UA94212C2

UA94212C2 - Method and device for enhancing process involving solid object and gas

Info

Publication number: UA94212C2
Application number: UAA200701792A
Authority: UA
Inventors: Нильс Кребс
Original assignee: Форсе Текнолоджи
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2005-08-15
Publication date: 2011-04-26

Abstract

This invention relates to a sonic device (and a method) for enhancing a process involving a solid object and a gas, where the gas surrounds the object or at least is in contact with a surface of the object, the device comprising sonic means for applying a high intensity sound or ultrasound to at least the surface of the object, wherein the high intensity sound or ultrasound, during use of the sonic device, is applied directly in the gas that is also the medium through which the high intensity sound or ultrasound propagates to the surface of the object, whereby a laminar sub-layer at the surface of the object is reduced and/or minimized. The reduction of the laminar sub-layer provides increased heat transfer efficiency and/or increased catalytic speed and/or increased gas exchange.

Description

Даний винахід відноситься до акустичного пристрою для поліпшення технологічного процесу, що включає в себе твердий об'єкт і газ за допомогою зменшення ламінарного прошарку. Винахід також відноситься до способу поліпшення технологічного процесу, що включає в себе твердий об'єкт і газ за допомогою зменшення ламінарного прошарку.The present invention relates to an acoustic device for improving the technological process, which includes a solid object and a gas by reducing the laminar layer. The invention also relates to a method of improving a technological process involving a solid object and a gas by reducing the laminar layer.

Рівень технікиTechnical level

Тепловий потік неможливий при відсутності різниці температур. Отже, тепловий потік між повітрям/газом і поверхнею об'єкта буде прямо пропорційний різниці температур між газом і поверхнею і поверхневої провідності, тобтоHeat flow is impossible in the absence of a temperature difference. Therefore, the heat flow between the air/gas and the surface of the object will be directly proportional to the temperature difference between the gas and the surface and the surface conductivity, i.e.

Ф-П(а-ів), ДеF-P(a-iv), De

Ф - тепловий потік, п - поверхнева провідність, - температура поверхні і їз - температура навколишнього газу. Поверхневу провідність вимірюють у Вт/меК.Ф - heat flow, n - surface conductivity, - surface temperature and из - temperature of the surrounding gas. Surface conductivity is measured in W/meK.

Теплова енергія має тенденцію до переміщення в напрямку зменшення температури. Перенос теплоти може відбуватися завдяки процесам провідності, конвекції чи випромінювання. Теплота характеризує енергію, зв'язану з безперервним рухом молекул, а температура є мірою енергії такого руху. Коли речовини з різними температурами знаходяться в контакті, то більш енергійні молекули передають частину своєї теплової енергії менш енергійним молекулам у результаті їх зіткнень. Вищесказане характеризує процес теплової провідності.Thermal energy tends to move in the direction of decreasing temperature. Heat transfer can occur due to the processes of conduction, convection or radiation. Heat characterizes the energy associated with the continuous movement of molecules, and temperature is a measure of the energy of such movement. When substances with different temperatures are in contact, more energetic molecules transfer part of their thermal energy to less energetic molecules as a result of their collisions. The above characterizes the process of thermal conductivity.

Такий процес є єдиним механізмом, під дією якого теплота може передаватися через непрозоре тверде тіло.This process is the only mechanism by which heat can be transferred through an opaque solid.

Теплова енергія може переноситися через газ за допомогою провідності, а також завдяки руху газу з однієї області простору в іншу. Такий процес переносу теплоти, зв'язаної з рухом газу, називається конвекцією. Коли рух газу викликаний за допомогою тільки сил, що виштовхують, які утворилися в результаті різниць температур, тоді процес розглядається як природна чи вільна конвекція; але якщо рух газу викликаний деяким іншим пристроєм, типу вентилятора або тому подібного, то таке явище називають примусовою конвекцією.Thermal energy can be transferred through a gas by conduction, as well as by the movement of gas from one region of space to another. This process of heat transfer associated with gas movement is called convection. When the movement of the gas is caused by only pushing forces, which were formed as a result of temperature differences, then the process is considered as natural or free convection; but if the movement of the gas is caused by some other device, such as a fan or the like, then such a phenomenon is called forced convection.

У майже всіх практично існуючих газових потоків, характер потоку буде турбулентним усередині всієї області об'єму, що переміщається, за винятком шару, що прилягає до всіх поверхонь, де характер потоку є ламінарним (див., наприклад, 203 на фіг.2а). Цей шар часто називають ламінарним підшаром. Товщина цього шару уявляє собою функцію, що зменшується, яка залежить від значення числа Рейнольдса для потоку, так, що при високих швидкостях потоку, товщина ламінарного підшару буде зменшуватися.In almost all practically existing gas flows, the nature of the flow will be turbulent within the entire region of the moving volume, except for the layer adjacent to all surfaces, where the nature of the flow is laminar (see, for example, 203 in Fig. 2a). This layer is often called the laminar sublayer. The thickness of this layer is a decreasing function that depends on the value of the Reynolds number for the flow, so that at high flow velocities, the thickness of the laminar sublayer will decrease.

Перенос теплоти в напрямку упоперек ламінарного прошарку буде здійснюватися шляхом провідності чи випромінювання внаслідок природи ламінарного потоку.Heat transfer in the direction across the laminar layer will be carried out by conduction or radiation due to the nature of the laminar flow.

Що стосується випромінювання усіх фізичних об'єктів, то вони безупинно втрачають енергію внаслідок випускання електромагнітного випромінювання і здобувають енергію в результаті поглинання тієї частини випромінювання від інших об'єктів, що падає на них. Цей процес переносу теплоти в результаті випромінювання може мати місце без присутності якої-небудь речовини в просторі між випромінюючими об'єктами.As for the radiation of all physical objects, they constantly lose energy due to the emission of electromagnetic radiation and gain energy as a result of absorbing that part of radiation from other objects that falls on them. This process of heat transfer as a result of radiation can take place without the presence of any substance in the space between the radiating objects.

Що стосується провідності то перенос речовини в напрямку упоперек ламінарного прошарку буде здійснюватися винятково за допомогою дифузії. В техніці, що має відношення до теплообмінників, добре відомо, що основною перешкодою для переміщення чи передачі теплоти від газу до твердої поверхні є приграничний шар газу, що утримується на твердій поверхні. Навіть коли рух газу є цілком турбулентним, існує ламінарний прошарок, що утрудняє передачу теплоти. У той час як різні способи і типи пристроїв були запропоновані для рішення даної проблеми, наприклад, за допомогою руху газу під дією акустичних хвиль і коливання границі розділу в присутності генераторів зовнішніх коливань, ці способи, будучи до деякої міри ефективними, обмежені у своїй основі по їхній здатності здійснювати ефективну мінімізацію ламінарного прошарку і у той же самий час, покривати досить великі області, щоб зробити застосовуваний спосіб ефективним.As for conductivity, the transfer of matter in the direction across the laminar layer will be carried out exclusively by means of diffusion. It is well known in the art related to heat exchangers that the main obstacle to the movement or transfer of heat from a gas to a solid surface is the boundary layer of the gas retained on the solid surface. Even when the gas movement is completely turbulent, there is a laminar layer, which makes heat transfer difficult. While various methods and types of devices have been proposed to solve this problem, for example, with the help of gas movement under the influence of acoustic waves and oscillation of the interface in the presence of external vibration generators, these methods, being somewhat effective, are fundamentally limited by their ability to effectively minimize the laminar layer and at the same time cover large enough areas to make the applied method effective.

Подібним чином, швидкість каталітичного процесу, що включає в себе газ, взаємодіючий з каталітичною поверхнею, крім усього іншого, обмежена через взаємодію молекул газу з каталітичною поверхнею, тобто залежить від доставки реагентів до каталітичної поверхні і видалення продукту реакції від каталітичної поверхні.Similarly, the rate of a catalytic process involving a gas interacting with a catalytic surface, among other things, is limited by the interaction of gas molecules with the catalytic surface, that is, it depends on the delivery of reactants to the catalytic surface and the removal of the reaction product from the catalytic surface.

Перенос речовини через ламінарний прошарок, що покриває каталітичну поверхню, може бути здійснений тільки завдяки дифузії реагентів і продуктів реакції.The transfer of matter through the laminar layer covering the catalytic surface can be carried out only due to the diffusion of reactants and reaction products.

Точно так само, коли один тип газу чи суміші газів інтенсивно заміщають на іншу композицію газів, то час, необхідний для її продувки до внутрішньої поверхні резервуара, буде обмежений часом, який буде потрібний для заміщення газу в ламінарному прошарку. Таке заміщення може бути виконано тільки за допомогою дифузії.Similarly, when one type of gas or mixture of gases is intensively replaced by another composition of gases, the time required for its blowing to the inner surface of the tank will be limited by the time required to replace the gas in the laminar layer. Such replacement can be performed only by means of diffusion.

У патенті США 4501319 розкрите поліпшення переносу теплоти між двома газорідинними сумішами (тобто не між об'єктом і газом/повітрям), що забезпечує поліпшену передачу теплоти за допомогою мінімізації товщини ламінарного прошарку, створюючи для цього хвильовий спектр типу стоячої хвилі. Однак, використання хвильового спектру типу стоячої хвилі для мінімізації ламінарного прошарку поки не дає досить ефективного або істотного зменшення ламінарного прошарку (і в зв'язку з цим поліпшення при передачі теплоти), тому що хвильовий спектр типу стоячої хвилі містить у собі стаціонарне і повторюване розташування вузлових крапок (у просторі) над поверхнею. У зазначених вузлових крапках газові молекули не будуть зміщатися і, відповідно, у них відсутня швидкість руху.US Patent 4,501,319 discloses an improvement in heat transfer between two gas-liquid mixtures (ie, not between an object and a gas/air), which provides improved heat transfer by minimizing the thickness of the laminar layer, creating a standing wave-like wave spectrum for this. However, the use of a standing wave wave spectrum to minimize laminar layering does not yet provide a sufficiently effective or significant reduction of laminar layering (and therefore an improvement in heat transfer), because the standing wave type wave spectrum contains a stationary and repetitive arrangement of nodal points (in space) above the surface. In the indicated nodal points, the gas molecules will not move and, accordingly, they have no speed of movement.

У патенті США 4835958 описаний спосіб продуктивної роботи обертових лопат газової турбіни. У способі водяна пара як охолподжуюче середовище руйнує ламінарну парову плівку на поверхнях випускного отвору, таким чином, гарантуючи поліпшену передачу теплоти. Це здійснено за допомогою створення акустичної ударної хвилі, що руйнує ламінарний прошарок. Так як площа поверхні, що охоплена в результаті ударної хвилі, повинна бути порівнянною з площею поверхні, використаної для створення ударної хвилі, то запропонований спосіб не приведе до зменшення ламінарного прошарку (і отже до поліпшення при передачі теплоти) у межах такої великої площі, що розглядається в даному винаході, оскільки ультразвукові хвилі розсіюються в межах більшої частини даного об'єкта, чим ударна хвиля.US patent 4,835,958 describes a method of productive operation of rotating blades of a gas turbine. In the method, water vapor as a cooling medium destroys the laminar vapor film on the outlet surfaces, thus ensuring improved heat transfer. This is done by creating an acoustic shock wave that destroys the laminar layer. Since the surface area covered by the shock wave should be comparable to the surface area used to create the shock wave, the proposed method will not lead to a reduction in the laminar layer (and therefore to an improvement in heat transfer) within such a large area that is considered in this invention, since ultrasonic waves are dispersed within a larger part of a given object than a shock wave.

