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
തുടര്‍ച്ചയായ പ്രവര്‍ത്തനംമൂലം ക്രമാധികം ചൂടുപിടിക്കുന്ന എന്‍ജിനുകളെ സുരക്ഷിതവും കാര്യക്ഷമവുമായ പ്രവര്‍ത്തനത്തിനുവേണ്ടി തണുപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയ. ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളില്‍ (Internal combustion engines) ആണ്‌ ഇപ്രകാരം തണുപ്പിക്കല്‍ ആവശ്യമായി വരുന്നത്‌.
ഇന്ധനങ്ങളുടെ ദഹനം (combustion) വഴി ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന താപോര്‍ജത്തെ പ്രവര്‍ത്തനയോഗ്യമായ യാന്ത്രികോര്‍ജമാക്കി 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 പ്രവര്‍ത്തനത്തെ വളരെ ദോഷകരമായി ബാധിക്കും. ചിലതരം ആന്തരദഹനയന്ത്രങ്ങളില്‍ സിലിണ്ടര്‍ വാതകങ്ങളുടെ താപനില 2500ºc വരെപ്പോലും ഉയര്‍ന്നുവെന്നു വരാം. ഈ വാതകങ്ങളുമായി നേരിട്ട്‌ സമ്പര്‍ക്കത്തില്‍ വരുന്ന യന്ത്രഭാഗങ്ങളുടെ ദ്രവണാങ്ക(melting point)ത്തെക്കാള്‍ വളരെക്കൂടുതലാണിത്‌. തന്മൂലം യന്ത്രഭാഗങ്ങളുടെ താപനില വേണ്ടവണ്ണം നിയന്ത്രിച്ചു നിര്‍ത്തിയില്ലെങ്കില്‍ യന്ത്രത്തിനു വാതകമര്‍ദത്തെ ചെറുക്കുന്നതിനുള്ള ശേഷി നഷ്‌ടപ്പെടുന്നു. മാത്രമല്ല, ഉയര്‍ന്ന താപനിലമൂലം മറ്റു പല ദോഷഫലങ്ങളും ഉണ്ടാകാനും ഇടയുണ്ട്‌. പൂര്‍വജ്വലനം (pre-ignition), അപസ്‌ഫോടനം (detonation), വാല്‍വുകളുടെ സംവലനം (warping), വ്യാപ്‌തമാനനക്ഷമത (volumetric efficiency) കുറഞ്ഞുപോകുന്നതുകൊണ്ടുള്ള ശക്തിനഷ്‌ടം (power loss), ക്രമാധികമായ പിസ്റ്റണ്‍ വികാസം, സിലിണ്ടര്‍ ഭിത്തികളിലും പിസ്റ്റണിന്മേലുമുള്ള സ്‌നേഹലേപന എണ്ണയുടെ നേര്‍ത്ത പാട (thin film of lubricating oil) നഷ്‌ടപ്പെടല്‍ തുടങ്ങിയവയ്‌ക്കെല്ലാം സിലിണ്ടര്‍ഭാഗങ്ങളുടെ ഉയര്‍ന്ന്‌ താപനില കാരണമായിത്തീരുന്നു. ഇത്തരം ദോഷഫലങ്ങള്‍ ഒഴിവാക്കുന്നതിനുവേണ്ടി, ദഹനംമൂലം യന്ത്രങ്ങളില്‍ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ആകെ താപത്തിന്റെ ഏകദേശം 33 ശതമാനം മുതല്‍ 40 ശതമാനം വരെ പലപ്പോഴും ശീതനം വഴിയായി നീക്കം ചെയ്യേണ്ടതായി വരുന്നു.
