EP4792000A1 - Energiewandelanordung und verfahren zur generierung einer anderen energieform aus wärme - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiewandelanordnung (10) zur Generierung einer anderen Energieform, insbesondere von elektrischer Energie und/oder Bewegungsenergie, aus zugeführter Wärme mittels eines in einem Kreislauf (12) der Energiewandelanordnung (10) geführten, insbesondere organischen, Arbeitsmediums (13), wobei in dem Kreislauf (12) angeordnet sind: - eine Entspannungseinheit (14), insbesondere eine Turbine, zur Entspannung des verdampften Arbeitsmediums (13), insbesondere mit einem Generator (140) zur Generierung elektrischer Energie, - eine stromauf der Entspannungseinheit (14) angeordnete Verdampfereinheit (26) zur Verdampfung des Arbeitsmediums (13) unter Wärmezufuhr aus einer Wärmequelle (60) und - eine stromab der Entspannungseinheit (14) angeordnete Kondensatoreinheit (20) zur Verflüssigung des Arbeitsmediums (13), wobei die Energiewandelanordnung (10) weiterhin einen thermoelektrischen Generator (400) umfasst, der in zumindest eine Wärmeübertragungseinheit (40) der Energiewandelanordnung (10) integriert ist, wobei der thermoelektrische Generator (400) eine Wärmetauscheinrichtung (402) der Wärmeübertragungseinheit (40) bildet. Die Effizienz kann dadurch gesteigert werden, dass die Wärmeübertragungseinheit (40) nicht von dem Arbeitsmedium (13) durchströmbar oder durchströmt in der Energiewandelanordnung (10) angeordnet ist.

Description

Energiewandelanordnung und Verfahren zur Generierung einer anderen Energieform aus Wärme

Die Erfindung betrifft eine Energiewandelanordnung zur Generierung einer anderen Energieform, insbesondere von elektrischer Energie und/oder Bewegungsenergie, aus zugeführter Wärme mittels eines in einem Kreislauf der Energiewandelanordnung geführten, insbesondere organischen, Arbeitsmediums, wobei in dem Kreislauf angeordnet sind:

- eine Entspannungseinheit, insbesondere eine Turbine, zur Entspannung des verdampften Arbeitsmediums, insbesondere mit einem Generator zur Generierung elektrischer Energie,

- eine stromauf der Entspannungseinheit angeordnete Verdampfereinheit zur Verdampfung des Arbeitsmediums unter Wärmezufuhr aus einer Wärmequelle und

- eine stromab der Entspannungseinheit angeordnete Kondensatoreinheit zur Verflüssigung des Arbeitsmediums, wobei die Energiewandelanordnung weiterhin einen thermoelektrischen Generator umfasst, der in zumindest eine Wärmeübertragungseinheit der Energiewandelanordnung integriert ist, wobei der thermoelektrische Generator eine Wärmetauscheinrich- tung der Wärmeübertragungseinheit bildet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Generierung einer anderen Energieform aus Wärme.

Derartige Energieumwandelanordnungen sind beispielsweise als Organic-Rankine- Cycle(ORC)-Anlagen bekannt, die zur Wandlung von Wärme in Strom zum Einsatz kommen. Wärmequellen sind beispielsweise industrielle Abwärme, aber auch z. B. mit Biomasse betriebene Feuerungssysteme. Ein vorteilhaftes Anwendungsfeld für ORC-Anlagen ergibt sich beispielsweise im Zuge der Energiewende bei der Rückverstrom ung von Wasserstoff. Dabei wird beispielsweise Wasserstoff oder ein Wasserstoff haltiges Synthesegas in einer (Mikro-) Gasturbine verbrannt. Die Wärme der Gasturbinen-Abgase, mit einem Temperaturniveau von beispielsweise rund 600 °C, wird einem nachgeschalteten ORC-System zugeführt und zu Strom gewandelt.

Auch im mobilen Bereich kommen ORC-Anlagen zum Einsatz oder wird deren Einsatz untersucht, beispielsweise zur Effizienzsteigerung von Schiffsantrieben oder schweren Nutzfahrzeugen.

Eine Energiewandelanordnung der eingangs genannten Art ist in der DE 10 2019 201 685 A1 angegeben. Diese Druckschrift zeigt eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer Kreisprozessvorrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie des Abgases in mechanische Arbeit. Die Kreisprozessvorrichtung umfasst eine erste Wärmetauschvorrichtung zum Wärmeübergang aus dem Abgas an ein Arbeitsmedium, eine Expansionsvorrichtung und eine zweite Wärmetauschvorrichtung sowie einen thermoelektrischen Generator, über welchen das Arbeitsmedium geführt wird.

Die US 2013/0 133 321 A1 zeigt ein Fahrsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor umfassend einen Wärmetauscher zur Verdampfung des Arbeitsmediums, eine Expansionseinheit zur Erzeugung mechanischer Energie, einen Kondensator und eine Pumpe. Der Wärmetauscher umfasst einen thermoelektrischen Generator. Die DE 10 2010 048 888 A1 betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung zur Nutzung von Abwärme eines Abgasstromes eines Kraftfahrzeugs mit einem Clausius- Rankine-Kreislauf. In dem Clausius-Rankine-Kreislauf ist ein thermoelektrischer Generator sowohl auf einer Hochtemperaturseite als auch auf einer Tieftemperaturseite von Arbeitsfluid durchströmbar eingebunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiewandelanordnung der oben genannten Art mit einer hohen Effizienz sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.

Die Aufgabe wird für die Energiewandelanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.

Bei der Energiewandelanordnung ist vorgesehen, dass die Wärmeübertragungseinheit nicht von dem Arbeitsmedium durchströmbar oder durchströmt in der Energiewandelanordnung angeordnet ist.

Der thermoelektrische Generator wandelt mittels eines thermoelektrischen Materials (Festkörpers) einen Wärmestrom zum Teil in elektrische Energie um. Der Rest des Wärmestroms wird innerhalb des thermoelektrischen Generators zwischen den Medien unterschiedlicher Temperatur übertragen, wobei der übertragene Wärmestrom entsprechend verringert ist.

In der Regel werden bekannte Energieumwandlungsanlagen, insbesondere ORC- Anlagen, auch an Wärmequellen angekoppelt, die hohe Temperaturen von z. B. 600 °C bis 1000 °C bereitstellen. Als Wärmequelle kann beispielsweise ein Industrieprozess, Verfeuerung von Biomasse und/oder Reststoffen, ein mit z. B. Biogas betriebener Verbrennungsmotor, eine beispielsweise mit Wasserstoff und/oder Synthesegas (wasserstoffhaltiges Gas) betriebene (Mikro-)Gasturbine, Solartherm ie und/oder Geothermie dienen. Als Arbeitsmedium wird beispielsweise Toluol (CyHs) oder ein anderes organisches Fluid verwendet. Als Wärmeträgermedium können dabei z. B. Rauchgas, Abgas, Thermoöl, Dampf und/oder Heißwasser dienen.

