ES3036588A1 - Mattress system to help with body thermoregulation (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
Mattress system to help with body thermoregulation (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)Info
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporalMattress system to aid in body thermoregulation
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR
La presente invención se refiere de manera general al sector del descanso y, más concretamente, a la mejora de la calidad del sueño. The present invention relates generally to the rest sector and, more specifically, to the improvement of sleep quality.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Es ampliamente conocida la influencia de la temperatura sobre la calidad del sueño. Los seres humanos regulamos activamente la temperatura durante el sueño aumentando inconscientemente la superficie expuesta a medida que aumenta la temperatura ambiente. A temperaturas ambientales óptimas (aproximadamente entre 19 y 21 °C), intentamos establecer microclimas cutáneos entre 31 y 35 °C, y la desviación de este rango tiene una influencia negativa en el sueño. Un factor clave en el uso de microclimas es que, al menos en los seres humanos, no se puede reemplazar por el calentamiento ambiental a la misma temperatura, tal vez porque altera el autoajuste necesario a lo largo de la noche. The influence of temperature on sleep quality is widely known. Humans actively regulate their temperature during sleep by unconsciously increasing the exposed skin surface area as the ambient temperature rises. At optimal ambient temperatures (approximately 19–21°C), we attempt to establish skin microclimates between 31–35°C, and deviations from this range negatively impact sleep. A key factor in the effectiveness of microclimates is that, at least in humans, they cannot be replaced by simply warming the environment to the same temperature, perhaps because this disrupts the necessary self-regulation throughout the night.
Las temperaturas ambientales óptimas, en combinación con la ropa de cama, parecen ser cruciales para el inicio eficiente del sueño en seres humanos. Las respuestas a la temperatura externa también parecen ser importantes ya que el grado de vasodilatación, particularmente en las manos y los pies (piel distal), es un buen predictor del inicio del sueño. Esta vasodilatación generalmente se considera parte del descenso de la temperatura circadiana y se observa hasta dos horas antes del inicio del primer episodio de sueño, durante la fase de vigilia. A medida que la temperatura central desciende, coincide con una disminución del estado de alerta autoevaluado. En experimentos en los que los participantes “seleccionaban” la hora de acostarse, los sujetos tenían más probabilidades de seleccionar un momento en el que la temperatura corporal estaba en su tasa máxima de descenso. A medida que se acerca el sueño, la temperatura central y la frecuencia cardíaca descienden, y su descenso más pronunciado se cruza con el momento en que se apagan las luces y el inicio del sueño. En este punto, el gradiente de temperatura proximal a distal es de hasta 1,5 °C, pero a medida que la temperatura central desciende, el gradiente se reduce a aproximadamente 0,5 °C; se alcanza un nuevo punto de ajuste más frío justo después del inicio del sueño. En el ser humano, la temperatura central más baja se observa aproximadamente 2 horas después de que se apagan las luces y se inicia el sueño. En condiciones naturales, el aumento de la melatonina circulante también coincide con una disminución de la temperatura central antes del inicio del sueño. Optimal ambient temperatures, in combination with bedding, appear to be crucial for efficient sleep onset in humans. Responses to external temperature also seem important, as the degree of vasodilation, particularly in the hands and feet (distal skin), is a good predictor of sleep onset. This vasodilation is generally considered part of the circadian temperature decline and is observed up to two hours before the onset of the first sleep episode, during the waking phase. As core temperature falls, it coincides with a decrease in self-reported alertness. In experiments where participants "selected" their bedtime, subjects were more likely to choose a time when their body temperature was at its maximum rate of decline. As sleep approaches, both core temperature and heart rate decrease, with the most pronounced decline coinciding with the time the lights go out and sleep begins. At this point, the proximal-to-distal temperature gradient is up to 1.5 °C, but as core temperature falls, the gradient decreases to approximately 0.5 °C; a new, cooler set point is reached just after sleep onset. In humans, the lowest core temperature is observed approximately 2 hours after lights out and sleep begins. Under natural conditions, the surge in circulating melatonin also coincides with a decrease in core temperature before sleep onset.
Por tanto, parece obvio que disponer de un colchón que mantenga un microclima adecuado ayudaría al cuerpo a realizar sus labores de regulación térmica de manera más efectiva, y por tanto a conciliar y mantener el sueño, especialmente en situaciones donde la temperatura ambiente esté fuera de los parámetros óptimos, y particularmente en situaciones donde la temperatura ambiente sea muy elevada. Therefore, it seems obvious that having a mattress that maintains a suitable microclimate would help the body to perform its thermal regulation tasks more effectively, and therefore to fall asleep and stay asleep, especially in situations where the ambient temperature is outside the optimal parameters, and particularly in situations where the ambient temperature is very high.
Son conocidos los mecanismos de regulación térmica que emplea el cuerpo humano para la eliminación de calor. La mayor parte del calor que produce el cuerpo humano se pierde positivamente por radiación, conducción o convección, al ser generalmente la temperatura corporal mayor que la ambiental, lo que responde al principio físico del gradiente térmico (del área más caliente al área menos caliente). En caso de que ambas temperaturas sean idénticas, estas vías de disipación calórica se anulan. En caso de ser mayor la temperatura ambiental que la corporal entonces se convierten en vías termogenéticas y no termolíticas, por lo que el calor se transferiría entonces del medio al cuerpo humano sobrecalentándolo. The mechanisms of thermoregulation used by the human body to eliminate heat are well known. Most of the heat produced by the human body is lost through radiation, conduction, or convection, since body temperature is generally higher than the ambient temperature, following the physical principle of the thermal gradient (from a warmer area to a cooler area). If both temperatures are identical, these heat dissipation pathways cancel each other out. If the ambient temperature is higher than the body temperature, then these pathways become thermogenic rather than thermolytic, and heat is transferred from the environment to the human body, causing it to overheat.
El flujo de calor perdido por radiación alcanza valores aproximados al 60% del calor total disipado por el cuerpo humano, constituyéndose en la forma más importante de perdida y siempre hacia objetos que no están en contacto con el cuerpo humano. The flow of heat lost by radiation reaches values approximately 60% of the total heat dissipated by the human body, constituting the most important form of loss and always towards objects that are not in contact with the human body.
De estar los objetos en contacto con el cuerpo humano entonces la perdida de calor se produce por conducción, aunque mediante esta forma se elimina menor cantidad de calor (alrededor del 30%), no obstante, todo depende del gradiente térmico o diferencia de temperatura entre el cuerpo humano y los objetos, y de la conductividad térmica de los objetos. If objects are in contact with the human body, then heat loss occurs by conduction, although less heat is eliminated in this way (around 30%), however, it all depends on the thermal gradient or temperature difference between the human body and the objects, and on the thermal conductivity of the objects.
Por último, la pérdida de calor mediante corrientes de moléculas (aire o agua) se corresponde con la convección y es una forma indirecta de perder calor que coopera con la perdida por conducción. En condiciones normales la superficie del cuerpo está rodeada por una pequeña película de aire tranquilo (capa límite) gracias a la cual, al ser prácticamente inmóvil, no permite transferencia calórica por convección, sino que se hace por el proceso más lento de la conducción, lo que coopera en la retención del calor corporal. Se plantea que aproximadamente el 12 % del calor perdido se debe ordinariamente al proceso de convección de las corrientes de aire. La pérdida de calor por evaporación es la perdida insensible mediante el vapor de agua por la piel y el sistema respiratorio. La evaporización cutánea está muy relacionada con el grado de saturación higrométrica del aire (humedad relativa) incrementándose mientras más baja sea esta. La evaporación es una forma insensible de perder calor por cuanto la piel se reseca sin llegar a su humedecimiento como ocurre con el sudor. La conversión del agua de su estado liquida al gaseoso requiere energía (absorbe calor), por lo que, si se evapora agua en cualquier área superficial del cuerpo humano, la temperatura de esta disminuye. Consecuentemente, los sistemas cutáneo y respiratorio se convierten en zonas termolíticas y, bajo determinadas circunstancias, pueden llegar a ser las formas más importantes desde el punto de vista termorregulador. Finally, heat loss through molecular currents (air or water) corresponds to convection and is an indirect form of heat loss that contributes to heat loss by conduction. Under normal conditions, the body's surface is surrounded by a thin film of still air (boundary layer). Because this air is practically immobile, it does not allow heat transfer by convection; instead, heat is transferred by the slower process of conduction, which helps retain body heat. It is estimated that approximately 12% of heat loss is ordinarily due to the convection of air currents. Heat loss by evaporation is the insensible loss of heat through water vapor from the skin and respiratory system. Cutaneous evaporation is closely related to the degree of hygrometric saturation of the air (relative humidity), increasing as the relative humidity decreases. Evaporation is an insensible form of heat loss because the skin dries without becoming fully moistened, as occurs with sweating. The conversion of water from its liquid to gaseous state requires energy (it absorbs heat), so if water evaporates from any surface area of the human body, its temperature decreases. Consequently, the skin and respiratory systems become thermolytic zones and, under certain circumstances, can become the most important thermoregulatory systems.
