スパイラル水管ボイラー

クライマックスボイラー、上から見たチューブの配置

クライマックスボイラー

螺旋形水管ボイラーは、垂直形水管ボイラーの一種です。蒸気発生管は細い螺旋管で、中央の垂直水ドラムの周囲に環状に配置されています。

水管は長く、多数あり、直径は2インチ（50mm）以下です。これにより加熱面積が非常に大きくなり、蒸気発生能力も向上します。「与えられた空間で最大の燃焼面積が得られ、燃料消費量を大幅に削減できます。」^{[ 1 ]}

ドラムとチューブの直径が小さいため、このボイラーは高圧用途にも適しています。しかし、このボイラーは初期の小径水管式ボイラーの一つとして早くから実用化されており、高圧用途や蒸気タービンでの使用はほとんど行われていません。

これらのタイプのボイラーの違いは、水管の配置にあります。基本的なレイアウトはすべて同じです。ボイラーの外側のケーシングは鋼板製で、耐火レンガで内張りされており、加熱領域には一切関与しません。

クライマックスボイラー

クライマックスボイラー、ケーシングを取り外した状態

クライマックスとして知られる大型産業用ボイラーは、このタイプのボイラーとしては最初のものの一つであった。^{[ 2 ]}ニュージャージー州のトーマス・F・モーリンとウォルター・W・スコットによって発明され、1884年に特許を取得した。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

水管は単回転のループで、対角線上に水平に段状に配列されていました。上側の水管入口は、隣接する水管の下側の入口より垂直上にあります。当初の特許では、水管はヘアピン型で、放射状の直線部を有していました。^{[ 3 ]}後期の設計では、より大きな外径と「洋ナシ型」の管が使用され、^{[ 1 ]}最終的には外筒の半径とほぼ同じ形状の管が採用されました。^{[ 2 ]}このように管の曲率を小さくすることで、加熱による膨張の影響と、水管入口における漏洩のリスクが軽減されます。これらのボイラーの水位は水管段の高さの約3/4に設定されており、^{[ 3 ]}上側の水管は水ではなく蒸気で満たされていました。水管群の上には、エコノマイザーまたは給水加熱器として、1本の平らな螺旋管が使用されていました。^{[ 2 ]}

これらの大型ボイラーを燃焼させるために使用された炉は環状で、多くの場合4つ以上の独立した防火扉を備えていました。このボイラーは、バガス、植物廃棄物、または廃棄物を燃料として用いることもできました。発電など、継続的な高出力生産に使用されたボイラーの中には、初期の自動ストーカーを備えたものもありました。^{[ 2 ]}

これらのボイラーの利点の一つは、その迅速な建造でした。その要因の一つは、セクションごとにボルトで固定されたプレハブ鋼鉄製ケーシングでした。^{[ 5 ]}高圧の可能性は生かされませんでしたが、信頼性とオーバーホール間隔の長寿命で高い評価を得ました。^{[ 2 ]}

これらのボイラーは、モーリン・アンド・スコット社が「クロンブルック蒸気ボイラー工場」で開発したもので、クライマックス機関車工場やその伐採用機関車とは一切関係がありません。^{[ 6 ]}これらのボイラーは「クロンブルック蒸気ボイラー会社」にライセンス供与されていましたが、1896年に前任の経営者トーマス・J・ローラーが「コロンビアン蒸気ボイラー工場」で競合ボイラーの生産を開始し、モーリン・アンド・スコット社はクライマックスの特許侵害で訴訟を起こし、勝訴しました。^{[ 1 ]}

ルーンバレーボイラー

ルーン・バレー・ボイラーは、イギリス、ランカスターのルーン・バレー・エンジニアリング社が蒸気船や小型蒸気船に使用していた小型の石油ボイラーでした。^{[ 7 ] [ 8 ]}蒸気発生器の管は3回巻かれており、より多くの管継手を設けられるため、より大きな加熱面積を確保できました。これらのコイルは依然として階層状に配置されていました。

