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Patent Searching and Data


Title:
ENERGY-CONVERSION SYSTEM AND SUB-ASSEMBLIES THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/161904
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an energy-conversion system (1) comprising an installation for converting energy (2), said installation providing a heat-conducting fluid flow consisting of a first fluid (22), and a heat transfer system (4) in the form of a boiler (40) which forms a heat-transfer relationship with the system for converting energy (2, 20, 20a, 20b, 20c) by means of the fluid flow consisting of the first fluid (22). According to the invention, the system for converting energy (2) is a gas turbine system (20, 20a, 20b, 20c) comprising a gas turbine burner (201), at least part of the exhaust gases (201c) of which can be supplied to a turbine (203) in order to provide and transfer mechanical energy to a power consumer (202, 204), in particular an electric generator (204), and at least part of the exhaust gases (201c, 203c) of which form the fluid flow consisting of the first fluid (22).

Inventors:
WIDENHORN AXEL (DE)
KISSEL THILO (DE)
BARUNOVIC DANIEL (DE)
LEBKÜCHNER DOMINIK (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/056624
Publication Date:
October 09, 2014
Filing Date:
April 02, 2014
Export Citation:
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Assignee:
DUERR SYSTEMS GMBH (DE)
International Classes:
F01K23/10
Foreign References:
US4326382A1982-04-27
DE19523062A11997-01-02
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
GAUSS, Nikolai et al. (DE)
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Claims:
Energiewandler-System (1 ) umfassend eine Anlage zur Umsetzung von Energie (2), die einen wärmeführenden Fluidstrom aus einem ersten Fluid (22) bereitstellt, und ein Wärmeübertragungssystem (4) in Form eines Kessels (40), der mit der Anlage zur Umsetzung von Energie (2, 20, 20a, 20b, 20c) über den Fluidstrom aus dem ersten Fluid (22) in einer Wärmeübertragungsbeziehung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Umsetzung von Energie (2) eine Gasturbinenanlage (20, 20a, 20b, 20c) mit einem Gasturbinenbrenner (201 ) ist, dessen Abgase (201 c) zur Bereitstellung und Übertragung von mechanischer Energie an einen Kraftverbraucher (202, 204), insbesondere an einen elektrischen Generator (204a), wenigstens teilweise einer Turbine (203) zugeführt werden, wobei die aus der Turbine (203) strömenden Abgase (201 c, 203c) wenigstens teilweise den Fluidstrom aus dem ersten Fluid (22) bilden.

Energiewandler-System (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinenanlage (20) als eine teil-rekuperierte Mikro- gasturbine (20bb, 20c) ausgebildet ist, die einen Verdichter (202) zur Bereitstellung eines vorgespannten Oxidationsmittelstroms (202c) und einen Rekuperator (206) zur Vorerwärmung des vorgespannten Oxidationsmittelstroms (202c) durch Übertragung eines Teils der Wärme der aus der Turbine (203) strömenden Abgase (201 c, 203c) auf den vorgespannten Oxidationsmittelstrom (202c) aufweist, und die einen Flu- idausgang (21 ) hat, über den der wärmeführende Fluidstrom aus dem ersten Fluid (22) aus der Gasturbinenanlage (20) abgeführt wird.

Energiewandler-System (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrogasturbine eine variabel teil-rekuperierte Mikrogas- turbine (20c) ist.

Energiewandler-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrogasturbine ein Bypass-System (207) zur zumindest teilweisen Umgehung des Rekuperators (206) enthält, wobei das Bypass- System (207, 208) zumindest einen Teilstrom (207c) des in einem Verdichter vorgespannten Oxidationsmittelstroms (202c) um den Rekuperator (206) herumführt.

Energiewandler-System (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-System (207) ein Bypass-Steuerelement (207a) und eine Bypass-Leitung (207b) aufweist, wobei das Bypass-Steuerelement (207a) dazu dient, den Teilstrom (207c) einstellbar- oder wählbar auszuführen, und wobei die Bypass-Leitung (207b) dazu dient, einen mittels des Bypass- Steuerelements (207a) aus den aus der Turbine (203) strömenden Abgasen (201 c, 203c) abgezweigten und/oder ausgeleiteten Teilstrom (207c) um den Rekuperator (206) herumzuführen und dem vorgewärmten, vorgespannten Frischluftstrom (202c) vor dem Gasturbinenbrenner (201 ) wieder zuzuführen.

Energiewandler-System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrogasturbine ein Bypass-System (208) zur zumindest teilweisen Umgehung des Rekuperators (206) enthält, wobei das Bypass-System (208) zumindest einen Teilstrom (208c) des Abgases (203c) um den Rekuperator (206) herumführt.

Energiewandler-System (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-System (208) ein Bypass-Steuerelement (208a) hat, welches dazu vorgesehen ist, den Teilstrom (208c) einstellbar- oder wählbar auszuführen, und eine Bypass-Leitung (208b) enthält, über welche der von dem Bypass-Steuerelement (208a) abgezweigte und/oder ausgeleitete Teilstrom (208c) der Abgase (203c) um den Rekuperator (206) herumgeführt und nach dem Rekuperator (206) dem im Rekuperator (206) zumindest teilweise abgekühlten Abgasen wieder zugeführt werden kann.

Energiewandler-System (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Anlage zur Umsetzung von Energie (3), insbesondere einer Anlage mit einem Heizbrenner (30) oder mit einer Wärmepumpe, wobei die weitere Anlage (3, 30) mit dem Wärmeübertragungssystem (4, 40) über einen weiteren Fluidstrom aus einem strömendem weiteren Fluid (32) in einer Wärmeübertragungsbeziehung steht, und wobei insbesondere über das weitere Fluid (32) Wärme von der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie (3, 30) an das Wärmeübertragungssystem (4, 40) übertragen werden kann.

Energiewandler-System (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich über das erste Fluid Wärme an die weitere Anlage zur Umsetzung von Energie (3, 30) übertragen werden kann.

0. Energiewandler-System (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das erste Fluid im Wesentlichen die in der Turbine (203) entspannten Abgase (203c) des Gasturbinenbrenners (201 ) sind und das weitere Fluid die Abgase des Heizbrenners (30) sind. Energiewandler-System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid zumindest teilweise vor dem Heizbrenner (30) einem Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom (30a, 52a) des Heizbrenners (30) oder im Heizbrenner (30) dem weiteren Fluid (32) zugemischt werden kann.

Energiewandler-System nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid (22) zumindest teilweise einem Vorheiz-Wärmetauscher (60) zugeführt werden kann, welcher für einen Wärmeübertrag auf einen Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom (30a, 52a), insbesondere Frischluftstrom, vorgesehen ist.

Energiewandler-System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile des ersten und/oder des weiteren Fluides (22, 32), nachdem es durch einen Wärmeübertrag auf ein weiteres Fluid (48) in dem Kessel (40) thermisch abgekühlt wurde, über eine Rückführleitung (50) dem Heizbrenner (30) für eine weitere Umsetzung und/oder einem zweiten Vorheiz-Wärmetauscher (70), welcher für einen Wärmeübertrag auf einen Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom (30a, 52a), insbesondere Frisch luftstrom vorgesehen ist, als Wärmequelle zugeführt werden kann.

Energiewandler-System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Fluid (32) dem ersten Fluid (22) zugemischt werden kann, nachdem es in dem Kessel (40) durch den auf das weitere Fluid (48) erfolgten Wärmeübertrag thermisch abgekühlt wurde.

Energiewandler-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiter ein Mischer (52) zur Bildung eines einstellbaren Gemisches aus mindestens einem der Fluidströme, insbesondere aus dem Fluidstrom aus dem ersten und/oder einem wei- teren Fluid (22, 32), und einem Brennstoff- und/oder Oxidationsmit- telstrom (30a, 52a), insbesondere einem Frisch luftstrom vorgesehen ist.

16. Brenner (310), insbesondere Heizbrenner (30, 300) oder Gasturbinenbrenner (201 ), für ein Energiewandler-System (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Brennermodul (330) mit mindestens einer Brennstoffzuführung und einer Oxidationsmittelzuführung, gekennzeichnet durch eine Zumischeinheit (340) für das Zuführen eines vorwiegend gasförmigen Fluides, insbesondere des ersten Fluides (22).

Kessel (40) für ein Energiewandler-System (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein erstes Leitungssystem (43) zur Durchleitung des ersten Fluides (22), welches vorzugsweise zumindest abschnittsweise als ein sich zumindest innerhalb eines Kesselraums (40a) erstreckender erster Wärmetauscher (43a) zum Übertrag wenigstens eines Teils der Wärme des ersten Fluides (22) auf ein weiteres, zweites Fluid (48) ausgebildet ist.

Kessel (40) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein zweites Leitungssystem (44) zur Durchleitung eines weiteren, dritten Fluides (32), welches vorzugsweise zumindest abschnittsweise als ein sich zumindest innerhalb eines Kesselraums (40a) erstreckender zweiter Wärmetauscher (44a) zum Übertrag wenigstens eines Teils der Wärme des weiteren, dritten Fluides (32) auf das weitere, zweite Fluid (48) ausgebildet ist.

Kessel (40) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Leitungssysteme (43) zwei Eingänge (41 , 42) und einen Ausgang (45) aufweist, wobei ein Eingang (41 ; 42) für das Einkoppeln des ersten Fluides (22) und der andere Eingang (42; 41 ) für das Einkoppeln des weiteren, dritten Fluides (32) vorgesehen ist. Kessel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem (43) eine ein, zwei oder mehr Umlenkungen (43b, 43c) aufweisendes Rohrsystem hat, wobei der erste Eingang (41 ) durch ein Rohrstück gebildet ist, welches leitungssystemseitig in einer der Umlenkungen (43b, 43c) mündet.

Gasturbinenanlage (20, 20a, 20b, 20c) mit einem Gasturbinenbrenner (201 ), dessen Abgase (201 c) zur Bereitstellung und Übertragung von mechanischer Energie an einen Kraftverbraucher (202, 204), insbesondere an einen elektrischen Generator (204a), wenigstens teilweise einer Turbine (203) zugeführt werden, für ein nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildetes Energiewandler-System (1 ) gekennzeichnet durch einen Verdichter (202) zur Bereitstellung eines vorgespannten Oxidati- onsmittelstroms (202c) und einen Rekuperator (206) zur Vorerwärmung des vorgespannten Oxidationsmittelstroms (202c) durch Übertragung eines Teils der Wärme der aus der Turbine (203) strömenden Abgase (201 c, 203c) auf den vorgespannten Oxidationsmittelstrom (202c), und durch einen Fluidausgang (21 ) für das Abführen der aus der Turbine (203) strömenden Abgase als ein wärmeführender Fluidstrom (22) aus dem ersten Fluid, wobei die Mikrogasturbine ein Bypass-System (207) zur zumindest teilweisen Umgehung des Rekuperators (206) enthält, und wobei das Bypass-System (207, 208) zumindest einen Teilstrom (207c) des in einem Verdichter vorgespannten Oxidationsmittelstroms (202c) um den Rekuperator (206) herumführt.

Gasturbinenanlage nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperator (206) lediglich einen ein Bruchteil RRekup der Wärme der aus der Turbine (203) strömenden Abgase (201 c, 203c) auf den Oxida- tionsmittelstrom (202c) überträgt, so dass zumindest ein Anteil RNutz von nutzbarer Wärme in den Abgasen (203c) verbleibt.

Gasturbinenanlage (20, 20b, 20c) nach Anspruch 21 , gekennzeichnet durch an dem Rekuperator (206) angeordnete Begrenzungsmittel, die bewirken, dass in dem aus der Turbine (203) strömenden Abgas (203c) nach einem Passieren des Rekuperators (206) ein nennenswerter Anteil RNutz an einer im Wärmeübertragungssystem (4, 40) nutzbaren Abwärme in Form einer Restwärme vorhanden ist.

Verfahren zur Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie mit einem Energiewandler-System (1 ) umfassend eine insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildete Gasturbinenanlage (20, 20a, 20b, 20c) mit einer Turbine (203), die einen von aus der Turbine (203) strömenden Abgas (203c) gebildeten wärmeführenden Fluidstrom aus einem ersten Fluid (22) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem wärmeführenden Fluidstrom aus dem ersten Fluid (22) thermisch und/oder chemisch gespeicherte Energie zumindest teilweise einem Kessel (40) zugeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rauchgastemperatur T des ersten Fluids (22) des dem Kessel (40) zugeführten wärmeführenden Fluidstroms gilt: 200°C < T < 700°C.

Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kessel (40) zusätzlich noch Wärme aus einem Heizbrenner (30, 300) zugeführt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei sich ändernden Anforderungen an die durch das Energiewandler-System (1 ) bereitzustellenden Mengen an mechanischer/elektrischer und/oder thermischer Energie ein Rekuperationsgrad eines Rekuperators (206) der Gasturbinenanlage (20c) und/oder ein Massenstrom eines Brennstoffs eines Gasturbinenbrenners (201 ) den Anforderungen nachgeführt oder angepasst werden.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeführende Fluidstrom aus dem ersten Fluid (22) zumindest teilweise einer Heizanlage (3, 30), insbesondere einem Heizbrenner (30, 300) zugeführt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in einem als Luftvorheizer ausgebildeten Wärmetauscher (60, 70) aus dem wärmeführenden Fluidstrom Wärme auf einen der Heizanlage (3, 30) zugeführten Frischluftstrom überträgt.

Description:
Energiewandler-System und Baugruppen hierfür Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Energiewandler-System mit einer Anlage zur Umsetzung von Energie, die einen wärmeführenden Fluidstrom aus einem ersten Fluid bereitstellt, und mit einem Wärmeübertragungssystem in Form eines Kessels, der mit der Anlage zur Umsetzung von Energie über den Fluidstrom in einer Wärmeübertragungsbeziehung steht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Bereitstellung elektrischer und thermischer Energie mit einem Energiewandler-System nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Unter einem Energiewandler-System wird dabei insbesondere ein System zur gleichzeitigen Bereitstellung von mechanischer und thermischer Energie, im Speziellen ein System aus einem Kessel, insbesondere einem Warmwasserkessel, Heißwasserkessel oder einem Dampfkessel, und zumindest einer Gasturbinenanlage verstanden. Unter einem Warmwasserkessel wird dabei insbesondere eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Nutzmediums oder Nutzfluids, vorzugsweise ein Kessel zur Bereitstellung eines gegenüber einem Ausgangszustand, insbesondere auf eine Umgebungstemperatur erwärmten Nutzmediums oder Nutzfluids, insbesondere einer Flüssigkeit verstanden. Unter einem Heißwasserkessel wird dabei insbesondere eine Vorrichtung zur Erhitzung eines Nutzmediums oder Nutzfluids, vorzugsweise ein Kessel zur Bereitstellung eines gegenüber einem Ausgangszustand, insbesondere einer Umgebungstemperatur stark erwärmten, vorzugsweise bis nahe an einen Siedepunkt erwärmten Nutzmediums oder Nutzfluids, insbesondere einer Flüssigkeit verstanden. In der Re- gel tritt bei einem Warm- oder Heißwasserkessel im Nutzmedium oder Nutz- fluid nur zu einem geringen Teil ein Phasenübergang, insbesondere eine Sublimation oder Verdampfung auf. Unter„einem geringen Teil" wird dabei insbesondere verstanden, dass allenfalls eine ungesättigte Dampfphase des Nutzmediums oder Nutzfluids entsteht. Bei einem Warm- oder Heißwasserkessel wird dabei insbesondere das Nutzmedium oder Nutzfluid in seiner flüssigen Phase als bereitgestelltes Abgabefluid an einem Kesselausgang für eine nachfolgende Nutzung zur Verfügung gestellt.

Unter einem Dampfkessel wird dabei insbesondere eine Vorrichtung zur Erwärmung, Erhitzung oder Herbeiführung eines zumindest partiellen Phasenübergangs eines Nutzmediums, insbesondere eines Fluides, bevorzugt einer Flüssigkeit verstanden. Ein partieller Phasenübergang meint in diesem Zusammenhang insbesondere ein Verflüssigen, Verdampfen und/oder Subli- mieren von Teilen des Nutzmediums.

Ein bevorzugtes Nutzmedium bzw. Nutzfluid kann dabei Wasser, Ammoniak, Thermoöl, geeignete Kohlenwasserstoffe oder aber ein anderes geeignetes Medium sein, welches in einem Kessel durch Wärmezufuhr bei gegebener Temperatur einen Phasenübergang, insbesondere von einer flüssigen in eine gasförmige Phase vollzieht. Kessel der im Vorhergehenden beschriebenen Arten können dabei als Abhitzekessel, Rohrwasserkessel oder Großraumwasserkessel ausgebildet sein, wobei auch Kombikessel mit einer Abhitzezone, Rohrwasserzone und/oder Großraumzone von Nutzen sein können. Unter einem Abhitzekessel wird dabei insbesondere ein Kessel verstanden, der von einer Abwärme einer vorgeschalteten, Wärme erzeugenden Einheit beheizt wird und ohne eigenen Heizbrenner auskommt. Analoges gilt für eine Abhitzezone. Unter einem Rohrwasserkessel wird insbesondere ein Kessel verstanden, bei dem das Nutzmedium oder Nutzfluid, vorzugsweise Wasser durch ein Rohrleitungssystem in dem Kessel geführt und dabei erwärmt bzw. erhitzt wird. Ein Rohrwasserkessel oder eine Rohrwasserzone kann dabei auch als Durchlauferhitzer bezeichnet werden. Demgegenüber wird unter einem Großraumwasserkessel bzw. einer Großraumzone insbesondere ein Kessel bzw. eine Zone im Kessel verstanden, in der ein Reservoir an Nutzmedium bzw. Nutzfluid, vorzugsweise Wasser vorgesehen ist, in das Wärme zur Aufheizung eingeleitet wird. Dabei kann die Wärme vorzugsweise mittels Wärmestrahlung und/oder Kontaktwärmeübergang und/oder Konvektion und/oder Diffusion von einer Wärmequelle, beispielsweise eines Kesselzugs oder Leitungssystems auf das Nutzmedium oder Nutzfluid im Reservoir übertragen werden. Unter einem Reservoir wird dabei insbesondere ein Volumen verstanden, in welchem das Nutzmedium oder Nutzfluid vorwiegend ruhend vorgehalten oder bevorratet wird.

