Газовое освещение

Га́зовое освеще́ние — создание искусственного света в результате сгорания горючего газа, такого как водород, метан, окись углерода, пропан, бутан, ацетилен, этилен, светильный газ или природный газ. Свет создается либо непосредственно пламенем, обычно с использованием специальных смесей (обычно пропана или бутана) осветительного газа для увеличения яркости, либо косвенно с помощью других компонентов, таких как газовый колпак или прожектор, при этом газ в основном действует как источник тепла, которое нагревает металл или иное твёрдое жаропрочное вещество до каления^[1].

Газовое освещение в историческом центре Вроцлава (Польша). Каждый день зажигается и потом гасится вручную

До того, как электричество стало достаточно распространенным и экономичным, чтобы обеспечить его широкое использование населением, газ был наиболее распространенным методом наружного и внутреннего освещения в городах и пригородах, в тех местах, где существовала практически работающая инфраструктура для распределения газообразного топлива между потребителями^[1]. Когда газовое освещение было широко распространено, наиболее распространенными видами топлива для газового освещения были древесный газ, угольный газ и, в ограниченных случаях, водяной газ^[2]. Первые газовые фонари зажигались вручную фонарщиками, хотя многие более поздние конструкции являются самовоспламеняющимися^[3].

Газовое освещение в настоящее время часто используется в кемпингах, где высокая плотность энергии углеводородного топлива в сочетании с модульной природой канистр, на которых построены кемпинговые фонари, позволяет производить яркий и продолжительный свет без сложного оборудования. Кроме того, в некоторых городских исторических районах сохраняется газовое уличное освещение для сохранения ностальгического эффекта и создания привлекательности для туристов^[4].

Предыстория

До начала использования газообразного топлива для освещения источники света использовали сжигаемые оливковое масло, пчелиный воск, рыбий жир, китовый жир, кунжутное масло, ореховое масло и другие подобные вещества, которые представляли собой жидкое топливо. Они были наиболее распространённым видом топлива до конца XVIII века. Китовый жир особенно широко использовался для освещения в европейских городах, таких как Лондон, вплоть до начала XIX века^[5].

Китайские записи, датируемые 1700 годами, свидетельствуют об использовании природного газа в жилых домах для освещения и отопления. Природный газ транспортировался в дома по бамбуковым трубам^[6].

Уличное освещение появилось на столетия раньше, чем развитие и широкое распространение газового освещения. В 1417 году сэр Генри Бартон, лорд-мэр Лондона, постановил «вывешивать фонари с огнями зимним вечером между Хэллоуином и Сретением»^{[7][8][9][10][11]}. Париж впервые был освещен на основании указа, изданного в 1524 году, а в начале XVI века жителям было приказано держать свет в окнах всех домов, выходящих на улицу^[12].

Первоначально угольщики знали о скапливающихся и выделяющихся газах скорее из-за их негативного воздействия, чем из-за полезных свойств. Они описали два типа газов: один из них назывался удушающим газом, а другой – рудничным. В 1667 году появился труд, подробно описывающий воздействие этих газов, под названием «Описание скважины и земли в Ланкашире, воспламеняющихся от приближающейся к ним свечи. Составлено Томасом Ширли, эсквайром, очевидцем»^[13].

Британский священник и учёный Стивен Гейлc экспериментировал с перегонкой угля, получая таким образом горючую жидкость. Он изложил свои результаты в первом томе своей «Статики растений», опубликованном в 1726 году. Он утверждал, что при перегонке «ста пятидесяти восьми гранов [10,2 г] ньюкаслского угля он получил 180 кубических дюймов [2,9 л] газа, вес которого составил 51 гран [3,3 г], что составляет почти треть от общего объёма»^[14]. Результаты Гейлза привлекли внимание десятилетия спустя, когда уникальные химические свойства различных газов стали понятны благодаря трудам Джозефа Блэка, Генри Кавендиша, Алессандро Вольты и других^[15].

В публикации сэра Джеймса Лоутера 1733 года в «Философских трудах Королевского общества» были подробно описаны некоторые свойства угольного газа, включая его воспламеняемость. Лоутер продемонстрировал основные свойства угольного газа различным членам Королевского общества. Он показал, что газ сохраняет свою воспламеняемость после длительного хранения. Эта демонстрация не привела к выявлению его полезности^[16].

