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一种远程密闭空间的无源点火装置
申请号	CN202210690943.6	申请日	2022-06-17	公开(公告)号	CN115264526B	公开(公告)日	2024-03-26
申请人	东南大学;			发明人	朱建雄; 张志胜; 温海营; 张慧;
摘要	本申请提供一种远程密闭空间的无源点火装置。其包括由外力挤压而在正负电极之间产生脉冲电流的发电部件，并联在发电部件电极之间的二极管，以及串联于发电部件脉冲电流回路中的针尖放电单元。本申请通过发电部件正负电极之间的挤压振动促使发电部件产生高电压，然后通过针尖‑板电极结构之间高压放电的电火花使可燃气体点火燃烧，实现远程、野外无电源、夜间等密闭空间环境的点火。本申请点火时直接通过挤压发电部件电极即足以获得最低点火能，无需外接电源，还可以通过延长发电部件与针尖放电单元之间电通路连接线的长度而实现远距离点火。本申请的点火装置可通过外力挤压而持续放电，从而提高点火可靠性。
权利要求	1.一种远程密闭空间的无源点火装置，其特征在于，包括：发电部件（1），其受外力挤压，在正负电极之间产生脉冲电流；二极管（3），其并联于发电部件（1）的正负电极之间，限制脉冲电流仅沿单一回路方向输出；针尖放电单元，其串联于脉冲电流回路中，由脉冲电流激发通过针尖放电点燃引燃物实现点火；所述针尖放电单元设置于可燃气体环境中，由可燃气体作为引燃物；所述针尖放电单元设置于密封的气体腔体室（7）中，气体腔体室（7）内含有可燃气体，气体腔体室（7）内可燃气体与空气混合为爆炸性混合物；所述针尖放电单元包括：至少一个探针（4），其连接二极管（3）的负极；导电板（6），其连接二极管（3）的正极；所述探针（4）的针尖与导电板（6）分别相对设置于气体腔体室（7）内部两侧，针尖与导电板（6）之间垂直距离设置在0.5mm‑3mm之间；所述发电部件（1）包括至少一对电极对，各电极对分别包括：相对设置的两块连接板（13），两块连接板（13）之间交替设置导电薄膜（11）和接触薄膜（12），其中，导电薄膜（11）附着于连接板（13）表面，接触薄膜（12）附着于电极对中一侧连接板上的导电薄膜（11）表面；所述各电极对之间，各独立附着于连接板（13）表面的导电薄膜（11）相互连接形成正电极，其他设置于接触薄膜（12）与另一侧连接板（13）之间的导电薄膜（11）相互连接形成负电极；各电极对之间共用连接板（13），各连接板（13）之间Z字形连接，位于发电部件（1）中间的各连接板（13）其一侧表面独立附着单层导电薄膜（11），其另一侧表面附着顺序叠加的导电薄膜（11）和接触薄膜（12）。 2.如权利要求1所述的远程密闭空间的无源点火装置，其特征在于，所述气体腔体室（7）还连接有可燃气源（5），用于向气体腔体室（7）中混合体积占比1.9%～8.4%的正丁烷气体或乙醇气体。 3.如权利要求1所述的远程密闭空间的无源点火装置，其特征在于，所述发电部件（1）为无源纳米发电机。 4.如权利要求3所述的远程密闭空间的无源点火装置，其特征在于，各电极对之间任选采用如下任一种连接方式：并联方式下，各电极对之间正电极与正电极顺序串接，负电极与负电极顺序串接，各正电极与负电极之间一一向对设置；串联方式下，各电极对之间正电极与负电极交替串接，每一个正电极分别与一个负电极相对设置。 5.如权利要求1‑4任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其特征在于，所述导电薄膜（11）和接触薄膜（12）任选为Eco‑flex 橡胶薄膜、丁腈薄膜、木质薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜、聚酰亚胺（PI）薄膜或聚四氟乙烯（PTFE）薄膜。
说明书全文	一种远程密闭空间的无源点火装置技术领域 [0001] 本申请涉及点火引燃技术领域，具体而言涉及一种远程密闭空间的无源点火装置。背景技术 [0002] 在密闭空间、野外、夜间、没有额外电源等特殊环境情况下，点火，尤其是如何在密闭空间中在没有额外电源的条件下实现远程控制点火，还没有有效的解决方案。 [0003] 现有技术下，常规的点火方式有：对电炉丝通电，以高温方式实现点火，但这种方式需要额外大电流；利用放大镜聚焦阳光造成局部高温实现点火，但这种点火方式需要额外光源；压电打火机点火，其仅能够用于近距离点火不能远程使用。发明内容 [0004] 本申请针对现有技术的不足，提供一种远程密闭空间的无源点火装置，本申请利用基于振动的促使发电部件产生高电压，然后通过针尖‑板电极结构之间高压放电的电火花使可燃气体点火燃烧，实现远程、野外无电源、夜间等密闭空间环境的点火。