(57)【要約】【課題】次世代電力供給システム、次世代電力供給方法及びこれを利用した太陽光発電システムを提供するものである。【解決手段】  蓄電ユニット２０から供給された蓄電電力に応答して、超臨界開始用パルス電源２８から所定周期のパルス電力を供給し、該パルス電力に応答して超臨界流体発生器４２で高圧作動流体から超臨界流体を発生させ、この超臨界流体をエンジン部４０で爆発的に膨張させて機械エネルギーに変換し、この機械エネルギーにより発電機１３を駆動して発電電力を供給し、充電器２１を介して発電電力の一部を蓄電ユニットに充電するようにした次世代電力供給システム、次世代電力供給方法及びこれを利用した太陽光発電システムの実用化を図る。【選択図】図１
2014105703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、
前記蓄電電力に応答して所定周期のパルス電力を供給する超臨界開始用パルス電源と、
前記パルス電力に応答して作動する超臨界エンジンと、
前記超臨界エンジンにより駆動されて発電電力を供給する発電機とを備え、
前記超臨界エンジンが、
作動流体を貯留する作動流体供給源と、
前記作動流体を吸引加圧して超臨界開始用高圧作動流体を生成する超臨界開始用高圧ポンプと、
前記パルス電力に応答して通電することにより超臨界開始温度に発熱して前記超臨界開始用高圧作動流体と接触した際に広域で瞬時に超臨界流体を発生させるマルチ加熱電極体を有する瞬間超臨界流体発生器と、
膨張行程において前記超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換する可動ピストンと、前記可動ピストンを支持していて前記超臨界発生加圧ポンプに駆動連結された出力軸とを有するエンジン部と、
前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに充電する充電器と、
を備えることを特徴とする次世代電力供給システム。
【請求項２】
前記超臨界開始用高圧ポンプと前記瞬間超臨界流体発生器との間に配置されていて前記超臨界開始用高圧作動水の脈動を抑制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超臨界開始用高圧作動水を前記膨張行程のほぼ全期間中に前記瞬間超臨界水発生器に供給することにより前記膨脹室に前記超臨界水を継続的に供給する電磁弁とをさらに備え、前記バッファアキュムレータと前記瞬間超臨界水発生器とがエンジンスタータとして機能することを特徴とする請求項１記載の次世代電力供給システム。
【請求項３】
前記蓄電ユニットのＳＯＣ値が所定値以下になった時に前記充電器を前記蓄電ユニットに接続する切替制御器をさらに備え、
前記蓄電ユニットが、
前記充電器に選択的に接続される第１及び第２蓄電器と、
前記充電器と前記第１及び第２蓄電器との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電器を交互に前記充電器に接続するスイッチ手段と、を含み、
前記スイッチ手段が、前記第１及び第２蓄電器の一方から前記超臨界開始用パルス電源に出力電力が供給されている間に前記第１及び第２蓄電器の他方を前記充電器により充電するように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の次世代電力供給システム。
【請求項４】
前記瞬間超臨界流体発生器が、前記エンジン部に隣接して配置されたリアクタケーシングと、前記リアクタケーシングに形成されていて飽和蒸気発生ゾーンと、過熱蒸気発生ゾーンと、超臨界流体発生ゾーンとを有する超高温加熱室と、前記超臨界開始用パルス電源に接続されていて前記超高温加熱室に配置された複数の電極と、前記複数の電極の間で互いに通電して前記マルチ加熱電極体として機能するタングステン成形体と、前記タングステン成形体の隙間に形成されていて前記タングステン成形体の放出電子の存在下で広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電領域と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の次世代電力供給システム。
【請求項５】
蓄電ユニッから蓄電電力を供給するステップと、
前記蓄電電力に応答して所定周期のパルス電力を発生させるステップと、
作動流体を吸引加圧して超臨界開始用高圧作動流体を生成するステップと、
前記パルス電力に応答して瞬間超臨界流体発生器のマルチ加熱電極体に通電して前記マルチ加熱電極体を超臨界開始温度範囲に発熱させるステップと、
前記超臨界開始温度範囲で前記マルチ加熱電極体に前記超臨界開始用高圧作動流体を接触させて瞬時に超臨界流体を発生させるステップと、
電力供給モードにおいて前記超臨界流体を超臨界エンジンで爆発的に膨張させることにより機械エネルギーに変換するステップと、
前記機械エネルギーで発電機を駆動して発電電力を負荷に供給するステップと、
前記蓄電ユニットのＳＯＣ値が所定値以下の時に前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに蓄電するステップと、
を含むことを特徴とする次世代電力供給方法。
【請求項６】
太陽光発電電力を供給する太陽光発電装置と、
前記太陽光発電電力を蓄電すると共に蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、
前記蓄電電力に応答して所定周期のパルス電力を供給する超臨界開始用パルス電源と、
前記パルス電力に応答して作動する超臨界エンジンと、
前記超臨界エンジンにより駆動されて発電電力を供給する発電機と、
前記蓄電ユニットのＳＯＣ値が所定値以下に低下した時に前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに蓄電する充電器とを備え、
前記超臨界エンジンが、
作動流体を貯留する作動流体供給源と、
前記作動流体を吸引加圧して超臨界開始用高圧作動流体を生成する超臨界開始用高圧ポンプと、
前記パルス電力に応答して通電することにより前記作動流体の臨界温度以上に昇温し、前記超臨界開始用高圧作動流体と接触した際に広域で瞬時に超臨界流体を発生させるマルチ加熱電極体を有する瞬間超臨界流体発生器と、
前記超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換する可動ピストンと、前記可動ピストンを支持していて前記超臨界発生加圧ポンプに駆動連結された出力軸とを有するエンジン部と、
を備えることを特徴とする次世代太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【技術分野】
【０００１】  本発明は電力供給システム、電力供給方法及びこれを利用した自然エネルギー利用電力供給システムに関し、特に、次世代電力供給システム、次世代電力供給方法及び次世代太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、電力不足の有効な解決策として、自然エネルギーや夜間の余剰電力等の外部電源を活用して電力を蓄電し、ピーク電力需要時に蓄電電力を供給する電力供給システムが注目され、圧縮空気や液圧等の圧力エネルギーを利用した電力供給システムが提案されている。また、地球温暖化防止の有効な対策として、自然エネルギーの１つである太陽光を利用した太陽光発電システムでは、夜間又は長期の天候不順の場合に安定した電力を供給するために大容量のバックアップ用電力蓄積装置が提案されている。【０００３】  特許文献１には、地上に通常圧液体用蓄電アキュムレータを配置するとともに地下に高圧液体アキュムレータを設け、圧縮機を介して圧縮空気を地下の高圧液体アキュムレータに供給して高圧液体アキュムレータ内の空気を圧縮し、その空圧エネルギーを利用して地下の高圧液体アキュムレータから液体を地上の通常圧液体用蓄電アキュムレータに移動させ、この時発生する液圧でポンプ兼タービンを駆動してモータ兼発電機により発電するようにした電力供給システムが提案されている。【０００４】  特許文献２には、揚水発電のように、地層に近い場所に上部帯水層を設けると共に地下の深い場所に下部帯水層を設け、モニター中の電力系統の使用電力量が所定値以下の場合にポンプ兼モータを駆動して下部帯水層の水を上部帯水層に揚水し、モニター中の電力系統の使用電力量が所定値を下回った場合に、上部帯水層から下部帯水層に落下させる水の運動エネルギーを利用してタービン発電機を駆動することで発電するようにした揚水発電型電力供給システムが提案されている。【０００５】  特許文献３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で直接電動機に供給してエアーコンプレッサを駆動することにより得た圧縮空気を空気貯蔵タンクに蓄電するようにした太陽光発電システムが提案されている。【０００６】  特許文献４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蓄電し、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蓄電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】
