水平火管付き垂直ボイラー

水平火管付き垂直ボイラーは、小型機械用の蒸気を生成するために使用される小型垂直ボイラーの一種です。水平に走る多数の細い火管を備えているのが特徴です。

このようなボイラーは、船舶の補助ボイラーまたはドンキーボイラーとして広く使用されてきた。^{[i]特にロバートソン型のような小型のボイラーは、}蒸気貨車に使用されてきた。

平行管ボイラーは、すべての火管を 1 つの平行グループに配置し、ボイラー シェルの左右に走らせます。最もよく知られているのは、コクラン設計です。

コクランボイラーはスコットランドのアナンのコクラン社によって製造されました。^[2]このボイラーは、石炭や石油燃料で直接燃焼するか、大型ディーゼルエンジンの排気からの熱回収に使用され、海洋で広く使用されています。 ^[3]このようなボイラーは、主推進プラントの排気ガスで加熱されるか、港にいるときに別途燃焼（通常は石炭ではなく石油）されるため、複合ボイラーと呼ばれます。^[4]

ボイラーは、半球形のドーム型トップを備えた円筒形の垂直水ドラムです。このドーム型は、支えを必要としないほど頑丈です。火室は、狭い水空間を確保するためにベースファンデーション リングにリベット留めされた別の半球形ドームです。

火管は、この上に 1 つの水平グループとして配置され、ボイラーのバレルに埋め込まれた 2 つの平らな垂直プレートの間に取り付けられています。これらのプレートの最初のプレートは浅い燃焼室を形成し、短い斜めのネックによって火室に接続されています。燃焼室は「ドライ バック」形式で、ウォーター ジャケットではなく、鋼鉄と耐火レンガのプレートによって閉じられています。火管からの排気は、外部の煙室と垂直の煙道に排出されます。管のメンテナンス アクセス用に、半球形のドームにマンホールが設けられています。

典型的なコクランボイラーは、図に示すように^[5]、高さ15フィート（4.57 m）、直径7フィート（2.13 m）、加熱面積500平方フィート（46.45 m ²）、火格子面積24平方フィート（2.23 m ²）です。作動圧力は100～125 psi（6.9～8.6 bar、690～860 kPa）です。

複合燃焼が使用される場合、^[4]加熱ガスの配置にはいくつかの可能性があります。^[6]ほとんどの場合、別のドライバック燃焼室がガスを一方のチューブバンクからもう一方のチューブバンクに戻す、二重パスチューブ配置を使用します。一部の配置では、熱回収排気ガスまたは直接燃焼ガス用に別のチューブバンクを使用し、他の配置では排気ガスを（点火されていない）火室の上部に通過させます。純粋な熱回収ボイラーには、強度のために浅いドーム型のプレート以外には火室がまったくない場合があります。^[6]

コクラン社は、ガスからの熱伝達を向上させるとされる改良型「シヌフロ」火管も提供している。この火管は直線ではなく、水平方向の正弦波状に曲げられている。^[6]

コクランボイラーは機関車には採用されなかったが、1905年にアンドリュー・バークレーがGNSR向けに製造した実験的な蒸気機関車2両に使用された。 ^[7]これらは成功せず、数年後に廃棄されたが、1両の客車は劣悪な状態で残っている。^[8]

クラーク チャップマン ボイラーはコクラン型に似ていますが、ボイラー シェルの上部が半球ではなく浅いドーム型になっている点が異なります。このドーム型は圧力に耐えるのに十分な強度がありますが、シェルと上部プレートの間に鋭い角ができています。この角にはガセット ステーのサポートが必要です。

クラーク・チャップマンのボイラーは、「ドライバック」（コクランと同じ）と「ウェットバック」の両方の形式で作られています。^[9]ウェットバックまたは「ビクトリア」^[10]（図参照）は、燃焼室が完全に水に囲まれています。これにより加熱面積が増加し、熱損失が減少しますが、ボイラーの製造がより複雑になり、チューブの清掃がより困難になります。

ラジアル水平管ボイラーは、コクランボイラーの平らな管板を避け、圧力に強い円形の火室を採用しています。管は放射状に配置されており、火室に管板に対して垂直に入ることで、より簡単に着座できます。

ランカシャー州フリートウッドのロバートソンによる設計は、もともと蒸気貨車で使用されていました。センチネルボイラーと同様の状況でよく使用されましたが、水管ではなく火管が使用されています。比較的簡単に構築できる多管式ボイラーとして、模型工学で人気があることで最もよく知られています。

ボイラーは、間に水空間がある同心円状のドラム2つで構成されています。火管は、直径の周りに対称的に配置されたドラムを通過します。ボイラー全体は円筒形の煙室に包まれています。内側のドラムの上部は防水ジャケットがなく、鋼板で閉じられているだけです。外側のドラムは平行円筒ですが、内側のドラムは通常、3つの直径で段階的に分けられています。火格子の周りは広く、火格子面積を最大にして水ジャケット内での急速な沸騰を促進します。中央セクションは火管の内側の端を支え、上部はジャケットのない表面積を減らし、水面上に開いた蒸気スペースを提供するために狭くなっています。^{[9] [11]}この上部スペースは意図的に大きめに作られているため、道路車両に取り付けた場合、坂を登る際に傾いても、管の上に十分な深さの水が残ります。

上部プレートはジャケットが付いていないため、ハッチと燃焼シュートが取り付けられます。ボイラーが蒸気車両に使用される場合、深い火床でコークス燃焼されることが多く、コークスは注意深く分配されるのではなく、単にこのシュートに注がれます。この燃焼方法はコークスには適していますが、石炭の場合は、クリンカーで遮られた厚くて鈍い火になります。また、蒸気車両の運転時に気が散ることが少なくなります。石炭を避けると、燃焼シュートが開いたときに揮発性ガスが燃え上がるリスクも減ります。

ボイラーは、中央ドラムの上部内部にコイル状に配置された半放射要素によって過熱されることがある。 ^[11]

ブレイクボイラーはクラーク・チャップマンとロバートソンの設計の両方の特徴を持っています。燃焼室は水空間内に完全に設置されているため、そのすべてが加熱面となり、強度のために円筒形になっています。管は平行なグループではなく放射状に配置されており、燃焼室に垂直に進入します。これにより、管の端部を拡張する作業が簡単になり、密閉性が向上します。煙室はより大きく、ボイラードラムの外側を部分的に包みます。^[12]

ハリスの「エコノミック」ボイラー^[13]は、モデルエンジニアリングサイズのボイラーの設計です。ブレイクに似ていますが、中央に燃焼室があり、全周に火管がある対称形です。

同様のボイラー（「メレディスの特許」の火管式ボイラーと独自設計の水管式ボイラーの両方）も、 1890年頃から第一次世界大戦までストックトン・オン・ティーズのライリー兄弟によって製造された。^[14]

ウィキメディア・コモンズには、水平火管を備えた垂直ボイラーに関連するメディアがあります。