(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光による第１発電電力を蓄電用電力として供給する太陽光発電装置と、
前記第１発電電力を蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給された蓄電電力を利用して圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する電気式エネルギー変換装置と、
前記機械エネルギーを利用して第２発電電力を供給する発電機とを備え、
前記電気式エネルギー変換装置が、
低温低圧作動流体を昇圧して高温高圧作動流体を生成する圧縮機と、
前記蓄電装置から供給された蓄電電力を利用して所定周期のパルス電力を供給するパルス電源と、
前記パルス電力に応答して通電することにより所定温度に発熱して前記高温高圧作動流体から高温高圧動力媒体を発生する電気式動力媒体発生器と、
前記高温高圧動力媒体を膨張させて前記機械エネルギーに変換するロータリピストン本体と前記ロータリピストン本体を回転可能に支持していて前記発電機と前記圧縮機に駆動連結された出力軸とを有する回転式流体機械と、
を備え、
前記圧縮機から供給された前記高温高圧作動流体を一時的に蓄圧するバッファアキュムレータと、前記バッファアキュムレータから前記電気式動力媒体発生器に供給される前記高温高圧作動流体を制御する制御弁とを備え、前記回転式流体機械の始動時に、前記バッファアキュムレータと前記制御弁がスタータとして機能して前記バッファアキュムレータに蓄圧された前記高温高圧作動流体を前記電気式動力媒体発生器に供給することを特徴とする次世代太陽光発電システム。
【請求項２】
前記太陽光発電装置が集光型太陽光発電装置を備え、
さらに、前記出力軸により駆動されて第３発電電力を供給するオルタネータと、
前記第３発電電力を交直変換して前記蓄電装置に充電する充電器と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の次世代太陽光発電システム。
【請求項３】
さらに、前記圧縮機と、前記電気式動力媒体発生器と、前記回転式流体機械と、前記回転式流体機械から排出された膨張ガスを冷却する凝縮器とを有する密閉動力サイクル回路と、前記密閉動力サイクル回路と熱的に結合されて同期しながら作動するヒートポンプ回路とを備え、前記ヒートポンプ回路が前記機械エネルギーの一部を利用して冷媒から冷熱を発生させ、前記凝縮器が前記冷熱を利用して前記膨張ガスを冷却することを特徴とする請求項１又は２に記載の次世代太陽光発電システム。
【請求項４】
自然エネルギーにより発生した第１発電電力を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置の蓄電電力を利用して電気式エネルギー変換装置により圧力エネルギーから機械エネルギーに変換し、前記機械エネルギーにより発電機を駆動して第２発電電力を発生させ、前記電気式エネルギー変換装置において、前記蓄電電力を利用してパルス電源により周期的なパルス電力を発生させ、圧縮機により作動流体から高温高圧作動流体を生成して電気式動力媒体発生器に供給し、前記パルス電力に応答して前記電気式動力媒体発生器を通電して発熱させることにより前記高温高圧作動流体から高温高圧動力媒体を発生させ、前記高温高圧動力媒体を回転式流体機械で膨張させて前記機械エネルギーに変換し、前記機械エネルギーの一部で前記圧縮機を駆動し、前記圧縮機から供給された前記高温高圧作動流体を一時的にバッファアキュムレータに蓄積し、前記バッファアキュムレータから前記電気式動力媒体発生器に供給される前記高温高圧作動流体を制御弁により制御し、前記回転式流体機械の始動時に、前記バッファアキュムレータと前記制御弁をスタータとして機能させて前記バッファアキュムレータから前記高温高圧作動流体を前記電気式動力媒体発生器に供給することを特徴とする次世代自然エネルギー発電方法。
【請求項５】
前記機械エネルギーの一部により蓄電用電力を発生させ、前記蓄電用電力を充電器により前記蓄電装置に充電することを特徴とする請求項４記載の次世代自然エネルギー発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は太陽光発電システム及び自然エネルギー発電方法に関し、特に、天候不順や夜間でも発電可能な次世代太陽光発電システム及び次世代自然エネルギー発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、大気汚染や地球温暖化問題が益々、深刻化しており、その有効な対策として、自然エネルギーを利用した太陽光発電システムや風力発電システムが注目されている。従来の太陽光発電システムは、大量の太陽光パネルから構成され、その設置用には広大な土地が必要であった。しかも、出力当たりの価格も平均３０万円／Ｋｗと非常に高価で、その設備費と設置工事費等が膨大なものとなっていた。そのため、投資効率が悪く、その投資回収に長期の年数がかかっていた。さらに、従来の太陽光発電システムでは、夜間や曇天等の天候不順の場合には発電電力が不十分で、安定した電力を継続的に供給することができなかった。その解決策として、太陽光発電システムに大容量のバックアップ用電力蓄積装置を採用することが提案されていた。【０００３】  特許文献１には、太陽光発電モジュールの発電電力をキャパシタに充電し、キャパシタからの出力電力により直接電動機を介してエアーコンプレッサを駆動して得た圧縮空気を圧縮空気貯蔵タンクに貯蔵するようにした太陽光発電システムが提案されている。【０００４】  特許文献２には、太陽光発電パネルの発電電力をバッテリバンクに充電し、バッテリバンクの出力電力でエアーコンプレッサを駆動することにより圧縮空気を圧縮空気貯蔵タンクに貯蔵し、次いで、圧縮空気貯蔵タンクから供給された圧縮空気でエアータービンを駆動することで発電して２次バッテリバンクに電力を貯蔵するようにしたハイブリッド太陽光発電システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６３６７２５９号