【０００７】
【特許文献１】米国公開特許公報第２０１０／０２７０８０１号
【特許文献２】米国特許第７９５２２１９号
【特許文献３】米国特許第６３６７２５９号
【特許文献４】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】
【０００８】  ところで、特許文献１で開示された電力供給システムでは、地上のみならず地下にも大規模な高圧液体アキュムレータを工事しなければならず、システム全体の構造とスペースが大きくなり、システム全体の製造コストが著しく高いものとなっていた。しかも、作動媒体として利用される空気は密度が低い上に、蓄電容器から圧縮空気を取り出すと、圧縮空気の圧力エネルギーは急峻に低下するため、長期に亘って安定した電力を供給可能な電力供給システムを構築することが困難であった。【０００９】  特許文献２で開示された揚水発電機では、所望の安定した電力をピーク電力需要時間帯において長時間に亘って安定して得るためには、地上近辺の地中と深い地下の両方の場所において極めて大規模な帯水槽を工事しなければならず、工事費用面並びに環境面から実用的ではなかった。【００１０】  特許文献３及び４で開示された太陽光発電システムでは、圧縮空気貯蔵タンクから圧縮空気が吐出すると、圧縮空気貯蔵タンクにおける圧縮空気の体積の減少に伴って圧縮空気の圧力が急峻に低下する。そのため、圧縮空気の圧力エネルギーを利用する場合には、エアーコンプレッサやエアータービンを介して十分な大きさの機械出力を長期に亘って取り出すことができない。したがって、夜間又は長期の天候不順の場合に安定した電力を長期に亘って供給できるような太陽光発電システムの実用化は困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、低コストで長寿命であり、しかも、安全で信頼性が高い次世代電力供給システム及び次世代電力供給方法並びに夜間又は長期の天候不順の場合にも大容量蓄電器を用いることなく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ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  第１発明によれば、次世代電力供給システムが、蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、前記蓄電電力に応答して所定周期のパルス電力を供給する超臨界開始用パルス電源と、前記パルス電力に応答して作動する超臨界エンジンと、前記超臨界エンジンにより駆動されて発電電力を供給する発電機とを備え、前記超臨界エンジンが、作動流体を貯留する作動流体供給源と、前記作動流体を吸引加圧して超臨界開始用高圧作動流体を生成する超臨界開始用高圧ポンプと、前記パルス電力に応答して通電することにより超臨界開始温度に発熱して前記超臨界開始用高圧作動流体と接触した際に広域で瞬時に超臨界流体を発生させるマルチ加熱電極体を有する瞬間超臨界流体発生器と、膨張行程において前記超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換する可動ピストンと、前記可動ピストンを支持していて前記超臨界発生加圧ポンプに駆動連結された出力軸とを有するエンジン部と、前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに充電する充電器と、を備えることを特徴とする。【００１３】  この構成によれば、商用電源又は自然エネルギー（風力、太陽光等）発電装置等の外部電源から供給された蓄電電力を蓄電ユニットに蓄電しておき、該蓄電電力を超臨界開始用パルス電源に供給する。超臨界エンジンは超臨界開始用パルス電源から出力された所定周期のパルス電力に応答して作動する。超臨界エンジンにおいて、超臨界開始用高圧ポンプが作動流体を加圧して超臨界開始用高圧作動流体を生成する。超臨界開始用高圧ポンプは超臨界エンジンの出力軸により直接、駆動され、エンジンの膨張行程に必要な量の作動流体のみを加圧して最大約２０００Ｋｇ／ｃｍ２の超臨界開始用高圧作動流体を生成する。超臨界開始用高圧ポンプは超臨界エンジンの膨張行程毎に、この膨張行程にとって必要な量の超臨界流体を発生させる割合で超高圧作動流体を供給する。超高圧作動流体は瞬間超臨界流体発生器のマルチ加熱電極体と接触して瞬時に飽和蒸気が発生する。この飽和蒸気はマルチ加熱電極体と、順次、接触しながら下流側へ流れ、マルチ加熱電極体によりさらに加熱されて過熱蒸気と成り、過熱蒸気はさらに下流側でマルチ加熱電極体により高温に加熱されて瞬時に超臨界流体となる。膨張行程の全期間中、超臨界エンジンには連続的に超臨界流体を供給する。この時、可動ピストンの正味平均有効圧力は少なくとも４５０Ｋｇ／ｃｍ２以上の極めて高い圧力となる。現存のレーシングエンジンで、１つの基準とされる正味平均有効圧力がエンジンの最高出力時において１３Ｋｇ／ｃｍ２であることと比較すれば、この超臨界エンジンの正味平均有効圧力が如何に突出して大きいかが分かる。このような構成の超臨界エンジンによって発電機を駆動して発電電力を負荷に供給し、その一部を蓄電ユニットに供給する。したがって、大容量蓄電器を用いることなく、電力需要ピーク時に安定した電力を長期に渡って供給することが可能となる。この次世代電力供給システムは数Ｋｗ〜数十Ｋｗクラスの家庭用及び小規模電力需要家を始め、数百〜数千メガワットクラスの大型ビル、鉄道施設、地方自治体の上下水道施設及び大規模工場等の大電力需要家にいたるまで広い用途を有する。このように、本発明の次世代電力��給システムは、所謂、ゼロエネルギービル、ゼロエネルギー住宅、ゼロエネルギー工場やゼロエネルギー移動体（電気推進移動体）の実用化が可能となると共に地球環境対策に貢献する。【００１４】  好ましくは、前記超臨界開始用高圧ポンプと前記瞬間超臨界流体発生器との間に配置されていて前記超臨界開始用高圧作動水の脈動を抑制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超臨界開始用高圧作動水を前記膨張行程のほぼ全期間中に前記瞬間超臨界水発生器に供給することにより前記膨脹室に前記超臨界水を継続的に供給する電磁弁とをさらに備え、前記バッファアキュムレータと前記瞬間超臨界水発生器とがエンジンスタータとして機能することを特徴とする。【００１５】  この構成によれば、バッファアキュムレータに超臨界開始用高圧作動流体を蓄圧するため、超臨界開始用高圧作動流体の脈動が抑制され、エンジンの回転ムラが防止され、エンジン性能が安定する。しかも、電磁弁が、膨張行程のほぼ全期間中にバッファアキュムレータから超臨界開始用高圧作動流体を瞬間超臨界流体発生器に供給するため、瞬間超臨界流体発生器では継続的に超臨界流体を発生させ、膨張行程の全期間中に可動ピストンには連続的に超臨界流体の爆発力（爆発的に膨張する力）が作用して超臨界エンジンの正味平均有効圧力を極限まで増大させる。また、バッファアキュムレータはエンジンスタータとしての機能を併せ持ち、エンジン始動時には、瞬間超臨界流体発生器を始動して、バッファアキュムレータから超臨界開始用高圧作動流体を供給してやれば、瞬時にエンジン起動用の超臨界流体を発生させてエンジン始動を円滑に行うことが可能となる。したがって、寒冷地対策用のエンジン始動のための特別の部品も不要であり、信頼性が高い次世代電力供給システムの提供が可能となる。【００１６】  好ましくは、前記蓄電ユニットのＳＯＣ値（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：残蓄電容量）が所定値以下になった時に前記充電器を前記蓄電ユニットに接続する切替制御器をさらに備え、前記蓄電ユニットが、前記充電器に選択的に接続される第１及び第２蓄電器と、前記充電器と前記第１及び第２蓄電器との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電器を交互に前記充電器に接続するスイッチ手段と、を含み、前記スイッチ手段が、前記第１及び第２蓄電器の一方から前記超臨界開始用パルス電源に出力電力が供給されている間に前記第１及び第２蓄電器の他方を前記充電器により充電するように制御することを特徴とする。