一種壓燃式引火裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于機械設(shè)計方面的引火裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓燃式引火裝置及其方法。本發(fā)明包括筒體和活塞；活塞插入在筒體的內(nèi)腔體中，筒體底部連接有底座，底座上設(shè)有凹槽，該凹槽內(nèi)設(shè)有可容納易燃物的容腔。本發(fā)明利用快速壓縮空氣可使其溫度急劇升高的壓燃原理，點燃戶外易于獲取的木炭、紙屑、棉布、蓬草等易燃物作為火種，實現(xiàn)引火功能。本發(fā)明簡單實用，適用于壓燃式引火裝置的詳細設(shè)計，并且實用性較強。
【專利說明】
一種壓燃式引火裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于機械設(shè)計方面的引火裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓燃式引火裝置及 其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類生活離不開火，圍繞引火問題產(chǎn)生了眾多的方法和裝置，如2013年4月24日公 開的公開號為103062791A的發(fā)明專利"氣體打火機"和2014年9月17日公開的公開號為 104048317A的發(fā)明專利"電弧打火機"等。上述已公開的引火方法和裝置雖然方便、實用，但 存在需要消耗火石、電池、汽油、液化氣等輔助引火物的問題，若上述輔助引火物耗盡，則不 再能引火。在正常環(huán)境下，由于打火機等引火裝置易于購買、補充，此問題并不突出；但若于 旅游、探險時，在荒無人煙處面臨此問題，則是難以克服的。
[0003] 為此，2015年4月29日公開的公開號為CN104566453A，申請?zhí)枮?01410710846.4的 發(fā)明專利申請"一種供野外生存使用的打火機"公開了一種無需可消耗性輔助引火物的打 火機。該專利申請，通過兩只一端封閉、管徑一大一小、套在一起的PVC管，壓縮大管徑PVC管 內(nèi)的空氣，使其溫度升高，引燃易燃物。如圖1所示，圖1是現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖，即活塞處于 剛開始壓縮封閉腔空氣的位置示意圖。
[0004] 該專利申請雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、無需可消耗性輔助引火物的優(yōu)點。但該申請的公 開文件僅闡述了基本思路和結(jié)構(gòu)，并未說明此種引火裝置的設(shè)計、計算方法，不便于本領(lǐng)域 技術(shù)人員開展產(chǎn)品的詳細設(shè)計工作。同時該申請也存在以下問題：
[0005] 1)放置于小管徑PVC管端部的易燃物容易脫落；
[0006] 2)將小管徑PVC管從大管徑PVC管中抽出不便，因為抽出時封閉端產(chǎn)生負壓，阻礙 小管徑PVC管的抽出；
[0007] 3)將小管徑PVC管從大管徑PVC管中抽出時易熄火，因為抽出時封閉端產(chǎn)生負壓， 空氣稀薄，不利于燃燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種壓燃式引火裝置及其方法。目 的是提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單、便于攜帶、無需可消耗性輔助引火物，并且操作簡單、使用方 便，適于旅游、探險時使用的引火裝置以及適用于壓燃式引火裝置的設(shè)計及計算方法。
[0009] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0010] -種壓燃式引火裝置，包括筒體和活塞;活塞插入在筒體的內(nèi)腔體中，筒體底部連 接有底座，底座上設(shè)有凹槽，該凹槽內(nèi)設(shè)有可容納易燃物的容腔。
[0011] 所述筒體為管狀結(jié)構(gòu)，活塞為桿狀結(jié)構(gòu);所述筒體上、下兩端均設(shè)有開口，開口直 徑與筒體內(nèi)徑一致;所述活塞的一端從筒體的上部開口端插入在筒體的內(nèi)腔體中，所插入 筒體的桿狀部分，其長度等于筒體內(nèi)腔深度或小于筒體內(nèi)腔深度;當活塞插入筒體時，并且 其前端越過筒壁小孔后，在筒體內(nèi)形成封閉的空氣腔;活塞與筒體為間隙配合，活塞可在筒 體的內(nèi)腔中快速移動并壓縮筒體內(nèi)的空氣。
