相变潜热手炉
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相变潜热手炉 发布于:2019/06/24
    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。这一温差可產生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。作者:李承熙 来源:发明与创新·中学生

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