【００１７】  この構成によれば、蓄電ユニットからパルス電源に蓄電電力が継続的に供給される。蓄電ユニットは第１、第２蓄電器を備えていて、第１、第２蓄電器のＳＯＣ値に基づいて発電機の発電電力の一部を充電器を介して第１、第２蓄電器に充電する。そのため、第１、第２蓄電器の一方からパルス電源に電力が供給されている間に第１、第２蓄電器の他方が充電されることになる。この結果、パルス電源には長期に亘って蓄電ユニットから蓄電電力が供給され、パルス電源からは瞬間超臨界流体発生器にパルス電力が継続的に供給される。そのため、瞬間超臨界流体発生器では、長期に亘って、このパルス電力に応答して超臨界流体を継続的に発生する��とが可能となる。したがって、夜間電力や自然エネルギー発電により得た電力を利用して長期に渡って電力ピーク時に安定した電力を供給することが可能な次世代電力供給システムが提供される。【００１８】  前記瞬間超臨界流体発生器が、前記エンジン部に隣接して配置されたリアクタケーシングと、前記リアクタケーシングに形成されていて飽和蒸気発生ゾーンと、過熱蒸気発生ゾーンと、超臨界流体発生ゾーンとを有する超高温加熱室と、前記超臨界開始用パルス電源に接続されていて前記超高温加熱室に配置された複数の電極と、前記複数の電極の間で互いに通電して前記マルチ加熱電極体として機能するタングステン成形体と、前記タングステン成形体の隙間に形成されていて前記タングステン成形体の放出電子の存在下で広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電領域と、を備えることを特徴とする【００１９】  この構成によれば、マルチ加熱電極体はタングステン成形体と、タングステン成形体の隙間に形成されていて球状電極体の放出電子の存在下で広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電領域とを備えていて、広域アーク放電領域にて高密度のアーク放電が発生する。瞬間超臨界流体発生器に供給された超臨界開始用高圧作動流体は飽和蒸気発生ゾーンにおいてタングステン成形体と接触して瞬時に飽和蒸気となり、過熱蒸気発生ゾーンにおいて瞬時に過熱蒸気が生成される。この過熱蒸気は超臨界流体発生ゾーンにおいて広域にて発生するアーク放電と接触して瞬時に高温高圧の超臨界流体となる。したがって、簡単な構造で、生産コストも安く、信頼性も高い超臨界エンジンを利用した次世代電力供給システムを提供することが可能となる。【００２０】  第２発明によれば、次世代電力供給方法が、蓄電ユニッから蓄電電力を供給するステップと、前記蓄電電力に応答して所定周期のパルス電力を発生させるステップと、作動流体を吸引加圧して超臨界開始用高圧作動流体を生成するステップと、前記パルス電力に応答して瞬間超臨界流体発生器のマルチ加熱電極体に通電して前記マルチ加熱電極体を超臨界開始温度範囲に発熱させるステップと、前記超臨界開始温度範囲で前記マルチ加熱電極体に前記超臨界開始用高圧作動流体を接触させて瞬時に超臨界流体を発生させるステップと、電力供給モードにおいて前記超臨界流体を超臨界エンジンで爆発的に膨張させることにより機械エネルギーに変換するステップと、前記機械エネルギーで発電機を駆動して発電電力を負荷に供給するステップと、前記蓄電ユニットのＳＯＣ値が所定値以下の時に前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに蓄電するステップと、を含むことを特徴とする。【００２１】  この方法によれば、蓄電ユニットを準備しておき、超臨界開始用パルス電源に蓄電電力を継続的に供給する。超臨界開始用パルス電源から出力された所定周期のパルス電力に応答して瞬間超臨界流体発生器のマルチ加熱電極体が通電してマルチ加熱電極体を超臨界開始温度に発熱する。超臨界開始用高圧ポンプにより生成された超臨界開始用高圧作動流体が瞬間超臨界流体発生器のマルチ加熱電極体と接触すると瞬時に超臨界流体が発生する。超臨界エンジンは超臨界流体を爆発的に膨張させることにより発電機を駆動して発電電力を供給し、この発電電力を電気負荷に供給し、その一部を蓄電ユニットに供給する。したがって、大容量蓄電器を用いることなく、発電機から供給された電力の一部を利用して長期に渡って電力ピーク時に安定した電力を供給することが可能となる。【００２２】  第３発明によれば、次世代太陽光発電システムが、太陽光発電電力を供給する太陽光発電装置と、前記太陽光発電電力を蓄電すると共に蓄電電力を供給する蓄電ユニットと、前記蓄電電力に応答して所定周期のパルス電力を供給する超臨界開始用パルス電源と、前記パルス電力に応答して作動する超臨界エンジンと、前記超臨界エンジンにより駆動されて発電電力を供給する発電機と、前記蓄電ユニットのＳＯＣ値が所定値以下に低下した時に前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに蓄電する充電器とを備え、前記超臨界エンジンが、作動流体を貯留する作動流体供給源と、前記作動流体を吸引加圧して超臨界開始用高圧作動流体を生成する超臨界開始用高圧ポンプと、前記パルス電力に応答して通電することにより前記作動流体の臨界温度以上に昇温し、前記超臨界開始用高圧作動流体と接触した際に広域で瞬時に超臨界流体を発生させるマルチ加熱電極体を有する瞬間超臨界流体発生器と、前記超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換する可動ピストンと、前記可動ピストンを支持していて前記超臨界発生加圧ポンプに駆動連結された出力軸とを有するエンジン部と、を備えることを特徴とする。【００２３】  この構成によれば、太陽光を利用して発電された電力を蓄電ユニットに蓄電しておき、超臨界開始用パルス電源に蓄電電力を供給する。超臨界開始用パルス電源から出力された所定周期のパルス電力に応答して超臨界エンジンを作動させて発電機を駆動することで発電電力を得る。発電電力の一部を蓄電ユニットに蓄電する構成としているため、蓄電ユニットは常時、給電される仕組みとなっている。したがって、超臨界エンジンでは継続的に超臨界流体が発生して発電機を連続的に駆動することが可能となる。そのため、夜間又は長期の天候不順の場合にも大容量蓄電器を用いることなく安定した電力を供給することができる次世代太陽光発電システムの実用化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の次世代電力供給方法を実施するための次世代電力供給システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の次世代電力供給システムにおける超臨界エンジンの超臨界開始用高圧ポンプの断面図を示す。
【図３】図１の超臨界エンジンの電磁弁の断面図を示す。
【図４】図１の超臨界エンジンの瞬間超臨界流体発生器の断面図を示す。
【図５】本発明による第２実施形態の次世代太陽光発電システムのブロック図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００２５】  以下、本発明の次世代電力供給方法を実施するための次世代電力供給システムの第１実施形態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、次世代電力供給システムは静止型次世代電力供給システムとして記載するが、本発明はこのような静止型蓄電システムに限定されず、トラック等の移動体に搭載した可動型電力供給システムを初めとして、電気機関車、船舶、海洋探査艇等の各種移動体の電力供給用やプラグインハイブリッド自動車、航空機、船舶等の車両の電気的推進用にも適用される。【００２６】  図１に示した第１実施形態において、次世代電力供給システム１０は、商用電源や太陽光発電装置等の蓄電用電力を供給する外部電源１１と、圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する超臨界エンジン１２と、超臨界エンジン１２の機械エネルギーにより駆動されて発電電力を供給する発電機１３と、外部電源１１から供給された電力を蓄電する蓄電ユニット２０と、蓄電ユニット２０から蓄電電力が供給されて所定周期のパルス電力を超臨界エンジン１２に供給するパルス電源２８と、外部電源１１からの供給電力と発電機１３からの発電電力の一部を選択的に充電器２１に供給する切替制御器１９とを備える。