CN113438913A - 身体支撑组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种身体支撑组件，包括(i)上缓冲区(6)和下缓冲区(7)，并由隔离片材(8)分隔开。缓冲区(6、7)由可压缩材料组成，该可压缩材料在所有方向上都是可渗透空气的，(ii)用于环境空气的第一流动路径(10)，该第一流动路径包括位于支撑组件的底表面(3)的空气入口开口(11)、空气置换装置(12)、第一热交换器(13)和位于支撑组件的底表面(3)的单一的或独立的空气出口开口(14)，(iii)用于空气的第二流动路径，该第二流动路径包括空气入口(19)、空气置换装置(20)、第二热交换器(17)，经过下缓冲区(7)、经过隔离片材(8)中的开口(23)并经过上缓冲区(6)和顶表面(2)中的多个空气出口(22)。热交换器(13、17)是位于缓冲容积(4)内的珀耳帖效应单元(16)的一部分。

Description

身体支撑组件
本发明涉及一种身体支撑组件，该身体支撑组件具有用于支撑身体的顶表面和间隔开的底表面，限定缓冲容积并限定侧壁，其中缓冲容积包括加热和冷却元件。
US2017/0325595描述了一种床垫，该床垫具有泡沫层和螺旋弹簧层，该螺旋弹簧层设置有向上引导的通道，用于将调节后的空气流朝向睡觉表面引导。
WO2015106258描述了一种床垫和床的组合，其中床设置有风扇，以将空气从顶表面穿过床垫向下抽吸到较低位置的空气调节层。调节后的空气被排放到床垫和床的组合的周围，目的是影响睡觉表面附近的温度。
WO2018022760描述了一种支撑身体的床垫，其中在床垫内定位有电阻加热元件。这种电阻加热元件可以是存在于两个层之间的呈环形或蛇形布置的电阻加热线圈。冷却是通过另外的机构进行的，空气及来自支撑身体的接触区域的相关的热量和水分经由一个或更多个装有风扇的通道被抽走。如上所述的身体支撑组件的缺点是，在冷却时，需要相对较大的气流来冷却身体支撑物所支撑的身体。这样不太舒服。
WO2014204934描述了一种床垫，该床垫设置有许多珀耳帖效应(Peltier effect)加热和冷却元件，这些元件在床垫的顶表面附近定位于连续的柔性泡沫层中。在通过床垫吸入的气流加热或冷却珀耳帖效应元件的相对侧的下侧的同时，元件的顶侧直接加热或冷却床垫的顶侧。这种床垫的缺点是珀耳帖效应元件必须在相对靠近表面的位置定位，以便直接加热或冷却支撑身体的表面。这可能导致床垫不太舒适，因为人体可能会感受到一个个珀耳帖效应元件。
WO2018022760或WO2014204934中描述的身体支撑物有利地在于加热和冷却元件位于缓冲容积内。这避免了独立的加热和冷却元件必须连接到除电源和控制系统之外的身体支撑组件，以调节加热和冷却。描述与独立的珀尔帖效应加热和冷却单元结合的床垫的专利公开的例子有WO2016166638、WO2014145436和WO2014/106119。
KR20060124553描述了一种具有上部区和下部区的身体支撑组件。上部区设置有可压缩材料。下部区设置有金属弹簧。空气加热器部分位于支撑组件的外部，并且可以向身体支撑组件提供温暖的空气，以加热组件的上侧。当躺在支撑组件的支撑片材上时，被支撑组件支撑的人将感受到温暖。这是因为沿着不透气支撑片材的下侧流动的热空气将加热该支撑片材。
本发明的目的是提供一种身体支撑组件，其中加热和冷却单元位于缓冲容积内，并且其在舒适性方面不具有已知床垫的缺点。
这是通过以下的身体支撑组件实现的。
一种身体支撑组件，其具有用于支撑人体的顶表面和间隔开的底表面，限定缓冲容积并限定侧壁，其中顶表面的空气渗透率高于底表面的空气渗透率并高于侧壁的空气渗透率，其中缓冲容积包括，
下缓冲区和最靠近顶表面的上缓冲区，上缓冲区和下缓冲区由隔离片材间隔开，其中上缓冲区和下缓冲区由可压缩材料组成，该可压缩材料能够在所有方向上渗透空气，
用于环境空气的第一流动路径，其包括在支撑组件的底表面的单一的或独立的空气入口开口、空气置换装置、第一热交换器和在支撑组件的底表面的单一的或独立的空气出口开口，
用于空气的第二流动路径，其包括：空气入口；空气置换装置；第二热交换器；经过下缓冲区的可压缩材料、经过隔离片材中的开口并且经过上缓冲区的可压缩材料的流动路径；以及顶表面中的多个空气出口，并且
其中，第一热交换器和第二热交换器是定位在缓冲容积内的珀耳帖效应单元的一部分，该单元被配置为在一个操作模式下冷却第一流动路径中的空气并且加热第二流动路径中的空气，和/或在第二操作模式下加热第一流动路径中的空气并且冷却第二流动路径中的空气。
