最近莫名迷上酒精炉这个小玩意
明明本身是很少出门爬山的阿肥
却买了一堆酒精炉,也自己做了不少
趁过年放假分享一下
以下各项心得
1.酒精炉的作用原理
2.酒精炉的燃料(乙醇/甲醇)
3.酒精炉的功率/燃料使用效率
4.市面上酒精炉的测试/简评
*此文中的酒精一词泛指乙醇以及甲醇
*讨论两者差异时会特别称呼 乙醇/甲醇
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1.酒精炉的作用原理
与瓦斯及大多数燃料相同,酒精透过与氧气结合燃烧,产生热量
瓦斯在常温常压下为气体,被高压压缩成液体进了气罐
一经释放就变回气体,于炉头内和空气混和,最后在焰盘上放出火焰
酒精在常温常压下为液体,虽方便携带,难以和空气混和
所以液体酒精燃烧的效率并不高,好在酒精的沸点也不高,容易气化
气化后的酒精就容易与空气混和,大大增加燃烧效率
因此,大多数的酒精炉在完成启动后
炉内的酒精会处于沸腾状态并且不断气化
所以全力运作的酒精炉是很烫的,使用上必须非常小心 (注1)
也因为需要液态酒精沸腾才能运作的这个特性
如果强制把运行中的酒精炉塞进水里降温
火焰会瞬间大幅变弱,失去功能(但通常不会熄灭)
故在寒冷环境使用时,务必记得避免酒精炉与地面接触,损失热量
由于酒精气体是煮沸后飘出再混和空气
和瓦斯炉(制造时加压到气罐)或是汽化炉(后天帮浦加压)相比
气流的压力和速度都比较低,因此容易受到风的影响,故需要使用挡风板
(请想像烧开水的水蒸气被风吹走的样子)
加上酒精本身的热值比瓦斯以及白汽油低
一般来说酒精炉的功率仅有户外瓦斯炉的1/3 - 1/2 (注2)
总结一般酒精炉的原理为:
加热液体酒精到沸腾->使其变为气体->酒精气体与空气混和燃烧
任何的酒精炉设计都是为了有效的达到上述事项
以后看到任何的酒精炉,可以想想这些步骤会在哪里发生
以及这个酒精炉在使用上可能会遇到的问题
延伸阅读-酒精炉的种类(英文)http://zenstoves.net/Stoves.htm#Types
注1:
从点燃液态酒精,到酒精沸腾全力运作的这段时间
被称为 启动时间/预热时间/Blooming time
启动时间会因为酒精炉的设计/燃料/使用环境/而有所变化
一般来说启动时间越短越好
注2:目前有部分酒精炉使用汽化炉设计,以帮浦对燃料罐加压
经预热管与喷嘴放出高压的火焰,这部分我没有使用经验
但或许将其归为使用酒精作为燃料的汽化炉较为适合
2.酒精炉的燃料(乙醇/甲醇)
再来谈酒精炉的燃料们
国外有些特殊的类酒精燃料有更加的燃烧效率,但是不易取得,不讨论
台湾容易取的的则为(95%乙醇 / 99%甲醇),网络通路皆有贩售
95%乙醇的价格为4公升400-450元,约每公升100元
99%甲醇的价格为5公升250-300元,约每公升50元
甲醇的售价仅为乙醇的一半
乙醇热值29.7KJ/g
甲醇热值22.7KJ/g
乙醇的热值是甲醇的1.3倍
所以纯粹考虑价格与释放的热量,甲醇较为划算
惟甲醇为有毒物质,食用会导致失明甚至死亡,不可不慎
携带酒精燃料,要注意容器材质,HDPE / PP 有较佳的抗酸蚀表现
一般PET宝特瓶,仅适合短期使用,随时小心渗漏
甲醇燃烧时,火焰呈淡蓝色,灯光下不易观察,必须非常小心
乙醇燃烧火焰较猛,并呈现黄色,可能是因为其炭数比甲醇高
