浅议真空灭弧室设计的绿色材料运用

众所周知，真空灭弧室为环保产品，本身对环境无害，但其生产过程并非对环境无害。在世界范围内，高技术电子产品的生产已经对环境造成了相当大的污染。据测算，为生产一只2g重的PC存储器芯片，需要消耗的原材料和燃料共为1400g，能耗比例为700:1。这是因为芯片的生产过程需要很高的清洁度，需要使用非常复杂的“洁净室”制造和洁净技术。真空灭弧室的生产过程与电子产品相类似，需要与之相当的清洁度。若使用传统技术，真空灭弧室生产过程的能耗比为100:1。由于真空灭弧室生产过程能耗高，对环境不利，Areva公司对新灭弧室的研制采用了环保设计法，不仅极大地降低了生产和研发费用，给公司带来显著的经济效益，而且对环境大大有利。
1环保设计法
环保设计法贯穿于产品研制、生产和试验的全过程。首先在项目的最初阶段就开始应用环保方法。选择的材料和元件不含有害添加物，在产品寿命终了时易于回收，易于进行环保处理。
1.1研制阶段
在研发阶段，采用模型仿真技术，包括机械、静电、三维电动计算。通过大量使用计算机模型仿真设计方法，大大节约了研制中初始试验和验证的费用。可减少大约10轮短路试验，每轮可减少用电1.2万kW•h，总共节省电能12万kW•h，这就节省了大量资金，如每轮节省1.5万欧元，总共节省15万欧元。由于对灭弧室进行了优化设计，使之体积大大减小，这样对不同额定等级的灭弧室都有材料节约。总的来说，平均每个灭弧室可节省材料2.7kg，若以20年生产100万个计算，可节省材料总计约2660t。
1.2生产阶段生产阶段分为3个部分：清洁或准备，组装和密封，老炼、检查和试验。
1.2.1清洁或准备阶段
在清洁或准备阶段，Areva公司利用自己发明的一种环保型清洁剂，尽量减少化学品和水的用量，并且处理过程完全自动化(使用计算机和机器人系统)。这就意味着在今后的20年生产中(生产量同前文假设)，总用水量从近1300万L减到700多万L，可节省近600万L水。
1.2.2组装和密封阶段
在组装和密封阶段，该公司对一次封排工艺作了改进和优化，使每个灭弧室的熔炼时间从24h减到12h，使熔炼容量翻一番。又由于灭弧室重量和尺寸的减小，使总的熔炼容量增加了2.6倍。熔炼容量的增加，使所消耗电能大大减少。据估计，以前生产一个真空灭弧室所耗电能为100kW•h，而新方法仅需60kW•h，在20年生产中(生产量同前文假设)可节省电能4000万kW•h。
1.2.3老炼和试验阶段
在老炼和试验阶段，Areva公司重新设计了老炼和试验部分。在高压试验时，用氮气代替SF6作为绝缘介质。通过优化老炼和试验，减少了总的时间和能量消耗。
2结语
该环保设计法取得了良好的环保效果。Areva公司利用一种被称作EIME(环境信息管理系统)的计算机工具，分析了新产品对环境的影响，并与原有产品作了对比，新产品的指标大大优越老产品。该环保设计法取得了良好的技术经济效益。总的来说，可节省能源40%和节省原材料(铜、陶瓷)30%以上。