Brevet FR2998452A1 — publié le 20140530

La présente invention se rapporte à un casque de protection, et plus particulièrement à un casque de protection comprenant un système de thermo-régulation en relation d'échange thermique avec l'intérieur du casque à réchauffer ou refroidir. La présente invention trouve une application privilégiée dans le domaine des casques pour motocycliste, mais n'est bien entendu pas limitée à ce domaine et peut également être envisagée pour des casques à destination de militaires, cyclistes, pompiers, forces de l'ordre, pilotes automobile, de travailleur sur chantier, etc. L'invention concerne la problématique de la régulation thermique de l'intérieur d'un casque, et notamment son refroidissement. En effet, dans un environnement chaud, en particulier en période estivale, on constate que l'intérieur du casque monte rapidement en température, entraînant gêne et inconfort, au risque de voir le porteur du casque le retirer et donc s'exposer à un choc par l'absence du casque. Pour réguler thermiquement un casque, il est connu, notamment des documents US2006101556, US2008155991 et GB2475922, d'utiliser un système fonctionnant par effet Peltier, employant des matériaux conducteurs électriques impactant fortement sur le coût du casque. Il est également connu du document US2011078845 d'employer une poche de gel préalablement refroidi ou réchauffé, et de la placer dans le casque devant un ventilateur qui dissipe dans le casque la chaleur ou le froid généré par la poche de gel, avec des inconvénients multiples : long délai pour refroidir la poche de gel, présence d'un ventilateur inesthétique et encombrant, manque d'autonomie. L'état de la technique peut être également illustré par l'enseignement de la demande W011098761. Dans cette demande est décrit un casque intégrant une réserve de gaz comprimé relié à un tube ou une membrane poreuse disposé à l'intérieur du casque pour distribuer le gaz à une température réduite, avec des inconvénients multiples : faible autonomie, coût et difficulté de se procurer du gaz comprimé. Le document EP0954994 divulgue une centrale de réfrigération par compression reliée à l'entrée d'une tubulure interne d'un casque via un tube d'alimentation dans laquelle circule un fluide réfrigérant, et reliée à la sortie de cette même tubulure via un tube de sortie. Cette centrale étant particulièrement encombrante et lourde, elle est montée sur le motocycle et le conducteur doit brancher les deux tubes sur son casque. Ce type de réfrigération par compression est particulièrement coûteux, voire même dangereux pour le conducteur avec ces tubes libres de le gêner lors de sa conduite, sans compter les opérations de branchement/débranchement des tubes qui peuvent conduire à des pertes de fluide rédhibitoires. La présente invention a pour but de résoudre en tout ou partie les inconvénients précités, en proposant un casque muni d'un système de thermorégulation efficace, avec une faible consommation énergétique, et qui ne nuise pas à l'aspect esthétique du casque. A cet effet, elle propose un casque de protection comprenant un système de thermo-régulation en relation d'échange thermique avec l'intérieur du casque à réchauffer ou refroidir, remarquable en ce que le système de thermo-régulation est du type système à absorption liquide utilisant un couple de deux fluides, respectivement frigorigène et absorbant, intégrant en circuit fermé : - un générateur pourvu d'une enceinte pour les fluides et d'un dispositif de chauffage électrique des fluides présents dans ladite enceinte ; - un condenseur avec une entrée en liaison fluidique avec le générateur ; - un évaporateur constitué d'un tube dit d'évaporation présentant, d'une part, une entrée en liaison fluidique avec une sortie du condenseur via une canalisation sur laquelle est disposée une soupape de détente et, d'autre part, une sortie en liaison fluidique avec le générateur, ledit tube d'évaporation étant disposé à l'intérieur du casque et en relation d'échange thermique avec l'intérieur du casque. Ainsi, l'invention est basée sur une thermo-régulation du casque par la mise en oeuvre d'un système à absorption liquide, autrement appelé système à absorption. Contrairement aux systèmes de réfrigération par compression qui produisent du froid en comprimant un fluide, dans un système à absorption liquide, la compression mécanique est remplacée par une compression thermique. Un système à