WO2017136958A1 - Dispositivo para el control térmico de una superficie corporal - Google Patents

Dispositivo para el control térmico de una superficie corporal Download PDF

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WO2017136958A1
WO2017136958A1 PCT/CL2016/000006 CL2016000006W WO2017136958A1 WO 2017136958 A1 WO2017136958 A1 WO 2017136958A1 CL 2016000006 W CL2016000006 W CL 2016000006W WO 2017136958 A1 WO2017136958 A1 WO 2017136958A1
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WO
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thermal
module
heat
body surface
sensor
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Application number
PCT/CL2016/000006
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jaime SALVO POZO
Victor OLIVOS MOYA
Original Assignee
Dmt Desarrollo Tecnologico Medico Spa.
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F7/00—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F7/00—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
    • A61F7/02—Compresses or poultices for effecting heating or cooling

Definitions

  • At least some of the embodiments described herein refer to a device for thermal control over a body surface of a living being and more specifically, but not limited to, the heating or cooling of a body surface of a Be alive, for the treatment of inflammation.
  • Inflammation is normally generated during the process of body tissue repair. It has a succession of physiological events, such as edema, pain, erythema, local heat and functional impotence. These events, not necessarily sequential, are closely related to the vascular reactions of the tissues. The magnitude and symptoms of inflammation can be reduced by the application of cold in the affected regions in the early stages of the process, and the subsequent application of heat. While similar treatments can be applied to different individuals, each of these should be in thermal and temporal ranges appropriate to each individual.
  • U.S. Patent of Invention No. 5,970,718, dated October 26, 1999 by Anthony P. Arnold and entitled “Personal heat control” describes a personal heat control device that has a Peltier effect unit which, by means of a ceramic material conducts heat from a surface, which lowers its temperature, to another surface that receives the heat flux by increasing its temperature. The latter is thermally insulated from the cooling surface.
  • a Peltier effect unit which, by means of a ceramic material conducts heat from a surface, which lowers its temperature, to another surface that receives the heat flux by increasing its temperature. The latter is thermally insulated from the cooling surface.
  • US Patent No. 6,840,955 published on January 11, 2005 by Robert J. Ein and entitled “Therapeutic Apparatus” describes a thermal apparatus comprising a wrapper to be fixed to a body surface, a temperature sensor in the envelope to measure body surface temperature, a control unit, and a thermoelectric device mounted on the envelope and in contact with the body surface which selectively removes heat from the body surface.
  • Figure 1A illustrates some of the different application options of the device according to one of the embodiments.
  • Figure 1B illustrates a device for thermal control over a body surface according to one of the embodiments.
  • Figure 2 shows a modular scheme of the device according to an embodiment.
  • Figure 3 shows a schematic diagram of the components of the device according to one of the embodiments.
  • Figure 4 shows a control module according to one of the embodiments.
  • Figure 5 shows a thermal module according to one of the embodiments.
  • Figure 6 shows the configuration of a thermal module of an embodiment.
  • Figures 7 A and 7B illustrate optional construction diagrams of the fixing module of an embodiment.
  • Figure 8 shows a control module according to an embodiment.
  • Figure 9 shows an interface for a control module of one embodiment.
  • Figure 10 shows a thermal module according to one of the embodiments.
  • Figures 1 A and 11 B illustrate the options for fixing a fan to the heatsink of the thermal module according to some embodiments.
  • Figures 12A and 12B illustrate the options for locating the heatsink fan of the thermal module according to some of the embodiments.
  • Figures 13 to 16 show the options for fixing the thermal module to the thermal propagation module according to one of the embodiments.
  • Figures 17A, 17B and 17C illustrate options for location of the thermal protection in the heatsink, according to some of the embodiments.
  • said reference implies, at least, one embodiment.
  • This document includes a device for thermal control of a body surface using a metal interface (or other thermally conductive material) molded according to the shape of the body surface that may be inflamed, being treated using said device.
  • One of the objectives of the device is to maintain the body surface temperature within a predetermined range and for a predetermined period of time during which the interface is applied on the body surface.
  • a device configured to achieve the objectives according to one of the embodiments includes: an energy module; a control module powered by said power module; at least one thermal module controlled by said control module; a thermal propagation module composed of a metal interface; and a fixing module that joins the thermal propagation module to the thermal module.
  • the metallic interface of the thermal propagation module must be molded according to the shape of the body surface to facilitate an optimal heat exchange during the application of a cold or heat process on said body surface (1 10) for its treatment.
  • the power module of one of the embodiments consists of a power source that allows the device to be supplied with direct current (DC) when connected to the mains, batteries or other sources of energy.
  • DC direct current
  • the control module of one embodiment comprises a general control unit configured to manage the operation of the device.
  • the general control unit of one embodiment includes a display interface and an operation interface, where the display interface allows to display the current state of the device, such as: heating (heat), shutdown or cooling (cold).
  • the operation interface can be used to select a device operating state, from a plurality of available states. After selecting a state, the power block of the control module sets the magnitude and direction of the electrical currents required by one or more thermal modules so that they generate the thermal flux necessary to reach the selected state.
  • the control module of one of the embodiments also comprises at least one thermal protection in order to avoid damage to the body surface during the operation of the device, in case of malfunction.
  • the thermal protection can be mounted on the thermal propagation module or in various places of the device, such as: on, inside or on the side of the passive heatsink.
  • the thermal module is capable of generating a heat flow to or from the thermal propagation module, according to the state selected in the control module.
  • at least one Peltier thermoelectric component is used to mobilize heat.
  • Thermoelectric effect Peltier has an internal configuration that allows heat exchange, thus generating a heat flow from or to the thermal propagation module. This, depending on the direction of the electric currents delivered by the control module to one or more thermoelectric components of Peltier effect.
  • thermoelectric Peltier effect component of the device comprises a coupled passive heatsink, to facilitate heat exchange between the Peltier effect thermoelectric component and the environment. It also includes the application of a thermal conductive paste between the passive heatsink and the Peltier effect thermoelectric component; at least one active ventilation element to generate an air flow that cools the passive heatsink; and a set of fixings to adhere the active ventilation element to the passive heatsink to avoid losses in the heat exchange process.
  • the thermal propagation module of one of the embodiments is
  • the thermal propagation module comprises a 0.4 mm thick plate composed of a
  • a fixing module is used to couple one or more thermal modules to the thermal propagation module.
  • the fixing module comprises: A first external fixing fabric fixedly attached to the thermal propagation module and covering the entire face of the thermal propagation module oriented towards one or more thermal modules and opposite the body surface, except the areas of assembly of one or more thermal modules.
  • the first external fixing fabric is made of thermal insulation material.
  • a second fixing cloth covers, totally or partially, each thermal module.
  • the second external fixing fabric is made of a thermally permeable material and / or allows the passage of air flow.
  • the device is fixed to the body area by means of fixing means, which consist of at least two extreme zones of the first fixing fabric, configured to be connected to each other through, at least, sailboat, snaps pressure, buttons, cords, zippers, hooks, buckles, clamps or self-adhesive elements.
  • fixing means consist of at least two extreme zones of the first fixing fabric, configured to be connected to each other through, at least, sailboat, snaps pressure, buttons, cords, zippers, hooks, buckles, clamps or self-adhesive elements.
  • the control module of any of one of the embodiments also comprises: a sensor bank and a processing device, configured to process the information coming from the sensors, which include at least, but are not limited to :
  • EEG electroencephalogram sensor
  • ECG electrocardiogram sensor
  • E G electromyogram sensor
  • control module of one of the embodiments contemplates the incorporation of a data input / output interface to an external computer via a cable or a wireless interface.
  • one or more thermal modules includes a reversible heat pump comprising: a compressor; a first heat exchanger configured to exchange heat with the environment; a second heat exchanger configured to exchange heat with the thermal propagation module; and a reversible expansion valve.
  • the reversible expansion valve is operated in a first way to direct the compressed fluid from the compressor to the first heat exchanger for condensation, then flows through the same reversible expansion valve where it undergoes a sharp pressure drop and finally flows through the second heat exchanger for evaporation.
  • the reversible heat pump mobilizes heat from the thermal propagation module to the environment.
  • the reversible expansion valve is operated in a second mode to reverse the direction of the compressed fluid from the compressor to the second heat exchanger for condensation, then flows through the same valve reversible expansion where it undergoes a sharp pressure drop and finally flows to the first heat exchanger for evaporation.
  • the reversible heat pump mobilizes heat from the environment to the thermal propagation module.
  • the passive heatsink can be replaced by an active heatsink configured to move air, water or other fluid in order to accelerate the thermal transfer with the environment of the Peltier effect thermoelectric component or the first heat exchanger
  • the thermal propagation module of one of the embodiments comprises a plate composed of layers or alloys, micronometric thicknesses of copper, silver, diamond, graphene and / or other particles that increase its thermal conductivity.
  • the optional use of permanent or disposable films or covers to cover the copper foil or other material already described allows to improve aspects of safety, heat transmissibility to the body surface and hygiene of the device.
  • the joining of the at least one thermal module to the thermal propagation module is performed by using bolts (58), welding (59), glue, or magnets (67).
  • the devices described herein can be used for thermal control over a body surface and the treatment of inflammation.
  • the device can be controlled to apply precise thermal therapy on different body areas by applying various thermal protocols that act on various aspects of inflammation, such as tissue edema and / or pain.
  • the device generates cold or heat through the thermoelectric principle of heat pumping.
  • the temperature applied to the different body areas achieved in any of the embodiments is carried out by means of a malleable molded copper interface according to the shape of the body surface where it will be applied. Copper is preferred because it is a metal with excellent thermal transmission, it has bactericidal and fungicidal properties, as well as being ductile, malleable and recyclable.
  • Figure 1A illustrates some of the different application options of the device (100) according to one of the embodiments.
  • Figure 1A shows a device (100), according to some of the embodiments contained herein, which can be used for thermal control over a body surface (10) of a living being, in different locations, such as : head, shoulder, chest or knee, for the treatment of inflammation.
  • Figure 1B illustrates a device (100) that has a modular scheme as shown in Figure 2, consisting of an energy module (10), a control module (30), at least one thermal module (50), a thermal propagation module (70) and a fixing module (90).
  • the device (100) can be fixed to a body surface (10) of a living being, wrapping it around the body surface (10) to be treated and joining the fixing means (130) together.
