Brevet FR2661319A1 — publié le 19911031

La présente invention concerne un vêtement d'échange thermique, utile pour chauffer ou réfrigérer le corps humain dans des circonstances dans lesquelles les mécanismes natu- rels de régulation de la température du corps sont empêchés ou insuffisants On peut utiliser des vêtements d'échange thermique pour chauffer toutes les parties du corps dans les environnements dans lesquels les vêtements assurant une isolation passive ne fournissent qu'une protection insuffi- sante, par exemple pour la plongée en eau froide ou pour exercer des activités de plein air en hiver Ces vêtements peuvent être également utilisés pour refroidir des personnes portant des vêtements empêchant un refroidissement par évapo- ration de la transpiration, par exemple des personnes qui portent des ensembles imperméables à la vapeur, destinés à les protéger contre les produits chimiques toxiques. Différents vêtements ont été réalisés par le passé pour assurer un refroidissement Ils comprenaient des systèmes dans lesquels une circulation d'air passait sur le corps, des vêtements contenant de la carboglace ou de la neige carboni- que solide dans des poches, et des vêtements assurant un re- froidissement par la circulation d'un liquide refroidi à tra- vers des passages ménagés dans le vêtement Le brevet US-A- 3 430 688 décrit un vêtement à circulation de liquide prévu pour refroidir l'utilisateur Des vêtements à circulation de liquide ont été également utilisés pour réchauffer le corps humain Le brevet US-A-3 744 053 décrit un vêtement à circu- lation de liquide prévu pour réchauffer l'utilisateur. Le brevet US-A-3 289 748 de Jennings, prévoit un vête- ment thermique comprenant des tubes caloporteurs répartis suivant un trajet sinueux ou en forme de serpentin, de maniè- re que la répartition de la tuyauterie sur le corps soit ap- proximativement proportionnelle à la masse locale du corps, afin d'assurer, par ce moyen, une capacité de dissipation thermique proportionnelle à la quantité de chaleur produite par le métabolisme L'espacement entre les tubes et leur forme dans le sens de leur longueur varient pour assurer la capacité de dissipation thermique souhaitée Un inconvénient de cet agencement est que les tubes sont presque rectilignes dans certains endroits, tels que la ceinture o une courbure maxi-male serait souhaitable pour permettre à l'utilisateur de se courber sans gêne De plus, cet agencement ne se prête pas aisément à la production en série étant donné les formes différentes des différents tubes requis Les tubes doivent donc être positionnés et façonnés à la main et il est néces- saire de les fixer en place sur un vêtement en forme de filet au moyen d'agrafes appliquées individuellement à la main. Le brevet US-A-3 425 486 de Burton illustre un vêtement d'échange thermique comprenant des tubes caloporteurs qui sont également distribués suivant un trajet sinueux ou en serpentin, similaire à celui du brevet Jennings Toutefois, Burton n'attribue que peu d'importance à l'espacement et à la forme des tubes, mais déclare que les tubes devraient éviter certaines zones, telles que les coudes et à l'arrière des genoux, o ils risquent de subir des flexions importantes. L'essence du brevet Burton est de prévoir des moyens de posi- tionnement des tubes en forme de tunnels, de manière que le corps du vêtement s'allonge en suivant les mouvements de la personne qui le porte, les tubes étant susceptibles d'un glissement et/ou d'une torsion à l'intérieur des tunnels, de manière à réduire une gêne éventuelle dans les mouvements De même que dans le cas de Jennings, l'espacement entre les tubes et la forme des tubes dans le sens de leur longueur varient pour assurer la capacité de dissipation thermique requise L'agencement de Burton souffre donc des mêmes in- convénients que celui de Jennings, mais implique une com- plexité supplémentaire sur le plan du coût et de la fixation des tunnels de positionnement des tubes sur le vêtement. Bien que les réalisations de l'art antérieur de vête- ments d'échange thermique à circulation de liquide aient été susceptibles d'assurer un échange thermique significatif, il s'est avéré qu'ils étaient peu confortables à porter, soit parce que ces vêtements de l'art antérieur ne recouvraient qu'une trop faible partie de la surface du corps pour assurer l'échange thermique, soit en raison de leur volume excessif et de la gêne apportée aux mouvements de l'utilisateur La circulation dans les vêtements d'échange thermique à circu- lation de liquide de l'art antérieur risquait également d'être interrompue en raison du pincement des passages de liquide, ce qui affectait la fiabilité