- 初期のビームエンジンは蒸気の膨張・凝縮と 大気圧 を利用して約15馬力を継続的に生み出し、往復運動を回転に変えて産業革命期の鉱山や工場の機械を駆動した
- Newcomenエンジンは蒸気を凝縮して真空を作り、大気圧でピストンを動かしたが、シリンダーを行程ごとに冷やして再び温めるため、蒸気の約 4分の3を浪費 していた
- James Wattの 分離凝縮器 はシリンダーを高温に、凝縮器を低温に保つことで石炭消費を約3分の2削減し、複動シリンダー・カットオフ・精密加工によって両方向から効率よく動力を生み出した
- スライドバルブと偏心輪、ビームと平行運動、クランクとフライホイール、給水ポンプ、調速機が、蒸気の流れ・直線運動・回転・ボイラー給水・速度制御をひとつの 自動運転システム として結び付けた
- 熱効率はNewcomenの約 0.5% からWattの約3%、1890年代の大型船舶機関の10%以上、現代の蒸気タービン発電所の40%以上へと高まり、電動機の普及とともに中央ビームエンジンとシャフト・ベルト系は次第に置き換えられた
蒸気の膨張と圧力
- 水は沸騰して蒸気になると、元の体積の約 1,700倍 に膨張する
- コップ1杯の水は約400リットルの蒸気となり、浴槽2つを満たせるほどになる
- 膨張する空間が足りないと容器の壁全体を押し、その力を面積で割った値が 圧力 である
- 水面に加えられた蒸気圧は、水が接しているすべての場所へ均等に伝わる
- 圧力差が1気圧のとき、ピストン面積1cm²あたり約 1kgの力 が得られる
- ピストンの直径を2倍にすると、面積と力は4倍になる
- 初期の製作者たちは高圧蒸気を安全に扱えなかったため、人が入れるほど大きい低圧シリンダーを使った
大気圧と蒸気真空
- 地上で断面積1cm²の空気の柱を大気圏の端まで伸ばすと約1kgとなり、大気はあらゆる1cm²に約 1kgの力 を加える
- 体内の空気や体液も同じ圧力で押し返しているため、普段は大気圧を感じない
- ストローで飲むときはストロー内部の圧力が下がり、コップ表面の大気圧が液体を上へ押し上げる
- Otto von Guericke は1654年、直径約0.5mの2つの銅製半球の内部から空気を抜いた
- 大気圧が半球を約 2トンの力 で押さえ付け、何頭もの馬でも引き離せなかった
- バルブを開いて空気を入れると、手で分離できた
- 容器を蒸気で満たした後に水をかけて冷やすと、蒸気は約1/1,700の体積の水に凝縮し、素早く真空を作れる
- ピストン下の蒸気を凝縮すると、上側の大気圧がピストンを真空の方向へ押し下げる
- 直径0.5mのピストンは、完全真空で約2トンの力を集められる
Newcomenの鉱山排水機関
- 1700年代初頭、鉱山が地下水面より深くなるにつれて水が絶えず染み込み、馬の交代要員が昼夜を問わずポンプを回しても、雨季には炭鉱を放棄せざるを得なかった
- Thomas Newcomen は真空ピストンを巨大な揺動ビームにつなぎ、一日中稼働する機関を作った
- 大気圧がピストンを押し下げると、反対側の重いポンプ棒が持ち上がる
- ポンプ棒の重さがピストンを再び持ち上げている間に、シリンダーは蒸気で満たされる
- 最初の成功した機関は 1712年 にDudley近郊の炭鉱に設置された
- 1分あたり約12行程で動作した
- 各行程で約45リットルの水を50mの高さまで持ち上げた
- 食事も休憩も不要で24時間稼働できたため、CornwallからNewcastleまで広がった
- 直径50cmのピストンは完全真空で約2トンの力を得られ、漏れとポンプ棒の重量を考慮しても約4kWの有効仕事を行えた
- これを1日中代替するには、約15～20頭の馬が交代で必要だった
- Wattは後に、機関が置き換える馬の数を基準に販売し、1馬力を毎分 33,000 foot-pound と定義した
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初期シリンダーの加工限界
- 大型の鉄製シリンダーを鋳造することよりも、内部をまっすぐで真円に近く仕上げることのほうが難しかった
- Newcomenのシリンダーは手作業で研磨され、水をかけた革のフラップで不規則な内壁を密封した
- Denis Papinは1690年に、ピストン下の水を沸騰させて持ち上げ、その後凝縮して大気圧で下ろす原理を実演したが、連続運転機関には発展させなかった
