CN107328640A - 一种过冷水的制取和检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于过冷水制备技术领域，公开一种过冷水的制取和检测装置与方法，包括：表面清洁处理的玻璃或金属容器，数字温度计，导管与开关，低温盐冰浴溶液，外层PVC保温材料；过冷水制取方法包括：将祛除杂质的纯净水，降温到1℃～4℃范围，倒入玻璃或金属容器内，容器放入温度低于0℃的冰盐混合物中；纯净水缓慢降温到0℃以下而不结晶，成为过冷水；检测过冷水的方法包括：冲击水流法，添加外核法，局部超低温法，内部扰动法，超声波法，活塞拍打法，气泡法等，使得过冷水结晶。本发明开展连续过冷水‑冰晶动态循环实验，观察白光通过冰晶体的双折射与偏振现象；作为科学实验装置，器材轻便小巧，现象生动直观，结晶成功率高。

Description

一种过冷水的制取和检测装置与方法

技术领域

本发明属于过冷水制备技术领域，尤其涉及一种过冷水的制取和检测装置与方法。

背景技术

水是一种看似普通的液体，以固态冰，液态水、气态(蒸气)等形态存在于自然界。不同物态之间能够相互转化。水由液态变为固态的过程，存在奇特的过冷水现象。在一个标准大气压下，纯净水依照一定的冷却速率，温度下降到冰点0℃，不会马上结冰，这种现象称为过冷，开始出现冰晶的温度与相平衡冻结温度之差，称为过冷度。特定条件下，纯水可以过冷到-25℃，高空积云存在-37℃的过冷液滴。过冷水现象在绿色农产品保鲜、建筑制冷空调、交通运输等领域有广泛的研究，例如冰蓄冷空调利用过冷水进行制冰，能量损失较少，空调能效较高。当前各级中小学校以及高校的专业实验室，尚且没有适合学生动手操作的过冷水生成与检测装置。现有一些介绍过冷水结晶实验的方法，例如把蒸馏水倒入干净的饮料瓶，放进冰箱冷冻2－3小时，然后把水倒出来，观察水的结冰现象。以上方法看似操作简易，但是各项条件不容易控制，需要多次尝试才会成功，只能定性观察结晶现象，无法进行更深入的科学探究活动。

综上所述，现有技术存在的问题是：专业工程领域的过冷水制取装置，仪器结构精密，器材体积庞大，需要特定的制冷系统和循环系统，只能供少数专业技术人员操作实验。中小学校难以装备过冷水实验仪器的原因在于：水的过冷状态能够持续一段时间，是否发生结冰受到许多因素的影响，包括水的流动状态，冷却速率，容器材料的物理性质，外部作用和扰动等。简单采用冰箱制冷的方法制取过冷水，实验成功率低；难以揭示不同因素与条件对于过冷水性质的影响，无法适合不同群体的实验需求，不能为开展多层次与难度的研究提供保证。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种过冷水的制取和检测装置与方法。

本发明是这样实现的，基于外界环境对于过冷水性质的影响，控制纯水降温到冰点的速率，依据结晶成核理论，采用控制变量法，针对过冷水中的晶核的形成与发展，通过各种外界作用，破坏过冷水的稳定状态，使得结晶体出现。

本发提供了一种过冷水的制取装置，所述过冷水的制取装置包括：

表面经过清洁处理的玻璃容器或其他金属容器或者高分子材料制成的容器；

容纳在玻璃容器或其他金属容器或者高分子材料制成的容器并祛除杂质的纯水层或蒸馏水层；

插接在纯水层或蒸馏水层内部的数字温度计；

连通在玻璃容器或其他金属容器或者高分子材料制成的容器底部的导管开关；

包覆在玻璃容器或其他金属容器或者高分子材料制成的容器外部，浓度配比确定的，用于提供稳定的低温盐冰浴层；

将盛放盐冰浴层的盐冰浴盆外部严密包裹，隔绝与外界的热量传递和交换，确保盐冰浴盆内部恒定低温的PVC保温材料。

进一步，所述导管开关带有延伸导管并穿过盐冰浴盆和PVC保温材料。

本发明的另一目的在于提供一种过冷水的制取方法包括：

将祛除杂质的蒸馏水或纯净水，在冰箱中冷藏且降温到1℃；放入冰盐混合物中，将盐与碎冰充分混合，控制冰和盐的质量比例，使得冰盐混合物的温度低于0℃。如下表所示，盐冰浴浓度与冰点变化关系。

