ES2898471T3 - Artilugio de cabeza protector que comprende un aparato de control de temperatura - Google Patents

Abstract

Un artilugio de cabeza protector (10) que comprende: (i) una carcasa exterior (12), que rodea la cabeza de un portador y al hacerlo define un espacio (19) entre la cabeza del portador y un lado inferior de la carcasa exterior (12); (ii) una almohadilla absorbente de calor (14); y (iii) un aparato de ventilación de aire forzado (17); en donde la almohadilla absorbente de calor (14) se coloca dentro de la carcasa exterior (12) en el espacio (19) formado entre la cabeza del portador y la carcasa exterior, y en donde el aparato de ventilación de aire forzado (16) se dispone para proporcionar un flujo de aire ambiente desde el exterior de la carcasa exterior (12), caracterizado por que el flujo de aire ambiente pasa por encima y por debajo de la almohadilla absorbente de calor (14) dentro del espacio entre la cabeza del portador y el lado inferior de la carcasa exterior.

Description

DESCRIPCIÓN

Artilugio de cabeza protector que comprende un aparato de control de temperatura

Campo

La presente invención se refiere a sistemas de protección personal ventilados, en particular a un artilugio de cabeza protector que incorpora un medio de enfriamiento.

Antecedentes

Los sistemas de protección personal en forma de cascos los usan normalmente quienes se encuentran en entornos o situaciones en las que tienen un mayor riesgo de sufrir un traumatismo en la cabeza. Su función principal es proteger la cabeza del portador contra lesiones debidas a objetos que vuelan o caen, impactos con otros objetos y descargas eléctricas, y evitar que la fuerza se transmita por la columna si se produce un impacto desde arriba.

Los cascos deben tener un peso aceptable, un ajuste cómodo y una ventilación adecuada, al tiempo que cumplen los estándares nacionales e internacionales de protección contra impactos, como los estándares nacionales estadounidenses ANSI/ISEA Z89.1-2009 Tipo 1, Clase G y E. Actualmente hay dos tipos principales de cascos protectores de uso común en la industria, como la industria de la construcción. El primero se conoce como cascos de seguridad ANSI Tipo I o CSA Tipo 1. Los cascos Tipo I tienen un diseño relativamente simple que incorpora una carcasa exterior dura y una suspensión interior unida al interior de la carcasa. La carcasa exterior generalmente se hace de plásticos duros como polietileno de alta densidad (HDPE), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) u otro material termoplástico y actúa para resistir y desviar los golpes en la cabeza. La suspensión interior sostiene la carcasa exterior alejada de la cabeza del portador. Esto permite reducir la fuerza de un impacto externo que de otro modo se habría transmitido a la cabeza.

El otro tipo común de casco es ANSI Tipo II o CSA Tipo 2. Los cascos Tipo II son similares a los cascos Tipo I pero comprenden un forro de espuma adicional, generalmente hecho de poliestireno expandido (EPS) que añade protección adicional contra impactos tanto verticales como laterales. El forro de espuma reside típicamente entre la carcasa exterior del casco y la suspensión interior.

Los cascos también se utilizan comúnmente en una variedad de industrias que incluyen la construcción, la industria pesada y ligera, la petroquímica, el petróleo y el gas, la minería, la construcción de carreteras, la silvicultura y las industrias de servicios públicos. También se requieren cascos en otras actividades en las que existe un mayor riesgo de traumatismo craneoencefálico. Ejemplos incluyen: motociclismo, deportes de montar como equitación, ciclismo; deportes de invierno y extremos; y deportes de pelota como béisbol, cricket y fútbol americano. Los cascos protectores también se usan comúnmente en el ejército y en ciertos entornos policiales.

Los usuarios de cascos suelen sufrir el hecho de que retienen el calor en climas cálidos. En climas desérticos o tropicales, no es raro que las temperaturas en los entornos de trabajo superen los 40 °C en el lugar. Estas temperaturas también se pueden alcanzar en entornos confinados, como minas profundas, o dentro de espacios para techos mal ventilados. Debido al flujo de aire restringido debajo del casco cuando está en uso, el calor de la parte de cabeza cubierta del portador puede quedar atrapado debajo. Uno de los mecanismos clave para controlar la regulación térmica en el cuerpo humano opera a través de la transferencia de calor evaporativa y radiativa desde la cabeza al entorno circundante. Sin embargo, tras la exposición al sol, la carcasa exterior del casco también puede absorber y atrapar energía térmica en las proximidades de la cabeza del portador y evitar la regulación térmica normal y la pérdida de calor del cuerpo del portador. En climas muy cálidos, condiciones de trabajo cerradas o cuando el portador realiza una actividad intensa, la acumulación de calor puede ser grave y potencialmente peligrosa. Esto puede provocar incomodidad para el portador y, en el peor de los casos, consecuencias más graves, como un golpe de calor, una afección médica resultante de una elevación de la temperatura del cerebro. El golpe de calor, si no se trata rápidamente, puede provocar desorientación, discapacidad o incluso la muerte. Incluso los casos leves de golpe de calor pueden provocar un deterioro de la función cognitiva que puede ser extremadamente peligroso en lugares de trabajo de alto riesgo, como en obras de construcción o en los cabezales de perforación de pozos de petróleo. Además, la incomodidad provocada por la acumulación de calor en los cascos puede llevar al incumplimiento de las normas de salud y seguridad sobre el uso de cascos y los trabajadores se quitan el artilugio de cabeza protector en áreas de mayor riesgo de daño por objetos que caen desde arriba, impacto con otros objetos y descargas eléctricas.

Se han realizado intentos anteriores para proporcionar un medio de enfriamiento a los cascos. Se sabe, por ejemplo, que el simple hecho de cambiar el color de la carcasa exterior del casco de amarillo o rojo a blanco reduce la energía térmica absorbida del sol, lo que conduce a una temperatura interna más baja dentro del casco. La adición de un material reflectante en la superficie exterior de la carcasa puede aumentar el efecto. Sin embargo, este enfoque no aborda el problema del calor corporal generado por el portador. Los orificios de ventilación en la carcasa exterior también proporcionan un medio por el que se puede liberar el aire caliente dentro del casco. Sin embargo, los orificios en la carcasa exterior pueden comprometer la integridad estructural de la carcasa, dejando también aberturas a través de las cuales pueden entrar polvo y escombros.

En la técnica se han propuesto sistemas de enfriamiento activo para cascos. Se han propuesto diversos diseños de casco que aumentan el enfriamiento evaporativo mediante la incorporación de ventilación forzada del espacio entre la carcasa exterior y la cabeza del portador mediante un ventilador, véanse por ejemplo los documentos WO 2013/175932, US 2014/0143934, JP 2012/180606.

El documento US 2004255364 describe un complejo sistema de enfriamiento de casco que se basa en el enfriamiento termoeléctrico a través del efecto Peltier. Los sistemas basados en enfriamiento termoeléctrico adolecen del uso de un material termoeléctrico frágil, la necesidad de un disipador de calor, una gran demanda de energía que resulta en la necesidad de una batería de servicio exigente, que es pesada, y la necesidad de un cordón umbilical entre el casco y el batería que presenta un peligro para la salud y la seguridad. Los sistemas incongruentes también reducen la comodidad del usuario y fomentan la retirada del artilugio de cabeza.

