रेडिएटर की शीतलन प्रणाली

क्योंकि आंतरिक दहन इंजन की तापीय क्षमता आंतरिक तापमान के साथ बढ़ती है, शीतलक को उसके क्वथनांक को बढ़ाने के लिए वायुमंडलीय दबाव से अधिक पर रखा जाता है। एक कैलिब्रेटेड दबाव-राहत वाल्व आमतौर पर रेडिएटर के भरण कैप में शामिल किया जाता है। यह दबाव विभिन्न मॉडलों में भिन्न होता है, लेकिन आम तौर पर 4 से 30 पीएसआई (30 से 200 केपीए) तक होता है।[4]

जैसे-जैसे तापमान में वृद्धि के साथ शीतलक प्रणाली का दबाव बढ़ता है, यह उस बिंदु तक पहुंच जाएगा जहां दबाव राहत वाल्व अतिरिक्त दबाव को बाहर निकलने की अनुमति देता है। यह तब रुक जाएगा जब सिस्टम का तापमान बढ़ना बंद हो जाएगा। अधिक भरे हुए रेडिएटर (या हेडर टैंक) के मामले में थोड़ा सा तरल बाहर निकलने की अनुमति देकर दबाव को कम किया जाता है। यह बस जमीन पर बह सकता है या एक हवादार कंटेनर में एकत्र किया जा सकता है जो वायुमंडलीय दबाव में रहता है। जब इंजन बंद हो जाता है, तो शीतलन प्रणाली ठंडी हो जाती है और तरल स्तर गिर जाता है। कुछ मामलों में जहां एक बोतल में अतिरिक्त तरल एकत्र किया गया है, इसे मुख्य शीतलक सर्किट में वापस 'चूसा' जा सकता है। अन्य मामलों में, ऐसा नहीं है.

द्वितीय विश्व युद्ध से पहले, इंजन कूलेंट आमतौर पर सादा पानी होता था। एंटीफ्ीज़र का उपयोग पूरी तरह से ठंड को नियंत्रित करने के लिए किया जाता था, और यह अक्सर केवल ठंड के मौसम में किया जाता था। यदि इंजन के ब्लॉक में सादा पानी जमने के लिए छोड़ दिया जाए तो जमने पर पानी फैल सकता है। बर्फ के फैलने के कारण यह प्रभाव गंभीर आंतरिक इंजन क्षति का कारण बन सकता है।

उच्च-प्रदर्शन वाले विमान इंजनों के विकास के लिए उच्च क्वथनांक वाले बेहतर शीतलक की आवश्यकता होती है, जिससे ग्लाइकोल या जल-ग्लाइकोल मिश्रण को अपनाया जाता है। इससे उनके एंटीफ्रीज गुणों के लिए ग्लाइकोल को अपनाया गया।

एल्युमीनियम या मिश्रित-धातु इंजनों के विकास के बाद से, सभी क्षेत्रों और मौसमों में, संक्षारण अवरोधन एंटीफ़्रीज़ से भी अधिक महत्वपूर्ण हो गया है।

एक ओवरफ्लो टैंक जो सूख जाता है, उसके परिणामस्वरूप शीतलक वाष्पीकृत हो सकता है, जो इंजन के स्थानीयकृत या सामान्य ओवरहीटिंग का कारण बन सकता है। यदि वाहन को तापमान से अधिक चलाने की अनुमति दी गई तो गंभीर क्षति हो सकती है। हेड गैस्केट के उड़ जाने और विकृत या टूटे हुए सिलेंडर हेड या सिलेंडर ब्लॉक जैसी विफलताएं इसका परिणाम हो सकती हैं। कभी-कभी कोई चेतावनी नहीं होगी, क्योंकि तापमान सेंसर जो तापमान गेज (या तो यांत्रिक या विद्युत) के लिए डेटा प्रदान करता है, तरल शीतलक के बजाय जल वाष्प के संपर्क में आता है, जो हानिकारक रूप से गलत रीडिंग प्रदान करता है।

गर्म रेडिएटर खोलने से सिस्टम का दबाव कम हो जाता है, जिससे यह उबल सकता है और खतरनाक रूप से गर्म तरल और भाप बाहर निकल सकता है। इसलिए, रेडिएटर कैप में अक्सर एक तंत्र होता है जो कैप को पूरी तरह से खोलने से पहले आंतरिक दबाव को राहत देने का प्रयास करता है।

