動力の話 その5 蒸気機関からガソリン機関へ

炭鉱で水をくみ出すポンプを動かすための蒸気機関が登場した後、いよいよ移動のための機械、自動車やら鉄道車両の発明と発展に行くわけですが…

この辺の歴史がややこしい。

1769年に、フランスでニコラ=ジョゼフ・キュニョーが蒸気機関で走る「砲車」を作ります。大砲を運ぶためのクルマです。
これは 木でできた荷車のような車体の前端に蒸気機関を取り付け、それで前輪を駆動し、走行速度は時速4km程度。人工動力で走る世界初のクルマです。
ただ、この砲車は、初走行でブレーキが効かず、操舵ができず、壁に激突して廃車になってしまいます。
この砲車は実働可能なレプリカが製作され、現在は博物館に収蔵されています。

それからずいぶん経った1801年に イギリスのリチャード・トレビシックが「蒸気馬車(Steam Carriage)」を製作し、公道を走行。
この時点では、実用的な乗り物というより、物珍しい乗り物、といった感じでしょうね。

そうなったら次は乗用車が!
と来そうなものですが、そうはいきません。

1804年 に、蒸気機関車が製作され、鉄道レール上を走行。
これは石炭輸送に使用されました。
石炭を使って炭鉱のポンプなどを動かすように、石炭を使って石炭を運ぶ、となったわけです。
もちろん、そうした方が効率が良いからです。

1820〜1830年代には、蒸気バスの商業運行が始まります。
が、 早すぎた技術として失敗。
しかし、後のバス産業の原型となります。

ここまで、燃料は石炭の時代です。
でも、クルマの世の中が始まりそうな雰囲気になってきましたね。

1821年 ファラデーが電磁回転運動を発見します。これは後のモーターの原理となります。
が、ここでは「原理」だけです。

1860年に、ルノアールによって、ガスで動くエンジンが作られます。
ここでやっと内燃機関の始まりとなります。
ここでのトピックは、ボイラーを使った外燃機関である蒸気機関から、機関の内部で燃焼が行われる内燃機関になったことと、燃料が石炭からガスになったことです。
ただ、この時点では、コンパクトで高回転の我々が想像するエンジンとはほど遠いものです。

1876年、オットーが4サイクルエンジンを発明。これが自動車エンジンの原型となります。
そして1885年、なんとキュニョーの砲車から100年後に、ダイムラーとベンツのそれぞれが、ガソリンエンジン用いた自動車を実用化。

はい、これでやっとガソリンエンジンの自動車まで来ました。

しかしここまでの歩みは、エンジンや車体のみにフォーカスするのでは無く、複合的な要員があったと見るべきです。

工業技術の進化はもちろん重要ですが、その土台にある燃料の変化も重要だったりします。

燃料は、木炭から石炭、ガソリンへと、同じ体積や重量で比べると、より大きなエネルギーを持つ、エネルギー密度の高いものに変わってきたわけで、それが実用的な動力源に必要だったわけです。

つづく

動力の話 その4 動力の切り離しの話

そもそも何かしら動力機関(蒸気機関とかエンジンとか電動モーターとか)を利用しはじめた頃、動力機関はいずれも大きくて、今みたいに仕事をする機械それぞれに内蔵されているわけではなかったりしました。

想像付きますか?

例えば、工場があって、その建屋の中に複数の工作機械があるわけですが、それらの機械には動力部が無いのです。
この写真は、佐渡金山の工場にある旋盤(材料をグルグル回して削る機械)ですが、モーターは搭載されていません。
代わりに機械の左側に上から降りてきたベルトの動力を受けるプーリーがあります。
このベルトによって駆動されるのです。

で、そのベルトは下の写真のように、天井付近に通された軸に取り付けられたプーリーに掛けられています。
写真では見にくいですが。

そのプーリーから、ちょっと離れた軸のプーリーにベルトが掛けられていて、それらの軸が常にグルグル回ってるのです。
そんな風に軸とプーリーを使って、それぞれの機械のために動力を分配しています。
機械の上には、それぞれの機械のためのプーリーがあるということです。

で、その軸は最終的にどこに繋がっているかというと…
写真が無くて恐縮ですが、工場の外の小屋の中に設置された動力源に繋がっているのです。
まさにエンジンルームですね。
要は、大きなエンジンで

