SE463785B - Foerfarande och anordning foer att med hjaelp av laagfrekvent ljud forcera vaermetransmission mellan kroppar och gaser - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 785 2 U ~i 4 ö Ändamålet med föreliggande uppfinning är att lösa ovan nämnda problem och åstadkomma ett förfarande och en anordning för att åstadkomma en forcerad värmetransmission genom att överföra hög värmeeffekt per ytenhet från en kropp till omgivande gas, speciellt för tillämpningar där kroppen utgörs av en mängd små fasta kroppar, i exempelvis granulatform eller som pellets eller droppar. l stället för att öka värmetransmissionen genom att blåsa gasen över kropparnas yta med hög hastighet, åstadkoms den forcerade värmetransmissionen med hjälp av att den omgivande gasen försätts i en lågfrekvent oscillation. Till förtydligande av uppfinningen kommertre olika utföringsformer avseende kylning att beskrivas.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare i anslutning till ritningama på vilka: Fig 1 visar en fast kropp i en ordinär luftström; Fig 2 visar en fast kropp i en luftström som utsätts för ett infraljudfält; Fig 3 visar en utformning av en anordning enligt uppfinningen; Fig 4 visar en annan utformning av en anordning enligt uppfinningen; Fig 5 visar en tredje utformning av uppfinningen som kan användas vid en anläggning för kylning av plastgranulat; Fig 6 visar en fjärde utformning av en anordning enligt uppfinningen särskilt lämplig för infrysning av grönsaker; Fig 7 visar en anläggning för kylning av gjuterisand enligt uppfinningen.

Som nämnts ovan kan en forcerad värmetransmission uppnås mellan ytan av en kropp och en omgivande gas om gasen påverkas att röra sig fram och tillbaka med hjälp av en i gasen genererad stående ljudvåg. Fig 1 visar en fast kropp med en temperatur To vilken utsätts för en luftström. En partikel i luftströmmen är markerad som en punkt och luftpartikelns läge vid olika tidpunkter är markerade med t1 - t7.

Luftströmmens temperatur är T1 innan den passerat kroppen och T2 efter att kroppen passerats. Fig 2 visar samma fasta kropp när den utsätts för samma luftström men under inverkan av infraljud. Även här är luftpartikelns läge vid olika tidpunkter markerade med t1 - t7. Som framgår kommer varje luftpartikel som passerar den fasta kroppen att, på grund av den pulserande luftström som 10 15 20 25 30 infraljudet åstadkommer, inte bara att passera en gång utan flera gånger. Om kroppen har en högre temperatur än luftströmmen så kommer Iuftpartikeln att ta upp mer och mer värme för var gång den passerar den fasta kroppen och kroppens temperatur kommer att minska i motsvarande grad. En forcerad värmetransmission erhålls således. l vissa delar av den stående ljudvågen är hastigheten hos gasens fram- och återgående rörelse, den s k partikelhastigheten, stor medan tryckvariationerna, det s k ljudtrycket, är små. l andra delar är tryckvariationerna stora medan den fram- och återgående rörelsens hastighet är låg. I en viss punkt varierar alltså såväl partikelhastigheten som ljudtrycket med tiden och beskriver under ideala förhållanden en sinusvågliknande svängningsrörelse. Det högsta värdet hos partikelhastigheten respektive ljudtrycket anges av amplituden för respektive svängningsrörelse. Som regel intar partikelhastighetens amplitud ett maximivärde, dvs har en s k partikelhastighetsbuk, samtidigt som Ijudtryckets amplitud intar ett minimivärde, dvs har en s k ljudtrycksnod.

Det är önskvärt, enligt ovan, att partikelhastigheten intar ett så högt värde som möjligt för att en maximal forcerad värmetransmission ska kunna erhållas. I en stående ljudvåg kan det finnas flera ställen där partikelhastighetens amplitud intar sitt maximivärde. len stående ljudvåg vars längd motsvarar en kvarts eller en halv våglängd, alternativt en del av en kvarts eller halv våglängd, har partikelhastighetens amplitud ett maximum endast på ett ställe. För att erhålla en så hög forcerad värmetransmission som möjligt bör därför den yta från vilken värmetransmissionen ska ske placeras på ett ställe så nära partikelhastighetsbuken som möjligt.

