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ラヂエーター
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ラヂエーターの歴史
 ラヂエーターの冷却機と一口に言っても、外見上、機能上、あるいは製造上などいろいろの面がある。ここでは、世界の自動車発展の先達となったアメリカに於けるラヂエーターの発祥から現在に至るまでの歴史的経過の概要を、「アメリカ自動車小史」その他の資料より述べる。

(1) 1893年にアメリカ製ガソリンエンジン自動車が試走に成功したが、これは1気筒の馬なし車と表現されているので、恐らく空冷式エンジンで、ラヂエーターは付いていなかったと思われる。
(2) 1901年の第2回自動車ショーに出品された車の傾向は、多気筒水冷式云々と書かれているので、アメリカに於けるラヂエーターの誕生は、1895から1900年であろう。

(3) 1903年、フォード・レーサー999の前身であるオーバーランドの写真を見ると、車両再前部にラヂエーターらしきものが付いている。
(4) 1904年には、数台の乗用車に自動潤滑装置が付けられ、エンジン冷却装置にファンを備えた車が現れた。

(5)  1907年、医者専用に設計されたマックスウェルのドクターモデルや、1909年のフォードT型車にも、ラヂエーターが明らかに見られる。

(6)  1917年、フレデリック・ファーバーがラヂエーターのシャッターを開発した。

(7)  1919年、ボイス・モットーメータのエンジン温度計指示器が採り入れられた。

(8) 1925年、タイヤのジャッキ、ストップランプなどとともに、ラヂエーターキャップが自動車のアクセサリーとして加わるようになった。

(9)  1926年、ラヂエーター・ワイヤ、車輪、ランプ及び他の外部装飾品が黄銅仕上となった。

(10)  1960年、不凍液のメーカーが、全天候ラヂエーター冷却剤を売出した。

 以上のようであるが、日本における昭和初期のラヂエーターは、2〜3 の合資会社組織の小規模の工場で、まだ数少ない国産車や外車の補修用を製作しているに過ぎなかった。
  1940年(昭和15年)前後に、わが国の自動車が小規模な量産体制に入った。 国産小型車用ラヂエーターのコアは、当時まだハリソン型であったが、国産トラック用ラヂエーターのコアはハリソン型からチューブ式に移行しつつあった。
 日本のラヂエーターメーカーが株式組織になったのは、大体1935年前後であり、その後1955年前後までは大きな変化はなかったものの、エンジンの他の機能部品と同様に地道な改良が重ねられていた。そして、1950年代後半にコルゲーテッドフィン型が現れ、1980年代にはシングルチューブのラヂエーターが現れるなど大きな技術的発展を遂げながら今日に至っている。
 一口に言って、自動車用ラヂエーターは昔の縦長から現在のような横長に変わってきたが、これは自動車のスタイルの変化に影響されたといえよう。また、ラヂエーターが小型軽量化してきたのは、放熱性能の向上、材料の薄肉化、加工技術の進歩及び、耐食性の向上を示すものと言える。

ラヂエーターの役割
 冷却式エンジンにおけるラヂエーターの役割は、言うまでもなく冷却液によりエンジン各部から運ばれてきた熱を空気中に放散させることである。この空気中への熱放散のためには、風がラヂエーターを通過することが必要となり、このためにファンが使用される。走行中の自動車は走行風も利用できるが、アイドリング時はファンによる通風が不可欠である。

 このようにラヂエーターには、エンジンにとって重要な役割があることから、エンジンの研究開発とともに、ラヂエーターもまた放熱性能、耐久性、軽量化、コスト低減などの改善が、多くの専門家の手で長年にわたり積み重ねられてきた。また、今日に於いても一層の進歩発展のために努力が続けられている。
 自動車のような移動体上のエンジンは、限られた量の水で冷却しなければならないのでラヂエーターが必要になり、同じ移動体でも船舶用エンジンの場合は、周囲に無限にある海水を利用して直接冷却することが可能なのでラヂエーターが不要になる。

ラヂエーターの特徴
 内燃機関では、一般に燃料の燃焼によって得られる有効な動力は、燃料の持つ全エネルギーの約30〜40%程度であり、残りは熱損失となることは熱力学の教えるところである。熱損失はさらに、排気損失、冷却損失、機械損失(最終的には熱損失となる)に分けられるが、ラヂエーターに関係ある冷却損失は、概略、全エネルギーの20〜30%程度とされている。この値はエンジンの大きさによっても異なるが、ガソリンエンジンか、ディーゼルエンジンかによっても異なる。
 内燃機関はシリンダー、シリンダーヘッド、ピストン、吸・排気弁などの部品を、使用材料の強度を保つため、また、摺動部分の潤滑油の特性を保つ為ある適温に冷却しなければならない。これはエンジンの機能を発揮させるために必要不可欠の要件である。

 そのため、エンジン各部から熱として放散させるべきエネルギーを冷却損失と言う。またその冷却方式により液体冷却式と空気冷却式に大別することができる。前者を水冷式と言うこともあるが、冷却液が必ずしも純粋な水とはかぎらないことから液冷式と言う場合が多い。空冷式は液冷式に比べて、暖気運転の時間も短く、また総重量も軽い等の利点があるが、一方、液冷式はエンジン各部の適温冷却ができ、かつ運転中の騒音が低いなどの利点がある。
 液冷式の構造は、エンジンのウォータージャケットとラヂエーターの間に循環する流水路を設け、エンジン側に設けられた水ポンプにより強制循環させるようにしたものがもっとも一般的である。

