DE69618972T2

DE69618972T2 - Persönliche wärmeregelung

Info

Publication number: DE69618972T2
Application number: DE69618972T
Authority: DE
Inventors: Anthony Peter Arnold
Original assignee: Kool Ltd
Current assignee: Kool Ltd
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1996-10-10
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2016-10-11
Also published as: EP0854696B1; AU7224196A; DE69618972D1; US5970718A; WO1997013481A1; EP0854696A1; ES2175132T3

Description

Diese Erfindung betrifft eine persönliche Wärmeregulierung, und betrifft in dieser Hinsicht insbesondere Vorrichtungen, die an der Person getragen werden, um ein Abkühlen oder Erwärmen des Körpers, zu bewirken.
EP-A-0050473 auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 gegründet ist, sieht verschiedene persönliche Kühlsysteme vor, in denen eine Wärmeentlastung durch Verwendung einer Peltier-Effekt-Einheit erreicht wird. Die vorliegende Erfindung sieht eine persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung für den Körper einer Person vor, mit einer Kühlfläche und einer Wärmefläche, thermisch von der Kühlfläche isoliert, eine Peltier-Effekt- Einheit zum Kühlen der Kühlfläche und zum Heizen der Heizfläche, wobei die Peltier- Effekt-Einheit in oder an einer Gehäuseeinrichtung aufgenommen ist, die mit einer Anbringungseinrichtung zum Anbringen der Vorrichtung an einem Teil des Körpers der Person verbunden ist, wobei dabei eine der Flächen mit der Haut an dem Körperteil in Kontakt ist und eine Schaltvorrichtung umfaßt, die die Peltier-Effekt-Einheit selektiv mit einer elektrischen Energievorrichtung verbindet, um die Peltier-Effekt-Einheit zu betätigen, wobei die Gehäuseeinrichtung angeordnet ist, die Schalteinrichtung und die elektrische Energieeinrichtung aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine in sich geschlossene, tragbare Wärmeregulierungsvorrichtung ist.
Die Vorrichtung ermöglicht, die Wärmeübertragung von oder zu dem Körper vorzunehmen, für Komfort- oder für Erfrischungszwecke, und in dieser Hinsicht kann die Vorrichtung angepaßt werden, am Körper getragen zu werden, z. B. in der Art eines Handgelenk- oder Kopfbandes, mit der Heizfläche oder der Kühlfläche z. B. gehalten gegen die Innenseite des Handgelenks oder gegen die Stirn, wo Blutgefäße nahe der Hautoberfläche sind. Auf diese Weise kann eine schnelle und wirksame Übertragung von Wärme zum Kühlen oder Erwärmen des Körpers erreicht werden. Insbesondere kann das Kühlen oder Erwärmen mit wirtschaftlicher Aufwendung von elektrischer Energie und unter geschlossener Regulierung erreicht werden.
In der letzteren Hinsicht kann die elektrische Energieeinrichtung eine oder mehrere Batterien enthalten, z. B. wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien oder Dünnschichtzellen- Primärbatterien, eine oder mehrere Solarzellenplatten, oder einen elektrischen Generator (z. B. durch einen Uhrwerkmotor oder durch kinetische Energie angetrieben, dabei eine bewegungsempfindliche Vorrichtung verwendend), der zum Bereitstellen von Strom durch die Gehäuseeinrichtung getragen wird, um der Peltier-Effekt- Einheit Energie zuzuführen. Bequem sind die Peltier-Effekt-Einheit, die Schalteinrichtung und die elektrische Energieeinrichtung in einem einzigen Gehäuse aufgenommen sind. Die Schalteinrichtung kann z. B. ein Kniehebel- oder anderer mechanischer Schalter sein, der zur Ein-Aus-Steuerung des Stromflusses manuell betätigt wird, kann aber eine elektronische Zeitgeber- oder Impulsschaltung enthalten, um den Fluß zu regulieren.
Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in Seitenansicht zeigt;
die Fig. 2 und 3 Draufsichten der Vorrichtung von Fig. 1 von gegenüberliegenden Seiten, mit einem Verbindungsgurt der Vorrichtung weggebrochen;
Fig. 4 eine erläuternde Schnittdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles einer persönlichen Wärmeregulierungsvorrichtung zeigt, zur Verwendung als ein Kopfband, gesehen von rechts und oben;
Fig. 5 einen Querschnitt durch das Gehäuse der in Fig. 4 erläuterten Vorrichtung zeigt;
Fig. 6 ein vergrößerter Querschnitt der Mitte des in Fig. 5 gezeigten Gehäuses ist; und
Fig. 7 eine Darstellung einer alternativen Konfiguration des bevorzugten Ausführungsbeispieles ist und das als ein Handgelenkband verwendet werden soll.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 3 enthält eine Wärmeregulierungsvorrichtung zum Gebrauch beim Kühlen des Körpers und die vorgesehen ist, am Handgelenk getragen zu werden, eine Peltier-Effekt- oder thermoelektrische Kühleinheit 1, die auf gegenüberliegenden Seiten jeweils eine keramische wärmeleitende Kühl- oder Wärmefläche 2 und 3 hat. Die Einheit 1 ist in ein langgestrecktes Gehäuse 4 aus rostfreiem Stahl oder anderem Material eingesetzt, das durch einen Leder-, Metall- oder textilen Gurt 5 zum Verbinden der Vorrichtung um das Handgelenk, getragen wird. Der Gurt 5 enthält in letzterer Hinsicht eine Schnalle 6 zum Befestigen des Gehäuses 4 straff an dem Handgelenk mit der Oberfläche 2 nach innen und gegen die Haut an der Innenseite des Handgelenks angeordnet. Das Gehäuse 4 ist nach außen leicht gebogen, um mit dem Handgelenk übereinzustimmen und gute Wärmeleitung zwischen der Oberfläche 2 und den Blutgefäßen unmittelbar unter der Haut zu sichern.
Zwei Abteilungen 7 und 8 für elektrische Primärzellen- oder wiederaufladbare Batterien (nicht gezeigt) sind an der Innenseite des Gehäuses 4 vorgesehen, wobei die Batterien innerhalb des Gehäuses 4 verbunden sind, um die Peltier-Effekt-Einheit 1 über einen Kniehebel-EIN-Aus-Schalter 9, der an der Außenseite des Gehäuses 4 montiert ist, mit Energie zu versorgen. Die Energieversorgung der Einheit 1 veranlaßt, daß Wärme durch die Innenoberfläche 2 absorbiert und durch die Außenoberfläche 3 abgegeben wird. Die durch die Oberfläche 2 in Kontakt mit der Innenseite des Handgelenkes absorbierte Wärme kühlt den Körper, und die durch die Oberfläche 3 ausgegebene Wärme wird in die Atmosphäre verteilt.
Der Träger der Vorrichtung betätigt den Schalter 9, um Energie der Einheit 1 für eine kurze Dauer zuzuführen, jedes Mal wenn der Vorteil der persönlichen Abkühlung erforderlich ist. Die Zeitdauer, für die sie unter Strom bleibt, kann nach seiner 1 ihrer Wahl sein, aber solch eine Wahl wird normalerweise dem Wunsch Batterieleistung zu sparen, Rechnung tragen. Eine auf der Außenseite des Gehäuses 4 montierte, digitale Anzeige 10 gibt einen Anzeige der Batterieleistung/-lebensdauer, um in diesem Bezug zu unterstützen.
Obwohl die Vorrichtung der Fig. 1 bis 3 oben beschrieben ist, als einen Gurt 5, zu beinhalten, der durch eine Schnalle festgezogen wird, können andere Mittel zum Befestigen verwendet werden: z. B. kann ein teil-freigebender Spannverschluß, wie bei metallischen Uhrenarmbändern angewendet, verwendet werden, oder das Befestigen kann insbesondere bei denen, wo der Gurt ein Textilmaterial ist, mittels eines Haken- und-Schlaufe-Eingriffs erfolgen, z. B. enthalten in Befestigungen, verkauft unter dem eingetragenen Warenzeichen VELCRO. Alternativ kann der Gurt 5 einfach ein elastischer Ring sein. Überdies kann eine Uhr (oder ein anderer Artikel von persönlicher Kleidung) in der Vorrichtung enthalten sein, diese sind z. B. anstelle der Schnalle 6, wie in Fig. 1 veranschaulicht, angeordnet.
