あらゆる油圧システムにおいて、熱は非効率性の直接的な結果です。システムに加えられたエネルギーのうち、有用な機械的仕事（荷物の吊り上げやモーターの回転など）に変換されなかったものはすべて、熱エネルギー、つまり熱として失われます。この変換は主に、システムコンポーネントを横切る圧力損失や、流体および機械内部の摩擦によって発生します。
理解すべき核心的な原則は、油圧作動油が有用な仕事をせずに高圧ゾーンから低圧ゾーンに移動するときに熱が発生するということです。システム熱の管理は、基本的にこれらのエネルギーを浪費する圧力損失の管理なのです。
核心的な原則：仕事なき圧力損失
すべての油圧システムは、作動油に圧力をかけることによって機能します。この圧力は蓄積されたポテンシャルエネルギーを表します。そのポテンシャルエネルギーがアクチュエータを動かすことなく解放されると、それは直接作動油中に熱として放散されます。
発熱の物理学
熱として失われるパワーの量は、圧力損失と、その損失を横切る流量の直接的な関数です。大きな圧力損失に対する小さな流量、または小さな圧力損失に対する大きな流量のいずれもが、かなりの熱を発生させる可能性があります。この失われたエネルギーはどこかに移動しなければならず、作動油、コンポーネント、リザーバーを加熱します。
直感的な類推
手をこすり合わせて暖かさを生み出す様子を想像してください。加える圧力と動きの速さが、どれだけ速く手が温まるかを決定します。油圧においては、流体の摩擦と制限が同様に機能し、ポンプからのエネルギーを生産的な仕事ではなく熱エネルギーに変換します。
主な発熱源
すべてのコンポーネントがいくらかの非効率性に寄与しますが、典型的なシステムにおける熱発生の大部分は、いくつかの主要な領域によって引き起こされます。
リリーフバルブと減圧弁
これらはしばしば最大の熱源となります。圧力リリーフバルブは、システムを過剰な圧力から保護するために、高圧作動油を直接低圧リザーバーに排出します。作動油がそれを横切って流れるとき、すべてのポテンシャルエネルギーは瞬時に熱に変換されます。ポンプが常にリリーフバルブを横切って流量を流し続けるシステムは、本質的に非常に高価なヒーターとなります。
流量制御弁
ニードルバルブや非補償型流量制御弁など、流量を絞るすべてのバルブは、意図的な絞りを発生させます。この絞りは、アクチュエータの速度を制御するために圧力損失を引き起こします。この圧力損失で失われたエネルギーは直接熱に変換されます。
内部コンポーネントの漏れ
コンポーネントが摩耗するにつれて、その内部の公差は緩みます。これにより、高圧作動油がシールや内部の隙間を通り抜け、低圧領域に漏れることが許されます。
- ポンプ： 内部漏れ（または「スリップ」）はポンプ効率を低下させ、失われたエネルギーが作動油に熱として加わります。
- シリンダーとモーター： ピストンシールやモーターギアを介して作動油が漏れることは、ポンプが圧力を維持し流量を確保するために余分に働く必要があることを意味し、漏れたエネルギーが熱になります。
配管およびホース内の作動油の摩擦
作動油自体が移動中に熱を発生させます。この摩擦は以下によって増加します：
- 配管サイズが小さすぎることによる高速。
- 多くの急な曲がりや継手がある長い配管経路。
- 作動温度に対して粘度が高すぎる作動油の使用。
トレードオフの理解
ゼロ熱を発生させる油圧システムを作成することは不可能です。効率性は、バランスを取らなければならないコストと設計上の妥協を伴います。
設計による非効率性
熱を発生させるコンポーネントの中には、機能と安全のために不可欠なものもあります。圧力リリーフバルブは譲れない安全装置です。流量制御弁は正確な操作制御のために必要かもしれません。目標はそれらを排除することではなく、それらが継続的にではなく、必要なときにのみ使用されるように回路を設計することです。
オープンセンター方式とクローズドセンター方式
オープンセンター方式はシンプルで安価ですが、アイドル時でもポンプの全流量がバルブを横切って循環し続けるため、圧力損失が発生し、かなりの熱を発生させます。クローズドセンター、圧力補償型システムはより効率的で発生する熱も少ないです。なぜなら、ポンプは要求に応じて必要な流量と圧力のみを生成するからです。しかし、これはより複雑でコストがかかります。
効率性のコスト
作動油の速度を減らすために大口径のホースを使用すること、ギアポンプよりも高効率のピストンポンプを選択すること、ロードセンシングシステムを導入することは、すべて発熱を低減します。しかし、これらの選択はシステムの初期コストと複雑さを増大させます。
目的に合った正しい選択をする
これらの原則に基づき、エネルギー損失源を特定することで、熱の問題に体系的に取り組むことができます。
- 新しい効率的なシステムの設計が主な焦点である場合： ポンプと配管の適切なサイジングを優先し、無駄な流量を最小限に抑えるためにロードセンシングまたは圧力補償型設計の採用を検討してください。
- 過熱しているシステムのトラブルシューティングが主な焦点である場合： 赤外線温度計を使用して最も熱いコンポーネントを見つけてください。これは、設定が低すぎるリリーフバルブや、継続的な圧力損失を引き起こしているバルブであることがよくあります。
- メンテナンスと長寿命化が主な焦点である場合： お使いの気候に適した作動油の粘度を使用していることを確認し、熱交換器を清潔に保ち、エアレーションやキャビテーションの兆候に耳を傾けてください。
結局のところ、発熱を理解することは、油圧回路全体のエネルギー効率を理解することなのです。
要約表：
| 主な熱源 | エネルギー損失の原因 |
|---|---|
| リリーフバルブ | 仕事をせずに高圧から低圧へ作動油が排出されること |
| 流量制御弁 | 流量を絞ることによる制限的な圧力損失の発生 |
| 内部漏れ | 摩耗したコンポーネントが高圧作動油をバイパスさせること |
| 作動油の摩擦 | 配管内の高速または不適切な作動油粘度 |
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