Como ya se ha comentado anteriormente, el fenómeno de pérdida de calor se impulsa de forma natural a la hora de acostarse debido a la vasodilatación, particularmente en las manos y pies, inducida por nuestro reloj circadiano. As previously mentioned, the phenomenon of heat loss is naturally boosted at bedtime due to vasodilation, particularly in the hands and feet, induced by our circadian clock.
Estando los mecanismos de perdida de calor por sudoración minimizados durante el descanso, la eliminación de calor tanto por convección como por conducción se hacen si cabe más relevantes, con la limitación ya comentada de que dicha perdida es solo factible mientras se alcanza el equilibrio térmico entre el cuerpo y los elementos que lo rodean (aire a su alrededor y colchón) y que la efectividad de los mecanismos de eliminación térmica son efectivos en ambiente seco. Como el movimiento natural de aire a nuestro alrededor es muy limitado o casi nulo en nuestro dormitorio, la perdida por convección prácticamente desaparece, de igual forma que lo hace la perdida de calor por conducción ya que los materiales empleados habitualmente en la construcción del colchón son en general aislantes y poco conductivos y alcanzan muy rápidamente el equilibrio térmico con el cuerpo. With heat loss through perspiration minimized during sleep, heat elimination by both convection and conduction becomes even more important. However, as previously mentioned, this heat loss is only possible while thermal equilibrium is being reached between the body and its surroundings (the surrounding air and the mattress), and these heat elimination mechanisms are only effective in dry environments. Since natural air movement around us is very limited or almost nonexistent in our bedrooms, heat loss by convection practically disappears, as does heat loss by conduction. This is because the materials typically used in mattress construction are generally insulating and have low conductivity, quickly reaching thermal equilibrium with the body.
A la vista de lo expuesto, sería deseable un sistema que permita una regulación térmica por ambos mecanismos (por convección y por conducción). In light of the above, a system that allows thermal regulation by both mechanisms (by convection and by conduction) would be desirable.
Existen en el mercado dispositivos que aplican uno u otro mecanismo de pérdida de calor, pero ninguno que aplique ambos y, los que existen o bien son ineficientes o bien tienen limitaciones técnicas o de usabilidad. There are devices on the market that apply one or the other heat loss mechanism, but none that apply both, and those that exist are either inefficient or have technical or usability limitations.
Respecto a la eliminación de calor mediante convección, lo más conocido es el dispositivo llamado "Bedjet” , que básicamente hace circular aire a temperatura ambiente (o bien caliente) entre la superficie del colchón y el edredón o sabana, favoreciendo la perdida de calor con convección. Este dispositivo presenta la limitación de que cuando la temperatura ambiente es muy alta, el efecto de convección prácticamente no se produce, por lo que no es una solución apropiada para casos de calor elevado. Además, en general, son dispositivos muy voluminosos que deben colocarse fuera de la cama, lo que supone una limitación también para el caso de ciertas camas, por ejemplo, canapés. Regarding heat removal through convection, the most well-known device is the "Bedjet," which essentially circulates room temperature (or warm) air between the mattress surface and the duvet or sheet, promoting heat loss through convection. This device has the limitation that when the ambient temperature is very high, the convection effect is practically nonexistent, making it unsuitable for very hot conditions. Furthermore, these devices are generally quite bulky and must be placed outside the bed, which is also a limitation for certain types of beds, such as divan beds.
Respecto a la eliminación de calor mediante conducción, el dispositivo más popular es el llamado "Eight Sleep”. Eight sleep emplea una cámara que se coloca en la superficie del colchón por la que hace circular agua previamente calentada o enfriada en un dispositivo externo. Este dispositivo enfría el agua generalmente empleando células TEC (acrónimo inglés de "thermoelectric Cooling plates”, traducido al español como placas de enfriamiento termoeléctrico) que emplean el efecto Peltier. Generalmente, estos dispositivos son también muy voluminosos y tienen las mismas limitaciones de espacio descritas anteriormente. También tienen la limitación de la posibilidad de fuga de agua (lo que destruiría el colchón), y la limitación de la condensación de la perspiración, que además de lógicamente reducir la efectividad de la eliminación de disipación de temperatura, aumentaría el disconfort térmico y podría llegar a crear moho y otros problemas de salubridad en la superficie del colchón. Su rango de temperatura es de aproximadamente 15 a 50°. Regarding heat dissipation through conduction, the most popular device is the so-called "Eight Sleep." Eight Sleep uses a chamber placed on the surface of the mattress through which water, preheated or cooled in an external device, is circulated. This device cools the water, generally using TEC cells (an acronym for "thermoelectric cooling plates") that employ the Peltier effect. These devices are typically quite bulky and have the same space limitations described earlier. They also have the limitation of potential water leakage (which would ruin the mattress) and the limitation of condensation from perspiration, which, in addition to logically reducing the effectiveness of heat dissipation, would increase thermal discomfort and could lead to mold and other health problems on the mattress surface. Their temperature range is approximately 15 to 50°C.
Algo común a los dispositivos existentes en el estado de la técnica es su enfoque y, por tanto, su dimensionamiento. El enfoque es enfriar (o calentar), siendo cuanto más mejor. De esta forma, se puede pasar de que el dispositivo tenga una función de mejora de la calidad del sueño a provocar problemas de salud, ya sea por una corriente de aire excesiva, o por someter al cuerpo a un estrés térmico excesivo, que tenga efectos contraproducentes. A common feature of existing devices in the state of the art is their focus and, therefore, their size. The focus is on cooling (or heating), with more being better. In this way, a device that aims to improve sleep quality can go from causing health problems, either due to excessive airflow or by subjecting the body to excessive thermal stress, which can have counterproductive effects.
SUMARIO DE LA INVENCIÓNSUMMARY OF THE INVENTION
Para solucionar los inconvenientes mencionados de la técnica anterior, la presente invención da a conocer un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal que comprende los siguientes componentes: To overcome the aforementioned drawbacks of the prior art, the present invention discloses a mattress system for aiding body thermoregulation comprising the following components:
- una cámara integrada en el colchón, comprendiendo la cámara dos zonas independientes entre sí: - a chamber integrated into the mattress, the chamber comprising two independent zones:
• una primera zona, configurada para producir una termorregulación por conducción mediante celdas huecas que son inflables con un gas termorregulador que circula por su interior; • a first zone, configured to produce thermoregulation by conduction through hollow cells that are inflatable with a thermoregulatory gas that circulates inside;
• una segunda zona, hueca, con orificios de salida, configurada para producir una termorregulación por convección mediante la salida de gas termorregulador por los orificios de salida tras circular por el interior de la segunda zona; • a second, hollow zone with outlet holes, configured to produce thermoregulation by convection through the outlet of thermoregulating gas after circulating inside the second zone;
con la particularidad de que las celdas y los orificios de salida están dispuestos en una distribución entremezclada; with the peculiarity that the cells and outlet holes are arranged in an intermixed distribution;
- un medio de acondicionamiento térmico, destinado a acondicionar la temperatura del gas termorregulador; - a thermal conditioning means, intended to condition the temperature of the thermoregulating gas;
- un medio impulsor, destinado a impulsar el gas termorregulador por el sistema de colchón. - a driving medium, intended to drive the thermoregulating gas through the cushion system.
