KR102484482B1 - 열 교환 모듈, 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

열 교환 모듈은 열 전달 유체 채널과, 상기 채널 내의 유체와 열 전달 관계에 있는 열 전달 플레이트를 구비한다. 열전 냉각기(TEC)의 기준 측은 플레이트와 열 접촉에 있다. 열 전달 타일은 TEC의 사용자 측과 열 접촉에 있다. 모듈은 환자의 피부와 열 전달 관계에 있는 상기 타일과 작동 가능하게 위치될 수 있도록 구성된다.

Description

열 교환 모듈, 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 참조에 의하여 여기에 통합된, 2016년 9월 28일에 출원된, 동시계속 가출원번호 62/400,986의 우선권을 주장한다.

저작권 보호를 수신하는 소재의 고시

특허 문서 또는 특허 공개는 미국 특허청에 공개적으로 사용 가능한 파일이나 기록으로 나타나기 때문에 저작권 권리의 소유자는 특허 문서 또는 특허 공개의 어느 것에 의한 복사본에 대해 이의를 제기하지 않으나, 저작권의 모든 권리를 보유한다. 저작권 소유자는 37 C.F.R. § 1.14. 에 따른 권리를 포함하며 이에 제한되지 않고 본 특허 문서의 기밀을 유지할 권리를 포기하지 않는다.

본 개시 내용의 기술의 일 측면은, 일반적으로 열전 냉각기(thermoelectric cooler, TEC)를 포함하고 가열 또는 냉각에 사용될 수있는 가요성 열교환 모듈(flexible heat exchange modules, HEM)에 관한 것이다. 환자의 저체온 치료는 뇌 손상, 척수 손상, 근육 손상, 관절 부상의 치료, 헤어 손상과 같은 화학 요법 치료 중 부작용 방지, 심장 정지 및 신생아 허혈성 저산소 뇌병증의 신경 보호제로서의 용도를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 용도로 사용된다. 이러한 치료는 일반적으로 불완전하고 단시간 냉각을 제공하는 얼음 팩 및/또는 화학적 냉각 팩을 사용하거나 냉각수의 순환에 의해 냉각되는 패드 또는 캡을 사용하여 이루어진다.

본 발명은 열 전달 유체 채널(heat transfer fluid channel)과, 상기 채널의 유체와 열 전달 관계에 있는 열 전달 플레이트(heat transfer plate)를 갖는 열 교환 모듈을 개시한다. 열전 냉각기(TEC)의 기준 측면은 플레이트와 열 접촉한다. 열 전달 타일은 TEC의 사용자 측과 열 접촉한다. 모듈은 환자의 피부와 열 전달 관계에 있는 타일과 작동 가능하게 위치될 수 있도록 구성된다. 타일 상에 장착된 서미스터(thermistor)는 타일이 위치하는 신체 부위의 온도를 측정하여, 온도 신호를 TEC의 작동을 제어하는 컨트롤러에 전송한다.

여기에 설명된 기술의 다른 측면은 본 명세서의 다음 부분에서 설명될 것이며, 상세한 설명은 그것에 제한을 두지 않고 기술의 바람직한 실시예를 개시한다.

도 1은 환자의 코어 온도를 제어하기 위해 대퇴부 및 겨드랑이에서 접촉 영역을 냉각/가열함으로써 작동 상태로 도시된 본 발명의 시스템의 사시도이다.
도 2는 제어 유닛, HEM 및 엄빌리컬의 구성요소 간의 작동 연결을 개략적으로 나타낸 시스템의 개략도이다.
도 3은 좌측 대퇴부에 HEM을 착용한 환자의 피부 서미스터에 의해 측정된 온도 변화의 시간 경과를 나타내는 그래프이다. 시간 0은 섭씨 6도의 목표 온도로 냉각 프로세스가 시작되었음을 나타낸다. 섭씨 6도에서 37분 동안 온도를 조절한 후 목표 온도를 섭씨 40도로 변경하고 20분 동안 그 값을 유지하였다.
도 4는 사용자가 접속 인터페이스를 통해 제어 유닛과 명령 및/또는 상호 작용할 수 있게 하는 다수의 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 엄빌리컬 커넥터와 HEM 구조의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 분리된 유체 채널 어셈블리의 상면 사시도이다.
도 7은 하부 타일 어셈블리 부분으로부터 분리된 상부 유체 채널 어셈블리 부분을 도시하는 도 6의 분리된 유체 채널 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 상부 유체 채널 어셈블리의 분해 사시도이며 U-형상의 유체 채널로부터 분리된 4개의 플레이트를 도시한다.
도 9는 본 개시 내용의 선형 채널 풀 어셈블리(linear channels full assembly)의 상면 사시도이다.
도 10은 도 9의 어셈블리에서 사용될 수 있는 단일 선형 채널 모듈의 상면 사시도이다.
도 11은 도 10의 선형 채널 모듈의 저면 사시도이다.
도 12는 도 10의 선형 채널 모듈의 유체 채널 서브어셈블리의 저면 사시도이다.
도 13은 도 12의 유체 채널 어셈블리의 상부 분해 사시도이다.
도 14는 본 개시 내용의 U-채널 유체 채널 어셈블리의 상면 사시도이며, 이는 연결 튜브가 U-형상의 유체 채널로 대체되는 것을 제외하고 도 12와 유사하다.
도 15는 도 14의 어셈블리의 상부 분해 사시도이다.
도 16은 본 개시 내용의 블라인드 패스너 채널 어셈블리(blind fastener channel assembly)의 분해 사시도이다.
도 17은 도 16의 조립된 어셈블리의 일부분을 관통하는 단면도이다.
도 18은 본 개시 내용의 유체 블럭 풀 어셈블리(fluid block full assembly)의 상면 사시도이다.
도 19는 도 18의 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 20은 도 18의 어셈블리의 일부의 단면도이다.
도 21은 도 20의 유체 블럭의 사시도이다.
도 22는 도 21의 유체 블럭의 분해 사시도이다.
도 23은 예시를 목적으로 투명한 상부 시트 및 이를 통한 열 전달 유체의 유동을 나타내는 화살표를 갖는 본 발명의 유체 채널 어셈블리의 평면도이다.
도 24는 도 23의 라인 24-24를 따라 취한 확대 단면도이다.
도 25는 도 23의 라인 25-25-를 따라 취한 확대 단면도이다.
도 26은 플레이트가 편측 매립(one-sided embedding)된 유체 채널 어셈블리의 단면도이다.
도 27은 도 26과 유사한 도면이지만, 플레이트가 양측 매립되어 있다.
도 28은 도 27과 유사한 도면이지만, 플레이트에 슬롯이 형성되어 있다.
도 29는 도 29는 확대되고 분리되어 도시된 도 28의 슬롯형 플레이트의 저면도이다.
도 30은 실링으로 양측 매립된 도 27과 유사한 도면이며, 플레이트는 유체 채널에 흐르는 유체와 직접 접촉하지 않는다.
도 31은 도 26과 유사한 도면이지만, 플레이트 상에 돌출 형상부를 갖는다.
도 32a-e는 각각 직선형, 나비형, 이중 직선형, 이중 컷(double cut) v1 및 이중 컷 v2 스탠드 오프 구성의 평면도이며, 도 20에 도시된 스탠드 오프의 대안을 도시한다.
도 33은 도 40의 어셈블리에서 사용될 수 있는 블라인드 패스너 어태치먼트(blind fastener attachments)를 사용하는 타일 어태치먼트를 도시하는 단면도이다.
도 34a는 도 33과 유사한 단면도지만, 블라인드 패스너 어태치먼트 대신에 크러시 포스트 어태치먼트(crush post attachments)를 도시하며, 도 34a는 크러시되지 않은 조건에서의 포스트를 도시한다.
도 34b는 도 34a와 유사한 도면이지만, 크러시된 어태치먼트 조건에서의 포스트를 도시한다.
도 35는 도 40의 어셈블리에서 볼 수 있는 바와 같이 가요성 프레임에 타일을 열 압착하는 것을 도시하는 확대도이다.
도 36은 도 35와 유사한 도면이지만, 서미스터에용 접착 어태치먼트와 가요성 프레임용의 접착 결합 리테이너(adhesively bonded retainer)를 도시한다.
도 37은 사용자 편의를 위한 타일의 사용자측의 열 전도층을 도시하는 단면도이다.
도 38은 가요성 시트에 결합된 세그먼트 타일(segmented tile) 및 전도성 플랫폼 접착제(conductive platform adhesive)를 갖는 본 개시 내용의 HEM 어셈블리의 일부분의 단면도이다.
도 39는 타일 대신에 가요성 열 전도성 물질을 갖는 HEM 어셈블리의 일부분의 단면도이다.
도 40은 TEC용 접착 어태치먼트 및 가요성 시트의 2개의 층 사이에 매립된 플레이트를 사용하는 HEM 어셈블리의 일부분의 단면도이다
도 41은 수평 스냅 어태치먼트(horizontal snap attachment)를 갖는 HEM 어셈블리의 일부분의 단면도이다.
도 42는 도 41의 어셈블리의 상면 사시도이다.
도 43은 도 42의 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 44는 수직 스냅 어태치먼트를 갖는 HEM 어셈블리의 일부분의 단면도이다.
도 45는 도 44의 어셈블리의 상면 사시도이다.
도 46은 도 45의 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 47은 비-열전도성 스크류 어태치먼트(non-thermally conductive screw attachment)를 갖는 HEM 어셈블리의 일부분의 단면도이다.
도 48은 절연된 스크류 어태치먼트를 갖는 HEM 어셈블리의 일부분의 단면도이다.
도 49는 도 48의 어셈블리의 상면 사시도이다.
도 50은 도 48의 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 51은 (도 47에 도시된 바와 같은) 스크류 어태치먼트를 갖는 본 개시 내용의 HEM 어셈블리의 저면 사시도이다.
도 52는 도 51의 HEM 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 53은 도 51 및 52의 HEM 어셈블리의 유체 채널 어셈블리의 저면 사시도이다.
도 54는 도 53의 유체 채널 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 55는 도 52의 가요성 프레임 및 타일 어셈블리의 상면 사시도이다.
도 56은 도 55의 프레임 및 타일 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 57은 본 개시 내용의 HEM 어셈블리를 조립하기 위한 흐름도이다.
도 58은 도 57에서의 HEM을 포함하는 HEM 어셈블리를 조립하기 위한 흐름도이다.
도 58은 본 개시 내용의 섬유 제품(soft good)을 제조하는 방법의 개략도이다.
도 59는 본 개시 내용의 HEM 타일의 여러 형상의 다이어그램이다.
도 60은 비-열전도성 스크류 어셈블리 방법을 사용한 곡면의 타일의 단면도이다.
도 61은 등에 대한 섬유 제품에 삽입된 본 발명의 HEM의 도면이다.
도 62는 무릎에 대한 섬유 제품에 삽입된 본 발명의 HEM의 도면이다.
도 63은 어깨에 대한 섬유 제품에 삽입된 본 발명의 HEM의 도면이다.
도 64는 발목에 대한 섬유 제품에 삽입된 본 발명의 HEM의 도면이다.
도 65는 유틸리티 패드 섬유 제품(utility pad soft good)에 삽입된 본 발명의 HEM의 다이어그램이다.
도 66은 본 개시 내용의 섬유 제품에 삽입된 본 개시내용의 공기 주머니(air bladder)의 다이어그램이다.
도 67은 HEM 내에 포함된 공기 주머니를 갖는 본 발명의 HEM 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 68은 본 개시 내용의 섬유 제품 바디수트에 삽입되어 사용되는 본 개시 내용의 HEM의 여러 다이어그램을 도시한다.
도 68a는 열 제어된 수트를 포함하는 섬유 제품을 도시한다.
도 68b는 CPU 콘솔과 통합된 소프트웨어를 도시한다.
도 68c는 헬멧 또는 헤드웨어로 사용되는 섬유 제품을 도시한다.
도 68d는 가구에 사용되는 섬유 제품을 도시한다.
도 68e는 자동차 시트에 사용되는 섬유 제품을 도시한다.
도 68f는 데이터 피드백을 제공하는 자동차에 사용되는 섬유 제품을 도시한다.
도 68g는 의료 제품(병원용 침구/외과용 침구, 목 교정기 및 들것)에 사용되는 섬유 제품을 도시한다.
도 68h는 온도가 신체에서 차등적으로 제어되는 실시예를 도시한다.
도 68i는 게임/가상 현실(VR) 시스템에 대한 실시예를 도시한다.
도 69는 본 개시 내용의 일련의 HEM으로 둘러 쌓인 액체 컨테이너/베셀의 도면이다.
도 70은 이동성을 최적화하기 위해 섬유 제품에 포함된 제어 유닛의 실시예를 도시한다.

본 개시 내용은 일반적으로 도 1에 도시되며, 일반적으로 100으로 도시된 제어 유닛 콘솔과 이들을 작동 가능하게 연결하는 엄빌리컬(102)과, 특히 등고선 객체(contoured object)와 직접 접촉을 통해 열을 전달하도록 설계된 가요성 HEM(104)에 배치된 열전 냉각기의 어레이를 포함하는 컴팩트 및 휴대용 장치 시스템을 포함한다. 당업자는 원하는 목적에 따라 임의의 크기, 형태 및 일관성의 개시내용의 TEC를 이해하고 설계 및 구성할 수 있다. 주요한 실시예에서, HEM은 저체온증 치료 및 고열의 유발에 대해 피부를 통한 열 전달을 위해 최적화된 인체 공학적 유닛이다. 도 2에 도시된 시스템의 기능적 구조는 제어 유닛(100)을 고려하며, 이는 제어 유닛(100)을 HEM과 연결하는 엄빌리컬(102)을 통해 HEM(104)의 작동을 위해 필요한 지지를 제공한다. 제어 유닛(100)은 경우에 따라 손으로 쉽게 운반되거나 또는 섬유 제품에 통합되는 휴대용 콘솔일 수 있으며, 이는 시스템 이동성의 추가 이점을 제공한다.

제어 유닛 및 엄빌리컬 제어 장치의 구성 및 작동

제어 유닛(100)은 인클로저(enclosure), 전원 공급 장치(power supply), 배터리 및 (실시간(RT) 제어 보드, 그래픽 유닛 인터페이트(GUI) 및 연결 인터페이스를 포함할 수 있는) 전자 부품 및 (유체 펌프, 유체 저장소, 라디에이터, 팬, 유량 센서, 압력 센서, 유체 압력 센서 및 공기 밸브를 포함하는) 유체 순환 및 열 방산 부품을 포함할 수 있다.

