หม้อน้ำเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้สำหรับระบายความร้อนให้กับเครื่องยนต์สันดาปภายในโดยส่วนใหญ่ใช้ในรถยนต์แต่ยังใช้ในเครื่องบินที่ใช้เครื่องยนต์ลูกสูบ หัวรถจักรรถไฟ รถจักรยานยนต์โรงไฟฟ้าแบบอยู่กับที่หรือการใช้งานอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันของเครื่องยนต์ประเภทนี้

เครื่องยนต์สันดาปภายในมักจะระบายความร้อนด้วยการหมุนเวียนของเหลวที่เรียกว่าสารหล่อเย็นเครื่องยนต์ผ่านบล็อกเครื่องยนต์และฝาสูบซึ่งจะถูกทำให้ร้อน จากนั้นผ่านหม้อน้ำซึ่งจะสูญเสียความร้อนสู่บรรยากาศ แล้วจึงกลับไปยังเครื่องยนต์ สารหล่อเย็นเครื่องยนต์โดยทั่วไปจะมีน้ำเป็นส่วนประกอบหลัก แต่ก็อาจเป็นน้ำมันได้เช่นกัน โดยทั่วไปจะใช้ปั๊มน้ำเพื่อบังคับให้สารหล่อเย็นเครื่องยนต์ไหลเวียน และยังใช้พัดลมแกน^{[ 1 ]}เพื่อบังคับอากาศผ่านหม้อน้ำ ด้วย

ในรถยนต์และรถจักรยานยนต์ที่มี เครื่องยนต์สันดาปภายในระบายความร้อนด้วยของเหลวหม้อน้ำจะเชื่อมต่อกับท่อที่วิ่งผ่านเครื่องยนต์และฝาสูบซึ่งของเหลว (สารหล่อเย็น ) จะถูกสูบโดยปั๊มน้ำหล่อเย็น ของเหลวนี้อาจเป็นน้ำ (ในสภาพอากาศที่น้ำไม่น่าจะแข็งตัว) แต่โดยทั่วไปแล้วจะเป็นส่วนผสมของน้ำและสารป้องกันการแข็งตัวในสัดส่วนที่เหมาะสมกับสภาพอากาศ สารป้องกันการแข็งตัวเองมักจะเป็นเอทิลีนไกลคอลหรือโพรพิลีนไกลคอล (โดยมี สารยับยั้งการกัดกร่อน ใน ปริมาณเล็กน้อย)

ระบบระบายความร้อนในรถยนต์โดยทั่วไปประกอบด้วย:

• ชุดของช่องระบายความร้อนที่หล่อขึ้นในบล็อกเครื่องยนต์และฝาสูบ ล้อมรอบห้องเผาไหม้ โดยมีของเหลวไหลเวียนเพื่อระบายความร้อนออกไป
• หม้อน้ำประกอบด้วยท่อขนาดเล็กจำนวนมากที่มีครีบรูปทรงรังผึ้งเพื่อช่วยระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว โดยทำหน้าที่รับและระบายความร้อนของของเหลวร้อนจากเครื่องยนต์
• ปั๊มน้ำซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นแบบแรงเหวี่ยง เพื่อหมุนเวียนสารหล่อเย็นผ่านระบบ;
• เทอร์โมสตัทใช้สำหรับควบคุมอุณหภูมิโดยการปรับปริมาณน้ำหล่อเย็นที่ไหลไปยังหม้อน้ำ
• พัดลมเพื่อดูดอากาศเย็นผ่านหม้อน้ำ

กระบวนการเผาไหม้ก่อให้เกิดความร้อนจำนวนมาก หากปล่อยให้ความร้อนเพิ่มขึ้นโดยไม่ควบคุม จะเกิด การระเบิดและชิ้นส่วนภายนอกเครื่องยนต์จะเสียหายเนื่องจากอุณหภูมิสูงเกินไป เพื่อป้องกันผลกระทบนี้ น้ำหล่อเย็นจะไหลเวียนผ่านเครื่องยนต์เพื่อดูดซับความร้อน เมื่อน้ำหล่อเย็นดูดซับความร้อนจากเครื่องยนต์แล้ว ก็จะไหลต่อไปยังหม้อน้ำ หม้อน้ำจะถ่ายเทความร้อนจากน้ำหล่อเย็นไปยังอากาศที่ไหลผ่าน

