Brevet FR2690516A1 — publié le 19931029

La présente invention concerne un procédé pour produire une flamme éclairante de coloration déterminee, des compositions pyrotechniques utilisés dans ledit proche dé, un dispositif pour mettre en oeuvre ledit procédé, et plus particulièrement un dispositif capable de pul veriser un aérosol & faible débit. Stat de la technique antérieur. On connaît en pyrotechnique un certain nombre d'élé- ments, tels que par exemple le sodium, le strontium, le baryum, capables d'émettre une lumiere de couleur dé- terminée lorsqu'ils sont portés a haute température dans une flamme. Ces éléments sont incorporés dans des compositions pyrotechniques à l'état solide, en général sous forme de sels fortement oxydants, tels que par exemple chlorates, perchlorates, nitrates, en mélange avec des éléments tels que le soufre ou le carbone.La réaction de combustion fortement exothermique provoque des effets de couleur connus (feux de couleur orange, vert, rouge, etc), Du fait de l'abondante production de fines particules solides (notamment des oxydes), la combustion de ces compositions pyrotechniques solides produit d'importantes quantités de fumees, souvent gê- nantes au point de masquer partiellement les effets pyrotechniques eux-memes. D'autre part, lorsqu'un tel dispositif a été mis à feu, il est pratiquement impossible d'arrêter ou d'interrompre la combustion sans détruire le dispositif et le melange eux-nièmes (en éteignant le feu d'artifice avec de l'eau par exemple); un feu d'artifice dont la combustion a eté éteinte en cours d'utilisation, avant la consommation totale du contenu, ne peut pas etre réutilise ensuite. On sait que des liquides volatils combustibles peuvent brûler par mise a feu des vapeurs présentes au-dessus de leur surface libre. Ce phénomène nécessite une surface libre suffisante du liquide en contact avec l'air, Ce type de combustion se produit lors d'incendies accidentels, mais n'est pas utilisé pour l'éclairage, dans la pratique, a cause des dangers d'épanchement et de l'instabilité de la combustion. L'utilisation d'une mèche plongeant dans le liquide et amenant celui-ci jusqu'à une zone de combustion constitue un progrès parce que, d'une part, le transport du liquide, s'effectuant par capillarité, permet de garantir une distance de sécurité entre le réservoir et la zone de combustion, que, d'autre part, cette technique permet de réduire les risques d'épanchement de liquide par des dispositifs appropries, et que, enfin, elle permet l'emploi de liquides combustibles peu volatils du fait que la surface de la miche ilnprégnde de liquide dans la zone de combustion accroit le débit de liquide volatilisé et donc mis à feu.Ces dispositifs & mèche ont cependant un certain nombre d'inconvénients qui en limitent l'emploi - la matidre constituant la mèche et la structure de celle-ci doivent assurer des propriétés capillaires suffisantes en fonction du liquide à utiliser, ce qui constitue une limite au débit de liquide brûlé. - la matière et la structure de la mèche sont altérées si elles sont portées a une température trop grande ; cette limitation de la température nuit & l'intensité et à la qualité de l'éclairage. - Si l'on désire obtenir une flamme d'une coloration particulière, il est généralement nécessaire de dissoudre dans le liquide des composants appropriés ; ceux-ci ne migrent pas dans la mèche aussi aisément que le liquide dissolvant et se vaporisent plus lentement que ce liquide, ce qui a pour effet d'encrasser la mâche et de réduire sensiblement la durée de bon fonctionnement du dispositif. I1 existe, par ailleurs, des lampes d'éclairage à combustion de gaz, mais les qualités d'éclairement et de coloration obtenues sont limitées par la constitution de ces gaz ; l'effet éclairant de ces flammes ne peut autre amélioré que par l'addition de dispositifs comme le manchon Auer, fragiles et limités dans la variété les effets d'éclairement et de coloration obtenus. La pulvérisation de liquides combustibles pour leur combustion est connue pour le chauffage (brtleurs å mazout). Mais ces techniques de pulvérisation de liquide utilisent des moyens lourds de mise en oeuvre qui ne sont pas utilisables pour l'éclairage dans des conditions