This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
എന്‍ജിന്‍ ശീതനം
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
എന്‍ജിന്‍ ശീതനം
Engine Cooling
തുടർച്ചയായ പ്രവർത്തനംമൂലം ക്രമാധികം ചൂടുപിടിക്കുന്ന എന്‍ജിനുകളെ സുരക്ഷിതവും കാര്യക്ഷമവുമായ പ്രവർത്തനത്തിനുവേണ്ടി തണുപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയ. ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളിൽ (Internal combustion engines) ആണ്‌ ഇപ്രകാരം തണുപ്പിക്കൽ ആവശ്യമായി വരുന്നത്‌.
ഇന്ധനങ്ങളുടെ ദഹനം (combustion) വഴി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന താപോർജത്തെ പ്രവർത്തനയോഗ്യമായ യാന്ത്രികോർജമാക്കി മാറ്റുകയാണ്‌ ആന്തരദഹനയന്ത്രം ഉള്‍പ്പെടെ എല്ലാ താപയന്ത്രങ്ങളും ചെയ്യുന്നത്‌. അതുകൊണ്ട്‌ യന്ത്രം ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുന്ന കുറേ താപം നഷ്‌ടപ്പെടാന്‍ കാരണമാകുന്ന ശീതനസംവിധാനം (cooling system) ഒരു പാഴ്‌ച്ചെലവായി തോന്നിയേക്കാം. ഈ ധാരണ ശരിയല്ല. ശീതനസംവിധാനത്തിന്റെ അഭാവം ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനത്തെ വളരെ ദോഷകരമായി ബാധിക്കും. ചിലതരം ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളിൽ സിലിണ്ടർ വാതകങ്ങളുടെ താപനില 2500ºc വരെപ്പോലും ഉയർന്നുവെന്നു വരാം. ഈ വാതകങ്ങളുമായി നേരിട്ട്‌ സമ്പർക്കത്തിൽ വരുന്ന യന്ത്രഭാഗങ്ങളുടെ ദ്രവണാങ്ക(melting point)ത്തെക്കാള്‍ വളരെക്കൂടുതലാണിത്‌. തന്മൂലം യന്ത്രഭാഗങ്ങളുടെ താപനില വേണ്ടവണ്ണം നിയന്ത്രിച്ചു നിർത്തിയില്ലെങ്കിൽ യന്ത്രത്തിനു വാതകമർദത്തെ ചെറുക്കുന്നതിനുള്ള ശേഷി നഷ്‌ടപ്പെടുന്നു. മാത്രമല്ല, ഉയർന്ന താപനിലമൂലം മറ്റു പല ദോഷഫലങ്ങളും ഉണ്ടാകാനും ഇടയുണ്ട്‌. പൂർവജ്വലനം (pre-ignition), അപസ്‌ഫോടനം (detonation), വാൽവുകളുടെ സംവലനം (warping), വ്യാപ്‌തമാനനക്ഷമത (volumetric efficiency) കുറഞ്ഞുപോകുന്നതുകൊണ്ടുള്ള ശക്തിനഷ്‌ടം (power loss), ക്രമാധികമായ പിസ്റ്റണ്‍ വികാസം, സിലിണ്ടർ ഭിത്തികളിലും പിസ്റ്റണിന്മേലുമുള്ള സ്‌നേഹലേപന എണ്ണയുടെ നേർത്ത പാട (thin film of lubricating oil) നഷ്‌ടപ്പെടൽ തുടങ്ങിയവയ്‌ക്കെല്ലാം സിലിണ്ടർഭാഗങ്ങളുടെ ഉയർന്ന്‌ താപനില കാരണമായിത്തീരുന്നു. ഇത്തരം ദോഷഫലങ്ങള്‍ ഒഴിവാക്കുന്നതിനുവേണ്ടി, ദഹനംമൂലം യന്ത്രങ്ങളിൽ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ആകെ താപത്തിന്റെ ഏകദേശം 33 ശതമാനം മുതൽ 40 ശതമാനം വരെ പലപ്പോഴും ശീതനം വഴിയായി നീക്കം ചെയ്യേണ്ടതായി വരുന്നു.