หม้อน้ำยังใช้สำหรับระบายความร้อนของน้ำมันเกียร์อัตโนมัติสารทำความเย็นของเครื่องปรับอากาศอากาศที่เข้าสู่ระบบและบางครั้งก็ใช้ระบายความร้อน ของ น้ำมันเครื่องหรือน้ำมันพาวเวอร์พวงมาลัยด้วย โดยทั่วไปแล้ว หม้อน้ำจะติดตั้งในตำแหน่งที่รับกระแสลมจากทิศทางการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของรถ เช่น ด้านหลังกระจังหน้า ในกรณีที่เครื่องยนต์ติดตั้งอยู่ตรงกลางหรือด้านท้ายรถ มักจะติดตั้งหม้อน้ำไว้ด้านหลังกระจังหน้าเพื่อให้ได้กระแสลมที่เพียงพอ แม้ว่าจะต้องใช้ท่อส่งน้ำหล่อเย็นที่ยาวก็ตาม หรืออีกทางเลือกหนึ่ง หม้อน้ำอาจดูดอากาศจากกระแสลมที่ไหลผ่านด้านบนของรถหรือจากกระจังหน้าด้านข้าง สำหรับรถที่มีความยาว เช่น รถบัส กระแสลมด้านข้างมักใช้สำหรับการระบายความร้อนของเครื่องยนต์และเกียร์ และกระแสลมด้านบนมักใช้สำหรับการระบายความร้อนของเครื่องปรับอากาศ

หม้อน้ำรถยนต์ประกอบด้วยถังพักโลหะหรือพลาสติกสองถังที่เชื่อมต่อกันด้วยแกนกลางที่มีช่องแคบจำนวนมาก ทำให้มีพื้นที่ผิวสูงเมื่อเทียบกับปริมาตร แกนกลางนี้มักทำจากแผ่นโลหะหลายชั้นซ้อนกัน อัดขึ้นรูปเป็นช่อง และเชื่อมหรือบัดกรีเข้าด้วยกัน เป็นเวลานานแล้วที่หม้อน้ำทำจากแกนทองเหลืองหรือทองแดงที่เชื่อมกับถังพักทองเหลือง หม้อน้ำสมัยใหม่มีแกนอลูมิเนียม และมักประหยัดต้นทุนและน้ำหนักโดยใช้ถังพักพลาสติกพร้อมปะเก็น โครงสร้างแบบนี้มีโอกาสเสียหายได้ง่ายกว่าและซ่อมแซมได้ยากกว่าวัสดุแบบดั้งเดิม

วิธีการสร้างก่อนหน้านี้คือหม้อน้ำแบบรังผึ้ง ท่อกลมถูกบีบให้เป็นรูปหกเหลี่ยมที่ปลาย จากนั้นนำมาซ้อนกันและบัดกรี เนื่องจากปลายท่อสัมผัสกันเท่านั้น จึงทำให้เกิดสิ่งที่กลายเป็นถังเก็บน้ำแข็งที่มีท่ออากาศจำนวนมากอยู่ภายใน^{[ 2 ]}

รถยนต์รุ่นเก่าบางรุ่นใช้แกนหม้อน้ำที่ทำจากท่อขด ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ประสิทธิภาพต่ำกว่าแต่เรียบง่ายกว่า

หม้อน้ำรุ่นแรกๆ ใช้หลักการไหลลงในแนวตั้ง โดยอาศัย ปรากฏการณ์ เทอร์โมไซฟอน เพียงอย่างเดียว น้ำหล่อเย็นจะถูกทำให้ร้อนในเครื่องยนต์ ทำให้มีความหนาแน่นน้อยลงและลอยขึ้น เมื่อหม้อน้ำระบายความร้อนให้น้ำหล่อเย็น น้ำหล่อเย็นจะมีความหนาแน่นมากขึ้นและไหลลง หลักการนี้เพียงพอสำหรับเครื่องยนต์แบบอยู่กับที่ที่ มีกำลังต่ำ แต่ไม่เพียงพอสำหรับรถยนต์ส่วนใหญ่ ยกเว้นรถยนต์รุ่นแรกๆ รถยนต์ทุกคันในระยะเวลาหลายปีจึงใช้ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงเพื่อหมุนเวียนน้ำหล่อเย็นในเครื่องยนต์ เนื่องจากอัตราการไหลตามธรรมชาติมีต่ำมาก

โดยปกติแล้ว ระบบวาล์วหรือแผ่นกั้น หรือทั้งสองอย่าง จะถูกติดตั้งเพื่อควบคุมหม้อน้ำขนาดเล็กภายในรถพร้อมกัน หม้อน้ำขนาดเล็กนี้และพัดลมเป่าลมที่เกี่ยวข้องเรียกว่าฮีตเตอร์คอร์ซึ่งทำหน้าที่ให้ความอบอุ่นภายในห้องโดยสาร เช่นเดียวกับหม้อน้ำ ฮีตเตอร์คอร์ทำงานโดยการดึงความร้อนออกจากเครื่องยนต์ ด้วยเหตุนี้ ช่างเทคนิคยานยนต์จึงมักแนะนำให้ผู้ขับขี่เปิดฮีตเตอร์และปรับระดับความร้อนให้สูงหากเครื่องยนต์ร้อนจัดเพื่อช่วยหม้อน้ำหลัก

ในรถยนต์สมัยใหม่ อุณหภูมิเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยเทอร์โมสตัทชนิดเม็ดขี้ผึ้งซึ่งเป็นวาล์วที่จะเปิดเมื่อเครื่องยนต์มีอุณหภูมิการทำงาน ที่เหมาะสม แล้ว