充電器２１は、発電電力の一部を直流電力に変換する交直電力変換部と直流電力変換部と（いずれも図示せず）を備えていて、直流電力変換部は直流電力の電圧を変換して、蓄電ユニットとしての第１、第２蓄電器２２、２３の充電に適した電圧に調整する機能を有している。【００２７】  超臨界エンジン１２は、作動流体Ｗｆを貯留する貯蔵タンクＴと、貯蔵タンクＴからの作動流体Ｗｆを吸引して流体供給ラインＷｌに供給する低圧ポンプＰＬと、作動流体Ｗｆを加圧して超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗを生成する超臨界開始用高圧ポンプ２７と、超臨界開始用高圧ポンプ２７から吐出された超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗを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から供給された超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗを瞬時に超臨界流体に変換する瞬間超臨界流体発生器４２と、超臨界流体を爆発的に膨張させて機械エネルギーに変換するエンジン部４０とを備える。バッファアキュムレータ３０は超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗを超高圧で蓄圧すると共にその脈動を最小限に抑制する。超臨界開始用高圧ポンプ２７とバッファアキュムレータ３０との間には、バッファアキュムレータ３０から超臨界開始用高圧ポンプ２７への超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗの逆流を防止する逆止弁２９が配置される。【００２８】  図１に示すように、超臨界エンジン１２は、さらに、蓄電ユニット２０から蓄電電力が供給されていて所定周期のパルス電力を供給する超臨界開始用パルス電源２８と、パルス電力に応答して通電することにより作動流体の臨界温度以上に昇温し、超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗと接触した際に広域で瞬時に超臨界流体ＳＣｗを発生させる瞬間超臨界流体発生器４２と、バッファアキュムレータ３０からの超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗを瞬間超臨界流体発生器４２に噴射する電磁弁３２と、瞬間超臨界流体発生器４２から供給された超臨界流体���Ｃｗを膨張させて機械エネルギーに変換する可動ピストンを有するエンジン部４０とを備える。バッファアキュムレータ３０と瞬間超臨界流体発生器４２とはエンジンスタータとして機能する。エンジン部４０は、超臨界流体導入インレット４０ａと排出ポート４０ｂとを有し、排出ポート４０ｂから排出された膨張流体は凝縮器４２で凝縮されて液相作動流体として貯蔵タンクＴに回収され、繰り返し再利用される。液相作動流体としては、好ましくは、純水、脱イオン水又は蒸留水に微量の硝酸リチウムを添加して所定の電気抵抗を有するように調整した導電性水溶液を用いるが、水単体、炭酸ガス、水と炭酸ガスとの混合流体、或いは、アルゴン、ヘリウム及びキセノン等の不活性ガスを単一で若しくは混合して利用しても良い。【００２９】  図２において、超臨界開始用高圧ポンプ２７は、瞬間超臨界流体発生器４２のケーシングに支持されるポンプ本体２７０を含む。ポンプ本体２７０には、吸入通路２７２、吐出通路２７４、加圧室２７６が形成されている。加圧室２７６には、加圧部材としてのプランジャ２７８がカム２８０によって摺動可能となるように保持されている。プランジャ２７８の下端部は、リフタとして機能する従動カバー２８２により支持され、従動カバー２８２はばね２８４によって下方向に押圧され、超臨界エンジン１２の出力軸１３２の端部に固定されたカム２８０のカムプロフィールに常に接触している。プランジャ２７８はポンプ本体２７０の中央部に配置したハーメチックシール部材２８６である。ハーメチックシール部材２８６は上下に間隔を置いて収納された上部シールホールダ２８８及び下部シールホールダ２９０と、上部シールホールダ２８８及び下部シールホールダ２９０との間には複数の断面Ｖ形状のシールリング２９２，２９４が保持される。シール押さえ部材２９６がポンプ本体２７０に螺子止めされて、ハーメチックシール部材２８６を所定位置に保持して、プランジャ２７８とポンプ本体２７０の加圧室２７６内をハーメチックシールする。吸入通路２７２及び吐出通路２７４には、吸入弁３００、吐出弁３０２がそれぞれ設けられており、ばね３００ａ、３０２ａにて弁座に対し押圧され、作動流体の流通方向を制限する逆止弁として機能する。【００３０】  さらに、ポンプ本体２７０はソレノイド３０４を支持している。このソレノイド３０４は係合部材３０６とばね３０８を備えている。この係合部材３０６は、ソレノイド３０４がＯＦＦされると、ばね３０８のばね力によって、吸入弁３００を開弁する方向に付勢力がかけられている。このばね３０８の付勢力は、吸入弁３００のばね３００ａの付勢力より大きくなっているので、吸入弁３００は、弁座部から離れ、図２に示すように、開弁状態となっている。一方、ソレノイド３０４がＯＮされると、ばね３０８のばね力に抗して係合部材３０６を引込み、吸入弁３００はばね３００ａの付勢力によって閉弁状態となる。【００３１】  これらの構成部品からなるポンプ本体２７０を総称して超臨界開始用高圧ポンプ２７と称する。エンジン出力軸１３２が回転することによってカム２８０が回転し、超臨界開始用高圧ポンプ２７内のプランジャ２７８が上下動する。プランジャ２７８の下端に設け���れたリフタ２８２は、ばね２８４にてカム２８０に圧接されている。プランジャ２７８は、カム２８０により、往復運動して加圧室２７６内の容積を変化させる。プランジャ２７８の吐出行程中に吸入弁３００が閉弁すると、加圧室２７６内の圧力が上昇し、これにより吐出弁３０２が自動的に開弁し、超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗとして図１に示したバッファアキュムレータ３０に圧送する。吸入弁３００の弁位置は、加圧室２７６の圧力とソレノイド３０４の動作により決定される。【００３２】  ソレノイド３０４がＯＮになると、ソレノイド３０４には、ばね３０８の付勢力以上の電磁力が発生し、係合部材３０６がソレノイド３０４側に引き寄せられる。このため、係合部材３０６は吸入弁３００から離れるとともに、ばね３００ａの押圧力によって、吸入弁３００は、弁座部を閉塞する。【００３３】  従って、吐出行程中は、吸入弁３００が閉塞され、加圧室２７６の容積減少分の作動流体は、吐出弁３０２を押し開きバッファアキュムレータ３０へ圧送される。【００３４】  これに対し、ソレノイド３０４がＯＦＦになると、ばね３０８の付勢力により、係合部材３０６は吸入弁３００に押し付けられ、吸入弁３００を開弁状態にする。従って、吐出行程時においても、加圧室２７６の圧力は、流体供給ラインＷｌとほぼ同等の低圧状態を保つため、吐出弁３０２を開弁することができず、加圧室２７６の容積減少分の作動流体は、吸入弁３００を通り流体供給ラインＷｌ側へ戻される。【００３５】  また、吐出行程の途中で、ソレノイド３０４がＯＮとなれば、このときから、バッファアキュムレータ３０へ超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗが圧送される。また、一度圧送が始まると、加圧室２７６内の圧力は、上昇するため、その後、ソレノイド３０４をＯＦＦ状態にしても、吸入弁３００は閉塞状態を維持し、吸水行程の始まりと同期して自動開弁する。よって、ソレノイド３０４のＯＮタイミングにより、吐出量を調節することができる。超臨界開始用高圧ポンプ２７は超臨界エンジン１２の出力軸１３２により駆動されて５００〜２０００Ｋｇ／ｃｍ２の圧力で超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗをバッファアキュムレータ３０に圧送する。【００３６】  図３において、電磁弁３２は、弁本体３２０を備え、弁本体３２０の上方に延びるステンレスチューブ等からなる環状部材３２２が固定支持される。環状部材３２２の上部にはコア３２４が支持され、環状部材３２２の外周にソレノイド３２６が配設される。