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Verfahren und Wärmepumpe zum Transportieren von Wärme Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Wärmepumpe zum Transportieren von Wärme und insbesondere
ein Verfahren und eine Wärmepumpe zum Transportieren von Wärme unter Verwendung
eines Materials, das unter der Einwirkung eines magnetischen Feldes eine Phasenumwandlung
erster Ordnung mit gleichzeitiger Änderung der inneren Energie erleidet.
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Ein Beispiel für eine Wärmepumpe ist das Kälteaggregat eines Haushaltskühlschranks,
in dem ein Medium zyklisch verflüssigt und wieder verdampft wird. In einem solchen
Kälteaggregat beträgt die Druckdifferenz zwischen dem hohen Druck im Kondensator
und dem niederen Druck im Verdampfer etwa 10 Atmosphären. Um diesen Druckunterschied
aufrechtzuerhalten, wird beispielsweise ein Kompressor verwendet, der mit einem
Elektromotor angetrieben wird, welcher der nötigen Wartung, beispielsweise der Schmierung,
bedarf, der vibriert und laut ist.
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Es ist auch schon eine weitere Wärmepumpe bekannt, die jedoch nur
bei sehr niedrigen Temperaturen brauchbar ist. In dieser Wärmepumpe wird ein paramagnetisches
Material als Arbeitsmedium verwendet. Wenn dieses Material einem starken Magnetfeld
bei sehr niederer Temperatur nahe dem absolutem Nullpunkt ausgesetzt und das Magnetfeld
hierauf auf Null verringert wird, sinkt die Temperatur des Materials etwas infolge
des sogenannten »magnetokalorisehen Effekts« ab. Das gleiche Prinzip wurde auch
bereits bei Temperaturen nahe dem Curie-Punkt angewandt (USA.-Patentschrift 2 589
775). Die Größe des Wärmetransports pro Verfahrenszyklus unter Verwendung des magnetokalorischen
Effekts ist jedoch relativ klein, da keine latente Wärme gespeichert werden kann.
Deshalb hat diese Art von Kälteerzeugung sich nur für sehr spezielle Anwendungszwecke
als brauchbar herausgestellt, wie z. B. um extrem niedere Temperaturen zu erzeugen,
wo andere Kälteerzeugungsmaßnahmen sich als unwirksam erwiesen haben (vgl. deutsche
Auslegeschrift 1168 091).
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Die Erfindung schafft ein völlig neues Verfahren und eine neue Wärmepumpe,
um einen Wärmetransport mit größerem thermischem Wirkungsgrad, als es mit magnetokalorischen
Vorrichtungen möglich ist, zu bewirken.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein
magnetisches Arbeitsmedium verwendet wird, das unter dem Einfluß des Ein- und Aussehaltens
eines äußeren Magnetfeldes innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs einen Zustandsübergang
seiner festen Phase unter großer Änderung seiner inneren Energie aufweist, wobei
sich im übergangsbereich die Sättigungsmagnetisierbarkeit bei Änderung der Temperatur
stark ändert und im Zusammenhang damit die Temperatur des magnetischen Arbeitsmediums
entweder erniedrigt wird, wenn der eine feste Zustand erreicht ist, oder erhöht
wird, wenn der andere feste Zustand erreicht wird, und daß eine Wärmequelle und
eine Wärmesenke in Beziehung zu jedem der festen Phasenzustände einzeln gebracht
wird, um einen Wärmeübergang zu und von dem magnetischen Arbeitsmedium zu bewirken.
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Die Wärmepumpe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine
isolierte Wärmequelle vorgesehen ist, die Wärme an das magnetische Arbeitsmedium
abgibt, wenn dieses sich bei Einschalten des Magnetfeldes abkühlt, und eine isolierte
Wärmesenke vorhanden ist, die Wärme aus dem magnetischen Arbeitsmedium aufnimmt,
wenn sich dieses bei Ausschalten des Magnetfeldes erwärmt.
