Brevet FR3010174A1 — publié le 20150306

LAMPE POUR FLAMME DE COULEUR. L'invention est relative à une lampe pour flamme de couleur comprenant un réservoir contenant un combustible liquide peu inflammable 5 alimentant une flamme par l'intermédiaire d'un dispositif capillaire. Dans le but de proposer des lampes présentant des flammes de couleur à caractère esthétique, plusieurs solutions ont déjà été développées. Des solutions permettent d'atteindre des températures de flamme élevées et des flammes colorées. Mais ces solutions sont complexes et 10 présentent certains risques lors de leur utilisation, ce qui limite leur diffusion. D'autres solutions, relativement complexes également, prévoient la formation d'un aérosol. Des solutions moins complexes prévoient l'utilisation d'un liquide inflammable à point d'éclair bas, ce qui les rend dangereuses. 15 Enfin certaines solutions, comme celle proposée par FR 2942238, au nom de M. Claude BERNARDY, prévoient l'utilisation de composés spécifiques dont la combustion produit des gaz présentant une certaine nocivité. L'utilisation de telles solutions est limitée au plein air. Aucune solution antérieure n'est donc réellement satisfaisante pour 20 une utilisation grand public aussi bien en plein air qu'à l'intérieur d'un local. L'objet de l'invention est de proposer une lampe permettant d'obtenir une flamme de couleur particulièrement esthétique, et apportant une solution aux différents problèmes évoqués ci-dessus. Une lampe selon l'invention utilise un liquide combustible peu volatil, 25 peu inflammable, à point d'éclair élevé, et qui peut être classé comme ininflammable selon certaines normes. La lampe comporte un dispositif capillaire, notamment une mèche, plongeant dans le combustible pour assurer l'alimentation de la flamme, et garantir une sécurité de fonctionnement élevée. Selon l'invention une lampe pour flamme de couleur comprend un 30 réservoir contenant un combustible liquide peu inflammable alimentant une flamme par l'intermédiaire d'un dispositif capillaire, et est caractérisée en ce qu'elle comprend un brûleur tubulaire présentant une extrémité inférieure montée sur le réservoir et une extrémité supérieure ouverte permettant la formation d'une flamme, des entrées d'air étant ménagées dans la paroi latérale 35 du brûleur au voisinage de son extrémité inférieure, une substance émettrice de lumière colorée étant disposée dans le combustible liquide et/ou au voisinage de l'extrémité supérieure du brûleur, la lampe comportant deux zones de combustion : - une précombustion minoritaire, en partie basse du brûleur, qui a pour fonction de vaporiser le liquide amené par la mèche en un nuage combustible porté par des gaz formés par cette précombustion, et - une combustion principale, produite en haut du brûleur dans une zone où le 5 nuage combustible est mis en présence de l'atmosphère pour produire la flamme colorée. Le combustible peut être choisi parmi les composés suivants : éther-oxyde ou ester acétique ou formique d'éthylène glycol, et/ou de polyéthylène glycol, des éthanolamines et dérivés ou des composés dont les chaînes 10 carbonées sont limitées à 2 ou 3 carbones adjacents. Le combustible peut présenter un point d'éclair supérieur à 60°C, avantageusement supérieur à 80°C. Le dispositif capillaire peut être constitué par une mèche, ou par une masse poreuse réfractaire, avantageusement sous forme de tige ou de plaque. 15 De préférence, la lampe comporte un dispositif de support d'une substance émettrice solide installé en haut du brûleur et maintenu en place, dans la zone de flamme, le dispositif de support étant agencé pour placer la substance émettrice à l'état solide sous une forme divisée et dans une zone chaude de la flamme. 