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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。 8 `9 k: p( @: ~
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$ k+ m6 c, k6 F5 h1 p y& u$ z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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5 A! l3 n/ g- v7 k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。
3 p2 g: S, I" K; }5 D. ]* r. i1 r, G& U3 r" W) @2 m& \) `
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。 , J( [: T+ B6 P' X4 p
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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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解决思路和关键步骤： 7 c) J0 c2 q9 n) r" M' D
* [; X# U/ ^3 n5 ]: V/ A9 T, N3 U3 F
本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析，解决问题。
# _9 m$ m6 ?4 j' b% K. d6 K6 h7 L# N, k
使系统性能提高的技术特性是：
" n# X$ I9 _0 P5 x( L0 @: [2 O& B8 }
1.物质的量 # h# E& J# R9 R
# _0 C" e" A+ ?, q0 z% J' w
2.作用于物体的坏的因素
# R' N: D5 c$ g" J7 Q! D" A, N% U) \4 x0 l
使系统性能降低的技术特性是：
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1. 可靠性
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% q# |# z& r4 c- K% h9 u4 g2. 能量的浪费
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3. 静止物体使用的能量
7 T D4 i* [7 a; r5 v9 i* A
R' k2 @3 a; q" f0 E5 Y, u' k# z这样，得到三组技术矛盾： : r/ W& o; H! k% \8 q' b, K* V
6 ]; p5 \8 M) k3 n& V5 C% }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）。 ) \ N. b6 J$ n" o$ Z/ w% ^3 T$ I
! `; p7 O( m% b- ?# M+ F2 p2. 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）。
4 V3 Y( w$ U6 S) e: K4 r6 A
`) `2 u. U h5 s5 R. |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）。
4 m3 G2 d( L# X3 R9 `: k/ H$ w! k6 N" z ]5 \3 o
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： * j6 r; l7 _ x& U& k9 A2 ?. G
- A1 P f3 c1 q" C- b4 @" z+ f9 R
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）。
4 x/ Q4 R% W5 T$ k' x% r; T! N
! r+ F# `# [8 G/ i0 G# B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 ) j. s( P7 ~, [: R# W4 K' D S9 R
( i/ X3 j/ K m* \& W8 E2 E& Y) Q7 ~
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）。
+ P d' L' r. K. J: y
6 u9 T' m" F+ c' T% T' r, [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
2 T1 M) y. K; X$ q- r7 A6 j9 r8 r: d* g2 z7 J
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）
2 t( c q" J! O6 [
& ? e4 S; q- x; \6 ~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
8 S/ C' b8 n$ J# m- E
: T- k l1 i4 W. L/ t6 G最终结果：在创新过程中应用了7#，28#和37#创新原理。
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, r" `3 j+ V, _( ^# P; t# _, SA 应用7#创新原理 ) p1 s: N6 g/ B4 E) T* k7 s! S
$ V5 Q6 ^/ Q; r/ A( c
解决方案：在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。 : E, [3 A0 M+ l8 p
* }3 }/ w& p2 W) _) v, U4 UB应用28#创新原理 3 R* J/ Z3 ^! R& q
. N l: f/ N! K7 c# A解决方案：用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。 * f( z8 T' ? S
+ ]7 e# n7 T/ Q% G. lC应用37#创新原理 2 U" q$ E5 C% n% z1 Q8 D I
1 T9 Z# Z' f1 h6 [7 l) J7 w# D
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。 8 f h: ^# W' R- E0 d2 Z
: S S0 y! H! F# v2 Q/ d6 H8 }
' b% H5 S. S- Z& v2 q# C" o
5 d' H; p X& m. u结论
! ?$ V4 O/ {; ]' c# Q
w# X+ G- h) J* ~/ e) l& D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
