CN111998225B - 一种高温氮气回收系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温氮气回收系统及其控制方法，属于氮气回收设备技术领域。它解决了现有的氮气回收设备不具有余热回收功能的问题。本发明一种高温氮气回收系统包括气化组件、回收器、过滤恒压组件以及铸造炉。其中，通过高温氮气回收系统的工作原理，实现了该高温氮气回收系统对氮气的重复循环使用，并实现该氮气余热的回收利用，从而降低该高温氮气回收系统在使用过程中的能源消耗，其次，过滤恒压组件的内部始终处于恒压状态，以保证该氮气始终维持在气体状态，从而保证氮气在过滤过程中的稳定性。

Description

一种高温氮气回收系统及其控制方法

技术领域

本发明属于氮气回收设备技术领域，涉及一种高温氮气回收系统及其控制方法。

背景技术

低压铸造成型是指液体金属在气体压力的作用下，完成充型及凝固过程而形成铸件的工艺方法，是目前有色金属成型结构件的应用最多的成型工艺方法。在低压铸造过程中，使用空气做为压缩气源，存在诸多问题，一是空气中的氧气在铝液表面形成氧化层，降低炉内铝液的保温效果；二是氧化层杂质混入铝液中，会影响产品的质量；三是空气中的水分子经过高温反应产生氢气，会在产品表面产生针孔，在成品表面处理中产生瑕疵，降低了产品的强度，影响产品外观。因此，使用氮气等惰性气体替代空气加压可很大程度减少产品表面氧化，是目前低压铸造成型压缩气体与主要替代气源。但氮气的成本高，因此人们往往需要回收后重复利用，以减少产品的生产成本，但从低压铸造炉中排除气体温度高达300゜C，无法通过空压机等简便设备进行回收，导致生产成本过高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有余热回收功能的高温氮气回收系统及其控制方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高温氮气回收系统，包括：

气化组件；

回收器，所述回收器的输入端与所述气化组件连通，所述回收器的输出端上连接有过滤恒压组件，所述过滤恒压组件与气化组件连通；

铸造炉，设于回收器的一侧，所述回收器的两端均与所述铸造炉连通。

在上述的一种高温氮气回收系统中，所述过滤恒压组件包括储存罐、增压机以及安装于储存罐上的压力传感器，所述压力传感器与增压机电连接，所述储存罐与所述回收器连通，所述储存罐与所述增压机连通，所述增压机与所述气化组件连通。

在上述的一种高温氮气回收系统中，所述储存罐与增压机之间设有第一过滤器，所述第一过滤器的一端与储存罐连通，所述第一过滤器的另一端与增压机连通。

在上述的一种高温氮气回收系统中，所述增压机与缓冲罐之间依次连接有第二过滤器、第三过滤器以及单向阀，所述第二过滤器与增压机连通，所述第二过滤器与第三过滤器连通，所述第三过滤器与单向阀连通，所述单向阀与气化组件连通。

在上述的一种高温氮气回收系统中，所述气化组件包括液氮罐、气化器以及缓冲罐，所述液氮罐上的设有减压阀，所述减压阀与气化器连通，所述气化器与所述缓冲罐连通。

在上述的一种高温氮气回收系统中，所述缓冲罐上设有与减压阀电连接的压力表，所述缓冲罐上设有安全阀，所述单向阀与所述缓冲罐连通。

在上述的一种高温氮气回收系统中，所述缓冲罐与回收器之间依次连接有流量计以及左电磁阀，所述流量计与缓冲罐连通，所述流量计与左电磁阀连通，所述左电磁阀与回收器的一端连通。

在上述的一种高温氮气回收系统中，所述回收器与储存罐之间连接有右电磁阀，所述右电磁阀与回收器连通，所述右电磁阀与储存罐连通。

一种高温氮气回收系统的控制方法，包括：

S1、开启减压阀，存放在液氮罐中的液氮依次经过减压阀以及气化器，使得液氮转化为氮气并储存至缓冲罐内；

S2、当缓冲罐的气压达到压力表的预设压力值时，减压阀以及右电磁阀关闭，左电磁阀打开，使得从缓冲罐的氮气经过回收器，此时，回收器对经过的氮气进行升温，再进入到铸造炉内，此后，铸造炉工作；

