用於溫度調節的系統和方法

2023-08-06 22:41:56

專利名稱：用於溫度調節的系統和方法
技術領域：
本發明總體上涉及溫度調節領域，包括一種新型實用的對嬰兒或成人，以及其他 生物體與非生物體進行溫度調節的系統與方法。
背景技術：
世界上不同地區的平均氣溫有相當大的差別。另外世界上的極端溫度，即最高和 最低氣溫也相差甚遠。例如，地球上的高溫紀錄是產生於加州死亡谷的56. 7攝氏度(134 華氏度)，而低溫紀錄是產生於南極洲沃斯託克考察站的-89. 2攝氏度(-128. 6華氏度)。 即便是同一地點的極端溫度也可能是一個很寬的溫差範圍，比如世界上很多地方都是夏熱 冬冷。=儘管地球上存在著巨大的氣候變化和極限溫差，動物，鳥類甚至人類依然遍布世 上每一個角落。考慮到大多數動物，鳥類，以及所有人都必須對身體的熱平衡進行調節，將 體溫始終保持為僅存在幾攝氏度的溫差，如此廣泛的生物分布是令人吃驚的。人類的體溫變化範圍是36. 12至37. 5攝氏度左右(96. 8-99. 5華氏度)。如果人 體體溫升高1攝氏度達到38度(100. 4華氏度)，這個人可能會開始出汗並感覺非常不適； 如果體溫上升3攝氏度從而達到40度，諸如昏厥，脫水，虛弱，嘔吐，頭痛，頭暈和大量出汗 等現象就會出現；而比平常體溫高出6攝氏度的體溫(達到43攝氏度，109. 4華氏度)，一 般會導致死亡。人體同樣不能適應極端低溫。體溫下降1攝氏度達36度時，人會開始發顫；如果 體溫下降3攝氏度達34度，人體會劇烈顫抖，失去手指運動能力，身體發紫且意識開始模 糊；當體溫下降9攝氏度，達到28度時，會產生嚴重的心律紊亂，呼吸會隨時停止。儘管其他恆溫動物的體溫範圍可能與人類不同，動物也一樣需要對其體溫進行熱 調節。在極端的溫度條件下，即使對於健康的成年人，保持恆定的體溫也可能是個難題。 在野外寒冷條件下露營就需要大睡袋和加熱器。冬季運動項目也需要一些防寒保護層，如 手套，帽子和外套。在野外極端條件下作業的軍人往往會遇到體溫過低或失熱過量等問題。現存的體溫調節措施有很多不盡如人意的地方。比如，眾所周知電熱毯是將電阻 發熱元件置於毯子內以產生額外的熱量。不過典型的電熱毯設計有諸多的問題，例如電熱 毯必須有電才能工作，而在一些緊急情況下或邊遠鄉村地區通常沒有電力供應。電熱毯還 有熱量分布不均的問題，要克服這個問題可能需要相當繁複的電子線路來進行溫度控制。 另外電熱毯中的產熱電阻一般是混合織入毯子中的，可能會成為火災隱患。最後，因為要加大電阻值並加強舒適性，電熱毯中的電阻絲往往非常細，以至電熱毯的加熱系統比較脆弱。其他的各種溫度調節設備都有一個主要的問題實際調控溫度的元件過於複雜。 授予於^^1^1^6等人的第4，856，294號美國專利公布了一項可保持人體涼爽的裝置該發 明使用了在低於一般人體體溫的溫度範圍內可有效吸收熱能的熱傳遞材料。Scaringe公布 了一件可創造低溫的小氣候背心，其中含有一種熱傳遞材料，在60-90華氏度的溫度區間 可由固態轉化為液態，從而可以為高溫環境下的工作人員降低體溫。背心通過預留孔被注 入該熱傳遞材料，然後被放置於可使該材料凝結為固態的溫度。完全降溫後，背心就可以穿 了。Scaringe雖然揭示了利用吸熱熱傳遞材料對身體降溫的思路，不過他的小氣候背 心設計上還有很多有待解決的問題。例如，背心不能讓許多需要降溫的身體部位得到保護， 如腿部，頭部等人體主要的產熱區域，而這些部位可能最需要冷卻。另外，人們很難給嬰兒 或體型很小的動物穿上背心，即使勉強穿上也往往不能達到理想的效果。還有一個問題就 是在野外或其他極端環境下工作的人員，比如戰場上的士兵，一般不太可能帶有灌裝背心 必要的熱傳遞材料。即便背心裡已預灌裝了熱交換材料，在野外，戰場，或發展中國家的鄉 村環境中，使用者也幾乎不可能找到所必須的冰櫃。而且將整個背心置於冰櫃中預冷可能 會導致背心上的非熱交換材料部分過分冷卻，從而使這些部分過冷。人和動物身體中的神經系統可通過調節身體對溫度的反應來實現體溫調節，比如 神經調節機制在遇冷時會導致產生雞皮疙瘩，而遇熱時會引起身體出汗。當健康成人調節體溫都可能有困難時，嬰兒在外界溫度的影響下就更容易受傷害 了。母體子宮的溫度是38攝氏度(100.4華氏度)。當嬰兒出生離開母體時，他立刻就會暴 露於溫度遠低於母體的環境下並開始損失熱量。由於嬰兒對其自身體溫調節的能力遠比成 年人弱，他的體溫升高和降低都比成人迅速，故只能耐受有限的溫度範圍。早產兒往往出生時體重較低，或發育不良，由於其神經系統發育不完全，體溫調節 能力尤其不足。如果放任早產兒熱量流失，將會導致嬰兒低溫症。特別對於身體瘦小，身有 疾病，或低體重新生兒，低溫症會導致更多的健康問題，甚至死亡。全球每年大約有兩千萬早產或低體重新生兒為熱調節問題所威脅。在發達國家， 這樣的嬰兒通常是被置於保溫箱內以幫助他們調節體溫。一般保溫箱價錢非常昂貴，往往 達數千美元，需要常備電力連接，且可能需要精密的電子控制。