申请人发现，通过定位在缓冲容积内的珀耳帖效应单元，能够在缓冲容积内产生调节的空气流。通过结合上部区和下部区使用在所有方向上都能够渗透空气的缓冲材料，已经能够用相对少量的珀耳帖效应单元或者甚至用一个单一的单元来得到足够的加热或冷却功能。这允许基于珀耳帖效应的空气加热和冷却单元被定位在身体支撑组件内。这是有利的，因为不需要在外部定位的装备。
本发明还涉及以下方法。一种冷却或加热身体支撑组件的方法，该身体支撑组件具有用于支撑人体的顶表面和间隔开的底表面，限定缓冲容积并限定侧壁，其中缓冲容积包括，
下缓冲区和最靠近顶表面的上缓冲区，下缓冲区和上缓冲区由隔离片材分隔开，其中上缓冲区和下缓冲区由可压缩材料组成，该可压缩材料能够在所有方向上渗透空气，并且
其中环境空气经由位于支撑组件的底表面的单一的或独立的空气入口开口、空气置换装置、第一热交换器和位于支撑组件的底表面的单一的或独立的空气出口开口在第一流动路径中流动，
其中环境空气经由以下项在第二流动路径中流动：空气入口；空气置换装置；第二热交换器；经过下缓冲区的可压缩材料、经过隔离片材中的开口、经过上缓冲区的可压缩材料并经过顶表面的流动路径，并且
其中第一热交换器和第二热交换器是珀耳帖效应单元的一部分，并且其中在一个操作模式下，在第一热交换器中空气被冷却并且在第二热交换器中空气被加热，和/或其中，在第二操作模式下，在第一热交换器中空气被加热并且在第二热交换器中空气被冷却。
进一步的优点将在下面论述本发明的各种实施例时阐述。
身体支撑组件可用作床垫，以在睡眠期间支撑人体。支撑组件可以依据例如支撑组件所处的房间或空间中的环境温度来冷却或加热人体。例如，在相对热的环境中，支撑组件可以冷却第二空气流，从而产生相对冷的身体支撑组件，尤其是相对冷的顶表面。有了这种身体支撑组件，整个房间或空间的冷却需求就减少了。通过仅冷却身体支撑组件，从而在获得相同的温度降低的身体支撑状态，例如睡眠状态的同时，实现了显著的能量节省。对于相对寒冷的环境也是如此。通过提高身体支撑组件的温度，尤其是其顶表面的温度，可以在获得相同的身体支撑状态例如睡眠状态的同时，实现显著的能量节省。
优选地，第二流动路径允许空气这样循环：从第二热交换器经由下缓冲容积到上缓冲容积并返回到第二热交换器。当身体支撑组件不用于支撑人体而是处于所谓的待命模式时，这尤其是有利的。身体支撑组件中的温度可以在不浪费太多能量的同时被保持在期望的温度。这是因为调节后的空气是再循环的，而不是冷却或加热新鲜的环境空气，以保持期望的温度。在这种循环实施例中，在可渗透空气的顶表面中存在空气入口和多个空气出口。一些空气将从上缓冲区内经由可渗透空气的顶表面逸出到顶表面上方的空间，而来自上缓冲区内的大部分空气将通过冷却和加热单元再循环。
这种循环的空气流也可用于消灭可能存在于缓冲容积中的尘螨。通过在身体支撑组件不用于支撑人体时将循环的空气的温度提高到50℃以上，并优选地60℃以上一段时间，所有暴露于该较高温度的尘螨将被消灭。
可替代地，优选的是，第二流动路径允许空气从支撑组件的底表面的空气入口，经由第二热交换器、经由下缓冲区、经由上缓冲区流到可渗透空气的顶表面中的多个空气出口。当用于支撑人体时，这种身体支撑组件是有利的。然后，热量或冷量不仅通过顶表面处的接触表面被输送到人体，而且还通过将调节后的空气离开顶表面并在人体周围流动的方式输送到人体。人体可以被例如该身体支撑组件中的毯子、羽绒被或床单覆盖。大部分空气将通过覆盖物侧部的开口逸出最终的覆盖空间，而一些空气穿过覆盖物逸出。
更优选地，身体支撑组件可以从上述循环模式切换到一次通过(once through)模式，即空气流动的通风模式，以及在两种模式之间变化。例如，循环模式可以用于准备好身体支撑组件以供使用，且一次通过模式可以在身体支撑组件用于支撑人体时使用。为了实现这种用途，身体支撑组件优选地具有阀组件，该阀组件具有允许根据前面所提及的空气循环的空气流动路径的阀位置和允许根据前面所提及的一次通过原理的空气流动路径的阀位置。甚至更优选地，身体支撑组件可以被配置成使得实现循环式和一次通过式气流的组合。例如，在使用中，人体可能被毯子和/或床单覆盖，这些毯子和/或床单不允许所有的空气离开顶表面或逸出由毯子或床单产生的空气空间。在这种情况下，可能有利的是使缓冲容积内的部分空气循环和/或甚至从毯子或床单产生的空间中吸出一些空气，并将该空气供应给第二热交换器。通过这种方式，空气可以被冷却或加热到所需的温度水平，以便再次使用。因此，优选地，阀组件具有阀位置，该阀位置允许根据循环式和一次通过式原理的空气流动的组合。
当传感器测量到人体存在于身体支撑组件的顶部时，可以自动执行循环模式到通风模式的切换以及在循环模式和通风模式之间的切换。这种传感器可以例如是压力传感器、运动传感器、位移传感器、湿度传感器和温度传感器。当传感器检测到身体支撑组件没有支撑人体时，也可以自动执行返回循环模式的切换。从一种模式切换到另一种模式之后，还可以通过控制空气置换装置的容载量来控制空气流量，并且通过控制珀耳帖效应单元的功率来控制加热或冷却能力。
