CN110225733B - 换热模块、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种换热模块，具有传热流体通道和与所述通道中的流体呈传热关系的传热板。热电冷却器(TEC)的参照侧与所述板热接触。传热瓦与所述TEC的用户侧热接触。所述模块配置为可操作性地安置使得所述瓦与患者的皮肤呈传热关系。

Description

换热模块、系统和方法

【相关申请的交叉引用】

本申请要求于2016年9月28日递交的共同未决临时申请第62/400,986号的递交日期权益，其全部内容以引用的方式并入本文。

【受版权保护的材料公告】

根据美国和其他国家的版权法，本专利文献中的部分材料受版权保护。版权所有人不反对任何人对本专利文献或专利公开内容进行复制，按照其在美国专利和商标局的公开可用的文档或记录中的形式，但版权所有人保留所有其他权利。版权所有人因此不放弃任何其权利以使本专利文献保密，包括但不限于其依照37C.F.R.§1.14的权利。

【技术领域】

本公开的技术的一方面一般性地涉及包含热电冷却器(TEC)并且可用于加热或冷却的柔性换热模块(HEM)。

【背景技术】

患者的低温治疗用在各种应用中，包括但不限于治疗脑损伤、脊髓损伤、肌肉损伤、关节损伤、在化疗期间避免诸如掉发等副作用，并且被用作心搏停止和新生儿缺氧缺血性脑病的神经保护剂。这种治疗通常通过使用提供不完全的且短暂的冷却的冰袋和/或化学冷却袋实现，或者通过使冷冻流体循环来提供冷却的垫子或帽子来实现。

【发明内容】

本文公开一种换热模块，该换热模块具有传热流体通道和与通道中的流体呈传热关系的传热板。热电冷却器(TEC)的参照侧与板热接触。传热瓦与TEC的用户侧热接触。模块配置为可操作性地安置使得瓦与患者的皮肤呈传热关系。安装在瓦上的热敏电阻测量瓦所抵靠着的身体部分的温度，并且将温度信号发送到控制器，该控制器控制TEC的操作。

在说明书的以下部分中将说明本文描述的技术的其它方面，其中，详细描述公开技术的优选实施例，但不对本技术构成限制。

【附图说明】

图1是本公开的系统的透视图，该系统被示出为处于操作中通过冷却/加热在大腿和腋窝处的接触区域来控制患者的核心温度。

图2是系统的示意图，概括了在控制单元、HEM和脐带(umbilical)中的部件之间的操作连接。

图3是示出在左大腿上戴着HEM的患者上的皮肤热敏电阻测得的温度变化的时间过程的图。时间0指示冷却过程开始，目标温度是6摄氏度。在6摄氏度下进行37分钟的温度控制之后，将目标温度改成40摄氏度，保持在该值20分钟。

图4是示出能使用户通过连接接口命令和/或与控制单元交互的多重装置的示意图。

图5是脐带连接器和HEM架构的示意图。

图6是本公开的拆卸下来的流体通道组件的俯视透视图。

图7是图6的拆卸下来的流体通道组件的分解透视图，示出与下瓦组件部分分开的上流体通道组件部分。

图8是图7的上流体通道组件的分解透视图，并且示出与U形流体通道分开的四个板。

图9是本公开的线性通道全组件的俯视透视图。

图10是诸如可用在图9的组件中的单个线性通道模块的俯视透视图。

图11是图10的线性通道模块的仰视透视图。

图12是图10的线性通道模块的流体通道子组件的仰视透视图。

图13是图12的流体通道组件的俯视分解透视图。

图14是本公开的U通道流体通道组件的俯视透视图，其与图12的流体通道子组件相似，但不同之处在于用U形流体通道替代了连接管。

图15是图14的组件的俯视分解透视图。

图16是本公开的盲紧固件通道组件的分解透视图。

图17是图16的组装好的组件的一部分的横截面图。

图18是本公开的流体块全组件的俯视透视图。

图19是图18的组件的分解透视图。

图20是图18的组件的一部分的横截面图。

图21是图20的流体块的透视图。

图22是图21的流体块的分解透视图。

图23是本公开的流体通道组件的俯视平面图，为了进行例示，具有透明的顶片，箭头指示传热流体从其流过。

图24是截取自图23的线24-24的放大横截面图。

图25是截取自图23的线25-25的放大横截面图。

图26是流体通道组件的横截面图，对板进行单面嵌入。

图27是与图26相似的视图，但具有双面嵌入。

图28是与图27相似的视图，其中，对板开槽。

图29是图28的开槽板的仰视平面图，其被放大且孤立示出。

图30是与图27相似的视图，具有带密封的双面嵌入，其中，板不与流体通道中流动的流体直接接触。

图31是与图26相似的视图，但在板上具有凸起特征。

图32a至32e分别是笔直配置、蝴蝶结形配置、双笔直配置、双切口v1配置以及双切口v2支柱(standoff)配置，并且是图23中例示的支柱的替代选择。

图33是示出使用诸如可用在图40的组件中的盲紧固件附接的瓦附接的横截面图。

图34a是与图33相似的横截面图，但示出挤压柱(Crush post)附接，而非盲紧固件附接，并且图34a示出了未挤压状况下的柱。

图34b是与图34a相似的视图，但示出经挤压的附接状况的柱。

图35是示出将瓦热压嵌入诸如可在图40的组件中找到的柔性框架的放大横截面图。

图36是与图35相似的视图，但示出了用于热敏电阻的粘合附接和用于柔性框架的粘合护圈。

图37是示出位于瓦的用户侧上以便使用户感到舒适的导热层的横截面图。

图38是本公开的HEM组件的一部分的横截面图，并且该HEM组件具有分段式瓦和粘合到柔性片的导热平台粘合剂。

图39是具有柔性导热材料而非瓦的HEM组件的一部分的横截面图。

图40是针对TEC使用粘合剂附接并且在两层柔性片之间嵌入有板的HEM组件的一部分的横截面图。

图41是具有水平卡合附接的HEM组件的一部分的横截面图。

图42是图41的组件的俯视透视图。

图43是图42的组件的分解透视图。

图44是具有垂直卡合附接的HEM组件的一部分的横截面图。

图45是图44的组件的俯视透视图。

图46是图45的组件的分解透视图。

图47是具有非导热螺钉附接的HEM组件的一部分的横截面图。

图48是具有绝缘螺钉附接的HEM组件的一部分的横截面图。

图49是图48的组件的俯视透视图。

图50是图48的组件的分解透视图。

图51是具有螺钉附接(诸如，如图47所示)的本公开的HEM组件的仰视透视图。

图52是图51的HEM组件的分解透视图。

图53是图51和图52的HEM组件的流体通道组件的仰视透视图。

图54是图53的流体通道组件的分解透视图。

图55是图52的柔性框架和瓦组件的俯视透视图。

图56是图55的框架和瓦组件的分解透视图。

图57是用于组装本公开的HEM组件的流程图。

图58是用于组装包括来自图57的HEM的HEM组件的流程图。

图58是生产本公开的纺织品(soft good)的方法的示意图。

图59是本公开的HEM瓦的多种形状的示意图。

图60是使用非导热螺钉组装方法的曲瓦的横截面。

图61是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到用于背的纺织品中。

图62是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到用于膝盖的纺织品中。

图63是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到用于肩膀的纺织品中。

图64是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到用于踝关节的纺织品中。

图65是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到效用垫(utility pad)纺织品中。

图66是本公开的气囊的示意图，该气囊被插入到本公开的纺织品中。

图67是本公开的HEM组件的分解透视图，气囊被包含在HEM内。

图68例示了本公开的HEM的多个示意图，该HEM被插入和利用在本公开的纺织品连体衣中。

图68a例示包括热控套装的纺织品。

图68b例示集成有CPU控制台的纺织品。

图68c例示被用作头盔或头戴物品的纺织品。

图68d例示用在家具中的纺织品。

图68e例示用在汽车座椅中的纺织品。

图68f例示用在提供数据反馈的汽车中的实施例。

图68g例示用在医疗产品中的纺织品(医院床上用品/手术床上用品、颈托和担架)。

图68h示出在身体上对温度进行区别控制的实施例。

图68i示出用于游戏/虚拟现实(VR)系统的实施例。

图69是用本公开的一系列HEM装箱的液体容器/器皿的示意图。

图70示出包含在纺织品中以优化移动性的控制单元的实施例。

【具体实施方式】

综述

本公开包括一种紧凑且便携的装置系统，该装置系统一般性地在图1中示出并且包括一般性地示为100的控制单元控制台、操作地将它们连接起来的脐带102，以及设置在柔性HEM 104中、具体设计为通过与波状外形的对象直接接触来传热的热电冷却器(TEC)阵列。本领域的普通技术人员要理解，并且能够根据需要的用途设计和构造任何大小、形状和一致性的本公开的TEC。在主要的实施例中，HEM是被优化以通过皮肤进行传热从而诱发治疗性低温和高温的人体工学单元。图2中例示的系统的功能架构设想到了控制单元100，该控制单元100通过将控制单元与HEM连接起来的脐带102为HEM 104的操作提供必要的支持。控制单元100可以是便携式控制台，这种便携式控制台易于用手运输或集成到纺织品中，视情形而定，这提供了系统移动性这个额外的优点。