【特許文献２】米国特許第７９６４７８７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところで、特許文献１及び２で開示された太陽光発電システムでは、定格容量の発電電力を得るためには、太陽光発電システムにおける太陽光パネルの使用量が膨大であって広大な立地面積が必要であり、そのため、電力需要家から遠距離にある広大な土地に設置することが必要であった。しかも、太陽光エネルギーで得た発電電力をキャパシタ又はバッテリバンクに充電にしてその蓄電電力を利用してコンプレッサを駆動することにより圧縮空気を貯蔵タンクに貯蔵していた。この構造において、圧縮空気貯蔵タンクから圧縮空気が排出されると、タンク内の圧縮空気の体積が急激に減少し、これに伴って圧縮空気の圧力が急激に低下していた。そのため、エアーコンプレッサやエアータービンを定格で駆動するための圧力エネルギーを長時間に亘って維持することが困難となり、夜間や曇天、雨天等の天候不順が長期に亘って続く場合には安定した電力を供給することができなかった。【０００７】  本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、設置スペースを従来の数百分の一以下の立地面積にまで低減して、ビルの屋上又は工場の敷地等の狭い場所に設置可能であり、出力当たりの単価を従来システムに比べて数十分の一にまで大幅にコストダウン可能であり、夜間や長期の天候不順の場合にも連続して安定した電力を供給可能な次世代太陽光発電システム及び次世代自然エネルギー発電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  請求項１に記載された第１発明によれば、次世代太陽光発電システムが、太陽光による第１発電電力を蓄電用電力として供給する太陽光発電装置と、前記第１発電電力を蓄電する蓄電装置と、前記蓄電装置から供給された蓄電電力を利用して圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する電気式エネルギー変換装置と、前記機械エネルギーを利用して第２発電電力を供給する発電機とを備え、前記電気式エネルギー変換装置が、低温低圧作動流体を昇圧して高温高圧作動流体を生成する圧縮機と、前記蓄電装置から供給された蓄電電力を利用して所定周期のパルス電力を供給するパルス電源と、前記パルス電力に応答して通電することにより所定温度に発熱して前記高温高圧作動流体から高温高圧動力媒体を発生する電気式動力媒体発生器と、前記高温高圧動力媒体を膨張させて前記機械エネルギーに変換するロータリピストン本体と前記ロータリピストン本体を回転可能に支持していて前記発電機と前記圧縮機に駆動連結された出力軸とを有する回転式流体機械とを備え、前記圧縮機から供給された前記高温高圧作動流体を一時的に蓄圧するバッファアキュムレータと、前記バッファアキュムレータから前記電気式動力媒体発生器に供給される前記高温高圧作動流体を制御する制御弁とを備え、前記回転式流体機械の始動時に、前記バッファアキュムレータと前記制御弁がスタータとして機能して前記バッファアキュムレータに蓄圧された前記高温高圧作動流体を前記電気式動力媒体発生器に供給することを特徴とする。【０００９】  請求項２に記載された発明によれば、請求項１記載の構成に加えて、好ましくは、前記太陽光発電装置が集光型太陽光発電装置を備え、さらに、前記出力軸により駆動されて第３発電電力を供給するオルタネータと、前記第３発電電力を交直変換して変前記蓄電装置に充電する充電器とを備えることを特徴とする。【００１１】  請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２に記載の構成に加えて、次世代太陽光発電システムが、好ましくは、さらに、前記圧縮機と、前記電気式動力媒体発生器と、前記回転式流体機械と、前記回転式流体機械から排出された膨張ガスを冷却する凝縮器とを有する密閉動力サイクル回路と、前記密閉動力サイクル回路と熱的に結合されて同期しながら作動するヒートポンプ回路とを備え、前記ヒートポンプ回路が前記機械エネルギーの一部を利用して冷媒から冷熱を発生させ、前記凝縮器が前記冷熱を利用して前記膨張ガスを冷却することを特徴とする。【００１２】  請求項４に記載された第２発明によれば、次世代自然エネルギー発電方法が、自然エネルギーにより発生した第１発電電力を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置の蓄電電力を利用して電気式エネルギー変換装置により圧力エネルギーから機械エネルギーに変換し、前記機械エネルギーにより発電機を駆動して第２発電電力を発生させ、前記電気式エネルギー変換装置において、前記蓄電電力を利用してパルス電源により周期的なパルス電力を発生させ、圧縮機により作動流体から高温高圧作動流体を生成して電気式動力媒体発生器に供給し、前記パルス電力に応答して前記電気式動力媒体発生器を通電して発熱させることにより前記高温高圧作動流体から高温高圧動力媒体を発生���せ、前記高温高圧動力媒体を回転式流体機械で膨張させて前記機械エネルギーに変換し、前記機械エネルギーの一部で前記圧縮機を駆動し、前記圧縮機から供給された前記高温高圧作動流体を一時的に蓄圧するバッファアキュムレータと、前記バッファアキュムレータから前記電気式動力媒体発生器に供給される前記高温高圧作動流体を制御する制御弁とを備え、前記回転式流体機械の始動時に、前記バッファアキュムレータと前記制御弁がスタータとして機能して前記バッファアキュムレータに蓄圧された前記高温高圧作動流体を前記電気式動力媒体発生器に供給することを特徴とする。