包括热电元件和空气管道的支撑垫和控制其表面温度的方法

文档序号:9649655阅读:329来源:国知局
包括热电元件和空气管道的支撑垫和控制其表面温度的方法
【专利说明】包括热电元件和空气管道的支撑垫和控制其表面温度的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求了来自于2013年6月18日提交的美国临时专利申请N0.61/836,268和于2014年6月18日提交的美国临时专利申请N0.61/836,245的优先权,其完整公开通过此参考并入本文。
技术领域
[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。特别地,本发明涉及支撑垫,诸如床垫组件,所述支撑垫使用了热电元件和内部空气管道以选择性地加热或冷却支撑垫的表面。
【背景技术】
[0004]成功的和安静的睡眠的一个方面是个人睡眠舒适性。医疗研究表明,睡眠剥夺(“睡眠负债”)可能具有对于长寿、生产能力和总体精神、情绪和身体健康的显著的负面影响。长期睡眠负债与体重增加相联系,且更特别地,长期睡眠负债被观察到不仅影响身体处理和存储碳水化合物的方式,而且被观察到改变了影响食欲的激素水平。此外,睡眠负债可能导致易怒、急躁、无法集中注意力和喜怒无常,这导致一些研究者认为在睡眠负债和工作现场事故、交通事故和一般的午后分心之间存在联系。此外,睡眠障碍与高血压、增加的应激激素水平和不规则心跳之间存在联系,且另外的研究最近表明,睡眠的缺乏可能影响免疫功能,从而导致对于疾患和疾病例如癌症的增加的易感性。总之,研究者现在认为,睡眠负债花费由于这些各种影响导致的美国每年630亿美元的损失的生产力。因此,改进了睡眠舒适性并且降低了个人睡眠负债的支撑垫是高度地期望的和有益的。

【发明内容】

[0005]本发明包括支撑垫和由于控制支撑垫的表面温度的方法。特别地,本发明包括支撑垫,诸如床垫组件,所述支撑垫利用热电元件和内部空气管道以选择性地加热或冷却支撑垫的表面。因此,本发明的支撑垫允许使用者通过控制支撑垫的表面温度来将包括睡眠舒适性的其舒适水平个人化。
[0006]在本发明的一个示例性的实施例中,支撑垫设置为床垫组件的形式,该床垫组件包括具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的身体支撑层。床垫组件进一步包括多个热电元件,该多个热电元件定位为并且构造为在身体支撑层的第一表面处选择性地提供加热或冷却。床垫组件也包括传热层和基层。传热层定位为与身体支撑层的第二表面相邻并且操作地连接到热电元件,而基层定位为与身体支撑层相对的传热层相邻。
[0007]除定位为与传热层相邻外,基层限定了与传热层流体连通的入口管道和同样与传热层流体连通但以预定距离与入口管道间隔开的出口管道。在床垫组件内进一步包括的是风扇,该风扇操作地连接到出口管道,并且如在下文中进一步详细地描述,起作用为将一定量的空气从入口管道抽吸、通过传热层、并且进入出口管道内、然后使空气从床垫组件散开。
[0008]对于床垫组件的身体支撑层,该身体支撑层一般地由柔性的泡沫组成,所述柔性泡沫能够将来自使用者的身体或其身体的部分的压力合适地分配在身体支撑层上。在一些实施例中,柔性泡沫是具有期望的密度和硬度的粘弹性泡沫,并且允许在床垫组件的身体支撑层上均匀地吸收并且平均地分配压力。在此方面,在某些实施例中,身体支撑层能够进一步被舒适层覆盖,该舒适层定位在身体支撑层的第一表面顶部上,以提供对于倚靠在床垫组件上的使用者的身体或其身体的部分的另外的舒适水平。在某些实施例中,此舒适层也由粘弹性泡沫或其他泡沫组成,但典型具有低于床垫组件的身体支撑层的密度的密度,以提供更软的表面,在所述表面上在使用者身体和床垫组件的热电元件之间安放且也提供了足够软的屏障,所述屏障的位置将在下文中进一步详细描述。