Gracias a la presente invención es posible una regulación térmica tanto por convección como por conducción, y mantener la humedad relativa baja, lo que es un aspecto para tener en cuenta, ya que la humedad alrededor del cuerpo del usuario debajo de las sábanas aumenta en un 20% durante la noche solo debido a su transpiración natural. El enfoque de la presente invención se basa en alcanzar el confort térmico, y lo consigue gracias al potenciamiento de la termorregulación corporal natural del ser humano, mediante el aumento del efecto termorregulador de conducción y convención. Thanks to the present invention, thermal regulation is possible through both convection and conduction, while maintaining low relative humidity. This is an important consideration, as the humidity around the user's body under the sheets increases by 20% during the night due to natural perspiration alone. The present invention focuses on achieving thermal comfort by enhancing the body's natural thermoregulation through increased conduction and convection.
Cabe señalar que la presente invención no pretende ser un aparato de aire acondicionado que puede regularse a gusto del usuario para enfriar o calentar. En realidad, la presente invención ayuda al cuerpo a termorregularse en una situación en la que los mecanismos de termorregulacion están desactivados (por ejemplo, durante la noche, en un colchón donde se alcanza rápidamente el equilibrio térmico y por tanto no hay conducción, o cuando el cuerpo está tapado y por tanto no hay convección, etc.). De esta manera, se evita provocar problemas de salud asociados a corrientes de aire excesivas, o a un estrés térmico excesivo. It should be noted that the present invention is not intended to be an air conditioning unit that can be adjusted to the user's preference for cooling or heating. Rather, the present invention helps the body thermoregulate in situations where thermoregulation mechanisms are deactivated (for example, at night, on a mattress where thermal equilibrium is quickly reached and therefore there is no conduction, or when the body is covered and therefore there is no convection, etc.). In this way, it prevents health problems associated with excessive drafts or excessive heat stress.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Además, la palabra "comprende" incluye el caso "consiste en". Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones aquí indicadas. Throughout the description and claims, the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical features, components, or steps. Furthermore, the word "comprises" includes the case "consists of." For those skilled in the art, other objects, advantages, and features of the invention will become apparent partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples are provided by way of illustration and are not intended to be limiting of the present invention. Moreover, the present invention covers all possible combinations of embodiments indicated herein.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invención se entenderá mejor con referencia a las siguientes figuras, en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente: The present invention will be better understood with reference to the following figures, which, for illustrative and non-limiting purposes, represent the following:
La figura 1 representa esquemáticamente un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal, según una realización particular de la presente invención. Figure 1 schematically represents a mattress system for aiding body thermoregulation, according to a particular embodiment of the present invention.
La figura 2 representa esquemáticamente una caja de control del sistema de colchón de la figura 1. Figure 2 schematically represents a control box of the mattress system of Figure 1.
La figura 3 representa esquemáticamente un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal, según otra realización particular de la presente invención. Figure 3 schematically represents a mattress system for aiding body thermoregulation, according to another particular embodiment of the present invention.
La figura 4 representa esquemáticamente una primera zona del sistema de colchón de la figura 3. Figure 4 schematically represents a first zone of the mattress system of Figure 3.
La figura 5 representa esquemáticamente una segunda zona del sistema de colchón de la figura 3. Figure 5 schematically represents a second zone of the mattress system in Figure 3.
MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNMODES OF REALIZING THE INVENTION
La presente invención da a conocer un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal. El sistema de colchón comprende una cámara (2), un medio de acondicionamiento térmico (30, 40) y un medio impulsor (50). The present invention discloses a mattress system for aiding body thermoregulation. The mattress system comprises a chamber (2), a thermal conditioning means (30, 40), and a propellant means (50).
Tal y como se usa en el presente documento, el término "colchón” ha de entenderse en sentido amplio y no limitativo, abarcando tanto un colchón como otros medios de descanso, por ejemplo, un sobrecolchón, una colchoneta, etc., incluyendo también el caso en el que la propia cámara (2) por sí misma conforma un sobrecolchón. As used in this document, the term "mattress" should be understood in a broad and non-limiting sense, encompassing both a mattress and other means of rest, for example, a mattress topper, a mattress pad, etc., also including the case in which the chamber (2) itself constitutes a mattress topper.
La cámara (2) está integrada en el colchón de manera que una superficie exterior de la cámara (2) (concretamente la superficie superior de la cámara (2) cuando se sitúa horizontalmente en posición de uso) conforma parcial o totalmente la superficie del colchón prevista para que se disponga el usuario sobre ella. En el presente documento, la superficie exterior de la cámara (2) ha de interpretarse en sentido amplio y no limitativo, abarcando tanto una superficie exterior "desnuda” (es decir, sin ningún tipo de revestimiento), o una superficie exterior revestida, por ejemplo, revestida con una funda de material transpirable, revestida con un material de confort reticulado que permita el paso de aire, revestida con el material de confort y encima tejido, etc. The chamber (2) is integrated into the mattress such that an outer surface of the chamber (2) (specifically, the upper surface of the chamber (2) when it is positioned horizontally in use) partially or completely forms the surface of the mattress intended for the user to lie on. In this document, the outer surface of the chamber (2) is to be interpreted broadly and not restrictively, encompassing both a "bare" outer surface (i.e., without any type of covering) and a covered outer surface, for example, covered with a breathable material, covered with a mesh comfort material that allows airflow, covered with the comfort material and then fabric, etc.
La ayuda que realiza el sistema de colchón a la termorregulación corporal se produce por la circulación de gas termorregulador por la cámara (2), gracias al impulso generado por el medio impulsor (50). En caso de ser necesario, el gas termorregulador se acondiciona mediante el medio de acondicionamiento térmico (30, 40) antes de entrar en la cámara (2). En el caso de que el gas termorregulador deba estar a temperatura ambiente para desarrollar su función, no es necesario que sea acondicionado térmicamente. The mattress system assists in body thermoregulation through the circulation of thermoregulatory gas within the chamber (2), driven by the propellant (50). If necessary, the thermoregulatory gas is conditioned by the thermal conditioning medium (30, 40) before entering the chamber (2). If the thermoregulatory gas needs to be at ambient temperature to perform its function, thermal conditioning is not required.
La cámara (2) comprende dos zonas independientes entre sí: una primera zona (10) y una segunda zona (20). La primera zona (10) está diseñada para aumentar el efecto termorregulador de conducción, y la segunda zona (20) está diseñada para aumentar el efecto termorregulador de convección y disminuir la perspiración. Más concretamente: - La primera zona (10) tiene celdas (12) huecas inflables que se inflan cuando circula gas termorregulador por su interior. Preferiblemente, las celdas (12) están configuradas para ser infladas o desinfladas en mayor o menor medida, de manera que se puede regular la firmeza del colchón. The chamber (2) comprises two independent zones: a first zone (10) and a second zone (20). The first zone (10) is designed to enhance the conductive thermoregulatory effect, and the second zone (20) is designed to enhance the convective thermoregulatory effect and reduce perspiration. More specifically: - The first zone (10) has hollow, inflatable cells (12) that inflate when thermoregulatory gas circulates through them. Preferably, the cells (12) are configured to be inflated or deflated to varying degrees, allowing for adjustment of the mattress firmness.
- La segunda zona (20) es hueca y tiene orificios de salida (22). Cuando circula gas termorregulador por el interior de la segunda zona (20), sale al exterior por los orificios de salida (22) a través de la superficie exterior de la cámara (2), produciéndose una corriente de ventilación. - The second zone (20) is hollow and has outlet holes (22). When thermoregulating gas circulates inside the second zone (20), it exits to the outside through the outlet holes (22) via the outer surface of the chamber (2), producing a ventilation current.
- Las celdas (12) de la primera zona (10) y los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) están dispuestos en una distribución entremezclada. - The cells (12) of the first zone (10) and the outlet holes (22) of the second zone (20) are arranged in an intermixed distribution.
