蒸氣機關 (蒸氣機關, 英語 : Steam engine )은 外延 熱機關 으로, 水蒸氣 의 열에너지를 機械的인 日 로 바꾸는 裝置이다. 1705年 英國의 發明家 토머스 뉴커먼 이 發明했고, 1769年 에 제임스 와트 가 改良했다.

機械作動을 위해 끓는 물을 利用하는 아이디어는 2,000年의 오랜 歷史를 가지고 있다. 初期 裝置들은 實用的인 動力 發生爐들이 아니었지만 設計가 進步함에 따라 有用한 動力을 發生시킬 수 있게 되어 지난 300年동안 機械 動力의 主要한 根源이 되었는데, 最初의 應用 例는 眞空 엔진을 利用한 坑內 排水였다. 以後의 發展型에서는 加壓 蒸氣를 使用하고, 回轉 運動으로 變換하여 以前에 數次나 風車 位置의 制限으로부터 풀려나 물과 石炭 또는 나무 燃料를 얻을 수 있는 곳이면 어디든지 製造 機械裝置의 廣範圍한 動力 使用을 可能케 하였다. 注目할 點은, 이 動力源이 蒸氣牽引車, 鐵道 機關車 같은 蒸氣牽引車들과 같은 機動 原動機에 後날 使用된 것이다. 現代 蒸氣터빈들은 여러 가지 熱員들을 使用하여 世界에 戰力의 大略 80%을 生産한다.

蒸氣機關들은 비록 太陽 에너지, 原子力 또는 地熱 에너지와 같은 熱意 다른 外部 根源이 使用될지라도 一般的으로 外燃機關이다. 動力 싸이클은 Rankine 사이클로 알려져 있다.

一般的으로, '蒸氣機關'이라는 用語는 統合 蒸氣 플랜트, 卽, 鐵道 蒸氣機關車와 이동형 蒸氣機關을 가리킬 수도 있고, 單獨 機械類, 卽, 報 엔진과 固定蒸氣機關을 가리킬 수도 있다. 蒸氣해머와 蒸氣 파일 드라이버들과 같은 專門化된 裝置들은 獨立된 보일러로부터 供給된 蒸氣를 使用한다.

發展 過程 [ 編輯 ]

近世 以前 [ 編輯 ]

• 1世紀 : 알렉산드리아 의 헤론 이 苛烈한 空氣 또는 물의 힘에 對한 例示를 '亞에올리스의 功'으로 構想하여 記錄했다. 이 裝置는 蒸氣 제트에 依해 돌아가는 回戰 功으로 이루어져 있으며 若干의 힘은 낼 수 있었으나 實際 使用은 不可能했다. 그럼에도 不拘하고 蒸氣 壓力으로 움직이는 最初의 裝置로 記錄되어 있다. 그는 蒸氣壓을 利用해 물을 한쪽 容器에서 다른 쪽으로 옮기는 方法 또한 考案했다. 寺院 門을 열 때 쓰던 연장의 무게만큼의 洋동이에 물을 채우고 닫은 後 무거운 物件을 올려놓으면 처음 勇氣의 冷却으로 發生한 眞空에 依해 洋동이 안의 물이 빨려나오게 된다.
• 1551年 : 타키 알딘이 모래톱을 회전시키기 위해 蒸氣 터빈을 닮은 裝置를 考案했다.
• 1601年 : 지오바니 바티스타 델라 포르타가 壓力 或은 眞空을 만들기 爲해 蒸氣를 使用한 實驗을 했다.
• 1615年 : 루이 13歲 밑에서 일하던 技術者였던 살로몽 드 코는 포르타가 考案한 裝置와 비슷한 裝置가 記述된 冊을 出刊하였다.
• 1629年 : 지오반니 브란카는 타키 알딘이 考案한 類似 蒸氣 터빈 裝置를 使用하여 반죽에 使用하는 방아裝置를 開發했다.
• 1630年 : 데이비드 렘市는 그가 開發한 많은 蒸氣 關聯 特許를 取得하였다. 그는 蒸氣 機關을 '불 機關'이라 불렀으며. 이 用語는 오랫동안 使用된다.

