スターリングボイラー

スターリングボイラーは、水管ボイラーの初期の形態であり、陸上の大型定置型プラントで蒸気を生成するために使用されていました。1900 年頃には広く使用されていましたが、現在では人気がなくなり、めったに見かけなくなりました。

スターリング ボイラーは、水管ボイラーの大型構成の 1 つです。固定使用には適していますが、中程度の電力を必要とする大型船舶を除いて、移動使用には実用的ではありません。スターリング ボイラーは、複数の蒸気ドラムと水ドラムの間をジグザグに走るほぼ垂直の水管上を通過する曲がりくねったガス経路を備えた、レンガ造りの大きなチャンバーで構成されています。

これらは、水管ボイラーの古い「大管」設計の1つであり、^[1]直径が約3¼インチ (83 mm) の水管を備えています。^[2]管は、多数の円筒形の水平蒸気ドラム(上) と水ドラム(下) の間にほぼ垂直に並んで配置されています。ドラムの数はさまざまで、スターリング設計は3、4、5ドラムボイラーに分類されます。管バンクの数はこれより1つ少なく、つまり2、3、または4バンクです。

炉から出るガスの流れは、各バンクを順番に通過します。各バンクには耐火レンガのタイルでできた部分的なバッフルが敷かれており、ガスが最初に上向きに流れ、次にバンクを通り下向きに流れるようになっています。通常とは異なるのは、ガスの流れの大半がチューブを横切るのではなく、チューブの軸に沿って流れることです。

上下の循環はすべて加熱管を通じて行われ、外部に別個のダウンカマーはありません。ただし、蒸気ドラムと (5 ドラム ボイラーの場合) 水ドラムは短い水平パイプで接続されており、循環回路の一部を形成します。

管自体は継ぎ目のない引抜鋼で、ほとんどが真っ直ぐで、端部は緩やかに湾曲している。^[3]ボイラーの設置場所は大きなレンガ造りの囲い地だが、蒸気ドラムは内部の別の桁枠から吊り下げられており、熱で膨張できるようになっている。管と水ドラムは蒸気ドラムから吊り下げられており、これも管の端部に負担をかけずに自由に膨張できるようにするためである。端部が湾曲しているため、水管はドラムに放射状に入ることができ、簡単に密閉できるが、これは当時の流行に従って、膨張のために重要な特徴でもあった。

スターリングボイラーは非常に大きなサイズで製造されることもあります。通常は標準設計が使用されますが、必要に応じて幅が変わります。^[2]

過熱装置が取り付けられる場合、ボイラーの上部、最初の 2 つの蒸気ドラムの間に、直管またはヘアピン管として設置されます。バッフルは、ガス流を最初にこの領域に導くため、最高温度に達する可能性があります。

広範囲の燃料を燃焼することができ、低品質の燃料が必要な場合は、火格子面積を簡単にさらに拡大することができます。元のボイラーは石炭を燃焼するために開発されましたが、それ以来、さまざまな種類の木材や植物廃棄物を燃焼するために使用されています。

高い発射速度が求められる場合には、チェーン供給式の自動ストーカーを取り付けることもでき ます。

3ドラム型は、製鉄所やその他の産業プロセスからの排ガスを利用した熱回収ボイラーとしても使用されます。 ^[2]

ガス流が各チューブバンクを順番に通過するにつれ、後のバンクの温度は大幅に低くなります。これにより、熱サイフォン効果によって「非常に効率的な」循環^[3]が促進されます。蒸気ドラムが約半分満たされた状態で水位が維持されるため、チューブは上端が常に水没した「溺れた」状態で動作します。

最初の列では、管がほぼ垂直な位置にあるため加熱され、流れは上向きになります。後の列の水管では冷たい水が下降します。循環は蒸気ドラム間の連結パイプによって完了します。^[2]循環は、より初期の、より高温の回路でより活発になります。

4ドラム形式では、中間バンク内の循環は、最初のバンクとの下降循環と次のバンクと上昇循環に分割されることがある。^[2]

給水は最終蒸気ドラムに供給され、内部トラフを介して分配されます。冷たい給水は最後のチューブバンクを通ってゆっくりと下降し、最後の水ドラムに入ります。^[3]

沈殿可能な沈殿物（俗に「泥」）は、この回路の溶液から現れ、最終水ドラムに蓄積されます。これにより、沈殿物はよりアクティブな初期のチューブバンクから遠ざけられ、主要な加熱チューブ内のスケールの蓄積の問題と非効率性が軽減されます。^[2]最終水ドラムは「泥」を捕らえるためにも使用されるため（つまり「泥コレクター」）、時には「泥ドラム」と呼ばれます。

スターリング設計には 3 つの利点があります。

• チューブバンクを複数回通過し、循環水と給水を慎重に配置することで、ボイラーは一般的に非常に効率的です。^[3]
• 火格子の面積は、水回路の設計に影響を与えることなく、簡単に変えることができます。これにより、廃棄物やゴミなどの低品位燃料を燃やすために大きな火格子を使用することができます。工業プロセスでプロセス蒸気が必要であり、可燃性廃棄物も生成される場合、スターリングボイラーは、一方を使用して他方を生成することができます。これは、砂糖精製、バガスの燃焼、または製紙パルプ工場での樹皮廃棄物の燃焼でよく行われました。スターリングボイラーは、第二次世界大戦前には都市で家庭廃棄物を燃やすためにも使用され、その蒸気は発電に使用されていました。（後年の排出ガス規制により、このような「制御されていない」廃棄物の燃焼は非現実的になりました）。
• 最後に、部品への内部アクセスは清掃やメンテナンスに便利です。特に、バンク全体を解体することなく、個々の水管を交換することが可能です。^[2]

• ボイラーは出力に対して物理的に大きい。^[2]
• 大口径のチューブを使用すると、高圧への対応能力が制限されますが、これはこの頃他の設計でも同様でした。^{[2] 150psiの動作圧力は}複合蒸気エンジンを駆動するには十分でしたが、蒸気タービンには非効率的でした。
• チューブの配置によりボイラーの効率は向上したが、過熱器の温度は向上しなかった。^[2]また、ピストンエンジンからタービンへの移行に伴い、これが大きな制限となった。

大まかには似ていますが、チューブバンクの数が異なるバリエーションが製造されています。

このより単純な形式は、主に低電力、または他の炉ガスからの熱回収に使用されます。

これはボイラーの主な形式であり、経済的な構造で効率的な結果をもたらします。^[2]

船舶用ボイラーもこの形状です。

これは、効率を上げるために追加のチューブバンクを使用する、より複雑な形式です。これは、発電所などの大規模な設備や、限られた燃料容量から最大限の加熱を得るために効率が最も必要とされる場所で最も人気があります。

一般的には陸上用のボイラーですが、4ドラム型は大型船に動力を供給するための船舶用ボイラーとしても使用されました。^[4]

レンガ造りの建物は、耐火レンガで覆われた箱型の鋼鉄製のハウジングに置き換えられました。水管の直径は2〜2インチに縮小されました。+1 ⁄ 2インチ (50.8 および 63.5 mm)。船が揺れたときに水位が変化する問題を回避するために、水ドラムは船体に対して横向きに配置され、内部にバッフルが設けられました。

ウィキメディア・コモンズには、スターリングボイラーに関連するメディアがあります。

• Larry Tarvin. 「スターリングボイラー」(PDF)。米国電力学会。 2015年2月20日閲覧。