身体支撑组件具有顶表面、侧壁和底表面。顶表面将面对由身体支撑组件支撑的人体。这个顶表面是可渗透空气的。在一次通过式原理中，第二流动路径的空气出口和入口是如上所述的可渗透空气的顶表面。可渗透空气的顶表面对于一次通过式实施例也很重要，在该实施例中，在底表面处吸入的环境空气被调节并经由顶表面排出。为了使其有效，顶表面的空气渗透率高于底表面的空气渗透率并且高于侧壁的空气渗透率是很重要的。优选地，用ASTM D 737-96标准测量的顶表面的空气渗透率比侧壁和底表面的空气渗透率高至少3倍，更优选地高4倍。适合这种顶表面的材料的例子为3D针织透气纺织品。侧壁应该由柔性材料制成，该柔性材料允许当组件用于支撑人体时，缓冲容积能够被压缩到一定程度。长形侧壁优选是柔性的，而在支撑物的头部端和足部端的延伸部处的侧壁可以是不太柔性的，因为它们在使用中通常被压缩得较少。适合这种侧壁的材料为紧密编织或针织的纺织品。底表面可以由与侧壁相同的材料组成。因为底表面不必像侧壁那样柔韧，所以底表面也可以使用更硬的材料。适用于底表面的材料为致密的无纺纺织品和某些类型的毛毡。
珀耳帖效应单元，也称为热电式热泵，是一种固态主动式热泵，该热泵依据电流的方向在消耗电能的情况下将热量从设备的一侧传递到另一侧。这种器械也称为珀耳帖效应设备、珀耳帖效应热泵、固态冷冻机或热电冷却器(TEC)。在一种操作方式中，热量经由珀尔帖效应单元从第二流动路径中的空气传递到(即被热泵送到)环境空气。由此缓冲容积内的调节后的空气被冷却。在另一种操作方式中，热量经由珀尔帖单元从第一流动路径中的环境空气传递到第二流动路径中的空气。由此，缓冲容积内的调节后的空气被加热。珀耳帖效应加热和冷却单元包括第一热交换器和第二热交换器以及珀耳帖效应板。珀耳帖效应板可以具有平板的形状，该板在使用中在其连接到电源时，具有冷热表面。根据电流的方向，一侧是冷的而另一侧是热的。当电流的方向改变时，热侧和冷侧也随之改变。珀耳帖效应单元的这一特性有利地用于根据本发明的身体支撑组件中。即，通过简单地改变提供给珀耳帖效应单元的电流方向，第二流动路径中的空气被冷却或加热。通过改变供应给珀尔帖效应单元的功率，还可以容易地控制加热能力和冷却能力。沿着第一热交换器和第二热交换器的空气流可以通过改变一个或更多个空气置换装置的功率以及通过改变一个或更多个阀位置来改变，这将在下文中解释。通过使珀尔帖效应单元的相对侧分别被第一流动路径中的空气加热和冷却，实现了平衡系统。因此在优选实施例中，珀耳帖效应单元被配置为在一个操作模式下冷却第一流动路径中的空气并加热第二流动路径中的空气，以及在第二操作模式下加热第一流动路径中的空气并冷却第二流动路径中的空气。优选地，珀耳帖效应单元的板的平坦表面直接连接到位于第一流动路径和第二流动路径中的热交换翅片，优选地金属翅片。这些翅片分别在空气的第一流动路径和第二流动路径中用作第一热交换器和第二热交换器。以这种方式，在珀尔帖效应单元和分别在第一流动路径和第二流动路径中流动的空气之间实现了更有效的热交换。可替代地，珀耳帖效应单元可以在其使用中的冷侧和热侧配备有热交换表面，以加热和冷却各自的传热介质，并配备有用于将各自的传热介质输送到第一热交换器和第二热交换器以与第一流动路径和第二流动路径中的空气热交换和/或冷交换的装置。这种热交换器可以是例如管壳式热交换器或热管。
第二流动路径中的第二热交换器产生决定身体支撑组件温度的热空气或冷空气。优选的是，该调节后的空气流从下缓冲区到上缓冲区被均匀地分配。这是为了避免顶表面中的局部冷热区域或当空气从顶表面离开时的热空气流或冷空气流。为了实现这种均匀的空气分配，可以使用空气分配系统，其中第二热交换器流体地连接到空气出口系统，该空气出口系统在下缓冲区的可压缩材料内具有多个空气出口开口。这样，调节后的空气基本上均匀地分布在所述下缓冲区内，并且将以基本上均匀分布的方式穿过隔离片材中的开口。这种系统的缺点是在下缓冲区需要用于调节后的空气的分配通道。使用身体以下支撑组件可以避免这样的系统，在身体支撑组件中，第二热交换器流体地连接到下缓冲区内的空气出口，并且其中对于隔离片材上的与第二热交换器的空气出口间隔越远的位置，单位面积隔离片材的开口越多。以这种方式，从下缓冲区到上缓冲区，单位表面面积的隔离片材可以流过基本相同体积的调节后的空气。
本发明还涉及一种身体支撑组件，其中珀尔帖效应加热和冷却单元被配置成在单一操作模式下冷却第一流动路径中的空气并加热第二流动路径中的空气。在这种组件中，在第二流动路径中只流动加热的空气。这种身体支撑组件适于在气候温和的地区使用。这可以通过以下事实来解释，即一小股加热的空气流过顶表面并经过身体支撑组件的使用者。已经发现，当流过上缓冲区的空气温度刚好低于使用者的体温时，可以获得舒适的睡眠体验。还发现实现这种效果所需的空气量可能较低。这导致空气置换装置的容载量可以很低，因此产生的噪音可以很低，使用者几乎察觉不到。
