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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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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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. ~, }& z' g! C+ h1 o- C* F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。 2 e6 ^8 S; x6 Y0 T6 r7 o4 v
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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。 ' ]9 |8 m; e% n1 d& o
+ ]5 w$ U2 U& U4 j0 @3 ]# m3 M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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' w- I( d3 a* U5 o1 E, [# _4 u$ u: y1 \$ {8 z本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析,解决问题。 1 \. t# d0 o) r% Z* F- ~
: O1 X+ e/ Y4 c) U% ^- W使系统性能提高的技术特性是:
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# u0 G+ S9 z6 G9 Y3 }1.物质的量 ; A$ Y& v; b+ _, S# |( Z
& r. U. P0 ]. j, ~" D$ }2.作用于物体的坏的因素 , {5 o3 u+ a- [$ D( S4 m
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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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2. 能量的浪费
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# X5 V; k/ s. c1 ~# b& M5 F3. 静止物体使用的能量
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/ v9 y q: ~. y& K7 f# w, Q这样,得到三组技术矛盾: ! G/ {6 n$ R' F# e B
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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)。 8 |9 m, n5 D; I
6 p; d, W0 ~: \. L8 B2. 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)。 ! b! T$ W( r+ m
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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)。
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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: ( F1 d v( h1 S4 h; q) h
) R0 V5 p& O* [9 k' G- n1. 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 r5 z/ k1 ~! q$ O& D. V/ f
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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 . \# O4 p# @1 w* `4 f$ E/ s
, ]# f) d* a' v2. 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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]8 T F4 ?+ I2 M: X' 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 9 e" }+ X' E0 Y& k6 [/ ^$ L
" j/ W' J: [3 l3 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) - G6 y8 K- l; w9 X+ c$ E) e0 n
/ C( O8 }! P* w8 f
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
+ b. `1 l& D! c* `6 Q* V0 @3 ]( ^; Q% Y$ h. U4 B
最终结果:在创新过程中应用了7#,28#和37#创新原理。 2 e, @( y" q+ z l7 P: U, A) b; V
4 _, t" R6 G/ Y- U5 ~A 应用7#创新原理 * z5 A' F3 D3 q3 |8 _6 Y* M$ L
' [5 F7 S9 B: G& |) u: X解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。
* J8 F1 w; N6 C# X2 v. J: X
2 q$ h: t% l3 }0 _6 u( j1 g8 u6 qB应用28#创新原理 ' X# |6 X& j6 I" O: E ?
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解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
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. Q0 `2 o+ U8 k& Q" Z( S& eC应用37#创新原理
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' g7 g5 u F3 \. v$ _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。 7 H6 t/ g2 j( g7 C% V% O0 D: l
0 n+ F0 ^6 o; |! H/ A. Q2 } 7 P6 x5 j1 D/ O+ _2 U, [
% r. S' ]2 G. J& ]) c5 J7 i, h结论 & ^4 b; E& w! p" ]0 J
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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。 ( O2 Q" g8 t) G# \% q2 G
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