Titre de l'invention : Dispositif d'application de chaud-froid, avec évacuation optimisée de la chaleur

Domaine Technique

[OOOlJLa présente invention concerne un dispositif conçu pour appliquer à une surface au sens général, de la chaleur et du froid, générés à l'aide d'un élément thermoélectrique tel qu'une cellule Peltier.

[0002] L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des dispositifs de soins esthétiques capables de conférer à une surface cutanée, une sensation de chaud ou de froid, produit à l’aide d'une cellule Peltier.

Technique antérieure

[0003] Dans l'état de la technique, il est connu de nombreux dispositifs utilisant l'effet thermoélectrique appelé effet Peltier qui permet, par un courant électrique, de générer une différence de température entre les deux faces du module ou de la cellule Peltier. Par exemple, le brevet US 10 512 319 décrit un dispositif de soins esthétiques qui confère à une surface cutanée, une sensation de chaleur ou une sensation de fraîcheur de sorte qu’un effet d’accélération de l’embellissement ou de la cicatrisation peut être obtenu. Un tel dispositif comporte un élément ou une cellule Peltier en forme de plaque ayant une surface chaude configurée pour générer de la chaleur et une surface froide configurée pour absorber de la chaleur. Ces surfaces chaude et froide sont thermiquement en contact avec respectivement des applicateurs de chaud et de froid disposés sur les deux faces opposées de l'appareil et destinés à être en contact avec la peau.

[0004] Lors de l'application du froid par l'applicateur froid, il s'avère que la température de la surface chaude de l’élément Peltier augmente de manière importante de sorte que l'effet d'application du froid est diminué. Ainsi, il est nécessaire de libérer activement la chaleur générée dans la surface chaude. A cet effet, le dispositif comporte un dissipateur thermique dont une partie est interposée entre l'applicateur chaud et la surface chaude de la cellule Peltier. i L'autre partie du dissipateur thermique est pourvue d'un ventilateur de soufflage assurant la circulation de l'air entre une entrée d'air et une sortie d'air aménagées selon les deux côtés opposés de l'appareil. De par sa conception, un tel dispositif ne permet pas d'évacuer suffisamment de chaleur pour assurer l'application du froid à une température basse prédéfinie. Même un surdimensionnement du dissipateur thermique ne permettrait pas une évacuation suffisante de la chaleur.

Exposé de l'invention

[0005] L'objet de l'invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un nouveau dispositif d'application de chaud-froid, utilisant l'effet thermoélectrique, et conçu pour assurer une évacuation de la chaleur en vue d'atteindre une température froide de référence, sans surdimensionnement du dissipateur thermique.

[0006] Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention concerne un dispositif d'application de chaud-froid, comprenant dans un boitier allongé selon un axe longitudinal d'extension:

- une cellule Peltier en forme de plaque ayant une surface chaude configurée pour générer de la chaleur et une surface froide configurée pour absorber la chaleur ;

- un applicateur froid présentant un axe d'application et relié thermiquement à la surface froide de la cellule Peltier ;

- un applicateur chaud présentant un axe d'application décalé angulairement de l'axe d'application de l'applicateur froid, l'applicateur chaud délimitant un espace de séparation avec la surface chaude de la cellule Peltier;

- un dissipateur thermique allongé comprenant une partie de contact logée dans au moins une partie de l'espace de séparation et présentant une première section touchant la surface chaude de la cellule Peltier et une deuxième section décalée angulairement par rapport à la première section et en connexion thermique avec l'applicateur chaud;

- un capteur de température configuré pour mesurer la température de l'applicateur chaud; - un ventilateur configuré pour produire un flux d'air pour libérer la chaleur du dissipateur thermique,

- le boitier comportant une partie terminale de tête pourvue latéralement de l'applicateur chaud et de l'applicateur froid dont les axes d'application sont décalés angulairement entre eux dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal selon une valeur comprise entre 60° et 150°, la partie terminale de tête comportant selon la direction de l'axe longitudinal, une entrée d'air située d'un côté de l'espace de séparation et communiquant avec au moins une sortie d'air située de l'autre côté de l'espace de séparation, l'entrée d'air et la sortie d'air communiquant par un circuit d'air traversant le dissipateur thermique et le dispositif comprenant :

- un capteur de température pour mesurer la température de l'applicateur froid;

- une alimentation électrique configurée pour être réglable en courant pour alimenter la cellule Peltier;

- un microcontrôleur pilotant un régulateur de la température de l'applicateur froid et de l'applicateur chaud, relié aux capteurs de température, le régulateur contrôlant l’alimentation en courant de la cellule Peltier pour obtenir l'application de chaud-froid à une température donnée.

