Brevet FR2727688A1 — publié le 19960607

La présente invention concerne des combustibles liquides aié- liorés, dont la combustion engendre des flammes de couleurs choisies. Elle concerne aussi des dispositifs simplifiés pour la lise en oeuvre de ces combustibles,permettant de réaliser des systèmes d'éclairage décoratifs non polluants Depuis de nombreuses années, on sait fabriquer des produits dont la combustion lumineuse est diverserent colorée. Les arts pyrotechniques utilisent dans ce but des combustions vives provoquant la volatilisation d'ions de métaux et de iétallotdes, qui colorent les flammes, de façon connue.Des techniques plus récentes, ont perdis d'obtenir des flaires stables colorées, au moyen des mê-es éléments, incorporés dans des composés solides (bougies) ou liquides (lapes, briquets, etc),combustibles Nous avons relevé plus particulièrement dans l'art antérieur, les descriptions données dans les brevets suivants, tombés dans le dondaine public: B.Fr.nO 1.293.810 du 13/06/61 et US.P. nO 3,726,731 du 10/04/73; et, plus récemment US.P. 4,997,457 du 05/03/91, encore en vigueur. Le plus ancien de ces brevets s'intéresse aux compositions pour bougies, colportant essentiellement dans le corps coibustible, des alcools solides à hauts poids ioléculaires,polyéthyléneglycol associés à des polyols liquides, éthyléneglycol,propyléneglycol, ou glycérine, auxquels on a ajouté des coaposés colorigènes connus, sous forme de sels organiques de aétaux,ou de composés du bore, et,éventuelleient des substances odorantes, encens,etc Les produits colorant la flamine ont été décrits dans les livres de chimie analytique utilisant les colorations développées dans les flaires oxydantes ou réductrices,pour caractériser divers éléments et composés ionises à chaud; ainsi que dans les ouvrages de pyrotechnie. Le brevet US.P.n03,726,731 ,décrit plus en détail les composés colorigènes connus, et il propose de nouveaux corpo- sites de métaux et de iétallotdes, élargissant les possibilités de coloration de flaires stables. Ce dernier brevet indique également les bases coibustibles recommandées pour alimenter des briquets, lapes, torches,etc, en précisant qu'il faut préférer des bases coibustibles organiques ayant dans leurs molécules,au moins 2 atones d'hydrogéne pour chaque atone de carbone; pas plus de deux atones de carbone pour chaque atone d'oxygène, et pas plus de 6 et pas moins de 4 atomes d'hydrogène pour chaque atone d'oxygène. Ces produits d'après l'auteur, brulent avec des flaires peu lumineuses, ce qui permet de mieux exploiter les additifs colorigènes choisis.Ces impératifs laissent de nombreuses possibilités de coibustibles parmi lesquelles sont citées: alcools méthylique, éthylique; aldéhydes, cétones, polymères d'oxyde d'éthyléne, esters divers. Nais d'après 1 auteur, ces considérations exclueraient de nombreux alcools supérieurs, l'isopropanol, le sorbitol, etc. Le brevet plus récent, US.P.nO 4,997,457 est axé sur la fabrication des bougies et coibustibles solides, donnant des flammes colorées. Le procédé utilise comme combustible de base une solution dans l'alcool méthylique de dibenzylidènesorbitol, polyérisable à chaud, avec addition des éléments colorigènes classiques. Divers additifs sont également préconisés: esters cellulosiques, éthylène glycol, glycérine. Les foriulations de combustibles liquides citées présentent quelques inconvénients. Les solvants efficaces tels que alcools méthylique et éthyliques, sont très volatils, et présentent des dangers au point de vue incendie et explosion. Les odeurs et la toxicité des produits engendrés par la combustion, ou la simple évaporation dans l'ambiance, entrainent des dispositions gênantes (étanchéités, aération des locaux). Par ailleurs, la solubilité des additifs colorigènes est relativement limitée, et l'homogénéité du comburant n'est pas facile à assurer dans les produits conseillés. Au cours de nos recherches, nous avons été conduits à sélectionner corne combustibles de base, une famille de produits hydrophiles, les polyols de faibles sasses moléculaires, tels que l'éthylène glycol et, de préférence, le diéthylène glycol Ces produits ont été suggérés coite adjuvants dans diverses compositions, irais pas comme constituants de base; de plus,le diéthylène glycol de formule C4 H10 03, qui possède 10 atomes d'hydrogène pour 3 atomes d'oxygène, donc moins de 4 atomes d'hydrogènes par atome d'oxygène, s'éloigne ainsi de ce qui était préconisé dans le brevet cité US.P. 3,726,731, et ialgrè tout, brule avec une flamine peu lumineuse et faiblement colorée, lorsque le produit est pur, sans additif colorigéne. Le diéthylène glycol, produit inodore, de faible tension de vapeur présente une bonne sécurité d'emploi. De plus, nous avons obtenu des résultats assez surprenants en utilisant corse cosolvant pour les additifs colorigènes nécessaires à la coloration de la flamme, le plus suar, le plus économique , et l'un des meilleurs solvants: l'eau. Dans les descriptions de préparation de combustibles pour bougies et lampes précitées,les auteurs soulignent la nécessité de sècher, de chasser les résidus d'eau produits par les réactions, et d'éviter les constituants hygroscopiques. Contrairement â ces recommandations, nous avons constaté avec surprise, que l'addition d'eau aux polyols sélectionnés, dans des proportions assez élevées, non seulement ne les empêche pas de bruler, mais permet d'obtenir des flamines de coloration