സിലിണ്ടറിലെ ദഹനസ്ഥലത്തിന്റെ ചുറ്റുമുള്ള ഭിത്തികളില്‍ ചാലകത (conductivity) വളരെ കുറഞ്ഞതും ഏതാണ്ട്‌ നിശ്ചലവുമായ ഒരു നേര്‍ത്ത വാതകപടനം സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. തന്മൂലം സിലിണ്ടറിനകത്തുള്ള വാതകങ്ങളുടേതില്‍ നിന്ന് വളരെ കുറഞ്ഞ താപനില മാത്രമേ സിലിണ്ടര്‍ ഭിത്തികള്‍ കൈവരിക്കുകയുള്ളൂ. ഈ ഭിത്തികളുടെ പുറംപ്രതലം ഏതെങ്കിലും ശീതകവസ്‌തുവുമായി സമ്പര്‍ക്കത്തില്‍ കൊണ്ടുവരുന്നു. വായു, ജലം എന്നിവയാണ്‌ ഇപ്രകാരം ശീതനത്തിനുപയോഗിക്കുന്ന സാധാരണ വസ്‌തുക്കള്‍. താരതമ്യേന താണതാപനിലയുള്ള ഈ ശീതകദ്രവങ്ങളിലേക്ക്‌ സിലിണ്ടറില്‍ നിന്ന് താപം പ്രവഹിക്കുന്നു. അപ്പോള്‍ സിലിണ്ടറിനുള്ളിലെ മേല്‌പറഞ്ഞ സീമാസ്‌തരത്തില്‍ (boundary layer) സംഭവിക്കുന്ന താപപാതം (temperature drop) കാരണം സിലിണ്ടര്‍ഭിത്തികളുടെ താപനില സിലിണ്ടര്‍വാതകങ്ങളുടേതിനെക്കാള്‍ ശീതകവസ്‌തുവിന്റെ താപനിലയോടായിരിക്കും കൂടുതല്‍ അടുത്തുവരിക.
ജലശീതനം (Water Cooling). രണ്ടുതരം ശീതനവ്യൂഹങ്ങളാണ്‌ സാധാരണയായി എന്‍ജിനുകളില്‍ ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌. ജലശീതനം, വായുശീതനം. ജലശീതനവ്യവസ്ഥയില്‍ ശീതനമാധ്യമം വെള്ളമാണ്‌. വളരെ തണുപ്പുള്ള കാലാവസ്ഥയില്‍ ശീതനജലം ഉറഞ്ഞു കട്ടിയായിത്തീരാനിടയുണ്ട്‌. ഇത്‌ ഒഴിവാക്കുന്നതിനുവേണ്ടി അത്തരം സന്ദര്‍ഭങ്ങളില്‍ ശീതനജലത്തോടൊപ്പം ആല്‍ക്കഹോള്‍, എഥിലീന്‍ ഗ്ലൈക്കോള്‍ തുടങ്ങിയ പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ കലര്‍ത്തുക പതിവുണ്ട്‌. ജലശീതനം ഉപയോഗിക്കുമ്പോള്‍ സിലിണ്ടറിന്റെയും സിലിണ്ടര്‍ ശീര്‍ഷകത്തിന്റെയും ചുറ്റിലുമായി ഒരു ജാക്കറ്റ്‌ (jacket) കൊടുക്കുന്നു. ഈ ജാക്കറ്റില്‍ക്കൂടിയാണ്‌ വെള്ളം പ്രവഹിക്കുന്നത്‌. താരതമ്യേന താണതാപനിലയിലുള്ള ഈ ജലത്തിലേക്ക്‌ സിലിണ്ടറില്‍ നിന്ന് താപം പ്രവഹിക്കുകയും അങ്ങനെ വെള്ളം ചൂടാകുകയും ചെയ്യുന്നു. ധാരാളം വെള്ളം ലഭ്യമാണെങ്കില്‍ നിശ്ചലയന്ത്രങ്ങളില്‍ ഈ വെള്ളം പുറത്തേക്കു ഒഴുക്കിക്കളയുകയും പുതിയ ജലം തുടര്‍ച്ചയായി ജാക്കറ്റിലേക്കു പ്രവഹിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയും ചെയ്യാം. ജാക്കറ്റിനുള്ളില്‍ വെള്ളത്തിന്റെ പരിസഞ്ചരണം(circulation) നടക്കുന്നത്‌ തെര്‍മോസൈഫോണിക (thermosyphonic) രീതിയിലാണ്‌. അതായത്‌ ചൂടുപിടിച്ച ജലത്തിന്റെ സാന്ദ്രത കുറയുകയും തന്മൂലം അത്‌ മുകളിലോട്ടുയരുകയും ആ സ്ഥാനത്തേക്ക്‌ ചൂട്‌ കുറഞ്ഞ ജലം പ്രവഹിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതാണ്‌ സ്വാഭാവിക പരിസഞ്ചരണം (natural circulation). എന്നാല്‍ മിക്കവാറും ശീതനവ്യൂഹങ്ങളില്‍ ജലം പരിസഞ്ചരണം നടത്തുന്നതിന്‌ പ്രത്യേകമായി ഒരു പമ്പ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ പരിസഞ്ചരണ രീതിക്ക്‌ സമ്മര്‍ദിത പരിസഞ്ചരണം(forced circulation) എന്നാണ്‌ പറയുന്നത്‌.