Im Stand der Technik sind bereits des weiteren verschiedenste Energiewandler-Systeme zur gleichzeitigen Bereitstellung von mechanischer und thermischer Energie bekannt, die in der Regel eine Anlage zur Umwandlung von Energie mit einer Brennereinheit zur Umwandlung chemischer Energie in Wärmeenergie durch exotherme Oxidation eines Brennstoffs mit einem Oxi- dationsmittel aufweisen. Weiter umfassen die bekannten Energiewandler- Systeme eine Wärme-Kraft-Einheit zur Umwandlung eines Teils der in der Anlage zur Umsetzung von Energie freigesetzten Wärme in eine mechanische Energie sowie ein Wärmeübertragungssystem zur Übertragung eines zweiten Teils der freigesetzten Wärme auf ein Nutzmedium. Die mechanische Energie wird dabei häufig zum Antrieb eines Generators zur nachgelagerten Umwandlung der mechanischen in elektrische Energie verwendet, da diese sich u. a. vorteilhafterweise über größere Strecken transportieren und/oder verteilen lässt. In einer häufigen Anwendung ist das Nutzmedium ein Fluid, bevorzugt eine Flüssigkeit, die mit durch den Wärmeeintrag aus dem zweiten Teil der freigesetzten Wärme zu einem Phasenübergang angeregt wird, wobei es insbesondere zu einem Verflüssigen, Verdampfen und/oder Sublimieren eines Teils des Nutzmediums kommt, welcher dann nachgelagerten Prozessen zur Verfügung gestellt werden kann. Bekannte Anwendungen dieser Art sind dabei motorische Blockheizkraftwerke mit einer typisch 40:55(60)-Aufteilung zwischen bereitgestellter mechani- scher/elektromechanischer und thermischer Energie - Anteil in Klammern ohne Übertragungsverluste. Werden jedoch größere Mengen an thermischer Energie benötigt, stoßen diese Energiewandler-Systeme an Ihre Grenzen. Ein weiterer Nachteil der motorischen Blockheizkraftwerke ist die nahezu paritätische Aufteilung der bereitgestellten thermischen Energie zwischen einem Abgasstrom, also einem wärmeführenden gasförmigen Fluid, und einem Kühlmittelstrom, also einem wärmeführenden flüssigen Fluid. Die nutzbare thermische Energie teilt sich somit auf zwei Teilströme auf, deren thermische Teilenergien nicht oder zumindest nicht ohne zusätzliche Maßnahmen und damit verbundenen nennenswerten Verlusten als thermische Ge- samtenergie des motorischen Blockheizkraftwerks genutzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Energiewandler-System mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, große thermische und mechanische Leistungsdichten und/oder hoher Güte bereitstellen zu können. Dies hat den Vor- teil, einen zur Verfügung stehenden Bauraum hinsichtlich der bereitzustellenden Leistung verbessert ausnutzen zu können, da das gesamte Energiewandler-System bei gegebener Nennleistung äußerst kompakt ausgeführt werden kann. Dazu umfasst das erfindungsgemäße Energiewandler-System - eine Anlage zur Umsetzung von Energie und

- ein Wärmeübertragungssystem in Form eines Kessels, insbesondere eines Dampfkessels. In der Anlage zur Umsetzung von Energie wird Energie, z.B. chemische Energie aus einem fossilen Energieträger, in Wärme und in mechanische Energie umgesetzt. Auch die Anlage zur Umsetzung von Energie ist ein Wärmeübertragungssystem. Hier wird auf ein Fluid Wärme übertragen. Die Anlage zur Umsetzung von Energie stellt einen ersten wärmeführenden Flu- idstrom bereit. Der Kessel steht dabei mit der Anlage zur Umsetzung von Energie über den wärmeführenden Fluidstrom in einer Wärmeübertragungsbeziehung. Insbesondere kann dabei über den wärmeführenden Fluidstrom Wärme von der Anlage zur Umsetzung von Energie an das Wärmeübertragungssystem übertragen werden. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Anlage zur Umsetzung von Energie als eine Gasturbinenanlage, bevorzugt eine Mikrogasturbine ausgeführt ist. Die Anlage weist dabei einen Gasturbinenbrenner auf, dessen Abgase zur Bereitstellung und Übertragung von mechanischer Energie an einen Kraftverbraucher, insbesondere einen elektrischen Generator, wenigstens teilweise einer Turbine zugeführt werden und dessen Abgase wenigstens teilweise den wärmeführenden Fluidstrom, insbesondere ein erstes Fluid bilden. Das Wärmeübertragungssystem stellt seinerseits Wärme über ein zweites Fluid für eine nachfolgende Nutzung zur Verfügung.

Eine besonders bevorzugte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems kann dadurch erreicht werden, dass die Gasturbi- nenanlage als eine teil-rekuperierte, insbesondere variabel teil-rekuperierte Mikrogasturbine ausgebildet ist. Die teil-rekuperierte Mikrogasturbine weist dabei einen Verdichter zur Bereitstellung eines vorgespannten Oxidationsmit- telstroms, insbesondere Frischluftstroms und einen Rekuperator zur Vorerwärmung des vorgespannten Oxidationsmittelstroms durch Übertragung ei- nes Teils der Wärme des Abgases der Mikrogasturbine, insbesondere von dem ersten Fluidstrom auf den vorgespannten Oxidationsmittelstrom auf. Dabei stellt sich am Fluidausgang der Anlage zur Umsetzung von Energie eine Rauchgastemperatur zwischen 200 und 700°C ein. Unter einer teil-rekuperierten Mikrogasturbine wird dabei insbesondere eine Gasturbinenanlage mit einem Rekuperator zur Übertragung von Abwärme des Abgases auf einen Oxidationsmittelstrom verstanden, bei dem der Wärmeübertrag zwischen dem Abgas und dem Oxidationsmittelstrom durch geeignete Begrenzungsmittel derart begrenzt wird oder ist, dass im Abgas nach einem Passieren des Rekuperators ein nennenswerter Anteil RNutz an einer in einem Wärmeübertragungssystem, insbesondere einem Kessel nutzbaren Abwärme in Form einer Restwärme vorhanden ist. Diese Restwärme wird im erfindungsgemäßen System über den wärmeführenden Fluidstrom, das erste Fluid dem Wärmeübertragungssystem als Wärmequelle zugeführt bzw. bereitgestellt. Unter teil-rekuperiert kann dabei alternativ oder ergänzend auch verstanden werden, dass nur ein bestimmter Bruchteil RRekup einer in einem derartigen Wärmetauscher maximal übertragbaren Wärmeenergie innerhalb des Wärmetauschers, insbesondere des Rekuperators übertragen wird, so dass mindestens ein zuvor festgelegter Anteil RNutz an Wärme im Abgas verbleibt. Im speziellen gilt bei Vernachlässigung immer auftretender Verluste sowie einer nicht-nutzbaren Restwärme: RNutz + RRekup ^ 1 . Die Begren- zungsmittel können dabei so ausgebildet sein, dass eine im Rekuperator bereitstehende Kontakt- und/oder Übertragungsfläche, -zeit oder -zone zwischen dem Abgas und dem Oxidationsmittelstrom entsprechend definiert beschränkt ist/sind und/oder Mittel zur zumindest teilweisen Umgehung des Wärmeübertragers, Rekuperators oder einer Wärmeübertragungszone durch das Abgas und/oder den Oxidationsmittelstrom vorgesehen ist/sind.

Das so ausgebildete, erfindungsgemäße Energiewandler-System hat dabei den Vorteil, dass die durch das Energiewandler-System zur Nutzung bereitgestellte mechanische, elektrische und thermische Energie bei festgehalte- nem Primärenergieaufwand über einen sehr großen Varianzbereich in seiner relativen Aufteilung zwischen den unterschiedlichen Energiearten (mechanisch, elektrisch und thermisch) gezielt eingestellt werden kann. Insbesondere kann ein Verhältnis zwischen R Nu tz und RRekup über einen Parameterbereich zwischen 0:95 und 95:0, vorzugsweise zwischen 10:90 und 90:10, be- sonders bevorzugt zwischen 30:70 und 70:30 eingestellt werden. Der Bruchteil RRekup kann auch als Rekuperationsgrad bezeichnet werden. Er wird üblicherweise in Prozentangaben wiedergeben. Im Falle der teil-rekuperierten Mikrogasturbine liegt der Rekuperationsgrad zwischen 0 und 95%, bevorzugt kann er zwischen 0 und 95% eingestellt und/oder geregelt werden. Insbe- sondere bei einer variabel teil-rekuperierten Ausführung kann eine derartige Einstellung auch noch nach Installation des Energiewandler-Systems vorgenommen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführung bzw. Betriebsweise der teil - rekuperierten Mikrogasturbine kann zusätzlich vorgesehen sein, die für eine nachfolgende Nutzung bereitstellbare Wärmemenge im Abgas auch bei vari- ablem Rekuperationsgrad dadurch im Wesentlichen konstant zu halten, dass ein Massenstrom des dem Gasturbinenbrenner zugeführten Brennstoffs dem veränderten Rekuperationsgrad nachgeführt, insbesondere bei steigendem Rekuperationsgrad abgesenkt und bei sinkendem Rekuperationsgrad angehoben wird. Im Vergleich zu einem motorischen BHKW kann so insbesonde- re die Aufteilung zwischen mechanischer/elektrischer und thermischer Leistungsbereitstellung zwischen 10:85 und 40:55, vorzugsweise zwischen 20:75 und 35:60 einstellbar variiert werden. Alternativ oder ergänzend kann in einer bevorzugten Ausführung bzw. Betriebsweise der teil-rekuperierten Mikrogasturbine vorgesehen sein, die bereitgestellte mechanische/elektrische Energie trotz variierender Anforderung von thermischer Energie im Wesentlichen konstant zu halten, insbesondere im Bereich der Nennleistung des Generators. Die für eine nachfolgende Nutzung bereitstellbare Wärmemenge im Abgas wird dabei über einen variablen Rekuperationsgrad eingestellt, während ein Massenstrom des dem Gasturbinenbrenner zugeführten Brennstoffs dem veränderten Rekuperationsgrad nachgeführt, insbesondere bei steigendem Rekuperationsgrad angehoben und bei sinkendem Rekuperationsgrad abgesenkt wird. Im Vergleich zu einem motorischen BHKW kann im Bereich der mechanischen/elektrischen Nennleistung des Energiewandler-Systems so insbesondere die Aufteilung zwischen mechanischer/elektrischer und thermi- scher Leistungsbereitstellung zwischen 10:15 und 10:60, vorzugsweise zwischen 10:20 und 10:50 einstellbar variiert werden.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass sich das erfindungsgemäße Energiewandler-System mit einer teil-rekuperierten Mikrogasturbine also dadurch auszeichnet, dass bei sich ändernden Anforderungen an die durch das Energiewandler-System bereitzustellenden Mengen an mechanischer/elektrischer und/oder thermischer Energie ein Rekuperationsgrad ei- nes Rekuperators der Gasturbinenanlage und/oder ein Massenstrom eines Brennstoffs eines Gasturbinenbrenners den Anforderungen nachgeführt oder angepasst werden. Insbesondere kann die thermische Leistung auch bei im Nennleistungsbereich konstant gehaltener elektrischer Leistung zwischen einer 40%-igen und einer thermischen Volllast variiert werden. Vorzugsweise erfolgt dieses Variieren nahezu stufenlos. Gegenüber einem motorischen BHKW hat das vorgeschlagene erfindungsgemäße Energiewandler-System außerdem den Vorteil, dass die Nutzenergie in jeder der Energiearten in einer hohen Güte, Energiedichte und/oder Nutzbarkeit bereitgestellt wird.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das erfindungsgemäße Energiewandler-System weiter mindestens eine weitere Anlage zur Umsetzung von Energie, insbesondere einen Heizbrenner oder eine Wärmepumpe. Auch die weitere Anlage zur Umsetzung von Energie ist ein Wärmeübertragungssys- tem, in dem Wärme auf ein weiteres, drittes Fluid übertragen wird. Die weitere Anlage steht dabei über einen Fluidstrom mit dem Wärmeübertragungssystem in einer Wärmeübertragungsbeziehung. Insbesondere kann dabei über das dritte Fluid auch Wärme von der weiteren Anlage an die Anlage bzw. das Wärmeübertragungssystem übertragen werden. Dabei ist vorgese- hen, dass die weitere Anlage über das dritte Fluid Wärme von der weiteren Anlage an das Wärmeübertragungssystem übertragen werden kann. Weiter kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Anlage zur Umsetzung von Energie, welche das erste Fluid bereitstellt, auch mit der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie in einer Wärmeübertragungsbeziehung steht, wobei insbesondere zumindest ein Teil des ersten Fluides der weiteren Anlage zugeführt wird.

Unter einer Anlage zur Umsetzung von Energie wird dabei insbesondere ein System, eine Anlage und/oder eine Vorrichtung verstanden, welches/welche eingangsseitig zumindest einen Energiestrom, insbesondere einen Strom chemisch und/oder anderweitig gespeicherter Energie, vorzugsweise einen eingehenden Fluidstrom wie z. B. einen Brennstoff- und/oder Oxidationsmit- telstrom, empfängt, die daraus extrahierbare Energie zumindest teilweise wärmebildend, d.h. exotherm umsetzt, und ausgangsseitig einem nachgelagerten Wärmeverbraucher als Wärmequelle dienen kann, insbesondere einem Wärmeverbraucher einen wärmeführenden Fluidstrom bereitstellen kann. Unter einem wärmeführenden Fluidstrom wird insbesondere ein in der Anlage zur Umsetzung von Energie erwärmtes Fluid, insbesondere eine erwärmte Flüssigkeit, und/oder eine Strömung eines Dampfes oder zumindest einer teilweise verdampfenden Flüssigkeit verstanden. Insbesondere weisen der eingangsseitige und ausgangsseitige Strom vorzugsweise unterschiedli- che Temperaturniveaus auf, besonders bevorzugt ist eine Ausgangstemperatur des ausgangsseitigen Fluidstroms größer als eine Eingangstemperatur des eingangsseitigen Stroms. Anlagen dieser Art können beispielsweise Verbrennungsmaschinen, Brenner, insbesondere Heizbrenner oder Gasturbinenanlagen aber auch Wärmepumpen sein.

Im Unterschied zu Anlagen zur Umsetzung von Energie werden unter einem Wärmeübertragungssystem Systeme, Anlagen, Einrichtungen und/oder Vorrichtung verstanden, bei denen von einem ersten einströmenden Fluidstrom Wärme auf einen zweiten einströmenden Fluidstrom übertragen wird, so dass diese beiden Fluidströme ausgangsseitig im Wesentlichen nur einen geänderten thermischen Zustand aufweisen. Bekannte Wärmeübertragungssysteme sind Strömungsapparate wie Wärmetauscher, Kessel (ohne den ggf. vorhandenen Brenner), insbesondere Abhitzekessel, Rekuperatoren, Verdampfer, Kondensatoren und dergleichen.

Unter einem Brennstoffstrom wird insbesondere eine Strömung eines brennbaren Fluides, vorzugsweise einer brennbaren Flüssigkeit oder Gases, und/oder eine Zufuhr eines Festbrennstoffs verstanden. Bevorzugte brennbare Flüssigkeiten können dabei Erdöl, aus Erdöl gewonnene Mineralöl kraft- Stoffe, Alkohole, Biokraftstoffe und/oder andere brennbare Flüssigkeiten sein. Bevorzugte Gase können Erdgas, Biogas, Bioerdgas, Deponie-, Klär- und/oder Grubengas, kohlenwasserstoffhaltige Abgase und/oder ähnliche Gase sein.

Unter einem Oxidationsmittelstrom wird dabei eine Zufuhr eines für eine exotherme chemische Umsetzung des Brennstoffstroms erforderlichen Oxi- dationsmittels verstanden, insbesondere Luft oder andere sauerstoffhaltige Gemische oder Verbindungen, welche sich insbesondere bei den im Wärmeübertragungssystem herrschenden Umgebungsbedingungen, insbesondere Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur, in einer Redox-Reaktion mit dem Brennstoffstrom unter Freisetzung von Wärmenergie umsetzen.

Erfindungsgemäß umfasst, vorzugsweise besteht der ausgangsseitige Flu- idstrom der Anlage zur Umsetzung von Energie aus Abgasen eines Gasturbinenbrenners. In einer bevorzugten Anlage zeichnen sich die Abgase dabei durch eine Rauchgastemperatur von mindestens 200°C, insbesondere 250°C, vorzugsweise mindestens 300°C, besonders bevorzugt mindestens 350°C aus. Besonders bevorzugt liegt die Rauchgastemperatur der Abgase der Anlage zur Umsetzung von Energie zwischen 250°C und 800°C, insbesondere zwischen 270°C und 700°C, idealerweise zwischen 350°C und 650°C. Weiter ist es bevorzugt, wenn ein Massenstrom des Abgases zwischen 0,2 kg/s und 3,0 kg/s, insbesondere zwischen 0,3 kg/s und 2,0 kg/s, bevorzugt zwischen 0,4 kg/s und 1 ,5 kg/s, besonders bevorzugt zwischen 0,45 kg/s und 0,8 kg/s liegt. Erfindungsgemäß werden die Abgase des Gasturbinenbrenners zur Bereitstellung einer mechanischen Energie zumindest teilweise über eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, bevorzugt eine Radialturbine entspannt, welche einen Teil der thermodynamischen Energie der Abgase in eine Rotationsenergie der Turbine umwandelt. Diese Rotationsenergie kann dann ei- nem, zwei oder mehreren mechanischen Kraftverbrauchern zugeführt werden. Als Kraftverbraucher kommen dabei beispielsweise ein Verdichter, ein elektrischer Generator, eine Wärmepumpe, eine Getriebevorrichtung oder andere dem Fachmann bekannte, mechanisch rotierend antreibbare Vorrichtungen in Frage. In einer bevorzugten Ausführung kann dabei der Massenstrom der Abgase des Gasturbinenbrenners nahezu vollständig, idealerweise vollständig über die Turbine geführt und zu deren Antrieb genutzt werden.

Erfindungsgemäß kann weiter zumindest ein Teil der Abgase, vorzugsweise alles Abgas des Gasturbinenbrenners, insbesondere zumindest ein Teil der in der Turbine bereits entspannten Abgase als ein erster Fluidstrom aus einem ersten Fluid der Eingangsseite des Wärmeübertragungssystems und/oder der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie zugeführt oder zugeleitet werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch an- gegebenen Merkmale.

Wenn das erste Fluid zumindest teilweise vor dem Heizbrenner einem Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom des Heizbrenners und/oder im Heizbrenner dem dritten Fluid zugemischt werden kann, kann ein Brennstoff- bedarf des Heizbrenners bei einem gegebenen ausgangsseitigen Wärmeenergiestrom, insbesondere einem gegebenen oder erforderlichen ausgangsseitigen, dritten Fluidstrom der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie vorteilhaft reduziert und/oder eine Wärmeenergiemenge des dritten Fluidstroms vorteilhaft erhöht werden.

