Бенджамин Франклин пеші және жылуды үнемдеу технологиялары
Franklin stove
Бенджамин Франклиннің 1742 ж. ойлап тапқан металл қабатталған камині – жылуды арттырып, түтінді азайтатын «Паенсильвания камині». Жылу беру принципі, құрылысы туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ошақтың түрі – Франклин пеші. Бұл 1742 жылы оны ойлап тапқан Бенджамин Франклиннің есімімен аталған металл қапталған от. Оның артқы жағында қуыс қалқан (оттан бөлменің ауасына көбірек жылу беру үшін) болған және оттың ыстық түтінін қалқанның айналасына тарту үшін "кері сифон" принципі қолданылған. Ол, қарапайым ашық ошаққа қарағанда, көбірек жылу мен аз түтін шығару үшін жасалған, бірақ Дэвид Риттенхаус оны жетілдіргенге дейін көп сатылмады. Оны "айналмалы пеш" немесе "Пенсильвания ошағы" деп те атайды.
Type of fireplace
The Franklin stove is a metal lined fireplace named after Benjamin Franklin, who invented it in 1742. It had a hollow baffle near the rear (to transfer more heat from the fire to a room's air) and relied on an "inverted siphon" to draw the fire's hot fumes around the baffle. It was intended to produce more heat and less smoke than an ordinary open fireplace, but it achieved few sales until it was improved by David Rittenhouse. It is also known as a "circulating stove" or the "Pennsylvania fireplace".
Тарих
Франклиннің пешінің екі ерекше белгісі – іші қуыс баффл (оттың түтін ағынын бағыттайтын металл панель) және кері сифон қызметін атқаратын түтін шығару құбыры болды.
The two distinguishing features of Franklin's stove were a hollow baffle (a metal panel that directed the flow of the fire's fumes) and a flue that acted as an upside down siphon.
Шатырдағы баффлер
Баффлерлер бөлменің ауасы немесе оттың түтіндерінің арналар арқылы өту жолын ұзарту үшін қолданылды, соның арқасында бөлменің ауа температурасына немесе оттың түтіндеріне көбірек жылу берілуге мүмкіндік туды. Атап айтқанда, оттың айналасындағы кірпіш қабырғалардың ішіне арналар орнатылуы мүмкін еді; салқын бөлме ауасы арнаның төменгі жағынан кіріп, арнаның ыстық қабырғаларымен қыздырылып, көтеріліп, содан кейін арнаның жоғарғы жағынан шығып, бөлмеге қайта оралатын еді. Ауа ағуының жолы қаншалықты ұзын болса, оттан ауаға берілетін жылу да соншалықты көп болар еді. Сол сияқты, оттың түтіндерінің түтін шығару құбырына (түтіндікке) жету үшін қаншалықты ұзын жолдан өтуі керек болса, соғұрлым көп жылу бөлменің ауасына берілер еді. От пен оның түтінінен көбірек жылу алу үшін баффлерлерді пайдалану – жаңалық емес еді. 1618 жылы Франц Кесслер (шамамен 1580-1650) Германияның Франкфурт-на-Майне қаласында «Holzsparkunst» (Ағаш үнемдеу өнері) атты кітабын жариялады, онда түтіндері бес камера арқылы тікелей түтін шығару құбырына (түтіндікке) дейін иіліп өтетін пеш суреттелген. Кесслер сондай-ақ Франклин пеші сияқты, оттың артында тікелей баффлер орналасқан жабық жылыту пешін сипаттады, осылайша түтіндердің түтін шығару құбырына (түтіндікке) жету үшін өтуі керек жолды ұзартты. 1624 жылы француз дәрігері Луи Савот (1579-1640) Луврде салған от орны (камин) туралы мәлімдеді. Ошақтың астынан, артынан және үстінен арналар өтті. Бөлмедегі салқын ауа арнаның төменгі тесігінен кіріп, жылынып, көтеріліп, арнаның жоғарғы тесігі арқылы бөлмеге қайта оралды. 