一種海冰制備裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種海冰制備裝置及方法，海冰制備裝置包括低溫空間和放置于低溫空間內(nèi)的保溫箱，保溫箱包括底壁和側(cè)壁，保溫箱中距離保溫箱底壁一定高度的位置設(shè)置有第一隔板，第一隔板上開設(shè)有若干通孔。制冰時(shí)，由于保溫箱的作用，從表面開始冷卻，結(jié)冰的過程中，氣體和鹽分逐漸進(jìn)入下層水體，直到最后氣泡和鹽泡都集中到第一隔板的底部，本發(fā)明利用造價(jià)低廉的材料，能夠?qū)崿F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中制作與真實(shí)海冰接近的冰塊，為研究海冰物理性質(zhì)提供必要的保障。
【專利說明】
一種海冰制備裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于海冰制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種海冰制備裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]北極海冰的變化與全球變暖幾乎是同時(shí)發(fā)生的。隨著北極氣溫的升高，海冰內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了微妙的變化。海冰吸收外界熱量，冰晶體之間的鹵水通道擴(kuò)張，冰內(nèi)部的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)成分比例不斷發(fā)生變化。冰的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)為與以往不同的復(fù)合材料，冰的光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的變化。其中光學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)的變化決定了海冰在生消過程中熱質(zhì)平衡;力學(xué)性質(zhì)變化決定了海冰在外界動(dòng)力下的破碎過程，這些變化直接決定海冰快速變化過程。要明確海冰結(jié)構(gòu)的變化，就需要做大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)海冰測(cè)量受到環(huán)境因素的影響，只能在冬季有冰的近?；蛘咴诒睒O考察中進(jìn)行，時(shí)間和測(cè)量?jī)x器都受到極大的限制。而在實(shí)驗(yàn)室中制作海冰，不僅不受時(shí)間空間的限制，而且造價(jià)低，可以進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量，獲得更加精確的結(jié)果。
[0003]實(shí)驗(yàn)室制作海冰一般采用淡水加鹽的方式來制作鹽水，通過大型的制冰機(jī)、冰池或者冰柜對(duì)其進(jìn)行冷凍。其中制冰機(jī)和冰池的造價(jià)非常高，只有專門研究海冰的大學(xué)和科研院所才能配備。作為普通高校和科研機(jī)構(gòu)不具備專業(yè)制冰儀器，一般采用冰柜制作冰塊。
[0004]利用冰柜制作的冰塊，無論是采用淡水加鹽配制的鹽水，還是直接使用海水凍結(jié)的冰塊，在冰塊的中央都存在大量的氣泡和鹽泡。這與實(shí)際的海冰有較大的區(qū)別，不僅嚴(yán)重影響冰塊的融化過程，而且嚴(yán)重影響對(duì)海冰物理性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究。究其原因，主要是因?yàn)閷?shí)際中海水結(jié)冰是從表面冷卻，同時(shí)伴隨著排氣和析鹽的過程。而是用冰柜制冰，是從四周開始冷卻，導(dǎo)致水中的氣體和鹽分從四周向中間排放，從而造成氣泡和鹽泡集中在冰塊中間的結(jié)果。利用冰柜制作的冰塊無法模擬自然條件下形成的海冰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種海冰制備裝置，解決了現(xiàn)有制冷設(shè)備制作的冰塊無法模擬自然條件下形成的海冰的技術(shù)問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
一種海冰制備裝置，所述海冰制備裝置包括低溫空間和放置于低溫空間內(nèi)的保溫箱，所述保溫箱包括底壁和側(cè)壁，所述保溫箱中距離保溫箱底壁一定高度的位置設(shè)置有第一隔板，所述第一隔板上開設(shè)有若干通孔。