de l'emploi Les ver- sions des vêtements de ce genre de l'art antérieur étaient également de fabrication coûteuse. La présente invention cherche à réaliser un vêtement d'échange thermique assurant un chauffage ou un refroi- dissement efficace sur une surface suffisante du corps pour em-pêcher une gêne thermique à l'utilisateur, ne gênant pas ex-cessivement les mouvements de l'utilisateur et qui s'avère donc plus confortable que les réalisations de l'art antérieur en n'étant pas sujet à une obstruction à l'écoulement et aux fuites lors de la flexion du corps et qui fonctionne donc de façon fiable, tout en pouvant être confectionné à un coût raisonnable, de manière à pouvoir être utilisé dans des applications plus nombreuses. On peut le réaliser en prévoyant une pluralité de lon- gueurs de tubes d'échange thermique souples, s'étendant dans le sens longitudinal du vêtement ou d'une partie de celui-ci, les longueurs de tube étant espacées entre elles de façon sensiblement égale et étant fixées au vêtement de manière à former une configuration généralement sinusoïdale le long de la par-tie principale de la longueur des tubes, les sections de tubes adjacents étant sensiblement en phase les unes par rapport aux autres. La présente invention est donc définie, d'une manière générale, comme un vêtement d'échange thermique permettant de moduler le flux de chaleur vers le corps de l'utilisateur ou venant de celui-ci, le vêtement comprenant un ensemble en tissu réalisé sensiblement conformément au contour de la par- tie du corps sur laquelle il doit être utilisé, une pluralité de longueurs de tubes souples, fixés sur une surface du tis- su, de manière à s'étendre dans le sens de la longueur du tissu, les longueurs de tube étant espacées entre elles de façon sensiblement uniforme dans le sens transversal du tissu et chaque longueur étant de forme sensiblement longitudinale le long d'une partie principale de sa longueur, et les lon- gueurs adjacentes étant sensiblement en phase les unes par rapport aux autres, des moyens d'alimentation d'un liquide caloporteur à une extrémité de chaque tube, et des moyens pour recevoir le liquide caloporteur évacué depuis les extrémités opposées des tubes. La chaleur est ainsi distribuée d'une façon sensiblement uniforme sur la partie du corps recouverte par le vêtement. La forme sinusoïdale se prête facilement au pliage, sans gêne pour l'utilisateur, ce qui fait qu'il est inutile d'éviter la mise en place des tubes aux points ou dans les axes de plia- ge, tout en évitant également le pliage des tubes à angle aigu, susceptible de provoquer une obstruction de la circu- lation De plus, comme les tubes sont répartis en un motif uniforme sur le vêtement, les vêtements se prêtent relative- ment facilement à la fabrication en série. Ces caractéristiques ainsi que d'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement de la description suivante, faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La Fig l est une vue de face d'un vêtement d'échange thermique en forme de maillot selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; La Fig 2 est une vue arrière des vêtements d'échange thermique en forme d'une paire de pantalons, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; La Fig 3 est une vue fragmentaire, agrandie, détaillée d'une partie du vêtement; La Fig 4 est une vue détaillée représentant une partie du vêtement dans lequel deux tubes sont réunis en un tube unique; La Fig 5 est une vue détaillée représentant un procédé de fixation du tube sur le tissu de support; et La Fig 6 est un diagramme illustrant les performances d'échange thermique d'un maillot de taille moyenne, construit selon la présente invention. Les Fig l et 2 illustrent deux articles d'un vêtement d'échange thermique comprenant un maillot à manches longues et des pantalons 12 Bien que ces deux articles aient été ainsi représentés, il est entendu qu'il est possible de con- fectionner des vêtements d'échange thermique de type quelcon- que selon l'invention, tels que survêtements, gants, mitai- nes, chaussettes, chaussures ou bottes, vestes, capuchons ou bonnets. Chaque partie des deux articles comprend une pluralité de longueurs de tubes d'échange thermique 14 qui s'étendent dans la direction longitudinale de la section du vêtement. Dans le cas du maillot 10, "section" désigne la partie du torse et les manches Dans le cas des pantalons 12, "section" désigne les parties des jambes qui sont prolongées, faculta- tivement jusque dans la partie inférieure du torse Les lon- gueurs sont espacées entre elles d'une façon sensiblement égale dans la direction transversale ou circonférentielle et chaque longueur