ポンプ系の最大出力以下での消費電力の状況

ポンプ系の最大出力以下での消費電力に注目した記事です。

＜背景＞

　サバイバルで酸素を作るときは下記構成を気に入って使っています。

　フィルタを使わずに酸素と水素を分離して吸い出すよくあるテンプレ構成。上の吸気ポンプは水素の搬出用、下の吸気ポンプは酸素の搬出用で共に気圧が800g以上で稼働するように設定しています。

　電解装置は1kg/sの水から888g/sの酸素と112g/sの水素を生成。酸素と水素の生成する割合が約１：９な訳ですから、当然吸気ポンプの使用割合もこれに伴います。

　吸気ポンプの出力は最大500g/sであり、酸素側の吸気ポンプは「酸素の生成量＞搬出量」になるので、500g/s x 2台がフル稼働しています。

　一方で水素側は「水素の生成量＜搬出量」となるので稼働したり停止したりします。換気レイヤーを見てみるとパイプの中の状態はこのようになります。

　「気圧が800g以上で稼働」という自動制御をしており、水素も十分ある状態にも関わらず、開始と停止のタイミングでは最大出力の500g/sで搬出できません。そのためある疑問が沸いてきます。

「稼働しているから電力は消費している」

　↓

「電力を消費しているのに最大限の出力が出来ていない」

　↓

「開始と停止するタイミングが多い場合では電力効率が悪くなっているのか？」

＜目的＞

　このゲームにおいて節電・効率化を主目的としてプレイしている身としては、ポンプは開始と停止を繰り返すたびに電力効率が悪くなるというのであれば、水素側のポンプもフルで稼働させるような構成にしたいところです。ここは是非とも効率は変わらないのか悪くなるのかを知っておきたい。というわけでポンプが稼働状態にあるとき、同じ電力量をする場合に少しずつ稼働させた場合と、フルで稼働させる場合とではその搬出量に差があるのかを調べます。

＜方法＞

　電力源には変圧器を使用します。充電してから供給する電源を切れば、電力漏洩もなく、1000J分の電力のみを使用することが出来ます。吸気ポンプの稼働はサイクルセンサーで制御し、少しずつ稼働させる場合はONを0.3s、OFFを0.1sに設定し、フルに稼働させる場合はOFF時間を0にします。この2パターンで1000Jの電力を使用するときに搬出量に差が出るのかを調べます。

＜結果＞

少量稼働での測定風景。最大出力である500g/sを下回る量で搬出されています。

そして変圧器の電力が切れた状態での酸素の搬出量は2100gでした。

続いてフルで稼働させた場合。一瞬です。

そして変圧器の電力が切れた状態での酸素の搬出量は2100gでした。

同じですね！！！！！

＜考察＞

　吸気ポンプは周りに十分な気体があるとき最大出力で稼働させる場合でも、少量ずつ稼働させる場合でも、搬出量に対して必要な電力量は稼働率に関係なく一定ということが分かりました。消費電力と搬出量は1s未満でも稼働時間に比例しているということです。とりあえず電解装置の構成は変えなくてよさそうです。

　せっかくなのでもう少し詳しく見てみました。吸気ポンプは周りに十分な気体があるとき100gを最低単位として搬出をするようです。そしてそのときに使用する電力量は48J。仮に500gを搬出するのに必要な電力量は48J x 5 = 240Jとなります。消費電力は単位時間当たりの電力量なので500gの気体を毎秒搬出するときの消費電力は240J/s=240W。仕様通りですね。

　そして周りに気体が十分に無い場合はどうなるか。特定の空間を真空化するときによくありますが気圧が1g以下になってガンガン吸ってもなかなか搬出されないような状況です。消費電力は稼働時間に比例しているので、こちらは搬出量が少なくても消費電力はバリバリに食いますのでご注意を。

　ちなみに給水ポンプはというと最大出力は10kgですが、周りに十分液体があるときの最低単位の出力は2kgで、そのときの消費電力量は48Jでした。こちらも電力効率が悪くはなっていませんでした。

　電解装置でハイドラエレクトロライザーなどを構築するときにハーフパケットとかフルパケットとかでずらっと並べてポンプを常時稼働させた方が効率が良い！みたいなことをどこかで見かけて電力効率も良いものだと勘違いしていました。これはあくまでポンプの稼働率や、単位時間・使用面積当たりの酸素や水素の生成効率が良いというだけで消費電力は変わらないということですね。ハイドラエレクトロライザーを使用しない構成では電解装置は最大気圧で頻繁に稼働と停止を繰り返しますが生成量に対する消費資源もおそらく差はないのかな？と思います。

以上です。