Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf thermodynamische Anlagen und insbesondere auf Wärmetauscher für einen Luft-Luft-Wärmetauschvorgang, wie sie z. B. für Gaskältemaschinen als Rekuperator einsetzbar sind.

Luft-Luft-Wärmetauscher bzw. Gas-Gas-Wärmetauscher werden in Anwendungen benötigt, in denen das Erfordernis besteht, Wärmeenergie von einem Luft- bzw. Gas-Strom in einer anderen Luft- bzw. Gas-Strom zu übertragen. Solche Wärmetauscher werden beispielsweise in Wärmerückgewinnungsanlagen eingesetzt, bei denen der Abluftstrom aus einem Gebäude in Wechselwirkung mit dem Zuluftstrom in das Gebäude gebracht wird, so dass die Abluft zugunsten der Zuluft gekühlt wird bzw. die Zuluft zugunsten der Abluft erwärmt wird. Damit werden thermische Verluste vermieden, während gleichzeitig ein Luft austausch erreicht wird, also verbrauchte Luft abgeführt wird und Frischluft zugeführt wird. Solche Wärmetauscher werden z. B. als Plattenwärmetauscher ausgeführt, bei denen der Luftstrom auf der Primärseite, wie beispielsweise der Abluftseite des thermodynamischen Geräts über eine erste Anzahl von plattenartigen Kanälen geführt wird, während der andere Luftstrom auf der Sekundärseite, also z. B. der Zuluftseite des thermodynamischen Geräts über eine zweite Anzahl von plattenartigen Kanälen geführt wird, ohne dass die beiden Luft- bzw. Gasströme direkt in Interaktion kommen, also sich vermischen können. Andererseits gibt der wärmere Abluftstrom seine Wärmeenergie an die Wand der plattenartigen Kanäle ab, wobei der Zuluftstrom, der aufgewärmt werden soll, die Wärmeenergie von dieser Wand aufnimmt. Damit findet ein kontinuierlicher Wärmeaustausch vom Abluftstrom in den Zuluftstrom statt, ohne dass sich die beiden Ströme in molekularer Hinsicht vermischen können.

Ein wichtiger Aspekt für solche Wärmetauscher besteht in der Effizienz des Wärmetau schers, also darin, wie effizient Wärmeenergie von einer Seite in die andere gebracht wird. Mit der Effizienz einher geht das Volumen des Wärmetauschers, da der Prozentsatz der übertragenen Wärmeenergie mit größer werdendem Volumen des Wärmetauschers typischerweise zunimmt. Für das Volumen gibt es jedoch zum einen eine Grenze im Hinblick auf die noch mögliche Größe des Wärmetauschers und zum anderen deswegen, weil eine zunehmende Größe des Wärmetauschers zu einem zunehmenden Strömungswiderstand des Wärmetauschers führt. Ein möglichst guter Gas-Gas-Wärmetauscher sollte daher eine hohe Effizienz einerseits und einen geringen Strömungswiderstand andererseits haben, da mit der Wärmetauscher einerseits einen guten Wärmeübertragungsgrad hat und anderer seits mit moderatem, also möglichst kleinem Volumen ausgebildet werden kann.

Ein Einsatzbereich für solche Wärmetauscher besteht in der Verwendung als Rekuperator einer Gaskältemaschine oder Kaltluftkältemaschine. Kaltluftkältemaschinen sind bekannt und werden beispielsweise in der Raumfahrt eingesetzt. In der Fachveröffentlichung „Highcapacity turbo-Brayton cryocoolers for space applications”, M. Zagarola u. a., Cryogenics 46 (2006), Seiten 169 bis 175 ist ein Kryokühler offenbart. Ein Kompressor komprimiert Gas, das in dem geschlossenen System zirkuliert. Das komprimierte Gas wird durch einen Wärmetauscher gekühlt. Das gekühlte Gas wird in einen Rekuperator eingespeist, der das dadurch abgekühlte Gas einer Turbine zuführt. Aus der Turbine wird kaltes Gas abgegeben, das über einen Wärmetauscher Wärme aufnimmt beziehungsweise eine Kältewirkung erreicht. Das Gas, das aus dem Wärmetauscher, der die Kältewirkung bereitstellt, austritt und wieder wärmer als das Gas am Eingang desselben ist, wird ebenfalls in den Rekuperator eingespeist, um wieder angewärmt zu werden.

Das Temperatur-Entropie-Diagramm des Zyklus ist bekannt. Durch den Kompressor findet eine isentrope Kompression statt. Durch den Wärmetauscher zur Wärmeabgabe findet eine isobare Wärmeabfuhr statt. Durch den Rekuperator findet ebenfalls eine isobare Wärmeabfuhr statt. Dann findet in der Turbine eine isentrope Expansion statt. Die Kältewirkung des Wärmetauschers wiederum stellt eine isobare Wärmezufuhr dar.

Weitere Kaltluftkältemaschinen in verschiedenen anderen Ausführungen werden in dem Vortrag „Luft als Kältemittel - Geschichte der Kaltluftkältemaschine“ von I. Ebinger, gehalten auf der Historikertagung 2013 in Friedrichshafen am 21.06.2013, dargestellt.

Im Vergleich zu Wärmepumpen, die zum Kühlen und zum Heizen eingesetzt werden, haben Gaskältemaschinen den Vorteil, dass eine energieaufwändige Umwälzung von flüssigem Kältemittel vermieden werden kann. Darüber hinaus kommen Gaskältemaschinen ohne das dauernde Verdampfen einerseits und das dauernde Kondensieren andererseits aus. Im relevanten Zyklus zirkuliert lediglich Gas, ohne dass es Übergänge zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen gibt. Ferner sind bei Wärmepumpen insbesondere dann, wenn auf klimaproblematische Kältemittel verzichtet werden soll, sehr kleine Drücke nahe beim Vakuum nötig, die in der Erzeugung, Handhabung und Beibehaltung während des Betriebs zu erheblichem Aufwand insbesondere in apparativer Hinsicht führen können. Dennoch ist der Einsatz von Kaltluftkältemaschinen begrenzt.

Eine Gaskältemaschine ist auch in der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung 102020213544.4 beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. In dieser Gaskältemaschine wird als Rekuperator ein Gas-Gas-Wärmetauscher eingesetzt. Ferner wird in dem oben beschriebenen „cryocooler“ sowohl für die Wämequellenseite als auch für die Wärmesenkenseite und ebenso für den Rekuperator ein Gas-Gas-Wärmetauscher eingesetzt. Besonders bei der Verwendung als Rekuperator liefert die Effizienz des Wärmetauschers einen signifikanten Beitrag für die Effizienz des Gesamtsystems.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Wärmetauscherkonzept zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers nach Patentanspruch 33, ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauschers nach Patentanspruch 34, eine Gaskältemaschine nach Patentanspruch 24, eine Vorrichtung zum Behandeln von Gas nach Patentanspruch 26, oder ein raumlufttechnisches Gerät nach Patentanspruch 32 gelöst.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine verbesserte Effizienz dadurch erreicht werden kann, dass in einem Wärmetauscher, der auch als fraktaler Wärmetauscher bezeichnet wird, mit einer ersten Anzahl von Kanälen für ein erstes Fluid, die sich entlang einer ersten Strömungsrichtung des ersten Fluids und in einer ersten Querrichtung erstrecken, und mit einer zweiten Anzahl von Kanälen für ein zweites Fluid, die sich entlang einer zweiten Strömungsrichtung des zweiten Fluids und in einer zweiten Querrichtung erstrecken, eine Wandstruktur bereitgestellt wird, die derart ausgebildet ist, dass sie im Hinblick auf die erste Anzahl von Kanälen für das erste Fluid in Querrichtung entlang der Strömungsrichtung variiert, und/oder dass im Hinblick auf die zweite Anzahl von Kanälen die Wandstruktur in der zweiten Querrichtung, die quer zur zweiten Strömungsrichtung des zweiten Fluids ist, entlang der zweiten Strömungsrichtung variiert.

Insbesondere erreicht die Wandstruktur, dass die erste Anzahl von Kanälen und die zweite Anzahl von Kanälen in thermischer Wechselwirkung zueinander sind. Ferner ist die Wandstruktur so ausgebildet, dass an einer ersten Stelle des Wärmetauschers bezüglich der ersten oder zweiten Strömungsrichtung die erste Querrichtung oder die zweite Querrichtung von der entsprechend ersten oder zweiten Querrichtung an einer zweiten Stelle des Wärmetauschers bezüglich der ersten oder zweiten Strömungsrichtung unterschiedlich ist bzw. sind. Dies bedeutet in anderen Worten, dass die Kanalerstreckung entlang der Strömungsrichtung variiert, und zwar vorzugsweise kontinuierlich variiert, damit bei bevorzugten Ausführungsbeispielen entlang der Strömungsrichtung keine scharfen Kanten, die zu Strömungsturbulenzen führen könnten, auftreten.

Vorzugsweise ist die Wandstruktur derart ausgebildet, dass sich die Querrichtung der Kanäle von einer Stelle zu einer anderen Stelle von einer z. B. horizontalen Richtung in eine vertikale Richtung ändert und dann im weiteren Verlauf wieder in die horizontale Richtung „zurückgeht“, und sich dann wieder zu einer vertikalen Richtung usw. ändert. Dies wird je nach Ausführungsform dadurch erreicht, dass ein die Querrichtung beschreibender Vektor sich kontinuierlich „dreht“, also von einer horizontalen Richtung entlang der Strömungsrichtung nach und nach im Winkel zunimmt, also nach und nach z. B. über einen Winkel von 45 auf einen Winkel von 90 übergeht, wobei dann die Querrichtung eine vertikale Richtung, also senkrecht bezüglich der Querrichtung am Anfang des Wärmetauschers bzw. an der vorherigen Stelle bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschers angeordnet ist, usw.

Darüber hinaus ist der Wärmetauscher vorzugsweise so ausgebildet, dass sich die Anzahl von Kanälen für das erste Fluid über eine relativ große und vorzugsweise die gesamte Breite eines quaderförmigen Wärmetauschers oder um den gesamten oder einen großen Teil des Umfangs eines zylindrischen Wärmetauschers erstreckt, und dass dies auch für die zweite Anzahl von Kanälen für das zweite Fluid gilt, so dass die Kanäle zwar eine relativ geringe Höhe, aber eine große Breite in der Querrichtung bzw. Umfangsrichtung haben. Damit wird ein niedriger Strömungswiderstand erreicht. Andererseits ist die Wandstruktur ferner derart ausgebildet, dass dann, wenn die Kanäle ihre Querrichtung um z. B. 90° verändert haben, sich die Kanäle über die gesamte Höhe eines beispielsweise quaderförmigen oder zylindrischen Volumens erstrecken, so dass wieder die Kanäle zwar relativ schmal sind, aber in der Querrichtung an der zweiten Stelle wieder relativ lang sind, obgleich die Breite wieder ein geringes Maß hat. Solche besonders flachen, aber breiten Kanäle sind besonders günstig für einen Wärmeaustausch, der über die angrenzende Wandstruktur erfolgt, bieten aber aufgrund der hohen anderen Abmessung nur einen geringen Strömungswiderstand. Die Wandstruktur ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich die erste Anzahl von Kanälen und die zweite Anzahl von Kanälen an der ersten Stelle in der ersten und zweiten Querrichtung komplett durch das Volumen erstrecken und dass sich die erste Anzahl von Kanälen und die zweite Anzahl von Kanälen an der zweiten Stelle in der ersten und zweiten Querrichtung komplett durch das Volumen erstrecken, wobei die erste und die zweite Querrichtung an der ersten Stellen von der ersten und der zweiten Querrichtung an der zweiten Stelle unterschiedlich ist. An der ersten Stelle können die beiden Querrichtungen vertikal sein und an der zweiten Stelle horizontal im Falle eines quaderförmigen Volumens. Im Falle eines zylindrischen Volumens können die beiden Querrichtungen an der ersten Stelle vertikal sein und an der zweiten Stelle umfangsmäßig ausgebildet sein, und zwar so, dass jeder Kanal einen Radius hat und kreisförmig im Falle eines vollen Zylinders oder kreissektorförmig im Falle eines Zylindersektors verläuft. Im Falle eines kugelförmigen Volumens verlaufen die ersten beiden Querrichtungen an der ersten Stelle wie die Längengrade der Kugel und an der zweiten Stelle wie die Breitengrade der Kugel. Indem ein quaderförmiges Volumen entlang der horizontalen Richtung „gebogen“ wird, entsteht ein zylindrisches Volumen und wenn das zylindrische Volumen dann entlang der vertikalen Richtung gebogen wird entsteht ein kreisförmiges Volumen. Das Volumen umfasst wenigstens 5 erste und fünf zweite Kanäle und bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wenigstens 50 erste und 50 zweite Kanäle und bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen wenigstens 100 erste und 100 zweite Kanäle. Alle Kanäle haben jedoch einen kleinen Flusswiderstand, weil sie sich immer, also an der ersten Stelle, an der zweiten Stellen und entlang der Strömungsrichtung an weiteren ersten bzw. zweiten Stellen, deren Anzahl von der Anzahl der Perioden abhängt, wieder durch das ganze Volumen erstrecken.

Die andauernde Aufteilung und Zusammenführung der Kanäle bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liefert ferner einen weiteren wertvollen Beitrag für eine hocheffiziente Wärmeübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid.

So wird bei bevorzugten Ausführungsbeispielen erreicht, dass im Übergang von einer horizontalen Querrichtung der Kanäle in die vertikale Querrichtung der Kanäle eine Vielzahl von Aufteilungsabschnitten in den Kanälen vorgesehen ist, um den einen relativ breiten und damit mit geringem Strömungswiderstand versehenen Kanal in verschiedene Teilkanäle „aufzuteilen“. Damit wird sichergestellt, dass Wandstrukturen in möglichst vielen Bereichen innerhalb der Kanäle bereitgestellt werden, um eine gute Wärmeübertragung von der ersten auf die zweite Anzahl von Kanälen zu erreichen. Es werden trotz der relativ lang ausgedehnten Kanäle in einer Richtung dennoch immer nur sehr kleine Bereiche innerhalb der Kanäle erreicht, in denen ein Fluid, das in den Kanälen fließt, nicht mit einer Wandstruktur in Berührung ist bzw. von einer Wandstruktur relativ weit entfernt ist. Die einzelnen Teilkanäle werden dann nach ihrer Erzeugung durch die Aufteilungsabschnitte wieder vereinigt, nun jedoch in Kanäle mit einer anderen Querrichtung, also einer z. B. senkrechten Querrichtung. Damit wird wiederum erreicht, dass das Fluid nur durch die Aufteilungsabschnitte mit einer Wandstruktur in einem relativ kurzen Strömungsabschnitt in Verbindung gebracht worden ist, um die Energie abzugeben, um dann wieder in einen „großen“ Kanal vereinigt zu werden, damit der Strömungswiderstand dennoch gering bleibt. Die Aufteilungsabschnitte haben ferner den Vorteil, dass sie zu einer erheblichen Stabilität des Wärmetauschers führen, dahingehend, dass der Wärmetauscher mit hohen Drücken beaufschlagt werden kann, ohne dass er sich problematisch verformt. Dies liegt an der zusätzlichen Abstützungswirkung der Aufteilungs- bzw. Vereinigungsabschnitte.

Dieser große nunmehr z. B. vertikale Kanal wird dann wieder im weiteren Verlauf aufgeteilt und die einzelnen Teilkanäle werden wiederum später im Verlauf entlang der Strömungs richtung des Fluids in einen wiederum großen nunmehr jedoch wieder horizontal gelegenen Kanal vereinigt. Damit existieren zwar am Anfang des Wärmetauschers, also wenn Fluid in den Wärmetauscher hineingebracht wird, eine bestimmte Anzahl von Kanälen, die vorzugsweise mit den der anderen Anzahl von Kanälen verschachtelt ist, in denen das andere Fluid fließt, das die Wärme abgeben soll bzw. von dem die Wärmeübertragung stattzufinden hat. Gleichzeitig werden jedoch entlang des Wärmetauschers, also aufgrund der ständigen Aufteilung und Vereinigung der Kanäle in den einzelnen Gebieten alle einzelnen Kanäle der ersten Anzahl von Kanälen gewissermaßen „kurzgeschlossen“. Dies gilt auch für die zweite Anzahl von Kanälen, die ebenfalls alle untereinander „kurzgeschlossen“ sind, so dass eine optimale Wärmeübertragung bei niedrigem Strömungswiderstand über die Wandstruktur möglichst gleichmäßig verteilt über das ganze z. B. quaderförmige oder zylindrische Volu men des Wärmetauschers von der einen Anzahl von Kanälen in die andere Anzahl von Kanälen stattfindet.

Bei einem normalen Plattenwärmetauscher beispielsweise ist dies nicht der Fall. Dort sind alle Kanäle in ihrem gesamten Verlauf über den Wärmetauscher hinweg voneinander ge trennt, selbst wenn sie von dem gleichen Fluid, also z. B. von dem Abluft-Fluid oder alternativ von dem Zuluft-Fluid durchflossen werden.

Vorzugsweise werden dagegen sämtliche Kanäle des ersten Fluids entlang des Wärmetauschers laufend miteinander kurzgeschlossen, jedoch noch nicht in direkter Verbindung mit den Kanälen der zweiten Anzahl von Kanälen gebracht, in denen das andere Fluid, beispielsweise das Abluft-Fluid, fließt. ^"

Je nach Ausführungsform wird der Wärmetauscher als länglicher, beispielsweise quader förmiger oder rechteckförmiger Wärmetauscher ausgeführt, so dass die Strömungsrichtung von einem ersten Ende des Wärmetauschers zu einem zweiten Ende des Wärmetauschers gerichtet ist und die Querrichtung eine Richtung senkrecht zu dieser Strömungsrichtung ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist der Wärmetauscher dagegen als rotationssymmetrischer bzw. als Wärmetauscher ausgebildet, in dem die Strömungsrichtung radial stattfindet, also von außen nach innen in einem zylinderförmigen Körper, wobei in einem solchen Fall der Primäreinlass außen am Zylinder stattfindet und der Primärauslass innen am Zylinder stattfindet, und der Sekundäreinlass und der Sekundärauslass ebenfalls außen oder innen am Zylinder stattfinden.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die erste Anzahl von Kanälen und die zweite Anzahl von Kanälen zueinander verschachtelt angeordnet, so dass immer zwischen zwei Kanälen der ersten Anzahl von Kanälen genau einer oder wenigstens ein Kanal der zweiten Anzahl von Kanälen liegt, und zwar unabhängig davon, ob die erste Stelle des Wärmetauschers oder die zweite Stelle des Wärmetauschers oder irgendeine Stelle zwischen der ersten und der zweiten Stelle des Wärmetauschers betrachtet werden. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher ferner als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet, so dass an jeder Stelle des Wärmetauschers die erste Strömungsrichtung des Fluids in der Anzahl von Kanälen entgegengesetzt zur zweiten Strömungsrichtung, also der Strömungsrichtung des zweiten Fluids in der zweiten Anzahl von Kanälen ausgerichtet ist. Das Fluid kann je nach Implementierung eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, oder ein Gas, wie z. B. Luft sein.

Die Ausführung des Wärmetauschers als Gegenstrom-Wärmetauscher wird dadurch erreicht, dass der Primäreingang und der Primärausgang einerseits sowie der Sekundäreingang und der Sekundärausgang andererseits entsprechend belegt bzw. verschaltet werden, und zwar mit entsprechenden Gasanschlüssen bzw. Luftanschlüssen im Falle eines Luft-Luft-Wärmetauschers oder mit entsprechenden Luftanschlüssen für eine Gaskältemaschine, wenn der Wärmetauscher als Rekuperator in einer Gaskältemaschine eingesetzt wird. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Wandstruktur derart ausgebildet, dass Bereiche der Wandstruktur als Spiralen aufgefasst werden können, die im Vergleich zu einer richtigen runden Spirale „zugeschnitten“ sind, damit sie in ein rechteckiges Gesamtmuster passen. Dennoch sind bei einem fertiggestellten Wärmetau scher diese einzelnen „Bereiche“ materialmäßig nicht voneinander getrennt, sondern miteinander einstückig ausgeführt, wie es beispielsweise durch bestimmte dreidimensionale Druckverfahren erreicht werden kann, oder durch ein Verbindungsmittel miteinander gasdicht verbunden, wie es beispielsweise durch Kleben, Löten, etc. erreicht werden kann.

Insgesamt liefert der Wärmetauscher, der aufgrund seiner Struktur auch fraktaler Wärmetauscher bezeichnet wird, eine transparente und logisch schlüssige Implementierung, die sich ferner durch einen niedrigen Strömungswiderstand bei gleichzeitig hoher Effizienz aufgrund einer optimal gleichmäßigen Verteilung der Wärmeübergangswirkung über das gesamte Volumen des Wärmetauschers auszeichnet.

Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers besteht in der Verwendung desselben als Rekuperator und/oder als Wärmetauscher einer Gaskältemaschine, die besonders kompakt aufgebaut wird, um Verluste durch Leitungen, insbesondere im Rekuperator beziehungsweise in der Verbindung zwischen Rekuperator und Kompressor zu verhindern. Zu diesem Zweck ist der Rekuperator bzw. Wärmetauscher so angeordnet, dass er sich um einen Ansaugbereich des Kompressors herum erstreckt, wobei der Ansaug bereich von dem Rekuperator durch eine Ansaugwand begrenzt ist. Diese integrierte Anordnung zwischen Kompressor mit Ansaugbereich einerseits und Rekuperator andererseits führt dazu, dass ein kompakter Aufbau mit optimalen Strömungsverhältnissen erreicht werden kann, um in der Primärseite des Rekuperators vorhandenes Gas durch den Rekuperator hindurch anzusaugen. Darüber hinaus ist die Wirkung des Rekuperators wichtig für die Effizienz der gesamten Gaskältemaschine, weshalb der Rekuperator so angeordnet ist, dass er sich zumindest teilweise und vorzugsweise ganz um den Ansaugbereich herum erstreckt. Damit wird sichergestellt, dass über den gesamten Ansaug bereich, der sich vom Kompressoreingang weg erstreckt, und von dem Rekuperator durch die Ansaugwand begrenzt ist, von allen Seiten eine beträchtliche Menge Gas aus dem Rekuperator angesaugt werden. Damit wird, obgleich der Rekuperator ein beträchtliches Volumen einnehmen kann, dennoch ein kompakter Aufbau erreicht, weil der Kompressor direkt mit dem Rekuperator integriert ist. Diese Implementierung stellt andererseits auch sicher, dass für die Sekundärseite im Rekuperator, die in dem Rekuperator mit der Primärseite in thermischer Wechselwirkung stehen muss, genügend Platz verbleibt, um die Ströme des auf der Primärseite fließenden warmen Gases und die Ströme des auf der Sekundärseite fließenden wärmeren Gases gut in thermische Wechselwirkung zu bringen.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird im Rekuperator ein Gleichstrom- oder Gegen- stromprinzip eingesetzt, um eine besonders gute Effizienz an diesem Bauteil zu erreichen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung stellt der erste Eingang des Rekuperators in die Primärseite desselben einen Gas oder Lufteingang dar, so dass die Gaskältemaschine in einem offenen System betreibbar ist. Dann ist der Turbinenausgang bzw. der Gasauslass ebenfalls in einen Raum beispielsweise hinein gerichtet, in den die gekühlte Luft beziehungsweise allgemein gesagt, das gekühlte Gas gebracht wird. Alternativ kann der Gaseingang einerseits und der Gasausgang andererseits über ein Leitungssystem und einen Wärmetauscher mit einem System verbunden sein, das zu küh len ist. Dann handelt es sich bei der Gaskältemaschine gemäß der vorliegenden Erfindung um ein geschlossenes System.

Vorzugsweise ist die gesamte Gaskältemaschine in einem Gehäuse eingebaut, das typi scherweise zumindest in seinem „Inneren" rotationssymmetrisch mit aufrecht stehender Form und einer größeren Höhe als Durchmesser, also als schlanke aufrecht stehende Form ausgebildet ist. In diesem Gehäuse befinden sich sowohl der Gaseingang als auch der Gasausgang und der Rekuperator, der Kompressor und die Turbine und vorzugsweise auch der Wärmetauscher.

Vorzugsweise ist im Betrieb der Kompressor oberhalb der Turbine angeordnet. Wiederum vorzugsweise umfasst der Kompressor ein Radialrad und umfasst die Turbine ebenfalls ein Turbinenrad, wobei das Kompressorrad und das Turbinenrad auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, und diese Achse ferner einen Rotor eines Antriebsmotors umfasst, der mit einem Stator des Antriebsmotors wechselwirkt. Vorzugsweise ist der Rotor zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad angeordnet.

Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen ist der Rekuperator in einem äußeren Bereich des Volumens der Gaskraftmaschine angeordnet und ist der Kompressoreingang in einem inneren Bereich des Volumens der Gaskraftmaschine angeordnet, wobei sich auch der Ansaugbereich in dem inneren Bereich des Volumens befindet. Vorzugsweise hat der Ansaugbereich eine von einem ersten Ende zu dem zweiten Ende kontinuierlich zunehmende Öffnungsfläche, so dass die Ansaugwand kontinuierlich, also vorzugsweise ohne Kanten ausgebildet ist. Das Ende mit der kleineren Öffnungsfläche ist mit dem Kompressoreingang verbunden und das Ende mit der größeren Öffnungsfläche ist abgeschlossen, so dass durch den Kompressorbetrieb eine Ansaugwirkung im Ansaugbereich entsteht, die sich über den Primärausgang des Rekuperators, der mit dem Ansaugbereich fluidisch gekoppelt ist, über den Rekuperator hindurch zu dem Primäreingang des Rekuperators erstreckt, der entweder direkt als Gaseinlass ausgebildet ist oder mit einem Gasauslass im Gehäuse verbunden ist.

Wieder vorzugsweise ist ein Leitraum des Kompressors so angeordnet, dass er das komprimierte Gas von der Mitte des Volumens der Gaskraftmaschine nach außen führt und dort unmittelbar in einen Primäreingang des Wärmetauschers einspeist. Durch den Wärmetauscher fließt das erhitzte Gas von außen nach innen und tritt von dort in den Sekundäreingang beziehungsweise zweiten Eingang des Rekuperators ein, der vorzugsweise innen im Volumen befindlich ist und sich um den Ansaugbereich und insbesondere um die Ansaugwand herum erstreckt, jedoch von dem Ansaugbereich fluidisch getrennt ist. Das in den Sekundäreingang eingespeiste Gas fließt von innen nach außen in der Sekundärseite des Rekuperators und ermöglicht somit ein Gegenstromprinzip, das thermisch besonders günstig ist und fließt dann von außen bezüglich des Rekuperators vorzugsweise in den Ansaugbereich der Turbine, wobei das Gas von außen nach innen fließt, um sich über das Turbinenrad in den Luftausgang zu relaxieren, welcher als eine große Fläche vorzugsweise im Unteren der Gaskältemaschine ausgebildet ist. Dagegen ist der Gaseingang im seitlichen oberen Bereich der Gaskältemaschine ausgebildet, und zwar durch eine Vielzahl von Perforierungen, die mit entsprechenden Gaskanälen verbunden sind, und die den Gaseinlass beziehungsweise den Primäreingang in den Rekuperator bilden.

Vorzugsweise ist eine zur Steuerung und zum Betrieb der Gaskältemaschine benötigte Elektronik in einem Bereich unterhalb des T urbinenansaugbereichs, also neben dem Luftaustritt angeordnet, damit die gekühlte Luft über die T urbinenausgangswand eine Kühlwirkung auf Elektronikelemente liefern kann.

Ferner ist der Aufbau einer Kaltluftkältemaschine technisch weniger aufwändig und damit auch weniger fehleranfällig zum Beispiel im Vergleich zu einer Wärmepumpe. Darüber hinaus ist ein höherer Wirkungsgrad zu erwarten, da keine Arbeit geliefert werden muss, um eine beachtliche Menge an flüssigem Kältemittel im Kreislauf zu bewegen.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Anordnung des Rekuperators zumindest teilweise um den Ansaugbereich herum. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Anordnung des Reku perators, des Kompressors, des Wärmetauschers, und der Turbine in einem einzigen Gehäuse, das z. B. zylinderförmig sein kann und z. B. eine länglich Form hat, die eine Höhe besitzt, die größer als der Durchmesser ist..

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die spezielle Implementierung, bei der der Kompressor oberhalbe der Turbine angeordnet ist, um eine optimale Flusswirkung des Gases in der Gaskältemaschine zu erreichen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Platzierung des Kom- pressorrads und des Turbinenrads auf einer Achse, an der auch der Rotor des Motors angeordnet ist, um eine optimale und effiziente Übertragung der Kraft von der Turbine auf den Kompressor zu schaffen, um zuzuführende Antriebsenergie so weit als möglich einzusparen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Implementierung eines rotationssymmetrischen Rekuperators mit dem Kompressor und der Turbine, deren Drehachse mit der Achse des Rekuperators zusammenfällt, ob eine effiziente Strömungsführung in der Gaskältemaschine zu erreichen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die bevorzugte Anordnung und Ausführung des Wärmetauschers in der Gaskältemaschine, um eine platzsparende Gaskältemaschine mit effizienter Umsetzung von thermischer Energie zu erreichen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Platzierung einer Elektronikbaugruppe in einem kühlen Bereich der Gaskältemaschine z. B. zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad oder in thermischer Wechselwirkung mit der Begrenzung des Turbineneingangs am Weg des Gases vom Rekuperatorausgang in die Turbine oder in der Nähe des besonders kühlen Turbinenausgangs.

Eine weitere bevorzugte Anwendung des Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung in einer Kompressor-Wärmetauscher-Turbinen-Kombination, um eine einfache und gleichzeitig robuste Maßnahme zum Behandeln von Gas zu erhalten, wobei der Wärmetauscher als Gas-Gas-Wärmetauscher ausgebildet ist und auf seiner Primärseite zwischen den Kompressorausgang und den Turbineneingang gekoppelt ist. Die Primärseite des Gas-Gas-Wärmetauschers, der auch als Rekuperator bezeichnet werden kann, kann je nach Implementierung mit verschiedenen unterschiedlichen Gasströmen beaufschlagt werden.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die Kompressor-Gas-Gas-Wärmetauscher- Turbinen-Kombination mit einer Eingangs-Schnittstelle und einer Ausgangs-Schnittstelle versehen, wobei die Eingangs-Schnittstelle ausgebildet ist, um den Kompressoreingang und den Wärmetauschereingang der Primärseite mit einer Gaszufuhr zu koppeln. Dann ist die Ausgangs-Schnittstelle ausgebildet, um den Turbinenausgang und den Wärmetauscherausgang der Primärseite des Wärmetauschers mit einer Gasabfuhr zu koppeln.

Die Eingangs-Schnittstelle und die Ausgangs-Schnittstelle können je nach Implementierung fest „verdrahtet“, also fest installiert sein, um die Vorrichtung zum Behandeln von Gas in einen „Sommerbetrieb“ zu fahren, in dem die Kühlleistung der Vorrichtung zum Behandeln im Vordergrund steht. Bei einer anderen Implementierung der Eingangs-Schnittstelle und/oder der Ausgangs-Schnittstelle wird die Vorrichtung zum Behandeln von Gas „fest verdrahtet“ in einen „Winterbetrieb“ gefahren, bei dem das Heizen, also die Heizungswirkung der Vorrichtung im Vordergrund steht.

Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel sind sowohl die Eingangs-Schnittstelle als auch die Ausgangs-Schnittstelle steuerbar ausgebildet, um die Eingangsseite der Vorrichtung zum Behandeln von Gas und die Ausgangsseite der Vorrichtung zum Behandeln von Gas abhängig von einem Steuersignal, das manuell oder automatisch erfasst werden kann, in einen Kühlungsbetrieb oder in einen Heizungsbetrieb einzustellen. Die Erfassung der Umgebungssituation, wie beispielsweise eine T emperaturerfassung oder eine Zieltemperaturerfassung einer Zuluft für einen Raum, kann automatisch unter Verwendung eines Temperatursensors oder eines Strömungssensors oder von beiden Sensoren stattfinden, oder kann manuell oder abhängig von einer größeren, zum Beispiel einer Gebäudesteuerung abgeleitet werden.

Je nach Implementierung kann die Eingangs-Schnittstelle oder die Ausgangs-Schnittstelle als Zwei-Wege-Schalter mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen eingestellt sein, wobei zwischen zwei Verbindungen von den Eingängen zu den Ausgängen hin- und hergeschaltet werden kann. Alternativ kann die Schnittstelle auch aus einzelnen Schaltelementen bestehen, um einen Eingang an einen von zwei Ausgängen abhängig von einem Steuersignal anzuschließen. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung zum Behandelh von Gas aus gebildet, um eine spezielle Kompressor-T urbinen-Kombination zu haben, bei der das Kom pressorrad und das Turbinenrad auf einer Achse angeordnet sind, wobei zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad ein Antriebsmotor angeordnet ist, und wobei insbe sondere der Rotor des Antriebsmotors auf derselben Achse angeordnet ist, auf der auch das Turbinenrad und das Kompressorrad angeordnet sind.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist ferner der Wärmetauscher, der ein Gas-Gas-Wärmetauscher ist, in der Art eines Rekuperators ausgebildet, wobei ferner vorzugsweise ein Gegenstrom-Prinzip verwendet wird, bei dem eine Mehrzahl und insbesondere eine große Anzahl von Strömungskanälen, die die Primärseite bilden, mit einer Mehrzahl und insbesondere eine große Anzahl von Strömungskanälen, die die Sekundärseite bilden, in thermischer Wechselwirkung stehen. Ferner wird es bevorzugt, dass der Wärmetauscher eine rotationssymmetrische Form mit einem ersten Rekuperatorausgang in der Mitte des Rekuperators aufweist.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung zum Behandeln von Gas über die Eingangs- und/oder die Ausgangs-Schnittstelle mit einem raumlufttechnischen Gerät gekoppelt, und zwar insbesondere mit einem raumlufttechnischen Gerät, das einen Abluftanschluss, einen Zuluftanschluss, und gegebenenfalls auch einen Fortluftanschluss und einen Frischluftanschluss bietet. Das raumlufttechnische Gerät, das zumindest einen Teil der Abluft aus einem Raum typischerweise nach außen als Fortluft abführt, wird durch die Vorrichtung zum Behandeln von Gas dahingehend ergänzt, dass, zum Beispiel zum Heizen in dem Raum, also im Winterbetrieb, die thermische Energie der Abluft entzogen wird und in die Zuluft über den Wärmetauscher übertragen wird. So wird auch zum Kühlen im Raum der zugeführten Frischluft Energie entzogen und über die ohnehin schon warme Abluft über die Fortluft aus dem System entfernt. Bei der Kompressor-ZT urbinen-Kombination kann eine relativ „heiße“ Frischluft dazu verwendet werden, um aus der Abluft eine noch heißere Fortluft zu erzeugen, so dass eine Zuluft nach wie vor eine adäquate Kühlungsleistung in den Raum bringen kann.

Das raumlufttechnische Gerät hat insbesondere bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Aufteiler, der eine Raumabluft aufteilt in einen Abluftstrom und in einen Wiedereinspeisestrom. Der Wiedereinspeisestrom wird vorzugsweise von einem Bearbeiter bear- beitet, wie beispielsweise feuchtigkeitsmäßig verändert, desinfiziert oder mit Sauerstoff an gereichert jedoch typischerweise nicht thermisch also im Hinblick auf seine Temperatur aktiv verändert. Dieser bearbeitete Luftstrom wird einem Kombinierer zugeführt, der zugleich aus der Vorrichtung zum Behandeln von Gas eine klimatisierte Frischluft erhält, die dann, je nach Implementierung, kalt ist, wenn der Raum gekühlt werden soll, wenn die Raumzuluft also kälter als die Raumabluft sein soll, oder die warm ist, wenn der Raum geheizt werden soll, wenn also die Raumzuluft wärmer als die Raumabluft zu sein hat.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine Querschnittsdarstellung eines Wärmetauschers an einer ersten Stelle entlang einer Strömungsrichtung;

Fig. 1b eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers an einer zweiten Stelle entlang einer Strömungsrichtung;

Fig. 1c eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers an einer dritten Stelle entlang einer Strömungsrichtung;

Fig. 1d eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers an einer vierten Stelle entlang einer Strömungsrichtung;

Fig. 1 e eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers an einer fünften Stelle entlang einer Strömungsrichtung;

Fig. 2a eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers an einer sechsten Stelle entlang einer Strömungsrichtung;

Fig. 2b eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers an einer siebten Stelle entlang einer Strömungsrichtung;

Fig. 2c eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers an einer achten Stelle entlang einer Strömungsrichtung; Fig. 2d eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers an einer neunten Stelle entlang einer Strömungsrichtung;

Fig. 3a eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des Wärmetauschers mit Erläuterung der Stellen der Fig. 1a bis Fig. 2d;

Fig. 3b eine Draufsicht auf die Darstellung von Fig. 3a;

Fig. 4a eine Draufsicht auf eine „Hälfte“ der Darstellung von Fig. 3b;

Fig. 4b eine perspektivische Darstellung der Draufsicht von Fig. 4a;

Fig. 5a eine Draufsicht auf eine „nicht-zugeschnittene“ Darstellung einer Hälfte von Fig.

4a;

Fig. 5b eine perspektivische Darstellung der Draufsicht von Fig. 5a;

Fig. 5c eine „zugeschnittene“ Darstellung einer Draufsicht einer Spirale von Fig. 5a;

Fig. 5d eine perspektivische Darstellung der „zugeschnittenen Spirale" von Fig. 5c;

Fig. 6a eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 6b eine weitere Darstellung des Wärmetauschers von Fig. 6a;

Fig. 7a eine Draufsicht auf einen zylindrischen Wärmetauscher mit radialen Strömungsrichtungen;

Fig. 7b eine Querschnittsdarstellung des Wärmetauschers von Fig. 7a an einer Stelle, an der die Kanäle im Volumen eine Querrichtung haben, die horizontal ist;

Fig. 7c eine allgemeine Darstellung eines Wärmetauschers mit Primäreingang, Primärausgang, Sekundäreingang und Sekundärausgang im Gegenstromprinzip; Fig. 8a eine alternative Implementierung des Wärmetauschers an der Stelle bezüglich Fig. 2a, jedoch mit einer größeren Anzahl von vertikalen Kanälen als in Fig. 2b;

Fig. 8b eine Darstellung des Wärmetauschers von Fig. 8a, jedoch an der Stelle bezüglich des Wärmetauschers von Fig. 2b;

Fig. 9a eine alternative Implementierung des Wärmetauschers von Fig. 2a, jedoch mit mehr horizontalen und vertikalen Kanälen als in Fig. 1 e;

Fig. 9b eine Darstellung des Wärmetauschers an der Stelle von Fig. 2d, jedoch mit einer größeren Anzahl von horizontalen Kanälen als in Fig. 2d;

Fig. 10 ein Prinzipschaltbild einer Gaskältemaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11a eine Schnittdarstellung einer voll integrierten Gaskältemaschine mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher als Rekuperator;

Fig. 11b eine Schnittdarstellung einer voll integrierten Gaskältemaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit alternativer Anordnung der Elektronikbaugruppe;

Fig. 12a eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines bevorzugten Rekuperators mit Sammlungsräumen auf der Sekundärseite;

Fig. 12b eine schematische Draufsicht auf einen bevorzugten Rekuperator mit Sammlungsräumen auf der Sekundärseite;

Fig. 13 eine Vorrichtung zum Behandeln von Gas gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 14 eine Vorrichtung zum Behandeln von Gas für einen „Sommerbetrieb“ gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 15 eine Vorrichtung zum Behandeln von Gas gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für einen „Winterbetrieb“; Fig. 16a eine Implementierung der Eingangs-Schnittstelle oder der Ausgangs-Schnittstelle;

Fig. 16b eine Steuertabelle zum Konfigurieren der Schnittstellen in den Sommer- oder den Winterbetrieb;

Fig. 17a eine alternative Implementierung der Vorrichtung zum Behandeln von Gas;

Fig. 17b eine Steuertabelle für die Steuerung der Schalter in Fig. 17a;

Fig. 17c eine Implementierung der Eingangs- oder der Ausgangs-Schnittstelle als Zwei- Wege-Schalter;

Fig. 18a ein Ausführungsbeispiel eines raumlufttechnischen Geräts, das mit der Vorrichtung zum Behandeln von Gas koppelbar ist;

Fig. 18b ein weiteres Ausführungsbeispiel eines raumlufttechnischen Geräts, das mit der Vorrichtung zum Behandeln von Gas koppelbar ist;

Fig. 19a eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Kompressor-T urbinen-Kombina- tion;

Fig. 19b eine Seitenansicht der bevorzugten Kompressor-T urbinen-Kombination aus Fig. 19a;

Fig. 20a eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen bevorzugten Wärmetauscher/Rekuperator mit Sammlungsräumen auf der Sekundärseite und auf der Primärseite;

Fig. 20b eine schematische Draufsicht auf einen bevorzugten Rekuperator mit Sammlungsräumen auf der Primärseite und der Sekundärseite; und

Fig. 20c eine alternative Implementierung der Vorrichtung zum Behandeln von Gas gemäß einem Ausführungsbeispiel. Fig. 1a zeigt eine Querschnittsdarstellung oder eine „Startansicht“ eines Wärmetauschers, der eine erste Anzahl von Kanälen 101a, 101b, 101c für ein erstes Fluid hat, die sich entlang einer ersten Strömungsrichtung des ersten Fluids erstrecken, und die sich ferner in einer ersten Querrichtung erstrecken. Die erste Strömungsrichtung geht in die Zeichenebene hin ein oder aus der Zeichenebene heraus. Die erste Querrichtung erstreckt sich parallel zu der Wandstruktur 200a, 200b, 200c, 200d und 200e. Die erste Strömungsrichtung ist daher entweder die Richtung in z-Richtung des Koordinatensystems in Fig. 1a oder entgegen der z-Richtung, wenn die erste Strömungsrichtung aus der Zeichenebene heraus gerichtet ist und die positive z-Richtung in die Zeichenebene hinein gerichtet ist, wie es am Koordinatensystem dargestellt ist. Die erste Querrichtung ist vorzugsweise die x-Richtung, könnte jedoch auch die y-Richtung sein.

Die zweite Anzahl von Kanälen umfasst die Kanäle 102a, 102b, 102c und die zweite Anzahl von Kanälen dient für ein zweites Fluid, wobei sich die zweite Anzahl von Kanälen entlang einer zweiten Strömungsrichtung des zweiten Fluids und in einer zweiten Querrichtung erstrecken. Die zweite Querrichtung ist vorzugsweise ebenfalls dieselbe Querrichtung wie die erste Querrichtung, wenn die Kanäle parallel und verschachtelt ausgebildet sind. Es könnte jedoch auch alternative Implementierungen mit nicht-konstanter Wanddicke oder mehreren Wänden zwischen den Kanälen ausgebildet sein, bei der sich z. B. die erste Querrichtung in einer x-y-Richtung erstrecken würde, die z. B. +30° liegen würde und die zweiten Kanäle sich in der Querrichtung um -30° beispielsweise erstrecken würden. Es wird jedoch eine parallele und symmetrische Ausrichtung der Kanäle wie in Fig. 1a gezeigt bevorzugt, bei der die Kanäle untereinander verschachtelt sind, so dass immer zwischen zwei Kanälen der einen Anzahl ein Kanal der anderen Anzahl angeordnet ist. Insbesondere ist immer genau ein Kanal der einen Anzahl zwischen genau zwei Kanälen der anderen Anzahl angeordnet, wie es beispielsweise bei Fig. 1a dargestellt ist, in der der Kanal 102b zwischen den Kanälen 101a und 101b angeordnet ist.

Erfindungsgemäß variiert die erste Querrichtung entlang der ersten Strömungsrichtung und variiert auch die zweite Querrichtung entlang der zweiten Strömungsrichtung, wie es aus der Zusammenschau der Fig. 1a bis Fig. 2d ersichtlich wird, die Querschnitte durch den Wärmetauscher an verschiedenen Stellen zeigen, wie es übersichtlich in Fig. 3a anhand eines Beispielabschnitts dargestellt ist, der in den Fig. 1a bis Fig. 2d durch die vier nebeneinander angeordneten Einzelbereiche dargestellt sind, die bei 301, 302, 303 und 304 in Fig. 1b beispielsweise dargestellt sind. Ferner sind Punkte in den Fig. 1a bis Fig. 2d einge- zeichnet, um die Pfeile dargestellt sind, um eine Drehachse einer jeweiligen Spirale zu sym bolisieren, um die sich einzelne Wandstrukturbereiche entlang der Erstreckung des Wärmetauschers in der jeweiligen Strömungsrichtung bzw. entgegen der jeweiligen Strömungsrichtung erstrecken. Die Pfeile in Fig. 1b und in den anderen Fig. 1a bis Fig. 2d, die um die „Drehpunkte" der einzelnen Teilbereiche 301 , 302, 303, 304 gezeichnet sind, stellen den Drehsinn des Wandabschnitts entlang der Strömungsrichtung des ersten bzw. zweiten Flu ids dar, und stellen somit die Drehrichtung der entsprechenden Spirale in positiver Rich tung, wie beispielsweise bei der Spirale durch den Bereich 302 oder in negativer Richtung wie bei der Spirale des Bereichs 301 dar. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich im fertig hergestellten Wärmetauscher nichts „dreht“. Mit Drehsinn ist lediglich dargestellt, wie die Wandstruktur bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entlang der Strömungsrichtung ausgebildet ist.

Die Wandstruktur 200a bis 200e ist so ausgebildet, dass an der ersten Stelle (Fig. 1a) des Wärmetauschers bezüglich der ersten oder zweiten Strömungsrichtung eine erste Querrichtung odereine zweite Querrichtung existiert, die entlang der x-Richtung oder der y-Rich- tung ausgerichtet sind. Vorzugsweise sind bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Querrichtungen an der ersten Stelle gleich, also beispielsweise in den x-Richtungen von Fig. 1a ausgebildet.

An einer zweiten Stelle des Wärmetauschers bezüglich der ersten und zweiten Strömungsrichtung, die in Fig. 1c dargestellt ist, ist die erste und die zweite Querrichtung nunmehr nicht mehr in x-Richtung, sondern in y-Richtung ausgerichtet. Die Kanäle erstrecken sich nicht mehr horizontal wie in Fig. 1a, sondern nunmehr vertikal wie in Fig. 1c. Die Wandstrukturen 200a bis 200e von Fig. 1a haben sich nunmehr in eine vertikale Wandstruktur 202a, 202b, 202c, 202d gewandelt. Dennoch sind die beiden Fluidgebiete „1“ für die erste Anzahl von Kanälen und „2“ für die zweite Anzahl von Kanälen voneinander durchwegs getrennt und derart beschaffen, wie sie in Fig. 1c gezeichnet sind. Die Kanäle der ersten Anzahl von Kanälen sind links bezüglich der Wandstruktur 202a und zwischen der Wandstruktur 202b und 202c und rechts bezüglich der Wandstruktur 202d ausgebildet, während die zweite Anzahl von Kanälen zwischen der Wandstruktur 202c und 202d und zwischen der Wandstruktur 202a, 202b ausgebildet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass die Fig. 1a bis Fig. 2d lediglich den Ausschnitt eines Abschnitts des Wärmetauschers darstellen, der viel größer ausgebildet sein kann, beispielsweise mit 10 bis 100 Kanälen pro Anzahl von Kanälen oder mit einer noch größeren Anzahl und einer Länge oder einem Radius, wie er für die entsprechende Anwendung benötigt wird. Fig. 1b zeigt den „Übergang“ zwischen der Ausformung von horizontalen Kanälen zu der Ausformung der vertikalen Kanäle, also zwischen dem Querschnitt von Fig. 1a und dem Querschnitt von Fig. 1c. Hierzu werden die einzelnen Bereiche 301 , 302, 303, 304 von ihrer Position in Fig. 1a beispielsweise in der jeweiligen Drehrichtung gedreht, wobei sich jedoch die Bereiche andauernd „berühren“. Dies bedeutet, dass die Elemente 301, 302 ausgehend von Fig. 1a beide nach oben gedreht werden und die Elemente 303 und 304 ausgehend von Fig. 1a nach unten gedreht werden. Damit wird der Kanal 102b der zweiten Anzahl von Kanälen in Teilkanäle 103a, 103b „aufgeteilt“, wobei die in Fig. 1a gezeigte nunmehr rautenförmige Wandstruktur Aufteilungsabschnitte bildet, um aus dem durchgehenden horizontalen Kanal 102b die zwei Teilkanäle 103a, 103b zu bilden. Entsprechend wird z. B. der darüber liegende Kanal 101a von Fig. 1a in die Teilkanäle 104a, 104b, 104 aufgeteilt, wieder dadurch, dass sich die einzelnen Wandstrukturbereiche von Fig. 1b entlang der Länge des Wärmetauschers „verändern“. Wenn Fig. 1b und Fig. 1c verglichen werden, so ist zu sehen, dass sich nunmehr die bereits aneinander angrenzenden Teilkanäle für das zweite Fluid, die mit „2“ in Fig. 1b bezeichnet sind, und die jeweiligen Teilbereiche für das erste Fluid, die mit „1“ in Fig. 1b bezeichnet sind, ineinander vereinigen. Dies wird dadurch erreicht, dass die einzelnen Wandstrukturbereiche 301 bis 304 entsprechend „weitergedreht“ werden, bis eine komplett vertikale Ausrichtung der Wandstruktur erreicht worden ist, die bei 202a bis 202d in Fig. 1c gezeigt ist.

