La présente invention concerne un dispositif réfrigérant accumulateur d'énergie frigorifique et calorifique entièrement écologique, théoriquement réutilisable à l'infini. La présente invention concerne également ces dispositifs accumulateurs d'énergie frigorifique inclus dans leur enveloppe.

On sait que les dispositifs accumulateurs d'énergie frigorifique sont utilisés pour conserver pour une durée déterminée et à une température donnée des objets tels que les produits frais, médicaments, produits électroniques, échantillons biologiques, réactifs etc. Le maintien à température constante s'effectue en réunissant dans un emballage de préférence isotherme les produits à conserver et le ou les dispositifs accumulateurs d'énergie frigorifique dans lesquels on a placé une matière réfrigérante. On forme ainsi un colis dans lequel les produits thermosensibles sont conservés à une température contrôlée pendant une durée au moins égale à celle prévue pour le transport.

De tels dispositifs peuvent aussi être utilisés pour le rafraîchissement du corps humain ou animal et le soulagement de douleurs.

La matière réfrigérante utilisée pour le dispositif est soumise avant son utilisation à une transformation réversible telle qu'une solidification. C'est ensuite la transformation inverse de la matière réfrigérante qui va absorber des calories et conserver ainsi une température très proche du point d'eutexie pendant toute la durée de la transformation.

Selon un mode de réalisation connu, le dispositif accumulateur d'énergie frigorifique est une enveloppe souple en matière plastique dans laquelle est insérée une matière réfrigérante, en particulier un gel eutectique.

Parmi les dernières demandes de brevets déposées à ce sujet, la demande numéro 0853803 déposée par Lisotherme (09 juin 2008) fait état d'un dispositif réfrigérant muni d'une enveloppe absorbant la condensation générée. Selon d'autres modes de réalisation connus, le dispositif accumulateur d'énergie frigorifique est une enveloppe rigide généralement en PEHD polyéthylène haute densité et porte le nom de flacon eutectique,

Un inconvénient des dispositifs connus à ce jour, est que la matière réfrigérante est constituée la plupart du temps à partir d'un polymère de type polyacrylate de sodium ou autre qui présente l'inconvénient de générer des nuisances sur le plan écologique. Certes, ce produit est connu et largement utilisé dans l'industrie et l'agriculture. Il entre par exemple dans la composition des absorbants de couches culottes de bébé. Néanmoins sa décomposition n'est pas évidente si le produit n'est pas soumis à un rayonnement solaire et ses conséquences sur le long terme ne sont pas connues. Dans l'agriculture par exemple, s'il est autorisé en Espagne comme rétenteur d'eau, ce n'est pas le cas en France.

L'idée à la base de la présente invention est de supprimer toute conséquence nuisible sur l'environnement dans l'utilisation des réfrigérants. Suivant l'invention, la matière réfrigérante, est caractérisée en ce que sa composition est celle d'une plante assez répandue un genre de mousse bryophyte : la sphaigne (genre : sphagnum ; famille : sphagnaceae ; ordre : sphagnales ; classe : Sphagnopsida ; sous-embranchement : Musci ; embranchement ; Bryophyta) . Ainsi, le nouveau réfrigérant, destiné principalement aux transitaires, au e-commerçants, aux laboratoires pharmaceutiques ne disperse plus aucune nuisance.

Un autre avantage est que le dispositif en cas de percement ou une fois usagé peut être encore utile dans de nombreux domaines très divers :

- il peut servir d'amendement pour la culture du bonzaï

- il peut être utilisé pour éliminer les odeurs des litières pour chat

- il peut être utilisée pour protéger du gel les plantes dans les jardins

- il peut servir à protéger le pied arbres fruitiers

- (...)

D'autres plantes bryophytes telles que la mousse ne fonctionnent pas de la même façon et n'ont pas les mêmes performances que la sphaigne. Une explication peut être trouvée dans le potentiel hydrogène de la sphaigne qui est acide. De plus la sphaigne s'épanouit pleinement dans les milieux aqueux, préalable à la formation de tourbe.

