ES3036588A1 - Sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal - Google Patents

Abstract

Sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal. La invención describe un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal, que comprende: - una cámara (2) integrada en el colchón, con dos zonas independientes entre sí: una primera zona (10), configurada para producir una termorregulación por conducción mediante celdas (12) huecas que son inflables con un gas termorregulador; una segunda zona (20), hueca, con orificios de salida (22), configurada para producir una termorregulación por convección mediante la salida de gas termorregulador por los orificios de salida (22) tras circular por el interior de la segunda zona (20); con la particularidad de que las celdas (12) y los orificios de salida (22) están dispuestos en una distribución entremezclada; - un medio de acondicionamiento térmico (30, 40) del gas termorregulador; - un medio impulsor (50) del gas termorregulador.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere de manera general al sector del descanso y, más concretamente, a la mejora de la calidad del sueño.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Es ampliamente conocida la influencia de la temperatura sobre la calidad del sueño. Los seres humanos regulamos activamente la temperatura durante el sueño aumentando inconscientemente la superficie expuesta a medida que aumenta la temperatura ambiente. A temperaturas ambientales óptimas (aproximadamente entre 19 y 21 °C), intentamos establecer microclimas cutáneos entre 31 y 35 °C, y la desviación de este rango tiene una influencia negativa en el sueño. Un factor clave en el uso de microclimas es que, al menos en los seres humanos, no se puede reemplazar por el calentamiento ambiental a la misma temperatura, tal vez porque altera el autoajuste necesario a lo largo de la noche.

Las temperaturas ambientales óptimas, en combinación con la ropa de cama, parecen ser cruciales para el inicio eficiente del sueño en seres humanos. Las respuestas a la temperatura externa también parecen ser importantes ya que el grado de vasodilatación, particularmente en las manos y los pies (piel distal), es un buen predictor del inicio del sueño. Esta vasodilatación generalmente se considera parte del descenso de la temperatura circadiana y se observa hasta dos horas antes del inicio del primer episodio de sueño, durante la fase de vigilia. A medida que la temperatura central desciende, coincide con una disminución del estado de alerta autoevaluado. En experimentos en los que los participantes “seleccionaban” la hora de acostarse, los sujetos tenían más probabilidades de seleccionar un momento en el que la temperatura corporal estaba en su tasa máxima de descenso. A medida que se acerca el sueño, la temperatura central y la frecuencia cardíaca descienden, y su descenso más pronunciado se cruza con el momento en que se apagan las luces y el inicio del sueño. En este punto, el gradiente de temperatura proximal a distal es de hasta 1,5 °C, pero a medida que la temperatura central desciende, el gradiente se reduce a aproximadamente 0,5 °C; se alcanza un nuevo punto de ajuste más frío justo después del inicio del sueño. En el ser humano, la temperatura central más baja se observa aproximadamente 2 horas después de que se apagan las luces y se inicia el sueño. En condiciones naturales, el aumento de la melatonina circulante también coincide con una disminución de la temperatura central antes del inicio del sueño.

Por tanto, parece obvio que disponer de un colchón que mantenga un microclima adecuado ayudaría al cuerpo a realizar sus labores de regulación térmica de manera más efectiva, y por tanto a conciliar y mantener el sueño, especialmente en situaciones donde la temperatura ambiente esté fuera de los parámetros óptimos, y particularmente en situaciones donde la temperatura ambiente sea muy elevada.

Son conocidos los mecanismos de regulación térmica que emplea el cuerpo humano para la eliminación de calor. La mayor parte del calor que produce el cuerpo humano se pierde positivamente por radiación, conducción o convección, al ser generalmente la temperatura corporal mayor que la ambiental, lo que responde al principio físico del gradiente térmico (del área más caliente al área menos caliente). En caso de que ambas temperaturas sean idénticas, estas vías de disipación calórica se anulan. En caso de ser mayor la temperatura ambiental que la corporal entonces se convierten en vías termogenéticas y no termolíticas, por lo que el calor se transferiría entonces del medio al cuerpo humano sobrecalentándolo.

El flujo de calor perdido por radiación alcanza valores aproximados al 60% del calor total disipado por el cuerpo humano, constituyéndose en la forma más importante de perdida y siempre hacia objetos que no están en contacto con el cuerpo humano.

De estar los objetos en contacto con el cuerpo humano entonces la perdida de calor se produce por conducción, aunque mediante esta forma se elimina menor cantidad de calor (alrededor del 30%), no obstante, todo depende del gradiente térmico o diferencia de temperatura entre el cuerpo humano y los objetos, y de la conductividad térmica de los objetos.

Por último, la pérdida de calor mediante corrientes de moléculas (aire o agua) se corresponde con la convección y es una forma indirecta de perder calor que coopera con la perdida por conducción. En condiciones normales la superficie del cuerpo está rodeada por una pequeña película de aire tranquilo (capa límite) gracias a la cual, al ser prácticamente inmóvil, no permite transferencia calórica por convección, sino que se hace por el proceso más lento de la conducción, lo que coopera en la retención del calor corporal. Se plantea que aproximadamente el 12 % del calor perdido se debe ordinariamente al proceso de convección de las corrientes de aire. La pérdida de calor por evaporación es la perdida insensible mediante el vapor de agua por la piel y el sistema respiratorio. La evaporización cutánea está muy relacionada con el grado de saturación higrométrica del aire (humedad relativa) incrementándose mientras más baja sea esta. La evaporación es una forma insensible de perder calor por cuanto la piel se reseca sin llegar a su humedecimiento como ocurre con el sudor. La conversión del agua de su estado liquida al gaseoso requiere energía (absorbe calor), por lo que, si se evapora agua en cualquier área superficial del cuerpo humano, la temperatura de esta disminuye. Consecuentemente, los sistemas cutáneo y respiratorio se convierten en zonas termolíticas y, bajo determinadas circunstancias, pueden llegar a ser las formas más importantes desde el punto de vista termorregulador.

