Tengu - зарядка для телефона от костра — Boomstarter. FlameStower – зарядка работает на огне костра

Разработка преобразовывает тепло в электричество

Устройство, позволяющее заряжать смартфоны и другие гаджеты даже в местах, где нет источников электроэнергии, придумал изобретатель из Уфы Айдар Хайруллин. Необычная «печь-зарядка» даёт возможность заряжать различные технологические приспособления от костра. По мнению создателей, разработка, в том числе, могла бы заинтересовать туристов.

Компактное устройство позволяет преобразовывать тепловую энергию в электрическую и, как следствие, позволяет получить необходимое электричество даже в ситуации, когда человек находится вдали от «цивилизации». При этом найти «топливо» для подобного зарядного устройства посреди леса. не представляет труда. Главной задачей, стоявшей перед изобретателем, было создание конструкции, благодаря которой к генератору поступает оптимальная температура.

Для того с помощью разработанной уфимцем технологии зарядить телефон полностью, то потребуется столько же времени, сколько и при более «традиционной» зарядке, передаёт gtrk.tv . Помимо смартфонов и планшетов, портативный генератор позволяет заряжать фонарики и другие устройства, требующие для работы электричества.

Внешне приспособление напоминает маленький мангал, на стенку которого вешается устройство, преобразующее тепло в электричество. Собрать такую конструкцию, по словам создателя, очень просто. При этом, заряжая телефон, устройством действительно можно одновременно воспользоваться почти как мангалом - к примеру, разогрев на нём чай. Смартфон или иную технику, нуждающуюся к подзарядке, можно подключить с помощью USB-порта в рамках проходившего в Самаре молодёжного формума и выиграло два гранта.

Интерес к разработке, как сообщается, уже проявили иностранцы, в том числе граждане, США и Великобритании. Также изобретение победило на конкурсе научно-технических разработок. Айдар Хайруллин предполагает, что в будущем будет налажено массовое производство необычных зарядных устройств.

Выезды на природу хороши хотя бы тем, что они хоть на какое-то время отрывают нас от телевизоров и компьютеров. Впрочем, остаются планшеты и мобильные телефоны, которые вполне нормально могут работать и за пределами цивилизации. Правда, они быстро разряжаются. Но сегодня мы расскажем про несколько устройств , которые позволят зарядить ваши мобильные девайсы , даже если до ближайшей розетки 100 километров.

Компактная печь легко собирается. Конструкция устроена так, что для горения не нужно много дров или угля - достаточно шишек, веток и других мелких горючих материалов, которых достаточно в любом лесу. Печь обеспечивает стабильную мощность и при этом выполняет свое прямое предназначение: нагревает чайники, кастрюли и котелки - литр воды, например, закипает за 7 минут, гаджет к этому времени также начнет заряжаться.

«Сегодня есть очень много гаджетов, которые нуждаются в подзарядке. В походы мы ходим на 3-4 дня, за это время аккумуляторы садятся, и гаджеты становятся бесполезными. Обидно таскать на себе камеру или другое оборудование, которое в результате никакой пользы не несет», - объясняет свою мотивацию Айдар Хайруллин. Четыре года назад он придумал, как справиться с проблемой севшей батарейки в походе, однако к оригинальному решению этой задачи пришел не сразу. Сначала он пробовал использовать существующие технологии - купил дешевый китайский внешний аккумулятор с солнечной панелью, но быстро разочаровался в нем: устройство сильно зависело от погоды и за целый день заряжало телефон всего на 5%.

Tengu

Более дорогие аккумуляторы с крупной солнечной панелью оказались эффективнее, но также работали только в ясную погоду, требовали постоянной корректировки угла наклона по отношению к солнцу, а процесс полной зарядки по-прежнему оставался очень длительным. Кроме того, эти панели были слишком громоздкими и хрупкими для того, чтобы брать их в поход.

В поисках способа эффективной зарядки гаджетов в полевых условиях Хайруллин перерыл интернет и наткнулся на информацию о радиоизотопном термоэлектрическом генераторе. Такой установлен на марсоходе Curiosity. Этот генератор использует тепловую энергию, которая выделяется в результате распада радиоактивных изотопов и преобразует ее в электрическую. Айдар решил, что преобразовывать тепло в электричество можно и на Земле и начал тесты.

В качестве источника энергии он решил использовать не радиоактивные изотопы, а более привычный огонь костра. Так пришла идея создать небольшую походную складную печку, оснащенную термоэлектрогенератором. Заказав необходимые детали, в августе 2014 года инженер собрал первый прототип. Самоделка выглядела не очень, но, тем не менее, была вполне пригодна для первых полевых тестов. «Никто не верил, что эта штука может заряжать телефон, да еще и от костра, - вспоминает реакцию товарищей Хайруллин. - Но все сработало. Печка всем понравилась и друзья просили сделать для них тоже».