est fixée au vêtement de manière à réaliser une forme sensiblement sinusoïdale dont les longueurs adja- centes sont "en phase" les unes par rapport aux autres Les axes des formes sinusoïdales peuvent diverger ou converger légèrement dans les manches et les jambes du vêtement, sans s'écarter de l'esprit de l'invention Le terme "en phase" signifie que les centres de courbure des parties cintrées des longueurs de tube sont alignés circonférentiellement, comme mieux représenté sur la Fig 3 On verra que cet agencement assure des contraintes uniformes à la fois dans les direc- tions longitudinale et transversale et que le poids du vête- ment reste sensiblement uniforme dans toutes les zones Ceci se répercutera sous forme d'une amélioration du confort de l'utilisateur De plus, lorsque le vêtement vient à se plier sous l'effet du corps qui se courbe, tous les tubes se cour- bent sensiblement au même point le long de leurs longueurs respectives ce qui améliore également le confort de l'utili- sateur De plus, l'échange thermique vers le corps ou venant de celui-ci est uniforme et plus confortable lorsqu'on le compare aux longueurs de tubes concentrées dans des zones prédéterminées, comme suggéré par l'art antérieur. Dans le mode de réalisation illustré, un tube unique donne plusieurs longueurs, de manière qu'une partie du tube puisse s'étendre dans une direction longitudinale, faire un retour sur elle-même puis s'étendre dans la direction oppo- sée, etc Il est entendu que les tubes d'échange thermique peuvent être raccordés en parallèle à une source de fluide caloporteur adéquat, de manière à assurer une distribution plus uniforme de l'échange thermique avec la peau de l'uti- lisateur La présente invention prévoit toutes ces façons évidentes de disposer les tubes. En service, le liquide caloporteur est injecté par l'in- termédiaire d'un tube de liaison d'admission 16 aux tubes d'arrivée de liquide 20 et 22 du maillot 10 et des pantalons 12, respectivement Dans le maillot, le liquide caloporteur vient du tube d'arrivée 20, traverse les raccords en T 24, illustrés sur la Fig 4, et pénètre dans un tube en forme de collecteur d'arrivée 26 qui alimente une pluralité de tubes individuels 28 Le liquide caloporteur qui traverse les tubes 28 assure un échange thermique avec la peau de l'utilisateur, de manière à refroidir ou à réchauffer le tronc et les bras de l'utilisateur Les tubes 28 déchargent à un tube formant collecteur de sortie 30, par l'intermédiaire des raccords en T 24, qui décharge à son tour dans le tube de sortie 12, et enfin à un tube de liaison de sortie 32 On notera que les collecteurs 26 et 30 sont réalisés en forme de collier en- tourant le maillot Comme représenté sur la Fig l, chaque tube individuel 28 forme quatre longueurs de tube s'étendant dans le sens de la longueur du vêtement De façon analogue, les pantalons comportent des tubes d'entrée et de sortie, reliés respectivement aux tubes des collecteurs d'entrée et de sortie, raccordés entre eux par des tubes d'échange thermique individuels, parallèles. Un tube de liaison de sortie 32 est relié à un échangeur de chaleur 40 et à une pompe 42, comme représenté sur la Fig l, avant de revenir au vêtement d'échange thermique par le tube de liaison d'arrivée 16 Lorsque l'échangeur de cha- leur est utilisé pour le refroidissement, il peut être cons- titué par un bain de glace, un dispositif refroidi avec de la neige carbonique ou un réfrigérateur mécanique ou thermo- électrique Lorsque l'échangeur de chaleur est utilisé pour le chauffage, ce peut être un élément chauffant électrique ou un réchauffeur brûlant du combustible. Un procédé de fixation préféré des tubes d'échange ther- mique au tissu de support 50 est représenté sur la figure 5. Le procédé emploie une couture en zig-zag utilisant un pre- mier fil 52 sur le côté tube du tissu, qui est entrecroisé avec un second fil 54 sur le côté opposé du tissu, de manière à maintenir le tube en place dans le sens de sa longueur Ce procédé de couture peut se faire à la machine, ce qui élimine ainsi la couture manuelle utilisée dans les vêtements précé- dents et qui réduit le coût du vêtement Un avantage de la fixation du tube au tissu dans le sens de sa longueur est que le tube risque moins de s'entortiller lorsqu'il est supporté de façon continue par le tissu On peut utiliser également d'autres procédés de fixation du tube sur le tissu de sup- port Ces procédés en variante comprennent l'emploi de colles ainsi qu'un soudage au solvant ou un thermosoudage dans le cas de tissus en certains matériaux synthétiques, tels qu'en polypropylène. Les vêtements confectionnés selon la présente invention peuvent