盐浓度(质量比)	冰点	盐浓度(质量比)	冰点	盐浓度(质量比)	冰点
						0％	0℃	5％	-3℃	15％	-10℃
1％	-0.5℃	10％	-6.5℃	20％	-16℃

进一步，所述过冷水的制取方法或使用干冰加入丙酮的冷却方法。

干冰与丙酮混合的方法也称干冰浴，操作过程中需要用数字温度计测量温度的变化。根据实验容器的体积大小，在容器内部加入适量的丙酮，然后将干冰粉碎为细小的颗粒，少量而缓慢地加入到丙酮当中，通过搅拌使得干冰与丙酮充分混合，混合物的温度开始降低。由于干冰极易升华为气体，需要根据温度变化情况，不断地添加新的干冰颗粒。

本发明的另一目的在于提供一种对上述过冷水的制取方法制取的过冷水检测的装置，包括：

由玻璃或者金属材料制成并清洗表面和去除各种杂质的密闭的实验容器；

将密闭的实验容器完整包裹，与外界能量交换最小的PVC保温层；

对密闭的实验容器内的过冷水进行扰动的支杆；

将过冷水或者空气，注射到密闭的实验容器里面的注射器；

容纳在密闭的实验容器的过冷水层。

本发明的另一目的在于提供一种对上述的过冷水制取的方法制取过冷水进行连续过冷水-冰晶动态循环实验方法，包括：

连续过冷水-冰晶动态循环实验第一容器经过PVC隔热处理，装入一定体积的过冷水，利用搅拌叶轮转动，使得过冷水开始结晶；此时结晶体浮在连续过冷水-冰晶动态循环实验第一容器的上部；通过第二导管开关，将这些部分结晶的过冷水输送到连续过冷水-冰晶动态循环实验第二容器，此时过冷水开始大面积结晶，最终形成宏观状态的冰晶体；开启位于连续过冷水-冰晶动态循环实验第二容器底部的电热器，加热后连续过冷水-冰晶动态循环实验第二容器内部的冰晶开始融化，重新成为液体；开启水泵，将液体通过管道流动，重新流入连续过冷水-冰晶动态循环实验第一容器；通过“过冷水——冰晶体——过冷水”的动态循环，模拟冰蓄冷空调的动态制取冰晶。

进一步，所述连续过冷水-冰晶动态循环实验方法，或采用超声波结晶实验方法，具体包括：

超声波发生器与超声振子连接，超声波振子固定在超声波结晶容器底部，将低频高能超声信号传递给超声波结晶容器中的过冷水层；过冷水层在超声波作用下发生空化现象，水中出现大量空化泡，利用体视显微镜分析样品中空化泡的生成与运动，通过计算机进行图像捕捉和录像；超声波结晶容器选择铜或不锈钢的金属容器。

本发明的优点及积极效果为：

过冷水的生成装置，不需要复杂的低温机组和过冷却器，无需特殊设计的套管式换热器，不需要通过内管中流动的水与外管中的二次冷媒发生热量交换而最终生成过冷水。本发明采用的容器没有规格和大小的局限，可以根据需要灵活选择实验器件，采用冰盐浴冷却的方法，通过数字温度计实时显示过冷水的温度变化。过冷水的检测装置，利用变量控制方法，通过不同途径使得过冷水迅速结晶。设计的连续过冷水-冰晶动态循环实验，能够直观地展示过冷水动态制冰过程，模拟冰蓄冷空调的运行原理。利用本发明生成的冰晶体，可以观察光通过冰晶体的双折射现象，以及利用两块偏振滤光片获得的偏振图像。

本发明的过冷水制取和检测装置，由于采用保温材料进行绝热处理，不受周围环境和温度变化的影响，可以提供各级学校进行科学实验，也可作为科技场馆的科教展品。它具有器材轻便小巧，操作安全可靠，实验成功率高等特点。针对过冷水实验的模块化部件，可以自由选择搭配，适合不同群体需求，开展不同各种层次与难度的研究。

