金火山の攻略　ボイラー室内タイプ　自己冷却構成

　この記事で紹介するのは金火山をボイラー室内に設置する構成の内、液体クーラーを使わない自己冷却構成です。

　前提として基本形の記事を参照していただくと分かりやすいと思います。

＜概要＞

　他の構成では蒸気タービンの冷却を液体クーラーを使って行いました。今回の記事では蒸気タービンの冷却を95℃の排水で行う自己冷却タイプです。

　自己冷却タイプでは蒸気タービンの冷却コストを考えなくてよくなるので電力面で非常にお得です。液体クーラーも使わないので材料コストも良し。

　ただし、些細なことで機能が停止するので色々と注意が必要。

　自己冷却型のタービンの詳細については英wikiの「Maximum Steam Temperature for sustainable self-cooling」の項目を参照ください

・机上の計算

　金火山の最大平均噴出量は休眠期も含めたもので400g/s。

　活動期は全体の40%～80%なので最も活発なケースでも1000g/sになります。

　そして125℃まで冷却すると考えた時の熱量は約323kDTU/s。

　蒸気タービンの自己冷却可能な熱量の理論値は140.2℃で約378kDTU/s、ある程度マージンをとった現実的な値として138℃で約334kDTU/sなのでこれでも十分対応可能と分かります。

　実際には金火山がここまで活発なものは非常に稀で、活動期でも多くのものは500g/s程度、かなり活発なものでも600g/s程度です。

　仮に700g/s程度とすると下記のような感じ。だいぶ余裕がある感じですね。

　温度が下がるほど熱破壊量は減るので活動サイクル中に125℃まで冷却できるかはわかりませんが、少なくとも自己冷却は可能ということが分かります。

　続いて125℃まで冷却した金を20℃まで冷やす場合。

　およそ10kDTU/s。水素中の飼育下のウィーズウォートは12kDTU/sであれば1本で冷却可能です。100℃近くも温度を下げるわけですが金は熱容量が少ないのですぐに冷やせます。

＜構成＞

・材料

　蒸気タービンは熱容量が大きめの鉄製が望ましいです。鉛や金でも可能ですがやや安定さに欠けます

・水の量

　蒸気タービンの自己冷却をするためには金属が噴出されたときにも138℃未満になる程度の大きな熱容量が必要です。計算は蒸気タービンの排熱も加わってくるので複雑なので割愛。水は3t位あるのが望ましいです。

　今回の構成だと蒸気のマスは7x3=21マスあるので水が3tだと3t/21tile=142.8kg/tileとなり圧力超過にはなりませんが蒸気が流動することを考えるともう1幅マス分増やした方が安定するかも。

・自動掃除機の制御

　そのままだと金が噴出され次第シャカシャカ動いて無駄に電力を使うのでボイラー室の温度が127℃未満になったら纏めて回収し、1度回収した後は次の噴出で温度が上がるまでは動作させないようにしています。

・温度センサーの設定値

　蒸気タービンの自己冷却ではピーク時の温度を低くする都合上、単位時間当たりの熱破壊効率が落ちてしまいます。

　排出するときの温度はコンベア温度センサーの方で管理するので、金の回収のトリガーを125℃未満にするのではなく、少しばかり温度を上げると瓦礫化した金の熱交換率が上がるので排出までの時間が短くなります。

・コンベアレール温度センサーの温度は何故125℃ではなく126℃？

　熱交換量は熱交換する物同士の温度に比例します。そのため125℃の空間で126℃の物を125℃まで冷やすのには温度差が少ないので結構時間がかかります。１回の噴火サイクル内で全部排出出来るようになるべく時間を短くしたいわけです。

　しっかり冷やした方が良い？1℃くらい誤差だよ誤差！の精神。

・ボイラー室に原油を撒かない理由

　原油を撒くのは瓦礫化した金の熱交換をスムーズにするのが目的です。今回のケースでは噴出時の突発的な温度上昇を避けたいため撒かない方が良いです。

　ボイラー室が125℃を下回る頃にはまだ瓦礫化した金は150～200℃程ある場合もありますが、コンベアに乗せられるときに20kgずつに小分けされて熱交換率が上がるので十分125℃近くまで熱を取り出せます。

　また、原油がある場合はその分蒸気のスペースが減ってしまうので圧力超過を防ぐためには水の量を減らさないといけません。そうすると熱容量が減ってしまうので、噴出の熱を受け止めきれなくなる可能性があります。代わりに原油を増やせばいいわけですが、大量に必要です。（「水3t」の同程度の熱容量にするには「水2t＋原油2.5t」が必要）

・ウィーズウォートを使った冷却

　125℃の金を冷やすのに液体クーラーや空調設備を使うのはちょっと過剰な冷却力。そのためウィーズウォートを使っています。プランターの下に機械式エアロックを置き、温度センサーで20℃以下になったら開くようにしています。機械式エアロックが開くとプランターは無効化され、ウィーズウォートも停止するので過冷却を防ぎます。

＜ちょっと改造＞

・金の冷却方法

　125℃の金の冷却を今まではウィーズウォートに任せていたわけですが、まずはボイラーの排水を用いるようにします。これで100℃近くまで下がります。

　窓タイルに蒸気タービンを自己冷却後の排水を通します。125℃の金を蒸気タービンの部屋でそのまま冷却しようとすると、蒸気タービンが100度を超えて停止する可能性があるので自己冷却後の排水を使いましょう。

　また、一度の噴出量が多いケースなどでは瓦礫で窓タイルが温まりすぎてしまうと排水が蒸発してパイプ破損が発生する場合があります。(20個ほど動かした中で2個ありました)。

　パイプ破損を防ぐために流体バルブを使って流量を調整しています。液体は1000g以下だとパイプ内で温度の影響は受けますが相変化しません。これを利用し2000gの排水を1000g2股に分岐しています。

　排出された100度の金をウィーズウォートで冷却します。しかしながら、栽培のウィーズウォートを準備するのは自動掃除機が要りますし、リンを運んでこないといけなかったりとなかなか手間。そこで野生のウィーズウォートで対応しています。野生のウィーズウォートは栽培に比べて熱破壊量は1/4なので約3kDTU/sの熱破壊をしてくれるはず。活動期の一般的な噴出量を500g/sとすると計算上は50℃近くまで下がりますね。