être portés de manière que les tubes soient directe- ment en contact sur la peau ou, pour assurer un meilleur con- fort, avec les tubes disposés vers l'extérieur, afin de sé- parer les tubes de la peau par le tissu de support En va- riante, on peut également porter des sous-vêtements légers sous les vêtements d'échange thermique Une seconde couche de tissu peut également être incorporée dans le vêtement d'échange thermique, de manière à recouvrir les tubes d'échange thermique des deux côtés Il a été trouvé que la quantité de chaleur transférée était plus grande lorsque les tubes étaient placés directement sur la peau que lorsque les tubes étaient séparés de la peau par une couche de tissu. L'échange thermique est également facilité si les tubes sont légèrement sollicités élastiquement contre la peau. Comme représenté sur la Fig 3, les trajets sinusoïdaux en phase suivis par les tubes d'échange thermique, sont im- portants pour assurer de façon continue un contact étroit entre la peau et les tubes d'échange thermique sur toute la longueur des tubes Le tissu de support est, de préférence, un matériau à mailles élastiques, coupé et cousu de manière à s'adapter étroitement à l'utilisateur, et disposé de manière telle que la direction de l'allongement maximal du tissu se fasse autour de la circonférence du corps Les matériaux à mailles élastiques de ce genre se contractent dans la di- rection axiale, comme indiqué par la flèche A, lorsqu'ils sont allon-gés dans la direction circonférentielle, comme indiqué par la flèche B. Le tube d'échange thermique ne s'allonge ou ne se com- prime pas aisément le long de son propre axe En conséquence, un avantage important des tubes d'échange thermique de forme sinusoïdale est de permettre à l'ensemble formé par les tubes et le tissu de s'allonger circonférentiellement tout en main- tenant un contact étroit avec le corps lors des mouvements. Le motif sinusoïdal permet à l'ensemble des tubes et du tissu de se rétrécir dans la direction axiale lorsqu'il s'allonge circonférentiellement, sans provoquer une déformation du tube à l'écart du corps lors d'une série de chocs. Un autre avantage de la disposition sinusoïdale en phase des tubes est que l'espacement entre les trajets de tubes adjacents ne varie pas considérablement dans le sens de la longueur du tube Ce facteur permet d'améliorer au maximum l'efficacité du tube utilisé pour l'échange thermique On a trouvé que pour le refroidissement, la température de la peau était la plus froide directement au dessous du tube d'échange thermique et qu'elle était la plus chaude aux points les plus éloignés des tubes Réciproquement, pour le chauffage, la température de la peau est la plus haute directement au des- sous du tube et la plus basse aux points les plus éloignés des tubes L'aptitude du corps à l'échange thermique vers le tube ou venant du tube est limitée par la conductibilité thermique de la peau et de la chair et par la circulation sanguine dans la zone concernée Par suite, il apparaît que l'on peut obtenir un meilleur échange thermique avec une longueur de tuyauterie donnée si la tuyauterie est située dans une zone qui n'est que légèrement affectée par les tubes adjacents Le motif sinusoïdal des tubes en phase utilisé dans les vêtements d'échange thermique selon la présente in- vention permet donc d'obtenir un échange thermique maximal par unité de longueur de tube, tout en donnant un vêtement épousant étroitement le corps, de façon confortable Il a également été trouvé que l'on pouvait varier l'espacement ap- proximatif entre des trajets de tubes sinusoïdaux adjacents sur l'ensemble du vêtement, de manière à ajuster l'efficacité de l'échange thermique du vêtement en fonction des circons- tances ou de la partie couverte du corps. La Fig 6 donne les-performances de l'échange thermique mesuré d'un de ces vêtements, un maillot sans manches, de taille moyenne Dans ce vêtement, on a utilisé des tubes d'échange thermique souples en chlorure de polyvinyle, chaque tube ayant un diamètre extérieur de 3,175 mm, un diamètre intérieur de 1,588 mm et une longueur d'environ 4,87 m Sur la Fig 6, on peut voir que l'échange thermique est négatif, ce qui indique un refroidissement du corps à des températures moyennes de liquide caloporteur inférieures à 340 C, et posi- tif, ce qui indique un réchauffement du corps, à des tempé- ratures de liquide supérieures à 34 'C. Bien que les formes des dispositifs décrites ci-dessus constituent des modes de réalisation préférés de l'invention, il est entendu que l'invention ne se limite pas à ces formes précises des dispositifs et que des modifications peuvent y être apportées sans s'écarter de