天正元年（元亀三年・1572年） 三月十日 肥前国彼杵郡鳥加村 大串鉱山
技術者で科学技術省大臣の太田和政藤の息子で、小佐々純正の従兄弟でもある太田和秀政は、肥前国彼杵郡の鳥加村にある大串金山で、新たな取り組みをしていた。
大串金山は銀も産出しているが、純正が領有する前、もっと前の小佐々の家督を継ぐ前から、隠し金山として先代の小佐々純勝が運営していたのだ。
当時は大村純忠の所領と境を接しており、そのせいで純正が家督を継いだ後に、権益の問題でトラブルがあった。
その問題は図らずも武力による衝突で解決したのだが、その鉱山において新たな問題が発生している。
1つは空気、もう1つは水である。
大串金山にかかわらず領内各鉱山で同様の事案が発生していたが、それは露天掘りから坑道掘りへと移行していた鉱山全てであった。
小佐々領になる前から採掘していた鉱山は、ほとんどである。
しかしそのうち、1つ目の空気の循環についてはある程度解決の目処がついている。
板踏み式や｜唐箕《とうみ》をつかった送風設備と、溝を板で塞いで粘土で隙間を埋めた通排気口で循環させたのだ。
これによって坑夫の酸欠問題は解決された。
残る問題は湧き出てくる地下水の排水であったが、当初は手動のポンプを使って対処をしていた。
しかし、7年前に父である忠右衛門が製作したポンプでは、大気圧の関係で地下10mまでしか排水できなかったのだ。
そのため秀政は、3年前に自身が開発した蒸気機関を利用して、なんとか排水が出来ないかと開発研究を行っていた。
秀政は同じく第2回遣欧使節でヨーロッパに留学した十益新右衛門とともに、その開発に余念がない。
前回の機関とは全く違う構造のものを作り、工夫と改善を加えてもなお、多くの問題があったのだ。
新右衛門は秀政と同じく工学と物理学、そして数学を専攻していたが、特に秀政が開発した蒸気機関に関心があり、共同研究者として機関の運転や保守を手伝っていた。
■大串金山 廃坑 蒸気機関実験場
秀政と新右衛門は水没した廃坑の深部、といっても10mより少し深いところであるが、そこに設置した蒸気機関の点検をしていた。
秀政は、貯水槽にかける冷水の量を調整するレバーを操作している。新右衛門はボイラーの状態を見ながら、秀政に報告をするのだ。
①補助ボイラを満水にし、主ボイラーに全体の3分の2の水を入れて、加熱して蒸気を発生させる。
②レバー・甲を操作して貯水槽・甲に蒸気を送り、中の空気をすべて追い出す。
吐出し弁・甲が音を立てて排水管が熱を持てば、空気が追い出されたことが分かる。
③レバー・甲を切り替えて、蒸気を貯水槽・乙に送って、同じように空気を排出する。
その間に冷却水槽から伸びている蛇口管・甲のレバーを操作して、貯水槽・甲に冷水をかけて蒸気を凝縮する。
それにより下部の吸い込み管から水が吸い上がり、貯水槽・甲を満たす。
④貯水槽が冷えるので注水された事がわかる。
レバー・甲を操作して、貯水槽・甲に蒸気を送り、中の水を蒸気で排水管へ押し上げる。
時間を要するが、やがて水よりも蒸気が勝って、貯水槽表面が乾いて熱くなり、水が排出されたことが分かる。
⑤この間、蛇口管のレバーを操作して、他方の貯水槽に冷水をかける。
これを両方の貯水槽で繰り返せば、滑らかに水をくみ上げることができる。（貯水槽・乙でも甲と同じ手順を行う）
「主機の水面が下がって参りました。補助ボイラーからの給水を要します」
主ボイラーと補助ボイラーには長短2本の管甲・乙を組み合わせた水面計がある。それを見ていた新右衛門が叫ぶ。
「合点！ 連結弁を切り替える」
新右衛門からの報告を受けて秀政が、弁を操作して補助ボイラーから温水を主機ボイラーに注入する。
「水面が上がってきた。いい感じだ」
減っていた熱水が徐々に増えていく。
「よし。貯水槽・甲の状況はどうだ？」
秀政が新右衛門に次々に指示をだす。そして順調に揚水されているようだ。
