集煙装置
この新型機を、それも石炭をはじめとする燃料の供給状況が極端に悪化し、山岳線であっても灰分が多く低カロリーの、つまり粗悪な品質の石炭で運用することを強いられた結果、第二次世界大戦後の北陸本線では勾配区間における空転と煤煙の問題が特に深刻化した。
この様な状況下にあって、輸送力維持の社会的要請を背景として所属乗務員に過酷な勤務を強いざるを得なかった敦賀機関区では、乗務員や乗客を苦しめる煙害について様々な対策を独自に検討、試行錯誤を繰り返していた。
そして、石油系の燃料事情が好転し始めた1951年にようやく実用化にこぎ着けたのが、ボイラーの蒸気ドーム後方に重油タンクを搭載、重油を石炭とともに燃焼させることで発熱量を増大させ、勾配区間における機関助士の投炭作業軽減と煤煙発生量の減少を図る重油併燃装置と、煙突部に装着しトンネル区間に限り煙突からの煙を後方へ排出させることで、車体側面への煙の降下を抑止する集煙装置の2つの装置であった。
これらはまず敦賀機関区のD51 322に補助除煙板とともに装備されて試験が開始され、問題となった木ノ本 - 今庄間で絶大な効果を発揮した。
この実験結果を反映し、特に不要と判断された補助除煙板を除く2つの装置は1952年以降敦賀機関区のみならず北陸本線に配置される50両以上のD51形の標準装備となり、さらには同様の問題に悩む全国各地の山岳線区に広く普及するに至った。
敦賀式集煙装置が開発されたのと同じ1950年代前半、国鉄小倉工場でもトンネル内での排煙の誘導策として九州工業大学の葛西泰二郎教授が考案した特殊排煙装置を試作、C57 190に装着して試験を実施している。
この装置は、取り付け対象車の除煙板を撤去し、煙突前面から蒸気ドーム前部にかけて平面形状がY字型となる大型の風洞を搭載、高さを短縮された煙突の上部に円盤を90度回転させることで上面の開口部を閉ざすシャッター式の開閉装置を取り付け、必要に応じてこれを閉じることで前面の開口部から導入された空気とともに煙突からの煙を後方へ送り、蒸気ドーム前方左右に設けられた排煙口いずれかあるいは双方のシャッターを開いて選択的に排煙するという装置である。
敦賀式集煙装置が煙突上部のスライド式開閉装置のみと単純な機構とされ、装置そのものもコンパクトであったのと比較すると、この装置は3か所に開閉装置を設ける必要があってそれらが確実に、かつ正しく開閉動作する必要があり、しかも風洞の構造が複雑でその工作も難しいなど、機構面でいくつかの問題点を抱えていた。
そのため、敦賀式集煙装置の実用化でその開発の必要性が薄れ、搭載車となったC57 190は和歌山機関区への転属までに装置を撤去され、除煙板を再度装着して原状に復されている。
蒸気機関車では、燃料を燃やした後の排気ガスを煙突から上方に吹き出している。トンネルなど上部に障害物がある空間では、噴出した煙がトンネル上部に当たって跳ね返り、運転室や客室に入り込んで機関士や旅客を苦しめることがあった。特に酷い場合には機関士・機関助士が窒息して倒れて列車が暴走し、事故につながる場合もあった。
集煙装置は、こうした障害物のある場所で煙の流れを通常と変えることで、煙が障害を引き起こさないようにする装置である。通常時は上部が開放されており、集煙装置のない機関車と同じように上部へ煙が排出される。トンネルに入るときなどには、乗務員の操作で引き戸が閉じられる。これにより煙は通常と異なり、集煙装置の後方から排出されるようになる。勢いよくトンネルの上部に当たるのではなく、トンネルの上方空間に沿うように排出されることで、運転室や客室に煙が入りにくくなるという効果があった。