CN105841415B - 一种海冰制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海冰制备装置及方法，海冰制备装置包括低温空间和放置于低温空间内的保温箱，保温箱包括底壁和侧壁，保温箱中距离保温箱底壁一定高度的位置设置有第一隔板，第一隔板上开设有若干通孔。制冰时，由于保温箱的作用，从表面开始冷却，结冰的过程中，气体和盐分逐渐进入下层水体，直到最后气泡和盐泡都集中到第一隔板的底部，本发明利用造价低廉的材料，能够实现在实验室中制作与真实海冰接近的冰块，为研究海冰物理性质提供必要的保障。

Description

一种海冰制备装置及方法

技术领域

本发明属于海冰制备技术领域，特别是涉及一种海冰制备装置及方法。

背景技术

北极海冰的变化与全球变暖几乎是同时发生的。随着北极气温的升高，海冰内部结构发生了微妙的变化。海冰吸收外界热量，冰晶体之间的卤水通道扩张，冰内部的固态、液态、气态成分比例不断发生变化。冰的结构体现为与以往不同的复合材料，冰的光学、热学、力学、电学、磁学等性质发生相应的变化。其中光学、热学性质的变化决定了海冰在生消过程中热质平衡；力学性质变化决定了海冰在外界动力下的破碎过程，这些变化直接决定海冰快速变化过程。要明确海冰结构的变化，就需要做大量的实验测量，现场海冰测量受到环境因素的影响，只能在冬季有冰的近海或者在北极考察中进行，时间和测量仪器都受到极大的限制。而在实验室中制作海冰，不仅不受时间空间的限制，而且造价低，可以进行多次实验测量，获得更加精确的结果。

实验室制作海冰一般采用淡水加盐的方式来制作盐水，通过大型的制冰机、冰池或者冰柜对其进行冷冻。其中制冰机和冰池的造价非常高，只有专门研究海冰的大学和科研院所才能配备。作为普通高校和科研机构不具备专业制冰仪器，一般采用冰柜制作冰块。

利用冰柜制作的冰块，无论是采用淡水加盐配制的盐水，还是直接使用海水冻结的冰块，在冰块的中央都存在大量的气泡和盐泡。这与实际的海冰有较大的区别，不仅严重影响冰块的融化过程，而且严重影响对海冰物理性质、运动规律的研究。究其原因，主要是因为实际中海水结冰是从表面冷却，同时伴随着排气和析盐的过程。而是用冰柜制冰，是从四周开始冷却，导致水中的气体和盐分从四周向中间排放，从而造成气泡和盐泡集中在冰块中间的结果。利用冰柜制作的冰块无法模拟自然条件下形成的海冰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海冰制备装置，解决了现有制冷设备制作的冰块无法模拟自然条件下形成的海冰的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种海冰制备装置，所述海冰制备装置包括低温空间和放置于低温空间内的保温箱，所述保温箱包括底壁和侧壁，所述保温箱中距离保温箱底壁一定高度的位置设置有第一隔板，所述第一隔板上开设有若干通孔。

如上所述的海冰制备装置，所述保温箱内设置有保温隔板，所述保温隔板将所述保温箱内的空间分隔为制冰区域和排气区域，所述制冰区域与所述排气区域的底部连通，所述制冰区域中距离保温箱底壁一定高度的位置设置有第一隔板，所述第一隔板上开设有若干通孔，所述排气区域的顶部设置有保温顶壁，所述排气区域设置有排气孔。

如上所述的海冰制备装置，围成所述排气区域的保温隔板及侧壁的高度高于所述制冰区域中侧壁的高度，所述排气孔的高度高于所述制冰区域中侧壁的高度。

如上所述的海冰制备装置，所述排气孔位于所述保温隔板上。

如上所述的海冰制备装置，所述保温箱的制冰区域中设置有制冰模具。

如上所述的海冰制备装置，所述制冰模具包括若干与第一隔板垂直的第二隔板，所述第二隔板组合形成制冰模具。

如上所述的海冰制备装置，所述制冰模具为塑料材质。

如上所述的海冰制备装置，所述第一隔板与所述保温箱的底壁之间设置有支撑件。

如上所述的海冰制备装置，所述低温空间由制冷设备形成。

基于上述的海冰制备装置的制备方法，将低温空间的温度调节至预设温度，将海水或加盐的淡水添加至保温箱中，将保温箱置于低温空间内，当保温箱中的海水或加盐的淡水结冰至第一隔板的位置时，将冰从保温箱中取出。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明海冰制备装置包括放置于低温空间内的保温箱，保温箱包括底壁和侧壁，保温箱中距离保温箱底壁一定高度的位置设置有第一隔板，第一隔板上开设有若干通孔。制冰时，由于保温箱的作用，从表面开始冷却，结冰的过程中，气体和盐分逐渐进入下层水体，直到最后气泡和盐泡都集中到第一隔板的底部，本发明利用造价低廉的材料，能够实现在实验室中制作与真实海冰接近的冰块，为研究海冰物理性质提供必要的保障。

