相变潜热手炉

文甘肃省张掖中学高二 李承熙

手炉具有体积小、清洁卫生的优点，可以满足低温、小功率的取暖需求。人们在很早以前就开始使用手炉，但长期以来，这种取暖工具一直没有什么改进。

手炉的蓄热能力差，不利于稳定供暖。敞开供氧时燃烧过快，需要频繁添加木炭。木炭燃烧是无烟的，熄灭时如果使用助燃剂引燃就会产生恼人的烟雾。

现在虽然有了各种各样的取暖设备，但手炉在一些特殊场合仍很难被替代。地质队员、应急抢修人员、渔民等在户外劳作间隙需要暖手，在岗亭或帐篷等狭小的空间内便可用手炉取暖。

其他同类型的产品如充电式暖手宝的能量储存密度太低，不适用于荒郊野外。暖手宝是一次性的，使用时撕开包装，内部的物质在空气中缓慢氧化并释放热量。此类产品不仅价格高，还会造成环境污染。煤炉笨重且需安装烟囱，仅适用于大功率采暖。

一、改造传统手炉

蓄热材料在航天、纺织、建筑、医疗等领域应用很广泛。显热蓄热是利用材料本身温度的上升来储存热量，潜热蓄热是利用材料的相变（熔化）过程来储存热量。

经过多次测试，我最终选用90号微晶蜡作为蓄热材料设计制作相变潜热手炉，其结构如下图所示。

二、使用方法

将熔化的90号微晶蜡倒入容器，放置一会儿让其凝固。使用时先点燃木炭，随着温度上升，微晶蜡开始熔化。根据实践经验，外界温度为0℃的条件下，以炉盖直径26cm、炉底直径18cm、高20cm的手炉为例，由于热量向上传导，当微晶蜡达到90℃并熔化后，炉盖温度能上升到180℃。熄灭木炭，微晶蜡足够支持向外界供暖4h以上，同时使温差发电板热端和冷端的温差保持在80℃以上。这一温差可产生5V、300mA的稳定电流，能给手机、可充电干电池等充电。

当炉体温度下降到设定值时，温度报警器发出声音和闪光报警，此时重新点燃木炭使炉体温度上升。使用完毕后，打开炉盖，将木炭燃烧的灰烬倒出。温差发电板的热端与炉盖紧密接触，以保持较高温度。冷端与散热片紧密接触，以保持较低温度。锂电池可储存电能。

三、进一步改进

1.炉盖和发电板热端的接触面应使用铝或铜等导热性良好的金属制作，且使其表面平整，以利于热量顺畅传导，否则发电效果不好。

2.散热片易吸收炉盖和炉盖上一些零部件辐射的热量，影响发电。应做好隔热工作，加大散热力度。

3.一般情况下，热端越热、冷端越冷，发电效果越好。但半导体温差发电材料很难承受230℃以上的高温，所以应将炉盖的温度控制在合适的范围内。

4.应选择热卡高、燃烧时间长、易点燃、无烟尘污染的优质木炭。