Brevet FR2417974A1 — publié le 19790921

L'invention concerne généralement un appareil de production de froid et de chaleur, en particulier pour le traitement localisé de la peau d'une personne, dans lequel le froid et le chaud sont produits au moyen d'un ensemble de thermo-éléments à effet Peltier, qui est relié à une source d'alimentation électrique. On sait que les thermo-éléments à effet Peltier présentent une face chaude et une face froide, la face froide pouvant devenir la face chaude et inversement si lton inverse le sens du courant qui traverse les thermo-éléments, et l'on a déjà proposé d'utiliser ces thermo-éléments comme élémentS de production de froid et de chaud pour le traitement de la peau d'une personne. Dans cette application antérieure, la face froide du thermo-élément à effet Peletier est appliquée directement sur la peau de la personne. Toutefois, cette technique antérieure présente un inconvénient, car, dès que la face froide d'un thermo-élément est en contact avec la peau, elle#se réchauffe plus vite qu'elle ne peut se refroidir de sorte que les applications de froid sont nécessairement très limitées dans le temps. De plus, la température de la face froide d'un thermo-élément peut descendre à -800C, ce qui représente une température beaucoup trop basse, et il n'est alors pas recommandé d'appliquer une température si basse sur la peau, sauf pour des traitements ponctuels très particuliers. La présente invention a précisément pour but d'éviter cet inconvénient de la technique antérieure connue, et elle propose à cet effet un appareil de production de froid et de chaleur, en particulier pour le traitement localisé de la peau d'une personne, comprenant un ensemble de thermo-éléments à effet Peltier , relié à un circuit d'alimentation électrique et présentant deux face# parallèles qui peuvent être l'une froide et l'autre chaude selon le sens de passage du courant dans les thermo-éléments, l'une de ces faces étant pourvue d'un radiateur associé à des moyens de circulation forcée d'air, caractérisé en ce que l'autre face est en contact thermique avec un serpentin ou passage de circulation d'un milieu fluide tel que de l'air ou un liquide caloporteur, dont une entrée est reliée à une source d'alimentation en fluide et dont la sortie est reliée à un moyen parcouru par le fluide et destiné à entre appliqué sur ou au voisinage d'une zonelocalisée de la peau. On obtient ainsi avec l'invention un moyen permettant d'appliquer du froid, de façon continue et pendant un intervalle de temps relativement important, sur une zone localisée de la peau d'une personne. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant divers modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure I est une vue schématique en coupe d'un appareil de production de froid et de chaleur selon l'invention - la figure 2 est une vue partielle en perspective d'une buse d'application d'un courant d'air froid sur la peau - la figure 3 représente une variante de réalisation de la buse de la figure 2 - la figure 4 représente encore une autre variante de réalisation d'un moyen d'application du froid sur une zone localisée de la peau - la figure 5 représente schématiquement, en coupe partielle, un moyen d'application de froid sur une zone localisée de la peau ; et - la figure 6 est une vue schématique en coupe transversale selon la ligne VI-VI de la figure 5. On a donc représenté en figure 1 une représentation schématique partielle en coupe transversale d'un appareil selon l'invention. Cet appareil comprend tout d'abord un bati inférieur 10 à l'intérieur duquel est monté un ventilateur Il dont les pales 12 tournent à l'intérieur d'un trou circulaire du b ti 10. Ce bâti 10 peut être surmonté d'un second bats 13, ou être formé d'une pièce avec celui-ci, le bati 13 supportant fixement un radiateur 14 constitué par une plaque d'aluminium extrudée portant de multiples ailettes 15. Sur la face supérieure du radiateur 14 est monté un ensemble de thermo-éléments 16 à effet Peltier , présentant des faces planes supérieures et inférieures, qui sont montés dans un bottier isolant ou calorifuge 17. A l'intérieur de ce bottier 17 est prévu un serpentin 18, par exemple en cuivre, qui est monté à plat sur une plaque 19 en matériau thermiquement conducteur, par exemple