Da die maximale Arbeitstemperatur von ORC-Anlagen häufig auf einem niedrigeren Niveau liegt (z. B. etwa 310 °C), kann bei bekannten ORC-Anlagen häufig nicht die gesamte zur Verfügung stehende Wärmeenergie genutzt werden. Vielmehr wird ein Verlust an Exergie (arbeitsfähige Energie innerhalb eines Systems) in Kauf genommen. Beispielsweise wird die Temperatur des Arbeitsmediums vor Eintritt in die Verdampfereinheit gesenkt oder es kommen Verdampfer zum Einsatz, die die hohen Temperaturen aus der Wärmequelle nicht vollständig an das Arbeitsmedium übertragen.

Mittels der Energiewandelanordnung umfassend die erfindungsgemäße Anordnung der Wärmeübertragungseinheit mit dem thermoelektrischen Generator ergeben sich vorteilhafte Integrationsmöglichkeiten des thermoelektrischen Generators in die Energiewandelanordnung, wobei vorteilhaft bislang verloren gegangene Exergie genutzt und somit eine Wirkungsgradsteigerung erzielt werden kann.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der thermoelektrische Generator zumindest zwei, insbesondere alternierend zueinander angeordnete, Strömungskanäle oder Gruppen von Strömungskanälen umfasst, wobei ein Strömungskanal oder die eine Gruppe eine Kaltseite bildet und mit einem Medium geringerer Eintrittstemperatur durch- strömbar ist und der andere Strömungskanal oder die andere Gruppe eine Heißseite bildet und mit einem Medium höherer Eintrittstemperatur durchströmbar ist, und wobei zwischen den Strömungskanälen oder den Gruppen von Strömungskanälen thermoelektrisches Material zwischen den Medien übertragener Wärme durchström- bar angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Ausbildungsvariante umfasst die zumindest eine Wärmeübertragungseinheit neben dem thermoelektrischen Generator zumindest eine zweite Wärmetauscheinrichtung, insbesondere ohne thermoelektrisches Material, die insbe- sondere stromab des thermoelektrischen Generators angeordnet ist. Mittels der zweiten Wärmetauscheinrichtung kann weitere Wärme zwischen den Medien übertragen werden, sodass im Betrieb ein (erster) Teil der Wärme in der Wärmetauscheinrichtung mit dem thermoelektrischen Generator, ein (zweiter) Teil der Wärme in der zweiten Wärmetauscheinrichtung übertragen wird. Die Anteile hängen von der Auslegung der Wärmetauscheinrichtungen ab und können beispielsweise 1 :2, 2:1 oder 1 :1 betragen. Möglich ist auch der Einsatz einer oder mehrerer Bypasslei- tung/en, um die Anteile zu variieren.

Optimierte Anpassungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn der thermoelektrische Generator in Gegenstrombauweise, Kreuzstrom bauweise und/oder Gleichstrom bauweise ausgebildet ist. Die Gegenstrombauweise ermöglicht vorteilhafterweise einen hohen Temperaturhub, was insbesondere bei Vorhandensein des thermoelektrischen Generators ohne zweite Wärmetauscheinrichtung in der Wärmeübertragungseinheit zweckmäßig sein kann. Die Kreuzstrom bauweise ermöglicht eine besonders kompakte Ausbildung des thermoelektrischen Generators, was insbesondere in Kombination mit der zweiten Wärmetauscheinrichtung in der Wärmeübertragungseinheit zweckmäßig sein kann.

Für einen hohen möglichen Temperaturhub ist vorzugsweise die zweite Wärmetauscheinrichtung in Gegenstrombauweise ausgebildet. Möglich ist auch hier eine Kreuzstrom bauweise und/oder Gleichstrom bauweise.

In einer besonders kompakten Ausbildungsvariante sind der thermoelektrische Generator und die zweite Wärmetauscheinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse, in einer baulichen Einheit, angeordnet und/oder insbesondere die Gruppen von Strömungskanälen einender entsprechend ausgebildet. „Einander entsprechend ausgebildet“ bedeutet z. B. aneinander anschließend in gleicher Anordnung und/oder mit einem stetigen Übergang der Strömungsquerschnitte. Beispielsweise können die Strömungskanäle entsprechend weitergeführt werden, wobei zwischen den Strömungskanälen innerhalb der Wärmetauscheinrichtung das thermoelektrische Materi- al und innerhalb der zweiten Wärmetauscheinrichtung ein hochwärmeleitendes, beispielsweise keramisches Material angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausbildungsvariante bildet zumindest eine weitere Wärmeübertragungseinheit die Verdampfereinheit. Dabei können insbesondere die Wärmetauscheinrichtung mit dem thermoelektrischen Generator (im Wesentlichen) zur Erwärmung (gegebenenfalls mit beginnendem Phasenübergang) und die zweite Wärmetauscheinrichtung (im Wesentlichen) zur Verdampfung, erforderlichenfalls mit vorangehender weiterer Erwärmung, des Arbeitsmediums ausgelegt sein.

Vorzugsweise ist die Verdampfereinheit zur Verdampfung des Arbeitsmediums mittels von der Wärmequelle bereitgestellter Wärme ausgebildet ist, wobei die Wärme mittels eines Wärmeträgermediums an das Arbeitsmedium übertragbar oder übertragen ist, wobei die Verdampfereinheit auf der Heißseite in einem Strömungspfad des Wärmeträgermediums von dem Wärmeträgermedium durchströmbar, auf der Kaltseite von dem Arbeitsmedium durchströmbar angeordnet und ausgebildet ist.

In einer alternativ oder zusätzlich möglichen Ausbildungsvariante ist die Wärmeübertragungseinheit auf der Heißseite in dem Strömungspfad des Wärmeträgermediums stromauf der Verdampfereinheit von dem Wärmeträgermedium durchströmbar und/oder auf der Kaltseite nicht von dem Arbeitsmedium durchströmbar oder durchströmt angeordnet.