La proportion de sphaigne dans un sachet est de l'ordre de 5% par rapport au poids d'eau qu'il convient d'ajouter. Ainsi en comparant un sachet rempli d'eau par exemple 1 litre et un sachet rempli de sphaigne et d'eau pour un total de 1 kg dont 5% de sphaigne, on s'aperçoit immédiatement de la plus grande efficacité de la sphaigne par rapport à l'eau : la sphaigne restitue beaucoup plus longtemps le froid, en d'autres termes, son enthalpie de fusion est nettement supérieure à celle de l'eau (figurel).

Par rapport à un réfrigérant plus classique, le point d'eutexie, c'est à dire le point de changement de phase du mélange sphaigne-eau, c'est à dire encore le point de passage de l'état solide à l'état liquide est moins marqué et il est plus élevé en température, le plus souvent aux alentours de 4 à 5 ⁰ C. Néanmoins sa charge de froid est la plupart du temps équivalente jusqu'à une remontée en température de 8°, à des réfrigérants chimiques classiques. (figure 2),

Le mélange remonte lentement en température et la phase d'accélération de la remontée en température en fin de cycle est moins accentuée qu'avec un réfrigérant classique, (figure 2)

Son efficacité est équivalente aux meilleurs réfrigérants classiques produits dans les règles de l'art jusqu'à une remonté en température de 8°. Au-delà, il est plus efficace et jusqu'à 15° C, il est environ 30% plus efficace que le réfrigérant claissique (figure 2).

Cependant, comme son point d'eutexie est plus élevé que celui du réfrigérant classique, il convient de l'abaisser. Pour cela, il est judicieux d'utiliser une solution naturelle à base d'halogénures. Le plus simple est d'utiliser le sodium, mais il est également possible d'utiliser des produits tels que le chlorure de calcium, le chlorure de magnésium, etc. (figure 3)

L'enveloppe du réfrigérant est variable. Elle peut être constituée d'un ensemble PA/PE -polyamide/polyéthylène ou d'autres matériaux tels que le PET/métal/PE - polyéthylène téréphtalate/métal/polyéthylène ou encore le PE/PA/PE. La solution la plus judicieuse consiste à profiter des dernières évolutions en ce domaine avec l'usage d'une enveloppe absorbant la condensation. Ainsi, l'efficacité de l'ensemble s'en trouve augmentée de 20% environ avec l'effet d'absorption du revêtement.(figure2)

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un exemple de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés :

La figure lest une courbe de température comparative entre l'efficacité de restitution du froid par de l'eau congelée et par de la sphaigne mélangée à de l'eau et congelée

la figure 2 est une courbe de température comparative entre un sachet absorbeur de condensation contenant un réfrigérant classique et un sachet absorbeur de condensation contentant de la sphaigne ;

la figure 3 illustre l'évolution temporelle de la température d'un dispositif selon l'invention c'est à dire avec de la sphaigne et du chlorure de sodium et un dispositif selon l'invention avec de la sphaigne sans chlorure de sodium ;

la figure 4 illustre l'évolution temporelle de la température d'un dispositif selon l'invention avec de la sphaigne et de l'eau déionisée et de la sphaigne avec de l'eau de ville.

La figure 5 illustre les différences d'efficacité de restitution du froid, selon la densité de la sphaigne incluse dans un sachet

La figure 6 présente une vue d'ensemble de l'enveloppe contenant de la sphaigne avec arrachement.

L'invention va être à présent décrite en référence aux figures 1 à 6.

Dans la figure 6, le dispositif 1 selon l'invention est constitué d'une matière réfrigérante, la sphaigne et l'eau 2, qui fait office de gel eutectique, et d'une enveloppe 3. L'enveloppe 3 recouvre entièrement la sphaigne et l'eau 2 et l'enferme de manière étanche avec des soudures plates sur le pourtour du sachet dans cet exemple. Lors de l'utilisation, le dispositif 1 est soumis à une température suffisamment basse pour que Ia matière réfrigérante 2 subisse une transformation réversible, par exemple une solidification. Le dispositif est ensuite placé à proximité de produits à réfrigérer, en particulier à maintenir à une température inférieure à la température ambiante. En général, le ou les dispositifs) et les produits sont logés dans un emballage garni d'une isolation thermique. La transformation inverse (ramollissement ou liquéfaction) de la matière réfrigérante 2 est endothermique et permet alors de maintenir le ou les dispositifs) 1 et les produits à une température très proche du point d'eutexie pendant toute la durée de la transformation. Le point d'eutexie est également fonction de la qualité de l'eau. Ainsi une eau déionisée permettra de remonter le point d'eutexie du réfrigérant, par rapport à une eau de ville.