También se conoce el uso de materiales absorbentes de calor en cascos. Los cascos de enfriamiento con cubierta completa para la cabeza se utilizan para enfriar la cabeza de los pacientes en los hospitales. Esto puede ser para mantener el cerebro a una temperatura más baja, por ejemplo, para prevenir la hinchazón en el cerebro de un bebé después de los ascendentes o un trauma al nacer, o para controlar una temperatura corporal general.

También se encuentran disponibles comercialmente almohadillas que comprenden materiales que absorben el calor. Estas almohadillas se colocan directamente en la suspensión interior de los cascos de seguridad típicos Tipo I o Tipo II. Sin embargo, el grosor de la almohadilla directamente encima de la cabeza del usuario puede resultar en inestabilidad del casco debido al desplazamiento en el centro de equilibrio del casco. El contacto directo de la cabeza con la almohadilla de enfriamiento también puede conducir a una incomodidad localizada al provocar la formación de puntos fríos localizados en el cuero cabelludo del portador. El efecto de enfriamiento de la almohadilla se localiza por debajo de la almohadilla, lo que da como resultado una mala distribución del aire frío que conduce a un sobreenfriamiento en ciertas regiones, mientras que otras no se enfrían lo suficiente.

El documento US 4893356 describe un gorro en el que un ventilador produce un flujo de aire de enfriamiento que incluye almohadillas de espuma en la banda para la cabeza y dentro de la corona que proporcionan un efecto de enfriamiento por evaporación.

La presente invención busca abordar las deficiencias de los sistemas de la técnica anterior, más en particular, la invención busca abordar el problema de los aparatos de enfriamiento excesivamente voluminosos o incongruentes para un artilugio de cabeza protector que fomenta el incumplimiento de los usuarios debido a la incomodidad.

Compendio de la invención

Los presentes inventores han proporcionado un sistema de enfriamiento integrado para el artilugio de cabeza protector, adecuado para cascos y similares, que enfría y ventila eficazmente el área entre la carcasa del artilugio de cabeza y la cabeza del portador. El aparato de la presente invención como se describe en la reivindicación 1 demuestra una ventaja considerable porque es ligero y no obstruye el libre movimiento del portador, y, lo más importante, no sacrifica la protección brindada por la carcasa a fuerzas externas, tales como impactos o descarga eléctrica.

Por consiguiente, un primer aspecto de la invención proporciona un artilugio de cabeza protector que comprende:

(i) una carcasa exterior, que rodea la cabeza del portador y al hacerlo define un espacio entre la cabeza del portador y el lado inferior de la carcasa exterior;

(ii) un miembro absorbente de calor; y

(iii) un aparato de ventilación de aire forzado;

en donde el miembro absorbente de calor se coloca dentro de la carcasa exterior en el espacio formado entre la cabeza del portador y la carcasa exterior, y en donde el aparato de ventilación de aire forzado se dispone para proporcionar un flujo de aire ambiente desde el exterior de la carcasa exterior que pasa por encima y por debajo de la almohadilla absorbente de calor dentro del espacio entre la cabeza del portador y el lado inferior de la carcasa exterior.

En una realización de la invención, el flujo de aire ambiente dentro del artilugio de cabeza es continuo.

En una realización específica de la invención, la almohadilla absorbente de calor comprende un material de cambio de fase (PCM). De manera adecuada, el material de cambio de fase comprende uno o más del grupo que consiste en: un material de cambio de fase orgánico; un material de cambio de fase inorgánico; y un material de cambio de fase eutéctico. Opcionalmente, el material de cambio de fase comprende un hidrato de sal; típicamente, el hidrato de sal se selecciona de: decahidratado de sulfato de sodio e acetato de sodio hidratado.

En una realización específica de la invención, la almohadilla absorbente de calor comprende una superficie contorneada. De manera adecuada, la superficie contorneada comprende al menos una seleccionada del grupo que consiste en: una ranura; un canal; un deflector una muesca; y una ondulación.

En una realización específica de la invención, la ventilación de aire forzado comprende un ventilador. Normalmente, la ventilación de aire forzado comprende uno o más del grupo que consta de: un ventilador de flujo axial; un ventilador centrífugo; un ventilador de flujo mixto; y un ventilador de flujo cruzado. En una incorporación de la invención, el ventilador es un ventilador de flujo axial. Opcionalmente, el ventilador es un ventilador eléctrico y está alimentado por una fuente de energía renovable o por una celda de energía. En una realización particular de la invención, la fuente de energía renovable comprende una distribución de energía solar ubicada en la carcasa exterior. De forma adecuada, la distribución de energía solar comprende al menos una celda fotovoltaica.

En realizaciones de la invención, la carcasa exterior comprende un material seleccionado del grupo que consiste en: un polímero; fibra de carbón; fibra de vidrio; fibra de metal; metal; y aleación de metal. De manera adecuada, el polímero comprende un plástico termoendurecible duro o un termoplástico duro; el termoplástico duro puede seleccionarse de: un polietileno de alta densidad (HDPE); y un acrilonitrilo butadieno estireno (ABS).

En una realización específica de la invención, la almohadilla absorbente de calor se une de forma reversible al lado inferior de la carcasa exterior. En una realización específica de la invención, el artilugio de cabeza comprende además un sistema de suspensión para soportar la carcasa exterior a una distancia de la cabeza del portador con el fin de proporcionar el espacio entre ellos.

En una realización de la invención, el artilugio de cabeza comprende además un sistema de suspensión para soportar la carcasa exterior a una distancia de la cabeza del portador con el fin de proporcionar el espacio entre ellos. De manera adecuada, la almohadilla absorbente de calor está comprendida dentro del sistema de suspensión.

Según una realización de la invención, el aparato de ventilación de aire forzado se coloca en la parte trasera del artilugio de cabeza, opcionalmente en la base de la parte trasera del artilugio de cabeza. En otra realización más de la invención, el aparato de ventilación de aire forzado se fija a la carcasa exterior.

En una realización de la invención, el artilugio de cabeza es un artilugio de cabeza que cumple con los estándares nacionales y/o internacionales para la protección contra impactos, adecuadamente los estándares nacionales estadounidenses ANSI/ISEA Z89.1-2009 Tipo 1, Clase G y E.

Opcionalmente, el artilugio de cabeza comprende además un sensor de temperatura. En una realización de la invención, el sensor de temperatura controla el accionamiento y/o la velocidad del aparato de ventilación de aire forzado.

En una realización adicional de la invención, el artilugio de cabeza comprende un transpondedor de localización de Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y, opcionalmente, un sistema de comunicaciones inalámbricas. De manera adecuada, el sistema de comunicaciones inalámbricas se configura para comunicar información de temperatura local a un servidor ubicado en una ubicación remota.

Un segundo aspecto de la invención proporciona un sistema para monitorizar la información de estado de temperatura de un individuo, en el que la información de estado de temperatura corresponde a la temperatura dentro de un artilugio de cabeza protector como se describe en este documento que lo lleva el individuo, en donde el sistema comprende:

un artilugio de cabeza protector como se ha descrito anteriormente;

un sensor de temperatura ubicado dentro del artilugio de cabeza;

un transmisor de comunicaciones inalámbricas ubicado dentro del artilugio de cabeza y en comunicación con el sensor de temperatura;

un receptor de comunicaciones inalámbricas ubicado de forma remota;

y un servidor central que está en comunicación con el receptor de comunicaciones inalámbricas,

en donde, el sensor de temperatura genera información sobre el estado de temperatura y comunica la información al transmisor de comunicaciones inalámbricas, que a su vez transmite la información de estado de temperatura al receptor de comunicaciones inalámbricas ubicado a distancia y, por lo tanto, al servidor central.

