Wentylator elektryczny – historia wynalazku

Upały zawsze stanowiły problem i ludzkość od zarania próbowała jakoś im przeciwdziałać. Pierwotnie były to metody naturalne, w miarę rozwoju cywilizacji powstała jednak potrzeba, by sztucznie wspomóc proces chłodzenia wnętrz.

Nazwa „wentylator” pochodzi od łacińskiego słowa „ventilare”, które znaczy tyle, co „wytwarzać wiatr”. Już zatem starożytni widzieli potrzebę wytwarzania go i czynili w tym kierunku próby. Najpierw by wywołać ruch powietrza w pomieszczeniu (i nie tylko) wymyślono proste konstrukcje złożone z lekkich ale szerokich powierzchni, wachlarzy zbudowanych z najróżniejszych materiałów. Machanie nimi wywoływało efekt chłodzący, wymagało jednak zazwyczaj nieustannego nakładu ludzkich sił – wachlarze wprowadzali zazwyczaj w ruch służący bądź niewolnicy, choć czyniono też próby podłączenia ich do rozmaitych napędów mechanicznych. Chiński rzemieślnik, Ding Huan, wynalazł w czasach dynastii Han wentylator obrotowy, mogący chłodzić większą przestrzeń, choć był obsługiwany tylko przez jednego człowieka. Za panowania dynastii Tang wymyślono natomiast, że można do tego celu zastosować napęd hydrauliczny. Były to jednak środki mało efektywne – by wywołać pożądany, wydajny efekt na odpowiednią skalę, mechanizmy musiały zajmować wiele miejsca i nie było łatwo je zmontować. Ludzkość poszukiwała więc wciąż lepszych rozwiązań.

Konstrukcja wentylatora

Klasyczny wentylator to rodzaj śmigła obracającego się wokół osi, dzięki czemu powietrze zasysane jest po jednej stronie i wydmuchiwane z drugiej. W nowoczesnych wentylatorach wieżowych jest ono zasysane i wydmuchiwane nie przez wirnik, tylko przez nieco bardziej skomplikowaną konstrukcję złożoną z lameli.

W Europie pierwszy projekt wentylatora sporządził ponoć, a jakże, Leonardo da Vinci. Narysował on urządzenie, które miało sprężać powietrze, a następnie wydmuchiwać je za pomocą przewodu. Jako że miało to miejsce na setki lat przed wynalezieniem elektryczności, maszyna napędzana musiała być ręcznie lub za pomocą koła wodnego. Miała za zadanie schładzać pomieszczenia lub wdmuchiwać powietrze do pieca, np. kowalskiego – tym bowiem różni się wentylator od klimatyzatora, że ten pierwszy nie musi chłodzić atmosfery w otoczeniu, a jedynie wprowadzać je w ruch, wywoływać jego przepływ, a więc także ogrzewać, tłocząc ciepłe powietrze.

Dlaczego wentylator chłodzi?

Warto bowiem zauważyć, że nawet jeśli mamy takie subiektywne wrażenie, wentylator sam w sobie nie powoduje, że temperatura powietrza w mieszkaniu się obniża (chyba że jest dodatkowo wyposażony w tego rodzaju funkcje). Natomiast przepływ powietrza, wiatr płynący z wentylatora, schładza nasz organizm. Dlaczego, jak to działa? Po pierwsze, gdy ciało osiągnie temperaturę wyższą od otoczenia, tworzy się tuż przy jego powierzchni cienka warstwa nagrzanego powietrza, działająca jak izolacja termiczna, utrudniająca oddawanie ciepła, a co za tym idzie, zapobieganie przegrzaniu samego organizmu. Strumień z wentylatora powoduje przerwanie tej bariery cieplnej, „zdmuchuje” tę warstwę, powstrzymując kumulowanie się ciepła i poprzez zawirowania odprowadza je do otoczenia. Po drugie, wzmożenie cyrkulacji powietrza przyspiesza parowanie potu, jaki wydziela przegrzane ciało, dzięki czemu reguluje ono swą temperaturę ono jeszcze szybciej.

Jak powstał wentylator elektryczny

W 1837 roku brytyjski konstruktor, William Fourness, zbudował wentylator napędzany silnikiem parowym, a w ślad za nim podążyli kolejni wynalazcy. Urządzenia te nie stały się jednak powszechne, gdyż efekty ich działania nie rekompensowały nakładów. Dopiero prąd elektryczny miał wywołać w tej dziedzinie rewolucję i uczynić wentylatory powszechnie dostępnymi.