而且保溫箱較為笨重，攜帶 不便。這些因素決定保溫箱的應用被限制在發達國家城市的醫院。不幸的是，80%的低體重新生兒出生於沒有或缺乏保溫箱的發展中國家的鄉村地 區。例如在印度，1/3的新生兒出生時體重過輕，每年有三百五十萬低體重新生兒死亡，而幸 存者常常伴有終生健康問題，如早期糖尿病，心臟疾病和低智商。如上所述，傳統的保溫箱價錢昂貴，通常只有城裡的醫院才擁有。即便有，這些發 展中國家的保溫箱往往也是年久失修。居於鄉村的父母親一般無錢將孩子送往城裡的醫 院。總之，實際上很多低體重新生兒沒有保溫箱可用。麻省理工學院的學生為解決發展中國家鄉村地區低體重新生兒缺少保溫箱的問 題，提出了一個低成本保溫箱設計方案。他們提議的保溫箱是將一個圓頂帳篷式的結構 懸掛在一個雙層的底面上。底面上開有一門可接受加熱墊。該加熱墊含有一種相變材料 (PCM)，可被動地調節溫度。儘管造價遠低於醫院中使用的保溫箱，這款設計有數處不足。
比如，麻省理工學院的保溫箱設計中，當嬰兒被置於該保溫箱中時，其父母不能把 他摟在懷裡。如果嬰兒此時需要愛撫或哺乳，就必須離開保溫箱，而這期間嬰兒將經受溫差 的考驗。第二，嬰兒在該保溫箱中未被固定，可能會四處翻滾。如果沒有人監護時嬰兒滾出 了保溫箱的帳式結構，他就會失去恆溫保護。另外，這款帳式設計不提供除加熱墊之外的其 他熱源，這就導致一旦加熱墊失效，該設計效率過低，帳內會迅速降溫。最後，該帳式結構耐 久性能差，不適用於運輸等情況下的較差環境。該圓帳的支柱易於折斷，其外部的布料容易 撕破或產生皺褶。除了保溫箱提供的恆溫保護外，低體重新生兒經常需要醫生的及時治療。所以對 於地處鄉村的嬰兒，可否將其在恆溫條件下運送是解決問題的關鍵。麻省理工學院的帳式 設計的強度不能承受運輸中嬰兒的體重，而且它也不能緊密包裹嬰兒以便於運送，將嬰兒 置於帳中運送時可能造成意外受傷。包括以過冷無機相變材料為熱源的多種保暖器設計均被應用於嬰幼兒溫度調節。 過冷現象是當液體或過飽和溶液的溫度降至其熔點以下，該液體或溶液由於缺乏固態的凝 結核，所以不產生結晶現象，液體不凝固。當輕微攪動過冷液體，或將凝結核加入其中，該過 冷液會迅速結晶。不過過冷液最終達到的溫度取決於液體結晶放熱相變過程中所釋放的熱 量，進而取決於過冷液在活化結晶前的溫度。專利號為35，586的美國重頒專利中公開的庫伯手術傳熱保暖器(Cooper Surgical Transwarmer)的熱源是一例針對嬰兒溫度調節的保暖墊設計。該設計使用過冷 的醋酸鈉溶液(一種無機相變材料)，通過一個按鍵引發活化，繼而在活化後的放熱過程 (結晶熱)中獲得熱量。由於過冷無機相變材料(如該Transwarmer中的材料)的產熱效 果依賴於其初始溫度，它產生的最終溫度難以預測且不穩定。這種不可預測的溫度比較危 險，可能會導致燙傷。另外，所有類似於該設計的使用無機相變材料的保暖器都有保持溫度 時間不長的問題，通常只能維持兩小時左右。而且這些類似Transwarmer的設備一般只能 用一次，所以在醫院以外其他沒有儲備的地方使用不太現實。綜上所述，改進溫度調節設備和方法，從而緩解一個或多個現存溫度調節設備設 計中存在的弊端是非常有必要的。

發明內容
綜前所述，此發明一個方面的目的是提供一個在所需溫度範圍內進行溫度調節的 改進系統。儘管該系統可被應用於滿足任何溫度調節需求，它更適於對嬰幼兒體溫的熱調 節。針對此目的，該溫度調節系統包括一件可用於包裹生命體的至少一部分的寢具。該系 統還包括置於所述寢具中，含有在所需溫度範圍內可實現固液態間相變的相變材料的溫度 或熱量調節裝置。在一個優選方案中，溫度調節部件與該系統是可分離的，且可以從該寢具被完全 拆離出來以進行再加熱。一種設計方案是將溫度調節部件做成軟性的袋狀結構，將相變材 料封裝在微型膠囊中，再與某種液體一起置於該袋中。另一種設計方案是將相變材料不加 分裝整塊置於袋中。該系統還可另外包含一個獨立的再充單元，其形狀允許其與溫度調節部件熱耦 合。該再充裝置可將所述溫度調節部件加熱到所需溫度後與之脫離。進而該溫度調節部件可被重置於寢具中。在另一設計方案中，該再充單元可設計為一個可裝入液體的中空容器，當裝入熱 水或冷水後與溫度調節部件結合對其進行再充。或者該再充單元也可以是一個電加熱器。 溫度調節部件可以有不止一個，當一套部件與再充單元結合被再充時，另一套可以正常使 用，這樣就可以提供不間斷的溫度或熱調節。該溫度調節系統還可包括設置在寢具上的固定裝置，可以將所述固定裝置連接於 寢具上的可摺疊部位以形成一個內部區域。該寢具優選具有至少兩個分隔倉，第一個分隔 倉或內部區域包裹容納嬰兒、幼兒、動物及其他需要溫度調節的物品的至少一部分，而第二 分隔倉或袋則裝載溫度調節部件。在此優選方案中，第一分隔倉由所述固定裝置保持閉合 狀態，從而可以打開此分隔倉接觸到其中的嬰兒或其他溫度調節對象。在另一方案中，所述的內部區域被設計成與嬰兒或其他熱調節對象的形狀大致相 符。