保温箱内设置有保温隔板，保温隔板将保温箱内的空间分隔为制冰区域和排气区域，制冰区域与排气区域的底部连通，排气区域的顶部设置有保温顶壁。制冰时，由于保温箱的作用，从表面开始冷却，结冰的过程中，气体逐渐进入下层水体，直到最后气泡和盐泡都集中到第一隔板的底部，形成很集中的气泡和盐泡层，气泡和盐泡层中的气体进入未结冰的排气区域，并从排气区域排出，保证保温箱不会由于底部气体增多，压力变大将保温箱挤爆。本发明不仅可以保证在低温环境下排气区域内水团不会完全冻结，而且保障排气和析盐过程顺利进行，解决了下层水体的压力问题，也确保冻结的冰块内没有气泡和盐泡的堆积。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明具体实施例的剖视结构示意图。

图2是本发明具体实施例的俯视图。

图3是本发明具体实施例的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是图3的剖视图。

图中附图标记为：

1、底壁；

21、左侧壁；22、右侧壁；23、前侧壁；24、后侧壁；

3、保温隔板；

41、制冰区域；42、排气区域；421、保温顶壁；422排气孔；

5、第一隔板；51、通孔；

6、制冰模具；7、第二隔板；8、支撑件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

本实施例提出了一种海冰制备装置，包括一个低温空间和放置于低温空间内的保温箱。其中，低温空间可以由现有制冷设备形成，例如，冰箱、冷柜内部的储物空间或者冷库内的冷冻室等。保温箱放置于低温空间内，承装待冷冻的液体。本实施例中带冷冻的液体为海水或加盐的淡水，加盐的淡水中盐的浓度与海水中盐的浓度相同，以充分模拟海水。

本实施例的重点在于对保温箱的设计，以模拟自然条件下海冰的形成过程，使用本实施例的保温箱形成的海冰与自然条件下形成的海冰的形态和性质非常相似。下面对保温箱的结构进行说明：

如图1-2所示，本实施例的保温箱包括底壁1和侧壁。本实施例中，侧壁与底壁1垂直，侧壁包括与底壁1相接的左侧壁21、右侧壁22、前侧壁23和后侧壁24。保温箱中距离保温箱底壁1一定高度的位置设置有第一隔板5，第一隔板5上开设有若干通孔51。

制冰时，由于保温箱的作用，从表面开始冷却，结冰的过程中，气体和盐分逐渐进入下层水体，直到最后气泡和盐泡都集中到第一隔板5的底部，本发明利用造价低廉的材料，能够实现在实验室中制作与真实海冰接近的冰块，为研究海冰物理性质提供必要的保障。

如图3-5所示，在保温箱内设置有保温隔板3，保温隔板3将保温箱内的空间分隔为制冰区域41和排气区域42。保温隔板3与左侧壁21、右侧壁22平行设置，保温隔板3与前侧壁23和后侧壁24相接，保温隔板3靠近左侧壁21，保温隔板3与左侧壁21之间形成的空间为排气区域42，保温隔板3与右侧壁之间形成的空间为制冰区域41。保温隔板3的底部与保温箱的底壁1之间具有一定的间隙，制冰区域41与排气区域42的底部通过保温隔板3的底部与保温箱的底壁1之间的间隙连通。

制冰区域41中距离保温箱底壁1一定高度的位置设置有第一隔板5，第一隔板5与右侧壁22、前侧壁23、后侧壁24相接，第一隔板5还与保温隔板3的底部相接。第一隔板5上开设有若干通孔51，结冰过程中产生的盐泡和气泡可通过通孔51进入第一隔板5的下方，并从第一隔板5的下方、保温隔板3的底部与保温箱的底壁1之间的间隙进入排气区域42。第一隔板5与保温箱的底壁1之间设置有支撑件8，支撑件8对第一隔板5起到支撑的作用，保证第一隔板5与保温箱底壁1之间具有一定的高度。

排气区域42的顶部设置有保温顶壁421，因而，排气区域42均由保温材料包裹，可以保证排气区域42的结冰速度远远小于制冰区域41的结冰速度。排气区域42设置有排气孔422，以使排气区域42与外界空气连通，保证排气区域42内的气体可通过排气孔422排出。