ऑटोमोबाइल वॉटर रेडिएटर के आविष्कार का श्रेय कार्ल बेंज को दिया जाता है। विल्हेम मेबैक ने मर्सिडीज़ 35hp के लिए पहला हनीकॉम्ब रेडिएटर डिज़ाइन किया

कभी-कभी कार की शीतलन क्षमता बढ़ाने के लिए दूसरे या सहायक रेडिएटर से लैस होना आवश्यक होता है, जब मूल रेडिएटर का आकार नहीं बढ़ाया जा सकता है। दूसरे रेडिएटर को सर्किट में मुख्य रेडिएटर के साथ श्रृंखला में जोड़ा गया है। यह वह मामला था जब ऑडी 100 को पहली बार टर्बोचार्ज्ड करके 200 बनाया गया था। इन्हें इंटरकूलर के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए।

कुछ इंजनों में एक तेल कूलर, इंजन तेल को ठंडा करने के लिए एक अलग छोटा रेडिएटर होता है। ऑटोमैटिक ट्रांसमिशन वाली कारों में अक्सर रेडिएटर से अतिरिक्त कनेक्शन होते हैं, जिससे ट्रांसमिशन तरल पदार्थ अपनी गर्मी को रेडिएटर में शीतलक में स्थानांतरित कर सकता है। ये या तो तेल-वायु रेडिएटर हो सकते हैं, जैसे कि मुख्य रेडिएटर का एक छोटा संस्करण। अधिक सरल शब्दों में वे तेल-जल कूलर हो सकते हैं, जहां जल रेडिएटर के अंदर एक तेल पाइप डाला जाता है। यद्यपि पानी परिवेशी वायु से अधिक गर्म है, इसकी उच्च तापीय चालकता कम जटिल और इस प्रकार सस्ते और अधिक विश्वसनीय [उद्धरण वांछित] तेल कूलर से तुलनीय शीतलन (सीमा के भीतर) प्रदान करती है। आमतौर पर, पावर स्टीयरिंग द्रव, ब्रेक द्रव और अन्य हाइड्रोलिक तरल पदार्थ को वाहन पर सहायक रेडिएटर द्वारा ठंडा किया जा सकता है।

टर्बोचार्ज्ड या सुपरचार्ज्ड इंजन में एक इंटरकूलर हो सकता है, जो एक हवा से हवा या हवा से पानी रेडिएटर होता है जिसका उपयोग आने वाले वायु चार्ज को ठंडा करने के लिए किया जाता है - इंजन को ठंडा करने के लिए नहीं।

लिक्विड-कूल्ड पिस्टन इंजन (आमतौर पर रेडियल के बजाय इनलाइन इंजन) वाले विमानों को भी रेडिएटर की आवश्यकता होती है। चूंकि कारों की तुलना में हवा की गति अधिक होती है, इसलिए इन्हें उड़ान के दौरान कुशलतापूर्वक ठंडा किया जाता है, और इसलिए बड़े क्षेत्रों या शीतलन प्रशंसकों की आवश्यकता नहीं होती है। हालाँकि, कई उच्च-प्रदर्शन वाले विमानों को जमीन पर निष्क्रिय रहने पर अत्यधिक गर्म होने की समस्या का सामना करना पड़ता है - स्पिटफ़ायर के लिए केवल सात मिनट। [6] यह आज की फॉर्मूला 1 कारों के समान है, जब इंजन चालू होने पर ग्रिड पर रोका जाता है तो ओवरहीटिंग को रोकने के लिए उन्हें अपने रेडिएटर पॉड्स में डक्टेड हवा की आवश्यकता होती है।

शीतलन प्रणालियों के डिज़ाइन सहित विमान डिज़ाइन में ड्रैग को कम करना एक प्रमुख लक्ष्य है। एक प्रारंभिक तकनीक विमान के प्रचुर वायु प्रवाह का लाभ उठाकर हनीकॉम्ब कोर (कई सतहों, सतह से आयतन के उच्च अनुपात के साथ) को सतह पर लगे रेडिएटर से बदलना था। इसमें धड़ या पंख की त्वचा में मिश्रित एकल सतह का उपयोग किया जाता है, इस सतह के पीछे पाइप के माध्यम से शीतलक प्रवाहित होता है। ऐसे डिज़ाइन ज़्यादातर प्रथम विश्व युद्ध के विमानों पर देखे गए थे।