en laiton. Le tube enroulé sur lui-m#me formant le serpentin 18 est soudé ou brasé à l'étain sur la plaque 19. Les vis 20 en matériau thermiquement isolant permettent de visser la plaque 19 sur le radiateur 14, en traversant le fond du bottier isolant 17, de façon à appliquer et à serrer les faces parallèles supérieures et inférieures des thermo-éléments16 sur la plaque 19 et sur le radiateur 14, respectivement. Bien entendu, les faces correspondantes de la plaque 19 et du radiateur 14 sont dressées, afin d'offrir le meilleur contact possible avec les faces supérieures et inférieures des thermo-éléments 16. L'extrémité d'entrée 21 et l'extrémité de sortie 22 du serpentin 18 traversent par exemple la face supérieure du bottier isolant 17, comme représenté sur le dessin. On comprend que, en choisissant de façon approprie le sens de passage du courant électrique dans les thermo-éléments 16, la face supérieure des thermo-éléments sera une face froide, et la face inférieure de ces thermo-éléments sera une face chaude. L'air soufflé par le ventilateur Il sur le radiateur 14 permet de refroidir la face' chaude de ces thermo-éléments, en évacuant les calories dégagées, tandis qu'un fluide circulant dans le serpentin 21 sera refroidi par échange thermique avec la face froide des thermo-éléments 16. Lorsqu'on utilise un liquide comme fluide, par exemple de l'eau avec un anti-gèl,ou tout autre liquide caloporteur approprié, qui ne risque pas de geler à des températures de 00C environ ou légèrement inférieumsàO C, l'entrée 21 du serpentin 18 seraarantageusement reliée à la sortie d'une pompe, et la sortie 22 du serpentin sera reliée à un élément destiné à être appliqué sur la peau, tel par exemple que l'élément représenté dans les figures 5 et 6. Le liquide, après avoir passé dans cet élément, sera ramené àun réservoir, d'où il sera repris par la pompe alimentant le serpentin 18, le liquide circulant ainsi en circuit fermé. Lorsqu'on utilise dé 'air ou un gaz comme fluide caloporteur, ce gaz sera amené dans le serpentin 21 au moyen d'un petit compresseur, par exemple du type à membrane. Le gaz comprimé sortant du compresseur est légèrement échauffé, et il est alors avantageux de le faire passer dans un second serpentin 23, en forme de U, qui entoure le radiateur 14 sur trois de ses côtés par exemple. L'entrée du second serpentin 23 sera reliée a# la sortie du compresseur, tandis que sa sortie sera reliée à l'entrée 21 du serpentin 18.L'air sortant du compresseur et passant dans le serpentin 23 est ainsi refroidi à une température sensiblement égale à la température ambiante, par l'air soufflé par le ventilateur Il qui a circulé sur les ailettes 15 du radiateur. il sera ensuite refroidi jusqu'à sa température d'utilisation, par passage dans le serpentin 18. On comprend donc que l'appareil selon l'invention permet de disposer d'un courant continu d'un- fluide caloporteur qui peut être soit réchauffé, soit refroidi en passant-dans le serpentin 18 (selon le sens de passage du courant dans les thermo-éléments 16) et que ce fluide caloporteur peut être amené directement en contact avec la peau (lorsqu'il s'agit d'un gaz) ou bien qu'il peut circuler dans un élément appliqué sur la peau (lorsqu'il s'agit d'un liquide). L'alimentation électrique des thermo-éléments 16 se fait au moyen de l'alimentation secteur, monophasée ou triphasez Dans le cas de puissance importantes, il peut être intéressant d'utiliser le secteur triphasé, le circuit d'alimentation de l'appareil comprenant alors un pont de Graetz permettant d'avoir un taux d'ondulation très faible qui évite un circuit de filtrage onéreux. Dans le cas du courant monophasé, le circuit comprend un transformateur abaisseur, qui abaisse la tension jusqu'à la valeur de tension de fonctionnement des thermo-éléments, augmentée des chutes de tension dans le pont de redressement et dans le circuit de filtrage. Le filtrage est fait soit par une bobine, soit par un condensateur, soit par une combinaison des deux.On remarquera qu'il est important d'avoir un taux d'ondulation aussi faible que possible, la limite supérieure étant de 10%, car le rendement des thermo-éléments devient très mauvais au-delà de cette limite. Le circuit comprend encore un moyen de réglage de l'intensité du courant, ainsi qu'un appareil