脑部降温设备的制作方法

专利名称：脑部降温设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括吸热反应器的头戴式物品。这种头戴式物品特别适于作为安全头 戴式物品或与之结合使用，例如作为摩托车头盔或与之结合使用。
背景技术：
很久以来已经认识到在产生低体温状态时外伤受害人的神经系统损坏可显著降 低。例如当事故受害人落入会引起低体温状态的冰凉水中时，可以观察到该现象。拿破仑 战争中观察到类似现象，被遗弃在寒冷户外的伤兵存活下来，而受到附近的火温暖的伤兵 却死去了。更近一些时候，医疗工作者通过在急诊治疗之前或者外科手术期间有意对患者 温和降温来利用这一现象。这使得身体生活机能减慢，从而降低了患者出现脑损伤的机会。 在极端情况下，可通过把患者浸入冰水浴中或者把凉的液体抽送通过内脏或者靠近内脏来 降低患者的基础温度。还注意到对患者头部直接进行降温特别有效。人的颅骨上有许多称为蝶导静脉孔的小孔，静脉通过这些小孔把热的血液从头皮 输送到静脉窦中。输送到头部表面的血液被周围环境及从皮肤表面蒸发的汗液冷却，然后 以较低温度重新进入颅骨，以助于保持大脑凉爽。这解释了为什么对头部表面降温可在人 脑内部、甚至是在颅骨内很深的地方产生显著的降温，这种降温比仅通过热传导方式可实 现的降温要快。已经注意到，头盖骨降温可减少事故受害人的脑损伤并增加生存率，在事故急诊 科，通过对患者头部降温来对头部受伤的患者进行治疗。然而，通常情况是，受害人在达到 医院的“事故和急诊”科之前受了很严重的伤。如果在受到伤害后在医院或其他医护机构 接收治疗之前耽搁太久，该中间阶段中可能已经出现了严重的神经损害，此后可能不能避 免脑损伤。对严重伤害的受害人进行有效脑部降温越快，降温对于阻止出现脑损伤就越有 效。救护车工作人员通常是最早到达现场的可对严重伤害的受害人进行治疗的人员，但是， 辅助医护队伍的标准设备中即便有头部降温设备的话，也没有那么普遍。需要的是便携式 设备，通过该设备，辅助医护人员和其他紧急事件医务者可以容易并有效地对有可能由于 所受伤害而遭受神经损伤的重伤受害人进行脑部降温。提出的一种解决方案是鼻喷雾设 备，这种设备把PFC (全氟化合物)细雾喷到患者鼻腔。雾滴和鼻子后部接触时挥发，吸热 并从鼻子散热，进而对脑部降温。易于遭受头部损伤的一类受伤患者是摩托车事故受害人。由于骑摩托车的人在车 辆上位于暴露和不受限制的位置，所以，出事故的骑摩托车的人通常受伤严重。然而，迄今 为止，摩托车事故受害人中常见的死因是造成脑外伤的头部受伤。早在1946年，已经意识 到佩戴摩托车安全头盔可显著降低摩托车撞车受害人遭受致命伤害的机会。现在，就算不 是法律要求，在几乎所有发达国家都建议在骑摩托车时佩戴摩托车安全头盔，而且制定了 各种安全标准，这些标准规定在相关地区为了根据适当标准出售安全头盔必须具备的最低 性能要求。本申请的图1到图3示出了典型的摩托车安全头盔设计。图1示出全罩式摩托车安全头盔(即，基本 完全包围佩戴者头部和脸部并在佩戴者嘴部和下巴前面环绕延伸的头 盔)。摩托车头盔1包括头盔主体3和遮板5，头盔主体3具有开口 3a，骑车人可通过该开 口 3a看出去，可选地，遮板5是可升起和拉下的，以露出骑车人的脸部或者包围骑车人的脸 部，以防风和碎片。图2示出通过摩托车头盔主体3的截面图，指示其典型主要结构部件。头盔主体 3形成层状外壳，在佩戴时包围骑车人头部。主体3包括相对薄的刚性外壳10、相对厚的一 层撞击吸收材料20以及内部舒适层30。参考图3解释各层的功能。图3简要示出在撞击时头盔的各层如何分散并吸收力。刚性外壳10弯曲并把撞 击力从撞击点如图标号为L的箭头所示横向地在外壳10上分散开。这使撞击力从撞击点 散开，这样，撞击力不集中在一点，防止安全头盔裂开或者被撞击物穿透。刚性外壳10还通 过适当的失效机制-例如刚性外壳材料的裂开(破裂)或分层而进一步吸收撞击能量。撞 击吸收材料层20通过沿箭头I所示的撞击力方向变形而吸收撞击能量。然而，吸收材料层 20的主要作用是通过在头盔经受撞击力时缓冲作用于佩戴者头部的力而减缓佩戴者头部 的运动。这降低了发生撞击时脑部经受的力的大小和加速度。摩托车交通事故中出现的典 型撞击是骑车人的头部撞击路边的水泥路沿。头盔撞击路沿时基本上瞬时就停下来。