|
9#
楼主 |
发表于 2011-4-29 10:27:16
|
只看该作者
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。
0 ^( b- P7 |1 \4 o0 {. a% Q: X9 L7 W 0 k% u: i. Q& B/ u& k
* }2 [/ m k+ r3 p4 I
) l6 F: {6 R I; J- l& H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。 7 F: V$ Q0 ^: u
8 a. @& n3 c& T& J7 d* [. D
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。
. k/ s, m1 j' D0 K2 B
! O9 g0 [; d u6 C1 e, K5 O" ~8 M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。
. [- t g4 ~* I) e2 R- [: i4 `( t+ m: t! `) l
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。 ) Y: s4 Q3 a6 x
; Q" D/ q. q; [
解决思路和关键步骤:
: c* g$ v! W; J) Z9 ]7 c& l/ j) U* U! b7 L
本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析,解决问题。
- L0 j4 I: L$ x% ~
8 X" j4 w) N, Y) x! L% \使系统性能提高的技术特性是: ) C6 ?) T1 _3 Y7 D4 j
A4 y$ O- T+ R/ d+ @! V, w" I
1.物质的量 ) M) p6 I$ V6 x( w* |7 q4 W: X
* f' K% h9 a7 z6 N# x2.作用于物体的坏的因素
n$ [% V% r' j( C* N6 ?7 V* q D1 o* G$ O" ^
使系统性能降低的技术特性是: $ Z6 H& r5 D" ]$ e* v" A1 ~) }& v
; |3 [" B- h" x5 I3 B4 F
1. 可靠性
* _ S! q0 p Q- K3 V# h4 v2 }! B7 O! q( K0 g7 _
2. 能量的浪费 & N" v) p) r; M2 `- q& n8 C
3 k/ F4 E: @5 C' X
3. 静止物体使用的能量 & {$ c3 R$ T9 f4 e- g
2 C3 C! q' f* R( d
这样,得到三组技术矛盾:
- P$ d0 ` S# C" w) v# L: d" K1 F' B9 o0 r2 @& i
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)。 4 R# s( |. s6 i
! I6 E3 S! a# L
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)。
! V0 {4 l# D! e% l4 V
; v# w& `, B2 H! t Z. M3. 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)。
/ f7 ?. ?% }# @4 z: V+ G3 x& j4 s& @: E+ @1 f8 V9 D
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:
* r Q+ b6 E% }4 |" }3 {% C, e7 |/ H: Y( N% z7 q
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)。 J8 e, m5 h' w) f) k8 i, ]/ q& p
: q9 L* a! c! L3 t9 k! A- m0 Z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 $ p# k; B/ e2 K
6 F- v& h6 \% _$ d
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)。 ) R; V) n7 K) l" R& L+ a- G# G1 L
! m* b/ U% @+ i* O- r9 `% O6 O# M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 9 H3 y$ I" f* F+ o% W% n' d
$ L6 c& G$ m& A& r/ G& e3. 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; M: W* |: _8 w8 K
- [9 u$ G& I) D* ]9 @' O/ j2 D% q- X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
2 s1 n M" U8 \( B: \. z2 s
; }4 h5 v% ^- q9 W! k2 v* ~最终结果:在创新过程中应用了7#,28#和37#创新原理。 7 ?; `6 j" y( T# L5 @
7 M. f8 s+ o% `8 J; r0 C* S
A 应用7#创新原理 # y0 y8 @0 z; e
# C1 ]- I+ d7 y
解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。 6 V' A, D8 Q2 G! c6 o9 x3 B
5 i, k7 Q( Y+ c2 P3 C
B应用28#创新原理
4 S4 T" ~9 m0 `( K$ ^
, a" \3 _8 g! W# \. D W: v解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
" B/ m8 w2 M1 l$ ?: q# w- Q
: A! c! F5 f/ bC应用37#创新原理 * x v) ?! \; p! }5 z/ V6 M
* H4 T l7 J0 I% V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。
( o0 b1 c4 e) H+ r& Z2 J' P$ Z+ w" U: ~0 r# Z l. F& ~" \
% d8 A6 {/ P( b% l' K
* g5 O2 t/ k' R3 f V+ U+ }# u
结论
" I& C! b8 e; [: H9 w6 k6 F# F/ {! o1 t% a) T/ O
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。
* Z- q! _4 m3 @- Z& L ; t! ]' ?" Z. U0 l) q0 N2 u7 m# \
|
|