Brevet FR3159302A1 — publié le 20250822

Dispositif de chauffage d’un récipient Ensemble formé d’un récipient et d’un dispositif de chauffage du récipient, le dispositif de chauffage comportant : - un boîtier ; - un élément chauffant contenu dans le boîtier et définissant une cavité de réception du récipient, destinée à chauffer ce dernier par conduction sèche. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Dispositif de chauffage d’un récipient La présente invention concerne un dispositif, et plus généralement un ensemble, pour permettre le chauffage contrôlé d’un récipient. En particulier, la présente invention vise un dispositif de chauffage d’un échantillon de test, par exemple un matériau biologique placé en solution. Il existe de nombreux dispositifs de chauffage destinés à chauffer un récipient et pouvant fonctionner par conduction ou convection. On peut, entre autres, citer les chauffe-biberons, les chauffe-cire, les bains thermostatiques, les chauffe-ballons électriques, ou encore les plaques chauffantes. Ces différents dispositifs sont utilisés dans des contextes et dans des conditions d’utilisation extrêmement variés. En particulier, les équipements de laboratoire tels que les bains thermostatiques, les chauffe-ballons électriques ou les plaques chauffantes de laboratoire, nécessitent d’être manipulés précautionneusement. Par ailleurs ces équipements ont un coût non négligeable. Les équipements communs, tels que les chauffe-cires ou les chauffe-biberons, sont quant à eux très limités dans leur utilisation et relativement peu précis dans les températures atteintes. Or, dans le cas où l’on souhaite réaliser des tests mettant en œuvre des réactions chimiques, une imprécision sur la température est susceptible d’entraîner une variabilité des résultats nuisant à leur interprétation et à la fiabilité du test. De plus, les dispositifs fonctionnant sur le principe du bain-marie entraînent un risque plus important de brûlure en cas de renversement accidentel, de par la projection du liquide constituant le bain. Il existe un besoin pour un dispositif de chauffage permettant de chauffer un récipient, de façon contrôlée, qui soit compact, léger et accessible au grand public, et présente une sécurité d’utilisation. Il existe également un besoin pour un dispositif de chauffage amélioré permettant d’atteindre rapidement une température donnée. Il existe en outre un besoin pour un dispositif permettant de maintenir une température donnée sans dépassement de celle-ci. L’invention vise à répondre à tout ou partie de ces besoins. L’invention a pour objet un ensemble formé d’un récipient et d’un dispositif de chauffage du récipient, le dispositif de chauffage comportant : - un boîtier ; - un élément chauffant contenu dans le boîtier et définissant une cavité de réception du récipient, destinée à chauffer ce dernier par conduction sèche. L’ensemble selon l’invention permet avantageusement de limiter les risques de brûlures, de par l’absence de liquide à l’interface entre le récipient et l’élément chauffant. Ainsi, en cas de renversement accidentel du dispositif, si le récipient est fermé, il n’y a pas de risque de projection, sauf casse du récipient. Le dispositif selon l’invention peut permettre de contrôler la température à laquelle le récipient est chauffé de façon rapide et précise, et par valeur inférieure. Un tel dispositif peut également permettre d’atteindre une température donnée en un temps réduit. De façon générale, contrairement aux chauffe-biberons, chauffe-cires ou aux bains marie, la conduction par contact sec, autrement dit sans fluide de chauffe, et à faible inertie rend la montée en température beaucoup plus rapide. En outre, l’invention fournit un ensemble de chauffage d’un récipient compact, léger et sûr pour l'utilisateur. La cavité peut présenter une forme complémentaire à la forme extérieure dudit récipient. Cela permet de maximiser la surface d’échange thermique entre le récipient et l’élément chauffant. De préférence, plus de 80% du récipient est inséré dans la cavité, mieux plus de 90% du récipient est inséré dans la cavité. Cela facilite le maintien du récipient dans le dispositif, et le recouvrement du récipient par un capot permettant de réduire le risque de casse du récipient en cas de renversement accidentel du dispositif. Cela permet également d’avoir une surface d’échange importante et une température plus homogène de la paroi du récipient. Un tel ensemble permet en particulier d’obtenir un ensemble compact tout en maximisant les échanges thermiques et ainsi d’améliorer les performances thermiques. Le récipient peut notamment être un récipient de forme tubulaire présentant un diamètre extérieur supérieur ou égal à 2 cm et inférieur ou égal à 3 cm. L’ensemble est particulièrement adapté pour effectuer