在没有充足氧气供给下,不易一次完全燃烧
剩下悬浮在空中的炭,在飘升时终于获得氧气燃烧,放出黄色的火焰
因此使用乙醇会容易发生黑锅
即是高温悬浮碳粒在成功氧和之前,就撞到较冷的锅体
温度下降无法再被燃烧,从此留在锅上
所以黑锅除了是恼人的事情,也是燃烧不完全的证据
整体来说,个人认为甲醇比乙醇更适合当作燃料(注3)
注3:
卡式瓦斯220g,三罐100元,丁烷热值49.3KJ/g
比乙醇划算,略逊于甲醇,但方便性和酒精炉是不同次元@[email protected]
这也是酒精炉很少人使用的的原因之一
另外,如果要购买甲醇,不推荐一般五金行卖的粉红色甲醇
纯度较低,且燃烧后会残留红色染料
3.酒精炉的功率/燃料使用效率
任何的炉具,我们都会希望快速又节能
以烧水为例,就是在最短的时间,用最少的燃料,烧开最多的水
比如说一分钟内,消耗7g丁烷瓦斯,把1公升,20'C的水烧开之类的.....(注4)
像酒精炉这种以烧水为主要任务的炉具,烧水时间/燃料消耗就更显重要
最常见的测试方式,就是使用 500ml水/ 30ml酒精(注5)
点火后观测水沸腾时间和燃料用尽时间,得出炉具的功率与效率
举例:(为简化甲醇纯度为99.x%,此处作100%, 甲醇密度0.782,此处作0.8)
使用30ml甲醇,用了6分钟将500ml水由20'C 加热烧开
有效总燃烧时间10分钟
先算燃料消耗功率=>30ml/10min => 3ml/min => 2.4g/min
=> 54.48KJ/min = 908W
再算水的温度提升
=>500g x(100'C-20'C)/6min => 500x80x4.18J /6min
=> 27.87KJ/min = 464W
这一组炉具与锅具的系统,燃料使用效率就是464/908 = 51%
而51%已经是相当优秀的数字了
当然测试时除了炉具本身,其他条件的影响不容忽视(注6)
如果不想看一堆计算,经验上来说
在室内无风环境,水温20-25'C的理想环境之下
酒精炉使用甲醇,常见的燃烧效率应该在40-50%
烧开500ml水的时间约是06:00-07:00之间
总燃烧时间约是10:00-12:00之间
而使用乙醇,通常可以获得更大的功率,以及更长的燃烧时间
但细算燃料使用效率,通常不如甲醇(无法得到热值1.3倍的全部效果)
原因即是乙醇较难完全燃烧(而且会黑锅.....)
简单记忆点 =>用95%乙醇15ml(12g)烧开室温500ml的水
几乎是酒精炉的极限了(不使用集热锅的话)
如果看到任何测试影片/广告的内容离这个数字太远
例如10ml(8g)酒精烧开500ml,20'C的水(70%的燃料效率),先保持一点怀疑
看看他的整组系统设计是否合理,测量方法是否可靠(然后再跳坑?)
户外使用的部分,我的经验不多(主要是懒得出门)
而户外的环境无法控制,也无法准确量化比较
参考网络资料,即使用挡风板,仍只有室内5-7成的效率
意即要使用1.5-2倍的燃料与时间才能达成一样的效果
注4:
近似于于5600W与97%的能量传递效率
大概水滚了锅子还得是冷的才行...
注5:
欧美也常用 2 cups of water (475ml) / 1oz fuel (28.4ml)
日本人比较搞怪,会用400ml水/20ml酒精之类的....