S3、当铸造炉工作完后，开启右电磁阀，关闭左电磁阀，铸造炉内的高温氮气通入到回收器内，回收器对高温氮气进行热交换，降低氮气温度，之后，降温后的氮气依次经过储存罐、第一过滤器、增压机、第二过滤器、第三过滤器以及单向阀，最终输送至缓冲罐中；

S4、重复步骤S2。

S5、缓冲罐中的气压小于压力表的预设压力值时，重复步骤S1。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、在本发明中，通过高温氮气回收系统的控制方法，实现了该高温氮气回收系统对氮气的重复循环使用，并实现该氮气余热的回收利用，从而降低该高温氮气回收系统在使用过程中的能源消耗。

2、过滤恒压组件的内部始终处于恒压状态，以保证该氮气始终维持在气体状态，从而保证氮气在过滤过程中的稳定性。

3、第一过滤器对氮气进行粉尘过滤，以使得该氮气能够顺利穿过增压机，避免氮气中混合的粉尘将增压机堵住，如此，便可保证该增压机能够正常工作。

4、当氮气通过增压机后，该氮气将依次经过第二过滤器、第三过滤器以及单向阀，最终输入至气化组件内，而在此过程中，第二过滤器以及第三过滤器会对氮气中的油雾进行过滤，进一步净化氮气，从而进一步保证氮气的纯净度。

5、蓄热组件与壳体之间设有隔热层，该隔热层的设置，减少蓄热组件内的热量通过壳体向外界散发，从而保证氮气余热回收的效率。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的结构示意图。

图2是回收器的结构示意图。

图3是回收器的内部结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1—图3所示，本发明一种高温氮气回收系统包括气化组件100、回收器300、过滤恒压组件200以及铸造炉400。

在本发明中，第一过滤器230的一端与储存罐210之间、第一过滤器230的另一端与增压机220之间、第二过滤器240与增压机220之间、第二过滤器240与第三过滤器250之间、第三过滤器250与单向阀260之间、减压阀111与气化器120之间、气化器120与缓冲罐130之间、单向阀260与缓冲罐130之间、流量计140与缓冲罐130、流量计140与左电磁阀341a之间均通过管路连通。

回收器300的输入端与气化组件100连通，回收器300的输出端上连接有过滤恒压组件200，过滤恒压组件200与气化组件100连通，铸造炉400设于回收器300的一侧，回收器300的两端均与铸造炉400连通，在工作之前，气化组件100将液氮转化为氮气，工作时，氮气通入回收器300内，而此时的回收器300内部处于高温状态，使得经过回收器300的氮气由低温变成高温，与此同时，回收器300内的温度由高温变成低温，之后，高温氮气进入到铸造炉400内，从而减少铸造炉400再对低温氮气进行升温的过程，如此，有效提高铸造炉400对工件的工作效率，其次，也降低了铸造炉400的能源消耗，当铸造炉400加工完工件后，铸造炉400内的高温氮气通入至回收器300内，并跟回收器300内的空气进行热交换，使得回收器300内的温度上升，进入至回收器300内的氮气温度下降，之后，降温后的氮气通过过滤恒压组件200进入到气化组件100内，以使得该低温氮气能够重复使用，而氮气在经过过滤恒压组件200的过程中，该过滤恒压组件200会对该氮气进行粉尘以及油污过滤，保证该氮气的纯净度，从而使得该氮气能够被重复使用；其次，该过滤恒压组件200的内部始终处于恒压状态，以保证该氮气始终维持在气体状态，从而保证氮气在过滤过程中的稳定性。

过滤恒压组件200包括储存罐210、增压机220以及安装于储存罐上的压力传感器211，所述压力传感器与增压机电连接，所述储存罐与所述回收器连通，所述储存罐与所述增压机连通，所述增压机与所述气化组件连通，工作时，因储存罐210上设有与增压机220电连接的压力传感器211，而该压力传感器211时刻检测储存罐210内的气压，当压力传感器211检测到的压强小于压力传感器211的预设值时，增压机220减小通过氮气的流量或者增压机220关闭，当压力传感器211检测到的压强大于压力传感器211的预设值时，增压机220增大通过氮气的流量，从而快速降低储存罐210内的压强，如此，便可保证该过滤恒压组件200在工作过程中，始终处于恒压状态，从而保证氮气在过滤过程中的稳定性。