Dibujos

La invención se ilustra mediante los siguientes dibujos en los que:

La Figura 1 muestra una vista lateral en sección transversal de una realización de un casco protector de la presente invención;

La Figura 2 muestra una vista en planta inferior del interior de una realización de un casco protector de la presente invención;

La Figura 3 muestra una vista posterior de una realización de un casco protector de la presente invención; La Figura 4 muestra el rendimiento predicho por ordenador de una realización de un casco protector según la presente invención (a) muestra contornos de velocidad de aire debajo de la carcasa dura; y (b) muestra formación de imágenes térmicas de una vista lateral en sección transversal entre la carcasa dura y la cabeza de un usuario;

La Figura 5 muestra una vista esquemática de un aparato de prueba térmica como se describe en el Ejemplo 1;

La Figura 6 muestra contornos de temperatura de formación de imágenes térmicas previstos de una realización de un casco protector según la presente invención que comprende una almohadilla absorbente de calor con una superficie plana;

La Figura 7 muestra contornos de temperatura previstos de una realización de un casco protector según la presente invención que comprende una almohadilla absorbente de calor con una superficie ranurada.

Descripción detallada

A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en este documento tienen el mismo significado que el que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenece esta invención.

Como se usa en el presente documento, el término "que comprende" significa que cualquiera de los elementos enumerados está necesariamente incluido y también pueden incluirse opcionalmente otros elementos. "Que consiste esencialmente en" significa que todos los elementos enumerados están necesariamente incluidos, se excluyen los elementos que afectarían materialmente las características básicas y novedosas de los elementos enumerados y, opcionalmente, se pueden incluir otros elementos. "Consiste en" significa que se excluyen todos los elementos distintos de los enumerados. Las realizaciones definidas por cada uno de estos términos están dentro del alcance de esta invención.

La invención proporciona sistemas de artilugio de cabeza de protección personal refrigerados, en particular un casco de protección, que incorporan un aparato y se configuran para enfriar la cabeza y la cara del usuario cuando están en uso.

La Figuras 1 a 3 muestran una vista lateral en sección transversal, una vista en planta inferior y una vista trasera de un artilugio de cabeza protector según una realización de la invención. En las realizaciones de la invención, el artilugio de cabeza puede ser un casco de seguridad de estilo de la industria de la construcción, como los que cumplen con una especificación ANSI Tipo I o Tipo II.

Como se muestra en la Figura 1, un casco 10 comprende una carcasa exterior 12, un miembro absorbente de calor como una almohadilla absorbente de calor 14 y ventilación de aire forzado 16. La almohadilla absorbente de calor se asienta dentro de la carcasa exterior en el espacio formado entre la cabeza del portador y la carcasa 12 cuando está en uso. La ventilación de aire forzado 16 proporciona un flujo activo de aire ambiente desde el exterior de la carcasa exterior sobre la almohadilla absorbente de calor 14.

Se entenderá que el término "ventilación de aire forzado" como se usa en este documento se refiere a un sistema de ventilación de aire activo que dirige la circulación de aire desde el ambiente externo al espacio entre el lado inferior de la carcasa exterior 12 y la cabeza del portador. Un sistema de ventilación de aire forzado comprenderá típicamente al menos una entrada de aire, con ventilación proporcionada por la holgura alrededor de la circunferencia exterior del casco 10. Opcionalmente, también se pueden proporcionar salidas u holguras de ventilación cuando sea apropiado para ayudar o dirigir la circulación de aire según corresponda.

La carcasa exterior 12 tiene una forma general para encajar sobre la cabeza y cubre al menos una parte de la cabeza, típicamente al menos una parte sustancial de las regiones frontal y parietal del cráneo. De forma adecuada, la carcasa exterior 12 cubre al menos la parte superior de la cabeza por encima de los ojos y las orejas. La carcasa exterior 12 puede extenderse por los lados de la cabeza del portador y/o por la parte posterior de la cabeza del portador en gran medida en línea con los contornos de la cabeza para cubrir al menos la mayor parte de la cabeza excluyendo la cara. La cobertura debe ser suficiente para brindar una protección adecuada a la cabeza del portador contra lesiones debido a la caída de objetos, impacto con otros objetos y descargas eléctricas. Por lo general, dicha cobertura debe cumplir los estándares de seguridad nacionales e internacionales, por ejemplo, para las industrias de la construcción, la minería o el petróleo y el gas.

La carcasa exterior 12 se puede formar de cualquier material adecuado capaz de resistir o desviar un impacto. Normalmente, la carcasa exterior 12 se puede formar de un material polimérico, como un plástico duro; una fibra de carbono; una fibra de vidrio; una fibra de metal; o un metal. Cuando la carcasa exterior es de plástico duro, puede ser un plástico termoendurecible duro o un termoplástico duro. De forma adecuada, se pueden elegir termoplásticos duros para que sean polietileno de alta densidad (HDPE) o acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). La fibra de metal se refiere a la clase de materiales que consisten en un laminado de varias capas de metal delgadas unidas con capas de material compuesto. Cuando la carcasa exterior se forma de metal, se puede usar cualquier metal o aleación de metal adecuado. Normalmente, el metal para usar en la carcasa exterior 12 puede comprender aluminio.

La carcasa exterior 12 puede comprender una visera 18 que se extiende hacia fuera desde el centro en la base de la carcasa 12. La visera 18 puede extenderse alrededor de toda la circunferencia de la carcasa exterior 12, o puede estar presente a lo largo de una parte de la circunferencia. De forma adecuada, la visera 18 se ubica en la parte delantera de la carcasa exterior 12 para proporcionar protección solar a los ojos del portador. La visera 18 puede ofrecer protección adicional contra impactos o golpes, puede herir los ojos y la cara del usuario de las condiciones climáticas como el sol y la lluvia. La visera 18 puede comprender un medio para canalizar el agua a un área particular de la carcasa exterior, por ejemplo para canalizar el agua de lluvia hacia la parte delantera del casco para evitar el drenaje sobre la espalda y/o el cuello del portador durante el uso.

La carcasa exterior 12 puede tener apéndices (no mostrados). Estos apéndices se pueden fijar o ser una extensión de la carcasa exterior o los apéndices pueden ser retirables. Estos apéndices pueden extenderse hacia abajo durante el uso desde el borde inferior de la carcasa exterior 12 para cubrir la piel expuesta de la cara, la cabeza y el cuello del portador cuando esté en uso. Los apéndices actúan para proteger al portador de condiciones climáticas adversas como el sol o la lluvia.

Los apéndices pueden incluir cortinas, faldas, viseras u otra protección. De forma adecuada, los apéndices comprenden un material de hoja flexible. El material de hoja flexible se puede hacer de tejidos sintéticos naturales o artificiales. En realizaciones de la invención en las que el apéndice comprende un paño o falda, se pueden fabricar telas adecuados de algodón, nailon o poliéster o una combinación de estos materiales. De forma adecuada, las telas tienen un factor de protección solar (SPF) de al menos 2 según EN ISO 24444:2010. Normalmente, la tela tendrá un SPF de al menos 5, 10, 15, 30 o 50. Los apéndices pueden ser resistentes al agua o repelentes o impermeables.