弁本体３２０には弁室３２７が形成され、弁室３２７はバッファアキュムレータ３０と連通するインレット３２８と、瞬間超臨界流体発生器４２の吸入ポートに連通するアウトレット３３０と、インレット３２８とアウトレット３３０との間に形成された第１、第２弁座３３２，３３４を有する。第１、第２弁座３３２，３３４には弁体３３６がコイルバネ３３８によって当接することで弁体３３６を閉弁位置に保持する。弁体３３６は、第１弁座３３２に当接する第１シート部３３６ａと、第２弁座３３４に当接する第２シート部３３６ｂと、第１、第２弁座３３２，３３４の中間部の円錐壁部に密着当接する第３シート部３３６ｃとを有する。第３シート部３３６ｃの中央部には開口部３３６ｄが形成されている。環状部材３２２内には摺動可能にプランジャ３４０が収納されており、その下端部に弁体３３６が接着又は溶接手段等により固定されていて、プランジャ３４０の軸方向に連通孔３４０ａが形成されている。【００３７】  図３において、ソレノイド３２６が無通電状態であると、プランジャ３４０がコイルバネ３４０によって閉弁位置に付勢される結果、弁体３３６が第１、第２弁座３３２，３３４に当接して電磁弁３２を閉弁位置に保持する。この時、超臨界開始用高圧作動流体の流通は遮断される。これに対して、ソレノイド３２６が通電されると、プランジャ３４０がコイルバネ３４０のバネ力に抗して上方に吸引され、弁体３３６が第１、第２弁座３３２，３３４から離間して電磁弁３２を開弁位置に保持する。このとき、バッファアキュムレータ３０の超臨界開始用高圧作動流体がインレット３２８から流入して弁室３２７に入り、次いで、アウトレット３３０から瞬間超臨界流体発生器４２の吸入ポートに噴射される。【００３８】  図４に示すように、瞬間超臨界流体発生器４２は、エンジン部４０に対して支持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て飽和蒸気発生ゾーンＺ１と、過熱蒸気発生ゾーンＺ２と、超臨界流体発生ゾーンゾーンＺ３とを有する超高温加熱室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の出力軸を収容するための直径を有する内周壁部１１１４を備える。【００３９】  瞬間超臨界流体発生器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のアウトレット３３０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。超高温加熱室１１１８のコーナー部１１１８ａ、１１１８ｂには一対の電極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。【００４０】  超高温加熱室１１１８には、一対のタングステン電極１１２４，１１２６の間に介在していてマルチ加熱電極体として機能するタングステン成形体１１３４が充填されていて互いに通電して発熱する。これらタングステン成形体１１３４はタングステン又はタングステン合金を含むボールからなる。タングステン成形体１１３４が通電した際にこれらの表面から電子が放出されるのでタングステン成形体１１３４の隙間は広域アーク放電領域１１３６として機能する。この時、パルス電力に応答して、タングステン成形体１１３４は、飽和蒸気発生ゾーンＺ１，過熱蒸気発生ゾーンＺ２及び超臨界流体発生ゾーンＺ３の広域にて放出電子の存在下で高密度のアーク放電を発生させて２０００〜３０００℃の高温状態となる。飽和蒸気発生ゾーンＺ１において、超臨界開始用高圧作動流体が超高温のタ���グステン成形体１１３４に接触すると同時に瞬時に飽和蒸気となる。過熱蒸気発生ゾーンＺ２において、飽和蒸気が高温のタングステン成形体１１３４や広域で発生するアーク放電に曝されて瞬時に過熱蒸気となる。超高温加熱室１１１８の下流側に流れるにしたがって、超臨界流体発生ゾーンＺ３において、過熱蒸気はさらにアーク放電の影響下で高温高圧となり超臨界流体が生成される。タングステン成形体１１３４としてタングステンボールを用いると、アーク放電は、タングステンボール１１３４の互いに隣接して対面する球面部分で発生しやすく、タングステンボール１１３４が５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の直径を有する場合に最も頻繁に発生する。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。タングステン成形体１１３４として、ステンレスボールを利用することも可能である。この時は、ステンレスボールが通電して発熱する温度範囲はステンレスの融点以下の温度範囲、例えば、８００〜１３５０℃に設定され、アーク放電が起きないようにパルス電力のパルス電圧とパルス電流のそれぞれの値を定めてもよい。超高温加熱室１１１８に隣接してデミスター部１１０６が配置され、デミスター部１１０６には耐熱性の金属ワイヤー等から形成されたデミスター１１１０が充填される。電磁開閉弁５６が所定周期で開弁されると、デミスター１１１０を通過した超臨界流体ＳＣｗはフィルター１１４２で濾過された後、アウトレット１１４０からエンジン部４０のインレットに供給される。【００４１】  本実施例において、エンジン部４０としては、好ましくは、同一発明者の発明による日本国特許第５１０３５７０号（発明の名称：回転式流体機械）に開示された回転式流体機械及び同一発明者の特許出願による特願２０１２−１９５５１３号（発明の名称：回転式流体機械）を用いても良い。この回転式流体機械は、ギヤレス、バルブレスでピストン切替のための遊星歯車やコネクティングロッド等の複雑なリング部品を含まず、極めて少ない部品点数の簡単な構造で一対のロータリピストンが真円起動で円滑に回転する点で有利である。【００４２】  図１に戻って、発電機１３は超臨界エンジン１２の出力軸１３２にクラッチＣＬを介して駆動連結されて発電し、発電電力をパワーラインＰＬを介して電気設備等の負荷（図示せず）に供給する。パワーラインＰＬにはリレー等から構成される切替制御器１９及び充電器２１を介して蓄電ユニット２０が接続される。充電器２１には開閉器ＳＷを介して外部電源１１から、例えば、夜間電力が供給される。この時、開閉器ＳＷが閉成され、切替制御器１９を介し夜間電力が充電器２１を介して逐電ユニット２０に供給される。蓄電ユニット２０は、充電器２１に選択的に接続される第１、第２蓄電器２２、２３と、第１、第２蓄電器２２、２３を充電器２１に交互に接続する第１スイッチ手段２４と、第１、第２蓄電器２２、２３をパルス電源２８に交互に接続する第２スイッチ手段２６とを備える。第１、第２蓄電器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）を備える。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蓄電器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。開閉器ＳＷとしては、公知の大容量電磁開閉器を用い、発電機１３が始動した後にはコントローラ６０からの指令信号によって自動的にオープン状態となって商用電源１１と充電装置２１との電気的接続を遮断するようにしても良い。【００４３】  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。【００４４】  第１、第２蓄電器２２、２３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）又はウルトラキャパシタモジュール（米国”Ｍａｘｗｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ“社製）が用いられる。その他の蓄電池としては、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−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される。なお、第１蓄電器２２の出力ラインの間にはウルトラキャパシタ（図示せず）を接続してもよい。第１蓄電器２２及び第２蓄電器２３から交互に出力電力がパルス電源２８に供給される。【００４５】  パルス電源２８は急速充放電型蓄電器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２０〜１２０ボルトの間で設定され、ピーク電流とベース電流とからなるパルス電流が瞬間超臨界流体発生器４２に流れるように回路設計される。パルス電流はピーク電流通電期間内において流れる５０〜５００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。