Brevet FR2667770A1 — publié le 19920417

Description. La présente invention concerne un dispositif permettant de réduire localement et en permanence la température régnant à l'intérieur d'une partie d'un lit, et par exemple autour des jambes d'un dormeur, qu'il soit éveillé ou non. Certaines affections, et notamment celles qui intéressent la circulation du sang entrainent, surtout pendant le sommeil, des sensations pénibles, ou même des douleurs, dans les jambes du malade, perturbant ainsi son sommeil. Indépendamment du traitement spécifique de la maladie, les médecins conseillent d'adopter diverses mesures qui ont pour objet d'atténuer ces douleurs. Parmi ces mesures figure un refroidissement artificiel des membres par l'éxécutionde douches froides sur les membres, ou par allégement des convertures, ou autrement. Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir ce refroidissement en permanence grâce à la mise en place d'un "élément froid" à l'endroit optimal. Cet élément froid est parcouru en permanence par un fluide froid, et par exemple de l'eau froide. Dans une forme simple de réalisation, le circuit de l'eau froide sera ouvert, une tuyauterie amenant l'eau du réseau public vers élément froid" qu'elle parcourt en se réchauffant avant d'être rejetée à l'égout par une autre tuyauterie. A noter, toutefois que l'eau, n'ayant subi aucune altération sauf un léger réchauffement, peut, avant son rejet, être facilement réutilisée pour un quelconque usage domestique. Une autre forme de réalisation consiste à concevoir un circuit fermé. L'eau sortant de l'appareil est soumise à un refroidissement naturel ou artificiel, grâce à diverses solutions décrites plus loin, avant d'être réintroduite dans l'élément froid. Le dispositif décrit sera à usage médical, et donc susceptible d'être remMouSsMé par la Sécurité sociale. Il importe donc que son prix de fabrication et de mise en oeuvre soit très réduit. Mais il serait mauvais pour l'usager et pour l'intéret général qu'il entraine un gaspillage d'eau utilisable. Or ces deux considérations sont contradictoires en apparence. Ces remarques expliquent que l'élément froid décrit ci-après, conçu comme un prototype destiné à effectuer diverses mesures soit d'un prix de revient relativement élevé, ce qui est secondaire, alors que les procédés de fabrisation en série décrits ensuite devraient permettre l'obtention d'un prix de revient réduit. De même, la solution "circuit ouvert" décrite plus loin pour l'exemple sera remplacée à l'éxécution en série par une solution "circuit fermé" chaque fois que cela sera possible techniquement et financièrement. Afin de permettre une compréhension complète du fonctionnement et des avantages de l'invention, une note de calcul sommaire a été établie et reproduite après le commentaire relatif aux dessins. Elle permet de constater les liens étroits qui rattachent: - la température de la chambre où se trouve le lit, - La température moyenne de l'eau utilisée, qui dépend à la fois de la température de puisage et du débit d'eau choisi. - et la température que le médecin souhaitera voir s'établir autour des jambes du malade. Pour la température de la chambre, deux hypothèses ont été formulées: 150C en hiver, valeur optimale généralement choisie par les hygiènistes pour le repos nocturne, et 300C en été, valeur ex trême en cas de canicule. Pour la température de l'eau au point de puisage, il a été tenu compte de la température de 10 C à la source, qui correspond à la température moyenne annuelle de l'air au lieu considéré, presque partout en France, ou 150C dans certaines régions méridionales très ensoleillées; mais aussi des possibilités de réchauffement au cours de la distribution: d'où le choix de trois hypothèses dans chaque cas: 10, 15 ou 200C en hiver, et 15, 20 ou 25 Cea-été~7 Quant à la température optimale désirée par le médecin autour des jambes du malades, elle est inconnue. Mais la température superficielle des jambes se situe en général autour de 30 à 35 C. Dans le cas de l'hiver, en l'absence d'élément froid la température de l'air sous les draps serait de 37 C. On peut donc estimer, en première analyse, que la température sous les draps souhaitée par le médecins serait de l'ordre de 20 à 25 C. La note de calcul montre que ce résultat pourrait être obtenu, en hiver comme en été, avec une température moyenne d'eau de 150C et ajustée exactement en jouant sur le débit de l'eau. La planche unique de dessins représente le prototype en cours d'études comportant un élément froid en cuivre et fonctionnant en circuit ouvert (Cuivre ou métal très bon conducteur de la chaleur). La figure 1 représente l'élément froid. Celui-ci est constitué par un tube en cuivre de diamètre 10/12 au minimum et coudé dix fois dans le cas présenté. Ce tube est ensuite soudé (brasé de