  • the fixing means (130) can include sailboat segments, clasps, buttons, cords, zippers, hooks, buckles, clamps or self-adhesive elements to ensure the bonding with each other.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the components of the device (100) in one of its operational embodiments, where the power module (10) feeds the control module (30), which controls one or more thermal modules (50), those that are connected to the thermal propagation module (70) by means of fixing modules (90); and the thermal propagation module (70) must be molded according to the shape of the body surface (110) to facilitate optimum heat exchange during the application of a cold or heat process on said body surface (110) for treatment.
  • the thermal propagation module (70) is
  • the first face has an area configured to be in contact with the body surface (10) for when the device (100) is set to this.
  • the second face has one or more mounting areas to be in contact with one or more thermal modules (50). The area where one or more thermal modules are assembled (50) is significantly smaller than the area of contact with the body surface (110).
  • the thermal propagation module (70) is made of a metal of high thermal conductivity (for example copper), so that when selecting the heating state, the heat produced by one or more thermal modules (50), is efficiently propagated from one or more mounting areas to the area of contact with the body surface (110). On the other hand, when selecting the cooling state, the heat present in the contact area with the body surface (110) is efficiently absorbed from the respective mounting area by one or more thermal modules (50).
  • the thermal propagation module (70) has a combination of thickness and thermal conduction properties that optimize and balance the heat flow between the body surface (10) and one or more thermal modules, which in turn they combine with flexibility and malleability properties required to be molded according to the shape of the body surface (110). The combination of thickness and thermal conductivity properties of the thermal propagation module (70), optimizes the global heat exchange between a larger body surface (110) and the mounting areas of one or more thermal modules (50), relatively smaller.
  • the power module (10) has a power source that supplies electrical power to the parts of the device (100) that so (or require. It may include a converter for the alternating current (AC) of an outlet current, be converted into direct current (DC) with a voltage suitable for operating the control module and one or more thermal modules (50) (for example, 3.3 Vdc.) Internally, the power source, scale, rectify and protects the device from external electrical variations such as unexpected voltages and power outages. Physically, the power source can be mounted in an external housing (for example, a plastic case) and connected to the parts that require it from the device (100) via cables In other embodiments, the power module (0) obtains the electrical energy from batteries or batteries.
  • Figure 4 shows a control module (30) of one embodiment, which can be used in the devices (100) illustrated in Figures 2 and 3.
  • FIG 4 shows a control module (3) coupled between an energy module (10) and a thermal module (50).
  • the control module (30) includes a general control unit (31) that is responsible for managing the operation of the device (100).
  • the general control unit (31) is connected to a display interface (33) and an operation interface (34).
  • the display interface (33) is configured to show the current operating status of the device (100), such as: heating (heat), shutdown, or cooling (cold).
  • the operation interface (34) can be used to select an operating state of the device (100), from a plurality of available states.
  • the power block (32) of the control module (30) establishes the magnitude and direction of the electrical currents required by one or more thermal modules (50) so that they generate the necessary thermal flux to reach the selected status [0062] For example, when a user activates the operating interface (34) to select one of the available states, the general control unit (31) selects the magnitude and direction of one or more electric currents, which are provided by the power block (32) to one or more thermal modules (50) in this way.
  • the operating states of at least one thermal module (50) are controlled by the magnitude and direction of one or more electric currents.
  • Figure 4 illustrates a configuration in which a thermal module (50) can be connected to the power block (32).
  • a thermal module (50) can be connected to the power block (32) and controlled by it.
  • control module (30) also has at least one thermal protection (35) to prevent damage to the body surface (110) during the operation of the device (100), in case of malfunction.
  • thermal protection For example, when a threshold of 45 degrees Celsius is reached or exceeded at the location of the thermal protection (35), it cuts the electrical current to one or more of the thermal modules (50) by means of a thermal switch.
  • the thermal switch again activates the flow of electric current to one or more of the thermal modules (50), when the temperature decreases below a threshold of 40 degrees Celsius.
  • the temperature threshold at which the thermal protection (35) is configured to stop or enable the flow of electric current from the power block (32) to one or more thermal modules (50), may vary according to the optimum treatment temperatures on the body surface (110). In other embodiments, after the thermal protection (35) cuts or stops the flow of electric current to one or more thermal modules (50) upon reaching or exceeding a certain temperature threshold, the thermal protection (35) does not necessarily restart the flow of electric current after the temperature has been reduced under a certain safety threshold.
  • Figure 3 illustrates an embodiment where the thermal protection (35) is mounted on the thermal propagation module (70) to operate based on the temperature of its location.
  • multiple thermal protections (35) can be installed in various locations of the device (100) to improve safety.
  • Figures 17A, 17B and 17C show thermal protection location options: on, inside or on the side of the passive heatsink (54)
  • temperature sensors are used to monitor temperatures at specific locations of the device (100), such as: selected points of the thermal propagation module (70) and / or passive heat sinks (54) of the thermal modules (50).
  • the power block (32) and / or the general control unit (31) are configured to adjust the operation of one or more modules thermal (50) by adjusting the electric currents provided to the thermal modules (50).
  • Figure 5 shows a thermal module (50) of one embodiment, which can be used in the devices illustrated in Figures 1 to 4.
  • thermal module (50) coupled between a control module (30) (for example, as illustrated in Figure 4) and a thermal propagation module (70) is illustrated.
  • the thermal module (50) is capable of generating a heat flow to or from the thermal propagation module (70), according to the state selected in the control module (30).
  • At least one Peltier effect thermoelectric component (52) is used to mobilize heat.
  • Each of the Peltier effect thermoelectric components (52) has an internal configuration that allows heat exchange, thus generating a heat flow to or from the thermal propagation module (70). This, depending on the direction of the electric currents delivered by the control module (30) to one or more Peltier effect thermoelectric components. (52).
  • each of the Peltier effect thermoelectric components (52) has a passive heatsink (54) that removes the resulting excess heat in the corresponding Peltier effect thermoelectric component (52), in order to cool the thermal propagation module (70) during the cooling operation of the body surface (110). Between the passive heatsink (54) and the Peltier effect thermoelectric component (52) a thermal conductive paste (59) is spread to optimize heat flow or exchange, as illustrated in Figure 6.
  • At least one active ventilation element (56) is used to generate an air flow that cools the passive heatsink (54).
  • the connection between the active ventilation element (56) and the passive heatsink (54) is carried out by means of fixings, to avoid losses in the heat exchange process.
  • the active ventilation element (56) is attached to one side of the passive heatsink (54) with a common glue (57), as shown in Figure 6.
  • Figure 7A illustrates the construction scheme of a fixing module (90) of an embodiment.
  • thermal propagation module (70) allows the propagation of thermal flux covering the entire area in contact with the body surface (110 ).
  • the thermal propagation module (70) illustrated in Figure 7A allows high propagation of thermal energy over the area in contact with the surface body (110) during heat flow to or from a relatively smaller surface, composed of one or more thermal modules (50).
  • the thermal propagation module (70) is made up of a 0.4 mm thick plate, composed of 99.9% of malleable copper. Copper, together with having bactericidal and fungicidal properties, has high thermal conductivity and malleability properties. The latter makes it possible to mold the copper plate of the thermal propagation module (70) according to the shape of the body surface (110) where the device (100) is fixed, providing optimum contact and a path of propagation of the thermal flux generated by the Peltier effect thermoelectric component (52) to the body surface (110).
  • a fixing module (90) used to couple one or more thermal modules (50) to the thermal propagation module (70) is shown.
  • the fixing module (90) includes a first external fixing fabric (92) and a second external fixing fabric (94).
  • the first external fixing fabric (92) has been fixedly attached to the thermal propagation module (70) by common glue and covers the entire face of the thermal propagation module (70) oriented towards one or more thermal modules ( 50) and opposite the body surface (110), except the mounting areas of one or more thermal modules (50).
  • the first external fixing fabric (92) is made of a thermal insulation material and minimizes heat exchange between the thermal propagation module (70) and the environment.
  • the second external fixing fabric (94) covers, totally or partially, each thermal module (50).
  • the latter is composed of the Peltier effect thermoelectric component (52), the passive heatsink (54) and the active ventilation element (56).
  • the second external fixing fabric (94) is made of a thermally permeable material and / or allows the passage of the air flow generated by the active ventilation element (56) and therefore allows an efficient heat exchange between the heat sink passive (54) of the thermal module (50) and the surrounding ambient air.
  • the second external fixing fabric (94) joins the first external fixing fabric (92) near the limit at which the thermal module (50) comes into contact with the thermal propagation module (70).
  • thermal modules (50) are connected in parallel to receive the control signal or electric current (51) from the control module (30).
  • the thermal module (50) is mounted on the thermal propagation module (70) by means of external fixation fabrics (92) and (94), which allow an adequate union or fixation and / or containment analogously to a exoskeleton, due to the tension that they generate both external fixing fabrics (92) and (94) between the thermal propagation module (70) and the thermal module (50).
  • FIG. 7B shows another embodiment for a fixing module (90), where the second external fixing fabric (94) allows free and direct access to the mounting area of the thermal propagation module (70), during the process for mounting the thermal module (50). Once the assembly is finished, said access is closed by joining together the free ends of the fixing fabric (94). The joining of said ends also maximizes the tension of the external fixing fabrics (92) and (94), optimizing the assembly of the thermal module (50) in the thermal propagation module (70).
  • the joint between the free ends of the second external fixing fabric (94) is carried out with a common glue or other similar sealing method.
  • the device (100) is fixed to said body surface (110) through the fixing means (30), illustrated in Figure 1B.
  • the fixing means (130) of one embodiment consist of at least two end zones of an extension of the first external fixing fabric (92).
  • the fixing means (130) are configured to be joined together through sailboat segments, snaps, buttons, cords, zippers, hooks, buckles, clamps or self-adhesive elements, etc. Once the fixing ends (130) are attached to each other, the device (100) is secured
  • the power module (10) and / or the control module (30) are capable of supplying different levels of voltage and current, depending on the power required by one or more thermal modules (50) for Correctly perform the desired thermal operations, thus applying the appropriate temperatures and for the necessary time, on the body surface (110), according to the selected state.
  • the power module (10) and / or the control module (30) can be mounted inside the device (100) or configured in an external housing.
