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空调换热器的机械物理法回收工艺研究

点击:2003 日期:[ 2014-04-26 21:39:17 ]
                     空调换热器的机械物理法回收工艺研究                                   黄娇红                (合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥230009)     文章编号:1001-3997(2011)04-0264-03     【摘要】通过对废弃空调换热器中可回收材料的深入研究,提出了一种对空调换热器中铜材和铝材进行有效回收和分离的方法。该方法利用铜、铝材料之间机械性能的差异,采用对辊装置对换热器进行辊轧,以提高铜、铝材料之间的可分离性。对辊轧后的换热器进行破碎、分离和分类即可回收高品位的铜和铝。该处理工艺环保性能好,易于实现自动化操作,适合空调换热器的大批量回收。     关键词:换热器;空调;铜;铝;分离;回收     中图分类号:TH16,TB31,TM925.12文献标识码:A     1·引言     随着我国经济的快速增长,空调器的淘汰率逐年攀升。如何对空调器中的换热器进行高速有效的回收已成为一个热点问题。欧、美、日等发达国家对空调器中的换热器不单独进行回收,直接将空调器整体破碎后再进行多级分选。这种方法的优点是节省劳动力成本,自动化程度高,但是设备费用高,破碎机功耗大、噪音大、磨损快,而且分离出的材料纯度不高,粉碎过程中产生的烟尘也容易造成空气污染。     我国对换热器的回收基本采用人工方式,使用手锤、扁铲、钢锯、剪刀、手持切割机等简单的工具进行手工拆解。金属材料的分离纯度虽然可以达到100%,但是劳动强度大,工作环境恶劣,效率低下,操作不慎,还容易出现事故,不能满足空调批量回收的需要。     中国专利CN2801309Y、CN201127946Y和CN101450348A均对空调换热器的材料回收进行了研究,并分别提出了各自的分离装置[1~3]。     但是所提方案都有很大局限性,没有充分考虑空调换热器的结构多样性,不具备实用性,不适合批量回收。     上述现有技术中,人工分离的方法效率低,整体分离的方法设备成本高,分离的材料纯度低。为此,提出一种能对空调换热器进行高纯、高效回收的方法—机械物理法。该方法主要包括:预处理、切割、挤压、辊轧、破碎、振动分选、风力分选等步骤,利用组成换热器的铜、铝两种金属机械性能和密度的差异来进行有效的分离。     2·换热器的构型及材料组成     空调的制冷/制热循环系统一般由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等部件组成,其中蒸发器和冷凝器统称为换热器,分布在室内机和室外机,主要由铜管和铝翅片组合制成[4]。换热器按传热面的形状和结构来分,有管式换热器、板式换热器以及特殊形式的换热器等,其中管式换热器应用最广。     空调换热器主要就是管式换热器,其中家用空调器主要是翅片管式换热器。所述的换热器均指翅片管式换热器。换热器的主要组成部分是铝翅片和铜管,铝翅片外沿两端是作为安装支架的铁片。     铜管在换热器中的布置状态有三种:平板形、L形和U形。如图1所示为L形单层换热器的结构。如表1所示,列出了铜管与铝翅片的三种结合方式。在换热器的成形过程中,通常将铜管弯成U形,U形管口再与半圆管焊接,铜管穿过薄铝片制成的肋片(铝翅片),采用胀管技术将铜管膨胀,使铜管与铝翅片紧密接触,且相互垂直固定[5]。                    空调器的材料主要包括钢材、铜材、铝材和塑料,其中铜材主要分布在冷媒管路,即压缩机和换热器之间的管路通道,铝材主要集中在换热器,即铝翅片。     资料显示,分体壁挂式空调器中铜材的质量占空调器总质量的(16~20)%,铝材的质量占总质量的7.8~9.7%;分体立柜式空调铜材的质量占空调器总质量的(64.3~70.1)%,铝材质量占空调器总质量的(11.3~15.1)%[6]。因此可以说,换热器集中了空调器中的全部铝材和绝大部分铜材。     3·换热器的机械物理法回收工艺     机械物理法是根据材料间物理特性的差异,包括密度、导电性、磁性、表面特性等进行分选的手段。