Dabei ist insbesondere die Wärmeübertragungseinheit auf der Kaltseite in thermischer Kopplung zu einem weiteren, bei Eintritt kälteren, Medium, insbesondere einem aus der Umgebung der Wärmeübertragungseinheit zugeführten Luftstrom, angeordnet und ausgebildet. Der thermoelektrische Generator kann dabei (in Abhängigkeit des Aggregatszustands der durchströmenden Medien) z. B. als Gas-Gas- Wärmetauscheinrichtung ausgebildet sein. Zur thermischen Kopplung zu dem kälteren Medium können dabei zusätzlich zu der Wärmeübertragungseinheit eine Wärmetauschvorrichtung und ein Zwischenkreislauf vorhanden sein, wobei der Zwischenkreislauf an der Kaltseite der Wärmeübertragungseinheit und an der Heißseite der Wärmetauschvorrichtung zu deren Durchströmung angeordnet ist, zur Wärmeübertragung von dem Wärmeträgermedium auf ein Zwischenmedium mittels der Wärmeübertragungseinheit und von dem Zwischenmedium auf das Medium mittels der Wärmetauschvorrichtung. Der thermoelektrische Generator kann dabei (in Abhängigkeit des Aggregatszustands der durchströmenden Medien) insbesondere als Gas-Flüssig-Wärmetauscheinrichtung ausgebildet sein.

Ein vorteilhafter Effekt wird erreicht, wenn das Medium nach Wärmeaufnahme aus dem Wärmeträgermedium stromab der Wärmeübertragungseinheit dem Wärmeträgermedium zur Bildung eines Gesamtstroms zuführbar oder zugeführt ist. Dabei werden die Leitungen stromab der Wärmeübertragungseinheit (insbesondere unmittelbar, ohne Zwischenschaltung einer weiteren Komponente, und vorzugsweise stromauf der folgenden Komponente) zusammengeführt. Die Enthalpie der beiden Fluidströme, abzüglich des Anteils der in dem thermoelektrischen Generator in elektrische Energie umgewandelten Energie, bleibt erhalten. Der Gesamtstrom wird insbesondere als Wärmeträgermedium anschließend z. B. dem (Arbeits-)Kreislauf des ORC-Prozesses zugeführt. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine benötigte Absenkung der Temperatur des Wärmeträgermediums unter gleichzeitiger Nutzung eines Teils der Exergie in dem thermoelektrischen Generator erfolgen, woraus eine Wirkungsgradsteigerung resultiert.

Weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn der Strömungspfad des Wärmeträgermediums in einem Wärmeträger-Zwischenkreislauf angeordnet ist, wobei die Wärmeübertragungseinheit (mit dem thermoelektrischen Generator) auf der Heißseite seitens der Wärmequelle und auf der Kaltseite in dem Wärme- träger-Zwischenkreislauf angeordnet ist, zur Wärmeübertragung von der Wärmequelle auf das Wärmeträgermedium in dem Wärmeträger-Zwischenkreislauf. In einer weiteren bevorzugten Ausbildungsvariante ist zumindest eine weitere Wärmeübertragungseinheit auf der Heißseite zwischen der Entspannungseinheit und der Kondensatoreinheit und auf der Kaltseite zwischen der Kondensatoreinheit und der Verdampfereinheit in dem Kreislauf angeordnet, zur Wärmerückgewinnung aus dem Arbeitsmedium, und insbesondere als Regenerator oder Rekuperator ausgebildet. Der thermoelektrische Generator ist dabei insbesondere als Gas-Flüssig- Wärmetauscheinrichtung (gegebenenfalls mit Phasenübergang in dem Arbeitsmedium) ausgebildet.

Für eine vorteilhafte weitere Wärmenutzung kann zudem vorgesehen sein, dass die Energiewandelanordnung einen Kühlkreislauf zur Kühlung der Kondensatoreinheit mittels eines Kühlmediums umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, die aufgenommene Wärme in einer Wärmesenke, insbesondere an eine zu erwärmende Umgebung oder zur Brauchwassererwärmung, abzugeben.

Dabei kann zweckmäßigerweise die Wärmeübertragungseinheit auf der Kaltseite in dem Kühlkreislauf von dem Kühlmedium durchströmbar, insbesondere stromab der Kondensatoreinheit, angeordnet sein und auf der Heißseite thermisch an die Wärmequelle und/oder eine weitere Wärmequelle von einem anderen Medium als dem Arbeitsmedium durchströmbar thermisch gekoppelt sein, zur weiteren Erwärmung des Kühlmediums stromauf der Wärmesenke, und insbesondere als Vorwärmer ausgebildet sein.

Eine vorteilhafte Effizienzsteigerung kann zudem dadurch erreicht werden, dass eine weitere Wärmeübertragungseinheit die Kondensatoreinheit bildet.

Eine vorteilhafte Anpassung an die jeweilige Anordnung des thermoelektrischen Generators besteht darin, dass der thermoelektrische Generator als Gas-Gas- Wärmetauscheinrichtung oder als Flüssig-Gas-Wärmetauscheinrichtung oder als Flüssig-Flüssig-Wärmetauscheinrichtung angeordnet und ausgebildet ist. Dabei kön- nen auch mögliche Phasenübergänge in den durchströmenden Medien berücksichtigt sein.

Zweckmäßigerweise umfasst die Energiewandelanordnung weiterhin eine Fördereinheit zur Förderung des Arbeitsmediums in dem Kreislauf.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten des Verfahrens sind sinngemäß im Zusammenhang mit den Ausbildungsvananten der Energiewandelanordnung angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Verfahrensschema einer Energiewandelanordnung in Ausbildung einer ORC-Anlage zur Generierung von elektrischer Energie aus zugeführter Wärme, wobei ein thermoelektrischer Generator gemäß einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung in einer Verdampfereinheit integriert ist,

Fig. 2 einen Teil der in Fig. 1 gezeigten OCR-Anlage mit Details der Strömungsführung an der Verdampfereinheit,

Fig. 3 ein Temperatur-Entropie-Diagramm eines beispielhaften Betriebs der Energiewandelanordnung gemäß Fig. 1 ,

Fig. 4 ein Verfahrensschema mit einer Anordnung des thermoelektrischen Generators mit der Heißseite in einem Strömungspfad eines Wärmeträgermediums, wobei durch den thermoelektrischen Generator geführte Umgebungsluft stromab des thermoelektrischen Generators dem Wärmeträgermedium zugeführt wird, Fig. 5 ein Verfahrensschema mit einer weiteren Ausbildungsvariante der Anordnung des thermoelektrischen Generators mit der Heißseite in einem Strömungspfad des Wärmeträgermediums, unter Zwischenschaltung eines Zwischenkreislaufs zur thermischen Kopplung mit der Umgebungsluft,

Fig. 6 ein Blockschaltbild mit unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten der Energiewandelanordnung,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Energiewandelanordnung, wobei der thermoelektrische Generator in einem Wärmeträger-Zwischenkreislauf angeordnet ist,

Fig. 8 ein Blockschaltbild mit unterschiedlichen vorteilhaften Anwendungsmöglichkeiten der Energiewandelanordnung aufweisend einen Wärmeträger- Zwischenkreislauf und

Fig. 9 ein Verfahrensschema eines weiteren Ausführungsbeispiels der Energiewandelanordnung in Ausbildung einer ORC-Anlage, wobei der thermoelektrische Generator in den Wärmeträger-Zwischenkreislauf und/oder einen Regenerator und/oder einen Kondensator und/oder einen Vorwärmer integriert ist.

