Επειδή η θερμική απόδοση των κινητήρων εσωτερικής καύσης αυξάνεται με την εσωτερική θερμοκρασία, το ψυκτικό υγρό διατηρείται σε πίεση υψηλότερη από την ατμοσφαιρική για να αυξηθεί το σημείο βρασμού του. Μια βαθμονομημένη βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης συνήθως ενσωματώνεται στο καπάκι πλήρωσης του ψυγείου. Αυτή η πίεση ποικίλλει μεταξύ των μοντέλων, αλλά τυπικά κυμαίνεται από 4 έως 30 psi (30 έως 200 kPa).[4]
Καθώς η πίεση του συστήματος ψυκτικού αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, θα φτάσει στο σημείο όπου η βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης επιτρέπει να διαφύγει η υπερβολική πίεση. Αυτό θα σταματήσει όταν η θερμοκρασία του συστήματος σταματήσει να αυξάνεται. Στην περίπτωση υπεργεμισμένου ψυγείου (ή δεξαμενής κεφαλής) η πίεση εξαερώνεται αφήνοντας λίγο υγρό να διαφύγει. Αυτό μπορεί απλώς να στραγγίσει στο έδαφος ή να συλλεχθεί σε ένα αεριζόμενο δοχείο που παραμένει σε ατμοσφαιρική πίεση. Όταν ο κινητήρας είναι σβηστός, το σύστημα ψύξης ψύχεται και η στάθμη του υγρού πέφτει. Σε ορισμένες περιπτώσεις όπου η περίσσεια υγρού έχει συλλεχθεί σε ένα μπουκάλι, αυτό μπορεί να «αναρροφηθεί» πίσω στο κύριο κύκλωμα ψυκτικού. Σε άλλες περιπτώσεις, δεν είναι.
Πριν από τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, το ψυκτικό του κινητήρα ήταν συνήθως καθαρό νερό. Το αντιψυκτικό χρησιμοποιήθηκε αποκλειστικά για τον έλεγχο της κατάψυξης, και αυτό γινόταν συχνά μόνο σε κρύο καιρό. Εάν το απλό νερό αφεθεί να παγώσει στο μπλοκ ενός κινητήρα, το νερό μπορεί να διασταλεί καθώς παγώνει. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να προκαλέσει σοβαρή εσωτερική βλάβη του κινητήρα λόγω της διαστολής του πάγου.
Η ανάπτυξη κινητήρων αεροσκαφών υψηλών επιδόσεων απαιτούσε βελτιωμένα ψυκτικά με υψηλότερα σημεία βρασμού, οδηγώντας στην υιοθέτηση γλυκόλης ή μιγμάτων νερού-γλυκόλης. Αυτά οδήγησαν στην υιοθέτηση των γλυκόλων για τις αντιψυκτικές τους ιδιότητες.
Από την ανάπτυξη των κινητήρων αλουμινίου ή μικτών μετάλλων, η αναστολή της διάβρωσης έχει γίνει ακόμη πιο σημαντική από το αντιψυκτικό, και σε όλες τις περιοχές και τις εποχές.
Μια δεξαμενή υπερχείλισης που στεγνώνει μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την εξάτμιση του ψυκτικού υγρού, η οποία μπορεί να προκαλέσει τοπική ή γενική υπερθέρμανση του κινητήρα. Μπορεί να προκληθεί σοβαρή ζημιά εάν το όχημα αφεθεί να ξεπεράσει τη θερμοκρασία. Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι αστοχίες όπως φουσκωμένες φλάντζες κεφαλής και παραμορφωμένες ή ραγισμένες κυλινδροκεφαλές ή μπλοκ κυλίνδρων. Μερικές φορές δεν θα υπάρχει προειδοποίηση, επειδή ο αισθητήρας θερμοκρασίας που παρέχει δεδομένα για το μετρητή θερμοκρασίας (είτε μηχανικός είτε ηλεκτρικός) εκτίθεται σε υδρατμούς, όχι στο υγρό ψυκτικό, παρέχοντας μια επιβλαβή λανθασμένη ένδειξη.
Το άνοιγμα ενός ζεστού ψυγείου μειώνει την πίεση του συστήματος, κάτι που μπορεί να προκαλέσει βρασμό και εκτόξευση επικίνδυνα ζεστού υγρού και ατμού. Ως εκ τούτου, τα καπάκια του ψυγείου περιέχουν συχνά έναν μηχανισμό που προσπαθεί να ανακουφίσει την εσωτερική πίεση πριν ανοίξει πλήρως το καπάκι.