  • the power module (10) is equipped with one or more transportable and rechargeable batteries, and designed so that the device (100) It can be used with an external power supply, while the batteries are charging.
  • Figure 8 shows a control module (30) of an embodiment, which can be used in the devices illustrated in Figures 2 and 3.
  • the control module (30) shown in Figure 8 has a general control unit (31), a power block (32), a display interface (33), an operation interface (34) and a thermal protection (35), similar to those illustrated in Figure 4.
  • the control module (30), illustrated in Figure 8, also has a processing device (41) that processes data from a sensor bank ( 42).
  • the processing device (41) provides information as a function of time (for example, in the form of curves, tables, graphs) for medical personnel, classification of treatment status, in order to facilitate the introduction of finer improvements automatically , and control the data input / output interface for later analysis on external equipment.
  • sensors (42) for capturing data include, but are not limited to:
  • EEG electroencephalogram sensor
  • ECG electrocardiogram sensor
  • EMG electromyogram sensor
  • the sensor bank (42) allows the processing device (41), for example, to control the power, frequency, speed and intensity of changes in the temperature of the device (100), as a function of time.
  • the control module (30) uses the display interface (33) to display relevant information such as, but not limited to, operating temperature, device usage time, and battery charge status.
  • Figure 9 shows another embodiment for a control module (30), which includes a data input / output interface (43), which can be used in the devices illustrated in Figures 2 and 3.
  • the control module (30) shown in Figure 9 has a general control unit (31), a power block (32), a display interface (33), an operation interface (34) and a thermal protection (35), similar to those illustrated in Figure 4.
  • the control module (30) shown in Figure 9 also includes a data input / output interface (43) for communicating with an external computer (45) via a cable or a wireless connection.
  • a control module (30) is configured to include both the data input / output interface (43) and the sensor bank (42) controlled by the processing device (41).
  • the data collected by the processing device (41) and / or the sensor bank (42), are stored in an internal memory of the device (00) and / or on an external server on the Internet (for example, equipment (Four. Five)).
  • the storage of the data collected by such a device (100) provides after a period of time in which the device (100) is used, a large amount of information for comparison between different cases, with which it is possible optimize the thermal processes provided by the device (100), and thus improve the quality of the heat treatments.
  • the data input / output interface (43) of one embodiment includes a connection to a mobile device, such as a smartphone or smartphone, a personal digital assistant, a portable media player, a tablet order or a computer portable, through a wireless connection, such as WiFi, Bluetooth or NFC. Said connection allows the control of the device (100) and / or graphing the information of the sensor bank (42).
  • a mobile device such as a smartphone or smartphone, a personal digital assistant, a portable media player, a tablet order or a computer portable
  • a wireless connection such as WiFi, Bluetooth or NFC.
  • the quantity of thermal modules (50) used depends on the type of treatment and can be optimized depending on the body area (110) to be subjected to the action of the device (100) and the desired application temperatures.
  • Figure 10 shows a thermal module (50) of an embodiment, which can be used in the devices illustrated in Figures 1 to 4.
  • thermoelectric component (52) used in the thermal module (50) illustrated in Figure 5.
  • the thermal module (50) of Figure 10 has a compressor (61), two heat exchangers (63) and (62), and a reversible expansion valve (64).
  • a First heat exchanger (63) is configured to exchange heat with the environment; and a second heat exchanger (62) is configured to exchange heat with the thermal propagation module (70).
  • a fluid is passed through the compressor (61), which increases its pressure and thereby raises its temperature (enthalpy).
  • the reversible expansion valve (64) is operated in a first mode to direct the compressed fluid through the first heat exchanger (63) used as a
  • the reversible expansion valve (64) is operated in a second mode to reverse the direction of the compressed fluid, which causes the second heat exchanger (62) to function as condenser and the first heat exchanger (63) function as an evaporator.
  • the compressed and therefore hot fluid, leaving the compressor (61) is directed towards the second heat exchanger (62) which now acts as
  • the heat in the compressed fluid is transferred to the thermal propagation module (70), since the compressed fluid leaves the compressor (61) at an elevated temperature due to compression. Compressed fluid exits the second heat exchanger (62) at a lower temperature and flows through the reversible expansion valve
  • the passive heatsink (54) shown in Figure 5 used to facilitate heat exchange between the component
  • Peltier thermoelectric effect and ambient air is also used to facilitate heat exchange between the first heat exchanger (63) of the reversible heat pump of Figure 10 and the surrounding ambient air.
  • the passive heatsink (54) can be replaced by an active heatsink that mobilizes air, water or other fluids to accelerate thermal transfer and maintain a thermal gradient in the application of heat or cold for treatment Thermal body surface (110) desired.
  • the active heatsink of one embodiment does not employ components such as a heat pump, thereby reducing the size and weight of the device (100).
  • FIG 6 shows the connection between the active ventilation element (56), and the passive heatsink (54) by means of a simple adhesive (57). This can also be done using bolts (58), springs (51) or adhesive tape, as illustrated in Figures 11 A and B.
  • the thermal module (50) which it comprises the Peltier effect thermoelectric component (52), the passive heatsink (54) and the active ventilation element (56), as illustrated in Figures 12A and 12B.
  • the thermal propagation module (70) is formed using such polymers, which can be constructed including micro layers of copper, silver, diamond, or other particles to increase their thermal conductivity, thus reaching values greater than those of copper in its pure metallic form.
  • the thermal propagation module (70) is formed by a sheet composed of some of said polymers.
  • copper alloys with other metals, or other materials with high thermal conductivity such as graphene are used to form the thermal propagation module (70).
  • An embodiment of the thermal propagation module (70) includes a customized ergonomic adaptation of a high thermal conductivity material selected for a better body surface wrap (110) during the treatment, avoiding losses in exchange efficiency of heat
  • the customized adaptation of the thermal propagation module (70) to the shape of the body surface (1 0) can be performed using digital or mechanical methods.
  • a laser scanner, or any other type of technology Digital imaging of 3D images is used to obtain a model of the body surface (110) to be treated, and a 3D printer can print a thermal propagation module (70) that adapts perfectly to the body surface (110).
  • a mechanical method considers the manufacture of negative plaster molds (or other similar materials) of the body surface (1 0) to be treated, and then create positive molds to be used as a thermal propagation module (70).
  • a change in the thickness of the copper foil or other materials may affect the propagation of heat as well as the physical characteristics of the device (00).
  • the copper foil in particular, can be used in a range between 0.1 and 1 millimeter thick.
  • Another option is to use a gel that improves thermal transmission between the thermal propagation module (70) and the body surface (110).
  • Figure 13 shows another way of attaching a thermal module (50) to the thermal propagation module (70) by means of a set of bolts (58) that cross the thermal propagation module (70) through a set of holes and are fastened with nuts to the passive heatsink (54).
  • This embodiment involves drilling holes in the copper plate and requires using a material to cover the screws (58) in order to avoid damage to the user from elements that can protrude from the plate.
  • An alternative embodiment comprises replacing the bolts with pressure clips or rivets.
  • External fixation fabrics (92) and (94) can also be replaced by one or more rigid housings that are molded in a manner integral to the thermal propagation module (70).
  • External fixing fabrics (92) and (94) can have different levels of elasticity, with the aim of improving the joining of one or more thermal modules (50) to the thermal propagation module (70).
  • external fixation fabrics (92) and (94) can be adjustable by using a fixing system such as sailboat and / or adhesives.
  • magnetic fasteners (67) allow the passive heat sink (54) to be attached to the thermal propagation module (70), keeping the Peltier effect thermoelectric component (52) pressed between them.
  • the installation of magnets in both modules allows their effective coupling, as shown in Figure 15.
  • the joining of one or more thermal modules (50) to the thermal propagation module (70) can be done by welding (59) or glue between the thermal propagation module (70) and a set of bolts (58). The latter fit with the nuts to the passive heatsink (54), as shown in Figure 16.

Abstract

Dispositivo para el control térmico sobre una superficie corporal, el que comprende: - un módulo de control para proveer selectivamente la potencia y sentido del flujo eléctrico para calentar o enfriar la superficie corporal: - al menos un módulo térmico, cada uno configurado para recibir la potencia eléctrica para proveer de un flujo de calor desde o hacia una superficie corporal; - un módulo de propagación térmica dispone de a lo menos un módulo de térmico. Consiste en una interfaz metálica moldeada según la forma de la superficie corporal, para facilitar un óptimo intercambio de calor durante la aplicación de un proceso de frió o calor a dicha superficie corporal. El módulo de propagación térmica posee un área en contacto con la superficie corporal, la cual es mayor al área de montaje de uno o más módulos térmicos.

Description

DISPOSITIVO PARA EL CONTROL TÉRMICO DE UNA SUPERFICIE CORPORAL
CAMPO DE APLICACIÓN
[0001] Por lo menos algunas de las realizaciones descritas en este documento hacen referencia a un dispositivo para el control térmico sobre una superficie corporal de un ser vivo y más específicamente, pero no limitado a, el calentamiento o enfriamiento de una superficie corporal de un ser vivo, para el tratamiento de la inflamación.
ANTECEDENTES
[0002] La inflamación normalmente se genera durante el proceso de reparación de los tejidos corporales. Cuenta con una sucesión de acontecimientos fisiológicos, como lo son el edema, dolor, eritema, calor local e impotencia funcional. Estos acontecimientos, no necesariamente secuenciales, están íntimamente relacionados con las reacciones vasculares de los tejidos. La magnitud y los síntomas de la inflamación pueden ser reducidos mediante la aplicación de frió en las regiones afectadas en etapas tempranas del proceso, y la posterior aplicación de calor. Mientras similares tratamientos pueden ser aplicados sobre diferentes individuos, cada uno de estos debe estar en rangos térmicos y temporales adecuados a cada individuo.
[0003] Existen actualmente artefactos que entregan frío o calor para uso terapéutico. La mayoría de estos dispositivos son pasivos y no son capaces de mantener rangos térmicos estables en tiempos determinados.
[0004] La patente de invención U.S. No. 5.970.718, con fecha 26 de Octubre de 1999 por Anthony P. Arnold y titulada "Control de calor personal", describe un dispositivo de control de calor personal que posee una unidad de efecto Peltier la que, mediante un material cerámico conduce calor desde una superficie, la cual baja su temperatura, a otra superficie que recibe el flujo de calor aumentando su temperatura. Esta última está aislada térmicamente de la superficie que se enfría. Cuando el control de calor personal toma contacto con una parte corporal de una persona por medio de la superficie que baja su temperatura, esta última mejorar la transferencia de calor entre la persona y el área circundante.
