相變潛熱手爐

文甘肅省張掖中學高二 李承熙

手爐具有體積小、清潔衛生的優點，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。

手爐的蓄熱能力差，不利于穩定供暖。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生惱人的煙霧。

現在雖然有了各種各樣的取暖設備，但手爐在一些特殊場合仍很難被替代。地質隊員、應急搶修人員、漁民等在戶外勞作間隙需要暖手，在崗亭或帳篷等狹小的空間內便可用手爐取暖。

其他同類型的產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，內部的物質在空氣中緩慢氧化并釋放熱量。此類產品不僅價格高，還會造成環境污染。煤爐笨重且需安裝煙囪，僅適用于大功率采暖。

一、改造傳統手爐

蓄熱材料在航天、紡織、建筑、醫療等領域應用很廣泛。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。

經過多次測試，我最終選用90號微晶蠟作為蓄熱材料設計制作相變潛熱手爐，其結構如下圖所示。

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。使用時先點燃木炭，隨著溫度上升，微晶蠟開始熔化。根據實踐經驗，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，當微晶蠟達到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，同時使溫差發電板熱端和冷端的溫差保持在80℃以上。這一溫差可產生5V、300mA的穩定電流，能給手機、可充電干電池等充電。

當爐體溫度下降到設定值時，溫度報警器發出聲音和閃光報警，此時重新點燃木炭使爐體溫度上升。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、進一步改進

1.爐蓋和發電板熱端的接觸面應使用鋁或銅等導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，否則發電效果不好。

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

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

4.應選擇熱卡高、燃燒時間長、易點燃、無煙塵污染的優質木炭。