WO1999053784A1 - Dispositif thermodynamique de regulation thermique d'un objet tel une chaussure - Google Patents

Dispositif thermodynamique de regulation thermique d'un objet tel une chaussure Download PDF

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WO1999053784A1
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thermodynamic device
thermodynamic
heat
heat exchange
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Jacques Bernier
Jacques Lepine
Nicolas Sokolow
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Jacques Bernier
Jacques Lepine
Nicolas Sokolow
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    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
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    • A43B—CHARACTERISTIC FEATURES OF FOOTWEAR; PARTS OF FOOTWEAR
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    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
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    • F25B9/04—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect using vortex effect
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies

Definitions

  • the present invention relates to a thermodynamic thermal regulation device intended for an object, such as a shoe, subjected to a possible temperature differential.
  • Such a device essentially finds its application in shoes, hats and clothing or the like, generally for cooling a part liable to heat or for heating a part liable to cool. More particularly, but not limited to, an application to the cooling and heating of a shoe will be described below.
  • EP-A-0717940 discloses a device for ventilating and pumping air from the ambient atmosphere to the interior of the shoe or vice versa.
  • the sole is provided with a bag forming a pump air when the user of such a shoe moves.
  • the bag has an outlet arranged in the inner sole of the shoe. Again, the user's foot naturally closes this exit, making the system completely ineffective.
  • the present invention is placed in this context and aims to overcome these drawbacks.
  • the present invention also aims to determine a simple, inexpensive, reliable and risk-free device for thermal regulation of an object, such as a shoe, but not exclusively, when it is subjected to heating or to a cooling.
  • Another object of the invention is also such a new device, the efficiency of which can be adjustable.
  • the device comprises at least one thermodynamic cycle in heat exchange relation by conduction towards the interior of the shoe, constituted by a system with two pressure levels, with compression activated by walking or by a system with solid sorption that can be housed in an enclosure provided in the object.
  • thermodynamic cycle used is an open circuit cycle with a Ranque tube
  • the interior wall of the enclosure has a part made of a thermally conductive material in which flexible channels are housed, thus forming a heat exchanger or cold
  • a compressor placed under the sole or the heel constituted by a membrane deforming during walking thus allows the compression of air
  • the device is completed by a detent member making it possible to adjust the level of heat or cold, as well as by an intermediate heat exchanger.
  • an inverter system located in the heel, will make it possible to modify the positioning of the interior exchanger relative to the compressor, the device will then produce heat, cold or will be switched off depending on the chosen position of the inverter
  • a layer of insulating material ensures the separation between the useful part of the interior exchanger and the rest of the device
  • all of the expansion valves and members will be placed in a cylinder constituting the reversing device which will put them in relation with the various conduits making it possible to connect these elements to the compressor, to the internal exchanger, to the intermediate exchanger or to the outside atmosphere
  • thermodynamic cycle used is a Carnot cycle comprising a membrane compressor, an evaporator, a condenser and an expansion device, depending on the positioning of the system, this will produce heat or cold
  • thermodynamic cycle used is a solid sorption cycle comprising an enclosure forming a liquid storage acting as an evaporator, a second enclosure forms the reactor comprising a salt eager for the gas vaporizing in the liquid reserve, a manual shutter connecting the two chambers makes it possible to start the sorption or the chemical reaction
  • the assembly is in the form of a regenerable cartridge placed in the heel of the shoe, which according to the direction in which it will be placed will produce heat or cold
  • FIG. 1 schematically shows an embodiment of the compressor
  • FIG. 3 shows schematically another embodiment of the compressor
  • FIG 4 schematically shows the Ranque tube expansion device
  • Figure 5 shows schematically the heat exchanger inside the shoe sole
  • Figure 6 shows schematically in the hot position the reversing device for switching from the cooling cycle to the heating cycle
  • Figure 7 shows schematically a shoe equipped with a variant of the invention operating according to a solid / gas sorption cycle and using a regenerable cartridge placed in the heel;
  • Figure 8 shows the regenerable cartridge using the principle of a solid / gas sorption reaction, corresponding to component (T) detail of Figure 8;
  • Figures 9 and 11 show a detail of Figure 8 in the closed position;
  • Figures 10 and 12 show a detail of Figure 8 in the open position.
  • Figure 13 schematically represents a variant of the invention using the Carnot cycle in the heating position
  • Figure 14 schematically represents a variant of the invention using the Carnot cycle in the cooling position; Reference will now be made to the figures which have just been succinctly described and relating to an embodiment intended (but not limiting) for cooling a shoe.