當該熱調節系統被用於為人類嬰兒保暖時，內部區域的形狀可能會被設計得與嬰兒的 身體很貼切。在內部區域內形成符合嬰兒的臂，腿及其他身體部位的部分，從而使內部區域 更好地與嬰兒的身體相匹配。另外，在該內部區域的一端可設置一個相對內部區域本身可 調節的帽兜，用以容納嬰兒的頭部並進行熱調節。在另一實施方案中，該系統還可以包括附連到寢具上的背帶，以利於看護人能攜 帶或背負該系統。在另一實施方案中，相變材料在34至38攝氏度間的溫度範圍內進行相變，這是人 類嬰兒優選的溫度範圍。在另一實施方案中，該溫度調節系統的相變材料由有機相變材料構成。有機材料 的優勢在於它可以保持比較恆定的溫度，可重複使用性強，且由過冷產生的燙傷等傷害危 險機率較低。在一個實施方案中，相變材料可能採用正二十烷，十四醇，或其共熔混合物。在另一實施方案中，還可採用有機與無機組合相變材料。這樣的組合既享有有機 材料在溫度控制方面的穩定性，又擁有無機相變材料可迅速再充的優點。在另一實施方案中，一款用於在所需溫度範圍內為人類嬰兒調節溫度的系統，其 寢具由內層，外層及內外層之間的一個袋狀結構組成，可基本包裹住該嬰兒。溫度調節部件 被置於所述袋狀結構中並可拆卸下來，其中含有可在所需溫度範圍內實現固體液體間相變 的相變材料。該系統還包括可從寢具外部讀數的溫度顯示裝置，其與溫度調節部件熱耦合。 另外，該系統還包括一個與寢具相獨立的再充單元單元，用以接收和加熱從寢具上拆下的 溫度調節部件。在另一實施方案中，內層材料是熱傳導良性的。外層的材料有較好的隔熱性能，可 將溫度調節部件和嬰兒隔離開來。如下文將介紹的，在所需溫度範圍內進行溫度調節的系統及其方法可以被有效而 經濟地應用於溫度調控。下文通過詳細描述與附圖，以示例的方式展示了多個實施方案，有 助於(讀者)進一步了解該溫度調節系統和方法的應用，目的，特性及優勢。此處特提請注 意，以下附圖僅具示意功能，不可將其作為限制權利要求的根據。附圖簡要說明

圖1示出了根據一個優選方案的溫度調節系統所含寢具的外部後視圖；圖2示出了根據一個優選方案的溫度調節系統的正視圖，其中所含的寢具呈全展
7開(未摺疊)狀態；圖3是溫度調節系統的視圖，其中訓練用的模型嬰兒置於全展開(未摺疊)的寢 t- 圖3A是溫度調節系統的視圖，其中訓練用的模型嬰兒置於寢具主體部位，該寢具 可摺疊部分完全展開；圖4是將訓練用的模型嬰兒包裹於寢具中的外部視圖；圖4A是在鉸接的寢具背帶的一部分打開時露出溫度調節部件的外觀視圖；圖5是根據一個優選方案的溫度調節系統的再充單元的視圖；圖6是示意溫度調節方法之一的流程圖；圖7是示意連續不斷給一溫度調節系統加熱的方法的流程圖；圖8示出了對嬰兒進行溫度調節的方法步驟。詳細說明對以下優選方案的描述是以使本領域技術人員能實施和利用本發明為目的，不應 該被理解為本發明僅限於所列優選方案。圖1示出了根據一個優選方案的溫度調節系統所含寢具的外部後視圖。如圖1，該 方案中的系統10包括寢具12。該寢具12可以為各種形狀或設計。該寢具可以是袋狀，包 狀，囊狀，或可以容納需溫度調節的嬰兒，幼兒，及其他物體物件的分隔倉形設計。寢具12可以設計為構建在分隔倉內，能包裹嬰幼兒或其他物體物件的結構，優選 寢具12是毯子，被子或保暖毯(warmer)，並可包裹，摺疊，或以其他方式包容被調節溫度的 嬰兒或其他對象。這樣一個可摺疊包裹的寢具12設計可能會含有一個主體部分可用以放 置嬰兒，還有至少一個可摺疊部分，折起後將嬰兒包入內部。儘管寢具12優選選用舒適的 材料以適於睡眠，其應用不限於睡眠。如上所述，圖1展示了該系統10的外後部。儘管沒有在圖1中顯現，寢具12可 以包括一條長毯或其它舒適品，其足以延伸至系統10前側，並且含有多出的一端用作搭袢 11。圖1中搭袢11處於展開的位置，但搭袢11可以被摺疊起來，而使一個或多個固定裝置 26(圖示搭袢11上的同心圓)綁定寢具12背後的固定裝置(也以同心圓標出)。當搭袢 11咬合或連接到寢具12後面時，嬰兒應被舒適地包容於系統10中。圖2示出了根據一個優選方案的溫度調節系統的正視圖，其中所含的寢具呈全展 開(未摺疊)狀態。使用時，寢具12的展開部分(可摺疊部分)可被摺疊蓋於嬰兒身上， 形成一個內腔。搭袢11可如圖1所示，摺疊並通過固定裝置26連接於系統10的後側。寢具12選用毯子或袋子而不用衣物是因為寢具12可以將需要熱調節的嬰兒或其 他物體完全包裹在其中，更有利於溫度調節。將需要熱調節的嬰兒或其他物體包裹得更完 全可以使寢具12提供額外的隔熱能力。更好的隔熱能力因其能夠在日常操作中及失去熱 源時有效保持系統10中的熱量而備受歡迎。寢具12的柔韌性使其可以適用於不同大小的物體。此外，寢具12可以被製成完 全可摺疊的形式，便於運輸，銷售和儲存。寢具12可以非常結實，可以在惡劣條件下長時間 使用，即使在其上踩跺，踢踏或擠壓也不會致其折損，而其它結構不夠柔韌的(產品)則會 損壞。寢具12還優選是可清洗的，以便於在變髒時可以清洗。此外，寢具設計考慮到嬰兒往往與寢具12—起被移動，故其應當質輕，柔韌且能