在本发明中，第一过滤器230优选为T级主管路过滤器。

储存罐210与增压机220之间设有第一过滤器230，第一过滤器230的一端与储存罐210连通，第一过滤器230的另一端与增压机220连通，储存罐210在将低温的氮气通入至增压机220的过程中，第一过滤器230对氮气进行粉尘过滤，以使得该氮气能够顺利穿过增压机220，避免氮气中混合的粉尘将增压机220堵住，如此，便可保证该增压机220能够正常工作。

在本发明中，第二过滤器240优选为A级过滤器，第三过滤器250优选为D级超高效率过滤器。

增压机220与缓冲罐130之间依次连接有第二过滤器240、第三过滤器250以及单向阀260，第二过滤器240与增压机220连通，第二过滤器240与第三过滤器250连通，第三过滤器250与单向阀260连通，单向阀260与气化组件100连通，当氮气通过增压机220后，该氮气将依次经过第二过滤器240、第三过滤器250以及单向阀260，最终输入至气化组件100内，而在此过程中，第二过滤器240以及第三过滤器250会对氮气中的油雾进行过滤，进一步净化氮气，从而进一步保证氮气的纯净度。

气化组件100包括液氮罐110、气化器120以及缓冲罐130，液氮罐110上的设有减压阀111，减压阀111与气化器120连通，气化器120与缓冲罐130连通，工作时，减压阀111打开，存放至液氮罐110内的液氮将通过减压阀111进入到气化器120内，之后，气化器120将液氮转化为氮气，并输送至缓冲罐130内，如此，便可完成新鲜氮气的转换以及输送。

缓冲罐130上设有与减压阀111电连接的压力表131，单向阀260与缓冲罐130连通，当通过单向阀260的氮气输送至缓冲罐130内时，压力表131的度数发生变化，当压力表131的度数小于人们的预设值时，人们便可将减压阀111打开，以使得新鲜氮气补充至缓冲罐130内，从而使得缓冲罐130内的氮气压强能够达到人们的预设值，进而保证该缓冲罐130内的氮气压强始终处于恒定状态。

缓冲罐130上设有安全阀132，当输入缓冲罐130内的压强大于压力表131的预设值时，安全阀132自动开启，降低缓冲罐130内的压力，避免缓冲罐130发生爆炸，保证安全。

进一步的，压力表131与压力传感器211均与适用于该高温氮气回收系统的控制系统(图中未标注)电连接，以使得该高温氮气回收系统在使用过程中，人们只需通过该控制系统(图中未标注)，便可观察到该压力表131以及压力传感器211的工作状态，以便于人们及时对该高温氮气回收系统进行调整。

缓冲罐130与回收器300之间依次连接有流量计140以及左电磁阀341a，流量计140与缓冲罐130连通，流量计140与左电磁阀341a连通，左电磁阀341a与回收器300的一端连通，回收器300与储存罐210之间连接有右电磁阀332a，右电磁阀332a与回收器300连通，右电磁阀332a与储存罐210连通，当要将氮气通入至铸造炉400内时，人们需要将左电磁阀341a打开，关闭右电磁阀332a，使得缓冲罐130内的氮气依次经过流量计140以及左电磁阀341a，直至该氮气进入到回收器300内，而此时的回收器300内部处于高温状态，使得经过回收器300的氮气由低温变成高温，与此同时，回收器300内的温度由高温变成低温，之后，高温氮气进入到铸造炉400内，从而减少铸造炉400再对低温氮气进行升温的过程，如此，有效提高铸造炉400对工件的工作效率，其次，也降低了铸造炉400的能源消耗，当铸造炉400加工完工件后，左电磁阀341a关闭，右电磁阀332a打开，铸造炉400内的高温氮气通入至回收器300内，并跟回收器300内的空气进行热交换，使得回收器300内的温度上升，进入至回收器300内的氮气温度下降，而降温后的氮气进入到储存罐210内，如此，便可完成高温氮气余热回收的功能，以降低该高温氮气回收系统的能源消耗。

进一步的，该回收器300包括：壳体310，在壳体310的侧面围设有隔热壳311，蓄热组件320穿设于壳体310内，所述隔热壳311的一端安装有分别与蓄热组件320联通的第一气管341以及第三气管342，所述隔热壳311的另一端安装有分别与蓄热组件320联通的第二气管331以及第四气管332，所述第二气管331以及第三气管342均与所述铸造炉400连通，左电磁阀341a安装于第一气管341上，右电磁阀332a安装于第四气管332上。

