古代鼓风机原理_罗茨风机

古代鼓风机原理：中国古代风机发展史

　　原标题：中国古代风机发展史

　　{C}也不知公元前多少年，我国祖先就发明了简单的木制砻谷风车，在南方沿用至今。它有一个等宽像现代多叶离心通风机机壳那样的木板风箱，上面有可放进谷子的方形口，左水平前面有方口，木轮子置于风箱中，轮子木轴伸出，装有摇把，靠摇把下侧设有斜口，轮子前后与风箱均有空隙可进空气。当手摇动轮子时，将谷子由上口倒进，由于轮子对由轮子与风箱之空隙进去的空气做功，提高了气体压力，将谷壳和稻草末由前方口吹送出去，谷子因为比重大，就由左下侧斜口流到谷袋里。这种木质砻谷风车也就是现代离心通风机、鼓风机和压缩机的鼻祖。

　　鼓风器至迟发明于商、西周时。早期是用牛皮或马皮制成的一种皮囊，古时称之为橐(tuo)。橐是最早的鼓风器，也是风箱的前身。

　　水排是我国古代一种冶铁用的水力鼓风装置。一座炉子用几个橐排成一排，称为“排囊”。用水力推动这种排橐，便称“水排”。水排的发明是人类利用自然力的一次成功典例。

　　我国古代水排构造的详细记述最早见于元代的王祯《农书》，依水轮放置方式的差别，水排分成立轮式和卧轮式两种。它们都是通过轮轴、拉杆以及绳索把圆周运动变成直线往复运动，以此达到启闭风扇和鼓风的目的。水轮每转动一次，风扇可以启闭多次，所以鼓风效能大大提高。高大的炉子和强大的鼓风能力，是冶炼生铁的必要条件。

　　水力风箱，又称水排、水力、鼓风水排。公元31年中国人发明了水力风箱。《后汉书》记载了南阳太守杜诗发明以水为动力、用于铸造铁制农具的水力风箱（鼓风水排）的事情。并精辟评价说：它“用力少而建功多，百姓便之。”。后来发明家杜预对这种风箱作了大量改进，鼓风水排代代流传，越来越广泛地传遍了全中国。而欧洲直到公元13世纪，才开始使用鼓风水排，这比中国晚1200年。

　　在1634年明代宋应星著的古代科技名著《天工开物》中记载有木风箱，它是古老的活塞式鼓风器，一直沿用至今，可称之为现代往复式压缩机的鼻祖。木风箱两端各设有一个进风口，口上设有活瓣。箱侧设有一风道，风道侧端各设一个出风口，口上亦装有活瓣。通过伸出箱外的杆，驱动活塞往复运动，促使活瓣一启一闭，以达到鼓风的目的。木风箱的动力有人力和水力等。

　　中国风机人我们就自豪吧，中国古代风机发展甩西方几条街

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古代鼓风机原理：科学史丨鼓风机的祖先是中国发明的？！

　　原标题：科学史丨鼓风机的祖先是中国发明的？！

　　转载：中科院之声

　　本文已获得授权

　　每天回到家，两岁的女儿都会跑来给我一个拥抱：“爸爸！我要看小猪佩奇和爸爸妈妈！”

　　佩奇原本是一只英国小猪。这几天正在刷屏的《啥是佩奇》竟然给它引来了两大官微的“特别关照”。

　　这都是因为，在中国爷爷手下，佩奇变身为农村烧火做饭用的——鼓风机——而且它也会打呼噜：吼~吼~

　　《啥是佩奇》截屏

　　手摇式离心鼓风器——扇车

　　那你知道不，爷爷手下的手摇离心式鼓风器——原本就是中国人发明的！早在两千多年前的两汉之交时，中国农村就使用了这种机器。我们爷爷的爷爷的爷爷……用它来清选粮食。没错，这就是扇车。列位请看：

　　河南济源泗涧沟24号新莽时期墓出土的陶扇车与陶碓明器模型（河南博物院 顾永杰供图）

　　这是从河南济源泗涧沟24号新莽时期墓出土的陶扇车（后）与陶碓（前）明器模型。虽然貌不似小猪，但它和离心鼓风机的原理是一样的。前面的大婶舂好谷物后，连皮带米倒入扇车顶部的漏斗里。后面的大叔转动扇轮，气流从侧孔进入，从前方底部流出；把轻的糠皮吹出来，就可实现米、糠高效分离。