蒸氣 機關의 商用化 [ 編輯 ]

• 1663年 : 에드워드 서머셋 우스터 侯爵은 그의 發明品들의 모음집을 發刊했다. 하나는 本質的으로는 살로몽 드 코가 만든 것과 비슷하지만 한 個의 보일러에만 附着되어 있었던 새로운 種類의 蒸氣 機關이었다. 이 發明品의 열쇠는 蒸氣를 强制로 農畜시키기 위한 勇氣 周圍의 冷却 裝置이다. 이는 파이프를 통해 勇氣로 물을 끌어 넣는 데 使用되던 房의 一部를 眞空으로 만들었다. 故로 펌프를 만든 것이다. 그는 來글랜 城 한 곳에 相當히 큰 크기의 裝置를 만들었는데, 이것이 最初의 工業用 크기 蒸氣 機關이었다. 그는 採光 作業을 하기 위해 裝置를 만들고 있었지만, 會社를 세우기도 前에 死亡했다.
• 1698年 : 토마스 세이버리는 〈鑛夫의 親舊〉라는 蒸氣 펌프를 紹介했다. 이것은 서머셋의 디자인과 거의 같았는데, 나중에 追加된 한가지 重要한 改善點은 冷却水가 裝置 안에 있는 스프레이로 실린더 밖으로 直接 뿌려져서 交替된다는 것이다. 이 펌프는 大部分 實驗作으로 몇몇 個가 만들어졌으나, 吸引力을 利用하여 물을 끌어올리는 다른 構造와 마찬가지로 32피트(10미터) 或은 그보다 낮은 높이까지만 들어올릴 수 있었다. 實生活에 使用되도록 하기 위해 펌프들을 쌓아놓고 실린더의 맨 꼭대기까지 强制로 물을 끌어 올리는 追加 蒸氣 壓力도 使用할 수 있도록 하였다. 하지만 많은 鑛山業者들은 爆發의 危險을 생각하여 이 옵션은 避했다.

토머스 뉴커먼의 蒸氣 機關 [ 編輯 ]

• 1705年 : 토마스 뉴커먼은 大氣壓式 蒸氣機關을 만들었는데, 세이버리 펌프와는 달리 실린더 안에 피스톤을 두어 물이 안으로 뿌려질 때 眞空이 피스톤을 실린더의 바닥으로 밀어 내리도록 했다. 이 機關은 作動 높이와 炭鑛 採掘에 많은 向上을 가져왔다. 當時 蒸氣 機關에 對한 모든 使用에 對한 特許는 세이버리가 쥐고 있었으므로 뉴커먼은 그의 同僚였던 존 컬리와 함께 1733年에 特許가 滿了될 때까지 同業하자고 세이버리를 說得했다.
• 1707年 : 드니 파팽은 수많은 아이디어를 담은 蒸氣 機關 硏究집을 發刊했다. 그 中 하나는 물레방아에 물을 올리기 위해 歲버리 機關과 비슷한 것을 使用한 것이었다. 또한 실린더 속 蒸氣가 濃縮된 後의 眞空에 依해 올라가는 피스톤이 있는 歲버리 機關의 물을 代替하는 것도 提案했으나 그 裝置를 만드는 데는 失敗했다.
• 1718年 : 드사귈리예는 安全 밸브와 以前엔 두 밸브로 나뉘어 있었던 蒸氣와 冷水를 同時에 管理하는 이中 밸브가 包含된 向上된 歲버리 機關을 紹介했으나 商業的으로 使用되지는 않았다.
• 1720年 : 리에폴드는 擴張에 基盤하여 두 실린더가 蒸氣를 받고 待機로 輩出하는 것을 번갈아하는 機關을 考案했다.
• 1711年 或은 1712年 : 토머스 뉴커먼 은 그의 첫 番째 商業 機關을 設置했다. ^[1]
• 1713年 : 뉴커먼 機關을 操作하던 험프리 포터라는 少年은 作動 밸브들을 自動으로 열고 닫게 하는 簡單한 시스템을 設置했다. 이제 뉴커먼 機關은 1分에 15番 運動할 수 있게 되었다.
• 1718年 : 헨리 베이턴은 포터의 시스템보다 더 向上되고 믿을 수 있는 시스템을 製作했다.
• 1733年 : 뉴커먼의 特許가 滿了되었다. 이 때까지 100個의 뉴커먼 機關이 만들어졌다. 만들어진 後 50餘年間 이 機關들은 英國 全域의 炭鑛에서 使用되었으며, 또한 地方 地域의 물 供給과 물레 방아 를 利用한 물 끌어올리기 等에 使用되었다. 1742年에 이 機械 中 한 臺灣이 英國에서 쓰였고 두 臺가 大陸으로 갔다. 眞짜 成功은 그 다음 30年 동안에 찾아왔다. 콘월 州에서 朱錫 鑛山의 물을 빼내기 위해서 60代의 機械를 만들었던 것이다. 그렇지만 프랑스에서는 18世紀 말에도 團地 다섯 臺灣이 製鐵所에서 使用되고 있었다. ^[2]
• 1769年 : 존 스미턴은 뉴커멘 機關을 利用한 實驗을 하며 以前보다 더 길게 피스톤 運動할 수 있는 向上된 機關들을 만들기 始作했다. 뉴터멘 機關의 最高點이었던 後記 機關들은 最大 80魔力까지 낼 수 있었다.
• 1775年 : 이 때까지 英國에는 600個의 뉴커멘 機關들이 使用되었다.
• 1779年 : 제임스 피카드의 提案으로 回轉 運動을 하는 뉴커먼 機關에 처음으로 크랭크가 製作되었다. 피카드는 이것을 數年間 特許를 내었으나, 施行할 수는 없었다.
• 1776年 - 1800年 : 뉴커먼 機關은 1775年 부터 1800年 까지 1000臺가 넘는 量이 製作되었으며, 特히 炭鑛이나 工場 等에서 使用이 急增했다.