[0012]所述筒壁小孔數(shù)量為2-4個。
[0013]所述筒體下端鉸接有可開合的底座，所述筒體在距下端一定距離的筒壁上開有沿 周向均布的小孔;所述筒體與底座之間的結(jié)合面處，在底座上嵌有金屬材質(zhì)或防火非金屬 材質(zhì)的耐高溫密封墊。
[0014] 所述活塞的桿狀部分開有環(huán)形凹槽，活塞桿狀部分開有一組等間距的環(huán)形凹槽， 開環(huán)形凹槽的范圍是:假設(shè)將活塞完全插入筒體，筒壁小孔直至筒體下端對應(yīng)的活塞桿狀 部分即為需開環(huán)形凹槽的范圍。
[0015] 所述環(huán)形凹槽間距3~5mm，環(huán)形凹槽截面形狀為V形、矩形或半圓形。
[0016]所述活塞的另一端設(shè)有便于操作的手柄;所述易燃物包括木炭、紙肩、棉布、蓬草、 棉花、木肩。
[0017] 所述活塞上設(shè)有標識，標識即是提示使用者活塞應(yīng)預(yù)先插入在筒體內(nèi)腔中的深 度。
[0018] 利用所述的一種壓燃式引火裝置的引火方法主要包括以下步驟：
[0019] 步驟1:確定引火裝置用于引火的易燃物的種類；
[0020] 步驟2:確定用于引火的易燃物中，燃點溫度的最高值Tmax;
[0021] 步驟3:快速壓縮空氣：為了保證引火的可靠性，在用于引火的易燃物最高燃點溫 度Tmax基礎(chǔ)上，確定并增加一定的溫度裕度△ T，即如式（1)所示，以最高燃點溫度Tmax與溫度 裕度A T之和，作為引火裝置封閉空氣腔5壓縮終了的溫度希望值T2;
[0022] T2 = Tmax+AT (1)；
[0023] 步驟4:確定引火裝置工作時的環(huán)境溫度和環(huán)境大氣壓，并以之為壓縮起始的溫度 h和壓強Pi，壓縮終了的溫度希望值^已經(jīng)由式（1)確定，將此三項已知參數(shù)代入式（2)、式 (3)，聯(lián)立計算出壓縮終了的壓強P2以及壓縮起始與壓縮終了的體積比
[0024]
[0025]
[0026] 式中：P為空氣絕對壓強，V為空氣體積，T為空氣熱力學(xué)溫度，k為空氣等熵指數(shù)，下 標1、2分別表示壓縮過程的起始和終了狀態(tài)；
[0027]式中各數(shù)值的計量單位如下：
[0028] T：k；
[0029] P：Pa；
[0030] V:立方米；
[0031] L：m；
[0032] M:kg；
[0033] D:m；
[0034] 步驟5:確定希望放入引火裝置的易燃物大小，據(jù)此確定活塞完全插入筒體后，筒 體內(nèi)部剩余空間的長度L2,也即壓縮終了的封閉空氣腔長度；
[0035] 步驟6:將壓縮起始與壓縮終了的體積比I和壓縮終了的封閉空氣腔長度1^2代入 V2· 式(4)，計算出壓縮過程起始的封閉空氣腔長度L1;
[0036]
[0037] 步驟7:為了使活塞在筒體內(nèi)移動順暢，在快速推動活塞壓縮封閉空氣腔之前，使 活塞預(yù)先插入筒體一定深度，筒體的這一段可視為導(dǎo)向段，按式(5)確定導(dǎo)向段長度Lo,并 在距活塞前端Lo處采取刻印標識等方式提示使用者活塞應(yīng)預(yù)先插入的深度；
[0038]
[0039]步驟8:按式(6)確定筒體內(nèi)腔的深度LP;
[0040] LP = Li+Lo (6)；
[0041 ]步驟9:按式(7)確定活塞桿狀部分長度Lr;
[0042] Lr = LP-L2 (7)；
[0043] 步驟10:確定典型使用者的體重m，并代入已計算出的壓縮終了壓強P2，按式(8)計 算活塞的直徑，即筒體內(nèi)徑D;
[0044] C8-)；
[0045] 式中:m表示使用者的質(zhì)量，g為重力加速度，π為圓周率，Ρ:*壓強；
[0046] 所述壓縮終了的封閉空氣腔長度L2,小于等于10_;
[0047] 所述活塞直徑D，大于等于10mm;
[0048] 采用在距活塞前端Lo處刻印標識的方式提示使用者活塞應(yīng)預(yù)先插入的深度。
[0049]所述步驟2中，確定用于引火的易燃物的著火點在300~500 °C范圍內(nèi)，故取燃點溫 度的最高值TmaxS500°C ;考慮20%的溫度裕度，即△ T為100°C，則封閉空氣腔壓縮終了的溫 度希望值!^達到600°C(873K)可以可靠點燃易燃物;所述快速壓縮空氣的實現(xiàn)方式為：用活 塞壓縮筒體內(nèi)的封閉空氣腔；由氣體熱力學(xué)原理知，此過程可近似視為等熵過程，因此，壓 縮過程的起始和終了狀態(tài)，下列公式成立：
