CN102802567A - 用于人体的温度调节的温度控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于人体的温度调节的温度控制装置，包括：至少一个辐射吸收面板，其具有能够吸收热辐射的至少一个表面；以及冷却设备，其被提供用于冷却所述面板。一种用于人类的睡眠设施，包括躺卧区域和这样的温度控制装置，其中与躺卧区域相邻或者在躺卧区域上方设置辐射吸收面板。本发明还涉及一种用于人体的温度调节的对应方法。

Description

用于人体的温度调节的温度控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于人体的温度调节的温度控制装置的领域以及一种对应方法。

背景技术

对于人类，体温是一个重要因素。显然，人体温度受多个参数影响，这些参数可以大致划分成根据各个人的身体活动的内部身体参数和根据环境条件的外部参数。

更具体而言，可以用受人类生理控制的皮肤和核心身体温度来描述人体的温度条件。皮肤温度不仅是诸如代谢速率产生、行为和生理血管动态性、出汗速率等身体参数的微妙平衡的结果，也是诸如皮肤附近的空气流速、空气湿度、空气温度和与环境的辐射热交换等环境参数的微妙平衡的结果。根据一般经验，可以通过改变这样的环境条件以调节皮肤温度来影响人类的感知。一个众所周知的例子是常见的人类所处房间的空气调控。通过改变房间内的空气温度和空气湿度，可以提供舒适气候。

人体的一个重要温度调节领域是在睡眠设施(accommodation)中(例如在设置于卧室中的床)提供舒适的睡眠条件。由于人体的热产生在夜晚从傍晚的大约20W到午夜的少于100W，再到早晨时分再次上升而循环变化，所以人们通常给他们自己盖上毛毯以补偿较少的热产生。然而为了调节皮肤温度，必须将室温设置成提供最优睡眠条件的适当水平。根据现有技术，这通过由加热/冷却设备控制房间的空气温度来实现。例如文献JP03072173公开了使用辐射加热板来调控床的躺卧区域上方的区段中的空气。

这样的已知方法的缺点在于仅能通过改变整个房间的空气温度来间接控制相应个人的皮肤温度。也就是说，不可能在不改变房间条件的情况下改变睡眠设施的微观气候。广而言之，希望以比传统方法可能的方式更直接的方式调整人的皮肤温度。

这一问题也产生于其它情形中，这些情形与睡眠条件无关，例如在乘客车厢、工作场所中或者在人所在的任何其它地点中。放弃使用传统空气调控可能有若干原因，例如避免气流或者调整一个人所在的场所原处的微观气候以不同于其它场所。仅举一例，可以使车辆的驾驶座位的温度不同于乘客座位。根据现有技术，已经开发了复杂的空气调控布置以提供这一特征。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于人体的温度调节的温度控制装置，该装置提供一种直接调整人类的皮肤温度的相对简单的方式，从而避免常见的空气调控的缺点。

本发明的另一目的是提供一种温度控制装置，该装置实现位于睡眠设施中、在睡眠状态中的人的皮肤温度的简单和直接控制。

本发明的又一目的是提供一种用于人体的温度调节以调整人类的皮肤温度而无常见空气调控的缺点和限制的对应方法。

这一目的由一种用于人体的温度调节的温度控制装置实现，该装置包括：至少一个辐射吸收面板，其能够吸收热辐射；以及冷却设备，其被提供用于冷却所述面板。

这一温度控制装置基于辐射吸收的功能原理。从人类的皮肤辐射的热由具有良好吸收性质的面板吸收，尤其在红外辐射范围中。出于这一目的，面板可以与用户的皮肤近距离布置以覆盖人体的至少一部分，从而来自用户的皮肤的辐射热由面板的表面吸收。因此实现热提取以将皮肤温度调整至舒适水平。这是一种无接触温度控制，而无需气流等来提供与皮肤的热交换。另外，这样的温度控制装置的工作是选择性的并且被很好地指导，而不影响温度控制装置所在地点的环境周围。

例如，这样的装置可以位于人所在的睡眠设施(比如床)。可以如上文描述的那样调整人的皮肤温度，而根据本发明的装置的操作将不在感知上影响卧室空气温度。另外，面板具有阻止来自环境的热辐射(该热辐射可能造成皮肤温度的升高)这一附加功能。被提供用于冷却面板的冷却设备排放所吸收的热。可以在本发明的背景中使用任何适当设备。本领域技术人员将根据功率消耗、效率、噪声发展等等方面选择冷却设备的工作原理。