【００１３】  請求項５に記載された発明によれば、請求項４記載の構成に加えて、次世代太陽光発電方法が、好ましくは、さらに、前記機械エネルギーの一部により蓄電用電力を発生させ、前記蓄電用電力を充電器により前記蓄電装置に充電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】  請求項１記載の第１発明では、太陽光発電により発生した第１発電電力を従来の如く、直接、電気負荷で消費させるのではなく、電気式エネルギー変換装置において圧力エネルギーを機械エネルギーに変換するために利用する。この機械エネルギーにより発電機を駆動して得た第２発電電力を電気負荷で消費するようにしている。電気式エネルギー変換装置は、低温低圧作動流体から高温高圧作動流体を発生させる圧縮機と、パルス電力に応答して電気式動力媒体発生器を通電作動させて高温状態に昇温する電気式動力媒体発生器とを備えている。この高温高圧作動流体を電気式動力媒体発生器に通過させて瞬時に高温高圧動力媒体を発生させ、高温高圧動力媒体を回転式流体機械のロータリピストン本体に作用させて機械エネルギーに変換する。このとき、高温高圧動力媒体の一部がロータリピストン本体とハウジングとの隙間から未利用動力媒体として無駄に漏洩することがないため、機械エネルギー変換効率が向上する。このように、太陽光により発電した電力を直接、電気負荷で消費させるのではなく、一旦、蓄電装置に蓄電して、該蓄電装置の蓄電電力を利用して高温高圧作動流体から機械エネルギーに変換している。さらに、バッファアキュムレータに高温高圧作動流体を一旦、蓄圧して取り出すため、高温高圧作動流体の脈動が抑制され、回転式流体機械の回転ムラが防止される。このため、回転式流体機械の出力が安定して発電機から安定した発電電力を供給することが可能となる。また、前記回転式流体機械の始動時に、バッファアキュムレータと制御弁がスタータとして機能して、バッファアキュムレータに蓄圧していた高温高圧作動流体を電気式動力媒体発生器に供給することで、回転式流体機械を確実に始動させることができ、寒冷地用の特別の対策も行う必要がなく、始動時の信頼性を向上させることができる。さらに、制御弁は回転式流体機械の膨張行程の全期間中に開弁状態を維持するように制御されるため、電気式動力媒体発生器で発生した高温高圧動力媒体（例えば、２００〜８００Ｋｇｆ／ｃｍ２）が回転式流体機械の膨張行程の全期間中においてロータリピストン本体に作用する。したがって、回転式流体機械は全回転域において常にほぼ、１００％の最大トルクが得られ、正味有効平均圧力は数百Ｋｇｆ／ｃｍ２に達して極めて大きな動力で発電機を駆動することが可能となる。したがって、大量の太陽光パネルや広大な設置スペースを不要とし、投資効率の高い太陽光発電システムを提供することが可能となる。さらに、大容量蓄電装置を用いることなく、夜間や長期の天候不順の場合にも安定した電力を供給することができる。【００１５】  請求項２記載の構成では、太陽光発電装置が集光型太陽光発電装置を備える。集光型太陽光発電装置は、集光レンズによって１６００倍にまで集光した太陽光エネルギーを利用して太陽電池素子の使用量を数百分の一の面積にまで低減することが可能である。そのため、大量の太陽光パネルの利用を不要とし、集光型太陽光発電装置の設置スペースと設備コストの大幅な削減が可能となる。さらに、オルタネータが機械エネルギーの一部を利用して蓄電用電力としての第３発電電力を発生して、充電器により第３発電電力を蓄電��置に充電している。したがって、蓄電装置には、常時、蓄電用電力が供給され、夜間や長期に亘って天候不順が続いた場合であっても、パルス電源には長期に亘って蓄電電力が供給可能となる。その結果、電気式動力媒体発生器からは高温高圧動力媒体を連続的に回転式流体機械に供給することができる。したがって、夜間や長期の天候不順が続いた場合でも、高信頼性で安定した電力供給が可能となる。【００１７】  請求項３記載の構成では、密閉動力サイクル回路と熱的に結合してこれと同期しながら作動するヒートポンプ回路によって冷媒から極低温（例えば、−１０℃）の冷熱を発生させ、この極低温冷熱により回転式流体機械の膨張ガスを冷却する。その結果、回転式流体機械の入口と出口との間には大きな圧力差が生じ、回転式流体機械の性能が飛躍的に向上する。そのため、次世代太陽光発電装置の運転効率を飛躍的に向上させて次世代太陽光発電装置の小型高性能化がさらに容易となる。【００１８】  請求項４に記載された第２発明によれば、次世代自然エネルギー発電方法において、自然エネルギーにより発生した第１発電電力を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置の蓄電電力を利用して電気式エネルギー変換装置により圧力エネルギーから機械エネルギーに変換し、前記機械エネルギーにより発電機を駆動して第２発電電力を発生させている。電気式エネルギー変換装置において、蓄電装置の蓄電電力を利用してパルス電源が周期的なパルス電力を発生させ、該パルス電力に応答して電気式動力媒体発生器を高温領域（例えば、８００〜１２００℃）に昇温し、圧縮機で低温低圧作動流体から生成された高温高圧作動流体を電気式動力媒体発生器に通過させることにより高温高圧動力媒体（例えば、２００〜８００Ｋｇｆ／ｃｍ２）を発生させている。高温高圧動力媒体は回転式流体機械で爆発的に膨張して機械エネルギーに変換して発電機を駆動する。したがって、自然エネルギーを利用して安定した発電電力を供給することが可能となる。【００１９】  請求項５に記載された発明によれば、回転式流体機械で得られた機械エネルギーの一部により蓄電用電力を発生させ、該蓄電用電力を充電器により蓄電装置に充電しているため、自然エネルギー発電が不安定な場合にも、蓄電装置への十分な蓄電を可能にしている。したがって、自然エネルギー発電による第１発電電力が不安定の場合にも蓄電装置への安定した蓄電を可能にすることで、夜間や長期の天候不順の場合にも安定した電力を供給可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例による次世代自然エネルギー発電方法を実行するための次世代太陽光発電装置のブロック図を示す。
