煙道ボイラー

シェル ボイラーまたはフリュードボイラーは、通常蒸気エンジンを駆動する目的で、蒸気を作るために使用される初期の比較的単純なボイラーです。この設計は、初期の干し草用ボイラーと後期の多管式火管式ボイラーの間で、ボイラー開発の移行段階を示しました。煙道ボイラーは、水槽を形成する大きな円筒形ボイラーシェルによって特徴付けられ、炉を含む1つ以上の大きな煙道が通過します。これらのボイラーは19世紀の初めごろに登場し、現在もいくつかの形式が使用されています。ほとんどが静止蒸気プラントに使用されますが、一部は初期の蒸気車両、鉄道機関車、および船舶で使用されました。

煙道ボイラーは、蒸気圧を高め、エンジン効率を改善するために開発されました。ワットの時代の初期の干し草の山の設計は機械的に弱く、火に支えられていない平らな表面をしばしば提示しました。通常、この火室プレートの破損から始まるボイラーの爆発は一般的でした。アーチ型の構造は平板よりも強力であることが知られていたため、ボイラーシェルの内側に大きな円形の煙管が配置されていました。火自体はこの煙道を横切って置かれた鉄の格子の上にあり、その下に不燃性の残留物を集めるための浅いアッシュパンがありました。これには、加熱面を炉の周りにきつく巻くという追加の利点がありましたが、それは二次的な利点でした。

今日は低圧（おそらく25 psi（1.7 atm））と見なされていますが、これは前の機種に比べて高圧と見なされていました。この圧力の増加は、トレビシックのような機関車（つまり、小型の自動移動車）を実用的な提案にする大きな要因でした。

中心煙道ボイラー

機関車用の最も単純なボイラーには、単一の直線煙道がありました。ミドルトン鉄道用のブレンキンソップの機関車やスティーブンソンの機関車など、初期の機関車メーカーの多くが広く使用していました。

このタイプのボイラーは、製造が簡単で、シリンダー内での膨張作業により「高圧」（期間）蒸気をサポートするのに十分な強度があります。大きな煙道を通るガスの流れも良好であるため、火災は高い煙突だけで十分な喫水を受けます。ただし、加熱面積が少ないため、効率が悪く、大量の石炭を燃やします。

戻り煙道ボイラー

単純な煙道は、適切な加熱エリアを提供するためには長くなければなりません。蒸気機関車に必要な短いボイラーシェルでは、U字型の戻り煙道を使用して、それ自体で曲がります。

リチャード・トレビシックはすでに、彼の最初の1802年のペン・イ・ダレンエンジンと1803年のコールブルックデール機関車の設計に戻り煙道を使用していました。これらのボイラーは重く鋳鉄製で、短くて端が平らでした。彼の1805年の「ニューカッスル」機関車（実際にはゲーツヘッドに建設された）は、戻り流ボイラーの特徴の1つである、炉と煙突の反対側の固体端の蒸気圧に抵抗する顕著なドーム形状を示し始めました。この場合、現在の鍛造鉄板のボイラー製造は、このドーム型の端部から出てきたトレビシックの単一の長距離水平シリンダー（230 mm×910 mm）×ストローク×9によって複雑になったに違いありません。しかし、これにより、消防士はピストンの長いクロスヘッドの下にあるファイヤードアに到達しようとはしなくなったため、消防士にとって作業が容易になりました。

ウィリアム・ヘドリーは、このパターンのボイラーを1813年の機関車パフィングビリーとワイラムディリーに使用しました。ワイラム炭鉱とその所有者であるクリストファー・ブラックケットを通じて、ヘドリーはトレビシックのエンジンに精通していたでしょう。

1827年のティモシーハックワースの0-6-0 ロイヤルジョージも帰還流ボイラーを使用していましたが、火のドラフトを促進するために意図的なブラストパイプの先駆的な使用で最もよく知られています。レインヒルトライアル用の軽量の0-4-0バージョンであるSans Pareilは非常に似ていました。トライアルが終了するとすぐに時代遅れに見えたにもかかわらず、このパターンのカナダのサムソンは1838年に建てられ、1883年にまだ使用されています。

