La présente invention concerne un dispositif de refroidissement utilisable pour la cryothérapie, et un outil de traitement par cryothérapie comprenant un tel dispositif.

En médecine physique et en rééducation fonctionnelle, le froid est utilisé, d'une part, pour traiter les douleurs et les traumatismes musculo-tendineux du fait de son effet antalgique et anti-inflammatoire, et d'autre part, pour récupérer la fonction musculaire après un effort physique intense et prolongé (tel que lors de compétitions sportives de haut niveau) du fait de sa capacité à drainer les oedèmes issus de chocs physique et à induire une détente musculaire. Deux techniques de génération du froid sont principalement utilisées en cryothérapie.

Une première technique de cryothérapie utilise la décompression d'un gaz comprimé liquéfié contenu dans une bouteille de gaz. Le dispositif de refroidissement correspondant comprend, d'une part, la bouteille de gaz dans laquelle est stocké le gaz comprimé liquéfié, tel que du dioxyde de carbone (CO ₂ ), et, d'autre part, un détendeur qui est relié à la bouteille de gaz et permet de libérer le gaz comprimé de sorte que ce gaz subi une détente brusque et se refroidit. Ainsi, il est possible d'obtenir un jet de CO ₂ à environ -78°C. Un système de pistolet peut être relié a la sortie du détendeur afin de diriger le jet de gaz froid vers une zone précise à traiter. L'utilisation d'une bouteille de gaz comprimé génère plusieurs contraintes. Premièrement, surtout dans le cas où le gaz comprimé est un gaz asphyxiant (comme le CO ₂ ), il est nécessaire de contrôler en continu la concentration en dioxygène dans le lieu où est stockée la bouteille et d'y installer une ventilation performante. Deuxièmement, il est nécessaire d'avoir un réapprovisionnement régulier en bouteille de gaz. Troisièmement, la bouteille de gaz est encombrante et peu aisée è déplacer dans le cabinet de kinésithérapie. Une seconde technique de cryothérapie, par exemple décrite dans le document US 5,077,980 utilise une machine frigorifique à circuit fermé dont le cycle de réfrigération de son fluide frigorigène (par exemple le fréon) permet de refroidir l'air ambiant à des températures comprises entre -30°C et -40°C. Cette technique de production qui n'utilise pas de bouteille de gaz comprimé, produit un jet de gaz froid moins concentré et moins froid que la technique de cryothérapie par décompression de gaz comprimé liquéfié contenu dans une bouteille de gaz. Comme la zone à traiter subi un choc thermique moins important, l'efficacité du traitement est moins importante. De plus, une telle machine frigorifique met un certain temps pour produire du froid, ce qui oblige le praticien à mettre en froid la machine frigorifique bien avant son utilisation (dans le cas d'un usage ponctuel) ou à la laisser tourner toute la journée (dans le cas d'un usage fréquent). Enfin, une machine frigorifique a un coût important .

Parallèlement à ces techniques de cryothérapie, il existe une technique de refroidissement de l'air ambiant utilisée dans l'aéronautique et l'industrie automobile qui équipe notamment des systèmes de refroidissement moteur comme décrit dans le document US 2013/0180270. Cette technique de refroidissement présente un cycle de refroidissement de type « Turbo Brayton » qui utilise un compresseur adapté à compresser l'air ambiant, l'air ambiant compressé est ensuite refroidi à l'aide d'un échangeur thermique, avant d'être détendu par une turbine de détente.

Toutefois, dans le cadre d'un traitement de cryothérapie, un tel cycle de refroidissement comporte un débit d'air trop important et ne permet pas de produire un air froid suffisamment extrême, c'est-à-dire, de l'air refroidi à une température inférieure à - 35°C permettant de prodiguer un choc thermique suffisant qui garantit l'efficacité du traitement. De plus, les installations nécessaires pour la production d'air froid utilisant un cycle de type « Turbo Brayton » sont encombrantes et ne répondent pas aux contraintes de compacité requises par une solution de cryothérapie à destination d'un praticien tel qu'un kinésithérapeute.

