Путь к разработке уникального аппарата был долгим и тернистым. Ему предшествовало создание уникального пористого материала на основе никеля и алюминия, полученного с помощью метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Итоги многолетнего творческого труда, выполненного на основе кооперации, подводит заведующий лабораторией физической активации отдела структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Кирдяшкин.

По заданному вектору

– Наш коллектив начал активно работать в области разработки технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, то есть получения разнообразных тугоплавких веществ непосредственно в волне горения, еще будучи в составе НИИ ПММ ТГУ, – с теплом вспоминает первые шаги в большой науке Александр Иванович. – Это направление в конце 80-х годов прошлого столетия возглавил молодой исследователь Юрий Максимов. Под его началом мы тогда достигли больших успехов, предложив заказчикам специальные виды керамики сплавов для их применения в металлургии, химической промышленности, машиностроении.

Со временем коллектив под руководством Юрия Максимова вошел в состав филиала Московского института структурной макрокинетики. В 1989-м Александру Кирдяшкину доверили руководство лабораторией физической активации. На тот момент он уже защитил кандидатскую диссертацию, четко видел перспективу развития научного коллектива, но этим планам не суждено было сбыться из-за смены в стране экономического строя. Теперь каждый выживал, как мог.

– При всем при этом мы не унывали и по-прежнему занимались техническим внедрением, – продолжает ученый. – Науки там, конечно, было немного, но мы старались поддерживать форму через актуальные разработки.

Перепрофилировавшись в практикующих технарей, томские ученые стали уделять больше внимания прикладным наукам: на их долю приходится внедрение в промышленность новых фильтров, которые по качеству нисколько не уступали немецкой керамике. Потом последовала разработка малых станций для очистки и подготовки воды, а первая опытная установка была смонтирована в селе Наумовка Томского района.

Материал для горения

В 2000 году коллектив вошел в состав Томского научного центра СО РАН. Лаборатория Александра Кирдяшкина вновь вернулась к фундаментальным исследованиям в области структурной макрокинетики, в частности к изучению материалов с их последующим применением в области горения. На основе этих исследований опубликована широкая серия научных статей в авторитетных отечественных и зарубежных издательствах. Разработчикам предстояло решить главную проблему: как повысить интенсивность газовых пламен? В качестве примера Александр Иванович приводит пламя зажигалки, которое горит, а тепла практически не отдает: горячо только сверху.

Нужен был такой материал, который позволял бы преобразовывать максимальную долю химической энергии, полученной от переработки природного газа, в энергию инфракрасного излучения. И такой состав удалось получить: сам материал представляет собой уникальный газопроницаемый сплав на основе соединения никеля и алюминия. Он способен выдерживать сильную агрессивную среду продуктов горения при высокой температуре.

– Наша задача была сделать его пористым, чтобы пламя могло проникать внутрь и передавать тепло, – поясняет ученый. – Вот такой материал мы разработали методом СВС, и, как оказалось, эта технология позволяет создавать крупногабаритные изделия с существенной экономией энергетических и материальных ресурсов.

А дальше ученые сделали большую трубу – пористый излучатель для горелки – и провели испытания в котельной установке завода приборных подшипников Томска. Это был 2008 год. Тестовые испытания длились в течение двух отопительных сезонов, на протяжении которых томские ученые смогли показать 10-процентную экономию топлива.

Но горелки сами по себе мало кому интересны, а вот готовые устройства на их основе были бы более конкурентоспособными, например газовые котлы или радиационные газовые нагреватели. Передовая разработка технологии прямого синтеза позволяет эффективно решить целый комплекс технологических проблем. В связи с этим руководство ТНЦ приняло решение о создании пилотного образца инфракрасного обогревателя мощностью в 30 киловатт, так что разработчикам предстояло подготовить к внедрению и выходу на рынок не просто отдельный компонент, а все устройство целиком.

В марте текущего года сотрудники лаборатории завершили работу по созданию конструкции инфракрасного излучателя, который по эффективности превзошел мировые аналоги: он способен преобразовывать до 70% энергии топлива в теплоизлучение.

Разработка выполнялась в кооперации ученых и инженеров Томского научного центра, в ней принимали участие к. т.н. старший научный сотрудник Анатолий Мазной, к.ф.-м.н. Владимир Китлер, ведущий инженер-конструктор Александр Гущин. Особую признательность за советы и наставническую поддержку коллектив лаборатории выражает своему учителю – заслуженному деятелю РФ профессору Юрию Михайловичу Максимову. По словам Александра Кирдяшкина, это была настоящая творческая работа.

– Область применения нашего излучателя достаточно широка, – подчеркивает завлаб. – Например, его можно применять для обогрева во время проведения уличных работ в экстремальных погодных условиях, при возведении различных строительных объектов, когда необходимо поддерживать определенную температуру. Газовые горелки актуальны в сельском хозяйстве для обработки поверхности почвы от вредителей с прижигающим эффектом, для обогрева теплиц. Их можно использовать в пищевой промышленности.

С помощью нового устройства можно будет решать вопросы обогрева большого помещения, где отсутствует электричество и другие источники тепловой энергии – достаточно иметь баллон с газом. Ну и самое главное – экологический аспект. Прототип излучателя соответствует строгим международным стандартам. К примеру, концентрация угарного газа в продуктах горения у него практически нулевая (10–20 ppm при норме 1000), а выбросы оксида азота в атмосферу не превышают 20 г/м против 60 г/м по норме.

Аппараты под конкретного заказчика

– Лабораторно-выставочный прототип 30-киловаттного излучателя мы хотим превратить в более-менее серийный продукт. Пока сделан лишь пилотный вариант, и мы планировали апробировать и реконструировать его для конкретных применений, например для сушки древесины или обогрева строительных площадок, а тут эпидемия началась, – улыбается ученый.

Весь апрель и первую декаду мая Александр Иванович находился дома, но без работы не сидел: осенью текущего года в Томске запланирован международный симпозиум, организатором которого выступает отдел структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН. Ученым, в том числе и Александру Кирдяшкину, есть что рассказать коллегам из других стран. Правда, сделать это придется в заочной форме.

– Когда с пандемией все закончится, мы приступим к длительным полевым испытаниям станции для выявления возможных недостатков, а дальше будем специализироваться и создавать ее различные модификации, – знакомит с ближайшей перспективой Александр Кирдяшкин.

На принципах международной кооперации

Ноу-хау томских ученых заинтересовались мировые исследователи, в частности ученые из Национального центрального университета (Тайвань) и Нацио­нального университета Тохоку (Япония). Сейчас идет обсуждение дальнейшего применения уникальной технологии.

Не меньший интерес к новому аппарату проявили коллеги с теплоэнергетического факультета Дальневосточного федерального университета, которые предлагают использовать инфракрасную горелку для повышения полноты сжигания низкокалорийных углей (это твердое топливо достаточно распространенно в районах Сибири и Дальнего Востока).

– Надеемся, что дальнейшее оснащение излучателя системой фото- и термоэлектрических преобразователей позволит в скором будущем сделать модуль для автономного получения электрической энергии и добиться высокой эффективности сжигания угля, что, безусловно, отразится на экологии. В частности, избавит жителей Красноярска от «черного» неба, – знакомит с планами Александр Кирдяшкин.

Кроме того, с помощью малых тепловых энергетических систем, которые преобразуют энергию, полученную от переработки природного газа, в энергию инфракрасного излучения, население Сибири и Дальнего Востока сможет получать не только недорогое тепло, но и электро­энергию.

Автор: Татьяна Абрамова

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

19 + = 22