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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bettklimasystem, also eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Bettes.
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Das Beheizen und Kühlen von Bettmatratzen mit Luftzirkulation ist an sich bekannt. In unterschiedlichen Klimaregionen und Jahreszeiten können damit für den Benutzer angenehme Bedingungen geschaffen werden. Das gilt für die gewöhnliche private Nutzung, aber auch für Sondernutzungen wie z. B. die Krankenlagerung und ähnliches. Die Erfindung richtet sich auf beide Anwendungsbereiche.
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Als Aufgabe wird angesehen, ein hinsichtlich Effizienz verbessertes Bettklimasystem anzugeben.
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Hierzu richtet sich die Erfindung auf ein Bettklimasystem mit einer Matratze zur Polsterung des Körpers eines Bettbenutzers, einem Flüssigkeitskreislauf in der Matratze zum Kühlen und Heizen der Matratze und einer Wärmetransporteinrichtung, die unter Energieaufwand wahlweise Wärme aus dem Flüssigkeitskreislauf als zu kühlende Primärseite zu einer Sekundärseite transportiert oder Wärme von der Sekundärseite zu dem Flüssigkeitskreislauf als zu heizende Primärseite transportiert.
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Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, wobei sich die Erfindung auch auf die Verwendung einer Matratze und einer Wärmetransporteinrichtung für das beschriebene Bettklimasystem richtet.
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Die erfindungsgemäße Wärmetransporteinrichtung soll im Unterschied zu einer üblichen Heizung (bei der Wärme durch Energieaufwand erzeugt wird, insbesondere als elektrische Widerstandsheizung) die Wärme transportieren, und zwar aus der Matratze des Bettes zu einer Sekundärseite oder umgekehrt, je nachdem ob gekühlt oder geheizt werden soll. Grundsätzlich richtet sich die Erfindung dabei auf ein Bettklimasystem, das nach Wahl des Benutzers heizen oder kühlen kann, also nicht auf ein reines Heizsystem oder ein reines Kühlsystem (was einem zusätzlichen Heiz- oder Kühlsystem nicht im Weg steht).
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Eine solche Wärmetransporteinrichtung könnte etwa eine Wärmepumpe sein, wie sie von Gebäudeheizungen, oder, in kleinerer Bauform, auch von Wäschetrocknern bekannt ist. Daneben ist eine bevorzugte Wahl eine thermoelektrische Einrichtung (im Folgenden kurz TED-Einrichtung), die mit dem sogenannten thermoelektrischen Effekt oder Peltier-Effekt arbeitet. Hierbei kühlt sich unter elektrischem Energieeinsatz eine Seite eines Peltier-Elements ab und heizt sich die andere auf, sodass eine solche TED-Einrichtung ebenfalls als günstige Wärmetransporteinrichtung geeignet ist. Insbesondere arbeitet sie für gewöhnlich geräuschfrei.
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Ferner ist erfindungsgemäß ein Flüssigkeitskreislauf in der Matratze des Bettklimasystems vorgesehen, der typischerweise Energie in Form von Wärme deutlich wirksamer transportieren kann als Luft oder andere Gase. Das gilt schon beim Einsatz von Wasser als Medium; es können aber auch noch leistungsfähigere Flüssigkeiten eingesetzt werden, etwa Glykol. Die Vorteile eines Flüssigkeitskreislaufs zum Wärmetransport innerhalb der Matratze sind nach Überzeugung des Erfinders für die Leistungsfähigkeit der Erfindung so wichtig, dass der im Vergleich zu Luft erhöhte Aufwand für die Führung des Mediums und der Wegfall der bei Lufttransport gegebenen Trocknungsmöglichkeiten in Kauf genommen wird. Das schließt natürlich eine zusätzliche Luftzirkulation nicht aus.
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Vorzugsweise sind die Polsterelemente der Matratze aus einem Gel, z. B. einem PU-Gel (Polyurethan-Gel) gefertigt. Dieses bietet nicht nur gute Polsterungs- und Komforteigenschaften, sondern eignet sich auch sehr gut zur Kombination mit Flüssigkeitsleitungen. In Betracht kommen dabei einerseits leitungsartige Hohlräume in dem Polstergel (und grundsätzlich auch in anderen Polstermaterialien) an sich, also eingearbeitete Kanäle, oder auch eingebaute Schläuche mit von dem Gel verschiedenen Mänteln, etwa weiche Silikonschläuche oder weiche PU-Schläuche. Die Dichte und die Ausführung der Schläuche hinsichtlich Querschnittsform und -größe und auch die Ausführung der Schlauchmäntel sind dabei im Einzelfall so auf die Polsterung abzustimmen, dass die Existenz der Schläuche oder der integrierten (Hohlraum-)Leitungen nicht oder nur wenig tastbar ist. Das gilt auch für den Abstand zur Benutzungsseite, der aber vorzugsweise eher gering ist, um keine zu großen Effizienzeinbußen zu verursachen.
