專利名稱：用于人體的溫度調(diào)節(jié)的溫度控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)的溫度控制裝置的領(lǐng)域以及一種對應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
對于人類，體溫是一個重要因素。顯然，人體溫度受多個參數(shù)影響，這些參數(shù)可以大致劃分成根據(jù)各個人的身體活動的內(nèi)部身體參數(shù)和根據(jù)環(huán)境條件的外部參數(shù)。更具體而言，可以用受人類生理控制的皮膚和核心身體溫度來描述人體的溫度條件。皮膚溫度不僅是諸如代謝速率產(chǎn)生、行為和生理血管動態(tài)性、出汗速率等身體參數(shù)的微妙平衡的結(jié)果，也是諸如皮膚附近的空氣流速、空氣濕度、空氣溫度和與環(huán)境的輻射熱交換等環(huán)境參數(shù)的微妙平衡的結(jié)果。根據(jù)一般經(jīng)驗，可以通過改變這樣的環(huán)境條件以調(diào)節(jié)皮膚溫度來影響人類的感知。一個眾所周知的例子是常見的人類所處房間的空氣調(diào)控。通過改變房間內(nèi)的空氣溫度和空氣濕度，可以提供舒適氣候。 人體的一個重要溫度調(diào)節(jié)領(lǐng)域是在睡眠設(shè)施(accommodation)中(例如在設(shè)置于臥室中的床)提供舒適的睡眠條件。由于人體的熱產(chǎn)生在夜晚從傍晚的大約20W到午夜的少于100W，再到早晨時分再次上升而循環(huán)變化，所以人們通常給他們自己蓋上毛毯以補償較少的熱產(chǎn)生。然而為了調(diào)節(jié)皮膚溫度，必須將室溫設(shè)置成提供最優(yōu)睡眠條件的適當水平。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這通過由加熱/冷卻設(shè)備控制房間的空氣溫度來實現(xiàn)。例如文獻JP03072173公開了使用輻射加熱板來調(diào)控床的躺臥區(qū)域上方的區(qū)段中的空氣。這樣的已知方法的缺點在于僅能通過改變整個房間的空氣溫度來間接控制相應(yīng)個人的皮膚溫度。也就是說，不可能在不改變房間條件的情況下改變睡眠設(shè)施的微觀氣候。廣而言之，希望以比傳統(tǒng)方法可能的方式更直接的方式調(diào)整人的皮膚溫度。這一問題也產(chǎn)生于其它情形中，這些情形與睡眠條件無關(guān)，例如在乘客車廂、工作場所中或者在人所在的任何其它地點中。放棄使用傳統(tǒng)空氣調(diào)控可能有若干原因，例如避免氣流或者調(diào)整一個人所在的場所原處的微觀氣候以不同于其它場所。僅舉一例，可以使車輛的駕駛座位的溫度不同于乘客座位。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)了復雜的空氣調(diào)控布置以提供這一特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)的溫度控制裝置，該裝置提供一種直接調(diào)整人類的皮膚溫度的相對簡單的方式，從而避免常見的空氣調(diào)控的缺點。本發(fā)明的另一目的是提供一種溫度控制裝置，該裝置實現(xiàn)位于睡眠設(shè)施中、在睡眠狀態(tài)中的人的皮膚溫度的簡單和直接控制。本發(fā)明的又一目的是提供一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)以調(diào)整人類的皮膚溫度而無常見空氣調(diào)控的缺點和限制的對應(yīng)方法。這一目的由一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)的溫度控制裝置實現(xiàn)，該裝置包括至少一個輻射吸收面板，其能夠吸收熱輻射；以及冷卻設(shè)備，其被提供用于冷卻所述面板。
