(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低位熱エネルギーを有する熱源水に浮揚する浮体建造物と、該浮体建造物に搭載されていて所定圧で封入されることにより低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクルとヒートポンプと、該密閉動力サイクルに蓄電電力を供給する蓄電ユニットとを有するエネルギー変換装置を備えていて、該ヒートポンプにおいて低位熱回収熱交換器により該低位熱エネルギーを利用して該冷媒から冷媒蒸気を生成し、該冷媒蒸気を冷媒圧縮機により圧縮して高温高圧冷媒を生成し、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に伝達して低温高圧冷媒を生成し、該低温高圧冷媒を膨張手段により減圧膨張させて低温低圧冷媒を生成し、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を発生させ、該密閉動力サイクルにおいて該ヒートポンプから受熱した作動流体を流体圧縮機により圧縮して高温高圧作動流体を生成し、該蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、該パルス電力により高エンタルピー変換器を通電発熱させることにより該作動流体の受熱温度よりも高い所定温度に昇温させ、該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー超臨界流体を生成し、当該高エンタルピー超臨界流体により回転式流体機械のロータリーピストン本体を作動させて機械エネルギーを発生させ、該ロータリーピストン本体の出力軸を介して該機械エネルギーの一部で該冷媒圧縮機と該流体圧縮機を駆動し、該回転式流体機械の膨張ガスを該ヒートポンプの該冷熱により冷却し、該機械エネルギーの残部により推進装置を駆動することを特徴とするネットゼロエネルギー次世代船舶。
【請求項２】
該機械エネルギーの一部を発電機に供給して発電電力を発生させ、該発電電力の一部を該パルス電源のための該パルス電源のための蓄電用電力として該蓄電ユニットに循環させて蓄電することを特徴とする請求項１記載のネットゼロエネルギー次世代船舶。
【請求項３】
該エネルギー変換装置において、該高温高圧作動流体をバッファアキュムレータで一時的に貯蔵し、該回転式流体機械のロータリーピストン本体の膨張行程の略全期間中に制御弁を連続的に開放して該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器に供給し、該バッファアキュムレータと該制御弁とを該回転式流体機械のロータリーピストン本体のスタータとして機能させることを特徴とする請求項１又は２に記載のネットゼロエネルギー次世代船舶。
【請求項４】
該高エンタルピー変換器が、ケーシングと、該ケーシングに形成されていて該流体圧縮機と該回転式流体機械のロータリーピストン本体とに連通するエンタルピー増倍室と、該エンタルピー増倍室に収納された通電発熱体とを備え、該通電発熱体が該パルス電力により通電して該作動流体の受熱温度よりも数倍以上高い所定温度に昇温することを特徴とする請求項１〜３に記載のネットゼロエネルギー次世代船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【技術分野】
【０００１】  本発明は船舶に関し、さらには、地球環境にやさしいネットゼロエネルギー推進次世代船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、船舶における温室効果ガス排出削減対策が緊急の課題となっており、その有効な解決策が望まれている。特許文献１には、船舶に太陽光発電装置、風力発電装置及び水流発電装置等の自然エネルギー利用及び既存動力利用の混合発電システムを搭載することで内燃機関の小型化を図り、地球温暖化防止に貢献することが提案されている。【０００３】  特許文献２には、船体の船首部分にインレットタービンを配置し、船体の航行方向に対抗して船首部分に衝突する波動エネルギーを利用してタービンを駆動することにより海水の波動エネルギーを回収するようした再生可能エネルギー回収装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】公開特許公報第２００９−１６１０３２号