Dans ce contexte, la présente invention vise à fournir un dispositif de refroidissement utilisable en cryothérapie n'utilisant pas de consommables, permettant de fournir à la demande sans temps de latence, une projection d'air froid extrême et concentrée de manière à procurer un choc thermique suffisant pour garantir un traitement thérapeutique efficace. L'invention s'attache également à fournir une solution compacte facilement manipulable de manière à répondre aux besoins d'un praticien.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif de refroidissement utilisable pour la cryothérapie et comprenant au moins un compresseur adapté à comprimer un fluide, au moins un système de refroidissement adapté à refroidir le fluide sortant du compresseur et un détendeur adapté à détendre le fluide sortant du système de refroidissement, le fluide utilisé par le dispositif de refroidissement est l'air ambiant, caractérisé en ce que chaque compresseur comporte une roue de compression présentant un diamètre compris entre 10 mm et 50 mm, la roue de compression étant montée sur un arbre de compression entraîné en rotation par un moteur à une vitesse comprise entre 150 000 tr/min et 300 000 tr/min permettant au détendeur de rejeter, hors du dispositif de refroidissement, de l'air refroidi à une température inférieure à -35°C.

Avantageusement, le dispositif de refroidissement selon l'invention peut produire un air froid extrême jusqu'à - 90°C.

Ainsi, selon l'invention, le fluide frigorigène utilisé est l'air ambiant, et le dispositif de refroidissement peut être assimilé à une machine frigorifique à circuit ouvert utilisant un cycle de réfrigération turbo Brayton.

En outre, le fait d'utiliser une roue de compression de petites dimensions présentant notamment un diamètre compris entre 10 mm et 50 mm couplée avec une vitesse élevée comprise entre 150 000 tr/min et 300 000 tr/min d'entraînement en rotation de l'arbre de compression, permettent de répondre aux contraintes de compacité et de production d'air froid extrême, à savoir, à une température inférieure à -35°C.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le détendeur comprend une turbine de détente montée sur un arbre de détente. La turbine de détente comporte une roue de détente qui présente un diamètre compris entre 10 mm et 40 mm permettant d'obtenir, en sortie du dispositif de refroidissement, un débit d'air compris entre 20 Nia ³ /h et 150 Nm ³ /h.

Ainsi, les dimensions de la roue de détente permettent d'obtenir un débit d'air adapté en terme de volume et d'intensité du froid à la cryc-thérapie tout en respectant les contraintes de compacité du dispositif de refroidissement.

Selon une particularité du premier mode de réalisation, la roue de détente porte en son centre et perpendiculairement l'arbre de détente, et une série d'ailettes de détente comportant un caractère radial. Chaque ailette de détente est fixée à la roue de détente et à une partie de l'arbre de détente. Le fait que chaque ailette soit fixée à la fois à l'arbre de détente et à la roue de détente, permet d'augmenter la résistance mécanique des ailettes oui subissent d'importantes contraintes mécaniques dues en partie à la vitesse de rotation élevée de l'arbre de détente. En effet, chaque compresseur et la turbine de détente sont montés sur un arbre de rotation motorisé. Avantageusement, l'invention prévoit que le compresseur et la turbine de détente soient montés sur le même arbre de rotation. Cette caractéristique permet de récupérer une partie de l'effort de compression à la détente de l'air comprimé.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque roue de compression porte en son centre et perpendiculairement l'arbre de compression, et une série d'ailettes de compression présentant un caractère radial. Selon une particularité du deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque ailette de compression est fixée à une roue de compression et à une partie de l'arbre de compression.

Le fait que chaque ailette soit fixée à la fois à l'arbre de compression et à une roue de compression, permet d'augmenter la résistance mécanique des ailettes qui subissent d'importantes contraintes mécaniques dues en partie à la vitesse de rotation élevée de l'arbre de rotation.

De plus, afin d'obtenir une température d'air en échappement du dispositif de refroidissement comprise entre -10°C et -90°C, le système de refroidissement est adapté à refroidir l'air comprimé à une température proche de la température ambiante avant que la turbine de détente ne détende l'air comprimé. Un tel système de refroidissement peut être formé par un échangeur thermique de type air-air ou, de type air-eau. De préférence, 1'échangeur thermique est choisi type air-eau qui favorise en présence de débit de liquide de refroidissement important de réduire les nuisances sonores.

Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le compresseur est un compresseur centrifuge.

Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, le compresseur est multi étagés, c'est-à-dire, qu'il comprend plusieurs étages et un système de refroidissement annexe situé entre chaque étage. Cette caractéristique permet d'obtenir un air comprimé à une pression comprise entre 4 et 8 bars selon le nombre d'étages présentant une température comprise entre 90°C et 140°C en sortie du compresseur.

Selon une particularité du quatrième mode de réalisation de l'invention, chaque étage du compresseur multi-étagé comprend une roue de compression.

Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, le diamètre de chaque roue de compression et de la roue de détente est de préférence inférieur à 35 mm. Afin de réaliser un traitement ciblé d'une zone anatomioue précise d'un patient à traiter, le dispositif de refroidissement peut comprendre en échappement de la turbine de détente des moyens d'orientation de l'air froid d'échappement comme un pistolet d'échappement.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et illustré dans les dessins mis en annexe dans lesquels :

- La figure 1 est un schéma représentant un dispositif de refroidissement conforme à un mode de réalisation de 1 'invention ;

La figure 2 est une représentation en perspective d'une turbine de compression d'un compresseur utilisé dans le dispositif de refroidissement de la figure 1 ; et

- La figure 3 est une représentation en perspective d'une turbine de détente d'un détendeur utilisé dans le dispositif de 1.

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement 1 utilisé pour la cryothérapie.

Comme illustré à la figure 1, le dispositif de refroidissement 1 selon l'invention comprend un compresseur 2 qui est adapté à aspirer l'air ambiant (environ 20 °C), un système de refroidissement 3 (par exemple un échangeur thermique 3) <∑ui est adapté à refroidir l'air comprimé (de préférence à une température proche de celle de l'air ambiant) et un détendeur 4 Qui est adapté à détendre le fluide comprimé refroidi . Du fait Que le fluide utilisé pour produire le froid est l'air ambiant, le dispositif de refroidissement 1 n'utilise ni bouteille de gaz, ni fluide frigorigène (par exemple du fréon) .

Dans les présents exemples, le compresseur 2 est un compresseur centrifuge Qui comprend une enceinte de compression 5 et une turbine de compression 6 montée rotative dans l'enceinte de compression 5 autour d'un arbre de compression 7. Le compresseur 2 comprend, d'une part, une admission d'air 8 permettant l'admission de l'air ambiant dans l'enceinte de compression 5 pour ςρι'ϋ y soit comprimé par la rotation de la turbine de compression 6, et, d'autre part, une sortie d'air 9 permettant la sortie de l'air comprimé hors de l'enceinte de compression 5 et son acheminement dans le système de refroidissement 3. I»a compression chauffe l'air. L'arbre de compression 7 est entraîné par un moteur 10 afin de permettre la rotation de la turbine de compression 6 et la compression de l'air ambiant. Dans cet exemple, le moteur 10 est adapté à entraîner en rotation l'arbre de compression 7 à une vitesse de rotation comprise entre 150 000 tr/min et 300 000 tr/min.

Comme illustré à la figure 2, la turbine de compression 6 comprend une roue de compression 11 dont le centre porte perpendiculairement l'arbre de compression 7, et une série d'ailettes de compression 12 radiales. Chaque ailette de compression 12 est fixée à la roue de compression 11 et à la partie de l'arbre de compression 7 portée par la roue de compression 11. Dans le présent exemple, la roue de compression 11 présente un diamètre compris entre 10 mm et 50 mm, de préférence entre 20 mm et 40 mm et de préférence entre 25 mm et 35 mm.

Dans les présents exemples, le système de refroidissement 3 est un échangeur thermique 3 de type air-air ou, de préférence (notamment pour des raisons de débit important du fluide de refroidissement et de niveau sonore réduit) de type air-eau. Le système de refroidissement 3 comprend, d'une part, une admission d'air comprimé 13 qui est reliée à la sortie d'air 9 du compresseur 2 et qui permet l'admission de l'air comprimé à refroidir, et, d'autre part, une sortie d'air comprimé refroidi 14 permettant la sortie de l'air comprimé refroidi et son acheminement dans le détendeur 4.