Η εφεύρεση του καλοριφέρ νερού αυτοκινήτου αποδίδεται στον Karl Benz. Ο Wilhelm Maybach σχεδίασε το πρώτο κυψελωτό ψυγείο για τη Mercedes 35hp
Μερικές φορές είναι απαραίτητο για ένα αυτοκίνητο να είναι εξοπλισμένο με ένα δεύτερο ή βοηθητικό ψυγείο για να αυξηθεί η ικανότητα ψύξης, όταν το μέγεθος του αρχικού ψυγείου δεν μπορεί να αυξηθεί. Το δεύτερο ψυγείο είναι υδραυλικό σε σειρά με το κύριο ψυγείο στο κύκλωμα. Αυτό συνέβη όταν το Audi 100 πρωτοτροφοδοτήθηκε με τούρμπο δημιουργώντας το 200. Αυτά δεν πρέπει να συγχέονται με τους ενδιάμεσους ψύκτες.
Ορισμένοι κινητήρες διαθέτουν ψυγείο λαδιού, ξεχωριστό μικρό ψυγείο για την ψύξη του λαδιού του κινητήρα. Τα αυτοκίνητα με αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων συχνά έχουν επιπλέον συνδέσεις με το ψυγείο, επιτρέποντας στο υγρό μετάδοσης να μεταφέρει τη θερμότητά του στο ψυκτικό υγρό στο ψυγείο. Αυτά μπορεί να είναι είτε θερμαντικά σώματα λαδιού-αέρα, όπως για μια μικρότερη έκδοση του κύριου ψυγείου. Πιο απλά μπορεί να είναι ψύκτες λαδιού-νερού, όπου ένας σωλήνας λαδιού εισάγεται μέσα στο ψυγείο νερού. Αν και το νερό είναι πιο ζεστό από τον αέρα του περιβάλλοντος, η υψηλότερη θερμική του αγωγιμότητα προσφέρει συγκρίσιμη ψύξη (εντός ορίων) από ένα λιγότερο περίπλοκο και επομένως φθηνότερο και πιο αξιόπιστο [απαιτείται παραπομπή] ψυγείο λαδιού. Λιγότερο συχνά, το υγρό υδραυλικού τιμονιού, το υγρό φρένων και άλλα υδραυλικά υγρά μπορεί να ψύχονται από ένα βοηθητικό ψυγείο σε ένα όχημα.
Οι υπερτροφοδοτούμενοι κινητήρες ή οι υπερτροφοδοτούμενοι κινητήρες μπορεί να διαθέτουν ενδιάμεσο ψυγείο, το οποίο είναι ένα ψυγείο αέρα-αέρα ή αέρα-νερού που χρησιμοποιείται για την ψύξη του εισερχόμενου φορτίου αέρα - όχι για την ψύξη του κινητήρα.
Τα αεροσκάφη με υγρόψυκτους εμβολοφόρους κινητήρες (συνήθως κινητήρες εν σειρά και όχι ακτινωτοί) απαιτούν επίσης θερμαντικά σώματα. Καθώς η ταχύτητα του αέρα είναι υψηλότερη από ό,τι για τα αυτοκίνητα, αυτά ψύχονται αποτελεσματικά κατά την πτήση και επομένως δεν απαιτούν μεγάλες περιοχές ή ανεμιστήρες ψύξης. Ωστόσο, πολλά αεροσκάφη υψηλής απόδοσης αντιμετωπίζουν ακραία προβλήματα υπερθέρμανσης όταν βρίσκονται στο ρελαντί στο έδαφος - μόλις επτά λεπτά για ένα Spitfire.[6] Αυτό είναι παρόμοιο με τα σημερινά μονοθέσια της Formula 1, όταν σταματούν στο grid με τους κινητήρες σε λειτουργία, απαιτούν αεραγωγό που εισέρχεται στα δοχεία του ψυγείου τους για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση.
Η μείωση της οπισθέλκουσας είναι ένας σημαντικός στόχος στον σχεδιασμό των αεροσκαφών, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού συστημάτων ψύξης. Μια πρώιμη τεχνική ήταν να εκμεταλλευτεί κανείς την άφθονη ροή αέρα ενός αεροσκάφους για να αντικαταστήσει τον πυρήνα της κηρήθρας (πολλές επιφάνειες, με υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο) από ένα επιφανειακό ψυγείο. Αυτό χρησιμοποιεί μια ενιαία επιφάνεια αναμεμειγμένη στην άτρακτο ή το δέρμα των φτερών, με το ψυκτικό υγρό να ρέει μέσω σωλήνων στο πίσω μέρος αυτής της επιφάνειας. Τέτοια σχέδια παρατηρήθηκαν κυρίως σε αεροσκάφη του Α' Παγκοσμίου Πολέμου.
