液体クーラー
#ONI熱工学 #設備
最重要設備の一つ
https://gyazo.com/8deed5f44ccf59ad302f446744722d09
Thermo Aquatuner
table:基本データ
最大搬入量 10kg/s
消費電力 1200W
装飾値 -10
基本オーバーヒート 125℃
内部格納量 20kg
動作
1. 「物流入力ポート.iconにある液体を、内部格納量の余裕があるなら入れる」
2-a. 論理入力ポート.iconまたは論理入力ポート 緑.iconの時、蓄えた液体から14℃分熱量を奪って物流出力ポート.iconへ出そうとする
2-b. 電力不足、または論理入力ポート 赤.iconの場合は中身も出せずそのまま待機する
3. 液体から奪った熱は自身が受け取り、周囲が真空でなければ拡散する
「なんか単純にループ配管させてると止まるんだけど」っていうのは、この「内部格納量」があるため
配管のすべてのパイプのマス * 10kgが流せる最大流量に対して、 +20kgが最大容量になっている
→ クーラーの稼働のオンオフを交互に切り替えているうちに、ループ配管に最大流量を超えることがある
回避例 → 液体クーラーのバイパス配管
注意点その1：「冷やした」分の熱はそのまま周囲に撒かれる
冷却というよりは、「熱を偏らせる」モノ
なので、接続する液体パイプは断熱型液体パイプを使わないと効果が薄れる
注意点その2：流れてくる液体が100gだろうと動作中は1200W使われる
電気がもったいないと思うなら、できるだけパイプを1種類の液体パンパンに隙間なく満たした状態にしておくのが理想
素材で変わる性能や性質
table: 材料を変えるコトで変わる性質
材料 オーバーヒート温度 装飾値 熱伝導率 熱容量
アルミニウム鉱石 125℃ -10 20.5 1,092kDTU/℃
銅鉱石 125℃ -9 (+1) 4.5 463.2kDTU/℃
金アマルガム 175℃（+50℃） -9 (+1) 2 180kDTU/℃
鋼鉄 325℃（+200℃) -10 54 588kDTU/℃
ニオブ 625℃ (+500℃) -5 (+5) 54 318kDTU/℃
テルミウム 1025℃ (+900℃) -10 220 746.4kDTU/℃
金アマルガムで作った場合、たしかにオーバーヒート温度は高くなるが、熱伝導率は著しく低くなるのに注意
これは周囲に熱伝導率の高い原油や石油、高熱伝導の熱交換プレートで補ってやる必要がある
鋼鉄で蒸気タービンの最大出力を活かせるようになる
バランス的に理想な素材はニオブ
熱容量が小さく熱伝導率が高い→熱交換したエネルギーを電気に変えやすい
ニオブ製のオーバーヒート温度までであれば、吸気口2つの状態のタービンで最大発電量を出す350℃帯まで高めても大丈夫
テルミウムは文字通り最強スペック、ただしそこまで要求する局面がそんなにない
あるにはある。天然ガス蒸留、フライパン
流すなら超冷却剤、汚染水、水
table:冷却剤ごとで交換できる熱量と電力効率
比熱容量 交換熱量 設定値下限 使用電力1Wに対する熱交換効率 水を1とした相対効率比
超冷却剤 8.44 1181.6 kDTU/s -257℃ 984.6 DTU/s/W 2.019
汚染水 4.179 585.06 kDTU/s -6℃ 487.5 DTU/s/W 1
水 4.179 585.06 kDTU/s 14℃ 487.5 DTU/s/W 1
塩水 4.1 574 kDTU/s 6.5℃ 478.3 DTU/s/W 0.981
濃塩水 3.4 476 kDTU/s -8.5℃ 396.6 DTU/s/W 0.814
エタノール 2.46 344.4 kDTU/s -100℃ 286.6 DTU/s/W 0.589
ナフサ 2.191 306.74 kDTU/s -36℃ 255.6 DTU/s/W 0.524
石油 1.76 246.4 kDTU/s -43℃ 205.3 DTU/s/W 0.421
原油 1.69 236.6 kDTU/s -26℃ 197.1 DTU/s/W 0.404
石油や原油を直接液体クーラーにかけた場合、使用電力に対しての熱交換効率は水の場合の半分以下に落ちる
超冷却剤が使えるようになるのは、少なくとも石油エンジンのロケットで他の小惑星へ探査できるほど進んでから
table:冷却剤ごとの蒸気タービンで回収した場合の電力収支
※1 タービンでの回収 ※1 の収支 ※2 タービンチューニング後 ※2 の収支
超冷却剤 1.145kW -55W 1.718kW +518W
汚染水 567W -633W 850W -350W
水 567W -633W 850W -350W
