Beth yw Dyfodol Dyluniadau Gwresogydd PTFE Ailgylchadwy gyda Chraidd Metel Gwahanadwy a Gwain Polymer?

Mae gwresogydd troch PTFE wedi darfod yn lwmp o ddeunyddiau cymysg-craidd metel wedi'i rwymo mewn gwain polymer fflworo. Mae'n enwog ei fod yn anodd ei ailgylchu. Nawr, mae gweithgynhyrchwyr blaengar yn peirianneg y genhedlaeth nesaf i ddod ar wahân yn daclus, fel bidog, felly mae'n bosibl y bydd y metel a'r plastig yn cael eu hailgylchu, heb eu claddu. Bydd tirlenwi a llosgi gwresogyddion PTFE defnyddiedig yn dod i ben yn raddol wrth i gyfyngiadau amgylcheddol byd-eang dynhau ac wrth i gwmnïau fabwysiadu syniadau economi gylchol. Mae dyluniad gwresogydd PTFE ailgylchadwy gyda chynlluniau craidd modiwlaidd yn nodi trawsnewidiad sylweddol yn y cysyniad o offer gwresogi diwydiannol, o gynulliadau taflu i systemau adnoddau y gellir eu hadennill.

Problem heddiw: her ddeunydd cymysg
Mae PTFE (polytetrafluoroethylene) yn cael ei werthfawrogi'n fawr am ei wrthwynebiad cemegol gwych a'i sefydlogrwydd thermol. Ond mae'r union rinweddau hyn hefyd yn ei gwneud hi bron yn amhosibl ailgylchu. Gwneir gwresogydd PTFE traddodiadol trwy amgáu elfen wresogi gwrthiant metelaidd yn barhaol mewn gwain PTFE gan ddefnyddio techneg sintro. Mae'r craidd metel a'r fflworopolymer hefyd yn cysylltu'n agos i ffurfio strwythur cyfansawdd sy'n gwrthsefyll gwahaniad.

Mae anfanteision mawr i'r agweddau presennol o therapi diwedd oes. Mae tirlenwi yn arwain at fflworopolymer gwydn yn parhau yn yr amgylchedd ac o bosibl yn torri i lawr yn ficroblastigau sy'n halogi ffynonellau pridd a dŵr-5. Gall PTFE a fflworopolymerau eraill gael eu dadelfennu'n llwyr pan gânt eu llosgi ar 850 gradd neu uwch, ond mae hynny'n defnyddio llawer o egni ac yn peri risg o ryddhau fesul- a sylweddau polyfflworoalcyl (PFAS) - "cemegau am byth" parhaus a all aros yn yr amgylchedd am ddegawdau3-.

Mewn ailgylchu mecanyddol mae'r gwresogydd cyfan yn cael ei falu'n ronynnau deunydd cymysg, gan arwain at allbwn gwerth isel. Mae'r halogiad metel yn lleihau ansawdd y ffracsiwn PTFE, ac mae'r halogiad PTFE yn lleihau gwerth adennill y craidd metel. Mae cyfradd ailgylchu fyd-eang o ddim ond 3.4% ar gyfer fflworopolymerau yn amlygu maint yr her hon–5 Mae dylunio ar gyfer dadosod, un o egwyddorion pwysig yr economi gylchol, hefyd yn helpu i sicrhau nad yw deunyddiau anghydnaws yn cael eu cyfuno yn y lle cyntaf ac nad oes angen prosesau gwahanu cymhleth ar ei gyfer.

Datblygiad newydd ym maes ailgylchu cemegol
Mae techneg ynni glân, isel o ddadelfennu PTFE wedi'i dangos gan ymchwil newydd gan Brifysgol Newcastle a Phrifysgol Birmingham, sy'n defnyddio grym mecanyddol a sodiwm metel ar dymheredd ystafell, heb fod angen llosgi tymheredd uchel na thoddyddion gwenwynig1. Mae'r dechneg yn malu gwastraff PTFE â sodiwm metel mewn melin bêl, gan dorri'r bondiau fflworin carbon cryf i ffurfio fflworid sodiwm-halen sefydlog, anfalaen a ddefnyddir mewn past dannedd-a charbon-4. Mae hwn yn gam mawr ar gyfer ailgylchu cemegol, ond mae'r ateb craidd gwahanadwy yn datrys y broblem i fyny'r afon fel nad yw sbwriel deunydd cymysg hyd yn oed yn ffurfio.