附图说明

图1是本发明实施例提供的过冷水生成装置示意图；

图2是本发明实施例提供的正常流动实验装置示意图；

图3是本发明实施例提供的冲击水流法结晶实验装置示意图；

图4是本发明实施例提供的外核法与局部超低温法结晶装置示意图；

图5是本发明实施例提供的内部扰动法结晶装置示意图；

图6本发明实施例提供的超声波结晶实验装置示意图；

图7是本发明实施例提供的活塞拍打法结晶装置示意图；

图8本发明实施例提供的气泡法结晶实验装置示意图；

图9本发明实施例提供的冰晶偏振光实验装置示意图；

图10本发明实施例提供的连续过冷水-冰晶动态循环实验装置示意图；

图中：1、玻璃容器或其他金属容器；2、纯水层或蒸馏水层；3、数字温度计；4、导管开关；5、盐冰浴层；6、PVC保温材料；7、密闭的实验容器；8、PVC保温层；9、插入过冷水中的支杆；10、注射器；11、流入密闭的实验的过冷水层；12、结晶实验密闭的实验容器；13、结晶实验PVC保温层；14、导管；15、金属挡板或过滤网；16、外核法与局部超低温法结晶过冷水层；17、伸入容器的空心管；18、内部扰动法结晶过冷水层；19、搅拌叶片；20、超声波结晶实验过冷水层；21、超声振子；22、超声发生器；23、体视显微镜；24、计算机；25、活塞拍打法结晶过冷水层；26、活塞；27、气泡法结晶实验过冷水层；28、真空抽气泵；29、气泵；30、振动叶片；31、玻璃容器内的冰晶体；32、第一滤光片；33、第二滤光片；34、数码相机；35、白光源；36、连续过冷水-冰晶动态循环实验第一容器；37、搅拌叶轮；38、连续过冷水-冰晶动态循环实验过冷水层；39、第二导管开关；40、连续过冷水-冰晶动态循环实验第二容器；41、电热器；42、水泵；43、输水管道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

目前，现有过冷水的制取和检测装置器材笨重，操作不安全可靠，实验成功率低；不能适合不同群体需求，并且不能为开展多层次与难度的研究提供保证。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明实施例提供的制取过冷水的装置：

1、容器的选择：

制取过冷水的容器可以是常见的玻璃器皿，铜或不锈钢等金属制品，为避免外界杂质对过冷水的影响，需要对制取装置各部分进行清洁处理。对于玻璃容器，采取常规的清洁方法，例如使用玻璃洗洁剂，去除表面各种油污和杂质。对于出现风化的玻璃容器，先采用浓度为10％的氢氟酸进行清洗，或者使用浓度为2％的盐酸溶液浸泡，然后再用清水冲洗。对于金属容器，采用专业的金属清洗剂，它们对于不锈钢、铜等金属没有腐蚀伤害，去除常见的油脂或油污，再用大量的清水冲洗。

容器材料的选择对于过冷水的结晶有影响，不同容器表面产生过冷水的临界成核有差异，导致结晶难易程度不同。应当选择那些不利于冰晶临界核形成的材料，可以得到更大的过冷度。

实验表明，铜管表面最低不结冰温度是—6℃，聚四氟乙烯—12℃，酚醛树脂为—10℃。同时，对于容器内部表面进行处理，涂抹高分子介质层，包括使用聚四氟乙烯或酚醛树脂，介质层厚度控制在20—200微米，可以提高过冷度。

针对不同实验群体和目标，例如普通学校或科普场馆进行科教实验，可以采取成本低廉的玻璃或者不锈钢制品。对于专业的工程领域，例如冰蓄冷空调中的过冷水制冰，飞机航行除冰，高寒地区输水管道防结冰，可以采用高分子材料进行更加深入的分析。例如采用纳米氟碳涂层过冷却器制冰，改善管道的壁面状况，抑制过冷水结冰，增加冰浆的制取，系统制冰效率提高。