[0005] La patente de invención U.S. No. 6.840.955, publicada el 11 de Enero de 2005 por Robert J. Ein y titulada "Aparato Terapéutico", describe un aparato térmico que comprende una envoltura para ser fijada a una superficie corporal, un sensor de temperatura en la envoltura para medir la temperatura de la superficie corporal, una unidad de control, y un dispositivo termoeléctrico montado sobre la envoltura y en contacto con la superficie corporal el cual remueve selectivamente calor de la superficie corporal.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
[0006] Las formas de realización se ilustran a modo de ejemplo.
10007] La figura 1A ilustra algunas de las diferentes opciones de aplicación del dispositivo según una de las formas de realización.
[0008] La figura 1B ilustra un dispositivo para el control térmico sobre una superficie corporal de acuerdo a una de las formas de realización.
[0009] La figura 2 muestra un esquema modular del dispositivo de acuerdo a una forma de realización.
[0010] La figura 3 muestra un diagrama esquemático de los componentes del dispositivo de acuerdo a una de las formas de realización.
[0011] La figura 4 muestra un módulo de control de acuerdo a una de las formas de realización.
[00 2] La figura 5 muestra un módulo térmico de acuerdo a una de las formas de realización.
[0013] La figura 6 muestra la configuración de un módulo térmico de una forma de realización.
[0014] Las figuras 7 A y 7B ilustran esquemas constructivos opcionales del módulo de fijación de una forma de realización.
[0015] La figura 8 muestra un módulo de control de acuerdo a una forma de realización.
[0016] La figura 9 muestra una interfaz para un módulo de control de una forma de realización.
[0017] La figura 10 muestra un módulo térmico de acuerdo una de las formas de realización.
[0018] Las figuras 1 A y 11 B ilustran las opciones de fijación de un ventilador al disipador del módulo térmico de acuerdo a alguna las formas de realización.
[0019] Las figuras 12A y 12B ilustran las opciones de localización del ventilador con disipador del módulo térmico de acuerdo a alguna de las formas de realización.
[0020] Las figuras 13 a 16 muestran las opciones de fijación del módulo térmico al módulo de propagación térmica de acuerdo a alguna de las formas de realización.
[0021] Las figura 17A, 17B y 17C ilustra opciones de ubicación de la protección térmica en el disipador, de acuerdo a alguna de las formas de realización. DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0022] La siguiente descripción y dibujos son ilustrativos y no deben interpretarse como una limitación a la construcción. Numerosas especificaciones detalladas son descritas para proporcionar una minuciosa comprensión. Sim embargo, en ciertas instancias detalles muy conocidos o convencionales no son descritos con el fin de evitar eclipsar la descripción. Referencias respecto a una forma de realización en el presente documento, no nacen necesariamente referencia a la misma forma de realización.
Además, dicha referencia implica, a lo menos, una forma de realización.
[0023] El presente documento incluye un dispositivo para el control térmico de una superficie corporal utilizando una interfaz metálica (o de otro material de térmicamente conductivo) moldeada según la forma de la superficie corporal que puede estar inflamada, siendo esta tratada usando dicho dispositivo.
[0024] Uno de los objetivos del dispositivo es mantener la temperatura de la superficie corporal dentro de un rango predeterminado y durante un periodo de tiempo preestablecido durante el cual la interfaz es aplicada sobre la superficie corporal. Un dispositivo configurado para lograr los objetivos de acuerdo a una de las formas de realización incluye: un módulo de energía; un módulo de control alimentado por dicho módulo de energía; a lo menos un módulo térmico controlado por dicho módulo de control; un módulo de propagación térmica compuesto por una interfaz de metal; y un módulo de fijación que une el módulo de propagación térmica al módulo térmico.
[0025] La interfaz metálica del módulo de propagación térmica debe ser moldeado según la forma de la superficie corporal para facilitar un óptimo intercambio de calor durante la aplicación de un proceso de frió o calor sobre dicha superficie corporal (1 10) para su tratamiento.
[0026] El módulo de energía de una de las realizaciones consiste en una fuente de poder que permite suministrar corriente continua (DC) al dispositivo al conectarla a la red eléctrica, baterías u otras fuentes de energía.
[0027] El módulo de control de una realización, comprende una unidad de control general configurada para gestionar la operación del dispositivo. La unidad de control general de una realización incluye una interfaz de visualización y una interfaz de operación, donde la interfaz de visualización permite visualizar el estado actual del dispositivo, tales como: calentamiento (calor), apagado o enfriamiento (frió). La interfaz de operación puede ser utilizada para seleccionar un estado de operación del dispositivo, desde una pluralidad de estados disponibles. Después de seleccionar un estado, el bloque de potencia del módulo de control establece la magnitud y sentido de las corrientes eléctricas requeridas por uno o más módulos térmicos para que estos generen el flujo térmico necesario para alcanzar el estado seleccionado.
[0028] El módulo de control de una de las formas de realización además comprende a lo menos una protección térmica a fin de evitar daños sobre la superficie corporal durante la operación del dispositivo, en caso de mal funcionamiento. La protección térmica puede estar montada sobre el módulo de propagación térmica o en diversos lugares del dispositivo, como por ejemplo: sobre, dentro o en un costado del disipador térmico pasivo. Cuando la temperatura en la ubicación de la protección térmica excede un primer umbral superior de temperatura, esta corta la corriente mediante un interruptor térmico; y cuando la temperatura de la protección térmica desciende bajo un segundo umbral inferior de temperatura, el interruptor térmico activa nuevamente el paso de la corriente eléctrica.
[0029] El módulo térmico es capaz de generar un flujo de calor hacia o desde el módulo de propagación térmica, de acuerdo al estado seleccionado en el módulo de control. En un ejemplo de realización, a lo menos un componente termoeléctrico de efecto Peltier se utiliza para movilizar calor. Cada uno de los componentes
termoeléctricos de efecto Peltier tiene una configuración interna que permite el intercambio de calor, generando así un flujo de calor desde o hacia el módulo de propagación térmica. Esto, según el sentido de las corrientes eléctricas entregadas por el módulo de control a uno o más componentes termoeléctricos de efecto Peltier.
[0030] Un componente termoeléctrico de efecto Peltier del dispositivo comprende un disipador térmico pasivo acoplado, para facilitar el intercambio de calor entre el componente termoeléctrico de efecto Peltier y el ambiente. Además comprende la aplicación de una pasta conductora térmica entre el disipador térmico pasivo y el componente termoeléctrico de efecto Peltier; a lo menos un elemento de ventilación activa para generar un flujo de aire que enfría el disipador térmico pasivo; y un set de fijaciones para adherir el elemento de ventilación activa al disipador térmico pasivo para evitar pérdidas en el proceso de intercambio de calor.
[0031] El módulo de propagación térmica de una de las realizaciones está
configurado para facilitar la transferencia de calor hacia o desde superficies mayores que la poseída por uno o más módulos térmicos. En una de las realizaciones, el módulo de propagación térmica comprende una placa de 0.4 mm de espesor compuesta en un
99.9% de cobre moldeable. De modo que cuando el dispositivo es aplicado sobre la superficie corporal, la placa de cobre se moldea según la forma de la superficie corporal para mejorar el contacto y transferencia térmica con la superficie corporal donde el dispositivo es utilizado. [0032] En una de las formas de realización, un módulo de fijación es utilizado para acoplar a uno o más módulos térmicos al módulo de propagación térmica. El módulo de fijación comprende: Una primera tela de fijación extema unida fijamente al módulo de propagación térmica y que cubre la totalidad de la cara del módulo de propagación térmica orientada hacia uno o más módulos térmicos y opuesta a la superficie corporal, exceptuando las áreas de montaje de uno o más módulos térmicos. La primera tela de fijación externa es de un material de aislamiento térmico. Una segunda tela de fijación cubre, total o parcialmente, a cada módulo térmico. La segunda tela de fijación externa es de un material térmicamente permeable y/o permite el paso del flujo de aire.
[0033] El dispositivo es fijado a la zona corporal mediante medios de fijación, los que consisten en al menos dos zonas extremas de la primera tela de fijación, configuradas para ser unidas entre sí a través de, a lo menos, velero, broches de presión, botones, cordones, cremalleras, ganchos, hebillas, abrazaderas o elementos autoadhesivos.
[0034] El módulo de control de alguna de una de las formas de realización además comprende: un banco de sensores y un dispositivo de procesamiento, configurado para procesar la información proveniente de los sensores, los que incluyen al menos, pero no se limitan a:
[0035] sensor de presión;
[0036] matriz de contactos;
[00371 sensor de temperatura ambiente;
[0038] sensor de temperatura corporal;
[0039] sensor de temperatura interna del dispositivo (100);
[0040] sensor de color de la piel;
[0041] sensor de sudor en la piel;
[0042] giroscopio;
[0043] sensor de electroencefalograma (EEG);
[0044] sensor de electrocardiograma (ECG);
[0045] sensor de electromiograma (E G);
[0046] sensor de saturación de oxígeno; y/o
[0047] sensor de estado de carga de la batería.
[0048] El módulo de control de una de las formas de realización contempla la incorporación de una interfaz de entrada/salida de datos hacia un computador externo mediante un cable o una interfaz inalámbrica.
[0049] Opcionalmente, y de acuerdo a una de las formas de realización uno o más módulos térmicos incluye una bomba de calor reversible que comprende: un compresor; un primer intercambiador de calor configurado para intercambiar calor con el ambiente; un segundo intercambiador de calor configurado para intercambiar calor con el módulo de propagación térmica; y una válvula de expansión reversible.
La válvula de expansión reversible es operada en un primer modo para dirigir el fluido comprimido desde el compresor hacia el primer intercambiador de calor para su condensación, luego fluye a través de la misma válvula de expansión reversible donde sufre una brusca caída de presión y finalmente fluye a través del segundo intercambiador de calor para su evaporación. En este caso la bomba de calor reversible moviliza calor desde el módulo de propagación térmica al ambiente.
