CN108348029B - 具有冷却带的个人防护系统 - Google Patents

Abstract

一种个人防护系统，包括安装有面部屏蔽件(38)的头带(52)。冷却带(120)被安装至头带。冷却带包括至少一个热电冷却模块(150)。由柔性导热材料形成的吸取带(128)也是冷却带的一部分。吸取带被接合到热电冷却模块的吸热表面(152)并从该模块向外延伸。偏置组件(134，186)将吸取带的与热电冷却模块间隔开的部分推靠在穿戴个人防护系统的个体的皮肤上。

Description

具有冷却带的个人防护系统

技术领域

本发明总体上涉及一种个人防护系统，比如医护人员穿戴的个人防护系统类型。本发明的个人防护系统包括冷却带，该冷却带将热量从穿戴该系统的个体吸离。

背景技术

在一些医疗和外科手术中，医护人员将穿戴被称为个人防护系统的组件。这种类型的组件包括头盔。防护服装被放置在头盔上以至少覆盖穿戴者的头部。仅仅在头部下方延伸较短距离的服装有时被称为兜帽(hood)。延伸到腰部或甚至腰部以下的服装被称为长衫(gown)或托加袍(toga)。无论长度如何，该服装都包括透明的面部屏蔽件。制成服装的织物在医护人员和周围环境之间提供了屏障。面部屏蔽件是该屏障的透明部分，该透明部分提供了正在进行手术的位置的视野。

屏障对患者和医护人员都有好处。屏障基本上消除了医护人员可能接触到来自患者的在手术过程期间中可能产生的流体或固体物质的可能性。而且，像任何个体一样，医护人员总是排出显微尺寸和接近显微尺寸的死皮细胞、汗滴和唾液。由个人防护系统提供的屏障基本上消除了这些物质将落在患者的通常隐蔽的组织上的可能性，为了进行手术该通常隐蔽的组织被暴露。对患者的内部组织暴露于这些物质的程度进行限制导致该物质将在组织中诱发感染的可能性同样降低。

如果个体只在头部上穿戴服装，那么不可避免的结果是个体的呼吸将在服装下方积聚二氧化碳和水蒸气。没有人，尤其是进行手术的医护人员，愿意承受过度暴露于二氧化碳的有害后果。如果水蒸气被允许在服装下方积聚，则蒸汽将凝结在面部屏蔽件的内表面上。这些水滴的形成会降低面部屏蔽件的可见度。

为了避免在个人防护系统的服装内积聚二氧化碳和水蒸气这一不期望的结果，将风扇安装到个人防护系统的头盔上。风扇将空气吸入服装下方的空间，即围绕穿戴该系统的人员的头部的空间。该空气迫使带有二氧化碳和水蒸气的空气远离穿戴该系统的个体的头部周围。此类系统的示例在美国专利No.6,481,019/PCT公开文件WO 2001/052675和美国专利No.7,735,156/PCT公开文件WO 2007/011646中加以描述，每一文件都通过引用的方式并入本文。目前的个人防护系统都提供了围绕穿戴该系统的个体的屏障，并且防止服装下方二氧化碳和水蒸气的不期望积聚。

然而，与任何个体一样，穿戴个人防护系统的个体产生热量。这些热量加热紧接毗邻个体的空气。当个体没有穿戴个人防护系统时，紧接毗邻个体的空气中的热量通过空气对流运动被远离个体传输以及通过热量传导传输到远离个体间隔开的气块(air parcel)中。当个体穿戴个人防护系统时，服装限制空气远离个体流动。当风扇使空气在衣服内循环时，所产生的热量远离围绕个体的空气的对流和传导传输低于未穿戴该服装时出现的情况。

因此，当一些个体穿戴个人防护系统时，这些个体周围的空气会变得不舒服地温热。已知的是，尤其对外科医生来说，被包围在个人防护服装中是不太期望的体验。这是因为外科医生响应于手术期间感受到的压力，可能比非不具有外科医生责任的个体产生更多的热量。这种相对较大的热量的产生会导致个人防护服装内的环境变得令人不快。

理论上，通过增加流经服装的空气流动速率，可以减少个人防护服装内的温热空气的积聚。这需要为系统提供能够产生这种类型的气流的风扇。这种类型的系统的一个缺点是为该系统提供大型风扇通常导致为该系统提供发出相当大量噪音的风扇。这种类型的风扇增加的噪音污染可能会对手术室产生影响，固有地使得穿戴个人防护系统的个体难以沟通。此外，这种增加的噪音污染增加了进行手术的个体不得不忽视以集中在手术上的注意力分散。为个人防护系统提供与当前使用的风扇相比具有更大气流性能的风扇的另一缺点是，该风扇消耗比目前的风扇消耗的功率更多的功率。通常，电力通过电池提供给个人防护系统的风扇。如果风扇消耗的功率增加，则增加了在手术期间系统电池将完全耗尽的可能性。如果穿戴该系统的个体想要继续使用该系统，则需要中断手术以更换电池。

另一种关于如何使穿戴个人防护系统的个体保持凉爽的解决方案已被提出。该解决方案涉及将帕尔贴(Peltier)模块放置在个人防护系统的头盔内。帕尔贴模块，有时被称为热电制冷模块，是具有陶瓷覆层和相对的陶瓷基底的层压结构。半导体部件被夹在覆层和基底之间。导体使电力流过半导体部件。流过半导体部件的电流促进了该模块的相反表面之间的热能传输。一个表面成为散热器。相反的表面成为热源。作为热源的表面的固有特征是该表面将热量、热能从该表面周围吸离。因此，帕尔贴模块的作为热源的表面起到冷却板的作用，因为该表面从与表面接触的物体吸走热量。

