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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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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。 z# H0 i6 p( N6 W/ ^
, Q( C4 Y, Q2 Z6 g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。 0 c5 Y1 \# J+ i$ I
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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。
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1 S+ ~4 g7 b% F* ~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。 * O# N& Z! \2 B* M# e6 R
8 k; c& C# P g9 n8 q& O$ s! [解決思路和關鍵步驟: , [9 c9 r2 O! F- E; }
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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。 ) C/ b" S- e% V z
1 ~6 I0 k/ t" x" ]* w- [' Y使系統性能提高的技術特性是:
! Y: H- q; t' e9 }- `$ n' s
' q3 L# K' o0 f! t1 `1 D$ h1.物質的量
. h0 ~. [3 y+ X2 K, D( }$ C+ p2 k6 l. g) g* q' V# g* u; q8 y/ y
2.作用于物體的壞的因素
# L: g: U( \" I7 n6 k$ s* y; R. c" d# a! q+ D0 _
使系統性能降低的技術特性是:
/ t2 ]' a# Y$ o' f9 z
, {# ]5 ?' E% L6 @1. 可靠性
: c0 C) A2 X9 r! t. H1 Z5 n7 {' S' b- v
2. 能量的浪費 ' D% e" D- m* s9 \
: h8 {* z4 B( J7 ]3 l& P
3. 靜止物體使用的能量 1 Z- {; f/ d2 b' t0 _
) h0 y; U% d- u! |9 C5 m$ N3 e$ X
這樣,得到三組技術矛盾: , C" V' |, v- B
& t( A9 J( `, u
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)。
: W7 L5 s9 q- g" Q8 K9 B5 d3 A2 _
; n. K( k$ s! }$ `9 W+ J/ v2. 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)。 * L' f8 f, e7 t+ ]" m
4 j6 N+ E/ e3 u% g _9 X
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)。 5 F4 k2 y* v O- ]7 x7 X( O+ j
0 s7 M/ t o6 }/ P5 l
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: & W1 Z; ]0 [6 X6 K
+ L6 v+ `& p) H; T P3 s; j1. 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)。
8 T$ A! S5 W9 E7 p6 E6 S9 Z5 d8 g& j" e9 I- j' e; J
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
# P" X, r/ L5 }8 `! Z% m1 q5 I/ [+ n9 Y/ f( q0 {7 L Q! Z+ D- z
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)。
1 A- |! `) \ }! L0 K8 Z4 \! V: V, G
" b. A* F8 Q) F" O5 I9 Y" D; }2 k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 6 E8 b' P5 n: U
: V2 A) u1 [' Y
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)
) \$ O- X s' v) J# {' d; F; o9 O0 h( \8 O0 a
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 : [4 n, M9 j- ?. W: m* B4 F/ Y+ A
; E$ | P5 L d$ a最終結果:在創新過程中應用了7#,28#和37#創新原理。
+ v, V4 z0 p' E: e# U, ~
2 O% X, n/ |- y8 h) I- {! \( k' mA 應用7#創新原理 l- U) @1 J: ]% w( H9 U
- a# y& Z* ~- d! b& _; G解決方案:在真空管的里面內嵌一個玻璃囊。 3 {7 V0 p: R9 Y5 F& B, b! @6 J, Z
1 m8 `+ D) T) }+ e7 j7 D- _- u
B應用28#創新原理 : s# A4 p# A, u" m/ B
$ N* e9 U6 y( @- }7 h解決方案:用高頻的電磁場來打破這個玻璃囊。
3 a' j( m) G$ c& G4 R" _; i* g, u1 l! `# T& p. N' B
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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' K. A" h3 x4 g5 H4 ^" J% e$ _ % y2 s: ?. b8 }
結論
& [- \( F9 f9 t" z V- R- ~, F
6 D' i v4 z3 v# m0 [; p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。 * Q& S6 Q; f# \- I
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