支撑垫和用于控制该支撑垫的表面温度的方法_3

文档序号:8546887阅读:来源:国知局
国专利申请公开N0.2011/0252562中描述了这样的多层身体支撑部分,这些美国专利中的每一篇通过该引用并入本文。
[0040]现在转向被包括在本发明的支撑垫中的热电元件,各种热电元件可以合并到支撑垫中以及用来加热或冷却示例性支撑垫的表面,包括将电能转换成热的电阻加热器以及其它热电元件。在图1-4中所示的示例性床垫组件10中,如上文所指出的,热电元件是珀耳贴元件30,其被定位在床垫组件10中并且被配置成允许用户控制床垫组件10的身体支撑部分20的第一表面22的温度,然后可以凭借使身体支撑部分20的第一表面22接近舒适层70来改变床垫组件10的舒适层70的温度。珀耳帖元件30,也可以被称为珀耳帖装置、珀耳帖加热器或热泵、固态冷凝装置或热电热泵,是固态活性热泵,其通过使一定量的电流流经珀耳帖元件30以产生珀耳帖效应将来自床垫组件10的身体支撑部分20的一侧的热传递至身体支撑部分20的另一侧,或换言之,在两种不同金属的电气连接部处存在热。
[0041]在图1-4中所示的珀耳帖元件30中,两种不同金属的连接部是以η型半导体或元件32和P型半导体或元件34的形式。在这些珀耳帖元件30中,当一定量的电流沿第一方向流经η型元件32时,横跨金属互连部33,并且流入到P型元件34中,产生珀耳帖效应,因而η型元件32中的电子沿电流的相反方向移动,而ρ型元件34中的空穴沿电流方向移动,使得朝身体支撑部分20的第二表面24移除来自床垫组件10的身体支撑部分20的第一表面22的热。类似地,利用珀耳帖元件30,一旦一定量的电流沿第二(例如,相反)方向流经珀耳帖元件30和η型元件32以及ρ型元件34,就会产生反向珀耳帖效应,并且珀耳帖元件30可以用来通过从身体支撑部分20的第二表面24朝身体支撑部分20的第一表面22吸走热量来加热身体支撑部分20的第一表面22。
[0042]如图2中所示,为了促进身体支撑部分20的第一表面22的加热和冷却,珀耳帖元件30大致跨越床垫组件10的身体支撑部分20的宽度,使得每个珀耳帖元件31的上部31被定位在身体支撑部分20的第一表面22的上方并且与该第一表面22相邻,并且珀耳帖元件30的金属互连部分33被定位在身体支撑部分20的第二表面24的下方并且与该第二表面24相邻。为了允许珀耳帖元件30经过身体支撑部分20,身体支撑部分20包括多个柱状空隙26,其中身体支撑部分20的部分已经被移除以允许包括将被定位在其中的η型元件32和ρ型元件34的珀耳帖元件30的一部分经过身体支撑部分20并且允许热从身体支撑部分20的一个表面被传递至另一个表面。换句话说,如图2最佳所示,珀耳帖元件30被定位成与身体支撑部分20相邻并且将热从身体支撑部分20的一个表面通过身体支撑部分20直接传递至身体支撑部分20的另一个表面。
[0043]现在参照图2-4,为了进一步利用珀耳帖元件30的加热和冷却能力,珀耳帖元件30串联地布置,其中珀耳帖元件30接连地被布置以跨过身体支撑部分20或其一部分的整个第一表面22提供大致均匀且连续的加热或冷却。就这点而言,如图3最佳所示,珀耳帖元件30进一步被布置成阵列35a、35b、35c、35d,使得珀耳帖元件30组定位在身体支撑部分20的某些区域上并且用来选择性地加热或冷却身体支撑部分20的区域。每个这样的区域将与用户的身体的易于过热或冷却的特定部位(例如,用户的躯干或头部相对于用户的腿)相接触。例如,如下文进一步详细描述的,在一些实施例中,珀耳帖元件30的阵列35a、35b、35c、35d是独立可寻址的,使得能够冷却将与位于仰卧或俯卧位置中的用户的躯干或头部相接触的阵列35a、35c,而加热将接近位于仰卧或俯卧位置的用户的腿的阵列35b、35d?当然,为了提供对第一表面22的选择性加热和冷却的更大量的控制,在阵列35a、35b、35c、35d中珀耳帖元件30的单独的行或列也能够是独立可寻址的,使得身体支撑部分20的第一表面22的更多特定部分可以选择性地被加热和冷却以允许用户的身体的特定部分加热或冷却,或仅允许最靠近接触用户的身体的珀耳帖元件30被选择性地加热或冷却(例如,当用户侧躺时)。同样地,虽然在图2-4中未示出,但是还应领会,在本发明的床垫组件中所使用的珀耳帖元件可以以相互不串联连接的离散珀耳帖元件的形式提供,从而对身体支撑部分的第一表面的加热和冷却提供甚至更大的控制量。
