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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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4 R, E) I1 Q9 H/ q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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/ \4 O/ F0 X3 Z( _+ |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。 0 E, ?9 E) @; u2 w h
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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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9 s% c3 Q, C2 Z- x8 _- \, y* \5 E# \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: : Q& Z0 e6 e5 ]: j Q; X
1 M6 b/ A3 g/ z9 U$ b8 `% L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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8 p9 \' E7 |1 Z U使系统性能提高的技术特性是:
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0 t% m8 {4 k { N S4 I1.物质的量 0 G4 O9 J5 t% z% _( M4 F# G" w
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2.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: / r- N* ]: o3 |, @
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1. 可靠性
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0 K3 t& ]9 z& m) ~5 ^2. 能量的浪费 - F) q! A1 F& e7 |4 Q# k
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3. 静止物体使用的能量 0 Y( ]1 U, G2 u' { W
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这样,得到三组技术矛盾: . v& O3 L' x1 x: f
, z. O; `' l+ X4 U1. 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)。 5 T9 w1 U5 y2 A% c: p
( Y' f3 Q9 f0 e V1 S. J! z2. 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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+ T2 Y0 W) M' V* L! }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)。 * ^6 E% ]* b% u+ N; M
# C U6 f* ^0 W6 L# ~6 z) i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: 1 |4 U. v# o2 {2 e5 V% K# l
4 V! d' q; L2 e* A* H6 x' c' U1. 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)。 # L9 i; N! G( ]: _0 L
* b) V3 I/ {! T$ T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 1 C- {4 U3 T! l# x/ F q0 ?* z
6 f) U6 h+ B# a2. 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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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)
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" j& P U Z; T% Q" U. ~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 . K; _" Y7 s. j% t7 h
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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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A 应用7#创新原理 ; k, o n3 k9 e% e b( e
+ P, {8 F, R7 Y9 E! O' _* o解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。
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5 s% ~, G* s7 h) x' KB应用28#创新原理 6 C& h) [- @0 K4 ]$ N
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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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- p/ u; z' v0 MC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。 9 v5 s5 Q- \! b S7 t7 g2 S
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9 u+ Q: s1 b: r4 P A$ D0 I 5 C/ V. K$ _( [8 f" K A" j7 D
结论
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' C# u7 Z7 g7 j' f6 i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。 ( H# H4 U4 r# y1 V1 p/ \2 R
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