Le système de refroidissement 3 permet de refroidir l'air comprimé à une température inférieure à 50°C, de préférence inférieure à 40°C, et même à une température proche de celle du fluide réfrigérant utilisé (soit la température de l'air ambiant en cas d'échangeur thermique air-air, soit la température de l'eau en cas d'échangeur thermique air-eau) .

Dans les présents exemples, le détendeur 4 comprend une enceinte de détente 15 et une turbine de détente 16 montée rotative dans l'enceinte de détente 15 autour d'un arbre de détente 17. Le détendeur 4 comprend, d'une part, une admission d'air comprimé refroidi 18 oui est reliée à la sortie d'air comprimé refroidi 14 du système de refroidissement 3 et qui permet l'admission de l'air comprimé refroidi dans l'enceinte de détente 15, et, d'autre part, une sortie d'air détendu 19 qui permet la sortie de l'air détendu hors de l'enceinte de détente 15. Dans l'enceinte de détente 15, l'air se détend et entraîne la rotation de la turbine de détente 16. Du fait de sa détente, la température de l'air en sortie de l'enceinte de détente 15 est particulièrement basse, inférieure à 0 °C, de préférence inférieure à -10 °C, inférieure a -35 °C, voire inférieure à - 65 °C. De l'air qui présente une température inférieure à -35 °C peut être assimilé à un froid extrême permettant de produire un choc thermique suffisant de façon à prodiguer un traitement cryogénique efficace.

Comme illustré à la figure 3, la turbine de détente 16 comprend une roue de détente 20 dont le centre porte perpendiculairement l'arbre de détente 17, et une série d'ailettes de détente 21 radiales. Chaque ailette de détente 21 est fixée à la roue de détente 20 et à la partie de l'arbre de détente 17 portée par la roue de détente 20. Dans le présent exemple, la roue de détente 20 présente un diamètre compris entre 10 mm et 40 mm, de préférence entre 15 mm et 35 mm et de préférence entre 20 mm et 30 mm.

Pour obtenir une température de l'air en sortie de l'air détendu 18 de -35 °C, le taux de détente de la turbine de détente 16 doit être compris entre 3 et 5 (selon le rendement isentropique du détendeur 4). Pour obtenir une température de l'air en sortie de l'air détendu 18 de -65 °C, le taux de détente de la turbine de détente 16 doit être compris entre 5 et 8 (selon le rendement isentropique du détendeur 4) .

L'invention concerne également un outil de traitement par crvothérapie <zui comprend le dispositif de refroidissement 1 et un dispositif d'orientation 22 permettant d'orienter l'air détendu froid provenant de la sortie d'air détendu 19 du détendeur 4. Cet outil permet le traitement ciblé d'une zone anatomique précise d'un patient a traiter. Un tel dispositif d'orientation 22 peut être un pistolet d'échappement 22.

Selon une particularité de l'invention illustrée a la figure 1, l'arbre de compression 7 et l'arbre de détente 17 sont mécaniquement reliés l'un à l'autre de sorte que la rotation de l'arbre de détente 17 par la détente de l'air dans le détendeur 4 entraîne la rotation de l'arbre de compression 7. De préférence, l'arbre de compression 7 et l'arbre de détente 17 forment un unique arbre de rotation. Dans ce dernier cas, l'énergie récupérée par la rotation de l'arbre de détente 17 représente environ 40% du travail à fournir pour comprimer l'air. De plus, le volume du dispositif de refroidissement 1 s'en trouve réduit, et la turbine de compression 6 et la turbine de détente 16 tournent à la même vitesse de rotation.

Afin d'avoir une température d'air en sortie du dispositif de refroidissement 1 particulièrement basse (inférieure à -35 °C), il est nécessaire d'avoir une détente importante (un taux de détente compris entre 3 et 8) et donc une compression tout aussi importante. Or, pour limiter la valeur élevée de la température de l'air en sortie du compresseur 2 (typiquement comprise entre 100 °C et 140 °C, de préférence entre 110 °C et 120 °C) . il faut limiter le taux de compression de la turbine de compression 6 à une valeur comprise entre 1,75 et 2,75 (selon le rendement isentropique du compresseur 2) . Aussi, il est préférable d'utiliser plusieurs compresseurs 2 montés en série, avec, entre chaque compresseur 2, un système de refroidissement 3 permettant de limiter la hausse de la température de l'air comprimé à l'entrée du détendeur 4 dont le taux de détente sera celui requis pour obtenir la température d'air en sortie du dispositif de refroidissement 1.