這一溫度控制裝置基于輻射吸收的功能原理。從人類的皮膚輻射的熱由具有良好吸收性質(zhì)的面板吸收，尤其在紅外輻射范圍中。出于這一目的，面板可以與用戶的皮膚近距離布置以覆蓋人體的至少一部分，從而來自用戶的皮膚的輻射熱由面板的表面吸收。因此實現(xiàn)熱提取以將皮膚溫度調(diào)整至舒適水平。這是一種無接觸溫度控制，而無需氣流等來提供與皮膚的熱交換。另外，這樣的溫度控制裝置的工作是選擇性的并且被很好地指導，而不影響溫度控制裝置所在地點的環(huán)境周圍。例如，這樣的裝置可以位于人所在的睡眠設(shè)施(比如床)。可以如上文描述的那樣調(diào)整人的皮膚溫度，而根據(jù)本發(fā)明的裝置的操作將不在感知上影響臥室空氣溫度。另外，面板具有阻止來自環(huán)境的熱輻射(該熱輻射可能造成皮膚溫度的升高)這一附加功能。被提供用于冷卻面板的冷卻設(shè)備排放所吸收的熱?？梢栽诒景l(fā)明的背景中使用任何適當設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員將根據(jù)功率消耗、效率、噪聲發(fā)展等等方面選擇冷卻設(shè)備的工作原理。根據(jù)本發(fā)明的溫度控制裝置尤其適合用于容易和有效調(diào)整睡眠者的皮膚溫度這一目的。然而本發(fā)明不限于這一應(yīng)用。其它應(yīng)用可以包括工作場所、車輛中的座位等的溫度調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，輻射吸收面板至少部分由能夠吸收熱輻射的材料形成。例如面板可以完全由在紅外范圍中具有高吸收性的材料構(gòu)成，從而有效吸收熱輻射。還可以假設(shè)只有這一面板的一部分由這樣的具有高吸收能力的材料形成。這可以是面向?qū)⒈粶囟日{(diào)節(jié)的人體的表面上的層。根據(jù)另一優(yōu)選實施例，所述面板包括絕熱層，該絕熱層覆蓋能夠吸收熱輻射的面板的至少一個表面并且具有低導熱性以及對于熱輻射的高透明性。這樣的絕熱層將吸收熱輻射的冷卻表面與潮濕的環(huán)境空氣隔離，從而避免空氣中包含的水在面板的表面上凝結(jié)。這大大增強了冷卻效率。優(yōu)選地，將絕熱層提供為夾心層，該夾心層包括由具有對于熱輻射的高透明性的材料形成的至少兩個層，所述至少兩個層由空氣層或者主要包括空氣的層隔離。根據(jù)另一優(yōu)選實施例，所述冷卻設(shè)備是熱電冷卻設(shè)備、水冷卻設(shè)備或者制冷冷卻設(shè)備。在熱電冷卻中，由于珀耳帖效應(yīng)而在布置于不同層中的不同類型的材料的接頭之間產(chǎn)生熱通量。然而其它類型的冷卻理想地適合用于根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用。水冷卻可以使用水循環(huán)，在該水循環(huán)中，水流向面板以由吸收的熱加熱并且冷卻水由相應(yīng)的冷卻單元再次冷卻。在制冷循環(huán)中，膨脹和壓縮制冷劑以冷卻輻射吸收面板。優(yōu)選地，將所述面板提供為彎曲板。根據(jù)另一優(yōu)選實施例，將面板提供為房間或者車廂的天花板面板或者墻壁面板。在這一情況下，可以將面板安裝作為房間或者例如車輛中的乘客車廂的襯層(lining)的一部分。本發(fā)明還涉及一種用于人類的睡眠設(shè)施，該設(shè)施包括躺臥區(qū)域和根據(jù)本發(fā)明的溫度控制裝置，其中輻射吸收面板與躺臥區(qū)域相鄰或者在躺臥區(qū)域上方設(shè)置。在這一布置中，溫度控制裝置可以對位于睡眠設(shè)施的躺臥區(qū)域上的睡眠者進行具體溫度調(diào)節(jié)，而睡眠設(shè)施本身位于由常見空氣調(diào)控或者加熱來調(diào)節(jié)條件的房間中。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的溫度控制裝置可以選擇性地對睡眠者的皮膚溫度進行溫度調(diào)節(jié)，而房間的剩余區(qū)域不受這一調(diào)節(jié)影響。根據(jù)這一睡眠設(shè)施的一個優(yōu)選實施例，躺臥區(qū)域由床的頂表面形成。根據(jù)另一優(yōu)選實施例，彎曲該面板以至少部分包圍躺臥區(qū)域。本發(fā)明還涉及一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)的方法，該方法包括在人體附近布置輻射吸收面板以吸收人體發(fā)射的熱輻射，以及冷卻所述面板。在這一方法的一個優(yōu)選實施例中，人體被所述面板至少部分覆蓋。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實施例，執(zhí)行冷卻為熱電冷卻、水冷卻或者制冷冷卻。優(yōu)選地，這一方法包括向輻射吸收面板提供具有低導熱性和對于熱輻射的高透明 性的絕熱層。