根据本发明的温度控制装置尤其适合用于容易和有效调整睡眠者的皮肤温度这一目的。然而本发明不限于这一应用。其它应用可以包括工作场所、车辆中的座位等的温度调节。

根据本发明的一个优选实施例，辐射吸收面板至少部分由能够吸收热辐射的材料形成。

例如面板可以完全由在红外范围中具有高吸收性的材料构成，从而有效吸收热辐射。还可以假设只有这一面板的一部分由这样的具有高吸收能力的材料形成。这可以是面向将被温度调节的人体的表面上的层。

根据另一优选实施例，所述面板包括绝热层，该绝热层覆盖能够吸收热辐射的面板的至少一个表面并且具有低导热性以及对于热辐射的高透明性。

这样的绝热层将吸收热辐射的冷却表面与潮湿的环境空气隔离，从而避免空气中包含的水在面板的表面上凝结。这大大增强了冷却效率。

优选地，将绝热层提供为夹心层，该夹心层包括由具有对于热辐射的高透明性的材料形成的至少两个层，所述至少两个层由空气层或者主要包括空气的层隔离。

根据另一优选实施例，所述冷却设备是热电冷却设备、水冷却设备或者制冷冷却设备。在热电冷却中，由于珀耳帖效应而在布置于不同层中的不同类型的材料的接头之间产生热通量。然而其它类型的冷却理想地适合用于根据本发明的应用。水冷却可以使用水循环，在该水循环中，水流向面板以由吸收的热加热并且冷却水由相应的冷却单元再次冷却。在制冷循环中，膨胀和压缩制冷剂以冷却辐射吸收面板。

优选地，将所述面板提供为弯曲板。

根据另一优选实施例，将面板提供为房间或者车厢的天花板面板或者墙壁面板。

在这一情况下，可以将面板安装作为房间或者例如车辆中的乘客车厢的衬层(lining)的一部分。

本发明还涉及一种用于人类的睡眠设施，该设施包括躺卧区域和根据本发明的温度控制装置，其中辐射吸收面板与躺卧区域相邻或者在躺卧区域上方设置。

在这一布置中，温度控制装置可以对位于睡眠设施的躺卧区域上的睡眠者进行具体温度调节，而睡眠设施本身位于由常见空气调控或者加热来调节条件的房间中。也就是说，根据本发明的温度控制装置可以选择性地对睡眠者的皮肤温度进行温度调节，而房间的剩余区域不受这一调节影响。

根据这一睡眠设施的一个优选实施例，躺卧区域由床的顶表面形成。

根据另一优选实施例，弯曲该面板以至少部分包围躺卧区域。

本发明还涉及一种用于人体的温度调节的方法，该方法包括：在人体附近布置辐射吸收面板以吸收人体发射的热辐射，以及冷却所述面板。

在这一方法的一个优选实施例中，人体被所述面板至少部分覆盖。

根据本发明的方法的另一优选实施例，执行冷却为热电冷却、水冷却或者制冷冷却。

优选地，这一方法包括向辐射吸收面板提供具有低导热性和对于热辐射的高透明性的绝热层。

附图说明

参考下文描述的实施例并且在这些实施例的教导下，本发明的这些和其它方面将更加清楚。

在附图中：

图1是代表睡眠设施的床的示意性俯视图，该睡眠设施包括作为本发明一个实施例的温度控制装置；

图2是根据本发明的用于人体的温度调节的温度控制装置的另一实施例的示意图；以及

图3是通过辐射吸收面板的示意性横截面图，该面板作为根据本发明的温度控制装置的一部分。

具体实施方式

图1是用于人12的睡眠设施10的平面图。这一睡眠设施10包括具有床垫16的床14，床垫16的顶表面代表用于人12的矩形躺卧区域。人12的头部落在枕头18上而她或他的身体的其余部分由毛毯12覆盖。

图1中的睡眠设施10还包括温度控制装置22，该装置用于睡在床14中的人12的身体的温度调节。温度控制装置22主要包括辐射吸收面板24和用于冷却面板24的冷却设备26。图1示意性地指示了面板24与冷却设备26之间的连接28以阐明冷却设备26应当以任何方式连接到面板24以提供冷却。然而连接28的种类依赖于后文将描述的冷却设备26的构造和操作原理。