[0050] Para calentar el módulo de propagación térmica, la válvula de expansión reversible es operada en un segundo modo para invertir el sentido del fluido comprimido desde el compresor hacia el segundo intercambiador de calor para su condensación, luego fluye a través de la misma válvula de expansión reversible donde sufre una brusca caída de presión y finalmente fluye hacia el primer intercambiador de calor para su evaporación. En este caso, la bomba de calor reversible moviliza calor desde el medio ambiente hacia el módulo de propagación térmica.
[0051 ] El disipador térmico pasivo puede ser reemplazado por un disipador térmico activo configurado para mover aire, agua u otro fluido de manera de acelerar la transferencia térmica con el ambiente del componente termoeléctrico de efecto Peltier o del primer intercambiador de calor
[0052] El módulo de propagación térmica de una de las realizaciones comprende una placa compuesta de capas o aleaciones, de espesores micronométricos de cobre, plata, diamante, grafeno y/u otras partículas que aumenten su conductividad térmica. El uso opcional de películas o fundas permanentes o desechables para recubrir la lámina de cobre u otro material ya descrito permite mejorar aspectos de seguridad, transmisibilidad de calor a la superficie corporal e higiene del dispositivo.
[0053] La unión de el a lo menos un módulo térmico al módulo de propagación térmica es realizada mediante la utilización de pernos (58), soldadura (59), pegamento, o imanes (67).
[0054] Los dispositivos descritos en el presente documento pueden ser utilizados para el control térmico sobre una superficie corporal y el tratamiento de la inflamación. El dispositivo puede ser controlado para aplicar una terapia térmica precisa sobre distintas zonas corporales mediante la aplicación de diversos protocolos térmicos que actúan sobre diversos aspectos de la inflamación, como el edema en los tejidos y/o el dolor. El dispositivo genera frió o calor mediante el principio termoeléctrico de bombeo de calor. La temperatura aplicada sobre las diferentes zonas corporales lograda en alguna de las formas de realización es realizada mediante una interfaz maleable de cobre moldeada según la forma de la superficie corporal donde será aplicada. El cobre es preferido debido a que es un metal con excelente transmisión térmica, posee propiedades bactericidas y fungicidas, además de ser dúctil, maleable y reciclable.
[0055] La Figura 1A ilustra algunas de las diferentes opciones de aplicación del dispositivo (100) según una de las realizaciones. La figura 1A muestra un dispositivo (100), de acuerdo a alguna de las realizaciones contenidas en el presente documento, el que puede ser utilizado para el control térmico sobre una superficie corporal ( 10) de un ser vivo, en diferentes ubicaciones, tales como: cabeza, hombro, pecho o rodilla, para el tratamiento de la inflamación.
[0056] La Figura 1B ilustra un dispositivo (100) que cuenta con un esquema modular como se muestra en la Figura 2, conformado por un módulo de energía (10), un módulo de control (30), a lo menos un módulo térmico (50), un módulo de propagación térmica (70) y un módulo de fijación (90). El dispositivo (100) puede ser fijado a una superficie corporal ( 10) de un ser vivo, envolviéndolo alrededor de la superficie corporal ( 10) a tratar y uniendo los medios de fijación (130) entre sí. Los medios de fijación (130) pueden incluir segmentos de velero, broches, botones, cordones, cremalleras, ganchos, hebillas, abrazaderas o elementos autoadhesivos para asegurar la unión entre sí.
[0057] La Figura 3 muestra un diagrama esquemático de los componentes del dispositivo (100) en una de sus realizaciones operativas, donde el módulo de energía (10) alimenta al módulo de control (30), el cual controla uno o más módulos térmicos (50), los que están unidos al módulo de propagación térmica (70) mediante módulos de fijación (90); y el módulo de propagación térmica (70) debe ser moldeado según la forma de la superficie corporal (110) para facilitar un óptimo intercambio de calor durante la aplicación de un proceso de frió o calor sobre dicha superficie corporal (110) para su tratamiento.
[0058] En el dispositivo (100), el módulo de propagación térmica (70) está
conformado por una interfaz metálica que tiene una primera cara orientada hacia la superficie corporal (110) y una segunda cara, opuesta a la primera, orientada hacia uno o más módulos térmicos (50). Luego que el módulo de propagación térmica (70) ha sido moldeado según la forma de la superficie corporal (110), la primera cara tiene una zona configurada para estar en contacto con la superficie corporal ( 10) para cuando el dispositivo (100) sea fijado a esta. La segunda cara tiene una o más áreas de montaje para estar en contacto con uno o más módulos térmicos (50). El área donde se realiza el montaje de uno o más módulos térmicos (50), es significativamente menor que la zona de contacto con la superficie corporal (110). El módulo de propagación térmica (70) es de un metal de alta conductividad térmica (por ejemplo cobre), de tal manera que al seleccionar el estado de calentamiento, el calor producido por uno o más módulos térmicos (50), sea eficientemente propagado desde una o más áreas de montaje a la zona de contacto con la superficie corporal (110). Por otro lado, al seleccionar el estado de enfriamiento, el calor presente en la zona de contacto con la superficie corporal (110) es absorbido eficientemente desde la respectiva área de montaje por uno o más módulos térmicos (50). En una realización, el módulo de propagación térmica (70) tiene una combinación entre espesor y propiedades de conducción térmica que optimizan y balancean el flujo de calor entre la superficie corporal ( 10) y uno o más módulos térmicos, las que a su vez se combinan con propiedades de flexibilidad y maleabilidad requeridas para ser moldeado según la forma de la superficie corporal (110). La combinación de propiedades de espesor y conductividad térmica del módulo de propagación térmica (70), optimizan el intercambio global de calor entre una superficie corporal (110) de mayor tamaño y las áreas de montaje de uno o más módulos térmicos (50), relativamente más pequeñas.
[0059] El módulo de energía (10) cuenta con una fuente de poder que suministra energía eléctrica a las partes del dispositivo (100) que así (o requieren. Puede incluir un convertidor para que la corriente alterna (AC) de una toma de corriente, sea convertida en corriente continua (DC) con un voltaje adecuado para operar el módulo de control y a uno o más módulos térmicos (50) (por ejemplo, 3,3 Vcc). Internamente, la fuente de poder, escala, rectifica y protege el dispositivo de variaciones eléctricas externas tales como, sobre voltajes inesperados y cortes de energía. Físicamente, la fuente de poder puede ser montada en una carcasa externa (por ejemplo, una caja de plástica) y conectada a las partes que lo requieran del dispositivo (100) a través de cables. En otras realizaciones, el módulo de energía ( 0) obtiene la energía eléctrica desde baterías o pilas.
[0060] La Figura 4 muestra un módulo de control (30) de una realización, que puede ser utilizado en los dispositivos (100) ilustrados en las Figuras 2 y 3.
[0061] En la Figura 4 se muestra un módulo de control (3) acoplado entre un módulo de energía (10) y un módulo térmico (50). El módulo de control (30) incluye una unidad de control general (31) que se encarga de gestionar la operación del dispositivo (100). La unidad de control general (31) está conectada a una interfaz de visualización (33) y a una interfaz de operación (34). La interfaz de visualización (33) está configurada para mostrar el estado de operación actual del dispositivo (100), tales como: calentamiento (calor), apagado, o enfriamiento (frío). La interfaz de operación (34) puede ser utilizada para seleccionar un estado de operación del dispositivo (100), desde una pluralidad de estados disponibles. Después de seleccionar un estado, el bloque de potencia (32) del módulo de control (30) establece la magnitud y sentido de las corrientes eléctricas requeridas por uno o más módulos térmicos (50) para que estos generen el flujo térmico necesario para alcanzar el estado seleccionado. [0062] Por ejemplo, cuando un usuario acciona la interfaz de operación (34) para seleccionar uno de los estados disponibles, la unidad de control general (31) selecciona la magnitud y sentido de una o más corrientes eléctricas, las que son provistas por el bloque de potencia (32) a uno o más módulos térmicos (50) de esta manera. Los estados de operación de a lo menos un módulo térmico (50), son controlados por la magnitud y sentido de uno o más corrientes eléctricas.
[0063] La Figura 4 ilustra una configuración en la que un módulo térmico (50) puede ser conectados al bloque de potencia (32). En general, uno o más módulos térmicos (50) pueden ser conectados al bloque de potencia (32) y controlados por este.
[0064] En la Figura 4, el módulo de control (30) también tiene al menos una protección térmica (35) para prevenir daños en la superficie corporal (110) durante la operación del dispositivo (100), en caso de mal funcionamiento.
[0065] Por ejemplo, cuando se alcanza o excede un umbral de 45 grados Celsius en la ubicación de la protección térmica (35), esta corta la corriente eléctrica a uno o más de los módulos térmicos (50) mediante un interruptor térmico. El interruptor térmico activa nuevamente el flujo de corriente eléctrica a uno o más de los módulos térmicos (50), cuando la temperatura disminuye por debajo de un umbral de 40 grado Celsius.
[0066] En otras realizaciones, el umbral de temperaturas a la que está configurada la protección térmica (35) para detener o habilitar el flujo de corriente eléctrica desde el bloque de potencia (32) a uno o más módulos térmicos (50), puede variar de acuerdo a las temperaturas óptimas de tratamiento sobre la superficie corporal (110). En otras realizaciones, después que el protección térmica (35) corta o detiene el flujo de corriente eléctrica a uno o más módulos térmicos (50) al alcanzar o exceder cierto umbral de temperatura, la protección térmica (35) no necesariamente reinicia el flujo de corriente eléctrica después que la temperatura se ha reducido bajo cierto umbral de seguridad.
[0067] La Figura 3 ilustra una realización donde la protección térmica (35) está montada sobre el módulo de propagación térmica (70) para operar en base a la temperatura de su ubicación. Además, múltiples protecciones térmicas (35) se pueden instalar en diversos lugares del dispositivo (100) para mejorar la seguridad. A manera de ejemplo, las Figuras 17A, 17B y 17C muestran opciones de ubicación de la protección térmica: sobre, dentro o en un costado del disipador térmico pasivo (54)
[0068] En algunas realizaciones, sensores de temperatura son utilizados para monitorear las temperaturas en ubicaciones específicas del dispositivo (100), tales como: puntos seleccionados del módulo de propagación térmica (70) y/o los disipadores pasivos de calor (54) de los módulos térmicos (50). El bloque de potencia (32) y/o la unidad de control general (31), son configurados para ajustar la operación de uno o más módulos térmicos (50) mediante el ajuste de las corrientes eléctricas proporcionadas a los módulos térmicos (50).
