綻放巴黎國(guó)際發(fā)明展的原創(chuàng)之花

譚迪熬

2018年5月中旬，來(lái)自常德芷蘭實(shí)驗(yàn)學(xué)校的李貽曦同學(xué)，通過(guò)近兩年的努力發(fā)明的“簡(jiǎn)易太陽(yáng)能定量澆水器”，在2018年法國(guó)巴黎國(guó)際發(fā)明展上一舉獲得金獎(jiǎng)。今天，我就將李貽曦同學(xué)這株“綻放巴黎國(guó)際發(fā)明展的原創(chuàng)之花”——簡(jiǎn)易太陽(yáng)能定量澆水器的發(fā)明經(jīng)歷，寫(xiě)出來(lái)與大家分享。

2016年暑假，爸爸媽媽帶著李貽曦同學(xué)去外地旅游，半個(gè)月后回來(lái)發(fā)現(xiàn)家里盆栽的花草都枯萎了，主要是因?yàn)槟前雮€(gè)月天氣炎熱，家里沒(méi)人給花草澆水導(dǎo)致的。李貽曦同學(xué)想：可不可以發(fā)明一種自動(dòng)澆水裝置，這樣在沒(méi)有人看管的情況下可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水，花草就不會(huì)因干旱而死呢？隨后通過(guò)調(diào)查，李貽曦同學(xué)發(fā)現(xiàn)這種情況許多家庭都曾遇到過(guò)。這更加激發(fā)了他要盡快發(fā)明盆栽花卉自動(dòng)澆水裝置的欲望。

通過(guò)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，李貽曦同學(xué)知道植物在一天之中，對(duì)水的需求依據(jù)陽(yáng)光的強(qiáng)弱而不同，早晚少，中午多，夜間、陰雨天則基本不需要水。李貽曦于是想：能不能利用太陽(yáng)能的強(qiáng)弱與植物生長(zhǎng)需水量變化規(guī)律相近這一現(xiàn)象，通過(guò)巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)給花卉智能澆水呢？

通過(guò)上網(wǎng)搜集相關(guān)資料，李貽曦同學(xué)發(fā)現(xiàn)很多智能澆水設(shè)備設(shè)計(jì)得都比較復(fù)雜，需要通過(guò)電力的輔助來(lái)完成自動(dòng)澆水，這不太適合家用，而利用太陽(yáng)能是最環(huán)保且最安全的，也是最經(jīng)濟(jì)的。通過(guò)請(qǐng)教學(xué)?？萍驾o導(dǎo)員張才友老師，并走訪當(dāng)?shù)鼗ɑ芘嘤龑?zhuān)家，又經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的周密思考后，李貽曦同學(xué)認(rèn)為可以將太陽(yáng)能的熱學(xué)原理與液體的力學(xué)原理結(jié)合起來(lái)，利用空氣的熱脹冷縮來(lái)提供動(dòng)力，達(dá)到給花卉自動(dòng)澆水的目的。白天，將太陽(yáng)能集熱器正對(duì)陽(yáng)光，集熱器吸收太陽(yáng)熱量，容器內(nèi)空氣受熱膨脹，氣壓高于大氣壓，在單向閥的作用下（與滴管相連的單向閥只能出不能進(jìn)，與貯水桶相連的單向閥只能進(jìn)不能出），水滴于花盆中，調(diào)節(jié)太陽(yáng)能調(diào)節(jié)器，可控制水滴速度;夜間，集熱器溫度下降，容器內(nèi)空氣收縮，氣壓低于大氣壓，在單向閥的作用下，貯水桶中的水被吸入集熱器中，為下一輪自動(dòng)澆水做準(zhǔn)備。

接著，李貽曦同學(xué)開(kāi)始了他的方案設(shè)計(jì)、模型制作、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等一系列發(fā)明過(guò)程。

【方案一】 將太陽(yáng)能集熱器注入約三分之二的水后，正對(duì)陽(yáng)光插入花盆中;集熱器吸收太陽(yáng)熱量，容器內(nèi)空氣受熱膨脹，氣壓高于大氣壓，水滴于花盆中。調(diào)節(jié)太陽(yáng)能調(diào)節(jié)器，可控制水滴速度。

