FR3048762A1 - Dispositif de refroidissement utilisable pour la cryotherapie - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de refroidissement (1) utilisable pour la cryothérapie et comprenant un compresseur (2) adapté à comprimer un fluide, un système de refroidissement (3) adapté à refroidir le fluide sortant du compresseur (2) et un détendeur (4) adapté à détendre le fluide sortant du système de refroidissement (3). Selon 1'invention, le fluide utilisé par le dispositif de refroidissement (1) est l'air ambiant, le détendeur (4) rejetant l'air refroidi hors du dispositif de refroidissement (1).
Description
Dispositif de refroidissement utilisable pour la cryothérapie
La présente Invention concerne un dispositif de refroidlss^nent utilisable pour la cryotbérapie, et un outil de traiteinent par cryothérapie comprenant un tel dispositif.
En médecine physique et en rééducation fonctionnelle, le froid est utilisé pour traiter les douleurs et les tratimatismes musculo-tendineiuc du fait de son effet antalgiqpie et anti-inflammatoire, et pour récupérer la fonction musculaire après un effort physique intense et prolongé {tel que lors de cŒ^êtitions sportives de haut niveau) du fait de sa capacité a drainer les œd^^s issus de chocs physique et à Induire une détente musculaire. Deux techniques de génération du froid sont principalement utilisées en cryothérapie.
Une pr^ière teclmlque de cryothérapie utilise la décompression d'un gaz coirprimê liç[uêfié contenu d^s une bouteille de gaz. Le dispositif de refroidisse^nt correspondant comprend, d'une part, la bouteille de gaz dans laquelle est stocké le gaz comprimé liquéfié, tel que du dio,xyde de carbone. {.002), 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 refroidi. Ainsi, il est possible d'obtenir un jet de CO2 à environ -78°C. Un système de pistolet peut être relié· à la sortie du détendeur afin ·άβ diriger le jet de gaz froid vers une zone précise à trait^er. L'utilisation d'une bouteille de gaz comprimé génère plusieurs contraintes. Premièrement, surtout dans le cas où le gaz comprimé est un 'gaz asphyxiant (coitme le CO2) , 11 est nécessaire de contrôler en continu la, concentration en dioxygene dans le lieu où est .stockée la bouteille e^t d'y installer une ventilation perf o,rmanteD'euxièinem.ent.,, il est nécessaire d'avoir un réapprovisionnement régulier en boüt'eille de gaz. Troisièmement, la bouteille de gaz .est trop encombrante ..pour être déplacée dans· le cabinet de kinésithérapie.·.
Une seconde, technique de crydthérapie 'Utilise, 'Uné machine frigorifique, à 'circuit fermé dont le cycle 'de réfrigération, de son fluide frigorigène (par exemple le fréon) permet de refroidir l'air anisiant 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 techn,i'que de, cryothérapie par .décompression de gaz comprimiê liquéfié,· contenu dans une bouteille,de gaz. Comïn,e la zone â traiter subi 'ua·'Choc thermique moins· important, l'efficacité ,du t.raitem,ent est moine ,imp.ortante. ,De plus, une telle machine frigorifique .met· un certain 't.enips pour produire du froid,, ce .qui oblige le praticien, à; .mettre, en froid la machine frigo.rifique .bien avant son utilisation ('dans·· le cas d'un usage ponctuel) ou ,.â .la laisser tourner toute .la journée, (dans le cas d'un usage fréquent). Enfin, une· machine frigorifique a un coût important.
La ,présente invention vise à réaliser un dispositif de ref r.oidissement utilis.able· en cryothérapie n' ayant pas les inconvénients précités ,et permettant de produi.re un jet d'air froid. ,intense et concentré sur une,· zone à, traiter,. L'invention co.ncerne un disposi,tif de refroidissement· utilisable pour la cryothérapie et coir^renant im compresseur adapté à comprimer un fluide, un système de refroidissement adapté à refroidir le fluide comprimé et un détendeur adapté à détendre le fluide comprimé refroidi, caractérisé en ce que le fluide utilisé par le dispositif de refroidissement est l'air anddiant, le con^iresseur étant adapté à aspirer, coj^rimer et injecter l'air ambiant dans le système de refroidissaaent puis dans le détendeur qui est adapté à rejeter l'air refroidi hors du dispositif de refroidissement.
Ainsi, selon l'invention, le fluicle 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.
