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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。 / E/ I* V5 b; _$ E. _4 O- A
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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。 $ E* b! P* T9 L- z2 Y" u# _
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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。
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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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# f0 R$ G' i2 I" N; ^" I解决思路和关键步骤: ! q. C& V5 z/ K8 b" l. e' r" I# s
' {# V/ j H3 E; S, [本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析,解决问题。 7 X% ]4 ~$ R2 o. K
0 u, Y- F6 ^9 w) b1 \使系统性能提高的技术特性是:
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1.物质的量 * o) Q, o$ J- k4 x
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2.作用于物体的坏的因素 % |; w6 J9 P" n& [
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使系统性能降低的技术特性是: * M' U9 ~. x" S) Q
4 e6 {) q3 F6 c' h1. 可靠性 ( @' w0 p5 e! P0 f0 d" O" y
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2. 能量的浪费
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1 m0 m! f5 u8 V" I# x% m% ]3. 静止物体使用的能量 , E5 Y7 @0 N% N4 F3 v
/ A4 \* s' t% T8 H2 j3 ], R这样,得到三组技术矛盾: + A' ~5 ^# }) O0 ^
$ @) R0 ~- C2 l% 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)。
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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)。 " M& ~+ a' o8 p8 Z
5 F, B9 z: H- M6 H# h5 t* R3. 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 G) }$ D' d7 H0 V1 f5 B' c9 K# K3 J- o+ o& j
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:
3 {* V' U+ Q. `# `/ K$ J( q& q
9 C+ D5 g2 p5 S, o1. 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)。
' Z2 P, L+ P R' N
& \- x6 {" a9 r' V" j. @* 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 - \: k7 i, p) z/ o" l8 s# z0 o
7 N, _2 X' Z* n( ~4 s
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)。
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" F$ N0 w5 u. S- [1 Y! ]1 P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
4 H1 F0 A' r& E+ K
& ]. D( I* H b9 o; Z3. 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)
& v9 }9 q7 ~$ H ^2 g
1 n+ F( v$ W( ]: [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
' ^, M2 o/ `8 Q- u; P
+ z& S* r! L/ d3 M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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, O- E; g; x% }& e9 y* J1 W k" JA 应用7#创新原理 , A% g) `8 i- _6 D
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解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。 6 L M! M h- G3 z
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B应用28#创新原理 4 X" x a# d' r9 L
, Q7 O/ e4 {* t3 a( v
解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
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C应用37#创新原理 ) O" |# b9 @) C/ _( Y: [) m
% S) T- d- E' J* z' q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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0 F! p/ ~( o7 T3 n+ u4 \. W
& ~ O! y) V) h+ ?5 n% T结论
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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。
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