1、 文章编号: ISSN100529180 (2003) 0320031205家用电冰箱、空调器可回收技术及设计赵 先 美(广东技术师范学院,广东 广州510665 )摘要介绍了日、欧、美废弃制冷家电回收再利用发展现状,特别是日本制冷家电企业可回收设计的一些方法,阐述了废弃制冷家电再生程序及回收方法,并提出了目前电冰箱、空调器环保设计中需解决的一些问题。关键词电冰箱,空调器,可回收技术,可回收设计中图分类号TB64; TM92512; TM92511文献标识码CRecovery Technology and Design of Refrigerator and Air - conditioner
2、ZHAO Xian2mei( Guangdong Polytechnical Normal University , Guangzhou Guangdong 510665)Abstract : This paper introduces the situation of recovery , recycling design and reclamation of refrigerator and air - condi2tioner in Japan , Europe and America , especially recovery design methods of refrigerati
3、on appliance in Japan , sets forththe reclamation program and recovery method , indicates some problem requiring to be solved in recovery design.Keywords : Refrigerator , Air - conditioner , ecovery Technology , Recovery Design 随着我国社会主义市场经济的发展,人民生活水平不断提高,各种家用电器的普及率逐年提高。但随之而来也使废旧电冰箱、空调器等的数量急剧增加。废弃家电对
4、环境及人身安全的危害极大,如电冰箱中的制冷剂CFC - 12和发泡剂CFC - 11是破坏臭氧层的物质,压缩机中的润滑油如不妥善处理,将造成空气、土壤和水体的严重污染,危害人类身体健康。为保护地球环境,抑制温室效应,2005年前中国必须禁止向大气层排放CFCs类物质。因此研究电冰箱、空调器维修和废弃时如何回收CFCs及HCFC ,建立CFCs和HCFCs的回收、废弃及分解的高效社会系统,就成为我国电冰箱、空调器行业面临的一个重要课题。此外,废家电中还有许多有用的资源,例如有色金属、 塑料、 玻璃、 焊锡、 碳等都是可以回收再利用的。随着中国加入WTO ,其作为全球家电制造基地的地位日益凸显,也
5、要求我们必须妥善处理废旧家电问题,否则会影响我国家电产品的进出口。1 国外家电可回收再利用发展动态日本已制定“家电资源回收法”,并于2001年4月1日已正式实施,其中规定了电冰箱中的铁、铜、铝等的再商品化率(以重量计)必须达到50 %以上,空调器则必须达到60 %以上。日本松下生态技术中心已开发出分离家电塑料成份的先进技术和新型的切割技术,能在室温下对空调压缩机进行分解和高精度分离,对废弃钢部件和铜部件进行回收和再利用。三菱电机于1999年5月就开始了其东滨再循环中心的运作,该中心使用一种高效再循环技术系统,利用风能、磁力和其它技术来代替焚化和冲洗,以取得先进的分类能力,每年能再循环60万件家
6、用电器和40万件办公设备。与此同时,三菱电机一直致力于开发用于家用电器的三菱部件材料再循环技术,用于氯氟碳化合物挥发冷却剂和氨基甲酸乙酯绝缘材料的化学再循环技术,以及用于132 0 0 3年9月第22卷第3期(总84期)制 冷 收稿日期: 200323213环戊烷加工技术的监测手段,制定了再循环工厂的安全环境标准,并进行了安全运作监测。2001年6月,欧盟议会通过了关于电子电器设备废弃物和限制某些有害物质在电子电器设备中使用的两个立法提案。规定在一定期限内,所有分类收集的废弃电子电器设备、大家电的元件和材料的再使用和资源回收率至少应达到电器重量的90 %。同时规定制造商应建立家庭废弃电子电器设
