用于温度调节的系统和方法

专利名称：用于温度调节的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及温度调节领域，包括一种新型实用的对婴儿或成人，以及其他 生物体与非生物体进行温度调节的系统与方法。
背景技术：
世界上不同地区的平均气温有相当大的差别。另外世界上的极端温度，即最高和 最低气温也相差甚远。例如，地球上的高温纪录是产生于加州死亡谷的56. 7摄氏度(134 华氏度)，而低温纪录是产生于南极洲沃斯托克考察站的-89. 2摄氏度(-128. 6华氏度)。 即便是同一地点的极端温度也可能是一个很宽的温差范围，比如世界上很多地方都是夏热 冬冷。=尽管地球上存在着巨大的气候变化和极限温差，动物，鸟类甚至人类依然遍布世 上每一个角落。考虑到大多数动物，鸟类，以及所有人都必须对身体的热平衡进行调节，将 体温始终保持为仅存在几摄氏度的温差，如此广泛的生物分布是令人吃惊的。人类的体温变化范围是36. 12至37. 5摄氏度左右(96. 8-99. 5华氏度)。如果人 体体温升高1摄氏度达到38度(100. 4华氏度)，这个人可能会开始出汗并感觉非常不适； 如果体温上升3摄氏度从而达到40度，诸如昏厥，脱水，虚弱，呕吐，头痛，头晕和大量出汗 等现象就会出现；而比平常体温高出6摄氏度的体温(达到43摄氏度，109. 4华氏度)，一 般会导致死亡。人体同样不能适应极端低温。体温下降1摄氏度达36度时，人会开始发颤；如果 体温下降3摄氏度达34度，人体会剧烈颤抖，失去手指运动能力，身体发紫且意识开始模 糊；当体温下降9摄氏度，达到28度时，会产生严重的心律紊乱，呼吸会随时停止。尽管其他恒温动物的体温范围可能与人类不同，动物也一样需要对其体温进行热 调节。在极端的温度条件下，即使对于健康的成年人，保持恒定的体温也可能是个难题。 在野外寒冷条件下露营就需要大睡袋和加热器。冬季运动项目也需要一些防寒保护层，如 手套，帽子和外套。在野外极端条件下作业的军人往往会遇到体温过低或失热过量等问题。现存的体温调节措施有很多不尽如人意的地方。比如，众所周知电热毯是将电阻 发热元件置于毯子内以产生额外的热量。不过典型的电热毯设计有诸多的问题，例如电热 毯必须有电才能工作，而在一些紧急情况下或边远乡村地区通常没有电力供应。电热毯还 有热量分布不均的问题，要克服这个问题可能需要相当繁复的电子线路来进行温度控制。 另外电热毯中的产热电阻一般是混合织入毯子中的，可能会成为火灾隐患。最后，因为要加大电阻值并加强舒适性，电热毯中的电阻丝往往非常细，以至电热毯的加热系统比较脆弱。其他的各种温度调节设备都有一个主要的问题实际调控温度的元件过于复杂。 授予于^^1^1^6等人的第4，856，294号美国专利公布了一项可保持人体凉爽的装置该发 明使用了在低于一般人体体温的温度范围内可有效吸收热能的热传递材料。Scaringe公布 了一件可创造低温的小气候背心，其中含有一种热传递材料，在60-90华氏度的温度区间 可由固态转化为液态，从而可以为高温环境下的工作人员降低体温。背心通过预留孔被注 入该热传递材料，然后被放置于可使该材料凝结为固态的温度。完全降温后，背心就可以穿 了。Scaringe虽然揭示了利用吸热热传递材料对身体降温的思路，不过他的小气候背 心设计上还有很多有待解决的问题。例如，背心不能让许多需要降温的身体部位得到保护， 如腿部，头部等人体主要的产热区域，而这些部位可能最需要冷却。另外，人们很难给婴儿 或体型很小的动物穿上背心，即使勉强穿上也往往不能达到理想的效果。还有一个问题就 是在野外或其他极端环境下工作的人员，比如战场上的士兵，一般不太可能带有灌装背心 必要的热传递材料。即便背心里已预灌装了热交换材料，在野外，战场，或发展中国家的乡 村环境中，使用者也几乎不可能找到所必须的冰柜。而且将整个背心置于冰柜中预冷可能 会导致背心上的非热交换材料部分过分冷却，从而使这些部分过冷。人和动物身体中的神经系统可通过调节身体对温度的反应来实现体温调节，比如 神经调节机制在遇冷时会导致产生鸡皮疙瘩，而遇热时会引起身体出汗。当健康成人调节体温都可能有困难时，婴儿在外界温度的影响下就更容易受伤害 了。母体子宫的温度是38摄氏度(100.4华氏度)。当婴儿出生离开母体时，他立刻就会暴 露于温度远低于母体的环境下并开始损失热量。由于婴儿对其自身体温调节的能力远比成 年人弱，他的体温升高和降低都比成人迅速，故只能耐受有限的温度范围。早产儿往往出生时体重较低，或发育不良，由于其神经系统发育不完全，体温调节 能力尤其不足。如果放任早产儿热量流失，将会导致婴儿低温症。特别对于身体瘦小，身有 疾病，或低体重新生儿，低温症会导致更多的健康问题，甚至死亡。全球每年大约有两千万早产或低体重新生儿为热调节问题所威胁。在发达国家， 这样的婴儿通常是被置于保温箱内以帮助他们调节体温。一般保温箱价钱非常昂贵，往往 达数千美元，需要常备电力连接，且可能需要精密的电子控制。