如果 把同样的降速加在骑车人头部，摩托车手相对坚硬的颅骨也倾向于立即停止，而相对软的 脑组织由于没有什么可将其保持在原位而倾向于继续运动，引起创伤性内部脑损伤。撞击 吸收材料层20用作缓冲构件，让骑车人的头部有空间和时间在逐渐减速的情况下停止，因 而，有可能避免严重脑伤害。内部舒适层30位于撞击吸收材料20和用户头部之间，以在佩 戴时提供贴着佩戴者头部的舒适接触层，并提供较软的局部垫层，这样，正常使用时头盔紧 密舒适地佩戴在头上。内部舒适层30通常提供空气缝隙或通道，以使得佩戴者头部周围可 通风，内部舒适层30的形式可以为可拆卸可清洗衬里。摩托车头盔设计必须体现撞击时头盔可提供的安全和保护级别以及骑摩托车时 可佩戴头盔的实用性之间的折衷。理论上，撞击吸收材料20可以是非常厚的结构，是密度 可变化的一层或多层，以在撞击过程中为佩戴者头部提供扩大的渐进缓冲。另一方面，头盔 的整体大小和形状必须使骑摩托车的人可以佩戴而不会受到风阻力和风噪声的过度干扰， 而且不能太沉。摩托车头盔设计越来越趋向于较小更轻便的设计，这是由于较新的材料使 得可用越来越小型和轻便的结构来达到并超过现有安全标准。尽管如此，虽然在摩托车安全头盔设计方面有了进步，但是佩戴这种摩托车安全 头盔的摩托车交通事故受害人依然会受到造成脑损伤的头部伤害。这方面的一个问题是， 即便反应迅速，辅助救护或者其他紧急事故医护人员通常在事故发生后相对长的时间后才 能到达现场。在该延误过程中，例如会由于大脑出血、缺氧等而出现神经损伤。处理摩托车 事故的受过训练的非医护人员所学到的通常建议是，在骑摩托车的人的颈部或脊柱可能已 经受到了损伤的情况下，绝不要拿下他们的头盔。在接下来的时间里，摩托车安全头盔势必 使骑摩托车的人的头部和周围环境温度隔离开，因而，头部处于较高温度(尤其是由于头 盔静止时没有通过头盔的气流)。如果受伤的摩托车手头部受伤，这会致使颅骨和头盔内的 大脑发炎和肿胀。通常，头部会在摩托车安全头盔内肿起，使得一段时间之后难以或无法取 下头盔(在摩托车手到达医院之后才取下头盔，用例如通常用于取下石膏模子的特殊切割工具来把头盔从摩托车手的头部上切开拿下来)。在进行任何重大医疗看护之前，这些状况 会加速神经的恶化。因而，希望提供一种装置，通过这种装置可防止摩托车事故受害人出现脑损伤。Leong等人的美国专利公开US 5950234A1公开了降温包头盖。降温包用于佩戴， 以覆盖进行化疗的患者的头皮。可预见，降温包可以是化学冷包，其中，在把隔开化学物质 的阻隔层打开后，容器中的化学物质混合在一起并变冷。降温包通常是圆形的，其中带有V 型凹口，使得降温包通常可以碗状缠绕并固定在患者的头部。可预见，如果要使用美式足球 头盔，那么，降温包的形式可以为多个部件，以装在头盔内，从而把佩戴者的头皮降温到使 脱发最少的温度。带上降温包之前必须将其激活，戴着时没办法激活。Tremblay等人的另一个美国专利公开US 5469579A1公开了用于戴在人头部的头 部降温设备，通常戴在头部遮盖物或安全头盔内，如工地所戴的建筑安全帽。头部降温设备 配置为位于佩戴者的帽子或头盔内，而且其中包括冰块。随着冰块熔化，头部降温设备使得 熔化的水逐滴滴到佩戴者头皮上，以吸收并带走佩戴者头部的热量。 Freedman, Jr等人的美国专利公开US 5755756A1公开了产生降温的复苏单元，其 包括用于戴在患者头部的头盔。把冷却剂源从头盔外部泵吸到囊状物中，使囊状物膨胀，以 紧密配合患者头部，并使患者头部降温。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了头戴式物品，包括吸热反应器和触发器，以在戴在 佩戴者头上时启动反应器中的吸热反应。优选地，触发器用于响应于对头戴式物品的撞击或即将出现的撞击的检测而启动 吸热反应。作为替代，或者除此之外，触发器用于响应于对头戴式物品的撞击而启动反应。优选实施例中，头戴式物品是用于保护佩戴者头部免受撞击的头盔。更优选地，头 戴式物品是摩托车安全头盔。头戴式物品可包括基于检测到头戴式物品超过阈值大小的加 速度而检测撞击或即将到来的撞击的装置。优选地，然后，触发器用于响应于由撞击而在头 戴式物品中产生的超过阈值大小的力或压力而启动反应。在头戴式物品的另一个优选实施例中，吸热反应器包括两个或多个反应物，在启 动反应时两个或多个反应物在吸热反应中一起反应。两个或多个反应物中的每一个可容纳 在吸热反应器的各个单元或容纳部件中，和其他要与之反应的反应物隔开。