1713 жылы француз Николас Гогер (шамамен 1680-1730) «La Mécanique du Feu» (Оттың механикасы) атты кітабын жариялады, онда ол от орындарының (каминдердің) жаңа дизайндарын ұсынды. Гогер ошақты қуыс кеңістіктермен қоршады. Бұл кеңістіктердің ішінде баффлерлер орналасқан еді. Бөлмедегі салқын ауа төменгі тесіктер арқылы кеңістіктерге кіріп, кеңістіктегі баффлерлердің айналасынан иіліп өтіп, жоғарғы тесіктер арқылы бөлмеге қайта оралды. Франклиннің пешінде, пештің ішінде және артқы жағына жақын орналасқан қуыс баффлер болды. Баффлер кең, бірақ жұқа, құйма темірден жасалған қорап болды, оның төменгі жағы бөлменің ауасына, ал жоғарғы жағында екі тесігі болды. Ауа қораптың түбінен кіріп, оттан және қораптың алдыңғы және артқы жағынан ағып жатқан түтіннен қыздырылды. Содан кейін жылы ауа баффлердің ішінде көтеріліп, баффлердің қабырғасындағы тесіктер арқылы шықты. Франклиннің баффлері кем дегенде екі функцияны орындады: Кесслердің жылыту пеші сияқты, ол оттың түтіндерінің түтін шығару құбырына (түтіндікке) жету үшін өтуі керек жолды ұзартты, бұл түтіндерден көбірек жылу алуға мүмкіндік берді; және Гогердің от орны (камині) сияқты, ол оттың жанында бөлменің ауасын конвекция арқылы қыздыратын арнаны орналастырды.
Baffles were used to lengthen the path that either a room's air or a fire's fumes had to flow through ductwork, thereby allowing more heat to be transferred to the room's air temperatures or from the fire's fumes. Specifically, ducts could be installed within the brickwork around a hearth; cool room air would then enter the lower end of a duct, be heated by the hot walls of the duct, rise, and finally exit from the duct's upper end, and return to the room. The longer the path through which the air flowed, the more heat would be transferred from the fire to the air. Similarly, the longer the duct through which a fire's fumes had to flow before reaching the chimney, the more heat would be transferred from the fumes to the room's air. The use of baffles to extract more heat from a fire and its fumes was not new. In 1618, Franz Kessler (c. 1580–1650) of Frankfurt am Main, Germany published Holzsparkunst (The Art of Saving Wood), featuring a stove in which the fumes from a fire were forced to snake through five chambers, one above the other, before entering the chimney. Kessler also documented an enclosed heating stove that, like Franklin's stove, had a baffle directly behind the fire, thereby lengthening the path that the fire's fumes had to travel before reaching the chimney. In 1624, a French physician, Louis Savot (1579–1640), described a fireplace that he had built in the Louvre. Ducts passed under, behind, and above the fire in the hearth. Cool air in the room entered the lower opening of a duct, was warmed, rose, and returned to the room through the duct's upper opening. In 1713, Frenchman Nicolas Gauger (c. 1680–1730) published a book, La Mécanique du Feu (The Mechanics of Fire), in which he presented novel designs for fireplaces. Gauger surrounded the hearth with hollow spaces. Inside these spaces were baffles. Cool room air entered the spaces through lower openings, was warmed as it snaked around the baffles in the spaces, and returned to the room through upper openings. In Franklin's stove, a hollow baffle was positioned inside and near the rear of the stove. The baffle was a wide but thin cast iron box, which was open to the room's air at its bottom and two holes on its sides, near its top. Air entered the bottom of the box and was heated both by the fire and by the fumes flowing over the front and back of the box. The warmed air then rose inside the baffle and exited through the holes in the baffle's sides. Franklin's baffle thus performed at least two functions: like Kessler's heating stove, it lengthened the path that the fire's fumes had to follow before reaching the chimney, allowing more heat to be extracted from the fumes; and like Gauger's fireplace, it placed a duct near the fire, which heated the room's air via convection.