參考下文描述的實施例并且在這些實施例的教導下，本發(fā)明的這些和其它方面將更加清楚。在附圖中圖I是代表睡眠設(shè)施的床的不意性俯視圖，該睡眠設(shè)施包括作為本發(fā)明一個實施例的溫度控制裝置；圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于人體的溫度調(diào)節(jié)的溫度控制裝置的另一實施例的示意圖；以及圖3是通過輻射吸收面板的示意性橫截面圖，該面板作為根據(jù)本發(fā)明的溫度控制裝置的一部分。
具體實施例方式圖I是用于人12的睡眠設(shè)施10的平面圖。這一睡眠設(shè)施10包括具有床墊16的床14，床墊16的頂表面代表用于人12的矩形躺臥區(qū)域。人12的頭部落在枕頭18上而她或他的身體的其余部分由毛毯12覆蓋。圖I中的睡眠設(shè)施10還包括溫度控制裝置22，該裝置用于睡在床14中的人12的身體的溫度調(diào)節(jié)。溫度控制裝置22主要包括輻射吸收面板24和用于冷卻面板24的冷卻設(shè)備26。圖I示意性地指示了面板24與冷卻設(shè)備26之間的連接28以闡明冷卻設(shè)備26應(yīng)當以任何方式連接到面板24以提供冷卻。然而連接28的種類依賴于后文將描述的冷卻設(shè)備26的構(gòu)造和操作原理。提供面板24以吸收人12的身體發(fā)射的熱輻射。出于這一目的，面板24的至少面向人12的一面30能夠吸收熱輻射(也就是在紅外光學范圍域中的輻射)。例如，有可能形成能夠吸收熱輻射的板的面板24并且由絕熱層覆蓋這一吸收板的一個表面，其中該絕熱層具有低導熱性和對于熱輻射的高透明性。將按照圖3具體討論這樣的構(gòu)造的細節(jié)。由于吸收熱輻射，面板24被略微加熱。冷卻設(shè)備26經(jīng)由連接28釋放所吸收的熱以將面板24保持于低溫。換而言之，面板24總是被冷卻設(shè)備26冷卻。可以將面板24冷卻至比睡眠設(shè)施10所在房間中的環(huán)境溫度更低的溫度。例如，在室溫為+20°C將面板24冷卻至+10°C的溫度tpanel。實驗已經(jīng)表明這使得人12感知的溫度為+14°C感知工作溫度tp_eptim。這意味著通過使用這一實施例中所示的溫度控制裝置22，可以通過提取從人體12輻射的熱而將她/他的溫度調(diào)節(jié)至較低的皮膚溫度，而在房間中無需任何空氣調(diào)控。板24的另一工作功能是阻止來自環(huán)境的熱輻射到達人12的身體。這一阻止功能也由面板24的材料的吸收性質(zhì)實現(xiàn)。在另一例子中，在更高室溫tr_為+30°C而面板溫度tpanel為+10°C時，如上文所述，溫度控制裝置22的溫度調(diào)節(jié)效果實現(xiàn)了更大的效果(即溫度下降11°C達到19°C的感知工作溫度tpeMepti(J。彎曲面板24以部分包圍人12的身體的上部。在圖I中示出了面板24如同橢圓體的四分之一那樣彎曲從而從枕頭周圍的側(cè)部區(qū)域(用戶的右側(cè)，該側(cè)是圖I的上部)到達人12的頭部(圖I中的右側(cè))。利用這一彎曲，通過吸收源于人12的身體的熱輻射來對他的右上身體側(cè)進行溫度調(diào)節(jié)。當然可以假設(shè)輻射吸收板24可以采用除了這一實施例中所示的形式之外的任何其它適當形式或者具有除了這一實施例中所示的橫截面之外的橫截面。面板24還可以不僅從側(cè)部覆蓋人12 (即與躺臥區(qū)域相鄰設(shè)置)而且彎曲成也部分在躺臥區(qū)域之上延伸以如同繭的一段那樣部分包圍人體。 冷卻設(shè)備26可以根據(jù)任何適當冷卻原理工作。例如，冷卻設(shè)備26可以是水冷卻設(shè) 備，該設(shè)備包括在冷卻設(shè)備26與面板24之間的循環(huán)水流(或者任何其它適當冷卻介質(zhì))。向面板24供應(yīng)冷水，由于面板24的溫度升高冷水被加熱。加熱的冷卻水流回冷卻設(shè)備26，在該冷卻設(shè)備26處再次被冷卻。在這一實施例中，面板24與冷卻設(shè)備之間的連接28包括用于循環(huán)冷卻水的冷卻電路。根據(jù)另一實施例，將冷卻設(shè)備26提供為熱電冷卻設(shè)備(其包括珀耳帖元件)，在第三實施例中，冷卻設(shè)備26包括制冷冷卻循環(huán)，該制冷冷卻循環(huán)包括在冷卻設(shè)備26與面板24之間循環(huán)的制冷劑。這樣的制冷循環(huán)包括壓縮機、蒸發(fā)器和膨脹閥。當壓縮的制冷劑進入面板24時，它可以膨脹以從面板25吸收熱從而轉(zhuǎn)換為氣態(tài)并且被送回冷卻設(shè)備26，在該冷卻設(shè)備處被再次壓縮。