1764年，學校讓瓦特修理壹臺紐蓋特蒸汽機。在修理過程中，瓦特熟悉了蒸汽機的結構和原理，發現了這種蒸汽機的兩大缺點:活塞動作不連續且緩慢；蒸汽利用率低，浪費原材料。後來，瓦特開始思考改進的方法。直到1765年春天，在壹次散步中，瓦特想到，既然紐科門蒸汽機熱效率低是由汽缸內的蒸汽凝結造成的，為什麽不讓蒸汽在汽缸外凝結呢？瓦特想出了使用獨立冷凝器的最初想法。產生這個想法後，瓦特在同年設計了壹臺帶有獨立冷凝器的蒸汽機。根據設計，冷凝器和氣缸之間有壹個調節閥，這樣它們可以連接和分離。這樣作功後的蒸汽就可以引入缸外的冷凝器，在缸內產生同樣的真空，從而避免了缸在冷卻和加熱過程中的熱量消耗。根據瓦特的理論，這種新型蒸汽機的熱效率將是紐科門蒸汽機的三倍。從理論上講，瓦特的帶分離器冷凝器的蒸汽機明顯優於紐科門的蒸汽機。但是，把理論的東西變成實際的東西，把圖紙上的蒸汽機變成真正的蒸汽機，還有很長的路要走。瓦特辛辛苦苦造了幾臺蒸汽機，效果都不如紐科門的蒸汽機，甚至到處漏風，無法啟動。盡管昂貴的實驗使他負債累累，但他在困難面前沒有退縮，繼續進行實驗。當布萊克知道瓦特的目標和困難處境後，他把瓦特介紹給了壹個非常富有的朋友——化學技師羅巴克。那時，羅巴克是壹個非常富有的企業家。他在蘇格蘭的卡隆開辦了第壹家大型煉鐵廠。盡管那時羅巴克已年近50，但他仍然對科技新發明充滿熱情。他對當時才三十多歲的瓦特的新裝置非常贊賞，當即與瓦特簽約，贊助瓦特試制新蒸汽機。從1766開始，在三年多的時間裏，瓦特克服了材料和工藝上的困難，終於在1769做出了第壹臺樣機。同年，瓦特因發明冷凝器而獲得了他在革新紐科門蒸汽機過程中的第壹項專利。雖然第壹臺帶冷凝器的蒸汽機試制成功，但與紐科門蒸汽機相比，除了熱效率得到顯著提高外，在作為動力機器帶動其他工作機器的性能方面並沒有實質性的進步。也就是說，瓦特的蒸汽機仍然不能作為真正的動力機。。
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