Eine weitere vorteilhafte, einen Brennstoffbedarf und/oder einen Brennstoffnutzungsgrad günstig beeinflussende Ausführung der Erfindung ergibt sich, wenn das erste Fluid zumindest teilweise einem Vorheiz-Wärmetauscher zugeführt werden kann, welcher für einen Wärmeübertrag auf einen Brenn- stoff- und/oder Oxidationsmittelstrom, insbesondere einem Frischluftstrom, vorgesehen ist. Unter einem Brennstoffnutzungsgrad wird dabei insbesondere ein Verhältnis aus einer vom erfindungsgemäßen Energiewandler-System nutzbar bereitgestellten Gesamtenergie, insbesondere die Summe aus nutzbarer mechanischer, elektrischer und thermischer Energie, bezogen auf die über einen Brennstoff im Wesentlichen chemisch zugeführten Energiemenge verstanden. Mit anderen Worten: Bei identischer Zufuhr von Energie wir mehr nutzbare Energie zur Verfügung gestellt. Unter „günstig beeinflussend" wird dabei hinsichtlich des Brennstoffbedarfs eine Reduktion einer erforderlichen Brennstoffmenge, insbesondere einer Brennstoffmasse und/oder eines Brennstoffvolumens verstanden. Unter „günstig beeinflussend" wird dabei hinsichtlich des Brennstoffnutzungsgrads eine erhöhte Abgabe von thermischer und/oder mechanischer Energie bei konstant gehaltener Brennstoffmenge verstanden. Vorzugsweise ist der Vorheiz-Wärmetauscher dabei zur Vorerwärmung des Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstroms des Gasturbinenbrenners der Anlage zur Umsetzung von Energie und/oder des Heizbrenners in der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie vorgesehen.

Eine den Brennstoffbedarf und/oder den Brennstoffnutzungsgrad besonders günstig beeinflussende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems kann dadurch erreicht werden, dass zumindest Teile des ersten und/oder dritten Fluides, nachdem es durch einen Wärmeübertrag auf das zweite Fluid im Kessel thermisch abgekühlt wurde, über eine Rückführleitung dem Heizbrenner für eine weitere Umsetzung zugeführt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass zumindest Teile des ersten und/oder dritten Fluides, nachdem es durch einen Wärmeübertrag auf das zweite Fluid im Kessel thermisch abgekühlt wurde, einem zweiten Vor- heiz-Wärmetauscher, welcher für einen Wärmeübertrag auf einen Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom, insbesondere Frischluftstrom vorgesehen ist, als Wärmequelle zugeführt werden kann.

Eine besonders effektive, effiziente und gleichzeitig auf Grund des verringer- ten anlagenseitigen Mehraufwandes kostengünstige Ausführung der Erfindung sieht vor, dass das dritte Fluid dem ersten Fluid zugemischt werden kann, nachdem es im Kessel durch den auf das zweite Fluid erfolgten Wär- meübertrag in seinem thermischen Energiegehalt reduziert, insbesondere abgekühlt wurde. Werden das erste und das dritte Fluid gemischt, kann ein über die Rückführleitung rückgeführter und/oder dem/den Vorheiz- Wärmetauschern zugeführter Massenstrom erhöht werden. Dadurch kann eine noch weitergehende Nutzung einer im ersten und dritten Fluidstrom verbliebenen Restenergie zur vorteilhaften Beeinflussung des Brennstoffbedarfs und/oder des Brennstoffnutzungsgrads erreicht werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die beiden Anlagen zur Umsetzung von Energie miteinander verträgliche ausgangsseitige Fluide, insbesondere Abgase aufwei- sen. Unter „miteinander verträglich" wird dabei insbesondere verstanden, dass die Abgase umweltrechtlich gemischt werden dürfen und/oder keine oder zumindest nicht in kritischen Mengen die Umwelt und/oder die Anlage belastenden oder schädigenden Produkte aus chemischen oder anderweitig die beiden Fluide umsetzenden Reaktionen hervorgehen.

Ist weiter ein Mischer zur Bildung eines einstellbaren Gemisches aus mindestens einem der Fluidströme, insbesondere aus dem ersten und/oder dritten Fluid, und einem Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom, insbesondere einem Frischluftstrom vorgesehen, kann zumindest eine Kenngröße eines das erfindungsgemäße Energiewandler-System verlassenden Produktes, insbesondere das zweite Fluid und/oder eine entweichendes Emission, einstell- oder regelbar gesteuert werden. Unter einer Kenngröße kann dabei insbesondere ein Schadstoffgehalt (z. B. ein CO-, CO2-, NO x - und/oder KW- Gehalt), eine Emissionstemperatur, ein Sättigungsgrad oder ähnlich die Pro- dukte, insbesondere das zweite Fluid und/oder die Emissionen charakterisierenden Eigenschaftsgrößen verstanden werden.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Brenner, insbesondere einen Heizbrenner oder Gasturbinenbrenner, für ein erfindungsgemäßes Energiewandler-System mit einem Brennermodul mit mindestens einer Brennstoffzuführung und mindestens einer Oxidationsmittelzuführung. Der erfindungsgemäße Brenner zeichnet sich dabei durch eine Zumischeinheit für das Zuführen eines vorwiegend gasförmigen Brennhilfsfluids, insbesondere des ersten Fluidstroms bzw. Fluides des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems aus. Durch die erfindungsgemäße Zumischeinheit kann zumindest ein Teil des Brennhilfsfluids dem im Brennermodul ablaufenden Umsetzungs- bzw. Verbrennungsprozess des dem Brenner zugeführten Brennstoff- und Oxidationsmittelstroms derart beigemischt werden, dass eine Umsetzungsrate des Brennstoff- und Oxidationsmittelstroms, eine Umsetzungsrate im und/oder eine Temperatur des aus der Umsetzung resultierenden Abgases vorteilhaft und erfindungsgemäß beeinflusst werden kann.

Der erfindungsgemäße Brenner erlaubt dies in vorteilhafterweise dadurch, dass die Zumischeinheit baulich in den Brenner integrierbar ist. Die Zumischeinheit kann dabei als separates Modul, beispielsweise als ein Mischteller, oder direkt in einen Brennerdüsen aufweisenden Brennerflansch inte- griert ausgeführt sein. Der Aufbau als separates Modul begünstigt dabei unter anderem die Konstruktion von Zumischeinheit und Brennerflansch/Brennermodul aus individuell ausgewählten Werkstoffen. Der integrierte Aufbau hat den Vorteil, das Handling des Brenners bei Endmontage und/oder die Wartung zu vereinfachen.

Eine bevorzugte Zumischeinheit weist einen Verteilerkanal, vorzugsweise einen Ringkanal, und an den Verteilerkanal angeschlossene Injektionsdüsen für die Freisetzung eines im Verteilerkanal vorhandenen gasförmigen Fluides in eine Injektionsrichtung auf. Weiter weist der Verteilerkanal zumindest ein Anschlussstück für die Verbindung mit einer das gasförmige Fluid bereitstellenden Einheit oder Leitung auf.

Der erfindungsgemäße Brenner kann dabei neben dem Einsatz beispielsweise als Heizbrenner in vorteilhaften Ausführungen erfindungsgemäßer Ener- giewandler-Systeme auch vorteilhaft als Brenner in Kesselanlagen, Gasturbinenanlagen oder anderen, dem Fachmann bekannten brennerbasierten Feuerungen eingesetzt werden, welchen erfindungsgemäß eine zumindest teilweise Abgasrückführung in den Brenner gemein ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen vorteilhaften Kessel für ein erfindungsgemäßes Energiewandler-System. Der Kessel ist dabei insbesondere dazu vorgesehen, ein zweites Fluid durch Wärmezufuhr wenigstens hinsichtlich eines Temperaturzustandes zu verändern, insbesondere einen Temperaturzustand gegenüber einer Ausgangs-oder Umgebungstemperatur zu erhöhen und/oder wenigstens teilweise einem Phasenübergang auszu- setzen, insbesondere das zweite Fluid zumindest teilweise in eine Dampfphase bzw. einen Dampf zu überführen. Ein vorteilhafter Kessel umfasst dabei ein erstes Leitungssystem zur Durchleitung des ersten Fluides, welches vorzugsweise zumindest abschnittsweise als ein sich zumindest innerhalb eines Kesselraums erstreckender erster Wärmetauscher für das Übertragen wenigstens eines Teils der Wärme des ersten Fluides auf das zweite Fluid ausgebildet ist. Das erste Leitungssystem ist dabei zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass das erste Fluid, insbesondere ein Abgas oder Rauchgas, eine Temperatur, insbesondere eine Rauchgastemperatur von mindestens 200°C, insbesondere 250°C, vorzugsweise mindestens 300°C, beson- ders bevorzugt mindestens 350°C aufweisen kann. Besonders bevorzugt liegt die Rauchgastemperatur des ersten Fluides zwischen 250°C und 800°C, insbesondere zwischen 270° und 700°, idealerweise zwischen 350 und 650°C. Weiter ist es bevorzugt, wenn ein Massenstrom des Abgases zwischen 0,2 und 3,0 kg/s, insbesondere zwischen 0,3 und 2,0 kg/s, bevor- zugt zwischen 0,4 und 1 ,5 kg/s, besonders bevorzugt zwischen 0,45 und 0,8 kg/s liegt. Vorzugsweise beträgt ein Druckverlust zwischen einem eingangs- seitigen und einem ausgangsseitigen Anschluss des Leitungssystems, insbesondere einem Fluideingang und einem Fluidausgang des Kessels dabei weniger als 10%, bevorzugt weniger als 4%, besonders bevorzugt weniger als 2%, idealerweise weniger als 0,5% eines eingangsseitigen Druckniveaus. Das erste Leitungssystem kann dabei als ein Zug, insbesondere als ein Kesselzug von dem Fluideingang zu dem im Wesentlichen in einem Kesselge- häuse gegenüberliegenden Fluidausgang ausgebildet sein. Bei einem solchen einzügigen Kessel weist das Leitungssystem eine im Wesentlichen geradlinige Erstreckung durch den Kesselraum auf. Es kann jedoch auch von Vorteil sein, wenn in dem Leitungssystem eine Umlenkung, insbesondere eine Umlenkkammer vorgesehen ist, wobei die Fließrichtung eines im Leitungssystem strömenden Fluides von dem Fluideingang aus betrachtet in der Umlenkung einen Richtungswechsel, insbesondere nahezu vollständige eine Richtungsumkehr erfährt. Fluideingang und Fluidausgang können bei einem solchen zweizügigen Kessel auf einer Seite des Kesselgehäuses angeordnet sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann entlang der Strömungsrichtung im Leitungssystem eine zweite Umlenkung, insbesondere zweite Umlenkkammer vorgesehen sein, in der das im Leitungssystem strömende Fluid eine erneute Umlenkung erfährt. Hierbei spricht man von einem dreizügigen Kessel. Zwei-, drei- oder mehrzügige Kessel haben dabei den Vorteil, dass ein Fluidweg für das wärmeführende, durch das Leitungssystem strömende Fluid innerhalb des Kesselraums verlängert, insbesondere dass eine Wärme des strömenden Fluides bereitstellende Oberfläche vorteilhaft vergrößert wird. In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der erfindungsgemäße Kessel ein zweites Leitungssystem zur Durchleitung des dritten Fluides, welches vorzugsweise zumindest abschnittsweise als ein sich zumindest innerhalb eines Kesselraums erstreckender zweiter Wärmetauscher zum Übertrag wenigstens eines Teils der Wärme des dritten Fluides auf das zweite Fluid aus- gebildet ist. Das zweite Leitungssystem ist dabei zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass das dritte Fluid, insbesondere ein Abgas oder Rauchgas, mit einer Temperatur, insbesondere einer Rauchgastemperatur zwischen 250°C und 1400°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 1200°C, besonders bevorzugt zwischen 600°C und 900°C und einem Massenstrom zwischen 0,5 kg/s und 4,0 kg/s, insbesondere zwischen 0,8 kg/s und 3,0 kg/s durch das Leitungssystem geführt werden kann. In besonders bevorzugter Weise ist das zweite Leitungssystem derart ausgebildet, dass der Massenstrom aus erstem und drittem Fluid durch das Leitungssystem geführt werden kann. Vorzugsweise beträgt ein Druckverlust zwischen einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Anschluss des Leitungssystems dabei weniger als 10%, bevorzugt weniger als 4%, besonders bevorzugt weniger als 2%, ideal- erweise weniger als 0,5% eines eingangsseitigen Druckniveaus. Auch das zweite Leitungssystem kann dabei in analoger Weise zum ersten Leitungssystem ein-, zwei-, drei- oder mehrzügig ausgebildet oder ausgeführt sein.

Sind sowohl das erste Leitungssystem als auch das zweite Leitungssystem einzügig ausgeführt, ist der so ausgestattete Kessel selbst zweizügig, wobei die beiden Züge sich dann separat durch den Kesselraum erstrecken. In analoger Weise wird ein Kessel mit einem einzügigen ersten und einem zweizügigen zweiten Leitungssystem als dreizügiger Kessel bezeichnet - und so fort.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Kessels weist eines der Leitungssysteme zwei Eingänge und einen Ausgang auf, wobei vorzugsweise der erste Eingang für das Einkoppeln des ersten Fluides und der zweite Eingang für das Einkoppeln des dritten Fluides vorgesehen sind. Vorzugweise weist dieses Leitungssystem ein eine, zwei oder mehr Umlenkungen, insbesondere Umlenkkammern aufweisendes Rohrsystem auf, wobei der erste Eingang durch ein Rohrstück gebildet ist, welches lei- tungssystemseitig in einer der Umlenkungen mündet. Eine bevorzugte Umlenkkammer weist ein durch eine Wandung begrenztes Umlenkvolumen mit einem Eingang und einem Ausgang auf, in welchem bevorzugt mindestens ein Strömungsleitelement, wie beispielsweise ein Leitblech, eine Spoilerlippe und/oder ein Diffusor, angeordnet ist, welches dazu dient, einen über den Eingang einströmende Fluidstrom effizient in Richtung des Ausgangs umzulenken. Unter„effizient umlenken" wird dabei insbesondere eine Strömungs- umlenkung verstanden, welche die thermodynamischen Eigenschaften - z. B. Temperatur, Wärmegehalt und/oder Druck - des Fluidstroms nahezu konstant erhält oder zumindest nicht Wesentlich ändert. Unter einer„nicht we- sentlichen Änderung" wird dabei insbesondere eine Eigenschaftsänderung des Fluidstroms zwischen Eingang und Ausgang der Umlenkkammer verstanden, die kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 5%, bevorzugt kleiner als 1 %, besonders bevorzugt kleiner als 0,5% eines Wertes der jeweiligen Eigenschaft am Eingang der Umlenkkammer ist.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine vorteilhafte Gasturbinenanlage zur Verstromung zumindest eines Teils der in einem Brennstoff gespeicherten chemischen Energie. Die Gasturbinenanlage umfasst insbeson- dere einen Generator, einen Verdichter und eine den Generator und den Verdichter antreibende Turbine mit einer Abgasausleitung zur Abfuhr eines Abgases aus der Turbine. Die erfindungsgemäße Gasturbinenanlage ist dabei zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Energiewandler-System vorgesehen und stellt in der Abgasausleitung idealerweise ein erstes Fluid, insbesondere ein erstes Abgas, mit einer Rauchgastemperatur in der Abgasausleitung von mindestens 200°C, insbesondere 250°C, vorzugsweise mindestens 300°C, besonders bevorzugt mindestens 350°C aus. Besonders bevorzugt liegt die Rauchgastemperatur des erste Fluides zwischen 250°C und 800°C, insbesondere zwischen 270°C und 700°C, idealerweise zwischen 350°C und 650°C. Weiter ist es bevorzugt, wenn ein Massenstrom des Abgases zwischen 0,2 kg/s und 3,0 kg/s, insbesondere zwischen 0,3 kg/s und 2,0 kg/s, bevorzugt zwischen 0,4 kg/s und 1 ,5 kg/s, besonders bevorzugt zwischen 0,45 kg/s und 0,8 kg/s liegt. Bevorzugt ist die Gasturbinenanlage dabei als eine bereits beschriebene teil- rekuperierte Mikrogasturbine ausgebildet. Dabei ist insbesondere in einem Oxidationsmittelstrom zwischen dem Verdichter und einem Gasturbinenbrenner ein Rekuperator angeordnet, in welchem nur ein Bruchteil RRekup von Wärme vom Abgasstrom auf den Oxidationsmittelstrom übertragen wird, so dass zumindest ein Anteil RNutz von nutzbarer Wärme im Abgasstrom verbleibt. Vorzugsweise sind darüber hinaus am Rekuperator geeignete Begrenzungsmittel vorgesehen oder angeordnet, so dass im Abgasstrom auch nach einem Passieren des Rekuperators ein nennenswerter Anteil RNutz an einer im Wärmeübertragungssystem nutzbaren Abwärme in Form einer Restwärme vorhanden ist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein vorteilhaftes Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer und thermischer Energie mit einem Energiewandler- System umfassend eine Gasturbinenanlage. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine thermische und/oder chemisch gespeicherte Energie eines Abgasstroms der Gasturbinenanlage zumindest teilweise einem Kessel zu- geführt, dem parallel noch Wärme aus einem Heizbrenner zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Bereitstellung von sowohl elektrischer als auch thermischer Energie als Nutzenergien hoher Güte, insbesondere mit hoher Energiedichte. Weiter kann damit ein relativer Anteil der Nutzenergien ausgehend von der Primärenergie über einen großen Verhält- nisbereich einstellbar, steuerbar und/oder regelbar bereitgestellt werden. Auch erlaubt das Verfahren die Nutzung verschiedener Primärenergieströme für die Versorgung der Gasturbinenanlage einerseits und des Heizbrenners andererseits, so dass bei wechselndem Angebot der beiden Primärenergieströme dennoch eine nahezu konstante Abgabe der Nutzenergien sicherge- stellt werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Abgasstrom der Gasturbinenanlage zumindest teilweise einer Heizanlage, insbesondere einem Heizbrenner der Heizanlage zuge- leitet wird. Dadurch kann ein erhöhter Nutzungsgrad des Primärenergiestroms der Gasturbinenanlage herbeigeführt werden.