在一些优选实 施例中，至少一个反应物容纳在设置成基本包围佩戴者的整个或部分头部的层中。一个或 多个膜把反应物彼此隔开，触发器用于通过在膜上开孔启动吸热反应，隔开的反应物通过 孔接触。一种形式的触发器包括用于在膜上开孔的柱销。另一种形式的触发器包括膜中的 一个或多个易碎区域，用于在膜上的张力超过阈值大小时打开形成孔。再一种形式为，膜或 触发器包括处于第一记忆状态的形状记忆合金或者形状记忆结构，用于响应于形状记忆状 态到第二记忆状态的改变而在膜上开孔。在另一个优选实施例中，触发器包括处于第一记忆状态的形状记忆合金或者形状 记忆结构，用于响应于形状记忆状态到第二记忆状态的改变而启动反应。在另一个优选实施例中，触发器包括电活化材料的元件，用于响应于所述检测产 生的信号启动反应。
在另一个优选实施例中，吸热反应器用于在反应之前或反应过程中容纳吸热反应 的反应物和反应产物。头戴式物品的优选实施例包括紧急启动设备，也用于启动反应。根据本发明的第二方面，提供头戴式物品，包括气体膨胀降温设备和触发器，气体 膨胀降温设备用于使佩戴者头部降温，触发器用于使气体从压缩容器中开始释放到头戴式 物品附近或其中的泄压区域，头戴式物品被设置成围绕佩戴者头部。
根据本发明的第三方面，提供头戴式物品，包括反应物包，用于在通过撞击激活时 从佩戴者头部消除热能。根据本发明的第四方面，提供一种摩托车安全头盔，包括刚性外壳；刚性外壳内的撞击吸收材料的层；吸热反应器，基本容纳在刚性外壳 内，包括两个或多个反应器，这两个或多个反应器在吸热反应中一起反应以从头盔内部吸 热；以及触发器，用于在戴在佩戴者头上时响应于对头盔的撞击或即将出现的撞击的检测 而启动反应器中的吸热反应。根据本发明的第五方面，提供一种摩托车安全头盔，包括刚性外壳；刚性外壳内的撞击吸收材料的层；吸热反应器，基本容纳在刚性外壳 中，包括两个或多个反应器，这两个或多个反应器在吸热反应中反应以从头盔内部吸热；以 及触发器，用于在戴在佩戴者头上时响应于对头盔的撞击而启动反应器中的吸热反应。在第四或第五方面的摩托车安全头盔的优选实施例中，两个或多个反应物中的每 一个容纳在吸热反应器的各个单元或容纳部件中，和其他要与之反应的反应物隔开。这种 情况下，至少一种反应物容纳在设置为基本包围佩戴者整个头部或一部分头部的层中。优 选地，一个或多个膜把反应物彼此隔开，触发器用于通过在膜上开孔启动吸热反应，隔开的 反应物通过所述孔接触。本发明的头戴式物品可以设置为与任何辅助医护人员的急救箱一起携带，可在等 到运送到医院以及到医院的路上时用于对事故受害人的大脑降温。根据本发明的头戴式物 品也可以在到医院后或者住院后用于对患者大脑降温。包括、结合或实现根据本发明的头戴式物品的摩托车安全头盔可对摩托车受害人 的大脑提供显著降温，而无需摘掉骑摩托车的人的头盔。从而，可以减小神经损伤并避免脑 损伤。因而，在骑摩托车的人的头部仍然在摩托车头盔限制中时，可以减小骑摩托车的人头 部过热或肿胀的可能。


为了更好地理解本发明以及说明如何实现本发明，现在参考附图通过例子进行说 明，其中图1的外部侧视图简要示出典型的全罩式摩托车安全头盔的主要部件；图2的截面侧视图示出摩托车安全头盔主体的关键构造部件的简要示意图；图3是图2的摩托车头盔主体一部分的放大截面视图，简要示出撞击时摩托车安 全头盔中分散并吸收力的方式；图4示出根据本发明的摩托车安全头盔主体的实施例的截面侧视图；图5示出根据本发明的摩托车安全头盔主体的第二实施例的截面侧视图6示出根据本发明的摩托车安全头盔主体的第三实施例的截面侧视图；图7示出根据本发明的摩托车安全头盔主体的第四实施例的截面侧视图；图8示出根据本发明的摩托车安全头盔主体的第五实施例的截面侧视图；图9是通过根据本发明的摩托车安全头盔主体的一部分的截面的放大视图，简要 示出摩托车安全头盔的前述实施例在撞击时如何工作；图10是示出根据本发明的摩托车安全头盔主体的一部分的另一个放大视图，简 要示出撞击对摩托车安全头盔的前述实施例的作用；图IlA到IlC的一系列简要视图示出和本发明的前述实施例结合使用的触发单元 的工作原理；图12A到12C的一系列简要视图示出适用于和本发明的前述实施例结合使用的另 一个触发器的工作原理；图13A到13C的一系列简要视图示出适用于本发明的前述实施例的另一个触发系 统的工作原理；图14是根据本发明的摩托车安全头盔主体实施例的截面放大视图，示出可用于 本发明的任何前述实施例的另一个可选特征；图14A示出图14的另一个可选特征的放大透视图；以及图15是根据本发明配置的头戴式物品实施例的截面侧视图，示出本发明的各种 基础原理如何用于一系列头戴式物品。