ラヂエーターの性質
 代表的なラヂエーターの主要構成部品について機能、目的、形状、材質等を述べる。
(1)フィンはチューブから熱の伝導を受けて、熱を空気中に放散する目的のほかに、チューブの強度を補強する機能もある。
 現在、国内で生産されているラヂエーターのフィンは、プレートフィンか、コルゲーテッドフィンのいずれかである。更に、コルゲーテッドフィンは、ルーバ付きとルーバレスに分けることができる。
 フィンの材質は、プレートフィン型では銅条、黄銅条、半田めっき銅板のいずれかが用いられ、コルゲーテッドフィン型では銅条が一般的である。

(2) チューブではエンジン冷却液の通路としての機能を持ち、フィンに熱を伝達するとともにチューブ自身でも熱の放散を行う。また、ラヂエーターの上下にあるプレートと連結してラヂエーターの基本的な強度を構成する。
 チューブの形状は、現状では扁平型が一般に用いられ、その寸法は放熱性能の関係から短径が約2mm、長径は13mmである。チューブの材質は、黄銅条であって、成形方式により、ロックシーム(巻締め)型と、バットウェルド(溶接)型とがある。

(3) チューブの両端にあるプレートは、多数のチューブの間隔を保持し、タンクとの連結の機能を有しながら、冷却液を洩らさないようにして液体の回路を形成するものである。このプレートで固定されたチューブとフィンの部分をコアと呼ぶ。タンクと接合部の形状は、現在のところ強度面、生産性の面から、落とし込み形状が多い。

(4)タンクは、高温の冷却液を一時的に貯え、これをコアに導くアッパータンクと、チューブを通過して低温になった冷却液を集めてエンジン側に流出させるロアータンクがある。そのタンクには、冷却液の出入口パイプ(それぞれを、アウトレットパイプ、インレットパイプと呼ぶ)、注水口(フィラーネックと呼ぶ)、及びドレンコックなどが取り付けられて、ラヂエーターの形が作られる。
 タンクの材質は、黄銅でプレス成形するものが普通であったが、最近樹脂製タンクが普及し、出入口パイプ及び注水口などは一体で成形できる。なお、樹脂としては、66ナイロンにガラスウールを混入させたものが多い。

(5) ブラケット(bracket=支え金具)は、上下のタンクを連結させてラヂエーターを形作り、車体への取り付け及びファンシュラウドの取り付けに必要なものである。また、車体やファンからの振動、外力などを受止め、ラヂエーターとしての強度、鋼性を決める部品である。
 材質は、ターンシートが普通で、プレス成形して作られる。

(6) ファンシュラウド
 ラヂエーターに風を導くクーリングファン(単に、ファンとも言う)は、エンジンからベルトで駆動されるか、又は、電気的にモーターで回転される。その空気を効率良くラヂエーターに導き、ラヂエーターの法熱効果を向上させるには、ファンシュラウドがなくてはならない。同時に、このファンシュラウドは、ファンが回転しているときの危険を防止する機能もある。
 銅板をプレス成形して作る場合と、樹脂を用いて成形加工により作る場合とがある。プレス成形品はめっき又は塗装により防錆処理が行われる。モーター駆動ファンを取り付けるタイプのものは、その取り付け部が必要となる。

(7) プレッシャーキャップ(ラヂエーターキャップ又は、単にキャップとも言う)
 アッパータンクのフィラーネックに取り付けられるプレッシャーキャップは、2つの弁が内側に組み込まれている。一方は圧力調整弁(加圧弁)であり、他方は負圧弁である。圧力調整弁の開弁圧は普通、30〜90kPaであるが、最近は、高くなる傾向にあり、100kPaを超えるものもある。
 キャップの材質は、ステンレスか黄銅であるが、ほかにスプリング及びゴムパッキンなどの部品などが含まれている。

 a)タンクから冷却液がこぼれるのを防ぐのみならず、冷却液の蒸発を抑え、冷却液の温度を高くしてラヂエーター周辺の空気との温度差を大きく保つことにより、ラヂエーターの放熱性能を高めることができる。

 b) 冷却液の温度が上昇してエンジン冷却系全体の圧力が上がったとき、キャップ内の弁を開いて内部圧力を放出する。また、冷却液の温度が下がって冷却系全体の圧力が負圧状態になったとき、外気を吸収する。こうした呼吸作用ができることにより、冷却系の内部圧力による各部の破損を未然に防ぐことができる。

 なお、最近の自動車にはリザーブタンクが装着されて、フィラーネックからの溢水を貯え、冷却系内の圧力が負圧になったときこれを吸入する。こうすることにより、冷却系内の液が蒸発散逸することを防ぎ、長期間、無給水での運転を可能にしている。

(8)ドレンコックは、ラヂエーターのみならず冷却系内の水を排出する場合に使用する目的で、ラヂエーターに取り付けられている。

 ドレンコックは、金属製のものと樹脂製のものとがある。最近、自動車では、コスト、操縦性などの面からそのほとんどが樹脂製になってきており、金属製は、大型車両や建設機械などに黄銅又は鋼製の様々な形状のものがある。
 
 
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