Přeskočit na hlavní obsah
Přeskočit hlavičku

Přístrojové vybavení

Moderní systémy vytápění 

Stanoviště pro testování spalovacích stacionárních zdrojů

Výzkumné energetické centrum disponuje rozsáhlým experimentálním zázemím pro testování spalovacích stacionárních zdrojů. Pracoviště bylo v minulosti provozováno jako akreditovaná laboratoř pro provádění certifikačních zkoušek kotlů, přičemž kompletní technické vybavení využívané pro tuto činnost zůstává nadále k dispozici pro výzkumné, vývojové a experimentální účely. Laboratoř zahrnuje celkem šest samostatných zkušebních stanovišť pro kotle, která umožňují testování různých typů a výkonových kategorií spalovacích zařízení. Jednotlivá stanoviště jsou vybavena systémy pro odvod a měření spalin, včetně ředících tunelů, a jsou napojena na chladicí a měřicí smyčky umožňující velmi přesné stanovení tepelně-technických parametrů zařízení až do tepelného výkonu 500 kW. Součástí vybavení jsou špičkové analyzátory spalin pro kontinuální stanovení koncentrací hlavních plynných znečišťujících látek a další měřicí technika umožňující detailní charakterizaci spalovacího procesu. K dispozici jsou rovněž pokročilé systémy odběru a následné analýzy vzorků, které umožňují stanovení širokého spektra dalších znečišťujících látek ve spalinách. Díky kombinaci přesného měření provozních parametrů, emisí a tepelné bilance lze stanoviště využít nejen pro standardizované zkoušení, ale zejména pro vývoj a optimalizaci spalovacích zařízení, paliv a technologií pro snižování emisí.  

Stanoviště pro testování spalovacích stacionárních zdrojů

Pádová trubka je experimentální zařízení určené ke studiu spalování a termokinetických vlastností práškových paliv, především uhelného prášku, za přesně definovaných podmínek. Palivo je dávkováno do vertikální elektricky vyhřívané reakční komory, kterou proudí reakční plyn s nastavitelnou teplotou, koncentrací kyslíku a rychlostí proudění. Volbou místa dávkování a odběru lze měnit dobu setrvání částic v reakčním prostoru a sledovat postup jejich vyhořívání. Reakce je při odběru vzorku rychle ukončena pomocí kapalného dusíku a zachycený pevný zbytek lze následně analyzovat, například za účelem stanovení stupně vyhoření a kinetických parametrů spalovacího procesu. 

Analýza paliv

Laboratoř se zaměřuje na komplexní charakterizaci tuhých paliv, biopaliv, alternativních paliv a tuhých zbytků po spalování. Zajišťuje přípravu a homogenizaci vzorků a provádí stanovení základních palivových vlastností, zejména obsahu vody, popela, prchavé hořlaviny, spalného tepla a výhřevnosti, dále elementární analýzu uhlíku, vodíku, dusíku a síry a stanovení charakteristických teplot tavitelnosti popela. Součástí vybavení laboratoře jsou mimo jiné analyzátory LECO CHN628 a LECO AF700, kalorimetr LECO AC600 a přesná gravimetrická technika. Pro detailnější studium tepelných vlastností a chování materiálů při zahřívání je využíván také přístroj NETZSCH STA 449 F1 Jupiter umožňující termogravimetrickou analýzu (TGA), diferenční skenovací kalorimetrii (DSC) a diferenční termickou analýzu (DTA). Laboratoř tak poskytuje ucelené informace o složení, energetických vlastnostech a tepelném chování paliv a dalších pevných materiálů. 

Kalorimetrická místnost

Kalorimetrická místnost je tepelně izolovaný experimentální prostor určený ke stanovení provozních parametrů lokálních spotřebičů, jako jsou krbová kamna, akumulační krby, sporáky nebo individuálně stavěná kamna, především ke sledování průběhu jejich tepelného výkonu v čase v rozsahu do 20 kW. Princip měření je založen na tepelné bilanci vzduchu: do místnosti je přiváděno známé množství chladnějšího vzduchu a současně je odváděn vzduch ohřátý provozem zkoušeného zařízení. Z naměřeného průtoku a teplotního rozdílu je následně stanovován okamžitý tepelný výkon spotřebiče. Průtok vzduchu je udržován konstantní pomocí regulačního systému a frekvenčně řízeného ventilátoru, přičemž vnitřní povrch místnosti je opatřen odrazivou fólií omezující akumulaci tepla do její konstrukce. 

