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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。 ' n S- p5 ]( Z6 e1 Y
, X; Q7 b- K8 b Y# S8 K" C9 S0 s# J
' H$ \" ?1 p4 Y( m( 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。
# }- T ^' Z, H& L% [" } [ 8 \$ W1 B' A! P, q7 j ~
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。 3 Y s& _, x1 @' R! J; `: Z
8 @! Q2 e2 x8 ^- F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。 4 N2 v" c2 o5 U
) }7 g5 j; S: `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。 + \5 K" O) B, Z) F' H
1 K# m, _6 i; O8 k解决思路和关键步骤：
% X) U) [/ f1 j- o% U7 o+ _! D# U; V4 m# |/ K/ h( r
本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析，解决问题。
2 f5 k7 A: u* D9 |1 E& v
# Y9 g+ l; e& D0 j9 _使系统性能提高的技术特性是：
' V! r7 e& i1 e
6 m, v8 `4 d$ }# V1.物质的量 0 N3 Y) o( x) j6 V+ g
* i7 v% b& L( f1 s- q- O
2.作用于物体的坏的因素 + a ~, `1 p% @4 [" E' Z
1 m4 }8 c5 s( m0 h+ m' x! m2 X
使系统性能降低的技术特性是：
6 k" f/ O( U$ [. n
! w3 k0 K( x, }; Z# `% ^) Y1. 可靠性
: g8 n4 t, l+ q* W3 K* `0 O5 K7 ^5 }
2. 能量的浪费 2 E# a3 I1 T+ U' D: {( W2 ?2 Q
$ G, Q3 t( ^) x7 O( Y3. 静止物体使用的能量 , c, J: v5 L% m y
& n) Q* u, S; f
这样，得到三组技术矛盾：
' [3 B( O% Y7 o+ Z2 G( ^
: m1 D% C" Y" j' r1. 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 [( E* U7 w5 I$ K, X2 O$ Q* V
$ |7 _: j* P9 U
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）。
1 G* d* S& ]0 i* ^% L8 u
! O% _$ V+ u" q/ h2 N' f3. 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* `3 ?+ `$ F, j0 N
2 V% Y9 F) M6 M) ~ {- Y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：
/ u0 I+ r" E2 T/ F4 k( ^1 E2 \! J+ i% d7 x
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 M0 [5 h* Q; i* j1 {0 B6 P$ ?& P. S1 F- F! U R3 j% K
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
, o: }6 A% Y7 Y% v( X8 @1 u- s. t& ]$ H2 s' R& Y) q$ ^& O+ n
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）。 % m" V2 ~, f) S# I# u
/ R4 O4 b% H" C2 u
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
0 j) M% }6 W' }% Z/ ^( d& ?0 j. J& d. s3 P% c: \" Z! x* B
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）
% `" ?+ \; E' |& E A/ S" l
0 S2 C& j% u+ o2 t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
9 s7 d1 L: [' C; N3 J" T* T* o/ _
5 y& D9 }( \0 D. e, B1 P最终结果：在创新过程中应用了7#，28#和37#创新原理。
$ Q! M7 {0 s7 b7 P
6 b* g, d; E* j( ?7 A7 {A 应用7#创新原理 : E/ _$ D% V9 E
- s& C) }1 \% U( l解决方案：在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。
3 k: E$ f, S/ Q0 i! x% M/ e6 G" z
0 j' @+ I( I9 Y$ hB应用28#创新原理 # X; h$ p j2 O. I' K$ e {0 ]
& U) q- n! [ {9 X3 Y3 V解决方案：用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。 / A+ D& N. ?9 e1 M$ h6 w
7 I3 |/ I. K5 l
C应用37#创新原理 * k4 ?! `: r: S" \- L
2 ~$ _; u% [% O& k& {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。
$ R( y! X u& r; x! c/ f/ n. S& s. {& V
( p, [2 n* ~/ E
0 ]3 P4 N; K$ T结论
8 y! ]" T8 \' A) j; e5 N) f7 H# a( T- t1 G
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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发表于 2011-4-25 09:32:00