Tengu

Через пару месяцев разработкой инженера заинтересовались в одном из крупных туристических сообществ во «ВКонтакте», насчитывающем 400 тыс. подписчиков. К Хайруллину обратились с просьбой написать обзор на изобретение, он согласился. Статья возглавила ТОП-10 лучших материалов, которые были опубликованы в группе в течение года, и набрала 10 тыс. лайков, что окончательно подтолкнуло изобретателя делать коммерческую версию.

На практике все оказалось сложнее, чем ожидалось. Одно дело удивить друзей, другое - создать рабочую версию продукта для продажи. Первый прототип, например, выдавал всего лишь 0,5 Вт мощности, что позволяло за час зарядить телефон примерно на 10%. Путем экспериментов мощность удалось повысить, а для корпуса был найден лучший сплав материалов - титан и нержавеющая сталь - он оказался оптимальным с точки зрения соотношения прочности и веса. Кроме того, он не ржавеет, не прогорает, его трудно согнуть. На видео-презентации Хайруллин встает на печку ногами - она легко выдерживает его вес.

Tengu

Наконец, в мае 2016 года была создана первая промышленная версия печки-генератора, которая получила название Tengu. Для ее выпуска Хайруллин решил собирать деньги краудфандингом. Разработка понравилась сообществу и на Бумстартере были собраны необходимые 700 000 рублей. Свои экземпляры необычной печки получили все, кто жертвовал, отзывы пришли положительные.

Массовое тестирование, тем не менее, выявило некоторые эксплуатационные проблемы гаджета: контроллер не всегда заряжал некоторые айфоны, а мощность гуляла, падая с пиковой до минимальной при долгом нагреве. Год был потрачен на поиск решений. Так был полностью переработан теплосъемник. Печь в итоге получила водяное охлаждение. Дело в том, что выработка электричества зависит от разности температур между разными поверхностями полупроводникового слоя в теплоэлектрогенераторе. Было два выхода, чтобы увеличивать эту разность. Но при повышении температуры, начинали гореть контроллеры, поэтому было решено охлаждать внешнюю часть. Вода делает охлаждение намного эффективнее воздуха, поэтому остановились на ней.

Tengu

Изобретатель полностью переработал и конструкцию печки. Версия 2017 года сделана из сплава титана и нержавейки и весит 1,2 кг. Высота конструкции составляет 16 см, ширина - 12 см, толщина стенок - 1 мм. Длина вместе с радиатором - 18,5 см. Теперь с ней поставляется чехол для переноски. Мощность печки-зарядки составляет стабильные 5 Вт, выход USB - 5В/1А. Длина негорючего кабеля с металлической оплеткой, который, по словам Хайруллина, «не рвется и не плавится», составляет 30 см. На конце провода - USB-порт с индикатором - он загорится зеленым цветом, когда электричества в генераторе будет достаточно для того, чтобы начать зарядку телефона. Испытания новой версии запечатлели на видео .

Комплектующие Tengu изготавливаются на восьми заводах в России и одном в США. Договориться о сотрудничестве было несложно, говорит инженер. На одном заводе создается сплав, на втором - с помощью лазера из готового сплава вырезаются детали. Третий завод поставляет канистры из алюминия, четвертый (ОАО «Уфимкабель») - делает провода. Лишь один завод в стране, название которого Хайруллин предпочел не называть, согласился делать термоэлектрические генераторы. «Технология очень сложная, изначально она применялась только в космических целях», - объясняет Хайруллин.

Tengu

Единственный иностранный поставщик - компания из Кремниевой долины - делает для печи Хайруллина контроллеры. Российские и китайские аналоги имели низкий КПД и перегревались при больших токах. С новыми контроллерами мощность печки вышла на стабильные 5 Вт, и устройство теперь гарантированно поддерживает все модели гаджетов.

Айдар Хайруллин утверждает, что аналогичных Tengu устройств с таким же уровнем эффективности в мире просто нет. Есть похожие, но это всего лишь игрушки. Они, в отличии от нашего генератора, используют элемент Пельтье. В другом известном генераторе встроен повербанк, который собственно и заряжает гаджеты, а генерация электричества только немного добавляет мощности.

В месяц команда Айдара может собирать порядка 100 печек Tengu, поскольку именно такое число термоэлектрических генераторов может производить поставщик. Окончательная сборка Tengu производится в Уфе.

Мы задали Айдару короткий блиц из наиболее типичных вопросов, которые чаще всего интересуют потенциальных заказчиков его разработки.

- Какой срок службы Tengu?
- Большинство элементов сделано из стали не подверженной коррозии. Самое хрупкое это электроника, ее производитель заявляет средний срок службы 50 лет.

- Сколько дров требуется чтобы зарядить телефон?
- За час в среднем уходит 600 грамм щепок.

- Как быстро вскипает вода в бачке?
- Вода используемая для охлаждения закипает примерно за час. Но генератор продолжает заряжать с небольшой потерей мощности. Чтобы мощность была максимальной, достаточно просто подлить холодную воду.

- Насколько ваше устройство надежно?
- Генератор практически полностью сделан из стали, он выдержит падения и даже вес человека если на него встать. Конструкция сделана так, чтобы работать в любую погоду, ей не страшен дождь, ветер и отрицательные температуры.