[0007]Selon une variante avantageuse de réalisation, l'applicateur chaud et l'applicateur froid sont montés dans le boitier de sorte que les axes d'application, des applicateurs chaud et froid se trouvent décalés angulairement d'une valeur sensiblement comprise entre 70° et 110°.

[0008]Selon une autre caractéristique de l'invention, le boitier comporte une partie terminale de tête pourvue de l'applicateur chaud et de l'applicateur froid montés latéralement de manière que les axes d'application des applicateurs chaud et froid s'étendent selon un angle d'élévation compris entre 5° et 30°.

[0009]Avantageusement, l'applicateur chaud et l'applicateur froid sont prolongés chacun par un collier tubulaire de sorte que l'applicateur chaud et l'applicateur froid forment deux proéminences s'étendant latéralement en saillie à partir de la partie terminale de tête du boitier. [0010] Avantageusement, le ventilateur est monté au moins dans une partie de l'espace de séparation.

[0011] De préférence, un cône venturi est monté entre l'entrée d'air et le ventilateur.

[0012]Selon une caractéristique préférée de réalisation, le régulateur de la température de l'applicateur froid et de l'applicateur chaud est un régulateur proportionnel intégral dérivé.

[0013]Typiquement, le microcontrôleur est programmé pour piloter le régulateur pour assurer la mise en oeuvre d'un cycle de fonctionnement de l'applicateur froid ou de l'applicateur chaud, ou d'un cycle de fonctionnement de l'applicateur chaud suivi d'un cycle de fonctionnement de l'applicateur froid.

[0014]Selon un exemple de mise en oeuvre, le microcontrôleur pilote le fonctionnement du ventilateur et est programmé de sorte que : *pendant l'application du chaud par l'applicateur chaud, le régulateur adapte le courant d'alimentation de la cellule Peltier pour maintenir la température mesurée par le capteur de température de l'applicateur chaud, inférieure à une température de consigne chaude,

*avant le terme de l'application du chaud par l'applicateur chaud, le ventilateur est mis en fonctionnement,

*au terme de l'application du chaud par l'applicateur chaud, le régulateur adapte le courant d'alimentation de la cellule Peltier pour maintenir la température mesurée par le capteur de température de l'applicateur froid, supérieure à une température de consigne froide pour appliquer du froid par l'applicateur froid.

Brève description des dessins

[0015] [Fig. 1] La figure 1 est une vue générale de côté d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'application conforme à l'invention.

[0016][Fig. 2] La figure 2 est une vue générale du dispositif d'application illustré à la figure 1 mais prise selon le côté opposé.

[0017][Fig. 3] La figure 3 est une vue de dessus du dispositif d'application conforme à l'invention. [0018] [Fig. 4] La figure 4 est une vue générale de l'intérieur du dispositif d'application conforme à l'invention, dépourvu du boitier.

[0019] [Fig. 5] La figure 5 est une vue en coupe longitudinale passant sensiblement selon l'applicateur froid.

[0020] [Fig. 6] La figure 6 est une vue en perspective montrant en détail l'architecture interne du dispositif d'application conforme à l'invention.

[0021] [Fig. 7] La figure 7 est une figure analogue à la figure 6 mais décalée sensiblement de 160° par rapport à la figure 6.

[0022] [Fig. 8] La figure 8 est une vue d'un schéma-bloc fonctionnel d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'application conforme à l'invention.

Description des modes de réalisation

[0023]Tel que cela ressort des figures, l'objet de l'invention concerne un dispositif 1 utilisant l'effet thermoélectrique pour générer du chaud et du froid, destinés à être appliqués sur une surface telle que la peau P d'une personne. Le dispositif 1 comporte un boitier 2 de forme tubulaire allongée s'étendant selon un axe longitudinal X. Le boitier 2 présente avantageusement une section tubulaire 2t adaptée pour former une poignée de préhension pour une main d'une personne.

[0024] Le boitier 2 comporte à l'opposé d'une partie proximale 2a, une partie terminale de tête 2b pourvue d'une surface d'application de chaud 3, désignée applicateur chaud dans la suite de la description et d'une surface d'application de froid 4, désignée applicateur froid dans la suite de la description. Tel que cela ressort des dessins, l'applicateur chaud 3 et l'applicateur froid 4 sont formés chacun par une plaque lisse en un matériau thermiquement conducteur. L'applicateur chaud 3 et l'applicateur froid 4 présentent dans l'exemple illustré, chacun une forme ovoïde dont la pointe est orientée à l'opposé de la partie proximale 2a du boitier.