absorption liquide met en oeuvre des changements de phase (liquide/vapeur) d'un fluide frigorigène qui sont provoqués grâce à un apport de chaleur dans le générateur, autrement appelé bouilleur ou désorbeur. Le fonctionnement bien connu d'un système à absorption liquide 35 est le suivant, sans entrer pour autant dans les détails des cycles thermodynamiques : le mélange riche en fluide frigorigène est chauffé dans le générateur au moyen du dispositif de chauffage. Le fluide frigorigène se vaporise et se sépare de l'absorbant, puis est envoyé vers un cycle classique condenseur/détendeur/évaporateur. Lors de ce cycle, de la chaleur est rejetée au niveau du condenseur et de la chaleur est prélevée au niveau de l'évaporateur, assurant ainsi la régulation thermique ou le refroidissement à l'intérieur du casque. Le mélange pauvre en fluide frigorigène présent dans le générateur « aspire » le fluide frigorigène en sortie de l'évaporateur (via un absorbeur ou par capillarité) et le cycle peut recommencer. Selon une caractéristique, le tube d'évaporation forme une tubulure 10 en serpentin, notamment répartie sur au moins 30 à 50 % de la surface interne du casque. La forme en serpentin, la longueur du tube, les dimensions du tube sont prédéterminées pour assurer la thermo-régulation à la température sensiblement constante souhaitée, en fonction notamment du mélange de 15 fluide utilisé. Selon une autre caractéristique, le casque comprend une coque externe rigide et une calotte interne de garniture, réalisé notamment en polystyrène expansé, et le tube d'évaporation est disposé à l'intérieur de la calotte interne. 20 Ainsi, en insérant le tube dans la calotte interne, on protège le tube contre les chocs, et on protège le conducteur en cas de fuite car l'essentiel de la fuite serait épongé par une telle calotte interne. Dans une réalisation particulière, le condenseur est disposé à l'intérieur de la calotte interne, et la coque externe et la calotte interne 25 présentent chacune au moins une ouverture dite d'aération en face du condenseur pour assurer une aération du condenseur par l'air extérieur au casque via lesdites ouvertures d'aération prévues dans la coque externe et dans la calotte interne. Une telle aération est particulièrement avantageuse pour permettre 30 le refroidissement du condenseur qui rejette de la chaleur pendant le cycle thermodynamique. Avantageusement, le condenseur et les ouvertures d'aération sont localisés sur l'arrière du casque, sensiblement dans un plan médian du casque, avec de préférence au moins un organe de déviation saillant de la coque 35 externe pour orienter le flux d'air extérieur en direction desdites ouvertures d'aération. Dans un mode de réalisation particulier, le système à absorption liquide intègre dans son circuit fermé un absorbeur intercalé entre la sortie du tube d'évaporation et le générateur. Ainsi, lors du cycle thermodynamique, le mélange pauvre en frigorigène présent dans le générateur retourne dans l'absorbeur, ce mélange pauvre en frigorigène « aspire » le fluide frigorigène en sortie de l'évaporateur qui est absorbé par l'absorbant et est renvoyé vers le générateur (notamment par capillarité ou au moyen d'une pompe électrique). Selon une possibilité de l'invention, le système à absorption liquide intègre dans son circuit fermé un séparateur intercalé entre le générateur et l'entrée du condenseur, ledit séparateur étant également en liaison fluidique avec l'absorbeur. Le séparateur renforce la séparation entre frigorigène et absorbant avant d'envoyer le frigorigène vaporisé dans le condenseur. Selon une autre possibilité de l'invention, le casque comprend en outre un système d'alimentation électrique du dispositif de chauffage électrique, ledit système d'alimentation électrique comprenant une connexion électrique sur le casque pour raccorder le dispositif de chauffage électrique avec une source externe d'électricité. Conformément à une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le système d'alimentation électrique comprend en outre une batterie électrique rechargeable. La présente invention concerne également la caractéristique selon laquelle le couple de deux fluides comprend l'un des couples choisis dans la liste suivante : - le fluide frigorigène est de l'ammoniac et le fluide absorbant est de l'eau ; - le fluide frigorigène est de l'eau et le fluide absorbant est une solution saline, notamment une solution de bromure de lithium. