クエリ: 蒸気機関はいつから使われ始めた?
文章: 鉄道車両の歴史 17世紀頃から蒸気機関に関するアイデアが出され始め、1698年にイギリスのトーマス・セイヴァリによって初めての蒸気機関である、蒸気圧による揚水機械の特許が取得された。さらに鉱山の排水用として、やはりイギリスのトーマス・ニューコメンにより1712年に初めて実用になる蒸気機関が発明された。この蒸気機関はまだ効率が悪かったため、改良が進められてジェームズ・ワットにより1769年に新方式の蒸気機関が開発された。このワットが改良した蒸気機関がその後広く普及して、産業革命を推し進めていく原動力となった。
文章: 生産技術 18世紀の中ごろ、動力機関として使用可能な蒸気機関が発明された。始めは炭鉱に溜まった水を汲み上げる必要性から作られたもので単純で非力なものだった。その後、機械技術の向上により高圧蒸気が使えるようになると、大きな機械を動かせるようになった。動力源の心配がなくなり、イギリス各地に巨大な紡績工場が建てられるようになった。自動化された工場が建つと、それまでの工場制手工業は成り立たなくなり、余剰労働力が大量に発生した。余った労働者は安い労働力として工場に集まり、加速度的に産業が発達した。都市化が進み、階級という言葉が生まれ、社会問題や環境問題も発生した。生産過剰による生産調整というそれまではほとんどみられなかった背景による不景気(生産減少)という状態も発生した。不景気の中、より高い生産性を実現し競争に勝ち残るための専門職、生産技術者が出たのはこの頃だと思われる。 文章: 機械 1785年にはエドモンド・カートライトが蒸気機関を動力とした力織機を開発した。蒸気機関を交通に応用することも行われ、1804年にはリチャード・トレビシックが蒸気機関車を発明し、1807年にはロバート・フルトンが蒸気船を実用化することで、輸送機械と呼ばれる新たな機械が誕生した。 文章: 蒸気タービン 古代アレクサンドリアの工学者・数学者であったヘロン(10年頃 - 70年頃)が考案したさまざまな仕掛けの中に、「ヘロンの蒸気機関」と呼ばれるものが存在する。これは、蒸気を円周上のノズルから噴出させることで回転力を得るものである。これが人類史上に蒸気機関が登場した最初のものであるとされる。これは現在の蒸気タービンに似ており、反動式タービンの原型だとされる。 文章: リチャード・トレビシック 彼は、鉱山技師の経験を活かして蒸気機関を用いた自動車(蒸気自動車)の製作を始め、1801年には蒸気自動車を試作した。 文章: 蒸気機関車 前記したボイラーに水を注水するための給水ポンプとインゼクタがボイラー横に搭載される他、蒸気機関車自体や牽引する客車のブレーキ装置を作動させる圧縮空気を作る目的でボイラー缶胴部横や煙室前面などにコンプレッサーを搭載している(イギリスなど真空ブレーキ式の国ではこれがなかった。空気ブレーキはアメリカで1869年に発明され1872年に直通から自動式に改良、米国では1893年に全列車に空気ブレーキが装備が義務付けられた。なお、日本では真空ブレーキが先(1891年)に導入されたが、勾配が多い日本では1920年代以後に連続使用が効く空気ブレーキ式に切り替えられた。)調圧器により自動的に作動しており、そこで作られた圧縮空気は繰出管を介して冷却されてボイラー横の元空気溜に蓄圧される。また、前照灯など電気装置やATSの保安装置などを使用する目的でタービン発電機がボイラー上部の運転室側に搭載される。コンプレッサーもタービン発電機もボイラーから運転室に取付けられた弁が付いた蒸気分配箱を介して送られた蒸気を動力源としており、これらの弁の操作により蒸気が送られて各種補機を作動させる。こうした理由で、ディーゼル機関車の発展が早かった米国では1930年代頃から蒸気機関車に挑戦するようになり、1946年の調査では、蒸気機関車が得意な特急牽引(蒸気機関車は低速だと全力が出せない)の仕事でさえ、NYCのナイヤガラ特急牽引機で比較した結果、初期コストと運用コストのいずれにおいても蒸気機関車と(電気式)ディーゼル機関車がほぼ同じ経済性とされるほどになっていた。