와트의 蒸氣 機關 [ 編輯 ]

• 1765年 : 와트는 凝縮器를 分離하는 아이디어를 내놓았다. 이 아이디어의 열쇠는 移轉 세이버리 엔진에서 蒸氣를 凝縮시키고 眞空을 만들어주던 물 噴射 裝置를 다시 配置하는 것이었다.

물桶에 둘러싸인 더 작은 크기의 追加 圓筒 容器 안에 있는 凝縮器는 如前히 따뜻한 凝縮液을 미리 데워진 물을 보일러로 되돌려 보내게 해 주는 吸入 펌프로 溫水桶으로 보내게 한다.

이는 뉴커먼 機關에서 실린더를 매 運動마다 차갑게 식히던 것과는 달리 週 실린더를 언제나 뜨겁게 維持시킴으로써 열 能率을 相當히 向上시켰다. 와트는 또한 아래에 만들어진 眞空에 反하여 피스톤의 윗部分이 움직이도록 大氣壓보다 조금 많은 壓力밖에 만들 수 없었던 실린더의 윗部分을 密封했다. 이러한 理由로, 蒸氣 機關은 더 以上 大氣壓 의 어떤 要素의 影響도 받지 않게 되었다. 이어서 제임스 와트는 매슈 볼턴 과 事業 提携를 맺은 뒤 英國 핸즈워드에 '소호 工場'을 열었다.

• 1769年 : 제임스 와트 는 그의 機械로 特許를 얻었다. 能率의 向上은 와트와 그의 同僚 매슈 볼턴에게는 값비싼 修理費와는 對照的으로 每年 使用하는 石炭의 孃을 節約하는 이런 디자인을 라이센스 받기엔 充分했다. 예전에는 이 發明이 産業革命의 始作으로 잘못 알려졌었다.
• 1775年 : 와트 와 볼턴이 形式的인 協力關係에 들어섰다. 와트의 特許는 議會法에 依해 1800年 까지 25年 延長되었다.
• 1776年 : 첫 商業用 볼턴 & 와트 蒸氣機關이 만들어졌다.

같이 보기 [ 編輯 ]

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蒸氣機關

• 産業 革命
• Interactive Animation and Download Files for School Archived 2022年 1月 25日 - 웨이백 머신 (German, English, Spanish)

各州 [ 編輯 ]