　　若嫌文字繁琐，下图可一目了然：

　　济源泗涧沟陶扇车内部气流场数值模拟速度矢量图（黄兴）

　　漂亮！

　　其他地区也出土了不少西汉末至东汉的陶扇车模型，我们需要分类介绍。且看这一波：

　　河南洛阳旭升村东汉晚期墓陶扇车与陶石碓（余扶危等.洛阳东关东汉殉人墓.《文物》1973年第2期）

　　河南洛阳旭升村陶扇车与陶石碓结构线图（余扶危等.洛阳东关东汉殉人墓.《文物》1973年第2期）

　　山西运城市芮城城南村东汉墓2号陶作坊（赵家有等.山西芮城出土风扇车模型.《农业考古》1988年第2期）

　　美国奈尔逊美术馆藏中国汉代陶扇车作坊（Ross E. et al.,Handbook, Nelson Gallery of Art, AtkinsMuseum, Volume I. Kansas City,University Trustees, 1959）

　　这些扇车转轴的安装高度都位于车厢中部。计算机模拟显示空气进出不太顺畅，内部有回流；但风是有的，能工作没问题。这体现了设计者认为，只要扇轮转起来就有风。但风是怎么流的，怎样才使效率最高？设计者对此认识还不够。

　　洛阳东关类型扇车Gambit模型（黄兴）

　　洛阳东关类型扇车气流场数值模拟速度流线图（黄兴）

　　我们再来一波，列位请上眼：

　　河南济源西窑头村10号西汉末期墓陶扇车模型（李彩霞.济源西窑头村M10出土陶塑器物赏析.《中原文物》2010年第4期）

　　河南济源西窑头村西汉末期陶扇车结构线图（黄兴）

　　山东临淄金岭镇1号东汉初墓陶米碓扇车（山东省文物考古研究所.山东临淄金岭镇一号东汉墓.《考古学报》1999年第1期）

　　元代王祯《农书》“扬扇”图（《四库全书》）

　　以上扇车的轮轴被架在了车厢顶部。在操作者看来，顺时针转动扇轮，就把风拨进扇车里（像近代明轮轮船）。但实际上扇轮是整体浸在空气中，气流很费力的从轴部进入，而且箱内局部会有空气回流。

　　临淄金陵镇类型扇车气流场数值模拟速度流线图（黄兴）

　　两汉时期，扇车已经形成了多种类型，表明它的发明并非偶然。它有着众多设计者，在中原地区得到了普遍使用。部分设计者对离心运动理解不足，这是一项技术发明初期的共性。河南济源泗涧沟先进类型扇车在其他地区也有发现。这表明当时已经能够正确利用离心运动来鼓风。

　　这足以让我们惊叹一下：我的祖宗！你们在两千年前竟然制造出了这样的神器！

　　明代以来，济源泗涧沟类型扇车图形和实物都已常见，我们再来一波：

　　明代《顾氏图谱》（1603年）扇车图（郑振铎.中国版画丛刊（3）.上海：上海古籍出版社，1988年）

　　浙江开化县华埠镇华民村水碓作坊现代扇车（张柏春等．中国传统工艺全集·传统机械调查研究．郑州：大象出版社，2006）

　　《顾氏图谱》扇车底部也放了一个笸箩，是因为笸箩上方也有一个出粮口。碎米从这个口流出来。“半粒归仓”，绝不浪费。

　　这一波扇车的出风口都沿着直径方向，与气流离心运动路线略有差距，但吹掉米糠已经足够用了。

　　直径方向出风扇车内部气流场数值模拟速度矢量图（黄兴）

　　还有一种扇车沿着切线方向出风，在打谷场上用的多，力道很足；有的地方称其为老虎扇车。

　　呼和浩特黑土凹村扇车（张柏春等. 中国传统工艺全集·传统机械调查研究.大象出版社，2006年）

　　呼和浩特黑土凹扇车内部气流场模拟速度矢量图（黄兴）

　　欧洲古罗马时期已普遍使用水轮，但未见到离心式鼓风器。1556年，德国矿冶学家阿格里科拉（Georgius Agricola）出版的De Re Metallica一书中绘制了多部离心式扇车，用于巷道通风。但其进风口都在箱壁外缘，而不是侧面轴部。表明其对扇车的认识依然处于中国汉代的早期水平。直到18世纪初，来华传教士们发现了中国农民使用的扇车，将其视作异宝，运回欧洲；逐渐发展出多种类型，从而有了爷爷手下的佩奇。

　　近十多年来，中国农村正在大变样，很少再用扇车了。城市中长大的多数孩子对扇车更是闻所未闻。

　　不过呢~，福利来了——中科院自然科学史研究所就收藏了一架扇车。每年“中科院开放日”这架扇车都会成为小朋友们最喜欢的大玩具！（这架扇车已经有了点佩奇的样子，吼~吼~）

　　中科院自然科学史研究所开放日活动（黄兴 摄）

　　容积型鼓风器——风箱、皮囊、木扇......

