EP1448899A1 - Procede et dispositif de production d'une flamme, notamment pour lampes a flamme de couleur - Google Patents

Procede et dispositif de production d'une flamme, notamment pour lampes a flamme de couleur

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EP1448899A1
EP1448899A1 EP02791908A EP02791908A EP1448899A1 EP 1448899 A1 EP1448899 A1 EP 1448899A1 EP 02791908 A EP02791908 A EP 02791908A EP 02791908 A EP02791908 A EP 02791908A EP 1448899 A1 EP1448899 A1 EP 1448899A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
gas
tube
section
level
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02791908A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Claude Bernardy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eurexim-Securiflame
Original Assignee
Eurexim-Securiflame
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Filing date
Publication date
Application filed by Eurexim-Securiflame filed Critical Eurexim-Securiflame
Publication of EP1448899A1 publication Critical patent/EP1448899A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/14—Details thereof
    • F23K5/142—Fuel pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/18—Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped the fluid medium being mixed with, or generated from the liquid to be pumped
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D—BURNERS
    • F23D5/00—Burners in which liquid fuel evaporates in the combustion space, with or without chemical conversion of evaporated fuel
    • F23D5/06—Burners in which liquid fuel evaporates in the combustion space, with or without chemical conversion of evaporated fuel the liquid forming a film on one or more plane or convex surfaces
    • F23D5/10—Burners in which liquid fuel evaporates in the combustion space, with or without chemical conversion of evaporated fuel the liquid forming a film on one or more plane or convex surfaces on grids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23K5/04—Feeding or distributing systems using pumps
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    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/105—Porous plates

Definitions

  • the present invention relates to a simple and inexpensive method and device for producing a flame, in particular for colored flame lamps.
  • the invention implements a known system for supplying regular low flow in which a liquid is made to rise by means of a train of bubbles, in a tube of small section. Such a system is described in particular in US-A-5,312,232, 4,645,427 and 4,647,272.
  • Lighters and flame lamps are widely known and used using the combustion of a gas and in particular a liquefied gas.
  • flames can be colored by injecting into them chemical compounds having the property of coloring them. This injection is however delicate to implement when it is desired to produce a flame lamp of simple design, supplied with gas and in particular with liquefied gas, at low and regular flow rate, without risk of blocking of the gas supply means. and chemical compound.
  • the invention has set itself the objective of eliminating the drawbacks of the solutions according to the prior art by providing a method and a device for producing a particularly colored flame which are characterized by great simplicity and low cost.
  • the technique implemented by the present invention consists in raising a liquid in a small section tube from a lower level to a higher level, without applying pressure on this liquid, or with applying a lower pressure on the liquid. to that normally required to raise it by the same height, the liquid rising under the action of bubbles of a combustible gas. According to the invention, the technical problem mentioned above is thus resolved.
  • the invention relates firstly to a method of producing a flame by combustion of a combustible gas at the upper end of an ascending tube of small internal cross section, characterized in that: a) a reserve d a liquid, the level of which is maintained both below that of the upper end of said ascending tube and greater than that of the lower end of this same tube, b) the liquid reserve is placed in communication with a chamber, called buUage chamber, communicating further with the lower end of said ascending tube, or inserted therein in its lower part and also communicating with a source of combustible gas via a gas inlet orifice, c) while maintaining the level of liquid in the reserve as indicated above, the combustible gas is admitted into the bubbling chamber by passage through the gas inlet orifice at a sufficient rate fisant to produce at the base of the ascending tube a succession of bubbles of combustible gas in the liquid, the said flow rate being however lower than that which would lead to an accumulation of gas below the ascending tube such that
  • the invention also relates to a device comprising an ascending tube communicating at its lower end with a chamber called bubbling chamber, said bubbling chamber being moreover in communication on the one hand with a reservoir for liquid and on the other hand with a source of combustible gas, said tank being capable of containing said liquid at a level which is both higher than the level of the lower end of the riser tube and lower than the level of the upper end of said ascending tube, the communication between the bubbling chamber and the source of combustible gas being made via a gas inlet orifice, said device being characterized in that it further comprises a burner at the upper end of the ascending tube, intended for the combustion of the combustible gas and possibly the liquid, as well as means for controlling the flow of combustible gas making it possible to admit the latter into the liquid in the form a train of successive gas bubbles, the cross section of which is at least equal to the internal cross section of the ascending tube, directed towards the base of the ascending tube or introduced directly into the latter.
  • bubbles of combustible gas can deform when they enter the ascending tube and that they can take a different shape, in particular elongated in the direction of their ascent. However, they remain separated from each other by entraining portions of the liquid between them.
  • cross section of the ascending tube is a function of the size of the bubbles created since each bubble, in said tube, must be in contact with the walls and must therefore be able to occupy the entire cross section of the tube.
  • a first embodiment of the method of the invention consists of a method of producing a flame by combustion of a combustible gas at the upper end of an ascending tube of small internal cross section , characterized in that: a) a reserve of a liquid is established, the level of which is maintained both below that of the upper end of said ascending tube and greater than that of the lower end of this same tube, b) the liquid reserve is placed in communication with a chamber, called bubbling chamber, which communicates on the one hand, at its upper part, with the lower end of said ascending tube and on the other hand with a gas source fuel via a gas inlet port which is located at a level of the bubbling chamber lower than the level of the lower end of the riser, the section of the gas inlet port in the bubbling chamber being sufficient to produce in the liquid of the bubbling chamber successive gas bubbles whose cross section is at least equal to the internal cross section of the ascending tube, the communication of the liquid of the reserve with the
  • the device of the invention consists of a device comprising an ascending tube communicating by its lower end with the upper end of a chamber called bubbling chamber, said bubbling chamber being moreover in communication on the one hand with a tank for liquid and on the other hand with a source of combustible gas, said tank being capable of containing said liquid at a level both higher than the level of the lower end of the ascending tube and below the level of the upper end of said riser, the communication between the bubbling chamber and the source of combustible gas taking place via a gas inlet orifice situated at a level of the bubbling chamber lower than the level of communication of said chamber with the lower end of the ascending tube and the communication between the bubbling chamber and the liquid reservoir taking place via at least one liquid intake orifice situated away from the ascending path followed by the bubbles of combustible gas which may be form when the bubbling chamber is filled with liquid and the gas is admitted into said chamber, said device being characterized in that it further comprises a burner at the upper
  • the cross section of the bubbling chamber is greater than both the maximum internal cross section of the riser and the cross section of the orifice gas inlet into the bubbling chamber.
  • the level of the lower end of the rising tube is lower than the top of the bubbling chamber and the gas is admitted under sufficient pressure to discharge the liquid from its resting level , downwards, up to the vicinity of the level of the lower end of the ascending tube, thus allowing gas to have access to this lower end of the ascending tube in the form of a train of successive bubbles.
  • this second embodiment it is possible to provide a space surrounding the ascending tube, or close to the latter, and therefore extending the bubbling chamber upwards, and this space must be sealed so as to allow the gas to exert its discharge pressure on the liquid surrounding, at rest, the riser, or close to it.
  • the gas pressure must be limited to that which allows the liquid to descend to the level of the lower end of the riser tube or in the vicinity. In fact, excessive pressure would force the liquid back to a level such that this liquid would no longer have access to the ascending tube. This pressure is therefore low and equal to the height of liquid to be lowered.
  • the pressurized gas can be admitted into a space surrounding the ascending tube, or adjacent thereto, and at a level higher than the level of the lower end of this tube.
  • the gas can also be admitted directly into the liquid. It then forms bubbles which, by releasing their gas in the sealed space surrounding the ascending tube, or close to it, make it possible to discharge the liquid up to the level of the lower end of the ascending tube, as in the case previous.
  • the gas is admitted directly inside the ascending tube, at its lower part, at a level located lower than the level at which the liquid reaches rest, in the absence of gas injection .
  • This lower part plays the role of bubbling chamber.
  • the gas orifice does not occupy the entire section of the tube, in order to leave a passage for the liquid which must rise in the tube.
  • it must be of sufficient size so that the bubbles formed, the diameter of which is, as a rule, greater than that of the gas orifice, as will be explained below, have a size sufficient to occupy all of the cross section of the riser.
