четверг, 20 января 2011 г.

Electric light bulb - история создания лампы накаливания

или

Кто же изобрел электрическую лампочку?

Ответы на этот, казалось бы, простой вопрос можно услышать разные. Американцы, несомненно, будут настаивать, что это был Эдисон. Англичане скажут, что это их соотечественник Сван. Французы, возможно, вспомнят "русский свет" изобретателя Яблочкова, который начал освещать улицы и площади Парижа в 1877 году. Кто-то назовет еще одного русского изобретателя - Лодыгина. Вероятно, будут и другие ответы. Так кто же прав? Да пожалуй, все. История электрической лампочки представляет собой целую цепь открытий и изобретений, сделанных разными людьми в разное время.
Прежде чем перейти к хронологии изобретения электрической лампочки, хотелось бы отметить, а что мы подразумеваем под понятием "электрическая лампочка". Прежде всего, это источник света, прибор, устройство в котором происходит преобразование электрической энергии в световую. А вот способы преобразования могут быть разными. В XIX веке этих способов было известно несколько. Поэтому, уже тогда появились несколько типов электрических ламп: дуговые, накаливания и газоразрядные. Электрическая лампа - это техническая система, т.е. совокупность отдельных элементов, необходимых для выполнения главной полезной функции - освещения.
История появления и развития электрической лампы неотделима от истории электротехники, которая начинается с открытия электрического тока в XVIII веке. Позже, в XIX веке, по всему миру прокатилась волна открытий, связанных с электричеством. Пошла как бы цепная реакция, когда одно открытие открывало дорогу последующим. Электротехника из раздела физики выделилось в самостоятельную науку, над развитием которой работали целая плеяда ученых и изобретателей: француз Андре-Мари Ампер (фр. Andre Marie Ampere), немцы Георг Ом (нем. Georg Simon Ohm) и Генрих Герц (нем. Heinrich Rudolf Hertz), англичане Майкл Фарадей (Michael Faraday) и Джеймс Максвелл (James Maxwell) и другие.
Удивительный XIX век, заложивший основы научно-технической революции, так изменившей мир, начался с изобретения гальванического элемента - химического источника тока (вольтова столба). Этим чрезвычайно важным изобретением итальянский ученый А.Вольта встретил новый 1800 год.
А уже в 1801 году профессору Петербургской медико-хирургической академии Василию Петрову удалось уговорить начальство приобрести для своего физического кабинета мощнейшую по тем временам электрическую батарею, состоящую из 4200 пар гальванических элементов. Проводя опыты с этой батареей, Петров в 1802 году открыл электрическую дугу - яркий разряд, который возникает между сведенными на определенное расстояние угольными стержнями-электродами. Он же и предложил использовать дугу для освещения.
Однако, при практической реализации этой идеи возникло много сложностей. Опыты показали, что дуга горит ярко и устойчиво только при определенном расстоянии между электродами. А во время горения дуги угольные электроды постепенно сгорают, увеличивая дуговой промежуток. Требовался механизм-регулятор для поддержания постоянного расстояния между электродами. Изобретатели предлагали разные решения. Но все они имели тот недостаток, что нельзя было включить несколько ламп в одну цепь. Приходилось использовать для каждого светильника свой источник питания. Эту проблему решил в 1856 году изобретатель А.И.Шпаковский, создав осветительную установку с одиннадцатью дуговыми лампами, снабженными оригинальными регуляторами. Эта установка освещала Красную площадь в Москве во время коронации Александра II. В 1869 году еще один русский изобретатель В.И.Чиколев применил к дуговой лампе дифференциальный регулятор и использовал его в мощных морских прожекторах. Подобные регуляторы используются до сих пор в больших прожекторных установках. К сожалению, все регуляторы горения дуги были ненадежными и дорогими.
Решающую роль в переходе от опытов по электричеству к массовому электрическому освещению сыграл русский электротехник Павел Николаевич Яблочков [1]. Свои работы Яблочков начал в России, организовав в 1875 году в Петербурге мастерскую физических приборов. В этом же году ему и пришла идея создать простую и надежную дуговую лампу. Однако финансовый крах предприятия вынудил Яблочкова в 1876 году уехать в Париж, где он продолжил свои работы над дуговой лампой в знаменитой фирме по изготовлению часов и точных приборов Бреге (Breguet). Проблема стояла все та же - нужен был регулятор. Идея пришла как всегда неожиданно. Помог случай. Напряженно думая над этой проблемой, Яблочков зашел перекусить в небольшое парижское кафе. Пришёл официант. Яблочков, продолжая думать о своём, машинально смотрел, как тот ставит блюдо, кладёт ложку, вилку, нож... И вдруг... Яблочков резко поднялся из-за стола и пошёл к выходу. Он торопился к себе в мастерскую. Решение найдено! Простое и надёжное! Оно пришло к нему, едва он глянул на лежащие рядом, параллельно друг другу, столовые приборы.
Да, именно так надо расположить в лампе угольные электроды - не горизонтально, как во всех прежних конструкциях, а параллельно (!). Тогда оба будут выгорать совершенно одинаково, и расстояние между ними всегда будет постоянным. И никакие сложные регуляторы не нужны [2].
Парижский официант и не подозревал, что стал как бы соавтором изобретения. Но кто знает, не положи он тогда перед Яблочковым столь аккуратно нож и ложку, может, и не осенила бы изобретателя молниеносная догадка. Правда, "подсказка" официанта нашла благодатную почву. Ведь Яблочков искал своё решение даже за столиком кафе, дожидаясь заказа. Кстати, это прекрасный пример применения ассоциативного мышления в решении сложной технической задачи. С другой стороны этот случай является примером решения технической проблемы, когда идеальным устройством (в данном случае регулятором) является то, чего на самом деле нет, но функции выполняются.
Конечно, это была только идея, а не полное решение проблемы - создания недорогой и надежной лампы. Потребовалось проделать еще много работы, чтобы этого достичь. Прежде всего, при параллельном расположении электродов дуга может гореть не только на концах электродов, но и по всей их длине, а скорее всего, скатится к их основанию - к токоподводящим зажимам. Эта проблема была решена путем заполнения пространства между электродами изолятором, который постепенно сгорал вместе с электродами. Состав этого изолятора еще нужно было подобрать, что и было сделано, применив для этого глину (каолин). А как зажечь лампу? Тогда наверху, между электродами была помещена угольная тоненькая перемычка, которая сгорала в момент включения, поджигая дугу. Оставалась еще проблема неравномерного сгорания электродов, связанная с полярностью тока. Т.к. электрод "+" сгорал быстрее, его первоначально приходилось делать толще. Другим, гениальным, решением этой проблемы явилось применение переменного тока.
Конструкция дуговой лампы оказалась простой: два угольных стержня разделенные изолирующим слоем каолина и укрепленные на простой подставке, напоминающей подсвечник. Сгорали электроды равномерно, и лампа давала яркий свет, причём достаточно продолжительное время. Такая "электрическая свеча" была проста в изготовлении, и стоила дёшево. В 1876 году русский изобретатель представил свое изобретение на Лондонской выставке. А год спустя предприимчивый француз Денейруз добился учреждения акционерного общества "Общество изучения электрического освещения по методам Яблочкова". Лампы Яблочкова появились в самых посещаемых местах Парижа, на улице - Авеню де ль'Опера и на площади Оперы, а также в магазине "Лувр" тусклое газовое и жидкостное освещение заменили матовые шары, которые светились белым, мягким светом. Началось триумфальное шествие "La lumiere russe" (Русского света) по миру. За два года свеча Яблочкова завоевала весь Старый свет, распространившись на Востоке до дворцов персидского шаха и короля Камбоджи.
Рис. 1. Павел Николаевич Яблочков и его свеча.
В 1876-77 годах были получены несколько французских патентов, как на конструкцию самой лампочки, так и на системы их питания. Производство было поставлено на промышленную основу. Небольшой завод в Париже производил более 8000 свечей в день и несколько десятков электрических генераторов в месяц. Однако вскоре всему этому благополучию пришел конец. Свеча Яблочкова начала постепенно вытесняться более дешевой и долговечной лампой накаливания.
Принято считать, что изобретателем лампы накаливания является знаменитый американский изобретатель Томас Альва Эдисон (Thomas Alva Edison). 21 декабря 1879 года в газете "New York Herald" появилась статья о новом изобретении Т.А.Эдисона - "Edison's light" (Эдисоновский свет), о лампе накаливания с угольной нитью. Спустя несколько дней, 1 января 1880 г., 3 тысячи человек присутствовали в Менло-Парке (США) на демонстрации электрического освещения для домов и улиц. А 27 января того же года им был получен патент США № 223898 "Electric-Lamp" (см. рис. 2.). Все это так. Но в действительности, история с этим патентом и с лампой накаливания гораздо сложнее и интереснее.