La cámara (2) puede ocupar la totalidad de la superficie del colchón, o una zona más reducida, por ejemplo, cubriendo la zona del torso (que es la zona más crítica para alcanzar el equilibrio térmico). The chamber (2) can occupy the entire surface of the mattress, or a smaller area, for example, covering the torso area (which is the most critical area to achieve thermal equilibrium).
Según una realización particular mostrada en la figura 1: According to a particular embodiment shown in Figure 1:
Las celdas (12) y los orificios de salida (22) están dispuestos en una distribución entremezclada, con la particularidad de que una vez que el sistema de colchón está en funcionamiento, las celdas (12) se inflan conformando unas protuberancias. Esto implica una configuración morfológica de la superficie exterior de la cámara (2) en forma de crestas (espacios correspondientes a las propias protuberancias) y valles (espacios más retraídos que las protuberancias). Los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) se disponen en valles, por lo que las protuberancias sobresalen más que los orificios de salida (22). Si un usuario se dispone sobre el colchón, apoya sobre las protuberancias sin que los orificios de salida (22) queden taponados por la acción del peso del usuario. The cells (12) and outlet holes (22) are arranged in an interlocking pattern, with the unique feature that once the mattress system is in operation, the cells (12) inflate, forming protrusions. This results in a morphological configuration of the outer surface of the chamber (2) consisting of ridges (spaces corresponding to the protrusions themselves) and valleys (spaces that are more retracted than the protrusions). The outlet holes (22) of the second zone (20) are located in valleys, so the protrusions protrude more than the outlet holes (22). If a user lies on the mattress, they rest on the protrusions without the outlet holes (22) being blocked by their weight.
Las protuberancias de la primera zona (10) quedan en contacto con el usuario, de manera que se produce transferencia de calor por conducción entre el usuario y las protuberancias. The protrusions of the first zone (10) remain in contact with the user, so that heat transfer by conduction occurs between the user and the protrusions.
La salida de gas termorregulador por los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) produce una corriente de ventilación, lo que produce transferencia de calor por convección entre el usuario y la corriente de gas termorregulador. The outlet of the thermoregulating gas through the outlet holes (22) of the second zone (20) produces a ventilation current, which produces heat transfer by convection between the user and the thermoregulating gas current.
Por la primera zona (10) circula gas termorregulador a alta presión y baja velocidad. La velocidad del aire por la primera zona (10) ha de mantener el siguiente equilibrio: no puede ser una velocidad muy baja, porque haría que la presión en las celdas (12) que soportan al usuario fuera insuficiente y se taparían los orificios de salida (22); ni puede ser una velocidad muy alta, porque no daría tiempo a que desempeñara su función termorreguladora. Por la segunda zona (20) circula gas termorregulador a mayor velocidad. Thermoregulating gas circulates through the first zone (10) at high pressure and low speed. The air speed through the first zone (10) must maintain the following balance: it cannot be too low, because that would make the pressure in the cells (12) supporting the user insufficient and the outlet holes (22) would become blocked; nor can it be too high, because that would not allow enough time for it to perform its thermoregulating function. Thermoregulating gas circulates through the second zone (20) at a higher speed.
Preferiblemente, la cámara (2) es de un material termosellable, por ejemplo, TPU o PVC, para garantizar su presurización. La parte inferior de la cámara (2) puede estar laminada con otros materiales de tipo textil, para aislarla por esa parte, de forma que se aumenta la eficiencia térmica por la parte de la superficie exterior de la cámara (2). Preferably, the chamber (2) is made of a heat-sealable material, such as TPU or PVC, to ensure pressurization. The bottom of the chamber (2) can be laminated with other textile-type materials to insulate it, thereby increasing thermal efficiency on the outer surface of the chamber (2).
Según una realización particular, las celdas (12) tienen una forma cuadrangular, y están interconectadas de forma que hay una suficiente superficie en contacto con el cuerpo del usuario, pero a la vez existe espacio entre ellas que permita una adecuada transpiración. Por "forma cuadrangular” ha de entenderse tanto una forma cuadrangular, como cualquier forma aproximadamente cuadrangular que no impida el desarrollo de las funciones de la invención. According to a particular embodiment, the cells (12) are quadrangular in shape and are interconnected in such a way that there is a sufficient surface area in contact with the user's body, while at the same time there is space between them to allow for adequate perspiration. "Quadrangular shape" is understood to mean either a square shape or any approximately square shape that does not impede the performance of the functions of the invention.
Alternativamente, las celdas (12) pueden tener otras formas, por ejemplo, en forma de tubo (por ejemplo, varios tubos cilindricos que discurren paralelamente entre sí), y/o tener distintas orientaciones, por ejemplo, unos tubos dispuestos longitudinalmente, otros transversalmente, etc. Preferiblemente, durante el funcionamiento del sistema de colchón, el gas termorregulador en la primera zona (10) de la cámara (2) se mantiene a una presión suficiente para que no colapsen las celdas (12) con el peso del usuario sobre ellas, y para que al mismo tiempo se mantenga el confort. Alternatively, the cells (12) can have other shapes, for example, in the form of a tube (e.g., several cylindrical tubes running parallel to each other), and/or have different orientations, for example, some tubes arranged longitudinally, others transversely, etc. Preferably, during the operation of the mattress system, the thermoregulating gas in the first zone (10) of the chamber (2) is maintained at a pressure sufficient to prevent the cells (12) from collapsing under the weight of the user, while at the same time maintaining comfort.
Según una realización particular: Se acondiciona el gas termorregulador y se hace circular por la primera zona (10) de la cámara (2). En el caso de que la circulación por la primera zona (10) sea insuficiente para cubrir las necesidades de termorregulación, adicionalmente se hace circular gas termorregulador acondicionado por la segunda zona (20) de la cámara (2), saliendo al exterior por los orificios de salida (22). Las condiciones de termorregulación pueden obtenerse con base en feedback del usuario. According to a particular embodiment: The thermoregulating gas is conditioned and circulated through the first zone (10) of the chamber (2). If the circulation through the first zone (10) is insufficient to meet the thermoregulation requirements, additional conditioned thermoregulating gas is circulated through the second zone (20) of the chamber (2), exiting to the outside through the outlet orifices (22). The thermoregulation conditions can be obtained based on user feedback.
Según una realización particular, el sistema de colchón también comprende un medio direccionador de flujo (60), destinado a dirigir la circulación del gas termorregulador por el sistema de colchón. Preferiblemente, el medio direccionador de flujo (60) comprende una o varias válvulas (que pueden ser, por ejemplo, válvula/s distribuidora/s, válvula/s divisora/s, válvula/s antirretorno, etc.). Las válvulas pueden ser mecánicas, por ejemplo, de tipo muelle, o bien electrónicas (electroválvulas), controladas por ejemplo a través de software. According to a particular embodiment, the mattress system also comprises a flow-directing means (60) for directing the circulation of the thermoregulating gas through the mattress system. Preferably, the flow-directing means (60) comprises one or more valves (which may be, for example, distributor valve(s), divider valve(s), check valve(s), etc.). The valves may be mechanical, for example, spring-type, or electronic (solenoid valves), controlled, for example, by software.
Según una realización particular el sistema de colchón también comprende un controlador (70), por ejemplo, un dispositivo PWM, destinado a controlar el funcionamiento del sistema. Preferiblemente, el acondicionamiento y la circulación de gas termorregulador por el sistema se controla mediante el controlador (70), que actúa sobre el medio de acondicionamiento térmico (30, 40), el medio impulsor (50) y el medio direccionador de flujo (60). According to a particular embodiment, the mattress system also comprises a controller (70), for example, a PWM device, intended to control the operation of the system. Preferably, the conditioning and circulation of the thermoregulating gas through the system is controlled by the controller (70), which acts on the thermal conditioning medium (30, 40), the driving medium (50), and the flow-directing medium (60).
El controlador (70) puede estar ubicado de manera conjunta con el resto de los componentes del sistema, o puede estar ubicado externamente, pero conectado al sistema. El controlador (70) puede ser manejado externamente, por ejemplo, mediante una aplicación inteligente (Smart app), un visor web, etc. The controller (70) can be located together with the other system components, or it can be located externally but connected to the system. The controller (70) can be managed externally, for example, by means of a smart app, a web viewer, etc.
