IC2原力発電解説－熱伝達・冷却 - 東方無境界

熱伝達・冷却

発生した熱はどこへ行きどこへ溜まり、どうすれば放出できるのか。
恐らく原子炉設計で最も重要になってくる熱伝達および冷却についてみていこう。

各要素の熱表現

炉表面の温度

• 見えない
• 耐久度を超えると爆発する
• チャンバーや炉内構成によって耐久度が変化する
  • 基本耐久度10000[h]として
  • チャンバー1機につき+1000[h]
  • 炉プレート1枚につき+100[h]

各要素の温度

• クーラント・炉プレート・ヒートディスペンサーには温度の概念がある
• 耐久度満タン→0[heat]
• 耐久度0→10000[heat]
• 10000[heat]以上になるとアイテムが消失してしまう

隣接要素間の影響

リアクター内においたアイテムは、"上下左右のマス"と炉表面温度に影響を与える。与えないものもある。
その組み合わせを下の表に示す。この表はリアクターデザインの時、特に重要になる(はず)。

影響を

受＼与	ウランセル	アイソトープ	炉プレート	ディスペンサー	クーラント	氷	水バケツ
ウランセル	発熱上昇		減熱＋ 熱分配・吸熱	減熱＋吸熱	減熱＋吸熱
アイソトープ	発熱上昇
炉プレート			熱分配・吸熱	6[h/t]の熱移動
ディスペンサー			吸熱	6[h/t]の熱移動
クーラント			吸熱	6[h/t]の熱移動
氷
水バケツ
炉表面	熱の受け取り	熱の受け取り		25[h/t]の熱移動		-300[h/個]	-250[h/個]

各要素の詳細仕様

上の表では(表の見栄え上)かなり省略して効果を書いた。
その詳細仕様についてwikiの受け売りをしていく。

－ウランセル
これがなければ始まらない。
隣接するウランセルの数で発電量と基本発熱量が決まり、隣接する冷却要素によって最終的な発熱量が決まる。
発熱量に関しては前述(発熱の項目)の通り。
発生した熱は、冷却要素が隣接していればそれらに全て受け渡す。
冷却要素の隣接が無ければ、炉表面へ熱を受け渡す。
具体例を挙げると40[h/t]で発熱しているウランセルを冷却要素に吸熱させると、その吸熱を処理することが構成上不可能になり、要素の損傷を避けられない。
そのため、このような場合に(各要素の損傷がない炉を設計するに)は、炉表面を通じた熱処理が必要になる。

－劣化ウランセル
ウラン1つとセル8つからできる要素。
発電後のウランの燃え残りとしても、3割ぐらいの確率で回収できる。
これ単体では1[h/t]の発熱。熱を発するものの何の効果も生まない。

－アイソトープセル
劣化ウランに石炭粉を混ぜて作る。作った時は耐久度0(チャージ量0)の状態。
こちらはストックできないので必要数だけ作るようにしよう。
これを上手く使うと燃費がかなり高くなるが、燃料濃縮に関しては特記事項が多いので別の項目に纏めようと思う。
単体では1[h/t]の発熱。ウランセルの隣接数によって10[h/t]ずつ発熱量が増える。
要は構成によって1[h/t]・11[h/t]・21[h/t]・31[h/t]・41[h/t]と発熱量が変わる。
発熱の法則がウランセル同士の隣接に似ているが、実は似て非なるもの。
ウランはアイソトープの発熱量に影響を与えるが、アイソトープはウランの発熱量に影響を与えない。
また上の表の通り、アイソトープは冷却要素に対する熱の直接受け渡しがないため、全て炉表面を通じた熱処理を行うことになる。

－再濃縮済セル
アイソトープセルの耐久度が満タンになると、再濃縮済セルへと変化する。
これに石炭の粉を混ぜるとウランセルを作ることができる。
ウランセルを大量に使う大出力炉を設置する際には、そのお供として燃料の濃縮炉の併設したい。(が、燃料濃縮にはリスクが伴うため云々・・・は別の項目で)
ちなみにこれも1[h/t]の発熱をするが、隣接による発熱増加はない。

－クーラントセル
冷却要素として、ウランセルに隣接させると減熱効果がある。(発熱の項目を参照)
ウランセルに隣接させると、そのウランセルの発熱を吸熱する。
複数隣接させたときは等分して熱吸収が行われることになる。(熱分配)
吸収された熱は耐久値の減少として見ることができる。
1[h/t]の自己冷却機能を持っている。(耐久値の自動回復)

－炉プレート
冷却要素として、ウランセルに隣接させると減熱効果がある。
2マス先までのウランセルからの発熱を受け渡す効果がある。
この受け渡すというのが説明しにくいのだが、ウランセルからの熱分配において、「ウランセルの表面積を増やす」イメージを持ってくれると分かりやすいかもしれない。
熱の受け渡し先がない場合は、クーラントセル同様吸熱し、耐久値に現れる。
熱伝達の方が、熱吸収よりも優先度が高い。(熱の受け渡し先があるうちは耐久値が減らない)
0.1[h/t]の自己冷却機能を持っている。
挙動も特殊でなかなか思い通りの構成を作りにくいため、基本的にいらない子。