Fig. 1 zeigt eine Energiewandelanordnung 10 zur Generierung von elektrischer Energie aus zugeführter Wärme. Die Energiewandelanordnung 10 umfasst einen Kreislauf 12, der insbesondere als ORC(Organic-Rankine-Cycle)-Kreislauf ausgebildet ist. Entsprechend wird in dem Kreislauf 12 im Betrieb ein organisches Arbeitsmedium 13, beispielsweise Toluol (CyHs), im Kreis geführt.

In dem Kreislauf 12 sind mehrere funktionale Einheiten in Reihe angeordnet. Dabei ist eine Entspannungseinheit 14, insbesondere eine Turbine, zur Entspannung des verdampften Arbeitsmediums 13 vorhanden. Der Turbine ist ein Generator 140 zur Generierung elektrischer Energie zugeordnet. Weiterhin umfasst der Kreislauf 12 stromauf der Entspannungseinheit 14 eine Verdampfereinheit 26 zur Erwärmung und Verdampfung des Arbeitsmediums 13 unter Wärmezufuhr aus einer thermisch angekoppelten Wärmequelle 60. Stromab der Entspannungseinheit 14 ist eine Kondensatoreinheit 20 zur Verflüssigung des Arbeitsmediums 13 in dem Kreislauf 12 angeordnet. Zudem umfasst der Kreislauf 12 einen Regenerator 16 zur Wärmeübertragung zwischen heißem und kaltem Arbeitsmedium 13, der auf der Heißseite zwischen der Entspannungseinheit 14 und der Kondensatoreinheit 20 und auf der Kaltseite zwischen der Kondensatoreinheit 20 und der Verdampfereinheit 26 angeordnet ist. Zur Förderung des Arbeitsmediums 13 ist weiterhin eine Fördereinheit 18 in dem Kreislauf 12 angeordnet, zwischen der Kondensatoreinheit 20 und dem Regenerator 16.

Die in Fig. 1 gezeigte Energiewandelanordnung 10 weist zudem einen Kühlkreislauf 22 auf, der von einem Kühlmedium 220 durchströmt wird. Auf diese Weise kann die an der Kondensatoreinheit 20 abgegebene Wärme an eine Wärmesenke 24, beispielsweise eine zu erwärmende Umgebung und/oder zur Brauchwassererwärmung, transportiert und dort abgegeben werden.

In der Regel werden ORC-Anlagen an Wärmequellen 60 angekoppelt, die hohe Temperaturen, z. B. 600 °C bis 1000 °C, bereitstellen. Da maximale Arbeitstemperaturen der ORC-Anlage häufig auf einem niedrigeren Niveau liegen (z. B. bei etwa 310 °C), kann bei bekannten ORC-Anlagen häufig nicht die gesamte zur Verfügung stehende Wärmeenergie genutzt werden. Vielmehr wird ein Verlust an Exergie (arbeitsfähige Energie innerhalb eines Systems) in Kauf genommen. Beispielsweise wird die Temperatur des Arbeitsmediums vor Eintritt in die Verdampfereinheit 26 gesenkt oder es kommen Verdampfer zum Einsatz, die die hohen Temperaturen aus der Wärmequelle nicht vollständig an das Arbeitsmedium übertragen.

Zur Wirkungsgradsteigerung unter vorteilhafter Verringerung des Exergie-Verlusts umfasst die Energiewandelanordnung 10 weiterhin einen thermoelektrischen Generator 400. Der thermoelektrische Generator 400 wandelt mittels eines thermoelektri- sehen Materials (Festkörper) einen Wärmestrom zum Teil in einen elektrischen Strom um. Der Rest des Wärmestroms wird innerhalb des thermoelektrischen Generators 400 zwischen den Medien unterschiedlicher Temperatur übertragen, wobei sich der Wärmestrom auf einem geringeren Temperaturniveau befindet. Auf diese Weise kann mittels des thermoelektrischen Generators 400 vorteilhaft bislang verloren gegangene Exergie genutzt werden.

Der thermoelektrische Generator 400 ist in zumindest eine Wärmeübertragungseinheit 40 der Energiewandelanordnung 10 integriert.

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der thermoelektrische Generator 400 gemäß einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung in die Verdampfereinheit 26 als Wärmeübertragungseinheit 40 integriert. Die Verdampfereinheit 26 ist zur Verdampfung des Arbeitsmediums 13 mittels von der Wärmequelle 60 bereitgestellter Wärme ausgebildet, wobei die Wärme im Betrieb mittels eines Wärmeträgermediums 52 an die Verdampfereinheit 26 übertragen wird.

Fig. 2 zeigt genauer die Strömungsführung durch die als Wärmeübertragungseinheit 40 ausgebildete Verdampfereinheit 26 gemäß Fig. 1 . Der thermoelektrische Generator 400 bildet dabei eine Wärmetauscheinrichtung 402 zur Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmedium 13 und einem Wärmeträgermedium 52 zum Eintrag von Wärme aus der Wärmequelle 60. Zu diesem Zweck ist der thermoelektrische Generator 400 auf der Heißseite in einen Strömungspfad 50 des Wärmeträgermediums 52 und auf der Kaltseite in den Kreislauf 12 thermisch eingekoppelt.

Die Wärmeübertragungseinheit 40 umfasst beispielhaft neben dem thermoelektrischen Generator 400 zumindest eine zweite Wärmetauscheinrichtung 404. Die zweite Wärmetauscheinrichtung 404 ist stromab des thermoelektrischen Generators 400, in Reihe zu selbiger, angeordnet. Somit kann ein Teil der Wärme in das Arbeitsmedium 13 in dem thermoelektrischen Generator 400, ein anderer Teil in der zweiten Wärmetauscheinrichtung 404 übertragen werden. Die Wärmetauscheinrichtung 402 in Ausbildung des thermoelektrischen Generators 400 und die zweite Wärmetauscheinrichtung 404, ohne thermoelektrischen Generator, können baulich getrennt voneinander oder in einer baulichen Einheit angeordnet sein. Bei Anordnung in einer baulichen Einheit können beispielsweise gleiche und/oder ähnliche Strömungskanäle, beispielsweise mit einander entsprechenden Strömungskanal-Querschnitten, oder zumindest stetige Übergänge derselben, zweckmäßig sein.

