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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。 - n: Q2 `- R% y& B* K5 }; s
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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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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。 % ]* V0 ], q2 }4 D
( U+ k& p7 a+ E- \ @* G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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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。
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) }9 m# c& x6 x4 g解决思路和关键步骤：
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本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析，解决问题。
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% Z8 s, f0 B, k$ \( B使系统性能提高的技术特性是：
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1.物质的量 , i- _0 ^/ Z X3 j' d
, {+ D0 Q }: E$ O2 p1 c* |5 b
2.作用于物体的坏的因素 * b. a- g" y2 D
* h) l8 B* z, p7 j
使系统性能降低的技术特性是：
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) ~' R* R b0 ^# g; [% |1. 可靠性
% S8 c% B5 ]) m. T e1 A8 Z) h, S( T% z9 R: u4 q5 w0 W
2. 能量的浪费 ; n8 ?( \$ n1 q2 J
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3. 静止物体使用的能量 Q1 l7 Z5 Q6 p/ _$ ]) Q5 Q
9 F1 Z( @! i4 Y. E) r这样，得到三组技术矛盾：
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9 ]+ w6 o6 C- f' S5 f+ ^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）。 , K3 n3 g$ [ [/ r, F5 j. A$ z
3 s7 z9 h, s0 [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）。 9 W2 h, ] i5 t8 l9 B8 e
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3. 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）。 5 f# I5 L9 |2 K" C
, a6 y9 u, B$ `& x8 X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：
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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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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 6 I) ]- \: m( Z8 v
# l- R) g8 M* k2 B; I" g/ Y2. 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）。 & m! \9 |2 l+ d7 ]% |1 k
& ?: r4 R) S+ q! S- a
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
( B6 m. R3 L n' I5 P9 s# S% K) S+ l8 g. a0 s! g5 u8 j, B
3. 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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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 5 C# F5 g* g m2 ]
) J+ R! Z. y b最终结果：在创新过程中应用了7#，28#和37#创新原理。 / \1 p! ?3 h) i O( @
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A 应用7#创新原理
3 t2 }; C& a6 @" n9 { u- P8 F4 _" E9 g
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
0 ]7 E' G' o7 o# o1 y; U ` c1 ]9 A' Q. n
解决方案：用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。 * V6 C9 C! h* n/ d& v* ?
) b& B/ X! p& E1 [, p' dC应用37#创新原理
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7 B! x( H9 }/ T9 @4 M# b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。 & k! w5 G7 e! v% w: w
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2 r" q& P7 Q. v) n结论 9 X: b) w U8 e( p1 X+ `; g
0 ~7 S7 W- h+ O6 [8 I! i1 J$ @: s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。
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发表于 2011-4-25 09:32:00