préférence) sur une plaque pleine, en cuivre également, et de deux millimètres d'épaisseur. La plaque (1) représentée a des dimensions de 80x45 mm. Le tube (2)(3) est soudé sur la plaque (1) afin d'assurer une transmission calorifique aussi parfaite et continue que possible. Il se trouve sous la plaque lors de la mise en place. La forme du serpentin constitué par le tube est dessinée en vue d'obtenir dans chaque chaque zone limitée par un tube (2) dit départ et un tube (3) dit retour une température à peu près constante, la somme des températures des tubes (2) et (3) étant constante et égale à la température moyenne de la plaque. Cela reste vrai pour les zones (9) (11) et (13) mais inexact pour les zones (12) et (1Q) dont les températures sont respectivement un peu supérieure et un peu inférieure à la température moyenne du fait qu'elles sont délimitées l'une par deux départs, et l'autre par deux retours. La très bonne conductivité du cuivre atténuera ces différences. Les orifices du serpentin sont munis de robinets, non représentés. L'un, à l'entrée (4) est un robinet d'arrêt, l'autre à la sortie (5) un robinet de réglage du débit. L'ensemble tube-plaque est enveloppé, avant sa mise en place, dans un étui de protection en tissu mince ou en matière plastique d'une bonne conductivité thermique. Cet étui est destiné à protéger le drap de dessous et les jambes du dormeur. De la sorte, le drap de dessous n'est pas en contact avec les tubes (2) et (3), cependant que la plaque (1) ne touche pas les jambes (8), fig. 2 et 4. Les figures 2 et 3 montrent qu'en hiver, le dormeur est recouvert par un drap et une couverture (14) qui délimitent, autour du torse (7) et des jambes (8) du dormeur un espace (16) relativement étanche entre drap de dessous et drap (14). La température de l'air dans cette zone (16) est désignée par la lettre "t". Les figures 4 et 5 montrent le dispositif d'été dans lequel le drap (15) n'est plus associé à une couverture. Les tuyauteries qui raccordent l'élément froid à la distribution publique d'eau froide et à l'égout (ou à un système de récupération) ne sont pas figurés. Les robinets (4) et (5) ont des usages très distincts. Le robinet (4) sert à mettre en fonctionnement l'élément froid, puis à le mettre hors circuit. Le robinet (5) est destiné à régler le débit de l'eau. La température d'entrée étant en général stable, l'augmentation du débit conduit à un abaissement de la température moyenne tandis que la diminution du débit relève cette température. Note de calcul Bases. Température chambre T C: Hiver 150C Eté 300C (voir page 2) Températures moyennes eau: Hiver 10 15 ou 20 C. "e" Eté: 15 20 ou 25 C. "e" Protection du dormeur: Hiver Drap + couverture 2 m2 Eté Drap seulement 0,75 m2 Plaque froide: 0,8 x 0,45 = 0,36 m2 Dont 0,9 au contact. Transmission chaleur. cal/h.m.m2. Couv.Hiver Drap.Eté Plaque Plaque sans contact contact Coef. interieur 0,18 0,18 0 0,18 Tissu 0,525 0,025 0,033 0,033 Cuivre ( =400) 0,000005 0,000005 Coef. extérieur 0,18 0,18 0 0 Total ( K ) 0,885 0,385 0,033 env 0,213 env Valeur K 1,13 2,6 30 4,7 Surface S (m2) 2 0,75 0,09 0,27 KS 2,26 1,95 2,7 3,97 1,27 Echanges de chaleur 2,26(t-15) 1,95(t-30) 4(t-e) Apport chaleur humaine: 80 w dont env. 20 éliminés par respiration reste 60 w soit 51,6 Kcal/h adopté hiver 50 été 26 Kcal/h Résultats hiver. t0C Kcal/h Eau à 10 C 2,26 t - 34 + 4 t - 40 = 50 6,26 t = 124 19,8 39,2 Eau à 150C 2,26 t - 34 + 4 t - 60 = 50 6,26 t = 144 23,0 32,0 Eau à 200C 2,26 t - 34 + 4 t - 80 = 50 6,26 t = 164 26,2 24,8 Résultats été. Veau à 150:C 1,95 t - 59 + 4 t - 60 = 26 5,95 t = 145 24,4 37,6 Eau à 20"C 1,95 t - 59+4 t - 80 = 26 5,95 t = 165 27,7 30,8 Eau à~25 C 1 95 t - 59 = 4 t -100 = 26 5,95 t = 185 31,1 24,4 Variantes Le dispositif décrit ci-dessus peut être remplacé par un réservoir ultra plat et souple dont les dimensions seront en gros les mêmes (la longueur de 80 correspondant à la largeur d'un lit d'une personne, et la largeur de 45 correspondant à l'emplacement des jambes). Ce réservoir sera parcouru par un ensemble de circuits d'eau conditionnés à la fois par la nécessité d'avoir une température de surface aussi constante que possible, et par les possibilités techniques de la fabrication. Les matières plastiques offrent à cet égard des solutions nombreuses,dont certains capteurs solaires destinés à réchauffer l'eau des piscines sont un bon exemple. L'avantage de cette solution résidera d'abord dans un prix de revient sensiblement réduit, où le rôle de la fabrication en série sera important. Une autre variante consisté à remplacer le circuit ouvert par un circuit fermé. L'eau sortant réchauffée du tuyau (3) à son extrémité (5) étant alors reprise et dirigée vers un système réfrigérant, puis réintroduite dans l'orifice (4). La plupart des méthodes classiques de réfrigération