Como se muestra en la Figura 2, realizaciones del casco 10 de la invención también pueden comprender un conjunto que actúa como una suspensión interior 18. La suspensión interior actúa para soportar la carcasa exterior 12 a una distancia de la cabeza del portador con el fin de proporcionar una holgura de amortiguación que pueda absorber las fuerzas de un impacto directo. La suspensión interior 18 puede comprender una banda para la cabeza ajustable 20 unida a la carcasa exterior 12 y una serie de correas 22 que abarcan la banda para la cabeza 20.

La banda para la cabeza 20 puede ser contigua, o puede estar interrumpida o ser parcial. La banda para la cabeza puede tener una circunferencia fija o puede ser ajustable. El ajuste de la circunferencia de la banda para la cabeza puede realizarse mediante cualquier medio adecuado conocido en la técnica, por ejemplo, mediante un ajustador mecánico, un acople plástico de salto elástico, una hebilla, una cinta de velcro o un medio elástico. En una realización, la banda para la cabeza 20 está contigua a un ajustador mecánico.

Las correas 22 pueden abarcar la banda para la cabeza 20 en cualquier dirección. Adecuadamente, al menos una primera correa 22 abarca la banda para la cabeza 20 en una dirección aproximadamente perpendicular a la segunda correa 22 que abarca la banda para la cabeza, evitando así que la banda para la cabeza se deslice por la cabeza del portador durante el uso.

En determinadas realizaciones de la invención, las correas 22 generalmente seguirán los contornos de la superficie interior de la carcasa exterior 12. En una realización de la invención habrá una holgura, espacio o vacío 19 provisto entre la carcasa exterior 12 y las correas 22.

En realizaciones de la invención, la carcasa exterior 12 puede equiparse con una visera para proteger los ojos (no mostrados), protectores de oídos para uso en ambientes ruidosos (no mostrados), o una correa para la barbilla para asegurar el casco 10 a la cabeza del portador (no mostrado).

La almohadilla absorbente de calor 14 puede tener cualquier forma y tamaño adecuados para colocarse debajo de la carcasa exterior 12 del casco 10 durante el uso. En realizaciones de la invención, la almohadilla absorbente de calor 14 tiene la forma de una losa plana donde el grosor de la almohadilla es menor que su anchura. Normalmente, la almohadilla absorbente de calor tiene un grosor de menos de 10 cm. La almohadilla absorbente de calor 14 puede tener un grosor de menos de 8 cm, 7 cm, 6 cm, 5 cm, 4 cm, 3 cm, 2 cm o 1 cm.

Se proporcionan todas las formas de la almohadilla 14. De forma adecuada, la almohadilla 14 puede ser generalmente circular, poligonal, cuadrada, oblonga o rectangular. En algunas realizaciones, la almohadilla puede adoptar la forma y las dimensiones de la carcasa exterior 12 debajo de la que se coloca para maximizar el área de superficie de la almohadilla absorbente de calor 14 sin que sobresalga de la carcasa 12. Tal disposición mejoraría la absorción de calor de la almohadilla 14, minimizando al mismo tiempo el riesgo de pinchazo. Alternativamente, en otras realizaciones, la almohadilla puede sobresalir de la carcasa exterior 12 para maximizar la absorción de calor.

La almohadilla absorbente de calor 14 puede colocarse en cualquier lugar del casco 10. De manera adecuada, la almohadilla 14 se coloca hacia la parte superior del casco 10, dentro del vértice de la carcasa exterior 12, en uso de modo que el aire enfriado por la almohadilla 14 pueda caer en la dirección del portador cuando esté en uso. En una realización de la invención que comprende una suspensión interior 18, la almohadilla absorbente de calor se coloca en la holgura o vacío 19 entre la carcasa exterior 12 y las correas 22 de la suspensión interior 18. En una realización alternativa de la invención, la almohadilla absorbente de calor puede fijarse directamente a la carcasa exterior 12. La fijación de la almohadilla a la carcasa exterior 12 puede realizarse por cualquier medio. Adecuadamente, los medios de fijación no son permanentes (por ejemplo, una fijación reversible) de modo que la almohadilla 14 se puede quitar fácilmente del casco 10. En las realizaciones de la invención, la fijación reversible se realiza mediante adhesivo, cinta de velcro, botones de presión o correas.

En una realización de la invención, la almohadilla absorbente de calor 14 puede formarse hasta un bloque plano sólido, o puede formarse con modificaciones de superficie que sirvan para aumentar el área de superficie de la almohadilla y/o para dirigir la circulación de aire alrededor de la almohadilla 14 cuando se instala dentro de la carcasa exterior 12. Tales modificaciones pueden comprender una o más ranuras, canales, ondulaciones, deflectores y/o muescas. Estas modificaciones pueden servir para aumentar o disminuir la velocidad de circulación del aire dentro del vacío 19 entre la carcasa exterior 12 y las correas 22 de la suspensión interior 18 y, por tanto, alterar las características de enfriamiento del casco 10.

La almohadilla absorbente de calor 14 se puede formar de cualquier material que pueda absorber energía térmica. En una realización de la invención, la almohadilla 14 se puede formar de materiales conductores de calor como el metal, con o sin el uso de una disposición de disipador de calor, o la almohadilla se puede formar de materiales con una alta capacidad térmica, como cerámica, piedra u hormigón que se puede enfriar antes de su uso. Normalmente, el material de la almohadilla absorbente de calor puede ser un material de cambio de fase.

Un material de cambio de fase (PCM) es generalmente una sustancia con una alta capacidad calorífica latente. El calor latente es la energía necesaria para convertir un sólido en líquido o un líquido en vapor sin que cambie su temperatura. El almacenamiento de calor latente de PCM se puede lograr a través de cambios de fase sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gas y líquido-gas. El agua es un ejemplo de material de cambio de fase. El método conocido de enfriamiento evaporativo funciona según el principio de enfriar el aire haciéndolo pasar sobre una superficie húmeda donde se enfría mediante la absorción de la energía térmica en el aire por el agua, lo que proporciona el calor latente de vaporización requerido para evaporar el agua líquida al vapor de agua gaseoso. Por tanto, en una realización de la invención, la almohadilla absorbente de calor 14 puede comprender un material impregnado de agua, tal como una esponja humedecida, almohadilla de tela, material de efecto mecha de calor o una matriz equivalente. Más típicamente, los materiales absorbentes de calor comerciales para PCM se basan en el cambio de fase sólido-líquido. Los PCM comerciales pueden estar formados por una amplia gama de materiales, clasificados en tres grupos principales: los PCM orgánicos se basan en materiales orgánicos, es decir, compuestos principalmente de carbono e hidrógeno, como parafina, alcoholes de azúcar o ácidos grasos; los PCM inorgánicos se basan en hidratos de sales inorgánicas, tales como acetato de sodio hidratado o sulfato de sodio decahidratado; y PCM eutécticos, generalmente basados en soluciones de agua salada.

Todas las formas de PCM son adecuadas para su uso en la almohadilla absorbente de calor 14 de las realizaciones de la invención descritas en el presente documento. De manera adecuada, el PCM para la invención aquí descrita usa un PCM que se basa en el cambio de fase sólido-líquido. Normalmente, el PCM puede seleccionarse entre los PCM disponibles comercialmente, como los que se enumeran en Tabla 1 debajo.

Tabla 1: Materiales PCM

El uso de un PCM como material a partir del que se forma la almohadilla absorbente de calor 14 tiene varias ventajas. En primer lugar, los PCM tienen una alta capacidad de absorción de calor. Además, la capacidad de absorción de calor del PCM es regenerativa, por ejemplo, enfriando el material mediante refrigeración; por lo tanto, el material se puede utilizar repetidamente sin pérdida de función. Además, como las almohadillas que comprenden PCM generalmente no se enfrían por debajo de su punto de congelación, existe un riesgo mínimo de lesión (por congelación) o incomodidad por enfriar demasiado una almohadilla absorbente de calor 14 que comprende un PCM.

