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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。 2 L8 u9 s4 d5 o4 N& `
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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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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。 ) Z# Z6 `+ G' p p+ f7 i2 R5 x
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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。 5 ?! ], E! X6 `% O3 g. \
+ k1 V; k4 w; T7 X# C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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) U5 Y {* u' |本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析，解决问题。
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使系统性能提高的技术特性是： 7 Z T, z' m0 T9 N1 t" s" \
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1.物质的量
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" P4 P: }% i5 X0 G0 W4 m2.作用于物体的坏的因素
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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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$ z3 m% u; p8 x( U- K3. 静止物体使用的能量
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. U$ P5 V, c6 M& h( `$ }) H, I这样，得到三组技术矛盾：
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3 Q6 V% c; f4 B+ l, J. \0 O7 F1. 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）。 s! J" |2 c3 u! ~; f
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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）。
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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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+ c. l& D' A" k- p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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' J( l5 r( D/ J" t1. 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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3 e. V1 d( L; I0 \4 j& `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 8 i; i0 E3 p$ f0 X
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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）。 8 [: l, c: f( a/ H4 g
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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） : `" @- M7 X" ]
% F# n$ l3 x+ `& J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
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. n' t6 u0 W( s最终结果：在创新过程中应用了7#，28#和37#创新原理。 7 V( W/ i3 E2 J% S/ P! G
& m$ k: Z" ~: K2 v! L- N% W0 RA 应用7#创新原理
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0 X) I3 v) r4 n5 Y4 ^1 X( ~/ x/ z* ?解决方案：在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。
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1 T h. \- `2 j' BB应用28#创新原理
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0 y( `/ U- e3 o3 p- j. r解决方案：用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
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( V+ ~5 L8 c0 [/ z' zC应用37#创新原理 7 K( B8 H9 ]9 }' R9 h* I& g
; b" k3 X7 ]% x0 a4 K Z; E# |) L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 w! K6 p; A k; G' Q$ }3 M
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结论 8 `) v2 E* ^, ^
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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。 3 S4 Y- {2 [" \, V! V& i5 q
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发表于 2011-4-25 09:32:00