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An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt schematisch einen Vertikalschnitt durch eine einstufige
Wärmepumpe nach dieser Erfindung, wobei die Einzelheiten der elektrischen
Energieversorgung
und des Steuerregelkreises zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen wurden;
F i g. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine vierstufige Wärmepumpe mit Einheiten,
von denen eine in F i g. 1 dargestellt ist, welche in Reihe hintereinandergeschaltet
sind; F i g. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer einstufigen Wärmepumpe
einschließlich des dieser Pumpe zugeordneten elektrischen Schaltkreises, wobei ein
stationäres Arbeitsmedium und eine bewegliche Wärmequelle und -senke Verwendung
finden; F i g. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des in einer Vorrichtung,
wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, enthaltenen Arbeitsmediums; F i g. 5 zeigt
einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4. Beispiel I Die Substanzen, die als
Arbeitsmedium verwendet werden, besitzen metallische Eigenschaften und können wenigstens
teilweise durch einen Zustandsübergang erster Ordnung seiner fester Phase unter
dem Einfluß eines Magnetfeldes geeigneter Stärke verändert werden. Das Magnetfeld
kann, wenn es hinreichend stark ist, den vollen übergang bewirken. Schwächere Felder
können den übergang einleiten und ihn nur voll dann ganz ermöglichen, wenn sie hinreichend
stark sind, um den übergang in Gang zu bringen, der hernach vervollständigt wird,
indem die Wärme zwischen der Substanz und deren Umgebung ausgetauscht wird. Dadurch
kann praktisch die Wärmeübertragung isotherm in bezug auf die Substanz des Arbeitsmediums
erfolgen, indem der Ausgleich der mit dem Übergang verbundenen latenten Wärme vorzugsweise
während des Übergangs selbst oder unmittelbar hernach durch Zu- oder Abführen von
Wärme erfolgt, so daß die Verluste nach außen auf ein Minimum herabgedrückt werden.
In jedem Fall verringert das die Umwandlung einleitende Magnetfeld die Temperatur
des Arbeitsmediums zu Beginn, wodurch der Temperaturunterschied, der notwendig ist,
um den Wärmeaustausch zu ermöglichen, erhalten wird.
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Am Übergangspunkt tritt eine Änderung des magnetischen Zustands ein,
die einen übergang von dem paramagnetischen oder antiferromagnetischen Zustand einerseits
in den ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Zustand andererseits bewirkt. Der
magnetische Zustand ist in verschiedenen Fällen schwierig zu identifizieren, und
es scheint, daß verschiedene magnetische Zustände gelegentlich beieinander in begrenzten
Bereichen eines bestimmten Arbeitsmediums bestehen können. Darüber hinaus kann in
Arbeitsmedien, in denen sich der Zustandsübergang innerhalb eines relativ weiten
Bereichs der magnetischen Feldstärke vollzieht, die Änderung von einem magnetischen
Zustand in den anderen ganz allmählich erfolgen und der wahrnehmbare Fortschritt
dem Experimentator deshalb etwas unbestimmt sein. Die Dründe für diese Effekte können
in der Inhomogenität der Zusammensetzung einer bestimmten Probe oder in der Dauerhaftigkeit
metastabiler Zustände liegen. Möglicherweise sind auch andere, noch nicht erkannte
Ursachen dafür maßgebend. Nichtsdestoweniger werden alle Substanzen durch ein Magnetfeld
umgewandelt, obgleich dazu etwas größere Feldstärken als bei idealen Probestücken
erforderlich sind. Dies ist kein Nachteil vom Standpunkt der Erfindung aus gesehen,
weil die magnetischen Zustände ohne Bedeutung für die Arbeitsweise sind, mit Ausnahme
des besonderen Falls, bei dem die magnetische Anziehungskraft verwendet wird, um
den physikalischen Transport des Arbeitsmediums aus einem Wärmeaustausch mit einer
Wärmequelle zu einem Wärmeaustausch mit einer Wärmesenke zu bewirken.
