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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。 , `: U0 D9 S) D# Q: P, \
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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?梢运愠,一只熒光燈可以節約約200升用于發電的石油。 ' J+ O; U/ o( k+ P |
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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。 ' C/ _# N3 Z$ s4 n5 I% I# I
, @: n+ I1 c0 F; R) M$ ^; Z6 _
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。
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" s- A! w% L% ?; K% Z8 t+ }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。 & |% E& V; I, a7 S/ z6 g/ @' r
, A8 ?$ ?, C, d3 }
解決思路和關鍵步驟: 5 R- D1 M5 T2 M/ W2 S/ y
* r: `: N6 c9 i$ A本例可以使用TRIZ矛盾矩陣和原理來分析,解決問題。 7 e( [; {: ]! U+ P$ N
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使系統性能提高的技術特性是: / O$ m |, |" N
' r7 b$ a% N' q+ O3 K1.物質的量 * u# F* \& u1 ~! f+ N$ f8 n1 Z9 W
: C" l. a/ {& Q# ?6 s* Q
2.作用于物體的壞的因素 , }5 \! J1 {. B9 u6 i l; j3 Z
$ h6 N4 B2 g( [' U" J+ \7 ]
使系統性能降低的技術特性是: + o: s; c0 A8 F/ Z: l9 E/ p2 C1 z
6 o- z1 I% K+ N1. 可靠性 $ S+ s4 O: L3 c9 M. O
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2. 能量的浪費 % k! S4 j; K. J! y. c
1 k' |" K4 k4 }5 z
3. 靜止物體使用的能量 0 _% @7 h% [1 \9 F
" t* M! Y) I% y& |: P0 R1 b
這樣,得到三組技術矛盾: * Z* \7 V7 v$ M
$ A4 N6 S+ p5 Y$ Q1 A
1. 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)。 $ f0 V5 `8 L* L2 Y( f; r
3 ?2 }3 @6 b' A" ], Y! O1 C2. 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)。 ) r* R7 Z1 L& `. G- u0 G& v2 X
5 ]6 g0 z5 C% u8 p8 Y* G3. 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)。
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, _1 k: A: I5 Z) M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: 9 F1 a) V& t/ s3 j8 A' H
3 T) E5 e+ S) j1 i8 k7 u7 E
1. 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)。
3 U4 _# K; w! \6 f) z: \& d9 S Q/ h$ K
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 , J* T1 |2 H# l6 N
$ R8 P& f& C) {+ p' X2 M2 W
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)。 9 u3 a9 s. |3 ~; q
0 I0 b% I9 b" ?, w* C; `
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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3 E( r2 E/ @ |+ E3. 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)
# b* D) S9 v, E/ z7 `
8 J0 y4 ]( @1 }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 ( ~5 s' Q5 h S& t, R8 }
8 }4 k5 ^% _6 p1 A2 n. n
最終結果:在創新過程中應用了7#,28#和37#創新原理。 1 S- N3 D. X. s( c* z8 m6 e
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A 應用7#創新原理
( A4 e5 A* b4 d: x
# Q% I5 b' @- a6 t) g解決方案:在真空管的里面內嵌一個玻璃囊。 1 I9 g* o& o8 y+ n0 O& u
0 V6 `7 i/ [# _! `6 p
B應用28#創新原理
+ H( i$ U, c: S$ U H3 ?) Q: Z, W$ ]& ^( Q' v+ e
解決方案:用高頻的電磁場來打破這個玻璃囊。
$ H8 c( e5 M- |, ^4 V1 y( ~+ k5 v1 _' x M1 t
C應用37#創新原理
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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。
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% q$ ^" }1 J$ v: i* c
+ W# v6 \6 n+ A結論
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& u7 H5 j. O& L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。 " c( l1 M9 j# N4 K# i4 [5 V
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