Pour l'eau de ville, la remontée pendant la phase de décongélation a lieu entre 3 et 10°, alors que pour une eau déionisée, elle pourra être de 5° à 12° (figure 4).

L'enveloppe 3 est formée de préférence par le complexage d'un film plastique et d'un revêtement externe pour absorber l'humidité.

Pour fabriquer le réfrigérant, il convient d'insérer de la sphaigne sèche, laquelle va ensuite se gonfler avec l'apport d'eau et retrouver un volume normal comparable à celui de la plante vivace.

La sphaigne utilisée est au préalable séchée. C'est une plante morte déshydratée.

Par la suite, on introduit l'eau qui aura été au préalable mélangée avec le chlorure de sodium ou autre halogénure. Le sel doit être en quantité suffisante pour abaisser le point d'eutexie de l'eau et de la sphaigne à 2° environ. La proportion de sel sera ainsi de l'ordre de 5% du poids d'eau (figure 3).

La densité de la sphaigne peut être de l'ordre de 5% également. Au-delà elle devient plus difficilement industrialisable et nécessite d'être compressée dans le sachet destiné à recevoir le réfrigérant. Pour ce qui est de l'efficacité, le sachet diffuseur de froid avec 5% de sphaigne est à peu près aussi efficace que le sachet rempli de 10% de sphaigne. La différence en faveur d'une densité de 5% tient au fait que la sphaigne joue mieux le rôle de réfrigérant et son point d'eutexie est plus bas que le mélange eau-sphaigne à 10%.

Le poids du réfrigérant peut être très variable en fonction des besoins de l'utilisateur.

Dans un mode de réalisation standard, il peut varier de 50g pour obtenir une efficacité minimale d'une demi-heure à une température ambiante moyenne de 20°, jusqu'à 1, 2 ou 3 kg pour tenir 14 à 30 heures, sans être inséré dans un emballage isotherme et toujours à une température ambiante moyenne de 20°. Intégré dans un emballage isotherme, le réfrigérant peut maintenir un produit frais entre 2° et 8° pendant 48h, 72h voir 120h et plus en fonction de différents paramètres de déperdition thermique de l'emballage isotherme.

Le dispositif ainsi conçu avec un produit naturel, respectueux de l'environnement, est parfaitement adapté pour le transport en température dirigée. Il peut également être appliqué sur le corps humain. En effet la sphaigne est douce, même si elle n'a pas le côté gélatineux d'un gel réfrigérant classique et allège la densité d'un réfrigérant

Le dispositif 1 peut être appliqué sur le corps humain ou animal notamment à des fins paramédicales. Plus précisément, on place le dispositif au réfrigérateur, et notamment au congélateur, pendant une durée suffisante pour que la matière réfrigérante 2 se solidifie, puis on l'applique sur une zone du corps humain ou animal, par exemple pour soulager une inflammation, une migraine, une douleur musculaire, pour rafraîchir le corps pendant ou après des exercices sportifs, etc. Grâce au revêtement choisi absorbeur de condensation, le dispositif 1 reste sec et procure une sensation de « rafraîchissement sec » qui contribue au confort d'utilisation du dispositif 1.