本申请具体采用如下技术方案。 [0005] 首先，为实现上述目的，提出一种远程密闭空间的无源点火装置，其包括：发电部件，其受外力挤压，在正负电极之间产生脉冲电流；二极管，其并联于发电部件的正负电极之间，限制脉冲电流仅沿单一回路方向输出；针尖放电单元，其串联于脉冲电流回路中，由脉冲电流激发通过针尖放电点燃引燃物实现点火。 [0006] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，所述针尖放电单元设置于可燃气体环境中，由可燃气体作为引燃物。 [0007] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，所述针尖放电单元设置于密封的气体腔体室中，气体腔体室内含有可燃气体，气体腔体室内可燃气体与空气混合为爆炸性混合物。 [0008] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，所述气体腔体室还连接有可燃气源，用于向气体腔体室中混合体积占比1.9%～8.4%的正丁烷气体或乙醇气体。 [0009] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，所述针尖放电单元包括：至少一个探针，其连接二极管的负极；导电板，其连接二极管的正极；所述探针的针尖与导电板分别相对设置于气体腔体室内部两侧，针尖与导电板之间垂直距离设置在0.5mm‑3mm之间。 [0010] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，所述发电部件为无源纳米发电机。 [0011] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，所述发电部件包括至少一对电极对，各电极对分别包括：相对设置的两块连接板，两块连接板之间交替设置导电薄膜和接触薄膜，其中，导电薄膜附着于连接板表面，接触薄膜附着于电极对中一侧连接板上的导电薄膜表面。 [0012] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，所述各电极对之间，各独立附着于连接板表面的导电薄膜相互连接形成正电极，其他设置于接触薄膜与另一侧连接板之间的导电薄膜相互连接形成负电极；各电极对之间共用连接板，各连接板之间Z字形连接，位于发电部件中间的各连接板其一侧表面独立附着单层导电薄膜，其另一侧表面附着顺序叠加的导电薄膜和接触薄膜。 [0013] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，各电极对之间任选采用如下任一种连接方式：并联方式下，各电极对之间正电极与正电极顺序串接，负电极与负电极顺序串接，各正电极与负电极之间一一向对设置；串联方式下，各电极对之间正电极与负电极交替串接，每一个正电极分别与一个负电极相对设置。 [0014] 可选的，如上任一所述的远程密闭空间的无源点火装置，其中，所述导电薄膜和接触薄膜任选为Eco‑flex 橡胶薄膜、丁腈薄膜、木质薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜、聚酰亚胺（PI）薄膜或聚四氟乙烯（PTFE）薄膜。 [0015] 有益效果 [0016] 本申请提出一种远程密闭空间的无源点火装置，该装置包括由外力挤压而在正负电极之间产生脉冲电流的发电部件，并联在发电部件电极之间的二极管，以及串联于发电部件脉冲电流回路中的针尖放电单元。其主要工作原理是，通过发电部件正负电极之间的挤压振动，使无源纳米发电机由按压振动的接触分离导致电荷运动，产生2000 KV以上开路电压的输出。高压脉冲通过针尖‑板电极结构之间高压放电的电火花使可燃气体点火燃烧，可在远程、野外无电源、夜间等密闭空间环境下实现点火。本申请点火时直接通过挤压发电部件电极即足以获得最低点火能，无需外接电源。本申请电路结构简单，可以通过延长发电部件与针尖放电单元之间电通路连接线长度、增加发电部件中电极对数量而实现远距离点火。本申请的点火装置可通过外力挤压而持续放电，从而提高点火可靠性。 [0017] 本申请中，击穿点燃可燃气体的针尖放电大电压可直接通过增加发电部件中电极对面积或电极对数量结构实现。发电部件与针尖放电单元之间采用二极管防止电荷回流，从而实现单向放电。针尖‑板电极结构的空间距离可恰当控制，从而可以较小体积的发电部件提供足够能量，以电火花方式致使正丁烷等可燃气体被点燃。 [0018] 本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。附图说明 [0019] 附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中： [0020] 图1是本申请的远程密闭空间的无源点火装置的原理示意图； [0021] 图2是本申请中所采用的发电部件中任一电极对间脉冲电流的生成原理示意图； [0022] 图3是本申请中所采用的发电部件的第一种电路连接结构示意图； [0023] 图4是本申请中所采用的发电部件的第二种电路连接结构示意图； [0024] 图5是本申请中所采用的发电部件的第三种电路连接结构示意图； [0025] 图6是本申请中所采用的一对电极对其发电电压与器件面积的关系图形。 [0026] 图中，1表示发电部件；11表示导电薄膜；12表示接触薄膜；13表示连接板；2表示电通路连接线；3表示二极管；4表示探针、5表示可燃气源；6表示导电板；7表示气体腔体室。具体实施方式 [0027] 为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0028] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。 [0029] 本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。 [0030] 本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于气体腔体室本身而言，由其外壁指向气体腔体室内部针尖放电单元方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。 [0031] 本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。 [0032] 本申请中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对发电部件时，由正电极输出端指向负电极输出端的方向即为上，反之即为下，而非对本申请的装置机构的特定限定。 [0033] 图1为根据本申请的一种一种远程密闭空间的无源点火装置，其包括通过电通路连接线2提供信号连接的： [0034] 发电部件1，其受外力挤压，在正负电极之间产生脉冲电流； [0035] 二极管3，其并联于发电部件1的正负电极之间，使电荷单向流动，限制脉冲电流仅沿单一回路方向输出，防止回流从而实现单向放电； [0036] 针尖放电单元，其串联于脉冲电流回路中，由脉冲电流激发通过针尖放电点燃引燃物实现点火。 [0037] 该装置的可通过外接振动触发纳米发电机等发电部件产生高电压，进而通过针尖‑板电极结构的高压放电的电火花致使正丁烷、乙醇等可燃气体点火燃烧，实现远程密闭空间的无源点火。 [0038] 具体使用过程中，本申请优选将针尖放电单元设置于封闭的可燃气体环境中，由可燃气体作为引燃物实现点火。可燃气体环境可由密封的气体腔体室7提供。所述针尖放电单元设置于密封的气体腔体室7中，气体腔体室7内含有正丁烷气体或乙醇气体等可燃气体，气体腔体室7内可燃气体与空气混合为爆炸性混合物。按压振动使得无源纳米发电机通过接触分离触发电荷运动发电，产生的输出开路电压可达到2000 KV以上，大电压通过材料或多层结构设计实现；探针4与导电板6的针尖‑板电极结构空间距离可恰当控制，可实现足够能量的电火花致使正丁烷被点燃。上述气体腔体室7内正丁烷气体体积占比1.9%～8.4%，可提供被点燃的气体物质。采用气体腔体室7内可直接所连接可燃气源5，实现密闭空间的气体环境。正丁烷气体或乙醇气体在气体腔体室7中与空气混合可获得爆炸性混合物方便针尖放电引燃。 [0039] 本申请的点火技术可应用于火灾试验的密闭、远程、野外点火的类似特殊环境中及场景的自动点火。 [0040] 具体实践中，本申请所采用的针尖放电单元可设置包括： [0041] 至少一个探针4，其连接二极管3的负极； [0042] 导电板6，其连接二极管3的正极； [0043] 所述探针4的针尖与导电板6分别相对设置于气体腔体室7内部两侧，针尖与导电板6之间垂直距离设置在针尖板结构距离1mm左右就可。距离太远有可能不会电火花，太近又会使电流直接溜走。适用于本申请的针尖放电间距一般可放宽至0.5mm‑3mm之间。在针尖电压足够高的条件下，针尖放电间距可进一步放宽至10μm‑1cm。探针与板电极的材料可为铜，铝或者其它金属材料。