  • Figure 1 shows schematically in cooling phase a shoe equipped according to the invention operating according to an open cycle with Ranque tube.
  • a deformable closed enclosure (11) acts as an air compressor.
  • the pressure of the foot compresses the air contained in the enclosure (11) to a pressure of a few bars, the compression has the effect of heating the air, this is discharged by the tube (10) then the valve (14) towards the exchanger formed by the tube or tubes (16).
  • These tubes will preferably be placed on the same horizontal plane as the tube (17) with which they will exchange heat.
  • the mode of representation allows a better understanding of the operating principle.
  • the cooled air leaving the pipes (16) is then admitted into the pressure reducer (19), the air expanded to atmospheric pressure separates in two, a part heats up and is discharged to the outside in (S2) by the pipe. (12), the other central part cools and leaves at (15) to go towards the thermally conductive sole in contact with the foot, ensuring the useful cooling effect.
  • the air then exits at (18) then passes through the tube (17) in heat exchange relation with the tubes (16).
  • the air leaving (15) can be sent directly inside the shoe to cool the foot, the air will then leave the inside of the shoe by overpressure through the orifice (18 ).
  • the enclosure (11) returns to its initial position and thus creates a depression therein. This has the effect of sucking in the outside air which enters the device through the outside orifice (13). Resting the foot on the ground will compress the air trapped in the enclosure (11) to restart a new cycle.
  • the compressor is of the membrane type (11) of which at least one of the walls is deformable, but it may be of another type, with piston for example.
  • FIG. 2 shows the detail of the compressor in “Corblin” type diaphragm compressor version.
  • This consists of a deformable membrane (20,23) in connection with an orifice (21) and a tube (22).
  • the membrane When the foot is placed on the ground, the membrane is deformed from (20) to (23), the air thus compressed in the membrane is forced back towards the tubing (22). Conversely when the foot is raised, the membrane returns to its initial position (20) to form a new cycle.
  • Figure 3 shows a variant of the compressor in which a piston (33) moves under the action of the foot in a cylinder (30).
  • the orifice (31) allows the evacuation of the compressed air towards the tubing (32), the piston is then in top dead center (34).
  • the piston (33) returns to the bottom dead center as shown in the figure, thanks to the presence of a return spring (35), thus sucking the air coming from the tubing ( 32).
  • FIG. 4 represents the trigger member (41) with a Ranque tube.
  • the air coming from the compressor is admitted through the piping (43) it then enters the vortex which comprises in the central part an orifice (44) connected to an outlet pipe (45) and a periphery in relation to an outlet (46) .
  • the vortex effect causes the air going to the piping (44) to cool, while the air leaving through the piping (46) warms.
  • An adjustment member (42) will more or less partially block the outlet (46), which has the effect of regulating the temperature of the air entering the orifice (44). If the regulating member leaves the passage completely open at (46), then the air exiting through the piping (45), to go towards the exchanger of the soleplate, will be the coldest.
  • FIG. 5 represents an exemplary embodiment of the exchanger included in the insole (51) of the shoe.
  • the air enters it at (52) and is then distributed to a series of channels (54,55,56) in order to put the sole of the sole with the foot in effective heat exchange relationship. After this heat exchange, the air leaves the soleplate through the piping (53).
  • the insole (51) is separate from the sole in contact with the ground (not shown), the two outer and inner soles (51) will be thermally insulated from each other by a layer of suitable material.
  • FIG. 6 represents the component making it possible to ensure the "cold”, “hot”, “stop” reversal of the device according to the invention. It is a rotating mobile cylinder (61), rotating in a fixed cylinder (62) placed for example in the heel of the shoe.
  • the cylinder (61) may also include all the components such as the compressor valves (11) as well as the pressure reducer (41) and its adjustment device (42). (not shown in Figure 6).
  • the trigger adjustment device (11) will be placed in the center of the cylinder (61) to facilitate the adjustment of the heating or cooling device.
  • the cylinder (61) has three positions that the user can choose by simple rotation "cold”, “hot”, “stop”. In the “cold” position, FIG. 6, the cylinder (61) relates the inlet (64) to the outlet (65), as well as the inlet (66) with the outlet (63). The inlet (64) being in relation to the outlet (45) of the regulator (41) of Figure 4; the output (65) is, it 8
  • the inlet (66) is related to the outlet (46) of the regulator (41) of Figure 4; the outlet (63) is, it in relation to the external evacuation (S2) of figure 1.