Según una realización particular mostrada en la figura 1, la primera zona (10) de la cámara (2) se conforma por un primer circuito con conductos. Varios de los conductos se conforman, cada uno, por varias de las celdas (12) huecas inflables, que están conectadas entre sí, denominándose conductos de celdas (14). La segunda zona (20) de la cámara (2) se conforma por un segundo circuito con conductos. Varis de estos conductos incluyen los orificios de salida (22), denominándose conductos de orificios (24). Según una realización más particular, los conductos del primer circuito están interconectados entre sí, conformándose cada conducto de celdas (14) como una hilera de las celdas (12) correspondientes; y los conductos del segundo circuito están interconectados entre sí, discurriendo los conductos de orificios (24) del segundo circuito en una dirección paralela a los conductos de celdas (14) del primer circuito. Por "dirección paralela” ha de entenderse tanto una dirección paralela, como cualquier dirección aproximadamente paralela que no impida el desarrollo de las funciones de la invención. According to a particular embodiment shown in Figure 1, the first zone (10) of the chamber (2) comprises a first circuit with conduits. Several of the conduits are each comprised of several inflatable hollow cells (12), which are interconnected and are called cell conduits (14). The second zone (20) of the chamber (2) comprises a second circuit with conduits. Several of these conduits include outlet orifices (22) and are called orifice conduits (24). According to a more particular embodiment, the conduits of the first circuit are interconnected, each cell conduit (14) being a row of the corresponding cells (12); and the conduits of the second circuit are interconnected, with the orifice conduits (24) of the second circuit running parallel to the cell conduits (14) of the first circuit. "Parallel direction" means both a parallel direction and any approximately parallel direction that does not impede the performance of the functions of the invention.
Según otra realización particular mostrada en las figuras 3, 4 y 5, la primera zona (10) comprende un medio de soporte (16), en cuyo interior se disponen las celdas (12). Preferiblemente, el medio de soporte (16) es flexible, por ejemplo, un conjunto de muelles, material de tipo espuma (como espuma de poliuretano, espuma de látex, etc), etc. According to another particular embodiment shown in Figures 3, 4, and 5, the first zone (10) comprises a support medium (16) within which the cells (12) are arranged. Preferably, the support medium (16) is flexible, for example, a set of springs, foam-type material (such as polyurethane foam, latex foam, etc.), etc.
Preferiblemente, los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) se disponen en una funda (26) de material impermeable al gas termorregulador. La funda (26) se instala sobre la primera zona (10) de manera que se conforma un espacio entre la primera zona (10) y la funda (26), que está destinado a la circulación de gas termorregulador por él, hasta salir por los orificios de salida (22). Preferably, the outlet holes (22) of the second zone (20) are arranged in a sleeve (26) made of a material impermeable to the thermoregulating gas. The sleeve (26) is installed over the first zone (10) so that a space is formed between the first zone (10) and the sleeve (26), which is intended for the circulation of the thermoregulating gas through it, until it exits through the outlet holes (22).
Preferiblemente, el medio de soporte (16) comprende uno o varios canales (18), destinados a la circulación de gas termorregulador por ellos de manera guiada hasta salir por los orificios de salida (22). Preferably, the support medium (16) comprises one or more channels (18), intended for the circulation of thermoregulating gas through them in a guided manner until it exits through the outlet holes (22).
Según una realización particular, el medio de acondicionamiento térmico (30, 40) comprende un medio enfriador (30) de gas termorregulador, y un medio calentador (40) de gas termorregulador. Preferiblemente, el medio enfriador (30) y el medio calentador (40) están configurados para ser activados uno y/u otro en caso de ser necesario, dependiendo de las necesidades de termorregulación. Preferiblemente, el medio enfriador (30) es un kit de enfriamiento que comprende: According to a particular embodiment, the thermal conditioning medium (30, 40) comprises a cooling medium (30) of thermoregulating gas and a heating medium (40) of thermoregulating gas. Preferably, the cooling medium (30) and the heating medium (40) are configured to be activated one or the other as required, depending on the thermoregulation needs. Preferably, the cooling medium (30) is a cooling kit comprising:
- Un serpentín (32) enfriador. Por el serpentín (32) se hace circular gas termorregulador, preferiblemente a una velocidad y presión controladas por el controlador (70). Según una realización particular, el serpentín (32) es largo, por ejemplo, de 1 a 2 metros de longitud, con el fin de que el gas termorregulador pueda enfriarse lo suficiente al circular por el serpentín (32); o según otra realización particular, se instala un búferque retiene el gas termorregulador dentro del serpentín (32) temporalmente hasta que se enfría según las necesidades, permitiendo entonces su salida del serpentín (32). Según una realización particular, el serpentín (32) es de un metal ligero tipo aluminio. Según una realización particular, en vez de un serpentín (32), se puede implementar un enfriador con una morfología distinta, cumpliendo con la misma función. - A cooling coil (32). Thermoregulating gas is circulated through the coil (32), preferably at a speed and pressure controlled by the controller (70). According to one particular embodiment, the coil (32) is long, for example, 1 to 2 meters in length, so that the thermoregulating gas can be sufficiently cooled as it circulates through the coil (32); or according to another particular embodiment, a buffer is installed that temporarily retains the thermoregulating gas within the coil (32) until it is cooled as required, at which point it is released from the coil (32). According to one particular embodiment, the coil (32) is made of a lightweight metal such as aluminum. According to another particular embodiment, instead of a coil (32), a cooler with a different morphology, fulfilling the same function, can be implemented.
- Una o varias placas TEC (34) (placas de enfriamiento termoeléctrico, cuyo funcionamiento se basa en el efecto Peltier) y, adicional o alternativamente, material PCM (material de cambio de fase) para enfriar el serpentín (32); - One or more TEC plates (34) (thermoelectric cooling plates, whose operation is based on the Peltier effect) and, additionally or alternatively, PCM material (phase change material) for cooling the coil (32);
- Uno o varios disipadores térmicos (36), para la eliminación de calor, estando asociado preferiblemente cada disipador térmico (36) a una respectiva placa TEC (34). - One or more heat sinks (36), for heat removal, each heat sink (36) preferably being associated with a respective TEC plate (34).
Según una realización aún más particular, se utiliza una o varias placas TEC (34) como parte del kit de enfriamiento, con la particularidad de que, en caso de ser necesario, se invierte la polaridad de la propia placa o placas TEC (34) de manera que se utilizan como medio calentador (40). Es decir, en este caso, la misma placa o placas TEC (34) sirven para enfriar o calentar, invirtiendo su polaridad según sea necesario. Según una realización alternativa al uso de placa/s TEC (34) para calentar, el medio calentador (40) comprende una o varias resistencias eléctricas. According to a further particular embodiment, one or more TEC plates (34) are used as part of the cooling kit, with the particularity that, if necessary, the polarity of the TEC plate(s) (34) itself is reversed so that it is used as a heating medium (40). That is, in this case, the same TEC plate(s) (34) can be used for either cooling or heating, by reversing its polarity as required. According to an alternative embodiment to using the TEC plate(s) (34) for heating, the heating medium (40) comprises one or more electrical resistors.
Preferiblemente, el gas termorregulador es aire; el medio impulsor (50) es una bomba, por ejemplo, una bomba tipo soplador; y el sistema de colchón comprende una o varias aperturas en el colchón, destinadas a la entrada de aire al sistema desde el exterior. Preferably, the thermoregulating gas is air; the driving medium (50) is a pump, for example, a blower-type pump; and the mattress system comprises one or more openings in the mattress, intended for the entry of air into the system from the outside.