El PCM puede elegirse para que tenga una temperatura de cambio de fase adecuada para las condiciones ambientales y la temperatura corporal del usuario. Ejemplos de almohadillas que comprenden PCM adecuadas pueden incluir, por ejemplo, PCM a base de hidrato de sal, incluido el Climsel™ C28 disponible comercialmente (Climator Sweden AB, Skovde, Suecia). La alta capacidad de almacenamiento de calor en el cambio de fase de sólido a líquido y la ventajosa temperatura de cambio de fase de 32 °C hacen que este material sea particularmente apropiado para su uso en esta aplicación. El PCM también puede elegirse para que no sea tóxico en caso de riesgo de fuga del material de la almohadilla 14.

La Figura 3 muestra una vista trasera de un casco 10 según una realización de la invención donde la entrada de aire se coloca en la parte trasera del casco 10. En esta realización de la invención, el casco 10 comprende una abertura de ventilación 16. La abertura 16 permite un flujo de aire ambiente desde el exterior de la carcasa exterior 12 para entrar en el vacío 19 entre la cabeza del portador y el lado inferior de la carcasa exterior 12. En una realización específica de la invención, la abertura 16 comprende un aparato de ventilación de aire forzado 17 que dirige el flujo de aire hacia el vacío 19 y a través de la superficie de la almohadilla absorbente de calor 14. La almohadilla 14 no solo actúa para enfriar el aire que pasa sobre ella, sino también para distribuir el aire enfriado que rodea la almohadilla absorbente de calor 14 alrededor del interior de la carcasa exterior 12.

El aparato de ventilación de aire forzado 17 puede colocarse en cualquier lugar del casco 10 siempre que el flujo de aire se dirija debajo de la carcasa exterior 12 y a través de la almohadilla absorbente de calor 14. Adecuadamente, la al menos una abertura 16 se coloca dentro de la carcasa exterior 12, aunque en realizaciones de la invención puede estar presente una pluralidad de aberturas. Típicamente, el aparato de ventilación de aire forzado 17 es integral con la carcasa exterior 12 y muy cerca de la abertura 16. De manera adecuada, el aparato de ventilación de aire forzado 17 puede colocarse en el casco 10 por encima de la cara del portador cuando está en uso, o alternativamente, puede colocarse adecuadamente en el lado opuesto del casco 10 por encima de la nuca del cuello del portador cuando está en uso. En realizaciones de la invención, el aparato de ventilación de aire forzado 17 puede colocarse sobre el casco 10 en la base de la carcasa exterior 12 dirigiendo un flujo de aire ambiente hacia arriba hacia el vacío 19, pasando la almohadilla absorbente de calor 14. La almohadilla absorbente de calor 14 se colocará en el vacío 19 de manera que el flujo de aire se dirija al contacto con la almohadilla absorbente de calor 14. El flujo de aire que pasa por la almohadilla absorbente de calor 14 puede ser de cualquier forma. Según la invención, el flujo de aire se dirige por encima y por debajo de la almohadilla absorbente de calor 14.

En realizaciones de la invención, donde la abertura 16, y opcionalmente el aparato 17 de aire forzado, se coloca en la parte trasera del casco 10, diametralmente opuesto a la cara del portador cuando está en uso, el flujo de aire de la temperatura ambiente se dirige hacia el vacío 19 debajo de la carcasa exterior 12, pasando la almohadilla absorbente de calor 14, con el aire entonces enfriado ventilando el casco 10 por encima de la cara del portador en una dirección hacia abajo. De esta manera, el portador queda expuesto a una corriente constante de aire enfriado que pasa por la cara, lo que facilita el enfriamiento radiativo y evaporativo eficaz de la cabeza y la parte superior del cuerpo del portador.

Alternativamente, en realizaciones de la invención, cuando la ventilación de aire forzado 17 se coloca en la parte delantera del casco 10, por encima de la cara del portador cuando está en uso y con o sin una abertura 16, el flujo de aire se dirige debajo de la carcasa exterior 12 hacia el interior del vacío 19, a través de la superficie de la almohadilla absorbente de calor 14, con el aire enfriado saliendo entonces de la carcasa exterior 12 del casco 10 por encima del cuello del portador en una dirección hacia abajo. De esta manera, el portador queda expuesto a una corriente constante de aire enfriado que pasa por el cuello.

Según la presente invención, la combinación de ventilación de aire forzado y la almohadilla absorbente de calor 14 en un casco 10 proporciona una serie de ventajas.

En primer lugar, el efecto de enfriamiento de la almohadilla absorbente de calor 14 ya no se localiza en un área específica de la cabeza del portador dentro de la carcasa exterior 12 del casco. Además, el efecto de la ventilación y el enfriamiento por aire puede extenderse para cubrir también la cara, el cuello y la parte superior del cuerpo.

Además, el flujo de aire que pasa por la almohadilla absorbente de calor 14 actúa para distribuir el aire enfriado por todo el interior de la carcasa exterior 11, evitando así un sobreenfriamiento incómodo de la parte de la cabeza más cercana a la almohadilla absorbente de calor y un enfriamiento insuficiente en partes del casco 10 más distantes de la almohadilla absorbente de calor 14. Además, el flujo de aire a través del vacío 19 entre la cabeza del portador y la carcasa exterior 12 evita el calentamiento local del aire atrapado en esta región debido a los efectos de calentamiento directo del sol en la carcasa exterior 12 o de la transferencia térmica radiativa y evaporativa desde el cuerpo del portador. De lo contrario, tal calentamiento puede conducir a un agotamiento prematuro del efecto de enfriamiento de la almohadilla 14.

El aparato de ventilación de aire forzado 17 puede comprender cualquier tipo de dispositivo de ventilación mecánica o forzada, o ventilación híbrida o de modo mixto que utilice ventilación tanto mecánica como natural que sea adecuada para generar circulación de aire. En una realización de la invención, el aparato de ventilación de aire forzado 17 comprende un conjunto de ventilador eléctrico. El conjunto de ventilador eléctrico puede ser tener un diseño de flujo axial, centrífugo, de flujo mixto o de flujo cruzado. En una realización de la invención, el ventilador es un ventilador eléctrico de flujo axial.

El aparato de ventilación de aire forzado 17 puede ser alimentado por cualquier medio adecuado. En realizaciones de la invención, el aparato de ventilación de aire forzado 17 puede ser alimentado por fuentes de energía renovables, tales como energía solar; o por otras fuentes de energía eléctrica, como pilas de energía recargables o no recargables (por ejemplo, baterías); o por la red eléctrica.

Fuentes adecuadas de energía renovable en el contexto de este documento son aquellas que pueden proporcionar suficiente energía eléctrica al aparato de ventilación de aire forzado 17 para que pueda proporcionar un flujo de aire suficiente para lograr los beneficios de la invención. De manera adecuada, los medios de recolección pueden tener un tamaño que sea autónomo en el casco 10. En realizaciones de la invención en donde el aparato de ventilación de aire forzado 17 es alimentado por energía solar, un panel o distribución de generación solar (por ejemplo, una celda solar fotovoltaica) se puede colocar ventajosamente en la superficie exterior de la carcasa exterior 12 para maximizar su exposición al sol, sin embargo, el posicionamiento del panel solar puede ser en cualquier posición adecuada en el casco 10 para proporcionar suficiente potencia de salida para suministrar al aparato de ventilación de aire forzado 17.