[0009]对于床垫组件的热电元件,该热电元件定位在床垫组件内并且构造为允许使用者控制床垫组件的身体支撑层的第一(或上)表面的温度。例如,在某些实施例中,热电元件由多个泊耳帖(Peltier)元件组成,所述泊耳帖元件在使一定量的电流在第一方向上流动通过其时通过从身体支撑层的第一表面并且朝向身体支撑层的第二表面吸热来冷却所述第一表面。类似地,在某些实施例中,在使一定量的电流在第二(例如相反的)方向上流动通过珀耳帖元件时,所述珀耳帖元件通过从身体支撑层的第二表面并且朝向身体支撑部分的第一表面吸热来加热身体支撑层的第一表面。
[0010]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,珀耳帖元件串联地布置,使得珀耳帖元件相继地布置并且能够在身体支撑层的整个表面或所述表面的期望的部分中提供加热或冷却。在其他实施例中,珀耳帖元件以阵列布置,使得珀耳帖元件的组能够定位在身体支撑部分的期望的区域上并且用于选择性地加热或冷却与使用者的身体的易于被过度加热或冷却(例如分别为使用者的躯干和脚部)的特定的部分接触的身体支撑部分的区域。在一些实施例中,为了提供其中珀耳帖元件能够容易地从其移除的床垫组件,该床垫组件能够包括一个或多个可移除的部分,该可移除的部分由身体支撑层的区域和传热层的相应的区域组成,并且该可移除部分每个容纳了珀耳帖元件的阵列。在一些实施例中,为了提供对于选择性的加热和冷却身体支撑层的第一表面的更大量的控制,珀耳帖元件由离散的珀耳帖元件组成,可单独地寻址,或可包括前述两种情况。
[0011]为了便于加热和冷却身体支撑层的第一表面,每个珀耳帖元件典型地跨度为床垫组件的身体支撑层的宽度,使得每个珀耳帖元件的第一侧定位在身体支撑部分的第一表面上方或与身体支撑部分的第一表面相邻,并且每个珀耳帖元件的相反的侧定位在身体支撑部分的第二表面下方或与其相邻。在这些实施例中,身体支撑层典型地限定了多个狭槽,该狭槽每个包括将热从身体支撑表面的一个表面传递到另一个表面的珀耳帖元件的部分。换言之,在某些实施例中,珀耳帖元件定位为与身体支撑层相邻并且直接使热从身体支撑层的一个表面通过身体支撑层的内部、并且传递到身体支撑层的另一个表面。
[0012]除了构造为选择性地加热或冷却身体支撑部分的第一表面外,热电元件也操作地连接到传热层,该传热层典型地由多孔的柔性泡沫组成。在一些实施例中,床垫组件的传热层由多孔的粘弹性泡沫组成,所述泡沫封装了与身体支撑层的第二表面相邻或在所述第二表面附近的珀耳帖元件的至少部分。通过将珀耳帖元件操作地连接到传热层,该传热层除提供对于珀耳帖元件和上覆的身体支撑层的结构支撑之外,也提供了开放的环境,诸如通过从珀耳帖元件到传热层的多孔的柔性泡沫的散热,由珀耳帖元件生成的热能够传递到开放的环境中。在将热从珀耳帖元件传递到传热层的多孔柔性泡沫内时,通过将一定量的空气传送通过传热层的多孔柔性泡沫然后能够将热传出传热层。
[0013]现在转到床垫组件的基层,如所指出,基层限定了与传热层流体连通的入口管道和同样与传热层流体连通的并且操作地连接到风扇的出口管道。基层一般地也由柔性泡沫组成。然而,在一些实施例中,基层由具有小于组成定位在基层上方的传热层的柔性泡沫的多孔性的多孔性的柔性泡沫组成。在此方面,当操作地连接到出口管道的风扇被启动时,风扇不直接将空气抽吸到入口管道内、通过基层、进而进入出口管道内并且离开床垫组件。替代地,通过在床垫组件内包括基层,该基层由具有小于组成传热层的柔性泡沫的多孔性的多孔性的柔性泡沫组成,风扇起作用以产生空气流动路径,由此空气通过入口进入入口管道,遇到更低多孔性的基层,行进到更高多孔性的传热层内,获取由珀耳帖元件所生成的任何热,进而从传热层行进到出口管道内然后从床垫组件散开。