In einer ergänzenden oder alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Abgasstrom, insbesondere der Gasturbinenanlage und/oder des Heizbrenners in einem Luftvorheizer seine thermische Energie zumindest teilweise auf einen Frischluftstrom über- trägt, wodurch ein erhöhter Nutzungsgrad des Primärenergiestroms und/oder eine erhöhte Ausgangstemperatur im Nutzenergiestrom erzielt werden kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen in schema- tischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 a ein vereinfachtes Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen

Energiewandler-Systems in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 1 b ein Schaltungsschema des Energiewandler-Systems nach Fig. 1 a mit einer ersten Ausführung einer Gasturbinenanlage, insbesondere einer Mikrogasturbine ohne Rekuperator;

Fig. 1 c ein Schaltungsschema des Energiewandler-Systems nach Fig. 1 a mit einer zweiten Ausführung einer Gasturbinenanlage, insbesondere einer Mikrogasturbine mit Rekuperator; Fig. 1 d ein Schaltungsschema des Energiewandler-Systems nach Fig. 1 a mit einer dritten Ausführung einer Gasturbinenanlage, insbesondere einer Mikrogasturbine mit zumindest teilweise überbrücktem Rekuperator; Fig. 1 e ein vereinfachtes Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen

Energiewandler-Systems ähnlich Fig. 1 a allerdings mit einem zweizügigen Kessel mit einem Leitungssystem als zweite Ausführungsform; Fig. 1f ein vereinfachtes Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen

Energiewandler-Systems ähnlich Fig. 1 a allerdings mit einem dreizügigen Kessel mit einem Leitungssystem; Fig. 2a ein Schaltungsschema eines erweiterten erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems als eine weitere Variante; Fig. 2b ein dem Schaltungsschema der Fig. 2a ähnliches Schaltungsschema eines weiteren erfindungsgemäßen Energiewandler- Systems als eine dritte Ausführungsform;

Fig. 2c ein dem Schaltungsschema der Fig. 2b ähnliches Schaltungs- Schema eines weiteren erfindungsgemäßen Energiewandler-

Systems als eine vierte Ausführungsform;

Fig. 3a ein Schaltungsschema eines weiteren erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems als eine fünfte Ausführungsform;

Fig. 3b ein dem Schaltungsschema der Fig. 3a ähnliches Schaltungsschema eines weiteren erfindungsgemäßen Energiewandler- Systems als eine sechste Ausführungsform; Fig. 3c ein Schaltungsschema einer Weiterbildung eines Energiewandler- Systems nach Fig. 3b;

Fig. 4a ein Schaltungsschema eines weiteren erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems als eine siebte Ausführungsform;

Fig. 4b ein dem Schaltungsschema der Fig. 4a ähnliches Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems als eine achte Ausführungsform; Fig. 5 ein Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen Energiewandler- Systems als eine neunte Ausführungsform; Fig. 6 ein Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen Energiewandler- Systems als eine zehnte Ausführungsform;

Fig.7 ein modifiziertes Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen

Energiewandler-Systems nach Fig. 6;

Fig. 8a ein weiteres Schaltungsschema eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems in einer zwölften Ausführungsform, wobei der erste Fluidstrom in einer Anlage zur Umsetzung von Energie ei- nem Heizbrenner zugeführt wird;

Fig. 8b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizbrenners für die Verwendung in einer Anlage nach Fig. 8a; und Fig. 9 ein Schaltungsschema einer ersten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems nach Fig. 8a als eine dreizehnte Ausführungsform.

Zunächst werden Beispiele von Energiewandler-Systemen aus zwei gekop- pelten Wärmeübertragungssystemen vorgestellt, bevor auf komplexere Systeme eingegangen wird.

Einfache Enerqiewandler-Svsteme

Eine erste, schaltungstechnisch sehr einfache Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 ist in Fig. 1 a als Schaltschema dargestellt.

Das Energiewandler-System 1 umfasst eine Anlage zur Umsetzung von Energie 2 und ein Wärmeübertragungssystem 4. Die Anlage zur Umsetzung von Energie 2 ist als Gasturbinenanlage 20 ausgeführt und weist einen Flu- idausgang 21 auf, über welchen die Anlage 2 ein Wärmeenergie mitführendes Fluid, insbesondere ein im Wesentlichen gasförmiges Fluid, bevorzugt ein Abgas oder Rauchgas freisetzen oder abgeben kann. In dieser Darstellung nicht gezeigt sind Versorgungsleitungen, insbesondere der/die eine/zwei Eingang/Eingänge für eine Zufuhr zumindest eines Brennstoffs und/oder zumindest eines Oxidationsmittels für die Erzeugung thermischer Energie in der Anlage 2 durch eine exotherme Redox-Reaktion, insbesondere eine Verbrennung des Brennstoffs. Das bei der exothermen Redox-Reaktion entstehende, Wärmeenergie mitführende Fluid wird als erster Fluidstrom 22 - im Weiteren auch synonym als erstes Fluid 22 bezeichnet - über den Fluidausgang 21 abgeführt. Der Fluidausgang 21 ist dabei über eine Leitung 5 mit einem Fluideingang 41 des Wärmeübertragungssystems 4 verbunden.

Das Wärmeübertragungssystem 4 ist erfindungsgemäß als Kessel 40 mit einem Leitungssystem 43 zur Durchleitung eines Fluides, insbesondere des ersten Fluides 22 ausgebildet. Das Leitungssystem 43 ist dabei für das Fluid 22 im Wesentlichen nur in durch die Pfeile angedeutete Strömungsrichtung vom jeweiligen Fluideingang 41 , 42 zu Fluidausgängen 45, 46 durchlässig bzw. wird von dem Fluid 22 im Wesentlichen in Richtung der mit Pfeilen angedeuteten Strömungsrichtung durchströmt. Dabei wird unter einer„im Wesentlichen nur in Strömungsrichtung vorhandenen Durchlässigkeit" insbe- sondere eine für das Fluid 22 in von der Strömungsrichtung abweichenden Richtungen dichte, insbesondere diffusionsdichte Ausführung des Leitungssystems 43, d.h. insbesondere eine jeweils dichte bzw. diffusionsdichte Ausbildung von Wandungen von Rohrleitungen des Leitungssystems 43 sowie ggf. von Verbindungen im Leitungssystem 43 verstanden. Zusätzlich können im Leitungssystem 43 Elemente oder Vorrichtungen vorgesehen sein, die eine bevorzugte Strömungsrichtung begünstigen. So könnten beispielsweise zumindest ein Rückschlagventil und/oder ein oder mehrere Strömungsleitelemente wie z. B. Diffusoren vorgesehen sein. Vorzugsweise ist das Leitungssystem 43, insbesondere als ein sich im Inneren eines Kesselraums 40a erstreckender Teil, zumindest abschnittsweise als ein Wärmetauscher 43a bzw. ein Wärmetauscherelement 43a ausgebildet. Unter einem Wärmetauscherelement 43a wird dabei insbesondere eine spiralförmige, fächerarti- ge, plattenförmige und/oder korrugierte Ausformung eines Abschnitts des Leitungssystems 43 verstanden, welche eine bezogen auf den Rest des Leitungssystems 43 vergrößerte Oberfläche bereitstellt. Die vergrößerte Oberfläche ist dabei dazu vorgesehen, eine mit dem durch das Leitungssystem 43 durchgeleiteten Fluid 22 mitgeführte Wärme für einen Wärmeübertrag auf ein mit dem Wärmetauscherelement 43a in Beziehung stehendes Medium oder Fluid, insbesondere Nutzmedium oder Nutzfluid zu begünstigen.

In einer einfachen, insbesondere als Großraumwasserkessel oder Großraumdampferzeuger ausgebildeten Ausführung eines erfindungsgemäßen Kessels 40 befindet sich im Kesselraum 40a ein Nutzmedium oder Nutzfluid, welches sich dadurch auszeichnet, bei geeigneter Wärmezufuhr bzw. Wärmeübertrag mittels des Wärmetauschers 43a bzw. des Wärmetauscherelements 43a zumindest teilweise einem Phasenübergang von einer ersten Phase in eine zweite Phase unterworfen zu werden. In bevorzugter Weise geht das Nutzmedium oder Nutzfluid dabei durch Sublimation und/oder Verdampfen zumindest teilweise in eine Dampfphase bzw. einen Dampf über. Über einen Kesselausgang 47 am Kessel 40 des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 wird dieser Dampf als ein zweiter Fluidstrom 48 bzw. als ein zweites Fluid 48 für eine weitere Nutzung bereitgestellt und/oder abgeführt.

Alternativ kann der Kessel 40 auch als ein Warm- oder Heißfluidkessel ausgebildet sein, wobei ein Wärmeübertrag vom ersten Fluid 21 über das Lei- tungssystem 43, 43a so ausgelegt ist, dass das Nutzmedium oder Nutzfluid keinem nennenswerten Phasenübergang ausgesetzt ist, sondern lediglich auf ein eine Ausgangstemperaturniveau übersteigendes Temperaturniveau erwärmt oder erhitzt wird oder werden soll, ohne dass dieses Temperaturniveau eine Phasenübergangstemperatur des Nutzmediums bzw. Nutzfluids übersteigt. Ist der Kessel insbesondere als Druckfluid- oder Druckwasserkessel ausgebildet, kann ein Innendruck im Kesselraum derart erhöht sein oder werden, dass die Phasenübergangstemperatur zu höheren Tempera- turwerten verschoben wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn für eine nachfolgende Anwendung des zweiten Fluids 48 ein Überhitzungszu- stand des zweiten Fluides 48 erwünscht oder erforderlich ist. Das erste Leitungssystem 43, 43a ist dabei zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass das erste Fluid 22, insbesondere ein Abgas oder Rauchgas, mit einer Temperatur, insbesondere einer Rauchgastemperatur zwischen 300°C und 800°C, vorzugsweise zwischen 350°C und 700°C und einem Massenstrom zwischen 0,5 kg/s und 4,0 kg/s, insbesondere zwischen 0,8 kg/s und 3,0 kg/s durch das Leitungssystem 43, 43a geführt werden kann.

Das Leitungssystem 43, 43a ist weiters vorzugsweise so ausgebildet, dass ein Druckverlust des Fluidstroms 22 zwischen einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Anschluss 41 , 45 des Leitungssystems 43, 43a dabei weniger als 10%, bevorzugt weniger als 4%, besonders bevorzugt weniger als 2%, idealerweise weniger als 0,5% eines eingangsseitigen Druckniveaus beträgt. Günstigerweise kann ein erfindungsgemäßer Kessel 40 weiters einen hier nicht dargestellten Kesseleingang zur Zufuhr des Nutzmediums oder Nutzflu- ides, insbesondere des Nutzmediums oder Nutzfluides in einer ersten Phase aufweisen. Die Zufuhr kann dabei in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Intervallen und/oder als im Wesentlichen permanenter Zustrom bzw. perma- nente Zuführung erfolgen.

Bevorzugt ist es auch, wenn der Kesselraum 40a zumindest zwei Volumenzonen aufweist, wobei in einer ersten Volumenzone das Nutzmedium oder Nutzfluid im Wesentlichen in seiner ersten Phase und in einer zweiten Volu- menzone das Nutzmedium oder Nutzfluid im Wesentlichen in seiner zweiten Phase vorliegt. Unter„im Wesentlichen in einer Phase vorliegen" wird dabei insbesondere verstanden, dass der Anteil dieser Phase an der Gesamtmen- ge, insbesondere der Gesamtmasse und/oder dem Gesamtvolumen, des Nutzmediums oder Nutzfluides in dieser Volumenzone des Kesselraums 40a mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70% und besonders bevorzugt mindestens 80% beträgt.

Vorteilhafterweise kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Fluidein- gang 41 des Leitungssystems 43 bezüglich des Kesselraums 40a in der ersten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die erste Volumenzone begrenzt, angeordnet ist. Günstigerweise kann er- gänzend oder alternativ der Fluidausgang 45 bezüglich des Kesselraums 40a in der ersten oder zweiten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die erste oder zweite Volumenzone begrenzt, angeordnet sein. Ein derartig ausgebildeter Kessel 40 wird auch als Abhitzekessel bezeichnet. Unter einem Abhitzekessel wird dabei insbesondere ein Kessel 40 verstanden, bei dem der Wärmeübertrag auf das Nutzmedium bzw. Nutzfluid, insbesondere zweite Fluid 48, im Wesentlichen durch Wärmekontakt, Konvektion und/oder Diffusion von dem im Leitungssystem 43, 43a strömenden ersten Fluid 22 auf das Nutzmedium bzw. Nutzfluid erfolgt.

Insbesondere bei einer Ausbildung des Wärmeübertragungssystems 4 als Dampfkessel 40 ist der Kesselausgang 47 vorzugsweise bezüglich des Kesselraums 40a in der zweiten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die zweite Volumenzone begrenzt, angeordnet.

Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausbildung des Wärmeübertragungssystems 4 als Warm- oder Heißwasserkessel 40, ist der Kesselausgang vorzugsweise bezüglich des Kesselraums 40a in der ersten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die erste Volumenzone begrenzt, angeordnet. In einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Energiewand- ler-Systems 1 ist das Nutzfluid Wasser. In der ersten Volumenzone liegt das Wasser dabei im Wesentlichen in flüssiger Form vor. Wird nun über zumindest den ersten Fluideingang 41 das erste Fluid 22 der Anlage zur Umset- zung von Energie 2, insbesondere ein Abgas oder Rauchgas einer Gasturbinenanlage 20 als erstes Fluid 22 in das erste Leitungssystem 43 eingeströmt, gibt das erste Fluid 22 über das bzw. die Wärmetauscherelemente 43a Wärme an das umliegende Wasser im Kesselraum 40a ab. Die Fig. 1 b zeigt das Energiewandler-System 1 aus Fig. 1 a mit einer bevorzugten Gasturbinenanlage 20. Identische oder gleichwirkende Elemente erhalten dabei dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 a, bezüglich deren Beschreibung an dieser Stelle auf die Beschreibung der Fig. 1 a verwiesen wird. Die Gasturbinenanlage nach Fig. 1 b umfasst dabei einen Gasturbinenbrenner 201 , einen Verdichter 202, eine Turbine 203 und einen zumindest einen weiteren Kraftverbraucher 204, insbesondere einen elektrischen Generator 204a. Bevorzugt sind der Verdichter 202 und die Turbine 203 auf einer gemeinsamen Welle 205 angeordnet. Eine derartige Gasturbinenanlage 20 wird im Weiteren auch als nicht-rekuperierte Mikrogasturbine 20a bezeichnet.

Dem Verdichter 202 wird über einen Lufteinlass 202a ein Frischluftstrom 202b zugeführt, welcher im Verdichter 202 auf einen Verdichterdruck vorgespannt wird. Ein vorteilhafter Verdichterdruck liegt dabei zwischen 2 und 6 bar, insbesondere zwischen 3 und 5 bar, vorzugsweise zwischen 3,5 und 4,5 bar, besonders bevorzugt bei in etwa 4 bar. Der so vorgespannte Frischluftstrom 202c wird dann dem Gasturbinenbrenner 201 über eine Oxidationsmit- telzuführung 201 a als ein Oxidationsmittelstrom zugeführt. Über eine Brennstoffversorgung 201 b wird dem Gasturbinenbrenner 201 weiter ein Brenn- stoff, vorzugsweise ein flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoff zugeführt. Im Gasturbinenbrenner 201 werden der Brennstoff und das Oxidationsmittel in einer exothermen Redox-Reaktion, üblicherweise durch Verbrennung, in ein Rauch- oder Abgas 201 c umgewandelt. Das so entstehende Rauch- oder Abgas 201 c hat dabei vorzugsweise eine Rauchgastemperatur zwischen 400 und 1000°C, vorzugsweise zwischen 500 und 950°C, besonders bevorzugt von 600 bis 750°C sowie bevorzugt einen gegenüber dem Verdichterdruck weiter erhöhten Rauchgasdruck. Über ein Abgasrohr 201 d gelangt zumindest ein Teil des Rauch- oder Abgases 201 c, vorzugsweise im Wesentlichen das vollständige Rauch- oder Abgas 201 c zu einem Turbineneinlass 203a. In der Turbine 203, welche bevorzugt als Radialturbine ausgebildet ist, wird das Rauch- oder Abgas 201 c derart entspannt, dass die dabei freigesetzte volu- metrische Arbeit die Welle 205 zur Rotation antreibt. Das entspannte Rauchoder Abgas 203c wird dann über einen Turbinenauslass 203b freigesetzt bzw. als erstes Fluid 22 der Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20 im erfindungsgemäßen Energiewandler-System 1 nach Fig. 1 a dem Wärmeübertragungssystem 4, 40 zugeführt.

Eine nicht-rekuperierte Mikrogasturbine 20a hat dabei den Vorteil, dass das entspannte Rauch- oder Abgas 201 c am Turbinenauslass 203b noch eine hohe spezifische thermische Energiedichte, insbesondere eine Rauchgastemperatur zwischen 400°C und 1000°C, vorzugsweise zwischen 500°C und 950°C, besonders bevorzugt von 600°C bis 750°C, idealerweise von ca. 650°C aufweist.

Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 b im weiteren Aufbau und seinen Funktionszusammenhängen dem allgemeineren Beispiel nach Fig. 1 a, so dass für die weitere Beschreibung auf die Detailbeschreibung der Fig. 1 a verwiesen wird, welche bezüglich der dort beschriebenen Merkmale der Erfindung in analoger Weise auch für das Beispiel nach Fig. 1 b gelten können, insbesondere sollen. Die Fig. 1 c zeigt das Energiewandler-System 1 aus Fig. 1 a mit einer alternativen Gasturbinenanlage 20. Identische oder gleichwirkende Elemente erhalten dabei dieselben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren, be- züglich deren Beschreibung an dieser Stelle auf die Beschreibung der Figuren 1 a bzw. 1 b verwiesen wird.

Die Gasturbinenanlage nach Fig. 1 c umfasst dabei einen Gasturbinenbren- ner 201 , einen Verdichter 202, eine Turbine 203 und zumindest einen weiteren Kraftverbraucher 204, insbesondere einen elektrischen Generator 204a. Bevorzugt sind der Verdichter 202 und die Turbine 203 auf einer gemeinsamen Welle 205 angeordnet. Bei der Gasturbinenanlage 2, 20b nach Fig. 1 c wird der vom Verdichter 202 vorgespannte Frisch luftstrom 202c über einen Rekuperator 206 geführt, bevor er dem Gasturbinenbrenner 201 über eine Oxidationsmittelzuführung 201 a als ein Oxidationsmittelstrom zugeführt wird. Der Rekuperator 206 ist dabei ein Wärmetauscher, der zumindest einen Teil der Wärme des entspannten Rauch- oder Abgases 203c der Turbine 203 auf den vorgespannten Frischluftstrom 202c überträgt. Das entspannte und im Rekuperator 206 teilweise durch Wärmeübertrag auf den Frisch luftstrom 202c abgekühlte Rauch- oder Abgas 206c wird dann freigesetzt bzw. als ein erstes Fluid 22 der Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20 im erfindungsgemäßen Energiewandler-System 1 nach Fig. 1 a dem Wärmeübertragungssystem 4, 40 zugeführt. Eine Gasturbinenanlage 20 nach Fig. 1 c wird dabei im Weiteren auch als rekuperierte Mikrogasturbine 20b bezeichnet.

Die Rauchgastemperatur T des ersten Fluides 22 ist bei einer rekuperierten Mikrogasturbine 20b auf Grund eines Wärmeentzugs im Rekuperator 206 herabgesetzt. Typischerweise erreicht die Rauchgastemperatur dabei Werte zwischen 200°C und 700°C, insbesondere zwischen 250°C und 650°C, bevorzugt zwischen 270°C und 600°C, besonders bevorzugt von 300°C bis 400°C.

