CN103402401A - 具有改进的抗热辐射传输的可充气物体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可充气物体，该可充气物体具有用于减轻从该可充气物体的一侧至相对侧的热辐射传输的改进装置。所述改进装置——总的包括结合至少一个选择性连接和分隔开的体内辐射阻挡件——产生可充气物体热性能的意想不到的增益，这些可充气物体在某些环境条件下可能找不到实用性，这将在下文描述。

Description

具有改进的抗热辐射传输的可充气物体

发明背景

本文公开的热性能数据是利用保持在4℃的温控测试箱获得的，在该温控测试箱中，现有技术的可充气物体和多个根据本发明实施方案构造的可充气物体一侧经受隔离热源（操作性地连接至计算机的三区域防护的热板且另一侧经受暴露于受控环境的散热器（同样操作性地连接至计算机的、带有多个温度探头的大的铝板）。然后，通过确定将热源维持在33.3℃恒温所需的电能的量以及同时将散热器的温度维持在环境温度，建立受测气垫的热性能。一旦被稳定，维持该稳定状态所需的电能的量与来自热源经过受测气垫、进入散热器、且最终排到环境中的热能相关联。以这种方式，可以确定热传输率的电当量。

这些测试表明，包括共同延伸结合至相对的面板的膨胀聚氨酯泡沫芯的现有技术的可充气物体对于1〃（～2.5cm）厚的芯具有约R-3的绝热值，对于2〃（～5.0cm）厚的芯具有约R-5的绝热值，对于3〃（～7.5cm）厚的芯具有约R-7的绝热值。这些测试还表明，当由本文所提及的类型的聚合物膜制成时，常规可充气物体例如厚度约为2.5〃（～6.5cm）的不带隔板的气垫具有约R-1的绝热值。通过引入基于常规膜的等分隔板来划分这些可充气物体的“上部”和“下部”，源自热对流的热损失显著地减少，这由大约加倍至R-2的绝热值反映出。

然而，如果期望这些不带泡沫芯的可充气物体具有额外的有意义的绝热增益，则需要解决热传递模式，除了热对流；因为在这些气垫中热传导不是有意义的贡献因素，余下的模式是热辐射传输。如现有技术所教导的，为了减轻这种热传递模式，金属化的聚合物二等分膜可替代之前描述的带有隔板的可充气物体中的非金属化的二等分膜。替代的结果是，热绝缘性能增加了约一个附加的“R”值，例如，当膜具有1.0的光密度时，增加至约R-3。

国际公开号WO2009094208A2——其内容通过引证的方式纳入本书明书——公开了具有由各种材料组成的单元矩阵芯的可充气物体，其中用金属化膜替代某些矩阵芯部件和/或金属化现有材料（无论是平面的、波纹压制或是面板）提供了用于减轻热通过热辐射传输穿过这些可充气物体传递的可能装置。虽然该公开文献并未公布或建议关于这种替代或处理的任何详细内容，但它的确在第4页指出与兼容结合界面要求相关的问题。然而它还是没有提供关于它将结合至的可充气物体结构的细节。此外，除了12-13页的公开内容：“...本发明的一个优选实施方案包括：泡沫平面片材，至少一个非织物或棉型材料作为蛇形或波纹压制片材选择性地结合至该泡沫平面片材；以及至少一个包层面板，该包层面板在其上具有辐射热传递减轻处理，优选地在该包层面板的内部表面上。”，没有公开内容关于哪种减轻热通过热辐射传输进行传递的模式是优选的或更有效的。

然而，测试表明：简单地将包封WO2009094208A2中参考的可充气物体的单元矩阵芯的柔性面板金属化不能产生预期的热性能的改善度，非织物波纹形材料的金属化也不能产生预期的热性能的改善度。并且虽然用光密度约为1.0的金属化聚合物膜替代分叉非金属化膜导致了基本可充气垫的大约+R-1的增长，但添加额外的光密度约为2.0的分叉金属化聚合物膜仅增加了十分之几的热性能（对于两个膜+R-0.6，对于三个膜+R-0.8）。

