Тепло для «умного дома»: как в XIX веке изобрели термостаты
Этот материал — первый в серии статей, посвященных «умному дому». В них мы расскажем о первых концептах, патентах и инженерах, благодаря которым интеллектуальные жилища стали обыденностью в наши дни.
Что такое «умный дом», объяснять не надо. Однако даже самое краткое и трогательное своей продвинутой IT-лексикой определение «умного дома» как «набора гаджетов, которые автоматизируют те или иные действия в доме», подразумевает наличие в жилье этих самых девайсов и тем самым совершенно безосновательно отказывает нашим далеким предкам в желании жить в «умном доме». А ведь появившаяся тысячелетия назад концепция «умного дома»: собака как устройство автоматической сигнализации по внешнему периметру дома; кошка как контроллер численности грызунов в погребе с запасами еды; петух в курятнике как запрограммированный будильник; печная заслонка как ключевой элемент климат-контроля внутри дома, — сохраняла актуальность по меньшей мере до второй половины прошлого века. А где-то остается вполне себе действующей.
Тем не менее, историки «умного дома» молча обходят стороной старинные девайсы с естественным интеллектом и начинают историю умного дома с зачатков искусственного интеллекта у печной заслонки конца XIX века, когда в доме появилось электричество и, соответственно, возможность регулировать домашний микроклимат с помощью термостата. Сам термостат имеет более длинную историю, которая начинается в начале XVII века с изобретения Корнелиуса Дреббеля, служившего придворным инженером-механиком английского короля Якова I (был в истории инженерии и такой титул — лейб-механик). В термостате Дреббеля повышенное давление нагретого воздуха и паров спирта поднимало ртуть в U-образной трубке, та толкала стержень, который закрывал заслонку, перекрывая доступ воздуха к огню, и огонь гас.
По большому счету у термостатов конца XIX — начала XX века принцип работы был тот же, только повышение температуры тем или иным способом замыкало электрический контакт и дальше механическая работа по регулированию температуры осуществлялась разнообразными, порой вычурными электромеханическими ухищрениями. Патентов на эти ухищрения было много. Если кому интересно, можно полистать в интернете брошюру «Electric Heat Regulator. The First 100 Years» («Электрическая терморегуляция. Первые 100 лет»), изданную в 1985 году компанией Honeywell Inc., тогда уже ставшей одним из мировых лидеров на рынке электронных систем управления и автоматизации. Там перечислены 10 наиболее плодовитых изобретателей разных вариаций термостатов до эпохи бытового электричества и 10 столь же продуктивных изобретателей конца XIX — начала XX века, а также их ключевые патенты. Но обычно в обзорах истории «умного дома» фигурируют только двое из них. Почему именно они, станет ясно чуть позже.
Первый из них — профессор Уоррен Джонсон из города Уайтуотер, штат Висконсин. Городок и сейчас небольшой, около 15 тысяч жителей, а тогда в нем жило 3,5 тысячи человек, была начальная школа и то, что сейчас у нас называется педучилищем (ныне местный филиал Университет Висконсина). Заведовал всем образованием в Уайтуотере профессор Джонсон. Расхожая история его изобретения гласит, что преподававшего в училище профессора раздражала разная температура в классных комнатах: в одних слишком жарко, в других холодно. И от огорчения он изобрел биметаллический спиральный термостат (патент США №281884 на «Электрический теле-термоскоп», с приоритетом от июля 1883 года), который контролировал температуру в классах и подавал сигнал школьному истопнику в подвале, чтобы тот открыл или закрыл заслонку обогрева и промялся открыть окна, чтобы проветрить слишком жарко натопленные классы.