[0007]如上所述的海冰制備裝置，所述保溫箱內(nèi)設(shè)置有保溫隔板，所述保溫隔板將所述保溫箱內(nèi)的空間分隔為制冰區(qū)域和排氣區(qū)域，所述制冰區(qū)域與所述排氣區(qū)域的底部連通，所述制冰區(qū)域中距離保溫箱底壁一定高度的位置設(shè)置有第一隔板，所述第一隔板上開設(shè)有若干通孔，所述排氣區(qū)域的頂部設(shè)置有保溫頂壁，所述排氣區(qū)域設(shè)置有排氣孔。
[0008]如上所述的海冰制備裝置，圍成所述排氣區(qū)域的保溫隔板及側(cè)壁的高度高于所述制冰區(qū)域中側(cè)壁的高度，所述排氣孔的高度高于所述制冰區(qū)域中側(cè)壁的高度。
[0009]如上所述的海冰制備裝置，所述排氣孔位于所述保溫隔板上。
[0010]如上所述的海冰制備裝置，所述保溫箱的制冰區(qū)域中設(shè)置有制冰模具。
[0011]如上所述的海冰制備裝置，所述制冰模具包括若干與第一隔板垂直的第二隔板，所述第二隔板組合形成制冰模具。
[0012]如上所述的海冰制備裝置，所述制冰模具為塑料材質(zhì)。
[0013]如上所述的海冰制備裝置，所述第一隔板與所述保溫箱的底壁之間設(shè)置有支撐件。
[0014]如上所述的海冰制備裝置，所述低溫空間由制冷設(shè)備形成。
[0015]基于上述的海冰制備裝置的制備方法，將低溫空間的溫度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)溫度，將海水或加鹽的淡水添加至保溫箱中，將保溫箱置于低溫空間內(nèi)，當(dāng)保溫箱中的海水或加鹽的淡水結(jié)冰至第一隔板的位置時(shí)，將冰從保溫箱中取出。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明海冰制備裝置包括放置于低溫空間內(nèi)的保溫箱，保溫箱包括底壁和側(cè)壁，保溫箱中距離保溫箱底壁一定高度的位置設(shè)置有第一隔板，第一隔板上開設(shè)有若干通孔。制冰時(shí)，由于保溫箱的作用，從表面開始冷卻，結(jié)冰的過程中，氣體和鹽分逐漸進(jìn)入下層水體，直到最后氣泡和鹽泡都集中到第一隔板的底部，本發(fā)明利用造價(jià)低廉的材料，能夠?qū)崿F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中制作與真實(shí)海冰接近的冰塊，為研究海冰物理性質(zhì)提供必要的保障。
[0017]保溫箱內(nèi)設(shè)置有保溫隔板，保溫隔板將保溫箱內(nèi)的空間分隔為制冰區(qū)域和排氣區(qū)域，制冰區(qū)域與排氣區(qū)域的底部連通，排氣區(qū)域的頂部設(shè)置有保溫頂壁。制冰時(shí)，由于保溫箱的作用，從表面開始冷卻，結(jié)冰的過程中，氣體逐漸進(jìn)入下層水體，直到最后氣泡和鹽泡都集中到第一隔板的底部，形成很集中的氣泡和鹽泡層，氣泡和鹽泡層中的氣體進(jìn)入未結(jié)冰的排氣區(qū)域，并從排氣區(qū)域排出，保證保溫箱不會(huì)由于底部氣體增多，壓力變大將保溫箱擠爆。本發(fā)明不僅可以保證在低溫環(huán)境下排氣區(qū)域內(nèi)水團(tuán)不會(huì)完全凍結(jié)，而且保障排氣和析鹽過程順利進(jìn)行，解決了下層水體的壓力問題，也確保凍結(jié)的冰塊內(nèi)沒有氣泡和鹽泡的堆積。
[0018]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的俯視圖。
[0021 ]圖3是本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是圖3的俯視圖。
[0023]圖5是圖3的剖視圖。
[0024]圖中附圖標(biāo)記為:
1、底壁；
21、左側(cè)壁;22、右側(cè)壁;23、前側(cè)壁;24、后側(cè)壁；
3、保溫隔板；
41、制冰區(qū)域;42、排氣區(qū)域;421、保溫頂壁;422排氣孔； 5、第一隔板;51、通孔；
6、制冰模具;7、第二隔板;8、支撐件。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明:
本實(shí)施例提出了一種海冰制備裝置，包括一個(gè)低溫空間和放置于低溫空間內(nèi)的保溫箱。其中，低溫空間可以由現(xiàn)有制冷設(shè)備形成，例如，冰箱、冷柜內(nèi)部的儲(chǔ)物空間或者冷庫(kù)內(nèi)的冷凍室等。保溫箱放置于低溫空間內(nèi)，承裝待冷凍的液體。本實(shí)施例中帶冷凍的液體為海水或加鹽的淡水，加鹽的淡水中鹽的濃度與海水中鹽的濃度相同，以充分模擬海水。
[0026]本實(shí)施例的重點(diǎn)在于對(duì)保溫箱的設(shè)計(jì)，以模擬自然條件下海冰的形成過程，使用本實(shí)施例的保溫箱形成的海冰與自然條件下形成的海冰的形態(tài)和性質(zhì)非常相似。下面對(duì)保溫箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明:
如圖1-2所示，本實(shí)施例的保溫箱包括底壁I和側(cè)壁。本實(shí)施例中，側(cè)壁與底壁I垂直，側(cè)壁包括與底壁I相接的左側(cè)壁21、右側(cè)壁22、前側(cè)壁23和后側(cè)壁24。保溫箱中距離保溫箱底壁I 一定高度的位置設(shè)置有第一隔板5，第一隔板5上開設(shè)有若干通孔51。
[0027]制冰時(shí)，由于保溫箱的作用，從表面開始冷卻，結(jié)冰的過程中，氣體和鹽分逐漸進(jìn)入下層水體，直到最后氣泡和鹽泡都集中到第一隔板5的底部，本發(fā)明利用造價(jià)低廉的材料，能夠?qū)崿F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中制作與真實(shí)海冰接近的冰塊，為研究海冰物理性質(zhì)提供必要的保障。
[0028]如圖3-5所示，在保溫箱內(nèi)設(shè)置有保溫隔板3，保溫隔板3將保溫箱內(nèi)的空間分隔為制冰區(qū)域41和排氣區(qū)域42。保溫隔板3與左側(cè)壁21、右側(cè)壁22平行設(shè)置，保溫隔板3與前側(cè)壁23和后側(cè)壁24相接，保溫隔板3靠近左側(cè)壁21，保溫隔板3與左側(cè)壁21之間形成的空間為排氣區(qū)域42，保溫隔板3與右側(cè)壁之間形成的空間為制冰區(qū)域41。保溫隔板3的底部與保溫箱的底壁I之間具有一定的間隙，制冰區(qū)域41與排氣區(qū)域42的底部通過保溫隔板3的底部與保溫箱的底壁I之間的間隙連通。
[0029]制冰區(qū)域41中距離保溫箱底壁I一定高度的位置設(shè)置有第一隔板5，第一隔板5與右側(cè)壁22、前側(cè)壁23、后側(cè)壁24相接，第一隔板5還與保溫隔板3的底部相接。第一隔板5上開設(shè)有若干通孔51，結(jié)冰過程中產(chǎn)生的鹽泡和氣泡可通過通孔51進(jìn)入第一隔板5的下方，并從第一隔板5的下方、保溫隔板3的底部與保溫箱的底壁I之間的間隙進(jìn)入排氣區(qū)域42。第一隔板5與保溫箱的底壁I之間設(shè)置有支撐件8，支撐件8對(duì)第一隔板5起到支撐的作用，保證第一隔板5與保溫箱底壁I之間具有一定的高度。
[0030]排氣區(qū)域42的頂部設(shè)置有保溫頂壁421，因而，排氣區(qū)域42均由保溫材料包裹，可以保證排氣區(qū)域42的結(jié)冰速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于制冰區(qū)域41的結(jié)冰速度。排氣區(qū)域42設(shè)置有排氣孔422，以使排氣區(qū)域42與外界空氣連通，保證排氣區(qū)域42內(nèi)的氣體可通過排氣孔422排出。
[0031]具體的，圍成排氣區(qū)域42的保溫隔板3及左側(cè)壁21、部分前側(cè)壁23和部分后側(cè)壁24的高度高于制冰區(qū)域41中右側(cè)壁22、部分前側(cè)壁23和部分后側(cè)壁24的高度。排氣孔422的高度高于制冰區(qū)域41中右側(cè)壁22、部分前側(cè)壁23和部分后側(cè)壁24的高度。可以保證制冰時(shí)保溫箱內(nèi)的氣體從排氣區(qū)域42的排氣孔422排出。
[0032]優(yōu)選的，排氣孔422位于保溫隔板3上，使排氣孔遠(yuǎn)離制冷設(shè)備的側(cè)壁，減少排氣區(qū)域42的結(jié)冰量。
[0033]在保溫箱的制冰區(qū)域41中設(shè)置有制冰模具6，制冰模具6可以設(shè)計(jì)為多種不同的形狀，使用時(shí)，可以根據(jù)預(yù)制冰塊的形狀選擇合適的制冰模具6。一般情況下，預(yù)制冰塊的形狀為方形，因而，制冰模具6包括若干與第一隔板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。優(yōu)選的，制冰模具6為塑料材質(zhì)。制冰模具6凍結(jié)的冰塊不僅外形極規(guī)整，而且塑料材質(zhì)的制冰模具6強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，能多次重復(fù)使用，并且在冰形成之后，冰不會(huì)與制冰模具6粘連，冰可以輕松地從制冰模具6上取下，以取得表面平整，形狀規(guī)則的實(shí)驗(yàn)用冰。
[0034]本實(shí)施例的海冰制備裝置制作出來的海冰很好的符合自然情況并且人為地減少了影響融化的因素(比如氣泡、鹽度、形狀)，符合實(shí)驗(yàn)室海冰的標(biāo)準(zhǔn)，為之后的物理實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。