മേല്‌പറഞ്ഞപ്രകാരം എന്‍ജിന്‍ തണുപ്പിക്കുന്നതിന്‌ ഒരിക്കല്‍ ഉപയോഗിച്ച ജലം ഒഴുക്കിക്കളയുക എല്ലായ്‌പ്പോഴും സാധ്യമല്ല. പ്രത്യേകിച്ച്‌ ഈ രീതിയില്‍ മോട്ടോര്‍ വാഹനങ്ങളും മറ്റും തണുപ്പിക്കണമെങ്കില്‍ വലിയൊരു ജലസംഭരണിതന്നെ കൂടെ കൊണ്ടുപോകേണ്ടിവരും. ഇത്‌ ഒഴിവാക്കുന്നതിനുള്ള പോംവഴി ചൂടുപിടിച്ചുകഴിഞ്ഞ ജലം തണുപ്പിച്ചു വീണ്ടും ഉപയോഗിക്കുക എന്നുള്ളതാണ്‌. ഇങ്ങനെ ഒരേ ജലം തന്നെ വീണ്ടും വീണ്ടും ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുവേണ്ടി തണുപ്പിക്കുകയാണ്‌ ഓട്ടോമൊബൈല്‍ യന്ത്രങ്ങളിലെ റേഡിയേറ്റര്‍(radiator) ചെയ്യുന്നത്‌. ചിത്രത്തില്‍ ഓട്ടോമൊബൈലുകളില്‍ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ശീതനവ്യൂഹം കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. വെള്ളം പമ്പു ചെയ്യുന്നതിന്‌ ഇതില്‍ ഒരു പമ്പ്‌ ഉപയോഗിക്കുന്നു. സിലിണ്ടര്‍ബ്ലോക്കിന്റെ മുന്‍ഭാഗത്തേക്ക്‌ പമ്പുചെയ്യുന്ന വെള്ളം വിതരണക്കുഴലില്‍ക്കൂടി സിലിണ്ടര്‍ നിരയുടെ ചുറ്റുമുള്ള ജാക്കറ്റുകളില്‍ കടക്കുകയും അവിടെനിന്ന്‌ മുകളിലേക്കുയരുകയും ചെയ്യുന്നു. റേഡിയേറ്ററിലേക്കുള്ള പ്രവേശനദ്വാരം ഒരു തെര്‍മോസ്റ്റാറ്റ്‌ മുഖേന നിയന്ത്രിക്കുന്നതുകൊണ്ട്‌ ജാക്കറ്റ്‌ താപനില നിശ്ചിതപരിധിയില്‍ എത്തിയെങ്കില്‍ മാത്രമേ ശീതനജലം റേഡിയേറ്ററിലേക്കു കടക്കുകയുള്ളൂ. സാധാരണയായി 70ºC നും 80ºC നും ഇടയിലാണ്‌ ഈ പരിധി. തെര്‍മോസ്റ്റാറ്റ്‌ നിയന്ത്രിക്കുന്ന വാല്‍വ്‌ അടഞ്ഞിരിക്കുമ്പോള്‍ ഒരു ഉപമാര്‍ഗം(bypass) ഉള്ളതുകൊണ്ട്‌ അപ്പോഴും പരിസഞ്ചരണം തുടര്‍ന്നുപോകുകയും എല്ലാ ഭാഗത്തും താപനില ഏകദേശം ഒന്നുപോലെ ആകുകയും ചെയ്യുന്നു. നിര്‍ദിഷ്‌ട താപനിലയില്‍ എത്തിച്ചേരുന്നതോടെ വെള്ളം റേഡിയേറ്ററില്‍ കടന്ന്‌ അതിലെ ചെറിയ കുഴലുകളില്‍ക്കൂടി പ്രവഹിക്കുന്നു. ഈ കുഴലുകളിന്മേല്‍ തട്ടുന്നവിധം വായുപ്രവാഹം ഉണ്ടാകുമ്പോള്‍ ജലം തണുപ്പിക്കുകയും തണുത്ത ജലം വീണ്ടും യന്ത്രജാക്കറ്റുകളിലേക്ക്‌ ഒഴുകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇപ്രകാരം വായുപ്രവാഹം സൃഷ്‌ടിക്കുന്നതിന്‌ യന്ത്രത്തില്‍നിന്നുതന്നെ ശക്തി സ്വീകരിച്ച്‌ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ഒരു ഫാനുണ്ട്‌. മോട്ടോര്‍ വാഹനങ്ങളുടെ കാര്യത്തില്‍ മുമ്പോട്ടുള്ള സഞ്ചാരംകൊണ്ടു വേണ്ടത്ര വായുപ്രവാഹം ഉണ്ടാകുന്നുണ്ട്‌. ഓരോ പ്രാവശ്യവും ഇപ്രകാരം ജലം തണുപ്പിക്കുകയും വീണ്ടും വീണ്ടും അത്‌ എന്‍ജിന്‍ ശീതനത്തിന്‌ ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ബാഷ്‌പീകരണംകൊണ്ടും ചോര്‍ച്ചമൂലവും സംഭവിക്കുന്ന നഷ്‌ടം നികത്തുവാന്‍ ഇവയ്‌ക്കെല്ലാം റേഡിയേറ്ററിലേക്ക്‌ കൂടുതല്‍ വെള്ളം ഒഴിച്ചുകൊടുക്കേണ്ടതായിട്ടുണ്ട്‌. ഒരു റേഡിയേറ്ററില്‍ അനുവദിക്കാവുന്ന പരമാവധി താപനില വെള്ളത്തിന്റെ ക്വഥനാങ്കത്തെക്കാള്‍ (boiling point) 3ºC എങ്കിലും കുറഞ്ഞിരിക്കണം. റേഡിയേറ്റര്‍ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ശീതനരീതിയില്‍ ചിലപ്പോള്‍ പമ്പ്‌ ഉപയോഗിക്കാറില്ല. സ്വാഭാവികപരിസഞ്ചരണം കൊണ്ടാണ്‌ അത്തരം ശീതനവ്യൂഹങ്ങള്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത്‌. വായുശീതനം (Air Cooling). ഈ രീതിയില്‍ ശീതനമാധ്യമമായി നേരിട്ട്‌ വായു ഉപയോഗിക്കുകയാണു ചെയ്യുന്നത്‌. സിലിണ്ടറും വായുധാരയും തമ്മിലുള്ള താപപ്രസരണഗുണാങ്കം (heat transfer coefficient) വെള്ളവുമായുള്ളതിനെക്കാള്‍ വളരെ കുറവാണ്‌. തന്മൂലം താപപ്രസരണം ത്വരിതപ്പെടുത്തുവാന്‍ സിലിണ്ടറിന്റെ ഉപരിതലവിസ്‌തീര്‍ണം വര്‍ധിപ്പിക്കുകയാണു ചെയ്യുന്നത്‌. ഇതിനുവേണ്ടിയാണ്‌ വായു ശീതളിത എന്‍ജിന്റെ സിലിണ്ടറിനുമുകളില്‍ ശീതനഫിന്നുകള്‍ (cooling fins) കൊടുത്തിരിക്കുന്നത്‌. (ചിത്രം) ഇപ്രകാരം ഫിന്നുകളുള്ള ഒരു സിലിണ്ടര്‍ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഫിന്നുകളോടുകൂടിയ സിലിണ്ടറിനു മുകളിലേക്ക്‌ വായു അടിച്ചുകയറ്റുന്നതിന്‌ ഒരു ഫാന്‍ ഉപയോഗിക്കാറുണ്ട്‌. എന്നാല്‍ മോട്ടോര്‍സൈക്കിളുകളിലും മറ്റും ഇപ്രകാരം ഫാന്‍ ആവശ്യമില്ല. വാഹനം സഞ്ചരിക്കുന്നതുകൊണ്ടുണ്ടാകുന്ന വായുപ്രവാഹം മാത്രം മതി. വിമാനഎന്‍ജിനുകളില്‍ വായുശീതനമാണ്‌ പ്രധാനമായും ഉപയോഗിക്കുന്നത്‌.
(ആര്‍. രവീന്ദ്രന്‍ നായര്‍)