Eine rekuperierte Mikrogasturbine 20b hat dabei u. a. den Vorteil, dass ein größerer mechanischer Wirkungsgrad r\ meC h erreicht wird als bei einer nicht- rekuperierten Mikrogasturbine 20a. Unter einem mechanischen Wirkungsgrad r|mech wird dabei ein Verhältnis zwischen einer an den Kraftverbraucher 204 abgebbaren mechanischen Energie und einer dem Gasturbinenbrenner 201 zugeführten Primärenergie, insbesondere chemischen Energie eines Gasturbinenbrennstoffs verstanden. Eine rekuperierte Mikrogasturbine 20b in einem erfindungsgemäßen Energiewandler-System 1 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn bei gegebener Dimensionierung des Systems 1 und des Brennstoffs für die Brenner 201 , 30 eine größere Menge mechanischer Energie bereitgestellt werden soll.

Eine erfindungsgemäße Untervariante der rekuperierten Mikrogasturbine 20b in einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1 c ist dabei eine fix teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20bb, wobei ein Rekuperator 206 vorgesehen ist, der nur einen begrenzten Teil eines möglichen, insbesondere maximal möglichen Wärmeenergieübertrags auf den Frischluftstrom 202c herbeiführen kann o- der einen gegenüber einem theoretisch möglichen Wirkungsgrad ausle- gungsbedingt begrenzten Wirkungsgrad der Wärmeübertragung aufweist. Ein derartiger Rekuperator 206 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine für den Wärmeübertrag vorgesehene und/oder ausgelegte Übertragungsoberfläche kleiner ausgebildet ist als es für eine Maximalwirkungsgrad des Wärmeübertrags erforderlich wäre.

Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 c im weiteren Aufbau und seinen Funktionszusammenhängen den im Vorhergehenden beschriebenen Beispielen nach Fig. 1 a und 1 b, so dass für die weitere Beschreibung auf die Detailbeschreibung der Fig. 1 a bzw. 1 b verwiesen wird, welche bezüglich der dort beschriebenen Merkmalen der Erfindung in analoger Weise auch für das Beispiel nach Fig. 1 c gelten können, insbesondere sollen.

Fig. 1d zeigt ein besonders bevorzugtes, erfindungsgemäßes Energiewand- ler-System 1 nach dem Funktionsschema der Fig. 1 a mit einer besonders bevorzugten Ausführung einer Gasturbinenanlage 20. Identische oder gleichwirkende Elemente erhalten dabei dieselben Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren, bezüglich deren Beschreibung an dieser Stelle auf die Beschreibung der vorhergehenden Figuren verwiesen wird.

Die Gasturbinenanlage 20 der Fig. 1 d unterscheidet sich von der rekuperier- ten Mikrogasturbine 20b der Fig. 1 c dadurch, dass zumindest ein, vorzugsweise zwei Bypass-Systeme 207, 208 zur zumindest teilweisen Umgehung des Rekuperators 206 vorgesehen sind.

Ein erstes Bypass-System 207 umfasst dabei ein Bypass-Steuerelement 207a, vorzugsweise ein/e Steuer- und/oder regelbares Ventil oder Klappe, welche/s dazu vorgesehen und/oder ausgebildet ist, zumindest einen, vorzugsweise einen einstell- oder wählbaren Teilstrom 207c des vom Verdichter 202 vorgespannten Frischluftstroms 202c vor dem Rekuperator 206 abzuzweigen und/oder auszuleiten. Weiter umfasst das erste Bypass-System 207 eine erste, in Fig. 1 d strich-punktiert dargestellte Bypass-Leitung 207b, über welche der vom Bypass-Steuerelement 207a abgezweigte und/oder ausgeleitete Teilstrom 207c vorzugsweise um den Rekuperator 206 herumgeführt und insbesondere nach dem Rekuperator 206 dem im Rekuperator 206 vorgewärmten Teil des vorgespannten Frischluftstroms 202c wieder zugeführt werden kann. Über das erste Bypass-System 207 kann so die auf den Frischluftstrom 202c im Rekuperator 206 übertragene Wärmemenge vorteilhaft eingestellt werden. Das erste Bypass-System 207 erlaubt so einen Re- kuperationsgrad einzustellen bzw. einstell-, Steuer- und/oder regelbar zu gestalten.

Ein zweites alternativ oder ergänzendes Bypass-System 208 umfasst ein Bypass-Steuerelement 208a, vorzugsweise ein/e Steuer- und/oder regelbares Ventil oder Klappe, welche/s dazu vorgesehen und/oder ausgebildet ist, zumindest einen, vorzugsweise einen einstell- oder wählbaren Teilstrom 208c des von der Turbine 203 entspannten Rauch- oder Abgases 203c vor dem Rekuperator 206 abzuzweigen und/oder auszuleiten. Weiter umfasst das zweite Bypass-System 208 eine zweite, in Fig. 1 d gestrichelt dargestellte Bypass-Leitung 208b. Die Bypass-Leitung 208b kann dabei den vom By- pass-Steuerelement 208a abgezweigten und/oder ausgeleiteten Teilstrom 208c vorzugsweise um den Rekuperator 206 herumführen und insbesondere nach dem Rekuperator 206 dem im Rekuperator 206 zumindest teilweise abgekühlten Rauch- oder Abgas 206c wieder zugeführt werden. Auf diese Weise kann eine Menge des wärmeführenden Rauch- oder Abgases 203c vorteilhaft eingestellt und/oder geregelt werden, so dass eine im Rekuperator 206 auf den Fristluftstrom 202c übertragbare Wärmemenge eingestellt und/oder geregelt werden kann. Das zweite Bypass-System 208 erlaubt so seinerseits den Rekuperationsgrad einzustellen bzw. einstell-, steuer- und/oder regelbar zu gestalten.

Eine Gasturbinenanlage 20 nach Fig. 1 d, insbesondere mit einem ersten und/oder zweiten Bypass-System 207, 208 wird dabei im Weiteren auch als variabel teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c bezeichnet. Diese zeichnen sich insbesondere durch einen einstell- und/oder regelbaren Rekuperationsgrad aus, wobei ein Rekuperationsgrad dabei als Verhältnis aus im Rekuperator übertragener Wärmeenergie zur maximal im Rekuperator übertragbaren Wärmeenergie verstanden wird. Über den einstell- und/oder regelbaren Re- kuperationsgrad kann bei einer variabel teil-rekuperierten Mikrogasturbine 20c das Verhältnis zwischen einer Bereitstellung mechanischer, insbesondere elektrischer Energie und thermischer Energie mit einem erfindungsgemäßen Energiewandler-System 1 vorteilhaft eingestellt und/oder geregelt werden. Insbesondere kann lastabhängig ein Nutzungsgrad an Primärenergie in mindestens einer der Anlagen zur Umsetzung von Energie 2, 3 vorteilhaft optimiert werden. Mit einer teil-rekuperierten Mikrogasturbine 20c in einem Energiewandler-System 1 nach Fig. 1 d wird es erstmals möglich, die für den Betrieb des Kessels 40 über das erste Fluid 22 zur Verfügung stellbare thermische Leistung jenseits der ursprünglichen Auslegung des Energiewandler- Systems 1 anzupassen und/oder auf Schwankungen oder Toleranzen bei Montage oder im Betriebsablauf, insbesondere in der Brennstoffversorgung, der Brennstoffqualität, der am Kessel 40 abgerufenen Leistung oder derglei- chen, stabilisierend und/oder optimierend einzugreifen. Insbesondere kann über den Rekuperationsgrad eine vorteilhafte Variation des Betriebspunktes des Energiewandler-Systenns 1 erreicht werden. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 d im weiteren Aufbau und seinen Funktionszu- sammenhängen den im Vorhergehenden beschriebenen Beispielen nach Fig. 1 a bis 1 c, so dass für die weitere Beschreibung auf die Detailbeschreibung der Fig. 1 a, 1 b bzw. 1 c verwiesen wird, welche bezüglich der dort beschriebenen Merkmalen der Erfindung in analoger Weise auch für das Beispiel nach Fig. 1 d gelten können, insbesondere sollen.

In der Darstellung nach den Figuren 1 a bis 1 d ist das Leitungssystem 43, 43a dabei einzügig ausgebildet dargestellt. Es kann jedoch auch von Vorteil sein, dass das Leitungssystem 43, 43a des Kessels 40 zwei-, drei- oder mehrzügig ausgebildet ist. Ein Energiewandler-System 1 mit einem Kessel 40, dessen Leitungssystem zweizügig ausgebildet ist, ist in Fig. 1 e dargestellt. Das Leitungssystem 43, 43a weist dabei eine erste Umlenkung bzw. Umlenkungskammer 43b auf, in welcher eine Strömungsrichtung des ersten Fluides 22 umgelenkt wird. Der Fluideingang 41 und der Fluidausgang 45 können in dieser Ausführung vorteilhaft auf einer Seite eines Kesselgehäu- ses angeordnet sein. Ein Energiewandler-System 1 mit einem Kessel 40, dessen Leitungssystem dreizügig ausgebildet ist, ist in Fig. 1f dargestellt. Hierbei ist im Leitungssystem 43, 43a eine zweite Umlenkung bzw. Umlenkkammer 43c vorgesehen. Die zweite Umlenkkammer 43c ist dabei stromabwärts von der ersten Umlenkkammer 43b im Leitungssystem 43 angeordnet. Hinsichtlich ihrer Funktionsweise unterscheiden sich diese Ausführungen nicht vom ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 a, so dass diesbezüglich auf die vorangehende Beschreibung verwiesen wird.

Komplexere Enerqiewandler-Svsteme

Fig. 2a zeigt eine bevorzugte Weiterbildung des Energiewandler-Systems 1 . Das Energiewandler-System 1 nach Fig. 2a umfasst dabei neben der Anlage zur Umsetzung von Energie 2 und dem Wärmeübertragungssystem 4 zumin- dest eine weitere Anlage zur Umsetzung von Energie 3. Die Anlage 2 sowie die Anlage 3 weisen jeweils mindestens einen Fluidausgang 21 , 31 auf, über welchen die Anlagen 2, 3 jeweils ein Wärmeenergie mitführendes Fluid, insbesondere ein im Wesentlichen gasförmiges Fluid, bevorzugt ein Abgas oder Rauchgas freisetzen oder abgeben können. In dieser Darstellung nicht gezeigt sind der/die jeweils mindestens eine/zwei Eingang/Eingänge für eine Zufuhr zumindest eines Brennstoffs und/oder zumindest eines Oxidationsmit- tels für die Erzeugung thermischer Energie in den Anlagen zur Umsetzung von Energie 2, 3 durch eine exotherme Redox-Reaktion, insbesondere eine Verbrennung des Brennstoffs. Das bei der exothermen Redox-Reaktion entstehende, Wärmeenergie mitführende Fluid wird als ein erster bzw. dritter Fluidstrom 22, 32 - im Weiteren auch synonym als ein erstes Fluid 22 bzw. drittes Fluid 32 bezeichnet - über die Fluidausgänge 21 , 31 abgeführt. Die Fluidausgänge 21 , 31 sind dabei über Leitungen 5, 6 mit jeweils einem Flui- deingang 41 , 42 des Wärmeübertragungssystems 4 verbunden.

Die Anlage 2 ist dabei vorzugsweise als eine Gasturbinenanlage 20, insbesondere als eine teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c ausgeführt, wobei die teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c die bereits zu Fig. 1d beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorzüge aufweist. Alternativ könnten jedoch auch eine nicht-rekupertierte Mikrogasturbine 20a oder eine rekuperierte Mikrogasturbine 20b zum Einsatz kommen, wie sie in der Fig. 1 b oder Fig. 1 c gezeigt ist. Das Wärmeübertragungssystem 4 ist dabei bevorzugt analog zu den Fig. 1 a bis 1 d als Kessel 40 ausgeführt.

In den Darstellungen der Figuren 1 a oder 2a, wie in allen weiteren beschriebenen Figuren sind jeweils nur die für die Vermittlung der jeweiligen Erfindungsidee bzw. des jeweiligen Erfindungsdetails notwendigen schalttechnischen Verbindung bzw. Leitungen dargestellt bzw. andeutet. Nicht gezeigt sind in der Regel Versorgungsanschlüsse und -leitungen für die Versorgung der einzelnen Anlagen 2, 3 mit Brennstoffen und/oder Oxidationsmitteln, insbesondere Frischluft bzw. Entsorgungsleitungen wie z. B. Abgasschlote und/oder Abgasnachbehandlungsanlagen, welche jedoch in einer für den Fachmann ersichtlichen Weise ergänzt werden können.

Das Wärmeübertragungssystem 4 ist hierbei als Kessel 40, insbesondere als Abhitzekessel oder Kombikessel mit zumindest einer Abhitzezone, mit mindestens zwei voneinander unabhängigen Leitungssystemen 43, 44 zur Durchleitung jeweils eines Fluides, insbesondere des ersten bzw. dritten Fluides 22, 32 ausgebildet. Die Leitungssysteme 43, 44 sind dabei für das jeweilige Fluid 22, 32 im Wesentlichen nur in durch die Pfeile angedeuteter Strö- mungsrichtung vom jeweiligen Fluideingang 41 , 42 zu Fluidausgängen 45, 46 durchlässig. Dabei wird unter einer„im Wesentlichen nur in Strömungsrichtung vorhandenen Durchlässigkeit" dabei insbesondere eine für das jeweilige Fluid 22, 32 in von der Strömungsrichtung abweichenden Richtungen dichte, insbesondere diffusionsdichte Ausführung der Leitungssysteme 43, 44, d.h. insbesondere eine jeweils dichte bzw. diffusionsdichte Ausbildung von Wandungen von Rohrleitungen der Leitungssysteme 43, 44 sowie ggf. von Verbindungen in den Leitungssystemen 43, 44, verstanden. Zusätzlich können in zumindest einem der Leitungssysteme 43, 44 Elemente oder Vorrichtungen vorgesehen sein, die eine bevorzugte Strömungsrichtung begünstigen. So könnte beispielsweise zumindest ein Rückschlagventil und/oder ein oder mehrere Strömungsleitelemente wie z. B. Diffusoren vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Leitungssysteme 43, 44, insbesondere deren im Inneren eines Kesselraums 40a sich erstreckender Teil, zumindest abschnittsweise als ein Wärmetauscher 43a, 44a bzw. ein Wärmetauscherelement 43a, 44a ausgebildet. Unter einem Wärmetauscherelement 43a, 44a wird dabei insbesondere eine spiralförmige, fächerartige, plattenförmige und/oder korrugierte Ausformung eines Abschnitts des jeweiligen Leitungssystems 43, 44 verstanden, welche eine bezogen auf den Rest des Leitungssystems 43, 44 vergrößerte Oberfläche bereitstellt. Die vergrößerte Oberfläche ist dabei da- zu vorgesehen, eine mit dem durch das Leitungssystem 43, 44 durchgeleiteten Fluid 22, 32 mitgeführte Wärme für einen Wärmeübertrag auf ein mit dem Wärmetauscherelennent 43a, 44a in Beziehung stehendes Medium oder Fluid, insbesondere Nutzmedium oder Nutzfluid zu begünstigen.

In einer einfachen Ausführung eines erfindungsgemäßen Kessels 40 befindet sich im Kesselraum 40a ein Nutzmedium oder Nutzfluid, welches sich dadurch auszeichnet, bei geeigneter Wärmezufuhr bzw. Wärmeübertrag mittels des Wärmetauschers 43a, 44a bzw. des Wärmetauscherelements 43a, 44a zumindest teilweise einem Phasenübergang von einer ersten Phase in eine zweite Phase unterworfen zu werden. In bevorzugter Weise geht das Nutzmedium oder Nutzfluid dabei durch Sublimation und/oder Verdampfen zumindest teilweise in eine Dampfphase bzw. einen Dampf über. Über einen Kesselausgang 47 am Kessel 40 des erfindungsgemäßen Energiewandler- Systems 1 wird dieser Dampf als ein zweiter Fluidstrom 48 bzw. als ein zweites Fluid 48 für eine weitere Nutzung bereitgestellt und/oder abgeführt.

Das erste Leitungssystem 43, 43a ist dabei zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass das erste Fluid 22, insbesondere als ein Abgas oder Rauchgas, mit einer Temperatur, insbesondere einer Rauchgastemperatur zwischen 300°C und 800°C, vorzugsweise zwischen 350°C und 700°C und ei- nem Massenstrom zwischen 0,5 kg/s und 4,0 kg/s, insbesondere zwischen 0,8 kg/s und 3,0 kg/s durch das Leitungssystem 43, 43a geführt werden kann.

Die Leitungssysteme 43, 43a; 44, 44a sind weiter vorzugsweise so ausgebil- det, dass ein Druckverlust des jeweiligen Fluidstroms 22, 32 zwischen einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Anschluss 41 , 45; 42, 46 des jeweiligen Leitungssystems 43, 43a; 44, 44a dabei weniger als 10%, bevorzugt weniger als 4%, besonders bevorzugt weniger als 2%, idealerweise weniger als 0,5% eines eingangsseitigen Druckniveaus beträgt.

Günstigerweise kann ein erfindungsgemäßer Kessel 40 weiter einen hier nicht dargestellten Kesseleingang zur Zufuhr des Nutzmediums oder Nutzflu- ides, insbesondere des Nutzmediums oder Nutzfluides in einer ersten Phase aufweisen. Die Zufuhr kann dabei in regelmäßig und/oder unregelmäßigen Intervallen und/oder als im Wesentlichen permanenter Zustrom bzw. permanenter Zuführung erfolgen.

Bevorzugt ist es auch, wenn der Kesselraum 40a zumindest zwei Volumenzonen aufweist, wobei in einer ersten Volumenzone das Nutzmedium oder Nutzfluid im Wesentlichen in seiner ersten Phase und in einer zweiten Volumenzone das Nutzmedium oder Nutzfluid im Wesentlichen in seiner zweiten Phase vorliegt. Unter„im Wesentlichen in einer Phase vorliegen" wird dabei insbesondere verstanden, dass der Anteil dieser Phase an der Gesamtmenge, insbesondere der Gesamtmasse und/oder dem Gesamtvolumen, des Nutzmediums oder Nutzfluides in dieser Volumenzone des Kesselraums 40a mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70% und besonders bevorzugt min- destens 80% beträgt.

Vorteilhafterweise kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass zumindest einer, vorzugsweise beide Fluideingänge 41 , 42 der Leitungssysteme 43, 44 bezüglich des Kesselraums 40a in der ersten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die erste Volumenzone begrenzt, angeordnet sind. Günstigerweise können ergänzend oder alternativ zumindest einer, vorzugsweise beide Fluidausgänge 45, 46 bezüglich des Kesselraums 40a in der zweiten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die zweite Volumenzone begrenzt, angeord- net sein.

