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復水エンジンは、18 世紀半ばの産業革命の初めに開発された、初期の固定式蒸気エンジンです。最初のビーム エンジンは、シャフトを回転させて動力を生み出すのではなく、主に鉱山の排水用の水ポンプとして開発されました。このポンプを水車と組み合わせることで、機械の駆動に使用できました。
蒸気機関は、広く信じられているように産業革命の原因ではなく、むしろ産業革命の結果として生まれたものである。[1] 18世紀においては、革命の主な動力源は蒸気機関ではなく水車であった。[2]
独立した原動力の必要性
エンジンの吹き出し
水還流エンジンの起源は、高炉や製錬所に通風を提供するために使用された送風エンジンから始まります。初期の炉は人力または動物の力で動くふいごで動いていましたが、[i]産業革命が始まると、新しい大型の炉は水車で動く送風室で送風されるようになりました。
製錬所は鉱石の産地の近くに立地するのが最も経済的ですが、近くには適切な水力がない可能性があります。また、干ばつで水の供給が途絶えたり、炉の需要が利用可能な水容量を上回ったりするリスクもあります。1754年、ウィールドの炉の1つは干ばつに見舞われ、管理者は車輪を踏み車として回す作業員を雇うことを検討しました。[3]
圧延工場
干ばつ期には作業ができなくなるだけでなく、利用できる水の量によって、水で動く機械のパワーも変わる可能性があります。重工業で行われる作業の量と種類は、季節的な水の入手可能性によって左右される可能性があります。1785年、リーズ近郊のカークストール・フォージは顧客に次のように書いています。「今は水が十分に供給されているので、数トンの鋼板をロール加工するのに便利です。水が不足すると、薄い鋼板をうまく製造できません。」[4]
利用可能な水量に応じて水車の出力を変化させることで、水車の設計も進化しました。レニーのベネチアンブラインド「ハッチ」は、水車小屋の水深に関係なく水の流れを制御でき、単純な水門とは異なり、常に最大の水頭を提供できました。[5]
水供給の問題は、その後もしばらく製鉄業者に影響を及ぼした。1830年代、若きアルフレッド・クルップは、グシュタールファブリークのハンマーを動かすベルン川の水不足に悩まされていた。資金不足のため、アルフレッドが水供給に依存しない蒸気ハンマーを製造できたのは1836年になってからだった。[6]
水回収エンジン
これらの制限により、揚水ではなく発電に使用された最も初期の蒸気機関、水返送エンジンが生まれました。このエンジンでは、蒸気ポンプを使用して水を汲み上げ、その水で水車を駆動して機械を動かしました。[1]水車からの水はポンプによって戻されました。[7]これらの初期の蒸気機関は水を汲み上げることにしか適しておらず、機械に直接接続することはできませんでした。[8]
これらのエンジンの最初の実用的な例は、1742年にコールブルックデール[9]、1749年にウォームリーのネヘミア・チャンピオンの真鍮工場[ 10 ] 、 1765年にクライドのキャロン製鉄所の改良として設置されました。 [11] [12]コールブルックデールのリチャード・フォードは、1735年に初めて馬力ポンプの使用を試みました。 [13]最初のエンジンは、ニューコメン、スミートン、またはワットのシステムのいずれかの大気圧ビームエンジンでした。シリンダーはビームの反対側に設けられ、一方は蒸気が供給される作業シリンダーとして、もう一方はポンプシリンダーとして機能しました。エンジンは単動式で、動力ストロークは動力シリンダーで下向きになり、ポンプは単純な上向きのバケットポンプでした。ワットのエンジンは、ワットの初期の単動大気圧設計でした。その後の熱力学的な改良の頃には、彼は太陽歯車と遊星歯車も開発し、直接回転するエンジンを提供することができた。コールブルックデールでは大型の単動エンジン、レゾリューションが製造され、1782年に納品された時には、これらのさらなる開発によってすでに時代遅れになっていた。[14]それにもかかわらず、エンジンはほぼ40年間正常に動作した。
水車の回転出力は、炉を吹き付けるだけでなく、ラインシャフトを使用して工場や工場設備を動かすためにも使用されました。18世紀半ばまでに、マントーはそれらが「どこにでもあった」と述べています。[8] 1765年にマシュー・ボールトンは、ソーホー工場の水車を動かすためにセイヴァリーエンジンを使用することを検討しました。彼はこのエンジンのモデルを作成するまでになり、この件に関してベンジャミン・フランクリンとエラスムス・ダーウィンの両方にアドバイスを求めました。 [15]しかし、1768年までにワットのビームエンジンの可能性に説得され、ワットのキニールエンジンが南に運ばれ、ソーホーで再建されるまでに数年かかりましたが、待つことにしました。1777年、ボールトンとワットは自分たちで使用するために新しいエンジン、オールドベスを製造しました。このエンジンは今でもサイエンスミュージアムに残っています。
水返還エンジンは、回転機械に直接動力を供給できる 回転ビームエンジンに取って代わられました。
参照
脚注
- ^ 製錬所は、水力を直接動力とするトロンプによって吹き飛ばされることもありました。
参考文献
- ^ ab Wilson, PN (1963). 「水力駆動原動機」.エンジニアリング遺産. 第 I 巻.機械技術者協会. p. 32.
- ^ マントゥー、ポール（1961）[1928]。『18世紀の産業革命』大学ペーパーバック：メシューエン。312ページ。
- ^ アーネスト、ストレイカー (1969) [1931].ウェルデンアイアン。 72～73ページ。
- ^ バトラー、R. (1945)。カークストールフォージの歴史。
- ^ ウィルソン（1963）、30ページ。
- ^ マンチェスター、ウィリアム（1969年）。クルップ家の紋章。マイケル・ジョセフ。pp.62-63, 65。
- ^ 「ボウルトン・アンド・ワット社製『オールド・ベス』エンジン、1777年」。サイエンス・ミュージアム。
- ^ ab Mantoux (1928)、312、318 ページ。
- ^ ヒルズ、リチャード L. (1989)。蒸気動力。ケンブリッジ大学出版局。p. 37。ISBN 0-521-45834-X。
- ^ デイ、ジョーン (1973)。ブリストル・ブラス：産業の歴史。ニュートン・アボット：デイビッド＆チャールズ。pp . 80–81。ISBN 0 7153 6065 5。
- ^ Rolt, LTC ; Allen, JSA (1977).トーマス・ニューコメンの蒸気機関。ムーアランド。p. 122。
- ^ 「ウォームリーの消防車」ブリストルジャーナル。1749年9月30日。
- ^ トリンダー、バリー (1991) [1974]。コールブルックデールのダービー家。フィリモア＆カンパニー/アイアンブリッジ渓谷博物館トラスト。pp . 10、17–18。ISBN 0-85033-791-7。
- ^ Belford, P. (2007). 「Sublime cascades: Water and Power in Coalbrookdale」(PDF) . Industrial Archaeology Review . 29 (2): 133–148. doi :10.1179/174581907X234027. S2CID 110369508. 2012年2月22日時点のオリジナル(PDF)よりアーカイブ。
- ^ ヒルズ（1989）、40ページ。