Рис. 2. Патент Томаса А. Эдисона на электрическую лампу
Первые опыты с накаливанием проводников электрическим током проводились еще в начале XIX века английским ученым Деви (Humphry Davy). Одни из первых попыток применить накаливание проводников током, именно с целью освещения, проводились в 1844 году инженером де-Молейном, который накаливал платиновую проволоку, помещенную внутрь стеклянного шара. Эти эксперименты не приносили желаемых результатов, т.к. платиновая проволока слишком быстро переплавлялась.
В 1845 году в Лондоне Кинг заменил платину палочками угля и получил патент "Применение накаленных металлических и угольных проводников для освещения".
В 1954 году, за 25 лет до Эдисона германский часовщик Генрих Гебель представил в Нью-Йорке первые, подходящие для практического применения, лампы накаливания с угольными нитями со сроком горения около 200 часов. В качестве нити он применил обугленную бамбуковую нить толщиной 0,2 мм, помещенную в вакуум. Вместо колбы Гебель из соображений экономии использовал сначала флаконы от одеколона, а позднее - стеклянные трубки. Вакуум в стеклянной колбе он создавал путем заполнения и выливания ртути, то есть с помощью метода, применявшегося при изготовлении барометров. Созданные лампы Гебель использовал для освещения своего часового магазина. Чтобы улучшить свое финансовое положение, он разъезжал по Нью-Йорку на коляске и предлагал всем желающим посмотреть на звезды в подзорную трубу. Коляска, при этом, была украшена его лампочками. Таким образом, Гебель стал первым человеком, кто использовал свет в рекламных целях. Из-за отсутствия денег и связей германский эмигрант не смог получить патент на свою лампу с угольной нитью и о его изобретении быстро забыли.
С 1872 года Александр Николаевич Лодыгин начал в Петербурге опыты по электрическому освещению. В его первых лампах между массивными медными стержнями, расположенными в герметически закрытом стеклянном шаре, была зажата тонкая палочка угля. Несмотря на несовершенство лампы в этом же году банкир Козлов в товариществе с Лодыгиным основал общество для эксплуатации этого изобретения. Академия наук присудила Лодыгину Ломоносовскую премию в 1000 рублей. Построенные Лодыгиным лампы накаливания с угольным стержнем в 1874 году были использованы для освещения петербургского Адмиралтейства. В 1875 году во главе товарищества стал Кон, выпустивший под своим именем усовершенствованную лампу Лодыгина, спроектированную В.Ф.Дидрихсоном. В этой лампе угольки помещались в вакууме, и перегоревший уголек автоматически заменялся другим. Тремя такими лампами в течение двух месяцев освещался в 1875 году магазин белья Флорана в Петербурге, а также, по предложению П.Струве, освещались под водой кессоны при постройке Александровского моста через Неву. В 1875 году Дидрихсон начал изготовлять угольки из дерева, путем обугливания деревянных цилиндриков без доступа воздуха в графитовых тиглях, засыпанных угольным порошком. В 1876 году после смерти Кона товарищество распалось. Дальнейшее усовершенствование лампы было сделано Н.П. Булыгиным в 1876 году. В его лампе накаливался конец длинного уголька, выдвигавшегося автоматически по мере обгорания его конца. Конструкция ламп оказалась непростой и нетехнологичной в изготовлении, а поэтому недешевой, хотя постоянно подвергалась усовершенствованию.
В конце 70-х годов того же века на одной из Северо-Американских верфей строили корабли для России, и когда настало время их принимать, туда поехал лейтенант русского флота А. Н. Хотинский. Он взял с собой несколько ламп накаливания Лодыгина. Изобретение уже тогда было запатентовано во Франции, России, Бельгии, Австрии и Великобритании. Он показал русские лампы изобретателю по имени Томас Эдисон, который в то время также работал над проблемой электрического освещения. Сейчас трудно установить насколько описанное обстоятельство повлияло на изобретение Эдисона. Однако, в конце концов, благодаря его работам был совершен качественный скачок в усовершенствовании лампы накаливания. Никаких революционных изменений в лампочку Лодыгина Эдисон не внес. Его лампа представляла собой стеклянную колбу с угольной нитью, из которой выкачан воздух, правда, гораздо тщательнее, чем у Лодыгина. Но заслуга Эдисона, прежде всего в том, что он изобрел и создал надсистему для этой лампы и поставил ее производство на поток, что привело к сильному удешевлению стоимости. Он придумал для лампы винтовой цоколь и патрон к ней, изобрел предохранители, выключатели, первый счетчик энергии. Именно с лампочки Эдисона, электрическое освещение стало действительно массовым, придя в дома простых людей.
Особого внимания заслуживает подход Эдисона к решению проблемы нахождения материала для нити накаливания. Он просто пошел путем перебора всех доступных ему веществ и материалов (метод проб и ошибок). Эдисон перепробовал 6000 веществ, содержащих углерод, от обыкновенных швейных ниток, покрытых углем, до продуктов питания и смолы. Лучшим оказался бамбук, из которого был сделан футляр японского пальмового веера. На эту титаническую работу ушло около двух лет [3].
По другую сторону Атлантического океана, в Англии, примерно в тоже время что Лодыгин и Эдисон, над электрической лампочкой работал сер Джозеф Вильсон Сван (Sir Joseph Wilson Swan). В качестве элемента накала он использовал обугленную хлопковую нить и также выкачивал из колбы воздух. Сван получил Британский патент на свое устройство в 1878 году, примерно за год до Эдисона. Начиная с 1879 года, он начал устанавливать электрические лампы в английских домах. Организовав в 1881 году компанию "The Swan Electric Light Company" начал коммерческое производство ламп. Позднее Сван объединился с Эдисоном для коммерческой эксплуатации единой торговой марки "Edi-Swan".
Из сказанного следует, что у электрической лампы накаливания на самом раннем этапе было несколько изобретателей. Почти все они имели патенты. Что касается самого известного из них, американского патента Эдисона, то он был признан судом недействительным до окончания срока действия охранных прав. Суд признал, что лампа накаливания была изобретена Генрихом Гебелем за несколько десятилетий до Эдисона.