En realizaciones de la invención en las que se utilizan baterías, las baterías pueden ser no recargables, por ejemplo, baterías alcalinas, baterías de mercurio, baterías de óxido de plata y baterías de cinc-carbono. Alternativamente, las baterías pueden ser recargables, por ejemplo, baterías de níquel-cadmio, baterías de hidruro metálico de níquel, baterías de iones de litio o de polímero de litio, o baterías de plomo-ácido.

En realizaciones en las que el ventilador es alimentado con fuentes de energía renovables, también se pueden emplear baterías para almacenar temporalmente la energía generada a partir de la fuente renovable. Esto es particularmente ventajoso cuando el sol está oscurecido por las nubes, cuando el usuario no se encuentra bajo la luz solar directa o al anochecer o durante la noche. La energía almacenada puede usarse entonces para alimentar el aparato de ventilación de aire forzado 17 cuando la energía generada a partir de la fuente renovable es insuficiente para mantener un flujo de aire satisfactorio. La batería empleada para almacenar la energía de la fuente renovable puede ser recargable y, por ejemplo, seleccionarse entre baterías de níquel-cadmio, baterías de hidruro metálico de níquel, baterías de iones de litio o polímero de litio o baterías de plomo-ácido.

En realizaciones de la invención que requieren una fuente de energía local, como baterías, estas pueden colocarse en cualquier posición adecuada en el casco 10, o en cualquier otra parte del portador dentro de un paquete de energía que se puede vincular al casco 10 a través de una conexión eléctrica tal como un cable. La elección del posicionamiento del paquete de energía depende del balance de los beneficios de reducir el peso del casco al colocar el paquete de energía en el cuerpo del portador, en comparación con la libertad de movimiento obtenida al colocar la fuente de energía en el casco 10 eliminando de esta manera la necesidad de una conexión por cable fuera del casco 10 que puede estar sujeta a enganches o perjudicar de otro modo el movimiento del portador. De forma adecuada, la fuente de energía local se coloca en el casco 10, típicamente aproximadamente diametralmente opuesta al aparato de ventilación de aire forzado 17 para equilibrar la distribución de peso del casco tanto como sea posible.

El flujo de aire del aparato de ventilación de aire forzado 17 se controla a un valor típicamente inferior a 1 m3/min. En realizaciones de la invención, el flujo de aire del ventilador puede ser inferior a 0,9 m3/min, 0,8 m3/min, 0,7 m3/min, 0,6 m3/min, 0,5 m3/min, 0,4 m3/min, 0,3 m3/min, o 0,2 m3/min. Adecuadamente, el flujo de aire es superior a 0,01 m3/min. normalmente, el flujo de aire es superior a 0,05 m3/min o 0,1 m3/min. Adecuadamente, el flujo de aire es superior a 0,01 m3/min. Los datos que se muestran en los ejemplos no limitantes proporcionados en este documento son para un caudal volumétrico promedio de típicamente 0,35 m3/min.

La Figura 4 muestra los contornos de velocidad del aire previstos en un casco según una realización de la invención. En la realización mostrada, la almohadilla absorbente de calor 14 se coloca entre la carcasa exterior 12 y la cabeza 20 del portador. El aparato de ventilación de aire forzado 17 se coloca en la parte trasera del casco 10. El flujo de aire modelado se analiza en detalle a continuación en el Ejemplo 2.

Como se muestra, el aire ambiente entra en el vacío 19 entre la carcasa exterior 12 y el casco del portador bajo la influencia del aparato de ventilación de aire forzado 17. El aire pasa a través de la almohadilla absorbente de calor 14 antes de salir por la parte delantera de la carcasa exterior 12. y fluyendo sobre la cara del usuario. Debido a la simetría del diseño, se esperaría que un aparato de ventilación de aire forzado 17 colocado en la parte delantera del casco 10 proporcionara un flujo de aire similar con aire enfriado saliendo de la carcasa exterior 12 en la parte trasera y continuando fluyendo hacia abajo sobre el cuello del portador.

En realizaciones de la invención en las que la almohadilla absorbente de calor está ranurada, contorneada o tiene ondulaciones, pueden formarse u orientarse de manera que proporcionen canales o pasajes para que el aire pase por la almohadilla absorbente de calor en la dirección de la ventilación de aire forzado a la ventilación de salida del casco. Las ranuras u ondulaciones formadas en la almohadilla absorbente de calor pueden usarse para dirigir el flujo de aire en una dirección que sea beneficiosa para la distribución del aire enfriado alrededor del interior del casco 10, p. ej. a una ubicación de ventilación en particular. Alternativamente, se pueden usar ranuras u ondulaciones para crear un flujo de aire turbulento con el fin de interrumpir las corrientes de convección dentro del vacío 19 y mejorar el efecto de enfriamiento.

En una realización de la invención, el casco 10 puede comprender además un sensor para monitorizar la temperatura del vacío 19 y/o la temperatura de superficie de piel del portador. El sensor puede tener cualquier forma adecuada para medir la energía térmica. De forma adecuada, el sensor de temperatura puede comprender: un sensor de temperatura por infrarrojos o un termopar.

En una realización de la invención, el sensor de temperatura comunica información de temperatura discreta del portador a un servidor central a través de un sistema de telecomunicaciones inalámbrico o móvil. El servidor central se puede ubicar dentro de la instalación de administración de emplazamiento, por ejemplo, en un emplazamiento de construcción, alertando así a la gestión del emplazamiento sobre la existencia de condiciones de trabajo potencialmente peligrosas. En una realización alternativa de la invención, el sensor puede comprender un transpondedor de comunicación inalámbrica de corto alcance (tal como un dispositivo NFC o Bluetooth®) que permite la transmisión de información de temperatura al propio portador. En una realización, el portador puede ser alertado sobre condiciones de temperatura potencialmente perjudiciales a través de una comunicación inalámbrica con una aplicación (una "app") contenida en su dispositivo de telecomunicaciones móviles. Por tanto, si la temperatura de la piel o del vacío 19 aumenta por encima de un umbral dado, puede indicar que la almohadilla absorbente de calor 14 en el casco 10 ya no proporciona suficiente enfriamiento al portador y la almohadilla 14 necesita ser reemplazada o recargada. Alternativamente, puede indicar que el entorno al que está expuesto el portador está más allá de los parámetros operativos seguros para que el efecto de enfriamiento del casco 10 mantenga la temperatura del portador a un nivel de trabajo seguro. La monitorización de la temperatura del portador de esta manera es, por lo tanto, una forma efectiva de monitorizar condiciones de trabajo seguras para el portador y puede proporcionar un método de registro efectivo como evidencia de un trabajo seguro y el cumplimiento de las leyes laborales locales.

El sensor de temperatura se puede utilizar para el control termostático del aparato de ventilación de aire forzado 17. En entornos donde la necesidad de enfriamiento puede ser variable, como cuando el portador se mueve de dentro afuera, o de un entorno caluroso a un entorno menos caluroso, o está realizando un trabajo que es más o menos extenuante, puede ser deseable variar la velocidad del flujo de aire generado por el aparato de ventilación de aire forzado 17 para adaptarse a las necesidades actuales. En realizaciones de la invención, el control de velocidad del aparato de ventilación de aire forzado 17 puede lograrse por cualquier medio adecuado, como por control manual mediante la operación de un controlador de velocidad por parte del portador, o puede ser automático, usando el sensor de temperatura en una disposición de retroalimentación que hace funcionar el aparato de ventilación de aire forzado 17 únicamente una vez que se supera cierto umbral de temperatura. En realizaciones de la invención, la velocidad del aparato de ventilación de aire forzado 17 puede aumentar con la temperatura informada a través de un intervalo hasta que se alcanza la velocidad máxima del aparato de ventilación de aire forzado 17.