8夠貼身保護嬰兒。這種設計的系統10非常適於攜帶，可為鄉村地區出生的嬰兒於就醫途中 的熱調節，或為一般母親及其他看護人的近身照料提供便利。圖3是溫度調節系統的視圖，其中訓練用的模型嬰兒置於全展開(未摺疊)的寢 具上。如圖3所示，系統10適於對調節嬰兒100的溫度，更準確的說它適用於在發展中國 家和鄉村，貧困地區對嬰兒進行熱調節。當將其用於對嬰兒100的熱調節時，系統10可被 當成一個溫育箱。儘管在以後的描述中，系統10會常被與嬰兒熱調節相聯繫，它實際上可被用於不 同年齡的嬰兒，幼兒，以及成人(例如士兵或戶外野營的人)的熱調節。系統10也可被用 於動物的熱調節及溫育。另外，該系統還可用於包括對非生命體熱調節在內的任何適當環 境中的任何適當事由，例如可將其作為保溫套來保持容器中液體處於理想溫度。圖3中的寢具12底部可包括一當其延伸部分折起時，可結合底墊連接器的一些連 接結構。這些連接結構可使寢具12底部閉合以防止熱散失，並確保作為熱調節對象的嬰兒 或物品舒適溫暖而安全。另外該底部設計也可以採用抽帶式或彈性帶式結構來實現寢具12 的閉合。圖3A展現的是系統10的另一種方案。如圖3A所示，寢具12可包括有搭袢或可 摺疊部分12a，12b，和12c。使用時，將嬰兒100 (或其他需熱調節物體)置於寢具12主體 部位上，並將搭袢或可摺疊部分依次摺疊覆蓋於嬰兒身體上，以從內部空間的每一邊包裹 該嬰兒。圖3A中顯示的3塊搭袢成90度。不過在類似花瓣結構的(寢具)設計中，也可 採用任意個數的搭袢，而搭袢間相對位置可採用90度角之外的其他角度。在一個優選方案 中，底部搭袢12b被最先摺疊，然後再將搭袢1 和12c折起來。圖4所示為將一訓練用嬰兒模型包裹於寢具12中的外部視圖。該圖展示了圖3 或圖3A中，系統10摺疊起來後的樣子。如圖1-4所示，當作為一個溫育箱使用時，寢具12的功能是為嬰兒100提供隔熱。 理想情況下，寢具12將同時保護嬰兒100不受外界環境，如溫度，溼度的影響，為其在寢具 12內部提供一個人工的，富氧的健康環境。該人工環境有利於嬰兒100的生存和成長。該 寢具12可以包括帽兜部分M，腿部分，臂部分或其它最好地包裹嬰兒100的適當幾何結構。如圖3-3A所示，可先將嬰兒100用布料22或其他合適的材料包裹，然後將其置於 寢具12中。當置於寢具12中時，該嬰兒100優選為寢具12緊密包裹，使嬰兒100身體周 圍的空氣儘量少來降低嬰兒身體裡的水分通過皮膚流失，從而避免對寢具12溼度調節功 能的要求。另外較小的體積使看護者與嬰兒間的接觸交流更緊密。回到圖1和圖4，寢具12優選具有內層14和外層16，以利於隔熱保暖。內層14 與外層16可以合為一層，或使用同一塊材料，也可以包含數層，或數種材料。內層14和外 層16最好易於清洗，或者/並且防水。現對內層14與外層16進一步討論。在一種優選的變型方案中，內層14將是與嬰 兒相接觸的一層。內層14優選能夠提供良好的隔熱效果，並且是由非刺激性材料，如棉，尼 龍或噴塑尼龍製成(不過也可採用其他任何合適的材料)。如同下文所述，內層14還應該 能較好地傳導溫度調節部件提供的熱量。在一種設計方案中，外層16應保護嬰兒100不受外界環境溫度溼度的影響，同時 保持寢具12內部的人工環境。因為外層16對內層14也有保護作用，製作內層14時可以在更寬的範圍內選取適於接觸嬰兒身體的材料。外層16優選是不透水汽，並優選是隔熱材 料。外層16可以為羊毛，Thinsulate，尼龍，毛絨，氯丁橡膠，Gortex，萊卡，或其他適於隔 熱保暖的材料及其組合。內層14和外層16可以採用任何可提供隔熱保暖，(對內層14來 說)可向嬰兒100傳導熱量，可保護其不受外界環境影響的隔層或材料，並且當被作為溫育 箱使用時，該材料還應適於保持寢具12的內部人工環境。儘管圖1-圖4中所示的內層14與外層16組合都是不透明的，內層14和外層16 或它們的一部分可以是透明的，以便於目視觀察其中被調節溫度的嬰兒或其他物體。另外， 帶有透明部分的內層14和外層16可允許嬰兒的皮膚在光治療中吸收治療黃疸的所需的光線。如圖2所示，系統10可另包括熱耦合於寢具12的溫度調節部件18。優選該溫度 調節部件18功能在於保持作為熱調節對象的嬰兒或物體的溫度在所需溫度範圍內。該溫 度調節部件18理應可以被從寢具12上拆卸下來，進而可以迅速地改換寢具12上的溫度調 節部件18，並對其進行快速再衝。物理定律及能量守恆定律表明一個熱源不可能永遠發熱。無論如何設計的溫度調 節部件18都有停止釋放熱量，需要再充的時候。因此理應將溫度調節部件18設計為可從 寢具12上拆卸下來，以便於對溫度調節部件18的再充。另外，提供一套額外的溫度調節部件18，可實現連續不斷或基本不間斷地用系統 10進行溫度調節。當一套溫度調節部件18被置於系統10中使用時，另一套置於系統外的 溫度調節部件可被再充。