ES2883856T3 - Prenda de vestir con dispositivo integral de calentamiento y enfriamiento - Google Patents

Abstract

Un dispositivo (40) para calentar o enfriar el cuerpo de un usuario, comprendiendo el dispositivo (40): un módulo (10) termoeléctrico; un disipador (44) de calor acoplado térmicamente a una superficie del módulo (10) termoeléctrico; un material (46) humectante en comunicación térmica con el disipador (44) de calor; y un controlador (48) para hacer funcionar cíclicamente el módulo (10) termoeléctrico según un ciclo de trabajo superior al 10%; un depósito (90) de suministro; y una línea (92) de suministro que conecta el material (46) humectante y el depósito (90) de suministro, en donde la línea (92) de suministro comprende un material absorbente para transportar un líquido desde el depósito (90) de suministro al material (46) humectante.

Description

DESCRIPCIÓN

Prenda de vestir con dispositivo integral de calentamiento y enfriamiento

Campo de la invención

Esta invención se refiere en general a dispositivos y métodos para calentar o enfriar un objeto y, más particularmente, a dispositivos y métodos que utilizan un módulo termoeléctrico para calentar o enfriar una parte del cuerpo de un usuario.

Antecedentes de la invención

La prenda termorregulada es una prenda que incluye un dispositivo térmico para añadir o eliminar calor del cuerpo de un usuario. La prenda termorregulada se puede implementar en una amplia variedad de productos y tiene muchos usos. Por ejemplo, una chaqueta termorregulada puede mantener a una persona abrigada en un día frío o fresca en un día caluroso. Asimismo, se puede utilizar un aparato ortopédico (tal como una rodillera o codera) o vendaje termorregulado para enfriar una parte del cuerpo (por ejemplo, para reducir la hinchazón después de una lesión) o calentar una parte del cuerpo (por ejemplo, para aliviar el dolor muscular).

La prenda termorregulada puede clasificarse, bien como activa o bien como pasiva. Se puede utilizar una prenda activa termorregulada para mantener una temperatura establecida por el usuario. Los dispositivos térmicos convencionales utilizados en la prenda activa termorregulada incluyen calentadores resistivos para calentar y refrigeradores compresivos para enfriar. Por el contrario, la prenda pasiva termorregulada es capaz de simplemente añadir o eliminar calor, sin mantener una temperatura deseada. Los dispositivos térmicos convencionales utilizados para una prenda pasiva termorregulada incluyen sistemas de reacción química para calentar y materiales de cambio de fase para enfriar. Los dispositivos térmicos convencionales tanto para una prenda activa como pasiva termorregulada son capaces de, bien calentar o bien enfriar, pero no de calentar y enfriar.

Un tipo de dispositivo térmico para prendas termorreguladas es un dispositivo termoeléctrico accionado. Un dispositivo termoeléctrico es una bomba de calor que transfiere calor de un lado frío del dispositivo a un lado caliente del dispositivo, con consumo de energía eléctrica. Los dispositivos termoeléctricos son deseables porque permiten un control preciso de las velocidades de transferencia de calor y son capaces de proporcionar tanto calentamiento como enfriamiento. Sin embargo, para mantener las temperaturas superficiales deseadas, el calor generalmente debe disiparse del lado caliente del dispositivo termoeléctrico.

El documento de patente US2010/107657 está dirigido a un sistema, a un artículo de vestir y a un proceso para calentar y enfriar en donde el sistema, el artículo y el proceso comprenden/implican una unidad termoeléctrica que tiene una superficie de calentamiento y una superficie de enfriamiento, un material disipador de calor térmicamente acoplado a la unidad termoeléctrica, un material absorbente operativamente acoplado al disipador de calor y una unidad de batería para proporcionar energía a la unidad termoeléctrica así como proporcionar un enfriamiento o un calentamiento. También describe ciclos cronometrados de la unidad termoeléctrica para extender el tiempo operacional por carga de batería, para evitar sobre enfriamiento, para aumentar la comodidad del usuario, y/o para adaptarse a la recuperación de la batería.

Otro documento de patente US2010/152633 da a conocer un método para un ajuste in situ o en tránsito de una temperatura corporal central de un paciente que utiliza un elemento de transferencia de calor que comprende dispositivos termoeléctricos instalados dentro o a lo largo de la superficie de un tubo como la manopla de dispositivos termoeléctricos que están adaptados para comunicar térmicamente con la extremidad mediante un manguito de transferencia térmica cuando la extremidad y el manguito de transferencia térmica son recibidos en una cámara de presión. Además, incluye uno o más sensores de temperatura que proporcionan realimentación a un circuito de control térmico o unidad de control de temperatura de manera que la temperatura de ajuste deseada dentro de la cámara de presión se puede mantener; y una unidad de control conectada a la cámara de presión y adaptada para administrar una presión pulsante a la cámara de presión.

Sin embargo, intentos de disipar el calor de los dispositivos termoeléctricos en prendas termorreguladas han fracasado en gran medida. Una razón de esta dificultad es que las propiedades aislantes de la prenda dificultan la transferencia de calor a través de la prenda al entorno. Además, para lograr una disipación de calor adecuada por convección natural o forzada, el módulo termoeléctrico debe colocarse generalmente en una parte exterior de la prenda, que puede ser poco atractiva, engorrosa e inadecuada para un uso activo. Puede no ser factible lograr velocidades de disipación de calor suficientes a través de transferencia de calor radiactivo, convección forzada y/o materiales de cambio de fase.

Existe la necesidad de que la prenda termorregulada sea capaz de proporcionar velocidades suficientes tanto de calentamiento como de enfriamiento. En particular, existe una necesidad de que la prenda termorregulada incluya un dispositivo termoeléctrico y sea capaz de disipar adecuadamente el calor del lado caliente del dispositivo, sin dejar de ser atractiva y adecuada para un uso activo.

Compendio

Los dispositivos y métodos descritos en la presente memoria proporcionan una prenda termorregulada para calentar y/o enfriar al menos una parte del cuerpo de un usuario. En comparación con los diseños anteriores, los dispositivos descritos en la presente memoria incluyen un disipador de calor que se encuentra entre los más ligeros de su tipo. El grosor del disipador de calor está optimizado para una transferencia de calor lateral muy alta, y las texturas de la superficie del disipador de calor proporcionan velocidades de disipación de calor optimizadas. Un material humectante dispuesto en el disipador de calor está configurado para contener una cantidad deseada de líquido refrigerante (por ejemplo, agua), sin añadir una resistencia de transferencia de calor o capacidad calorífica excesiva. Opcionalmente haciendo funcionar cíclicamente la energía eléctrica suministrada al dispositivo termoeléctrico, se logran las velocidades deseadas de calentamiento y/o enfriamiento, y se mejora la percepción del usuario del calentamiento y/o enfriamiento. Los dispositivos y métodos descritos en la presente memoria proporcionan un calentamiento y/o enfriamiento eficaces para una amplia variedad de aplicaciones y artículos de vestir, que incluyen chaquetas, botas, cascos, vendas y aparatos ortopédicos.

En un aspecto, la invención se refiere a un dispositivo para calentar o enfriar el cuerpo de un usuario. El dispositivo incluye un módulo termoeléctrico, un disipador de calor acoplado térmicamente a una superficie del módulo termoeléctrico, un material humectante en comunicación térmica con el disipador de calor y un controlador para hacer funcionar cíclicamente el módulo termoeléctrico según un ciclo de trabajo, por ejemplo, un ciclo de trabajo superior a aproximadamente el 10%. Un dispositivo para calentar o enfriar un cuerpo de un usuario según la invención está definido en la reivindicación 1.

