[发明专利]一种压燃式引火装置及其方法

权利要求书

1.一种压燃式引火装置，包括筒体(3)和活塞(2)，其特征在于：活塞(2)插入在筒体(3)的内腔体中，筒体(3)底部连接有底座(6)，底座(6)上设有凹槽，该凹槽内设有可容纳易燃物(8)的容腔；

所述筒体(3)为管状结构，活塞(2)为杆状结构；所述筒体(3)上、下两端均设有开口，开口直径与筒体(3)内径一致；所述活塞(2)的一端从筒体(3)的上部开口端插入在筒体(3)的内腔体中，所插入筒体(3)的杆状部分，其长度等于筒体(3)内腔深度或小于筒体(3)内腔深度；当活塞(2)插入筒体(3)时，并且其前端越过小孔(4)后，在筒体(3)内形成封闭的空气腔(5)；活塞(2)与筒体(3)为间隙配合，活塞(2)可在筒体(3)的内腔中快速移动并压缩筒体(3)内的空气；

所述小孔(4)数量为2-4个；

所述筒体(3)下端铰接有可开合的底座(6)，所述筒体(3)在距下端一定距离的筒壁上开有沿周向均布的小孔(4)；所述筒体(3)与底座(6)之间的结合面处，在底座(6)上嵌有金属材质或防火非金属材质的耐高温密封垫(7)；

所述活塞(2)的杆状部分开有环形凹槽，活塞(2)杆状部分开有一组等间距的环形凹槽，开环形凹槽的范围是：假设将活塞(2)完全插入筒体(3)，小孔(4)直至筒体(3)下端对应的活塞(2)杆状部分即为需开环形凹槽的范围；

所述环形凹槽间距3～5mm，环形凹槽截面形状为V形、矩形或半圆形；

所述活塞(2)的另一端设有便于操作的手柄(1)；所述易燃物(8)包括木炭、纸屑、棉布、蓬草、棉花、木屑。

2.根据权利要求1所述的一种压燃式引火装置，其特征是：所述活塞(2)上设有标识(9)，标识(9)即是提示使用者活塞(2)应预先插入在筒体(3)内腔中的深度。

3.一种利用前述权利要求1的压燃式引火装置的引火方法，主要包括以下步骤：

步骤1：确定引火装置用于引火的易燃物的种类；

步骤2：确定用于引火的易燃物中，燃点温度的最高值T_max；

步骤3：快速压缩空气：为了保证引火的可靠性，在用于引火的易燃物最高燃点温度T_max基础上，确定并增加一定的温度裕度ΔT，即如式(1)所示，以最高燃点温度T_max与温度裕度ΔT之和，作为引火装置封闭空气腔5压缩终了的温度希望值T₂；

T₂＝T_max+ΔT(1)；

步骤4：确定引火装置工作时的环境温度和环境大气压，并以之为压缩起始的温度T₁和压强P₁，压缩终了的温度希望值T₂已经由式(1)确定，将此三项已知参数代入式(2)、式(3)，联立计算出压缩终了的压强P₂以及压缩起始与压缩终了的体积比

P1V1T1=P2V2T2---(2);]]>

P1T1kk-1=P2T2kk-1---(3);]]>

式中：P为空气绝对压强，V为空气体积，T为空气热力学温度，k为空气等熵指数，下标1、2分别表示压缩过程的起始和终了状态；

式中各数值的计量单位如下：

T：k；

P:Pa；

V:立方米；

L：m；

M:kg；

D:m；

步骤5：确定希望放入引火装置的易燃物大小，据此确定活塞完全插入筒体后，筒体内部剩余空间的长度L₂，也即压缩终了的封闭空气腔长度；

步骤6：将压缩起始与压缩终了的体积比和压缩终了的封闭空气腔长度L₂代入式(4)，计算出压缩过程起始的封闭空气腔长度L₁；

L1L2=V1V2---(4)]]>

步骤7：为了使活塞在筒体内移动顺畅，在快速推动活塞压缩封闭空气腔之前，使活塞预先插入筒体一定深度，筒体的这一段可视为导向段，按式(5)确定导向段长度L₀，并在距活塞前端L₀处采取刻印标识的方式提示使用者活塞应预先插入的深度；

13L1≤L0≤12L1---(5);]]>

步骤8：按式(6)确定筒体内腔的深度L_p；

L_p＝L₁+L₀(6)；

步骤9：按式(7)确定活塞杆状部分长度L_r；

L_r＝L_p-L₂(7)；

步骤10：确定典型使用者的体重m，并代入已计算出的压缩终了压强P₂，按式(8)计算活塞的直径，即筒体内径D；

P2-P1=mg14πD2---(8);]]>

式中：m表示使用者的质量，g为重力加速度，π为圆周率，P₁为压强；

所述压缩终了的封闭空气腔长度L₂，小于等于10mm；

所述活塞直径D，大于等于10mm；

采用在距活塞前端L₀处刻印标识的方式提示使用者活塞应预先插入的深度。

4.根据权利要求3所述的引火方法，其特征是：所述步骤2中，确定用于引火的易燃物的着火点在300～500℃范围内，故取燃点温度的最高值T_max为500℃；

考虑20％的温度裕度，即ΔT为100℃，则封闭空气腔压缩终了的温度希望值T₂达到600℃(873K)可以可靠点燃易燃物；

所述快速压缩空气的实现方式为：用活塞压缩筒体内的封闭空气腔；由气体热力学原理知，此过程可近似视为等熵过程，因此，压缩过程的起始和终了状态，下列公式成立：

P1V1T1=P2V2T2---(2)]]>

P1T1kk-1=P2T2kk-1---(3)]]>

其中：式(2)为理想气体状态方程；式(3)为等熵过程方程；P为空气绝对压强；V为空气体积；T为空气热力学温度；k为空气等熵指数；下标1、2分别表示压缩过程的起始和终了状态；

对本实施例而言，取压缩起始的环境大气压为1×10⁵Pa、体积为100％、温度为293K，取压缩终了的温度为上文确定的873K，取等熵指数为1.4，将以上数据代入式(2)、(3)，解得：

V₂＝6.5％，P₂＝45.7×10⁵Pa(绝压)；

上述计算结果意味着，只要将空气快速压缩至原体积的6.5％，即可获得600℃(873K)的高温；

基于上述计算结果，取压缩终了的封闭空气腔长度L₂为6.5mm；由于封闭空气腔为圆柱状，其体积与长度成正比，故式(4)成立，可解得压缩起始的封闭空气腔长度L₁为100mm；

L1L2=V1V2---(4)]]>

由式(4)可知，L₁与L₂成正比，为了使用方便，应限制引火装置的总长，故本发明限制压缩终了的封闭空气腔长度L₂小于等于10mm；

为了使活塞在筒体内移动顺畅，在快速推动活塞压缩封闭空气腔之前，使活塞预先插入筒体4一定深度，筒体的这一段可视为导向段；导向段长度L₀按经验由式(5)确定即可，本实施例取L₀为50mm，并在距活塞前端L₀处刻印标识提示使用者活塞应预先插入在筒体内腔中的深度；

按式(6)可确定筒体内腔的深度L_p为150mm；

L_p＝L₁+L₀(6)；

按式(7)可确定活塞杆状部分长度L_r为143.5mm；

L_r＝L_p-L₂(7)；

所述快速压缩空气需要快速压缩活塞，压缩的方式可为重物敲击或依靠使用者自身的体重压按。