系統10中的溫度調節部件18能量用盡時，可與備用溫度調節部 件18互換。這過程不需將嬰兒100從寢具12中移出，所以避免了孩子暴露於外界環境中。使用溫度調節部件18的另一個好處是作為可分拆的部件，當僅僅溫度調節部件 18受損或老舊時，更換該部件即可，而不需更換整個系統10。而且其可拆分性允許其再充 過程獨立於寢具12。這點非常重要，因為在沒有電力供應的野外或鄉村，對溫度調節部件 18進行再充可能需要將其置於水中進行直接加熱或降溫。溫度調節部件18的可拆卸性避 免了將整個寢具12置於再充過程中，因而擴大了對溫度調節部件18進行再充的方法的技 術範圍。因為溫度調節部件18可以拆卸，再充單元可以造得更小，更簡單，可使用不複雜的 再加熱技術。寢具12優選包含至少兩個分隔倉。第一個分隔倉是由內層14包裹在被熱調節的 嬰兒或物體上形成的。如圖2所示，第二個分隔倉13可容納溫度調節部件18。在一個包含 內層14和外層16的優選方案中，第一個分隔倉面向內與內層14對齊，而第二個分隔倉13 位於內層14與外層16之間。在該優選方案中，第二個分隔倉可被認為是14和16兩層間 的袋，包，腔或其他開口。溫度調節部件18可被置於內層14與外層16間的第二間隔倉(或袋狀結構)中， 這樣至少溫度調節部件18的一面和包裹著需要溫度調節的嬰兒或其他物體的第一分隔倉 熱耦合，或相鄰。這樣第一間隔倉中的嬰兒與第二間隔倉13中的溫度調節部件18間可進 行熱交換。在一優選方案中，第一分隔倉與第二分隔倉的長度至少在一個方向上大致一樣。 因為當分隔倉的大小基本一樣時，第二分隔倉13中的溫度調節部件可以延整個或大部分 第一分隔倉的長度提供熱量，繼而使系統10能更均勻地調節溫度。
在雙層雙分隔倉設計方案中，考慮到生產製造的因素，可採用可展開的寢具12這 種優選設計。如果寢具12可以展開，將形狀相似的內層14和外層16從不同的材料上裁剪 下來後可將其基本平攤著疊放在一起。之後將該複合層捲起，摺疊，使內層14面向嬰兒100 形成第一分隔倉。如圖3-圖3A示，固定裝置沈可用以保持寢具12閉合。第一分隔倉最好包括熱的良導體或由熱的良導體襯墊，並被包裹於外層隔熱材料 內。第二分隔倉形成於內層14和外層16間。熱量從第二分隔倉中的溫度調節部件18經 內層14導入第一分隔倉。外層16優選能防止熱量從溫度調節部件18與第一分隔倉流失。以上描述的內層 14與外層16擁有相似形狀是一款可經濟生產又可有效防止熱流失的設計。雖然以上關於寢具12的描述僅提及內外兩層，可以理解加入更多額外的層可以 適用於該發明而不偏離本發明的實施方式。在一個熱調節系統10的優選方案中，寢具12 包含了更多額外的可拆除的層。這些額外的層可依據寢具12在外界環境中使用時所需的 隔熱保暖性能而被加入或拆除。當被用作溫育箱時，一個優選方案中的的溫度調節部件18被用在保持嬰兒100的 體溫於所需的溫度或所需溫度範圍內。溫度調節部件18通過傳導(熱量)及維持嬰兒周 圍空氣溫度來實現體溫保持。溫度調節部件18優選是作為被動部件，不過也可以主動地保 持嬰兒100的體溫。溫度調節部件18應該含有儲能材料，如相變材料(PCM)。相變材料是一種可於特定溫度或溫度區間熔化或固化，從而在該特定溫度或溫度 區間儲存或釋放能量。在由液態至固態或相反的相變過程中，相變材料吸收或釋放的能量 被用於該材料的相變，因而其溫度是保持恆定的。優選相變材料具有較高的熔解熱，使其可 以儲存和釋放大量的能量。在釋放或吸收能量的同時可控制溫度的能力使相變材料在熱調 節設備中的應用備受關注。相變材料最好是有機物，因為有機相變材料比無機相變材料有巨大的優勢。有機 相變材料一般比無機相變材料毒性小，其在製造溫度調節部件18的過程中更容易使用和 處理。採用無機相變材料也降低了在使用溫度調節部件18的過程中相變材料選出產生毒 害的可能性。有機相變材料更可以加強溫度控制，因為該材料不會產生過冷現象，進而也不 依賴於初始溫度。更強的溫度控制有利於避免無機相變材料應用中常見的燙傷危險。另外 有機相變材料在經過多次反覆使用後的性能衰減比有機相變材料要緩和得多，這使得有機 相變材料可以反覆使用更多次，其使用壽命更長。儘管有機相變材料比無機相變材料有著眾多優勢，無機相變材料依然可以被應用 於溫度調節部件18。另外，無機相變材料還可以與有機相變材料組合使用。當組合使用時， 有機相變材料應被置於比無機相變材料更靠近嬰兒的一面。這樣安排可使過冷無機相變材 料結晶時釋放的熱量被有機相變材料緩和。兩者可置於同一分隔倉內，也可置於不同的分 隔倉。如果有機與無機相變材料在不同分隔倉，熱量可以從無機相變材料傳到有機相變材 料，再傳至需熱調節的嬰兒或物體。在一個優選方案中，當被用作溫育箱時，所選的相變材料應於所需的溫度調節範 圍內實現相變。該相變材料在調節溫度範圍以上時應為液態，在該溫度範圍以下應為固態。 溫度調節部件18優選保持體溫於一較窄溫度範圍，更優選維持(體溫)於一恆定溫度或基 本恆定的溫度。