Brevet FR2696342A3 — publié le 19940408

FR 2696342 A3 19940408 FR 9106844 A 19910605 Nouveaux dispositifs permettant de refroidir une partie d'un lit dans un but thérapeutique Description La présente invention concerne divers dispositifs destinés à améliorer, à compléter, ou à remplacer les procédés décrits dans le brevet 90 12781. Le procédé correspondant à la revendication 1 dudit brevet a été expérimenté sur prototype. Les études se poursuivent sur ce procédé, et exploitent les résultats obtenus. Le présent brevet ne concerne que les applications de la revendication 2 (et suivantes) notamment en circuit ouvert. La réalisation en série d'un réservoir ultra plat et très souple en matière plastique ou élastique est facile à concevoir. Mais il est impératif de tenir compte de la pression éventuelle du fluide réfrigérant employé, afin de prévenir l'apparition de déformations gênantes. Or l'expérience montre que l'utilisation rationnelle de l'eau distribuée dans les communes françaises sera souvent particulièrement efficace et économique. Cette eau étant généralement distribuée sous une pression de quelques bars, elle impose certaines options relatives au choix du matériau, aux formes à prévoir, et aux types des renforts. L'étude fait apparaître deux types de solutions: - la première fait appel à deux circuits de fluides, un primaire et un secondaire, le primaire seul étant soumis à la pression imposée, - la seconde comporte un seul circuit, la résistance à la pression imposée étant obtenue, par exemple, à l'aide de raidisseurs. Dans la première solution, le primaire est constitué par des tubes circulaires de faible diamètre. Ces tubes seront noyés dans un réservoir plat et souple contenant le fluide secondaire. Ce réservoir ne sera soumis qu'aux contraintes résultant du poids du fluide contenu, et du contact avec les jambes du dormeur,sans oublier les conséquences accidentelles résultant de sa mise en place dans un lit. Il est souhaitable d'avoir dans le secondaire une température relativement uniforme, ce qui conduit à concevoir un tracé du primaire tel que les tubes plus ou moins froids (à l'entrée du primaire) avoisinent respectivement les tubes plus ou moins réchauffés (à la sortie du primaire), une compensation s'établissant ainsi dans le secondaire. dont la température variera aussi peu que possible autour de sa moyenne. Les zones périphériques n'étant soumises qu l'influence d'un seul tube, elles seront de surfaces réduites, et leur communication avec les zones centrales sera facilitée. L'échange de chaleur entre secondaire et primaire sera optimalisé par l'important développement imposé par le tracé, et en outre par le choix, pour les tubes, d'un matériau ayant une conductibilité maximale. La seconde solution fait appel à des réservoirs très plats dotés de raidisseurs solidement fixés, par collage par exemple à chacune des deux parois. Ces raidisseurs pourront aussi venir de fabrication avec l'une des parois, oêirceonstitués de deux parties respectivement solidaires de chacune des deux parois. Ils pourront encore être indépendants des parois mais constitueront alors un ensemble indéformable qui sera rendu solidaire des deux parois lors de la finition des réservoirs. Cette solution assurera une excellente précision. Le nombre et la forme des raidisseurs seront tels que les déformations des zones plates des parois seront limitées afin de n'entraîner aucune gène pour l'usager ni risques d'affaiblissement de la structure du réservoir. Les raidisseurs joueront un autre rôle important, car ils imposeront le système de circulation du fluide contenu dans le réservoir. Ce système pourra être simple, et assurera alors une circulation plus ou moins directe du fluide. Il sera parfois plus complexe si des impératifs spéciaux sont fixés, comme parfois prévus ci-après. L'échange de chaleur entre le patient et le réservoir-refroidisseur (que celui-ci contienne un fluide unique ou le flui de secondaire) sera obtenu par conduction (contact entre le réservoir eLlesJarbes du patient) mais aussi par convection (par l'intermédiaire, notamment, de l'air enfermé sous les draps) et même par rayonnement. L'échange de chaleur par conduction conduit à considérer la température du fluide refroidisseur, car le contact avec la peau, dont la température variera de 20 à 350C, peut être pénible si ce contact est durable, et si la température du fluide est inférieure à 150 et surtout à 10 C. La température de l'eau distribuée en France varie en général autour de 10 C, suivant la saison mais aussi suivant la