支撑垫和用于控制该支撑垫的表面温度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及支撑垫和用于控制该支撑垫的表面温度的方法。具体地，本发明涉及利用定位并且配置成选择地加热或冷却支撑垫的表面的热电元件的支撑垫，诸如床垫组件。
【背景技术】
[0002]成功并且宁静睡眠的方面是个人睡眠舒适。医疗研宄表明，睡眠剥夺(“睡眠债”)可能对长寿、生产力和整体心智、情绪以及身体健康具有显著负面影响。慢性睡眠债已经与体重增长相关，并且更具体地，已经观察到不仅影响身体处理和存储碳水化合物的方式，而还已经观察到更改影响胃口的激素水平。而且，睡眠债可能导致易怒、急躁以致无法集中和忧郁，这已经导致一些研宄者提出睡眠债和工地事故、交通事故以及一般下午分心之间的联系。此外，睡眠障碍已经与高血压、增加的应激激素水平和不规则心跳有关，并且另外的研宄已经表明，缺乏睡眠可能影响免疫功能，导致对疾患和疾病(例如，癌症)增加的感染性。总而言之，研宄现在已经表明，在由于这些各种效应导致的损失的生产力方面，美国每年花费630亿美元的睡眠债花费。因此，提高睡眠舒适并且降低个人睡眠债的支撑垫将是高度期望且有益的。
【发明内容】
[0003]本发明涉及支撑垫和用于控制支撑垫的表面温度的方法。具体地，本发明涉及利用定位并且配置成选择地加热或冷却支撑垫的表面的热电元件的支撑垫，诸如床垫组件。因此，本发明的支撑垫通过控制支撑垫的表面的温度而允许用户个性化他们的舒适度，包括睡眠舒适。
[0004]在本发明的一个示例性实施例中，以床垫组件的形式提供支撑垫，该支撑垫包括身体支撑部分，该身体支撑部分具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面。床垫组件进一步包括多个热电元件，该多个热电元件被定位并且配置成在身体支撑部分的第一表面处选择性地提供加热或冷却。床垫组件还包括散热部分，该散热部分由吸热材料构成并且为可操作地连接到热电元件。
[0005]床垫组件的身体支撑部分大致由柔性泡沫体构成以便将来自用户的身体或其一部分的压力分布跨过身体支撑部分。在一些实施例中，柔性泡沫体是具有期望的密度和硬度的粘弹性泡沫体，并且允许压力跨过床垫组件的支撑部分被均匀地吸收和均匀地分布。就这点而言，在某些实施例中，身体支撑部分可以进一步由舒适部分或层覆盖，该舒适部分或层被定位在身体支撑部分顶上以便为在床垫组件上休息的用户的身体或其一部分提供舒适度。在某些实施例中，这样的舒适支撑部也由粘弹性泡沫体或其它泡沫体组成，但是通常具有小于床垫组件的身体支撑部分的密度的密度以便提供休息的更软的表面，并且以便在用户的身体与床垫组件的热电元件之间提供充分软的隔离层，如下文进一步详细描述的。
[0006]相对于床垫组件的热电元件而言，热电元件定位在床垫组件中并且被配置成允许用户控制床垫组件的身体支撑部分的第一(或上)表面的温度。例如，在某些实施例中，热电元件由多个珀耳帖元件构成，一旦一定量的电流沿第一方向流经珀耳帖元件，就通过朝身体支撑部分的第二表面以及从第一表面吸走热量来冷却身体支撑部分的第一表面。类似地，在某些实施例中，一旦一定量的电流沿第二(例如，相反)方向流经珀耳帖元件，珀耳帖元件就通过朝身体支撑部分的第一表面以及从身体支撑部分的第二表面吸走热量来加热身体支撑部分的第一表面。
[0007]为了进一步利用珀耳帖元件的加热和冷却能力，在某些实施例中，珀耳帖元件被串联地布置，使得珀耳帖元件被接连地布置并且能够跨过身体支撑部分的整个表面或其期望的部分提供加热或冷却。在其它实施例中，珀耳帖元件被布置成阵列，使得一组珀耳帖元件可以被定位在身体支撑部分的期望的区域上并且被用来选择性地加热或冷却的身体支撑部分的将与用户的身体的易于过热的特定部分(例如，用户的身体或头部)相接触的区域。在一些实施例中，为了对身体支撑部分的第一表面的选择性加热和冷却提供更大量的控制，珀耳帖元件由离散珀耳帖元件构成，是独立可寻址的，或两者。
[0008]为了促进身体支撑部分的第一表面的加热和冷却，每个珀耳帖元件通常跨越床垫组件的身体支撑部分的宽度，使得每个珀耳帖元件的第一侧被定位在身体支撑部分的第一表面的上方或与该第一表面相邻，并且每个珀耳帖元件的相对侧被定位在身体支撑部分的第二表面的下方或与该第二表面相邻。在这些实施例中，身体支撑部分包括多个柱状空隙，每个柱状空隙包括将来自身体支撑表面的一个表面的热量传递至另一个表面的珀耳帖元件的一部分。因此，在某些实施例中，珀耳帖元件被定位成与身体支撑部分相邻并且直接将来自身体支撑部分的一个表面的热量通过身体支撑部分的内部传递至身体支撑部分的另一个表面。