具体实施例方式下面，本发明的各个实施例中，相同的参考标号用于相同或类似的特征。下面，应该理解，加速度通常包括正加速度和负加速度(减速)，正加速度是增加 速度，负加速度是减小速度。因而，此处使用的术语加速和减速应视为可互换及相互包括 的，除非专门指出为其他情况。图4示意性示出摩托车安全头盔主体3的第一实施例，其中详细示出摩托车头盔 主体3的主要结构部件。和上述参考图1到图3描述的摩托车安全头盔类似，摩托车安全头盔主体3包括 刚性外壳10，其内部为撞击吸收材料层20。另外，内部舒适层30设置在摩托车安全头盔主 体3内部，以提供和摩托车安全头盔的佩戴者头部的接触表面。应该理解，虽然所示出的本发明的摩托车安全头盔的实施例为全罩式安全头盔， 但是，根据这里阐述的原理，其他已知形式的摩托车安全头盔适于包括适当的吸热反应器 和触发设备。具体而言，根据本发明原理设置的吸热反应器和触发设备可用于下述头盔所 谓的开面式或四分之三式头盔，这种头盔对佩戴者的耳朵也提供保护，但是暴露面部下部 和下巴；半盔，这种头盔仅对佩戴者的头部的顶部提供保护；以及上掀式头盔，其具有上掀 式下巴托和遮板，使得头盔在全罩式结构和开面式结构之间转换。刚性外壳10通常厚3到5mm，通常为注射成型的热塑性塑料或者 用玻璃或者凯夫 拉尔纤维加固的压力成型的热固性塑料。聚碳酸酯外壳被广泛使用。然而，选择用于刚性 外壳的结构的具体材料和类型对于获得用本发明实现的益处来说不重要。外壳10不仅通 过在撞击点弯曲和断裂来分散和吸收能量，而且还用来在撞击时保持撞击吸收材料层20，因而防止撞击吸收材料层20裂开并防止其从佩戴者头上的保护位置分开。撞击吸收材料层20通常由聚苯乙烯珠成型形成，密度在40到70kg/m3的范围内。 泡沫单元是封闭的，这样，泡沫单元内的空气在撞击时受到压缩。有益地，在变形(通常多 达其原始厚度的90% )时，聚苯乙烯或泡沫聚苯乙烯吸收很多能量，但是并不存储能量并 像弹簧一样反弹，相反，而是保持其变形状态(保持受压缩或变形)。这防止存储的能量反 弹并再次撞击佩戴者脑部。一些头盔中，聚氨酯泡沫也用作撞击吸收材料层20。人脑基本是在颅骨内在颈脊髓液体以及称为硬脑膜的保护壳中浮动的。如上所 述，在严重撞击时，颅骨可能会非常突然地停止或者加速，但是脑部继续移动，这会造成多 种不同脑部损伤，从脑组织擦伤到脑部出血，脑部和硬脑膜之间出血，或者，硬脑膜和颅骨 之间出血。任何一种这类损伤都会使颅骨内的脑部发炎和肿胀，而在通常情况下，由于脑部 在坚硬颅骨内的受限特性，不会出现这种情况。(在医院里，可以通过对颅骨钻孔或者切开 颅骨减小内部压力而减轻颅腔内压力增大以及脑部肿胀。)撞击吸收材料层20的作用为， 在撞击事件时使颅骨逐渐减速，以使颅骨和脑部之间的运动差别最小。内部舒适层30通常是软衬垫和可透气网的组合，以保证摩托车安全头盔在正常 使用时可舒适佩戴，并保证其正确保持在用户头上的适当位置，防止头盔移动并干扰摩托 车手的注意力和视线。图4所示的摩托车安全头盔主体3包括吸热反应器，本实施例中，吸热反应器由内 部舒适层30和撞击吸收材料层20之间相邻的两层形成。取决于任何具体应用的优选反应 器设备，可以使用更多或更少层。图4的吸热反应器由内层40和外层50形成。这两层包 括两种不同的反应物，将它们混合在一起会产生吸热反应。为此，反应不需要每层物质的电 子状态发生变化，而是仅将一种物质溶解到一定量的另一种物质中。现在，优选外层50包 括一定体积的水，内层40包括一定量的硝酸铵。正常使用摩托车安全头盔3时，两种反应物在各自层内保持彼此分开。吸热反应 器配置为在头盔遭到撞击时通过操作适当的触发机制(图4未示出)来启动内层40和外 层50物质之间的反应。两层40和50中的物质之间发生的吸热反应吸收摩托车安全头盔 佩戴者的头部的能量。触发吸热反应器时，外层50中的水被释放到内层40，通过使硝酸铵开始在水中溶 解来开始吸热反应。这立即开始在摩托车安全头盔内部产生降温效果。开始反应后，水和 铵的水合物之间的反应可以产生对应于约每分钟rc的降温量，在约四分钟后将产生可观 的降温。由于吸热反应是逐步进行的，会在吸热反应过程中持续从摩托车头盔佩戴者的头 部和脑部吸热。