Y Cysyniad Dylunio Craidd Gwahanadwy
Mae'r cysyniad craidd gwahanadwy yn rhagweld y gwresogydd fel cydosodiad dau ddarn, datodadwy sy'n gweithio gyda'i gilydd, yn hytrach na gwreiddio'r craidd metel yn barhaol yn y wain PTFE yn ystod y broses weithgynhyrchu.

Dylunio Mecanyddol
Mae'r syniad yn seiliedig ar egwyddorion elfennau gwresogi math bidog ac ar wresogyddion cetris. Mae'r wain PTFE yn cael ei gynhyrchu fel tiwb gwag neu siâp cyfuchlin - cragen fflworopolymer stiff gyda dimensiynau mewnol cywir. Mae'r elfen wresogi metel, a wneir fel uned cetris ar wahân, yn cynnwys gwifren gwrthiant mewn cyfrwng dargludol thermol ac wedi'i hamgáu mewn cragen metelaidd. Mae'r cetris yn llithro i'r wain PTFE wag, gan wneud cyswllt trydanol ar ben y derfynell, ac fe'i cedwir yn y fflans gan sêl datodadwy neu gap edafu.

Fodd bynnag, mae sawl her gyda'r cysyniad dylunio hwn. Mae effeithlonrwydd trosglwyddo gwres digonol yn ei gwneud yn ofynnol i'r elfen fetel gael ei gosod yn dynn iawn ar wal fewnol y wain PTFE. Gellir gosod cotio tenau o bast dargludol thermol hefyd i'r rhyngwyneb i gael gwared ar fylchau aer (prif waith past thermol yw dileu bylchau aer ar draws y rhanbarth rhyngwyneb er mwyn gwneud y mwyaf o drosglwyddo gwres a gwasgariad). Rhaid i'r past fod yn sefydlog ar dymheredd gweithredu'r gwresogydd (80-100 gradd fel arfer) heb ddiraddio na thrwytholchi llygryddion i'r bath.

Y broblem beirianyddol arall yw'r sêl derfynell. Rhaid i'r sêl fod yn ddigon gwrthiannol i atal unrhyw ymdreiddiad o anweddau cyrydol bath i'r bwlch rhyngwyneb yn ystod gweithrediad ond eto yn gyfan gwbl dros dro ar ddiwedd{1}}o-oes. Dewisiadau eraill posibl yw ffitiadau cywasgu gyda gasgedi PTFE, capiau wedi'u edafu â seliau cylch O- neu glampiau rhyddhau cyflym gydag elfennau morloi caeth.

Dadosod ar ddiwedd oes
Pan ddaw bywyd gwasanaeth y gwresogydd i ben, caiff y broses ei gwrthdroi. Mae'r sêl datodadwy yn cael ei hagor, mae'r craidd metel yn cael ei dynnu allan o'r wain PTFE, ac mae'r ddau ddeunydd yn barod i'w hailgylchu ar wahân. Gellir prosesu'r craidd metel, a wneir yn gyffredin o wifren gwrthiant cromiwm nicel, dargludyddion copr a dur neu ddeunyddiau gwain Incoloy, trwy brosesau ailgylchu metel traddodiadol heb y risg o halogiad PTFE. Mae'r wain bellach yn un elfen ddeunydd o PTFE heb fetel integredig a gellir ei gyfeirio at brosesau ailgylchu fflworopolymer arbenigol, gan gynnwys y technolegau mecanocemegol sy'n datblygu sy'n cael eu hymchwilio.