인클로저

인클로저는 캐스트 우레탄(cast urethane), 사출 성형 플라스틱(injection molded plastic) 또는 이와 유사한 방법으로 제조될 수 있다. 인클로저는 하나의 조각으로 만들어지거나, 서로 맞물리거나 나사로 조이거나, 여러 방법을 조합하여 다른 기계 또는 점착 방법으로 복수의 패널을 결합하여 형성될 수 있다. 인클로저의 주된 목적은 제어 유닛(100)의 내부 구성 요소를 수용하고, 엄빌리컬 커넥터를 통해 HEM과 유닛을 인터페이스하는데 필요한 입력 포트 및 출력 포트와 커넥터를 지지하는 것이다. 또한, 인클로저는 강성을 유지하며, 라디에이터에서 방열을 위해 공기를 밀거나 당기는 팬의 작동을 지원하기 위해 적절한 통풍구(vent opening)를 가진다. 또한, 인클로저는 전기 부품 근처에서 유체 누출이 발생해도 안전을 유지하도록 제작될 수 있다.

전원 공급 장치

메인 AC 전원(106)에 연결될 때, 전원 공급 장치는 제어 유닛과 HEM의 내부 작동을 위한 전기적 DC 전원 및 배터리(108) 충전을 위한 전원을 제공한다. 전원 공급 장치는 의료 및 상업 기관, 응급 차량, 전 세계적 국내 서비스 등에서 사용 가능한 메인 AC 전원(240V/110V)에 연결된다. DC 전압 범위는 6 ~ 36V이며 최대 전류 용량은 일반적으로 20A이지만 요구에 따라 최대 40A까지 확장될 수 있다. 본 실시예에서, 전원 공급 장치(110) 사양은: 120/(240) VAC 입력; 24VDC/25A 출력; 600W이다. 요구 사항이 덜 한 HEM은 전원 공급이 덜 필요할 수 있지만, 보다 강력한 시스템은 최대 1.5kW의 DC 전력을 공급할 수 있는 여러 개의 전원 공급 장치를 필요로 할 수 있다. 본 명세서에 개시된 특정 실시예는 변화된 전력 레벨을 갖는 실시예를 요구할 것이라는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

배터리

제어 유닛(100은 메인 AC 전원(106)으로부터 분리되는 경우 및 배터리 전원 단독으로 작동할 때 장시간(45분 이상) 지속되도록 설계될 수 있다. 이는 일련의 내부 배터리(108)를 포함시킴으로써 가능해진다. 현재의 실시예에서, 이들은 2 x 24V 리튬-이온 배터리이다. 이 실시예에서, 배터리(108)는 제어 유닛(100)이 메인 AC 전원(106)에 연결될 때 일정하게 충전된다. 다른 실시예에서, 유닛이 AC 메인에 연결되어있는 동안 다른 유형 및 등급의 내부 배터리가 충전되도록 계획된다. 대안 적으로, 외부 배터리(배터리 팩) 및/또는 외부 전원 공급 장치는 제어 유닛 100)의 작동을 위해 또는 내부 배터리의 충전을 보충하기 위해 내부 배터리에 추가 또는 대안으로서 사용될 수 있다.

이러한 실시예에서, 유닛은 배터리 팩을 제 위치에 수용하고 고정하고 및/또는 DC 전력 입력을 허용하는, 메인 전원 소켓과 관련이 없는 DC 소켓(112)을 포함할 수 있다. 메인 전원에 플러그를 꽂은 상태에서 유닛에 연결하면 외부 배터리도이 콘센트를 통해 충전될 수 있다.

전자 부품

● 실시간(RT) 제어 보드

실시간(RT) 제어 보드는 피드백 신호로서 온도를 사용하여 HEM(104)에 적절한 전력을 전달하도록 설계된 인쇄 회로 기판이다. RT 제어 보드(114)는 HEM의 냉각 및 가열 작동의 실시간 제어에 필요한 모든 전자 부품을 포함한다. RT 제어 보드(114)는 타이밍 목적을 위한 내부 클럭(internal clock)을 가지며, 프로그램 가능 중앙 처리 장치(CPU), 전형적으로는 고성능 ARM(Advanced RISC Machine) 64-비트 프로세서를 가질 수 있다; 그러나, 보다 진보된 프로세서가 차후의 실시예에서 필요에 따라 구상된다. CPU는 C 또는 어셈블리 언어 또는 기타 동등한 인코딩 언어로 작성될 수 있는 사용자 정의 디자인의 내장 프로그램에서 작동한다. 내장된 소프트웨어는 HEM에 의한 냉각 및 가열, 적절한 유체 순환, 팬 속도의 적절한 제어를 담당하는 모든 센서 및 작동기의 로직 작동을 감독한다. 중요한 것은, 내장된 소프트웨어에는 시스템이 안전하게 작동하는지 또는 사용자에게 해로울 수 있는 조건으로 인해 즉시 정지되어야 하는지를 결정하는 여러 코드 섹션이 포함되어 있다는 것이다.

RT 제어 보드(114)가 내장 코드를 통해 조절하는 주 변수는 HEM과 접촉하는 표면의 온도이다. 이는 실시간으로 HEM(104) 내의 하나 또는 다수의 서미스터로부터의 피드백 정보를 실시간으로 분석하고, 이러한 온도를 (초 단위로) 변화시키거나 유지하는데 필요한 전력을 결정하는 복잡한 알고리즘의 수단에 의해 수행된다.

일 실시예에 따르면, 알고리즘은 양방향 전류 제어를 위한 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative, PID) 메카니즘을 사용하여 24개의 서미스터로부터의 피드백 온도를 평균화하고, 24V/20A 최대치를 갖는 풀 브리지 PWM 게이트 드라이버(full-bridge PWM gate driver)를 사용하는 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 접근법에 의해 제어되는 전력으로 HEM(104)의 TEC(116)의 어레이를 구동시킨다. PWM 출력은 캐스케이드(cascade) LC 필터로 저주파 통과 필터링되어, HEM(104)으로의 전력이 PWM의 체류 시간에 의존하는 DC 전압 값을 갖도록 할 수 있다. 또한, HEM에 공급되는 최대 평균 전압 출력을 정의하는 최소 체류 시간은 1-와이어 엔코더(1-Wire encoder)(아래 참조)로부터 수신된 식별 정보를 사용하여 각 HEM에 대해 구체적으로 결정된다. 이는 각 HEM(104) 내의 개개의 TEC에 대한 최적의 동작 조건의 설정을 허용한다. 다른 실시예에서, 12개의 TEC(12-TEC HEM)의 직렬 접속 어레이로 이루어진 HEM(104)에 공급된 평균 전압은 24V였고; 개별적인 TEC 파라미터를 사용하여, 이 실시예에서 최소 성능 계수(COP)가 섭씨 30도의 델타 -T(고온 측 마이너스 냉 측 온도)에서 1.0에 가깝다는 것이 확인되었다.

도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 118로 표기한 섭씨 25도 내지 34도의 범위 내의 통상적인 평균 온도로부터 120으로 표시된 4분 미만으로 섭씨 10도 미만으로의 HEM에 의한 피부의 급속 냉각을 허용하면서, 122로 표기된 수 분 동안 안정된 온도 값(하부 점선)을 유지한다. 이 경우, 6도의 저온이 장기간 환자에게 안전한 값으로 선택되었다; 그럼에도 불구하고, 원할 경우 동결 이하의 온도가 가능하다. 또한, 냉각 단계를 가열 단계로 빠르게 전환하여 대조 테라피(contrast therapy)를 만들 수 있다. 도 3에서 124로 나타낸 바와 같이, 섭씨 6도의 저온 치료 후 환자의 피부를 40℃로 가열하는 데 2분 미만의 시간이 소요되며 따뜻한 온도는 126으로 표기한 수 분 동안 안정적으로 유지될 수 있다. 마찬가지로 원하는 경우 섭씨 48도 이상의 고온이 가능하다. 다른 실시예에서, 각각 선택된 시간 동안 지속되는 다수의 가열/냉각 사이클이 사용자에 의해 용이하게 프로그래밍 될 수 있다.

다수의 서미스터(하나에서 임의의 수까지)로부터 온도 피드백이 발생하고 각 서미스터에 무게 인자가 적용될 수 있는 다른 제어 알고리즘이 고려된다.

또한, RT 제어 보드(114)는 PID 또는 대안 알고리즘에 의해 각각 제어되고, PWM 또는 대안 방법에 의해 구동되는 다양한 전력 제한을 갖는 다수의 전력 출력으로 설계될 수 있다. 이 출력은 하나의 HEM 내에 여러 개의 HEM 또는 TEC의 다중 뱅크를 공급할 수 있다. 이러한 후자의 실시예는 HEM이 다양한 접촉 영역(국소 온도 제어)에서 독립적으로 제어된 온도를 달성할 수 있게 한다.

국소 온도 제어의 실시예는 다른 영역을 냉각시키면서 표면 접촉의 특정 영역을 가열하여, 환자의 피부에 수 시간 동안 지속 될 수 있는 온도 구배를 생성하는 가능성을 포함한다. 표면 온도 구배는 몇 가지 건강 상태와, 수술을 포함하되 이에 한정되지 않는 여러 목적에 도움이 될 수 있는 심부 조직 구배(deep tissue gradients)를 생성한다.

● 그래픽 유닛 인터페이스(GUI)

일반적으로 GUI(128)은 터치 스크린을 통해 사용자에게 또는 사용자로부터 RT 제어 보드(114)로의 정보 전달을 위한 인터페이스의 역할을 한다. 터치 스크린은 가장 관련성이 높은 시스템 매개 변수(온도, 압력, 유량, 배터리의 충전량 등)를 표시하고, 사용자가 원하는 온도, 온도 제어 패러다임, 연결 정보 등과 같은 매개 변수를 입력할 수 있게 한다. 일 실시예에 따르면, GUI(128)는 높은 수준의 유틸리티 프로그래밍 언어(표준 C, C ++, 파이썬 등)를 사용하여 프로그래밍된 휴대용 운영 체제 인터페이스(Portable Operating System Interface, POSIX)를 갖는 자체 CPU(ARM i.MX6)를 가질 수 있으며, 터치 스크린에 물리적으로 연결된다. 그러나 독점 또는 상용 응용 프로그램(apps) 및 다양한 연결 언어를 사용하여 유선 또는 무선 연결을 통해 모두 연결되는, 서로 다른 CPU, 내장된 운영 체제 플랫폼, 스마트 터치 스크린(예: 스마트폰 및 기타 지능형 원격 플랫폼), 랩톱 또는 콘솔 컴퓨터를 사용하는 모든 옵션이 고려된다. 결과적으로, GUI(128)는 RT 제어 보드(114)에 내부적으로 연결되어 터치 스크린이 사용자에게 쉽게 액세스 될 수 있도록 장착되거나, RT 제어 보드(114)에 내부적으로 연결되는 콘솔 상주 인터페이스(console-resident interface)로 나누어질 수 있지만, 연결 인터페이스(130)를 통해 유선 또는 무선의 연결 프로토콜을 사용하여 터치 스크린 장치 또는 컴퓨터(랩톱 또는 콘솔)에 외부적으로 연결될 수 있다.

● 연결 인터페이스

도 4에 도시한 바와 같이, 제어 유닛(100)은 USB 및 RS232를 포함하지만 이에 한정되지 않는 유선 프로토콜(134) 또는 Wi-fi 및 블루투스를 포함하지만 이에 한정되지 않는 무선 프로토콜(136)을 통해 외부 장치를 사용하여 사용자(132) 사이의 접속을 허용하는 빌트-인 인터페이스(built-in interface)를 갖는다. 연결 인터페이스(130)는 제어 유닛(100)이 유선 또는 무선 정보를 검출하도록 허용하고, 인식 프로토콜을 따른 후에 링크의 설정을 RT 제어 보드(114)에 통지한다. 사용자는 원격 프로그램에 의해 제어되는 슬레이브(slave)로서 제어 유닛(100)을 작동시키고, 유선 또는 무선 프로토콜을 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 일 실시예 따르면, 제어 유닛(100)은, 유선 또는 무선 원격 제어 하에서 작동하면서 시스템 매개변수를 디스플레이하기 위해 빌트-인 터치 스크린(138)을 사용하는 연결 인터페이스(130)를 포함한다. 터치 스크린이 없는 실시예에서, 시스템 상태의 업데이트 된 디스플레이는 유선 또는 무선으로 원격 애플리케이션(140)에 전송된다.

유체 순환 및 열 방산 구성 요소

제어 유닛(10) 내의 유체 순환 및 열 방산을 위한 다양한 구성 요소는, 유체가 HEM(104)의 TEC 어레이(116)에 의해 생성되고 소모되는 열의 적절한 교환, 및 라디에이터에 의해 환경과 열의 적절한 교환을 위해 충분한 유동 속도로 HEM(104)에 분산되는 것을 확인하였다. 전형적인 실시예에서, 순환 유체는 시스템의 작동을 방해할 수 있는 미생물의 장기 성장을 방지하기 위해 항균제를 갖는 물, 증류수, 증류수 일 수 있다. 다른 실시예에서, (그 중에서) 물의 표면 장력을 감소시키기 위한 제제, 내부 구성 요소의 수명을 보호하는 제제, pH 변화에 대한 완충제 및 장시간 화학 변화의 시각화를 위한 착색제와 같은 추가 첨가제가 유체에 포함될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 시스템은 물에 대한 열전도율이 개선된 합성 유체를 이용할 수 있다.