Die in Bezug zu den Fig. 1 bis 3 beschriebene Vorrichtung kann als eine Fußspange, oder, wenn mit einem längeren Riemen versehen, irgendwo am Bein getragen werden, oder kann am Fuß (vielleicht innerhalb eines Schuhes) getragen werden. Überdies kann sie, wenn z. B. mit einem elastischen Band, das Frottee enthält, versehen, wie nachstehend beschrieben, als ein Kopfband getragen werden. Der Biegegrad des Gehäuses der Vorrichtung ist so ausgelegt, um übereinzustimmen mit oder anpaßbar zu sein, an der Stelle, wo die Vorrichtung getragen wird.
Bezugnehmend auf die Fig. 4 bis 6 ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die thermoelektrischen Kühleinheit 1 innerhalb einer zentralen Öffnung in einem unteren Gehäuse 10 aus Metall, z. B. Aluminium oder rostfreiem Stahl, des halbbogenförmigen langgestreckten Gehäuses 4 angeordnet und die Unterseite der Einheit 1 liegt bündig mit der Innenfläche 2 des Gehäuses. Das untere Gehäuse hat Seitenwände, die einen an einen nach außen offenen Kanal oder Trog begrenzen, zur Aufnahme eines gut wärmeleitenden Materiales, z. B. Aluminium oder Kupfer, durchgehen, während das obere Gehäuseteil 11, das eine umhüllende Schicht aus isolierendem Material hat, um die Gehäuse 10, 11 voneinander thermisch zu isolieren. Das obere Gehäuseteil 11 ist bündig mit den oberen Oberflächen der unteren Gehäuseseitenwände, z. B. durch geeignete Befestigungen, z. B. versenkte Schrauben, befestigt. (Alternativ kann das untere Gehäuseteil innerhalb einer Seitenwand, getragen durch das obere Gehäuseteil, eingesetzt sein.) Zwei wiederaufladbare Lithiumionen-Batterien mit Feststoff- Elektrolyt, oder Lithium-Dünnschichtzellen-Primärbatterien 15 sind auf jeder Seite der Einheit 1 innerhalb der Abteile 7, 8, gebildet durch die Gehäuse 10, 11 aufgenommen und die Batterien 15 sind elektrisch z. B. durch Drähte oder leitende Streifen verbunden, um die Einheit 1 beim Aktivieren durch den Träger der Vorrichtung eines elektronischen Feststoff Zeitpunktschalters 9, montiert auf der Außenseite des Gehäuses 11, mit Energie zu versorgen. Es ist gefunden worden, daß ein angenehmer Kühleffekt erreicht wird, wenn die Einheit nicht länger als für 1 Minute mit Energie versehen wird, z. B. ungefähr 30 Sekunden oder weniger, und vorzugsweise ungefähr 15 Sekunden. Die Wiederaktivierung der Einheit kann für einen kurzen Zeitraum, nicht kürzer als der Zeitraum der Energiezuführung, unmittelbar nach dem Betrieb der Vorrichtung, durch den Zeitpunktschaltkreis verhindert werden, um der durch die Einheit erzeugten Wärme zu gestatten, sich durch das Außengehäuse 11, das als eine Wärmesenke dient, zu verbreiten. Der Oberflächenbereich der Wärmesenke kann mehrfach die Größe der Kühloberfläche betragen, z. B. fünffach größer, um die schnelle Wärmeverteilung zu befördern. Die Kühleinheit 1 ist innerhalb des Gehäuses 4 und an der Innenseite des oberen Gehäuses 11 durch geeigneten Klebstoff 12 befestigt.
Benachbart der Kühleinheit, an der Innenfläche 2 des Gehäuses, wirken textile Haken-und-Schlaufen-Befestigungen zusammen, verkauft unter dem eingetragenen Markenzeichen VELCRO, um das Gehäuse lösbar an Frottee-Abschnitten 13 der Riemen 5 zu befestigen, um das Gehäuse an der Schläfe des Trägers festzuhalten, wobei die Frottee-Abschnitte 13 an ihren Grundflächen durch einen elastischen Streifen 14 verbunden sind. Selbstverständlich könnte eine passende, maßstäblich verkleinerte Version der Vorrichtung, dargestellt in den Fig. 4 bis 6, auf einem Handgelenk oder Knöchel einer Person befestigt sein.