У патенті США 6629412 розкритий турбогенератор, що виробляє як тепло, так і електрику. Пристрій містить у собі теплообмінник, що використовує акустичні резонатори (утворені за допомогою порожнин на поверхні теплообмінника) для запобігання утворення ламінарного граничного шару. Резонатори генерують акустичні вихори в міру того, як газ тече над поверхнею теплообмінника і у зв'язку з цим породжується турбулентність у газі над поверхнею. Ініційована турбулентність буде зменшувати розмір ламінарного шару (фіг.2а), але породжена акустична енергія не є досить сильною і, отже, не досить ефективною для здійснення мінімізації прошарку.US Patent 6,629,412 discloses a turbogenerator that produces both heat and electricity. The device contains a heat exchanger that uses acoustic resonators (formed by cavities on the surface of the heat exchanger) to prevent the formation of a laminar boundary layer. The resonators generate acoustic vortices as the gas flows over the surface of the heat exchanger and, in connection with this, turbulence is generated in the gas above the surface. Initiated turbulence will reduce the size of the laminar layer (Fig. 2a), but the generated acoustic energy is not strong enough and, therefore, not effective enough to minimize the layer.

У патенті Японії 07112119 розкрите поліпшення каталітичного процесу за допомогою ультразвуку і таким чином руйнування приграничної плівки газорідинної суміші над пористим твердим каталізатором. Конструкція приводить до недостатнього зв'язку ультразвуку з джерела/вібратора через діафрагму і потім до газу. Це пов'язано з великою різницею у повному акустичному опорі, що буде мати місце при будь-якому переході типу тверде тіло - газ.The Japanese patent 07112119 discloses the improvement of the catalytic process using ultrasound and thus the destruction of the boundary film of the gas-liquid mixture over the porous solid catalyst. The design leads to insufficient communication of ultrasound from the source/vibrator through the diaphragm and then to the gas. This is due to the large difference in total acoustic resistance that will occur at any solid-gas transition.

У патенті США 4347983 розкритий пристрій для генерування ультразвуку. У патенті зазначено, що ультразвук може бути корисний для поліпшення передачі теплоти в результаті руйнування рідкого чи газового шару.US patent 4347983 discloses a device for generating ultrasound. The patent states that ultrasound can be useful for improving heat transfer as a result of the destruction of a liquid or gas layer.

Додатково звертається увага на те, що каталітичні ефекти можуть бути поліпшені завдяки молекулярному розпаду, одержанню вільних іонів, змішуванню й іншим ефектам. Однак, ця конструкція не спрямована на руйнування ламінарного прошарку. Крім того, ця конструкція не є в достатній мірі придатною для генерування акустичного тиску з досить високими рівнями, необхідними для ефективного руйнування ламінарного прошарку.In addition, attention is drawn to the fact that catalytic effects can be improved due to molecular disintegration, production of free ions, mixing and other effects. However, this design is not aimed at destroying the laminar layer. In addition, this design is not sufficiently suitable for generating acoustic pressure at sufficiently high levels necessary to effectively destroy the laminar layer.

Розглянуті фактори для поліпшення каталітичних ефектів, тобто молекулярне руйнування й одержання вільних іонів, відносяться до ефектів, що мають місце тільки в цих умовах у рідкому середовищі, а не в газоподібному середовищі.The considered factors for the improvement of catalytic effects, that is, molecular destruction and production of free ions, refer to the effects that take place only under these conditions in a liquid environment, and not in a gaseous environment.

У патенті Японії 2000 325903 розкритий спосіб видалення бруду з волокна за допомогою розпилення надзвукового газового потоку, в результаті чого граничний шар газу, створений навколо оптичних волокон, руйнується надзвуковими хвилями так, щоб пляма в граничному шарі могла бути вилучена. Створення турбулентного шару, використовуючи ультразвук, буде приводити до поліпшеного ефекту при видаленні бруду.Japanese Patent 2000 325903 discloses a method for removing dirt from a fiber by spraying a supersonic gas stream, whereby the boundary layer of gas created around optical fibers is destroyed by supersonic waves so that the stain in the boundary layer can be removed. Creating a turbulent layer using ultrasound will lead to an improved effect when removing dirt.

Проте, у патенті не розкривається найефективніший спосіб зниження несприятливих впливів, пов'язаних із граничним шаром у тому випадку, якщо спосіб використовується в інших процесах, оскільки інтенсивність звуку, достатня для видалення чи знищення ламінарного прошарку, не була отримана.However, the patent does not disclose the most effective way to reduce the adverse effects associated with the boundary layer if the method is used in other processes, because sound intensity sufficient to remove or destroy the laminar layer has not been obtained.

У патенті Японії 07031974 розкритий спосіб адсорбції іона у воді, використовуючи іонно-обмінну смолу через яку протікає вода. Надзвукова хвиля, створювана пристроєм, опромінює воду й іонно-обмінну смолу так, що граничний шар потоку руйнується і відбувається прискорення дифузійного процесу.Japanese patent 07031974 discloses a method of ion adsorption in water using an ion-exchange resin through which water flows. The supersonic wave created by the device irradiates water and ion-exchange resin so that the boundary layer of the flow is destroyed and the diffusion process is accelerated.

Граничний шар не є ламінарним прошарком. У патенті розкрите тільки використання води. Звукові тиски у воді і газі безпосередньо не порівнянні. Акустичний тиск у газоподібному і не занадто в'язкому поточному середовищі є деяким сукупним продуктом, що залежить від густини речовини, швидкості звуку і швидкості коливань молекул (атомів). Швидкість звуку у воді приблизно в 4 рази вище, ніж швидкість звуку в повітрі, а щільність води приблизно на З порядки по величині більше, ніж щільність повітря. Тому, навіть у випадку однакової швидкості коливань часток в результаті одержують до 3000-5000 разів більш високі амплітуди акустичного тиску у воді, ніж у газі. Таке настільки істотне кількісне розходження приводить до ряду якісних відмінностей у способах генерації акустичних хвиль і їхньому поширенні в газах і рідинах. Тому, проста заміна води на газ привела б до істотного зменшення ефективності, і рішення, запропоноване в цьому патенті, не є придатним для поліпшення процесу, що включає в себе тверду поверхню і газове оточення.The boundary layer is not a laminar layer. The patent discloses only the use of water. Sound pressures in water and gas are not directly comparable. The acoustic pressure in a gaseous and not too viscous current medium is a kind of aggregate product that depends on the density of the substance, the speed of sound, and the speed of vibrations of molecules (atoms). The speed of sound in water is about 4 times higher than the speed of sound in air, and the density of water is about 3 orders of magnitude greater than the density of air. Therefore, even in the case of the same speed of particle oscillations, as a result, up to 3000-5000 times higher acoustic pressure amplitudes are obtained in water than in gas. Such a significant quantitative difference leads to a number of qualitative differences in the methods of generation of acoustic waves and their propagation in gases and liquids. Therefore, simply replacing water with gas would lead to a significant reduction in efficiency, and the solution proposed in this patent is not suitable for improving a process involving a solid surface and a gas environment.

У патенті США 6360763 розкриті пристрій і спосіб, у якому прикордонний шар повітря, що знаходиться на твердій поверхні, відокремлюють за допомогою акустичного сопла. Розкритий у патенті граничний шар не є ламінарним прошарком. Крім того, акустичним соплом керують за допомогою сукупності частот, де одна чи кілька частот є субгармоніками, що мають різні фази, а акустичну систему використовують для одержання коливної з нульовою масою потоку газорідинної суміші, що тече в основному потоці і виходить з основного потоку, керованої по електричних проводах з використанням сигналу. Примусовий сигнал, що застосований в акустичній системі, має частоту 60 Гц. Розкрите використання електроакустичного перетворювача як генератор коливань, що створює газовий тиск (тобто, акустична система) і інші приклади генераторів коливань, що створюють газовий тиск типу п'єзозаслінок і електромагнітних клапанів.US Patent 6,360,763 discloses a device and a method in which the boundary layer of air on a solid surface is separated using an acoustic nozzle. The boundary layer disclosed in the patent is not a laminar layer. In addition, the acoustic nozzle is controlled by a set of frequencies, where one or more frequencies are subharmonics having different phases, and the acoustic system is used to produce an oscillating, zero-mass flow of gas-liquid mixture flowing in the main flow and exiting the main flow, controlled along electrical wires using a signal. The forced signal used in the acoustic system has a frequency of 60 Hz. Disclosed is the use of an electroacoustic transducer as an oscillation generator that creates gas pressure (ie, an acoustic system) and other examples of oscillation generators that create gas pressure such as piezo dampers and electromagnetic valves.

Такі генератори коливань, що створюють газовий тиск, працюють за допомогою створення вібрацій, використовуючи для цього звук, при цьому тверде тіло знаходиться в контакті з газом і таким чином здійснюється передача вібрацій газу. Через величезні розходження акустичного імпедансу для твердого тіла і газу (відношення їхніх імпедансів дорівнює приблизно 30000-50000), більша частина генерованої акустичної енергії повертається назад у тверде тіло в області контакту тверде тіло/газ, так що не представляється можливим зазначеним способом генерувати звук чи ультразвук у газі з інтенсивністю, що була б досить високою для видалення чи зменшення ламінарного прошарку. Наприклад, 99,989595 повної акустичної енергії відбивається назад у тверде тіло в області контакту алюміній/повітря. Для акустичної хвилі, щоб перебороти цей бар'єр тверде тіло/газ і при цьому зберегти рівень інтенсивності 140 дБ(46 Вт/м2), потрібно мати початкове значення інтенсивності близько 440000 Вт/м.Such gas pressure oscillators work by creating vibrations using sound, while the solid body is in contact with the gas and thus the vibrations of the gas are transmitted. Due to the huge difference in acoustic impedance for solid and gas (the ratio of their impedances is about 30000-50000), most of the generated acoustic energy returns back to the solid in the solid/gas contact area, so it is not possible to generate sound or ultrasound in this way in the gas with an intensity that would be high enough to remove or reduce the laminar layer. For example, 99.989595 of the total acoustic energy is reflected back into the solid at the aluminum/air interface. For an acoustic wave to overcome this solid/gas barrier and still maintain an intensity level of 140 dB (46 W/m2), one would need to have an initial intensity value of about 440,000 W/m.

Сутність винаходуThe essence of the invention

Технічною задачею даного винаходу є створення пристрою і відповідного способу для зменшення ламінарного прошарку, у якому, крім усього іншого, усунуті вищезгадані недоліки попереднього рівня техніки.The technical task of this invention is to create a device and a corresponding method for reducing the laminar layer, in which, among other things, the above-mentioned disadvantages of the prior art are eliminated.

Тому що дифузія є процесом, що повільно протікає, то надзвичайно корисне зменшення товщини ламінарного прошарку в максимально можливій степені, щоб збільшити ефективність будь-якого переносу теплоти чи речовини, а саме також і каталітичного процесу чи заміни газів поблизу поверхні твердого тіла.Because diffusion is a slow process, it is extremely beneficial to reduce the thickness of the laminar layer as much as possible to increase the efficiency of any heat or matter transfer, including catalytic processes or gas exchange near the surface of a solid.

Більш конкретно, задачею є мінімізація недоліків, пов'язаних зі згаданим вище ламінарним прошарком і залежного від нього дифузійного процесу(ів).More specifically, the task is to minimize the disadvantages associated with the above-mentioned laminar layer and the diffusion process(es) dependent on it.

Ще однією задачею є забезпечення ефективної мінімізації ламінарного прошарку таким чином, щоб могли бути ефективно охоплені великі області поверхні.Another challenge is to ensure effective minimization of the laminar layer so that large surface areas can be effectively covered.

Ще однією задачею даного винаходу є забезпечення практичної реалізації, за допомогою якої мінімізація ламінарного прошарку дозволить значно збільшити ефективність передачі теплоти.Another task of this invention is to provide a practical implementation, with the help of which the minimization of the laminar layer will allow to significantly increase the efficiency of heat transfer.

