Brevet FR3106974A1 — publié le 20210813

L’invention concerne une composition de matière réfrigérante malléable après congélation, composée d’un gel eutectique, de charbon actif de stéarine, de glycérol, muni d’une enveloppe absorbante de condensation non tissée, particulièrement adaptée pour rafraichir ou refroidir des parties d’un corps humain ou animal, et aussi transporter des colis frais dont on souhaite maintenir une température fraiche constante. Figure pour l’abrégé: Fig. 2 Gel réfrigérant malléable après congélation La présente invention concerne un dispositif réfrigérant accumulateur d’énergie frigorifique qui présente l’avantage d’être malléable après congélation. Les dispositifs accumulateurs d’énergie frigorifique sont utilisés pour refroidir le corps humain ou animal en des emplacements spécifiques afin d’obtenir un effet de ralentissement de l’activité cellulaire ou de ralentissement de la circulation sanguine, lymphatique ou encore de réduire la sensibilité nerveuse par le froid. L’un des effets privilégiés est le soulagement de douleurs suite à un coup. Un autre effet est de ralentir suffisamment l’expansion d’un hématome ou l’empêcher. Un autre effet est aussi de rafraichir, par exemple la tête pendant un traitement contre le cancer. Dans le domaine du transport, les gels réfrigérants sont très utiles pour maintenir, dans des emballages isothermes, une température ambiante constante fraiche, plus connue sous l’appellation de température dirigée. Le maintien de cette température dirigée peut être requis durant plusieurs jours pour un transport. Problème posé Plusieurs problèmes sont posés par ces réfrigérants disponibles sur le marché: le principal défaut est qu’ils sont rigides, durs comme de la pierre, une fois congelés. De surcroît à la congélation, ils subissent une dilatation, qui, selon la composition, peut être de 7 % de la masse totale. De ce fait, les applications deviennent plus limitées car la surface de contact avec une partie devant être refroidie est généralement réduite à une partie plate à refroidir et ne peut convenir par exemple au refroidissement d’un genou ou d’un coude blessé. Le refroidissement s’effectue peu par contact direct entre solides et davantage par convection (échange thermique gaz-solide), environ mille fois moins puissant. Le problème se pose de la même façon dans le transport. Les gels rigides n’épousent pas les formes des produits à maintenir en température si un contact direct est requis, et parfois sont difficiles à caler dans un emballage de type caisse isotherme. La présente invention a pour but de présenter une solution à cette préoccupation. Art antérieur La matière réfrigérante utilisée pour le dispositif est soumise avant son utilisation à une transformation réversible telle qu’une solidification. C’est ensuite la transformation inverse de la matière réfrigérante qui va absorber des calories et conserver ainsi une température très proche du point d’eutexie pendant toute la durée de la transformation. Selon un mode de réalisation connu, le dispositif accumulateur d’énergie frigorifique est une enveloppe souple étanche en matière plastique, dans laquelle est insérée une matière réfrigérante, en particulier un gel eutectique. Dans d’autres modes de réalisation connus, les blocs réfrigérants se présentent sous forme de flacon plat rigide. Dans ce mode de fabrication, ils ne présentent aucun intérêt à devenir malléables. De nombreux brevets ont été déposés tels que le brevet WO2002102921 qui recense de nombreux matériaux utilisés dans le domaine de la réfrigération, identifiés comme eutectiques, tout en présentant le glycérol comme nouvel élément constitutif de gel réfrigérant. A vrai dire, il ne s’agit plus dans ce cas d’utiliser le point d’eutexie comme point de restitution d’un froid stable mais de faire descendre plus bas le point d’eutexie avec le glycérol et d’utiliser le dispositif refroidi au-dessus du point d’eutexie. L’idée étant de ne pas «brûler» les tissus au contact d’un froid trop intense. L’efficacité est cependant limitée, puisque c’est au point d’eutexie qu’est restituée ou absorbée la chaleur latente. Le glycérol congèle à différentes températures selon les proportions retenues avec l’eau. Le glycérol est miscible à l’eau. Plus on augmente la proportion de glycérol, plus le point de cristallisation est abaissé. [Table 1| température eau glycérol -7°C 75% 25% -23°C 50% 50% -35°C 40% 60% -43°C 35% 65% Tableau 1 température de congélation en fonction des proportions d'eau et de glycérol d'un mélange Avec une eau transformée en gel par l’addition d’un polyacrylate de sodium par exemple, les proportions changent sensiblement. Mais l’important est de parvenir à restituer un froid constant, ce qui n’est pas le cas au fur et à mesure que la proportion de glycérol augmente. Plus les proportions de glycérol sont importantes, et plus la restitution du froid s’effectue à une température au départ plus basse avec une