20 Le support peut être réalisé sous forme d'une grille enduite, ou d'une céramique ou d'une feuille ou grille métallique revêtue d'un enduit assurant l'apport d'éléments influant sur la couleur de la flamme, en particulier de lithium, ou de sodium, ou de caesium, ou de cuivre. La lampe peut combiner la présence d'un composé dans le liquide à 25 un solide approprié dans la zone de flamme, en particulier elle combine de l'iode dissoute dans le liquide à une feuille ou grille de cuivre ou de laiton dans la zone de flamme pour donner du vert ou, en remplacement de l'iode, un composé chloré ou bromé pour donner des nuances de bleu. La lampe peut comporter plusieurs substances émettrices de lumière 30 colorée et permettre de produire une flamme de plusieurs couleurs. La base du brûleur avec précombustion peut alimenter plusieurs flammes différentes constituées par des sorties différentes, ces sorties étant équipées soit des mêmes solides émetteurs auquel cas les couleurs de flammes sont les mêmes, soit de solides émetteurs différents auquel cas les 35 couleurs de flammes sont différentes. La sortie à l'atmosphère du brûleur constituant la combustion principale peut être suffisamment large pour permettre d'installer plusieurs solides émetteurs écartés pouvant donner plusieurs couleurs sur une sortie unique. La lampe peut comprendre un montage mobile en rotation, ou en translation, entre le brûleur et un manchon ou une bague, le déplacement relatif entre brûleur et manchon ou bague étant prévu pour permettre d'ouvrir totalement, ou d'obstruer partiellement ou totalement les entrées d'air de la précombustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit de modes de réalisation d'un dispositif selon 10 l'invention avec référence aux dessins annexés mais qui n'a aucun caractère limitatif. Sur ces dessins : Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, Fig. 2 est une vue en perspective, à plus grande échelle, du brûleur 15 et de son support utilisé dans le dispositif de Fig. 1, Fig. 3 est une vue en coupe verticale d'un second mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, Fig. 4 est une vue en coupe verticale d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, 20 Fig. 5 est une vue en perspective, à plus grande échelle, du brûleur et de son support utilisé dans le dispositif de Fig. 4, Fig. 6a à 6e sont des vues schématiques en perspective illustrant différentes formes de flamme obtenues avec le dispositif de Fig. 4, Fig. 7 est une vue en coupe verticale d'un quatrième mode de 25 réalisation d'un dispositif selon l'invention. Fig. 8 est une vue simplifiée en perspective, à plus grande échelle, du brûleur utilisé dans le dispositif de Fig. 7, et Fig.9 une vue en coupe verticale d'un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. 30 Dans toute la description qui suit, les termes relatifs tels que « inférieur », « supérieur », sont à considérer par rapport à la lampe en condition d'utilisation, mise en place sur un support horizontal. En se reportant à Fig. 1, on peut voir une lampe selon l'invention qui comprend un réservoir 1, lequel contient un combustible liquide 3 peu 35 inflammable. Le liquide 3 est peu volatil et nécessite, pour brûler, l'utilisation d'un dispositif capillaire, notamment constitué par une mèche 2 qui trempe dans ce liquide. En variante, le dispositif capillaire peut être constitué par une masse poreuse réfractaire, en particulier sous forme de tige ou bâton, ou de plaque, à base de fibres minérales, assurant la montée du liquide par capillarité comme la mèche 2. Le point d'éclair du liquide est relativement élevé, de préférence 5 supérieur à 60°C, avantageusement supérieur à 80°C, ainsi que son point d'ébullition, de préférence supérieur à 150°C. La transparence du réservoir rend possible le contrôle du niveau du combustible. Il est en effet intéressant de prévenir un épuisement du combustible mais aussi d'éviter un remplissage trop important pour des raisons 10 de sécurité. Le réservoir présente une forme sensiblement de révolution, avec un fond plat en partie basse et, en partie haute, un orifice permettant notamment l'introduction de la mèche 2. Un couvercle 7 est monté sur l'orifice du réservoir 1. Le couvercle 7 15 sert à la fois de support d'un brûleur 5 tubulaire et de fermeture pour le réservoir 1. Il doit assurer une étanchéité permettant de laisser entrer l'air sans laisser sortir le combustible. Selon Fig.1, le brûleur 5 est réalisé avec un tube en céramique. Le couvercle 7 se présente sous la forme d'un disque comportant en son centre un orifice de passage pour la mèche 2. 