En una realización de la invención, el casco 10 puede comprender además un dispositivo de rastreo GPS u otros medios para monitorizar la posición geográfica de un trabajador. La vinculación de la información de temperatura con la ubicación geográfica y los datos de tiempo puede ofrecer un medio para identificar áreas de trabajo particularmente difíciles a las que los trabajadores han estado expuestos. También puede proporcionar un medio eficaz para registrar la exposición a las condiciones en las zonas de trabajo a nivel local o incluso global. Por tanto, la invención proporciona un sistema para monitorizar un aspecto importante de condiciones de trabajo seguras para los trabajadores de todo el mundo.

La funcionalidad de rastreo GPS dentro del casco 10 también puede proporcionar una identificación eficaz, mediante geoetiquetado, de la ubicación del portador en caso de accidente u otra emergencia.

La invención se ejemplifica adicionalmente en los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplos

Ejemplo 1: Efecto sobre la temperatura

Una realización del casco 10 según la presente invención se sometió a un entorno simulado que se encuentra típicamente en un clima cálido de temperatura de aire ambiente aumentada y/o calor irradiado directo.

La prueba utilizó un casco 10 según la invención que comprendía una carcasa exterior 18, una almohadilla absorbente de calor 14, una suspensión interior 18 y un aparato de ventilación de aire forzado 17 montado en la parte delantera del casco 10, alimentado por baterías en un paquete de baterías 23 montado en la parte trasera del casco 10. Ejemplos comparativos de cascos que no comprenden una almohadilla absorbente de calor 14 y/o un aparato de ventilación forzada 17 se simularon retirando la almohadilla absorbente de calor 14 del casco 10 según la invención y/o desactivando la ventilación de aire forzado.

Como se muestra en la Figura 5, la prueba implicó colocar el casco en una cabeza ficticia 24 en un recinto aislado 26. Luego se usó un calentador 28 para calentar el aire dentro del recinto 26 a una temperatura establecida superior al aire ambiente externo al recinto 26. El calentador 28 fue controlado por una unidad de control de temperatura 30 unida a un termómetro de termopar 32 dentro del recinto 26.

El calor radiante directo del sol se simuló mediante una bombilla de luz de tungsteno de 60 W 34 colocada en la parte superior del recinto 26 sobre el casco a prueba. Esta bombilla 34 y el aparato de ventilación de aire forzado 17 se controlaron por separado mediante una unidad de conmutación 36 colocada fuera del recinto.

El calor de la cabeza del portador fue simulado por el calor radiante de una bombilla de luz de tungsteno de 40 W 38 montada dentro de la cabeza ficticia 24. Para imitar una temperatura constante de la cabeza del portador que no se ve afectada por el aumento de temperatura ambiente o el calor radiante en el recinto de prueba 24, la bombilla 38 y una bombilla idéntica 40 se controlaron simultáneamente mediante la unidad de control 42 unida a un termómetro de termopar ubicado dentro de un casco idéntico 44 en un recinto separado 46 mantenido a temperatura ambiente. El casco 44 también se colocó sobre una cabeza ficticia 46 dentro de la que se montó la bombilla 40.

Todas las medidas de temperatura se tomaron de un termómetro de termopar 48 montado en el casco a prueba una vez que se alcanzó una lectura de temperatura en estado estable.

Los resultados del experimento térmico de la prueba se proporcionan en la Tabla 2 debajo:

Tabla 2: Resultados de experimento térmico

Los resultados muestran claramente que sin ningún tipo de enfriamiento, la temperatura dentro de un casco aumenta en condiciones climáticas cálidas simuladas de aumento de temperatura ambiente y calor irradiado directo del sol (Experimento 2, aumento de 14 °C).

El aumento se redujo mediante el uso del ventilador solo (Experimento 3, aumento de 6 °C). El uso de la almohadilla de PCM sola también proporcionó una disminución (Experimento 6, reducción de -6 °C).

Sin embargo, los resultados muestran claramente que la combinación de la presencia de una almohadilla de PCM absorbente de calor y un medio de ventilación forzada en forma de ventilador montado en la parte delantera del casco proporciona un enfriamiento superior del casco. El Experimento 7 demostró una disminución de temperatura medida de 14 °C en el casco en comparación con la temperatura del aire circundante dentro del recinto sellado 24.

Ejemplo 2: Modelado de contornos de temperatura y velocidad del aire

La Figura 4 muestra los contornos de velocidad del aire previstos en un casco según una realización de la invención. La almohadilla absorbente de calor 14 se coloca entre la carcasa exterior 12 y la cabeza 20 del portador. El aparato de ventilación de aire forzado 17 se coloca en la parte trasera del casco 10.

Según el modelo, el aire ambiente entra al vacío 19 entre la carcasa exterior 12 y el casco del portador bajo la influencia de la ventilación de aire forzado 16. El aire pasa a ambos lados (arriba y abajo como se muestra) de la almohadilla absorbente de calor 14 antes de salir por la parte delantera de la carcasa exterior 12 y fluir hacia abajo sobre el plano de la cara del usuario. Debido a la simetría del diseño, se esperaría que una ventilación de aire forzado 16 colocada en la parte delantera del casco 10 proporcionara un flujo de aire similar con aire enfriado saliendo de la carcasa exterior 12 en la parte trasera y continuando fluyendo hacia abajo sobre el cuello del portador.

La Figura 6 muestra el mapa de contorno de temperatura prevista del mismo modelo de casco según una realización de la presente invención. El casco que se muestra en la Figura 6 es una vista en sección transversal desde el lado del casco.

La Figura 7 muestra un mapa de contorno de temperatura prevista similar de un casco según una realización alternativa de la invención que usa una almohadilla de PCM ranurada. El casco que se muestra en la Figura 7 es una vista en sección transversal desde la parte trasera del casco.

El preprocesador GAMBIT se utilizó para mallar el modelo simulado en más de 4.000.000 de celdas tetraédricas. Usando la opción de función de tasa de crecimiento, las mallas podrían ser densas y más pequeñas cerca de las ranuras de suministro de aire y los cuerpos humanos; y creciendo al alejarse. Este número de celdas utilizadas con la técnica de función de crecimiento se considera suficiente, ya que los inventores realizaron una comprobación de independencia de cuadrícula. Se incorporó el software de simulación disponible comercialmente "Fluent 6.3" para resolver la conservación de la masa, el momento y la energía en el procesamiento de la distribución de aire, y para analizar la transferencia de calor combinada con afección por turbulencia sobre la distribución del aire. En este trabajo se utilizó el llamado modelo de turbulencia k-£ estándar, uno de los modelos de turbulencia más extendidos para aplicaciones industriales. Para la predicción numérica de la distribución del aire interior se usaron parámetros básicos que incluyeron la temperatura del aire, la velocidad del aire, la humedad relativa y los parámetros de turbulencia.

Las diversas condiciones de frontera asumidas para todos los casos estudiados en este documento se describen más adelante.

