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Kältemaschine Bei einer Kältemaschine, bei welcher der Dampf eines
Kältemittels mittelbar oder unmittelbar durch ein flüssiges Metall verdichtet wird,
wobei letzteres durch die Einwirkung eines magnetischen Wechselfeldes bewegt wird,
muß die Temperatur des flüssigen Metalls während des Betriebes oberhalb seines Schmelzpunktes
liegen. Andererseits dürfen die elektrischen Wicklungen, die das Magnetfeld erzeugen,
nicht so heiß werden. Verwendet man nun als Betriebsflüssigkeit ein Alkalimetall,
wie Kalium, Natrium oder Kalium-Natrium-Legierungen, so wird an Tagen, an denen
die Maschine nur wenig in Betrieb ist, das Alkalimetall erstarren, weil die Temperatur
unter 6o' sinkt, während an Tagen, an denen die Maschine viel in Betrieb ist, die
Erwärmung so hoch steigen würde, daß die elektrischen Wicklungen Schaden leiden
könnten.
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Nach der Erfindung wird diesem Übelstande dadurch begegnet, daß man
eine besondere Vorrichtung einbaut, die dafür sorgt, daß die Wärmeabgabe des Aggregates
klein bleibt, wenn die Maschine nur wenig in Betrieb ist bzw. wenn die Temperatur
unter Schmelzpunkt sinkt, und die Wärmeabgabe groß wird, wenn die Maschine viel
in Betrieb ist bzw. die Temperatur erheblich über den Schmelzpunkt steigt.
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In der Zeichnung ist in Abb. i die Ansicht einer solchen Kältemaschine
im Schema dargestellt, während Abb. 2 in einem Schnitt nach Linie II-II von Abb.
i den Aufbau des elektrodynamischen Verdichters derselben wiedergibt. Die Kältemaschine
x befindet sich in einem Behälter, welcher mit Transformatorenöl, Paraffin oder
einer anderen geeigneten Flüssigkeit gefüllt ist. 3 und q. sind die magnetischen
Joche des Stators. 5 ist ein gezogenes Stahlrohr, vorzugsweise aus Stahl, welches
die eigentliche Kältemaschine nach -außen begrenzt und vom Stator abschließt. 6
und 7 sind Winkeleisen, welche zur Befestigung der beiden Joche dienen, die durch
Bolzen 8 und g zusammengehalten werden. Die Bolzen io und ii drücken die Blechpakete,
von denen eines in Abb. 2 sichtbar und mit 67 bezeichnet ist, in Richtung der Zylinderachse
zusammen, indem sie die obere Platte 12 und die untere Platte 13 gegeneinanderdrücken.
Zwischen den horizontal verlaufenden Blechpaketen befinden sich die Spulen, von
denen eine in Abb. i und 2 mit 14 bezeichnet ist.
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In dem Behälter?, befinden sich außer der eigentlichen Kältemaschine
erfindungsgemäß eine Heizwicklung 15, durch welche ein elektrischer Strom geschickt
wird, wenn die Maschine angelassen wird. Auf diese Weise wird die Flüssigkeit im
Gefäß 2 erwärmt und jenes Metall, welches innerhalb der Kältemaschine den Umlauf
des Kältemitteldampfes aufrechterhalten soll, verflüssigt.
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Es kann sich ferner im Behälter ein Schaltorgan 16 befinden, welches
die Heizwicklung 15 ausschaltet, sobald die Temperatur hinreichend hoch ist, um
das Metall innerhalb der Kältemaschine geschmolzen zu halten, und zugleich
die
Statorwicklung der Kältemaschine einschaltet, so daß der Umlauf des flüssigen Metalls
in der Kältemaschine einsetzt. Bei der Ausführung nach Abb. i ist für das Schaltorgan
ein Bimetall verwendet, dessen Schaltung und Wirkungsweise an Hand von Abb.3 hier
erläutert wird.