sont envisageables, dans la mesure où leur prix reste acceptable: - passage de la tuyauterie à l'intérieur d'un matériel frigorifique existant, - passage de la tuyauterie dans un échangeur alimenté en eau très froide (5 C par exemple), - injection d'eau à très basse température par microdoseur. -etc ... Mais ces solutions exigent la mise en place d'une pompe, car le circuit total, de 8 à 15 m. environ, avec un débit de l'ordre de 40 à 80 dm3/h, imposera des pertes de charge appréciables, ce qui grèvera le prix et compliquera l'installation. Une autre solution est possible; l'utilisation d'un "élément refroidissant", monté en série avec l'élément froid déja prévu. Cet élément pourrait être placé verticalement, en façade, du côté du vent dominant et humidifié en permanence. L'échange de chaleur entre l'air nocturne et l'élément refroidissant, sera complété parl'é- vacuation de la chaleur latente correspondant à l'évaporation de l'eau d'humidification. Dans cette forme de réalisation, il suffi ra de disposer l'élément réfrigérant à une hauteur moyenne sensible au dessus de l'élément froid pour que l'effet thermosiphon se manifeste. Sans doute cet effet sera-t-il faible, mais la circulation n'en sera pas moins établie. Pour une température moyenne de 150C dans l'élément froid,lè#régime peut être de 14/16 ou de 10/20 la moyenne restant de 15, mais le débit passant, pour un besoin de 38 fg/h de 19 dm3 à 4 dm3 environ.Mais,dans ce cas la perte de charge est considérablement réduite, et passe à 0,3/0,4 mm/m, ce qui est compatible avec une différence de niveau de 3 m. et une différence de température de 5 à 10 C dans les colonnes. Au surplus, dans le cas où la charge disponible grâce au ther mosiphonseraitun peu insuffisante, il suffirait de passer au diamêtre supérieur dans les canalisations pour gagner cinquante pour cent sur les pertes de charges dues aux canalisations, en l'occurence. Le seul inconvénient sérieux résultant d'un grand écart de température entre entrée et sortie de l'élément froid sera l'importance accrue des différences de température dans la zone en contact avec les jambes Dans cette variante, le cosfficient de conductivité calorifique du matériau dans lequel est construit l'élément réfrigérant doit être maximal, ce qui conditionne le c#o#X#effl#ematériau. Dans la pratique, il peut être commode de concevoir l'élément froid et l'élément réfrigérant suivant des principes et avec des matériaux identiques. L'une des caractéristiques de ce matériau devra être une forte conductivité thermique. Les canalisations raccordanr les deux éléments, au contraire, devront être telles que les pertes en lignes soient limitées. Il est possible qu'en hiver ces pertes en lign:e:puissent être bénéfiques, mais elles seront à coup sür nuisibles en été, et au surplus peuvent gèner les réglages en cas de variation brutale de climat. ou similaire Le choix d'une matière plastique uniquefpour les deux éléments etd'unprocédé- de fabrication unique peut conduire à une économie appréciable, et surtout à une présentation plus homogène du tout. Le constructeur de l'ensemble peut#lor# assurer la responsabilité du fonctionnement et du réglage de l'équipement. Revendications 1.- Dispositif permettant d'améliorer l'état des jambes d'un dormeur souffrant d'une circulation sanguine defectueuse, caractérisé par la mise en place, dans le lit, d'un ensemble froid fabriqué à l'aide d'un métal bon conducteur de la chaleur, comportant un serpentin dans lequel circule de l'eau froide en circuit ouvert ou fermé, serpentin (2) et (3) soudé à une plaque destinée à diffuser le froid afin de refroidir les jambes (8) du malade, directement ou indirectement. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le remplacement de l'ensemble métallique par un réservoir très plat et souple dans lequel circule l'eau froide, réservoir fabriqué par exemple en matière plastique. 3.- Dispositif selon les revendications I ou 2 dans lequel l'élément froid fonctionne en circuit fermé, et est relié à un système générateur de froid, la circulation étant établie à l'aide d'une pompe. 4.- Dispositif selon les revendications 1 ou 2 dans lequel l'élément froid est relié, en circuit fermé, à un élément réfrigérant externe utilisant le froid nocturne par convection ainsi que par évaporation de l'eau dont est aspergée une face extérieure de l'élément réfrigérant, celui-ci étant en outre disposé à un niveau supérieur à celui de l'élément froid, en vue d'obtenir un effet de thermosiphon assurant la circulation dans le circuit. 5.- Dispositif selon les revendications i ou 2, et la revendication 4 dans lequel les deux éléments (froid et réfrigérant) sont fabriqués en matières plastiques identiques ou semblables, l'ensemble pouvant être fourni et mis au point par un fabricant unique et responsable.