WO2020064509A1 - Procede de thermoregulation d'un materiau souple alveolaire par compression detente du gaz emprisonne dans ses alveoles et dispositif associe - Google Patents

Procede de thermoregulation d'un materiau souple alveolaire par compression detente du gaz emprisonne dans ses alveoles et dispositif associe Download PDF

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Definitions

  • thermoregulation of a flexible cellular material by compression and expansion of the gas trapped in its cells and associated device
  • the present invention relates to a process for thermoregulation of a flexible cellular material by compression and expansion of the gas trapped in its cells and its associated device.
  • the preferred application is the soles of the shoes to maintain a cool temperature at the level of the foot even when walking on a very hot road.
  • the process which is the subject of the invention relates to the thermoregulation of a flexible cellular material by compression and expansion of the gas trapped in its cells when pressure is exerted on the flexible material such as for example when the foot of a person is pressed or of an animal
  • the flexible material is preferably made of silicone or other elastomer and consists of two layers of shore hardness (H) and of different conductivities (l) and are provided with a multitude of specific cells filled with air or gas. Each cell has two interconnected zones: zone C to store air or gas during its compression which is positioned in the layer with higher hardness and thermal conductivity (layer C) and zone D to relax the same air or gas when
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) decompression in the layer with lower hardness and thermal conductivity (layer D).
  • the flexible material can thus be used as a sole in shoes in order to maintain a cool temperature when the person is running on hot ground for example. During each step, the foot will compress the flexible material and the cells located in layer C will therefore act as adiabatic chambers whose gas by compressing will heat up. Layer C having a higher thermal conductivity than layer D, there will be a better heat exchange with the outside (in this case the bottom of the shoe).
  • the flexible material When the foot leaves the ground and therefore there is no more compression, the flexible material will regain its volume by the play of the elasticity of the material and the cells located in the layer (D) will act as a nozzle of reactor which will relax the air and therefore cool it. Since layer D has poorer thermal conductivity, exchanges will be weaker and the cold will be better preserved.
  • the material is adapted to the morphology of domestic animals such as cats and dogs which often burn the pads when they move on a road in direct sunlight. This is particularly the case for rescue dogs.
  • the flexible cellular material can be used as a carpet in establishments open to the public or in businesses with a lot of passage so that the numerous pressures of the feet bring a
  • thermoregulation
  • Figures 1 to 3 show in section the device intended for example to be arranged as a sole in shoes with the layer C in contact with the foot.
  • the flexible cellular material is at rest and the gas is uniformly distributed in the cells at the temperature T a and the pressure P a .
  • T; of the gas will therefore be equal to: T a x (R / R ; i / g I) / g where g is the Adiabatic constant of the gas (1.4 for air at 293 ° K). Let 376 ° K if T a is 293 ° K.
  • FIG 3 shows the material once the pressure is released (when the foot leaves the ground).
  • the flexible material can be used as a heating means. It suffices to reverse the sole and therefore that it is layer D which is in contact with the foot. Thus, the heat generated during compression will be in contact with the foot while the cold zone will be in contact with the bottom of the shoe.
  • the gas contained in the cells can simply be air, but it is advantageously possible to take gases having a higher adiabatic constant g such as a monoatomic gas (Ar for example) in order to obtain a higher yield.
  • gases having a higher adiabatic constant g such as a monoatomic gas (Ar for example) in order to obtain a higher yield.

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Abstract

L'invention concerne un procédé pour thermo-réguler un matériau souple. Le matériau souple en silicone ou autre élastomère est constitué de deux couches de duretés shore (H) et de conductibilités (λ) différentes et sont munies d'une multitude d'alvéoles spécifiques remplies de gaz. Chaque alvéole présente deux zones reliées entre elles: l'une pour emmagasiner le gaz lors de la compression du matériau et qui se positionne dans la couche à plus fortes dureté et conductibilité thermique (couche C) et l'autre pour détendre le même gaz, lors de la décompression du matériau, dans la couche à plus faibles dureté et conductibilité thermique (couche D). Le matériau souple peut ainsi être utilisé comme semelle dans les chaussures afin de maintenir une température fraîche lorsque la personne court sur un sol brûlant par exemple. Lors de chaque pas, le pied va compresser le matériau souple et les zones d'alvéoles situées dans la couche C vont donc agir comme des enceintes adiabatiques dont le gaz en se comprimant va s'échauffer. La plus forte conductibilité thermique de la couche C va permettre un meilleur échange de chaleur vers l'extérieur. 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 zones d'alvéoles situées dans la couche (D) vont agir comme une tuyère de réacteur qui va détendre l'air et donc le refroidir. La plus faible conductibilité thermique de cette couche va permettre de conserver cette fraîcheur.