[0014]进一步参考本发明的床垫组件,该床垫组件利用了具有低于相邻的传热层的多孔性的多孔性的基层,在一些实施例中提供了床垫组件,该床垫组件包括:基层,该基层具有头部和脚部;一个或多个入口管道,该一个或多个入口管道从头部纵向延伸通过基层的;和一个或多个出口管道,该一个或多个出口管道从脚部纵向延伸通过基层并且每个操作地连接到风扇。例如,在本发明的床垫组件的一些实施例中提供了床垫组件,该床垫组件包括基层,所述基层具有从定位在基层的头端上的入口纵向延伸通过基层的三个入口管道和从定位在基层的脚端上的出口纵向延伸通过基层的两个出口管道。更特别地,在这些实施例中,第一入口管道定位在基层的第一侧上,第二入口管道定位在基层的中央部内,并且第三入口管道定位在与第一入口管道相对的基层的第二侧内。第一出口管道则定位在第一入口管道和第二入口管道之间,并且第二出口管道定位在第二入口管道和第三入口管道之间。在此方面,当接附到每个出口管道的风扇被启动时,空气被抽吸到入口管道中的每个内,进入定位在特定的入口管道和最紧密地紧邻此特定的入口管道的出口管道之间的传热层的部分内,进而进入出口管道内,然后从床垫组件散开。
[0015]在本发明的床垫组件的一些实施例中,包括在示例性的基层内的入口管道和出口管道是排空的或中空的通道的形式,该通道纵向延伸通过基层并且允许最大量的空气流动通过每个床垫组件的通道和传热层。在本发明的床垫组件的其他实施例中,基层的每个入口管道和每个出口管道内能够包括具有大于基层的多孔性的多孔性的柔性泡沫插件。通过在每个入口管道和出口管道内包括柔性泡沫插件,提供了其中入口管道和出口管道基本上以柔性泡沫填充的基层,该柔性泡沫给传热层提供了增加量的支撑,但也仍允许充足量的空气流入到入口管道内、进入到传热层内、进而进入到出口管道内,以使热从热电元件且从床垫组件散开。
[0016]例如,在使用了定位在基层的入口管道和出口管道内的柔性泡沫插件的床垫组件的本发明的一些实施例中,提供了床垫组件,该床垫组件具有:第一入口管道,该第一入口管道纵向延伸通过基层的第一侧并且包括柔性泡沫插件;第二入口管道,该第二入口管道纵向延伸通过与第一侧相反的基层的第二侧并且包括柔性泡沫插件;和出口管道,该出口管道在第一入口管道和第二入口管道之间纵向延伸通过基层并且包括柔性泡沫插件。在此实施例中,在操作地连接到出口管道的风扇被启动时,空气因此首先被抽吸到入口管道中的每个内的柔性泡沫插件内。空气然后从床垫组件的第一侧和第二侧内的入口管道行进通过传热层进而进入定位在床垫组件的中央部内的出口管道内的柔性泡沫插件内,然后空气在该处从床垫组件散开。
[0017]作为在基层的入口管道和出口管道内使用柔性泡沫插件的床垫组件的另一个示例,在一些实施例中,一个或多个入口管道和出口管道中的每个大体上为分别定位在示例性的床垫组件的头端和脚端处的矩形区域,并且每个入口管道和出口管道包括具有大于基层的多孔性的多孔性的柔性泡沫插件。在此方面,在这些实施例中,并且在操作地连接到出口管道的风扇的启动时,空气进入定位在入口管道内的柔性泡沫插件,进而进入传热层且沿着传热层的长度行进,然后其进入定位在床垫组件的脚端处的出口管道内的柔性泡沫插件并且随后通过所述柔性泡沫插件离开。
[0018]在本发明的再一个实施例中,床垫组件的基层包括不从基层的第一端或第二端(例如从床垫组件的头端和脚端)延伸的入口管道和出口管道。替代地,在此实施例中,基层限定了从基层的底表面延伸到传热层的一个或多个入口管道,和从基层的底表面延伸到传热层并且以预定距离与一个或多个入口管道中的每个间隔开的一个或多个出口管道。例如,在一个此实施例中提供了床垫组件,该床垫组件包括:第一入口管道,该第一入口管道纵向延伸通过基层的第一侧的;第二入口管道,该第二入口管道纵向延伸通过与第一侧相反的基层的第二侧;和出口管道,该出口管道定位在第一入口管道和第二入口管道之间。在此实施例中,第一入口管道、第二入口管道、出口管道都不从基层的头端或脚端延伸或接触基层的头端或脚端。替代地,因为第一入口管道、第二入口管道和出口管道每个都从基层的底表面延伸到传热层,所以空气从基层下方流动到入口管道内且向上进入和通过传热层,然后被向下抽吸回到出口管道内且借助于操作地连接到出口管道的风扇从床垫组件散开。