控制单元和脐带控制单元的构造和操作

控制单元100可包括封罩、电源、电池和电子部件(其可包括实时(RT)控制板、图形单元界面(GUI)和连接性接口)以及流体循环和散热部件(包括流体泵、流体储器、散热器、风机、流量传感器、压力传感器、流体压力传感器和空气阀)。

封罩

封罩可由浇注的聚氨酯、注塑成型的塑料或任何相当的方法制成。封罩可由单片制成或者可通过接合多个面板制成，多个面板卡合在一起、螺接在一起或通过其它机械或粘合方法，包括这些方法的组合连接。封罩的主要目的是容置控制单元100的内部部件，并且支持通过脐带连接器将该单元与HEM接口所需的输入和输出端口和连接器。封罩还维持其刚性并且具有充足的通风开口以支持风机吹或吸空气以便从散热器进行散热的操作。封罩还可被构造为在电气部件附近发生流体泄漏的情况下保持安全性。

电源

当连接至市电(main)AC电106时，电源提供用于控制单元和HEM的内部操作的DC电以及用于对电池108充电的电。电源连接至在医疗和商业机构、救护车、全球性国内服务等中可获得的市电AC电(240V/110V)。DC电压的范围为6V至36V，并且最大电流容量通常为20A，但可依据需求拓展到40A。在当前实施例中，电源110规格如下：120/(240)VAC输入；24VDC/25A输出；600W。虽然要求较低的HEM可能需要不那么强的电源，但更强的系统可能会需要能够输送高达1.5kW DC电力的多个电源。对于本领域的普通技术人员而言明显的是，本文公开的某些实施例会要求实施例具有变化的电力等级。

电池

控制单元100可被设计为使得如果并且当将其与市电AC电106断开连接，单独依靠电池电来操作时，其功能性被维持较长时间(超过45分钟)。通过包括一组内部电池108，使其变得可能。在当前实施例中，存在2x 24V锂离子电池。在该实施例中，当将控制单元100连接至市电AC电106时，对电池108进行持续不断地充电。在其它实施例中，设想其它类型和级别的内部电池以在将该单元连接至AC市电时对其进行充电。可替代地，可以将外部电池(电池组)和/或外部电源用作对内部电池的补充或替代选择，以便操作控制单元100或者用于补足内部电池的电荷。

在这些实施例中，这些单元可包括独立于市电插座的DC插座112，该DC插座112容纳电池组并且将电池组固定就位和/或允许DC电进入。当将该单元插入市电时，外部电池在被连接至该单元时也可通过该插座充电。

电子部件

·实时(RT)控制板

实时(RT)控制板是被设计为使用温度作为反馈信号将合适的电力输送至HEM 104的印刷电路板。RT控制板114包含实时控制HEM的冷却和加热操作所需的所有电子部件。RT控制板114具有用于定时目的的内部时钟，并且可以具有可编程的中央处理单元(CPU)，通常是高性能高级RISC机器(ARM)64位处理器；然而，如在将来的实施例中需要，设想更高级的处理器。CPU在定制设计的嵌入式程序下操作，该嵌入式程序可用C或汇编语言或其它等同编码语言编写。嵌入式软件监督负责HEM进行的冷却和加热的所有传感器和效应器的逻辑运算、恰当的流体循环、对风机速度的恰当控制。重要的是，嵌入式软件包含多段代码以确定系统是否在安全运行或是否由于可能对用户有害的情况而必须立即停止系统。

RT控制板114通过其嵌入代码调节的主要变量是与HEM接触的表面的温度。其通过复合算法来实现这一点，这些复合算法实时地分析来自HEM 104中的一个或多个热敏电阻的反馈信息并且(在几分之一秒内)确定改变或维持这些温度所必要的电力。

在一个实施例中，算法引起对来自24个热敏电阻的反馈温度进行平均，使用比例积分微分(PID)机制进行双向电流控制，并且通过使用最大为24V/20A的全桥PWM门驱动器用脉冲宽度调制(PWM)方法控制的电力来驱动HEM 104的TEC阵列116。可用级联LC滤波器对PWM输出进行低通滤波，使得送往HEM 104的电力具有DC电压值，该DC电压值取决于PWM的停留时间。进一步地，通过使用从其1-线编码器(见下文)接收的识别信息，为各个HEM具体地确定最小停留时间，该最小停留时间限定出馈送给HEM的最大平均电压输出。这使得可以为各个HEM 104中的单独TEC设置最佳操作条件。在另一实施例中，供应至由串联连接的12个TEC的阵列组成的HEM 104(12-TEC HEM)的平均电压为24V；通过使用单独的TEC参数，针对本实施例可确定的是它们的最小性能系数(COP)在30摄氏度的温差delta-T(热侧温度减去冷侧温度)下接近1.0。

如图3所示，本实施例允许通过HEM在不到4分钟内将皮肤从通常在25到34摄氏度(如118所示)范围内的平均温度迅速冷却到低于10摄氏度(如120所示)，同时维持6摄氏度的稳定温度值(下方的虚线)数十分钟(如122所示)。在这种情况下，选择6摄氏度的低温作为针对长期患者的用途的安全值；不言自明的是，若需要，低于冰点的温度也是可能的。此外，可迅速地将冷却相逆转为加热相以产生对照疗法。如图3中的124所示，在6摄氏度冷治疗之后将患者的皮肤加热到40摄氏度只需要不到2分钟，并且也可稳定地维持温暖的温度数十分钟，如126所示。相似地，若需要，高于48摄氏度的高温也是可能的。在其它实施例中，用户可容易地编程多个加热/冷却循环，每个循环持续所选的时段。

设想其它控制算法，在这些控制算法中，温度反馈来自多个热敏电阻(1个到任何数目不等)并且可向各个热敏电阻施加加权因子。另外，RT控制板114可设计有具有各种电力限制的多个电力输出，各个电力输出由PID或替代算法控制并且由PWM或替代方法驱动。这些输出可流入多个HEM或一个HEM内的多个TEC集群。这些稍后的实施例使得HEM可在各个接触区处保持被独立控制的温度(区域性温度控制)。区域性温度控制的实施例包括在冷却其它区域的同时加热某些表面接触区域的可能性，从而在患者皮肤处产生温度梯度，这些温度梯度可保持数个小时。表面温度梯度确保深组织梯度的产生，深组织梯度可有利于多种健康状况并且可有利于多种目的，包括但不限于手术。

·图形单元界面(GUI)

GUI 128通常用作通过触摸屏从用户向RT控制板114和从RT控制板114向用户传送信息的界面。触摸屏显示最相关的系统参数(温度、压力、流速、电池电荷等)并且允许用户输入参数，诸如需要的温度、温度控制范例、连接性信息等。在一个实施例中，GUI 128可具有自己的具有便携式操作系统界面(POSIX)的CPU(ARM i.MX6)，该CPU使用高级实用程序编程语言(标准C、C++、Python等)来编程并且物理地连接至触摸屏。然而，也可设想使用包括均通过有线或无线连接而连接、使用私有的或商用的应用程序(app)和各种连接性语言的不同CPU、嵌入式操作系统平台、远程触摸屏(诸如智能电话和其它智能远程平台)、膝上型或控制台计算机的替代选择。因此，GUI 128可内部地连接至RT控制板114并且安装为使得触摸屏容易被用户使用，或者GUI 128可被分成内部连接至RT控制板114的控制台驻留式界面，但在外部则通过使用有线的或无线的连接协议通过连接性接口130连接至触摸屏装置或计算机(膝上型计算机或控制台)。

·连接性接口

如图4所示，控制单元100具有内置接口，该内置接口通过使用外部装置通过有线协议134，包括但不限于USB和RS232，或无线协议136，包括但不限于Wi-fi和蓝牙，允许其在用户132之间的连接性。连接性接口130允许控制单元100检测有线或无线信息并且，在遵循识别协议之后，通知RT控制板114链路的建立。用户然后能操作控制单元100，作为受远程程序控制的从装置，并且通过使用有线或无线协议传送数据。在一个实施例中，控制单元100包括连接性接口130，该连接性接口130在有线或无线远程控制下操作时使用内置触摸屏138来显示系统参数。在不具有触摸屏的实施例中，通过电线或者无线地将系统状态的更新显示发送到远程应用140。

流体循环和散热部件

控制单元100中用于流体循环和散热的各种部件确定按照足够使由HEM 104的TEC阵列116生成或消耗的热量充分交换以及通过散热器将该热量与环境充分交换的流速将流体分布至HEM 104。在典型的实施例中，循环流体可以是水、蒸馏水、具有抗菌剂以防止可能会影响系统操作的细菌长期生长的蒸馏水。在其它实施例中，可以将另外的添加剂包括进流体中，诸如(除了别的之外)用于降低水的表面张力的剂、用于保护内部部件的寿命的剂、用于缓冲pH变化的剂以及用于使长期化学变化可视化的着色剂。在另外的其它实施例中，系统可利用导热性相较于水的导热性得到改进的合成流体。