7、备回收利用体系,通过提供不同的收集方法,建立废弃电子电器设备处理体系,承担废弃电子电器设备的收集、 处理、 回收和处置费用。欧盟议会的环境委员会计划将欧盟地区电子废弃物回收标准由原规定的平均每人每年4 kg提高到6 kg ,商业界最少必须回收90 %的电冰箱等,并将此类大型电器的60 %再生利用。荷兰的废弃物法令规定2000年电冰箱材料再利用率要达到90 % ,瑞典的废弃物法令2000年1月1日已生效。因而出口到上述国家的电冰箱等家电产品,必须进行零部件可回收再利用设计,主要是所有零部件必须容易拆卸,并且尽可能采用同一种可回收材料,尽量不用不能回收的材料,并在制品上标明使用材料的名称及可回收标
8、志,可回收零件重量必须达到其规定的比例。美国许多州在上世纪90年代初便对废弃家电的处理制定了很多强制性条例,因而废弃家电的回收率较高。1995年美国废弃家电回收制造的再生钢铁占钢铁生产总量的10 %。美国制定了禁止填埋白色家电的法令,包括从大家电中回收CFCs和HCFCs的规定以及资源回收利用的步骤,并以经济效益为中心进行运作。至于废弃家电回收的收费问题,美国规定对进口家电征收环境抵押金,作为该家电将来废弃时的回收处理费用。日本执行的是废弃者付费制,即谁扔弃废旧家电谁就要付费,在日本扔一台电冰箱要交相当于500600元人民币的费用。欧盟采用的方法是将这部分费用直接打入新机器的成本中,这样消费者
9、在购买的时候就已经支付这些费用了,相比之下这种方法可能更适合我国的国情。2 废弃制冷家电再生程序211 手工拆卸的对象与操作在废弃家电回收中,对于价值较高的元器件和一些难于破碎的零部件采取手工拆卸的方法回收,而其它的零部件和金属则按照不同的分离方法进行回收。手工拆卸对象为不宜用冲击破碎机的电器,如电机、压缩机;价格较高的物品,如压缩机、电动机;对环境有破坏作用的物品,如制冷剂、印刷电路板;对后续工作有害的物质,如润滑油、橡胶、玻璃等。手工拆卸作业项目有切断容易缠绕的电源线,收集产品内部的配线;用专门设备回收压缩机的制冷剂和润滑油;拆卸电冰箱的门封条(有磁性,附着在铁板上)和箱内的玻璃件(以免刮
10、削破碎机内部)。212 破碎分选手工拆卸完毕后的剩余物投入冲击破碎机中,图1所示为日本三菱电机建造的东滨废品再生利用中心处理流程,其破碎分选工序是:破碎金属通过磁力分选机将铁块分成四种尺寸筛选出来,再用比重分选机、涡电流分选机等分选出不同材质的物品,如铜、铁、铝等金属、塑料、弱磁性物和尘屑等,回收的塑料品中,混有各种材质,包括细铜线、破碎电路板和金属片、电线包层氯乙稀等。将这些塑料混合物粉碎成小颗粒,用比重分选法选出金属,用静电分选法选出氯乙烯,最后将塑料用作高炉还原剂,金属用作铜原料。三菱电机主要采用静电分选法对塑料进行回收处理,不但大大降低了处理成本,而且收效很好,其塑料回收流程如图2所示
11、。213 绝热材料中CFC - 11和环戊烷的回收由图2可见,上部密封箱中的剪切破碎机分为两级,将电冰箱箱体送入碾磨机,冲击剥离铁板和附着在塑料内箱的聚氨酯泡沫,用风力分选机分选金属和泡沫塑料,使轻的泡沫塑料发生更细小的破碎放出气泡内的CFC - 11 ,用活性炭吸附CFC - 11 ,吸足的活性炭加热后, CFC - 11气化脱逸,气态CFC- 11冷却后液化回收,委托外协单位进行破坏。风力分选出的电冰箱金属和板状塑料,移送到破碎机的前部,用上述分选工序选出铁、铜、铝和塑料等材料。从1996年起,由于采用HCFC - 141b或环戊烷代替CFC - 11 ,新绝热泡沫塑料冰箱也逐渐送入废品再
12、生利用工厂,因此工厂中安装了可以处理新旧两种材料的设备。23REFRIGERATIONNo .3 , 2003 , Sep .Vol.22 (T otal No .84 )图1 东滨废品再生利用中心处理流程图2 东滨废品再生利用中心的破碎分选工序214 废品再生利用信息反馈废弃电冰箱、空调器回收利用后,回收再生利用中心应将拆卸的难易程度、再商品化等废品再生利用信息反馈给设计者,以作为今后改进设计工作的参考资料。设计时,应了解废品再生利用工艺,合理选用材料,并考虑到材料的继续使用,追求产品报废后的拆卸方便性与程序化。推进废品再生利用设计,不仅符合废家电再生利用法的要求,还强化了对产品的评价,有利
