Die Entwicklung einer Wärmekraftmaschine speziell für den TLC-Prozess orientierte sich zunächst an bekannten Lösungen, mit denen ein Arbeitsmittel durch Einwirkung von Wärmeenergie zunächst in die Höhe gehoben und dann beim Herablassen Energie gewonnen wird.
Dabei standen als Anforderung:
– die sichere Abdichtung des Arbeitsraumes
– eine p-V-Kennlinie der Arbeitsmaschine passend zur p-V-Verdampfungskennlinie des Arbeitsmittels
– ein möglichst langsamer Verlauf der Entspannungsverdampfung
– eine möglichst vollständige Umwandlung der aufgenommenen Wärmeenergie
Der TLC-Turm
Das Ergebnis dieser Arbeiten war der TLC-Turm.
Kernelement des TLC-Turms sind Leichtgewicht-Freikolben, die sich in einem Rohr aufwärts bewegen und einzelne, übereinandergestapelte, separate Bereiche für die Entspannungsverdampfung des Arbeitsmittel mit von unten nach oben abnehmendem Druck schaffen.
Das Arbeitsmittel wird dazu als heiße, unter Druck stehende Flüssigkeit zwischen zwei Freikolben am unteren Ende in das Rohr eingebracht. Im Rohr bewegen sich die Freikolben mit dem Arbeitsmittel, der sogenannte „Arbeitsbereich“, bei sich verringerndem Druck aufwärts.
Durch den langsam abnehmenden Druck beginnt das Arbeitsmittel zu verdampfen, vergrößert das Volumen des Arbeitsbereiches und drückt die oberhalb befindlichen Arbeitsbereiche nach oben.
Dieser Vorgang wiederholt sich kontinuierlich. Am oberen Ende des Rohres ist das Arbeitsmittel teilweise verdampft, der Dampf und das flüssig verbliebende Arbeitsmittel sind abgekühlt.
Anschließend wird der Arbeitsmitteldampf kondensiert und das wieder vollständig flüssige Arbeitsmittel fliesst unter Druckaufbau abwärts zu einem hydraulischen Motor, der den Flüssigkeitsdruck in Rotation und nachfolgend elektrische Energie wandelt.
Prinzipdarstellung TLC-Turm
Aufbau und Funktion des TLC-Turms ermöglichen
– eine kontinuierliche stufenlose Verringerung des Arbeitsdrucks zur Initiierung der Entspannungsverdampfung
– einen flexibel großen Arbeitsraum für die Entspannungsverdampfung
– eine selbsttätige, ideale Anpassung der Entspannungsverdampfung an die p-V-Verdampfungskennlinie des Arbeitsmittels
– eine vollständige Entspannungsverdampfung des Arbeitsmittels im TLC-Turm
– keine Dichtungsverluste durch einen nur sehr geringen Druckunterschied an den Dichtungen der Leichtgewicht-Freikolben
– die Vermeidung von Tropfenerosion oder Kavitation durch eine langsame Entspannungsverdampfung
Damit bietet der TLC-Turm optimale Voraussetzungen für eine Energiegewinnung aus Niedertemperaturwärme unter Nutzung des TLC-Prozesses.
Hohe Kosten des TLC-Turms
Für eine optimale Funktion wird allerdings eine Höhe des TLC-Turms von 200-300m benötigt. Die heutigen technischen Möglichkeiten erlauben es ohne weiteres einen TLC-Turm dieser Höhe zu errichten, jedoch führt dies zu Kosten, die in der Relation zumeist nicht zu der Menge an gewonnener Energie passen. Der Investitionsbedarf für einen TLC-Turm sinkt zwar stark mit der realisierten Leistung, bleibt aber trotzdem hoch und erlaubt nur in Ausnahmefällen das Erreichen einer Rentabilität.
Wesentlich bessere Voraussetzungen für das Erreichen von Rentabilität bietet der TLC-Rotor.