【図２】図１の次世代太陽光発電装置の圧縮機の断面図を示す。
【図３】図１の次世代太陽光発電装置の電気式動力媒体発生器の断面図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００２１】  以下、図面に基づき、本発明による次世代太陽光発電装置の実施例について詳細に説明する。図１に示した実施例において、次世代太陽光発電装置１０は定置型構造のものとして図示しているが、車両、船舶、航空機、鉄道機関車、宇宙往還機、飛行船等の移動体に適用しても良い。【００２２】  次世代太陽光発電装置１０は、作動流体を利用して圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する電気式エネルギー変換装置１２と、機械エネルギーの伝達を制御するクラッチＣＬを有する出力装置１４と、出力装置１６を介して駆動される発電機１６とを備える。【００２３】  電気式エネルギー変換装置１２は、作動流体Ｗｆを循環させる密閉動力サイクル回路１５と、熱的に密閉動力サイクル回路１５に結合されていて、密閉動力サイクル回路１５で発生した機械エネルギーの一部と作動流体とを利用して冷熱を発生させるヒートポンプ回路ＨＰとを備える。密閉動力サイクル回路１５は、低温低圧作動流体Ｗｆを圧縮する圧縮機（複合型回転式流体機械）２７と、圧縮機２７から吐出された高温高圧作動流体Ｗｆｐを逆止弁２９を介して蓄圧する摺動ピストン及びバネ手段３０ａを内蔵した蓄圧室３０ｂを有するバッファアキュムレータ３０と、バッファアキュムレータ３０のアウトレット３０ｃから供給される高温高圧作動流体Ｗｆｐの流れ（流通期間）を制御する電磁弁からなる制御弁３２と、バッファアキュムレータ３０から供給された高温高圧作動流体Ｗｆｐを加熱して瞬時に高温高圧動力媒体を発生させる電気式動力媒体発生器４２と、高温高圧動力媒体を作動室１１６内において爆発的に膨張させて機械エネルギーに変換するロータリピストン本体２００と該機械エネルギーを取り出すとともにその一部を圧縮機２７に伝達する出力軸１３２とを有する回転式流体機械４０と、ヒートポンプ回路ＨＰで発生した冷熱を利用して回転式流体機械４０の膨張ガスを冷却する凝縮器（冷却器）４３とを備える。【００２４】  バッファアキュムレータ３０のバネ手段３０ａは、蓄圧室３０ｂの作動流体が第１所定圧、例えば、２０〜６０ＭＰａに維持されるように選択される。したがって、後述のように、作動流体として二酸化炭素（ＣＯ２）を利用した場合には、密閉動力サイクル回路１５において、逆止弁２９と制御弁３２との間の第１蓄圧経路における圧力は２０〜６０ＭＰａに維持され、残部の第２蓄圧経路（回転式流体機械４０の低圧側）は第２所定圧、例えば、３ＭＰａに維持されるように作動流体が密閉動力サイクル回路１５に充填される。圧縮機２７は、例えば、２０〜６０ＭＰａの圧力で高温高圧作動流体としての超臨界流体を発生させることで圧縮機２７の駆動に必要な動力の低減を可能にしている。密閉動力サイクル回路１５の作動中にはバッファアキュムレータ３０のバネ手段３０ａに抗して、蓄圧室３０ｂに高温高圧作動流体が蓄圧される。【００２５】  制御弁３２は、本願発明者と同一発明者による特願２０１２−２７０７５６号「超臨界エンジン及び超臨界エンジン駆動発電装置並びにこれを具備した次世代移動体」に記載されたものと同一の構造を有するため、詳細な説明を省略する。【００２６】  ヒートポンプ回路ＨＰは、凝縮器４３を介して密閉動力サイクル回路１５と熱的に結合していて回転式流体機械４０の膨張ガスを冷却して得た低温低圧作動流体を冷媒Ｃｍとして利用する。ヒートポンプ回路ＨＰは、圧縮機２７に組み込まれ（内蔵され）ていて低温低圧冷媒Ｃｍを圧縮して超臨界流体からなる高温高圧冷媒Ｃｍｐを生成する高圧ポンプとして機能する冷媒高圧ポンプ手段Ｐ２（図２参照）と、高温高圧冷媒Ｃｍｐの圧力を減圧して蒸発・膨張させて冷熱を発生させる膨張器４７と、該冷熱を利用して回転式流体機械４０の膨張ガスを冷却する凝縮器４３として機能する第１熱交換器Ｅｖ１と、周囲環境から熱を吸収して第１熱交換器Ｅｖ１から出た低温低圧冷媒Ｃｍｏを加熱して低温低圧作動流体Ｗｆとして再生する第２熱交換器ＥＶ２とを備える。第２熱交換器ＥＶ２から出た低温低圧作動流体Ｗｆは密閉動力サイクル回路１５に循環され、以後、同一の動力サイクルが繰り返される。【００２７】  本実施例において、密閉動力サイクル回路１５の作動流体及びヒートポンプ回路ＨＰの冷媒としては、本発明を限定するものではないが、自然界に存在する安全な物質であり、極めて安価に手に入れることができる理由から、オゾン層破壊係数がゼロで地球温暖化係数が１の自然冷媒である二酸化炭素（以下、ＣＯ２と略称する）が利用される。説明の便宜上、密閉動力サイクル回路１５の作動流体をＣＯ２作動流体、ヒートポンプ回路ＨＰの冷媒をＣＯ２冷媒と称する。