Como ya se ha comentado anteriormente, el fenómeno de pérdida de calor se impulsa de forma natural a la hora de acostarse debido a la vasodilatación, particularmente en las manos y pies, inducida por nuestro reloj circadiano.

Estando los mecanismos de perdida de calor por sudoración minimizados durante el descanso, la eliminación de calor tanto por convección como por conducción se hacen si cabe más relevantes, con la limitación ya comentada de que dicha perdida es solo factible mientras se alcanza el equilibrio térmico entre el cuerpo y los elementos que lo rodean (aire a su alrededor y colchón) y que la efectividad de los mecanismos de eliminación térmica son efectivos en ambiente seco. Como el movimiento natural de aire a nuestro alrededor es muy limitado o casi nulo en nuestro dormitorio, la perdida por convección prácticamente desaparece, de igual forma que lo hace la perdida de calor por conducción ya que los materiales empleados habitualmente en la construcción del colchón son en general aislantes y poco conductivos y alcanzan muy rápidamente el equilibrio térmico con el cuerpo.

A la vista de lo expuesto, sería deseable un sistema que permita una regulación térmica por ambos mecanismos (por convección y por conducción).

Existen en el mercado dispositivos que aplican uno u otro mecanismo de pérdida de calor, pero ninguno que aplique ambos y, los que existen o bien son ineficientes o bien tienen limitaciones técnicas o de usabilidad.

Respecto a la eliminación de calor mediante convección, lo más conocido es el dispositivo llamado "Bedjet” , que básicamente hace circular aire a temperatura ambiente (o bien caliente) entre la superficie del colchón y el edredón o sabana, favoreciendo la perdida de calor con convección. Este dispositivo presenta la limitación de que cuando la temperatura ambiente es muy alta, el efecto de convección prácticamente no se produce, por lo que no es una solución apropiada para casos de calor elevado. Además, en general, son dispositivos muy voluminosos que deben colocarse fuera de la cama, lo que supone una limitación también para el caso de ciertas camas, por ejemplo, canapés.

Respecto a la eliminación de calor mediante conducción, el dispositivo más popular es el llamado "Eight Sleep”. Eight sleep emplea una cámara que se coloca en la superficie del colchón por la que hace circular agua previamente calentada o enfriada en un dispositivo externo. Este dispositivo enfría el agua generalmente empleando células TEC (acrónimo inglés de "thermoelectric Cooling plates”, traducido al español como placas de enfriamiento termoeléctrico) que emplean el efecto Peltier. Generalmente, estos dispositivos son también muy voluminosos y tienen las mismas limitaciones de espacio descritas anteriormente. También tienen la limitación de la posibilidad de fuga de agua (lo que destruiría el colchón), y la limitación de la condensación de la perspiración, que además de lógicamente reducir la efectividad de la eliminación de disipación de temperatura, aumentaría el disconfort térmico y podría llegar a crear moho y otros problemas de salubridad en la superficie del colchón. Su rango de temperatura es de aproximadamente 15 a 50°.

Algo común a los dispositivos existentes en el estado de la técnica es su enfoque y, por tanto, su dimensionamiento. El enfoque es enfriar (o calentar), siendo cuanto más mejor. De esta forma, se puede pasar de que el dispositivo tenga una función de mejora de la calidad del sueño a provocar problemas de salud, ya sea por una corriente de aire excesiva, o por someter al cuerpo a un estrés térmico excesivo, que tenga efectos contraproducentes.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Para solucionar los inconvenientes mencionados de la técnica anterior, la presente invención da a conocer un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal que comprende los siguientes componentes:

- una cámara integrada en el colchón, comprendiendo la cámara dos zonas independientes entre sí:

• una primera zona, configurada para producir una termorregulación por conducción mediante celdas huecas que son inflables con un gas termorregulador que circula por su interior;

• una segunda zona, hueca, con orificios de salida, configurada para producir una termorregulación por convección mediante la salida de gas termorregulador por los orificios de salida tras circular por el interior de la segunda zona;

con la particularidad de que las celdas y los orificios de salida están dispuestos en una distribución entremezclada;

- un medio de acondicionamiento térmico, destinado a acondicionar la temperatura del gas termorregulador;

- un medio impulsor, destinado a impulsar el gas termorregulador por el sistema de colchón.

Gracias a la presente invención es posible una regulación térmica tanto por convección como por conducción, y mantener la humedad relativa baja, lo que es un aspecto para tener en cuenta, ya que la humedad alrededor del cuerpo del usuario debajo de las sábanas aumenta en un 20% durante la noche solo debido a su transpiración natural. El enfoque de la presente invención se basa en alcanzar el confort térmico, y lo consigue gracias al potenciamiento de la termorregulación corporal natural del ser humano, mediante el aumento del efecto termorregulador de conducción y convención.