des tests sur des échantillons, rapidement et facilement, sans avoir recours à des équipements de laboratoire. L’élément chauffant peut comporter un manchon chauffant composé d’une résistance chauffante recouverte de céramique. De façon générale, la résistance est de préférence recouverte d’un matériau à faible masse et faible inertie thermique. Le manchon chauffant peut être un collier fendu. L’élément de chauffage peut comporter un collier de serrage du manchon chauffant, le collier de serrage ajustant le diamètre intérieur du manchon chauffant de sorte que le récipient s’ajuste dans la cavité de l’élément chauffant avec un jeu suffisamment faible pour permettre le chauffage du récipient par conduction sèche. Les pertes thermiques en sont avantageusement limitées. Le collier peut être ajusté par serrage d’une vis, un capteur de température tel qu’une thermistance étant positionné en contact direct avec ladite vis. Une telle disposition permet d’avoir une bonne image de la température du collier avec le capteur de température. Dans des modes de réalisation particuliers, l’ensemble comporte un régulateur de température configuré pour chauffer le récipient à une température prédéfinie, et éventuellement maintenir cette température prédéfinie durant un laps de temps prédéterminé, la température étant comprise dans l’intervalle [70°C ; 110°C], mieux dans l’intervalle [90°C ; 100°C], et de préférence, cette température est maintenue durant un laps de temps supérieur ou égal à 3 minutes et/ou inférieur ou égal à 10 minutes. Ce contrôle de la température peut permettre de limiter les risques de brûlure en n’excédant pas certaines températures. Le contrôle peut également permettre de ne pas dépasser des températures qui pourraient détériorer le contenu du récipient par un chauffage à une température trop élevée. Le régulateur de température peut être un régulateur PID (proportionnel, intégral, dérivé). En particulier, le régulateur PID peut avoir un gain de proportion Kp compris entre 0,2 et 0,4 et un gain de proportion Ki compris entre 0,05 et 0,15. Le boîtier peut comporter un socle présentant une ouverture par laquelle le récipient est destiné à être introduit dans le socle, et un capot articulé sur le socle entre une position d’ouverture et une position de fermeture. En particulier, le capot peut être monté pivotant autour d’un axe de rotation sensiblement parallèle à un axe d’insertion du récipient dans le socle et dans la cavité de l’élément chauffant. Dans la position fermée, le capot retient le récipient dans le boîtier, et limite, voire bloque, l’accès à des surfaces chaudes du dispositif ou du récipient. En outre, le dispositif de chauffage peut comporter un interrupteur de contact agencé de sorte que la position fermée de l’interrupteur est déclenchée par rotation du capot, lorsque ce dernier pivote en position de fermeture, l’interrupteur étant configuré de sorte à empêcher le chauffage lorsque l’interrupteur est ouvert. Ainsi, la mise en chauffe du récipient peut être conditionnée à la fermeture du capot, améliorant la sécurité de l'utilisateur. Cela permet également de limiter la consommation énergétique, en arrêtant le chauffage dès que le dispositif est ouvert. Cela peut également limiter les manipulations, le cas échéant, en évitant d’avoir à actionner un bouton pour arrêter le chauffage. Dans des modes de réalisation de l’invention, le capot est fixé à une tige positionnée à l’intérieur du boîtier et comportant un élément de butée destiné à entrer en contact avec l’interrupteur lorsque le capot est en position de fermeture, l’interrupteur étant en position fermée lorsqu’il est en contact avec l’élément de butée. L’ensemble peut en outre comporter un bouchon d’obturation du récipient thermiquement isolant. Les pertes thermiques en sont avantageusement limitées, et la manipulation du récipient en est facilitée. Le capot peut comporter une ouverture latérale, afin de pouvoir s’engager sur un récipient non complètement enfoncé dans la cavité. Cela permet de garder de manière simple un accès au bouchon du récipient pour l’extraire du dispositif, une fois le capot en position ouverte. L’élément chauffant peut être disposé dans un support isolant thermiquement l’élément chauffant du boîtier, le support étant fixé à une partie supérieure du boîtier, et notamment lorsque le boîtier comporte un socle et un capot, le support est fixé à une partie supérieure du socle. Afin d’assurer une sécurité électrique au dispositif de chauffage, un fusible et un fil de terre peuvent être positionnés dans une partie inférieure du support. En particulier, le fusible peut être un thermofusible ou un thermostat de sécurité réarmable, aussi appelés Klixon réarmable. Le fond du support peut comporter une fente présentant une forme générale de secteur angulaire (c’est-à-dire de quartier), le sommet du secteur angulaire étant situé sensiblement au centre du fond du support. De préférence, la fente comporte un élargissement au niveau du sommet du secteur angulaire, l’angle d’ouverture du secteur angulaire étant supérieur ou égal à 15° et inférieur ou égal à 45°. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel FIG. 1 est une coupe longitudinale d’un exemple de dispositif de chauffage selon l’invention, FIG. 2 représente un élément chauffant, FIG. 3 représente le dispositif de chauffage en position ouverte (Fig 3b) et en position fermée (Fig 3b), FIG. 4 est une vue éclatée du dispositif de chauffage, FIG. 5 représente en coupe transversale le dispositif de chauffage, FIG. 6 représente une vue de dessus et une vue de dessous du support de l’élément chauffant, FIG. 7 est un graphique illustrant un exemple de loi de chauffe. Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonctions analogues portent le même signe de référence. Leur description n’est pas reprise en regard de chacune des figures, seules les principales différences entre les modes de réalisation étant mentionnées. Description détaillée On a illustré aux figures 1 à 6 un ensemble 1 selon l’invention, comportant un récipient 2 et un dispositif 3 de chauffage du récipient. Le dispositif de chauffage 3 comporte un boîtier 30 ayant un socle 35 et un capot 36, et un élément chauffant 32 contenu dans le boîtier, définissant une cavité de réception 34 du récipient. La cavité 34 est agencée de sorte à permettre de chauffer le récipient par conduction sèche, c’est-à-dire sans liquide à l’interface entre l’élément chauffant et le récipient, à la différence du bain-marie. Le socle comporte une partie supérieure 35 1 et une partie inférieure 35 2 . Le récipient 2 peut être comme illustré un récipient de forme tubulaire, de préférence à symétrie de révolution. De préférence, le récipient présente un diamètre extérieur maximum D supérieur ou égal à 2 cm et inférieur ou égal à 3 cm. Le récipient peut être en particulier un tube à essai ou un tube à échantillon, notamment standard. Le récipient peut être en verre minéral ou en matière thermoplastique résistant à la température d’utilisation, notamment en polypropylène, en polyéthylène. De préférence, le récipient est en un matériau résistant à la température d’utilisation et chimiquement neutre. Par chimiquement neutre il faut comprendre un matériau ne produisant aucune réaction chimique lorsque ce dernier est en contact avec une composition destiné à être introduite dans le récipient. De préférence, le récipient est en un matériau transparent ou semi-transparent. Dans certains modes de réalisation, le récipient peut être en alliage métallique, pouvant être opaque. La nature du matériau du récipient peut permettre d'améliorer la conduction de la chaleur au sein du récipient. Le récipient peut en particulier être destiné à contenir une solution pour la réalisation d’un test chimique, nécessitant le chauffage de la solution à une température donnée et/ou pendant une durée donnée. Le matériau biologique à analyser peut être inséré dans le récipient, étant par exemple constitué par des fibres capillaires. En particulier l’ensemble selon l’invention peut être agencé de sorte à permettre l’analyse chimique de cheveux. Le récipient peut être fermé par un bouchon d’obturation thermiquement isolant 22, comme illustré sur la FIG. 1 . En particulier, le bouchon peut être formé, au moins en partie, par une mousse 22 1 thermiquement isolante. Le bouchon peut comporter une partie centrale 22 2 , par exemple en élastomère ou en une matière plastique non alvéolaire et souple, qui se fixe sur le col du récipient pour le fermer, et une partie extérieure concentrique, formée par ladite mousse 22 1 isolante, qui s’étend sur plus de la hauteur de la partie centrale. La hauteur du récipient et celle de la cavité sont telles que de préférence plus de 70%, mieux plus de 80%, encore mieux plus de 90% du récipient est contenu dans la cavité 34. La surface extérieure de la partie du récipient reçue dans la cavité peut venir en contact direct avec l’élément chauffant 32, au jeu d’insertion près. Comme illustré à la FIG. 2 , l’élément chauffant 32 peut comporter un manchon chauffant 38 composé d’une résistance recouverte de céramique. L’élément chauffant 32 peut être relié à une alimentation électrique, via un connecteur 62. Le manchon 38 chauffant peut être un collier fendu, comme illustré. Un collier de serrage 40 peut enserrer le manchon chauffant 38, le collier de serrage ajustant le diamètre intérieur d du manchon chauffant à la fabrication de sorte que le récipient s’ajuste dans la cavité de l’élément chauffant avec un jeu suffisamment faible pour permettre le chauffage du récipient