Durch eine weitere „Drehung“ der Bereiche 301 bis 304 und natürlich der gesamten anderen, nicht mehr einzeln bezeichneten Teilbereiche der Wandstruktur um die entsprechenden durch dickere Punkte dargestellten Drehachsen wird eine Situation erreicht, wie sie in Fig. 1d gezeigt ist, wo nunmehr die vertikalen Kanäle wiederum in vertikale T eilkanäle durch Aufteilungsstrukturen aufgeteilt werden, die sich dann in Fig. 1e wieder horizontal vereinigen, so dass wieder horizontale Teilkanäle erreicht worden sind.

Beim Vergleich von Fig. 1e und 1a wird nunmehr jedoch ersichtlich, dass sich die „Belegung“ der einzelnen Kanäle nunmehr verändert hat. Wo in Fig. 1a das erste Fluid vorhanden war, ist in Fig. 1e nunmehr das zweite Fluid vorhanden und umgekehrt. In Wandstruk- tur-Bereichen 200a und 200b in Fig. 1e ist nunmehr ein Kanal der zweiten Anzahl von Kanälen, während zwischen diesen Strukturbereich in Fig. 1a ein Kanal der ersten Anzahl von Kanälen war. Die weitere Entwicklung des Wärmetauschers entlang der ersten bzw. zweiten Strömungs richtung ist in Fig. 2a gezeigt. Somit werden die entsprechenden vertikalen Kanäle wieder in einzelne vertikale Teilkanäle aufgeteilt, so dass sich bereits vertikale Teilkanäle „berühren“, jedoch noch nicht vereinigt sind. Diese Vereinigung findet im Übergang von Fig. 2a zu Fig. 2b statt, wobei nun jedoch wiederum in Analogie zu dem, was in Fig. 1e dargestellt worden ist, die „Belegung“ der einzelnen Strukturen entgegengesetzt zu der Belegung in Fig. 1c ist. So ist zwischen den Strukturen 202d und 202c in Fig. 2b beispielsweise ein Kanal der ersten Anzahl von Kanälen für das erste Fluid, wie es mit „1“ dargestellt ist, während zwischen diesen beiden Strukturen in Fig. 1c ein Kanal der zweiten Anzahl von Kanälen für das zweite Fluid vorhanden war.

Die vertikalen Kanäle von Fig. 2b werden wiederum, wie es in Fig. 2c dargestellt ist, erneut in einzelne vertikal Teilbereiche aufgeteilt, wobei sich nunmehr Teilbereiche desselben Fluidgebiets bereits horizontal berühren, aber noch nicht vereinigt sind. Diese Vereinigung findet dann wiederum im Übergang zwischen Fig. 2c und Fig. 2d statt, und die „Belegung“ der einzelnen Bereiche ist nunmehr wieder genauso wie in Fig. 1a.

Der Wärmetauscher hat daher in der ersten bzw. zweiten Strömungsrichtung bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Periode T. Die Startsituation ist in Fig. 1a gezeigt, wo die Periode startet. Die Fig. 1b bis Fig. 2d geben jeweils ein Achtel der Periode an. Wenn eine Periode als 360° bezeichnet wird, wo wird von jedem Teilbild zum nächsten Teilbild ein Winkel von 45° bzw. ein Perioden-Achtel „überstrichen“. Eine perspektivische Darstellung des Wärmetauschers ist in Fig. 6a und Fig. 6b dargestellt, wobei der „Rahmen“ 600 für den Wärmetauscher der Wandbereich des Wärmetauschers sein kann. Es ist jedoch in Fig. 6a und Fig. 6b dargestellt, dass der Rahmen oben (und unten) durch Öffnungen geöffnet ist, die bei einer tatsächlichen Ausführung geschlossen sind. Je nach Implementierung kann der Wärmetauscher in Fig. 6a und Fig. 6b auch ohne den Rahmen 600 als Ausschnitt in einer wesentlich größeren Wärmetauscherstruktur fungieren.

In Fig. 6a sind dieselben Wandstrukturen von Fig. 1a dargestellt. Ferner sind die einzelnen horizontalen Kanäle, die mit den entsprechenden Fluids belegt sind, eingezeichnet. Insbesondere sind die mit „1“ bezeichneten Kanäle mit dem ersten Fluid belegt und die mit „2“ bezeichneten Kanäle mit dem zweiten fluid belegt. Die Strömungsrichtung findet in die in Fig. 6a dargestellte Bildebene hinein oder heraus statt. Vorzugsweise wird der Wärmetauscher als Gegenstrom-Wärmetauscher eingesetzt, so dass in den Kanälen, die mit „1“ bezeichnet sind, das Fluid in die Zeichenebene hineinfließt, und dass in den Kanälen, die mit „2“ bezeichnet sind, das Fluid aus der Zeichenebene herausfließt. Ferner ist bei dem in Fig. 6a gezeigten Ausführungsbeispiel die entsprechende Anordnung der vertikalen Kanäle durch die oben im Rahmen 600 dargestellten Öffnungen gezeigt. So zeigt die bei 602 dargestellte Position des Wärmetauschers in bzw. gegen der entsprechenden Strömungsrich- tung die Position in Fig. 1c, also nach einer Viertelperiode bzw. nach einer 90°-Drehung. Entsprechend zeigt die bei 604 dargestellte Stelle die Situation von Fig. 2b. Zwischen Position 602 und 604 in Strömungsrichtung des Wärmetauschers befindet sich die Position 603, an der wieder, wie es in Fig. 1e dargestellt ist, die Kanäle wieder, wie vorne in Fig. 6a, horizontal ausgebildet sind, jedoch in bezüglich der Höhe unterschiedlichen Belegungen der einzelnen Strukturen 200a bis 200e. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Strukturen 200a bis 200e sich selbstverständlich nicht durchgehend erstrecken, sondern entsprechend wie es anhand der Fig. 1a bis Fig. 2d dargestellt worden ist, variieren. An der Stelle 603 befinden sich jedoch wieder dieselben horizontal ausgerichteten Wände wie vorne in Fig. 6a, also an der Position 601. Aufgrund der durchgehenden Änderung der Wandstruktur fließt zwischen 200a und 200b an der Position 603 das zweite Fluid und nicht das erste Fluid.

Fig. 6a zeigt eine etwas vergrößerte Darstellung von Fig. 6a. Insbesondere sind die vier Elemente 301, 302, 303, 304 bezüglich Fig. 1b schematisch eingezeichnet, um die „Dre- hung“ um die einzelnen „Drehpunkte“, wie sie in Fig. 1a und Fig. 1b schematisch dargestellt sind, anzuzeigen, und zwar in Fig. 6b für die Situation gewissermaßen „innerhalb“ des Wärmetauschers, nämlich bei einer Position von 45°-Drehung bzw. einer Achtelperiode.

Eine gesamte Periode ist durch das Werkstück von Fig. 6a und Fig. 6b dargestellt, da an der hinteren Querschnittsseite, die in Fig. 6a mit 605 bezeichnet ist, wieder horizontale Kanäle vorhanden sind, die wieder genauso mit dem ersten und dem zweiten Fluid belegt sind, wie es vorne in Fig. 6a eingezeichnet ist.

Fig. 7a und Fig. 7b zeigen eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher, der im Gegensatz zu Fig. 6a nicht in Längsrichtung oder quaderförmig ausgebildet ist, sondern als Zylinder, bei dem die Strömungsrichtung in radialer Richtung stattfindet, also von außen nach innen für das eine Fluid und von innen nach außen für das andere Fluid, wenn der Wärmetauscher von Fig. 7a und Fig. 7b als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist. Fig. 7b zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der in Fig. 7a gezeigten Stelle. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Querschnitt in Fig. 7b lediglich veranschaulichen soll, wie die Strömungsrichtungen sind. Die Erstreckung der Kanäle ist jedoch entlang der Strömungsrichtung genauso, wie es anhand der Fig. 1a bis Fig. 2d dargelegt ist, oder wie es anhand der Fig. 8a bis Fig. 9b dargelegt ist. Entlang der Strömungsrichtung ändern sich daher die Kanäle von einer horizontalen Erstreckung parallel zu einem Deckel 700 des Wärmetauschers bzw. zu einem Boden 702 des Wärmetauschers von Fig. 7a in vertikale Kanäle. Diese dauernde Hin- und Her-Änderung von sich in der einen horizontalen Querrichtung erstreckenden Kanälen in sich in der Querrichtung erstreckende vertikale Kanäle ist jedoch in Fig. 7b nicht eingezeichnet.

Darüber hinaus ist in Fig. 7a eingezeichnet, wie sich die Anzahl der Kanäle pro Winkelbereich von außen nach innen bzw. von innen nach außen ändern kann. Es können an bestimmten Schnittstellen pro Winkelbereich mehr Kanäle in weniger Kanäle oder umgekehrt umgesetzt werden, um die Situation daran anzupassen, dass der Durchmesser des Wärmetauschers, wenn er in radialer Richtung mit Fluid durchströmt wird, von außen nach innen abnimmt. Die in Fig. 7a gezeigten radialen und auch umfangsmäßigen Linien sind daher, wenn der Deckel 700 aufgesetzt ist, nicht zu erkennen, wären jedoch zu erkennen, wenn der Wärmetauscher ohne Deckel betrachtet wird oder an irgendeiner Stelle seiner Höhe „aufgeschnitten“ werden würde. Aufgrund der sich ändernden Querrichtung der Kanäle würden die die einzelnen Kanäle symbolisierenden radial verlaufenden Linien in Fig. 7a jedoch nicht sichtbar sein, da die ganze Zeit ein Wechsel zwischen sich horizontal und vertikal erstreckenden Kanälen stattfindet. Die Linien in Fig. 7a zeigen in der Draufsicht daher lediglich schematisch Kanäle, die in radial gerichteter Strömungsrichtung betrieben werden.

Die vertikalen Kanäle haben ferner den Vorteil, dass eine Abfuhr von Kondensflüssigkeit, wie z. B. Kondenswasser, ohne weiteres erreicht werden kann. Da sich innerhalb einer Periode zwei Bereiche befinden, die vertikal durch den gesamten Wärmetauscher von oben nach unten durchgehen, wird Kondenswasser, das sich typischerweise an den Aufteilungs abschnitten als kleine Tropfen niederschlagen wird, einfach nach unten abfließen. Die Wandstruktur ist vorzugsweise so ausgebildet ist, dass die erste Anzahl von Kanälen oder die zweite Anzahl von Kanälen einen oder mehrere in Betriebsrichtung des Wärmetau schers vertikale Bereiche aufweisen, die sich von oben nach unten durch den Wärmetau scher erstrecken, und bei dem unterhalb des einen oder der mehreren vertikalen Bereiche eine Kondensflüssigkeitsabfuhreinrichtung ausgebildet ist, um in dem einen oder den mehreren vertikalen Bereichen vorhandene Kondensflüssigkeit abzuführen. Diese Abfuhrein- richtung umfasst bei einer Implementierung die Wassersammeleinrichtung, wie beispielsweise eine Auffangschale am unteren Ende des Wärmetauschers vorzugsweise für jeden der beiden Druckbereiche und eine Pumpe oder eine andere Einrichtung zur Wasserabfuhr. Damit kann eine einfache Handhabung und frühzeitigen Abfuhr des Kondenswassers er reicht werden, so dass eine Eisbildung im Wärmetauscher oder sonstige Probleme mit Kon- densflüssigkeit vermieden werden können.

Fig. 7c zeigt eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers mit einem Primäreingang P.EIN 710, einen Primärausgang P.AUS 720, einem Sekundäreingang S.EIN 730 und einem Sekundärausgang S.AUS 740. Die Ein- und Ausgänge 710 bis 740 sind so belegt, dass in dem Wärmetauscher von Fig. 7c eine Gegenstrom-Situation vorherrscht, dass also das Fluid auf Primärseite, also z. B. das Abluft-Fluid von links nach rechts fließt und das Fluid auf Sekundärseite, also z. B. das Zuluft-Fluid von rechts nach links fließt.

Bei dem in Fig. 7a und Fig. 7b gezeigten zylindrischen Wärmetauscher in Gegenstrom- Richtung fließt dagegen das Fluid auf der Primärseite von außen, also vom Primäreingang 710 nach innen zum Primärausgang 720, während die Sekundärseite vom Sekundärein gang 730 nach außen zum Sekundärausgang 740 fließt. Mit dem Primäreingang ist ein erster Sammlungsbereich 711 gekoppelt, in dem das Primärfluid auf die erste Anzahl von Kanälen 101a, 101b, 101c verteilt wird. Der Primär-Sammlungsbereich 711 erstreckt sich typischer außen um den Wärmetauscher herum und ist in Fig. 7a ebenfalls eingezeichnet. Auf Primärausgangsseite befindet sich ebenfalls ein dritter Sammlungsbereich 721, der durch eine zentrale Bohrung des Wärmetauschers (wie es später bezüglich Fig. 10 dargestellt ist) gebildet sein kann, in dem das erste bzw. primärseitige Fluid, nachdem es die Wärmetauscherstruktur durchlaufen hat, von den einzelnen Kanälen gesammelt wird und über den Primärausgang 720 geführt wird. Darüber hinaus existiert auf Sekundärseite eine Aufwärtsströmung im zweiten Sammlungsbereich 731 , wie es durch die Pfeilspitzen in Fig. 7a im Gegensatz zu den Pfeilenden im Bereich 721 dargestellt ist. Ferner findet ausgangsseitig im vierten Sammlungsbereich 741 ebenfalls eine Abwärtsströmung statt, wie es im Querschnitt in Fig. 7b dargestellt ist und durch die Pfeilenden in der Draufsicht von Fig. 7a ebenfalls dargestellt ist. Der zweite Sammlungsbereich 731 ist so ausgebildet, dass er das zweite Fluid in die Kanäle 102c, 102b und 102a leitet, so dass die Wärmetauscher-Wandstruktur im Bereich zwischen den Sammlungsbereich im Gegenstrom von dem ersten und dem zweiten Fluid durchflossen wird. Je nach Ausführungsform kann die Richtung in den Sammlungsbereichen unterschiedlich sein, wenn also z. B. die Primärseite und die Sekundärseite unterschiedlich als in anderen Richtungen beschickt werden, und in unterschiedlichen anderen Positionen des Wärmetauschers die Eingänge/Ausgänge angebracht sind. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Sammlungsbereiche 711 , 721, 731 , 741 voneinander fluidisch getrennt sind, abgesehen von der Verbindung durch die entsprechenden Kanäle. Auf jeden Fall sind der Sammlungs bereich 711 und der Sammlungsbereich 721 nur über die entsprechenden Kanäle verbunden, und der Sammlungsbereich 731 und 741 sind ebenfalls nur durch die entsprechenden Kanäle verbunden. Dagegen ist der Sammlungsbereich 711 vom Sammlungsbereich 741 durch die Wandstruktur fluidisch komplett getrennt, was auch für den Sammlungsbereich 721 und den Sammlungsbereich 731 gilt, damit hier keine Kurzschlüsse stattfinden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass aufgrund der Tatsache, dass sich vertikale und horizontale Kanäle (in Querrichtung, also quer zur Strömungsrichtung) regelmäßig abwechseln, ohne Weiteres die Anzahl der Kanäle entlang der Strömungsrichtung verändert werden kann. Im Extremfall wird im Sammlungsbereich von einem einzigen ersten Kanal und einem einzigen zweiten Kanal nach einer Periode von z. B. 90°, also dann, wenn ein Wechsel von horizontalen Kanälen in vertikale Kanäle stattgefunden hat, die Anzahl der horizontalen und/oder vertikalen Kanäle verändert, also um einen oder mehrere Kanäle vergrößert. So kann beispielsweise durch eine kleinere Unterteilung der Wandstrukturen, wie es z. B. anhand von Fig. 8a und Fig. 9a gezeigt ist, eine schrittweise Verkleinerung der Kanäle erreicht werden. Diese schrittweise Verkleinerung der Kanäle zugunsten einer größeren Anzahl von Kanälen ist vorteilhaft, um einen Sammlungsbereich zu implementieren, der gut „angeschlossen“ werden kann. Besonders gut kann nämlich ein Wärmetauscher dann angeschlossen werden, wenn es an der Schnittstelle, also an dem Ende des Wärmetauschers, nur einen einzigen ersten Kanal und einen einzigen zweiten Kanal gibt. Der erste Kanal würde dann, wieder bezugnehmend beispielsweise auf Fig. 6a die obere Hälfte umfassen und der zweite Kanal würde die untere Hälfte umfassen. Um dann die Wärmeübergangseffizienz zu erhöhen, würde dann bereits nach 90° oder erst nach 180° die Anzahl der „zu drehenden“ Teilbereiche und damit die Kanalanzahl erhöht werden, z. B. in einem beliebigen Verhältnis, das nicht ein ganzzahliges Verhältnis zu sein hat. Damit wird die Anzahl der Kanäle pro Volumeneinheit erhöht, um von sehr großen Kanälen, an die gut angeschlossen werden können, zu sehr kleinen Kanälen zu kommen, die einen guten Wärmeübergangskoeffizienten liefern. Dies kann ohne spezielle Maßnahmen, die aus dem erfindungsgemäßen Muster herausfallen würden erreicht werden. Damit stellen die Sammlungsbereiche an den Anschlüssen lediglich ebenfalls Kanalabschnitte dar, die prinzipiell genauso ausgebildet sind wie Kanalabschnitte im Inneren der Struktur, aber zugunsten ihrer kleineren Anzahl ein größeres Volumen haben.

Beispielhaft zeigt in diesem Zusammenhang Fig. 8a die Situation, die besteht, wenn statt der Situation bei Fig. 2a ausgehend von der Situation von Fig. 1e die Anzahl der vertikalen Kanäle erhöht werden soll. Zu diesem Zweck werden, wie es aus dem Vergleich von Fig. 2a und Fig. 8a zu sehen ist, die Aufteilungsabschnitte in horizontaler Richtung erhöht. Damit ergeben sich schmälere vertikale Kanäle, wie es in Fig. 8b im Vergleich zu Fig. 2b ersichtlich ist, jedoch zugunsten einer größeren Anzahl von vertikalen Kanälen. Dies wird einfach dadurch erreicht, dass die in Fig. 2a gezeigten rautenförmigen Aufteilungsstrukturen in horizontaler Richtung verdoppelt bzw. allgemein gesagt vergrößert werden. Da an der Schnittstelle mit horizontalen Strukturen 200a-200d bzw. vertikalen Strukturen mit 202a-202d „glatte“ Strukturen vorhanden sind, ist es ohne Weiteres auch möglich, die Zahl nicht zu verdoppeln, sondern in irgendeinem anderen Verhältnis, also in irgendeinem ungeradzahligen oder gebrochenen Verhältnis zu erhöhen (oder zu erniedrigen). Wenn die Situation in Fig. 8b beibehalten wird, so würde diese Struktur dazu führen, dass die Anzahl der horizontalen Kanäle gleichbleibt, jedoch die Anzahl der vertikalen Kanäle vergrößert wird.

Um auch die Anzahl der horizontalen Kanäle zu vergrößern, wird so vorgegangen, wie es in Fig. 9a dargestellt ist. Hier wird, wenn Fig. 9a mit Fig. 2a verglichen wird, die Rautenstruktur in horizontaler und vertikaler Richtung vergrößert, so dass mehr horizontale Kanäle erreicht werden, als es beispielsweise in Fig. 1e gezeigt ist. Ferner zeigt Fig. 9a die Situation, die erreicht wird, wenn ausgehend von der Situation in Fig. 8b „weitergemacht“ wird. So zeigt Fig. 9a somit die Situation, dass auch bei einer Schnittstelle mit vertikalen Kanälen aufgrund der Vergrößerung der entsprechenden „Drehachsen“ für die spiralförmigen bzw. schraubenförmigen Einzelelemente der Abstand verkleinert wird, um einer kleinteiligere Struktur zu erhalten.

Selbstverständlich kann die Vorgehensweise, die anhand der Fig. 8a bis Fig. 9b dargestellt worden ist, auch in der anderen Richtung durchschritten werden, um von einer kleinteiligen Struktur zu einer größerteiligen Struktur zu kommen, wenn also in einen Wärmetauscher in Richtung eines Ausgangsanschlusses „gegangen“ werden soll, wenn also ein einfacher Anschluss mit einem einfach Sammlungsbereich erreicht werden soll. Fig. 7a zeigt ferner eine Situation, bei der, wie es beispielsweise bei 760 dargestellt ist, die Anzahl der Kanäle pro Winkelelement a von fünf Kanälen im äußeren Bereich des Wärmetauschers auf vier Kanäle im inneren Bereich des Wärmetauschers erreicht wird. Diese Umsetzung kann entweder an einer horizontalen oder an einer vertikalen „Schnittstelle“, also allgemein einer entsprechenden Stelle des Wärmetauschers, wo an der die Kanäle horizontal oder vertikal verlaufen, vorgenommen werden. Bei 770 ist dagegen beispielsweise eine Situation gezeigt, bei der von einem Winkelelement ß, das drei Kanäle hat, auf zwei Kanäle übergegangen wird. Es ist ersichtlich, dass ein beliebiger Übergang, von z. B. neun Kanälen auf elf Kanäle usw., also in jedem beliebigen Verhältnis vorgenommen werden kann, wobei die Anzahl der Kanäle in der Strömungsrichtung vergrößert oder verklei nert werden kann, je nachdem, wie der Wärmetauscher durchflossen ist.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 3a bis Fig. 5d eine bevorzugte Implementierung der Wandstruktur des Wärmetauschers beschrieben. Obgleich nachfolgend dargelegt wird, dass die Wandstruktur des Wärmetauschers mit einzelnen Bereichen erzeugt werden kann, die entlang der Strömungsrichtung eine Spirale oder Schraubenform haben bzw. sich ent lang der Strömungsrichtung in einer bestimmten Form „entwickeln“ sei darauf hingewiesen, dass eine bevorzugte Herstellungsform des Wärmetauschers mittels Rapid Prototyping o- der mittels 3D-Drucken stattfindet. Je nach Ausführungsform können jedoch auch die einzelnen Teilbereiche selbst einzeln hergestellt werden und dann miteinander verbunden werden, wie beispielsweise durch Kleben, Löten oder eine andere Art und Weise der Verbindung von einzelnen Teilen bzw. Gruppen von Teilen. Die Herstellungsweise ist daher nicht auf ein 3D-Drucken begrenzt, obgleich das 3D-Drucken bevorzugt wird.

Fig. 3a zeigt den Ausschnitt des Wärmetauschers der Fig. 1a bis Fig. 2d, der durch die Elemente 301, 302, 303, 304 dargestellt wird. Die Entwicklung dieser Elemente entlang der Strömungsrichtung ist in Fig. 3a in dreidimensionaler Darstellung gegeben, wobei jeweils eingezeichnet ist, welche Querschnitte in den jeweiligen Figuren einer entsprechenden Position entlang der Strömungsrichtung des Wärmetauschers von Fig. 3a entspricht. Eine Periodendauer T entspricht der Entwicklung von Fig. 1a bis Fig. 2d und an diese Periode kann sich die gleiche Periode anschließen, oder aber eine andere Implementierung des Wärmetauschers wieder in Form einer bestimmten Periodendauer bzw. Periode, jedoch z. B. mit einer größeren oder kleineren Anzahl von horizontalen und/oder vertikalen Kanälen, wie es anhand der Fig. 8a bis Fig. 9b dargestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Implementierung der vorliegenden Erfindung je nach Ausführungsform beliebig größenmäßig skaliert werden kann, da die tatsächliche Länge in Millimetern beispielsweise einer Periodendauer beliebig eingestellt werden kann. Die Länge einer Periodendauer kleiner als 10 cm und vorzugsweise kleiner als 2 cm wird bevorzugt, um eine kleinteilige Struktur zu erhalten, die sich insbesondere auch dadurch auszeichnet, dass die Wandstruktur relativ dünn ist, um einen guten Wärmeübergang von dem ersten Fluid zu dem zweiten Fluid zu erreichen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Wärmeleitfähigkeit der Wandstruktur allein nicht so entscheidend ist, wie beispielsweise bei einem Plattenwärmetauscher, weil die Kanäle ständig aufgeteilt und wieder vereinigt werden und die Position der Kanäle sich durchgehend verändert. Damit wird aufgrund der hohen Fläche der Wandstruktur, die in Berührung mit dem Fluid ist, und aufgrund der relativ über dem Volumen homogenen Berührung der Wandstruktur mit dem Fluid eine gute Wärmeübertragung von dem Fluid auf die Wandstruktur erreicht wird. Diese effiziente Wärmeübertragung ist unabhängig davon, ob die Wandstruktur selbst einen besonders guten Wärmeübertragungskoeffizienten hat, wie beispielsweise Metall, oder ob die Wandstruktur aus Gründen der effizienten und ökonomischen Herstellung aus Kunststoff ausgebildet ist, das einen kleineren Wärmeübertragungskoeffizienten als beispielsweise Aluminium hat. Aufgrund der Wandstruktur ist der Beitrag des tatsächlichen Materialkoeffizienten im Vergleicht zum Wärmeübergang aufgrund der Strukturierung reduziert, so dass ein guter Wirkungsgrad bei überschaubarem Volumen erhalten wird.