  • the cylinder (61) relates the inlet (64) to the outlet (63), as well as the inlet (66) with the outlet (65).
  • the inlet (64) being in relation to the outlet (45) of the regulator (41) of Figure 4; the outlet (65) is, it in relation to the inlet (52) of the insole of FIG. 5.
  • the inlet (66) is in relation to the outlet (46) of the regulator ( 41) of Figure 4; the outlet (63) is, it in relation to the external evacuation (S2) of FIG. 1.
  • FIG. 7 represents another embodiment of a device according to the invention, using a thermodynamic sorption cycle of the solid type / gas.
  • This cycle can be either adsorption such as zeolite with water or activated carbon with methanol, or chemical reaction such as chloride with ammonia.
  • the system can also use several salts so as not to use liquid storage.
  • a sorption system is placed in the heel (T), which is in heat exchange relation with the internal surface (69) which puts it itself in heat exchange relation with the surface (67) in contact with the feet.
  • the heat exchange between (69) and (67) may be carried out either by a thermally conductive material, for example a sheet of braided copper wires, or by a device with a phase change fluid heat pipe.
  • a regenerable cartridge placed in the heel comprises two enclosures (76, 77) put together or not by means of a device constituted by an orifice (79) in a ring (75), closed or not by a obturator ( 73).
  • the enclosure (76) comprises a salt such as zeolite (71) which has the particularity of absorbing the vapors formed by the vaporization of the liquid (78). This adsorption is exothermic and therefore gives off heat towards the surface (70) in exchange relation with the interior of the foot (69) of FIG. 7.
  • the liquid enclosed in the enclosure (77) will enter into boiling at low temperature in heat exchange relation with the surface (80), itself in contact with the ground.
  • the heat taken at low temperature from the external medium has the effect of vaporizing the liquid (78), such as water in the case of the zeolite.
  • the shutter (73) allows the two speakers to be connected, therefore to start or stop the reaction, therefore to heat or not the surface (70).
  • Thermal insulation (72) makes it possible not to lose thermal energy.
  • the device of Figure 8 can be returned, so that the wall (80) is in contact with the interior (69) of Figure 7 and the wall (70) in contact with the ground.
  • the device has the useful effect of cooling instead of heating the shoe.
  • the device of FIG. 8 requires regeneration as soon as the water zeolite reaction is complete. To do this, outside of the shoe, it is appropriate with an appropriate means such as an electrical resistance, to heat the plate (70) in order to return the vapor in the enclosure (77) where it will condense by evacuating the heat from condensation towards the plate (80).
  • an appropriate means such as an electrical resistance
  • Figures 9 and 11 show a detail of Figure 8, the shutter system of the two enclosures in the closed position. 10
  • Figures 10 and 12 show a detail of Figure 8, the shutter system of the two speakers in the open position.
  • the shutter (73) is blocked between an orifice (79) and a grid (74).
  • the pressure prevailing under the shutter (73) is greater than that prevailing above the orifice (79) thus allowing it to remain in the closed position.
  • An energetic action of the heel on the ground or on the side will have the effect of "taking off” the shutter from the orifice (79), thus connecting the two speakers.
  • the shutter (81) is blocked between an orifice (79) and a grid (74).
  • the pressure prevailing under the shutter (81) is greater than that prevailing above the orifice (79) thus allowing it to remain in the closed position.
  • the shutter (81) is made of a magnetic material such as mild steel. An action on the pusher (82) made of magnetic material will have the effect of "unsticking" the magnetized shutter (81) from the orifice (79), thus connecting the two speakers.
  • FIG. 13 represents a variant of the invention in the heating position, using a Carnot cycle.
  • the diaphragm compressor (88) discharges vapors via the valve (R) into the condenser formed by the tubes (90 ⁇ 90 2 , ... 90 n ) in heat exchange relationship with the surface (P) in contact with the foot.
  • the liquid is expanded by the regulator with adjustment system (93), the expanded fluid is then admitted into the evaporator constituted by the tubes (91 1 , 91 2 , ... 91 n ), in relation to heat exchange with the surface (S) in contact with the ground.
  • the vapors exiting from (911) are admitted to compression in (88) after passing through the suction valve (A).
  • a thermally insulating material (92) prevents heat loss.
  • the compressor (88) is of the membrane type of which at least one of the walls is deformable, but it may be of another type, with piston for example
  • FIG. 14 represents a variant of the invention in the cooling position, using a Carnot cycle.