Según la invención, el dispositivo incluye un depósito de suministro y una línea de suministro que conecta el material humectante y el depósito de suministro. La línea de suministro puede incluir un material absorbente para transportar un líquido desde el depósito de suministro al material humectante. El grosor del disipador de calor puede ser de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 15 mm. En una realización, el dispositivo incluye una capa de unión que asegura el material humectante al disipador de calor (por ejemplo, el material humectante puede estar dispuesto entre el disipador de calor y la capa de unión). La capa de unión se puede envolver alrededor de un borde exterior del disipador de calor.

En determinadas realizaciones, el disipador de calor incluye una superficie grabada y/o una superficie contorneada. La superficie contorneada puede formar una curva que tenga un ángulo de curvatura en un intervalo de aproximadamente 0 grados a aproximadamente 90 grados. En una realización, el material humectante incluye un agente antimicrobiano. En otra realización, el material humectante incluye un material hidrófilo. El espesor del material humectante puede ser de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 3 mm. El material humectante puede incluir tisú y/o algodón.

En determinadas realizaciones, el dispositivo incluye una batería y una conexión eléctrica conmutada. El dispositivo se integra típicamente en la prenda, tal como una envolvente para el cuello, una codera, una rodillera, una mochila, una tobillera, un paquete universal, una chaqueta de calentamiento, una chaqueta de enfriamiento, una chaqueta de calentamiento-enfriamiento, un paquete contra pérdida de sangre, una banda para la cabeza, una almohadilla abdominal, una plantilla de zapatos, ropa, calzado, un asiento para el automóvil y/o un casco. En una realización, el módulo termoeléctrico incluye un área de superficie de calentamiento de aproximadamente 100 mm2 a aproximadamente 2000 mm2.

En otro aspecto, la invención se refiere a un método para calentar o enfriar una parte del cuerpo de un usuario. El método incluye las etapas de: hacer funcionar cíclicamente la energía eléctrica a un módulo termoeléctrico en un ciclo de trabajo de al menos aproximadamente el 10%; transferir calor del módulo termoeléctrico a un disipador de calor; y evaporar un líquido de un material humectante dispuesto en el disipador de calor, en donde el líquido evaporado entra en la atmósfera circundante. Un método de calentamiento o enfriamiento de una parte del cuerpo de un usuario según la invención está definido por la reivindicación 8.

Según la invención, el método incluye transportar el líquido desde un depósito de suministro al material humectante, por ejemplo, absorbiendo el líquido a través de un material absorbente dispuesto dentro de una línea de suministro. En una realización, el método incluye aplicar el líquido al material humectante (por ejemplo, mediante pulverización o goteo). En otra realización, el hecho de hacer funcionar cíclicamente la energía eléctrica incluye un ciclo de trabajo de aproximadamente el 30% a aproximadamente el 100%. Un tiempo de ciclo para hacer funcionar cíclicamente la energía eléctrica puede ser de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 10 minutos.

En ciertas realizaciones, la transferencia de calor desde el módulo termoeléctrico incluye una velocidad de transferencia de calor de aproximadamente 0,2 W a aproximadamente 200 W. Asimismo, una velocidad de transferencia de calor asociada con la evaporación del líquido del material humectante puede ser de aproximadamente 0,2 W a aproximadamente 200 W. Un lado frío del módulo termoeléctrico puede tener una temperatura de aproximadamente -10 grados C a aproximadamente 30 grados C. En una realización, la temperatura del disipador de calor es de al menos aproximadamente 30 grados C.

En determinadas realizaciones, que no son parte de la realización, el método incluye tratar un trastorno, tal como artritis, codo de tenista, codo de golf, migraña, dolor menstrual, dolor de espalda y/o esguince de tobillo.

En una realización, que no es parte de la invención, el método incluye proporcionar estimulación eléctrica a un usuario. El líquido puede incluir una fragancia para proporcionar aromaterapia.

En otro aspecto, la invención se refiere a un método de fabricación de un dispositivo para calentar o enfriar al menos una parte del cuerpo de un usuario. El método incluye las etapas de: proporcionar y grabar una superficie de un disipador de calor con un agente de grabado para aumentar un área superficial eficaz del mismo; conectar el disipador de calor a un módulo termoeléctrico; disponer un material humectante sobre el disipador de calor; y asegurar el material humectante al disipador de calor con una capa de unión. Un método de fabricación de un dispositivo para calentar o enfriar una parte del cuerpo de un usuario según la invención está definido por la reivindicación 12.

En determinadas realizaciones, el material humectante está dispuesto entre el disipador de calor y la capa de unión. El método puede incluir la introducción en el disipador de calor de un ángulo de curvatura de aproximadamente 10 grados a aproximadamente 90 grados. Asegurar que el material humectante puede incluir que se envuelva la capa de unión alrededor de un borde del disipador de calor, en una realización, el método incluye conectar eléctricamente el módulo termoeléctrico a un paquete de baterías. El módulo termoeléctrico se integra típicamente en un artículo de vestir, tal como una envolvente para el cuello, una codera, una rodillera, una mochila, una chaqueta de calentamiento una chaqueta de enfriamiento, una chaqueta de calentamiento-enfriamiento, un paquete contra pérdida de sangre, una banda para la cabeza, una almohadilla abdominal, una plantilla de zapatos, ropa, calzado, un asiento para el automóvil y/o un casco.

Descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la presente invención, así como la invención en sí misma, pueden comprenderse mejor a partir de la siguiente descripción de las diversas realizaciones, cuando se leen junto con los dibujos adjuntos, en los que:

La fig. 1 es una vista en perspectiva esquemática de un módulo convencional termoeléctrico para su uso con diversas realizaciones de la invención;

La fig. 2 es una vista lateral esquemática de un dispositivo para calentar o enfriar el cuerpo de un usuario, según una realización de la invención;

La fig. 3 es una vista en perspectiva esquemática de un módulo termoeléctrico, según una realización de la invención;

La fig. 4 es una vista en perspectiva esquemática de un disipador de calor, según una realización de la invención; La fig. 5 es una vista lateral esquemática de un disipador de calor que tiene un ángulo de curvatura, según una realización de la invención;

La fig. 6 es una vista lateral esquemática de un disipador de calor que tiene una curva con un radio de curvatura, según una realización de la invención;

La fig. 7 es una vista esquemática de una forma de onda rectangular que tiene un ciclo de trabajo, según una realización de la invención;

La fig. 8 es una vista en sección transversal esquemática de un artículo de vestir que incluye un dispositivo para calentar o enfriar el cuerpo de un usuario, según una realización de la invención;

La fig. 9 es una vista lateral esquemática de un dispositivo para calentar o enfriar el cuerpo de un usuario que incluye un depósito de suministro y una línea de suministro, según una realización de la invención;

La fig. 10A es un diagrama de flujo de un método para calentar o enfriar una parte del cuerpo de un usuario Las figs. 10B y 10C son vistas esquemáticas de un dispositivo para aplicar compresión mientras se calienta o enfría el cuerpo de un usuario, según una realización de la invención;

La fig. 10D es una vista esquemática de un dispositivo para calentar o enfriar el cuerpo de un usuario, según ciertas realizaciones de la invención;

Las figs. 11 a 13 son gráficos de la temperatura del agua en función del tiempo, según una realización de la invención; y

Las figs. 14 y 15 son gráficos de un lado frío de un dispositivo termoeléctrico en función del tiempo, según una realización de la invención.

Descripción detallada

Se contempla que los sistemas, dispositivos, métodos y procesos de la invención reivindicada abarquen variaciones y adaptaciones desarrolladas utilizando información o las enseñanzas de las realizaciones descritas en la presente memoria.

A lo largo de la descripción, donde se describen sistemas que tienen, que incluyen o que comprenden componentes específicos, o donde se describen procesos y métodos que tienen, que incluyen o que comprenden etapas específicas, se contempla que, además, hay sistemas de la presente invención que constan esencialmente de, o constan de, los componentes enumerados, y que existen procesos y métodos según la presente invención que constan esencialmente de, o constan de, las etapas de procesamiento enumeradas.