● 유체 펌프

유체 펌프(142)는 6 내지 24 V의 전압에서 작동할 수 있으며, 유체를 0.5L/min의 최소 속도에서 최대 20L/min까지 (엄빌리컬 연결(102)을 통해) HEM에서 순환시킬 수 있다. 본 실시예에서, 24 피트의 물(10.4 psi)의 최대 정적 헤드 압력 및 16L/min의 최대 유량을 갖는 12V 원심 펌프는, 유체 저장소, 라디에이터, 콘솔 내부의 연결 튜브, 엄빌리컬 연결 관 및 HEM 유체 채널(144)을 포함한다. 이 실시예에서, 3/8" 내부 직경의 가요성 플라스틱 관은 바브(barb) 또는 압축 피팅부(compression fittings)를 사용하여 콘솔 내부의 개별 유체 회로 구성 요소를 연결하는데 사용된다. 제어 유닛(100) 내의 유체 순환 시스템의 입구 및 출구는 구멍을 통해 부분적으로 삽입되고 나사 또는 스냅인 피쳐(snap-in feature)를 통해 기계적으로 고정될 수 있도록 인클로저에 컷 아웃(cut-out)을 생성함으로써 패널 장착될 수 있다. 바브형 커넥터 및 가요성 관을 사용하여, 유체 펌프(142)로의 입구는 엄빌리컬 유체 순환 복귀 라인(입구)에 연결되고, 출구 포트는 유체 저장소(146)에 연결된다. 더(또는 덜) 강력한 펌프(8~30 L/min, 5~ 50ft 유체) 및 내부 직경이 1/4 "~ 3/4 "인 다양한 유형의 가요성 플라스틱 관(PVC, 폴리 우레탄, 타이곤(Tygon) 등)은 콘솔의 유체 순환 요구에 부응하기 위해 선택될 수 있다. 유체 순환 시스템의 폐쇄 회로 구성은, 제어 유닛(100)(펌프 레벨)과 HEM 사이의 레벨 차이에 의해 생성되는 정수압 변화에 대한 내성을 제공하기 때문에 바람직한 특징이다; 또한, 최대 전체 시스템 압력을 펌프의 최대 헤드 압력보다 낮은 값으로 조정할 수 있다(아래 참조). 최적이 아닐지라도, HEM과 연결 관이 선택된 펌프의 최대 정압만큼 높은 압력을 견딜 수 있도록 설계되면, 개방 루프 시스템을 구현할 수 있다.

● 유체 저장소

유체 저장소(146)는 각 콘솔 유형에 연결된 가장 큰 HEM의 체적에 따라 200ml 내지 10L의 내부 용적을 갖는 중공 플라스틱 탱크일 수 있다. 유체 저장소는 유체 관용 입구 및 출구 나사식 커넥터, 바브형 커넥터 또는 압축 피팅부와, 하나 이상의 레벨 센서(148), 온도 프로브 등을 위한 추가 커넥터를 가질 수 있다. 전형적인 실시예에서, 유체 저장소(146)는 유체 펌프(142)(입구) 및 출구(출구)로부터 라디에이터(150)로의 유체 진입을 위한 바브형 커넥터가 빌트-인 된 1.1 L 탱크이다. 유체 레벨 센서(148)는 RT 제어 보드(114)에 전기적으로 연결되어, 저장소 내의 적절한 양의 유체가 펌프 작동을 지원할 수 있다는 것을 CPU에 알린다.

● 라디에이터

라디에이터(150)는, HEM 내의 TEC가 냉각 모드에 있을 때 열을 방출하거나 TEC가 가열 모드에 있을 때 열을 포획함으로써 TEC의 정상 작동을 허용하도록 열의 효과적인 교환을 담당하는 시스템의 중요한 구성 요소이다. 환경과의 열 교환을 위한 라디에이터(150)의 전력 효율은, 주로 제조 회사의 설계 특징에 의존하지만, 제조 경계 내에서, 라디에이터를 통한 유체 순환 속도, 라디에이터에 부착된 팬(152)의 개수 및 각 팬에 의해 구동되는 공기 흐름 속도에 의존한다.

일 실시예에 따르면, 라디에이터를 통한 유체 순환은 유체 저장소(입구) 및 유체 압력 센서(154)(출구)에 대한 플라스틱 관 연결에 의해 용이해진다. 시스템의 열 성능은 유체 속도가 2L/min이고 팬 공기 흐름은 58 cfm일 때, 2x120mm 팬 브래킷을 갖는 라디에이터(150)와, 푸시(push) 구성으로 부착된 2개의 팬이 유체와 주위 온도 사이의 섭씨 10도 미만의 온도 차이로 약 380W의 열을 교환할 수 있는 것이다. 이 열교환 수는 다른 실시예에서 유체 유량, 라디에이터 당 팬의 개수 및 팬의 cfm을 증가시킴으로써 1.5kW를 초과하도록 증가될 수 있다. 이러한 제한을 넘어 열 교환 요건을 연장할 필요가 있을 수 있는 실시예에서, 더 큰 팬을 수용하는 라디에이터가 다수의 팬과 조합하여 사용될 수 있다. 대안으로 외부 열교환기는 제2 엄빌리컬에 의해 콘솔에 연결될 수 있다. 이 외부 열 교환기는 보조 유체 펌프가 있거나 없는 보조 라디에이터 및 지지 팬으로 구성되거나 표준 압축기/응축기 기술을 기반으로 하는 유체 냉각 장치일 수 있다.

● 팬

팬은 라디에이터에 장착될 수 있으며, 라디에이터/팬 어셈블리는 팬이 외부 공기에 직접 액세스할 수 있도록 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 두 개의 120mm 팬(152)은 푸시 구성으로 사용되며, 이들 각각은 2150 rpm에서 작동할 때 58 cfm을 전달할 수 있다. 다른 실시예는 단일 팬, 라디에이터를 통해 외부로부터 공기를 끌어당기는 2개의 팬, 240 라디에이터를 갖는 푸시-풀(push-pull) 구성의 4개의 팬, 및 라디에이터의 다양한 크기 군의 사용을 고려하는 다수의 조합의 약간 덜 효율적인 구성을 포함할 수 있다.

● 유량 센서

유량 센서(156)는 주파수(측정 후)가 시스템의 유량(L/분)을 정확하게 보고하는 타코미터(tachometer)이다. 이 측정은 CPU의 내장 소프트웨어에 실시간으로 전자적으로 보고된다. 본 실시예에서, 유속 값은 HEM의 잠재적인 비정상적 사용 또는 HEM으로의 전력 전달의 즉각적인 중단을 촉구해야 하는 오작동을 나타내는 심각한 상태를 나타내기 위해 사용된다. 유량 센서(156)의 유체 출력은 플라스틱 관과 콘솔로부터의 엄빌리컬 커넥터 출구에 연결된다.

● 유체 압력 센서

유체 압력은 전자 유체 압력 센서(154)에 의해 제어 유닛(100)에서 측정되고, 전자 유체 압력 센서(154)는 정보를 RT 제어 보드(114)로 전달한다. 유체 압력 센서 데이터는 다음과 같은 두 가지 목적: a) 시스템 작동이 정상 범위(0보다 크고 폐쇄 루프 시스템의 펌프 최대 헤드 압력 또는 개방 루프 시스템의 다른 정의 된 경계보다 작음) 내에 있는 것을 CPU에 통지하고, 및 b) 시스템 전체에 걸쳐 적절한 유동 순환을 보장하는 최적의 유체 압력 값을 생성하기 위한 목적으로 사용된다. 이 후자의 조건은 높은 유체 압력이 너무 높아지면 불합리하게 팽창할 수 있거나 압력이 너무 낮으면 붕괴 될 수 있는 HEM의 유체 채널의 유연한 성질을 감안할 때 중요하다. 현재의 폐쇄 루프 실시예에서, 이러한 최적 조건은 압력 센서 정보를 사용하여 공기 흡입 밸브(158)를 일시적으로 개방시키는 피드백 알고리즘에 의해 달성된다.

● 공기 흡입 밸브

일 실시예에서, 정상 유체 순환의 설정에 앞서, CPU에서 인코딩된 내장 소프트웨어는 유체 압력 센서(154)의 값을 (실시간으로) 판독하고, 유체 압력이 최적 레벨(라디에이터에서 유체가 배출된 후 측정한 6-9 psi)에 도달할 때까지 흡기 밸브를 주기적으로 개방하며; 나중에 시스템 작동 중에 밸브는 닫힌 상태로 유지된다(폐쇄 루프 구성). 대안적으로, 개방 루프 구성 실시예에서, 흡기 밸브(158)는 항상 개방된 채로 유지된다.

B) 엄빌리컬

엄빌리컬(102)은 제어 유닛(100)과 HEM(104) 사이의 링크를 제공하고, 안전하고 신뢰성있는 HEM 기능을 위해 필요한 지지를 보증한다. 엄빌리컬의 길이는 일반적으로 2~12 피트이지만, 필요한 경우 길거나 짧을 수 있다. 엄빌리컬(102)은 다음과 같은 지지 하위 구성 요소를 포함한다. 유체 순환(Fluid circulation, 160): 내경이 1/8 "에서 3/4"이며, 제어 유닛(100)의 신속 분리 피팅부에서 HEM(104)으로 가는 가요성 재료로 제조된 한 쌍의 튜브의 연장 섹션. 필요한 경우 바브(barb)가 있는 적절한 커넥터가 이 튜브의 끝 부분에 부착되어 HEM 내부의 신속 분리 피팅부에 플러그될 수 있다.

전력(162): HEM(12~16 게이지 가요성 단열 구리 전선)에 20~40A의 전류를 전달하고 TEC 어레이(116)에 분배 할 수 있는 2개의 케이블(RT 제어 보드의 절연된 양극 및 음극 고전류 출력)으로 구성된 와이어 어셈블리. 대형 전기 커넥터로 죄이거나 납땜된 이들 와이어는 한쪽의 제어 유닛(100)과 다른 쪽의 HEM(104)에 연결되는 단일의 신속 연결 유닛의 일부이다.

온도 피드백(164): 여러 서미스터(서미스터 어레이(166))의 온도 판독 값을 먼저 병렬 전기 신호(ADC 인터페이스(168))로 변환한 다음 HEM(104)에서 직렬 전송 라인으로 변환할 수 있도록 HEM(+ 5V, 접지 및 비동기 데이터 전송 신호) 당 5 개의 와이어로 구성된다.

HEM 인코딩된 정보(170): 1-와이어 인코더(172) 전자 회로에서 각 HEM에서 인코딩된 정보를 직렬로 전송하기 위해 하나 또는 두 개의 라인이 사용된다.

압력 컴포트 조정(174) : 일 실시예에서, 2개의 와이어는 엄빌리컬(102)의 말단 커넥터(HEM 측)에 포함된 공기 압력 펌프에 전원(12V 및 접지)을 공급하는데 사용되며, 내장된 누름 버튼 스위치로 사용자에 의해 공기 주머니(176)를 가압 및 수축하도록 설계된다. 또한, GUI(128)에 의한 디스플레이를 위해 공기 압력 센서(178)의 판독을 공기 주머니(176)로부터 제어 유닛(100)으로 가져오기 위해 와이어가 필요하다. 다른 실시예에서, 공기 펌프는 구성 요소로서 제어 유닛(100)에 포함될 수 있다. 이 경우, 공기 압력 가요성 튜브 및 센서 판독 와이어가 엄빌리컬(102)의 일부로서 포함될 필요가 있다. 공기압은 HEM(104)과 사용자(132) 사이의 개선된 열 접촉을 제공할 뿐만 아니라 사용자 편의성을 보조한다.

엄빌리컬(102)에 포함된 케이블 및 와이어는 일 단부에서 제어 유닛(100)으로 들어가고 다른 단부에서 HEM(104)으로 들어가는 플러그의 단자에 연결되도록 적절하게 연결된다. 꼰 슬리브 또는 다른 시즈(sheathe)는 케이블 및 튜브 어셈블리 전체를 감쌀 수 있다.

열교환 모듈(HEM)의 일반 구성 및 작동

개별 TEC(180)(어레이(116)로 편성됨)는 본 발명의 직접 접촉 열 펌프 요소로서 작용한다; TEC의 외부 표면은 유체 채널과 접촉한다. 이하에서는 본 개시 내용의 HEM에 대한 구성 요소 및 제조 공정에 대해 상세히 설명한다.

HEM 시스템 구조

도 5를 참조하면, HEM(104)은 피부 레벨에서 사용자(132)에게 열 또는 냉각을 전달하는 TEC 어레이(180, 116) 주위에 기초한다. TEC는 직렬로 연결되어 있으며, 넓은 영역에 걸쳐 균일한 온도 제어를 제공한다. 대안적으로, TEC를 개별적으로 또는 뱅크에 연결하여 특정 지역에 구역 온도 제어를 제공할 수 있다. 각각의 TEC는 타일(184)로 알려진 사용자에게 온도를 전달하는 열 전도성 표면의 온도를 측정함으로써 피드백을 제공하는 온도 센서인 서미스터(182)와 쌍을 이룬다.

타일은 HEM이 가요성 프레임(186)에 부착함으로써 의도되는 해부학적 구조에 적합한 기하학적 패턴으로 제한된다. 가요성 프레임은 열가소성 폴리 우레탄 시트(polyurethane sheets, TPU)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 가요성 재료로 제조될 수 있다. 프레임은 타일을 유지하고 사용자와 TEC간에 연속적인 표면 장벽을 제공한다. 유체 채널(144)로 알려진 수밀성 주머니(watertight bladder)는 TEC 어레이에 연결되어 시스템으로부터의 열 추출 방법을 제공한다.

열 전도성 플레이트(188)는 타일의 기하학적 형상을 반영하는 패턴으로 TPU 주머니에 매립된다. 각각의 TEC(180)는 열(190)을 TEC로부터 유체의 순환 바디(circulating body) 내로 전달하는 플레이트에 장착된다. 유체는 열을 TEC로부터 멀리 운반하고 외부적으로 연결된 콘솔의 라디에이터(150)를 통해 열을 방출한다.

TEC의 서브 어셈블리, 타일 및 유체 채널은 사용자와 타일, 훅 앤 루프 끈 및/또는 장치 고정에 필요한 요소들 사이에 생체 적합성 소재 안락층 및 압력 및 맞춤을 조절하기위한 공기 주머니(176)를 제공하는 섬유 제품(192) 내에서 사용하기 위해 패키징될 수 있다. 사용자는 섬유 제품으로부터 돌출된 HEM 커넥터(194)를 통해 HEM(104)을 제어 유닛(100)에 연결한다. 커넥터 하우징은 HEM 보드(196), 전력 관리를 제공하는 PCB, 서미스터 어레이(166)와 외부 콘솔 사이의 인터페이스, 및 시스템 식별 정보를 제어 유닛(100)에 제공하는 1-와이어 인코더(172)를 포함한다. 유체 및 공기 라인은 HEM 커넥터를 통해 제어 장치(100)에 운반하는 엄빌리컬로 들어간다.

엄빌리컬 커넥터(198)는 공기 펌프(200), 제어 회로를 갖는 공기 펌프 제어 PCB 보드(202) 및 압력 센서(178) 및 공기 주머니 내의 압력을 제어하는 공기 방출 밸브(204)를 포함할 수 있다. 사용자는 커넥터 표면의 공기 압력 콘솔(air pressure controls, 206)을 통해 압력을 제어한다. 사용자는 시간 경과에 따라 압력을 높이거나 낮추거나 진동시킬 수 있다. 공기 펌프 및 공기압 제어부는 또한 제어 유닛(100)에 위치될 수 있다. 공기압은 사용자의 편안함을 위해서 뿐만 아니라 HEM(104)과 사용자 사이의 열 전달을 최대화하기 위해 사용된다.