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 30 apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un casque conforme à l'invention, avec sa coque externe partiellement retirée ; 35 - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un casque conforme à l'invention, partiellement coupé dans un plan médian ; - la figure 3 est une vue agrandie de la zone III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue schématique d'un système à absorption selon une première réalisation ; - la figure 5 est une vue schématique d'un système à absorption selon une deuxième réalisation ; - la figure 6 est une vue schématique d'un système à absorption selon une troisième réalisation ; et - la figure 7 est une vue schématique en perspective d'un casque conforme à l'invention, avec un branchement électrique vers une source externe d'électricité. En référence aux figures 1 et 2, un casque 1 conforme à l'invention comporte ; - une coque externe 10 rigide, et réalisée notamment en matériau composite ; - une calotte interne 11 de garniture réalisée dans une mousse synthetique 15 expansée comme par exemple en polystyrène expansé ou en polyuréthane expansé ; et - une couche d'habillage 12 formant l'habillage intérieur du casque 1 et réalisé notamment en tissu, cuir ou autre matériau souple. Le casque 1 intègre un système de thermo-régulation du type 20 système à absorption 2 liquide, utilisant un couple de deux fluides, respectivement frigorigène et absorbant. En référence aux figures 4 à 6, le système à absorption 2 intègre en circuit fermé : - un générateur 3 (ou bouilleur ou désorbeur) pourvu d'une enceinte pour les 25 fluides et d'un dispositif de chauffage électrique 30 des fluides présents dans ladite enceinte ; - un condenseur 4 avec une entrée en liaison fluidique avec le générateur 3 ; et - un évaporateur constitué d'un tube dit d'évaporation 5 présentant, d'une 30 part, une entrée en liaison fluidique avec une sortie du condenseur 4 via une canalisation 51 sur laquelle est disposée une soupape de détente 50 (ou détendeur, notamment du type capillaire) et, d'autre part, une sortie en liaison fluidique avec le générateur 3. Dans un premier mode de réalisation illustré sur la figure 4, le tube 35 d'évaporation 5 a sa sortie reliée directement à la partie basse du générateur 3 via une canalisation 52, et le condenseur 4 est relié directement à la partie haute du générateur 3 via une canalisation 41. Le fluide frigorigène en sortie du tube d'évaporation 5 retourne dans le générateur 3 par capillarité. Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 5, le système à absorption 2 intègre dans son circuit fermé un absorbeur 6 intercalé entre la sortie du tube d'évaporation 5 et le générateur 3. Ainsi, la sortie du tube d'évaporation 5 est raccordée à la partie haute de l'absorbeur 6, l'absorbeur 6 est raccordé au générateur 3 via une canalisation aller 61 et une canalisation retour 62. Le mélange riche en fluide frigorigène présent dans l'absorbeur 6 est renvoyé dans le générateur 3 via la canalisation aller 61 (par exemple par capillarité ou au moyen d'une pompe placée sur la canalisation aller 61), et le mélange pauvre en fluide frigorigène présent dans le générateur 3 retourne dans l'absorbeur 6 via la canalisation retour 62 (sur laquelle est éventuellement placé à détendeur). La canalisation aller 61 est disposée de préférence entre la partie basse de l'absorbeur 6 et la partie haute du générateur 3, et la canalisation retour 62 est disposée de préférence entre la partie basse du générateur 3 et la partie haute de l'absorbeur 6. En pratique, il est avantageux de prévoir des canalisations aller 61 et retour 62 de diamètre suffisamment réduit pour assurer des circulations des mélanges par capillarité. Dans un troisième mode de réalisation, le système à absorption 2 intègre dans son circuit fermé, d'une part, un absorbeur 6 intercalé entre la sortie du tube d'évaporation 5 et le générateur 3 et, d'autre part, un séparateur 7 intercalé entre le générateur 3 et l'entrée du condenseur 4, ledit séparateur 7 étant également en liaison fluidique avec l'absorbeur 6. Ainsi, la sortie du tube d'évaporation 5 est raccordée à la partie haute de l'absorbeur 6, l'absorbeur 6 est raccordé au générateur 3 via une canalisation 63, la partie haute du générateur 3 est raccordé au séparateur 7 via une canalisation 71, la partie haute de l'absorbeur 6 est raccordé