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Ein Zustandsübergang erster Ordnung, also eine Änderung, bei der eine
Diskontinuität in den ersten Ableitungen der Gibbsschen Funktionen für die freie
Energie auftritt, ist immer mit einer Änderung der inneren Energie der Substanz
verbunden. Diese Änderung tritt in Form einer latenten Wärme auf, die in dem Zustand
des Arbeitsmediums, in dem sich die innere Energie verringert, als Wärme verfügbar
ist, die für den Wärmeaustausch mittels Leitung und anderer Arten von Wärmeübertragung
in bezug auf eine angrenzende Wärmesenke, der gegenüber ein positiver Temperaturgradient
existiert, geeignet ist. Umgekehrt, wenn das Arbeitsmedium nach dem Umwandlungspunkt
in einem Zustand ist, .in dem die innere Energie ansteigt, sucht das Arbeitsmedium
Wärme aus seiner Umgebung zu absorbieren und wird dementsprechend die Wärme aus
einer Quelle, der gegenüber ein negativer Temperaturgradient existiert, abziehen.
Auf diese Weise wird eine Wärmepumpwirkung erhalten, die bei geeigneter Wahl der
Arbeitsbedingungen so verwendet werden kann, daß sie die Funktion einer Heizung
und einer Kühlung verbindet.
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Zusammensetzungen, die im wesentlichen vier chemische Elemente enthalten,
wurden zu sehr wirksamen Arbeitsmedien ausgebildet. Solche quaternäre Zusammensetzungen
enthalten gewöhnlich 5 bis 35 Atomprozent Antimon, 35 bis 70 Atomprozent Mangan,
0,8 bis 25 Atomprozent von wenigstens einem der Metalle Chrom und Vanadium und 0
bis 30 Atomprozent von wenigstens einem der Elemente der Gruppen 1I bis IV des Periodischen
Systems, insbesondere Gallium, Indium, Cadmium, Blei, Tallium, Zinn, Zirkon, Scandium,
Ittrium, Magnesium und Zink, deren Prozentanteile entsprechend der Ergänzung auf
ganze 1001/o gewählt werden.
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Als Beispiel für eine ternäre Zusammensetzung, die bei einer Änderung
der Temperatur einer Umwandlung erster Art unterworfen ist, wurde ein Einkristall
mit 8 g Gewicht folgender Zusammensetzung hergestellt: 45;62% Mangan, 2,25% Chrom,
0,12% Indium und 52,01% Zinn. Wenn dieser Kristall plötzlich zwischen die Pole eines
permanenten Magneten mit einer Feldstärke von 5000 Oersted eingebracht wurde, fiel
die Temperatur des Kristalls, die mittels eines mit dem Kristall in Berührung stehenden
Thermoelements gemessen wurde, um 0,67 °C ab, was anzeigt, daß die .innere Energie
der Substanz, die den Kristall bildet, zugenommen hatte, wodurch ein Wärmebedarf
des Kristalls entsteht, den dieser durch Wärmeaufnahme von seiner Umgebung auszugleichen
sucht.
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In einem zweiten Versuch, bei dem ein Mangan-Chrom-Antimonid mit einem
Gehalt von 45,54% Mangan, 2,81% Chrom und 51,67% Zinn verwendet wurde, wurde diese
Substanz plötzlich demselben Magnetfeld ausgesetzt, um einen Temperaturabfall von
1 °C zu erhalten.
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Ein einfaches Beispiel einer Wärmepumpe, die entsprechend den vorher
beschriebenen experimenteil
gefundenen Resultaten arbeitet, ist
in F i g. 1 etwas vergrößert dargestellt. Hierbei besteht das magnetische Arbeitsmedium
aus einem hin- und hergehenden Stab 1, der vorzugsweise zylindrisch ist. Das Arbeitsmedium
war streng magnetisch in Gegenwart eines Magnetfeldes und im wesentlichen nicht
magnetisch, wenn kein Magnetfeld vorhanden war, so daß dieses Phänomen verwendet
werden konnte, um den Stab von einer untersten Wärmesenke 5 nach oben zu bewegen
und in Kontakt mit einer oberen Wärmequelle 4 zu bringen, die senkrecht über der
Wärmesenke 5 angeordnet ist. Die Bewegung nach oben erfolgt unter dem Einfluß des
Magnetfeldes, das durch eine Kupferspule 3 induziert wird, die näher an der Wärmequelle
4 als an der Wärmesenke 5 angeordnet ist. Die Elemente 4 und 5 sind lediglich feste
Metallplatten, die aus nichtmagnetischen Substanzen, wie z. B. Kupfer, hergestellt
sind. Da der Stab 1 in einem seiner zwei Zustände magnetisch ist, ist eine physikalische
Trennwand zwischen dem Stab 1 und der Spule 3 in Form einer Röhre 2 aus Polytetrafluoräthylenharz
vorgesehen.