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Vorzugsweise wird bei der Leitungsführung darauf geachtet, dass Vorlaufteile und Rücklaufteile der Leitungen, also Leitungsteile, die in Strömungsrichtung eher vor oder eher hinter einer Mitte zwischen Zulauf und Ablauf liegen, in einem gewissen Maß abwechselnd auftreten. Dies muss nicht zwingend eine abwechselnde Anordnung in dem Sinn sein, dass jeweils das nächstbenachbarte Leitungsstück eines Vorlaufteils dann ein Rücklaufteil ist und umgekehrt. Bevorzugt ist aber, dass zumindest die übernächste Nachbarleitung jeweils zum anderen Leitungsteil gehört.
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Die Temperaturverhältnisse in oder an der Matratze (vorzugsweise an der Benutzungsseite) können durch einen Temperatursensor erfasst werden, bspw. durch ein NTC-Element, also einen elektrischen Messwiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, oder aber auch durch ein Thermoelement. Mit einer solchen Temperaturerfassung ist dann eine Temperaturregelung möglich, wobei aber auch eine reine Temperaturbegrenzung nach unten und/oder oben oder eine Temperatursteuerung ohne eigentliche Regelung (bspw. lediglich mit Überwachung im Sinne einer Alarmfunktion) denkbar sind.
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Grundsätzlich richtet sich die Erfindung auf die Anordnung des Flüssigkeitskreislaufs in der Matratze, wobei als Matratze auch ein sogenannter Topper, also eine Übermatratze zur Verwendung auf einer darunter anzuordnenden Hauptmatratze in Betracht kommt. Solche Topper sind im Hinblick auf die Komfortsteigerung grundsätzlich bekannt und im Vergleich zur Hauptmatratze im Regelfall viel dünner; im vorliegenden Fall ist eine Dicke von höchstens 150 mm bevorzugt. Der Einsatz in einem Topper führt zu einer gewissen Modularität in dem Sinn, dass mit einer Standardmatratze als Hauptmatratze gearbeitet werden kann und das Klimasystem mit dem Topper optional mit – oder nachgeliefert werden kann. Insbesondere muss der Topper hinsichtlich der Polstereigenschaften des Bettes nicht die Matratzenaufgabe vollständig ausfüllen und kann sich der Topperhersteller insoweit stärker auf den Aspekt der Klimatisierung konzentrieren und mit einem ggf. anderen Matratzenhersteller, der sich seinerseits auf die Matratze konzentriert, zusammenarbeiten bzw. unabhängig von diesem liefern.
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Bislang wurde abstrakt von einer Sekundärseite gesprochen. Diese muss grundsätzlich ihre Funktion als Wärmesenke und -quelle erfüllen können, kann also z. B. ein Reservoir sein. Es ist allerdings in der Praxis anzustreben, diese Sekundärseite baulich nicht allzu groß werden zu lassen und auch den Anschluss an Reservoire vor Ort (z. B. Gebäudeteile) aus Praktikabilitätsgründen zu vermeiden (wenngleich das natürlich denkbar und von der Erfindung umfasst ist). Insoweit kann also auch sekundärseitig ein Wärmeausgleich geschaffen werden, wozu vorzugsweise ein Fluidkreislauf, und zwar besonders bevorzugterweise ebenfalls ein Flüssigkeitskreislauf, vorgesehen ist. Dieser transportiert Wärme von der Wärmetransporteinrichtung (insbesondere der TED-Einrichtung) weg oder zu dieser hin. Der Transport führt dann zu einem Wärmetauscher (bzw. von diesem zu der Wärmetransporteinrichtung) und dieser Wärmetauscher ist vorzugsweise aus der Matratze ausgegliedert. Bspw. kann es sich um ein den Wärmetauscher enthaltendes Gerät handeln, das unabhängig von der und außerhalb der Matratze aufgestellt oder aufgehängt wird. Ein solcher Wärmetauscher könnte neben einer an sich bekannten Gestaltung mit gut wärmeleitfähigem Materialien und Rippen z. B. auch einen Lüfter aufweisen. Vorzugsweise enthält dieses ausgegliederte Gerät auch den sekundärseitigen Fluidkreislauf und die Wärmetransporteinrichtung, es ist also über einen Teil des primärseitigen Flüssigkeitskreislaufs mit der Matratze verbunden.