[0019]在包括从基层的底表面延伸到传热层的入口管道和出口管道的本发明的床垫组件的其他实施例中,入口管道、出口管道或入口管道和出口管道两者都不纵向延伸通过基层,而是替代地是柱形空隙的形式。在一些实施例中提供了床垫组件,该床垫组件包括??至少两个柱形空隙作为基层的第一侧上的入口管道,至少两个柱形空隙作为与第一侧相反的基层的第二侧上的入口管道,和伸长的通道作为出口管道,该出口管道在基层的第一侧上的入口管道和基层的第二侧上的入口管道之间纵向延伸通过基层。在另一个实施例中提供了床垫组件,该床垫组件包括:至少两个柱形空隙作为定位在基层的第一侧、基层的第二侧或两者上的出口管道,和伸长的通道作为纵向延伸通过基层(例如通过基层的中央部)的入口管道。在再进一步的实施例中提供了床垫组件,该床垫组件包括:至少两个柱形空隙作为定位在基层的第一侧上的出口管道,至少两个柱形空隙作为定位在与第一侧相反的基层的第二侧上的出口管道,和至少两个柱形空隙作为定位在基层的中央部内的入口管道。
[0020]进一步参考使用了具有从基层的底表面延伸到传热层的入口管道和出口管道的基层的本发明的床垫组件,在这些实施例中的一些中,柔性泡沫插件定位在入口管道和出口管道中的每个内并且具有大于基层的多孔性的多孔性。在此实施例中,并且类似于上述实施例,在操作地连接到出口管道中的每个的风扇的启动时,空气被抽吸到定位在入口管道中的每个内的柔性泡沫插件内、进入传热层内且通过传热层,并且进入定位在出口管道中的每个内的柔性泡沫插件内。然而,在床垫组件的其他实施例中,定位在入口管道或出口管道内的柔性泡沫插件的多孔性与基层的多孔性相同或至少可与基层的多孔性比较。在这些实施例中,为了将空气抽吸到每个入口管道内、到传热层内进而到每个出口管道内,将屏障层用于覆盖基层的一个或多个部分,在一些实施例中包括基层的连续的侧面板以及基层的顶表面和/或底表面。
[0021]与床垫组件的基层的特定的布置和构造无关,本发明的每个床垫组件进一步包括:电源,该电源用于向多个热电元件和附接到每个出口管道的风扇供给电流;和控制器,该控制器用于控制供给到多个热电元件和每个风扇的电流。通过在床垫组件内包括控制器,供给到每个风扇的电流的量不仅能够受控制以控制被抽吸通过床垫组件的空气的量,而且供给到热电元件的电流的量也能够受控制以在身体支撑层的第一表面处提供期望量的加热或冷却。例如,在某些实施例中,控制器构造为自动控制供给到珀耳帖元件的电流,使得电流能够在特定的方向上供给到珀耳帖元件以当身体支撑部分的第一表面达到特定的温度时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构造为允许将电流供给到珀耳帖元件达预定的时间段,诸如达8小时睡眠时间段,或达与使用者在睡眠周期的特定阶段(例如REM睡眠)通常花费的时间对应的时间长度。
[0022]为了提供对于包括在本发明的床垫组件内的热电元件的另外的水平的控制,在某些实施例中床垫组件进一步包括操作地连接到床垫组件的身体支撑层、散热层或两者的一个或多个特征,并且向控制器提供输入。在一些实施例中,这样的特征包括压力传感器,该压力传感器向控制器提供压力反馈并且当使用者躺在床垫上或以其他方式将一定量的压力施加在床垫组件上时允许控制器自动开始加热或冷却床垫组件。在其他实施例中,在示例性的床垫组件内包括了温度传感器,所述温度传感器向控制器提供温度反馈,以允许控制器响应于接收到的温度反馈选择性地加热或冷却身体支撑部分的第一表面并且维持期望的温度。在某些实施例中,此期望的温度或压力反馈设定在控制器自身处直接输入或调整,或在其他实施例中能够从遥控器传输到控制器,所述遥控器也操作地连接到控制器并且允许使用者远程地
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