如上述数据所示，由于膨胀泡沫芯固有的多种热减轻形式，因此逐渐增加可充气物体内的膨胀泡沫芯的厚度产生热性能的些微线性增长。然而，对这些物体或大体上敞开的可充气物体进行简单的“金属化”不一定产生相似的性能提高。此外，由于通过金属化膜和/或经处理的材料传导，因此将金属和/或金属化材料结合在这些物体中也会降低可充气物体的整体热性能，以及必定增加可充气物体的重量。结果，“如果一个好，那么越多必定越好”的谚语不一定仍然适用。

发明内容

本发明涉及可充气物体，其具有用于减轻从该可充气物体的一侧至相对侧的热辐射传输的改进装置。所述改进装置——总的包括结合至少一个选择性连接和分隔开的体内辐射阻挡件——产生可充气物体热性能的意想不到的增益，否则所述可充气物体在某些环境条件下可能找不到实用性，这将在下文描述。

如本文所使用的，通用的术语“可充气物体”指任何可收缩-可充气流体保持结构，无论是否是自充气式，包括第一侧和第二侧（不论由分立片材或面板形成，还是由单个片材或面板材料制成），该第一侧和第二侧至少部分地限定一个基本上流体不可透过的包层，且借助于包层内部的拉伸装置（不论直接通过分立构件，还是间接通过多个构件或一个系统构件）选择性地连接至彼此，即，在所述包层内部产生连接。相对侧的这种选择性连接不同于具有大体上共同延伸的连接装置的可充气物体，例如现有技术中出现的依赖于大体上结合至两侧的空芯泡沫塑料芯的自身可充气物体，如Cascade Designs’THERM-A-REST气垫：当根据本发明的可充气物体实施方案被充气，从而引起相对侧彼此分离或移位时，相对侧上分离或移位的程度不一致；每一侧的非选择性地连接部分被允许从包括选择性连接位置的虚平面扩张。结果是，所述侧在一侧未连接到另一侧的位置具有表面轮廓或凸起。本发明的可充气物体实施方案的第一侧和第二侧的特征在于面板，每个面板具有呈现至包层的内表面和呈现至环境的外表面。

如本文所使用的，出现在若干个发明实施方案中的可收缩单元矩阵芯包括多个总体几何形状相同的单元格（中空、端部敞开的几何棱柱，每个棱柱限定一个主轴线），这些单元格形成或连接在一起，以建立一个重复的几何图案（一“排”），其中棱柱的主轴线总体垂直于可充气物体的周缘部分，且矩阵的选择性部分（“连接位置”）直接地或间接地结合至相对面板的内表面，从而该矩阵起到可充气物体的拉伸装置的作用。

在许多发明实施方案中，多个大体三角形的中空、端部敞开的棱柱构成单元矩阵，其中至少一些棱柱中的每个，而不是所有的棱柱，由波纹形膜或薄的片材材料（例如纺纱或非织物长丝棉胎）的两部分以及总体平面的膜或薄的片材材料（例如纺纱或非织物长丝棉胎）的一部分限定。因此，矩阵的外排总体包括与类似于“V”形通道的开放空间交替的三角形棱柱。换言之，在视觉上，对于任意一个外排，结果是WWWWW。在本发明之前，形成可充气物体的包层的相对面板会盖住或封闭“V”形通道，从而基本为外排每个其他棱柱构成第三壁，此时面向外部的顶点结合至所述面板，所述顶点构成连接位置。

然后转向第一系列的发明实施方案，如本文所描述的，包括本文提及类型的单元矩阵的可充气物体使用至少一个用于减轻热辐射传输的装置来加强。形成该系列内若干组的不同实施方案中的辐射阻挡件装置包括至少一个建立在矩阵和一个相邻的可充气物体面板之间的基于膜的辐射阻挡件。每个这种中间辐射阻挡件优选地具有比任何其他常规可充气物体的部件（即，非专用或非金属化部件）大的辐射能反射率。

由于处于单元矩阵和面板之间的这种中间位置，中间辐射阻挡件（或在多个中间辐射阻挡件的情况下，最内部的阻挡件）起到在常规的基于单元矩阵的可充气物体中建立至少一些三角形的中空、端口敞开的棱柱的第三壁的作用，该第三壁与相邻或最近面板相对，视情况而定。然而，单元矩阵连接位置和面板连接位置之间的对齐（registry）保持相同。