　　有人说了：你说的这些扇车都是扇米的，不能用来烧火做饭。说对了！扇车属于速度型离心式鼓风器。古代扇车没有提速装置，转速慢，风压低；走的是低风压、高风量的技术路线，适于扇米。

　　但中国古代也发明了多种容积型鼓风机，可以产生很高的风压，不仅用来烧火，还能用来炼铁，更是厉害得不得了。

　　大家首先想到的可能就是——风箱（双作用活塞式风箱）。答对啦！

　　冶炼用的锦工箱风力十足，要好几个人才能拉动，常用水力驱动。有时干脆把大树掏空制成箱体，承压和密封性都是工业级的。

　　明代宋应星《天工开物》“冶铁炒铁”图

　　云南鹤庆土法炼铅炉水力驱动的风箱（孙淑云教授供图）

　　小型的民用风箱用木板拼箍而成。在农村，几乎每家都有一个，用来烧火做饭。

　　风箱属于容积型往复式鼓风器。通过压缩容积，将空气挤出去；只要使劲压，就可以形成很高的静压。其妙处在于——推拉过程都可以鼓风。

　　这是怎么做到的呢？关键点：风箱壁上安装了4个活门和一个风道。

　　向右拉的时候，左侧活门在箱外气流作用下，自动打开，气流进入；右方活门在箱内气流带动下，自动关闭；这样活塞右侧气流就通过右下方的活门流到风道内；再从风嘴排出来。反之，向左推的时候，4个活门反向作用，使得右侧气流进入箱内，左侧气流经过风道，从风嘴排出来。有的风箱将风道内的两个活门合并为一个双向活门。在气流带动下左右开闭，引导气流从风嘴排出来。真是把活门给玩绝了！

　　双作用活塞式风箱工作示意图（俯视，黄兴 绘）

　　风箱出现于宋代。南宋刊刻（约1280年）的《演禽斗数三世相书》中有两幅简单的风箱图；近年有学者据服饰特征认为这本书成书于明代。但新发现的西夏陶质双作用活塞式鼓风器为其出现年代的判定，重新提供了坚实的证据。

　　中外也曾使用其他多种容积型鼓风器，但都是单向鼓风，像注射器一样，只有朝一个方向压的时候才有风。一般将两个鼓风器作为一组，交替推拉，以形成持续的气流。

　　最早的容积型鼓风器就是皮囊。

　　原始的浑脱式皮囊，需要手持木柄一张、一合、再一压，把空气吸进来、鼓出去；在印度、中国西藏、东北亚等地，以及在欧洲的吉普赛人都使用过。其风压和风量都有限，只能炼铜或冶炼块炼铁。

　　中国拉萨娘热乡传统鼓风灶（黄兴 摄）

　　印度铁匠使用浑脱式皮囊鼓风（Thomas Ewbank. A Deive and Historical Account of Hydraulic and Other Machines for Raising Water, Ancient and Modern, with Observations on Various.1858）

　　东北亚北方四岛原住民使用的浑脱式皮囊（《北蝦夷图说》）

　　下面这一波大型皮囊属于升级版：

　　山东藤县东汉鼓风锻铁画像石上的皮囊（国家博物馆藏，黄兴 摄）

　　欧洲楔形皮囊（德国鲁尔博物馆藏，潜伟 摄）

　　西班牙卢斯塔尼亚16世纪双筒鼓风皮囊（Georgius Agricola: De Re Metallica. 1556.）

　　大型皮囊的风量和风压都很足；还安装了活门，气流自动走它该走的路径，人只负责推拉就行。这也是应用水力鼓风的重要前提。

　　随着木工技术的进步，鼓风器进入了木质时代。在中国风箱出现之前，先有了木扇。

　　北宋《武经总要》记载的“行炉”用木扇鼓风；守城时熔化铁水，向敌人泼洒，或将铁水装入土瓶内，抛向敌人。“行炉”最早可以追溯到唐玄宗李隆基的儿子唐肃宗时期——李筌著《神机制敌太白阴经》已有文字记载。