フーバーボイラー

（一部の固定ボイラー以外の）最後に構築された戻り煙道ボイラーは、オハイオ州マリオンのフーバー社が1885年から1903年までの「ニューフーバー」牽引エンジン用に建設したものと見なされることがよくあります。

ただし、これらはここで使用されている意味での戻り 煙道ボイラーではなく、 戻り管ボイラーでした。彼らは、単一の大きな円筒形の炉管、ボイラーの圧力シェルの外部にある燃焼室、そして防火扉の上方と周囲の馬蹄形の煙箱に戻る複数の狭い火管を持っていました。このスモークボックスが消防士に近接していることから、彼らの「ベリーバーナー」の愛称が生まれました。したがって、その設計は、単純な単一煙道ボイラーを使用する場合よりも、水平発射型ボイラー（アーサーヘイウッドbyが使用）またはスコッチ海洋ボイラーと共通しています。

この時までに、機関車のボイラーは牽引エンジンに広く普及していました。これと比較して、フーバーボイラーの利点は、密閉された火室から作業する必要なく、火管をより簡単に交換できることでした。

コーニッシュボイラー

煙道ボイラーの最も単純な形式は、1812年にドルコース鉱山に最初に設置されたリチャードトレビシックの「高圧」コーニッシュボイラーでした。これは、火を含む単一の大きな煙道を持つ長い水平シリンダーです。炉は自然の喫水に依存していたため、煙道の遠端には、火への空気（酸素）の十分な供給を促進するために、高い煙突が必要で​​した。

効率を上げるため、トレビシックの革新は、レンガ造りの部屋でボイラーの下を覆うことでした。排気ガスは中央の煙道を通過し、鉄ボイラーのシェルの外側と周囲に送られました。煙突を発火スペースから離すために、レンガの煙道は最初にボイラーの中心の下を通過して前面に戻り、次に側面に沿って煙突に戻りました。

コーニッシュボイラーは、先行するワゴンボイラーに比べていくつかの利点がありました。圧力に抵抗するのに適した、ほとんどが曲面で構成されていました。それらの平坦な端部はワゴンボイラーの平坦な側面よりも小さく、中央の炉煙道によって、場合によっては追加の長いロッドステーによって留まった。それほど明らかではない利点は、ボイラースケールの利点でした。ワゴンまたは干し草のボイラーが下から加熱され、沈殿物を形成したスケールまたは不純物がこのプレートに沈殿し、水から隔離されました。これにより、加熱効率が低下し、極端な場合 、ボイラープレートの局所的な過熱と故障につながる可能性があります。流水ボイラーでは、堆積物が炉の煙道を通過して落ち、ボイラーシェルの底に沈殿しました。

モデルエンジニアリングでは、特にギャロウェイチューブ（ 以下のランカシャーボイラーを参照 ）を取り付けた場合のコーニッシュボイラーは、ガスfireきボイラーおよびモデルスチームボートに最適です。構築が簡単で、小規模ボイラーと同じくらい効率的です。

バタリーボイラー

バタリーまたは「口hist」ボイラーは、ダービーシャーの有名なバタリーボイラー工場で生産された、コーニッシュパターンに由来するあまり知られていないデザインです。基本的には、大規模な火事に火をつけることができるように、炉の周りのシェルの下半分を取り除いたコーニッシュのボイラーです。このため、ペナインの繊維工場で人気があり、硬い北の石炭は南西部で使用されているウェールズの石炭よりも発熱量が少なく、より大きな火が必要でした。代わりに、それはその前にワゴンボイラーが置かれ、その下に大きな火が付いた短縮されたコーニッシュボイラーと見なされるかもしれません。ワゴンボイラーと同じ欠点があります。凹面の火室プレートは機械的に弱いため、作動圧力が制限されるか、余分な機械的滞留が必要です。

ランカシャーボイラー

ランカシャーボイラーはコーニッシュに似ていますが、1つではなく2つの大きな煙道があり、火を含んでいます。むしろボイラーよりも、煙を低減するように、彼の特許は、交互に炉を焼成する方法のためだったが、一般的に、1844年にウィリアム・フェアバーンの発明であると考えられてitself.Stephenson年代初期0-4-0機関車「ランカシャー魔女「 15年前にボイラー内でツインファーネスチューブの使用を既に実証していました。