Fig. 7 zeigt eine alternative Konfiguration des bevorzugten Ausführungsbeispieles der Vorrichtung, die ein im allgemeinen C-förmiges oder halbkreisförmiges Gehäuse hat, um an das Handgelenk zu passen und die eine einzelne wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie mit Feststoff Elektrolyt, oder eine Dünnschichtzellen-Primärbatterie enthält. Der Zeitpunktschalter 9 und die Einheit 1 sind an gegenüberliegenden Enden und an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet, wobei die Vorrichtung, platziert an der Seite des Handgelenks, und der Schalter 9 vorzugsweise nach oben weisend, zum Handgelenk angeordnet sind, um seine Aktivierung zu erleichtern. Die Vorrichtung ist in Fig. 7 mit einem Gurt 5, hergestellt aus rostfreiem Stahl, gezeigt, mit einem Schnappverschluß oder Schnalle, um sie fest am Ort, am Handgelenk des Trägers zu halten, aber sie könnte ebenso, wie vorher beschrieben, mit einem Frottee- und/oder elastischem Gurt versehen sein. Ein thermisch hochleitender Streifen oder ein Bahnmaterial, z. B. Aluminium- oder Folie aus rostfreiem Stahl, kann benachbart der Kühloberfläche 2 federnd montiert sein, um gegen die Haut zu drücken und um dadurch einen guten Kontakt, der zwischen der Haut des Trägers und der Einheit erreicht wird, zu sichern. Zusätzlich kann das Bahnmaterial eine größere Oberfläche als die Kühlfläche der Einheit haben, um den Kühlbereich der Einheit zu vergrößern.
Es ist gefunden worden, daß die Kühlwirkung der Vorrichtung am effektivsten ist, wenn die Einheit benachbart der Blutgefäße in der Mitte der Unterseite des Handgelenkes oder an der Schläfe des Trägers positioniert ist, da diese Blutgefäße nahe der Haut in diesem Bereich sind und das durch die Einheit 1 gekühlte Blut zu anderen Teilen des Körpers des Trägers weitergeführt wird. Durch die Konzentration der Kühlwirkung der Vorrichtung in diesem Bereich des Handgelenkes kann die Größe der Einheit 1 ohne Verminderung ihrer Wirksamkeit minimiert werden, und die Anzahl der Wiederholungen, für die die Batterie 15 vor ihrem erforderlichen Wiederaufladen oder Ersetzen angeregt werden können, kann maximiert werden.
Die Verwendung von Lithiumionen-Batterien mit Feststoff Elektrolyt ist vorteilhaft, da das Gewicht der Batterien geringer ist, als dasjenige, bekannter, wiederaufladbarer Batterien, z. B. Nickel-Kadmium-Batterien von vergleichbarer Ausgangsleistung und die Batterien 15 können gegossen werden, so daß sie in das gebogenen Gehäuse passen. Gleichermaßen vorteilhaft könnten Lithium-Dünnschichtzellen-Primärbatterien verwendet werden.
Ebenso wie sie von Vorteil für den Komfort und die Erfrischung während der allgemeinen, täglichen Aktivitäten ist, kann die Vorrichtung bestimmte Anwendungen in medizinischen, chirurgischen und Sportzusammenhängen finden.
Es ist deutlich, daß die Vorrichtung verwendet werden kann, um das Aufwärmen des Körpers durch Umkehren des Montierens von Einheit 1 innerhalb des Gehäuses 4 vorzusehen, so daß die Oberfläche 3 die Haut berührt. Alternativ kann der Stromfluß zu der Einheit umgekehrt werden, um dieselbe Wirkung zu erzielen. Bei es, daß die Vorrichtung zum Erwärmen oder zum Kühlen verwendet wird, ist es wichtig, sicherzustellen, daß die Temperatur der Oberfläche in Kontakt mit der Haut innerhalb vernünftiger Grenzen verbleibt, um die Möglichkeit von Verletzungen des Trägers zu vermeiden.

