Brevet FR2682289A1 — publié le 19930416

ACCUMULATEUR D'ENERGIE CALORIFIQUE OU FRIGORIFIQUE. La présente invention a pour objet un accumulateur d'énergie thermique destiné en particulier mais non exclusivement à des usages thérapeutiques humains ou vétérinaires. Les effets de tels accumulateurs constituéspar une bouillotte consistant en une enveloppe étanche remplie d'eau bouillante ou une vessie remplie d'eau froide et de glace sont bien connus en médecine humaine ou vétérinaire. Mais dans ces accumulateurs la restitution de la chaleur ou du froid se fait rapidement de sorte que leur usage est limité dans le temps. La présente invention a pour objet de pallier cet inconvénient. Selon la présente invention, l'accumulateur d'énergie calorifique destiné à restituer lentement l'énergie, positive ou négative, emmagasinée est caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe à l'intérieur de laquelle est inclus un gel réticulé. Par énergie calorifique positive ou négative on entendra la chaleur ou le froid par rapport à une température déterminée, seule le sens de conduction étant modifié. Selon une autre caractéristique de l'invention, le gel est constitué par polymérisation de polyuréthane ou de silicone à l'intérieur de l'enveloppe. L'accumulateur peut ainsi être chauffé à l'intérieur d'un four à micro-ondes. L'invention réside dans le fait que nous avons un gel naturel ou de synthèse réticulé, mélangé à des charges ou non, dans une enveloppe très souple. L'enveloppe est nécessaire car une des caractéristiques du gel en général est d'être poisseux. De plus la réticulation de composants liquides d'origine du gel est plus facile dans une enveloppe et ne nécessite pas d'agent de démoulage après réticulation. La forme de cet accumulateur peut être ronde, aplatie, en galette, adaptée, dans le cas du mode de chauffage très rapide dans un four ménager à micro-ondes, à la forme de la semelle tournante pour une meilleure répartition de l'absorption calorique. Cette forme peut être quelconque ou découpée à la forme précise d'une région corporelle où l'application est nécessaire par exemple en forme de bandeau à usage spécifique de "vessie froide" frontale. La mise en oeuvre de fabrication la plus simple est la suivante La réticulation (gélification) se fait à plat de façon à obtenir une épaisseur uniforme en fermant l'orifice de coulée au niveau de l'arrêt de remplissage. Si la réticulation est effectuée en position verticale il faut forcer la forme de l'enveloppe entre deux plans durs. I1 faut de toutes manières surveiller la réticulation de façon à ce que l'épaisseur de la "galette" soit uniforme. En raison de la mise en chauffe recherchée pour cet accumulateur et des contraintes exercées sur le produit constituant du fait de l'utilisation d'un moyen spécifique de chauffe : le four à micro-ondes à usage ménager. Dans un four à micro-ondes la chaleur est produite à l'intérieur même de ce qu'il faut chauffer. Dans un four classique la source de chaleur chauffe par rayonnement et conduction à la fois, l'air, les parois du four, les récipients et finalement les "gels". Dans une enceinte à micro-ondes un générateur émet des ondes électromagnétiques, ces "micro-ondes" ne diffusent aucune chaleur par elles-mêmes elles se réfléchissent sur le métal des parois du four traversant certains matériaux pour pénétrer dans les "gels", l'enceinte restant froide. En fait les micro-ondes pénétrent les molécules de graisse, de sucre et d'eau (la plupart des aliments contiennent 65 à 95% d'eau), chaque changement de sens du courant alternatif provoque le changement d'orientation de ces molécules à très grande vitesse (plusieurs millions de fois par seconde) il en résulte une friction des molécules les unes contre les autres d'où une élévation de température. Les aliments à forte teneur en graisse et en sucre cuisent plus vite que ceux à forte teneur en eau car ils absorbent plus rapidement l'énergie et atteignent ainsi une température plus élevée. Les micro-ondes ne pénètrent dans les "gels" que sur une épaisseur de 2 à 3 cm. Au delà la propagation de la chaleur s'opère par conduction. Par ailleurs plus le "gel" est dense et plus le temps de montée en température est long. Un gros volume très épais peut être chauffé en deux fois, les temps de cuisson et de réchauffage étant courts. I1 faut disposer les "gels" de la façon la plus efficace sans surépaisseur. Il faut ménager des temps de repos, car l'émission de micro-ondes interrompue les "gels" continuent à se réchauffer par conduction (le processus des temps de repos en tant que tel est à négliger dans notre cas l'épaisseur de gel dépassant rarement 4 cm. Grâce aux réflexions sur les parois l'absorption d'onde se fait par dessus et dessous) et rien ne doit entraver le rayonnement des micro-ondes sur le gel et surtout pas l'enveloppe. Une bonne étude de la réaction des matériaux