Ще однією задачею даного винаходу є забезпечення практичної реалізації, за допомогою якої мінімізація ламінарного прошарку дозволить значно збільшити ефективність каталітичного процесу, при цьому каталізатор має тверду поверхню, а реагентами є гази.Another task of this invention is to provide a practical implementation, with the help of which the minimization of the laminar layer will allow to significantly increase the efficiency of the catalytic process, while the catalyst has a solid surface, and the reactants are gases.

Ще однією задачею даного винаходу є забезпечення практичної реалізації, за допомогою якої мінімізація ламінарного прошарку дозволить значно збільшити продув об'єму з заміною композиції газів.Another task of this invention is to provide a practical implementation, with the help of which the minimization of the laminar layer will allow to significantly increase the blowing volume with the replacement of the gas composition.

Поставлені задачі вирішені за допомогою звукового пристрою (і відповідного способу) поліпшення процесу, між твердим об'єктом і газом, що оточує об'єкт чи, щонайменше, знаходиться в контакті з поверхнею об'єкта, при цьому пристрій, що містить звукові засоби для спрямування звуку чи ультразвуку високої інтенсивності, щонайменше, до поверхні об'єкта у якому звук чи ультразвук високої інтенсивності під час використання звукового пристрою, прикладається безпосередньо в газі, що є також середовищем, через яку звук чи ультразвук високої інтенсивності поширюється до поверхні об'єкта, в результаті чого ламінарний прошарок на поверхні об'єкта зменшується і/або мінімізується, при цьому звук чи ультразвук високої інтенсивності має інтенсивність, рівну 140 дБ чи вище.The tasks are solved with the help of a sound device (and a corresponding method) for improving the process between a solid object and a gas that surrounds the object or, at least, is in contact with the surface of the object, while the device containing sound means for the direction of sound or ultrasound of high intensity at least to the surface of the object in which the sound or ultrasound of high intensity during the use of the sound device is applied directly in the gas, which is also the medium through which the sound or ultrasound of high intensity propagates to the surface of the object , as a result of which the laminar layer on the surface of the object is reduced and/or minimized, while the high-intensity sound or ultrasound has an intensity equal to 140 dB or higher.

Зазначеним способом забезпечується мінімізація чи зменшення ламінарного прошарку на поверхні об'єкта.The specified method ensures the minimization or reduction of the laminar layer on the surface of the object.

Крім того, ламінарний прошарок мінімізований на великій площі чи по всій площі поверхні об'єкта.In addition, the laminar layer is minimized over a large area or over the entire surface area of the object.

Крім того, велика ефективність стосовно мінімізації ламінарного прошарку забезпечується завдяки великій інтенсивності звукового чи ультразвукового сигналу високої інтенсивності, наприклад, у порівнянні з іншими типами звукових хвиль.In addition, great effectiveness in minimizing the laminar layer is provided by the high intensity of the high-intensity sound or ultrasound signal, for example, compared to other types of sound waves.

Оскільки звук чи ультразвук високої інтенсивності, генерується безпосередньо в повітряному/газовому оточенні об'єкта (чи, щонайменше, у повітряному/газовому оточенні, що відповідає поверхні об'єкта) (замість того, щоб здійснювати генерацію ультразвуку в каталізаторі чи об'єкті для передачі теплоти від чи з будь-якого твердого передавача), то тим самим досягається велика ефективність процесу. Таким же шляхом досягається менше ослаблення інтенсивності (звуку чи ультразвуку), оскільки не буде ніякої істотної втрати (інтенсивності) при переході від твердого передавача звуку чи ультразвуку високої інтенсивності до повітря/газу. Така втрата буде відбуватися завжди, коли існує велике розходження в акустичному імпедансі, з іншої сторони така втрата буде мати місце при будь-якому переході типу тверде тіло - газ.Because high-intensity sound or ultrasound is generated directly in the air/gas environment of the object (or at least in the air/gas environment corresponding to the surface of the object) (instead of generating the ultrasound in the catalyst or object for transfer of heat from or from any solid transmitter), then high efficiency of the process is thereby achieved. In the same way, less attenuation of the intensity (of sound or ultrasound) is achieved, as there will be no significant loss (of intensity) when going from a solid transmitter of high intensity sound or ultrasound to air/gas. Such a loss will always occur when there is a large difference in acoustic impedance, on the other hand, such a loss will occur at any solid-gas transition.

Звук чи ультразвук високої інтенсивності в газах ініціює дуже високі швидкості і зсуви газових молекул.High-intensity sound or ultrasound in gases initiates very high speeds and displacements of gas molecules.

Наприклад, 160 дБ відповідають швидкості частки 4,5 м/с, а зсуви рівні 33 мк при 22000 Гц. Іншими словами, має місце значне зростання кінетичної енергії молекул.For example, 160 dB corresponds to a particle speed of 4.5 m/s, and the displacements are 33 μ at 22000 Hz. In other words, there is a significant increase in the kinetic energy of molecules.

В одному варіанті здійснення інтенсивність звуку чи ультразвуку великої інтенсивності вибирають з діапазону 140-160 дБ. Як альтернатива їхня інтенсивність перевищує 160 дБ.In one embodiment, the intensity of the high-intensity sound or ultrasound is selected from the range of 140-160 dB. Alternatively, their intensity exceeds 160 dB.

У кращому варіанті здійснення звукові засоби містять у собі зовнішню частину і внутрішню частину, що визначає прохід, отвір і порожнину, створену у внутрішній частині, при цьому зазначений звуковий засіб адаптований для одержання газу, що знаходиться під тиском, і передачі газу, що знаходиться під тиском до зазначеного отвору, з якого газ, що знаходиться під тиском, випускають у сопло в напрямку до порожнини.In a preferred embodiment, the sound means comprises an outer part and an inner part defining a passage, opening and cavity formed in the inner part, said sound means being adapted to receive gas under pressure and to transmit gas under pressure pressure to the specified hole, from which the gas under pressure is released into the nozzle in the direction of the cavity.

В одному варіанті здійснення, температура поверхні більше, ніж температура газу, а процес є процесом теплового обміну, тим самим скорочення і/або мінімізація ламінарного прошарку викликає посилений обмін теплотою від об'єкта до газу.In one embodiment, the surface temperature is greater than the gas temperature and the process is a heat exchange process, thereby reducing and/or minimizing the laminar layer causes increased heat exchange from the object to the gas.

Таким чином, примусовий потік теплоти від поверхні до навколишнього газу/повітря забезпечують за допомогою збільшення провідності в результаті мінімізації ламінарного прошарку. Звук чи ультразвук високої інтенсивності буде підсилювати взаємодію між газовими молекулами і поверхнею і такий чином підсилювати провідність теплоти, яка після цього може супроводжуватися пасивною чи активною конвекцією на поверхні, тобто забезпечують збільшення ефективність теплопередачі в результаті скорочення ламінарного прошарку.Thus, the forced flow of heat from the surface to the surrounding gas/air is provided by increasing the conductivity as a result of the minimization of the laminar layer. High-intensity sound or ultrasound will enhance the interaction between gas molecules and the surface and thus enhance heat conduction, which can then be accompanied by passive or active convection on the surface, i.e. provide an increase in heat transfer efficiency as a result of the reduction of the laminar layer.

Таке скорочення ламінарного прошарку, приміром, бажано, коли передача тепла є недостатньою/занадто маленькою від поверхні об'єкта до навколишнього повітря/газу, коли потрібно охолодження об'єкта і/або нагрівання газу. Це буде мати місце, коли занадто великий ламінарний прошарок викликає недостатню/зменшену теплопередачу, або якщо є намір використовувати менший теплообмінник. Таким способом забезпечується мінімізація прошарку, що приводить до потоку теплоти, що збільшується, від поверхні в повітря.Such a reduction of the laminar layer, for example, is desirable when the heat transfer is insufficient/too small from the surface of the object to the surrounding air/gas, when cooling of the object and/or heating of the gas is required. This will be the case when too large a laminar layer causes insufficient/reduced heat transfer, or if the intention is to use a smaller heat exchanger. In this way, the layer is minimized, which leads to an increasing flow of heat from the surface to the air.

Як альтернативний варіант здійснення температура поверхні є меншою, чим температура газу, і процесом є процес теплового обміну, тим самим скорочення і/або мінімізація ламінарного прошарку викликає збільшений теплообмін від газу до об'єкта.Alternatively, the surface temperature is lower than the gas temperature and the process is a heat transfer process, thereby reducing and/or minimizing the laminar layer causes increased heat transfer from the gas to the object.

Таким чином, забезпечують примусовий потік теплоти від навколишнього газу/повітря до поверхні в результаті збільшення провідності за допомогою мінімізації ламінарного прошарку. Мінімізація ламінарного прошарку, приміром, бажана, коли передача тепла є недостатньою/занадто маленькою від навколишнього повітря/газу до поверхні об'єкта, коли бажано охолодження повітря/газу і/або нагрівання об'єкта.Thus, they provide a forced flow of heat from the surrounding gas/air to the surface as a result of increasing conductivity by minimizing the laminar layer. Minimization of the laminar layer, for example, is desirable when the heat transfer is insufficient/too small from the surrounding air/gas to the surface of the object, when cooling of the air/gas and/or heating of the object is desired.

В одному варіанті здійснення поверхня об'єкта є каталізатором, а газ містить у собі, щонайменше, один реагент каталізатора і процес є каталітичним процесом, при цьому скорочення ламінарного прошарку приводить до збільшеної швидкості каталітичного процесу.In one embodiment, the surface of the object is a catalyst, and the gas contains at least one catalyst reagent and the process is a catalytic process, while the reduction of the laminar layer leads to an increased speed of the catalytic process.

Таким чином забезпечують зменшення часу реакції каталітичного процесу (тобто збільшення швидкості каталітичного процесу) у повітрі/газі на поверхні каталізатора, застосовуючи звук чи ультразвук високої інтенсивності до поверхні. При цьому встановлюють примусову взаємодію між газовими молекулами і поверхнею каталізатора. Звук чи ультразвук високої інтенсивності підсилює взаємодію між газовими молекулами і поверхнею в результаті мінімізації ламінарного прошарку і таким чином відбувається збільшення швидкості каталітичного процесу.Thus, reducing the reaction time of the catalytic process (i.e., increasing the speed of the catalytic process) in air/gas on the surface of the catalyst by applying high-intensity sound or ultrasound to the surface. At the same time, a forced interaction between gas molecules and the surface of the catalyst is established. High-intensity sound or ultrasound strengthens the interaction between gas molecules and the surface as a result of minimizing the laminar layer and thus the speed of the catalytic process increases.

Варто звернути увагу на те, що процес не еквівалентний каталітичним процесам, ініційованих ультразвуком у газорідинних сумішах, що уже добре відомі й описані в попередньому рівні техніки. Фактичний звуковий тиск у газі, приміром, буде набагато менше, ніж звуковий тиск, використовуваний у газорідинних сумішах для каталітичних процесів, ініційованих ультразвуком. Аналогічно, не буде можливих кавітаційних процесів у газі.It should be noted that the process is not equivalent to catalytic processes initiated by ultrasound in gas-liquid mixtures, which are already well known and described in the prior art. The actual sound pressure in a gas, for example, will be much less than the sound pressure used in gas-liquid mixtures for ultrasonically initiated catalytic processes. Similarly, there will be no possible cavitation processes in the gas.

Зменшення часу реакції каталітичного процесу, бажано, коли швидкість каталітичного процесу є недостатньою/занадто маленькою чи є бажання використовувати менший каталізатор.Reduction of the reaction time of the catalytic process, preferably when the speed of the catalytic process is insufficient/too small or it is desired to use a smaller catalyst.