Insbesondere in Kombination mit der zweiten Wärmetauscheinrichtung 404 kann der thermoelektrische Generator 400 für eine kompakte Bauform in Kreuzstrom bauweise ausgebildet sein, wie beispielsweise in Fig. 1 und Fig. 2 schematisch gezeigt. Für einen effizienten Temperaturhub ist dabei vorzugsweise die zweite Wärmetauscheinrichtung 404 in Gegenstrombauweise ausgebildet.

Insbesondere wenn der thermoelektrische Generator 400 die alleinige Wärmetauscheinrichtung 402 innerhalb der Wärmeübertragungseinheit 40 bildet, kann dieser für einen effizienten Temperaturhub in Gegenstrombauweise ausgebildet sein.

Auch eine Gleichstrombauweise ist bei dem thermoelektrischen Generator 400 und/oder der zweiten Wärmetauscheinrichtung 404 möglich.

Fig. 3 zeigt beispielhaft ein mit der Energiewandelanordnung gemäß Fig. 1 durchgeführtes Verfahren in einem Temperatur(T) - Entropie(s) - Diagramm. Dabei ist die Temperatur in [°C] über der spezifischen Entropie s in [KJ/Kg/K] aufgetragen.

Fig. 3 zeigt die Zustandsänderungen des Arbeitsmediums 13 im Betrieb des als ORC-Kreislauf ausgebildeten Kreislaufs 13. Dabei durchläuft das Arbeitsmedium 13 eine Expansion (Zustandsänderung 1-2) über die Entspannungseinheit 14, eine Kondensation (Zustandsänderung 2-3) über die Kondensatoreinheit 20, eine Kompression (Zustandsänderung 3-4) mittels der Fördereinheit 18, eine Vorwärmung (Zustandsänderung 4-5) durch den Regenerator 16 und die Erwärmung sowie Verdampfung (Zustandsänderung 5-1 ) über die Verdampfereinheit 26.

In Fig. 3, und in Fig. 2 als mit “HT“ gekennzeichnetes Ausführungsbeispiel, wird das Verfahren beispielhaft als Hochtemperatur(HT)-ORC-Prozess betrieben. Dabei wird das Arbeitsmedium 13 von einer Eintrittstemperatur von 110 °C mittels des thermoelektrischen Generators 400 auf 180 °C erwärmt. Anschließend durchströmt das Arbeitsmedium 13 die zweite Wärmetauscheinrichtung 404, wobei es weiter auf 310 °C erwärmt wird.

Das Wärmeträgermedium 52 durchströmt zunächst den thermoelektrischen Generator 400, wobei es von 600 °C auf 461 °C abgekühlt wird (vgl. Fig. 2 und Fig. 3). In der nachgeschalteten zweiten Wärmetauscheinrichtung 404 wird das Wärmeträgermedium 52 weiter auf 200 °C abgekühlt.

In diesem beispielhaften Prozess werden 33 % des Wärmestroms durch den thermoelektrischen Generator 400 in Ausbildung als Wärmetauscheinrichtung 402 und 67 % des Wärmestroms durch die zweite Wärmetauscheinrichtung 404 übertragen. Der Wirkungsgrad der von den Erfindern untersuchten Energiewandelanordnung 10 in Ausbildung als HT-ORC-Anlage lässt sich dabei relativ um 8 % bis 19 % (je nach Wirkungsgrad, Massenströmen und Temperaturen bzw. übertragenen Wärmeströmen innerhalb des thermoelektrischen Generators 400 und zudem abhängig von der Effizienz des Ausgangssystems) steigern.

Möglich ist die Durchführung des Verfahrens auch als Niedertemperatur(NT)-ORC- Prozess (in Fig. 2 gezeigt, mit “NT“ gekennzeichnet). Dabei wird das Arbeitsmedium 13 von einer Eintrittstemperatur von 50 °C mittels des thermoelektrischen Generators 400 auf 97 °C erwärmt. Anschließend durchströmt das Arbeitsmedium 13 die zweite Wärmetauscheinrichtung 404, wobei es weiter auf 120 °C erwärmt wird. Das Wärmeträgermedium 52 durchströmt zunächst den thermoelektrischen Generator 400, wobei es von 600 °C auf 300 °C abgekühlt wird (vgl. Fig. 2). In der nachgeschalteten zweiten Wärmetauscheinrichtung 404 wird das Wärmeträgermedium 52 weiter auf 150 °C abgekühlt.

In diesem beispielhaften Prozess werden 67 % des Wärmestroms durch den thermoelektrischen Generator 400 und 33 % des Wärmestroms durch die zweite Wärmetauscheinrichtung 404 übertragen. Der Wirkungsgrad der von den Erfindern untersuchten Energiewandelanordnung 10 in Ausbildung als ORC-Anlage lässt sich dabei relativ um 21 % bis 46 % (je nach Wirkungsgrad, Massenströmen und Temperaturen bzw. übertragenen Wärmeströmen innerhalb des thermoelektrischen Generators 400 und zudem abhängig von der Effizienz des Ausgangssystems) steigern.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnungsmöglichkeit der Wärmeübertragungseinheit 40 mit dem thermoelektrischen Generator 400 innerhalb der Energiewandelanordnung 10, in einer Beimischungsanordnung 80, wobei die Wärmeübertragungseinheit 40 nicht von dem Arbeitsmedium 13 durchströmbar oder durchströmt ist. In Fig. 4 ist schematisch die Anordnung des thermoelektrischen Generators 400 und Strömungsführung durch selbigen, nicht die gesamte Energiewandelanordnung 10 gezeigt.

In der Beimischungsanordnung 80 ist die Wärmeübertragungseinheit 40 mit dem thermoelektrischen Generator 400 auf der Heißseite in dem Strömungspfad 50 des Wärmeträgermediums 52 stromauf der Verdampfereinheit 26 und auf der Kaltseite nicht von dem Arbeitsmedium 13 durchströmbar angeordnet. Auf der Kaltseite ist die Wärmeübertragungseinheit 40 von einem anderen, kälteren, Medienstrom, hier beispielhaft einem aus der Umgebung der Wärmeübertragungseinheit 40 zugeführten Luftstrom 42, durchströmbar angeordnet. Bei Nutzung eines Gases als Wärmeträgermedium 52 ist der thermoelektrische Generator 400 insbesondere als Gas-Gas- Wärmetauscheinrichtung ausgebildet (hier nicht detailliert gezeigt). Stromab der Wärmeübertragungseinheit 40 mündet die Leitung des kälteren Mediums in die Leitung des Wärmeträgermediums 52 zur Zusammenführung der beiden Fluidströme.