瞬間超臨界流体発生器４２には、タングステン成形体等からなるマルチ加熱電極体１１３４を備えていて、パルス電力に応答して通電することにより作動流体の臨界温度３７４℃以上の温度、例えば、８００〜１３００℃の温度に昇温し、超臨界開始用高圧作動流体と接触した際に広域で瞬時に超臨界流体を発生させる。パルス電源２８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を採用しても良い。【００４６】  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、瞬間超臨界流体発生���４２の温度センサＳ２（図４参照）からの温度信号と、超臨界エンジン１２の出力軸１３２の回転数センサＳ３からのエンジン回転数信号がコントローラ６０に送信される。入力装置６２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を基準信号としてコントローラ６０に入力する。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スイッチ手段２６を介して第１、第２蓄電器２２、２３の一方をパルス電源２８に接続するとともに第１スイッチ手段２４を介して第１、第２蓄電器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からの入力信号に応答して高圧ポンプ２７のソレノイド３０４、電磁弁３２のソレノイド３２６を制御する。このとき、コントローラ６０は、エンジン部４０において膨張行程が継続している間は電磁弁３２を開弁状態となるように制御する。したがって、エンジン部４０の可動ピストン２００には膨張行程の全期間中に圧力が４５０ｂａｒ以上の高圧の超臨界流体が連続的に作用して、正味平均有効圧力を従来のレースエンジンの１４Ｋｇ／ｃｍ２の３０倍以上に飛躍的に向上させる。コントローラ６０は、さらに、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。【００４７】  次に、本発明に掛かる第１実施形態の次世代電力供給方法について図１〜図４を参照しながら説明する。図１の次世代電力供給システム１０において、外部電源１１が商用交流電であり、次世代電力供給システム１０が夜間電力貯蔵システムとして機能するものとする。夜間電力貯蔵モードにおいて、コントローラ６０からの指令信号に応答して、開閉器ＳＷが閉成されると、夜間電力、即ち、オフピーク時間帯の電力が変圧器ＴＲによって所定電圧に降圧され、切替制御器１９によって蓄電ユニット２０に接続される。【００４８】  ＜電力貯蔵モード＞
電力貯蔵モードにおいては、外部電源１１からの交流電力は変圧器ＴＲによって所定電圧に降圧されて切替制御器１９を介して蓄電ユニット２０に供給される。交流電圧は、充電器２１において交直電力変換器（図示せず）により直流電力に変換され、次いで、直流電力変換部（図示せず）は蓄電ユニット２０に適した充電条件に直流電圧を調整する。このとき、第１スイッチ手段２４がコントローラ６０からの指令信号に応答して作動し、充電器２１を第１蓄電器２２に接続して夜間電力を充電する。電圧検出信号Ｖ１と電流検出信号Ｉ１とが第１蓄電器２２からコントローラ６０に出力されていて、コントローラ６０ではこれら検出信号に基づいて第１蓄電器２２のＳＯＣ値を演算により測定している。第１蓄電器２２のＳＯＣ値が満充電状態となっているとコントローラ６０が判断した場合には、第１スイッチ手段２４が切替わって、充電器２１が第２蓄電器２３に接続されて夜間電力が充電される。第２蓄電器２３からの電圧検出信号Ｖ１と電流検出信号Ｉ１とに基づいて、コントローラ６０が第２蓄電器２２のＳＯＣ値が満充電状態となっていると判断した場合には、電磁開閉器からなる開閉器ＳＷが開状態とされる。なお、この電力貯蔵モードにおいて、パルス電源２８はコントローラ６０からオフ状態とされている。【００４９】  ＜電力供給モードにおける超臨界エンジン起動＞
電力供給モード時、即ち、電力需要ピーク時には、コントローラ６０からの指令信号により、第２スイッチ手段２６が作動して第１蓄電器２２がパルス電源２８に接続される。次に、コントローラ６０からの指令信号（図示せず）により、パルス電源２８がＯＮ状態とされる。このとき、パルス電源２８は第１蓄電器２２からの出力電力に基づいて周期的なパルス電力を生成し、これを瞬間超臨界流体発生器４２に供給する。瞬間超臨界流体発生器４２では、周期的なパルス電力に応答してタングステン成形体１１３４（図４参照）が通電して、超臨界温度以上の作動温度範囲に昇温する。この作動温度範囲は使用する作動流体の超臨界温度に応じてパルス電力のパルス電圧のデューティと周期を制御することにより自由に定められる。瞬間超臨界流体発生器４２の温度センサＳ２からの温度信号Ｔに応答して、コントローラ６０が超臨界温度に達したこと判断した場合には、コントローラ６０から指令信号が出力されて電磁弁３２が通電する。このとき、バネ３３８のバネ圧に抗してプランジャ３４０が開弁方向に作動して弁体３３６が第１、第２弁座３３２，３３４から離間してインレットト３２８とアウトレットト３３が連通する（図３参照）。このため、バッファアキュムレータ３０の超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗが瞬間超臨界流体発生器４２に供給される。瞬間超臨界流体発生器４２において、超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗは超高温状態となっているタングステン成形体１１３４（図４参照）と接触すると、瞬時に飽和蒸気となり、順次、飽和蒸気が下流側に流れるに従って下流側の高温球状電極体と接触して過熱蒸気となる。過熱蒸気は放電領域１１３６で発生したアーク放電により、さらに、加熱されて超臨界流体が発生する。この超臨界流体は超臨界流体インレット１２４からエンジン部４０に流入して爆発的に膨張して可動ピストン２００により機械エネルギーに変換される。このように、バッファアキュムレータ３０及び瞬間超臨界流体発生器４２はエンジンスタータとして機能し、エンジン部４０を起動させて機械エネルギーに変換され、出力軸１３２にトルクが発生する。超臨界エンジン１２の始動が完了すると、出力軸１３２により駆動された超臨界開始用高圧ポンプ２７が、低圧ポンプＰから供給された作動流体を加圧して超臨界開始用高圧作動流体ＨＰｗをバッファアキュムレータ３０に圧送する。コントローラ６０からの指令信号に応答して電磁弁３２が周期的にＯＮ／ＯＦＦされ、瞬間超臨界流体発生器４２には超臨界開始用高圧作動流体が間歇的に供給されて、超臨界流体が発生する。４５０ｂａｒ以上の超臨界流体はエンジン部４０の膨張行程のほぼ全期間中に連続してエンジン部４０に供給されるため、エンジン部４０の正味有効平均圧力は前述のように極めて高い値に維持され、大きな出力が得られる。排出ポート４０ｂから排出された膨張流体は凝縮器４２で凝縮されて液相作動流体として貯蔵タンクＴに回収され、繰り返し再利用される。【００５０】  ＜電力供給モードにおける発電機運転＞
超臨界エンジン１２の起動が完了すると、コントローラ６０からの指令信号Ｃｃに応答してクラッチＣＬが締結して発電機１３が駆動される。発電機１３の発電電力はパワーラインＰＬを介して各種電気負荷に供給される。【００５１】  ＜電力供給モードにおける充電電力の切替運転と電力供給＞
