蒸気動力は 数百年の歳月をかけてゆっくりと発展し、17世紀初頭の高価で用途が限られた装置から始まり、 1700年には鉱山 用の実用的なポンプへと進化し、そして18世紀後半にはワットによる改良型蒸気機関へと発展した。 産業革命 によって実用的な動力源への需要が高まったまさにその時期に導入されたこれらの改良型蒸気機関こそが、蒸気動力を真に普及させたのである。
開発段階
実用的な蒸気機関の開発 1663年 ( 1663 )エドワード・サマセット、第2代ウスター侯爵は 、自身の発明品を選りすぐって出版した。その一つが新型の蒸気ポンプで、基本的にはド・コーのものと同じような装置が2つあるが、単一のボイラーに接続されている。重要な発明は、容器の周囲を冷却して蒸気を凝縮させることである。これにより、チャンバー内に部分的な真空状態が生じ、それを利用してパイプを通して容器内に一定量の水を吸い込み、ポンプを形成する。彼はラグラン城 の側面に非常に大きなものを建設したが、これは明らかに最初の「産業規模」の蒸気機関であった。[ 7 ] 1680年 （1680年 ）クリスティアーン・ホイヘンスが、ピストンを駆動する 火薬 エンジンについて記述した回想録を出版。これは、ピストンエンジンの最初の記述として歴史的に注目に値する。[ 8 ] 1698年 ( 1698 )トーマス・セイヴァリーは 「鉱夫の友」と名付けた蒸気ポンプを発表した。[ 9 ] 1705 年頃 ( 1705 年 )トーマス・ニューコメンは 、サヴァリーのポンプとは異なり、シリンダー内のピストンを使用する大気圧エンジン を開発しました。水が注入されると、真空がピストンをシリンダーの底まで引き下げます。 [ 10 ] ジョン・キャリーは、 1733 年に特許が失効するまで、サヴァリーと協力して自分たちの発明を活用するよう説得しました。 1707年 （1707年 ）フランスの発明家ドニ・パパンは 、蒸気動力に関する研究を発表し、いくつかのアイデアを提示した。その一つは、セーヴァリー式機関に似た装置で水を汲み上げ、水車 に回転動力を与えるというものだった。また、セーヴァリー式機関の水をピストンに置き換えることも提案しており、シリンダー内で蒸気が凝縮した後、その真空によってピストンが引っ張られる仕組みだったが、パパンはこの装置を製作することはできなかった。 1718年 （1718年 ）ジャン・デサグリエが 、安全弁と蒸気と冷水の両方を操作する双方向弁（2つの別々の弁ではなく）を備えた、改良版のサヴァリー機関を発表。しかし、商業的には使用されなかった。
ニューコメン機関：蒸気動力の実践 1712年 （1712年 ）ニューコメンが 最初の商用エンジンを設置する。[ 11 ] 1713 年：ニューコメン式蒸気機関の操作を任された少年、ハンフリー・ポッターは 、 ボイラーの点火以外にほとんど手間をかけずに、毎分15ストロークで機関を稼働させることが可能になった。 1718年 （1718 ）ヘンリー・ベイトンが、 ポッターのオペレーティングシステムの改良版で、より信頼性の高いバージョンを発表。 1720年 （1720年 ）リューポルドは 、パパンの発明とされる膨張を利用したエンジンを設計した。このエンジンでは、2つのシリンダーが交互に蒸気を受け取り、その後大気中に放出する。おそらく有用な設計であったと思われるが、実際に製造されたものはなかったようだ。 1733年 （1733年 ）セイヴァリーの1698年の特許が失効し、ニューコメンが支払う必要があった使用料の支払いが終了しました。この時点で、約100台のニューコメン式水車が製造されていました。その後50年間、この水車はイングランド全土、特にコーンウォール の炭鉱や金属鉱山に設置され、また、都市部の水道供給や水車への送水、特に製鉄所での利用にも使用されました。 1755年 （1755年 ）ジョサイア・ホーンブロワーは 、英国から輸入した部品を使用して、ニュージャージー州 バーゲン郡 の現在のノースアーリントンにある シュイラー銅鉱山 に、米国初の商用ニューコメン機関を設置した。 1769年 （1769年 ）ジョン・スミートンは ニューコメン機関の実験を行い、従来の方式よりもはるかに長いピストンストロークを持つ改良型機関の製造を開始した。後に開発された機関は、おそらくニューコメン機関設計の頂点を極めたもので、最大80馬力（約60kW ）の出力を発揮した。 1775年 （1775年 ）この日までに、英国には約600基のニューコメン式水車が設置された。 1779年 （1779年 ）ジェームズ・ピカード がニューコメン機関にクランクを初めて適用し、回転運動を生み出した。ピカードは翌年この特許を取得したが、特許は執行不能であった。 1780年 （1780年 ）ニューコメン 機関は引き続き大量に製造され（1775年から1800年の間に約1000台）、特に鉱山向けであったが、製粉所や工場でも次第に多く使用されるようになった。特許の期限が切れた後、多くにワット凝縮器が追加された（下記参照）。改良型セイヴァリー 機関も数十台製造された。