密閉動力サイクル回路１５及びヒートポンプ回路ＨＰでは、本発明を限定するものではないが、低圧側の圧力が所定圧、例えば、約３ＭＰａとなるように調節されてＣＯ２がそれぞれの系統内において充填される。しかしながら、ＣＯ２以外の媒体を利用する際は、所定圧はその媒体の種類に応じて適切な圧力値に選択される。【００２８】  図２より明らかなように、圧縮機２７は、好ましくは、所定圧（例えば、３ＭＰａ）のＣＯ２作動流体Ｗｆを臨界圧力（例えば、２０〜６０ＭＰａ）まで圧縮して高圧ＣＯ２作動流体（ＣＯ２超臨界流体）Ｗｆｐを生成する圧縮手段Ｐ１と、低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍ（例えば、０℃：３ＭＰａ）を臨界圧まで圧縮して高圧ＣＯ２冷媒（超臨界冷媒）Ｃｍｐを生成する冷媒高圧ポンプ手段Ｐ２とを備えた複合型回転式流体機械から構成される。圧縮機２７をＣＯ２作動流体及びＣＯ２冷媒の臨界圧以上の条件で運転する理由は、これら流体の圧縮に必要な動力を大幅に低減して圧力エネルギー／機械エネルギーの変換効率を向上させるためである。【００２９】  図１及び図２に示すように、複合型回転式流体機械２７は、電気式動力媒体発生器４２に同心的に連結されたロータハウジング３５２と、密閉動力サイクル回路１５に接続されて低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆを吸引する第１インレット３５６Ａと、高温高圧ＣＯ２作動流体（超臨界流体）Ｗｆｐを吐出する第１アウトレット３５８Ａと、低温低圧冷媒Ｃｍを吸引する第２インレット３５６Ｂと、超臨界冷媒Ｃｍｐを吐出する第２アウトレット３５８Ｂと、インレット３５６Ａ，３５６Ｂ及びアウトレット３５８Ａ，３５８Ｂが開口するロータ作動室３６０と、回転式流体機械４０の駆動軸１３２に圧入その他の連結手段で駆動連結されていてロータ作動室３６０に回転可能に収納された加圧ロータ３６２とを備える。【００３０】  加圧ロータ３６２は、駆動軸１３２に形成されたメイン潤滑油供給通路１３２Ｌから径方向外側に延びる潤滑油通路３６２ａと、潤滑油供給ポート３６２ｂと、潤滑油供給ポート３６２ｂからローブ３６４の外周端部に微量の潤滑油を供給可能な多孔質プラグ３６２ｃとを備える。メイン潤滑油供給通路１３２Ｌは、本願発明者と同一発明者による日本特許５１０３５７０号「回転式流体機械」に記載された潤滑油ポンプ等により潤滑油が供給される。【００３１】  複合型回転式流体機械２７は、さらに、ロータ作動室３６０の内周面上を回転移動しながらインレット３５６Ａ，３５６ＢからＣＯ２作動流体Ｗｆ及び冷媒Ｃｍをそれぞれ吸引すると共にこれら流体を超臨界圧まで圧縮しながらアウトレット３５８Ａ，３５８Ｂから吐出する複数のローブ３６４と、ローブ３６４の径方向内側領域において周方向後縁部に形成された曲面摺動凹部３６６と、インレット３５６に隣接して加圧ロータ３６２に対して移動可能な可動弁３６８と、可動弁３６８と曲面摺動凹部３６６との間に形成された加圧チャンバ３７０とを備える。可動弁３６８は、ロータハウジング３５２内に形成されたバルブ膨張室３７２に収納されて、ピボット軸３７４を介して回動するバルブエレメント３７６を備える。バルブエレメント３７６の先端部にはローブ３６４と曲面摺動凹部３６６とに接触しながら摺動する曲面シール部３７６ａと連通開口部３７６ｂとを備える。ロータハウジング３５２に形成されたバネ収納部３７８には押圧バネ３８０がバルブエレメント３７６を加圧ロータ３６２側に押圧している。回転式流体機械４０の起動時に駆動軸１３２が図２において、例えば、時計方向に回転駆動されると、複合型回転式流体機械２７において、加圧チャンバ３７０にはインレット３５６Ａ，３５６ＢからそれぞれＣＯ２作動流体Ｗｆと冷媒Ｃｍが吸引され、それぞれ超臨界作動流体及び超臨界ＣＯ２冷媒としてアウトレット３５８Ａ，３５８Ｂから吐出される。このように、圧縮機２７の加圧ロータ３６２は作動流体圧縮手段Ｐ１と、冷媒高圧ポンプ手段Ｐ２の共通部品として機能する。【００３２】  なお、複合型回転式流体機械２７は本願発明者と同一発明者による特願２０１２−２１８０５８号「ロータリ燃焼機関、ハイブリッドロータリ燃焼機関及びこれらを具備した機械装置」に記載されたロータリポンプと同一の構造を有するため、さらなる詳細な説明を省略する。複合型回転式流体機械２７としては、本願と同一発明者による後述の回転式流体機械の第２回転機械部を利用してもよい。【００３３】  図３に示すように、電気式動力媒体発生器４２は、回転式流体機械４０に対してこれと同心的に連結された円筒状リアクタケーシング１１００を備える。円筒状リアクタケーシング１１００には、円筒状リアクタケーシング１１００の内側とケーシング１１００の中央内周部１１１４の径方向外側に形成されたセラミック等の絶縁耐熱層１１１６と、絶縁耐熱層１１１６の内側に形成されている動力媒体発生室１１１８が形成されている。円筒状リアクタケーシング１１００の中央内周部１１１４は回転式流体機械４０の出力軸１３２を通過可能にするための直径を有する内周壁部１１１４を備える。【００３４】  電気式動力媒体発生器４２の吸入ポート１１０２は、径方向壁部１１２０に延びていて電磁弁３２が装着されるとともに、径方向壁部１１２０には周方向に延びる複数の開口部１１２２を有する。動力媒体発生室１１１８のコーナー部１１１８ａ、１１１８ｂには対抗電極１１２４，１１２６がそれぞれ配置される。一対の電極１１２４，１１２６はパルス電源２８に接続される。ケーシング１１００には温度センサＳ２が装着され、温度信号Ｔがコントローラ６０（図１参照）に供給され、パルス電力のパルス幅の制御用に利用される。【００３５】  動力媒体発生室１１１８には、対抗電極１１２４，１１２６の間に介在していて多数の導電性高融点管状加熱手段１１３４が充填されている。