Как ни смешно это выглядит, вполне возможно, все было именно так или примерно так. Патент всего лишь бумага с печатью, а в здание довольно приличных размеров, где в многочисленных комнатах благодаря термостатам поддерживается оптимальная температура, можно было пригласить Уильяма Планкинтона, наследника миллионного состояния своего отца, который разбогател в годы Гражданской войны на поставках мяса в армию северян. От Милуоки до Уайтуотера всего-то 45 миль, а «Товарищество по упаковке мяса в Милуоки» Планкинтона-старшего весьма активно вкладывало свои капиталы в банки, железные дороги, построило в Милуоки отель, самое большое здание в городе.
Но как бы там ни было, банк Планкинтонов в Милуоки открыл кредитную линию профессору Джонсону, и тот, расставшись с профессорской должностью в Уайтуотере, учредил в Милуоки в 1885 году компанию Johnson Electric Service Co. и вплотную занялся домашней терморегуляцией. Ключевой патент на полностью автоматическое «Устройство для регулирования температуры» он получил в июле 1895 года (патент США №542733 с приоритетом от июня 1894 года). В патентной заявке Уоррен Джонсон без чувства ложной скромности так и писал: «За последние десять лет я получил множество патентов, относящихся к регулированию температуры. Мое настоящее изобретение является результатом многолетнего опыта, и его целью является создание устройства, которое обеспечит преимущества предшествующих устройств своего класса, но которое может быть изготовлено и обслуживаться с меньшими затратами». Всего же с 1883 года и до своей смерти в 1911 году он получил более полусотни патентов, а его компания стала одним из лидеров рынка систем домашнего отопления. Сейчас Johnson Controls International — международная корпорация, которая производит противопожарное оборудование, системы кондиционирования воздуха и безопасности для зданий и в мировых рейтингах Fortune Global 500 самых богатых акционерных компаний числится в конце четвертой сотни. В общем, дело мистера Джонсона процветает.
Практически одновременно с профессором Джонсоном автоматическим контролем домашнего микроклимата озаботился изобретатель из Миннеаполиса Альберт Бутц. Точнее, поначалу он решил приспособить термостат к автоматической системе предупреждения о пожаре, а в придачу к ней предложил еще и довольно оригинальные огнетушители в виде стеклянных гранат с четыреххлористым углеродом (тетрахлорметаном, по сути — фреоном). Их надо было кидать в пламя, тетрахлорометан снижал его температуру и содержание в нем кислорода. С 1930-х годов его широко использовали в огнетушителях и запретили Монреальским протоколом только в конце 1980-х при очередном приступе заботы об озоновом слое Земли.
Финансировал противопожарное начинание Бутца банкир из Миннеаполиса Ричард Менденхолл, они даже заранее учредили компанию для будущего производства «ручных гранат-огнетушителей Бутца-Менделхолла». Как получилось, что вместо всего этого Альберт Бутц в декабре 1885 года подал заявку на изобретение «Термоэлектрической заслонки» (патент США №341092 от 4 мая 1886 года) и опять заранее начал искать новых инвесторов, готовых дать деньги на ее промышленное производство, сейчас сказать наверняка невозможно. Одни говорят, что сделать это посоветовал ему сам банкир Менденхолл, так и не дождавшийся ручных гранат своего имени. Другие считают, что на этом настояли патентные поверенные изобретателя. Но как бы там ни было, инвесторы нашлись, и 23 апреля 1886 года, то есть за 12 дней до одобрения патентным ведомством США охранного документа Бутца, была зарегистрирована компания Butz Thermoelectric Regulator Company.
Дальше было еще интереснее. Фирма Бутца так ничего на рынок и не выпустила, а два года спустя, в 1888 году, изобретатель Альберт Бутц передает права на свои патенты своим патентным поверенным и уезжает из Миннеаполиса в Чикаго. Патентные юристы Бутца сами зарегистрировали Consolidated Temperature Controlling Company, потом в 1892 году переименовали ее в Electric Thermostat Company и в том же 1892 году продали за 1 доллар свои права на патенты Бутца Уильяму Суитту, который производил в Миннеаполисе деревянные тачки и киоски для уличных торговцев. Вероятно, в условия сделки все-таки входила выплата роялти Альберты Бутцу, потому что он, уехав из Миннеаполиса, продолжал патентовать усовершенствования к своей системе автоматического слежения за температурой в доме, и всего с 1886 года получил 12 патентов, причем, последний в 1909 году, через 4 года после своей смерти (его вручили уже наследникам). А Суитт в очередной раз переименовал компанию в Electric Heating Regulator Company, и с 1895 она начал получать прибыль.