這樣的制冷循環(huán)在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，并且可以很好地應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的溫度控制裝置22。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的溫度控制裝置的另一實施例。在本申請中，一般性地用標號32表示的溫度控制裝置用來對辦公室工作場所34進行冷卻，該場所包括桌子36和人12就坐的座位。這一工作場所34位于將由溫度控制裝置32調(diào)節(jié)溫度的確定區(qū)域中。圖2中的溫度控制裝置32的主要構(gòu)造與圖I中的溫度控制裝置的主要構(gòu)造相同。這一溫度控制裝置32包括能夠吸收從人12的身體輻射的熱輻射的兩個輻射吸收面板38、40。冷卻設(shè)備26將兩個面板38、40的溫度冷卻至低于工作場所34所處房間的溫度。第一面板38位于人12的頭部正上方并且將其提供為直接集成到房間的天花板中的天花板面板。因此，這一面板38的安裝未破壞房間天花板的外觀。將第二面板40提供為直接集成到與工作場所34相鄰的墻壁中的墻壁面板。與圖I中的實施例中類似，兩個面板38、40具有能夠吸收源于人12的熱輻射的表面。通過吸收熱輻射，降低了人12的身體的皮膚溫度，從而使得人12感覺更舒適。為了從兩個面板38、40排放熱，可以提供與圖I中相同的冷卻設(shè)備26，其通過不同連接42、44連接到相應(yīng)面板38、40。在圖2中，僅示意性地指示這些連接42、44。然而，連接的種類可以依賴于冷卻設(shè)備26的工作原理。如第一實施例中那樣，冷卻設(shè)備26可以是熱電冷卻設(shè)備、水冷卻設(shè)備或者制冷冷卻設(shè)備。與圖I中的床14類似，圖2中的工作場所34僅代表人12所在的、要與周圍環(huán)境獨立地進行溫度調(diào)節(jié)的區(qū)段的一個例子。例如天花板面板38可以集成于車輛的乘客車廂的在座位上方的天花板中以操控面板38下面的微觀氣候。還可以設(shè)想其它應(yīng)用。參照圖3，將討論輻射吸收面板24的橫截面，與在根據(jù)圖I的溫度控制裝置22中使用的類似。如已經(jīng)聲明的那樣，這一構(gòu)造的面板也可以使用于根據(jù)圖2的溫度控制裝置32中。輻射吸收面板24包括由能夠吸收熱輻射的材料形成的板50。在一側(cè)30 (該側(cè)面向人(未示出)用于吸收源于她或他的身體的熱輻射，該側(cè)是圖3中的右側(cè))上，板50的表面由絕熱層52覆蓋。一般而言，這一絕熱層52具有低導熱性、但是具有對于熱輻射的高透明性。通過將絕熱層52提供為夾心層來實現(xiàn)這些性質(zhì)，其中該夾心層包括兩個層54和56，每個層由具有對于熱輻射的高透明性的材料形成并且由空氣層58隔離。這一空氣層58由填充有空氣并且并排布置于兩個層54與56之間的多個胞腔袋60形成。由于空氣具有良好的絕熱性質(zhì)，所以空氣層58提供面板50相對于絕熱層52覆蓋的一側(cè)30上的環(huán)境空氣而言的良好絕熱。通過這一構(gòu)造，可以避免在環(huán)境空氣與冷卻設(shè)備(未示出)冷卻的板50之間的直接接觸。從而防止空氣中包含的水在板50的表面上凝結(jié)，從而增強面板24的 冷卻效率。也可以設(shè)想例如由包含空氣的任何材料(如泡沫材料)來形成中間層58。在這一情況下，形成層58的材料應(yīng)當也具有對于熱輻射的高透明性。盡管已經(jīng)在附圖和前文描述中具體圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述將視為示例性的或者舉例的而非限制；本發(fā)明不限于所公開的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在實現(xiàn)要求保護的本發(fā)明時從對附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求的研究中理解和實現(xiàn)對公開的實施例的其它變化。在權(quán)利要求中，字眼“包括”未排除其它單元或者步驟，并且不定冠詞“一個/ 一種”未排除多個/多種。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施這一事實并不指示不能使用這些措施的組合來獲得好處。