В 1890 году Лодыгин запатентовал в США лампу с металлической нитью из тугоплавких металлов - осьмия, иридия, родия, молибдена и вольфрама. Лампы Лодыгина с молибденовой нитью были выставлены на парижской выставке 1900 года и имели такой большой успех, что в 1906 году американская компания "General Electric" купила у него этот патент. Самое интересное, что компания "General Electric" была организована самим Томасом Эдисоном. На этом заочный спор великих изобретателей был закончен.
Однако совершенствование лампы накаливания на этом не закончилось. C 1909 года стали применяться лампы накаливания с зигзагообразно расположенной вольфрамовой нитью, а в 1912-13 годах появились лампы, наполненные азотом и инертными газами (Ar, Kr). И наконец, последнее усовершенствование начала XX века - вольфрамовую нить стали изготовлять, сначала, в виде спирали, а затем в форме биспирали (спирали, навитой из спирали) и триспирали. Электрическая лампа накаливания, наконец, приобрела вид, какой мы привыкли ее видеть.
Так кто же изобрел электрическую лампочку? Уже были названы имена: Петров, Шпаковский, Чиколев, Яблочков, Эдисон, Деви, Кинг, Гебель, Лодыгин, Сван. Казалось бы достаточно. Но если взять "Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона" выпущенный в начале XX века, то там можно прочесть:
Лампочки накаливания представляют собою стеклянный колпачок, из которого выкачан воздух, и где помещается угольная или металлическая нить, накаливаемая электрическим током. Угольная нить добывается обугливанием волокон бамбука (лампочки Эдисона), шелка, хлопчатой бумаги (лампочка Свана). С конца 1890-х гг. явились новые лампочки накаливания: вместо угольной нити накаливанию подвергается стерженек спрессованный из огнестойких веществ: окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампочка Нернста) или нить из металлического осмия (лампочки Ауэра) и тантала (лампочки Больтона и Фейерлейна).
Как видно появились еще новые имена - Нернст, Ауэр, Больтон, Фейерлейн. При желании, проведя более углубленный поиск, этот список можно еще пополнить.
Вероятно, искать однозначный ответ на вопрос "Кто изобрел электрическую лампочку" бессмысленно. Многие изобретатели приложили к этому свой ум, знания, труд и талант. И это касается только типов лампочек получивших развитие на начальном этапе внедрения электрического освещения: дуговых и накаливания.
Еще в самом начале развития ламп накаливания было замечено, что они имеют низкий КПД, т.е. очень небольшой процент энергии электрического тока переходит в световую энергию. Поэтому продолжались поиски других способов преобразования электрической энергии в световую, и предпринимались попытки их использования в новых типах электрических источников света. Такими источниками света стали газоразрядные лампы - приборы, в которых электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении электрического тока через газы и другие вещества (например, ртуть). Первые эксперименты с газоразрядными лампами начинались практически одновременно с лампами накаливания. В 1860 году в Англии появились первые ртутные разрядные лампы. Однако вплоть до начала XX века все эти эксперименты были немногочисленными и оставались только экспериментами, без реального практического применения. В первом десятилетии XX века, в период массового внедрения электрического освещения с помощью ламп накаливания, интенсифицируются работы над газоразрядными лампами, что приводит к ряду изобретений и открытий. В 1901 году Петер Купер Хьюит (Peter Cooper Hewitt) изобретает ртутную лампу низкого давления. В 1906 году изобретена ртутная лампа высокого давления. 1910 год - открытие галогенного цикла. Неоновая лампа была разработана французским физиком Жоржом Клауди (Georges Claude) в 1911 году и очень быстро нашла применение в рекламных целях.
В 20 - 40-е годы работы над газоразрядными лампами продолжались во многих странах, что приводило к совершенствованию уже известных типов ламп и к открытию новых. Были разработаны: натриевая лампа низкого давления, люминесцентная лампа, ксеноновая лампа и другие. В 40-е годы началось массовое применение люминесцентных ламп для освещения.
Позже были изобретены и другие типы электрических лам: натриевые высокого давления; галогенные; компактные люминесцентные; светодиодные источники света и другие. Сейчас в мире общее число типов источников света насчитывается около 2000 [4].
Не смотря на такое огромное количество типов электрических ламп, изобретательская мысль не стоит на месте. Уже известные источники света продолжают совершенствоваться. Примером  такого совершенствования, может служить создание в 1983 году компактных люминесцентных ламп, которые стали размером с обыкновенную лампу накаливания. Для их включения не требуется специальной пусковой аппаратуры, они подключаются к стандартному патрону для ламп накаливания, и самое главное, при одинаковом количестве вырабатываемого света эти лампы потребляют в несколько раз меньше электроэнергии и служат в несколько раз дольше. В последние годы такие энергосберегающие лампочки находят все большее применение, не смотря на их пока еще большую стоимость, чем у традиционных ламп накаливания.
Однако и на этом изобретательская мысль не останавливается. Почти одновременно, две американские фирмы Technical Consumer Products (TCP) и O·ZONELite выпустили на рынок флуоресцентные энергосберегающие лампочки с новыми неожиданными свойствами. Как утверждают эти производители, их лампочки Fresh2 [5] и O·ZONELite [6] (оба названия являются зарегистрированными торговыми марками) кроме освещения помещения также устраняют неприятные запахи, очищают воздух, убивают бактерии, вирусы и грибки. Разве не чудо?
Секрет в том, что лампочки покрыты двуокисью титана (TiO2), при облучении которой флуоресцентным светом возникает фотокаталитическая реакция. В ходе этой реакции выпускаются отрицательно заряженные частицы - электроны, а на их месте остаются положительно заряженные "дырки". Благодаря появлению комбинации плюсов и минусов на поверхности лампочки, содержащиеся в воздухе молекулы воды, превращаются в очень сильные окислители - радикалы гидроокиси (HO), из-за чего эти лампочки и обладают такими необычными и замечательными свойствами.