可以通过把包括水的外层50配置为逐步把水释放到包括硝酸铵的层来增 强反应的渐进特性，例如通过有限制的开口或者毛细管作用。一种反应物持续释放到另一 种反应物中会在延长的时间段内产生持续降温效果，虽然这部分也由头盔主体3、内层40 和外层50中包括的反应材料的量决定。当然，吸热反应不应非常剧烈以至于对患者造成冻伤，就此而言，内部舒适层30 可在吸热反应器(包括内层40和外层50)和摩托车头盔佩戴者的头部之间提供有用的热 传输介质。现在，优选采用硝酸铵和水之间的溶解反应，这是由于反应物和反应产物相对无 毒。当然，其目的是使反应物待在吸热反应器内而不是释放到佩戴者身上或者外部环境中。然而，可设想，应该在撞击事故时释放反应物，让摩托车安全头盔佩戴者暴露在反应物和/或产物中。因此，摩托车头盔佩戴者或者任何护理医护人员在接触反应物和反应产物时，反 应物和反应产物应该无毒。除了硝酸铵溶于水外，还公知其他几个吸热反应，根据本发明， 这些反应也有实际用途。特别地，对于使用的头戴式物品不是摩托车安全头盔的应用，头戴 式物品的佩戴者和使用的反应物和反应产物接触的机会显著降低。可以替代溶于水的硝酸 铵使用的其他公知吸热化学反应为-八水氢氧化钡晶体和干氯化铵的反应；-氯化铵溶于水；-亚硫酰氯(SOCl2)和七水硫酸钴(II)的反应；-混合水和氯化钾；-以及乙酸和碳酸钠的反应。还设想，在替代结构中，吸热反应器可以包括加压的或液化的气体，可把加压或液 化的气体逐渐释放到头盔外壳中撞击吸收材料20和内部舒适层30之间，以随着气体膨胀 使头盔内部降温。可以适当地配置头盔内的气体膨胀通道，以在释放和冷却头盔内部后把 膨胀的气体排到空气中。然而，这种降温形式更适用于除摩托车安全头盔以外的其他头戴 式物品，因为摩托车安全头盔更易于受到极端撞击以及显著温度变化。然而，这种气体膨胀 降温可以应用到适合在护理人员对头部受伤者进行初期治疗所使用的头戴式物品中。在撞击事故中，头盔内部区域降温不仅立即开始降温过程，而且在摩托车安全头 盔应用中具有如下益处，对摩托车手头部进行降温，而不用拿下摩托车安全头盔。建议在摩 托车交通事故的受害人的脊柱或颈部已经受伤的情况下，如果安全且可行的话，不要搬动 他们。如果受害人的脊柱或颈部已经受伤，试图移动事故受害人或者拿下摩托车安全头盔 会对脊柱造成损伤，只有在有经验的医务工作者判断拿下头盔是否安全后才可以拿下摩托 车安全头盔。通过对摩托车安全头盔内部降温，可以延迟最初脑外伤之后出现神经损伤，而 且降低了遭受脑损伤的机会。类似的，还可以这种方式对脑部降温来延迟如血流受限以及 脑缺氧等进一步受伤的后果。此外，可以减轻肿胀和发炎，这会减轻对颅腔内脑部的压力， 并保证可在适当的时候把摩托车安全头盔从佩戴者头上拿下来。图5示出摩托车安全头盔主体3的第二实施例，包括如图4所示的同样的反应器 内层40和反应器外层50。在图5的实施例中，提供多个柱销60作为触发机制，通过它来开 始内层40和外层50之间的吸热反应。柱销触发机制60配置为使得在通常使用时预计的 摩托车手头部和柱销之间的接触不会引起触发动作。然而，在撞击的情况下，用户头部对头 盔侧面施加的力会使得柱销60被压缩，开始内层40和外层50中的物质之间的反应。图6到图8示出如何配置内部舒适层30、反应器内层40和反应器外层50的可替 代构造，以更好更舒适地容纳在摩托车安全头盔限制之内。当然，认识到吸热反应器层40和50会增加摩托车安全头盔主体3的总质量和体 积。然而，现有的摩托车安全头盔中撞击吸收材料层20具有相对复杂的结构也不是罕见的 (和骑自行车的人佩戴的头盔类似，该结构可以设置为一系列段或其他部件，或者可由对不 同撞击吸收特性具有不同密度的独立部件构成)。这提供了将撞击吸收材料形成围绕摩托 车安全头盔佩戴者头部的非均勻层的极大范围，这样，可在撞击吸收材料层20中形成各种 有利的腔和沟道，在其中把吸热反应器材料放在它们独立的内层40和外层50中。因而，吸热反应器可作为单个吸热反应器提供，其包括两层，每一层基本完全包围佩戴者的头部，或 者作为包括各个或者共同的反应物内层和外层的一个或多个独立的反应器或反应器单元。除了内部舒适层30仅作为摩托车安全头盔主体3内部区域中的一系列独立的舒 适垫以外，图6所示实施例和图5类似。在图7的实施例中，头盔具有和图4和图5实施例类似的内部舒适层30和反应器 内层40。然而，反应器外层50形成为包括第二反应物(水)的一系列袋或单元，每个配置 有触发器(柱销)60，以在撞击事故过程中把水释放到硝酸铵层中。如可见的，外层50形成 位于撞击吸收层20的材料中的多个反应物袋，绕着头盔主体3的壳间隔开。虽然这些袋可形成为独立的单元或储藏部件，但是，它们也可以通过适当的沟道 液体连通。图7的实施例中，独立的外部反应物储藏部件50连接到一个共同的反应器内层 40。
