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Kältemaschine Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine, bei welcher
der Dampf eines Kältemittels durch ein flüssiges Metall verdichtet wird. Die Bewegung
des Metalls erfolgt hierbei dadurch, daß ein Magnetfeld auf das stromdurchflossene
Metall einwirkt. Das Metall befindet sich dabei vorzugsweise in einem schmalen Spalt.
Gegenstand der Erfindung ist eine besondere Art der Ausbildung der Vorrichtung,
mit deren Hilfe das flüssige '.Metall in Bewegung gehalten wird und die im besonderen
auch gestattet, die Strömungsrichtung des Metalls internüttierend umzukehren.
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Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema gezeichnet.
i ist eine Vorrichtung, in welcher das Feld eines Elektromagneten auf das Quecksilber
einwirkt, durch welches mit Hilfe der Elektroden und 3 ein. elektrischer Strom hindurchgeschickt
wird. Bei Verwendung von Wechselstrom sind Strom und Magnetfeld möglichst in Phase
gehalten, und es tritt dann im Quecksilber eine Kraftwirkung auf, die es aus dem
Zylinder 4. in den Zylinder 5 hineinpreßt und bei Umpolung der Elektroden umgekehrt
aus dem Zylinder 5 in den Zylinder q. befördert. Die Umpolung erfolgt selbsttätig
mit Hilfe der Kontakte 6 und 7, die in den seitlichen Ansatzrohren ä bzw. 9 untergebracht
sind und bei Berührung mit dem Quecksilberspiegel in diesen Ansatzrohren je einen
Hilfsstromkreis schließen. Die genannten Ansind durch dünne Leitungen io
bzw. i i mit den Zylindern 4. bzw. 5 in Verbindung, durch welche das Quecksilber
in sie eindringt, wenn der Quecksilberspiegel im entsprechenden Zylinder hochgestiegen
ist, und durch welche das Quecksilber aus dem Ansatz herausfließt, wenn der Quecksilberspiegel
im betreffenden Zylinder heruntergesunken ist. Bei dieser Anordnung ist die Lage
des Quecksilberspiegels im Ansatzrohr keine eindeutige Funktion der Lage des Queck-'
silberspiegels im Zylinder. Die Verhältnisse liegen vielmehr so, daß, wenn die große
Masse des Quecksilbers zwischen den beiden Zylindern ¢ und 5 hin und her pendelt,
das Quecksilber in den Ansatzröhren 3 und 9 mit großer Phasenverschiebung folgt.
Trifft man die Anordnung so, daß durch den Kontakt,-beim Schließen des betreffenden
Hifsstromkreises (wenn also das Quecksilber im Zylinder 5 hochgestiegen ist) der
elektrische Strom im Stromkreise der Elektroden 2 und 3 umgekehrt und damit zugleich
die Kraft, welche das Quecksilber zwischen den beiden Zylindern hin und her treibt,
umgekehrt wird, so wird nach Stromschluß des Kontaktes 7 das Quecksilber aus dem
Zylinder 5 angesaugt und in den Zylinder 4. hineingedrückt; obwohl der Quecksilberspiegel
im Zylinder 5 sofort nach Stromumkehr herunter zu sinken beginnt, steigt entsprechend
der genannten Phasenverschiebung im Ansatzrohre 9 der Quecksilberspiegel noch eine
Zeitlang an (so lange, bis die beiden Spiegel gleich hoch stehen, und der Hilfsstromkreis
des
Kontaktes 7 wird erst unterbrochen, wenn der Quecksilherspiegel im Zylinder 5 weit
unter die Kontaktstelle 7 gesunken ist. Wird nun bei Stromöffnung im Hilfskreise
des Kontaktes 7 der Strom im Kreise der Elektroden 2 und 3 abermals umgekehrt, so
beginnt jetzt wieder das Quecksilber aus dem Zylinder 4 in den Zylinder 5 binüberzufließen,
und der Quecksilberspiegel im Zylinder 5 steigt dann wieder, wobei aber zunächst
der Quecksilberspiegel im Ansatzrohre 9 noch eine Zeitlang weiter heruntersinkt.