因此，已经提出一个或多个帕尔贴模块可被安装在个人防护系统的头盔内。该模块将被安装到头盔，以使模块的热源表面压靠在穿戴该系统的人员的皮肤上。当系统启动时，电流流过帕尔贴模块。帕尔贴模块将热量从邻接模块的皮肤吸离。该热量的吸离将有助于使穿戴该系统的个体的温度保持在预期范围内。

然而，给个人防护系统的头盔提供一个或多个邻接皮肤的帕尔贴模块是有缺点的。这种类型的组件的一个缺点是，当启动帕尔贴模块时，热源表面将热能从与模块紧接接触的物体表面吸离。这意味着，当模块仅仅与皮肤接触时，大部分热损失来自于与模块紧接接触的皮肤。结果，穿戴头盔的个体可感觉到好像只有他/她的身体的局部部分保持凉爽。这种感觉类似于在通过在皮肤上的间隔开的位置放置冰块使皮肤冷却时人员的感觉。发生冷却的位置与毗邻的未发生冷却的区段之间的皮肤温度差值可能很大。这种差值可能会让穿戴个人防护系统的人员感到不快。

此外，当终止向帕尔贴模块施加电流时，在毗邻模块的位置可能存在大量的热能。例如，该热能可被储存在毗邻该模块的与该模块所压靠的个体间隔开的表面的散热器中。由于帕尔贴模块的停用，该热能可流回到模块的压靠在个体上的表面。该热能可流入帕尔贴模块所压靠的人员的皮肤中。当发生这种情况时，穿戴该冷却单元的个体将被加热，而不是被帕尔贴模块冷却。

另外，一些使用个人防护系统的个体可能不想让该系统包括帕尔贴模块。例如，在手术期间，参与手术的个体由于他/她的个人生理原因，可能不需要帕尔贴模块在服装内可提供的附加冷却。这样的个体甚至可能因不得不穿戴包括帕尔贴模块的增加重量的头盔而恼怒。理论上，外科手术设施可通过提供一些具有帕尔贴模块的头盔和另一些没有这些模块的头盔来解决这个问题。然而，除非提供相对大数量的两种类型的头盔，否则对于手术而言可能难以具有足够多的两种类型的头盔以确保参与手术的每个个体的偏好得到满足。

发明内容

本发明涉及一种新颖实用的个人防护系统，比如用于在医务人员和患者之间提供无菌屏障的系统类型。本发明的个人防护系统被设计成供喜好通过帕尔贴模块移除热量的个体以及偏好不必穿戴包括这些模块的系统的个体两者使用。对于喜好由帕尔贴模块提供的附加冷却的个体而言，本发明被构造成确保在比模块表面更宽的区域上将热量从个体吸离。对于不需要必须穿戴具有这些模块的头盔的个体来说，本发明提供了一种用以从模块所附接的服装支撑结构将模块容易地移除的简单手段。在本发明的许多型式中，该服装支撑件是头盔。

本发明的个人防护系统包括被穿戴在使用该系统的个体的头部周围的部件。在本发明的许多型式中，该部件是被穿戴在头部上的头盔。头盔支撑着至少在个体的头部上延伸的服装。头盔通常但不总是包括用于将空气从周围环境吸入到衣服内以便空气在个体的头部周围流动的风扇。

本发明的个人防护系统包括一个或多个冷却带。每个冷却带包括至少一个帕尔贴模块。散热器被安装至帕尔贴模块。散热器实现两项功能。散热器用作具有较大表面区域的导热构件，被吸入帕尔贴模块的热量在该较大表面区域上被以传导方式扩散到周围环境中。散热器的第二个功能是将冷却组件可释放地固定到安装有冷却带的头盔。

在本发明的许多优选型式中，冷却带包括多个帕尔贴模块。在本发明的这些型式中，冷却模块通常被设计成使帕尔贴模块彼此间隔开。冷却带被进一步构造成使帕尔贴模块的作为吸热(冷却)表面的表面附接到共同的吸取带(draw strip)。吸取带由导热材料形成。帕尔贴模块的相反的表面—散热表面被设置成抵靠在偏置元件上。这些偏置元件在帕尔贴模块上施加力，将吸取带推靠在穿戴个人防护系统的个体的皮肤上。在本发明的一些型式中，单个泡沫带起到这些偏置元件的集合的作用。

本发明的另一特征在于，当冷却带被关断时，调节至少一个帕尔贴模块的控制单元并不仅仅完全取消向模块施加电流。代之以，在冷却带停用之后，控制单元周期性地向至少一个模块施加电流。施加电流直至至少一个模块达到任何热量的回流将不导致模块温度升高的温度，这种升高可能导致穿戴冷却带的个体被不舒服地加热。

附图说明

本发明在权利要求中被特别指出。本发明的上述和其它特征及优势将根据下文结合附图的具体实施方式部分而被理解，在附图中：

图1是根据本发明构造的个人防护系统的透视图；

图2是本发明的头盔的具有附接的冷却带的头带的透视图；

图3是不具有附接的冷却带的头带的透视图；

图4是冷却带的透视图，其中看到冷却带的暴露出的表面；

图5是冷却带的分解图；

图6是帕尔贴模块如何安装到挠曲带(flex strip)的平面图；

图7是散热器的透视图；和

图8是散热器的第二透视图；

图9是冷却带的内部泡沫层的透视图；

图10是冷却带的内部泡沫层的背面的平面图；

图10是散热器的透视图；和

图11是用于向帕尔贴模块提供电流的电路的框图；和

图12A和图121B共同形成当本发明的个人防护系统的冷却带被致动时发生的步骤的流程图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明构造的个人防护系统30包括被布置在头盔50上的以虚线示出的服装32。服装32由在穿戴系统30的个体与外部环境之间形成无菌屏障的材料形成。服装32被成形为具有兜帽区段34，该兜帽区段被成形为在互补的头盔50上延伸。服装32通常包括至少一个肩区段36，该肩区段36与兜帽区段34成一体并在兜帽区段34下方延伸。如其名称所暗示，肩区段在个体的肩部周围延伸。如果服装不延伸至肩部以下，则该服装通常被称为兜帽。一些服装延伸到肩部以下。这些服装通常具有用于接收个体的臂的袖子。这种类型的服装有时被称为托加袍。