パルス電力に応答して、多数の導電性高融点管状加熱手段１１３４は通電発熱して８００〜１２００℃の超高温領域に達するため、パルス電源２８によってパルス電力のデューティサイクルが所定値となるように制御される。これら導電性高融点管状加熱手段１１３４の隙間はアーク放電領域１１３６としても作用させることもできるが、上述の超高温領域が維持できれば、必ずしも、アーク放電を発生させる必要性はない。アーク放電を発生させる場合、導電性高融管状加熱手段１１３４としては、例えば、外径６〜３０ｍｍで所定長さ（例えば、外形の０．５倍〜１．５倍の長さ）の銅タングステンパイプ等が挙げられる。図１において、通電加熱パイプ１１３４は動力媒体発生室１１１８において整列状態で配置されたものとして図示されているが、実際の適用例においては、所定圧力で圧接されて電気的接続関係に維持されていればランダム状態に配置されても良い。動力媒体発生室１１１８においてアーク放電を発生させない場合は、導電性高融点管状加熱手段１１３４として多数の所定長さにカットしたステンレスパイプやその他の高融点金属パイプを使用しても構わない。ＣＯ２超臨界流体は、通電加熱パイプ１１３４の隙間及び通電加熱パイプ１１３４の穴部を通過する。このとき、これら通電加熱パイプ１１３４の各部と衝突しながら加熱されて瞬時に高温高圧ＣＯ２超臨界流体からなる高温高圧動力媒体が生成される。【００３６】  通電加熱パイプ１１３４として銅タングステンパイプを採用する際には、通電加熱パイプ１１３４が互いに接触した箇所の隣接部分でアーク放電が発生するようにパルス電力のパルス電圧を選定しても良い。アーク放電は、パルス電圧を周期的に発生させるパルス電力の電圧がハイレベルとローレベルとの間で周期的に変化することでより頻繁に発生する。したがって、パルス電力の電圧におけるハイレベルとローレベルとを制御することにより高温高圧動力媒体の圧力と温度をさらに高めることが可能となる。上述の通電加熱パイプは作動流体の流通抵抗を大幅に低下させる点で有利であるが、導電性高融点加熱手段としてはその他の材料から構成しても良い。例えば、銅タングステンボール、カーボンボール、作動流体を通過させるための溝を配置したバルク状導電性金属体、バルク状導電性カーボン、多孔性高融点金属体や高融点ハニカム金属体等を利用しても良い。動力媒体発生室１１１８に隣接してフイルタ部１１０６が配置され、フイルタ部１１０６には耐熱性の金属ワ���ヤー等から形成されたフイルタ１１１０が充填される。電磁弁３２が所定周期で開弁されると、フイルタ１１１０を通過した高温高圧動力媒体Ｓｃｆはフィルター１１４２で濾過された後、アウトレット１１４０から回転式流体機械４０のインレット１２４に供給される。【００３７】  回転式流体機械４０としては、好ましくは、本願発明者と同一発明者による日本特許第５１０３５７０号（発明の名称：回転式流体機械）、特願２０１２−１９５５１３号（発明の名称：回転式流体機械）、及び日本特許第５２１８９２９号（発明の名称：ロータリ燃焼機関、ハイブリッドロータリ燃焼機関及びこれらを具備した機械装置）に開示された回転式流体機械と同一構造のものを採用するが、その他の回転式流体機械でもよい。【００３８】  図１に戻って、電気式エネルギー変換装置１２において、発電機１６はクラッチＣＬを介して出力軸１３２に連結されて駆動されることにより発電電力を供給する。発電機１６のパワーラインＰＬは商用電源の配電線に系統連係され、或いは、自家設備の電気機器等の負荷（図示せず）に接続されて消費される。電気式エネルギー変換装置１２は、パルス電源２８に蓄電電力を供給するための蓄電システム２０を備える。蓄電システム２０は、集光型太陽光発電装置（例えば、米国、カリフォルニアのＳＵＮＲＧＩ社製）５０と風力発電装置５５との少なくとも一方からなる自然エネルギー発電装置８０と、自然エネルギー発電装置８０で得られた発電電力を蓄電用電力として供給する電力出力ライン８０ａとを備える。集光型太陽光発電装置５０は、集光レンズによって１６００倍にまで集光した太陽光エネルギーを利用して太陽電池素子の使用量を数百分の一の面積にまで減らして設置スペースと設備コストを大幅に低減した構造を有する。風力発電装置５５は風車を備えたものが一般的であるが、オランダ国のデルフト工科大学（Ｄｅｌｆｔ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＴＵ  Ｄｅｌｆｔ）で開発された風車のない風力発電システムでも構わない。このように自然エネルギーを利用して得られた蓄電用電力は充電器２１を介して蓄電システム２０の第１、第２蓄電装置２２、２３に交互に充電される。電力出力ライン８０ａは電流センサ及び電圧センサ（いずれも図示せず）を含む電力検知器９０を備えていて、自然エネルギーによる発電電力を監視していて自然エネルギーによる発電電力が所定値以下になったときに警告信号ＲＳをコントローラ６０に送出する。【００３９】  一方、電気式エネルギー変換装置１２の出力軸１３２には動力伝達手段１４を介してオルタネータ２５が駆動連結されており、電気式エネルギー変換装置１２の作動中にオルタネータ２５から蓄電用電力が出力される。オルタネータ２５の出力側は遮断器１９を介して蓄電システム２０に接続される。蓄電システム２０は、充電器２１を介して蓄電電力が供給される第１蓄電装置２２と、第２蓄電装置２３と、第１、第２蓄電装置２２、２３を充電器２１に交互に接続する第１切替制御器２４と、第１、第２蓄電装置２２、２３をパルス電源２８に交互に接続する第２切替制御器２６とを備える。図示を省略しているが、充電器２１は公知の構造と同様に交流電力を充電電圧に降圧��る変圧器と、低圧の交流電力を直流電力に変換する整流器と、平滑回路とを有する。