  • the metering between liquid and combustible gas flow rates is carried out in the bubbling chamber located at the base of the riser tube and provided with the following three orifices: - a gas supply orifice of which the section determines the size of the bubbles formed, - a liquid inlet orifice ensuring the admission of the latter from its reservoir.
  • the geometry of this second orifice is not critical, provided that it is located at a point in the chamber such that the gas bubbles formed cannot enter it instead of entering the ascending tube. This risk can be further reduced by the narrowing of this second orifice or by its positioning at a level lower than the level of arrival of the gas in the bubbling chamber.
  • this orifice is preferably placed "above the gas supply nozzle and it is advantageously preceded by an access by inverted funnel to facilitate the collection of bubbles and avoid their division.
  • the flow of combustible gas is preferably substantially greater than the flow of liquid to be supplied with a volumetric base, for example 5 to 20 times greater.
  • the gas bubbles through the liquid to be supplied forming bubbles whose cross section (horizontal) is at least equal and preferably greater than the maximum internal section of the riser .
  • This orifice may have a cross section slightly smaller than that of the ascending tube because the bubbles tend to increase in cross section and in volume at the outlet of the gas inlet orifice.
  • the section of this orifice can advantageously represent 25 to 100% of the maximum internal section of the ascending tube, subject to compliance with the condition of size of the bubbles formed. This size of the bubbles formed is to a certain extent a function of the nature of the liquid, its density and its viscosity.
  • maximum internal section of the ascending tube refers to the case of a tube whose internal section is not constant at all levels. In the more common case of a tube of constant internal section, the maximum internal section is equal to the internal (constant) section of the tube.
  • the flow rate of combustible carrier gas is chosen as a function of the flow rate desired for the upward supply of liquid. It is however limited as a function of the assembly and in particular of the section and the length of the riser tube. Thus, in this tube, each gas bubble is separated from the previous one and the next one by a small quantity of liquid which is entrained at the top of the tube. Excessive gas flow could cause gas to build up in the upper part of the bubble chamber and the liquid would no longer be entrained in the riser.
  • the liquid As the level of the top of the riser is located above the level of charge of the liquid located in the supply tank, the liquid is entrained higher than this level of the tank by the effect of the train of gas bubbles. Consequently, stopping the gas supply causes the liquid outlet to stop.
  • the cross section of the rising tube is, in all points, less than 1 square centimeter, and preferably less than 10 square millimeters, so as to ensure that the liquid pushed upwards by the train of bubbles slides as little as possible between these bubbles and the wall of the riser.
  • said section can be from 1 to 5 square millimeters.
  • the source of gas bubbles in the bubbling chamber consists of a single opening so as to create a single column of successive gas bubbles in the liquid.
  • the burner provided at the upper end of the rising tube, can be constituted simply by the upper end of the rising tube. It can be also an incombustible or hardly combustible porous body capable of being impregnated with the liquid collected at the top of the rising tube.
  • the porous body can be, for example, made of sintered metal, porous porcelain, porous concrete, sintered porcelain or even consist of a wick similar to that of an oil lamp.
  • the burner can also include a metallic canvas, a sleeve of knitted or non-knitted, packed or non-knitted metal wire, or a conduit made of perforated or deployed sheet metal.
  • the mixture of gas bubbles and liquid is brought to the upper end of the riser tube in an auxiliary flame zone, for example from a conventional gas burner.
  • the method and the device can also be used to produce a colored flame lamp.
  • the liquid contains at least one compound capable of coloring a flame; they are generally compounds of certain metals and, b) igniting and allowing the mixture of liquid and combustible gas obtained to burn at the top of the rising tube, possibly in contact with the flame of an auxiliary burner.
  • the combustible gas is for example methane, emane, propane, butane, isobutane or dimethyloxide, and the liquid is preferably combustible.
  • This liquid can even be aqueous if its proportion is small compared to that of the combustible gas; it then serves only as a solvent for the compounds intended to color the flame.
  • a liquid with a high flash point for example greater than 50 ° C. and preferably greater than 80 ° C., can be used.
  • a finely suspended compound or preferably dissolved, is used in the liquid, one of the constituent elements of which is chosen for the coloring of the flames which it provides.
  • These compounds are well known to those skilled in the art. As examples, mention may be made of: lithium: red, sodium: yellow, copper in halogenated compositions: green or blue, borates: green, carbon: yellow or white.
  • These emitting compounds can be mineral, for example nitrate or chloride, in particular if the liquid is aqueous or aqueous alcoholic or aqueous glycolic, or organic, for example acetate, hexanoate, ethylhexanoate, stearate, oleate, acetylacetonate, if the liquid is organic (hydrocarbons , alcohol, glycol, amide, for example). We prefer liquids whose combustion takes place without significant carbon.
  • an advantage of the invention is that the device described does not require any moving mechanical part.
  • Another advantage lies in the fact that the flow of liquid produced by the train of bubbles depends little on the level of liquid in the tank under load; the difference in level between the liquid in the reservoir and the top of the riser is preferably between 5 and 50 centimeters, although much higher level differences are possible.
  • the unit quantity of liquid (that is to say the quantity of liquid which leaves the ascending tube, between each gas bubble) supplied to the top of the ascending tube can be adjusted according to the invention by adjusting the size of the bubbles in relationship with the cross section of the riser.
  • the quantity of combustible gas required to ensure a regular flow rate is generally of the order of 5 to 20 times the volume of liquid to be supplied, but can be easily determined, including outside these values, by a person skilled in the art.
  • the supply can be switched on and off by opening and closing the gas supply.
  • the method described by the invention easily allows the control of several unitary liquid supply devices by a single opening of a gas valve controlling the supply of gas to several ascending tubes, possibly supplied with different liquids and possibly of different bit rates.
  • the liquid is scented and its combustion spreads a scent of perfume in the surrounding atmosphere. This is the case with a scented oil, for example pine essence.
  • FIG. 2 illustrates in partial view an embodiment of the bubble chamber.
  • FIG. 3 illustrates a preferred embodiment of the invention according to the first embodiment of the invention.
  • the device of FIG. 1 comprises a liquid reservoir 1, communicating at its base, by a conduit 2, with a bubbling chamber 3, which is surmounted by an ascending tube of small diameter 4 and provided with a gas inlet fuel 5 in the form, for example, of a nozzle, the level of which in said chamber is greater than the level of the outlet orifice 6 of the conduit 2, so as to avoid a backflow of gas towards the liquid tank.
  • the gas comes, through the conduit 7, controlled by the valve 8, from the gas tank 9.
  • a burner 10 At the top of the rising tube 4 is disposed a burner 10, for example in the form of a grid or a porous fire-resistant material .
  • the level of liquid 11 in the reservoir is maintained above the level of the lower end 15 of the ascending tube and below the level of the upper end 16 of said ascending tube.
  • the upper part of the bubbling chamber is in the form of a funnel which widens downwards.
  • the section of the ascending tube is sufficiently small and the section of the gas inlet sufficiently large for the gas to rise in said tube in the form of successive individual bubbles such as 13 and 17 each occupying almost the entire internal cross-section of the tube, each bubble being separated from the next by a portion of entrained liquid, such as 14 and 18.
  • the gas flow is controlled so that the gas rises in the bubbling chamber towards the ascending tube in the form of successive individual bubbles and not as a continuous stream.
  • the gas flow must also be low enough not to exceed the gas flow in the riser; otherwise, the gas would accumulate below the riser and no longer play its role as a carrier of liquid portions.
  • the gas is obtained by vaporization of a pressurized liquid 12 such as butane.
  • a pressurized liquid 12 such as butane.
  • the orifice 6 for the outlet of the liquid in the bubble chamber may include a non-return valve or have a minimal section. This could for example be a micro-orifice, a narrow slot or a porous partition.
  • the combustible gas for example butane
  • the combustible gas for example butane
  • flames (F) of different colors may be obtained.
  • FIG. 2 illustrates a particular embodiment of the bubble chamber 3 formed here by the lower part of the ascending tube 4
  • the ascending tube 4 can be raised or lowered inside a tubular enclosure fixed external 19.
