蒸気噴出孔の利用 冷蔵庫冷却タイプ

蒸気噴出孔から水を得るとき、一般的に蒸気タービンと液体クーラーを用いることが多いと思います。この記事は蒸気タービンと液体クーラーを使わず、冷蔵庫のみを利用して水を得る構成の紹介です。

構成として以前記事に書いた気流タイル内での相変化を利用したものになります。

＜冷蔵庫の基本動作＞

　冷蔵庫は電力を使用して内容物を冷却し食品の貯蔵寿命を大幅に延ばす設備です。内容物の全てが十分冷えると省電力モードに移行し、食品の温度を保ちます。容量は最大100kgで可変可能。

通常モード

・120Wを消費して内容物を1℃まで冷やす

・排熱は一律+500DTU/s（＝どれだけ冷却していても影響なし）

省電力モード

・20Wを消費して内容物を1℃に保つ

・排熱は一律+125DTU/s

　液体クーラーや製氷機などは熱を偏らせて冷却をしているので、冷却に比例して本体の発熱量も大きくなります。しかし冷蔵庫は内容物からどれだけ熱を取り除いたのかは関係なく、一律で+500DTU/sを排熱します。そしてこの排熱は内容物から取り除く熱量よりも非常に少ないです。そのためそのまま熱破壊を行っているのに近い状態という優れた冷却を行っています。

　プレイヤーズノートwikiによると((温度-4℃)×約1000) DTU/s の冷却が行われるそうです。仮に内容物が84℃とすると80kDTU/s。なかなかの冷却具合ですね。

＜冷蔵庫の熱交換仕様＞

　冷蔵庫本体は設備なので周りの気体・液体とは熱交換をしますが直接床のタイルとの熱交換や、内容物との熱交換を行いません。

　そして内容物の熱交換が少し特殊です。冷蔵庫が動作時は内容物は外部と熱交換をしません。そして冷蔵庫が非動作時は周りの気体・液体および床と直接熱交換をします。

＜ON/OFFを定期的に切り替えると・・・？＞

　冷蔵庫の動作時は非常に低い排熱で内容物の冷却が出来ます。そして冷蔵庫の非動作時は内容物が外部と熱交換をします。

　定期的に冷蔵庫の動作をON/OFFを切り替えると、動作時は冷却を行い、非動作時は冷却された内容物が周りの熱を吸い取り、再び動作時には冷却され・・・といった具合に冷却装置として使用することができます。

　この冷却を利用して蒸気間欠泉の蒸気を水に変えてやろうって話です。

＜構築例＞

 

メリット

・特別な建築材料が必要ない(冷蔵庫用のセラミックと輻射用素材のアルミニウムはある方が良い)

・消費電力は120W×2台x稼働率1/4=60W程度と序盤から使える

・比較的省スペース

デメリット

・仕様ハックなので仕様変更があると使えなくなる

＜押さえておきたいツボ＞

・冷蔵庫の内容物

　冷却を最大限にするために闇雲に食料を詰め込んでもあまり冷却されません。熱交換の仕様をしっかりと理解し、内容物の選定をする必要があります。

　冷蔵庫の冷却は内容物の個々で行われています。そのため単純に種類を2倍3倍と増やしていけば冷却量も2倍3倍と増えていきます。

 今回はメンテナンスも不要にするため、冷蔵庫に入る腐らないものとして食べ物で5種、そして薬で5種の計10種を選択しました。これにより1種類だけの時に比べて10倍もの冷却を期待できます。

　また、腐敗する食物を扱う場合は腐敗の進行が12%違うと冷蔵庫内では別の種類の物質と認識されるので1つの食材でも複数種類の扱いをすることが出来ます。温度が高く、種類も多ければ液体クーラーよりも冷却量は大きくなるポテンシャルを持っています。

続いてはそれぞれの食料・薬の入れる量を考えます。

　まずは冷蔵庫の冷却する量は【((温度-4℃)×約1000) DTU/s】なので熱交換には温度しか影響しておらず質量は見ていません。内容物の質量が10倍だからと言って冷却量も10倍とはならないわけです。

　そして今度は内容物と外部の熱交換を考えます。冷蔵庫の内容物はタイル上に置かれた瓦礫と同じ扱いで熱交換をします。タイルと内容物の熱交換する量は【熱伝導率の低い方 * 温度差 * 62.5】と、こちらも質量は関係ありません。影響があるのは温度差です。タイルと内容物の温度差が大きいほど外部へ熱を伝えやすいということですね。

　内容物が小さいほど熱容量が小さい、つまり冷却するときの温度変化は大きくなるので、内容物は低温になりやすい。そして外部からの熱吸収の効率も高くなるというわけです。逆に内容物の質量が大きいとなかなか低温にならないので、外部の熱を中々吸収できません。

　以上のことから内容物は種類は多く、個別の質量は小さいほど冷蔵庫のON/OFF切り替えでの冷却効率を上げられると考えられます。

・冷蔵庫で周囲を冷却する匙加減

　基本的には冷蔵庫の内容物を冷却する速度よりも内容物が外部の熱を吸収する速度の方が遅いです。そのため冷蔵庫のON/OFF制御はタイマーセンサーで制御していますがこの稼働比を「ON：2s、OFF：6s」とOFF時間を長めに設定しています。いろいろ弄ってみて、これくらいかなーという感覚で決めており、最適というわけではありません。温度センサーの値も同じくです。冷蔵庫の内容物の温度が低くなるほど冷却量も減るのである程度温度は高い方が良いのですが、高すぎると蒸気を冷却して水にできなくなるので丁度いい位にする必要があります。

・建築素材

　冷蔵庫はセラミックでオーバーヒート温度を上げておくのが無難ですが、火成岩でも問題ありません。セラミックは熱伝導率が低いのですが、食料や薬の方が熱伝導率は低く、熱交換は熱伝導率の低い方が参照されるので関係ありません。ただし、間欠泉の活動期でも温度が上がりすぎないように温度センサーで管理しておく必要があります。

　金属タイルや輻射パイプは熱伝導率の良いアルミニクムが理想ですが。金あたりでも十分対応できます。どの程度輻射パイプを這わせるかは間欠泉の噴出量次第になるのでサバイバルで試す前にサンドボックスで試してみるといいと思います。

＜あとがき＞

　冷蔵庫強い。研究もすぐに解除できるので蒸気噴出孔以外にも普通にコロニーを冷却するのにも使えたりしそうですね。