フィールドチューブボイラー

フィールドチューブボイラー（バヨネットチューブ^[1]とも呼ばれる）は、水管が片端である水管ボイラーの一種です。チューブは片端が​​閉じられており、同心円状の内管が含まれています。そのため、流れはチューブを下る冷たい内流と、外側のスリーブを通って上向きの加熱された流れに分かれます。フィールドチューブはチューブ内の熱サイフォンの流れに依存しているため、流れを促進するために常にある程度の垂直高さが必要です。ほとんどの設計では、これを促進するためにフィールドチューブはほぼ垂直に取り付けられています。

フィールドチューブボイラーは発明者のエドワード・フィールド^[2]にちなんで名付けられ、もともと蒸気の上昇速度が重要視される蒸気消防車用に開発されました。最近では、フィールドチューブボイラーはフランスのメーカーによって小型垂直ボイラーや船舶用ボイラーとして最も広く使用されています。このタイプのフィールドチューブの使用は、原子炉^[3] 、真空凝縮器、熱交換器^[1]からの熱伝達にも研究されています。

シンブルチューブボイラーには、水管も片端であるという点で類似点があります。よりシンプルなシンブルチューブにはフィールドチューブのような内管がないため、流れは混合され、乱流となり、ランダム沸騰に依存します。このため、シンブルチューブは短くしかできず、大量に使用されます。また、流れが重力勾配の恩恵を受けるほど一貫性がないため、通常は水平に使用されます。ただし、フィールドチューブはより複雑で、製造コストも高くなります。そのため、フィールドチューブボイラーでは、より少ない数の長いチューブを使用します (チューブの数を減らして、同じ加熱面積を実現します)。

フィールドチューブは常に水没しており、つまりチューブの上端は水面 より下のボイラー内に取り付けられています。そうしないと、チューブの冷たい側への流れを補充することができません。

フィールドチューブボイラーの主な利点は、単純なチューブを備えたボイラーで発生する膨張の問題がないことです。第二に、フィールドチューブは片端からのみ接続されるため、交換とメンテナンスが簡単です。^[1]

フィールドチューブの欠点の 1 つは、泥やスケールがチューブの底に蓄積し、循環を妨げる可能性があることです。また、閉じたチューブの端は洗い流しにくいです。泥溜めとしてそこに過剰なデッドスペースを設けると、循環が悪くなり、局所的に過熱する危険があります。したがって、すべてのチューブが均等に加熱され、内部で強力な循環が確保され、十分な流れがチューブからスラッジを洗い流すようにする必要があります。

単純な垂直ボイラーで追加の加熱面が必要な場合、特に蒸気をより急速に上昇させるために加熱面が炉に直接さらされている場合、フィールドチューブを火室の天井に、ほぼ火床の高さまで設置することができます。^{[4]したがって、フィールドチューブは}熱サイフォンの一種として機能します。フィールドチューブは片端にのみ取り付けられ、熱で自由に膨張するため、熱サイフォンで通常発生する膨張の問題の多くが回避されます。ただし、十分な循環を促すために、チューブは水平に対して30°未満に近づけてはならず、長いチューブの場合はこれよりも急勾配にする必要があります。^[4]

ド・ポレイボイラーはフランス製です。その特徴は特許取得済みの二重燃焼室で、燃焼効率を高めて燃料費と煙の排出を減らすことを目的としています。二次燃焼室は最初の燃焼室に隣接して設置されており、最初の燃焼室よりも直径が小さい耐火リングで構成されています。このリングは一次燃焼からの放射によって加熱され、高温を維持します。最初の燃焼室から出る未燃焼の燃焼ガスはこの白熱リングによって加熱され、二次空気の供給とともに発火を促されます。^[5]

垂直型の De Poray ボイラーでは、主加熱面は、この二次燃焼室の垂直フィールド チューブで構成されています。鋼鉄製の放射ベルが、排気管の下のチャンバー中央に吊り下げられており、燃焼ガスはこのベルの上を通過するように誘導され、ベルを加熱します。チューブ自体の加熱は、一部はガスの対流によって、一部は加熱されたベルからの間接的な再放射によって行われます。これにより、チューブの動作温度が低くなり、加熱もより均一になります。メーカーによると、これによりチューブ内の沸騰がより均一になり、蒸気発生が速くなるとのことです。^[5]

このボイラーの珍しい特徴は、現場の管がボイラーの胴体にしっかりと固定されておらず、単にガスケットで固定されていることです。管の太い端は先細りに形成され、管板の穴はそれに合わせてリーマ加工されています。接合部を密閉するには紙製のガスケットで十分です。そのため、検査や交換のための取り外しが簡単になります。 ^[5]ボイラーは常に大気圧よりも高い圧力下にあるため、管は圧力によって自動的に締まり、漏れを防ぎます。当然のことながら、ボイラーを真空状態にしてはならないため、真空バルブを設置する必要があるかもしれません。

ニクラスボイラーは、陸上と海上の両方で使用されているフランスの設計です。バブコック・アンド・ウィルコックスのボイラーと同様に、水平に対して浅い角度で設置された長いフィールドチューブを使用します。^[6]これらのフィールドチューブは、上端のヘッダーによって垂直セットにリンクされています。このヘッダーは二重管で、2つのセクションが内側と外側の水域を別々にリンクしています。ボイラーの上部、排気ガス囲いの外側では、蒸気と水のドラムがこれらのヘッダーをリンクしています。^[7]

この方式は、フランス、^[8]、イタリア、^{[9]、ロシア[9]}、イギリス^{[10]海軍の最後の}前弩級戦艦（1900年頃）のいくつかで特に使用されました。メイン州のバス鉄工所で建造されたUSS ジョージア （BB-15）は、24基の石炭焚きニクラスボイラーから供給される蒸気で1904年10月に進水しました。

このボイラーの性能は良好であったが、洗浄が難しく、スラッジの蓄積が問題となる可能性がある。慎重な設計と定期的なメンテナンスにより、このタイプのボイラーは信頼性が高く、故障した管を素早く交換できるという評判を得た。^[11]そのため、海軍の訓練には適していたが、商業利用には適していなかった。ニクラスボイラーは、低速で稼働するタービンと組み合わせると燃費が悪く、大量の煙と火花が発生した。そのため、蒸気タービンが一般的になるやいなや、海軍の造船では好まれなくなった（ダントン級戦艦を例に挙げる）。

ドイツの軍艦で使用された非常に類似したタイプは、デュールボイラーである。^[12]これはセクションヘッダーではなく、単一のチャンバーを使用していました。

1901年までにイギリス海軍はドイツにデュル社製のボイラー8基を発注し、マラソン級巡洋艦メデューサ号に試験的に搭載した。 ^[13]

• クラークソンシンブルチューブボイラー

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