  • the junction not shown here between the tube 4 and the enclosure 19 can be simple friction (for example O-ring) or better comprises a thread such as 23 (see Figure 3); in the latter case, the rotation of the tube 4 makes it possible to raise or lower it with more precision than in the case of simple friction.
  • the tube 4 rests on a seal 20, for example made of elastomer, and the liquid from the reservoir 1 placed in the upper part of the enclosure 19 cannot enter the bubble chamber 3.
  • the rise of the tube 4 causes the gasket 20 and a hollow part 21 to rise, which on the one hand supports the gasket 20 and, on the other hand, acts as a needle 25 to close or open the gas supply from the tube 7.
  • This rise is caused by the expansion of the compressed spring 22, arranged at the lower part of the enclosure 19.
  • the combustible gas can then rise in the hollow part then in the injector 5, in the chamber 3 and in the tube 4.
  • the seal 20 no longer rises and the continued elevation of the tube 4 allows the liquid from the reservoir 1 to enter the bubble chamber 3 passing between the base 24 of the bubble chamber and the seal 20.
  • the gas then forms a column of bubbles (not shown s) in the bubble chamber and these bubbles then rising in the tube 4 ensure the entrainment of portions of liquid in this tube.
  • the enclosure 19 serves as a liquid reservoir in its upper part (above the joint 20) while in its lower part (below the joint 20) it allows the passage of the gas coming from the tube 7.
  • FIG. 3 represents a complete installation operating in a flame lamp and using as a source of combustible gas a tank of liquefied gas such as butane.
  • the liquefied gas tank 9 and the liquid tank 1 containing a flame dye are arranged one below the other, surrounding the ascending tube and the gas inlet, so as to produce an autonomous assembly of one piece.
  • the operation is the same as in FIG. 2 or FIG. 1 "and the numerical references of FIG. 3 have the same meanings as in FIGS. 1 and 2.
  • the references 23 and 27 to 29, which are not shown in the figures 1 and 2, have the following meanings: the reference 23 represents the screw pitch, or equivalent element, which makes it possible to raise or lower the tube 4.
  • the reference 27 designates a liquid recovery pad such as a metal sponge , a porous material or the like.
  • Reference 28 represents the filling orifice of the liquid tank 1.
  • Reference 29 represents a vacuum membrane or equivalent.
  • FIG. 4 and 5 illustrate the second embodiment of the invention.
  • the ascending tube 18 is surrounded by a pressure-controlled space, for example a closed space 31, which extends upwards the bubbling chamber 3 and in which the liquid can rise or fall according to the pressure of the gas present. in the upper part of said closed space.
  • the gas arrives via the conduit 7 and the space 31 which extends the gas inlet conduit from a reservoir (not shown) such as the reservoir 9 of FIG. 1, and the liquid via the conduit 2, in from a reservoir (not shown) such as the reservoir 1 in FIG. 1.
  • the level of liquid in the space 31 is controlled by the level of the reservoir. It is higher than the level 32 of the base 15 of the ascending tube 18. This level is shown diagrammatically by the ia (FIG. 4) or 11b or 111c (FIG. 5).
  • this gas begins to collect in the closed space 31 and, as its pressure increases, it discharges the liquid from space 31 down to the level 32 from the bottom of the tube 18. If the gas injection is continued, part of the liquid still drops slightly below level 32 and gas can escape through the tube 18, which causes the liquid to rise slightly. a fraction will be drawn into the tube. The process repeats, causing bubbles of gas separated by portions of liquid to rise in the tube.
  • the space 31 is however not essential and the level 32 can be that of the top of the bubble chamber, the gas then being injected at this level or lower.
  • the operation is substantially identical, regardless of the point of injection of the gas, into the liquid or above the liquid, and, in the first case ( Figure 4), the gas inlet can be located exactly in the tube axis ascending or offset from this axis.
  • the second case (FIG. 5), during operation, the gas arrives in the liquid, and therefore in the bubbling chamber, takes place at level 32, approximately at the bottom of the rising tube.
  • FIG. 6 illustrates a third embodiment of the invention
  • the gas inlet tube 7 is extended inside the ascending tube 18, however providing a space 33 allowing access to the liquid, which, in operation, reaches a level ia greater than the level of the bottom of the rising tube 18.
  • the internal section of the gas inlet tube, at its upper end, is sufficient and represents for example 25 to 85% of the internal section of the ascending tube (the internal section of the gas tube 7 being less than the internal section of the ascending tube)
  • the bubbles formed, such as 17 and 13 due to their tendency to increase their section at the outlet of the tube 7, will occupy the entire internal section of the ascending tube 18, which will allow the rise of a train of bubbles separated by portions of liquid such as 14 and 14 '.
  • a colored flame lamp is made up of the following components: A liquid tank 1 with a capacity of 250 milliliters is filled with a liquid made up of 94% (by weight) of dimethylformamide, 4% of lithium nitrate and 12% ammonium nitrate, the indicated salts being dissolved in the liquid.
  • This tank has a height of 6 cm and is provided with an air inlet at the top with anti-spillage device, and a liquid outlet bringing the latter by a small duct 2 to the bubbling chamber 3
  • This bubbling chamber placed at the lowest part of the lamp, has a capacity of 2 milliliters; it is penetrated at the bottom by a gas supply tube terminated by an orifice 5 with a diameter of 1.5 mm forming bubbles of approximately 2 mm in diameter.
  • This tube 4 is arranged vertically and has a length of 18 cm.
  • the tube bringing the gas into the bubbling chamber is supplied by a liquefied butane tank 9 with a capacity of 25 grams provided with a control valve 8 equipped with a throttle upstream ensuring a flow rate of 5 grams per hour of gas during operation.
  • a metal wick 27 intended to retain the liquid leaving this tube during combustion.
  • the butane gas exits at the top of the tube 4 in a small flow as indicated above and allows the ignition of a small flame the size of that of a lighter.
  • the liquid rises in small portions 14, 18 separated by a train of gas bubbles 13, 17 provided by the device of the invention at a rate of approximately 50 grams per hour. It ignites easily on contact with the small butane flame and produces a beautiful stable red flame (F) with a height of about 5 to 6 cm, without risk of spillage.
  • the lamp thus produced has an autonomy of approximately 5 hours.
  • Example 2 the addition of ammonium nitrate makes it possible to avoid a significant dissolution of butane in dimethylformamide. Furthermore, this addition promotes the disintegration of the deposit containing the coloring metals (such as lithium) by micro-explosions in the flame.
  • the coloring metals such as lithium

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Abstract

Procédé de production d'une flamme, notamment pour lampes à flammes de couleur à l'aide d'un faible débit de liquide à l'extrémité supérieur d'un tube ascendant (4) de faible section transversale, le procédé consistant à admettre du gaz combustible sous forme de bulles successives dans une chambre de bullage (3) disposée à l'extrémité inférieure du tube ascendant, les bulles de gaz (13, 17) ayant une section au moins égale à la section transversale du tube ascendant et à enflammer et laisser brûler le mélange de gaz combustible et de liquide à ladite extrémité supérieure du tube ascendant. Le liquide peut renfermer un composé chimique choisi pour la coloration des flammes qu'il procure.

Description

Procédé et dispositif de production d'une flamme, notamment pour lampes à flamme de couleur
La présente invention concerne un procédé et un dispositif simples et peu coûteux permettant la production d'une flamme, notamment pour lampes à flammes de couleur. L'invention met en oeuvre un système connu d'alimentation en faible débit régulier dans lequel on fait monter un liquide à l'aide d'un train de bulles, dans un tube de faible section. Un tel système est décrit notamment dans US-A-5 312 232, 4 645 427 et 4 647 272.
On connaît et utilise largement les briquets et lampes à flamme utilisant la combustion d'un gaz et notamment d'un gaz liquéfié.
On sait par ailleurs que l'on peut colorer des flammes en injectant dans celles-ci des composés chimiques présentant la propriété de les colorer. Cette injection est toutefois délicate à mettre en œuvre lorsque l'on souhaite réaliser une lampe à flamme de conception simple, alimentée en gaz et notamment en gaz liquéfié, à débit faible et régulier, sans risque d'obturation des moyens d'alimentation en gaz et en composé chimique.