l'esprit de l'invention, tel que défini dans les revendications annexées. il REVENDICATIONS 1 Un vêtement d'échange thermique ( 10, 12) pour moduler le flux de chaleur vers ou venant du corps de l'utilisateur, ledit vêtement comprenant: un ensemble en tissu, structuré pour s'adapter sensible- ment aux formes d'une partie du corps sur laquelle il doit être utilisé; une pluralité de longueurs de tubes souples ( 14), fixées sur une surface dudit tissu, de manière à s'étendre dans la lon-gueur dudit tissu, lesdites longueurs de tube étant es- pacées entre elles sensiblement de façon uniforme transversa- lement audit tissu, et chaque longueur étant sensiblement de forme sinusoïdale le long d'une partie principale de sa lon- gueur, et les longueurs adjacentes étant sensiblement en phase les unes par rapport aux autres; des moyens ( 26) pour alimenter le liquide caloporteur à une extrémité de chacun desdits tubes; et des moyens ( 30) pour recevoir le liquide caloporteur évacué par l'extrémité opposée desdits tubes. 2 Un vêtement d'échange thermique selon la revendica- tion 1, lesdits moyens d'alimentation de liquide caloporteur à une extrémité de chacun desdits tubes comprenant un tube formant collecteur d'arrivée ( 26), relié à une extrémité de chacun desdits tubes souples par un raccord en T ( 24). 3 Un vêtement d'échange thermique,( 10, 12) selon la revendication 1, lesdits moyens d'alimentation de liquide ca- loporteur à l'extrémité de chacun desdits tubes, comprenant un tube formant collecteur d'entrée ( 26) relié à l'extrémité de chacun desdits tubes souples par un raccord en T ( 24). 4 Un vêtement d'échange thermique selon la revendica- tion 1, lesdits moyens d'alimentation de liquide caloporteur à l'extrémité opposée de chacun desdits tubes comprenant un tube formant collecteur de sortie ( 30) relié à l'extrémité opposée de chacun desdits tubes souples par un raccord en T ( 24). Un vêtement d'échange thermique ( 10, 12) selon la revendication 1, dans lequel ledit tissu est un matériau à mailles extensibles. 6 Un vêtement d'échange thermique ( 10, 12) selon la revendication 1, lesdits tubes souples sont fixés audit tissu de sup-port par une couture en zig-zag en utilisant un pre- mier fil sur le côté tube du tissu, entrecroisé avec un se- cond fil sur le côté opposé du tissu, de manière à maintenir le tube en place le long de sa longueur. 7 Un vêtement d'échange thermique ( 10, 12)selon la revendication 1, dans lequel l'espacement entre deux desdites longueurs adjacentes ( 14) varie graduellement suivant la lon- gueur des sections adjacentes ( 14) et à partir d'une section adjacente ( 14) jusqu'à la section adjacente ( 14). 8 Un vêtement d'échange thermique ( 10, 12) selon la revendication 1, dans lequel une seconde couche de tissu recouvre le côté de la tuyauterie d'échange thermique qui n'est pas en contact avec le tissu de support. 9 Un vêtement d'échange thermique ( 10, 12) pour moduler le flux de chaleur allant vers ou venant du corps de l'utilisateur, ledit vêtement comprenant: un ensemble en tissu en matériau à mailles extensibles, structuré sensiblement aux-formes d'une partie du corps sur laquelle il doit être utilisé, ledit matériau étant agencé de manière que la direction de la plus grande extension du ma- tériau soit autour de la circonférence de ladite partie du corps; au moins un tube souple ( 14) fixé sur une surface dudit ma-tériau par une couture en zig-zag utilisant un premier fil sur le côté tube du tissu entrecroisé avec un second fil sur le côté opposé du tissu, de manière à maintenir le tube ( 14) en place le long de sa longueur, chacun desdits tubes ( 14) comprenant une pluralité de longueurs de tube ( 14) s'étendant dans la longueur dudit matériau, sensiblement perpendiculai- rement à la circonférence de ladite partie de corps, lesdites longueurs de tube ( 14) étant espacées sensiblement uniformé- ment les unes des autres autour de la circonférence dudit matériau, chaque longueur étant de forme sensiblement si- nusioïdale le long d'une partie principale de sa longueur et les extrémités adjacentes étant sensiblement en phase les unes par rapport aux autres; un tube ( 26) formant collecteur d'entrée de liquide caloporteur s'étendant autour de la circonférence d'une ex- trémité dudit vêtement ( 10, 12) et relié à une extrémité de chacun desdits tubes souples ( 14) pour alimenter ces derniers en liquide caloporteur; et un tube formant collecteur de sortie ( 30) de liquide caloporteur s'étendant autour de la circonférence d'une ex- trémité dudit vêtement ( 10, 12) reliée à l'extrémité opposée de chacun desdits tubes souples ( 14), pour évacuer le liquide caloporteur de ces derniers.