Печь Франклина — это облицованный металлом камин, названный в честь Бенджамина Франклина , который изобрел его в 1742 году. [1] У него была полая перегородка около задней части (для передачи большего количества тепла от огня воздуху комнаты) и использовался «перевернутый сифон» для отвода горячих паров огня вокруг перегородки. [2] Он был предназначен для производства большего количества тепла и меньшего количества дыма, чем обычный открытый камин, но он пользовался небольшим спросом, пока его не усовершенствовал Дэвид Риттенхаус . Он также известен как «циркуляционная печь» или «камин Пенсильвании».
Двумя отличительными особенностями печи Франклина были полая перегородка (металлическая панель, направляющая поток дыма от огня) и дымоход, действовавший как перевернутый сифон .
Перегородки использовались для удлинения пути, по которому либо воздух помещения, либо дым от огня должны были проходить через воздуховоды, тем самым позволяя передавать больше тепла температуре воздуха помещения или дыму от огня. В частности, воздуховоды могли быть установлены внутри кирпичной кладки вокруг очага; затем прохладный воздух помещения поступал в нижний конец воздуховода, нагревался горячими стенками воздуховода, поднимался и, наконец, выходил из верхнего конца воздуховода и возвращался в помещение. Чем длиннее путь, по которому проходил воздух, тем больше тепла передавалось от огня воздуху. Аналогично, чем длиннее воздуховод, по которому должны были проходить дымы от огня, прежде чем достичь дымохода, тем больше тепла передавалось от дымов воздуху помещения.
Использование перегородок для извлечения большего количества тепла из огня и его дыма не было новым. В 1618 году Франц Кесслер (ок. 1580–1650) из Франкфурта-на-Майне, Германия, опубликовал Holzsparkunst ( Искусство экономии древесины ), в котором описывалась печь, в которой дым от огня был вынужден проходить через пять камер, одну над другой, прежде чем попасть в дымоход. [3] Кесслер также задокументировал закрытую отопительную печь, которая, как и печь Франклина, имела перегородку непосредственно за огнем, тем самым удлиняя путь, который дым от огня должен был пройти, прежде чем достичь дымохода. [4]
В 1624 году французский врач Луи Саво (1579–1640) описал камин, который он построил в Лувре . Воздуховоды проходили под, за и над огнем в очаге. Холодный воздух в комнате поступал в нижнее отверстие воздуховода, нагревался, поднимался и возвращался в комнату через верхнее отверстие воздуховода. [5] В 1713 году француз Николя Гоже (ок. 1680–1730) опубликовал книгу La Mécanique du Feu (Механика огня), в которой представил новые конструкции каминов. Гоже окружил очаг полыми пространствами. Внутри этих пространств находились перегородки. Холодный воздух из помещения поступал в пространства через нижние отверстия, нагревался, огибая перегородки в пространствах, и возвращался в комнату через верхние отверстия. [6]
В печи Франклина полая перегородка располагалась внутри и около задней части печи. Перегородка представляла собой широкую, но тонкую чугунную коробку, которая была открыта для воздуха комнаты снизу и имела два отверстия по бокам, около верхней части. Воздух поступал в нижнюю часть коробки и нагревался как огнем, так и парами, текущими по передней и задней части коробки. Затем нагретый воздух поднимался внутри перегородки и выходил через отверстия в боковых сторонах перегородки. [7] Таким образом, перегородка Франклина выполняла по крайней мере две функции: как и отопительная печь Кесслера, она удлиняла путь, который должны были пройти пары огня, прежде чем достичь дымохода, что позволяло извлекать больше тепла из паров; и, как и камин Гогера, она размещала воздуховод около огня, который нагревал воздух комнаты посредством конвекции.
Некоторые ранние экспериментаторы рассуждали так: если огонь в камине соединить с дымоходом U-образным каналом, то горячие газы, поднимающиеся по дымоходу, будут тянуть дым и пары огня сначала вниз через одну ножку U, а затем вверх через другую ножку и дымоход. Это было то, что Франклин называл «воздушным сифоном» или «сифоном наоборот». [8] Этот перевернутый сифон использовался для отвода горячих паров огня вверх по передней и задней части полой перегородки печи Франклина, чтобы извлечь как можно больше тепла из паров.
Самым ранним известным примером такого перевернутого сифона был камин 1618 года Франца Кесслера. [9] Огонь горел в керамической коробке. Внутри коробки и позади огня находилась перегородка. Перегородка заставляла дым огня спускаться за перегородку перед выходом в дымоход. Целью было извлечь как можно больше тепла из дыма, удлинив путь, по которому дым должен был пройти, прежде чем достичь дымохода.