В одному варіанті здійснення, вказана поверхня є внутрішньою поверхнею даного об'єму, а процес полягає в зміні газової композиції між газом і початковою газовою композицією на внутрішній поверхні, тим самим скорочення ламінарного прошарку викликає посилений газовий обмін в результаті посилення взаємодії між газовими молекулами газу і газових молекул початкової газової композиції на внутрішній поверхні.In one embodiment, the indicated surface is the inner surface of the given volume, and the process consists in changing the gas composition between the gas and the initial gas composition on the inner surface, thereby the reduction of the laminar layer causes enhanced gas exchange as a result of the increased interaction between the gas molecules of the gas and gas molecules of the initial gas composition on the inner surface.

При цьому забезпечують зменшення необхідного часу продувки під час газового обміну в об'ємі шляхом зменшення часу, необхідного для дифузії на поверхні ламінарного прошарку, застосовуючи звук чи ультразвук високої інтенсивності до поверхні. Тим самим установлюється примусова взаємодія між газовими молекулами (газу, що заміщається) і газовими молекулами початкової газової композицій на внутрішній поверхні даного об'єму. Звук чи ультразвук високої інтенсивності збільшує взаємодію між газовими молекулами (газу, що заміщається) і газовими молекулами початкової газової композиції на поверхні, тобто забезпечує посилений газовий обмін внаслідок мінімізації ламінарного прошарку і, таким чином, відбувається збільшення швидкості встановлення нової рівноваги.At the same time, they provide a reduction in the required purge time during gas exchange in the volume by reducing the time required for diffusion on the surface of the laminar layer by applying high-intensity sound or ultrasound to the surface. Thus, a forced interaction is established between gas molecules (replaced gas) and gas molecules of the initial gas composition on the inner surface of the given volume. High-intensity sound or ultrasound increases the interaction between gas molecules (replaced gas) and gas molecules of the initial gas composition on the surface, i.e. provides enhanced gas exchange due to the minimization of the laminar layer and, thus, increases the speed of establishing a new equilibrium.

Зменшення необхідного часу продувки є бажаним, коли (необхідний) час змивання (що включає й обмінні ефекти на твердій поверхні) суміші новою газовою сумішшю є недостатнім чи занадто малим у порівнянні з тим, при якому буде встановлена нова рівновага. Це, наприклад, доречно при використанні захисних газів під час зварювання чи заповненні захисних/неактивних газів у харчові упакування і т.д., наприклад, при видаленні кисню чи аналогічних газів.A reduction in the required purging time is desirable when the (required) time for flushing (including exchange effects on the solid surface) of the mixture with the new gas mixture is insufficient or too small compared to that at which a new equilibrium will be established. This is, for example, appropriate when using protective gases during welding or filling protective/inert gases in food packaging, etc., for example, when removing oxygen or similar gases.

Даний винахід також відноситься до способу поліпшення процесу, що включає в себе твердий об'єкт і газ, що оточує об'єкт чи, щонайменше, знаходиться в контакті з поверхнею об'єкта, при цьому спосіб, містить у собі наступні операції: застосування звуку чи ультразвуку високої інтенсивності до, щонайменше, поверхні об'єкта з використанням звукових пристроїв, при цьому звук чи ультразвук високої інтенсивності застосовують безпосередньо до газу, що є також середовищем, через яке звук чи ультразвук високий інтенсивності поширюється до поверхні об'єкта, за допомогою чого ламінарний прошарок на поверхні об'єкта зменшений і/або мінімізований.The present invention also relates to a method of improving a process involving a solid object and a gas surrounding the object or at least in contact with the surface of the object, while the method includes the following operations: application of sound or high-intensity ultrasound to at least the surface of the object using sound devices, while the high-intensity sound or ultrasound is applied directly to the gas, which is also the medium through which the high-intensity sound or ultrasound propagates to the surface of the object, using that the laminar layer on the surface of the object is reduced and/or minimized.

Спосіб і варіанти його здійснення відповідні пристрою і варіантам його здійснення мають ті ж самі переваги в силу тих же самих підстав.The method and variants of its implementation corresponding to the device and variants of its implementation have the same advantages due to the same reasons.

Сприятливі варіанти здійснення способу згідно із цього винаходу визначені в підпунктах формули винаходи й описані докладно нижче.Favorable variants of the method according to the present invention are defined in the subclauses of the formula of the invention and described in detail below.

Дійсний винахід також відноситься до випускного отвору, що включає в себе охолоджуючі канали, що знаходяться в зв'язку зі звуковим пристроєм, що генерує ультразвук під час використання, що розподіляють у зазначених каналах.The present invention also relates to the outlet opening, which includes cooling channels that are in communication with the sound device that generates ultrasound during use, which are distributed in the specified channels.

Дійсний винахід також відноситься до печатної плати, що включає в себе, щонайменше, один радіатор і, щонайменше, один вентилятор, обоє з який установлені для охолодження, щонайменше, частини зазначеної печатної плати чи компонентів, розташованих на ній, під час використання, при цьому зазначена печатна плата додатково містить у собі акустичний пристрій, що генерує ультразвук під час використання, що спрямований, щонайменше, на частину зазначеного, щонайменше, одного радіатора.The present invention also relates to a printed circuit board including at least one radiator and at least one fan, both of which are installed to cool at least parts of said printed circuit board or components located on it during use, while the specified printed circuit board additionally contains an acoustic device that generates ultrasound during use, which is aimed at at least a part of the specified at least one radiator.

Короткий опис кресленьBrief description of the drawings

ЦІі й інші аспекти винаходу будуть очевидні і роз'яснені на кращих варіантах здійснення з посиланнями на прикладені креслення, на яких: фіг1а зображує схему об'єкта, де здійснюється перенос теплоти в навколишній чи контактуючий повітря/газ, чи що має зазначений час реакції при каталітичному процесі, чи що має зазначений час продувки, відповідно до відомого рівня техніки; фіг.16 зображує перенос теплоти, час реакції при каталітичному процесі і/або час продувки по відношенню до об'єкту на фіг.1а, відповідно до винаходу; фіг.2а - схему турбулентного потоку над поверхнею об'єкта, відповідно до попереднього рівня техніки; фіг2р - схему потоку над поверхнею об'єкта, розглянутий як ілюстрацію ефекту застосування звуку чи ультразвуку високої інтенсивності до/в повітря(І)/газу(ї), що оточує чи контактує з поверхнею об'єкта, відповідно до винаходу; фігЗа - схему кращого варіанта здійснення пристрою для генерації звуку чи ультразвуку високої інтенсивності, відповідно до винаходу; фіг.3р - варіант здійснення ультразвукового пристрою у формі дисковидного кругового сопла, відповідно до винаходу; фіг.3с - розріз по діаметру ультразвукового пристрою на фіг.3б, що більш чітко ілюструє форму отвору, газового проходу і порожнини, відповідно до винаходу; фіг.за - альтернативний варіант здійснення ультразвукового пристрою, що сформовано у вигляді витягнутого тіла, відповідно до винаходу; фіг.Зе - ультраакустичний пристрій такого ж типу, як і на фіг.за, але такий, що має форму замкнутої кривої, відповідно до винаходу; фіг.3ї - ультраакустичний пристрій такого ж типу, як і на фіг.за, але такий, що має форму незамкнутої кривої, відповідно до винаходу; фіг.4а - загальний вид випускного отвору, що ілюструє охолоджуючі канали і колектори для охолодження газу, відповідно до попереднього рівня техніки; фіг.46 - приклад розміщення ультразвукового генератора в колекторі, відповідно до винаходу.These and other aspects of the invention will be apparent and explained in the best embodiments with reference to the attached drawings, in which: Fig. 1a depicts a diagram of an object where heat is transferred to the surrounding or contacting air/gas, or which has the specified reaction time at catalytic process, or that has a specified purge time, according to the known state of the art; Fig. 16 depicts heat transfer, reaction time in the catalytic process and/or purge time in relation to the object in Fig. 1a, according to the invention; Fig. 2a - diagram of turbulent flow over the surface of the object, according to the prior art; Fig. 2r is a diagram of the flow over the surface of the object, considered as an illustration of the effect of applying high intensity sound or ultrasound to/in the air(s)/gas(es) surrounding or in contact with the surface of the object, according to the invention; Fig. 1a is a diagram of the best embodiment of the device for generating high-intensity sound or ultrasound according to the invention; Fig. 3r - a variant of the implementation of an ultrasonic device in the form of a disk-shaped circular nozzle, according to the invention; Fig. 3c is a section along the diameter of the ultrasonic device in Fig. 3b, which more clearly illustrates the shape of the hole, gas passage and cavity, according to the invention; Fig. 3a is an alternative embodiment of an ultrasonic device formed in the form of an elongated body according to the invention; Fig. 3e is an ultrasonic device of the same type as in Fig. 3a, but one that has the form of a closed curve, according to the invention; Fig. 3 - an ultrasonic device of the same type as in Fig. 3a, but one that has the form of an open curve, according to the invention; Fig. 4a is a general view of the outlet, illustrating the cooling channels and collectors for cooling the gas, according to the prior art; Fig. 46 is an example of placement of an ultrasonic generator in a collector according to the invention.

Опис кращих варіантів здійснення винаходуDescription of the best variants of the invention

На фіг.1а схематично зображений об'єкт відповідно до попереднього рівня техніки, де відбувається перенос теплоти в навколишнє чи контактуюче з ним повітря/газ, або що має зазначений час реакції при каталітичному процесі, або що має зазначений час продувки.Fig. 1a schematically shows an object according to the prior art, where there is heat transfer to the surrounding air/gas in contact with it, or which has a specified reaction time in the catalytic process, or which has a specified purge time.

Об'єкт (100) містить поверхню, що має температуру Ті Навколишній газ чи газ (500), знаходиться в резервуарі (показаний пунктирною лінією), при цьому газ контактує з відповідною поверхнею об'єкта (100) і має температуруAn object (100) contains a surface having a temperature Ti An ambient gas or gas (500) is contained in a reservoir (shown by a dashed line), with the gas in contact with a corresponding surface of the object (100) and having a temperature

То, де Т12Т0о.The one where T12T0o.

Відповідно до першого аспекту даного винаходу, теплова енергія має тенденцію до переміщення в напрямку зменшення температури. Перенос теплоти може відбуватися завдяки процесам провідності, конвекції чи випромінювання. Теплота характеризує енергію, пов'язану з безперервним рухом молекул, а температура є мірою енергії такого руху. Коли речовини з різними температурами знаходяться в контакті, то більш енергійні молекули передають частину своєї теплової енергії менш енергійним молекулам в результаті їх зіткнень.According to the first aspect of the present invention, thermal energy tends to move in the direction of decreasing temperature. Heat transfer can occur due to the processes of conduction, convection or radiation. Heat characterizes the energy associated with the continuous movement of molecules, and temperature is a measure of the energy of such movement. When substances with different temperatures are in contact, more energetic molecules transfer part of their thermal energy to less energetic molecules as a result of their collisions.

Вищесказане характеризує процес теплової провідності. Такий процес є єдиним механізмом, під дією якого теплота може передаватися через непрозоре тверде тіло.The above characterizes the process of thermal conductivity. This process is the only mechanism by which heat can be transferred through an opaque solid.