Cabe señalar que la presente invención no pretende ser un aparato de aire acondicionado que puede regularse a gusto del usuario para enfriar o calentar. En realidad, la presente invención ayuda al cuerpo a termorregularse en una situación en la que los mecanismos de termorregulacion están desactivados (por ejemplo, durante la noche, en un colchón donde se alcanza rápidamente el equilibrio térmico y por tanto no hay conducción, o cuando el cuerpo está tapado y por tanto no hay convección, etc.). De esta manera, se evita provocar problemas de salud asociados a corrientes de aire excesivas, o a un estrés térmico excesivo.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Además, la palabra "comprende" incluye el caso "consiste en". Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones aquí indicadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente invención se entenderá mejor con referencia a las siguientes figuras, en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:

La figura 1 representa esquemáticamente un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal, según una realización particular de la presente invención.

La figura 2 representa esquemáticamente una caja de control del sistema de colchón de la figura 1.

La figura 3 representa esquemáticamente un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal, según otra realización particular de la presente invención.

La figura 4 representa esquemáticamente una primera zona del sistema de colchón de la figura 3.

La figura 5 representa esquemáticamente una segunda zona del sistema de colchón de la figura 3.

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención da a conocer un sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal. El sistema de colchón comprende una cámara (2), un medio de acondicionamiento térmico (30, 40) y un medio impulsor (50).

Tal y como se usa en el presente documento, el término "colchón” ha de entenderse en sentido amplio y no limitativo, abarcando tanto un colchón como otros medios de descanso, por ejemplo, un sobrecolchón, una colchoneta, etc., incluyendo también el caso en el que la propia cámara (2) por sí misma conforma un sobrecolchón.

La cámara (2) está integrada en el colchón de manera que una superficie exterior de la cámara (2) (concretamente la superficie superior de la cámara (2) cuando se sitúa horizontalmente en posición de uso) conforma parcial o totalmente la superficie del colchón prevista para que se disponga el usuario sobre ella. En el presente documento, la superficie exterior de la cámara (2) ha de interpretarse en sentido amplio y no limitativo, abarcando tanto una superficie exterior "desnuda” (es decir, sin ningún tipo de revestimiento), o una superficie exterior revestida, por ejemplo, revestida con una funda de material transpirable, revestida con un material de confort reticulado que permita el paso de aire, revestida con el material de confort y encima tejido, etc.

La ayuda que realiza el sistema de colchón a la termorregulación corporal se produce por la circulación de gas termorregulador por la cámara (2), gracias al impulso generado por el medio impulsor (50). En caso de ser necesario, el gas termorregulador se acondiciona mediante el medio de acondicionamiento térmico (30, 40) antes de entrar en la cámara (2). En el caso de que el gas termorregulador deba estar a temperatura ambiente para desarrollar su función, no es necesario que sea acondicionado térmicamente.

La cámara (2) comprende dos zonas independientes entre sí: una primera zona (10) y una segunda zona (20). La primera zona (10) está diseñada para aumentar el efecto termorregulador de conducción, y la segunda zona (20) está diseñada para aumentar el efecto termorregulador de convección y disminuir la perspiración. Más concretamente: - La primera zona (10) tiene celdas (12) huecas inflables que se inflan cuando circula gas termorregulador por su interior. Preferiblemente, las celdas (12) están configuradas para ser infladas o desinfladas en mayor o menor medida, de manera que se puede regular la firmeza del colchón.

- La segunda zona (20) es hueca y tiene orificios de salida (22). Cuando circula gas termorregulador por el interior de la segunda zona (20), sale al exterior por los orificios de salida (22) a través de la superficie exterior de la cámara (2), produciéndose una corriente de ventilación.

- Las celdas (12) de la primera zona (10) y los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) están dispuestos en una distribución entremezclada.

La cámara (2) puede ocupar la totalidad de la superficie del colchón, o una zona más reducida, por ejemplo, cubriendo la zona del torso (que es la zona más crítica para alcanzar el equilibrio térmico).

Según una realización particular mostrada en la figura 1:

Las celdas (12) y los orificios de salida (22) están dispuestos en una distribución entremezclada, con la particularidad de que una vez que el sistema de colchón está en funcionamiento, las celdas (12) se inflan conformando unas protuberancias. Esto implica una configuración morfológica de la superficie exterior de la cámara (2) en forma de crestas (espacios correspondientes a las propias protuberancias) y valles (espacios más retraídos que las protuberancias). Los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) se disponen en valles, por lo que las protuberancias sobresalen más que los orificios de salida (22). Si un usuario se dispone sobre el colchón, apoya sobre las protuberancias sin que los orificios de salida (22) queden taponados por la acción del peso del usuario.

Las protuberancias de la primera zona (10) quedan en contacto con el usuario, de manera que se produce transferencia de calor por conducción entre el usuario y las protuberancias.

La salida de gas termorregulador por los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) produce una corriente de ventilación, lo que produce transferencia de calor por convección entre el usuario y la corriente de gas termorregulador.

Por la primera zona (10) circula gas termorregulador a alta presión y baja velocidad. La velocidad del aire por la primera zona (10) ha de mantener el siguiente equilibrio: no puede ser una velocidad muy baja, porque haría que la presión en las celdas (12) que soportan al usuario fuera insuficiente y se taparían los orificios de salida (22); ni puede ser una velocidad muy alta, porque no daría tiempo a que desempeñara su función termorreguladora. Por la segunda zona (20) circula gas termorregulador a mayor velocidad.