　　“行炉”图（北宋《武经总要》）

　　影视剧中烧红的烙铁已让人“不烫而栗”；“铁水淋头”谁乐意脑补一下？额~~

　　木扇被广泛用于冶金场所。在敦煌榆林窟西夏壁画《千手观音变》、元代《熬波图》与王祯《农书》等处中常见它的身影。

　　古代木扇冶铁动画（黄兴 制作）

　　敦煌榆林窟西夏壁画《千手观音变》局部“打铁”图（J. Needham. Science and Civilization in China（Ⅳ︰2）,1965）

　　元代陈椿《熬波图咏》“铸造铁盘”图（《四库全书》）

　　元代王祯《农书》“水排”图（王祯著，王毓瑚校. 王祯农书. 北京:农业出版社，1981）

　　木扇甚至一直用到了近几年——我们冶金考古夏令营也用木扇冶炼。

　　大家都觉得木扇很给力，为啥？这是一个小物理题：木扇的推拉杆位于扇板下方，而扇内气体压力等效作用点在中间，由此木扇板就起到了杠杆的作用——木扇更容易产生高风压。

　　类似的鼓风器在其他国家也有使用，但晚了很多。1550年前后，德国工匠将楔形皮囊改进为木风箱，很快也用了水力鼓风冶铁，呼呼的。

　　欧洲水轮驱动的楔形木扇结构图（Henning Calv?r. Historical Chronological and Mechanical Facts in Relation to Metallurgy in Upper Hercynia. 1763.）

　　17-18世纪日本用踏鞴鼓风铸钱——炉火太大，上房浇瓦：

　　日本17-18世纪铸钱场用踏鞴鼓风熔铁（李延祥 供图）

　　其他地区也用过小型木质鼓风器。看看马达加斯加岛上生产块炼铁的场景。非洲小哥连鼓风的动作都像跳舞，动感十足（请看官脑补：嘿~嘿！）

　　马达加斯加块炼铁双缸鼓风筒（William Ellis, et al.. History of Madagascar. 1838.）

　　马达加斯加岛上还有一种鼓风器：一根垂直的活塞杆上安装了两个活塞，中间隔了一个双向活门，每个活塞上也有一个单向活门。推拉的时候，侧面的C口都能出风。赞！

　　马达加斯加双活塞鼓风筒（Thomas Ewbank. A Deive and Historical Account of Hydraulic and Other Machines for Raising Water, Ancient and Modern, with Observations on Various, 1858.）

　　这种鼓风器是把两个风箱串联起来，其他的双筒鼓风器可以视为并联。

　　只有中国的风箱：一个活塞板两侧交替进风、鼓风，将鼓风器的体积精简到了极致。这才是真正的双作用！

　　中国古代的鼓风技术长期处于国际前列，对冶金技术的发展贡献卓著。

　　籍此，中国在公元前8世纪就已建立高大的竖炉冶炼生铁，炉温超过1400℃，高效地实现了渣、铁液态分离。东汉初年，杜诗创制水排，开外挂用水力鼓风冶铁。汉代起逐渐形成了独特的生铁及生铁制钢技术体系。欧洲一直沿用简单低效的块炼铁技术，公元13~14世纪才懂得冶炼生铁。生铁是中国的另一个大发明，对中华文明在铁器时代的繁荣和发展功不可没，而中国古代先进鼓风器——功亦不可没。

　　好啦，福利又来了~，中国科学院自然科学史研究所也收藏了“佩奇”版鼓风机的远房亲戚——浑脱式皮囊、木扇、双作用活塞式鼓风器。开放日的时候，小朋友玩的多开心！吼~吼~！

