阅读说明：本技术 真空环境中水蒸气捕集装置 (Water vapor trapping device in vacuum environment ) 是由 顾苗 丁文静 李昂 张立明 龚洁 韩潇 徐靖皓 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了真空环境中水蒸气捕集装置,包括小车支架和捕集器本体,所述小车支架上安装有捕集装置本体,所述捕集装置本体的内部设置有以对水蒸气捕捉的换热部件,所述换热部件内部流通有液氮,所述捕集装置的顶部形成喇叭口搜集水蒸气,所述小车支架的底部设置有以对融水收集的集水器,所述集水器的底部连通有以排出融水的放液口。本发明中,冷凝管从上到下呈上疏下密的结构分布,这种排布设计的冷凝管能够防止水蒸气在进风面凝结过厚的冰,堵塞水蒸气进通道,保障捕集装置本体内部具有足够的水蒸气流通间隙,以使水蒸气在其中流动速度减慢,便于凝华在低温面上,提高水蒸气的凝结效率,同时可以增加不凝结气体的流动空间,便于抽真空。(The invention discloses a vapor trapping device in a vacuum environment, which comprises a trolley support and a trapping device body, wherein the trapping device body is installed on the trolley support, a heat exchange component for trapping vapor is arranged in the trapping device body, liquid nitrogen flows in the heat exchange component, a bell mouth is formed at the top of the trapping device for collecting vapor, a water collector for collecting melted water is arranged at the bottom of the trolley support, and a liquid discharge port for discharging the melted water is communicated with the bottom of the water collector. According to the invention, the condensation pipes are distributed in a structure of being sparse from top to bottom and dense from top to bottom, and the condensation pipes in the arrangement design can prevent water vapor from condensing too thick ice on the air inlet surface to block a water vapor inlet channel, so that a sufficient water vapor circulation gap is ensured to be formed in the trapping device body, the flow speed of the water vapor is reduced, the water vapor is convenient to desublimate on a low-temperature surface, the condensation efficiency of the water vapor is improved, meanwhile, the flow space of non-condensed gas can be increased, and the vacuumizing is convenient.)

真空环境中水蒸气捕集装置

技术领域

本发明涉及航天器真空热试验技术领域，尤其涉及真空环境中水蒸气捕集装置。

背景技术

航天器真空热试验是为了检验航天器及其相关产品在轨运行时的真空环境中的热特性。航天服是一种特殊的为了维持航天员生存环境的航天产品。其中水升华器是航天服的重要组成部分。水升华器是一种特殊的相变散热装置。其主要原理利用真空环境中，水会直接从冰升华形成水蒸气，带走大量热量，从而有效地排走航天服内部的过多的废热。水升华器在正式使用之前需要在真空热试验环境中进行测试。根据水升华器的原理，水升华器在工作过程中，会释放出大量水蒸气。因此在其真空测试过程中，需要一个装置能够吸收大量的水蒸气，将水蒸气从气态直接凝华成霜，保证测试用的真空环境。

作为水蒸气捕集装置换热器结构，主要特点，一是捕水，管子外面要结上一定厚度的霜，二是结霜之后，不可凝气体还要通过水蒸气捕集装置被真空泵抽走，然而随着时间的增加，结霜的层厚度也在增加，导致气体通过列管的面积减小，气体的流通空间下降，水蒸气在其中流动速度加快，从而影响水蒸气的凝结效率。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的真空环境中水蒸气捕集装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：真空环境中水蒸气捕集装置，包括小车支架，所述小车支架上安装有捕集装置本体，所述捕集装置本体的内部设置有以对水蒸气捕捉的换热部件，所述换热部件内部流通有液氮，所述捕集装置本体的顶部形成敞口结构的迎风面，所述小车支架的底部设置有以对融水收集的集水器，所述集水器的底部连通有以排出融水的放液口。

优选地，所述换热部件包括冷凝管和冷凝翅片，所述捕集装置本体的内侧安装有八排冷凝管，所述冷凝管的外部嵌有冷凝翅片。

优选地，最上层的一排所述冷凝管为第一排，前两排所述冷凝管之间的排列间距为120mm，第三排和第四排所述冷凝管之间的间距为100mm，最后三排所述冷凝管之间的间距为80mm。