空气置换装置以及珀尔帖效应单元的第一热交换器和第二热交换器可以位于缓冲容积内的任何地方。出于舒适的原因，将这些元件放置在下缓冲区中可能是优选的。这也是有利的，因为第一流动路径的长度可以被最小化，导致珀耳帖效应单元和可选的空气入口导管和空气出口导管占据更小的缓冲容积。身体支撑组件可以具有用于放置人体头部的端部和用于放置人体脚部的端部。对于这种身体支撑组件，优选地，珀耳帖效应单元或多个珀耳帖效应单元位于用于脚部的端部处。因而优选地，顶表面将包括位于用于放置人体头部的端部的区域，该区域的空气可渗透性小于顶表面的平均空气渗透率。这是有利的，因为更多的空气将沿着身体的其余部分流动，从而避免沿着头部的气流，沿着头部的气流在睡觉时可能是不受欢迎的。
缓冲容积包括下缓冲区和最靠近顶面的上缓冲区，上缓冲区和下缓冲区由隔离片材分隔开。上缓冲区和下缓冲区由可压缩材料组成，该可压缩材料在所有方向上都是可渗透空气的。优选地，体积上超过70％、更优选地体积上超过80％、甚至更优选地体积上超过90％的上缓冲区由可渗透空气的可压缩材料组成，其中剩余的体积至少包括珀耳帖效应单元。
这种上缓冲区和下缓冲区允许调节后的空气从下缓冲区内的一个点自由地流到在隔离片材中的开口，进入上缓冲区。材料的透气性适当地高于50cm3/s/cm2，更优选地高于100cm3/s/cm2，并且最优选地高于200cm3/s/cm2，这是按照如前面提到的纺织品织物透气性标准试验方法ATSM D737-96所测量的。合适的材料是未封装的床垫弹簧、无纺织物和针织材料。在本发明中，钢制螺旋弹簧，即所谓的波纳尔弹簧(Bonell-springs)或等同物，也可以用作可压缩材料，其在所有方向上都是可渗透空气的。这种材料可用于上缓冲区和下缓冲区两者。材料组合也是可以的，其中上缓冲区包括与下缓冲区不同的材料。合适材料的例子是如在WO2015/140259和2018187348中描述的所谓的经编间隔织物(warp knittedspacer fabric)。这种经编间隔织物具有由间隔纱线连接的第一平坦经编层和第二平坦经编层。当经编间隔织物用于上缓冲区和/或下缓冲区时，平坦经编层本身可以是隔离片材。适当地，制作另外的开口，用于将调节后空气从下缓冲区输送到上缓冲区。当例如在一个区中使用多层经编织物时，优选地在面对下一经编织物的平坦表面的平坦表面中加设另外的开口。
用于上缓冲区和/或下缓冲区的更优选的材料是热塑性树脂的所谓的无规环圈结合结构(random loop bonded structure)。这种材料例如是可从Toyobo Co.获得的
Figure BDA0003099545390000081
并在例如EP2848721和EP3064627中被描述。这种材料具有超过200cm3/s/cm2的优异空气渗透率特性。无规环圈结合结构是有利的，因为它们的每单位体积的重量小。人们适当地将这种材料作为具有上平坦片材和下平坦片材的无规环圈结合结构的片材来应用。这些表面的空气可渗透性几乎与材料主体的空气渗透率一样。这与前面提到的经编织物形成对比。
无规环圈结合结构是在连续过程中制成的，其中处于接近熔融状态的聚合物的连续线性结构被倒入例如水的浅层中。聚合物将形成无规环圈并相互接触以及在这些接触点处连接以形成结合点。在底部和表面处产生平坦的无规结合结构，并且在这些平坦表面之间产生三维无规结合结构。这种生产技术限制了无规环圈结合材料片材的厚度。这些平坦表面之间的距离可以例如在1cm和10cm之间。依据所期望的厚度，即主体组件的顶表面和底表面之间的距离以及独立缓冲区的厚度，可以使用一层或更多层这种无规环圈结合结构。为了获得最佳的缓冲性能，可能优选的是组合这些材料的具有不同压缩硬度的不同层。
三维无规环圈结合结构的每单位重量的结合点的数量在每克550个和1150个结合点之间，优选地在每克600个至1100个结合点之间，更优选地在每克650个至1050个结合点之间，并且甚至更优选在700-1000个/克之间。每单位重量的结合点数量(单位：结合点数量/克)是通过EP2848721中描述的测量方法获得的值。在该方法中，通过将网络结构切割成测得的长5cm×宽5cm的长方体形状，使得长方体包括样品的两个表面层，但不包括样品的外围部分，来制备长方体形式的件，然后将该件内每单位体积的结合点数量(单位：结合点数量/cm3)除以件的表观密度(单位：g/cm3)。通过拉动两个线性结构来分离紧密结合部件并测量分离面(detachment)的数量的方法来测量结合点的数量。