เมื่อเครื่องยนต์เย็น เทอร์โมสตัทจะปิดอยู่ ยกเว้นเพียงกระแสไหลผ่านเล็กน้อย เพื่อให้เทอร์โมสตัทรับรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นขณะที่เครื่องยนต์อุ่นขึ้น น้ำหล่อเย็นจะถูกส่งโดยเทอร์โมสตัทไปยังทางเข้าของปั๊มหมุนเวียนและไหลกลับไปยังเครื่องยนต์โดยตรง โดยไม่ผ่านหม้อน้ำ การที่น้ำไหลเวียนเฉพาะในเครื่องยนต์จะช่วยให้เครื่องยนต์ถึงอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสมได้อย่างรวดเร็วที่สุด ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงการเกิด "จุดร้อน" เฉพาะที่ เมื่อน้ำหล่อเย็นถึงอุณหภูมิที่เทอร์โมสตัทกำหนด เทอร์โมสตัทจะเปิดออก ทำให้น้ำไหลผ่านหม้อน้ำเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิสูงขึ้น

เมื่ออุณหภูมิถึงระดับที่เหมาะสมแล้ว เทอร์โมสตัทจะควบคุมการไหลของน้ำหล่อเย็นไปยังหม้อน้ำ เพื่อให้เครื่องยนต์ทำงานที่อุณหภูมิที่เหมาะสมอย่างต่อเนื่อง ในสภาวะการทำงานหนัก เช่น การขับรถขึ้นเนินชันช้าๆ ในวันที่อากาศร้อนจัด เทอร์โมสตัทจะเปิดเกือบเต็มที่ เนื่องจากเครื่องยนต์จะผลิตกำลังเกือบสูงสุด ในขณะที่ความเร็วของการไหลของอากาศผ่านหม้อน้ำต่ำ (เนื่องจากหม้อน้ำเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ความเร็วของการไหลของอากาศผ่านหม้อน้ำจึงมีผลอย่างมากต่อความสามารถในการระบายความร้อน) ในทางกลับกัน เมื่อขับรถลงเนินเร็วๆ บนทางหลวงในคืนที่อากาศเย็น โดยใช้คันเร่งเบาๆ เทอร์โมสตัทจะปิดเกือบสนิท เนื่องจากเครื่องยนต์ผลิตกำลังน้อย และหม้อน้ำสามารถระบายความร้อนได้มากกว่าที่เครื่องยนต์ผลิต การปล่อยให้น้ำหล่อเย็นไหลไปยังหม้อน้ำมากเกินไป จะทำให้เครื่องยนต์เย็นเกินไปและทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าระดับที่เหมาะสม ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง ลดลง และปล่อยมลพิษไอเสียเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ความทนทาน ความน่าเชื่อถือ และอายุการใช้งานของเครื่องยนต์อาจลดลง หากชิ้นส่วนใดๆ (เช่น แบริ่ง เพลาข้อเหวี่ยง ) ถูกออกแบบโดยคำนึงถึงการขยายตัวทางความร้อนเพื่อให้ประกอบเข้าด้วยกันโดยมีระยะห่างที่ถูกต้อง ผลข้างเคียงอีกประการหนึ่งของการระบายความร้อนมากเกินไปคือประสิทธิภาพของเครื่องทำความร้อนในห้องโดยสารลดลง แม้ว่าในกรณีทั่วไป เครื่องทำความร้อนจะยังคงเป่าลมที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมอย่างมากก็ตาม

ดังนั้น เทอร์โมสตัทจึงเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาในช่วงการทำงาน โดยตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของภาระการทำงาน ความเร็ว และอุณหภูมิภายนอกของรถยนต์ เพื่อรักษาอุณหภูมิการทำงานของเครื่องยนต์ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมที่สุด

ในรถยนต์รุ่นเก่า คุณอาจพบเทอร์โมสตัทแบบสูบลม ซึ่งมีท่อสูบลมเป็นลอนบรรจุของเหลวระเหยง่าย เช่น แอลกอฮอล์หรืออะซิโตน เทอร์โมสตัทประเภทนี้ทำงานได้ไม่ดีที่แรงดันระบบระบายความร้อนสูงกว่าประมาณ 7 psi รถยนต์สมัยใหม่โดยทั่วไปทำงานที่แรงดันประมาณ 15 psi ซึ่งทำให้ไม่สามารถใช้เทอร์โมสตัทแบบสูบลมได้ สำหรับเครื่องยนต์ระบายความร้อนด้วยอากาศโดยตรง นี่ไม่ใช่ปัญหาสำหรับเทอร์โมสตัทแบบสูบลมที่ควบคุมวาล์วแบบแผ่นในช่องทางเดินอากาศ

ปัจจัยอื่นๆ ที่มีผลต่ออุณหภูมิของเครื่องยนต์ ได้แก่ ขนาดของหม้อน้ำและชนิดของพัดลมระบายความร้อน ขนาดของหม้อน้ำ (และด้วยเหตุนี้ความสามารถในการระบายความร้อน ) ถูกเลือกให้สามารถรักษาอุณหภูมิของเครื่องยนต์ให้อยู่ในระดับที่ออกแบบไว้ได้ภายใต้สภาวะที่รุนแรงที่สุดที่รถยนต์อาจพบเจอ (เช่น การขับขึ้นเขาขณะบรรทุกเต็มที่ในวันที่อากาศร้อนจัด)