优选地，所述冷凝管和冷凝翅片均采用外径为25mm，壁厚为2mm的304不锈钢钢管，且冷凝管的长度为1100mm。

优选地，所述冷凝管的外端焊接有呈水平等距分布的翅片，且翅片为铜材质。

优选地，所述翅片的高度为12mm，厚度为0.5mm，相邻两个所述翅片的间距为3mm。

优选地，所述冷凝管的开口端通过法兰连接有以使液氮进出的波纹管。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本申请通过在捕捉器装置本体上设有冷凝管，在冷凝管外侧设有冷凝翅片，前两排冷凝管之间的排列间距为120mm，第三排和第四排冷凝管之间的间距为100mm，最后三排冷凝管之间的间距为80mm，相邻两排的冷凝管之间呈交错分布，这种排布设计的冷凝管能够防止水蒸气在迎风面凝结成过厚的冰，堵塞通道，保障捕集装置本体内部具有足够的流通空间，以使水蒸气在其中流动速度减慢，便于凝结在低温面上，提高水蒸气的凝结效率，同时可以增加不凝结气体的流动空间，便于抽真空。

2、本申请通过在冷凝管上设有翅片，翅片的高度为12mm，厚度为0.5mm，相邻两个翅片的间距为3mm，翅片与冷凝管之间采用激光焊接，能够有效增大水蒸气捕集装置捕水面积。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例提供的主视图；

图2示出了根据本发明实施例提供的俯视图；

图3示出了根据本发明实施例提供的侧视图；

图4示出了根据本发明实施例提供的冷凝管的剖视图；

图5示出了根据本发明实施例提供的冷凝管与波纹管的连接示意图。

图例说明：

1、小车支架；2、捕集装置本体；3、迎风面；4、冷凝管；5、冷凝翅片；6、法兰；7、波纹管；8、集水器；9、放液口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：真空环境中水蒸气捕集装置，包括小车支架1，小车支架1上安装有捕集装置本体2，捕集装置本体2的内部设置有以对水蒸气捕捉的换热部件，换热部件内部流通有液氮，捕集装置本体2的顶部形成喇叭口结构的迎风面3，小车支架1的底部设置有以对融水收集的集水器8，集水器8的底部连通有以排出融水的放液口9，从水升华器出来的水蒸气，经捕集装置本体2，由换热部件内的液氮进行冷却，水蒸气内的水分在换热部件的外表面冷凝结成冰，剩余的干空气由出风口排出至捕集装置本体2外，当换热部件不工作时，换热部件外端面结的冰融化成水，流入集水器9中，再由放液口9排出集水器8，经过计算，结霜所需要的冷壁所需面积为5.5㎡。另外抽气冷壁面还需满足抽气总量的要求，水霜厚度在10mm以内不会影响低温冷壁面对水蒸气的抽速和极限真空，80K表面形成水霜密度约为0.1g/cm³，14公斤的水霜体积为140000cm³，这样所需的冷壁面面积为14㎡，取1.5倍余量，所需低温冷壁面面积为21㎡，经结霜和真空的综合考虑所需冷壁面的最小面积为21㎡，同时考虑到结冰厚度不均匀能参数影响，增大冷壁面的富裕量，换热部件最终的换热面积按25㎡设计。

具体的，如图1-3所示，换热部件包括冷凝管4和冷凝翅片5，捕集装置本体2的内侧安装有八排冷凝管4，冷凝管4的外表面嵌设有冷凝翅片5，最上层的一排冷凝管4为第一排，前两排冷凝管4之间的排列间距为120mm，第三排和第四排冷凝管4之间的间距为100mm，最后三排冷凝管4之间的间距为80mm，相邻两排的冷凝管4之间呈交错分布，这种排布设计的冷凝管4能够防止湿空气在迎风面3凝结成冰，堵塞通道。

水蒸气捕集装置散热面积计算：

单根管子冷却面积为：F₁＝πdL＝3.14×0.025×1.1＝0.08635㎡

单根管外冷凝翅片5面积为：

水蒸气捕集装置总的冷却面积：F＝(F₁+F₂)×42＝0.852×56＝47.7㎡。

具体的，如图1-3所示，冷凝管4的外端焊接有呈水平等距分布的冷凝翅片5，且冷凝翅片5为铜材质，冷凝翅片5的高度为12mm，厚度为0.5mm，相邻两个冷凝翅片5的间距为3mm，冷凝翅片5与冷凝管4之间采用激光焊接，能够有效增大水蒸气捕集装置捕水面积。

具体的，如图5所示，冷凝管4的开口端通过法兰6连接有以使液氮进出的波纹管7，波纹管7既起到绝热作用，还能弥补液氮管的部分热胀冷缩量和安装角度误差，进出口形式为可拆卸进出口，只需要把法兰6上的螺钉拆下，就可完成拆卸。

实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。