一種低溫風洞氮氣回收裝置及回收方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種氮氣回收裝置及回收方法，屬于低溫風洞技術領域，尤其涉及一 種低溫風洞氮氣回收裝置及回收方法。
【背景技術】
[0002] 低溫風洞試驗中，通常采用低溫技術來獲取較大的試驗雷諾數，而低溫是通過向 風洞回路噴射液氮，液氮汽化吸收大量熱量以降低試驗環境溫度的方法來獲得。因為低溫 風洞排出的氮氣壓力、溫度、流量范圍非常大。例如歐洲大型低溫跨聲速風洞（ETW)，流量 范圍為：50kg/s--250kg/s，壓力范圍為：L 15ba--4. 5ba，溫度范圍為：110k--332k。 通常的工藝是無法將其回收的，只能排入大氣。汽化后的氮氣溫度仍然很低，需要經過處理 后才能排入大氣。目前世界上已投入運行的大型低溫風洞有兩座，一座是20世紀80年代 由美國建造的NASA蘭利中心國家跨聲速設備（NTF)，另一座是1994年10月由德、法、英、荷 合作建造的歐洲大型低溫跨聲速風洞（ETW)。在低溫氮氣的處理上，NTF采用的是加熱耐火 材料，低溫氮氣通過高溫耐火材料升溫再排放到高空中；ETW采用的是燃燒液化石油氣將 空氣加熱到高溫，再使低溫氮氣與高溫煙氣混合最后排放到高空中。這兩種方法都需要耗 費大量能源，而且低溫氮氣所含的大量冷量也會浪費。
[0003] 在中國發明專利說明書CN104110574A中公開了一種低溫氣體冷凝回收系統及其 方法，它包括儲罐、泵、切換閥、第一閥、低溫制冷機、儲液罐、第二閥；儲罐、泵、切換閥第一 入口順次相連，切換閥出口、第一閥、低溫制冷機、儲液罐順次相連，儲罐與切換閥第二入口 相連，切換閥出口與第二閥相連。但是該發明僅適用于冷凝回收LNG車載燃料瓶、LNG槽罐 車、儲罐等在年檢或檢修維保過程中須排掉的天然氣，以及相應氮氣、氧氣、氬氣等低溫氣 體儲罐檢修時的氣體回收，不適合用于低溫風洞試驗后排出的低溫氮氣的回收。
[0004] 在中國實用新型專利說明書CN202625854U中公開了一種氮氣回收利用裝置，它 包括1.0 MPa氮氣壓縮機、2. 5MPa氮氣壓縮機、自動調流量節閥（V1681)、第一手閥（V1617) 和氮氣緩沖罐。1.0 MPa氮氣壓縮機的出口與LOMPa氮氣管網相連，2. 5MPa氮氣壓縮機的 出口與2. 5MPa氮氣管網相連，第一手閥的進口與2. 5MPa氮氣壓縮機的出口相連，第一手 閥的出口與1.0 MPa氮氣壓縮機的出口相連，自動流量調節閥的進口與2. 5MPa氮氣壓縮機 的出口相連，自動流量調節閥出口與LOMPa氮氣壓縮機出口相連。當LOMPa氮氣管網壓 力下降時，可適當打開第一手閥或自動流量調節閥，讓2. 5MPa氮氣適度補進LOMPa氮氣系 統。雖然該使用新型提供了一種氮氣回收裝置，但是它的作用僅僅是一種2. 5MPa放散氮氣 回收利用到1.0 MPa管網的裝置，它無法實現對風洞試驗后排出的低溫氮氣的回收利用。

【發明內容】

[0005] 針對上述現有技術存在的缺陷，本發明要解決的技術問題是提供一種低溫風洞氮 氣回收裝置及回收方法，它能夠有效地實現低溫風洞試驗后排出的低溫氮氣的回收利用。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明采用了這樣一種低溫風洞氮氣回收裝置，包括低溫 風洞回路，氮氣壓縮膨脹系統；所述低溫風洞回路和所述氮氣壓縮膨脹系統之間還設置有 氮氣回收系統，它們三者依次相連；所述氮氣回收系統包括真空低溫罐和低溫真空泵。