Preferiblemente, la cámara (2) es de un material termosellable, por ejemplo, TPU o PVC, para garantizar su presurización. La parte inferior de la cámara (2) puede estar laminada con otros materiales de tipo textil, para aislarla por esa parte, de forma que se aumenta la eficiencia térmica por la parte de la superficie exterior de la cámara (2).

Según una realización particular, las celdas (12) tienen una forma cuadrangular, y están interconectadas de forma que hay una suficiente superficie en contacto con el cuerpo del usuario, pero a la vez existe espacio entre ellas que permita una adecuada transpiración. Por "forma cuadrangular” ha de entenderse tanto una forma cuadrangular, como cualquier forma aproximadamente cuadrangular que no impida el desarrollo de las funciones de la invención.

Alternativamente, las celdas (12) pueden tener otras formas, por ejemplo, en forma de tubo (por ejemplo, varios tubos cilindricos que discurren paralelamente entre sí), y/o tener distintas orientaciones, por ejemplo, unos tubos dispuestos longitudinalmente, otros transversalmente, etc. Preferiblemente, durante el funcionamiento del sistema de colchón, el gas termorregulador en la primera zona (10) de la cámara (2) se mantiene a una presión suficiente para que no colapsen las celdas (12) con el peso del usuario sobre ellas, y para que al mismo tiempo se mantenga el confort.

Según una realización particular: Se acondiciona el gas termorregulador y se hace circular por la primera zona (10) de la cámara (2). En el caso de que la circulación por la primera zona (10) sea insuficiente para cubrir las necesidades de termorregulación, adicionalmente se hace circular gas termorregulador acondicionado por la segunda zona (20) de la cámara (2), saliendo al exterior por los orificios de salida (22). Las condiciones de termorregulación pueden obtenerse con base en feedback del usuario.

Según una realización particular, el sistema de colchón también comprende un medio direccionador de flujo (60), destinado a dirigir la circulación del gas termorregulador por el sistema de colchón. Preferiblemente, el medio direccionador de flujo (60) comprende una o varias válvulas (que pueden ser, por ejemplo, válvula/s distribuidora/s, válvula/s divisora/s, válvula/s antirretorno, etc.). Las válvulas pueden ser mecánicas, por ejemplo, de tipo muelle, o bien electrónicas (electroválvulas), controladas por ejemplo a través de software.

Según una realización particular el sistema de colchón también comprende un controlador (70), por ejemplo, un dispositivo PWM, destinado a controlar el funcionamiento del sistema. Preferiblemente, el acondicionamiento y la circulación de gas termorregulador por el sistema se controla mediante el controlador (70), que actúa sobre el medio de acondicionamiento térmico (30, 40), el medio impulsor (50) y el medio direccionador de flujo (60).

El controlador (70) puede estar ubicado de manera conjunta con el resto de los componentes del sistema, o puede estar ubicado externamente, pero conectado al sistema. El controlador (70) puede ser manejado externamente, por ejemplo, mediante una aplicación inteligente (Smart app), un visor web, etc.

Según una realización particular mostrada en la figura 1, la primera zona (10) de la cámara (2) se conforma por un primer circuito con conductos. Varios de los conductos se conforman, cada uno, por varias de las celdas (12) huecas inflables, que están conectadas entre sí, denominándose conductos de celdas (14). La segunda zona (20) de la cámara (2) se conforma por un segundo circuito con conductos. Varis de estos conductos incluyen los orificios de salida (22), denominándose conductos de orificios (24). Según una realización más particular, los conductos del primer circuito están interconectados entre sí, conformándose cada conducto de celdas (14) como una hilera de las celdas (12) correspondientes; y los conductos del segundo circuito están interconectados entre sí, discurriendo los conductos de orificios (24) del segundo circuito en una dirección paralela a los conductos de celdas (14) del primer circuito. Por "dirección paralela” ha de entenderse tanto una dirección paralela, como cualquier dirección aproximadamente paralela que no impida el desarrollo de las funciones de la invención.

Según otra realización particular mostrada en las figuras 3, 4 y 5, la primera zona (10) comprende un medio de soporte (16), en cuyo interior se disponen las celdas (12). Preferiblemente, el medio de soporte (16) es flexible, por ejemplo, un conjunto de muelles, material de tipo espuma (como espuma de poliuretano, espuma de látex, etc), etc.

Preferiblemente, los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) se disponen en una funda (26) de material impermeable al gas termorregulador. La funda (26) se instala sobre la primera zona (10) de manera que se conforma un espacio entre la primera zona (10) y la funda (26), que está destinado a la circulación de gas termorregulador por él, hasta salir por los orificios de salida (22).

Preferiblemente, el medio de soporte (16) comprende uno o varios canales (18), destinados a la circulación de gas termorregulador por ellos de manera guiada hasta salir por los orificios de salida (22).