situation géographique. Elle est fonction de la température moyenne annuelle du sol à un mètre environ de profondeur. L'influence combinée des deux paramètres peut conduire à des températures possibles variant de 5 à 15 C. Il sera donc souvent nécessaire de réchauffer l'eau entre son point d'arrivée et le réservoir. Cette sujétion est facile à satisfaire, s'il existe deux circuits, au moins approximativement. Il sera possible, en effet, de faire varier la température moyenne dans le secondaire (le réservoir) en faisant varier le débit de l'eau dans le primaire. L'apport de chaleur humaine restant à peu près constant, comme la température de l'eau reçue, une réduction du débit entraînera un relèvement de la température de sortie du primaire, et donc de la température moyenne. Il serait même possible de placer un thermostat dans le réservoir qui agirait sur un robinet de réglage monté sur le primaire. Un tel dispositif parait un peu lourd pour une installation privée. Mais une possibilité de réglage grâce à un robinet manuel précis sur le primaire répondre à cette demande éventuelle. Il n'en sera pas de même si le réseau est unique. Si l'eau de ville est envoyée directement dans le réservoir elle sera souvent beaucoup trop froide. Il faudra donc la réchauffer. Une solution techniquement parfaite existe: le recyclage de l'eau sortant du réservoir refroidisseur. Pour l'analyser, il est indispensable de noter les données thermiques. La chaleur dégagée par le corps humain varie suivant les individus, leur âge, leur sexe, et leur activité. Au repos, elle est généralement un peu inférieure à 100 Watt. Une personne âgée (ce qui sera souvent le cas, en 1 'occuren- ce) évacuera, au cours de son sommeil, une quantité de chaleur sensiblement moindre. En outre, une partie de cette chaleur sera diffusée sous forme latente (respiration), et une autre partie par la fraction du corps émergeant des draps. Dans la suite, la quantité de chaleur dégagée sous les draps est évaluée à 42 Watt, et elle est exprimée, par commodité, en kilocalories par heure, soit 48 Kcal/h. Si l'on suppose, dans le cas présent, un débit, pour l'eau de refroidissement, de 24 Kg/h, sa température sera relevée de 68 : 24 = 2 C. Avec une température d'entrée de 10 C, la sortie sera à 12, et la température moyenne de 11 C. Pour parvenir, par exemple, à 180C à l'entrée du réservoir, 20 à la sortie, et 19 en moyenne, il faudra réaliser le mélange suivant: 4,8 kg d'eau nouvelle, et 19,2 d'eau recyclée car 4,8 x 10 + 19,2 x 20 = 424 = 24 x 18. Avec 6 kg d'eau nouvelle, le mélange sera à 160 à l'entrée du réservoir et 17, en moyenne. Avec 8 kg d'eau nouvelle, la moyenne s'abaisse à 15 C. A noter que la variation du débit au dela de 24 kg/h n'améliore pas sensiblement le résultat. Comment obtenir la température optimale ? Il serait facile, certes, de prévoir à la sortie du réservoir une vanne à trois voies qui déchargerait à l'égout une partie de l'eau, le reste étant recyclé. Cette vanne serait asservie à un thermostat placé au centre du réservoir. Mais une petite pompe de circulation devient indispensable. Cette solution, acceptable dans une clinique, parait exclue chez un particulier dans l'état actuel des matériels. Un autre procédé peut être envisagé: L'eau neuve venue du réseau de distribution dispose, lors de son entrée dans le circuit, d'une certaine énergie dynamique, qui est fonction desa#massè#et de sa vitesse. En l'injectant, à travers un ''mélangeur-éjecteur', dans de l'eau sortant du réservoir-refroidisseur, on peut obtenir llentrainement (l'éjection) d'une partie de cette eau. On disposera ainsi d'un mélange dans lequel se retrouvera une partie de l'énergie disponible en amont, la perte d'énergie résultant du rendement du mélangeur-éjecteur. Si le mélange a une masse cinq fois plus élevée que le liquide moteur, comme c'est le cas dans un exemple précédent, la vitesse du fluide moteur à son arrivée dans le circuit sera beaucoup plus grande (six ou sept fois au moins, en fonction du rendement déja évoqué) que celle de l'eau mélangée. Cela pourra poser des problèmes difficiles à résoudre. Le procédé ne sera donc applicable que dans des cas très favorables. Il est possible d'obtenir autrement le résultat recherché, en organisant la récupération de la chaleur de l'eau sortant du réservoir-refroidisseur au bénéfice de l'eau nouvelle. Les écarts de température entre les deux circuits étant faibles, et les écarts dans chaque circuit du même ordre de grandeur, l'échangeur n'aura un bon rendement que s'il est du type "à contre-courant". Si