煙管ボイラーは、火から発生する高温のガスを用いて、一連の管内に水を加熱するタイプのボイラーです。これらの管は密閉容器内の水に囲まれています。ガスからの熱が管壁を通じて熱伝導により伝わり、様々な用途に使用できる蒸気を作り出します。
煙管ボイラーは最も古いタイプのボイラーの一つであり、18世紀と19世紀には特に蒸気機関車や他の蒸気エンジンで広く使用されていました。現在でも、煙管ボイラーは暖房、発電、プロセス用蒸気など、いくつかの産業および商業用途で使用されています。
この記事では、煙管ボイラーの定義、種類、利点、欠点、および応用について説明します。また、Bingのトップ5の関連ページの内容を取り入れ、関連する外部リンクも追加します。
煙管ボイラーは、水で満たされた密封容器と、その中に通っている一連の管から成るボイラーです。これらの管は、通常石炭、油、またはガスによって供給される火から発生する高温のガスを運び、水を加熱し蒸気を生成します。
煙管ボイラーの主な構成要素は以下の通りです：
炉室：燃料を燃焼させて高温のガスを生成するためのチャンバー。
煙管：炉室から煙箱まで高温のガスを運ぶ管。
煙箱：高温のガスを集めて煙突を通じて排出するためのチャンバー。
蒸気ドーム：蒸気が集められ、出口に分配されるボイラーの上部。
過熱器：蒸気をさらに加熱して乾燥させ、過熱させるオプションの装置。
格子：燃料を燃焼させるためのプラットフォーム。
給水口：ボイラーに水を供給するパイプ。
蒸気出口：蒸気を必要な場所に送るためのパイプ。
煙管ボイラーの動作は単純かつ直感的です。燃料は炉室内で燃焼され、高温のガスが煙管を通ります。ガスからの熱が管の周りの水に伝わり、温度と圧力を上げます。蒸気は蒸気ドームに上昇し、様々な用途に取り出すことができます。水は給水口を通じて補充されます。
蒸気の圧力と温度は、ボイラーのサイズと設計、ならびに燃料の品質と量に依存します。一般的に、煙管ボイラーは低圧から中圧（最大17.5バール）の蒸気と低容量から中容量（最大9メトリックトン/時間）を生成できます。
煙管ボイラーの主な欠点の一つは、高圧および大容量の蒸気を生成する能力が制限されていることです。これは、水と蒸気を含む単一の大容器を持っているため、圧力と温度の制御が難しくなるからです。さらに、煙管ボイラーは、過度の圧力または損傷による容器の破裂により爆発する可能性があります。
煙管ボイラーは、以下のような基準に基づいて異なる種類があります：
炉室の位置：炉室の位置に基づいて、外部炉室と内部炉室という2つの主要なカテゴリーがあります。外部炉室ボイラーは炉室が主容器の外にあり、内部炉室ボイラーは炉室が主容器の内側またはそれに付属しています。
ボイラー軸の向き：ボイラー軸の向きに基づいて、水平と垂直という2つの主要なカテゴリーがあります。水平ボイラーは軸が地面に対して平行であり、垂直ボイラーは軸が地面に対して垂直です。
煙管の数と形状：煙管の数と形状に基づいて、単管、多管、直管、曲管など、さまざまなタイプの煙管ボイラーがあります。
最も一般的な煙管ボイラーの種類は以下の通りです：
Cochranボイラーは、円筒形のシェルとドーム型の上部を持つ垂直煙管ボイラーの一種です。長さ方向に沿って1つ以上の煙管が配置されています。また、石炭または油を燃料とする外部炉室があります。
Cochranボイラーは低圧蒸気（最大10.5バール）と低容量（最大3500kg/時間）を生成できます。コンパクトで操作が簡単です。主に小規模な工業用途、例えば暖房、発電、プロセス用蒸気などで使用されます。
Cornishボイラーは、大きな煙道を備えた長い円筒形のシェルを持つ水平煙管ボイラーの一種です。シンプルな設計でメンテナンスコストが低いです。中圧蒸気（最大12バール）と中容量（最大6500kg/時間）を生成できます。
Cornishボイラーは1812年にRichard Trevithickによって開発され、鉱業での蒸気エンジンで広く使用されました。Lancashireボイラーに似ていますが、煙道が2つではなく1つです。
機関車用ボイラーは、内部炉室と多数の煙管を持つ水平煙管ボイラーの一種です。また、グレートと余分な加熱面積を提供するための延長部である火室を備えています。また、蒸気の温度と乾燥度を上げる過熱器もあります。
機関車用ボイラーは高圧蒸気（最大25バール）と高容量（最大9000kg/時間）を生成できます。蒸気の発生が速く、負荷変化に対する反応が良好です。主に蒸気機関車の動力源として使用されていましたが、ディーゼルまたは電気エンジンに置き換えられました。
Scotch Marineボイラーは、2つ以上の炉室と複数の煙管を備えた1つまたは複数の大円筒形のシェルを持つ水平煙管ボイラーの一種です。また、効率を向上させ重さを軽減するための外部湿背室も備えています。
Scotch Marineボイラーは高圧蒸気（最大30バール）と高容量（最大27000kg/時間）を生成できます。構造が頑強で、暖房、発電、推進などの海洋用途に適しています。
煙管ボイラーの利点は以下の通りです：
設計と構造がシンプルです。
水管ボイラーよりも安価です。
蒸気需要の変動に対処しやすいです。
運転コストとメンテナンスコストが低いです。
