Brevet FR3086738A1 — publié le 20200403

Description Titre de l'invention : Procédé de thermorégulation d'un matériau souple alvéolaire par compression et détente du gaz emprisonné dans ses alvéoles et dispositif associé [oom ] La présente invention concerne un procédé de thermorégulation d'un matériau souple alvéolaire par compression et détente du gaz emprisonné dans ses alvéoles et son dispositif associé. [0002] L'application préférentielle étant les semelles des chaussures afin de maintenir une température fraiche au niveau du pied même en marchant sur une route très chaude. [0003] Art antérieur: Il existe peu de dispositifs permettant de rafraichir des semelles de chaussures. Il existe bien des dispositifs de semelles remplies d'un gel que l'on place préalablement dans un congélateur afin d'emmagasiner du froid mais ce genre de dispositif est peu pratique car d'une part le froid est intense au départ au risque de créer des brûlures, puis devient rapidement moins efficace et d'autre part, la durée de maintien du froid est très courte (quelques minutes à dizaines de minutes) et n'est donc pas adapté à des séances de jogging de une heure par exemple. [0004] Il y a bien des dispositifs qui revendiquent l'utilisation de composants à effet Peltier comme dans les demandes de brevets KR20160066190. US2012018418 ou W02005087031. Mais ces dispositifs nécessitent une alimentation électrique significative car les rendements des composants à effet Peltier ne sont pas très bons. Ainsi, la fourniture d'une réfrigération ne sera pas possible pendant des périodes d'une heure par exemple. De surcroît, ces composants à effet Peltier sont en général en céramique et sont donc très fragiles. Enfin, entre le poids des composants et celui des batteries, cela devient vite trop lourd dans des chaussures de sport qui généralement doivent être légères. [0005] Il y a aussi des dispositifs qui utilisent des matériaux respirant pour évacuer l'eau comme cela est décrit dans le brevet US2018220739 ou des matériaux poreux pour une meilleure ventilation comme dans le brevet CN107788617 mais aucun de ces systèmes ne permet une véritable régulation thermique et un fort abaissement ou élévation de température. [0006] Descriptif de l'invention: Le procédé objet de l'invention concerne la thermoré- gulation d'un matériau souple alvéolaire par compression puis détente du gaz emprisonné dans ses alvéoles étanches lorsque est exercé une pression cyclique sur le matériau souple comme par exemple lors de la marche d'une personne ou d'un animal (appui du pied sur le sol puis relevage du pied, etc.) [0007] Le matériau souple est préférentiellement en silicone ou autre élastomère et est I constitué de deux couches de duretés shore (H) et de conductihilités thermiques (X) différentes et sont munies d'une multitude d'alvéoles spécifiques remplies d'air ou de gaz. Chaque alvéole présente deux zones reliées entre elles: la zone C pour emmagasiner l'air ou le gaz lors de sa compression qui se positionne dans la couche à plus fortes dureté et conductibilité thermique (couche C) et la zone D pour détendre le même air ou gaz lors de la décompression dans la couche à plus faibles dureté et conductibilité thermique (couche D). [0008] Lc matériau souple peut ainsi être utilisé comme semelle dans les chaussures afin de maintenir une température fraiche lorsque la personne court sur un sol hrulant par exemple. Lors de chaque pas, le pied va compresser le matériau souple et les alvéoles situées dans la couche C vont donc agir comme des enceintes adiabatiques dont le gaz en se comprimant va s'échauffer. La couche C présentant une plus grande conductibilité thermique que la couche D, il y aura un meilleur échange de chaleur avec l'extérieur (en l'occurrence le fond de la chaussure). [0009] Lorsque le pied quitte le sol et donc qu'il n'y a plus de compression, le matériau souple va reprendre son volume par le jeu de l'élasticité du matériau et les alvéoles situées dans la couche (D) vont agir comme une tuyère de réacteur qui va détendre l'air et donc le refroidir. La couche D présentant une moins bonne conductibilité thermique, les échanges seront plus faibles et le froid sera mieux conservé. [0010] Suivant une autre des dispositions préférées, le matériau est adapté à la morphologie des animaux domestiques comme les chats et les chiens qui se brûlent souvent les coussinets lorsqu'ils se déplacent sur une route en plein soleil. C'est notamment le cas des chiens de sauveteurs. [0011] Suivant une autre disposition, le matériau souple alvéolaire peut être utilisé comme tapis dans les établissements recevant du public ou les entreprises avec beaucoup de passage afin que les nombreuses pressions des pieds apportent une thermorégulation. [0012] Les figures 1 à 3 montrent en coupes le dispositif destiné par exemple à être disposé comme une semelle dans des chaussures avec la couche C au contact du pied. [0013] Figure 1, le matériau souple alvéolaire est au repos et le gaz est uniformément réparti dans les alvéoles à la température T' et à la pression Pa. On distingue les deux couches C et D et les zones C et D respectives des alvéoles. [0014] Figure 2, une pression est exercée sur le matériau souple et comme la couche D présente une dureté plus faible que celle de la couche C, cette dernière sera peu comprimée. Par contre, le gaz se situant dans les zones D des alvéoles va être poussé dans les zones C des alvéoles. Le gaz sera alors comprimé à la pression Pi (dépendant de la pression exercée, soit 2 bars environ pour une personne de 70Kg) et va donc s'échauffer à la température Ti suivant les lois de la thermodynamique. [0015] La température Ti du gaz sera donc égale à : 3 où y est la constante adiabatique du gaz (environ 1.4 pour l'air à 293°K). Soit 376°K si T', est de 293°K. Comme la couche C présente une plus grande conductibilité thermique, la chaleur du gaz va alors se dissiper plus facilement au travers de cette couche pour atteindre la température Tf d'environ 365°K pour une conductibilité thermique ?L de la couche C del W/m/°K. [0016] La figure 3 montre le matériau une fois la pression relâchée (lorsque le pied quitte le sol). Le gaz sous pression, à la température Tr, va quitter les zones C pour se détendre dans les zones D et ainsi se refroidir pour atteindre la température soit 285°K c'est-à-dire une température plus basse de 8°K par rapport à la température initiale Ta. Grâce au faible échange thermique opéré par la couche D, cet écart de température sera maintenu grâce aux cycles répétés de la course et malgré les pertes inhérentes aux matériaux et à l'absorption du pied du coureur. [0017] Suivant une autre disposition, le matériau souple peut être utilisé comme moyen de chauffage. Il suffit pour cela d'inverser la semelle et donc que ce soit la couche D qui soit au contact du pied. Ainsi, la chaleur générée lors de la compression sera au contact du pied alors que la zone froide sera en contact avec le fond de la chaussure. [0018] Le gaz contenu dans les alvéoles peut être tout simplement de l'air, niais on peut avantageusement prendre des gaz ayant une constante adiabatique y plus élevée tel qu'un gaz monoatomique (Ar par exemple) afin d'obtenir un rendement plus élevé. 4