而且保温箱较为笨重，携带 不便。这些因素决定保温箱的应用被限制在发达国家城市的医院。不幸的是，80%的低体重新生儿出生于没有或缺乏保温箱的发展中国家的乡村地 区。例如在印度，1/3的新生儿出生时体重过轻，每年有三百五十万低体重新生儿死亡，而幸 存者常常伴有终生健康问题，如早期糖尿病，心脏疾病和低智商。如上所述，传统的保温箱价钱昂贵，通常只有城里的医院才拥有。即便有，这些发 展中国家的保温箱往往也是年久失修。居于乡村的父母亲一般无钱将孩子送往城里的医 院。总之，实际上很多低体重新生儿没有保温箱可用。麻省理工学院的学生为解决发展中国家乡村地区低体重新生儿缺少保温箱的问 题，提出了一个低成本保温箱设计方案。他们提议的保温箱是将一个圆顶帐篷式的结构 悬挂在一个双层的底面上。底面上开有一门可接受加热垫。该加热垫含有一种相变材料 (PCM)，可被动地调节温度。尽管造价远低于医院中使用的保温箱，这款设计有数处不足。
比如，麻省理工学院的保温箱设计中，当婴儿被置于该保温箱中时，其父母不能把 他搂在怀里。如果婴儿此时需要爱抚或哺乳，就必须离开保温箱，而这期间婴儿将经受温差 的考验。第二，婴儿在该保温箱中未被固定，可能会四处翻滚。如果没有人监护时婴儿滚出 了保温箱的帐式结构，他就会失去恒温保护。另外，这款帐式设计不提供除加热垫之外的其 他热源，这就导致一旦加热垫失效，该设计效率过低，帐内会迅速降温。最后，该帐式结构耐 久性能差，不适用于运输等情况下的较差环境。该圆帐的支柱易于折断，其外部的布料容易 撕破或产生皱褶。除了保温箱提供的恒温保护外，低体重新生儿经常需要医生的及时治疗。所以对 于地处乡村的婴儿，可否将其在恒温条件下运送是解决问题的关键。麻省理工学院的帐式 设计的强度不能承受运输中婴儿的体重，而且它也不能紧密包裹婴儿以便于运送，将婴儿 置于帐中运送时可能造成意外受伤。包括以过冷无机相变材料为热源的多种保暖器设计均被应用于婴幼儿温度调节。 过冷现象是当液体或过饱和溶液的温度降至其熔点以下，该液体或溶液由于缺乏固态的凝 结核，所以不产生结晶现象，液体不凝固。当轻微搅动过冷液体，或将凝结核加入其中，该过 冷液会迅速结晶。不过过冷液最终达到的温度取决于液体结晶放热相变过程中所释放的热 量，进而取决于过冷液在活化结晶前的温度。专利号为35，586的美国重颁专利中公开的库伯手术传热保暖器(Cooper Surgical Transwarmer)的热源是一例针对婴儿温度调节的保暖垫设计。该设计使用过冷 的醋酸钠溶液(一种无机相变材料)，通过一个按键引发活化，继而在活化后的放热过程 (结晶热)中获得热量。由于过冷无机相变材料(如该Transwarmer中的材料)的产热效 果依赖于其初始温度，它产生的最终温度难以预测且不稳定。这种不可预测的温度比较危 险，可能会导致烫伤。另外，所有类似于该设计的使用无机相变材料的保暖器都有保持温度 时间不长的问题，通常只能维持两小时左右。而且这些类似Transwarmer的设备一般只能 用一次，所以在医院以外其他没有储备的地方使用不太现实。综上所述，改进温度调节设备和方法，从而缓解一个或多个现存温度调节设备设 计中存在的弊端是非常有必要的。

发明内容
综前所述，此发明一个方面的目的是提供一个在所需温度范围内进行温度调节的 改进系统。尽管该系统可被应用于满足任何温度调节需求，它更适于对婴幼儿体温的热调 节。针对此目的，该温度调节系统包括一件可用于包裹生命体的至少一部分的寝具。该系 统还包括置于所述寝具中，含有在所需温度范围内可实现固液态间相变的相变材料的温度 或热量调节装置。在一个优选方案中，温度调节部件与该系统是可分离的，且可以从该寝具被完全 拆离出来以进行再加热。一种设计方案是将温度调节部件做成软性的袋状结构，将相变材 料封装在微型胶囊中，再与某种液体一起置于该袋中。另一种设计方案是将相变材料不加 分装整块置于袋中。该系统还可另外包含一个独立的再充单元，其形状允许其与温度调节部件热耦 合。该再充装置可将所述温度调节部件加热到所需温度后与之脱离。进而该温度调节部件可被重置于寝具中。在另一设计方案中，该再充单元可设计为一个可装入液体的中空容器，当装入热 水或冷水后与温度调节部件结合对其进行再充。或者该再充单元也可以是一个电加热器。 温度调节部件可以有不止一个，当一套部件与再充单元结合被再充时，另一套可以正常使 用，这样就可以提供不间断的温度或热调节。该温度调节系统还可包括设置在寝具上的固定装置，可以将所述固定装置连接于 寝具上的可折叠部位以形成一个内部区域。该寝具优选具有至少两个分隔仓，第一个分隔 仓或内部区域包裹容纳婴儿、幼儿、动物及其他需要温度调节的物品的至少一部分，而第二 分隔仓或袋则装载温度调节部件。在此优选方案中，第一分隔仓由所述固定装置保持闭合 状态，从而可以打开此分隔仓接触到其中的婴儿或其他温度调节对象。在另一方案中，所述的内部区域被设计成与婴儿或其他热调节对象的形状大致相 符。