·流体泵

流体泵142可在6V到24V范围内的电压下操作，并且能够使在HEM处的流体按照最小速率0.5升/分钟(L/min)且高达20L/min循环(通过脐带连接102)。在当前实施例中，最大静压头压力为24英尺水(10.4psi)且最大流速为16L/min的12V离心泵在闭合电路配置下操作，该闭合电路配置包括流体储器、散热器、在控制台内部的连接管路、脐带连接管路以及HEM流体通道144。在本实施例中，使用3/8"内径的柔性塑料管路来连接使用倒钩(barb)配件或压紧配件的控制台内部的单独的流体电路部件。控制单元100中的流体循环系统的进口和出口可以是面板，该面板通过在封罩中产生切口来安装，使得其可部分地从孔插过并且机械地固定，无论是通过螺钉还是卡合特征。通过使用倒钩式连接器和柔性管路，将通往流体泵142的进口连接至脐带流体循环回流线(进口)，并且将其流出端口连接至流体储器146。可选择更强(或更弱)的泵(8至30L/min；5至50英尺流体)和内径范围在1/4"到3/4"内的各种类型的柔性塑料管路(PVC、聚氨酯、Tygon等)来满足在控制台中进行流体循环的需求。流体循环系统的闭合电路配置是可取的特征，这是由于其对控制单元100(泵液位)与HEM之间的液位差所产生的流体静压力变化提供了免疫性；此外，其允许将最大总体系统压力调节到低于泵的最大头压力的值(见下文)。虽然并非最佳，但如果HEM和连接管路被设计成容忍与所选泵的最大静压力一样高的压力，则可实现开环系统。

·流体储器

流体储器146可以是中空塑料罐，该中空塑料罐的内部容积在200ml与10L之间，取决于连接至各个控制台类型的最大HEM的流体体积。流体储器可具有进口和出口螺纹式连接器，倒钩式连接器，或用于流体管路的压紧配件，以及用于一个或多个液位传感器148、温度探头等的额外的连接器。在典型的实施例中，流体储器146是1.1L的罐，其具有内置倒钩式连接器，使流体能从流体泵142(进口)进入并能离开(出口)到散热器150。流体液位传感器148电气连接至RT控制板114以通知CPU，储器中的充足流体量能支持泵操作。

·散热器

散热器150是系统的重要部件，其负责有效的换热以便允许TEC的稳态操作，其方式是：当HEM中的TEC处于冷却模式下时释放热量，或者当TEC在加热模式下操作时捕获热量。散热器150与环境换热的用电效率主要取决于制造商的设计特征，但在制造界限内，取决于经过散热器的流体循环速率，附接至散热器的风机152的数量，以及取决于各个风机所驱动的空气气流的流速。

在一个实施例中，通过与流体储器(进口)以及与流体压力传感器154(出口)的塑料管路连接，来加速经过散热器的流体循环。系统的热性能为：当流体流速为2L/min并且风机空气气流为58cfm时，在流体温度与环境温度之间的温差低于10摄氏度的情况下，具有2个120mm的风机支架，并且两个风机按照推动配置附接的散热器150可交换接近380W的热量。在其它实施例中，可通过提高流体流动速率、每个散热器的风机数量以及风机的cfm，来将该换热量增加到超过1.5kW。在可能变得有必要将换热要求提高到超过这些限制的实施例中，可结合多个风机使用接受更大风机的散热器。

可替代地，可通过二次脐带将外部换热器连接至控制台。这种外部换热器可由辅助散热器和支持风机组成，具有或不具有辅助流体泵，或者基于标准的压缩机/冷凝器技术，其可以是流体制冷单元。

·风机

风机可安装至散热器，并且散热器/风机组件的位置可使风机能直接触及外部空气。在当前实施例中，使用推动配置下的两个120mm的风机152，当在2150rpm下操作时，各个风机都能够输送58cfm。其它实施例可包括略微没那么高效的单风机配置，将外部的空气拉过散热器的两个风机，与240散热器呈推拉式配置的四个风机，以及考虑到各种大小规模的散热器的使用的多种组合。

·流量传感器

流量传感器156是频率(经过校准)准确地报告系统中的流速(单位：L/min)的转速计。该测量被电子地实时报告给CPU中的嵌入式软件。在当前实施例中，流速值用于指示HEM的潜在异常使用，或者指示应该提示向HEM的电力输送的即时中断的故障的严重情况。流量传感器156的流体输出利用塑料管路连接至来自控制台的脐带连接器出口。

·流体压力传感器

通过电子流体压力传感器154来测量控制单元100中的流体压力，电子流体压力传感器154又将该信息传送至RT控制板114。流体压力传感器数据用于两个目的：a)通知CPU系统操作在正常范围内(在闭环系统中大于0且小于泵最大头压力，或者在开环系统中的其它限定的界线)，以及b)生成最佳流体压力值，该最佳流体压力值确保在整个系统中的适当的流动循环。考虑到HEM的流体通道的柔性性质：当高流体压力变得太高时，能不合理地膨胀，或者如果压力太低，则会塌陷，这后一种情况很重要。在当前的闭环实施例中，通过反馈算法来获得这种最佳情况，该反馈算法使用压力传感器信息来暂时地打开进气阀158。

·进气阀

在一个实施例中，在建立稳态流体循环之前，被编码在CPU处的嵌入式软件(实时地)读取流体压力传感器154的值，并且周期性地打开进气阀158直到流体压力达到最佳水平(在流体从散热器离开之后测得的6-9psi)；之后，在系统的整个操作期间，阀保持关闭(闭环配置)。可替代地，在开环配置实施例中，进气阀158始终保持打开。

B)脐带

脐带102提供在控制单元100与HEM 104之间的链接，并且确保对安全且可靠的HEM功能的必要支持。脐带的长度通常在2到12英尺范围内，但若必要，其可以更长或更短。脐带102包括以下支持子部件。

流体循环160：成对的管子的延伸部分，内径在1/8"到3/4"范围内并且由柔性材料制成，从控制单元100上的快速断开配件一直延伸到HEM 104。恰当的连接器，若必要具有倒钩，附接至这些管子的端部使得它们可插入通往HEM的快速断开配件中。

电力162：电线组件，其由两个电缆组成(RT控制板的正负大电流输出绝缘)这两个电缆都能携带20-40A的电流至HEM(12到16号柔性绝缘铜线)并且都分布到TEC阵列116。被夹到或焊接到重型电连接器的这些电线是单个快速连接单元的部分，该快速连接单元在一侧上连接到控制单元100中并且在另一侧上连接到HEM 104中。

温度反馈164：每个HEM包括五根电线(+5V，接地，且异步数据传输信号)，这五根电线使得可以将来自多个热敏电阻(热敏电阻阵列166)的温度读数首先转换成平行的电信号(ADC接口168)并且然后进入来自HEM104的串行传输线。

HEM编码信息170：使用一个或多个线路来串行地发送被编码在1-线编码器172电子电路中的各个HEM中的信息。

压力舒适性调节174：在一个实施例中，使用两根电线来向空气压力泵提供电源(12V并且接地)，该空气压力泵被包括在脐带102的远端连接器(HEM侧)中并且被设计为供用户利用连接器壳体中内置的按钮开关来对气囊176进行加压和放气。同样，电线对于将空气压力传感器178的读数(实时地)从气囊176带到控制单元100以由GUI 128显示来说也是必要的。在另一实施例中，可以将空气泵包括在控制单元100中作为部件。在这种情况下，有必要包括进空气压力柔性管和传感器读取电线，作为脐带102的部分。空气压力既有助于用户舒适性，还能提供在HEM 104与用户132之间的改进的热接触。

将脐带102中包括的电缆和电线恰当地连接以便连接到插头的端子，该端子的一端进入控制单元100中并且另一端进入HEM 104中。然后可以将纺织套管或其它护套包裹在整个电缆和管子组件周围。

换热模块(HEM)的总构造和操作

单独的TEC 180(排列成阵列116)充当本发明的直接接触式热泵元件；TEC的外表面与流体通道接触。下面的细节是本公开的HEM的部件和制备过程。

HEM系统架构

参照图5，HEM 104处于TEC阵列(180、116)周围，TEC在皮肤层面向用户132发送热量或冷气。TEC通过电线串行连接并且在大区域内提供统一的温度控制。可替代地，TEC可通过电线单独地或者成群地连接以对特定区域提供分区的温度控制。各个TEC与热敏电阻182成对，热敏电阻182是一种通过测量导热表面的温度来提供反馈的温度传感器，该导热表面(称为瓦184)向用户发送温度。

通过附接至柔性框架186，将瓦限制成对于HEM所既定的解剖结构恰当的几何图案。该柔性框架可由任何柔性材料制成，包括但不限于热塑性聚氨酯片(TPU)。框架保持瓦并且在用户与TEC之间提供连续的表面阻挡。