Según una realización particular, el medio de acondicionamiento térmico (30, 40) comprende un medio enfriador (30) de gas termorregulador, y un medio calentador (40) de gas termorregulador. Preferiblemente, el medio enfriador (30) y el medio calentador (40) están configurados para ser activados uno y/u otro en caso de ser necesario, dependiendo de las necesidades de termorregulación. Preferiblemente, el medio enfriador (30) es un kit de enfriamiento que comprende:

- Un serpentín (32) enfriador. Por el serpentín (32) se hace circular gas termorregulador, preferiblemente a una velocidad y presión controladas por el controlador (70). Según una realización particular, el serpentín (32) es largo, por ejemplo, de 1 a 2 metros de longitud, con el fin de que el gas termorregulador pueda enfriarse lo suficiente al circular por el serpentín (32); o según otra realización particular, se instala un búferque retiene el gas termorregulador dentro del serpentín (32) temporalmente hasta que se enfría según las necesidades, permitiendo entonces su salida del serpentín (32). Según una realización particular, el serpentín (32) es de un metal ligero tipo aluminio. Según una realización particular, en vez de un serpentín (32), se puede implementar un enfriador con una morfología distinta, cumpliendo con la misma función.

- Una o varias placas TEC (34) (placas de enfriamiento termoeléctrico, cuyo funcionamiento se basa en el efecto Peltier) y, adicional o alternativamente, material PCM (material de cambio de fase) para enfriar el serpentín (32);

- Uno o varios disipadores térmicos (36), para la eliminación de calor, estando asociado preferiblemente cada disipador térmico (36) a una respectiva placa TEC (34).

Según una realización aún más particular, se utiliza una o varias placas TEC (34) como parte del kit de enfriamiento, con la particularidad de que, en caso de ser necesario, se invierte la polaridad de la propia placa o placas TEC (34) de manera que se utilizan como medio calentador (40). Es decir, en este caso, la misma placa o placas TEC (34) sirven para enfriar o calentar, invirtiendo su polaridad según sea necesario. Según una realización alternativa al uso de placa/s TEC (34) para calentar, el medio calentador (40) comprende una o varias resistencias eléctricas.

Preferiblemente, el gas termorregulador es aire; el medio impulsor (50) es una bomba, por ejemplo, una bomba tipo soplador; y el sistema de colchón comprende una o varias aperturas en el colchón, destinadas a la entrada de aire al sistema desde el exterior.

El sistema de colchón puede incluir un medio de comunicaciones, para comunicarse con otros componentes o dispositivos del propio sistema y/o de fuera del sistema. A través del medio de comunicaciones el sistema de colchón puede estar conectado a dispositivos terceros como por ejemplo un aparato de aire acondicionado externo, un humidifcador/deshumidificador externo, etc., de forma que el efecto termorregulador del sistema de colchón pueda ser potenciado con una temperatura y humedad relativa del entorno apropiadas.

Preferiblemente, el sistema de colchón recibe información de la temperatura y humedad ambiente, ya sea directamente o a través del controlador (70) externo (en caso de tenerlo). Para ello, se pueden disponer unas sondas de temperatura en el interior del colchón, por ejemplo, en la zona destinada al torso del usuario. Según una realización particular, el sistema de colchón puede recibir información del usuario (datos de peso, sensación térmica, índice metabólico, etc.) introducida por el propio usuario, haciendo uso, por ejemplo, de una aplicación. Con base en la información recibida, el sistema de colchón puede regular de forma automática la intensidad de enfriamiento (o en su caso calentamiento). El sistema de colchón puede hacer uso de las expresiones que se indican más adelante para calcular el índice PVM y/o el índice PPD. De esta manera, se puede ajustar la temperatura, por ejemplo, en función de las fases de sueño del usuario.

Asimismo, el sistema de colchón puede disponer de funcionalidades extra como una alarma cuya función es activar el reloj circadiano calentando el torso alrededor de la hora de levantarse.

Según una realización particular el sistema de colchón comprende una caja de control (80) en la que se integra el controlador (70) y, opcionalmente, otros componentes del sistema. Por ejemplo, según una realización más particular, la caja de control (80) incluye el controlador (70), el medio de acondicionamiento térmico (30, 40), el medio impulsor (50), el medio direccionador de flujo (60) y el medio de comunicaciones. Según una realización particular, el espesor de la caja de control (80) es de 5 cm aproximadamente, de forma que puede ser colocado en el interior de un sobrecolchón o colchón (salvando una de las limitaciones técnicas de los dispositivos existentes en la técnica actual), preferiblemente en la zona de pies.

Según una realización particular, el sistema tiene una alimentación con una fuente AC/DC que, preferiblemente, entrega 12 o 24V en continua y una potencia calculada en función de los elementos activos.

Ejemplo de realización 1

A continuación, se describe un ejemplo de realización mostrado en las figuras 1 y 2: El sistema de colchón comprende una cámara (2) y una caja de control (80). La cámara (2) incluye dos circuitos de aire independientes entre sí: un primer circuito y un segundo circuito, que conforman la primera zona (10) y la segunda zona (20) del sistema de colchón, respectivamente.

El primer circuito se conforma por un entramado de conductos interconectados entre sí, que se distribuyen a lo largo y ancho de la cámara (2), con la particularidad de que varios de los conductos se conforman, cada uno, por una hilera de celdas (12) inflables conectadas entre sí. Varias de las hileras de celdas (12) inflables discurren a modo de ramales, por ejemplo, paralelamente entre sí.

El segundo circuito se conforma por otro entramado de conductos interconectados entre sí, que se distribuyen a lo largo y ancho de la cámara (2). Varios conductos del segundo circuito discurren a modo de ramales, por ejemplo, paralelamente entre sí, con orificios de salida (22) a lo largo de cada ramal, por los que puede salir aire al exterior a través de la superficie exterior de la cámara (2).