注6:
包含 地点/风速/挡风板/锅具大小/锅具材质/盖子/
水温/气温/炉架型式/燃料种类.....等需控制的变因
另外测量方式也必须精准,例如烧开水是用眼睛看还是用温度计量
填装水和酒精时是用量杯还是秤重
燃烧时长是计算有效火焰还是残火也算..等操作细节
4.市面上酒精炉的测试/简评
a.黄铜酒精炉
最有名气的是瑞典Trangia Spirit Burner
酒精炉的经典,台湾价格约700元
这一类酒精炉的结构,就是在炉壁夹层(也称“副室”)放置防火玻璃纤维
或是任何可吸收酒精的填充物,让被吸收的酒精高于中央的液面
液面点燃后,火焰加热夹层里的酒精,使其气化后由从气孔飘出
飘出的酒精遇到明火又被点燃,形成向上的强烈火焰
根据网络资料,Trangia酒精炉启动时间约40秒
根据使用的支架不同,烧开500ml水时间会大不相同
从小于6分钟到超过12分钟都有,30ml酒精燃烧时长也不同,相关影片很多
不同支架造成的影响：https://youtu.be/O0-xQNgoTe8
而我买的则是最常见的仿制品
购入：虾皮230元
重量：152g (收纳袋+炉+支架)
炉体62.5g
密封盖(有o ring)20g
灭火盖(可调火力)24g
支架37g
使用所付的支架烧水测试
启动时间：60-90秒(1:30上锅)
500ml水烧开：14:30
30ml甲醇燃烧结束：21:30
扣除预热的90秒,500ml水烧开的时间是13分钟
而总燃烧时间到达了20分钟,能量转换的效率相当不错
但是启动时间太久,是Trangia原版的两倍以上
即使完成预热,功率也很低,让火力调整显得有些多余
其实Trangia酒精炉,还是得搭配风暴炉系统做使用
风暴炉经过精准的设计,具有非常优秀的防风,以及集热功能
让酒精炉的功率飞跃提升,同时保持良好的能量转换效率
锅具本身也可以具有煎/煮/烤的料理功能
因此可以应付极端的环境
当然,付出的代价即是可观的重量与体积
b.不锈钢酒精炉/Out-D stainless stove
Out-D酒精炉的设计相当精简,
外层是不锈钢容器,开有气孔,
内层是铝制内圈,内外圈形成中空夹层(副室)
夹层中没有额外的填充物
夹层内加热后的酒精蒸气由外圈气孔喷出,遇到明火形成火焰
购入：虾皮299元
重量：230g(炉+支架)
炉体：87.8g
灭火盖：29.7g
支架:112.5.g
使用所付的支架烧水测试(注7)
启动时间：60-90秒(1:30上锅)
500ml水烧开：07:07
30ml甲醇燃烧结束：08:57
增加水和燃料的测试(使用直径12cm不锈钢杯)
启动时间：60-90秒(1:30上锅)
1000ml水烧开：13:14
外圈火焰消失：15:38
内圈火焰转弱：16:05
熄火：18:13
这也是一个需要完成预热启动的酒精炉
容量大,可以装下90-100ml酒精,完成预热后功率不小
能量转换的效率没有传统的黄铜酒精炉高
若使用更大的锅具应该能有更好的效率和功率
不锈钢炉架有弹簧卡榫的设计,下压才能展开
展开后可以稳稳放上大直径的锅具
反之如果使用直径10公分以下的锅具,会比较不稳
炉架非常稳固,重量也有相当份量
综合以上,如果仅是用30ml酒精烧500ml水
这款不锈钢酒精炉的的功率以及效率并不好
毕竟预热启动就耗费了不少能量和时间
启动后只烧一点水,自然就显得不划算了
还有就是当外圈火焰消失,中央火焰转弱到熄火的时间过长
无效的火焰持续时间较久,有种歹戏拖棚的感觉
但如果要烧比较多水,大容量和高功率可能就是他的优势
以下是参考影片：
2 cups water (475ml)/ 1 ounce fuel
https://youtu.be/okH8H7-2ZsI (较大直径锅)
https://youtu.be/N3vlJX8Vdi4 (直径12cm锅)
8 cups water (1.89L)/ 3 ounces fuel (使用大直径锅具)
https://youtu.be/_WTas813cUY
注7:
一开始测试的时候,加入30ml甲醇
点火后一分钟,中心的火焰就稳定燃烧
但是外圈火焰只点燃了一孔,其他空都没有出火
大概到2：30的时候,想说干脆把把火焰外圈吹熄
没想到吹气之后反而像是打开了某些开关,外圈火焰一下子全部点燃
预热完成火力暴涨,不过第一次测试我没有放锅
最后大约燃烧到7：30外圈火消失,火力变小,大约在8分钟时结束
之后的测试,在点火一分之后,我会稍微扰动气流
让外圈气孔可以出火,然后在1:30放上锅具
由于锅具直径小,测试时火焰会不断沿着外缘向上烧
具有危险性,而且损失了不少热量
c.纯钛酒精炉 AS-100
钛制毛细酒精炉,外观简约就是一个小杯子
杯壁中有中空毛细管,让酒精顺着管路上升
杯缘内侧是出火口,汽化后压力上升的酒精由此喷出
遇到中央的明火燃烧形成火焰,由于具有一定压力
并且是向内喷射,所以抗风能力会优于上述酒精炉(但还是很不抗风)
启动时间也更快速,通常在10-20秒就可以完成预热
我买的这个上面很骚包的写着伏羲祝融的中文...