ความเร็วของกระแสลมที่ไหลผ่านหม้อน้ำมีอิทธิพลอย่างมากต่อความร้อนที่ระบายออก ความเร็วของรถมีผลต่อความเร็วลมโดยประมาณตามกำลังของเครื่องยนต์ ทำให้เกิดการควบคุมตนเองอย่างคร่าวๆ ในกรณีที่มีพัดลมระบายความร้อนเพิ่มเติมที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ พัดลมนี้ก็จะปรับตามความเร็วของเครื่องยนต์ในลักษณะเดียวกันด้วย

พัดลมระบายความร้อนที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์มักถูกควบคุมด้วยคลัตช์พัดลมจากสายพานขับ ซึ่งจะลื่นและลดความเร็วของพัดลมเมื่ออุณหภูมิต่ำ วิธีนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงโดยไม่สิ้นเปลืองพลังงานในการขับเคลื่อนพัดลมโดยไม่จำเป็น ในรถยนต์สมัยใหม่ การควบคุมอัตราการระบายความร้อนเพิ่มเติมทำได้โดยพัดลมหม้อน้ำแบบปรับความเร็วได้หรือแบบหมุนเวียน พัดลมไฟฟ้าถูกควบคุมด้วยสวิตช์เทอร์โมสตัทหรือหน่วยควบคุมเครื่องยนต์พัดลมไฟฟ้ายังมีข้อดีคือให้การไหลเวียนของอากาศและการระบายความร้อนที่ดีที่รอบเครื่องยนต์ต่ำหรือขณะจอดนิ่ง เช่น ในการจราจรติดขัด

ก่อนการพัฒนาพัดลมแบบใช้ความหนืดและพัดลมไฟฟ้า เครื่องยนต์จะติดตั้งพัดลมแบบตายตัวที่ดูดอากาศผ่านหม้อน้ำตลอดเวลา ยานพาหนะที่ออกแบบมาเพื่อรองรับการทำงานหนักที่อุณหภูมิสูง เช่นรถยนต์เพื่อการพาณิชย์และรถแทรกเตอร์มักจะทำงานเย็นเกินไปในสภาพอากาศหนาวเย็นภายใต้ภาระงานเบา แม้จะมี เทอร์ โมสตัท อยู่ก็ตาม เนื่องจากหม้อน้ำขนาดใหญ่และพัดลมแบบตายตัวทำให้ลดอุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นลงอย่างรวดเร็วและมากทันทีที่เทอร์โมสตัทเปิด ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการติดตั้ง...แผ่นบังหม้อน้ำ (หรือแผ่นปิดหม้อน้ำ ) ที่สามารถปรับเพื่อปิดกั้นการไหลของอากาศผ่านหม้อน้ำได้บางส่วนหรือทั้งหมด ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด แผ่นบังนี้เป็นม้วนวัสดุ เช่นผ้าใบหรือยาง ที่กางออกตามความยาวของหม้อน้ำเพื่อปิดส่วนที่ต้องการ ยานพาหนะรุ่นเก่าบางคัน เช่น เครื่องบินรบเครื่องยนต์เดี่ยว Royal Aircraft Factory SE5และSPAD S.XIIIในยุคสงครามโลกครั้งที่ 1 มีบานเกล็ดหลายชุดที่สามารถปรับได้จากที่นั่งคนขับหรือนักบินเพื่อให้ควบคุมได้ในระดับหนึ่ง รถยนต์สมัยใหม่บางคันมีบานเกล็ดหลายชุดที่เปิดและปิดโดยอัตโนมัติโดยหน่วยควบคุมเครื่องยนต์เพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างการระบายความร้อนและอากาศพลศาสตร์ตามต้องการ^{[ 3 ]}

เนื่องจากประสิทธิภาพเชิงความร้อนของเครื่องยนต์สันดาปภายในเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิภายใน จึงต้องรักษาระดับความดันของสารหล่อเย็นให้สูงกว่าความดันบรรยากาศเพื่อเพิ่มจุดเดือดโดยปกติแล้วจะมีวาล์วระบายแรงดันที่ปรับเทียบแล้วติดตั้งอยู่ในฝาปิดหม้อน้ำ แรงดันนี้จะแตกต่างกันไปในแต่ละรุ่น แต่โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 4 ถึง 30 psi (30 ถึง 200 kPa) ^{[ 4 ]}