Рис. 3. Газоразрядные флуоресцентные энергосберегающие лампы Fresh2 и O•ZONELite
Рис. 3. Газоразрядные флуоресцентные энергосберегающие лам-пы Fresh2 и O•ZONELite
Как видно из рисунка 3 эти лампочки даже внешне очень похожи, да и характеристики их примерно одинаковы. Обращает на себя внимание спиралевидная форма обеих ламп. Их создатели пошли на это для увеличения светоотдачи, точно также как и их предшественники - создатели ламп накаливания. Вот уж действительно, история движется по спирали.
Можно сделать вывод, что газоразрядные лампы в последние годы завоевывают все большую популярность даже в бытовом освещении, вытесняя лампы накаливания. Они потребляют меньше энергии, так же просты в эксплуатации и могут обладать еще целым рядом замечательных и полезных свойств. Более высокая цена, которая пока еще сдерживает распространение этих ламп, компенсируется 8-10 кратной продолжительностью службы и 3-5 кратным КПД. А при более массовом производстве цена будет постепенно снижаться. А если еще учесть все возрастающие энергетические и экологические проблемы, которые вызывают увеличение стоимости электроэнергии и вынуждающие вводить жесткие меры экономии, то станет понятно, что перспективы у компактных флуоресцентных ламп самые радужные. И в ближайшие годы альтернативы у них практически нет.
Но, ни что не стоит на месте. Хотя последние 100 лет в развитии светотехники прошли под победное шествие газоразрядных ламп, появились и другие типы источников света. Наиболее перспективным сейчас представляется направление, связанное с использованием светодиодных источников света, т.к. они обладают еще большим КПД, чем газоразрядные лампы.
Первые промышленные светодиоды появились еще в 60-х годах XX века. Однако, небольшая мощность не позволяла их использовать для освещения. Они нашли применение в качестве индикаторов в различных электронных устройствах, в частности, в микрокалькуляторах, часах и других бытовых и научных приборах.
Так бы все и продолжалось, если бы человечество не столкнулось с проблемой энергосбережения. Оказалось, что на сегодняшний день, у светодиодов самый высокий процент преобразования электрической энергии в световую энергию. Нельзя было не попытаться использовать светодиоды в качестве источников света. Они и нашли, первоначально, применение в ручных электрических фонариках. К тому же, это были фонарики небольшой мощности, которые не очень сильно светили, однако были миниатюрными, что позволяло их использовать даже в качестве брелков.
Проблем у светодиодных лампочек конечно еще много. Многие из них успешно решаются, тем более что сейчас в это направление вкладывает большие деньги крупный капитал. И успехи уже налицо - в продаже уже появились энергозберегающие светодиодные лампы.