pratiques d'emploi, du fait des sources d'énergie accessoires employées (moteurs électriques), de l'appareillage lourd employé (pompes), et sont mises en oeuvre dans des enceintes closes et non dans des conditions propres à eclairer l'environnement. Le but de la présente invention est de produire une flamme éclairante, stable, permettant des effets d'éclairement et de coloration variés avec un minimum de fumée. Le but de l'invention est également de mettre & BR Sommaire de l'invention. Ce but est atteint grace à un procédé consistant à mettre en contact une composition liquide colorante avec un gaz propulseur combustible comprimé, à pulvéri ser la composition liquide dans une zone de combustion et à faire brûler le mélange pulverisé à l'aide de l'oxygène, en utilisant de préférence l'air atmosphéri- que comme comburant. Selon la présente invention, un gaz combustible, qui peut être partiellement liquéfie, contenu dans un réservoir sous pression, pulvérise une composition liquide colorante dans une zone de combustion utilisant l'air atmosphérique comme comburantS le mélange de l'air, du liquide pulvérisé et du gaz combustible étant assuré par la vitesse acquise par ce gaz combustible lors de sa vaporisation. La composition pyrotechnique selon la présente invention se compose d'un gaz combustible, et d'une composition liquide colorante elle-mEme composée d'un liquide dissolvant contenant au moins une substance capable d'remettre une lumière déterminée en présence d'une flamme. il est entendu qu'au sens de la présente inven tionE ces compositions liquides ne comprennent pas seulement les solutions proprement dites, mais également les suspensions ou les émulsions d'une ou plusieurs substances émettrices dans un liquide qui leur sert de vecteur et appelé ici "liquide dissolvant". La composition pyrotechnique peut également contenir des additifs améliorant la miscibilité de la substance émettrice de couleur et du liquide dissolvant, tel qu'un émulsifiant, ou un parfum. L'invention permet d'utiliser comme composition liquide une solution aqueuse contenant les substances émett ces de couleurs, du fait que le gaz liquéfié sert simultanément de propulseur et de combustible. Toutefois, il est souvent préféré d'utiliser suivant l'invention un liquide lui-mdme combustible capable de contenir dans sa composition les éléments émetteurs; parmi les liquides dissolvants les plus appropriés a l'invention, les éthers, et esters de glycol et de polyglycol sont particulièrement adaptés, de même que les thanolami- nes. Les substances émettrices dissoutes dans la composition liquide sont principalement les sels de lithium, de sodium, de strontium, de baryum, de cuivre, de zinc, de thorium, de potassium, de chrome, de manganèse. Les anions les mieux adaptés A l'invention sont les nitre tes, les composés halogénés destinés a développer des colorations et des effets spéciaux, et les borates. Les borates d'alkyl et d'éthoxyalkyl sont également adaptés. Ces compositions liquides peuvent optionnellement contenir des fines particules solides dispersées de métaux comme l'aluminium, le magnésium, au de métalloides comme le carbone et le bore, pourvu que la composition obtenue se comporte globalement comme un liquide dans son comportement rhéologique. De même, les compositions liquides peuvent être consti tues d'une mulsion fine de deux liquides donnant deux effets distincts ce qui agrémente l'aspect des flammes obtenues. Les composés à liaison multiples Carbone-carbone ou carbone-azote peuvent être incorpores dans ces li quides. tes substances combustibles utilisables suivant l'invention comme gaz liquéfiables sont les hydrocarbures comme le propane, le butane, l'isobutane et leur mélanges adaptés pour produire une pression convenable dans un récipient fermé à température ambiante, leurs homologues (C3- C4) insaturés, et l'éther diméthylique. D'autres substances, comme le chlorure de méthyle, le chlorure de vinyle, la méthylamine, peuvent fonctionner suivant l'invention, mais leur odeur et/ou leur nocivité sont telles qucil est préférable de les employer que comme des compléments éventuels destinés à donner des effets spéciaux de coloration de flamme et dilués dans une grande quantité des substances