20 Selon la réalisation de Fig.3, à la périphérie du couvercle 7 est prévue une collerette 7a s'étendant vers le bas et présentant un filetage interne apte à coopérer avec un filetage externe prévu à la périphérie de la bordure de l'orifice du réservoir 1. Le couvercle 7 comprend une réservation circulaire permettant 25 l'insertion d'un support de mèche 4. A la périphérie de la réservation, une bague 8 est prévue pour le maintien du support 4. Selon Fig.3, la bague 8 est rapportée par vissage sur le couvercle 7. Le support de mèche 4 a pour fonction de tenir la mèche au bas du brûleur sans la serrer trop de manière à éviter un abaissement du débit, et en 30 transmettant le moins possible de chaleur, pour assurer l'alimentation du combustible à l'état liquide. L'emploi de matières isolantes réfractaires est donc souhaitable pour le support de mèche 4. En effet, dans le cas d'un transfert trop important de chaleur à la mèche à partir du support 4, la mèche 2 aura tendance à sécher, le 35 débit de combustible se trouvant limité, voire nul. Par ailleurs il est également nécessaire d'éviter de porter le liquide 3 contenu dans le réservoir 1 à une température trop élevée, qui le rendrait inflammable même sans mèche. En variante, le support de mèche ou de dispositif capillaire peut être constitué par une enveloppe métallique, en particulier en aluminium, d'épaisseur suffisamment réduite, notamment inférieure à 0.5 mm, de préférence de l'ordre de 0.2mm, pour freiner la transmission de chaleur au liquide. L'enveloppe peut entourer le dispositif capillaire sur sa hauteur jusqu'au niveau de la précombustion. Le support de mèche 4 se présente sous la forme d'un disque percé d'un orifice central permettant le passage de la mèche 2. Une collerette s'étend vers le haut (Fig.3) à partir de la surface supérieure du support pour un meilleur maintien de la mèche 2. La mèche 2 permet de faire monter le combustible 3 contenu dans le réservoir 1 jusque dans un brûleur 5. Elle est réalisée de préférence en fibre céramique, en particulier de type textile. La section et la longueur de la mèche 2 sont adaptées à la taille de la lampe et du réservoir 1. Le combustible 3 est constitué d'éther-oxyde ou d'ester acétique ou formique d'éthylène glycol et/ou de polyéthylène glycol. Le combustible 3 est, de préférence, constitué par des composés dont les chaînes carbonées sont limitées à 2 ou 3 carbones adjacents. On peut aussi utiliser des éthanolamines et dérivés. Des considérations de sécurité amènent à préférer les combustibles dont le point d'ébullition et le point d'éclair sont assez élevés afin d'éviter un classement comme liquides inflammables. Le combustible utilisé présente un point d'ébullition de préférence supérieur à 150°C , et un point d'éclair de préférence supérieur à 60°C, avantageusement supérieur à 80°C. Le brûleur 5 de forme tubulaire, à section circulaire ou rectangulaire, peut être solidaire du support de mèche 4 selon la réalisation de Fig.1, ou être distinct du support 4 selon Fig.3, 4 et 7. D'après Fig.3 et 7, la base du brûleur 5 est engagée autour du support 4, notamment autour d'une collerette du support selon Fig.3. D'après Fig.4 la base du brûleur 5 est reçue dans un manchon 4a lié au support. Le brûleur 5 peut être réalisé en acier ; il reçoit à sa base le combustible 3 par la mèche 2 et une première quantité d'air de combustion par des entrées d'air 6, généralement constituées par des orifices circulaires. Ces entrées d'air 6 sont prévues à la périphérie du brûleur en partie basse. Les entrées d'air 6 sont situées sensiblement au niveau de l'extrémité 35 supérieure du dispositif capillaire, à savoir la mèche 2 dans l'exemple considéré. D'après Fig.1, 3, et 5, la bague 8 assure le maintien du brûleur 5 sur le couvercle 7. Selon Fig.1, la bague 8 est formée par une nervure circulaire en saillie radialement vers l'intérieur dans le passage pour le brûleur 5, cette nervure étant engagée dans une rainure périphérique du support 4. Selon Fig.3 et 7, la bague 8 est rapportée, notamment par vissage, sur le couvercle 7. Le maintien du brûleur 5 doit être suffisamment rigide tout en 5 réduisant au minimum le transfert de chaleur du brûleur au réservoir. L'usage de matières céramiques isolantes