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความดันในระบบหล่อเย็นจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่วาล์วระบายความดันทำงานเพื่อระบายความดันส่วนเกินออกไป กระบวนการนี้จะหยุดลงเมื่ออุณหภูมิของระบบหยุดสูงขึ้น ในกรณีที่หม้อน้ำ (หรือถังพักน้ำ) มีน้ำหล่อเย็นมากเกินไป ความดันจะถูกระบายออกโดยการปล่อยน้ำออกมาเล็กน้อย น้ำที่ระบายออกมาอาจไหลลงพื้นหรือเก็บไว้ในภาชนะที่มีรูระบายอากาศซึ่งจะมีความดันเท่ากับความดันบรรยากาศ เมื่อดับเครื่องยนต์ ระบบหล่อเย็นจะเย็นลงและระดับน้ำจะลดลง ในบางกรณีที่เก็บน้ำส่วนเกินไว้ในขวด น้ำอาจถูกดูดกลับเข้าไปในวงจรหล่อเย็นหลัก แต่ในบางกรณีก็อาจไม่เป็นเช่นนั้น

ก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง น้ำ หล่อเย็น เครื่องยนต์ ส่วนใหญ่มักเป็นน้ำเปล่า สารป้องกันการแข็งตัวถูกใช้เพื่อป้องกันการแข็งตัวเท่านั้น และมักใช้เฉพาะในสภาพอากาศหนาวเย็น หากปล่อยให้น้ำเปล่าแข็งตัวในห้องเครื่อง น้ำจะขยายตัวเมื่อแข็งตัว ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงภายในเครื่องยนต์เนื่องจากการขยายตัวของน้ำแข็ง

การพัฒนาเครื่องยนต์อากาศยานสมรรถสูงจำเป็นต้องใช้สารหล่อเย็นที่ดีขึ้นซึ่งมีจุดเดือดสูงขึ้น ส่งผลให้มีการนำไกลคอลหรือส่วนผสมของน้ำและไกลคอลมาใช้ ซึ่งนำไปสู่การนำไกลคอลมาใช้เนื่องจากคุณสมบัติในการป้องกันการแข็งตัวของน้ำ

นับตั้งแต่มีการพัฒนา เครื่องยนต์ ที่ทำจากโลหะผสมอะลูมิเนียมหรือโลหะผสมหลายชนิด การป้องกันการกัดกร่อนจึงมีความสำคัญยิ่งกว่าสารป้องกันการแข็งตัวของน้ำ และมีความสำคัญในทุกภูมิภาคและทุกฤดูกาล

ถังพักน้ำหล่อเย็นที่แห้งสนิทอาจทำให้น้ำหล่อเย็นระเหยกลายเป็นไอ ซึ่งอาจทำให้เครื่องยนต์ร้อนจัดเฉพาะจุดหรือร้อนจัดทั่วทั้งเครื่องได้ หากปล่อยให้รถวิ่งเกินอุณหภูมิที่กำหนด อาจเกิดความเสียหายร้ายแรงได้ เช่น ปะเก็นฝาสูบรั่ว ฝาสูบหรือเสื้อสูบ โก่งงอ หรือแตกร้าวบางครั้งอาจไม่มีสัญญาณเตือนใดๆ เนื่องจากเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (ทั้งแบบกลไกและไฟฟ้า) สัมผัสกับไอน้ำ ไม่ใช่น้ำหล่อเย็น ทำให้ได้ค่าที่ผิดพลาดและเป็นอันตราย

การเปิดฝาหม้อน้ำที่ร้อนจัดจะทำให้แรงดันภายในระบบลดลง ซึ่งอาจทำให้เกิดการเดือดและพุ่งของเหลวและไอน้ำร้อนที่เป็นอันตรายออกมาได้ ดังนั้น ฝาหม้อน้ำจึงมักมีกลไกที่พยายามลดแรงดันภายในก่อนที่จะเปิดฝาได้จนสุด

การประดิษฐ์หม้อน้ำระบายความร้อนด้วยน้ำสำหรับรถยนต์นั้นมีผู้คิดค้นคือคาร์ล เบนซ์วิลเฮล์ม มายบัคออกแบบหม้อน้ำแบบรังผึ้งตัวแรกสำหรับรถเมอร์เซเดส 35แรงม้า^{[ 5 ]}

บางครั้งรถยนต์จำเป็นต้องติดตั้งหม้อน้ำตัวที่สองหรือหม้อน้ำเสริม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน เมื่อไม่สามารถเพิ่มขนาดของหม้อน้ำเดิมได้ หม้อน้ำตัวที่สองจะต่ออนุกรมกับหม้อน้ำหลักในวงจร นี่เป็นกรณีที่เกิดขึ้นเมื่อ Audi 100 ได้รับการติดตั้ง เทอร์โบชาร์จเจอร์เป็นครั้งแรก จนกลายเป็น Audi 200 อย่าสับสนระหว่างหม้อน้ำเสริมกับอินเตอร์คู ลเลอ ร์