【特許文献２】米国特許公開公報第２０１２／０２８０５０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  ところで、特許文献１で開示された自然エネルギー利用及び既存動力利用の混合発電システムを搭載した船舶では、自然エネルギー利用発電設備に膨大な費用がかかっていた。しかも、内燃機関の利用を停止することができないため、運行コストを下げることが困難であり、しかも、船舶におけるディーゼルエンジンによる船体の振動・騒音を抑制することができなかった。特許文献２で開示された再生可能エネルギー回収装置を備えた船舶では、船体の船首部分に衝突する波動エネルギーから回収可能なエネルギー量は小さいため、船体自身の動力源として利用することができなかった。【０００６】  本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、船体の振動・騒音を大幅に抑制しながら、水の低位熱エネルギーを利用して推進用の動力及び電力に変換することが可能なネットゼロエネルギー次世代船舶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】
【０００７】  請求項１に記載された第１発明によれば、ネットゼロエネルギー次世代船舶が、低位熱エネルギーを有する熱源水に浮揚する浮体建造物と、該浮体建造物に搭載されていて所定圧で封入されることにより低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクルとヒートポンプと、該密閉動力サイクルに蓄電電力を供給する蓄電ユニットとを有するエネルギー変換装置を備えていて、該ヒートポンプにおいて低位熱回収熱交換器により該低位熱エネルギーを利用して該冷媒から冷媒蒸気を生成し、該冷媒蒸気を冷媒圧縮機により圧縮して高温高圧冷媒を生成し、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に伝達して低温高圧冷媒を生成し、該低温高圧冷媒を膨張手段により減圧膨張させて低温低圧冷媒を生成し、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を発生させ、該密閉動力サイクルにおいて該ヒートポンプから受熱した作動流体を流体圧縮機により圧縮して高温高圧作動流体を生成し、該蓄電電力をパルス電源に供給することでパルス電力を生成し、該パルス電力により高エンタルピー変換器を通電発熱させることにより該作動流体の受熱温度よりも高い所定温度に昇温させ、該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー超臨界流体を生成し、当該高エンタルピー超臨界流体により回転式流体機械のロータリーピストン本体を作動させて機械エネルギーを発生させ、該ロータリーピストン本体の出力軸を介して該機械エネルギーの一部で該冷媒圧縮機と該流体圧縮機を駆動し、該回転式流体機械の膨張ガスを該ヒートポンプの該冷熱により冷却し、該機械エネルギーの残部により推進装置を駆動することを特徴とする。【０００８】  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、該機械エネルギーの一部を発電機に供給して発電電力を発生させ、該発電電力の一部を該パルス電源のための蓄電用電力として該蓄電ユニットに循環させて蓄電することを特徴とする。【０００９】  請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２記載の構成に加えて、該エネルギー変換装置において、該高温高圧作動流体をバッファアキュムレータで一時的に貯蔵し、該回転式流体機械のロータリーピストン本体の膨張行程の略全期間中に制御弁を連続的に開放して該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器に供給し、該バッファアキュムレータと該制御弁とを該回転式流体機械のロータリーピストン本体のスタータとして機能させることを特徴とする。【００１０】  請求項４に記載された発明によれば、請求項３に記載の構成に加えて、該高エンタルピー変換器が、ケーシングと、  該ケーシングに形成されていて該流体圧縮機と該回転式流体機械のロータリーピストン本体とに連通するエンタルピー増倍室と、該エンタルピー増倍室に収納された通電発熱体とを備え、該通電発熱体が該パルス電力により通電して該作動流体の受熱温度よりも数倍以上高い所定温度に昇温することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】  本発明では、ネットゼロエネルギー次世代船舶が、ヒートポンプにより水の低位熱エネルギーを回収して冷媒から冷媒蒸気を発生させ、冷媒圧縮機により該冷媒蒸気を圧縮して高温高圧冷媒を発生させ、その熱エネルギーを密閉動力サイクルの作動流体に伝達して高温高圧作動流体を生成する。次に、該高温高圧作動流体を高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー超臨界流体を生成する。