Förfarandet enligt uppfinningen beståri att en forcerad värmetransmission mellan en kropp, fast eller flytande, och en gas, så som visas ifig 2, åstadkommes genom att en stående, lågfrekvent ljudvåg alstras i en sluten, eller i varje fall akustiskt setti det närmaste sluten, ljudresonator. Med lågfrekvent ljud avses ljud med en frekvens på 50 Hz eller lägre. Anledningen till att frekvenser över 50 Hz är mindre intressanta är att en sluten halwågsresonator får så små dimensioner vid högre _l,”.>. 10 15 20 25 30 785 LH frekvenser att hela apparaten blir ointressant ur kapacitetssynpunkt. Eftersom eventuella störande ljud avtar med lägre frekvens bör företrädesvis en frekvens på 30 Hz eller lägre användas. Vid denna frekvens får störningen anses vara mycket liten. Ljudresonatorn kan ha en längd motsvarande en halv våglängd av det alstrade lågfrekventa ljudets våglängd, men även andra utformningar av ljudresonatorn kan användas. Ljudvàgen underhålls genom att luftpulser alstras av en matningsenhetsdel, även kallad exigator, belägen vid en ljudtrycksbuki ljudresonatorn. Ordet matningsenhet används här för att ange den del av en generator för lågfrekvent ljud som alstrar en partikelhastighet i en punkt i en resonator där man har högt ljudtryck, se exempelvis det svenska patentet 446 157 samt de svenska patentansökningarna 8306653-0, 8701461-9 och 8802452-6.

Någonstans i resonatorn uppstår en partikelhastighetsbuk och här tillförs den kropp som ska utsättas för en forcerad värmetransmission. Om den aktuella kroppen består av ett ämne som föreligger i granulatform, pellets eller liknande kan ljudets partikelhastighet dessutom verka fluidiserande på ämnet i fråga. l det fall den aktuella kroppen, vilken utgör ett hinder för ljudet, blir alltför stor yttrar det sig i att resonatorns resonansskärpa blir sämre, vilket betyder att förhållandet mellan partikelhastighetens amplitud i buken respektive noden minskar. Vid ett förhållande med stora förluster finns det därför ingen anledning att generera den stående ljudvågen med hjälp av ett långt resonansrör. Genom att placera matningsenheten närmare partikelhastighetsbuken kan resonansröret avkortas.

Vid den praktiska utformningen av ljudresonatom finns flera möjligheter. Exempel på olika utformningar visas i figurerna 3-7, vilkas principer här beskrivs i korthet. l samtliga fall eftersträvas ett akustiskt slutet system. Fig 3 visar en generator för lágfrekvent ljud med en matningsenhet (1) och en resonator (2) med en längd motsvarande en halv våglängd av det alstrade lågfrekventa ljudets våglängd. En partikelhastighetsbuk uppståri ett område nära mitten av resonatorn varför det ämne som ska utsättas för en forcerad värmetransmission tillförs strax ovanför resonatorns mitt och avtappas strax under dess mitt. Fig 4 visar en resonator som fungerar på samma sätt som resonatorn i Fig 3 med den skillnaden att den undre halvan av resonatorn har ersatts med en resonator av Helmholtz-typ. Här har man 10 15 20 25 30 \ 5 265 ÉFSS - .J alltså en rörresonator (3) med en längd motsvarande en fjärdedels våglängd kombinerad med en Helmholtz-resonator (4) vilken är dimensionerad så att den är avstämd för samma resonansfrekvens som rörresonatorn, vilket innebär att rörresonatorn och Helmholtz-resonatorn i detta fall gemensamt bildar en resonator.

I Fig 5 och 6 har Helmholtz-resonatorn i Fig 4 givits en trattform så att det ämne som ska utsättas för en forcerad vârmetransmission samlas upp av Helmholtz- resonatorn (10, 20) och genom en öppning i dess botten leds vidare. Fig 7 visar en annan variant där två resonatorer (30), (31) med vardera en längd motsvarande en fjärdedels våglängd har placerats vid sidan av varandra så att deras öppna ändar stàri förbindelse med varandra. Två matningsenheter (32), (33) genererar en stående ljudvåg med samma frekvens i vardera resonatorn. Genom att låta dessa matningsenheter gåi motfas med varandra bildas totalt en enda stående ljudvåg. I princip fungerar denna gemensamma resonator på samma sätt som en halvvägs-resonator.

I ett fall med en ljudresonator som har oregelbunden form påverkas partikelhastighetens amplituds utseende så att den ursprungliga sinusvågformen blir svårigenkännlig. Emellertid påverkas ej ljudets volymhastighet på samma sätt utan den behåller sin sinusvågform, vilken till sin periodicitet sammanfaller med partikelhastighetsamplituden. Vid fallet med en ljudresonator med oregelbunden form kan det alltså vara lämpligare och enklare att identifiera det område där störst vârmetransmission kan erhållas som det område där volymhastigheten har en buk. uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare i anslutning till tre utföringsformer vilka avser kylning.

