エンジン冷却系統の基礎：ジャケット冷却水、給気、オイル、ラジエーター

熱の発生源

燃焼はシリンダーライナー、シリンダーヘッド、排気弁を加熱します。その周囲を流れるジャケット冷却水が熱を運び去り、金属を限界内に保ちます。ジャケット冷却水回路は最も古く、今なお最大の回路です。ターボチャージャーは吸気を圧縮して150 °C以上に加熱します。給気冷却器で冷却すると空気の密度が高まり、これがエンジンの定格出力を可能にするとともに、燃焼温度と窒素酸化物を抑えます。潤滑油は軸受とピストンから熱を受け、オイルクーラーで冷却されます。エンジンによっては、燃料もインジェクターから温まって戻るため、同様に冷却されます。

全体として、冷却水が運び去るエネルギーは、エンジンが軸で出力する量とおおむね同程度です。出力1,000 kWのエンジンでは、エンジン、回路、定格に応じて400〜700 kW前後が冷却水に放出されます。正確な数値はエンジンのデータシートに記載されています。

1回路か2回路か：HTとLT

小型・中型エンジンは1回路を使います。ポンプが冷却水をエンジンに送り、サーモスタットがラジエーターへの流量を増減して出口を85〜95 °C前後に保ちます。給気冷却器は、ラジエーターの前にある空対空式か、同じ水回路内に置かれます。大型エンジン（数百キロワット以上）では、冷却を、ジャケットと第1段給気冷却用の90〜100 °Cの高温（HT）回路と、第2段給気冷却とオイルクーラー用の45〜60 °Cの低温（LT）回路に分け、それぞれに専用のポンプ、サーモスタット、制限値があります。

この分割は、給気をジャケット冷却水が作り出せる温度よりずっと低く冷やす必要があるために存在します。そのためLT回路の戻り温度は高温の現場では周囲温度に近くなり、これがラジエーター設計でLTコイルが決定的な部分となる理由です。

ポンプ、サーモスタット、圧力、冷却水

エンジン駆動ポンプの揚程は固定で、エンジンメーカーはそのうちエンジン外で使える量（最大外部圧力損失）を示します。サーモスタットは温度に応じて開き、冷却水をラジエーターまたはポンプへ戻す方向に振り分けます。冷えたエンジンは素早く暖まり、高温のエンジンはラジエーターをフルに使います。系統は膨張タンクのキャップで加圧され、沸点が上がり、標高の高い場所では重要です。冷却水は、不凍性、腐食、キャビテーション対策としてエンジンメーカーが指定するインヒビター入りの水・グリコール混合液で、グリコール濃度は熱容量と粘度を変え、ラジエーター設計の入力値となります。

ラジエーターが回路を閉じる

エンジンが内部で熱をどう扱うかにかかわらず、熱は最後にラジエーターへ行き着きます。ラジエーターはフィンチューブとファンを備えた空冷式熱交換器で、ベルト駆動ファンを備えて発電機セットのスキッドに搭載されるか、電動ファンを備えてリモートで設置されます。ラジエーターは、エンジンのデータシート（回路ごとの熱量、流量、温度、圧力損失）に基づき、現地の周囲温度と標高で設計されます。LT/HTラジエーターは両回路を一つのケーシングに収め、空気の流れの最初にLTコイルを置きます。TECSはあらゆるメーカーのエンジン向けにこれらのラジエーターを設計・製造しています。エンジンのデータシートと現地条件をお送りいただければ、設計を提案としてお返しします。