combustibles citées ci-dessus. Selon la dimension de flamme desirse, et selon le dispositif utilise, la composition pyrotechnique selon l'invention comprend de 25 % a 90 3s en poids, de gaz combustible propulseur et de 75 % à 10 % en poids de composition liquide. La composition liquide elle-mOme contiendra en général de 1 a S1 de substance émettrice, mais la proportion de substance émettrice peut être plus faible dans le cas de composés émettant une lu mi ère intense (par exemple couleur orangee du sodium) ou pourra au contraire dépasser 20% en poids de la composition liquide. Le dispositif, objet de l'invention, comporte un réservoir de gaz liquéfié combustible, sous pression ê tem pérature ordinaire, un réservoir de composition liquide appropriée relie par un conduit à une tête de pulvéri- sation munie d'une buse permettant la pulvErisation dans l'air extérieur, dans une zone de mélange et de combustion déterminée géométriquement pour assurer une combustion stable avec un équilibre d'oxydation satisfaisant. Le mouvement de la composition liquide est as suré par l'effet de la pression du gaz liquéfié commandé par une valve. De préférence le gaz combustible, partiellement liquéfié, et la composition liquide sont reunis dans un même réservoir sous pression. Selon un mode d'exécution particulièrement préféré de la présente invention, bon marché à fabriquer, facile a stocker, a transporter et à utiliser, le dispositif selon la présente invention utilise comme réservoir et comme pièces d'actionnement (tête de pulvérisation) les éléments de ce qu'on appelle communément bombe à aérosol. Pour améliorer le mélange du gaz combustible et de l'aérosol avec l'air atmospherique, pour canaliser le flux gazeux, pour stabiliser la flamme, et éventuellement lui donner une forme particulière, il est préférable selon l'invention de conformer la zone de combustion à l'aide d'un dispositif disposa au-dessus et au tour de la buse de pulvérisation, constituant un manchon de combustion. ta sortie de la buse et le bas de la flamme sont avantageusement protégées par un cylindre plein ou perforé constitue par un matériau résistant a la température, comme de l'acier ou de la ceramique réfractaire, qui empêche qu'un coup de vent intempestif ne vienne à souffler cette flamme. Avantageusement le cylindre peut être garni dans son intérieur, dans le bas de la zone de combustion, d'un grillage métallique fin, qui, après la mise à feu, est porté rapidement à une température élevée, ce qui a pour effet de retenir le front de combustion au niveau de ce grillage. Avantageusement l'actionnement du dispositif selon la présente invention ne se fera pas en appuyant directement sur la tête de pulvérisation comme dans la plupart des bombes aérosol du commerce mais sur un levier/poussoir situé au bas du réservoir et relié par des moyens mécaniques en soi connus à la tête de pulvérisation. Selon un premier mode de réalisation de la présente invention, le gaz liquéfie pousse, par sa pression, la composition liquide vers la tête de pulvérisation. Dans ces conditions, le contact est maintenu entre le gaz ou le gaz liquéfié et la composition liquide, nième en pe- riode de non fonctionnement du dispositif. Lorsque la tête de pulvérisation est actionnée, la composition liquide (qui contient du gaz dissout) est éjectée du récipient par la poussée du gaz sous pression. Selon un second mode de réalisation de la présente invention, du gaz est directement admis dans un compar timent ou chambre de mélange situé en amont de la buse de pulvérisation et que traverse la composition liquide. Un jet de gaz, libéré par l'ouverture de la valve de commande de la tête de pulvérisation, traverse cette chambre de géométrie, adaptée pour créer une dépression au niveau du tube d'arrivée de la composite liquide, généralement perpendiculaire au mouvement du gaz, par laquelle est aspirée la composition liquide. La compo sition liquide subit à la fois la pression du gaz contenu dans le réservoir et l'effet d'aspiration d'entrainement du gaz traversant ladite chambre et entrat- nant la composition liquide vers la buse. La mise en oeuvre et le mode de fonctionnement de la présente invention seront mieux compris de l'homme du métier grâce