L'invention s'est fixé pour objectif d'éliminer les inconvénients des solutions selon la technique antérieure en apportant un procédé et un dispositif de production d'une flamme notamment colorée qui se caractérisent par une grande simplicité et un faible coût. La technique mise en œuvre par la présente invention consiste à élever un liquide dans un tube de faible section depuis un niveau inférieur vers un niveau situé plus haut, sans application de pression sur ce liquide, ou avec application sur le liquide d'une pression inférieure à celle normalement nécessaire pour l'élever d'une même hauteur, le liquide remontant sous l'action de bulles d'un gaz combustible. On résout ainsi selon l'invention le problème technique évoqué ci-dessus.
L'invention concerne en premier lieu un procédé de production d'une flamme par combustion d'un gaz combustible à l'extrémité supérieure d'un tube ascendant de faible section transversale interne, caractérisé en ce que : a) on établit une réserve d'un liquide dont le niveau est maintenu à la fois inférieur à celui de l'extrémité supérieure dudit tube ascendant et supérieur à celui de l'extrémité inférieure de ce même tube, b) on met en communication la réserve de liquide avec une chambre, appelée chambre de buUage, communiquant par ailleurs avec l'extrémité inférieure dudit tube ascendant, ou insérée dans celui-ci dans sa partie inférieure et communiquant également avec une source de gaz combustible par l'intermédiaire d'un orifice d'admission de gaz, c) tout en maintenant le niveau de liquide de la réserve comme indiqué ci-dessus, on admet le gaz combustible dans la chambre de bullage par passage à travers l'orifice d'admission de gaz à un débit suffisant pour produire à la base du tube ascendant une succession de bulles de gaz combustible dans le liquide, ledit débit étant toutefois inférieur à celui qui conduirait à une accumulation de gaz au- dessous du tube ascendant telle que le liquide n'aurait plus accès à l'extrémité inférieure de ce tube, et on laisse monter dans le tube ascendant ladite succession de bulles de gaz combustible séparées par des portions de liquide entraîné, et d) on enflamme et laisse brûler le mélange de bulles de gaz combustible et de liquide, à ladite extrémité supérieure du tube ascendant, de façon à fonctionner en lampe à flamme.
L'invention concerne aussi un dispositif comprenant un tube ascendant communiquant par son extrémité inférieure avec une chambre appelée chambre de bullage, ladite chambre de bullage étant par ailleurs en communication d'une part avec un réservoir pour du liquide et d'autre part avec une source de gaz combustible, ledit réservoir étant susceptible de contenir ledit liquide à un niveau à la fois supérieur au niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant et inférieur au niveau de l'extrémité supérieure dudit tube ascendant, la communication entre la chambre de bullage et la source de gaz combustible se faisant par l'intermédiaire d'un orifice d'admission de gaz, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un brûleur à l'extrémité supérieure du tube ascendant, destiné à la combustion du gaz combustible et éventuellement du liquide, ainsi que des moyens de contrôle du débit de gaz combustible permettant d'admettre celui-ci dans le liquide sous la forme d'un train de bulles de gaz successives dont la section est au moins égale à la section transversale interne du tube ascendant, dirigées vers la base du tube ascendant ou introduites directement dans ce dernier.
On comprendra aisément que les bulles de gaz combustible peuvent se déformer lorsqu'elles pénètrent dans le tube ascendant et qu'elles peuvent prendre une forme différente, notamment allongée dans la direction de leur ascension. Elles restent cependant séparées les unes des autres en entraînant des portions du liquide entre elles.
On comprendra aussi que la section transversale du tube ascendant est fonction de la taille des bulles crées puisque chaque bulle, dans ledit tube, doit être au contact des parois et doit donc pouvoir occuper la totalité de la section transversale du tube.
Plusieurs formes de mise en œuvre et de réalisation peuvent être envisagées. Dans une première forme de mise en œuvre du procédé de l'invention, celui-ci consiste en un procédé de production d'une flamme par combustion d'un gaz combustible à l'extrémité supérieure d'un tube ascendant de faible section transversale interne, caractérisé en ce que : a) on établit une réserve d'un liquide dont le niveau est maintenu à la fois inférieur à celui de l'extrémité supérieure dudit tube ascendant et supérieur à celui de l'extrémité inférieure de ce même tube, b) on met en communication la réserve de liquide avec une chambre, appelée chambre de bullage, communiquant par ailleurs d'une part, à sa partie supérieure, avec l'extrémité inférieure dudit tube ascendant et d'autre part avec une source de gaz combustible par l'intermédiaire d'un orifice d'admission de gaz qui se situe à un niveau de la chambre de bullage moins élevé que le niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant, la section de l'orifice d'admission du gaz dans la chambre de bullage étant suffisante pour produire dans le liquide de la chambre de bullage des bulles de gaz successives dont la section est au moins égale à la section transversale interne du tube ascendant, la mise en communication du liquide de la réserve avec la chambre de bullage se faisant à l'écart du trajet desdites brilles de gaz, c) tout en maintenant le niveau de liquide de la réserve comme indiqué ci-dessus, on admet le gaz combustible dans la chambre de bullage par passage à travers l'orifice d'admission de gaz à un débit suffisant pour produire une succession de bulles de gaz combustible dans le liquide, ledit débit étant toutefois inférieur à celui qui conduirait à une accumulation de bulles de gaz dans le haut de la chambre de bullage, de manière à laisser monter dans le tube ascendant ladite succession de bulles de gaz combustible séparées par des portions de liquide entraîné et à libérer lesdites portions de liquide à l'extrémité supérieure dudit tube ascendant, et d) on enflamme et laisse brûler le mélange de bulles de gaz combustible et de liquide, à ladite extrémité supérieure du tube ascendant, de façon à fonctionner en lampe à flamme.
Dans une première forme de réalisation du dispositif de l'invention, celui-ci consiste en un dispositif comprenant un tube ascendant communiquant par son extrémité inférieure avec l'extrémité supérieure d'une chambre appelée chambre de bullage, ladite chambre de bullage étant par ailleurs en communication d'une part avec un réservoir pour du liquide et d'autre part avec une source de gaz combustible, ledit réservoir étant susceptible de contenir ledit liquide à un niveau à la fois supérieur au niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant et inférieur au niveau de l'extrémité supérieure dudit tube ascendant, la communication entre la chambre de bullage et la source de gaz combustible se faisant par l'intermédiaire d'un orifice d'admission de gaz situé à un niveau de la chambre de bullage inférieur au niveau de communication de ladite chambre avec l'extrémité inférieure du tube ascendant et la communication entre la chambre de bullage et le réservoir de liquide se faisant par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'admission de liquide situé à l'écart du trajet ascendant suivi par les bulles de gaz combustible qui peuvent se former lorsque la chambre de bullage est remplie de liquide et que le gaz est admis dans ladite chambre, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un brûleur à l'extrémité supérieure du tube ascendant, destiné à la combustion du gaz combustible et éventuellement du liquide, ainsi que des moyens de contrôle du débit de gaz combustible permettant d'admettre celui-ci dans la chambre de bullage sous la forme d'un train de bulles de gaz successives dont la section est au moins égale à la section transversale interne du tube ascendant.
Selon une forme préférée de mise en œuvre de la première forme de réalisation de l'invention, la section transversale de la chambre de bullage est supérieure à la fois à la section transversale interne maximale du tube ascendant et à la section transversale de l'orifice d'admission du gaz dans la chambre de bullage.
Dans une seconde forme de réalisation de l'invention, le niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant est plus bas que le sommet de la chambre de bullage et le gaz est admis sous une pression suffisante pour refouler le liquide depuis son niveau de repos, vers le bas, jusqu 'au voisinage du niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant, en permettant ainsi au gaz d'avoir accès à cette extrémité inférieure du tube ascendant sous la forme d'un train de bulles successives.