Καθώς εξαρτώνται τόσο από την ταχύτητα του αέρα, τα θερμαντικά σώματα επιφανείας είναι ακόμη πιο επιρρεπή σε υπερθέρμανση όταν τρέχουν στο έδαφος. Αγωνιστικά αεροσκάφη όπως το Supermarine S.6B, ένα αγωνιστικό υδροπλάνο με θερμαντικά σώματα ενσωματωμένα στις επάνω επιφάνειες των πλωτήρα του, έχουν περιγραφεί ως «που πετούν στον μετρητή θερμοκρασίας» ως το κύριο όριο στην απόδοσή τους.[7]
Τα θερμαντικά σώματα επιφανείας έχουν χρησιμοποιηθεί επίσης από μερικά αγωνιστικά αυτοκίνητα υψηλής ταχύτητας, όπως το Blue Bird του 1928 του Malcolm Campbell.
Είναι γενικά ένας περιορισμός των περισσότερων συστημάτων ψύξης να μην αφήνεται το ψυκτικό ρευστό να βράσει, καθώς η ανάγκη χειρισμού του αερίου στη ροή περιπλέκει πολύ τον σχεδιασμό. Για ένα υδρόψυκτο σύστημα, αυτό σημαίνει ότι η μέγιστη ποσότητα μεταφοράς θερμότητας περιορίζεται από την ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού και τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ περιβάλλοντος και 100 °C. Αυτό παρέχει πιο αποτελεσματική ψύξη το χειμώνα ή σε μεγαλύτερα υψόμετρα όπου οι θερμοκρασίες είναι χαμηλές.
Ένα άλλο αποτέλεσμα που είναι ιδιαίτερα σημαντικό στην ψύξη του αεροσκάφους είναι ότι η ειδική θερμική χωρητικότητα αλλάζει και το σημείο βρασμού μειώνεται με την πίεση, και αυτή η πίεση αλλάζει πιο γρήγορα με το ύψος από την πτώση της θερμοκρασίας. Έτσι, γενικά, τα συστήματα υγρής ψύξης χάνουν χωρητικότητα καθώς το αεροσκάφος ανεβαίνει. Αυτό ήταν ένα σημαντικό όριο στην απόδοση κατά τη δεκαετία του 1930, όταν η εισαγωγή των υπερσυμπιεστών επέτρεψε για πρώτη φορά βολικά ταξίδια σε υψόμετρα πάνω από 15.000 πόδια και ο σχεδιασμός ψύξης έγινε κύριος τομέας έρευνας.
Η πιο προφανής και κοινή λύση σε αυτό το πρόβλημα ήταν να λειτουργήσει ολόκληρο το σύστημα ψύξης υπό πίεση. Αυτό διατήρησε την ειδική θερμοχωρητικότητα σε σταθερή τιμή, ενώ η εξωτερική θερμοκρασία του αέρα συνέχισε να πέφτει. Τέτοια συστήματα βελτίωσαν έτσι την ικανότητα ψύξης καθώς ανέβαιναν. Για τις περισσότερες χρήσεις, αυτό έλυσε το πρόβλημα της ψύξης κινητήρων με έμβολα υψηλής απόδοσης και σχεδόν όλοι οι υγρόψυκτοι κινητήρες αεροσκαφών της περιόδου του Β' Παγκοσμίου Πολέμου χρησιμοποιούσαν αυτή τη λύση.
Ωστόσο, τα συστήματα υπό πίεση ήταν επίσης πιο περίπλοκα και πολύ πιο επιρρεπή σε ζημιές - καθώς το ψυκτικό υγρό βρισκόταν υπό πίεση, ακόμη και μικρές ζημιές στο σύστημα ψύξης, όπως μια απλή τρύπα από σφαίρα τύπου τουφεκιού, θα προκαλούσαν τον γρήγορο ψεκασμό του υγρού από το τρύπα. Οι βλάβες των συστημάτων ψύξης ήταν, μακράν, η κύρια αιτία αστοχιών του κινητήρα.
Αν και είναι πιο δύσκολο να κατασκευαστεί ένα ψυγείο αεροσκάφους που να μπορεί να χειριστεί τον ατμό, δεν είναι καθόλου αδύνατο. Η βασική απαίτηση είναι η παροχή ενός συστήματος που συμπυκνώνει τον ατμό ξανά σε υγρό πριν τον περάσει πίσω στις αντλίες και ολοκληρώσει τον βρόχο ψύξης. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να εκμεταλλευτεί την ειδική θερμότητα της εξάτμισης, η οποία στην περίπτωση του νερού είναι πέντε φορές μεγαλύτερη από την ειδική θερμοχωρητικότητα σε υγρή μορφή. Μπορεί να προκύψουν πρόσθετα κέρδη αφήνοντας τον ατμό να υπερθερμανθεί. Τέτοια συστήματα, γνωστά ως ψύκτες εξάτμισης, ήταν το θέμα σημαντικής έρευνας στη δεκαετία του 1930.
