支撐墊和用于控制該支撐墊的表面溫度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及支撐墊和用于控制該支撐墊的表面溫度的方法。具體地，本發明涉及利用定位并且配置成選擇地加熱或冷卻支撐墊的表面的熱電元件的支撐墊，諸如床墊組件。
【背景技術】
[0002]成功并且寧靜睡眠的方面是個人睡眠舒適。醫療研宄表明，睡眠剝奪(“睡眠債”)可能對長壽、生產力和整體心智、情緒以及身體健康具有顯著負面影響。慢性睡眠債已經與體重增長相關，并且更具體地，已經觀察到不僅影響身體處理和存儲碳水化合物的方式，而還已經觀察到更改影響胃口的激素水平。而且，睡眠債可能導致易怒、急躁以致無法集中和憂郁，這已經導致一些研宄者提出睡眠債和工地事故、交通事故以及一般下午分心之間的聯系。此外，睡眠障礙已經與高血壓、增加的應激激素水平和不規則心跳有關，并且另外的研宄已經表明，缺乏睡眠可能影響免疫功能，導致對疾患和疾病(例如，癌癥)增加的感染性。總而言之，研宄現在已經表明，在由于這些各種效應導致的損失的生產力方面，美國每年花費630億美元的睡眠債花費。因此，提高睡眠舒適并且降低個人睡眠債的支撐墊將是高度期望且有益的。
【發明內容】
[0003]本發明涉及支撐墊和用于控制支撐墊的表面溫度的方法。具體地，本發明涉及利用定位并且配置成選擇地加熱或冷卻支撐墊的表面的熱電元件的支撐墊，諸如床墊組件。因此，本發明的支撐墊通過控制支撐墊的表面的溫度而允許用戶個性化他們的舒適度，包括睡眠舒適。
[0004]在本發明的一個示例性實施例中，以床墊組件的形式提供支撐墊，該支撐墊包括身體支撐部分，該身體支撐部分具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面。床墊組件進一步包括多個熱電元件，該多個熱電元件被定位并且配置成在身體支撐部分的第一表面處選擇性地提供加熱或冷卻。床墊組件還包括散熱部分，該散熱部分由吸熱材料構成并且為可操作地連接到熱電元件。
[0005]床墊組件的身體支撐部分大致由柔性泡沫體構成以便將來自用戶的身體或其一部分的壓力分布跨過身體支撐部分。在一些實施例中，柔性泡沫體是具有期望的密度和硬度的粘彈性泡沫體，并且允許壓力跨過床墊組件的支撐部分被均勻地吸收和均勻地分布。就這點而言，在某些實施例中，身體支撐部分可以進一步由舒適部分或層覆蓋，該舒適部分或層被定位在身體支撐部分頂上以便為在床墊組件上休息的用戶的身體或其一部分提供舒適度。在某些實施例中，這樣的舒適支撐部也由粘彈性泡沫體或其它泡沫體組成，但是通常具有小于床墊組件的身體支撐部分的密度的密度以便提供休息的更軟的表面，并且以便在用戶的身體與床墊組件的熱電元件之間提供充分軟的隔離層，如下文進一步詳細描述的。
[0006]相對于床墊組件的熱電元件而言，熱電元件定位在床墊組件中并且被配置成允許用戶控制床墊組件的身體支撐部分的第一(或上)表面的溫度。例如，在某些實施例中，熱電元件由多個珀耳帖元件構成，一旦一定量的電流沿第一方向流經珀耳帖元件，就通過朝身體支撐部分的第二表面以及從第一表面吸走熱量來冷卻身體支撐部分的第一表面。類似地，在某些實施例中，一旦一定量的電流沿第二(例如，相反)方向流經珀耳帖元件，珀耳帖元件就通過朝身體支撐部分的第一表面以及從身體支撐部分的第二表面吸走熱量來加熱身體支撐部分的第一表面。
[0007]為了進一步利用珀耳帖元件的加熱和冷卻能力，在某些實施例中，珀耳帖元件被串聯地布置，使得珀耳帖元件被接連地布置并且能夠跨過身體支撐部分的整個表面或其期望的部分提供加熱或冷卻。在其它實施例中，珀耳帖元件被布置成陣列，使得一組珀耳帖元件可以被定位在身體支撐部分的期望的區域上并且被用來選擇性地加熱或冷卻的身體支撐部分的將與用戶的身體的易于過熱的特定部分(例如，用戶的身體或頭部)相接觸的區域。在一些實施例中，為了對身體支撐部分的第一表面的選擇性加熱和冷卻提供更大量的控制，珀耳帖元件由離散珀耳帖元件構成，是獨立可尋址的，或兩者。
[0008]為了促進身體支撐部分的第一表面的加熱和冷卻，每個珀耳帖元件通常跨越床墊組件的身體支撐部分的寬度，使得每個珀耳帖元件的第一側被定位在身體支撐部分的第一表面的上方或與該第一表面相鄰，并且每個珀耳帖元件的相對側被定位在身體支撐部分的第二表面的下方或與該第二表面相鄰。在這些實施例中，身體支撐部分包括多個柱狀空隙，每個柱狀空隙包括將來自身體支撐表面的一個表面的熱量傳遞至另一個表面的珀耳帖元件的一部分。因此，在某些實施例中，珀耳帖元件被定位成與身體支撐部分相鄰并且直接將來自身體支撐部分的一個表面的熱量通過身體支撐部分的內部傳遞至身體支撐部分的另一個表面。