相同外型的炉子很多,个人推测都是同一产品,只是打上不同logo
包含：Lixada WST-062, 钛工匠 Ti artisan WST-062....等
想玩的人,挑便宜的买就可以
购入：虾皮690元
重量：40g
使用上方十字支架烧水测试(炉口至锅底间距离约2.7cm)
启动时间：10-20秒 (点火即上锅)
500ml水烧开：8:19
30ml甲醇燃烧结束：11:28
使用DIY支架烧水测试(炉口至锅底间距离约2.7cm)
启动时间：10-20秒 (点火即上锅)
500ml水烧开：7:48
30ml甲醇燃烧结束：12:47
d.Toaks钛酒精炉 STV-01 / TOAKS Titanium Siphon Alcohol Stove
美国户外品牌Toaks的钛酒精炉,AS-100的缩小版
一般来说,AS-100 被认为是Toaks STV-01的低价仿制版
两者也会被拿来比较
而AS-100的淘宝/虾皮海外 价格大约在台币400-500元左右
Toaks STV-01在美国亚马逊的价格则是$35美金,约为AS-100的两倍
其大小正好放入AS-100之中,重量也恰好是AS-100的一半
全钛制造,炉壁毛细管与内缘喷口,喷口的大小与AS-100相当
整体做工比AS-100好一些,内壁没有接缝,燃烧后也"蓝"的漂亮一些
购入：虾皮990元
重量：20g
使用上方十字支架烧水测试
启动时间：
500ml水烧开：
30ml甲醇燃烧结束：
使用DIY支架烧水测试(炉口至锅底间距离2.5cm)
启动时间：10-15秒
500ml水烧开：8:27
30ml甲醇燃烧结束：14:09
和普遍的测试结果相同
Toaks STV-01的功率较AS-100低,能量使用效率则较高
另外使用直接放在炉子上的十字支架,会明显降低酒精炉的功率和效率
延伸阅读-国外的测试影片
https://youtu.be/TaO7pETVeno (Boil Test #1 有详细环境/锅具/燃料资料)
https://youtu.be/Y5LowrY2aJU (Boil Test #2 讨论炉与锅底间距离造成的影响)
https://youtu.be/UvoyvVuoWKY (Boil Test #4 别问#3去哪了,我也不知道)
https://youtu.be/0uQ9k89ErGo (另一位Youtuber)
https://youtu.be/aFb0-ByG7po (再另一位Youtuber)
AS-100 / Toaks STV-01 两者的比较影片：
https://youtu.be/9B1hKFCiEBM
e.Goshawk铝制内旋风酒精炉/
Goshawk Capillary Hoop Stove & Titanium Alloy Base
Goshawk 是位于澳洲墨尔本的一个小型户外品牌
由当地的一个户外登山俱乐部发展而来
一开始是以轻量化耐用的营钉为主力商品
后来也推出了许多DIY酒精炉具和炊具
并逐步改进制造工艺与规模
这个铝制内旋风酒精炉
就是一项早期产品
官方网站所标示的功率和效率很棒
影片中的火焰也相当漂亮
参考连结：
https://www.goshawkoutdoor.online/collections/ul-backpacking/products/capillar
y-hoop-stove
购入：Goshawk官网 24.79澳币
重量：35g(炉+支架)
炉：19.5g
支架：15.5g
烧水测试
启动时间：20秒(点火即上锅)
500ml水烧开：07:47
30ml甲醇耗尽：12:00
炉子整体做工普通,有一些些毛边