de contrôle de la valeur de l'intensité. Un relais inverseur, ou bien un pont de thyristorscommand en croix , permet l'inversion du sens de passage du courant dans les thermo-éléments. On va maintenant décrire, en référence aux figures 2 à 6, divers modes de réalisation des éléments d'application du froid ou du chaud sur une zone localisée de la peau d'une personne. L'élément représenté 2 est constitué essentiellement par une buse, dont une extrémité peut être reliée par un tuyau souple ou flexible à l'extrémité 22 de sortie du serpentin 18. Cette buse est destinée à souffler de l'air chaud ou froid sur une zone localisée de la peau d'une personne. L'extrémité de cette buse 25 est aplatie et forme une fente 26 allongée de faible largeur. On a constaté que, quand la buse est alimentée par un courant d'air froid, et projette par la fente 26 l'air froid sur la peau d'une personne, cette personne ressent l'impression d'une zone centrale froide entourée par une zone tiède ou chaude. Ce phénomène peut s'expliquer par le fait que l'air froid sortant de la buse 25 entratne avec lui de l'air extérieur et cet air extérieur s'écoule également sur la peau de la personne. La variante de réalisation représentée en figure 3 permet d'éviter cet effet, et la buse 27 représentée comprend pour cela, au voisinage de son extrémité de sortie 28, un disque ou une rondelle rapporté 29 qui est monté transversalement à l'axe longitudinal de la buse. On comprend que l'air froid sortant de la buse 27 ne peut alors aspirer et entrainer l'air extérieur. On a pu vérifier que dans ce cas, la personne sur la peau de laquelle le courant d'air froid était dirigé, ressentait uniquement une impression de froid. L'élément d'application sur la peau représenté en figure 4, comprend un tube ou tuyau 30 dont l'extrémité de sortie débouche à l'intérieur d'une coupelle métallique 31 formant une boite creuse pourvue d'ouvertures 32 sur sa surface supérieure. La face inférieure de la coupelle 31 peut être plate, comme représenté sur le dessin, ou bien légèrement convexe ou concave. L'air froid passe dans le tube 30, à l'intérieur de la coupelle 31 et ressort par les ouvertures 32, comme indiqué par les flèches. La face inférieure de la coupelle est ainsi constamment refroidie. L'élément d'application représenté dans les figures 5 et 6 comprend une plaque 33 dans laquelle sont formées deux rainures sensiblement circulaires concentriques 34 et 35 qui communiquent entre elles par des passages radiaux 36 et 37. Ces rainures débouchent uniquement sur la face supérieure de la plaque 33, qui est fermée par une plaque rapportée 38 percée de deux trous diamètralement opposés dans lesquels sont montés deux tubes 39 et 40 d'amenéeet de retour d'un liquide circulant dans le serpentin 18 de l'appareil représenté en figure 1. On comprend que, par cette circulation de fluide, la plaque 33 est constamment refroidie (ou réchauffée, selon les cas). A titre d'exemple, on indiquera que la face froide des thermo-éléments peut entre à une température d'environ -5 à -60C, et que le fluide (gaz ou liquide) circulant dans le serpentin 18 peut amener les éléments d'application représentés dans les figures 2 à 6 à une température d'environ +8 à +10 C. Le démarrage de l'appareil et la mise à froid se font en une à deux minutes environ. On peut également utiliser d'autres éléments d'application que ceux représentés dans les dessins. Par exemple, on peut utiliser un cylindre métallique monté rotatif autour de son axe longitudinal et porté par une poignée ou un manche dans lequel circulera le fluide sortant du serpentin 18. Le fluide sortant du manche passe à l'intérieur du cylindre et s'échappe à l'atmosphère, ou bien est recyclé dans le cas d'un liquide. Ce cylindre ayant une masse métallique à refroidir plus importante que les autres éléments d'application, la mise en froid est plus lente qu'auparavant, mais l'élément restera froid beaucoup plus longtemps. On peut également utiliser un élément d'application qui sera constitué par un ballot en matériau souple, par exemple en matériau plastique qui sera rempli par le fluide sortant du serpentin 18, un tel ballorret pouvant être utilisé pour le réchauffement des muscles dans le cas de circulation d'un fluide chaud, ou bien pour le refroidissement des