虽然该系列内的各种发明实施方案的以下描述建立了中间辐射阻挡件和原本的相邻面板之间的优选空间关系，但是用于减轻热辐射传输的实际装置仅有赖于这种空间关系产生的结果，即，在可充气物体充气时，在阻挡件和面板之间创建实际的或潜在的空间或间隙。因此，如果在可充气物体充气之后可以在面板和中间辐射阻挡件之间产生空间或空隙，则在一个中间辐射阻挡件上的相邻连接位置之间的、至少一个方向上的距离可与原本的相邻面板上的相应的连接位置之间的距离。这种结果可能发生，取决于充气时单元矩阵的变形和/或矩阵和面板之间的机械特性差异，以及重力场的方向。

考虑到上述附加说明，这一系列中的第一组发明实施方案包括建立在单元矩阵和相邻物体面板之间的单个中间辐射阻挡件，其中在中间辐射阻挡件上的相邻连接位置之间的、至少一个方向上的距离比面板上相应的连接位置之间的距离小。这样布置的结果是，当可充气物体充气时，中间辐射阻挡件绷紧，且面板被推动并允许从包括连接位置的虚平面扩张，从而在面板和中间辐射阻挡件之间形成空间或空隙。因为该相对位移因物体充气而造成，空间或空隙形式独立于空间定向。换言之，一体化面板可以是可充气物体例如气垫的任意上面板或下面板。此外，这种灵活性使得其自身可帮助将中间辐射阻挡件应用在可充气物体的每个矩阵到面板的界面处。

上述实施方案的替代实施方案具有的在中间辐射阻挡件上相邻连接位置之间的在至少一个方向上的距离大于面板上相应连接位置之间的距离。这样布置的结果是，当面板绷紧（例如，通过可充气物体充气）时，中间辐射阻挡件保持松弛且可至少部分地从相邻面板移位或与相邻面板分离，从而在其之间形成空间或空隙。然而到目前为止，这种替代布置的空间或空隙的形成能力更加取决于空间定向，因为重力对其有重要影响。

当光密度值约为1.0的金属化聚合物膜构成这些第一系列实施方案中的用于减轻热辐射传输的装置时，测试表明可充气物体的热性能增加约+R-1。当在可充气物体的相对侧重复这种布置时，实现约+R-1的额外增益。这些布置的附加的益处是建立了附加的体划分，这进一步减轻了由对流造成的热传递。

在这些系列中的第二组发明实施方案中，在单元矩阵和一个体面板之间建立多个中间辐射阻挡件。扩展任一上文所述的实施方案，每个附加的中间辐射阻挡件被建立在先前中间辐射阻挡件的内侧（朝向单元矩阵），其中在与先前中间辐射阻挡件所考虑的相同的方向上，相邻连接位置之间的距离小于（或者在替代实施方案中大于）先前中间辐射阻挡件上相应的连接位置之间的距离。这样布置的结果是，在第一种情况中，当最内部的中间辐射阻挡件（直接连接至单元矩阵的一个）紧绷（例如通过可充气物体充气）时，面板被推动且被允许从包括连接位置的虚平面扩张，由此形成其自身和中间辐射阻挡件之间的空间或空隙。最内部的辐射阻挡件和面板之间的这些中间辐射阻挡件则可至少部分地从最内部辐射阻挡件和面板移位或与最内部辐射阻挡件和面板分离。由根据上述替代的实施方案膨胀造成相似的结果。

除了如上所述的包括这些第二组布置的可充气物体的增加的划分减轻由于对流的热传递之外，相邻辐射阻挡件膜之间的空间或空隙的创建大大减少了原本由传导和/或微对流而会发生的热传递。可以相信，这一发现至少在一定程度上解释了当简单地增加可充气物体的“金属化”时热性能值逐渐地减少。