remontée plus rapide de température. La pente de remontée de la courbe de température en fonction du temps s’accentue. Dans la mesure où les congélateurs standards domestiques congèlent jusqu’à une température de -28°C/-30°C, il faudrait donc ajouter à de l’eau plus que l’équivalent en glycérol. Avec une chambre froide négative, la température descend autour de -20°C /-22°C. les proportions sont à peu près équivalentes pour obtenir un point de cristallisation, ou point d’eutexie. Mais cela ne signifie pas pour autant que le gel malléable soit en l’état utilisable. Si la température restituée est trop froide, le produit est inutilisable pour refroidir des tissus humains. Personne ne supporte, dans la durée et même brièvement, le contact avec un produit à -20°C/-30°C. L’intérêt de l’eau congelée est de connaître une remontée rapide en température jusqu’autour de 0°C - son point d’eutexie - puis de présenter une température stable de restitution autour de 0°C. Les hommes de l’art, avec un peu de technique, peuvent faire remonter cette température un peu au-dessus de 0°C, plateau de restitution de la chaleur latente, par des procédés de séparation physique simples. Ainsi, une température de 4 ou 5°C devient très acceptables pour refroidir des tissus humains. De même des revêtements non conducteurs de chaleur, tels que des mélanges polyamide/polyéthylène/non tissés ne donnent pas la sensation d’être en contact avec un produit froid, comme c’est le cas dans beaucoup de dispositifs médicaux, avec un revêtement PA/PE, vendus en pharmacie. Parmi les dernières demandes de brevets déposées à ce sujet, le brevet FR 2932255 déposé par Lisotherme fait état d’un dispositif réfrigérant muni d’une enveloppe absorbant la condensation générée à l’extérieur. Ce brevet offre l’avantage considérable de ne plus avoir l’effet de froid intense du fait de l’enveloppe en non tissé ou tissé absorbant toute la condensation. Le froid est toujours à même température, mais l’effet conducteur d’un film d’enveloppe en plastique ou métallisé n’existe plus et de ce fait le froid, quasi identique en température, n’est plus ressenti comme une brûlure. L’avantage est donc de conserver très longtemps le gel réfrigérant sur une partie d’un corps humain ou animal. En revanche, un réfrigérant malléable obtenu avec de l’eau et du glycérol ne va pas restituer du froid sur une température constante. Ce n’est plus un produit eutectique. Le produit va remonter régulièrement en température, depuis la température de sortie du congélateur jusqu’à la température ambiante, quasiment en diagonale sur un graphique t° = f(T). Une demande de brevet portant le numéro FR 1915658 présente une invention de gel malléable après congélation utilisant une huile hydrosoluble à base de silicone. Néanmoins, les réfrigérants utilisant cette composition ne sont pas réellement intéressants sur le plan environnemental, en faisant appel à des produits issus de ressources fossiles. Le compromis à trouver nécessaire est à la fois de restituer une température proche de zéro degré, sur un plateau le plus stable possible, avec des ingrédients les plus intéressants sur le plan environnemental, sur la durée la plus longe possible, tout en restant malléable. C’est l’objet de la présente invention que d’améliorer sensiblement les performances obtenues jusqu’à présent, à tous niveaux. Descriptif des modes préférés de réalisation de l’invention Le présent brevet utilise dans la composition des matériaux qui permettent d’aboutir à un gel malléable utilisable à son point d’eutexie. A la base, ce réfrigérant peut reprendre les nombreux matériaux de base utilisés comme gélifiants, présentés comme eutectiques: polyacrylate de sodium, polyvinyle pyrrolidone, carboxyméthylcellulose, amidon, gomme xanthane, gomme arabique, agar-agar…etc. Le plus classique, hors végétaux eutectiques (brevet 08/07514 - PCT/FR2009/001487), ne présentant pas de danger d’irritation, de corrosion, d’empoisonnement, non cancérigène, est le polyacrylate de sodium. L’eau est souvent ajoutée pour aboutir à la constitution d’un gel comme dans le cas du gel à base de polyacrylate de sodium. Dans sa composition, un ajout peut être fait à cet eutectique, par un charbon végétal actif à l’état de poudre, qui, tout en prolongeant l’eutexie va permettre de le rendre d’aspect floconneux et délié en particules (demande FR 1915658). Dans le présent brevet, Un ajout est ensuite fait de stéarine. Puis au mélange est ajouté, toujours dans le présent brevet une proportion de glycérol. Ainsi, après congélation, le produit eutectique reste malléable tout en étant à son point de changement de phase. La stéarine sera utilisée dans des proportions de 3 à 20%, de préférence autour de 5% Le charbon actif sera utilisé dans des proportions de 3 à 20%, de préférence autour de 2% Le glycérol sera utilisé dans des proportions de 20 à 50 % de préférence autour de 30% Le polyacrylate de sodium sera utilisé à hauteur de 1.2 % à 