水戻しエンジン

復水エンジンは、18世紀半ばの産業革命初期に開発された、初期の定置型蒸気機関の一種です。初期のビームエンジンは、軸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。工場や炉の機械を動かす主な動力源は水車であり、これらの「復水エンジン」を用いて水車の下から上へ水を戻すことで、水車は常に最適な水流で稼働することができました。

蒸気機関は、一般に考え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

水戻しエンジンの起源は、高炉や製錬所の通風に用いられた送風エンジンに遡ります。初期の高炉は人力または動物の力で動くふいごによって駆動されていたと考えられていますが、[ i ]産業革命が始まると、新たに大型化された高炉は水車を動力とする送風室によって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、近くに適切な水力がない場合もあります。また、干ばつによって水供給が途絶えたり、炉へ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、ウィールドにあるある炉は深刻な干ばつに見舞われ、経営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不可能になるだけでなく、利用可能な水の量によって、水で動く機械のパワーも変化します。重工業で行われる作業の量と種類は、季節的な水の供給量に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・フォージは顧客にこう書き送りました。「今は水が十分に供給されているので、数トンの鋼板を圧延するのに便利です。水が不足すると薄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、水車溝の深さに関わらず水の流れを制御でき、単純な水門と異なり、常に最大の落差を提供できます。[ 5 ]

水供給の問題は、その後も長きにわたり製鉄業の経営者たちを悩ませることになる。1830年代、若きアルフレート・クルップは、ベルン川の水不足に悩まされ、グスタルファブリーク（Gusstahlfabrik ）のハンマーを操業していた。資金不足のため、アルフレートは1836年になってようやく、水供給に依存しない蒸気ハンマーを製作することができた。[ 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、すなわち復水エンジンが誕生しました。このエンジンでは、蒸気ポンプで水を汲み上げ、その水で水車を駆動して機械を動かしました。[ 1 ]水車から出た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しかできず、機械に直接接続することはできませんでした。[ 8 ]かなりの石炭を消費しましたが、水供給が十分な場合は使用する必要がないという利点がありました。

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 ] 、および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大気圧ビームエンジンでした。ビームの反対側にシリンダーが設けられ、一方が蒸気が供給される作業シリンダーとして、もう一方がポンプシリンダーとして使用されました。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であり、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式大気圧設計でした。後に熱力学的な改良を行う頃には、彼は太陽歯車と遊星歯車も開発し、直回転式のエンジンを提供することができました。コールブルックデールで大型の単動式エンジン「レゾリューション」が製造されましたが、1782年に納入された時には、これらの更なる改良によって既に時代遅れとなっていました。[ 14 ]にもかかわらず、このエンジンはほぼ40年間正常に動作しました。

水車の回転出力は、炉を吹き込むだけでなく、ラインシャフトを使用して工場の機械や工場設備を駆動するためにも使用されました。18世紀半ばまでには、マントゥーはそれらを「どこにでもあった」と記述しています。[ 8 ] 1765年にマシュー・ボルトンは、ソーホー工場の水車にサヴァリー・エンジンを使用することを考えました。彼はこのエンジンの模型を作るまでになり、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・ダーウィンの両者に助言を求めました。 [ 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・エンジンが南部に運ばれソーホーで再建されるまでには数年かかりましたが、待つことにしました。 1777年、ボ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・ベスを製作しました。

水戻りエンジンは、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

  1. ^製錬所は、直接水力で動くトロンペによって吹き飛ばされることさえありました。

参考文献

  1. ^ a b Wilson, PN (1963). 「水力駆動原動機」.エンジニアリング・ヘリテージ. 第1巻.機械技術者協会. p. 32.
  2. ^マントゥー、ポール（1961）[1928] 『18世紀の産業革命』ユニバーシティ・ペーパーバックス：メシューエン、312頁。{{cite book}}: CS1 maint: 発行者の所在地 (リンク)
  3. ^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 。
  4. ^バトラー、R. (1945).カークストール・フォージの歴史.
  5. ^ウィルソン（1963）、30ページ。
  6. ^マンチェスター、ウィリアム (1969). 『クルップ家の紋章』 マイケル・ジョセフ. pp.  62– 63, 65.
  7. ^ "「ボウルトン＆ワット製『オールド・ベス』エンジン、1777年」。サイエンス・ミュージアム。2012年2月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年6月15日閲覧。
  8. ^ a b Mantoux (1928)、312、318 ページ。
  9. ^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。
  10. ^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:デイヴィッド＆チャールズ. pp.  80– 81. ISBN 0-7153-6065-5。
  11. ^ Rolt, LTC ; Allen, JSA (1977). 『トーマス・ニューコメンの蒸気機関』 Moorland. p. 122.
  12. ^「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。
  13. ^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・アンド・カンパニー/アイアンブリッジ・ゴージ博物館トラスト. pp. 10, 17– 18. ISBN 0-85033-791-7。
  14. ^ Belford, P. (2007). 「崇高なカスケード：コールブルックデールの水と電力」（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）からアーカイブ。 
  15. ^ヒルズ（1989）、40ページ。
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