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Timeline of steam power - Wikipedia
蒸気動力の年表
(Timeline of steam power)
蒸気動力は数百年間にゆっくりと発展し、
17 世紀初頭には高価で、かなり限定された装置であったが、
1700 年には鉱山の便利なポンプとなり、18 世紀後半にはワットの改良された蒸気エンジンのデザインとなった。
蒸気エンジンが本当に普通のものとなったのは、
この後のデザインによっており、
これは実用的な動力の必要性が産業革命によって増大した時に導入されたのである。
発展時期
初期の実例
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紀元 1 世紀 --
アレクサンドリアのヘロンは
アイオロスの球 (aeolipile) を、
加熱した空気ないしは水の動力の実例として記述している。
装置は蒸気ジェットによって回転するボールから構成され、
ほとんど動力を生成せず、実用的な応用はなかった。
しかし、それにもかかわらず、蒸気圧で動いた最初の既知の装置である。
彼はまた圧力を使用して、ある容器から別の容器に水を移送する方法を述べている。
この方法にはバケツに水を満たす方法が関連し、
バケツの重さが索具に働き、索具が神殿の扉を開けた。
この扉はバケツの中の水が引き出されると自重により閉鎖した。
そして水を引き出すのは、最初の容器が冷却して引き起きる真空によっていた。
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1125 年 --
マルムズベリーのウィリアムによると、
ランス (Reims) では、
加熱した水が一台のオルガンに動力を与えていた。
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1551 年 --
タキ・アルジン (Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf )
は蒸気タービンのような装置が焼き串を回転させることを述べている。。
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1601 年 --
ジャンバッティスタ・デッラ・ポルタ (Giovanni Battista della Porta)
は蒸気を使用する実験を行い、圧力ないしは真空を作り、
パーコレーターに似た単純な噴水を作った。
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1606 年 --
ヘロニモ・デ・アヤンツ (Jerónimo de Ayanz y Beaumont)
は鉱山から排水するための蒸気動力の特許を取った。
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1615 年 --
サロモン・ド・コス (Salomon de Caus) はルイ 13 世の治世下の技術者で建築家であったが、
本を出版し、この中でポルタと類似の装置を見せている。
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1629 年 --
ジョバンニ・ブランカ (Giovanni Branca) はタキ・アルジンによって述べられているものと同様な蒸気タービンを使用することを提案しているが、
臼の中で動作する一連の杵に動力を与えることを意図していた。
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1630 年 --
デイビッド・ラムゼイ (David Ramsay) は色々な蒸気応用の特許を手に入れた。
しかし、何の描写も与えられておらず、特許は幾つかの関係がない特許も含まれていた。
彼は「火炎エンジン」 (fire engine) と呼んでおり、この用語は何年もの間使用された。
動作可能な蒸気エンジンに向けて
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1663 年 --
第 2 代ウスター侯爵 (Marques of Worcester) であるエドワード・サマセット (Edward Somerset) は自分の発明の選集を出版した。
一つの発明は新しい種類の蒸気ポンプで、基本的にはド・コス (de Caus) に類似の 2 つの装置であるが、
ボイラーが 1 つ付いていた。
キー (鍵) となる発明は、隔室の周りの冷却装置の追加で、これにより蒸気を強制的に凝縮させた。
これにより隔室の中に部分的な真空を作り、これにより一定の水がパイプを通して容器に吸引され、
ポンプになった。彼は非常に大きなものをラグラン城の壁に建設し、
明らかに最初の「産業規模」の蒸気エンジンになった。
彼はこれを鉱山に建設するつもりであった。しかし、会社を設立する前に死亡した。
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1680 年 --
クリスティアーン・ホイヘンスは論文集 (memoirs) を出版し、その中でピストンを駆動する火薬エンジンのことを述べている。
これは歴史的に注目に値する。というのは、知られている限りでは、これはピストン・エンジンのことを最初に記述したものだからである。
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1698 年 --
トーマス・セイヴァリ (Thomas Savery (/ˈseɪvəri/))
は蒸気ポンプを導入し、「鉱夫の友」 (Miner's Friend) と呼んだ。
これは、サマセットのデザインの直接のコピーであることはほぼ間違いない。
1 つのキーになる改良が後に付け加えられ、シリンダーの外の冷却水の流れを、シリンダー内のスプレーで置き換えた。
少々のポンプが製造されたが、大半が実験的なものであった。
水を持ち上げるために吸引を使用するどのようなシステムとも同様に、最大の高さは 32 フィート (典型的にはもっと小さい) である。
