃纤维丝或玻璃纤维与丙纶混纺丝。
7.如权利要求1所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述加热单元包括底布以及固定于所述底布上的电热丝。
8.如权利要求1所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述相变材料包中的相变材料为复合石蜡、脂肪酸或多元醇类相变材料，所述复合石蜡包括十二烷至三十六烷中的至少两种组份。
9.如权利要求8所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，在双组份配合中，十八烷与二十烷配比为(C18H38) =(C20H42) = 0.69:0.31。
10.如权利要求1所述的冬暖夏凉可调温的恒温垫，其特征在于，所述相变材料包采用高强度柔性材料密闭封装成大胶囊，所述相变材料包的外形与所述沟槽匹配。
【文档编号】A47C21/04GK103767391SQ201410057485
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】孙玉钗, 程中浩 申请人:苏州大学