Решение нестандартных задач - страница 6

ПП_>1: Необходимо улучшить тепловой режим транзисторного (диодного) ключа в электроаппаратуре, в которую он устанавливается.

ПП_>2: Необходимо исключить перегрев силового транзистора.

В формулировке ПП_>2 показывается улучшение, какое качество нужно улучшить, а в ПП_>2 — нежелательный эффект (НЭ) — перегрев транзистора.

Это по существу изобретательская ситуация.

Устранение указанного административного противоречия может осуществляться путем:

— создания нового транзистора или

— применения радиатора, который улучшает тепловой режим работы транзистора, но увеличивает габариты аппаратуры.

В первом направлении необходимо проводить серьезную научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу (НИОКР). Это занимает много времени и средств. Поэтому из изобретательской ситуации мы выбираем второй путь — изобретательский.

ПТ: Противоречие междутемпературой и габаритами или потерями энергии (мощности) и габаритами.

Улучшение теплоотвода приводит к необходимости увеличения площади радиатора, а снижение габаритов радиоаппаратуры требует уменьшения площади радиатора.

ПС: Площадь радиатора должна быть маленькой, чтобы радиоаппаратура быламалых габаритов, и большой, чтобы улучшить отвод тепла.

Такое противоречие можно разрешить:

В структуре, например, путем ее изменения.

1. На радиаторе делают ребра. Общая площадь радиатора увеличивается (увеличивается теплообмен), а габариты аппаратуры не увеличиваются и даже могут быть уменьшены. Ребра делают игольчатыми, чтобы еще больше увеличить площадь радиатора (площадь теплообмена).

Рис. 2.9. Радиатор для транзистора

2. Лепестки радиатора делают с эффектом памяти формы — из никелида титана — нитинола (а. с. 958 837). При нормальной температуре лепестки прижаты к транзистору, а при повышении температуры за пределы допустимой, они отгибаются, увеличивая площадь теплоотвода. Это разрешение противоречивых свойств не только в структуре, но и по условию (превышение температуры) или можно считать, что это разрешение во времени (во время превышения температуры).

3. Можно присоединить к транзистору элемент Пельтье, который будет охлаждать транзистор.

Радиатор вместе с транзистором размещают на наружной стенке блока, как это сделано в измерительных приборах: цифровых вольтметрах и частотомерах.

Рис. 2.10. Радиатор — наружная стенка прибора

Можно использовать тепловую трубу, позволяющую отвести локально выделяемое тепло на значительное расстояние от его источника или с помощью тепловых труб подводить холодный поток.

Рис. 2.11. Принцип работы тепловой трубы

2.12. Тепловые трубы присоединены к радиатору

Холодный поток можно получить от элемента Пельтье.

Решение математических задач и задач «на сообразительность» часто выполняют методом «от противного». Суть метода заключается в том, что решать задачу начинают с конца. Определяют конечный результат — ответ. Уяснив его, «прокладывают» дорогу к началу, то есть решают задачу.

Заманчиво было бы осуществить и решение технических задач аналогичным образом. Но как же узнать ответ?

Действительно, при решении технических задач ответ не известен, но можно пойти дальше… Можно представить идеал разрабатываемого устройства — идеальное устройство — идеальный конечный результат (ИКР).

Понятие об идеальной системе было дано в п. 4.5.2. Напомним, что идеальная техническая система — это система, которой нет, а ее функции выполняются, т. е. цели достигаются без средств.

ИКР — маяк, к которому следует стремиться при решении задачи. Близость полученного решения к идеальному определяет уровень и качество решения.

ИКР — решение, которое мы хотели бы видеть в своих мечтах, выполняемое фантастическими существами или средствами («волшебная палочка»). Например, дорога существует только там, где с ней соприкасаются колеса транспорта.