菲利普灯泡的改进
 
 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。 
 
 
 
 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。
 
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。
 
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。
 
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。
 
解决思路和关键步骤:
本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析,解决问题。
使系统性能提高的技术特性是:
1.物质的量
2.作用于物体的有害因素
使系统性能降低的技术特性是:
1. 可靠性
2.能量损失
3. 静止物体的能量消耗
这样,得到三组技术矛盾:
 
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)。
 
2. 减少水银蒸气的量(物质的量),但需要耗费更多的电能(能量损失)。
 
3. 有利于环境保护(作用于物体的有害因素),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体的能量消耗)。
 
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:
 
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)。
由技术矛盾矩阵[物质的量/可靠性]得到28#创新原理提示:机械系统替代
 
2. 减少水银蒸气的量(物质的量),但需要耗费更多的电能(能量损失)。
由技术矛盾矩阵[物质的量/能量损失]得到7#创新原理提示:嵌套
 
3. 有利于环境保护(作用于物体的有害因素),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体的能量消耗)
由技术矛盾矩阵[作用于物体的有害因素/静止物体的能量消耗]得到37#创新原理提示:热膨胀
 
最终结果:在创新过程中应用了7#,28#和37#创新原理。
A 应用7#创新原理
解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。
 
B 应用28#创新原理
解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
 
C 应用37#创新原理
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。
 
结论
 
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。