चूंकि वे हवा की गति पर बहुत अधिक निर्भर होते हैं, इसलिए जमीन पर चलने के दौरान सतह रेडिएटर्स के अत्यधिक गर्म होने का खतरा और भी अधिक होता है। सुपरमरीन एस.6बी जैसे रेसिंग विमान, एक रेसिंग सीप्लेन जिसके फ्लोट्स की ऊपरी सतहों में रेडिएटर बने होते हैं, को उनके प्रदर्शन की मुख्य सीमा के रूप में "तापमान गेज पर उड़ाया जाना" के रूप में वर्णित किया गया है।

सरफेस रेडिएटर्स का उपयोग कुछ हाई-स्पीड रेसिंग कारों द्वारा भी किया गया है, जैसे कि 1928 की मैल्कम कैंपबेल की ब्लू बर्ड।

यह आम तौर पर अधिकांश शीतलन प्रणालियों की एक सीमा है कि शीतलन द्रव को उबलने की अनुमति नहीं दी जाती है, क्योंकि प्रवाह में गैस को संभालने की आवश्यकता डिजाइन को बहुत जटिल बनाती है। जल-शीतलित प्रणाली के लिए, इसका मतलब है कि गर्मी हस्तांतरण की अधिकतम मात्रा पानी की विशिष्ट गर्मी क्षमता और परिवेश और 100 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान के अंतर से सीमित है। यह सर्दियों में, या अधिक ऊंचाई पर जहां तापमान कम होता है, अधिक प्रभावी शीतलन प्रदान करता है।

एक और प्रभाव जो विमान के ठंडा होने में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, वह यह है कि विशिष्ट ताप क्षमता बदलती है और क्वथनांक दबाव के साथ कम हो जाता है, और यह दबाव तापमान में गिरावट की तुलना में ऊंचाई के साथ अधिक तेजी से बदलता है। इस प्रकार, आम तौर पर, विमान के चढ़ते ही तरल शीतलन प्रणाली की क्षमता कम हो जाती है। 1930 के दशक के दौरान प्रदर्शन पर यह एक बड़ी सीमा थी जब टर्बोसुपरचार्जर की शुरूआत ने पहली बार 15,000 फीट से ऊपर की ऊंचाई पर सुविधाजनक यात्रा की अनुमति दी, और कूलिंग डिज़ाइन अनुसंधान का एक प्रमुख क्षेत्र बन गया।

इस समस्या का सबसे स्पष्ट और सामान्य समाधान संपूर्ण शीतलन प्रणाली को दबाव में चलाना था। इससे विशिष्ट ताप क्षमता स्थिर मान पर बनी रही, जबकि बाहरी हवा का तापमान गिरता रहा। इस प्रकार ऐसी प्रणालियाँ चढ़ने पर शीतलन क्षमता में सुधार करती हैं। अधिकांश उपयोगों के लिए, इससे उच्च-प्रदर्शन वाले पिस्टन इंजनों को ठंडा करने की समस्या हल हो गई, और द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान लगभग सभी तरल-ठंडा विमान इंजनों ने इस समाधान का उपयोग किया।

हालाँकि, दबाव वाली प्रणालियाँ भी अधिक जटिल थीं, और क्षति के प्रति कहीं अधिक संवेदनशील थीं - चूंकि शीतलन द्रव दबाव में था, यहां तक ​​कि शीतलन प्रणाली में एकल राइफल-कैलिबर बुलेट छेद जैसी मामूली क्षति के कारण भी तरल तेजी से बाहर निकलने लगता था। छेद। शीतलन प्रणालियों की विफलताएँ, अब तक, इंजन विफलताओं का प्रमुख कारण थीं।

हालाँकि ऐसा विमान रेडिएटर बनाना अधिक कठिन है जो भाप को संभालने में सक्षम हो, लेकिन यह किसी भी तरह से असंभव नहीं है। मुख्य आवश्यकता एक ऐसी प्रणाली प्रदान करना है जो भाप को पंपों में वापस भेजने और कूलिंग लूप को पूरा करने से पहले उसे तरल में संघनित कर दे। ऐसी प्रणाली वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा का लाभ उठा सकती है, जो पानी के मामले में तरल रूप में विशिष्ट ऊष्मा क्षमता से पांच गुना अधिक है। भाप को अत्यधिक गर्म होने देने से अतिरिक्त लाभ हो सकता है। ऐसी प्रणालियाँ, जिन्हें बाष्पीकरणीय कूलर के रूप में जाना जाता है, 1930 के दशक में काफी शोध का विषय थीं।

