WO2021232080A2

WO2021232080A2 - Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung eines mediums

Info

Publication number: WO2021232080A2
Application number: PCT/AT2021/060172
Authority: WO
Inventors: Peter Ziger
Original assignee: Peter Ziger
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2021-11-25
Also published as: WO2021232080A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einige daraus abgeleitete Apparaturvarianten, um Medien (z.B. und vor allem Atemluft) energiesparend thermisch zu behandeln. Die wichtigste Anwendung hat dabei das Ziel, dass die darin enthaltenen Viren, Bakterien, Bazille, Pilze und andere Keime sowie temperaturunstabile Schadstoffe wie Allergene, Toxine o.Ä. vorwiegend durch thermische Einwirkung unschädlich gemacht werden. Für die Wirkung wird das Medium erhitzt und anschließend wieder abgekühlt. Das Wesen der Erfindung beruht auf dem Energieaustausch zwischen den dem Prozess zugeführtem und abgeführtem Medium. Dieser Energieaustausch findet erfindungsgemäß ohne prozessprinzipbedingte Exergieverluste bzw. ohne prozessprinzipbedingte Entropiezunahme statt, bzw. kann diese durch zusätzlichen Aufwand beliebig verkleinert werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Mediums

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen, um Medien (z.B. Atemluft) energiesparend thermisch zu behandeln. Insbesondere sollen im Medium, darin enthaltene Viren, Bakterien, Bazillen, Pilze und andere Keime sowie temperaturunstabile Schadstoffe wie Allergene, Toxine oder Ähnliches, vorwiegend durch thermische Einwirkung unschädlich gemacht werden. Für die Wirkung wird das Medium erhitzt und anschließend wieder abgekühlt.

Das Prozessieren vieler Medien benötigt eine vorübergehende Wärmebehandlung, z.B. zur Unschädlichmachung von Keimen, thermisch labilen Toxinen und Allergenen. Keime können z.B. an Menschen und allgemein and Lebewesen sowie Wirtschaftsgütern Schaden anrichten. Anderseits benötigen Lebewesen und Industrieprozesse oft einen Zustrom von Medien. Die Zurverfügungstellung keimfreier bzw. keimreduzierter Medien, z.B. der Atemluft, Trinkwasser oder Kühlwasser, hat also große Bedeutung. Dazu soll als besonders wichtiger Anwendungsbereich der Erfindung ein Prozess und daraus abgeleitet entsprechende Vorrichtungen entworfen werden, die schädliche Keime und temperaturunstabile Schadstoffen in einem förderbaren Medium effektiv und effizient unschädlich machen.

Allgemein sind Luftfilterungssysteme bekannt, die die Atemluft mechanisch filtern und dadurch teilweise oder sogar weitgehend von Keimen befreien können. Allerdings sind diese Filter nach einiger Zeit verschlissen und müssen ersetzt werden. Das kostet Geld und verbraucht Ressourcen, die möglicherweise auch nicht immer verfügbar sind.

Des Weiteren ist auch eine Keimabtötung durch Licht bekannt (v.A. UV-C), jedoch ist die Zuverlässigkeit dieser Methode nicht ausreichend (z.B. können lichtabschattende hohle Partikel in den Medien Keime vor Bestrahlung schützen).

Des Weiteren ist eine Keimabtötung mittels elektrischen Entladungen möglich, sowie eine Aussonderung von Schwebstoffen anhand von Unterschieden in der Dielektrizität.

All diese Prozesse sind jedoch stochastisch und somit prinzipbedingt nicht gleichmäßig und aufgrund fehlender Ausgleichstendenzen zwischen überbehandelten und unterbehandelten Teilvolumina nicht beliebig zuverlässig gestaltbar. Ist das Medium ein Schuttgut, z.B. ein Pulver oder Granulat, sind die geschilderten Methoden nicht verlässlich anwendbar.

Anderseits hat die thermische Keimreduktion (z.B. Heißluftsterilisation oder Desinfektion) den entscheidenden Vorteil, dass Wärme die Tendenz besitzt, von heißeren zu kälteren Massenteilen zu fließen und so zu einem lokalen Temperaturausgleich zu führen. Wird z.B. einer Luftmasse eine Wärmeenergiemenge zugeführt, wird sich durch diese Tendenz (und zusätzlich durch die Durchmischung) die gesamte Luftmasse erwärmen. Bei geeigneter Prozessführung (genug Energiezufuhr, genug Massedurchmischung bzw. genug Zeit für Diffusion bzw. Wärmeleitung) wird selbst der kälteste lokale Teilbereich der Luft über eine kritische Temperatur erhitzt, ab der die gewünschte Auswirkung auf die Keime auftritt.

Somit kann ein solcher Prozess Keime vollständig unschädlich machen, was bei anderen oben erwähnten Prozessen in der Praxis nicht erreichbar ist. Zusätzlich können mit so einem Prozess thermisch instabile Schadstoffe wie Toxine und Allergene (z.B. Pollen) unschädlich gemacht werden.

So effektiv thermische Desinfektion bzw. Sterilisation auch ist, so ist sie bisher ein sehr energieintensiver Prozess. Großtechnisch ist dieser Prozess dadurch oft unwirtschaftlich, und für kleine, mobile oder sogar tragbare Anwendungen ist der Transport der notwendigen Energiequelle oft unpraktisch und aufwändig.

Es liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zur energiesparenden thermischen Behandlung von Medien bereitzustellen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch Bereitstellen von Verfahren und Vorrichtungen zur energiesparenden thermischen Behandlung von Medien mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt.

Das Wesen der Erfindung beruht auf dem Energieaustausch zwischen den dem Prozess zugeführtem und abgeführtem Medium. Dieser Energieaustausch findet erfindungsgemäß ohne prozessprinzipbedingte Exergieverluste bzw. ohne prozessprinzipbedingte Entropiezunahme statt, bzw. kann diese durch zusätzlichen Aufwand beliebig verkleinert werden. Anders ausgedrückt, wird der Energieverbrauch im Wesentlichen auf technische Verluste reduziert. Somit wird der Energieverbrauch für die Wärmebehandlung des Mediums mittels hoher Temperatur stark reduziert. Damit wird das Verfahren einerseits wirtschaftlich, was wichtig ist für Anwendungen im industriellen Maßstab. Anderseits ermöglicht der reduzierte Energieverbrauch portable Anwendungen mit einerseits noch praktikablen, kompakten und leichten Energiespeichern und anderseits guter, praktikabler Autonomie (Einsatzzeit).

Das Problem des hohen Energieverbrauches einer thermischen Behandlung eines Mediums wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst:

Ein Medium soll thermisch behandelt werden. Dazu wird das Medium in einer ersten Phase durch Energiezufuhr erhitzt und hiermit prozessiert. Danach wird in einer zweiten Phase das Medium durch Energieabgabe abgekühlt, wobei erfindungsgemäß die Energieabgabe in der zweiten Phase mit der daraus resultierenden Energiezufuhr in der ersten Phase näherungsweise entropieneutral gekoppelt ist. Das heißt, dass Energie von einem Anteil des Mediums in der zweiten Phase an einen Anteil des Mediums in der ersten Phase entropiezugewinnarm geleitet wird, gegebenenfalls über einen oder mehrere Energiezwischenspeicher. Der Entropiezugewinn der Energieübertragung von der zweiten Phase zur ersten Phase findet dabei (im Wesentlichen) nur durch technische Verluste statt.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Behandlung eines Mediums kann bezüglich der Energieübertragung vom wärmeren Anteil des Mediums auf den kälteren Anteil des Mediums auf drei unterschiedliche, zum Teil miteinander kombinierbare Ausführungsformen ausgeführt werden:

1. Die entropiezunahmearme Energieübertragung von der zweiten Prozessphase zu der ersten Prozessphase erfolgt durch Wärmeleitung durch die Trennwände von medientrennenden Wärmetauschern (Rekuperatoren).

2. Die entropiezunahmearme Energieübertragung von der zweiten Prozessphase zu der ersten Prozessphase erfolgt durch Übertagung von mechanischer Arbeit bzw. mechanischer oder elektrischer Energie, wobei die Erwärmung in der ersten Phase durch adiabatische Kompression und die Abkühlung in der zweiten Phase durch adiabatische Expansion erfolgt.

3. Die entropiezunahmearme Energieübertragung von der zweiten Prozessphase zu der ersten Prozessphase erfolgt durch die Wärmespeicherung an mindestens einem Regenerator.

Dabei findet sowohl die Wärmeaufnahme als auch die Wärmeabnahme der Regeneratoren definitionsbedingt bei kleinen Temperaturunterschieden, also bei kleiner Summenentropiesteigerung, statt, und die Gesamtentropiezunahme ist folglich auf technische Verluste zurückführbar.

In einer sehr wichtigen Ausführung der Erfindung wird danach gestrebt, die Endtemperatur des Mediums nach seiner Wärmebehandlung der Anfangstemperatur des Mediums möglichst ähnlich zu halten. Dabei erfährt das Medium also eine hohe Temperaturphase (die z.B. für Keimbekämpfung nutzbar ist), hat nach der Behandlung jedoch eine ähnliche Temperatur bzw. innere Energie wie am Anfang der Wärmebehandlung. Energie muss in diesem Fall also erfindungsgemäß im Wesentlichen nur für technische Verluste (und für chemische und physikalische Prozesse der Wärmebehandlung, z.B. der Keime und Keimträger sowie ggf. der temperaturlabilen Giftstoffe selbst) aufgebracht werden, der Prozess an sich ist im Prinzip im Wesentlichem energieneutral.

Das Medium zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase optional geringfügig nacherwärmt werden, vor allem, wenn die Energiezufuhr durch Wärmezufuhr realisiert wird. Die zugeführte Energie wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise für folgende Prozesse aufgebraucht:

1. Unvollständige Wärmeabgabe in der zweiten Phase an das Medium in der ersten Phase durch technische Verluste, das Medium verlässt den Prozess wärmer, als es dem Prozess zugeführt wurde, der Unterschied der inneren Energie muss durch diese Energiezufuhr ausgeglichen werden.

2. Wärmeverluste nach außen durch unvollkommene Isolierung.

3. Gegebenenfalls Wärmeverluste durch Wärmeleitung entlang der Wärmetauscherelemente, durch Reibung im Medium (z.B. bei seiner Förderung) oder Reibung der Maschinenteile.

4. Erhöhte innere Energie des austretenden Mediums jenseits von Temperaturunterschieden, z.B. Verdampfen & Verdunsten von Tröpfchen oder Teilen von Keimen, endotherme chemische Reaktionen an Teilen des Mediums, vor allem an Keimen während der Abtötung oder Zerfall von Toxinen usw.

5. Ändern die Prozessparameter, z.B. Hochfahren des Prozesses oder Nachjustierung der Behandlungstemperatur.

6. Für die Steuerung des Prozesses.

In einer günstigen Ausführung kann das Medium bei hoher Wärmebehandlungstemperatur eine gewisse (in der Regel kurze) Zeit belassen werden, i.d.R. ohne gezielte Erwärmungsmaßnahmen oder Abkühlungsmaßnahmen, um z.B. Mediendiffusion bzw. Durchmischung zu erreichen, Wärmeausgleich durch Wärmeleitung zu erreichen, oder einfach eine nötige Prozesszeit, z.B. Keimabtötungszeit zu gewährleisten.

Je kleiner ein Teilchen bzw. Keim ist, desto geringer ist seine Wärmekapazität und desto kürzer ist die Zeit, bis es (bei Annahme vergleichbarer Wärmeleitfähigkeit und keiner oder vergleichbarer Phasensprünge) die Temperatur des umgebenden Mediums (näherungsweise) angenommen hat.

Die Annahme, dass die Erreichung einer Temperatur, die bei langsamer thermischer Bekämpfung von Keimen für deren Abtötung bzw. Deaktivierung reicht, auch bei sehr kurzen Einwirkzeiten für ein vergleichbares Ergebnis genügt, ist aber nicht zulässig. Es gibt aber dennoch immer eine Temperatur, bei der Keime verlässlich in einer vorgegebenen Zeit getötet oder vermehrungsunfähig gemacht oder anderwärtig deaktiviert werden können. Diese Temperatur kann jedoch von Fall zu Fall extrem unterschiedlich ausfallen.

Wird ein Keim, der eine zumindest teilweise dichte Membran besitzt und im Inneren über genug Wasser verfügt, schnell über den Wassersiedepunkt erwärmt, wird er platzen - eine Behandlung von etwas über 100 Grad Celsius ist dafür ausreichend. Hydrolisierte Bakterien können jedoch durchaus 900 Grad Celsius überleben. Wird die Behandlungszeit sehr kurz, reicht unter Umständen selbst die normalerweise ausreichende Temperatur für einfaches Aufbrechen chemischer Bindungen nicht aus, da sich diese Bindungen nach der Abkühlung wieder schließen können. Es gibt jedoch auch Anwendungsfälle der Erfindung, bei denen eine Temperaturgleichheit der Eintrittstemperatur und der Austrittstemperatur nicht angestrebt wird. Dabei wird das Prinzip der Erfindung nicht verletzt. Beispielsweise wäre es nicht sinnvoll, beim Ansaugen von kalter Umgebungsluft im Freien für die Versorgung eines Intensivbereichs eines Krankenhauses die angesaugte Luft nach ihrer Erhitzung wieder bis auf die Ansaugtemperatur abzukühlen, sondern man kühlt sie nur auf die gewünschte Raumtemperatur ab, um sich eine separate Heizung zu ersparen.

Umgekehrt kann es z.B. im Sommer Sinn machen, die gereinigte Luft unter ihre Ansaugtemperatur abzukühlen, und sich dadurch eine separate Klimatisierung zu ersparen.

Der Kern der Erfindung liegt in allen geschilderten Fällen immer darin, dass die thermische Behandlung des Mediums so erfolgt, dass im Wesentlichen eine nur durch technische Verluste bedingte Gesamtentropiezunahme der Energieübertragung von der zweiten Prozessphase zu der ersten Prozessphase eines Gesamtprozesses auftritt.

Es ist bevorzugt, wenn während der Abkühlung in der zweiten Phase mindestens 40%, besser mindestens 50%, besser mindestens 60%, besser mindestens 70%, besser mindestens 75%, besser mindestens 80%, besser mindestens 85%, besser mindestens 90%, besser mindestens 95%, besser mindestens 96%, besser mindestens 97%, besser mindestens 98%, besser mindestens 99%, am besten 99,5 % der Energie, die während der ersten Phase angesammelt wurde, an diese zurück abgegeben wird.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1A und Fig. 1B zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Mediums anhand ihres schematischen Aufbaus und eines Blockschaltbilds. Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung.

Fig. 3A und Fig. 3B zeigen eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Mediums anhand ihres schematischen Aufbaus und eines Blockschaltbilds. Fig. 4 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung.

Fig. 5 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung.

Fig. 6 zeigt schematisch eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung.

Fig. 7 zeigt schematisch eine siebente Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung. Fig. 8 zeigt schematisch eine achte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung.

Fig. 9 zeigt schematisch eine neunte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung.

Fig. 10 zeigt schematisch ein Temperaturprofil der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Wärmebehandlung gemäß Fig. 8 und Fig. 11.

Fig. 11 zeigt schematisch eine zehnte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung.