高エンタルピー超臨界流体は回転式流体機械のロータリーピストン本体に略連続的（膨張行程の全期間中）に作用するため、回転式流体機械の正味有効平均圧力は約２００〜４５０Ｋｇｆ／ｃｍ２にも達し、既存のレーシングカーの正味有効平均圧力の１３．５Ｋｇｆ／ｃｍ２に比べて数十倍の大きさになる。したがって、小型コンパクトな構造を利用して、海洋熱エネルギー等の低位熱エネルギーから極めて大きな推進力を得ることができる。この推進力は、外部投入エネルギーゼロで発生するため、エネルギーコストが略ゼロで極めて経済的であり、環境汚染や温室効果ガス排出削減に大いに貢献する。【００１２】  また、機械エネルギーの一部を発電機に供給して電力を得ることができ、船舶内部の電気設備の駆動用に利用することができる。また、この電力の一部はパルス電源用の蓄電用電力として蓄電ユニットに循環されて蓄電されるため、蓄電ユニットは小容量で足りる。さらに、高温高圧作動流体をバッファアキュムレータで一時的に貯蔵して回転式流体機械のロータリーピストン本体の膨張行程の略全期間中に制御弁を連続的に開放するため、高高エンタルピー作動流体がロータリーピストン本体に膨張行程の全期間中に作用する。その結果、上述のように回転式流体機械の正味有効平均圧力が飛躍的に向上する。また、高温高圧作動流体の脈動が抑制されるため、回転式流体機械の回転ムラが抑制されて先覚の振動と騒音の低減が可能となり、一方、発電機の回転ムラを少なくして発電機の出力電圧をより安定化して発電電力の品質を向上させることができる。しかも、バッファアキュムレータと制御弁とが回転式流体機械のロータリーピストン本体のスタータとして機能するため、何時でも、簡単で信頼性が高い始動が可能となる。【００１３】  しかも、船体に配置されたヒートポンプの低位熱回収熱交換器によって水の低位熱エネルギーを利用して該冷媒から冷媒蒸気を生成し、該冷媒蒸気を冷媒圧縮機で圧縮して高温高圧冷媒を生成し、その熱をヒートポンプから密閉動力サイクルの作動流体に伝達するため、エネルギー変換効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の実施例によるネットゼロエネルギー次世代船舶の概略図を示す。
【図１Ｂ】図１Ａに示したネットゼロエネルギー次世代船舶のブロック図を示す。
【図２】図１Ｂのエネルギー変換装置の圧縮機の断面図を示す。
【図３】図１Ｂのエネルギー変換装置の高エンタルピー変換器の断面図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１５】  以下、本発明の実施例によるネットゼロエネルギー次世代船舶について図面に基づき詳細に説明する。以下の説明において、本発明は海洋を航行するネットゼロエネルギー次世代船舶に適用したものとして記載するが、これは一例であり、本発明は図示された実施態様のネットゼロエネルギー次世代船舶に限定されない。本発明によるネットゼロエネルギー次世代船舶は河川水又は湖水を航行する船舶や洋上基地、マリンフロートやメガフロート（海洋浮体構造物）等の建造物にも適用しても良い。【００１６】  図１Ａ及び図１Ｂに示した実施例において、低位熱エネルギーを有する河川水、湖水又は海水（以下、熱源水と称する）等に浮揚する浮体建造物としてのネットゼロエネルギー次世代船舶１０にはエネルギー変換装置１０Ａが搭載されている。エネルギー変換装置１０Ａは、船体１０ａの船尾１０ｂに形成された低位熱回収伝熱壁部１０ｃと一体的に形成された低位熱回収熱交換器（蒸発器）１０Ｂを備える。低位熱回収伝熱壁部１０ｃは船尾１０ｂから熱源水Ｓｗの表層付近の領域において下方向に延びていて、表層付近の熱源水Ｓｗと接触して直接、熱源水Ｓｗの低位熱エネルギー（例えば、５〜３０℃の熱エネルギー）を回収する。蒸発器１０Ｂの内部にはアルミ合金等からなる熱媒体金属ビーズ又は有機合成油等の熱媒体液体（図示せず）が充填されていて、これら熱媒体を介して蒸発器１０Ｂの管路１０Ｂａに熱源水から回収した低位熱エネルギーを伝達する。図１Ｂにおいて、エネルギー変換装置１０Ａは、熱源水Ｓｗに浮揚するネットゼロエネルギー次世代船舶（浮体建造物）１０に配置されていて低沸点作動流体を封入した密閉動力サイクル１２と密閉動力サイクル１２と熱的に結合するように配置されていて低沸点冷媒を封入したヒートポンプＨＰとを備える。【００１７】  低沸点作動流体及び低沸点冷媒としては、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）を利用する。説明の便宜上、密閉動力サイクル１２の作動流体をＣＯ２作動流体、ヒートポンプＨＰの冷媒をＣＯ２冷媒と称する。密閉動力サイクル１２及びヒートポンプＨＰでは、本発明を限定するものではないが、低圧側（流体圧経路）の圧力がＣＯ２の超臨界点以下の所定圧、例えば、３〜５．７ＭＰａとなるようにそれぞれの系統内に充填される。例えば、低圧側の圧力が３．