У відомих способах були запропоновані різні способи зменшення ламінарного прошарку, наприклад, за допомогою утворення хвильового спектра типу стоячої хвилі. Одначе, використання хвильового спектра типу стоячої хвилі для мінімізації ламінарного прошарку не дає поки досить ефективного чи істотного зменшення ламінарного підшару (і в зв'язку з цим поліпшення передачі теплоти), тому що хвильовий спектр типу стоячої хвилі містить у собі стаціонарне і повторюване розташування вузлових крапок (у просторі) над поверхнею. У зазначених вузлових крапках газові молекули не будуть зміщатися і, відповідно, у них відсутня швидкість руху. В іншому способі пропонується використовувати ударні хвилі, для яких недоліком є їхній вплив на невелику частину поверхні. Нарешті було запропоновано створювати акустичну турбулентність у поверхневому шарі чи передавати акустичну енергію від твердого тіла, або від поверхні безпосередньо, або від передавача. Усі зазначені способи не приводили в підсумку до досить високих рівнів інтенсивності, які привели б до ефективного зменшення ламінарного прошарку. На фіг.1а показаний механізм передачі теплоти"),In the known methods, various ways of reducing the laminar layer were proposed, for example, with the help of the formation of a wave spectrum of the standing wave type. However, the use of the wave spectrum of the standing wave type to minimize the laminar layer does not yet provide a sufficiently effective or significant reduction of the laminar sublayer (and in this connection, the improvement of heat transfer), because the wave spectrum of the standing wave type contains a stationary and repetitive arrangement of nodal point (in space) above the surface. In the indicated nodal points, the gas molecules will not move and, accordingly, they have no speed of movement. In another method, it is proposed to use shock waves, the disadvantage of which is their effect on a small part of the surface. Finally, it was proposed to create acoustic turbulence in the surface layer or to transmit acoustic energy from a solid body, either from the surface directly or from a transmitter. All these methods did not result in high enough intensity levels that would effectively reduce the laminar layer. Fig. 1a shows the heat transfer mechanism")

Відповідно рівню техніки для другого аспекту винаходу на фіг.1а приведене схематичне зображення об'єкта (100), що є каталізатором. Реагентами є навколишній або контактуючий газ(гази) (500), а продукти каталізу (100) повинні мігрувати через ламінарний прошарок в результаті дифузії . Каталізатор має температуру Ті, а реагент(и) в газоподібному стані (500) мають температуру То.According to the state of the art for the second aspect of the invention, Fig. 1a shows a schematic representation of the object (100), which is a catalyst. The reactants are the ambient or contact gas(es) (500), and the catalysis products (100) must migrate through the laminar layer by diffusion. The catalyst has a temperature Ti and the reactant(s) in the gaseous state (500) has a temperature To.

У відомих способах був запропонований спосіб передачі акустичної енергії (високочастотних коливань) від твердотілого перетворювача, через суцільний стержень і через діафрагму. Акустична енергія імітується в газ (500) і таким чином проходе збудження приграничної плівки газорідинної суміші з боку зовнішньої поверхні твердого пористого каталізатора. Але така конструкція дає малоефективну взаємодію ультразвуку (що виходить) з діафрагми з газом (500). Це пов'язано з великою різницею в повному акустичному опору, який буле мати місце при любому переході типу тверде тіло - газ. Відповідно другому аспекту винаходу приведені на фіг.1а умови приводять до вказаному часу реакції при каталітичному процесі").In known methods, a method of transmitting acoustic energy (high-frequency vibrations) from a solid-state transducer through a solid rod and through a diaphragm was proposed. The acoustic energy is simulated in the gas (500) and in this way the boundary film of the gas-liquid mixture is excited from the outer surface of the solid porous catalyst. But this design gives a low-effective interaction of ultrasound (coming out) from the diaphragm with gas (500). This is due to the large difference in total acoustic resistance that will occur at any solid-gas transition. According to the second aspect of the invention, the conditions shown in Fig. 1a lead to the specified reaction time in the catalytic process").

Відповідно рівню техніки для третього аспекту даного винаходу на фіг.1а схематично зображено об'єкт (100), що має внутрішні стінки для деякого об'єму простору, в якому збираються змінити композицію газів (500). Новий газ (не показаний) і початковий газ (500) повинні мігрувати через ламінарний прошарок за допомогою дифузії.According to the state of the art for the third aspect of the present invention, Fig. 1a schematically shows an object (100) having internal walls for a certain volume of space in which the composition of gases (500) is going to be changed. The new gas (not shown) and the original gas (500) must migrate through the laminar layer by diffusion.

Внутрішня стінка деякого об'єму має температуру Ті, а початковий газ має температуру То.The inner wall of a certain volume has a temperature Ti, and the initial gas has a temperature To.

Приведені на фіг.т1а умови відповідно третього аспекту винаходу приводять до вказаного часу продувки, при якій буде встановлена нова рівновага.The conditions of the third aspect of the invention shown in Fig. t1a lead to the indicated purge time, at which a new equilibrium will be established.

Звертаємо увагу на те, що три приведені аспекти не є виключними, тому що деякі із вказаних процесів можуть мати місце в один і той же час.We draw your attention to the fact that the three given aspects are not exclusive, because some of the specified processes can take place at the same time.

На фіг.165 схематично зображений перенос теплоти, час реакції при каталітичному процесі і/або час продувки стосовно об'єкту зображеному на фіг.1а, у випадку використання даного винаходу. Об'єкт (100), показаний на фігта, можна використовувати для даного винаходу. Заявлений об'єкт (100) має ту ж температуру Ті як у випадку, розглянутому на фіг.1а, а навколишній чи контактуючий газ (500) має також ту ж саму температуру То як у випадку, розглянутому на фіг.1а.Fig. 165 schematically shows the heat transfer, the reaction time in the catalytic process and/or the purge time in relation to the object shown in Fig. 1a, in the case of using this invention. The object (100) shown in Fig. can be used for this invention. The claimed object (100) has the same temperature Ti as in the case considered in Fig. 1a, and the surrounding or contacting gas (500) also has the same temperature To as in the case considered in Fig. 1a.

Відповідно до першого аспекту, об'єкт (100) (або поверхня об'єкта) з контактуючим чи навколишнім газом(газами) відповідно до даного винаходу, піддають впливу звуку чи ультразвуку високої інтенсивності. Це приводить до дуже високих швидкостей і зсувів газових молекул. Іншими словами, кінетична енергія молекул значно збільшується, у результаті впливу на них звуку чи ультразвуку високої інтенсивності. На фіг.15 показано, що звук чи ультразвук високий інтенсивності приводить до збільшення (інтенсивності) взаємодії між газовими молекулами і поверхнею і, таким чином, до збільшення провідності теплоти, яка після такого впливу може супроводжуватися пасивною чи активною конвекцією на поверхні, як це буде пояснюватися докладно з посиланням на фіг.2а і 205. Використання даного винаходу приводить до зазначеної передачі теплоти), яка є більшою, ніж передача тепла") для випадку на фіг.1а.According to the first aspect, the object (100) (or the surface of the object) with the contacting or surrounding gas(gases) according to the present invention is exposed to high intensity sound or ultrasound. This leads to very high speeds and displacements of gas molecules. In other words, the kinetic energy of molecules increases significantly as a result of high-intensity sound or ultrasound exposure. Fig. 15 shows that high-intensity sound or ultrasound leads to an increase (intensity) of the interaction between gas molecules and the surface and, thus, to an increase in heat conductivity, which after such an effect can be accompanied by passive or active convection on the surface, as it will be be explained in detail with reference to Fig. 2a and 205. The use of this invention leads to the specified heat transfer), which is greater than the heat transfer) for the case of Fig. 1a.

Тому що розглянуті обмеження при процесі передачі теплоти еквівалентні тим же самим обмеженням у випадку ефективного каталітичного процесу, даний винахід також забезпечує спосіб зменшення часу реакції каталітичного процесу в повітрі/газі на поверхні каталітичної поверхні за допомогою застосування звуку чи ультразвуку високої інтенсивності до поверхні об'єкта. Відповідно до другого аспекту даного винаходу, установлюється примусова взаємодія між газовими молекулами і поверхнею каталізатора, тому що ультразвук високий інтенсивності мінімізує ламінарний прошарок, як це буде пояснюватися докладно з посиланнями на фіг.2а і 20. В результаті буде зменшуватися час дифузії і, таким чином, буде відбуватися збільшення швидкості каталітичного процесу. Використання даного винаходу приводить до зазначеного часу реакції каталітичного процесу, що є меншим/більш коротким, чим час реакції каталітичного процесу для випадку на фіг.1а.Because the limitations discussed in the heat transfer process are equivalent to the same limitations in the case of an efficient catalytic process, the present invention also provides a method of reducing the reaction time of the catalytic process in air/gas at the surface of the catalytic surface by applying high intensity sound or ultrasound to the surface of the object . According to the second aspect of the present invention, a forced interaction is established between the gas molecules and the catalyst surface, because high-intensity ultrasound minimizes the laminar layer, as will be explained in detail with reference to Fig. 2a and 20. As a result, the diffusion time will decrease and, thus , the speed of the catalytic process will increase. The use of this invention leads to the specified reaction time of the catalytic process, which is smaller/shorter than the reaction time of the catalytic process for the case in Fig.1a.

Звертається увага на те, що цей процес не еквівалентний каталітичним процесам, ініційованим ультразвуком у газорідинних сумішах, що уже добре відомі й описані в попередньому рівні техніки. Фактичний звуковий тиск у газі приміром, буде набагато менше, ніж звуковий тиск, використовуваний у газорідинних сумішах для каталітичних процесів, ініційованих ультразвуком. Подібним чином тут не буде можливих кавітаційних процесів у газі.It is noted that this process is not equivalent to ultrasonically initiated catalytic processes in gas-liquid mixtures, which are already well known and described in the prior art. The actual sound pressure in a gas, for example, will be much less than the sound pressure used in gas-liquid mixtures for catalytic processes initiated by ultrasound. Similarly, there will be no possible cavitation processes in the gas.

Тому що розглянуті обмеження при процесі еквівалентні тим же самим обмеженням у випадку ефективної дифузії через прошарок, даний винахід також забезпечує спосіб зменшення часу встановлення нової рівноваги, коли змінюють газову композицію в об'ємі, за допомогою застосування звуку чи ультразвуку високої інтенсивності до поверхні об'єкта. Відповідно до третього аспекту даного винаходу встановлюється примусова взаємодія між газовими молекулами і попереднім газом в поверхні об'єму, тому що ультразвук високий інтенсивності мінімізує ламінарний прошарок, як це буде пояснено з посиланнями на фіг.2а і 20. У результаті буде зменшуватися час дифузії і, таким чином, буде відбуватися збільшення швидкості встановлення нової рівноваги. Використання даного винаходу приводить до зазначеного часу продувки), що є меншим/більш коротким, чим зазначений час продувки" для випадку на фіг.1а.Because the process limitations considered are equivalent to the same limitations in the case of effective diffusion through the interlayer, the present invention also provides a method of reducing the re-equilibration time when the gas composition in the volume is changed by applying high intensity sound or ultrasound to the surface of the volume. object According to the third aspect of the present invention, a forced interaction is established between gas molecules and the previous gas in the surface of the volume, because high-intensity ultrasound minimizes the laminar layer, as will be explained with reference to Fig. 2a and 20. As a result, the diffusion time will decrease and , thus, there will be an increase in the speed of establishing a new equilibrium. The use of this invention results in a specified purge time) that is less/shorter than the specified purge time" for the case of Fig. 1a.

Газ може бути, наприклад, повітрям, парою, чи будь-яким іншим газом.The gas can be, for example, air, steam, or any other gas.