• El cuerpo humano se estableció como una pared con una temperatura superficial constante de 32 °C, que es la temperatura de la piel a este nivel de actividad.

• El PCM se estableció como pared con una temperatura constante de 28 °C, que es la temperatura de fusión del material elegido.

• La superficie interior del casco se fijó como una pared con un flujo de calor de 50 W/m2 que es equivalente al calor transferido debido a la intensidad solar incidente en el lado exterior.

• Ventilador eléctrico con presión estática de 30 Pa.

• Temperatura ambiente de 37 °C.

Las áreas más claras en ambas Figuras 6 y 7 significan temperaturas más frías. Como se puede ver claramente en ambas Figuras 6 y 7, la almohadilla en sí es blanca, lo que indica que está fría. Más importante aún, las áreas inmediatamente adyacentes a la almohadilla entre la carcasa exterior 12 y la cabeza del portador también son considerablemente más frías que la temperatura del aire ambiente (mostrada como oscura). Es evidente que el enfriamiento se distribuye de manera razonablemente uniforme dentro de estas áreas.

Además, se puede ver claramente en el lado izquierdo de la Figura 6 que el aire inmediatamente adyacente al lado de la cabeza es de un color más claro, lo que significa que hay aire enfriado en esta región. Dependiendo de la orientación del posicionamiento del ventilador en la parte posterior o delantera del casco, esta área representaría la cara o la parte posterior de la cabeza/cuello del portador. Por lo tanto, el aparato de la presente invención proporciona ventajosamente un enfriamiento efectivo no solo alrededor de la almohadilla sino uniformemente en una región más grande.

Por lo tanto, se demuestra que la combinación de una almohadilla de PCM y una ventilación forzada en forma de ventilador montado que dirige flujo de aire a través de la almohadilla no solo proporciona una distribución más uniforme del aire enfriado por la almohadilla dentro del área debajo de la carcasa exterior 12, sino que también proporciona una agradable corriente de aire enfriado a la cara o la parte posterior de la cabeza/cuello del portador durante el uso, evitando puntos fríos incómodos.

Las realizaciones mencionadas anteriormente no pretenden ser limitantes con respecto al alcance de las reivindicaciones adjuntas, que siguen. Los inventores contemplan que se pueden realizar diversas sustituciones, alteraciones y modificaciones en la invención sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un artilugio de cabeza protector (10) que comprende:

(i) una carcasa exterior (12), que rodea la cabeza de un portador y al hacerlo define un espacio (19) entre la cabeza del portador y un lado inferior de la carcasa exterior (12);

(ii) una almohadilla absorbente de calor (14); y

(iii) un aparato de ventilación de aire forzado (17);

en donde la almohadilla absorbente de calor (14) se coloca dentro de la carcasa exterior (12) en el espacio (19) formado entre la cabeza del portador y la carcasa exterior, y en donde el aparato de ventilación de aire forzado (16) se dispone para proporcionar un flujo de aire ambiente desde el exterior de la carcasa exterior (12), caracterizado por que el flujo de aire ambiente pasa por encima y por debajo de la almohadilla absorbente de calor (14) dentro del espacio entre la cabeza del portador y el lado inferior de la carcasa exterior.

2. El artilugio de cabeza protector (10) de la reivindicación 1, en donde el flujo de aire ambiente es continuo.

3. El artilugio de cabeza protector (10) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la almohadilla absorbente de calor (14) comprende un material de cambio de fase (PCM), preferiblemente en donde el material de cambio de fase comprende uno o más del grupo que consiste en: un material de cambio de fase orgánico; un material de cambio de fase inorgánico; y un material de cambio de fase eutéctico.

4. El artilugio de cabeza protector (10) de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la almohadilla absorbente de calor (14) comprende una superficie contorneada, preferiblemente en donde la superficie contorneada comprende al menos una seleccionada del grupo que consiste en: una ranura; un canal; un deflector una muesca; y una ondulación.

5. El artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la ventilación de aire forzado (17) comprende un ventilador preferiblemente seleccionado del grupo que consiste en: un ventilador de flujo axial; un ventilador centrífugo; un ventilador de flujo mixto; y un ventilador de flujo cruzado.

6. El artilugio de cabeza protector (10) de la reivindicación 5, en donde el ventilador es un ventilador eléctrico y es alimentado por una fuente de energía renovable o por una celda de energía.

7. El artilugio de cabeza protector (10) de la reivindicación 6, en donde la fuente de energía renovable comprende una distribución de energía solar ubicada en la carcasa exterior, preferiblemente en donde la distribución de energía solar comprende al menos una celda fotovoltaica.

8. El artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la carcasa exterior (12) comprende un material seleccionado del grupo que consiste en: polímero; fibra de carbón; fibra de vidrio; fibra de metal; metal; y aleación de metal, preferiblemente en donde cuando el material es un polímero, el polímero comprende un plástico termoendurecible duro o un termoplástico duro, preferiblemente en donde el termoplástico duro se selecciona de: un polietileno de alta densidad (HDPE); y un acrilonitrilo butadieno estireno (ABS).

9. El artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la almohadilla absorbente de calor (14) se une de forma reversible al lado inferior de la carcasa exterior (12).

10. El artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el artilugio de cabeza comprende además un sistema de suspensión para soportar la carcasa exterior (12) a una distancia de la cabeza del portador (20) con el fin de proporcionar el espacio entre las mismas (19), preferiblemente en donde la almohadilla absorbente de calor (14) está comprendida dentro del sistema de suspensión.

11. El artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el aparato de ventilación de aire forzado (17) se coloca en la parte trasera del artilugio de cabeza (10), preferiblemente en donde el aparato de ventilación de aire forzado (17) se coloca en la base de la parte trasera del artilugio de cabeza (10) y/o el aparato de ventilación de aire forzado (17) se fija a la carcasa exterior (12).

12. El artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el artilugio de cabeza (10) es un casco que cumple con las normas nacionales y/o internacionales de protección contra impactos, preferiblemente en el que el casco cumple con los estándares nacionales estadounidenses ANSI/ISEA. Z89.1-2009 Tipo 1, Clase G y E.

13. El artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el artilugio de cabeza comprende además un sensor de temperatura, preferiblemente en donde el sensor de temperatura controla el accionamiento y/o la velocidad del aparato de ventilación de aire forzado (17).

14. El artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el artilugio de cabeza comprende además un transpondedor de localización del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y/o un sistema de comunicaciones inalámbricas, preferiblemente en donde, cuando está presente, el sistema de comunicaciones inalámbricas se configura para comunicar información de temperatura local a un servidor ubicado de forma remota.

15. Un sistema para monitorizar información de estado de temperatura de un individuo, en el que la información del estado de la temperatura corresponde a la temperatura dentro de un artilugio de cabeza protector (10) de la reivindicación 1 que lleva puesto el individuo, en donde el sistema comprende:

el artilugio de cabeza protector (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14;

un sensor de temperatura ubicado dentro del artilugio de cabeza protector (10);

un transmisor de comunicaciones inalámbricas ubicado dentro del artilugio de cabeza protector (10) y en comunicación con el sensor de temperatura;

un receptor de comunicaciones inalámbricas ubicado de forma remota;

y un servidor central que está en comunicación con el receptor de comunicaciones inalámbricas,

en donde, el sensor de temperatura genera información sobre el estado de temperatura y comunica la información al transmisor de comunicaciones inalámbricas, que a su vez transmite la información de estado de temperatura al receptor de comunicaciones inalámbricas ubicado a distancia y, por lo tanto, al servidor central.