９ＭＰａとなるように設定されると、ＣＯ２冷媒は約５℃でガス化して冷媒蒸気となる。このように回収すべき熱源水の低位熱エネルギーの採熱温度に合わせて低圧側の冷媒圧力が設定される。【００１８】  ヒートポンプＨＰでは、船尾１０ｂの低位熱回収伝熱壁部１０ｃを介して温海水Ｓｗの熱を蒸発器１０Ｂの内部の熱媒体に伝達する。低位熱回収伝熱壁部１０ｃを利用する理由は、海洋生生物が蒸発器に付着して蒸発器の伝熱効果を低下させないようにするためである。蒸発器１０Ｂは熱源水Ｓｗの低位熱エネルギーとの熱交換により、管路１０Ｂａを通過する低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｏから過熱蒸気Ｃｍを生成する。この過熱蒸気Ｃｍは冷媒圧縮機���して機能する冷媒圧縮手段Ｐ２（図２参照）のインレット３５６Ｂに供給される。冷媒圧縮手段Ｐ２は過熱蒸気Ｃｍを超臨界圧で昇圧して高温高圧として超臨界ＣＯ２冷媒Ｃｍｐを生成する。超臨界ＣＯ２冷媒Ｃｍｐは、後述の如く、熱交換器（放熱器）ＥＶ２を介して密閉動力サイクル１５の低温定圧ＣＯ２作動流体に放熱する。このようにして、密閉動力サイクル１５で海洋熱由来の熱エネルギーを回収するとともに低温定圧ＣＯ２作動流体の湿り蒸気を過熱蒸気に変換する。こうして生成された低温高圧のＣＯ２作動流体は膨張器４７で減圧・膨張し、熱交換器（冷却器４３）Ｅｖ１で蒸発して冷熱（例えば、−１０℃、３．９ＭＰａ）を生成して回転式流体機械４０のアウトレット１２６から排出された膨張ガスＥｇを冷却する。冷却器４３を出た低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｏは蒸発器１０Ｂで海洋熱エネルギーと熱交換することにより、低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｏから過熱蒸気Ｃｍが生成されてヒートポンプＨＰのインレット３５６Ｂに導入され、以後、同一のヒートポンプサイクルが繰り返し実行される。【００１９】  密閉動力サイクル１２は、冷却器４３から出た低温低圧ＣＯ２作動流体Ｅｇ１がヒートポンプＨＰの放熱器（熱交換器）ＥＶ２から海洋熱由来の熱エネルギーを回収して温められて低温低圧ＣＯ２作動流体Ｅｇ１の過熱蒸気Ｗｆが生成され、過熱蒸気Ｗｆは流体圧縮機２７のインレット３５６Ａに導入される。流体圧縮機２７は超臨界点（３１．１℃、７．４ＭＰａ）以上の圧力（例えば、２０〜６０ＭＰａ）で過熱蒸気Ｗｆを圧縮する。流体圧縮機２７は、後述の如く、流体圧縮手段Ｐ１と冷媒圧縮手段Ｐ２（図２参照）とを一体的に内蔵した複合型圧縮機を備える。圧縮機２７のアウトレット３５８Ａから吐出された超臨界ＣＯ２流体Ｗｆｐは逆止弁２９を介して摺動ピストン及びバネ手段３０ａを内蔵した貯蔵室３０ｂを有するバッファアキュムレータ３０に貯蔵される。【００２０】  電磁弁（制御弁）３２は、バッファアキュムレータ３０のアウトレット３０ｃから高エンタルピー変換器４２に供給される超臨界流体Ｗｆｐの流れ（流通期間）を制御する。高エンタルピー変換器４２は、超臨界流体Ｗｆｐをその超臨界点（３１．１℃）以上の温度（例えば、６００〜８００℃）に加熱して瞬時に超臨界流体Ｗｆｐから高エンタルピー高エンタルピー超臨界流体ＳＣｆを発生させる。臨界動力ガスＳＣｆは回転式流体機械４０のインレット１２４から作動室１１６に供給され、回転式流体機械のロータリーピストン本体（ロータリピストン本体）２００で爆発的に膨張して機械エネルギーを発生する。この機械エネルギーは出力軸１３２を介して出力され、一部はクラッチＣＬ及びトランスミッションＴＭからなる出力装置１６を介してプロペラシャフトＰＳからプロペラ等の推進手段１１に伝達されてネットゼロエネルギー次世代船舶１０の推進用に利用される。一方、機械エネルギーの一部は出力軸１３２から動力伝達手段４５を介して発電機２５に供給されて発電電力を生成する。【００２１】  バッファアキュムレータ３０のバネ手段３０ａは、貯蔵室３０ｂの作動流体の圧力が、例えば、２０〜６０ＭＰａに維持されるように選択される。したがって、密閉動力サイクル１２におい���、逆止弁２９と電磁弁（制御弁）３２との間の第１流体圧経路における圧力は２０〜６０ＭＰａに維持され、残部の第２流体圧経路（回転式流体機械４０の低圧側）は、例えば、３．９ＭＰａに維持されるようにＣＯ２作動流体が密閉動力サイクル１２に充填される。圧縮機２７は、例えば、２０〜６０ＭＰａの圧力で超臨界流体を吐出するので、密閉動力サイクル１２の作動中にはバッファアキュムレータ３０のバネ手段３０ａは常時、圧縮された状態に維持されて高温高圧作動流体としての超臨界流体Ｗｆｐを貯蔵する。電磁弁からなる制御弁３２は、回転式流体機械４０におけるロータリピストン本体２００の膨張行程の略、全期間中にオープン状態となり、その期間中、超臨界流体Ｗｆｐは高エンタルピー変換器４２で高エンタルピー超臨界流体に変換されてロータリピストン本体２００に作用する。