1765年 ( 1765年 )ジェームズ・ワットは 、独立した凝縮器を発明した。その鍵は、ニューコメン機関で蒸気を凝縮して真空を作り出す水噴射口を、水槽で囲まれた小型の円筒形容器内に移動させることだった。まだ温かい凝縮水は、吸引ポンプによってホットウェルに排出され、予熱された水がボイラーに戻される。これにより、凝縮水噴霧が各ストロークでシリンダーを冷却するニューコメン機関とは異なり、メインシリンダーを常に高温に保つことができるため、熱効率が大幅に向上した。ワットはまた、シリンダーの上部を密閉し、大気圧よりわずかに高い圧力の蒸気がピストンの上部に作用し、その下に生成された真空に対抗できるようにした。 1765年 （1765年 ）マシュー・ボルトンが ハンズワース にソーホー製造 工場のエンジニアリング工場を開設。 1765年 （1765年 ）イワン・ポルズノフは、 ロシア のバルナウル にある鉱山の換気装置として、2気筒のニューコメン式エンジンを製作した。このエンジンには、ボイラー内の水位を制御する自動システムが組み込まれていた。 1769年 ( 1769年 )ジェームズ・ワット は改良設計の特許を取得。シリンダーを正確に穴あけできる人を見つけることができず、ハンマーで叩いた鉄製のシリンダーを使用せざるを得なかった。シリンダーが真円ではなく、ピストンから漏れが生じるため、エンジンの性能は悪かった。しかし、効率の向上はワットとパートナーのマシュー・ボールトンが 固定料金ではなく年間石炭節約額に基づいて設計のライセンスを取得するのに十分だった。ワットが正確に穴あけされたシリンダーを手に入れるまでには合計10年かかった。[ 12 ] 1774年 ( 1774 )ジョン・ウィルキンソンが 精密な円筒を穿孔できるボーリングマシンを発明。ボーリングバーは円筒を完全に貫通し、以前の片持ち式ボーリングツールとは異なり両端で支えられている。[ 12 ] [ 12 ] 1775 年：締結する。ワットの特許は議会法により1800年まで25年間延長される 。 1776年 （1776年 ）最初の商用ボルトン・アンド・ワット製エンジンが製造された。この段階から1795年まで、B&Wは設計図と図面、最も複雑なエンジン部品、および現場での組み立てに関するサポートのみを提供していた。 1781年 （1781年 ）ジョナサン・ホーンブロワーは 、蒸気が一方のピストンを押し（従来の設計のように真空によって引き込むのではなく）、行程の終わりに達すると、通常のように凝縮 器に排出される第2のシリンダーに移される2気筒の「複合」エンジンの特許を取得しました。ホーンブロワーの設計はワットの単動式設計よりも効率的でしたが、ワットの複動式システムと十分に似ていたため、ボルトンとワットは 1799年に裁判所で特許を無効にさせることができました。 1782年 （1782年 ）、クランクではなく 太陽歯車と遊星歯車 を用いてフライホイールを駆動する最初の回転機関を発明し、ジェームズ・ピカード の特許を回避した。ワットはこの年と1784年にさらに特許を取得した。 1783年 ( 1783年 )ワットは最初の「複動式」エンジンを製作した。このエンジンは蒸気を導入してピストンの片側と反対側に交互に作用させ、平行運動 リンク機構の導入により、ピストン運動の動力を両方の行程でビームに伝達できるようになった。この変更により、ガバナーによって制御される安定した回転運動を与えるフライホイールの使用が可能になり、製粉 、醸造、その他の製造業など、速度が重要でない用途で機械を駆動できるようになった。遠心ガバナーだけでは負荷の変化に対する応答が悪かったため、ワットのエンジンは綿紡績には適していなかった。 1784年 （1784年 ）ウィリアム・マードックは 「強力な蒸気」で動く模型蒸気自動車を 実演した。しかし、雇用主であるジェームズ・ワットは、マードックにこの発明の特許取得を思いとどまらせた。 1788年 （1788年 ）、ボルトン＆ワット・ソーホー工場向けに 遠心ガバナー を使用した最初の蒸気機関を製作した。 [ 13 ] 1790年 （1790年 ）ネイサン・リードは 管状ボイラーと改良されたシリンダーを発明し、高圧蒸気機関を考案した。 1791年 （1791年 ）エドワード・ブルは 、蒸気機関を鉱山ポンプの真上に反転させることで、ニューコメンの設計以来使われていた大きな梁をなくすという、一見明白な設計変更を行った。彼の機関は約10基がコーンウォールで製造された。 1795年 （1795年 ）ボルトンとワットが蒸気機関製造のためのソーホー鋳造所を開設 1799年 （1799年 ）リチャード・トレヴィシックがコーンウォールの ドルコース錫鉱山 で最初の高圧エンジンを製作。 1800年 （1800 ）ワットの特許が失効する。この時点で、英国では約450台のワットエンジン（合計7,500 馬力）[ 14 ]と1,500台以上のニューコメンエンジンが製造されていた。
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外部リンク 蒸気機関の発展 別のタイムライン：もし発電機とモーターが蒸気機関より先に存在していたら イベントデータをRDF形式で保存