2、过冷水制取：

如图1所示，过冷水生成装置，包括：

玻璃容器或其他金属容器1，表面经过清洁处理；

祛除杂质的纯水层或蒸馏水层2；

数字温度计3，分辨率0.1℃；

底部连接的导管开关4，带有延伸导管，控制过冷水流出到外接的实验模块单元；

浓度配比确定的盐冰浴层5，提供稳定的低温；

PVC保温材料6，将盐冰浴盆外部严密包裹，隔绝与外界的热量传递和交换，确保内部恒定低温。

本发明实施例采用简易可行的冷却浴法，将祛除杂质的蒸馏水或纯净水，在冰箱中冷藏且降温到1℃。放入冰盐混合物中，将盐与碎冰充分混合，盐在冰中溶解需要吸热，冰溶解也要吸收大量热量。控制冰和盐的质量比例，使得冰盐混合物的温度稳定在0℃以下。

以下通过玻璃容器的实验，说明过冷水的制取方法，其他容器材料的制取过程类似。

使用10％的氢氟酸祛除玻璃容器1表面的各种杂质，温度探测仪3使用灵敏度较高的数字温度计，探测仪插入容器底部，用来检测过冷水的温度。本装置的其他部件同样用氢氟酸来清洗，包括盐冰浴层5的容器。往玻璃容器1倒进200毫升的蒸馏水，清洗后倒掉里面的水。把玻璃容器1放到盐冰浴5的盆里，确保盆里有足够的冰和盐的供应，排除过多的水,过冷水缓慢冷却，不足以破坏原有的状态，降低温度到-1℃。

本发明采用数字测温仪实时监测过冷水的温度，采用聚乙烯保温材料6隔热处理，能够在不同季节开展实验，不受周围环境温度变化的影响，使得冷量损失降到最小。控制冰和盐的质量比例，能够得到不同的低温。

其他制冷方法，包括使用干冰加入丙酮的冷却。干冰是固态二氧化碳，极易挥发升华为无毒无味的气体。干冰与丙酮不反应，丙酮和干冰混合，产生持续稳定的低温环境。

三、过冷水的检测实验：

(一)、正常流动实验：

如图2所示，正常流动实验装置，包括：

密闭的实验容器7，体积200-300毫升，可以是玻璃或者金属材料，事先彻底容器清洗表面，去除各种杂质。

PVC保温层8，将容器7完整包裹，确保与外界能量交换最小。

插入过冷水中的支杆9，对过冷水进行扰动。

注射器10，可以将过冷水或者空气，注射到密闭的容器7里面。

流入容器的过冷水层11。

打开导管开关4，把容器7装满过冷水，密封容器的上盖，伸入支杆9来回或前后搅动，在容器7内形成过冷水层11的流动，实验结果发现过冷水11没有结晶。使用注射器10，注射过冷水或者空气到容器7的内部，出现水花或气泡，过冷水11没有结晶。

过冷水的正常流动不会出现结晶，过冷水的结冰分为两个阶段：当过冷水中出现大于临界尺寸的冰核(这称为形核阶段)，结冰过程开始；冰核在过冷水中生长(这称为核长大阶段)，冰核自发长大，最终成为大家熟悉的固体冰。外界因素作用于形核的大小与核成长的两个阶段，流动不会影响临界冰核的大小，对于冰核的形成长大有影响。

(二)、过冷水的检测实验模块

过冷水处于不稳定状态，外界因素可以迅速消除过冷状态，使得过冷水出现结晶。针对影响过冷水结晶的各项因素，采取模块化的器件设计，便于控制无关变量，突出主要因素的作用。

1、冲击水流法结晶：

如图3所示，冲击水流法结晶实验装置，包括：

结晶实验密闭的实验容器12；

结晶实验PVC保温层13；

伸入结晶实验密闭的实验容器的导管14，距离容器底部较远的高度。

金属挡板或过滤网15。

在结晶实验密闭的实验容器12内加入金属挡板15，可以是整块金属板，或者是有网格的过滤片，从导管14流出的过冷水，在挡板上方流下，冲击金属挡板15。还可以是从导管14流出的过冷水，直接冲击结晶实验密闭的实验容器12底部；或者结晶实验密闭的实验容器12底部先保留部分过冷水，然后从导管14放出过冷水；或者两股及多股水流相互冲击，以上措施都会产生过冷水的结晶。

