【ONI】ロケットの打ち上げで噴射口(ノズル)からの熱を利用するために試行錯誤した+DLC
ロケットの燃料噴射熱を利用する方法について(日本語圏内で)調べたけれど、「熱を利用することができる」くらいの情報しかなく、具体的にどう建設したらどのように利用できるかという情報が少ない。
利用する方法をサンドボックスで模索したので、その方法を記すことにする。
なお、私はDLCを導入してから隕石対策やロケットを初めて飛ばしたくらいの複製人間かつまだクリアしていないし4ヘクス先の惑星にすら辿り着けていないmod利用者のため、下記の方法に正確さを求めないでほしい。
※バニラとDLC版ではロケットの仕組みが違うらしい
▼初めてのロケット打ち上げで熱利用をもくろむ
初めてロケットの打ち上げが成功したのだが、何も考えてなかったため周囲がかなりの高温になってしまった。
熱は立派なエネルギー源だと思っているのでなんとか利用できないかと思い立った。
まず、金属鉱石を大量に精錬金属にできると情報があったので、銅鉱石を噴射口付近に置いて小型石油ロケットを発射してみた。
溶けない。
融点1083.9℃で、噴射熱はそれを超えるという情報だったのに…銅鉱石の温度は368.2℃しかなかった。
そもそも「熱を出す」というより、「エンジン固有の熱をもった気体を噴射する」ということに気付いた。
よくロケット発射台の3x9マスの熱が高いという情報があるが、これが熱をもった気体が噴射している位置のような気がする。（それともバニラだけの仕様？）
その噴射高温気体がすぐに平均重量を保とうとして拡散されて思ったよりも低温になるみたいだ。
ということは、その噴射高温気体を利用するには効率よく、気体の熱を移す必要がある。
▼気体熱を移す方法
液体パイプ(輻射型)を通した液体に熱を移す
気体パイプ(輻射型)を通した気体に熱を移す
タイルに熱を移す
コンベア輸送した物体に熱を移す
”液体パイプ”はエンジンの噴射気体の温度が高温になるため、液体への熱移動をすると、液体変化が起こりやすくパイプが破壊されるので難しいかもしれない。(高温で耐えられるのは石油の538.9℃なので、それを考慮して建設するのならばよいかも)建設コストは主に精錬金属50。
”気体パイプ”は建設コストが主に鉱石25と抑えやすく、真空でもパイプ自体の温度も内容物に移すことができる。難点は融点を考慮すると鉄マンガン重石や鋼鉄のみになってしまうこと。
水素が高温でも変化しないのでもしかしたら1000℃を超える仕組みを考えることができるかもしれない。
”タイル”に熱を移すのは熱をもった個体を冷却するときに、冷やして使うのをよく利用していたが、今度は設置したタイルから熱を移動させる仕組みが必要になる。機械式ドアを利用した熱移動やコンベアやパイプ類で熱を移動させる方法から用途にあったものを選ぶことになる。
効率よく熱を移せるのは”コンベア輸送”と言われている。おそらく運んでいる内容物の熱伝導率や小分けされている点で移しやすいのだと思う。
ただコンベアレール自体の熱は真空の場合は内容物に移せず、気体がなければ温度が上がり続けるため、融解に注意が必要。建設コストは主に鉱石100。
▼実験
前提として、地表付近のロケット発射台エリアに噴射熱が広がらないよう火成岩の断熱タイルで囲う。
建設コストと内容物の難しさから液体パイプを実験から除く。
熱交換プレートでも気体の熱を移動させることができるが、1枚で800kg消費するため不採用にした。
タイルの設置を3x9マスと全面の2種、コンベア輸送(堆積岩)、気体パイプのそれぞれ真空と石膏ボードの計8ロケット分製作してみた。
（堆積岩は融点926.9/比熱容量0.2/熱伝導率2で大量に余るので、熱を移しやすいため）エンジンは約2500℃の二酸化炭素を噴射する砂糖エンジンを試用。
発射してみる。二酸化炭素が真空に吸われ終わった頃に温度を計ってみた。
金属タイル3x9(真空)は、約340℃
金属タイル3x9(石膏ボード)は、約230℃
金属タイル全面(真空)は、約155℃
金属タイル全面(石膏ボード)は、約155℃