當用作溫育箱時，嬰兒體溫優選保持在30至40攝氏度間，最好在34-37攝氏度，或34-38攝氏度間。適於用作調節嬰兒體溫的有機相變材料有正二十烷，十四醇，或 其共熔混合物，但也可包含任何合適的材料。溫度調節部件18優選既作為熱源又作為可被動保持嬰兒100體溫的吸熱體。溫度 調節部件18優選被加溫後用於保持嬰兒體溫，但它亦可被降溫後用於保持嬰兒體溫。例如 將溫度調節部件18加溫後準備用於系統10，其相變材料將熔化為液態。置入寢具12後，由 於嬰兒100需要熱量(如嬰兒體溫低於理想溫度，需要升溫)，相變材料的熔解熱通過固化 的放熱反應釋放出來的，並從相變材料傳向嬰兒100。相應地，當嬰兒的身體過熱需要降溫 時，相變材料也可以在吸熱反應中吸收熱量，例如，嬰兒體溫升高到理想溫度範圍以上時。溫度調節部件18優選具有一個軟質的外袋，其中裝有儲能材料或相變材料。該軟 質外袋優選由聚氨酯製成，不過也可由其他易於傳熱的耐用材料製成。儲能材料或相變材料的形式可以是多樣的。在第一個方案中，儲能材料包括液態 基質中的漿質微囊化相變材料。這種變型方案中，相變材料的相變發生於微膠囊中，而液體 基質作為熱傳遞介質，可使熱量均勻傳遞。在第二個變型方案中儲能材料是一整塊相變材 料。在第三個變型方案中，儲能材料是封存於荷包般大容器中的整塊相變材料，該容器又被 置於較大的袋子中。與微膠囊方案相似，該袋子還含有液體(比如水)以輔助熱量的均勻 傳遞。除了此前所列的幾種變型方案，所述儲能材料可以是任何適用材料，以任何適用方式 作用，只要其功能為熱源或吸熱體。當溫度調節部件18為一袋形設計時，該袋中除能量轉換物質和用以均勻傳熱的 液體外，還可有其它添加物。如該袋中可另含有抗真菌劑與/或消毒劑，用以防止袋中發生 不想要的汙染。再次回到圖1，優選方案可另含有與溫度調節部件18熱耦合，或非常靠近的指示 器20，用以顯示溫度調節部件18的溫度。該指示器，或其某部分優選與溫度調節部件18直 接接觸。不過此處「熱耦合」包括指示器20與溫度調節部件18間的非直接接觸，只要指示 器20與溫度調節部件18間存在熱聯繫，並可感知溫度。該指示器20優選可隨溫度調節部件18的溫度變化而改變顏色，但也可通過數字， 文字，符號，或任何其它適用語言或標示來指示溫度。例如，當溫度調節部件18過冷時，指 示器20可以顯示藍色；當溫度調節部件18溫度為安全溫度(處於所需體溫的範圍內)，顯 示綠色；而當溫度調節部件18過熱時，則顯示紅色。指示器20可能有幾種不同設計。第一種設計，指示器20與寢具12連接，且當系 統10在使用中，溫度調節部件18被置於寢具12中時，與溫度調節部件18熱耦合。當溫度 調節部件18與指示器20間發生熱傳遞時，指示器20的顏色或標示應發生改變。但(指示 器20)也可能感應到溫度調節部件18的溫度並顯示所測溫度。在第二種設計中，如圖1所示，指示器20與溫度調節部件18相連接，或整合於其 上。寢具12可包括一窗口，當溫度調節部件18被置於寢具12中時，可由該窗口透過寢具 12看到指示器20。在對第二方案中改進中，溫度調節部件18中的儲能材料可被嵌入能夠 隨儲能材料溫度變化而改變顏色的變色介質物。該變色介質物可以是熱敏變色或光敏變色 墨水，但也可以是其他任何適用墨水或變色介質物。在第三種設計中，寢具12與溫度調節部件18均含有指示器20。圖4A展示了在鉸 接的寢具背帶的一部分打開時露出溫度調節部件的外觀視圖。如圖4A所示，寢具12可另含一個能全部或部分移開的寢具的一部分或條狀區域，可用於目視檢查溫度調節部件18。 該設計中對系統10的溫度讀取可通過外部安裝的指示器20，也可移開所述寢具12上的條 狀區或寢具12的一部分，目視檢查嵌入溫度調節部件18中的指示器20 (應含熱敏變色墨 水)。如圖4A，連接於寢具12外部的指示器20可突入寢具12，而與溫度調節部件18直 接接觸。另外，如圖4A所示，寢具12的一部分全部或部分被移走，故可目視檢查溫度調節 部件18。雖然圖4A中外部安裝的指示器位於可移動的條狀區域，該設計僅為多種可能設計 之一，外部指示器也可被安裝在不同於寢具12上可被移除部分的其他位置。此外，其他指 示器的組合也可被應用，例如外部安裝的指示器20可與嵌入溫度調節部件18中，通過外窗 口觀測的指示器一同使用。除此前所述設計與組合外，指示器20可以是任何能指示溫度調 節部件18的溫度的適用設備。在如圖1，2，3和3A中所示的優選方案中，寢具12還可包括固定裝置26，用以 確保寢具12包裹住嬰兒或需熱調節的物體。固定裝置可以是扣子，按扣，或維可尼搭扣 (VELCRO)，也可是其他任何適用於固定寢具12的固定裝置。在該優選方案中，多個固定裝 置被置於寢具12上，以便配合不同的包裹位置，從而適用於個頭不同的嬰兒100，或被包裹 的嬰兒100的數量。當該系統被用作溫育箱時，固定裝置沈還可允許寢具12至少部分打開，以便於給 嬰兒100餵食，清潔，讓嬰兒100與其看護者間能有皮膚貼皮膚的(親近)接觸，及其他適