过冷水与外部环境作用，冲击过程伴随能量的转化和转移，系统部分机械能转化为对外释放的热能，过冷水中的冰核相互挤压碰撞，生成冰晶出现片状或者枝条状的生长，堆积形成冰山。

2、外核法结晶：

纯净的过冷水中，加入冰晶或者其他杂质微粒，能够加速结晶过程。纯净水能达到比自来水更大的过冷度，杂质粒子在结晶过程中起一定的成核催化剂作用。

经典异质成核理论认为，水中含有其他物质的晶粒、杂质颗粒等可促进晶核的形成，形核在较小过冷度下就可发生。相同条件下，水的过冷度越大,溶液结晶过程越容易进行，冰晶生长速度也越快。

3、局部超低温法结晶：

加入干冰颗粒，其他制冷剂(如乙二醇溶液)，破坏容器内的过冷状态。

如图4所示，外核法与局部超低温法结晶装置，包括：

伸入容器的空心管17，可以从中投放小颗粒的物质。

外核法与局部超低温法结晶过冷水层16；

外核法与局部超低温法形成结晶的操作过程类似：容器内注入适量的过冷水16，从密封的上盖中，插入外加导管17，分别放入冰晶颗粒、氯化钠颗粒等外部杂质。或者从外加导管17注入干冰颗粒，干冰气化时吸收热量，导致过冷水局部区域迅速降温，有利于结晶核的形成。导入其他低温液体，如乙二醇溶液，不与过冷水发生化学反应，同样能够促进过冷水的结晶。

4、内部扰动法结晶：

如图5所示，内部扰动法结晶装置，包括：

内部扰动法结晶过冷水层18；

搅拌叶片19；

前期实验中，过冷水的正常流动不会出现结晶，但是在本实验单元，利用叶片19高速转动，使得过冷水层18和气体的交界面产生大量的液滴。由于过冷水层18的剧烈搅动，各部分之间相互摩擦，对外释放出产生的热量，结晶核相互碰撞等作用，有利于结晶体生长。

将上端和下端都开口的管状物伸入容器内部，过冷水18进入容器，在容器上部形成气—液界面。利用搅拌叶片19向过冷水施加振动，含有冷冻核的过冷水连续流入周围区域。搅拌叶片19开始时以低频率(例如20赫兹)对过冷水施加振动，使得气—液界面剧烈振荡，形成过冷液体的散射液滴。大量气泡和液滴通过气—液界面进入过冷液体，导致过冷水的过冷状态被释放，容器内的液滴和过冷水形成冷冻核，最终过冷水结晶。

5、超声波结晶：

超声波的频率大于20kHz，能够引发液体的机械效应、热效应和空化效应。热效应是指超声波的能量被溶液吸收后转化为热能；机械效应是指超声波振动对溶液颗粒和微气泡的影响；空化效应是指液体中的空化气泡的形成、生长、振荡、崩溃等变化过程。

如图6所示，超声波结晶实验装置，包括：

超声波结晶实验过冷水层20，使用容器为金属材料；

超声振子21，用来传递振动；

超声发生器22；

体视显微镜23；

计算机24；

超声波发生器22与超声振子21连接，超声波振子21固定在容器底部，将超声信号传递给容器中的过冷水层20。过冷水层20在超声波作用下发生空化现象，水中出现大量空化泡，利用体视显微镜23观测样品中空化泡的生成与运动，通过计算机24进行图像捕捉和录像。本实验选择铜或不锈钢等金属容器，金属容器发生振动，吸收超声波。不选择玻璃容器，防止玻璃容器与超声波振子产生共振，出现玻璃破裂的后果。实验表明，通过超声波引发的气泡，微小气泡促进成核发生，气泡数量影响冰晶成核。超声波能够降低水的过冷度，同时细化晶粒，冰晶出现在微小气泡的周围表面。本实验采用低频高能的功率超声波，有效加速冰晶成核过程，减小结晶所需的过冷度。