[0069] La Figura 5 muestra un módulo térmico (50) de una realización, que se puede utilizar en los dispositivos ilustrados en las Figuras 1 a 4.
[0070] En la Figura 5, se ilustra un módulo térmico (50) acoplado entre un módulo de control (30) (por ejemplo, como el ilustrado en la Figura 4) y un módulo de propagación térmica (70). El módulo térmico (50) es capaz de generar un flujo de calor hacia o desde el módulo de propagación térmica (70), de acuerdo al estado seleccionado en el módulo de control (30).
[0071] En la Figura 5, al menos un componente termoeléctrico de efecto Peltier (52) se utiliza para movilizar calor. Cada uno de los componentes termoeléctricos de efecto Peltier (52) tiene una configuración interna que permite el intercambio de calor, generando así un flujo de calor desde o hacia el módulo de propagación térmica (70). Esto, según el sentido de las corrientes eléctricas entregadas por el módulo de control (30) a uno o más componentes termoeléctricos de efecto Peltier. (52).
[0072] En la Figura 5, cada uno de los componentes termoeléctrico de efecto Peltier (52) tiene un disipador térmico pasivo (54) que remueve el exceso de calor resultante en el componente termoeléctrico de efecto Peltier (52) correspondiente, para así enfriar el módulo de propagación térmica (70) durante la operación de enfriamiento de la superficie corporal (110). Entre el disipador térmico pasivo (54) y el componente termoeléctrico de efecto Peltier (52) se unta una pasta conductora térmica (59) para optimizar el flujo o intercambio de calor, como se ilustra en la Figura 6.
[0073] En la Figura 5, al menos un elemento de ventilación activo (56) se utiliza para generar un flujo de aire que enfría el disipador térmico pasivo (54). La unión entre el elemento de ventilación activa (56) y el disipador térmico pasivo (54) se realiza mediante fijaciones, para evitar pérdidas en el proceso de intercambio de calor. El elemento de ventilación activa (56) está unido a un lado del disipador térmico pasivo (54) con un pegamento común (57), como se muestra en la Figura 6.
[0074] La Figura 7A ilustra el esquema constructivo de un módulo de fijación (90) de una realización.
[0075] Mientras que un módulo térmico (50) permite controlar la temperatura del área cercana a donde se encuentra montado, un módulo de propagación térmica (70) permite la propagación del flujo térmico abarcando toda la zona en contacto con la superficie corporal (110). El módulo de propagación térmica (70) ilustrado en la Figura 7A, permite una alta propagación de la energía térmica sobre la zona en contacto con la superficie corporal (110) durante el flujo de calor desde o hacia una superficie relativamente de menor tamaño, compuesta de uno o más módulos térmicos (50).
[0076] En una realización, el módulo de propagación térmica (70) está conformado por una placa de 0,4 mm de espesor, compuesta en un 99,9% de cobre maleable. El cobre, junto con poseer propiedades bactericidas y fungicidas, cuenta con propiedades de alta conductividad térmica y maleabilidad. Esta última, posibilita moldear la placa de cobre del módulo de propagación térmica (70) según la forma de la superficie corporal (110) donde se fija el dispositivo (100), proveyendo un óptimo contacto y una vía de propagación del flujo térmico generado por el componente termoeléctrico de efecto Peltier (52) a la superficie corporal (110).
[0077] En la Figura 7A, se muestra un módulo de fijación (90) utilizado para acoplar uno o más módulos térmicos (50) al módulo de propagación térmica (70). El módulo de fijación (90) incluye una primera tela de fijación externa (92) y una segunda tela de fijación extema (94).
[0078] La primera tela de fijación extema (92) ha sido unida fijamente al módulo de propagación térmica (70) mediante pegamento común y cubre la totalidad de la cara del módulo de propagación térmica (70) orientada hacia uno o más módulos térmicos (50) y opuesta a la superficie corporal (110), exceptuando las áreas de montaje de uno o más módulos térmicos (50). La primera tela de fijación externa (92) es de un material de aislamiento térmico y reduce al mínimo el intercambio de calor entre el módulo de propagación térmica (70) y el ambiente.
[0079] La segunda tela de fijación externa (94) cubre, total o parcialmente, cada módulo térmico (50). Este último, está compuesto por el componente termoeléctrico de efecto Peltier (52), el disipador térmico pasivo (54) y el elemento de ventilación activa (56). La segunda tela de fijación externa (94) es de un material térmicamente permeable y/o permite el paso del flujo de aire generado por el elemento de ventilación activa (56) y por lo tanto, permite un intercambio de calor eficiente entre el disipador térmico pasivo (54) del módulo térmico (50) y el aire circundante del ambiente.
[0080] En la Figura 7A la segunda tela de fijación externa (94), se une a la primera tela de fijación extema (92) cerca del límite en el que el módulo térmico (50) entra en contacto con el módulo de propagación térmica (70).
[0081] En una realización, dos módulos térmicos (50) están conectados en paralelo para recibir la señal de control o corriente eléctrica (51) desde el módulo de control (30). El o los módulos térmicos (50) están montados en el módulo de propagación térmica (70) mediante las telas de fijación externa (92) y (94), las que permiten una adecuada unión o fijación y/o contención de manera análoga a un exoesqueleto, debido a la tensión que generan ambas telas de fijación externa (92) y (94) entre el módulo de propagación térmica (70) y el módulo térmico (50).
[0082] La Figura 7B muestra otra realización para un módulo de fijación (90), donde la segunda tela de fijación externa (94) permite un acceso libre y directo al área de montaje del módulo de propagación térmica (70), durante el proceso de montaje del módulo térmico (50). Una vez finalizado el montaje, el cierre de dicho acceso se realiza mediante la unión entre sí de los extremos libres de la tela de fijación (94). La unión de dichos extremos también maximiza la tensión de las telas de fijación externa (92) y (94), optimizando el montaje del módulo térmico (50) en el módulo de propagación térmica (70). La unión entre los extremos libres de la segunda tela de fijación externa (94) se realiza con un pegamento común u otro método de sellado similar.
[0083] Para mayor seguridad del usuario, una vez que el dispositivo (100) está armado, no se proporciona acceso a las partes internas, tales como el módulo térmico (50).
[0084] Una vez que el módulo de propagación térmica (70) ha sido moldeado a la forma exterior o contorno de la superficie corporal (1 0), el dispositivo (100) es fijado a dicha superficie corporal (110) a través de los medios de fijación ( 30), ilustrados en la Figura 1B.
[0085] Los medios de fijación (130) de una realización, consisten en al menos dos zonas extremas de una prolongación de la primera tela de fijación externa (92). Los medios de fijación (130) están configurados para ser unidos entre sí a través de segmentos de velero, broches de presión, botones, cordones, cremalleras, ganchos, hebillas, abrazaderas o elementos autoadhesivos, etc. Una vez que los extremos de fijación (130) están unidos el uno al otro, el dispositivo (100) está asegurado
adecuadamente, de manera que la superficie corporal (110) esté en contacto con el módulo de propagación térmica (70).
[0086] En algunas realizaciones, el módulo de energía (10) y/o el módulo de control (30) son capaces de suministrar distintos niveles de voltaje y corriente, dependiendo de la potencia requerida por uno o más módulos térmicos (50) para ejecutar de manera correcta las operaciones térmicas deseadas, aplicando así las temperaturas adecuadas y por el tiempo necesario, sobre la superficie corporal (110), según el estado seleccionado. El módulo de energía (10) y/o el módulo de control (30) pueden estar montados en el interior del dispositivo (100) o configurados en una carcasa externa.
[0087] En algunas realizaciones, el módulo de energía (10) está equipado con uno o más baterías transportables y recargables, y diseñado para que el dispositivo (100) pueda ser utilizado con una fuente de alimentación extema, mientras se cargan las baterías.
[0088] La Figura 8 muestra un módulo de control (30) de una forma de realización, que puede ser utilizado en los dispositivos ilustrados en las Figuras 2 y 3.
[0089] El módulo de control (30) que se muestra en la Figura 8 tiene una unidad de control general (31), un bloque de potencia (32), una interfaz de visualización (33), una interfaz de operación (34) y una protección térmica (35), similar a los ilustrados en la Figura 4. El módulo de control (30), ilustrado en la Figura 8, tiene además un dispositivo de procesamiento (41) que procesa datos provenientes de un banco de sensores (42). El dispositivo de procesamiento (41) proporciona información en función del tiempo (por ejemplo, en forma de curvas, tablas, gráficos) para el personal médico, clasificación del estado del tratamiento, de manera de facilitar la introducción de mejoras más finas de forma automática, y controlar la interfaz de entrada/salida de datos para su posterior análisis en equipos externos.
[0090] Ejemplos de los sensores (42) para capturar datos incluyen, pero no se limitan a:
[0091 ] sensor de presión;
[0092] matriz de contactos;
[0093] sensor de temperatura ambiente;
[0094] sensor de temperatura corporal;
[0095] sensor de temperatura interna del dispositivo ( 00);
[0096] sensor de color de la piel;
[0097] sensor de sudor en la piel;
[0098] giroscopio;
[0099] sensor de electroencefalograma (EEG);
[0100] sensor de electrocardiograma (ECG);
[0101] sensor de electromiograma (EMG);
[01 2] sensor de saturación de oxígeno; y/o
[0 03] sensor de estado de carga de la batería.
[0 04] El banco de sensores (42) permite al dispositivo de procesamiento (41 ), por ejemplo, controlar la potencia, frecuencia, velocidad e intensidad de los cambios en la temperatura del dispositivo (100), en función del tiempo. El módulo de control (30) utiliza la interfaz de visualización (33) para mostrar información relevante tal como, pero no limitado a, temperatura de operación, el tiempo de uso del dispositivo, y estado de carga de la batería. [0105] La Figura 9 muestra otra forma de realización para un módulo de control (30), la que incluye una interfaz de entrada/salida de datos (43), que puede ser utilizada en los dispositivos ilustrados en las Figuras 2 y 3.