muscles, et par exemple des mains, dans le cas de circulation d'un fluide froid. Dans tous les cas précités#, le diamètre des tubes de circulation du fluide doit entre suffisamment important pour éviter une-perte de charge et un échauffement par compression et frottement sur les parois. Celles-ci devront être aussi lisses que possible. De même, la circulation du fluide doit être réglée à une valeur optimale, ni trop lente, ni trop rapide. On comprend également que l'invention peut rendre de grands services en esthétique, en servant par exemple par circulation d'un fluide chaud, à la vaso-dilatation des pores de la peau, puis, après application d'un produit sur la peau et massages, à la vaso-constriction des pores de la peau, par circulation d'un fluide froid. L'invention permet également de rafratchir la peau, après une épilation à la cire par exemple, afin de calmer l'irritation. Il s'agit là d'exemples d'application non limitatifs de l'invention qui peut entre utilisi dans tous les cas où l'on doit appliquer du froid ou du chaud sur une zone localisée de la peau. Le fluide utilisé peut également être un mélange d'air et d'ozone par exemple, dans le cas où l'on désire réaliser également un traitement de désinfection de la peau. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Appareil de production de froid et de chaleur, en particulier pour le traitement localisé de la peau d'une personne, comprenant un ensemble de thermo-éléments à effet Peltier, relié à un circuit d'alimentation électrique et présentant deux faces parallèles qui peuvent être l'une froide et l'autre chaude selon le sens de passage du courant dans les thermo-éléments, l'une de ces faces étant pourvue d'un radiateur associé à des moyens de circulation forcée d'air, caractérisé en ce que l'autre face est en contact thermique avec un serpentin ou passage de circulation d'un milieu fluide tel que de l'air ou un liquide caloporteur, dont une entrée est reliée à une source d'alimentation en fluide et dont la sortie est reliée à un moyen parcouru par le fluide et destiné à entre appliqué sur ou au voisinage d'une zone localisée de la peau. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit serpentin est soudé à plat sur une plaque d'un matériau bon conducteur thermique, qui est serrée sur ladite autre face des thermo-éléments. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'entrée du serpentin est reliée à la sortie d'un second serpentin, disposé sensiblement autour dudit radiateur et relié à la sortie d'un compresseur d'air, de telle sorte que l'air fourni par le ventilateur et sortant du radiateur passe sur le second serpentin pour refroidir l'air fourni parle compresseur. 4. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que entrée du serpentin est reliée à la sortie d'une pompe de circulation forcée d'un liquide, associée à un réservoir, ce réservoir, la pompe, le serpentin et le moyen d'application sur la peau formant un circuit fermé de circulation du liquide. 5. Appareil selon l'une des revendications I à 3, can ctérisé en ce que le moyen d'application précité est une buse dont l'entrée est reliée à la sortie dudit serpentin et dont la sortie est en forme d'une fente allongée. 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen d'application précité est une buse dont l'entrée est reliée à la sortie du serpentin et dont la sortie à section sensiblement circulaire est entourée d'un disque ou d'une rondelle transversale perpendiculaire à l'axe de la buse. 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moyen d'application comprend une coupelle plate ou légèrement incurvée, destinée à autre appliquée sur la peau, et fermant une chambre parcourue par le fluide précitée. 8. Appareil selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que ledit moyen d'application est constitué par un ballonnet en matériau souple, parcouru par le fluide sortant du serpentin. 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moyen d'application comprend un rouleau, parcouru par le fluide précité, et monté rotatif autour de son axe longitudinal sur un manche formant conduit d'amenée et éventuellement de retour dudit fluide. 10. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3 ou 5 et 6, caractérisé en ce que le fluide est un mélange d'air et d'ozone.