aux micro-ondes permettra de faire un choix. a) la matière est réfléchissante quand elle ne laisse pas passer les micro-ondes mais les réfléchit comme un miroir. Tous les métaux acier, cuivre, inox, aluminium sont à proscrire. b) la matière est absorbante lorsqu'elle devient le siège d'une production de chaleur dès qu'elle est soumise au rayonnement, c'est le cas des "gels" mais aussi de certains matériaux comme la terre poreuse (poterie non émaillée) qui sont souvent proscrits sauf pour maintenir au chaud certaines préparations et dans le cas du gel des charges fines (argile micronisée par exemple plus grosse en grain) à partir de ces produits emmagasinant de la chaleur mais avec l'inconvénient d'en absorber beaucoup d'un coup et de nécessiter un apport important de calories dès le départ. c) la matière est dite transparente quand elle est perméable aux micro-ondes : c'est le cas du verre, de la céramique, de la faience, de la porcelaine, de certaines matières plastiques, du papier normal, sulfurisé, non tissé et du carton enduit. Verre et matériaux vitrifiés résistent bien et sont chauffés dans un deuxième temps par conduction. Le bois comme récipient est à proscrire car il se déshydrate et se fend et chargé, il dégagerait de la vapeur d'eau ce qui entrainerait une phase gazeuse dans l'enveloppe sans necéssité. La matière absorbante préférentielle pour l'accumulateur sera un gel de polyéther uréthane (polyuréthane) ou un gel de silicone (plus onéreux à l'achat et donc en prix de revient). Moyens généraux de chauffe 1) four par contact sur foyer chaud, il y a réchauffement par conduction de l'air, des parois, des récipients, des supports et de l'élément à chauffer; 2) au "bain-marie" par contact avec l'eau; 3) au four à micro-ondes. Un des avantages de ce produit même si seuls les moyens de chauffage au four classique ou au "bain-marie" sont utilisés est de ne pas produire d'épanchement de liquide de quelque consistance que ce soit si l'enveloppe est crevée ou le bouchon de l'enveloppe mal fermé. Moyens de réfrigération de l'accumulateur : contact air, support dans un réfrigérateur, un congélateur, une pièce réfrigérée. Modalités de fonctionnement de l'accumulateur : exemples de mise en fonctionnement avec des moyens ménagers. Absorption à chaud Restitution gel seul - conduction four classique, conduction bain-marie - absorption micro-ondes gel + - conduction charge transparente four classique, bain-marie - micro-ondes : conduction absorption au niveau du gel puis chauffe des charges par conduction gel + - conduction charge transparente four, bain-marie, + absorbante - absorption du gel et des charges nécessite un apport trop important: conduction d'énergie (les charges peuvent se révéler onéreuse et difficile à mettre en oeuvre) Absorption à froid Restitution Quelque soit la composition gel avec ou sans charge : conduction conduction Ces produits gel polyuréthane ou silicone conservent longtemps l'état calorifique de départ après chauffage ou réfrigération. De surcroît l'adjonction de charges transparentes aux micro-ondes diminue le temps de mise en chauffe dans ce genre de four et abaisse le prix de revient par diminution de la matière gel, les charges ayant toutefois un très bon pouvoir d'accumulation des calories et des frigories. L'épaisseur optimale de 1 ' l'accumulateur est de 2 à 3 cm (parfois 4 si nécessaire). Dans le cas des chauffes directes au four à micro-ondes, les charges si elles sont transparentes aux ondes sont chauffées par conduction : du gel vers la charge. Le gel est un polymère viscoélastique par exemple de polyuréthane ou de silicones et ne comporte pas de phase aqueuse. Le gel ne doit pas être rigide (il peut avoir la consistance de la graisse) de façon à épouser les contours de la surface du corps ou est plaqué l'élément accumulateur. Le gel ne doit montrer que très peu de variation de ses propriétés mécaniques dans la plage des températures de - 30 à + 1000C. Les gels polyuréthanes résistent à + 1700C, les gels silicones à + 2000C. La densité du gel est voisine de 1. Les charges ne doivent pas comprendre de produits réfléchissants les micro-ondes. La proportion de charges est définie en fonction de l'équilibre recherché entre le temps de chauffe au micro-ondes, la chauffe du gel proprement dit et l'accumulation de chaleur consécutive par conduction dans ces charges Pour passer 500 grammes de gel pur de polyuréthane de 200C à 750C il faut 2 minutes environ dans un four micro-ondes de puissance moyenne. L'enveloppe très souple est de préférence en polyuréthane (résistant aux variations de température) perméable à la vapeur d'eau (de façon entre autres à éliminer celle qui a été "emprisonnée" à la fabrication), d'épaisseur optimale 50 microns, le polyéthylène pourrait à la rigueur convenir, ces films ont des capacités d'allongement à la rupture de 400 à 600%. Les charges dans l'accumulateur existent pour deux raisons; baisse du prix de revient effectif mais aussi action en deux temps dans l'accumulation d'énergie lors de chauffe au four à micro-ondes et restitution en un temps par conduction. Ces charges peuvent être des micro-billes de verre creux ou de préférence plein, d'oxyde de zirconium, de silicate d'aluminium vitreux d'un diamètre optimal de 50 à 300 microns, d'une densité la plus proche de celle du gel mais de diamètre très petit pour une répartition la plus homogène possible dans le gel avant, pendant et après sa réticulation. Des charges micronisées de silice colloldale ou d'argile (absorbant les micro-ondes) peuvent être utilisée mais en respectant les principales propriétés mécaniques du gel. Les charges conseillées dans les dimensions 50 à 300 microns seront pleines en verre sodocalcique (ou en verre plus solide à l'impact lors d'une frappe mécanique) pour des raisons de coût mais aussi pour leur transparence aux micro-ondes et donc leur faculté de permettre l'absorption de chaleur et son stockage en deux temps par l'accumulateur lors d'une chauffe à l'aide d'un four à micro-ondes à usage ménager. Cet accumulateur est stérilisable à la chaleur sèche ou humide à 1200C. Bien qu'ayant des propriétés bactériostatiques, ces gels peuvent être chargés en produits bactéricides. Le temps de conservation de la chaleur ou du froid par cet accumulateur au gel chargé ou non est supérieur à celui d'un produit aqueux, tels que bouillottes ou vessies de glace, de plusieurs heures. Bien que le gel sans charge ait en général une densité pratiquement égale à celle de l'eau, ceci peut s'expliquer par le fait que le gel est moins bon conducteur de la chaleur et la conserve plus longtemps mais aussi que lors de déplacements les constituants restent en place alors que dans une "bouillotte" l'eau de l'intérieur peut venir très vite au contact de la paroi extérieure et se refroidir. Les températures de chauffe ou de réfrigération de l'accumulateur sont conduites de façon à respecter ces caractéristiques physiques et les caractéristiques biologiques du sujet traité en présence de cet accumulateur de façon à ne pas brûler, ni "geler". De plus à cet effet, l'accumulateur peut être glissé dans une enveloppe en tissus plus ou moins gais et mieux en fourrure synthétique ou naturelle de type mouton frisé : de ce fait, le volume d'air entre la surface cutanée et l'accumulateur est augmentée de façon à ne pas brûler la peau et les tissus sous-jacents si l'accumulateur est très chaud ou très froid. Il est possible d'identifier et indiquer la température extérieure de l'accumulateur : par un adhésif, détaché d'un rouleau, à usage unique changeant de couleur à un certain degré de chaleur ou de froid défini à l'avance; : par un système fixe si il n'est pas trop rigide indicateur de température dont la couleur varie sur une échelle en fonction de la température à laquelle sont exposés ces systèmes existent sur supports simples que l'on peut coller sur l'enveloppe (devant ou derrière); : par un mouchard fixe indiquant la dégradation de l'accumulateur par la chaleur, ceci à des fins de sécurité, en effet, les moyens ménagers de production de chaleur sont suffisamment puissants pour que dans certains cas de températures trop élevées, les composants puissent être dégradés- Par le froid il y a moins de problèmes, les moyens ménagers mis à disposition ne descendent pas au-dessous de 300C. En cas de coupure de l'enveloppe : la plaie peut être talquée. Le marquage (non du fabricant, désignation de l'accumulateur, spécification, indicateurs de température) peut être fait - soit par sérigraphie sur l'enveloppe à l'extérieur ou à l'intérieur (les lettres étant inversées sur la face sérigraphiée -lisible dans un miroir-); - soit avec un "papier non tissé" à l'intérieur plaqué sur la face lors de la coulée du gel et ensuite au travers de 1 'enveloppe; - soit encore un adhésif marqué ne gênant pas les propriétés mécaniques de l'enveloppe collée à l'extérieur ou à l'intérieur. I1 va de soi que de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniquement équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Accumulateur d'énergie calorifique destiné à restituer lentement l'énergie, positive ou négative, emmagasinée caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe à l'intérieur de laquelle est inclus un gel réticulé. 2. Accumulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gel est constitué par polymérisation de polyuréthane ou de silicone à l'intérieur de l'enveloppe. 3. Accumulateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur uniforme de quelques centimètres. 4. Accumulateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gel inclût des charges constituées par des billes d'un diamètre de 50 à 300 microns en verre, oxyde de zirconium, silicate d'aluminium, silice colloïdale ou argile.