　　来源：中国科学院自然科学史研究所，仅供分享不做任何商业用途，归原作者所有，如有问题，请联系我们删除，并表示歉意，谢谢！

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古代鼓风机原理：风机的起源和历史

　　2000多年前，中国、巴比伦、波斯等国就已利用古老的风车提水灌溉、碾磨谷物。世纪以后，风车在欧洲迅速发展。

　　中国在公元前就已制造出简单的木制砻谷风车，它的作用原理与现代离心风机基本相同。它有一个等宽像现代多叶离心通风机机壳那样的木板风箱，上面有可放进谷子的方形口，左水平前面有方口，木轮子置于风箱中，轮子木轴伸出，装有摇把，靠摇把下侧设有斜口，轮子前后与风箱均有空隙可进空气。当手摇动轮子时，将谷子由上口倒进，由于轮子对由轮子与风箱之空隙进去的空气做功，提高了气体压力，将谷壳和稻草末由前方口吹送出去，谷子因为比重大，就由左下侧斜口流到谷袋里。这种木质砻谷风车也就是现代离心通风机、鼓风机和压缩机的鼻祖。

　　鼓风器至迟发明于商、西周时。早期是用牛皮或马皮制成的一种皮囊，古时称之为橐(tuo)。橐是最早的鼓风器，也是风箱的前身。

　　水排是我国古代一种冶铁用的水力鼓风装置。我国古代水排构造的详细记述最早见于元代的王祯《农书》，依水轮放置方式的差别，水排分成立轮式和卧轮式两种。它们都是通过轮轴、拉杆以及绳索把圆周运动变成直线往复运动，以此达到启闭风扇和鼓风的目的。水轮每转动一次，风扇可以启闭多次，所以鼓风效能大大提高。高大的炉子和强大的鼓风能力，是冶炼生铁的必要条件。

　　在1634年明代宋应星著的古代科技名著《天工开物》中记载有木风箱，它是古老的活塞式鼓风器，一直沿用至今，可称之为现代往复式压缩机的鼻祖。木风箱两端各设有一个进风口，口上设有活瓣。箱侧设有一风道，风道侧端各设一个出风口，口上亦装有活瓣。通过伸出箱外的杆，驱动活塞往复运动，促使活瓣一启一闭，以达到鼓风的目的。木风箱的动力有人力和水力等。

　　?1862年，英国的圭贝尔发明离心风机，其叶轮、机壳为同心圆型，机壳用砖制，木制叶轮采用后向直叶片，效率仅为40％左右，主要用于矿山通风。

　　?1880年，人们设计出用于矿井排送风的蜗形机壳，和后向弯曲叶片的离心风机，结构已比较完善了。

　　?1892年法国研制成横流风机；

　　?1898年，爱尔兰人设计出前向叶片的西罗柯式离心风机，并为各国所广泛采用；19世纪，轴流风机已应用于矿井通风和冶金工业的鼓风，但其压力仅为100～300帕，效率仅为15～25％，直到二十世纪40年代以后才得到较快的发展。

　　?1935年，德国首先采用轴流等压风机为锅炉通风和引风；

　　?1948年,丹麦制成运行中动叶可调的轴流风机；与此同时旋轴流风机、子午加速轴流风机、斜流风机和横流风机也都获得了发展。

　　近十年来生产鼓风机的企业逐年增加，但竞争也相对加大了，互相压价现象严重，部分地区出现了少有的现象，使企业的利润逐年下降，产品多为原有的老型号，几十年不变的外型设计，现在依然不改。

　　浙江省可瑞斯环保科技有限公司是一家致力于节能环保的高新技术企业，公司主要从事高效节能环保的玻璃钢风机、钢帘线高压风机、PP风机、防爆风机、轴动式风机等。产品广泛应用于纺织印染业、精密电子业、半导体工业及化工、医药、食品、电镀、电力、钢铁等行业。

　　KRS节能环保玻璃钢离心风机

　　钢帘线防腐高压风机

　　轴动式风机

古代鼓风机原理：鼓风机的祖先是中国发明的？

　　佩奇原本是一只英国小猪。这几天正在刷屏的《啥是佩奇》竟然给它引来了两大官微的“特别关照”。

　　这都是因为，在中国爷爷手下，佩奇变身为农村烧火做饭用的——鼓风机——而且它也会打呼噜：吼~吼~

　　《啥是佩奇》截屏

　　手摇式离心鼓风器——扇车

　　那你知道不，爷爷手下的手摇离心式鼓风器——原本就是中国人发明的！早在两千多年前的两汉之交时，中国农村就使用了这种机器。我们爷爷的爷爷的爷爷……用它来清选粮食。没错，这就是扇车。列位请看：

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　　河南济源泗涧沟24号新莽时期墓出土的陶扇车与陶碓明器模型（河南博物院 顾永杰供图）

