CN102357386A - 换热器铜铝分离方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热器铜铝分离方法及装置，其特征是首先将换热器压展为平板状，切除换热器两端的铁件；再将平板状换热器在其平面上切分为各小块构件，将小块构件沿着铜管的轴向在其前段以压力机挤压变薄；以小块构件压薄的前段为引导，沿铜管的轴向导入轧辊挤压成小块板件；以撕扯式破碎机对小块板件进行破碎，并经破碎机的筛条落下碎料；所得碎料经振动分选得到粗料和细料，再经风力分选，获得分离的铜和铝。本发明可以在大批量回收空调换热器时对换热器中的铜材和铝材进行高效率、高纯度的分离。

Description

换热器铜铝分离方法及装置

本申请是作为申请号为：2010101436912；发明名称为：换热器铜铝分离方法及装置；申请日为2010年4月8日；申请人为：合肥工业大学的分案申请。

技术领域

本发明涉及换热器铜铝分离方法及装置，更具体地说是涉及一种空调换热器的铜铝分离方法及装置。

背景技术

空调的制冷(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中。图1所示为室外机中的换热器，主要由铜管1和铝翅片2组合而成，铝翅片2的外沿两端是作为安装支架3的铁件。铜管1在换热器中的布置状态有三种：平板形、L形和U形。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。

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效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，缺点是设备费用高，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。我国对于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。

申请日为2005年2月25日、授权公告日为2006年8月2日、授权公告号为CN2801309Y的中国实用新型专利公开了一种换热器铜铝分离装置。该装置包括：工作台、轧辊进料装置、切断机构和振动分选筛。通过轧辊装置将换热器的铜管和铝片轧平，并推动其进入切断机构，成组的切断刀沿着每根铜管的轴线方向将轧扁的铜管和铝翅片切碎，再将被切割的铜管和铝片放进振动筛。铜管被切割成长条形的半管，铝片被切割成碎小的矩形片。由于铜管的长度远大于铝碎片的尺寸，所以通过振动筛可将铝碎片筛选出来，从而实现换热器铜铝材料的分离。

这一装置所存在的问题是：

1、只能处理单层铜管换热器，对于双层和三层铜管无能为力。而空调换热器通常具有多种形式，室外机铜管通常为单层，室内机铜管多为双层或三层。

2、对于废弃空调器来说，换热器很可能已经严重变形，轧扁后的铜管沿其轴线方向被等间隔排列的刀具切割时，很难保证不偏斜，铜管容易被切碎，产生碎铜，混入铝碎片中通过振动筛无法分选。

3、批量回收时，面对的是各种废弃空调，换热器铜管间距不可能恒定。而该装置所用的成组刀具是等间距排列的，且间距是恒定的，因而无法应对不同形式的换热器。

4、换热器上的铝翅片是通过胀管技术紧密嵌在铜管上的，轧平后的换热器被切割后，柔软的铝片仍然比较紧密地包裹在铜管上，即使将其放在振动筛上进行强力振动，也不可能将碎铝片完全振落。

申请日为2007年11月30日、公开日为2009年6月10日、公开号为CN101450348A的中国发明专利，公开了另一种换热器铜铝分离装置。该装置包括：矩形工作台、切割刀具排、耙离切割系统，以及安装在工作台一端的工件卡紧装置和工件传送装置。该发明通过切割刀具排先将空调换热器的铝翅片切割成若干断，然后通过耙具将铝片从铜管上耙离下来，之后再用切割刀具将铜管切割下来，直接放进铜管收集箱，从而实现铜铝材的分离。

但实际使用中，该装置存在以下问题：

1、只能针对单层铜管的换热器，无法处理多层铜管。

2、废弃空调型号各异，换热器铜管的间距并不完全相同，而装置中所用耙具的齿间隔是恒定的，因此无法应对实际的回收情况。

3、换热器上的铝翅片是通过胀管技术紧密嵌在铜管上的，实验证实要将薄而柔软的铝翅片从铜管上完全耙离下来是不可能的。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种换热器铜铝分离方法及装置，以期在大批量回收空调换热器时对换热器中的铜材和铝材进行高效率、高纯度的分离。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明换热器铜铝分离方法的特点是按如下步骤进行：