[0050]
[0051]
[0052]其中：式(2)為理想氣體狀態(tài)方程;式(3)為等熵過程方程;P為空氣絕對壓強;V為 空氣體積;T為空氣熱力學(xué)溫度;k為空氣等熵指數(shù);下標1、2分別表示壓縮過程的起始和終 了狀態(tài)；
[0053] 對本實施例而言，取壓縮起始的環(huán)境大氣壓為IX 105Pa、體積為100%、溫度為 293K，取壓縮終了的溫度為上文確定的873K，取等熵指數(shù)為1.4,將以上數(shù)據(jù)代入式（2)、 ⑶，解得：
[0054] V2 = 6.5%，P2 = 45.7X 105Pa(絕壓）；
[0055] 上述計算結(jié)果意味著，只要將空氣快速壓縮至原體積的6.5%，即可獲得600°C (873K)的高溫；
[0056] 基于上述計算結(jié)果，取壓縮終了的封閉空氣腔長度1^為6.5mm;由于封閉空氣腔為 圓柱狀，其體積與長度成正比，故式（4)成立，可解得壓縮起始的封閉空氣腔長度1^為 100mm；
[0057]
[0058] 由式(4)可知，"與!^成正比，為了使用方便，應(yīng)限制引火裝置的總長，故本發(fā)明限 制壓縮終了的封閉空氣腔長度LM、于等于10_;
[0059] 為了使活塞在筒體內(nèi)移動順暢，在快速推動活塞壓縮封閉空氣腔之前，使活塞預(yù) 先插入筒體4一定深度，筒體的這一段可視為導(dǎo)向段;導(dǎo)向段長度Lo按經(jīng)驗由式(5)確定即 可，本實施例取Lo為50mm，并在距活塞前端Lo處刻印標識提示使用者活塞應(yīng)預(yù)先插入在筒體 內(nèi)腔中的深度；
[0060] 按式(6)可確定筒體內(nèi)腔的深度LPSl50mm;
[0061] LP = Li+Lo (6)；
[0062] 按式(7)可確定活塞桿狀部分長度Lr為143.5mm;
[0063] Lr = LP-L2 (7)；
[0064] 所述快速壓縮空氣需要快速壓縮活塞，壓縮的方式可為重物敲擊或依靠使用者自 身的體重壓按。
[0065]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：
[0066] 本發(fā)明利用快速壓縮空氣可使其溫度急劇升高的壓燃原理，實現(xiàn)了引火功能，具 有結(jié)構(gòu)簡單、便于攜帶，使用方便和無需火石、電池、燃料等可消耗性輔助引火物的優(yōu)點，適 于旅游、探險時使用。
[0067] 本發(fā)明利用快速壓縮空氣可使其溫度急劇升高的壓燃原理，點燃戶外易于獲取的 木炭、紙肩、棉布、蓬草等易燃物作為火種，實現(xiàn)引火功能。本發(fā)明簡單實用，適用于壓燃式 引火裝置的詳細設(shè)計，并且實用性較強。
【附圖說明】
[0068]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0069] 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖（活塞處于剛開始壓縮封閉腔空氣的位置）；
[0070] 圖3是圖2中活塞完全插入筒體的狀態(tài)示意圖；
[0071] 圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的右視圖；
[0072] 圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例的主視圖；
[0073] 圖6是本發(fā)明優(yōu)選實施例的左視圖。
[0074] 圖中：手柄1，活塞2，筒體3，小孔4，空氣腔5，底座6，密封墊7，易燃物8，標識9。
【具體實施方式】 [0075] 實施例1:
[0076] 本發(fā)明是一種壓燃式引火裝置及其方法，以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施 例進行詳細描述:應(yīng)當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護 范圍。