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Auch unabhängig von dem separat aufzustellenden oder aufzuhängenden Gerät mit dem Wärmetauscher ist bevorzugt, dass die Wärmetransporteinrichtung und ggf. der sekundärseitige Fluidkreislauf außerhalb der Matratze angeordnet sind. Die Matratze soll vorzugsweise möglichst frei von technischen Einrichtungen, insbesondere elektrischen Einrichtungen bleiben (wobei allerdings ein Temperatursensor im Regelfall elektrisch ist, wenngleich mit geringen oder keinen Strömen verbunden).
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Die Ausführungen zu dem sekundärseitigen Wärmetauscher stehen allerdings einer Speichereinrichtung bzw. speichernden Eigenschaften auf der Sekundärseite nicht im Weg. Bspw. könnte eine ausreichende Wärmekapazität dafür sorgen, dass ein wesentlicher Teil oder der gesamte Wärmeausgleich der Sekundärseite zeitlich außerhalb der Nutzungszeit des Bettklimasystems hinsichtlich der Matratzentemperierung stattfindet. Z. B. könnte also während der Ruhezeit des Bettbenutzers die Matratze klimatisiert werden und die dabei aufgewendete Wärme dieser Wärmekapazität entzogen bzw. die aus der Matratze abgeführte Wärme dort gespeichert werden. Dann könnte der Wärmeausgleich zwischen der Wärmekapazität und der Umgebung, z. B. der Zimmerluft, ganz oder zu einem wesentlichen Teil zeitlich nach der Ruhezeit stattfinden. Z. B. könnte nach Verlassen eines Schlafzimmers ein Lüfter zusammen mit dem erwähnten Wärmetauscher für den Wärmeausgleich sorgen.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht mindestens im primärseitigen Flüssigkreislauf eine in der Medienflüssigkeit eingetauchte Flüssigkeitspumpe vor. Es hat sich herausgestellt, dass damit eine deutliche Verringerung von Schwingungen und Geräuschen möglich ist. Das gilt vorzugsweise analog für einen sekundärseitigen Flüssigkeitskreislauf, falls vorhanden.
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Die Erfindung betrifft auch ein das bisher beschriebene Bettklimasystem beinhaltendes vollständiges Bett, das also zusätzlich zu der Matratze ein Bettgestell und/oder eine Untermatratze zur Anordnung unter der Matratze des Bettklimasystems aufweist. Soweit das Bettklimasystem mit einem Topper realisiert ist, weist das Bett also eine „Hauptmatratze” auf.
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Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer Matratze (einschließlich Topper) für ein Bettklimasystem bzw. das eben erwähnte Bett und eine entsprechende Verwendung einer Wärmetransporteinrichtung hierfür, insbesondere einer TED-Einrichtung.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, dessen Merkmale für alle Anspruchskategorien Bedeutung haben und auch in anderen als den dargestellten Kombinationen erfindungswesentlich sein können.
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1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Bettklimasystem
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2–4 zeigen Schnitte durch eine Matratze des Bettklimasystems aus 1 mit verschiedenen Lösungen für die Flüssigkeitsleitungen
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5 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Leitungen
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In 1 erkennt man oben eine schematische Draufsicht auf eine Matratze oder Übermatratze, also einen Topper 1, eines Bettklimasystems. Wie symbolisch dargestellt, ist diese Matratze in einem überwiegendem Teil ihrer Grundfläche erfasst von einem Flüssigkeitskreislauf mit Flüssigkeitsleitungen 2 und 3, wobei mit dem Bezugszeichen 2 der Zulauf und mit dem Bezugszeichen 3 der Ablauf bezeichnet ist. Zulaufleitungen 2 und Ablaufleitungen 3 laufen im Wesentlichen antiparallel und benachbart zueinander, wobei es sich im Übrigen (in Bezug auf die beschriebene Paarung) um eine spiralförmige Anordnung handelt. Natürlich wären auch andere Anordnungen möglich, z. B. zwei Schichten, wobei die obere Schicht den Zulauf 2 des Systems und die untere Schicht den Ablauf 3 enthalten kann. Ein Vorteil hierbei sind ein homogenerer Temperaturverlauf und eine bessere Temperatur-Verteilung, wobei jedoch spätestens der übernächste Nachbar jeder Zulaufleitung 2 eine Ablaufleitung 3 sein soll und umgekehrt. Im vorliegenden Fall ist das schon beim jeweils nächsten Nachbarn der Fall.