针尖放电单元之间可燃物还可相应替换为棉花、酒精等低着火点、易于由放电电火花点燃的材料。 [0044] 本申请所采用的发电部件1优选为图2所示的无源纳米发电机。其至少包括一对电极对。电极对可设置为由相对设置的两块连接板13组成。两块连接板13之间交替设置导电薄膜11和接触薄膜12，其中，导电薄膜11附着于连接板13表面，接触薄膜12附着于电极对中一侧连接板上的导电薄膜11表面。该摩擦纳米发电机可以通过材料的方式实现高压，也可通过电极对之间相对接触面积尺寸实现高压，还可通过机理开关的方式实现高压。电极对之间通过振动的接触与分离，致使电荷移动，电荷通过导线即可输出实现高压。 [0045] 通过电极对之间相对接触面积尺寸实现高压的方案下，摩擦发电材料之间的接触面积越大，发电电压越高，因此，我们可通过多层叠加的方式增加材料之间接触面积以实现高压发电。对于本申请中4*4cm的电极对，一般一层发电大概200V‑300V左右，叠加5层就可以1500V以上的开路电压。当发电电压达到1000V‑3000V时，即可通过针尖放电方式点燃引燃物，实现点火。 [0046] 具体参照图3所示，层叠设置的各电极对之间连接板可Z字形连接以对其正反两面进行复用，也可将各电极对正电极负电极之间串联连接或并联连接实现电压输出。Z字形连接层叠设置的各电极对之间，各自独立附着于连接板13表面的导电薄膜11由负极连接线21相互连接形成正电极；而将其他设置于接触薄膜12与另一侧连接板13之间的导电薄膜11由正极连接线22相互连接形成负电极。通过此种方式交叠设置的摩擦发电结构，能够提高向针尖放电单元的供电能量，以确保点火成功率。 [0047] 并联方式下，各电极对之间按照图4方式将正电极与正电极顺序串接，并相应将负电极与负电极顺序串接，各正电极与负电极之间一一向对设置，实现电极对之间的并联回路，由此增大电极对之间等效面积，提高发电部件所输出的脉冲电流。 [0048] 串联方式下，各电极对之间按照图5方式将正电极与负电极交替串接，并设置每一个正电极均分别与一个负电极相对设置，实现电极对之间的串联回路，由此叠加各电极对之间脉冲输出。 [0049] 上述交叠方式下，各电极对之间可直接共用连接板13，将各连接板13之间Z字形连接，并设置位于发电部件1中间的各连接板13利用其一侧表面独立附着单层导电薄膜11，而利用其另一侧表面附着顺序叠加的导电薄膜11和接触薄膜12。由此，将连接板叠放在一起后，用户拍打一次连接板即可触发若干级电极对实现对电脉冲信号的紧密触发，从而提高整体发电部件的输出能量。发电量越大，传输的距离越远。一般，在发射端、接收端谐振频率相互匹配的情况下，100V脉冲电压可通过线圈辐射达到1米左右的传输距离。500V 传输距离能够达到5米。 [0050] 本申请中，所述导电薄膜11和接触薄膜12可任选为Eco‑flex 橡胶薄膜、丁腈薄膜、木质薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜、聚酰亚胺（PI）薄膜或聚四氟乙烯（PTFE）薄膜中的任意两种不同材料的薄膜，通过外力挤压、拍打或者敲击产生脉冲电流，实现无源的高压输出。参考图6所示，薄膜材料之间接触面积越大，所产生的瞬时脉冲电压幅值越高。 [0051] 综上，本申请为解决密闭远程的自动点火提出了一种通过振动发电的无源方式实现高压放电点火方式，其利用针尖‑板电极结构的高压离子放电，实现一种用于远程密闭空间的无源点火装置。 [0052] 本申请所提供的通过摩擦纳米发电产生高压，利用高电压放电点燃气体后能够实现野外、黑夜、没有电源的方式点火。丁烷气体的燃点是‑11.73 度，丁烷常温常压下为无色可燃性气体，熔点‑159.4℃、沸点‑11.73℃，微溶于水，可溶于乙醇、乙醚等。其与空气混合可形成爆炸性混合物，爆炸极限为1.9%～8.4%（体积）。丁烷混合物最低点火能0.083 mJ，我们的发电部件能够超过这个点火能从而实现点火。 [0053] 本申请能克服常规通电电炉丝点火所需的额外大电流；能克服通过太阳光放大镜聚焦点火，所需要的额外光源；能够克服通过压电打火机点火，时点火距离较近不能远程使用的缺陷。本申请的远程点火方式适用于野外无电源，夜间，密闭空间环境的点火。其可以远距离点火，长度可以依据通电导线任意延长。点火装置可以持续放电，提高点火可靠性。本申请能够适用于在高原、密闭环境等特殊环境下进行点火，能够在人不能到达的环境实现点火。 [0054] 以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

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