Fig 5 visar en anordning för kylning av plastgranulat. En infraljudgenerator av den typ som beskrivs i den svenska patentansökningen 8802452-6 kan exempelvis användas. Den består av en rörresonator (11), som företrädesvis har en längd motsvarande en kvarts våglängd, vid vars ena ände en matningsenhet (12) är monterad. I sin andra ände är den försedd med en diffusor (13) som är direkt monterad på ett kyltorn (14) vid vars övre ände varmt plast (15) i granulatform tillförs via en tilloppsledning (16). Rörresonatorn bildar tillsammans med diffusorn, 10 15 20 25 30 4 5 7 8 5 6 kyltornet och en Helmholtz-resonator (10) en resonator motsvarande en halwågs-resonator. Diffusorn och kyltornet är belägna inom ett område där en partikelhastighetsbuk föreligger. Det varma plastgranulatet (15) faller av . gravitationskraften ner genom kyltomet (14). Tornet är försett med ett antal snedställda hinder (17) vilka momentant fångar upp plastgranulatet så att plastgranulatets transporttid genom området med hög partikelhastighet förlängs.

Hindren utgörs företrädesvis av skivor försedda med nät, men hindren kan även ha andra utformningar som tillåter att luft passerar genom desamma samtidigt som plastgranulatet inte kan passera genom dem, t ex rör, balkar eller liknande. Vid tornets nedre ände finns en Helmholtz-resonator (10) vilken fungerar som en tratt och fångar upp plastgranulatet för vidare transport till en behållare. Vid den övre delen av Helmholtz-resonatorn tillförs kylluft från en fläkt via en ledning (18). Denna luft stiger upp genom kyltornet och uppvärms av plastgranulatet. Den uppvärmda kylluften förs bort via en ledning (19).

En forcerad värmetransmission erhålls mellan granulatet och den lågfrekvensljudpåverkade gasen, i det här fallet luft. När granulatet fångas upp av skivorna åstadkommer den av ljudet genererade luftrörelsen en fluidisenng av granulatet.

Fig 6 visar en annan utföringsform särskilt lämplig för infrysning av grönsaker.

Kylluften har ersatts med ett slutet rörsystem för ett kylmedium, t ex vatten, ammoniak, freon. Rören (21) installeras mellan de snedställda hindren (17) och genom att låta rörsystemet utgöra en del av ett värmeväxlarsystem kan även det av kropparna, i det här fallet grönsakerna, avgivna värmet tillvaratas.

Fig 7 visar en utföringsform där het sand från ett gjuteri avkyls. Anordningen består av två resonatorer (30), (31) vilka båda har en längd motsvarande en fjärdedels våglängd. Vid den övre änden på respektive resonator sitter en matningsenhet (32, g 33), vilken även här lämpligen kan vara av den typ som beskrivs i den svenska patentansökan 8802452-6 eller motsvarande. Dessa båda matningsenheter (32), (33) drivs av en gemensam motor (34) på så sätt att de arbetar i motfas med varandra. Härigenom alstras en enda gemensam stående våg i de båda 10 15 20 \l F' f"'~\ (__: l \\'1 0") G1 resonatorerna, vilka är belägna bredvid varandra så att deras öppna ändar (35), (36) står i förbindelse med varandra genom ett gemensamt utrymme (37). I den nedre delen av respektive resonator och i närheten av det gemensamma utrymmet (37) erhålls ett område med en partikelhastighetsbuk vilket utgör själva kylområdet.

I kylomràdet finns installerade hinder i form av rör (38, 39) vilka leds fram och tillbaka ett flertal gånger inom kylområdet och därmed bildar två rörsystem. Dessa rör genomflyts av ett kylmedel, tex vatten, ammoniak, freon eller liknande. Den sand som ska kylas tillförs anordningen ovanifràn genom ett rör (40) vilket har två förgreningar (41), (42) vilka utmynnar omededelbart ovanför de båda rörsystemen.

Den tillförda sanden rinner långsamt ner genom rörsystemen med hjälp av gravitationskraften och avkyls under vägen. Ftörsystemens utsida utgör därvidlag en konvektionsyta så att en värmetransmission först sker mellan sandkornen och luften inuti resonatorerna, och därefter sker mellan luften och konvektionsytan. Det värme som upptas av kylmedlet förs sedan bort för att exempelvis användas till uppvärmning. När sanden har avkylts och passerat hindren (38), (39) samlas den upp och förs bort via en ledning (43) belägen vid det gemensamma utrymmets (37) nederdel.

