自制“制冷制熱系統簡化演示裝置”

張嘉雯　孫長平　韓江月　張元源

【摘 要】自制“教學用制冷制熱系統簡化示裝置”主要是針對中學物態變換與熱力學的理論學習很難與現實生活結合到一起這一難點而設計制作的教學用演示教具。對空調、冰箱等家用電器的制冷制熱系統進行最大程度上的簡化，并保留其良好的制冷制熱效果。教具擁有極好的演示效果，且操作十分簡單，可以使學生清晰直觀的了解空調等家用電器內部系統的運作原理以及影響制冷制熱效果的各個原因。

【關鍵詞】溫度；簡化展示教具；物態變換；熱學；實驗教學

物理學是一門實驗科學，離開物理實驗就搞不好物理教學[1]，物理教師在授課時應以演示實驗、邊講邊實驗等多種教學形式替代平鋪直述的理論講授來對學生進行授課。演示教具設計的目的是使學生能夠直觀清晰地了解現代制冷制熱系統的應用運行原理以及制冷過程。以此更好地理解物態變化和熱力學系統能量裝換的原理和過程，激發學生的學習興趣和動機，真正意義上將其與現實生活和現代科技結合起來。針對傳統教學過程中很難深刻理解制冷制熱系統原理，我們自制了“制冷制熱系統簡化演示裝置”，該裝置能將抽象的原理用事物實物化，該裝置在教學中能夠讓學生充分理解制冷熱系統的原理、具有操作簡單、直觀性強、實驗效果明顯等優點演示裝置，能夠很好地提高課堂效率，對深入理解新制冷熱系統的原理具有重要的意義。

1 裝置原理

系統裝置由4個基本部分即壓縮機、冷凝器、節流部件、蒸發器組成[2]，制冷制熱原理圖見圖1。由銅管將四大件按一定順序連接成一個封閉系統，系統內充注一定量的制冷劑。一般的空調的制冷劑為氟里氨，以往通常采用的是R22，現在有些空調的氟里昂已經采用新型的環保型制冷劑R407以上是蒸汽壓縮制冷系統。工作系統的“心臟”壓縮機[3]吸入來自蒸發器的低溫低壓的氟里昂氣體壓縮成高高壓的氟里昂氣體，然后流經熱力膨脹閥（毛細管），節流成低溫低壓的氟里氨汽液兩相物體，然后低溫低壓的氟里氨液體[4]在蒸發器中吸收來著室內空氣的熱量，成為低溫的低壓的氟里氨氣體又被壓縮機吸入。室內空氣經過蒸發器后，釋放了熱量，空氣溫度降。如此 壓縮——冷凝——節流——蒸發[5]反復循環，制冷劑不斷帶走室內空氣的熱量，從而降低了房間的溫度。制熱時，通過四通閥的切換，改變了制冷劑的流動方向，使室外熱交換器成為蒸發器，吸收了室外的空氣的熱量，而室內的蒸發卻成了冷凝器，將熱量散發在室內，達到制熱的目的。

2 操作方法以及裝置實物圖

裝置實物圖見圖2。操作說明：將冷制熱系統的簡化展示教具電源接通，打開開關。壓縮機開始工作。靜候半分鐘左右。固定在銅管上的數值溫度計的數值就會開始發生變化。也可以用手觸摸壓縮機兩側的銅管，就會感受到冰涼和熾熱兩種溫度。注意銅管是暴露在外面。壓縮機工作時間久了制冷或制熱的效果特別明顯。切忌長時間觸摸銅管，以免被凍傷或者燙傷。

啟動制冷制熱系統演示教具的開關后，冷凝器和蒸發器的溫度的變化可以直接體現其各部分的工作效果從而展現內部制冷劑吸熱高壓液化、放熱降壓汽化等物理變化過程來實現制冷制熱效果。配備的數值溫度計直接顯示制冷制熱的效果溫度，更加方便老師演示，該儀器的操作非常簡單，是以最簡（下轉第11頁）（上接第12頁）化，易操作，便于觀察的模型的形式來提供教授了解這一過程的最好方法。

通過溫度傳感器直觀清晰的觀察到制冷制熱效果的同時，肉眼可見的能在制冷處觀察到結霜現象可見其工作效果并沒有因為簡化而大打折扣。而且設備整體體積小，也便于教學中搬運講授。

3 總結

雖然空調與冰箱等家用電器在日常生活中的高頻率很高，但學生對其工作原理以及相關的物理知不能很好的理解，不能很好的將所學的物理知識與現實生活更好的結合起來。該演示裝置具有操作簡單、演示效果直觀、制作簡單等優點，能夠使學生深刻的理解空調等家用電器內部系統的運作原理以及影響制冷制熱原理。該裝置還可以通過對蒸發器冷凝器的形狀進行一定的改變應用于熱力學與溫度有關的物理實驗中，能夠使冷熱環境下的物理變換同時進行，產生良好的對比效果。該教具可以讓學生對空調內部制冷制熱原理有更加清楚地認識和理解，能夠很好地幫助學生來理制冷制熱原理原理，可作為教具用于教學之中，能有效地輔助教學，提高教學效率。

【參考文獻】

[1]李新鄉.張軍朋.物理教學論[M].北京：科學出版社，2009.

[2]戴路玲.空調系統及設計實例[M].北京：化學工業出版社，2013.

[3]吳業正.制冷壓縮機[M].北京；機械工業出版社，2011.

[4]張世軍，劉興旺.氣體分離膜在廢氣治理中的應用[J].環境研究與監測，2003（4）：412-413.

[5]王如竹.制冷原理與技術[M].北京：科學出版社，2003.endprint