Schwerkraftkreislauf

Der Schwerkraftkreislauf (engl. heat pipe oder thermosyphon cycle) versucht spezifische, nicht nur thermodynamische, Vor- und Nachteile der geothermischen Wärmequellen ins Blickfeld zu rücken. Da die Betriebsverluste neben den thermodynamischen Problemen bei den geringen Wirkungsgraden immer stärker ins Gewicht fallen, wurde nach Möglichkeiten gesucht, die Verluste der Speisepumpe und der Förderpumpe zu eliminieren. Die großen Teufen sind spezifisch für geothermische Quellen. Aus diesem Nachteil wird ein Vorteil bzw. eine Voraussetzung zum Aufbau in der Z-Achse stark ausgedehnter Anlagen.

Akbarzadeh et al. kombinieren einen Schwerkraftkreislauf mit einem Generator. Der Schwerkraftkreislauf basiert auf der natürlichen Konvektion infolge von Dichteveränderungen und bietet sehr gute Wärme- und Massetransporteigenschaften. 1944 ließ sich Gaugler einen Wärmeübertrager patentieren, der im Wesentlichen mit dem heutigen Wärmerohr identisch war. Jedoch geriet die Technologie bis in die 60er Jahre wieder in Vergessenheit. In Zusammenhang mit dem Raumfahrtprogramm wurde es durch Grover und andere wieder entdeckt. Mittlerweile wird das Wärmerohr zur Lösung vielfältiger Probleme der Wärmeübertragung und Temperaturkontrolle genutzt.

Der grundsätzliche Aufbau besteht aus einem geschlossenem senkrechten Zylinder, der einen Verdampfer, eine Trennschicht und einen Kondensator enthält. Die Turbine ist im Bereich der Trennschicht angeordnet. Das Arbeitsmedium wird im unteren Ende des Zylinders verdampft und strömt nach oben. Hier wird der Dampf wieder kondensiert und die Flüssigkeit gelangt mit Hilfe der Schwerkraft wieder in den Verdampfer zurück. Zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator strömt der Dampf durch die Turbine, welche die Energie des Dampfes in mechanische respektive elektrische Energie umwandelt.

Akbarzadeh et al. konnten mit einer Musteranlage schon recht beachtliche Ergebnisse erzielen. Bei einer Quellentemperatur von 55 °C und einer Kondensatortemperatur von 25 °C erreichte der Prototyp einen Wirkungsgrad von 3 % und lag damit in einer Größenordnung von 33 % bezogen auf den theoretischen Carnot-Wirkungsgrad. Beachtlich sind auch die angestrebten Kosten von nur ca. 1.200 €/kW. Der größte Vorteile der vorgeschlagenen Anlage, ihre Einfachheit, ist jedoch gleichzeitig ein Hemmnis für weitere Verbesserungen, so ist z. B. die Integration eines Rekuperators kaum möglich.