[0077] 本發(fā)明一種壓燃式引火裝置主要由管狀筒體3和桿狀活塞2組成，活塞2的一端從 筒體3的上部開口端插入在筒體3的內(nèi)腔體中，活塞2的另一端設(shè)有手柄1;筒體3底部連接有 底座6，筒體3與底座6之間的結(jié)合面處，在底座6上嵌有耐高溫密封墊7，該密封墊7選用金屬 材質(zhì)或防火的非金屬材質(zhì)。
[0078] 其中筒體3為管狀結(jié)構(gòu)，活塞2為桿狀結(jié)構(gòu)。所述筒體3上、下兩端均開口，開口直徑 與筒體3內(nèi)徑一致，所述筒體3下端鉸接有可開合的底座6,底座6上設(shè)有凹槽，該凹槽內(nèi)具有 可容納易燃物8的容腔。所述筒體3在距下端一定距離的筒壁上開有沿周向均布的小孔4,所 述筒壁小孔4數(shù)量為2-4個。所述的易燃物8包括:木炭、紙肩、棉布、蓬草、棉花、木肩等等。 [0079]所述活塞2,其桿狀部分在一定范圍內(nèi)開有一組等間距的環(huán)形凹槽，活塞2桿狀部 分開環(huán)形凹槽的范圍按如下方法確定:假設(shè)將活塞2完全插入筒體3,筒壁小孔4直至筒體3 下端對應(yīng)的活塞2桿狀部分即為需開環(huán)形凹槽的范圍。所述環(huán)形凹槽間距3~5mm，環(huán)形凹槽 截面形狀為V形、矩形或半圓形等易于加工的形狀。
[0080] 所述活塞2的一端從筒體3的上部開口端插入在筒體3的內(nèi)腔體中，所插入筒體3的 桿狀部分，其長度等于筒體3內(nèi)腔深度或小于筒體3內(nèi)腔深度。當活塞2插入筒體3時，并且其 前端越過筒壁小孔4后，在筒體3內(nèi)形成封閉的空氣腔5。
[0081] 所述的活塞2上設(shè)有標識9,標識9即是提示使用者活塞2應(yīng)預(yù)先插入在筒體3內(nèi)腔 中的深度?；钊?的另一端還設(shè)有便于操作的手柄1，活塞2與筒體3為間隙配合，活塞2可在 筒體3的內(nèi)腔中快速移動并壓縮筒體3內(nèi)的空氣。
[0082] 實施例2:
[0083]本優(yōu)選實施例的活塞2、筒體3、底座6等主要零件，材料選用強度高、導(dǎo)熱系數(shù)較低 的不銹鋼，在保證結(jié)構(gòu)強度的前提下，降低裝置熱傳導(dǎo)散熱對引火帶來的不利影響。
[0084]本優(yōu)選實施例的活塞2、筒體3，選擇間隙較大的HI 1/c 11配合，保證在沙塵較大的 戶外環(huán)境活塞2可靈活移動。
[0085]本發(fā)明的工作原理分析如下：
[0086] 本發(fā)明的基本思想，是利用快速壓縮空氣可使其溫度急劇升高的壓燃原理，點燃 戶外易于獲取的木炭、紙肩、棉布、蓬草等易燃物作為火種，實現(xiàn)引火功能。
[0087] 本優(yōu)選實施例實現(xiàn)快速壓縮空氣的方式為:用活塞2壓縮筒體3內(nèi)的封閉空氣腔5。 活塞2末端設(shè)有手柄1，以便于操作。為了防止活塞2過度深入筒體3內(nèi)擠壓易燃物8,活塞2可 插入筒體3的桿狀部分，其長度應(yīng)不大于筒體3內(nèi)腔深度。
[0088] 為了便于易燃物8的放置和取出，本優(yōu)選實施例在筒體3下端鉸接了可開合的底座 6,底座6上還開有可容納易燃物8的容腔。底座6打開時，可方便地在其容腔內(nèi)放置易燃物8 或取出已點燃的易燃物8。在底座6與筒體3下端貼合的部位還嵌有耐高溫密封墊7,保證底 座6閉合時筒體3與底座6之間的密封性。
[0089]以下問題將影響本優(yōu)選實施例的引火效果：
[0090] (1)為了保證在沙塵較大的戶外環(huán)境活塞2可靈活移動，活塞2、筒體3選用了較大 的配合間隙，由此帶來了壓縮空氣時，高壓空氣從間隙滲漏的問題；
[0091] (2)筒體3、活塞2、底座6等零件與壓縮空氣接觸，其熱傳導(dǎo)散熱效應(yīng)將降低壓縮空 氣的溫度。
[0092] 針對間隙滲漏問題，本優(yōu)選實施例在活塞2桿狀部分的一定范圍內(nèi)開有一組等間 距的環(huán)形凹槽，使壓縮空氣滲漏時的流動損失由單一的沿程損失轉(zhuǎn)化為多個沿程損失與局 部損失的組合，可顯著提高壓縮空氣的滲漏阻力，降低空氣滲漏量。為了保證密封性，環(huán)形 凹槽的距離為4_。環(huán)形凹槽的截面形狀可為V形、矩形或半圓形等易于加工的形狀均可。
[0093] 活塞2上開環(huán)形凹槽的另一項優(yōu)點是，該環(huán)形凹槽實際上也起到了均壓槽的作用， 使活塞2開槽處沿周向的壓強相同，降低活塞2與筒體3的側(cè)向力，從而減小活塞2運動時的 摩擦阻力。相關(guān)研究結(jié)果表明，開三條均壓槽可使側(cè)向力減到24%以下，開七條可減到 2.7%左右。