當活動。在一優選方案中，寢具12還包括為嬰兒100準備的額外的被墊和被子。故寢具12 可作為嬰兒100的床，也可將其整個放於床上或掛在看護人身上。寢具12應設計為適於家 中或病房中使用，但也可使其適用於其他適當環境。寢具12應便於攜帶與運送嬰兒100，且 於運送過程中寢具12可提供隔熱保溫與保護。圖5所示為據一優選方案設計的再充單元觀。該再充單元觀優選可接收或耦合 於溫度調節部件18，並對該溫度調節部件18再充(加熱或降溫)。該再充單元觀優選包 括裝有熱或冷液體的容器34，但也可包含一能用於加熱或降溫的電熱毯或袋狀結構。容器 34應為燒瓶狀，至少有一面有較大的表面積用以結合溫度調節部件18的表面。再充單元 28還可包括一個當使用再充單元觀對溫度調節部件18進行再充時，包裹於再充單元觀與 溫度調節部件18外的隔熱套筒30。該隔熱套筒30可保持再充單元觀的熱量，使其效率更 高。更高效的再充單元觀可更快地再充溫度調節部件18，且需要更少的能量。再充單元28還可包含指示器32，用以顯示溫度調節部件18，和/或再充單元28 的溫度。該指示器32可以是多種不同設計。第一種設計為指示器32與隔熱套筒30相連， 並當溫度調節部件18結合在再衝系統觀上時，該指示器熱耦合於溫度調節部件18。第二種設計如圖5所示，指示器32與再充單元觀相連接。該設計中隔熱套筒30 可具有一窗口以便觀察指示器32。第三種設計中，指示器32連接或整合於溫度調節部件18(如上文對指示器20的 描述)。隔熱套筒30上有一個窗口，當溫度調節部件18與再充單元觀結合時，可由該窗口 透過隔熱套筒30看見指示器32。除了前文所述的設計及組合外指示器32可以是任何應於 顯示溫度調節部件18溫度的設備。
圖6展示的是一種熱調節方法的流程圖。如圖6所示利用系統10進行熱調節的 一種方法包括提供一套寢具102 ；將嬰兒或需要熱調節的物體置於寢具上的第一個分隔 倉中104(該步驟還可包括將搭袢部分摺疊置於寢具的主體部位上)；提供一個含有相變材 料的熱調節部件106 ；將該熱調節部件加熱到所需溫度範圍108 ；以及將該熱調節部件置於 寢具上與第一個分隔倉可做熱傳遞的第二個分隔倉中110。圖7展示的是一種連續不間斷，或基本不間斷地為一熱調節系統加熱的方法流程 圖。如圖7所示該方法包括將第一個含有相變材料(於所需溫度範圍內)的溫度調節部 件置於寢具中120 ；對第二個含有相變材料的溫度調節部件進行再充122 ；以第二個含有相 變材料的溫度調節部件換出寢具中第一個含有相變材料的溫度調節部件124。圖8所示為說明性質的宣傳畫，它展示了一種調節嬰兒溫度的方法。當將系統10 作為嬰兒溫育箱來使用時，對嬰兒的熱調節方法包括打開寢具12，將嬰兒100放入寢具12 中，將寢具12固定包裹在嬰兒100周圍，確認溫度調節部件18的溫度，將該溫度調節部件 18置入寢具12中。圖8中將溫度調節部件18稱為「el^ack」。如有一套以上的溫度調節部 件18，實際上將溫度調節部件18置入寢具12的步驟可改為用新充好的部件18換出寢具 12中原有的，已放完熱的溫度調節部件18。在利用系統10對嬰兒進行熱調節的方法中，優 選方案還可包括由看護人打開寢具12與嬰兒100進行接觸的步驟。如圖8所示，對系統10的溫度調節部件18進行再充的方法中，優選方案包括用 再充單元觀對溫度調節部件18加熱，從再充單元觀上取下溫度調節部件18，等待溫度調 節部件18達到正確的溫度，以及將溫度調節部件18置入寢具12。看護者也可以不用再充 單元觀，而直接將溫度調節部件放入熱水或冷水。為防止打斷對嬰兒100體溫的保持，最好 有額外的一套溫度調節部件，在放入寢具12中的溫度調節部件放完熱前就已充好。圖8還為看護者提供了額外的產後照料指導。例如看護者可能要在嬰兒身體幹 後，將其裹在毯子裡再放入系統10。使嬰兒身體乾燥很重要，因為嬰兒皮膚上多餘的水分使 調節其溫度更加困難。另外，圖8還警告說，所有早產超過8周的嬰兒都應該就醫。圖8可以附於系統10 以提供關於使用該系統進行產後看護的指導性信息。儘管出於篇幅考慮省略了一些，本發明的優選方案應包括多種寢具，多種溫度調 節部件，多種指示器，多種再充單元，及多種使用方法與步驟的每一種組合與變化。此外， 系統10的用途不僅限於對嬰兒的熱調節，也包括其他任何合理的使用目的。例如，系統10 可用於為缺氧的嬰兒降溫，以降低發生腦損傷和腦麻痺的機率。又例如系統10還可用於災 難救援，或在寒冷地區防止體溫過低，與/或可應用於軍事上，如幫助士兵在寒冷條件中取 暖，或用於諸如保持食物溫度及對其他非生命物進行熱調節等。本領域專業人士可通過以上的細節描述，圖示以及權利要求，對該發明及相關優 選方案進行潤飾和改造而不至偏離由如下權利要求界定的本發明的範圍。
權利要求