a、将L形换热器压展为平板状；或将U形换热器首先切分成L形，再压展为平板状；切除换热器两端作为安装支架的铁件；

b、经步骤a处理的平板状换热器在其平面上切分为各小块构件，将所述小块构件沿着铜管的轴向在其前段以压力机挤压变薄，以使压薄的小块构件的前段能顺利进入后续的轧辊设备的对辊中；

c、以所述小块构件压薄的前段为引导，将所述小块构件沿铜管的轴向导入轧辊挤压成小块板件；

d、以撕扯式破碎机对所述小块板件进行破碎，并经破碎机的筛条落下碎料；

e、步骤d所得碎料经振动分选得到粗料和细料，所述粗料在风力分选机中进行风力分选，获得分离的铜和铝，所述细料为金属铝。

本发明中铜铝分离破碎机的结构特点是在其结构组成中包括有：

一机座，所述机座的底部设置为筛条，机座的左上侧安装有定轴，侧盖安装在定轴上，所述侧盖可以绕定轴转动，在所述侧盖的内侧壁上固定设置有破碎板，所述破碎板的表面分布有锥形齿；

一呈水平设置的主轴，所述主轴的两端通过轴承支承在机座上，沿着主轴的轴向安装有各转子盘，所述转子盘的设置为：在其外圆周上均匀分布的各钩形刀具是通过阻挡销和螺栓固定设置在圆盘的盘面上。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法分离空调换热器中铜铝材料的纯度高，效率高，环保性能好。

2、本发明铜铝分离破碎机适合大批量处理各种形式的空调换热器，易于实现自动化作业。

附图说明

图1为L形换热器结构示意图。

图2为本发明铜铝破碎机内部结构示意图。

图中标号：1铜管、2铝翅片、3安装支架、4机座、5小门、6非破碎物收集区、7转子盘、7a圆盘、7b钩形刀具、7c螺栓、7d阻挡销、8进料口、9定轴、10破碎板、11侧盖、12螺栓、13弹簧、14主轴、15破碎物收集区、16筛条。

具体实施方式

具体实施中，换热器铜铝分离按如下步骤进行：

1、使用压力机，将L形换热器压展为平板状，保持板厚基本不变；或将U形换热器首先切分成L形，再压展为平板状，并保持板厚基本不变；使用砂轮片切割机切除换热器两端作为安装支架3的铁件；

2、利用锯片切割机将经步骤1处理的平板状换热器在其平面上切分为各小块构件，小块构件的大小取决于后续轧辊装置中辊子的大小，保证每块小块构件可以完整地在轧辊装置中进行辊轧；将小块构件沿着铜管轴向在其前段以压力机挤压变薄，以使压薄的小块构件的前段能够顺利被咬入后续的轧辊设备的对辊中；这种仅仅对小块构件进行前段挤压的做法是为提高工作效率；

3、以小块构件压薄的前段为引导，将小块构件沿铜管的轴向导入轧辊挤压成小块板件，一方面减薄换热器的厚度，另一方面以沿铜管轴向进料来保证减小铜管和铝翅片之间的结合力，以利于下道工序的破碎；

4、经过以上挤压和辊轧，换热器中铜铝之间的结合力显著下降，此时，以撕扯式破碎机对减薄的小块板件施加剪切力与撕扯力，使铝翅片得到破碎，并经破碎机的筛条落下碎料，该碎料包括基本解离的扁铜管和铝碎片，调整筛条密度可以按要求获得所需大小的料；

该步骤中并不要求把换热器粉碎成颗粒状，只在于一方面将铜管从铝翅片中彻底解离出来；另一方面将铝翅片剪切、撕扯成不会缠绕在一起的铝碎片，为后续的风选工序做准备。

由于铜管在前面的工序中已经被轧扁，轧扁的铜管具有较高的抗拉和抗剪强度，在撕扯破碎过程中基本不会被剪破或打碎，最终，铜和铝两种材料由于机械性能的显著差异而被解离。实验表明，破碎时的转速不宜过高，单层管选300rpm为宜，双层管设为350rpm，三层管可设定为400rpm。

5、步骤4所得碎料经传送带送入振动分选筛，得到粗料和细料。振动分选一是通过高频振动，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；二是分离出约为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料。

6、对于经振动分选产生的粗料，再进行第二次分选，即风力分选，获得分离的铜和铝。风力分选是基于铜、铝材料密度的显著差异来进行的；在经振动分选后的粗料中，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，而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。