본 개시 내용의 HEM이 다수의 목적에 부합하도록 변형될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 공기 주머니(176)는 섬유 제품(soft good) 내에 직접 존재할 수 있다. 그러나, 본 발명의 HEM의 기능적 등가성은 유지 될 것으로 이해될 것이다. TEC(180) 또는 전체 HEM(104)의 크기에는 제한이 없으며, HEM(104)은 다양한 용도를 위해 다수의 형상 및 크기를 용이하게 수용하도록 제조될 수 있다.

HEM 실시예의 상세한 설명

도 6 내지 도 8은 본 발명의 분리된 채널 어셈블리 실시예를 도시한다. 여기에서 (4 개의) 칼라 플레이트(collar plates, 208)는 각각 U 자형 유체 채널(144)의 다른 부분을 둘러싸고 있음을 알 수 있다. 이는, 더 나은 열 전달을 위해 유체 채널(144)과 플레이트(188) 사이의 더 많은 접촉 표면적을 허용한다. 유체 채널은 플레이트에 부착되지 않고, 오히려 유체 채널의 유체 압력은 유체 채널이 칼라 플레이트(208)에 닿게한다.

도 7은 하부 타일 어셈블리 부분(212)으로부터 분리된 상부 채널 어셈블리 부분(210)을 도시한다. 상부 채널 부분은 유체 채널(144) 및 칼라 플레이트(208)를 포함한다. 하부 타일 어셈블리 부분은 가요성 프레임(186)에 의해 함께 고정되는 타일(184)을 포함한다. 각각의 TEC(180)는 타일(184)에 장착된다. 플레이트는 나사(214)에 의해 타일에 부착되고, 플레이트의 개구부 및 타일상의 나사식 인서트(threaded inserts, 216)를 통과한다.

상부 유체 채널부는 도 8에 도시된 바와 같이 채널 및 플레이트를 포함한다.유체 채널(144)은 조립될 때 플레이트(188)가 위치되는 더 얇은 재료의 패치(patches, 218)를 포함한다. 이러한 얇은 패치는 플레이트와 채널에서 순환하는 유체 사이의 열 전달을 향상시킨다. 도 9는 본 개시 내용의 선형 채널 풀 어셈블리 실시예의 도면이다. 이것은 더 큰 유닛을 형성하도록 구성된 복수의 선형 채널의 어셈블리이다. 각각의 선형 채널(220)은 독립적이며 자체 전력 커넥터(222) 및 서미스터 커넥터(224)를 갖는다. 튜브 피팅부(226)는 각각의 선형 유체 채널에 연결되고, 곡면 튜브(curved tube, 228)는 각각의 선형 채널을 연결하여 단일 연속 유체 경로를 형성한다. 도 10은 전술한 다중 선형 채널 어셈블리에 사용될 수 있는 것과 같은 단일 선형 모듈의 상면 사시도이다. 3개의 선형으로 이격된 타일(184)을 포함하는 이 모듈의 밑면이 도 11에 도시되어 있다. 이 모듈은 한 타일 길이에서 무제한 타일 길이까지의 길이를 가질 수 있다.

선형 채널 모듈의 유체 채널 어셈블리의 저면 사시도가 도 12에 도시되어 있고, 도 13은 그 분해도이다. 도 12는 가요성 골격(230)으로 오버 몰드된 플레이트(188)를 도시한다. 골격은 한 방향으로 유연성을 허용하고, 다른 방향으로는 유연성을 제한한다. 유체 채널은 연결 튜브(228)와 인접한 것에 연결될 수 있다.

가요성 골격 형(232)의 보다 상세한 내용이 도 13에 도시되어 있다. 특정 방향으로 굽힘을 제한하고 다른 방향에서는 굽힘을 허용한다. 이렇게하면 장치의 불필요한 마모 및 부적절한 사용을 방지할 수 있다. 가요성 골격은 플레이트(188) 및 제1 유체 채널층(234) 상에 오버 몰드될 수 있다. 제2 유체 채널 층(236) 및 튜브 피팅부(226)는 제1 유체 채널 층(234)에 연결되어 선형 유체 채널 어셈블리를 완성한다.

도 14는 본 발명의 U- 채널 유체 채널 어셈블리의 상면 사시도이고, 연결 튜브가 U-형상 유체 채널 턴(U-shaped fluid channel turns, 238)으로 대체된다는 것을 제외하면 도 12의 U-채널 유체 채널 어셈블리와 유사하다. 도 15는 그 상부 분해 사시도이다. 이러한 유체 채널 턴은 선형 유체 채널(220)에 연결될 수 있다. 이제, 도 15를 참조하면, U-형상 턴은 선형 유체 채널 및 U-형상 턴 모두에 연결된 피팅부(240)를 통해 연결되어 수밀 유체 채널을 생성한다. 각 U-형상 턴은 각각의 말단에 하나씩 각 선형 채널에 연결되는 두 개의 피팅부를 갖는다. 가장 바깥 쪽의 선형 채널 상의 단부 피팅부(242)는 입구/출구 튜브에 연결되는 바브 형상을 갖는다.

또한, 도 16 및 도 17은 플레이트(188)를 제1 유체 채널 층(234)에 부착시키는 새로운 방법을 사용하는 블라인드 패스너 채널 어셈블리 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 플레이트는 상부 블라인드 패스너 플레이트(244) 및 하부 블라인드 패스너 플레이트(246)으로 이루어진 두 부분을 갖는다. 상부 및 하부 플레이트는 블라인드 패스너(248)에 의해 함께 고정되어 수밀 밀봉을 생성한다. 이러한 배치는 플레이트가 최소한의 공간을 사용하여 유체와 직접 접촉하는 것을 유리하게 한다. 도 17은 블라인드 패스너(248)에 의해 상부 블라인드 플레이트(244)와 하부 블라인드 패스너 플레이트(246) 사이에서 포착된 제1 유체 채널 층(234)의 단면을 도시한다. 본 발명의 유체 블록 풀 어셈블리 실시예가 도 18 및 도 19의 분해도에 조립되어 도시되어 있다. 어셈블리는 본질적으로 세 개의 구성 요소, 즉 구불 구불한 유체 통로(250), 타일(184) 및 가요성 프레임 어셈블리(186), 및 TEC 어레이(116)를 포함한다. 구불 구불한 유체 통로는 각 TEC에 대한 유체 블록(252)을 포함하고, 튜브(228)에 의해 다음 유체 블록에 직렬로 연결된다. 각각의 유체 블록은 튜브에 연결되는 튜브 피팅부(226)를 구비한다. 각 TEC(180)는 타일(184)에 장착된다. 유체 블록(252)은 그 각각의 TEC에 기계적으로 고정되어, TEC로부터 유체 블록으로 열을 분산시키기 위해 열 접촉 영역을 생성한다. 따라서 TEC는 유체 통로 내에서 순환하는 유체와 직접 접촉할 수 있다. 대안적으로, 열 전도성이 높은 재료의 얇은 층이 유체와 TEC 사이에서 사용될 수 있다. 본 발명의 HEM 어셈블리의 일부는 도 20의 단면도로 도시된다. 이를 참조하면, (하부) 사용자 측 및 (상부) 유체 측을 갖는 TEC(180)가 제공된다. 도 20에 도시된 타일은 어셈블리 내의 다른 TEC 용 타일을 형성하도록 연장되는 세그먼트 시트(segmented sheet, 254)이다. (본 개시 내용의 대부분의 다른 실시예는 각각이 상이한 TEC에 대해 개별 및 분리된 타일을 갖는다. 그러나, 단일 시트가 모든 실시예와 함께 사용될 수 있다.) 또한, 시트는 시트 및 HEM 어셈블리에에 유연성을 제공하기 위해 TEC 사이에 힌지 피쳐(hinge features, 256)를 구비하는 것을 도시하며, HEM 어셈블리가 사용자의 신체 부위에 경제적으로 더 잘 맞도록 한다. 힌지 피쳐 라인(hinge feature lines)은 X 및 Y 방향 모두에서 유연성을 제공하기 위해 그리드 패턴으로 있을 수 있다. 힌지 피쳐 라인은 시트를 세그먼트 시트로 만든다.

사용자(132)의 온도는 열 전도성 타일 상에 장착된 서미스터(182)에 의해 측정되며, 이 서미스터는 사용자의 피부 상에 위치할 수 있다.

유체 블록(252)은 유체(258)를 TEC(180)로 순환시키기 위해 사용된다. 유체 블록은 도 21 및 도 22에 추가로 도시된다. 유체 블럭은 6개의 측면을 갖는 것으로 도시된 확대된 박스를 포함하지만, 다른 형태는 본 개시 내용의 범위 내에 있다. 박스의 뚜껑은 수밀 밀봉을 생성하기 위해 상자의 개방 베이스(open base)벽에 접착된 접착제(260)이다. 기계적 패스너를 사용하여 밀봉할 수도 있다. 튜브 피팅부(226)는 튜브(228)가 부착되는 유체 블록(252)의 대향 측면들로부터 연장된다. 유체 채널의 다른 형태도 사용될 수 있다.

도 23 내지 도 25는 유체 채널 어셈블리가 도 23의 검은 화살표로 도시된 바와 같이 연속 유체 경로(262)를 형성하는 본 발명의 다른 실시예이다. 연속 유체 채널은 RF 용접부(264), 또는 다르게는 TPU를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 재료의 시트를 접합함으로써 형성된다. 동일한 재료로 제조된 입구 및 출구 튜브(228)는 RF 용접(264) 또는 다른 프로세스에 의해 외부 인터페이스에 연결되도록 어셈블리에 결합된다. 재료(266)의 절단은 특히 유체 채널(144) 및 HEM(일반적으로 (104))의 가요성을 증가시키는데 사용될 수도 있다. 유체 채널 내부에서, 동일한 재료로 제조된 스탠드 오프(standoffs, 268)는, 유체 흐름을 유지하고 유체 채널 어셈블리가 구부러질 때 채널 붕괴를 방지하기 위해, RF 용접(264) 또는 다른 방법으로 재료의 내부층에 부착될 수 있다. 도 24는 도 23의 전형적인 유체 채널의 종단면도이다. 플레이트(188)는 패브릭-지지 TPU(fabric-backed TPU)를 포함하지만 이에 한정되지 않는 재료의 2개의 층(270) 사이에 매립된다. 재료의 제1 층은 플레이트가 유체와 직접 접촉하여 열 전달을 증가시키도록 플레이트 바로 아래에 컷아웃(cut outs, 282)을 갖는다. 스탠드 오프(268)는 RF 용접(264) 또는 다른 방식으로 플레이트의 승강 플랫폼(plates' elevated platform, 272)과 반대측 측면상의 재료에 부착될 수 있다. 제 2 재료 시트(270)는 RF 용접(264) 또는 다른 방법을 통해 어셈블리 상에 부착되어 연속 유체 경로(262)를 생성한다. 채널을 흐르는 유체에 직접 접촉하는 플레이트(188)는 접착 촉진 프라이머 코팅(adhesion promoting primer coating)이 있거나 없는 알루미늄 등의 열 전도성 물질로 만들어질 수 있다.

도 25는 도 23에 도시된 바와 같은 전형적인 유체 채널의 횡 단면도이다. 연속 흐름 경로(262)를 형성하고 유체 채널 어셈블리가 구부러진 경우에도 유체가 방해받지 않고 흐를 수 있게 하는 유체 채널 내의 스탠드 오프(268)가 도시되어 있다.

도 26은 재료(270)에 플레이트(188)를 부착하는 방법을 도시한다. 플레이트는 열 압착, RF 용접, (접착 촉진 프라이머를 사용하거나 사용하지 않고) 둘 모두의 조합 또는 다른 방법을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 밀봉 공정에 의해 재료(270) 상에 밀봉될 수 있으며, 이는 이하에서 매립(embedded, 274)이라고 칭해진다. 제2 시트 재료(236)는 RF 용접 264) 또는 다른 방법을 통해 제1 수로 층(water channel layer, 234) 상에 부착되어 밀봉된 연속 흐름 경로(262)를 생성한다.

베이스 시트의 어퍼쳐(apertures)는 채널의 유체가 플레이트의 열 전도성 표면과 직접 접촉할 수 있게한다.

도 27은 도 26의 단일 측 매립과 대조적으로 양면 매립을 도시한다. 플레이트(188)는 두 개의 재료 시트(270) 사이에 매립(274) 된다. 도 28의 실시예에서, 슬롯형 플레이트(276)가 사용된다. 또한, 도 29에 도시된 슬롯(278)은 TPU 또는 다른 열 가소성 재료(280)의 사용을 위해 설계된다. 히트 프레싱(heat pressing) 또는 RF 용접 (또는 이들의 조합)을 사용하여 매립 공정(274)이 완료되면, 슬롯(278)은 용융된 열 가소성 재료(280)가 슬롯을 통해 접합되도록 한다.

도 30의 실시예는 도 27의 재료(270)가 플레이트(188)를 완전히 덮는다는 점을 제외하면 도 27의 실시예와 유사하다. 유체는 플레이트와 직접 접촉하지 않지만 열은 여전히 재료(270)를 통해 전달된다. 이 재료는 얇을 수 있으며(1 mil 내지 10 mil) 열 전달을 증가시키기 위해 열 전도성이 있다.

도 31은 그 상부 표면으로부터 위로 연장되는 핀(fins), 너브(nubs) 또는 돌출부(extrusions)를 포함하지만 이에 제한되지 않는 돌출 형상부(raised features, 284)를 갖는 플레이트(188)를 도시한다. 이들 형상부(284)는 채널 또는 유체 유동 영역(262)이 스탠드 오프(268)와 같이 붕괴하는 것을 방지할 뿐만 아니라 추가적인 열 전달 표면적을 제공한다. 도 32a 내지 도 32e는 대안적인 구성, 주로 직선형(도 32a), 나비형(도 32b), 이중 직선형(도 32c), 이중 컷 v1(도 32d) 및 이중 컷 v2(도 32e)를 도시한다. 스탠드 오프는 유체 채널 어셈블리가 구부러질 때 채널 붕괴를 방지한다. 각각의 스탠드 오프는 RF 용접(264) 또는 다른 방식으로 유체 채널(144)의 내부층에 연결되어 가압 상태에서 유체가 유체 통로 주위로 흐르도록 할 수 있다.