在工作前，人们需要将第二气管331和第三气管342插进铸造炉400内，铸造炉400在排放氮气时，人们需要左电磁阀341a关上，打开右电磁阀332a，此时，铸造炉400内的高温氮气通过第三气管342排出，之后，经过壳体310内的蓄热组件320，而蓄热组件320的温度与进入到壳体310内的氮气之间存在温度差，使得该蓄热组件320与氮气之间进行热交换，即，蓄热组件320的温度升高，氮气的温度下降，之后，低温氮气便会通过第四气管332输送至储存罐210内，回收此类氮气；当要将新的氮气充进铸造炉400内时，开启左电磁阀341a，关闭右电磁阀332a，使得新鲜的氮气通过第一气管341进入到蓄热组件320内，因此时的蓄热组件320的温度高于新的氮气的温度，使得此时进入到蓄热组件320内的氮气与蓄热组件320进行热交换，即，此时位于壳体310内的氮气温度升高，蓄热组件320的温度下降，而升温后的氮气通过第二气管331直接进入到铸造炉400内，以免低温氮气进入到铸造炉400中，避免炉温降低，也即，避免铸造炉400再次对炉内的气体再次加热，从而达到节能的效率；其次，通过该隔热壳311的设置，避免人们在搬运该氮气回收装置时，手掌或手指被氮气回收装置烫伤的情况。

隔热壳311的一端设有前安装板311a，所述前安装板311a上可拆卸连接有用于连接第二气管331以及第四气管332的前封板330，隔热壳311的另一端设有后安装板311b，所述后安装板311b上可拆卸连接有用于连接第一气管341410以及第三气管342的后封板340，后安装板311b与后封板340之间以及前安装板311a与前封板330之间均卡设有密封圈350，通过密封圈350的设置，有效增加了前安装板311a与前封板330之间的密封性，使得位于位于隔热壳311内的氮气不能从前安装板311a与前封板330之间泄漏，同时，也增加了后安装板311b与后封板340之间的密封性，使得位于位于隔热壳311内的氮气不能从后安装板311b与后封板340之间泄漏。

蓄热组件320与壳体310之间设有隔热层312，该隔热层312的设置，减少蓄热组件320内的热量通过壳体310向外界散发，从而保证氮气余热回收的效率。

蓄热组件320有两个，两个所述蓄热组件320之间设有隔板312a，所述隔板312a与隔热层312固连，每个蓄热组件320包括多个蓄热体321，安装时，人们需要将各个蓄热体321安装进对应的位置上，当人们将前封板330与前安装板311a螺纹连接时，隔板312a恰好将第二气管331分成上下两部分，以使的第二气管331能够同时接收两个蓄热组件320排放出的氮气，同时，该隔板312a也将第四气管332均分为上下两部分，以使的第四气管332能够同时接收两个蓄热组件320排放出的氮气；当人们将后封板340与后安装板311b螺纹连接时，隔板312a恰好将第一气管341均分成上下两部分，以使得第一气管341的氮气能够同时通入到两个蓄热组件320内，同时，该隔板312a也将第三气管342均分为上下两部分，以使得第三气管342的氮气能够同时通入到两个蓄热组件320内。

每个所述蓄热体321的截面均呈蜂窝状，通过该结构的设置，使得经过蓄热体321的氮气能够与蓄热体321进行充分的热交换，并减少该蓄热体321对热量的散发。

实施例二

本实施例是一种高温氮气回收系统的控制方法，包括：

S1、开启减压阀111，存放在液氮罐110中的液氮依次经过减压阀111以及气化器120，使得液氮转化为氮气并储存至缓冲罐130内，缓冲罐130内的气压上升；

S2、当缓冲罐130的气压达到压力表131的预设压力值时，减压阀111以及右电磁阀332a关闭，左电磁阀341a打开，使得从缓冲罐130的氮气通入至回收器300内，此时，回收器300对进入至回收器300内的氮气进行升温，升温后的氮气再通过第二气管331进入到铸造炉400内，此后，铸造炉400工作；