提供面板24以吸收人12的身体发射的热辐射。出于这一目的，面板24的至少面向人12的一面30能够吸收热辐射(也就是在红外光学范围域中的辐射)。例如，有可能形成能够吸收热辐射的板的面板24并且由绝热层覆盖这一吸收板的一个表面，其中该绝热层具有低导热性和对于热辐射的高透明性。将按照图3具体讨论这样的构造的细节。

由于吸收热辐射，面板24被略微加热。冷却设备26经由连接28释放所吸收的热以将面板24保持于低温。换而言之，面板24总是被冷却设备26冷却。可以将面板24冷却至比睡眠设施10所在房间中的环境温度更低的温度。例如，在室温t_room为+20℃将面板24冷却至+10℃的温度t_panel。实验已经表明这使得人12感知的温度为+14℃感知工作温度t_perception。这意味着通过使用这一实施例中所示的温度控制装置22，可以通过提取从人体12辐射的热而将她/他的温度调节至较低的皮肤温度，而在房间中无需任何空气调控。板24的另一工作功能是阻止来自环境的热辐射到达人12的身体。这一阻止功能也由面板24的材料的吸收性质实现。

在另一例子中，在更高室温t_room为+30℃而面板温度t_panel为+10℃时，如上文所述，温度控制装置22的温度调节效果实现了更大的效果(即温度下降11℃达到19℃的感知工作温度t_perception)。弯曲面板24以部分包围人12的身体的上部。在图1中示出了面板24如同椭圆体的四分之一那样弯曲从而从枕头周围的侧部区域(用户的右侧，该侧是图1的上部)到达人12的头部(图1中的右侧)。利用这一弯曲，通过吸收源于人12的身体的热辐射来对他的右上身体侧进行温度调节。当然可以假设辐射吸收板24可以采用除了这一实施例中所示的形式之外的任何其它适当形式或者具有除了这一实施例中所示的横截面之外的横截面。面板24还可以不仅从侧部覆盖人12(即与躺卧区域相邻设置)而且弯曲成也部分在躺卧区域之上延伸以如同茧的一段那样部分包围人体。

冷却设备26可以根据任何适当冷却原理工作。例如，冷却设备26可以是水冷却设备，该设备包括在冷却设备26与面板24之间的循环水流(或者任何其它适当冷却介质)。向面板24供应冷水，由于面板24的温度升高冷水被加热。加热的冷却水流回冷却设备26，在该冷却设备26处再次被冷却。在这一实施例中，面板24与冷却设备之间的连接28包括用于循环冷却水的冷却电路。根据另一实施例，将冷却设备26提供为热电冷却设备(其包括珀耳帖元件)，在第三实施例中，冷却设备26包括制冷冷却循环，该制冷冷却循环包括在冷却设备26与面板24之间循环的制冷剂。这样的制冷循环包括压缩机、蒸发器和膨胀阀。当压缩的制冷剂进入面板24时，它可以膨胀以从面板25吸收热从而转换为气态并且被送回冷却设备26，在该冷却设备处被再次压缩。这样的制冷循环在现有技术中是众所周知的，并且可以很好地应用于根据本发明的温度控制装置22。

图2示出了根据本发明的温度控制装置的另一实施例。在本申请中，一般性地用标号32表示的温度控制装置用来对办公室工作场所34进行冷却，该场所包括桌子36和人12就坐的座位。这一工作场所34位于将由温度控制装置32调节温度的确定区域中。

图2中的温度控制装置32的主要构造与图1中的温度控制装置的主要构造相同。这一温度控制装置32包括能够吸收从人12的身体辐射的热辐射的两个辐射吸收面板38、40。冷却设备26将两个面板38、40的温度冷却至低于工作场所34所处房间的温度。

第一面板38位于人12的头部正上方并且将其提供为直接集成到房间的天花板中的天花板面板。因此，这一面板38的安装未破坏房间天花板的外观。将第二面板40提供为直接集成到与工作场所34相邻的墙壁中的墙壁面板。与图1中的实施例中类似，两个面板38、40具有能够吸收源于人12的热辐射的表面。通过吸收热辐射，降低了人12的身体的皮肤温度，从而使得人12感觉更舒适。为了从两个面板38、40排放热，可以提供与图1中相同的冷却设备26，其通过不同连接42、44连接到相应面板38、40。在图2中，仅示意性地指示这些连接42、44。然而，连接的种类可以依赖于冷却设备26的工作原理。如第一实施例中那样，冷却设备26可以是热电冷却设备、水冷却设备或者制冷冷却设备。