当该热调节系统被用于为人类婴儿保暖时，内部区域的形状可能会被设计得与婴儿的 身体很贴切。在内部区域内形成符合婴儿的臂，腿及其他身体部位的部分，从而使内部区域 更好地与婴儿的身体相匹配。另外，在该内部区域的一端可设置一个相对内部区域本身可 调节的帽兜，用以容纳婴儿的头部并进行热调节。在另一实施方案中，该系统还可以包括附连到寝具上的背带，以利于看护人能携 带或背负该系统。在另一实施方案中，相变材料在34至38摄氏度间的温度范围内进行相变，这是人 类婴儿优选的温度范围。在另一实施方案中，该温度调节系统的相变材料由有机相变材料构成。有机材料 的优势在于它可以保持比较恒定的温度，可重复使用性强，且由过冷产生的烫伤等伤害危 险几率较低。在一个实施方案中，相变材料可能采用正二十烷，十四醇，或其共熔混合物。在另一实施方案中，还可采用有机与无机组合相变材料。这样的组合既享有有机 材料在温度控制方面的稳定性，又拥有无机相变材料可迅速再充的优点。在另一实施方案中，一款用于在所需温度范围内为人类婴儿调节温度的系统，其 寝具由内层，外层及内外层之间的一个袋状结构组成，可基本包裹住该婴儿。温度调节部件 被置于所述袋状结构中并可拆卸下来，其中含有可在所需温度范围内实现固体液体间相变 的相变材料。该系统还包括可从寝具外部读数的温度显示装置，其与温度调节部件热耦合。 另外，该系统还包括一个与寝具相独立的再充单元单元，用以接收和加热从寝具上拆下的 温度调节部件。在另一实施方案中，内层材料是热传导良性的。外层的材料有较好的隔热性能，可 将温度调节部件和婴儿隔离开来。如下文将介绍的，在所需温度范围内进行温度调节的系统及其方法可以被有效而 经济地应用于温度调控。下文通过详细描述与附图，以示例的方式展示了多个实施方案，有 助于(读者)进一步了解该温度调节系统和方法的应用，目的，特性及优势。此处特提请注 意，以下附图仅具示意功能，不可将其作为限制权利要求的根据。附图简要说明

图1示出了根据一个优选方案的温度调节系统所含寝具的外部后视图；图2示出了根据一个优选方案的温度调节系统的正视图，其中所含的寝具呈全展
7开(未折叠)状态；图3是温度调节系统的视图，其中训练用的模型婴儿置于全展开(未折叠)的寝 t- 图3A是温度调节系统的视图，其中训练用的模型婴儿置于寝具主体部位，该寝具 可折叠部分完全展开；图4是将训练用的模型婴儿包裹于寝具中的外部视图；图4A是在铰接的寝具背带的一部分打开时露出温度调节部件的外观视图；图5是根据一个优选方案的温度调节系统的再充单元的视图；图6是示意温度调节方法之一的流程图；图7是示意连续不断给一温度调节系统加热的方法的流程图；图8示出了对婴儿进行温度调节的方法步骤。详细说明对以下优选方案的描述是以使本领域技术人员能实施和利用本发明为目的，不应 该被理解为本发明仅限于所列优选方案。图1示出了根据一个优选方案的温度调节系统所含寝具的外部后视图。如图1，该 方案中的系统10包括寝具12。该寝具12可以为各种形状或设计。该寝具可以是袋状，包 状，囊状，或可以容纳需温度调节的婴儿，幼儿，及其他物体物件的分隔仓形设计。寝具12可以设计为构建在分隔仓内，能包裹婴幼儿或其他物体物件的结构，优选 寝具12是毯子，被子或保暖毯(warmer)，并可包裹，折叠，或以其他方式包容被调节温度的 婴儿或其他对象。这样一个可折叠包裹的寝具12设计可能会含有一个主体部分可用以放 置婴儿，还有至少一个可折叠部分，折起后将婴儿包入内部。尽管寝具12优选选用舒适的 材料以适于睡眠，其应用不限于睡眠。如上所述，图1展示了该系统10的外后部。尽管没有在图1中显现，寝具12可 以包括一条长毯或其它舒适品，其足以延伸至系统10前侧，并且含有多出的一端用作搭袢 11。图1中搭袢11处于展开的位置，但搭袢11可以被折叠起来，而使一个或多个固定装置 26(图示搭袢11上的同心圆)绑定寝具12背后的固定装置(也以同心圆标出)。当搭袢 11咬合或连接到寝具12后面时，婴儿应被舒适地包容于系统10中。图2示出了根据一个优选方案的温度调节系统的正视图，其中所含的寝具呈全展 开(未折叠)状态。使用时，寝具12的展开部分(可折叠部分)可被折叠盖于婴儿身上， 形成一个内腔。搭袢11可如图1所示，折叠并通过固定装置26连接于系统10的后侧。寝具12选用毯子或袋子而不用衣物是因为寝具12可以将需要热调节的婴儿或其 他物体完全包裹在其中，更有利于温度调节。将需要热调节的婴儿或其他物体包裹得更完 全可以使寝具12提供额外的隔热能力。更好的隔热能力因其能够在日常操作中及失去热 源时有效保持系统10中的热量而备受欢迎。寝具12的柔韧性使其可以适用于不同大小的物体。此外，寝具12可以被制成完 全可折叠的形式，便于运输，销售和储存。寝具12可以非常结实，可以在恶劣条件下长时间 使用，即使在其上踩跺，踢踏或挤压也不会致其折损，而其它结构不够柔韧的(产品)则会 损坏。寝具12还优选是可清洗的，以便于在变脏时可以清洗。此外，寝具设计考虑到婴儿往往与寝具12—起被移动，故其应当质轻，柔韧且能