S3、当铸造炉400工作完后，开启右电磁阀332a，关闭左电磁阀341a，铸造炉400内的高温氮气将通入至回收器300内，因刚从铸造炉400内排出的氮气温度要高于此时回收器300的温度，使得回收器300对高温氮气进行热交换，降低氮气温度，之后，降温后的氮气依次经过储存罐210、第一过滤器230、增压机220、第二过滤器240、第三过滤器250以及单向阀260，最终输送至缓冲罐130中，以实现该过滤恒压组件200过滤氮气中的粉尘以及油雾；

S4、重复步骤S2，如此，便可将氮气循环使用，降低氮气的消耗；

S5、当缓冲罐130中的气压小于压力表131的预设压力值时，重复步骤S1。

通过上述的高温氮气回收系统的控制方法，实现了该高温氮气回收系统对氮气的重复循环使用，并实现该氮气余热的回收利用，从而降低该高温氮气回收系统在使用过程中的能源消耗。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种高温氮气回收系统，其特征在于，包括：

气化组件；

回收器，所述回收器的输入端与所述气化组件连通，所述回收器的输出端上连接有过滤恒压组件，所述过滤恒压组件与气化组件连通；

铸造炉，设于回收器的一侧，所述回收器的两端均与所述铸造炉连通；所述回收器包括：壳体，在壳体的侧面围设有隔热壳，蓄热组件穿设于壳体内，所述隔热壳的一端安装有分别与蓄热组件联通的第一气管以及第三气管，所述隔热壳的另一端安装有分别与蓄热组件联通的第二气管以及第四气管，所述第二气管以及第三气管均与所述铸造炉连通，第一气管上安装有左电磁阀，第四气管上安装有右电磁阀；所述蓄热组件与壳体之间设有隔热层。

2.根据权利要求1所述的一种高温氮气回收系统，其特征在于，所述过滤恒压组件包括储存罐、增压机以及安装于储存罐上的压力传感器，所述压力传感器与增压机电连接，所述储存罐与所述回收器连通，所述储存罐与所述增压机连通，所述增压机与所述气化组件连通。

3.根据权利要求2所述的一种高温氮气回收系统，其特征在于，所述储存罐与增压机之间设有第一过滤器，所述第一过滤器的一端与储存罐连通，所述第一过滤器的另一端与增压机连通。

4.根据权利要求2所述的一种高温氮气回收系统，其特征在于，所述气化组件包括液氮罐、气化器以及缓冲罐，所述增压机与缓冲罐之间依次连接有第二过滤器、第三过滤器以及单向阀，所述第二过滤器与增压机连通，所述第二过滤器与第三过滤器连通，所述第三过滤器与单向阀连通，所述单向阀与气化组件连通。

5.根据权利要求4所述的一种高温氮气回收系统，其特征在于，所述液氮罐上的设有减压阀，所述减压阀与气化器连通，所述气化器与所述缓冲罐连通。

6.根据权利要求5所述的一种高温氮气回收系统，其特征在于，所述缓冲罐上设有与减压阀电连接的压力表，所述缓冲罐上设有安全阀，所述单向阀与所述缓冲罐连通。

7.根据权利要求5所述的一种高温氮气回收系统，其特征在于，所述缓冲罐与回收器之间依次连接有流量计以及所述的左电磁阀，所述流量计与缓冲罐连通，所述流量计与左电磁阀连通，所述左电磁阀与回收器的一端连通。

8.根据权利要求2所述的一种高温氮气回收系统，其特征在于，所述回收器与储存罐之间连接所述的右电磁阀，所述右电磁阀与回收器连通，所述右电磁阀与储存罐连通。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种高温氮气回收系统的控制方法，其特征在于，包括：

S1、开启减压阀，存放在液氮罐中的液氮依次经过减压阀以及气化器，使得液氮转化为氮气并储存至缓冲罐内；

S2、当缓冲罐的气压达到压力表的预设压力值时，减压阀以及右电磁阀关闭，左电磁阀打开，使得从缓冲罐的氮气经过回收器，此时，回收器对经过的氮气进行升温，再进入到铸造炉内，此后，铸造炉工作；

S3、当铸造炉工作完后，开启右电磁阀，关闭左电磁阀，铸造炉内的高温氮气通入到回收器内，回收器对高温氮气进行热交换，降低氮气温度，之后，降温后的氮气依次经过储存罐、第一过滤器、增压机、第二过滤器、第三过滤器以及单向阀，最终输送至缓冲罐中；

S4、重复步骤S2；

S5、缓冲罐中的气压小于压力表的预设压力值时，重复步骤S1。

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