具体的，围成排气区域42的保温隔板3及左侧壁21、部分前侧壁23和部分后侧壁24的高度高于制冰区域41中右侧壁22、部分前侧壁23和部分后侧壁24的高度。排气孔422的高度高于制冰区域41中右侧壁22、部分前侧壁23和部分后侧壁24的高度。可以保证制冰时保温箱内的气体从排气区域42的排气孔422排出。

优选的，排气孔422位于保温隔板3上，使排气孔远离制冷设备的侧壁，减少排气区域42的结冰量。

在保温箱的制冰区域41中设置有制冰模具6，制冰模具6可以设计为多种不同的形状，使用时，可以根据预制冰块的形状选择合适的制冰模具6。一般情况下，预制冰块的形状为方形，因而，制冰模具6包括若干与第一隔板5垂直的第二隔板7，第二隔板7垂直相交形成制冰模具6。优选的，制冰模具6为塑料材质。制冰模具6冻结的冰块不仅外形极规整，而且塑料材质的制冰模具6强度高，质量轻，能多次重复使用，并且在冰形成之后，冰不会与制冰模具6粘连，冰可以轻松地从制冰模具6上取下，以取得表面平整，形状规则的实验用冰。

本实施例的海冰制备装置制作出来的海冰很好的符合自然情况并且人为地减少了影响融化的因素（比如气泡、盐度、形状），符合实验室海冰的标准，为之后的物理实验做好铺垫。

水在冻结的过程中会排出气泡并析出盐分，本实施例的海冰制备装置实现了水的表层制冷，水在结冰过程中排出的气泡和盐泡不断进入下层水体，因此，在距离保温箱底壁1一定高度的位置放置一层第一隔板5，第一隔板5上开有若干通孔51。直到最后气泡和盐泡都集中到底层形成很集中的气泡和盐泡层。随着冰块不断往下层冻结，下层水压力急剧升高。为了解决低温环境下下层水压力过大的问题，保温箱设置有排气区域42，形成排气区域42的侧壁和顶壁均由保温材料制成，排气区域42的结冰速度小于制冰区域41的结冰速度，排气区域42的底部与制冰区域41的底部连通，排气区域42上设置有排气孔422，因而，制冰区域41下层水体中的气泡可从排气区域42的排气孔422排出保温箱，制冰区域41下层水体的压力问题得到完美解决。当冰从上往下冻结至隔板附近时，就可以将冻制的冰块取出，而冰块的外形则主要由制冰模具6控制。

基于上述海冰制备装置的设计，本实施例还提出了一种海冰制备方法，将低温空间的温度调节至预设温度，将海水或加盐的淡水添加至保温箱中，将保温箱置于低温空间内，当保温箱中的海水或加盐的淡水结冰至第一隔板的位置时，将冰从保温箱中取出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种海冰制备装置，其特征在于，所述海冰制备装置包括低温空间和放置于低温空间内的保温箱，所述保温箱包括底壁和侧壁，所述保温箱中距离保温箱底壁一定高度的位置设置有第一隔板，所述第一隔板上开设有若干通孔。

2.根据权利要求1所述的海冰制备装置，其特征在于，所述保温箱内设置有保温隔板，所述保温隔板将所述保温箱内的空间分隔为制冰区域和排气区域，所述制冰区域与所述排气区域的底部连通，所述制冰区域中距离保温箱底壁一定高度的位置设置有第一隔板，所述第一隔板上开设有若干通孔，所述排气区域的顶部设置有保温顶壁，所述排气区域设置有排气孔。

3.根据权利要求2所述的海冰制备装置，其特征在于，围成所述排气区域的保温隔板及侧壁的高度高于所述制冰区域中侧壁的高度，所述排气孔的高度高于所述制冰区域中侧壁的高度。

4.根据权利要求3所述的海冰制备装置，其特征在于，所述排气孔位于所述保温隔板上。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的海冰制备装置，其特征在于，所述保温箱的制冰区域中设置有制冰模具。

6.根据权利要求5所述的海冰制备装置，其特征在于，所述制冰模具包括若干与第一隔板垂直的第二隔板，所述第二隔板组合形成制冰模具。

7.根据权利要求5所述的海冰制备装置，其特征在于，所述制冰模具为塑料材质。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的海冰制备装置，其特征在于，所述第一隔板与所述保温箱的底壁之间设置有支撑件。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的海冰制备装置，其特征在于，所述低温空间由制冷设备形成。

10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的海冰制备装置的制备方法，其特征在于，所述方法为：将低温空间的温度调节至预设温度，将海水或加盐的淡水添加至保温箱中，将保温箱置于低温空间内，当保温箱中的海水或加盐的淡水结冰至第一隔板的位置时，将冰从保温箱中取出。