発電機１３の運転開始後、所定時間が経過した際に、第１蓄電器２２からコントローラ６０に出力されている電圧検出信号Ｖ１と電流検出信号Ｉ１とに基づいて、コントローラ６０が、第１蓄電器２２のＳＯＣ値が所定値以下となったことを判断すると、コントローラ６０からの指令信号に応答して第２スイッチ手段２６が切替わり、第２蓄電器２３がパルス電源２８に接続される。このとき、コントローラ６０からの指令信号に応答して第１スイッチ手段２４が切替わって、第１蓄電器２２が充電器２１に接続される。次に、コントローラ６０からの指令信号に応答して切替制御器１９が切替わって充電器２１がパワーラインＰＬに接続され、発電機１３の発電電力の一部は充電器２１を介して蓄電ユニット２０の第１蓄電器２２に供給されて充電が行われる。次に、コントローラ６０が、第２蓄電器２２のＳＯＣ値が所定値以下となったことを判断すると、第２スイッチ手段２６が切替わって、第１蓄電器２２をパルス電源２８に接続する。一方、第２蓄電器２３が充電器２１に接続されて発電機１３の発電電力の一部は充電器２１を介して充電される。このように、第１、第２蓄電器２２，２３は、充電器２１を介して発電電力の一部を充電することになる。したがって、長期に亘って超臨界エンジン１２を作動させて発電機１３を駆動するため、電力ピーク時に安定した電力を供給することができる。【００５２】  図５は本発明の第２実施形態による次世代太陽光発電システムのブロック図を示す。次世代太陽光発電システム１０Ａは、図１に示した次世代電力供給システム１０に対して外部電源１１として太陽光発電装置１１０を採用し、図１の第１実施形態の開閉器ＳＷに代えて太陽光発電装置１１０の直流電力を交流電力に変換するインバータ装置１１２を採用した点が異なる。したがって、以下、同一又は類似構成部材については同一符号を付し、この差異に焦点を当てて説明する。【００５３】  図５において、太陽光発電装置１１０とインバータ装置１１２の入力端子との間でコンデンサＣ１，Ｃ２が直列に接続される。インバータ装置１１２は、太陽光発電装置１１０の直流電力を交流電力に変換するものである。インバータ装置１１２の出力側には、電圧センサと電流センサが接続され、これらセンサの電圧検出信号Ｖ２と電流検出信号Ｉ２はコントローラ６０に送信され、インバータ装置１１２の出力電力が所定値以下であるか否かが判断される。インバータ装置１１２の出力電力が所定値以上であると判断されると、コントローラ６０からの指令信号によって切替制御器１９が第１切替位置に作動してインバータ装置１１２を充電器２１に接続して蓄電ユニット２０に電力を充電する。一方、雨天や天候不順等の利用により、太陽光発電装置１１０の出力電力が低下した結果、インバータ装置１１２の出力電力が所定値以下であるとコントローラ６０が判断した場合には、コントローラ６０からの指令信号が切り替わって切替制御器１９が第２切替位置に作動してインバータ装置１１２が遮断される。この時、切替制御器１９を介して充電器２１が発電機１３のパワーラインＰＬに接続されて発電電力の一部が蓄電ユニット２に充電される。このように、インバータ装置１１２の出力電力が所定値以下��なった際には、発電機１３で発生した発電電力の一部によって蓄電ユニット２０が充電される。このため、太陽光発電システム１０Ａは、曇り等の環境条件、或いは、夜間又は長期の天候不順により太陽光発電能力が不十分となった場合にも、安定した電力を長期に亘って供給することが可能となる。その他の作用は第１実施形態の次世代電力供給システム１０の作用と同一のため、詳細な説明を省略する。【００５４】  以上、本発明の各実施形態が記載されたが、本発明はこれら実施形態に示された構成に限定されず、様々な変更が可能である。エンジン部は可動ピストンを有するものとして記載されたが、エンジン部としては回転式流体機械やレシプロエンジンの何れも適用可能である。レシプロエンジンを採用する際には、レシプロエンジンのクランク軸にカムを設けて、これに超臨界開始用高圧ポンプを駆動連結し、一方、レシプロエンジンのシリンダーヘッドに瞬間超臨界流体発生器を接続し、この超臨界流体をシリンダー内部に噴射して可動ピストンに作用させるように変形してもかまわない。高圧ポンプはシングルプランジャタイプのものとして示したが、ダブルプランジャ又は２つ以上のプランジャを径方向に配列した、所謂、ラジアルプランジャ型高圧ポンプのものを利用しても良い。
【符号の説明】
【００５５】１０  次世代電力供給システム；１０Ａ  次世代太陽光発電システム；１１  外部電源；１２  超臨界エンジン；１３  発電機；１９  切替制御器；２０  蓄電ユニット；２１  充電器；２２，２３  第１、第２蓄電器；２４、２６  第１、第２スイッチ手段；２７  超臨界開始用高圧ポンプ；２８  パルス電源；３０  バッファアキュムレータ；４０  エンジン部；４２  瞬間超臨界流体発生器；６０  コントローラ；６２  入力装置；１１０  太陽光発電装置
【図１】
2014105703.tif 000003
【図２】
2014105703.tif 000004
【図３】
2014105703.tif 000005
【図４】
2014105703.tif 000006
【図５】
2014105703.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月26日(2013.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電ユニットの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、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成することを特徴とする次世代電力供給システム。
【請求項２】
前記超臨界開始用高圧ポンプから供給された超臨界開始用高圧作動流体をバッファアキュムレータに蓄圧することで前記瞬間超臨界流体発生器に供給される超臨界開始用高圧作動流体の脈動を抑制し、電磁弁により前記バッファアキュムレータから前記超臨界開始用高圧作動流体を前記可動ピストンの膨張行程のほぼ全期間中に前記瞬間超臨界流体発生器に供給し、前記バッファアキュムレータと前記瞬間超臨界流体発生器とをエンジンスタータとして機能させることを特徴とする請求項１記載の次世代電力供給システム。
【請求項３】
前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに充電し、
前記蓄電ユニットが、
前記蓄電ユニットのＳＯＣ値に基づいて前記蓄電ユニットのＳＯＣ値に基づいて前記充電器に選択的に接続される第１及び第２蓄電器と、
前記充電器と前記第１及び第２蓄電器との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電器を交互に前記充電器に接続するスイッチ手段と、を含み、
前記スイッチ手段が、前記第１及び第２蓄電器の一方から前記パルス電源に蓄電電力が供給されている間に前記第１及び第２蓄電器の他方を前記充電器により充電するように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の次世代電力供給システム。
【請求項４】
前記瞬間超臨界流体発生器が、前記エンジン部に隣接して配置されたリアクタケーシングと、前記リアクタケーシングに形成されていて飽和蒸気発生ゾーンと、過熱蒸気発生ゾーンと、超臨界流体発生ゾーンとを有する超高温加熱室と、前記パルス電源に接続されていて前記超高温加熱室に配置された複数の電極と、前記複数の電極の間で互いに通電して前記マルチ加熱電極体として機能するタングステン成形体と、前記タングステン成形体の隙間に形成されていて前記タングステン成形体の放出電子の存在下で広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電領域と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の次世代電力供給システム。
【請求項５】
蓄電ユニットの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するステップと、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させるステップと、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成するステップと、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させるステップと、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成することを特徴とする次世代電力供給方法。
【請求項６】