无规环圈结合结构具有优选地在0.005g/cm3至0.200g/cm3的范围内的平均表观密度。具有上述范围内的平均表观密度的无规环圈结合结构预期示出缓冲材料的功能。小于0.005g/cm3的平均表观密度不能提供排斥力，并且因此无规环圈结合结构不适合作为缓冲材料。超过0.200g/cm3的平均表观密度产生很大的排斥力，并降低舒适性。这是不优选的。本发明中的表观密度更优选地为0.010g/cm3至0.150g/cm3，并且甚至更优选地在0.020g/cm3至0.100g/cm3的范围内。
如上所述，所用材料的压缩硬度在例如上缓冲区和下缓冲区中可能不同。例如，下缓冲区可以包括作为具有粗的细度的有些硬的线性结构的层的材料，而上缓冲区可以包括具有有些细的细度和高密度的线性结构的材料。下缓冲区材料可以是用于吸收振动和保持形状的层。上缓冲区材料可以是能够将振动和排斥应力均匀地传递到下缓冲区的层，使得整个主体经历变形从而能够转换能量，由此可以提高舒适性并且还可以提高缓冲区的耐用性。还可以优选地赋予缓冲材料的侧部部分一定的厚度和张力，其中细度可以稍微部分地减小，而侧壁附近的密度可以增大。这样，依据其目的，每层可以具有任何优选的密度和细度。应当注意，网络结构的每一层的厚度没有特别限制。
对于下缓冲区而言，在所有方向上可渗透空气的优选材料为金属弹簧，例如波纳尔弹簧。波纳尔弹簧具有沙漏形状(底部和顶部比中间更宽)，并且用金属网相互连接，构成弹簧系统。这些金属弹簧是优选的，因为它们一方面提供所需的振动吸收和保持其形状的能力，另一方面允许空气容易流过金属弹簧而没有任何明显的压降。未封装的金属弹簧不像例如袋装弹簧那样独立包装在纺织品包裹中。隔离片材可以是如前面所描述的.合适的隔离片材可以是如上所述的经编间隔织物片材。
三维无规环圈结合结构的25％压缩硬度在10kg/φ200-mm和30kg/φ200-mm之间。25％压缩硬度是在应力-应变曲线上25％压缩处的应力，应力-应变曲线用测得直径为200mm的圆形压缩板将网状结构压缩至75％而得到。
热塑性树脂可以是软的聚烯烃或聚酯热塑性弹性体。一种优选树脂为可从ToyoboCo.获得的所谓的P型
Figure BDA0003099545390000101
它是由作为硬性要素的芳香族聚酯和作为软性要素的脂肪族聚醚组成的共聚物。
隔离片材可以是用于为身体支撑组件提供缓冲性能的缓冲材料层的整体式部件，如针对经编间隔织物所阐述的。如果使用独立的片材，它优选是由紧密编织的织物或聚合物材料制成的柔性片材。板材将设置有开口。这些开口的图案和密度以及开口的尺寸被选择成使得优选的调节后的空气流基本上沿着如上所述的分离片材的全部区域从下缓冲区流向上缓冲区。这种开口可以具有任何形状。圆形开口可以具有1cm和6cm之间的直径。
本发明还涉及一种身体支撑组件，该身体支撑组件具有用于支撑人体的顶表面和间隔开的下表面，限定缓冲容积并限定侧壁，其中缓冲容积包括可压缩材料，该可压缩材料在所有方向上可渗透空气，具有大于100cm3/s/cm2的空气渗透率，空气渗透率通过ASTMD737-96测量；并且配备有珀耳帖效应单元以加热和/或冷却在缓冲材料内流动的空气。申请人发现，当如所请求保护的可压缩材料用于缓冲容积中时，得到身体支撑物，该身体支撑物能够在其结构内有效地输送调节后的空气。与现有技术方案相比，几乎没有遇到压降，并且可以减少离开缓冲容积本身的调节后的空气的量。这使得人们在必须使用较少或甚至仅仅一个珀耳帖效应单元的同时，在顶表面处得到相似的冷却或加热结果。因而所需的珀耳帖效应单元的尺寸可以被如此设计，使得能够将珀耳帖效应单元置于缓冲容积内。这种身体支撑组件的优选实施例可以是如上所述。
身体支撑组件优选用作床垫。因此，本发明还涉及一种包括根据本发明的身体支撑组件的床。这种床将具有某种结构，以支撑床垫。这种床垫支撑物应该在其下端留有开口，以允许空气流入支撑组件的底表面处的一个或多个空气入口开口。用于床垫的合适支撑物是螺旋钢丝支撑物，因为这种支撑物可充分渗透空气。
用于珀耳帖效应单元和空气置换装置以及可选的阀的供电可以通过直接连接到床垫或者经由床垫支撑物连接到床垫的电缆来提供。在外部可以存在小型的电源适配器。如果经由床垫支撑物进行供电，则在床垫的外部可以存在简单的电力交换表面，电力交换表面与床垫支撑物上存在的供电表面相连。当人们期望没有任何电缆从床垫伸出的床垫时，这可能是优选的。
本发明还涉及一种冷却或加热如上所述的身体支撑组件的方法。在该方法中，第二流动路径空气可以这样循环：从第二热交换器经下缓冲容积到上缓冲容积，并返回到第二热交换器。可替代地，第二流动路径空气可以从支撑组件的底表面处的空气入口经第二热交换器、经下缓冲区、经上缓冲区，流到达空气出口，该空气出口包括可渗透空气的顶表面。合适地，这里描述的两个针对空气的第二流动路径可以通过控制一个或多个阀来选择。合适地，这里描述的两个用于空气的第二流动路径或两个流动路径的组合可以通过控制一个或多个阀来选择。合适地，可以通过控制一个或多个阀来选择两个第二流动路径的组合。该方法被适当地执行，使得在一个操作模式下，在第一热交换器中空气被冷却并且在第二热交换器中空气被加热，并且其中，在第二操作模式下，在第一热交换器中空气被加热且在第二热交换器中空气被冷却。
