ラジエーター

ラジエーターは、冷却や加熱を目的として、ある媒体から別の媒体に熱エネルギーを伝達するために使用される熱交換器です。ラジエーターの大部分は、自動車、建物、電子機器内で機能するように作られています。

ラジエーターは常に周囲への熱源ですが、これは周囲を加熱するため、または自動車のエンジン冷却やHVAC乾式冷却塔のように、ラジエーターに供給される流体または冷却剤を冷却するためのいずれかの目的の場合があります。名前にもかかわらず、ほとんどのラジエーターは熱放射ではなく対流によって熱の大部分を伝達します。^{[引用が必要]}

ローマのヒポコーストは、建物の暖房に使用されたラジエーターの初期の例である。サンクトペテルブルクに住むプロイセン生まれのロシア人実業家フランツ・サン・ガリは、1855年頃に暖房用ラジエーターを発明したとされており、^{[1] [2]} 1857年にラジエーターの特許を取得しているが、^[3]アメリカ人のジョセフ・ネイソンは1841年に原始的なラジエーターを開発し、 ^[4]温水暖房と蒸気暖房に関する米国特許を多数取得している。^[4]

ラジエーターからの熱伝達は、熱放射と、流れる空気または液体への対流という 2 つのメカニズムによって発生します。伝導は通常、ラジエーターにおける熱伝達の主な原因ではありません。ラジエーターは、靴下を乾かすなど、相変化によって熱を伝達する場合もあります。実際には、「ラジエーター」という用語は、液体が露出したパイプ (多くの場合、フィンまたは表面積を増やす他の手段付き) を循環する多数のデバイスのいずれかを指します。「対流器」という用語は、熱源が直接露出していないデバイスのクラスを指します。

周囲との熱交換に利用できる表面積を増やすために、ラジエーターには複数のフィンがあり、ラジエーターを通して送られる液体を運ぶチューブと接触しています。フィンと接触する空気 (またはその他の外部の液体) は熱を運びます。空気の流れが汚れやフィンの損傷によって妨げられると、ラジエーターのその部分は熱伝達に効果がありません。

ヨーロッパ大陸では、ラジエーターは建物の暖房によく使用されています。放射セントラル ヒーティング システムでは、中央ボイラーで温水または蒸気が生成され、ポンプによって建物内のラジエーターを循環し、この熱が周囲に伝わります。

一部の国では、スペースヒーターやファンヒーターよりも安全な代替品として、ポータブルラジエーターが単一の部屋を暖めるのに一般的です。

ラジエーターは、チラーの冷媒を周囲から隔離し たまま、暖房、換気、空調(HVAC)用の液冷式チラーを使用して建物を冷却する乾式冷却塔や閉ループ冷却塔で使用されます。

ラジエーターは、主に自動車の内燃機関を冷却するために使用されますが、ピストンエンジンの航空機、鉄道機関車、オートバイ、定置型発電所、および熱機関が使用されるその他の場所でも使用されます（船舶は、比較的冷たい水が外部に無制限に供給されるため、通常は代わりに液液熱交換器を使用します）。

熱機関を冷却するために、冷却剤がエンジン ブロックを通過し、エンジンから熱を吸収します。次に、高温の冷却剤はラジエーターの入口タンク (ラジエーターの上部または片側に沿って配置) に送り込まれ、そこからチューブを通ってラジエーター コア全体に分配され、ラジエーターの反対側の端にある別のタンクに送られます。冷却剤がラジエーター チューブを通過して反対側のタンクに向かう際、冷却剤はその熱の多くをチューブに伝え、チューブは各列のチューブの間にあるフィンに熱を伝えます。次に、フィンは熱を周囲の空気に放出します。フィンはチューブと空気の接触面積を大幅に増やすために使用され、これにより交換効率が向上します。冷却された液体はエンジンに戻され、このサイクルが繰り返されます。通常、ラジエーターは冷却剤の温度を周囲の空気温度まで下げませんが、エンジンが過熱するのを防ぐのに十分な冷却状態になっています。

この冷却剤は通常水ベースで、凍結防止のためのグリコールや腐食、浸食、キャビテーションを抑えるための添加剤が加えられています。しかし、冷却剤は油である場合もあります。初期のエンジンでは冷却剤を循環させるためにサーモサイフォンが使用されていましたが、今日では小型エンジンを除いてすべてポンプが使用されています。^[5]

1980 年代まで、ラジエーター コアは銅(フィン用) や真鍮(チューブ、ヘッダー、サイド プレート用) で作られることが多かったが、タンクは真鍮やプラスチック(多くの場合ポリアミド) で作られることもあった。1970 年代からアルミニウムの使用が増加し、最終的には自動車用ラジエーターの用途の大半を占めるようになった。アルミニウムが使用される主な理由は、重量とコストの削減である。^[要出典]

空気は液体の冷却剤よりも熱容量と密度が低いため、冷却剤の熱を捕らえるために、かなり大きな体積流量（冷却剤に比べて）をラジエーターコアに吹き込む必要があります。ラジエーターには、ラジエーターに空気を吹き込むファンが1 つ以上あることがよくあります。車両ではファンの消費電力を節約するため、ラジエーターは車両の前端にあるグリルの後ろに設置されることがよくあります。冷却剤の温度がシステムの設計最高温度を下回り、ファンが停止しているときは、ラムエアによって必要な冷却空気の流れの一部または全部を得ることができます。^{[引用が必要]}

電子機器が小型化するにつれ、廃熱を分散させるという問題はより困難になっています。ヒートシンクと呼ばれる小さなラジエーターは、電子部品からの熱を冷却空気の流れに伝えるために使用されます。ヒートシンクは水を使用せず、熱源から熱を伝導します。高性能ヒートシンクには伝導性を高めるために銅が使用されています。熱は伝導と対流によって空気に伝達されますが、半導体デバイスは周囲に比べて温度が低いため、放射によって伝達される熱の割合は比較的小さくなります。

ラジエーターは、熱を放出するために液体冷却ループでも使用されます。

ラジエーターは宇宙船の部品として使用されています。これらのラジエーターは熱エネルギーを光（宇宙船が動作しようとする温度を考えると通常は赤外線）として放射することで機能します。これは、真空の宇宙では対流も伝導も熱を伝達できないためです。国際宇宙ステーションでは、これらはメイントラスに取り付けられた大きな白いパネルとしてはっきりと見ることができます。これらは有人宇宙船と無人宇宙船の両方に搭載されています。^[6]

• ヒートシンク
• ヒートスプレッダー
• ヒートパイプ
• ヒートポンプ
• ラジエーターのような形をした小さくてずんぐりとしたパスタ

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