蒸気噴出孔の利用 タービン直吸型

Oxygen Not Includedにおいて水は「植物の育成」「酸素の生成」「油井での原油の採掘」にと様々な場面に必要な重要な資源です。そして持続的な水を入手する手段として最もポピュラーな方法が蒸気噴出孔の利用になります。

蒸気噴出孔から噴出された蒸気を何らかの手段で冷却し、蒸気を凝固させることにより水を得ることができます。一般的には液体クーラーと蒸気タービンの組み合わせにより熱破壊を行いこれを達成します。

蒸気噴出孔から噴出される蒸気は110℃。蒸気タービンの稼働に必要な蒸気の最低温度は125℃のため、動作条件を満たしておらずそのままでは蒸気タービンで吸うことが出来ません。この記事ではタービンの排水である95度の熱水から液体クーラーで熱を奪い、その熱で蒸気を温めることにより蒸気タービンで直接吸えるようにする構成になります。

蒸気噴出孔の蒸気から30℃の水を生成しようとする場合、蒸気をそのまま液体クーラーによる冷却で水を作成する場合は110℃→30℃まで液体クーラーを稼働させないといけません。今回の形では110℃から95℃までの熱はタービンで電力に変えています。そのためそのまま冷却するよりも少し省エネになります。（実際には蒸気タービンの発熱分の冷却が必要なので、そこまで省電力になりません）

下記のような状況で使う中級者向けのもの。

・ちょっと凝ったことがしたい

・省電力化を目指したい

・冷水が欲しい

　

　

動作説明

①噴出される蒸気をガスエレベータにて吸い出す。

②液体クーラーで蒸気タービンの最低稼働温度まで蒸気を加熱する。

③蒸気タービンにて蒸気を95℃の熱水に変える

④95℃の熱水を液体クーラーで熱を奪い、冷水を作る。奪った熱は再び②へ。

＜押さえておきたいツボ＞

省電力にはなるものの色々なものを管理する必要があります。

●圧力超過回避

　タービンで直接吸う形のときに一番注意しなければならないことは、間欠泉の圧力超過の回避。蒸気噴出口の噴出量はおおむね3~4kg/s。なかには12kg/sのやんちゃなものもいます。そして周囲の蒸気が5kg/マスを超えると噴出が止まってしまいます。

タービンは1口400g/sの吸引口が5つついているので最大でも2kg/sまでしか吸引することが出来ないため、タービン１つだけだとすぐに圧力超過してしまいます。では噴出量に合わせてタービンを2台、3台と増やしていくと・・・今度は液体クーラーで発生した熱がすぐに伝わらないほど規模が大きくなり、結果タービンで吸う温度に達さないことになりかねません。

これを回避するために蒸気噴出口からの蒸気を一度別のスペースに貯蔵してしまいます。これには様々な方法があります。

　①吸気ポンプで吸い出す

　一番の正攻法。1台500g/s運べるので仮に3kgの噴出量の間欠泉だと6台必要。電力は240×6＝1440Wかかる。とんでもない！却下だ！却下！

　②ドアポンプで吸い出す

　仕様ハックの1つ。詳細はwikiなどを見てください。無電力でガッチャンガッチャン。非常に電力にやさしい。しかしながら運び出せる速度は早くありません。間欠泉の右に左に上にとドアポンプを展開すれば、おそらく6kg/s程度までの噴出量であれば圧力限界を回避をすることが出来ますがスペースが凄く必要。

　③ガスエレベータで吸い出す

　構築例で使用しているのはこれ。仕様ハックの1つ。詳細はwikiなどを見てください。低電力でポタポタ。気体と液体の入れ替わりを利用するので吸い出す速度はドアポンプよりも非常に早くスペースもあまりとりません。液体がビーズ状になればよいので液体バルブで流量を10gに絞れば液体ポンプの稼働率を低下させることが出来ます。そのため電力を喰っているように見えて実質１Wも消費していない状態になるため、休眠期に電力が勿体ないから止める必要はほぼなくなります。

噴出量が多い場合には間欠泉の左右に配置することで運べる量も増え概ね8kg/sあたりまでの間欠泉は吸い出しきることが出来ます。

●液体クーラーの温度管理

　蒸気タービンからの排水をどの程度まで冷却するかによって度合いは変わりますが、仮に30℃まで冷やすとすると液体クーラーは結構な発熱をします。蒸気が少ないほど液体クーラーの熱を逃がすことが出来なくなるので、ボイラー部の気圧が一定以下ではタービンを止めることにより急激に液体クーラーが加熱されるのを防ぎます。また、蒸気が200度を超えると蒸気タービンの発電効率が落ちてしまうので蒸気の温度が高いときには蒸気タービンの排水をボイラー室に戻して液体クーラーの冷却にを出来るようにしています。液体クーラーの熱が周囲に逃げるまで液体クーラーを止めるというのも手ではありますが、周囲の蒸気まで加熱されすぎるとずっと動かなくなる可能性があるので排水による冷却が良いと思います。

●蒸気の温度管理

　間欠泉からの蒸気を加熱するために液体クーラーを用いますが、当然液体クーラーが熱を奪う対象が必要です。逆に液体クーラーの発熱は間欠泉の110℃の蒸気で冷却する形になっています。相互win winの状態です。

　しかし間欠泉の活動期はタービンの排水を熱源として利用出来ますが、休眠期にはこれがなくなってしまいます。同様に活動期は間欠泉の蒸気が液体クーラーの冷却源ですが休眠期にはなくなってしまいます。

これがどのような影響を及ぼすかというと

・間欠泉の活動期から休眠期への切り替わり時に、液体クーラーの冷却源がなくなってオーバーヒートする

・間欠泉の休眠期から活動期への切り替わり時に、熱を奪う対象がなく、蒸気を十分過熱しきれない

これを解決するにはどうすれば良いかというと蒸気が常にある状態にすれば良いわけです。蒸気噴出孔の噴出量は活動期と休眠期を合わせて平均すると1000～2000g/s。1台のタービン(5つ吸気だと2kg/s)で吸い続けると蒸気が尽きてしまいます。そのため、蒸気噴出量に合わせてタービンの吸気量を機械式ドアで制御することで、噴出量と同じ分だけ蒸気タービンで吸う形にしてしまいます。

例：平均噴出量が1200g/sの場合、吸気口3つは開放(400gx3=1200g/s)、2つは閉じたまま

例：平均噴出量が1800g/sの場合、吸気口4つは開放(400gx4=1600g/s)、稼働率50%の吸気口１つ(400*0.5=200g/s)

＜その他＞

実際そのまま水を冷却するだけだとこの構成にするメリットはあまりありません。どちらかというと余っている熱をどうせなら利用してしまおうという目的に向いています。

水の冷却は必要がなく、持続的な熱源がある場合にはそれを利用できます。居住区を冷却したときの熱や、発電所を冷却するときの熱を利用しても良いですし、電力を使いますが液体ヒーターで熱源を作ってもいいです。周りに冷却が必要な間欠泉などがあればそれと合わせて構成するのも良いですね。

熱源の熱量が少ない場合にはスプリット型の蒸気タービンの構成にしたりと手間はかかりますが上手く飼いならすことが出来ると充実感は抜群。

持続的な熱源が必要なのがこの構築の欠点なのですが、それを解決してしまう構成はまた別の記事にてご紹介したいと思います。