机械物理法是回收各种废旧电子电器设备经常采用的方法,该方法可以使电子废弃物中的有价物质充分地富集,减少后续处理的难度,环保容易达标。与其它回收方法,如火法、湿法相比,其主要优点在于污染小、成本低,且可对电子废弃物中的金属和非金属进行综合回收利用[8~9]。     从废弃空调器中拆卸下来的换热器,首先要进行检测,对于可重用的,经过适当处理后可投入二手市场;对于不可重用的则进行材料回收,采用一定的方法分离其中的铜和铝等材料。采用机械物理法对换热器材料进行回收,主要工序有:预处理、切割、挤压、辊轧、破碎、振动分选和风力分选。     机械物理法简单的处理流程,如图2所示。详细的回收工艺如图3所示。                     3.1预处理     预处理工作主要包括换热器形状的改变和铁件的去除。换热器的形状有U形、L形和平板形,预处理之后的工序都是针对平板形进行的,因此需要将U形或L形的换热器进行形状的改变。对于U形结构,首先采用切割机从中间切开,使其变成L形;而对于L形的结构,则利用压力机将其压成平板形;最后,对于平板形的换热器,再使用切割机将其两端或者一端的铁连接件切除,剩下的铜、铝部分有待后续分离。如图4所示。     3.2切割     利用切割机将大块平板形的换热器切割成多个方形的小块,以利于后续流程的处理。其中小块的尺寸取决于3.4中轧辊装置辊子的大小。     3.3挤压     将上述切割所得的方形小块使用压力机进行挤压,挤压的目的在于使换热器能顺利进入下道工序的轧辊装置。为了提高效率,可以只对换热器的一边进行挤压,但挤压完的厚度应保证在辊轧时能够顺利被咬入。另外,挤压时要沿着铜管的轴线方向送料。     3.4辊轧     采用轧辊装置对经压力机挤压的换热器进行辊轧,用以减薄换热器的厚度,同时减小铜管和铝翅片之间的结合力,以利于下道工序的破碎。     需要注意的是,换热器应该沿着铜管的轴线方向进入轧辊中,这样才能保证铜管在被压扁的同时,与铝翅片产生容易剥离的效果,减小二者的结合力。因此,在辊轧之前最好布置一个旋转工作台,对需要调向的换热器在进入轧辊之前进行调向操作。                    3.5破碎     小块的换热器经挤压和辊轧后,铜、铝之间的结合力显著下降。此时,如图3所示,采用破碎机对辊轧后的小块换热器进行撕扯式的破碎操作。     该破碎工序并不要求把小块换热器粉碎成颗粒状,其目的在于:     (1)将铜管从铝翅片中彻底解离出来;     (2)将铝翅片剪切、撕扯成不会缠绕在一起的铝碎片。这样做的目的是为后面的风选工序做准备。     如图3所示,破碎机的锤杆3做成钩形,对薄而多孔的铝翅片施加剪切力与撕扯力,使铝翅片得到破碎。而铜管在前面工序已经被轧扁,轧扁的铜管具有较高的抗拉和抗剪强度,在破碎过程中不会被钩形锤杆剪破、打碎。最终,两种材料由于机械性能的显著差异而被解离。     需要注意的是,破碎时的转速不宜过高。如图3所示,破碎后由筛条4落下的料,包括一段段纯净的扁铜管以及高纯的铝碎片。更换筛条4,即可获得所要求大小的出料。     3.6振动分选     小块换热器经破碎后的出料,由传送带送到振动分选筛,进行第一次分选—振动分选。振动分选的目的有两个:     一是通过高频振动,将尚未完全剥离的铜管和铝片,以及缠绕在一起的团状铝片进行彻底解离;     二是分离出6mm见方以下的铝碎片细料,而段状的扁铜管因为尺寸超过6mm见方,与大块的铝片则成为振动分选筛的粗出料。     3.7风力分选     对于振动分选所产生的粗出料,再进行第二次分选—风力分选。风力分选是基于铜、铝材料密度的显著差异来进行的。振动分选后的出料中,段状扁铜管的单体质量显然远大于片状的铝材。经过风力分选器时,密度小的铝碎片轻易地被引风吸走,密度大的段状扁铜管则沉到底部,从而实现铜、铝材料的彻底分离[10]。     4·结论     在介绍了换热器构型及材料组成的基础上,提出了一种空调换热器的回收处理方法,即机械物理法回收工艺。包括对换热器进行预处理、切割、挤压、辊轧、破碎、振动分选、风力分选等过程。     与其它回收换热器的工艺相比,该方法具有一定的实用性,且不会产生废渣、废气与废液,环境效益好,属于绿色环保型的回收工艺。该工艺易于实现自动化操作,设备之间可使用传送带输送物料,尤其适合大批量回收换热器的任务。     参考文献:略
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