[发明专利]一种过冷水的制取和检测装置与方法

说明书

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。