「合点！ 貯水槽・甲は……｜悪《あ》し（まずい）！ ！」
「いかがした？」
秀政が新右衛門に尋ねる。
「貯水槽・甲の蒸気圧が高すぎるようです！ このままでは配水管が破裂します！」
「なに！ ？ すぐにレバーを操作して、蒸気を乙に送れ！」
「すでにしております！ 然れど！ ……すでに乙もひとはた（満杯）にございます！」
「くそっ！ これは｜悪《あ》し（まずい）！ ボイラーの火を消せ！」
「合点！ 然れど火を消しても、蒸気はすぐには冷めませぬぞ！」
「分きたる（わかっている）！ 冷水をかけろ！」
「合点！ ……これは！ 損ねて（壊れて）おります！ 水が、わずかしか出ませぬ！」
「……このままでは、機関が｜爆《は》ぜるやもしれぬ！」
秀政は状況の深刻さを感じて叫ぶ。
「これよりは危のうございます！ 逃げるより他ありませぬ！」
「然れど、機関を放ってはおけぬ！」
「ではいかがなさるおつもりか！ 死ぬるのですか！」
「……」
秀政は考え込んだ。残り時間はわずかである。
導火線のような目に見える期限があるわけではない。1時間持つかもしれないが、5分後に破裂するかもしれないのだ。
秀政の頭のなかには機関の設計図がたたき込まれている。
その構造と原理を頭に浮かべ、問題点を浮き彫りにし、爆発を防いで機関もそのままの状態で残す方法を考え出す。
……。
「新右衛門！ 聞いてくれ。救う方法を思いついた」
「誠にございますか！ 説明はようございます！ いかがいたすのですか？」
一分一秒を争うのだ。原理がどうこう言っている場合ではない。
「まず、地下水の注水管と排水管の逆止弁を外すのだ！」
「合点！ ……外しました！」
「よし！ 次に注水管と排水管をつなげるのだ！」
「合点！」
新右衛門は補修用の｜苧麻《ちょま》と亜麻でつくられたホースを破いてつなぎ、紐で固く縛った。
「次はいかがしますか！ ？」
「よし、レバー・甲で蒸気を止めろ！」
「合点！」
「よし！ 最後にボイラの安全弁を開けて、蒸気を外に出せ！」
「合点！」
……。
2人はかろうじて、奇跡的に爆発を食い止める事が出来た。しかし多くの問題点と改善点が浮き彫りとなったのだ。
①高圧の蒸気が必要だが、継ぎ手がその高圧蒸気に耐えられず、爆発の危険性もある。
②蒸気の圧力不足のため、ポンプはくみ上げる水位面より約9.1m以上の高い位置に設置することができない。
③ポンプ一体型の蒸気機関のため深い位置に設置する必要があり、さらに故障時には水没してしまい、その都度回収して修復作業が必要である。
④高圧にさえできれば、ポンプから地表までの高さには理論上の制限はない。
しかし安全性に問題があるため、それ以上の深さの坑道では、数台を直列につなぐ方が好ましい。
⑤蒸気が貯水槽に入るたびに、汲み上げた水と貯水槽の加熱のために、熱の大半が失われる。（熱効率が悪い）
高圧に耐えうる蒸気機関を製造するためには、より高品質の鉄を精製、鋳造する技術を待たなければならなかったのだ。
とはいっても、まったく役に立たなかった訳では、もちろんない。
今回の秀政の蒸気機関は連続的に蒸気を発生させ、運動力に変えるという部分においては、3年前のシリンダー型の物より優れていたが、欠点も多かった。
しかし、地下ではなく、海上や地上で動かすのであれば、そこまで高圧に耐える必要もない。
事実、噴水への水の供給や部分的な家庭用水の供給などは可能であった。
また、水車と併用することで効果的に揚水することもできたのだ。
そして驚くべき事に、極めて限定的で、低速・短距離ではあるが、水上で船舶で船舶を駆動させる事に成功した。
この事実は後日純正を驚かせ、また純正のヒラメキでさらなる革命を起こす事になる。
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