Auf diese Weise liegt ein schwingungsfähiges Gebilde vor, und das Quecksilber pendelt,
zwischen den beiden Zylindern 4 und 5 dauernd hin und her. Hierbei kann man im Prinzip
schon mit einer einzigen Kontaktstelle 7 auskommen. Vorteilhaft verwendet man jedoch
die in der Zeichnung wiedergegebene Anordnung von zwei Ansatzröhren mit Kontakten,
deren Wirkungsweise sich von der angegebenen nicht unterscheidet, wie aus der nachfolgenden
Beschreibung noch näher ersichtlich ist.
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Im Zylinder 5 werden die Dämpfe des Kältemittels beim Heruntersinken
des Q@ecksilberspiegels aus der Leitung 12 über das Ventil 13 angesaugt,
während zur gleichen Zeit im Zylinder 4 bei steigendem Quecksilberspiegel die Dämpfe
verdichtet und über das Ventil 14 in die Druckleitung 15 hineingedrückt werden.
Nach erfolgter Stromumkehr wird im Zylinder 4 über das Ventil 16 aus der Saugleitung
12 Dampf angesaugt, während zugleich im Zylinder 5 die Dämpfe verdichtet und über
das Ventil 17 in die Druckleitung 15 hineingeleitet werden. Wie man sieht,
repräsentiert der beschriebene Apparat nach Fig. i zwei parallel geschaltet arbeitende
Kolbenpumpen. Die Druckleitung 15 ist mit dem luftgekühlten Kondensator 18 durch
die Leitung i 9 verbunden, während der Verdampfer 20, in welchen das im Kondensator
18 verflüssigte Kältemittel über die Leitung 21 hineinfließt, durch die Leitung
22 mit der Saugleitung 12 verbunden ist.
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Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung i in Fig. i im
Schema gezeichnet. In Fig.2a sieht man im Schnitt die Elektroden 34 und 35, zwischen
denen sich ein Spalt 36 von 1 mm y 20 nun Querschnitt und etwa 6 cm Länge befindet.
Der Spalt mündet auf beiden -offenen Seiten rechts und links in den Leitungen 37
und 38 und ist auf der schmalen Seite durch die genannten, Elektroden, auf der breiteren
Seite durch die im Schnitt A-B in Fig.2b sichtbaren isolierenden Platten 39 und
4o begrenzt. Durch den in Fig.2b sichtbaren Elektromagneten wird ein magnetisches
Feld im Spalt, der mit Quecksilber gefüllt ist, aufrechterhalten, während durch
die Elektroden elektrischer Strom durch das Quecksilber geschickt wird. Es entsteht
dann eine Kraftwirkung auf das Quecksilber, welche senkrecht zu den magnetischen
Kraftlinien und auch senkrecht zu den elektrischen Stromlinien steht und das Quecksilber
bei passender Polung aus der Leitung 37 in die Leitung 38 hineindrückt. Wird statt
Gleichstrom Wechselstrom verwendet, so ist darauf zu achten, daß das magnetische
Feld und der .elektrische Strom im Quecksilber in Phase sind. Dies wird hier erreicht,
indem die Wicklung 24 des Elektromagneten mit der Primärwicklung des Transformators
25 in Reihe geschaltet wird, während der Sekundärkreis des Transformators an die
Elektroden angeschlossen ist. Es kann natürlich die Wicklung 24 ohne Zwischenschaltung
eines Transformators direkt an die Elektroden angeschlossen sein.
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Auch wenn man den elektrischen Strom auf transformatorischem Wege
direkt im Quecksilber induziert durch das Magnetfeld, dessen Kraftlinien das Quecksilber
im Spalt durchsetzen, erscheint es zweckmäßig, den elektrischen Strom sich nicht
vollkommen im Quecksilber schließen zu lassen, sondern feste Leiter (Elektroden)
im Quecksilber anzuordnen, in die der Strom aus dem Quecksilber eintritt bzw. aus
denen der Strom in das Quecksilber eintritt.