  • the membrane compressor (88) discharges vapors by means of the valve (R) in the condenser constituted by the tubes. (94 ⁇ , 94 2 , 94 n ) in heat exchange relationship with the surface (S) in contact with the ground
  • the liquid is expanded by the regulator with adjustment system (93), the expanded fluid is then admitted in the evaporator constituted by the tubes (95 ⁇ , 95 2 , 95 n ), in heat exchange relation with the surface (P) in contact with the foot
  • the vapors leaving (95- ⁇ , 95 2 , 95 n ) are allowed to be compressed in (88) after passing through the suction valve (A)
  • a thermally insulating material (96) prevents cold loss
  • the use of the device according to the invention will already have been understood by those skilled in the art.
  • Two versions, one static, the other dynamic, allow the invention to be used.
  • the dynamic version comprises a compression refrigeration cycle, the static version including a solid sorption cycle
  • the user In the dynamic version, the user must position the device in the “cold”, “hot” or “off” position.
  • the simple act of walking then has the effect of compressing the gas contained in the diaphragm compressor thus starting an open cycle.
  • Ranque tube or closed Carnot The adjustment of the heating or cooling action can also be done simply by acting on the regulator wheel
  • the user normally stores one or more sets of 12
  • heels and soles may each have their own independent device.
  • thermodynamic sorption assemblies could use a couple of two ammoniacate salts such as for example barium chloride and manganese chloride, thus making it possible not to have a figure 9 of liquid (78), but instead a gas chemically. bound with a salt.
  • thermodynamic compression assemblies can be multiple, be removable from the boot and positioned in one direction or the other as shown in FIGS. 13 and 14.
  • the thermodynamic compression assemblies can be fixed laterally on either side of the sole, or else be embedded in the sole, or else be fixed to the upper face of the shoe.
  • the compressor could be thermally insulated from the ground by an insulated sole so as not to lose compression heat for polar applications in particular.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif thermodynamique de régulation thermique destiné à un objet soumis à un éventuel différentiel de température. Il comprend au moins un compresseur (11) mû par la pression du pied ou par une autre partie du corps. Il comprend deux parties à pression différentes, reliées par un organe de détente (19) à effet vortex dans un tube de Ranque permettant de séparer l'air comprimé détendu en air froid et en air chaud. Une variante utilise un cycle de Carnot et une autre un dispositif thermodynamique à sorption solide/gaz. Application notamment au chauffage et au refroidissement de chaussures.

Description

Dispos i t i f thermodynamique de régulat ion thermique d ' un obj et te l une chaussure
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. 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 l'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 l '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, l'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'écnangeur intermédiaire ou à l'atmosphère extérieure
Selon un autre mode de réalisation le cycle thermodynamique utilisé est un cycle de Carnot comportant un compresseur à membrane, un évaporateur, un condenseur et un organe de détente , suivant le positionnement du système, celui ci produira de la chaleur ou du froid
Selon un autre mode de réalisation le cycle thermodynamique utilisé est un cycle à sorption solide comportant une enceinte formant stockage de liquide jouant le rôle d'évaporateur, une seconde enceinte forme le réacteur comportant un sel avide du gaz se vaporisant dans la réserve de liquide, un organe d'obturation manuel de mise en liaison des deux enceintes permet de démarrer la sorption ou la réaction chimique L'ensemble se présente sous forme d'une cartouche régénérable placée dans le talon de la chaussure, qui suivant le sens où elle sera placée produira de la chaleur ou du froid 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 ;
La Figure 7 représente schématiquement une chaussure équipée d'une variante de l'invention fonctionnant selon un cycle à sorption solide / gaz et utilisant une cartouche régénérable placée dans le talon;
La Figure 8 représente la cartouche régénérable utilisant le principe d'une réaction à sorption solide / gaz , correspondant au composant (T) détail de la figure 8 ; Les Figures 9 et 11 représentent un détail de la figure 8 en position fermeture ;
Les Figures 10 et 12 représentent un détail de la figure 8 en position ouverture.
La Figure 13 représente schématiquement une variante de l'invention utilisant le cycle de Carnot en position chauffage ;
La Figure 14 représente schématiquement une variante de l'invention utilisant le cycle de Carnot en position refroidissement ; 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 l'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 l'extérieur par l'orifice (S1).