8够贴身保护婴儿。这种设计的系统10非常适于携带，可为乡村地区出生的婴儿于就医途中 的热调节，或为一般母亲及其他看护人的近身照料提供便利。图3是温度调节系统的视图，其中训练用的模型婴儿置于全展开(未折叠)的寝 具上。如图3所示，系统10适于对调节婴儿100的温度，更准确的说它适用于在发展中国 家和乡村，贫困地区对婴儿进行热调节。当将其用于对婴儿100的热调节时，系统10可被 当成一个温育箱。尽管在以后的描述中，系统10会常被与婴儿热调节相联系，它实际上可被用于不 同年龄的婴儿，幼儿，以及成人(例如士兵或户外野营的人)的热调节。系统10也可被用 于动物的热调节及温育。另外，该系统还可用于包括对非生命体热调节在内的任何适当环 境中的任何适当事由，例如可将其作为保温套来保持容器中液体处于理想温度。图3中的寝具12底部可包括一当其延伸部分折起时，可结合底垫连接器的一些连 接结构。这些连接结构可使寝具12底部闭合以防止热散失，并确保作为热调节对象的婴儿 或物品舒适温暖而安全。另外该底部设计也可以采用抽带式或弹性带式结构来实现寝具12 的闭合。图3A展现的是系统10的另一种方案。如图3A所示，寝具12可包括有搭袢或可 折叠部分12a，12b，和12c。使用时，将婴儿100 (或其他需热调节物体)置于寝具12主体 部位上，并将搭袢或可折叠部分依次折叠覆盖于婴儿身体上，以从内部空间的每一边包裹 该婴儿。图3A中显示的3块搭袢成90度。不过在类似花瓣结构的(寝具)设计中，也可 采用任意个数的搭袢，而搭袢间相对位置可采用90度角之外的其他角度。在一个优选方案 中，底部搭袢12b被最先折叠，然后再将搭袢1 和12c折起来。图4所示为将一训练用婴儿模型包裹于寝具12中的外部视图。该图展示了图3 或图3A中，系统10折叠起来后的样子。如图1-4所示，当作为一个温育箱使用时，寝具12的功能是为婴儿100提供隔热。 理想情况下，寝具12将同时保护婴儿100不受外界环境，如温度，湿度的影响，为其在寝具 12内部提供一个人工的，富氧的健康环境。该人工环境有利于婴儿100的生存和成长。该 寝具12可以包括帽兜部分M，腿部分，臂部分或其它最好地包裹婴儿100的适当几何结构。如图3-3A所示，可先将婴儿100用布料22或其他合适的材料包裹，然后将其置于 寝具12中。当置于寝具12中时，该婴儿100优选为寝具12紧密包裹，使婴儿100身体周 围的空气尽量少来降低婴儿身体里的水分通过皮肤流失，从而避免对寝具12湿度调节功 能的要求。另外较小的体积使看护者与婴儿间的接触交流更紧密。回到图1和图4，寝具12优选具有内层14和外层16，以利于隔热保暖。内层14 与外层16可以合为一层，或使用同一块材料，也可以包含数层，或数种材料。内层14和外 层16最好易于清洗，或者/并且防水。现对内层14与外层16进一步讨论。在一种优选的变型方案中，内层14将是与婴 儿相接触的一层。内层14优选能够提供良好的隔热效果，并且是由非刺激性材料，如棉，尼 龙或喷塑尼龙制成(不过也可采用其他任何合适的材料)。如同下文所述，内层14还应该 能较好地传导温度调节部件提供的热量。在一种设计方案中，外层16应保护婴儿100不受外界环境温度湿度的影响，同时 保持寝具12内部的人工环境。因为外层16对内层14也有保护作用，制作内层14时可以在更宽的范围内选取适于接触婴儿身体的材料。外层16优选是不透水汽，并优选是隔热材 料。外层16可以为羊毛，Thinsulate，尼龙，毛绒，氯丁橡胶，Gortex，莱卡，或其他适于隔 热保暖的材料及其组合。内层14和外层16可以采用任何可提供隔热保暖，(对内层14来 说)可向婴儿100传导热量，可保护其不受外界环境影响的隔层或材料，并且当被作为温育 箱使用时，该材料还应适于保持寝具12的内部人工环境。尽管图1-图4中所示的内层14与外层16组合都是不透明的，内层14和外层16 或它们的一部分可以是透明的，以便于目视观察其中被调节温度的婴儿或其他物体。另外， 带有透明部分的内层14和外层16可允许婴儿的皮肤在光治疗中吸收治疗黄疸的所需的光线。如图2所示，系统10可另包括热耦合于寝具12的温度调节部件18。优选该温度 调节部件18功能在于保持作为热调节对象的婴儿或物体的温度在所需温度范围内。该温 度调节部件18理应可以被从寝具12上拆卸下来，进而可以迅速地改换寝具12上的温度调 节部件18，并对其进行快速再冲。物理定律及能量守恒定律表明一个热源不可能永远发热。无论如何设计的温度调 节部件18都有停止释放热量，需要再充的时候。因此理应将温度调节部件18设计为可从 寝具12上拆卸下来，以便于对温度调节部件18的再充。另外，提供一套额外的温度调节部件18，可实现连续不断或基本不间断地用系统 10进行温度调节。当一套温度调节部件18被置于系统10中使用时，另一套置于系统外的 温度调节部件可被再充。