au séparateur 7 via une canalisation 72, et la partie haute du séparateur 7 est raccordé à l'entrée du condenseur 4 via une canalisation 73. Concernant lers fonctions des différents éléments du système à absorption 2 : - le tube d'évaporation 5 est l'élément dans lequel la thermo-régulation est assurée par évaporation du fluide frigorigène ; - l'absorbeur 6 est l'élément dans lequel le fluide frigorigène évaporé est 35 absorbé par le fluide absorbant (ou solvant liquide) ; - le générateur 3 est l'élément dans lequel le fluide frigorigène est désorbé et réévaporé par chauffage ; - le condenseur 4 est l'élément qui condense le fluide frigorigène désorbé, avant d'être retourné au tube d'évaporation 5 ; - le séparateur 7 est un élément optionnel qui favorise la séparation entre le fluide frigorigène évaporé et des traces de fluide absorbant. Concernant le choix des fluides, il est envisageable de travailler avec l'un ou l'autre des deux couples de fluides suivants : - le fluide frigorigène est de l'ammoniac et le fluide absorbant est de l'eau, on 10 parle alors d'un système à absorption du type à ammoniac ; ou - le fluide frigorigène est de l'eau et le fluide absorbant est une solution saline, notamment une solution de bromure de lithium et on parle alors d'un système à absorption du type à bromure de lithium. Le choix de fluides et le dimensionnement des éléments du 15 système à absorption 2 permettront de fixer une température de régulation sensiblement constante à l'intérieur du casque 1, que l'on fixera de préférence entre 18 et 26 °C, voire entre 20 et 23 °C. Le dispositif de chauffage électrique 30 se présente notamment sous la forme d'une résistance ou cordon électrique chauffant présent autour 20 ou à l'intérieur de l'enceinte du générateur 3. Pour alimenter ce dispositif de chauffage électrique 30, le casque 1 comprend en outre un système d'alimentation électrique du dispositif de chauffage électrique 30, ce système d'alimentation électrique comprenant : - un câble électrique 31 relié au dispositif de chauffage électrique 30 ; 25 - une batterie 32 électrique rechargeable raccordé au câble électrique 31 et formant une alimentation électrique interne ; - une connexion électrique 33 sur le casque 1 pour raccorder le dispositif de chauffage électrique 30, et en particulier la batterie 32, avec une source externe d'électricité afin de permettre la recharge de la batterie 32. 30 Comme illustré sur la figure 7, il est envisageable de brancher un câble d'alimentation 34 sur la connexion électrique 33 afin de la raccorder à une source externe d'électricité du type prise électrique P raccordée à un réseau de distribution d'électricité, ou à un connecteur C embarqué sur le motocycle M. Dans le cas d'une connexion à un tel connecteur C embarqué, il 35 est envisageable de se passer de la batterie 32. Il est également envisageable de prévoir une alimentation électrique réalisée sous la forme d'un dispositif photovoltaïque fixé sur le casque 1, comme par exemple un film photovoltaïque. Concernant l'implantation des éléments du système à absorption 2 dans le casque 1, et comme illustré sur les figures 1 à 3, le tube d'évaporation 5 5 est disposé à l'intérieur de la calotte interne 11, autrement dit au sein du matériau constitutif de cette calotte interne 11, à savoir la mousse synthetique expansée. Le tube d'évaporation 5 forme une tubulure en serpentin qui définit une succession de tronçons coudés et de tronçons linéaires disposés à l'intérieur de la calotte interne 11. Le tube d'évaporation 5 est par exemple 10 réparti sur au moins 30 à 50 % de la surface interne du casque 1 pour optimiser la thermo-régulation. Le condenseur 4 et le générateur 3, ainsi que les éventuels absorbeur 6 et séparateur 7, sont également disposés à l'intérieur de la calotte interne 11. 15 En référence à la figure 3, pour assurer une aération et du condenseur 4 par l'air extérieur au casque 1, la coque externe 10 et la calotte interne 11 présentent chacune au moins une ouverture dite d'aération 13, 14 en face du condenseur 4. Sur la figure 3, on note que la coque externe 10 présente une ouverture d'aération 13 et la calotte interne 11 présente plusieurs 20 ouvertures d'aération 14 en regard de cette ouverture d'aération 13. Pour orienter le flux d'air extérieur en direction de ces ouvertures d'aération 13, 14, afin d'assurer le refroidissement du condenseur 4 via ces ouvertures d'aération 13, 14, le casque 1 comprend au moins un organe de déviation 15 ménagé sur la coque externe 10 et saillant vers l'extérieur de la 25 coque externe 10. Dans une réalisation particulière, le condenseur 4 et les ouvertures d'aération 13, 14 sont localisés sur l'arrière du casque, sensiblement dans un plan médian du casque 1. Il est bien entendu envisageable de prévoir des localisations latérales ou sur le haut du casque 1. 