Experimentální zařízení pro testování katalyzátorů

Experimentální zařízení pro testování katalyzátorů umožňuje hodnocení jejich účinnosti za přesně definovaných a řízených podmínek simulujících složení spalin ze spalovacích zařízení. Umělé spaliny jsou připravovány smícháním ohřátého vzduchu s dusíkem, oxidem uhelnatým a vodní párou, přičemž jednotlivé složky lze regulovat tak, aby bylo dosaženo požadovaných provozních podmínek. Směs je ohřívána průmyslovými horkovzdušnými jednotkami a následně vedena do reaktoru, ve kterém je umístěn testovaný katalyzátor. Před a za katalyzátorem jsou instalována odběrová místa umožňující stanovení složení spalin a tím vyhodnocení konverze sledovaných znečišťujících látek; současně jsou monitorovány teplota, tlak a objemový průtok plynu. Zařízení je vybaveno Venturiho trubicí pro stanovení průtoku a ventilátorem umožňujícím další regulaci proudění. Uspořádání experimentální tratě tak umožňuje systematicky hodnotit aktivitu katalyzátorů při různých teplotách, průtocích a složení modelových spalin a porovnávat jejich účinnost za reprodukovatelných podmínek. Zařízení lze doplnit o reálnou spalovací jednotku umožňující testování katalyzátorů ve skutečných spalinách. 

Sorpce plynů do pevných látek

Pracoviště je vybaveno komplexním systémem pro studium sorpce plynů do pevných látek, jehož základem je vysokotlaký analyzátor SETARAM GASPRO HA využívající Sievertsovu manometrickou metodu. Zařízení umožňuje stanovení množství a rychlosti absorpce, adsorpce a desorpce plynů a provádění PCT měření, kinetických experimentů a dlouhodobých cyklických testů při tlacích až do 200 bar. Významnou oblastí využití je zejména charakterizace materiálů pro ukládání vodíku, například kovových a slitinových systémů tvořících hydridy, ale také studium sorpce CO₂ a dalších plynů. Součástí experimentálního zázemí je rovněž generátor a vysokotlaký systém pro dodávku vodíku a analytický systém SETARAM pro hmotnostně-spektrometrickou analýzu plynů, který rozšiřuje možnosti charakterizace plynné fáze během experimentů. Propojení jednotlivých zařízení umožňuje detailně sledovat sorpční kapacitu materiálů, kinetiku sorpce a desorpce, jejich stabilitu při opakovaném cyklování a změny vlastností v závislosti na teplotě a tlaku. 

Elektrostatické odlučovače a čítače částic

Pracoviště disponuje rozsáhlým experimentálním zázemím pro vývoj a testování elektrostatických odlučovačů (EO) určených zejména pro malé spalovací stacionární zdroje. Výzkum je zaměřen na optimalizaci konstrukce a provozních parametrů odlučovačů s cílem dosažení vysoké účinnosti záchytu jemných prachových částic při současném snížení energetické náročnosti zařízení; studovány jsou rovněž možnosti využití koronového výboje pro kombinované snižování koncentrací pevných částic a plynných znečišťujících látek. Pro detailní vyhodnocení účinnosti odlučování je laboratoř vybavena špičkovou aerosolovou měřicí technikou umožňující on-line stanovení početní koncentrace a velikostní distribuce částic, včetně přístrojů SMPS, APS 3321, High Resolution ELPI+, OPS 3330, AeroTrak 9000 a kondenzačních čítačů částic CPC 3772 a CPC 3775. K dispozici jsou rovněž různé systémy pro ředění aerosolů s vysokou koncentrací a zařízení pro gravimetrické a velikostně selektivní odběry částic. Díky tomuto vybavení lze charakterizovat částice přímo v horkých spalinách i v okolním ovzduší a následně hodnotit nejen jejich množství a velikost, ale také chemické složení odebraných vzorků. 