称为流体通道144的水密囊状物连接至TEC阵列并且提供一种从系统抽走热量的方法。按照与瓦的几何形状成镜像的图案，将导热板188嵌入TPU囊状物中。将各个TEC 180安装至将来自TEC的热量190传递到流体的循环体中的板。流体将热量从TEC带走并且通过在外部连接的控制台中的散热器释放掉热量。

可将TEC、瓦和流体通道的子组件封装以用在纺织品192内部，该纺织品192提供在用户与瓦之间的生物相容性材料舒适层，钩环带，和/或用于将装置粘附至用户的身体所必要的元件，以及用于调节压力和适配度的气囊176。

用户经由从纺织品伸出的HEM连接器194将HEM 104连接至控制单元100。连接器外壳包含HEM板196、提供电源管理的PCB、在热敏电阻阵列166与外部控制台之间的接口，以及向控制单元100提供系统识别信息的1-线编码器172。流体和空气线路穿过HEM连接器进入脐带，脐带将它们带到控制单元100。

脐带连接器198可包含空气泵200，具有控制电路和压力传感器178的空气泵控制PCB板202，以及控制气囊内的压力的空气释放阀204。用户通过连接器表面中的空气压力控件206控制压力。用户可随着时间增加、降低或使压力波动。空气泵和空气压力控件也可位于控制单元100中。空气压力用于既实现用户的舒适性，又可用于最大化在HEM 104与用户之间的传热。

对于本领域的普通技术人员很明显的是，可对本公开的HEM进行修改以符合多种目的。例如，在一个实施例中，气囊176可直接存在于纺织品内。然而，要理解，会保持本公开的HEM的功能等效性。对于TEC 180或总体HEM 104的大小不加限制，并且可将HEM 104制作为容易地适应多种形状和大小以供多种用途。

HEM实施例的详细讨论

图6至图8示出本公开的拆卸下来的通道组件实施例。从图中可以看出(四个)护套板208分别围住U形流体通道144的不同部分。这使流体通道144与板188之间的接触表面区域更大，传热更好。流体通道未附接至板，而是，流体通道中的流体压力迫使流体通道向外抵住护套板208以便接触。

图7示出与下瓦组件部分212分开的上通道组件部分210。上通道部分包括流体通道144和护套板208。下瓦组件部分包括通过柔性框架186保持在一起的瓦184。各个TEC 180安装至瓦184。板通过螺钉214附接至瓦，这些螺钉214穿过板中的开口并且进入瓦上的螺纹式插件216中。

上流体通道部分包括如图8所示的通道和板。流体通道144包括更薄材料的补片218，当组装时，板188被安置在补片218上。这些薄补片允许在板与通道中循环的流体之间更好传热。

图9是本公开的线性通道全组件实施例的视图。其是配置为形成更大单元的多个线性通道的组件。各个线性通道220是独立的并且具有自己的电源连接器222和热敏电阻连接器224。管配件226连接至各个线性流体通道，并且弯管228将各个线性通道连接至下一个线性通道以形成单个连续的流体路径。

图10是诸如可用在上述多线性通道组件中的单个线性模块的俯视透视图。图11中示出包括其三个线性隔开的瓦184的该模块的底侧。这些模块的长度可在一个瓦长度到不限数量的瓦长度范围内。

图12中示出线性通道模块的流体通道组件的仰视透视图，并且图13是其分解图。图12示出了用柔性骨架230包覆成型的板188。该骨架允许一个方向上的柔性但却限制另一方向上的柔性。可利用连接管228将流体通道连接至相邻的流体通道。

图13中示出柔性骨架特征232的更多细节。其被配置为限制在某些方向上的弯曲，但却允许在其它方向上弯曲。这有助于防止对该单元的不必要的磨损和不恰当的使用。可以将柔性骨架包覆成型到板188和第一流体通道层234上。可将第二流体通道层236和管配件226连接至第一流体通道层234以完成线性流体通道组件。

图14是本公开的U通道流体通道组件的俯视透视图，其与图12的相似，不同之处在于连接管用U形流体通道弯头238替代。并且，图15是其俯视分解透视图。这些流体通道弯头可连接至线性流体通道220。

现在参照图15，经由配件240连接U形弯头，该配件240连接至线性流体通道和U形弯头二者，从而产生水密流体通道。各个U形弯头均具有两个配件，每个端部有一个配件用于连接至各个线性通道。在最外的线性通道上的端部配件242具有倒钩式特征以连接至进口/出口管。

图16和图17示出盲紧固件通道组件实施例，其采用一种新颖的方式来将板188附接至第一流体通道层234。针对本实施例，板具有两个部分：上盲紧固件板244和下盲紧固件板246。上下板通过盲紧固件被保持在一起，从而产生水密密封。这种布置有利于利用最小的空间将板与流体直接接触。

图17以横截面的形式示出被盲紧固件248捕获在上盲板244与下盲紧固件板(246)之间的第一流体通道层234。

本公开的流体块全组件实施例在图18中被示为是组装好的，并且在图19中以分解图的形式。该组件主要包括三个部件，即蜿蜒的流体通路250、瓦184和柔性框架组件186，以及TEC阵列116。蜿蜒的流体通路包括用于各个TEC的流体块252，并且流体块252通过管子228串联连接至下一个流体块。各个流体块具有用于连接至管子的管配件226。

各个TEC 180安装至瓦184。流体块252紧固至其各自的TEC以机械地产生热接触区域以便使来自TEC的热量消散到流体块中。从而，TEC可与流体通路中循环的流体直接接触。可替代地，可在流体与TEC之间使用一薄层高导热材料。

图20中以横截面的方式例示本公开的HEM组件的一部分。参照图20，提供一种具有(底)用户侧和(顶)流体侧的TEC 180。该图中例示的瓦是分段片254，该分段片254向外延伸以形成用于该组件中的其它TEC的瓦。(本公开中的绝大多数其它实施例都具有单独的且分开的瓦，不同的TEC有一个瓦。然而，针对所有实施例，可使用单个片。)同样，该片被例示为在TEC之间具有铰链特征256以向该片从而向HEM组件提供柔性，使得HEM组件在人体工学上更好地适配用户的身体部分。铰链特征线可以是网格的图案，以在X和Y两个方向上都提供柔性。铰链特征线使片成为分段片。

用户132的温度通过安装在导热瓦上的热敏电阻182来测量，该导热瓦可安置在用户的皮肤上并且抵靠着用户的皮肤。

流体块252用于使流体258循环到TEC 180。在图21和图22中更详细地示出了该流体块。流体块包括放大的盒，其被描绘为具有六个面，但其它形状也在本公开的范围内。盒的盖子是粘合到盒的敞开底座的壁以产生水密密封的粘合剂260。与可使用机械紧固件来实现密封。

管配件226从流体块252的管路228所附接处的相对侧向外延伸。也可使用其它形式的流体通道。

图23至图25是本公开的另一实施例，在该实施例中，流体通道组件形成如图23中的暗色箭头所示的连续流体路径262。通过用RF焊接264或其它方式将多个材料片，包括但不限于TPU，接合在一起来形成连续的流体通道。通过RF焊接264或其它工艺将由相同材料制成的进口和出口管228接合到组件中以连接至外部接口。也可使用材料中的切口266来提高具体的流体通道144的柔性以及一般性地HEM 104的柔性。在流体通道内部，可通过RF焊接264或其它方式将由相同材料制成的支柱268附接至内层材料以维持流体流动并且在流体通道组件发生屈曲时防止通道塌陷。

图24是图23中的典型流体通道的纵向横截面。板188嵌入在两层材料270之间，包括但不限于加衬有织物的TPU。第一层材料具有刚好位于板下方的切口282，以允许板与流体直接接触，从而提高传热。可经由RF焊接264或其它方式将支柱268附接至位于与板的高架平台272相对的一侧上的材料。经由RF焊接264或其它方式将第二片材料270附接到组件上以产生连续的流体路径262。与通道中流动的流体直接接触的板188可由任何导热材料制成，包括但不限于铝，具有或不具有增粘涂底漆。

图25是诸如图23中例示的流体通道之类的典型流体通道的横向横截面。此处例示的是流体通道中的支柱268，支柱268形成连续的流动路径262并且即使当流体通道组件发生屈曲时也允许流体流动不受阻碍。

图26示出将板188附接至材料270的方法。可通过多种密封工艺，包括但不限于热压、RF焊接、两者的组合(使用或不使用增粘底漆)或其它方法，来将板密封，下文称为嵌入274到材料270上。经由RF焊接(264)或其它方式将第二片材料236附接到第一水通道层234上以产生密封的连续流动路径262。基础片中的孔允许通道中流动的流体与板的导热表面直接接触。

图27示出相较于图26的单面嵌入的双面嵌入。板188嵌入274在两片材料270之间。

在图28的实施例中，使用开槽板276。槽278，也示于图29中，被设计用于使用TPU或其它热塑性材料280。如果使用热压或RF焊接(或者其组合)来完成嵌入过程274，则槽278允许熔化的热塑性材料280产生穿过槽的粘合。