दो शीतलन प्रणालियों पर विचार करें जो अन्यथा समान हैं, जो 20 डिग्री सेल्सियस के परिवेशी वायु तापमान पर काम कर रही हैं। एक पूर्ण-तरल डिज़ाइन 30 डिग्री सेल्सियस और 90 डिग्री सेल्सियस के बीच काम कर सकता है, जो गर्मी को दूर करने के लिए 60 डिग्री सेल्सियस तापमान अंतर प्रदान करता है। एक बाष्पीकरणीय शीतलन प्रणाली 80 डिग्री सेल्सियस और 110 डिग्री सेल्सियस के बीच काम कर सकती है। पहली नज़र में यह बहुत कम तापमान अंतर प्रतीत होता है, लेकिन यह विश्लेषण भाप के उत्पादन के दौरान 500 डिग्री सेल्सियस के बराबर अवशोषित ऊष्मा ऊर्जा की भारी मात्रा को नज़रअंदाज कर देता है। वास्तव में, बाष्पीकरणीय संस्करण 80 डिग्री सेल्सियस और 560 डिग्री सेल्सियस के बीच काम कर रहा है, जो 480 डिग्री सेल्सियस प्रभावी तापमान अंतर है। ऐसी प्रणाली बहुत कम मात्रा में पानी के साथ भी प्रभावी हो सकती है।

बाष्पीकरणीय शीतलन प्रणाली का नकारात्मक पक्ष भाप को क्वथनांक से नीचे ठंडा करने के लिए आवश्यक कंडेनसर का क्षेत्र है। चूंकि भाप पानी की तुलना में बहुत कम सघन होती है, इसलिए भाप को वापस ठंडा करने के लिए पर्याप्त वायु प्रवाह प्रदान करने के लिए एक बड़े सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है। 1933 के रोल्स-रॉयस गोशॉक डिज़ाइन में पारंपरिक रेडिएटर जैसे कंडेनसर का उपयोग किया गया था और यह डिज़ाइन ड्रैग के लिए एक गंभीर समस्या साबित हुई। जर्मनी में, गुंटर बंधुओं ने विमान के पंखों, धड़ और यहां तक ​​कि पतवार पर फैले बाष्पीकरणीय शीतलन और सतह रेडिएटर्स को मिलाकर एक वैकल्पिक डिजाइन विकसित किया। उनके डिज़ाइन का उपयोग करके कई विमान बनाए गए और कई प्रदर्शन रिकॉर्ड स्थापित किए, विशेष रूप से हेइंकेल हे 119 और हेइंकेल हे 100। हालांकि, इन प्रणालियों को फैले हुए रेडिएटर्स से तरल वापस लाने के लिए कई पंपों की आवश्यकता होती थी और उन्हें ठीक से चलाना बेहद मुश्किल साबित हुआ। , और युद्ध क्षति के प्रति अधिक संवेदनशील थे। इस प्रणाली को विकसित करने के प्रयासों को आम तौर पर 1940 तक छोड़ दिया गया था। एथिलीन ग्लाइकॉल आधारित कूलेंट की व्यापक उपलब्धता से वाष्पीकरणीय शीतलन की आवश्यकता जल्द ही समाप्त हो गई थी, जिसमें कम विशिष्ट गर्मी थी, लेकिन पानी की तुलना में बहुत अधिक क्वथनांक था।

डक्ट में मौजूद एक एयरक्राफ्ट रेडिएटर वहां से गुजरने वाली हवा को गर्म करता है, जिससे हवा फैलती है और वेग प्राप्त करती है। इसे मेरेडिथ प्रभाव कहा जाता है, और अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए लो-ड्रैग रेडिएटर्स (विशेषकर पी-51 मस्टैंग) के साथ उच्च प्रदर्शन वाले पिस्टन विमान इससे जोर प्राप्त करते हैं। यह जोर उस डक्ट के खिंचाव को संतुलित करने के लिए काफी महत्वपूर्ण था जिसमें रेडिएटर संलग्न था और विमान को शून्य कूलिंग ड्रैग प्राप्त करने की अनुमति देता था। एक बिंदु पर, रेडिएटर के बाद निकास वाहिनी में ईंधन इंजेक्ट करके और इसे प्रज्वलित करके, सुपरमरीन स्पिटफ़ायर को आफ्टरबर्नर से लैस करने की भी योजना थी [उद्धरण वांछित]। मुख्य दहन चक्र के डाउनस्ट्रीम में इंजन में अतिरिक्त ईंधन इंजेक्ट करके आफ्टरबर्निंग प्राप्त की जाती है।