Zunächst werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, bei denen die erfindungsgemäße Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren abgearbeitet wird, jeweils medientrennende Wärmetauscher (Rekuperatoren) zur Energieübertragung vom erwärmten Anteil des Mediums auf den einströmenden, kühleren Anteil des Mediums aufweist. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind gleiche oder ähnliche Bauteile jeweils mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet und es wird auf eine Wiederholung der Beschreibung dieser Bauteile verzichtet.

In dieser einfachsten Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Medium bei seiner Wärmebehandlung annähernd bei konstantem Druck belassen, Druckunterschiede werden nur zwecks Medienförderung erzeugt oder folgen dieser. Die innere Energie des Mediums wird im Wesentlichem durch seine Temperatur bestimmt. Die Vorrichtung umfasst im Wesentlichen (zumindest) einen Wärmetauscher, eine Wärmequelle, einen Medienförderungsmechanismus und ggf. einen Wärmespeicher.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Mediums wird nun anhand der Abbildungen Fig.lA und Fig. 1B erläutert.

Dabei stellt die Fig. 1A den schematischen Aufbau der Vorrichtung und Fig. 1B das Blockschaltbild des in der Vorrichtung ablaufenden erfindungsgemäßen Verfahrens dar.

Ein Medium wird durch den Einlass 1 dem Zulaufkanal 3 eines Wärmetauschers, der vorzugsweise als Gegenstromwärmetäuscher ausgebildet ist zugeführt. Im Zulaufkanal 3 wird das Medium während seines Transports vorerwärmt, gleichzeitig und/oder danach durch den Wirkungsbereich eines Fleizelementes 6 geführt, dort nacherwärmt und anschließend im Wärmetauscher durch einen zweiten Kanal, den Ablaufkanal 4, im Wesentlichen in der Gegenstromrichtung bezogen auf den Zulaufkanal 3 zurückgeführt und dabei abgekühlt, indem es Wärme an das zuströmende Medium durch die zum Wärmeaustausch vorgesehene Medientrennwand 5 zwischen Ablaufkanal 4 und Zulaufkanal 3 abgibt, bevor es am Ausgang 2 des Ablaufkanals 4 als wärmebehandeltes Medium zur Verfügung steht. Nach der Nacherwärmung, aber vor der Rückführung des Mediums kann es kurz in einer Behandlungszone 7 im Wärmetauscher verweilen. Die bevorzugte Verweilzeit in der Behandlungszone 7 ist zumindest 1 ms und max. 100 ms, wobei innerhalb dieses Zeitbereichs längere Verweildauern bevorzugt sind.

Allgemein gilt, dass die Wärmebehandlungsdauer zwischen 1 ms und max. 100 ms liegen sollte, wobei in Abhängigkeit des Mediums und der Art der Verunreinigungen (Keime, Viren, Allergene, etc.) im Einzelfall kürzere oder längere Behandlungszeiten erforderlich sein können.

Der Zulaufkanal 3 und der Ablaufkanal 4 haben neben der gemeinsamen Wärmeaustauschfläche 5 auch Außenflächen 8, die bestmöglich gegenüber der Umgebung temperaturisoliert sind (dargestellt durch eine große Wandstärke).

Erfindungsgemäß ist dabei der Temperaturunterschied zwischen dem Medium im Ablaufkanal 4 bei seiner Wärmeabgabe an das Medium im Zulaufkanal 3 an jeder Stelle der Wärmeaustauschfläche 5 entlang der Kanallängen gering (optimal wäre infinitesimal gering). Folglich sind die Entropiezunahme bzw. der Energieverlust gering. Das bedeutet, dass das Medium bei seinem Eintritt am Einlass 1 in den Zulaufkanal 3 ungefähr dieselbe niedrige Temperatur hat wie das Medium bei seinem Austritt am Auslass 2 aus dem Ablaufkanal 4 und während es durch den Zulaufkanal 3 strömt, vom durch den Ablaufkanal 4 strömenden Medium vorerwärmt wird, wobei die Temperatur des Mediums im Zulaufkanal 3 immer weiter steigt. Im Optimalfall sind die Temperaturen des Mediums im Zulaufkanal 3 und des Mediums im Ablaufkanal 4 an jeder Stelle der Wärmeaustauschfläche 5 gleich, was durch eine entsprechende Steuerung der Durchflussgeschwindigkeit des Wärmetauschers und der Querschnitte des Zulaufkanals 3 und des Ablaufkanals 4 eingestellt werden kann, wobei eine zumindest sehr große Wärmeleitfähigkeit der Wärmeaustauschfläche der Trennwand 5 vorausgesetzt wird.

In Varianten dieser Ausführungsform können zwei oder mehrere Wärmetauscher parallel und/oder in Serie angeordnet werden. Im Fall der Serienschaltung wird die für den Wärmeaustausch zwischen zwei Kanälen zur Verfügung stehende Oberfläche erhöht und gleichzeitig die (parasitäre) Wärmeleitung zwischen der warmen und der kalten Seite entlang der Wärmetauscherelemente reduziert. Damit wird praktisch ein längerer Wärmetauscher nachgebildet, der kleinere interne Energieverluste ermöglicht.

Die Mediumförderung wird im Fall der Verwendung der Vorrichtung mit einer Schutzmaske in einfachster Ausführung durch die Atmung des Trägers der Schutzmaske gewährleistet, sowie mindestens einem Ventil, das die Strömungsrichtung vorgibt. Weiters sind alle gängigen Mechanismen zur Förderung von Gasen und Flüssigkeiten möglich, also alle Arten von Pumpen und Gebläsen sowie Verwendung von schon vorhandenen Masseströmen (z.B. Wind oder Fahrtwind) bzw. Druckunterschiede (z.B. Flöhenunterschiede von Fließwasser). Das Heizelement kann beispielsweise als die warme Prozessseite einer Wärmepumpe, als elektrische Heizung nach dem Prinzip der elektrischen Verlustleistung (Widerstandsheizung oder Heizung durch Verluste an einem aktiven elektronischen Bauelement oder durch induktive Heizung), als Heizung mittels einer chemischen Reaktion, z.B. durch einen Verbrennungsprozess, als Abwärme bzw. Prozesswärme eines Kraftwerks, einer geothermalen Quelle, einer dislozierter kalorischen Verbrennung oder anderwärtiger exothermer Reaktion oder einer Abgasleitung z.B. einer Wärmekraftmaschine etc. ausgeführt sein.

Als Wärmequelle eignet sich auch ein weiterer Wärmetauscher, der Wärme eines warmen Wärmeträgermediums an das zu behandelnde Medium abgibt. Die Form- und Ausführungsart dieses Wärmetauschers sowie der Ursprung der Wärme des Wärmeträgermedium kann beliebig. Wichtig ist in so einem Fall nur, dass die Zulauftemperatur des Wärmeträgermediums die Temperatur des zu behandelnden Mediums an der Stelle der Wärmeübertragung übersteigt. Natürlich ist auch eine Kombination mehrerer Wärmequellen möglich.

Das Ziel der Heizung bzw. des gesamten Verfahrens besteht darin, dass alle Teilbereiche des behandelten Mediums eine Mindestbehandlungstemperatur erreichen oder überschreiten haben und das Verfahren möglichst energieschonend ausgeführt wird.

Eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt mindestens einen Temperatursensor in einem oder mehreren geeigneten Abschnitten des Wärmetauschers, z.B. im Ablaufkanal 4 vor dem Beginn der Abströmung, am Heizelement 6 selbst oder stromaufwärts vom Heizelement 6 im Zulaufkanal 3.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die gemessene Temperatur bzw. die Temperaturen für eine Regelung oder Steuerung der Heizintensität und/oder des Medienstroms bzw. zur Überprüfung der Prozessparameter eingesetzt.

Eine Ausführung der Erfindung beinhaltet auch zumindest einen Sensor, der den Durchsatz des zu behandelnden Mediums erfasst. Diese Größe kann für die Steuerung der nötigen Heizaktivität und der Mediumförderung herangezogen werden.

Der Teil eines Wärmetauschers, der das zuströmende Medium und das rückströmende Medium beinhaltet und umfasst, ist nachfolgend als Bündel bezeichnet. Der Querschnitt eines Bündels beinhaltet also den zuströmenden Teil des Mediums und den abströmenden Teil desselben Mediums (bei annähernd gleicher Temperatur, was das Wesen der Erfindung in der Wärmetauscherausführung ist). Ein Bündel beinhaltet mindestens zwei Kanäle, je einen für das zuströmende und das abströmende Medium. Gute Wärmeleitung entlang des Querschnittes des Bündels ist wesentlich, schlechte Wärmeleitung entlang des Längsschnittes des Bündels ist erstrebenswert.

Die Wärmeleitung zwischen einem Bündel und der Umgebung soll unterbunden werden bzw. so gering wie möglich sein, was durch entsprechende Isolationsmaßnahmen realisiert wird. Werden lange Bündel zu einer kompakten Einheit gefaltet oder gewickelt, ist Wärmeleitung zwischen Teilen der Bündel unerwünscht. Allerdings kann bei erfindungsgemäßer geschickter Anordnung (Faltung bzw. Wicklung) länglicher Bündel zu einer Kompaktform erreicht werden, dass die Temperaturunterschiede zwischen benachbarten Bündelabschnitten relativ klein gehalten werden können (dazu später). Der sinnvolle Einsatz der Wärmedämmmaßnahmen zwischen benachbarten Bündelteilen muss von Fall zu Fall unterschieden werden.

Die Bündelquerschnitte können bezüglich ihrer Form als Platten mit dazwischenliegenden flachen Kanälen ausgeführt sein (Plattenwärmetauscher), aus miteinander thermisch gekoppelten Doppel oder Mehrfachrohren bestehen, oder eine Mischform aus den genannten Ausführungen bilden. Ein Bündel kann dieselbe Anzahl an Kanälen für das zuströmende und das abströmende Medium besitzen, muss es aber keinesfalls. Es kann z.B. ein zuströmender Kanal von zwei abströmenden Kanälen des Bündels umgeben werden oder umgekehrt. Die sinnvolle Ausführung kann je nach Medium, Behandlungstemperatur, Durchsatz und Sollwirkungsgrad einerseits und den vertretbaren Kosten für den Wärmetauscher anderseits variieren.

Das Bündel des Wärmetauschers kann entlang des Medienstroms dieselbe Querschnittsform besitzen, es kann aber auch sinnvoll sein, dass sich die Querschnittsform entlang des Bündels ändert.

Ein Bündel kann einerseits nur Kanäle für das zu behandelnde Medium besitzen. Dies ist vor allem bei lokalisierter, keine weiteren Stoffströme beinhaltender Ausführung der Nacherwärmung des Mediums (externe Energiezufuhr zu dem Medium) sinnvoll, z.B. bei elektrischer Fleizung des Mediums nach der Zuströmung und vor der Abströmung.

Anderseits kann das Bündel auch Kanäle für weitere Medien beinhalten. Wird für die Nacherwärmung die Wärmeenergie einer chemischeren Reaktion, z.B. einer Verbrennung, benutzt, kann es sinnvoll sein, die warmen Produkte dieser Reaktion, z.B. heiße Abgase einer Verbrennung (bzw. die Verbrennung selbst) in einem weiteren Kanal mit dem zuströmenden Medium zu koppeln. Die (exergieschonende) thermische Kopplung des zuströmenden Teils des Mediums mit dem abströmenden Teil desselben Mediums bleibt dabei der Kernpunkt der Erfindung, die Kopplung des zuströmenden Mediums mit einem weiteren Medienstrom zwecks Erwärmung ist eine Unterausführung der Erfindung.

Diese Ausführungsunterart soll an Beispiel von Abbildung Fig. 2 illustriert und beschrieben werden: Das Medium wird am Einlass 1 in die Vorrichtung durch eine geregelte Medientransportvorrichtung eingebracht. Während der Strömung durch den Zulaufkanal 3 wird es durch die Wärmetauscherwand 5 vom abströmenden Medium im Ablaufkanal 4 erwärmt. Im letzten Teil des Zulaufkanals 3 wird es durch Abgase einer Flamme 6 durch eine zweite Wärmetauscherwand 10 hindurch nacherwärmt. Nach der Aufwärmphase wird es von Verwirbelungselementen 12 durchmischt und mittels Wärmespeichern 13 bezüglich möglicher schneller Temperaturschwankungen temperaturstabilisiert. In der Behandlungszone 7 wird es wärmebehandelt, z.B. wird hier eine Sterilisation durchgeführt bzw. abgeschlossen. Auf dem Weg zum Auslass 2 wird es erfindungsgemäß entropiezugewinnungsarm Wärme an das zuströmende Medium im Zulaufkanal 3 abgeben. Die Temperaturen an beiden Seiten der zum Wärmeaustausch vorgesehenen Fläche der Trennwand 5 sind an einander gegenüberliegenden Stellen sehr ähnlich.

Die Flamme 6 wird durch Luft- und Gaseinlass 9 am Brennen erhalten und auf die Solltemperatur in der Zone um die Verwirbelungselemente 12 geregelt, die Abgase verlassen die Vorrichtung am Abgaskanal 11.

Es kann aber die Nacherwärmung auch in einem separaten Wärmetauscher stattfinden. Im Sinne der Erfindung ist dieser dann die Wärmequelle der Nacherwärmung. Woher die Energie für diese Wärme kommt, ist für die Erfindung von sekundärer Bedeutung, Beispiele wurden oben angeführt.

In einer günstigen Ausführung ist der Bereich nach der erfolgten Zuströmung bzw. der Nacherwärmung mit einem Volumen versehen, wo das Medium kurz thermisch sich selbst, ohne gezielte Erwärmungsmaßnahmen oder Abkühlungsmaßnahmen, überlassen wird, und sich der Temperaturausgleich einstellen kann, so dass kein Teil des Mediums kalt bzw. unter einer vorgegebenen Behandlungstemperatur bleibt.

In einer günstigen Ausführung der Erfindung kann der Raum bzw. das Fleizelement mit einem thermischen Speicher ausgestattet sein. Dieser hat die Funktion, bei schneller Erhöhung des Massendurchsatzes des zu behandelnden Mediums eine (kurzzeitige) Abkühlung des Mediums unter eine vorgegebene Behandlungstemperatur zu unterbinden bzw. dieser entgegenzuwirken. Dieser Speicher soll neben thermischer Energiespeicherfähigkeit auch eine ausreichende Oberfläche besitzen, um das Medium ausreichend schnell mit seiner inerten Wärme erwärmen zu können.

Dies ist vor allem vorteilhaft, wenn der Medienstrom nicht konstant ist, z.B. wenn das Medium Atemluft ist und die Luftförderung durch Atmung angetrieben wird. Die Anforderung an die Regelung der Heizleistung wird durch diesen Wärmespeicher deutlich reduziert. Damit wird die Ausführung wirtschaftlicher.

In einer günstigen Ausführung der Erfindung ist in diesem Bereich auch ein Medienförderelement integriert. In einer günstigen Ausführung der Erfindung ist in diesem Bereich auch ein Mediendiffusor, der die Durchmischung des Mediums fordert, integriert. Die vier Merkmale Heizelement, Wärmespeicher, Mediumförderer, Mediumdiffusor können beliebig kombiniert werden. Z.B. ist ein Förderrad (z.B. Propeller oder Drehkolben, in einfacher oder mehrfacher Ausführung) denkbar, der das Medium fördert, es gleichzeitig durchmischt und gleichzeitig einen guten Wärmekontakt zu dem Medium besitzt, sowie eine große Wärmekapazität besitzt (groß im Verhältnis zu der Wärmekapizität des Mediums, das in einer Periode an dem Element vorbei strömt). Es wird mittels außenliegenden geregelt stromdurchflossenen Spulen induktiv angetrieben und erwärmt.

