第5章 水管ボイラー
水管ボイラーの基本のつくりと、自然循環式・強制循環式・貫流ボイラーのしくみと特徴。
1. 水管ボイラーの基本のつくり
水管ボイラーは、細い管（水管）をたくさん並べ、管の中の水を、外側から燃焼ガスで加熱するボイラーです。
・蒸気ドラム（気水ドラム） … 上にある太い筒。水と蒸気を分け、蒸気を取り出す
・水ドラム … 下にある筒。水を水管に配る（水ドラムを持たない形式もある）
・水冷壁 … 燃焼室のまわりに水管を並べて壁にしたもの。火炎の放射熱を受ける放射伝熱面になり、炉の壁も守る
高圧・大容量に向き、効率も高い一方で、保有水量が少なく、細い管にスケールが付くと過熱しやすいので、給水の処理が大切です（第3章）。
水を水管の中でどう動かすかで、自然循環式・強制循環式・貫流ボイラーに分かれます。
2. 自然循環式
水の重さの差（密度の差）を利用して、ボイラー水をひとりでに循環させる方式です。
・よく加熱される管（上昇管）の中の水は、蒸気の泡を含んで軽く（密度が小さく）なり、上へ昇る
・あまり加熱されない管（降水管）の中の水は重い（密度が大きい）ので、下へ降りる
・この密度の差で、蒸気ドラム → 降水管 → 水ドラム → 上昇管 → 蒸気ドラム と水が回る
注意点：圧力が高くなるほど、水と蒸気の密度の差が小さくなるので、循環する力は弱くなります。そのため、とても高い圧力では強制循環式や貫流ボイラーが使われます。
3. 強制循環式
ボイラー水循環ポンプで、ボイラー水を強制的に循環させる方式です。
・密度の差に頼らないので、高い圧力でも循環を確保できる
・水管の配置や太さを自由に決めやすい
ポンプが止まると循環も止まるので、ポンプの運転状態の管理が大切になります。
4. 貫流ボイラー
蒸気ドラムや水ドラムを持たず、管だけで構成されたボイラーです。
・給水ポンプで管の一端から水を送りこみ、管の中を一方向に流れる間に加熱・蒸発させ、他端から蒸気を取り出す（水がぐるぐる循環しない）
・保有水量がとても少ないので、起動から蒸気が出るまでが早い
・負荷が変わると圧力が変わりやすいので、燃料の量と給水の量をすばやく合わせる自動制御が必要
・給水の中の不純物が管の中で濃くなりやすいので、給水の処理を十分に行う必要がある
・ドラムで水と蒸気を分ける必要がないので、水と蒸気の区別がなくなる臨界圧力を超える高い圧力でも使える
・蒸気に混じった水滴を分けるため、出口に気水分離器を設けるものがある
ビルや病院では、小型の貫流ボイラーを何台も並べて、必要な台数だけ運転する使い方もよく見られます。
貫流ボイラーの伝熱面積は、燃焼室入口から過熱器入口までの水管の、燃焼ガス等に触れる面の面積で数えます（ボイラー則 第2条第3号）。
POINT
5. ここだけは覚える
・水管ボイラー：管の中が水、外が燃焼ガス。水冷壁は放射伝熱面
・自然循環式：上昇管と降水管の水の密度差で循環。圧力が高いほど密度差が小さく、循環力は弱くなる
・強制循環式：ボイラー水循環ポンプで循環させる。高圧でも循環を確保
・貫流ボイラー：ドラムなし、管の一端から給水・他端から蒸気。保有水量が少なく起動が早いが、負荷変動で圧力が変わりやすく、すばやい自動制御と十分な給水処理が必要。臨界圧力を超えても使える
・貫流ボイラーの伝熱面積は燃焼室入口から過熱器入口まで（ボイラー則 第2条第3号）