したがって、ロータリピストン本体２００の有効平均圧力は約２５０〜４５０Ｋｇｆ／ｃｍ２となり、大きな機械エネルギーを出力させることができる。【００２２】  電磁弁３２は、本願発明者と同一発明者による特願２０１２−２７０７５６号（特許第○○○○○○○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。【００２３】  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、３．９ＭＰａ）のＣＯ２作動流体Ｗｆを超臨界点以上の圧力（例えば、２０〜６０ＭＰａ）まで圧縮して超臨界流体（ＣＯ２超臨界流体）Ｗｆｐを生成する流体圧縮手段Ｐ１と、低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍ（例えば、０℃：３．９ＭＰａ）を臨界圧まで昇圧して高圧ＣＯ２冷媒（超臨界流体）Ｃｍｐを生成する冷媒圧縮手段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冷媒を過熱蒸気にして臨界圧以上の条件で圧縮する理由は、これら流体の圧縮に必要な動力を大幅に低減してクリーンエネルギーの発生効率を飛躍的に向上させるためである。【００２４】  図１Ｂ及び図２に示すように、複合型圧縮機２７は、高エンタルピー変換器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１２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、超臨界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ＣＯ２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クランクロータ３６２とを備える。【００２５】  クランクロータ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からカムローブ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５１０��５７０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。【００２６】  複合型圧縮機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カムカムローブ３６４と、カムローブ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に隣接してクランクロータ３６２に対して移動可能な揺動ピストン３６８と、揺動ピストン３６８と曲面摺動凹部３６６との間に形成された圧縮室３７０とを備える。【００２７】  揺動ピストン３６８は、ロータハウジング３５２内に形成されたピストン揺動室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の先端部にはカムローブ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をクランクロータ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、複合型圧縮機２７において、圧縮室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のクランクロータ３６２は作動流体圧縮手段Ｐ１と、冷媒圧縮手段Ｐ２の共通部品として機能する。【００２８】  なお、複合型圧縮機２７は本願発明者と同一発明者による特許第５２１８９２９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。【００２９】  図３に示すように、高エンタルピー変換器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エンタルピー倍増室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。【００３０】  高エンタルピー変換器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。エンタルピー倍増室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���給され、パルス電力のパルス幅の制御用に利用される。【００３１】  エンタルピー倍増室１１１８には、対抗電極１１２４，１１２６の間に介在していて多数の管状通電加熱セグメント１１３４が充填されている。