Debería comprenderse que el orden de las etapas o el orden para realizar ciertas acciones es irrelevante, siempre que la invención permanezca operativa. Además, se pueden realizar dos o más etapas o acciones simultáneamente. La mención en la presente memoria de cualquier publicación no es una admisión de que la publicación sirva como técnica anterior con respecto a cualquiera de las reivindicaciones de la presente memoria. La sección de antecedentes se presenta con fines de claridad y no pretende ser una descripción de la técnica anterior con respecto a ninguna reivindicación.

Con referencia a la fig. 1, un módulo termoeléctrico (TEM) 10 es una bomba de calor de estado sólido que transfiere calor desde un lado 12 frío del TEM 10 a un lado 14 caliente del TEM 10, contra un gradiente de temperatura, con consumo de energía eléctrica, utilizando el efecto Peltier. Un TEM estándar de una sola etapa puede lograr diferencias de temperatura de hasta 70 °C.

Cuando el TEM 10 se utiliza para enfriar, los electrones absorben calor en el lado 12 frío a medida que pasan de un nivel de energía bajo en un elemento 16 semiconductor de tipo p a un nivel de energía más alto en un elemento 18 semiconductor de tipo n. Una tensión suministrada entre un conector 20 positivo y un conector 22 negativo proporciona potencial eléctrico para mover los electrones a través del TEM 10. En el lado 14 caliente, la energía se expulsa a un disipador de calor a medida que los electrones se mueven desde el elemento 18 semiconductor de tipo n de mayor nivel de energía al elemento 16 semiconductor de tipo p de bajo nivel de energía. Como se representa, las capas 24 conductoras se colocan por encima y por debajo de los elementos 16, 18 semiconductores. Las capas 26 de aislante eléctrico se colocan fuera de las capas 24 conductoras y forman el lado 12 frío y el lado 14 caliente. Los TEM tienen varias ventajas sobre otros dispositivos de calentamiento y enfriamiento. Por ejemplo, los TEM tienen una construcción de estado sólido sin partes móviles y, por lo tanto, generalmente son más fiables. Los TEM también son capaces de enfriarse muy por debajo de la temperatura ambiente (por ejemplo, tan bajo como menos 100°C, utilizando TEM de múltiples etapas). Además, los TEM pueden cambiarse de calentamiento a enfriamiento (o de enfriamiento a calentamiento) simplemente invirtiendo la polaridad del suministro eléctrico. Los TEM también pueden posibilitar que las temperaturas se controlen con precisión (por ejemplo, dentro de ± 0,01 C) y se mantengan en condiciones de estado estable, ya que generan calor desde la energía eléctrica y desde la acción de bombeo de calor que se produce.

Un disipador de calor es un objeto que transfiere energía térmica de una temperatura más alta a un medio de fluido de temperatura más baja. El medio de fluido es frecuentemente aire, pero también puede incluir o ser agua y/u otros líquidos, tales como refrigerantes y/o aceites. Ejemplos bien conocidos de disipadores de calor incluyen radiadores de automóviles e intercambiadores de calor utilizados en sistemas de refrigeración y de acondicionamiento de aire. Los disipadores de calor se utilizan a menudo para enfriar dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, tales como láseres de alta potencia y diodos emisores de luz (LED).

Con referencia a la FIG. 2, en ciertas realizaciones, un dispositivo 40 para calentar y/o enfriar un objeto, tal como una parte del cuerpo 41 de un usuario, incluye un TEM 42, un disipador 44 de calor, un material 46 humectante y un controlador 48 con una fuente de alimentación. Como se representa, el disipador 44 de calor está acoplado térmicamente a una parte 49 superior o caliente del TEM 42 utilizando, por ejemplo, una grasa conductora o adhesivo, tal como epoxi térmico de plata y/o epoxi térmico de aluminio, y/o almohadillas térmicas. El material 46 humectante está dispuesto sobre o cubriendo al menos una parte de un lado 50 húmedo del disipador 44 de calor. Una capa 52 de unión (por ejemplo, una malla de aluminio, una malla de poliéster y/o una malla de nailon o una estructura transpirable similar) se coloca sobre el material 46 humectante y se puede envolver alrededor de un borde 54 del disipador 44 de calor. Una fuente de alimentación proporciona energía eléctrica de CC al TE 42. El controlador 48 controla la cantidad de energía eléctrica administrada al TEM 42, según la cantidad deseada de enfriamiento o calentamiento. Cuando el dispositivo 40 se utiliza para enfriar, el calor se transfiere fuera de la parte del cuerpo 41, a través del TEM 42, y al disipador 44 de calor, donde puede producirse la transferencia de calor al entorno.

Con referencia a la FIG. 3, en determinadas realizaciones, el TEM 42 es sustancialmente plano y tiene un grosor TM sustancialmente uniforme. El grosor T puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 4 mm, o desde aproximadamente 1 mm hasta aproximadamente 10 mm. En realizaciones alternativas, el TEM 42 está curvado (es decir, no plano) para, por ejemplo, seguir más de cerca el contorno de la superficie de la parte del cuerpo y/o proporcionar un patrón de transferencia de calor deseado. Como se representa, el lado 49 caliente y un lado 56 frío del TEM 42 pueden ser aproximadamente rectangulares, aunque los lados 49, 56 caliente y frío pueden tener cualquier forma geométrica (por ejemplo, circular, triangular, rectangular, hexagonal, etc.). Un área superficial AM de cada uno de los lados 49, 56 caliente y frío puede ser, por ejemplo, desde aproximadamente 450 mm2 hasta aproximadamente 900 mm2, o desde aproximadamente 100 mm2 hasta aproximadamente 2000 mm2. En varias realizaciones, una capacidad de enfriamiento del TEM 42 es de aproximadamente 25 W, o de aproximadamente 0,1W hasta aproximadamente 50 W. El área superficial AM y la capacidad de enfriamiento del TEM 42 se eligen según la cantidad deseada de enfriamiento o calentamiento que se ha de lograr. En una realización, el TEM 42 incluye gránulos de telururo de bismuto y placas de cubierta de cerámica AhO3.

Con referencia a la fig. 4, en ciertas realizaciones, el disipador 44 de calor es una hoja o placa delgada que tiene el lado 50 húmedo y el lado 58 seco. Un grosor TH del disipador 44 de calor puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 2 mm, o desde aproximadamente 1 mm hasta aproximadamente 15 mm. El grosor T^h del disipador 44 de calor puede optimizarse para permitir una transferencia de calor conductora eficaz en una dirección lateral a través del disipador 44 de calor (es decir, en una dirección paralela a los lados 50, 58 húmedo y seco). Los lados 50, 58 húmedo y seco pueden tener cada uno un área superficial AH de, por ejemplo, aproximadamente 2500 mm2, o desde aproximadamente 100 mm2 hasta aproximadamente 10000 mm2. En varias realizaciones, el disipador 44 de calor es el más ligero de su tipo, con un peso desde aproximadamente 1 g hasta aproximadamente 500 g.

El disipador 44 de calor puede estar hecho de cualquier material capaz de proporcionar la transferencia de calor deseada hacia o desde el TEM. En determinadas realizaciones, el disipador 44 de calor incluye un metal, fibra de carbono y/o un polímero. Los ejemplos de metales adecuados incluyen magnesio, aluminio, cobre, aleaciones de aluminio de varios grados, metales aglomerados y/o materiales anodizados. El disipador 44 de calor puede incluir, por ejemplo, aluminio unido con cobre. En una realización, el disipador 44 de calor incluye materiales de cambio de fase y/o polímeros sólidos que tienen enlaces de hidrógeno que se rompen con el calentamiento y se reforman al eliminar el calor. El disipador 44 de calor puede incluir una o más aletas para eliminar el calor. En determinadas realizaciones, el disipador 44 de calor se llena con un líquido, tal como agua y/o alcoholes.