Литература
  • 1. Н.А.Капцов, Павел Николаевич Яблочков 1894-1944. ОГИЗ. Государственное издательство технико-теоретической литературы. Москва, Ленинград, 1944.
  • 2. В. Малов, Как парижский официант русскому изобретателю помог. / Спутник ЮТ - научно-популярный дайджест / №4, 2001 / http://jtdigest.narod.ru/dig4_01/offic.htm
  • 3. Я.И. Хургин, Да, нет, может быть... - Москва,: Наука, 1977, с.208
  • 4. История осветительной техники. / 2003-2005 ЗАО НПК "Далекс" / http://www.daleks.ru
  • 5. Fresh2 compact fluorescent light bulbs remove odor while emitting energy efficient light./ http://www.fresh2.com/
  • 6. The Bright Future of Indoor Air Quality! / http://www.ozonelite.com/index.html
Comments.
Представленная выше статья была задумана и написана мною уже относительно давно – в основном в 2004–2005 годы. Я достаточно быстро нашел необходимые материалы, проанализировал их, составил план и написал предварительный вариант статьи. Получилось что-то типа реферата, но который можно было переработать, и в результате могла получиться, как мне казалось, неплохая статья. Была даже мысль опубликовать её в каком либо журнале. Но продолжая искать, я находил все больше и больше интересных материалов, которые не укладывались в рамки одной статьи, и кроме того противоречили общему направлению (идеи) уже написанной статьи. Также мне попадались другие статьи про изобретение электрической лампочки, в которых вся эта история выглядела несколько иначе, а иногда совсем иначе. В результате, я прекратил работу над статьей (она логически даже осталась незавершенной), продолжая, тем не менее, искать и собирать материалы по истории создания электрической лампочки. Спустя несколько лет, я все же решил опубликовать статью в первоначальном виде. Но не в качестве примера заблуждений. В ней в основном правильно отражены те исторические события, просто взгляд на них односторонний – советский или если хотите русский, что собственно не удивительно, т.к. написана на советских и русских источниках. Но это не значит, что другие взгляды на эту историю не односторонние. Подобной однобокостью страдали не только летописцы советской эпохи. Американцы, например, мифотворчеству подвержены не меньше. Мне, к сожалению, не удалось найти ни одной статьи или книги, в которой бы в полной мере и правдиво были отражены те исторические события. Возможно, я плохо искал, а может, эта книга еще не написана.
И, тем не менее, статья (сообщение) опубликована. Она не лучше, но и не хуже других. Но к ней (статье) мне еще придется вернуться – прокомментировать спорные моменты и дополнить другими материалами, которых действительно много. Как видимо, мне не раз еще придется вернуться и к самой теме “электрическая лампочка”.