Los ramales del primer conducto y los ramales del segundo conducto están dispuestos en una distribución entremezclada, por ejemplo, de manera paralela entre sí. Cuando el sistema de colchón está en funcionamiento, los conductos del primer circuito se inflan de manera que se conforman unas protuberancias en la superficie exterior de la cámara (2) que sobresalen más que los orificios de salida (22) del segundo circuito. Esto hace que, si un usuario se dispone sobre el colchón, los orificios de salida (22) no quedan taponados por la acción del peso del usuario.

Según se muestra en la figura 2, la caja de control (80) comprende los siguientes componentes: un controlador (70); una bomba tipo soplador como medio impulsor (50); una resistencia como medio calentador (40); un kit de enfriamiento como medio enfriador (30); una o varias electroválvulas como medio direccionador de flujo (60). La caja de control (80) también comprende conductos de distribución (62) para que circule el aire.

La bomba está situada aguas abajo del medio direccionador de flujo (60). La resistencia está situada junto a la bomba. El kit de enfriamiento está situado aguas abajo de la bomba y aguas arriba del medio direccionador de flujo (60). Al medio direccionador de flujo (60) confluyen conductos de distribución (62) que provienen de la cámara (2). Según otros ejemplos de realización, la bomba, el kit de enfriamiento y la resistencia pueden estar situados en otro orden sin alterar sustancialmente el funcionamiento del sistema.

El controlador (70) controla el funcionamiento del sistema de colchón. Concretamente, el controlador (70) puede actuar sobre la resistencia y/o el kit de enfriamiento, así como sobre la bomba y el medio direccionador de flujo (60), para recibir el aire, acondicionarlo en caso de ser necesario, impulsarlo y distribuirlo hacia la cámara (2) por conductos de distribución (62), según las necesidades de termorregulación.

Cuando no hay aire o no hay suficiente aire en el sistema, la bomba aspira aire del exterior a través de una toma aire y lo impulsa hacia la cámara (2). Cuando hay aire suficiente en el sistema, se cierra la toma de aire de la bomba. La electroválvula o electroválvulas del sistema son comandadas para que el aire se dirija hacia el primer circuito de la cámara (2), entrando al primer circuito por una primera entrada de cámara, lo que infla las celdas (12). El aire sale del primer circuito por una salida de cámara, vuelve a la bomba y es recirculado hacia la cámara (2). Cuando es necesario un aporte adicional de termorregulación, que no puede aportar el primer circuito, la electroválvula o electroválvulas son comandadas para que el aire se dirija adicionalmente hacia el segundo circuito de la cámara (2), de manera que entra a la cámara por una segunda entrada de cámara, circula por los conductos del segundo circuito y sale por los orificios de salida (22) correspondientes. La toma de aire exterior, así como el tránsito del aire por los circuitos de la cámara (2) se gestiona mediante el control de varias válvulas, por ejemplo, las siguientes: una válvula de entrada al sistema, una válvula de entrada al primer circuito, una válvula de salida del primer circuito, una válvula de entrada al segundo circuito.

El kit de enfriamiento incluye:

- un serpentín (32) metálico;

- varias placas TEC (34) (por ejemplo, 2 placas TEC de 50 W cada una), que enfrían el serpentín (32);

- varios disipadores térmicos (36) dispuestos junto a las respectivas placas TEC (34).

El acondicionamiento térmico del aire se realiza por la resistencia o por el kit de enfriamiento.

La resistencia solo se activa en el caso de necesitar un calentamiento del aire.

En el caso de necesitar un enfriamiento del aire, se activa el kit de enfriamiento. Las placas TEC (34) pueden enfriar el serpentín (32) hasta incluso los 0°C. El aire (por ejemplo, a unos 25°C) pasa por el serpentín (32) impulsado por la bomba y se introduce en el primer circuito de la cámara (2) a unos 4°C menos, haciendo que el cuerpo del usuario elimine calor por conducción. Si la temperatura de la habitación es mayor de 25°C, y por tanto las necesidades de enfriamiento del usuario son mayores, se introduce aire también por el segundo circuito de forma que salga aire por los orificios de salida (22), directamente contra el cuerpo del usuario, eliminando calor por convección.

Ejemplo de realización 2

A continuación, se describe un ejemplo de realización mostrado en las figuras 3, 4 y 5: El sistema de colchón comprende una cámara (2) con dos circuitos de aire independientes entre sí: un primer circuito y un segundo circuito, que conforman la primera zona (10) y la segunda zona (20) del sistema de colchón, respectivamente.

El primer circuito se conforma por una serie de celdas (12) inflables, que tienen forma de tubo. Las celdas (12) están dispuestas en el interior de un medio de soporte (16) flexible, discurriendo paralelamente entre sí, en dirección transversal al colchón, es decir conforme a la dirección definida desde un lateral al otro lateral del colchón. Preferiblemente, el medio de soporte (16) se conforma por material de tipo espuma. Las celdas (12) de la primera zona (10) se pueden inflar o desinflar en mayor o menor medida para regular la firmeza del colchón.

El medio de soporte (16), comprende varios canales (18) que discurren paralelamente entre sí, en dirección longitudinal al colchón, es decir conforme a la dirección definida desde el cabezal al piecero del colchón.