Dans une autre version, l'air sortant de (15) pourra être envoyé directement à l'intérieur de la chaussure pour y refroidir le pied, l'air sortira ensuite de l'intérieur de la chaussure par surpression par l'orifice (18). Lorsque le pied se soulève du sol, l'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), l'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 cyiindre (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, l'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 8
relation avec l'entrée (52) de la semelle intérieure de la figure 5. D'un autre côté, l'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, l'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. La figure 7 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, utilisant un cycle thermodynamique à sorption de type solide / gaz. Ce cycle pourra être soit à adsorption tel de la zéolithe avec de l'eau ou du charbon actif avec du méthanol, soit à réaction chimique tel un chlorure avec de l'ammoniac. Le système pourra également utiliser plusieurs sels afin de ne pas utiliser un stockage de liquide. Dans la représentation de la figure 7, un système à sorption est placé dans le talon (T), celui ci est en relation d'échange thermique avec la surface intérieure (69) qui la met elle- même en relation d'échange thermique avec la surface (67) en contact avec le pieds. L'échange thermique entre (69) et (67) pourra s'effectuer soit par un matériau conducteur thermiquement, par exemple une nappe de fils de cuivre tressé, soit par un dispositif à caloduc à fluide à changement de phase.
Dans le talon (T) est placé un dispositif représenté figure (8). Sur cette figure n'est représenté qu'un système à sel unique, mais l'invention peut s'appliquer à des systèmes multiples. Une cartouche régénérable placée dans le talon, comporte deux enceintes (76, 77) mises ou non en relation par l'intermédiaire d'un dispositif constitué par un orifice (79) dans un anneau (75), obturé ou non par un obturateur (73). L'enceinte (76) comporte un sel tel la zéolithe (71) qui a pour particularité d'adsorber les vapeurs formées par la vaporisation du liquide (78). Cette adsorption est exothermique et dégage de ce fait de la chaleur vers la surface (70) en relation d'échange avec l'intérieur du pied (69) de la figure 7. Le liquide enfermé dans l'enceinte (77) va entrer en ébullition à basse température en relation d 'échange thermique avec la surface (80), elle-même en contact avec le sol. La chaleur prélevée à basse température au milieu extérieur a pour effet de vaporiser le liquide (78), tel de l'eau dans le cas de la zéolithe. L'obturateur (73) permet de mettre en relation les deux enceintes, donc de commencer ou d'arrêter la réaction, donc de chauffer ou non la surface (70). Une isolation thermique (72) permet de ne pas perdre l'énergie thermique.
Le dispositif de la figure 8 pourra être retourné, de telle manière à ce que la paroi (80) soit en contact avec l'intérieur (69) de la figure 7 et la paroi (70) en contact avec le sol. Dans cette disposition, le dispositif a pour effet utile de refroidir au lieu de réchauffer la chaussure.
Le dispositif de la figure 8 nécessite une régénération dès que la réaction zéolithe eau est complète. Pour ce faire, en dehors de la chaussure, il convient avec un moyen approprié tel une résistance électrique, de chauffer la plaque (70) afin de faire retourner la vapeur dans l'enceinte (77) où elle de condensera en évacuant la chaleur de condensation vers la plaque (80).
Les Figures 9 et 11 représentent un détail de la figure 8, le système d'obturation des deux enceintes en position fermeture. 10
Les Figures 10 et 12 représentent un détail de la figure 8, le système d'obturation des deux enceintes en position ouverture.
Sur les figures 9 et 10, l'obturateur (73) est bloqué entre un orifice (79) et une grille (74). En période d'arrêt correspondant à la figure 9, la pression régnant sous l'obturateur (73) est supérieure à celle régnant au- dessus de l'orifice (79) permettant ainsi de rester en position fermeture. Une action énergique du talon sur le sol ou sur le côté aura pour effet de «décoller » l'obturateur de l'orifice (79), mettant ainsi en liaison les deux enceintes. Sur les figures 10 et 11 , l'obturateur (81) est bloqué entre un orifice (79) et une grille (74). En période d'arrêt correspondant à la figure 11, la pression régnant sous l'obturateur (81) est supérieure à celle régnant au- dessus de l'orifice (79) permettant ainsi de rester en position fermeture. L'obturateur (81) est réalisé en un matériau magnétique tel de l'acier doux. Une action sur le poussoir (82) réalisé en matériau magnétique aura pour effet de «décoller » l'obturateur magnétisé (81) de l'orifice (79), mettant ainsi en liaison les deux enceintes.