系统10中的温度调节部件18能量用尽时，可与备用温度调节部 件18互换。这过程不需将婴儿100从寝具12中移出，所以避免了孩子暴露于外界环境中。使用温度调节部件18的另一个好处是作为可分拆的部件，当仅仅温度调节部件 18受损或老旧时，更换该部件即可，而不需更换整个系统10。而且其可拆分性允许其再充 过程独立于寝具12。这点非常重要，因为在没有电力供应的野外或乡村，对温度调节部件 18进行再充可能需要将其置于水中进行直接加热或降温。温度调节部件18的可拆卸性避 免了将整个寝具12置于再充过程中，因而扩大了对温度调节部件18进行再充的方法的技 术范围。因为温度调节部件18可以拆卸，再充单元可以造得更小，更简单，可使用不复杂的 再加热技术。寝具12优选包含至少两个分隔仓。第一个分隔仓是由内层14包裹在被热调节的 婴儿或物体上形成的。如图2所示，第二个分隔仓13可容纳温度调节部件18。在一个包含 内层14和外层16的优选方案中，第一个分隔仓面向内与内层14对齐，而第二个分隔仓13 位于内层14与外层16之间。在该优选方案中，第二个分隔仓可被认为是14和16两层间 的袋，包，腔或其他开口。温度调节部件18可被置于内层14与外层16间的第二间隔仓(或袋状结构)中， 这样至少温度调节部件18的一面和包裹着需要温度调节的婴儿或其他物体的第一分隔仓 热耦合，或相邻。这样第一间隔仓中的婴儿与第二间隔仓13中的温度调节部件18间可进 行热交换。在一优选方案中，第一分隔仓与第二分隔仓的长度至少在一个方向上大致一样。 因为当分隔仓的大小基本一样时，第二分隔仓13中的温度调节部件可以延整个或大部分 第一分隔仓的长度提供热量，继而使系统10能更均勻地调节温度。
在双层双分隔仓设计方案中，考虑到生产制造的因素，可采用可展开的寝具12这 种优选设计。如果寝具12可以展开，将形状相似的内层14和外层16从不同的材料上裁剪 下来后可将其基本平摊着叠放在一起。之后将该复合层卷起，折叠，使内层14面向婴儿100 形成第一分隔仓。如图3-图3A示，固定装置沈可用以保持寝具12闭合。第一分隔仓最好包括热的良导体或由热的良导体衬垫，并被包裹于外层隔热材料 内。第二分隔仓形成于内层14和外层16间。热量从第二分隔仓中的温度调节部件18经 内层14导入第一分隔仓。外层16优选能防止热量从温度调节部件18与第一分隔仓流失。以上描述的内层 14与外层16拥有相似形状是一款可经济生产又可有效防止热流失的设计。虽然以上关于寝具12的描述仅提及内外两层，可以理解加入更多额外的层可以 适用于该发明而不偏离本发明的实施方式。在一个热调节系统10的优选方案中，寝具12 包含了更多额外的可拆除的层。这些额外的层可依据寝具12在外界环境中使用时所需的 隔热保暖性能而被加入或拆除。当被用作温育箱时，一个优选方案中的的温度调节部件18被用在保持婴儿100的 体温于所需的温度或所需温度范围内。温度调节部件18通过传导(热量)及维持婴儿周 围空气温度来实现体温保持。温度调节部件18优选是作为被动部件，不过也可以主动地保 持婴儿100的体温。温度调节部件18应该含有储能材料，如相变材料(PCM)。相变材料是一种可于特定温度或温度区间熔化或固化，从而在该特定温度或温度 区间储存或释放能量。在由液态至固态或相反的相变过程中，相变材料吸收或释放的能量 被用于该材料的相变，因而其温度是保持恒定的。优选相变材料具有较高的熔解热，使其可 以储存和释放大量的能量。在释放或吸收能量的同时可控制温度的能力使相变材料在热调 节设备中的应用备受关注。相变材料最好是有机物，因为有机相变材料比无机相变材料有巨大的优势。有机 相变材料一般比无机相变材料毒性小，其在制造温度调节部件18的过程中更容易使用和 处理。采用无机相变材料也降低了在使用温度调节部件18的过程中相变材料选出产生毒 害的可能性。有机相变材料更可以加强温度控制，因为该材料不会产生过冷现象，进而也不 依赖于初始温度。更强的温度控制有利于避免无机相变材料应用中常见的烫伤危险。另外 有机相变材料在经过多次反复使用后的性能衰减比有机相变材料要缓和得多，这使得有机 相变材料可以反复使用更多次，其使用寿命更长。尽管有机相变材料比无机相变材料有着众多优势，无机相变材料依然可以被应用 于温度调节部件18。另外，无机相变材料还可以与有机相变材料组合使用。当组合使用时， 有机相变材料应被置于比无机相变材料更靠近婴儿的一面。这样安排可使过冷无机相变材 料结晶时释放的热量被有机相变材料缓和。两者可置于同一分隔仓内，也可置于不同的分 隔仓。如果有机与无机相变材料在不同分隔仓，热量可以从无机相变材料传到有机相变材 料，再传至需热调节的婴儿或物体。在一个优选方案中，当被用作温育箱时，所选的相变材料应于所需的温度调节范 围内实现相变。该相变材料在调节温度范围以上时应为液态，在该温度范围以下应为固态。 