El segundo circuito se conforma gracias a los canales (18) del medio de soporte (16), y una funda (26) dispuesta alrededor del medio de soporte (16). De este modo, se conforma un espacio entre cada canal (18) y la funda (26) por el que puede circular gas termorregulador. La funda (26) es de material impermeable al gas termorregulador, e incluye hileras de orificios de salida (22) por la parte de la superficie exterior de la cámara (2), que atraviesan la funda (26). Las hileras de orificios de salida (22) se disponen en dirección longitudinal al colchón, sobre los canales (18) del medio de soporte (16). De este modo, puede discurrir gas termorregulador por los canales (18) de manera guiada hasta salir por los orificios de salida (22).

El sistema de colchón incluye conductos de distribución (62) para distribuir el aire entre el medio impulsor (50) y otros componentes, como el medio de acondicionamiento térmico (30, 40), y los circuitos de aire.

Diseño y dimensionamiento

A continuación, se incluyen varias cuestiones que se han tenido en cuenta para el desarrollo de la presente invención, según una realización preferida:

El enfoque de la presente invención se basa en alcanzar el confort térmico. Parámetros como la temperatura, la humedad y la velocidad del aire, tienen efectos notables en la calidad del sueño.

El confort térmico se describe como la sensación sobre el estado térmico del cuerpo. La ASHRAE define el confort térmico como la condición mental en la que se expresa satisfacción con el entorno térmico. Aunque existen múltiples factores que establecen el confort térmico de una persona dormida, varias investigaciones han sugerido que la temperatura es el principal factor ambiental que provoca incomodidad y un factor influyente en la calidad del sueño. La zona de confort térmico suele definirse también como un estado termoneutral en el que la tasa metabólica en reposo del cuerpo (40 W/m2]), mínima y constante, se equilibra con la pérdida de calor hacia el entorno. Dentro de esta zona, el cuerpo no necesita hacer ningún esfuerzo para mantener la homeostasis térmica.

Un conocido indicador para estimar el confort térmico global de las personas es el índice PMV (voto medio previsto) que predice la respuesta promedio de un gran grupo de personas de acuerdo con la escala de sensación térmica ASHRAE presentada en la siguiente tabla (tabla 1). Según esta norma, para que el entorno térmico sea aceptable se debe cumplir que el índice PMV esté dentro del rango -0,5 a 0,5.

Tabla 1. Escala de sensación térmica

El índice PMV resulta del balance de energía de un cuerpo humano, descrito mediante la ecuación que se presenta a continuación:

M-W=(C+R+Esk)+(Cres+Eres)+(Ssk+Ser)donde:

-M es la tasa de generación de calor metabólico,

- W es el trabajo realizado por los músculos,

- C, R y Esk son las pérdidas de calor por convección, radiación y sudoración, respectivamente, Cres y Eres son las pérdidas de calor sensible y evaporativa por la respiración, respectivamente,

- Ssk y Scr son el calor almacenado en la piel y en el cuerpo, respectivamente.

En el caso de una persona durmiendo, El valor del índice PMV se obtiene mediante la siguiente expresión:

donde:

- Rt es la resistencia térmica total teniendo en cuenta la cama, la almohada, el cochón, la ropa de cama y el aire alrededor del cuerpo humano. Los valores de Rt pueden variar de 0,98clo a 4,89clo, siendo "clo” una unidad de aislamiento térmico (1 clo = 0,155 m2 °C W-1).

- Tr es la temperatura radiante media

- he es el coeficiente de convección

- Ta es la temperatura ambiental

- Pa es la presión de vapor de agua en el aire ambiental,

Una vez estimado el PMV, se puede calcular PPD (porcentaje de insatisfacción previsto) mediante la siguiente expresión:

PPD =100-95exp [ - (0,03353PMV4 0,2V79PMV2) Según la ASHRAE, para que el entorno térmico sea aceptable se debe cumplir que el índice PPD sea inferior al 10%. Es destacable que, incluso con un PVM = 0, alrededor de 5% de las personas se sienten insatisfechas en términos de confort térmico.

Con base en lo expuesto, se completa un dimensionamiento inicial de los requerimientos energéticos necesarios para asegurar el confort térmico de una persona durmiendo. Este ejercicio se realiza en base a los índices PMV y PPD. Para ello, se desarrolla un programa que calcula estos índices en base a las condiciones operativas y determina iterativamente el flujo de calor adicional que hay que incluir (calentamiento) o extraer (enfriamiento) en el sistema para que la sensación térmica sea neutral (i.e. PMV = 0). Una vez calculada la magnitud de este flujo de calor, tomando como referencia la superficie corporal media (1,8 m2), se determina el calor que debe gestionar el sistema de colchón por persona. Asimismo, se calcula la energía total que debe gestionarse por persona, considerando una duración del sueño de 8 horas.

Aunque se ha descrito la presente invención con referencia a opciones y realizaciones particulares de la misma, los expertos en la técnica podrán realizar modificaciones y variaciones a las enseñanzas anteriores sin por ello apartarse del alcance y el espíritu de la presente invención.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de colchón para ayuda a la termorregulación corporal, estando caracterizado el sistema de colchón por que comprende los siguientes componentes:

- una cámara (2) integrada en el colchón, comprendiendo la cámara (2) dos zonas independientes entre sí:

• una primera zona (10), configurada para producir una termorregulación por conducción mediante celdas (12) huecas que son inflables con un gas termorregulador que circula por su interior;

• una segunda zona (20), hueca, con orificios de salida (22), configurada para producir una termorregulación por convección mediante la salida de gas termorregulador por los orificios de salida (22) tras circular por el interior de la segunda zona (20);

con la particularidad de que las celdas (12) y los orificios de salida (22) están dispuestos en una distribución entremezclada;

- un medio de acondicionamiento térmico (30, 40), destinado a acondicionar la temperatura del gas termorregulador;

- un medio impulsor (50), destinado a impulsar el gas termorregulador por el sistema de colchón.