[0094] 為了使活塞2在筒體3內(nèi)移動順暢，在快速推動活塞2壓縮封閉空氣腔5之前，應(yīng)使 活塞2預(yù)先插入筒體3-定深度，筒體3的這一段可視為導(dǎo)向段。關(guān)于在快速推動活塞2壓縮 封閉空氣腔5之前，如何判斷活塞2是否已經(jīng)達到了保證導(dǎo)向段足夠長的合適位置，可以有 多種方法，如在活塞2上刻印位置標記、在活塞2或筒體3上設(shè)置受力可縮入的定位器件等。 本發(fā)明采用了一種結(jié)構(gòu)更簡單，使用更方便的方法:在筒體3的筒壁上開沿周向均布的小孔 4。筒壁小孔4沿周向均布可以保證活塞2受力均勻;從加工工藝性考慮，3個小孔較為適宜。
[0095] 筒壁小孔4以上的筒體3為導(dǎo)向段，以下則為封閉空氣的部分。使用時，先將底座6 閉合，將活塞2插入筒體3。在活塞2前端未越過筒壁小孔4時，筒體3內(nèi)的空氣由筒壁小孔4排 出，活塞2可順利移動；當活塞2前端越過筒壁小孔4時，由于筒體3內(nèi)的封閉空氣腔5已經(jīng)形 成，活塞2移動的阻力明顯增加，使用者即可知道活塞2已達到能夠保證導(dǎo)向段長度的合適 位置。
[0096] 利用一種壓燃式引火裝置進行引火具體包括以下工作過程：
[0097] 第一步:張開底座6，在其容腔內(nèi)放置木炭、紙肩、棉布、蓬草等易燃物8;
[0098] 第二步:閉合底座6，將筒體3底座6朝下豎直放置于地面，使其穩(wěn)定；
[0099]第三步:將活塞2插入筒體3至其前端與筒壁小孔4基本重合位置，此時，即便不把 持活塞2,由于筒體3內(nèi)的封閉空氣腔5已經(jīng)形成，活塞2將靜止或緩慢下降；
[0100] 第四步：用鐵錘、石塊等重物向下猛烈敲擊或用手快速向下推動活塞2的手柄1部 位，使活塞2盡可能快、盡可能深地插入筒體3內(nèi)，以便筒體3封閉空氣腔5內(nèi)的溫度盡可能提 尚；
[0101] 第五步:張開底座6,檢查易燃物8是否已被引燃；
[0102 ]第六步:重復(fù)步驟三至步驟5，直到易燃物被引燃。
[0103] 實施例3:
[0104] 利用所述的一種壓燃式引火裝置的引火方法主要包括以下步驟：
[0105] (1)確定引火裝置用于引火的易燃物的種類；
[0106] (2)查閱文獻資料或通過試驗，確定用于引火的易燃物6中，燃點溫度的最高值 Tmax ；
[0107] (3)快速壓縮空氣：為了保證引火的可靠性，在用于引火的易燃物6最高燃點溫度 Tmax基礎(chǔ)上，確定并增加一定的溫度裕度△ T，即如式(1)所示，以最高燃點溫度Tmax與溫度裕 度Δ T之和，作為引火裝置封閉空氣腔5壓縮終了的溫度希望值T2;
[0108] T2 = Tmax+AT (1)
[0109] (4)確定引火裝置工作時的環(huán)境溫度和環(huán)境大氣壓，并以之為壓縮起始的溫度h 和壓強Pi，壓縮終了的溫度希望值^已經(jīng)由式（1)確定，將此三項已知參數(shù)代入式（2)、式 (3) ，聯(lián)立計算出壓縮終了的壓強P2以及壓縮起始與壓縮終了的體積比
[0110]
[0111] - *-2" *
[0112]式中：P為空氣絕對壓強，V為空氣體積，T為空氣熱力學(xué)溫度，k為空氣等熵指數(shù)，下 標1、2分別表示壓縮過程的起始和終了狀態(tài)；
[0113]式中各數(shù)值的計量單位如下：
[0114] T：k；
[0115] P：Pa；
[0116] V:立方米；
[0117] L：m；
[0118] M:kg；
[0119] D:m〇
[0120] (5)確定希望放入引火裝置的易燃物6大小，據(jù)此確定活塞2完全插入筒體4后，筒 體4內(nèi)部剩余空間的長度L 2,也即壓縮終了的封閉空氣腔5長度；
[0121] (6)將壓縮起始與壓縮終了的體積比f和壓縮終了的封閉空氣腔5長度L2代入式 (4) ，計算出壓縮過程起始的封閉空氣腔5長度L1;
[0122]
[0123] (7)為了使活塞2在筒體4內(nèi)移動順暢，在快速推動活塞2壓縮封閉空氣腔5之前，使 活塞2預(yù)先插入筒體4 一定深度，筒體4的這一段可視為導(dǎo)向段，按式(5)確定導(dǎo)向段長度Lo， 并在距活塞2前端Lo處采取刻印標識等方式提示使用者活塞2應(yīng)預(yù)先插入的深度；
[0124]
[0125] (8)按式(6)確定筒體4內(nèi)腔的深度LP;
[0126] LP = Li+Lo (6)