    воскресенье, 16 января 2011 г.

    Японская фирма Loopwing и ее тихие ветряки

    Образованная в 2003 году небольшая японская фирма Loopwing Co.,Ltd избрала направлением своей деятельности альтернативные источники энергии, что в настоящее время является популярным, а самое главное, чрезвычайно перспективным направлением, учитывая глобальные экологические проблемы, проявляющиеся сейчас и которые будут усиливаться уже в ближайшем будущем. А если говорить конкретнее, Loopwing разрабатывает и производит энергетические установки, в основе которых лежит малошумная турбина с оригинальными лопастями.
    В развитие технологий получения энергии из нетрадиционных источников (это, прежде всего солнечная и ветро энергетика, биотопливо и др.) в настоящее время вкладываются огромные средства, в том числе и нефтяными компаниями, которые, казалось бы, должны быть не заинтересованы в их развитии. Не имея таких средств (на июль 2008 года капитал компании составлял 47,5 миллионов иен или примерно 576 тысяч долларов) компания взялась за разработку ветряных турбин небольшой мощности с целью приспособить их к использованию в городских условиях, и даже на крышах домов. Основная проблема применения ветряных электростанций вблизи жилья – это шум, а если устанавливать их на крышах домов, то к шуму прибавляется вибрация. Им удалось решить обе эти проблемы, создав ветряную турбину оригинальной конструкции с очень низким уровнем шума и вибрации. Кроме того, эта турбина имеет привлекательный внешний вид, что для городских условий является очень важным фактором. Не случайно, поэтому, в 2006 году она завоевала приз на конкурсе Good Design Award. Диаметр ротора модели LoopWing e1500 составляет всего 1,5 метра, а масса всей установки - 82 килограмма. При ветре 8 м/с LoopWing производит 1316 кВт-часов в год, а мощность генератора при этом равна 168 ваттам. При 12 м/с его мощность возрастает до 438 ватт. Кроме того, аппарат обладает высоким КПД равным 43%, что является очень высоким показателем для любых ветроэнергетических установок.


    Ветроэнергетическая установка от фирмы Loopwing Co Ltd завоевавшая приз Good Design Award
    Разумеется, обладая довольно скромными характеристиками, такая установка не годится для автономного питания квартиры или дома. Её назначение – экономия электроэнергии. Работая через специальный инвертор и бытовой электрический счетчик с централизованной электрической сетью, установка LoopWing уменьшает количество энергии потребленной из сети квартирой или домом. Фактически, владелец дома (квартиры) платит за разность между потребленным и произведенным количеством электроэнергии.
    Нельзя сказать, что компания Loopwing является пионером в разработке таких ветроэнергетических установок. Подобные системы продвигают на рынок с различным успехом и другие фирмы. Существует различные названия для таких установок, которые отражают не столько их конструктивные особенности, сколько маркетинговую политику фирм-производителей по их продвижению на рынок. Вот лишь некоторые из них:
    Британская фирма Renewable Devices ltd предлагает системы под торговой маркой SWIFT Rooftop Wind Energy System.

    Ветряные турбины SWIFT от Renewable Devices ltd
    Американская компания из Далласа BroadStar Wind Systems предлагает свои Urban wind турбины для установки на крышах зданий.

    Urban wind турбины от BroadStar Wind Systems
    Еще одна американская компания из Калифорнии AeroVironment продвигает свои ветряные турбины под торговой маркой Architectural Wind™.
    Установленные на краю крыши ветряные турбины AVX400 производства AeroVironment
    И подобных предложений достаточно много, но для примера, пожалуй, хватит и представленных.
    Практически везде, главными проблемами при внедрении таких ветроэнергетических установок являются не технические, а организационные вопросы. Приходится преодолевать бюрократические препоны в виде различных согласований с местными властями и энергопоставляющими компаниями. Позиция местных властей отчасти объясняется соблюдением экологических, архитектурных  и других норм. Утверждается также, что общее количество установленных альтернативных энергетических мощностей не должно превышать 20 - 30% от всех мощностей, установленных на данной территории. И за этим лимитом также надо следить. Энергетические компании объясняют своё нежелание давать разрешения на установку подобных систем сложностью учёта электроэнергии и взаиморасчетов с потребителями, которые неожиданно стали производителями энергии. Но, по сути, они просто не хотят иметь конкурентов на энергетическом рынке.
    С учетом всех этих трудностей, не отказываясь от внедрения своих энергетических установок в домах и зданиях – как основной цели, фирма Loopwing ищет и находит другие места для использования своих оригинальных разработок. Говоря языком маркетинга, Loopwing ищет другие сегменты рынка для своей продукции.
    Так был разработан высокотехнологичный уличный фонарь, в котором экономичные светодиодные лампочки питаются от аккумуляторов, которые в свою очередь заряжаются от ветряной турбины и солнечной батареи. Как не трудно догадаться, такой фонарь стоит дорого. И не смотря на то, что он использует бесплатную энергию, не каждый город может позволить себе такую роскошь. Однако при правильной рекламной компании, сыграв например, на любви японцев к природе, можно убедить муниципальные власти на покупку подобных фонарей для установки на улицах своих городов.