Newcomen機関の燃料浪費
- 冷水をシリンダー内へ直接噴射したため、蒸気だけでなく巨大な鉄製シリンダーまで冷やしてしまった
- 次の行程でシリンダーを再加熱するのに、蒸気の約 4分の3 が無駄になった
- 炭鉱では商品価値のない小さな石炭片であるslackを燃料に使えたため、この非効率を受け入れられたが、他の地域では燃料費が高すぎた
- 消費量の多さのため、蒸気機関はその後約 50年間、炭鉱中心 に限定された
低圧ボイラーと大気圧の利点
- Newcomenの haystack boiler は、大気圧より約 1/20気圧 高い蒸気しか生み出さなかった
- 薄い銅板・鉄板とリベットで作られており、広い壁面と弱い継ぎ目は高圧に耐えられなかった
- 蒸気が直接押すと1cm²あたり約50gの力だが、凝縮して大気圧を利用すれば約1kgとなり、約20倍の力が得られる
- Thomas Saveryは1690年代、はんだ付けした銅製ボイラーで高圧蒸気を使おうとした
- 火で、はんだが軟らかくなり、継ぎ目が漏れて頻繁な修理が必要だった
- Newcomenは大気圧に近い蒸気を用い、薄い鉛・錬鉄板とリベット構造を選んだ
- Wattの waggon boiler は、広い水室の下に熱ガスを通し、丸い屋根の下に蒸気を集めた
- 広い底面は熱をよく受けたが、平らな側面と内側へ曲がった底は圧力に弱かった
- その後の製作者たちは全体を外向きに曲げた長い円筒形にして、平面と内向き曲面をなくした
- 円筒の半径が大きくなるほど、同じ圧力でも広がろうとする力が増すため、ボイラーは細く作られた
- 2気圧、半径0.5mの円筒には、板材1mあたり約10トンの周方向荷重がかかり、長さ方向の応力はその半分である
- 球形のほうが荷重をより均等に分散できるが、圧延板やリベット板で作るのは難しかった
- 鉄とリベット技術が改善されると、より高い圧力が可能になり、Richard Trevithick は1800年ごろに数気圧の機関を運転した
Wattの分離凝縮器
- James Watt は1765年、University of GlasgowでNewcomenの模型機関を修理していた際に、過大な蒸気消費を分析した
- Joseph Black が研究した 潜熱(latent heat) によれば、水1kgを沸騰させて蒸気にするには、氷点から沸点まで加熱するより5倍以上のエネルギーが必要だった
- シリンダー内の蒸気を凝縮するのに理論上必要な量の水だけを入れると、潜熱で水が温められて凝縮が止まり、十分な真空が生まれなかった
- 冷水をさらに加えると真空は作れるが、シリンダーまで冷えてしまい、次の行程で再び加熱しなければならなかった
- Wattはシリンダーを高温のまま保ち、別個の 凝縮器 を低温に保つ構造を導入した
- 行程の終わりにバルブが開くと、蒸気は冷たい凝縮器へ移動する
- 蒸気が水へ変わるにつれて、凝縮器とつながったシリンダーの圧力も一緒に下がる
- 機関が駆動する小型の空気ポンプが、凝縮水と流入した空気を各行程ごとに除去した
- 分離凝縮器は石炭消費を約 3分の2 削減した
- Wattと Matthew Boulton は、顧客が節約した石炭費用の3分の1を料金として受け取った
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精密シリンダー製作
- Wattの機関は、Newcomenの緩い水密ピストンよりはるかに正確なシリンダーを必要とした
- John Wilkinson) は1775年ごろ、大砲の砲身穴加工技術を応用し、両端支持の剛性ある切削棒方式の中ぐり盤を作った
- 1776年にTiptonへ設置された50インチシリンダーは、寸法偏差が古い1シリング硬貨の厚さより小さく、蒸気漏れを防いでWatt機関を実用化した
複動機関と蒸気の節約
- 精密なシリンダーを基盤に、Watt は上部を閉じ、ピストンの両側へ交互に蒸気を供給する複動(double-acting)機関を作った
- 下降行程では上側の蒸気が押し、下側の復水器が圧力を下げる
- 戻り行程では接続を逆に切り替え、同じ過程が逆方向に起こる
- 1つのシリンダーが両方の行程で動力を出すため、工場の機械を動かすのにより一定した押し引きの力を与える