服装的兜帽区段34形成有开口(开口未标出)。透明的面部屏蔽件38被安装到服装上以在兜帽区段的开口上延伸。面部屏蔽件38是服装的穿戴者能够通过其观察周围环境的那部分。

在图1、图2和图3中可看出，头盔50包括头带52。风扇模块54被设置在头带52上方。风扇模块54包括风扇(未示出)。风扇模块54内部的风扇通过服装32的上覆的兜帽区段34吸入空气。前喷嘴60附接到头带52的前部。(在这里，“前部”和“前方”应理解为意指从穿戴系统30的个体的面部向外指向的方向。“后部”和“后方”应理解为意指与前方方向相反的方向。)后喷嘴64被安装到头带的后部。前波纹管58将风扇模块54连接到前喷嘴60。后波纹管62将风扇模块连接到后喷嘴64。当风扇模块54被致动时，被风扇吸入模块的一部分空气被强制穿过前波纹管58并从前喷嘴60排出。被吸入风扇模块54的剩余空气被强制穿过后波纹管62并从后喷嘴64排出。

下巴杆66，也是头盔50的一部分，延伸到头带52的前部部分下方。应理解的是，头带52的前部部分是头带的被穿戴在穿戴个人防护系统30的个体的前额周围的那部分。下巴杆66包括两个间隔开的柱70。柱70从头带52的前额区段的相反端部向下、向前、向外延伸。梁72在柱70的自由端部之间延伸。头盔50被成形为使得梁72在柱70之间向外弯曲。下巴杆66具有的一个功能是防止面部屏蔽件38朝向穿戴该系统的个体的面部向内塌缩。这降低了一些个体在穿戴具有围绕头部的面部屏蔽件38的兜帽34时具有的幽闭恐惧症的感觉。梁92还限定了面部屏蔽件38的下部的曲率半径。

本发明的系统30还包括用于确保服装的面部屏蔽件38在穿戴该系统的个体的面部前方居中的部件。在本发明的所述型式中，这些特征中的一个特征是从前喷嘴60向上凸出的凸片76。头盔50还设有两个磁体78，在图1中看到一个磁体，该两个磁体也是保持组件的一部分。每个磁体78被安装到柱70中的单独一个上。磁体78在梁72上方的约2cm的一短段距离处被安装到柱70上。

虽然没有图示，但服装32设有用于将面部屏蔽件38可释放地保持在相对于头盔50的适当位置的互补特征。这些特征包括在面部屏蔽件的一部分的顶部中的开口。这个开口形成在面部屏蔽件的位于兜帽区段34内的区段内。两个磁性元件也被安装至面部屏蔽件38。总的来说，开口被定位成且面部屏蔽件的磁性元件被定位成使得在头盔的凸片76座置在该开口内时，面部屏蔽件围绕下巴杆的梁72挠曲，以使面部屏蔽件的磁体可与头盔的磁体78配合。作为头盔的凸片76座置在面部屏蔽件的开口内和两组磁体接合的结果，服装32被可释放地固定到头盔50，使得面部屏蔽件38位于头盔前方。

图2中看到的冷却带120也是本发明的系统30的一部分。冷却带120被附接到头带52的内表面。当冷却带120被致动时，该带将热能、热量从从穿戴系统30的个体吸离。

在图3中最佳地看到的头带52由比如尼龙或聚丙烯或PEEK塑料的柔性塑料形成。头带52包括多个不同的区段。这些区段中的一个是先前描述的前额区段90。侧区段92从前额区段的相反端部延伸。每个侧区段92呈弯曲形状。侧区段92中的弯曲利于将侧区段装配在穿戴头盔50的个体的耳朵上方。尾部94从每个侧区段92的自由端延伸。在本发明的所示型式中，带状件98从前额区段的中心向上延伸。带状件98支撑风扇模块54。

头带52被进一步形成为使得在前额区段90中有成对的贯通槽102(两个槽被标出)。槽102平行于前额区段90的相反的顶部边缘和底部边缘。位于顶部的槽102是共线的。位于底部的槽102同样也是共线的。

每个尾部94被形成有椭圆形开口104(一个开口被标出)。头带被形成为使得尾部94具有延伸到开口104内的齿106(两个齿被标出)。当头盔50被组装时，头带围绕其自身缠绕，使尾部94重叠。后喷嘴64被安装到尾部94。与后喷嘴成一体的、未示出且不是本发明的一部分的部件保持与齿106接合并将尾部94保持在一起，以限定头带的围绕个体的头部座置的闭合回圈。这些部件允许尾部94的重叠区段的长度可被选择性地设定。这允许由头带限定的回圈的尺寸能够基于穿戴头盔50的个体的头部尺寸来调整。

在头带中形成的多个圆形开口未标出。这些开口被头带的凸起区段围绕，凸起区段也未被标出。这些开口接收紧固件108，一个紧固件在图1中标出，该紧固件将前喷嘴60和下巴杆66保持到头带。

现在参照图4和5描述的冷却带120包括多个帕尔贴模块150(一个模块被标出)。有时帕尔贴模块被称为热电冷却模块。每个帕尔贴模块150包括在一侧上的吸热表面152(标出一个)。帕尔贴模块的另一侧是散热表面158(一个散热表面的边缘被标出)。看不到帕尔贴模块150内部的半导体元件。当电流流过半导体元件时，电荷载体将热量从模块的形成吸热表面152的部件传递到模块的形成散热表面158的部件。两根引线156从每个帕尔贴模块150延伸，如图6所示。引线156是电流在其上流经帕尔贴模块150的导体。

