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发表于 2011-4-29 10:27:16
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应用背景: 绿色家电是当今家电产业的发展趋势之一。所谓绿色家电是指家电的生产和消费能够降低对生态环境的破坏,减少资源浪费。白炽灯由于具有耗电量大,耐久性低,使用寿命短等缺点,已经不符合这种家电的发展趋势。Philips公司开发的小型荧光灯(CFL:Compact Fluorescent Lamp)是白炽灯良好的替代产品。它具有省电,使用寿命长,易回收再利用和环保的优点。
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1 U; v( } Z' s0 V有何经济效益和社会效益:光灯具有省电,节能的优点,有很高的经济效益和社会效益。1997年的一份调查显示:1994年全年共销售了20亿只Philips小型荧光灯,并且以每年15-20%的速率稳步增长。这些荧光灯至少10倍寿命于相同功能的白炽灯。也就是说,相当于200亿只白炽灯。而且,一只18W的Philips小型荧光灯相当于75W的白炽灯,节省了3/4强的电能。可以算出,一只荧光灯可以节约约200升用于发电的石油。
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/ D7 p8 \8 s$ Y O% _4 C问题描述:荧光灯的发光原理是,荧光灯管里充满了水银蒸气,灯管内壁涂有荧光剂,水银蒸气受高压电激发使电子跳脱出来,部分电子撞击荧光剂后发出白光。长期使用的情况下,荧光灯往往亮度变弱。这是由于真空玻璃管吸收水银蒸气,造成管中的水银蒸气不断减少。这不仅削弱了荧光灯的亮度,而且缩短了荧光灯的寿命。由此可见,如果管内水银蒸气量过少,会降低荧光灯工作的可靠性,使产品在市场上缺乏竞争力。由于对真空玻璃管的水银吸收率缺乏真实的统计数据,以及不精确的制造技术,传统的荧光灯往往填充过量的水银蒸气,造成了物质上的浪费。如果荧光灯管破损,大量的水银蒸气释放出来,对环境和人体的损害是非常大的。但是,降低管内的水银蒸气量会增加电能的耗费。因为为了保证亮度,需要增加能量以激发出更多的电子。 9 M8 ~' k- | T3 ^ A! c4 N, ~
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系统存在的技术矛盾有:为了保证荧光灯亮度的稳定性,就不得不增加水银蒸气的量;减少水银蒸气的量,有利于环境保护,但降低了荧光灯工作的可靠性;减少水银蒸气的量,有利于环境保护,但增加了能量的耗费。
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$ N+ y$ l; h3 M* _3 x系统存在的物理矛盾有:对水银蒸气的量同时具有多和少的要求。 9 F T( \ P2 q1 w& J
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解决思路和关键步骤: # h0 D. P8 D' B. @4 L
7 R' p2 O. d6 c- v% i, P; J本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析,解决问题。 4 Z, W. ]- T$ G' b4 V u
! ?9 f& n' F! {3 h9 B- I使系统性能提高的技术特性是: 4 E: A/ } M: I' B% d7 [
! g- I1 |% R) ]1 g' B! y1.物质的量 4 j3 a3 a+ k) y& g' I$ d4 y( S
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2.作用于物体的坏的因素 + q- s. O% x( Q
9 @% r8 |( n) j1 U2 S$ ~使系统性能降低的技术特性是:
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/ p7 j, m; L C- h7 @1. 可靠性 . ?2 L! H/ j5 p6 _8 a4 i
+ B/ m; i9 i, c5 ?# [2 I2. 能量的浪费
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_5 J$ L8 N' I% D3. 静止物体使用的能量 5 G: }5 I* o U4 d$ ~
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这样,得到三组技术矛盾: r5 v y0 ?7 W% C; y( Z& A
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1. 减少水银蒸气的量(物质的量),但荧光灯工作的可靠性降低(可靠性)。
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- q [2 J1 c4 g' B2 r& N2. 减少水银蒸气的量(物质的量),但需要耗费更多的电能(能量的浪费)。
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5 F$ U% ?" X: Y3. 有利于环境保护(作用于物体的坏的因素),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体使用的能量)。
1 e% U, N/ B! Y0 y, l8 j! g, p1 [
: L8 e' g3 M6 d* `对这三组技术矛盾分别运用技术矛盾解决矩阵的方法,得到3个创新原理提示以开拓思路: 8 `: {7 e0 n: t
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1. 减少水银蒸气的量(物质的量),但荧光灯工作的可靠性降低(可靠性)。 0 ^/ A. @* s* N2 A$ B0 D" Q
, j2 h( R8 R' j由技术矛盾矩阵[物质的量/可靠性]得到28#创新原理提示:机械系统的替代 0 B7 }: R- _8 o7 `
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2. 减少水银蒸气的量(物质的量),但需要耗费更多的电能(能量的浪费)。 7 r+ U9 a0 t3 M! V: R7 O+ j
6 r; T# }, C, E+ f+ {: \3 L由技术矛盾矩阵[物质的量/能量的浪费]得到7#创新原理提示:嵌套
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) J( O7 F) Y D0 ]0 J3. 有利于环境保护(作用于物体的坏的因素),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体使用的能量)
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3 z. d8 j; d6 e由技术矛盾矩阵[作用于物体的坏的因素/静止物体使用的能量]得到37#创新原理提示:热膨胀
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最终结果:在创新过程中应用了7#,28#和37#创新原理。 , K F5 O# ]- D( k9 [
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A 应用7#创新原理 3 |& e& N2 U. F, i; D9 n
! d7 f9 t0 X: L. L- N" a8 T( `- E解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。
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B应用28#创新原理
* [, n4 z( M4 G4 s% S# v9 ?
/ B$ {1 _2 R/ g6 x& w解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。 " O) o1 L* _* Q- h. I. `
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C应用37#创新原理 A) H; B6 [9 ?/ x
& K a! G9 o- U. Y. E1 [解决方案:利用金属线和玻璃囊的热膨胀系数的不同释放水银蒸气。
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' e& [; j3 G8 i* o结论 " A5 @( B4 g$ c; C
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经过计算满足性能要求的最小剂量的水银蒸气被密封在玻璃囊中。在玻璃囊的内壁上嵌着金属线圈。该玻璃囊被内嵌在真空管的一端。荧光灯被制造出来后,通过一个高频的电磁场来加热玻璃囊。由于玻璃囊和金属线圈的热膨胀系数不一样,使得金属线圈能够切断玻璃囊,释放出水银蒸气。同一般的荧光管相比,用这种新的制造技术,至少可以减少75%的水银含量,减少了对环境的污染。 1 L. g3 ], P* W7 Z3 D# M n$ U& |2 r
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