est recommandé. Selon Fig.4, le brûleur 5 est maintenu par le manchon 4a avec possibilité de rotation autour de son axe vertical. La rotation du brûleur 5 peut être commandée à l'aide d'une tige radiale 12, solidaire du brûleur, et engagée 10 dans une boutonnière horizontale 13 du manchon 4a, avec entrée verticale médiane 13a pour le passage de la tige 12. Le manchon 4a, fixe, comporte des trous 6a espacés angulairement comme les entrées d'air 6 du brûleur 5. Dans une position angulaire extrême du brûleur 5 relativement au manchon 4a, commandée manuellement à l'aide de la tige 12, les entrées d'air 6 sont 15 totalement obturées par des zones du manchon 4a situées entre deux trous 6a. Dans l'autre position angulaire extrême du brûleur 5 relativement au manchon 4a, les entrées d'air 6 sont totalement ouvertes, se trouvant en regard des trous 6a, de même diamètre que les entrées 6. Une position angulaire intermédiaire du brûleur 5 permet une fermeture partielle des trous 6, et un 20 réglage de la combustion à ce niveau. Les Fig.6b à 6e illustrent l'augmentation de la hauteur de flamme obtenue suivant que les entrées d'air 6 sont faiblement ouvertes, pour Fig.6b, puis de plus en plus ouvertes jusqu'à ouverture complète pour Fig.6e. Selon Fig.3, le brûleur 5 est fixe en rotation relativement au réservoir 25 1, et un manchon rotatif 4b représenté en pointillés, semblable au manchon 4a, permet un réglage du degré de fermeture.des entrées d'air 6. Selon Fig.7, le brûleur 5 a une forme en parallélépipède rectangle (Fig.8) et le manchon 4b est mobile en translation verticale pour ouvrir plus ou moins les entrées d'air 6 de précombustion, par coulissement. 30 Les modes de fixation entre les différentes pièces sont classiques et peuvent comprendre notamment des filetages. La mise à feu de la lampe s'effectue au niveau des entrées d'air 6 et permet une vaporisation et une homogénéisation d'un mélange combustible qui brûle totalement en haut du brûleur. 35 La hauteur comprise entre les entrées d'air 6 et le haut du brûleur doit être suffisamment grande, notamment d'au moins 3 cm, pour assurer le susdit mélange. Cette fonction est mise en évidence par la couleur de la flamme en haut du brûleur : bleu transparent avec un minimum de jaune si elle n'est pas dotée de substance émettrice de lumière colorée. C'est le carburateur de la lampe. Les entrées d'air 6 sont adaptées en nombre et en forme pour assurer une première oxygénation limitée du combustible. Selon l'invention, la lampe comporte deux zones de combustion : - une zone de précombustion minoritaire, en partie basse du brûleur 5, qui a pour fonction de vaporiser le liquide amené par la mèche 2 en un nuage de liquide combustible porté par un minimum d'azote et de gaz carbonique formés par cette précombustion, et - une combustion principale, produite en haut du brûleur 5 dans une zone où le nuage combustible est mis en présence de l'atmosphère pour produire la flamme colorée. La partie de conduit qui relie ces deux zones de combustion sert à homogénéiser le mélange pour obtenir une oxygénation optimum. En l'absence de substance émettrice de lumière colorée, la flamme est principalement bleu transparent, comme la flamme d'un brûleur à gaz bien oxygéné. Grâce au principe de l'invention, cette flamme chaude et de couleur neutre, c'est-à-dire bleu pâle, est obtenue en utilisant non pas un gaz mais un liquide peu volatil. L'apport d'une substance émettrice de lumière colorée, en particulier dans cette zone, permet la production de couleurs variées par émission en faibles quantités de substance émettrice placée à la sortie du brûleur. La substance émettrice de lumière colorée peut être présente dans le liquide. Avantageusement, la substance émettrice de lumière colorée est portée dans la zone de combustion principale. En particulier, un dispositif de support B d'une substance émettrice solide est installé en haut du brûleur et est maintenu en place, dans la zone de flamme, par tout moyen approprié, notamment des fentes prévues en extrémité haute du brûleur 5. Le dispositif de support B a pour fonction de placer la substance émettrice à l'état solide sous une forme divisée et dans une zone chaude de