Fairbairnは、より効率的なボイラーの熱力学の理論的研究を行っていましたが、これが、水の量に対して炉の火格子面積を増やすことにつながったのです。これの特別な理由は、ランカシャー州の綿工場でのコーニッシュボイラーのこれまでの採用が貧弱だったことでした。そこでは、古い低圧ワゴンボイラーと、その大きな火格子。

コーニッシュのボイラーの難しさは、特定の出力のボイラーが加熱領域として炉管の既知の領域を必要とすることでした。長いチューブは、長くて高価なボイラーシェルを必要としました。また、加熱エリアに対する火格子エリアの比率が低下し、適切な火災の維持が困難になりました。チューブの直径を大きくすると、炉のチューブを覆う水の深さが減少したため、消防士による水位の正確な制御の必要性、またはボイラーの爆発のリスクが増加しました。シリンダー内のフープ応力に関するFairbairnの研究は、小さなチューブが大きなチューブよりも強いことも示しました。彼の解決策は簡単でした。1つの大きな炉管を2つの小さな炉管に置き換えることです。

この特許は、ツインファーネスの別の利点を示しています。それらを交互に発火させ、発火と発火の間に火室のドアを閉じることにより、炉を通過する空気の供給を調整することもできました（ランカシャーボイラーの場合、火格子の下のアッシュパンを通して）。より完全に、きれいに燃えるように火をつけ、こうして煙と汚染を減らします。これの重要な要因は、1840年代から特徴となった、ドアの特徴的なシャッター付き回転式エアダンパーでした。

2本の煙道を使用すると、エンドプレートを支える2本の長いロッドステーとして機能する強化効果もあります。

後の開発により、ガロウェイチューブ（発明者の後、1848年または1851年に特許を取得）が煙道を横切るように水管を追加し、加熱された表面積が増加しました。これらは大きな直径の短いチューブであり、ボイラーは比較的低い圧力を使用し続けるため、これはまだ水管ボイラーとは見なされません。管は先細りになっており、単に煙道からの取り付けを容易にします。

ランカシャーのボイラーは、波形の煙道を示すことが多く、リベットで留められた継ぎ目に負担をかけることなく熱膨張を吸収します。別の開発は、「腎臓煙道」またはギャロウェイボイラーで、2つの炉が一緒になって、断面が腎臓の形をした単一の煙道になりました。ギャロウェイチューブを使用することで、この幅が広くて平らな煙道は維持されました。

ランカシャーボイラーは時代遅れの設計であると考えられていますが、煙道が十分に長い場合は合理的に効率的です。しかし、これは、特にその長さのために、かさばるボイラーにつながります。また、これにより、その使用が常に固定設備に制限されてきました。大マンチェスターおよびランカシャー綿工場の標準ボイラーでした。

Fairbairnの5管ボイラー

ランカシャーボイラーに関するWilliam Fairbairnの研究は、水量の減少に対する複数の炉の効率性の長所を実証していました。また、蒸気圧が高いほどエンジンの効率が向上することも広く理解されていました。 Fairbairnのシリンダーの強度に関する研究は、はるかに小さいチューブ直径に基づいて、通常150 psi（1,000 kPa）のより高い圧力で動作できるボイラーを設計することになりました。これが「5管」ボイラーで、5つの管が水ドラムと炉として2つの入れ子になったペアで配置され、残りの管は別の蒸気ドラムとしてその上に取り付けられました。炉の管が各水ドラムをほぼ満たしているため、水の量は以前のボイラーの設計に比べて非常に少なかった。

ボイラーはその目標に従って成功し、小さな水容量で2つの大きな炉を提供しました。また、別のスチームドラムは、水の持ち越しやプライミングのリスクなしに、「ドライ」スチームの生成を支援しました。しかし、製造も複雑であり、関連する作業のために大量の加熱領域を提供しませんでした。まもなく、フェアベイル・ビーリーやスコッチボイラーなどのマルチチューブボイラーに取って代わられました。