La figure 2 représente l'évolution temporelle sous forme comparée, de la température du dispositif 1 (figure 6) et d'un dispositif incluant uniquement de l'eau. Les deux dispositifs contenant une même quantité d'une matière réfrigérante identique ont tout d'abord été refroidis, puis on les laisse revenir à température ambiante supérieure à la température de liquéfaction de la matière réfrigérante. Les températures respectives des deux dispositifs sont mesurées à leurs surfaces durant toute la durée de l'expérience, depuis le début de la phase de refroidissement, jusqu'à ce que les températures des dispositifs aient quasiment atteint la température ambiante. La température est exprimée en degrés Celsius, et l'échelle de temps est graduée en heures. La courbe l correspond au dispositif 1 selon l'invention. La courbe 2 correspond au dispositif incluant de l'eau. On distingue quatre étapes principales :

une étape de descente en température négative à partir de Oh jusqu'à une demi- heure voire une heure environ ;

une étape de remontée au point d'eutexie, pendant un quart d'heure à une heure selon les protocoles d'expérience ;

une étape à température quasiment constante, de remontée lente jusqu'à 8°C, peut durer comme dans l'exemple présent d'exposition des réfrigérants à température ambiante, de 5 heures comme dans l'exemple, jusqu'à 70 -120 heures environ pour la sphaigne, selon la qualité des emballages isothermes incluant les réfrigérant à base de sphaigne. L'eau est moins efficace que la sphaigne d'environ 60% ;

une étape de remontée à la température ambiante qui subit une inflexion, plus tardivement et de façon moins nette pour le dispositif à base de sphaigne.

Ces durées ne sont données qu'à titre indicatif et peuvent fortement varier en fonction du protocole de l'expérience (dimensions de l'enveloppe, constitution de l'enveloppe, surfaces de contact entre le réfrigérant et l'extérieur, masse du mélange eau-sphaigne, conditions ambiantes, etc).

L'étape de refroidissement correspond à la phase de refroidissement de la matière réfrigérante des deux dispositifs à une température inférieure au point de solidification de leur matière réfrigérante. C'est la phase de démarrage, lorsqu'en surface le gel est encore congelé. L'étape de remontée au point d'eutexie correspond à l'arrêt du refroidissement des dispositifs, lorsqu'une fine couche du réfrigérant remonte en température en surface. Cette couche décongelée va s'épaissir progressivement et servir de tampon à la partie congelée au coeur du sachet de réfrigérant.

L'étape à température quasiment constante correspond à l'étape de transformation inverse de la matière réfrigérante qui permet de maintenir les dispositifs à une température très proche du point d'eutexie. On voit que la température à l'extérieur du dispositif selon l'invention est nettement supérieure à celle du dispositif incluant uniquement de l'eau, pendant la transformation eutectique.

Le début de l'étape de remontée à température ambiante correspond à la fin de cette transformation inverse.

La figure 3 permet d'observer que le chlorure de sodium ajouté à la sphaigne permet d'abaisser le point d'eutexie de la sphaigne pour le rapprocher de 0°, température préférée pour la conservation de médicaments ou de produits frais.

Ainsi c'est le mélange eau, sphaigne et chlorure de sodium qui pourra rendre le dispositif parfaitement équivalent au gel réfrigérant à base de polyacrylate de sodium.

A la figure 4, un comparatif est effectué cette fois entre un dispositif à base d'eau déionisée et un dispositif à base d'eau de ville.

On distingue là encore quatre étapes principales :

une étape de refroidissement à partir de Oh jusqu'à 15min environ ;

une étape de remontée au point d'eutexie pendant 20 mn environ ;

une étape à température quasiment constante, pendant 5 heures environ. Cette température est inférieure d'environ 1 à 2° pour l'eau de ville par rapport à l'eau déionisée.

une étape de remontée à la température ambiante plus marquée pour l'eau de ville que pour l'eau déionisée. L'étape de refroidissement correspond à la phase de refroidissement de la matière réfrigérante des deux dispositifs jusqu'en-dessous du point de congélation.

L'étape de remontée au point d'eutexie correspond à l'arrêt du refroidissement des dispositifs, et à leur mise en contact avec une ambiance atmosphérique.

L'étape à température quasiment constante correspond à l'étape de transformation inverse de la matière réfrigérante qui permet de maintenir les dispositifs à une température très proche du point d'eutexie.