图30的实施例与图27的实施例相似，不同之在处于图27的材料270全部覆盖住板188。流体不会与板直接接触，但热量仍然通过材料270传输。材料可以较薄(在1密耳(mil)到10mil之间)并且具有导热性以提高传热。

图31示出具有凸起特征284的板188，包括但不限于从其上表面向上延伸的鳍、结节或突起。这些特征284不仅像支柱268一样防止通道或流体流动区域262塌陷，还提供附加的传热表面区域。

图32a至图32e示出了替代的支柱配置，即，笔直配置(图32a)、蝴蝶结形配置(图32b)、双笔直配置(图32c)、双切口v1配置(图32d)以及双切口v2配置(图32e)。当流体通道组件发生屈曲时，支柱防止通道塌陷。可通过RF焊接264或其它方式将各个支柱连接至流体通道144的内层，从而允许在受到加压时流体在其周围流动。

图33示出本公开的具有用于保持热敏电阻182的盲紧固件248和/或将柔性框架186保持到瓦184的刚性保持器286的实施例。

图34a和图34b中例示图33中的附接方式的替代实施例。参照这两个图，可通过施加压紧力来使瓦184中的薄壁特征288变形。该变形可用于紧固(captivate)热敏电阻182和/或框架保持器286。图34a示出了在施加挤压力之前的组件并且图34b是施加力之后的图。

图35示出可将柔性框架186直接嵌入274到瓦上。

图36例示可通过保持器286将柔性框架186紧固至瓦184，用诸如环氧或其它刚性粘合剂之类的粘合剂260将该保持器286粘附至瓦184。可相似地用诸如环氧或导热粘合剂292之类的粘合剂260将热敏电阻182固定至瓦184。

图37是本公开的替代实施例，在该替代实施例中，将导热材料290置于瓦184与用户132之间。导热材料290可用于向用户提供舒适性或衬垫作用，可按照多种方式和厚度成形。导热材料290可以是硅树脂、泡沫、凝胶或液体。

图38是HEM组件的实施例，示出用导热粘合剂292粘结到板188的TEC 180。可在TEC180之间填入泡沫绝缘体294以防止由于湿度导致的散热和冷凝。用粘合剂将TEC的面向用户的一侧粘结到向用户132传递热量或从用户132传递热量的分段片254的连续表面。热敏电阻182附接至分段片254的内部面。

在图39的实施例中，将TEC 180的面向用户的一侧粘结到柔性导热材料296，包括但不限于石墨、碳纤维、碳纤维网、碳纳米管或其它导热合成材料。

在图40的实施例中，用导热粘合剂292将TEC 180粘结到板188和瓦184。将板188嵌入274到一层材料270中或嵌入在两层材料270之间。循环的流体258与板188直接接触。热敏电阻182附接至瓦184的内部面。

图41是使用水平卡合的HEM组件的替代实施例。图41中以组装后的横截面的方式、图42中以组装后的透视图的方式、图43中在准备组装的分离情况下，例示了本组件公开的水平卡合组件。参照这些图，可以看出水平卡合组件包括三个部件，即板188、TEC 180和瓦184。瓦184和板188上的卡合挂钩298彼此啮合，水平地紧固TEC 180。可将导热膏300应用于TEC 180的各个面以改进传热。

图44至图46是使用垂直卡合的HEM组件的替代实施例。参照图44至图46的实施例，板188具有与绝热卡合夹302啮合的向下减小的卡合挂钩298。可使用可压缩式导热材料304来确保TEC 180、瓦184和板188之间的热接触。

图47是使用螺钉附接的HEM组件的替代实施例。将非导热螺钉306螺纹式穿过瓦184中的孔，穿过TEC 180(其可被修改为在中心处具有孔)，并且进入板188。可使用可压缩式导热材料304或导热膏300来确保TEC 180与瓦184之间以及TEC 180与板188之间的热接触。对于具有更大TEC 180的HEM 104，可使用多个螺钉。

图48至图50是使用利用电和热绝缘体306的螺钉附接的HEM组件的替代实施例。48至图50的实施例与图38的实施例的相似之处如下。将螺钉214螺纹式穿过瓦184中的孔、TEC180和板188。可使用可压缩式导热材料304或导热膏300来确保TEC 180与瓦184之间以及TEC 180与板188之间的热接触。热敏电阻182安装至瓦。

不同之处在于：在图48中，可使用任何材料的螺钉214，这是因为通过电和热绝缘体314使其与TEC 180、瓦184和用户132绝缘。并且，可在TEC 180的用户侧表面与瓦的内部表面之间使用另外一层电绝缘材料308以最小化在TEC 180与瓦表面184之间的介电击穿的可能性。电绝缘材料308的使用不限于本实施例，而是可用在本文阐述的所有图中。

图51至图56例示了使用螺钉组装方法的本公开的HEM组件。图51是组件的仰视透视图，示出了其瓦的3x 4阵列。图52是HEM组件的分解透视图。参照这些图，TEC 180、热接口层(300或304)和热敏电阻线束310(由用线连接起来的多个热敏电阻组成)被捕获在流体通道144、瓦和柔性框架子组件312和非导热螺钉306之间。流体通道管和热敏电阻线穿过模制的装饰盖316，以插入到HEM连接器198中。

图53是图52的流体通道组件的仰视透视图，并且图52是流体通道组件的分解透视图。

图55是图52中的瓦和柔性框架组件312的俯视透视图，并且图56是其分解透视图。参照这些图，保持器286将柔性框架186附接至瓦184。可通过施加压紧力将保持器保持就位，来使瓦中的薄壁挤压柱变形。

图57是示出生产HEM组件的步骤的流程图。该流程图具有两条路径，即流体通道组件路径以及瓦和柔性框架组件路径，这两条路径在页面的底部合在一起，并且在下面解释。图58是示出用于生产本公开的最终物品的步骤的流程图，该流程图在页面的顶部具有三条路径，即用于脐带的一条路径、开始于图57的HEM组件的一条路径，以及用于纺织品的一条路径。下面对该过程进行讨论。

1、流体通道组件

1、通过导热金属或材料加工或浇铸板；

2、对精细的或高耐力特征进行后加工处理；

3、可对板进行喷砂处理以增加表面粗糙度并且提高粘附力；

4、向板涂覆增粘底漆；

5、对板进行干燥；

6、将嵌入材料激光切割或模切为形状；

7、将嵌入材料和板装载到嵌入模具，诸如热压机或RF焊接机中；

8、在设置时间内，在精确的温度和压力持续下，嵌入部件；

9、从模具移除嵌入的通道；

10、对支柱进行模切；

11、按照布局图，通过RF焊接或其它方式将支柱粘附至通道的增强材料；

12、将增强材料顶片热压或RF焊接至嵌入层以形成通道路径；

13、将TPU管焊接到通道的进口/出口；

14、利用空气压力对流体通道进行泄漏测试。

2、瓦和柔性框架组件

1、从导热金属或材料加工或浇铸瓦；

2、对精细的或高耐力特征进行后加工处理；

3、出于外观考虑，对瓦进行喷砂处理；

4、出于耐久性和外观考虑，可对瓦进行阳极化处理；

5、从不锈钢合金加工、激光切割或冲压保持器；

6、对柔性框架进行热成形；

7、将成形的柔性框架激光切割或模切成形状；

8、使用PEM插件或挤压柱将瓦和保持器安装到柔性框架中。

3、纺织品

1、对纺织品图案进行激光切割或模切；

2、对拉片和索环进行注射成型；

3、加上品牌和标志；

4、将外部纺织品层接合起来；

5、将辅助带接合到纺织品；

6、将气囊和管子RF焊接在一起；

7、将气囊接合到纺织品组件中；

8、接合内部织物层；

9、接合拉链；

10、进行镶边；

11、对纺织品进行装饰(cosmetic)检查。

4、组装

1、使用PEM插件或挤压柱将热敏电阻附接至瓦；

2、设计热敏电阻线束的路线；

3、将传热层应用到板和瓦平台表面；

4、将TEC放置到板上；

5、将瓦和柔性框架组件放置在TEC顶部；

6、将螺钉绝缘体安装到瓦的通孔中；

7、将瓦拧入板中；

8、用绝缘盖或灌封化合物覆盖螺钉；

9、使管子和线穿过脐带套管材料和管出口；

10、将管出口与流体通道/瓦和柔性框架的边缘对齐以隐藏管RF区域和可见的布线；

11、将快速断开连接器附接至流体通道管；

12、将热敏电阻线束连接至HEM PCB；

13、将HEM PCB和TEC电缆焊接至电连接器；

14、对直通空气配件进行组装；

15、对HEM连接器外壳进行组装，从而紧固电连接器、流体连接器和空气连接器；

16、约束流体通道、瓦和柔性框架、以及管出口的边缘以完成组装；

17、对HEM进行最终检查和测试。

5、收尾

1、将完成的HEM放置在纺织品内部；

2、将气囊连接至HEM连接器上的空气进口；

3、向HEM充入流体和抗菌添加剂；

4、将HEM包装以进行运送。

图59a至图59g例示可用于改进在解剖结构上不同区使用的HEM的人体工学的多种瓦形状。如图所示，瓦184例如可以是方形的或具有斜切边缘。瓦也可是如弯曲方向318所示的弯曲的，或平的。对于使用螺钉的组装实施例，在瓦184的中心处形成有通孔320。普通技术人员要理解，可使用本公开阐述的方法来得到任何形状。所需的目的会使本领域的技术人员有动机确定需要的最佳形状。