13、于形成完善的材料再生利用良性循环。3 废弃制冷家电的回收方法311 废弃电冰箱的回收方法由于目前回收的电冰箱一般是810年以前生产的,此时一般采用CFC - 12作制冷剂, CFC - 11作发泡剂,均属CFCs物质,因而其回收显得特别332 0 0 3年9月第22卷第3期(总84期)制 冷 重要。同时,在电冰箱中还使用了相当数量的铁、铜、铝及有价材料,因此它们的高效回收也是再利用的重点。电冰箱回收时,先从压缩机直接抽取CFC- 12和润滑油,再将压缩机从冰箱上拆下,电冰箱的箱体则在粉碎机上粗粉碎,把隔热材料分离,用微型粉碎机磨碎,将CFC - 11或环戊烷分离并回收,回收的CFC - 11等
14、用触媒等方法将其分解。压缩机是坚固材料,用通常的粉碎机粉碎有困难,可用有液氮冷却的低温粉碎机或专用粉碎机粉碎。然后再用风力分选、比重分选、涡电流分选和磁力分选等方法,把已粉碎的箱体或压缩机按铜、铁、铝、塑料等分离回收。312 废弃空调器的回收方法空调器再利用的主要内容包括制冷剂的回收、采用铜管和铝叶片构成的热交换器中铜和铝的回收、机箱及压缩机金属的回收。首先从压缩机中回收制冷剂和润滑油,再拆下热交换器和压缩机,压缩机应单独粉碎,通过区分回收高品位的铜和铝。对机箱,采用普通的粉碎机粉碎,因压缩机材料坚固,用液氮冷却的低温粉碎机或专用粉碎机粉碎。将机箱、压缩机粉碎后,通过磁力分选机、涡流分选机、风
15、力分选机等,按铜、铁、铝、塑料等分离回收。313 材料回收情况电冰箱、空调器的材料构成(重量)比例如表1所示。回收的材料如下:(1)铁及合金:构成比率高,应高效率回收,如用磁力分选机,可以很容易地将铁与其它材料分开,尤其将塑料及铜分离。(2)非铁金属及合金:主要是铜和铝,均为贵重有价物,应该高效率回收和高纯度分选,采用涡流分选机将不导电的塑料分离,采用风力分选机将比重重的铜和比重轻的铝分离。(3)塑料:电冰箱、 空调器上使用的塑料很多,要完全将各种不同材料区分和分离很困难。这就要求从设计方案中开辟出较好的塑料再利用途径。在设计时尽量减少使用材料的种类,并将材料名称表示在材料上,对不同材料组成部
16、件要以拆卸方便为原则,最终在回收时只用一两道工序即可再生,使回收成本尽可能最低。表1 电冰箱、 空调器的材料构成(重量)比例 材料名称电冰箱空调器 铁、 铁合金49104519 铜、 铜合金3141815 铝、 铝合金111816 其它合金111115塑料聚丙烯1017317聚乙烯314119聚苯乙烯1113516ABS711119AS0013ASA0014聚脂0016聚氨脂泡沫塑料9130加入玻璃纤维的塑料0115其它115116 气体111210 印刷电路板013311 其 它017218 合 计1001004 电冰箱和空调器的可回收设计411 三菱电机避免排出污染环境物质措施(表2)表2
17、 三菱电机避免排出污染环境物质措施污染环境物质产品对策内容铅电冰箱积极推进制冷系统管道的无铅焊接和印刷电路板无铅化空调器通过对室外机电路板电气部件的高度集成化,使焊锡用量减少45 %聚乙烯树脂电冰箱门封聚氯乙烯树脂的替代HCFCs的替代电冰箱2001年,隔热材料发泡用HCFC- 141b比1995年减少94 % ,采用环戊烷发泡空调器采用R410A或R407C替代HCFC- 22412 日企采用的一些可回收设计方法对于可再利用的产品,设计时考虑到拆卸方便,零件少,几个部件同用一种材料,回收后只用一道工序即可再生,降低产品成本。如大金公司2001年生产的空调器比一年前产品部件减少了30 %。大金