El sistema de colchón puede incluir un medio de comunicaciones, para comunicarse con otros componentes o dispositivos del propio sistema y/o de fuera del sistema. A través del medio de comunicaciones el sistema de colchón puede estar conectado a dispositivos terceros como por ejemplo un aparato de aire acondicionado externo, un humidifcador/deshumidificador externo, etc., de forma que el efecto termorregulador del sistema de colchón pueda ser potenciado con una temperatura y humedad relativa del entorno apropiadas. The mattress system may include a communication medium to communicate with other components or devices within or outside the system. Through this communication medium, the mattress system can be connected to third-party devices such as an external air conditioner, an external humidifier/dehumidifier, etc., so that the thermoregulatory effect of the mattress system can be enhanced by maintaining an appropriate ambient temperature and relative humidity.
Preferiblemente, el sistema de colchón recibe información de la temperatura y humedad ambiente, ya sea directamente o a través del controlador (70) externo (en caso de tenerlo). Para ello, se pueden disponer unas sondas de temperatura en el interior del colchón, por ejemplo, en la zona destinada al torso del usuario. Según una realización particular, el sistema de colchón puede recibir información del usuario (datos de peso, sensación térmica, índice metabólico, etc.) introducida por el propio usuario, haciendo uso, por ejemplo, de una aplicación. Con base en la información recibida, el sistema de colchón puede regular de forma automática la intensidad de enfriamiento (o en su caso calentamiento). El sistema de colchón puede hacer uso de las expresiones que se indican más adelante para calcular el índice PVM y/o el índice PPD. De esta manera, se puede ajustar la temperatura, por ejemplo, en función de las fases de sueño del usuario. Preferably, the mattress system receives ambient temperature and humidity information, either directly or via an external controller (70) (if one is present). For this purpose, temperature probes can be installed inside the mattress, for example, in the area designated for the user's torso. In some embodiments, the mattress system can receive user data (weight, perceived temperature, metabolic rate, etc.) entered by the user, for example, via an app. Based on this information, the mattress system can automatically regulate the cooling (or heating) intensity. The mattress system can use the expressions described below to calculate the PVM and/or PPD indexes. This allows the temperature to be adjusted, for example, according to the user's sleep stages.
Asimismo, el sistema de colchón puede disponer de funcionalidades extra como una alarma cuya función es activar el reloj circadiano calentando el torso alrededor de la hora de levantarse. Additionally, the mattress system may have extra features such as an alarm whose function is to activate the circadian clock by warming the torso around the time of getting up.
Según una realización particular el sistema de colchón comprende una caja de control (80) en la que se integra el controlador (70) y, opcionalmente, otros componentes del sistema. Por ejemplo, según una realización más particular, la caja de control (80) incluye el controlador (70), el medio de acondicionamiento térmico (30, 40), el medio impulsor (50), el medio direccionador de flujo (60) y el medio de comunicaciones. Según una realización particular, el espesor de la caja de control (80) es de 5 cm aproximadamente, de forma que puede ser colocado en el interior de un sobrecolchón o colchón (salvando una de las limitaciones técnicas de los dispositivos existentes en la técnica actual), preferiblemente en la zona de pies. According to one particular embodiment, the mattress system comprises a control box (80) in which the controller (70) and, optionally, other system components are integrated. For example, according to a more particular embodiment, the control box (80) includes the controller (70), the thermal conditioning means (30, 40), the driving means (50), the flow directing means (60), and the communication means. According to one particular embodiment, the thickness of the control box (80) is approximately 5 cm, so that it can be placed inside a mattress topper or mattress (overcoming one of the technical limitations of existing devices in the current art), preferably in the foot area.
Según una realización particular, el sistema tiene una alimentación con una fuente AC/DC que, preferiblemente, entrega 12 o 24V en continua y una potencia calculada en función de los elementos activos. According to a particular embodiment, the system is powered by an AC/DC source that preferably delivers 12 or 24V DC and a power output calculated based on the active elements.
Ejemplo de realización 1Example implementation 1
A continuación, se describe un ejemplo de realización mostrado en las figuras 1 y 2: El sistema de colchón comprende una cámara (2) y una caja de control (80). La cámara (2) incluye dos circuitos de aire independientes entre sí: un primer circuito y un segundo circuito, que conforman la primera zona (10) y la segunda zona (20) del sistema de colchón, respectivamente. The following describes an exemplary embodiment shown in Figures 1 and 2: The mattress system comprises a chamber (2) and a control box (80). The chamber (2) includes two independent air circuits: a first circuit and a second circuit, which form the first zone (10) and the second zone (20) of the mattress system, respectively.
El primer circuito se conforma por un entramado de conductos interconectados entre sí, que se distribuyen a lo largo y ancho de la cámara (2), con la particularidad de que varios de los conductos se conforman, cada uno, por una hilera de celdas (12) inflables conectadas entre sí. Varias de las hileras de celdas (12) inflables discurren a modo de ramales, por ejemplo, paralelamente entre sí. The first circuit consists of a network of interconnected ducts distributed throughout the chamber (2), with the particularity that several of the ducts are each made up of a row of interconnected inflatable cells (12). Several of the rows of inflatable cells (12) run like branches, for example, parallel to each other.
El segundo circuito se conforma por otro entramado de conductos interconectados entre sí, que se distribuyen a lo largo y ancho de la cámara (2). Varios conductos del segundo circuito discurren a modo de ramales, por ejemplo, paralelamente entre sí, con orificios de salida (22) a lo largo de cada ramal, por los que puede salir aire al exterior a través de la superficie exterior de la cámara (2). The second circuit consists of another network of interconnected ducts, distributed throughout the chamber (2). Several ducts of the second circuit run as branches, for example, parallel to each other, with outlet holes (22) along each branch, through which air can escape to the outside through the outer surface of the chamber (2).
Los ramales del primer conducto y los ramales del segundo conducto están dispuestos en una distribución entremezclada, por ejemplo, de manera paralela entre sí. Cuando el sistema de colchón está en funcionamiento, los conductos del primer circuito se inflan de manera que se conforman unas protuberancias en la superficie exterior de la cámara (2) que sobresalen más que los orificios de salida (22) del segundo circuito. Esto hace que, si un usuario se dispone sobre el colchón, los orificios de salida (22) no quedan taponados por la acción del peso del usuario. The branches of the first duct and the branches of the second duct are arranged in an intermingled pattern, for example, parallel to each other. When the mattress system is in operation, the ducts of the first circuit inflate, forming protrusions on the outer surface of the chamber (2) that extend further than the outlet holes (22) of the second circuit. This ensures that, if a user lies on the mattress, the outlet holes (22) are not blocked by the user's weight.
Según se muestra en la figura 2, la caja de control (80) comprende los siguientes componentes: un controlador (70); una bomba tipo soplador como medio impulsor (50); una resistencia como medio calentador (40); un kit de enfriamiento como medio enfriador (30); una o varias electroválvulas como medio direccionador de flujo (60). La caja de control (80) también comprende conductos de distribución (62) para que circule el aire. As shown in Figure 2, the control box (80) comprises the following components: a controller (70); a blower-type pump as the driving medium (50); a resistor as the heating medium (40); a cooling kit as the cooling medium (30); and one or more solenoid valves as the flow-directing medium (60). The control box (80) also comprises distribution ducts (62) for air circulation.
La bomba está situada aguas abajo del medio direccionador de flujo (60). La resistencia está situada junto a la bomba. El kit de enfriamiento está situado aguas abajo de la bomba y aguas arriba del medio direccionador de flujo (60). Al medio direccionador de flujo (60) confluyen conductos de distribución (62) que provienen de la cámara (2). Según otros ejemplos de realización, la bomba, el kit de enfriamiento y la resistencia pueden estar situados en otro orden sin alterar sustancialmente el funcionamiento del sistema. The pump is located downstream of the flow-directing means (60). The heating element is located next to the pump. The cooling kit is located downstream of the pump and upstream of the flow-directing means (60). Distribution pipes (62) from chamber (2) connect to the flow-directing means (60). According to other embodiments, the pump, cooling kit, and heating element may be located in a different order without substantially altering the system's operation.