图60是使用绝缘螺钉组装306方法的曲瓦的横截面。瓦184的与TEC 180和热敏电阻182接触的区域是平的。去除在所有周围区域中的材料以最小化材料厚度。瓦的曲率与用户皮肤表面322的曲率匹配。

图61是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到用于背的纺织品中。

图62是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到用于膝盖的纺织品中。

图63是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到用于肩膀的纺织品中。

图64是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到用于踝关节的纺织品中。

图65是本公开的HEM的示意图，该HEM被插入到纺织品效用垫中。

图66示出纺织品(在这种情况下是效用HEM(Utility HEM))内包含的气囊的分解图，相对于其它部件示出气囊176。气囊是位于包含HEM 104的第一纺织品层192与第二纺织品层192之间的独立部件。这两个纺织品层可缝合在一起。

图67示出HEM 104组件(在这种情况下是效用HEM)内包含的气囊176的分解图。在本实施例中，气囊176是HEM本身的一部分。当前的方法是通过RF焊接或其它方式将另一材料层270接合到现有的流体通道144。

图68a至图68i示出本技术的不同应用，诸如虚拟现实、汽车座椅温度控制和全身冷却，并且在下面对其进一步描述。

图68a示出被用户132穿着的温度控制套装334的前后视图。如图所示，温度控制套装334可以是单片材料(或者可以或可以不连接在一起的多片，诸如衬衫和裤子)。多个HEM104内置或附接到该套装。在本公开的图5中例示了优选的HEM构造。各个HEM 104被例示为包括TEC阵列116。在该图中，各个模块被示出为包括TEC的3x 4阵列116，虽然也可使用更多或更少的TEC，甚至一个TEC。这些模块通过线连接，这些线包括流体连接和电连接。这些模块可单独地控制或一起控制。

图68b示出图68a的实施例的替代。本实施例仅包括衬衫，互连的HEM 104被包含在衬衫中的隔开的位置处。因此，可从远程无线单元328控制这些HEM 104，所以人可自由移动。

图68c示出内置在HEM头盔330中的TEC阵列116。头盔330通过脐带102物理地连接至控制单元100。本实施例的用途的示例包括医学用途，以使患者避免化疗的副作用，诸如掉发，并且可治疗中风。可将TEC阵列116以任何布置配置在HEM头盔330中。

图68d示出由HEM椅子332组成的实施例。在本实施例中，将HEM 104设置在三个不同的区域(a、b和c)中。各个区域由控制单元100分开控制。从而，各个区域中的温度可单独地且分开地控制。例如，用户(或制造商)可能需要使区域b比区域a更凉并且使区域c比区域a更温暖。可以使HEM椅子332具有单个区域或多个区域，并且可以以任何布置来配置HEM104配置。

图68e示出适应于用在汽车中的HEM椅子332。将HEM 104内置在汽车座椅中或在制造之后加到座椅上。与图68d相似，可以将HEM 104配置到分开的区域中。

图68f是图68a的实施例的变形，示出用在热环境，包括但不限于赛车和军用车辆中的温度控制套装334。温度控制套装334包含HEM 104的阵列并且可被用户132穿上。HEM系统可操作地连接至控制单元100。控制单元100可被远程控制。

图68g示出可通过HEM 104提供温度控制的广泛应用的示例。图中示出的是床实施例336、担架实施例338和颈托实施例340。

图68h示出具有用在单个用户132上的两个HEM 104的实施例。一个HEM 104在用户132的腿上，并且另一个HEM 104在用户132的手臂上。各个HEM连接至单个控制单元100并且由其操作。这使得可以向腿和手臂施加不同的温度，如图表342所示。

图68i示出被用作VR系统的一部分的HEM 104。这使得可以在身体的不同位置处向用户132施加不同的阵阵冷气或热气。其可被用作温度控制套装334，或者可通过背心或其它纺织品应用。

图69示出在此情况下为桶的液体容器324的图，以及本发明的两个HEM 104附接至该容器的实施例的对比例示。即本公开的另一实施例要利用桶的金属制造，通常是铝。对于普通大小的桶，本实施例可用于将形状如带子326的HEM缠在桶的各种高度处。在当前的实施例中，由八个TEC阵列116组成的两个带子紧紧地附接至桶。瓦184与桶直接接触并且具有相同的曲率。图中未示出的是纺织品包裹物192，该纺织品包裹物192覆盖整个容器并且将带子抵靠着桶表面拉紧。针对各种大小的桶定制的其它实施例，具有多于两个或少于两个的带子、或者具有更小或更大的TEC、具有不同数量的TEC、使用其它导热材料，都是本实施例的另外变形。

图70中例示了允许更大移动性的装置的更小、更轻的便携式版本。

I.纺织品

作为本公开的另一实施例，本公开包括纺织品。出于本公开的目的，“纺织品”是指尤其以纺织品，包括但不限于衣服、织物和床上用品，为代表的非耐用性物品的子类。

本领域的普通技术人员会理解，纺织品可通过机器或手洗，并且会从多种材料制成，包括但不限于尼龙、聚酯、棉、亚麻布、弹性材料、氯丁橡胶、热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体(TPE)以及符合ISO 10993的任何生物相容性材料。

本领域的普通技术人员会理解，本公开的纺织品会是可调节的，使得本公开的HEM可按照最大化表面积接触的方式符合用户的身体。例如见图59，该图示出用于符合用户身体的瓦几何形状的多个实施例。另外，纺织品在用户的皮肤与所有加热和冷却表面区域之间会具有一组生物相容性材料。

因此，在本公开的优选实施例中，纺织品包括以下双管齐下的制造步骤。第一，使用本领域已知的方法(例如，激光、模切等)对纺织品材料进行切割以适配某种规格。第二，使用本领域已知的方法(例如，超声焊接、超声波联合等)对气囊的内层和外层进行焊接。第三，使用本领域已知的方法对空气管进行焊接。第四，将气囊接合。第五，将纺织品的内部织物接合。第六，将用于纺织品的拉链接合。第七，使用本领域已知的方法进行镶边。

同时，使用本领域已知的方法进行生产用于纺织品的模具的第一步骤。第二，使用本领域已知的方法对拉片和索环进行注射。第三，使用本领域已知的方法施加品牌/标志。第四，将辅助带接合。第五，将气囊接合。第六，将纺织品的内部织物接合。第七，将用于纺织品的拉链接合。第八，使用本领域已知的方法进行镶边。

通常要理解的是，优选地进行(虽然不要求)最后的装饰检查步骤以确认符合纺织品规格。图58中给出了用于制造本公开的纺织品的双管齐下的过程的示意图。对本领域的普通技术人员而言显而易见的是，步骤可以是可选的或可添加步骤，取决于本公开的纺织品的设计规格。

在一个实施例中，将本公开的HEM放置在纺织品内部。

在另一实施例中，将HEM集成到纺织品中。

在又一实施例中，将HEM安装在纺织品内部使得能维持与用户的解剖结构准确的且可重复的对准。

本领域的普通技术人员会了解，本公开的HEM装置可从特定纺织品移除。可移除性使得能够更换或修改HEM以符合其既定用途并且使得能够清洁纺织品。此外，可将TEC、瓦和柔性框架、以及流体通道的完整子组件包装在纺织品内。纺织品提供用作在用户与瓦之间的舒适层的生物相容性材料、将装置粘附至用户的身体所必要的魔术贴(Velcro)带和/或元件、以及用于调节压力的气囊。

A.纺织品背部包裹物

在本公开的又一实施例中，纺织品形成用在用户背上的包裹物。通常要理解的，人们的背痛发生在下背部；然而，背部的其它区域也可能会遭受疼痛。

因此，本公开的一个实施例包括在人的背上使用本公开的HEM来管理疼痛和发炎的方法。本领域的普通技术人员会理解，通过使用用户的背部肌肉群和用户的人体数据的组合，按照最佳的图案，来将本公开的(多个)HEM放置在纺织品中。由于各个用户在身高、体重、腰围等方面会存在差异，所以这是很重要的。然而，本领域的普通技术人员会理解并能够在用户的可接受的身体大小范围内使用本公开的HEM。通过使用本公开的HEM，纺织品会符合用户背部的自然曲率。

普通技术人员会理解，可设计一种均码方法；然而，本公开包括和设想一种分尺寸方案以考虑到更大或更小的个体。图61中给出本公开的背部包裹物的实施例。要理解，经由本领域已知的张紧器(诸如Velcro或其它紧固件)，将背部包裹物适配且固定在用户背部周围。本领域的普通技术人员会理解，本公开的可选实施例包括对气囊的使用，该气囊位于用户的背部与HEM之间并且用于优化HEM表面区域的接触。