Gyrwyr: Economaidd ac Amgylcheddol
Adennill Gwerth Materol
Mae'r dyluniad datodadwy yn rhyddhau llawer o werth materol sy'n cael ei golli heddiw. Mae'r craidd metel wedi'i lenwi ag aloion gwerthfawr: gwifren gwrthiant nicel-cromiwm (NiCr) a chopr ar gyfer y cysylltiadau trydanol, ac yn aml dur di-staen neu Incoloy ar gyfer y gragen cetris. Mae gan y metelau hyn sy'n cael eu hadfer fel deunydd un ffrwd glân, werth sgrap llawer mwy na malu deunydd cymysg. Ar gyfer cwsmeriaid diwydiannol mawr gyda dwsinau neu gannoedd o wresogyddion PTFE, gall cyfanswm y gwerth a adferwyd helpu i wrthbwyso rhan o'r costau adnewyddu.

Hefyd mae gan y PTFE ei hun werth ychwanegol pan gaiff ei adennill heb ei halogi. Gellir defnyddio gwastraff glân wedi'i wahanu o PTFE ar gyfer cynhyrchu micropowdrau PTFE i'w defnyddio fel ychwanegion mewn ireidiau, inciau a phlastigau peirianneg. Fel arall, gellir ei ddadbolymeru yn ôl i fonomerau fel tetrafluoroethylene (TFE) i'w ail-polymereiddio i PTFE-3 ffres.

Pwysau Cynaliadwyedd Corfforaethol a Rheoleiddiol
Mewn sawl gwlad, mae cyfundrefnau Cyfrifoldeb Estynedig Cynhyrchwyr (EPR) yn gwneud cynhyrchwyr yn gyfrifol am ddiwedd{0}}rheoli bywyd eu cynhyrchion-33. Tynnwyd sylw at ail-wneud, gwydnwch ac ailgylchadwyedd-33 yn fframweithiau polisi cynnyrch Cynllun Gweithredu Economi Gylchol yr Undeb Ewropeaidd. Wrth i'r safonau hyn ledaenu o electroneg defnyddwyr i offer diwydiannol, bydd gweithgynhyrchwyr gwresogyddion sy'n cynnig dyluniadau gwahanadwy, ailgylchadwy mewn sefyllfa well i gydymffurfio.

Mae defnyddwyr diwydiannol terfynol – yn enwedig cwmnïau modurol, electroneg a lled-ddargludyddion – yn gosod targedau heriol yn gynyddol ar gyfer dargyfeirio gwastraff a chylchrededd. Mae diwedd{2}}o-oes dadosod offer yn dod yn angen wrth gaffael. Cefnogir y nodau hyn yn uniongyrchol gan wresogydd PTFE craidd gwahanadwy, gyda chwsmeriaid yn adrodd am adfer deunydd glân yn hytrach na gwaredu gwastraff cymysg.

Ystyriaethau Cost/Budd
Mae'r dyluniad datodadwy yn codi cost gweithgynhyrchu. Mae allwthio proffiliau gwresogydd solet yn haws ac yn rhatach i'w gwneud na gwainiau PTFE gwag y mae'n rhaid iddynt gynnal dimensiynau mewnol unffurf Mae angen peiriannu ychwanegol a rheoli ansawdd ar gyfer morloi symudadwy a chysylltiadau edau. mae defnyddio past dargludol thermol yn ystod y cynulliad yn ychwanegu cost deunydd traul. Cynyddir y costau cynhyrchu gan oddefiannau cywirdeb uwch yn y broses weithgynhyrchu.

Fodd bynnag, mae nifer o ffactorau yn gwrthweithio’r costau ychwanegol hyn:

Gallai hynny olygu bod ffioedd cyfrifoldeb cynhyrchwyr estynedig ar gyfer cynhyrchion deunydd cymysg yn fwy nag ar gyfer dyluniadau y gellir eu hailgylchu yn amlwg.

Gall gwerth y metel wedi'i adennill o'r craidd datodadwy gael ei gredydu i'r defnyddiwr terfynol neu ei ad-dalu i'r cynhyrchydd.

Ffi is ar gyfer eitemau -ffrwd sengl nag ar gyfer sbwriel peryglus cymysg.