- 両端の一方をボイラーに、もう一方を排気に接続し、ピストンが戻る前にその接続を切り替える必要があるため、バルブ構成は複雑になった
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スライドバルブと偏心輪
- 1つのスライドバルブが数 cm だけ移動し、シリンダーの片側端を新しい蒸気に、反対側を排気に接続する
- バルブは、新しい蒸気で満たされた鉄製の箱である蒸気室(steam chest)の中にある
- 外側の2つのポートはシリンダー両端につながる
- 中央のポートは排気を逃がす
- 幅広で中空の D 形バルブの片側の縁が蒸気ポートを開き、空洞の背面が反対側のポートを排気へ接続する
- 回転軸の偏心輪(eccentric) がバルブとピストンを同期させる
- 軸中心から少しずれた円盤の中心が小さな円を描いて回転する
- 円盤を包むストラップがバルブロッドを往復させる
- ピストンが行程末端に達する前に次のポートが開くよう、軸上の位置を調整する
-
カットオフと複合膨張
- ピストンが行程末端に達する前に蒸気ポートを閉じると、閉じ込められた蒸気が膨張しながら押し続けるが、圧力は徐々に下がる
- 行程の半分で供給を止める50%カットオフは、蒸気を半分しか使わずに、理想的な全行程仕事のおよそ 85% を生み出す
- 前半で
pV/2、後半の膨張で約0.35pVの仕事を得る計算である - さらに早く遮断すれば蒸気はより節約できるが、圧力が摩擦や死点付近の不利なてこの条件に打ち勝てないことがある
- Watt はこの方式を1782年に特許登録した
- その後の複合機関は、あるシリンダーの排気をより大きい第2シリンダー、ときには第3シリンダーへ送り、膨張過程で追加の仕事を得た
機関内部の仕事の測定
- Watt の助手 John Southern) は 1796 年、不透明なシリンダー内部の圧力を測定する装置を製作した
- ばね付きの小さなピストンが、圧力に応じて鉛筆を上下に動かす
- 主ピストンと連動した紙は横方向に動く
- 作成されたインジケータ線図(indicator diagram) は行程全体の圧力を示し、閉曲線内部の面積で生み出された仕事量を測定する
- ピストン漏れ、遅いカットオフ、制限された排気はそれぞれ異なる線図形状を生み、カード1枚で状態を診断できた
- Boulton & Watt はこの装置を何年ものあいだ秘密にしていた
- Émile Clapeyron は 1834 年、同じ形の圧力・体積線図で Sadi Carnot の熱機関理論を説明し、現代熱力学でも圧力と体積を併せて示している
往復運動を回転に変える
- ピストンの往復運動はポンプに直接使えるが、工場の機械には回転が必要である
- クランクの軸中心から外れたピンとピストンをコネクティングロッドでつなぐと、往復力が軸を回転させる
- 1回転のうち2回、クランクとロッドが一直線になる死点(dead centre)では、力が軸中心をまっすぐ通るため回転力が消える
- 大型のフライホイールは、クランクのてこ効果が大きいときにエネルギーを蓄え、死点を通過するときにそれを返す
- 重いフライホイールほど回転速度の変化が小さくなり、出力はより滑らかで一定になる
-
クランク特許と sun-and-planet gear
- James Pickard は 1780 年、蒸気機関でのクランク使用を特許登録した
- William Murdoch はその特許を避けるためsun-and-planet gearを設計した
- コネクティングロッドのギアがフライホイール軸の別のギアの周囲を回り、ビーム1周期ごとに軸を2回転させる
- Pickard の特許が 1794 年に満了すると、製造者たちはより単純なクランクへ戻った
- この構造は遊星歯車系の一種で、複数の planet gear が荷重を分担しながら入力と出力を同じ軸上に置ける
- 無線ドリル、自転車ハブ、自動変速機、風力タービンに使われる
- ハイブリッド車ではエンジン・電気モーター・車輪のあいだで動力を分配する
ビームと平行運動
- クランクピンは上下だけでなく左右にも動くが、ピストンロッドはシリンダー上部のシール部をまっすぐ通らなければならない
- 直接つなぐとピストンに横方向の力がかかり、シール部が急速に損傷する