パルス電力に応答して、多数の管状通電加熱セグメント１１３４は通電発熱して６００〜８００℃の超臨界領域に達するため、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。これら管状通電加熱セグメント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、上述の超臨界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、管状通電加熱セグメント１１３４としては、例えば、市販の外径６〜３０ｍｍの銅タングステンパイプを所定長さ（例えば、外形の０．５倍〜１．５倍の長さ）にカットした通電加熱パイプが挙げられる。図１において、通電加熱パイプ１１３４はエンタルピー倍増室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。エンタルピー倍増室１１１８においてアーク放電を発生させない場合は、管状通電加熱セグメント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エンタルピー超臨界流体が生成される。【００３２】  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流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、パルス電流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エンタルピー超臨界流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。エンタルピー倍増室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イ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を通過した高エンタルピー超臨界流体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。【００３３】  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（発明の名称：回転式流体機械）及び日本特許第５２１８９���９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が挙げられる。【００３４】  図１Ｂに戻って、発電機２５から出力された発電電力はパワーラインＰＬを介してネットゼロエネルギー次世代船舶１０の空調機器その他の各種電気機器（図示せず）に供給されて利用される。パワーラインＰＬにはリレー等から構成される遮断器１９及び充電器２１を介して蓄電ユニット（蓄電システム）２０が接続される。蓄電ユニット２０は第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する変圧器と、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。【００３５】  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。【００３６】  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を利用したエンジン起動用バッテリ（部品番号：ＥＳＭ１２３０００−３１）（米国”Ｍａｘｗｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ“社製）が挙げられる。このバッテリは１５分間での短時間充電が可能であり、出力電圧が１２ボルトで出力電流が１５００〜１７００Ａであるため適している。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。【００３７】  パルス��源２８は第１、第２蓄電装置２２，２３からの供給電力から所定周期（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流が高エンタルピー交換器４２に供給されるように回路設計しても良い。この時、パルス電流は、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。高エンタルピー交換器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℃以上の温度、例えば、６００〜８００℃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。超臨界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、高エンタルピー超臨界流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。