阅读说明：本技术 一种气态发射型烟花 (gaseous emission type firework ) 是由 傅超 钟自奇 黄华曦 钟良 刘韬 杨传观 蔡波 钟自远 于 2019-08-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种气态发射型烟花,包括：外筒,一端封闭,另一端开口；筒体中部周侧壁上设置有安放引火线的孔；含能气体发射剂部件,包括包装袋和封装在包装袋内部的含能气体发射剂,放置于所述外筒封闭端；所述气体发射剂主要由可燃气体、助燃气体和惰性气体组成；其他结构与现有烟花完全一致。气态发射型烟花技术解决了现有升空类、组合类烟花及小型礼花弹燃放时发射药燃烧生成的烟雾和有害气体引起的环境污染问题。(The invention discloses a gaseous emission type firework, which comprises: an outer cylinder, one end of which is closed and the other end of which is open; holes for placing firing wires are arranged on the peripheral side wall of the middle part of the cylinder body; the energy-containing gas propellant component comprises a packaging bag and an energy-containing gas propellant packaged in the packaging bag, and is placed at the closed end of the outer cylinder; the gas propellant mainly comprises combustible gas, combustion-supporting gas and inert gas; other structures are completely consistent with the existing fireworks. The gaseous emission type firework technology solves the problem of environmental pollution caused by smoke and harmful gas generated by burning propellant powder when the existing ascending type fireworks and combined fireworks and small display shells are set off.)

一种气态发射型烟花

技术领域

本发明涉及烟花技术领域，具体是一种含能气体发射型烟花。

背景技术

烟花是我国古代四大发明之一黑火药技术的传承与发展，是我国最具代表性的传统文化代表，现已成为我国对外文化交流中最为亮丽的名片之一，由于烟花燃放会产生烟雾和有害气体，对自然环境造成污染，为了保护环境，减少污染，目前我国许多城市禁放烟花或对烟花燃放做出了较为严格的限制，烟花的禁放和限放虽然部分解决了节庆期间的空气污染问题，但也使得节日缺少了以往的欢庆氛围，同时也使得发源于我国，且为人民喜爱的烟花传统文化的发展面临困境，并极大的影响了我国烟花产业的健康发展。为了我国优秀传统文化的传承与发展，目前必须彻底解决烟花燃放产生的烟雾和有害气体对环境的污染。

现有烟花发射药主要是黑火药，黑火药主要由硝酸钾、硫磺和木炭等固体颗粒组成，且组份为负氧平衡，燃烧过程中不仅生成许多固体颗粒，导致大量烟雾产生，而且还会产生硫的氧化物和一氧化碳等有害气体，因此会对环境产生一定的污染，烟花燃放对环境污染问题已严重制约了该产业的健康发展，现在急需研制一种自身环保无害且廉价易得的烟花发射剂，替代现有黑火药类发射药，使得烟花的燃放不产生烟尘颗粒，不产生有害气体。

发明内容

本发明提供一种气态发射型烟花，用于解决现有烟花燃放后发射药在低空产生有害气体和烟尘颗粒等环境污染问题，气态发射型烟花发射剂成本与黑火药相比具有一定的优势。气态发射型烟花发射剂燃烧后仅产生二氧化碳和水等气体，产物中无固体颗粒，无有害气体，大大降低了现有烟花燃烧过程产生的烟雾，不仅解决了现有烟花发射药燃烧带来的污染问题，而且使得烟花燃放过程的观赏效果更佳。

为实现上述目的，本发明提供一种气态发射型烟花，包括：

外筒，一端封闭，另一端开口；筒体中部周侧壁上设置有引火线；

含能气体发射剂部件，包括包装袋和封装在包装袋内部的含能气体发射剂，放置于所述外筒封闭端；所述气体发射剂主要由可燃气体、助燃气体和惰性气体组成；

内筒，内部填充有开爆药,一端埋设有药引；放置于外筒内，且设药引的一端靠近所述含能气体发射剂部件；

内隔片，放置于含能气体发射剂部件与内筒之间，用于将含能气体发射剂部件封装在外筒的下部，并形成含能气体发射剂部件封装空间，沿所述外筒横截面方向放置且具有第一贯穿孔；

外隔片，设置在外筒内部用于将内筒封装在外筒内部并形成内筒封装空间；沿所述外筒横截面方向放置。

本发明提供的气态发射型烟花，发射剂采用可燃气体与氧的混合气体，实验证明发射剂在爆燃过程中产生的能量足以作为发射药剂替代黑火药，并且不必改变现有烟花引燃方式，仍可使用现有引线点火的方式，也可采用电引火头点火方式点燃发射剂部件；由于发射剂气体点燃所需能量小，因此还可利用电火花点燃；发射剂燃烧产物为水和二氧化碳，不会产生有毒害气体和烟尘颗粒，解决了污染问题，且发射剂的组成气体成本相对较低；为提高生产的安全性，生产过程中可燃气体可以单独存放，直到灌装到发射剂包装时才与氧混合，混合后制成的发射剂部件安装于烟花发射的外筒内，由于单个发射剂部件封装的含能气体量较少，如果意外发生***，所形成的***破坏性较小；相对现有烟花生产技术大大提高了生产过程的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的气态发射型烟花的剖视图；

