Steam Engine Puzzle
蒸気エンジンは、作動流体として蒸気を使用して機械的仕事を行う熱機関です。
沸騰した水を使って機械的な動きを生み出すことは 2000 年以上前に遡りますが、初期の装置は実用的ではありませんでした。スペインの発明家ジェロニモ・デ・アヤンズ・イ・ボーモントは、1606 年に最初の蒸気エンジンの特許を取得しました。 1698 年、トーマス セイバリーは、汲み上げられる水と直接接触する蒸気を使用する蒸気ポンプの特許を取得しました。 Savery の蒸気ポンプは、凝縮蒸気を使用して真空を作り出し、チャンバー内に水を引き込み、次に加圧蒸気を加えて水をさらに汲み上げました。トーマス ニューコメンの大気エンジンは、ピストンを使用した最初の商業用真の蒸気エンジンであり、1712 年に鉱山内でのポンプ輸送に使用されました。
1781 年、ジェームス ワットは連続回転運動を生み出す蒸気エンジンの特許を取得しました。[1]ワットの 10 馬力エンジンにより、さまざまな製造機械に動力を供給することができました。エンジンは、水と石炭または木材燃料が入手できる場所ならどこにでも設置できます。 1883 年までに、10,000 馬力を供給できるエンジンが実現可能になりました。[2]蒸気エンジンは、牽引エンジンや鉄道機関車などの車両にも応用できます。定置式蒸気エンジンは産業革命の重要なコンポーネントであり、水力が利用できない場所に工場を設置できるようになりました。
蒸気エンジンは外燃機関であり[3]、作動流体は燃焼生成物から分離されています。太陽光発電、原子力、地熱エネルギーなどの非燃焼熱源を使用することもできる。このプロセスを分析するために使用される理想的な熱力学サイクルは、ランキン サイクルと呼ばれます。このサイクルでは、高圧で作動するボイラー内で水が加熱されて蒸気に変わります。ピストンまたはタービンを通じて膨張すると、機械的な仕事が行われます。減圧された蒸気は凝縮され、ボイラーにポンプで戻されます。
一般的な使用法では、蒸気エンジンという用語は、鉄道蒸気機関車やポータブルエンジンなどの統合された蒸気プラント (ボイラーなどを含む) を指す場合もあれば、ビームエンジンや定置式蒸気エンジンのようにピストンまたはタービン機械のみを指す場合もあります。スチームハンマーやスチームパイルドライバーなどの特殊な装置は、別のボイラーから供給される蒸気に依存しています。往復ピストン型蒸気エンジンは、20 世紀初頭まで主要な動力源であり続けましたが、電気モーターと内燃機関の設計の進歩により、商業用途では徐々に往復動 (ピストン) 蒸気エンジンが置き換えられ、発電では蒸気タービンが優位に立つようになりました [4]。世界の発電の大部分がタービン型蒸気エンジンによって生成されていることを考慮すると、19 世紀初頭のエネルギー レベルをはるかに超えた「蒸気時代」が続いています。
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