节能高效饮水机

13岁的周倩是上海市育才中学初一年级学生。

周倩说，去年，我们学校有一位同学发明了一种高效冷热水器。我是在它的基础上研究发明了高效冷热温饮水机。（图1）

为了测试这台饮水机的应用效果，记者来到周倩所在的上海市育才中学，对饮水机做了加热制冷时间和温度对比的实验。通电仅4分钟，冷水达到11度，热水达到76度。（图2）

除了加热和制冷的时间缩短之外，这台饮水机最大的好处就是节能。

我们家庭中常用的饮水机，采用的是两种不同的装置对水进行加热和制冷。加热一般是运用电热管加热技术，而制冷大多采用电子制冷和压缩机制冷，电子制冷是采用电子制冷片制冷；压缩机制冷采用氟里昂制冷。无论哪种方式都是只完成制冷单一功能，加热和制冷这两种独立的装置，分别通过电能完成各自的任务。

周倩说，普通饮水机需要消耗两份电能。我这台饮水机采用的是半导体制冷片，可以同时加热和制冷，所以可以节约一半电。

普通家用饮水机因为加热制冷是独立的，所消耗的电能是两份，而周倩发明的饮水机，是通过“半导体制冷片”装置同时加热和制冷，不仅加热和制冷的时间比普通饮水机快几倍，而且节约电能。

这种“半导体制冷片”装置到底是一种什么样的神奇东西，小周倩又是缘何想到用它来做饮水机的呢？

周倩说，我们学校每周都请老师给我们讲科技知识，讲发明，课上我们了解到，半导体制冷片可以同时制热和制冷，我们兴趣小组的同学对此很感兴趣，便向老师提出用半导体制冷片直接做饮水机的设想。

刘志强老师说，我们学校从六、七年级就让同学选课外兴趣项目，根据他们的特长、爱好，我们开设很多拓展课程。我们学校的特色项目有小发明拓展、机器人、头脑奥林匹克、还有数字艺术，制作电视节目，这是我们学校很强的特色项目。我们还在全国获了金奖。

课上老师讲的知识，给充满好奇心的小周倩带来启发，带着这种好奇心和兴趣，周倩在刘志强老师的指导下，迈出了创造冷热水机的第一步。（图3）

说到同时发热和同时制冷的原理，周倩说，比如说有两个容器，中间放上半导体制冷片，在通电之后半导体的冷端会吸收热量，这个容器里边的水就会降温，将热量转移到热端，热端的水就会升温，所以可以同时得到冷水和热水。

刘志强说，这个半导体制冷片是一个新材料，目前认识它的人不是很多，也有人认为它效率低，它与光伏电池原理类似，光伏电池是太阳光能照射后，产生电流，半导体制冷片通电以后，发生热量转移，冷端的热量转移到热端去，导致一端热一端冷。我们利用它可以做出很多东西，比如，宠物的冷热箱、电吹风、饮水机，都是同样原理。

小周倩发明的饮水机，最核心的装置就是“半导体制冷片” ，利用半导体制冷片的特性使饮水机产生热水和冷水。理论上可行，还需要实践检验，没想到动手做起来问题就出来了。

刘志强说，我们去年搞的高效饮水机原理跟这个原理差不多，是两箱一夹层机构，两箱一夹层机构有个问题，就是一边产生热，一边产生冷，热的一部分传到冷的一部分，最后造成冷的那边温度降不下去，热的这边温度非常好，两分钟后温度可以达到80度左右，但冷的那边只能降到20度，但是我们现在这一台温度可以降到10度。

在最初的研发中，因为只有一层“半导体制冷片”，通电产生一端冷一端热之后，半导体制冷片本身发生热量传感，内耗了一部分温差，导致吸热和放热不匹配，凉水只能维持在20度左右，最后周倩在刘老师的指导下，对饮水机进行了改进，在原有的基础上又增加了一层“半导体制冷片”，降温的功效有了明显改善。（图4）

搞发明，对于学业紧张的中学生来说，是件花费精力的事情，周倩是如何完成的呢？

刘志强说，我们学校在拓展课之外，还有学生发明社团，他们是互助的，你这个项目帮我，我碰到困难找你。平时放学后只要有空，同学们就可以到实验室去做。我们区里有一个梦工厂，学校鼓励学生到梦工厂进行实践。我们一般安排在星期六、星期日抽半天时间到梦工厂实验同学的发明。学校的实验室只做一些简单的东西，做大的东西，比如说要成形的，需要有大的机器架构，学校没有。梦工厂有专门老师指导，把学生的东西合成产品。

周倩所在的育才中学，在不影响学生学习的前提下，加强学生的动手能力和创造力的培养，提升学生主动学习的积极性。并且在课余时间组织学生进行操作，老师也不遗余力地帮助学生在实践中学习更多的知识。小周倩发明的节能高效饮水机，经学校申请，去年获得了全国发明比赛金奖。

一张小小的奖状，对于初中生的周倩来讲，是一份肯定，是一份鼓励。周倩认为，自己的努力没有白费，从中学到很多知识。

刘志强说，第一，其它饮水机制冷和加热不能同时实现，我们这一款实现了，我们用它加热制冷降温都成功了。第二，一般饮水机耗电在500瓦以上，我们这一款只有200多瓦。第三，它是迷你型的，很小。但现在也有一个问题，半导体制冷片价格很高，不过它用的时间很长，总的来说，成本并不是很高。如果市场化了，半导体制冷片的成本就会下降，下降以后应该潜力很大。

虽然这台节能高效饮水机还在实验阶段，一两个孩子的创新、发明，实现产业化可能还需要经过相当长时间的努力，但是学校建立一套比较完备的设施，鼓励孩子们进行创新、发明的办学方向，是很多学校可以借鉴的。孩子的学习成绩固然重要，但动手能力和对社会的观察能力，对孩子的未来才是真正重要的。