Шамдардағы кері сифондар
Кейбір ерте тәжірибешілердің пікірінше, егер каминдегі от U пішіндес түтік арқылы түтінге қосылса, түтін арқылы көтерілетін ыстық газдар оттың түтіні мен буын алдымен U пішіндес түтіктің бір жағынан төмен қарай, содан кейін екінші жағынан және түтін арқылы жоғары қарай тартар еді. Франклин мұны «әуе сифоны» немесе «кері сифон» деп атады. Бұл кері сифон оттың ыстық буын Франклин пешінің ішіне орналасқан қалқаншаның алдыңғы және артқы жағына тарту үшін қолданылды, осылайша будан мүмкіндігінше көп жылу алуға болады. Мұндай кері сифонның ең ерте мысалы 1618 жылғы Франц Кесслердің камині болды. От керамикалық қорапта жанып тұрды. Қораптың ішінде және оттың артында қалқанша орналасқан. Қалқанша оттың буын қалқаншадан төмен түсіріп, содан кейін түтінге шығуға мәжбүр етті. Мақсат – будың түтінге жету жолын ұзарту арқылы одан мүмкіндігінше көп жылу алу. 1678 жылғы Принц Руперттің (1619–1682) камині де кері сифонды қамтиды. Руперт оттық пен түтін арасына ілініп тұратын темір есік орнатты. Түтінге шығу үшін оттың түтіні мен буы алдымен есіктің шетінен төмен түсіп, содан кейін түтін арқылы көтерілуі керек еді. Кері сифонның тағы бір ерте мысалы – 1686 жылы Париждегі жылдық Сен-Жермен жәрмеңкесінде көрсетілген пеш. Оның ойлап тапқан авторы Андре Далесьме (1643–1727) оны «түтінсіз пеш» (furnus acapnos) деп атады. Пештің құрамында отын жағатын темір ыдыс болды. Ыдыстың түбінен түтік созылып, содан кейін түтінге дейін жетті. Ыдыста от жаққаннан кейін, ыстық ауа түтік арқылы көтеріле бастайды, содан кейін түтін арқылы жоғары көтеріледі; бұл ыдысқа төмен қарай ауа ағымын тудырып, отты және оның буын ыдысқа тартады. Ағын басталысымен, от жанғанша ол өзін-өзі сақтап тұрды. Далесьме пеші ағаш, құрбандық иісі және тіпті «мысық зәрлі көмірді» жағып, өте аз түтін мен иіс шығарды. Бұл нәтижелер үйді түтінге толтырмай, бөлмеде отты пайдалануға болатынын көрсетті. Франклин пеші оттың артында тікелей қалқаншаны қамтиды, ол оттың буын түтінге жетуден бұрын төмен ағып кетуіне мәжбүр етті. Бұл үшін пештің артындағы еденде U пішіндес түтік орнату қажет болды, сонда бу пештен түтінге ағып түседі. Осылайша Франклин пеші кері сифонды біріктірді.
Some early experimenters reasoned that if a fire in a fireplace were connected by a U shaped duct to the chimney, the hot gases ascending through the chimney would draw the fire's smoke and fumes first downwards through one leg of the U and then upwards through the other leg and the chimney. This was what Franklin called an "aerial syphon" or "syphon revers'd". This inverted siphon was used to draw the fire's hot fumes up the front and down the back of the Franklin stove's hollow baffle, in order to extract as much heat as possible from the fumes. The earliest known example of such an inverted siphon was the 1618 fireplace of Franz Kessler. The fire burned in a ceramic box. Inside the box and behind the fire was a baffle. The baffle forced the fire's fumes to descend behind the baffle before exiting to the chimney. The intention was to extract as much heat as possible from the fumes by extending the path that the fumes had to follow before they reached the chimney. The 1678 fireplace of Prince Rupert (1619–1682) also included an inverted siphon. Rupert placed a hanging iron door between the fire grate and the chimney. In order to exit through the chimney, the fire's fumes and smoke first had to descend below the edge of the door before rising through the chimney. Another early example of an inverted siphon was a stove that was exhibited in 1686 at the annual Foire Saint Germain, Paris. Its inventor, André Dalesme (1643–1727), called it a smokeless stove (furnus acapnos). The stove consisted of an iron bowl in which the fuel was burned. A pipe extended from the bowl's bottom and then upwards into a chimney. Shortly after starting a fire in the bowl, hot air would begin to rise through the pipe and then up the chimney; this created a downward draft through the bowl, which drew the fire and its fumes down into the bowl. Once the draft was initiated, it was self sustaining as long as the fire burned. Dalesme's stove could burn wood, incense, and even "coal steept in cats piss" yet produce very little smoke or smell. These results showed that fires could be used inside a room, without filling the house with smoke. Franklin's stove contained a baffle directly behind the fire, which forced the fire's fumes to flow downward before they reached the chimney. This required a U shaped duct in the floor behind the stove, so that the fumes could flow from the stove into the chimney. Thus Franklin's stove incorporated an inverted siphon.