I de ovan beskrivna utförandeformerna har den forcerade värmetransmissionen endast illustrerats i form av kylnings- och frysningsprocesser, men uppfinningen kan naturligtvis även användas för andra typer av processer där en forcerad värmetransmission är önskvärd, t ex uppvärmning, torkning mm.

Claims (32)

10 15 20 25 30 'f f! .^. 'T 4 6 Ö f' Ü Û g Patentkrav

1. Förfarande vid en, medelst ljud, forcerad värmetransmission mellan ytan av en kropp, fast ellerflytande, och en omgivande gas, där nämnda ljud utgörs av en làgfrekvent stående ljudvåg och nämnda yta befinner sig i ett område av den stående Ijudvàgen vilket befinner sig i närheten av en volymhastighetsbuk, k ä n n e t e c k n at a v att nämnda ljudvåg har endast en volymhastighetsbuk och att samtliga dimensioner hos nämnda kropp är avsevärt mindre än en fjärdedel av nämnda ljudvågs våglängd.

2. Förfarande enligt kravet 1 k ä n n e t e c k n at a v att sagda kropp är en granul, pellet, droppe eller liknande.

3. Förfarande enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n at a v att ett stort antal kroppar passerar igenom nämnda ljudvåg i form av ett kontinuerligt flöde.

4. Förfarande enligt kravet 3 k ä n n e t e c k n at a v att flödet har ett tillopp till Ijudvàgen och ett avlopp från Ijudvàgen och att tilloppet befinner sig pä en nivå som ligger ovanför avloppet.

5. Förfarande enligt kravet 4 k ä n n e t e c k n at a v att nämnda flöde av kroppar transporteras mellan inloppet och avloppet endast med hjälp av gravitationskrafter.

6. Förfarande enligt kravet 5 k ä n n e t e c k n at a v att kropparnas transporttid mellan inloppet och avloppet förlängs genom hinder placerade i kropparnas transportväg.

7. Förfarande enligt kravet 6 k ä n n et e c k n at a v att nämnda hinder kan utgöras av nät, rör, balkar eller dylikt.

8. Förfarande enligt kravet 6 eller 7 k ä n n et e c k n at a v att kropparna fluidiseras pà nämnda hinder på grund av det lågfrekventa ljudets inverkan. 10 15 20 25 30 4 - 465 785

9. Förfarande enligt något av kraven 1-8 k ä n n e t e c k n at a v att i ljudvågen befinner sig en fast konvektionsyta samt att värmetransmission även sker mellan gasen och sagda konvektionsyta.

10. Förfarande enligt kravet 9 k ä n n e t e c k n at a v att konvektionsytan utgör yttersidan av ett rör genomflutet av ett kyimedei såsom kylvatten, ammoniak, freon eller liknande.

11. Anordning för genomförande av förfarandet enligt något av patentkraven 1-10 innefattande en generator för lågfrekvent ljud bestående av en matningsenhetsdel (1), (12), (32, 33) och en resonatordel (2), (3,4), (10, 11, 13, 14), (30, 31, 37) k ä n n e t e c k n a d a v att resonatordelen är akustiskt sett i det närmaste sluten och så utformad att den kropp (15) som ska utsättas för en forcerad värmetransmission befinner sig inom ett område inuti resonatordelen där den stående ljudvågen har en volymhastighetsbuk.

12. Anordning enligt kravet 11 k ä n n et e c k n a d a v att samtliga dimensioner hos nämnda kropp (15) är avsevärt mindre än en fjärdedel av nämnda ljudvågs våglängd.

13. Anordning enligt kravet 12 k ä n n e t e c k n a d a v att sagda kropp (15) är en granul, pellet, droppe eller liknande.

14. Anordning enligt något av kraven 11 - 13 k ä n n e t e c k n a d a v att ett stort antal kroppar (15) passerar igenom nämnda ljudvàg i form av ett kontinuerligt flöde.

15. Anordning enligt kravet 14 k ä n n e t e c k n a d a v att flödet har ett tillopp (16), (40, 41, 42) till ljudvågen och ett avlopp (10), (43) från ljudvågen och att tilloppet befinner sig på en nivå som ligger ovanför avloppet.