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Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung haben alle Komponenten dieselbe
Temperatur. Wenn ein elektrischer Strom von ausreichender Stärke durch die Spule
3 geleitet wird, wird ein Magnetfeld im Stab 1 induziert, das einen Zustandsübergang
erster Ordnung des Arbeitsmediums zur Folge hat, wodurch die fühlbare Temperatur
des Stabs verringert wird. Gleichzeitig wird der magnetische Zustand des Stabs umgewandelt,
und der Stab erhebt sich innerhalb der Röhre 2 unter dem Einfluß des ungleichen
Feldes der Spule 3, bis er gegen die untere Fläche der Wärmequelle 4 stößt, mit
dieser in engem Kontakt bleibt und Wärme aufnimmt. Nach einem geeigneten Zeitintervall,
während welchem die Temperatur der Quelle 4 auf die Temperatur des Stabs 1 abfällt,
wird der Strom durch die Spule 3 ausgeschaltet. Das Material des Stabs 1 wird dadurch
unmittelbar in seinen anderen (nichtmagnetischen) Zustand übergeführt, wobei die
innere Energie abfällt und hierdurch die fühlbare Temperatur über die des anfänglichen
Gleichgewichtsniveaus ansteigt. Gleichzeitig fällt der Stab 1 unter dem Einfluß
der Schwere in seine ursprüngliche Stellung zurück und trifft auf die obere Fläche
der Wärmesenke 5 auf, wobei die Wärme durch Wärmeleitung übertragen wird. Nachdem
ein entsprechendes Zeitintervall verstrichen ist, um den Wärmeaustausch zu ermöglichen,
wird der ganze Zyklus wiederholt.
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Eine Versuchsapparatur, die entsprechend der Darstellung in F i g.
1 aufgebaut wurde, wurde mit einem zylindrischen Stab von 7 mm Durchmesser und 9
mm Länge ausgerüstet. Dieser Stab besaß eine quaternäre Zusammensetzung von 45,62
Gewichtsprozent Mangan, 2,25 Gewichtsprozent Chrom. 0,12 Gewichtsprozent Indium
und 52,01% Zinn. Der Stab 1 wurde in ein vertikales Polyäthylenrohr 2 mit einem
Innendurchmesser von 10 mm und einer Länge von 15 mm eingesetzt. Die Enden des Rohres
waren oben und unten mit Kupferplatten bedeckt, die die Quelle 4 bzw. die Senke
5 darstellten. Die Vorrichtung wurde in ein vertikales Magnetfeld von etwa 7000
Oersted, das mittels eines Elektromagneten erzeugt wurde, eingebracht. Die Vorrichtung
wurde im 10-Minuten-Zyklus betätigt, wobei Strom durch die Spule 3 5 Minuten lang
geleitet wurde, wonach eine Unterbrechungszeit des Stroms von weiteren 5 Minuten
folgte. Sogar unter diesen relativ ungünstigen Betriebsbedingungen wurde die Temperatur
der Platte 4 allmählich verringert, bis nach 50 Minuten die Platte 4 1,5 °C kälter
als die Platte 5 war.