Claims

1. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung für den Körper einer Person, die eine Kühlfläche (2) und eine Heizfläche (3), die gegenüber der Kühlfläche wärmeisoliert ist, eine Peltier-Effekt-Einheit (1), die die Kühlfläche kühlt und die Heizfläche erhitzt, wobei die Peltier-Effekt-Einheit in oder an einer Gehäuseeinrichtung (4) aufgenommen ist, die mit einer Anbringungseinrichtung (5, 6) zum Anbringen der Vorrichtung an einem Teil des Körpers der Person verbunden ist, wobei dabei eine der Flächen mit der Haut an dem Körperteil in Kontakt ist, und eine Schalteinrichtung (9) umfasst, die die Peltier Effekt-Einheit selektiv mit einer elektrischen Speiseeinrichtung verbindet, um die Peltier-Effekt-Einheit zu betätigen, wobei die Gehäuseeinrichtung die Schalteinrichtung und die elektrische Speiseeinrichtung aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine in sich geschlossene, tragbare Wärmeregulierungsvorrichtung ist.

2. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Peltier- Effekt-Einheit, die Schalteinrichtung und die elektrische Speiseeinrichtung in einem einzigen Gehäuse aufgenommen sind.

3. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schalteinrichtung einen Zeitschalter umfasst, der die Einheit über einen vorgegebenen Zeitraum speist, wenn er betätigt wird.

4. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Zeitschalter die Einheit über nicht mehr als eine Minute speist.

5. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Zeitschalter die erneute Aktivierung der Einheit über einen Zeitraum verhindert.

6. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erneute Aktivierung über einen Zeitraum verhindert wird, der nicht kürzer ist als die Speisezeit.

7. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Speiseeinrichtung eine oder mehrere Batterien umfasst.

8. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die bzw. jede Batterie eine aufladbare Lithium-Ionen-Batterie oder eine Lithium-Dünnschichtzellen-Primärbatterie ist.

9. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrische Speiseeinrichtung eine oder mehrere Solarzellen umfasst.

10. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kühlfläche in Kontakt mit dem Körperteil angeordnet ist.

11. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Kühlfläche durch eine Schicht stark wärmeleitendes Material gebildet wird, das zwischen der Peltier-Effekt-Einheit und dem Körperteil angeordnet ist, wenn die Vorrichtung getragen wird.

12. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse im Wesentlichen starr und so gebogen ist, dass es sich an den Körperteil anpasst, an dem die Vorrichtung angebracht wird.

13. Persönliche Wärmeregulierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anbringungseinrichtung einen Riemen (5) umfasst, der elastisch ist oder festgezogen werden kann, um die Kühlfläche in engem Kontakt mit der Haut oder dem Körperteil zu halten.