帕尔贴模块150被安装到挠曲带162上，该挠曲带162也是冷却带120的一部分。挠曲带162由诸如铜或聚酰亚胺的柔性材料制成。在图5中标出一个的导体164形成在挠曲带162上或嵌置在挠曲带162中。导体164是冷却带120的电流在其上经引线156供应到帕尔贴模块150的导电部件。

挠曲带162被形成有多个间隔开的窗口166，两个窗口被标出。每个帕尔贴模块150座置在窗口164中的单独一个中。如图6所示，在帕尔贴模块的侧面周围且在柔性电路的限定模块座置在其中的窗口的那部分上施加的环氧树脂167，将帕尔贴模块保持在窗口中。图6也示出与帕尔贴模块成一体的引线156如何钎焊到导体164。

帕尔贴模块150具有前到后厚度，该厚度约2至4mm，大于与挠曲带162同一维度的厚度。帕尔贴模块150被安装至挠曲带，使得散热表面158位于挠曲带162的面向前方表面的前方，且吸热表面位于面向后方表面的后方。

两个温度传感器被安装到挠曲带162。第一温度传感器148被安装到挠曲带162以能够监测帕尔贴模块150中的一个的吸热表面152的温度。在图5中，温度传感器148被示为以物理方式设置在与传感器相关联的帕尔贴模块的吸热表面152上。第二温度传感器(传感器168)也被安装到挠曲带，以便从挠曲带162向后延伸。温度传感器168被示为安装到挠曲带162以与帕尔贴模块150间隔开。

散热器170(标出两个)被附接到帕尔贴模块150。在图7和8中最佳地看到的散热器170由具有良好导热性能的金属制成，例如，具有不大于20℃/W、更优选地不大于18℃/W的热阻的材料。每个散热器170包括平坦的基座172。形成冷却带的部件的尺寸通常被设定成使散热器的基座172具有通常至少等于相关联的帕尔贴模块150的散热表面的表面积的表面积。翅片174从基座172的相对侧垂直向前突出。在本发明的所示型式中，三个翅片174从基座的每一侧向前延伸。翅片174具有允许翅片座置在头带内部的槽102内的侧到侧厚度。

肋176从翅片174的外表面向外延伸。在本发明所示型式中，每个肋176延伸跨过从散热器的基座172的每一侧延伸的三个翅片174。肋位于基座的前方。每个肋176具有面向后方表面178。面向后方表面178从与该肋相关联的翅片垂直地向外延伸。面向前方表面180从面向后方表面178向前延伸。面向前方表面具有下凹的轮廓。随着表面180向前延伸，该表面向内弯曲。面向前方表面180合并到肋176与其成为一体的翅片174的平坦的外侧表面中。

能够在暴露于5至50℃的温度时保持接合并且是导热性的粘合剂被用于将每个散热器172的基座保持到相关联的帕尔贴模块的散热表面158。在这里，导热性应被理解为热导率大于1W/m-K。可以用作这种粘合剂的一种此类粘合剂是金属银环氧树脂。一种此类环氧树脂是由瑞士的Arctic Silver公司出售的MX-3环氧树脂。

内部柔性泡沫层186被设置在挠曲带162的面向前方表面和散热器170的基座172的面向前方表面上。泡沫层186是比如粘弹性泡沫的泡沫。泡沫层186具有与挠曲带162的周界相同的周界。参照图9和10详细描述的泡沫层186形成有多个间隔开的凹部188，两个凹部被标出。凹部188从该层的面向后方表面向内延伸。每个凹部188被成形为接收散热器170中的单独一个的基座172。泡沫层186也被形成为具有多个贯通槽190。每个贯通槽190从泡沫层的形成凹部188的基部的部分延伸并且延伸穿过该泡沫层。两个槽190从每个凹部188向前延伸。形成每对槽的槽190从与该槽相关联的凹部188的相对侧向内延伸。

在组装冷却带120时，内部泡沫层186抵靠挠曲带162的面向前方表面座置，使得帕尔贴模块的从挠曲带和散热器的基座向前延伸的部分座置在凹部188内。散热器的翅片174穿过槽190向前延伸。

外部泡沫层(层134)被设置在挠曲带140的面向前方表面上。柔性的外部泡沫层134由比如粘弹性泡沫或间隔编织物的材料形成。泡沫层134被成形为具有与挠曲带162的外周界基本相同的外周界。泡沫层134被形成为具有多个间隔开的窗口136，两个窗口被标出。窗口136从前到后穿过层136延伸。泡沫层134被形成为使得当冷却带组装时，每个帕尔贴模块的从挠曲带向后延伸的部分座置在窗口136中的单独一个中。

外部泡沫层134被进一步形成为具有贯通开口138。开口138位于窗口136中的两个窗口之间。更具体地，冷却带120被构造成使得温度传感器168座置在泡沫层的开口134内。

形成冷却带120的部件被进一步选择为使得外部泡沫层的面向后方表面与帕尔贴模块150的吸热表面152和温度传感器168的热敏表面齐平或向后、向外延伸。

本发明的冷却带120还包括吸取带128。吸取带128被固定到外部泡沫层134的暴露的面向后方表面并在该面向后方表面上延伸。吸取带128也被设置在帕尔贴模块150的暴露的吸热表面152和温度传感器168上且与之接合。因此，应当理解的是，吸取带152向外延伸超过帕尔贴模块150的吸热表面152。吸取带128由厚度通常不大于1mm的材料形成的柔性带形成。形成吸取带的材料也是高导热性的材料。通常，吸取带的导热率大于头带的导热率。在本发明的许多型式中，吸取带的导热率为至少100W/mK，典型地至少400W/mK，并且更优选地至少700W/mK。在本发明的一些型式中，吸取带128由具有铜基底和聚酯覆层的层压件形成。一种此类示例是可从台湾桃园市的TGlobal Technology公司获得的PH3散热器。其他具有高导热率的层压件由PGS石墨形成。