Im Betrieb wird zunächst das kältere Medium, hier der Luftstrom 42, auf der Kaltseite durch die Wärmeübertragungseinheit 40 geführt und dabei von hier beispielhaft 20 °C auf 230 °C erwärmt. Das auf der Heißseite strömende Wärmeträgermedium 52 wird von 600 °C auf 440 °C unmittelbar stromab der Wärmeübertragungseinheit 40 abgekühlt. Nach Zusammenführung der beiden Fluidströme beträgt die Temperatur des Gesamtstroms 350 °C. Die Enthalpie der beiden Fluidströme, abzüglich des Anteils der in dem thermoelektrischen Generator 400 in elektrische Energie umgewandelten Energie, ist weiterhin vorhanden. Der Gesamtstrom wird als Wärmeträgermedium 52 anschließend beispielsweise dem Kreislauf 12 (hier nicht gezeigt) im Betrieb als Hochtemperatur-ORC-Prozesse zugeführt. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine benötigte Absenkung der Temperatur des Wärmeträgermediums 52 unter gleichzeitiger Nutzung eines Teils der Exergie in dem thermoelektrischen Generator 400 erzielt. Der Wirkungsgrad der von den Erfindern untersuchten Energiewandelanordnung 10 in Ausbildung als ORC-Anlage lässt sich mit dieser Ausbildung und Verfahrensführung um 14 % bis 32 % (je nach Wirkungsgrad, Massenströmen und Temperaturen bzw. übertragenen Wärmeströmen innerhalb des thermoelektrischen Generators 400 und zudem abhängig von der Effizienz des Ausgangssystems) steigern.

Bei einer Abschätzung unter Annahme einer Eintrittstemperatur von 1000 °C des Wärmeträgermediums 52 und einer Erwärmung (Austrittstemperatur) des kälteren Luftstroms auf 280 °C konnte der Wirkungsgrad relativ um 27 % bis 60 % (je nach Wirkungsgrad, Massenströmen und Temperaturen bzw. übertragenen Wärmeströmen innerhalb des thermoelektrischen Generators 400 und zudem abhängig von der Effizienz des Ausgangssystems) gesteigert werden.

Auch in einem Niedertemperatur-ORC-Prozess kann eine Wirkungsgradsteigerung erzielt werden. Bei einer Abschätzung unter Annahme einer Eintrittstemperatur von 600 °C des Wärmeträgermediums 52 und einer Erwärmung des kälteren Luftstroms auf 180 °C (Austrittstemperatur) konnte der Wirkungsgrad um relativ 29 % bis 65 % (je nach Wirkungsgrad, Massenströmen und Temperaturen bzw. übertragenen Wärmeströmen innerhalb des thermoelektrischen Generators 400 und zudem abhängig von der Effizienz des Ausgangssystems) gesteigert werden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausbildungsvariante der Beimischungsanordnung 80, bei der zusätzlich zu der Wärmeübertragungseinheit 40 eine Wärmetauschvorrichtung 420 und ein Zwischenkreislauf 30 vorhanden sind. Der Zwischenkreislauf 30 ist als Heißseite an die Wärmetauschvorrichtung 420 und als Kaltseite an die Wärmeübertragungseinheit 40 mit dem thermoelektrischen Generator 400 angeschlossen, die im Betrieb von einem Zwischenmedium 32 des Zwischenkreislaufs 30 durchströmt werden. Der Zwischenkreislauf 30 dient zur Wärmeübertragung von dem Wärmeträgermedium 52 auf das Zwischenmedium 32 mittels der Wärmeübertragungseinheit 40 und von dem Zwischenmedium 32 auf den Medienstrom, insbesondere der Umgebungsluft, mittels der Wärmetauschvorrichtung 420.

Fig. 6 zeigt in einem Blockschaltbild unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten mit alternativen Wärmequellen 60 mit Wärmeträgermedien 52 und dem Kreislauf 12 entweder in einem Hochtemperatur-ORC-Prozess oder einem Niedertemperatur- ORC-Prozess unter Einbindung des thermoelektrischen Generators 400 als Wärmetauscheinrichtung 402. Als Wärmequellen 60 können beispielsweise Industrieprozesse dienen, wobei Abwärme z. B. mit einem Gasstrom mit Temperaturen von beispielsweise 800 °C abtransportiert wird. Weiterhin kann Biomasse oder können Reststoffe verfeuert werden, wobei die Feuerung, beispielsweise mittels deren Abgas, Temperaturen von etwa 1000 °C zur Einkopplung in den ORC-Kreislauf bereitstellt. Weiterhin kann Biogas beispielsweise mittels eines Verbrennungsmotors unter Erzeugung von Abgas von z. B. 475 °C umgesetzt werden. Eine weitere vorteilhafte Wärmequelle 60 besteht in der Rückverstrom ung von Wasserstoff und/oder Synthesegas beispielsweise aus Power-to-heat-Anwendungen mittels einer (Mikro- )Gasturbine, wobei Abgas von z. B. rund 600 °C entsteht. So entstandene thermodynamische Gesamtsysteme wie beispielsweise eine Gasturbine in Kombination mit der Energiewandelanordnung 10 (z. B. mit dem ORC-Kreislauf) mit eingebundenem thermoelektrischen Generator 400 können vorteilhafterweise deutlich in ihrem Wirkungsgrad gesteigert werden. Auch im mobilen Bereich kann beispielsweise bei Schiffsantrieben oder im Verkehr eine Effizienzsteigerung erzielt werden.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Energiewandelanordnung 10, wobei die Wärmeübertragungseinheit 40 mit dem thermoelektrischen Generator 400 in einem Wärmeträger-Zwischenkreislauf 54 angeordnet ist. Dabei ist die Wärmeübertragungseinheit 40 auf der Heißseite thermisch an die Wärmequelle 60 gekoppelt, beispielsweise zur Durchströmung mit einem ausgehend von der Wärmequelle 60 geführten weiteren Wärmeträgermedium 62. Auf der Kaltseite ist die Wärmeübertragungseinheit 40 in dem Wärmeträger-Zwischenkreislauf 54 angeordnet. So erfolgt im Betrieb eine Wärmeübertragung von der Wärmequelle 60, z. B. mittels des weiteren Wärmeträgermediums 62, auf das Wärmeträgermedium 52. Mittels des Wärmeträgermediums 52 wird die Wärme an die Verdampfereinheit 26 des Kreislaufs 12 übertragen.