[0106] El módulo de control (30) que se muestra en la Figura 9 tiene una unidad de control general (31), un bloque de potencia (32), una interfaz de visualización (33), una interfaz de operación (34) y una protección térmica (35), similar a los ilustrados en la Figura 4. El módulo de control (30) que se muestra en la Figura 9 incluye además una interfaz de entrada/salida de datos (43) para comunicarse con un ordenador externo (45) mediante un cable o una conexión inalámbrica.
[0107] En algunas realizaciones, un módulo de control (30) está configurado para incluir tanto la interfaz de entrada/salida de datos (43) y el banco de sensores (42) controlado por el dispositivo de procesamiento (41).
[0108] Los datos recopilados por el dispositivo de procesamiento (41 ) y/o el banco de sensores (42), son almacenados en una memoria interna del dispositivo ( 00) y/o en un servidor externo en Internet (por ejemplo, equipo (45)). El almacenamiento de los datos recogidos por un dispositivo (100) de este tipo, proporciona después de un período de tiempo en que el dispositivo (100) es usado, una gran cantidad de información para la comparación entre distintos casos, con la que se puede optimizar los procesos térmicos proporcionados por el dispositivo (100), y así mejorar la calidad de los tratamientos térmicos.
[0109] La interfaz de entrada/salida de datos (43) de una realización, incluye una conexión a un dispositivo móvil, como un smartphone o teléfono inteligente, un asistente personal digital, un reproductor de medios portátil, un ordenar tablet o un ordenador portátil, a través de una conexión inalámbrica, como WiFi, Bluetooth o NFC. Dicha conexión permite el control del dispositivo (100) y/o graficar la información del banco de sensores (42).
[0110] La cantidad de módulos térmicos (50) que se emplea, depende del tipo de tratamiento y se pude optimizar dependiendo de la zona corporal (110) a someter a la acción del dispositivo (100) y las temperaturas de aplicación deseadas.
[0111] La Figura 10 muestra un módulo térmico (50) de una realización, que puede ser utilizado en los dispositivos ilustrados en las Figuras 1 a 4.
[0112] En la Figura 10, una bomba de calor reversible reemplaza el componente termoeléctrico de efecto Peltier (52), utilizado en el módulo térmico (50) que se ilustra en la Figura 5.
[0113] El módulo térmico (50) de la Figura 10 tiene un compresor (61), dos intercambiadores de calor (63) y (62), y una válvula de expansión reversible (64). Un primer intercambiador de calor (63) está configurado para intercambiar calor con el ambiente; y un segundo intercambiador de calor (62) está configurado para intercambiar calor con el módulo de propagación térmica (70).
[0114] Un fluido se hace pasar a través del compresor (61), el que aumenta su presión y con ello eleva su temperatura (entalpia).
[0 151 Si el efecto deseado es enfriar el módulo de propagación térmica (70), la válvula de expansión reversible (64) es operada en un primer modo para dirigir el fluido comprimido a través del primer íntercambiador de calor (63) utilizado como un
condensador, lugar donde el calor del fluido comprimido se transfiere al ambiente, dado que el fluido comprimido sale del compresor (61) a una elevada temperatura debido a la compresión.
[0116] El fluido, aún comprimido pero enfriado, deja el primer intercambiador de calor
(63) que funciona como condensador y fluye a través de la válvula de expansión reversible (64), donde sufre una brusca caída de presión. Al disminuir la presión, el fluido se enfría bruscamente y se hace fluir como un refrigerante a través del segundo intercambiador de calor (62) donde el fluido comienza a evaporarse, puesto que el segundo intercambiador de calor (62) está funcionando como un evaporador,
absorbiendo así el calor desde el módulo de propagación térmica (70), ya que el fluido está más frío que este último. El fluido evaporado regresa al compresor, cerrando así el ciclo.
[0117] Para calentar el módulo de propagación térmica (70), la válvula de expansión reversible (64) es operada en un segundo modo para invertir el sentido del fluido comprimido, lo que provoca que el segundo intercambiador de calor (62) funcione como condensador y el primer intercambiador de calor (63) funcione como un evaporador.
Específicamente, el fluido comprimido y por lo tanto caliente, que sale del compresor (61) se dirige hacia el segundo intercambiador de calor (62) que actúa ahora como
condensador. El calor en el fluido comprimido se transfiere al módulo de propagación térmica (70), dado que el fluido comprimido sale del compresor (61 ) a una temperatura elevada debido a la compresión. El fluido comprimido sale del segundo intercambiador de calor (62) a una menor temperatura y fluye a través de la válvula de expansión reversible
(64) , donde sufre a una fuerte caída en la presión. En respuesta a la disminución de presión, el fluido se enfría bruscamente y se hace fluir como un refrigerante a través del primer intercambiador de calor (63), donde comienza a evaporarse ya que este último ahora funciona como un evaporador, el que absorbe calor del ambiente, ya que el refrigerante está a una temperatura menor que el ambiente. El fluido evaporado retorna al compresor (61), cerrando nuevamente el ciclo. [0118] En algunas realizaciones, el disipador térmico pasivo (54) que se muestra en la Figura 5, utilizado para facilitar el intercambio de calor entre el componente
termoeléctrico de efecto Peltier y el aire del ambiente, también es utilizado para facilitar el intercambio de calor entre el primer intercambiador de calor (63) de la bomba de calor reversible de la Figura 10 y el aire circundante del ambiente.
[0119] En algunas realizaciones, el disipador térmico pasivo (54) puede ser reemplazado por un disipador térmico activo que moviliza aire, agua u otros fluidos para acelerar la transferencia térmica y mantener una gradiente térmica en la aplicación de calor o frío para el tratamiento térmico de la superficie corporal (110) deseada. El disipador térmico activo de una forma de realización no emplea componentes tales como una bomba de calor, reduciendo así el tamaño y peso del dispositivo (100).
[0120] La Figura 6 muestra la conexión entre el elemento de ventilación activa (56), y el disipador térmico pasivo (54) mediante un adhesivo simple (57). Esta también puede ser realizada utilizando pernos (58), resortes (51) o cinta adhesiva, como se ilustra en las Figuras 11 A y B. Por otro lado, existen varias opciones para la disposición interna del módulo térmico (50), el cual comprende el componente termoeléctrico de efecto Peltier (52), el disipador térmico pasivo (54) y el elemento de ventilación activa (56), tal como se ilustra en las Figuras 12A y 12B.
[0121] El cobre es un material de alta conductividad térmica, sin embargo, es posible reemplazarlo con polímeros con conductividades comparables o aún mayores para conformar el módulo de propagación térmica (70). En una realización, el módulo de propagación térmica (70) está formado usando tales polímeros, los que pueden ser construidos incluyendo micro capas de cobre, plata, diamante, u otras partículas para aumentar su conductividad térmica, alcanzando así valores superiores a los del cobre en su forma metálica pura. En otra realización alternativa, el módulo de propagación térmica (70) está formado por una lámina compuesta por algunos de dichos polímeros. En algunas realizaciones, aleaciones de cobre con otros metales, u otros materiales de alta conductividad térmica como el grafeno, son utilizados para formar el módulo de propagación térmica (70).
[0122] Una forma de realización del módulo de propagación térmica (70) incluye una adaptación ergonómica personalizada de un material de alta conductividad térmica seleccionado para una mejor envoltura de la superficie corporal (110) durante el tratamiento, evitando pérdidas en la eficiencia del intercambio de calor.
[0123] La adaptación personalizada del módulo de propagación térmica (70) a la forma de la superficie corporal (1 0) se puede realizar utilizando métodos digitales o mecánicos. Por ejemplo un escáner láser, o cualquier otro tipo de tecnología de obtención digital de imágenes 3D, se utiliza para obtener un modelo de la superficie corporal (110) a tratar, y una impresora 3D puede imprimir un módulo de propagación térmica (70) que se adapte perfectamente a la superficie corporal (110). En otro ejemplo, un método mecánico considera la fabricación de moldes negativos de yeso (u otros materiales similares) de la superficie corporal (1 0) a tratar, para luego crear moldes positivos para ser utilizado como módulo de propagación térmica (70).
[0124] Un cambio en el espesor de la lámina de cobre o de otros materiales puede afectar a la propagación del calor como a las características físicas del dispositivo ( 00). La lámina de cobre, en particular, puede emplearse en un rango entre 0,1 y 1 milímetro de espesor.
[0125] El uso de láminas, películas o fundas para recubrir la lámina de cobre u otro material descrito anteriormente, permite mejorar aspectos de seguridad, transferencia térmica a la superficie corporal ( 0) e higiene del dispositivo (100). Estas láminas pueden ser desechables, permanentes o reutilizables.
[0126] Otra opción es la de usar un gel que mejore la transmisión térmica entre el módulo de propagación térmica (70) y la superficie corporal (110).
[0127] La Figura 13 muestra otra manera de unir un módulo térmico (50) al módulo de propagación térmica (70) mediante un conjunto de pernos (58) que cruzan el módulo de propagación térmica (70) a través de un conjunto de orificios y se sujetan con tuercas al disipador térmico pasivo (54). Esta realización implica la perforación de agujeros en la placa de cobre y requieren utilizar un material para cubrir los tornillos (58) con el fin de evitar daños al usuario a partir de elementos que puedan sobresalir de la placa. Una realización alternativa comprende el reemplazo de los pernos por grapas de presión o remaches.
[0128] Fijaciones mecánicas, por otro lado, puede hacer uso de las telas de fijación extema (92) y (94) utilizadas en una de las realizaciones, y una carcasa rígida. La particularidad es que en lugar de funcionar en base a la tensión de las telas de fijación externa (92) y (94), cuenta con contactos (71) en la misma placa de cobre que permite adherir el módulo térmico (50), como se muestra en la Figura 14.
[0129] Las telas de fijación externa (92) y (94) también puede ser reemplazadas por una o más carcasas rígidas que estén moldeada de manera solidaria al módulo de propagación térmica (70).
[0130] Las telas de fijación externa (92) y (94) pueden tener diferentes niveles de elasticidad, con el objetivo de mejorar la unión de uno o más módulos térmicos (50) al módulo de propagación térmica (70). Además, las telas de fijación externa (92) y (94) pueden ser ajustables mediante la utilización de un sistema de fijación tales como velero y/o adhesivos.
[0131] En una de las realizaciones, fijaciones magnéticas (67) permiten mantener unidos el disipador térmico pasivo (54) al módulo de propagación térmica (70), manteniendo prensado entre ellos al componente termoeléctrico de efecto Peltier (52). La instalación de imanes en ambos módulos permite su acoplamiento efectivo, como se muestra en la Figura 15.
