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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。 , K& q( N! a4 y: U
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0 t7 C, @2 X: h' d, K
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。 , p8 u9 G3 |6 ?
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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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% q# [! K( M/ J1 g8 v7 \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。 4 ]2 k/ ?7 z! v+ @+ P$ L+ _4 ~( g
" r8 Z' Z! h$ {4 D U5 |解决思路和关键步骤： : H$ G" f$ q, C7 B$ t/ O" }( D
0 R8 Y# n: I! ]& ]% v
本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析，解决问题。 & v( g; F( Y+ A
7 {. \! X) I* t9 ~+ F4 U使系统性能提高的技术特性是： . `% P. e1 `% z5 H+ K9 `
& P4 {2 }$ B% }6 i0 o1.物质的量 $ @. ]! H4 z! l! P! L3 o' q
" k4 z z$ A, F' E% b# w! j- ^+ B- E: i2.作用于物体的坏的因素 + A! d0 L9 ]: ^2 W; V0 L0 B
' n3 f2 @ k1 g1 X. A
使系统性能降低的技术特性是： ! o4 [+ |( o% z2 Y* \+ m
* Z/ w7 _1 a$ \& F- M6 b n
1. 可靠性
* h/ v$ @9 w4 D0 T
4 X( T! Y9 m2 X* E4 ~, e2. 能量的浪费 2 y' X2 W( r* D u* K3 _$ J
7 T# i* U; z- i3 M, T8 t1 }1 U
3. 静止物体使用的能量 4 w2 R* |* w( d! ?: u' U% k' y
! Y6 ?$ l0 M# J9 j: n S& B
这样，得到三组技术矛盾：
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: ?! |: I6 `- k3 u- s1. 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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; e# F5 Q4 L& a2 e( j2. 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）。
% e j4 _7 s, m( T8 N4 S4 f3 a6 s. Q
4 p& u! K# U O) s% H3. 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）。 : l8 {6 }7 E( T
" I" O$ q" b& W( |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： 9 P9 ?: y+ a p; }
& X+ M7 n, r z. L; o
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）。 3 z, t" |* y2 _8 w# w
) L% l7 ]" P% S% X
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 7 X+ e8 m5 }& D9 I- \) Z" [5 h
1 Z+ L8 N+ E9 r# ^
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 N( Z' Z4 W: E7 ^. _# V' U
/ l3 ?) t+ ]/ V& 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
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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）
/ a' o7 L" p; N
5 Q) Q- _" B& ]5 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
6 S( @" `4 P: N) e1 P2 V* f7 j4 J7 Q0 T2 m+ K
最终结果：在创新过程中应用了7#，28#和37#创新原理。
/ [9 l- n [: N+ E$ L% {1 h: }+ @8 z- |% B! \: d% \% I& D, D" t) {1 w
A 应用7#创新原理 0 u4 e+ ^' O! J6 v3 i1 ^
# c5 m0 ^, }/ t9 Y$ M
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
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8 N3 v% j' y/ [+ s/ d/ y& g! [解决方案：用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。 : ~% V6 ^, ]& @( b6 p# k$ D
4 [! O, X, } E$ j! I* nC应用37#创新原理
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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。 1 Y( k2 W0 f$ J6 n1 Q. {# b
4 b; b2 P9 ~+ J/ f 6 r$ K0 p& G- A6 ~; {; [
! Q; v3 j1 D {& v8 w8 w! `3 T
结论
' o; q9 t" C8 } E S5 i! e0 D: L; T' H
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。 " k9 f; @# B6 h' A* X9 V
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发表于 2011-4-25 09:32:00
