蒸気機関はどのように機能しますか?

それらは人類によって発明された最初の機械的動力源でした

ドンニングキンダースリー/ゲッティイメージズ

水をその温度まで加熱する 沸点 そして、それは液体から、私たちが蒸気として知っている気体または水蒸気になります。水が蒸気になると、その体積は約1600倍になり、その膨張はエネルギーに満ちています。

エンジンは、エネルギーをピストンやホイールを回転させる機械的な力または運動に変換する機械です。エンジンの目的は動力を提供することであり、蒸気エンジンは蒸気のエネルギーを使用して機械動力を提供します。

蒸気機関 発明された最初の成功したエンジンであり、その背後にある原動力でした 産業革命 .それらは、最初の列車、船、工場、および 車でさえ .また、蒸気機関は過去には間違いなく重要でしたが、地熱エネルギー源で私たちに電力を供給するという新しい未来も持っています.

蒸気機関のしくみ

基本的な蒸気機関を理解するために、図のような古い蒸気機関車に見られる蒸気機関の例を見てみましょう。機関車の蒸気エンジンの基本的な部品は、ボイラー、スライド バルブ、シリンダー、蒸気タンク、ピストン、および駆動輪です。

ボイラーには、石炭がシャベルで入れられる火室があります。石炭は非常に高温で燃焼し続け、ボイラーを加熱して水を沸騰させ、高圧蒸気を生成します。高圧蒸気は膨張し、蒸気パイプを介してボイラーから出て蒸気リザーバーに入ります。次に、蒸気はスライドバルブによって制御され、シリンダーに移動してピストンを押します。ピストンを押す蒸気エネルギーの圧力が駆動輪を円を描くように回転させ、機関車の動きを生み出します。

蒸気機関の歴史

人間は何世紀にもわたって蒸気の力を認識してきました。ギリシャのエンジニア、 アレクサンドリアの英雄 (紀元 100 年頃)、蒸気の実験を行い、最初の非常に粗雑な蒸気エンジンであるエオリパイルを発明しました。エオリパイルは、沸騰した湯沸かし器の上に取り付けられた金属球でした。蒸気はパイプを通って球体に移動しました。球体の反対側にある 2 つの L 字型のチューブから蒸気が放出され、球体に推力を与えて球体を回転させました。しかし、ヒーローはエオリパイルの可能性に気付くことはなく、実用的な蒸気機関が発明されるまでには何世紀もかかりました。

1698年、英国の技術者、 トーマス・サヴェリー 最初の粗製蒸気エンジンの特許を取得しました。サヴェリーは彼の発明を使って炭鉱から水を汲み出しました。 1712年、英国の技術者で鍛冶屋、 トーマス・ニューコメン 大気蒸気機関を発明した。ニューコメンの蒸気エンジンの目的は、鉱山から水を除去することでもあった。 1765年、スコットランドの技術者、 ジェームズ・ワット トーマス・ニューコメンの蒸気エンジンの研究を開始し、改良版を発明しました。最初に回転運動をしたのはワットのエンジンでした。ジェームズ・ワットの設計が成功し、蒸気エンジンの使用が広まった。

蒸気機関は輸送の歴史に大きな影響を与えました。 1700 年代後半までに、発明者は蒸気エンジンがボートに動力を供給できることに気付き、商業的に成功した最初の蒸気船がジョージ スチーブンソンによって発明されました。 1900 年以降、ガソリンとディーゼルの内燃エンジンが蒸気ピストン エンジンに取って代わり始めました。しかし、蒸気機関は過去 20 年間に再び登場しました。

今日の蒸気機関

驚くべきことに、その 95% は 原子力 工場は蒸気機関を使って発電しています。はい、原子力発電所の放射性燃料棒は、蒸気機関車の石炭と同じように、水を沸騰させて蒸気エネルギーを生成するために使用されます。しかし、使用済み放射性燃料棒の処分、原子力発電所の地震に対する脆弱性、その他の問題により、公衆と環境は大きな危険にさらされています。

地熱発電とは、溶けた地球の核から出る熱によって発生する蒸気を利用して発電する発電です。地熱発電所は比較的 グリーンテクノロジー .地熱発電設備のノルウェー/アイスランドのメーカーである Kaldara Green Energy は、この分野の主要な革新者です。

太陽熱発電所は、蒸気タービンを使用して発電することもできます。