6、活塞拍打法结晶：

如图7所示，活塞拍打法结晶装置，包括：

活塞拍打法结晶过冷水层25；

活塞26，可以来回或者上下振动。

利用活塞26在液相和气相形成的气—液界面或附近施加振动，形成过冷液体的液滴散射，液滴和气泡混合到过冷液体层25中，在过冷液体层25中的气泡经历膨胀、压缩、破裂、聚集和消失，产生大量结晶核，使得过冷水最终结晶。

7、气泡法结晶

如图8所示，气泡法结晶实验装置包括：

气泡法结晶实验过冷水层27；

真空抽气泵28；

气泵29，向气泡法结晶实验容器输送空气；

振动叶片30；

当水中压强降低到空气分离压时，溶解在水中的空气会分离出来，在水中产生大量气泡，这些气泡被称为空穴。气体溶解度受温度和压强的影响,升高温度,气体的溶解度减小,减小压强,气体溶解度减小。传统的过冷水冲击法，需要水流移动一定距离，新设计能够缩小容器的体积，使液体在较小的过冷度状态下结冰。

第一种方法是把过冷水27注入密闭的容器，通过真空抽气泵28，对外抽气减小容器内的压强，原先溶解在过冷水中的空气形成气泡，把气泡和水充分混合而形成液泡。第二种方法是利用气泵29，从外界输入气体，使得气泡和水充分混合。以上两种操作，使得气泡经历各种变化，包括体积膨胀、缩小、破裂等。启动振动叶片30，大幅度振动或者摇晃气-液混合界面，导致水和气泡液滴激烈碰撞，最后形成冰晶。

8、冰晶偏振光实验：

太阳光是自然光,不具有偏振性。它穿入大气层,受到大气分子和其它颗粒的散射作用,形成天空偏振光。高空的云层混有冰晶粒子,光波在云层中的传输受到影响。大气散射光线的偏振特性研究应用。例如遥感监测实现对目标的探测，在城市污染测定、海洋河流特性分析、云层气象研究等领域。冰是双折射晶体，一束入射光透过冰晶体会分解为两束折射光，它们都是线偏振光。由于冰晶体对两束折射光的折射率差异很小，自然状态的冰结构杂乱，生活中难以观察冰的双折射现象。采用本产品得到的冰晶体，观察光通过晶体的偏振现象。

如图9所示，冰晶偏振光实验装置，包括：

玻璃容器内的冰晶体31；

第一滤光片32；

第二滤光片33；

数码相机34；

白光源35；

将玻璃容器内得到的冰晶体31，加在两块偏振滤光片第一滤光片32、第二滤光片33之间，使得白光35通过冰晶31。第一滤光片32将白光偏振，形成某一方向振动的线偏振光；冰晶31对线偏振光发生双折射，使得偏振光分为两束光线，以不同的速度透过冰晶体31.当这两束光线到达第二偏振滤光片33，两束光之间出现不同的相差，形成光的干涉现象，出现奇特的色彩图案，利用数码照相机可以拍摄和记录这些图案。色彩图案由冰晶的晶格结构决定，还与冰晶的厚度有关，改变冰晶体的厚度，出现图案发生变化。

9、连续过冷水-冰晶动态循环实验：

如图10所示，连续过冷水-冰晶动态循环实验装置，包括：

连续过冷水-冰晶动态循环实验第一容器36；

搅拌叶轮37；

连续过冷水-冰晶动态循环实验过冷水层38；

第二导管开关39；

连续过冷水-冰晶动态循环实验第二容器40；

电热器41；

水泵42；

输水管道43；

过冷水动态制冰是一种全新的制冷技术，过冷水与冷媒之间保持较高的传热系数，系统效率高，能量损失较少。本产品可以实现连续过冷水制冰循环，模拟过冷水动态制冰的工作，理解冰蓄冷空调的运行原理和过程。

