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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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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。 $ V, Y A. \' j8 }: D# A
! m, `. p/ h' ^8 C6 G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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8 J. `- A/ \' L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。 & d* h4 B: q. m1 D1 U3 A
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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： % \8 ]& C% a3 d7 k. a
R i- c& y3 z5 X本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析，解决问题。 $ ~! I+ G8 z. h0 e2 _) _
: c7 n, A/ V: S% _# H使系统性能提高的技术特性是：
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e: e: Z% [4 i' h1.物质的量 5 K% x2 r7 S1 l- m, H) r
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2.作用于物体的坏的因素
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3 S) F0 w) {. j- \使系统性能降低的技术特性是：
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1. 可靠性 & p. r' A0 ~; h/ F
0 e' \) b& X/ k+ G! U8 O* Y2. 能量的浪费
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3. 静止物体使用的能量
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这样，得到三组技术矛盾： - b3 l h6 R5 p U. C8 V
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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）。 % T4 K) N% l. G3 A$ d
: _5 a+ c) F/ b2. 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 s$ |$ _ `% O" v$ _; ?) K. C( ]
; }0 S" A, {' s3. 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）。 * n% L+ p( p! ]. _- ?* N1 P* k1 _- V
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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： ; ]7 i1 ?; m/ l1 o
) w2 l& X( |2 ?9 W c0 t! K1. 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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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
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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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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 5 A: T1 C* q( w% A4 c
# A0 I/ w$ r0 W7 j, w: R3. 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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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 3 S; ?1 |. w$ G; F( s
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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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' J, G# y# Z. Y7 d# kA 应用7#创新原理 ; S! i4 E0 @% v1 K
" ~. t) g6 L! Q- W# ]+ r+ H: R* F解决方案：在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。 - D% |& m$ P: L+ ^# k" ~
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B应用28#创新原理
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解决方案：用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。 % S: K& A' n$ a( Z9 J8 J0 B
: E6 s1 C. O2 |" l" e: ~C应用37#创新原理 ( P- ~" Z6 \4 O$ C# z- n9 n
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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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& x& R2 W( |/ u7 a5 r结论
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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。 6 Z) p8 X: B0 J" |
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发表于 2011-4-25 09:32:00