图2为带孔外隔片泄压作用示意；

图3为图1中内隔片的俯视图；

图4为图3中沿内隔片中心轴线的剖视图；

图5为图1中外隔片的俯视图；

图6为图5中沿外隔片的径向并分别经过两个第二贯穿孔中心的旋转剖视图；

图7a为本发明实施例一中实验一的烟花发射剂作为1.2寸组合烟花发射剂将内筒刚发射出外筒时的实验图片；

图7b为实施例一中实验一的烟花发射剂作为1.2寸组合烟花发射剂在图 7a经历9ms后内筒达到的高度的实验图片；

图8为对比实验中黑火药作为1.2寸组合烟花发射剂在发射后所形成烟雾的实验图片；

图9a为400ml发射剂发射2.5寸礼花弹，礼花弹刚发射出外筒时的实验图片；

图9b为图9a经历13.5ms后礼花弹到达距离图9a为60cm高度时的实验图片，据此可计算出礼花弹出口速度为44.4m/s；

图10a为900ml发射剂发射3.0寸礼花弹，礼花弹刚发射出外筒时的实验图片；

图10b为图10a经历19.75ms后礼花弹到达距离图10a为90cm高度时的实验图片，据此可计算出礼花弹出口速度为45.6m/s；

图11为本发明实施例二提供的气态发射型礼花的结构示意图。

附图标号说明：

1-外筒，2-含能气体发射剂部件，3-内筒，4-内隔片，5-外隔片，7-引信， 11-封闭端，12-开口端，31-开爆药，32-药引，10-含能气体发射剂部件封装空间，20-内筒封装空间，40-第一圆盘，41-第一贯穿孔，42-第一周侧面，43- 第一导向面，50-第二圆盘，51-第二贯穿孔。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

如附图1-5所示，本发明实施例提供一种气态发射型烟花，包括：

外筒1，一端封闭形成封闭端11，另一端开口形成开口端12；筒周侧壁上设置有引信7以连通含能气体发射剂部件封装空间10并靠近内隔片4；外筒1的作用在于为内部组件提供容纳支撑，以及在药剂燃烧后为发射提供通道；封闭端11采用泥土形成，使得整个烟花重心位于下方，增加燃放时组合烟花的稳定性，防止燃放过程中倾倒；引信7的位置紧贴在含能气体发射剂部件2的外壁处，引燃更为高效；引火线/电引火头，通过外筒壁部引火线孔***外筒内，与发射剂部件紧密接触，用以引燃发射剂。外隔片5距离外筒开口端12有一段形成，用于为内筒发射提供发射通道或发射行程。

含能气体发射剂部件2，内部封装有含能气体发射剂，放置于所述外筒封闭端11；所述气体发射剂包括体积比为2％～80％的氢气和/或烷烃和/或烯烃类可燃气体，及体积比为20％～98％的氧气；烷烃类可燃气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷气体中至少一种；所述烯烃类可燃气体包括乙烯、丙烯和丁烯气体中至少一种；为了降低混合可燃气体的反应猛度，可加入一定量的惰性气体，如氮气、二氧化碳等；将混合好的混合气体封装在塑料薄膜袋、塑料瓶或其他密闭容器中形成发射剂部件，可作为烟花发射剂替代黑火药。

内筒3，内部填充有开爆药,一端埋设有药引；放置于外筒1内，且设药引的一端靠近所述含能气体发射剂部件；

为常用声响内筒或特殊效果的拖尾内筒及小型礼花弹；若内筒设有引燃引信时，设药引32的一端靠近所述含能气体发射剂部件上端；内筒3的部分基本可以采用现有技术中的内筒，包括结构和内部填充的填料(主要由发光剂和发色剂及辅助填料组成)以及埋设的药引等，均不必更改；内部填充有开爆药，有时也包含有发光剂和发色剂，放置于外筒内，且设药引的一端靠近所述含能气体发射剂部件；(内筒两端均是封堵结构，一端设有药引，结构与传统结构相同)；

内隔片4，放置于含能气体发射剂部件2与内筒3之间，用于将含能气体发射剂部件2封装在外筒的下部并形成含能气体发射剂部件封装空间10，沿所述外筒横截面方向放置且具有第一贯穿孔41；内隔片4的作用在于将含能气体发射剂部件2封装在外筒1的下部空间，防止在运输过程中含能气体发射剂部件2窜动导致外包装袋破裂，第一贯穿孔41的作用在于引燃其上部的内筒3的引药32；在含能气体被引燃后起到密封反应气体的作用；提高发射剂能量的利用效率；