à la description détaillée ci-dessous de deux modes de réalisation préférés du dispositif selon l'invention et des figures d'accompagnement, dans lesquelles La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue sremcltique en coupe d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention permettant de produire des débits massiques faibles de composition pyrotechnique. La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un mode de réalisation d'un manchon de combustion selon la présente invention et La figure 4 est une vue schématique en coupe d'un autre mode de réalisation d'un manchon selon la présente invention. Description détaillée d'un Premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Combe illustré par le dessin NO 1, un réservoir 1 contient un gaz combustible 3 en équilibre avec une phase liquide 4 de ce meme gaz, et une composition liquide 5 dans laquelle plonge un tube 6 d'amenée à une valve de commande d'ouverture 7. Accessoirement, le tube 6 est équipé d'un filtre 8 de sécurité. I1 est avantageux, dans cette première réalisation que les liquides 4 et 5 soient miscibles au moins partiellement. Lorsque la valve 7 est actionnée et ouverte, le liquide monte dans le tube 6, traverse la valve 7 et la buse 11 et est projeté sous forme divise e 12 à la pression atmosphérique. La composition liquide contient du gaz propulseur dissout, le rapport des débits massiques propulseur/liquide propulsé est de préférence de l'ordre de 1/1 à 1/4, le débit total peut être de l'or- dre de 15 à 25 g/minute. Le mouvement de ce jet pulv6- risé aspire par une ouverture 13 de l'air extérieur qui se mélange à ce dernier.La mise a feu (par tout moyen, allumette, étincelle électrique, etc.) a cet endroit initie une combustion, stabilisée à l'aide d'un cylindre de grillage métallique fin (14) qui est porté rapidement à une température élevée, ce qui a pour effet de retenir le front de combustion au niveau de ce grillage 14. te grillage métallique 14 donne le meilleur résultat en entourant le bas de la flamme 15 sans être mouillé par le jet 12. Pour un diamètre de l'orifice de la valve de 0,25 mm et un débit de l'ordre de 16 g/minute, on obtient une flamme de 25 à 35 cm de hauteur. La sortie de la buse Il, le grillage métallique 14 et le bas de la flamme 15 sont protégés par un cylindre plein ou perforé 16 constitué par un matériau résistant à la température, comme de l'acier ou de la céramique réfractaire, qui empoche qu'un coup de vent intempestif vienne à souffler cette flamme. Pour un debit total de l'ordre de 15 à 25 g/minute, le diamètre du grillage et/ou du cylindre perforé (16) est compris entre 25 et 50 millimètres. Une hauteur de 1 cm de grillage suffit généralement pour l'effet de stabilisation de flamme ; une hauteur de 6 à 8 cm du cylindre perforé protecteur (16) suffit pour obtenir l'effet anti-tempête. L'ouverture d'air (13) peut occuper tout l'espace disponible au bas du cylindre perforé (16). Description d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention Le dessin NO 2 presente, à titre non limitatif, une illustration de cette seconde réalisation pour laquelle une chambre de mélange est située en amont de la valve. Un réservoir 1' content un gaz combustible 3' en équilibre avec une phase liquide 4' de ce même gaz, et une composition liquide 5' dans laquelle plonge un tube 6r d'amenée a une chambre d'aspiration ou chambre de mélange 20'. L'aspiration est créée par le mouvement du gaz G entrant dans la chambre 20' par un orifice 21' située dans la zone de gaz combustible 3'. Au sortir de la chambre 20', le mélange constitué par le gaz combus tible et la composition liquide traverse une valve de commande d'ouverture 7' et alimente une buse de pulvérisation 11' à la pression atmosphérique.La chambre 20' communique avec la réserve de composition liquide 5, à l'aide d'un tube 6' équipé d'un filtre 8' de sEcu- rité et d'un étranglement 9' limitant le débit de composition liquide en proportion du gaz aspirant. Le filtre 8' peut constituer, à lui seul, un étranglement suffisant; de même, le tube 6' peut constituer, à lui seul, un étranglement suffisant pour proportionner les débits massiques de gaz et de composition liquide. Cette proportion des