実用的なものにするために、
彼のデザインは追加蒸気の圧力を使用して、シリンダーの上部から水を押し上げ、
ポンプを積み上げた。
しかし、多くの鉱山の所有者は爆発の危険を恐れ、このオプションを避けた。
(セイヴァリ・エンジンは 1780 年代に再導入され、水を再循環して、
繊維工場を駆動する水車に再給水し、とりわけ干ばつ時に行われた。)
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1705 年頃 --
トーマス・ニューコメンは大気圧エンジンを開発した。これは、セイヴァリ・エンジンと違い、
シリンダーの中のピストンを使用し、
水がシリンダーに注入された時に、真空がピストンをシリンダーの底に引き下げた。
このエンジンは排水できる高さを随分増大し、真空が水を吸い上げることを利用する場合に可能であった深さより、
もっと深い鉱山から排水した。
セイヴァリは蒸気力使用をすべて想定した特許を所得していたため、
ニューコメンと協力者のジョン・カリー (John Calley) はセイヴァリを説得して、
彼らと力を合わせて、特許が切れる 1733 年まで自分たちの発明を利用するようにした。
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1707 年 --
ドニ・パパン (Denis Papin) は蒸気力に関しての研究を出版し、
幾つかのアイデアを載せた。
一つはセイヴァリのようなエンジンを使用して、回転力を得るために水車に水を揚水するものであった。
研究では、セイヴァリ・エンジンの水の代わりにピストンで置き換えることを提案し、
ピストンは内部の蒸気が凝縮した時にシリンダーの真空により引っ張られるものであった。
しかし、彼はそのような装置を作れなかった。
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1718 年 --
デサグリエ (Desaguliers) はセイヴァリ・エンジンの改良版を導入し、
これには安全弁や、蒸気と冷水のどちらも扱う 2 用途のバルブ (別々のバルブではない) を含んでいた。
ニューコメン・エンジン:実際の蒸気力
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1712 年 -- ニューコメンは彼の最初の商用エンジンを設置する。
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1713 年 -- ハンフリー・ポッター (Humphrey Potter) はニューコメン・エンジンの操作を任されていた少年で、
自動でバルブを開閉する単純なシステムを設置した。
エンジンは今や 1 分間で 15 ストロークを走り、ボイラーに点火する以外にほとんど仕事がなくなった。
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1718 年 -- ヘンリー・バイトン (Henry Beighton) はポッターの操作システムのもっと信頼できる改良版を導入した。
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1733 年 --
ニューコメンの特許の期限が切れた。これまでに、およそ 100 台のニューコメン・エンジンが建設された。
これに続く 50 年以上の間に、エンジンはイングランド中の炭坑と金属鉱山で設置され、
とりわけコーンウォールで設置された。
また都市の給水や、水車に揚水するために使用され、とりわけ製鉄所で使用された。
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1755 年 --
ジョサイア・ホーンブローワー (Josiah Hornblower) は米国に最初の商用ニューコメン・エンジンを設置した。
場所はスカイラー銅鉱山 (Schuyler Copper Mine) で、
現在のニュージャージー州バーゲン郡のノース・アーリントンで、
英国から輸入した部品を使用した。
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1769 年 --
ジョン・スミートンはニューコメン・エンジンで実験し、
以前のものよりは長いピストン・ストロークを持つ改良エンジンの製造を開始した。
このエンジンは、恐らくはニューコメン・エンジンのデザインで最も優れたもので、
80 馬力 (60 kW) の出力があった。
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1775 年 --
この時までに、600 基のニューコメン・エンジンが英国で設置された。
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1779 年 --
クランクが初めてジェームズ・ピカード (James Pikard) によりニューコメン・エンジンに応用され、
回転運動を生成した。
ピカードは翌年にこの特許を取ったが、この特許は強制できなかった。
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1780 年 --
ニューコメン・エンジンは大量に (1775 年と 1800 年の中間ではおよそ 1000 基) 建造され続け、
とりわけ鉱山で使用されたが、次第にミル (mill) や工場 (factory) で使用されるようになった。
多くはワットの特許が期限が切れた後にワットの凝縮器を追加した。
数十台の改良されたセイヴァリのエンジンも建造された。
ワットのエンジン
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1765 年 --
ジェームズ・ワットは分離した凝縮器を発明し、
キーとなる点は水ジェット (water jet)
(これがニューコメン・エンジンの蒸気を凝縮し、真空を作るもの)
を水槽 (water bath) に沈めたより小さなサイズの追加の円筒容器に移動することであった。
まだ熱い凝縮水は加熱水槽 (hot well) に真空ポンプで移動し、
