スチームエネルギーについて

質問

先日、スチームボーイという映画を見たのですが、単純な感想です。
どうして、蒸気研究をもっと積極的に世界はしなかったんだろう？と思ったのです。
特に日本は資源が少ない国、戦争の原因が石油だったならば、もっと蒸気の研究をしたら石油に代わるよりよい動力になったんじゃないか？と思います。
2011年の今日、1945年当時に比べて蒸気の技術ってどれくらい発展してるのでしょうか？
詳しい方みえたら教えて下さい。

回答No.6

anachronism · ベストアンサー

面白そうな話題なので混ぜてください。

NO.1 様がおっしゃるように、蒸気機関は過去の遺物どころか、最先端の省エネ技術の一部として現在もわれわれの生活を支えています。不思議なことに、これらの蒸気機関は狭義の蒸気機関、すなわち「水蒸気」によるものがほとんどで、organic rankine cycleとよばれる水以外の蒸気を使った機関はあまり市民権を得ていません。私の恩師の一人が「水と親和しない技術は普及しない」と言っていましたけど、水蒸気には不思議に技術者の心を震わせる何かがありますね。

さて、現在はたしかに空想科学小説の世界にしかない小型の蒸気システムですが、将来にわたってそうだともいえないところはあるんですよ。

まず、蒸気を原動力とする原動機について。機関車などはピストンで動きますが、現在主流なのは蒸気タービンです。発電用の蒸気タービンは、それはそれは大きなものですが、これはメガワット単位の動力を生み出すためですから当然です。すなわち、小出力になるほど蒸気タービンも小さくていいのですが、あまり小さなものができない理由は、実は回転速度との関係があります。蒸気タービンは径が小さくなるにつれ、その分回転速度を速くしなければなりません。ですがあまり回転速度が速いと、軸受けなどが壊れてしまうので、これまでは１００ｋＷくらいまでしか小さくできませんでした。（日本ではある事情から、発電用の蒸気タービンは、3,000もしくは3,600回転／分になっています。）しかし最近は１０万回転／分ぐらいのタービン機関もありますから、原理的には水筒ぐらいの大きさで、１ｋＷくらいの動力が取り出せる蒸気タービンはありえない話でもなくなってきています。

次に、蒸気源ですが、エネルギー源として化石燃料しか思い浮かばない人も多いようですが、たとえば原子力熱源などがあります。と、いっても、原子力発電所のような核反応ではなくて、放射性同位元素（ラジオアイソトープ：ＲＩ）の崩壊熱のことです。これは、惑星探査機の原子力電池としてすでに使われている技術で、原子力電池では、ＲＩが勝手に出す崩壊熱と放熱板との温度差を利用して、熱伝素子を使って発電しています。
これを蒸気発生器に応用するとしたら、実はそう難しくもないのです。ＲＩを放射線を外に出さないようにカプセルに密閉しておくと、勝手に発熱してそのカプセルの温度は上昇します。これを耐圧容器に水と一緒に入れておけば、原理的にはリュックサックぐらいの大きさの蒸気発生器ができるかもしれませんね。これを阻むのは科学技術よりもむしろ安全保障問題でして、そういう無粋なことを考えなければこうも楽しい想像ができるのですな。
原子力ではなくても、高温で熱容量（顕熱か潜熱かは問わず）がとても大きな物質が開発されれば、それを高温に熱した上で先ほどのカプセルの代わりにすれば、（石焼イモの石の要領（笑）、）同じようなことができる理屈です。

知識は使い方次第で世界と可能性を大きく広げますが、逆に知識が発想を閉じ込めてしまうこともままあります。「専門家とは、同じ誤りを続ける人たちのこと」と、タービンの「クリスマスツリー」にちなんだ話で聞いたことがあります。質問者様のように率直にモノを感じる人と、それに付き合える柔らかい頭の持ち主がもっとたくさんいたら、この国もまた発展するかもしれませんね。

お礼

夢のある回答ありがとうございます。

（やはり）と言うべきか、人類の技術は進化してるんですね。
しかしそう言う技術や発想を妨げるのは安全保障や法律の数々。

私は建築設計の仕事をしているのですが、最近はどんどん法律が厳しくなり自由な発想が具現化しにくい状況になっております。

確かに安全は大切でしょう。しかし技術的観点の問題ならまだしも、今の法律改正はほとんどモラルの問題です。
モラルのない一部の人間を罰すればいいことを連帯責任みたいに全ての建築家を法律によって取り締まるってのはどうなんでしょう？疑問を感じてしまう。それこそモラルから逸脱した暴挙でしょう。
きっと建築だけではないでしょうが、そうやって法律が厳しくなっていけばいくほどモラルや自由な発想が失われ、未来は良くはならないでしょうね。

もっとみんなが目標をもって挑戦できる世の中etc.になってほしいものです。
なんか政治批判みたいになってしまいましたが、また産業革命や高度経済成長のように活気にある世の中になることを心から願います。

どうもありがとうございました。

回答No.5

ultraCS

#1です

>これから先、蒸気を封じ込めて、みたいな技術は出来ないのでしょうか。

過去にはそういう機械はありましたよ、無火機関車というもので、石油工場や化学工場など火気厳禁の構内鉄道などで使用されていました。これは、大きなタンクに蒸気を溜めその蒸気で動くものです。蒸気は火気管理区域外に置かれたボイラーから補充します。
また、蒸気は温度が下がると圧力が低下するので、代わりに圧縮空気を使った機関車もありました。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%84%A1%E7%81%AB%E6%A9%9F%E9%96%A2%E8%BB%8A