未示出的粘合剂将吸取带128保持到帕尔贴模块的吸热表面152和外部泡沫层134的毗邻的面向后方表面。粘合剂由具有至少1.2W/mK的导热率的材料形成。粘合剂还将吸取带保持到温度传感器168。

图11是调节给帕尔贴模块150施加的电流的部件的示意性和局部框图。这些部件包括控制处理器218。控制处理器218的一个输入是来自接通/关断开关203的信号。来自温度传感器148和168的信号也用于控制给帕尔贴模块150施加的电流的调节。来自温度传感器148的信号被直接施加到处理器218。实际上，应理解的是，控制处理器218使用来自传感器148的信号的数字化表示作为用于调节帕尔贴模块150的运行的输入。许多控制处理器包括执行必要的信号转换的内部模—数转换器。

来自温度传感器168的信号被示为施加到比较器206的一个输入。进入比较器206的第二输入是在电位计204的电刷处出现的信号。参考电压V_REF被示为施加到电位计204的一个端部。电位计204的相反端部被示为接地。来自比较器206的输出是施加到控制处理器218的输入信号。

参考电压V_REF也被示为当开关203闭合时作为施加到控制处理器218的信号。提供V_REF信号的电压源未示出且不是本发明的一部分。

控制处理器218通过选择性地将电池202连接到帕尔贴元件而起作用。在图11中，示出了n通道FET 220，其漏极连接到电池202的正极端子，并且其源极连接到串联连接的帕尔贴模块150。控制处理器218选择性地确认接通和关断FET 220的栅极信号。

在系统30的许多构造中，电池202和控制处理器218通常不是与冷却带120相关联的专用部件。在本发明的许多型式中，电池202还供应用于启动风扇模块54内部的风扇的电荷。基于未示出且不是本发明的一部分的控制开关，控制处理器218调节向风扇施加的通电信号。在本发明的许多型式中，控制处理器被安装在容纳电池202的单元的模块中。该模块如何连接到风扇模块54或冷却带120不是本发明的一部分。

当个体想要使用本发明的带有冷却带的个人防护系统时，所需的一个步骤是将冷却带120安装到头盔50。该步骤通过使散热器的翅片174强制穿过头盔的头带52中的槽102来完成。散热器这样定位的一个结果是肋176卡扣穿过槽102。肋176从头带52向外突出，使得像散热器的台阶式面向后方表面178压靠在头带52的毗邻的面向前方表面上。因此，散热器的肋176可释放地将冷却带120保持到头盔52。

由于形成个人防护系统30的部件的尺寸设定，内部泡沫层186的处于散热器的基座172和头带52之间的区段被压缩。

穿戴个人防护系统的个体将头盔50放置在他/她的头部上。由于头带52的调整，吸取带128压靠在个体的前额上。

然后，将电池和控制模块连接到风扇模块54和冷却带120。将服装32放置在头盔上。作为准备使用该系统的这一步骤的一部分，服装可被固定到头盔，使得面部屏蔽件38位于头盔前方。通常在执行这些最后的步骤之后，使用本发明的系统30。

个体通常通过设置适当的控制构件以启动风扇来启动系统。

当个体想要使用冷却带来移除由他或她的头部产生的热量时，该个体闭合开关203(图12A中的步骤230)。个体还可设置电位计204以指示个体想要将热量从他/她的身体吸离的程度。

响应于开关203的闭合，图12A中的步骤232，控制处理器218选择性地将电池202连接到帕尔贴模块150，步骤232。在本发明的一些型式中，选择性地选通FET 220以向帕尔贴模块150施加脉宽调制信号。在帕尔贴模块的这一致动期间，施加的电流可以被认为是冷却状态电流。

当冷却带被致动时，比较器206输出一信号，该信号表示由传感器168测量的穿戴个人防护系统30的个体的测得的皮肤温度与基于电位计204的设定用户期望的皮肤温度之间的差值。控制处理器218调整接通占空比，使其与测得的皮肤温度和个体期望的皮肤温度之间的差值成比例。因此，在本发明的一些型式中，冷却状态电流的单个脉冲的时间周期在3和20秒之间。更典型的是，脉冲时间在5到15秒之间。用于在其间供应电流的最小接通占空比通常是总时间周期的至少25％。最大接通占空比通常是总时间周期的75％。

由于电流流过帕尔贴模块150，电荷载体将存在于帕尔贴模块150的吸热表面152上的热能朝向散热表面158传输。吸热表面152将热量从与这些表面接触的物品吸离。在本发明中，吸取带128是与吸热表面158接触的物品。包含在吸取带128内以及(延伸到)吸取带所压靠的皮肤内的热能被通过该带吸到吸热表面152。热量传递到模块150的散热表面158。由于散热器170的导热性质，到达散热表面的热能被远离这些表面158传导到翅片174。热量通过传导被传递到紧接围绕翅片174的空气。毗邻翅片174的变暖气块远离翅片移动，以被尚未被加热的气块取代。由于风扇将新空气吸入到服装32内而导致这些气块强制移动有利于热能离开翅片174的对流传递。以这种方式由本发明的冷却带从皮肤提取的热量不会积聚在服装内的紧接毗邻穿戴该系统的人员的气团中。

在手术过程中的某一时刻，穿戴系统30的个体关断冷却带。个体通过打开开关203来执行该动作。从步骤234到步骤232的循环表示的是，只要开关203保持闭合，则处理器继续向帕尔贴模块150提供电流。