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In Abb. 3 bedeutet 17 den Statur der Kältemaschine, von dem nur die
beiden Stromzuführungsklemmen gezeichnet sind. 15 ist der Heizwiderstand, 16 das
Bimetallschaltorgan, 18 ein Quecksilberschalter, der durch einen Regler ig geschaltet
wird, je nachdem, ob die Temperatur des Verdampfers der Kältemaschine diese erforderlich
macht oder nicht. Wird nun das Kältemaschinenaggregat durch den Regler ig und den
Schalter 18 an die Stromquelle 2o geschaltet und ist das Transformatorenöl im Behälter
2 zunächst kalt, so wird durch den Bimetallstreifen, der sich dann in einer nach
links ausgeknickten (in Abb.3 gezeichneten) Lage befindet, der Stromkontakt 21 gegen
-die Kontaktplatte 22 gedrückt und dadurch ein elektrischer Strom durch den Heizwiderstand
15 geleitet. Dabei erwärmt sich das Transformatorenöl in jener Hälfte des Behälters
2, in der der Heizwiderstand 15 angebracht ist, und es setzt ein Umlauf des Transformatorenöls
ein, wodurch der Bimetallschalter 16 ebenfalls erwärmt wird. Der Bimetallstreifen
23 dieses Schalters knickt dann bei einer ganz bestimmten Temperatur auf die rechte
Seite um und drückt den Stromkontakt 2q. gegen die Kontaktplatte 25, während zugleich
der Stromkontakt 21 sich von der Kontaktplatte 2a löst. Dadurch wird der Strom durch
den Heizwiderstand 15 unterbrochen und der Statur der Kältemaschine mit Strom beschickt,
so daß jetzt das bereits geschmolzene Metall in der Kältemaschine in Umlauf versetzt
wird.
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In Abb. i ist der Kondensator .26 spiralförmig ausgebildet, und die
Kondensatorleitung führt über den Wärmeaustauscher 6o und das Drosselorgan 27 in
den Verdampfer 28. Der Dampf strömt aus dem Verdampfer über die Leitung 61 zum Wärmeaustauscher
6o und von da über die Leitung 29 in die eigentliche Kältemaschine. Der Regler ig
_ kann aus einem in der Längsrichtung federnden Rohr bestehen, welches durch eine
Leitung 30 mit dem Kühler 31 kommuniziert, wobei dieser in gutem thermischem
Kontakt mit dem Verdampfer steht. Der Dampfdruck einer Flüssigkeit, welche sich
im Kühler befindet, beeinflußt die Länge des federnden Rohres.
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In Abb. ¢ ist der Wärmeaustauscher 6o im Schema gezeichnet. Das Rohr
62 führt aus dem Kondensator in einen Raum 63, in dem sich das flüssige Kältemittel
ansammelt. Das Rohr 64 bildet die Fortsetzung dieses Raumes und ist am unteren Ende
durch ein Nadelventil 65 abgeschlossen. Über dieses Nadelventil gelangt das Kältemittel
durch das Rohr 66 in den Verdampfer. Im Raum 63 kann ein Schwimmer untergebracht
sein, welcher das Nadelventil öffnet, sobald der Flüssigkeitszustand eine gewisse
Höhe erreicht hat. In diesem Fall kann der Schwimmer 27 (Abb. i) fortbleiben. Dann
fließt Kältemittel aus dem Wärmeaustauscher nach dem Verdampfer ab. Der kalte Dampf
fließt aus dem Verdampfer über die Leitung 61 in den Wärmeaustauscher, strömt dort
an den Rippen entlang, welche zweckmäßig von einer auf das Rohr 64 aufgeschobenen
Kupferbandspirale 68 gebildet sind, und verläßt den Wärmeaüstauscher über die Leitung
29. Der Wärmeaustauscher dient dazu, um das aus dem Kondensator ankommende Kältemittel
auf eine niedrige Temperatur abzukühlen.
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Verwendet man nun z. B. Kalium als schmelzendes Metall im Innern 'der
Kältemaschine, so wird man das Schaltorgan 16 so einstellen, daß es die Heizwicklung
15 ausschaltet, wenn die Badtemperatur etwa 65 bis 8o' erreicht (Kalium schmilzt
etwa bei 8o'). Die Abkühlung des Gefäßes 2 muß nun eine solche sein, daß die durch
die Kältemaschine im Betriebe erzeugte Wärme, die sich zusammensetzt aus der im
Statur erzeugten Wärme und der in dem Innern der Kältemaschine elektrisch erzeugten
Wärme, möglichst stets die Temperatur über dem Schmelzpunkt des Kaliums hält. Ist
dies an einem Tage der Fall, an dem die Außentemperatur verhältnismäßig klein und
die Kältemaschine daher durch die Tätigkeit des Reglers ig nur kurze Zeit in Betrieb
gehalten wird, so wird, falls man mit. kurzen Ein- und Ausschaltperioden arbeitet,
die Temperatur im Bade zwar eine gleichmäßige, aber eine verhältnismäßig tiefe sein.