സിലിണ്ടറിലെ ദഹനസ്ഥലത്തിന്റെ ചുറ്റുമുള്ള ഭിത്തികളിൽ ചാലകത (conductivity) വളരെ കുറഞ്ഞതും ഏതാണ്ട്‌ നിശ്ചലവുമായ ഒരു നേർത്ത വാതകപടനം സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. തന്മൂലം സിലിണ്ടറിനകത്തുള്ള വാതകങ്ങളുടേതിൽ നിന്ന് വളരെ കുറഞ്ഞ താപനില മാത്രമേ സിലിണ്ടർ ഭിത്തികള്‍ കൈവരിക്കുകയുള്ളൂ. ഈ ഭിത്തികളുടെ പുറംപ്രതലം ഏതെങ്കിലും ശീതകവസ്‌തുവുമായി സമ്പർക്കത്തിൽ കൊണ്ടുവരുന്നു. വായു, ജലം എന്നിവയാണ്‌ ഇപ്രകാരം ശീതനത്തിനുപയോഗിക്കുന്ന സാധാരണ വസ്‌തുക്കള്‍. താരതമ്യേന താണതാപനിലയുള്ള ഈ ശീതകദ്രവങ്ങളിലേക്ക്‌ സിലിണ്ടറിൽ നിന്ന് താപം പ്രവഹിക്കുന്നു. അപ്പോള്‍ സിലിണ്ടറിനുള്ളിലെ മേല്‌പറഞ്ഞ സീമാസ്‌തരത്തിൽ (boundary layer) സംഭവിക്കുന്ന താപപാതം (temperature drop) കാരണം സിലിണ്ടർഭിത്തികളുടെ താപനില സിലിണ്ടർവാതകങ്ങളുടേതിനെക്കാള്‍ ശീതകവസ്‌തുവിന്റെ താപനിലയോടായിരിക്കും കൂടുതൽ അടുത്തുവരിക.
ജലശീതനം (Water Cooling). രണ്ടുതരം ശീതനവ്യൂഹങ്ങളാണ്‌ സാധാരണയായി എന്‍ജിനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌. ജലശീതനം, വായുശീതനം. ജലശീതനവ്യവസ്ഥയിൽ ശീതനമാധ്യമം വെള്ളമാണ്‌. വളരെ തണുപ്പുള്ള കാലാവസ്ഥയിൽ ശീതനജലം ഉറഞ്ഞു കട്ടിയായിത്തീരാനിടയുണ്ട്‌. ഇത്‌ ഒഴിവാക്കുന്നതിനുവേണ്ടി അത്തരം സന്ദർഭങ്ങളിൽ ശീതനജലത്തോടൊപ്പം ആൽക്കഹോള്‍, എഥിലീന്‍ ഗ്ലൈക്കോള്‍ തുടങ്ങിയ പദാർഥങ്ങള്‍ കലർത്തുക പതിവുണ്ട്‌. ജലശീതനം ഉപയോഗിക്കുമ്പോള്‍ സിലിണ്ടറിന്റെയും സിലിണ്ടർ ശീർഷകത്തിന്റെയും ചുറ്റിലുമായി ഒരു ജാക്കറ്റ്‌ (jacket) കൊടുക്കുന്നു. ഈ ജാക്കറ്റിൽക്കൂടിയാണ്‌ വെള്ളം പ്രവഹിക്കുന്നത്‌. താരതമ്യേന താണതാപനിലയിലുള്ള ഈ ജലത്തിലേക്ക്‌ സിലിണ്ടറിൽ നിന്ന് താപം പ്രവഹിക്കുകയും അങ്ങനെ വെള്ളം ചൂടാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ധാരാളം വെള്ളം ലഭ്യമാണെങ്കിൽ നിശ്ചലയന്ത്രങ്ങളിൽ ഈ വെള്ളം പുറത്തേക്കു ഒഴുക്കിക്കളയുകയും പുതിയ ജലം തുടർച്ചയായി ജാക്കറ്റിലേക്കു പ്രവഹിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയും ചെയ്യാം. ജാക്കറ്റിനുള്ളിൽ വെള്ളത്തിന്റെ പരിസഞ്ചരണം(circulation) നടക്കുന്നത്‌ തെർമോസൈഫോണിക (thermosyphonic) രീതിയിലാണ്‌. അതായത്‌ ചൂടുപിടിച്ച ജലത്തിന്റെ സാന്ദ്രത കുറയുകയും തന്മൂലം അത്‌ മുകളിലോട്ടുയരുകയും ആ സ്ഥാനത്തേക്ക്‌ ചൂട്‌ കുറഞ്ഞ ജലം പ്രവഹിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതാണ്‌ സ്വാഭാവിക പരിസഞ്ചരണം (natural circulation). എന്നാൽ മിക്കവാറും ശീതനവ്യൂഹങ്ങളിൽ ജലം പരിസഞ്ചരണം നടത്തുന്നതിന്‌ പ്രത്യേകമായി ഒരു പമ്പ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ പരിസഞ്ചരണ രീതിക്ക്‌ സമ്മർദിത പരിസഞ്ചരണം(forced circulation) എന്നാണ്‌ പറയുന്നത്‌.