Description

Procédé de thermorégulation d'un matériau souple alvéolaire par compression et détente du gaz emprisonné dans ses alvéoles et dispositif associé
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.
L’application préférentielle étant les semelles des chaussures afin de maintenir une température fraîche au niveau du pied même en marchant sur une route très chaude.
Art antérieur
Il existe peu de dispositifs permettant de rafraîchir 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 donc pas adapté à des séances de jogging de une heure par exemple.
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 de une heure. De surcroît, ces composants à effet Peltier sont en général en céramique et sont donc très fragiles. Enfin, entre le poids des composants et des batteries, cela devient vite trop lourd dans des chaussures de sport qui généralement gagnent à être légères.
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.
Descriptif de l’invention
Le procédé objet de l’invention concerne la thermorégulation d’un matériau souple alvéolaire par compression et détente du gaz emprisonné dans ses alvéoles lorsque est exercé une pression sur le matériau souple comme par exemple lors de l’appui du pied d’une personne ou d’un animal
Le matériau souple est préférentiellement en silicone ou autre élastomère et est constitué de deux couches de duretés shore (H) et de conductibilités (l) 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
FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) de la décompression dans la couche à plus faibles dureté et conductibilité thermique (couche D). Le matériau souple peut ainsi être utilisé comme semelle dans les chaussures afin de maintenir une température fraîche lorsque la personne court sur un sol brûlant 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).
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.
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.
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 .
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.
Figure 1, le matériau souple alvéolaire est au repos et le gaz est uniformément réparti dans les alvéoles à la température Ta et à la pression Pa. On distingue les deux couches C et D et les zones C et D respectives des alvéoles.
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 P; (dépendant de la pression exercée, soit 2 bars environ pour une personne de 70Kg) et va donc s’échauffer à la température T; suivant les lois de la thermodynamique.
La température T; du gaz sera donc égale à : Ta x (R/R;i/g I )/g où g est la constante Adiabatique du gaz (1.4 pour l’air à 293°K). Soit 376°K si Ta 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.
La figure 3 montre le matériau une fois la pression relâchée (lorsque le pied quitte le sol). Le gaz sous pression, à la température Tf, va quitter les zones C pour se détendre dans les zones D et ainsi se refroidir pour atteindre la température T= Tf x (Pa/Pi/7~ l ) 7 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 malgré les pertes inhérentes aux matériaux et à l’absorption du pied du coureur.
Suivant une autre disposition, le matériau souple peut être utilisé comme moyen de chauffage. Il suffît 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.
Le gaz contenu dans les alvéoles peut être tout simplement de l’air, mais on peut avantageusement prendre des gaz ayant une constante adiabatique g plus élevée tel qu’un gaz monoatomique (Ar par exemple) afin d’obtenir un rendement plus élevé.

Claims

Revendications
-1- Procédé de thermorégulation d’un matériau souple et élastique caractérisé en ce que le dit matériau possède des alvéoles étanches contenant un gaz, qui chacune présente deux zones reliées entre elles: la zone C pour emmagasiner le dit gaz lors de la compression du dit matériau souple et la zone D pour détendre le même gaz lors de la décompression du dit matériau souple et élastique.
-2- Procédé de thermorégulation d’un matériau souple et élastique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le dit matériau est composé de deux couches: l’une à plus forte dureté (couche C) dans laquelle sont disposées les zones C des alvéoles pour emmagasiner le gaz lors de la compression du matériau et l’autre couche à plus faible dureté (couche D) dans laquelle sont disposées les zones D des alvéoles pour détendre le même gaz lors de la décompression du matériau.
-3- Procédé de thermorégulation d’un matériau souple et élastique suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le dit matériau est composé de deux couches: l’une à plus forte conductibilité thermique (couche C) dans laquelle sont disposées les zones C des alvéoles pour emmagasiner le gaz lors de la compression du matériau et l’autre à plus faible conductibilité thermique (couche D) dans laquelle sont disposées les zones D des alvéoles pour détendre le même gaz lors de la décompression du matériau.
-4- Dispositif de mise en œuvre du procédé suivant les revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que le matériau souple et élastique doté d’alvéoles étanches contenant un gaz, qui chacune présente deux zones reliées entre elles: la zone C pour emmagasiner le dit gaz lors de la compression du dit matériau et la zone D pour détendre le même gaz lors de la décompression du dit matériau, présente la forme d’une semelle qui est disposée à l’intérieur des chaussures, la couche D côté pied et la couche C côté fond de la chaussure afin de maintenir les pieds au frais malgré un sol chaud.
-5- Dispositif de mise en œuvre du procédé suivant les revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que le matériau souple et élastique doté d’alvéoles étanches contenant un gaz, qui chacune présente deux zones reliées entre elles: la zone C pour emmagasiner le dit gaz lors de la compression du dit matériau et la zone D pour détendre le même gaz lors de la décompression du dit matériau, présente la forme d’une semelle qui est disposée à l’intérieur des chaussures, la couche C côté pied et la couche D côté fond de la chaussure afin de maintenir les pieds au chaud malgré un sol froid.
-6- Dispositif de mise en œuvre du procédé suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau souple et élastique doté d’alvéoles étanches contenant un gaz, qui chacune présente deux zones reliées entre elles: la zone C pour emmagasiner le dit gaz lors de la compression du dit matériau et la zone D pour détendre le même gaz lors de la décompression du dit matériau, présente la forme d’un tapis qui est disposé au sol dans les lieux de grands passages comme les établissements recevant du public ou les entreprises afin que les nombreuses pressions des pieds apportent une thermorégulation.
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