[0025] Par convention, il est défini pour l'applicateur chaud 3 un axe d'application 3a et pour l'applicateur froid 4, un axe d'application 4a. Ces axes d'application 3a, 4a passent sensiblement par le centre de gravité respectivement de la surface de l'applicateur chaud 3 et de l'applicateur froid 4, en s'étendant sensiblement perpendiculairement à cette surface. Par exemple, la surface de l'applicateur chaud 3 et de l'applicateur froid 4 est légèrement convexe ou bombée. Chaque axe d'application 3a, 4a correspond à la direction de déplacement du dispositif pour permettre un contact de l'applicateur chaud 3 ou froid 4, avec la peau P d'une personne.

[0026]Selon une caractéristique de l'invention, l'axe d'application 3a de l'applicateur chaud 3 est décalé angulairement de l'axe d'application 4a de l'applicateur froid 4 selon une valeur comprise entre 60° et 150°. En d'autres termes, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal X du boitier (plan d'azimut), l'axe d'application 3a de l'applicateur chaud 3 est décalé de l'axe d'application 4a de l'applicateur froid 4 selon un angle azimut A compris entre 60° et 150° (figure 3). De préférence, l'applicateur chaud 3 et l'applicateur froid 4 sont montés dans le boitier de sorte que les axes d'application 3a, 4a des applicateurs chaud et froid se trouvent décalés angulairement d'un angle d'azimut A sensiblement compris entre 70°et 110°. Selon une variante avantageuse de réalisation illustrée sur les dessins, les axes d'application 3a, 4a des applicateurs chaud et froid se trouvent décalés angulairement d'un angle A sensiblement de l'ordre de 90°.

[0027]Tel que cela ressort des dessins, l'applicateur chaud 3 et l'applicateur froid 4 sont montés dans le boitier, à la partie terminale de tête 2b, sensiblement au même niveau selon l'axe longitudinal X, en étant décalés angulairement selon la circonférence du boitier comme décrit ci-dessus. Les surfaces de l'applicateur chaud 3 et de l'applicateur froid 4 sont orientées pour s'étendre latéralement à partir de la partie terminale de tête 2b du boitier 2. Ainsi, les axes d'application 3a, 4a des applicateurs chaud 3 et froid 4 coupent l'axe longitudinal X.

[0028] Il est à noter que dans un plan contenant l'axe longitudinal X, les axes d'application 3a, 4a des applicateurs chaud 3 et froid 4 sont perpendiculaires à cet axe longitudinal X lorsque la surface des applicateurs chaud 3 et froid 4 s'étend sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal X. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation illustrée sur les dessins (figure 2), les axes d'application 3a, 4a des applicateurs chaud 3 et froid 4 s'étendent selon un angle d'élévation P compris entre 5° et 30° et par exemple de l'ordre de 10°. L'angle d'élévation P pour l'applicateur chaud est pris dans le plan vertical passant par l'axe longitudinal X et l'axe d'application 3a de l'applicateur chaud 3 tandis que l'angle d'élévation P pour l'applicateur froid est pris dans le plan vertical passant par l'axe longitudinal X et l'axe d'application 4a de l'applicateur froid 4. Comme cela ressort clairement de la figure 2, les axes d'orientation 3a, 4a des applicateurs chaud 3 et froid 4 s'étendent selon un angle d'élévation P, considéré dans le plan longitudinal passant par l'axe longitudinal X et pris par rapport à l'axe perpendiculaire à l'axe longitudinal X. La surface des applicateurs chaud 3 et froid 4 est dirigée ou ouverte vers l'extérieur, en direction de la partie terminale de tête 2b de sorte que les axes d'application 3a, 4a des applicateurs chaud 3 et froid 4 présentent par rapport à la section tubulaire 2t du boitier, une angulation de 90° augmentée de l'angle d'élévation p.

[0029]Selon une autre caractéristique avantageuse de réalisation, l'applicateur chaud 3 et l'applicateur froid 4 s'étendent latéralement en saillie à partir de la partie terminale de tête 2b du boitier 2. Ainsi, l'applicateur chaud 3 et l'applicateur froid 4 sont prolongés chacun respectivement par un collier tubulaire 3b, 4b venant se raccorder à la partie tubulaire 2t du boitier 2. Ainsi, le boitier 2 possède à sa partie terminale de tête 2b, deux proéminences 3c, 4c en saillie par rapport à la partie tubulaire 2t, orientées sensiblement à 90° l'une de l'autre en se terminant l'une 3c par l'applicateur chaud 3 et l'autre 4c par l'applicateur froid 4. Ainsi, le dispositif 1 présente une première proéminence dite tête chaude 3c et une deuxième proéminence dite tête froide 4c. Le décalage angulaire A préféré de l'ordre de 90° entre l'applicateur froid et l'applicateur chaud facilite les opérations de mise en contact sur une même surface de la peau par un simple mouvement de pivotement de la main.