Fig. 3b zeigt eine Draufsicht auf die vier Einzelbereiche 301, 302, 303, 304, wobei die entsprechenden Drehungen und Winkelangaben in den Fig. 1a bis Fig. 2d den entsprechenden Drehwinkeln zwischen 0° und 360° der Draufsicht von Fig. 3b entsprechen. Fig. 4a zeigt eine Hälfte der Darstellung von Fig. 3b und Fig. 4b zeigt eine perspektivische Darstellung der Draufsicht von Fig. 4a und wiederum eine Hälfte der Fig. 3a.

Fig. 5a bis Fig. 5d zeigen die Entstehung einer Einzelstruktur der vier Strukturen in Fig. 3a bzw. der zwei Strukturen in Fig. 4b. Ausgegangen wird von einer Kreisform, wie sie in der Draufsicht in Fig. 5a gezeigt ist. Die Kreisform als Spirale entwickelt ist perspektivisch in Fig. 5b dargestellt. Da die einzelnen Elemente jedoch rechteckförmig sind, wird ausgehend von Fig. 5a die Kreisform in eine Rechteckform „zugeschnitten“, die dann, wenn sie in Analogie zu Fig. 5b als Schraube „ausgerollt“ wird, die perspektivische Form, wie es in Fig. 5d dargestellt ist. Fig. 3a zeigt vier solcher Spiralen oder schraubenförmigen Strukturen, wie sie in Fig. 5d dargestellt sind, weshalb Fig. 1a beispielsweise eine Querschnittsdarstellung eines Wärmetauschers darstellt, der aus vielen solchen aufeinander aufgebauten bzw. aneinander befestigten Strukturen von Fig. 5d wiedergibt.

Aus diesen Strukturen ist ersichtlich, dass es lediglich weiche Übergänge gibt, so dass trotz der dauernden Aufteilung der Strömung in einem relativ groß ausgedehnten Kanal dennoch ein geringer Strömungswiderstand erhalten wird, mit vorzugsweise einer noch möglichst wenig turbulenten Gasströmung in dem Wärmetauscher.

In Hinblick auf die Dimensionierung der Wandstruktur ist diese ausgebildet, um zwischen einem Kanal der ersten Anzahl von Kanälen und einem angrenzenden Kanal der zweiten Anzahl von Kanälen eine Dicke zwischen 0,01 mm und 1 mm zu haben, oder um einen Anteil von 5 bis 40 Prozent des Volumens des Wärmetauschers und vorzugsweise einen Anteil von 15 bis 20 % des Volumens des Wärmetauschers zu umfassen.

Bei Ausführungsbeispielen ist der Wärmetauscher ausgebildet, um wenigstens 2 Perioden zu haben. Vorzugsweise werden ferner viele Perioden eingesetzt, und zwar im einem Bereich von 10.0000 bis 10 Millionen pro Liter des Volumens des Wärmetauschers. Besonders bevorzugte Dimensionierungen liegen im Bereich von 100.000 bis 300.00 Perioden pro Liter Volumen.

Bei Implementierungen können die Anzahlen der Kanäle in hohen Bereichen eingestellt werden, wie beispielsweise im Bereich von mehr als einer Million, oder in Bereichen zwischen 100.000 und 2 Millionen. Hier kann die Anzahl der Perioden im obigen Bereich ein gestellt werden, oder aber im Bereich von 5 bis 8, wenn ein besonders geringer Strömungs widerstand angestrebt werden soll.

Obgleich der vorstehend beschriebene Wärmetauscher als Luft-Luft-Wärmetauscher bzw. Gas-Gas-Wärmetauscher beschrieben worden ist, kann dieser Wärmetauscher auch als Flüssigkeits-Gas bzw. Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher betrieben werden. Bei dem Betrieb als Flüssigkeits-Wärmetauscher werden die Strukturen, die von der jeweiligen Flüssigkeit durchflossen werden, in Abhängigkeit von der Viskosität der Flüssigkeit entsprechend unterschiedlich dimensioniert, was jedoch aufgrund der größenunabhängigen Formgebung der erfindungsgemäßen Wandstruktur ohne Weiteres je nach Anwendungssituation angepasst werden kann. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher auch in beliebigen Anwendungen eingesetzt werden, wo ein hocheffizienter Wärmetauscher benötigt wird, wie beispielsweise in der beschriebenen Anwendung als Rekuperator in Form einer Gaskältemaschine oder aber als Wärmetauscher in einem Luft-Wärmerückgewinnungsgerät oder in jeder beliebigen anderen Anwendung, wo z. B. Plattenwärmetauscher oder andere Wärmetauscher im Gegenstrom oder im Parallelstrom eingesetzt werden.

Die bevorzugte Implementierung einer Gaskältemaschine wird nachfolgend anhand der Figuren 10 bis 12b dargestellt.

Fig. 10 zeigt eine Gaskältemaschine mit einem Gaseingang 2 für zu kühlendes Gas, also „warmes“ Gas und einem Gasausgang 5 für gekühltes, also „kaltes“ Gas. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Gas normale Luft, wie beispielsweise Raumluft in einem Büro, einem Rechenzentrum, einer Fabrik, etc. In einem solchen Fall kann die Gaskältemaschine als offener Kreislauf betrieben werden, indem Luft über den Gaseingang 2 an einer Stelle in einem Raum angesaugt wird und Luft, die gekühlt worden ist, an einer anderen Stelle in dem Raum in den Raum abgegeben wird.

Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch als geschlossenes System implementiert werden, bei dem der Gasausgang 5 mit einer Primärseite eines Wärmetauschers verbunden ist und der Gaseingang 2 ebenfalls mit der Primärseite des Wärmetauschers, jedoch dort mit dem „warmen“ Ende verbunden ist, und die Sekundärseite dieses Wärmetauschers mit einer Wärmequelle verbunden ist.

Die Gaskältemaschine umfasst ferner einen Rekuperator 10 mit einem ersten Rekuperatoreingang 11, einem ersten Rekuperatorausgang 12, einem zweiten Rekuperatoreingang

13 und einem zweiten Rekuperatorausgang 14. Die Strecke vom ersten Rekuperatorein gang 11 zum ersten Rekuperatoreingang 12 stellt die Primärseite des Rekuperators dar, und die Strecke vom zweiten Rekuperatoreingang 13 bis zum zweiten Rekuperatorausgang

14 stellt die Sekundärseite des Rekuperators dar.

Darüber hinaus ist ein Kompressor 40 mit einem Kompressoreingang 41 und einem Kom pressorausgang 42 vorgesehen. Der Kompressoreingang 41 ist über einen Ansaugbereich 30, der von der Ansaugwand 31 begrenzt wird, mit dem ersten Rekuperatorausgang 12 gekoppelt. Darüber hinaus ist ein Wärmetauscher 60, der gelegentlich auch als weiterer Wärmetauscher bezeichnet wird, um ihn von dem Rekuperator-Wärmetauscher zu unterscheiden, mit einem Wärmetauschereingang 61 und einem Wärmetauscherausgang 62 vorgesehen. Der erste Wärmetauschereingang 61 und der erste Wärmetauscherausgang 62 bilden die Primärseite des Wärmetauschers 60. Der zweite Wärmetauschereingang 63 und der zweite Wärmetauscherausgang 64 bilden die Sekundärseite des Wärmetauschers 60. Die Sekundärseite ist mit einer Wärmesenke 80, die beispielsweise auf einem Dach angeordnet sein kann, wenn die Gaskältemaschine zum Kühlen eingesetzt wird, oder die eine Fußbodenheizung sein kann, wenn die Gaskältemaschine zum Heizen eingesetzt wird, gekoppelt, wobei in der Sekundärseite ferner eine Pumpe 90 vorgesehen ist, die vorzugsweise zwischen der Wärmesenke 80 und dem zweiten Wärmetauschereingang 63 angeordnet ist. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, ist der erste Wärmetauschereingang 61 mit dem Kompressorausgang 42 verbunden, und ist der erste Wärmetauscherausgang 62 mit dem zweiten Rekuperatoreingang 13, also der Sekundärseite des Rekuperators verbunden. Darüber hinaus ist eine Turbine 70 vorgesehen, die einen Turbineneingang 71 und einen Turbinenausgang 72 aufweist. Der Turbineneingang 71 ist vorzugsweise mit dem zweiten Ausgang 14 des Rekuperators 10 verbunden, also mit dem Ausgang der Sekundärseite des Rekuperators, und der Gasausgang 5 ist entweder identisch mit dem T urbinenausgang 72 oder mit diesem gekoppelt.

Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, ist der Kompressoreingang 41 mit dem Ansaugbereich 30 verbunden, der durch eine Ansaugwand 31 von dem Rekuperator abgegrenzt und begrenzt ist. Der Ansaugbereich 30 erstreckt sich von dem Kompressor 40 weg, und der Rekuperator 10 ist ausgebildet, um sich zumindest teilweise um den Ansaug bereich herum zu erstrecken. Der Ansaug bereich 30 ist durch die Ansaugwand 31 begrenzt, wobei diese Ansaugwand 31 auch die Begrenzung des Rekuperators darstellt. Die Ansaugwand 31 ist mit Öffnungen versehen, um Gas, das sich an dem zweiten Ausgang 12 des Rekuperators 10 befindet, in den Ansaugbereich 30 zu lassen. Die in der Ansaugwand vorgesehenen Öff nungen stellen somit den ersten Rekuperatorausgang 31 dar. Die Ansaugwand ist ferner ausgebildet, um eine fluidische Trennung zwischen dem Ansaugbereich 30 und sowohl dem zweiten Rekuperatoreingang 13 als auch dem zweiten Rekuperatorausgang 14 (und auch bezüglich des ersten Rekuperatoreingangs 11 , der nur über den vorgesehenen Weg im Rekuperator durch Gas erreichbar ist) zu liefern.

Der Rekuperator 10 in Fig. 10 oder den Figuren 11a bis 12b ist als erfindungsgemäßer Wärmetauscher ausgebildet, und zwar ähnlich zu der in Fig. 7a und Fig. 7b beschriebenen Implementierung. Die Mehrzahl von ersten Kanälen 101a, 101b, 101c von Fig. 1a für das erste Fluid sind die Kanäle 15 von Fig. 10, 11a, 11b oder 12a, und die Mehrzahl von zweiten Kanälen 102a, 102b, 102c von Fig. 1a für das zweite Fluid sind die Kanäle sind die Kanäle 16 von Fig. 10, 11a, 11b oder 12a.

Entgegen zu der Ausführungsform in Fig. 7a ist der Rekuperator 10 ohne den ersten Sammlungsbereich 711 ausgeführt, wie es in Fig. 12b ersichtlich ist, in der dieser äußere Sammlungsbereich nicht ausgebildet ist, weil Luft von außen durch vorgesehene Perforierungen angesaugt wird der erste Sammlungsbereich in Fig. 12b wäre daher der den ersten Rekuperatoreingang 11 umgebende Raum, aus dem die zu kühlende Luft angesaugt wird. Der Ansaugbereich in der Mitte des Rekuperators 10 entspricht dem dritten Sammlungsbereich 721 von Fig. 7b. Der zweite Sammlungsbereich 731 in Fig. 7b entspricht dem Sammlungsbereich 18 in z. B. Fig. 10 oder Fig. 12a. Der vierte Sammlungsbereich 741 von Fig. 7b entspricht dem Sammlungsbereich 17 in Fig. 10 oder Fig. 12a.

Ferner entspricht der erste Rekuperatoreingang 11 dem ersten Eingang P.EIN 710. Der erste Rekuperatorausgang (12) entspricht dem Ausgang P.AUS 720. Der zweite Rekuperatoreingang (13) entspricht dem Eingang S.EIN 713 und der zweite Rekuperatorausgang (14) entspricht dem Ausgang S.AUS 740 von Fig. 7a oder 7b. Ansonsten ist der Rekuperator 10 so ausgebildet, wie es in Verbindung mit den Figuren 7a und 7b dargelegt worden ist, d.h. _» dass sich die Kanäle abwechselnd um den gesamten Umfang herum horizontal erstrecken, dann in der gesamten Höhe erstrecken, dann wieder um den gesamten Umfang gemäß der Implementierung, wie sie in den Figuren 1a bis 9 dargelegt worden ist.

Ferner ist der Rekuperator 10 vorzugsweise so ausgebildet, dass die Sammlungsbereiche durch allmähliches oder sprunghaftes Vergrößern der Kanäle zu Lasten der Kanalanzahl erhalten werden, wie es anhand der Figuren 8a bis 9b dargelegt worden ist, und zwar in Sinne einer Analogie zu Bronchialstrukturen, die sich von einer großen Struktur, wie z. B. der Luftröhre in kleinere Strukturen, in denen am Ende die Lungenbläschen platziert sind, verzweigen. Damit wird durch eine gewissermaßen fraktale Implementierung, die sich selbst ähnlich ist, zum einen eine transparente und logisch schlüssige Implementierung erreicht, die sich ferner durch einen niedrigen Strömungswiderstand bei gleichzeitig hoher Effizienz aufgrund einer optimal gleichmäßigen Verteilung der Wärmeübergangswirkung über das gesamte Volumen des Wärmetauschers auszeichnet.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Rekuperator 10 komplett um den Ansaugbereich 30 herum, wie es beispielsweise in Fig. 11a gezeigt ist. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen genügt jedoch bereits eine Erstreckung des Rekuperators um den Ansaugbereich nur um einen Teil des gesamten Winkelbereichs von 360°. So kann eine Anordnung des Rekuperators, der sich um lediglich 90° um den Ansaugbereich 30 herum erstreckt, dahingehend günstig sein, wenn die Gaskältemaschine zum Beispiel in einer Ecke eines Raums eingepasst werden soll. Auch andere größere oder kleinere Erstreckun gen um den Ansaugbereich herum sind für den Rekuperator je nach Implementierung denk bar. Besonders effizient ist jedoch eine Implementierung, bei der sich der Rekuperator kom plett, also um 360 um den Ansaugbereich herum erstreckt.

Hier wird dies ferner bevorzugt, dass der Rekuperator in der Draufsicht einen kreisförmigen Querschnitt hat. Andere Querschnitte, wie beispielsweise dreieckige, viereckige, fünfeckige oder andere polygonale Querschnitte in der Draufsicht sind ebenfalls denkbar, da auch diese Rekuperatoren mit solchen Querschnitten in der Draufsicht mit entsprechenden Gaskanälen ohne Weiteres ausgeführt werden können, um eine Rekuperationswirkung mit hohem Wirkungsgrad vorzugsweise von allen Seiten aus zu erreichen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die gesamte Gaskältemaschine in einem Gehäuse untergebracht, wie es beispielsweise in Fig. 11a bei 100 dargestellt ist. In einem oberen Bereich des Gehäuses 100 von Fig. 11a befindet sich der Gaseingang 2, wobei das Gehäuse beziehungsweise die obere Gehäusewand identisch mit der Rekuperatorwand ausgebildet ist. Der Gaseingang 2 stellt somit gleichzeitig den ersten Rekuperatoreingang dar, der durch die Perforierungen 11 in der Gehäusewand dargestellt ist. Wie es in Fig. 11a dargestellt ist, wird es bevorzugt, dass der Rekuperator einen beträchtlichen Teil der Höhe des gesamten Gehäuses 100 in Anspruch nimmt, wie beispielsweise zwischen 30 und 60% der Höhe des Gehäuses. Darüber hinaus befinden sich alle Komponenten der Gaskältemaschine, also sowohl der Kompressor 40 als auch der Rekuperator 10 als auch der Wärmetauscher 60 als auch die Turbine 70 innerhalb des Gehäuses 100, wie es in einer beispielhaften, besonders kompakten Implementierung in Fig. 11a dargelegt ist. Nach außen zugänglich befinden sich lediglich die Anschlüsse 63, 64 für die Sekundärseite des Wärmetauschers 60 sowie der Lufteinlass 2 und der Luftauslass 5. Darüber hinaus befindet sich vorzugsweise unterhalb der Turbine beziehungsweise unterhalb des Turbineneingangs 71 beziehungsweise neben dem Turbinenausgang 72 eine Elektronikbaugruppe 102 mit einem entsprechenden Anschluss 101, der zusätzlich noch nach außen zugänglich ist. Alle anderen Elemente und Eingänge und Ausgänge etc. sind in der kompakten Implementierung nicht nach außen zugänglich. Die Gaskältema- schine in dem besonders kompakten Aufbau von Fig. 11a hat somit lediglich einen Lufteinlass 2, einen Luftauslass 5, einen Anschluss 63, 64 für die Sekundärseite des Wärmetauschers 60 sowie einen Strom-/Signalanschluss 101 für die Elektronikbaugruppe 102.

Die Elektronikbaugruppe 102 dient vorzugsweise zur Versorgung eines Antriebsmotors für den Kompressor 40 mit Energie oder zur Lieferung von Steuerdaten an ein Element der Gaskältemaschine oder zur Erfassung von Sensordaten von einem Element der Gaskältemaschine und ist in einem Bereich der Gaskältemaschine angeordnet, der ausgebildet oder geeignet ist, um die Elektronikbaugruppe zu kühlen.

Wie es dargelegt worden ist, kann die Gaskältemaschine zur Kühlung eingesetzt werden. Dann ist der Gaseingang mit einem zu kühlenden Raum entweder direkt oder mit einem zu kühlenden Bereich über einen Wärmetauscher verbunden, und ist der Wärmetauscher 60 beziehungsweise die Sekundärseite 63, 64 des Wärmetauschers mit einer Wärmesenke 80 verbunden, wie beispielsweise einem Ventilator auf dem Dach eines Gebäudes oder einem Ventilator außerhalb eines zu kühlenden Bereichs.

Wenn die Gaskältemaschine dagegen zum Heizen eines Gebäudes beziehungsweise eines zu heizenden Bereichs eingesetzt wird, ist die Sekundärseite 63, 64 des Wärmetauschers mit zum Beispiel einer Fußbodenheizung (FBH) verbunden, oder mit einem beliebigen Heizkreislauf, der auch über andere Heizmöglichkeiten als Fußbodenheizungen verfügen kann. Der Gaseingang 2 ist in diesem Fall mit einer Quelle für warmes Gas verbunden, wenn ein direktes System eingesetzt wird, oder mit einem Wärmetauscher, der auf seiner Primärseite mit einer Wärmequelle verbunden ist, und dessen Sekundärseite der Gasein gang 2 und der Gasausgang 5 bilden. Insbesondere ist der Sekundäreingang dieses in Fig. 10 nicht gezeigten Wärmetauschers der Gaseinlass 2 und ist der Sekundärausgang der Gasausgang 5 dieses in Fig. 10 nicht gezeigten Wärmetauschers.

Nachfolgend werden Bezug nehmend auf Fig. 11a besonders bevorzugte Ausführungsformen für den konstruktiven Aufbau der Gaskältemaschine dargelegt.

Bei einer Implementierung ist, wie es in Fig. 11a gezeigt ist, der Kompressor 40 in Betriebsrichtung der Gaskältemaschine oberhalb der Turbine 70 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass warme Luft in einem zu kühlenden Bereich von oben nach unten angesaugt werden kann und kalte Luft in einen zu kühlenden Bereich nach unten ausgegeben wird. Damit wird beispielsweise der physikalischen Eigenschaft Rechnung getragen, dass sich kalte Luft e- her am Boden beziehungsweise im unteren Bereich eines Raums ansammelt und warme Luft oben in dem Raum.

Darüber hinaus umfasst der Kompressor bei dem in Fig. 11 a gezeigten Ausführungsbeispiel ein Kompressorrad, und umfasst die Turbine ebenfalls ein Turbinenrad. Vorzugsweise sind beide Räder auf ein und derselben Achse 43 angeordnet. Ferner ist an der Achse 43 ein Rotor 44 eines Antriebsmotors angeordnet, um die zusätzliche Antriebskraft, die über die durch die Turbine erreichte Antriebskraft hinaus noch benötigt wird, zu liefern. Der Rotor 44 kooperiert dabei mit dem Stator eines Antriebsmotors, welcher in Fig. 11a nicht dargestellt ist.

Ferner ist, wie es in Fig. 11a gezeigt ist, der Rotor 44 vorzugsweise zwischen dem Kompressorrad und dem Turbinenrad angeordnet.

Vorzugsweise ist der Rekuperator in einem äußeren Bereich eines Volumens der Gaskältemaschine angeordnet, so dass im inneren Bereich des Rekuperators der Ansaugbereich 30, der mit dem Kompressoreingang 41 verbunden ist, angeordnet werden kann. Dann wird von allen Seiten Luft angesaugt, wie es in Fig. 11a gezeigt ist, in deren schematischer Querschnittsdarstellung der Lufteinlass 2 sowohl links als auch rechts im Bild gezeigt ist. Der Rekuperator 10 umfasst also eine Volumenform, die einen mittleren Bereich mit einer zentralen Öffnung aufweist, die den Ansaugbereich 30 bildet, wobei sich die Ansaugwand von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei das zweite Ende mit einer Abdeckung 32 abgedeckt ist. Von oben fließt daher keine Luft beziehungsweise kein Gas in den Ansaugbereich, sondern lediglich von der Seite durch den Primärbereich des Rekuperators. Die Aufweitung vom ersten Ende beim Kompressoreingang 41 zum zweiten Ende mit der Abdeckplatte 32 ist eine kontinuierliche Aufweitung mit einer etwa parabelfömig beziehungsweise hyperbelartigen Form, die dazu da ist, um optimale Strömungsverläufe in nerhalb des Ansaugbereichs sicherzustellen, um soweit als möglich eine laminare Strö mung, die den geringsten Strömungswiderstand bildet, im Ansaugbereich von oben nach unten sicherzustellen. Der etwas größere Strömungswiderstand durch längere Gaskanäle in dem Rekuperator näher am Kompressoreingang 41 wird durch etwas kürzere Gaskanäle weiter weg vom Kompressoreingang 41 kompensiert, so dass sich für den gesamten Bereich von unten nach oben entlang des Ansaug bereichs nahezu gleiche Verhältnisse für den Strömungswiderstand ergeben, so dass der Rekuperator in seinem gesamten Volumen gleich effizient durchströmt wird. Vorzugsweise ist der Rekuperator 10 rotationssyriimetrisch, und eine Symmetrieachse des Rekuperators 10 fällt mit einer Achse des Kompressors oder einer Achse der Turbine oder einer Achse des Ansaugbereichs und/oder mit einer Achse des Gehäuses zusammen.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Rekuperator als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet, was in der schematischen Darstellung in Fig. 12a als ein Aspekt angedeutet ist. Bei dem Beispiel in Fig. 12a, das zum Beispiel die „linke Hälfte“ oder „rechte Hälfte“ des Rekuperators von Fig. 11a darstellt, existieren erste Gaskanäle 15 vom ersten Rekuperatoreingang 11 zum ersten Rekuperatorausgang 12. Darüber hinaus existieren zweite Gaskanäle 16, die sich zwischen einem ersten Sammlungsraum 17 links in Fig. 12a und zwischen einem zweiten Sammlungsraum 18 rechts in Fig. 12a erstrecken. Die zweiten Gaskanäle 16 stehen in thermischer Wechselwirkung mit den ersten Gaskanälen 15. Je nach Implementierung, also wie die Sekundärseite des Rekuperators belegt wird, ist die Strömungsrichtung in den Gaskanälen 16 in der gleichen Richtung wie die Strömung in den Gaskanälen 15. Dann ist der linke Anschluss links unten in Fig. 12a der zweite Rekuperatoreingang 13 und ist der rechte Anschluss der Rekuperatorausgang 14. Soll der Rekuperator dagegen im Gegenstrom betrieben werden, was bevorzugt wird, wobei die Strömungsrichtung in den Strömungskanälen 15 und 16 entgegengesetzt zueinander ist, so ist der Eingang links in Fig. 12a der zweite Rekuperatorausgang 14 und ist der Anschluss rechts in Fig. 12a der zweite Rekuperatoreingang 13.