【方案二】 將下部的貯水容器注滿水，放在花盆旁;將太陽(yáng)能集熱器正對(duì)陽(yáng)光，集熱器吸收太陽(yáng)熱量，容器內(nèi)空氣受熱膨脹，氣壓高于大氣壓，水被壓出。調(diào)節(jié)太陽(yáng)能調(diào)節(jié)器，可控制水滴速度。

【方案三】 將水注入貯水桶中，直到水位指示器滿水刻度線為止，并往太陽(yáng)能集熱器中注入約三分之二的水，再將花卉種植在花盆中。白天，將太陽(yáng)能集熱器正對(duì)陽(yáng)光，集熱器吸收太陽(yáng)熱量，容器內(nèi)空氣受熱膨脹，氣壓高于大氣壓，在單向閥的作用下（與滴管相連的單向閥只能出不能進(jìn)，與貯水桶相連的單向閥只能進(jìn)不能出），水滴于花盆中，若旋轉(zhuǎn)太陽(yáng)能集熱器，改變太陽(yáng)能集熱器面向太陽(yáng)的黑白比例，可控制水滴速度;夜間，太陽(yáng)能集熱器溫度下降，容器內(nèi)空氣收縮，氣壓低于大氣壓，在單向閥的作用下，貯水桶中被吸入太陽(yáng)能集熱器中，為下一輪自動(dòng)澆水做準(zhǔn)備。

【實(shí)驗(yàn)一】

1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證方案一能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水。

2. 實(shí)驗(yàn)器材：太陽(yáng)能集熱器（依據(jù)黑色吸熱原理全部漆成黑色），太陽(yáng)能調(diào)節(jié)器（依據(jù)白色反射原理全部漆成白色），帶錐形插桿的滴管，塑料杯，電子秤，計(jì)時(shí)器，照度計(jì)。

3. 實(shí)驗(yàn)記錄：（時(shí)間單位為分鐘，重量單位為克，光照度單位為lx）

4. 數(shù)據(jù)分析：按方案一設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水功能。滴管出水速度與光照度有關(guān)，光照越強(qiáng)，水滴速度越快;顯然，通過(guò)太陽(yáng)能調(diào)節(jié)器控制光照度完全可以調(diào)節(jié)水滴速度。在2小時(shí)35分鐘的時(shí)間內(nèi)，出水總重量為290.3克。但一個(gè)500克容量的太陽(yáng)能集熱器，只能滿足4個(gè)小時(shí)左右的滴灌需求，即使通過(guò)太陽(yáng)能調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)水滴速度，也只能滿足兩天左右的滴灌需求。

【實(shí)驗(yàn)二】

1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證方案二能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水。

2. 實(shí)驗(yàn)器材：太陽(yáng)能集熱器（依據(jù)黑色吸熱原理全部漆成黑色），太陽(yáng)能調(diào)節(jié)器（依據(jù)白色反射原理全部漆成白色），貯水容器，滴管，塑料杯，空氣導(dǎo)管，電子秤，計(jì)時(shí)器，照度計(jì)。

3. 實(shí)驗(yàn)記錄：（時(shí)間單位為分鐘，重量單位為克，光照度單位為lx）

4. 數(shù)據(jù)分析：按方案二設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水功能。在4小時(shí)30分鐘的時(shí)間內(nèi)，無(wú)論光照度怎樣變化，均不能使貯水桶的水滴出。其原因在于太陽(yáng)能量有限，空氣受熱膨脹產(chǎn)生的力，不足以讓水克服重力及管道的阻力從出水口滴出。經(jīng)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)只有太陽(yáng)能集熱器高于出水口時(shí)，在太陽(yáng)能的作用下，才有水從滴管處滴出。

【實(shí)驗(yàn)三】

1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證方案三能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水。

2. 實(shí)驗(yàn)器材：太陽(yáng)能集熱器（依據(jù)黑色吸熱與白色反射原理一半漆成黑色，一半漆成白色），帶單向閥的滴管，帶單向閥的進(jìn)水管，水位指示器，溢水管，貯水桶及套在貯水桶內(nèi)的花盆，塑料杯，電子秤，計(jì)時(shí)器，照度計(jì)。