2. Sistema de colchón según la reivindicación 1, en el que las celdas (12) y los orificios de salida (22) están dispuestos en una distribución entremezclada, con la particularidad de que, una vez que el sistema de colchón está en funcionamiento, las celdas (12) se inflan conformando unas protuberancias que sobresalen más que los orificios de salida (22), de modo que, si un usuario se dispone sobre el colchón, los orificios de salida (22) no quedan taponados por la acción del peso del usuario.

3. Sistema de colchón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que: - la primera zona (10) de la cámara (2) se conforma por un primer circuito con conductos, con la particularidad de que varios de los conductos se conforman, cada uno, por varias de las celdas (12) huecas inflables, que están conectadas entre sí, denominándose conductos de celdas (14);

- la segunda zona (20) de la cámara (2) se conforma por un segundo circuito con conductos, con la particularidad de que varios de los conductos incluyen los orificios de salida (22), denominándose conductos de orificios (24).

4. Sistema de colchón según la reivindicación 3, en el que los conductos del primer circuito están interconectados entre sí, conformándose cada conducto de celdas (14) como una hilera de las celdas (12) correspondientes; y en el que los conductos del segundo circuito están interconectados entre sí, discurriendo los conductos de orificios (24) del segundo circuito en una dirección paralela a los conductos de celdas (14) del primer circuito.

5. Sistema de colchón según la reivindicación 1, en el que la primera zona (10) comprende un medio de soporte (16) flexible, preferiblemente un material de tipo espuma, en cuyo interior se disponen las celdas (12).

6. Sistema de colchón según la reivindicación 5, en el que el medio de soporte (16) comprende uno o varios canales (18), destinados a la circulación de gas termorregulador por ellos de manera guiada hasta salir por los orificios de salida (22).

7. Sistema de colchón según cualquiera de las reivindicaciones 1 ,5 o 6, en el que los orificios de salida (22) de la segunda zona (20) se disponen en una funda (26) de material impermeable al gas termorregulador, con la particularidad de que la funda (26) se instala sobre la primera zona (10) de manera que se conforma un espacio entre la primera zona (10) y la funda (26), que está destinado a la circulación de gas termorregulador por él, hasta salir por los orificios de salida (22).

8. Sistema de colchón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las celdas (12) de la primera zona (10) tienen forma de tubo.

9. Sistema de colchón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las celdas (12) de la primera zona (10) están configuradas para ser infladas o desinfladas en mayor o menor medida, de manera que se puede regular la firmeza del colchón.

10. Sistema de colchón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio de acondicionamiento térmico (30, 40) comprende un medio enfriador (30) de gas termorregulador; y un medio calentador (40) de gas termorregulador, configurados para ser activados uno y/u otro en caso de ser necesario, dependiendo de las necesidades de termorregulación.

11. Sistema de colchón según la reivindicación 10, en el que el medio enfriador (30) es un kit de enfriamiento que comprende:

- un serpentín (32), por el que se hace circular gas termorregulador;

- una o varias placas TEC (34), y adicional o alternativamente, material PCM, para enfriar el serpentín (32);

- uno o varios disipadores térmicos (36).

12. Sistema de colchón según la reivindicación 11, en el que se utiliza la placa o placas TEC (34) como parte del kit de enfriamiento, con la particularidad de que, en caso de ser necesario, se invierte la polaridad de la propia placa o placas TEC (34) de manera que se utilizan como medio calentador (40).

13. Sistema de colchón según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el medio calentador (40) comprende una o varias resistencias eléctricas.

14. Sistema de colchón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:

- el gas termorregulador es aire;

- el medio impulsor (50) es una bomba tipo soplador;

- el sistema de colchón comprende una o varias aperturas en el colchón, destinadas a la entrada de aire al sistema desde el exterior.

15. Sistema de colchón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

- un medio direccionador de flujo (60) con una o varias válvulas, destinado a dirigir la circulación del gas termorregulador por el sistema de colchón; y

- un controlador (70), destinado a controlar el funcionamiento del sistema;

con la particularidad de que el controlador (70) está configurado para actuar sobre el medio de acondicionamiento térmico (30, 40), el medio impulsor (50) y el medio direccionador de flujo (60) de manera que:

• se acondiciona el gas termorregulador en caso de ser necesario, y se hace circular por la primera zona (10) de la cámara (2); y

• en el caso de que la circulación por la primera zona (10) de la cámara (2) sea insuficiente para cubrir las necesidades de termorregulación, adicionalmente se hace circular gas termorregulador acondicionado por la segunda zona (20) de la cámara (2), saliendo al exterior por los orificios de salida (22).

16. Sistema de colchón según la reivindicación 15, que comprende una caja de control (80) en la que se integran el controlador (70), el medio de acondicionamiento térmico (30, 40), el medio impulsor (50), el medio direccionador de flujo (60), y un medio de comunicaciones.