予熱された水がボイラーに戻るようになっていた。
これにより熱効率が増大し、メイン・シリンダーは常時熱いままであった。
これがニューコメン・エンジンと違う点で、
ニューコメン・エンジンでは凝縮用の水スプレーがストローク毎にシリンダーを冷却した。
ワットはシリンダー上部も封印し、
大気圧よりもわずかに高圧の蒸気が、
ピストンの下に作られた真空に対して、ピストンの上方から作動するようにした。
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1765 年 --
マシュー・ボウルトンはソーホー・マニュファクトリー (Soho Manufactory)
技術工場をハンズワース (Handsworth) に開設した。
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1765 年 --
イヴァン・ポルズノフ (Ivan Polzunov) は 2 シリンダーのニューコメン・エンジンを建造し、
ロシアのバルナウル (Barnaul) の鉱山の換気用動力を与えた。
これにはボイラーの水位を調整する自動システムが含まれていた。
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1769 年 --
ジェームズ・ワットは彼の改良したデザインに関しての特許を取った。
彼はシリンダーに正確に穴を開ける人を見つけることができなかった。
しかしながら、効率の増大はワットにとっても彼の協力者であるマシュー・ボウルトンにとっても十分であり、
年間の石炭の節約量に応じてライセンス料を課金した。
ライセンス料は固定したものではなかった。
ワットは正確に穴を開けたシリンダーを手に入れるために、全部で十年間が必要であった。
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1774 年 --
ジョン・ウィルキンソンはシリンダーに正確な穴を開けるための穴開け機を発明した。
穴開け用の棒はシリンダーを完全に貫き、両端で支えられ、
より以前のカンチレバー式の穴開け装置とは違っていた。
ボウルトンが 1776 年に書いたことによれば:
「ウィルキンソン氏は我々のためにエラーなしに幾つかのシリンダーに穴を開けてくれました。
これは直径が 50 インチでティプトン (Tipton) に設置しましたが、
どの部分も旧シリング硬貨の厚さの狂いがありませんでした。
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1775 年 --
ワットとボウルトンは正式な協力関係を結んだ。
ワットの特許は議会法により 25 年間延長され、1800 年までとなった。
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1776 年 --
ボウルトン・ワット (B&W) の最初の商用エンジンが建造された。
この時点で、そして 1795 年に至るまでは B&W が提供していたのは、デザイン、計画、最も複雑なエンジンの部品、
現地での組み立てのサポートのみであった。
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1781 年 --
ジョナサン・ホーンブローワー (Jonathan Hornblower) は 2 シリンダー複合エンジンの特許を取り、
蒸気は 1 つのピストンを押し (以前のデザインのように真空が引くものと違っていた)、
ピストンがストロークの終点に達した時に、蒸気は第 2 のシリンダーに移されて、
第 2 のシリンダーが通常のように蒸気を凝縮器に排気する。
ホーンブローワーのデザインは
ワットの単動式エンジンよりは効率的であったが、
ワットの複動式 (double-acting) エンジンとは十分類似しており、ボウルトン・ワットはこの特許を 1799 年の法廷で覆すことができた。
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1782 年 --
最初のワットの回転エンジンは、
太陽・惑星歯車装置 (sun and planet gears)
によりはずみ車を駆動し、クランクを使用しなかった。
これにより、ジェームズ・ピカードの特許を避けた。
ワットはこの年と 1784 年に特許を更に安全にした。
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1783 年 --
ワットは最初の複動式 (double-acting) エンジンを建造した。
これでは、蒸気はピストンの一方の側ともう一方の側に交互に吸引され、
ワットの平行運動接続の導入により、
(押し込みと牽引の) どちらのストロークでもピストンからビームに動力が伝達された。
この変更により、はずみ車にはガバナーにより制御された安定した回転運動が付け加わることになり、
エンジンは速度が重要でない機械を駆動できるようになった。
このような機械には次があった:ミル (milling)、醸造所、そしてそれ以外の製造業。
(遠心力) ガバナー (調速機) だけでは、負荷変動への応答が低いので、
ワットのエンジンは木綿の紡績には適していなかった。
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1784 年 --
ウィリアム・マードック (William Murdoch) は「強力蒸気」で動作する蒸気車両モデルを実演した。
彼の雇用者であるジェームズ・ワットは、彼が発明の特許を取ることを思いとどまらせた。
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1788 年 --
ワットは ボウルトン・ワット・ソーホー工場で、
遠心力ガバナーを使用する最初の蒸気エンジンを建造した。
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1790 年 --
ネイサン・リード (Nathan Read) は管状ボイラーを発明し、シリンダーを改良し、高圧蒸気エンジンを考案した。