- ビームは横荷重を、当時精密に製作できた大型の円形ベアリングへ伝えるが、ビーム端そのものは円弧を描いて動く
- Watt が 1784 年に特許を取った平行運動(parallel motion) は、ビームと固定点を複数のヒンジリンクで接続する
- ビームがピストンロッドを一方へ引くと、別のリンクがほぼ同じ量だけ反対方向へ引く
- 2つの曲線が相殺され、ピストンロッドは直線に非常に近い経路をたどる
- Watt は平行運動を、自分が作ったどの機械発明よりも誇らしいものだと記している
- ビーム反対側の往復運動は、ボイラー給水ポンプの駆動に使われる
ボイラー給水ポンプ
- ボイラー内部には圧力があるため、水タンクを単純につなぐと水が逆流するので、運転を止めずに給水するにはポンプが必要である
- ビーム端が、細いプランジャーと2つの一方向逆止弁を備えたポンプを動かす
- プランジャーが上がると圧力が下がって入口弁が開き、タンクの水が入る
- 下がると圧力が上がって入口が閉じ、ボイラー側の出口弁が開く
- 2つの弁は変化する水圧に応じて自動的に作動する
- ポンプ圧力はボイラーより少し高くなければならないが、1行程あたりの水量は多くなくてよい
- プランジャーを細くすると、同じ
圧力 × 面積の関係により必要な力が減り、機関出力のごく一部だけでボイラー水位を維持できる
工場の軸と革ベルト
- 蒸気機関以前の工場は川辺に立地し、水車で主軸を回し、鉄製の軸・プーリー・革ベルトが回転を各機械へ伝えていた
- 機械のベルトを loose pulley に移すと、その機械だけが慣性で停止し、主軸とほかの機械は動き続ける
- ロープやベルトが円筒に巻き付くと、各接触区間の張力が摩擦を生み、次の区間へ伝わる張力を減らす
- 鋳鉄に巻き付いたロープの摩擦係数を約 0.3 とすると、減少は
e^-μθの形で累積する - 2,000N の荷重は、柱に1周巻けば 300N、2周で 46N、3周では 7N しか手に伝わらない
- 鋳鉄に巻き付いたロープの摩擦係数を約 0.3 とすると、減少は
- ベルトは設置時に張力を与え、両側がほぼ同じように引っ張るようにする
- 機械が動力を必要とすると、摩擦が戻り側の緩い側の張力の一部を駆動側へ移す
- 伝達動力は両側の張力差 × ベルト速度である
- 直径 16 フィートのフライホイールが毎分 60 回転すると、ベルト速度は約 15m/s になる
- 幅 1 フィートの革ベルトで両側張力差が 2,000N なら、約40馬力を伝達できる
- 平ベルトが円筒形プーリーから外れるのを防ぐため、プーリー中央をわずかに太くした crown を使う
- ベルトが中心からずれると、円錐形の接触面が前方の縁を中央へ導く
- 中央では両側の傾きが釣り合い、別のガイドなしで位置を保つ
水車から直接蒸気駆動へ
- Richard Arkwright の Cromford 水力工場は 1771 年に操業を開始し、その後の工場制の拡大で良好な川辺用地をめぐる競争が激しくなった
- 水力工場は渇水期に止まることがあるため、蒸気ポンプで水車の下の水を再び上へ汲み上げる方式を使った
- 水車の滑らかな回転は維持できたが、同じ水を持ち上げるために石炭を浪費した
- Watt は、機械へ 10 馬力を伝えるために 16〜20 馬力のポンプ機関を販売した
- 複動機関とビーム・クランク・フライホイールを組み合わせることで、蒸気機関がラインシャフトを直接回せるようになった
- 工場主は、特定の川辺ではなく、労働者と原料の近くに工場を建てられるようになった
- Boulton & Watt は 1775〜1800 年に 496 台の機関を製作した
- 38% はポンプ機関だった
- 62% は回転動力を生み、主に繊維産業で使われた
調速機の自動速度制御
- 無負荷で30rpmで回っていた機関に機械をつなぐと、負荷が増えて速度が低下する
- 運転者がそのつどスロットルを調整することもできるが、負担が大きく、過速すると鋳鉄製フライホイールが破裂するおそれがあった
- Wattは、風車でひき臼の速度を調整していた装置を、蒸気機関用の**遠心調速機(governor)**に改造した
- Boultonは1788年にManchesterで、回転する球でひき臼を調整する装置を見たとWattに伝えた
- Wattは借用した着想を特許登録しなかった