plus franche, probablement du fait d'une grande homogénéité du liquide parvenant au souet de la rêche, et d'une concentration mieux adaptée des éléments colorigènes introduits en solution aqueuse On constate évidemment, que l'allumage d'une mèche imprégnée est de plus en plus difficile à obtenir lorsque la proportion d'eau dans la solution augmente; et la flamme est alors de moins en moins stable,et crépite. Ainsi, lorsqu'on atteint 75X en poids d'eau dans la solution, l'allumage est très long à obtenir, et la flamme s'éteint rapidement. Au cours de l'allumage, l'échauffement local de la mêche imprégnée, concentre le polyol en solution par évaporation de l'eau, et lorsque la température locale de la rêche est suffisante, le polyol s'enflamme. La chaleur dégagée permet alors à la solution environnante de se concentrer et la combustion se propage, et s'entretient si la proportion de polyol est suffisante. Dans le cas du diéthyléne glycol, lorsque la concentration dans la solution aqueuse dépasse 50X, la flamme reste suffisamment chaude pour se propager et donner les couleurs de flamme choisies. Les solutions aqueuses présentent plusieurs avantages: -du fait de leur faible tension de vapeur, et leur inflarrabi- lité difficile, elles présentent une grande sécurité d'emploi. Elles peuvent être mis en oeuvre dans des lampes simplifiées, sans étanchéité. La surface du combustible peut rester à l'air libre; il suffit que la flamme reste à quelques millimeatres, du combustiblespour éviter qu'il s'enflamme en dehors de la mèche On peut recharger ces lampes en combustible, sans les éteindre. - ces composées sont inodores,ainsi que leurs produits de combustion, ils ne polluent pas l'atmosphère. - les additifs colorigènes sont faciles à dissoudre dans l'eau, sous forure de sels divers. On obtient des combustibles homogènes, alimentant régulièrement la mêche avec un bon rendement - les liquides ainsi préparés, par simple addition à la température ambiante, sont relativement économiques. Exemples Combustible liquide pour flamme rouge: pour 100 grammes de combustible fini: dissoudre 2 grammes de Chlorure de Lithium dans 18 n d'eau ajouter 80 n de Diéthylène glycol On obtient ainsi une solution incolore que l'on peut éventuellement colorer pour agrémenter l'aspect, au moyen d'unie trés faible quantité d'un colorant soluble dans l'eau. Combustible pour flamme verte: pour 100 grammes de combustible: dissoudre 4 grammes de chlorure cuivrique (Cu C12, 2 H20) dans 25 n d'eau ajouter 71 n de Diéthylène glycol La solution obtenue à froid, est vert clair, et produit en brulant une belle flamme verte turquoise. D'autres glycols et polyols solubles dans l'eau peuvent être utilisés, comme l'éthylène glycol, le propylène glycol, le sorbitol; et naturellement on peut faire varier les proportions d'eau et d'éléments colorigènes, en fonction des qualités de flammes souhaitées sans sortir du cadre de l'invention. Les dispositifs simplifiées pouvant mettre en oeuvre les combustibles décrits, font également partie de l'invention. Du fait de la faible tension de vapeur des combustibles préparés en solutions aqueuses, et de leur inflammabilité plus difficile, il est possible de les mettre en oeuvre dans des dispositifs particulièrement simples. L'une des formes possible de réalisation est représentée à la figure 1. Elle est constituée: d'un simple réservoir (1) représenté cylindrique, mais qui peut avoir une forme différente, caractérisée par le fait que sa partie supérieure est ouverte à l'air libre, sans étanchéité. Sur le fond du réservoir est fixé un porte mèche (2) vertical, perforé à la base, de façon à permettre l'ascension capillaire du liquide environnant, dans la mèche centrale (3), mèche qui est de préférence en fibres minérales incombustibles, pour ne pas modifier la couleur de la flamme. Ces lampes simplifiées peuvent être constituées de matériaux transparents, ou opaques ( verres, céramiques, métaux, etc.) pourvu qu'ils résistent à la chaleur, et aux liquides combustibles. Le réservoir (1) peut utilement possèder à la base, une partie cylindrique (4) de même diamètre que les bougies standard de façon à pouvoir se substituer aux bougies sur les bougeoirs, chandeliers et candélabres du commerce. REVENDICATIONS 1) Produits combustibles liquides, brulant avec une flaire de couleur choisie, caractérisés par le fait qu'ils sont constitués de solutions aqueuses de polyols, dans lesquelles a été dissous au moins un élément colorigène connu de la flaire. 2) Produits liquides combustibles suivant la revendication 1 comportant de 0,10 à 50X en poids d'eau contenant en solution un élément colorigène de la flamme connu, dans la proportion de 0,3 à 10X du poids du produit fini. 3) Produits combustibles liquides suivant les revendications 1 et 2 ,dans lesquels les polyols sont du diéthylène glycol ou de l'éthylène glycol. 4) Dispositifs mettant en oeuvre les produits des revendications 1, 2, et 3, caractérisés par le fait qu'ils se présentent comme de simples réservoirs (1) ouverts sans étanchéité à l'air,et comportant un porte mèche vertical (2) partiellement immergé dans le combustible, et perforé à la base pour permettre l'ascension capillaire du liquide dans la mêche centrale (3). 5) Dispositifs suivant la revendication 4, comportant à la base, sous le réservoir (1), une protubérance (4), permettant le positionnement du réservoir sur les bougeoirs, chandeliers et candélabres du commerce.