コンベア輸送(真空)は、内容物が約60-450℃、レールが約60-1500℃
コンベア輸送(石膏ボード)は、内容物が約110-500℃、レールが約110-500℃
気体パイプ(真空)は、内容物(水素)が約40-1800℃、パイプが約40-1800℃
気体パイプ(石膏ボード)は、内容物(水素)が約150-600℃、パイプが約150-600℃
タイルは同じ場所に固定されているのであまり温度差はないが、コンベア輸送と気体パイプの内容物の温度に差がついていた。おそらく噴射熱のエリアをうまく使えてないのと、噴射気体が移動したりて温度に差があったからだと思う。
熱をうまく吸収できるエリアにコンベアレールを設置すると高温の内容物が獲得できるかもしれない。
コンベア輸送(真空)のコンベアレールの温度をみると、噴射台から下6マスが高温エリアとなっている。それより上にコンベアレールを建設したほうがよさそう。
また、石膏ボードやレールなどに熱を吸われるので、そこまで温度が高くならない。
気体パイプが一番高温の状態のまま熱が移動する。パイプ自体の温度も中の気体に合わせてくれるので、レールと違って真空状態でも過熱する心配がない。気体熱を移動させやすいという点では最も優れているといえる。ただし鋼鉄(2426.9℃)だと、熱伝導率が鉄マンガン重石より良いため、砂糖エンジンの直下部分は発射で溶けてしまう。
帰還時にも噴射熱は出るので帰還させてみた。
金属タイル組は、100-150℃ほど上がっただけだった。
コンベア輸送(真空)は、内容物が約90-700℃になったのでほぼ2倍で安定した温度の上がり方だった。
コンベア輸送(石膏ボード)は、内容物が約200-700℃。残った二酸化炭素が200-900℃。花崗岩ボードが640℃
気体パイプ(真空)は、内容物が約50-1900℃
気体パイプ(石膏ボード)は、内容物が約200-1300℃。残った二酸化炭素が約200-1000℃。花崗岩ボードが655℃
本来だと数サイクル経過したあとの着陸なので、上記の温度よりは下がるかもしれない。
次に発射してみたときは花崗岩ボードが火成岩になった。高温を維持したい場合はボードの素材を変更したほうがよい。
これらの実験から効率よく高い熱を受け取る事ができ、素材も少なく、温度管理がしやすいのは「気体パイプ(真空)」だと思う。
他は用いた素材が多く、熱の平均化で温度が思ったよりも低いままだった。
何度か離発着を繰り返すなら、気体パイプ(石膏ボード)が熱の維持力が良さそうではある。
▼実験で判明したこと
エンジンによって噴射熱の温度が違う。
小型石油エンジンで、発射台を跨いでいたコバルトの導線が溶けなかったのに、石油エンジンでは溶けた。二酸化炭素エンジンは約100℃の二酸化炭素。
砂糖エンジンは約2500℃の二酸化炭素。
蒸気エンジンは約200℃の蒸気。
小型石油エンジンは約1400℃の二酸化炭素。
石油エンジンは約1800℃の二酸化炭素。
液体水素エンジンは約2300℃の蒸気。唯一、噴射温度が均一。
RADエンジンは約3000℃の死の灰。
真空のままだと熱をもった気体が逃げてしまう。
石膏ボードを使って熱をもった気体を逃さないようにすると熱を保有しやすくはある。
ただ気体による温度の平均化作用が働くため、ロケットの発射が1回のみでは高温を維持しずらい。
また、何度もロケットの発射と離陸を繰り返すと高温になるので素材によっては火成岩に変質してしまう。セラミックが余計な熱を蓄えないので良いが今回31.5t使用した。熱の強い部分と薄い分で使い分けすると節約はできる。
乗組員モジュールなどを建てると入口の所に石膏ボードを建設できない。
石膏ボードは気体の出口をシェルターなどで塞げば保温が可能。
酸化剤の種類で温度は変わるかどうかは試していない。たぶん変わらない。
噴射気体の周囲に物質が個別にあると熱を移しやすいが、温度が分散してしまう。
何度もロケットを飛ばしたりするようなコロニーじゃないと熱利用は実用的ではないかも。
熱利用をどうするかを決めてから建築したほうがよい。
着陸するときは上から下へ噴射気体が噴射されている。