도 33은 가요성 프레임(186)을 타일(184)에 고정하는 서미스터(182) 및/또는 강성 리테이너(rigid retainer, 286)를 유지하는데 사용되는 블라인드 패스너(248)를 갖는 본 발명의 실시예를 도시한다.

도 33의 부착 수단에 대한 다른 실시예가 도 34a 및 도 34b에 도시되어 있다. 이들 2개의 도면을 참조하면, 타일(184)의 얇은 벽 형상(288)은 압축력을 가함으로써 변형될 수 있다. 변형은 서미스터(182) 및/또는 프레임 리테이너(286)를 사로 잡는데 사용될 수 있다. 도 34a는 파쇄력이 가해지기 전의 어셈블리를 도시하고, 도 34b는 후방 힘 적용도를 나타낸다. 도 35는 가요성 프레임(186)이 타일 상에 직접 매립(274)될 수 있음을 나타낸다.

도 36은 가요성 프레임(186)이 에폭시 또는 다른 강성 접착제와 같은 접착제(260)로 타일(184)에 접착되는 리테이너(286)에 의해 타일(184)에 고정될 수 있음을 도시한다. 서미스터(182)는 유사하게 에폭시 또는 열 전도성 접착제(292)와 같은 접착제(260)로 타일(184)에 고정될 수 있다. 도 37은 열 전도성 재료(290)가 타일(184)과 사용자(132) 사이에 배치되는 본 발명의 다른 실시예이다. 열 전도성 재료(290)는 사용자에게 편안함 또는 패딩(padding)을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 다양한 방식 및 두께로 성형될 수 있다. 열 전도성 재료(290)는 실리콘, 발포체, 겔 또는 액체일 수 있다.

도 38은 플레이트(188)에 열 전도성 접착(292)로 본딩된 TEC(180)을 도시하는 HEM 어셈블리의 실시예이다. 습기로 인한 방열 및 응축을 방지하기 위해 발포 절연체(foam insulation, 294)가 TEC(180) 사이에 충전될 수 있다. TEC의 사용자 접촉면은 사용자(132)에게 또는 사용자(132)로부터 열을 전달하는 세그먼트 시트(254)의 연속적인 표면에 접착 결합된다. 서미스터(182)는 세그먼트 시트(254)의 내부면에 부착된다.

도 39의 실시예에서, TEC(180)의 사용자 접촉면은 흑연, 탄소 섬유, 탄소 섬유 메쉬, 탄소 나노 튜브 또는 다른 열 전도성 합성 물질을 포함하지만 이에 한정되지 않는 가요성 열 전도성 물질(296)에 결합된다.

도 40의 실시예에서, TEC(180)는 플레이트(188) 및 타일(184)에 열 전도성 접착제(292)로 결합된다. 플레이트(188)는 재료(270)의 층 중 하나 또는 두 층 사이에 매립(274)된다. 순환 유체(circulating fluid, 258)는 플레이트(188)와 직접 접촉한다. 서미스터(182)는 타일(184)의 내부면에 부착된다. 도 41은 수평 스냅(horizontal snap)을 사용하는 HEM 어셈블리의 다른 실시예이다. 이 어셈블리의 수평 스냅 어셈블리는 도 41에서 조립된 단면으로, 도 42에서 조립된 사시도로, 및 도 43에서 조립 준비 상태로 도시되어 있다. 이들 도면을 참조하면, 수평 스냅 어셈블리는 3개의 구성 요소, 즉 플레이트(188), TEC(180) 및 타일(184)을 포함하는 것으로 도시되어있다. 타일(184) 및 플레이트(188) 상의 스냅 후크(snap hook, 298)는 TEC(180)를 수평으로 놓아 서로 맞물리게 한다. TEC(180)의 각 측면에 열 전도성 페이스트(300)를 도포하여 열 전달을 향상시킬 수 있다.

도 44 내지 도 46은 수직 스냅(vertical snaps)을 사용하는 HEM 어셈블리의 다른 실시예이다. 도 44 내지 도 46의 실시예를 참조하면, 플레이트(188)는 단열 스냅 클립(302)과 결합하는, 아래쪽으로 하강하는 스냅 후크(298)를 갖는다. TEC(180), 타일(184) 및 플레이트(188) 사이의 열 접촉을 보장하기 위해 압축 가능한 열 전도성 물질(304)이 사용될 수 있다.

도 47은 스크류 어태치먼트를 사용하는 HEM 어셈블리의 다른 실시예이다. 비-열 전도성 스크류(306)는 타일(184)의 구멍과, TEC(180)(중앙에 구멍을 갖도록 변형 될 수 있음)를 통과하여 플레이트(188)에 나사 결합된다. TEC(180)과 타일(184), TEC(180)와 플레이트(188) 사이의 열 접촉을 보장하기 위해 압축 가능한 열 전도성 물질(304) 또는 열 전도성 페이스트(300)가 사용될 수 있다. 더 큰 TEC(180)를 갖는 HEM(104)에 대해, 다수의 스크류가 사용될 수 있다.

도 48 내지 도 50은 전기 및 열 절연체(306)를 갖는 스크류 어태치먼트를 사용하는 HEM 어셈블리의 다른 실시예이다. 도 48 내지 도 50의 실시예는 다음과 같은도 38의 실시예와 유사하다. 스크류(214)는 타일(184)의 구멍을 통해 TEC(180) 및 플레이트(188)와 나사 결합된다. TEC(180)와 타일(184), TEC(180)와 플레이트(188) 사이의 열 접촉을 보장하기 위해 압축 가능한 열 전도성 물질(304) 또는 열 전도성 페이스트(300)가 사용될 수 있다. 서미스터(182)가 타일에 장착된다.

차이점은 도 48에서 전기 및 열 절연체(314)에 의해 TEC(180), 타일(184) 및 사용자(132)로부터 스크류가 절연되기 때문에 임의의 재료의 스크류(214)가 사용될 수 있다는 것이다. TEC(180)와 타일 표면(184) 사이의 절연 파괴의 가능성을 최소화하기 위해 TEC(180)의 사용자 측 표면과 타일의 내부 표면 사이에 추가 절연층(308)이 사용될 수 있다. 전기적 절연 재료(308)의 사용은 이 실시예에 한정되지 않고, 본 명세서에 설명된 모든 도면에 사용될 수 있다.

도 51 내지 도 56은 스크류 조립 방법을 사용하는 본 발명의 HEM 어셈블리를 도시한다. 도 51은 3 × 4 어레이의 타일을 도시하는 어셈블리의 저면 사시도이다. 도 52는 HEM 어셈블리의 분해 사시도이다. 이를 참조하면, 유체 채널(144)과 타일 및 가요성 프레임 서브 어셈블리(312) 및 비-열 전도성 스크류(306) 사이에 TEC(180), 열 계면 층(thermal interface layer, 300 또는 304) 및 서미스터 와이어 하니스(thermistor wire harness, 310)가 존재한다. 유체 채널 튜브 및 서미스터 와이어는 HEM 커넥터(198) 내로 삽입되도록 성형된 코스메틱 커버(molded cosmetic cover, 316)를 통해 라우팅된다. 도 53은 도 52의 유체 채널 어셈블리의 저면 사시도이고, 도 52는 유체 채널 어셈블리의 분해 사시도이다.

도 55는 도 52의 타일 및 가요성 프레임 어셈블리(312)의 상면 사시도이고,도 56은 그의 분해 사시도이다. 이를 참조하면, 리테이너(286)는 가요성 프레임(186)을 타일(184)에 부착한다. 타일의 얇은 벽 크러시 포스트(thin-walled crush posts)는 압축력을 가하여 리테이너를 제 위치에 고정시킴으로써 변형될 수 있다.

도 57은 HEM 어셈블리를 제조하는 단계를 도시하는 흐름도이다. 흐름도에는 두 가지 경로가 있다. 즉, 유체 채널 어셈블리와 타일 및 가요성 프레임 조립 경로가 페이지 하단에 함께 표시되며 아래에 설명되어 있다. 도 58은 본 발명의 완성된 제품을 제조하기 위한 단계를 도시하는 흐름도이며, 페이지의 상부에 3개의 경로를 가지며, 하나는 엄빌리컬에 대한 것이고, 하나는 도 57의 HEM 어셈블리로 시작하는 것이고, 하나는 섬유 제품에 대한 것이다. 이 과정은 아래에서 설명된다.

1. 유체 채널 어셈블리

1. 플레이트를 열 전도성 금속 또는 재료로 가공 또는 주조한다.

2. 상세하거나 높은 공차 형상은 사후 가공된다.

3. 표면 거칠기를 증가시키고 접착을 촉진하기 위해 플레이트를 샌드 블라스팅(sandblasted) 할 수 있다.

4. 플레이트를 접착 촉진 프라이머로 코팅한다.

5. 플레이트를 건조시킨다.

6. 임베딩 재료를 레이저 또는 다이 커팅하여 모양을 만든다.

7. 임베딩 재료 및 플레이트를 열 프레스 또는 RF 용접 기계와 같은 삽입 도구에 로딩한다.

8. 구성 요소를 정해진 시간 동안 정확한 온도 및 압력 지속 시간으로 매립시킨다.

9. 매립 채널을 공구에서 제거한다.

10. 스탠드 오프는 다이 커팅이다.

11. 스탠드 오프를 RF 용접 또는 기타 방법으로 레이아웃 도면 당 채널의 보강 재료에 부착한다.

12. 보강 재료의 상부 시트를 히트 프레스하거나 내장 레이어에 RF 용접하여 채널 경로를 형성한다.

13. TPU 튜브를 채널의 입구/출구로 용접한다.

14. 공기 압력으로 유체 채널의 누출 여부를 테스트한다.

2. 타일 및 가요성 프레임 어셈블리

1. 타일을 열 전도성 금속 또는 재료로 가공 또는 주조한다.

2. 상세하거나 높은 공차 형상은 사후 가공된다.

3. 외관을 위해 타일을 샌드 블라스팅 처리한다.

4. 내구성과 외관을 위해 타일을 양극산화 시킬 수 있다.

5. 리테이너를 기계 가공, 레이저 절단 또는 스테인레스 스틸 합금으로 가공한다.

6. 가요성 프레임을 열 성형한다.

7. 형성한 가요성 프레임을 레이저 또는 다이커팅하여 모양을 만든다.

8. 타일 및 리테이너를 PEM 인서트 또는 크러시 포스트를 사용하여 가요성 프레임에 설치한다.

3. 섬유 제품

1. 섬유 패턴은 레이저 또는 다이 커팅이다.

2. 풀 탭(pull tabs)과 그로밋(Pull tabs을 사출 성형한다.

3. 브랜딩 및 로고를 적용한다.

4. 외부 직물층을 결합시킨다.

5. 2 차 스트랩을 직물에 결합시킨다.

6. 공기 주머니와 튜브를 함께 RF 용접한다.

7. 공기 주머니을 섬유 어셈블리에 결합시킨다.

8. 내부 직물층을 결합시킨다.

9. 지퍼를 결합시킨다.

10. 가장자리 바인딩을 적용한다.

11. 섬유 제품은 외관 검사를 거친다.

4. 어셈블리

1. 서미스터를 PEM 인서트 또는 크러시 포스트를 사용하여 타일에 부착한다.

2. 서미스터 하네스(thermistors harness)를 라우팅한다.

3. 열 전달 층을 판 및 타일 플랫폼 표면에 도포한다.

4. TEC를 플레이트 상에 위치시킨다.

5. 타일 및 가요성 프레임 어셈블리를 TEC 상단에 배치한다.

6. 스크류 절연체를 타일의 관통 구멍에 설치한다.

7. 타일을 판에 나사 결합한다.

8. 스크류를 절연 캡 또는 포팅 컴파운드(potting compound)로 덮는다.

9. 튜브 및 와이어를 엄빌리컬 슬리브 재료 및 튜브 배출구를 통해 전달한다.

10. 튜브 배출구를 유체 채널/타일 및 가요성 프레임의 가장자리에 정렬하여튜브 RF 영역 및 가시적인 배선을 숨긴다.

11. 신속 분리 커넥터를 유체 채널 튜브에 부착한다

12. 써미스터 하네스를 HEM PCB에 연결한다.

13. HEM PCB 및 TEC 전원 케이블를 전기 커넥터에 납땜한다.

14. 통과식 공기 피팅부(pass-thru air fittings)를 조립한다.

15. HEM 커넥터 하우징을 조립하여 전기, 유체 및 공기 커넥터를 사로 잡는다.

16. 유체 채널, 타일 및 가요성 프레임 및 튜브 배출구의 모서리가 어셈블리를 마무리 해야한다.

17. HEM은 최종 검사 및 시험을 거친다.

5. 마무리

1. 완성된 HEM을 섬유 제품 안에 위치시킨다.

2. 공기 주머니를 HEM 커넥터의 공기 흡입구에 연결한다.

3. HEM을 유체 및 항균 첨가제로 채운다.

4. HEM을 운송을 위해 포장한다.

도 59a-59g는 몸의 상이한 영역에서 사용되는 HEM에 대한 인간 공학을 개선하는데 사용될 수 있는 다양한 타일 형태를 도시한다. 도시된 바와 같이, 타일(184)은 예를 들어 정사각형이거나 챔퍼처리된 모서리(chamfered edge)를 가질 수 있다. 타일은 또한 곡률(curvature, 318) 또는 평평한 방향으로 도시된 바와 같이 만곡될 수 있다. 스크류를 사용하는 어셈블리 실시예에 있어서, 관통 구멍(320)은 타일(184)의 중심에 형성된다. 당업자는 본 명세서에 기재된 방법을 사용하여 임의의 형상이 달성될 수 있음을 이해할 것이다. 바람직한 목적은 당업자가 필요한 최상의 형상을 결정하도록 동기를 부여할 것이다.

도 60은 절연 스크류(306) 조립 방법을 사용하는 만곡된 타일의 단면을 도시한다. TEC(180) 및 서미스터(182)와 접촉하는 타일(184)의 영역은 편평하다. 재료의 두께를 최소화하기 위해 모든 주변 영역에서 재료가 제거된다. 타일의 곡률은 사용자의 피부 표면(322)의 만곡부와 일치한다. 도 61은 등의 섬유 제품에 삽입된 본 발명의 HEM의 도면이다.

도 62는 무릎용 섬유 제품에 삽입된 본 발명의 HEM의 도면이다.