Über Material des Rekuperators, das zwischen den Gaskanälen 15 beziehungsweise 16 angeordnet ist, also zwischen einem Gaskanal 15 und einem korrespondierenden Gaska nal 16, findet die thermische Wechselwirkung statt, also die Anwärmung des angesaugten warmen Gases auf Kosten der Abkühlung des im Sekundärbereich des Rekuperators strömenden Gases, das zur Turbine zur Relaxation gebracht wird.

Der Rekuperator umfasst den Sammlungsraum 17, um über den linken Anschluss 4 zugeführtes Gas von unten nach oben bei dem in Fig. 12a gezeigten Ausführungsbeispiel in die verschiedenen Gaskanäle zu verteilen. Entsprechend wird auf der anderen Seite durch den zweiten Sammlungsraum 18 Gas, das die Kanäle durchströmt hat, gesammelt und über den zweiten Anschluss abgezogen. Ist die Belegung dagegen unterschiedlich, also im echten Gegenstrom, so stellt der Sammlungsraum 18 die Aufteilung des Gases in die einzelnen Gaskanäle 16 sicher und bewirkt der Sammlungsraum 17 die Sammlung des von den einzelnen Kanälen äusgegebenen Gases zum Zwecke der Absaugung durch den unteren Anschluss aufgrund der T urbinenrelaxationswirkung.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse, in dem die kompakte Gaskältemaschine angeordnet ist, rotationssymmetrisch beziehungsweise zylinderförmig und hat einen Durchmesser zwischen 0,5 und 1 ,5 Metern und eine Höhe zwischen 1 ,0 und 2,5 Metern. Insbesondere werden Größen mit einem Durchmesser zwischen 70 und 90 und insbesondere 80 Zentimetern bevorzugt, und wird eine Höhe zwischen 170 und 190 und vorzugsweise von 180 cm bevorzugt, um eine bereits signifikante Kühlung für beispielsweise einen Rechnerraum zu schaffen, die vorzugsweise als direkte Luftkühlung implementiert ist. Ferner ist ebenfalls, um eine optimale Strömungsverteilung sicherzustellen, eine Aufweitung vom Turbinenausgang 72 bis zum Gasauslass 5 vorgesehen, die ebenfalls in einer Parabel- beziehungsweise Hyperbel-Form verläuft, so dass eine günstige Anpassung der Strömungsverhältnisse von der hohen Geschwindigkeit am Turbinenauslass 72 zu einer angepassten reduzierteren Geschwindigkeit am Luftauslass 5 erreicht wird, damit keine zu starken Geräusche durch die Kühlung erzeugt werden.

Vorzugsweise hat das Gehäuse eine längliche Form, und ist der Gaseinlass durch eine Vielzahl von Perforierungen in einem bezüglich der Betriebsrichtung der Gaskältemaschine oberen Bereich des Gehäuses oder einer Wand des Gehäuses ausgebildet. Darüber hinaus ist der Gasauslass durch eine Öffnung in einem unteren Bereich beziehungsweise im Boden des Gehäuses ausgebildet, wobei die Öffnung im Boden des Bereichs wenigstens 50% einer Querschnittsfläche des Gehäuses in dem oberen Bereich, also im Lufteinlass, entspricht. Durch eine möglichst große Öffnung des Gasauslasses werden niedrige Luftgeschwindigkeiten am Gasauslass und damit ein angenehmes Geräuschverhalten und auch ein angenehmes „Zug“-Verhalten in dem Raum mit einem lediglich geringen Luftbewegungsvorkommen erreicht.

Vorzugsweise ist der Kompressor 40 angeordnet, um eine Luftbewegung im Ansaugbereich, in der Betriebsrichtung der Gaskältemaschine, von oben nach unten zu erreichen. Der Kompressor 40 führt dann zu einer Umlenkung des Stroms von unten nach oben, wobei hier ein Leitraum 45 des Kompressors günstig eingesetzt wird, der bereits inhärent eine 90°-Umlenkung am Übergang vom Kompressorrad zum Leitraum 45 erreicht. Die nächsten 90° werden dann erreicht, indem das Gas, das komprimiert worden ist, am Ausgang des Leitraums von unten nach oben über den Wärmetauschereingang 61 , der gleichzeitig der Kompressorausgang 42 ist, eingespeist wird. In dem zweiten Wärmetauscher bewegt sich das Gas dann von außen nach innen, zu dem Wärmetauscherausgang 62 hin, der mit dem Eingang 13 des Rekuperators zusammenfällt. Das Gas bewegt sich dann über Sammlungsbereiche, wie sie anhand von Fig. 12a dargestellt worden sind, zunächst im Rekuperator von unten nach oben und dann am Ausgang der entsprechenden Gaskanäle von oben nach unten, um dann schließlich am zweiten Rekuperatorausgang 14 in den Turbineneingang 71 einzutreten. Der Turbineneingang 71 ist, wieder strömungsmäßig optimal, in dem äußeren Bereich, also außerhalb des Wärmetauschers mit dem zweiten Rekuperatorausgang verbunden, so dass so wenig Gasumlenkungen als möglich erreicht werden, damit das Gas, ohne signifikante Verluste zu erleiden, in die T urbine 70 eintreten kann, in der Turbine re- laxiert, die Turbine entsprechend antreibt und durch den Relaxationsprozess an Wärme verliert.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Fig. 11a oder 11b ist der Turbinenausgang unten am Gehäuse angeordnet. Damit kann die Gaskältemaschine auf einen Kühlungseinlassbereich in einem „doppelten“ Boden eines Rechenzentrums aufgesetzt werden. Von diese Kühlungseinlassbereich erstrecken sich Luftkanäle in die zu kühlende Bereich, wie z. B. Rechnerracks. Die Gaskältemaschine stellt somit eine kompakte Maßnahme dar, um kalte Luft in eine bestehende Infrastruktur aus doppeltem Boden oder im Boden verlaufenden Luftkanälen, die vom (zentralen) Kühlungseinlass abgehen, einzuspeisen.

Die Anordnung des Turbinenausgangs unten an der Gaskältemaschine ist ferner dahinge hend vorteilhaft, dass kondensierte Feuchte vom Gerät weg nach unten aufgrund der Schwerkraft fällt und einfach aufgefangen und abgeleitet werden kann, ohne dass der Motor aufwändig vor der Feuchte geschützt zu werden braucht.

Fig. 12b zeigt eine schematische Draufsicht auf einen bevorzugten Rekuperator 10 mit Sammlungsräumen auf der Sekundärseite. Die Draufsicht auf Fig. 11a oder 11b ist schematisch. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Gaskältemaschine durch einen geschlossenen Deckel nach oben komplett geschlossen. Fig. 12b zeigt allerdings die Situation, wenn der Deckel durchsichtig ist. In der Mitte ist der Ansaugbereich 30 gezeigt, der durch die Ansaugwand 31 begrenzt wird. Um den Ansaugbereich30 erstreckt sich zum einen die Begrenzung 18a für den inneren Sammlungsraum 18 und die Begrenzung 17a für den äußeren Sammlungsraum 17. Der Glasfluss findet von außen nach innen, wie es durch die Pfeile 50 dargestellt ist, nämlich vom ersten Rekuperatoreingang 11 zum ersten Rekuperatorausgang 12. Dann fließt das Gas im Ansaugbereich 31 nach unten, wie es durch die Pfeilenden 51 im Bereich 30 gezeigt ist. Das Gas wird dann komprimiert und fließt durch den Wärmetauscher 60, um in den zweiten Rekuperatoreingang 13 zu fließen. Von dort fließt es von unten nach oben, wie es durch die Pfeilspitzen im Sammlungsraum 18 gezeigt ist. Durch den Rekuperator fließt das Gas dann wieder nach außen in den Sammlungsraum 17 und dort nach unten, wie es durch die Pfeilenden 53 dargestellt ist. Aus dem Samm lungsraum 17 gelangt das Gas dann über den 2. Rekuperatorausgang 14 in den Turbinen eingang 71.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Strömungsrichtungen je nach Implementierung auch anders ausgeführt werden können, solange im Rekuperator 10 die Leitungen 15 einerseits und 16 andererseits voneinander getrennt sind, damit im wesentlichen kein Kurzschluss der Gasströme stattfindet. Genauso sind die Sammlungsräume 17, 18 von den Leitungen 15 getrennt. Die Sammlungsräume 17, 18 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel den Leitungen 16 zugeordnet, die den zweiten Rekuperatoreingang 13 mit dem zweiten Rekuperatorausgang 14 verbinden. Alternativ kann die Implementierung auch so sein, dass die Sammlungsräume dem ersten Rekuperatoreingang und dem ersten Rekuperatorausgang zugeordnet sind und der zweite Eingang und der zweite Rekuperatorausgang von den Sammlungsräumen gasmäßig isoliert ist.

Vorzugsweise hat der Wärmetauscher 60 ein scheibenförmiges Volumen, und der Wärmetauschereingang befindet sich außen an dem scheibenförmigen Volumen und der Wärmetauscherausgang innen an dem scheibenförmigen Volumen. Ferner ist der Wärmetauschereingang vorzugsweise unten an dem Wärmetauscher angeordnet und ist der Wärmetauscherausgang oben an dem scheibenförmigen Volumen angeordnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird es bevorzugt, den Wärmetauscher im Querschnitt keilförmig auszubil den, wobei ein Querschnitt des Wärmetauschereingangs 61 größer als ein Querschnitt des Wärmetauscherausgangs 62 ausgebildet ist Dadurch ergibt sich ein vorzugsweise rotationsymmetrischer Wärmetauscher, der gewissermaßen ringförmig wie in Fig. 11a ausgebildet ist, aber dessen äußere Begrenzung des Ringquerschnitts in Fig. 11b größer als die innere Begrenzung ist, wobei der Wärmetauscher ferner beispielsweise auch nicht horizontal wie in Fig. 11a angeordnet sein muss, sondern schräg von unten nach oben angeordnet sein kann.

In der Sekundärseite des Wärmetauschers, deren Eingang die Leitung 63 und deren Ausgang die Leitung 64 darstellt, fließt vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie beispielsweise ein Wasser-/Glykol-Gemisch, das die Abwärme zur Wärmesenke 80 trägt. Das in der Wärmesenke 80, welche beispielsweise als Flüssigkeit-/Luft-Wärmetauscher mit Ventilator auf ei nem Dach ausgebildet sein kann, abgekühlte Medium wird durch die Pumpe 90 wieder in den Eingang 63 der Sekundärseite des Wärmetauschers 60 eingespeist, wie es auch in Fig. 11a dargestellt ist. Daher befinden sich in dem Wärmetauscher 40 in dem von dem gasdurchströmten Bereich vorzugsweise spiralförmige Flüssigkeitsleitungen, um möglichst effizient Wärme von dem Gas zu entfernen und abzuführen.

Vorzugsweise erstreckt sich der Ansaug bereich um eine Distanz größer als10 cm und vorzugsweise größer als 60 cm von dem Kompressoreingang weg. Ferner sind die Gaskanäle so angeordnet, dass sie auf allen Seiten im Wesentlichen gleichmäßig über das Volumen verteilt sind und damit möglichst effizient möglichst viel Luft mit geringem Widerstand in den Ansaugbereich führen können.

Bei einem Verfahren zum Betreiben der Gaskältemaschine gemäß der vorliegenden Erfin dung wird die Gaskältemaschine so betrieben, dass die Ansaugung durch den speziell in den Rekuperator hineinragenden Ansaug bereich 30 erreicht wird.

Obgleich es nicht in den Fig. 10 bis 12b dargestellt ist, kann der Rekuperator auch mit anderen Wärmetauschertechnologien implementiert sein, also mit einem Wärmetauscher, der zum Beispiel nicht im Gegenstrom arbeitet, und bei dem die Gaskanäle nicht zueinan der parallel sind bzw. senkrecht zur Gehäuserichtung bzw. in einer waagrechten Betriebsrichtung angeordnet sind.

Auch der Kompressor und die T urbine müssen nicht unbedingt auf ein und derselben Achse angeordnet werden, sondern es können andere Maßnahmen getroffen werden, um die durch die Turbine freigesetzte Energie für den Antrieb des Kompressors einzusetzen.

Darüber hinaus muss der Wärmetauscher nicht unbedingt in dem Gehäuse zwischen dem Rekuperator und der Turbine bzw. zwischen dem Rekuperator und dem Kompressor angeordnet sein. Der Wärmetauscher könnte auch extern angeschlossen werden, obgleich eine im Gehäuse angeordnete Anordnung für einen kompakten Aufbau bevorzugt wird. Darüber hinaus müssen der Kompressor und die Turbine nicht unbedingt als Radialräder implementiert sein, obgleich dies bevorzugt wird, da durch eine stufenlose Drehzahlsteue rung des Kompressors über die Elektronikbaugruppe 102 von Fig. 11a eine günstige Leistungsanpassung erreicht werden kann.

Je nach Ausführungsform kann der Kompressor wie in Fig. 11a gezeigt als T urbokompres- sor mit Radialrad und mit einem Leitweg bzw. Leitraum 45 ausgebildet sein, welcher eine 180°-Umlenkung des Gasstroms erreicht. Es können jedoch auch andere Gasleitungsmaßnahmen über eine andere Formung des Leitraums, beispielsweise oder über eine andere Formung des Radialrads erreicht werden, um dennoch einen besonders effizienten Aufbau, der zu einem guten Wirkungsgrad führt, zu erreichen.

Fig. 11b zeigt eine Schnittdarstellung einer voll integrierten Gaskältemaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit alternativer Anordnung der Elektronikbaugruppe 102 bezüglich Fig. 11a. Während die Elektronikbaugruppe in Fig. 11a im kühlen Bereich neben dem Turbinenausgang montiert ist, ist sie in Fig. 11b im sogenannten „Maschinenraum“ zwischen der Basis des Kompressorrads 40 und der Basis des Turbinenrads 70 angeordnet. Insbesondere die Anordnung der Baugruppe 102 auf der oberen Begrenzung 71a des Turbineneingangs 71 ist vorteilhaft, weil dieser Bereich aufgrund des von dem Wärmetauscher kommenden Gases gut gekühlt ist. Eine Motorverlustwärme oder eine Abwärme der Elektronik bzw. Sensorik in der Baugruppe wird daher ohne weiteres über die Turbine 70 nach abgeführt.

Vorzugsweise hat die Elektronikbaugruppe 102 zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen in der Mitte eine Öffnung und ist scheibenförmig und erstreckt sich um einen Stator eines Antriebsmotors für den Kompressor 40 herum oder ist mit dem Stator integriert ausgebildet, und ist ferner beispielhaft in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads des Kompressors 40 und einer Basis eines Turbinenrads der Turbine angeordnet.

Obgleich in Fig. 11b eine ringförmige Baugruppe im Querschnitt gezeigt ist, kann die Bau gruppe irgendwie gebildet sein, solange sie im Maschinenraum aufgenommen ist und mit dem der Begrenzung 71a des Eingangs 71 der Turbine 70 in thermischer Wechselwirkung steht, also z. B. auf der Begrenzung 71a befestigt ist. Dabei wird es ferner bevorzugt, die Zuleitung für Energie 101a und Daten 101b für den Motor durch die seitliche Begrenzung 14a des Rekuperatorausgangs 14 und durch das Gehäuse 100 an der entsprechenden Stelle zu führen, wie es z. B. in Fig. 11b gezeigt ist. ^'

Nachfolgend werden beispielhafte Implementierungen der erfindungsgemäßen Gaskälte maschine mit dem erfindungsgemäßen fraktalen Wärmetauscher als Rekuperator und/oder mit dem erfindungsgemäßen fraktalen Wärmetauscher als Wärmetauscher dargelegt.

1. Gaskältemaschine mit folgenden Merkmalen: einem Eingang (2) für zu kühlendes Gas; einem Rekuperator (10), der einen Wärmetauscher wie vorstehend beschrieben und nach stehend beansprucht aufweist; einem Kompressor (40) mit einem Kompressoreingang (41 ), wobei der Kompressoreingang (41) mit einem ersten Rekuperatorausgang (12) gekoppelt ist; einem weiteren Wärmetauscher (60); einer Turbine (70); und einem Gasausgang (5), wobei der Kompressoreingang (41 ) mit einem Ansaugbereich (30) verbunden ist, der durch eine Ansaugwand (31 ) begrenzt ist und sich von dem Kompressor (40) weg erstreckt, und wobei der Rekuperator (10) sich zumindest teilweise um den Ansaugbereich (30) herum erstreckt und von der Ansaugwand (31) begrenzt wird.

2. Gaskältemaschine nach Beispiel 1 , bei der der Rekuperator (10) einen ersten Rekuperatoreingang (11), den ersten Rekuperatorausgang (12), einen zweiten Rekuperatoreingang (13) und einen zweiten Rekuperatorausgang (14) aufweist, oder wobei der Kompressor den Kompressoreingang (41) und einen Kompressorausgang (42) aufweist, oder wobei der weiteren Wärmetauscher (60) einen ersten Wärmetauschereingang (61) und einen ersten Wärmetauscherausgang (62) auf einer Primärseite, einen zweiten Wärmetauschereingang (63) und einen zweiten Wärmetauscherausgang (64) auf einer Sekundärseite aufweist, wobei der erste Wärmetauschereingang (61) mit dem Kompressorausgang (42) gekoppelt ist, und wobei der erste Wärmetauscherausgang (62) mit dem zweiten Rekuperatoreingang (13) gekoppelt ist, oder wobei die Turbine (70) einen Turbineneingang (71) und einen Turbinenausgang (72) aufweist, wobei der Turbineneingang (71) mit dem zweiten Rekuperatorausgang (14) verbunden ist, und wobei der Gasausgang (5) mit dem Turbinenausgang (72) gekoppelt ist.

3. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, die ein Gehäuse (100) aufweist, in dessen Wand der Eingang (2) für zu kühlendes Gas angeordnet ist, und in dessen Wand der Gasausgang (5) angeordnet ist, wobei der Rekuperator (10), der Kompressor (40), die Turbine (70) oder der weitere Wärmetauscher (60) in dem Gehäuse (100) angeordnet sind.

4. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der in Betriebsrichtung der Kompressor (40) oberhalb der Turbine (70) angeordnet ist, oder die ausgebildet ist, so dass eine Ansaugung von warmem Gas an einem ersten Abschnitt des Gehäuses (100) der Gaskältemaschine stattfindet und eine Abgabe von einem im Vergleich zum warmen Gas kühleren Gas an einem zweiten Abschnitt des Gehäuses (100) der Gaskältemaschine stattfindet, wobei bei der erste Abschnitt in Betriebsrichtung oberhalb des zweiten Abschnitts angeordnet ist.

5. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Kompressor (40) ein Kompressorrad (40) aufweist und die Turbine (70) einen Turbinenrad aufweist, wobei das Kompressorrad und das Turbinenrad auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, wobei an der Achse ein Rotor (44) eines Antriebsmotors angeordnet ist, der mit einem Stator des Antriebsmotors wechselwirkt, oder bei der ein Kompressorrad (40) einen größeren Durchmesser als ein Rotor (44) eines Antriebsmotors oder einen größeren Durchmes ser als ein Turbinenrad der Turbine (70) aufweist.

6. Gaskältemaschine nach Beispiel 5, bei der der Rotor (44) zwischen dem Kompressorrad (40) und dem Turbinenrad (70) angeordnet ist, oder bei der das Kompressorrad (40), ein erster Achsenabschnitt (43), ein Rotor (44), ein zweiter Achsenabschnitt (43) und das Turbinenrad (70) einstückig ausgebildet sind, oder bei der an dem Kompressorrad (40) ein erster Lagerabschnitt und an dem Turbinenrad (70) ein zweiter Lagerabschnitt ausgebildet sind, oder bei der der Rotor (44) aus einem nicht ferromagnetischen Material, wie z. B. Aluminium, ausgebildet ist und ein ferromagnetisches Rückschlusselement um den Rotor (44) herum angebracht ist und Magnete (auf dem Rückschlusselement angeordnet sind.

7. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Rekuperator (10) in einem äußeren Bereich eines Volumens der Gaskältemaschine angeordnet ist und der Kompressoreingang (41) in einem inneren Bereich des Volumens der Gaskältemaschine angeordnet ist. 8. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Rekuperator (10) eine Volumenform hat, die eine in einem mittleren Bereich gelegene zentrale Öffnung aufweist, die den Ansaugbereich (30) bildet, wobei sich die Ansaugwand (31 ) von einem ersten Ende der zentralen Öffnung, die den Kompressoreingang (41) bildet, zu einem zweiten Ende erstreckt, das durch eine Abdeckung (32) verschlossen ist.

9. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Ansaugbereich (30) von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende eine kontinuierlich zunehmende Öffnungsfläche aufweist und die Ansaugwand (31) kontinuierlich oder stufen los ausgebildet ist.

10. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Rekuperator (10) rotationssymmetrisch ist, wobei eine Symmetrieachse des Rekuperators (10) mit einer Achse des Kompressors (40) oder einer Achse der Turbine (70) oder einer Achse des Gasausgangs (5) oder des Gaseingangs (2) oder mit einer Achse des Ansaugbereichs (30) im Wesentlichen übereinstimmt.

11. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Rekuperator (10) einen Gegenstrom-Wärmetauscher aufweist.

12. Gaskältemaschine nach Beispiel 11, bei der sich durch den Eingang (2) für zu kühlendes Gas das Gas von außen nach innen bewegt und von dem Gegenstrom-Wärmetauscher abgegebenes Gas von innen nach außen bewegt.

13. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der ein Gehäuse (100) eine Seitenwand und eine Bodenwand oder eine Deckelwand aufweist, wobei der Eingang (2) für zu kühlendes Gas in der Seitenwand angeordnet ist und der Gasausgang (5) in der Bodenwand oder der Deckelwand angeordnet ist, oder bei der der Gasausgang (5) in Betriebsrichtung in einem Boden der Gaskältemaschine ausgebildet ist und derart geformt ist, dass der Gasausgang auf einen Kühlgaseinlass in einem Fußboden eines Raums aufsetzbar ist, in dem die Gaskältemaschine aufstellbar ist, oder bei der der Gasausgang (5) in Betriebsrichtung in einem Boden der Gaskältemaschine ausgebildet ist und ferner eine Feuchteauffangvorrichtung vorgesehen ist, um ein in dem Gasausgang (5) anfallendes Kondensat aufzufangen. 14. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der ein Gehäuse (100) rotationssymmetrisch oder zylinderförmig ist oder einen Durchmesser zwischen 0,5 m und 1,5 m oder eine Höhe zwischen 1,0 m und 2,5 m aufweist.

15. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei derderTurbinenaus- gang (72) eine kleinere Öffnungsfläche als der Gasausgang (5) aufweist, wobei sich eine Öffnungsfläche von dem Turbinenausgang (72) zu dem Gasausgang (5) kontinuierlich aufweitet.

16. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der ein Gehäuse (100) eine längliche Form aufweist, wobei der Eingang (2) für zu kühlendes Gas eine Vielzahl von Perforierungen in einem bezüglich einer Betriebsrichtung der Gaskältemaschine oberen Bereich des Gehäuses (100) oder einer Wand des Rekuperators (10) aufweist, und der Gasausgang (5) eine Öffnung in einem unteren Bereich des Gehäuses (100) mit einer Öffnungsfläche aufweist, die wenigstens 50 % einer Querschnittsfläche des Gehäuses (100) in dem oberen Bereich beträgt.

17. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Kompressor (40) angeordnet ist, um Gas über den Ansaugbereich (30) in den Kompressoreingang (41) von oben nach unten zu bewegen, und um mit einem ausgangsseitigen Leitraum (45) kom primiertes Gas von unten in den weiteren Wärmetauscher (60) einzuspeisen.

18. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der weiteren Wärmetauscher (60) ein keilförmiges oder scheibenförmiges Volumen aufweist und ein Wärmetauschereingang (61) außen an dem keilförmigen oder scheibenförmigen Volumen angeordnet ist und ein Wärmetauscherausgang (62) innen an dem keilförmigen oder scheibenförmigen Volumen angeordnet ist, oder bei der der Wärmetauschereingang (61) unten an dem keilförmigen oder scheibenförmigen Volumen angeordnet ist und der Wärmetauscherausgang (62) oben an dem keilförmigen oder scheibenförmigen Volumen angeordnet ist.

19. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Rekuperator (10) ein Volumen aufweist, das in einem äußeren Bereich eine Gegenstrom-Wärmetauscherstruktur aufweist und in einem inneren Bereich an den Ansaugbereich (30) anschließt, wobei ein erster Rekuperatoreingang (11) außen an dem äußeren Bereich angeordnet ist, wobei ein erster Rekuperatorausgang (12) an dem inneren Bereich angeordnet ist, um Gas in den Ansaugbereich (30) zu leiten, wobei ein zweiter Rekuperatoreingang (13) ebenfalls an dem inneren Bereich angeordnet ist und ein zweiter Rekuperatorausgang (14) ebenfalls an dem äußeren Bereich angeordnet ist, wobei der erste Rekuperatoreingang (11) und der zweite Rekuperatorausgang (14) im Rekuperator (10) fluidisch getrennt sind und der erste Rekuperatorausgang (12) und der zweite Rekuperatoreingang (13) in dem Rekuperator (10) fluidisch getrennt sind.

20. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Rekuperator

(10) miteinander verbundene erste Gaskanäle (15) von einem ersten Rekuperatoreingang

(11) zu einem ersten Rekuperatorausgang (12) aufweist und zweite miteinander verbundene Gaskanäle (16) zwischen einem zweiten Rekuperatoreingang (13) und einem zweiten Rekuperatorausgang (14) aufweist, wobei die ersten Gaskanäle (15) und die zweiten Gaskanäle (16) in thermischer Wechsel wirkung angeordnet sind, wobei der Rekuperator (10) an dem zweiten Rekuperatoreingang einen ersten Sammlungsbereich (18), der die zweiten Gaskanäle (16) auf einer Seite verbindet und der sich entlang des inneren Bereichs erstreckt und den zweiten Rekuperatoreingang (12) bildet, und einen zweiten Sammlungsbereich (17) aufweist, der die zweiten Gaskanäle auf einer anderen Seite verbindet und sich entlang eines Randbereichs des äußeren Bereichs erstreckt und den zweiten Rekuperatorausgang (14) bildet, wobei die Ansaugwand (31 ) den ersten Sammlungsbereich begrenzt und den ersten Sammlungsbereich (18) von dem Ansaugbereich (30) trennt.

21. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der weiteren Wärmetauscher (60) zwischen dem Rekuperator (10) und dem Kompressor (40) angeordnet ist.

22. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der ein Turbineneingang (71) übereinen Verbindungsbereich mit einem zweiten Rekuperatorausgang (14) verbunden ist, wobei sich der Verbindungsbereich um den weiteren Wärmetauscher (60) herum erstreckt. 23. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der weitere Wärmetauscher (60) ein Gas-Flüssigkeits-Wärmetauscher ist und in einem von Gas durchflos senen Volumen eine Leitungsstruktur aufweist, die von Flüssigkeit durchfließbar ist, wobei die Flüssigkeitsstruktur mit einem Sekundäreingang (63) und einem Sekundärausgang (64) des weiteren Wärmetauschers (60) gekoppelt ist.

24. Gaskältemaschine nach Beispiel 23, bei der ein Gehäuse (100) einen Flüssigkeitsablauf (64) von dem weiteren Wärmetauscher (60) und einen Flüssigkeitszulauf (63) zu dem weiteren Wärmetauscher (60) aufweist.

25. Gaskältemaschine nach Beispiel 24, bei der der Flüssigkeitszulauf und der Flüssigkeitsablauf mit einer Wärmesenke (80) verbunden sind, wobei in einem Kreislauf mit der Wärmesenke (80) eine Pumpe (90) angeordnet ist.

26. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Rekuperator (10) ein Volumen aufweist, das den Ansaugbereich (30) vollständig umschließt, wobei der Ansaugbereich (30) und das Volumen des Rekuperators (10) sich um eine Distanz größer als 10 cm von dem Kompressoreingang (41 ) weg erstrecken, wobei der Eingang (2) für zu kühlendes Gas durch erste Enden von ersten Gaskanälen (15) gebildet ist, wobei zweite Enden der ersten Gaskanäle in den Ansaugbereich (30) münden, wobei die ersten Gaskanäle (15) über das Volumen verteilt sind, um Gas von mehreren Seiten in den Ansaugbe reich (30) zu leiten.

27. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, die als offenes System ausgebildet ist, wobei der Eingang (2) für zu kühlendes Gas in einem zu kühlenden Bereich angeordnet ist und der Gasausgang (5) in dem zu kühlenden Bereich angeordnet ist, um warmes Gas aus dem zu kühlenden Bereich einzusaugen und kaltes Gas in den zu kühlenden Bereich auszugeben.

28. Gaskältemaschine nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur Versorgung eines Antriebsmotors für den Kompressor (40) mit Energie oder zur Lieferung von Steuerdaten an ein Element der Gaskältemaschine oder zur Erfassung von Sensordaten von einem Element der Gaskältemaschine in einem Bereich der Gaskältemaschine angeordnet ist, der ausgebildet ist, um die Elektronikbaugruppe zu kühlen, oder bei dem eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Gaskältema schine mit Energie und/oder Steuersignalen in einem Bereich zwischen dem Turbinenausgang (72) und dem Gasausgang (5) und einer Gehäusewand außerhalb des Gasausgangs (5) angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads des Kompressors (40) und einer Basis eines Turbinenrads der Turbine angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen an einem Begrenzungselement (71a) eines Turbineneingangs (71) der Turbine (70) angeordnet ist, wobei die Elektronikbaugruppe ferner außerhalb des Turbineneingangs (71) der Turbine (70) angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Gaskältemaschine mit Energie und/oder Steuersignalen eine Öffnung in der Mitte aufweist und scheibenförmig ist und sich um einen Stator eines Antriebsmotors für den Kompressor (40) herum erstreckt oder mit dem Stator integriert ausgebildet ist, und beispielsweise in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads des Kompressors (40) und einer Basis eines Turbinenrads der Turbine (70) angeordnet ist.

Fig. 13 zeigt eine Vorrichtung zum Behandeln von Gas 1600 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1600 zum Behandeln von Gas umfasst einen Kompressor 40 mit einem Kompressoreingang 41 und einem Kompressorausgang 42. Ferner umfasst die Vorrichtung einen Wärmetauscher 10, der nachfolgend auch als Rekuperator bezeichnet wird, und der einen ersten Wärmetauschereingang 11 , einen ers ten Wärmetauscherausgang 12, einen zweiten Wärmetauschereingang 13 und einen zwei ten Wärmetauscherausgang 14 aufweist. Der Wärmetauscher 10 ist als Gas-Gas-Wärme- tauscher ausgebildet, dahingehend, dass sowohl auf seiner Primärseite, die durch den Eingang 11 und den Ausgang 12 gebildet wird, als auch auf seiner Sekundärseite, die durch den Eingang 13 und den Ausgang 14 gebildet wird, dieselbe Art von Gas verwendet wird, also beispielsweise Luft. Unabhängig davon jedoch, ob in der Kombination aus Kompressor, Wärmetauscher-Sekundärkreis und Turbine ein Gas verwendet wird und in der Primärseite des Wärmetauschers ein anderes Gas fließt, ist der Wärmetauscher dennoch als Gas- Gas-Wärmetauscher ausgebildet. Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Wärmetauscher auch als Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher oder Feststoff-Gas-Wärmetauscher aus- gebildet sein. Dann sind wenigstens eine Eingangs-Schnittstelle oder eine Ausgangs- Schnittstelle oder beide Schnittstellen vorgesehen, die vorzugsweise eine Materialzufuhr ankoppeln, die eine Gaszufuhr ist oder aber auch eine Flüssigkeitszufuhr ist. Im beiden Fällen kann die Eingangs-oder Ausgangs-Schnittstelle nicht nur umschaltbar oder fest verdrahtet sein, sondern kann die jeweilige Schnittstelle auch einen Wärmetauscher umfassen, um thermische Energie von der Stoffzufuhr in den Wärmetauscher zu bringen oder thermi sche Energie aus dem Wärmetauscher 10 abzuführen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung 1600 zum Behandeln von Gas um eine Eingangs-Schnittstelle 1000 oder eine Ausgangs-Schnittstelle 200 oder beide Schnittstellen ergänzt. Die Eingangs-Schnittstelle 1000 ist ausgebildet, um den Kompressoreingang 41 und den ersten Wärmetauschereingang 11 mit einer Stoffzufuhr, die vorzugsweise eine Gaszufuhr ist, zu koppeln, die vorzugsweise aus einem Abluftkanal 1102a und einem Frischluftkanal 1102b besteht. Die Ausgangs- Schnittstelle 200 ist ferner ausgebildet, um den Turbinenausgang 72 und den ersten Wär metauscherausgang 12 mit einer Stoffabfuhr, die vorzugsweise eine Gasabfuhr ist, zu koppeln, die vorzugsweise einen Zuluftkanal 1202a und einen Fortluftkanal 1202b aufweist. Insbesondere umfasst die Eingangs-Schnittstelle einen Ablufteingang oder -Kanal 1102a auf einer Eingangsseite und einen Frischlufteingang 1102b ebenfalls auf der Eingangsseite. Ferner umfasst die Eingangs-Schnittstelle 1000 einen ersten Eingangs-Schnittstellenausgang 1104 und einen zweiten Eingangs-Schnittstellenausgang 106 auf einer Ausgangsseite der Eingangs-Schnittstelle 1000. Ferner umfasst die Ausgangs-Schnittstelle 200 vorzugsweise einen Zuluftausgang 1202a und einen Fortluftausgang 1202b auf einer Ausgangsseite und einen ersten Ausgangs-Schnittstelleneingang 206 und einen zweiten Ausgangs-Schnittstelleneingang 204 auf einer Eingangsseite der Ausgangs-Schnittstelle 200.

Wie es in Fig. 13 gezeigt ist, ist bei der Vorrichtung 1600 zum Behandeln von Gas der Kompressorausgang 42 mit dem zweiten Wärmetauschereingang 13 verbunden. Ferner ist der zweite Wärmetauscherausgang 14 mit dem Turbineneingang 71 verbunden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Turbinenausgang 72 mit dem ersten Ausgangs-Schnittstelleneingang 206 verbunden. Ferner ist der erste Wärmetauscherausgang 12 mit dem zweiten Ausgangs-Schnittstelleneingang 204 verbunden. Ferner ist der erste Eingangs-Schnittstellenausgang 1104 mit dem ersten Wärmetauschereingang 11 verbunden, und ist der zweite Eingangs-Schnittstellenausgang 106 mit dem Kompressoreingang 41 verbunden. Die vorstehend dargelegten Verbindungen sind direkte Verbindungen eines Gaskanats mit einem anderen Gaskanal, so dass das Gas direkt von dem Eingangs-Schnittstellenausgang 1104 beispielsweise in den ersten Wärmetauscher eingang 11 auf der Primärseite des Wärmetauschers 10 fließt.

Darüber hinaus ist die Eingangs-Schnittstelle 1000 ausgebildet, um die Eingangsseite der Eingangs-Schnittstelle 1000 mit der Ausgangsseite der Eingangs-Schnittstelle 1000 zu koppeln. Darüber hinaus ist die Ausgangs-Schnittstelle ausgebildet, um die Eingangsseite der Ausgangs-Schnittstelle 200 mit der Ausgangsseite der Ausgangs-Schnittstelle 200 zu koppeln.

Diese Kopplung kann je nach Implementierung eine feste Kopplung sein, wie sie beispielsweise in Fig. 14 oder Fig. 15 dargelegt wird, oder kann eine schaltbare Kopplung sein, wie sie beispielsweise im Hinblick auf die Eingangs-Schnittstelle 1000 und die Ausgangs- Schnittstelle 200 in Fig. 16a oder in Fig. 17a dargestellt ist, wobei ein Umschalter, wie beispielsweise in Fig. 17c und in Fig. 16a gezeigt ist, eingesetzt werden kann, um eine entsprechende Umschaltung von einer Kopplung zur anderen durchführen. Damit wird beispielsweise ein Kühlbetrieb oder Sommerbetrieb erreicht, wie in Fig. 14 dargestellt ist, oder ein Heizbetrieb oder Winterbetrieb, wie er in Fig. 15 dargestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die feste Kopplung oder die schaltbare Kopplung über einen weiteren Wärmetauscher erfolgen.

Fig. 13 zeigt ferner eine Implementierung, bei der die Eingangs-Schnittstelle oder die Ausgangs-Schnittstelle abhängig von einem Steuersignal 1302, 1304 steuerbar sind, wobei die Vorrichtung eine Steuerung 300 aufweist, die ausgebildet ist, um eine Steuereingabe zu erhalten, und um das Steuersignal 1302, 1304 zu liefern, wobei die Steuerung 300 ausgebildet ist, um das Steuersignal durch eine manuelle Eingabe oder eine sensorgesteuerte Eingabe zu erhalten.

Vorzugsweise ist die Steuerung 300 ausgebildet ist, um die Eingangs-Schnittstelle 1000 oder die Ausgangs-Schnittstelle 200)durch das Steuersignal 1302, 1304 in einen Sommerbetrieb zum Kühlen eines Gases für einen Zugaskanal 1202a der Gasabfuhr einzustellen, und um die Eingangs-Schnittstelle 1000 oder die Ausgangs-Schnittstelle 200 durch das Steuersignal 1302, 1304 in einen Winterbetrieb zum Heizen eines Gases für den Zugaska nal 1202a einzustellen. Die Steuerung kann beispielsweise ein Steuertabelle 1301 von Fig. 16b oder eine Steuertabelle 1303 von Fig. 17b in einem Speicher halten und entsprechend verwenden. -

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 14 der Vorrichtung 1600 zum Behandeln von Gas ist die Eingangs-Schnittstelle 1000 als feste Verbindung zwischen dem Frischluftkanal 1102b und dem Kompressoreingang 41 ausgebildet. Dies bedeutet, dass zwischen dem zweiten Eingangs-Schnittstellenausgang 106 und dem Frischluftkanal 1102b eine direkte Verbindung besteht. Entsprechend ist der Abluftkanal 1102a mit dem ersten Wärmetauschereingang 11 beziehungsweise mit dem zweiten Eingangs-Schnittstellenausgang 1104 ebenfalls direkt verbunden.

Eine entsprechende direkte Verbindung besteht ferner zwischen dem Ausgangs-Schnittstelleneingang 206 und dem Zuluftkanal 1202a einerseits und dem zweiten Wärmetauschereingang 12 beziehungsweise dem Ausgangs-Schnittstelleneingang 204 und dem Fortluftausgang 1202b, wie es in Fig. 14 gezeigt ist.

Ferner ist in Fig. 14 eine Kopplung der Vorrichtung 1600 mit einem raumlufttechnischen Gerät gezeigt, das über einen Raumabluftkanal 508 und einen Raumzuluftkanal 510 mit einem Raum 400 gekoppelt ist. Das raumlufttechnische Gerät 500, das in Fig. 18a oder 18b noch detaillierter erläutert wird, umfasst einen Aufteiler 502, der gegebenenfalls ein Gebläse aufweist, um Luft aus dem Raum zu saugen und in die Eingangs-Schnittstelle 1000 zu pumpen, einen optionalen Bearbeiter 504 und einen Kombinierer 506, der vorzugsweise ein Gebläse aufweist, um die Raumzuluft im Raumzuluftkanal 510 in den Raum zu pumpen und die entsprechende Zuluft von dem Zuluftanschluss 1202a anzusaugen.

Fig. 14 umfasst ferner verschiedene beispielhafte Temperaturwerte, um die Kühlungswirkung der Vorrichtung zum Behandeln von Gas darzulegen. Über einen Frischlufteingang wird eine relativ heiße Frischluft mit 50°C durch den Kompressor 40 angesaugt. Selbst in sehr heißen Regionen im Sommer wird es selten so sein, dass die Temperatur im Schatten, also die Außenluft über 50°C liegen wird. Der Kompressor 40 ist beispielsweise so ausgebildet, dass er eine Drehzahl hat beziehungsweise ein Kompressionsverhältnis erreicht, das dazu führt, dass die Luft am Ausgang des Leitraums des Kompressors, der in Fig. 14 nicht gezeigt ist, eine Temperatur von 90°C aufweist. Diese Temperatur von 90°C wird im Wärmetauscher 10 auf 28°C am zweiten Wärmetauscherausgang 14 aufgrund der Wärmeüber tragung und thermischen Wärmekopplung mit der Primärseite reduziert. Die unter hohem Druck stehende nunmehr abgekühlte Luft mit einer Temperatur von etwa 28°C wird in der Turbine 70 relaxiert, und zwar auf eine Temperatur von zum Beispiel 5°C, was sich daraus ergibt, dass eine Relaxation auf das ursprüngliche Druckverhältnis erhalten wird.

Die 5°C kalte Luft wird dann in den Zuluftkanal 1202a gegeben und kann zu Kühlzwecken im Raum 400 eingesetzt werden. Die Primärseite des Wärmetauschers 10 enthält eingangsseitig warme Luft aus dem Raum, die beispielsweise eine Temperatur von 25°C hat, und diese Temperatur wird durch die Wirkung des Wärmetauschers 10 auf eine Temperatur von etwa 87°C angehoben, und diese nunmehr sehr heiße Luft wird über den Fortluftkanal 1202b nach außen, zum Beispiel an eine Schattenseite oder ein Dach eines Gebäudes abgeführt. Es zeigt sich, dass selbst dann, wenn eine Außentemperatur sehr hoch ist und 50°C beträgt, dennoch die Fortluft mit 87°C wesentlich heißer als die Umgebungsluft ist und daher die über die Fortluft abgeführte Energie ohne Weiteres von der Umgebung aufgenommen werden kann und keine zusätzliche Wärmesenke nötig ist. Für den Wärmetauscher 10 wurden typische Wärmetauscher-Temperaturdifferenzen von 3°C angenommen, die auf die zwischen dem sekundärseitigen Eingang und dem sekundärseitigen Ausgang beziehungsweise dem primärseitigen Eingang und dem sekundärseitigen Ausgang vorhanden sind.

Indem durch den Kombinierer 506 des raumlufttechnischen Geräts nunmehr die 5°C kalte Luft der Ausgabe des Bearbeiters 504 in dem Kombinierer 506 zugemischt wird, kann beispielsweise ohne große Probleme eine zum Beispiel 18°C kalte Luft erzeugt werden, die zu Kühlzwecken in den Raum 400 eingespeist werden kann, welcher beispielsweise ein Raum in einem Gebäude, wie beispielsweise ein Konferenzraum, ein Zimmer, eine Halle oder etwas Ähnliches ist, oder der auch ein „Funktionsraum“, wie beispielsweise ein Rechenzentrum sein kann.

Fig. 15 zeigt eine alternative Implementierung der Vorrichtung 1600 zum Behandeln von Gas, die nunmehr in einem Winterbetrieb verschaltet ist, bei dem in dem Raum 400 eine Heizwirkung erreicht werden soll. Hierbei wird wieder davon ausgegangen, dass es in dem Raum zu kalt ist, dass also beispielsweise eine Luft mit einer Temperatur von 18°C aus dem Raum abgezogen wird und in den Aufteiler 502 eingespeist wird. Der Aufteiler 502 speist nunmehr den Abluftkanal 1102a, der mit dem Kompressor 40 verbunden ist. Der Kompressor erhält die 18°C warme Luft und erhöht die Temperatur der Luft aufgrund seiner Verdichtungswirkung auf beispielsweise 48°C. Diese 48°C warme Luft wird aufgrund der Wirkung des Wärmetauschers 10 auf etwa -27°C abgekühlt. Die -27°C kalte Luft, die jedoch noch auf einem hohen Druck ist, der am Kompressorausgang 42 vorliegt, wird über die Turbine 70 relaxiert und auf eine Temperatur von zum Beispiel -57°C abgekühlt. Diese sehr kalte Luft wird über einen Fortluftausgang an die Umgebung abgegeben, die bei dem in Figr 15 gezeigten Ausführungsbeispiel eine bereits sehr kalte Temperatur von -30°C hat. Die Umgebungsluft wird über den Frischluftkanal 1102b in den primärseitigen Eingang 11 des Wärmetauschers 10 eingespeist und aufgrund der Wirkung des Wärmetauschers auf eine Temperatur von 45°C erwärmt. Die 45°C warme Luft wird über den Kombinierer 506 mit der 18°C warmen Luft am Ausgang des Bearbeiters 504 gemischt, um im Endeffekt beispielsweise eine Temperatur von 25°C im Raumzuluftkanal 510 zu erreichen.

Die in Fig. 14 für das Kühlen und in Fig. 15 für das Heizen gezeigten T emperaturbeispiele sind Extrembeispiele. So zeigt jedoch das Beispiel in Fig. 14, dass selbst bei extrem heißen Außentemperaturen von 50°C ohne Weiteres eine Kühlungswirkung erreicht wird und eine Fortluft erzeugt werden kann, die 87°C heiß ist und daher ohne Weiteres in die Umgebung als Wärmesenke eingespeist werden kann.

Dasselbe gilt für das in Fig. 15 gezeigte Temperaturbeispiel, bei dem sehr kalte Außentemperaturen von -30°C angenommen wurden, wobei sehr kalte Fortluft von -57°C beispielsweise durch die erfindungsgemäße Kompressor-Wärmetauscher-Turbinen-Kombination erzeugt werden kann, die ohne Weiteres in die -30°C kalte Umgebung abgegeben werden kann. Mit anderen Worten ausgedrückt, dient sogar eine -30°C kalte Zuluft als ausreichende Wärmequelle, um über den Wärmetauscher 10 eine Anhebung der Frischlufttemperatur auf die für eine Heizung ohne Weiteres ausreichende Temperatur von 45°C zu erreichen.

Obgleich bei dem in Fig. 14 und Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Zwischenschaltung eines raumlufttechnischen Geräts mit Aufteiler 502 und Kombinierer 506 dargestellt worden ist, ist es ohne Weiteres ersichtlich, dass auch ohne Zwischenschaltung eines Aufteilers 502 und eines Kombinierers 506 eine Kühlung im Raum beziehungsweise eine Heizung im Raum erreicht werden kann, wenn die in Fig. 15 beispielsweise gezeigte warme Luft mit einer Temperatur von 45°C direkt in den Raum eingespeist wird, oder wenn, wie in Fig. 14 gezeigt ist, die 5°C kalte Luft direkt in den Raum eingespeist wird. Für eine Kompatibilität mit existierenden raumlufttechnischen Anlagen, bei denen immer nur ein Teil der Luft zur Fortluft wird und ein anderer Teil nach einer Aufbereitung im Bearbeiter 504 wieder eingespeist wird, wird erfindungsgemäß die Verwendung der Elemente 502, 504, 506 bevorzugt, wie sie nachfolgend Bezug nehmend auf Fig. 18a detaillierter dargestellt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn die Außentemperaturen wärmer sind als in Fig. 14 für das Heizen oder kühler sind älsin Fig. 15 für das Kühlen, die Anforderungen an den Kompressor und die Turbine entspannter werden. Diese entspannteren Anforderungen oder, wenn die aktuellen Temperatur in die andere Richtung extremer werden, angespannteren Anforderungen können durch Erniedrigung oder Erhöhung der Drehzahlen von Kompressor und Turbine umgesetzt werden.

Fig. 18a zeigt eine detaillierte Darstellung des raumlufttechnischen Geräts 500 mit einem Raumabluftkanal 508 und einem Raumzuluftkanal 510, welche beide mit einem zu klimatisierenden Raum 400 verbunden sind. Das raumlufttechnische Gerät 500 umfasst den Aufteiler 502, den optionalen Bearbeiter 504 und den Kombinierer 506. Der Aufteiler teilt den Luftstrom im Raumabluftkanal 508 in den Abluftkanal 1102a und den Wiedereinspeisestrom 512 auf, wobei die im Abluftkanal 1102a vorhandene Abluft nach einer gewissen Verarbeitung beziehungsweise Klimatisierung zur Fortluft wird.

Der Teil der Raumabluft im Kanal 508, der nicht endgültig zur Fortluft überden Kanal 1102a wird, stellt den Wiedereinspeisestrom 512 dar, der in seiner Temperatur typischerweise nicht verändert wird, sondern der lediglich im Hinblick auf andere Luftbeschaffenheitsparameter im Bearbeiter 504 bearbeitet werden kann, wie beispielsweise mit Sauerstoff angereichert, mit Feuchtigkeit angereichert oder von Feuchtigkeit entreichert. Weitere Bearbeitungsvorgehensweisen bestehen im Desinfizieren des Wiedereinspeisestroms oder Filtern des Wiedereinspeisestroms nach Staub oder biologischen Partikeln, wie beispielsweise Bakterien oder Viren. Der Bearbeiter 504 kann jedoch auch, wie es in Fig. 18a gestrichelt dargestellt wird, überbrückt oder weggelassen werden.