Eine Ausführung der Erfindung, bei der das Medium die Vorrichtung gewollt mit deutlich anderer (höherer) Temperatur als der Ansaugtemperatur verlässt, ist in Abbildungen Fig. 3A (schematisch) und Fig. 3B (im Blockschaltbild) dargestellt. Dabei soll sterile Luft für einen Operationssaal zur Verfügung gestellt werden. An der Ansaugstelle kann die Temperatur z.B. um den Gefrierpunkt liegen und mit Keimen und Allergenen belastet sein. Die Luft wird von außen durch den Einlass 1 eines Teils eines Luft-Luft Wärmetauschers angesaugt und durch eine Wärmetauscherwand 5a durch die aus dem Abluftkanal 11 ausströmende Luft auf ihrem Weg durch den Fortluftkanal 32 zur Ausstoßungsstelle 13 vorerwärmt. Dabei hat die Luft vor der Wärmebehandlung schon fast die Innentemperatur des Krankenhauses (an der Stelle 33) erreicht. Danach beginnt ungefähr an der Stelle 34 das erfindungsgemäße Verfahren im engeren Sinn, d.h. die Luft wird zum Zulaufkanal 3 befördert, in ihrem Fluss durch den Zulaufkanal 3 durch die Wärmetauscher-Trennwand 5 auf fast die Wärmebehandlungstemperatur erwärmt und durch die Heizquelle 6 leicht nacherwärmt, in der Behandlungszone 7 endgültig sterilisiert sowie von aktiven Allergenen thermisch befreit. Auf dem weiteren Weg durch den Ablaufkanal 4 gibt die gereinigte Luft Wärme durch die Wärmetauscherwand 5 an die zuströmende Luft im Zulaufkanal 3 ab, bis sie vom Ausgang 2 des Wärmetauschers in den Operationsraum geführt wird. Der Abluftkanal 31 des OP-Raumes saugt die Luft aus dem OP-Raum an und befördert sie durch den Fortluftkanal 32 zu der Altluftentsorgungsdüse 14. Beide Wärmetauschereinheiten sind in einem Serviceraum in einer Vorrichtung und in einem Gehäuse untergebracht. Der heiße Teil der Vorrichtung wird mit einer Wärmedämmungseinheit 35 von der Außenwelt thermisch isoliert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgeführt. In einer (besonders für kleine Mediendurchsatzvolumina bzw. kleine Massendurchsätze) günstigen Unterausführung ist dieser Wärmetauscher sehr lang, besitzt dafür aber nur wenige Platten und Kanäle, im Extremfall nur eine Zwischenplatte als Trennwand zwischen dem Medium der ersten Phase und der zweiten Phase, sowie zwei äußere Platten, die mit der Zwischenplatte jeweils einen Kanal bilden. Durch erhöhte Länge sowie durch verringerten Querschnitt der Elemente des Wärmetauschers wird die (parasitäre und exergievernichtende bzw. entropiehebende) Wärmeleitung entlang der Wärmetauscherelemente unterdrückt. Durch die dünne Ausführung der Medienkanäle wird das Medium nahe der für den Wärmeaustausch vorgesehenen Fläche geführt, was diesen begünstigt. Dasselbe hat für die erhöhte Durchsatzgeschwindigkeit des Mediums Gültigkeit. Allerdings besitzt ein nach diesen Kriterien ausgelegter Wärmetauscher eine große Außenfläche, was ohne Gegenmaßnahmen höhere (unerwünschte) Wärmeverluste nach außen begünstigt.

In einer erfinderischen Unterausführung wird die Platte bzw. der Wärmetauscher zu einer Spirale gewunden, mit Eingang und Ausgang am äußerem Rand und mit dem heißen Teil in der Mitte. Dadurch werden Wärmeverluste großteils nicht an die Außenwelt, sondern an die nächste Windung abgegeben. Erstens ist bei gleicher Ausführung der Wärmedämmung der Wärmefluss viel niedriger, weil die Temperaturdifferenz zwischen einzelnen Windungen klein ist. Zweitens wird die Wärme der Abströmung an die Zuströmung abgegeben, wo sie willkommen ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Wärmetauschers sei anhand von der Abbildung Fig. 4 erläutert. Der Wärmetauscher besteht aus einer wärmeisolierenden gasdichten Außenwand 8 sowie einer dünnen Trennwand 5 (ein Wärmeübertragungsblech aus Aluminium). Das Medium besteht aus Atemluft, die in sterilisierter Form einer Schutzmaske zugeführt wird. Die Luft wird am Einlass 1 schallarm angesaugt und dem Zulaufkanal 3 folgend zu der Mitte der Anordnung geleitet, wobei sie durch die Trennwand 5 aufgewärmt wird. Im Mittebereich mit bereits fast der nötigen Wärmebehandlungstemperatur angekommen, wird das Medium von drei Einheiten, die gleichzeitig als Diffusoren, Fleizquellen 6 und Wärmespeicher fungieren, leicht nacherwärmt und in der Behandlungszone 7 endgültig sterilisiert. Danach wird das Medium Luft durch den Ablaufkanal 4 nach außen geführt, wobei es Wärme durch die Trennwand 5 an das zuströmende Medium im Zulaufkanal 3 abgibt. Das behandelte Medium steht am Ausgang 2 zur Verfügung. Wenn das Medium Luft ist, kann es beispielsweise zu einer Schutzmaske geführt werden.

Bevorzugt haben die äußeren Platten dabei Prägungen bzw. eine Strukturierung.

In einer spezielleren Ausführung weist diese Strukturierung eine starke Querkomponente (zum Medienstrom) auf. Dadurch wird das Medium am äußeren Rand verlangsamt und an der Zwischenwand mit umso höherer Geschwindigkeit beaufschlagt, was den Wärmeübergang dort begünstigt. Wird der Wärmetauscher für turbulente Führung des Mediums ausgelegt, wird der Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung durch diese Beschaffenheit begünstigt und der obige Effekt weiter verstärkt, so dass die Wärmeübertragung großteils an die Zwischenwand stattfindet.

In einer bevorzugten Untervariante ist die Zwischenplatte aus dünnem und/oder gut wärmeleitenden Material gefertigt. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Zwischenplatte geprägt bzw. gefaltet. In einer besonders günstigen Ausführung der Prägung oder Faltung besitzt diese eine wesentliche Komponente in Richtung des Medienstroms, verläuft z.B. parallel mit diesem. Dadurch werden Reibungsverluste an der Zwischenplatte niedrig gehalten, dabei aber die zur Wärmeübertragung vorgesehene Fläche groß gehalten. Beides steigert den Wärmeübergang und dient der Erhöhung des Wirkungsgrades. Natürlich können aber auch Mehrschichtplattenwärmetauscher in der Spiralform ausgebildet werden. Natürlich können die Prägungen bzw. die Falten Kanäle für das Medium bilden und damit den Medienstrom leiten bzw. vorgeben.

In einer Ausführung können die Prägungen bzw. Faltungen der Platten auch für die nötige bzw. richtige Distanz zwischen den Platten bzw. für die richtige Dicke der Medienleitungskanäle sorgen. Separate Distanzelemente für die Gewährleistung der Stärke der Kanäle können dadurch entfallen, was die Erfindung kosteneffizienter macht.

In einer weiteren günstigen Ausführung können die Prägungen bzw. Faltungen der Platten auch für die nötige bzw. richtige Distanz zwischen den Bündelabschnitten bzw. für die richtige Dicke der Isolierschichten sorgen. Der Einsatz separater Wärmeisoliermaterialien zwischen den Strängen kann dadurch entfallen, was die Erfindung kosteneffizienter macht.

In einer anderen, günstigen Ausführung ist der Wärmetauscher als Doppelrohr ausgeführt, wobei durch ein Rohr das Medium zu der Fleizquelle fließt, und durch das andere Rohrteil wieder zurückfließt.

Die zwei Teilleitungen der Doppelrohre können ineinander (z.B. konzentrisch) verschachtelt ausgeführt werden. Diese Ausführung bietet eine große Fläche für den Wärmeaustausch. Weiterführend kann der Wärmetauscher auch als ein Mehrfachrohr ausgeführt sein und bildet hiermit mehrere nebeneinander verlaufende und/oder ineinander verschachtelte Längsleitungen bzw. Kanäle, wobei durch einen Teil der Längsleitungen das Medium zu der Wärmequelle fließt und durch einen weiteren Teil der (benachbarten) Längsleitungen das Medium wieder zurückfließt und erfindungsgemäß entropiezugewinnungsarm bzw. exergieverlustarm die Wärme an das zuströmende Medium abgibt.

In einer anderen Ausführung können die Leitungen nebeneinander verlaufend, parallel oder verdrillt, ausgeführt werden. Diese Ausführung bietet einen besonders kleinen Strömungswiderstand bei gleichzeitig guter Wärmeübertragung.

In einer sinnvollen Ausführung der Erfindung wird das Rohrsystem gefaltet oder ineinander gewickelt, um eine kompakte Einheit zu ermöglichen.

In einer günstigen Ausführung werden Stränge der miteinander gekoppelten Kanäle voneinander und/oder von der Außenwelt thermisch isoliert, mit Hilfe von gängigen wärmeisolierenden Stoffen und Maßnahmen.

In einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung befindet sich der gesamte Wärmetauscher, z.B. als Wickel ausgeführt, im Vakuum in einem Vakuumgefäß, wobei die Anschlussstellen abgedichtet aus dem Vakuumteil herausragen. In einer anderen, günstigen Ausführung wird der Wärmetauscher aus geeignetem Material extrudiert bzw. gegossen, z.B. aus Silicon, Teflon, anderen Kunststoffen, Metall oder Keramik, oder einer Kombination dieser Materialien. Der Wärmetauscher kann auch mittels 3-d Druck hergestellt werden.

Bezüglich der Formgebung und der Exergieeffizienz des Wärmetauschers ist es günstig, den heißen Teil innen und den kalten Teil außen zu positionieren, weil dadurch die äußere kältere Schicht die innere, wärmere Schicht abschirmt und ihre Verlustwärme annimmt, durch den Medienstrom wird diese wieder mitgenommen. Der Wärmetauscher kann als eine kompakte Spirale ausgebildet werden, die aus der Wickelung eines sehr flachen und langen Wärmetauscherbündels resultiert, wobei die Seitenflächen wenig Wärmeverlustfläche nach außen bieten.

Ebenso vorteilhaft ist eine eng aneinander liegende mäanderförmige Führung der Kanäle, weil dadurch zwischen den benachbarten Kanälen nur wenig Weg und folglich wenig Temperaturunterschied liegt. Spiralenführung und Mäanderführung können miteinander beliebig kombiniert werden.

Die Wärmetauschereinheit (z.B. die Wärmetauscherspirale) kann aus einem Strang in Form einer Einheit bestehen, die mindestens drei Streifen (für mindestens zwei Kanäle) besitzt, z.B.

Blechstreifen oder Teflonstreifen oder Silikonstreifen, die am oder nahe dem Außenrand miteinander verbunden sind (gebördelt, verschweißt, kaltverschweißt, hartverlötet, weichverlötet, verklebt, extrudiert, mit Zwischendichtung genietet, verschraubt o.ä.). Mindestens ein Kanal, besser jedoch alle Kanäle, sind schon vor der Faltung bzw. Verwindung zu einer kompakten Einheit nach außen bzw. zueinander dicht. Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfache Dichtheitsprüfung und einfache Verlegung von etwaigem Isoliermaterial zwischen den Kanalbündeln.

Großtechnisch hat diese Ausführungsform Vorteile, weil man die Kanalbündel (z.B. Kanalpaare) als Endlosmaterial (in einem Endlosprozess) effizient produzieren kann und die Faltung (z.B. Verwindung) erst nachher als separater Prozess durchgeführt werden muss, wofür keine zeitintensive Abdichtungsmaßnahme (z.B. Kleben, Schweißen, Gießen, Löten) erforderlich ist.

In einer anderen Ausführung der Wärmetauschereinheit werden bezüglich ihrer Fierstellung die (vorzugsweise dünnen und langen) Kanäle erst gebildet, nachdem dünne Platten (z.B. Silikonstreifen, Teflonstreifen, Blechstreifen aus beispielsweise Weißblech, Aluminium, Stahl, Edelstahl, Kupfer, Bronze, Messing, Silber sowie Isoliermaterialstreifenstreifen o.Ä.) in ihre Endform gebracht worden sind (z.B. in eine Spirale) und dann das gesamte Bündel seitlich fixiert und dicht versiegelt (vergossen, verklebt o.ä.) worden ist. Der Vorteil dieser Ausführung ist u. A. ein besonders niedriger Herstellungsaufwand bei niedrigen Stückzahlen, da man keine speziellen Fertigungswerkzeuge bzw. Maschinen bzw. Fertigungslinien benötigt.

In einfachster Form werden beispielsweise zwei lange (z.B. 2 m) und schmale (z.B. 10 cm) Blechstreifen (z.B. in der Qualität, wie sie üblicherweise für Einweggetränkedosen verwendet wird) mit z.B. 3 mm starken Distanzhaltern miteinander zu einer Spirale gewickelt. Diese können entweder fix mit den Blechstreifen verbunden sein (z.B. aus Einprägungen des Blechs selbst bestehen oder auf das Blech aufgebracht sein) oder aus herausnehmbaren Distanzhaltern bestehen. Zwischen bzw. mit den Blechen kann optional auch eine separate Isolierplatte und ggf. eine den Medienstrom von der Isolierplatte fernzuhaltende Blechplatte zur Spirale gewunden werden.

Nach der Formgebung kann das Bündel dann stirnseitig in eine flüssige, aber aushärtbare Substanz (z.B. Harz, Harzschaum, geschmolzenes Glas, flüssiges Wasserglas, Silikon, aufgeschäumtes Silikon, Teflon, aufgeschäumtes Teflon) leicht (z.B. 5 mm tief) eingetaucht werden und die Aushärtung abgewartet werden. Nach der Einbringung des Heizelementes (und ggf. eines Servicefensters für dieses) kann noch die andere Stirnseite des Bündels auf ähnliche Art abgedichtet und ggf. mechanisch fixiert werden. Dadurch kann ein Wärmetauscher mit Heizeinheit It. Erfindungsprinzip erzeugt werden, ohne dass dafür spezielles Werkzeug benötigt wird (abgesehen von dem Gefäß für die aushärtbare Substanz und der Schere für die Streifen). Der Aufbau hat jedoch den potenziellen Nachteil der unerwünschten Wärmeleitung zwischen den Kanälen durch die ausgehärtete Substanz. Deswegen soll diese sparsam angewendet werden bzw. soll eine Substanz ausgewählt werden, die neben der Abdichtfähigkeit eine möglichst schlechte Wärmeleitung aufweist.