Pierwszy wentylator produkowany seryjnie z myślą o sprzedaży rynkowej, skonstruował dr Schuyler Skaats Wheeler, innowacyjny naukowiec mający na koncie ponad tysiąc wynalazków, zwłaszcza z zakresu praktycznego zastosowania elektryczności. Był on między innymi członkiem zespołu Thomasa Edisona w okresie, gdy ten pracował nad żarówką elektryczną. Pewnego dnia Wheeler czekał na prom nad rzeką Hudson. Stojąc na przystani, zauważył, że śruba promu powoduje rozchodzenie się fal wody. Wheeler doszedł do wniosku, że ten sam mechanizm i zjawisko można wykorzystać do tworzenia fal chłodnego powietrza. Wpadł na pomysł zbudowania niewielkiego, zasilanego elektrycznie wiatraczka, który można by było postawić na biurku. Wykonany w 1882 roku prototyp był dwułopatowym wiatraczkiem napędzanym silnikiem elektrycznym. Urządzenie nie było zbyt bezpieczne w codziennym użytku, ponieważ zamontowane w nim łopatki nie były niczym osłonięte (siatkowe osłony na wiatraki zaczęto stosować dopiero w latach 20. XX wieku). Śmigła wykonane były z mosiądzu, co znacznie wpływało na koszt produkcji urządzenia, a przez to na możliwości jego sprzedaży. Dopiero masowa produkcja stali, z której zaczęto produkować elementy wentylatorów oraz rozpoczęcie masowej produkcji silników elektrycznych spopularyzowały też biurkowe wiatraki, których można było używać w mieszkaniu.

Udoskonalenia

Do 1886 roku Wheeler stopniowo więc udoskonalał to, co nazwał „buzz fan”. W tym też roku opuścił United States Electric Lighting Company Thomasa Edisona i związał się z C&C Electric Motor Company, którą pomógł zorganizować Charlesowi G. Curtisowi i Francisowi B. Crockerowi, pionierom produkcji małych silników elektrycznych. W 1888 roku powstała firma Crocker & Wheeler, wkrótce zarejestrowana jako Crocker-Wheeler Motor Company z Nowego Jorku, a następnie przekształcona w Crocker-Wheeler Company z Ampere, NJ. Doktor Wheeler był prezesem tej firmy od 1888 roku do swej śmierci w roku 1923. W 1905 został prezydentem Amerykańskiego Instytutu Inżynierów Elektryków, będąc już autorem – poza wentylatorem – projektów takich wynalazków, jak winda elektryczna czy elektryczny wóz strażacki.

W tym samym okresie, gdy Wheeler obmyślał wiatrak elektryczny, Philip Diehl skonstruował wentylator sufitowy, w którym do zasilania łopatek użył silnika maszyny do szycia Singer (Diehl pracował w firmie Singer). Do czasu wynalezienia i popularyzacji klimatyzatorów, wentylatory sufitowe stały się podstawowym typem urządzeń do schładzania powietrza w większych pomieszczeniach. Natomiast pierwszą dmuchawę z przekładnią wyprodukowała w 1908 roku spółka Eck Dynamo & Electric. Miała ona tę przewagę nad wiatrakiem, że strumień powietrza można było za jej pomocą skierować dokładnie w pożądanym kierunku. Pierwsze przenośne wentylatory w mniejszych rozmiarach zaczęto masowo produkować na początku XX wieku w Japonii. Wkrótce zdobyły one szturmem inne kraje, zwłaszcza USA. Firmy takie jak General Electric, Emerson czy Westinghouse zaczęły prześcigać się w udoskonaleniach wynalazku, który znalazł powszechne zastosowanie. Rosnąca konkurencja przyniosła użytkownikom w kolejnych modelach lepsze łopatki, zróżnicowaną ich liczbę i doskonalsze projekty. W latach 20. ubiegłego wieku GE wprowadziło ciszej pracujące łopatki. Emerson z kolei zaprojektował wentylator Silver Swan z łopatkami w ikonicznym kształcie, zainspirowanym śrubą napędową jachtu. W 2009 roku James Dyson opracował nawet wentylator bezłopatkowy z efektownym designem (choć jeszcze w latach 80. podobny pomysł miała japońska firma Toshiba), ale nie opanował on rynków.

Współczesne wentylatory

Dopiero w latach 60., gdy coraz powszechniej zaczęto stosować klimatyzację pomieszczeń, popularność wentylatorów zaczęła spadać. Klasyczny „wiatrak” pozostaje jednak w łaskach klientów; nadal jest masowo produkowany na całym świecie i produkty tego typu stanowią standardową część wyposażenia w wielu mieszkaniach, używaną zwłaszcza latem do chłodzenia atmosfery w pomieszczeniu, ale także w dowolnej porze roku na przykład do szybszego pozbywania się nieprzyjemnych zapachów, dzięki zwiększonej cyrkulacji powietrza oraz do wypełniania innych potrzeb. Wentylatory elektryczne stały się łatwe do przenoszenia, tanie, energooszczędne, mają wydłużony okres eksploatacji i zależnie od modeli bywają wyposażone w dodatkowe funkcje. Bywają używane jako elementy dekoracyjne, nie służą jedynie do chłodzenia pomieszczeń, by zapewnić komfort cieplny domownikom, ale poprawiają też estetykę wnętrza domu. Mamy najróżniejsze modele, wentylatory biurkowe, podłogowe, a także wieżowe. Wentylator wieżowy, inaczej niż wentylator osiowy, wydmuchuje powietrze na całej wysokości kolumny. Ich zaletą jest cicha praca i dzięki efektownemu designowi lepiej wkomponowują się w nowoczesne wnętrza.