Insbesondere bei einer Ausbildung des Wärmeübertragungssystems 4 als Dampfkessel 40, kann der Kesselausgang 47 vorzugsweise bezüglich des Kesselraums 40a in der zweiten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich ei- nes Kesselgehäuses, welches die zweite Volumenzone begrenzt, angeordnet sein. Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausbildung des Wärmeübertragungssystems 4 als Warm- oder Heißwasserkessel 40, ist der Kesselausgang vorzugsweise bezüglich des Kesselraums 40a in der ersten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die erste Volumenzone be- grenzt, angeordnet.

In einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 ist das Nutzfluid Wasser. In der ersten Volumenzone liegt das Wasser dabei im Wesentlichen in flüssiger Form vor. Wird nun über zumin- dest den ersten Fluideingang 41 das erste Fluid 22 der Anlage zur Umsetzung von Energie 2, insbesondere ein Abgas oder Rauchgas einer Gasturbinenanlage 20 als erstes Fluid 22 in das erste Leitungssystem 43 eingeströmt, gibt das erste Fluid 22 über das bzw. die Wärmetauscherelemente 43a Wärme an das umliegende Wasser im Kesselraum 40a ab.

In analoger Weise kann über den zweiten Fluideingang 42 des Kessels 40 das dritte Fluid 32 der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, insbesondere ein Abgas oder Rauchgas des Heizbrenners 30 als drittes Fluid 32 in das zweite Leitungssystem 44 eingeströmt werden, wobei das dritte Fluid 32 alternativ oder ergänzend zum Wärmeübertrag des ersten Fluides 22 seinerseits über das bzw. die Wärmetauscherelemente 44a Wärme an das umliegende Wasser im Kesselraum 40a abgeben kann. Durch den Wärmeübertrag an mindestens einem der Wärmetauscherelemente 43a, 44a wird nun Wasser verdampft, wobei sich der Wasserdampf in der zweiten Volumenzo- ne des Kesselraums 40a sammelt. Von dort kann der Dampf dann über den Kesselausgang 47 als zweites Fluid 48 des Energiewandler-Systems 1 einer Nutzung zugeführt werden. Je nach Nutzung und/oder Gehalt an thermischer Energie des ersten und/oder dritten Fluidstroms 22, 32 kommen anstelle von Wasser auch andere Nutzfluide in Betracht. So können beispielsweise Am- moniak, Thermoöl, geeignete Kohlenwasserstoffe oder aber anderes geeignetes Nutzmedium bzw. Nutzfluid vorgesehen sein, welches in einem Kessel durch Wärmezufuhr bei gegebener Temperatur einen Phasenübergang, insbesondere von einer flüssigen in eine gasförmige Phase vollzieht.

In der Darstellung nach den Figuren 2a bis 2c sind die Leitungssysteme 43, 43a; 44, 44a dabei jeweils einzügig ausgebildet dargestellt. Analog zu den Beispielen aus den Fig. 1 a bis 1f kann es jedoch auch von Vorteil sein, wenn zumindest eines der Leitungssysteme 43, 43a; 44, 44a des Kessels 40 zwei-, drei- oder mehrzügig ausgebildet ist. Auch kann es hinsichtlich der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 vorteilhaftsein, wenn sich ein Brenn- oder Flammrohr der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 zumindest teilweise, insbesondere mindestens 50% einer Längserstreckung des Brenn- oder Flammrohrs, vorzugsweise nahezu das gesamte Brenn- oder Flammrohr in den Kesselraum 40a erstreckt, wobei es an einem der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 entfernten Ende in das zweite Leitungssystem 44, 44a übergeht. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass zusätzlich zum Wärmeübertrag vom dritten Fluid 32 entlang des Leitungssystems 44, 44a ein strahlungsbasierter Wärmeübertrag entlang des Brenn- oder Flammrohres erfolgen kann. Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2b dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von dem Schaltschema nach Fig. 2a dadurch, dass der am Kesselausgang 45 nach Passieren des Wärmeübertragungssystems 4 freigesetzte erste Fluidstrom 22 der Anlage zur Umsetzung von Energie 2 über eine Rückführleitung 50, insbesondere eine Abgas- rückführleitung 50 der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, insbesondere dem Heizbrenner 30 zugeführt wird. Die Anlage zur Umsetzung von Energie 2 ist dabei vorzugsweise als eine Gasturbinenanlage 20, insbesondere als eine teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c ausgeführt, wobei die teil - rekuperierte Mikrogasturbine 20c die bereits zu Fig. 1 d beschriebenen, erfin- dungsgemäßen Vorzüge aufweist. Alternativ könnten jedoch auch eine nicht- rekupertierte Mikrogasturbine 20a oder rekuperierte Mikrogasturbine 20b zum Einsatz kommen, wie sie aus den Fig. 1 b oder Fig. 1 c bekannt sind. Das Wärmeübertragungssystenn 4 ist dabei bevorzugt analog zur Fig. 2a als Kessel 40 ausgeführt.

Der erste Fluidstrom 22 wird dabei abhängig von einem verbliebenen Heiz- wert und/oder Oxidationsmittelgehalt der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 als Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom 30a weitergenutzt werden. In einer bevorzugten Ausführung dient der erste Fluidstrom 22 nach einer Wärmeabgabe im Wärmeübertragungssystem 4, 40 als vorgewärmter Oxidationsmittelstrom in der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30. Das in der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 erzeugte dritte Fluid 32 wird analog zu Fig. 2a dem Wärmeübertragungssystem 4, 40 über einen zweiten Fluideingang 42 zum Wärmeübertrag auf das Nutzfluid und Bereitstellung des zweiten Fluidstroms 48 zugeführt. Im Übrigen entspricht die Ausführung nach Fig. 2b der aus der Fig. 2a bekannten Ausbildungen, so dass für die weitere Beschreibung auf die Detailbeschreibung der Fig. 2a verwiesen wird, welche bezüglich der dort beschriebenen Merkmalen der Erfindung in analoger Weise auch für das Beispiel nach Fig. 2b gelten können, insbesondere sollen. Fig. 2c zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2a als eine vierte Ausführungsform. Abweichend von der Ausführung nach Fig. 2b ist in der Rückführleitung 50 ein Verzweigungselement 51 , insbesondere ein/e einstell-, Steuer- oder regelbares VerzweigungsventilAklappe 51 vorgesehen. Über das Verzweigungselement 51 kann dabei der rückgeführte erste Fluidstrom 22 in einen ersten und ein zweiten Teilstrom 51 a, 51 b aufgeteilt werden. Bevorzugt kann dabei ein Mengenverhältnis, insbesondere ein Luftbzw. Rauchgasmassenverhältnis zwischen den beiden Teilströmen 51 a, 51 b über das Verzweigungselement 51 eingestellt, gesteuert oder geregelt werden.

Der erste Teilstrom 51 a wird dabei vorzugsweise der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 zugeführt. Dabei kann diese Zuführung in ana- loger Weise zu Fig. 2b erfolgen. Es ist aber - wie in Fig. 2c gezeigt - auch denkbar, dass zusätzlich der Zuführung an die weitere Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 ein Mischer 52 vorgeschaltet ist, wobei der Mischer 52 vorzugsweise eine Mischung eines Oxidationsmittelstroms 52a und des ersten Teilstroms 51 a herbeiführt. Diese Mischung kann dann der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 zugeführt werden.

Der zweite Teilstrom 51 b kann bevorzugt aus dem erfindungsgemäßen Energiewandler-System 1 nach Fig. 2b entlassen, freigesetzt und/oder für eine weitere Nutzung und/oder Nachbehandlung einem nachfolgenden System - beispielsweise eine Abgasaufbereitung - zugeführt werden.

Eine vereinfachte Ausführung eines Energiewandler-Systems 1 nach Fig. 2c kann im Übrigen dadurch erreicht werden, dass anstelle eines einstell-, steu- er- oder regelbarem Verzweigungselement eine einfache Leitungsverzweigung verwendet wird. Eine Einstellung eines Mischungsverhältnisses zwischen dem ersten Teilstrom 51 a des rückgeführten Fluides und dem Oxidati- onsmittelstrom 52a kann dann über einen gesteuerten und/oder geregelten Mischer 52 erreicht werden.

Im Übrigen entspricht die Ausführung nach Fig. 2c den aus dem Vorhergehenden bekannten Ausbildungen, so dass für die weitere Beschreibung auf die dortige Detailbeschreibung verwiesen wird, welche bezüglich der dort beschriebenen Merkmalen der Erfindung in analoger Weise auch für das Beispiel nach Fig. 2a oder 2b gelten können, insbesondere sollen. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Ausführung eines Energiewandler- Systems nach Fig. 2c eine als teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c ausgebildete Gasturbinenanlage aufweisen, wobei die teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c die bereits zu Fig. 1 d beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorzü- ge aufweist. Alternativ könnten jedoch auch eine nicht-rekupertierte Mikrogasturbine 20a oder rekuperierte Mikrogasturbine 20b zum Einsatz kommen, wie sie aus der Fig. 1 b oder der Fig. 1 c bekannt sind. Eine Abwandlung der in den vorhergehenden Figuren könnte darin bestehen, dass die beiden die Fluidausgänge 45, 46 des Wärmeübertragungssystenns 4, 40 verlassenden Fluidströme nach dem Verlassen zumindest teilweise zusammengeführt werden, um gemeinsam freigesetzt, einer weiteren Nutzung und/oder Nachbehandlung - beispielsweise einer Abgasaufbereitung - zugeführt zu werden. Dazu kann es vorteilhaft sein, wenn die beiden die Fluidausgänge 45, 46 des Wärmeübertragungssystems 4, 40 verlassenden Fluidströme über einen zusätzlichen, hier nicht bildlich gezeigten Mischer ge- führt werden. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn die zusammengeführten Fluidströme zumindest teilweise über eine Rückführleitung 50 analog zu den Ausführungen nach den Fig. 2a und 2b weitergenutzt werden sollen. Eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiewandler- Systems 1 ist in der Fig. 3a als eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 2b gezeigt. Dabei wird der vom ersten Fluidausgang 45 des Wärmeübertragungssystems 4, 40 mit der Rückführungsleitung 50 zurückgeführte erste Fluidstrom als Wärmequelle für einen Wärmetauscher 60 genutzt, welcher einem Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom 30a der Versorgung der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, insbesondere des Heizbrenners 30 Wärme zuführt, insbesondere diesen vorheizt. Durch die Vorwär- mung/Vorheizung des Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstroms 30a der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 kann eine Effizienz in der Wärmebereitstellung durch die weitere Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 vorteilhaft angehoben werden. Insbesondere können bei einer gegebenen Brennstoffmenge vorteilhaft höhere Wärmemengen im dritten Fluid 32 erreicht werden. Ansonsten entspricht diese Ausführungsform dem aus Fig. 2b bekannten und dort beschriebenen Beispiel, so dass auf die dortige Be- Schreibung verwiesen wird. Fig. 3b zeigt eine erste Abwandlung des Beispiels nach Fig. 3a als sechstes Ausführungsbeispiel. Hierbei werden die beiden das Wärmeübertragungs- system 4, 40 an den beiden Fluidausgängen 45, 46 verlassenden Fluidströ- me 22, 32 zusammengefasst und über die Rückführleitung 50 dem Wärme- tauscher 60 als Wärmequelle zugeführt. Dadurch kann vorteilhaft ein noch höherer Wärmeübertrag am Wärmetauscher 60 erreicht werden als im Beispiel nach Fig. 3a, da die mit beiden Fluidstromen 22, 32 jeweils mitgeführte Wärmeenergie im Wärmetauscher 60 für einen Wärmeübertrag auf den Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom zur Verfügung steht. Eine derarti- ge Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft möglich, wenn die beiden Fluidströme 22, 32 aus emissionsrechtlicher Sicht miteinander vermischt werden dürfen. Ist dies nicht möglich, kann in einer Abwandlung auch vorgesehen sein, einen hier nicht gezeigten Wärmetauscher einzusetzen, wobei die beiden Wärmetauscher dann auf jeweils einen der Ströme von Brennstoff oder Oxidationsmittel wärmeübertragend wirken kann oder aber auf beide.

Enthält zumindest eines der zurückgeführten Fluidströme 22, 32 noch einen nennenswerten Heizwert und/oder soll der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 zumindest ein Teil der zurückgeführten Fluidströme 22, 32 direkt zugeführt werden, wie es im Beispiel nach Fig. 2b vorgesehen ist, kann auch eine auf einer Kombination der Ausführungsbeispiele nach Fig. 2b und Fig. 3b beruhende Ausführung zum Einsatz kommen, wie sie in Fig. 3c dargestellt ist. Hierbei kann der erste Teilstrom 51 a analog zum Beispiel nach Fig. 2b einem Mischer 52 zugeführt werden, während der zweite Teilstrom 51 b als Wärmequelle für den Wärmetauscher 60 zur Vorwärmung des Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstroms 30a dient. Der so vorgewärmte Brennstoff- und/oder Oxidationsmittelstrom 30a wird dann im Mischer 52 mit dem ersten Teilstrom 51 a gemischt und in vorgemischter Form der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 zugeführt.

Eine hier nicht bildlich gezeigte alternative Ausführung zum Beispiel nach Fig. 3c sieht für jeden der beiden an den Fluidausgängen 45, 46 des Wär- meübertragungssystems 4, 40 bereitgestellten Fluidströme 22, 32 eine separate Rückführleitung vor. Eine der beiden Rückführleitungen versorgt dabei den Wärmetauscher 60, während die andere Rückführleitung dem Mischer 52 zugeführt wird. Eine derartige Schaltung ist insbesondere dann gegen- über der Schaltung nach Fig. 3c bevorzugt, wenn die beiden Fluidströme 22, 32 aus emissionsrechtlicher Sicht nicht miteinander vermischt werden dürfen.

Allen vorgenannten und im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dabei gemein, dass die Anlage zur Umsetzung von Energie 2 vor- zugsweise als eine Gasturbinenanlage 20, insbesondere als eine nicht- rekupertierte Mikrogasturbine 20a, als eine rekuperierte Mikrogasturbine 20b oder als eine variabel teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c ausgeführt ist. Das Wärmeübertragungssystem 4 ist dabei als mindestens zweizügiger Kessel 40 - insbesondere Großkessel, Großraumkessel, Abhitzekessel oder Schnelldampferzeuger - mit mindestens zwei separaten Leitungssystemen 43, 44 für die Durchleitung des ersten bzw. dritten Fluides 22, 32 ausgebildet. Analog zu den Beispielen aus den Fig. 1 a bis 1f kann es jedoch auch von Vorteil sein, wenn zumindest eines der Leitungssysteme 43, 43a; 44, 44a des Kessels 40 zwei-, drei- oder mehrzügig ausgebildet ist. Auch kann es hinsichtlich der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 vorteilhaft sein, wenn sich ein Brenn- oder Flammrohr der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie zumindest teilweise, insbesondere mindestens 50% einer Längserstreckung des Brenn- oder Flammrohrs, vorzugsweise nahezu das gesamte Brenn- oder Flammrohr in den Kesselraum 40a erstreckt, wobei es an einem der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 entfernten Ende in das zweite Leitungssystem 44, 44a übergeht. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass zusätzlich zum Wärmeübertrag vom dritten Fluid 32 entlang des Leitungssystems 44, 44a ein strahlungsbasierter Wärmeübertrag entlang des Brenn- oder Flammrohres erfolgen kann.

Eine alternative Ausführungsform als siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 zeigt die Fig. 4a. Das Energie- wandler-System 1 nach Fig. 4a umfasst dabei ein erstes Wärmeübertra- gungssystem 2, ein zweites Wärmeübertragungssystem 4 sowie ein drittes Wärmeübertragungssystem 3, wobei die Anlage zur Umsetzung von Energie 2 über eine am Fluidausgang 21 angeschlossene Leitung 5 mit der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3 verbunden ist. Die Anlage zur Umsetzung von Energie 2 ist dabei analog zu den Ausführungsbeispielen der vorhergehenden Figuren als Gasturbinenanlage 20, insbesondere als eine teil- rekuperierte Mikrogasturbine 20c ausgeführt, wobei die teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c die bereits zu Fig. 1 d beschriebenen, erfindungsgemä- ßen Vorzüge aufweist. Alternativ könnten jedoch auch eine nicht- rekupertierte Mikrogasturbine 20a oder rekuperierte Mikrogasturbine 20b zum Einsatz kommen, wie sie aus den Fig. 1 b oder 1 c bekannt sind. Über die Leitung 5 wird ein erster Fluidstrom 22, insbesondere ein Rauch- oder Abgasstrom 22 der Gasturbinenanlage 20, der als Heizbrenner 30 ausgebilde- ten weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3 zugeführt.

Abhängig von einem Gehalt an Restbrennstoff und/oder Oxidationsmittel kann der erste Fluidstrom 22 dabei im Heizbrenner 30 zumindest als Ergänzung zu einem hier nicht gezeigten Versorgungsstrom von Brennstoff und/oder Oxidationsmittel zugeführt oder zugemischt, vorzugsweise im Wesentlich als Brennstoffstrom oder Oxidationsmittelstrom zur Versorgung des Heizbrenners 30 eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführung wird der erste Fluidstrom 21 einem Frischluftstrom des Heizbrenners 30 zugemischt oder parallel zu einem Frischluftstrom in einen Brennraum des Heizbrenners 30 injiziert.

Nach einer weiteren exothermen Umsetzung, insbesondere exothermen Re- dox-reaktion, vorzugsweise Verbrennung von Brennstoff mit dem Oxidationsmittel sowie dem ersten Fluid 21 im Heizbrenner 30 werden die so ent- standenen Rauch- oder Abgase als ein dritter Fluidstrom 32 über einen Fluidausgang 31 des Heizbrenners zur weiteren Verwendung aus dem Heizbrenner herausabgegeben. Inn Beispiel des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 nach Fig. 4a ist der Fluidausgang 31 der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 über eine Leitung 6 mit einem Fluideingang 41 des Wärmeübertragungs- Systems 4 verbunden.

Abweichend von den Beispielen nach den Fig. 2a bis 3c weist das als Kessel 40 ausgeführte Wärmeübertragungssystem 4 nur ein Leitungssystem 43 auf. Das Leitungssystem 43, insbesondere ein im Inneren eines Kesselraums 40a sich erstreckender Teil, ist dabei zumindest abschnittsweise als ein Wärmetauscher 43a, 44a bzw. als ein Wärmetauscherelement 43a, 44a ausgebildet. Unter einem Wärmetauscherelement 43a wird dabei insbesondere eine spiralförmige, fächerartige, plattenförmige und/oder korrugierte Ausformung eines Abschnitts des Leitungssystems 43 verstanden, welche eine bezogen auf den Rest des Leitungssystems 43 vergrößerte Oberfläche bereitstellt. Die vergrößerte Oberfläche ist dabei dazu vorgesehen, eine mit dem durch das Leitungssystem 43 durchgeleiteten Fluid 32 mitgeführte Wärme für einen Wärmeübertrag auf ein mit dem Wärmetauscherelement 43a in Beziehung stehendes Medium oder Fluid, insbesondere Nutzmedium oder Nutzfluid zu begünstigen.