[0030] Pour produire le chaud et le froid, le dispositif d'application 1 comporte un module ou une cellule Peltier 8 utilisant l'effet thermoélectrique. De manière classique, la cellule Peltier 8 a une forme de plaque apte à générer une différence de température entre ses deux faces, à savoir une surface chaude 9 configurée pour générer de la chaleur et une surface froide 10 configurée pour absorber la chaleur. Par exemple, la cellule Peltier 8 utilisée est une cellule Peltier 25x25 , ET-2708-15.

[0031] La surface froide 10 de la cellule Peltier 8 est reliée thermiquement à l'applicateur froid 4. Ainsi, l'applicateur froid 4 est relié à la surface froide 10 de la cellule Peltier 8 directement ou par l'intermédiaire d'un bloc de matériau thermiquement conducteur 10a.

[0032] La surface chaude 9 de la cellule Peltier 8 qui est située à l'opposé de la surface froide 10, se trouve positionnée à la partie proximale de la tête froide 4c. Dans la mesure où la tête froide 4c est décalée angulairement de 90° par rapport à la tête chaude 3c, la surface chaude 9 est située à distance de l'applicateur chaud 3 et délimite un espace de séparation 12 avec l'applicateur chaud 3.

[0033] Selon une autre caractéristique, la surface chaude 9 est destinée à être reliée thermiquement à l'applicateur chaud 3 par au moins un dissipateur thermique 14 assurant l'évacuation de la chaleur. Dans l'exemple illustré, le dissipateur thermique 14 se présente sous la forme d'un bloc allongé réalisé en un matériau thermiquement conducteur comprenant à partir d'une extrémité, une partie de contact 14a logée dans au moins une partie de l'espace de séparation 12. Cette partie de contact 14a présente une première section touchant la surface chaude 9 de la cellule Peltier 8 et une deuxième section décalée angulairement par rapport à la première section et en connexion thermique avec l'applicateur chaud 3. La première section de cette partie de contact 14a est décalée angulairement de la deuxième section selon un angle correspondant à l'angle A de décalage entre les axes d'application 3a, 4a des applicateurs chaud 3 et froid 4.

[0034] Le dissipateur thermique 14 est en contact avec la surface chaude 9 et avec l'applicateur chaud 3, directement ou indirectement. Dans l'exemple illustré, le dissipateur thermique 14 est en contact avec l'applicateur chaud 3 par l'intermédiaire d'un support massif 15 réalisé en un matériau thermiquement conducteur, et avec la surface chaude 9 de la cellule Peltier, par l'intermédiaire d'une pièce support 16 réalisée en un matériau thermiquement conducteur. Par exemple, le support massif 15 et la pièce support 16 sont décalés entre eux de 90° en formant une pièce unique fixée au boitier. [0035] Le dissipateur thermique 14 est aménagé pour présenter classiquement des ailettes d'évacuation de la chaleur. Comme cela sera mieux compris dans la suite de la description, les ailettes sont aménagées de manière à créer un circuit d'air traversant le dissipateur thermique 14 entre une entrée d'air 18 et une sortie d'air 19 situées de part et d'autre de l'espace de séparation 12. La circulation de l'air de part en part de l'espace de séparation 12 situé entre la surface chaude 9 et l'applicateur chaud 3 assure une évacuation optimisée de la chaleur. Ainsi, les ailettes sont aménagées sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal X de manière que la circulation de l'air puisse s'établir à partir de la partie de contact 14a du dissipateur thermique et déboucher sur la périphérie du dissipateur thermique.

[0036]Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif 1 comporte un ventilateur 21 monté au moins dans une partie de l'espace de séparation 12. Ainsi, le ventilateur 21 est monté à l'intérieur du boitier 2 entre l'extrémité du dissipateur thermique 14 délimitant la partie de contact 14a et le sommet de la partie terminale de tête 2b du boitier.