いずれも、内燃機関や蓄電池-電動機系の防爆性能が向上したために置き換えられています。現在はほとんど使われることのない過去の遺物になっています。

蒸気ダメを使う場合、温度が下がると復水するため＜仕事の低下が著しくなりますから温度維持の気候が必要になりどうしても重くなります。それだったら、圧縮空気などに仕事をさせた方が温度に依存した効率低下が小さいですから有利です。実際、圧縮空気を貯蔵して仕事をさせる機構はいろいろなところに使われています(空気ブレーキなど)。

お礼

ありがとうございました

回答No.4

mugi_to_ho

水蒸気って水だからね、１気圧下で１００℃以下になれば水になります。
容器に圧力かけて水蒸気を閉じ込めたとしても圧力かければ沸点が上がり水になります。
超高温の水を作ることはできても、水にどんだけ圧力かけたところで体積は・・・
つまり、容器分の水を使い切ったら終わりです。

パワーソースの水蒸気を小型携帯することが不可能なので、ロボットアニメの動力と同じ”空想科学”なのですよ。
まだ圧縮空気ボンベのほうが実用的ですよ。

お礼

ありがとうございました

回答No.3

utyuutarou

イギリスの産業革命の主役はジェームス・ワットが発明した蒸気機関です、そして。蒸気を利用した、蒸気機関車、蒸気船、蒸気自動車まで作られました
しかし、日露戦争で最強といわれたロシアのバルチック艦隊が、蒸気船のため、重たくて場所をとる石炭で、蒸気を沸かして推進するため速力が遅く、定期的に灰を捨てなければならず、日本軍に破れ、ドイツ人のジーゼルが発明したジーゼルエンジンと安価な重油で航行できるジーゼル推進の戦艦に交代しました、蒸気機関車も同じ、結果となりました、石炭と水が必要で、坂道には登板力がなく、燃費が悪く、煙と灰が大量ででるため、稼働率が悪くなり、石炭をボイラーにくべる人が必要で、時代は電気機関車、ジーゼル機関車に交代しました、これは石炭が登載するのに量が多く、燃費効率が悪く、熱利用率も悪く、高回転、高トルクが得られず、高速化についていけないからです、しかし、戦後日本国内の炭鉱が落盤事故で閉山となり、石炭が国内で取れなくなり、又石炭は大気汚染の原因、公害の元になるので、石炭はほとんど使われなくなりました、現在は蒸気は、原子力発電で使われたり、原子力潜水艦で、発電した電気で推進モータを回して、蒸気で核ミサイルを水中から、空中へ発射するのに使われたり、航空母艦の原子力発電で使われる蒸気で、重たいジェット戦闘機を甲板から射出するスチームカタパルトとして軍事利用されています、火力発電では石油または天然ガスで海水から蒸気を発生させて蒸気タービンを回して発電しています、石油は、大気汚染の元になる亜硫酸ガスの発生を抑えるために、脱硫装置がつけられ、天然ガスには亜硫酸ガスを発生しないので、使われています、石炭は大気汚染の原因と、燃費効率が悪いので石油に代わりました

お礼

丁寧な回答ありがとうございます。蒸気技術は発展してるんですね。
これから先もっと開発が進んで小型化すれば未来はもっと楽しくなるかもしれませんね。
蒸気スタンドとかできて蒸気で車とか走ったらなんか夢があるような・・・
どうもありがとうございました。

回答No.2

mugi_to_ho

スチームパンク（スチームボーイのような作品のジャンル）で出てくる”小型の蒸気機関”は、アニメや戦隊モノロボットの動力と同程度の空想科学です。

蒸気をどうやって作るかが問題ですね。
燃料と水・燃料燃やす釜、水を沸かすタンク・水蒸気を動力に替える装置があってやっと蒸気機関が成り立ちます。具体的に言うと、鉄道のＳＬ機関車のように巨大で重量のある釜・水タンク・動力装置と、大量の燃料が必要です。

スチームパンクの小型蒸気機関に似たようなものでいえばペットボトルロケットのような圧縮空気などがありますが、吐き出したら終わりの単発のオモチャですな。
昔のエアガンのグリーンガスとかは雰囲気スチームパンクですｗ

お礼

回答ありがとうございます。
集中的に蒸気を作るプラント等が必要ですね。
発電所等から蒸気を拝借して封じ込める装置さえできれば可能なのかな？
いずれにしても難しいですね。

回答No.1

ultraCS

本質的なことですが、蒸気というのは地熱以外では何かを燃さなければ作れないことを理解していますか。

現在、火力発電、原子力発電は蒸気を使って発電しています。火力発電では蒸気を作るための熱を石油や石炭の燃焼から得ているし、原子力発電では核分裂で発生する熱から蒸気を作っています。
1945年当時に比べ、蒸気タービンの効率は飛躍的に向上しており、この分野での日本の利用効率は世界一で、これは、乏しいエネルギーを大切に使おうと言うことでメーカーや電力会社の技術陣が努力した結果です。
質問者が知らないだけで、日本は戦後一貫して蒸気利用技術を研究し、蒸気タービン発電技術は世界一のレベルです。

なお、蒸気機関車のようなピストン機関では内燃機関や電力に比べてエネルギー効率が落ちます。ですから、蒸気機関車が姿を消したのはエネルギー面では当然のことです。

お礼

ありがとうございます。
日本の蒸気利用技術が世界一とは知りませんでした。
これから先、蒸気を封じ込めて、みたいな技術は出来ないのでしょうか。
もしできれば、面白いな・・・と思いました。
こんな時代ですからね、なんか楽しい方向に技術（蒸気だけでなく）が進歩
していったらいいなーと感じます。