外隔片5，设置在外筒1内部用于将内筒3封装在外筒的上部并形成内筒封装空间20；沿所述外筒横截面方向放置；外隔片5的作用在于封装内筒3，用以固定内筒，防止内筒从外筒中滑落；外隔片5周边开设有孔，以便在燃放时及时将从内筒与外筒间隙中喷射出的高压气体排放走，以保证内筒后部的压力始终与大气压保持一致，以确保内筒前后压差始终处于最大值，从而使得内筒可以获得更高的出口速度。

外筒1、内筒3均可采用现有技术中外筒1和内筒3的材质和机构，内隔片4和外隔片5的材质也采用纸质，为适应特殊结构也可采用PP材质。

由于采用了可燃气体与氧气的混合气体作为发射剂，燃烧过程中直接产物为二氧化碳和水，为了防止燃烧不完全产生一氧化碳等有害气体，混合过程中可按照过量氧气配置，通过下面几组实验数据说明上述气体发射剂可代替黑火药的可行性：含能气体发射型烟花其使用特征在于采用含能气态物质作为发射剂，燃放时发射剂仅生成二氧化碳和水，不产生任何固体颗粒和有害气体。解决了现有升空类和组合类烟花及小型礼花弹燃放时发射药燃烧生成的烟雾和有害气体引起的环境污染问题。

实验一

发射剂：丁烷：氧气＝1:6(体积比)，混合气体90ml，塑料薄膜袋包装，作为1.2寸组合类烟花发射剂，发射35g左右通用柱形内筒，利用高速摄像测量得到的出口速度大于50m/s，估算发射高度大于60m。发射初始状态下内筒刚被抛射出外筒时，参见图7a；9ms后内筒到达的高度位置，参见图7b。图 7a、图7b均为采用高速相机拍摄的图片，具体参数参见图7a、图7b中的参数显示。

对比实验

黑火药4g，作为组合类烟花发射剂，发射35g左右柱形内筒，利用高速摄像测量得到的出口速度约35m/s，估算发射高度大于50m。内筒被抛射出外筒的某一瞬间，参见图8。

实验二

丁烷：氧气：二氧化碳＝1:6:2(体积比)，混合气体90ml，塑料薄膜袋包装，作为1.2寸组合类烟花发射剂，发射35g柱形内筒，出口速度大于35m/s,发射高度大于50m。

优选地，参见图1，为保证气态发射型烟花升空类和组合类烟花发射前能够在地面上静止放置状态下，重心稳定，并不发生倾翻，使得封装盖6朝上，发射方向朝向高空，含能气体发射剂部件2的长度为所述外筒1长度的 1/3～1/2。由于外筒1内部较重的部位集中在内筒3以及外筒1的底部，两者之间的距离基本上是含能气体发射剂部件的长度加上内筒3高度的一半，通过对不同直径的单筒烟花大量数据分析获得，在含能气体发射剂部件2的长度在外筒1长度的1/3～1/2之间时，发生倾翻的概率较低。

优选地，参见图2、图3、图4，第一贯穿孔41设置在所述内隔片4的中心位置，且孔径与所述内隔片的外径比为1：6～1:4之间。优选为1:5，内隔片 4呈圆形，中心与第一贯穿孔41中心重合，第一贯穿孔41的作用在于：在含能气体发射剂部件2内部气体通过引信引燃后，通过第一贯穿孔41点燃位于其内部的药引32，提高点火率。其他位置开设贯通孔一方面会增大泄露爆燃产生气体，降低密封性能，另一方面不利于将火焰集中在一个位置。

优选地，所述内隔片4包括第一圆盘40和位于第一圆盘40的外周与外筒1内壁接触并密封配合的第一周侧面42；在安装过程中，由于内隔片的位置通常需要从开口端12安装在外筒1的高度方向上1/2～2/3的深度位置，为了防止在安装过程中内隔片倾斜，在第一圆盘40的周边设置一圈第一周侧面42，周侧面的形状与外筒1的内壁吻合，在高度方向上安装过程中提供了定位作用，另一方面，周侧面相对于原有的薄片设置增加了与外筒内壁的接触面积，可增加内隔片的稳定性，有效防止内隔片在运动中发生偏斜，失去密封作用。

优选地，所述第一周侧面42位于所述内隔片第一圆盘40的同一侧，且朝向所述含能气体发射剂部件2的一侧安装。这种结构可减小内筒封装空间 20的高度，有效利用外筒1的内部空间，含能气体发射剂部件2的包装结构呈袋状，端部周边的形状并不是圆形，并且与外筒1之间的间隙相对较大，因此第一周侧面42的存在并不会影响到含能气体发射剂部件2的放置，互不干涉；而内筒3的外形也是圆柱形，与外筒1内径彼此配合，不存在干涉。为了方便安装，可以在第一周侧面42的悬伸端设置一圈第一倒角43。

