一種簡易型廢舊鑰匙回收裝置創新設計

李海令+初學浩

摘 要：目前，節能減排成為了我國實現綠色可持續發展所面臨的重要主題，而可回收資源的有效回收利用是實現節能減排的重要手段之一。在眾多可回收資源中，廢舊鑰匙和鎖具的回收長期以來缺乏有效的方式。一方面，出于對安全性的考慮，人們一般不愿意將涉及家庭財產及生命安全的鑰匙和鎖具等物品隨意棄置；另一方面，此類資源的集中回收和分揀的難度大、成本高，這在一定程度上限制了鑰匙等資源的回收利用。為了解決上述問題，作者設計了一種小區簡易型廢舊鑰匙和鎖具回收裝置，探討了其設計的可行性及應用前景。該產品具有能耗低、安全性高、回收成本低、適合分布安裝等優點，具有較高的推廣價值。

關鍵詞：鑰匙；鎖具；生活垃圾；DC/AC逆變器

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.093

隨著人類社會的發展，各類能源和材料的消耗急劇增加，使整個社會的節能減排壓力日益增大。可回收資源的回收利用是實現節能減排的重要手段，比如垃圾分類、廢料回收、廢料精煉和再加工等手段應運而生。人們的日常生活中存在一類極為常見的廢棄物——廢舊鑰匙和鎖具，其大多是由銅、鋁等金屬制成，制作成本較高。然而，對于這類廢棄物，目前尚卻缺乏有效的回收利用手段。一方面，居民家中散落的鑰匙既造成了資源浪費，又占據了一定的空間；另一方面，人們一般出于對安全的考慮，為將此類廢棄物隨其他生活垃圾拋棄或作為廢品出售。此外，即使有隨生活垃圾拋棄的廢舊鑰匙和鎖具，其后期的散亂分揀、集中處理的成本加高，得不償失。針對上述問題，本文給出了一種便于在小區安裝的廢舊鑰匙集中、安全回收裝置的設計思路。

1 回收裝置的結構及功能設計

該裝置主要由供電單元、熔融單元、設備箱體和通信部分等部分構成，可以實現設備的離網運行、鑰匙熔融回收、定期信號收發等功能。

1.1 設備供電部分

該裝置的供電系統由三部分組成，即太陽能電池板、儲能電池和DC/AC逆變器。太陽能電池板可利用光伏效應將太陽能轉化為直流電能，所獲得的電能可經DC/AC逆變器直接對設備供電。在設備暫停工作時，多余的電能可對儲能電池充電，從而將電能轉化為化學能儲存于儲能電池中。此外，逆變器也可將電池輸出的低壓直流電經高壓逆變轉化為金屬熔融裝置所需要的中高壓交流電。由于系統運行場所固定、運行環境相對穩定，因此，儲能電池可選用較便宜的免維護膠體電池，從而有效降低系統成本。在實際安裝中，太陽能板利用支架安裝于設備上方，起到防雨雪的作用，進而對設備起到一定的防護作用，從而有效延長系統的使用壽命。

1.2 設備熔融部分

廢舊鑰匙的熔融功能可通過金屬熔融器、內容物探測裝置、溫度監測及控制裝置實現。針對傳統金屬熱熔裝置的高能耗問題，本裝置的金屬熔融器采用了一種磁熱式金屬熔融裝置，即在導磁性坩堝外加設電磁加熱線圈，通過電磁加熱導磁性坩堝使鑰匙熔化，裝置升溫快、能耗低。裝置中在坩堝正對設備箱體的頂部安裝了內容物體積探測器，可通過測量箱體頂部至坩堝底部的距離大致估算內容物的數量，并根據程序設定值實現設備自啟動。該功能可令設備在居民投入坩堝內的廢舊鑰匙等金屬的實際數量累積到一定值時啟動熔融作業，從而避免設備的頻繁啟停，有效降低了能耗和設備的工作強度，延長了設備的使用壽命。坩堝中內容物的加熱溫度由數字式紅外傳感器監測，并將所得到的信號傳送給溫度控制器，從而在系統設定的內容物到達熔點時停止加熱。

1.3 設備箱體部分

該設備箱體上部設有進料口，下方設置有鋼制儲物箱。用戶可通過該進料口投入鑰匙等金屬，投入的金屬直接進入熔融裝置暫存。箱體兩側設有散熱柵格，箱體內部加裝了散熱風扇，可防止金屬加熱融化時產生的高溫對傳感器和控制器等造成破壞。機箱下部的鋼制儲物箱可以暫時存放并冷卻熔融物，達到一定數量之后由負責人員統一回收處理。

1.4 設備通信部分

該裝置熔融回收后的鑰匙需由專門的負責人員統一回收和集中處理，但人員配置數量及區域的優化對回收成本有著決定性的影響。比如，人員配置過多會導致人力浪費、回收成本提高，配置過少又會影響設備的正常使用和維護。因此，在設備中加裝了儲物箱容量監測裝置和無線通信單元。采用類似熔融裝置中內容物數量監測的傳感器，實時監測儲物箱中回收的廢舊鑰匙的數量。當儲物箱內容物數量達到系統預設值時，由箱體內的無線收發裝置向維護保養人員的無線移動終端發送任務代碼及設備代碼，通知維護人員到相應的單體設備處統一回收處理熔融金屬。此外，系統溫度監測及控制、熔融溫度控制等單元也可將采集到的相應故障信號發送給無線收發通信單元，并由其將相應任務代碼發送給維護保養人員的移動終端，通知其迅速排障。在此情況下，既保障了設備的正常運行，又有效擴大了單個維護人員的作業范圍，大大降低了運行成本。

2 設備的優勢及應用前景

2.1 節能效果明顯

該設備采用太陽能供電，無需連接市電，實現了離網運行，能耗較低；采用磁熱式金屬熔融裝置，升溫快、體積小、能耗低；安裝了內容物自動監測、溫度自動監測及控制電路，具有自啟動、自關閉功能，避免了系統的頻繁起停；采用無線自動通信及無線移動終端，大大減少了維護保養人員的工作量，維護和運行成本較低。

2.2 安全性和可靠性高

該裝置在設計時充分考慮了設備的防護、故障檢測及使用壽命等問題。除了部分電子元件可能需要定期檢修和更換之外，供電部分、熔融部分及箱體的使用壽命均在15～25年，全生命周期的設備可靠性高、成本低。

2.3 適應性強

該設計通過熔融破壞了鑰匙的安全屬性，僅保留其金屬屬性，消除了人們的顧慮，有助于調動人們在廢舊鑰匙回收上的積極性。設備結構簡單、體積較小，便于在各小區實現大規模分布式推廣。此外，該設備還適用于廢舊螺絲、螺釘等小型廢舊金屬零件的回收，普適性強。

該設備下方的儲物箱還可實現功能擴展。如果小區內廢舊電池等處理不當，則會造成嚴重污染。該設備的節能環保公益性較高，適用于安裝在學校、公園等公共場合，從而充分增強人們的環保意識。

〔編輯：張思楠〕