    Городской уличный фонарь – Street Light Unit TRONC
    При благоприятных условиях, можно продать и большие партии таких установок, как это удалось, например, еще одному производителю экологически чистых уличных фонарей, японской фирме Matsushita Ecology Systems Co, являющейся подразделением компании Matsushita (торговая марка Panasonic). Их фонари освещали олимпиаду в Афинах в 2004 году и всемирную выставку EXPO 2005 в японской префектуре Аити. Как видно, направление, или сегмент выбран правильно.
    Но на этом не стоит останавливаться. И в поисках новых областей применения (если хотите сегментов рынка) своей технологии фирма Loopwing обращается, как ни странно, к игрушкам. Как известно, современные игрушечные автомобили потребляют довольно много энергии, и поэтому во многих из них, вместо батареек используются аккумуляторы. Но их надо заряжать, используя при этом энергию из электрической сети. А почему бы не использовать небольшой ветрогенератор для зарядки аккумуляторов. И вот появляется первый пример. В содружестве с известным японским производителем игрушек – фирмой TAMIYA выпушен и поступил в продажу обучающий конструктор “Ветряная мини-электростанция с машинкой” (Loopwing Wind Power Generator Set).  Вначале следует собрать этот ветряк диаметром 263 мм. Затем на нем закрепляется трёхколёсная машинка, и все вместе выставляется на подоконник или балкон. Можно просто взять в руки эту мини-станцию и пробежать с ней – ротор будет крутиться, и заряжать аккумулятор. При скорости ветра 5 метров в секунду на зарядку автомобиля необходимо хотя бы 5 минут, и машинка сможет ездить 1-2 мин. Полностью заряженному металл-гидридному аккумулятору энергии хватит на 3,5 часа работы.
    Обучающий конструктор Loopwing Wind Power Generator Set
    Сама машинка очень проста. На ней нет даже дистанционного управления. Но задача этой игрушки, прежде всего обучающая. Кроме того, в процессе игры происходит экологическое воспитание подрастающего поколения. Но и это не самое главное. Вероятно доход для фирмы Loopwing от продажи этих игрушечных ветряков не очень большой. Однако предлагая детям этот конструктор, Loopwing воспитывает своих будущих покупателей, по сути, проводит долгосрочную рекламную компанию.
    В последние годы компания активно ведет работы по применению своих замечательных турбин в гидроэнергетике, но также в альтернативной ее области – энергии морских течений и приливов (ocean current turbine), а также энергии малых рек (small hydro electric generator). Но эти работы находятся только в начальной стадии, и время рассказывать о них еще не пришло.

    Минору Есида (Minoru Yoshida) и его Fluid Machine


    Можно сказать, что благополучие фирмы Loopwing основывается на одном изобретении (идее), автором которого является основатель и теперешний руководитель (Representative Director) фирмы - Минору Есида (Minoru Yoshida).
    Получив степень бакалавра по прикладной физике в университете Окаяма (Okayama University of Science), Есида начал свою карьеру в Nakashima Propeller Co., Ltd, где работал над созданием гребных винтов с низким уровнем шума для подводных лодок по заказу министерства обороны Японии. Затем возглавлял отделение компании в Сингапуре, был техническим директором Japan Wind Development Co.,Ltd, членом правления Garrad Hassan Japan, а также членом технического комитета Japan Electrical Manufacturer's Association (JEMA). Приобретя большой опыт научно-исследовательской и руководящей работы, Минору Есида основывает в 2003 году Loopwing Co., Ltd.
    В основе практически всей продукции (всех разработок) фирмы Loopwing лежит изобретение Минору Есиды, которое представляет собой оригинальную турбину с составными (из трех частей) лопастями. Есть на это изобретение и патенты. В США это патент №7018167, который называется Fluid machinery. Вот фрагмент из реферата этого патента:
    An object is to improve the durability of wings and suppress vibration of the wings and generation of noise. A fluid machine includes a rotatably supported wing support, and a plurality of wings ( 21 ) formed on the wing support at a plurality of circumferential locations and protruding radially outward. The wings ( 21 ) each include a first wing element extending radially outward from a first attachment position on the wing support, a second wing element extending radially outward from a second attachment position on the wing support, and a third wing element connecting the first and second wing elements. In this case, the first and second wing elements are formed in such a manner to protrude radially outward from the wing support, and are mutually connected by means of the third wing element.


    Рисунок из патента США № 7018167 - Fluid machinery
    Фирма Loopwing может служить хорошим примером, когда для продвижения изобретения (идеи) создается предприятие, вся деятельность которого на этом одном изобретении только и держится. Конечно, это не очень хорошо. Для инновационной фирмы надо вести одновременно 2 – 3 направления, и иметь несколько идей в запасе. Но бывает, как видно, успешным и такой вариант ведения бизнеса. Вероятно, это говорит о высоком потенциале изобретения Минору Есида.

    четверг, 6 января 2011 г.