图8示出类似结构，其中，在撞击吸收层20的材料中形成袋，在各个袋中形成相应 的反应物内层40和反应物外层50，从而在不同袋位置形成多个不同的单独反应器。在图8 的例子中，为各个反应器袋提供单独的触发器或柱销60。图9的放大截面示意图示出在类似于图3所示的撞击事件过程中如何压缩柱销60 的一个例子。一旦压下柱销60并开始反应，如图9的箭头所示，反应器外层50中的水可以 自由流到反应器内层40中。类似地，图10示出在佩戴者头部向着撞击吸收材料层20移动 并减速时(或者相反)，位于外部的撞击吸收层20和内部舒适层30之间的反应器的相邻层 如何在压缩点P被压缩在一起。如果水容纳在外层50中，在撞击事件中，水受到压缩并在 压缩点P被迫流出。可用任何适当的触发机制来启动内层40和外层50之间的吸热反应。下面的几个 例子归类为“被动型的”，通过压缩摩托车安全头盔佩戴者的头部和撞击吸收材料20之间 的内层和外层40、50简单地启动反应。或者，也可采用“主动”触发机制，其响应于由撞击 事件或检测到可能的撞击事件所产生的信号提供另外的输入来启动吸热反应。例如，加速 计可用于确定头盔的加速度何时大于指示撞击或冲击的指定阈值。这种传感器可利用单独 的电池或者自包含在头盔中的其他电源工作，或者通过摩托车的现有电池电源供电。这些 触发机制以及类似的触发机制已设计用于“抢先”(即，那种设计成在就要撞击之前触发动 作)式摩托车安全应用。例如，现在开发了各种应用，通过这些应用把气囊特征结合到摩托 车安全头盔和其他摩托车衣物中，这一系列开发可以和本发明的吸热反应器结合使用。图IlA到IlC示出第一种触发机制。如图IlA所示，吸热反应器由通过中间膜72 隔开的内层40和外层50构成。分别在反应器内层40内部和外层50外部提供封装膜70 和74，以使反应物容纳在各层中。柱销60通过杆62连接到形成在吸热反应器的中间分隔 层72中的插销64。如图IlA所示，最初，柱销60在内膜70内部突出。在撞击事件过程中， 点P处的压缩力迫使柱销60进入外层50，并使得插销64当受杆62挤压被迫向外时，和相 邻的分隔膜72的一部分分开。这如图IlB所示。撞击事件后，柱销60保持被压下，插销被迫进入反应器外层50。如图IlC所示，这 允许存储在外层50中的反应物(水)流入内层40(如果存储反应物的层相反的话，就反过 来)。图12A到12C示出另一种触发机制。触发机制包括具有延伸到反应器内层40中的尖杆82的柱销80。在柱销80和吸热反应器的膜70之间提供偏压构件，这里为弹簧84，如 图12A所示，偏压构件把柱销80向内偏压到摩托车安全头盔腔中，并抵靠在弹簧板86上。 如图12B所示，在撞击事件中，柱销80被压下，使得尖的杆82穿过吸热反应器的 内层40和外层50之间的分隔膜72。同时，这压缩柱销80和弹簧板86之间的弹簧84。在撞击事件之后，弹簧84产生弹簧力S，该力S向内偏压柱销80进入头盔内部。 随着弹簧力作用于弹簧板86，这把尖的杆82从分隔膜72中撤回来。同样，这允许外层50 中的反应物(水)流入内层40，以开始吸热反应。图13A到13C示出触发设备的另一个替代方式，其中可以看到，外层50被分割成 在分割膜76之间且在分隔膜72和外层膜74之间的单独单元部件。如图13A所示，分隔膜 具有易碎区域78，这些区域是相对于膜层的其他区域有意弱化的，用于在分隔膜72的张力 超过预定值(即，当在膜72上产生张力的单元内的压力超过预定值时)撕裂或破裂。图13B示出撞击事件期间反应器内层和外层如何压缩，使外层50中的反应物移动 离开撞击点并增加单元内的压力。这使得易碎区域78在增加的压力作用下破裂，从而从外 层50的单元中把反应物(水)释放到内层40中，从而如图13C所示开始吸热反应。如从 图13C可见的，分隔内层40和外层50的膜72具有相当大的初始张力，这样，当易碎区域78 破裂时，膜从新形成的孔处收缩，使得外层50中的反应物可通过该部分进入内层40的区域 变宽。