Současný svět je energeticky velmi náročný. K nejstarším přírodním tzv. obnovitelným zdrojům energie patří voda. Například naše vltavská kaskáda má instalovaný elektrický výkon téměř 760 MW a většinou se zde uplatňují Kaplanovy turbíny. Na naší planetě však nejsou pouze velké vodní toky s velkými spády, ale také potoky nebo pomalé říčky s velmi malými spády. A právě tento nevyužitý energetický potenciál nedal spát jednomu českému vědci - Miroslavu Sedláčkovi, který ve stylu fenomenálního renezančního vynálezce Leonarda da Vinci vymyslel zcela novou fungující konstrukci, která nemá ve světě obdoby. Miroslav Sedláček nazval svoji turbínu odvalovací tekutinový stroj.
Každoročně vyhlašuje Evropský patentový úřad (EPO) prestižní mezinárodní soutěž Evropský vynálezce roku. Letos nezávislá mezinárodní porota vybírala z více než 400 přihlášených vynálezců. Mezi třemi finalisty v kategorii Výzkum byl i český vynálezce doc. Ing. Miroslav Sedláček, CSc. (65) - vědec a vysokoškolský pedagog ze Stavební fakulty Českého vysokého učení technického v Praze. Přestože nakonec 9. června v portugalském Lisabonu hlavní cenu nezískal, byla to skvělá reprezentace České republiky na poli vynálezectví. Redakce časopisu Elektro požádala pana Sedláčka o rozhovor, ve kterém mu položila několik otázek týkajících se nejen jeho turbíny.
- Jak přišel Miroslav Sedláček - původem ekonom - na nápad s odvalovací turbínou?
Jestli se dlouhou dobu budete zajímat o nějakou fyzikální souvislost, protože jste ji jednou viděl v přírodě jako náhodný úkaz, a máte jako já alespoň určité technické vzdělání na učňovské škole, tak se může stát, že vám ten náhodný úkaz nedá spát. Můj vynález vznikl jako výsledek pozorování přírodního jevu, kdy se za určitých okolností začnou ve vodním víru plovoucí předměty odvalovat (koulet). Sami se můžeme přesvědčit, že například ve vodním víru, který vznikl v nějaké přirozeně vytvořené tůni, se plovoucí věci občas koulí podél její vnitřní stěny. A od tohoto zjištění již nebylo daleko ke konstrukci vodního motoru, kde rotorem je koule a "tůní" výtokový konfuzor. Tedy dutý válec, který se od svého vstupního průřezu pozvolna zužuje.
- Od nápadu k realizaci je dlouhá cesta. Jaká byla ta Vaše?
Moje cesta od nápadu k realizaci byla ve skutečnosti krátká. Během zhruba jednoho roku od pozorování odvalovacího principu jsem si vyrobil první model turbíny a vyzkoušel jsem ho. Rotorem byla malá koule a statorem, tedy výtokovým konfuzorem, trychtýř s vrcholovým úhlem asi 10°. A nový stroj fungoval. Rotor se odvaloval po vnitřní stěně konfuzoru a v důsledku toho se otáčel kolem svojí osy.
- Jak jste se dozvěděl, že tento Váš vynález je naprosto originální?
A teď se dostáváme k jedné z velmi podstatných souvislostí mého vynálezu. Po potvrzení skutečnosti, že předměty uvnitř výtokového konfuzoru se při obíhání podél jeho vnitřní stěny otáčí s určitým výkonem, zahájil jsem získávání patentové ochrany na podobu stroje, ve kterém by se tento princip odvalování využíval. Zároveň se ukázalo, že proudění tekutin mezi povrchem rotujícího a současně precesně se pohybujícího rotoru odvalovacího stroje a vnitřním povrchem jeho výtokového konfuzoru je zcela nové a není prozatím v odborné literatuře popsáno a vysvětleno. Necelé dva roky po podání první patentové přihlášky jsem začal spolupracovat se slovenským vědcem doc. Ing. Stanislavem Hostinem, PhD, kterého mé řešení velmi zaujalo, a společně jsme toto proudění pracovně nazvali odvalovacím jevem. Neexistující teoretická interpretace fungování odvalovacího jevu se stala pozitivním faktorem při patentování podstaty stroje i jeho následných zdokonalení. Zároveň však novost principu znamenala velkou překážku a různé komplikace při uvádění odvalovací turbíny do praxe, protože nebylo možné snadno sestrojit a optimalizovat určité konkrétní verze odvalovacích bezlopatkových turbín. Patentová ochrana odvalovacích strojů se tedy po čase ukázala být velmi důležitá. Jestliže různé patentové instituce na celém světě, na prvním místě Světová organizace pro duševní vlastnictví (WIPO), ve svých rešerších potvrzovaly, že konkrétní podoba stroje nikde není známá a zároveň i princip, na kterém stroj pracuje, se v databázích neobjevuje, byl to nejlepší důkaz jeho novosti. Jako první jsem získal český patent s názvem Kulová vodní turbína, který obsahoval definici podstaty odvalovacího stroje jako takového, kdy rotorem je pravidelná koule, která je roztáčena protékající kapalinou tím způsobem, že je odvalována po vnitřní stěně konfuzoru. Po tomto patentu pak následovala řada dalších domácích i zahraničních ochranných dokumentů, které představovaly různé aplikační podoby využití bezlopatkových turbín.
- Našel jste podporu pro další zkoumání a testování? A když ano, tak kde?