[0044]现在参照图1、图2和图4,除了被配置成选择性地加热或冷却身体支撑部分20的第一表面22之外,珀耳帖元件30也可操作地连接到床垫组件10的散热部分40。这样的散热部分40由吸热材料构成。更具体地,在图1、图2和图4中所示的实施例中,床垫组件10的散热部分40由固定至身体支撑部分20的整个第二表面24并且覆盖该整个第二表面24的大致均匀的弹性凝胶状材料层构成。散热部分40的弹性凝胶状材料还包围珀耳帖元件30的靠近身体支撑部分20的第二表面24的金属互连部33。就这点而言,通过将珀耳帖元件30可操作地连接到散热部分40,除了为珀耳帖元件30提供结构支撑之外,当身体支撑部分20的第一表面22被冷却时,散热部分40提供热量可以被驱散到其中的排热器或散热器。可替代地,当身体支撑部分20的第一表面22被加热时,散热部分40还能够通过将散热部分40中任意收集的热量从散热部分40传递至身体支撑部分20的第一表面22而被用作热源。因此,散热部分40至少部分地允许床垫组件10的身体支撑部分20的第一表面22被选择性地加热和冷却,无需风扇或其它类似的装置来将珀耳帖效应的热量副产物排放至周围大气,也无需独立的热源为身体支撑部分20的第一表面22供应热量。
[0045]作为改进,在本发明的利用弹性凝胶状材料作为排热器或散热器的另一实施例中,现在参照图5,提供了示例性床垫组件110,其包括舒适层170、具有第一表面122和第二表面124的身体支撑部分120、多个珀耳帖元件130、和包括弹性凝胶状材料的散热部分140。然而,不像图1-4中所示的床垫组件10,被包括在散热层140中的弹性凝胶状材料不是以大致连续层的形式,而是替而以三维弹性凝胶状材料块142的形式。弹性凝胶状材料块142中的每一个可以与相邻的块142隔开预定的距离,但是,大致定位成使得块142各自包围珀耳帖元件130的金属互连部133,从而为珀耳帖元件130提供个性化散热器。
[0046]具有各种其它构造或由在示例性身体支撑部分的第一表面被冷却时能够充当散热器的各种其它材料构成并且在身体支撑部分的第一表面被加热时也能够充当热源的散热部分,诸如流体层等,也可以被包括在根据本发明制造的床垫组件或其它支撑垫中。例如,作为对本发明的床垫组件的散热部分的另一项改进,现在参考图11和图12,提供了示例性床垫组件610,其包括舒适层670、具有第一表面622和第二表面624的身体支撑部分620、多个珀耳帖元件630和散热部分640,所述多个珀耳帖元件630中的每一个被定位在身体支撑部分620的柱状空隙626中。然而,不像图1-5中所示的散热部分40、140,散热部分640不由弹性凝胶状材料构成,而是由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630的多个单元的柔性泡沫体构成,使得来自身体支撑部分620的第一表面622的热可以被传递至散热部分640的网状蜂窝状结构中。
[0047]网状泡沫体(粘弹性或以其它方式)是蜂窝泡沫体结构,其中,泡沫体的单元本质上是像骨骼的。换言之,网状泡沫体的单元各自由多个被单元棱(cell strut)包围的孔径窗口限定,其中,网状泡沫体的单元窗口可以完全不存在(仅留下单元棱)或基本缺失。在一些实施例中,如果单元的窗口的至少50%缺失(即,窗口具有贯通其的孔径,或窗口完全缺失并且因此仅留下单元棱),则泡沫体被认为“网状的”。这样的结构通过破坏或另外移除单元窗口材料,通过化学或机械装置,或通过在泡沫体的制造过程期间防止单元窗口的完整形成而构建。
[0048]不考虑用来产生网状泡沫体的制造过程,网状泡沫体凭借其网状蜂窝状结构具有很好地适合于在床垫组件610的散热部分640中使用的特性,包括允许流体移动通过网状泡沫体的增强的能力以及因此,在床垫组件610的身体支撑部分620和舒适层670内提供增强的空气和/或热运动、使增强的空气和/或热运动经过所述身体支撑部分620和舒适层670和远离所述身体支撑部分620和舒适层670的能力。就这点而言,通过包围散热部分640的网状泡沫体中的金属互连部633,由作为身体支撑部分620的第一表面622的冷却的一部分的珀耳帖元件630传递至散热层640的热被允许容易地驱散遍及散热部分640的网状泡沫体。一旦将热量传递到网状蜂窝状结构中,通过将一定量的空气输送通过散热部分640的网状蜂窝状结构,可以将热量容易地从散热部分640传递出来。
[0049]为了辅助输送空气通过床垫组件610的散热部分640,在一个示例性实施例中,并且仍然参照图11和图12,散热部分640包括进口端690和出口端692,所述进口端690和出口端692被包括在散热部分640中以提供空气能够通过其流经散热部分640的路径。而且,在床垫组件610中,在身体支撑部分620的第一表面622的冷却期间从珀耳帖元件630被转移到散热部分640中的热可以通过包含密封部645 (即,外皮)被迫仅从散热层的某些部分流出,该密封部645覆盖散热部分640并且将热量有效地困在散热部分640中并且防止热流回到身体支撑部分620中。因此,
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