18、空调用底架兼作滴干盘,置于喷口周43REFRIGERATIONNo .3 , 2003 , Sep .Vol.22 (T otal No .84 )围,同时底架内装有园筒型风扇(闭流风扇)和电机,制冷时的凝水由滴干盘接收。空调器底架滴干盘均用聚苯乙烯(PS)一体成形,既容易分解,又简化部件,减少了使用材料种类,使制造成本下降。 为防止结露,用发泡EPS按一定方式塞满,作为隔热材料,而不用密封材料,如需拆卸,轻轻拉伸就可拆下来。对电冰箱也采取了类似措施,如对冰箱的结构作了调整,以利于拆卸再利用、部件集约化、减少部件等。松下公司的新冰箱用集约在底部的盘旋冷凝器取代侧面冷凝器,前者和压缩机等作为一个
19、大集约部件设置在底部,提高了分解性能,只需卸下四只螺钉,该部件即可脱开。日立也有类似设计。日本企业还提出以颜色区分树脂的新思路,即规定每种树脂的颜色,例如电冰箱抽屉均用透明的聚苯乙烯(PS) ,而搁板则用白色的聚丙烯(PP) ,如此分解就不用一一确认各部件所附的材料标识,仅依据颜色就可方便地把材料区分开。松下现在使用8种树脂,希望在不久的将来使用的树脂缩小到PP、PS和ABS三种。413 适应环境设计日本企业普遍采用了产品的适应环境设计(DFE) ,即Design for Environment ,该设计方法在日本已流行十余年,自1991年制定了“促进再生资源利用”的相关法律后,家用电器、办公
20、设备及汽车行业等相继制定了自己的“产品评估审计指导规范”和“产品评估指导手册”,向DFE迈出了第一步。DFE分三阶段,第一阶段,对产品进行初步评估,如产品评估指导,计算回收率;第二阶段,检测成套设备使用能力以充分利用,根据实际进行设计;第三阶段,适用LCA (寿命周期评估) ,按LCA进行部品材料、生产技术评估,公布环境报告,综合评价DFE。目前各家电厂家已进入第三阶段。产品评估指导规则即对产品在耐用性、安全性、质量保证、保险制度以及消费观念上都应从技术、社会各方面进行深入探讨。环保设计要览是以避免产生废弃物为目的的评价为主,在整个产品寿命周期中定量评价MET(M: Material ,资源有
21、效活用性; E: Energy ,能源有效利用性; T: T oxicity ,环境危险物质排出回避性)的第二代产品评价方法,评价项目有12项,即减量化、长寿命化、再资源化、产品的破碎处理、产品的了解、产品的安全性、包装、节能、节省材耗、公布信息、生产工程、流通等项目。建立以减少废弃物排放量、重新使用和废品再生利用为主的3R (reduce、reuse、recycle)循环系统,并把新3R (还原、再利用、循环)思维方法引入到产品设计中来,各家电制造厂都参考这个规定制定公司的内部标准,进行产品试验。而且在新产品的开发过程中,设计人员要经常到回收工厂观察、了解和研讨新试验品的处理方法。414 不
22、可回收或有害物质的替代设计PVC材料的替代:除氟里昂替代外,目前冰箱门封条和覆膜门面板中所用的PVC材料含有对人体健康有害的氯元素,燃烧时产生氯化氢气体和二口恶英对人体健康有很大危害,同时也难于回收,不利于资源的再利用和环境的保护,应研究开发不含重金属及卤素的新型门封替代,选用不含PVC材料的印刷钢板门面板。ABS材料的替代:目前冰箱门衬板材料大多数采用挤板级ABS ,该材料含有腈基,其在加工和使用过程中会产生对人体有害的气体,而且其粘接性能比较强,在废弃家电的回收过程中,由于其和发泡层粘接得比较紧密,难于与发泡层分离,不利于回收利用,会对环境产生较大的污染。应研制一种材料替代ABS ,性能与
23、ABS相当,耐腐蚀性远优于ABS ,不含有腈基,加工过程中无有害气体产生,与发泡层的粘接性能适中。EPS材料的替代: EPS不易降解,回收较为困难,对环境污染较大,国家经贸委已提出在今后几年内严格限制使用EPS。作为包装材料,应研究开发新型环保包装材料替代之,比如由废纸等加工成包装材料,可反复利用,处理方便,对环境无污染。综上所述,废弃制冷家电的可回收技术和设计是一个庞大复杂的社会化系统工程,对废弃制冷家电进行有效回收与利用,并对制冷家电进行可回收设计,可有效利用资源,降低产品成本,减少垃圾,保护环境,对我国乃至全球的可持续性发展具有积极的推动作用。532 0 0 3年9月第22卷第3期(总84期)制 冷