Священник и экспериментатор Джон Клейтон называл угольный газ «духом» угля. Он случайно обнаружил его воспламеняемость. «Дух», выделенный им из угля, загорелся при контакте со свечой, вытекавшей из трещины в одном из его перегонных сосудов. Он хранил угольный газ в баллонах и иногда развлекал друзей, демонстрируя его воспламеняемость. Клейтон опубликовал свои открытия в «Философских трудах Королевского общества»^[17].

Ранние технологии

Потребовалось много лет, чтобы люди научились использовать газ в практических целях. Фламандский алхимик Ян Баптиста ван Гельмонт был первым человеком, официально признавшим газ как агрегатное состояние. Впоследствии он выделил несколько типов газов, включая углекислый газ. Более ста лет спустя, в 1733 году, сэр Джеймс Лоутер поручил нескольким своим шахтёрам работать на водозаборной яме для своей шахты. Во время рытья ямы они наткнулись на газовый карман. Лоутер взял образец газа и принёс его домой для проведения экспериментов. Он отметил: «Указанный воздух, помещённый в пузырь… и плотно завязанный, можно вывести и хранить там несколько дней, а затем осторожно впустить через небольшую трубку в пламя свечи. Воздух загорится и будет гореть на конце трубки до тех пор, пока пузырь слегка сжимается, поддерживая пламя. Если же его вынуть из свечи после того, как она зажжётся, он будет продолжать гореть до тех пор, пока в пузыре не останется воздуха, необходимого для поддержания пламени»^[18]. Лоутер, по сути, открыл принцип газового освещения.

Позже, в XVIII веке, Уильям Мёрдок утверждал: «Газ, полученный путём перегонки угля, торфа, древесины и других горючих веществ, горел с большой яркостью при поджигании… пропуская его по трубкам, он мог бы использоваться как экономичная замена лампам и свечам»^[18]. Первым изобретением Мёрдока был фонарь соединённый с газовым баллоном. Он использовал его, чтобы идти домой ночью. Увидев, как хорошо это работает, он решил освещать свой дом газом. В 1797 году Мёрдок установил газовое освещение в своём новом доме, а также в мастерской, в которой работал. «Эта работа была масштабной, и затем он экспериментировал, чтобы найти более совершенные способы производства, очистки и сжигания газа»^[18].Так была заложена основа технологий, которые начали использовать компании, производящие газ, и, впоследствии, другие изобретатели, которые начали экспериментировать с новыми технологиями.

Мёрдок был первым, кто использовал воспламеняемость газа для практического применения освещения. Он работал на Мэтью Болтона и Джеймса Уатта на их заводе по производству паровых двигателей Soho Foundry в Бирмингеме, Англия. В начале 1790-х годов, наблюдая за использованием паровых двигателей своей компании на добыче олова в Корнуолле, Мёрдок начал экспериментировать с различными видами газа, в конце концов остановившись на каменноугольном газе как на наиболее эффективном. Он впервые осветил свой собственный дом в Редруте, Корнуолл, в 1792 году^[19]. В 1798 году он использовал газ для освещения главного здания Soho Foundry, а в 1802 году осветил улицу, продемонстрировав публичное газовое освещение; огни поразили местное население. Один из сотрудников Soho Foundry, Сэмюэл Клегг, увидел потенциал этой новой формы освещения. Клегг оставил свою работу, чтобы основать собственный бизнес по газовому освещению — Gas Light and Coke Company.

"Термолампа", работающая на газе, полученном из древесины, была запатентована в 1799 году, а немецкий изобретатель Фридрих Винзор стал первым человеком, запатентовавшим освещение на угольном газе в 1804 году.

В 1801 году парижанин Филипп Лебон также использовал газовые фонари для освещения своего дома и сада и размышлял над тем, как осветить весь Париж. В 1820 году в Париже было внедрено газовое уличное освещение.

В 1804 году Уильям Генри прочитал курс лекций по химии в Манчестере, в котором показал способ получения газа из угля, а также удобство и преимущества его использования. Генри проанализировал состав и исследовал свойства карбюрированного водорода (метана). Его эксперименты были многочисленными и точными, он проводил их с различными веществами; получив газ из древесины, торфа, различных видов угля, нефти, воска и т. д., он количественно оценил интенсивность света от каждого источника.