内壁有点像是DIY时常用的铝罐内壁
利用折痕当作毛细管道,折痕比自己DIY做的工整许多
外壁则是一个较硬的铝杯有一定厚度
相比一般铝罐DIY制品,更不容易被压扁
这个炉子在内缘边上打了12个孔,火焰喷出呈现螺旋状
火焰和官方网站影片中一致,但燃烧的成绩却远不如官方数据(注)
注：
由于官方网站并没有揭示测试的详细资讯
造成差异的原因,可能是我用的锅具较小,测试时的气温不同...等
另外,在直径5.3公分的小炉子上开了12个孔有点太多
或许从而影响了效能,这部分有机会在DIY酒精炉制作会再说明
f.Goshwak 黄铜防风升降酒精炉/
Goshwak Convertible Windproof Open Coil Stove EDDY-X 003
和上个炉子一起由Goshwak官网购入
这个酒精炉应该是利用第一个Trangia仿品来改造的
因为从炉身外观到密封盖,灭火盖都一模一样
参考网页：
https://www.goshawkoutdoor.online/products/convertible-windproof-open-coil-sto
ve
推测做法是将原本黄铜酒炉内壁切除
用八根填有玻璃纤维的中空铜管取代原本用来吸收并气化酒精的夹层
中空铜管的顶端开有小孔,由玻璃纤维吸入的酒精在加热后气化
接触中央明火后,便形成强烈火焰,火焰也呈现螺旋状
在酒精炉的外缘,加上一圈金属防风圈和炉架
防风圈可以上下调整接近锅底,增加防风性与提升效能
炉架也相当稳定,炉和防风圈及炉架是锁在一起的,无法拆开
购入：Goshawk官网49.97澳币
重量：195.5g(炉+盖子+灭火盖)
炉(含防风圈与炉架)：151.5g
密封盖：20g
灭火盖：24g
烧水测试(防风圈放下)
启动时间：20-30秒
500ml水烧开：06:30
30ml甲醇耗尽：10:33
烧水测试(防风圈升起)
起动时间：20-30秒
500ml水烧开：06:41
30ml甲醇耗尽：10:13
防风圈升起时,产生部分导流的效应
所以燃料消耗会增加,会增加工率降低效率
但由于单人铝锅的直径较小,火焰飘出锅缘浪费能量
最终烧水时间仅是持平而已
至于防风效果则较难评估(注)
整体来说,这个酒精炉的支架稳固
可以放上较大的锅也不会倒或是软脚
功率与效率也不错,已经算是具有实用功能的商品了
注：
相关测试影片
http://b23.tv/h1YpIMh (Bilibili连结,室内外测试多款酒精炉)
g.Goshawk Era Burner & AZ-0 Windproof Stand
Goshawk 于去年十月推出的新产品,特点是火力很强
官方数据是三分钟烧开500ml水,相当于其他酒精炉的两倍功率
参考网页：
https://www.goshawkoutdoor.online/products/era
不同于之前的DIY改造酒精炉, Era是全新设计和制造的产品
为 CNC加工制品,质感很好,7075-T6阳极氧化铝合金材质
炉体下宽上窄,呈现火箭的形状,炉内壁的结构也是毛细内旋风设计
炉内的底部印有有Goshawk 的字样,支架的直径与炉体相同
可以稳固的扣在炉体上,并且具有导流的效果
购入：Goshwak官网 79.9澳币
重量：137g(炉+支架)
炉：104g
支架：33g
烧水测试
启动时间：40秒
500ml水烧开：没有完成测试,因为单人铝锅的直径太小
完成启动之后,炉外缘完全被火焰包围,差点把手把烧掉,
就没有继续测下去了,以后有机会再用比较大的锅子来测试
h.鱼骨 酒精汽化炉 风之炉 / Fishbone FB-05E miniature bioethanol stove