เครื่องยนต์บางรุ่นมีหม้อน้ำระบายความร้อนน้ำมันเครื่อง ซึ่งเป็นหม้อน้ำขนาดเล็กแยกต่างหากเพื่อระบายความร้อนน้ำมันเครื่อง รถยนต์ที่มีเกียร์อัตโนมัติมักจะมีจุดเชื่อมต่อเพิ่มเติมกับหม้อน้ำ ทำให้ของเหลวในเกียร์สามารถถ่ายเทความร้อนไปยังสารหล่อเย็นในหม้อน้ำได้ หม้อน้ำเหล่านี้อาจเป็นหม้อน้ำแบบน้ำมัน-อากาศ ซึ่งเป็นแบบขนาดเล็กกว่าหม้อน้ำหลัก หรืออาจเป็นหม้อน้ำแบบน้ำมัน-น้ำที่ง่ายกว่า โดยมีท่อน้ำมันเสียบเข้าไปในหม้อน้ำ แม้ว่าน้ำจะร้อนกว่าอากาศโดยรอบ แต่ค่าการนำความร้อน ที่สูงกว่าของน้ำ ทำให้สามารถระบายความร้อนได้เทียบเท่า (ภายในขอบเขตที่จำกัด) จากหม้อน้ำระบายความร้อนน้ำมันเครื่องที่ซับซ้อนน้อยกว่า จึงมีราคาถูกกว่าและเชื่อถือได้มากกว่า นอกจากนี้ ยังอาจพบได้น้อยในรถยนต์ที่มีหม้อน้ำเสริมสำหรับระบายความร้อนน้ำมันพาวเวอร์ น้ำมันเบรก และของเหลวไฮดรอลิกอื่นๆ

เครื่องยนต์ เทอร์โบชาร์จหรือซูเปอร์ชาร์จอาจมีอินเตอร์คูลเลอร์ซึ่งเป็นหม้อน้ำแบบอากาศต่ออากาศหรืออากาศต่อน้ำ ใช้สำหรับระบายความร้อนของอากาศที่ไหลเข้ามา ไม่ใช่เพื่อระบายความร้อนของเครื่องยนต์

เครื่องบินที่มีเครื่องยนต์ลูกสูบระบายความร้อนด้วยของเหลว (โดยปกติจะเป็นเครื่องยนต์แบบเรียงแถวมากกว่าแบบรัศมี) ก็ต้องการหม้อน้ำเช่นกัน เนื่องจากความเร็วลมสูงกว่ารถยนต์ จึงระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการบิน และไม่จำเป็นต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่หรือพัดลมระบายความร้อน อย่างไรก็ตาม เครื่องบินสมรรถนะสูงหลายลำประสบปัญหาความร้อนสูงเกินไปอย่างรุนแรงเมื่อจอดนิ่งอยู่บนพื้นดิน - เพียงเจ็ดนาทีสำหรับเครื่องบินสปิตไฟร์ [ ^{6 ] นี่}คล้ายกับ รถ แข่งฟอร์มูล่าวันในปัจจุบัน เมื่อจอดอยู่บนกริดสตาร์ทโดยที่เครื่องยนต์ยังทำงานอยู่ พวกมันต้องการอากาศที่ถูกบังคับเข้าไปในหม้อน้ำเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป

การลดแรงต้านเป็นเป้าหมายสำคัญในการออกแบบเครื่องบิน รวมถึงการออกแบบระบบระบายความร้อน เทคนิคในยุคแรกๆ คือการใช้ประโยชน์จากกระแสลมที่ไหลผ่านตัวเครื่องบินอย่างมากมาย เพื่อแทนที่แกนรังผึ้ง (ที่มีพื้นผิวจำนวนมาก และมีอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูง) ด้วยหม้อน้ำแบบติดตั้งบนพื้นผิว โดยใช้พื้นผิวเดียวที่ผสานเข้ากับลำตัวเครื่องบินหรือผิวปีก โดยมีสารหล่อเย็นไหลผ่านท่อที่ด้านหลังของพื้นผิวนี้ การออกแบบเช่นนี้พบเห็นได้มากในเครื่องบินสมัยสงครามโลกครั้งที่ 1

เนื่องจากหม้อน้ำบนพื้นผิวขึ้นอยู่กับความเร็วลมเป็นอย่างมาก จึงมีแนวโน้มที่จะร้อนเกินไปเมื่อวิ่งบนพื้นดิน เครื่องบินแข่ง เช่นSupermarine S.6Bซึ่งเป็นเครื่องบินทะเลแข่งที่มีหม้อน้ำติดตั้งอยู่บนพื้นผิวด้านบนของทุ่นลอย ได้รับการอธิบายว่า "บินโดยใช้มาตรวัดอุณหภูมิ" เป็นข้อจำกัดหลักในประสิทธิภาพของเครื่องบิน^{[ 7 ]}

หม้อน้ำแบบติดตั้งบนพื้นผิวถูกนำไปใช้ในรถแข่งความเร็วสูงบางคัน เช่นรถ Blue BirdของMalcolm Campbellในปี 1928