Con referencia a la fig. 5, el disipador 44 de calor puede estar contorneado y/o incluir una o más curvas 60. Un ángulo de curvatura 0 de una curva 60 puede ser, por ejemplo, desde aproximadamente 30° hasta aproximadamente 45°. En una realización, el ángulo de curvatura 0 es de hasta aproximadamente 90° (o de hasta aproximadamente -90°). Como se representa, el ángulo de curvatura 0 permite que el disipador 44 de calor se aproxime más a la forma de la parte del cuerpo. En una realización, el ángulo de curvatura 0 mejora la transferencia de calor hacia o desde el disipador 44 de calor. Con referencia a la fig. 6, un radio de curvatura R^h de las curvas 60 en el disipador 44 de calor puede ser, por ejemplo, desde aproximadamente 0 mm hasta aproximadamente 50 mm, o desde aproximadamente 2 mm hasta aproximadamente 10 mm.

En general, el disipador 44 de calor está optimizado geométricamente para lograr una velocidad de enfriamiento de estado estable deseada, basándose en el tamaño y el consumo de energía del TEM 42. Por ejemplo, el grosor del disipador de calor TH y el ángulo de curvatura 0 están optimizados para conducir el calor en una dirección lateral a través del disipador de calor, alejándose del TEM 42, incluso cuando el área superficial TE AM es mucho más pequeña que el área superficial AH del disipador de calor - En ciertas realizaciones, una alta conductividad térmica del disipador 44 de calor da como resultado una distribución de temperatura dentro del disipador 44 de calor que es casi uniforme (es decir, menos de aproximadamente 1°C de variación de temperatura). El disipador 44 de calor puede tener cualquier forma, como cuadrada, rectangular, circular, triangular, hexagonal, etc., o combinaciones de las mismas. En una realización, el disipador de calor está conformado para adaptarse generalmente al cuerpo del usuario.

En varias realizaciones, una o más superficies del TEM 42 y/o el disipador 44 de calor incluyen una rugosidad superficial que promueve la transferencia de calor hacia y/o desde una o más superficies del TEM 42 y del disipador 44 de calor. Por ejemplo, la rugosidad de la superficie Ra del TEM 42 y/o el disipador 44 de calor puede ser desde aproximadamente 10 micrones hasta aproximadamente 1000 micrones. En una realización, el TEM 42 y el disipador 44 de calor se tratan con un agente de grabado, que puede ser alcalino o ácido (por ejemplo, hidróxido de sodio o ácido sulfúrico), para lograr la textura o rugosidad superficial deseada. El agente de grabado también puede eliminar capas de óxido indeseables desde las superficies del TEM 42 y/o del disipador 44 de calor. Un pH del agente de grabado puede ser, por ejemplo, desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 12. El TEM 42 y/o el disipador 44 de calor pueden exponerse al agente de grabado durante, por ejemplo, aproximadamente 15 minutos, o desde aproximadamente 1 minuto hasta aproximadamente 100 minutos. La superficie grabada del disipador 44 de calor puede mejorar la unión al TEM 42, así como mejorar la transferencia de calor al líquido en el material 46 humectante cercano.

En ciertas realizaciones, el material 46 humectante es un material que absorbe o es mojado con un líquido refrigerante, tal como agua, alcohol o mezclas de los mismos. El material 46 humectante puede ser un material hidrófilo, tal como un tisú (por ejemplo, un tisú facial a base de celulosa o papel), algodón (por ejemplo, una gasa o una parte de la misma para vendaje de heridas), combinaciones de tisú y algodón, materiales celulósicos, materiales de espuma, materiales poliméricos para remojar en agua y/o telas para remojar en agua. Por ejemplo, el material humectante puede incluir aproximadamente 10 capas de tisú y/o algodón, o desde aproximadamente 1 capa hasta aproximadamente 20 capas de tisú y/o algodón. En determinadas realizaciones, cada capa de tisú y/o algodón tiene un grosor de aproximadamente 1 mm, o desde aproximadamente 0,5 mm hasta aproximadamente 3 mm. El material humectante está configurado para contener una cantidad optimizada de líquido refrigerante para enfriamiento por evaporación sin actuar como un aislante térmico significativo o proporcionar una masa térmica o capacidad térmica sustancial. En una realización, el material 46 humectante se fija firmemente al disipador de calor utilizando la capa de unión 52.

Para impedir el crecimiento de moho u otros microbios, el material 46 humectante, la capa 52 de unión y/u otros materiales o superficies del dispositivo pueden incluir un agente antimicrobiano. En una realización, el agente antimicrobiano incluye plata (por ejemplo, partículas de plata) y/o una sal de piritiona (por ejemplo, piritiona de zinc).

En ciertas realizaciones, el controlador 48 se utiliza para ajustar la cantidad de calentamiento o enfriamiento logrado por el TEM 42. En general, el controlador 48 logra esto aumentando o disminuyendo la energía eléctrica aplicada al TEM 42. Por ejemplo, el controlador 48 puede aumentar o disminuir la corriente eléctrica y/o la tensión aplicada. La corriente eléctrica aplicada al TEM 42 puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 1,7 amperios, o desde aproximadamente 0,2 amperios hasta aproximadamente 5 amperios. La tensión aplicada al TEM 42 puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 7,4 V, o desde aproximadamente 2 V hasta aproximadamente 35 V. La fuente de alimentación pueden ser baterías o energía de línea acondicionada con un transformador adecuado.

En ciertas realizaciones, el controlador 48 logra el calentamiento o enfriamiento deseado activando y desactivando cíclicamente la corriente eléctrica y/o la tensión (o entre valores más altos y más bajos) en un período y ciclo de trabajo deseados. La fig. 7 es una representación gráfica de una forma de onda 70 rectangular, según una realización de la presente invención. Como se representa, la forma de onda 70 oscila entre un estado 72 encendido o superior y un estado 74 apagado o inferior en un período T. Dentro de cada oscilación, la forma de onda 70 está en el estado encendido durante un tiempo ^t . En ciertas realizaciones, un ciclo de trabajo D para la forma de onda 70 es la relación entre la duración ^t y el período T (es decir, D = ^t/T). El ciclo de trabajo D y el período T elegidos e implementados por el controlador 48 dependen de la aplicación de enfriamiento o calentamiento particular. Por ejemplo, en aplicaciones de rodilleras o coderas, puede ser deseable utilizar una duración x de aproximadamente 3 minutos y un período T de aproximadamente 3 minutos y seis segundos. En una aplicación de enfriamiento con bufanda, puede ser deseable utilizar una duración ^t de aproximadamente 8 segundos y un período T de aproximadamente 14 segundos, o una duración ^t de aproximadamente 30 segundos y un período T de aproximadamente 35 segundos. En determinadas realizaciones, el período T puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 3 minutos, desde aproximadamente 2 minutos hasta aproximadamente 5 minutos, o desde aproximadamente 0,1 minuto hasta aproximadamente 10 minutos. El ciclo de trabajo D puede ser de hasta aproximadamente el 100%. Por ejemplo, el ciclo de trabajo D puede ser desde aproximadamente un 10% hasta aproximadamente un 100%. En una realización, el ciclo de trabajo D es aproximadamente del 97%. En general, un ciclo de trabajo D más alto da como resultado un mayor consumo de energía eléctrica y, por lo tanto, más calentamiento o enfriamiento. Se ha descubierto que las capacidades de transferencia de calor altamente efectivas del disipador de calor húmedo y la configuración general del dispositivo 40 hacen que los ciclos de trabajo más altos sean alcanzables y beneficiosos para el usuario. El dispositivo 40 no está limitado por la capacidad de rechazar el calor del disipador 44 de calor al ambiente, proporcionando así un dispositivo 40 mucho más compacto, ligero y energéticamente eficiente que los sistemas convencionales. Se obtienen beneficios similares cuando se opera a la inversa para proporcionar confort de calentamiento al usuario.