[0009]除了被配置成选择性地加热或冷却身体支撑部分的第一表面之外，热电元件也可操作地连接到由吸热材料构成的床垫组件的散热部分。在一些实施例中，床垫组件的散热部分由弹性凝胶状材料构成，该弹性凝胶状材料包围与身体支撑部分的第二表面相邻或靠近该第二表面的珀耳帖元件的至少一部分。通过将珀耳帖元件可操作地连接到散热部分，除了珀耳帖元件的结构支撑之外，当身体支撑部分的第一表面被冷却时，散热部分提供热可以被驱散到其中的排热器(thermal dump)或散热器。可替代地，当身体支撑部分的第一表面被加热时，散热部分还能够通过将散热部分中任何收集的热传递至身体支撑部分的第一表面而被用作热源。
[0010]在本发明的一些实施例中，散热部分由大致均匀的弹性凝胶状材料层构成。在某些实施例中，这样的大致均匀弹性凝胶状材料层用来覆盖身体支撑部分的整个第二表面。在利用弹性凝胶状材料的其它实施例中，散热部分由多个三维的弹性凝胶状材料块构成。在这些实施例中，三维块可以与相邻的弹性凝胶状材料块隔开预定的距离，但是通常定位成与多个珀耳帖元件中的一个或多个相邻以因此为每个珀耳帖元件提供单独的散热器，与提供以被包括在床垫组件中的每一个珀耳帖元件相接触的弹性凝胶状材料的连续层的形式的散热器相反。
[0011]在本发明的进一步的实施例中，散热部分由不包括弹性凝胶状材料的吸热材料构成。在一个这样的实施例中，散热部分由类似大致均匀的弹性凝胶状材料层的流体层构成，当身体支撑部分的第一表面被冷却时，该散热部分能够充当散热器，并且当身体支撑部分的第一表面被加热时，该散热部分能够充当存储热量的来源。在其它实施例中，散热部分由柔性泡沫体构成，所述柔性泡沫体包括具有网状蜂窝状结构而且可操作地连接到珀耳帖元件的多个蜂窝，使得从身体支撑部分的第一表面传递的热量被传递至网状蜂窝状结构。一旦将热量传递至网状蜂窝状结构，通过输送一定量的空气通过散热部分的网状蜂窝状结构，热量就可以因此从散热部分传递出来。
[0012]在散热部分中利用网状蜂窝状结构的床垫组件的某些实施例中，空气至少部分地通过在散热部分中包括进口端和出口端通过散热部分被输送以因此提供空气能够流进和流出散热部分的路线。而且，在一些实施例中，通过包括覆盖散热部分的外表面的密封部(即，外皮)，热量可以被迫仅流经和流出散热层的某些部分。在这样的实施例中，密封部被用来有效地围困散热部分中的热，直至通过输送空气通过散热部分的网状蜂窝状结构将热移除为止，诸如通过利用放置到密封部中进口和出口，通过将风扇可操作地连接到散热部分以散热，或两者。
[0013]不考虑用于散热部分的材料，本发明的每个床垫组件进一步包括用于供应电流至多个热电元件的电源和用于控制被供应至多个热电元件的电流的控制器。通过在床垫组件中包括控制器，被供应至热电元件的电流量可以受到控制以为身体支撑部分的第一表面提供期望的加热或冷却量。例如，在某些实施例中，控制器被配置成自动地控制被供应至珀耳帖元件的电流，使得当身体支撑部分的第一表面到达特定温度时电流可以沿特定方向被供应至珀耳帖元件以加热或冷却身体支撑部分的第一表面。作为另一个示例，在一些实施例中，控制器被配置成在预定的时间段内，诸如在8小时睡眠周期内或在对应于在睡眠循环(例如，REM睡眠)的特定阶段用户通常花费的时间的时长内，允许电流被供应至珀耳帖元件。在另一个示例中，控制器可以从用户佩戴的传感器接收生物节律反馈并且相应地协调珀耳帖元件的操作。
[0014]为了在被包括在本发明的床垫组中的热电元件提供附加水平的控制，在某些实施例中，床垫组件进一步包括可操作地连接到床垫组件的身体支撑部分、散热部分或两者并且为控制器提供输入的一个或多个特征。在一些实施例中，这样的特征包括压力传感器，当用户躺在床垫上或以其它方式在床垫组件上施加压力量时，该压力传感器为控制器提供压力反馈并且允许控制器自动地开始加热或冷却床垫组件。在其它实施例中，温度传感器被包括在示例性床垫组件中并且为控制器提供温度反馈以允许控制器响应于接收的温度反馈以及维持期望的温度，选择性地加热或冷却身体支撑部分的第一表面。在某些实施例中，这样的所期望的温度或压力反馈设置在控制器本身处被直接输入或调节，或在其它实施例中，可以从也可操作地连接到控制器的遥控器传输至控制器以及允许用户将身体支撑部分的第一表面远程地调节至期望的温度。
[0015]为了进一步获取与将多个热电元件合并到床垫组件中相关联的一些益处，在一些实施例中，被合并到床垫组件中的热电元件定位并且配置成将身体支撑部分与散热部分之间的温度差转换成在充电端口处的电压。这样的实施例具有基本上与上文所描述的实施例相同的结构配置，用充电端口代替控制器、电源或两者。充电端口可操作地连接到热电元件，使得当在身体支撑部分与散热部分之间存在温度差时，在充电端