温度调节部件18优选保持体温于一较窄温度范围，更优选维持(体温)于一恒定温度或基 本恒定的温度。当用作温育箱时，婴儿体温优选保持在30至40摄氏度间，最好在34-37摄氏度，或34-38摄氏度间。适于用作调节婴儿体温的有机相变材料有正二十烷，十四醇，或 其共熔混合物，但也可包含任何合适的材料。温度调节部件18优选既作为热源又作为可被动保持婴儿100体温的吸热体。温度 调节部件18优选被加温后用于保持婴儿体温，但它亦可被降温后用于保持婴儿体温。例如 将温度调节部件18加温后准备用于系统10，其相变材料将熔化为液态。置入寝具12后，由 于婴儿100需要热量(如婴儿体温低于理想温度，需要升温)，相变材料的熔解热通过固化 的放热反应释放出来的，并从相变材料传向婴儿100。相应地，当婴儿的身体过热需要降温 时，相变材料也可以在吸热反应中吸收热量，例如，婴儿体温升高到理想温度范围以上时。温度调节部件18优选具有一个软质的外袋，其中装有储能材料或相变材料。该软 质外袋优选由聚氨酯制成，不过也可由其他易于传热的耐用材料制成。储能材料或相变材料的形式可以是多样的。在第一个方案中，储能材料包括液态 基质中的浆质微囊化相变材料。这种变型方案中，相变材料的相变发生于微胶囊中，而液体 基质作为热传递介质，可使热量均勻传递。在第二个变型方案中储能材料是一整块相变材 料。在第三个变型方案中，储能材料是封存于荷包般大容器中的整块相变材料，该容器又被 置于较大的袋子中。与微胶囊方案相似，该袋子还含有液体(比如水)以辅助热量的均勻 传递。除了此前所列的几种变型方案，所述储能材料可以是任何适用材料，以任何适用方式 作用，只要其功能为热源或吸热体。当温度调节部件18为一袋形设计时，该袋中除能量转换物质和用以均勻传热的 液体外，还可有其它添加物。如该袋中可另含有抗真菌剂与/或消毒剂，用以防止袋中发生 不想要的污染。再次回到图1，优选方案可另含有与温度调节部件18热耦合，或非常靠近的指示 器20，用以显示温度调节部件18的温度。该指示器，或其某部分优选与温度调节部件18直 接接触。不过此处“热耦合”包括指示器20与温度调节部件18间的非直接接触，只要指示 器20与温度调节部件18间存在热联系，并可感知温度。该指示器20优选可随温度调节部件18的温度变化而改变颜色，但也可通过数字， 文字，符号，或任何其它适用语言或标示来指示温度。例如，当温度调节部件18过冷时，指 示器20可以显示蓝色；当温度调节部件18温度为安全温度(处于所需体温的范围内)，显 示绿色；而当温度调节部件18过热时，则显示红色。指示器20可能有几种不同设计。第一种设计，指示器20与寝具12连接，且当系 统10在使用中，温度调节部件18被置于寝具12中时，与温度调节部件18热耦合。当温度 调节部件18与指示器20间发生热传递时，指示器20的颜色或标示应发生改变。但(指示 器20)也可能感应到温度调节部件18的温度并显示所测温度。在第二种设计中，如图1所示，指示器20与温度调节部件18相连接，或整合于其 上。寝具12可包括一窗口，当温度调节部件18被置于寝具12中时，可由该窗口透过寝具 12看到指示器20。在对第二方案中改进中，温度调节部件18中的储能材料可被嵌入能够 随储能材料温度变化而改变颜色的变色介质物。该变色介质物可以是热敏变色或光敏变色 墨水，但也可以是其他任何适用墨水或变色介质物。在第三种设计中，寝具12与温度调节部件18均含有指示器20。图4A展示了在铰 接的寝具背带的一部分打开时露出温度调节部件的外观视图。如图4A所示，寝具12可另含一个能全部或部分移开的寝具的一部分或条状区域，可用于目视检查温度调节部件18。 该设计中对系统10的温度读取可通过外部安装的指示器20，也可移开所述寝具12上的条 状区或寝具12的一部分，目视检查嵌入温度调节部件18中的指示器20 (应含热敏变色墨 水)。如图4A，连接于寝具12外部的指示器20可突入寝具12，而与温度调节部件18直 接接触。另外，如图4A所示，寝具12的一部分全部或部分被移走，故可目视检查温度调节 部件18。虽然图4A中外部安装的指示器位于可移动的条状区域，该设计仅为多种可能设计 之一，外部指示器也可被安装在不同于寝具12上可被移除部分的其他位置。此外，其他指 示器的组合也可被应用，例如外部安装的指示器20可与嵌入温度调节部件18中，通过外窗 口观测的指示器一同使用。除此前所述设计与组合外，指示器20可以是任何能指示温度调 节部件18的温度的适用设备。在如图1，2，3和3A中所示的优选方案中，寝具12还可包括固定装置26，用以 确保寝具12包裹住婴儿或需热调节的物体。固定装置可以是扣子，按扣，或维可尼搭扣 (VELCRO)，也可是其他任何适用于固定寝具12的固定装置。在该优选方案中，多个固定装 置被置于寝具12上，以便配合不同的包裹位置，从而适用于个头不同的婴儿100，或被包裹 的婴儿100的数量。当该系统被用作温育箱时，固定装置沈还可允许寝具12至少部分打开，以便于给 婴儿100喂食，清洁，让婴儿100与其看护者间能有皮肤贴皮肤的(亲近)接触，及其他适