Dans cette seconde forme de réalisation, on peut prévoir un espace entourant le tube ascendant, ou voisin de ce dernier, et prolongeant donc la chambre de bullage vers le haut, et cet espace doit être rendu étanche de façon à permettre au gaz d'exercer sa pression de refoulement sur le liquide entourant, au repos, le tube ascendant, ou voisin de celui-ci. La pression du gaz doit être limitée à celle qui permet au liquide de descendre jusqu'au niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant ou à soin voisinage. En effet, une pression excessive refoulerait le liquide à un niveau tel que ce liquide n'aurait plus accès au tube ascendant. Cette pression est donc faible et égale à la hauteur de liquide à faire descendre.
Dans cette seconde forme de réalisation, le gaz sous pression peut être admis dans un espace entourant le tube ascendant, ou voisin de celui-ci, et à un niveau supérieur au niveau de l'extrémité inférieure de ce tube. Le gaz peut également être admis directement dans le liquide. Il forme alors des bulles qui, en libérant leur gaz dans l'espace étanche entourant le tube ascendant, ou voisin de celui-ci, permettent de refouler le liquide jusqu'au niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant, comme dans le cas précédent.
Dans une troisième forme de réalisation, le gaz est admis directement à l'intérieur du tube ascendant, à sa partie inférieure, à un niveau situé plus bas que le niveau auquel parvient le liquide au repos, en l'absence d'injection de gaz. Cette partie inférieure joue alors le rôle de chambre de bullage. Il faut toutefois dans ce cas que l'orifice du gaz n'occupe pas toute la section du tube, afin de laisser un passage au liquide qui doit remonter dans le tube. Il faut néanmoins qu'il soit de taille suffisante pour que les bulles formées, dont le diamètre est, en règle générale, supérieur à celui de l'orifice de gaz, comme il sera expliqué plus loin, aient une taille suffisante pour occuper toute la section transversale du tube ascendant.
Quelle que soit la forme de réalisation choisie, le dosage entre débits de liquide et de gaz combustible s'effectue dans la chambre de bullage située à la base du tube ascendant et munie des trois orifices suivants : - un orifice d'alimentation de gaz dont la section détermine la taille des bulles formées, - un orifice d'arrivée de liquide assurant l'admission de celui-ci depuis son réservoir. La géométrie de ce second orifice n'est pas critique, à la condition qu'il soit situé en un point de la chambre tel que les bulles de gaz formées ne puissent pas pénétrer dans celui-ci au lieu de pénétrer dans le tube ascendant. Ce risque peut encore être diminué par le rétrécissement de ce second orifice ou par son positionnement à un niveau plus bas que le niveau d'arrivée du gaz dans la chambre de bullage.
- un orifice pour la sortie du train de bulles à l'extrémité supérieure de la chambre de bullage, ledit orifice étant constitué par l'extrémité basse du tube ascendant. Dans la première forme de réalisation de l'invention, cet orifice est disposé de préférence" au-dessus de la buse d'alimentation de gaz et il est avantageusement précédé d'un accès en entonnoir renversé pour faciliter la collecte des bulles et éviter leur division.
Le débit de gaz combustible est de préférence sensiblement plus important que le débit de liquide à alimenter en base volumétrique, par exemple 5 à 20 fois plus grand.
On considère que, dans la première forme de réalisation de l'invention, le gaz barbote dans le liquide à alimenter en formant des bulles dont la section transversale (horizontale) est au moins égale et de préférence supérieure à la section interne maximale du tube ascendant. Ceci est obtenu par ajustement de l'orifice d'admission de gaz. Cet orifice peut avoir une section légèrement inférieure à celle du tube ascendant car les bulles ont tendance à augmenter de section et de volume à la sortie de l'orifice d'admission du gaz. La section de cet orifice peut représenter avantageusement 25 à 100 % de la section interne maximale du tube ascendant, sous réserve du respect de la condition de taille des bulles formées. Cette taille des bulles formées est dans une certaine mesure fonction de la nature du liquide, de sa densité et de sa viscosité. Un accroissement de viscosité du liquide tend généralement à former des bulles plus grosses à la sortie de la buse d'admission de gaz. La notion de "section interne maximale" du tube ascendant se réfère au cas d'un tube dont la section interne ne serait pas constante à tous les niveaux. Dans le cas plus courant d'un tube de section interne constante, la section interne maximale est égale à la section interne (constante) du tube.
Le débit de gaz porteur combustible est choisi en fonction du débit souhaité pour l'alimentation ascendante de liquide. Il est toutefois limité en fonction de l'ensemble et notamment de la section et de la longueur du tube ascendant. Ainsi, dans ce tube, chaque bulle de gaz est séparée de la précédente et de la suivante par une petite quantité de liquide qui se trouve entraînée en haut du tube. Un débit de gaz excessif pourrait entraîner une accumulation de gaz dans la partie supérieure de la chambre à bulles et le liquide ne serait alors plus entraîné dans le tube ascendant.
Comme le niveau du haut du tube ascendant est situé au-dessus du niveau de charge du liquide situé dans le réservoir d'alimentation, le liquide est entraîné plus haut que ce niveau du réservoir par l'effet du train de bulles de gaz. En conséquence, l'arrêt d'alimentation de gaz provoque l'arrêt de la sortie de liquide.
Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, la section transversale du tube ascendant est, en tous points, inférieure à 1 centimètre carré, et préférentiellement inférieure à 10 millimètres carrés, de façon à assurer que le liquide poussé vers le haut par le train de bulles glisse le moins possible entre ces bulles et la paroi du tube ascendant. Pour obtenir un débit de liquide encore plus faible, ladite section peut être de 1 à 5 millimètres carrés.
Selon une autre forme de réalisation, la source de bulles de gaz dans la chambre de bullage est constituée par une ouverture unique de façon à créer une colonne unique de bulles de gaz successives dans le liquide.
Le brûleur, prévu à l'extrémité supérieure du tube ascendant, peut être constitué simplement par l'extrémité supérieure du tube ascendant. Ce peut être aussi un corps poreux incombustible ou difficilement combustible, susceptible d'être imprégné du liquide recueilli au sommet du tube ascendant. Le corps poreux peut être, par exemple, en métal fritte, porcelaine poreuse, béton poreux, porcelaine frittée ou encore être constitué d'une mèche analogue à celle d'une lampe à pétrole.
Le brûleur peut aussi comporter une toile métallique, un manchon de fil métallique tricoté ou non, tassé ou non, ou un conduit en tôle métallique percée ou déployée.
Dans une autre forme de réalisation, on amène le mélange de bulles de gaz et de liquide à l'extrémité supérieure du tube ascendant dans une zone de flamme auxiliaire provenant par exemple d'un brûleur à gaz classique.
Le procédé et le dispositif peuvent aussi être utilisés pour réaliser une lampe à flamme colorée.
Le procédé et le dispositif sont alors définis comme indiqué plus haut si ce n'est que : a) le liquide contient au moins un composé capable de colorer une flamme ; il s'agit en général de composés de certains métaux et, b) on enflamme et laisse brûler le mélange de liquide et de gaz combustible obtenu au sommet du tube ascendant, éventuellement au contact de la flamme d'un brûleur auxiliaire.
Le gaz combustible est par exemple du méthane, de l'émane, du propane, du butane, de l'isobutane ou du diméthyl-oxyde, et le liquide est de préférence combustible. Ce liquide peut même être aqueux si sa proportion est faible par rapport à celle du gaz combustible ; il sert alors uniquement de solvant pour les composés destinés à colorer la flamme. Pour des raisons de sécurité, on peut utiliser un liquide de point d'éclair élevé, par exemple supérieur à 50°C et de préférence supérieur à 80°C.
Pour la coloration de la flamme, on utilise un composé finement suspendu, ou de préférence dissous, dans le liquide, dont un des éléments constituants est choisi pour la coloration des flammes qu'il procure. Ces composés sont bien connus de l'homme de métier. On peut citer, comme exemples : lithium : rouge, sodium : jaune, cuivre dans des compositions halogénées : vert ou bleu, borates : vert, carbone : jaune ou blanc.
Ces composés émetteurs peuvent être minéraux, par exemple nitrate ou chlorure, notamment si le liquide est aqueux ou aqueux alcoolique ou aqueux glycolique, ou organiques, par exemple acétate, hexanoate, éthylhexanoate, stéarate, oléate, acétylacétonate, si le liquide est organique (hydrocarbures, alcool, glycol, amide, par exemple). On préfère les liquides dont la combustion s'effectue sans charbonnement notable.