- Почему вы не используете модули Пельтье?
- Все просто - эти модули не выдерживают высоких температур и обладают небольшой мощностью. Мы используем собственные генераторные модули, их мощность 12 Ватт. Они предназначены для работы при высоких температурах и специализированы для выработки электроэнергии. На данный момент они производятся по заказу на заводе в России. С помощью BommStarter хотим наладить собственное производство.

Термоэлектрические эффекты были открыты в XIX веке. Первый из них обнаружил в 1821 году Томас Зеебек. Он заметил, что если нагреть проволочное кольцо, спаянное из двух разных металлов, а рядом положить компас, его стрелка отклонится. Потом ученые выяснили, что нагрев проводников заставляет электроны двигаться от холодной части к теплой, отчего возникает электрический ток.

Через три десятка лет французский ученый Жан Пельтье опустил концы двух проводников в воду, пропустил ток и увидел, что вода замерзла. Так он обнаружил обратный эффект: место соединения может нагреваться или охлаждаться в зависимости от того, в каком направлении через проводники проходит электрический ток.

Наконец, Уильям Томсон, он же лорд Кельвин, открыл третий термоэлектрический эффект: если взять вместо двух проводников один, концы которого будут нагреты до разных температур, то при протекании тока проводник будет нагреваться или охлаждаться в зависимости от направления тока.

Холодильники, партизаны и космос

На практике термоэлектричество используют двумя основными способами. Термоэлектрическое охлаждение «работает» в переносных холодильниках, применяется для охлаждения элементов в микроэлектронике, приборах для проведения микробиологических исследований.

Возможность превращать тепло в электрический ток впервые была реализована в так называемом «партизанском котелке», разработанном в Физико-техническом институте имени Иоффе во время Второй мировой войны. «Котелок» предназначался для питания партизанских радиостанций и работал от костра. Идея «партизанского котелка» используется и сегодня в аналогичных устройствах для туристов, что позволяет, например, подзарядить в походе мобильный телефон от костра. Кроме того, сейчас термоэлектричество используется в различных областях для снабжения электричеством сенсоров, датчиков и другой не очень «прожорливой» электроники.

Но эффективность термоэлектрических элементов невелика, поэтому на протяжении XX века они использовались только в узких областях, в том числе в космической технике, где они оказались очень востребованы. Маломощные, зато простые и надежные генераторы позволили впервые отправить космические аппараты далеко от Солнца, туда, где солнечные батареи бесполезны. Источником тепла служил запас плутония или другого радиоактивного вещества, и при помощи термоэлектрических эффектов выделяемое при их распаде тепло преобразуется в электричество.

Именно термоэлектрические генераторы работают на аппаратах «Вояджер» 1 и 2. «Вояджеры» были запущены в 1977 году для исследования границ Солнечной системы и межзвездной среды. Они работают до сих пор, и, по расчетам специалистов, состояния «недостаточно энергии для питания хотя бы одного научного прибора» достигнут лишь в 2025 году.

Термоэлектричество в наномасштабах

В конце XX — начале XXI века основным направлением исследований в области термоэлектричества стало изучение этого явления на наномасштабах. Ключевым моментом здесь является исследование термоэлектричества в — материалах, которые при температурах ниже так называемой «критической» начинают пропускать ток без сопротивления и, соответственно, без потерь.

«Если концы обычного, не сверхпроводящего, материала находятся при разных температурах, то между ними возникает и разность электрических потенциалов. Если замкнуть концы другим проводником, то в такой петле потечет электрический ток. В сверхпроводниках разности потенциалов быть не может, так как отсутствует электрическое сопротивление. Однако термоэлектрический ток в петле из разных сверхпроводников возникнуть может. Он создает магнитное поле, которое можно измерить», — рассказал Виктор Петрашов, руководитель группы нанофизики и нанотехнологии в департаменте физики колледжа Ройял-Холлоуэй в Лондонском университете.

Теоретически такая возможность была предсказана еще в 1970-х годах. Однако, когда магнитное поле удалось измерить на практике, возникла проблема: в эксперименте оно оказалось в сотни тысяч раз больше, чем предсказывала теория. Более того, разные эксперименты давали разные значения термоэлектрического магнитного поля.

«Возникло тупиковое положение, так как не было надежных экспериментальных данных, необходимых для построения и проверки теории», — пояснил ученый.

«Экспериментальная часть нашей работы разрешила парадокс, указала выход из тупика и позволила нам создать новую теорию, хорошо согласующуюся с экспериментом. Мы вывели новые формулы, закрывающие существенный пробел в теории термоэлектрических магнитных эффектов в сверхпроводниках», — заключил Петрашов.

Изучение термоэлектричества в наномасштабе в перспективе позволит разрабатывать альтернативные способы получения энергии, что особенно актуально, учитывая нынешнюю нестабильную ситуацию с ценами на традиционные энергоресурсы вроде нефти.

Результаты работы Петрашова и его коллег