塩水 556W -644W 834W -366W
濃塩水 461W -739W 692W -508W
エタノール 334W -866W 516W -684W
ナフサ 297W -903W 446W -755W
石油 239W -961W 359W -841W
原油 229W -970W 344W -856W
熱交換量に対して、それを蒸気に押し付けてどれくらい蒸気タービンで発電できるかは以下の計算式で求められる
$ P_{min(J)} = Q_{(kDTU)} \times 0.9686 (電力制御端末でのタービンへのチューニング無し）
$ P_{max(J)} = Q_{(kDTU)} \times 0.9686 \times 1.5 （電力制御端末でのタービンのチューニング後3サイクルの間）
アクティブクーリングで何かを積極的に冷やし、その熱交換量でタービンを回して節電しようとした時に、上の表で見れば原油を冷却液に使う場合の効率の悪さが伺えるはず。
液体クーラー１つを冷却液にナフサ、石油、原油を選んで稼働させた場合はタービンのみでは消費電力をまかないきれず、天然ガス発電機や水素発電機が1つ余計に増設していないと電力不足に陥る
「液体クーラーとタービンのセット、全然発電しなくね？」ってのは、選んでる液体が悪い
もし宇宙以前で、-20℃よりも低い何か超極寒状態を作りたい場合はエタノールを使うか、空調設備で水素を限界まで冷やす方がまだ効率的にはマシ
そしてそういうことがしたいような事柄がそもそもあまりない。
液体エアロックに適している原油や石油の凝固点を下回るので、そも行き来するような部屋に出来ない
液化塩素はたしかに-40℃ほどに冷やすことで作れるが、それが必要になるのはぷすぷすモーを飼育するために浮き草を水耕栽培するようになってから
→ それが出来るようになっている時点で超冷却剤は手にできているはず
処理に困った二酸化炭素を冷却液化して蓄えるとかは一応できるが
→ それは常時1200Wも使ってまでやることなのかどうか
炭素スキマー10台分の電力を使って処理もしないのであれば、普通にスキマーで吸引してすませば良いのでは
というか無限気体プールでいいし
液体をどう入れるか
①ループフィルターで「凍結しない温度のモノだけ入れる」
https://gyazo.com/709394110116461d19bf83cbcd898129
https://gyazo.com/b39d5dd996251c3f622ac2e650a7b9a3https://gyazo.com/2e74e65b51d4f35df44958bc0453c9ed
筆者が昔やってたアプローチ
その頃は液体貯蔵庫なんて便利なモノ実装されてなかったし……
悪くはないが、以下の課題点がある
「冷却しても凍結しない温度ギリギリ」の時に微妙な挙動になる
予め図の物流入力ポート.iconのパイプに入る前に温度を均しておくと良い
液体クーラーの周囲がオーバーヒート温度に近づくとデッドロックが起きる
冷却出来ないから配管図のAもBも一杯になって詰まる
液体遮断器.iconの仕様上、どうしても遮断器の周囲に冷却液の影響が出る
そういう意味では蒸気タービンのボイラー室の中にこれは入れない方が良い
上記の例で示した温度は一例であって、状況に応じて適宜変更すること
周囲に他の機械類があればそちらのオーバーヒート温度に合わせる
②「凍結しない温度の時だけクーラーを稼働させる」＋「液体バルブでバイパス」
https://gyazo.com/f1cc14cb4c72eabde257163e3dd3f3d4
https://gyazo.com/2d72d74c78263477966df7dcc538e455https://gyazo.com/19024716857a5ca7d014f03900f49691
どうせ自動化ワイヤーで液体クーラーの有効/無効を切り替えるのであれば、こっちのほうがより合理化できる
液体貯蔵庫がバッファの役割を果たすので、トータルで10トンの余裕がある
と同時に、本当に必要な量以上に5トンほど過剰に液体を冷やすのに電力を食うようになる
③「凍結しない温度の時だけクーラーを稼働させる」＋「液体クーラーのバイパス配管」
https://gyazo.com/ae6f06674fe3b1c12b50c7748f7e7c3f
で、液体クーラーが無効化されている時のバイパスにブリッジを2重に噛ませばそもそも液体貯蔵庫も要らない
2重ブリッジの組み方については 液体クーラーバイパスパターンチートシートを参照
https://gyazo.com/83057d692d5f9697cede9bcd90c0fadb