La figure 13 représente une variante de l'invention en position chauffage, utilisant un cycle de Carnot. Dans une telle disposition, le compresseur à membrane (88) refoule des vapeurs par l'intermédiaire du clapet ( R) dans le condenseur constitué par les tubes (90^ 902, ... 90n) en relation d'échange thermique avec la surface (P) en contact avec le pied. Après condensation, le liquide est détendu par le détendeur avec système de réglage (93), le fluide détendu est ensuite admis dans l'évaporateur constitué par les tubes (911, 912, ... 91n), en relation d'échange thermique avec la surface (S) en contact avec le sol. Les vapeurs sortant de (911) sont admises en compression dans (88) après passage par le clapet d'aspiration (A). Un matériau isolant thermiquement (92) évite les pertes de chaleur. 1 1
Dans la représentation, le compresseur (88) est du type à membrane dont une des parois au moins est déformable, mais il pourra être d'un autre type, à piston par exemple
La figure 14 représente une variante de l'invention en position refroidissement, utilisant un cycle de Carnot Dans une telle disposition, le compresseur à membrane (88) refoule des vapeurs par l'intermédiaire du clapet ( R) dans le condenseur constitué par les tubes (94ι, 942, 94n) en relation d'échange thermique avec la surface (S) en contact avec le sol Après condensation, le liquide est détendu par le détendeur avec système de réglage (93), le fluide détendu est ensuite admis dans l'evaporateur constitué par les tubes (95ι, 952, 95n), en relation d'échange thermique avec la surface (P) en contact avec le pied Les vapeurs sortant de (95-ι, 952, 95n), sont admises en compression dans (88) après passage par le clapet d'aspiration (A) Un matériau isolant thermiquement (96) évite les pertes de froid
L'utilisation du dispositif selon l'invention aura déjà été compris de l'homme du métier Deux versions l'une statique, l'autre dynamique permettent à l'invention d'être utilisée La version dynamique comporte un cycle frigorifique à compression, la version statique comportant elle un cycle à sorption solide
Dans la version dynamique, 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 ou fermé de Carnot Le réglage de l'action de chauffage ou de refroidissement peut se faire par ailleurs simplement en agissant sur la molette du détendeur
Dans la version statique à sorption, pour un refroidissement ou un chauffage, l'utilisateur stocke normalement un ou plusieurs jeux de 12
recharges. Lorsqu'il veut utiliser ce dispositif, il place un jeu de recharges dans chaque objet équipé d'enceintes et utilise chaque recharge à sa guise. Après utilisation, il enlève ces recharges et les régénère.
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- après.
Par exemple, les talons et les semelles pourront posséder chacun leur dispositif indépendant.
Autre exemple, les ensembles thermodynamiques à sorption pourront utiliser un couple de deux sels ammoniacates tels par exemple le chlorure de baryum et le chlorure de manganèse, permettant ainsi de ne pas avoir figure 9 de liquide (78), mais à la place un gaz chimiquement lié avec un sel.
Autre exemple, les ensembles thermodynamiques à compression peuvent être multiples, être amovibles de la chaussure et positionnés dans un sens ou dans l'autre tel représenté sur les figures 13 et 14. 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 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.

Claims

13
R E V E N D I C A T I O N S
1 - Dispositif thermodynamique de régulation thermique en relation d'échange thermique avec l'intérieur de l'objet à réchauffer ou refroidir, caractérisé en ce qu' il comporte deux parties à pression différentes, reliées par un organe de détente (19, D) ou obturateur (73), la partie en relation thermique avec l'intérieur de l'objet étant à la plus haute pression en fonction chauffage et ou à la plus basse pression en fonction refroidissement.
2 - Dispositif thermodynamique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le dispositif comporte un compresseur à membrane (11 , 20, 88) ou à piston (33) dont l'action d'aspiration refoulement s'effectue par pression du pied .
3- Dispositif thermodynamique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (33) comporte un ressort de rappel (35).
4 - Dispositif thermodynamique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un organe de détente (19, 41) de type tube de Ranque à effet vortex.
5 - Dispositif thermodynamique selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'organe de détente (19,41) est réglable de l'extérieur, par un organe (42) permettant d'ajuster le niveau de chaleur ou de froid. 14
6 - Dispositif thermodynamique selon la revendication 3, 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 3, 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.
9 - Dispositif thermodynamique selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un cycle fermé de Carnot, l'evaporateur étant en relation d'échange thermique avec l'intérieur (P) et le condenseur en relation d'échange thermique avec le sol (S) ou inversement.
10 - Dispositif thermodynamique selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif amovible à sorption comportant deux enceintes (70, 77), une au moins renfermant un adsorbant solide.
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