その動力源は、時代によって蒸気機関だったり、ガスエンジンだったり、ディーゼルエンジンだったり。

今ならそれぞれの機械に電動モーターが組み込まれていますので、動力は機械の内部で発生させることができます。
そうすれば、電線を分岐させることで力の源を分けることができるので、軸とプーリーなんていう大げさで不便なものを使う必要はありません。

が!
その電力はどこから来ているかというと、大抵は遠くの発電所です。
その発電所は、もっと遠くにある油田やガス田から取り出した化石燃料で動いている。
まさに長大なサプライチェーンです。

とまぁ、こんな風に、エネルギーの源と、動力源と、仕事をする部分を切り離すというのは結構昔からやっていて、姿形を変えながらも、今も似たような事をやっているわけです。
皆さんの手元にある電化製品だって、EVだって同じです。

そもそも動力源が発明された当初は、機械の効率が低いわけで、小さな動力源を作ったところでまともに動かないわけです。
なので、必然的にデカイ動力源をつくるわけですが、ドデカイ動力源に、直接仕事のための機械を取り付けるというのは現実的ではなくて、回転軸やら何やらで動力を引っ張り出して、延長して、分岐して、その先で何かやろう、みたいなことになるのでしょうね。
伝える方法は、回転軸だったり、圧縮空気だったり、油だったり、電気だったり…
で、そんなことをやっていたら、今みたいに長い長いサプライチェーンができあがった、ということなのでしょうね。

つづく

動力の話 その3 炭鉱での仕事2

前回は、炭鉱での話を中心に、蒸気機関の登場までを紹介したわけですが、実は石炭にまつわる話には、多くの技術の進歩が絡んでいるのです。
産業革命の”走り”でもありますしね。

まずは何より燃料、つまりエネルギー源の変化です。
これ以前には、何をエネルギー源としていたかというと、木炭です。
それ以前は単に期を燃やす”薪”ですね。

この燃料の違いは、実に大きな違いを生みます。

それらの持つエネルギー量は
薪を1とすると
木炭は2で
石炭は2~2.5くらいの違いがあります。

それによってできることにも違いがあります。
発熱量が違いますから。

薪は暖房や調理程度。
木炭を使うと、鍛冶や製陶が可能になります。
石炭では蒸気機関を動かせる。

蒸気機関車が動くのは石炭のお陰でもあります。
もちろん、薪や木炭でも動くには動くでしょうが、搭載する燃料の量を考えると、薪なら2.5倍、木炭なら2倍の量を搭載することになります。
車両は大きく重いものになってしまうし、燃料の搭載も大変です。
なのでやはり石炭がベストです。

炭鉱での動力源については、まだ革新的なことがあります。
動力源と仕事をする場所が切り離されていることです。

人がものを持って移動する
つまり動力源と仕事をする部分が一体になっている状態(人間がする手仕事とはそういうものです)から
外部に置いた動力源(水車や蒸気機関)によって
坑道内に設置された装置(ポンプやウインチなど)が動く
という関係になった。

もちろん、坑道内に燃焼機関を置くわけにはいかないという事情もあります。
狭いところに大型の動力源を置けないのは当然ながら、坑道内に燃焼ガスが充満すると作業者にとって危険ですし、粉塵化した石炭に火が点くと、いわゆる粉塵爆発を起こしますので、動力源を外に置くのは必然でもありました。

そして、エアドリルとかエアハンマーとかの空動工具(エアツール)は、炭鉱での使用がきっかけとなって誕生しました。
これも重要なトピックです。
電動モーターを用いたツールでは、火花や熱による爆発の危険性がありますが、動力源とツールを切り離して、圧縮空気によって双方を接続することによってそういった危険を回避できます。
しかもツール自体も軽くなる。

というように、石炭と炭鉱での労働は
人力 ー 家畜 - 機械
といったように、動力源が大きく移り変わっていったことや、動力にまつわる様々なシステムの誕生、そして、鉄道の誕生の萌芽が見られたことなど、大変興味深いトピックがあるので、せっかく蒸気機関が出てきたのに、まだまだ蒸気機関車が登場しないのでした。

つづく