太陽光発電装置で発生した発電電力を蓄電用電力として蓄電ユニットに充電し、該蓄電ユニットの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、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成することを特徴とする次世代太陽光発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】  第１発明によれば、次世代電力供給システムが、蓄電ユニットの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、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成すると共に、該発電電力の一部を当該蓄電ユニットに充電することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】  この構成によれば、商用電源又は自然エネルギー（風力、太陽光等）発電装置等の外部電源から供給された蓄電電力を蓄電ユニットに充電しておき、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、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成すると共に、該発電電力の一部を当該蓄電ユニットに充電する。膨張行程の全期間中、可動ピストンには連続的に超臨界流体が作用する。この時、可動ピストンの正味平均有効圧力は少なくとも４５０Ｋｇ／ｃｍ２以上の極めて高い圧力となる。現存のレーシングエンジンで、１つの基準とされる正味平均有効圧力がエンジンの最高出力時において１３Ｋｇ／ｃｍ２であることと比較すれば、この可動ピストンの正味平均有効圧力が如何に突出して大きいかが分かる。このように大きな機械エネルギーによって発電機を駆動して発電電力を生成する。したがって、大容量蓄電器を用いることなく、電力需要ピーク時に安定した電力を長期に渡って供給することが可能となる。この次世代電力供給システムは数Ｋｗ〜数十Ｋｗクラスの家庭用及び小規模電力需要家を始め、数百〜数千メガワットクラスの大型ビル、鉄道施設、地方自治体の上下水道施設及び大規模工場等の大電力需要家にいたるまで広い用途を有する。このように、本発明の次世代電力供給システムは、所謂、ゼロエネルギービル、ゼロエネルギー住宅、ゼロエネルギー工場やゼロエネルギー移動体（電気推進移動体）の実用化が可能となると共に地球環境対策に貢献する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】  好ましくは、前記超臨界開始用高圧ポンプから供給された超臨界開始用高圧作動流体をバンファアキュムレータに蓄圧することで前記瞬間超臨界流体発生器に供給される超臨界開始用高圧作動流体の脈動を抑制し、電磁弁により前記バッファアキュムレータから前記超臨界開始用高圧作動流体を前記可動ピストンの膨張行程のほぼ全期間中に前記瞬間超臨界流体発生器に供給し、前記バッファアキュムレータと前記瞬間超臨界流体発生器とをエンジンスタータとして機能させることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】  この構成によれば、バッファアキュムレータに超臨界開始用高圧作動流体を蓄圧するため、前記瞬間超臨界流体発生器に供給される超臨界開始用高圧作動流体の脈動が抑制され、エンジンの回転ムラが防止され、エンジン性能が安定する。しかも、電磁弁が、膨張行程のほぼ全期間中にバッファアキュムレータから超臨界開始用高圧作動流体を瞬間超臨界流体発生器に供給するため、瞬間超臨界流体発生器では継続的に超臨界流体を発生させ、膨張行程の全期間中に可動ピストンには連続的に超臨界流体の爆発力（爆発的に膨張する力）が作用して可動ピストンの正味平均有効圧力を極限まで増大させる。また、バッファアキュムレータはエンジンスタータとしての機能を併せ持ち、エンジン始動時には、瞬間超臨界流体発生器を始動して、バッファアキュムレータから超臨界開始用高圧作動流体を供給してやれば、瞬時にエンジン起動用の超臨界流体を発生させてエンジン始動を円滑に行うことが可能となる。したがって、寒冷地対策用のエンジン始動のための特別の部品も不要であり、信頼性が高い次世代電力供給システムの提供が可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】  好ましくは、前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに充電し、前記蓄電ユニットが、前記蓄電ユニットのＳＯＣ値に基づいて前記充電器に選択的に接続される第１及び第２蓄電器と、前記充電器と前記第１及び第２蓄電器との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電器を交互に前記充電器に接続するスイッチ手段と、を含み、前記スイッチ手段が、前記第１及び第２蓄電器の一方から前記超臨界開始用パルス電源に出力電力が供給されている間に前記第１及び第２蓄電器の他方を前記充電器により充電するように制御することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】  この構成によれば、前記発電電力の一部を前記蓄電ユニットに充電する。この結果、パルス電源には長期に亘って蓄電ユニットから蓄電電力が供給され、パルス電源からは瞬間超臨界流体発生器にパルス電力が継続的に供給される。蓄電ユニットは第１、第２蓄電器を備えていて、第１、第２蓄電器のＳＯＣ値に基づいて発電機の発電電力の一部を充電器を介して第１、第２蓄電器に充電する。そのため、第１、第２蓄電器の一方からパルス電源に電力が供給されている間に第１、第２蓄電器の他方が充電されることになる。そのため、瞬間超臨界流体発生器では、長期に亘って、このパルス電力を利用して超臨界流体を継続的に発生することが可能となる。したがって、夜間電力や自然エネルギー発電により得た電力を利用して長期に渡って電力ピーク時に安定した電力を供給することが可能な次世代電力供給システムが提供される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】  第２発明によれば、次世代電力供給方法が、蓄電ユニットの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するステップと、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させるステップと、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成するステップと、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させるステップと、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成するステップとを含むことを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】  この方法によれば、蓄電ユニットの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、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給された超臨界開始用高圧作動流体を瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより瞬時に超臨界流体を生成する。この超臨界流体により可動ピストンを爆発的に膨張させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成する。したがって、大容量蓄電器を用いることなく、長期に渡って電力ピーク時に安定した電力を供給することが可能となる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】  第３発明によれば、次世代太陽光発電システムが、太陽光発電装置で発生した発電電力を蓄電電力として蓄電ユニットに充電し、該蓄電ユニットの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、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成することを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】  この構成によれば、太陽光を利用して発電された電力を蓄電ユニットに充電しておき、該蓄電ユニットの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、当該パルス電力により瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、超臨界開始用高圧ポンプから供給される超臨界開始用高圧作動流体を該瞬間超臨界流体発生器に接触させることにより超臨界流体を生成し、当該超臨界流体により可動ピストンを作動させることにより機械エネルギーを発生させ、該機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を生成する。したがって、大容量蓄電器を用いることなく安定した電力を供給することができる次世代太陽光発電システムの実用化が可能となる。