当开关203被打开时，控制处理器218不会立即取消向帕尔贴模块150施加电流。而是，在步骤236中，向帕尔贴模块施加防回流电流。这种防回流电流是致使从模块150的吸热表面152到散热表面158发生至少一些热量传递的电流。在这里，“至少一些热量传递”应被理解为热量传递足以基本上(如果不是全部地)阻止热量从散热表面158传递至吸热表面152。防回流电流通常也处于不会导致从吸取带128至吸热表面152的热量明显散失的水平。在本发明的其中处理器仅通过调节电流的接通占空比来控制流向帕尔贴模块150的电流的型式中，当施加防回流电流时，接通占空比通常不大于在冷却带被设置为提供最小量的明显冷却时的接通占空比。因此，防回流电流是等于或小于冷却状态电流的电流。

如从步骤238返回到步骤236的循环所示，防回流电流通常被施加持续选定的时间周期，即冷却周期。该时间周期通常在2到10分钟之间。在该时间周期过去之后，在步骤240中，处理器218基于来自传感器148的信号确定传感器所附接的模块的吸热表面152上的温度是否低于阈值温度。如果此评估测试为正，则冷却带的最终关断不可能会导致对个体来说将是明显的热量回流至模块的吸热表面。因此，如果步骤240的评估测试为正，则在步骤242中，处理器完全停用冷却带。因此，在步骤242中，处理器关闭FET 220以完全终止向帕尔贴模块供应电流。

替代性地，步骤240的评估检测可能为负。这表明存储在散热器中的残余热能可能回流到模块的吸热表面152，从而将这些表面152加热到无法接受的温度以上。因此，如果步骤240的评估测试为负，则如返回到步骤238的循环所示继续向模块施加防回流电流。重新执行步骤240和242，直到步骤242的评估结果指示感测到的吸热表面的温度低于选定的最大水平。

系统30被设计为使得冷却带120可以可移除地附接到安装有带的头盔50。这意味着，如果个体不想使用冷却带120，他/她不必穿戴被加重而带有对该个体来说无用的部件的头盔。如果个体想要使用冷却带，则通过散热器卡扣配合到头带52上可容易地安装该带。在冷却带出现故障的情况下，事实上条带被可释放地附接到头盔上使其易于用功能正常的带来替换。

因此，该系统被进一步设计成使得散热器执行两项功能。散热器170将热量从帕尔贴模块150吸离。散热器还用作将冷却带120可释放地保持到该系统的其余部分的部件。

本发明的系统30被设计为使得内部泡沫层186在冷却带的位于层186后方的部件上施加偏压力。具体而言，外部泡沫层186朝向穿戴系统30的个体的皮肤顶推帕尔贴模块150和内部泡沫层134。内部泡沫层134在吸取带128的处于模块150之间的区段上向后再次朝向穿戴系统30的个体施加力。这些力将吸取带的面向后方表面的基本上全部(如果不是整个)压靠在皮肤上。由于形成该带的材料的柔性，吸取带128顺从地抵靠在皮肤上。即使冷却带120压靠在患者解剖结构的不是线性形状的一部分上，也会发生这种带抵靠皮肤的邻接。这意味着当冷却带120被致动时，热量被从与吸取带128接触的皮肤表面吸走。吸取带的压靠在皮肤上的那部分的表面积与由帕尔贴模块覆盖的皮肤的表面积相比至少大两倍，且更经常地至少大四倍。这意味着，当从皮肤吸走给定量的热量时，根据本发明在其上热量被吸走的每单位面积的热量小于如果仅从帕尔贴模块下方的区域吸走热量的情况。这使为了在包围头部的服装下感觉凉爽而使用该系统的个体暴露于从他/她的皮肤的一些小区段吸走热量的不快场景的程度最小化。

本发明的系统30被进一步构造成使得当冷却带120被致动时，帕尔贴模块150循环接通和关断。关断阶段发生在脉冲宽度调制周期的关断占空比期间。如此循环启动帕尔贴模块150的一个益处在于，提供这个关断时间，该系统允许已经积聚在散热器翅片174上的热能从散热器170消散。这减少了在紧围绕散热器的空气中不期望的热量积聚。此外，通过循环关断帕尔贴模块150，减少了电池202的消耗。

此外，如果热量被连续地从皮肤吸离，则个体会适应这种热量吸取。如果个体变得如此适应，他/她可能觉得为了感觉凉爽而有必要增加从他/她的皮肤吸离的热量。如果个体感觉需要增加热量吸取，他/她必须增加流经帕尔贴模块150的电流。这种行为的一个不期望的后果是它可能导致电池更快地放电。由于电池通常是同时用于为风扇供电的电池，因此这可能增加电池完全放电的可能性。如果电池如此放电，可能需要中断手术以提供新电池。必须中断手术可能增加进行手术所花费的总时间。

因此，当冷却带120被致动时被配置成循环地关断帕尔贴模块150的该系统的另一个益处在于，模块150不是持续处于它们从穿戴该系统的个体吸取大量热量的状态。这降低了个体在一段时间内适应热量吸取的程度。这导致感到如此适应的个体感觉为了获得它们的益处而有必要增加流向帕尔贴模块的电流的程度同样地降低。这降低了个体为了感到凉爽而想要将电流消耗设置为电池202完全放电的高水平的可能性。

本发明的系统30被进一步设计成使得在关断冷却带时，向帕尔贴模块150上施加防回流电流持续一段时间。这大程度地降低了当冷却带120关断时，存储在散热器170中的热量回流到吸热表面和吸取带的可能性。防止这种热量流动基本上消除了在关断冷却带时穿戴该系统的个体将立即发现他/她的头部被加热的可能性。

本发明的另一特征在于冷却带内部的挠曲带162执行两项功能。该带用作支撑延伸到帕尔贴模块和温度传感器的导体的膜片。挠曲带162还用作安装冷却带的外部结构部件的支撑框架。

以上涉及本发明的一个具体型式。本发明的其他型式可具有与已经描述的不同的特征。

例如，并非本发明的所有型式都可具有上述特征中的每一个特征。例如，并非本发明的所有型式都可包括下述中的每一个：冷却带；用于脉冲控制帕尔贴模块的控制系统；用于在关断帕尔贴模块之后使防回流电流流经模块的控制系统。

