증기기관[蒸氣機關/steamengine]

보일러에서 보낸 증기의 팽창과 응축을 이용하여 피스톤을 왕복 운동시킴으로써 동력을 얻는 기관.
[증기 기관의 발명] 수차나 풍차는 물과 바람이 없는 곳에서는 움직일 수 없는 단점이 있다. 17세기경에 영국의 광산에서는 석탄과 광석의 채굴량이 많아져, 파낸 구멍이 깊어지면서 그 속에 괸 물을 퍼내는 것이 큰 문제가 되었다. 그 무렵 영국의 세이버리와 뉴커먼이 광산의 물을 퍼낼 수 있는 새로운 동력 기관인 증기 기관을 발명하였다.
[와트의 증기 기관] 세이버리나 뉴커먼이 만든 증기 기관은 실린더에 뜨거운 증기를 넣는 일을 되풀이하지 않으면 안 되었고, 또 그만큼 열효율도 낮았다. 이러한 불편한 점을 개량한 사람이 영국의 제임스 와트이다. 그는 증기를 실린더 속에서 직접 물로 바꾸는 과정을 없애고 복수기라는 것을 달았다. 와트가 증기 기관을 개량한 것 중에서 또 한 가지 중요한 점은 피스톤 양쪽에 번갈아가며 증기를 보낼 수 있게 한 것이다. 대기압이 아닌 증기의 압력으로 피스톤을 움직임으로써 피스톤의 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾸도록 한 것이다.
[증기 기관의 원리] 증기 기관은 피스톤과 실린더 및 보일러로 되어 있다. 실린더에 물을 넣고 밑에서 열을 가하면 실린더 속의 물이 끓어 증기가 되며, 그 압력에 의해 피스톤이 올라간다. 이때 불을 끄면 증기는 식어서 다시 물이 되므로 피스톤의 아랫부분 압력이 낮아지고, 따라서 피스톤 위에서 작용하고 있는 대기 압력이 피스톤을 아래로 누른다. 그런데 실린더 속에서 직접 증기를 만들지 않고 외부로부터 압력이 높은 증기를 보내도 피스톤을 밀어올릴 수 있다. 이때 증기를 만드는 장치가 보일러이다. 이처럼 증기에 의해 피스톤이 상하 운동을 함으로써 동력을 얻을 수 있도록 만든 장치가 증기 기관이다.
[더 알아보기-복수기] 증기를 물로 되돌리는 장치인 콘덴서(응축기)의 하나로, 밀폐된 용기로 되어 있다. 그리고 공급되는 냉각수에 의해 흘러들어오는 증기의 증발열을 빼앗아 증기를 물로 환원시키는 작용을 한다. 증기와 냉각수가 직접 접촉하는 혼합 복수기와, 전열면을 통해서 열 교환을 하게 하는 표면 복수기가 있다. 복수기는 왕복형 증기 기관이나 증기 터빈 등에 사용되고 있으나, 복수기의 목적은 증기를 물로 되돌림으로써 압력을 대기압 이하로 내리는 것이다.