与图1中的床14类似，图2中的工作场所34仅代表人12所在的、要与周围环境独立地进行温度调节的区段的一个例子。例如天花板面板38可以集成于车辆的乘客车厢的在座位上方的天花板中以操控面板38下面的微观气候。还可以设想其它应用。

参照图3，将讨论辐射吸收面板24的横截面，与在根据图1的温度控制装置22中使用的类似。如已经声明的那样，这一构造的面板也可以使用于根据图2的温度控制装置32中。

辐射吸收面板24包括由能够吸收热辐射的材料形成的板50。在一侧30(该侧面向人(未示出)用于吸收源于她或他的身体的热辐射，该侧是图3中的右侧)上，板50的表面由绝热层52覆盖。一般而言，这一绝热层52具有低导热性、但是具有对于热辐射的高透明性。通过将绝热层52提供为夹心层来实现这些性质，其中该夹心层包括两个层54和56，每个层由具有对于热辐射的高透明性的材料形成并且由空气层58隔离。这一空气层58由填充有空气并且并排布置于两个层54与56之间的多个胞腔袋60形成。由于空气具有良好的绝热性质，所以空气层58提供面板50相对于绝热层52覆盖的一侧30上的环境空气而言的良好绝热。通过这一构造，可以避免在环境空气与冷却设备(未示出)冷却的板50之间的直接接触。从而防止空气中包含的水在板50的表面上凝结，从而增强面板24的冷却效率。也可以设想例如由包含空气的任何材料(如泡沫材料)来形成中间层58。在这一情况下，形成层58的材料应当也具有对于热辐射的高透明性。

尽管已经在附图和前文描述中具体图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述将视为示例性的或者举例的而非限制；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员可以在实现要求保护的本发明时从对附图、公开内容和所附权利要求的研究中理解和实现对公开的实施例的其它变化。在权利要求中，字眼“包括”未排除其它单元或者步骤，并且不定冠词“一个/一种”未排除多个/多种。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这一事实并不指示不能使用这些措施的组合来获得好处。权利要求中的任何标号不应解释为限制其范围。

Claims (14)

1.一种用于人体的温度调节的温度控制装置(22，32)，包括：

至少一个辐射吸收面板(24，38，40)，其能够吸收热辐射；以及

冷却设备(26)，其被提供用于冷却所述面板(24，38，40)。

2.根据权利要求1所述的温度控制装置，

其中所述面板(24，38，40)至少部分由能够吸收热辐射的材料形成。

3.根据权利要求1或2所述的温度控制装置，

其中所述面板(24，38，40)包括绝热层(52)，所述绝热层(52)覆盖能够吸收热辐射的所述面板(24，38，40)的至少一个表面，所述绝热层(52)具有低导热性和对于热辐射的高透明性。

4.根据权利要求3所述的温度控制装置，

其中将所述绝热层(52)提供为夹心层，所述夹心层包括由具有对于热辐射的高透明性的材料形成的至少两个层(54，56)，

所述至少两个层(54，56)由空气层(58)或者主要包括空气的层隔离。

5.根据前述权利要求之一所述的温度控制装置，

其中所述冷却设备(26)是热电冷却设备、水冷却设备或者制冷冷却设备。

6.根据前述权利要求之一所述的温度控制装置，其中将所述面板(24)提供为弯曲板。

7.根据前述权利要求之一所述的温度控制装置，其中将所述面板(38，40)提供为房间或者车厢的天花板面板或者墙壁面板。

8.一种用于人类的睡眠设施(10)，包括：

躺卧区域(16)和根据前述权利要求之一所述的温度控制装置(22)，

其中与所述躺卧区域(16)相邻或者在所述躺卧区域(16)的上方设置所述辐射吸收面板(24)。

9.根据权利要求8所述的睡眠设施，

其中所述躺卧区域(16)由床(14)的顶表面形成。

10.根据权利要求8或者9所述的睡眠设施，

其中弯曲所述面板(24)以至少部分地包围所述躺卧区域(16)。

11.一种用于人体的温度调节的方法，包括：

在所述人体的附近布置辐射吸收面板(24)以吸收所述人体发射的热辐射，以及冷却所述面板(24)。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中所述人体被所述面板(24)至少部分地覆盖。

13.根据权利要求11或者12所述的方法，

其中将所述冷却执行为热电冷却、水冷却或者制冷冷却。

14.根据权利要求11至13之一所述的方法，

其中所述方法包括向所述热辐射吸收面板(24)提供具有低导热性和对于热辐射的高透明性的绝热层(52)。

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