在第二系列的本发明实施方案中，如本文所描述的，本文提及的类型的用于可充气物体的单元矩阵通过至少一个用于减轻热辐射传输的装置来加强。该系列中的各种实施方案的辐射阻挡件装置包括建立在两排三角形的中空、端部敞开的棱柱之间的至少一个基于膜的辐射阻挡件，所述棱柱形成单元矩阵的一部分。与第一系列的第一组相同，与置换和/或改进现有元件相反，第二系列的第一组试图为可充气物体建立一个附加元件。因此，本发明热辐射减轻装置——优选地是基于膜的辐射阻挡件——被建立在现有的总体平面膜或片材材料（例如纺纱或非织物长丝棉胎）（所述现有的总体平面膜或片材材料自身在两排棱柱之间）和原本相邻的一排棱柱之间。还与第一系列的第一组相同，该辐射阻挡件起到建立至少一些三角形的中空、端部敞开的棱柱的第三壁的作用，而替代现有的大体平面的膜或片材。结果，在一排中没有棱柱与相邻一排中的任何棱柱共享一个公共围壁。

由于在成排的棱柱之间没有公共围壁，因此有可能且优先考虑在这些两个排内元件之间建立空间或空隙，特别是如果现有大体平面的膜或片材自身具有减轻热辐射传输的特征。因此，在中间辐射阻挡件上的相邻连接位置之间在至少一个方向上的距离优选地小于，但是也可以大于，现有的大体上平面的膜或片材上的相应的连接位置之间的距离。如果现有的大体上平面的膜或片材的最大的特征是非膜，则由于两种材料间的不同材料特性，在本发明的范围内考虑了相等的距离。

最后，本发明第三系列的实施方案组合了前两个的布置，呈现了目前优选的实施方案。具体而言，根据该系列的可充气物体具有带有用于减轻热辐射传输的辐射阻挡件装置的单元矩阵，该辐射阻挡件装置在单元矩阵和两个相对面板之间，以及在三角形的中空、端部敞开的两排棱柱之间。测试表明厚度约为2.5"(～6.25cm)且包括这些改型的可充气物体具有约为R-4.9的绝热值。作为对比，具有2"(～5.0cm)厚度、0.9密度的空芯聚氨酯泡沫的常规可充气气垫具有相当的“R”值，但是重量几乎是五倍以上，且当手动压缩贮存时，排出了约四倍的体积。如果将现有通常是平面的膜或薄的片材材料表征为具有与中间辐射阻挡件相同或相似的热辐射传输减轻特性，则绝热值大约增加至R-5.7。

本文所描述和所示出的可充气物体不限制于野营气垫，而是可以在利用了其许多关键性能的任何应用中发现实用性，其关键性能为：热管理、紧凑存储、易于展开（可充气）、重量轻和结构稳定。潜在的使用例如便携式结构或帐篷、座椅、遮光窗帘、绝热盒或绝热容器、水冷却和加热系统、冬季服装、睡袋和系统，以及震动或冲击衰减系统。

对于本专利的目的而言，作为本文和以实施例的方式使用的术语“区”、“边界”、“部件”、“部分”、“表面”、“区域”以及它们的同义词、等价词和复数形式旨在提供对描述的物件和/或过程的描述性参考或标记。除非特别声明或者从使用了所述术语的若干幅附图和/或上下文中能清楚得知，否则这些以及相似或等价的术语不旨在也不应被视为限制或限定参考物件的元件和/或过程自身。

附图说明

图1是具有单元矩阵形式的拉伸装置的现有技术的可充气物体的立体图，其中相对面板形成多个三角形的中空、端部敞开的棱柱，所述棱柱构成所述矩阵；

图2是根据本发明的可充气物体的第一系列实施方案的立体图，其中中间辐射阻挡件建立于单元矩阵和一个面板之间；

图3是图2的实施方案的派生物的立体图，其中第二中间辐射阻挡件建立于单元矩阵和一个相对面板之间，以及

图4是图3的实施方案的派生物的立体图，该派生物结合了根据本发明的第二系列实施方案的各方面，其中第三中间辐射阻挡件建立于单元矩阵内的棱柱排之间。

具体实施方式

前言：当与本部分描述的任何结构或过程、参考或标记相关联时，附图中的任何数字引线的端部旨在相对于这些对象或过程的书面描述代表性地标识和关联这些结构或过程、参考或标记。不旨在，也不应被推断为界定或限定参考的对象或过程自身的界限，除非自身特别指明或从使用术语的附图和上下文中清楚地看出。除非自身特别指明或从使用术语的附图和上下文中清楚地看出，否则所有文字和视觉辅助都应被给于与本文公开内容的上下文一致的常规商业和/或科学含义。