优选地，参见图2、图5、图6，所述外隔片5上设置有用于连通封装内筒20的第二贯穿孔51。第二贯穿孔51的作用在于减小内筒与外隔片间的气压，以确保内筒底部始终与大气压一致，提高发射速度，具体分析过程如下：

传统的外隔片5均呈现完全封闭状，即没有开孔，通过周边与外筒内壁的接触而起到隔离和密封作用，含能气体发射剂在点燃后会产生大量气体并释放大量热能，形成高温高压环境，此时含能气体发射剂部件封装空间10内部的气体会通过内隔板4的第一贯通孔进入内筒封装空间20内部，如果外隔片没有开孔，则内筒后部与外隔片之间的空间气压逐渐增加，这将导致含能气体发射剂部件封装空间10与内筒封闭空间20之间的压差减小，从而导致发射加速度减小，影响发射高度；而在外隔片5上开设第二贯通孔51之后，内筒封闭空间20内部的气体会被及时排出到发射通道内部，起到泄压作用，从而保证含能气体发射剂部件封装空间10与内筒封闭空间20之间的压差能够保持为大气压力，而不会导致发射加速度减小，从而提高内筒的出口速度。

优选地，参见图5，为了能够快速均匀的向发射通道内泄气，外隔片5呈圆盘状，包括第二圆盘50，所述第二贯穿孔51包括若干通孔，所述通孔沿所述外隔片5的第二圆盘50中心一周均布。

优选地，外筒1的直径为1.2英寸，所述含能气体发射剂部件2中的气体发射剂为70～130毫升。根据外筒1的直径，内筒3的内径、高度以及重量均由标准规定，含能气体发射剂部件2中气体的体积通过实验数据获得，能够提供上述满足发射内筒3的高度要求。

优选地，所述外筒1的直径为1.5英寸，所述含能气体发射剂部件2中的气体发射剂为150～230毫升。

优选地，所述外筒1的直径为2.0英寸，所述含能气体发射剂部件中的气体发射剂为260～320毫升。

优选地，所述内隔片4、外隔片5中至少有一个由纸或塑料PP制成。塑料PP材质易于成型结构较为复杂的周侧边。

实施例二

与实施例一的不同之处在于，实施例一采用的是升空类和组合类烟花的通用结合结构，本实施例采用的是礼花组装结构。没有内隔片隔开内筒与含能气体发射剂部件。

参见图11，本发明实施例提供一种气态发射型礼花，礼花弹气态发射部件(采用上述实施例一中的含能气体发射剂部件2)放置于发射筒(采用实施例一中的外筒1)底，发射部件采用电引火头或引火线激发，激发点设置在发射剂部件的顶部，激发点通过引火线或电线从发射筒口部引出发射筒。礼花弹位于气态发射剂部件上部，礼花弹(相当于实施例一中的内筒3)设有引线的一侧朝向发射剂部件，礼花弹上部设置纸壳封堵片(采用实施例一种的外隔片5)。

实验三

丙烷：氧气＝1:5(体积比)，混合气体400ml，塑料薄膜袋包装，作为2.5 寸礼花弹发射剂，发射80.3g球形烟花弹，出口速度44.4m/s。发射初始状态下内筒刚被抛射出外筒时，参见图9a；13.5ms后内筒到达的高度位置，参见图9b。图9a、图9b均为采用高速相机拍摄的图片，具体参数参见图9a、图 9b中的参数显示。

实验四

丙烷：氧气＝1:5(体积比)，混合气体800ml，塑料薄膜袋包装，作为3.0 寸礼花弹发射剂，发射136.6g球形烟花弹，出口速度45.6m/s。发射初始状态下内筒刚被抛射出外筒时，参见图10a；19.75ms后内筒到达的高度位置，参见图10b。图10a、图10b均为采用高速相机拍摄的图片，具体参数参见图10a、图10b中的参数显示。

在上述实施例的基础上，提供以下几种具体的外筒规格所需配置的气体发射剂的剂量：

优选地，所述外筒1的直径为2.5英寸，所述含能气体发射剂部件中的气体发射剂为400～450毫升。

优选地，所述外筒1的直径为3.0英寸，所述含能气体发射剂部件中的气体发射剂为650～900毫升。

优选地，所述外筒1的直径为4.0英寸，所述含能气体发射剂部件中的气体发射剂为2500～4500毫升。

优选地，所述外筒1的直径为5.0英寸，所述含能气体发射剂部件中的气体发射剂为4500～6500毫升。

优选地，所述外筒1的直径为6.0英寸，所述含能气体发射剂部件中的气体发射剂为6500～8000毫升。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。