權(quán)利要求中的任何標號不應(yīng)解釋為限制其范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)的溫度控制裝置(22，32)，包括 至少一個輻射吸收面板(24，38，40)，其能夠吸收熱輻射；以及 冷卻設(shè)備(26)，其被提供用于冷卻所述面板(24，38，40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度控制裝置， 其中所述面板(24，38，40)至少部分由能夠吸收熱輻射的材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的溫度控制裝置， 其中所述面板(24，38，40)包括絕熱層(52)，所述絕熱層(52)覆蓋能夠吸收熱輻射的所述面板(24，38，40)的至少一個表面，所述絕熱層(52)具有低導熱性和對于熱輻射的高透明性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫度控制裝置， 其中將所述絕熱層(52)提供為夾心層，所述夾心層包括由具有對于熱輻射的高透明性的材料形成的至少兩個層(54,56), 所述至少兩個層(54，56)由空氣層(58)或者主要包括空氣的層隔離。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的溫度控制裝置， 其中所述冷卻設(shè)備(26)是熱電冷卻設(shè)備、水冷卻設(shè)備或者制冷冷卻設(shè)備。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的溫度控制裝置，其中將所述面板(24)提供為彎曲板。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的溫度控制裝置，其中將所述面板(38，40)提供為房間或者車廂的天花板面板或者墻壁面板。
8.一種用于人類的睡眠設(shè)施(10)，包括 躺臥區(qū)域(16)和根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的溫度控制裝置(22)， 其中與所述躺臥區(qū)域(16)相鄰或者在所述躺臥區(qū)域(16)的上方設(shè)置所述輻射吸收面板(24)ο
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的睡眠設(shè)施， 其中所述躺臥區(qū)域(16)由床(14)的頂表面形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或者9所述的睡眠設(shè)施， 其中彎曲所述面板(24)以至少部分地包圍所述躺臥區(qū)域(16)。
11.一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)的方法，包括 在所述人體的附近布置輻射吸收面板(24)以吸收所述人體發(fā)射的熱輻射，以及冷卻所述面板(24)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法， 其中所述人體被所述面板(24)至少部分地覆蓋。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的方法， 其中將所述冷卻執(zhí)行為熱電冷卻、水冷卻或者制冷冷卻。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13之一所述的方法， 其中所述方法包括向所述熱輻射吸收面板(24)提供具有低導熱性和對于熱輻射的高透明性的絕熱層(52)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)的溫度控制裝置，包括至少一個輻射吸收面板，其具有能夠吸收熱輻射的至少一個表面；以及冷卻設(shè)備，其被提供用于冷卻所述面板。一種用于人類的睡眠設(shè)施，包括躺臥區(qū)域和這樣的溫度控制裝置，其中與躺臥區(qū)域相鄰或者在躺臥區(qū)域上方設(shè)置輻射吸收面板。本發(fā)明還涉及一種用于人體的溫度調(diào)節(jié)的對應(yīng)方法。
文檔編號F24F5/00GK102802567SQ201180013096
公開日2012年11月28日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者D·徹斯塔科夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司