图14示出根据本发明的摩托车安全头盔的主体3的实施例，和前述实施例所示一 样，该实施例包括同样的刚性外壳10、撞击吸收材料层20和内部舒适层30以及反应器内层 40和外层50。头盔主体3还包括紧急启动开关，另一个人可以通过该开关启动头盔的降温 效果。这使得先到达摩托车交通事故现场的任何人都可以启动该反应，以保证开始了降温 过程。紧急启动设备90可以是任何适当的形式，但是所示的是一个拉杆致动柱销设备，其 抽出内层40和外层50 (分隔膜72中)的插销，以释放反应物彼此接触。图14A示意性地 示出拉杆机制的外部放大透视图。任何前述实施例中均可以采用替代触发机制，而且，任何实施例可以采用两个或 多个触发机制而不是仅一个。例如，反应器内层40和反应器外层50之间的膜72可由形状 记忆材料形成，例如，镍钛合金“镍钛诺”，这种材料可在两个不同位置结构之间偏转，这两 个不同位置结构由材料中的两种独立的稳定晶体或分子状态或朝向限定。可选择材料具有 第一已知位置以及第二位置，在该第一位置该材料形成分隔两层40、50的膜，，在该第二位 置材料缩回，这是由于在要转换到和不同的晶体或分子状态或朝向相关联的第二位置时材 料折叠或卷起。可通过在撞击时施加大于阈值大小的力(“被动”)或通过施加热或电流 (“主动”，虽然动作可用于产生电磁信号或脉冲，这样不是总需要有相连的电源)来触发在 “记忆”的第一和第二状态之间的转换。可以把响应于施加的电压或电流而缩回或以其他方 式释放反应物相接触的膜称为“电活化的”。可以用不那么特殊的材料来实现类似的结构设备(日常使用的一个例子是金属 罐的盖子，特别是部分凹陷的情况，这种材料可以在微凸和微凹位置之间反复压缩，但是除 非采取其他恢复动作，就会保持在一个位置)。基于阀门的触发设备也是有效的，这取决于 要使用的具体反应物和头戴式物品的具体期望应用。还可设想使层40、50之一中的反应物(前述实施例中为外层50中的水)容纳在受压的层中，以在触发反应时使反应物被压迫到相邻层中和另一种反应物混合。图15示出怎样把本发明的基本原理扩展到除了摩托车安全头盔之外的其他头戴 式物品。示出帽兜或类似的头戴式物品形式的贴合头部的物品130，其具有和上述摩托车安 全头盔实施例的内部舒适层30类似的轮廓。如果具有适当的触发机制的话，设想这种头戴 式物品可以和另一个摩托车安全头盔一起佩戴，而不是集成到摩托车安全头盔中。这允许 根据本发明相对简单地升级现有的摩托车安全头盔。或者，头戴式物品可用作受过训练的 辅助医护人员在处理头部损伤受害者时使用的紧急医疗设备，或者在医院中用来减小外科 损伤受害者的脑肿胀和神经损伤。这种设备可特别用于中风患者，因而，可置于例如在体育 场馆或者在办公室和疗养院中的急救箱中。如图15所示，头戴式物品可作为帽兜，或者作为易于戴在患者或者头戴式物品的 其他佩戴者头上的任何其他适当形状。通过包括混合或以其他方式接触时进行吸热反应的 反应物的各个内层140和150来配置一个或多个吸热反应器。小心地把反应器层放在贴合 物品130周围，以助于方便地把头戴式物品放在患者头上，而且，反应器层大小可变，以调 整在头部的每个区域提供的降温范围和温度。提供类似于图14的紧急启动设备90的触发器190，以启动吸热反应器的内层140 和外层150的部件之间的反应。拉动手柄192就移出柱销190，以从将内层和外层40、50分 开的膜中移出插销。当然，包括前述示例实施例的任何实施例中，可在不是在两层的结构中提供反应 物。反应物可以同时并排地组合在一起(例如，作为晶体，或者悬浮物)而不反应，直到发 生启动事件，例如，使电流通过相邻的或混合的反应物，或者施加大的压力，之后，反应以自 推进的方式进行。或者，反应物可形成为多个交替的层，或者一系列相邻的单元或袋。虽然上文参考具体示例实施例描述了本发明，但是，可设想，多个领域会出现实际 应用。例如，大部分高速非身体接触运动中佩戴头盔，例如，摩托车比赛或者汽车比赛、下降 滑雪等。喷气式飞机的飞行员以及警察和军人也佩戴类似的安全头盔。某些有身体接触的 运动中也佩戴头盔，例如美式足球和冰球，尽管这些运动中不可避免地有大量的身体接触 以及往往会在不重要的事 件中引起触发吸热反应器。
权利要求
1.头戴式物品，包括吸热反应器和触发器，以在戴在佩戴者头上时启动反应器中的吸 热反应。
2.根据权利要求1所述的头戴式物品，其中所述触发器用于响应于对头戴式物品的撞 击或即将出现的撞击的检测而启动吸热反应。