El controlador (70) controla el funcionamiento del sistema de colchón. Concretamente, el controlador (70) puede actuar sobre la resistencia y/o el kit de enfriamiento, así como sobre la bomba y el medio direccionador de flujo (60), para recibir el aire, acondicionarlo en caso de ser necesario, impulsarlo y distribuirlo hacia la cámara (2) por conductos de distribución (62), según las necesidades de termorregulación. The controller (70) controls the operation of the mattress system. Specifically, the controller (70) can act on the heating element and/or the cooling kit, as well as on the pump and the flow-directing medium (60), to receive the air, condition it if necessary, propel it, and distribute it to the chamber (2) through distribution ducts (62), according to the thermoregulation requirements.
Cuando no hay aire o no hay suficiente aire en el sistema, la bomba aspira aire del exterior a través de una toma aire y lo impulsa hacia la cámara (2). Cuando hay aire suficiente en el sistema, se cierra la toma de aire de la bomba. La electroválvula o electroválvulas del sistema son comandadas para que el aire se dirija hacia el primer circuito de la cámara (2), entrando al primer circuito por una primera entrada de cámara, lo que infla las celdas (12). El aire sale del primer circuito por una salida de cámara, vuelve a la bomba y es recirculado hacia la cámara (2). Cuando es necesario un aporte adicional de termorregulación, que no puede aportar el primer circuito, la electroválvula o electroválvulas son comandadas para que el aire se dirija adicionalmente hacia el segundo circuito de la cámara (2), de manera que entra a la cámara por una segunda entrada de cámara, circula por los conductos del segundo circuito y sale por los orificios de salida (22) correspondientes. La toma de aire exterior, así como el tránsito del aire por los circuitos de la cámara (2) se gestiona mediante el control de varias válvulas, por ejemplo, las siguientes: una válvula de entrada al sistema, una válvula de entrada al primer circuito, una válvula de salida del primer circuito, una válvula de entrada al segundo circuito. When there is no air or insufficient air in the system, the pump draws air from the outside through an air intake and forces it into chamber (2). When there is sufficient air in the system, the pump's air intake closes. The system's solenoid valve(s) are then actuated to direct the air to the first circuit of chamber (2), entering the first circuit through a first chamber inlet, which inflates the cells (12). The air exits the first circuit through a chamber outlet, returns to the pump, and is recirculated to chamber (2). When additional thermoregulation is required, which the first circuit cannot provide, the solenoid valve(s) are actuated to direct the air to the second circuit of chamber (2), entering the chamber through a second chamber inlet, circulating through the second circuit's ducts, and exiting through the corresponding outlet ports (22). The intake of outside air, as well as the flow of air through the chamber circuits (2) is managed by controlling several valves, for example, the following: an inlet valve to the system, an inlet valve to the first circuit, an outlet valve from the first circuit, an inlet valve to the second circuit.
El kit de enfriamiento incluye: The cooling kit includes:
- un serpentín (32) metálico; - a metallic coil (32);
- varias placas TEC (34) (por ejemplo, 2 placas TEC de 50 W cada una), que enfrían el serpentín (32); - several TEC plates (34) (for example, 2 TEC plates of 50 W each), which cool the coil (32);
- varios disipadores térmicos (36) dispuestos junto a las respectivas placas TEC (34). - several heat sinks (36) arranged next to the respective TEC plates (34).
El acondicionamiento térmico del aire se realiza por la resistencia o por el kit de enfriamiento. Air conditioning is achieved by the resistance or by the cooling kit.
La resistencia solo se activa en el caso de necesitar un calentamiento del aire. The heating element is only activated when air heating is needed.
En el caso de necesitar un enfriamiento del aire, se activa el kit de enfriamiento. Las placas TEC (34) pueden enfriar el serpentín (32) hasta incluso los 0°C. El aire (por ejemplo, a unos 25°C) pasa por el serpentín (32) impulsado por la bomba y se introduce en el primer circuito de la cámara (2) a unos 4°C menos, haciendo que el cuerpo del usuario elimine calor por conducción. Si la temperatura de la habitación es mayor de 25°C, y por tanto las necesidades de enfriamiento del usuario son mayores, se introduce aire también por el segundo circuito de forma que salga aire por los orificios de salida (22), directamente contra el cuerpo del usuario, eliminando calor por convección. If air cooling is required, the cooling kit is activated. The TEC plates (34) can cool the coil (32) down to 0°C. Air (for example, at around 25°C) is drawn through the coil (32) by the pump and enters the first circuit of the chamber (2) at about 4°C cooler, causing the user's body to dissipate heat by conduction. If the room temperature is above 25°C, and therefore the user's cooling needs are greater, air is also drawn in through the second circuit so that it exits through the outlet holes (22), directly against the user's body, dissipating heat by convection.
Ejemplo de realización 2Implementation Example 2
A continuación, se describe un ejemplo de realización mostrado en las figuras 3, 4 y 5: El sistema de colchón comprende una cámara (2) con dos circuitos de aire independientes entre sí: un primer circuito y un segundo circuito, que conforman la primera zona (10) y la segunda zona (20) del sistema de colchón, respectivamente. An example embodiment shown in Figures 3, 4 and 5 is described below: The mattress system comprises a chamber (2) with two independent air circuits: a first circuit and a second circuit, which make up the first zone (10) and the second zone (20) of the mattress system, respectively.
El primer circuito se conforma por una serie de celdas (12) inflables, que tienen forma de tubo. Las celdas (12) están dispuestas en el interior de un medio de soporte (16) flexible, discurriendo paralelamente entre sí, en dirección transversal al colchón, es decir conforme a la dirección definida desde un lateral al otro lateral del colchón. Preferiblemente, el medio de soporte (16) se conforma por material de tipo espuma. Las celdas (12) de la primera zona (10) se pueden inflar o desinflar en mayor o menor medida para regular la firmeza del colchón. The first circuit consists of a series of inflatable, tube-shaped cells (12). These cells (12) are arranged inside a flexible support medium (16), running parallel to each other in a direction transverse to the mattress, i.e., from one side of the mattress to the other. Preferably, the support medium (16) is made of foam. The cells (12) in the first zone (10) can be inflated or deflated to a greater or lesser extent to adjust the firmness of the mattress.
El medio de soporte (16), comprende varios canales (18) que discurren paralelamente entre sí, en dirección longitudinal al colchón, es decir conforme a la dirección definida desde el cabezal al piecero del colchón. The support medium (16) comprises several channels (18) that run parallel to each other, in a longitudinal direction to the mattress, i.e., according to the direction defined from the headboard to the footboard of the mattress.
El segundo circuito se conforma gracias a los canales (18) del medio de soporte (16), y una funda (26) dispuesta alrededor del medio de soporte (16). De este modo, se conforma un espacio entre cada canal (18) y la funda (26) por el que puede circular gas termorregulador. La funda (26) es de material impermeable al gas termorregulador, e incluye hileras de orificios de salida (22) por la parte de la superficie exterior de la cámara (2), que atraviesan la funda (26). Las hileras de orificios de salida (22) se disponen en dirección longitudinal al colchón, sobre los canales (18) del medio de soporte (16). De este modo, puede discurrir gas termorregulador por los canales (18) de manera guiada hasta salir por los orificios de salida (22). The second circuit is formed by the channels (18) of the support medium (16) and a sleeve (26) arranged around the support medium (16). This creates a space between each channel (18) and the sleeve (26) through which thermoregulating gas can circulate. The sleeve (26) is made of a material impermeable to the thermoregulating gas and includes rows of outlet holes (22) on the outer surface of the chamber (2), which pass through the sleeve (26). The rows of outlet holes (22) are arranged longitudinally along the mattress, over the channels (18) of the support medium (16). This allows the thermoregulating gas to flow in a guided manner through the channels (18) and out through the outlet holes (22).
El sistema de colchón incluye conductos de distribución (62) para distribuir el aire entre el medio impulsor (50) y otros componentes, como el medio de acondicionamiento térmico (30, 40), y los circuitos de aire. The mattress system includes distribution ducts (62) to distribute air between the driving medium (50) and other components, such as the thermal conditioning medium (30, 40), and the air circuits.