[0007] 在本發明公開了的一種優選實施方案中，所述真空低溫罐內裝有液氮。
[0008] 在本發明公開了的一種優選實施方案中，所述氮氣壓縮膨脹系統包括依次連接的 緩沖罐，壓縮機，熱交換器1，熱交換器2,節流閥，氣液分離器；所述熱交換器1上并聯有膨 脹機。
[0009] 在本發明還公開了一種利用該低溫風洞氮氣回收裝置回收氮氣的方法，其包括以 下步驟：(a)利用所述低溫真空泵對所述真空低溫罐抽真空，實現的液氮蓄冷步驟；(b)完 成液氮蓄冷后，將所述低溫風洞回路排出的低溫氮氣沖入所述真空低溫罐內，實現低溫氮 氣熱交換回收步驟；（c)完成低溫氮氣熱交換回收后，向所述真空低溫罐內補充液氮，再次 開始液氮蓄冷步驟。
[0010] 在本發明公開的一種利用該低溫風洞氮氣回收裝置回收氮氣的方法的優選實施 方案中，液氮蓄冷步驟包括，（1)開啟所述低溫真空泵，對所述真空低溫罐進行抽真空，開始 蓄冷過程；（2)所述真空低溫罐內的液氮變為氮漿，關閉所述低溫真空泵，蓄冷過程結束。 [0011] 在本發明公開的一種利用該低溫風洞氮氣回收裝置回收氮氣的方法的優選實施 方案中，所述真空低溫罐內真空度為l〇KPa，所述真空低溫罐內的液氮變為氮漿。
[0012] 在本發明公開的一種利用該低溫風洞氮氣回收裝置回收氮氣的方法的優選實施 方案中，所述低溫氮氣熱交換回收步驟包括，（1)將所述低溫風洞回路中的氮氣沖入所述低 溫真空泵內，使氮氣與所述真空低溫罐內的氮漿混合，實現熱交換過程；（2)當低溫氮氣變 為液氮時熱交換過程結束，所述低溫風洞氮氣回收步驟完成。
[0013] 在本發明公開的一種利用該低溫風洞氮氣回收裝置回收氮氣的方法的優選實施 方案中，所述真空低溫罐內真空度為常壓時，熱交換過程結束。
[0014] 在本發明公開的一種利用該低溫風洞氮氣回收裝置回收氮氣的方法的優選實施 方案中，所述氮漿為固態氮或者固液混合態氮或者低溫液氮。
[0015] 本發明的工作原理是：利用液體在低壓環境下沸點會降低的特性，將儲存在真空 低溫罐內的液氮抽真空，隨著罐內壓力的降低，液氮的沸點降低，更快地汽化，汽化過程中 吸熱將剩余的液氮溫度降低，使之變成氮漿（即固態氮或者固液混合態氮或者低溫液氮或 者它們的混合物），再將風洞回路中的氮氣充入上述狀態的氮中，通過與之熱交換將其液 化，同時真空泵抽出的氮氣通過壓縮膨脹系統可再次液化。
[0016] 本發明的有益效果是：通過在低溫風洞回路低溫氮氣的出口設置氮氣回收系統， 可以有效地實現對風洞試驗后低溫氮氣的回收利用；通過設置氮氣壓縮膨脹系統有效地保 證了本發明對氮氣的高效回收利用；通過使用本發明，不僅可以節約大量消耗在處理風洞 試驗后低溫氮氣的能源，同時縮減了設計制造處理低溫氮氣的設備的經費；而且本發明結 構簡單、制造成本低廉、安裝使用方便，極大的縮減了氮氣回收設備的制造使用成本。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明實施例的一種低溫風洞氮氣回收裝置結構示意圖；
[0018] 圖2是本發明實施例的一種低溫風洞氮氣回收裝置連接關系示意圖；
[0019] 圖中：1-低溫風洞回路，2-氮氣回收系統，3-壓縮膨脹系統，2a_真空