Además de controlar la velocidad de calentamiento y/o de enfriamiento, una ventaja de hacer funcionar cíclicamente la energía eléctrica, como se ha descrito anteriormente, es que puede mejorar la percepción del usuario del calentamiento y/o enfriamiento. Por ejemplo, después de unos minutos de calentamiento o enfriamiento constante sin hacer funcionar cíclicamente la energía eléctrica, el usuario puede no ser capaz de detectar que se está calentando o enfriando. Por el contrario, cuando la energía eléctrica es hecha funcionar cíclicamente en el ciclo de trabajo D, es más probable que el usuario perciba el calentamiento o el enfriamiento, mejorando por ello la experiencia del usuario con el dispositivo. Por ejemplo, se ha encontrado que un período T de aproximadamente 2-4 minutos para proporcionar una percepción óptima del calentamiento y/o enfriamiento por parte del usuario.

En varias realizaciones, el dispositivo 40 se incorpora a un artículo de vestir. El artículo de vestir puede ser, por ejemplo, un artículo que lleva puesto un usuario y/o un artículo que puede estar adherido al usuario o de lo contrario entrar en contacto con el usuario. Por ejemplo, el artículo de vestir puede ser una envolvente para el cuello (por ejemplo, una bufanda), una codera, una rodillera, una mochila, una tobillera, un paquete universal, una chaqueta de calentamiento, una chaqueta de enfriamiento, una chaqueta de calentamiento-enfriamiento, un paquete contra pérdida de sangre, una banda para la cabeza, un casco, una almohadilla abdominal, una plantilla de zapatos, ropa, calzado (por ejemplo, zapatos y/o botas de estética), una silla, un asiento (por ejemplo, un asiento de automóvil), un volante y/o un reposabrazos. En ciertas realizaciones, el artículo de vestir es una chaqueta, un par de pantalones cortos de ciclismo, un zapato de ciclismo, un jersey de ciclismo, un traje de ejercicio, un sujetador deportivo, pantalones de licra, ropa interior, un par de pantalones cortos, una camiseta, una camisa, un guante, un zapato, una bota, una bota de esquí, un patín, un patín de hielo, un patinete, un calcetín, una muñequera, un monitor cardíaco, un reloj de pulsera, un uniforme, una gorra de béisbol, una gorra de golf, una visera, una banda para la cabeza, un sombrero, gafas, gafas de sol, un par de auriculares, un medallón, un colgante, una joya, un collar, una pulsera, una tobillera, un traje químico, un traje biológico, un traje espacial, un casco espacial, un chaleco antibalas, un traje de protección contra incendios, trajes de cuero de motocicleta, gafas de protección, un casco, un casco de construcción, una máscara de soldadura, un casco de automovilismo, un casco de motocicleta, un traje de automovilismo, ropa interior de automovilismo, un casco de bicicleta, un casco deportivo, un traje de esquí, ropa interior larga, un casco de montar, un casco de equitación, una máscara de esgrima, una túnica de esgrima, una espinillera, una rodillera, un sombrero de equipo militar, una envolvente para el cuello y un casco militar, entre otros. El dispositivo 40 puede colocarse en cualquier lugar dentro del artículo de vestir. Por ejemplo, el dispositivo 40 puede colocarse en partes interiores de la prenda y/o en una o más superficies exteriores de la prenda. Con referencia a la fig. 8, en una realización, el dispositivo 40 se coloca dentro de un artículo 80 de vestir de tal manera que el lado 56 frío del TEM 42 entra en contacto con el usuario cuando el usuario lleva puesta la prenda 80. Una capa 82 interior de tela (por ejemplo, tela de algodón y/o poliéster) u otro material cubre el lado 58 seco del disipador 44 de calor e incluye una abertura 84 para el TEM 42. En la realización representada, la prenda 80 incluye una capa 86 exterior de tela que cubre el disipador 44 de calor, el material 46 humectante y la capa 52 de unión. La capa 86 exterior de tela es preferiblemente porosa o transpirable para permitir que el líquido refrigerante evaporado pase a través de la capa 86 exterior al aire circundante. En realizaciones alternativas, la prenda 80 incluye una o más capas de tela (por ejemplo, la capa 82 interior de tela) u otro material colocado entre el lado 56 frío del TEM 42 y el usuario. En una realización, la prenda 80 no incluye la capa 86 exterior de manera que la capa 52 de unión y/o el material 46 humectante están directamente expuestos al aire circundante. En ciertas realizaciones, el artículo 80 de vestir incluye una o más capas de aislamiento o relleno. Ejemplos de materiales aislantes incluyen neopreno, acetato vinilo de etileno (EVA), y materiales de espuma.

Con referencia a la fig. 9, en ciertas realizaciones, el dispositivo 40 también incluye un depósito 90 de suministro y una línea 92 de suministro. El depósito 90 de suministro está configurado para contener el líquido refrigerante, tal como el agua. La línea 92 de suministro está configurada para administrar el líquido refrigerante desde el depósito 90 de suministro al material 46 humectante. La línea 92 de suministro puede incluir o constar de un tubo y/o un material absorbente, tal como una tela o espuma hidrófila. En ciertas realizaciones, el depósito 90 de suministro y/o la línea 92 de suministro están asegurados a una o más superficies de la prenda 80. Por ejemplo, el depósito 90 de suministro puede asegurarse a una superficie interior de una chaqueta de enfriamiento. Con referencia nuevamente a la fig. 8, la línea 92 de suministro puede estar dispuesta entre la capa 82 interior y la capa 86 exterior de la prenda 80.

En realizaciones alternativas, el líquido refrigerante se introduce directamente en el material humectante sin el uso de un depósito de suministro y/o una línea de suministro. Por ejemplo, el líquido refrigerante puede introducirse mediante pulverización o goteo del líquido refrigerante sobre el material humectante o sumergiendo inicialmente el material humectante en líquido. En una aplicación de coderas o rodilleras, por ejemplo, el líquido refrigerante se puede pulverizar sobre el material humectante aproximadamente cada 15 minutos.

En ciertas realizaciones, cuando un depósito de suministro y/o una línea de suministro no se utilizan, se puede aumentar el grosor del material 46 humectante de manera que pueda contener una cantidad adicional de líquido refrigerante. Por ejemplo, el material 46 humectante puede incluir capas adicionales de papel tisú y/o algodón. En una realización, el material 46 humectante incluye una capa de algodón en la parte superior de las capas de papel tisú. La capa de algodón está configurada para contener líquido refrigerante adicional de manera que el enfriamiento por evaporación pueda ocurrir durante un período de tiempo mayor después de que se haya aplicado agua al dispositivo 40.

Durante la operación del dispositivo 40, se introduce corriente eléctrica en el TEM 42 utilizando el controlador 48 y/o una fuente de alimentación. A medida que se consume energía eléctrica en el TEM 42, el calor fluye desde el lado 56 frío del TEM 42 al lado 49 caliente del TEM 42, creando por ello una diferencia de temperatura entre los lados 56, 49 frío y caliente. Para proporcionar temperaturas del lado frío que sean adecuadas para aplicaciones de enfriamiento, generalmente es necesario o deseable disipar el calor del disipador 44 de calor conectado al lado 49 caliente del TEM 42 utilizando técnicas de enfriamiento por evaporación, en lugar de depender simplemente de mecanismos de transferencia de calor por convección.

