ヤーロウ式ボイラー
ヤーロウ式ボイラー (Yarrow boiler) はイギリスのヤーロウ・シップビルダーズ社が開発した高圧水管ボイラーで、船舶、とりわけ軍艦に広く採用された。ヤーロー式と表記することもある。
ヤーロウ式ボイラーは三胴式で、三角形の頂点に発生した蒸気を集める円筒状の蒸気ドラム、下部の2つの頂点に蒸気ドラムより細身の水ドラムを配し、蒸気ドラムと水ドラムの間に直線状に多数の水管を渡した構成になっており、三角形の底辺に火炉を設けて水管を加熱するようになっていた。ヤーロウ式ボイラーは、直管を用いることと、外部にダウンカマーを設けることなく上昇・下降双方向の循環を完全に混在させることに特徴がある。
当時、既に水管ボイラーの動作は水管を連続的に水が流れるか否かにかかっており、しかもその流れはポンプではなく熱サイフォン効果によって産み出されなければならないことが認識されていた。
水管は、上部に設けられた蒸気ドラムと下部の水ドラムの間に取り付けられた多数の小径管であり、ウィリアム・フェアバーンの研究により水管の直径の重要性や小径管が大径管に比べていかに高い圧力に耐え得るかが明らかにされていた。ドラムは圧力に耐えるため頑丈な構造になっており、定期的に内部の検査・清掃を行うためマンホールが設けられていた。
水管中には火炉による加熱のために上昇流が生じており、それに見合う給水を行うためには過熱されないよう外付けにしたダウンカマー (下降管) が必要であると考えられていた。このため、ほとんどの水管ボイラーには蒸気ドラムと水ドラムを結ぶ外付けの大径管が取り付けられていた。この大径管は、その剛性や管にかかる圧力のために信頼性の面で問題を抱えていた。
これに対してアルフレッド・ヤーロウは有名な実験を行い、この仮定を否定した。ただし、彼がこの仮定を否定しうることを実験を通じて見出したのか、あるいは既に理論的に予測していたことを実験によって実証しただけなのかは明らかになっていない。
イギリス海軍では、水管ボイラーが使用されるようになった初期にさまざまな物議を醸し、1900年頃には「ボイラーの戦い」と呼ばれる論争まで起きていた。ベルヴィール式やニクロース式といった初期の水管ボイラーは、水平面に対して浅い角度で傾けた直径約4インチの直管を多数並べたものであった。水管は鋳鉄製の管寄せに接合されていたが、この接合部で蒸気が漏れることが大きな課題となっていた。これは、当時は直管の熱膨張により接合部に負担がかかっているためだと考えられていた。ベルヴィール式・ニクロース式ともに非常に大柄な設備であり、前弩級戦艦には搭載できたが小型の魚雷艇や駆逐艦はとても搭載できるものではなく、小型化を目指した研究開発が盛んに行われていた。
その後、直径約2インチほどの細い水管を使用することで、体積および重量に対する伝熱面積の比を格段に高めた設計が採られるようになり、小型艦に搭載可能なほど軽量のボイラーが実現できるようになった。こういったボイラーのほとんどは、ジュタンプル式やノルマン式に代表される三胴式のものであった。 三胴式の出現により水管の配置は垂直に近くなり、細管でも熱がうまく循環するようになった。しかし管の熱膨張による接合部への負荷は相変わらず課題であり、伝熱面積を稼ぐ都合もあって水管は曲線状になっていたが、甚だしいものではヘアピンあるいはS字のように複雑な形状に曲げられていた。これには実用上2つの大きな問題があり、1つは複雑に曲がった水管の洗浄が困難であること、もう1つは管寄せに集まる水管の角度がまちまちで、高い信頼性をもつ接合部を作るのが困難であることであった