la flamme. Le qualificatif de « solide divisé » correspond à la plus grande surface possible entre le solide et le gaz constituant la flamme. Ce support B peut être réalisé sous forme d'une grille enduite, ou d'une céramique poreuse 101, ou d'une feuille ou d'une grille métallique 103. Un enduit, en particulier déposé sur une grille métallique, permet l'apport d'éléments influant sur la couleur de la flamme, tels que le lithium, le sodium le caesium, le cuivre. L'effet de la substance émettrice de lumière colorée peut être également obtenu en combinant la présence d'un composé dans le liquide à un solide approprié dans la zone de flamme ; par exemple, la combinaison d'iode dissoute dans le liquide à une feuille ou grille de cuivre ou de laiton dans la zone de flamme donne un beau vert, tandis que le remplacement de l'iode par un composé chloré ou bromé donne des nuances de bleu depuis le turquoise au bleu-ciel. L'esthétique de la flamme produite peut être modifiée suivant la géométrie de la sortie du brûleur. Ainsi, le haut du brûleur peut être équipé de volets 111 (Fig.7, 8), d'entailles 112 (Fig.5), de coupelles 114 (Fig.3) équipées, 10 ou non, d'entrées d'air. Il est également possible d'utiliser plusieurs substances émettrices de lumière colorée et de produire ainsi une flamme de plusieurs couleurs. En effet le générateur de fumée combustible formé par la base du brûleur avec précombustion peut alimenter plusieurs flammes différentes 15 constituées par des sorties différentes. Si ces sorties sont équipées des mêmes solides émetteurs les couleurs de flammes sont les mêmes, sinon elles peuvent être différentes. De même, si la sortie à l'atmosphère constituant la combustion principale et donc la zone de flamme est suffisamment large, plusieurs solides émetteurs écartés peuvent donner plusieurs couleurs sur une sortie unique. 20 La forme cylindrique à section circulaire des brûleurs est avantageuse, mais l'invention n'est pas limitée à une telle forme. Fig.9 illustre un mode de réalisation particulièrement simple d'une lampe selon l'invention, dont les composants identiques ou similaires à des composants déjà décrits sont désignés par les mêmes références que celles 25 déjà utilisées, sans que leur description soit nécessairement reprise. Le brûleur 5 est réalisé en une feuille métallique, notamment feuille d'aluminium, pliée selon une forme prismatique à section transversale rectangulaire ou carrée, ou enroulée en cylindre. Une grille 101 enduite de substance émissive est placée à l'extrémité supérieure du brûleur. La partie 30 inférieure du brûleur constitue le support 4 du dispositif capillaire constitué par une tige 2a ou plaque en réfractaire poreux assurant l'alimentation par capillarité. Le couvercle 7 comporte en son centre une ouverture pour le passage de la tige 2a et du support 4 muni, à son extrémité basse, d'une 35 collerette fixée sous le couvercle 7 avec des vis ou des rivets 14. Une pièce 15 d'étanchéité et d'isolement thermique est disposée entre le couvercle 7 et la collerette inférieure du support 4. Une autre pièce 16 d'étanchéité et d'isolement thermique est disposée entre le couvercle 7 et le bord supérieur du réservoir 1, avantageusement en verre. La lampe selon l'invention présente de nombreux avantages. En sus de ceux déjà évoqués on peut citer notamment les suivants. La lampe utilise comme combustible un liquide, et de préférence peu volatil, ce qui est un plus du point de vue de la sécurité. La lampe utilise comme comburant l'air atmosphérique. La flamme de la lampe émet peu ou pas de substances nocives, et en quantités faibles pour celles qui sont éventuellement émises. La flamme est stable et peut fonctionner pendant des heures. De plus la couleur de la flamme n'est pas altérée par la présence d'une autre couleur qui serait due à la combustion d'un combustible carboné insuffisamment oxygéné. Il est possible d'obstruer partiellement ou totalement les entrées d'air 15 de précombustion. Ce réglage peut être obtenu soit par le mouvement d'une bague mobile autour du brûleur, soit en déplaçant le brûleur par rapport à un manchon fixe. Complémentairement, la lampe suivant l'invention peut servir à diffuser