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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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, ?" D3 z2 L5 H. N) K2 `1 |; v, D" [' J8 o
" R5 J0 ^3 d+ Z+ T4 v3 R4 Z, M8 {0 Y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。
5 R! C0 r s, N! O, f; {, ] , m4 b0 G! y4 ^) y, L$ d
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。
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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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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：
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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。 $ g+ ]' ]3 @/ X
8 q- {- Q. w$ B: d
使系统性能提高的技术特性是： - T! U0 B; A1 n: n, h
9 } \0 n( ?) x2 Z; C( a& y1.物质的量 ; l! ^+ D6 L/ Q9 G! M
5 D0 ~! L1 N1 [9 I4 @: R
2.作用于物体的坏的因素
$ S$ S3 t8 o; ~$ W2 `% c
& i. v+ u7 |4 x# J使系统性能降低的技术特性是：
" X: S8 ^+ K6 T/ F- B3 W$ _- P& @( w: m% S0 O# Z) h! C5 y( W
1. 可靠性 0 s/ B& n5 b' S# h& [* r
8 S \6 [ w a9 o. l! L7 a, R2. 能量的浪费
6 b6 _& c4 O: m7 K- n$ _" A/ v4 b1 x8 }; l, ]* b+ R
3. 静止物体使用的能量
, g/ m n/ X) q+ q+ f, `9 [7 N* h5 u9 a1 N2 v$ c0 F4 M; Z P
这样，得到三组技术矛盾： 1 B5 \+ X7 w+ F* L9 ^
6 d8 b g" N# s' H& j1. 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）。 * T. x3 Y! j0 h' k9 G+ E
2 w" _" y8 f- ~7 g2. 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）。 & e9 E5 b$ v+ ~9 U
) k- C8 k5 U1 y& }. Y$ q d" m7 E3. 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 l' i' K% }/ x( I7 I Y
* [. I0 d& B" r. C2 W i/ V2 ?
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）。
0 A6 z( \: c- j# P
& d+ ~ n( t! _2 r& |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 4 m0 D5 r8 h) n8 ]/ F" ?
3 o$ y; D9 m6 ?, m* X
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）。
& v4 O$ M. X7 d: e/ o" U
& `* z ~6 @" M' E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 & x. `' F" v3 {5 t
6 c' K3 |) _% z- Y, s2 F
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） U, U5 b% Q% W4 q$ ?$ g
$ X/ G {8 h$ W7 F% h
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
, U0 j8 [! [" K6 F" `9 }
Q' b R$ N6 n9 w$ C, u最终结果：在创新过程中应用了7#，28#和37#创新原理。 & k3 k9 N& {( W) D
5 Y p% R+ x( f0 V$ _/ K
A 应用7#创新原理 6 U/ p+ ^( x) Z4 I& h- Y
% i C7 B; q* M* O2 g! Q P
解决方案：在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。
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. V( L* q- i7 h. Q9 p5 D+ m+ ?B应用28#创新原理 5 e+ g0 e1 r5 \) ^
: k' g7 t& A f- P0 m* g解决方案：用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
1 M. Q3 R* ^ u O1 V+ T9 r; |
% A, Y6 A. ?, S3 FC应用37#创新原理
* `6 i) b# P% Q0 }
' {7 j# F0 _: |+ |1 Y" P6 g8 L; m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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. c( Z6 o! I# u9 e0 O8 y
6 d9 s5 F) b6 p
结论
. I4 ^7 }. ]; W! T7 |/ _1 B
( w b2 y7 m) O! V4 _; B% M5 l y2 t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