▼噴射熱の利用方法を考える
熱の用途は沢山あるので、まずロケットの噴射熱を貯めこむ前にどう利用するか決める。それから集めた熱を使いたい温度に調節する構造を考え、建設していく。
自分が思いつく利用方法は以下の通り。
◆発電エネルギーとして利用する
・水を蒸発させ、蒸気タービンで電力を得る。
◆物質を変化させる
・金属鉱石を精錬金属にする。1083.9-1534.9℃
・水を蒸発させ、蒸気を利用する。（蒸気エンジンやサウナ）99.4℃
・塩水間欠泉や汚染水を蒸発させ、蒸気と塩や土に分離する。
機械を通したり労力を使いたくない場合は有効。
・リン鉱石を精錬リンにする。243.9℃
・石炭を精錬炭素にする。276.9℃
・無機物原石を火成岩にする。668.9-1409.9℃
※火成岩に変えたいなら石膏ボードをエンジン回りに張り、何度か往復することでボードが変質する。
・原油を石油にする。399.9℃
・泥・汚泥・ヘドロを土にする。99.7-125℃
◆温度を変化させる
・うまうまネズミ用の室温や表土を温める。70-80℃
「気体パイプ(真空)」だと、1000℃近い水素をそのまま対象にぶつけると周囲の機械類が壊れてしまう恐れがある。そのため、使いたい温度の調節のために熱を溜める物体が必要になる。
気体パイプや輸送コンベアなら内容物、金属タイルやダイヤモンド窓タイルにいったん熱を移す必要がある。それに機械式ドア(鋼鉄)に温度の自動回路を組み立て、使いたい温度以上にならないように調節していく。
▼精錬リン作成の試作
小型石油エンジンの噴射熱を1x5のダイヤモンド窓タイルで熱吸収し、口型のダイヤモンド窓タイルと機械式ドアに熱を移しつつ、そのタイルに沿ってコンベア輸送ループをする。243.9℃以上になるとリン(液体)になり、冷やされた石油に落ちる。すると個体化するので、精錬リンを自動掃除機で回収するという仕組み。
・リン(液体)が熱計測の所に入らないように石油を入れている。
・冷やした石油空間は真空状態。
▼蒸気発電の試作
特筆するようなものではない気がする。液体冷却機を動かすので、発電力は良いとは言えない気がする…
まとめ
熱を利用しようと思い立って色々と利用方法を考えたが、実戦ではまだ試していないのでどのような長所や短所があるかは分からない。また、大量に材料を使うので、それに見合ったリターンが返ってくるか微妙な所でした。
最終的には3000℃のRADエンジンになるので、もしかすると周りの色々と溶けてしまうかも…。
■メモ
気体パイプ 今回使ったのは7.6t使用 確実に鉄マンガン重石を使う箇所はエンジン大中央2x3の6マス
【石膏ボード】
素材 熱容量 熱伝導率 融点
砂岩 0.800 2.900 926.9 → マグマ┐
火成岩 1.000 2.000 1409.9 → マグマ│
花崗岩 0.790 3.390 668.9 → マグマ│
堆積岩 0.200 2.000 926.9 → マグマ├→ 火成岩
黒曜石 0.200 2.000 2726.9 → マグマ│
化石 0.910 2.000 1338.9 → マグマ│
セラミック 0.840 0.620 1849.9 → マグマ│
苦鉄岩 0.200 1.000 1409.9 → マグマ┘
ダイヤモンド 0.516 80.000 3926.9 → 炭素(液体)
コバルト 0.420 100.000 1494.9
素材 融点 熱容量 熱伝導率
鉄マンガン重石 2926.9 0.134 15.000
鋼鉄 2426.9 0.490 54.000
鉄鉱石 1534.9 0.449 4.000
コバルト鉱石 1494.9 0.420 4.000
アルミニウム鉱石 1083.9 0.910 20.500
銅鉱石 1083.9 0.386 4.500
黄鉄鉱 1083.9 0.386 4.500
金アマルガム 1063.9 0.150 2.000
琥珀金 1063.9 0.150 2.000
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