[0037]Tel que cela ressort plus précisément de la figure 1, l'entrée d'air 18 est aménagée au sommet de la partie terminale de tête 2b du boitier. Cette entrée d'air 18 est donc décalée selon l'axe longitudinal X, latéralement par rapport à l'espace de séparation 12. Au moins une sortie d'air 19 et dans l'exemple illustré, deux sorties d'air 19 sont aménagées dans le boitier 2 pour s'ouvrir au niveau du dissipateur thermique 14. De préférence, ces deux sorties d'air 19 sont aménagées de manière diamétralement opposée sur le boitier. Ces sorties d'air 19 sont décalées selon l'axe longitudinal X, latéralement par rapport à l'espace de séparation 12, selon un côté opposé de celui pourvu de l'entrée d'air 18. Ainsi, selon la direction de l'axe longitudinal X, l'entrée d'air 18 est située d'un côté de l'espace de séparation 12 tandis que la sortie d'air 19 est située de l'autre côté de l'espace de séparation 12. Le flux d'air pénètre par l'entrée d'air 18 en traversant l'espace de séparation 12 et le dissipateur thermique 14 en ressortant latéralement par les sorties d'air 19. Il se produit un transfert de chaleur par convection entre le dissipateur thermique 14 et la masse d'air circulante qui sert de véhicule à la chaleur.

[0038] Avantageusement, un cône venturi 23 est aménagé entre l'entrée d'air 18 et le ventilateur 21 pour canaliser l'air entrant dans le ventilateur.

[0039] Selon une autre caractéristique, le dispositif 1 comporte un capteur de température 25 configuré pour mesurer la température de l'applicateur chaud 3 (figure 8). De même, le dispositif 1 comporte un capteur de température 26 configuré pour mesurer la température de l'applicateur froid 4. Par exemple, les capteurs de température 25, 26 sont installés au niveau du support massif 15 et de la pièce support 16.

[0040]Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif 1 comporte une alimentation électrique 28 configurée pour être réglable en courant pour alimenter la cellule Peltier 8. Avantageusement, cette alimentation électrique 28 comporte une source d'énergie à savoir une batterie 28a dans l'exemple illustré, connectée à un circuit de commande 28b en courant alimentant la cellule Peltier 8. Par exemple, le circuit de commande 28b en courant est un convertisseur BUCK.

[0041]Cette alimentation électrique 28 est commandée par un régulateur 31 piloté par un microcontrôleur 33. Ce régulateur 31 permet de réguler la température de l'applicateur froid 4 et de l'applicateur chaud 3 en pilotant le circuit de commande 28b de la cellule Peltier 8, en fonction d'une température de consigne E donnée par le microcontrôleur 33. Selon une variante avantageuse de réalisation, le régulateur 31 est un régulateur proportionnel intégral dérivé. Ce régulateur 31 est connecté par l'intermédiaire du microcontrôleur 33, en fonction du cycle thermique appliqué (chaud ou froid) soit au capteur de mesure 25 de la température de l'applicateur chaud 3, soit au capteur de mesure 26 de la température de l'applicateur froid 4.

[0042] Le microcontrôleur 33 est adapté pour piloter le fonctionnement du dispositif 1 à l'aide par exemple d'une interface homme machine 34 fixée sur le boitier 2. Le microcontrôleur 33 est adapté pour piloter le fonctionnement, en particulier, du ventilateur 21 et du régulateur 31. En particulier, le microcontrôleur 33 est programmé pour piloter le régulateur 31 pour assurer la mise en oeuvre d'un cycle de fonctionnement de l'applicateur froid 4 ou d'un cycle de fonctionnement de l'applicateur chaud 3, ou d'un cycle de fonctionnement de l'applicateur chaud 3 suivi d'un cycle de fonctionnement de l'applicateur froid 4. Bien entendu, le microcontrôleur 33 est programmé pour permettre un réglage de la durée de chacun de ces cycles de fonctionnement.

[0043] Selon un exemple de mise en oeuvre, le microcontrôleur 33 est programmé de sorte que :

*pendant l'application du chaud par l'applicateur chaud 3, le régulateur 31 adapte le courant d'alimentation de la cellule Peltier 8 pour maintenir la température mesurée par le capteur de température 25 de l'applicateur chaud 3, inférieure à une température de consigne chaude,

*avant le terme de l'application du chaud par l'applicateur chaud 3, le ventilateur 21 est mis en fonctionnement, par exemple 30 secondes avant la fin du cycle chaud,

*au terme de l'application du chaud par l'applicateur chaud 3, le régulateur 31 adapte le courant d'alimentation de la cellule Peltier 8 pour maintenir la température mesurée par le capteur de température 26 de l'applicateur froid 4, supérieure à une température de consigne froide pour appliquer du froid par l'applicateur froid.

[0044]Typiquement, le microcontrôleur 33 pilote le régulateur 31 de manière que grâce à la cellule Peltier 8, l'applicateur chaud 3 assure l'application d'un cycle de chaleur pendant 5 minutes à une température chaude de consigne de 44°C suivi d'un cycle de froid appliqué par l'applicateur froid 4 pendant 5 minutes à une température froide de consigne de 9°C.