国鉄D52形蒸気機関車
概要 > ボイラー

本形式のボイラーは、D51形から動輪上重量を増大させた分の重量を利用した大容量化、燃焼室の設置による燃焼効率の向上、過熱蒸気温度の確保によるボイラー効率の向上などを図り、D51形から大幅な増強を図ったものである一方、戦時設計に対応して使用材料や工数の削減、資材確保の容易化を図ったものであることが特徴となっている。そのため、戦時中はボイラーの爆発事故が多くなった。なお、ボイラーの大型化により、機関車の重心高さは旅客用のC59形（1665 mm）と同等の1660 mmとなっている。
ボイラーの種類は3種（甲缶、乙缶、丙缶）あり、丙缶はボイラー用材の幅広鋼材が不足したため各缶胴の長さを変えて2000 mm幅のボイラー用材からでも製造可能となっているが、煙管長は各缶種とも5000 mmのままとしたため、丙缶では燃焼室長が短くなっている。原設計は甲缶で、缶胴の長手（レール方向）継手はリベット組立、缶胴の周接手は将来の増圧 (18 kg/cm2) を考慮してリベットが2列であったが、乙缶・丙缶では長手継手をC12形、C56形、C11形で実績のあった溶接組立とし、周接手はリベットを1列とするなど、構造の簡略化が図られている。なお、日本国有鉄道刊の『鉄道技術発達史』では「甲缶は実際には製造されていない」と記述されている一方、「甲缶が鉄道省→運輸通信省の工機所製、乙・丙缶が民間工場製が大体の区分とされている」とする文献や、「甲缶が鉄道省→運輸通信省の工機所製、乙缶が1943年度発注の汽車製造および日立製作所製、丙缶がその他」とする文献があり、形式図においてはD52 1-142号機を燃焼室甲（甲缶もしくは乙缶）、D52 143号機以降を燃焼室乙（丙缶）としている。ボイラー種別ごとの要目は以下の通り。
| D52形ボイラー種別一覧表> ボイラー種別.ボイラー種別.ボイラー種別 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴 種別.缶胴 種別 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴長.第1 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴長.第2 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴長.第3 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴内径.第1 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴内径.第2 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴内径.第3 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴工法.周方向 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶胴.缶胴工法.長手方向 | D52形ボイラー種別一覧表> 火室・燃焼室.燃焼室 種別.燃焼室 種別 | D52形ボイラー種別一覧表> 火室・燃焼室.火格子 面積.火格子 面積 | D52形ボイラー種別一覧表> 火室・燃焼室.燃焼室長.燃焼室長 | D52形ボイラー種別一覧表> 火室・燃焼室.外火室 天板長.外火室 天板長 | D52形ボイラー種別一覧表> 火室・燃焼室.火室容積.火室容積 | D52形ボイラー種別一覧表> 煙管.煙管長.煙管長 | D52形ボイラー種別一覧表> 煙管.大煙管 本数.大煙管 本数 | D52形ボイラー種別一覧表> 煙管.小煙管 本数.小煙管 本数 | D52形ボイラー種別一覧表> 伝熱面積.火室.火室 | D52形ボイラー種別一覧表> 伝熱面積.煙管.煙管 | D52形ボイラー種別一覧表> 伝熱面積.過熱.過熱 | D52形ボイラー種別一覧表> 缶水容量.缶水容量.缶水容量 | D52形ボイラー種別一覧表> 重量.重量.重量 |
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| 甲缶 | 甲 | 2230 mm | 2470 mm | 1501 mm | 1770 mm | 1808 mm | 1846 mm | リベット2列 | リベット | 甲 | 3.85 m2 | 1000 mm | 2296 mm | 7.0 m2 | 5000 mm | 35本 | 94本 | 20.1 m2 | 147.7 m2 | 77.4 m2 | 9.6 m3 | 18.37 t |
| 乙缶 | 乙 | 2100 mm | 2470 mm | 1450 mm | 1770 mm | 1808 mm | 1846 mm | リベット1列 | 溶接 | 甲 | 3.85 m2 | 1000 mm | 2276 mm | 7.0 m2 | 5000 mm | 35本 | 94本 | 20.1 m2 | 147.7 m2 | 77.4 m2 | 9.6 m3 | 17.65 t |
| 丙缶 | 丙 | 各1980 mm | 各1980 mm | 各1980 mm | 1770 mm | 1808 mm | 1846 mm | リベット1列 | 溶接 | 乙 | 3.85 m2 | 920 mm | 2275 mm | 6.88m3 | 5000 mm | 35本 | 94本 | 19.7 m2 | 147.7 m2 | 77.4 m2 | 9.5 m3 | 17.53 t |

 ↑  板厚19 mm  ↑  直径140 mm  ↑  直径57 mm 
燃焼室は、火室の前方に、甲・乙缶は1000 mm（燃焼室甲）、丙缶は920 mm（燃焼室乙）のものを設けており、D51形と比較すると火格子面積の3.27 m2から3.85 m2と17 %増となったのに対し、火室容積を4.37 m3から7.0 m3（燃焼室甲、燃焼室乙では6.88 m3）と60 %（57 %）拡大した結果、火格子面積/火室容積比はD51形の1.33から、石炭中の炭素および揮発性成分の両方が十分に燃焼されるため適切とされる1.6 - 2.0の範囲内の1.81（燃焼室甲、燃焼室乙では1.79）となっている。また、火室における輻射による伝熱量は煙管における接触による伝熱量にに比べて約10倍で、ボイラー内での缶水の熱吸収の大半は火室周辺におけるものであり、本形式の火室伝熱面積もD51形の12.7 m2から20.1 m2（燃焼室甲、燃焼室乙では19.7 m2）に拡大されて伝熱量の増大を図っている。燃焼室は1920年代のアメリカにおいて普及したもので、南満洲鉄道や朝鮮鉄道でも1927年以降採用されるようになり、日本においても1920年代後半以降研究が進められていたが、1926年にアメリカから輸入したC52形において、アメリカのメーカー側では燃焼室の採用を計画していたが鉄道省側でこれを不採用としている。その後、1932-33年度にはD50形とC51形で現車試験も実施されてその有効性も確認された一方で、構造上複雑となるため本形式に至るまで実装はされなかったが、本形式ではボイラーの重量配分を前方へ移して各動輪の軸重を均等化する目的もあって燃焼室が設けられている。
燃焼室が設置されて大煙管長さが5000 mmに短縮された一方で、大煙管本数を7列 × 5段の35本として過熱面積をD51形の64.4 m2から77.4 m2に拡大するするとともに、過熱面積/全蒸発面積比を0.41から0.46に向上させている。この過熱面積/全蒸発面積比は過熱温度上昇によるボイラー効率向上のため、最初にこれを考慮して設計された8620形の実績を基に採り入れられた指標で、その後設計される機関車はこの数値を約0.3以上とすることとしたものである。さらに、本形式では燃焼ガスの煙管に対する配分を改良して過熱温度を高めるため、ガス通路の流体抵抗に着目した川崎車輛の提案に基づき、過熱管の煙室側折返部を煙室内から大煙管内に変更している。
これらの設計の結果、本形式においては過熱蒸気温度は平均368.5 °C、瞬間値ではD51形では358°Cであったものが375 °Cとなり、試験台試験における比較において、燃焼率500 kg/m2/h時のボイラー効率はD51形の70 %から78%に、伝熱効率は79 %から84 %に、ボイラー効率は55 %から59 %にそれぞれ向上し、ボイラーへの熱入力量が同一であった場合、指示出力はD51形より約10 %向上している。