l'eau du réseau urbain est à 10 C, et celle du réservoirrefroidisseur à 150(entrée) et 200 (sortie), l'eau neuve viendra se réchauffer d'abord avec l'eau à 150 pour terminer son réchauffement avec l'eau à 200 C. Un autre dispositif reste cependant possible. L'eau neuve pourra être envoyée dans un circuit de tubes immergés à 1 'in- térieur du réservoir-refroidisseur. Elle se réchauffe au fur et à mesure du réchauffement provoqué par la chaleur humaine. Elle est ensuite réinjectée dans ce même réservoir coté entrée. Mais l'échangeur n'étant plus à contre-courant, la surface d'échange devra être nettement plus élevée, à températures semblables, que dans le cas précédent. Ces divers dispositifs, d'apparence complexe, ont pour objet de résoudre par des moyens simples un problème rendu parfois difficile par les diverses températures. Mais ils ne doivent pas conduire à négliger la solution élémentaire d'un simple réservoir dans lequel circulera une eau non traitée thermiquement, les précautions contre la pression étant supprimées par l'absence de toute obturation à la sortie, le robinet de réglage et la vanne d'arret étant disposés en amont du réservoir-refroidisseur. Cette solution n'est nullement exclue dans certains cas favorables, et par exemple dans le sud de la France, où l'eau du réseau peut ne jamais descendre au dessous de 12 C, et être toujours pratiquement voisine de 150. Il pourra suffire, dans ce cas d'obtenir un circuit d'eau très lent permettant d'obtenir une température moyenne comprise entre 15 et 20 C. Dessins Les figures 1 et 2 représentent un réservoir-refroidisseur simple en plan et en coupe. Le réservoir-refroidisseur, dans cette figure comme dans les suivantes est dessiné à une échelle de l'ordre de 0,15, mais ses dimensions sont un peu arbitraires, l'expérience pouvant conduire à des valeurs très différentes. Le corps (1) constitue une sorte de sac étanche. L'eau y pénètre par un tube (3) muni d'une vanne d'arret (5) et d'un robinet de réglage (4). Le tracé de sa circulation lui est imposé par les raidisseurs (2). Ce tracé est figuré par des flèches. La température de l'eau admise à l'entrée est de 140 C, et est supposée s'élever progressivement jusqu'à 200 à sa sortie. L'eau est évacuée par le tube (6). Le débit d'eau est de l'ordre de 8 l/h. Température moyenne 17 C. La figure 2 est une coupe transversale de la figure 1. La figure 3 montre un réservoir-refroidisseur doté d'un système de réchauffage de l'eau du réseau par un échangeur à contre-courant.L 'eau nouvelle (supposée à 10 C) pénètre par le tube (23), traverse, grâce au tube (24) un cylindre (7) rempli par l'eau sortant du réservoir (1). Températures: 10/15 pour l'eau neuve, et 21/16 C pour l'eau réchauffante. L'eau neuve sortant de l'échangeur est conduite vers le réservoir (1) par le tube (3) et circule en produisant son effet de refroidissement. Elle en sort,tube (6) pour traverser le cylindre (7) avant d'être évacuée par le tube (16). La figure 4 illustre une autre technique de récupération de la chaleur par échangeur. L'eau neuve (supposée à 12 C) pénètre toujours par un tube (3), mais pour entrer dans un serpentin (8) représenté schématiquement, et immergé dans le réservoir-refroidisseur (1). Celui-ci, qui capte la chaleur du dormeur, voit sa température progresser, et réchauffe le serpentin. L'eau, en sortant de celui-ci, est reprise par un tube de transfert (9) et injectée par des orifices (10) dans le réservoir où elle continue à se réchauffer, avant d'être extraite pEt des tubes (11) puis évacuée par le tube (6). Les températures dans le serpentin, de 12 à 17 C, sont inscrites à coté de ce serpentin. Les températures de l'eau du réservoir, de 17 à 22 C3 sont inscrites à l'intérieur de petits cercles. La figure 5 montre le fonctionnement d'un recyclage automatique. Une vanne à trois voies (13) reçoit l'eau, en quantités variables, par un tube (3) pour l'eau neuve, et un tube (15) pour l'eau déja réchauffée dans un réservoir (1). L'eau mélangée sortant de la vanne est aspirée par une pompe (12), puis refoulée dans le réservoir refroidisseur (1). Le débit de la pompe étant sensiblement constant, une partie de l'eau sortant du réservoir (1) est évacuée par le tube (6). Un thermostat (14) plongeant dans l'eau avant son passage dans la pompe comporte une température de consigne réglable manuellement et fait varier l'ouverture des voies d'admission de la vanne afin que cette consigne soit respectée. La figure 6 schématise le fonctionnement d'un mélangeuréjecteur. L'eau neuve est introduite dans le