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Bei Nichtvorhandensein der Kühlwirkung infolge der zyklischen Zustandsübergänge
erster Ordnung des Arbeitsmediums war die Wärme, die durch den Magneten freigesetzt
wurde, infolge der Widerstandsverluste u. dgl. hinreichend, um die obere Platte
4 auf einer Temperatur zu halten, die 1 °C höher war als die der unteren Platte
5 infolge der asymmeirischeu Stellung der Spule 3. Es ist klar, daß an Stelle des
magnetischen Antriebs für den Stab ein mechanischer Antrieb vorgesehen werden kann,
wodurch die magnetische Wechselerregung entfällt. Es ist damit auch möglich, das
Rohr 2 zu eliminieren. Das Führungsrohr kann ebenfalls entbehrt werden, wenn statt
dessen während des Anhebens durch das Magnetfeld der Stab 1 auf einer zentralen
Führungsachse gleitet.
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Die Übergangspunkte der Arbeitsmedien können durch zweckentsprechende
Veränderung der chemischen Zusammensetzungen verschoben werden, so daß sie bei progressiv
gestuften Temperaturen stattfinden, wobei dieselben oder annähernd dieselben Magnetfelder
Verwendung finden können. Dies ermöglicht ein vielstufiges Wärmeübertragungsverfahren
über einen relativ großen Temperaturbereich, indem mehrere einzelne Wärmepumpen
in Reihe geschaltet werden. F i g. 2 zeigt eine solche Anordnung, die mit vier Stufen
ausgerüstet ist, die von gleicher Art wie die in F i g. 1 dargestellt sind.
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Es sei angenommen, daß in F i g. 2 die Wärmequelle mit der niedrigsten
Temperatur die oberste Platte 8 ist, wohingegen die auf der höchsten Temperatur
befindliche Senke die unterste Platte, d. h. die Platte 9, ist. Die verschiedenen
Stufen sind mit A, B, C oder D bezeichnet. Die Zustandsübergangstemperaturen
der Arbeitsmedien dieser Stufen nehmen von oben nach unten in der Vorrichtung stufenweise
zu, was durch entsprechende Wahl der verschiedenen Zusammensetzungen erreicht wird.
Es hat sich als praktisch durchführbar erwiesen, ein im wesentlichen kontinuierliches
Spektrum des Übergangstemperaturniveaus mit Intervallen von 3 bis 5 °C von Stufe
zu Stufe zu erhalten. Alle Spulen können in Reihe geschaltet werden; wenn eine etwas
größere Ausweichmöglichkeit für die Proportionierung der Felder erforderlich ist,
kann jede Spule getrennt geschaltet werden. Ebenso können die Stäbe der einzelnen
Stufen wahlweise magnetisch nach oben gleichzeitig oder in irgendeiner anderen passenden
Zeitfolge angetrieben werden, da die einzelnen Platten als temporäre Wärmereseivoire
von genügender Kapazität arbeiten, so daß die zeitliche Bewegung der Stäbe nicht
kritisch ist.
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In den Beispielen nach den F i g. 1 und 2 werden stationäre Wärmespeicher
und bewegliche Arbeitsmedien verwendet. Wärmepumpen der erfindungsgemäßen Art können
jedoch ebensogut so ausgebildet werden, daß sich eine Flüssigkeitskomponente des
Wärmespeichers relativ zu dem Arbeitsmedium bewegt. F i g. 3 stellt eine solche
Anordnung einstufig dar.
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Jede der beiden flüssigen Komponenten 24, 29 besitzt ihren eigenen
Strömungskreislauf 28, 31. Diese Flüssigkeiten werden nacheinander durch die unbewegte
Masse des Arbeitsmediums 12 in Zeitphasen
gepumpt, die mit der Einwirkung
des die Umwandlung des Arbeitsmediums bewirkenden Magnetfelds koordiniert ist, so
daß abwechselnd zuerst die eine Flüssigkeit 24, d. h die Quelle, gekühlt und dann
die andere Flüssigkeit 29, d. h. die Senke, erwärmt wird.
