相變潛熱手爐

文甘肅省張掖中學(xué)高二 李承熙

手爐具有體積小、清潔衛(wèi)生的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足低溫、小功率的取暖需求。人們在很早以前就開始使用手爐，但長期以來，這種取暖工具一直沒有什么改進(jìn)。

手爐的蓄熱能力差，不利于穩(wěn)定供暖。敞開供氧時燃燒過快，需要頻繁添加木炭。木炭燃燒是無煙的，熄滅時如果使用助燃劑引燃就會產(chǎn)生惱人的煙霧。

現(xiàn)在雖然有了各種各樣的取暖設(shè)備，但手爐在一些特殊場合仍很難被替代。地質(zhì)隊員、應(yīng)急搶修人員、漁民等在戶外勞作間隙需要暖手，在崗?fù)せ驇づ竦泉M小的空間內(nèi)便可用手爐取暖。

其他同類型的產(chǎn)品如充電式暖手寶的能量儲存密度太低，不適用于荒郊野外。暖手寶是一次性的，使用時撕開包裝，內(nèi)部的物質(zhì)在空氣中緩慢氧化并釋放熱量。此類產(chǎn)品不僅價格高，還會造成環(huán)境污染。煤爐笨重且需安裝煙囪，僅適用于大功率采暖。

一、改造傳統(tǒng)手爐

蓄熱材料在航天、紡織、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛。顯熱蓄熱是利用材料本身溫度的上升來儲存熱量，潛熱蓄熱是利用材料的相變（熔化）過程來儲存熱量。

經(jīng)過多次測試，我最終選用90號微晶蠟作為蓄熱材料設(shè)計制作相變潛熱手爐，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

二、使用方法

將熔化的90號微晶蠟倒入容器，放置一會兒讓其凝固。使用時先點(diǎn)燃木炭，隨著溫度上升，微晶蠟開始熔化。根據(jù)實踐經(jīng)驗，外界溫度為0℃的條件下，以爐蓋直徑26cm、爐底直徑18cm、高20cm的手爐為例，由于熱量向上傳導(dǎo)，當(dāng)微晶蠟達(dá)到90℃并熔化后，爐蓋溫度能上升到180℃。熄滅木炭，微晶蠟足夠支持向外界供暖4h以上，同時使溫差發(fā)電板熱端和冷端的溫差保持在80℃以上。這一溫差可產(chǎn)生5V、300mA的穩(wěn)定電流，能給手機(jī)、可充電干電池等充電。

當(dāng)爐體溫度下降到設(shè)定值時，溫度報警器發(fā)出聲音和閃光報警，此時重新點(diǎn)燃木炭使?fàn)t體溫度上升。使用完畢后，打開爐蓋，將木炭燃燒的灰燼倒出。溫差發(fā)電板的熱端與爐蓋緊密接觸，以保持較高溫度。冷端與散熱片緊密接觸，以保持較低溫度。鋰電池可儲存電能。

三、進(jìn)一步改進(jìn)

1.爐蓋和發(fā)電板熱端的接觸面應(yīng)使用鋁或銅等導(dǎo)熱性良好的金屬制作，且使其表面平整，以利于熱量順暢傳導(dǎo)，否則發(fā)電效果不好。

2.散熱片易吸收爐蓋和爐蓋上一些零部件輻射的熱量，影響發(fā)電。應(yīng)做好隔熱工作，加大散熱力度。

3.一般情況下，熱端越熱、冷端越冷，發(fā)電效果越好。但半導(dǎo)體溫差發(fā)電材料很難承受230℃以上的高溫，所以應(yīng)將爐蓋的溫度控制在合適的范圍內(nèi)。

4.應(yīng)選擇熱卡高、燃燒時間長、易點(diǎn)燃、無煙塵污染的優(yōu)質(zhì)木炭。