上述方法适合在根据本发明的身体支撑物中执行。优选地，该方法在设置有床垫并被人使用的床中进行。优选在如上所述的床中进行。
将利用下面的图1-图10来说明本发明。
图1示出了身体支撑组件(1)，其具有用于支撑人体的顶表面(2)和间隔开的底表面(3)，限定了缓冲容积(4)并限定了侧壁(5)。最靠近顶表面(2)的上缓冲区(6)与下缓冲区(7)由隔离片材(8)隔开。上缓冲区(6)和下缓冲区(7)包括可压缩材料(9)。
示出了用于环境空气的第一流动路径(10)，其中空气由于被作为空气置换装置的通风机(12)朝向第一热交换器(13)抽吸而经由支撑组件的底表面(3)处的空气入口开口(11)进入身体支撑组件(1)。空气在热交换器(13)中被冷却或加热，并且加热或冷却后的空气经由底表面(3)上的空气出口开口(14)从身体支撑组件(1)排出。热交换器(13)为连接到珀耳帖效应单元(16)的珀耳帖板(15)的翅片。珀耳帖板(15)的相对侧连接到形成第二热交换器(17)的翅片。如图所示，珀耳帖效应加热和冷却单元(16)位于缓冲容积(4)内。
在图1中，第二流动路径中的空气被允许如下循环：从第二热交换器(17)经由下缓冲容积(7)到达上缓冲容积(6)并返回到第二热交换器(17)。在该第二流动路径中，空气还进行如下流动：从空气入口(19)(即为可渗透空气的顶表面(2))流到作为空气置换装置的通风机(20)，从而到达第二热交换器(17)。在热交换器(17)中，空气会根据温度要求被冷却或加热。调节后的空气离开第二热交换器(17)，流动经过下缓冲区(7)，穿过隔离片材(8)中的开口(21)，到达上缓冲区(6)。其中一些空气将经由可渗透空气的顶表面(2)中的多个空气出口(22)离开上缓冲区(6)，而大部分空气循环到第二热交换器(17)。在隔离片材(8)中存在开口(23)，该开口(23)允许该再循环的空气从上缓冲区(6)流到通风机(20)。
当第二热交换器(17)被构造成冷却第二流动路径(18)中的空气时，第一流动路径(10)中的空气在热交换器(13)中被加热。通风机(12)和(20)可以被控制以获得经过热交换器的最佳空气流。这种控制将取决于保持上缓冲区中所需的温度和所选择的操作方式，即冷却或加热。
在图2中示出了与如图1所示的类似的身体支撑组件。主要区别在于第二空气流动路径。在该图中，第二流动路径(24)允许空气从位于支撑组件底表面(3)处的空气入口(25)(空气入口(25)与用于第一流动路径(10)的空气入口(11)相同)，经第二热交换器(17)、经下缓冲区(7)、经上缓冲区(6)，流到包括可渗透空气的顶表面(2)的空气出口(22)。因此，空气被调节并以一次通过式布置经由出口(22)离开身体支撑组件，而不是如图1所示的那样再循环到第二热交换器(17)。
在图2的组件中，空气由单个通风机(26)经入口(11、25)吸入。位置可控的翼片(27)将空气流分割到第一热交换器(13)和第二热交换器(17)。例如，当珀耳帖效应单元中的电流改变方向时，翼片(27)的位置将改变，导致空气流从被冷却变为被加热。
图3和图4示出了身体支撑组件的实施例，该身体支撑组件设置有阀组件(30)，阀组件(30)具有如图3所示的阀位置和如图4所示的阀位置，如图3所示的阀位置允许如图1所示的空气流动路径(18)，如图4所示的阀位置允许如图2所示的空气流动路径(24)。
在图3中示出了阀组件30具有一位置，在该位置中，空气由第二通风机31从上缓冲区6吸入，从而产生开口23，该开口23将上缓冲区与通风机31和下游第二热交换器17流体地连接。第一流动路径(10)沿着第一热交换器(13)借助于另一不同的第一通风机(31a)被引导，并且与第二流动路径(18)流体地分离。在图4中，阀组件(30)被定位成使得开口(23)封闭，并且其中，位于支撑组件的底表面(3)处的空气入口开口(11)流体地连接到第一通风机和第二通风机(31a、31)。沿着第一热交换器和第二热交换器(13、17)的空气流将通过通风机(31a、31)的通风机速度来控制。
图5示出了根据图3和图4所示的身体支撑组件的横截面三维视图。在该图中，显示了隔离片材(8)中的开口(21)的尺寸变化。这种模式导致从下缓冲区(7)到上缓冲区(6)的空气流会被均匀地分配在将要支撑人体的区域中。珀耳帖单元附近的开口(21)尺寸较大，其主要作用是当空气如图3所示的那样再循环时，使空气从上缓冲区(6)流向珀耳帖单元的入口开口(23)。图6a-图6c更详细地描述了图5所示的珀耳帖单元.