На фіг.2а схематично зображений (турбулентний) потік над поверхнею об'єкта відповідно до попереднього рівня техніки. Приведене зображення є поверхнею (204) об'єкта разом з газом (500), що оточує чи контактує з поверхнею (204). Як відзначалося вище, теплова енергія може переноситися через газ за допомогою провідності, а також завдяки руху газу з однієї області простору в іншу. Такий процес переносу теплоти, пов'язаної з рухом газу, називається конвекцією. Коли рух газу викликаний за допомогою тільки виштовхуючих сил, що утворилися в результаті різниць температур, тоді процес розглядається як природна чи вільна конвекція, але якщо рух газу викликаний деяким іншим пристроєм, типу вентилятора чи тому подібного, то таке явище називають примусовою конвекцією. В умовах дії примусової конвекції буде формуватися ламінарний граничний прошарок (201), що прилягає до поверхні (204). Товщина цього шару уявляє собою функцію, що зменшується, яка залежить від значення числа Рейнольдса для потоку, так що при високих швидкостях потоку, товщина ламінарного прошарку (201) буде зменшуватися. Коли потік стає турбулентним, прошарок розділяється на турбулентний граничний прошарок (202) і ламінарний прошарок (203). У майже всіх практично існуючих газових потоках характер течії буде турбулентним всередині всієї струмливої області об'єму за винятком ламінарного прошарку (203), що прилягає до поверхні (204), де характер потоку є ламінарним. Розглядаючи газову молекулу чи частку (205) у ламінарному прошарку (203), швидкість руху (206) буде спрямована по суті паралельно поверхні (204) і дорівнює швидкості ламінарного прошарку (203). Перенос теплоти в напрямку поперек ламінарного прошарку буде здійснюватися за допомогою провідності чи випромінювання внаслідок природи ламінарного потоку. Перенос речовини в напрямку поперек ламінарного прошарку буде здійснюватися винятково завдяки дифузії. Присутність ламінарного прошарку (203) не забезпечує оптимальну чи ефективну передачу теплоти чи збільшення переносу речовини. Будь який перенос речовини в напрямку поперек ламінарного прошарку повинен здійснюватися за допомогою дифузійного механізму, і, відповідно, дифузійний механізм часто буде вирішальним стримуючим фактором при сумарному переносі речовини.Figure 2a schematically shows the (turbulent) flow over the surface of the object according to the prior art. The image shown is the surface (204) of the object together with the gas (500) surrounding or in contact with the surface (204). As noted above, thermal energy can be transferred through a gas by conduction, as well as by the movement of gas from one region of space to another. This process of heat transfer associated with gas movement is called convection. When the movement of the gas is caused by only pushing forces formed as a result of temperature differences, then the process is considered as natural or free convection, but if the movement of gas is caused by some other device, such as a fan or the like, then such a phenomenon is called forced convection. Under conditions of forced convection, a laminar boundary layer (201) adjacent to the surface (204) will be formed. The thickness of this layer is a decreasing function that depends on the value of the Reynolds number for the flow, so that at high flow velocities, the thickness of the laminar layer (201) will decrease. When the flow becomes turbulent, the layer is divided into a turbulent boundary layer (202) and a laminar layer (203). In almost all existing gas flows, the nature of the flow will be turbulent within the entire flowing region of the volume, with the exception of the laminar layer (203) adjacent to the surface (204), where the nature of the flow is laminar. Considering a gas molecule or particle (205) in a laminar layer (203), the speed of movement (206) will be directed essentially parallel to the surface (204) and equal to the speed of the laminar layer (203). Heat transfer across the laminar layer will be by conduction or radiation due to the nature of the laminar flow. The transfer of matter in the direction across the laminar layer will be carried out exclusively due to diffusion. The presence of a laminar layer (203) does not provide optimal or efficient heat transfer or increased mass transfer. Any transport of matter across the laminar layer must be accomplished by a diffusion mechanism, and accordingly, the diffusion mechanism will often be a decisive limiting factor in the total transport of matter.

На фіг.26 схематично зображений потік над поверхнею об'єкта, для якого ефект застосування звуку чи ультразвуку високий інтенсивності до/в повітря()/газу(ї) (5200) до навколишнього чи контактуючого з поверхнею об'єкта, розглянутий як приклад згідно з даним винаходом. Більш конкретно, на фіг.260 показаний стан, коли на поверхню (204) виявляється вплив звуком чи ультразвуком високої інтенсивності. Знову розглядається газова молекула/частка (205) у ламінарному прошарку; швидкість (206) буде по суті паралельна поверхні (204) і дорівнює швидкості ламінарного прошарку, раніше відповідної випадку застосування ультразвуку. В напрямку звукового поля, що випускається, до поверхні (204) на фіг.2б, вібраційна швидкість молекули (205) була значно збільшена, що показано за допомогою стрілок (207). Як приклад, максимальна швидкість у-4,5 м/сек і зсув ж/- 32 мк будуть досягнута тоді, коли частота ультразвуку 1-22 кГц і інтенсивність звуку дорівнює 160 дБ. Відповідний (вертикальний) зсув на фіг.2р по суті дорівнює 0, тому що молекула слідує за ламінарним повітряним потоком над поверхнею. У результаті, ультразвук буде встановлювати примусовий потік теплоти від поверхні до навколишнього газу/повітря (500), внаслідок збільшення провідності в результаті мінімізації ламінарного прошарку. Інтенсивність звуку складає в одному варіанті здійсненні 100 дБ чи більш. В іншому варіанті здійсненні, інтенсивність звуку складає 140 дБ чи більш. Переважно, інтенсивність звуку вибирають з діапазону приблизно 140-160 дБ. Інтенсивність звуку може бути понад 160 дБ.Fig. 26 schematically shows a flow over the surface of an object for which the effect of applying sound or ultrasound of high intensity to/in air ()/gas(es) (5200) to the surrounding or contacting the surface of the object, considered as an example according to with this invention. More specifically, Fig. 260 shows the state when the surface (204) is affected by high-intensity sound or ultrasound. Consider again the gas molecule/particle (205) in the laminar layer; the speed (206) will be essentially parallel to the surface (204) and equal to the speed of the laminar layer previously corresponding to the application of ultrasound. In the direction of the emitted sound field to the surface (204) in Fig. 2b, the vibration speed of the molecule (205) was significantly increased, which is shown by the arrows (207). As an example, a maximum velocity of -4.5 m/sec and a displacement of -32 µm will be achieved when the ultrasound frequency is 1-22 kHz and the sound intensity is 160 dB. The corresponding (vertical) displacement in Fig. 2p is essentially equal to 0, because the molecule follows the laminar air flow over the surface. As a result, the ultrasound will establish a forced flow of heat from the surface to the surrounding gas/air (500), due to increased conductivity resulting from the minimization of the laminar layer. In one embodiment, the sound intensity is 100 dB or more. In another embodiment, the sound intensity is 140 dB or more. Preferably, the sound intensity is selected from the range of approximately 140-160 dB. The sound intensity can be more than 160 dB.

Мінімізований субламінарний прошарок має ефект, при якому передача теплоти від поверхні (204) до навколишнього чи газу, що контрактує, (500) збільшується (якщо температура поверхні більше, ніж температура навколишнього чи газу, що контрактує,). Крім того, мінімізація буде приводити до ефекту, при якому зменшується час реакції каталітичного процесу, якщо поверхня/об'єкт є поверхнею каталізатора, а навколишній газ містить у собі реагент. Крім того, мінімізація буде приводити до ефекту, при якому зменшується час продувки.The minimized sublaminar layer has the effect that heat transfer from the surface (204) to the ambient or contracting gas (500) is increased (if the surface temperature is greater than the ambient or contracting gas temperature). Additionally, minimization will result in an effect where the reaction time of the catalytic process is reduced if the surface/object is a catalyst surface and the surrounding gas contains the reactant. In addition, minimization will have the effect of reducing purge time.

В одному варіанті реалізації, даний винахід використовується для прискорення процесу виробництва водню з природного газу і пари. У цьому варіанті реалізації, природний газ і пару направляють до поверхні каталізатора, що збільшує швидкість процесу, що добре відомо. Крім того, природний газ чи пара (чи обоє) можуть бути середовищем, через яке поширюється ультразвук, як пояснюється далі. Ефективність зростає завдяки впливу ультразвуку як пояснено вище.In one embodiment, this invention is used to accelerate the process of hydrogen production from natural gas and steam. In this embodiment, natural gas and steam are directed to the surface of the catalyst, which increases the speed of the process, which is well known. Alternatively, natural gas or steam (or both) may be the medium through which the ultrasound propagates, as explained below. Efficiency increases due to exposure to ultrasound as explained above.

На фіг.За приведене схематичне зображення кращого варіанту здійснення пристрою (301) для генерації звуку чи ультразвуку високої інтенсивності. Газ, що знаходиться під тиском, випускають з труби чи камери (309) через прохід (303), форма якого визначена зовнішньою частиною (305) і внутрішньою частиною (306) до отвору (302), з якого газ випускають у сопло в напрямку до порожнини (304), розташованої у внутрішній частині (306). Якщо газовий тиск є досить великим, тоді виникають коливання в газі, що надійшов у порожнину (304) з частотою, визначеної розмірами впадини (304) і отвору (302). Тип ультразвукового пристрою, показаного на фіг.За, здатний генерувати надзвуковий акустичний тиск до 160 дБхргі при газовому тиску приблизно 4 атмосфери.Fig. 1 shows a schematic representation of the best embodiment of the device (301) for generating high-intensity sound or ultrasound. The gas under pressure is released from the pipe or chamber (309) through the passage (303), the shape of which is defined by the outer part (305) and the inner part (306) to the hole (302), from which the gas is released into the nozzle in the direction of cavity (304) located in the inner part (306). If the gas pressure is large enough, then there are fluctuations in the gas entering the cavity (304) with a frequency determined by the dimensions of the depression (304) and the hole (302). The type of ultrasonic device shown in Fig. Za is capable of generating a supersonic sound pressure of up to 160 dBhrgi at a gas pressure of approximately 4 atmospheres.

Ультраакустичний пристрій може, приміром, бути виконаний з латуні, алюмінію чи нержавіючої сталі або будь- якого іншого досить твердого матеріалу, здатного витримувати акустичний тиск і температуру, якій пристрій піддається під час використання. Спосіб роботи пристрою також показаний на фіг.За, а саме, формований у пристрої ультразвук (307) направляється убік до поверхні (204) об'єкта (100), тобто теплообмінника, чи каталізатора, чи внутрішньої частини об'єму.An ultrasonic device can, for example, be made of brass, aluminum or stainless steel or any other sufficiently hard material capable of withstanding the acoustic pressure and temperature to which the device is exposed during use. The method of operation of the device is also shown in Fig. 3, namely, the ultrasound (307) formed in the device is directed sideways to the surface (204) of the object (100), that is, the heat exchanger, or the catalyst, or the inner part of the volume.

Звертається увага на те, що газ, що знаходиться під тиском, може бути відмінний від газу, що контактує чи оточує об'єкт.Note that the gas under pressure may be different from the gas contacting or surrounding the object.

На фіг.3р показаний варіант здійснення ультразвукового пристрою у формі дисковидного кругового сопла.Fig. 3r shows a variant of the implementation of an ultrasonic device in the form of a disk-shaped circular nozzle.

Приведене зображення є кращим варіантом здійснення ультразвукового пристрою (301), тобто пристрою з так названим дисковидним соплом. Пристрій (301) містить у собі кільцеподібну зовнішню частину (305) і циліндричну внутрішню частину (306), у якій виточена кільцеподібна порожнина (304). Через кільцеподібний газовий прохід (303) гази можуть проходити до кільцеподібного отвору (302), з якого газ може бути перенесений у порожнину (304). Зовнішня частина (305) може бути відрегульована стосовно внутрішньої частини (306), наприклад, за допомогою гвинтового різьблення чи іншого пристосування для регулювання (не показано) у основі зовнішньої частини (305), що додатково може містити в собі засоби кріплення (не показані) для фіксації зовнішньої частини (305) по відношенню внутрішньої частини (306), коли буде отриманий бажаний зазор. Такий ультраакустичний пристрій може генерувати частоту близько 22 кГц при тиску газу в 4 атмосфери. Молекули газу, таким чином, здатні мігрувати на відстань до 36 мк приблизно 22 000 разів у секунду з максимальною швидкістю 4,5 м/с.The following image is a preferred embodiment of an ultrasonic device (301), i.e. a device with a so-called disc-shaped nozzle. The device (301) includes an annular outer part (305) and a cylindrical inner part (306) in which an annular cavity (304) is machined. Through the annular gas passage (303), gases can pass to the annular opening (302), from which the gas can be transferred into the cavity (304). The outer part (305) can be adjusted with respect to the inner part (306), for example, by means of a screw thread or other adjustment device (not shown) in the base of the outer part (305), which can additionally include fastening means (not shown). to fix the outer part (305) in relation to the inner part (306) when the desired gap is obtained. Such an ultra-acoustic device can generate a frequency of about 22 kHz at a gas pressure of 4 atmospheres. Gas molecules are thus able to migrate up to a distance of 36 μm approximately 22,000 times per second with a maximum speed of 4.5 m/s.