In einer besonders einfachen und günstigen Ausführung wird der Wärmetauscher aus zwei (bzw. 4 bzw. 6 bzw. 2N) zu einer Doppelspirale (bzw. Mehrfachspirale) ineinander verdrillten Flachmaterialstreifen (i.d.R. Blechstreifen) ausgeführt. Jeder Kanal des zuströmenden Mediums wird von zwei Kanälen des abströmenden Mediums umgeben und umgekehrt. Damit wird die Fläche für den gezielten Wärmeaustausch verdoppelt bzw. vervielfältigt. Das Bündel ist in dieser Ausführungsform nicht definierbar. In einer besonders eleganten Unterausführung der Erfindung besitzt die Struktur der Flachmaterialstreifen eine 360/N Grad Winkelsymmetrie, die ein Flachmaterial zu dem anderen spiegelt.

Dieser Aufbau wird am Beispiel der Abbildung Fig. 5 dargestellt. Auch hier sei Luft als Medium angenommen, die auf dem Weg vom Einlass 1 zum Ausgang 2 bei 180 Grad Celsius sterilisiert werden soll. Während der Zuströmung durch den Zulaufkanal 3 wird die Luft von beiden Seiten von abströmender Luft im Ablaufkanal 4 durch die Trennwände 5 erwärmt. Das Heizelement 6 übernimmt auch die Rolle der Gasumleitung. Es ist hohl und wird von unten von einer Flamme eines Spiritusbrenners erwärmt. Damit ist es ein Gas-Luft Wärmetauscher. Die wärmebehandelte Luft wird einer Maske als Atem-Zuluft zur Verfügung gestellt, die ausgeatmete Luft wird als Brennluft für den Brenner verwendet. Sie wird bei dem Verbrennungsprozess ebenso sterilisiert.

Sinnvoll sind abseits reiner Spiralformen, Mäanderformen und weiteren Formen, die im Wesentlichen aus einer 2-d Struktur hochgezogen sind, auch Geometrien, bei denen die Kanäle entlang von Schalen von dreidimensionalen geometrischen Körpern verlaufen, bis die Schalen ausgefüllt sind, und dann die nächste Schale ausfüllen usw. Dabei wird das zuströmende, sich erwärmende Medium von außen nach innen verlaufen, und das abkühlende von innen nach außen. Als Grundkörper bei dieser Ausführungsart eignen sich am besten Körper, die eine kleines Verhältnis zwischen der Oberfläche und Volumen bieten. Diese Ausführungsfamilie ist in der Herstellung spezieller, hat aber den Vorteil, dass kein Teil des heißen Mediums direkten Kontakt zu der Außenwelt hat. Dadurch können Verluste besonders niedrig gehalten werden.

Am energieeffizientesten erscheint der erfinderische Aufbau, bei dem die Grundgeometrie an eine Kugel angelehnt ist. Die Kanäle verlaufen näherungsweise entlang von Sphären. Der Querschnitt eines jeden Bündels bzw. Kanalpaares, der der Form dreier konzentrischer Kreisausschnitte im demselben, sehr flachen Winkel ähnelt, wobei das Medium näherungsweise in beiden Kanälen eines jeden Bündels gegenläufig um einen Pol der Kugel kreist und sich von Schale zur Schale die Polausrichtung ändert. Zwischen den Kanälen befindet sich (an der Innenseite eines jeden Bündels) ein dünner Leerraum als Wärmeisolierung. Die Pole bilden dabei mechanische Stützen und die einzige Verbindung von einer Schale zu der nächsten, aber auch die einzigen potenziellen Wärmebrücken von innen nach außen. Da sie nicht Übereinanderliegen, sind die potenziellen Wärmebrücken sehr lang. Die parasitäre Wärmeleitung entlang dieser führt folglich zu wenig Verlustwärme, und durch die vollkommene Abschirmung der jeweils inneren Schale durch die (nächst) äußere Schale werden Wärmeverluste von innen nach außen sehr effizient unterdrückt.

Da der Innenteil in einer solchen Geometrie sehr schwer zugänglich ist, empfehlen sich als Wärmequelle erfindungsgemäß induktiv geheizte Heizelemente, wobei die Energieeinbringung kontaktlos erfolgt, vorzugsweise durch außen angebrachte Induktionsspulen.

Die Details der oben genannten Ausführungen der Erfindung können beliebig kombiniert werden.

Die Erfindung kann dadurch erweitert werden, dass am Ausgang der beschriebenen Wärmetauschereinheit eine Vorrichtung für die genaue Einstellung einer gewünschten Temperatur angeordnet wird. Dazu eignen sich vor allem klassische Heizelemente, Wärmepumpen und Peltier- Elemente, sowie Luft-Luft Wärmetauscher. Vor allem für die unmittelbare Atemluftversorgung, z.B. als Teil einer Maske, kann eine sehr genaue Temperatureinsteilbarkeit wichtig sein.

Beispiel: Bei einer Umgebungstemperatur von 20 Grad Celsius, einer thermischen Behandlungstemperatur von 200 Grad Celsius (180 Grad Temperaturdifferenz) und einem Wirkungsgrad des Wärmetauschers von 90 % wird der Ausgang um 18 Grad wärmer als der Eingang, also 38 Grad Celsius betragen, was als unangenehm und/oder schädlich empfunden werden kann. Abkühlungsmaßnahmen können Abhilfe verschaffen.

In einer günstigen Ausführung der Erfindungserweiterung kann der umgebende Raum bzw. das Temperaturregelelement mit einem thermischen Speicher ausgestattet sein. Dieser hat die Funktion, bei schneller Änderung des Massendurchsatzes des zu behandelnden Mediums eine (kurzzeitige) Temperaturänderung des Mediums zu unterbinden bzw. dieser entgegenzuwirken. Dieser soll neben thermischer Energiespeicherfähigkeit auch eine ausreichende Oberfläche besitzen, um das Medium ausreichend schnell mit seiner inerten Wärme bzw. Kälte temperaturstabilisieren zu können. Dies ist vor allem vorteilhaft, wenn der Medienstrom nicht konstant ist, z.B. wenn das Medium Atemluft ist und die Luftförderung durch Atmung angetrieben wird. Die Anforderung an die Regelung der Ausgangstemperatur wird durch diesen Wärmespeicher deutlich reduziert. Damit wird die Ausführung wirtschaftlicher bei Vermeidung von Verbrennungen oder Erfrierungen oder unangenehmen Temperaturänderungen.

Nachfolgend wird eine zweite Gruppe von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die auf der Energieübertragung mittels adiabatischer Kompression und Expansion von gasförmigen Medien beruhen.

Bei dieser Gruppe von Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Energiezufuhr und folglich die Temperaturerhöhung (d.h. die erste Phase der Wärmebehandlung des Mediums) durch (näherungsweise) adiabatische Kompression. Die Energieabgabe und folglich die Abkühlung (die zweite Phase der Wärmebehandlung des Mediums) erfolgt durch (näherungsweise) adiabatische Expansion, wobei die erste Phase mit der zweiten Phase (zumindest im zeitlichem Mittel) in Energieaustausch steht. Der Definition adiabatischer Prozesse folgend findet während der adiabatischen Phasen kein Wärmeaustausch statt, der Energieaustausch findet stattdessen über Transfer von mechanischer (und ggf. elektrischer) Energie statt. Die Übertragung von mechanischer oder elektrischer Energie erhöht die Entropie prinzipbedingt nur durch technische Verluste.

Durch den konstanten Druck einer Zone zu einem Zeitpunkt bleibt die Temperatur als (durch die Adiabatengleichung bestimmte) Funktion von Druck an einem Prozesspunkt konstant, die Aufgabe der Wärmedistribution in unterschiedliche Medienbereiche ist somit prinzipbedingt mit sehr hoher Geschwindigkeit gelöst. Anders ausgedrückt, wird bei dieser Ausführungsvariantenfamilie der Temperaturausgleich zwischen verschiedenen Bereichen des Mediums um ein Vielfaches beschleunigt, da bei adiabatischen Prozessen die Temperatur mit dem Druck korreliert und sich der Druck in einem Gefäß oder Bereich um ein Vielfaches schneller ausgleicht als die Temperatur. Dabei können die Prozessführungen dieser Ausführungsfamilie der Erfindung auf unterschiedliche Weise gelöst werden bzw. durch folgende Merkmale unterteilt werden:

• Der Ort der Komprimierung ist gleich dem Ort der Expansion vs. der Ort der Komprimierung ist ungleich dem Ort der Expansion

• Die mechanische Energie der Expansionsstufe wird in elektrische Energie umgewandelt, diese treibt die Kompressionsstufe mit an vs. Energie wird zwischen der Expansionsstufe und der Kompressionsstufe rein mechanisch übergeben

• Die Temperatur und damit Energie einer Gasmasse (z.B. Luftmasse) ist während stationärem Betrieb an einem Ort konstant vs. Temperatur und damit Energie an einem Ort ändert sich periodisch (damit ist die Energie der behandelten Gas- bzw. Luftmasse nicht konstant und es wird i.A. ein Energiezwischenspeicher für den Energieausgleich während einer Periode benötigt)

• Die Verdichtungsstufe wird mittels mindestens einer Kolbenapparatur (ggf. in einer Membranausführung) ausgeführt vs. Die Verdichtungsstufe wird mittels mindestens einem Turbogebläse ausgeführt

• Die Expansionsstufe wird mittels mindestens einer Kolbenapparatur (ggf. in einer Membranausführung) ausgeführt vs. Die Expansionsstufe wird mittels mindestens einer Turbine ausgeführt

Eine besonders einfache Ausführung dieser Ausführungsfamilie stellt ein 4 Takt Kolbenkompressor dar:

• Im ersten Takt wird das Medium angesaugt.

• Im zweitem Takt wird es (unter Einbringung mechanischer Energie) verdichtet und dabei erwärmt (und hiermit wärmebehandelt).

• Im dritten Takt wird das Medium (unter Abgabe mechanischer Energie) expandiert und dabei abgekühlt.

• Im viertem Takt wird das Medium ausgestoßen (und behandelt zur Verfügung gestellt).

Ob für die genannten Takte eine Hubkolbenmaschine oder eine (daraus abgeleitete) Membranpumpe bzw. Maschine verwendet wird, ob die Maschine Hubkolben oder Drehkolben besitzt, ob die Maschine einen oder mehrere Zylinder aufweist, ob für den Prozess nur eine oder beide Seiten der Kolben bzw. der Membranen verwendet werden, ob der Ansaughub gleich, größer oder kleiner dem Ausstoßhub ist bzw. ob der Ansaugdruck dem Ausstoßdruck gleicht oder nicht, ist für die Erfindung in nur zweiter Priorität wichtig.

Unabhängig von der Unterunterausführungsart wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung das Gas vorübergehend zwar erwärmt, danach aber wieder abgekühlt. Die Gefäßwände des Hubraumes nehmen ohne weitere Maßnahmen eine Mischtemperatur zwischen der adiabatischen Kompressionstemperatur, der Temperatur der Ansaugung und der Temperatur der Ausstoßung ein. Damit bleiben sie deutlich kälter als die maximale Kompressionstemperatur. Die Gasvolumina nahe den Gefäßwänden können ihre adiabatische Wärme während der Kompressions- und Aufwärmphase an die Gefäßwände abgeben und dadurch abkühlen.

Der Gefahr der nicht ausreichenden Wärmebehandlung der wandnahen Teilvolumina muss separat entgegnet werden. Dies kann erfindungsgemäß auf vier Arten erfolgen:

1. Durch Wählen einer höheren Verdichtung, so dass die sich einstellende Mischtemperatur an der kältesten Stelle des Hubraums bei maximaler Verdichtung die nötige Behandlungstemperatur nicht unterschreitet, oder

2. Durch separate Wärmeeinbringung in die geeigneten Teile der Prozessapparatur, so dass kein Teil des Hubraumes bei maximaler Verdichtung die nötige Behandlungstemperatur unterschreitet, oder

3. Durch Einschieben von Takten, bei denen nach dem Verdichten und noch vor der vollständigen Expansion das Gas (zumindest teilweise) aus dem Hubraum gelassen wird und damit einem Takt der adiabatischen Kompression und Erwärmung kein Takt der adiabatischen Expansion und Abkühlung mit demselben Energiegehalt folgt. In diesem Fall übernimmt der (mechanische) Antrieb die Funktion der Heizung des Gases und folglich des Hubraumes.

4. Durch Verwirbelungsmaßnahmen des Gases im Gasraum.

Diesem geschilderten Nachteil kann aber erfindungsgemäß auch prinzipbedingt und sehr elegant mit räumlicher Trennung der Kompressionsstufe von der Expansionsstufe beigekommen werden, denn der Zwischenbereich bleibt stets auf Hochdruck und folglich (bei entsprechender Isolierung) immer warm.

Sowohl die Kompressionsstufe wie auch die Expansionsstufe können als Kolbenmaschinen und als Turbinenausführungen ausgelegt sein. Die Kompressionsstufe muss extern durch einen Motor angetrieben werden, jede gängige Motorenart ist prinzipiell geeignet.

Die Expansionsstufe gibt Arbeit ab, die entweder mechanisch (in einer speziellen Ausführung über dieselbe Welle) an die Kompressionsstufe abgegeben werden kann (und somit ihre nötige Antriebsleistung reduziert), oder sie treibt mit ihrer mechanischen Energie einen Generator elektrischer Energie an, der seine Leistung in elektrischer Form abgibt. Diese elektrische Energie wird (ggf. über eine separate Steuerungseinheit) an den Motor (oder einen von mehreren Motoren) der Kompressionsstufe abgegeben. Die Übertragung von mechanischer oder elektrischer Leistung bzw. Energie von der Expansionsstufe zu der Verdichtungsstufe wird prinzipbedingt nur durch technische Verluste reduziert und nur durch diese technischen Verluste nimmt die Entropie bei der Übertragung zu. Für Großanwendungen in kompakter und effizienter Ausführung eignet sich erfindungsgemäß besonders gut die Unterausführung der Hintereinanderschaltung von mindestens zwei Turboeinheiten (z.B. von einem Turbogebläse bzw. einem Turboverdichter und einer Turboexpansionseinheit bzw. einer Turbine).

In einer besonderen Form werden beide Einheiten an derselben Welle angebracht.

Die erste, angetriebene Einheit (Verdichtereinheit) verdichtet das Gas näherungsweise adiabatisch und erwärmt es, der Adiabatengleichung näherungsweise folgend, über die nötige Temperatur für die gewünschte Wärmebehandlung.

Die zweite Einheit (Expansionseinheit) wird vom verdichteten und erwärmten Gas angetrieben. An ihrem Aussang wird wärmebehandeltes Gas zur Verfügung gestellt. Ist das Gas Atemluft und ist das Ziel der Wärmebehandlung Keimbekämpfung, z.B. Desinfektion oder Sterilisation, so wird am Ausgang desinfizierte bzw. sterilisierte Luft zur Verfügung gestellt.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Druck am Ausgang nicht exakt gleich dem Umgebungsdruck (apparativ) einstellbar gemacht und (prozesstechnisch) eingestellt, sondern dem Druck, der benötigt wird (z.B. dem benötigten Druck am Einsatzort zuzüglich der benötigten Druckdifferenz für die Förderung zu dem Einsatzort.).