Εξετάστε δύο συστήματα ψύξης που κατά τα άλλα είναι παρόμοια, που λειτουργούν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος αέρα 20 °C. Ένας πλήρως υγρός σχεδιασμός μπορεί να λειτουργεί μεταξύ 30 °C και 90 °C, προσφέροντας διαφορά θερμοκρασίας 60 °C για να απομακρύνει τη θερμότητα. Ένα σύστημα ψύξης με εξάτμιση μπορεί να λειτουργεί μεταξύ 80 °C και 110 °C. Με την πρώτη ματιά, αυτό φαίνεται να είναι πολύ μικρότερη διαφορά θερμοκρασίας, αλλά αυτή η ανάλυση παραβλέπει την τεράστια ποσότητα θερμικής ενέργειας που απορροφάται κατά την παραγωγή ατμού, που ισοδυναμεί με 500 °C. Στην πραγματικότητα, η έκδοση εξάτμισης λειτουργεί μεταξύ 80 °C και 560 °C, μια πραγματική διαφορά θερμοκρασίας 480 °C. Ένα τέτοιο σύστημα μπορεί να είναι αποτελεσματικό ακόμη και με πολύ μικρότερες ποσότητες νερού.
Το μειονέκτημα του συστήματος ψύξης με εξάτμιση είναι η περιοχή των συμπυκνωτών που απαιτείται για την ψύξη του ατμού πίσω κάτω από το σημείο βρασμού. Καθώς ο ατμός είναι πολύ λιγότερο πυκνός από το νερό, απαιτείται μια αντίστοιχα μεγαλύτερη επιφάνεια για να παρέχεται αρκετή ροή αέρα για να ψύχεται ξανά ο ατμός. Το σχέδιο Rolls-Royce Goshawk του 1933 χρησιμοποιούσε συμβατικούς συμπυκνωτές που μοιάζουν με καλοριφέρ και αυτός ο σχεδιασμός αποδείχθηκε σοβαρό πρόβλημα οπισθέλκουσας. Στη Γερμανία, οι αδερφοί Günter ανέπτυξαν έναν εναλλακτικό σχεδιασμό που συνδυάζει ψύξη εξάτμισης και θερμαντικά σώματα επιφανείας απλωμένα σε όλα τα φτερά του αεροσκάφους, την άτρακτο και ακόμη και το πηδάλιο. Πολλά αεροσκάφη κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας το σχεδιασμό τους και σημείωσαν πολυάριθμα ρεκόρ απόδοσης, κυρίως τα Heinkel He 119 και Heinkel He 100. Ωστόσο, αυτά τα συστήματα απαιτούσαν πολλές αντλίες για να επιστρέψουν το υγρό από τα απλωμένα καλοριφέρ και αποδείχθηκαν εξαιρετικά δύσκολο να συνεχίσουν να λειτουργούν σωστά , και ήταν πολύ πιο επιρρεπείς σε ζημιές μάχης. Οι προσπάθειες για την ανάπτυξη αυτού του συστήματος είχαν γενικά εγκαταλειφθεί μέχρι το 1940. Η ανάγκη για ψύξη με εξάτμιση σύντομα αναιρούνταν από την ευρεία διαθεσιμότητα ψυκτικών με βάση την αιθυλενογλυκόλη, τα οποία είχαν χαμηλότερη ειδική θερμότητα, αλλά πολύ υψηλότερο σημείο βρασμού από το νερό.
Ένα ψυγείο αεροσκάφους που περιέχεται σε έναν αγωγό θερμαίνει τον αέρα που διέρχεται, προκαλώντας τον αέρα να διαστέλλεται και να αποκτά ταχύτητα. Αυτό ονομάζεται φαινόμενο Meredith και τα αεροσκάφη με έμβολα υψηλής απόδοσης με καλά σχεδιασμένα θερμαντικά σώματα χαμηλής οπισθέλκουσας (κυρίως το P-51 Mustang) αντλούν ώση από αυτό. Η ώθηση ήταν αρκετά σημαντική ώστε να αντισταθμίσει την οπισθέλκουσα του αγωγού στον οποίο ήταν κλειστό το ψυγείο και επέτρεψε στο αεροσκάφος να επιτύχει μηδενική αντίσταση ψύξης. Κάποια στιγμή, υπήρχαν σχέδια για τον εξοπλισμό του Supermarine Spitfire με μετακαυστήρα, με έγχυση καυσίμου στον αγωγό εξάτμισης μετά το ψυγείο και ανάφλεξή του[απαιτείται παραπομπή]. Η μετάκαυση επιτυγχάνεται με την έγχυση πρόσθετου καυσίμου στον κινητήρα κατάντη του κύριου κύκλου καύσης.