图6a-图6c示出了用于图3-图5所示的支撑组件的珀耳帖效应单元。通风机31a和31可以是所谓的离心式风扇。在该图中，还示出了泡沫条(32)，冷凝水可以积聚到泡沫条上。例如，水在冷却空气时可能会冷凝。液态水可积聚并被输送到并行的空气流动路径中的较暖的流。液态水遇到该并行的流动路径中的较暖的空气流会在泡沫条的表面蒸发。该图中的珀耳帖效应单元设置有顶部33，顶部33将第二热交换器17与周围的可压缩材料9分隔开。珀耳帖效应单元的下端可以是支撑组件的底表面(3)的一部分。
在这些图中，示出了阀组件(30)的不同位置。这些图中的阀组件(30)被定位成不同于图3和图4，但效果是相同的。在图6a中，阀(30)关闭开口(23)，且空气经由开口(11b)被通风机(31a)吸入至第一热交换器(13)，并且空气经由开口(11a)被通风机(31)吸入至第二热交换器(17)。因此，图6a中的阀位置与图4中的相同。
在图6b中，阀30位于中间位置，在该中间位置，通风机(31)从上缓冲区(6)经开口(23)将空气吸入至第二热交换器(17)，以及经由开口(11a)将空气吸入至第二热交换器(17)。阀(30)可以被旋转以影响入口开口(23)和(11a)的面积，从而调节流向第二热交换器(17)的空气流中的再循环空气和环境空气之间的比率。
在图6c中，阀(30)被定位成使得阀(30)封闭开口(11a)，导致通风机(31)仅从上缓冲区(6)经开口(23)将空气吸入至第二热交换器(17)。因此，图6a中的阀位置与图3中的相同。
图7示出了图6a-图6c的珀耳帖效应元件的分解图。在该图中示出了热交换翅片(28)和珀耳帖效应板(15)。示出了驱动阀30的电动伺服马达27。
图8示出了图5中所示的身体支撑组件的顶部及底部视图。
图9示出了用于支撑组件的另一种可能的珀耳帖效应单元。该单元具有一个通风机(34)，通风机(34)根据阀(35)的位置能够：(i)仅从空气入口开口(11)吸入空气，如图10a所示；(ii)仅从上缓冲区(6)经开口(23)吸入空气，如图10c所示；以及(iii)能够从空气入口开口(11)吸入空气以及从上缓冲区(6)吸入空气，如图10b所示。翼片(36)将该吸入的空气流分配到第一交换器和第二热交换器(13、17)上。在图9中，该单元结合分离开的侧壁(42)一起示出。在组装时，该壁(42)将侧向封闭珀耳帖效应单元。该侧壁(42)设置有用于对阀(35)进行定位的电动伺服马达(41)、用于操作通风机(34)的电动马达(40)、和用于对翼片(36)进行定位的电动伺服马达(39)。因此，当阀(35)处于如图10a和图10b所示的位置时，该组件具有根据本发明的第一流动路径。

Claims (33)

1.身体支撑组件，其具有用于支撑人体的顶表面和间隔开的底表面,限定缓冲容积并限定侧壁，其中所述顶表面的空气渗透率高于所述底表面的空气渗透率并高于所述侧壁的空气渗透率，其中所述缓冲容积包括，
最靠近所述顶表面的上缓冲区，以及下缓冲区，所述上缓冲区和所述下缓冲区由隔离片材分隔开，其中所述上缓冲区和所述下缓冲区由可压缩材料组成，所述可压缩材料能够在所有方向上渗透空气；
用于环境空气的第一流动路径，其包括位于所述支撑组件的所述底表面的单一的或独立的空气入口开口、空气置换装置、第一热交换器和位于所述支撑组件的所述底表面的单一的或独立的空气出口开口；
用于空气的第二流动路径，其包括：空气入口；空气置换装置；第二热交换器；经过所述下缓冲区的所述可压缩材料、经过所述隔离片材中的开口并经过所述上缓冲区的所述可压缩材料的流动路径；以及位于所述顶表面中的多个空气出口；并且
其中第一热交换器和所述第二热交换器是定位在所述缓冲容积内的珀耳帖效应单元的一部分，所述单元被配置为在一个操作模式下冷却所述第一流动路径中的空气并加热所述第二流动路径中的空气和/或在第二操作模式下加热所述第一流动路径中的空气并冷却所述第二流动路径中的空气。
2.根据权利要求1所述的身体支撑单元，其中，所述第二流动路径允许空气这样循环：从所述第二热交换器经由所述下缓冲容积到所述上缓冲容积，并返回到所述第二热交换器。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的身体支撑单元，其中所述第二流动路径允许空气从所述支撑组件的所述底表面处的空气入口经所述第二热交换器、经所述下缓冲区、经所述上缓冲区流到空气出口，所述空气出口包括能够渗透空气的所述顶表面。
4.根据权利要求2和3所述的身体支撑组件，其中存在阀组件，所述阀组件具有允许根据权利要求2所述的空气流动路径的阀位置和允许根据权利要求3所述的空气流动路径的阀位置。
5.根据权利要求4所述的身体支撑组件，其中，所述阀组件具有允许根据权利要求2和3所述的空气流动的组合的阀位置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述珀耳帖效应加热和冷却单元被配置为在一个操作模式下冷却所述第一流动路径中的空气并加热所述第二流动路径中的空气以及在第二操作模式下加热所述第一流动路径中的空气并冷却所述第二流动路径中的空气。
7.根据权利要求1所述的身体支撑组件，其中，所述珀耳帖效应加热和冷却单元被配置为在单一操作模式下冷却所述第一流动路径中的空气并加热所述第二流动路径中的空气。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述第二热交换器流体地连接到空气出口系统，所述空气出口系统在所述下缓冲区的所述可压缩材料内具有多个空气出口开口，使得空气基本上均匀地分配在所述下缓冲区内。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的身体支撑组件，其中所述第二热交换器流体地连接到空气出口，并且其中，对于所述隔离片材上的与所述第二热交换器的空气出口间隔越远的位置，所述隔离片材的单位面积上的所述开口越多。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述身体支撑组件具有用于放置人体头部的端部和用于放置人体足部的端部，并且其中所述空气置换装置以及所述珀耳帖效应元件的所述第一热交换器和所述第二热交换器位于放置足部的端部。