2% environ. Le reste du réfrigérant est constitué d’eau. Les choix de proportions de stéarine, de glycérol, seront effectués en fonction de la malléabilité recherchée. Le choix de proportion de charbon actif sera fonction de l’effusivité recherchée. Avec une enveloppe de réfrigérant composée d’un absorbeur de condensation tel qu’un non tissé, l’effusivité est déjà suffisamment basse pour permettre un contact prolongé entre le réfrigérant et un tissu humain ou animal. Le charbon actif vient abaisser cette effusivité. Ce procédé de fabrication permet au réfrigérant de restituer un froid sur une durée supérieure à 14hlorsqu’il est soumis à une température ambiante de 20°C pour 1 kg de réfrigérant. La quantité totale de réfrigérant contenue dans le sachet absorbeur de condensation est sans limite mais se tiendra à un niveau d’utilisation courant entre 100 grammes et 500 grammes . Applications On applique le réfrigérant sur une zone du corps humain ou animal, par exemple pour soulager une inflammation, une migraine, une douleur musculaire, un coup, pour rafraîchir le corps pendant ou après des exercices sportifs, pour accompagner une chimiothérapie, etc. Ces usages ne sont nullement limitatifs. Du fait de la malléabilité du produit fini une fois congelé, l’efficacité sera maximale sur une surface quelconque du corps par une utilisation aisément longue, permettant de faire pénétrer le froid en profondeur par advection. Un usage complètement différent peut être recherché à travers un réfrigérant malléable. Il s’agit du transport de produits frais sous température dirigée. Le gel réfrigérant, selon la description ci-dessus, pourra être positionné sur les produits à maintenir en température, souvent entre 2 et 8°C, et s’adapter à la forme des produits, donnant une efficacité supérieure en termes de maintien et de stabilité de température. Dans le cas du transport, le réfrigérant malléable ne nécessite pas l’adjonction de charbon actif, celui-ci étant utilisé avant tout pour modifier l’effusivité. La présente invention est susceptible de très nombreuses applications industrielles. Commentaires de figures Voici à présent à travers les figures quelques exemples d’application. La représente un exemple de remontée en température avec le glycérol et l’eau. La est une vue d’ensemble en perspective d’un dispositif selon l’invention, avec arrachement: Le dispositif 1 selon l’invention est constitué d’une matière réfrigérante dont le mélange 2 a été présenté ci-dessus, en particulier un mélange eutectique incluant de la stéarine, et d’une enveloppe 3. L’enveloppe 3 recouvre entièrement la matière réfrigérante 2 et l’enferme de manière étanche avec par exemple un système de soudure 4. Lors de l’utilisation, le dispositif 1 est soumis à une température suffisamment basse pour que la matière réfrigérante 2 subisse une transformation réversible, par exemple une solidification, incomplète, sans cristallisation totale en restant malléable. Le dispositif est ensuite placé au contact de tissus à refroidir, en particulier à maintenir à une température inférieure à la température ambiante. Ou bien le dispositif est placé dans un emballage isotherme avec des produits thermosensibles pour les maintenir au frais durant un transport pouvant durer de quelques minutes à plusieurs jours. Procédé d’obtention Le produit s’obtient par un mélange à froid des différents ingrédients. Les produits sont additionnés un à un dans l’ordre suivant. De préférence l’eau sera placée en premier dans un récipient, suivie du charbon actif, puis le polyacrylate de sodium en poudre, puis de la stéarine, puis du glycérol. Matière réfrigérante malléable après congélation, caractérisée en ce que sa composition intègre quatre ingrédients minimum, mélangés comprenant un gélifiant, de l’eau, de la stéarine, du glycérol; Matière réfrigérante malléable après congélation, caractérisée en ce que sa composition intègre cinq ingrédients minimum, mélangés comprenant un gélifiant, de l’eau, du charbon actif, de la stéarine, du glycérol; Matière réfrigérante selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu’elle est incluse dans une enveloppe formée par le complexage d’un film plastique et d’un revêtement constituant une couche externe absorbant l’humidité. Matière réfrigérante selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu’elle est incluse dans les parois d’un dispositif réfrigérant souple. Dispositif accumulateur d’énergie frigorifique destiné à être inséré dans un colis dont on souhaite maintenir la température, comprenant une enveloppe définie dans l’une des revendications 3 et 4 renfermant un mélange réfrigérant malléable après congélation selon la revendication 1. Dispositif de rafraîchissement destiné à être appliqué sur le corps humain ou animal notamment à des fins paramédicales, comprenant une enveloppe définie dans l’une des revendications 3 et 4 renfermant un mélange malléable après congélation selon la revendication 1 et 2.