火室（蒸気機関車）

耐火レンガでできた大きなレンガアーチが、火室の前面壁（ボイラー喉板）の火管直下に取り付けられています。このアーチは火床の前方3分の1から半分にかけて後方に伸びており、アーチチューブ、サーミックサイフォン、またはサーキュレーターによって支えられています。レンガアーチは、熱、炎、煙を火室後方に向かって後方へと導きます。

目に見える煙には、未燃焼の可燃性炭素粒子と可燃性ガスが含まれています。煙道の方向転換の目的は、これらの粒子とガスの燃焼をより完全にすることで、機関車の効率を高め、煙突から出る目に見える煙を減らすことです。アーチがない場合、燃料が完全に燃焼する前に炎と目に見える煙が直接火管に吸い込まれ、目に見える煙が発生します。

レンガアーチの発明により、機関車はコークスではなく、揮発性物質を含む安価な石炭を燃焼させることが可能になった。これは、機関車が「自らの煙を消費する」ことが当初から法律で義務付けられていたためである。レンガアーチとその支持部は、極度の高温に耐えるため、定期的な交換が必要となる。また、レンガアーチは、火室扉から吸い込まれる「冷たい」空気がボイラー後部管板に直接当たって冷却されるのを防ぐ役割も果たす。

火管は燃焼室の一方の壁（縦型ボイラーの場合は前面、縦型ボイラーの場合は上部）に取り付けられ、燃焼によって発生した高温のガス状生成物をボイラー水を通して運び、水を加熱してから大気中に排出します。火管には、平らな管（煙道）板（前面と背面）を固定する役割もあり、前面煙道板の上部と背面煙道板の下部だけを個別に補強すれば済みます。

燃焼室の金属壁は通常「シート」と呼ばれ、これらは「ステー」によって分離され、支えられています。ステーは「シート」（プレート）を圧力から支え、補強します。理想的には、ステーはシートに対して直角に配置されるべきですが、外側のシート（ラッパーシート）は丸みを帯びているのに対し、燃焼室の上部（クラウンシート）は比較的平坦であるため、両方のシートに対してそのような関係を築くことは不可能です。ステーの実際の配置は妥協の産物です。ステーの破損は目に見えないため、ステーには「テルテール」と呼ばれる縦方向の穴が開けられており、破損すると水と蒸気が噴出するようになっています。5本以上のステーが破損している、または2本以上が隣接して破損しているボイラーは、運転を停止し、ステーを交換しなければなりません。

溶融プラグは、通常、クラウンシートの最も高い部分に位置し、ボイラー内の水位が低くなりすぎると溶ける軟質金属合金の芯を備えています。蒸気と水が火室に吹き込むことで、機関車の乗務員は水位が低いことを知り、消火活動にも役立ちます。すべての機関車に溶融プラグが装備されているわけではありません。溶融プラグは、ボイラー内の水位が適切であっても、軟質金属合金の芯が時間の経過とともに徐々に溶けてしまうため、定期的に、通常運行の機関車の場合は約 3 か月ごとに交換する必要があります。「マッドホール」またはウォッシュアウトプラグは、ボイラー内部にアクセスして、ボイラーの泥やスケールを洗浄および掻き出すことを可能にします。

左右のシートは「側板」と呼ばれ、火室の前面にあるシートは煙道板と呼ばれます。「前部煙道板」はボイラーの前面、煙室の背面にあります。「後部板」は火室の背面にあり、扉の開口部があります。クラウンシートは火室の上部にあります。クラウンシートは常に水に浸かっていなければなりません。水位がクラウンシートより下がると、過熱して溶け始め、変形し、通常はクラウンステーの間で垂れ下がります。この状態が続くと、最終的にボイラー内の圧力によってクラウンシートがクラウンステーから外れ、ボイラー爆発を引き起こします。この状態は、通常は人為的ミスや不注意によって引き起こされ、機関車のボイラー爆発の最大の原因です。