当活动。在一优选方案中，寝具12还包括为婴儿100准备的额外的被垫和被子。故寝具12 可作为婴儿100的床，也可将其整个放于床上或挂在看护人身上。寝具12应设计为适于家 中或病房中使用，但也可使其适用于其他适当环境。寝具12应便于携带与运送婴儿100，且 于运送过程中寝具12可提供隔热保温与保护。图5所示为据一优选方案设计的再充单元观。该再充单元观优选可接收或耦合 于温度调节部件18，并对该温度调节部件18再充(加热或降温)。该再充单元观优选包 括装有热或冷液体的容器34，但也可包含一能用于加热或降温的电热毯或袋状结构。容器 34应为烧瓶状，至少有一面有较大的表面积用以结合温度调节部件18的表面。再充单元 28还可包括一个当使用再充单元观对温度调节部件18进行再充时，包裹于再充单元观与 温度调节部件18外的隔热套筒30。该隔热套筒30可保持再充单元观的热量，使其效率更 高。更高效的再充单元观可更快地再充温度调节部件18，且需要更少的能量。再充单元28还可包含指示器32，用以显示温度调节部件18，和/或再充单元28 的温度。该指示器32可以是多种不同设计。第一种设计为指示器32与隔热套筒30相连， 并当温度调节部件18结合在再冲系统观上时，该指示器热耦合于温度调节部件18。第二种设计如图5所示，指示器32与再充单元观相连接。该设计中隔热套筒30 可具有一窗口以便观察指示器32。第三种设计中，指示器32连接或整合于温度调节部件18(如上文对指示器20的 描述)。隔热套筒30上有一个窗口，当温度调节部件18与再充单元观结合时，可由该窗口 透过隔热套筒30看见指示器32。除了前文所述的设计及组合外指示器32可以是任何应于 显示温度调节部件18温度的设备。
图6展示的是一种热调节方法的流程图。如图6所示利用系统10进行热调节的 一种方法包括提供一套寝具102 ；将婴儿或需要热调节的物体置于寝具上的第一个分隔 仓中104(该步骤还可包括将搭袢部分折叠置于寝具的主体部位上)；提供一个含有相变材 料的热调节部件106 ；将该热调节部件加热到所需温度范围108 ；以及将该热调节部件置于 寝具上与第一个分隔仓可做热传递的第二个分隔仓中110。图7展示的是一种连续不间断，或基本不间断地为一热调节系统加热的方法流程 图。如图7所示该方法包括将第一个含有相变材料(于所需温度范围内)的温度调节部 件置于寝具中120 ；对第二个含有相变材料的温度调节部件进行再充122 ；以第二个含有相 变材料的温度调节部件换出寝具中第一个含有相变材料的温度调节部件124。图8所示为说明性质的宣传画，它展示了一种调节婴儿温度的方法。当将系统10 作为婴儿温育箱来使用时，对婴儿的热调节方法包括打开寝具12，将婴儿100放入寝具12 中，将寝具12固定包裹在婴儿100周围，确认温度调节部件18的温度，将该温度调节部件 18置入寝具12中。图8中将温度调节部件18称为“el^ack”。如有一套以上的温度调节部 件18，实际上将温度调节部件18置入寝具12的步骤可改为用新充好的部件18换出寝具 12中原有的，已放完热的温度调节部件18。在利用系统10对婴儿进行热调节的方法中，优 选方案还可包括由看护人打开寝具12与婴儿100进行接触的步骤。如图8所示，对系统10的温度调节部件18进行再充的方法中，优选方案包括用 再充单元观对温度调节部件18加热，从再充单元观上取下温度调节部件18，等待温度调 节部件18达到正确的温度，以及将温度调节部件18置入寝具12。看护者也可以不用再充 单元观，而直接将温度调节部件放入热水或冷水。为防止打断对婴儿100体温的保持，最好 有额外的一套温度调节部件，在放入寝具12中的温度调节部件放完热前就已充好。图8还为看护者提供了额外的产后照料指导。例如看护者可能要在婴儿身体干 后，将其裹在毯子里再放入系统10。使婴儿身体干燥很重要，因为婴儿皮肤上多余的水分使 调节其温度更加困难。另外，图8还警告说，所有早产超过8周的婴儿都应该就医。图8可以附于系统10 以提供关于使用该系统进行产后看护的指导性信息。尽管出于篇幅考虑省略了一些，本发明的优选方案应包括多种寝具，多种温度调 节部件，多种指示器，多种再充单元，及多种使用方法与步骤的每一种组合与变化。此外， 系统10的用途不仅限于对婴儿的热调节，也包括其他任何合理的使用目的。例如，系统10 可用于为缺氧的婴儿降温，以降低发生脑损伤和脑麻痹的几率。又例如系统10还可用于灾 难救援，或在寒冷地区防止体温过低，与/或可应用于军事上，如帮助士兵在寒冷条件中取 暖，或用于诸如保持食物温度及对其他非生命物进行热调节等。本领域专业人士可通过以上的细节描述，图示以及权利要求，对该发明及相关优 选方案进行润饰和改造而不至偏离由如下权利要求界定的本发明的范围。
权利要求
