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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。 1 |* s! p! H( A+ k$ [8 T' h
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& D8 x4 t4 W4 L! c. p6 |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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7 ^' z v, h% E' J @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。 7 \& N1 t/ b7 H. M* p- W/ e
" d/ B2 e2 H+ Y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。 ) R# a: m& M9 k& h5 t6 e
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解决思路和关键步骤: ; {3 }* _1 L0 s! E: a
8 j) R( h" v; B5 Q) h1 p: l本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析,解决问题。 9 [$ L; S! b6 M, l# o' x. X
1 p/ T# d: x, Z" Z, q
使系统性能提高的技术特性是:
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8 T% O( v& C2 I, r2 W C$ I1.物质的量
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2.作用于物体的坏的因素
, ~/ S# [6 G' [5 G8 j# @5 f! t6 w: [* R+ A8 f d4 D
使系统性能降低的技术特性是: / f1 ?4 x, `% ~& ^- ~
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1. 可靠性
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2. 能量的浪费 , @ ~& @8 X3 v8 @: A
, r0 I4 a1 [" X D' r" w8 G( G
3. 静止物体使用的能量 , D1 I5 @! E' M
( R# \2 [8 g* `: ] X
这样,得到三组技术矛盾:
; q/ p( P* b% y8 v- w# f0 B& E {6 f9 }: H. T2 d# g4 I$ w
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)。 & u' l7 m1 w4 b& y% p: v6 ]7 V
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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 W5 k, q9 O/ u0 j0 ~/ \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)。 4 K; f* d, S# }. ]7 \
- z6 {- N- C& 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: 3 _- c0 S' o g2 @, ?+ R
) D; U+ k& n0 ]( W, ]1 m1. 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)。 * x5 |" P9 \6 H: G8 Q! f
& O$ s/ w$ j- e: ]% D4 ?( ]( 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 % _0 ^% Y" G2 ], v$ S
) V# p( D9 L6 Q: g! Z
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 w* i+ e9 z) }0 I6 g; d7 R5 Q
# U, T, \, F1 u6 `6 G3 n: 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
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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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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 # v. Z( X4 C9 `; T/ N3 v* I
# f, f/ r2 ?3 I* n) d# U, [最终结果:在创新过程中应用了7#,28#和37#创新原理。 ; _' O; n: z1 a1 \' N. d6 x
, A6 W* P& P5 ^) u
A 应用7#创新原理 7 x# J# l- D: |, @
$ o9 w* ~$ ~9 Q z' e L6 a
解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。 ( R' O6 v9 n0 Q$ ~; J/ I, O" @% {
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B应用28#创新原理
5 S- ?( |6 X4 T- N3 Z; D' u% t0 V' [1 j- t8 j% B
解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。 7 j8 p$ `3 N+ h( C6 P+ K
: a$ k l/ {+ [, M$ m7 B
C应用37#创新原理 0 c# I' A2 D& M5 V9 T5 @2 w" T
# T- X, Q5 ]# D' e: F3 h; D
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。 4 ~0 B9 a! `& Q& H6 A0 s$ X5 u
- | B' d3 ]* H- W6 J" S6 q; G & y4 K; f" q K2 O" V( r6 K
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结论
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( i# \' e1 C4 ^- Q+ t! O8 ]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。 ' e$ w* L( V+ i$ K3 t( I
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