par conduction sèche et l’insertion ou l’extraction du récipient sans forcer. Le collier de serrage 40 peut notamment être ajusté par serrage d’une vis 42. En outre, une thermistance 44 ou tout autre capteur de température peut être positionné en contact direct avec ladite vis 42. Un fil de terre 74 peut être relié à la vis 42, pour garantir la sécurité électrique. L’élément chauffant 32 peut être disposé dans un support 48 isolant thermiquement l’élément chauffant du boîtier, comme illustré. En particulier, le support 48 peut comporter un isolant thermique 46 enrobant, au moins partiellement, l’élément chauffant. Un fusible thermique 66 est de préférence positionné dans la partie inférieure du support. Le fond du support peut comporter une fente 68 présentant une forme générale de secteur angulaire. Le sommet de ce secteur est de préférence situé sensiblement au centre du fond du support. En outre, la fente 68 peut comporter un élargissement 70 au niveau du sommet du secteur. L’angle θ d’ouverture du secteur angulaire peut être supérieur ou égal à 15° et inférieur ou égal à 45°. Un tel support 48 permet une déformabilité et une possibilité d’ajustement de son diamètre intérieur par serrage d’une vis 72 venant en prise sur deux montants opposés du support 48. Ce dernier peu ainsi être serré sur l’élément chauffant. Le support 48 peut être fixé, comme illustré à la FIG. 6 , à une partie supérieure du boîtier 30, notamment à la partie supérieure 35 1 du socle. Le support 48 est par exemple vissé à la partie supérieure du socle 35, au moyen de vis 50, comme illustré à la FIG. 4 . Le capot 36 est mobile, comme représenté à la FIG. 3 , entre une position d’ouverture représentée à la figure 3a et une position de fermeture représentée à la Fig 3b. Le capot 36 peut comporter une ouverture latérale 52. Le capot 36 peut être monté pivotant autour d’un axe de rotation X sensiblement parallèle à un axe d’insertion Y du récipient dans la cavité de l’élément chauffant. Le capot pivote dans un plan horizontal. Un interrupteur 54 de contact peut être positionné dans le dispositif de chauffage, comme visible sur la FIG. 5 , cet interrupteur étant par exemple fixé sur la partie inférieure 35 2 du socle, l’interrupteur 54 étant agencé de sorte que l’état fermé de l’interrupteur est déclenché par rotation du capot, lorsque ce dernier pivote en position de fermeture, le circuit de commande de l’élément chauffant étant configuré de sorte à empêcher le chauffage lorsque l’interrupteur est ouvert. Le capot 36 peut être fixé à une tige 56 positionnée à l’intérieur du boîtier et comportant une came 58 destiné à entrer en contact avec l’interrupteur 54 lorsque le capot est en position de fermeture, l’interrupteur étant amené en position fermée par la came 58. De préférence, le dispositif comporte un régulateur de température 60 configuré pour contrôler l’élément chauffant de manière à chauffer le récipient à une température prédéfinie, et maintenir cette température prédéfinie durant un laps de temps prédéterminé, la température étant comprise dans l’intervalle [70°C ; 110°C], mieux dans l’intervalle [90°C ; 100°C] durant un laps de temps supérieur ou égal à 3 minutes et/ou inférieur ou égal à 10 minutes. Le régulateur de température 60 peut comporter un microcontrôleur, lequel pilote par exemple via un optocoupleur un composant de puissance, permettant de contrôler l’alimentation électrique de l’élément chauffant en fonction des mesures détectées par la thermistance et de la loi de régulation. Le composant de puissance peut être un optotriac. Le dispositif chauffant peut comporter un indicateur visuel ou sonore 64 renseignant l’utilisateur sur l’état de fonctionnement du dispositif. Par exemple, les indications visuelles ou sonores peuvent indiquer que le dispositif chauffe, que la température prédéfinie a été atteinte, que le laps de temps prédéterminé s’est écoulé, que le dispositif est ouvert. En particulier, les indications visuelles ou sonores peuvent émaner d’un écran, d’une LED, ou d’un buzzer. Le régulateur de température peut notamment être un régulateur PID (proportionnel, intégral, dérivé), dont le gain de proportion Kp est notamment compris entre 0,2 et 0,4 et donc le gain de proportion Ki est notamment compris entre 0,05 et 0,15. Le régulateur PID permet d'avoir une loi de chauffe en forme de rampe R. Le graphique de la FIG. 7 présente, avec un pas de mesure de 500 ms, des courbes C1, C2, C3 qui retracent l’évolution des températures obtenues au niveau du contenu du récipient au cours du temps lors du fonctionnement du dispositif de chauffage illustré sur les figures 1 à 6. Les courbes C1 à C3 ont été obtenues lors de trois essais successifs ayant pour objectif de chauffer le récipient jusqu’à une température de consigne de 100°C puis