第１、第２蓄電装置２２、２３にはそれぞれ電圧及び電流を検出するための電圧センサ及び電流センサ（いずれも図示せず）が接続される。これら電圧センサ及び電流センサの電圧検出値Ｖ１及び電流検出値Ｉ１はコントローラ６０に出力され、第１、第２蓄電装置２２、２３のそれぞれの残蓄電容量（ＳＯＣ値：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を演算し、それぞれのＳＯＣ値に基づいて遮断器１９や第１、第２切替制御器２４，２６の指令信号を出力するために用いられる。図示していないが、電力出力ライン８０ａには遮断器を配置して、警告信号に応答してコントローラから出力された指令信号に応じて自然エネルギー発電装置８０を遮断するように構成しても良い。【００４０】  コントローラ６０は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、例えばＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）を用いて構成される。コントローラ６０は各種制御対象の制御パラメータを入力するための入力装置（図示せず）や装置始動用スイッチ等が接続されている。【００４１】  第１、第２蓄電装置２２、２３としては、望ましくは、パルス充放電サイクル用途に対応可能な市販のウルトラキャパシタモジュール（米国”Ｍａｘｗｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ“社製）が挙げられる。その他の蓄電装置としては、例えば、急速充放電型蓄電池（古河電池社製：商標名「ウルトラバッテリ」）、大容量電気二重層コンデンサからなるスーパーキャパシタ（トーキン製）、ナトリウムイオン電池、リチウムイオン電池やＮｉ−ＭＨ電池（ニッケルー水素電池）やこれら電池と大容量電気二重層コンデンサを組み合わせたものから構成しても良い。なお、第１蓄電装置２２の出力ラインの間にはウルトラキャパシタ（図示せず）を接続しても良い。第１蓄電装置２２及び第２蓄電装置２３から交互に出力電力がパルス電源２８に供給される。【００４２】  パルス電源２８は第１、第２蓄電装置２２，２３から供給された蓄電電力を利用して所定周期（例えば、５０〜２０００ヘルツ）のパルス電力を供給する。パルス電力において、パルス電圧は、好ましくは、５〜４８ボルトの間で設定される。複数の通電加熱体の間でアーク放電を発生させたい場合には、ピーク電流とベース電流とからなるパルス電力が電気式動力媒体発生器４２に供給されるように回路設計しても良い。この時、電気式エネルギー変換装置１２の容量に応じて、パルス電力は、好ましくは、ピーク電流通電期間内において流れる５０〜２００アンペアのピーク電流と、ピーク電流の約十分の一の電流値を有し、オフピーク電流通電期間内において流れるベース電流とを有するように構成しても良い。電気式動力媒体発生器４２において、多数の通電加熱パイプ１１３４はパルス電力に応答して通電することにより二酸化炭素の臨界温度３７４℃以上の温��、例えば、８００〜１２００℃の温度に昇温する。この温度は、運転条件に合わせて自由に選択される。高温高圧作動流体が通電加熱パイプ１１３４の外表面に順次接触して通過する過程において、高温高圧動力媒体は超臨界状態下で加熱されて高温の超臨界流体Ｓｃｆとなる。【００４３】  パルス電源２８は、好ましくは、ピーク電流とベース電流とからなるパルス電力を発生させるものであれば、直流パルス電源又は交流パルス電源のいずれでも良い。直流パルス電源としては、例えば、日本国特許第２５８７３４３号に開示されたようなパルスアーク溶接用電源装置に使用されるような回路構成が挙げられる。【００４４】  図１において、バッファアキュムレータの圧力センサＳ１からの圧力信号ＰＳ、電気式動力媒体発生器４２の温度センサＳ２からの温度信号Ｔ（図４参照）と、電気式エネルギー変換装置１２の出力軸１３２の回転数センサＳ３からの回転数信号ＳＰと、電力検知器９０からの警告信号ＲＳがコントローラ６０に送信される。入力装置（図示せず）からはカレンダー信号や、温度や圧力等のパラメータ設定信号が基準信号としてコントローラ６０に入力される。コントローラ６０には、第１、第２蓄電器２２，２３のそれぞれの電圧信号Ｖ１と電流信号Ｉ１とが送信され、コントローラ６０はこれら入力信号に応答して第１、第２蓄電器２２，２３の蓄電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を判別して第２切替制御器２６を介して第１、第２蓄電装置２２、２３の一方をパルス電源２８に接続するとともに第１切替制御器２４を介して第１、第２蓄電装置２２、２３の他方を充電器２１により充電する。さらに、コントローラ６０は、センサＳ１〜Ｓ４からの入力信号ＰＳ，Ｔ，ＳＰに応答して電磁弁３２を制御する。このとき、コントローラ６０は、回転式流体機械４０において膨張行程の全期間中に電磁弁３２を開弁状態に維持するように制御する。したがって、回転式流体機械４０のロータリピストン本体２００には膨張行程の全期間中に高温高圧動力媒体が連続的に作用することになり、回転式流体機械４０からは全回転域（０〜３６０度の回転角度）において正弦波ではなく、１００％の最大トルクが得られる。一方、コントローラ６０は、次世代太陽光発電装置１０からの発電電力が不要なときには、クラッチＣＬを離脱させるための制御信号Ｃｃを出力する。【００４５】  次に、本発明による次世代自然エネルギー発電方法を実施するための次世代太陽光発電装置１０の作動について説明する。【００４６】  次世代太陽光発電装置１０の作動において、装置始動用スイッチ（図示せず）が投入されると、コントローラ６０によってパルス電源２８が起動され、周期的なパルス電力が電気式動力媒体発生器４２に供給される。