[0127] (9)按式(7)確定活塞2桿狀部分長度Lr;
[0128] Lr = LP-L2 (7)
[0129] (10)確定典型使用者的體重m，并代入已計算出的壓縮終了壓強P2，按式(8)計算 活塞2的直徑，即筒體4內(nèi)徑D。
[0130]
(8)
[0131] 式中:m表示使用者的質(zhì)量，g為重力加速度，31為圓周率，PiS壓強。
[0132] 所述壓縮終了的封閉空氣腔5長度L2,小于等于10mm。
[0133] 所述活塞2直徑D，大于等于10mm。
[0134] 本實施例采用在距活塞2前端Lo處刻印標識3的方式提示使用者活塞2應(yīng)預(yù)先插入 的深度。
[0135] 本發(fā)明的原理詳細分析如下：
[0136] 本發(fā)明的基本思想，是利用快速壓縮空氣可使其溫度急劇升高的壓燃原理，點燃 戶外易于獲取的木炭、紙肩、棉布、蓬草等易燃物作為火種，實現(xiàn)引火功能。
[0137] 查閱資料知，木炭、紙肩、棉布、蓬草等易燃物6的著火點在300~500°C范圍內(nèi)，故 取燃點溫度的最高值TmaxS500°C。
[0138] 考慮20%的溫度裕度，即ΔΤ為100°C，則封閉空氣腔5壓縮終了的溫度希望值^達 至|J600°C(873K)可以可靠點燃易燃物6。
[0139] 本發(fā)明實現(xiàn)快速壓縮空氣的方式為：用活塞2壓縮筒體4內(nèi)的封閉空氣腔5。由氣體 熱力學(xué)原理知，此過程可近似視為等熵過程，因此，壓縮過程的起始和終了狀態(tài)，下列公式 成立：
[0140]
[0141] 1 z
[0142] 其中：式(2)為理想氣體狀態(tài)方程;式(3)為等熵過程方程;P為空氣絕對壓強;V為 空氣體積;T為空氣熱力學(xué)溫度;k為空氣等熵指數(shù);下標1、2分別表示壓縮過程的起始和終 了狀態(tài)。
[0143] 對本實施例而言，取壓縮起始的環(huán)境大氣壓為IX 105Pa、體積為100%、溫度為 293K，取壓縮終了的溫度為上文確定的873K，取等熵指數(shù)為1.4。將以上數(shù)據(jù)代入式（2)、 ⑶，解得：
[0144] V2 = 6.5%，P2 = 45.7X 105Pa(絕壓）。
[0145] 上述計算結(jié)果意味著，只要將空氣快速壓縮至原體積的6.5%，即可獲得600°C (873K)的高溫，證明了本發(fā)明基本思想的合理性。
[0146] 基于上述計算結(jié)果，本實施例取壓縮終了的封閉空氣腔5長度1^為6.5mm。由于封 閉空氣腔為圓柱狀，其體積與長度成正比，故式(4)成立，可解得壓縮起始的封閉空氣腔5長 度 Li 為100mm。
[0147；
[0148]由式(4)可知，"與!^成正比，為了使用方便，應(yīng)限制引火裝置的總長，故本發(fā)明限 制壓縮終了的封閉空氣腔5長度LM、于等于10_。
[0149] 為了使活塞2在筒體4內(nèi)移動順暢，在快速推動活塞2壓縮封閉空氣腔5之前，使活 塞2預(yù)先插入筒體4 一定深度，筒體4的這一段可視為導(dǎo)向段。導(dǎo)向段長度Lo按經(jīng)驗由式(5) 確定即可，本實施例取Lo為50mm，并在距活塞2前端Lo處刻印標識3提示使用者活塞2應(yīng)預(yù)先 插入在筒體4內(nèi)腔中的深度。
[0150] 按式(6)可確定筒體4內(nèi)腔的深度LPSl50mm。
[0151] LP = Li+Lo (6)
[0152] 按式(7)可確定活塞2桿狀部分長度Lr為143.5mm。
[0153] Lr = LP-L2 (7)
[0154] 本發(fā)明涉及的引火裝置，使用時需要快速壓縮活塞2,壓縮的方式可為重物敲擊或 依靠使用者自身的體重壓按，本發(fā)明從方便實現(xiàn)的角度考慮，按依靠使用者自身的體重壓 按設(shè)計。本實施例取典型使用者的質(zhì)量m為60kg，并代入已計算出的壓縮終了壓強P 2，按體 重與空氣壓強平衡時的關(guān)系，即式(8)計算出活塞2直徑，即筒體4內(nèi)徑D為13mm。
[0155]
[0156]式中：g為重力加速度，π為圓周率。
[0157] 為了保證活塞2的強度以及筒體4的加工工藝性，本發(fā)明限制活塞2的直徑D大于等 于10mm〇