débits massiques gaz/liquide est avantageusement située entre 1/1 et 8/1. Dans la deuxième réalisation suivant l'invention1 l'orifice de la valve, s'il est restreint à la même dimension de 25/100 de millimètres, limite principalement le débit de gaz propulseur à 2 à & 4 g/minute suivant la pression de gaz propulseur à la température considérée. Un étranglement 9'de l'arrivée de liquide constitué par un rétrécissement de 15 millimètres de long pour un diamètre de 3/10 millimètres permet de réduire le débit de liquide entrainé à 0,2 - 1 g/minute. La flamme for mée a une hauteur comprise entre 2 et 10 centimètres, ce qui la rend particulièrement adaptée à des utilisa- tions de flambeaux portables. Au sortir de la buse de pulvérisation 1t', le jet formé de gaz et d'aérosol est mélangé à l'air extérieur par une ouverture 13'. Cette ouverture peut être de taille considérablement réduite par rapport à la première réalisation, du fait de la plus grande proportion de gaz propulseur dans la seconde réalisation, ce qui a pour effet d'aspirer davantage l'air atmosphérique. Les figures 3 et 4 montrent deux formes d'exécution de manchon de combustion de ce dispositif. Pour un débit total de l'ordre de 2 a 5 g/minute, l'épaulement (23, 23'', 23"') protecteur de la buse a un diamètre préféré compris entre 6 et 12 millimètres et une hauteur comprise entre 6 et 15 millimètres, le tube prolongateur (24'', 25'") separant la buse de la zone de flamme est, de préférence, d'un diamètre compris entre 12 et 28 millimètres, suivant le débit de gaz ; sa hauteur est souhaitée telle que la distance entre le haut de la buse et la zone de flamme formée par l'épaulement (23) ou les ouvertures (13'') en aval de la buse soit comprise entre 2 et 5 centimètres.Dans la figure 4, l'épaulement (26''') empêchant le retour de la flamme vers la buse peut entre limite à un elar- gissement de 20 t du diamètre du tube prolongateur. Les formes d'exécution du manchon peuvent être adaptés au premier dispositif décrit ci-dessus. L'homme du métier peut imaginer d'autres variantes de construction sans sortir du domaine de la présente invention : la figure NO 2 a montré une réalisation dans laquelle la réserve de gaz liquide et la composition liquide étaient contenues dans le même réservoir sous pression. I1 peut être souhaitable que les deux liquides se mélangent peu ou pas pour que la composition de la flamme reste constante pendant tout l'épuisement du gaz liquifié contenu.On peut alors conditionner la composition liquide dans un récipient souple, etanche, logé dans le récipient du gaz liquide6, ce qui a le double avantage de contrôler la quantité de gaz propulseur dissout dans la composition liquide et d'éviter le contact de la composition liquide avec la paroi du récipient de gaz liquifié pour restreindre les risques de corrosion. Exemples de compositions pyrotechniques Exemple de composition pour flamme rouge propulseur : 33 % diméthyl-éther liquide dissolvant : 65 % méthyl-diglycol composant émetteur dissout : 2 t de nitrate de lithium. Exemple de composition pour flamme verte propulseur : 33 % diméthyl-éther liquide dissolvant T 45 k de m6thyl-diglycol composant émetteur dissout : 22 % de borate de mEthyl- glycol. Exemple de composition pour flamme jaune propulseur : 70 % de mélange (butane + propane) liquide dissolvant : 14 % eau + 14 % éthyl-glycol composant émetteur dissout : nitrate de sodium. Exemple de composition pour flamme bleue propulseur : 35 t de diméthyl-éther liquide dissolvant : 60 % de methyl-diglycol + 3 t de chlorure de méthylène composant émetteur dissout : 2 % de chlorure cuivrique anhydre. Exemple de composition pour flamme blanche propulseur : 35 de mélange (butane + propane) liquide : 64 z mélange d'hydrocarbures & point d'ébullition compris entre 200 et 300OC + 1 t huile de lavande (parfum). Exemple de composition pour flamme bleue propulseur : 65 t de mélange (butane + isobutane + propane) liquide T 33 % d'éthyl-di-qlycol + 2 % de chloroforme la flamme produite attaque légèrement le tube pare-vent formé de cuivre, ce qui suffit à la coloration de la flamme. Des compositions ci-dessus, ou similaires, peuvent être utilisées également dans des dispositifs plus complexes et volumineux (à