【００３８】  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流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。【００３９】  図１Ｂ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Ｐｉ、高エンタルピー変換器４２の温度センサＳ２からの温度信号Ｔ（図４参照）と、出力軸１３２の回転数センサＳ３からの回転数信号ＳＰ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〜Ｓ３からの入力信号Ｐｉ，Ｔ，ＳＰに応答して電磁弁３２を制御する。一方、コントローラ６０は、ネットゼロエネルギー次世代船舶１０の運転条件に合わせてクラッチＣＬを締結・離脱させるための制御信号Ｃｃを出力する。【００４０】  次に、本発明の本実施例によるネットゼロエネルギー次世代船舶１０のエネルギー変換装置１０Ａの作動について説明する。
エネルギー変換装置１０Ａ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高エンタルピー交換器４２に供給される。このとき、通電加熱パイプ１１３４が通電して所望の設定温度（例えば、８００℃）に発熱する。高エンタルピー交換器４２の温度信号Ｔがこの設定温度に達したときに、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。このとき、バッファアキュムレータ３０に貯蔵されていたＣＯ２作動流体Ｗｆｐが高エンタルピー交換器４２に供給される。高エンタルピー交換器４２ではＣＯ２作動流体Ｗｆｐが通電加熱パイプ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高エンタルピー超臨界流体ＳＣｆが動力流体として発生する。この高エンタルピー超臨界流体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、機械エネルギーとしての動力に変換されて出力軸１３２に伝達される。【００４１】  エネルギー変換装置１０Ａ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内の流体圧縮手段Ｐ１と冷媒圧縮手段Ｐ２が同期的に作動し、密閉動力サイクル１２とヒートポンプＨＰが互いに同期して起動する。この時、ヒートポンプＨＰにおいて、冷媒圧縮手段Ｐ２から吐出した超臨界冷媒Ｃｍｐは、放熱器ＥＶ２で密閉動力サイクル１２の低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆに放熱することにより低温低圧ＣＯ２作動流体から過熱蒸気Ｗｆを生成する。この時、高温高圧冷媒（超臨界冷媒）Ｃｍｐは低温高圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｈとなる。低温高圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｈは膨張器４７で減圧・膨張された後、冷却器４３で蒸発して冷熱（例えば、−１０℃：３．９ＭＰａ）を発生して膨張ガスを冷却する。冷却器４３を出た低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｏは蒸発器１０Ｂに送られ、そこで海洋熱エネルギーを利用して低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｏから過熱蒸気Ｃｍを生成して圧縮機２７の冷媒圧縮手段Ｐ２のインレット３５６Ｂに供給される。【００４２】  上述のように、密閉動力サイクル１２とヒートポンプＨＰが互いに同期しながら繰り返し実行される。この際、海洋熱エネルギーは船体１０ａの低位熱回収伝熱壁部１０ｃを介して蒸発器１０Ｂに伝達されることで熱源水Ｓｗの低位熱エネルギーが汲み上げられ、この時生成した過熱蒸気を冷媒圧縮手段で圧縮することにより高温高圧の超臨界冷媒を生成する。次に、超臨界冷媒の熱は密閉動力サイクルの低温低圧ＣＯ２作動流体に伝達されて流体圧縮手段で圧縮されて高温高圧の超臨界流体が生成される。この超臨界流体は高エンタルピー変換器で高エンタルピー超臨界流体に変換される。高エンタルピー超臨界流体は回転式流体機械のロータリーピストン本体で爆発的に膨張して機械エネルギーを発生する。このように、海洋熱エネルギーの温度は比較的に低い温度（５〜３０℃）であっても、低沸点作動流体によって効率的に汲み上げて最終的には大きな動力を得ることができる。しかも、ロータ��ーピストン本体は未利用動力ガスを無駄に遺棄することがないため、エネルギー変換に伴うエネルギー損失が最小となるように抑制される。