In einer einfachen Ausführung eines erfindungsgemäßen Kessels 40 nach Fig. 4a befindet sich im Kesselraum 47 ein Nutzmedium oder Nutzfluid, welches sich dadurch auszeichnet, bei geeigneter Wärmezufuhr bzw. Wärme- Übertrag mittels des Wärmetauschers 43a bzw. des Wärmetauscherelements 43a zumindest teilweise einem Phasenübergang von einer ersten Phase in eine zweite Phase unterworfen zu werden. In bevorzugter Weise geht das Nutzmedium oder Nutzfluid dabei durch Sublimation und/oder Verdampfen zumindest teilweise ein eine Dampfphase bzw. einen Dampf über. Über ei- nen Kesselausgang 47 am Kessel 40 des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 wird dieser Dampf als zweiter Fluidstrom 48 bzw. als zweites Fluid 48 für eine weitere Nutzung bereitgestellt und/oder abgeführt. Das Leitungssystem 43, 43a ist dabei zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass das zweite Fluid 32, insbesondere ein Abgas oder Rauchgas, mit einer Temperatur, insbesondere einer Rauchgastemperatur zwischen 300°C und 1200°C, vorzugsweise zwischen 350°C und 900°C, besonders bevorzugt zwischen 350°C und 750°C, und einem Massenstrom zwischen 0,5 kg/s und 4,0 kg/s, insbesondere zwischen 0,8 kg/s und 3,0 kg/s durch das Leitungssystem 43, 43a geführt werden kann. Das Leitungssystem 43, 43a ist weiter vorzugsweise so ausgebildet, dass ein Druckverlust des jeweiligen Fluidstroms 32 zwischen einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Anschluss 41 , 45 des Leitungssystems 43, 43a dabei weniger als 10%, bevorzugt weniger als 4%, besonders bevorzugt weniger als 2%, idealerweise weniger als 0,5% eines eingangsseitigen Druckni- veaus beträgt.

Günstigerweise kann ein erfindungsgemäßer Kessel 40 weiter einen hier nicht dargestellten Kesseleingang zur Zufuhr des Nutzmediums oder Nutzflu- ides, insbesondere des Nutzmediums oder Nutzfluides in einer ersten Phase aufweisen. Die Zufuhr kann dabei in regelmässig und/oder unregelmäßigen Intervallen und/oder als im Wesentlichen permanenter Zustrom bzw. permanente Zuführung erfolgen.

Bevorzugt ist es auch, wenn der Kesselraum 40a zumindest zwei Volumen- zonen aufweist, wobei in einer ersten Volumenzone das Nutzmedium oder Nutzfluid im Wesentlichen in seiner ersten Phase und in einer zweiten Volumenzone das Nutzmedium oder Nutzfluid im Wesentlichen in seiner zweiten Phase vorliegt. Unter„im Wesentlichen in einer Phase vorliegen" wird dabei insbesondere verstanden, dass der Anteil dieser Phase an der Gesamtmen- ge, insbesondere der Gesamtmasse und/oder dem Gesamtvolumen, des Nutzmediums oder Nutzfluides in dieser Volumenzone des Kesselraums 40a mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70% und besonders bevorzugt mindestens 80% beträgt.

Vorteilhafterweise kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Fluidein- gang 41 des Leitungssystems 43, 43a bezüglich des Kesselraums 40a in der ersten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die erste Volumenzone begrenzt, angeordnet sind. Günstigerweise können ergänzend oder alternativ der Fluidausgang 45 bezüglich des Kesselraums 40a in der zweiten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die zweite Volumenzone begrenzt, angeordnet sein.

Insbesondere bei einer Ausbildung des Wärmeübertragungssystems 4 als Dampfkessel 40, ist der Kesselausgang 47 vorzugsweise bezüglich des Kes- selraums 40a in der zweiten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die zweite Volumenzone begrenzt, angeordnet.

Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausbildung des Wärmeübertragungssystem 4 als Warm- oder Heißwasserkessel 40, ist der Kesselausgang vorzugsweise bezüglich des Kesselraums 40a in der ersten Volumenzone, d.h. in einem Teilbereich eines Kesselgehäuses, welches die erste Volumenzone begrenzt, angeordnet.

Bei der in Fig. 4a gezeigten Schaltung eines erfindungsgemäßen Energie- wandler-Systems wird die in der Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20 umgesetzte Primärenergie einerseits zur Erzeugung einer mechanischen Energie und andererseits zur Bereitstellung thermischer Energie über das Wärmeübertragungssystem 4, 40 verwendet. Da der die Wärmeenergie mitführende erste Fluidstrom 22 dabei über die weitere Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 in das Wärmeübertragungssystem 4, 40 eingekoppelt wird bzw. dem Wärmeübertragungssystem 4, 40 zugeführt wird, kann über eine zusätzliche Bereitstellung weiterer thermischer Energie der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, 30 die Menge an bereitgestellter Wärmenergie im dritten Fluidstrom 32 erhöht werden. Insbesondere kann bei einem gesteuerten und/oder geregelten Betrieb des Heizbrenners 30 die dem Wärmeübertragungssystem 4, 40 zugeführte Wärmeenergie zwischen einer unte- ren Grenze, welche sich im Wesentlichen aus der Wärmemenge des ersten Fluides 21 ergibt, und einer oberen Grenze, welche sich im Wesentlichen aus der thermischen Energie des ersten Fluides 21 und der thermisch Maximalenergie des Heizbrenners 30 ergibt, moduliert werden. Von besonderem Vorteil ist dabei der besonders einfache Aufbau des Wärmeübertragungssys- tems 3 als ein einzügiger Kessel 40.

Fig. 4b zeigt eine erste Erweiterung des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 nach Fig. 4a als achtes Ausführungsbeispiel. Dabei wird das im Kessel 40 nach Wärmeabgabe an das Nutzmedium bzw. Nutzfluid im Kessel 40 abgekühlte dritte Fluid 32 über den Fluidausgang 45 einem nachgeschalteten Vorheizer 70 als Wärmequelle zugeführt. Der Vorheizer 70 ist dabei vorzugsweise als ein Wärmetauscher aufgebaut und dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der mit dem im Kessel 40 abgekühlten dritten Fluid 32 mitgeführten Restwärme auf einen Fluidstrom, insbesondere einen Brenn- stoff- und/oder Oxidationsmittelstrom 30a zu übertragen. Gemäß Fig. 4b wird der im Vorheizer 70 vorgewärmte Fluidstrom 3b der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, insbesondere dem Heizbrenner 30 zugeführt. Alternativ oder ergänzend kann auch der hier nicht gezeigte Gasturbinenbrenner der Gasturbinenanlage 20, 20a, 20b, 20c mit dem vorgeheiztem Flu- idstrom 3b versorgt werden, wie es mit dem gestrichelten Pfeil dargestellt ist. Vorzugsweise wird ein Frischluftstrom 3a zur Frischluftversorgung des Heizbrenners 30 und/oder des Gasturbinenbrenners auf diese Weise vorgeheizt. Darüber hinaus entspricht dieses Beispiel der Ausführung nach Fig. 4a, auf deren Beschreibung an dieser Stelle verwiesen wird.

In der Darstellung nach den Figuren 4a, 4b ist das Leitungssystem 43, 43a dabei einzügig ausgebildet dargestellt. Es kann jedoch auch von Vorteil sein, das Leitungssystem 43, 43a des Kessels 40 zwei-, drei- oder mehrzügig auszubilden.

Eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ener- giewandler-Systems 1 ist in Fig. 5 als neuntes Ausführungsbeispiel gezeigt. Abweichend zu den Ausführungsformen nach den vorhergehenden Figuren ist das Wärmeübertragungssystem 3 als ein Kessel 40, insbesondere als ein Großraumkessel, als ein Abhitzekessel oder als ein Schnelldampferzeuger ausgebildet, welches zumindest ein dreizügiges Leitungssystem 43 zur Durchleitung eines wärmeführenden Fluidstroms aufweist. Das Leitungssystem 43 verfügt dabei über mindestens zwei Fluideingänge 41 , 42 und einen Fluidausgang 45. Der zumindest der im Inneren eines Kesselraums 40a angeordnete Teil des Leitungssystems 43 kann dabei zumindest abschnittsweise als ein Wärmetauscher 43a bzw. Wärmetauscherelement 43a im Sinne der im Vorhergehenden beschriebenen Beispiele ausgebildet sein. Analog zu den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungen eines Wärmeübertragungssystems 4 bzw. eines Kessels 40 ist der Kessel 40 nach Fig. 5 dazu vorgesehen bzw. ausgebildet, ein im Kesselraum 40a vorgesehenes Nutzflu- id zu erwärmen, zu erhitzen und/oder zumindest teilweise durch Sublimation und/oder Verdampfung in eine Gasphase zu überführen und die Gasphase oder ein die Gasphase zumindest teilweise umfassendes Fluid als zweites Fluid 48 über den Kesselausgang 47 für eine weitere Verwendung bereitzustellen. Vor diesem Hintergrund können auch die Merkmale hinsichtlich Anordnung der Fluideingänge 41 , 42, des Fluidausgangs 45 und/oder des Kes- selausgangs 47 aus der Beschreibung der vorhergehenden Beispiele übernommen werden.

Das Leitungssystem 43, 43a des Kessels 40 nach Fig. 5 weist mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei oder mehrere im Inneren des Kessel- raums 40a verlaufende Umlenkungen oder Umlenkkammern 43b, 43c auf. Unter einer Umlenkung oder Umlenkkammer 43b, 43c wird dabei insbesondere ein durch eine Wandlung begrenztes Volumen mit einem Ein- und ei- nem Ausgang verstanden, wobei die Fließrichtung eines im Leitungssystem 43, 43a strömenden Fluides vom Fluideingang aus betrachtet in der Umlen- kung einen Richtungswechsel, insbesondere eine nahezu vollständige Richtungsumkehr erfährt. In einer einfachen Ausführung können die Umlenkun- gen 43b, 43c jeweils als ein Leitungs- oder Rohrabschnitt ausgebildet sein, dessen Erstreckungsnchtung in einer Strömungsrichtung zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite des Leitungs- oder Rohrabschnitts zumindest unter einem von Null verschiedenen Winkel zueinander ausgerichtet ist. In einer bevorzugten Ausführung liegt der Winkel dabei zwischen an- nähernd 90° und 180°. Alternativ kann mindestens eine Umlenkung bzw. Umlenkkammer 43b, 43c auch wie in der Fig. 1 e bzw. der Fig. 1f beschrieben ausgeführt sein.

Der Kessel 40 nach Fig. 5 zeichnet sich weiters dadurch aus, dass der erste Fluideingang 41 direkt in das Leitungssystem 43, 43a mündet. Der zweite Fluideingang 42 ist dabei über einen Rohrabschnitt 42a realisiert, welcher eingangsseitig als ein zweiter Fluideingang 42 aus einem Kesselgehäuse des Kessels 40 herausragt und ausgangsseitig in der ersten Umlenkung 43b mündet. Günstigerweise ist der Rohrabschnitt 42a dabei so gestaltet, dass ein über den zweiten Fluideingang 42 einströmendes Fluid sich an der Mündung in das Leitungssystem 43, 43a so in die Strömung des im Leitungssystem 43, 43a bereits strömenden Fluides einmischt, vorzugsweise nahezu störungsfrei, aber zumindest störungsarm einmischt. Dabei wird unter einer Störung insbesondere die Bildung einer zumindest lokal turbulenten Strö- mung im Bereich der Einmündung verstanden und/oder ein zumindest teilweises Einströmen des einmündenden Fluides entgegen der Strömungsrichtung des im Leitungssystem 43 bereits befindlichen, über den ersten Fluideingang 41 eingeströmten Fluides. Zur Begünstigung eines störungsarmen Einströmens des über den zweiten Fluideingang 42 einströmenden Fluides können im Bereich der Mündung auch geeignete Mittel zur Unterdrückung von Turbulenzen - wie z. B. Leitgitter oder Leitelemente - und/oder Mischelemente - wie z. B. ein Mischer - vorgesehen sein. Im erfindungsgemäßen Energiewandler-System nach Fig. 5 ist dabei die Anlage zur Umsetzung von Energie 2, insbesondere die Gasturbinenanlage 20, über eine am Fluidausgang 21 angeschlossene Leitung 5 mit dem zweiten Fluideingang 42 des Kessels 40 verbunden. Die Gasturbinenanlage 20 ist dabei vorzugsweise als eine teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c ausgeführt, wobei die teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c die bereits zu Fig. 1 d beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorzüge aufweist. Alternativ könnten jedoch auch eine nicht-rekupertierte Mikrogasturbine 20a oder eine rekupe- rierte Mikrogasturbine 20b zum Einsatz kommen, wie sie aus den Fig. 1 b oder 1 c bekannt sind.

Die weitere Anlage zur Umsetzung von Energie 3, insbesondere der Heizbrenner 30 ist über eine an seinem Fluidausgang 31 angeschlossene Leitung 6 mit dem ersten Fluideingang 41 des Kessels 40 verbunden.

In einem ersten, sich zwischen dem ersten Fluideingang 41 und der ersten Umlenkung 43b erstreckenden Abschnitt des Leitungssystems 43, 43a erfolgt so ein Wärmeübertrag im Wesentlichen vom dritten Fluidstrom 32 auf das Nutzmedium bzw. Nutzfluid im Kesselraum 40a. Nach der Einmündung des ersten Fluidstroms 22 in der ersten Umlenkung 43b kann ein Wärmeübertrag von dem nunmehr gemischten ersten und dritten Fluid 22, 32 auf das Nutzmedium bzw. Nutzfluid erfolgen. Insbesondere wird dabei auch das dritte Fluid 32, welches bereits im ersten Abschnitt Wärmeenergie an das Nutzmedium bzw. Nutzfluid abgegeben hat, durch den Kontakt mit dem noch nicht abkühlten ersten Fluid 31 nachgeheizt, wodurch ein Wärmeübertrag homogenisierter ablaufen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zwischen dem ersten und dritten Fluid große Unterschiede hinsichtlich Temperatur und/oder Wärmekapazität und/oder Wärmemenge herrschen.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausbildung des Beispiels nach Fig. 5 als ein zehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiewandler- Systems 1 . Abweichend in dem vorhergehenden Beispiel mündet das den zweiten Fluideingang 42 in das Leitungssystem 43, 43a des Kessels 40 nach Fig. 6 bildenden Rohrabschnitts 42a erst an der zweiten Umlenkung 43c in das Leitungssystem 43, 43a. Dadurch kann einerseits eine kompaktere Aus- führung des Energiewandler-Systems 1 realisiert werden, weil beide mit Primärenergie zu versorgenden Wärmeübertragungssysteme 2 und 3 auf einer Seite des Wärmeübertragungssystems 4, 40 angeordnet werden können und dabei die Leitungen 5 und 6 möglichst kurz gehalten werden können. Kurze Leitungen 5, 6 haben dabei auch den Vorteil, etwaig auftretende Leitungsver- luste, insbesondere Wärme- und/oder Druckverluste kostengünstig zu reduzieren. Ansonsten entspricht die Ausführung nach Fig. 6 derjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5. Eine erste vorteilhafte Weiterbildung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 ist in Fig. 7 dargestellt. Dabei ist in der von der Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20 zum Wärmeübertragungssystem 4, 40 gehenden Leitung 5 ein Verzweigungselement 80, insbesondere ein/e Steuer- und/oder regelbare Steuerventil/klappe vorgesehen. Über das Verzweigungselement 80 kann dabei ein erster Teil des ersten Fluides 21 der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3, insbesondere dem Heizbrenner 30 zugeführt werden, wie dies bereits auch aus einigen vorhergehenden Ausführungsbeispielen (siehe insb. Fig. 2a-b, 3a-c) in ähnlicher Weise bekannt ist. Ein zweiter Teil des ersten Fluides 21 wird wie in Fig. 6 dem zweiten Eingang 42 des Wärmeübertragungssystem 4, 40 zugeführt. Weitere alternative oder ergänzende Ausführung auf Grundlage der in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigten Anordnung ergeben sich unter anderem durch Kombination mit den Ausführungen der Fig. 2a bis 4b, wobei insbesondere eine oder mehrere am Fluidausgang 45 angreifende Rückführleitungen 50 und/oder Mischer 52 und/oder Wärmetauscher 60 und/oder Vorheizer 70 eine vorteilhafte Ausbildung eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 mit einem Wärmeübertragungssystem 4, 40 nach Fig. 5 oder 6 ergeben können. Ein Schaltschema einer besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 ist als zwölftes Ausführungsbeispiel in der Fig. 8a dargestellt. Das Energiewandler-System 1 nach Fig. 8a umfasst eine Gasturbinenanlage 20, welche vorzugsweise als eine teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c ausgeführt ist, als ein erstes Wärmeübertragungssys- tem 2. Das Energiewandler-System 1 enthält eine damit besonders eng miteinander verkoppelte Ausführung eines Heizbrenners 300 und eines Kessels 40, wobei der Heizbrenner 300 die weitere Anlage zur Umsetzung von Energie 3 und der Kessel 40 das Wärmeübertragungssystem 4 bilden. Die teil- rekuperierte Mikrogasturbine 20c weist dabei die bereits zu Fig. 1 d beschriebenen, erfindungsgemäßen Vorzüge auf. Alternativ könnten jedoch auch eine nicht-rekupertierte Mikrogasturbine 20a oder eine rekuperierte Mikrogas- turbine 20b zum Einsatz kommen, wie sie aus der Fig. 1 b oder der Fig. 1 c bekannt sind. Unter einer engen Verkopplung der weiteren Anlage zur Umsetzung von Energie 3 und des Wärmeübertragungssystems 4 wird dabei insbesondere eine Ausführung verstanden, wobei sich ein Flamm- oder Brennrohr 301 zumindest teilweise, insbesondere mindestens zur Hälfte, vorzugsweise nahezu vollständig bis in den Kesselraum 40a erstreckt. Unter einem Flamm- oder Brennrohr 301 wird dabei insbesondere eine hohle Volumenstruktur mit einem vorzugsweise zylindrischen und/oder polygonalen Querschnitt verstanden, in deren Innenraum eine exothermer Redox- Reaktion, insbesondere eine Verbrennung zumindest eines Brennstoffs mit zumindest einem Oxidationsmittel abläuft. Besonders bevorzugt überdeckt oder umfasst das Flamm- oder Brennrohr 301 dabei zumindest eine bei der Verbrennung sich bildende Flamme und/oder Flammfront. Die enge Verkopplung hat dabei insbesondere den Vorteil, dass ein Wärmeübertrag auf das Nutzmedium bzw. Nutzfluid im Wärmeübertragungssystem 4, 40 auch mittels vorteilhaftem Strahlungstransport erfolgen kann. Die Volumenstruktur weist dabei bevorzugt eine Haupterstreckungsrichtung auf, die vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einer Flammrichtung der Flamme und/oder Flammfront verläuft. An einer ersten Stirnseite 301 a des Flamm- oder Brennrohrs 301 ist ein Brenner 310 angeordnet. Vorzugsweise schließt der Brenner 310 dabei das Flamm- oder Brennrohr 310 zu dieser Seite hin im Wesentlichen ab. Die Fig. 8b zeigt eine schematische Seitenschnittdarstellung eines Heizbrenners 300, insbesondere eines Brenners 310 und einen sich an den Brenner 310 anschließenden Abschnitt des Flamm- oder Brennrohrs 301 . Ein der ersten Stirnseite 301 a abgewandtes Ende des Flamm- oder Brennrohrs 301 mündet innerhalb des Kesselraums 40a in ein Leitungssystem 43, welches vorzugsweise zumindest abschnittsweise als ein Wärmetauscher 43a oder Wärmetauscherelement 43a ausgebildet ist. Bevorzugt ist ein Übergang zwischen dem Flamm- oder Brennrohr 301 und dem Leitungssys- tem 43 dabei so gestaltet, dass das bei der Umsetzung des Brennstoffs und des Oxidationsmittels im Flamm- oder Brennrohr 301 entstehende Rauchoder Abgas nahezu vollständig, vorzugsweise vollständig in das Leitungssystem 43 gelangen kann. Das Leitungssystem 43, 43a ist dabei analog zu den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt, so dass hinsichtlich der Merkmale des Leitungssystems 43, 43a auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 nach Fig. 8a ist nun vorgesehen, dass das über den Fluidausgang 21 freigesetzte erste wärmemitführende Fluid 22, insbesondere Rauch- oder Abgas 22, der Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20, 20a, 20b, 20c über eine Leitung 5 dem Heizbrenner 300 so zugeführt wird, dass es in das Brenn- oder Flammrohr 301 injiziert oder eingedüst werden kann. Das erste wärmemitführende Fluid 22 trägt nun neben der exothermen Umsetzung, insbesondere der Verbren- nung durch den Brenner 310 zu einer Aufheizung bzw. Anreicherung mit Wärmeenergie des im Flamm- oder Brennrohr 301 entstehenden oder sich bildenden dritten Fluides 32 bei. Das dritte Fluid 32 umfasst dabei die sich bei der exothermen Umsetzung durch den Brenner 310 entstehenden Rauch- oder Abgase, das erste Fluid 22 und/oder sich bei der weiteren Um- Setzung des ersten Fluides 22 im Flamm- oder Brennrohr 301 bildenden, insbesondere gasförmigen Umsetzungsprodukte. Insbesondere besteht das dritte Fluid 32 aus einem Gemisch der vorgenannten Fluide. Ein im Kesselraum 40a vorhandenes Nutzmedium oder Nutzfluid kann dabei auf zweierlei Weisen einen Wärmeübertrag, insbesondere Wärmeeintrag erfahren. Einerseits kann über eine äußere Mantelfläche 301 b des sich in den Kesselraum 40a erstreckenden Teils des Flamm- oder Brennrohrs 301 bereits ein Wärmeaustausch zwischen dem im Flamm- oder Brennrohr 301 vorhandenen Fluid und dem Nutzmedium oder Nutzfluid erfolgen. Dazu kann die äußere Mantelfläche 301 b mit einer einen Wärmeübergang begünstigenden Oberfläche, insbesondere Oberflächenstruktur und/oder mit Wärmetau- scherelementen versehen sein. So könnte die äußere Mantelfläche 301 b beispielsweise zumindest partiell eine korrugierte Oberfläche und/oder offen- porige, z. B. wabenartige Wandelemente aufweisen. Auch kann vorteilhafterweise eine Ausgleichsstruktur in der Mantelfläche 301 b vorgesehen sein, welche ausgleichend auf eine thermisch bedingte Längenänderung der Längserstreckung des Flamm- oder Brennrohrs 301 wirkt. Dabei wird unter offenporig insbesondere verstanden, dass die Poren bzw. Poren aufweisenden Oberflächen- bzw. Strukturelemente für das Nutzmedium oder Nutzfluid durchlässig, jedoch für das Fluid im Inneren Flamm- oder Brennrohrs 301 vorhandene Fluid undurchlässig sind. Andererseits erfolgt zumindest ein wei- terer Wärmeübertrag vom dritten Fluid 32 auf das Nutzmedium oder Nutzfluid über das am Flamm- oder Brennrohr 301 anschließende Leitungssystem 43, 43a, wie es bereits aus den vorgehenden Ausführungsbeispielen bekannt ist. Alternativ oder ergänzend kann vorteilhafterweise eine Ausgleichsstruktur in der Mantelfläche 301 b vorgesehen sein, welche ausgleichend auf eine ther- misch bedingte Längenänderung der Längserstreckung des Flamm- oder Brennrohrs 301 wirkt.