通常、ボイラー上部（外板）は、ボイラーの形状に合わせて放射状になっています。しかし、外板とクラウンシートの両方に直角にステーを配置するという問題（上記参照）から、ベルペール式火室が開発されました。ベルペール式では、外板が火室シートとほぼ平行になっているため、ステーの配置が容易になります。この配置により、ボイラーの火室側はより正方形に近い形状になり、通常は積載ゲージ内で可能な限り大きく作られ、火が最も高温になる場所で最大の加熱面を提供します。

米国でベルペール式火室を最も有名に使用したのはペンシルバニア鉄道でした。グレート・ノーザン鉄道やイリノイ・セントラル鉄道など、他の鉄道会社もベルペール式火室を備えた機関車を所有していました。イリノイ・セントラル鉄道の4-6-0型機関車382号機、ケーシー・ジョーンズの機関車もベルペール式火室を備えていました。ベルペール式火室では通常、蒸気は前方の角で集められるため、ドームのないボイラーが可能になります。火室の上部は水平ではなく、蒸気とともに水が持ち込まれるリスクを軽減するため、前方が後方よりも明らかに高くなっています。

ウーテン式火室は、無煙炭の燃焼を可能にするため、非常に高く幅広である。その大きさゆえに、乗務員の配置も特殊で、例えばラクダの背のような形状の機関車が見られる。

一部の炉室には、いわゆる燃焼室が備え付けられていました。これは炉室や煙管とは別の構成要素で、炉室空間の大きな延長部分としてボイラー胴体内部、レンガアーチの上部まで伸びており、火格子や火床とは分離されています。これにより、火と後部の煙管／煙道板との間に余分な空間が確保されます。

その配置により、より完全な燃焼が可能になり、燃料の無駄と排出が削減され、燃焼室の表面積が増加して熱伝達が向上しました。これらの要因により、ボイラーの効率と燃料経済の両方が向上しました。燃焼の改善により炭素煤の排出が減り、灰と煤が火管と煙室に持ち込まれるのが減り、清掃の頻度が減りました。水側の煤の堆積とスケールの堆積は、火管/煙道を通る熱伝達を著しく低下させ、蒸気の発生とボイラーの効率を低下させます。

すすやスケールが蓄積すると、適切に洗浄してすす（水、圧縮空気、洗浄棒を使用）やスケールを除去してボイラー洗浄や水処理（例えば、スケールの蓄積を最小限に抑え、事実上防止するポルタ処理）を行わないと、過熱やその後のチューブの破損につながる可能性があります。このポルタ処理は、それを発明したアルゼンチンの機関車技師リビオ・ダンテ・ポルタにちなんで名付けられました。

蒸気機関車の機関助手の役割は、運転士が常に十分な蒸気を利用できるようにすることです。そのためには、火室への燃料供給を維持し、火室からの煙を監視し、火床／火格子を通して一次空気を、火室扉を通して二次空気を供給することで煙を制御し、さらに蒸気噴射装置を用いてボイラー水位を常に火室の頂板を覆うように維持する必要があります。そうしないと、頂板が過熱して弱くなり、ボイラー爆発につながる恐れがあります。

機関助士は、ボイラーの世話をしていないときは、信号を確認したり、周囲をよく見張ったりして運転士を補助します。一日の作業が終わった後、機関庫では、機関助士はボイラーに水を満たし、会社の規定に従って火を消したり、消火したり、あるいは自然に消えるのを待ったり、機関車の手ブレーキをかけたり、必要に応じて、機関車が無人の間に動かないように動輪に輪止めをする必要があります。^{[ 3 ]}

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  平らな側面と四角い角は、ベルペール式火室の形状を示しています。これにより加熱面積が広がり、エンジンの効率が向上します。
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  通常の火室を備えた機関車。火室の上部が丸いため、ボイラーの取り付けが容易です。
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  ウーテン式火室は、炭水車のすぐ前にある大きな構造物として見ることができます。運転室の独特な位置に注目してください。機関助手は火室と炭水車の間に身を晒す形になっていました。