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樓主 |
發表于 2011-4-29 10:27:16
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應用背景: 綠色家電是當今家電產業的發展趨勢之一。所謂綠色家電是指家電的生產和消費能夠降低對生態環境的破壞,減少資源浪費。白熾燈由于具有耗電量大,耐久性低,使用壽命短等缺點,已經不符合這種家電的發展趨勢。Philips公司開發的小型熒光燈(CFL:Compact Fluorescent Lamp)是白熾燈良好的替代產品。它具有省電,使用壽命長,易回收再利用和環保的優點。
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% W1 \4 n% u! ?7 N, T9 b有何經濟效益和社會效益:光燈具有省電,節能的優點,有很高的經濟效益和社會效益。1997年的一份調查顯示:1994年全年共銷售了20億只Philips小型熒光燈,并且以每年15-20%的速率穩步增長。這些熒光燈至少10倍壽命于相同功能的白熾燈。也就是說,相當于200億只白熾燈。而且,一只18W的Philips小型熒光燈相當于75W的白熾燈,節省了3/4強的電能。可以算出,一只熒光燈可以節約約200升用于發電的石油。 # D" S4 D, j/ G
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問題描述:熒光燈的發光原理是,熒光燈管里充滿了水銀蒸氣,燈管內壁涂有熒光劑,水銀蒸氣受高壓電激發使電子跳脫出來,部分電子撞擊熒光劑后發出白光。長期使用的情況下,熒光燈往往亮度變弱。這是由于真空玻璃管吸收水銀蒸氣,造成管中的水銀蒸氣不斷減少。這不僅削弱了熒光燈的亮度,而且縮短了熒光燈的壽命。由此可見,如果管內水銀蒸氣量過少,會降低熒光燈工作的可靠性,使產品在市場上缺乏競爭力。由于對真空玻璃管的水銀吸收率缺乏真實的統計數據,以及不精確的制造技術,傳統的熒光燈往往填充過量的水銀蒸氣,造成了物質上的浪費。如果熒光燈管破損,大量的水銀蒸氣釋放出來,對環境和人體的損害是非常大的。但是,降低管內的水銀蒸氣量會增加電能的耗費。因為為了保證亮度,需要增加能量以激發出更多的電子。 + ~( u0 u3 P, |
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系統存在的技術矛盾有:為了保證熒光燈亮度的穩定性,就不得不增加水銀蒸氣的量;減少水銀蒸氣的量,有利于環境保護,但降低了熒光燈工作的可靠性;減少水銀蒸氣的量,有利于環境保護,但增加了能量的耗費。 4 E* Q- o; I1 w0 b2 r* ?5 v
! T. ~7 P* J! I0 K7 m! O; v系統存在的物理矛盾有:對水銀蒸氣的量同時具有多和少的要求。 7 [. i: p3 W [' x/ B
3 h+ \: f' \) r) A; J解決思路和關鍵步驟: 0 O5 u( x* C" \$ p6 F
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本例可以使用TRIZ矛盾矩陣和原理來分析,解決問題。
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使系統性能提高的技術特性是: ! b; b1 }# _& p. J2 K2 u! G% C& C
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1.物質的量 " d' n) G8 @6 L: k
9 a8 y) _' s! z2.作用于物體的壞的因素
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使系統性能降低的技術特性是:
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! X' D# w2 M+ s1 z$ ? l1. 可靠性 # [& X) S+ k, }" f
: V. R1 Q( ]2 ^4 P6 P! W2. 能量的浪費 6 F' R' s; o9 X m) P) {, g: X
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3. 靜止物體使用的能量 # v ?# _1 s2 W* o# v
9 l% f# n: W, Y! `3 \這樣,得到三組技術矛盾: " u) q" j# Z& G5 D! v# B3 _- M+ T' m7 N
/ O% T( S0 [( W$ \+ p1. 減少水銀蒸氣的量(物質的量),但熒光燈工作的可靠性降低(可靠性)。
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1 S ~- w5 @2 s) K2. 減少水銀蒸氣的量(物質的量),但需要耗費更多的電能(能量的浪費)。
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3. 有利于環境保護(作用于物體的壞的因素),但熒光燈使用的能量增加了(靜止物體使用的能量)。 d; \! Y9 m' C
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對這三組技術矛盾分別運用技術矛盾解決矩陣的方法,得到3個創新原理提示以開拓思路:
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( X$ V% P3 |$ O2 G4 G& \& h1. 減少水銀蒸氣的量(物質的量),但熒光燈工作的可靠性降低(可靠性)。 ! t0 R+ E+ n/ j3 f3 h; i, S9 S6 `
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由技術矛盾矩陣[物質的量/可靠性]得到28#創新原理提示:機械系統的替代
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% `; a2 C4 p. G4 J# ^' _2. 減少水銀蒸氣的量(物質的量),但需要耗費更多的電能(能量的浪費)。
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; d& E0 z! A: H) P: ]由技術矛盾矩陣[物質的量/能量的浪費]得到7#創新原理提示:嵌套
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: t& V" e3 @; }/ ^: s8 G; k% T3. 有利于環境保護(作用于物體的壞的因素),但熒光燈使用的能量增加了(靜止物體使用的能量) - c8 ~% o% u, ]2 F0 I0 {6 E
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由技術矛盾矩陣[作用于物體的壞的因素/靜止物體使用的能量]得到37#創新原理提示:熱膨脹
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. D$ L5 @2 f' G& n+ \- B z5 }: z8 _最終結果:在創新過程中應用了7#,28#和37#創新原理。
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A 應用7#創新原理 ) y& ?& [/ Y0 D- O/ y! {3 M
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解決方案:在真空管的里面內嵌一個玻璃囊。 . I6 c' e0 q+ }- `& H
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B應用28#創新原理
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6 Y, X- C9 f, ~, O7 c4 n6 M解決方案:用高頻的電磁場來打破這個玻璃囊。
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. G5 W" z! H# ?C應用37#創新原理 0 _$ N3 h+ F+ l
+ ]+ ?) l% E2 m( Q5 H( y* a: n解決方案:利用金屬線和玻璃囊的熱膨脹系數的不同釋放水銀蒸氣。 ) C3 k ]; F& |( w2 q! j
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結論
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經過計算滿足性能要求的最小劑量的水銀蒸氣被密封在玻璃囊中。在玻璃囊的內壁上嵌著金屬線圈。該玻璃囊被內嵌在真空管的一端。熒光燈被制造出來后,通過一個高頻的電磁場來加熱玻璃囊。由于玻璃囊和金屬線圈的熱膨脹系數不一樣,使得金屬線圈能夠切斷玻璃囊,釋放出水銀蒸氣。同一般的熒光管相比,用這種新的制造技術,至少可以減少75%的水銀含量,減少了對環境的污染。
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