Společnost Ekologické energetické systémy s. r. o., vyvinula nový typ energetického zařízení, které je schopno současně produkovat elektrickou energii a chlad (mráz). Vzhledem ke své univerzálnosti v možnostech použití může být zařízení klasifikováno jako obnovitelný zdroj energie, ekologicky čistá pohonná jednotka, ekologicky čisté chladící (mrazící) zařízení.
Dle konstrukčního a materiálového provedení vstupního výměníku může zařízení odebírat:
- tepelnou energii z okolního prostředí (vzduchu)
- tepelnou energii při chlazení a kondenzaci par
- tepelnou energii naakumulovanou ve vodě
- tepelnou energii ze zemského povrchu
V případě nejjednoduššího a nejsnadnějšího provedení jednookruhové zařízení nasává vzduch, odebere mu tepelnou energii, kterou přemění na energii mechanickou, či elektrickou. Ze zařízení vystupuje ochlazený vzduch (až do teploty -100°C), jehož teplotu je možno regulovat, a tento je možné s výhodou použít ke chlazení či mražení určených prostor, kdy se vzduchový výstup ze zařízení jednoduchou vzduchotechnickou propojkou spojí s potřebným prostorem. Stupeň ochlazení teplonosného media je možné regulovat.
Společnost Ekologické energetické systémy s. r. o., rozpracovala dvě základní konstrukční verze. Jak je uvedeno v záložce „Historie“, bylo z technickoekonomických důvodů přikročeno pouze k rozpracování pístové a turbinové dusíkové verze. Účinnost konverze dodávané tepelné energie se pohybuje mezi 32 až 56% dle konstrukčního provedení, zda je zařízení ve verzi základní jednookruhové, či více okruhové, zda je zařízení navrženo k výrobě elektrické energie a chlad je odpadní produkt, nebo je zařízení primárně navrženo k výrobě chladu a odpadním produktem je elektrická energie, zda je zařízení vysokotlaké či nízkotlaké apod.
Vzhledem ke své univerzálnosti je možno zařízení využít v řadě oborů a činností. Může být zkonstruováno jako mobilní či stacionární, být použito téměř v jakémkoli prostředí, neboť samotné zařízení je, mimo vstupního výměníku s příslušenstvím, hermeticky izolováno od okolního prostředí. Jeho univerzálnost ale spočívá zejména ve dvou využitelných výstupech, což ale současně klade zvýšené požadavky na přesnou specifikaci již při zadávání prvotních požadavků, neboť od nich se odvíjí konstrukční provedení a použité materiály.
Některé z možností využití jsou rozpracovány, nebo navrženy v záložce Cíle a vývoj.
Pro přiblížení technického provedení je možno si představit, že v jednom izolovaném zařízení spolupracují dva automobilové spalovací motory doplněné čerpadly a sadou tepelných výměníků. Spolupráci těchto komponent zajišťuje elektronické řízení.
Předmětným zařízením je řešeno zpracování odpadního nebo rozptýleného tepla okolního prostředí, a jeho přeměnu na využitelnou elektrickou energii. Dle způsobu přeměny tepelné energie je zařízení pracovně nazýváno buď Koncentrátor energie – KE (rozptýlené teplo okolního prostředí), nebo Energetický měnič – EM (transformace tepelné energie na elektrickou, např. využití kondenzačního tepla páry v elektrárnách). Na princip termodynamického provedení Energetického měniče byl udělen čs. patent č.: 279 175.
Prvotním záměrem bylo využití patentovaného zařízení v energetice, kde by EM nahradil (bez zásahu do stávající technologie) chladící věže a kondenzační teplo chladící vody by bylo využito pro výrobu elektrické energie, což by podstatným způsobem zvýšilo tepelnou účinnost jakékoli tepelné elektrárny, dokonce by se vytvořila možnost projektovat tepelné elektrárny všeho druhu v místech bez zdroje chladící vody.
Je nutné podotknout, že realizace zařízení je náročná nejen termodynamicky, ale zejména technicky a technologicky, neboť celé zařízení je postaveno na fázových přeměnách pracovního media – v tomto případě dusíku. Na základě prvních zkušeností s realizací jednotlivých komponent a počítačových simulací bylo přikročeno k fyzické realizaci komplexního technicko-technologického demonstrátoru v pístovém provedení.
Stručný technický popis Technický popis
Energetický měnič z termodynamického hlediska tvoří cyklicky pracující uzavřený oběh, jehož hlavními technologickými skupinami jsou výměníky, odlučovač, tlakové čerpadlo, tlakové válce, expandér, generátor a regulační prvky.
Pro snadnou dosažitelnost, bezpečnost a nezávadnost byl jako pracovní látka zvolen dusík, který ale z energetického hlediska není tím nejvhodnějším. V tomto realizovaném případě pohání pístový expandér sytá pára dusíku, která expanduje do páry mokré. Pracovní teploty všech izolovaných komponent, mimo vstupního výměníku a jeho součástí, se pohybují v rozmezí 100°K (- 173°C) až 145°K (- 128°C), což klade zvýšené nároky na použité materiály. Nutnost použití nízkých teplot a nedokonalost tepelných izolací je příčinou toho, že zařízení nelze vypínat a zapínat jako běžný spalovací motor. Při uvádění do provozu je nutné příslušné komponenty zařízení nejprve prochladit, pak natlakovat a potom najíždět do provozního režimu.
Expandér je dvojčinný dvoutakt. Tlakové válce pracují v třítaktním režimu. Z tohoto důvodu nemůže být mezi expandérem a tlakovými válci přímé mechanické propojení. Tlakové čerpadlo, odlučovač a výměníky jsou průtočné a slouží i k tlumení tlakových rázů. Zpracovávané teplo je do zařízení dodáváno vstupním výměníkem a dle jeho provedení se teplo může odebírat ze vzduchu, par, vody, apod. Chlad až mráz, který při svém provozu produkuje vstupní výměník, představuje, mimo elektrické energie, další využitelný výstup ze zařízení. Dalším možným využitelným výstupem je voda, která kondenzuje ve vstupním výměníku, pokud se ve vstupním výměníku udržuje teplota pod rosným bodem.
V roce 2016 byl dokončen vývoj jak turbinového provedení, tak provedení pístové, kde v obou případech je pracovním mediem dusík a na pístové provedení byly udělwny 4 Užitné vzoiry
Koncem roku 2017 byla dokončena výroba komponent dusíkového zařízení v pístovém provedení a započata finální montáž celého zařízení. Toto zařízení je určeno jako nezávislý zdroj elektrické energie (může, ale nemusí být přifázován k rozvodným sítím) pro samostatné objekty s okamžitou spotřebou okolo 3 – 5 kWe. Vzhledem k tomu, že je pro tento účel použití třeba celoroční nepřetržitý provoz, je zařízení navrženo tak, aby bylo schopno odebírat potřebné teplo ze vzduchu i při teplotě -30 °C.
Souběžně je kompletován prototyp zařízení v turbinovém provedení s dusíkovým pracovním mediem, produkující elektrickou energii o výkonu cca 15 kWe, určené jako zdroj energie elektromobilů pro soustavné dobíjení bateriových sad. Potřebnou energii k provozu bude odebírat ve formě tepla okolního vzduchu, čímž umožní elektromobilu prakticky neomezený dojezd. Po ukončení jízdy a dobití bateriové sady je možné elektromobil připojit k rozvodné síti a dodávat do ní elektrickou energii, nebo dodávat elektrickou energii pro potřeby bytové, nebo hospodářské jednotky.