Diseño y dimensionamientoDesign and sizing
A continuación, se incluyen varias cuestiones que se han tenido en cuenta para el desarrollo de la presente invención, según una realización preferida: The following are several issues that have been taken into account in the development of the present invention, according to a preferred embodiment:
El enfoque de la presente invención se basa en alcanzar el confort térmico. Parámetros como la temperatura, la humedad y la velocidad del aire, tienen efectos notables en la calidad del sueño. The focus of the present invention is on achieving thermal comfort. Parameters such as temperature, humidity, and air velocity have significant effects on sleep quality.
El confort térmico se describe como la sensación sobre el estado térmico del cuerpo. La ASHRAE define el confort térmico como la condición mental en la que se expresa satisfacción con el entorno térmico. Aunque existen múltiples factores que establecen el confort térmico de una persona dormida, varias investigaciones han sugerido que la temperatura es el principal factor ambiental que provoca incomodidad y un factor influyente en la calidad del sueño. La zona de confort térmico suele definirse también como un estado termoneutral en el que la tasa metabólica en reposo del cuerpo (40 W/m2]), mínima y constante, se equilibra con la pérdida de calor hacia el entorno. Dentro de esta zona, el cuerpo no necesita hacer ningún esfuerzo para mantener la homeostasis térmica. Thermal comfort is described as the sensation of the body's thermal state. ASHRAE defines thermal comfort as the mental state in which one expresses satisfaction with the thermal environment. Although multiple factors determine the thermal comfort of a sleeping person, several studies have suggested that temperature is the primary environmental factor causing discomfort and influencing sleep quality. The thermal comfort zone is also often defined as a thermoneutral state in which the body's minimum and constant resting metabolic rate (40 W/m²) is balanced by heat loss to the environment. Within this zone, the body does not need to exert any effort to maintain thermal homeostasis.
Un conocido indicador para estimar el confort térmico global de las personas es el índice PMV (voto medio previsto) que predice la respuesta promedio de un gran grupo de personas de acuerdo con la escala de sensación térmica ASHRAE presentada en la siguiente tabla (tabla 1). Según esta norma, para que el entorno térmico sea aceptable se debe cumplir que el índice PMV esté dentro del rango -0,5 a 0,5. A well-known indicator for estimating overall thermal comfort is the PMV (Predicted Mean Vote) index, which predicts the average response of a large group of people according to the ASHRAE thermal sensation scale presented in Table 1. According to this standard, for the thermal environment to be acceptable, the PMV index must fall within the range of -0.5 to 0.5.
Tabla 1. Escala de sensación térmica Table 1. Heat index scale
El índice PMV resulta del balance de energía de un cuerpo humano, descrito mediante la ecuación que se presenta a continuación: The PMV index results from the energy balance of a human body, described by the equation below:
M-W=(C+R+Esk)+(Cres+Eres)+(Ssk+Ser)donde: M-W=(C+R+Esk)+(Cres+Eres)+(Ssk+Ser)where:
-M es la tasa de generación de calor metabólico, -M is the metabolic heat generation rate,
- W es el trabajo realizado por los músculos, - W is the work done by the muscles,
- C, R y Esk son las pérdidas de calor por convección, radiación y sudoración, respectivamente, Cres y Eres son las pérdidas de calor sensible y evaporativa por la respiración, respectivamente, - C, R and Esk are the heat losses by convection, radiation and perspiration, respectively, Cres and Eres are the sensible and evaporative heat losses by respiration, respectively,
- Ssk y Scr son el calor almacenado en la piel y en el cuerpo, respectivamente. - Ssk and Scr are the heat stored in the skin and in the body, respectively.
En el caso de una persona durmiendo, El valor del índice PMV se obtiene mediante la siguiente expresión: In the case of a sleeping person, the PMV index value is obtained using the following expression:
donde: where:
- Rt es la resistencia térmica total teniendo en cuenta la cama, la almohada, el cochón, la ropa de cama y el aire alrededor del cuerpo humano. Los valores de Rt pueden variar de 0,98clo a 4,89clo, siendo "clo” una unidad de aislamiento térmico (1 clo = 0,155 m2 °C W-1). - Rt is the total thermal resistance taking into account the bed, pillow, mattress, bedding, and the air surrounding the human body. Rt values can range from 0.98clo to 4.89clo, where "clo" is a unit of thermal insulation (1 clo = 0.155 m² °C W⁻¹).
- Tr es la temperatura radiante media - Tr is the mean radiant temperature
- he es el coeficiente de convección - he is the convection coefficient
- Ta es la temperatura ambiental - Ta is the ambient temperature
- Pa es la presión de vapor de agua en el aire ambiental, - Pa is the water vapor pressure in ambient air,
Una vez estimado el PMV, se puede calcular PPD (porcentaje de insatisfacción previsto) mediante la siguiente expresión: Once the PMV has been estimated, PPD (predicted percentage of dissatisfaction) can be calculated using the following expression:
PPD =100-95exp [ - (0,03353PMV4 0,2V79PMV2) Según la ASHRAE, para que el entorno térmico sea aceptable se debe cumplir que el índice PPD sea inferior al 10%. Es destacable que, incluso con un PVM = 0, alrededor de 5% de las personas se sienten insatisfechas en términos de confort térmico. PPD = 100 - 95exp [ - (0.03353PMV4 0.2V79PMV2) According to ASHRAE, for the thermal environment to be acceptable, the PPD index must be less than 10%. It is noteworthy that, even with a PVM = 0, around 5% of people feel dissatisfied in terms of thermal comfort.
Con base en lo expuesto, se completa un dimensionamiento inicial de los requerimientos energéticos necesarios para asegurar el confort térmico de una persona durmiendo. Este ejercicio se realiza en base a los índices PMV y PPD. Para ello, se desarrolla un programa que calcula estos índices en base a las condiciones operativas y determina iterativamente el flujo de calor adicional que hay que incluir (calentamiento) o extraer (enfriamiento) en el sistema para que la sensación térmica sea neutral (i.e. PMV = 0). Una vez calculada la magnitud de este flujo de calor, tomando como referencia la superficie corporal media (1,8 m2), se determina el calor que debe gestionar el sistema de colchón por persona. Asimismo, se calcula la energía total que debe gestionarse por persona, considerando una duración del sueño de 8 horas. Based on the above, an initial assessment of the energy requirements necessary to ensure the thermal comfort of a sleeping person is completed. This assessment is based on the PMV and PPD indices. To this end, a program is developed that calculates these indices based on operating conditions and iteratively determines the additional heat flow that must be added (heating) or removed (cooling) in the system to achieve a neutral thermal sensation (i.e., PMV = 0). Once the magnitude of this heat flow is calculated, using the average body surface area (1.8 m²) as a reference, the heat that the mattress system must manage per person is determined. Likewise, the total energy that must be managed per person is calculated, considering a sleep duration of 8 hours.
Aunque se ha descrito la presente invención con referencia a opciones y realizaciones particulares de la misma, los expertos en la técnica podrán realizar modificaciones y variaciones a las enseñanzas anteriores sin por ello apartarse del alcance y el espíritu de la presente invención. Although the present invention has been described with reference to particular options and embodiments thereof, those skilled in the art may make modifications and variations to the foregoing teachings without departing from the scope and spirit of the present invention.
Claims (16)
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|---|---|---|---|
| ES202530595A ES3036588A1 (en) | 2025-06-26 | 2025-06-26 | Mattress system to help with body thermoregulation (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| ES3036588A1 true ES3036588A1 (en) | 2025-09-22 |
Family
ID=97103439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES202530595A Pending ES3036588A1 (en) | 2025-06-26 | 2025-06-26 | Mattress system to help with body thermoregulation (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Country Status (1)
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|---|---|
| ES (1) | ES3036588A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6109688A (en) * | 1996-06-07 | 2000-08-29 | Dieter Wurz | Seat, squab or couch upholstery |
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| US20110252570A1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | Kevin Gerard Fraser | Therapeutic mattress system and methods of fabricating same |
| US11084711B2 (en) * | 2014-03-07 | 2021-08-10 | Sharpwell Technology Limited | Pad |
-
2025
- 2025-06-26 ES ES202530595A patent/ES3036588A1/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 3036588 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20250922 |