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述珀耳帖效应单元配备有热交换表面，所述热交换表面如同所述第一热交换器和所述第二热交换器那样被定位在所述第一空气流和所述第二空气流中。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述珀耳帖效应单元在其使用中的冷侧和热侧配备有用于加热和冷却各自的传热介质的热交换表面和用于将各自的传热介质输送到所述第一热交换器和所述第二热交换器以加热和/或冷却流经所述第一空气流动路径和所述第二空气流动路径的环境空气的装置。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的身体支撑组件，其中，能够在所有方向上渗透空气的所述可压缩材料具有根据ASTM D737测量的大于100cm3/s/cm2的空气渗透率。
14.根据权利要求13所述的身体支撑组件，其中，体积上超过70％的所述上部缓冲区由能够渗透空气的可压缩材料组成。
15.根据权利要求13-14中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述上缓冲区的所述可压缩材料是热塑性树脂的三维无规环圈结合结构，并且其中所述下缓冲区的所述可压缩材料是金属弹簧。
16.根据权利要求15所述的身体支撑组件，其中，所述隔离片材是经编间隔织物的片材。
17.一种冷却或加热身体支撑组件的方法，所述身体支撑组件具有用于支撑人体的顶表面和间隔开的底表面，限定缓冲容积并限定侧壁，其中所述缓冲容积包括，
下缓冲区和最靠近顶表面的上缓冲区，所述上缓冲区和所述下缓冲区由隔离片材分隔开，其中所述上缓冲区和所述下缓冲区由可压缩材料组成，所述可压缩材料能够在所有方向上渗透空气，并且
其中环境空气经由位于所述支撑组件的所述底表面的单一的或独立的空气入口开口、空气置换装置、第一热交换器和位于所述支撑组件的所述底表面的单一的或独立的空气出口开口在第一流路径中流动，
其中环境空气经由如下项在第二流路径中流动：空气入口；空气置换装置；第二热交换器；经过所述下缓冲区的所述可压缩材料、经过所述隔离片材中的开口、经过所述上缓冲区的所述可压缩材料并经过顶表面的流动路径，以及
其中所述第一热交换器和所述第二热交换器是珀耳帖效应加热和冷却单元的一部分，并且其中，在一个操作模式下，在所述第一热交换器中空气被冷却并且在所述第二热交换器中空气被加热，和/或其中，在第二操作模式下，在所述第一热交换器中空气被加热并且在所述第二热交换器中空气被冷却。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述第二流动路径中，空气进行这样的循环：从所述第二热交换器经由所述下缓冲容积到达所述上缓冲容积，并返回到所述第二热交换器。
19.根据权利要求17-18中任一项所述的方法，其中，在所述第二流动路径中，空气进从所述支撑组件的所述底表面处的空气入口经所述第二热交换器、经所述下缓冲区、经所述上缓冲区流到空气出口，所述空气出口包括能够渗透空气的所述顶表面。
20.根据权利要求18和19所述的方法，其中，根据权利要求18所述的用于空气的第二流动路径或根据权利要求19所述的用于空气的第二流动路径能够通过控制一个或更多个阀来选择。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的方法，其中，在一个操作模式下，在所述第一热交换器中空气被冷却并且在所述第二热交换器中空气被加热，并且其中在第二操作模式下，在所述第一热交换器中空气被加热并且在所述第二热交换器中空气被冷却。
22.根据权利要求17-21中任一项所述的方法，其中，所述方法使用根据权利要求1-16中任一项所述的身体支撑组件。
23.一种床，所述床包括根据权利要求1-16中任一项所述的身体支撑组件和螺旋金属丝床垫支撑物。
24.一种床，所述床包括根据权利要求1-16中任一项所述的身体支撑组件和床垫支撑物，并且其中，用于所述珀耳帖效应单元的电源经由所述床垫支撑物连通至所述身体供应组件。
25.身体支撑组件，其具有用于支撑人体的顶表面和的间隔开的下表面，限定缓冲容积并限定侧壁，其中所述缓冲容积包括能够在所有方向上渗透空气的可压缩材料和珀耳帖效应单元，所述可压缩材料具有根据ASTM D737-96测量的大于100cm3/s/cm2的空气渗透率，所述珀耳帖效应单元被装备用于加热和/或冷却所述缓冲材料内流动的空气。
26.根据权利要求25所述的身体支撑组件，其中，所述可压缩材料具有根据ASTM D737-96测量的大于200cm3/s/cm2的空气渗透率。
27.根据权利要求25-26中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述可压缩材料是热塑性树脂的三维无规环圈结合结构。
28.根据权利要求27所述的身体支撑组件，其中，所述热塑性树脂为由芳香族聚酯和脂肪族聚醚组成的共聚物。
29.根据权利要求25-28中任一项所述的身体支撑组件，其中，体积上超过70％的缓冲容积由所述可压缩材料组成。
30.根据权利要求25-29中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述顶表面的所述空气渗透率高于所述下表面的所述空气渗透率，并且高于所述侧壁的所述空气渗透率。
31.根据权利要求25-30中任一项所述的身体支撑组件，其中，所述缓冲容积包括下缓冲区和最靠近所述顶表面的上缓冲区，所述上缓冲区和所述下缓冲区由隔离片材分隔开，其中所述上缓冲区和所述下缓冲区由所述可压缩材料组成，所述可压缩材料能够在所有方向上渗透空气。
32.根据权利要求33所述的身体支撑组件，其中，所述下缓冲区的所述可压缩材料是金属弹簧，并且所述上缓冲区由作为可压缩材料的热塑性树脂的三维无规环圈结合结构组成。
33.根据权利要求23所述的身体支撑组件，其中，所述隔离片材是经编间隔织物片材。
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