煙室

煙室は蒸気機関車の排気システムの主要な基本部品の一つです。煙と高温ガスは火室から管を通って流れ、ボイラー内の周囲の水に熱を伝えます。その後、煙は煙室に入り、煙突（または漏斗）を通して大気中に排出されます。初期の機関車には煙室がなく、長い煙突で自然な通風を確保していましたが、すぐに煙室が設計に組み込まれるようになりました。その理由は主に二つあります。第一に、そして最も重要なのは、シリンダーからの排気蒸気が、適切な排気ノズルを備えた気密性の高い煙室を通して上向きに噴射されることで、ボイラー管と煙道を通して高温ガスを効果的に引き込み、結果として火室に新鮮な燃焼用空気が供給されることです。第二に、煙室はボイラー管を通して排出される灰や燃え殻（「炭」）を収集する便利な場所となり、一日の終わりに簡単に清掃することができます。煙室がない場合、すべての炭は煙突を通って上昇しなければならず、そうでなければ煙道や管の中に蓄積し、徐々に詰まってしまう。

煙室はボイラーの前方延長部分のように見えるが、内部には水は入っておらず、独立した部品である。煙室は通常、リベット留めまたは溶接された鋼板で作られており、床面は鋼板を高温の炭化物や酸、あるいは雨水による腐食から保護するためにコンクリートで覆われている。

煙や高温ガスの排出を促進するために、送風機がよく用いられます。送風機は、先端に針ほどの小さな穴が開いたリング状のパイプで、そこから蒸気の噴流がリング状に噴出します。この蒸気が煙を押し出し、パイプを通してさらにガスを吸い込みます。その結果、火格子と火口から空気が吸い込まれ、火力が強まります。

機関車が走行中、排気蒸気は煙室内に設置されたブラストパイプを通過します。蒸気は煙突から排出され、再び火を燃え上がらせます。ブラストパイプは、機関車特有の「シュッシュッ」という音を発生させる装置です。

ブラストパイプと煙突の寸法は、機関車の蒸気発生能力と燃費に大きく影響します。なぜなら、高速の蒸気噴射によって火室への強い吸引力と排気管への背圧の間には、自然なトレードオフが存在するからです。この「フロントエンド」設計にわずかな変更を加えるだけでも、劇的な影響を与える可能性があります。キルチャップ、レンポール、ギースルといったより複雑な排気設計は、単純なブラストパイプと煙突の配置よりも優れた結果をもたらすことができます。

煙に含まれる灰や煤は、しばしば煙室に堆積します。煙室の前面には扉があり、機関車の運行終了後にこれらの堆積物を取り除くために扉が開けられます。空気漏れを防ぐため、取っ手はしっかりと締め付ける必要があります。空気漏れがあると、火の引き込みが弱まり、煙室底部に残った燃え残った炭が燃え上がる恐れがあります。煙室の扉に空気漏れがあると、機関車が稼働しているときは赤く熱した金属片が露出し、冷えているときは塗装が剥がれたり金属が錆びたりすることで気づくことが多いです。

煙室扉には、車輪の形をした単一の取っ手が付いているものもあれば、多くのイギリス製機関車、特にGWRやBRスタンダード型には、時計の針に似た一対の煙室扉取っ手が付いているものもある。他にも様々なデザインが存在する。一対の取っ手が付いているタイプは、扉の内側の煙室に水平のバーがあり、その穴に、内側の取っ手に取り付けられた「ダーツ」が12時または6時の位置にあるときに引っかかるようになっている。外側の取っ手は内側の取っ手をロックするために使われる。ミッドランド鉄道とLMSは、扉の周囲に別々のクランプを使用していたことで知られており、特徴的な煙室番号プレートを扉の中央に配置することができた。

多くの蒸気ローラーでは、煙室本体の延長部分に前輪を支える軸受が収められている。スペースの制約から、これらのローラーは通常、円形の煙室扉の代わりに、折り畳み式の扉を備えている。

煙室には、レギュレーター（または過熱器ヘッダー）からの主蒸気管が組み込まれており、各弁箱（シリンダー鋳造の一部）にそれぞれ1本ずつつながっています。これらの蒸気管は、煙室の壁を貫通してシリンダーに接続される場合（外部蒸気管）と、煙室の形状内に留まる場合（内部蒸気管）があります。内部蒸気管は煙室によって保温されるため断熱材は不要ですが、外部蒸気管はシリンダーがフレームの外側にある機関車でより一般的です。一部の機関車クラスでは、製造時期に応じて両方のタイプが使用されていました（例：LNERクラスV2）。

熱損失はごくわずかであるため、煙室は通常、断熱材で覆われません。ほとんどの場合、完成した機関車では煙室の直径はボイラーと同じように見えますが、これはボイラーの被覆によるもので、ボイラー自体は煙室よりも細くなっています。タンク機関車の場合、水タンクは通常、断熱材のない煙室の手前で止まるように設置されていました。そうしないと、水温が上昇し、インジェクターに問題が生じる可能性があるためです。

英国国鉄の標準型機関車はこの設計を採用しており、煙室に頑丈なメッシュグリルが組み込まれ、前部管板と排気管の間にフィルターを形成しています。ボイラー管を通過する大きな炭化物は、メッシュに衝突すると細かく砕かれ、煙室底部に蓄積するのではなく、煙突へと吸い上げられます。これは煙室の清掃の必要性をなくすものではありませんが、作業量を減らすことができます。理想的な場合、煙室の清掃はボイラー洗浄の合間、つまり通常2週間間隔でのみ必要となります。

蒸気機関車の古典的なレイアウトでは、煙室と煙突が機関車の前方に配置されており、^{[ 1 ]}「煙室前方」走行と呼ばれています。排気ガスが乗務員に吹き付けられることによる問題（窒息や視界不良）を避けるために、レイアウトを逆にした設計もあり、これらは運転室前方機関車と呼ばれていました。

火花防止器は、煙室内に設置されることが多い。これは、ブラストパイプの上部から煙突の下部まで伸びる円筒形のメッシュ状の構造をしている。火花防止器は、高温の灰の大きな破片が周囲に排出され、火災の危険性があるのを防ぐためのものである。そのため、火花防止器は一般的に乾燥した環境を走行する機関車に設置される。一部の機関車に取り付けられている外部火花防止器と混同してはならない。火花防止器の存在は熱力学的影響を及ぼし、火炎上の空気の流れを歪ませ、結果として総出力を低下させる可能性がある。したがって、その使用は議論の的となる場合がある。

過熱器を備えた機関車は、通常、煙室内に過熱器ヘッダーを備えています。蒸気は「湿り蒸気」（飽和蒸気）としてヘッダーに入り、過熱器エレメントを通過します。過熱器エレメントは、ボイラー内の拡大された煙管を2回貫通するパイプの形をしています。蒸気は過熱蒸気または乾き蒸気として、ヘッダー内の別のチャンバーに排出されます。過熱の利点は、蒸気がシリンダーに入る際に膨張性が高くなるため、より少ない水と燃料でより大きな出力を得られることです。