1.一种在所需温度范围内调节温度的系统，所述系统包括寝具，其被设置为包裹生命体的至少一部分；以及温度调节部件，其被放入所述寝具中，并包括在所需温度范围内进行固态和液态间相 变的相变材料。
2.根据权利要求1的温度调节系统，其中，所述寝具包括袋状结构，所述温度调节部件 可置放于该袋状结构中。
3 根据权利要求1的温度调节系统，其中，所述温度调节部件可从所述寝具上分拆出来。
4.根据权利要求3的温度调节系统，所述系统还包括独立存在于所述寝具外的再充单元，其被设置为接收并加热从所述寝具上分拆出的所 述温度调节部件。
5.根据权利要求4的温度调节系统，所述系统还包括第二个温度调节部件，当所述原 温度调节部件正置于所述寝具中时，所述第二个温度调节部件可由再充单元加热。
6.根据权利要求4的温度调节系统，其中，所述再充单元为电热器。
7.根据权利要求1的温度调节系统，其中，所述寝具设置为包裹人类婴儿的至少一部 分身体。
8.根据权利要求7的温度调节系统，其中，所述寝具包括可容纳婴儿头部的帽兜。
9.根据权利要求7的温度调节系统，还包括连接于所述寝具的带状结构，其设置为使 看护人能背负所述系统。
10.根据权利要求1的温度调节系统，其中，所述相变材料为有机物。
11.根据权利要求1的温度调节系统，其中，所述相变材料在约34摄氏度至约38摄氏 度的温度范围内进行相变。
12.根据权利要求1的温度调节系统，其中，所述相变材料包括正二十烷或十四醇。
13.根据权利要求1的温度调节系统，所述系统还包括与温度调节部件热耦合连接的 温度指示装置。
14.一种在所需温度范围内调节温度的系统，所述系统包括寝具，其设置为包裹人类婴儿身体的至少一部分，且含有一个袋状结构；温度调节部件，其可置于所述寝具袋状结构中且能够被拆卸移出，所述温度调节部件 含有在所需范围内进行固态和液态间转变的相变材料；以及独立存在于所述寝具外的再充单元，其设置为接收并加热从所述寝具上分拆出的所述 温度调节部件。
15.根据权利要求14的温度调节系统，所述系统还包括第二个温度调节部件，当所述 原温度调节部件正置于所述寝具中时，所述第二个温度调节部件可由再充单元加热。
16.根据权利要求14的温度调节系统，其中，所述相变材料在约34摄氏度至约38摄氏 度的温度范围内进行相变。
17.根据权利要求14的温度调节系统，其中，所述相变材料包括正二十烷或十四醇。
18.根据权利要求14的温度调节系统，所述系统还包括与温度调节部件热耦合连接 的温度指示装置。
19.一种在所需温度范围内调节人类婴儿温度的系统，所述系统包括寝具，其设置为基本包裹人类婴儿的身体，所述寝具含有内层，外层及位于内外层之间 的一个袋状结构；温度调节部件，其置于所述寝具袋状结构中且能够被拆卸移出，所述温度调节部件含 有在所需温度范围内进行固态和液态间转变的相变材料；温度指示装置，其与温度调节部件热耦合连接，且可在所述寝具外部读数；以及 独立存在于所述寝具外的再充单元，其设置为接收并加热从所述寝具上分拆出的所述 温度调节部件。
20.根据权利要求18的温度调节系统，所述系统还包括第二个温度调节部件，当所述 原温度调节部件正置于所述寝具中时，所述第二个温度调节部件由再充单元加热。
21.根据权利要求19的温度调节系统，其中，所述相变材料在约34摄氏度至约38摄氏 度的温度范围内进行相变。
22.—种在所需温度范围内调节温度的系统，所述系统包括寝具，其具有主体部分和至少一个可折叠部分，所述至少一个可折叠部分与主体部分 相邻，其中所述至少一个可折叠部分可被折叠到所述主体部分上以包裹一个内部空间；以 及温度调节部件，其放置于所述寝具中且与所述内部空间热耦合，所述温度调节部件含 有在所需温度范围内进行固态和液态间转变的相变材料。
23.根据权利要求22的温度调节系统，所述系统还包括位于所述寝具上的固定装置，以在所述内部空间形成时固定所述至少一个可折叠部分。
24.根据权利要求22的温度调节系统，其中，所述寝具包括一个袋状结构，所述温度调 节部件置于该袋状结构中。
25.根据权利要求22的温度调节系统，其中，所述温度调节部件可与所述寝具分拆。
26.根据权利要求M的温度调节系统，所述系统还包括独立存在于所述寝具外的再 充单元，其设置为接收并加热从所述寝具上分拆出的所述温度调节部件。
27.根据权利要求M的温度调节系统，其中，所述寝具包括三个可折叠部分，所述三个 可折叠部分可被折叠到主体部分上以包裹所述内部空间。
全文摘要
本发明提供了一种热调节系统及方法。该系统包括一个设置为包裹生命体或其他物体至少一部分的寝具。该系统还包括一个放置于所述寝具中的温度调节部件，该部件含有在所需温度范围内进行固态与液态之间相变的相变材料。
文档编号A61F7/00GK102105119SQ200980113435
公开日2011年6月22日 申请日期2009年5月12日 优先权日2008年5月12日
发明者拉兹米格·霍夫阿吉米亚, 拉胡尔·帕尼克, 梁伟航, 纳加南德·穆尔蒂, 陈资俞 申请人:婴贝舒