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Wie in F i g. 4 dargestellt ist, liegt das Arbeitsmedium 12 vorzugsweise
als körnige Substanz vor, deren Korngröße etwa 2 mm beträgt und die sich in einem
Behälter 14 befindet, von dem wenigstens der Boden und der Deckel flach ausgebildet
sind, um eine Verlagerung der körnigen Substanz 12 jeweils in die Nähe der einander
gegenüber angeordneten Polflächen des Elektromagneten 15 zu ermöglichen, wie in
den F i g. 3 und 5 dargestellt ist. Siebe 16 und 17 an den entgegengesetzten Enden
des Behälters 14 verhindern ein Ausfließen des Arbeitsmediums 12, während sie einen
relativ freien Durchfluß der Flüssigkeiten ermöglichen. Die Leitungen 18 und 20
sind mit den entsprechenden Dreiwegehähnen 19 und 21 verbunden.
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Die Wärmequelle 24, in der sich die kalte Flüssigkeit befindet, nimmt
die Flüssigkeit auf, die in Richtung des Uhrzeigers aus dem Behälter 14 durch das
Ventil 19 mittels der Pumpe 27 gepumpt und durch die Leitung 28 in die Wärmequelle
24 gefördert wird. Während des gleichen Zeitintervalls kommuniziert die Wärmequelle
24 offen mit dem Behälter 14 über das Ventil 21 und die Leitung 20, wodurch eine
Rückleitung der kalten Flüssigkeit zum Behälter 14 erfolgt. In ähnlicher Weise nimmt
die Wärmesenke 29, in der sich die warme Flüssigkeit befindet, Flüssigkeit, die
vom Behälter 14 abgezogen wird, in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn durch
das Ventil 21 mittels der Wirkung der Pumpe 30 auf, wobei der Pumpenausgang mit
der Leitung 31 verbunden ist. Die Flüssigkeit wird zu dem Behälter durch den oberen
Weg des Ventils 19 und die Leitung 18 zu dem Behälter 14 zurückgeleitet, wenn das
Ventil 19 und die Leitung 18 während der folgenden Halbperiode miteinander verbunden
sind.
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Die elektrische Schaltung der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung
ist sehr einfach. Sie weist Spulen 33 und 34 auf, die in Reihe geschaltet und um
die einander gegenüber angeordneten Magnetpole 15 gewickelt sind. Die Spulen sind
in einem Kreis mit einer Gleichstromquelle 35 über einen einpoligen Zugschalter
36 geschaltet. Der Schalter 36 wird in vorbestimmten Zeitintervallen mittels eines
üblichen Zeitgebers 37 und synchron mit der Drehung der Dreiwegehähne 19 und 21
aus ihren in F i g. 3 dargestellten Stellungen heraus in die entgegengesetzten Stellungen,
wie sie schematisch durch die gestrichelten Linien dargestellt sind, abwechselnd
geschlossen bzw. geöffnet.
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Wenn die Vorrichtung in Tätigkeit ist und die Dreiwegehähne 19 und
21, so wie es in F i g. 3 dargestellt ist, gestellt sind und wenn ein hinreichend
starkes Magnetfeld bei Stromfiuß durch die Windungen 33 und 34 auf das Arbeitsmedium
wirkt, wird die Umwandlung des Arbeitsmediums herbeigeführt. Während dieser Zeit
fällt die Temperatur ab, und die Wärme wird aus der Flüssigkeit, die durch den kalten
Kreislauf mittels der Pumpe 27 umgewälzt wird, abgezogen. Nachdem sich ein nahezu
thermisches Gleichgewicht zwischen der kalten Flüssigkeit und dem Arbeitsmedium
12 eingestellt hat, erfolgt, wenn der Strom ausgeschaltet wird, die Umwandlung des
Arbeitsmediums 12 in umgekehrter Richtung, wodurch dessen Temperatur ansteigt und,
wenn die Ventile 19 und 21 in die der in F i g. 3 dargestellten Stellung entgegengesetzte
Stellung gedreht werden, i pumpt die Pumpe 30 warme Flüssigkeit aus der Wärmesenke
29 durch das Arbeitsmedium 12, das Ventil 21 und die Rücklaufleitung 31, wodurch
dem Arbeitsmedium Wärme entzogen wird. Nach einem weiteren geeigneten Zeitintervall
wird die kalte Wärmequelle 24 wieder in den Stromkreis eingeschaltet, und der ganze
Zyklus beginnt von neuem. Auf diese Weise wird Wärme von der kalten Flüssigkeit
entfernt und der warmen Flüssigkeit während aufeinanderfolgender Zeitabschnitte
zugeführt.