Le compresseur et l.a turbine de décompression sont chacun m.on,t.ês sur .un arbre de rotation motorisé. Avantag.eusement., l'invention· •,prê^voie que le coap.resseur et la turbine de décompression soient. montés sur le même arbre de rotation. Cette caractéristique permet de récupérer une partie de l'effort de expression à la détenir de l'air comprimé. De manière générale, la vitesse de rotation de l'arbre de rotation selon l'invention est comprise entre 150 000 tr/miiî, et ,300 000 tr/mln.
De plus, afin d'obtenir une température d'air en échappxtent 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 teiipérature andsiante avant que la turbine de décompression ne détende l'air çoiiprimé. On tel système de refroidissement peut être formé par un éctengeur thermique.
Selon un pr^ier mode de réalisation de l'invention, le compresseur est un compresseur centrifuge.
Selon un deuxl&ne 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 coitprise entre 4 et 8 .bars selon le nombre d'étages présentant une température conprise entre 90°C et 140“C en sortie du compresseur.
Selon Λΐηβ particularité du deuxième mode de réalisation de l'invention·, chaque étage du compresseur multi-étagé comprend une roue de, compression.
Afin de Γ·β·βϋ·8βΓ un traitement ciblé d'une zone anatomique précise d'un patient à traiter, le dispositif de refroidissement peut comprendre en échappement de la turbine de décompression des· moyens d'orientation de l'air frO'id d'.échap'peiaent < omre un pistolet d'échappement. D,'autres ,particularités et avantages de la présente invention· ••apparaîtront dans la deserlpti^on détaillé^e d'un mode d·®· réalisation de l'invention donné à, titre d'exemple non l.imitatif· et illustré· ·ά3η8· les dessins .mi^s en annexe· .dans lesquels î -- La figure 1 est un schéma représentant un dispositif de refroidissement co:n£o.one à un .mode de réaiisâtlon- de l'invention ; - La figure 2: est une représentation, en. perspective d'une turbine de, coit5>ressio:n d'un coaçiresseur 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 c.ryotlérapie. .Coimae illustré à la figure .1, le dispositif de 'refroidissement 1 selon. 1.' inventiO'n comp.rend un c.ompresseur' 2- gui est adapté: à aspirer i^'air 'ambiant (environ. .2,0· ®C), un système de .refroidissement 3 (par exemple un échangeur thermique 3) qui est 'adapté à .refroidir, .l'aix comprimé (de p.ré.férence à une température p'ro.che de. .celle de. .l'air· ainb.iant) 'Ct, un 'détendeur 4 qui est adapté 'à détendre le fluide comprimé' refroidi. Du fait- que le fluide utilise 'pour p,.rodu.ire le froid est l'air ambiant, le- dispositif de. refrO'.idissemettt 1 n'utilise ni bouteille de gaz, ni .fluide frigorigène (par' exemple du fréon) ,
Dans l'es, présen'ts exemples, le compresseur 2 est un compresseur centrifuge qui .cO'itipread une enceinte de conpression 5 et une turbine de. co.mpress±oii 6 montée rotative dans 1''enceinte de compressiO'n 5 a.utour d'un ax'bte de compression 7. Le. compresseur 2 comprend, d'^une part, une admission d'air 8 permettant l'','aditiission, de l'ait' ambiant dans l'enceinte de compresS'ion 5 .pour 'qu' il 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'ence.iate de compression' S et son aeheminement dans .le système de refroidissement 3. La 'CO'inpresBion chauffe l'air. L'arbre de. .compression 7 est entraîné par'un .moteur· 10 afin de permettre la rotation de la turbine de compr.essioii 6 et, la compression,, de l'air ambiant.
Coimne illustré à la figure 2, la turbine de compression 6 comprend une roue de ca^ression 11 dont le centre porte perpendieulairem®at 1*^ arbre de coi^)ression 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 coapression 7 portée par la roue de compression 11. Dans le présent exen^le, 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 exen^les, le système de refroidissement 3 est un, échangeur thermi'que 3 air-eau de type air-air ou, de préférence Cnotamment pour des raisons de d(^it in^ortant du fluide de refroidissement et de niveau sonore .réduit)' de tjqje- air-eau. Le système, de. re£roidiasem.en.t 3 comprend, d'une part, une admission d'air comprimé 13 qui. est reliée à la .sortie d'air 9 du cos^resseur 2 et qui permet· l'admission de l'air comprimé à refroidir, et., d'autre part, une sortie d'.aix. 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 a 50®C, de préférence inférieure à 40 °C, et même à une ten^érature proche de celle du fluide réfrigérant utilisé (soit la température de l'air asdbiant en cas d'échangeur Üiermique air-air, soit la teaç)érature de l'eau en cas d'é^angeur thermi<^e air- eau) .
