一种简易型废旧钥匙回收装置创新设计

李海令+初学浩

摘 要：目前，节能减排成为了我国实现绿色可持续发展所面临的重要主题，而可回收资源的有效回收利用是实现节能减排的重要手段之一。在众多可回收资源中，废旧钥匙和锁具的回收长期以来缺乏有效的方式。一方面，出于对安全性的考虑，人们一般不愿意将涉及家庭财产及生命安全的钥匙和锁具等物品随意弃置；另一方面，此类资源的集中回收和分拣的难度大、成本高，这在一定程度上限制了钥匙等资源的回收利用。为了解决上述问题，作者设计了一种小区简易型废旧钥匙和锁具回收装置，探讨了其设计的可行性及应用前景。该产品具有能耗低、安全性高、回收成本低、适合分布安装等优点，具有较高的推广价值。

关键词：钥匙；锁具；生活垃圾；DC/AC逆变器

中图分类号：X705 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.093

随着人类社会的发展，各类能源和材料的消耗急剧增加，使整个社会的节能减排压力日益增大。可回收资源的回收利用是实现节能减排的重要手段，比如垃圾分类、废料回收、废料精炼和再加工等手段应运而生。人们的日常生活中存在一类极为常见的废弃物——废旧钥匙和锁具，其大多是由铜、铝等金属制成，制作成本较高。然而，对于这类废弃物，目前尚却缺乏有效的回收利用手段。一方面，居民家中散落的钥匙既造成了资源浪费，又占据了一定的空间；另一方面，人们一般出于对安全的考虑，为将此类废弃物随其他生活垃圾抛弃或作为废品出售。此外，即使有随生活垃圾抛弃的废旧钥匙和锁具，其后期的散乱分拣、集中处理的成本加高，得不偿失。针对上述问题，本文给出了一种便于在小区安装的废旧钥匙集中、安全回收装置的设计思路。

1 回收装置的结构及功能设计

该装置主要由供电单元、熔融单元、设备箱体和通信部分等部分构成，可以实现设备的离网运行、钥匙熔融回收、定期信号收发等功能。

1.1 设备供电部分

该装置的供电系统由三部分组成，即太阳能电池板、储能电池和DC/AC逆变器。太阳能电池板可利用光伏效应将太阳能转化为直流电能，所获得的电能可经DC/AC逆变器直接对设备供电。在设备暂停工作时，多余的电能可对储能电池充电，从而将电能转化为化学能储存于储能电池中。此外，逆变器也可将电池输出的低压直流电经高压逆变转化为金属熔融装置所需要的中高压交流电。由于系统运行场所固定、运行环境相对稳定，因此，储能电池可选用较便宜的免维护胶体电池，从而有效降低系统成本。在实际安装中，太阳能板利用支架安装于设备上方，起到防雨雪的作用，进而对设备起到一定的防护作用，从而有效延长系统的使用壽命。

1.2 设备熔融部分

废旧钥匙的熔融功能可通过金属熔融器、内容物探测装置、温度监测及控制装置实现。针对传统金属热熔装置的高能耗问题，本装置的金属熔融器采用了一种磁热式金属熔融装置，即在导磁性坩埚外加设电磁加热线圈，通过电磁加热导磁性坩埚使钥匙熔化，装置升温快、能耗低。装置中在坩埚正对设备箱体的顶部安装了内容物体积探测器，可通过测量箱体顶部至坩埚底部的距离大致估算内容物的数量，并根据程序设定值实现设备自启动。该功能可令设备在居民投入坩埚内的废旧钥匙等金属的实际数量累积到一定值时启动熔融作业，从而避免设备的频繁启停，有效降低了能耗和设备的工作强度，延长了设备的使用寿命。坩埚中内容物的加热温度由数字式红外传感器监测，并将所得到的信号传送给温度控制器，从而在系统设定的内容物到达熔点时停止加热。

1.3 设备箱体部分

该设备箱体上部设有进料口，下方设置有钢制储物箱。用户可通过该进料口投入钥匙等金属，投入的金属直接进入熔融装置暂存。箱体两侧设有散热栅格，箱体内部加装了散热风扇，可防止金属加热融化时产生的高温对传感器和控制器等造成破坏。机箱下部的钢制储物箱可以暂时存放并冷却熔融物，达到一定数量之后由负责人员统一回收处理。

1.4 设备通信部分

该装置熔融回收后的钥匙需由专门的负责人员统一回收和集中处理，但人员配置数量及区域的优化对回收成本有着决定性的影响。比如，人员配置过多会导致人力浪费、回收成本提高，配置过少又会影响设备的正常使用和维护。因此，在设备中加装了储物箱容量监测装置和无线通信单元。采用类似熔融装置中内容物数量监测的传感器，实时监测储物箱中回收的废旧钥匙的数量。当储物箱内容物数量达到系统预设值时，由箱体内的无线收发装置向维护保养人员的无线移动终端发送任务代码及设备代码，通知维护人员到相应的单体设备处统一回收处理熔融金属。此外，系统温度监测及控制、熔融温度控制等单元也可将采集到的相应故障信号发送给无线收发通信单元，并由其将相应任务代码发送给维护保养人员的移动终端，通知其迅速排障。在此情况下，既保障了设备的正常运行，又有效扩大了单个维护人员的作业范围，大大降低了运行成本。

2 设备的优势及应用前景

2.1 节能效果明显

该设备采用太阳能供电，无需连接市电，实现了离网运行，能耗较低；采用磁热式金属熔融装置，升温快、体积小、能耗低；安装了内容物自动监测、温度自动监测及控制电路，具有自启动、自关闭功能，避免了系统的频繁起停；采用无线自动通信及无线移动终端，大大减少了维护保养人员的工作量，维护和运行成本较低。

2.2 安全性和可靠性高

该装置在设计时充分考虑了设备的防护、故障检测及使用寿命等问题。除了部分电子元件可能需要定期检修和更换之外，供电部分、熔融部分及箱体的使用寿命均在15～25年，全生命周期的设备可靠性高、成本低。

2.3 适应性强

该设计通过熔融破坏了钥匙的安全属性，仅保留其金属属性，消除了人们的顾虑，有助于调动人们在废旧钥匙回收上的积极性。设备结构简单、体积较小，便于在各小区实现大规模分布式推广。此外，该设备还适用于废旧螺丝、螺钉等小型废旧金属零件的回收，普适性强。

该设备下方的储物箱还可实现功能扩展。如果小区内废旧电池等处理不当，则会造成严重污染。该设备的节能环保公益性较高，适用于安装在学校、公园等公共场合，从而充分增强人们的环保意识。

〔编辑：张思楠〕