蒸気船での使用における利点は、高温になった後の蒸気発生速度ではなく、冷間状態から蒸気を急速に発生させ、有効な圧力に達するまでの時間でした。これは2つの特徴によるものです。第一に、加熱面の金属質量が小さいため、温度上昇が速かったこと。第二に、螺旋管の弾力性により、機関車用や進水式ボイラーのような損傷のリスクなしに、ボイラーを冷間状態から「強制的に」加熱することができました。管が作動して沸騰した後も、中央ドラムは冷たいままであり、接続部に過度の機械的負担をかけることはありませんでした。

ルーン・バレー社は、蒸気船用の水管ボイラーも製造しました。これは、水平方向に並んだ2つの水筒を垂直に並べ、その間に水平ヘアピン管を配した構造です。螺旋状のものよりも小型で、製造も容易でした。

ボルソバーエクスプレスボイラー

ボルソーバー・エクスプレス・ボイラーは、ウィットビーのボルソーバー兄弟によって蒸気自動車用に設計されました。特にスタンレー蒸気自動車の再ボイラー化を目的としていました。^{[ 9 ] [ 10 ]}

管は単一の斜め曲線で、下部の管継手リングから上部の管継手リングまで垂直に伸びています。以前の設計に比べて管の数が少なく、各管の露出面も小さくなっています。また、管が垂直に近いため、管内の循環が活発になり、面積あたりの蒸発力も大きくなります。液体燃料バーナーを備えたボイラーを適切に燃焼させることで、依然として大量の蒸気を生成できます。^{[ 11 ]}

イリングワースボイラー

イリングワース・ボイラー設計における管は螺旋状であるが、中央の蒸気ドラムの周囲に巻き付けられており、ドラムの横に並ぶわけではない。ドラムの上部と下部には大口径の放射状ヘッダーがあり、螺旋状の蒸気発生器の管はこれらの管に合流する。^{[ 12 ]}典型的な設計では4つのヘッダーがあり、螺旋状の管は4つの同心円状に交互に巻き付けられ、各管は約3回転してから他のヘッダーに合流する。したがって、管の数は少なく（この場合は16本）、各管の長さは長くなる（推奨されるボア径は260～280 ^{[ 12 ]}）。そのため、ボイラーは依然として狭い空間に加熱領域が密集した構造となっている。

参考文献

1. 「Morrin v. Lawler、ニューヨーク巡回裁判所」 1898年10月6日。
2. ケネディ、ランキン（1912年）『近代エンジンと発電機の書』第5巻、ロンドン：キャクストン、  pp.93–98。
3. US 309727、モリン、トーマス・F. & スコット、ウォルター・W.、「蒸気発生器」、1884年12月23日発行 
4. US 463307、モリン、トーマス・F、「蒸気発生器」、1891年11月17日公開 
5. US 463308、モリン、トーマス・F.、「蒸気発生器用セクショナルケーシング」、1891年11月17日公開 
6. 「モーリン「クライマックス」水管式安全ボイラーのカタログ」ブルックリン、1896年。
7. ハリス『模型ボイラー』56-58ページ
8. 「オッターのボイラー：19フィートの蒸気船の建造」 。 2016年8月1日閲覧。
9. 「スタンレー蒸気自動車シャーシ20194、ニュージーランド」。1920年スタンレー登録簿。1956年から1958年にかけてボルズオーバー「エクスプレス」ボイラーとバーナーを搭載して復元。
10. ラルフ・ネヴィル（1934年6月）「1912年製スタンレー蒸気自動車の復活冒険」（PDF）『蒸気自動車の発展と蒸気航空』第3巻（28）。
11. ハリス、KN (1974).模型ボイラーとボイラー製造. 地図. pp.  58– 59. ISBN 0-85242-377-2。
12. ハリス『模型ボイラー』58-59頁