30 Bien entendu l'exemple de mise en oeuvre évoqué ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et d'autres améliorations et détails peuvent être apportés au casque selon l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention où d'autres choix de fluides peuvent par exemple être envisagés. 35 REVENDICATIONS1. Casque (1) de protection comprenant un système de thermo- régulation (2) en relation d'échange thermique avec l'intérieur du casque (1) à réchauffer ou refroidir, caractérisé en ce que ledit système de thermo- régulation est du type système à absorption (2) liquide utilisant un couple de deux fluides, respectivement frigorigène et absorbant, intégrant en circuit fermé : - un générateur (3) pourvu d'une enceinte pour les fluides et d'un dispositif de chauffage électrique (30) des fluides présents dans ladite enceinte ; - un condenseur (4) avec une entrée en liaison fluidique avec le générateur (3) ; - un évaporateur constitué d'un tube dit d'évaporation (5) présentant, d'une part, une entrée en liaison fluidique avec une sortie du condenseur (4) via une canalisation (51) sur laquelle est disposée une soupape de détente (50) et, d'autre part, une sortie en liaison fluidique avec le générateur (3), ledit tube d'évaporation (5) étant disposé à l'intérieur du casque (1) et en relation d'échange thermique avec l'intérieur du casque (1). 2. Casque (1) selon la revendication 1, dans lequel le tube d'évaporation (5) forme une tubulure en serpentin, notamment répartie sur au moins 30 à 50 % de la surface interne du casque (1). 3. Casque (1) selon les revendications 1 ou 2, comprenant une coque externe (10) rigide et une calotte interne (11) de garniture, réalisé notamment en polystyrène expansé, et dans lequel le tube d'évaporation (5) est disposé à l'intérieur de la calotte interne (11). 4. Casque (1) selon la revendication 3, dans lequel le condenseur (4) est disposé à l'intérieur de la calotte interne (11), et la coque externe (10) et la calotte interne (11) présentent chacune au moins une ouverture dite d'aération (13, 14) en face du condenseur (4) pour assurer une aération du condenseur (4) par l'air extérieur au casque (1) via lesdites ouvertures d'aération (13, 14) prévues dans la coque externe (10) et dans la calotte interne (11). 5. Casque (1) selon la revendication 4, dans lequel le condenseur (4) et les ouvertures d'aération (13, 14) sont localisés sur l'arrière du casque (1), sensiblement dans un plan médian du casque (1), avec de préférence au moins un organe de déviation (15) saillant de la coque externe (10) pour orienter le flux d'air extérieur en direction desdites ouvertures d'aération (13, 14). 6. Casque (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système à absorption (2) liquide intègre dans son circuit fermé un absorbeur (6) intercalé entre la sortie du tube d'évaporation (5) et le générateur (3). 7. Casque (1) selon la revendication 6, dans lequel le système à absorption (2) liquide intègre dans son circuit fermé un séparateur (7) intercalé entre le générateur (3) et l'entrée du condenseur (4), ledit séparateur (7) étant également en liaison fluidique avec l'absorbeur (6). 8. Casque (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un système d'alimentation électrique du dispositif de chauffage électrique (30), ledit système d'alimentation électrique comprenant une connexion électrique (33) sur le casque (1) pour raccorder le dispositif de chauffage électrique (30) avec une source externe d'électricité. 9. Casque (1) selon la revendication 8, dans lequel le système d'alimentation électrique comprend en outre une batterie électrique (32) rechargeable. 10. Casque (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le couple de deux fluides comprend l'un des couples choisis dans la liste suivante : - le fluide frigorigène est de l'ammoniac et le fluide absorbant est de l'eau ; - le fluide frigorigène est de l'eau et le fluide absorbant est une solution saline, notamment une solution de bromure de lithium.35