Brevet FR2789481A1 — publié le 20000811

La présente invention concerne un dispositif thermodynamique de régulation thermique destiné à objet, tel une chaussure, soumis à un éventuel différentiel de température. Un tel dispositif trouve essentiellement son application dans les chaussures, les chapeaux et les vêtements ou équivalents, généralement pour refroidir une partie susceptible de s'échauffer ou pour réchauffer une partie susceptible de se refroidir. On décrira ci-après plus particulièrement, mais de façon non limitative, une application au refroidissement et au chauffage d'une chaussure. On sait que les pieds génèrent un dégagement de chaleur du fait, d'abord, de la chaleur naturelle dégagée par l'homme, ensuite, du fait de l'activité physique de cet homme. Si la température qui règne à l'intérieur de la chaussure, entre le pied et la chaussure proprement dite, est élevée, alors il peut s'en suivre une gêne; on dit alors que le pied respire mal. Cette situation se traduit souvent par une transpiration avec tous les désagréments que l'on connaît du point de vue de l'hygiène et de l'odeur. On sait également que par temps très froid, la chaleur dégagée par les pieds est insuffisante et peut conduire à des gelures parfois irréversibles, ce qui peut se rencontrer lors des expéditions polaires ou en haute montagne. On connaît déjà de nombreux systèmes qui visent à faire diminuer ou augmenter la température régnant au niveau du pied. Certains facilitent l'évacuation de cette chaleur dégagée par le pied par une aération, d'autres diffusent par une source réfrigérante un air rafraîchi à l'intérieur de la chaussure. On connaît de EP-A-0717940 un dispositif de ventilation et de pompage d'air depuis l'atmosphère ambiante jusqu'à l'intérieur de la chaussure ou inversement. La semelle est pourvue d'un sac formant pompe à air lorsque l'utilisateur d'une telle chaussure se déplace. Le sac comporte une sortie disposée dans la semelle intérieure de la chaussure. Là encore, le pied de l'utilisateur obture naturellement cette sortie, rendant totalement inefficace le système. On connaît également des systèmes comme ceux décrits dans le brevet français BERNIER-LEPINE- SOKOLOW N 9804945 portant sur un système a détente de Joule. Ces systèmes permettent certes un chauffage et refroidissement du pied, mais avec une performance insuffisante en cycle 1 0 froid. La présente invention se place dans ce contexte et a pour but d'obvier à ces inconvénients. La présente invention a également pour but de déterminer un dispositif simple, peu coûteux, fiable et sans risque pour une régulation thermique d'un objet, tel qu'une chaussure, mais non exclusivement, lorsqu'il est soumis à un échauffement ou à un refroidissement. L'invention a également pour but un tel dispositif nouveau dont l'efficacité puisse être réglable. L'invention a également pour but un tel dispositif autonome qui puisse être rechargé en calories ou en frigories. Selon la présente invention, le dispositif comprend au moins un cycle thermodynamique en relation d'échange thermique par conduction vers l'intérieur de la chaussure, constitué par un système à deux niveaux de pression, à compression activé par la marche ou par un système à sorption solide pouvant être logés dans une enceinte prévue dans l'objet. Selon un mode préféré de réalisation, le cycle thermodynamique utilisé est un cycle en circuit ouvert à tube de Ranque, la paroi intérieure de l'enceinte présente une partie en un matériau thermiquement conducteur dans lequel sont logés des canaux souples formant ainsi échangeur de chaleur ou de froid, un compresseur placé sous la semelle ou le talon constitué par une membrane se déformant lors de la marche permet ainsi la compression de lI'air, le dispositif est complété par un organe de détente permettant d'ajuster le niveau de chaleur ou de froid, ainsi que par un échangeur de chaleur intermédiaire. De façon avantageuse, un système inverseur, situé dans le talon, permettra de modifier le positionnement de l'échangeur intérieur par rapport au compresseur, le dispositif produira alors de la chaleur, du froid ou sera mis à I 'arrêt suivant la position choisie de l'inverseur. De préférence, une couche de matériau isolant assure la séparation entre la partie utile de l'échangeur intérieur et le reste du dispositif. De préférence également, I'ensemble des valves et organes de détente seront placés dans un cylindre constituant le dispositif inverseur qui les mettra en relation avec les différents conduits permettant de relier ces éléments au compresseur, à l'échangeur intérieur, à l'échangeur intermédiaire ou à l'atmosphère extérieure. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de différents modes de réalisation donnés à titre non limitatif et à laquelle une planche de dessins est annexée sur laquelle: La Figure 1 représente schématiquement une chaussure équipée du dispositif selon l'invention représentée en cycle refroidissement; La Figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation du compresseur; La Figure 3 représente schématiquement un autre mode de réalisation du compresseur; La Figure 4 représente schématiquement le dispositif de détente à tube de Ranque; La Figure 5 représente schématiquement l'échangeur intérieur à la semelle de chaussure; La Figure 6 représente schématiquement en position chaud le dispositif inverseur permettant de passer du cycle refroidissement au cycle chauffage; On se référera maintenant aux Figures qui viennent d'être succinctement décrites et relatives à un mode de réalisation destiné (mais non limitatif) au refroidissement d'une chaussure. La Figure 1 représente schématiquement en phase refroidissement une chaussure équipée conformément à l'invention fonctionnant selon un cycle ouvert à tube de Ranque. Une enceinte fermée déformable (11) joue le rôle de compresseur d'air. La pression du pied comprime à une pression de quelques bars l'air contenu dans l'enceinte (11), la compression a pour effet de chauffer I'air, celui ci est refoulé par le tube (10) puis le clapet (14) vers l'échangeur formé par le ou les tubes (16). Ces tubes seront placés de préférence sur un même plan horizontal que le tube (17) avec lequel ils échangeront de la chaleur. Le mode de représentation permet de mieux comprendre le principe de fonctionnement. L'air refroidi sortant des canalisations (16) est ensuite admis dans le détendeur (19) l'air détendu à la pression atmosphérique se sépare en deux, une partie se réchauffe et est rejetée à l'extérieur en (S2) par la canalisation (12), l'autre partie centrale se refroidit et sort en (15) pour se diriger vers la semelle conductrice thermiquement en contact avec le pied, assurant l'effet utile de refroidissement. L'air sort ensuite en (18) puis passe dans le tube (17) en relation d'échange thermique avec les tubes (16). L'air se réchauffe dans les tubes (17) avant d'être rejeté à I'extérieur par l'orifice (S1). Lorsque le pied se soulève du sol, I'enceinte (11) revient à sa position initiale et crée ainsi une dépression dans celle ci. Ceci a pour effet d'aspirer l'air extérieur qui pénètre dans le dispositif par l'orifice extérieur (13). Le fait de reposer le pied sur le sol va comprimer l'air enfermé dans l'enceinte (11) pour redémarrer un nouveau cycle. Dans la représentation, le compresseur est du type à membrane (11) dont une des parois au moins est déformable, mais il pourra être d'un autre type, à piston par exemple. La Figure 2 représente le détail du compresseur en version compresseur à membrane genre " Corblin ". Celui ci est constitué par une membrane déformable (20,23) en relation avec un orifice (21) et une tubulure (22). Lorsque le pied est posé sur le sol, la membrane se déforme de (20) à (23), I'air ainsi comprimé dans la membrane est refoulé vers la tubulure (22). Inversement lorsque le pied se relève, la membrane revient à sa position initiale (20) pour former un nouveau cycle. La Figure 3 représente une variante du compresseur dans laquelle un piston (33) se déplace sous l'action du pied dans un cylindre (30). L'orifice (31) permet l'évacuation de l'air comprimé vers la tubulure (32), le piston se trouve alors au point mort haut (34). Lorsque le pied n'est plus au sol, le piston (33) revient au point mort bas tel représenté sur la figure, grâce à la présence d'un ressort de rappel (35), aspirant ainsi l'air provenant de la tubulure (32). La figure 4 représente l'organe de détente (41) à tube de Ranque. L'air provenant du compresseur est admis par la tuyauterie (43) il entre ensuite dans le vortex qui comporte en partie centrale un orifice (44) relié à une tubulure de sortie (45) et une périphérie en relation avec une sortie (46). L'effet vortex fait que l'air allant vers la tuyauterie (44) se refroidit, alors que l'air sortant par la tuyauterie (46) se réchauffe. Un organe de réglage (42) va obturer plus ou moins partiellement la sortie (46), ce qui a pour effet de régler la température de l'air entrant dans l'orifice (44). Si l'organe de réglage laisse le passage complètement ouvert en (46), alors l'air sortant par la tuyauterie (45), pour se diriger vers l'échangeur de la semelle, sera le plus froid. La figure 5 représente un exemple de réalisation de l'échangeur compris dans la semelle intérieure (51) de la chaussure. L'air y pénètre en (52) et se répartit ensuite vers une série de canaux (54,55,56) afin de mettre en relation d'échange thermique efficace la semelle avec le pied. Après cet échange thermique, I'air ressort de la semelle par la tuyauterie (53). La semelle intérieure (51) est distincte de la semelle en contact avec le sol (non représentée), les deux semelles extérieure et intérieure (51) seront isolées thermiquement l'une de l'autre par une couche de matériau adapté. La figure 6 représente le composant permettant d'assurer l'inversion "froid ", "chaud ", "arrêt " du dispositif selon l'invention. Il s'agit d'un cylindre mobile en rotation (61), tournant dans un cylindre fixe (62) placé par exemple dans le talon de la chaussure. Le cylindre (61) pourra aussi comprend tous les organes tels les clapets du compresseur (11) ainsi que le détendeur (41) et son dispositif de