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Fig.3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der elektromagnetischen
Kraftübertragung auf das Quecksilber. 41 ist der Eisenkern des Elektromagneten,
dessen Wicklung, in Fig.3a nicht eingezeichwet, in den Nuten 42 und 43 untergebracht
wird. Die magnetischen Kraftlinien durchsetzen das Eisenrohr 44, das aus einem Material
von hohem spezifischen Widerstand besteht, verlaufen ein Stück lang im Blechpaket
45 im Innern der Röhre 44; durchsetzen dann den quecksilbergefüllten Spalt 46 und
schließen sich dann, nachdem sie nochmals durch die Wandung der Röhre 44 hindurchgetreten
sind, im Eisenkern 41. In der Fig. 3a ist eine solche magnetische Kraftlinie eingezeichnet.
Die Stromzuführung zu dem Quecksilber im Spalte erfolgt durch die Elektroden 47
und 48, welche in der Hauptsache aus Eisen bestehen. Die Elektroden werden am besten
an den Sekundärkreis eines Transformators angeschlossen, dessen Eisenkern innerhalb
des hermetisch abgeschlossenen Rohres 44 angebracht ist. Unter der Wirkung der im
Spalte 46 am Quecksilber angreifenden Kräfte wird dieses bei entsprechender Polung
aus der Leitung 19 angesaugt und in die Leitung 5o hineingedrückt.
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Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die elektromagnetische Quecksilberbeförderung,
bei
welchem die elektrischen Stromlinien ganz im Quecksilber verlaufen und nicht in
leitende feste Körper eintreten. In Fig. qa und in dem Schnitt E-F, der in Fig.
¢b dargestellt ist, sieht man den Spalt 5 i, in welchem die Einwirkung auf das Quecksilber
erfolgt. Sie wird durch das Stahlrohr 52 und das aus Eisenblechen bestehende Paket
53 begrenzt und kann etwa die Abmessung von i mm Breite, 30 mm Höhe und 9o
mm Länge haben. Die magnetischen Kraftlinien, die von einem in der Figur nicht gezeichneten
Elektrotnagneten erzeugt werden, sind in der Figur durch Pfeile angedeutet. Sie
treten durch die zylindrische Wandung 52 in den Spalt 5 i ein, durchsetzen diesen
und treten dann, nachdem sie das Blechpaket 53 durchsetzt haben, wieder durch die
Wandung des Rohres 52 aus. Der elektrische Strom durchsetzt den mit Quecksilber
gefüllten Spalt senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien, und zwar parallel zu
der Achse des Rohres 52. Sie treten nicht durch Elektroden in das Quecksilber ein,
sondern werden dem Quecksilber durch den magnetischen Fluß im Eisenkern 5¢ induziert.
Das Quecksilber bildet den Sekundärkreis eines Transformators,. dessen Eisenkern
durch 54. und dessen Primärwicklung durch 55 angedeutet ist. Letztere wird nicht
in das Innere des luftdicht abgeschlossenen Apparates eingeführt. sondern ist durch
das Rohr 55 hindurchgelegt. Der Stromverlauf im Sekundärkreis im Quecksilber ist
durch Pfeile angedeutet. Es wird durch Lackierung verhindert, daß der Strom in die
metallischen Wandungen oder in die Blechpakete eintritt. 57 ist eine Röhre aus einem
Isolator. 58 und 59 sind kreisförmige Scheiben, die am Rande mit Löchern
versehen sind, welche den Stromzutritt zu dem Spalt 51 gestatten, der Bewegung des
Quecksilbers durch sie hindurch jedoch einen großen Widerstand entgegensetzen. Das
Quecksilber strömt im Spalt 5 I bei passender Polung im Sinne des in Fig. 4.b eingezeichneten
Pfeiles und wird so aus der Leitung 6o in die Leitung 61 hineingedrückt. Die Primärwicklung
55 des Transformators ist mit der nicht gezeichneten Wicklung des Elektromagneten
in Reihe geschaltet.