12.05.2016 13:02:00 Историй успеха

Твердотельный кулер: тульские инноваторы усовершенствовали миниатюрные системы охлаждения Пельтье

Современную электронику невозможно представить без систем охлаждения, поскольку поддержание рабочей температуры является вопросом первоочередной важности. Если для стареньких ноутбуков традиционные вентиляторы еще годятся, мощной технике их ресурса не хватает. Тульские инженеры нашли этой проблеме инновационное решение. Благодаря программе «Коммерциализация» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере завод «Кристалл» наладил производство термоэлектрических модулей на основе уникальной технологии кристаллизации.

В начале нулевых учредители «Завода «Кристалл» – Богородицкий завод технохимических изделий (БЗТХИ) и НПО «Кристалл» – имели солидный технологический багаж, которым могла похвастаться далеко не каждая российская фирма. БЗТХИ к тому моменту был основным поставщиком оптических кристаллов для Большого адронного коллайдера. А НПО «Кристалл» имел совместный патент с японским гигантом Matsushita Electric Works (ныне Panasonic) на термоэлектрические пластины, созданные методом направленной кристаллизации в узкопрофильных щелях. Термоэлектрики используют электричество для прямой транспортировки тепла – ценное качество при создании охладительных компонентов для различной техники от кондиционеров до лазеров.

Российские инженеры с коллегами из Японии, Китая, Тайваня и США стали развивать данное направление в Тульской области. В регионе к 2001 году повсеместно закрывались угольные шахты, взамен которых необходимо было срочно создавать новые рабочие места. Для БЗХТИ и НПО «Кристалл» момент оказался удачным. Основанный ими инновационный «Завод «Кристалл» выиграл федеральный конкурс в рамках программы «О государственном финансировании мероприятий по реструктуризации угольной промышленности» и получил государственную поддержку на создание инновационного производства термоэлектрических модулей (ТЭМ), присоединившись к международной отраслевой гонке. Но только поддержка Фонда содействия в дальнейшем позволила сделать из технологии рыночный конкурентоспособный продукт.

– Рынок термоэлектрических охладителей и генераторов растет высокими темпами, – рассказывает руководитель компании Евгений Бабкин. – Ежегодный прирост составляет порядка 10-15%. Большой спрос в таких областях, как телекоммуникации, промышленные лазеры высокой плотности энергий, медицине. Модули Пельтье начинают использовать даже в томографах нового поколения.

кристалл.jpg

Учитывая высокую конкуренцию со стороны США и Японии, тульские инноваторы намеренно выбрали нестандартный технологический путь. Ученым и технологам компании удалось разработать уникальный способ получения термоэлектрических материалов. В специальных графитовых контейнерах они кристаллизовали твердые растворы висмута, сурьмы, теллура и селена – основу для термоэлектрических пластин с нано- и субмикронными кластерами. Принцип действия прост: при протекании тока таких материалов поглощается энергия, что приводит к охлаждению. Особая технология, которую использовали для производства пластин на тульском «Кристалле», позволила увеличить рабочие параметры компонента, термоэлектрические свойства и повысить его надежность.

В 2013 году завод выполнил НИОКР по государственному контракту, финансируемому Министерством образования и науки РФ в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы». Завод «Кристалл» разработал коммерческую технологию получения термоэлектрических материалов высокой эффективности. Но чтобы сделать из нее готовый конкурентный продукт, требовались дополнительные инвестиции. В 2014 году тульская компания подала заявку на участие в программе Фонда содействия «Коммерциализация» и в течение 7 месяцев получила 7 млн рублей на технологическое оснащение предприятия.

– Помощь Фонда оказалась своевременной, – рассказывает Евгений Бабкин. – Она позволила создать необходимый запас производственных переделов и сократить время прототипирования опытных образцов с шести недель до двух, что стало дополнительным конкурентным преимуществом.

При поддержке Фонда содействия «Кристалл» закупил комплектующие и обновил парк оборудования, адаптировав его под выпуск уникального инновационного продукта. В 2015 году компании наладила производство ТЭМ с рабочей температурой до 150°C (для сравнения: при такой температуре закипает масло). При этом модуль размером не больше спичечного коробка обеспечивает безотказную работу в течение 30 тысяч часов. Такие компоненты оказались незаменимыми в газоанализаторах, мини-холодильниках, кондиционерах тепловозов.

Исследование канадской компании TEMTE в 2015 году подтвердило, что модули ООО «Завод «Кристалл» по количеству отводимого тепла и максимальному перепаду температур превосходят целый ряд зарубежных аналогов. В их числе такие крупные игроки рынка, как Marlow Industries (США), Laird Technologies (Англия), Ferrotec Corp (Япония), НПФ «Модуль» (Украина).

Программа «Коммерциализация» помогла тульскому заводу воплотить это преимущество в жизнь и наладить серийное производство модулей с улучшенными характеристиками. Первые партии инновационных ТЭМ поступили в продажу уже в январе 2015 года. В списке заказчиков оказался целый ряд российских компаний в лазерной, приборостроительной, аэрокосмической и других отраслях промышленности: ФГУП им. Лавочкина, ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им.Д.И. Менделеева, «НПЦ «Полюс», «НПП «Инжект», «Концерн «Вега» и другие. В 2015 году выручка от продажи инновационных модулей ООО «Завод «Кристалл» составила порядка 56 млн рублей, таким образом, вложенные средства окупились всего за год.

Инновации тульских инженеров, на которые был выделен грант Фонда, стали востребованными и за пределами страны. В 2015 году в США началось серийное производство охлаждающих кулеров нового типа для Intel Pentium 4 процессоров, основной компонент которых – модули завода «Кристалл».

– В последние годы сложилась ситуация, когда большое число компаний работает на термоэлектрическом рынке, не располагая собственной базой по производству термоэлектрического материала, – объясняет перспективы развития Евгений Бабкин. – То есть для «Кристалла» существует реальная возможность увеличить объемы реализации.

О будущем руководство тульской компании говорит с большой долей уверенности. Даже в кризисный период спрос в отраслях-заказчиках: медицине, оптоэлектронике, аэрокосмической и оборонной промышленности – остается стабильным. Поэтому завод «Кристалл» в ближайшие годы планирует удвоить объем производства и планомерно наращивать преимущество на высокотехнологичных рынках США, Кореи и Китая.