fonctionnement ou continu ou programmable) que les dispositifs portables decrits ci-dessus, en employant le procédé selon la presente invention. En résumé, l'invention permet de produire une flamme de taille de couleurs et de formes variées. L'invention fournit également une torche ou flambeau qui constitue une lampe d'éclairage autonome et maniable. Le maniement de cette lampe ou torche est aisé et assure à l'utilisateur des conditions de sécurité satisfaisantes. Enfin, les dispositifs selon l'invention permettant la pulvérisation de liquides en petits débits sont utilisables pour d'autres emplois que l'éclairage ou la pyrotechnique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire une flamme de coloration déterminée, consistant à - mettre en contact une composition liquide colorante avec un gaz propulseur combustible comprimé, pulvériser ladite composition liquide dans une zone de combustion, - mélanger le liquide pulvérisé et le gaz avec de l'oxygène dans ladite zone de combustion et faire brûler le mélange obtenu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite composition liquide est pulvérisée sous l'effet de la pression du gaz comprime, et que le rapport massique gaz propulseur/liquide est compris entre 1/1 et 1/4. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition liquide est mélangée, avant d'être pulvérisée, avec une quantité dudit gaz propulseur, à l'état gazeux, telle que les rapports massiques gaz propulseur/liquide dans le mélange pulvérisé sont compris entre 1/1 et 8/1. 4. Composition pyrotechnique destinée à produire une flamme de coloration déterminée, comprenant de 25 % à 90 t en poids d'une substance combustible utilisable comme gaz propulseur, et de 75 % à 10 % en poids d'une composition liquide susceptible à l'étant finement divisé, de colorer une flamme de ladite substance combustible. 5. Composition pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite composition liquide est constituee dcau moins un liquide dissolvant et d'au moins une substance émettrice de couleurs, ladite substance émettrice étant dissoute ou finement dispersée dans ledit liquide dissolvant. 6. Composition pyrotechnique selon l'une des revendications 4 ou S, caractérisée en ce que ladite substance combustible est choisie parmi l'éther diméthylique, le propane, le butane, l'isobutane, les hydrocarbures insaturés en C3 et C4 et leurs mélanges. 7. Composition pyrotechnique selon l'une des revendications 4 - 6, caractérisée en ce que ledit liquide dissolvant est choisi parmi les éthers, les esters de glycol, les esters de polyglycol et les éthanolamines. 8. Dispositif de pulvérisation comprenant au moins un reservoir (1, 1') susceptible de contenir un gaz propulseur combustible (3, 4, 3', 4') et une composition liquide (5, 5') une tête de pulvérisation, ladite tête de pulvérisation étant reliée à ladite composition liquide par un tube (6, 6') , et un manchon de combustion surmontant ladite tête de pulvérisation. g. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que les pièces constituant ledit réservoir et ladite tête de pulvérisation sont choisies parmi les éléments utilisables dans la construction des bombes a aérosol. 10. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ledit manchon de combustion comprend un cylindre (16, 24'', 25"') muni d'au moins une prise d'air (13, 13', 13", 26"'), et, de préférence, un grillage métallique (14). 11. Dispositif de pulvérisation comprenant au moins un réservoir (1') susceptible de contenir un gaz propulseur combustible (3', 4') et une composition liquide (5'), une tête de pulvérisation, ladite tête de pulvE- risation étant reliée au bas dudit réservoir par un tube (6'), caractérisé par la présence entre ladite téte de pulvérisation et ledit tube (6') d'une chambre de mélange (20'), ladite chambre de mélange (20') possédant une ouverture (21') permettant l'entrée de gaz (G) dans ladite chambre. 12. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit tube (6') possède des moyens d'étranglement (9', 8') pour réduire le débit de ladite composition liquide. 13. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications 11 ou 12 comprenant un manchon de combustion surmontant ladite tête de pulvérisation.