도 63은 어깨용 섬유 제품에 삽입된 삽입 된 본 발명의 HEM의 도면이다.

도 64는 발목용 섬유 제품에 삽입된 본 발명의 HEM의 도면이다.

도 65는 섬유 제품 유틸리티 패드(soft good utility pad)에 삽입된 본 발명의 HEM의 다이어그램이다. 도 66은 다른 구성 요소에 대한 공기 주머니(176)를 도시하는 섬유 제품(이 경우에는 유틸리티 HEM) 내에 함유된 공기 주머니의 분해도를 도시한다. 공기 주머니는 HEM(104)을 함유하는 제1 섬유 제품 층(192)과 제2 섬유 제품 층(192) 사이에 위치한 독립형 구성 요소이다. 두 개의 섬유 제품 층은 함께 꿰매질 수 있다. 도 67은 HEM(104) 어셈블리(이 경우에는 유틸리티 HEM) 내에 포함된 공기 주머니(176)의 분해도를 도시한다. 이 실시예에서, 공기 주머니(176)는 HEM 그 자체의 일부이다. 현재의 방법은 기존의 유체 채널(144)에 RF 용접 또는 다른 방식으로 결합된 다른 재료 층(270)이다.

도 68a-i는 가상 현실, 카 시트 온도 제어 및 전신 냉각과 같은 기술의 상이한 분야를 도시하며, 이하에서 더 설명된다. 도 68a는 사용자(132)에 의해 착용되는 온도 조절 수트(334)의 정면 및 배면도를 도시한다. 도시 된 바와 같이, 온도 제어 수트(334)는 단일 재료(또는 서로 연결될 수도 있고 연결되지 않을 수도 있는 셔츠 및 바지와 같은 다수의 부분)일 수 있다. 복수의 HEM(104)이 수트에 내장되거나 부착된다. 바람직한 HEM 구성은 본 명세서의 도 5에 예시되어있다. 각각의 HEM(104)은 TEC(116)의 어레이를 포함하는 것으로 도시되어있다. 이 도면에서, 각 모듈은 TEC(116)의 3 × 4 어레이를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 더 많거나 적을지라도 1개가 사용될 수 있다. 모듈은 유체 및 전기 연결을 포함하는 선으로 연결된다. 모듈은 개별적으로 제어되거나 함께 제어될 수 있다. 도 68b는 도 68a의 실시예에 대한 대안을 도시한다. 이 실시예는 이격된 위치에서 셔츠에 포함된 상호 연결된 HEM(104)을 갖는 셔츠를 포함한다. 그 후, 이들 HEM(104)은 원격 무선 유닛(328)으로부터 제어되어 사람이 자유롭게 움직일 수 있게 한다.

도 68c는 HEM 헬멧(HEM helmet, 330)에 내장된 TEC 어레이(116)를 도시한다. 헬멧(330)은 엄빌리컬(102)에 의해 제어 유닛(100)에 물리적으로 연결된다. 이 실시예의 용도의 예로는 탈모와 같은 화학 요법 및 뇌졸중 치료의 부작용을 방지하기 위해 환자가 의학적으로 사용하는 것을 포함한다. TEC 어레이(116)는 HEM 헬멧(330) 내의 임의의 배열로 구성될 수 있다.

도 68d는 HEM 체어(HEM chair, 332)로 이루어진 실시예를 도시한다.이 실시예에서의 HEM(104)은 3개의 다른 구역(a, b 및 c)에 배열된다. 각 구역은 제어 유닛(100)에 의해 개별적으로 제어된다. 따라서, 각각의 구역 내의 온도는 개별적으로 그리고 별도로 제어될 수 있다. 예를 들어 사용자(또는 제조업체)는 영역 b가 영역 a보다 차갑고 영역 c가 영역 a보다 따뜻하기를 원할 수 있다. HEM 체어(332)는 단일 구역 또는 다중 구역을 갖도록 제조될 수 있고, HEM(104)은 임의의 배열로 구성 될 수 있다.

도 68e는 자동차에 사용되는 HEM 체어(332)를 도시한다. HEM(104)은 자동차 시트에 내장되거나 제조 후 추가된다. 도 68d와 유사하게, HEM(104)은 개별 구역으로 구성될 수 있다. 도 68f는 경주용 자동차 및 군용 차량을 포함하지만 이에 한정되지 않는 고온 환경에서 사용하기 위한 온도 제어 수트(334)를 도시하는 도 68a의 실시예의 변형 예이다. 온도 제어 수트(334)는 HEM(104)의 어레이를 포함하고 사용자(132)에 의해 착용될 수 있다. HEM 시스템은 제어 유닛(100)에 작동 가능하게 연결된다. 제어 유닛(100)은 원격 제어될 수 있다.

도 68g는 HEM(104)에 의해 온도 제어를 제공할 수 있는 광범위한 적용 예를 도시한다. 여기에 침대 실시예(336), 들것 실시예 (338) 및 목 보호대 실시예(340)가 도시되어 있다.

도 68h는 단일 사용자(132) 상에 사용되는 2개의 HEM(104)을 갖는 실시예를 도시한다. 하나의 HEM(104)은 사용자(132)의 다리 상에 있고, 다른 HEM(104)은 사용자(132)의 팔 위에 있다. 각각은 단일 제어 유닛(100)에 연결되어 작동된다. 이는 그래프(342)에 도시된 바와 같이 다리와 팔에 상이한 온도가 가해질 수 있게 한다.

도 68i는 VR 시스템의 일부로서 사용되는 HEM(104)을 도시한다. 이는 차가움 또는 열의 상이한 버스트(bursts)가 신체상의 상이한 위치에서 사용자(132)에게 가해지는 것을 허용한다. 이는 온도 제어 수트(334)로서 또는 조끼 또는 다른 섬유 제품을 통해 적용될 수 있다.

도 69는 2개의 HEM(104)이 컨테이너에 부착된 본 발명의 일 실시예의 액체 컨테이너0(326), 이 경우 케그(keg)를 도시한다.

즉, 본 발명의 또 다른 실시예는 케그의 금속재, 전형적으로 알루미늄의 장점을 취하는 것이다. 통상적인 크기의 케그에 대해, 실시예는 케그의 다양한 높이에서 벨트(326)로서 HEM 형상을 감쌀 때 사용될 수 있다. 현재의 실시예에서, 8개의 TEC 어레이(116)로 구성된 2개의 벨트는 케그에 단단히 부착된다. 타일(184)은 케그와 직접 접촉하고 동일한 곡률을 갖는다. 도면에 도시되지 않은 것은 전체 컨테이너를 덮고 케그 표면에 대해 벨트를 조일 수 있는 섬유 제품 랩(soft good wrap, 192)이다. 다른 도전성 재료를 사용하여 상이한 개수의 TEC를 갖는, 2개 보다 많거나 적은, 또는 TEC보다 작거나 큰, 다양한 크기의 케그에 맞추어진 다른 실시예는 모두이 실시예의 부가적인 변형예이다.

더 작고 가벼운 휴대용 버전의 보다 큰 이동성을 허용하는 장치가 도 70에 도시되어 있다.

I. 섬유 제품

본 발명의 또 다른 실시예로서, 본 발명은 섬유 제품을 포함한다. 본 개시 내용의 목적 상, "섬유 제품(soft good)"는 의류, 직물 및 침구류를 포함하지만 이에 한정되지 않는 직물 제품에 의해 대표되는 비내구성 제품(nondurable goods)의 서브 클래스를 의미한다.

당업자라면, 섬유 제품이 기계 가공 또는 수작업으로 세탁 가능하고, 나일론, 폴리에스테르, 코튼, 린넨, 탄성 중합체, 네오프렌, 열가소성 폴리 우레탄 (TPU), 열가소성 엘라스토머 (TPE) 및 ISO 10993에 따른 모든 생체 적합성 소재를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 물질로 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 가 포함된다.

당업자는 본 개시 내용의 HEM이 표면 접촉을 최대화하는 방식으로 사용자의 신체에 따를 수 있도록 본 개시 내용의 섬유 제품이 조정 가능할 것이라는 것을 이해할 것이다. 예를 들어 도 59를 참조하면, 사용자 신체에 부합하는 타일 형상의 여러 실시예가 도시되어 있다. 또한, 섬유 제품은 사용자의 피부와 모든 가열 및 냉각 표면 영역 사이에 생체 적합 물질을 가질 것이다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 섬유 제품은 다음의 두 갈래의 제조 단계를 포함한다. 첫째, 우수한 연질 재료는 당업계에 공지된 방법(예를 들어, 레이저, 다이 컷(die cut) 등)을 사용하여 특정 규격에 맞게 절단된다. 둘째, 공기 주머니의 내측 및 외측 층은 당업계에 공지된 방법 (예를 들어, 초음파 용접, 열 음파 결합 등)을 사용하여 용접된다. 셋째, 에어 튜브는 당 업계에 공지된 방법을 사용하여 용접된다. 넷째, 공기 주머니가 연결된다. 다섯째, 섬유 제품의 안감이 합쳐진다. 여섯째, 섬유 제품에 지퍼가 결합된다. 일곱 번째, 에지 바인딩(edge binding)이 당업계에 공지된 방법을 사용하여 적용된다.

동시에, 섬유 제품을 위한 툴링(tooling)을 제조하는 첫 번째 단계는 당업계에 공지된 방법을 사용하여 이루어진다. 둘째, 풀 탭(pull tabs) 및 그로밋(grommets)은 당 업계에 공지된 방법을 사용하여 주입된다. 셋째로, 브랜딩/로고가 당업계에 공지된 방법을 사용하여 적용된다. 넷째, 보조 스트랩이 결합된다. 다섯째, 공기 주머니가 연결된다. 여섯째, 섬유 제품의 내부 원단이 결합된다. 일곱째, 섬유 제품에 지퍼가 결합된다. 여덟 번째로, 에지 바인딩(edge binding)이 당업계에 공지된 방법을 사용하여 적용된다. 일반적으로 외관 검사의 최종 단계는 섬유 제품 사양의 적합성을 검증하기 위해 (비록 요구되지는 않지만) 선호될 것이라는 것을 이해할 것이다. 본 개시 내용의 섬유 제품을 만들기 위한 두 갈래의 공정의 개략도가 도 58에 도시되어 있다. 개시 내용의 섬유 제품에 대한 설계에 따라 단계가 선택적이거나 추가될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.

일 실시예에서, 본 발명의 HEM은 섬유 제품 내부에 배치된다.

또 다른 실시예에서, HEM은 섬유 제품에 통합된다.

또 다른 실시예에서, HEM은 사용자의 몸대해 정확하고 반복 가능한 정렬이 유지되도록 섬유 제품 내부에 장착된다.

당업자는 본 개시 내용의 HEM 장치가 특정 섬유 제품으로부터 제거될 수 있음을 이해할 것이다.

제거 가능성은 의도된 목적에 부합하도록 HEM을 교체하거나 개조할 수 있게하며 섬유 제품을 세척 할 수 있게 한다. 또한 TEC, 타일 및 가요성 프레임 및 유체 채널의 전체 하위 어셈블리를 섬유 제품 내에 패키징 할 수 있다. 섬유 제품은 사용자와 타일, 벨크로 스트랩(Velcro straps) 및/또는 사용자의 신체에 장치를 부착하는데 필요한 요소와 압력을 조절하기 위한 공기 주머니 사이의 안락층(comfort layer) 역할을하는 생체 적합성 재료를 제공한다.

A. 섬유 제품 백 랩(Back Wrap Back Wrap)

본 발명의 또 다른 실시예에서, 섬유 제품은 사용자의 등에 사용되는 랩 (wrap)을 형성한다. 요통(back pain)은 등 아래 부분에서 발생한다는 것을 일반적으로 이해될 것이다. 그러나 등 부위의 다른 부분에 통증이 있을 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 사람의 등에서 본 개시 내용의 HEM을 사용하여 통증 및 염증을 관리하는 방법을 포함한다. 본 개시 내용의 HEM(들)이 사용자 등 근육 그룹 및 사용자 인체 측정학적 데이터의 조합을 사용하여 섬유 제품에 최적의 패턴으로 배치된다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 이는, 각 사용자의 키, 몸무게, 둘레 등이 다르기 때문에 중요하다. 그러나, 당업자는 사용자의 수용 가능한 신체 크기의 범위 내에서 본 개시의 HEM을 이해하고 가능하게 할 것이다. 본 발명의 HEM을 사용하면, 섬유 제품은 사용자의 자연스러운 곡률을 따르게된다.

당업자는 하나의 크기에 맞는 접근법이 설계될 수 있음을 이해할 것이다; 그러나, 본 발명은 더 크거나 더 작은 개인들을 설명하기위한 사이징 스키마(sizing schema)를 포함하고 고려한다. 본 발명의 백 랩(back wrap)의 실시예가 도 61에 도시되어 있다. 백 랩은 당업계에 공지된 벨크로(Velcro) 또는 다른 패스너와 같은 조임쇠를 통해 사용자의 등 뒤에 끼워지고 고정되는 것으로 이해될 것이다. 당업자는 본 발명의 선택적 실시예가 사용자의 등 및 HEM 사이에 위치하여 HEM 표면 영역의 접촉을 최적화하는데 사용되는 공기 주머니(air bladder)의 사용을 포함한다는 것을 이해할 것이다.

B. 섬유 제품 니 랩(Soft Good Knee Wrap)

본 발명의 또 다른 실시예에서, 섬유 제품은 사용자의 무릎에 사용되는 랩(wrap)을 형성한다. 일반적으로 인간의 무릎 통증 관리는 인간 무릎의 독특한 만곡부와 관절과 관련된 문제를 제기하는 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는 사람의 무릎에 본 발명의 HEM을 사용하여 통증 및 염증을 관리하는 방법을 포함한다. Suprapatella Bursa, LCL, Patella Tendon, MCL, Gastronemius, 및 Bicep Femorus 등의 영역에서 냉각 구역을 확립하기 위해 본 발명의 HEM(들)이 최적의 패턴으로 섬유 제품에 배치된다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 이는, 각 사용자의 키, 몸무게, 둘레 등이 다르기 때문에 중요하다.

그러나, 당업자는 사용자의 수용 가능한 신체 크기의 범위 내에서 본 개시의 HEM을 이해하고 가능하게 할 것이다.