Вказані значення включені для того, щоб дати загальне уявлення про розмір і кількісних відносинах в ультразвуковому пристрої і ні в якому разі не обмежують приведений варіант реалізації.The specified values are included in order to give a general idea of the size and quantitative relations in the ultrasonic device and in no way limit the given version of implementation.

На фіг.Зс приведений перетин вздовж діаметра ультразвукового пристрою (301) на фіг.ЗЮ, що більш чітко ілюструє форму отвору (302), газового проходу (303) і порожнини (304). Крім того, є очевидним (фіг.Зс), що отвір (302) є кільцевим. Газовий прохід (303) і отвір (302) по суті задані кільцеподібною зовнішньою частиною (305) і циліндричною внутрішньою частиною (306).Figure 3c shows a section along the diameter of the ultrasonic device (301) in Figure 33, which more clearly illustrates the shape of the hole (302), gas passage (303) and cavity (304). In addition, it is obvious (Fig. 3c) that the hole (302) is annular. The gas passage (303) and the opening (302) are essentially defined by an annular outer part (305) and a cylindrical inner part (306).

Газовий потік, що виходить з отвору (302), попадає по суті в кільцеподібну порожнину (304) у внутрішній частині (306) і потім виходить з ультразвукового пристрою (301). Як раніше відзначалося, зовнішня частина (305) визначає зовнішню частину газового проходу (303) і, крім того, скошена під кутом близько 30" вздовж зовнішньої поверхні своєї внутрішньої окружності, що формує отвір ультразвукового пристрою, газовий потік може розширюватися в міру її поширення. Разом з аналогічним скошуванням приблизно під 60" із внутрішньої поверхні внутрішньої окружності, згадане вище скошування утворить гострокутний кільцеподібний край, що визначає отвір (302) із зовнішньою частиною. Внутрішня частина (306) має скошування приблизно 45" по своїй зовнішній окружності зовнішній шар отвору і з внутрішньої сторони визначає отвір (302). Зовнішня частина (305) може бути відрегульована по відношенню внутрішньої частини (306), відповідно до чого, тиск газового потоку, що ударяє в западину (304), може бути відрегульовано. Вершина внутрішньої частини (306), в яку врізана порожнина (304), також скошена під кутом приблизно 457, щоб дати можливість коливному газовому потоку розширюватися на виході з отвору ультразвукового пристрою.The gas stream exiting the opening (302) enters a substantially annular cavity (304) in the inner part (306) and then exits the ultrasonic device (301). As previously noted, the outer part (305) defines the outer part of the gas passage (303) and, moreover, is beveled at an angle of about 30" along the outer surface of its inner circumference, which forms the opening of the ultrasonic device, the gas flow can expand as it spreads. Together with a similar chamfer approximately 60" from the inner surface of the inner circumference, the aforementioned chamfer will form an acute-angled annular edge defining the opening (302) with the outer portion. The inner part (306) has a chamfer of approximately 45" around its outer circumference, the outer layer of the opening and internally defines the opening (302). The outer part (305) can be adjusted in relation to the inner part (306), according to which, the pressure of the gas flow , impinging on the cavity (304) can be adjusted.The top of the interior (306) into which the cavity (304) is cut is also beveled at an angle of about 457 to allow the oscillating gas flow to expand as it exits the orifice of the ultrasonic device.

На фіг.за показаний альтернативний варіант реалізації ультразвукового пристрою, який сформований у вигляді витягнутого тіла. Приведений пристрій є ультраакустичним пристроєм, що включає в себе подовжене тіло, по суті має форму рейки (301), зазначене тіло функціонально еквівалентне з тілом, розглянутим у варіантах реалізації, показаних на фіг.За і ЗБ, відповідно. У цьому варіанті здійснення зовнішня частина містить у собі дві окремі, що мають форму рейки, частини (305а) і (3055), які разом з внутрішньою частиною (306), що має форму рейки, формують ультраакустичний пристрій (301). Два газових проходи (303За) і (303Б) розташовані між двома частинами (З05а) і (3055) зовнішньої частини (305) і внутрішньої частини (306). Кожний з газових проходів має отвір (302а), (30205), відповідно, передача газу, що випускається, з газових проходів (30За) і (30305) до двох порожнин (304а), (304Б) забезпечена у внутрішній частині (306). Перевага цього варіанта здійснення полягає в тому, що тіло, яке має форму рейки, може обробити більш значну площу поверхні, чим кругле тіло. Інша перевага цього варіанта здійснення полягає в тому, що ультраакустичний пристрій може бути виконаний з використанням процесу екструзивного пресування, при цьому буде зменшена вартість матеріалів.Fig. 2 shows an alternative version of the implementation of the ultrasonic device, which is formed in the form of an elongated body. The given device is an ultra-acoustic device that includes an elongated body, essentially having the shape of a rail (301), the specified body is functionally equivalent to the body considered in the implementation options shown in Fig. 3a and 3b, respectively. In this embodiment, the outer part contains two separate rail-shaped parts (305a) and (3055), which, together with the inner rail-shaped part (306), form the ultrasonic device (301). Two gas passages (303Za) and (303B) are located between two parts (Z05a) and (3055) of the outer part (305) and the inner part (306). Each of the gas passages has an opening (302a), (30205), respectively, the transmission of the released gas from the gas passages (30Za) and (30305) to two cavities (304a), (304B) is provided in the inner part (306). The advantage of this variant of implementation is that the body, which has the shape of a rail, can handle a larger surface area than a round body. Another advantage of this variant of implementation is that the ultrasonic device can be made using the process of extrusion pressing, while the cost of materials will be reduced.

На фіг.Зе показаний ультраакустичний пристрій такого ж типу, як і на фіг.3а, але має форму замкнутої кривої.Figure 3 shows an ultrasonic device of the same type as in Figure 3a, but has the shape of a closed curve.

Варіант здійснення газового пристрою, показаного на фіг.3а, не повинен бути спрямований уздовж прямої лінії.The embodiment of the gas device shown in Fig. 3a should not be directed along a straight line.

На фіг.Зе показане тіло, що має форму рейки (301) сформованої у вигляді трьох кругових окремих кілець.Figure 3 shows a body in the form of a rail (301) formed in the form of three separate circular rings.

Зовнішнє кільце визначає найбільш віддалену від центра частину (305а), середнє кільце визначає внутрішню частину (306) і внутрішнє кільце визначає зовнішню частину (305Б), що знаходиться в самій глибині. Три частини ультразвукового пристрою спільно формують поперечний профіль, як показано у варіанті здійсненні на фіг.зЗа, у якому дві впадини (304а) і (3045) розташовані у внутрішній частині, і ділянка між найбільш віддаленою від цента зовнішньою частиною (305а) і внутрішньою частиною (306) визначає зовнішній газовий прохід (303За) і зовнішній отвір (302а), відповідно, а ділянка між внутрішньою частиною (306) і зовнішньої частини (3055), що знаходиться в самій глибині, визначає внутрішній газовий прохід (304р) і внутрішній отвір (3025) відповідно. Цей варіант здійснення ультразвукового пристрою може обробити дуже велику область одночасно і, таким чином, обробити поверхню великих об'єктів.The outer ring defines the farthest part from the center (305a), the middle ring defines the inner part (306) and the inner ring defines the outer part (305B), which is in the deepest part. The three parts of the ultrasonic device together form a transverse profile, as shown in the embodiment of Fig. 3Za, in which the two depressions (304a) and (3045) are located in the inner part, and the area between the most distant from the center outer part (305a) and the inner part (306) defines the outer gas passage (303Za) and the outer hole (302a), respectively, and the section between the inner part (306) and the outer part (3055), located in the deepest part, defines the inner gas passage (304r) and the inner hole (3025) respectively. This variant of the implementation of the ultrasonic device can treat a very large area at the same time and, thus, treat the surface of large objects.

На фіг.зї показаний ультраакустичний пристрій такого ж типу, як і на фіг.за, але він має форму незамкнутої кривої. Як показано, можливо сформувати ультраакустичний пристрій такого типу у вигляді незамкнутої кривої. У цьому варіанті здійснення функціональні частини аналогічні функціональним частинам, показаним на фіг.зЗа і іншим елементам, розглянутим у цій частині опису. Також можливо створити ультраакустичний пристрій тільки з одним отвором, як описано для фіг.3б. Ультраакустичний пристрій, сформований у виді відкритої кривої, можливо для використання там, де поверхні оброблюваного об'єкта мають незвичайні форми.Fig. 3 shows an ultrasonic device of the same type as in Fig. 3, but it has the shape of an open curve. As shown, it is possible to form an ultrasonic device of this type in the form of an open curve. In this embodiment, the functional parts are similar to the functional parts shown in Fig. 3Za and other elements discussed in this part of the description. It is also possible to create an ultrasonic device with only one hole, as described for fig.3b. The ultrasonic device, formed in the form of an open curve, is possible for use where the surfaces of the processed object have unusual shapes.

Передбачено систему, у якому кілька ультразвукових пристроїв, сформованих у виді різних незамкнутих кривих, розміщаються в установці відповідно до винаходу.A system is provided in which several ultrasonic devices, formed in the form of various open curves, are placed in the installation according to the invention.

На фіг.4а показаний загальний вид відомого пристрою, що ілюструє охолоджуючі канали і колектори для охолодженого газу. Приведене зображення є вихідним пристроєм (600), що включає в себе охолоджуючі каналиFig. 4a shows a general view of a known device illustrating cooling channels and collectors for cooled gas. The following image is an output device (600) that includes cooling channels

(601) і колектори (602).(601) and collectors (602).

Конструкція вихідного пристрою, приміром, при його використанні в реактивних двигунах, у більшості випадків обмежена внаслідок неможливості створення ефективного охолодження внутрішньої стінки вихідного пристрою (600).The design of the output device, for example, when it is used in jet engines, in most cases is limited due to the impossibility of creating effective cooling of the inner wall of the output device (600).

Наявні стінки з стоншенням дають занадто слабку конструкцію, що не може задовольнити необхідним вимогам під час використання. З іншої сторони для занадто товстої стінки неможливо забезпечити ефективне охолодження, і температура поверхні внутрішньої стіни буде занадто високою.Existing walls with thinning give a too weak structure that cannot meet the necessary requirements during use. On the other hand, for a wall that is too thick, it is impossible to provide effective cooling, and the surface temperature of the inner wall will be too high.

Охолодження внутрішньої стіни часто виконують за допомогою пустотілої структури стінок з безліччю охолоджуючих каналів (601), через які пропускають придатний газ.Cooling of the inner wall is often performed with the help of a hollow structure of the walls with many cooling channels (601) through which suitable gas is passed.