In einer besonderen Ausführung ist die Anordnung so gestaltet, dass das Gas zwischen der Verdichterstufe und der Expansionsstufe eine Wegstrecke durchläuft, z.B. durch Einfügung eines thermisch isolierten Rohrs zwischen beide Einheiten. Damit bleibt es eine durch Strömungsgeschwindigkeit und Weglänge definierte Zeit auf der Behandlungstemperatur, was den Erfolg der Wärmebehandlung ggf. steigert.

In einer besonderen Ausführung wird das Gas nach der abgeschlossenen Verdichtung und Verweilung bei der Behandlungstemperatur für eine gewisse Zeit, aber noch vor der Expansionseinheit passiv abgekühlt. Das kann durch den Kontakt mit einer kälteren Wand erfolgen, die in diesem Fall zur Trennwand eines Wärmetauschers wird. Alternativ ist die Einfügung bzw. der Einsatz eines expliziten Wärmetauschers an der Stelle vor der Expansionseinheit möglich. Dadurch werden Temperatur, Druck und folglich Enthalpie abgesenkt, und die Expansionsstufe liefert weniger Energie ab. Dementsprechend steigt (bei unveränderten Ansaugparametern) der Energiebedarf der ersten Stufe. Der Energietransfer von der Expansionsstufe zu der Verdichterstufe bleibt aber trotzdem bis auf technische Verluste näherungsweise neutral bezüglich Entropie und Exergie und folgt hiermit der erfinderischen Idee. In so einem Fall wird das Gas neben der vorübergehenden Wärmebehandlung auch kühler abgegeben als es angesaugt wurde. Wird diese Wärme des oben erwähnten Wärmetauschers nach Außen geführt, so wird damit die Vorrichtung neben einer Wärmebehandlungsvorrichtung inhärent auch zu einer Klimaanlage. Darüber hinaus ist es durch die erfinderische Idee auch möglich, diese Wärme als Nutzwärme, z.B. für Sanitärwassererwärmung, zu verwenden.

In einer weiteren Unterausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der daraus abgeleiteten Vorrichtung wird das Gas, insbesondere Luft, nicht bei Normaldruck angesaugt, sondern bei Unterdrück. Apparativ wird vor die Verdichterstufe ein Kanal eines Wärmetauschers angeordnet, vor dem Wärmetauscher wird eine Druckreduziervorrichtung angeordnet. Diese wird durch einen Ansaugfilter und/oder eine Drossel und/oder eine weitere Expansionsstufe einer Turbine gebildet. Falls letztere vorhanden ist, kann ihre Energie apparativ und prozesstechnisch für die Erzeugung von elektrischer Energie mittels einem an sie mechanisch gekoppelten Generator verwendet werden. In einer anderen Ausführung ist sie mechanisch (z.B. über dieselbe Welle) mit der Verdichterstufe verbunden und kann ihre mechanische Energie direkt an sie weitergeben. In dieser Ausführung wird der andere Kanal des Wärmetauschers an ein Wärmereservoir der Außenwelt thermisch gekoppelt. In einer sehr einfachen Form wird diese Koppelung mittels eines Luft - Luft Wärmetauschers an die Umgebungsluft oder mittels eines Luft - Wasser Wärmetauschers an das Grundwasser ausgeführt.

In einer weiteren Ausführung wird die abgekühlte, sich im Unterdrück befindende Luft vor der Verdichterstufe mittels eines Luft -Flüssigkeit Wärmetauschers mit einem Wärmeträgermedium thermisch gekoppelt. Dieses wird thermisch mit einer Tiefenbohrung, einem Ringgraben, der Umgebungsluft oder dem Grundwasser über entsprechende separate Wärmetauscher gekoppelt. In dieser Unterausführung wird damit die Vorrichtung neben einer Wärmebehandlungsvorrichtung inhärent auch zu einer Wärmepumpe bzw. einer Wärmepumpenheizungsanlage. Prozesstechnisch kann damit sehr energieeffizient geheizt werden.

Die beschriebenen Turbogebläse- und Turbinenstufen können eine axiale Gasführung besitzen. Die erreichbare Druckdifferenz in einer Stufe ermöglicht aber nur eine kleine Druckerzeugung bzw. (effizienten) Druckabbau. Dieser Druckunterschiedsbereich korreliert über die adiabatische Gleichung mit nur relativ kleinen Temperaturänderungen. Die Erwärmung (z.B. von Zimmertemperatur oder Außentemperaturen) zu Temperaturen, die für eine ernsthafte Wärmebehandlung benötigt werden, erscheint nicht (verlässlich) erreichbar. So erfordert jede Turboverdichterstufe und auch Turbinenstufe bei rein axialer Gasführung eine mehrstufige Ausführung. Die ist in der Fierstellung sehr kostenintensiv. Sie bietet aber auch unerreicht hohe Durchsätze und extrem kleine strömungstechnische Verluste.

Dasselbe gilt für die Expansionsstufe. Sie ist in der Herstellung teuer, arbeitet sehr effizient und ermöglicht unerreicht hohe Durchsätze.

Es ist technisch möglich, axiale und radiale Komponenten (Verdichterstufen und Expansionsstufen) in beliebiger Kombination zur Umsetzung der erfinderischen Idee miteinander zu kombinieren. Es ist aber bevorzugt, axiale Verdichter mit axialen Expansionsstufen zu kombinieren, sowie radiale Kompressionsstufen mit radialen Expansionsstufen miteinander zu kombinieren.

Wirtschaftlich und technisch erscheint es im Sinne der Erfindung in den meisten Fällen bevorzugt, dass Verdichterstufen einen axialen Gaseinlass und einen radialen Gasauslass besitzen, sowie Expansionsstufen einen radialen Gaseinlass und einen axialen Gasauslass besitzen.

Es ist wichtig, dass keine unterbehandelte Luft (oder ggf. anderes Gas) von der Verdichterstufe in die Expansionsstufe (z.B. entlang von Undichtheiten entlang der gemeinsamen Welle) gelangen kann. Dies kann auf erfindungsgemäß auf folgende Arten realisiert werden:

• Räumlich retrennte Verdichterturbinen und Expansionsturbinen, Energiekoppelung wird am elektrischen Weg durchgeführt

• Nebeneinander an derselben Achse angeordnete Verdichterturbinen und Expansionsturbinen in separaten Kammern, Energiekoppelung durch magnetische Koppelung beider Wellen durchgeführt

• Vollkommen gasdichte Durchführung der gemeinsamen Turbinenwelle von der Verdichterkammer zu der Expansionskammer

• Zwischen der Verdichterkammer und der Expansionskammer befinden sich mindestens zwei Abdichtungen an der gemeinsamen Welle, der Zwischenraum definiert eine kleine Zwischenkammer. Diese wird auf einem Druck gehalten, der niedriger ist als der Druck auf beiden Seiten der Zwischenkammer. Dadurch wird erreicht, dass Gas von der Zwischenkammer nach außen (z.B. in den Ansaugbereich) strömt, bevor es unterbehandelt in die zweite Kammer (Expansionskammer) gelangen kann (Gegendruckbarriere).

• Zwischen der Verdichterkammer und der Expansionskammer befinden sich zwei Abdichtungen an der gemeinsamen Welle, der Zwischenraum definiert eine kleine Zwischenkammer. Diese wird auf einem Druck gehalten, der höher ist als der Druck auf beiden Seiten der Zwischenkammer. Dadurch wird erreicht, dass Gas von dem wellennahen Bereich der Verdichterkammer nicht in die Zwischenkammer strömt (Gegendruckbarriere).

In einer möglichen Realisierung des Ansatzes wird die Zwischenkammer mit der Gasleitung zwischen beiden Turbinenteilen (Ort des höchsten Druckes und der höchsten Temperatur) verbunden. Diese Gegendruckbarriere beruht auf der Tatsache, dass in der Verdichterstufe der Druck an der Austrittstelle am Außenrand deutlich höher liegt als in der Nähe der Welle.

Des Weiteren besteht bei einer jeder Koppelung einer Kompressoreinheit an eine Expansionseinheit eine Problematik, die am Beispiel einer Ausführung mit zwei Turbineneinheiten beschrieben und mit (allgemeinen) Lösungen versehen wird.

Wird der Prozess angefahren (oder die Durchsatzleistung erhöht), so muss sich zuerst der Überdruck in der Verbindungszone der beiden Turbineneinheiten (in der Wärmebehandlungszone) aufbauen, um auf die nötigen Werte der Parameter Druck und Temperatur zu kommen. Erst danach sollte die Expansionsstufe anfahren und die Enthalpie (Temperatur und Druck) wieder in Arbeit (und ggf. weiter in elektrische Energie) umwandeln. Selbst wenn der Druck aufgebaut ist, dauert es noch, bis sich ohne weitere Maßnahmen die Temperatur der Behandlungszone (inclusive ihrer Wände) stabilisiert. Gleichzeitiges Anfahren der Expansionseinheit mit der Verdichtereinheit führt ohne geeignete Gegenmaßnahmen dazu, dass sich der Wärmebehandlungsprozess nicht einstellen kann.

Selbst im stationärem Betrieb gibt es zu lösende technische Probleme. Erstens ist der Zwischenbereich unweigerlich mit thermischen Verlusten nach außen behaftet (keine Wärmeisolierung ist vollständig), was bedeutet, dass das Gas zwischen den beiden Turbineneinheiten leicht abkühlt und folglich bei gleichem Massenstrom der Volumenstrom zwischen der Verdichterstufe und der Expansionsstufe abnimmt. Bei Leckagen, mit denen die Turbinen prinzipbedingt immer behaftet sind, nimmt der Effekt noch zu.

Diesen prinzipiellen technischen Problemen kann mittels mehrerer Ansätze beigekommen werden:

• Sind die beiden Stufen nur elektrisch mit einander gekoppelt, kann der nötige Schlupf (Volumendurchsatzunterschied) mittels elektronischer Prozessregelung auf eine konstante Wärmebehandlung bzw. eine konstante Temperatur zwischen den Turbineneinheiten eingestellt werden. Dies kann auf viele Regelungsarten gelöst werden, z.B. folgendermaßen: Die Verdichterstufe wird als Master fix (bzw. dem Bedarf am wärmebehandeltem Gas bzw. Luft folgend) angetrieben. Der mechanische Widerstand der Expansionsstufe wird durch die Belastung des elektrischen Generatorausganges gesteuert. Die Steuerung erfolgt so, dass die Temperatur im Wärmebehandlungsraum zwischen den Turbineneinheiten immer auf die benötigte Wärmebehandlungstemperatur geregelt wird.

• Sind die Drehzahlen der beiden Turbineneinheiten immer gleich (weil sie auf derselben Welle angeordnet sind oder weil die Wellen mit einander drehzahlmäßig fest, z.B. durch magnetische Koppelung, verbunden sind), kann mittels einer variabler Turbinengeometrie (mindestens einer Turbineneinheit, vorzugsweise der Expansionseinheit) selbst bei konstanter Drehzahl der Volumensdurchsatzunterschied und folglich der Druckverlauf und folglich die Temperatur in der Wärmebehandlungsraum zwischen den beiden Turbineneinheiten gesteuert bzw. eingestellt werden.

• Sind die Drehzahlen der beiden Turbineneinheiten gleich und deren Geometrien unveränderlich sowie der Durchsatz vorgegeben, ist man auf weniger optimale Lösungen angewiesen: so kann die Temperatur der Wärmebehandlung für einen Arbeitspunkt zwar konstruktiv eingestellt werden, eine Nachregelung ist jedoch schwierig und verlustbehaftet, was sich bei erhöhtem energieverbrauch bzw. reduziertem Gasdurchsatz bzw. reduzierter Auslauftemperatur niederschlägt:

> Durch Drosselung des Gasstroms vor der Expansionseinheit kann die

Wärmebehandlungstemperatur im entsprechendem Bereich erhöht werden (was zu Steuerung dieser herangezogen werden kann), > Durch Drosselung des Gasstromes nach beiden Turbineneinheiten können alle Temperaturen in beiden Turbineneinheiten sowie die Temperatur in dem für die Wärmebehandlung vorgesehenem Zwischenraum erhöht werden (was ebenfalls zu Steuerung dieser herangezogen werden kann)

> Durch eine kalorische Vorerwärmung der Wärmebehandlungszone und/oder der ersten Turbineneinheit kann die Zeit bis zur verlässlicher Wärmebehandlung reduziert werden, die Lösung ist jedoch sehr energieintensiv.

> Durch eine kalorische Erwärmung der Wärmebehandlungszone und ggf. der ersten Turbineneinheit kann die Temperatur der Wärmebehandlung erhöht werden, die Lösung ist jedoch sehr energieintensiv.

Die Wirkungsweise der Ausführungsfamilie soll anhand von zwei Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen illustriert werden.

In der Ausführungsform von Fig. 6 strömt das zu behandelnde Medium durch den Gaseinlass 1 in die Verdichterstufe zu einem Verdichterrotor 5 und wird komprimiert und (näherungsweise) adiabatisch erwärmt in den Zulaufkanal 3 zur Wärmebehandlung befördert. In dem Zulaufkanal findet der Wärmebehandlungsprozess statt. Vom Zulaufkanal 3 fließt das Gas zu der Turbine 66, die es antreibt und dabei seine Enthalpie abgibt. Danach wird es am Gasausgang 2 für die Verwendung bereitgestellt. Die ggf. vorhandene variable Geometrie der Turbineneinheit (Expansionseinheit) und die Abdichtungsmaßnahmen an der Welle werden aus Übersichtsgründen in der Abbildung nicht angezeigt. Der Rotor wird von einem Gehäuse 64 umhüllt und von einem Motor 67 angetrieben, der den Unterschied zwischen dem Arbeitsbedarf in der Verdichterstufe und der Arbeitsleistung der Expansionseinheit abliefert.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist ein ähnliche Maschine wie in Fig. 6, allerding in 2- Wellentechnik exemplarisch dargestellt. Der erste Teil der Ausführung (und folglich der Beschreibung), auch hier ist gleich. Auch hier strömt das zu behandelnde Medium durch den Gaseinlass 1 in die Verdichterstufe zum Verdichterrotor 65 und wird komprimiert und (näherungsweise) adiabatisch erwärmt zur Wärmebehandlung in den Zulaufkanal 3 befördert. Von dort fließt es zu der Turbine 66, die es antreibt und dabei seine Enthalpie abgibt. Danach wird es am Gasausgang 2 für die Verwendung bereitgestellt. Die ggf. vorhandene, aber deutlich weniger indizierte variable Geometrie der Turbineneinheit (Expansionseinheit) wird aus Übersichtsgründen in der Abbildung nicht angezeigt. Die Abdichtungsmaßnahmen an der Welle werden natürlich nicht benötigt. Beide Rotoren werden von einem Gehäuse 64 umhüllt. Der Verdichterrotor 65 wird von einem Motor 67 angetrieben, der Rotor der Expansionsstufe gibt seine Arbeit an den Generator 68 ab, der sie in elektrische Energie bzw. Leistung umwandelt. Diese wird an die Steuereinheit 69 abgegeben, die auch den Motor 67 der Verdichterstufe steuert. Falls eine besonders kompakte Lösung angestrebt werden soll, dann werden nicht nur Verdichtereinheit und die Expansionseinheit an derselben Welle angeordnet, sondern es wird als Motor wohl auch ein Turbinenmotor eingesetzt, da dies der Motor mit der höchsten bekannten Leistungsdichte ist. Nun besitzt eine solche Anordnung zwei Verdichtereinheiten und zwei Expansionseinheiten. Eine Expansionseinheit stößt Verbrennungsgase des Antriebsmotors aus und die andere erfindungsgemäß wärmebehandeltes Gas. Allerdings stoßen beide Verdichtereinheiten an ihrem Ausgang verdichtete warme Luft ab. Es kann durchaus Sinn machen, sie durch eine größere Verdichtereinheit zu ersetzen und ihren Output zu teilen.