de maintenir cette température pendant une durée d’au moins 5 minutes. La courbe C4 correspond à la différence entre les courbes C1 et C3. Ces courbes montrent que la température prédéfinie de 100°C peut être atteinte relativement rapidement et être maintenue, avec un degré de précision d’environ 10°C. Ensemble (1) formé d’un récipient (2) et d’un dispositif (3) de chauffage du récipient, le dispositif de chauffage comportant : - un boîtier (30) ; - un élément chauffant (32) contenu dans le boîtier et définissant une cavité de réception (34) du récipient, destinée à chauffer ce dernier par conduction sèche. Ensemble selon la revendication précédente, le récipient (2) étant un récipient de forme tubulaire présentant un diamètre extérieur (D) supérieur ou égal à 2 cm et inférieur ou égal à 3 cm. Ensemble selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le boîtier (30) comporte un socle (35) présentant une ouverture par laquelle le récipient est destiné à être introduit dans le socle, et un capot (36) articulé sur le socle entre une position d’ouverture et une position de fermeture. Ensemble selon la revendication 3, le capot (36) étant monté pivotant autour d’un axe de rotation (X) sensiblement parallèle à un axe d’insertion (Y) du récipient dans le socle et dans la cavité de l’élément chauffant. Ensemble selon l’une des revendications 3 et 4 dans lequel le dispositif de chauffage comporte un interrupteur (54) de contact agencé de sorte que la position fermée de l’interrupteur est déclenchée par rotation du capot, lorsque ce dernier pivote en position de fermeture, l’interrupteur étant configuré de sorte à empêcher le chauffage lorsque l’interrupteur est ouvert. Ensemble selon la revendication précédente, le capot étant fixé à une tige (56) positionnée à l’intérieur du boîtier et comportant un élément de butée (58) destinée à entrer en contact avec l’interrupteur lorsque le capot est en position de fermeture, l’interrupteur étant en position fermée lorsqu’il est en contact avec l’élément de butée. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, le capot (36) comportant une ouverte latérale (52). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’élément chauffant (32) comporte un manchon chauffant composé d’une résistance chauffante recouverte de céramique. Ensemble selon la revendication précédente, le manchon chauffant étant un collier fendu. Ensemble selon l’une des revendications 8 et 9, l’élément de chauffage comporte un collier de serrage (40) du manchon chauffant, le collier de serrage ajustant le diamètre intérieur du manchon chauffant de sorte que le récipient s’ajuste dans la cavité de l’élément chauffant avec un jeu suffisamment faible pour permettre le chauffage du récipient par conduction sèche. Ensemble selon la revendication précédente, le collier étant ajusté par serrage d’une vis, un capteur de température (44) tel qu’une thermistance étant positionné en contact direct avec ladite vis. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un régulateur de température (60) configuré pour chauffer le récipient à une température prédéfinie, et éventuellement maintenir cette température prédéfinie durant un laps de temps prédéterminé, la température étant comprise dans l’intervalle [70°C ; 110°C], mieux dans l’intervalle [90°C ; 100°C], de préférence, la température étant maintenue durant un laps de temps supérieur ou égal à 3 minutes et/ou inférieur ou égal à 10 minutes. Ensemble selon la revendication 12, le régulateur de température (60) est un régulateur PID (proportionnel, intégral, dérivé), dont le gain de proportion Kp est notamment compris entre 0,2 et 0,4 et dont le gain de proportion Ki est notamment compris entre 0,05 et 0,15. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant un bouchon (22) d’obturation du récipient thermiquement isolant. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’élément chauffant étant disposé dans un support (48) isolant thermiquement l’élément chauffant du boîtier, le support étant fixé à une partie supérieure (35 1 ) du boîtier, notamment lorsque le boîtier comporte un socle et un capot, le support est fixé à une partie supérieure du socle. Ensemble selon la revendication précédente dans lequel un fusible (66) et un fil de terre sont positionnés dans une partie inférieure du support. Ensemble selon l’une des revendications 15 et 16, le fond du support comportant une fente (68) présentant une forme générale de secteur angulaire, le sommet (70) du secteur angulaire étant situé sensiblement au centre du fond support, de préférence la fente comportant un élargissement au niveau du sommet du secteur angulaire. Ensemble selon la revendication précédente, l’angle (θ) d’ouverture du secteur angulaire étant supérieur ou égal à 15° et inférieur ou égal à 45°.