16. Anordning enligt kravet 15 k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda flöde av kroppar (15) transporteras mellan inloppet och avloppet endast med hjälp av gravitationskrafter. 10 15 20 25 30 ”__ _ /o 488 788

17. Anordning enligt kravet 15 eller 16 k ä n n e t e c k n a d a v att kropparnas (15) transporttid mellan inloppet (16), (40, 41, 42) och avloppet (10), (43) förlängs genom hinder (17), (38, 39) placerade i kropparnas transportväg.

18. Anordning enligt kravet 17 k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda hinder (17), (38, 39) kan utgöras av nät, rör, balkar eller liknande arrangemang som släpper igenom gas men ej kropparna.

19. Anordning enligt något av kraven 17 eller 18 k ä n n e t e c k n a d a v att kroppama (15) bringas att fluidisera på nämnda hinder (17), (38, 39) på grund av det lågfrekventa ljudets inverkan.

20. Anordning enligt något av kraven 11 - 19 k ä n n e t e c k n a d a v att en kylgas tillförs resonatorn från ett kylgastillopp (18) och att kylgasen bortförs från resonatorn via ett kylgasavlopp (19) vilket är beläget på en nivå som ligger ovanför kylgastilloppet.

21. Anordning enligt något av kraven 17 - 20 k ä n n e t e c k n a d a v att mellan hindren är installerade rörsystem (21) genom vilka transporteras ett kylmedium.

22. Anordning enligt något av kraven 17 - 20 k ä n n e t e c k n a d a v att hindren utgörs av ett rörsystem (21) genom vilket transporteras ett kylmedium.

23. Anordning något av kraven 21 - 22 k ä n n e t e c k n a d a v att yttersidan av nämnda rörsystems (21) rör utgör en konvektionsyta och att nämnda rörsystem utgör en del av ett värmeväxlarsystem.

24. Anordning enligt något av kraven 11 - 23 k ä n n et e c k n a d a v att resonatordelen består av en rörresonator (2) med en längd motsvarande en halv våglängd av den alstrade lågfrekventa ljudvågen.

25. Anordning enligt något av kraven 11 - 23 k ä n n e t e c k n a d a v att resonatordelen består av en rörresonator (3), (11, 13, 14) med en längd motsvarande en fjärdedels våglängd av den alstrade lågfrekventa ljudvågen och att den vid sin 10 15 20 25 30 // Ja. C\ Ls! ~ :i :S3 CL-'l nedre, från matningsenhetsdelen vända, ände är ansluten till en Helmholtz-resonator (4), (10), (20) samt att de två resonatorerna tillsammans bildar en resonator med samma resonansfrekvens som resonansfrekvensen hos de enskilda resonatorerna.

26. Anordning enligt något av kraven 24 - 25 k ä n n e t e c k n a d a v att rörresonatorn (2), (3), (11, 13, 14) består av flera delar med sinsemellan olika diametrar.

27. Anordning enligt något av kraven 25 - 26 k ä n n e t e c k n a d a v att Helmholtz-resonatorn (10), (20) ärtrattformad och att kropparnas avlopp är beläget vid Helmholtz-resonatorns botten.

28. Anordning enligt något av kraven 12-23 k ä n n e t e c k n a d a v att resonatordelen består av två rörresonatorer (30, 31) vilka vardera har en längd motsvarande en fjärdedel av våglängden hos det alstrade lágfrekventa ljudet.

29. Anordning enligt kravet 28 k ä n n et e c k n a d a v att de två rörresonatorerna (30,31) har varsin matningsenhet (32,33) och dessa matningsenheter arbetar i motfas så att en gemensam stående ljudvåg av Iågfrekvent ljud alstras i de två rörresonatorerna (30, 31 ).

30. Anordning enligt kravet 28 k ä n n e t e c k n a d a v att matningsenheten är åtminstone delvis gemensam får de två rörresonatorerna (30, 31) och arbetar så att en gemensam stående ljudvåg av lågfrekvent ljud alstras i de två rörresonatorerna.

31. Anordning enligt något av kraven 29 eller 30 k ä n n e t e c k n a d a v att rörresonatorerna (30, 31) är belägna intill varandra så att deras respektive öppna, från matningsenhetsdelen vända, ändar (35, 36) ståri förbindelse med varandra genom ett gemensamt utrymme (37). i

32. Anordning enligt kravet 31 k ä n n et e c k n a d a v att det gemensamma utrymmet (37) vid rörresonatorernas öppna ändar består av en behållare vilken samlar kropparna för borttorsling via ett avlopp (43).