Fig. 8 zeigt in einem Blockschaltbild unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten mit alternativen Wärmequellen 60 mit weiteren Wärmeträgermedien 62 mit dem Kreislauf 12 entweder im Hochtemperatur-ORC-Prozess oder Niedertemperatur-ORC-Prozess unter Einbindung des thermoelektrischen Generators 400 zwischen der Wärmequelle 60 und dem Wärmeträger-Zwischenkreislauf 54. Zusätzlich zu den in Fig. 6 angegebenen Wärmequellen 60 lassen sich mit dem Wärmeträger-Zwischenkreislauf 54 vorteilhaft weitere Wärmequellen 60 mit Wärmeträgermedien 62 nutzen, wie Solarther- mie mit Thermoöl aufweisend eine Prozesstemperatur von beispielsweise rund 450 °C oder Geothermie mit Dampf oder Heißwasser aufweisend eine Prozesstemperatur von beispielsweise rund 300 °C oder 200 °C.

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Energiewandelanordnung 10 mit alternativen und/oder kombinierbaren Anordnungsmöglichkeiten der Wärmeübertragungseinheit 40 und weiteren Wärmeübertragungseinheiten 40' umfassend den thermoelektrischen Generator 400. Dabei ist beispielsweise die Wärmeübertragungseinheit 40 mit dem thermoelektrischen Generator 400 auf der Kaltseite in dem Wärmeträger-Zwischenkreislauf 54 angeordnet und auf der Heißseite thermisch an die Wärmequelle 60 gekoppelt. So erfolgt im Betrieb eine Wärmeübertragung von der Wärmequelle 60 auf das Wärmeträgermedium 52. Mittels des Wärmeträgermediums 52 wird die Wärme an die Verdampfereinheit 26 des Kreislaufs 12 übertragen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Wärmeübertragungseinheit 40 als Vorwärmer 23 in dem Kühlkreislauf 22 angeordnet sein und auf der Kaltseite von dem Kühlmedium 220 durchströmt werden und auf der Heißseite an eine Wärmequelle, beispielsweise die Wärmequelle 60 (z. B. mittels eines weiteren Wärmeträger-Zwischenkreises 64), zur Erwärmung des Kühlmediums 220 thermisch angekoppelt sein. Auf diese Weise kann die in die Wärmesenke 24 eingetragene Wärmemenge vorteilhaft erhöht werden.

Weiterhin kann eine weitere Wärmeübertragungseinheit 40' als Regenerator 16 oder Rekuperator ausgebildet und angeordnet sein. Auf der Heißseite ist die weitere Wärmeübertragungseinheit 40' zwischen der Entspannungseinheit 14 und der Kondensatoreinheit 20 und auf der Kaltseite zwischen der Kondensatoreinheit 20 und der Verdampfereinheit 26 angeordnet. Auf diese Weise kann im Betrieb eine kreislaufin- terne Wärmerückgewinnung aus dem Arbeitsmedium 13 erfolgen. Der thermoelektrische Generator 400 ist dabei als Gas-Flüssig-Wärmetauscheinrichtung 402 ausgebildet, wobei sich das Arbeitsmedium 13, gegebenenfalls jeweils, im Phasenübergang befinden kann.

Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Ausbildung der Kondensatoreinheit 20 als weitere Wärmeübertragungseinheit 40' umfassend den thermoelektrischen Generator 400 und gegebenenfalls die zweite Wärmetauscheinrichtung 404 vorteilhaft möglich. Die einzelnen Anordnungsmöglichkeiten der Wärmeübertragungseinheit 40 mit dem thermoelektrischen Generator 400 können alternativ und/oder einander ergänzend realisiert sein.

Bezugszeichenliste

10 Energieumwandelanordnung

12 Kreislauf

13 Arbeitsmedium

14 Entspannungseinheit

140 Generator

16 Regenerator

18 Fördereinheit

20 Kondensatoreinheit

22 Kühlkreislauf

220 Kühlmedium

222 Umgebung

23 Vorwärmer

24 Wärmesenke

26 Verdampfereinheit

30 Zwischenkreislauf

32 Zwischenmedium

40, 40‘ Wärmeübertragungseinheit

400 Thermoelektrischer Generator

402 Wärmetauscheinrichtung

404 Zweite Wärmetauscheinrichtung

42 Luftstrom

420 Wärmetauschvorrichtung

50 Strömungspfad des Wärmeträgermediums

52 Wärmeträgermedium

54 Wärmeträger-Zwischenkreislauf

60 Wärmequelle

62 weiteres Wärmeträgermedium

64 weiterer Wärmeträger-Zwischenkreis

70 Temperatur

72 Entropie

80 Beimischungsanordnung

Claims

Ansprüche

1. Energiewandelanordnung (10) zur Generierung einer anderen Energieform, insbesondere von elektrischer Energie und/oder Bewegungsenergie, aus zugeführter Wärme mittels eines in einem Kreislauf (12) der Energiewandelanordnung (10) geführten, insbesondere organischen, Arbeitsmediums (13), wobei in dem Kreislauf (12) angeordnet sind:

- eine Entspannungseinheit (14), insbesondere eine Turbine, zur Entspannung des verdampften Arbeitsmediums (13), insbesondere mit einem Generator (140) zur Generierung elektrischer Energie,

- eine stromauf der Entspannungseinheit (14) angeordnete Verdampfereinheit (26) zur Verdampfung des Arbeitsmediums (13) unter Wärmezufuhr aus einer Wärmequelle (60) und

- eine stromab der Entspannungseinheit (14) angeordnete Kondensatoreinheit (20) zur Verflüssigung des Arbeitsmediums (13), wobei die Energiewandelanordnung (10) weiterhin einen thermoelektrischen Generator (400) umfasst, der in zumindest eine Wärmeübertragungseinheit (40) der Energiewandelanordnung (10) integriert ist, wobei der thermoelektrische Generator (400) eine Wärmetauscheinrichtung (402) der Wärmeübertragungseinheit (40) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (40) nicht von dem Arbeitsmedium (13) durchströmbar oder durchströmt in der Energiewandelanordnung (10) angeordnet ist.

2. Energiewandelanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (400) zumindest zwei, insbesondere alternierend zueinander angeordnete, Strömungskanäle oder Gruppen von Strömungskanälen umfasst, wobei ein Strömungskanal oder die eine Gruppe eine Kaltseite bildet und mit einem Medium geringerer Eintrittstemperatur durch- strömbar ist und der andere Strömungskanal oder die andere Gruppe eine Heißseite bildet und mit einem Medium höherer Eintrittstemperatur durchström- bar ist, und wobei zwischen den Strömungskanälen oder den Gruppen von Strömungskanälen thermoelektrisches Material von zwischen den Medien übertragener Wärme durchströmbar angeordnet ist.

3. Energiewandelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wärmeübertragungseinheit (40) neben dem thermoelektrischen Generator (400) zumindest eine zweite Wärmetauscheinrichtung (404) umfasst, die insbesondere stromab des thermoelektrischen Generators (400) angeordnet ist.

4. Energiewandelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (400) in Gegenstrombauweise, Kreuzstrombauweise und/oder Gleichstrombauweise ausgebildet ist.

5. Energiewandelanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmetauscheinrichtung (404) in Gegenstrombauweise ausgebildet ist.

6. Energiewandelanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (400) und die zweite Wärmetauscheinrichtung (404) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und/oder insbesondere die Gruppen von Strömungskanälen einander entsprechend ausgebildet sind.

7. Energiewandelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Wärmeübertragungseinheit (40‘) die Verdampfereinheit (26) bildet.

8. Energiewandelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfereinheit (26) zur Verdampfung des Arbeitsmediums (13) mittels von der Wärmequelle (60) bereitgestellter Wärme ausgebildet ist, wobei die Wärme mittels eines Wärmeträgermediums (52) an das Arbeitsmedium (13) übertragbar oder übertragen ist, wobei die Verdampfereinheit (26) auf der Heißseite in einem Strömungspfad (50) des Wärmeträgermediums (52) von dem Wärmeträgermedium (52) durchströmbar, auf der Kaltseite von dem Arbeitsmedium (13) durchströmbar angeordnet und ausgebildet ist.

9. Energiewandelanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (40) auf der Heißseite in dem Strömungspfad (50) des Wärmeträgermediums (52) stromauf der Verdampfereinheit (26) von dem Wärmeträgermedium (52) durchströmbar und/oder auf der Kaltseite nicht von dem Arbeitsmedium (13) durchströmbar oder durchströmt angeordnet ist.

10. Energiewandelanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (40) auf der Kaltseite in thermischer Kopplung zu einem weiteren, bei Eintritt kälteren, Medium, insbesondere einem aus der Umgebung der Wärmeübertragungseinheit (40) zugeführten Luftstrom (42), angeordnet und ausgebildet ist.

11 . Energiewandelanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Wärmeübertragungseinheit (40) zur thermischen Kopplung zu dem kälteren Medium eine Wärmetauschvorrichtung (420) und ein Zwischenkreislauf (30) vorhanden sind, wobei der Zwischenkreislauf (30) an der Kaltseite der Wärmeübertragungseinheit (40) und an der Heißseite der Wärmetauschvorrichtung (420) zu deren Durchströmung angeordnet ist, zur Wärmeübertragung von dem Wärmeträgermedium (52) auf ein Zwischenmedium (32) mittels der Wärmeübertragungseinheit (40) und von dem Zwischenmedium auf das Medium mittels der Wärmetauschvorrichtung (420).

12. Energiewandelanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Medium nach Wärmeaufnahme aus dem Wärmeträgermedium (52) stromab der Wärmeübertragungseinheit (40) dem Wärmeträgermedium (52) zur Bildung eines Gesamtstroms zuführbar oder zugeführt ist.

13. Energiewandelanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungspfad (50) des Wärmeträgermediums (52) in einem Wärme- träger-Zwischenkreislauf (54) angeordnet ist, wobei die Wärmeübertragungseinheit (40) auf der Heißseite seitens der Wärmequelle (60) und auf der Kaltseite in dem Wärmeträger-Zwischenkreislauf (54) angeordnet ist, zur Wärmeübertragung von der Wärmequelle (60) auf das Wärmeträgermedium (52) in dem Wärmeträger-Zwischenkreislauf (54).

14. Energiewandelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Wärmeübertragungseinheit (40‘) auf der Heißseite zwischen der Entspannungseinheit (14) und der Kondensatoreinheit (20) und auf der Kaltseite zwischen der Kondensatoreinheit (20) und der Verdampfereinheit (26) in dem Kreislauf (13) angeordnet, zur Wärmerückgewinnung aus dem Arbeitsmedium (13), und insbesondere als Regenerator (16) oder Rekuperator ausgebildet, ist.

15. Energiewandelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiewandelanordnung (10) einen Kühlkreislauf (22) zur Kühlung der Kondensatoreinheit (20) mittels eines Kühlmediums (220) umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, die aufgenommene Wärme in einer Wärmesenke (24), insbesondere an eine zu erwärmenden Umgebung, abzugeben.

16. Energiewandelanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (40) auf der Kaltseite in dem Kühlkreislauf (22) von dem Kühlmedium (220) durchströmbar, insbesondere stromab der Kondensatoreinheit (20), angeordnet ist und auf der Heißseite thermisch an die Wärmequelle (60) und/oder eine weitere Wärmequelle von einem anderen Medium als dem Arbeitsmedium (13) durchströmbar thermisch gekoppelt ist, zur weiteren Erwärmung des Kühlmediums (220) stromauf der Wärmesenke (24), und insbesondere als Vorwärmer (23) ausgebildet ist.

17. Energiewandelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (40) die Kondensatoreinheit (20) bildet.

18. Energiewandelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator (400) als Gas-Gas- Wärmetauscheinrichtung oder als Flüssig-Gas-Wärmetauscheinrichtung oder als Flüssig-Flüssig-Wärmetauscheinrichtung angeordnet und ausgebildet ist.

19. Energiewandelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiewandelanordnung weiterhin eine Fördereinheit (18) zur Förderung des Arbeitsmediums (13) in dem Kreislauf (12) umfasst.

20. Verfahren zur Generierung einer anderen Energieform, insbesondere elektrischer Energie und/oder Bewegungsenergie, aus zugeführter Wärme mittels einer Energiewandelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein, insbesondere organisches, Arbeitsmedium (13) im Kreis geführt wird, wobei das Arbeitsmedium (13) in dem Kreislauf (12)

- über eine Verdampfereinheit (26) unter Wärmezufuhr aus einer Wärmequelle (60) verdampft wird,

- über eine Entspannungseinheit (14), insbesondere unter Generierung elektrischer Energie, entspannt wird und

- stromab der Entspannungseinheit (14) über eine Kondensatoreinheit (20) verflüssigt wird, wobei in der Energiewandelanordnung (10) ein thermoelektrischer Generator (400) betrieben wird, der in zumindest eine Wärmeübertragungseinheit (40) der Energiewandelanordnung (10) integriert ist, wobei der thermoelektrische Generator (400) eine Wärmetauscheinrichtung (402) der Wärmeübertragungseinheit (40) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinheit (40) nicht von dem Arbeitsmedium (13) in der Energiewandelanordnung (10) durchströmt wird.