【００４３】  なお、コントローラ６０は、ネットゼロエネルギー次世代船舶１０が港に停泊している期間中に電力インフラとして利用することもできる。この場合は、入力装置（図示せず）を操作して外部電力供給モードを選択する。すると、コントローラ６０は指令信号を出力してエネルギー変換装置１０Ａから外部へ電力を供給可能にする。すなわち、外部電力供給モードにおいては、エネルギー変換装置１０Ａの運転を継続したまま、コントローラ６０から指令信号をクラッチＣＬに出力して、これを解除することにより出力装置１６を遮断状態に保持する。次に、発電機２５の発電電力をパワーラインＰＬ及び開閉器（図示せず）を介してネットゼロエネルギー次世代船舶１０の外部に供給して地震、火災、水害その他の災害時の緊急対策用電力として利用することができる。【００４４】  以上、本発明の実施例によるネットゼロエネルギー次世代船舶及びこれを備えたネットゼロエネルギー次世代船舶が記載されたが、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。【００４５】（１）ヒートポンプ用の低位熱回収伝熱壁部は船尾に形成したものとして記載したが、低      位熱回収伝熱壁部は船体の側壁部或いは船底部に設けても良い。
（２）密閉動力サイクルの作動流体及びヒートポンプの冷媒として二酸化炭素を利用した      が、作動流体及び冷媒は低沸点であればその他高知の媒体でも良い。
（３）圧縮機は、複合型圧縮機からなるものとして説明したが、複合型圧縮機をそれぞれ      分離独立した作動流体圧縮機と冷媒圧縮機からなるように構成しても良い。
【符号の説明】
【００４６】１０  ネットゼロエネルギー次世代船舶；１０Ａ  エネルギー変換装置；１０Ｂ  低位熱回収熱交換器（蒸発器）；１２  密閉動力サイクル；１６  出力装置；２０  蓄電ユニット（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  発電機；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；４２  高エンタルピー交換器；４３  冷却器；４７  膨張器；６０  コントローラ；ＨＰ  ヒートポンプ；ＥＶ１  冷却器（熱交換器）；ＥＶ２  放熱器；ＰＳ  プロペラシャフト；ＴＭ  トランスミッション
【要約】
【課題】熱源水の低位熱エネルギーを利用したネットゼロエネルギー次世代船舶を提供することを目的とする。
【解決手段】  低位熱エネルギーを有する熱源水に浮揚する浮体建造物（１０ａ）と、該浮体建造物に搭載されていて所定圧で封入されることにより低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒とをそれぞれ循環させる密閉動力サイクル（１５）とヒートポンプ（ＨＰ）と、該密閉動力サイクルに蓄電電力を供給する蓄電ユニットとを有するエネルギー変換装置（１２）を備えていて、該ヒートポンプにおいて低位熱回収熱交換器（１０Ｂ）により該低位熱エネルギーを利用して該冷媒から冷媒蒸気を生成し、該冷媒蒸気を冷媒圧縮機（Ｐ２）により圧縮して高温高圧冷媒を生成し、該高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの該作動流体に伝達して低温高圧冷媒を生成し、該低温高圧冷媒を膨張手段により減圧膨張させて低温低圧冷媒を生成し、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を発生させ、該密閉動力サイクルにおいて該ヒートポンプから受熱した作動流体を流体圧縮機（Ｐ１）により圧縮して高温高圧作動流体を生成し、該蓄電電力をパルス電源（２８）に供給することでパルス電力を生成し、該パルス電力により高エンタルピー変換器（４２）を通電発熱させることにより該作動流体の受熱温度よりも高い所定温度に昇温させ、該高温高圧作動流体を該高エンタルピー変換器と接触させることにより高エンタルピー超臨界流体を生成し、当該高エンタルピー超臨界流体により回転式流体機械（４０）のロータリーピストン本体（２００）を作動させて機械エネルギーを発生させ、該ロータリーピストン本体の出力軸を介して該機械エネルギーの一部で該冷媒圧縮機と該流体圧縮機を駆動し、該回転式流体機械の膨張ガスを該ヒートポンプの該冷熱により冷却し、該機械エネルギーの残部により推進装置（１１）を駆動することを特徴とするネットゼロエネルギー次世代船舶を提供する。
【選択図】図１Ｂ【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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