1950年代に至っては、大半の鉄道会社がゼネラルモーターズ(GM)やゼネラルエレクトリック(GE)のディーゼル機関車に置き替えていた。 文章: ブースター (蒸気機関車) 北アメリカ地域でも、ブースターは製造された蒸気機関車のほんの一部にのみ用いられた。鉄道会社によっては広範囲にブースターを利用したところもあれば、ほとんど利用しなかったところもあった。ニューヨーク・セントラル鉄道はブースターの支持者で、車軸配置4-6-4のハドソン型蒸気機関車全てに取り付けていた。一方、そのライバルのペンシルバニア鉄道はほとんどブースター付きの機関車を使わなかった。 文章: 暖房車 電車や気動車などのような独自の暖房装置を搭載していなかった、客車列車の場合、蒸気機関車(SL)が動力源として作り出した蒸気の一部を配管を通じて客車に流すことで暖房にしていたが、稼働しても蒸気が発生しない電気機関車(EL)・ディーゼル機関車(DL)が牽引する列車ではそれができないことから、冬場には蒸気を供給する暖房車が連結された。燃料には石炭を使っており、そのため電化路線でも冬にはトンネル通過の際に窓を開けていると、暖房車から出る煤が入ってくる事があった。 文章: 蒸気ブレーキ 1833年に鉄道のブレーキとしては初めての動力によるブレーキとして、ジョージ・スチーブンソンにより発明された。初期は制動圧の調整が困難で車輪をロックさせてしまうことが多かったため、現場ではあまり使われなかったという。技術の進歩に従って用いられるようになったが、編成の長大化によって貫通ブレーキの必要性が高まり、それに対応できる真空ブレーキや空気ブレーキが発明されると、自車にしか効かない蒸気ブレーキは廃れていった。しかし、構造が簡単なため貫通ブレーキの普及が遅れた軽便鉄道の蒸気機関車ではその後も用いられた。また、日本国有鉄道でも戦時設計のB20形蒸気機関車は使用目的を構内での入換作業や小運転に限定することで構造の簡素化が図られ、ブレーキも蒸気圧使用の単独ブレーキのみ搭載した。 文章: アナトール・マレー マレーはパリのエコール・サントラル・パリで学び、後に港湾設備、中でもスエズ運河に関するものの設計と製作を始めた。1867年に彼は初めて蒸気機関の製作に取り組み、複式機関を考え出した。彼は複式機関の原理を蒸気機関車にも適用しようとした。同年、機関車の始動時に一時的に低圧シリンダーにも高圧蒸気を直接送り込んで始動を助ける装置に関する初めての特許を取得した。マレーがバヨンヌ・ビアリッツ鉄道 (Bayonne-Biarritz) で2両の2シリンダー複式タンク機関車を1877年に運用開始すると、大きな反響を引き起こした。この複式機構によって走行した機関車は、高圧シリンダーと低圧シリンダーの出力の差が完全には調整されていなかったために走りに不安がもたれていたが、予想以上に高速で走った。しかしマレーは、当時の鉄道会社に複式機関の採用を納得させることができなかった。高圧シリンダーと低圧シリンダーの組み合わせを改良したものを開発したが、機械の複雑さが大半の鉄道会社に採用をためらわせることになった。後に開発された過熱式蒸気機関車の方が、複式蒸気機関車に比べて、エネルギー効率を高めるより良い方法として用いられた。 文章: 機関車 機関車は、旅客用と貨物用で区分されることがある。旅客用の機関車は高速性能を重視した設計になっているのに対して、貨物用の機関車は牽引力を重視した設計になっている。また冬期において蒸気機関車以外の機関車で蒸気暖房を使用する列車を牽引する場合や、機関車から電源の供給を受ける電気暖房を使用する場合は、それらの暖房方式に対応した機関車が必要となる。ただし短区間で暖房無しを割り切って使う場合や、暖房車により暖房用蒸気の供給を行う場合などもある。 