Ano, velkou podporu jsem obdržel nejdříve od občanského sdružení Aqua Energia z Bratislavy, jehož jsem byl členem. Podařilo se nám získat projekt Phare Energy a na jeho základě jsme spolupracovali při měření naší turbíny se Slovenskou akademií věd a také se společností ČKD Blansko. Bylo to pro nás mimořádně plodné a povzbudivé období. Materiální a odbornou podporu jsme získali také od společnosti Mechanika Králův Dvůr, s. r. o., která se mnoho let věnovala zakázkové výrobě odvalovacích turbín s průměrem rotoru 120 mm a kotlových verzí s průměrem rotoru do 200 mm. Později jsem obdržel velkou podporu také z ČVUT, když jsme řešili výzkumný úkol o udržitelnosti rozvoje územních celků. V rámci tohoto výzkumu jsme zpracovali patentovou přihlášku s názvem Fluid turbine, která se stala posléze základem mojí nominace mezi nejlepší vynálezce Evropy v kategorii Výzkum. Mimořádný podíl na tomto našem nominačním úspěchu má rektorát ČVUT, který nás podporoval v úsilí o prezentaci a mezinárodní představení naší zdokonalené odvalovací turbíny.
- Dokázal jste přesvědčit vědce z akademické obce o fyzikálním principu fungování Vaší turbíny?
Prozatím nebyla teorie fungování odvalovacího jevu zcela zpracována. Já osobně jsem nedokázal vědecké obci předložit teoretické vysvětlení principu. Požádal jsem odborníky o pomoc a věřím, že nebude dlouho trvat a nastane situace, kdy právě díky přesným teoretickým formulacím bude možné odvalovací stroje optimalizovat a konstruovat pro předem zadané parametry.
- Jaké jsou základní technické a ekonomické parametry odvalovacích turbín (účinnost, výkon, spolehlivost, životnost, poměr ceny a výkonu atd.)?
Odvalovací turbíny prozatím nedosahují velkých výkonů. Největší turbína s průměrem rotoru 600 mm byla před lety instalovaná na Berounce a její mechanický výkon byl ca 2 kW (obr. 2). Nevykazují ani příliš vysokou účinnost. Avšak musíme si v této souvislosti uvědomit, že primárně jde o stroj určený pro okrajové parametry spádu a průtoku. Například spády od 0,5 do 1 m a průtoky v desítkách, resp. stovkách litrů vody za sekundu. Nebo velmi malé průtoky, např. pouze 5 až 15 litrů za sekundu na spádech 2 až 15 metrů. Obecně můžeme o účinnosti konstatovat, že se pohybuje v rozmezí 40 až 60 %. Při různých měřeních byly získány výsledky, které musíme přiřadit vždy k určitému tvaru rotoru a statoru, typu odvalovacího stroje - zda šlo o rotor podepřený ve statoru, nebo umístěný na závěsném zařízení atd. To je velmi důležité, protože měření optimalizované odvalovací turbíny ještě nebylo možné uskutečnit. Určující proto je, že stroj je mimořádně jednoduchý a jeho ekonomické parametry, např. poměr ceny a výkonu, jsou přibližně stejné jako u ostatních vodních turbín. Očekáváme však, že s dalším vývojem se bude tento ekonomický ukazatel zlepšovat tak, jak bude postupovat optimalizace komerčních verzí. Již zmíněná jednoduchost, že stroj má pouze precesně se pohybující rotor s hřídelí, ze které je odebírán mechanický výkon, předurčuje vysokou spolehlivost a také dlouhou životnost turbíny.
- Jak jste testoval svou odvalovací turbínu? A s jakými výsledky?
Největší objem praktických testů uskutečnila společnost Mechanika, která zjištěné skutečnosti obratem uplatňovala při výrobě dalších odvalovacích strojů. A také řešení uvedeného projektu Phare Energy obsahovalo především testování nového principu, které se kromě ČKD Blansko odehrávalo také v laboratoři na Fakultě stavební ČVUT v Praze. Také v zahraniční proběhly určité výzkumné a testovací činnosti. Například na Fachhochschule Düsseldorf dokonce naměřili na jedné naší turbíně účinnost téměř 70 %.
- Kde se Vaše odvalovací turbína uplatní v praxi?
Jsme přesvědčeni o tom, že nejlepší uplatnění naší turbíny bude na velmi nízkých spádech menších než jeden metr. Běžně známé turbíny nemohou na takovém extrémně nízkém rozdílu hladin úspěšně fungovat. To znamená, že naše odvalovací stroje mohou nalézt uplatnění jak kdekoliv ve vyspělých státech, tak i v rozvojových zemích.
- Kde by bylo možné vidět Vaši turbínu "v akci"?
Nejlepší místo pro odborné seznámení se s naší turbínou a odvalovacím principem jako takovým je v Modlanech na okraji Teplic v předváděcím sále společnosti Profi Elektro, s. r. o.
- Vaše turbína je obrovským mezinárodním úspěchem na poli vynálezectví. Možná, že jsou někde mezi námi další "Sedláčkové". Co byste jim jako úspěšný vynálezce poradil?
Myslím si, že každý se musí rozhodnout sám, když se individuálním přístupem dopracuje k něčemu neznámému. Bude-li svému "projektu" naplno věřit a bude-li mít odborné informace o tom, že jeho řešení je nové a prozatím neznámé, nesmí to vzdát. Musí pokračovat. Nesmí podlehnout iluzi, že problém již vyřešil.