Камин 1678 года принца Руперта (1619–1682) также включал перевернутый сифон. Руперт поместил подвесную железную дверцу между решеткой и дымоходом. Чтобы выйти через дымоход, дым и пары огня сначала должны были опуститься ниже края дверцы, прежде чем подняться через дымоход. [10]
Другим ранним примером перевернутого сифона была печь, которая была выставлена в 1686 году на ежегодной ярмарке Foire Saint-Germain в Париже . Ее изобретатель Андре Далем (1643–1727) назвал ее бездымной печью ( furnus acapnos ). Печь состояла из железной чаши, в которой сжигалось топливо. Труба тянулась от дна чаши и затем вверх в дымоход. Вскоре после разжигания огня в чаше горячий воздух начинал подниматься по трубе, а затем вверх по дымоходу; это создавало нисходящую тягу через чашу, которая втягивала огонь и его пары вниз в чашу. После того, как тяга была инициирована, она поддерживалась сама по себе, пока горел огонь. [11] Печь Далема могла сжигать дрова, благовония и даже «уголь, погруженный в кошачью мочу», при этом производя очень мало дыма или запаха. [12] [13] Эти результаты показали, что огонь можно разводить внутри помещения, не наполняя дом дымом.
Печь Франклина содержала перегородку прямо за огнем, которая заставляла дым от огня течь вниз, прежде чем он достигал дымохода. Это требовало U-образного канала в полу за печью, чтобы дым мог течь из печи в дымоход. Таким образом, печь Франклина включала перевернутый сифон.
Книга Гоже о его новаторских конструкциях каминов была переведена на английский язык — Fires Improv'd: Being a New Method of Building Chimneys, So as to Prevent Their Smoaking (1715) — французским иммигрантом в Англию Жаном Теофилем Дезагюлье (1683–1744). [14] В постскриптуме к книге Дезагюлье « Курс экспериментальной философии» (1744) Дезагюлье снова кратко описал камины Гоже и упомянул свою собственную работу по этой теме. [15] Франклин прочитал обе книги Дезагюлье [16] и разработал собственные конструкции печи, которая могла бы давать больше тепла с меньшим дымом.
В 1742 году Франклин закончил свой первый проект, в котором были реализованы новые научные концепции о тепле, разработанные голландским врачом Германом Бурхаве (1668–1738), сторонником идей Исаака Ньютона. [17] Он поставлял свое оборудование от местного пионера по производству железа Уильяма Брэнсона из Рединга, штат Пенсильвания. [18] Франклин хотел, чтобы его печи были доступны каждому, наслаждаясь народным признанием его ручной работы и избегая патентов . [ необходима цитата ] Такое сочетание событий привело к тому, что первые печи Франклина были изготовлены компанией Reading Furnace , которая принадлежала местной семье Ван Лир . [19] [20] [21] Два года спустя Франклин написал брошюру, описывающую его конструкцию и принцип ее работы, чтобы продать свой продукт. [22] Примерно в это же время заместитель губернатора Пенсильвании Джордж Томас сделал Франклину предложение запатентовать его конструкцию, но Франклин так и не запатентовал ни одну из своих конструкций и изобретений. Он считал, что «поскольку мы пользуемся большими преимуществами от изобретений других, мы должны быть рады возможности служить другим любым нашим изобретением, и мы должны делать это свободно и щедро». [23] В результате многие другие смогли использовать конструкцию Франклина и усовершенствовать ее. Хотя его печь была предназначена для приготовления пищи и обогрева помещения, с течением времени и появлением новых конструкций печей основным назначением печи Франклина стало отопление помещения. Многие другие усовершенствовали конструкцию печи Франклина, но и по сей день большинство американских каминов имеют форму коробки, похожую на печь Франклина. Исключением является камин Рамфорда , разработанный Бенджамином Томпсоном.
Печь была около 30 дюймов (76 см) в высоту, с коробчатой формой. Передняя часть была открыта, за исключением декоративной панели в верхней части коробки. Задняя часть коробки должна была располагаться в нескольких дюймах от дымохода (дымохода). На нижней панели было несколько отверстий для выхода дыма; они были соединены с дымоходом. Панели были скреплены вместе железными винтами через готовые уши. [24] Внутри была небольшая тонкая прямоугольная призма, которая загоняла дым в отверстия. Все пластины были сделаны из железа. [ требуется цитата ]
Печь Франклина плохо продавалась. [25] Проблема заключалась в перевернутом сифоне: дым должен был проходить через холодный дымоход (который был установлен в полу) прежде, чем дым мог попасть в дымоход; следовательно, дым слишком сильно охлаждался, и в печи не было хорошей тяги. [26] Перевернутый сифон мог работать должным образом только в том случае, если огонь горел постоянно, так что температура в дымоходе была достаточно высокой, чтобы создавать тягу.
Более поздняя версия, разработанная Дэвидом Риттенхаусом , решила многие проблемы оригинальной печи Франклина и стала популярной. Однако слава Франклина перевесила славу Риттенхауса, поэтому история помнит печь Франклина, а не печь Риттенхауса. [27] Меньшая печь Латроб , часто называемая Baltimore Heater, была запатентована в 1846 году и стала популярной.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) Обратите особое внимание на иллюстрации в конце книги.