മേല്‌പറഞ്ഞപ്രകാരം എന്‍ജിന്‍ തണുപ്പിക്കുന്നതിന്‌ ഒരിക്കൽ ഉപയോഗിച്ച ജലം ഒഴുക്കിക്കളയുക എല്ലായ്‌പ്പോഴും സാധ്യമല്ല. പ്രത്യേകിച്ച്‌ ഈ രീതിയിൽ മോട്ടോർ വാഹനങ്ങളും മറ്റും തണുപ്പിക്കണമെങ്കിൽ വലിയൊരു ജലസംഭരണിതന്നെ കൂടെ കൊണ്ടുപോകേണ്ടിവരും. ഇത്‌ ഒഴിവാക്കുന്നതിനുള്ള പോംവഴി ചൂടുപിടിച്ചുകഴിഞ്ഞ ജലം തണുപ്പിച്ചു വീണ്ടും ഉപയോഗിക്കുക എന്നുള്ളതാണ്‌. ഇങ്ങനെ ഒരേ ജലം തന്നെ വീണ്ടും വീണ്ടും ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുവേണ്ടി തണുപ്പിക്കുകയാണ്‌ ഓട്ടോമൊബൈൽ യന്ത്രങ്ങളിലെ റേഡിയേറ്റർ(radiator) ചെയ്യുന്നത്‌. ചിത്രത്തിൽ ഓട്ടോമൊബൈലുകളിൽ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ശീതനവ്യൂഹം കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. വെള്ളം പമ്പു ചെയ്യുന്നതിന്‌ ഇതിൽ ഒരു പമ്പ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്നു. സിലിണ്ടർബ്ലോക്കിന്റെ മുന്‍ഭാഗത്തേക്ക്‌ പമ്പുചെയ്യുന്ന വെള്ളം വിതരണക്കുഴലിൽക്കൂടി സിലിണ്ടർ നിരയുടെ ചുറ്റുമുള്ള ജാക്കറ്റുകളിൽ കടക്കുകയും അവിടെനിന്ന്‌ മുകളിലേക്കുയരുകയും ചെയ്യുന്നു. റേഡിയേറ്ററിലേക്കുള്ള പ്രവേശനദ്വാരം ഒരു തെർമോസ്റ്റാറ്റ്‌ മുഖേന നിയന്ത്രിക്കുന്നതുകൊണ്ട്‌ ജാക്കറ്റ്‌ താപനില നിശ്ചിതപരിധിയിൽ എത്തിയെങ്കിൽ മാത്രമേ ശീതനജലം റേഡിയേറ്ററിലേക്കു കടക്കുകയുള്ളൂ. സാധാരണയായി 70ºC നും 80ºC നും ഇടയിലാണ്‌ ഈ പരിധി. തെർമോസ്റ്റാറ്റ്‌ നിയന്ത്രിക്കുന്ന വാൽവ്‌ അടഞ്ഞിരിക്കുമ്പോള്‍ ഒരു ഉപമാർഗം(bypass) ഉള്ളതുകൊണ്ട്‌ അപ്പോഴും പരിസഞ്ചരണം തുടർന്നുപോകുകയും എല്ലാ ഭാഗത്തും താപനില ഏകദേശം ഒന്നുപോലെ ആകുകയും ചെയ്യുന്നു. നിർദിഷ്‌ട താപനിലയിൽ എത്തിച്ചേരുന്നതോടെ വെള്ളം റേഡിയേറ്ററിൽ കടന്ന്‌ അതിലെ ചെറിയ കുഴലുകളിൽക്കൂടി പ്രവഹിക്കുന്നു. ഈ കുഴലുകളിന്മേൽ തട്ടുന്നവിധം വായുപ്രവാഹം ഉണ്ടാകുമ്പോള്‍ ജലം തണുപ്പിക്കുകയും തണുത്ത ജലം വീണ്ടും യന്ത്രജാക്കറ്റുകളിലേക്ക്‌ ഒഴുകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇപ്രകാരം വായുപ്രവാഹം സൃഷ്‌ടിക്കുന്നതിന്‌ യന്ത്രത്തിൽനിന്നുതന്നെ ശക്തി സ്വീകരിച്ച്‌ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു ഫാനുണ്ട്‌. മോട്ടോർ വാഹനങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ മുമ്പോട്ടുള്ള സഞ്ചാരംകൊണ്ടു വേണ്ടത്ര വായുപ്രവാഹം ഉണ്ടാകുന്നുണ്ട്‌. ഓരോ പ്രാവശ്യവും ഇപ്രകാരം ജലം തണുപ്പിക്കുകയും വീണ്ടും വീണ്ടും അത്‌ എന്‍ജിന്‍ ശീതനത്തിന്‌ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ബാഷ്‌പീകരണംകൊണ്ടും ചോർച്ചമൂലവും സംഭവിക്കുന്ന നഷ്‌ടം നികത്തുവാന്‍ ഇവയ്‌ക്കെല്ലാം റേഡിയേറ്ററിലേക്ക്‌ കൂടുതൽ വെള്ളം ഒഴിച്ചുകൊടുക്കേണ്ടതായിട്ടുണ്ട്‌. ഒരു റേഡിയേറ്ററിൽ അനുവദിക്കാവുന്ന പരമാവധി താപനില വെള്ളത്തിന്റെ ക്വഥനാങ്കത്തെക്കാള്‍ (boiling point) 3ºC എങ്കിലും കുറഞ്ഞിരിക്കണം. റേഡിയേറ്റർ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ശീതനരീതിയിൽ ചിലപ്പോള്‍ പമ്പ്‌ ഉപയോഗിക്കാറില്ല. സ്വാഭാവികപരിസഞ്ചരണം കൊണ്ടാണ്‌ അത്തരം ശീതനവ്യൂഹങ്ങള്‍ പ്രവർത്തിക്കുന്നത്‌. വായുശീതനം (Air Cooling). ഈ രീതിയിൽ ശീതനമാധ്യമമായി നേരിട്ട്‌ വായു ഉപയോഗിക്കുകയാണു ചെയ്യുന്നത്‌. സിലിണ്ടറും വായുധാരയും തമ്മിലുള്ള താപപ്രസരണഗുണാങ്കം (heat transfer coefficient) വെള്ളവുമായുള്ളതിനെക്കാള്‍ വളരെ കുറവാണ്‌. തന്മൂലം താപപ്രസരണം ത്വരിതപ്പെടുത്തുവാന്‍ സിലിണ്ടറിന്റെ ഉപരിതലവിസ്‌തീർണം വർധിപ്പിക്കുകയാണു ചെയ്യുന്നത്‌. ഇതിനുവേണ്ടിയാണ്‌ വായു ശീതളിത എന്‍ജിന്റെ സിലിണ്ടറിനുമുകളിൽ ശീതനഫിന്നുകള്‍ (cooling fins) കൊടുത്തിരിക്കുന്നത്‌. (ചിത്രം) ഇപ്രകാരം ഫിന്നുകളുള്ള ഒരു സിലിണ്ടർ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഫിന്നുകളോടുകൂടിയ സിലിണ്ടറിനു മുകളിലേക്ക്‌ വായു അടിച്ചുകയറ്റുന്നതിന്‌ ഒരു ഫാന്‍ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്‌. എന്നാൽ മോട്ടോർസൈക്കിളുകളിലും മറ്റും ഇപ്രകാരം ഫാന്‍ ആവശ്യമില്ല. വാഹനം സഞ്ചരിക്കുന്നതുകൊണ്ടുണ്ടാകുന്ന വായുപ്രവാഹം മാത്രം മതി. വിമാനഎന്‍ജിനുകളിൽ വായുശീതനമാണ്‌ പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌.
(ആർ. രവീന്ദ്രന്‍ നായർ)