台湾酒精炉,设计到制造都是MIT
相较于前面介绍的酒精炉
鱼骨酒精炉的构造较为复杂,重量也最重
可以进行大小火控制,并且可以携带酒精
在国外也有贩售
参考网页：
https://www.solarlife.com.tw/products/alcohol_gasifier_s
https://www.fishbonestove.com/fb-05e/
这个酒精炉的设计十分特殊
预热后中央的铜管会向周围的铜管射出火焰
火焰加热周围铜管,使周围铜管的酒精快速汽化喷出火焰
我们借由控制中央铜管出火口的大小,来调节周边铜管的温度
最后达到控制火力的目的
酒精炉本身有泄压孔,所以燃烧时腔室内的压力不会大到爆炸
而且由于是先将酒精利用毛细物质吸到铜管中
再透过火焰局部加热铜管,在运作时燃料仓的酒精不会(也不需要)沸腾
炉外壁也仅是温热而非烫手,可以手持(但是炉面还是很烫,要小心)
因此这个酒精炉会比一般炉子更能抵抗低温环境
完成预热后,可以随时调小火/吹熄,吹熄后只要铜管还是热的
也可以轻易用打火机重新点燃,使用上和汽化炉相同,方便性很高
购入：虾皮1630元
重量：250g(所有配件不含收纳袋)
烧水测试：
第一次使用30ml甲醇,无法将500ml水烧开....
考虑到这个酒精炉的容量有120ml
在燃料较少时无法有效作用,所以第二次测试加满120ml甲醇
然后一次烧1000ml的水
启动时间：40~60秒
1000ml水烧开：09:30
再放上500ml水烧开：14:00
再放上1000ml水烧开：23:00
再放上500ml水无法烧开
火焰在25:30变弱,无法再调整,此时水温65'C
最后火焰在30:00熄灭,最终水温95'C
官方标榜功率是是1200W / 能量转化效率是 65%
实际测试时,大约9分钟可以烧开1000ml, 21'C的水
燃料消耗效率 = 每分钟消耗 4ml 甲醇 => 4 x 0.8 x 22.7 / 60 = 1210W
实际输出功率 = 1000 x (100-21) x 4.18 / (60 x 9) = 611.5W
=> 能量转化效率 611.5 / 1210 = 50.5%
虽和官方资讯有显著差异,但已是非常优秀
这个酒精炉的重量和价格都是最高的
功能性也最强,功率和效率也很好
可以调整大小火,随时熄火和重启,可以应付更复杂的使用情境
即使炉身泡在冰水中也能有很好的火力输出
可算的上是酒精炉界的霸主
不过250g的重量已经超越不少分体式瓦斯炉,直逼蜘蛛炉的范围
若是考量到这点,鱼骨酒精炉的产品定位就显得有些尴尬了
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总结：
I.酒精炉燃烧时的火焰不明显,使用需要非常小心
II.甲醇不易黑锅,且价格低,但须注意其毒性,携带建议使用HDPE材质容器
III.酒精炉在户外必须使用挡风板,并且需要预热,全力运作时炉身很烫
IV.室温500ml水,搭配单人铝锅,耗20-25ml甲醇,在6-7分钟烧开,室外消耗会增加
V.在能买到的瓦斯气罐的地方,还是用瓦斯炉吧....
其实鱼骨酒精炉所面临的问题,也是所有酒精炉面临的问题
方便性和火力都不如瓦斯炉的状况下
若非特殊情境,比如追求极致轻量,瓦斯取得困难的地区
酒精炉的出场机会真的不多了
至于这次没提到的DIY酒精炉
因为可以符合自己的需求来制作
可以同时达到轻量化以及高效率的目的
但是学习运作原理和制作技巧的成本(时间,工具,材料,测试...)反而是最高的
也算是另一个坑了,之后有机会再作介绍
以上,祝大家新年快乐~