如图10所示，连续过冷水-冰晶动态循环实验第一容器36经过PVC隔热处理，装入一定体积的过冷水层38，利用搅拌叶轮37转动，使得过冷水开始结晶。此时结晶体多为松软的冰浆形态，密度比水小，因此浮在连续过冷水-冰晶动态循环实验第一容器36的上部。通过第二导管开关39，将这些部分结晶的过冷水输送到连续过冷水-冰晶动态循环实验第二容器40，此时过冷水开始大面积结晶，最终形成宏观状态的冰晶体。开启位于连续过冷水-冰晶动态循环实验第二容器40底部的电热器41，加热后连续过冷水-冰晶动态循环实验第二容器40内部的冰晶开始融化，重新成为液体。开启水泵42，将液体通过管道43流动，重新流入连续过冷水-冰晶动态循环实验第一容器36。通过上述“过冷水——冰晶体——过冷水”的动态循环，模拟冰蓄冷空调的动态制取冰晶过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种过冷水的制取装置，其特征在于，所述过冷水的制取装置包括：

表面经过清洁处理的玻璃容器或其他金属容器或者高分子材料制成的容器；

容纳在玻璃容器或其他金属容器或者高分子材料制成的容器并祛除杂质的纯水层或蒸馏水层；

插接在纯水层或蒸馏水层内部的数字温度计；

连通在玻璃容器或其他金属容器或者高分子材料制成的容器底部的导管开关；

包覆在玻璃容器或其他金属容器或者高分子材料制成的容器外部，浓度配比确定的，用于提供稳定的低温盐冰浴层；

将盛放盐冰浴层的盐冰浴盆外部严密包裹，隔绝与外界的热量传递和交换，确保盐冰浴盆内部恒定低温的PVC保温材料。

2.如权利要求1所述的过冷水的制取装置，其特征在于，所述导管开关带有延伸导管并穿过盐冰浴盆和PVC保温材料。

3.一种如权利要求1所述的过冷水的制取装置的过冷水的制取方法，其特征在于，所述过冷水的制取方法包括：

将祛除杂质的蒸馏水或纯净水，在冰箱中冷藏且降温到冰点附近，温度1℃～4℃；放入冰盐混合物中，将盐与碎冰充分混合，控制冰和盐的质量比例，使得冰盐混合物的温度低于0℃。

4.如权利要求3所述的过冷水的制取方法，其特征在于，所述过冷水的制取方法或使用干冰加入丙酮的冷却或干冰加入乙二醇的方法。

5.一种对权利要求3所述过冷水的制取方法制取的过冷水检测的装置，其特征在于，所述过冷水检测的装置包括：

由玻璃或者金属材料或其他高分子材料制成并清洗表面和去除各种杂质的密闭的实验容器；

将密闭的实验容器完整包裹，与外界能量交换最小的PVC保温层；

对密闭的实验容器内的过冷水进行扰动的支杆；

将过冷水或者空气，注射到密闭的实验容器里面的注射器；

容纳在密闭的实验容器的过冷水层。

6.一种对权利要求3所述的过冷水制取的方法制取过冷水进行连续过冷水——冰晶动态循环实验方法，其特征在于，所述连续过冷水——冰晶动态循环实验方法，包括：

连续过冷水——冰晶动态循环实验第一容器经过PVC隔热处理，装入一定体积的过冷水，利用搅拌叶轮转动，使得过冷水开始结晶；此时结晶体浮在连续过冷水——冰晶动态循环实验第一容器的上部；通过第二导管开关，将这些部分结晶的过冷水输送到连续过冷水——冰晶动态循环实验第二容器，此时过冷水开始大面积结晶，最终形成宏观状态的冰晶体；开启位于连续过冷水——冰晶动态循环实验第二容器底部的电热器，加热后连续过冷水——冰晶动态循环实验第二容器内部的冰晶开始融化，重新成为液体；开启水泵，将液体通过管道流动，重新流入连续过冷水——冰晶动态循环实验第一容器；通过“过冷水——冰晶体——过冷水”的动态循环，模拟冰蓄冷空调的动态制取冰晶。

7.如权利要求6所述的连续过冷水——冰晶动态循环实验方法，其特征在于，所述连续过冷水——冰晶动态循环实验方法，或采用超声波结晶实验方法，具体包括：

超声波发生器与超声振子连接，超声波振子固定在超声波结晶容器底部，将低频高能超声信号传递给超声波结晶容器中的过冷水层；过冷水层在超声波作用下发生空化现象，水中出现大量空化泡，利用体视显微镜分析样品中空化泡的生成与运动，通过计算机进行图像捕捉和录像；超声波结晶容器选择铜或不锈钢的金属容器。