[发明专利]具有液氮回收装置的开式沸腾液氮系统

说明书

技术领域

本发明涉及空间环境模拟设备，特别涉及一种具有液氮回收装置的开式沸腾液氮系统。

背景技术

空间环境模拟试验中，对于热真空试验来说，在试验中需要大量的液氮等低温工质。由于热真空试验周期相当长，因此消耗大量人力、物力和财力。例如大型空间环境模拟器每天液氮消耗量约十吨，有时一次试验购买液氮的费用可达上百万元。

大型液氮系统通常配有氮气回收再液化系统。美国“马克1号”环境模拟器、欧联的SOPEMEA热真空室、日本酸素φ14m空间模拟器等配置的液氮系统，以及前苏联的两台最大的热真空设备——BK600/300和TBK热真空设备，对蒸发的冷氮气均进行了回收与再液化。目前常见的气体液化方法有两种类型：一种为节流液化循环(Linde循环)，另一种为使用涡轮膨胀机的液化循环(Claude循环)。

以上的气体液化回收方法都应用于大型、带压的液氮系统中，回收对象为低温气体，其不足之处在于；回收系统的初期投资大、成本回收周期长。对于小型开式沸腾液氮系统来说，如果采用传统的气体液化回收方式，其性价比太低，不如不作回收，目前，通常都是将液氮直接排空的，因此，试验成本很高。对于小型开式沸腾液氮系统的气液分离回收的装置未见相关报道。

发明内容

为了降低试验成本，解决小型开式沸腾液氮系统的气液分离回收的问题，本发明的目的在于提供一种具有液氮回收装置的开式沸腾液氮系统。利用本发明，可将液氮系统出口的气液两相工质实现分离、转注、回收利用，降低试验能耗、节约试验成本。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种具有液氮回收装置的开式沸腾液氮系统，该装置包括一个液氮储槽通过低温系统管路与一个热真空环境模拟设备连接，热真空环境模拟设备的输出口具有一个放空管路；根据本发明，该装置还包括：在放空管路上还设置有一个控制阀门，与一个气液分离转注装置连接；所述的气液分离转注装置用于常压气氮和液氮分离，其内部包括上、下两个容器，上容器用于气氮排空，下容器通过管路和阀门与液氮储槽的输入口连接，用于存储和回收液氮。

本发明一种具有液氮回收装置的开式沸腾液氮系统，由于采取上述的技术方案，利用一套气液分离转注装置将气液两相氮在常压下分离，并自增压至一定压力将液氮转注至液氮储槽中，同时不影响热真空环境模拟设备的稳定运行，因此，本发明解决了小型开式沸腾液氮系统的气液分离回收的问题，将原本白白排放的液氮回收利用，大大节约试验成本，且具有投资小、成本回收周期短、改善劳动条件的特点。

附图说明

图1为传统开式沸腾液氮系统的结构示意图；

图2为本发明一种具有液氮回收装置的开式沸腾液氮系统的结构示意图。

具体实施方式

图1为传统开式沸腾液氮系统的结构示意图，该装置包括：液氮储槽1通过低温系统管路将液氮送入热真空环境模拟设备2，再经放空管路放空。其工作原理是：系统中液氮由液体储槽1经低温系统管路进入热真空环境模拟设备2热沉后，直接经放空管路放空，系统中的液氮在流动过程中大量气化，通过相变换热带走系统内及模拟器内试验件辐射到热沉上的热量。

由于回收的性价比低，现有技术通常将系统出口的气液两相氮直接排放至大气中。

图2为本发明一种具有液氮回收装置的开式沸腾液氮系统的结构示意图；如图2的实施例所示，根据本发明，在开式沸腾液氮系统的放空管路上还设置有一个控制阀门，与一个气液分离转注装置3连接；上述气液分离转注装置3用于常压气氮和液氮分离，其内部包括上、下两个容器，上容器用于气氮排空，下容器通过管路和阀门与液氮储槽1的输入口连接，用于存储和回收液氮。

上述气液分离转注装置3为一个立式圆柱形双黄蛋结构、全不锈钢材质的气液分离转注装置。

下面进一步对本发明的工作过程进行描述。

本发明在原本直接排放到大气中的热真空环境模拟设备的液氮系统出口连接一个气液分离转注装置，该装置采用立式圆柱形双黄蛋结构、全不锈钢材质的一套装置将排放出的气氮与液氮分离，并将液氮短暂存储到一定量后能自动增压、转注至与装置相连的低温液体储槽中，从原放空管排出的气液两相氮在本发明装置的上容器中实现常压分离：气氮直接排空，液氮经上容器流入到下容器中。当下容器液氮存储到一定液位后，分离出的液氮暂存在上容器中，下容器自增压，将液氮转注至液氮储槽中重新循环利用。当下容器液氮排空后，液体再次从上容器流入下容器，如此反复，连续接收、间断转注，从而实现液氮的回收利用。