B.纺织品膝盖包裹物

在本公开的又一实施例中，纺织品形成用在用户膝盖上的包裹物。通常要理解，考虑到人的膝盖和相关关节的独特曲率，人的膝盖疼痛管理会存在挑战。

因此，本公开的一个实施例包括通过在人的膝盖上使用本公开的HEM来管理疼痛和发炎的方法。本领域的普通技术人员要理解，按照最佳的图案将本公开的(多个)HEM放置在纺织品中以在髌上囊、LCL、髌骨肌腱、MCL、腓肠肌和股二头肌所在区域中建立冷却区域。由于各个用户在身高、体重、围度等方面会存在差异，所以这是很重要的。然而，本领域的普通技术人员会理解，应该在用户的可接受的身体大小范围内使用本公开的HEM。

通过使用本公开的HEM，纺织品会符合人的膝盖的自然尺寸差异。普通技术人员要理解，可设计一种均码方法；然而，本公开包括和设想一种分尺寸方案以考虑到更大或更小的个体。由于个体中的膝盖周长可在0cm到8cm范围内，所以尤其如此。图62中给出本公开的背部包裹物的实施例。要理解，经由本领域已知的诸如Velcro或其它紧固件之类的张紧器，将背部包裹物适配且固定在用户背部周围。本领域的普通技术人员会理解，本公开的可选实施例包括对气囊的使用，该气囊位于用户的背部与HEM之间并且用于优化HEM表面区域的接触。

C.纺织品肩膀包裹物

在本公开的又一实施例中，纺织品形成用在用户肩膀上的包裹物。通常要理解，考虑到肩膀的复杂几何形状，人的肩膀疼痛管理会存在挑战。因此，本领域的普通技术人员会了解，优选的是使用替代HEM瓦。在优选实施例中，HEM利用本公开的裁切瓦和本公开的球状瓦。

因此，本公开的一个实施例包括通过在人的肩膀上使用本公开的HEM来管理疼痛和发炎的方法。本领域的普通技术人员要理解，按照最佳的图案将本公开的(多个)HEM放置在纺织品中以在斜方肌、三角肌后束、胸大肌和三角肌前束所在区域中建立冷却区域。由于各个用户在身高、体重、围度等方面会存在差异，所以这是很重要的。然而，本领域的普通技术人员要理解并且能够在用户的可接受的身体大小范围内使用本公开的HEM。通过使用本公开的HEM，纺织品会符合人的肩膀的自然尺寸差异。普通技术人员要理解，可设计一种均码方法；然而，本公开包括和设想一种分尺寸方案以考虑到更大或更小的个体。

图63中给出本公开的肩膀包裹物的实施例。要理解，经由本领域已知的诸如胸带或双向臂带或其它紧固件之类的张紧器，将肩膀包裹物适配且固定在用户的肩膀周围。本领域的普通技术人员要理解，本公开的可选实施例包括对气囊的使用，该气囊位于用户的肩膀与HEM之间并且用于优化HEM表面区域的接触。考虑到人的肩膀的复杂几何形状，这尤其重要。

D.纺织品踝关节包裹物

在本公开的又一实施例中，纺织品形成用在用户踝关节上的包裹物。通常要理解，考虑到可能发生在踝关节处的多种损伤，人的踝关节疼痛管理会存在挑战。最常见的损伤是扭伤，尤其是内翻扭伤。然而，熟练的技术人员要了解，本公开的HEM可用于管理外翻扭伤和高位踝关节扭伤、以及踝关节的肿胀和发炎。

因此，本公开的一个实施例包括通过在人的踝关节上使用本公开的HEM来管理疼痛和发炎的方法。本领域的普通技术人员要理解，按照最佳的图案将本公开的(多个)HEM放置在纺织品中以在踝区(高位踝关节扭伤)和中足区(普通扭伤，诸如内翻扭伤和外翻扭伤)所在区域中建立冷却区域。由于各个用户在身高、体重、围度、以及踝关节的肿胀方面会存在差异，所以这是很重要的。然而，本领域的普通技术人员要理解并能够在用户的可接受的身体大小范围内使用本公开的HEM。

通过使用本公开的HEM，纺织品会符合人的踝关节的自然尺寸差异。普通技术人员要理解，可设计一种均码方法；然而，本公开包括和设想一种分尺寸方案以考虑到更大或更小的个体。图64中给出本公开的踝关节包裹物的实施例。要理解，经由本领域已知的诸如Velcro紧固件或其它紧固件之类的张紧器，将踝关节包裹物适配且固定在用户的踝关节周围。本领域的普通技术人员要理解，本公开的可选实施例包括对气囊的使用，该气囊位于用户的踝关节与HEM之间并且用于优化HEM表面区域的接触。考虑到踝关节几何形状以及移动性至关重要这一事实，在本公开中设想了踝关节HEM的多个实施例。

E.纺织品效用垫

在本公开的又一实施例中，纺织品形成包裹物，该包裹物以通用效用垫的形式围住可穿戴在用户的身体部分背部上而使用的HEM封装。效用垫使得可以将本公开的HEM用在用户身体上的、可能无法如前述实施例中那样针对各个单独的包裹物与纺织品紧密接触的区域中。普通技术人员要理解，可设计一种均码方法；然而，本公开包括和设想了一种分尺寸方案以考虑到更大或更小的个体。

图65中给出本公开的效用垫的实施例。将理解，经由本领域已知的诸如Velcro紧固件或其它紧固件之类的张紧器，将效用垫适配且固定在用户周围。效用垫的示例包括戴在头上的本公开的HEM(低温垫)、背心、C-T脊柱包裹物、手、手腕、臀部、腹股沟、全腿和半腿。

F.纺织品(多个)可穿戴套装

在本公开的又一实施例中，纺织品形成封装有HEM或多个HEM(视情形而定)的连体衣。本领域的普通技术人员要理解，HEM的数量取决于既定用途。普通技术人员要理解并且能够使用本公开的系统要求来实际地实施多个HEM(见图68a和图68b)。本公开的连体衣可用于多种消费和工业用途，本文给出这些用途的一些实施例。普通技术人员要理解，可设计一种均码方法；然而，本公开包括和设想了一种分尺寸方案以考虑到更大或更小的个体。

图68a、图68b、图68h和图68I中给出了本公开的连体衣的实施例。要理解，经由本领域已知的诸如Velcro紧固件或其它紧固件之类的张紧器，将连体衣适配且固定在用户周围。

II.气囊

在另一实施例中，HEM和/或纺织品，视情形而定，包括气囊。通常，气囊被包含在纺织品内，被一层织物材料(见图5)与机械子组件隔开。可以改变气囊内部的空气压力以控制HEM抵住用户身体的压力。空气压力由脐带连接器内部的泵(见图2)或可选地由位于本公开的HEM内的另一区域中的泵(见图67)控制。

图67示出位于流体通道组件144上方以便与用户的皮肤或身体相接触的气囊176。在替代方案中，可将气囊安置在内层和外层的主体部分之间并且位于口袋因而位于模块(当其放在口袋中时)的相对侧上。来自气囊的管路从外层中的孔穿出。充气球位于管路的端部，因而位于纺织品包裹物外。可通过挤压该球来将放入气囊中的包裹物充气到需要的大小/压力，从而将模块压紧到抵住身体部分，以便改进性能。

在本公开的一个实施例中，HEM装置应包含气囊，该气囊内部的空气压力可在0psi到3psi范围内。在另一实施例中，HEM装置应包含气囊，该气囊内部的空气压力可在1psi到3psi范围内。在又一优选实施例中，HEM装置应包含能够生成高达2psi的压缩力的气囊。本领域的技术人员要理解，气囊应包含来自HEM连接器的至少一个接口，以供空气从HEM流到气囊/从气囊流到HEM。空气软管将纺织品内部的气囊连接至HEM连接器上的可被用户触及的配件。此外，本领域的技术人员要理解，当从纺织品移除HEM组件时，必须手动断开空气软管。

III.消费/工业物品/用途

在本公开的又一实施例中，纺织品形成，视情形而定，封装有HEM或多个HEM的连体衣/消费物品。本领域的普通技术人员要理解，HEM的数量取决于既定用途。普通技术人员要理解并且也能使用本公开的系统要求来实际地实施多个HEM(见图2和图5、以及图68a至图68I)。本公开的连体衣/消费物品可用于多种消费和工业用途，包括但不限于消费和工业床上用品、温控容器/器皿、家具、头戴物品、护头、温控乘客座椅、消费可穿戴技术、游戏、急救、医药治疗。普通技术人员要理解，可设计一种均码方法；然而，本公开包括和设想了一种分尺寸方案以考虑到更大或更小的个体。

A.头戴物品

在一种用途中，本公开的实施例可经由头盔或帽子穿戴设备用作头戴物品。用户可使用本公开的(多个)系统来调节温度，从而可实现需要的温度。本公开的头戴物品的非限制性用途包括：诸如对癌症患者的治疗以便减少或消除化疗的副作用之类的医药治疗，诸如虚拟现实之类的游戏技术等。图68c中给出了本公开的头戴物品的实施例。