参见图2，铜铝分离破碎机的结构设置为：

机座4的底部设置为筛条16，机座4的左上侧安装有定轴9，侧盖11安装在定轴9上，侧盖11可以绕定轴9转动，在侧盖11的内侧壁上固定设置有破碎板10，破碎板10的表面分布有锥形齿；

呈水平设置主轴14，主轴14的两端通过轴承支承在机座4上，沿着主轴14的轴向安装有各转子盘7，转子盘7的设置为：在其外圆周上均匀分布的各钩形刀具7b是通过阻挡销7d和螺栓7c固定设置在圆盘7a的盘面上；以伸出外圆周的钩形刀具7b的前端钩头对减薄的小块状换热器施加剪切力与撕扯力，使铝翅片得到破碎。

更换筛条16可以获得所需出料粒度；

调节螺栓12和弹簧13可以改变破碎板10和转子盘7之间的间隙；

在机座4的右侧设置非破碎物收集区6。

破碎前，首先根据所需出料粒度选择安装合适的筛条16，再根据待破碎物的尺寸大小通过螺栓12和弹簧13调节破碎板10和转子盘7之间的间隙；启动破碎机，主轴14带动转子盘7按图2所示的逆时针方向转动；将待破碎的小块状换热器从进料口8投入，在钩形刀具7b和带锥形齿的破碎板10之间，小块状换热器被反复剪切和撕扯；最终因为扁铜管和铝翅片两种材料抗拉和抗剪强度的显著差异，使得铝翅片得到破碎，成为碎片，而扁铜管只会产生变形，不会被破碎；这样，在破碎物收集区15得到基本解离的扁铜管和铝碎片。

如果小块状的薄板形换热器中混有不易破碎的较硬的固体物料，由于其质量较大，最终将被甩到非破碎物收集区6中，待停机后从小门5中取出。

实施例：

对某型号分体式空调室外机中的L形换热器进行回收。该换热器为双层铜弯管结构，展平后长度800mm、宽度500mm、厚度40mm，总质量3.12～3.40kg；其中，铜管直径为8mm，管壁厚度0.35mm。

利用压力机，将L形结构的换热器压成平板形，此时，基本不改变换热器的厚度。使用切割机，先将换热器两端的铁安装支架切除，再将平板形的换热器在其平面上按150mm×150mm的面积进行切割，使其呈块状体，块状体的尺寸远小于后续辊轧工序中的辊子长度，也小于后续破碎工序中的进料口尺寸。

将切割所得块状体沿着铜管的轴线方向送入压力机，使其前段约50mm的长度被挤压而变薄。变薄后的厚度控制不大于5mm，以保证挤压后的薄端能够顺利进入两个轧辊之间，控制轧辊的线速度约为7m/min，对于双层铜管的换热器，经轧辊辊轧后的出料厚度为1.5mm。

选择破碎机的转速为350rpm，对1.5mm的薄片换热器进行剪切和撕扯性破碎。铜、铝材料基本得到解离。对破碎机的出料进行振动分选，使得铜、铝材料彻底解离，得到6mm×6mm以内的高纯度细小铝碎片，以及6mm×6mm尺寸以上的大铝片单体和段状扁铜管单体。振动分选所用筛网孔眼为6mm×6mm见方，振幅1.5～12mm，振频30～100Hz，振动过程采用变频、变幅的方式。振动分选后的细出料为高纯度的铝，仅含有微量的铜粉。对振动分选的粗出料进行风力分选，分得纯净的扁铜管和铝片。风力分选时，空气的流速选择在10m/s左右。

Claims (1)

1.一种铜铝分离破碎机，其特征是其结构组成中包括有：

一机座(4)，所述机座(4)的底部设置为筛条(16)，机座(4)的左上侧安装有定轴(9)，侧盖(11)安装在定轴(9)上，所述侧盖(11)可以绕定轴(9)转动，在所述侧盖(11)的内侧壁上固定设置有破碎板(10)，所述破碎板(10)的表面分布有锥形齿；

一呈水平设置的主轴(14)，所述主轴(14)的两端通过轴承支承在机座(4)上，沿着主轴(14)的轴向安装有各转子盘(7)，所述转子盘(7)的设置为：在其外圆周上均匀分布的各钩形刀具(7b)是通过阻挡销(7d)和螺栓(7c)固定设置在圆盘(7a)的盘面上。

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