- かさ歯車が垂直軸を回し、ヒンジ付きアームに吊られた重い球2個が速度に応じて外側へ開く
- 速度が上がると球が持ち上がってスライディングカラーを押し上げ、フォークと長いロッドがsteam cockを閉じる方向へ動く
- 遅くなると球が下がり、steam cockを再び開く
- 球の高さは
h = g/ω²の関係で回転速度を直接示す- 質量は式から消えるため、重い球はリンクをより強く押すが、同じ速度なら同じ高さまで上がる
- クランク軸の速度で直接回すとアーム長が約1m必要になるため、かさ歯車で調速機をより高速回転させ、短い支柱に設置した
完成したビームエンジン
- 動力は ボイラー蒸気 → シリンダーとピストン → バルブギア → 平行運動 → ビーム → コネクティングロッド → クランクとフライホイール → ベルトプーリー の順に伝達される
- 調速機は負荷変化に合わせて蒸気供給を調整し、ビーム反対側の給水ポンプはボイラー水を補給する
- 1785年にLondonの Whitbread's brewery に設置された現存最古の回転機関も同じ形式である
- シリンダー直径は64cm、ピストン行程は1.8mだった
- 直径4.3mのフライホイールは毎分20回転し、石炭を1時間あたり約40kg燃やした
- 当初は10馬力と評価され、醸造所の馬力駆動の輪を置き換えた
- 1795年に複動式へ改造された後、同じシリンダーが15馬力と再評価された
- Boulton & Wattの年間料金が出力に応じて上がるため、醸造所は20馬力評価を拒否した
- 合計102年間稼働した
ビームエンジン以後の変化
- 1780年代の工作機械では長いcrossheadガイドを高精度に作れず、ビームと平行運動が必要だった
- 19世紀に平削り盤が改良されて直線ガイドが実用化され、重いビームは不要になった
- 1860年代には、ほとんどの新型工場用機関がフライホイールを直接駆動していた
- アメリカの外輪船は約20rpmの低速で大きなトルクを必要とし、水面下より上方の空間が広かったため、1880年代まで高いwalking beamを使用した
- 外洋船は類似の機械を船体内に収め、外輪がスクリュープロペラに置き換わるにつれて、より小型で高速の機関へ移行した
- ラインシャフトと革ベルトは20世紀まで工場の天井上に残っていた
- 電気モーターが機械ごとに独立した回転源を提供するようになり、長いシャフトとベルトは電線に置き換えられた
- 旋盤1台を止めても、工場全体を回す中央機関の負荷は変わらなくなった
蒸気機関効率の発展
- Newcomen機関は石炭熱の約**0.5%**しか有効仕事に変えられなかった
- Wattの分離凝縮器は有効比率を約**3%**まで高め、蒸気動力が炭鉱の外へ広がることを可能にした
- Corliss valves は蒸気膨張をより精密に制御し、compound engines は複数のシリンダーで段階的に膨張させる
- 1890年代、Titanicに使われたものと同様の 大型船舶機関 は、高圧と複合膨張によって効率が10%を超えた
- 蒸気タービン は往復ピストンを連続回転するホイールに置き換え、現代の蒸気タービン発電所は熱の40%以上を電力へ変換する
1件のコメント
Hacker Newsの意見
著者です。ビームエンジンは蒸気で動力を生み出し、初期の産業革命で中心的な役割を果たしました。記事では動作原理と歴史、製作者たちが直面した工学的なトレードオフを深く扱い、概念をわかりやすく見られるように複数のインタラクティブな図解を入れています
それぞれ単独でも、現在の記事よりはるかに長く展開できます。「水と熱で蒸気を作り、蒸気がピストンを押し、往復運動を回転運動に変える」という説明は単純に見えますが、実際の装置はまったく単純ではありません
George Polya(0)、Richard Feynman(1)、Grace Hopper(2)がこの伝統の模範です。私もブログやソースコードで試みていますが、インタラクティブな視覚資料を作るのは途方もなく難しく、この記事にどれほど多くの愛情と努力が込められているか想像できます
古い技術を見ると、「どう動くんだろう？」より先に「いったいどうやって作ったんだ？」が気になります。真空を作って確認した方法、合金を正確な形に鋳造した方法、精密な鏡の作り方、成功するまでの失敗回数、部品の潤滑と密封の方法が気になります