[0132] En una de las realizaciones, la unión de uno o más módulos térmicos (50) al módulo de propagación térmica (70) se puede hacer mediante la aplicación de soldadura (59) o pegamento entre el módulo térmico propagación (70) y un conjunto de pernos (58). Estos últimos se ajustan con las tuercas al disipador térmico pasivo (54), como se muestra en la Figura 16.
[0133] En la presente memoria descriptiva, las divulgaciones han sido descritas con referencia a ejemplos específicos de realizaciones. Será evidente que diversas modificaciones pueden hacerse en la misma, sin apartarse del espíritu y el alcance como se establece en las siguientes reivindicaciones. La memoria descriptiva y los dibujos, en consecuencia, deben considerarse en un sentido ilustrativo en lugar de un sentido restrictivo.

Claims

REIVINDICACIONES
Lo reivindicado es:
1. Un dispositivo (100) para e! control térmico sobre una superficie corporal (110) mediante una interfaz metálica, CARACTERIZADO porque comprende:
- un módulo de control (30) para ajustar selectivamente la potencia y sentido del flujo eléctrico en base a un estado de operación seleccionado del dispositivo (100);
- al menos un módulo térmico (50) acoplado al módulo de control (30) para
recibir la potencia eléctrica de este último, y así generar un flujo de calor.
- un módulo de propagación térmica (70) dispone de a lo menos un módulo de térmico (50). Consiste en una interfaz metálica moldeada según la forma de la superficie corporal (110), para facilitar un óptimo intercambio de calor durante la aplicación de un proceso de frío o calor a dicha superficie corporal (110). El módulo de propagación térmica (70), comprende:
o una primera cara que tiene una zona configurada para estar en contacto con la superficie corporal (1 0) para cuando el dispositivo (100) sea fijado a esta.
o una segunda cara, opuesta a la primera cara, donde el módulo de
propagación térmica (70) está configurado para recibir un flujo de calor proveniente de a lo menos un módulo térmico (50), para luego propagar dicho flujo de calor a la primera cara, para su aplicación sobre la superficie corporal ( 10). El área donde se realiza el montaje de uno o más módulos térmicos (50), es significativamente menor que la zona de contacto con la superficie corporal (110).
2. El dispositivo (100) para el control térmico según la reivindicación 1 ,
CARACTERIZADO porque también comprende: un módulo de energía (10) que consiste en una fuente de poder que permite suministrar corriente continua (DC) al dispositivo (100) al conectarla a la red eléctrica, baterías u otras fuentes de energía.
3. El dispositivo (100) según fa reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el
módulo de control (30) está configurado para controlar procesos predeterminados de flujo de calor desde o hacia la superficie corporal (110).
4. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el módulo de control (30) comprende:
- una unidad de control general (31) encargada de gestionar la operación del dispositivo ( 00);
- una interfaz de visuaiización (33) configurada para mostrar el estado de operación actual del dispositivo (100);
- una interfaz de operación (34) que permite seleccionar un estado de operación del dispositivo (100), desde una pluralidad de estados de operación, tales como: calentamiento (calor), apagado o enfriamiento (frió); y
- un bloque de potencia (32) configurado para ajustar la magnitud y sentido de las corrientes eléctricas requeridas por uno o más módulos térmicos (50) para que estos generen el flujo térmico necesario de acuerdo al estado de operación seleccionado del dispositivo ( 00),
5. El dispositivo (100) según la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque el
módulo de control (30) además comprende a lo menos una protección térmica (35) a fin de evitar daños sobre la superficie corporal (1 0) durante la operación del dispositivo (100), en caso de mal funcionamiento. La protección térmica (35) puede estar montada sobre el módulo de propagación térmica (70) o en diversos lugares del dispositivo (100), como por ejemplo: sobre, dentro o en un costado del disipador térmico pasivo (54). Cuando la temperatura en la ubicación de la protección térmica excede un primer umbral superior de temperatura, esta corta la corriente mediante un interruptor térmico; y cuando la temperatura de la protección térmica desciende bajo un segundo umbral inferior de temperatura, el interruptor térmico activa nuevamente el paso de la corriente eléctrica.
6. El dispositivo (100) según la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque el módulo de control (30) además comprende: un banco de sensores (42); y un dispositivo de procesamiento (41), configurado para procesarla información proveniente de los sensores.
7. El dispositivo (100) según la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque el banco de sensores (42) incluye al menos, pero no limitado a:
• sensor de presión; • matriz de contactos;
• sensor de temperatura ambiente;
• sensor de temperatura corporal;
• sensor de temperatura interna del dispositivo (100);
• sensor de color de la piel;
• sensor de sudor en la piel;
• giroscopio;
• sensor de electroencefalograma (EEG);
• sensor de electrocardiograma (ECG);
• sensor de electromiograma (E G);
• sensor de saturación de oxígeno; y/o
• sensor de estado de carga de la batería.
8. El dispositivo (100) según la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque el
módulo de control (30) también comprende una interfaz de entrada/salida de datos (43) hacia un computador externo (45) mediante un cable o una interfaz inalámbrica.
9. El dispositivo ( 00) según la reivindicación , CARACTERIZADO porque uno o más módulos térmicos (50), generan un flujo de calor hacia o desde el módulo de propagación térmica (70), dependiendo del estado seleccionado en el módulo de control (30). 0. El dispositivo (100) según la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque a lo menos un módulo térmico (50) comprende un componente termoeléctrico de efecto Peltier (52) que causa el flujo de calor hacia o desde el módulo de propagación térmica (70) de acuerdo al sentido del flujo eléctrico provisto al módulo térmico (50).
1 1 . El dispositivo (100) según la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque el módulo térmico (50) además comprende: un disipador térmico pasivo (54) acoplado al componente termoeléctrico de efecto Peltier (52), para facilitar el intercambio de calor entre el componente termoeléctrico de efecto Peltier (52) y el ambiente.
12. El dispositivo (100) según la reivindicación 11 , CARACTERIZADO porque además comprende: la aplicación de una pasta conductora térmica (59) entre el disipador térmico pasivo (54) y el componente termoeléctrico de efecto Peltier (52); a lo menos un elemento de ventilación activa (56) para generar un flujo de aire que enfría el disipador térmico pasivo (54); y un set de fijaciones para adherir el elemento de ventilación activa (56) al disipador térmico pasivo (54).
13. El dispositivo ( 00) según la reivindicación , CARACTERIZADO porque el
módulo de propagación térmica (70) incluye una placa de cobre moldeable de 0.4 mm de espesor y de un 99.9% de cobre.
14. El dispositivo (100) según la reivindicación 13, CARACTERIZADO porque el
módulo de propagación térmica (70) comprende una placa compuesta de capas o aleaciones, de espesores micrométricos de cobre, plata, diamante, grafeno u otras partículas que aumenten su conductividad térmica.
15. El dispositivo (100) según la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque el
módulo térmico (50) incluye una bomba de calor reversible que comprende; un compresor (61); un primer intercambiador de calor (63) configurado para intercambiar calor con el ambiente; un segundo intercambiador de calor (62) configurado para intercambiar calor con el módulo de propagación térmica (70); y una válvula de expansión reversible (64).
La válvula de expansión reversible (64) es operada en un primer modo para dirigir el fluido comprimido desde el compresor (61) hacia el primer intercambiador de calor (63) para su condensación, luego fluye a través de la misma válvula de expansión reversible (64) donde sufre una brusca caída de presión y finalmente fluye a través del segundo intercambiador de calor (62) para su evaporación. En este caso la bomba de calor reversible moviliza calor desde el módulo de propagación térmica (70) al ambiente.
La válvula de expansión reversible (64) es operada en un segundo modo para invertir el sentido del fluido comprimido desde e) compresor (61) hacia el segundo intercambiador de calor (62) para su condensación, luego fluye a través de la misma válvula de expansión reversible (64) donde sufre una brusca caída de presión y finalmente fluye hacia el primer intercambiador de calor (63) para su evaporación. En este caso, la bomba de calor reversible moviliza calor desde el medio ambiente hacia el módulo de propagación térmica (70).
16. El dispositivo (100) según la reivindicación 11 , CARACTERIZADO porque además comprende: un disipador térmico activo configurado para mover aire, agua u otro fluido de manera de acelerar la transferencia térmica con el ambiente del componente termoeléctrico de efecto Peltier (52) o del primer intercambiador de calor (63). 7. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende: un módulo de fijación (90) que acopla a lo menos un módulo térmico (50) al módulo de propagación térmica (70), donde el módulo de fijación (90) comprende:
- Una primera tela de fijación externa (92) unida fijamente al módulo de propagación térmica (70) y que cubre la totalidad de la cara del módulo de propagación térmica (70) orientada hacia uno o más módulos térmicos (50) y opuesta a la superficie corporal (110), exceptuando las áreas de montaje de uno o más módulos térmicos (50). La primera tela de fijación externa (92) es de un material de aislamiento térmico.
- Una segunda tela de fijación (94) cubre, total o parcialmente, a cada módulo
térmico (50). La segunda tela de fijación externa (94) es de un material
térmicamente permeable y/o permite el paso del flujo de aire. La segunda tela de fijación (94) se une a la primera tela de fijación (92) cerca del límite en el que el módulo térmico (50) entra en contacto con módulo de propagación térmica (70).
18. El dispositivo (100) según la reivindicación 7, CARACTERIZADO porque además comprende: Medios de fijación (130), los que consisten en al menos dos zonas extremas de la primera tela de fijación (92), configuradas para ser unidas entre sí a través de, a lo menos, velero, broches de presión, botones, cordones, cremalleras, ganchos, hebillas, abrazaderas o elementos autoadhesivos. Los medios de fijación (130) son utilizados para fijar el módulo de propagación térmica (70) a la zona corporal (110), luego que el módulo de propagación térmica (70) ha sido moldeado a la forma exterior o contorno de la superficie corporal (110). 9. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende: una lámina, película, o fundas para recubrir la primera cara del módulo de propagación térmica (70). Estas pueden ser desechables o reutilizables.
0. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende al menos la utilización de pernos (58), soldadura (59), pegamento, o imanes (67), configurados para unir el módulo térmico (50) al módulo de propagación térmica (70).
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