　　这是从河南济源泗涧沟24号新莽时期墓出土的陶扇车（后）与陶碓（前）明器模型。虽然貌不似小猪，但它和离心鼓风机的原理是一样的。前面的大婶舂好谷物后，连皮带米倒入扇车顶部的漏斗里。后面的大叔转动扇轮，气流从侧孔进入，从前方底部流出；把轻的糠皮吹出来，就可实现米、糠高效分离。

　　若嫌文字繁琐，下图可一目了然：

　　济源泗涧沟陶扇车内部气流场数值模拟速度矢量图（黄兴）

　　漂亮！

　　其他地区也出土了不少西汉末至东汉的陶扇车模型，我们需要分类介绍。且看这一波：

　　河南洛阳旭升村东汉晚期墓陶扇车与陶石碓（余扶危等.洛阳东关东汉殉人墓.《文物》1973年第2期）

　　河南洛阳旭升村陶扇车与陶石碓结构线图（余扶危等.洛阳东关东汉殉人墓.《文物》1973年第2期）

　　山西运城市芮城城南村东汉墓2号陶作坊（赵家有等.山西芮城出土风扇车模型.《农业考古》1988年第2期）

　　美国奈尔逊美术馆藏中国汉代陶扇车作坊（Ross E. et al.,Handbook, Nelson Gallery of Art, AtkinsMuseum, Volume I. Kansas City,University Trustees, 1959）

　　这些扇车转轴的安装高度都位于车厢中部。计算机模拟显示空气进出不太顺畅，内部有回流；但风是有的，能工作没问题。这体现了设计者认为，只要扇轮转起来就有风。但风是怎么流的，怎样才使效率最高？设计者对此认识还不够。

　　洛阳东关类型扇车Gambit模型（黄兴）

　　洛阳东关类型扇车气流场数值模拟速度流线图（黄兴）

　　我们再来一波，列位请上眼：

　　河南济源西窑头村10号西汉末期墓陶扇车模型（李彩霞.济源西窑头村M10出土陶塑器物赏析.《中原文物》2010年第4期）

　　河南济源西窑头村西汉末期陶扇车结构线图（黄兴）

　　山东临淄金岭镇1号东汉初墓陶米碓扇车（山东省文物考古研究所.山东临淄金岭镇一号东汉墓.《考古学报》1999年第1期）

　　元代王祯《农书》“扬扇”图（《四库全书》）

　　以上扇车的轮轴被架在了车厢顶部。在操作者看来，顺时针转动扇轮，就把风拨进扇车里（像近代明轮轮船）。但实际上扇轮是整体浸在空气中，气流很费力的从轴部进入，而且箱内局部会有空气回流。

　　临淄金陵镇类型扇车气流场数值模拟速度流线图（黄兴）

　　两汉时期，扇车已经形成了多种类型，表明它的发明并非偶然。它有着众多设计者，在中原地区得到了普遍使用。部分设计者对离心运动理解不足，这是一项技术发明初期的共性。河南济源泗涧沟先进类型扇车在其他地区也有发现。这表明当时已经能够正确利用离心运动来鼓风。

　　这足以让我们惊叹一下：我的祖宗！你们在两千年前竟然制造出了这样的神器！

　　明代以来，济源泗涧沟类型扇车图形和实物都已常见，我们再来一波：

　　明代《顾氏图谱》（1603年）扇车图（郑振铎.中国版画丛刊（3）.上海：上海古籍出版社，1988年）

　　浙江开化县华埠镇华民村水碓作坊现代扇车（张柏春等．中国传统工艺全集·传统机械调查研究．郑州：大象出版社，2006）

　　《顾氏图谱》扇车底部也放了一个笸箩，是因为笸箩上方也有一个出粮口。碎米从这个口流出来。“半粒归仓”，绝不浪费。

　　这一波扇车的出风口都沿着直径方向，与气流离心运动路线略有差距，但吹掉米糠已经足够用了。

　　直径方向出风扇车内部气流场数值模拟速度矢量图（黄兴）

　　还有一种扇车沿着切线方向出风，在打谷场上用的多，力道很足；有的地方称其为老虎扇车。

　　呼和浩特黑土凹村扇车（张柏春等. 中国传统工艺全集·传统机械调查研究.大象出版社，2006年）

　　呼和浩特黑土凹扇车内部气流场模拟速度矢量图（黄兴）

　　欧洲古罗马时期已普遍使用水轮，但未见到离心式鼓风器。1556年，德国矿冶学家阿格里科拉（Georgius Agricola）出版的De Re Metallica一书中绘制了多部离心式扇车，用于巷道通风。但其进风口都在箱壁外缘，而不是侧面轴部。表明其对扇车的认识依然处于中国汉代的早期水平。直到18世纪初，来华传教士们发现了中国农民使用的扇车，将其视作异宝，运回欧洲；逐渐发展出多种类型，从而有了爷爷手下的佩奇。