Mae cymwysterau cynaliadwyedd uwch yn gofyn am bris premiwm a ffafriaeth cleient mewn marchnadoedd amgylcheddol sensitif.

Mewn gwirionedd, i ddefnyddwyr mawr gall cost perchnogaeth gyffredinol fod yn llai os cymerir costau gwaredu a chredydau ar gyfer deunydd a adferwyd i mewn.

Y Cyflwr Presennol a'r Ffordd Ymlaen
Cyfnod prototeip
Mae gwresogyddion PTFE craidd gwahanadwy yn dal i fod yn bennaf yn y modd prototeip a-peirianneg arferol. Mae sawl gweithgynhyrchydd gwresogyddion arbenigol wedi profi tystiolaeth o ddyluniadau cysyniad ar gyfer cymwysiadau labordy a pheilot, ond nid yw'r dechnoleg ar gael yn eang yn fasnachol eto ar gyfer gwresogi tanciau diwydiannol cyffredin.

Yr her dechnegol allweddol yw cynnal yr effeithlonrwydd cyswllt thermol ar draws miloedd o gylchoedd tymheredd heb ddiraddio'r rhyngwyneb na'r past dargludol. Bydd y wain yn ehangu ac yn cywasgu'n sylweddol gyda newidiadau mewn tymheredd gan fod gan PTFE gyfernod ehangu thermol uchel (tua 120 i 200 × 10-6 / gradd). Mae'r craidd metel yn ehangu ar gyflymder amlwg (dur ~ 11-13x10-6 / gradd C). Mae cynnal rhyngwyneb thermol da trwy gydol y symudiad gwahaniaethol hwn, heb boeni, datblygu bwlch na mudo past, yn fater peirianneg gweithredol.

Integreiddio â Thechnolegau Ailgylchu Newydd
Nid yw'r dyluniad craidd gwahanadwy yn gystadleuydd i dechnolegau ailgylchu cemegol, ond yn hytrach yn ategu atynt. Mae dylunio-ar gyfer-dadosod yn caniatáu gwahaniad mecanyddol i roi porthiant deunydd sengl glân y gellir ei brosesu wedyn drwy'r llwybr ailgylchu mwyaf priodol. Mae'r craidd metel yn teithio i'r mwyndoddwyr metel traddodiadol. Gellir sianelu’r wain PTFE tuag at ailgylchu mecanocemegol neu brosesau dadbolymereiddio ynni isel eraill sy’n dod i’r amlwg, megis y dull melino sodiwm tymheredd amgylchynol a ddatblygwyd gan Brifysgol Newcastle a Phrifysgol Birmingham, gan ddarparu glasbrint ar gyfer economi gylchol ar gyfer fflworin1-4.

Llinell waelod y mater
Mae dyluniad gwresogydd PTFE ailgylchadwy yn gam gwirioneddol tuag at economi gylchol ar gyfer gwresogi diwydiannol, oherwydd ailgylchadwyedd y craidd metel o'r wain polymer. Mae'r dyluniadau hyn yn hwyluso dadosod glân ar ddiwedd-bywyd, gan drosi problem gwaredu-cymysgedd o ddeunyddiau sy'n anodd ac yn ddrud i'w gwahanu-yn gyfle adnodd lle mae metelau'n cael eu dychwelyd i fwyndoddwyr a gwainoedd fflworopolymer yn cael eu hanfon i ffrydiau ailgylchu pwrpasol. Mae'r problemau peirianneg o gynnal effeithlonrwydd thermol a chywirdeb sêl mewn gwasanaeth yn fawr, ond nid yn anorchfygol. Dim ond gyda phwysau rheoleiddiol ac addewidion amgylcheddol corfforaethol y bydd galw'r farchnad am offer gwresogi y gellir eu hailgylchu'n glir yn ehangu. Mae ymwybyddiaeth amgylcheddol yn dod yn rhan fwy o arloesi technegol ac mae'r gwresogydd PTFE craidd gwahanadwy yn enghraifft o sut y gellir dylunio offer diwydiannol nid yn unig ar gyfer perfformiad, ond ar gyfer ail fywyd.