Adiabatische erfindungsgemäße Lösungen, vor allem jene, die mit Turboelementen ausgeführt sind, haben im Vergleich zu anderen Ausführungen mit ähnlichem Mediendurchsatz viel kleinere Abmessungen und ein viel kleineres Gewicht, kosten mit hoher Wahrscheinlichkeit aber auch deutlich mehr. Es erscheint zweckmäßig, diese Ausführungsformen der Erfindung für mit Personenbeförderung zusammenhängenden Anwendungen (z.B. im Bereich von Personenzügen, Bussen, Kraftfahrzeugen, Schnellbooten, in militärischen Fahrzeugen und vor allem in der Luftfahrt) einzusetzen. Ebenso erscheint diese Erfindungsausführungsfamilie für mobile Anwendung bzw. Einsätze sehr gut geeignet, z.B. für mobile Krankenhäuser oder für eine schnelle Lösung der Anforderung von großer Menge keimbefreiter Luft in bereits vorhandenen Gebäuden.

Nachfolgend wird eine dritte Gruppe an erfindungsgemäßen Vorrichtungen beschrieben, die auf der Verwendung von Regeneratoren beruht.

Die erste Unterausführung dieser Ausführungsfamilie der erfinderischen Idee benutzt mindestens einen Rotationswärmetauscher als zentrales Element. Obwohl das Medium nicht auf Luft beschränkt ist, bleibt Luft einerseits das wichtigste, erfindungsgemäß zu behandelnde Medium. Und anderseits hat sich die Terminologie bezüglich dieses Wärmetauschertyps so eingebürgert, dass sie von Luft als Medium ausgeht. Dieser Terminologie folgend soll an dieser Stelle die Luft als zu behandelndes Medium angenommen werden.

Es ist das Ziel der Verwendung eines Wärmetauschers, günstig (warme) Zuluft zu erzeugen. Dabei heizt die heiße Abluft einen rotierenden Regenerator (Rotor) und kühlt dabei zu Fortluft ab, die in die Umwelt abgegeben wird. Der Rotor gibt seine Wärme nach einem Teil der Umdrehung (in der Regel die Hälfte) an die kalte Außenluft ab und erwärmt sie dabei zu der (benötigten) Zuluft, die mit nur wenig Nacherwärmung für den Nutzprozess eingesetzt werden kann.

Eine solche Ausführung soll anhand der Abbildung Fig. 9 erläutert werden. Von der Ansaugung der Außenluft am Einlass 1 bis zur Erzeugung von Zuluft 97 folgt die erfinderische Umsetzung dem Stand der Technik. Bei der Umsetzung der erfinderischen Idee ist jedoch die wärmebehandelte, aber weitgehend wieder auf die Ausgangstemperatur abgekühlte Luft bzw. Fortluft 98 das Zielmedium bzw. das Nutzmedium 92. Dazu muss der erfinderischen Idee folgend zwischen der Zuluft 97 und der Abluft 95 eine Verbindung hergestellt werden, die Luft gut fließen lässt und in der die Nacherwärmung durch thermischen Kontakt mit einer Wärmequelle 93 erfolgt. Verwirbelungselemente sowie eine Leitung (oder ein Tank), in der die behandelte Luft auf der Behandlungstemperatur für die Dauer der Behandlungszeit verweilt, kann optional dazu gefügt werden.

Optional kann die Fortluft 97 (das Nutzmedium) noch weiter abgekühlt werden.

Dies kann beispielsweise mittels eines separaten Luft-Luft Wärmetauschers bzw. einer Wärmetauscherbatterie erfolgen. Dabei wird, der Nomenklatur des Rotationsregenerators folgend, die Fortluftausstoßung in Gegenstromrichtung mit der Außenluftansaugung thermisch gekoppelt, was den Prozesswirkungsgrad weiter erhöhen kann.

Alternativ oder ergänzend kann die Fortluft an die kalte Seite einer Wärmepumpe thermisch gekoppelt werden. Ihre heiße Seite kann dabei alternativ unmittelbar an die Zuluftstelle des Rotationswärmetauschers thermisch gekoppelt werden. Damit wird der Energiebedarf für die Nacherwärmung weiter gesenkt. Natürlich kann aber auch die Fortluft direkt oder die warme Seite der Wärmepumpe mit der Außenwelt thermisch gekoppelt werden - eine in der Anschaffung günstigere, aber nicht ganz so energieeffiziente Alternative.

Wichtig in dem Zusammenhang ist der Anspruch, dass keine thermisch unzureichend behandelte Luft zum Nutzmedium dazu gemischt wird. Da Anschlussstellen der Rotationswärmetauscher 96 nicht vollkommen dicht gestaltbar sind, muss konstruktiv bzw. mittels Prozessführung gewährleistet werden, dass an der Stelle zwischen dem Rotor und dem Fortluftanschluss 95 oder Rotor 96 und Abluftanschluss 98 kein prozessfremdes bzw. unterbehandeltes Medium angesaugt wird. Dazu darf an diesen Stellen niemals Unterdrück herrschen. Wird nur ein Förderelement, z.B. ein Gebläse 94 benutzt, kann diese Bedingung erfüllt werden, in dem es in dem Abluftkanal unmittelbar vor dem Rotor positioniert wird. Des Weiteren müssen dDie beiden Anschlüsse geometrisch so gestaltet sein, dass sie eher, jedoch in möglichst kleinen Mengen, Nutzmedium abstoßen (und verschwenden) als Fremdmedien (nach dem Prinzip der Venturi-Düse) einziehen. Dazu muss konstruktiv gesorgt werden, z.B. durch das konstruktive Merkmal, dass die Luftanschlussstellen an beiden Seiten des Regenerator-Rotors (leicht) z.B. trompetenförmig, aufgeweitet werden.

Diese Ausführung der erfinderischen Idee eignet sich im besonderen Maß für Großanwendungen, kann aber durch maschinenbauliche Maßnahmen an bestehenden Einsatzorten, z.B. Gebäuden oder Schiffen, nachgerüstet werden.

Die erfinderische Idee kann besonders einfach mittels einer Anordnung von mindestens zwei Regeneratoren und einer (u.U. Temperaturgeregelten) Wärmequelle ausgeführt sein. Sie ist für den alternierenden Betrieb geeignet. Dabei wird die Wärmequelle zwischen zwei Regeneratoren in einer Mediumleitung angeordnet. Neben der Wärmequelle können Mediendiffusoren- und/oder Wärmespeicherelemente positioniert werden. Diese können ggf. separat oder als Teil der Wärmequelle ausgeführt werden.

Im Betrieb bleiben die Wärmequelle sowie beide Innenseiten der Regeneratoren immer warm, die Außenseiten der Regeneratoren bleiben immer kalt. Wird ein Medienstrom initiiert, wärmt er sich an dem zustromseitig positioniertem Regenerator vor und die Wärmequelle muss nur wenig Wärme an das Medium abgeben, um es auf die gewünschte Behandlungstemperatur zu bringen. Der nun nacherwärmte Medienstrom erwärmt dabei den abstromseitig positionierten Regenerator und kühlt dabei ab.

Nach einer gewissen Zeit, aber noch bevor der abstromseitige Regenerator an seiner Außenseite warm wird, muss der Medienstrom umgekehrt werden, und der Prozess findet seitenverkehrt statt.

Während beider Halbperioden bleiben die Innenseiten der Regeneratoren warm und die Außenseiten kalt. Durch den Strom wird das Wärmeprofil allerdings an beiden Regeneratoren alternierend verschoben, sowohl der kalte wie auch der warme Medienstrom schieben das Temperaturlängsprofil des angeströmten Regenerators vor sich hin.

Ein Beispiel einer solchen Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt. Diese Ausführungsform kann in kompakter Bauweise z.B. als direktes Atemfilter eingesetzt werden, wobei die Luft alternierend durch Atmung durch die erfinderische Anordnung hin- und hergeschoben wird. Der Körper der Vorrichtung besteht aus einem schlecht wärmeleitenden, temperaturstabilen Rohrstück 85. Jeder der beiden Regeneratoren 82 besteht aus 50 Stück nacheinander angeordneten 0,5 mm starken, kreisförmigen, gelochten (mit 1 mm Löchern und einem Gesamtflächenanteil der Löcher von 50 %) Kupferplatten mit 30 mm Durchmesser, wobei die Lochmuster der benachbarten Platten zueinander verdreht versetzt sind. Alternativ ist z.B. ein verdichteter Kupferdrahtschwamm möglich. Im zylindrischen Zwischenraum zwischen den Regeneratoren ist als Heizelement ein konzentrischer Aufbau angeordnet, der aus einen mittig angebrachten elektrischen Widerstand 83 und einem ihn radial umfassenden, winkelsymmetrischen, sternförmigen Kühlkörper 84 besteht, der neben seiner Basisfunktion der Verbesserung des Wärmeaustausches mit der Luft auch die Rolle eines Wärmespeichers und Luftdiffusors übernimmt. Hier wird mit einem Temperatursensor auch die Temperatur zur Regelungszwecken der Heizleistung bestimmt

Eine große Ausführungsform dieser erfindungsgemäßen Idee ist in Fig. 11 dargestellt. In dieser Großausführung werden die zwei Regeneratoren 82 z.B. aus je einem nach außen wärmeisolierten, mit zu erwärmender Luft angeströmten Bassin bzw. Tank bzw. Tunnel 87 mit einem Querschnitt von 5 x 5 Metern und mit einer Länge von 10 m ausgeführt, der mit gewaschenem, staubfreiem, abgerundetem Gestein (oder mit Metallkugeln) mit einer Korngröße von ca. 1 cm gefüllt ist. Dieses wird durch gasdurchlässige Wände, z.B. aus Lochblech 105 in Position gehalten. Zwischen den Regeneratoren 82 wird der Raum für die Wärmequelle bzw. Heizung 83, z.B. in Form eines Würfels mit Kantenlänge von 5 m, angeordnet. Die Luft im Raum der Wärmequelle wird mittels Gebläsen 94 verwirbelt und der Raum wird mittels eines Wärmetauschers 89 beheizt und auf einer zur Sterilisation geeigneten Temperatur (z.B. 200 Grad Celsius) regeltechnisch gehalten.

Die Heizungsquelle 83 bezieht ihre Frischluft aus Kanälen (bzw. als Ansaugkanälen ausgeführten Begrenzungsflächen des Aufbaus 107 und verwertet die entwichene Wärme wieder. Die Abgasleitungen der Heizungsquelle 83 werden durch den zustromseitigen Regenerator 108 geleitet, um auch die Abwärme sinnvoll zu nutzen.

Der Gesamtaufbau wird alternierend am Einlass 1 bzw. am Ausgang 2 für das Medium bzw. die Atemluft angeströmt, wobei eine Periode einen Tag dauert. Auf diese Art wird eine sehr große Menge an kalter, steriler Luft erzeugt, die für eine extrem hohe Luftaustauschrate eines großen geschlossenen Raumes hergenommen werden kann. Somit kann während einer Epidemie oder Pandemie einer Krankheit, bei der Keime durch Luft mittels Aerosolen übertragen werden können, das Ansteckungsrisiko in geschlossenen Gebäuden sehr klein (im Vergleich zu jenem im Freien) gehalten werden. Folglich können somit mit geringem Ansteckungsrisiko Menschenansammlungen in geschlossenen Räumen stattfinden.

Die Temperaturprofile verhalten sich in beiden Fällen ähnlich und sind in Fig. 10 dargestellt. Der linke Regenerator wird mit dem Bereich 1 gekennzeichnet, der rechte mit dem Bereich 3, und der Bereich der Wärmequelle mit dem Bereich 2. Auf der y-Achse wird eine Temperaturfunktion f(T) abgebildet (z.B. näherungsweise der Logarithmus des Temperaturunterschiedes zu der Umgebung bzw. zu der Ursprungstemperatur).

Im Bereich A ist das Längstemperaturfunktionsprofil in der Mitte einer Periode abgebildet. Der Temperaturfunktionsverlauf ist nahezu spiegelsymmetrisch.

Im Bereich B ist das Längstemperaturfunktionsprofil am Ende der Periode der Anströmung von links abgebildet. Obwohl beide Regeneratoren innen warm und außen kalt sind, hat der Medienstrom die Wärme teilweise vom linken in den rechten Regenerator transportiert.

Im Bereich B ist das Längstemperaturfunktionsprofil am Ende der Periode der Anströmung von Rechst abgebildet. Obwohl beide Regeneratoren noch immer innen warm und außen kalt sind, hat der Medienstrom die Wärme teilweise vom rechten in den linken Regenerator transportiert.

Diese Ausführungsart der erfinderischen Idee eignet sich für ein weites Spektrum von Kleinstanwendungen (persönliche Schutzausrüstung) bis zu sehr großen Anwendungen (Versorgung mit keimfreier Luft von Messehallen, Konzerthallen und anderen geschlossenen Gebäuden mit großen Menschenansammlungen). Bei Großanwendungen sind bautechnische Maßnahmen fast unumgänglich und sollten, falls möglich, schon in der Gebäudeplanung einfließen.

Der Prozess kann in zwei Unterausführungen ausgeführt werden: Bei der ersten Unterausführung sind die einströmenden Medien in beiden Halbperioden (also an beiden Einströmungsenden) bezüglich Zusammensetzung und Temperatur gleich. Folglich werden auch an beiden Ausgängen bzw. in beiden Halbperioden dieselben Medien im selben Zustand ausgestoßen. Dieser Fall wurde in Fig. 10 dargestellt.

Bei der zweiten Ausführung werden zwei unterschiedliche Medien (z.B. Atemluft und abgeatmete Luft) mit unterschiedlichen Starttemperaturen (z.B. 10 Grad Celsius und 36 Grad Celsius) durch denselben Aufbau alternierend geschoben, wobei jedes Medium immer von derselben Seite in die Vorrichtung eingeschoben wird.

In so einem Fall wird jede Seite immer näherungsweise die Temperatur angeliefert bekommen, die es in der Vorperiode eingeschoben hat. Der Grundsatz der erfinderischen Idee bleibt dabei für jedes Medium für sich bestehen.

Regeneratoren arbeiten definitionsbedingt immer entropiezunahmearm bzw. exergieabnahmearm, weil die Temperaturunterschiede zwischen der Temperatur des Mediums und des Regeneratormaterials an jeder Stelle nur durch endliche Wärmeleitung bestimmt werden. Sowohl Wärmeentnahme als Wärmeabgabe heben die Entropie nur durch diese technischen Verluste. Dazu können sie Wärme durch unzureichende Wärmedämmung nach außen und Exergie zusätzlich durch parasitäre axiale Wärmeleitung verlieren. Auch diese Verluste werden zu den technischen Verlusten gezählt. Aus diesem Grund folgen alle Beispiele dieser Ausführungsfamilie der erfinderischen Idee.

Die Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind vielfältig.