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1791 年 --
ウィリアム・ブル (William Bull) は見たところ明らかなデザインの変更をして、
蒸気エンジンを逆さにし、鉱山のポンプの真上に置き、
ニューコメンのデザイン以来使用されている大きなビームを消し去った。
およそ 10 基の彼のエンジンがコーンウォールで建造された。
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1795 年 --
ボウルトン・ワットは蒸気エンジン製造のためのソーホー鋳造所を開設した。
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1799 年 --
リチャード・トレビシックは最初の高圧エンジンを
コーンウォールのドルコース錫鉱山で建造した。
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1800 年 --
ワットの特許の期限が切れた。
この時までに、およそ 450 基のワット・エンジン (全部で 7500 馬力) と
1500 基以上のニューコメン・エンジンが英国で建造された。
向上する動力
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1801 年 --
リチャード・トレビシックはカムボーン (Camborne) 道路エンジンを建造し、走らせた。
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1801 年 --
オリバー・エバンス (Oliver Evans) は米国で彼の最初の高圧蒸気エンジンを建造した。
(1804 年に特許。)
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1804 年 --
リチャード・トレビシックはシングル・シリンダーではずみ車のついた機関車を建造し、
9 マイルのペン=ア=ダレン (Pen-y-Darren) トラムウェイで走らせた。
プレート【訳注:レールのこと】が壊れたため、
エンジンはドウライス (Dowlais) で固定式エンジンとして設置された。
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【訳注:この項目は原文が間違っていると思われるので
クリストファー・ブラケットの内容に従って、
基本的に書き直しました。】
1804 年 -- クリストファー・ブラケット
はリチャード・トレビシックに機関車を注文した。
機関車はゲーツヘッドのパイプウェルのジョン・ウィンフィールドが製造した。
残念なことに、機関車はワゴンウェイの木製のレールには重すぎ、
ウィンフィールドとブラケットは投げ落とされた。
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1804 年 --
ワットの特許が切れたため、
アーサー・ウルフ (Arthur Woolf)
はホーンブローワーの二重シリンダーのデザインを再導入した。
彼は幾つかの実例を建造し続け 9 基のシリンダーからなるものも建造した。
これは製造技術の向上と材質の向上によりボイラー圧が増大したからであった。
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1808 年 --
クリストファー・ブラケットはワイラム (Wylam) 炭坑のワゴンウェイを敷きなおした。
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1808 年 --
リチャード・トレビシックはロンドンの「蒸気サーカス」で
(機関車キャッチ・ミー・フー・キャン (Catch Me Who Can) を円形軌道で使用して)
乗客鉄道を実演した。
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1811 年 --
ブラケットは、新しいはずみ車の機関車を製造するためにトーマス・ウォーターズ
(Thomas Waters) を採用した。
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1811 年 --
ブラケットはティモシー・ハックワース (Timothy Hackworth) に指示して、
手動クランクの車体を建造させて、牽引に滑らかなレールを使用できることを調べさせた。
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1811 年 --
二番目のワイラム機関車がブラケットの開発チームにより建造された。
開発チームはティモシー・ハックワース (Timothy Hackworth)、
ウィリアム・ヘドリー (William Hedley)、
ジョナサン・フォスター (Jonahan Foster) から構成されていた。
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1812 年 --
ブレンキンソップ (Blenkinsop) はリーズ円形鋳造所 (Leeds Round Foundry) のマシュー・マレー
(Mathew Murray) と共同で歯車式鉄道システムを開発した --
1 個の煙道からなるボイラーがあり、垂直シリンダーがボイラーに埋め込まれていた。
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1813 年 --
三番目のワイラム機関車が建設され、軸の荷重を拡散するために 8 個の車輪を使用した。
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1815 年 --
ジョージ・スティーブンソンが 「ブリュッヘル」 (Blücher) を建造 --
ブレンキンソップのモデルに類似
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ロバート・スティーブンソン会社 (Robert Stephenson & Co.)
