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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。 . q6 H% R, w% K6 d0 G# t: S
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7 s# a7 U5 R' H3 f 2 Z0 T6 J" X$ B& o
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。
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# t! x1 t9 B& K% n6 `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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4 M% f/ z" e' |# U$ a$ m& L4 j* ]$ T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。 ' N5 C* ~$ o6 ]+ S# C# ~
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解决思路和关键步骤:
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% r. T2 ~/ k+ b, u本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析,解决问题。
% T% _% |$ v3 A5 [% V' k% l- K6 C+ w5 C% m7 ~ \
使系统性能提高的技术特性是: : C9 W9 k7 O3 A/ i
( c7 X5 R) a4 e$ S1 h9 a+ \1.物质的量
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2.作用于物体的坏的因素 ( s6 k2 P/ H' M! E% l5 C/ W
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使系统性能降低的技术特性是:
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2 Y8 b+ |. y0 W0 d7 M% e) f6 ~1. 可靠性
- h2 V5 I8 Z0 w1 B% Z1 ~
3 f$ f' G% H! w. Z& @4 ^2. 能量的浪费 7 L1 w5 L$ X8 ]3 b: }
' c/ o `7 g2 F$ W3. 静止物体使用的能量
+ O* H* l6 g9 t4 {3 ~
! v' H3 x" x" V6 L! @# u! j这样,得到三组技术矛盾:
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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)。
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7 |' t. P: ~" A% Y2. 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)。 : g' c4 w" o( r5 S7 v
" s7 Q% ^, I+ P3 K' j
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: 0 [& ?6 t" Z7 I& e* s c
7 z! @* d7 O, b" }3 T+ l
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)。
6 {+ H+ A5 V$ V, }6 V( k+ G7 a. X1 M8 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 . k. o* t$ A( n; T
; m. m2 J! ]7 Q. M, J3 {) R. H
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)。 ( j* }% z: D+ B0 U7 F7 f/ Y S
, |4 y2 `& \: [* f* [. G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
: n6 i( i/ B; E+ k0 {/ i6 j
6 c) L* a- n. O, M, [- ?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)
b* S: Y9 I* k& P8 K# k, X- `; y7 r. [+ a
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 ^% _2 m( e2 _. C7 s/ k. _
& ?; r$ f3 Z% R最终结果:在创新过程中应用了7#,28#和37#创新原理。 1 Q' d& o7 G- H6 ~" F- n
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A 应用7#创新原理
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; a5 K B" O9 H1 P$ t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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0 V* o; i4 n* j; b3 A解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
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+ {$ Q7 B7 r1 n+ @# E7 i0 [C应用37#创新原理 # b8 G j" ~. {! V
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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。
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& |1 O2 U5 `2 V/ C+ v结论
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6 K1 ?0 a/ _0 Z, z: J: m ~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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