1.一種在所需溫度範圍內調節溫度的系統，所述系統包括寢具，其被設置為包裹生命體的至少一部分；以及溫度調節部件，其被放入所述寢具中，並包括在所需溫度範圍內進行固態和液態間相 變的相變材料。
2.根據權利要求1的溫度調節系統，其中，所述寢具包括袋狀結構，所述溫度調節部件 可置放於該袋狀結構中。
3 根據權利要求1的溫度調節系統，其中，所述溫度調節部件可從所述寢具上分拆出來。
4.根據權利要求3的溫度調節系統，所述系統還包括獨立存在於所述寢具外的再充單元，其被設置為接收並加熱從所述寢具上分拆出的所 述溫度調節部件。
5.根據權利要求4的溫度調節系統，所述系統還包括第二個溫度調節部件，當所述原 溫度調節部件正置於所述寢具中時，所述第二個溫度調節部件可由再充單元加熱。
6.根據權利要求4的溫度調節系統，其中，所述再充單元為電熱器。
7.根據權利要求1的溫度調節系統，其中，所述寢具設置為包裹人類嬰兒的至少一部 分身體。
8.根據權利要求7的溫度調節系統，其中，所述寢具包括可容納嬰兒頭部的帽兜。
9.根據權利要求7的溫度調節系統，還包括連接於所述寢具的帶狀結構，其設置為使 看護人能背負所述系統。
10.根據權利要求1的溫度調節系統，其中，所述相變材料為有機物。
11.根據權利要求1的溫度調節系統，其中，所述相變材料在約34攝氏度至約38攝氏 度的溫度範圍內進行相變。
12.根據權利要求1的溫度調節系統，其中，所述相變材料包括正二十烷或十四醇。
13.根據權利要求1的溫度調節系統，所述系統還包括與溫度調節部件熱耦合連接的 溫度指示裝置。
14.一種在所需溫度範圍內調節溫度的系統，所述系統包括寢具，其設置為包裹人類嬰兒身體的至少一部分，且含有一個袋狀結構；溫度調節部件，其可置於所述寢具袋狀結構中且能夠被拆卸移出，所述溫度調節部件 含有在所需範圍內進行固態和液態間轉變的相變材料；以及獨立存在於所述寢具外的再充單元，其設置為接收並加熱從所述寢具上分拆出的所述 溫度調節部件。
15.根據權利要求14的溫度調節系統，所述系統還包括第二個溫度調節部件，當所述 原溫度調節部件正置於所述寢具中時，所述第二個溫度調節部件可由再充單元加熱。
16.根據權利要求14的溫度調節系統，其中，所述相變材料在約34攝氏度至約38攝氏 度的溫度範圍內進行相變。
17.根據權利要求14的溫度調節系統，其中，所述相變材料包括正二十烷或十四醇。
18.根據權利要求14的溫度調節系統，所述系統還包括與溫度調節部件熱耦合連接 的溫度指示裝置。
19.一種在所需溫度範圍內調節人類嬰兒溫度的系統，所述系統包括寢具，其設置為基本包裹人類嬰兒的身體，所述寢具含有內層，外層及位於內外層之間 的一個袋狀結構；溫度調節部件，其置於所述寢具袋狀結構中且能夠被拆卸移出，所述溫度調節部件含 有在所需溫度範圍內進行固態和液態間轉變的相變材料；溫度指示裝置，其與溫度調節部件熱耦合連接，且可在所述寢具外部讀數；以及 獨立存在於所述寢具外的再充單元，其設置為接收並加熱從所述寢具上分拆出的所述 溫度調節部件。
20.根據權利要求18的溫度調節系統，所述系統還包括第二個溫度調節部件，當所述 原溫度調節部件正置於所述寢具中時，所述第二個溫度調節部件由再充單元加熱。
21.根據權利要求19的溫度調節系統，其中，所述相變材料在約34攝氏度至約38攝氏 度的溫度範圍內進行相變。
22.—種在所需溫度範圍內調節溫度的系統，所述系統包括寢具，其具有主體部分和至少一個可摺疊部分，所述至少一個可摺疊部分與主體部分 相鄰，其中所述至少一個可摺疊部分可被摺疊到所述主體部分上以包裹一個內部空間；以 及溫度調節部件，其放置於所述寢具中且與所述內部空間熱耦合，所述溫度調節部件含 有在所需溫度範圍內進行固態和液態間轉變的相變材料。
23.根據權利要求22的溫度調節系統，所述系統還包括位於所述寢具上的固定裝置，以在所述內部空間形成時固定所述至少一個可摺疊部分。
24.根據權利要求22的溫度調節系統，其中，所述寢具包括一個袋狀結構，所述溫度調 節部件置於該袋狀結構中。
25.根據權利要求22的溫度調節系統，其中，所述溫度調節部件可與所述寢具分拆。
26.根據權利要求M的溫度調節系統，所述系統還包括獨立存在於所述寢具外的再 充單元，其設置為接收並加熱從所述寢具上分拆出的所述溫度調節部件。
27.根據權利要求M的溫度調節系統，其中，所述寢具包括三個可摺疊部分，所述三個 可摺疊部分可被摺疊到主體部分上以包裹所述內部空間。
全文摘要
本發明提供了一種熱調節系統及方法。該系統包括一個設置為包裹生命體或其他物體至少一部分的寢具。該系統還包括一個放置於所述寢具中的溫度調節部件，該部件含有在所需溫度範圍內進行固態與液態之間相變的相變材料。
文檔編號A61F7/00GK102105119SQ200980113435
公開日2011年6月22日 申請日期2009年5月12日 優先權日2008年5月12日
發明者拉茲米格·霍夫阿吉米亞, 拉胡爾·帕尼克, 梁偉航, 納加南德·穆爾蒂, 陳資俞 申請人:嬰貝舒