3. 實(shí)驗(yàn)記錄：（時(shí)間單位為分鐘，重量單位為克，光照度單位為lx）

4. 數(shù)據(jù)分析：按方案三設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水功能。滴管出水速度與光照度有關(guān)，光照越強(qiáng)，滴水速度越快。顯然，通過(guò)旋轉(zhuǎn)太陽(yáng)能集熱器黑白比例控制光照度完全可以調(diào)節(jié)滴水速度。在3小時(shí)內(nèi)，出水總重量為258.6克，當(dāng)集熱器中預(yù)裝的300克水滴完后，出水口不再滴水，可實(shí)現(xiàn)定量澆水。

1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證方案三能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吸水。

2. 實(shí)驗(yàn)器材：太陽(yáng)能集熱器（依據(jù)黑色吸熱與白色反射原理一半漆成黑色，一半漆成白色），帶單向閥的滴管，帶單向閥的進(jìn)水管，水位指示器，溢水管，貯水桶及套在貯水桶內(nèi)的花盆，塑料杯，電子秤，計(jì)時(shí)器，照度計(jì)。

3. 實(shí)驗(yàn)記錄：（時(shí)間單位為分鐘，重量單位為克，溫度單位為攝氏度）

4. 數(shù)據(jù)分析：按方案三設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)自動(dòng)吸水功能。吸水多少與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越低，吸水越多。在4小時(shí)30分鐘內(nèi)，吸水總重量為103.4克，一晚按9小時(shí)計(jì)算，能吸水206.8克，可基本滿足第二天的澆水需求。

李貽曦同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，方案一雖然成功，但由于其存水量太少，只能完成一次澆花的任務(wù)，無(wú)法滿足家中長(zhǎng)期無(wú)人時(shí)的自動(dòng)澆水需求。方案二改進(jìn)了方案一存水量不足的缺點(diǎn)，增加了貯水裝置，可以保證多次澆水，但由于空氣膨脹壓力不足，無(wú)法將貯水自動(dòng)壓上來(lái)，因此失敗。方案三在方案二的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)：A.采用方案一的設(shè)計(jì)，將太陽(yáng)能集熱器置于滴管出水口的上方，提高水壓;B.增加了兩個(gè)單向閥，解決了吸水問(wèn)題;C.將貯水裝置與花盆相結(jié)合，對(duì)花盆中多余的水進(jìn)行回收并循環(huán)利用，解決了存水不足的問(wèn)題，基本達(dá)到了預(yù)定的研究目標(biāo)。

隨后，李貽曦同學(xué)在張才友老師的指導(dǎo)下，做了進(jìn)一步完善。原因是方案三雖然完成了預(yù)定的研究目標(biāo)，但其太陽(yáng)能集熱器的安裝位置影響到植物的生長(zhǎng)，在外觀美感上也有所欠缺。他在完善后設(shè)計(jì)出了一種環(huán)形太陽(yáng)能集熱器，安裝在花盆口沿的上方，一邊黑，一邊白。這樣，即不影響植物的生長(zhǎng)，又增加了花盆的美感。

2018年4月底，通過(guò)層層遴選，李貽曦同學(xué)這款富有原創(chuàng)性的發(fā)明作品，隨著中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)代表團(tuán)走上了法國(guó)巴黎國(guó)際發(fā)明展的大舞臺(tái)。作品一經(jīng)展出，就受到綠色、環(huán)保意識(shí)極強(qiáng)的巴黎市民追捧，紛紛掏錢(qián)想要購(gòu)買(mǎi)！

國(guó)際評(píng)委一致認(rèn)為：李貽曦同學(xué)發(fā)明的簡(jiǎn)易太陽(yáng)能定量澆水器，顛覆了傳統(tǒng)自動(dòng)澆花的概念，它利用太陽(yáng)能的強(qiáng)弱與植物生長(zhǎng)需水量變化相近這一規(guī)律，利用不同顏色對(duì)太陽(yáng)能吸收能力的差別，依靠空氣熱脹冷縮形成的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)按需澆水功能;巧妙應(yīng)用單向閥原理，并將貯水桶與花盆合二為一，實(shí)現(xiàn)余水收集、夜間吸水、白天澆水的功能，為花卉護(hù)理提供了一項(xiàng)原創(chuàng)性的新作品。

這真是：發(fā)明真諦是簡(jiǎn)單，原創(chuàng)之花稱(chēng)豪強(qiáng)。勇奪巴黎金牌獎(jiǎng)，中國(guó)少年帥兒郎！

（編輯 白 鳥(niǎo)）