Comme on peut le constater, un avantage de l'invention est que le dispositif décrit ne nécessite aucune pièce mécanique en mouvement. Un autre avantage réside dans le fait que le débit de liquide produit par le train de bulles dépend peu du niveau de liquide du réservoir en charge ; la différence de niveau entre le liquide du réservoir et le sommet du tube ascendant est, de préférence, comprise entre 5 et 50 centimètres, bien que des différences de niveaux bien plus élevées soient envisageables.
La quantité unitaire de liquide (c'est-à-dire la quantité de liquide qui sort du tube ascendant, entre chaque bulle de gaz) amené au haut du tube ascendant peut être réglée suivant l'invention par ajustement de la taille des bulles en rapport avec la section du tube ascendant. La quantité de gaz combustible requise pour assurer un débit régulier est généralement de l'ordre de 5 à 20 fois le volume de liquide à alimenter, mais pourra être déterminée aisément, y compris hors de ces valeurs, par l'homme de métier.
La mise en marche et l'arrêt de l'alimentation peuvent être assurés par l'ouverture et la fermeture de l'arrivée du gaz.
Le procédé décrit par l'invention permet aisément la commande de plusieurs dispositifs unitaires d'alimentation de liquide par une seule ouverture d'une vanne de gaz commandant l'alimentation en gaz de plusieurs tubes ascendants, éventuellement alimentés par des liquides différents et éventuellement de débits différents.
Dans une autre forme de réalisation, le liquide est parfumé et sa combustion répand une odeur de parfum dans l'atmosphère environnante. C'est le cas d'une huile parfumée, par exemple l'essence de pin.
Les dessins annexés illustrent divers modes de réalisation de l'invention.
- La figure 1 décrit le principe de base de l'invention selon le premier mode de réalisation de l'invention.
- La figure 2 illustre en vue partielle un mode de réalisation de la chambre à bulles. - La figure 3 illustre un mode de réalisation préféré de l'invention selon le premier mode de réalisation de l'invention.
- Les figures 4 et 5 illustrent le second mode de réalisation de l'invention.
- La figure 6 illustre le troisième mode de réalisation de l'invention.
II doit être entendu que ces illustrations ne limitent en aucune façon la portée de l'invention et que celle-ci n'est limitée que par la portée des revendications qui suivent. Le dispositif de la figure 1 comporte un réservoir de liquide 1, communiquant à sa base, par un conduit 2, avec une chambre de bullage 3, laquelle est surmontée d'un tube ascendant de faible diamètre 4 et pourvue d'une arrivée de gaz combustible 5 sous forme par exemple d'une buse, dont le niveau dans ladite chambre est supérieur au niveau de l'orifice de sortie 6 du conduit 2, de façon à éviter un refoulement de gaz vers le réservoir de liquide. Le gaz provient, par le conduit 7, contrôlé par le robinet 8, du réservoir de gaz 9. En haut du tube ascendant 4 est disposé un brûleur 10, par exemple sous forme d'une grille ou d'une matière poreuse résistant au feu. Le niveau de liquide 11 dans le réservoir est maintenu supérieur au niveau de l'extrémité inférieure 15 du tube ascendant et inférieur au niveau de l'extrémité supérieure 16 dudit tube ascendant.
La partie supérieure de la chambre de bullage est en forme d'entonnoir s'élargissant vers le bas.
La section du tube ascendant est suffisamment faible et la section de l'arrivée de gaz suffisamment grande pour que le gaz monte dans ledit tube sous forme de bulles individuelles successives telles que 13 et 17 occupant chacune la quasi-totalité de la section transversale interne du tube, chaque bulle étant séparée de la suivante par une portion de liquide entraîné, telle que 14 et 18. Le débit de gaz est contrôlé de manière que le gaz monte dans la chambre de bullage en direction du tube ascendant sous forme de bulles individuelles successives et non sous forme de jet continu. Le débit de gaz doit également être suffisamment faible pour ne pas dépasser le débit de gaz dans le tube ascendant ; dans le cas contraire, le gaz s'accumulerait au-dessous du tube ascendant et ne jouerait plus son rôle d'entraîneur de portions de liquide.
Sur la figure 1, le gaz est obtenu par vaporisation d'un liquide sous pression 12 tel que du butane. Pour éviter une fuite de gaz de la chambre 3 vers le réservoir 1, l'orifice 6 de débouché du liquide dans la chambre à bulles peut comporter un clapet antiretour ou avoir une section minime. Ce pourra être par exemple un micro-orifice, une fente étroite ou une cloison poreuse.
En fonctionnement, on enflamme le gaz combustible , par exemple du butane, au sommet du tube ascendant. Selon la nature des composés qui ont été dissous dans le liquide, on pourra obtenir des flammes (F) de différentes couleurs .
La -figure 2 illustre un mode de réalisation particulier de la chambre à bulles 3 constituée ici par la partie inférieure du tube ascendant 4 Dans ce mode de réalisation, le tube ascendant 4 peut être élevé ou abaissé à l'intérieur d'une enceinte tubulaire externe fixe 19. La jonction non représentée ici entre le tube 4 et l'enceinte 19 peut être à simple frottement (par exemple joint torique) ou mieux comporte un pas de vis tel que 23 (voir figure 3) ; dans ce dernier cas, la rotation du tube 4 permet de l'élever ou de l'abaisser avec plus de précision que dans le cas du simple frottement. En position abaissée, le tube 4 s'appuie sur un joint 20 , par exemple en élastomère, et le liquide du réservoir 1 disposé dans la partie supérieure de l'enceinte 19 ne peut pas pénétrer dans la chambre à bulles 3. La remontée du tube 4 entraîne la remontée du joint 20 et d'une pièce creuse 21 qui d'une part supporte le joint 20 et d'autre part agit comme pointeau 25 pour fermer ou ouvrir l'arrivée du gaz du tube 7. Cette remontée est provoquée par la détente du ressort comprimé 22, disposé à la partie inférieure de l'enceinte 19. Le gaz combustible peut alors remonter dans la pièce creuse puis dans l'injecteur 5, dans la chambre 3 et dans le tube 4.Lorsque le ressort est entièrement détendu, le joint 20 ne remonte plus et la poursuite de l'élévation du tube 4 permet au liquide du réservoir 1 de pénétrer dans la chambre à bulles 3 en passant entre la base 24 de la chambre à bulles et le joint 20. Le gaz forme alors une colonne de bulles (non représentées) dans la chambre à bulles et ces bulles en remontant ensuite dans le tube 4 assurent l'entraînement de portions de liquide dans ce tube. On notera que l'enceinte 19 sert de réservoir de liquide dans sa partie supérieure (au-dessus du joint 20) tandis que dans sa partie inférieure (au-dessous du joint 20) elle permet le passage du gaz provenant du tube 7.
La figure 3 représente une installation complète fonctionnant en lampe à flamme et utilisant comme source de gaz combustible un réservoir de gaz liquéfié tel que le butane. Le réservoir de gaz liquéfié 9 et le réservoir de liquide 1 contenant un colorant de flamme sont disposés l'un au-dessous de l'autre en entourant le tube ascendant et l'arrivée de gaz, de manière à réaliser un ensemble autonome d'une seule pièce. Le fonctionnement est le même que sur la figure 2 ou la figure 1 "et les références numériques de la figure 3 ont les mêmes significations que sur les figures 1 et 2. Les références 23 et 27 à 29, qui ne figurent pas sur les figures 1 et 2, ont les significations suivantes : la référence 23 représente le pas de vis, ou élément équivalent , qui permet d'élever ou d'abaisser le tube 4. La référence 27 désigne un tampon récupérateur de liquide tel qu'une éponge métallique, un matériau poreux ou analogue. La référence 28 représente l'orifice de remplissage du réservoir de liquide 1. La référence 29 représente une membrane de dépression ou équivalent.