De préférence, les compresseurs 2 sont similaires et leurs arbres de compression 7 sont mécaniquement reliés entre eux (avantageusement, ils ne forment qu'un seul arbre de rotation qui, de préférence, est également celui de l'arbre de détente 17) .

De préférence, les rendements isentropiçues des compresseurs 2 et du détendeur 4 sont compris entre environ 0,7 et environ 0,8. Les diamètres des roues de compression 11 et de la roue de détente 20 sont inférieurs à 35 mm.

Pour obtenir de l'air à une température inférieure à -35 °C avec un débit de 50 Nm ³ /h (17,5 g/s), il est possible d'utiliser deux compresseurs 2 montés en série ; l'arbre commun aux deux compresseurs 2 et au détendeur 4 a une vitesse de 250 000 tour/min ; le premier compresseur 2 a un rendement isentropitnie de 0,725 et une roue de compression 11 de 25,95 mm ; le second compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,65 et une roue de compression 11 de 25,75 mm ; le détendeur 4 a un rendement isentropique de 0,77 et une roue de détente 20 de 20,35 mm ; l'air ambiant entrant dans le premier compresseur 2 a une température de 27 °C et une pression de 1 bar ; l'air sortant du premier compresseur 2 a une température de 117,5 °C et une pression de 2 bars ; l'air entrant dans le second compresseur 2 a une température de 27 °C (du fait de son refroidissement par un premier système de refroidissement 3) et une pression de 2 bars ; l'air sortant du second compresseur 2 a une température de 128,8 °C et une pression de 4 bars ; l'air entrant dans le détendeur 4 a une température de 27 °C (du fait de son refroidissement par un second système de refroidissement 3) et une pression de 4 bars ; l'air sortant du détendeur 4 a une température de -49 °C et une pression de 1 bar.

Pour obtenir de l'air à une température inférieure à -65 °C avec un débit de 100 Km ³ /h (35 g/s), il est possible d'utiliser trois compresseurs 2 montée en série / l'arbre commun aux trois compresseurs 2 et au détendeur 4 a une vitesse de 200 000 tour/min ; le premier compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,79 et une roue de compression 11 de 33,5 mm j le second compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,76 et une roue de compression 11 de 32,3 mm ; le troisième compresseur 2 a un rendement isentropique de 0,7 et une roue de compression 11 de 31,75 mm ; le détendeur 4 a un rendement isentropique de 0,79 et une roue de détente 20 de 29,8 mm ; l'air ambiant entrant dans le premier compresseur 2 a une température de 27 °C et une pression de 1 bar ; l'air sortant du premier compresseur 2 a une température de 110,2 °C et une pression de 2 bars ; l'air entrant le second compresseur 2 a une température de 27 °C (du fait de son refroidissement par un premier système de refroidissement 3) et une pression de 2 bars ; l'air sortant du second compresseur 2 a une température de 113,5 °C et une pression de 4 bars ; l'air entrant le troisième compresseur 2 a une température de 27 °C (du fait de son refroidissement par un second système de refroidissement 3) et une pression de 4 bars ; l'air sortant du troisième compresseur 2 a une température de 120,8 °C et une pression de 8 bars ; l'air entrant dans le détendeur 4 a une température de 27 °C (du fait de son refroidissement par un troisième système de refroidissement 3) et une pression de 8 bars ; l'air sortant du détendeur 4 a une température de -80,2 °C et une pression de 1 bar.

Ainsi, l'invention permet de produire facilement, sans utilisation de fluide frigorigène ni de récipient de gaz sous pression, de l'air ayant une température inférieure à -35 °C, voire inférieure à -65 °C. Le dispositif de refroidissement 1 est d'un poids et d'un volume permettant son déplacement (son poids est en général inférieur à 25 kg et son volume est en général inférieur à un cube de 400 mm de côté) . Enfin, la mise en froid de l'air est rapide (en général inférieure à 15 minutes) et pendant son utilisation, le bruit est faible (environ 40 dB) .