Ефективність охолодження, серед інших причин, обмежена наступними факторами: ефективністю теплового переносу від нагрітої внутрішньої стінки каналу (601) до газу, що охолоджується. Та частина теплоти, що передають за допомогою конвекції, буде обмежена товщиною ламінарного прошарку, що знаходиться над поверхнею стінок, як описано раніше. У прошарку час теплового переносу буде обмежено часом дифузії; охолодження також обмежене внаслідок різної щільності охолоджуючого газу при збільшенні температури газу. Холодний газ, що має високу щільність, пропускають по зовнішній стінці вихідного пристрою при визначеній швидкості газу і відповідно до геометрії вихідного пристрою. Цей ефект підсилюється, тому що газ поблизу внутрішньої поверхні стає більш теплим і, відповідно, має меншу щільність. Сумарний розподіл теплоти в газі, отже, обмежено через недостатнє змішування теплого і холодного газу.The cooling efficiency is limited by, among other reasons, the following factors: the efficiency of heat transfer from the heated inner wall of the channel (601) to the gas being cooled. That part of the heat transferred by convection will be limited by the thickness of the laminar layer located above the surface of the walls, as described earlier. In the layer, the heat transfer time will be limited by the diffusion time; cooling is also limited due to the different density of the cooling gas as the gas temperature increases. Cold gas with a high density is passed along the outer wall of the output device at a specified gas velocity and according to the geometry of the output device. This effect is enhanced because the gas near the inner surface becomes warmer and, accordingly, less dense. The total distribution of heat in the gas is therefore limited due to insufficient mixing of warm and cold gas.

На фіг.4р приведений один приклад розміщення ультразвукового генератора в колекторі відповідно до варіанта здійснення даного винаходу.Fig. 4 shows one example of placement of an ultrasonic generator in a collector according to an embodiment of this invention.

На фіг.4р показаний колектор (602), наприклад, що відповідає колектору, показаному на фіг.4а, що включає в себе аеродинамічний надзвуковий генератор (301), наприклад, дисковидне сопло чи подібне. Переважно, надзвуковий генератор (301) розташований на вхідному отворі охолоджуючого газу. Ультразвуковий генератор (301) може бути активований при падінні тиску близько 4 бар. Генерований ультразвук буде розподілений у каналах (601), наприклад, через колектори (602).Fig. 4p shows a collector (602), for example, corresponding to the collector shown in Fig. 4a, which includes an aerodynamic supersonic generator (301), for example, a disc-shaped nozzle or the like. Preferably, the supersonic generator (301) is located at the cooling gas inlet. The ultrasonic generator (301) can be activated when the pressure drops to about 4 bar. The generated ultrasound will be distributed in the channels (601), for example, through the collectors (602).

Насамперед, ультразвук, що має велику енергією, буде руйнувати ламінарний прошарок, як описано раніше, забезпечуючи більш високий транспорт енергії від стінок у газ, при цьому збільшення досягає дворазового значення.First, the high-energy ultrasound will disrupt the laminar layer as described earlier, providing higher energy transport from the walls into the gas, with the increase reaching a factor of two.

Крім того, ультразвук з високою енергією буде змішувати теплі і холодні частини газу, що охолоджується, через дуже сильні рухи часток у газі і ще більш збільшувати охолодження.In addition, high energy ultrasound will mix the warm and cold parts of the cooling gas due to the very strong motions of the particles in the gas and further increase the cooling.

У формулі винаходу будь-які позначення посилань у круглих дужках не повинні розглядатися в якості обмежуючих формулу винаходу. Термін "що містить" не виключає присутності інших елементів чи інших стадій, крім тих, котрі приведені у формулі винаходу. нн ння то і і хто Перекис хелілск чт зеклкооьетевю Уке ден. ой іIn the claims, any designations of references in round brackets should not be considered as limiting the claims. The term "containing" does not exclude the presence of other elements or other stages, except for those given in the claims. nn nny that and and who Peroxide helilsk th zeklkooyetevyu Uke day. oh and

Ше 1 іShe 1 and

ЩО 00 0угшшштинтиттитттнтикннинніWHAT 00 0угшшштиттиттнтикнниннини

Померса ній уінкне текміюи.Pomersa ni inkne tekmiyu.

Фіг. ла ренти ннннняжняянтн няння то Тирсвкстатвювн Н ті и 'Fig. la renty nnnniazhnyantn nanya to Tirsvkstatvyuvn N ti i '

ІAND

1СО во1 CO in

Фіг. 15Fig. 15

Бо ! р ух деки ра: поети ее а, ра лАумь, о СУЄТИ Хя тк М КУ 253 х г 204 -о 5 же воб яBecause! ruh deky ra: poets ee a, ra lAum, o SUETY Hya tk M KU 253 x g 204 -o 5 same vob i

Дикун пфТОКу 1 пнетететєттнттння ЖЖ Же рих ЯDykun pfTOKu 1 pnetetetettnttnnia ZJH Zhe ryh Ya

Он АНЯ аа масиOn ANYA aa masses

УК оUC Fr

ДАНКО НИХ т ж ойTHANKS TO THEM

Фг26Fg26

ПО зе а ик ; 204. гоPO ze a ik ; 204. th

Фігза зов / ЗОFigza zov / ZO

За (6-й же и | воїFor the 6th and

ФігЗЬ.Fig.

/Й те - : З зоге / фучаогь зо 777/Y te - : Z zoge / fuchaog zo 777

Прмшрежов ук темаPrmshrezhov uk topic

Мюосюджую кими рних нн те оооI am thinking about the things that are going on

Сас р ку ,Sas r ku ,

ШК й Сх Зоо оту ОК ЕКи 5 ше у яд С я мк ою Ме КЕ сов дове ь кое З «ЗВО а З й е. а мова ве ОН 3 а ДЖ ху Ммббоюгютвтречнч ко празархШК и Ш Зоо оту ОК ЕКы 5 ше ю яд С я мкою Me KE sov dove' koe Z "ZVO a Z y e. and language ve ON 3 a Ж hu Mmbboyugyuttrechnch ko prazarh

Док я ЗОМ Кк днину зухкроювоюхDok I ZOM Kk dni zukhkoryuuyuh

Кн Ь КЕ пт осбормкиссме»Kn L KE pt osbormkissme»

ПИВНІ ї КН 7 Гл я хPIVNI i KN 7 Gl i h

НИМИ І М ет Чюєнаючім З дин З Й у 7, 0 робменожстнмх ОК ки: ї не А о жтихніссьма ЗBY THEM AND MET CHUENAYUCHIM Z din Z Y u 7, 0 robmenozzhstnmh OK ky: i ne A o zhtikhnissma Z

В вех ше КЕ ни Теж кають до т Ж 000 хегимйхюю НЕ яке ше ї х На в с це «Фігла ї з тт іч с их хх І сем / уIn veh she KE we They also repent to t J 000 hegimyhyyuu NOT what she ih x Na v s is "Figla y with tt ich s ih xx I sem / y

У. Кк у ту ше с. й хвилі Х Ся зак АК МU. Kk u tu she s. and waves X Hsia zak AK M

Пай. щі оShare. more about

Б тд зууB td zuu

Б МО хB MO x

КЕKE

СУ фіг465SU fig. 465

Claims

1. An acoustic device for improving the process between a solid object (100) and a gas (500) that surrounds the object (100) or at least is in contact with the surface (204) of the object (100) containing a sound medium (301) for applying high-intensity sound or ultrasound to at least the surface (204) of the object (100), the outer part (305) and the inner part (306) defining the passage (303), opening (302), cavity (304 ), while the sound means (301) is designed to receive the gas under pressure and transmit this gas under pressure to the opening (302), from which the gas under pressure is released into the nozzle in the direction of the cavity (304), while the sound or high-intensity ultrasound when using the sonic device is applied directly to the gas (500), which is the medium through which the sound or high-intensity ultrasound propagates to the surface (204) of the object (100), to reduce and/or minimize the laminar layer ( 203) on the surface (204) of the object (100), while the intensity of the of high-intensity ultrasound or ultrasound is 140 dB or more.

2. The device according to claim 1, which is characterized in that the intensity of sound or high-intensity ultrasound is in the range of 140 to 160 dB or exceeds 160 dB.

3. The device according to any of claims 1 or 2, which is characterized by the fact that the temperature (Ti) of the surface (204) is greater than the temperature (To) of the gas (500), while the process is a process of heat exchange, and the specified decrease 1 /or minimization of the laminar layer (203) leads to an increase in heat exchange from the object (100) to the gas (500).

4. The device according to claim 1 or 2, which differs in that the temperature (Ti) of the surface (204) is less than the temperature (To) of the gas (500), while the process is a process of heat exchange, and the indicated reduction 1/or minimization of the laminar the layer (203) leads to an increase in heat exchange from the gas (500) to the object (100).

5. The device according to claim 1 or 2, which is characterized in that the surface (204) of the object (100) is the surface of the catalyst, while the gas (500) contains at least one reactant of the catalyst, while the process is a catalytic process, and the indicated reduction of the laminar interlayer (203) leads to an increase in the speed of the catalytic process.

b. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the surface (204) is the inner surface of the given volume, while the process is a change in the gas composition between the gas (500) 1 and the initial gas composition on the inner surface, so that the reduction of the laminar layer (203) leads to an increase in gas exchange as a result of increased interaction between gas molecules (500) 1 of the initial gas composition on the inner surface.

7. The method of carrying out the process between a solid object (100) and a gas (500) surrounding the object (100) or at least in contact with the surface (204) of the object (100), which consists in high-intensity sound or ultrasound is applied to at least the surface (204) of the object (100) using sound means (301), and the high-intensity sound or ultrasound is applied directly to the gas (500), which is the medium through which the high-intensity sound or ultrasound of intensity spreads to the surface (204) of the object (100), with the help of which the laminar layer (203) on the surface (204) of the object (100) is reduced and/or minimized, using sound or ultrasound of high intensity equal to 140 dB or more.

8. The method according to claim 7, which is characterized by the fact that the intensity of sound or high-intensity ultrasound is selected in the range from 140 to 160 dB or above 160 dB.

9. The method according to any one of claims 7 or 8, which is characterized by using an acoustic device (301) comprising an outer part (305) 1 an inner part (306) defining a passage (303), an opening (302) , the cavity (304) made in the inner part (306), while in the specified method, gas under pressure is additionally received in the specified sound device (301), the gas under pressure is transferred to the opening (302), release the pressurized gas into the nozzle towards the cavity (304) from the opening (302).

10. The method according to any of claims 7 or 8, which is characterized by the fact that the temperature (Ti) of the specified surface (204) is maintained higher than the temperature (To) of the gas (500), while the specified process is a heat exchange process, and the indicated reduction 1/or minimization of the laminar layer (203) provides an increase in heat exchange from the object (100) to the gas (500).

11. The method according to any of claims 7 or 8, which differs in that the temperature (Ti) of the surface (204) is maintained lower than the temperature (To) of the gas (500), while the specified process is a process of heat exchange, and the specified reduction and/or minimization of the laminar layer (203) leads to an increase in heat exchange from the gas (500) to the object (100).

12. The method according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the surface (204) of the object (100) is a catalyst surface, while the gas (500) contains at least one catalyst reactant, while the said process is catalytic process, and the specified decrease in the laminar layer (203) leads to an increase in the speed of the specified catalytic process.

13. The method according to any one of claims 7 or 8, which is characterized by the fact that the specified surface (204) is the inner surface of the given volume, while the specified process represents a change in gas composition between gas (500) 1 initial gas composition on inner surface, so that the reduction of the laminar layer (203) leads to an increase in gas exchange as a result of an increase in the interaction between gas molecules of gas (500) 1 gas molecules of the initial gas composition on the inner surface.

14. The device according to any of claims 1-6, which is characterized by the fact that it is used to obtain hydrogen, while natural gas 1 vapor is used to obtain hydrogen.

15. The method according to any one of claims 7-13, which is characterized by the fact that it is used for obtaining hydrogen, while natural gas 1 pair is used for obtaining hydrogen.