[0009]除了被配置成選擇性地加熱或冷卻身體支撐部分的第一表面之外，熱電元件也可操作地連接到由吸熱材料構成的床墊組件的散熱部分。在一些實施例中，床墊組件的散熱部分由彈性凝膠狀材料構成，該彈性凝膠狀材料包圍與身體支撐部分的第二表面相鄰或靠近該第二表面的珀耳帖元件的至少一部分。通過將珀耳帖元件可操作地連接到散熱部分，除了珀耳帖元件的結構支撐之外，當身體支撐部分的第一表面被冷卻時，散熱部分提供熱可以被驅散到其中的排熱器(thermal dump)或散熱器。可替代地，當身體支撐部分的第一表面被加熱時，散熱部分還能夠通過將散熱部分中任何收集的熱傳遞至身體支撐部分的第一表面而被用作熱源。
[0010]在本發明的一些實施例中，散熱部分由大致均勻的彈性凝膠狀材料層構成。在某些實施例中，這樣的大致均勻彈性凝膠狀材料層用來覆蓋身體支撐部分的整個第二表面。在利用彈性凝膠狀材料的其它實施例中，散熱部分由多個三維的彈性凝膠狀材料塊構成。在這些實施例中，三維塊可以與相鄰的彈性凝膠狀材料塊隔開預定的距離，但是通常定位成與多個珀耳帖元件中的一個或多個相鄰以因此為每個珀耳帖元件提供單獨的散熱器，與提供以被包括在床墊組件中的每一個珀耳帖元件相接觸的彈性凝膠狀材料的連續層的形式的散熱器相反。
[0011]在本發明的進一步的實施例中，散熱部分由不包括彈性凝膠狀材料的吸熱材料構成。在一個這樣的實施例中，散熱部分由類似大致均勻的彈性凝膠狀材料層的流體層構成，當身體支撐部分的第一表面被冷卻時，該散熱部分能夠充當散熱器，并且當身體支撐部分的第一表面被加熱時，該散熱部分能夠充當存儲熱量的來源。在其它實施例中，散熱部分由柔性泡沫體構成，所述柔性泡沫體包括具有網狀蜂窩狀結構而且可操作地連接到珀耳帖元件的多個蜂窩，使得從身體支撐部分的第一表面傳遞的熱量被傳遞至網狀蜂窩狀結構。一旦將熱量傳遞至網狀蜂窩狀結構，通過輸送一定量的空氣通過散熱部分的網狀蜂窩狀結構，熱量就可以因此從散熱部分傳遞出來。
[0012]在散熱部分中利用網狀蜂窩狀結構的床墊組件的某些實施例中，空氣至少部分地通過在散熱部分中包括進口端和出口端通過散熱部分被輸送以因此提供空氣能夠流進和流出散熱部分的路線。而且，在一些實施例中，通過包括覆蓋散熱部分的外表面的密封部(即，外皮)，熱量可以被迫僅流經和流出散熱層的某些部分。在這樣的實施例中，密封部被用來有效地圍困散熱部分中的熱，直至通過輸送空氣通過散熱部分的網狀蜂窩狀結構將熱移除為止，諸如通過利用放置到密封部中進口和出口，通過將風扇可操作地連接到散熱部分以散熱，或兩者。
[0013]不考慮用于散熱部分的材料，本發明的每個床墊組件進一步包括用于供應電流至多個熱電元件的電源和用于控制被供應至多個熱電元件的電流的控制器。通過在床墊組件中包括控制器，被供應至熱電元件的電流量可以受到控制以為身體支撐部分的第一表面提供期望的加熱或冷卻量。例如，在某些實施例中，控制器被配置成自動地控制被供應至珀耳帖元件的電流，使得當身體支撐部分的第一表面到達特定溫度時電流可以沿特定方向被供應至珀耳帖元件以加熱或冷卻身體支撐部分的第一表面。作為另一個示例，在一些實施例中，控制器被配置成在預定的時間段內，諸如在8小時睡眠周期內或在對應于在睡眠循環(例如，REM睡眠)的特定階段用戶通常花費的時間的時長內，允許電流被供應至珀耳帖元件。在另一個示例中，控制器可以從用戶佩戴的傳感器接收生物節律反饋并且相應地協調珀耳帖元件的操作。
[0014]為了在被包括在本發明的床墊組中的熱電元件提供附加水平的控制，在某些實施例中，床墊組件進一步包括可操作地連接到床墊組件的身體支撐部分、散熱部分或兩者并且為控制器提供輸入的一個或多個特征。在一些實施例中，這樣的特征包括壓力傳感器，當用戶躺在床墊上或以其它方式在床墊組件上施加壓力量時，該壓力傳感器為控制器提供壓力反饋并且允許控制器自動地開始加熱或冷卻床墊組件。在其它實施例中，溫度傳感器被包括在示例性床墊組件中并且為控制器提供溫度反饋以允許控制器響應于接收的溫度反饋以及維持期望的溫度，選擇性地加熱或冷卻身體支撐部分的第一表面。在某些實施例中，這樣的所期望的溫度或壓力反饋設置在控制器本身處被直接輸入或調節，或在其它實施例中，可以從也可操作地連接到控制器的遙控器傳輸至控制器以及允許用戶將身體支撐部分的第一表面遠程地調節至期望的溫度。
[0015]為了進一步獲取與將多個熱電元件合并到床墊組件中相關聯的一些益處，在一些實施例中，被合并到床墊組件中的熱電元件定位并且配置成將身體支撐部分與散熱部分之間的溫度差轉換成在充電端口處的電壓。這樣的實施例具有基本上與上文所描述的實施例相同的結構配置，用充電端口代替控制器、電源或兩者。充電端口可操作地連接到熱電元件，使得當在身體支撐部分與散熱部分之間存在溫度差時，在充電端