Dans les présents exescples, le détendeur 4 co^rend 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 qui est reliée à la sortie d'air comprimé refroidi 14 du système de refroidissement 3 et qui permet l'admission de l'air conç)rimé refroidi dans l'enceinte de détente 15, et, d'autre part, une sottie d'air détendu '19 qui permet l.a .sortie de l'air, déte'adu 'hors de 1'.enceinte de dét.ente 15. .Dans l'enceinte de .détente 1·5., l''.air se détend et entraîne la rotation de la turbi.ne de détente 16. Du fait de sa détente, la température de l'air en sortie de l'enceinte de détente 15 est, particulièrement basae, inférieure à 0 ®C, de préférence inférieure à -10 inférieure a -35· *C, voire inférieure à -65 "C;. De l'air ayant une temp^êrature inférieure à -35 permet de· produire un choc thermique suffisant de façon à prodiguer un trait^ement cryogénique efficace. ΟΟ'ΠΗΒθ illustré à la figure 3, la turbine de, détente 16 comprend une roue de détente·· 20 dont le centre porte p^e^rpendi^culaireœeiit l'arb,re de détente 17, .et une S'érie d'ailettes de. détente 21 radiales. Chaque ailette de' détente 21 est fixée à .la roue .de détente '20 et à, l.,a. .partie .de:· l'a,rbre de détente. 17 po'rtée par la ro'ue de d'étente 2.0·. Dans .1·6 •présent· exempl^e, la roue de détente 20 présentée, un- diamètre coitç»ri..e entre 10 mm .et 40 ïtati., de préférence entre 15 mm •e.t 35· mm et de préférence·-entre 20 mm et 30 mm.
Pour obtenir une t-empêrature -de 'l'air en. sortie de l-'air détendu 18 de -35 °C, le taux de dé-'tente de la turbine de détente 16 doit êt.re compris entre 3 et 5 .(selon le rendement. isentropiqUe du détendeur 4). Pour .obtenir une ten^érature de .l'air en sortie de l-'air détendu 1.-8, de -65- “'.'C·.,- le .taux. de., dé'tent'e. de la turbine de détente 16 do'it. 'ê'tre compris entre 5 et. 8 (-selon le rendement i'sentropique du détendeur 4) . L-''-invention oo-ncerne également un outil de traitement par cryothérapie qui comprend 1-e dispositif de refroidissement 1 et un dispo'Sitif d'orienta-tion 2'2 perm.ettant d'orienter l'air-détendu froid pro-venant de la .sortie d'air détendu 19 du détendeur 4. Cet outil permet le trai-tement cible d'une zone anatomique .précise d-' un, p-'atient à traite.r. Un tel dispositif d'orientation 2,2 p-eut-être un pistolet -d''-éch-ap-pement 22,.
Selon une, par-t.icu..l·a,r.ité de l'invention illustrée â, 1-a fi'gure 1.,-1-'arbre de c.ompression 7 et ,1''arbre de détente 17 sont, .mécaniquement-, reliés l'un, à l'autre de sorte que la rotation de- l'arbre de détente 17 pa.r 1-a détente -de l'air dans le -détendeur 4 -entraîne la. rotatio-n„ --de 1'-' a.rbre de· co-mpression 7, De préférence 1''arbre- de. c-'ompre-ss-i-on 7 e-t l'a;rb.r:e d.e détente 17 forment- un. iinique 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 cosi^riBier l'air. De plus, le volume du dispositif de refroidissement 1 s'en trouve ré^it, et la turbine de conpression 6 et la turbine de détente 16 tournent à la même vitesse de rotation.
Afin d'avoir une tenqpérature d'air en sortie du dispositif de .refroidissement 1 particulièrement basse (inférieure, à -3.5. °C), .il est· néceS;Saire d'avoir une détente importante ('un taux de détente compris entre 3 et 8'·) et do.nc 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 lO'O '®C· et 140 ®C, de préférence entre· 110 ®C et 120 °C) , il faut, limiter le taux.· ·άβ compression de la turbine de coinpression .6· .ê une valeur comprise entre 1,75 ^et 2,75 (selon le rendement .isentropiqu.e 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 coi^rimé à l'.entrée du détendeur 4 dont le taux de détente sera celui requis pour obtenir la température d'air en sortie «ta dispositif de refroidissement 1.