B.家具

在一种用途中，本公开的实施例可经由椅子、沙发等用作家具。用户可使用本公开的(多个)系统来调节温度，从而可实现需要的温度。本公开的家具的非限制性用途包括：医药治疗、诸如虚拟现实之类的游戏技术、汽车中的乘客座椅、赛车中的驾驶座、船只、针对飞行员的乘客座椅、手术床上用品、医院康复床上用品、自然灾害中的床上用品、露营装备(睡袋)等。图68d、图68e、图68f和图68g中给出了本公开的家具的实施例的非限制性示例。

C.游戏系统/虚拟现实(VR)

在一种用途中，本公开的实施例可用作用于进行游戏的VR系统部件。系统可使用本公开的(多个)系统来自动地调节温度，从而可在游戏期间实现需要的温度。图68I中给出了本公开的家具的实施例的非限制性示例。

D.(多个)温控容器/器皿

在一种用途中，本公开的实施例可用作用于冷却液体的温控容器/器皿。用户可使用本公开的(多个)系统来调节温度，从而可实现需要的温度。本公开的温控容器/器皿的非限制性用途包括桶、冷却器、医疗运输冷却器、食物运输容器、温控货物(freight andcargo)容器等。图69中给出了本公开的温控容器/器皿的实施例的非限制性示例。

IV.工具包/制品

针对在输入/输出系统中的使用，工具包在本公开的范围内。这种工具包可包括被划分开以容纳诸如盒、收缩式包裹物等一个或多个容器的载体、包装或容器，(多个)容器中的每一个都包括在本方法中使用的分立元件中的一个元件，连同程序或插件的使用说明，诸如本文描述的使用。

本公开的工具包通常包括上述容器，以及与上述容器相关联的一个或多个其它容器，这些容器包括：从商业和用户角度看需要的材料、列举了内容和/或使用说明的程序，以及具有使用说明的包装插件。

也可将指南和/或其它信息包括在与工具包一起被包括或被包括在工具包上的(多个)插件上。术语“工具包”和“制品”可作为同义词使用。

制品通常包括至少一个容器和至少一个程序。容器可由多种材料(诸如玻璃、金属或塑料)形成。

A.包括控制台的纺织品

在本公开的又一实施例中，纺织品形成封装有本公开的控制台(见图70)的包裹物，可以背包、公文包、手提箱、衣物箱、携带箱、和/或本领域已知的其它打包方式被用户携带或穿戴在用户的背部上。包括纺织品的控制台的优选目的是提供系统移动性。

包括控制台的纺织品使得可以与各个独立的包裹物的纺织品紧密接触的方式携带本公开的控制台(见图61至图65)。在本公开的一个实施例中，包括本公开的控制台的纺织品由实施疼痛管理治疗和/或医药治疗的技术人员/医疗提供者穿戴。在又一实施例中，包括本公开的控制台的纺织品由用户(患者、运动员等)穿戴。普通技术人员要理解，可设计一种均码方法；然而，本公开包括和设想了一种分尺寸方案以考虑到更大或更小的个体。

图70中给出了包括本公开的控制单元100的纺织品的实施例。要理解，经由本领域已知的诸如Velcro紧固件或其它紧固件之类的张紧器，将包括本公开的控制台的纺织品适配且固定在用户周围。这是允许更大移动性的装置的更小、更轻的便携式版本。

示例

下面通过多个示例进一步描述和例示本公开的各个方面，这些示例都不旨在限制本公开的范围。

示例X

制作纺织品的方法

如前所给出的，本公开设想了包括本公开的HEM的纺织品的制造。用于生产本公开的纺织品的方法包括以下步骤：(i)使用本领域已知的方法(例如，激光、模切等)对纺织品材料进行切割以适配某种规格。如前所述，该规格可以被形成为适配任何单独的身体部分，诸如背部(图61)、膝盖(图62)、踝关节(图64)和肩膀(图63)以及任何其它消费/工业物品，诸如连体衣(图68a、图68b和图68h)、家具(图68d和68e)、器皿(图69)等；(ii)使用本领域已知的方法(例如，超声焊接、超声波联合等)将管子焊接至内层；(iii)使用上面提到的本领域已知的方法将气囊焊接至外层；(iv)对拉片进行附接；以及(vi)使用本领域已知的方法将内层和外层缝合在一起。图58中给出了用于制作本公开的纺织品的过程的示意图。

虽然本文的描述包含了许多细节，但这些细节都不应该被理解为是对本公开的范围的限制，而仅仅是提供一些目前优选的实施例的例示。因此，要了解，本公开的范围完全涵盖了对本领域的技术人员可能会变得明显的其它实施例。

在权利要求书中，以单数形式对元件的提及不旨在表示“有且仅有一个”，除非另有明确说明，否则表示“一个或多个”。本领域的普通技术人员已知的所公开实施例的元件的所有结构、化学和功能上的等效物都以引用的方式明确并入本文并且旨在被本权利要求书涵盖。此外，本公开中的元件、部件、或方法步骤都不旨在被贡献给大众，无论在权利要求书中是否明确叙述了该元件、部件或方法步骤。本文中的权利要求元素都不应被解释为“部件加功能”元素，除非使用短语“用于...的部件”明确地描述了该元素。本文中的权利要求元素都不应被解释为“步骤加功能”元素，除非使用短语“用于...的步骤”明确地描述了该元素。

Claims (15)

1.一种换热模块，包括：

柔性框架，所述柔性框架具有一个或多个开口；

传热瓦，所述传热瓦附接在所述柔性框架的所述一个或多个开口的每一个中，其中每个所述传热瓦可安置成抵靠着用户的身体部分；

一个或多个热电冷却器(TEC)，每个所述热电冷却器具有用户侧和参照侧；

其中每个所述热电冷却器(TEC)的所述用户侧与所述传热瓦中的一个呈导热关系；

一个或多个温度传感器，每个所述温度传感器与每个所述传热瓦热连通，用于检测所述身体部分的温度；

液体腔室组件，所述液体腔室组件安置为邻近所述热电冷却器(TEC)的参照侧，所述液体腔室组件具有液体腔室盒、离开所述盒的第一管、以及离开所述盒并且与所述第一管隔开的第二管；

其中所述液体腔室盒包括第一热塑性材料片和第二热塑性材料片，所述第一和第二热塑性材料片形成和粘附在一起以在其间形成流体流动通道，并且其中所述第二热塑性材料片配置有一个或多个开口；

一个或多个导热板，其中每个所述导热板粘附在所述第二热塑性材料片的所述开口之一中以形成密封，并且其中所述导热板连接至所述热电冷却器(TEC)其中之一的参照侧。

2.根据权利要求1所述的模块，还包括从所述一个或多个导热板向上延伸至所述液体腔室盒中的鳍、结节或突起，以防止在所述液体腔室盒发生屈曲时所述流体流动通道塌陷，并提供附加的传热表面区域。

3.根据权利要求1所述的模块，还包括第三热塑性材料片，所述第三热塑性材料片附接至所述第一和第二热塑性材料片，并形成为附接至所述一个或多个导热板的每一个的末端部分。

4.根据权利要求1所述的模块，其中，每个所述导热板被安置为与流经液体腔室组件的液体直接接触。

5.根据权利要求2所述的模块，还包括气囊，所述气囊邻近所述液体腔室组件，并配置用于进行加压和放气以增加用户舒适性并改进所述换热模块与用户之间的热接触。

6.根据权利要求2所述的模块，其中，每个所述热电冷却器(TEC)的参照侧超声焊接至每个所述导热板。

7.根据权利要求2所述的模块，其中，每个所述热电冷却器(TEC)的参照侧热压至每个所述导热板。

8.根据权利要求3所述的模块，其中，每个所述导热板设置有周边槽，所述第二和第三热塑性材料片热压和/或RF焊接在所述槽中以产生穿过槽的粘合。

9.根据权利要求8所述的模块，还包括模数接口，所述模数接口配置用于读取温度传感器和用于产生异步数据传输信号的电路。

10.根据权利要求1所述的模块，还包括：脐带，所述脐带具有连接至所述液体腔室组件的所述第一和第二管的管路；以及连接至所述一个或多个热电冷却器的电线。

11.根据权利要求1所述的模块，其中，所述液体腔室盒以及所述第一管和所述第二管形成为单个单元。

12.根据权利要求4所述的模块，还包括穿过每个所述热电冷却器(TEC)、进入或穿过所述导热板以及进入或穿过所述传热瓦的螺钉。

13.根据权利要求12所述的模块，其中每个所述热电冷却器(TEC)配置有卡扣配合机构，将其以三明治式关系保持在所述导热板与所述传热瓦之间。

14.根据权利要求13所述的模块，其中所述卡扣配合机构包括附接至所述导热板的第一挂钩，所述第一挂钩与附接至所述传热瓦的第二挂钩卡扣配合地啮合。

15.根据权利要求13所述的模块，其中所述卡扣配合机构配置为使得所述导热板相对于所述传热瓦被滑入保持位置中，或者使得所述导热板相对于所述传热瓦被向下推入保持位置中。

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