Zařízení pro testování PCM

Experimentální zařízení je určeno pro stanovení tepelně-technických vlastností v tepelně-akumulačních systémech, zejména při výzkumu materiálů využívajících citelné a latentní teplo. Pracoviště disponuje unikátně navrženými experimentálními akumulačními moduly, jejichž geometrie, vnitřní uspořádání a způsob přenosu tepla mohou být přizpůsobeny konkrétnímu akumulačnímu materiálu a požadované aplikaci. Jako teplonosné médium je využívána voda, která je vedena přes řízený ohřev do testovaného modulu, přičemž kontinuální měření průtoku a teplot na vstupu a výstupu umožňuje stanovit okamžitý tepelný výkon a množství akumulované či uvolněné energie. Zařízení umožňuje provádět řízené nabíjení a vybíjení akumulačních materiálů, sledovat jednotlivé fáze ukládání citelného a latentního tepla a realizovat také dlouhodobé cyklování materiálů a akumulačních směsí za účelem posouzení jejich tepelné stability, změn akumulační kapacity a reprodukovatelnosti chování v průběhu opakovaných cyklů. Zvláštní oblastí výzkumu jsou metastabilní phase change materials (PCM), u nichž lze studovat fázové přeměny, podchlazení, řízenou iniciaci krystalizace a následné uvolnění latentního tepla. Experimentální zázemí tak umožňuje nejen charakterizaci samotných akumulačních materiálů, ale také vývoj a optimalizaci kompletních tepelně-akumulačních modulů pro jejich budoucí praktické využití. 

Inovace a bezpečnost

Zařízení s kulovou výbuchovou komorou o objemu 1 m³

Výbuchová komora o objemu 1 m³, která umožňuje přesné stanovení výbuchových charakteristik a ověřování výsledků získaných v menší 20l komoře. Zařízení se využívá zejména pro stanovení parametrů KSt a Pmax, minimální výbušné koncentrace (MEC), mezní koncentrace kyslíku (LOC) a pro screening výbušnosti prachů.

Zařízení s kulovou výbuchovou komorou o objemu 20 l

20l kulová výbuchová komora umožňuje stanovení výbuchových a iniciačních charakteristik hořlavých prachů i hybridních směsí prachu s hořlavými plyny nebo parami, a to také za zvýšených teplot. Zařízení slouží zejména ke stanovení maximálního výbuchového tlaku Pmax a dalších parametrů výbušnosti při relativně malém množství vzorku. Výsledky jsou korigovány s ohledem na odlišnosti oproti měření v 1m³ komoře. Pro zkoušky je zpravidla potřeba minimálně 0,5 kg materiálu.

Membránová technologie pro separaci vodíku z procesních plynů

Plně automatická laboratorní jednotka umožňuje přípravu definovaných směsí H₂, CH₄ a CO a následné ověřování jejich separace pomocí výměnných membránových modulů. Zařízení umožňuje řízení tlaku a průtoku, on-line analýzu složení vstupního, permeátového a retentátového proudu a kontinuální záznam provozních dat. Slouží k charakterizaci separačních vlastností membrán a optimalizaci podmínek separace vodíku z procesních plynů.

Laboratorní jednotka pro testování PEM/AEM elektrolyzérů

Specializovaná laboratorní jednotka umožňuje testování PEM a AEM elektrolyzérů, jejich membrán, elektrod a katalytických materiálů za přesně definovaných provozních podmínek. Systém umožňuje řízení teploty, tlaku, průtoku vody a elektrického zatížení, měření produkce vodíku a kyslíku a kontinuální záznam provozních dat. Součástí je potenciostat s elektrochemickou impedanční spektroskopií (EIS), který umožňuje detailní elektrochemickou charakterizaci a hodnocení účinnosti a provozních vlastností testovaných elektrolyzérů.

Zařízení MIE-D 1,2 l pro stanovení minimální iniciační energie

Laboratorní zařízení slouží ke stanovení minimální iniciační energie (MIE) prachových disperzí podle norem EN 13821 a ISO/IEC 80079-20-2. Díky malému množství potřebného vzorku je vhodné také pro testování materiálů dostupných pouze v omezeném množství, včetně materiálů zkoumaných pro ukládání vodíku. Umožňuje přesné nastavení iniciační energie a hodnocení náchylnosti prachových směsí k zapálení elektrickou jiskrou.

Tester AIT 551 pro stanovení teploty samovznícení

Laboratorní zařízení slouží ke stanovení teploty samovznícení kapalných látek, tedy nejnižší teploty, při které se jejich páry za atmosférického tlaku vznítí bez vnějšího iniciačního zdroje. Výsledky se využívají při hodnocení požárního a výbuchového rizika, posuzování provozní bezpečnosti a zařazování látek do teplotních tříd. Zařízení umožňuje zkoušky až do teploty 850 °C a použití různých typů zkušebních nádob.