Le fonctionnement sera aisément compris à la lumière de la description des figures 1 et 2 et l'on peut donc se contenter d'un bref résumé de ce fonctionnement. Lorsqu'on relève le tube 4 par rotation de celui-ci autour du pas de vis 23, le ressort 22 se détend, la pièce 21 et le pointeau 25 se soulèvent et le gaz combustible (par exemple de la vapeur de butane) peut pénétrer dans la chambre entourant le ressort ; de là le gaz passe par l'orifice 21a et remonte dans le tube 26 et le tube 4. Lorsque le ressort est totalement détendu, la remontée du tube 4 permet au liquide du réservoir 1 de pénétrer dans la chambre à bulles 3 en passant par l'orifice 24 et de remonter dans celle-ci jusque dans le tube 4. Comme le réservoir 1 n'est pas sous pression, le liquide ne peut remonter de lui-même jusqu'au sommet 16 du tube 4. Par contre le gaz forme des bulles individuelles
13, 17 dans le tube 4 et ces bulles permettent la remontée de portions de liquide
14, 18 jusqu'au haut du tube 4. On peut alors enflammer le gaz mélangé au liquide au haut du tube 4 soit directement à la sortie de ce tube soit après passage dans le tampon poreux 27. On a ainsi une flamme (F) qui peut être colorée en fonction des composés qui ont été dissous ou dispersés dans le liquide du réservoir 1.
Les figures 4 et 5 illustrent le second mode de réalisation de l'invention. Sur ces figures, le tube ascendant 18 est entouré d'un espace à pression contrôlée, par exemple un espace fermé 31, qui prolonge vers le haut la chambre de bullage 3 et dans lequel le liquide peut monter ou descendre selon la pression du gaz présent dans la partie supérieure dudit espace fermé. Le gaz arrive par le conduit 7 et l'espace 31 qui prolonge le conduit d'arrivée du gaz en provenance d'un réservoir (non représenté) tel que le réservoir 9 de la figure 1, et le liquide par le conduit 2, en provenance d'un réservoir (non représenté) tel que le réservoir 1 de la figure 1.
Au repos, sans injection de gaz, le niveau de liquide dans l'espace 31 est commandé par le niveau du réservoir. Il est supérieur au niveau 32 de la base 15 du tube ascendant 18. Ce niveau est schématisé par l ia (figure 4) ou 11b ou 111c (figure 5). Lorsque du gaz est injecté par le conduit 7, ce gaz commence par se rassembler dans l'espace fermé 31 et, au fur et à mesure que sa pression augmente, il refoule vers le bas le liquide de l'espace 31 jusqu'au niveau 32 du bas du tube 18. Si l'injection de gaz est poursuivie, une partie du liquide descend encore légèrement au-dessous du niveau 32 et du gaz peut s'échapper par le tube 18, ce qui provoque une légère remontée du liquide dont une fraction va être aspirée dans le tube. Le processus se répète, provoquant la montée dans le tube de bulles de gaz séparées par des portions de liquide. L'espace 31 n'est toutefois pas indispensable et le niveau 32 peut être celui du sommet de la chambre à bulles, le gaz étant alors injecté à ce niveau ou plus bas.
Le fonctionnement est sensiblement identique, quel que soit le point d'injection du gaz, dans le liquide ou au-dessus du liquide, et, dans le premier cas (figure 4), l'arrivée du gaz peut se trouver exactement dans l'axe du tube ascendant ou décalée par rapport à cet axe. Dans le second cas (figure 5), en cours de fonctionnement, l' arrivée du gaz dans le liquide, et donc dans la chambre de bullage, s'effectue au niveau 32, approximativement au niveau du bas du tube ascendant.
La figure 6 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention Sur cette figure, le tube d'arrivée du gaz 7 se prolonge à l'intérieur du tube ascendant 18 en ménageant toutefois un espace 33 permettant l'accès du liquide, lequel, en fonctionnement, atteint un niveau l ia supérieur au niveau du bas du tube ascendant 18. Si la section interne du tube d'arrivée de gaz, à son extrémité supérieure, est suffisante et représente par exemple 25 à 85 % de la section interne du tube ascendant (la section interne du tube de gaz 7 étant inférieure à la section interne du tube ascendant), les bulles formées, telles que 17 et 13, en raison de leur tendance à accroître leur section à la sortie du tube 7, vont occuper toute la section interne du tube ascendant 18, ce qui permettra la remontée d'un train de bulles séparées par des portions de liquide telles que 14 et 14'.
L'exemple suivant, non limitatif de l'invention, est destiné à illustrer celle-ci.
EXEMPLE Une lampe à flamme de couleur est constituée des composants suivants : Un réservoir de liquide 1 d'une capacité de 250 millilitres est rempli d'un liquide constitué de 94% (en poids) de diméthylformamide, de 4% de nitrate de lithium et de 12% de nitrate d'ammonium, les sels indiqués étant dissous dans le liquide.
Ce réservoir a une hauteur de 6 cm et est muni d'une entrée d'air en haut avec dispositif anti-épanchement, et d'une sortie de liquide amenant celui-ci par un petit conduit 2 jusqu'à la chambre de bullage 3. Cette chambre de bullage, disposée à la partie la plus basse de la lampe, a une capacité de 2 millilitres ; elle est pénétrée sur le bas par un tube d'amenée de gaz terminé par un orifice 5 d'un diamètre de 1,5 mm formant des bulles d'environ 2 mm de diamètre. Sur le haut de la chambre de bullage, à la verticale au-dessus de l'orifice de sortie du gaz, est située l'extrémité inférieure d'un tube en acier inoxydable 4 d'un diamètre extérieur de 2 mm et d'un diamètre intérieur de 1,6 mm. Ce tube 4 est disposé verticalement et a une longueur de 18 cm.
La tubulure amenant le gaz dans la chambre de bullage est alimentée par un réservoir de butane liquéfié 9 d'une capacité de 25 grammes muni d'une vanne de commande 8 équipée d'un étranglement en amont assurant un débit de 5 grammes par heure de gaz lors de son fonctionnement.
En haut du tube vertical et à l'extérieur de celui-ci est disposée une mèche métallique 27 destinée à retenir le liquide sortant de ce tube durant la combustion.
Quand l'ouverture de gaz est actionnée, le gaz butane sort en haut du tube 4 en un petit débit comme indiqué plus haut et permet l'allumage d'une petite flamme de la taille de celle d'un briquet. Au bout de quelques secondes, le liquide monte par petites portions 14, 18 séparées par un train de bulles de gaz 13, 17 assuré par le dispositif de l'invention suivant un débit d'environ 50 grammes par heure. Il s'enflamme aisément au contact de la petite flamme du butane et produit une belle flamme rouge stable (F) d'une hauteur d'environ 5 à 6 cm, sans risque d'épanchement. La lampe ainsi réalisée a une autonomie d'environ 5 heures.
Du fait du faible débit de gaz assurant la montée du liquide, il est opportun de ne pas perdre de l'efficacité de celui-ci, ce qui pourrait provenir de la dissolution de ce gaz dans le liquide à alimenter. Dans le cas où le gaz choisi a une solubilité appréciable dans le liquide choisi, l'inconvénient cité serait évité par la dissolution dans le liquide de constituants diminuant la solubilité du gaz. Dans l'exemple 2, l'addition de nitrate d'ammonium permet d'éviter une dissolution notable de butane dans le diméthylformamide. Par ailleurs, cette addition favorise la désagrégation du dépôt contenant les métaux colorants (tels que le lithium) par micro-explosions dans la flamme.