В 1806 году фабрика Philips and Lee и часть улицы Чапел-стрит в Солфорде, Ланкашир, были освещены газом. Считается, что это было первое в мире использование газового уличного освещения.

Изобретатель Джозайя Пембертон некоторое время экспериментировал с природой газа. Он жил в Бирмингеме, и его внимание, возможно, привлекла выставка в Сохо. Около 1806 года он выставил газовые фонари самых разных форм и с большим блеском перед входом в свою фабрику в Бирмингеме. В 1808 году он сконструировал многофункциональный прибор для Бенджамина Кука, производителя латунных трубок, позолоченных игрушек и других изделий.

В 1808 году Мердок представил Королевскому обществу доклад под названием «Отчёт о применении газа, получаемого из угля, в экономических целях», в котором описал успешное применение угольного газа для освещения обширного предприятия господ Филлипса и Ли. За этот доклад он был награждён золотой медалью графа Рамфорда^[20]. Рассуждения Мердока пролили свет на сравнительные преимущества газа и свечей и содержали много полезной информации о затратах на производство и управление.

Хотя подробных сведений об этом нет, американскому изобретателю Дэвиду Мелвиллу приписывают создание первой системы газового освещения домов и улиц в Соединенных Штатах либо в 1805, либо в 1806 году в Ньюпорте, штат Род-Айленд^{[21][22][23][24]}.

В 1809 году в британский парламент было подано первое ходатайство о регистрации компании для ускорения процесса внедрения газового освещения в быт, но законопроект не был принят. Однако в 1810 году те же инициаторы подали повторное ходатайство, и, несмотря на некоторое сопротивление и значительные расходы, законопроект был принят, хотя и не без существенных изменений; и была учреждена Лондонская и Вестминстерская Газовая осветительная и коксовая компания. Менее чем через два года, 31 декабря 1813 года, Вестминстерский мост был освещён газом^[25].

К 1816 году Сэмюэл Клегг получил патент на свою горизонтальную вращающуюся реторту, свой аппарат для очистки угольного газа с помощью известковой суспензии, а также на свой вращающийся газовый счетчик и автоматический регулятор.

Широкое использование

Одним из экономических последствий внедрения газового освещения стало значительное увеличение продолжительности рабочего дня на фабриках. Это было особенно важно в Великобритании в зимние месяцы, когда ночи значительно длиннее. Фабрики cмогли работать непрерывно и круглосуточно, что приводило к росту производства. После успешной коммерциализации газовое освещение распространилось и в других странах.

В Англии первым местом за пределами Лондона, где появилось газовое освещение, стал Престон, графство Ланкашир, в 1816 году. Это произошло благодаря компании Preston Gaslight Company, которой руководил Джозеф Данн - местный священник и, одновременно, бизнесмен, усовершенствовавший газовое освещение так, что оно стало ярче. Приходская церковь в этом городе стала первым религиозным сооружением, освещённым газом^[26].

В Бристоле 15 декабря 1815 года была основана компания Gas Light Company. Под руководством инженера Джона Бреллиата в 1816–1817 годах были проведены масштабные работы по строительству газгольдера, магистральной сети и уличного освещения. К концу 1817 года многие главные улицы в центре города, а также близлежащие дома были переведены на газовое освещение^[27].

В Америке Сет Бемис освещал свою фабрику газовым освещением с 1812 по 1813 год. Использование газового освещения в Музее Рембрандта Пила в Балтиморе в 1816 году имело большой успех. Балтимор стал первым американским городом с газовым уличным освещением; Газовая Компания Пила зажгла свой первый уличный фонарь 7 февраля 1817 года на Маркет-стрит и Лемон-стрит (ныне Балтимор-стрит и Холлидей-стрит). Первым частным домом в США, освещённым газом, по разным данным, был дом Дэвида Мелвилла (ок. 1806 г.), как описано выше, или Уильяма Генри, медника, по адресу Ломбард-стрит, 200, Филадельфия, штат Пенсильвания, в 1816 году.