réglage (42). (non représentés sur la figure 6). D'une façon non représentée sur la figure 6, le dispositif de réglage de la détente (11) sera placé au centre du cylindre (61) afin de faciliter le réglage du dispositif chauffant ou refroidissant. Le cylindre (61) possède trois positions que l'utilisateur pourra choisir par simple rotation "froid ", "chaud ", "arrêt ". Dans la position " froid ", figure 6, le cylindre (61) met en relation l'entrée (64) avec la sortie (65), ainsi que l'entrée (66) avec la sortie (63). L'entrée (64) étant en relation avec la sortie (45) du détendeur (41) de la figure 4; la sortie (65) est, elle en relation avec l'entrée (52) de la semelle intérieure de la figure 5. D'un autre côté, I'entrée (66) est en relation avec la sortie (46) du détendeur (41) de la figure 4; la sortie (63) est, elle en relation avec l'évacuation extérieure (S2) de la figure 1. Dans la position " chaud ", figure 6, le cylindre (61) met en relation l'entrée (64) avec la sortie (63), ainsi que l'entrée (66) avec la sortie (65). L'entrée (64) étant en relation avec la sortie (45) du détendeur (41) de la figure 4; la sortie (65) est, elle en relation avec l'entrée (52) de la semelle intérieure de la figure 5. D'un autre côté, I'entrée (66) est en relation avec la sortie (46) du détendeur (41) de la figure 4; la sortie (63) est, elle en relation avec l'évacuation extérieure (S2) de la figure 1. Dans la position " arrêt ", non représentée, le cylindre met uniquement en relation l'entrée (66) avec la sortie (46) du détendeur (41) de la figure 4; la sortie (63) est, elle en relation avec l'évacuation extérieure (S2) de la figure 1. L'utilisation du dispositif selon l'invention aura déjà été compris de l'homme du métier. L'utilisateur doit positionner le dispositif en position " froid ", " chaud " ou " arrêt ". Le simple fait de marcher a alors pour effet de comprimer le gaz contenu dans le compresseur à membrane démarrant- ainsi un cycle ouvert à tube de Ranque. Le réglage de l'action de chauffage ou de refroidissement peut se faire par ailleurs simplement en agissant sur la molette du détendeur. Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère actuellement être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident que l'Homme de l'Art pourra y apporter différents changements et modifications sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini ci- apres. Par exemple, les talons et les semelles pourront posséder chacun leur dispositif indépendant. Autre exemple, les ensembles thermodynamiques à compression peuvent être multiples, être amovibles de la chaussure et positionnes dans un sens ou dans l'autre. Dans l'exemple décrit et représenté de l'application du dispositif à une chaussure, être fixés latéralement de part et d'autre de semelle, ou bien être encastrées dans la semelle, ou bien être fixées à la face supérieure de la chaussure. Autre exemple, le compresseur (11) pourra être isolé thermiquement du sol par une semelle isotherme afin de ne pas perdre de chaleur de compression pour les applications polaires notamment. D'autres applications peuvent aussi être envisagées avec pour élément moteur du compresseur la main ou une autre partie du corps, en lieu et place du pied. REVENDICATIONS 1 - Dispositif thermodynamique de régulation thermique destiné à objet soumis à un éventuel différentiel de température, caractérisé en ce qu' il comprend au moins un compresseur mu par la pression du pied ou par une autre partie du corps etqu' il comporte deux parties à pression différentes, reliées par un organe de détente (41) à effet vortex. 2- Dispositif thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comporte un compresseur (11) dont l'action d'aspiration refoulement s'effectue par pression du pied sur la membrane. 3- Dispositif thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comporte un compresseur à piston (33) se déplaçant dans un cylindre (30). 4- Dispositif thermodynamique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le piston comporte un ressort de rappel (35). - Dispositif thermodynamique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe de détente (41) est réglable de l'extérieur, par un organe (42) permettant d'ajuster le niveau de chaleur ou de froid. 6- Dispositif thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre (61) est mobile dans le cylindre fixe (62) et comporte au moins deux positions assurant l'inversion de cycle permettant de passer de la position chauffage à la position arrêt ou froid et inversement. 7- Dispositif thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre (61) contenant l'ensemble des éléments de détente (41), clapets (13, 14) en relation avec un cylindre fixe (62) sur lequel aboutissent au moins les tubulures de liaison au compresseur (11) et à la semelle intérieure (51). 8- Dispositif thermodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une semelle intérieure (51) comportant un orifice d'entrée d'air (52) et de sortie d'air (53), ainsi qu'un ensemble de canaux (54, 55, 56...) en relation d'échange thermique avec la plante du pied.