En varias realizaciones, el enfriamiento por evaporación se utiliza para eliminar el calor del lado 49 caliente del dispositivo 40 evaporando el líquido refrigerante del material 46 humectante dispuesto en el disipador 44 de calor. Por ejemplo, el material 46 humectante puede empaparse con el líquido refrigerante y el líquido refrigerante puede evaporarse del material 46 humectante. Las velocidades de evaporación del líquido refrigerante dependen generalmente de las temperaturas del disipador 44 de calor y del líquido refrigerante, la concentración del líquido refrigerante evaporado en el aire circundante (por ejemplo, humedad relativa) y la cantidad de convección o flujo de aire en las proximidades del dispositivo 40. Por ejemplo, la velocidad de evaporación generalmente aumenta a medida que aumenta la temperatura (y la presión de vapor) del líquido refrigerante. Asimismo, la velocidad de evaporación generalmente aumenta cuando la humedad disminuye y/o cuando aumenta el flujo de aire en las proximidades del dispositivo 40.

El líquido refrigerante puede ser cualquier líquido capaz de proporcionar la velocidad deseada de enfriamiento por evaporación. Por ejemplo, el líquido refrigerante puede incluir o constar de agua, alcohol (por ejemplo, etanol) y/o amoníaco. En una realización, el líquido refrigerante incluye ADN y/o un superpolímero que tiene enlaces de hidrógeno que se rompen con la aplicación de calor, absorbiendo por ello el calor y enfriando el dispositivo.

En determinadas realizaciones, el líquido refrigerante incluye una fragancia. A medida que el líquido refrigerante se evapora del material 46 humectante, la fragancia puede proporcionar aromaterapia.

La fig. 10A es un diagrama de flujo de un método 100 para enfriar una parte del cuerpo de un usuario, según diversas realizaciones de la invención. El método 100 incluye hacer funcionar cíclicamente (etapa 102) la energía eléctrica a un TEM en un ciclo de trabajo de al menos aproximadamente el 10%. El calor se transfiere (etapa 104) desde un lado caliente del TEM a un disipador de calor conectado al TEM. El calor del disipador de calor hace que se evapore un líquido refrigerante (etapa 106) de un material humectante dispuesto en el disipador de calor, enfriando por ello el disipador de calor y el TEM. El líquido refrigerante evaporado entra en el aire circundante. A través del enfriamiento por evaporación, la temperatura del lado caliente y del lado frío del TEM puede mantenerse a temperaturas más bajas y, en consecuencia, el dispositivo puede operar a ciclos de trabajo relativamente altos (por ejemplo, más de aproximadamente 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% hasta aproximadamente 100%).

En ciertas realizaciones, el lado caliente del TEM se mantiene muy por debajo de 100°C, de tal manera que el líquido refrigerante no hierva y la correspondiente velocidad de evaporación no sea excesiva. Las velocidades de evaporación típicas para el líquido refrigerante son de aproximadamente 1 ml/hora a aproximadamente 120 ml/hora, o de aproximadamente 2 ml/hora a aproximadamente 60 ml/hora. Con estas velocidades de evaporación, el material humectante puede contener suficiente líquido refrigerante durante aproximadamente 10 minutos a aproximadamente ocho horas de enfriamiento por evaporación, dependiendo de la temperatura ambiente y las concentraciones de vapor (por ejemplo, humedad). Por ejemplo, en una realización, un depósito de suministro que contiene 8 ml de agua proporciona cuatro horas de enfriamiento continuo para un solo dispositivo TEM en una chaqueta. En otra realización, una chaqueta incluye múltiples dispositivos TEM (por ejemplo, hasta aproximadamente 30). Se pueden almacenar aproximadamente 8 ml de líquido refrigerante en el material humectante y/o en el depósito de suministro para cada uno de los dispositivos TEM (por ejemplo, aproximadamente 80 ml almacenados para 10 dispositivos TEM). En ciertas realizaciones, 20 ml de agua proporcionan aproximadamente 20 minutos de enfriamiento para una rodillera. El material humectante puede rellenarse con líquido refrigerante, según sea necesario.

En ciertas realizaciones, una velocidad Q de transferencia de calor asociada con calentar o enfriar el objeto es de aproximadamente 0,2 W a aproximadamente 200 W, o de aproximadamente 0,5 W a aproximadamente 50 W. La temperatura de un lado frío del TE puede ser, por ejemplo, de aproximadamente -10°C a aproximadamente 30°C, o de aproximadamente 0°C a aproximadamente 20°C. En una realización, la temperatura del lado frío es de aproximadamente 11°C. Por ejemplo, en una aplicación de coderas, una aplicación de rodilleras, una aplicación de chaqueta de enfriamiento y una aplicación de envolvente para el cuello, la temperatura del lado frío se puede mantener desde aproximadamente 10°C hasta aproximadamente 12°C, desde aproximadamente 4°C hasta aproximadamente 6°C, desde aproximadamente 16°C hasta aproximadamente 17°C, y desde aproximadamente 17°C hasta aproximadamente 18°C. La temperatura del lado caliente del TEM puede ser, por ejemplo, desde aproximadamente 30°C hasta aproximadamente 80°C, o desde aproximadamente 40°C hasta aproximadamente 60°C. En una realización, la temperatura del lado caliente del TEM es de aproximadamente 45°C. Las temperaturas de la superficie TEM pueden depender generalmente de la cantidad de energía eléctrica, la geometría del disipador de calor y las condiciones ambientales.

En ciertas realizaciones, las velocidades de transferencia de calor debidas al enfriamiento por evaporación del líquido refrigerante del material humectante son iguales o mayores que las velocidades de transferencia de calor debidas, bien a la transferencia de calor por radiación o bien por convección. Por ejemplo, en una realización, la velocidad de enfriamiento por evaporación sin flujo de aire forzado es igual o mayor que la velocidad de transferencia de calor por convección con flujo de aire forzado.

En otra implementación, los dispositivos descritos en la presente memoria se utilizan para calentar el cuerpo del usuario. En esta realización, el lado caliente del TEM se coloca hacia el cuerpo del usuario y el calor generado por el TEM se transfiere al cuerpo del usuario. El enfriamiento por evaporación en el disipador de calor puede no ser necesario con esta implementación, aunque se puede utilizar una placa de transferencia de calor flexible o acolchada, malla, papel de aluminio u otro material (húmedo o seco) para aumentar el área efectiva de transferencia térmica al cuerpo y permitir el acoplamiento contorneado a la curvatura del cuerpo para proporcionar una distribución de calor cómoda y eficaz sobre un área relativamente grande, si se desea. Se puede proporcionar una estructura similar para aumentar el área de transferencia de calor del cuerpo en una aplicación de enfriamiento.

En varias realizaciones, los dispositivos descritos en la presente memoria están configurados para proporcionar estimulación eléctrica a la parte del cuerpo del usuario. La estimulación eléctrica se puede proporcionar a la parte del cuerpo además de calentar o enfriar la parte del cuerpo, como se ha descrito anteriormente. Alternativamente, la estimulación eléctrica se puede proporcionar sin calentar o enfriar la parte del cuerpo. En una realización, para proporcionar la estimulación eléctrica, el dispositivo incluye un electrodo en comunicación eléctrica con la parte del cuerpo. La estimulación eléctrica se puede administrar a la parte del cuerpo a un ritmo constante y/o se puede administrar de forma intermitente. En ciertas realizaciones, la estimulación eléctrica incluye una corriente eléctrica de aproximadamente 0,5 miliamperios a aproximadamente 500 miliamperios, o de aproximadamente 1 miliamperio a aproximadamente 100 miliamperios. Por ejemplo, la corriente eléctrica puede ser de aproximadamente 4 miliamperios. En una realización, la estimulación eléctrica es hecha funcionar cíclicamente en un período de aproximadamente 0,1 minutos a aproximadamente 60 minutos, o de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 10 minutos. En determinadas realizaciones, la estimulación eléctrica incluye pulsos eléctricos que tienen una frecuencia de aproximadamente 100 Hz o hasta aproximadamente 200 Hz. Un ancho de pulso para la estimulación eléctrica puede ser de aproximadamente 100 microsegundos o hasta aproximadamente 500 microsegundos.