何日も勉強すれば発明の80%は説明できるでしょうが、自分で作ろうとすると技術的な難関にぶつかり続け、その機械の1%も再現できず、それぞれ何年もかかりそうです
3歳の子どもを育てながら、予想以上に多くの蒸気機関車工学を知ることになったのは、思いがけない楽しみです。適切な形状と関節をつなぎ、正確な瞬間に望む動きを作り、完全な循環と調速機を実現した創意には驚かされます
各部品がどんな問題を解決しているのかを段階的に見せる説明なので特に素晴らしく、機関車だけを扱う記事も見てみたいです
圧縮空気やエスプレッソマシンのスチームワンドでもよく動きます。子どもの頃には、父が鋼製のエアゾール缶と銅管、真鍮板のアルコールバーナーでボイラーまで作ってくれましたが、これは5歳児に適したものではなく、当時も12歳くらいになってようやく火をつけさせてもらえました
動きながら実際に仕事をする機械システムは、子どもにも大人にも大きな満足感を与えます
蒸気機関のシリンダーには燃焼がないため、冷却水ジャケットを付けると逆効果になり、内燃機関よりはるかに過酷な熱環境で動作します。熱膨張を考慮してボアをわずかにテーパー加工し、複動式エンジンではピストンが両端で噛み込まないよう、シリンダーボアを微細な砂時計形にすることもあります。さらに掘り下げるなら、Dobleの蒸気自動車技術やBeslerの航空機エンジンを調べてみるとよいでしょう
何かを限界まで押し進めるという “balls out” は、遠心式エンジン調速機の重りが最高速度で外側に完全に開く様子に由来すると言われています
https://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_governor
職場の会議でこの表現を使ったところ、わいせつだと抗議されましたが、由来を説明すると、みんな睾丸に関係する言葉だと思っていたと驚いていました
古代ギリシャには、おもちゃとして使われた Hero’s engine という蒸気機関があった。ピストンやバルブなどを作る冶金技術と機械加工技術が不足していたため、それ以上には活用できなかった。
技術の発展は常に反復的に積み重なるもので、突然革命的に生まれるものではない。プログラミング言語であれフレームワークであれ方法論であれ、巨人の肩の上に立たない新しさには、それを適用する基盤自体がない。
基本的な動力取り出し装置は追加できたかもしれないが、非実用的だと見なされた可能性が高い。
本文のフォントまで https://ciechanow.ski とかなり似ており、IBM Plex Sans のように見える。すべての単位が SI単位系 なので特にうれしい。
Fred Dibnah の BBC シリーズ Age of Steam は、英国の蒸気機関技術と産業革命の発展を見事に概説している。
https://www.youtube.com/watch?v=kl_UA36ouzM&list=PL2vJ5Cg-wl...
ロンドンで実物のビームエンジンを見たいなら、Tottenham の https://www.mbeam.org/ にある。
YouTube の Quinn（Blondihacks）は模型エンジニアであり機械加工の専門家で、ボイラーと蒸気機関の製作過程を門外漢にも見やすく紹介している。
入門動画 The Model Engineering Learning Curve（https://www.youtube.com/watch?v=Ps_BQJEMnGA）を強くおすすめする。数年にわたって模型機関車を製作しており、動画は100本以上蓄積されていて（再生リスト）、機械加工による模型エンジンの「Hello World」に相当する wobbler も紹介している（動画）。
この記事から1つだけ見るなら、この動画群をすすめる。
最初の蒸気機関は、シリンダーを蒸気で満たした後に凝縮させ、ピストンを引き下げる 真空機関 だった。Watt の改良案と特許は、シリンダー全体を毎回再加熱しなくてもよい分離型凝縮器で、石炭使用量を半分に減らした。
Watt は製造権の代わりに運用許可を販売し、特許のおかげで節約できた石炭代の半分を受け取った。その結果、無許可のエンジンが多く、凝縮器はシリンダーから分離されているのではなく何らかの形で統合されている、と主張する形で特許を回避することがよくあった。