mélangeur (16) par un tube (3), muni d'une vanne d'arret (5) et d'un robinet de réglage (4). Un ajutage (17) prolonge le tube (3) et accélère la vitesse de l'eau. Celle-ci débouche dans le réservoir (16) et entraîne une partie de l'eau plus ou moins inerte (18) qui entoure l'ajutage. L'eau circule ensuite dans le réservoir-refroidisseur (1) et se réchauffe. Elle en sort ensuite, une partie étant aspirée à travers le tube (19) vers le réservoir (16), le reste étant évacué par le tube (6). L'eau recyclée, supposée à 200C se mélange à l'eau neuve,sup posée à 10#, et permet d'obtenir un mélange à une température intermédiaire, supposée ici à 16 C. Le réglage de cette température s'obtient en ajustant le débit de l'eau neuve, par le robinet (4), et par action sur le mélangeur-éjecteur. Les figures 7, 8 et 9 représentent un dispositif comportant un circuit primaire et un circuit secondaire. Le circuit primaire est constitué essentiellement par le serpentin 21. L'eau neuve y parvient par le tube (3), muni d'une vanne d'arret (5) et d'un robinet de réglage (4), et est ensuite rejetée par le tuyau (6). Le serpentin (21) est totalement immergé dans l'eau contenue dans le réservoir-réfrigérant (1), eau qui constitue le circuit secondaire. La figure 7 est une vue en plan. La figure 8 est une coupe montrant la position dans le réservoir, dont on voit les parois (25) en coupe, des tubes (21) du serpentin, et des cales (22) jouant le rôle de raidissseurs. La figure 9 est une vue ouverte en plan montrant la disposition détaillée des cales (22), le serpentin n'apparaissant dans cette figure que par l'axe des tubes qui le constituent (traits mixtes). L'eau du circuit secondaire circule librement entre les tubes en partie inférieure, et autour des cales dans la partie supérieure, ces cales étant séparées les unes des autres.Le réglage de la température dans le réservoir s'obtint par variation du débit dans le serpentin (21). Le réservoir-refroidisseur comporte un trou de vidange (20) permettant de procéder au renouvellement éventuel de l'eau contenue, et au nettoyage du réservoir. Revendications 1.- Dispositif permettant de refroidir une partie d'un lit dans un but thérapeutique, caractérisé par l'existence de deux circuits (primaire et secondaire) dont seul le primaire est susceptible d'être soumis à une pression spécifique, et dont le secondaire est constitué par le réservoir-refroidisseur servant d'intermédiaire au transfert de chaleur entre patient et circuit primaire. 2.- Dispositif selon la revendication 1 ci-dessus, caractérisé par l'existence d'un serpentin (21) immergé dans le secondaire (1) serpentin qui constitue le circuit primaire et dont le tracé a pour objet d'obtenir une température aussi uniforme que possible dans le circuit secondaire. 3.- Dispositif selon les revendications 1 et 2 ci-dessus, caractérisé par le réglage de la température moyenne dans le secondaire grâce aux variations de débit dans le primaire. 4.- Dispositif selon 1g revendication d a caractérisé par 15existence d'un seul circuit desservant le réservoir-refroidisseur. 5.- Dispositif selon la revendication 4 ci-dessus, caractérisé par le réglage de la température à l'aide d'un recyclage de l'eau déja utilisée, effectué par un dispositif asservi comprenant notamment une vanne-trois-voies (13), un thermostat (14) et une pompe de circulation (12). Dispositif selon la revendication 4 ci-dessus, caractérisé par l'existence d'un mélangeur-injecteur (16) dans lequel l'aspiration de l'eau recyclée (10) est obtenue en utilisant la force vive de l'eau fournie par un réseau extérieur, eau introduite à l'aide d'un tube muni d'un ajutage (17), ce qui permet d'obtenir dans le réservoir-refroidisseur un mélange dont la température est aussi proche que possible de la valeur souhaitée pour le confort du dormeur. 7.- Dispositif selon la revendication 4 ci-dessus, caractérisé par un réchauffage préalable de l'eau neuve à l'aide d'un échangeur (7) à contre-courant, dans lequel la chaleur est fournie parl'eau déja utilisée (6). 8.- Dispositif selon la revendication 4 ci-dessus, caractérisé par un réchauffage préalable de l'eau neuve au travers d'un serpentin( 8)immergé dans le réservoir-refroidisseur dont l'eau est simultanément réchauffée par la chaleur dégagée par le patient et refroidie par la chaleur fournie au serpentin à la sortie duquel l'eau, ainsi attiédie, est ensuite introduite dans le réservoir-refroidisseur où elle participe à la double opération de fourniture et de récupération de chaleur décrite ci-dessus avant d'être évacuée.