文章: 中華人民共和国の鉄道 中国の鉄道車両は、1980年代までは、主要幹線でも蒸気機関車が大々的に使用されていたが、中国初の国産ディーゼル機関車である巨龍型 に始まってディーゼル機関車の量産化も進み、1990年代に入り、電気機関車の大量導入も行われ、21世紀始めには、主要幹線においては蒸気機関車は過去のものとなった。広大な中国の鉄道は長距離列車、非電化区間が多く地下鉄を除く大都市の普通列車でさえもほとんどが客車であり、広大な国でも電化率が高く動力分散型が多いロシアの鉄道とは対照的であった。しかし一部の幹線は電車と気動車を用いて、2007年4月第6回鉄道高速化後、高速動力分散型電車を使うことを始めている。 文章: メトロポリタン鉄道A形蒸気機関車 1863年もメトロポリタン鉄道の開業時、グレート・ウェスタン鉄道(GWR)が蒸気機関車を使って運行した。しかし、1863年8月にGWRは運行から撤退し、メトロポリタン鉄道はパディントン駅からファリンドン駅まで地下路線の運行のために復水式蒸気機関車を必要とし、GWRの蒸気機関車を買い上げた。テンダーはマンチェスターのベイヤー・ピーコックで標準とされているもので、2600ポンドで機関車18機分がそれぞれ6ヶ月以内に用意された。機関車のデザインはメトロポリタン鉄道のエンジニアに頻繁に帰属したが、しかしデザインはベイヤー・ピーコックの機関車の開発が作っていたスペインのが持っていて、Fowlerは動輪の直径、軸重と鋭いカーブを案内する機能を指定するのみであった。 文章: スターリングエンジン 異論はあるが、スターリングエンジンは燃費向上と同時に、当時の蒸気機関のボイラーが頻繁に爆発を起こし、死傷者をだしていたため、より安全な動力源を作るという意図があったと一般に言われている。しかし、スターリングエンジンの出力と効率を最大にするには非常に高温で運用する必要があり、当時の材料では限界があった。初期に作られた少数のエンジンは、蒸気機関のボイラーのような危険さはないものの、頻繁に故障を繰り返した。実際、スターリングのダンディー工場でも4年間で3回、シリンダーを交換するような故障が発生し、その後蒸気機関に置き換えたという。ダンディー工場でのスターリングエンジンが失敗に終わったあと、スターリング兄弟が更なる開発を行ったという記録はなく、蒸気機関全盛時代となった。技術の進展に伴って蒸気機関のボイラーが安全になり、効率も良くなったためである。しかし1860年ごろ、水を汲み上げるポンプや教会のパイプオルガンへの空気供給など、それほど出力を必要としない用途でスターリングエンジンが使われ続けていたという事実もある。安価な素材を使っているため高温では運用できず、したがって効率も低かった。スターリングエンジンの蒸気機関に対する利点は、火を扱える人間なら誰でも操作できるという点である。20世紀になってもいくつかの機種が生産され続けたが、若干の瑣末な改良を除いてこの間のスターリングエンジンの進歩はほとんどなかった。 文章: ディーゼル機関車 1929年、ディーゼルエンジンを動力としてコンプレッサーで圧縮空気を作り、その空気を使いシリンダー・主連棒・連結棒で車輪を駆動する方式の機関車(すなわち、蒸気機関車の蒸気の代わりに圧縮空気を用いたもの。蒸気機関車の構成要素も参照。)がドイツ国鉄(現ドイツ鉄道)向けに製造され、V3201という形式を与えられたが、本格的な実用化には至らなかった。また、蒸気機関車は発進時の発生トルクは高いが、取り扱いはディーゼル機関車の方が優れているため、両者の長所を生かすべく、蒸気機関とディーゼルエンジンを搭載したキトソン=スティル蒸気ディーゼル機関車(Kitson-Still Steam-Diesel Locomotive)も製造されたが、出力と経済性で蒸気機関車を超えることが出来ず開発が放棄された。 文章: 蒸気タービン 蒸気タービン(じょうきタービン、)は、蒸気のもつエネルギーを、タービン(羽根車)と軸を介して回転運動へと変換する外燃機関である。火力・原子力・地熱などによる発電や産業用途(発電・ポンプ駆動等)に利用される。蒸気としては一般に水蒸気が使われる。