在本发明的一些型式中，可能不需要为头盔提供风扇。类似地，冷却带可以是由附接有面部屏蔽件的头带简单地构成的个人保护系统的一部分。

类似地，本发明的结构特征可能与已经描述的不同。在本发明的一些型式中，内部泡沫层可以仅是位于帕尔贴模块的散热表面前方的间隔开的泡沫区段。外部泡沫层可以是被设置在帕尔贴模块之间的间隔开的泡沫区段。在本发明的一些型式中，泡沫层或类似的偏置部件中的一个或两个可能不是必需的。

并不要求在本发明的所有型式中，一个或多个泡沫层用作朝向个体的抵靠着施加冷却带的皮肤顶推吸取带的偏置构件。例如，机械弹簧可取代泡沫层中的一个或两者。可以执行此功能的一种这样类型的机械弹簧是波形垫圈。替代性地，诸如硅橡胶的可压缩而又有弹性的橡胶可以用作偏置部件。如果可压缩的弹性材料也是高导热性的，则该材料可设置在帕尔贴模块150的吸热表面152上。在本发明的这些型式中，该弹性材料既用作冷却带的柔性吸取带，又用作将吸取带偏靠在穿戴个人防护系统的个体的皮肤上的部件。

并不要求在本发明的所有型式中，冷却带120被可释放地安装到个人防护系统的另一部件上，使得吸取带压靠在前额上。在本发明的一些型式中，冷却带120可被安装到系统的另一部件以压靠在头部的后部、颈部、头部的一侧或个体解剖结构的另一区段上。同样地，本发明的一些个人防护系统可被设计成使得多个冷却带可被附接到该系统的将服装保持在使用该系统的个体上的部件。因此，考虑到从其他部件(通常是头盔)移除冷却带的能力，本发明的这个特征允许为每个人进一步定制该系统。例如，对于在手术期间喜欢感觉非常凉爽的个体来说，可以将两条冷却带附接到头盔上。一个带被定位成压靠在前额上，另一个被定位成抵靠在头部的后部上。该系统对于只希望他/她的后部被冷却的个体来说将具有单独的配置。对于该个体来说，只附接单个定位在背部的冷却带。因此，该个体获得他/她期望的冷却益处，而不必穿戴该系统的被无用的冷却带加重的型式。

从上述还应清楚的是，在本发明的一些型式中，除了头盔以外的组件可以用作支撑服装的结构构件。一种这样的组件是围绕利用该系统的个体的肩膀穿戴的支具类单元。

在本发明的一些型式中，冷却带被安装到互补部件，使得散热器的翅片位于管道或喷嘴中或位于喷嘴开口的紧接下游，来自风扇模块的空气通过该喷嘴开口排出。本发明的这种型式的益处在于，空气在散热器的翅片上流动改善了热量远离散热器的对流传递，超过在翅片处于静态空气中发生的传递。

形成吸取带的部件的布置也可以与已经描述的不同。例如，在本发明的一些型式中，帕尔贴模块150可安装到挠曲带162，使得模块的吸热表面被设置成抵靠在该带的内表面上。在本发明的这些型式中，挠曲带由具有相对高的导热率的材料形成。一种这样的材料是铜。在本发明的这些型式中，挠曲带因此并不形成有窗口。在本发明的这些型式的一些实施例中，吸取带被固定在挠曲带的外表面上。应理解的是，在本发明的这些实施例中，吸取带具有大于挠曲带的导热率的导热率。在本发明的这种型式的替代性实施例中，分离的吸取带不附贴到挠曲带。在本发明的这些实施例中，除了执行其他功能之外，该挠曲带还用作冷却带的吸取带。

类似地，用于控制向帕尔贴模块供应电流的电路也可与已经描述的不同。在本发明的所有型式中，可能并不需要使用脉宽调制来调节帕尔贴模块将热量从皮肤传递走的速率。在本发明的一些型式中，这种调节可以通过使用可调节电流源来设置被供应的流经帕尔贴模块150的电流水平来完成的。在本发明的一些型式中，从施加冷却状态电流到防回流电流的切换是通过调节施加到帕尔贴模块的接通占空比和电流水平两者来完成的。在本发明的一些型式中，为了施加冷却状态电流和防回流电流中的一个或两个，在单个接通周期期间，通过向帕尔贴模块顺序地施加多个水平的电流来调节。

本发明不限于其中冷却带的吸取带仅仅是材料片或柔性层压结构的组件。在本发明的一些构造中，吸取带可由填充有相变材料的包装件构成。相变材料是在适当的高温(在这里大约25℃)下吸收热量并从固体转变为液体的材料。然后，在较低温度(在这里大约15℃或更低)下释放储存的热量并返回到固态。在包装件内，相变材料从毗邻外部环境处于高温的位置(个体的皮肤)循环至毗邻帕尔贴模块150的吸热表面的外部环境处于较低温度的位置。因此，相变材料将热量从帕尔贴模块150之间的皮肤区段传递到帕尔贴模块。

在本发明的一些型式中，流经帕尔贴模块的电流可以通过脉宽调制和通过调节电流的水平来控制。因此，在冷却带被致动的时间期间，第一高水平的电流被供应到模块150。脉宽调制用于调节该电流的供应，以便调节该模块将热量从皮肤吸离的速率。一旦冷却带120被停用，则低水平电流被连续地施加到模块。这种低水平电流是施加到模块120的防回流电流，以防止热能不期望地回流到模块的吸热表面152。

在本发明的多个型式中，散热器也用作可移除地将冷却带保持到支撑结构的部件，散热器可不总是卡入到支撑结构中的开口中。例如，散热器可以是柔性夹。散热器的夹部分配合在支撑结构的互补的梁连接区段上。