Im Kombinierer 506 wird dann die Zuluft im Zuluftkanal 1202a, die auf eine im Hinblick auf ihre Temperatur veränderte Frischluft zurückgeht, mit dem Wiedereinspeisestrom direkt o- der dem bearbeiteten Wiedereinspeisestrom kombiniert und dem Raum 400 über den Raumzuluftkanal 510 zugeführt. Hierfür umfasst der Kombinierer 506 vorzugsweise ein Gebläse, z. B. 506 von Fig. 8c, das eingesetzt werden kann, um Zuluft über den Zuluftkanal 1202a anzusaugen, also, Bezug nehmend auf Fig. 20c, durch die Primärseite des Wärmetauschers zu ziehen. Gleichzeitig kann im Aufteiler 502 ebenfalls ein Gebläse vorhanden sein, das die Raumabluft aus dem Raum 400 abzieht und Luft in den Abluftkanal 1102a einspeist, um diese, zum Beispiel beim Sommerbetrieb durch den Wärmetauscher 10 hindurch als Fortluft in die Umgebung zu transportieren. Fig. 18b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines raumlufttechnischen Geräts, das mit der Vorrichtung zum Behandeln von Gas koppelbar ist. Die Vorrichtung in Fig. 18trist ähnlich zu der Vorrichtung von Fig. 18a. Allerdings befindet sich der Bearbeiter 505 nicht zwischen dem Aufteiler 502 und dem Kombinierer 506, sondern in Strömungsrichtung der Raumzuluft zwischen dem Kombinierer 506 und dem Zulufteinlass des Raums 400. Damit wird erreicht, dass im Gegensatz zu der Ausführung in Fig. 18a nicht nur die Raumabluft aufbereitet wird, sondern auch die Zuluft vom Anschluss 1202a, die klimatisierte Frischluft ist. Falls die Frischluft z. B. geruchsbelastet ist, wie es beispielsweise in der Nähe von landwirtschaftlichen Betrieben auf treten kann, dann wird der Bearbeiter 504 diese Geruchsbelastung entfernen können. Im Gegensatz zu Fig. 18a muss der Bearbeiter 504 in Fig. 18a weniger Gasstrom verarbeiten als in Fig. 18b, weil in Fig. 18a lediglich der Anteil der Abluft verarbeitet wird, der in den Raum 400 zurückgeführt wird, während in Fig. 18b der gesamte Gasstrom bearbeitet werden muss. Da der Aufteiler 502 bei bevorzugten Ausführungsbeispielen allerdings mehr als 50 Prozent und bevorzugt mehr als 70 % bzw. mehr als 80 % des Abluftgasstroms zum Einspeisestrom 512 macht, fällt dieser Punkt nicht besonders ins Gewicht. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass bei der Platzierung des Bearbeiters 504 nach dem Kombinierer 506 an den Anschlüssen 1102a und 1202a dieselben Drücke herrschen, also ein und dasselbe Druckgebiet vorhanden ist. Daher wird es bevorzugt, den Aufteiler 502 ohne Gebläse bzw. Lüfter auszuführen, sondern z. B. passiv zu gestalten. Dann würde der optionale Lüfter L, der mit 21 in Fig. 17a bezeichnet ist, vorhanden sein, der andernfalls nicht vorhanden sein muss, wie es durch die gestrichelte Leitung 22 schematisch dargestellt ist. Die alternative Platzierung des Bearbeiters, in dem vorzugsweise ebenfalls ein Lüfter vorhanden ist, um die aufbereitete Luft in den Raum zu blasen und gleichzeitig einen passiven Aufteiler 502 zu begünstigen, damit der Einspeisestrom 512 durch den Lüfter im Bearbeiter 504 angesaugt wird und die klimatisierte Frischluft in den Kombinierer 506 gezogen wird, kann auch in Fig. 14 oder Fig. 15 eingesetzt werden. Alternativ kann der Lüfter L 21 auch am Ausgang des Wärmetauschers vor dem Anschluss A4 platziert werden. Es wird allerdings die Platzierung in Fig. 17a bevorzugt, weil hier der Gasstrom durch den Wärmetauscher gedrückt wird und nicht, wie bei der Platzierung beim Anschluss A4 gesaugt wird.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Raum 400 ein beliebiger Raum sein kann, wie z. B. ein Haus, ein Büro, ein Büroraum, aber auch ein Auto oder sogar der Innenraum einen Wäschetrockners. Sogar ein nicht vollständig getrennter Raum, wie beispielsweise ein teilweise offener Außenraum z. B. eines Restaurants kann erfindungsgemäß klimatisiert werden, wie z. B. gekühlt oder geheizt werden. Die vorliegende Erfindung ist ferner besonders vorteilhaft, weil normalerweise durchzufüh rende Aufgaben zusätzlich zur Klimatisierung durch die Vorrichtung zum Behandeln von Gas, wie beispielsweise eine Entfeuchtung der Zuluft besonders für den Kühlungsbetrieb z. B. im Sommer einfach durchgeführt werden kann. Im Hinblick auf die beispielhaften Temperaturen, die in Fig. 14 gezeigt sind, wird der Taupunkt im Auslassrohr der T urbine auftre- ten. Dort wird Nebelbildung stattfinden. Eine gesteuerte Entfeuchtung kann einfach dadurch stattfinden, dass im Auslassstrom der Turbine 70 ein Tropfenfänger platziert werden, den einen gewünschten Anteil der gebildeten Tropfen auffängt und zu einer Kondensflüssigkeit- abfuhrstelle abführt.

Andererseits kann eine Luftbefeuchtung, z. B. für den Heizbetrieb im Winter, wie er in Fig. 15 dargestellt ist, ohne weiteres einfach dadurch erhalten werden, dass am Ausgang 12 des Wärmetauschers 10, also vor dem Kombinierer, wo das Gas relativ heiß ist, wie z. B. 45° hat, eine offene Wasserfläche platziert wird, die durch z. B. eine Schwimmerkonstruk tion mit Flüssigkeit automatisch nachgefüllt werden kann. Aufgrund des für die Temperatur zu trockenen Gases, das aus dem Wärmetauscher strömt, wird Flüssigkeit aus der offenen Wasserfläche ohne weiteres verdunsten. Alternativ kann auch Wasser an dieser Stelle eingesprüht werden, was ebenfalls ohne großen Aufwand möglich ist.

Es sei darauf hingewiesen, dass im Gegensatz zu existierenden raumlufttechnischen Ge räten, bei denen eine Wärmerückgewinnung aus dem Raumabluftstrom unter Verwendung einer Wärmepumpe stattfindet, die eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser als Arbeits mittel verwendet, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Gas voll und ganz ohne eine Flüssigkeit als Arbeitsmittel auskommt, sondern einzig und allein Gas als Arbeitsmittel verwendet. Daher ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Gas besonders effizient und energiesparend implementierbar, weil sämtliche Verluste, die mit dem Umwälzen von Wasser einhergehen, oder mit dem aufwändigen (aufgrund eines sehr kleinen nötigen Drucks) und energieintensiven Verdampfen von Wasser einhergehen, hinfällig werden. Erfindungsgemäß wird lediglich sowohl im Primärkreis des Wärmetauschers als auch im Sekundärkreis des Wärmetauschers Gas eingesetzt, so dass der Wärmetauscher als Gas-Gas-Wärmetauscher umgesetzt wird. In der gesamten Vorrichtung wird überall lediglich Gas als Arbeitsmittel eingesetzt, so dass sämtliche Schwierigkeiten, die mit der Verwendung einer Flüssigkeit als Arbeitsmittel stattfinden, hinfällig sind. Solche problematischen und aufwändigen Implementierungen bei der Verwendung von Flüssigkeit als Arbeitsmittel sind beispielsweise auch in der Lagerung und Abdichtung von Flüssigkeiten zu sehen, selbst wenn umweltfreundliche Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser eingesetzt werden, und in den nötigen Maßnahmen, um z. B. Wasser bei niedrigen Temperaturen zu — verdampfen.

Fig. 16a zeigt eine Implementierung der Eingangs-Schnittstelle 1000 beziehungsweise der Ausgangs-Schnittstelle 200 als Zwei-Wege-Schalter, wie er beispielsweise in Fig. 17c schematisch gezeigt ist. Durch Drehung des Umschalters 1700 in Fig. 17c kann eine Verbindung des Anschlusses A1 mit dem Anschluss A4 einerseits und eine Verbindung des Anschlusses A2 mit dem Anschluss A3 andererseits erreicht werden, so dass die Abluft mit dem Anschluss A1, der bei 1104 in Fig. 16a gezeigt ist, verbunden wird und die Frischluft mit dem Anschluss A3 verbunden wird, wie es die aktuelle „Schalterstellung“ des Umschalters 1700 zeigt. Wird der Umschalter 1700 dagegen um 90° gedreht, so ist der Frischluftkanal mit dem Anschluss A1 verbunden, und ist der Abluftkanal mit dem Anschluss A3 verbunden.

Entsprechend ist die Implementierung der Ausgangs-Schnittstelle, wobei hier jedoch die unteren Beschriftungen in Fig. 17c relevant sind. Bei der aktuellen Stellung des Umschalters 1700 ist die Zuluft 1202a mit dem Anschluss A2 verbunden, und ist die Fortluft 1202b mit dem Anschluss A4 verbunden. Wird der Umschalter 1700 dagegen wiederum um 90° gedreht, so ist die Zuluft mit dem Anschluss A4 verbunden, und ist die Fortluft mit dem Anschluss A2 verbunden.

Fig. 16b zeigt eine entsprechende Steuertabelle, die zum Ausdruck bringt, dass im Sommerbetrieb beispielsweise, der in Fig. 14 gezeigt ist, die Abluft mit dem Anschluss A1 ver bunden wird, die Frischluft mit dem Anschluss A3 verbunden ist, die Zuluft mit dem An schluss A2 verbunden wird, und die Fortluft mit dem Anschluss A4 verbunden wird. Ist da gegen die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Gas gemäß Fig. 15 im Winterbetrieb konfiguriert, so ist die Abluft mit dem Anschluss A3 verbunden, ist die Frischluft mit dem Anschluss A1 verbunden, ist die Zuluft mit dem Anschluss A4 verbunden, und ist die Fortluft mit dem Anschluss A2 verbunden.

Fig. 17a zeigt eine alternative Implementierung der Eingangs-Schnittstelle und der Ausgangs-Schnittstelle, wobei die Eingangs-Schnittstelle im Gegensatz zu einem Zwei-Wege- Schalter von Fig. 16a jeweils mit zwei Einzelschaltern implementiert ist. Die Eingangs- Schnittstelle umfasst einen ersten Umschalter 1000a für den Anschluss A3 und einen zweiten Umschalter 1000b für den Anschluss A1. Die Ausgangs-Schnittstelle umfasst einen ersten Umschalter 200a für den Anschluss A2 und einen zweiten Umschalter 200b für den Anschluss A4. Der erste Umschalter 1000a hat einen Frischluftanschluss 308 und einen Abluftanschluss 320. Der zweite Umschalter 1000b hat einen Abluftanschluss 108 und einen Frischluftanschluss 120. Der Anschluss 108 und der Anschluss 320 können getrennte Anschlüsse sein oder alle auf denselben Abluftanschluss beziehungsweise Abluftkanal zurückgehen. Der Frischluftanschluss 120 und der Frischluftanschluss 308 können wiederum unterschiedliche Anschlüsse sein oder auf denselben Frischluftkanal zurückgehen.

Die Steuerung des Umschalters findet über ein Steuersignal 1302b für das erste Steuersignal C1 statt und über ein zweites Steuersignal 1302a über den Steueranschluss C3.

Analog hierzu ist die Ausgangs-Schnittstelle 200 über einen ersten Umschalter 200a und einen zweiten Umschalter 200b implementiert. Die Ausgangs-Schnittstelle umfasst beim ersten Umschalter einen Zuluftkanal 208 und einen Fortluftkanal 220 und für den zweiten Umschalter einen Fortluftkanal 400 und einen Zuluftkanal 420. Der Fortluftkanal 220 und der Fortluftkanal 400 können unterschiedliche Kanäle sein oder ein und derselbe Fortluftkanal. Dasselbe gilt für den Zuluftkanal 420 und den Zuluftkanal 208, die separat voneinander ausgeführt sein können oder in einen gemeinsamen Zuluftkanal münden können. Die Steuerung findet wiederum über ein Steuersignal 1304a für den zweiten Umschalter statt, also für das Steuersignal C2, und über ein weiteres Steuersignal 1304b für den Steueran schluss C4.

Fig. 17b zeigt eine weitere Steuertabelle 303, die zum Ausdruck bringt, wie die einzelnen Steueranschlüsse C1 , C2, C3, C4 eingestellt werden müssen, um entweder einen Sommerbetrieb oder einen Winterbetrieb zu erreichen, also um entweder eine Kühlung im Raum beispielsweise gemäß Fig. 14 oder eine Heizung im Raum gemäß Fig. 15 zu erreichen.

Fig. 20c zeigt eine weitere bevorzugte Implementierung einer Vorrichtung zum Behandeln von Gas, die wieder die Turbine 70, den Kompressor 40 und den Wärmetauscher 10 aufweist. Fig. 20c zeigt jedoch eine spezielle Ausführungsform des Wärmetauschers 10 als rotationssymmetrischen Wärmetauscher im Querschnitt. Hierbei wird Gas in dem Kompressorausgang 42 in den Sekundäreingang 13 eingespeist, der über einen Sammlungsraum 18 mit einem anderen Sammlungsraum 17 kommuniziert, über den dann das Gas in den zweiten Wärmetauscherausgang 14 und in den Turbineneingang 71 eingespeist wird. Gleichzeitig wird der erste Wärmetauschereingang 11 über den Anschluss A1 über einen primärseitigen Sammlungsraum 19a mit Gas versorgt, der sich außen um den anderen Sammlungsraum 17 herum erstreckt. Das Gas fließt über den Eingang A1 in die einzelnen Kanäle vom erste Wärmetauschereingang in den primärseitigen oder ersten Wärmetauscherausgang 12 und sammelt sich im Ansaugbereich 30, der von einer Wand 31 begrenzt wird, wobei der Ansaugbereich 30 als zweiter primärseitiger Sammlungsraum 19b wirkt. Das dort angesaugte Gas wird über ein Gebläse zum Beispiel im Kombinierer 506 von Fig. 18a enthalten sein kann, in den Raumzuluftkanal gebracht. Alternativ kann ein Gebläse, das in Fig. 20c nicht gezeigt ist, „oberhalb“ des Anschlusses A1 angebracht sein, das dann im Aufteiler 502 vorhanden sein könnte, und das das Gas von dem Primäreingang in den Primärausgang 12 bzw. den Ansaugbereich 30 bringt und von dort in den Anschluss A4 und von dort je nach Ausgangs-Schnittstellen-Beschaltung weiter in den Raum pumpt oder in die Umgebung.

Fig. 20b zeigt eine schematische Draufsicht auf einen bevorzugten Rekuperator 10 mit Sammlungsräumen auch auf der Sekundärseite. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung durch einen geschlossenen Deckel nach oben komplett geschlossen. Fig. 20b zeigt allerdings die Situation, wenn der Deckel durchsichtig ist. In der Mitte ist der Ansaugbereich 30 gezeigt, der durch die Ansaugwand 31 begrenzt wird. Um den Ansaugbereich 30 erstreckt sich zum einen die Begrenzung 18a für den inneren Sammlungsraum 18 und die Begrenzung 17a für den äußeren Sammlungsraum 17. Der Gasfluss findet von außen nach innen statt, wie es durch die Pfeile 50 dargestellt ist, nämlich vom ersten Rekuperatoreingang 11 zum ersten Rekuperatorausgang 12 für die Primärseite. Dann fließt das Gas im Ansaugbereich 31 nach unten, wie es durch die Pfeilenden 51 im Bereich 30 gezeigt ist. Gas fließt ferner auf der Sekundärseite in den zweiten Rekuperatoreingang 13 vom Kompressorausgang 42. Von dort fließt es von unten nach oben, wie es durch die Pfeilspitzen im Sammlungsraum 18 gezeigt ist. Durch den Rekuperator 10 fließt das Gas dann wieder nach außen in den Sammlungsraum 17 und dort nach unten, wie es durch die Pfeilenden 53 dargestellt ist. Aus dem Sammlungsraum 17 gelangt das Gas dann über den Rekupe ratorausgang 14 in den Turbineneingang 71.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Strömungsrichtungen je nach Implementierung auch anders ausgeführt werden können, solange im Rekuperator 10 die Leitungen 15 einerseits und 16 andererseits voneinander getrennt sind, damit im wesentlichen kein Kurzschluss der Gasströme stattfindet. Genauso sind die Sammlungsräume 17, 18 von den Leitungen 15 getrennt. Die Sammlungsräume 17, 18 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel den Leitungen 16 zugeordnet, die den zweiten Rekuperatoreingang 13 mit dem zweiten Reku- peraförausgang 14 verbinden. Alternativ kann die Implementierung auch so sein, dass die Sammlungsräume dem ersten Rekuperatoreingang und dem ersten Rekuperatorausgang zugeordnet sind und der zweite Eingang und der zweite Rekuperatorausgang von den Sammlungsräumen gasmäßig isoliert ist.

Fig. 20a zeigt ferner eine schematische Darstellung für einen im Gegensatz zu Fig. 20c oder Fig. 20b nicht rotationssymmetrisch ausgestalteten Wärmetauscher, sondern für einen zum Beispiel in einer zylindrischen oder Quader-Form ausgebildeten Wärmetauscher, in den über den ersten Rekuperatoreingang 11 Gas in einen primärseitigen ersten Sammlungsraum 19a fließt, über die Kanäle 15 zu dem ersten Rekuperatorausgang 12 und insbesondere zu einem zweiten primärseitigen Sammlungsraum 19b fließt und von dort den Rekuperator 10 über den zweiten Wärmetauscherausgang 12 verlässt. Die Sekundärseite umfasst einen zweiten Rekuperatoreingang 12, überden Gas durch die Kanäle 16 von dem Sammlungsraum 18 in den anderen Sammlungsraum 17 fließt und von dort über den zweiten Rekuperatorausgang 14 den Rekuperator 10 bzw. Wärmetauscher verlässt. Damit wird eine thermische Wechselwirkung zwischen den beiden Kanälen erreicht, die jedoch voneinander gasmäßig isoliert sind. Genau so sind der primärseitige erste Sammlungsraum 19a und der primärseitige zweite Sammlungsraum 19b von den sekundärseitigen Sammlungsräumen 17 und 18 entsprechend gasmäßig isoliert, damit kein Kurzschluss im Wärmetauscher auftritt.

Fig. 20a dient jedoch gleichzeitig auch für eine Darstellung zumindest eines Teils eines rotationssymmetrischen Wärmetauschers, wie er in Fig. 20b in einer Aufsicht von oben dargestellt ist, wobei außen von oben betrachtet der Sammlungsraum 19a von Fig. 20a dargestellt ist, weiter innen gestrichelt der sekundärseitige Sammlungsraum 17 und wieder weiter innen der weitere sekundärseitige Sammlungsraum 18 dargestellt ist, wobei insbesondere der Ansaugbereich 30 bzw. der mittlere Bereich den weiteren Sammlungsraum 19b der Primärseite darstellt. Fig. 20b zeigt jedoch den Fall, dass der erste Rekuperatorausgang 12 unten bezüglich der Zeichenebene ist, wie es durch den nach unten gerichteten Durchfluss 51 in Fig. 20b dargestellt ist, und wie es auch in Fig. 20c schematisch dargestellt wird, wenn zumindest im Hinblick auf den Wärmetauscher 10 Fig. 20c die eigentliche Aufstellrichtung zeigt. Für die die Funktionalität ist die Aufstellrichtung unerheblich, weil die Schwerkraft an sich für Gas nicht entscheidend ist, im Vergleich zu einer Implementierung einer Wärmepumpe mit Flüssigkeit als Arbeitsmittel. Auch hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber einer Wärmepumpe mit Flüssigkeit als Arbeitsmittel, zumal bei dieser aufgrund des hohen Gewichts und der hohen Dichte von Flüssigkeit gegenüber Gas die Aufstellrichtung eine wesentliche Rolle spielt, was jedoch bei der vorliegenden Er findung nicht der Fall ist, was eine wesentlich größere Flexibilität in der Anwendung bei der vorliegenden Erfindung möglich macht.

Vorzugsweise erstreckt sich der Rekuperator um eine Distanz größer als10 cm und vorzugsweise größer als 60 cm in länglicher Zylinderrichtung. Ferner sind die Gaskanäle so angeordnet, dass sie auf allen Seiten im Wesentlichen gleichmäßig über das Volumen verteilt sind und damit möglichst effizient möglichst viel Luft vom primärseitigen Eingang 11 mit geringem Widerstand in den Ansaugbereich führen können.

Bei einem Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung so betrieben, dass im Wärmetauscher ein Gas-Gas-Betrieb erreicht wird.

Bei einem Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung werden die einzelnen Elemente dahin gehend ausgebildet und angeordnet, dass die spezielle Kompressor-Wärmetauscher-T ur- binen-Anordnung erreicht wird.

Obgleich es nicht in den Fig. 13 bis 20c dargestellt ist, kann der Rekuperator 10 auch mit anderen Wärmetauschertechnologien implementiert sein, also mit einem Wärmetauscher, der zum Beispiel nicht im Gegenstrom arbeitet, und bei dem die Gaskanäle nicht zueinander parallel sind bzw. senkrecht zur Gehäuserichtung bzw. in einer waagrechten Betriebsrichtung angeordnet sind.

Auch der Kompressor und die T urbine müssen nicht unbedingt auf ein und derselben Achse angeordnet werden, sondern es können andere Maßnahmen getroffen werden, um die durch die Turbine freigesetzte Energie für den Antrieb des Kompressors einzusetzen.

Darüber hinaus müssen der Kompressor und die Turbine nicht unbedingt als Radialräder implementiert sein, obgleich dies bevorzugt wird, da durch eine stufenlose Drehzahlsteuerung des Kompressors übereine Elektronikbaugruppe 102 von Fig. 19b eine günstige Leistungsanpassung erreicht werden kann.

Je nach Ausführungsform kann der Kompressor als Turbokompressor mit Radialrad und mit einem Leitweg bzw. Leitraum ausgebildet sein, welcher eine 180°-Umlenkung des Gasstroms erreicht. Es können jedoch auch andere Gasleitungsmaßnahmen über eine an- ^~ dere Formung des Leitraums, beispielsweise oder über eine andere Formung des Radial- rads erreicht werden, um dennoch einen besonders effizienten Aufbau, der zu einem guten Wirkungsgrad führt, zu erreichen.

Fig. 19a zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Kompressor-T urbinen-Kom- bination und Fig. 19b zeigt eine Seitenansicht der bevorzugten Kompressor-Turbinen-Kom- bination aus Fig. 19a. Die Kombination ist vorzugsweise als monolithische Einheit oder einstückig aus demselben Material ausgeführt. Sie umfasst einen oberen oder ersten Lager- bereich 40b, an dem das Kompressorrad 40a angebracht ist. Das Kompressorrad 40a geht in einen ersten Zwischenbereich 43a über, der auch als Achse 43 dargestellt ist. Dieser Achsenbereich 43a geht wiederum in den Rotor 44 über, der wiederum in einen weiteren Zwischenbereich 43b übergeht. An diesen schließt sich das Turbinenrad 70a an, das über einen unteren Lagerabschnitt 70b aufhängbar ist. Die Aufhängungen für die Lagerbereiche sind für den ersten Lagerbereich 40b an der Wand des Ansaugbereichs 30 von Fig. 10 oder Fig. 20c angebracht und der Lagerbereich 70b für das T urbinenrad 70a ist an einer Aufhängung im Turbinenausgang 72 befestigt. Als Lager werden vorzugsweise Wälz- oder Kugellager eingesetzt. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Kombination aus einem Material wie z. B. Aluminium oder Kunststoff ausgebildet, wobei der Rotor 44 von einem ferromagnetischen Rückschlussring umgeben ist, auf dem die Magnete beispielsweise durch Klebstoff befestigt sind, um mit einem in Fig. 19a oder Fig. 19b nicht gezeigten Stator einen Motorspalt zu bilden.