このとき、電気式動力媒体発生器４２の通電加熱パイプ１１３４が通電して、例えば、８００〜１２００℃の温度領域から選択された所望の設定温度（例えば、１０００℃）に達すると、電気式動力媒体発生器４２の温度信号Ｔに応答してコントローラ６０から電磁弁３２に指令信号が出力され、電磁弁３２は通電して開弁する。この時、バッファアキュムレータ３０に蓄圧されていたＣＯ２液化高圧（例えば、４０ＭＰａ）作動流体Ｗｆｐが電気式動力��体発生器４２に高速流で噴出する。そのとき、液化高圧作動流体Ｗｆｐが高温の通電加熱パイプ１１３４の外表面に順次接触して撹拌されながら均一に昇温し、さらに、これら通電加熱パイプ１１３４の隙間や穴部を通過しながらさらに加温されて所定温度（例えば、約１０００℃）の超臨界流体ＳＣｆが高温高圧動力媒体となる。次に、超臨界流体ＳＣｆは回転式流体機械４０のインレット１２４から膨張室１１６に流入してロータリピストン本体２００に作用して爆発的に膨張して機械エネルギーに変換されて出力軸１３２にトルクが発生する。【００４７】  電気式エネルギー変換装置１２の始動時及び始動完了後において、出力軸１３２に発生したトルクで圧縮機２７が起動し、圧縮機２７内の圧縮手段Ｐ１と冷媒高圧ポンプ手段Ｐ２が同時に作動し、密閉動力サイクル回路１５とヒートポンプ回路ＨＰが互いに同期して起動する。この時、ヒートポンプ回路ＨＰにおいて、冷媒高圧ポンプ手段Ｐ２から吐出した超臨界冷媒Ｃｍｐは、膨張器４７で減圧されて膨張・蒸発して低温低圧ガスとなり、凝縮器４３として機能する第１熱交換器ＥＶ１で冷熱（例えば、−１０℃：３ＭＰａ）を発生して膨張ガスを冷却する。こうして得られた低温低圧液化ガスは、液化冷媒として圧縮機２７の高圧ポンプ手段Ｐ２に循環され、そこで昇圧されて高圧液化冷媒Ｃｍｐとして膨張器４７に供給される。第１熱交換器ＥＶ１を出た液化冷媒Ｃｍｏは第２熱交換器ＥＶ２で周囲熱を利用して加熱された後、低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆとして圧縮機２７のインレット３５６Ａに流入して圧縮手段Ｐ１により圧縮され、以後、密閉動力サイクル回路１５が繰り返し、実行される。【００４８】  電気式エネルギー変換装置１２の運転中において、自然エネルギー発電装置８０の発電電力は電力供給ライン８０ａ及び充電器２１を介して蓄電装置２０に蓄電される。夜間や天候不順等の要因により自然エネルギー発電装置８０の発電電力が所定値以下に低下した場合には、電力検知器９０からの警告信号ＲＳに応答してコントローラ６０から遮断器１９に指令信号が送出されて遮断器１９は閉路する。したがって、オルタネータ２５からの発電電力は蓄電用電力として利用され、充電器２１を介して蓄電装置２０に蓄電される。このように、夜間時間帯や天候不順（不十分な太陽光エネルギー又は風力エネルギー）が長期に亘って継続した場合であっても、電気式エネルギー変換装置１２で発生させた機械エネルギーの一部を利用して駆動したオルタネータ２５の発電電力を蓄電用電力として補給しているため、自然エネルギー発電において安定した電力を供給することが可能となる。【００４９】  以上、本発明の実施例による次世代太陽光発電装置及び次世代太陽光発電方法が記載されたが、本発明はこの実施例に示された構成に限定されず、様々な変更が可能である。例えば、圧縮機は、複合型回転式流体機械からなるものとして説明したが、複合型回転式流体機械をそれぞれの機能に合わせて分離独立させた圧縮機と高圧ポンプからなるように構成しても良い。また、凝縮器と圧縮機との間に第２熱交換器を配置したが、第２熱交換器を省力しても良い。さらに、作動流体及び冷媒はＣＯ２以外の媒体を利用しても良い。
【符号の説明】
【００５０】１２  電気式エネルギー変換装置；１４  出力装置；１５  密閉動力サイクル回路；１６  発電機；２０  蓄電システム；２１  充電器；２２，２３  第１、第２蓄電装置；２４、２６  第１、第２切替制御器；２５  オルタネータ；２７  圧縮機（複合型回転式流体機械）；２８  パルス電源；３０  バッファアキュムレータ；３２  電磁弁；４０  回転式流体機械；４１  再生器；４２  電気式動力媒体発生器；４３  冷却器；４７  膨張器；５０  集光型太陽光発電装置；５５  風力発電装置；６０  コントローラ；８０  自然エネルギー発電装置；  ９０  電力検知器；ＨＰ  ヒートポンプ回路；ＥＶ１  第１熱交換器；ＥＶ２  第２熱交換器
【要約】      （修正有）【課題】設置スペースを従来の数百分の一以下の立地面積にまで低減して、連続して安定した電力を供給可能な次世代太陽光発電システムを提供する。【解決手段】太陽光による第１発電電力を供給する太陽光発電装置５０と、前記第１発電電力を蓄電する蓄電装置２０と、前記蓄電装置から供給された蓄電電力を利用して圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する電気式エネルギー変換装置１２と、前記機械エネルギーを利用して第２発電電力を供給する発電機１６とを備え、前記電気式エネルギー変換装置が、低温低圧の作動流体を昇圧して高圧作動流体を供給する圧縮機２７と、パルス電力を供給するパルス電源２８と、前記パルス電力に応答して前記高圧作動流体から高温高圧動力媒体を生成する電気式動力媒体発生器４２と、前記高温高圧動力媒体を膨張させて機械エネルギーに変換する回転式流体機械４０とを備えた次世代太陽光発電システムとする。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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