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Die in den F i g. 3 bis 5 dargestellte Ausführungsform arbeitet intermittierend
in bezug auf die kalte Wärmequelle einerseits und die warme Quelle andererseits.
Wenn zwei getrennte Arbeitsmedien verwendet werden, die parallel zueinander mit
wechselweise geschalteten Flüssigkeitssteuerventilen geschaltet werden, wird eine
kontinuierliche Arbeitsweise erhalten, wobei das eine Arbeitsmedium Wärme entzieht
und gleichzeitig das andere Wärme liefert.
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Geschlossene Flüssigkeitsstromkreise, die mit einer Flüssigkeit betrieben
werden, wie in Zusammenhang mit der Ausführungsform nach den F i g. 3 bis 5 beschrieben
wurde, sind besonders geeignet für einen einstufigen Wärmeübertrager. Sie können
jedoch auch in derselben Weise in Reihe geschaltet werden, wie das im Zusammenhang
mit der in F i g. 2 dargestellten mehrstufigen Einrichtung beschrieben wurde. Für
die letztgenannte Ausführungsform wurde ein einfaches System entwickelt, wobei eine
einzige Umlaufpumpe verwendet wird und die Flüssigkeit rückwärts und vorwärts durch
das in dessen Behälter unbewegt angeordnete Arbeitsmedium gefördert wird. Die Flüssigkeit
wird dabei in warme und kalte Speicher, die neben den einander gegenüberliegenden
Enden des Behälters angeordnet sind, geleitet. Von den Behältern kann jeder mit
einer Wärmeaustauschschlange versehen sein, die einen indirekten Wärmeaustausch
sowohl .im abkühlenden als auch im erwärmenden Sinn in bezug auf die in oszillierender
Strömung strömenden Flüssigkeit ermöglichen. Um eine scharfe Trennung zwischen kalter
Flüssigkeit und warmer Flüssigkeit zu erhalten, können nicht mischbare Flüssigkeiten
zusammen verwendet werden, von denen eine für den warmen Wärmeaustausch und die
andere für den kalten Wärmeaustausch dient, wobei hinreichende Mengen von jeder
dieser Flüssigkeiten vorgesehen sein müssen, so daß eine ausreichend große Zufuhr
von jeder Flüssigkeit zur Verfügung steht, um eine kontinuierliche Wärmeübertragung
während jeder Halbperiode eines Arbeitszyklus zu gewährleisten.
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Es ist ebenfalls möglich, eine Stufenwirkung zu erhalten, indem ein
einziges Arbeitsmedium hergestellt wird, dessen Zusammensetzung stufenweise sich
über dessen Länge in einer Weise ändert, die einen temperaturabhängigen Übergang
unter dem Einfiuß eines einzigen Magnetfeldes oder eine Folge von verschiedenen
Feldern im Abstand voneinander längs des Arbeitsmediums so bewirkt, daß der ganze
Wärmeübertragungsbereich sich proportional ausbreitet.
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Es ist klar, daß verschiedene Arten und Kombinationen von festen und
beweglichen Arbeitsmedien mit unbewegten oder beweglichen Quellen oder Senken
gemäß
der Erfindung Verwendung finden können. Insbesondere können solche Arbeitsmedien
verwendet werden, die einen fließfähigen oder beweglichen Zustand in dispergierter
Form besitzen.
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Es ist möglich, verschiedene gewünschte Steuereffekte zu erhalten,
indem zyklisch magnetische Abschirmungen oder insbesondere feste Raster zwischen
die Magnetpole und das Arbeitsmedium gebracht werden. Auch können auf andere Weise
das Verfahren und die Vorrichtung, die in diesem Beispiel beschrieben wurden, im
Rahmen der Erfindung modifiziert werden.