Alle drei Ausführungsfamilien der Erfindung können zur Wärmebehandlung, v.A. für die Keimbekämpfung von Luft als Atemluft für Menschen und Tiere sowie Pflanzen eingesetzt werden, aber auch zu steriler Atmosphärenerzeugung für auf Keime empfindliche Güter (v.A. wässriger oder organischer Natur) sowie für Räume, die steril sein sollen, auch wenn sie nicht bewohnt werden (Lagerstätten für möglichst keimfreies Material, wie Sanitätsmaterial, Labormaterial usw.)

Die erste und dritte Erfindungsausführungsfamilie eignet sich zusätzlich auch für energieschonende und chemiefreie (also ökologisch und ökonomisch sinnvolle) Keimbekämpfung von Wasser.

Die erste Ausführungsfamilie eignet sich zusätzlich für thermisches Prozessieren von Schüttgut (z.B. Entkeimung von Sand) und weiteren förderbaren Stoffen. Vor allem eignet sie sich zur energieschonenden thermischen Prozessierung von flüssigen Lebensmitteln und ihren Rohstoffen aller Art (Milch, Saft etc.), sowie aller weiterer Chemikalien in flüssiger Form, die eine kurzzeitige Wärmebehandlung benötigen. Eine ganz besonders wichtige Anwendung der erfinderischen Idee besteht in der Anwendung der Wärmebehandlung von Luft zwecks Keimabtötung bzw. thermischer Deaktivierung von Keimen und organischen Allergenen mit der Zurverfügungstellung dieser so gewonnenen sterilen Luft der Atmung in Form von mobilen Geräten. In einer besonders vorteilhaften Ausführung der erfinderischen Idee wird dieses Gerät als Schutzmaske ausgeführt. Sie wird mit einer der oben beschriebenen, der erfinderischen Idee folgenden Wärmebehandlungsvorrichtung (Luftsterilisator) verbunden. Sie bedeckt Mund und Nase oder das gesamte Gesicht. In einer günstigen Ausprägung der Erfindung besitzt die Schutzmaske zumindest eines, vorzugsweise jedoch möglichst viele von folgenden Merkmalen:

1 - Eine Vorderseite aus einem transparentem gasundurchlässigem Stoff (Maskenglas bzw. Visier). Damit wird sowohl das Gesicht erkennbar, wie auch die Sicht des Trägers zu gewährleistet. Die Oberflächen werden ggf. mit einer Antikondensationsschicht nach Stand der Technik beschichtet (an allen oder geeigneten Stellen)

2 - Das Maskenglas in einer Doppelausführung ausgeführt. So wird der Kondensierung an der dem Maskenglas entgegengewirkt

3 - Die Zuleitung der Wärmebehandelter, in der Regel noch warmer Luft erfolgt zwischen den beiden Maskengläsern. Damit wird der Kondensierung von Feuchtigkeit weiter entgegengewirkt.

4 - Die Maskenvorderseite besitzt Flansche, an denen Brillengläser bzw. deren Rohlinge anflanschbar sind bzw. gasdicht angebracht werden (können).

5 - Die Maske bzw. der Maskenrahmen besitzt eine Abdichtungsvorrichtung zum Gesicht in Form von zumindest einem geschlossenen hohlen Luftschlauch aus weichem gasundurchlässigem Material. Damit wird eine gleichmäßige Druckverteilung über die Abdichtfläche zum Gesicht ermöglicht. Damit werden Druckstellen vermieden bzw. entschärft.

6 - Die Abdichtung mittels Luftschlauch wird doppelt oder mehrfach ineinander verschachtelt ausgeführt. Damit kann die Abdichtstelle ohne Abnahme der Maske verändert werden, was eine Regeneration der Hautregion, die vorher abgedruckt war, ermöglicht.

7 - Zumindest ein Luftschlauch verfügt über mehrere Kammern. Damit kann der Druck an unterschiedlichen Stellen am Umfang der Abdichtfläche separat eingestellt werden. Damit kann Hautirritationen durch Andrücken der Abdichtung (weiter) vorgebeugt werden in einer weiteren Ausführung besitzt mindestens einer der Kammern, besser jedoch alle Kammern der Abdichtung eine Vorrichtung zur Einstellung vom Innendruck, z.B. in Form eines Ventils.

8 - Der Maskenrahmen besitzt seitlich mindestens eine Öffnung (z.B. in Ausführung eines Flansches), die gasdicht mit einem flexiblen gasundurchlässigen Handschuh verbunden ist. Damit kann ohne Abnahme der Maske das Gesicht berührt werden.

9 - Der Maskenrahmen verfügt innen und/oder außen über zumindest eine Tasche, in die der Handschuh platzsparend verstaut werden kann, sowie ggf. einen Verschluss, um den Handschuh bei Nichtbenutzung schützen zu können.

10 - Der maskenrahmen besitzt innen eine Tasche, wo kleine Gegenstände, wie z.B. ein Taschentuch, ein Hautpflegeprodukt, o.ä. verstaut werden können. 11 - Der Maskenrahmen besitzt einen balg für Trinkflüssigkeit oder einen Stauraum für ein Trinkflüssigkeitsgefäß und/oder für einen (kleinen) Lebensmittelvorrat

12 - Die Maske besitzt innen mindestens eine zum Gesichtsraum gerichtete Kamera, mit der das Gesicht oder Teile davon aufgenommen werden können. Damit kann das Gesicht bzw. gesichtsteile an andere Orte zwecks Kommunikationserleichterung projiziert werden.

13 - In einer speziellen Ausführung werden aufgenommene Bilder von Gesichtsteilen mittels geeigneter Software zu einem Bild, ggf. unter Verwendung einer geeigneten Software zusammengefügt

13 - die Maske besitzt mindestens eine Lichtquelle, mit der das Gesicht für bessere Erkennbarkeit und Kommunikation ausgeleuchtet werden können. In einer besseren Ausführung sind es mehrere Leuchtmittel.

14 - die Maske besitzt mindestens eine Leuchtquelle, mit der der Bereich oder mehrere Bereiche vor der Maske, im erwarteten Sehfeld des Maskenträgers, ausgeleuchtet werden kann

15 - Die Maske besitzt im akustischen Wirkbereich des Mundes Ein Mikrophonsystem beinhaltend mindestens ein Mikrophon.

16 - Das oben erwähnte Mikrophonsystem besitzt eine kabelbelgebundene und/oder kabellose Verbindung nach außen. Damit wird für bessere akustische Kommunikationsmöglichkeit nach Außen vorgesorgt.

17 - Die Maske besitzt eine elektronische akustische Prozessiermöglichkeit der Mikrophonsignale. Diese umfasst eine u.A. die Möglichkeit einer Frequenzgangentzerrung der durch den Maskeninnenraum hervorgerufener Frequenzgangverzerrungen.

18 - Die Maske besitzt auf der Innenseite des Rahmens einen akustischen Dammstoff. Damit wird akustischen Resonanzen im Maskenraum entgegengewirkt.

18 - Das Maskenglas besitzt die Form einer Kalotte oder eines Zylinders oder einer in eine Richtung gestreckte Kalotte. Damit wird das Maskenglas selbst bei kleiner Materialstärke aufgrund seiner Form stabil. So kann die Maske leicht und gleichzeitig stabil ausgeführt werden.

19 - Die Maske besitzt eine Vorrichtung zur dichter, zerstörungsfrei entfernbarer Anbindung vom Maskenglas an den rahmen nach Stand der Technik. So kann das Maskenglas getauscht werden

20 - Die Maske Verfügt über eine Vorrichtung, die Zuluft für den Maskenträger durch den Luftsterilisator zu den Maskenraum fördert, u.U. in einen abgetrennten Bereich, der Mund und Nase umfasst

21 - Die Maske verfügt über die oben erwähnte Abtrennung in Ausführung mindestens eines Luftschlauches. Damit wird eine besonders hautschonende Abdichtung gewährleistet. In einer anderen Ausführung wird diese Abtrennung aus mindestens zwei Teilen ausgeführt, die offen nicht im Gesichtsfeld vorliegen, sondern im Wesentlichen parallel mit dem Maskenrahmen verlaufen. Durch Aktivierung drehen sie nach innen, bis sich ihre Vorderteile berühren und die Abtrennung schließen und den Mund/Nasenbereich vom Rest des Maskenvolumens abtrennen. Die Teile können eine Vorspannung besitzen und durch Einstellung vom nötigem Innendruck wird diese Vorspannung überwunden und die Teile in die Position gebracht, die deren Form bei erhöhten Druck in den entsprechenden Luftschläuchen entspricht. Die Ausführung kann so gestaltet werden, dass sie bei Anlegen eines Druckes öffnet oder schließt, je nach Form und Vorspannungsrichtung und Gestaltung der Luftschläuche. Die Teile können am Berührungsende noch einen Einschnappmechanismus besitzen, damit die Trenneinheit im Einsatz stabil bleibt. Diese kann u.U. mindestens einen Magneten besitzen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass bei Wunsch (z.B. bei niedriger körperlicher Belastung bzw. bei niedrigem Luftbedarf, aber bedarf nach guter Sichtbarkeit, z.B. in einem Meeting) die Abtrennung aus dem Gesichtsfeld entfernt werden kann und bei Wunsch (z.B. hoher Luftmengenbedarf bzw. Luftqualitätsbedarf aufgrund physischer Leistungserbringung durch den Benutzer) eingefügt werden kann, ohne dass die Maske dafür abgenommen werden muss.

21 - Die Maske verfügt über eine Temperaturregelung der Zuluft, die ein zuluftangeströmtes Peltierelement und mindestens einen Temperatursensor im Bereich der Zuluft nach dem Luftsterilisator umfasst

22 - Die Maske verfügt am Rahmen über eine elektrisch steuerbare peltiergekühlte Sollkondensationsstelle, wo sich Feuchtigkeit absetzt. In einer besonderen Ausführung ist sie mit mindestens einem Kondenswasser Ableitungskanal verbunden. In einer besonderen Ausführung mündet dieser beim Auslassventil für die ausgeatmete Luft.

23 - die Maske verfügt über eine Halterung für mindestens eine Batterie oder mindestens einen Akku, der Energie für die elektrisch betriebenen Geräte an der Maske speichert

24 - Die Maske Verfügt über eine Luftkonditionierung bezüglich Luftfeuchtigkeit und/oder lonenverhältnis nach Stand der Technik

25 - Die Maske verfügt über eine Tasche bzw. Vorrichtung, die mit einem kalkgefüllten Einsatz, z.B Polster aus porösem Stoff füllbar ist. Durch diesen Einsatz kann C02 besonders einfach und gründlich gebunden werden.

26 - Die Maske verfügt über einen Luftbalg, der zwischen Sterilisator und dem Maskenraum bzw. dem abgetrennten Raum für Mund & Nase angeordnet ist. Der Balg kann als Zwischenspeicher für sterilisierte Luft verwendet werden. Dadurch kann der Sterilisator sterile Luft auf Vorrat erzeugen und mit gleichmäßigerer Lustströmung arbeiten. Er hat eine flache Form mit großer Oberfläche. Bemerkung: Damit kann Luft darin besser abkühlen.

27 - Die Maske besitzt ein Gasleitsystem, das Ausgeatmete Luft einem zweiten Sterilisator (nach dem Kernpunkt der Erfindung) zufügt. Damit wird eine Fremdansteckung vermieden.

28 - Die Maske verfügt über eine Vorrichtung, die die Arbeit der Ausatmung in Zulufttransport durch den Sterilisator umsetzt. Dieses Gerät wird als ein kleiner Turbolader ausgeführt, bei dem die Verdichterstufe Luft aus der Umgebung ansaugt und in den Sterilisator und ggf. weiter in den Luftbalg und weiter Richtung Maskenraum befördert. Die Turbinenstufe wird zwischen dem Ausatmungsventil (bzw. einer Stelle nahe dem Mund bzw. Nasenbereich) und der Gasauslassstelle geschaltet. Die Koppelung zwischen Turbine und Verdichter kann entweder mittels gemeinsamen Welle erfolgen, oder mittels magnetischer Kopplung zweier Rotoren in benachbarten, voneinander getrennten Gehäusen. Im Falle magnetischer Kopplung wird diese entweder mittels magnetischer Anziehung, bevorzugt aber durch Abstoßung umgesetzt. Dazu werden Magnete, vorzugsweise Magnetpaare an die benachbarten Rotoren symmetrisch und in gleichem Radius in Richtung der Abstoßung angebracht. Dadurch versuchen die beiden Rotoren in einem Zustand zu bleiben, bei dem sich die Magneten von jeweils anderen Rotor möglichst weit von eigenen Magneten befinden. Damit drehen die Rotoren nicht vollkommen im synchron, jedoch mit der im Mittel selber Drehzahl. Die Abstoßungskräfte nehmen aber bei Annäherung der Drehwinkel zu. Dadurch werden die Magnetkräfte und folglich die Lagerbelastung möglichst klein gehalten (aber bei Bedarf an mehr Drehmoment von alleine erhöht), was sowohl bezüglich Reibung wie auch Langlebigkeit Vorteile hat bzw. dieser zugutekommt.

29 - Die Gasauslassstelle (der Maske bzw. der Turbine) wird im Fall von Wärmeerzeugung des Sterilisators der Zuluft durch eine Verbrennung dieser als Verbrennungsluft zugefügt. Dadurch wird sie inhärent ohne gesonderten Aufwand sterilisiert.

30 - Die Maske verfügt über zumindest ein Spannband, dass für die Fixierung der Maske m Kopf vorgesehen ist. In einer günstigen Ausprägung wird dieses Band als Luftschlauch ausgeführt. Der Schlauch besitzt ein Befüllungsventil sowie ein Schnellauslaufventil. Bemerkung: bei der Ersteinrichtung ohne Luft wird es wie ein normales Spannband eingestellt. Nach der Einstellung und dem Ablegen der Maske kann der Spanngurtschlauch aufgeblasen werden, was ihn im Umfang deutlich größer macht. Die Anbringung der Maske an das Gesicht des Benutzers kann danach jedoch sehr schnell erfolgen: Nach Anbringung der Maske an das Gesicht muss nur das Schnellauslaufventil aktiviert werden und die Maske ist sofort nach dem entleeren des Bandes mit derselben Kraft am Kopf des Benutzers fixiert.

Die Fixierung kann auch umgekehrt erfolgen. Ein System mit zumindest einem Band oder Bügel wird dabei an den Maskenrahmen angebracht und an diesem wird mindestens ein geschlossenes Luftvolumen aus einem gasdichtem Material (z.B. Luftpolster) angebracht.

31: Der Maskenrahmen besitzt innen längliche Taschen an der Rückseite. Bemerkung: Es können bei Bedarf Brillenbügel darin positioniert werden.

32: Die Maske besitzt über mindestens einen Filter, z.B. Grobfilter im Lufteinlasssystem.

33: Die Maske besitzt Sterilisator mir abgerundeten Ein & Auslässen. Damit wird Strömungsgeräuschen entgegengewirkt.

34: Die Maske besitzt einen Lüfter, der die Luft durch den Stabilisator und in den Luftbalg fördert 35: Der Luftbalg der Maske besitzt eine Druckvorspannvorrichtung nach Stand der Technik. Somit hält er im weiten Bereichen seiner Füllung einen fast konstanten, ggf. einstellbaren, leichten Überdruck. Alternativ kann der Balg mindestens einen Deckel und/oder Boden besitzen, an den Balg mit fast konstanter Kraft drückt und folglich den Druck im Balg dadurch fast unabhängig vom Füllstand einstellt. Der ggf. an Scharnieren angebrachter Deckel kann durch Gravitation an den Balg drücken, oder er wird z.B. durch ein Vorspannsystem, beinhaltend mindestens einen Magneten oder eine Feder, z.B. spiral Blattfeder, angedruckt.