Andererseits wird sich, falls keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, um
die Abkühlungsverhältnisse der Maschine zu beeinflussen, an einem heißen Tage im
Bade eine recht hohe Temperatur einstellen, da die Maschine an einem solchen Tage
längere Zeit in Betrieb sein muß, um die geforderte Kühlraumtemperatur zu halten.
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Man kann. nun erfindungsgemäß durch geeignete Vorrichtungen erreichen,
daß die Kühlung der Kältemaschine besonders stark sein wird, wenn der Statur eingeschaltet
ist, oder durch besondere Vorrichtungen dafür sorgen, daß die Kühlung besonders
stark wird, wenn die Temperatur des Bades eine höhere ist. Dies soll an Hand von
Abb. i erläutert werden.
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Der Behälter 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel mit einem wärmeisolierenden
Zylinder 32 umgeben, so daß ein wärmeisolierender Luftzwischenraum sich zwischen
32 und 2 befindet. Dieser Zwischenraum ist nach unten geöffnet, oben jedoch durch
eine verschiebbare Deckplatte 33 je nach Stellung dieser Deckplatte
mehr
oder weniger verschlossen. Ein elektrischer Hubmagnet 3q., der mit der Statorwicklung
in Serie geschaltet ist, wirkt auf einen Eisenanker 35 ein, der mit der Deckplatte
33 fest verbunden ist. Wird nun der Stator eingeschaltet, so wird die Deckplatte
33 gehoben, und durch den hierdurch am oberen Rande des Zylinders 32 entstehenden
Spalt setzt eine Luftzirkulation in dem zylindrischen Luftstrom zwischen 2 und 32
ein. Die kalte Luft strömt in diesen zylindrischen Luftraum unten zu und steigt
in ihm durch Kaminwirkung empor. Auf diese Weise ist stets dann eine intensivere
Kühlung des Behälters 2 vorhanden, wenn der Stator eingeschaltet ist.
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36 ist ein Schutzblech, welches oben und unten durchlöchert ist, so
daß zwischen ihm und dem Zylinder 32 andauernd kalte Luft hindurchströmt. Das Schutzblech
36 ist infolgedessen dauernd kalt und schützt den Kondensator der Kältemaschine
vor Wärmebestrahlung.
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Abb. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Regelung der
Kühlung der Kältemaschine. Es sind nur jene Teile gezeichnet, die eine Abweichung
gegen Abb. i aufweisen. Man sieht hier wieder den Behälter 2, den isolierenden Zylinder
32 und das Schutzblech 36. Der Behälter -2 ist jedoch hier durch eine Deckplatte
37 verschlossen, die in gutem wärmeleitendem Kontakt mit dem Bade in dem Innern
des Behälters 2 steht. Dieser Deckel 37 überträgt die Wärme auf einen Bimetallstreifen
38. Durch diesen Streifen wird die Deckplatte 33, deren Stellung die Luftzirkulation
zwischen den Zylindern 2 und 32 regelt, je nach der Temperatur des Streifens mehr
oder weniger gehoben. Wenn der Bimetallstreifen warm ist, tritt also eine intensive
Luftzirkulation ein.
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Die Abb. 6, 7 und 8 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel für die
selbsttätige Regelung der Kühlung des Wärmebades. Mit 2 ist wiederum das den Stator
der Kältemaschine aufnehmende Gefäß bezeichnet, das in dem vorliegenden Falle mit
Rippen versehen ist. Als Bad wird Paraffin verwendet, welches ungefähr beim Schmelzpunkt
des verwendeten Metalls erstarrt.
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Die Wirkungsweise ist dann die folgende Sinkt die Temperatur im Bade
zu tief, so erstarrt das Paraffin. Der Flüssigkeitsumlauf im Innern des Gefäßes
2 hört hiermit vollständig auf. Dadurch wird die Wärmeabgabe der Kältemaschine i
erheblich geringer, und das flüssige Metall der Kältemaschine i bleibt geschmolzen.
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Um die Wirksamkeit zu erhöhen, kann man in das Bad (im Gefäß 2) noch
einen isolierenden Körper (Abb.8) einsetzen. Solange das Paraffin geschmolzen ist,
zirkuliert dann die Flüssigkeit durch die Löcher des isolierenden Zylinders
39, dies hört aber auf, sobald das Paraffin zu erstarren beginnt.