　　近十多年来，中国农村正在大变样，很少再用扇车了。城市中长大的多数孩子对扇车更是闻所未闻。

　　不过呢~，福利来了——中科院自然科学史研究所就收藏了一架扇车。每年“中科院开放日”这架扇车都会成为小朋友们最喜欢的大玩具！（这架扇车已经有了点佩奇的样子，吼~吼~）

　　中科院自然科学史研究所开放日活动（黄兴 摄）

　　容积型鼓风器——风箱、皮囊、木扇......

　　有人说了：你说的这些扇车都是扇米的，不能用来烧火做饭。说对了！扇车属于速度型离心式鼓风器。古代扇车没有提速装置，转速慢，风压低；走的是低风压、高风量的技术路线，适于扇米。

　　但中国古代也发明了多种容积型鼓风机，可以产生很高的风压，不仅用来烧火，还能用来炼铁，更是厉害得不得了。

　　大家首先想到的可能就是——风箱（双作用活塞式风箱）。答对啦！

　　冶炼用的锦工箱风力十足，要好几个人才能拉动，常用水力驱动。有时干脆把大树掏空制成箱体，承压和密封性都是工业级的。

　　明代宋应星《天工开物》“冶铁炒铁”图

　　云南鹤庆土法炼铅炉水力驱动的风箱（孙淑云教授供图）

　　小型的民用风箱用木板拼箍而成。在农村，几乎每家都有一个，用来烧火做饭。

　　风箱属于容积型往复式鼓风器。通过压缩容积，将空气挤出去；只要使劲压，就可以形成很高的静压。其妙处在于——推拉过程都可以鼓风。

　　这是怎么做到的呢？关键点：风箱壁上安装了4个活门和一个风道。

　　向右拉的时候，左侧活门在箱外气流作用下，自动打开，气流进入；右方活门在箱内气流带动下，自动关闭；这样活塞右侧气流就通过右下方的活门流到风道内；再从风嘴排出来。反之，向左推的时候，4个活门反向作用，使得右侧气流进入箱内，左侧气流经过风道，从风嘴排出来。有的风箱将风道内的两个活门合并为一个双向活门。在气流带动下左右开闭，引导气流从风嘴排出来。真是把活门给玩绝了！

　　双作用活塞式风箱工作示意图（俯视，黄兴 绘）

　　风箱出现于宋代。南宋刊刻（约1280年）的《演禽斗数三世相书》中有两幅简单的风箱图；近年有学者据服饰特征认为这本书成书于明代。但新发现的西夏陶质双作用活塞式鼓风器为其出现年代的判定，重新提供了坚实的证据。

　　中外也曾使用其他多种容积型鼓风器，但都是单向鼓风，像注射器一样，只有朝一个方向压的时候才有风。一般将两个鼓风器作为一组，交替推拉，以形成持续的气流。

　　最早的容积型鼓风器就是皮囊。

　　原始的浑脱式皮囊，需要手持木柄一张、一合、再一压，把空气吸进来、鼓出去；在印度、中国西藏、东北亚等地，以及在欧洲的吉普赛人都使用过。其风压和风量都有限，只能炼铜或冶炼块炼铁。

　　中国拉萨娘热乡传统鼓风灶（黄兴 摄）

　　印度铁匠使用浑脱式皮囊鼓风（Thomas Ewbank. A Deive and Historical Account of Hydraulic and Other Machines for Raising Water, Ancient and Modern, with Observations on Various.1858）