Wie es ferner in Fig. 19b gezeigt ist, ist die Kombination so dimensioniert, dass der Durchmesser des Kompressorrads 40a größer als der Durchmesser des Rotors 44 ist, und dass der Durchmesser des Rotors 44 (vorzugsweise ohne Rückschluss 44a und Magnete 44b) gleich oder größer als der Durchmesser des Turbinenrads 70a ist. Damit ist es möglich, einen Rückschlussring 44a über das Turbinenrad 70a zu schieben und an dem Rotor 44 an seinem Umfang zu befestigen.

Fig. 19b zeigt eine beispielhafte bevorzugte Anordnung einer Elektronikbaugruppe 102. So ist die Elektronikbaugruppe im sogenannten „Maschinenraum“ zwischen der Basis des Kompressorrads 40a und der Basis des Turbinenrads 70a angeordnet. Insbesondere die Anordnung der Baugruppe 102 auf der oberen Begrenzung 71a des Turbineneingangs 71 beabstandet von dem schnell drehenden Turbinenrad ist vorteilhaft, weil dieser Bereich aufgrund des von dem Wärmetauscherkommenden Gases gut temperiert ist. Eine Motorverlustwärme oder eine Abwärme der Elektronik bzw. Sensorik in der Baugruppe wird daher ohne weiteres über die Turbine 70 abgeführt.

Vorzugsweise hat die Elektronikbaugruppe 102 zur elektrischen Versorgung der Vorrichtung mit Energie und/oder Steuersignalen in der Mitte eine Öffnung und ist scheibenförmig und erstreckt sich um einen Stator eines Antriebsmotors für den Kompressor 40 herum oder ist mit dem Stator integriert ausgebildet, und ist ferner beispielhaft in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads 40a des Kompressors 40 und einer Basis eines Turbinenrads 70a der Turbine angeordnet.

Obgleich in Fig. 19b eine ringförmige Baugruppe im Querschnitt gezeigt ist, kann die Baugruppe irgendwie gebildet sein, solange sie im Maschinenraum aufgenommen ist und mit dem der Begrenzung 71a des Eingangs 71 der Turbine 70 in thermischer Wechselwirkung steht, also z. B. auf der Begrenzung 71a befestigt ist. Dabei wird es ferner bevorzugt, die Zuleitung für Energie 101a und Daten 101b für den Motor durch die seitliche Begrenzung 14a des Rekuperatorausgangs 14 und durch das Gehäuse 100 an der entsprechenden Stelle zu führen.

Nachfolgend werden beispielhafte Implementierungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Behandeln von Gas und des erfindungsgemäßen raumlufttechnischen Geräts mit dem erfindungsgemäßen fraktalen Wärmetauscher dargelegt.

1. Vorrichtung zum Behandeln von Gas, mit folgenden Merkmalen: einem Kompressor (40) mit einem Kompressoreingang (41) und einem Kompressorausgang (42); einem Wärmetauscher (10) mit einem ersten Wärmetauschereingang (11), einem ersten Wärmetauscherausgang (12), einem zweiten Wärmetauschereingang (13) und einem zweiten Wärmetauscherausgang (14), wobei der Wärmetauscher als Gas-Gas-Wärmetauscher ausgebildet ist; und einer Turbine (70) mit einem Turbineneingang (71) und einem Turbinenausgang (72), wobei der Kompressorausgang (42) mit dem zweiten Wärmetauschereingang (13) verbunden ist, und wobei der zweite Wärmetauscherausgang (14) mit dem Turbineneingang (71) verbunden ist. 2. Vorrichtung nach Beispiel 1, die ferner eine Eingangs-Schnittstelle zum Koppeln des Kompressoreingancfs (41) und des ersten Wärmetauschereingangs (11) mit einer Gaszu- - fuhr (1102a, 1102b), oder eine Ausgangs-Schnittstelle (200) zum Koppeln des Turbinenausgangs (72) und des ersten Wärmetauscherausgangs (12) mit einer Gasabfuhr (1202a, 1202b) aufweist.

3. Vorrichtung nach Beispiel 2, bei der die Eingangs-Schnittstelle (1000) auf einer Eingangsseite einen Ablufteingang (1102a) und einen Frischlufteingang (1102b) und auf einer Ausgangsseite einen ersten Eingangs-Schnittstellenausgang (1104) und einen zweiten Eingangs-Schnittstellenausgang (106) aufweist, wobei die Eingangs-Schnittstelle (1000) ausgebildet ist, um die Eingangsseite der Eingangs-Schnittstelle mit der Ausgangsseite der Eingangs-Schnittstelle zu koppeln, oder bei der die Ausgangs-Schnittstelle (200) auf einer Eingangsseite einen ersten Ausgangs-Schnittstelleneingang (204) und einen zweiten Ausgangs-Schnittstelleneingang (206) und auf einer Ausgangsseite der Ausgangs-Schnittstelle (200) einen Zuluftkanal (1202a) und einen Fortluftkanal (1202b) aufweist, wobei die Ausgangs-Schnittstelle (200) ausgebildet ist, um die Eingangsseite der Ausgangs-Schnittstelle (200) mit der Ausgangsseite der Ausgangs-Schnittstelle zu koppeln.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, die für einen Kühlungs-Betrieb ausgebildet ist, wobei eine Eingangs-Schnittstelle (1000) ausgebildet ist, um den Kompressoreingang (41) mit einem Frischgaskanal (1102b) der Gaszufuhr zu verbinden, und um den ersten Wärmetauschereingang (11) mit einem Abgaskanal (1102a) der Gaszufuhr zu verbinden, oder wobei eine Ausgangs-Schnittstelle (200) ausgebildet ist, um den Turbinenausgang (72) mit einem Zugaskanal (1202a) der Gasabfuhr zu verbinden, und um den ersten Wärmetauscherausgang (12) mit einem Fortgaskanal (1202b) der Gasabfuhr zu verbinden.

5. Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 3, die für einen Heizbetrieb ausgebildet ist, wobei eine Eingangs-Schnittstelle (1000) ausgebildet ist, um den Kompressoreingang (41) mit einem Abgaskanal (1102a) der Gaszufuhr zu verbinden, und um den ersten Wärmetauschereingang (11) mit einem Frischgaskanal (1102b) der Gaszufuhr zu verbinden, oder wobei eine Ausgangs-Schnittstelle (200) ausgebildet ist, um den Turbinenausgang (72) mit einem Fortgaskanal der Gasabfuhr zu verbinden, und um den ersten Wärmetauscherausgang mit einem Zugaskanal (1202a) der Gasabfuhr zu verbinden. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der die Eingangs-Schnittstelle (1000) oder die Ausgangs-Schnittstelle t200) abhängig von einem Steuersignal (1302, 1304) steuerbar sind, und wobei die Vorrichtung eine Steuerung (300) aufweist, die ausgebildet ist, um eine Steuereingabe zu erhalten, und um das Steuersignal (1302, 1304) ansprechend auf die Steuereingabe zu liefern, wobei die Steuerung (300) ausgebildet ist, um das Steuersignal (1302, 1304) durch eine manuelle Eingabe oder eine sensorgesteuerte Eingabe zu erhalten.

7. Vorrichtung nach Beispiel 6, bei der die Steuerung (300) ausgebildet ist, um die Eingangs-Schnittstelle (1000) oder die Ausgangs-Schnittstelle (200) durch das Steuersignal (1302, 1304) in einen Sommerbetrieb zum Kühlen eines Gases für einen Zugaskanal (1202a) der Gasabfuhr einzustellen, und um die Eingangs-Schnittstelle (1000) oder die Ausgangs-Schnittstelle (200) durch das Steuersignal (1302, 1304) in einen Winterbetrieb zum Heizen eines Gases für den Zugaskanal (1202a) einzustellen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der die Eingangs-Schnitt stelle (1000) einen Zwei-Wege-Umschalter aufweist, der einen Abgaseingang und einen Frischgaseingang für die Gaszufuhr aufweist, und der einen ersten Eingangs-Schnittstellenausgang, der mit dem ersten Wärmetauschereingang verbunden ist, und einen zweiten Eingangs-Schnittstellenausgang, der mit dem Kompressoreingang (41) verbunden ist, auf weist, wobei der Zwei-Wege-Umschalter ausgebildet ist, um den Abgaseingang entweder mit dem ersten Eingangs-Schnittstellenausgang oder dem zweiten Eingangs-Schnittstellenausgang zu verbinden, und um den Frischgaseingang entweder mit dem zweiten Eingangs-Schnittstellenausgang oder dem ersten Eingangs-Schnittstellenausgang zu verbinden.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der die Ausgangs-Schnittstelle (200) einen Zwei-Wege-Umschalter aufweist, der einen Zugasausgang und einen Fortgasausgang für die Gasabfuhr aufweist, , wobei der Zwei-Wege-Umschalter ausgebildet ist, um den Zugasausgang mit dem Turbinenausgang (72) und den Fortgasausgang mit dem ersten Wärmetauscherausgang (12) zu verbinden, oder um den Fortgasausgang (1202b) Turbinenausgang (72) und den Zugasausgang mit dem ersten Wärmetauscherausgang zu verbinden.

10. Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 7, oder 9, bei der die Eingangs-Schnittstelle (1000) einen ersten Umschalter (1000b) oder einen zweiten Umschalter (1000a) aufweist, wobei der erste Umschalter einen Ausgang (A1) aufweist, der mit dem ersten Wärmetau- schereingang-verbunden ist, und wobei der erste Umschalter (1000b) einen ersten Eingang, der mit einem Abgaskanal der Gaszufuhr verbunden ist, und einen zweiten Eingang aufweist, der mit einem Frischgaskanal der Gaszufuhr verbunden ist, wobei der erste Umschalter (1000b) durch ein Steuersignal (1302b) steuerbar ist, um entweder den ersten Eingang oder den zweiten Eingang mit dem Ausgang zu verbinden, oder wobei der zweite Umschalter (1000a) einen Ausgang (A3) aufweist, der mit dem Kompressoreingang verbunden ist, und wobei der erste Umschalter (1000b) einen ersten Eingang, der mit einem Abgaskanal der Gaszufuhr verbunden ist, und einen zweiten Eingang aufweist, der mit einem Frisch gaskanal der Gaszufuhr verbunden ist, wobei der erste Umschalter (1000b) durch ein Steuersignal (1302a) steuerbar ist, um entweder den ersten Eingang oder den zweiten Eingang mit dem Ausgang zu verbinden.

11. Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 7, 9, 10, bei der die Ausgangs-Schnittstelle (200) einen ersten Umschalter (200a) oder einen zweiten Umschalter (200b) aufweist, wobei der erste Umschalter (200a) einen Eingang (A2) aufweist, der mit dem Turbinenausgang verbunden ist, und wobei der erste Umschalter (200a) einen ersten Ausgang, der mit einem Zugaskanal der Gasabfuhr verbunden ist, und einen zweiten Ausgang aufweist, der mit einem Fortgaskanal der Gasabfuhr verbunden ist, wobei der erste Umschalter (200a) durch ein Steuersignal (1304a) steuerbar ist, um entweder den ersten Ausgang oder den zweiten Ausgang mit dem Eingang zu verbinden, oder wobei der zweite Umschalter (200b) einen Eingang (A4) aufweist, der mit dem zweiten Wärmetauscherausgang verbunden ist, und wobei der zweite Umschalter (200b) einen ersten Ausgang, der mit einem Zugaskanal der Gasabfuhr verbunden ist, und einen zweiten Ausgang aufweist, der mit einem Fortgaskanal der Gasabfuhr verbunden ist, wobei der erste Umschalter (200a) durch ein Steuersignal (1304b) steuerbar ist, um entweder den ersten Ausgang oder den zweiten Ausgang mit dem Eingang zu verbinden.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der das Zugas eine Zuluft ist, bei der das Abgas eine Abluft ist, bei der das Frischgas eine Frischluft ist, und bei der das Fortgas eine Fortluft ist, oder die für einen Kühlungsbetrieb ausgelegt ist und in einer Auslassströmung der Turbine (70) eine Tropfenfangvorrichtung angeordnet ist, um die Kon- densflüssigkeitstropfen aus der Auslassströmung zu entfernen und abzuführen, oder die für einen Heizungsbetrieb ausgelegt ist und an dem ersten Wärmetauscherausgang (12) eine Befeuchtungsvorrichtung angeordnet ist, die zu verdunstende Flüssigkeit in Berührung mit der Gasströmung an dem ersten Wärmetauscherausgang (12) bringt, oder bei dem an dem ersten Wärmetauschereingang (11 ) ein Lüfter (21) angeordnet ist, um Gas in den ersten Wärmetauschereingang (11) zu drücken, oder bei denran dem ersten Wärmetauscherausgang (12) ein Lüfter angeordnet ist, um Gas aus dem ersten Wärmetauscherausgang (12) zu saugen.

13. Vorrichtung nach Beispiel 12, die ausgebildet ist, um mit einem raumlufttechnischen Gerät (RLT-Gerät) gekoppelt zu werden, wobei das raumlufttechnische Gerät einen Abluftanschluss (1102a), einen Zuluftanschluss (1202a), einen Fortluftanschluss und einen Frischluftanschluss aufweist, wobei die Vorrichtung zum Behandeln von Gas mit dem raumlufttechnischen Gerät über eine Eingangs-Schnittstelle (1000) oder eine Ausgangs-Schnittstelle (200) koppelbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der in Betriebsrichtung der Kompressor (40) oberhalb der Turbine (70) angeordnet ist, und die ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Kompressor (40) ein Kompressorrad (40a) aufweist und die Turbine (70) einen Turbinenrad (70a) aufweist, wobei das Kompressorrad und das Turbinenrad (70a) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, wobei an der Achse ein Rotor (44) eines Antriebsmotors angeordnet ist, der mit einem Stator des Antriebsmotors wechselwirkt, oder bei der ein Kompressorrad (40a) einen größeren Durchmesser als ein Rotor (44) eines Antriebsmotors oder einen größeren Durchmesser als ein Turbinenrad (70a) der Turbine (40) aufweist.

16. Vorrichtung nach Beispiel 15, bei der der Rotor (44) zwischen dem Kompressorrad (40a) und dem Turbinenrad (70a) angeordnet ist, oder bei der das Kompressorrad (40a), ein erster Achsenabschnitt (43a), ein Rotor (44), ein zweiter Achsenabschnitt (43b) und das Turbinenrad (70a) einstückig ausgebildet sind, oder bei der an dem Kompressorrad (40a) ein erster Lagerabschnitt (40b) und an dem Turbinenrad (70a) ein zweiter Lagerabschnitt (70b) ausgebildet sind, oder bei der der Rotor (44) aus einem nicht ferromagnetischen Material, wie z. B. Aluminium, ausgebildet ist und ein ferromagnetisches Rückschlusselement (44a) um den Rotor (44) herum angebracht ist und Magnete (44b) auf dem Rückschlusselement (44a) angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Wärmetauscher ( 10) eine Volumenform hat, die eine in einem mittleren Bereich gelegene zentrale Öffnung aufweist, die einen Ansaugbereich (30) bildet, wobei sich eine Ansaugwand (31 ) von einem ersten Ende der zentralen Öffnung, zu einem zweiten Ende erstreckt, das durch eine Ab deckung (32) verschlossen ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Wärmetauscher ( 10) rotationssymmetrisch ist, wobei eine Symmetrieachse des Wärmetauschers (10) mit einer Achse des Kompressors (40) oder einer Achse der T urbine (70) oder einer Achse des Gasausgangs (5) oder des Gaseingangs (2) oder mit einer Achse eines Ansaugbereichs (30) im Wesentlichen übereinstimmt.

19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Wärmetauscher ( 10) einen Gegenstrom-Wärmetauscher aufweist.

20. Vorrichtung nach Beispiel 19, bei der sich in dem Wärmetauscher (10) Gas von dem ersten Wärmetauschereingang zu dem ersten Wärmetauscherausgang von außen nach innen bewegt und Gas von dem zweiten Wärmetauschereingang zu dem zweiten Wärme tauscherausgang von innen nach außen bewegt.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Wärmetauscher (10) ein Volumen aufweist, das in einem äußeren Bereich eine Gegenstrom-Wärmetauscherstruktur aufweist und in einem inneren Bereich an einen Ansaugbereich (30) anschließt, wobei der erste Wärmetauschereingang (11) außen an dem äußeren Bereich an geordnet ist, wobei der erste Wärmetauscherausgang (12) an dem inneren Bereich ange ordnet ist, um Gas in den Ansaugbereich (30) zu leiten, wobei der zweite Wärmetauscher eingang (13) ebenfalls an dem inneren Bereich angeordnet ist und der zweite Wärmetauscherausgang (14) ebenfalls an dem äußeren Bereich angeordnet ist, wobei der erste Wärmetauschereingang (11) und der zweite Wärmetauscherausgang (14) im Wärmetauscher (10) fluidisch getrennt sind und der erste Wärmetauscherausgang (12) und der zweite Wärmetauschereingang (13) in dem Wärmetauscher (10) fluidisch getrennt sind.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Wärmetauscher (10) miteinander verbundene erste Gaskanäle (15) von dem ersten Wärmetauschereingang (11) zu dem ersten Wärmetauscherausgang (12) aufweist und zweite miteinander verbundene Gaskanäle (16) zwischen dem zweiten Wärmetauschereingang (13) und dem zweiten Wärmetauscherausgang (14) aufweist, wobei die ersten Gaskanäle (15) und die zweiten Gaskanäle (16) in thermischer Wechselwirkung angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher (10) an dem zweiten Wärmetauschereingang einen ersten Sammlungsbereich (18), der die zweiten Gaskanäle (16) auf einer Seite verbindet und der sich entlang des inneren Bereichs erstreckt und den zweiten Wärmetauschereingang (12) bildet, und einen zweiten Sammlungsbereich (17) aufweist, der die zweiten Gaskanäle auf einer anderen Seite verbindet und sich entlang eines Randbereichs des äußeren Bereichs erstreckt und den zweiten Wärmetauscherausgang (14) bildet, wobei eine Ansaugwand (31) den ersten Sammlungsbereich begrenzt und den ersten Sammlungsbereich (18) von einem Ansaugbereich (30) trennt.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur Versorgung eines Antriebsmotors für den Kompressor (40) mit Energie oder zur Lieferung von Steuerdaten an ein Element der Vorrichtung oder zur Erfassung von Sensordaten von einem Element der Vorrichtung in einem Bereich der Vorrichtung ange ordnet ist, der ausgebildet ist, um die Elektronikbaugruppe zu kühlen, oder bei dem eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Vorrichtung mit Energie und/o der Steuersignalen in einem Bereich zwischen dem Turbinenausgang (72) und dem Gas ausgang (5) und einer Gehäusewand des Gehäuses (100) außerhalb des Gasausgangs (5) angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Vorrichtung mit Energie und/oder Steuersignalen in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads (40a) des Kompressors (40) und einer Basis eines Turbinenrads (70a) der Turbine angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Vorrichtung mit Energie und/oder Steuersignalen an einem Begren zungselement (71a) eines Turbineneingangs (71) der Turbine (70) angeordnet ist, wobei die Elektronikbaugruppe ferner außerhalb des Turbineneingangs (71) der Turbine (70) angeordnet ist, oder bei der eine Elektronikbaugruppe (102) zur elektrischen Versorgung der Vorrichtung mit Energie und/oder Steuersignalen eine Öffnung in der Mitte aufweist und scheibenförmig ist und sich um einen Stator eines Antriebsmotors für den Kompressor (40) herum erstreckt oder mit dem Stator integriert ausgebildet ist, und beispielsweise in einem Bereich zwischen einer Basis eines Kompressorrads (40a) des Kompressors (40) und einer Basis eines Turbinenrads (70a) der Turbine (70) angeordnet ist.

24. Raumlufttechnisches Gerät mit folgenden Merkmalen: einem Raumabluftanschluss (508); einem Raumzuluftanschluss (510); und einer Vorrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 23, wobei der Raumabluftanschluss (508) mit der Gaszufuhr gekoppelt ist und der Raumzuluftanschluss (508) mit der Gasabfuhr gekoppelt ist. 25. Raumlufttechnisches Gerät nach Beispiel 24, das folgende Merkmale aufweist: einen Aufteiler (502) zum Aufteilerr von Luft aus dem Raumabluftanschluss (508) in einen Abluftstrom für einen Abluftkanal (1102a) und einen Einspeisestrom (512); einen Bearbeiter (504) zum Aufbereiten des Einspeisestroms (512); und einen Kombinierer (506) zum Kombinie ren einer Ausgabe des Bearbeiters (504) mit einem Zuluftstrom von einem Zuluftkanal (1202a), um Luft in den Raumzuluftanschluss (510) einzuspeisen, wobei die Gaszufuhr der Vorrichtung ausgebildet ist, um den Abluftstrom vom Abluftkanal (1102a) zu erhalten, und wobei die Gasabfuhr ausgebildet ist, um den Zuluftstrom für den Zuluftkanal (1202a) zu liefern, oder einen Aufteiler (502) zum Aufteilen von Luft aus dem Raumabluftanschluss (508) in einen Abluftstrom für einen Abluftkanal (1102a) und einen Einspeisestrom (512); einen Kombinierer (506) zum Kombinieren des Einspeisestrom (512) mit einem Zuluftstrom von einem Zuluftkanal (1202a), um einen kombinierten Luftstrom zu erhalten; und einen Bearbeiter (504) zum Aufbereiten des kombinierten Luftstroms, um einen aufbereiteten Luftstrom zu erhalten, der in den Raumzuluftanschluss (510) eingespeist wird; und wobei die Gaszufuhr der Vorrichtung ausgebildet ist, um den Abluftstrom vom Abluftkanal (1102a) zu erhalten, und wobei die Gasabfuhr ausgebildet ist, um den Zuluftstrom für den Zuluftkanal (1202a) zu liefern.

26. Raumlufttechnisches Gerät nach Beispiel 25, bei dem der Bearbeiter (504) ausgebildet ist, um den Einspeisestrom sauerstoffmäßig, feuchtigkeitsmäßig oder desinfektionsmäßig zu bearbeiten.

27. Raumlufttechnisches Gerät nach einem der Beispiele 25 oder 26, bei dem der Aufteiler (502) oder der Kombinierer (506) steuerbar sind, um abhängig von einer Temperatur in dem Raum oder einer Zieltemperatur im Raumzuluftanschluss (510) ein Verhältnis zwischen einer Luftmenge im Abluftstrom oder einer Luftmenge in dem Einspeisestrom oder ein Verhältnis zwischen einer Luftmenge der Ausgabe des Bearbeiters (504) und einer Luftmenge des Zuluftstroms einzustellen.

28. Raumlufttechnisches Gerät nach einem der Beispiele 25 bis 27, bei der der Kombinierer (506) ein Gebläse (506a) aufweist, um den Zuluftstrom in dem Zuluftkanal (1202a) anzusaugen, oder bei dem der Aufteiler (502) ein Gebläse aufweist, um den Abluftstrom in den Abluftkanal (1102a) zu pumpen, oder bei der der Aufteiler (502) eine Strömungssteuerung aufweist, um aufgrund einer Wirkung des Kompressors (40) der Vorrichtung Luft über den Raumabluftanschluss (508) aus dem Raum in den Aufteiler (502) und in den Kompressoreingang (41 ) zu bewegen. 29. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Behandeln von Gas, mit einem Kompressor (40) mit einem Kompressoreingang (41) und einem Kompressorausgang (42); einem Wärmetauscher (10) mit einem ersten Wärmetauschereingang (11), einem ersten Wärmetauscherausgang (12), einem zweiten Wärmetauschereingang (13) und einem zweiten Wärmetauscherausgang (14), wobei der Wärmetauscher als Gas-Gas-Wärmetauscher ausgebildet ist; und einer Turbine (70) mit einem Turbineneingang (71) und einem Turbinenausgang (72), mit folgenden Schritten: Einspeisen von komprimiertem Gas aus dem Kompressorausgang (42) in den zweiten Wärmetauschereingang (13); und Einspeisen von Gas aus dem zweiten Wärmetauscherausgang (14) in den Turbineneingang (71 ) und Re- laxieren des Gases in der Turbine (70).

30. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Behandeln von Gas, mit einem Kom pressor (40) mit einem Kompressoreingang (41) und einem Kompressorausgang (42); einem Wärmetauscher (10) mit einem ersten Wärmetauschereingang (11 ), einem ersten Wärmetauscherausgang (12), einem zweiten Wärmetauschereingang (13) und einem zwei ten Wärmetauscherausgang (14), wobei der Wärmetauscher als Gas-Gas-Wärmetauscher ausgebildet ist; und einer Turbine (70) mit einem Turbineneingang (71) und einem Turbinenausgang (72), mit folgenden Schritten: Verbinden des Kompressorausgang s(42) mit dem zweiten Wärmetauschereingang (13); und Verbinden des zweiten Wärmetauscherausgangs (14) mit dem Turbineneingang (71).

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.