37: Die Maske besitzt einen Rahmen, der zumindest im hinteren Bereich formbar ist. Dies kann z.B. durch eine Ausführung aus einem Thermoplast gewährleistet werden. Dadurch kann die Maske individuell an die Gesichtsform angepasst werden.

38: Die Maske wird modular ausgeführt, so dass z.B. Sterilisator, Lüfter, Balg, Filter, Rahmen, Elektrisches Speichermedium, Wärmequelle, Flansche, Handschuhe, Spannvorrichtung, Kammer, Beleuchtung, Abdichtungselemente tauschbar oder aufrüstbar werden. 39: Die Maske besitzt einen It. Stand der Technik ausgeführten, ggf. einstellbaren Abdunkelungsmechanismus und/oder Verspiegelungsmechanismus. Damit kann die Sicht zum Gesicht und/oder die Lichteinbringung von außen (z.B. zum Schlaf oder zum Schutz vor zu viel Licht, u.U. UV Licht) eingestellt oder ausgeschaltet werden. 40: Die Maske verfügt am Visier über einen Transparenten Bildschirm, ggf. in einer Ausführung, die nur von außen sichtbar ist, It. Stand der Technik (z.B. durch ein sehr feines Lochmuster, dass mit freiem Auge nicht sichtbar ist, aber licht nur nach außen sichtbar macht bzw. leitet, während es nach innen abgeschirmt wird. Damit kann z.B. in Verbindung mit dem Kamerasystem das Gesicht an das Visier projiziert werden. Diese Vorrichtung hat ggf. eine Kommunikationsschnittstelle zur kabelgebundenen oder kabellosen Kommunikation mit elektronischen Schaltungen außerhalb der Maske.

41: Die Maske verfügt auf der Außenseite mindestens einen Lautsprecher. Damit kann die Kommunikation nach außen erleichtert werden, v.A. in Verbindung mit dem Mikrophonsystem.

42: Die Maske verfügt über einem Bildschirm bzw. einer Projektionsvorrichtung It. Stand der Technik, die von innen die optische Erfassung eines Photo- bzw. Videoinhaltes ermöglicht. Diese Vorrichtung hat ggf. eine Kommunikationsschnittstelle zur kabelgebundenen oder kabellosen Kommunikation mit elektronischen Schaltungen außerhalb der Maske.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur thermischen Behandlung eines Mediums, wobei das Medium in einer ersten Phase erwärmt und in einer zweiten Phase abgekühlt wird, wobei ein in der zweiten Phase befindlicher Anteil des Mediums zu seiner Abkühlung thermische Energie an einen in der ersten Phase befindlichen, zu erwärmenden Anteil des Mediums abgibt und diese Energieübertragung entropiezugewinnungsarm durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Entropiezugewinn im Wesentlichen nur durch technische Verluste stattfindet, indem die Energieabgabe in der zweiten Phase mit der daraus resultierenden Energiezufuhr in der ersten Phase näherungsweise entropieneutral gekoppelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung über mindestens einen Energiezwischenspeicher stattfindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Gas, insbesondere ein zur Atmung vorgesehenes Gas ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium eine Flüssigkeit ist, vorzugsweise eine als Trinkflüssigkeit aufzubereitende Flüssigkeit.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein fließbares Medium ist, vorzugsweise ein Schüttgut.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Phase Wärmeüberwiegend durch eine Wand zumindest eines Wärmetauschers auf das Medium übertragen wird und dass in der zweiten Phase das Medium bei seiner Abkühlung die Wärme durch die Wand eines Wärmetauschers abgibt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher der Wärmeabgabe in der zweiten Phase derselbe Wärmetauscher ist wie der Wärmetauscher der Wärmeannahme in der ersten Phase, wobei vorzugsweise der Wärmetauscher als Gegenstromwärmetäuscher ausgebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Mediums in der ersten Phase durch, zumindest näherungsweise, adiabatische Kompression ausgeführt wird, und die Abkühlung des Mediums in der zweiten Phase durch, zumindest näherungsweise, adiabatische Expansion ausgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression und die Expansion des Mediums am selben Ort stattfinden und die bei der Expansion des Mediums abgegebene mechanische Energie in einem mechanischen und/oder elektrischen Speicher für die nachfolgende Kompression gespeichert wird, bei der sie dann verbraucht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompression und die Expansion des Mediums an unterschiedlichen Orten stattfinden und der Energiefluss vom Ort der Expansion zum Ort der Kompression fließt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Medium Luft ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung des Mediums in der ersten Phase und die Abkühlung des Mediums in der zweiten Phase in einem Rotor eines Rotationswärmetauschers durchgeführt wird, bei dem die Zuluft auf die nötige Wärmebehandlungstemperatur nacherwärmt wird und danach einem Abluftanschluss der Wärmetauschereinheit zur Verfügung gestellt wird, und nach der Abkühlung des Mediums in der zweiten Phase im Rotor des Rotationswärmetauschers an einem Fortluftanschluss der Einheit als wärmebehandelte Luft zur Verfügung gestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Medien nacheinander alternierend, jedes von seiner Seite, durch eine serielle Anordnung von zumindest zwei Regeneratoren und einer dazwischen angebrachten, geringfügig über die Solltemperatur der Wärmebehandlung erwärmten Wärmequelle, bewegt werden, wobei jedes Medium während seiner Halbperiode auf dem Weg durch den zustromseitigen Regenerator, der in die Entropiebilanz miteinbezogen wird, entropiezunahmearm vorgewärmt wird und dabei fast die Temperatur der Wärmequelle erreicht, an der Wärmequelle anschließend im Wesentlichen auf die Sollbehandlungstemperatur nachgewärmt wird, anschließend durch den abstromseitigem Regenerator, der in die Entropiebilanz miteinbezogen wird, entropiezunahmearm abgekühlt wird und mit einer Temperatur aus dem abstromseitigen Regenerator ausgestoßen wird, die nur geringfügig über der Temperatur liegt, bei der in der nachfolgenden Periode das zweite Medium hier eingezogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beide Medien dieselbe Zusammensetzung und dieselbe Einlauftemperatur besitzen und auch mit derselben Temperatur ausgestoßen werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungstemperatur mindestens 60, besser 70, besser 80, besser 90, besser 100, besser 120, besser 150, besser 170, 200, besser 250, besser 300, besser 350, besser 400, besser 450, besser 500, besser 600, besser 700, besser 800, besser 900, besser 1000, besser 1200, besser 1500, besser 1800, besser 2000, besser 2500, besser 3000, besser 3500 und am besten 4000 Grad Celsius beträgt.

15. Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Mediums, wobei das Medium in einer ersten Phase erwärmt und in einer zweiten Phase abgekühlt wird, wobei ein in der zweiten Phase befindlicher Anteil des Mediums zu seiner Abkühlung thermische Energie an einen in der ersten Phase befindlichen, zu erwärmenden Anteil des Mediums überträgt und diese Energieübertragung entropiezugewinnungsarm durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Entropiezugewinn im Wesentlichen nur durch technische Verluste stattfindet und die Energieabgabe in der zweiten Phase mit der daraus resultierenden Energiezufuhr in der ersten Phase näherungsweise entropieneutral gekoppelt ist, indem die Vorrichtung zumindest einen Gegenstromwärmetäuscher mit einem ersten und einem zweiten Kanal umfasst, wobei der Gegenstromwärmetäuscher zwischen dem Ausgang seines ersten Kanals und dem Eingang seines zweiten Kanals, der mit dem ersten Kanal thermisch gekoppelt ist, eine nach außen abgedichtete Verbindung aufweist und in dieser Verbindung und/oder in einem weiterem, z.B. dritten, Kanal, der mit dem ersten Kanal ebenfalls thermisch gekoppelt ist, eine Wärmequelle angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Fördermechanismus, vorzugsweise eine Pumpe oder ein Gebläse, beinhaltet, der zur Förderung des zu behandelnden Medium entlang des ersten Kanals und durch die Verbindung zum Eingang des zweiten Kanals und durch diesen in der Gegenstromrichtung zum ersten Kanal ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung noch mindestens eines der folgenden Elemente angeordnet ist, nämlich eine Wärmequelle, ein Mediendiffusor, ein Wärmespeicher, ein Medienförderungselement.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher als Ganzes eine Innenseite und eine Außenseite besitzt und die Medienkanäle von außen nach innen und anschließend von innen nach außen verlaufen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienkanäle die Grundform einer Spirale besitzen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienkanäle lang ausgeführt sind und ein Verhältnis von Länge zu Querschnittsumfang von mindestens 0,2, besser 0,3, besser 0,4, besser 0,5, besser 0,75, besser 1, besser 2, besser 3, besser 4, besser 5, besser 7, besser 10, besser 15 und am besten von mindestens 20 besitzen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Lüftungsanlage für Atemluftbereitstellung von Fahrzeugen oder anderen Transportmitteln, von vorübergehenden Aufbauten oder von Bauwerken ausgebildet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiters eine Schutzmaske mit einer Luftzuleitung umfasst, wobei der Ausgang des zweiten Kanals gasdicht an die Luftzuleitung der Schutzmaske angeschlossen ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schutzmaske ein Balg als Fördermechanismus für die zu behandelnde Luft angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schutzmaske ein motorisch angetriebenes Luftförderelement, insbesondere ein Lüfter, als Fördermechanismus für die zu behandelnde Luft angeordnet ist.

25. Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Mediums, wobei das Medium ein Gas ist, wobei das Medium in einer ersten Phase erwärmt und in einer zweiten Phase abgekühlt wird, wobei ein in der zweiten Phase befindlicher Anteil des Mediums zu seiner Abkühlung thermische Energie an einen in der ersten Phase befindlichen, zu erwärmenden Anteil des Mediums überträgt und diese Energieübertragung entropiezugewinnungsarm durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Entropiezugewinn im Wesentlichen nur durch technische Verluste stattfindet und die Energieabgabe in der zweiten Phase mit der daraus resultierenden Energiezufuhr in der ersten Phase näherungsweise entropieneutral gekoppelt ist, indem die Vorrichtung zur Erwärmung des Mediums in der ersten Phase durch, zumindest näherungsweise, adiabatische Kompression und zur Abkühlung des Mediums in der zweiten Phase durch, zumindest näherungsweise, adiabatische Expansion ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Hubraum und darin mindestens eine Membranverdichtungsvorrichtung oder einen den Hubraum abdichtenden Kolben, der als Drehkolben, Hubkolben oder Taumelkolben ausgeführt ist, beinhaltet, sowie mindestens ein Gaseinlassventil, ein Gasauslassventil, einen Antriebsmotor, sowie eine Einrichtung zur kurzzeitigen Speicherung der abgegebenen mechanischen Energie während der Expansionsphase, z. B ein Schwungrad an einer Kurbelwelle, oder eine Vorrichtung zur Zwischenspeicherung der Energie in elektrischer Form, z.B. in der Steuerungseinheit für den Motor, beinhaltet.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Komprimierung des Mediums eine fremdangetriebene Kompressionseinheit mit einer Frischgasansaugstelle und einer Gasauslassstelle sowie zur Expansion des Mediums eine Expansionseinheit mit einer Ansaugstelle sowie einer Auslassstelle für das wärmebehandelte Medium vorgesehen ist, wobei die Gasauslassstelle der Kompressionseinheit über eine abgedichtete Leitung der Wärmebehandlungszone mit der Ansaugstelle der Expansionseinheit gasdicht verbunden ist, wobei weiters eine Energieübertragungseinrichtung von der Expansionseinheit zur Kompressionseinheit vorgesehen ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die

Energieübertragungsvorrichtung zwischen der Expansionseinheit und der Kompressionseinheit als mechanischer Kraftübertragungsmechanismus zwischen den Antriebswellen der beiden Einheiten ausgeführt ist, z.B. als Zahnradkoppelung, als Riemenkoppelung, als Zahnriemenkoppelung, als mechanische Kupplung oder Magnetkupplung zwischen beiden Wellen, oder durch Anordnung beider Einheiten auf derselben Welle.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die

Energieübertragungsvorrichtung zwischen der der Expansionseinheit und der Kompressionseinheit als elektrische Leistungsübertragung zwischen den Antriebswellen der beiden Einheiten ausgeführt ist, beinhaltend einen elektrischen Antriebsmotor, der als einzige oder zusätzliche Antriebseinheit der Kompressionseinheit mit dieser kraftübertragend verbunden ist, des Weiteren einen Stromgenerator, der kraftübertragend mit der Expansionseinheit verbunden ist, sowie einer elektrischen Verbindung zwischen dem Generator und dem Motor.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Generator und dem Motor durch eine gemeinsame Steuereinheit läuft.

30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Ankoppelung zwischen dem Antriebsmotor und der Kompressionseinheit durch eine gemeinsame Welle ausgebildet ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gegenzeichnet, dass die mechanische Ankoppelung zwischen der Expansionseinheit und dem elektrischen Generator durch eine gemeinsame Welle ausgebildet ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit als ein Turbogebläse, z.B. einstufiges oder Mehrstufiges Axialgebläse oder als ein Radialgebläse, ausgeführt ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinheit als eine Turbine, z.B. eine einstufige oder mehrstufiges Axialturbine oder als eine Radialturbine, ausgebildet ist.

33. Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Mediums, wobei das Medium Luft ist, wobei das Medium in einer ersten Phase erwärmt und in einer zweiten Phase abgekühlt wird, wobei ein in der zweiten Phase befindlicher Anteil des Mediums zu seiner Abkühlung thermische Energie an einen in der ersten Phase befindlichen, zu erwärmenden Anteil des Mediums überträgt und diese Energieübertragung entropiezugewinnungsarm durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Entropiezugewinn im Wesentlichen nur durch technische Verluste stattfindet und die Energieabgabe in der zweiten Phase mit der daraus resultierenden Energiezufuhr in der ersten Phase näherungsweise entropieneutral gekoppelt wird, indem die Vorrichtung einen Rotationswärmetauscher aufweist, der zur Vorerwärmung des Mediums in der ersten Phase und zur Abkühlung des Mediums in der zweiten Phase in einem Rotor des Rotationswärmetauschers ausgebildet ist, wobei der Rotationswärmetauscher dazu ausgebildet ist, die Zuluft auf die nötige Wärmebehandlungstemperatur nachzuerwärmen und an einem Abluftanschluss der Wärmetauschereinheit zur Verfügung zu stellen, und wobei der Rotationswärmetauscher dazu ausgebildet ist, nach der Abkühlung des Mediums in der zweiten Phase im Rotor des Rotationswärmetauschers das Medium an einem Fortluftanschluss der Wärmetauschereinheit als wärmebehandelte Luft zur Verfügung zu stellen, wobei der Zuluftkanal des Rotationswärmetauschers mit dem Abluftkanal verbunden ist, im so entstandenem Verbindungskanal eine zusätzliche Wärmequelle angebracht ist und der Fortluftanschluss die Abnahmestelle für die wärmebehandelte Luft darstellt.