　　东北亚北方四岛原住民使用的浑脱式皮囊（《北蝦夷图说》）

　　下面这一波大型皮囊属于升级版：

　　山东藤县东汉鼓风锻铁画像石上的皮囊（国家博物馆藏，黄兴 摄）

　　欧洲楔形皮囊（德国鲁尔博物馆藏，潜伟 摄）

　　西班牙卢斯塔尼亚16世纪双筒鼓风皮囊（Georgius Agricola: De Re Metallica. 1556.）

　　大型皮囊的风量和风压都很足；还安装了活门，气流自动走它该走的路径，人只负责推拉就行。这也是应用水力鼓风的重要前提。

　　随着木工技术的进步，鼓风器进入了木质时代。在中国风箱出现之前，先有了木扇。

　　北宋《武经总要》记载的“行炉”用木扇鼓风；守城时熔化铁水，向敌人泼洒，或将铁水装入土瓶内，抛向敌人。“行炉”最早可以追溯到唐玄宗李隆基的儿子唐肃宗时期——李筌著《神机制敌太白阴经》已有文字记载。

　　“行炉”图（北宋《武经总要》）

　　影视剧中烧红的烙铁已让人“不烫而栗”；“铁水淋头”谁乐意脑补一下？额~~

　　木扇被广泛用于冶金场所。在敦煌榆林窟西夏壁画《千手观音变》、元代《熬波图》与王祯《农书》等处中常见它的身影。

　　古代木扇冶铁动画（黄兴 制作）

　　敦煌榆林窟西夏壁画《千手观音变》局部“打铁”图（J. Needham. Science and Civilization in China（Ⅳ︰2）,1965）

　　元代陈椿《熬波图咏》“铸造铁盘”图（《四库全书》）

　　元代王祯《农书》“水排”图（王祯著，王毓瑚校. 王祯农书. 北京:农业出版社，1981）

　　木扇甚至一直用到了近几年——我们冶金考古夏令营也用木扇冶炼。

　　大家都觉得木扇很给力，为啥？这是一个小物理题：木扇的推拉杆位于扇板下方，而扇内气体压力等效作用点在中间，由此木扇板就起到了杠杆的作用——木扇更容易产生高风压。

　　类似的鼓风器在其他国家也有使用，但晚了很多。1550年前后，德国工匠将楔形皮囊改进为木风箱，很快也用了水力鼓风冶铁，呼呼的。

　　欧洲水轮驱动的楔形木扇结构图（Henning Calv?r. Historical Chronological and Mechanical Facts in Relation to Metallurgy in Upper Hercynia. 1763.）

　　17-18世纪日本用踏鞴鼓风铸钱——炉火太大，上房浇瓦：

　　日本17-18世纪铸钱场用踏鞴鼓风熔铁（李延祥 供图）

　　其他地区也用过小型木质鼓风器。看看马达加斯加岛上生产块炼铁的场景。非洲小哥连鼓风的动作都像跳舞，动感十足（请看官脑补：嘿~嘿！）

　　马达加斯加块炼铁双缸鼓风筒（William Ellis, et al.. History of Madagascar. 1838.）

　　马达加斯加岛上还有一种鼓风器：一根垂直的活塞杆上安装了两个活塞，中间隔了一个双向活门，每个活塞上也有一个单向活门。推拉的时候，侧面的C口都能出风。赞！

　　马达加斯加双活塞鼓风筒（Thomas Ewbank. A Deive and Historical Account of Hydraulic and Other Machines for Raising Water, Ancient and Modern, with Observations on Various, 1858.）

　　这种鼓风器是把两个风箱串联起来，其他的双筒鼓风器可以视为并联。

　　只有中国的风箱：一个活塞板两侧交替进风、鼓风，将鼓风器的体积精简到了极致。这才是真正的双作用！

　　中国古代的鼓风技术长期处于国际前列，对冶金技术的发展贡献卓著。

　　籍此，中国在公元前8世纪就已建立高大的竖炉冶炼生铁，炉温超过1400℃，高效地实现了渣、铁液态分离。东汉初年，杜诗创制水排，开外挂用水力鼓风冶铁。汉代起逐渐形成了独特的生铁及生铁制钢技术体系。欧洲一直沿用简单低效的块炼铁技术，公元13~14世纪才懂得冶炼生铁。生铁是中国的另一个大发明，对中华文明在铁器时代的繁荣和发展功不可没，而中国古代先进鼓风器——功亦不可没。

　　好啦，福利又来了~，中国科学院自然科学史研究所也收藏了“佩奇”版鼓风机的远房亲戚——浑脱式皮囊、木扇、双作用活塞式鼓风器。开放日的时候，小朋友玩的多开心！吼~吼~！

　　来源：中国科学院自然科学史研究所，仅供分享不做任何商业用途，归原作者所有，如有问题，请联系我们删除，并表示歉意，谢谢！

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