De préférence, les conçresseurs 2 sont similaires et leurs arbres de compression 7 sont mécaniquement reliés entre eiix (avantageusement, ils ne forment qu'un seul arbre de rotation C[ui, de préférence, est également celui de l'arbre de détente 17),
De préférence, les re.ndements isentropiques 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 .sO'nt inférieurs à 35 .mm. .Pour obtenir de l'air à une température inférieure à -35 ®'C.· avec un débit de 50 Km^/h (17,5 g/s) , il est possible d'utiliser deux compresseurs 2 montés en série ; l'arbre comiun aux deux compresseurs 2 et au détendeur 4 a une vitesse de 250 000 tour/min j le premier compresse«.r 2 a un readement isentropigue 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 nm ; le détendeur 4 a un rendement isentropique de 0,77 et une roue de détente 20 de 20,35 nra ; 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 ; 1/air entrant dans le second compresseur 2 a une température de 27 (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 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 -6.5 ®C avec un débit de 100 Mm^/h (35 g/s|, il est possible d'utiliser trois compresseurs 2 montés en série ; l'arbre commun aiuc 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 nm 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 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 en,trant le second compresseur 2 a une température de 27 ®C (du fait de son refroidissement par un premier système de refroidissement 31 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 le détendeur 4 a une température de 27 °C (du fait de son refroidissement par un troisièiae 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 frlgorigène ni de récipient de gaz sous pression, de l'air ayant une température inférieure à -35 **0, voire inférieure à -65 °C. Le dispositif de refroidissement 1 est d'un poids et d'un voluBie permettant son déplacement fson 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| .
Claims (9)
- Revendications1. Dispositif de refroidissement (1) utilisable pour la cryothérapie et comprenant un compresseur (2) adapté à comprimer un fluide, un système de refroidissement (3) adapté à -refroidir le fluide sortant du compresseur {-2.) et un détendeur (4) adapté à détendre le fluide sortant du 'Systêiiie de refroi{îisseiiien.t (3),, caractérisé en ce que le fluide -utilisé par .le dispositif de refroidissement (1) est l'air amb-iant, le détendeur {4} reje-tant l'air refroidi hors du disposit.if· de refroidissement (1).
- 2. Dispositif de refroidissement (1} selon la revendication 1., caractérisé en ce que le compresseur C2) comprend une turbine de compression (6) montée sur un arbre de compression C7),.,
- 3. Dispositif de refroidissement (1) selon l'une des revendications 1 et 2, carac-téri-sé' en -ce que le détendeur (4) comprend une turbine de détente (16) montée sur un arbre de détente (17},..
- 4. Dispositif de refroidissement (1) selon la revendication 3 dépendante de. la revendication 2, caractérisée en ce que l'arbre de compression, (7) et l'arbre de détente (17) sont mécan.i'CiUement reliés.' l-'un à l'autre. S-. Dispositif de ref.rod'dis-sement (1) selon la revendication 4., .caractérisé en ce que l-'e.cb.re de- conç>res.sion (7) et' 1·'arbre -de- détente (1-7) forment un unique arbre de rotation.
- 6. Dispositif -de refroidi'S-Sement (1) selon l'une des revendications 1 à -.5-·, -caractérisé en ce que le système de refroidi'SSement (.3) 'Utilise un, fluide de réfrigérant -formé par l'air ambiant ou par -de -l'eau.
- 7. Dispos-itlf 'de- refroidi'S.sement (1) selon -l'une des: revendications 1 â '6', caractérisé en ce qu'''-il .'-.comprend plusieurs' compresseurs (2)' -montés en série et-, entre chaque compresseur (2) ,-un système de refroidissement (3).
- 8. Dispositif de refroidissement (1) selon la reveadication 7, caractérisé en ce que chaque compresseiir (2| est conforme â la revendication 2.
- 9. Dispositif de refroidissement (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les arbres de compression {7| de chaque compresseur (2) sont mécaniquement reliés entre eux.
- 10. Outil de traitement par cryothérapie, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de refroidissement fl) selon l'une des revendications 1 à 9 et un dispositif d'orientation C22) permettant d'orienter l'air provenant de ce dispositif de refroidissement CD·
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