Im Weiteren unterscheidet sich das Wärmeübertragungssystem 4, 40 nicht von den Ausführungen in den davor beschriebenen Ausführungsbeispielen, insbesondere nach den Figuren 4a und 4b. Auch die dort beschriebenen Erweiterungen und/oder Abwandlungen können in ganz analoger Weise auf das Wärmeübertragungssystem 4, 40 der Ausführung nach Fig. 8a übertra- gen werden, so dass bezüglich derartiger Merkmale auf die Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsbeispiele verwiesen wird.

Fig. 8b zeigt darüber hinaus eine besonders bevorzugte Ausführung eines Brenners 310 für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Energiewandler- System 1 nach Fig. 8a oder der nachfolgenden Fig. 9. Darüber hinaus kann ein derartiger Brenner 310 auch beispielsweise in Energiewandler-Systemen 1 nach den Fig. 4a, 4b sowie in anderen Heizbrenner-Kessel-Kombinationen eingesetzt werden.

Der Brenner 310 umfasst ein eine Flanscheinheit 320 und Brennermodul 330 mit mindestens einer hier nicht dargestellten Brennstoffzuführung und einer Oxidationsmittelzuführung. Die Flanscheinheit 320 ist dabei dazu vorgesehen, den Brenner 310 an einem Heizbrennergehäuse 300a, einem Kessel- gehäuse oder einer anderen Gehäuseeinheit festzulegen, insbesondere lös- oder wechselbar festzulegen. Das Brennermodul 330 ist dazu vorgesehen, ein dem Brennermodul 310 über die Brennstoffzuführung, insbesondere einer Brennstoffleitung zugeführten Brennstoff mit einem über die Oxidationsmittelzuführung zugeführten Oxidationsmittel in einer exothermen Redox- Reaktion, insbesondere einer Verbrennung derart umzusetzen, dass ein wärmemitführendes Fluid, insbesondere Rauch- oder Abgas entsteht. Dem Fachmann ist dabei eine Vielzahl unterschiedlicher Brennermodule 330 bekannt, wobei deren konkrete Ausgestaltung keinen direkten Einfluss auf die Erfindungsidee hat.

Der erfindungsgemäße Brenner 310 weist zusätzlich eine Zumischeinheit 340 für das Zuführen eines vorwiegend gasförmigen Fluides, insbesondere des ersten Fluides 21 auf. Das über eine Zumischeinheit 340 zugeführte gasförmige Fluid bleibt dabei solange von dem mindestens einen Brennstoff und dem mindestens einen Oxidationsmittel getrennt, bis deren exotherme Umsetzung in einem sich an das Brennermodul 330 anschließenden Flammbereich 331 zumindest begonnen hat. In der besonders bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Brenners 310 nach Fig. 8b ist die Zumischeinheit 340 dabei als ein Mischteller 341 ausgebildet. Der Mischteller 341 weist dabei eine zentrale Bohrung 342 auf, in welcher das Brennmodul 330 aufgenommen und vorzugsweise festgelegt ist. Über die Bohrung 342 wird dabei insbesondere eine Brennerdüse 332 in Richtung des Flammbereichs 331 durch die Zumischeinheit 340 geführt. Insbesondere wenn das Brennermodul 330 mehr als eine Brennerdüse 332 aufweist, kann der Mischteller 341 auch für jede der Brennerdüsen 332 eine geeignete Bohrung zur Aufnahme und Durchführung der Brennerdüsen 331 aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass der Mischteller 341 mehr als ein Brennermodul 330 aufnimmt und deren Brenndüsen 332 in Richtung des Flammbereichs 331 durchführt. Weiter ist in der dem Flammbereich 331 zugewandten Stirnseite des Mischtellers 341 zumindest eine Injektionsdüse 343 vorgesehen, vorzugsweise gibt es dort zwei, drei oder mehrere Injektionsdüsen 343. Eine Injektionsdüse 343 ist dabei dazu ausgebildet, das der Zumischeinheit 340 zugeführte gasförmige Fluid, insbesondere das erste Fluid 22 der Anlage zur Umsetzung von Energie 2 in den Flammbereich 331 injizierbar oder eindüsbar bereitzustellen. Unter injizierbar oder eindüsbar wird dabei insbesondere verstanden, ein gasförmiges Fluid über eine Düse oder ein Einlassventil in einen Volumenbereich strömen zu lassen, insbesondere unter einem gegenüber einem Druck im Volumenbereich erhöhten Druck in den Volumenbereich zu entlassen. Eine geeignete Injektionsdüse 343 kann dabei insbesondere zumindest einen Einlassspalt und/oder eine Einlassöffnung aufweisen. Weiters kann die Injektionsdüse 343 eine Ventil- und/oder Klappenvorrichtung zur Änderung eines Durchflusses aufweisen. In einer bevorzugten Ausführung sind die Injektionsdüsen 343 dabei gleichmäßig um die Brennerdüse 332 verteilt, insbesondere konzentrisch um die Brennerdüse 332 und/oder unter gleichmäßigen Winkelabständen über den sich um die Brennerdüse 332 erstreckenden Umfang der dem Flammbereich 331 zugewandten Stirnseite des Mischtellers 341 angeordnet. Ist mehr als eine Brennerdüse 332 vorgesehen, kann eine analoge Anordnung der Injektionsdüsen 343 um jeweils eine der Brennerdüsen 332 von Vorteil sein.

Weiter ist es bevorzugt, wenn die Injektionsdüse 343 Steuer- und/oder regelbar ausgebildet ist. Dabei wird unter einer Steuer- und/oder regelbaren Düse insbesondere eine Düse verstanden, welche durch eine Steuer-, Regel- oder Kontrolleinheit in einem Durchfluss- oder Injektionsverhalten beeinflusst wer- den kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Durchfluss- oder Injektionsmenge oder -rate zwischen mindestens zwei Zuständen - z. B. offen/geschlossen; offen/partiell offen; offen/partiell offen/geschlossen - geschaltet werden kann. Auch kann vorgesehen sein, dass eine Durchflussoder Injektionsmenge oder -rate zumindest quasi kontinuierlich zwischen 0 und 100% des maximal möglichen Durchflusses gewählt werden kann.

Das erste Fluid 22 wird im Beispiel nach Fig. 8a, 8b der Zumischeinheit 340 über die Leitung 5 von der Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20, 20a, 20b, 20c aus zugeführt. Um einen Verschaltungsaufwand möglichst zu mini- mieren, ist dabei in der gezeigten, bevorzugten Ausführung nach Fig. 8b vorgesehen, dass im Mischteller 341 zumindest ein Verteilerkanal 344 vorgesehen ist. Der Verteilerkanal 344 weist dabei mindestens einen Versorgungseingang 345 auf, über den das gasförmige Fluid der Zumischeinheit 340 zugeführt und an dem insbesondere die Leitung 5 angeschlossen werden kann. Der Versorgungseingang 345 ist dabei bevorzugt auf einer dem Flammbereich 331 abgewandten Seite des Mischtellers 341 angeordnet.

Die Injektionsdüsen 343 sind ihrerseits an dem Verteilerkanal 344 angeschlossen, so dass über den Verteilerkanal 344 alle Injektionsdüsen 343 mit dem ersten Fluid 22 versorgt werden können. Der Verteilerkanal 344 ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass das erste Fluid 22 an jeder Injektionsdüse 343 mit nahezu gleichen Fluideigenschaften, insbesondere Temperatur und Druck und/oder chemischer Zusammensetzung anliegt. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal 344 dazu als Ringkanal ausgebildet. Ein Querschnitt des Ringkanals kann dabei insbesondere zum Ausgleich der lokalen Fluideigen- schaften über eine Umfangsrichtung im Ringkanal einen Profilverlauf aufwei- sen.

Mit Hilfe eines Heizbrenners 300 nach Fig. 8b lässt sich ein erfindungsgemäßes Energiewandler-System nach Fig. 8a besonders vorteilhaft und kompakt verwirklichen.

Eine erste Erweiterung eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 nach Fig. 8a mit einem Brenner 300 nach Fig. 8b ist in Fig. 9 gezeigt. Dabei unterscheidet sich die Ausführung nach Fig. 9 von dem Energiewandler- System nach Fig. 8a dadurch, dass das am Fluidausgang 45 freigesetzte dritte Fluid 32 zumindest teilweise über eine Rückführleitung 50 dem Heizbrenner 300 wieder zugeführt wird. Dabei ist vorgesehen den rückgeführten Teil des dritten Fluides 32 über einen Mischer 52 einem Brennstoff- oder Oxidationsmittelstrom 52a, insbesondere einem Frischluftstrom 52a zuzumi- schen. Dieses Gemisch wird dann dem Heizbrenner 300, insbesondere dem Brennermodul 330 zugeführt.

Das Leitungssystem 43, 43a der Beispiele nach den Fig. 8 und 9 sind jeweils einzügig dargestellt. Es kann jedoch auch Vorteile bringen, wenn das Leitungssystem 43, 43a zwei-, drei- oder mehrzügig ausgebildet ist, wie die be- reits in Beschreibungen zu den Fig. 1 a-f und 4a-b beschrieben wurde.

Weitere Abwandlungen und Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 können sich unter anderem durch Kombination verschiedener Weiterbildungsmerkmale der im Vorhergehenden beschriebe- nen Ausführungsformen ergeben. Neben den in den Beispielen gezeigten ein- oder zweizügigen Kesseln als zweitem Wärmeübertragungssystem 4, 40 können darüber hinaus auch drei- oder mehrzügige Kessel zum Einsatz kommen. Auch können sich durch die Ergänzung eines erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 mit zumindest einer zusätzlichen Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 3 vorteilhafte Weiterbildungen ergeben.

Auch kann es von Vorteil sein, wenn der Gasturbinenbrenner 201 und/oder der Heizbrenner 30, 300 als bi- oder tri-valente Brenner für zwei oder drei Brennstoffe oder gar als Vielstoffbrenner ausgebildet ist/sind.

Weitere Abwandlungs- und/oder Erweiterungsmöglichkeiten ergeben sich dem Fachmann durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Energiewandler- Systems 1 , insbesondere nach einem der vorhergehend beschriebenen Beispiele, in einer Anwendungssituation.

Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten: Ein Energiewander-Systems 1 umfasst ein erstes Wärmeübertragungssystem 2, insbesondere eine Gasturbinenanlage 20, 20a, 20b, 20c, und ein zweites Wärmeübertragungssystem 4 in Form eines Kessels 40. Die Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20, 20a, 20b, 20c steht dabei mit dem Wärmeübertragungssystem 4, 40 über einen Fluidstrom 22 in einer Wärmeübertragungsbeziehung, wobei insbesondere über ein ers- tes Fluid 22 Wärme von der Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20, 20a, 20b, 20c an das Wärmeübertragungssystem 4, 40 übertragen werden kann. Es wird vorgeschlagen, dass die Anlage zur Umsetzung von Energie 2, 20, 20a, 20b, 20c einen Gasturbinenbrenner 201 aufweist, dessen Abgase 201 c zur Bereitstellung und Übertragung von mechanischer Energie an einen Kraftverbraucher 202, 204, insbesondere einen elektrischen Generator 204, wenigstens teilweise einer Turbine 203 zugeführt werden und dessen Abgase 201 c, 203c wenigstens teilweise den einen Fluidstrom 22, insbesondere das erste Fluid 22 bilden. Insbesondere wird vorgeschlagen, die Gasturbinenanlage 20 des erfindungsgemäßen Energiewandler-Systems 1 als eine teil-rekuperierte Mikrogasturbine 20c auszuführen.

Bezugszeichenliste

1 Energiewandler-System

2, 3 Anlage zur Umsetzung von Engergie

4 Wärmeübertragungssystem

5, 6 Leitung

20 Gasturbinenanlage

20a nicht-rekuperierte Mikrogasturbine

20b rekuperierte Mikrogasturbine

20bb fix teil-rekuperierte Mikrogasturbine

20c teil-rekuperierte Mikrogasturbine

21 Fluidausgang

22 Fluid, Fluidstrom

30 Brenner (Heizbrenner)

30a Oxidationsmittelstrom

31 Fluidausgang

32 Fluid

40 Wärmeübertragungssystem (Kessel, insbesondere Dampfkessel)

40a Kesselraum

41 Fluideingang (Anschluss)

42 Fluideingang (Anschluss)

42a Rohrabschnitt

43 Leitungssystem

43a Wärmetauscher (Wärmetauscherelement)

43b, 43c Umlenkung

44 Leitungssystem

44a Leitungssystem (Wärmetauscher)

45 Anschluss (Fluidausgang, Kesselausgang)

46 Anschluss (Fluidausgang)

47 Kesselausgang

47 Kesselraum 48 Fluid, Fluidstrom

50 Rückführleitung (Abgasrückführleitung)

51 Verzweigungselement

51 a Teilstrom

51 b Teilstrom

52 Mischer

52a Oxidationsmittelstronn (Frischluftstrom)

60 Wärmetauscher

70 Vorheiz-, Wärmetauscher (Vorheizer) 80 Verzweigungselement

201 Brenner (Gasturbinenbrenner)

201 a Oxidationsmittelzuführung

201 b Brennstoffversorgung

201 c Abgas (Rauch- oder Abgas)

201 d Abgasrohr

202 Verdichter

202a Lufteinlass

202b Frischluftstrom

202c Oxidationsmittelstrom (Frischluftstrom)

203 Turbine

203a Turbineneinlass

203c Abgas (wärmeführendes Rauch- oder Abgas)

204 Kraftverbraucher

204a elektrischer Generator

205 Welle

206 Rekuperator

206c abgekühltes Rauch- oder Abgas

207 Bypass-System

207a Bypass-Steuerelement

207b Bypass-Leitung

207c Teilstrom 208 Bypass-System

208a Bypass-Steuerelement

208b Bypass-Leitung

208c Teilstrom

300 Heizbrenner

301 Flamm- oder Brennrohr 301 a Stirnseite

301 b Mantelfläche

310 Brenner

320 Flanscheinheit

330 Brennermodul

331 Flammbereich

332 Brennerdüse

340 Zumischeinheit

341 Mischteller

342 Bohrung

343 Injektionsdüse

344 Verteilerkanal

345 Versorgungseingang