Франклиннің зерттеулері мен әзірлемелері
Гаугердің инновациялық ошақ дизайны туралы кітабы ағылшын тіліне аударылды – Fires Improv'd: Being a New Method of Building Chimneys, So as to Prevent their Smoaking (1715) – Англияға француз иммигранты Жан Теофиль Дезагульерс (1683–1744) аударған. Дезагульердің "Эксперименталды философия курсы" (1744) кітабының постскриптумында Дезагульер тағы да Гаугердің ошақтарын қысқаша сипаттап, осы тақырыптағы өзінің жұмысын атады. Франклин Дезагульердің екі кітабын да оқып, аз түтін шығарып, көбірек жылу беретін пештің өзіндік дизайнын жасады. 1742 жылы Франклин алғашқы дизайнын аяқтады, ол голландиялық дәрігер Герман Боерхаув (1668–1738) әзірлеген, Ысқақ Ньютонның идеяларын қолдаушы, жылу туралы жаңа ғылыми концепцияларды іске қосты. Ол қажетті жабдықтарды жергілікті темір өндіруші Уильям Брэнсондан (Рединг, ПА) сатып алды. Франклин өзінің пештерін баршаға қолжетімді етуді қалап, өзінің шеберлігіне деген халықтың құрметін қастерледі және патенттерден бас тартты. Осы оқиғалардың нәтижесінде алғашқы Франклин пештері Reading пештерінде, жергілікті Ван Лир отбасына тиесілі болған жерде өндірілді. Екі жылдан кейін Франклин өзінің өнімін сату үшін дизайнын және оның жұмыс істеу принципін сипаттайтын памфлет жазды. Осы шақта Пенсильванияның вице-губернаторы Джордж Томас Франклинге дизайнын патенттеуді ұсынды, бірақ Франклин өзінің ешқандай дизайны мен өнертабысына патент алған жоқ. Ол "біз басқалардың өнертабыстарынан үлкен пайда көріп жатқандықтан, өз өнертабысымызбен басқаларға қызмет ету мүмкіндігіне қуанғандықтан, оны еркін және жомарттықпен жасауымыз керек" деп сенді. Осының нәтижесінде көптеген адамдар Франклиннің дизайнын пайдаланып, оны жақсарта алды. Оның пешінің екі мақсатқа – тамақ пісіруге және бөлмені жылытуға арналуы мүмкін болғанымен, уақыт өте келе және жаңа пештер пайда болған сайын, Франклин пешінің негізгі мақсаты бөлмені жылыту болды. Көптеген адамдар Франклин пешінің дизайнын жетілдірді, бірақ бүгінгі күнге дейін американдық ошақтың көпшілігі Франклин пешіне ұқсас, қорап тәрізді болып келеді. Бұл ретте Бенджамин Томпсон жасаған Rumford ошағы ерекшеленеді.