[0035]水在凍結(jié)的過程中會(huì)排出氣泡并析出鹽分，本實(shí)施例的海冰制備裝置實(shí)現(xiàn)了水的表層制冷，水在結(jié)冰過程中排出的氣泡和鹽泡不斷進(jìn)入下層水體，因此，在距離保溫箱底壁I 一定高度的位置放置一層第一隔板5，第一隔板5上開有若干通孔51。直到最后氣泡和鹽泡都集中到底層形成很集中的氣泡和鹽泡層。隨著冰塊不斷往下層凍結(jié)，下層水壓力急劇升高。為了解決低溫環(huán)境下下層水壓力過大的問題，保溫箱設(shè)置有排氣區(qū)域42，形成排氣區(qū)域42的側(cè)壁和頂壁均由保溫材料制成，排氣區(qū)域42的結(jié)冰速度小于制冰區(qū)域41的結(jié)冰速度，排氣區(qū)域42的底部與制冰區(qū)域41的底部連通，排氣區(qū)域42上設(shè)置有排氣孔422，因而，制冰區(qū)域41下層水體中的氣泡可從排氣區(qū)域42的排氣孔422排出保溫箱，制冰區(qū)域41下層水體的壓力問題得到完美解決。當(dāng)冰從上往下凍結(jié)至隔板附近時(shí)，就可以將凍制的冰塊取出，而冰塊的外形則主要由制冰模具6控制。
[0036]基于上述海冰制備裝置的設(shè)計(jì)，本實(shí)施例還提出了一種海冰制備方法，將低溫空間的溫度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)溫度，將海水或加鹽的淡水添加至保溫箱中，將保溫箱置于低溫空間內(nèi)，當(dāng)保溫箱中的海水或加鹽的淡水結(jié)冰至第一隔板的位置時(shí)，將冰從保溫箱中取出。
[0037]最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制;盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種海冰制備裝置，其特征在于，所述海冰制備裝置包括低溫空間和放置于低溫空間內(nèi)的保溫箱，所述保溫箱包括底壁和側(cè)壁，所述保溫箱中距離保溫箱底壁一定高度的位置設(shè)置有第一隔板，所述第一隔板上開設(shè)有若干通孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海冰制備裝置，其特征在于，所述保溫箱內(nèi)設(shè)置有保溫隔板，所述保溫隔板將所述保溫箱內(nèi)的空間分隔為制冰區(qū)域和排氣區(qū)域，所述制冰區(qū)域與所述排氣區(qū)域的底部連通，所述制冰區(qū)域中距離保溫箱底壁一定高度的位置設(shè)置有第一隔板，所述第一隔板上開設(shè)有若干通孔，所述排氣區(qū)域的頂部設(shè)置有保溫頂壁，所述排氣區(qū)域設(shè)置有排氣孔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海冰制備裝置，其特征在于，圍成所述排氣區(qū)域的保溫隔板及側(cè)壁的高度高于所述制冰區(qū)域中側(cè)壁的高度，所述排氣孔的高度高于所述制冰區(qū)域中側(cè)壁的高度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海冰制備裝置，其特征在于，所述排氣孔位于所述保溫隔板上。5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任意一項(xiàng)所述的海冰制備裝置，其特征在于，所述保溫箱的制冰區(qū)域中設(shè)置有制冰模具。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海冰制備裝置，其特征在于，所述制冰模具包括若干與第一隔板垂直的第二隔板，所述第二隔板組合形成制冰模具。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海冰制備裝置，其特征在于，所述制冰模具為塑料材質(zhì)。8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的海冰制備裝置，其特征在于，所述第一隔板與所述保溫箱的底壁之間設(shè)置有支撐件。9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的海冰制備裝置，其特征在于，所述低溫空間由制冷設(shè)備形成。10.—種基于權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的海冰制備裝置的制備方法，其特征在于，所述方法為:將低溫空間的溫度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)溫度，將海水或加鹽的淡水添加至保溫箱中，將保溫箱置于低溫空間內(nèi)，當(dāng)保溫箱中的海水或加鹽的淡水結(jié)冰至第一隔板的位置時(shí)，將冰從保溫箱中取出。
【文檔編號(hào)】F25C1/04GK105841415SQ201610163560
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日
【發(fā)明人】曹勇, 史久新, 蔣濤, 趙曦, 矯玉田
【申請(qǐng)人】中國(guó)海洋大學(xué)