L'étape de remontée à température ambiante commence à la fin de cette transformation inverse. On voit que le dispositif à base d'eau de ville, donc une eau a priori contenant des minéraux divers fait descendre le point d'eutexie de la sphaigne. En revanche, la « charge » de froid étant la même pour les deux dispositifs à base de sphaigne, la consommation d'énergie sera plus importante pour le dispositif contenant de l'eau de ville car la température sera maintenue à un niveau inférieur par rapport au dispositif élaboré avec de l'eau déionisée et le dispositif à base d'eau de ville va remonter plus rapidement en température. Il va rejoindre le dispositif déionisé aux alentours de 6 à 7° Celsius, tandis que le dispositif à base d'eau déionisée va remonter plus lentement en température.

Ce qui fait que les deux dispositifs présentent chacun leur avantage :

avec l'eau de ville, le point d'eutexie est plus bas, donc la restitution en température s'effectue à un niveau préférable pour les usagers de l'industrie et du transport (logistique pharmaceutique, logistique de produits alimentaires frais...)

avec l'eau déionisée, la tenue en température est légèrement supérieure de l'ordre de 10 à 15% sous les 8° Celsius.

Sur la figure 5, on compare cette fois les densités de sphaigne contenue dans une poche réfrigérante pour obtenir la meilleure restitution possible.

On constate que le réfrigérant dosé avec 5% de sphaigne pour une dose d'eau, dans l'exemple de la figure 50g de sphaigne pour 1 litre d'eau, restitue le froid à proximité de son point d'eutexie de façon plus stable que le réfrigérant dosé avec 10 % de sphaigne. Ainsi, il est préférable de doser la sphaigne à 5%, une proportion qui lui permet d'absorber le maximum d'eau.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, on peut imaginer de nombreuses variations quant à la forme de l'enveloppe 3 et à la composition de l'absorbant.

Dans un autre mode d'utilisation la sphaigne, sans chlorure cette fois, peut être utilisée de façon inverse, c'est à dire qu'au lieu de réfrigérer le dispositif, il est tout à fait possible de le chauffer. Le dispositif chauffant, bien qu'il soit constitué essentiellement d'une fibre végétale, la sphaigne, ne provoque aucun dégagement gazeux significatif au réchauffement jusqu'à 60°/65° et par conséquent ne provoque pas d'éclatement du dispositif complet. Ainsi le dispositif chauffé peut servir dans des applications individuelles pour réchauffer des parties de corps humain ou animal. Il peut aussi trouver un usage dans les liaisons chaudes entre par exemple une cuisine et une cantine.

Pour la fabrication du dispositif, on peut recourir à la technique, connue en elle- même, de l'ensachage vertical : on fait circuler vers le haut une bande de matière d'enveloppement, donc dans le cadre de l'invention le complexe film- revêtement, on replie la bande sur elle-même autour de son axe longitudinal et on forme un tube en soudant ensemble les deux bords de la bande ; on forme des soudures transversales successives qui subdivisent le tube en poches ; avant chaque soudure transversale, on remplit la poche encore ouverte avec la sphaigne contenue dans un doseur. De préférence, on retiendra des morceaux de sphaigne séchée et compressée pour faciliter son insertion dans le sachet. Puis on verse l'eau chargée ou non de chlorure de sodium avec un deuxième doseur qui délivre la quantité voulue. On sépare les poches formées par une opération de coupe.

Dans un autre mode de réalisation, notamment sur des ensacheuses horizontales, on part de deux feuilles de complexe superposées que l'on soude sur trois côtés, ou plus généralement sur une partie de leur pourtour, pour former une poche que l'on remplit de sphaigne , puis d'eau salée avant de souder le quatrième côté, ou plus généralement le reste du pourtour. De multiples autres configurations de films complexes peuvent être associées au non-tissé, telles que l'OPA-PE, le PET-PE, l'OPP-PE, sans que cette liste soit limitative.

Le dispositif est caractérisé en ce que le revêtement non-tissé est formé de fibres choisies parmi la viscose pure, un mélange de fibres polyester, viscose ou acrylique, ou des fibres composites viscose/polyester ou encore de feutrine entièrement naturelle à base de laine de mouton. L'épaisseur de l'enveloppe est comprise entre 0.4 et 1 mm et permet d'absorber au moins 450g d'eau par m ² de couche absorbant l'humidité. L'épaisseur totale est au moins égale à 500μ.