본 발명의 HEM을 사용하여, 섬유 제품은 사람의 무릎의 자연적인 이종 사이징(natural disparate sizing)과 일치할 것이다. 당업자는 하나의 크기에 맞는 접근법이 설계될 수 있음을 이해할 것이다; 그러나, 본 발명은 더 크거나 더 작은 개인들을 설명하기위한 사이징 스키마를 포함하고 고려한다. 이것은 개인의 무릎 둘레가 0-8cm의 범위를 가질 수 있기 때문에 특히 그렇다. 본 발명의 백 랩의 실시예가 도 62에 도시되어 있다. 백 랩은 당업계에 공지된 벨크로(Velcro) 또는 다른 패스너 와 같은 조임쇠를 통해 사용자의 등 뒤에 끼워지고 고정되는 것으로 이해될 것이다. 당업자는 본 발명의 선택적 실시예가 사용자의 등 및 HEM 사이에 위치하여 HEM 표면 영역의 접촉을 최적화하는데 사용되는 공기 주머니의 사용을 포함한다는 것을 이해할 것이다.

C. 섬유 제품 숄더 랩(Soft Good Shoulder Wrap)

본 발명의 또 다른 실시예에서, 섬유 제품은 사용자의 어깨에 사용되는 랩(wrap)을 형성한다. 일반적으로 인간의 어깨 통증 관리는 어깨의 복잡한 형상을 고려할 때 어려움을 야기한다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 당업자는 대체 HEM 타일이 바람직함을 인식할 것이다. 바람직한 실시예에서, HEM은 본 발명의 잘린 타일 및 본 발명의 구형 타일을 이용한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 사람의 어깨에 본 발명의 HEM을 사용하여 통증 및 염증을 관리하는 방법을 포함한다. 본 발명의 HEM(들)은 Trapezius, Rear Deltoid, Pectoralis Major, 및 Anterior Deltoid의 영역에서 냉각 구역을 확립하기 위한 최적의 패턴으로 섬유 제품에 배치된다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 이것은 각 사용자가 신장, 체중, 둘레 등에서 다를 수 있기 때문에 중요하다. 그러나, 당업자는 사용자의 수용 가능한 신체 크기 범위 내에서 본 개시 내용의 HEM을 사용할 수 있을 것이다. 본 발명의 HEM을 사용하여, 섬유 제품은 사람의 어깨의 자연적인 이종 사이징에 따르게된다. 당업자는 하나의 크기에 맞는 접근법이 설계될 수 있음을 이해할 것이다; 그러나, 본 발명은 더 크거나 더 작은 개인들을 설명하기위한 사이징 스키마를 포함하고 고려한다.

본 발명의 숄더 랩의 실시예가 도 63에 도시되어 있다. 숄더 랩은 흉부 스트랩 또는 양방향 암 스트랩 또는 당업계에 공지된 다른 패스너와 같은 조임쇠를 통해 사용자의 어깨 주위에 끼워지고 고정되는 것으로 이해될 것이다. 당업자는 본 발명의 선택적 실시예가 사용자의 어깨와 HEM 사이에 위치하여 HEM 표면 영역의 접촉을 최적화하는데 사용되는 공기 주머니의 사용을 포함한다는 것을 이해할 것이다. 이는 인간의 어깨의 복잡한 형상을 고려할 때 특히 중요하다.

D. 섬유 제품 앵클 랩(Soft Good Ankle Wrap)

본 발명의 또 다른 실시예에서, 섬유 제품은 사용자의 발목에 사용되는 랩(wrap)을 형성한다. 발목에서 발생할 수있는 다수의 상해를 감안할 때 인간의 발목 통증 관리가 문제점을 제시한다는 것이 일반적으로 이해될 것이다. 가장 흔한 부상은 염좌이며, 특히 내번 염좌(inversion sprain)이다. 그러나, 당업자는 발목의 팽창 및 염증뿐만 아니라 외반 및 높은 발목 염좌를 관리하기 위해 본 개시의 HEM이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 사람 발목에 본 개시 내용의 HEM을 사용하여 통증 및 염증을 관리하는 방법을 포함한다. 본 개시 내용의 HEM(들)이 복사뼈 구역 (발목 상단 염좌) 및 중족부(내번 및 외번과 같은 일반적인 염좌)에 냉각 구역을 확립하기 위한 최적의 패턴으로 섬유 제품에 배치된다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 이는, 각 사용자의 키, 몸무게, 둘레, 발목의 부종이 다를 수 있으므로 중요하다. 그러나, 당업자는 사용자의 수용 가능한 신체 크기의 범위 내에서 본 개시 내용의 HEM을 이해하고 가능하게 할 것이다.

본 발명의 HEM을 사용하여, 섬유 제품은 사람 발목의 자연적인 이종 사이징(natural disparate sizing)에 부합할 것이다. 당업자는 하나의 크기에 맞는 접근법이 설계될 수 있음을 이해할 것이다; 그러나, 본 발명은 더 크거나 더 작은 개인들을 설명하기 위한 사이징 스키마를 포함하고 고려한다. 본 개시 내용의 앵클 랩의 실시예가 도 64에 도시되어 있다. 앵클 랩은 벨크로 패스너 또는 당업계에 공지된 다른 패스너와 같은 조임쇠를 통해 사용자의 발목 주위에 끼워지고 고정되는 것으로 이해될 것이다. 당업자는 본 개시 내용의 선택적인 실시예가 사용자의 발목과 HEM 사이에 위치하여 HEM 표면 영역의 접촉을 최적화하는데 사용되는 공기 주머니의 사용을 포함한다는 것을 이해할 것이다. 발목 형상 및 이동성이 중요하다는 사실을 고려할 때, 발목 HEM의 몇몇 실시예가 본 개시 내용에서 고려된다.

E. 섬유 제품 유틸리티 패드(Soft Good Utility Pad)

본 발명의 또 다른 실시예에서, 섬유 제품은 일반 유틸리티 패드의 형태로 다시 사용자의 신체 부위에 착용 할 수있는 HEM을 둘러싸는 랩(wrap)을 형성한다. 상기 유틸리티 패드는 본 발명의 HEM이 각각의 랩을 위한 섬유 제품과 밀접하게 접촉되는 선행 실시예에서와 같이 특별히 윤곽이 잡히지 않을 수 있는 영역에서 사용자의 신체상에 사용될 수 있게 한다. 당업자는 하나의 크기에 맞는 접근법이 설계 될 수 있음을 이해할 것이다; 그러나, 본 발명은 더 크거나 더 작은 개인들을 설명하기위한 사이징 스키마를 포함하고 고려한다.

본 발명의 유틸리티 패드의 일 실시예가 도 65에 도시되어 있다. 유틸리티 패드는 벨크로 패스너 또는 당 업계에 공지된 다른 패스너와 같은 조임쇠를 통해 사용자 주위에 끼워지고 고정되는 것으로 이해될 것이다. 유틸리티 패드의 예로 머리(크라이오 패드(cryo pad)), 조끼, C-T 척추 랩, 손, 손목, 엉덩이, 사타구니, 총 다리 및 하반부에 착용하는 HEM이 있다.

F. 섬유 제품 착용 가능한 수트 (Soft Good Wearable Suit)

본 발명의 또 다른 실시예에서, 섬유 제품은 경우에 따라 HEM 또는 복수의 HEM을 둘러싸는 바디 수트(bodysuit)를 형성한다. HEM의 개수는 의도된 목적에 대해 기능적이라는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 당업자는 본 개시 내용의 시스템 요구 사항을 사용하여 다수의 HEM을 이해하고 실현할 수 있을 것이다(도 68a 및도 68b 참조). 본 발명의 바디 수트는 다수의 소비자 및 산업적 용도로 사용될 수 있으며, 그 일부 실시예는 본 명세서에서 설명된다. 당업자는 하나의 크기에 맞는 접근법이 설계될 수 있음을 이해할 것이다; 그러나, 본 발명은 더 크거나 더 작은 개인들을 설명하기 위한 사이징 스키마를 포함하고 고려한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 바디 수트는 도 68a,도 68b,도 68h 및도 68i에 도시되어 있다. 상기 바디 수트는 벨크로 패스너 또는 당업계에 공지된 다른 파스너와 같은 조임쇠를 통해 사용자 주위에 끼워지고 고정되는 것으로 이해될 것이다.

II. 공기 주머니

다른 실시예에서, 경우에 따라 HEM 및/또는 섬유 제품은 공기 주머니를 포함한다. 일반적으로, 공기 주머니는 공기 주머니 내에 포함되고, 직물 재료 층에 의해 기계적 서브 어셈블리로부터 분리된다(도 5 참조). 주머니 내부의 공기 압력은 사용자 몸에 대한 HEM의 압력을 제어하기 위해 변경될 수 있다. 공기 압력은 엄빌리컬 커넥터 내부의 펌프(도 2 참조) 또는 선택적으로 본 개시 내용의 HEM 내의 다른 영역에 위치한 펌프(도 67 참조)에 의해 제어된다.

도 67은 사용자의 피부 또는 신체와 접촉하도록 유체 채널 어셈블리(144) 상에 위치된 공기 주머니(176)를 도시한다. 대안으로, 공기 주머니는 내측 및 외측 층의 신체 부위들과 포켓의 대향 측부 사이에 위치될 수 있고, 따라서 포켓 내에 모듈을 위치시킬 수 있다. 공기 주머니에서 나온 튜브는 외층의 구멍을 통해 나간다. 공기 팽창 밸브는 튜빙의 단부에 위치하여 섬유 제품 랩의 외부에 위치한다. 랩을 장착한 상태에서 주머니는 벌브(bulb)를 조여 원하는 크기/압력으로 팽창시킬 수 있으며, 따라서 모듈을 신체 부위에 압축하여 성능을 개선할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, HEM 장치는 공기 주머니 내부의 공기압을 0 psi 내지 3 psi의 범위로 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, HEM 장치는 공기 주머니 내의 공기압을 1 psi 내지 3 psi의 범위로 포함할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시예에서, HEM 장치는 최대 2 psi의 압축력을 발생시킬 수 있는 공기 주머니를 포함해야 한다. 당업자는 공기 주머니가 HEM과의 공기 흐름을 위한 HEM 커넥터로부터 공기 주머니까지의 적어도 하나의 계면을 포함할 것이라는 것을 이해할 것이다. 공기 호스는 섬유 제품 내부의 공기 주머니를 HEM 커넥터의 사용자 접근 가능 피팅부(user-accessible fitting)에 연결한다. 또한, HEM 어셈블리를 섬유 제품으로부터 제거할 때 공기 호스가 수동으로 분리되어야 한다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

III. 소비자/ 산업재 /용도

본 발명의 또 다른 실시예에서, 섬유 제품은 경우에 따라 HEM 또는 복수의 HEM을 둘러싸는 바디 수트/소비재를 형성한다. HEM의 개수는 의도된 목적에 대해 기능적이라는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 당업자는 본 개시 내용의 시스템 요구 사항을 사용하여 복수의 HEM을 이해하고 실현할 수 있을 것이다(도 2 및 도 5 및 도 68a 내지 도 68i 참조). 본 발명의 바디 수트/소비재는 소비자 및 산업 침구, 온도 조절 컨테이너/베셀, 가구, 헤드 웨어(headwear), 헤드 기어(headgear), 온도 조절 승객석, 소비자 착용 가능한 기술, 게임, 응급 처치, 의학적 치료 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 소비자 및 산업 용도로 사용될 수 있다. 당업자는 하나의 크기에 맞는 접근법이 설계될 수 있음을 이해할 것이다; 그러나, 본 발명은 더 크거나 더 작은 개인들을 설명하기 위한 사이징 스키마를 포함하고 고려한다.

A. 헤드 웨어

일 실시예에서, 본 발명의 실시예는 헬멧 또는 모자 착용 장치를 통해 헤드 웨어로 사용될 수 있다. 사용자는 원하는 온도가 달성될 수 있도록 본 개시 내용의 시스템(들)을 사용하여 온도를 조절할 수 있다. 본 발명의 헤드 웨어의 비 제한적인 용도는 암 환자가 화학 요법의 부작용을 감소시키거나 제거하기 위한 치료와 같은 의학적 치료, 가상 현실과 같은 게임 기술 등을 포함한다. 본 발명의 헤드 웨어의 일 실시예가 도 68c에 도시되어 있다.

B. 가구

하나의 용도에 있어서, 본 발명의 실시예는 의자, 소파 등을 통해 가구로 사용될 수 있다. 사용자는 원하는 온도가 달성될 수 있도록 본 개시의 시스템(들)을 사용하여 온도를 조절할 수 있다. 본 발명의 가구의 비 제한적인 용도는 의학적 치료, 가상 현실과 같은 게임 기술, 자동차의 승객석, 자동차 경주용 드라이빙 시트, 보트, 조종석 승객석, 수술용 침구, 병원 회복실 침구, 천재 지변 침구, 캠핑 장비(침낭) 등을 포함한다. 본 발명의 가구의 실시예의 비 제한적인 예가 도 68d, 68e, 68f 및 68g에 도시되어 있다.

C. 게임 시스템/ 가상 현실(VR)

하나의 용도에 있어서, 본 발명의 실시예는 게임용 VR 시스템 구성 요소로서 사용될 수 있다. 시스템은 본 개시의 시스템(들)을 사용하여 자동적으로 온도를 조절할 수 있으며, 이에 따라 원하는 온도가 게임 진행 중에 달성될 수 있다. 본 발명의 가구의 실시예의 비 제한적인 예가 도 68i에 도시되어 있다.

D. 온도 제어 컨테이너(들)/ 베셀

일 실시예에서, 본 발명의 실시예는 액체를 냉각시키기 위한 온도 제어 컨테이너/베셀로서 사용될 수 있다. 사용자는 원하는 온도가 달성될 수 있도록 본 개시의 시스템(들)을 사용하여 온도를 조절할 수 있다. 본 발명의 온도 제어 컨테이너/베셀의 비 제한적인 용도는 케그, 냉각기, 의료 수송 냉각기, 식품 운반 컨테이너, 온도 조절 화물 및 화물 컨테이너 등을 포함한다. 본 발명의 온도 제어 컨테이너/베셀의 실시예의 비 제한적인 예가 도 69에 도시되어 있다.