Claims

RE V E N D I C A T I O N S
1. Procédé de production d'une flamme par combustion d'un gaz combustible à l'extrémité supérieure d'un tube ascendant de faible section transversale interne, caractérisé en ce que : a) on établit une réserve d'un liquide dont le niveau est maintenu à la fois inférieur à celui de l'extrémité supérieure dudit tube ascendant et supérieur à celui de l'extrémité inférieure de ce même tube, b) on met en communication la réserve de liquide avec une chambre, appelée chambre de bullage, communiquant par ailleurs avec l'extrémité inférieure dudit tube ascendant, ou insérée dans celui-ci à sa partie inférieure et communiquant également avec une source de gaz combustible par l'intermédiaire d'un orifice d'admission de gaz, c) tout en maintenant le niveau de liquide de la réserve comme indiqué ci-dessus, on admet le gaz combustible dans la chambre de bullage par passage à travers l'orifice d'admission de gaz à un débit suffisant pour produire à la base du tube ascendant une succession de bulles de gaz combustible dans le liquide, ledit débit étant toutefois inférieur à celui qui conduirait à une accumulation de gaz au- dessous du tube ascendant telle que le liquide n'aurait plus accès à l'extrémité inférieure de ce tube, et on laisse monter dans le tube ascendant ladite succession de bulles de gaz combustible séparées par des portions de liquide entraîné, et d) on enflamme et laisse brûler le mélange de bulles de gaz combustible et de liquide, à ladite extrémité supérieure du tube ascendant, de façon à fonctionner en lampe à flamme.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : a) on établit une réserve d'un liquide dont le niveau est maintenu à la fois inférieur à celui de l'extrémité supérieure dudit tube ascendant et supérieur à celui de l'extrémité inférieure de ce même tube, b) on met en communication la réserve de liquide avec une chambre, appelée chambre de bullage, communiquant par ailleurs d'une part, à sa partie supérieure, avec l'extrémité inférieure dudit tube ascendant et d'autre part avec une source de gaz combustible par l'intermédiaire d'un orifice d'admission de gaz qui se situe à un niveau de la chambre de bullage moins élevé que le niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant, la section de l'orifice d'admission du gaz dans la chambre de bullage étant suffisante pour produire dans le liquide de la chambre de bullage des bulles de gaz successives dont la section est au moins égale à la section transversale interne du tube ascendant, la mise en communication du liquide de la réserve avec la chambre de bullage se faisant à l'écart du trajet desdites bulles de gaz, c) tout en maintenant le niveau de liquide de la réserve comme indiqué ci-dessus, on admet le gaz combustible dans la chambre de bullage par passage à travers l'orifice d'admission de gaz à un débit suffisant pour produire une succession de bulles de gaz combustible dans le liquide, ledit débit étant toutefois inférieur à celui qui conduirait à une accumulation de bulles de gaz dans le haut de la chambre de bullage, de manière à laisser monter dans le tube ascendant ladite succession de bulles de gaz combustible séparées par des portions de liquide entraîné et à libérer lesdites portions de liquide à l'extrémité supérieure dudit tube ascendant, et d) on enflamme et laisse brûler le mélange de bulles de gaz combustible et de liquide, à ladite extrémité supérieure du tube ascendant, de façon à fonctionner en lampe à flamme.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant est plus bas que le sommet de la chambre de bullage et dans lequel le gaz combustible est admis sous une pression suffisante pour refouler le liquide, présent à l'extérieur du tube ascendant, depuis son niveau de repos, vers le bas, jusqu'au niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant, depuis son niveau de repos, vers le bas, jusqu'au niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant, en permettant ainsi au gaz, sous forme de bulles successives, et au liquide d'avoir accès tour à tour à cette extrémité inférieure du tube ascendant.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le gaz est admis directement à l'intérieur du tube ascendant, à sa partie inférieure qui joue le rôle de chambre de bullage.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un tube ascendant de section interne inférieure à 1 centimètre carré et de préférence inférieure à 10 millimètres carrés.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre avec une chambre de bullage dont la section transversale est supérieure à la fois à la section transversale interne maximale du tube ascendant et à la section transversale de l'orifice d'admission du gaz dans la chambre de bullage.
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre avec un orifice de sortie des bulles de gaz dont la section représente de 75 à 200 % de la section interne maximale du tube ascendant.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le débit de gaz représente 5 à 20 fois le débit de liquide en base volumétrique.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce l'on réalise l'inflammation à la surface d'une toile métallique, d'un manchon de fil métallique tassé ou d'un corps poreux incombustible ou difficilement combustible disposé à l'extrémité supérieure du tube ascendant.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide renferme en solution ou en suspension au moins un composé chimique choisi pour la coloration des flammes qu'il procure, de façon à fonctionner en lampe à flamme colorée.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fait brûler le mélange de bulles de gaz et de liquide à l'extrémité supérieure du tube ascendant en contact ou mélange avec une flamme auxiliaire.
12. Dispositif comprenant un tube ascendant (4) communiquant par son extrémité inférieure avec une chambre appelée chambre de bullage (3), ladite chambre de bullage étant par ailleurs en communication d'une part avec un réservoir (1) pour du liquide et d'autre part avec une source de gaz combustible (9), ledit réservoir étant susceptible de contenir ledit liquide à un niveau à la fois supérieur au niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant et inférieur au niveau de l'extrémité supérieure dudit tube ascendant, la communication entre la chambre de bullage et la source de gaz combustible se faisant par l'intermédiaire d'un orifice d'admission de gaz (5), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un brûleur (10) à l'extrémité supérieure du tube ascendant (4), destiné à la combustion du gaz combustible et éventuellement du liquide, ainsi que des moyens de contrôle du débit de gaz combustible permettant d'admettre celui-ci dans le liquide sous la forme d'un train de bulles de gaz successives dont la section est au moins égale à la section transversale interne du tube ascendant, dirigées vers la base du tube ascendant ou introduites directement dans ce dernier.
13. Dispositif selon la revendication 12 comprenant un tube ascendant (4) communiquant par son extrémité inférieure avec l'extrémité supérieure d'une chambre appelée chambre de bullage (3), ladite chambre de bullage étant par ailleurs en communication d'une part avec un réservoir (1) pour du liquide et d'autre part avec une source de gaz combustible (9), ledit réservoir étant susceptible de contenir ledit liquide à un niveau à la fois supérieur au niveau de l'extrémité inférieure du tube ascendant et inférieur au niveau de l'extrémité supérieure dudit tube ascendant, la communication entre la chambre de bullage et la source de gaz combustible se faisant par l'intermédiaire d'un orifice d'admission de gaz (5) situé à un niveau de la chambre de bullage inférieur au niveau de communication de ladite chambre avec l'extrémité inférieure du tube ascendant et la communication entre la chambre de bullage et le réservoir de liquide se faisant par l'intermédiaire d'au moins un orifice d'admission de liquide (6) situé à l'écart du trajet ascendant suivi par les bulles de gaz combustible qui peuvent se former lorsque la chambre de bullage est remplie de liquide et que le gaz est admis dans ladite chambre, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un brûleur (10) à l'extrémité supérieure du tube ascendant (4), destiné à la combustion du gaz combustible et éventuellement du liquide, ainsi que des moyens de contrôle du débit de gaz combustible permettant d'admettre celui-ci dans la chambre de bullage sous la forme d'un train de bulles de gaz successives dont la section est au moins égale à la section transversale interne du tube ascendant. "
14. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel la partie supérieure de la chambre de bullage (3) a la forme d'un entonnoir s'élargissant vers le bas, destiné à recevoir les bulles de gaz et à les diriger vers l'extrémité inférieure du tube ascendant (4), la section transversale de la chambre de bullage étant supérieure à la fois à la section transversale interne maximale du tube ascendant et à la section transversale de l'orifice d'admission du gaz (5) dans la chambre de bullage.
15. Dispositif selon d'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la chambre de bullage (3) est située au moins en partie à l'intérieur du réservoir de liquide (1).
16. Dispositif selon d'une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel le réservoir de liquide comporte un puits à sa base, et dans lequel la chambre de bullage est disposée au moins en partie dans ledit puits.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans lequel le tube ascendant (4) présente en tous points une section interne inférieure à
1 centimètre carré et de préférence inférieure à 10 millimètres carrés.
18. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel la section de l'orifice de sortie des bulles de gaz représente 75 à 200 % de la section interne maximale du tube ascendant.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 18, dans lequel le brûleur est constitué d'une toile métallique, d'un manchon de fil métallique tassé ou d'un corps poreux incombustible ou difficilement combustible.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, comportant en outre un brûleur à gaz auxiliaire disposé au contact du brûleur de l'extrémité'supérieure du tube ascendant.
21. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 20 ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, pour produire une flamme colorée, le liquide renfermant en solution ou en suspension au moins un composé chimique choisi pour la coloration des flammes qu'il procure lors de l'inflammation du gaz combustible et éventuellement dudit liquide, au niveau du brûleur (10).
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