Gauger's book on his innovative fireplace designs was translated into English – Fires Improv'd: Being a New Method of Building Chimneys, So as to Prevent their Smoaking (1715) – by a French immigrant to England, Jean Théophile Desaguliers (1683–1744). In a postscript to Desaguliers' book A Course in Experimental Philosophy (1744), Desaguliers again briefly described Gauger's fireplaces and mentioned his own work on the subject. Franklin read both of Desaguliers' books and developed his own designs for a stove that could provide more heat with less smoke. In 1742, Franklin finished his first design which implemented new scientific concepts about heat which had been developed by the Dutch physician Herman Boerhaave (1668–1738), a proponent of Isaac Newton's ideas. He supplied his equipment from a local iron pioneer William Branson from Reading, PA. Franklin wanted his stoves to be available to everyone, relishing popular appreciation of his handiwork and eschewing patents. This combination of events led to the first Franklin stoves being manufactured by Reading furnaces, which was owned by the local Van Leer family. Two years later, Franklin wrote a pamphlet describing his design and how it operated in order to sell his product. Around this time, the deputy governor of Pennsylvania, George Thomas, made an offer to Franklin to patent his design, but Franklin never patented any of his designs and inventions. He believed "that as we enjoy great advantages from the inventions of others, we should be glad of an opportunity to serve others by any invention of ours, and this we should do freely and generously". As a result, many others were able to use Franklin's design and improve it. Although his stove was intended to have the double purpose of cooking and heating a room, as time progressed and new stove designs became available, the Franklin stove's main use became to heat a room. Many others improved on the Franklin stove design, but to this day, most American fireplaces are box shaped, similar to the Franklin stove. The exception is the Rumford fireplace, developed by Benjamin Thompson.
Пештің құрылысы
Пештің биіктігі шамамен 76 см (30 дюйм) болатын, қорап тәрізді еді. Алдыңғы жағы, қораптың жоғарғы бөлігіндегі әшекейлі панельден басқа, ашық болды. Қораптың артқы жағы, түтін шығару құбырынан (мұржадан) бірнеше сантиметр қашықтықта орналастырылуы керек еді. Төменгі панельде түтін шығу үшін бірнеше тесіктер болды; олар мұржаға жалғастырылған. Панельдер алдын ала құйылған тіреулер арқылы темір бұрандалармен бекітілді. Ішінде түтінді тесіктерге бағыттау үшін кішкентай, жұқа тіктөртбұрышты призма болды. Барлық панельдер темірден жасалған. Франклиннің пештері жақсы сатылмады. Мәселе кері сифонда еді: түтін мұржаға кірмес бұрын суық түтін шығару құбырынан (еденге орнатылған) өтуі керек еді; нәтижесінде түтін тым суып, пешке жеткілікті тяга болмады. Кері сифон от үнемі жанғанда ғана дұрыс жұмыс істейтін, түтін шығару құбырындағы температура тяга тудыру үшін жеткілікті болу керек еді. Кейінірек, Дэвид Риттенхаус жасаған нұсқасы Франклиннің алғашқы пешінің көптеген кемшіліктерін жойды және танымал болды. Дегенмен, Франклиннің даңқы Риттенхаустыкін басып өтті, сондықтан тарих Франклин пешін, емес Риттенхаус пешін еске алады. Латробтың кішкентай пештері, көбінесе Балтимор жылытқышы деп аталатын, 1846 жылы патенттелді және кең таралды.
The stove was about 30 inches (76 cm) tall, with a box shape. The front was open, except for a decorative panel in the upper part of the box. The back of the box was to be placed a few inches away from the flue (chimney). On the bottom panel there were several holes to allow the smoke to escape; these were connected to the chimney. The panels were bolted together with iron screws through pre cast ears. Inside there was a small, thin rectangular prism that would force the smoke into the holes. The plates were all made from iron. Franklin's stove sold poorly. The problem lay with the inverted siphon: the smoke had to pass through a cold flue (which was set in the floor) before the smoke could enter the chimney; consequently, the smoke cooled too much and the stove did not have a good draft. The inverted siphon would operate properly only if the fire burned constantly, so that the temperature in the flue was high enough to produce a draft. A later version, designed by David Rittenhouse, solved many of the problems Franklin's original stove had, and became popular. Franklin's fame outweighed Rittenhouse's, though, so history remembers the Franklin Stove rather than the Rittenhouse Stove. The smaller Latrobe stove, often referred to as a Baltimore Heater, was patented in 1846 and became popular.