des oligoéléments dans l'atmosphère, pour des usages 20 d'assainissement ou de dopage sélectif. REVENDICATIONS1. Lampe pour flamme de couleur comprenant un réservoir (1) contenant un combustible liquide (3) peu inflammable alimentant une flamme par 5 l'intermédiaire d'un dispositif capillaire, caractérisée en ce que le combustible liquide est peu inflammable, et en ce qu'elle comprend un brûleur tubulaire (5) présentant une extrémité inférieure montée sur le réservoir (1) et une extrémité supérieure ouverte permettant la formation d'une flamme, des entrées d'air (6) étant ménagées dans la paroi latérale du brûleur (5) au voisinage de son 10 extrémité inférieure, une substance émettrice de lumière colorée étant disposée dans le combustible liquide et/ou au voisinage de l'extrémité supérieure du brûleur (5), la lampe comportant deux zones de combustion : - une précombustion minoritaire en partie basse du brûleur (5) qui a pour fonction de vaporiser le liquide amené par la mèche en un nuage combustible 15 porté par des gaz formés par cette précombustion, et - une combustion principale, produite en haut du brûleur dans une zone où le nuage combustible est mis en présence de l'atmosphère pour produire la flamme colorée. 2. Lampe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le combustible (3) est 20 choisi parmi les composés suivants : éther-oxyde ou ester acétique ou formique d'éthylène glycol et/ou de polyéthylène glycol, des éthanolamines et dérivés ou des composés dont les chaînes carbonées sont limitées à 2 ou 3 carbones adjacents. 25 3. Lampe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le combustible (3) présente un point d'éclair supérieur à 60°C, avantageusement supérieur à 80°C. 4. Lampe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée 30 en ce que le dispositif capillaire est constitué par une masse poreuse réfractaire, avantageusement sous forme de tige ou de plaque. 5. Lampe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de support (B) d'une substance émettrice 35 solide installé en haut du brûleur (5) et maintenu en place, dans la zone de flamme, le dispositif de support (B) étant agencé pour placer la substance émettrice à l'état solide sous une forme divisée et dans une zone chaude de la flamme. 6. Lampe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le support (B) est réalisé sous forme d'une grille enduite (101), ou d'une céramique ou d'une feuille ou grille métallique (103) revêtue d'un enduit assurant l'apport d'éléments influant sur la couleur de la flamme, en particulier de lithium, ou de sodium, ou de caesium, ou de cuivre. 7. Lampe selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle combine la présence d'un composé dans le liquide à un solide approprié dans la zone de flamme , en particulier elle combine de l'iode dissoute dans le liquide à une feuille ou grille de cuivre ou de laiton dans la zone de flamme pour donner du vert ou, en remplacement de l'iode, un composé chloré ou bromé pour donner des nuances de bleu. 8. Lampe selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs substances émettrices de lumière colorée et permet de produire une flamme de plusieurs couleurs. 9. Lampe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la base du brûleur avec précombustion alimente plusieurs flammes différentes constituées par des sorties différentes, ces sorties étant équipées soit des mêmes solides émetteurs auquel cas les couleurs de flammes sont les mêmes, soit de solides émetteurs différents auquel cas les couleurs de flammes sont différentes. 10. Lampe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la sortie à l'atmosphère du brûleur constituant la combustion principale est suffisamment large pour permettre d'installer plusieurs solides émetteurs écartés pouvant donner plusieurs couleurs sur une sortie unique. 11. Lampe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un montage mobile en rotation ou en translation entre le brûleur (5) et un manchon (4a) ou une bague (4b), le déplacement relatif entre brûleur (5) et manchon ou bague étant prévu pour permettre d'ouvrir totalement, ou d'obstruer partiellement ou totalement les entrées d'air (6) de précombustion.40