โดยทั่วไป ข้อจำกัดของระบบระบายความร้อนส่วนใหญ่คือ ห้ามไม่ให้ของเหลวหล่อเย็นเดือด เพราะการจัดการกับก๊าซในกระแสของเหลวจะทำให้การออกแบบซับซ้อนขึ้นมาก สำหรับระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ นั่นหมายความว่าปริมาณการถ่ายเทความร้อนสูงสุดถูกจำกัดด้วยความจุความร้อนจำเพาะของน้ำและความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอุณหภูมิแวดล้อมกับ 100 °C ซึ่งจะช่วยให้การระบายความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้นในฤดูหนาว หรือในที่สูงที่มีอุณหภูมิต่ำ

อีกผลกระทบหนึ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในการระบายความร้อนของเครื่องบินคือ ความจุความร้อนจำเพาะเปลี่ยนแปลงและจุดเดือดลดลงตามความดัน และความดันนี้เปลี่ยนแปลงเร็วกว่าการลดลงของอุณหภูมิเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น ดังนั้นโดยทั่วไปแล้ว ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวจะสูญเสียประสิทธิภาพเมื่อเครื่องบินบินสูงขึ้น นี่เป็นข้อจำกัดสำคัญต่อสมรรถนะในช่วงทศวรรษ 1930 เมื่อการนำเทอร์โบซูเปอร์ชาร์จเจอร์มาใช้เป็นครั้งแรกทำให้การเดินทางที่ระดับความสูงเหนือ 15,000 ฟุตสะดวกสบายยิ่งขึ้น และการออกแบบระบบระบายความร้อนจึงกลายเป็นหัวข้อวิจัยที่สำคัญ

วิธีแก้ปัญหาที่ชัดเจนและพบได้ทั่วไปที่สุดคือ การทำงานของระบบระบายความร้อนทั้งหมดภายใต้ความดัน วิธีนี้ช่วยรักษาค่าความจุความร้อนจำเพาะให้คงที่ ในขณะที่อุณหภูมิอากาศภายนอกลดลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น ระบบดังกล่าวจึงมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนดีขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สำหรับงานส่วนใหญ่ วิธีนี้ช่วยแก้ปัญหาการระบายความร้อนของเครื่องยนต์ลูกสูบสมรรถสูง และเครื่องยนต์อากาศยานระบายความร้อนด้วยของเหลวเกือบทั้งหมดในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองก็ใช้วิธีนี้

อย่างไรก็ตาม ระบบที่มีแรงดันนั้นมีความซับซ้อนกว่าและเสียหายได้ง่ายกว่ามาก เนื่องจากของเหลวหล่อเย็นอยู่ภายใต้แรงดัน แม้แต่ความเสียหายเล็กน้อยในระบบหล่อเย็น เช่น รูจากกระสุนปืนไรเฟิลเพียงรูเดียว ก็จะทำให้ของเหลวพุ่งออกมาจากรูอย่างรวดเร็ว ความล้มเหลวของระบบหล่อเย็นเป็นสาเหตุหลักของความเสียหายของเครื่องยนต์อย่างเห็นได้ชัด

แม้ว่าการสร้างหม้อน้ำสำหรับเครื่องบินที่สามารถรับมือกับไอน้ำได้นั้นยากกว่า แต่ก็ไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปไม่ได้เลย ข้อกำหนดที่สำคัญคือการจัดหาระบบที่ควบแน่นไอน้ำกลับไปเป็นของเหลวก่อนที่จะส่งกลับไปยังปั๊มและทำให้วงจรการระบายความร้อนสมบูรณ์ ระบบดังกล่าวสามารถใช้ประโยชน์จากความร้อนจำเพาะของการระเหยซึ่งในกรณีของน้ำจะมีค่ามากกว่าความจุความร้อนจำเพาะในรูปของเหลวถึงห้าเท่า นอกจากนี้ยังอาจได้รับประโยชน์เพิ่มเติมโดยการปล่อยให้ไอน้ำกลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ระบบดังกล่าวซึ่งรู้จักกันในชื่อเครื่องทำความเย็นแบบระเหยเป็นหัวข้อของการวิจัยอย่างมากในทศวรรษ 1930

ลองพิจารณาระบบทำความเย็นสองระบบที่คล้ายคลึงกัน โดยทำงานที่อุณหภูมิอากาศแวดล้อม 20 องศาเซลเซียส ระบบที่ใช้ของเหลวทั้งหมดอาจทำงานที่อุณหภูมิระหว่าง 30 ถึง 90 องศาเซลเซียส ซึ่งให้ความแตกต่างของอุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียสเพื่อระบายความร้อนออกไป ในขณะที่ระบบทำความเย็นแบบระเหยอาจทำงานที่อุณหภูมิระหว่าง 80 ถึง 110 องศาเซลเซียส เมื่อมองแวบแรกดูเหมือนว่าความแตกต่างของอุณหภูมิจะน้อยกว่ามาก แต่การวิเคราะห์นี้มองข้ามพลังงานความร้อนมหาศาลที่ถูกดูดซับระหว่างการสร้างไอน้ำ ซึ่งเทียบเท่ากับ 500 องศาเซลเซียส ในทางปฏิบัติ ระบบแบบระเหยทำงานที่อุณหภูมิระหว่าง 80 ถึง 560 องศาเซลเซียส ซึ่งมีความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพถึง 480 องศาเซลเซียส ระบบดังกล่าวสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้จะมีปริมาณน้ำน้อยกว่ามาก