鉴于上述内容，提出以下描述以能够使本领域的技术人员实现和使用所要求保护的本发明。描述的实施方案的各种改型对于本领域的技术人员来说是易于理解的，且在不脱离如随附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下本文公布的一般原理可被应用于其他实施方案和应用。因此要求保护的本发明不旨在也不应被限制于公开的和/或描述的实施方案，而是与本文公开的原理和特征的最宽范围相一致。

然后转到若干实施方式，其中相同的标记表示相同的部件，且更具体地参见图1，示出了现有技术的可充气气垫10，其具有外面板20a、20b、平面或分叉构件30以及波纹形或蛇形构件40a和40b的。这些部件形成棱柱50，棱柱50总共创建了排Ⅰ和Ⅱ。每个棱柱50还包括三个连接位置，交替地，两个用于连接面板20a或20b，一个用于连接构件30，或一个用于连接面板20a或20b，两个用于连接构件30。这些连接位置对应于所述的面板和构件上的互补连接位置。

图2示出了根据本发明的一个方面的气垫10的改进形式。改进的气垫100包括中间辐射阻挡件60b，该辐射阻挡件60b建立于排Ⅱ和面板20b之间。如图所示，面板20b的连接位置之间的距离大于辐射阻挡件60b的连接位置之间的距离，从而形成空间或空隙70b。

图3根据本发明的另一个方面进一步改进了气垫100。改进的气垫200包括中间辐射阻挡件60a，该辐射阻挡件60a建立在排Ⅰ和面板20a之间。如图所示，面板20a的连接位置之间的距离大于辐射阻挡件60a之间连接位置的距离，从而形成空间或空隙70a。

最后，图4根据本发明的另一个方面进一步改进了气垫200。改进的气垫300包括中间辐射阻挡件60c，该辐射阻挡件60c建立在平面或分叉构件30以及排Ⅰ的波纹形或蛇形构件40a之间。如图所示，平面或分叉构件30的连接位置之间的距离小于辐射阻挡件60c的连接位置之间的距离，从而形成空间或空隙70c。

Claims (8)

1.一种可充气物体，包括：

大体相对的第一侧部面板和第二侧部面板，所述第一侧部面板和所述第二侧部面板大体绕一个共同周缘彼此结合，以至少部分地限定一个基本上流体不可透过的包层；

一个单元矩阵，该单元矩阵设置在所述包层内部且具有包括多个中空、端部打敞开的几何棱柱的至少两排，每个棱柱限定一个主轴线，所述棱柱建立重复的几何图案且被具有多个连接位置的一个平面构件隔开，其中所述棱柱的主轴线大体垂直于所述包层的周缘，且其中所述矩阵的多个部分在多个连接位置直接地或间接地结合至相对的侧部面板的内表面，由此，所述矩阵用作所述可充气物体的拉伸装置；以及

至少一个用于减轻热辐射传输的装置。

2.根据权利要求1所述的可充气物体，其中所述至少一个用于减轻热辐射传输的装置包括单个中间辐射阻挡件，该中间辐射阻挡件建立在所述单元矩阵和一个相邻的侧部面板之间。

3.根据权利要求1所述的可充气物体，其中所述至少一个用于减轻热辐射传输的装置包括一个建立在所述单元矩阵和相邻的第一侧部面板之间的第一中间辐射阻挡件和一个建立在所述单元矩阵和相邻的第二侧部面板之间的第二中间辐射阻挡件。

4.根据权利要求3所述的可充气物体，其中所述第一侧部面板与所述第二侧部面板相对。

5.根据权利要求1、2或3所述的可充气物体，其中当所述可充气物体处于充了气状态时，侧部面板的连接位置之间的距离不同于中间辐射阻挡件的连接位置之间的距离。

6.根据权利要求1所述的可充气物体，其中所述至少一个用于减轻热辐射传输的装置包括单个中间辐射阻挡件，该中间辐射阻挡件建立在形成所述单元矩阵的一部分的两排棱柱之间。

7.根据权利要求6所述的可充气物体，其中所述单个中间辐射阻挡件选择性地形成一排中至少一些棱柱的部分。

8.根据权利要求6或7所述的可充气物体，其中所述平面构件的连接位置之间的距离不同于所述单个中间辐射阻挡件的连接位置之间的距离。

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