Los valores para varios parámetros asociados con ciertas realizaciones de los dispositivos y métodos descritos en la presente memoria se resumen en la Tabla 1, aunque se contemplan valores fuera de estos intervalos y han de considerarse dentro del alcance de la invención.

Tabla 1. Valores de los parámetros para dispositivos de calentamiento y enfriamiento.

En determinadas realizaciones, que no son parte de la invención, los dispositivos y métodos descritos en la presente memoria se utilizan para tratar una amplia variedad de dolencias. Ejemplos de dolencias que pueden tratarse incluyen, por ejemplo, artritis, codo de tenista, codo de golf, migrañas, dolor menstrual, dolor de espalda, esguinces de tobillo, dolor muscular y articulaciones doloridas. Los dispositivos también pueden utilizarse para mejorar el nivel de confort del usuario. Por ejemplo, los dispositivos pueden utilizarse para mantener al usuario fresco en un día caluroso o para mantenerlo caliente en un día frío. Puede utilizarse cualquier combinación de calentamiento y/o enfriamiento. Por ejemplo, los dispositivos pueden utilizarse para calentar una parte del cuerpo durante 30 minutos y, a continuación, enfriar la parte del cuerpo durante 30 minutos.

En varias realizaciones, los dispositivos y métodos descritos en la presente memoria pueden utilizar o aplicar compresión o presión a una parte del cuerpo de un paciente. Por ejemplo, el dispositivo puede combinar las funcionalidades de enfriamiento, calentamiento, contraste y/o compresión para aliviar el dolor y acelerar la curación de la parte del cuerpo. La compresión se puede proporcionar manualmente (por ejemplo, con el paciente ajustando manualmente un mecanismo de sujeción o refuerzos) y/o automáticamente (por ejemplo, con un motor o una bomba). El dispositivo puede utilizar una válvula y/o un mecanismo de bulbo.

Con referencia a las figs. 10B y 10C, un dispositivo 110 incluye una correa 112 de compresión que envuelve una parte exterior del dispositivo 110 y una parte del cuerpo 114 que se está tratando (por ejemplo, una rodilla). La compresión se puede aplicar utilizando, por ejemplo, una hebilla 116, un cierre de gancho y bucle, u otro dispositivo que permita ajustar y sujetar una longitud de la correa 112 alrededor de la parte 114 del cuerpo. En una realización, el paciente puede ajustar la correa 112 utilizando una manivela o pomo 118 conectado a un mecanismo de engranajes (por ejemplo, un mecanismo de engranaje helicoidal) o un mecanismo de trinquete.

En algunas realizaciones, el dispositivo 110 incluye una correa 120 de presión con una cámara interna que puede llenarse de aire para lograr la compresión. Puede utilizarse una bomba manual (por ejemplo, un mecanismo de bulbo) o una bomba motorizada para administrar aire a la correa 120 de presión. La compresión puede aliviarse liberando el aire de la cámara utilizando, por ejemplo, una válvula. La bomba puede incorporarse al dispositivo 110. Las investigaciones muestran que la compresión generalmente es útil para aliviar el dolor, la hinchazón y/o la inflamación. La compresión es una parte estándar de la práctica R.l.C.E. (Descanso, Hielo, Compresión y Elevación) y es recetado rutinariamente por fisioterapeutas, especialistas en dolor y médicos de lesiones deportivas. Se ha descubierto que la compresión aumenta el flujo sanguíneo y la administración de oxígeno, imita las contracciones musculares naturales y purga las impurezas de una parte del cuerpo 114 afectada.

A diferencia de los dispositivos anteriores, el dispositivo 110 combina la terapia basada en la temperatura con la compresión en un paquete conveniente y fácil de aplicar, para necesidades terapéuticas prolongadas. En algunas realizaciones, el uso de compresión puede proporcionar una administración más eficiente de calentamiento o enfriamiento al proporcionar un mejor contacto entre la parte del cuerpo 114 y un módulo termoeléctrico dentro del dispositivo 110. Por ejemplo, la compresión puede permitir módulos de enfriamiento/calentamiento dentro del dispositivo 110 para adaptarse a la parte del cuerpo 114. Sin espacios de aire o rutas de escape, el calentamiento o enfriamiento puede permanecer concentrado en la parte del cuerpo 114 y puede penetrar más profundamente para una mayor ventaja terapéutica. La compresión también puede mejorar la percepción del usuario del calentamiento o enfriamiento.

Con referencia a la fig. 10D, un dispositivo 130 para calentar o enfriar a un paciente está configurado para el contacto directo entre una parte 132 del cuerpo (por ejemplo, una rodilla) y uno o más módulos 134 termoeléctricos en el dispositivo 130. Sin otra capa entre los módulos 134 termoeléctricos y la parte 132 del cuerpo, se minimiza la pérdida de calor y se mejora la eficiencia de enfriamiento/calentamiento. Opcionalmente, en algunas implementaciones, el dispositivo 130 incluye una lámina o placa conductora colocada entre el módulo 134 termoeléctrico y la parte 132 del cuerpo. Por ejemplo, el dispositivo 130 puede incluir una placa delgada de aluminio pegada o unida al módulo 134 termoeléctrico, para aumentar el área superficial y distribuir aún más el enfriamiento/calentamiento. En determinadas realizaciones, la placa de aluminio tiene un grosor de aproximadamente 1 mm, o de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 3 mm, y puede ajustarse para adaptarse estrechamente a la estructura corporal que se está tratando.

Ejemplos

Para evaluar el rendimiento de enfriamiento de los dispositivos descritos en la presente memoria, se ha montado un dispositivo que tiene un TEM, un disipador de calor, un material humectante y una capa de unión en una cámara aislada, llena de agua, de tal manera que un lado frío del TEM ha estado en contacto con el agua dentro de la cámara. El dispositivo y la cámara se han colocado dentro de una caja en la que se podría controlar la temperatura ambiente y la humedad, según se deseara. La temperatura del agua en la cámara llena de agua se ha utilizado como una indicación de la velocidad de enfriamiento lograda por el dispositivo. Por ejemplo, cuanto mayor sea la velocidad medida de disminución de la temperatura del agua, mayor será la velocidad de enfriamiento lograda por el dispositivo.

Las figs. 11 y 12 son gráficos de la temperatura del agua en función del tiempo para el dispositivo y para un dispositivo enfriado por ventilador, según ciertas realizaciones de la invención. Durante la prueba, el dispositivo se ha enfriado mediante enfriamiento por evaporación, como se ha descrito anteriormente, utilizando agua como líquido refrigerante. Por el contrario, el dispositivo enfriado por ventilador, que incluía un TEM, un disipador de calor y un ventilador montado en el disipador de calor, se ha enfriado por convección forzada (es decir, sin enfriamiento por evaporación) debido al flujo de aire de aproximadamente 1 m/s sobre el disipador de calor del ventilador. Los resultados de las figs. 11 y 12 indican que la velocidad de enfriamiento obtenida con el dispositivo (curva D1) ha sido aproximadamente la misma que la velocidad de enfriamiento obtenida con el dispositivo enfriado por ventilador (curva D2) hasta aproximadamente 20 minutos a 25 minutos. Posteriormente, el dispositivo humedecido (curva D1) ha mostrado un mejor enfriamiento en condiciones de temperatura ambiente más altas. Para los resultados de las figs. 11 y 12, la temperatura ambiente ha sido de 27 °C y 40 °C, respectivamente, y la humedad relativa ha sido del La fig. 13 es un gráfico de la temperatura del agua frente al tiempo que ilustra la influencia de un ángulo de curvatura del disipador de calor sobre la velocidad de enfriamiento, según ciertas realizaciones de la invención. Los resultados muestran que la velocidad de enfriamiento ha sido en general aproximadamente la misma para ángulos de curvatura de 10-15 grados (curva B1) y aproximadamente 20-25 grados (curva B2). Se ha observado que la velocidad de enfriamiento ha sido menor para un ángulo de curvatura de aproximadamente 40-45 grados (curva B3).