3.根据权利要求1或2所述的头戴式物品，其中，所述触发器用于响应于对头戴式物品 的撞击而启动反应。
4.根据权利要求1、2或3所述的头戴式物品，其中所述头戴式物品是用于保护佩戴者 头部免受撞击的头盔。
5.根据权利要求4所述的头戴式物品，其中所述头戴式物品是摩托车安全头盔。
6.根据权利要求2所述的头戴式物品，其中头戴式物品包括基于检测到头戴式物品超 过阈值大小的加速度而检测撞击或即将到来的撞击的装置。
7.根据权利要求3所述的头戴式物品，其中触发器用于响应于由撞击而在头戴式物品 中产生的力或压力超过阈值大小而启动反应。
8.根据前述任意一项权利要求所述的头戴式物品，其中所述吸热反应器包括两个或多 个反应物，在启动反应时该两个或多个反应物在吸热反应中一起反应。
9.根据权利要求8所述的头戴式物品，其中两个或多个反应物中的每一个容纳在吸热 反应器的各个单元或容纳部件中，和其他要与之反应的反应物隔开。
10.根据权利要求9所述的头戴式物品，其中至少一种反应物容纳在设置为基本包围 佩戴者整个头部或一部分头部的层中。
11.根据权利要求9或10所述的头戴式物品，其中，一个或多个膜把反应物彼此隔开， 触发器用于通过在膜上开孔启动吸热反应，隔开的反应物通过所述孔接触。
12.根据权利要求11所述的头戴式物品，其中所述触发器包括用于在膜上开孔的柱销。
13.根据权利要求11所述的头戴式物品，其中触发器包括膜中的一个或多个易碎区 域，用于在膜上的张力超过阈值大小时打开形成孔。
14.根据权利要求11所述的头戴式物品，其中膜或触发器包括处于第一记忆状态的形 状记忆合金或者形状记忆结构，用于响应于形状记忆状态到第二记忆状态的改变而在膜上 开孔。
15.根据前述任意一项权利要求所述的头戴式物品，其中触发器包括处于第一记忆状 态的形状记忆合金或者形状记忆结构，用于响应于形状记忆状态到第二记忆状态的改变而 启动反应。
16.根据权利要求2所述的头戴式物品，其中触发器包括电活化性材料的元件，用于响 应于所述检测产生的信号启动反应。
17.根据前述任意一项权利要求所述的头戴式物品，其中吸热反应器用于在反应之前 或反应过程中容纳吸热反应的反应物和反应产物。
18.根据前述任意一项权利要求所述的头戴式物品，还包括紧急启动设备，也用于启动 反应。
19.头戴式物品，包括气体膨胀降温设备和触发器，所述气体膨胀降温设备用于使佩戴 者头部降温，所述触发器用于使气体从压缩容器中开始释放到头戴式物品附近或其中的泄压区域，头戴式物品设置成围绕佩戴者头部。
20.头戴式物品，包括反应物包，用于在通过撞击被激活时从佩戴者头部消除热能。
21.一种摩托车安全头盔，包括-刚性外壳；-刚性外壳内的撞击吸收材料的层；-吸热反应器，基本容纳在刚性外壳内，包括两个或多个反应物，这两个或多个反应物 在吸热反应中一起反应以从头盔内部吸热；以及-触发器，用于在戴在佩戴者头上时响应于检测到对头盔的撞击或即将出现的撞击而 启动反应器中的吸热反应。
22.一种摩托车安全头盔，包括-刚性外壳；-刚性外壳内的撞击吸收材料的层；-吸热反应器，基本容纳在刚性外壳中，包括两个或多个反应物，这两个或多个反应物 在吸热反应中反应以从头盔内部吸热；以及-触发器，用于在戴在佩戴者头上时响应于对头盔的撞击而启动反应器中的吸热反应。
23.根据权利要求21或22所述的摩托车安全头盔，其中两个或多个反应物中的每一个 容纳在吸热反应器的各个单元或容纳部件中，和其他要与之反应的反应物隔开。
24.根据权利要求23所述的摩托车安全头盔，其中至少一种反应物容纳在设置为基本 包围佩戴者整个头部或一部分头部的层中。
25.根据权利要求23或24所述的摩托车安全头盔，其中，一个或多个膜把反应物彼此 隔开，触发器用于通过在膜上开孔启动吸热反应，隔开的反应物通过所述孔接触。
全文摘要
公开了头戴式物品，包括吸热反应器和触发器，以在戴在佩戴者头上时启动反应器中的吸热反应。优选地，其用于摩托车安全头盔或者类似防撞设备中或与之结合使用。头戴式物品意在防止或延迟由于严重外伤或头部损伤而造成的脑损伤的出现。
文档编号A42B3/28GK102006793SQ200980112135
公开日2011年4月6日 申请日期2009年1月30日 优先权日2008年2月1日
发明者朱莉安·乔舒亚·普雷斯顿-鲍尔斯 申请人:朱莉安·乔舒亚·普雷斯顿-鲍尔斯