[0158] 通過本發(fā)明公開的上述方法，即可確定所涉及的引火裝置的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，其它 如材料選取、活塞2的壓桿穩(wěn)定性校核、筒體3的筒壁厚度選取及強度校核等均為結(jié)構(gòu)設(shè)計 的常規(guī)內(nèi)容，本發(fā)明不涉及。
[0159] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的 這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些 改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種壓燃式引火裝置，包括筒體(3)和活塞(2)，其特征在于:活塞(2)插入在筒體(3) 的內(nèi)腔體中，筒體(3)底部連接有底座(6 )，底座(6)上設(shè)有凹槽，該凹槽內(nèi)設(shè)有可容納易燃 物(8)的容腔。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓燃式引火裝置，其特征在于:所述筒體(3)為管狀結(jié)構(gòu)， 活塞(2)為桿狀結(jié)構(gòu);所述筒體(3)上、下兩端均設(shè)有開口，開口直徑與筒體(3)內(nèi)徑一致;所 述活塞(2)的一端從筒體(3)的上部開口端插入在筒體(3)的內(nèi)腔體中，所插入筒體(3)的桿 狀部分，其長度等于筒體(3)內(nèi)腔深度或小于筒體(3)內(nèi)腔深度；當活塞(2)插入筒體(3)時， 并且其前端越過筒壁小孔(4)后，在筒體(3)內(nèi)形成封閉的空氣腔(5);活塞(2)與筒體(3)為 間隙配合，活塞(2)可在筒體(3)的內(nèi)腔中快速移動并壓縮筒體(3)內(nèi)的空氣。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓燃式引火裝置，其特征在于:所述筒壁小孔(4)數(shù)量為 2-4 個。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓燃式引火裝置，其特征在于:所述筒體(3)下端鉸接有 可開合的底座(6)，所述筒體(3)在距下端一定距離的筒壁上開有沿周向均布的小孔(4);所 述筒體(3)與底座(6)之間的結(jié)合面處，在底座(6)上嵌有金屬材質(zhì)或防火非金屬材質(zhì)的耐 高溫密封墊(7)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓燃式引火裝置，其特征在于:所述活塞（2)的桿狀部分 開有環(huán)形凹槽，活塞（2)桿狀部分開有一組等間距的環(huán)形凹槽，開環(huán)形凹槽的范圍是:假設(shè) 將活塞(2)完全插入筒體(3)，筒壁小孔(4)直至筒體(3)下端對應(yīng)的活塞(2)桿狀部分即為 需開環(huán)形凹槽的范圍。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種壓燃式引火裝置，其特征在于：所述環(huán)形凹槽間距3~ 5mm，環(huán)形凹槽截面形狀為V形、矩形或半圓形。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓燃式引火裝置，其特征在于:所述活塞（2)的另一端設(shè) 有便于操作的手柄(1);所述易燃物(8)包括木炭、紙肩、棉布、蓬草、棉花、木肩。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓燃式引火裝置，其特征在于:所述活塞（2)上設(shè)有標識 (9)，標識(9)即是提示使用者活塞(2)應(yīng)預(yù)先插入在筒體(3)內(nèi)腔中的深度。9. 利用所述的一種壓燃式引火裝置的引火方法主要包括以下步驟： 步驟1:確定引火裝置用于引火的易燃物的種類； 步驟2:確定用于引火的易燃物中，燃點溫度的最高值Tmax; 步驟3:快速壓縮空氣:為了保證引火的可靠性，在用于引火的易燃物最高燃點溫度Tmax 基礎(chǔ)上，確定并增加一定的溫度裕度A T，即如式（1)所示，以最高燃點溫度Tmax與溫度裕度 A T之和，作為引火裝置封閉空氣腔5壓縮終了的溫度希望值T2; T2 = Tmax+A Τ (1); 步驟4:確定引火裝置工作時的環(huán)境溫度和環(huán)境大氣壓，并以之為壓縮起始的溫度TdP 壓強Pi，壓縮終了的溫度希望值T2E經(jīng)由式（1)確定，將此三項已知參數(shù)代入式(2)、式(3)， 