がストックトン・ダーリントン鉄道のためにロコモーションを建造
- 1827 年 --
ティモシー・ハックワース (Timothy Hackworth)
が高度に効率的なロイヤル・ジョージを建造し、
これは煙突の中央にブラストパイプを設置したもので、
ストックトン・ダーリントン鉄道のために建造したものである。
- 1829 年 --
ロバート・スティーブンソン会社は
ロケットによってレインヒル試験で成功裏に競争した。
競争相手は、ハックワースのサン・パレイユ、ブレースウェイト (Braithwaite)
のもの、エリクソンのノベリティであった。
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1830 年 --
スティーブンソンの機関車の (内的) 配置 (configuration) は
スティーブンソンのプラネット形式の機関車に登場し、
エドワード・ベリー (Edward Bury) のリバプールにも登場した --
水平シリンダーがスモーク・ボックスの下に設置され、
後部のクランクを使用し、バー・フレームがある。
リバプール・マンチェスター鉄道が騒々しい歓呼で開通した。
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1849 年 --
ジョージ・ヘンリー・コーリス (George Henry Corliss)
はコーリス型式の蒸気エンジンを開発して販売した。
このエンジンは 4 つのバルブがある向流 (カウンター・フロー、counterflow) エンジンで、
吸気バルブと排気バルブが別になっていた。
トリップ・バルブ (trip valve) の仕組みが吸気ストロークの最中に鋭敏な蒸気遮断を提供した。
ガバナー (調速器) がスロットル・バルブの代わりに遮断を制御するのに使用された。
コーリス・エンジンの効率はその当時の他のエンジンをはるかに凌駕し、
急速に産業界の固定式エンジンで採用された。
コーリス・エンジンは負荷の変動に良く応答し、もっと一定の速度で走り、
例えば紡績のような応用にも適切であった。
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1854 年 --
ジョン・ラムズボトム (John Ramsbottom)
は大きすぎる鋼製のピストン・リングの使用報告を出版した。
ピストン・リングはシリンダーの壁で外方向のバネのテンションによって、
密閉を維持する。
これにより (初期の木綿の密閉よりは) より良い密閉が提供され、
これにより「ガス漏れ」(blow-by) が起きるまでは、
随分と高いシステムの圧力につながる。
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1862 年 --
アレン蒸気エンジン (後に
ポーター・アレン蒸気エンジンと呼ばれた)
が
ロンドン万国博覧会で展示された。
これは精密に設計され、バランスがとれており、
他の固定式のエンジンの 3 倍から 5 倍の速度で操業することが可能であった。
短いストロークと高速性により、シリンダーにおける凝縮を最小にし、随分と効率を向上した。
高速性により直接接続が可能となったり、小さな滑車やベルトの使用が可能となった。
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1862 年 --
蒸気エンジン・インジケーターが
ロンドン万国博覧会で展示された。
蒸気エンジン・インジケーターはチャールズ・ポーター (Charles Porter)
のためにチャールズ・リチャード (Charles Richard) が開発し、
これにより 1 サイクルの間のシリンダーの圧力 (の変化) を紙に記録できる。
これにより、色々な問題を見抜き、効率を最適化できる。
蒸気エンジン・インジケーターの初期のバージョンは 1851 年に使用されたが、比較的知られていなかった。
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1865 年 --
オーガスタン・ムショ (Augustin Mouchout) は太陽エネルギーを機械的な蒸気動力に変換する最初の装置を発明した。
これでは大釜に水を満たして、ガラスでふたをして、日の当たるところにおいて沸騰させた。
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1867 年 --
ステファン・ウィルコックス (Stephen Wilcox) と彼の協力者の
ジョージ・ハーマン・バブコック (George Herman Babcock) は「バブコック・ウィルコックスの爆発しないボイラー」の特許を取った。
これは密集する管の中に水を貯め蒸気を発生させるもので、
当時の典型的な煙管ボイラーよりも高い圧力と効率を備えていた。