ข้อเสียของระบบระบายความร้อนด้วยการระเหยคือพื้นที่ของคอนเดนเซอร์ที่จำเป็นในการลดอุณหภูมิของไอน้ำให้ต่ำกว่าจุดเดือด เนื่องจากไอน้ำมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำมาก จึงต้องใช้พื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าเพื่อให้มีปริมาณอากาศไหลเวียนเพียงพอที่จะลดอุณหภูมิของไอน้ำลง การออกแบบเครื่องบิน Rolls-Royce Goshawkในปี 1933 ใช้คอนเดนเซอร์แบบหม้อน้ำทั่วไป และการออกแบบนี้พิสูจน์แล้วว่าเป็นปัญหาใหญ่ในเรื่องแรงต้านอากาศ ในเยอรมนีพี่น้องตระกูล Günterได้พัฒนารูปแบบการออกแบบทางเลือกที่ผสมผสานการระบายความร้อนด้วยการระเหยและหม้อน้ำแบบพื้นผิวที่กระจายอยู่ทั่วปีก ลำตัว และแม้แต่หางเสือของเครื่องบิน มีการสร้างเครื่องบินหลายลำโดยใช้การออกแบบของพวกเขาและทำลายสถิติประสิทธิภาพมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งHeinkel He 119และHeinkel He 100อย่างไรก็ตาม ระบบเหล่านี้ต้องการปั๊มจำนวนมากเพื่อส่งของเหลวกลับจากหม้อน้ำที่กระจายอยู่ และพิสูจน์แล้วว่ายากมากที่จะรักษาการทำงานให้เป็นไปอย่างราบรื่น และมีความเสี่ยงต่อความเสียหายจากการรบมากกว่า ความพยายามในการพัฒนาระบบนี้โดยทั่วไปได้ถูกยกเลิกไปแล้วภายในปี 1940 ความจำเป็นในการระบายความร้อนด้วยการระเหยก็หมดไปในไม่ช้าเนื่องจากการแพร่หลายของ สารหล่อเย็นที่ใช้ เอทิลีนไกลคอล เป็นส่วนประกอบ ซึ่งมี ค่าความร้อนจำเพาะต่ำกว่าแต่มีจุดเดือด สูง กว่าน้ำ มาก

หม้อน้ำของเครื่องบินที่อยู่ในท่อจะทำให้อากาศที่ไหลผ่านร้อนขึ้น ส่งผลให้อากาศขยายตัวและมีความเร็วเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์เมเรดิธ (Meredith effect ) และเครื่องบินลูกสูบสมรรถนะสูงที่มีหม้อน้ำที่ออกแบบมาอย่างดีเพื่อลดแรงต้าน (โดยเฉพาะP-51 Mustang ) จะได้รับแรงขับจากปรากฏการณ์นี้ แรงขับนั้นมีมากพอที่จะชดเชยแรงต้านของท่อที่ครอบหม้อน้ำอยู่ และทำให้เครื่องบินมีแรงต้านการระบายความร้อนเป็นศูนย์ ในบางช่วงเวลา มีแผนที่จะติดตั้งเครื่องเผาไหม้เพิ่มเติม ( afterburner) ให้กับ Mustang โดยการฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในท่อไอเสียหลังจากหม้อน้ำและจุดไฟ^{[ 8 ]} การเผาไหม้เพิ่มเติมทำได้โดยการฉีดเชื้อเพลิงเพิ่มเติมเข้าไปในเครื่องยนต์หลังจากรอบการเผาไหม้หลัก

เครื่องยนต์สำหรับโรงงานที่อยู่กับที่โดยปกติจะระบายความร้อนด้วยหม้อน้ำในลักษณะเดียวกับเครื่องยนต์รถยนต์ มีความแตกต่างเฉพาะบางประการ ขึ้นอยู่กับโรงงานที่อยู่กับที่ – ต้องมีการวางแผนอย่างรอบคอบเพื่อให้แน่ใจว่ามีการไหลของอากาศผ่านหม้อน้ำอย่างเหมาะสมเพื่อให้การระบายความร้อนเป็นไปอย่างเหมาะสม ในบางกรณี จะใช้ การระบายความร้อนแบบระเหยผ่าน หอ ระบายความร้อน^{[ 9 ]}

• น้ำยาหล่อเย็น
• แกนฮีตเตอร์
• อินเตอร์คูลเลอร์
• เครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE)
• รายการชิ้นส่วนรถยนต์
• ความร้อนเหลือทิ้ง

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับหม้อน้ำ

• คู่มือการเปลี่ยนหม้อน้ำและการแก้ไขปัญหา
• ระบบระบายความร้อนในรถยนต์ทำงานอย่างไร
• เว็บไซต์ชุมชนเกี่ยวกับการระบายความร้อนของระบบส่งกำลัง