IV. 키트 /제조품

입력/출력 시스템에서 사용하기 위한 키트는 본 발명의 범위 내에 있다. 이러한 키트는 박스, 수축 랩 등과 같은 하나 이상의 컨테이너를 수용하도록 구획된 캐리어, 패키지 또는 컨테이너를 포함할 수 있으며, 각각의 컨테이너(들)는 본원에 기재된 용도와 같은 사용을 위한 지침을 포함하는 프로그램 또는 인서트와 함께 본 방법에 사용될 개별 요소 중 하나를 포함한다. 본 발명의 키트는 전형적으로 전술한 컨테이너, 및 상업적 및 사용자 입장에서 바람직한 물질, 사용을 위한 내용 및/또는 지침을 기재한 프로그램 및 사용 지침을 갖는 패키지 인서트을 포함하는 그와 관련된 하나 이상의 다른 컨테이너를 포함할 것이다. 방향 및/또는 기타 정보는 키트와 함께 포함된 또는 키트에 포함된 인서트(들)에 포함될 수도 있다. 용어 "키트"와 "제조품"은 동의어로 사용될 수 있다.

제조품은 전형적으로 적어도 하나의 용기 및 적어도 하나의 프로그램을 포함한다. 용기는 유리, 금속 또는 플라스틱과 같은 다양한 재료로 형성될 수 있다.

A. 콘솔을 포함하는 섬유 제품

본 발명의 또 다른 실시 예에서, 섬유 제품은 배낭, 서류 가방, 의복 케이스, 휴대 케이스 및/또는 당업계에 공지된 다른 패킹 모달 형태(packing modality)로 사용자의 등에 운반되거나 웜(worm)될 수 있는 본 발명의 콘솔(도 70 참조)을 둘러싸는 랩(wrap)을 형성한다. 섬유 제품을 포함하는 콘솔의 바람직한 목적은 시스템 이동성을 제공한다. 콘솔을 포함하는 섬유 제품은 본 개시의 콘솔이 각각의 랩을 위한 섬유 제품과 밀접한 접촉하에 운반되도록한다(도 61 내지 도 65 참조).

본 개시 내용의 일 실시예에서, 본 개시 내용의 콘솔을 포함하는 섬유 제품은 통증 관리 치료 및/또는 의학적 치료를 관리하는 기술자/의료서비스 제공 업체가 착용한다. 또 다른 실시예에서, 본 발명의 콘솔을 포함하는 섬유 제품은 사용자(환자, 운동 선수 등)가 착용한다. 당업자는 하나의 크기에 맞는 접근법이 설계될 수 있음을 이해할 것이다; 그러나, 본 발명은 더 크거나 더 작은 개인들을 설명하기 위한 사이징 스키마를 포함하고 고려한다.

본 발명의 제어 유닛(100)을 포함하는 섬유 제품의 실시예가 도 70에 도시되어 있다. 본 발명의 콘솔을 포함하는 섬유 제품은 당업계에 공지된 벨크로 패스너 또는 다른 패스너와 같은 조임쇠를 통해 사용자 주위에 끼워지고 고정되는 것으로 이해될 것이다. 이는 더 작고 가벼운 휴대용 버전으로 이동성을 높여준다.

실시예

본 개시 내용의 다양한 측면은 이하의 몇몇 실 예에 의해 추가로 기재되고 설명되며, 이들 중 어느 것도 본 개시 내용의 범위를 제한하려는 것은 아니다.

실시예 X

섬유 제품의 제조 방법

전술한 바와 같이, 본 개시 내용은 본 개시 내용의 HEM을 포함하는 섬유 제품의 제조를 고려한다.

본 개시 내용의 섬유 제품의 제조 방법은 다음의 단계를 포함한다: (i) 당업계에 공지된 방법(예를 들어, 레이저, 다이컷 등)을 사용하여 특정 사양에 맞도록 섬유 제품을 절단한다. 전술된 바와 같이, 사양은 등(도 61), 무릎(도 62), 발목(도 64) 및 어깨(도 63) 뿐만 아니라 바디 슈트(도 68a, 68b 및 68h)와 같은 다른 소비자/산업용 제품, 베셀(도 69) 등과 같이 임의의 개별 신체 부분에 맞도록 형성될 수 있다; (ii) 당업계에 공지된 방법(예를 들어, 초음파 용접, 열초음파 접합 등)을 사용하여 튜브를 내부층에 용접한다; (iii) 당업계에 공지된 전술한 방법을 사용하여 공기 주머니를 외부층에 용접한다; (iv) 풀 탭을 부착한다; 및 (vi) 내부층과 외부층을 당업계에 공지된 방법을 사용하여 함께 연결한다.

본 개시 내용의 섬유 제품을 제조하기 위한 방법의 개요도가 도 58에 도시되어 있다.

상기 묘사가 많은 세부사항을 포함하더라도, 이들은 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않으며 단지 본 발명의 바람직한 구체예의 일부를 설명하는 것으로 해석되어야 한다. 그러므로 본 발명의 범위는 기술분야의 숙련자에게 자명한 다른 구체예를 모두 포함하며, 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 외에 어떤 것에 의해서도 제한되지 않고, 단수 형태의 요소는 명백하게 기술되어 있지 않는 한, "하나 및 하나만"을 의미하지 않고, "하나 이상"을 의미할 것이다. 기술분야의 숙련자에게 공지된 상술한 바람직한 구체예의 요소에 대한 모든 구조적, 화학적, 및 기능적인 동등물은 참조에 의해 여기에 통합되고 본 청구항에 의해 포함되는 것으로 예정된다. 게다가 본 개시 내용의 요소, 구성요소, 또는 방법 단계가 청구항에 명백하게 언급된 요소, 구성요소, 또는 방법 단계와 상관없이 전용하는 것으로 예정되지않는다. 요소가 명백하게 "~을 위한 수단(means for)"이라는 어구를 사용하지 않는 한, 본 명세서에서 어떤 청구항 요소는 "수단 플러스 기능(means plus function)"요소로 해석되어서는 안 된다. 요소가 "~을 위한 단계(step for)"이라는 어구를 사용하지 않는 한, 본 명세서에서 어떤 청구항 요소는 "단계 플러스 기능(step plus function)" 요소로 해석되어서는 안 된다.

Claims (59)

1. 열 교환 모듈에 있어서,
   열 전달 유체 채널(heat-transfer fluid channel)로 구성된 액체 챔버 박스;
   상기 채널 상에 있고 상기 채널 내의 유체와 열 전달 관계에 있는 적어도 하나의 열 전도성 플레이트;
   기준 측(reference side)이 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트와 열 접촉하는 적어도 하나의 열전 냉각기(thermoelectric cooler, TEC);
   하나 이상의 개구부를 갖는 가요성 프레임;
   상기 가요성 프레임 내에 유지 및 고정되고 상기 TEC의 사용자 측과 열 접촉하는 적어도 하나의 열 전달 타일(thermal transfer tile);로서, 상기 열 교환 모듈은 환자의 피부와 열 전달 관계에 있는 상기 열 전달 타일과 작동 가능하게 위치되고, 및
   하나 이상의 온도 센서;로서, 각각의 상기 온도 센서는 상기 환자의 피부의 온도를 검출하기 위해 상기 적어도 하나의 열 전달 타일 중 하나와 열 통신하는 것을 포함하며,
   상기 액체 챔버 박스는 함께 형성 및 접착되어 그 사이에 상기 열 전달 유체 채널을 형성하는 제1 열가소성 재료의 시트 및 제2 열가소성 재료의 시트를 포함하고, 상기 열가소성 재료의 시트들 중 하나는 상기 하나 이상의 개구부를 포함하며, 각각의 상기 열가소성 재료의 시트들은 상기 제2 열가소성 재료의 시트의 상기 개구부 중 하나의 상부에 밀봉된 상기 열 전도성 플레이트를 수용하는 열 교환 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 TEC는 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트와 상기 적어도 하나의 열 전달 타일 사이에서 샌드위치 관계로 고정되는, 열 교환 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 열 전달 타일 중 하나 및 상기 적어도 하나의 TEC 중 하나를 통과하여, 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트 중 하나 내로 들어가는 스크류를 더 포함하고;
   하나의 상기 열 전달 타일 및 하나의 상기 TEC는 하나의 상기 열 전도성 플레이트에 유지되는, 열 교환 모듈.
4. 제2항에 있어서,
   각각의 상기 적어도 하나의 TEC는 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트 와 스냅-핏 메커니즘으로 상호 연결되는 상기 적어도 하나의 열 전달 타일 사이에서 샌드위치 관계로 고정되는, 열 교환 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 스냅-핏 메커니즘은 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트에 부착된 제1 후크를 포함하고, 상기 적어도 하나의 열 전달 타일에 부착된 제2 후크와 스냅-핏 결합(a snap fit engagement)을 제공하며, 그 사이에서 상기 적어도 하나의 TEC 중 하나가 유지되는, 열 교환 모듈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 스냅-핏 메커니즘은 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트와 상기 적어도 하나의 열 전달 타일의 수평 또는 수직 결합을 포함하는, 열 교환 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 열가소성 재료의 시트 및 상기 제2 열가소성 재료의 시트에 부착되고 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트의 각각의 말단부에 부착되도록 형성된 제3 열가소성 재료의 시트를 더 포함하는, 열 교환 모듈.
8. 제1항에 있어서,
   상기 열 전달 플레이트가 부착되는 가요성 시트(flexible sheet)를 더 포함하는, 열 교환 모듈.
9. 제1항에 있어서,
   상기 액체 챔버 박스의 근위부(proximal)이고, 상기 열 교환 모듈과 상기 환자의 피부 사이의 개선된 열 접촉 및 사용자의 편안함을 증가시키기 위해 가압 및 수축되는 공기 주머니를 더 포함하는, 열 교환 모듈.
10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트로부터 상기 액체 챔버 상자로 위쪽으로 연장되는 핀, 너브 또는 돌출부는 상기 액체 챔버 상자가 구부러질 경우 상기 열 전달 유체 채널이 붕괴되는 것을 방지하고, 상기 열 전달 유체 채널 내의 상기 유체와 각각의 상기 열 전도성 플레이트 사이에서 추가적인 열 전달 표면적을 제공하는, 열 교환 모듈.
11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 TEC의 각각은 열 전도성 접착제를 사용하여 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트 중 하나 및 상기 적어도 하나의 열 전달 타일 중 하나에 접합되는 열 교환 모듈.
12. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열전도성 플레이트의 각각은 주변 슬롯(perimeter slots)을 포함하고, 상기 슬롯으로 상기 제2 열가소성 재료의 시트 및 상기 제3 열가소성 재료의 시트가 열 프레스되거나 RF 용접되어 상기 슬롯을 통한 접합을 생성하는 열 교환 모듈.
13. 제1항에 있어서,
    비동기 데이터 전송 신호를 생성하기 위해 회로(circuitry) 및 상기 온도 센서로부터 판독하는 아날로그-디지털 인터페이스(an analog-to-digital interface)를 더 포함하는 열 교환 모듈.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제
39. 열 전달 유체 채널(heat-transfer fluid channel)로 구성된 액체 챔버 박스;
    상기 열 전달 유체 채널 상에 유지되고 상기 채널 내의 유체와 열 전달 관계에 있는 적어도 하나의 열 전도성 플레이트;
    각각의 기준 측(reference side)이 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트와 열 접촉하는 적어도 하나의 열전 냉각기(thermoelectric cooler, TEC);
    하나 이상의 개구부를 갖는 가요성 프레임;
    적어도 하나의 열 전달 타일;로서 상기 적어도 하나의 열 전달 타일의 각각은 상기 가요성 프레임 내에 유지되고 상기 적어도 하나의 TEC 중 하나의 사용자 측과 열 접촉하며, 열 교환 모듈은 환자의 피부와 열 전달 관계에 있는 상기 열 전달 타일과 작동 가능하게 위치 되고, 및
    하나 이상의 온도 센서;로서, 각각의 상기 온도 센서는 상기 환자의 피부 온도를 검출하기 위해 각각의 상기 적어도 하나의 열 전달 타일과 열 통신하며,
    상기 적어도 하나의 TEC의 각각은 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트 중 하나와 상기 적어도 하나의 열 전달 타일 중 하나 사이에서 샌드위치 되고;
    상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트의 각각 및 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트의 각각은 스냅-핏 메커니즘으로 구성되며, 상기 스냅-핏 메커니즘에서 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트 중 하나 상의 적어도 제1 후크는 상기 적어도 하나의 열 전달 타일 상의 적어도 제2 후크와 스냅-핏 결합으로 구성되며,
    상기 액체 챔버 박스는 함께 형성 및 접착되어 그 사이에 상기 열 전달 유체 채널을 형성하는 제1 열가소성 재료의 시트 및 제2 열가소성 재료의 시트를 포함하고, 상기 열가소성 재료의 시트들 중 하나는 상기 하나 이상의 개구부를 포함하고, 각각의 상기 열가소성 재료의 시트들은 상기 제2 열가소성 재료의 시트의 상기 개구부 중 하나의 상부에 밀봉된 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트 중 하나를 수용하고;
    상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트의 각각은 상기 열 전달 유체 채널을 통해 흐르는 열 전달 유체와 직접적으로 접촉하도록 위치되는 열 교환 어셈블리.
40. 제39항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트의 각각으로부터 상기 액체 챔버 상자로 위쪽으로 연장되는 핀, 너브 또는 돌출부는 상기 액체 챔버 상자가 구부러질 경우 상기 열 전달 유체 채널이 붕괴되는 것을 방지하고, 상기 열 전달 유체 채널 내의 상기 유체와 각각의 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트 사이에서 추가적인 열 전달 표면적을 제공하는, 열 교환 어셈블리.
41. 제39항에 있어서,
    상기 제1 열가소성 재료의 시트 및 상기 제2 열가소성 재료의 시트에 부착되고 상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트의 각각의 말단부에 부착되도록 형성된 제3 열가소성 재료의 시트를 더 포함하는, 열 교환 어셈블리.
42. 제39항에 있어서,
    상기 액체 챔버 박스의 근위부이고(proximal), 상기 열 교환 모듈과 상기 환자의 피부 사이의 개선된 열 접촉 및 사용자의 편안함을 증가시키기 위해 가압 및 수축되는 공기 주머니를 더 포함하는 열 교환 어셈블리.
43. 제39항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열 전도성 플레이트의 각각은 주변 슬롯(perimeter slots)을 포함하고, 상기 슬롯으로 상기 제2 열가소성 재료의 시트 및 제3 열가소성 재료의 시트가 열 프레스되거나 RF 용접되어 상기 슬롯을 통한 접합을 생성하는 열 교환 어셈블리.
44. 삭제
45. 삭제
46. 삭제
47. 삭제
48. 삭제
49. 삭제
50. 삭제
51. 삭제
52. 삭제
53. 삭제
54. 삭제
55. 삭제
56. 삭제
57. 삭제
58. 삭제
59. 삭제

Images