バブコック・ウィルコックス型式のボイラー・デザインは新規の設置に人気が出た。
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1881 年 --
アレクサンダー C. カーク (Alexander C. Kirk) は実用的な 3 段膨張エンジンをデザインし、
SS アバディーン (SS Aberdeen) に設置された。【訳注:SS=steam ship, 蒸気船】
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1897 年 --
チャールズ・アルジャーノン・パーソンズ
(Charles Algernon Parsons) は蒸気タービンの特許を取り、これは船舶に使用された。
タービンは多重シリンダー蒸気エンジンと同じように動作するが、
シリンダー数がいくらでも沢山あるものと同じなのである。
大きな蒸気タービンの効率は最良の複合エンジンよりも随分とよく、
しかも、より単純で、より信頼でき、より小さく、より軽く、
全部ひっくるめてこうなっている。
これ以来、蒸気タービンはほとんど普遍的に、発電用にピストン・エンジンの代わりになった。
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1897 年 --
スタンリー・ブラザーズ (Stanley Brothers) は軽量の
蒸気乗用車 (steam cars) の販売を始め、200 台以上を製造した。
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1899 年 --
ロコモーティブ・カンパニー (機関車会社、Locomotive Company)
はスタンリー・ブラザーズから製造権を購入し、蒸気乗用車の量産を始めた。
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1902 年 --
スタンリー・モーター・キャリッジ・カンパニー (Stanley Motor Carriage Company)
は
スタンリー・スチーマーの量産を始めた。
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1903 年 --
コモンウェルス・エジソン (Commonwealth Edison) の
フィスク発電所 (Fisk Generating Station) がシカゴに開設され、
32 基のバブコック・ウィルコックス・ボイラーを使用し、
幾つかの GE カーチス・タービンを駆動し、
各々 5000 キロワット、9000 キロワットの出力があり、
当時世界で最も大きなタービン発電機であった。
ほとんどすべての発電は、フィスク発電所の時代から現在に至るまで、
蒸気駆動のタービン発電機に基づいていた。
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1913 年 --
ニコラ・テスラ (Nikola Tesla)
は
境界層効果を使用する羽根のないタービンの特許を取った。
このデザインは効率の悪さから商用には使用されなかった。
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1923 年 --
アラン・アーノルド・グリフィス (Alan Arnold Griffith)
は「タービン・デザインの空気力学理論」(An Aerodynamic Theory of Turbine Design)
を出版し、すべてのタービンの効率を劇的に改善する方法を述べた。
新しい発電所をもっと経済的にすることに付け加え、
これはジェット・エンジンを建造するのに足る十分な効率も提供した。
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1933 年 --
米国のジョージ・ベスラーとウィリアム・ベスラー (George and William Besler)
は蒸気動力で空を飛んだ最初の飛行家である。 (今日に至るまで彼ら以外にはいない。)
これは 1933 年 4 月 12 日のことで、
トラベル・エアー2000 複葉機を改造し、
彼ら自身がデザインした 90°V-ツイン複合エンジンを使用した。
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2009 年 --
2009 年 8 月 25 日に、
英国蒸気乗用車チャレンジ (British Steam Car Challenge)
のチーム・インスピレーション (Team Inspiration)
が 1906 年に一台のスタンリー・スチーマーが樹立した蒸気乗用車による長期間の記録を打ち破り、
カリフォルニア州モハベ砂漠のエドワーズ空軍基地で時速 139.843 マイルの新しい速度記録を樹立した。