    Barnard, Bishop & Barnard

    Поводом для этого сообщения послужила книга, вернее каталог, который я нашел в сервисе Google Книги. Называется он Illustrirter Katalog der Pariser Industrie-Ausstellung von 1867, или если по-русски: Иллюстрированный каталог Парижской Промышленной Выставки 1867 года.
    Выставка промышленная, но представленные в этом каталоге образцы (изделия), с современной точки зрения, кроме как произведениями искусства назвать нельзя. Можно только смотреть и наслаждаться видом всех этих вещей. Мысли при этом созерцании приходят разные. Например, как примитивны, в большинстве своем, вещи и обстановка, которая нас окружает. Или, куда нас завел Прогресс и массовое производство. Еще одна мысль – к такому уровню производства мы уже ни когда не вернемся, и ни когда что-то подобное уже не создадим. И еще много чего приходит в голову. Но не надо сильно увлекаться, мысли, как и мечты, могут увести далеко, и часто не туда куда надо и хочется. Лучше продолжу.
     Не могу не привести, в качестве примеров, несколько рисунков из этого каталога.
    Бронзовые изделия из Парижа
    Камин работы Laperche, Париж
    Серебро работы Howell, James and co., Лондон
    Резная мебель из Берлина
    Можно было бы и больше, но, пожалуй, хватит. Вещи, представленные в каталоге замечательные, но в большинстве своем, с точки зрения изобретательства, обыкновенные. Т.е. изделий на уровне изобретений в каталоге нет. По крайней мере, мне так представляется. И к тематике данного блога все это отношения не имеет.
    Но на странице 97 каталога представлены изделия из железа работы фирмы Barnard, Bishops and Barnard из Норвича (Великобритания).
    Schmiedearbeit von Barnard, Bishops and Barnard, Norwich
    На рисунке изображены изумительные по красоте железные ворота (забор, ограждение) с великолепным тонким кружевным орнаментом, включающие в себя, как литые изделия из чугуна, так и кованые элементы (листья и цветы).
    С точки зрения технологии производства, даже для своего времени, ни чего революционного. Однако, в данном случае меня заинтересовало не столько это, пусть и великолепное, изделие, сколько фирма, которое его произвела - Barnard, Bishop & Barnard.
    В своем сообщении Сhain-link fencing, сетка-рабица, Rabitzgewebe я уже упоминал эту фирму, которая организовала первое машинное производство плетеной металлической сетки.
    Основателем этой фирмы был Чарльз Бернард (1804-1871), который начал свой бизнес в 1826 году как торговец железными и скобяными изделиями (Ironmonger), нефтепродуктами и красками в помещениях вблизи Норвичского рынка. К 1840 году он добавил к розничной торговле небольшой цех в Поттергейте (Pottergate), где начал производить железные изделия и инструменты для бытовых и сельскохозяйственных целей. В 1846 году Джон Бишоп (John Bishop), из Санкт-Ives (St. Ives), стал партнером Чарльза Барнарда, и быстро растущий бизнес потребовал перемещение работ в более просторные помещения. В 1859 году два старших сына Бернарда стали партнерами, и фирма получила окончательное наименование Barnard, Bishop & Barnard. В переписи 1861 года Чарльз Бернард был указан в качестве собственника фабрики, где были заняты 105 рабочих, 47 мальчиков, 7 клерков и 4 продавца (shopmen). Раннее процветание фирмы базировалось на производстве бытовой и садовой техники. Вот, например, замечательное садовая скамейка с тентом для защиты от солнца.
    Sunshade Garden Chair производства Barnard, Bishop & Barnard
    Фирма просуществовала до середины 20-го века и оставила после себя много замечательных вещей, которые сейчас ценятся уже как произведения искусства, и которые, при желании, можно найти на аукционах.
    Кроме изобретения плетеной сетки и станка для её производства, на счету Barnard, Bishop & Barnard немало других интересных изобретений, связанных в основном с сельским хозяйством.
    Есть сведения, что фирма причастна также к изобретению газонокосилки. Не знаю, были ли они в этом случае первыми, но уж одними из первых это точно. У них даже есть британский патент на газонокосилку.
    1248. Charles Barnard, John Bishop, Charles Barnard, junior, and Godfrey Barnard, of the Norfolk Iron Works, Norwich, Engineers, for an invention for - “Improvements in lawn mowing and rolling machines”, 19.05.1863
    А вот фрагмент из журнала “The Journal of Horticulture, Cottage Gardener, and Country Gentleman. A magazine of gardening, rural and domestic economy, botany, and natural history” изданного в 1867 году.
    Газонокосилка производства Barnard, Bishop & Barnard
    Полагаю, что это не все изобретения и изделия, которые произвела на свет фирма Barnard, Bishop & Barnard. Но даже из того немного, что здесь приведено, можно сделать вывод, что Barnard, Bishop & Barnard оставила заметный след в истории изобретательства и промышленного производства.

    И еще одно удивительное пересечение человеческих судеб и изобретений. Упомянутый выше каталог является каталогом именно той Всемирной выставки в Париже 1867 года, на которой Карл Рабитц представлял свой проект ландшафтного сада на плоской крыше. На 204-й странице есть упоминание о нем и его проекте.  А ведь многие считают именно Карла Рабитца изобретателем плетеной сетки, которая в некоторых странах даже получила его имя. И хотя конструктивно сетки Чарльза Бернарда и Карла Рабитца разные, пионером в производстве плетеной металлической сетки все же стоит считать Бернарда и его фирму Barnard, Bishop & Barnard.