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Die Leitungen führen eine Flüssigkeit zu Temperierungszwecken, das in einem primärseitigen Wärmetauscher 4 (symbolisch dargestellt) in an sich bekannter Weise gekühlt oder geheizt wird, wozu der Wärmetauscher 4 von einer TED-Einrichtung 5, also einem entsprechend leistungsfähigen Peltier-Element, thermisch beaufschlagt ist. Bei dem Wärmetauscher 4 kann es sich bspw. um einen üblichen Aluminiumwärmetauscher für Flüssigkeitsleitungen handeln, wobei an den Aluminiumwärmetauscher 4 die TED-Einrichtung gut wärmeleitend und großflächig angekoppelt ist.
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Auf der anderen Seite der TED-Einrichtung 5 befindet sich ein sekundärseitiger Wärmetauscher 6, in dem ein sekundärseitiger Flüssigkeitskreislauf 7 zirkuliert. Dieser Flüssigkeitskreislauf führt (beispielhaft im Fall der Kühlung der Matratze 1) Wärme von der rechten Seite der TED-Einrichtung 5 ab und verteilt sie an den Wärmetaucher 6, der sie z. B. an die Umgebungsluft abgibt. Zur Optimierung können außen angebrachte Lüfter den Wärmesenke-Effekt unterstützen.
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Mit 8 und 9 sind eine primärseitige und eine sekundärseitige Flüssigkeitspumpe bezeichnet, die jeweils den Flüssigkeitskreislauf umpumpen. Diese Pumpen sind beide eingetaucht in die Flüssigkeit des Kreislaufs, wozu in diesem Beispiel in der Zuleitung des primärseitigen Flüssigkeitskreislaufs eine entsprechende Verdickung vorgesehen ist (nur symbolisch gezeichnet) und auch im sekundärseitigen Flüssigkeitskreislauf ein entsprechender Platz vorgesehen ist.
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Die 2–4 zeigen einen Schnitt durch den Topper 1 aus 1, und zwar so, dass die Leitungen in ihrer Querschnittsform zu erkennen sind. Dabei zeigt 2 eine mit PU-Gel 10 gepolsterte Matratze 1, in deren oberen Bereich kreisrunde Silikonschlauchstücke zu erkennen sind. Das entspricht der Situation in 1.
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3 zeigt eine Variante, bei der eine Matratze 1' ebenfalls mit PU-Gel 10 gepolstert ist und in dem Leitungsbereich bündig aneinander anschließende und jeweils rechteckförmige Leitungsquerschnitte 2' und 3' zu erkennen sind. Durch die rechteckige Form lässt sich eine durchgehende Schicht erzeugen, sodass die Leitungen noch weniger ertastbar sind als bei der Variante in 2. Auch hier kann es sich z. B. um Silikonleitungen handeln.
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4 zeigt eine Variante zu 2, wobei die Matratze 1'' aus einer oberen und einer unteren Hälfte jeweils aus PU-Gel 10 zusammengesetzt ist und in der Kontaktfläche der beiden Hälften auf beiden Seiten ungefähr halbkreisförmige Profile eingelassen sind. Damit sind in dem PU-Gel 10 selbst Hohlräume 2'' und 3'' im Sinn von Flüssigkeitsleitungen gebildet.
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4 zeigt ferner einen symbolischen NTC-Temperatursensor 11 mit einer entsprechenden Sensorleitung 12, mit dessen Hilfe die Kühl- und Heizleistung der TED-Einrichtung 5 geregelt werden kann.
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5 zeigt, dass Leitungen auf zwei übereinander angeordneten Ebenen verlegt sein können, wobei der Vorlauf (Zulaufleitung 2''') vorzugsweise näher an der oberen Schicht bzw. näher an einer von einem Benutzer berührten Oberfläche angeordnet ist als der Rücklauf (Ablaufleitungen 3'''). Die Leitungsdetails und Ausführungen können wie vorstehend beschreiben gewählt sein. Eine Anordnung wie in 5 erlaubt eine homogenere Temperaturverteilung.