В дальнейшем его компания слилась с компанией Марка Хониуэлла и была бесследно поглощена последней. Сейчас Honeywell International Inc. занимает 115 место в уже упоминавшемся выше рейтинге Fortune Global 500. А благодаря тому, что с изобретений Уоррена Джонсона и Альберта Бутца начиналась история этих двух современных промышленных гигантов — Johnson Controls International и Honeywell International Inc., именно их изобретения перекочевали и в хрестоматийную предысторию «умного дома». Для историков «умного дома» это удобно, не надо копаться в архивах еще не оцифрованных патентов конца XIX века и искать, кто же на самом деле был первым, когда можно просто позаимствовать нужные апокрифы из большой мифологии большого бизнеса и приделать их к своей истории.
Заканчивая раннюю историю домашнего климат-контроля, наверное, надо напомнить, что в патентах Уоррена Джонсона и Альберта Бутца и всех их современников-изобретателей автоматики для домашнего микроклимата, включая первые электротермостаты точки росы и дифференциальные гигростаты, речь шла о регулировании печного отопления, то есть о печной заслонке в буквальном смысле. Один из историков «умного дома» так образно охарактеризовал суть изобретения автоматизированной пружинной печной заслонки Альберты Бутца: «На вид она удивительно похожа на заслонку кошачьей дверцы, которая поднимается, когда становится холодно, позволяя печи гореть более интенсивно, и снова опускается, когда становится теплее». Массового парового отопления в Америке тогда еще не было, оно появилось только в начале ХХ века, и у его истоков стояла как раз компания Марка Хониуэлла.
Интересно также то, что в ХХ веке по мере развития автоматических термостатов у руководства Институт инженеров по отоплению и вентиляции (IHVE), ассоциации промышленников в этой области, росло предубеждение против автоматического управления домашним климатом, мол, оно ненадежно и может выйти из строя. Кардинально ситуация изменилась только в нашем веке, когда среди термостатов появился свой «айфон» — полностью интерактивный термостат с технологией сенсорного экрана, а потом управление домашним климатом и вовсе переселилось на реальный смартфон.
Вот, собственно, и все, что касается раннего контроля домашнего микроклимата. В принципе, предысторию «умного дома» можно было начинать с систем управления освещением жилья, начав для затравки с изобретения электрического выключателя в те же 1880-е годы. Вот на выбор британский патент № 3256 от 25 сентября 1884 года Джона Холмса или патент США №305310 от 16 сентября того же 1884 года Томаса Брайанта. Или, что еще лучше, с изобретения безопасного бытового диммера (патент США №569443 от 13 октября 1896 года) афроамериканцем Гранвиллом Вудсом. Вудса часто называют первым чернокожим инженером-электриком в Америке и автором полусотни изобретений. Но это не совсем так. У него было 26 патентов, а изобретателей-афроамериканцев только в штате Нью-Йорк в XIX веке было 24 человека, в том числе одна афроамериканка. Вудс выделяется из всех них только тем, что Эдисон дважды проиграл ему патентные судебные тяжбы и после этого пригласил Вудса в свою компанию. Тот отказался.
Полезное от Онлайн Патент:
→ Что такое Реестр отечественного ПО?
→ Бесплатный онлайн-поиск по базам данных Роспатента и Мадридской системы (доступно после регистрации).
→ Может ли иностранная компания внести свою программу в Реестр отечественного ПО?
→ Как IT-компаниям сохранить нулевой НДС и попасть в Реестр отечественного ПО
→ Как запатентовать технологию?