在本发明的一些型式中，用于接通/关断/设置冷却带120的可致动控制构件中的一些或全部以及调节供应到帕尔贴模块的电流的电路被构建在冷却带内。通常将这些部件中的一个或多个安装到挠曲带。本发明的这种构造的益处在于它避免了将这些部件添加到可能附接或不附接冷却带的每个个人防护系统的费用。

在本发明的一些型式中，温度传感器可安装至散热器170中的一个或多个。来自该温度传感器的信号被用于确定是否仍然需要提供防回流电流。更具体地说，如果该温度传感器指示散热器的温度处于或高于阈值温度，则处理器218将继续使防回流电流供应到帕尔贴模块150。

电流施加到帕尔贴模块的手段也可与已经描述的不同。因此，并不要求在本发明的所有型式中采用脉宽调制系统来调节帕尔贴模块的致动。在本发明的一些型式中，电流可以是通过调节致动信号的电压来调节的始终接通的电流。

在本发明的一些型式中，安装有冷却带的头盔或其他物品的结构构件可以由导热材料制成。汇入散热器的热量被吸入这些部件中。应回顾的是，这些部件与穿戴个人防护单元的人员间隔开。因此，这些部件并不用作将热量简单地返回到从中提取出热量的人员的导热体。这些部件用作具有增加表面区域的散热器，在该表面区域上从穿戴本发明的个人防护系统的人员吸离的热量被散布到环境中。

因此，所附权利要求的目的是覆盖在本发明的真正精神和范围内的所有这些修改和变体。

Claims (16)

1.一种个人防护系统，所述系统包括：

适于穿戴在个体的头部周围的头带；和

安装至所述头带的组件，所述组件用于将面部屏蔽件保持在所述个体的面部的前方；

被安装至所述头带的冷却带，所述冷却带包括：

至少一个具有吸热表面和散热表面的热电冷却模块；

由导热材料形成的柔性吸取带，所述柔性吸取带被附接到所述至少一个热电冷却模块的所述吸热表面并且从所述吸热表面向外延伸；

其中所述冷却带被安装至所述头带，使得所述柔性吸取带具有朝向所述个体的头部指向的暴露表面；以及

偏置组件，所述偏置组件被设置用于将所述柔性吸取带的所述暴露表面推靠在所述个体的头部上；

其中，所述偏置组件包括至少一个泡沫元件，所述至少一个泡沫元件推压所述柔性吸取带抵靠所述个体的头部。

2.根据权利要求1所述的个人保护系统，其中：

所述冷却带包括彼此间隔开的多个所述热电冷却模块；

所述柔性吸取带在所述热电冷却模块的所述吸热表面之间延伸；和

所述偏置组件被定位成将所述柔性吸取带的位于所述热电冷却模块之间的区段推靠在所述个体的头部上。

3.根据权利要求1或2所述的个人防护系统，其中，所述偏置组件包括：第一偏置部件，所述第一偏置部件推压所述至少一个热电冷却模块和所述柔性吸取带远离所述头带并朝向所述个体的头部；以及第二偏置部件，所述第二偏置部件推压所述柔性吸取带远离所述至少一个热电冷却模块。

4.根据权利要求1所述的个人防护系统，其中，所述冷却带包括散热器，所述散热器从所述至少一个热电冷却模块的所述散热表面向外延伸。

5.根据权利要求4所述的个人防护系统，其中，所述散热器包括用于在没有辅助紧固件的情况下将所述散热器可释放地固定到所述头带的特征。

6.根据权利要求1或2所述的个人防护系统，其中，所述头带和所述冷却带形成有互补特征，所述互补特征用于在没有辅助紧固件的情况下将所述冷却带可释放地固定到所述头带。

7.根据权利要求1所述的个人防护系统，其中，所述头带是头盔的一部分，并且被安装到所述头带以用于保持所述面部屏蔽件的所述组件被配置成用于将服装保持在所述头盔上。

8.根据权利要求7所述的个人防护系统，其中，风扇被安装到所述头盔以通过所述服装抽取空气。

9.根据权利要求1所述的个人防护系统，其中，所述头带具有导热率，并且所述柔性吸取带具有导热率，其中所述柔性吸取带的导热率大于所述头带的导热率。

10.根据权利要求1所述的个人防护系统，其中，所述柔性吸取带具有至少100W/mK的导热率。

11.根据权利要求1所述的个人防护系统，其中，所述柔性吸取带具有至少400W/mK的导热率。

12.根据权利要求1或2所述的个人防护系统，其中，所述冷却带的所述柔性吸取带和所述偏置组件由分离的部件形成。

13.一种个人防护系统，所述系统包括：

适于穿戴在个体的头部周围的头带；和

被安装至所述头带的组件，所述组件用于将面部屏蔽件保持在所述个体的面部的前方；

被安装至所述头带的冷却带，所述冷却带包括：

具有吸热表面和散热表面的至少一个热电冷却模块；

从所述至少一个热电冷却模块的所述散热表面向外延伸的散热器；以及

偏置组件，所述偏置组件包括至少一个泡沫元件，所述至少一个泡沫元件推压所述至少一个热电冷却模块朝向所述个体的头部；

其中，所述头带和所述散热器被形成有互补特征，所述互补特征用于在没有辅助紧固件的情况下将所述冷却带保持到所述头带。

14.根据权利要求13所述的个人保护系统，其中，所述头带和所述散热器的用于将所述冷却带保持到所述头带的互补特征包括：

形成在所述头带中的槽；和

与所述散热器成一体的结构特征，所述结构特征能够插入形成在所述头带中的所述槽中以便将所述散热器保持到所述头带。

15.如权利要求13或14所述的个人防护系统，其中，所述头带是头盔的一部分，并且被安装到所述头带以用于保持所述面部屏蔽件的所述组件被配置成用于将服装保持在所述头盔上。

16.根据权利要求15所述的个人防护系统，其中，风扇被安装至所述头盔以用于通过所述服装抽取空气。

Images