La fig. 14 es un gráfico de la temperatura de un lado frío de un dispositivo (es decir, el lado frío de un TEM) frente al tiempo, según ciertas realizaciones. Se han probado tres disipadores de calor de aluminio diferentes para obtener los datos de esta figura. Las curvas H1, H2 y H3 muestran los resultados para un disipador de calor de 1 mm de grosor, un disipador de calor de 1,5 mm de grosor y un disipador de calor de 1,5 mm de grosor con un revestimiento negro (es decir, pintura negra). Todos los demás parámetros de los disipadores de calor han sido los mismos. Para realizar la prueba, se han vertido 1,5 ml de agua en cada disipador de calor y se ha mantenido la temperatura ambiente a alrededor de 40 °C. Los resultados de la figura muestran que el disipador de calor con el revestimiento negro (curva H3) ha producido las temperaturas más frías y, por lo tanto, se ha desempeñado mejor, quizás debido a una mayor transferencia de calor por una mayor emisividad y una mayor radiación. Los resultados de las pruebas por separado han indicado que un disipador de calor con un grosor de aproximadamente 1,5 mm ha proporcionado excelentes resultados.

La fig. 15 es un gráfico de la temperatura de un lado frío de un dispositivo frente al tiempo para diferentes cantidades de material humectante, según ciertas realizaciones. Como se ha indicado, se ha observado que la temperatura del lado frío que es más baja con ocho capas de papel tisú que con cuatro capas de papel tisú. El papel tisú en esta prueba tiene un grosor de aproximadamente 0,1 mm.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   1 Un dispositivo (40) para calentar o enfriar el cuerpo de un usuario, comprendiendo el dispositivo (40):

   un módulo (10) termoeléctrico;

   un disipador (44) de calor acoplado térmicamente a una superficie del módulo (10) termoeléctrico;

   un material (46) humectante en comunicación térmica con el disipador (44) de calor; y

   un controlador (48) para hacer funcionar cíclicamente el módulo (10) termoeléctrico según un ciclo de trabajo superior al 10%;

   un depósito (90) de suministro; y

   una línea (92) de suministro que conecta el material (46) humectante y el depósito (90) de suministro, en donde la línea (92) de suministro comprende un material absorbente para transportar un líquido desde el depósito (90) de suministro al material (46) humectante.
2. 2. - El dispositivo (40) de la reivindicación 1, en donde el disipador (44) de calor comprende al menos uno de (i) una superficie de grabado y (ii) una superficie contorneada, en donde la superficie contorneada forma una curva que tiene un ángulo de curvatura de aproximadamente 0 grados a aproximadamente 90 grados, y en donde el disipador (44) de calor comprende un grosor de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 15 mm.
3. 3. - El dispositivo (40) de la reivindicación 1, que comprende además una capa (52) de unión que asegura el material (46) humectante al disipador (44) de calor, en donde el material (46) humectante está dispuesto entre el disipador (44) de calor y la capa (52) de unión.
4. 4. - El dispositivo (40) de la reivindicación 1, en donde el material (46) humectante comprende al menos uno de (i) un agente antimicrobiano y (ii) un material hidrófilo y en donde el materia (46) humectante comprende un grosor de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 3 mm.
5. 5. - El dispositivo (40) de la reivindicación 1, en donde el material (46) humectante comprende al menos uno de (i) un tisú y (ii) un algodón.
6. 6. - El dispositivo (40) de la reivindicación 1, que comprende además una batería y una conexión eléctrica conmutada, y en donde el módulo (10) termoeléctrico comprende un área superficial de calentamiento de aproximadamente 100 mm2 a aproximadamente 2000 mm2.
7. 7. - El dispositivo (40) de la reivindicación 1, en donde el dispositivo (40) está integrado en una prenda, en donde la prenda se selecciona del grupo que consta de una envolvente para el cuello, una codera, una rodillera, una mochila, una tobillera, un paquete universal una chaqueta de calentamiento, una chaqueta de enfriamiento, una chaqueta de calentamiento-enfriamiento, un paquete contra pérdida de sangre, una banda para la cabeza, una almohadilla abdominal, una plantilla de zapatos, ropa, calzado, un asiento para el automóvil y un casco.
8. 8. - Un método para calentar o enfriar una parte del cuerpo de un usuario, comprendiendo el método las etapas de:

   hacer funcionar cíclicamente la energía eléctrica a un módulo (10) termoeléctrico en un ciclo de trabajo de al menos el 10%; transfiriendo calor del módulo (10) termoeléctrico a un disipador (44) de calor; evaporar un líquido de un material (46) humectante dispuesto en el disipador (44) de calor, en donde el líquido evaporado entra en la atmósfera circundante; y transportar el líquido desde un depósito (90) de suministro al material (46) humectante a través de la línea (92) de suministro conectando el material (46) humectante y el depósito (90) de suministro, en donde la línea (92) de suministro comprende un material absorbente para transportar el líquido desde el depósito (90) de suministro al material (46) humectante.
9. 9. - El método de la reivindicación 8, en donde la energía eléctrica hecha funcionar cíclicamente comprende al menos uno de (i) un ciclo de trabajo de aproximadamente el 30% a aproximadamente el 100% y (ii) un tiempo de ciclo de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 10 minutos.
10. 10. - El método de la reivindicación 8, en donde la transferencia de calor desde el módulo (10) termoeléctrico comprende una velocidad de transferencia de calor de aproximadamente 0,2 W a aproximadamente 200 W, y en donde la evaporación del líquido proporciona una velocidad de transferencia de calor de aproximadamente 0,2 W a 200 W.
11. 11. - El método de la reivindicación 8, en donde un lado frío del módulo (10) termoeléctrico comprende una temperatura de aproximadamente -10 grados C a aproximadamente 30 grados C, y en donde la temperatura del disipador (44) de calor es de al menos aproximadamente 30 grados C.
12. 12. - Un método de fabricación de un dispositivo (40) para calentar o enfriar una parte del cuerpo de un usuario, comprendiendo el método las etapas de:

    proporcionar un disipador (44) de calor;

    grabar una superficie del disipador (44) de calor con un agente de grabado para aumentar un área superficial efectiva del mismo;

    conectar el disipador (44) de calor a un módulo (10) termoeléctrico;

    disponer un material (46) humectante sobre el disipador (44) de calor;

    asegurar el material (46) humectante al disipador (44) de calor con una capa (52) de unión; proporcionar un depósito (90) de suministro; y

    conectar una línea (92) de suministro entre el material (46) humectante y del depósito (90) de suministro, en donde la línea (92) de suministro comprende un material absorbente para transportar un líquido desde el depósito (90) de suministro al material (46) humectante.
13. 13. - El método de la reivindicación 12, que comprende además integrar el módulo (10) termoeléctrico en un artículo de vestir, en donde el artículo de vestir se selecciona del grupo que consta de una envolvente para el cuello, una codera, una rodillera, una mochila, una chaqueta de calentamiento, una chaqueta de enfriamiento, una chaqueta de calentamiento-enfriamiento, un paquete contra pérdida de sangre, una banda para la cabeza, una almohadilla abdominal, una plantilla de zapatos, ropa, calzado, un asiento para el automóvil y un casco.