聯(lián)立計算出壓縮終了的壓強P2以及壓縮起始與壓縮終了的體積比I;式中：P為空氣絕對壓強，V為空氣體積，T為空氣熱力學(xué)溫度，k為空氣等熵指數(shù)，下標1、 2分別表示壓縮過程的起始和終了狀態(tài)； 式中各數(shù)值的計量單位如下： T：k； P:Pa； V:立方米； L：m； M: kg； D:m； 步驟5:確定希望放入引火裝置的易燃物大小，據(jù)此確定活塞完全插入筒體后，筒體內(nèi) 部剩余空間的長度L2，也即壓縮終了的封閉空氣腔長度； 步驟6:將壓縮起始與壓縮終了的體積比|和壓縮終了的封閉空氣腔長度1^2代入式 V2. (4)，計算出壓縮過程起始的封閉空氣腔長度L1; l2 v2步驟7:為了使活塞在筒體內(nèi)移動順暢，在快速推動活塞壓縮封閉空氣腔之前，使活塞 預(yù)先插入筒體一定深度，筒體的這一段可視為導(dǎo)向段，按式(5)確定導(dǎo)向段長度L〇,并在距 活塞前端Lo處采取刻印標識等方式提示使用者活塞應(yīng)預(yù)先插入的深度；步驟8:按式(6)確定筒體內(nèi)腔的深度LP; LP = Li+Lo (6)； 步驟9:按式(7)確定活塞桿狀部分長度Lr; Lr = Lp-L2 ( 7 ); 步驟10:確定典型使用者的體重m，并代入已計算出的壓縮終了壓強p2，按式(8)計算活 塞的直徑，即筒體內(nèi)徑D;(8); 式中:m表示使用者的質(zhì)量，g為重力加速度，π為圓周率，Ρ:*壓強； 所述壓縮終了的封閉空氣腔長度L2,小于等于10_; 所述活塞直徑D，大于等于10mm; 采用在距活塞前端L〇處刻印標識的方式提示使用者活塞應(yīng)預(yù)先插入的深度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種壓燃式引火裝置的引火方法，其特征是:所述步驟2中， 確定用于引火的易燃物的著火點在300~500°C范圍內(nèi)，故取燃點溫度的最高值Tmax為500 °c； 考慮20%的溫度裕度，即Δ T為100°C，則封閉空氣腔壓縮終了的溫度希望值!^達到600 °C(873K)可以可靠點燃易燃物； 所述快速壓縮空氣的實現(xiàn)方式為：用活塞壓縮筒體內(nèi)的封閉空氣腔；由氣體熱力學(xué)原 理知，此過程可近似視為等熵過程，因此，壓縮過程的起始和終了狀態(tài)，下列公式成立：其中：式（2)為理想氣體狀態(tài)方程;式(3)為等熵過程方程;P為空氣絕對壓強;V為空氣 體積;T為空氣熱力學(xué)溫度;k為空氣等熵指數(shù);下標1、2分別表示壓縮過程的起始和終了狀 態(tài)； 對本實施例而言，取壓縮起始的環(huán)境大氣壓為IX l〇5Pa、體積為100%、溫度為293K，取 壓縮終了的溫度為上文確定的873K，取等熵指數(shù)為1.4,將以上數(shù)據(jù)代入式(2)、（3)，解得： V2 = 6.5%，P2 = 45.7 X 105Pa(*S); 上述計算結(jié)果意味著，只要將空氣快速壓縮至原體積的6.5%，即可獲得600°C (873K) 的尚溫； 基于上述計算結(jié)果，取壓縮終了的封閉空氣腔長度1^為6.5_;由于封閉空氣腔為圓柱 狀，其體積與長度成正比，故式(4)成立，可解得壓縮起始的封閉空氣腔長度USiOOmm;由式⑷可知，L^L2成正比，為了使用方便，應(yīng)限制引火裝置的總長，故本發(fā)明限制壓 縮終了的封閉空氣腔長度LM、于等于10_; 為了使活塞在筒體內(nèi)移動順暢，在快速推動活塞壓縮封閉空氣腔之前，使活塞預(yù)先插 入筒體4 一定深度，筒體的這一段可視為導(dǎo)向段;導(dǎo)向段長度L〇按經(jīng)驗由式(5)確定即可，本 實施例取L〇為50mm，并在距活塞前端L〇處刻印標識提示使用者活塞應(yīng)預(yù)先插入在筒體內(nèi)腔 中的深度； 按式(6)可確定筒體內(nèi)腔的深度LP為150mm; LP = Li+L〇 (6)； 按式(7)可確定活塞桿狀部分長度Lr為143.5mm; Lr = Lp-L2 ( 7 ); 所述快速壓縮空氣需要快速壓縮活塞，壓縮的方式可為重物敲擊或依靠使用者自身的 體重壓按。
【文檔編號】F23Q7/22GK105953263SQ201610485350
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】李佳琚
【申請人】李佳琚