－ヒートディスペンサー
冷却要素として、ウランセルに隣接させると減熱効果がある。
クーラントセル同様、ウランセルから直接熱を吸収する。
そのほかにこのアイテム独自の機能として、「炉表面」と「上下左右に隣接した冷却要素」と「自身」の温度を同じに保とうとする。
温度が高い所から熱を吸収し、温度が低い所へ受け渡す。
炉表面とは最大25[h/t]で、隣接した冷却要素とは最大6[h/t]で熱の受け渡しができる。
ただし自己冷却機能はない。
大抵の炉の設計に必要で、製作コストの高さに見合った高性能のアイテム。

－氷
炉表面の温度に直接作用する。
炉表面が300[h]を超えた時、1つ消費し、炉の表面温度を300[h]下げる。

－水バケツ
炉表面の温度に直接作用する。
炉表面が3250[h]を超えた時、空バケツへ変化し、炉の表面温度を250[h]下げる。

自己冷却

炉表面・炉プレート・クーラントセルには自己冷却機能が備わっている。
この自己冷却効果により、連続稼働可能なリアクターの設計が可能になる。

まず、各アイテムの自己冷却について。
炉プレート・・・0.1[h/t]
クーラントセル・・・1[h/t]
(ただし、炉プレートに熱を溜める利益が殆どないため、炉プレートの自己冷却については考えなくてもいい。というか炉プレート自体殆ど使わない、さらに濃縮炉に関しては温度調整の邪魔になるぐらい。)

次に、炉そのものの冷却能力について説明する。
まず、リアクターそのものに1[h/t]の冷却機能がついている。
次に、炉を中心とした3*3*3、リアクター部分を除いた26マスに何がおいてあるか、によって冷却能力が変化する。

チャンバー・・・2[h/t/個]
水・・・1[h/t/個]
空気・・・0.25[h/t/個](1[h/t/4個]？)

溶岩と炎は水の正反対(加熱)、炎は空気の正反対の効果を持つ、らしいが、(私が色々炉設計してみたところ)濃縮炉ですら利用する機会はなさそう・・。むしろ避けるべき事象。

SUC

SUC(シングルユーズクーラント)なんて格好いい略称がついてるけど、和訳すると"使い捨て冷却要素"ぐらいになる。
氷ブロックと水バケツのこと。
炉の設計を考えると、BC(びるどくらふと)やRP(れっどぱわー)によるアイテム搬入無しでは、ほぼ成り立たない。

氷ブロックは、炉表面温度が300[h]を超えると、氷1つが溶けて(消失して)炉表面温度を300[h]下げる。
要は炉表面温度を300[h]下げる。

水バケツは、炉表面温度が3250[h]を超えると、空バケツになって炉表面温度を250[h]下げる。
空バケツは残ったままになるので、連続した稼働をするにはバケツ搬出機構も組む必要がある。

SUCの強みは冷却速度にある。
ここでクーラントセルの自己冷却速度を思い出して欲しい。
1つにつき1[h/t]の冷却しかなく、ディスペンサーで上手く分配して30個のクーラントを使っても30[h/t]の冷却速度しか出ない。
それに比べて、氷ブロックは1マスで凄まじい冷却速度を生むことができる。
例えば64個1スタックの氷を、十分高温な炉に入れたとする。
すると、1tに氷を1つ消費して300hずつ温度を下げていく。
つまり、氷があるうちは300[h/t]の冷却ができるのである。
これはクーラントの比ではない。
2スタック、3スタックと置くマスを増やせば600[h/t]、900[h/t]と温度を下げる速度がさらに上がる。

その速度は魅力的だが、原子炉の長い稼働時間の間に消費するアイテムの量は莫大になる。
私が設計した最大出力の炉の場合、1ターム166分の間に1000スタック以上氷を消費するものもある。
クーラントセルとの併用で使用を少なくした場合でも、相応の消費がある。

「氷ブロックなんて手に入るの？」と思った方は、IC2の各マシーンの動作を思い出して欲しい。
そう、コンプレッサーによって「雪玉→氷ブロック」という変換ができるのである。
雪玉も、コンプレッサーとポンプによって生成することができる。
しかしこれらのプロセスは案外電力を食うため、炉を設計する際はその辺りの収支も考える必要がある。
ちなみにEEを導入してる環境であれば氷の量産が超簡単になり、高収率の原子炉設計が現実味をおびる。

赤石制御

リアクターにレッドストーン入力がある間は、発電が止まっている。
リアクターのセッティング中、また後述する熱管理に利用できる。
赤石入力があった時の挙動は、「ウランセル」を同時に全て抜いた時のもの、と考えることができる。
発電はしないものの炉の温度変化は進んでおり、各自己冷却機能により炉を冷やすことができる。
ただし、再濃縮セル等による1[h/t]の発熱は止まらず、再濃縮セルを大量に使っている濃縮炉では、自然冷却を自然発熱が上回り、冷却にならない場合がある。