(57)【要約】【課題】  小容量蓄電装置の利用を可能にして、小型軽量、高性能で低コストの電気流体圧エンジン、電気流体圧エンジン駆動動力発生装置及び電気流体圧エンジン駆動発電装置を提供するものである。【解決手段】  電気流体圧エンジン１２において、ロータリ加圧ポンプ４４を介して超臨界流体発生器４２に高圧液相作動流体が連続的に供給され、蓄電装置２２，２３から交互にパルス電源２８に電力を継続的に供給し、超臨界流体発生器では周期的なパルス電流に応答して広域でアーク放電を発生させて高圧液相作動流体から超臨界流体を継続的に発生させ、この超臨界流体を回転式流体機械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の一部で発電機１６を駆動して得た電気エネルギーの一部を蓄電装置に交互に急速充電させることで、電気流体圧エンジン、電気流体圧エンジン駆動動力発生装置及び電気流体圧エンジン駆動発電装置の提供を可能にする。【選択図】図１
2014095374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相作動流体を貯蔵する低圧貯蔵容器と、
前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、
所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、
前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる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とともに前記機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、
前記機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、
前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムとを備え、
前記蓄電システムが、
前記発電電力の一部を充電電力として供給する充電器と、
前記充電電力を充電する第１及び第２蓄電装置と、
前記充電器と前記第１及び第２蓄電装置との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電装置を交互に前記充電器に接続する切替制御器と、を含み、
前記切替制御器が、前記切替制御器が、前記第１及び第２蓄電装置の一方から前記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蓄電装置の他方を前記充電器により充電するように制御するように制御することを特徴とする電気流体圧エンジン。
【請求項２】
前記高圧液相作動流体を貯蔵するアキュムレータと、前記ロータリ加圧ポンプから吐出した前記高圧液相作動流体の流路を前記アキュムレータと前記超臨界流体発生器の少なくとも１つに切替える切替制御弁とを、さらに、含むことを特徴とする請求項１記載の電気流体圧エンジン。
【請求項３】
前記回転式流体機械が前記超臨界流体を膨張させる第１回転機械部と、前記アキュムレータから供給された前記高圧液相作動流体に応答してモータモードで機能する一方、前記ロータリ加圧ポンプから前記アキュムレータに前記高圧液相作動流体が供給されている間に前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を前記超臨界流体発生器に供給するポンプモードで機能する第２回転機械部とを備え、さらに、前記第２回転機械部から排出された膨張流体を冷却液化して前記液相作動流体を前記低圧貯蔵容器に回収する冷却器を含むことを特徴とする請求項２記載の電気流体圧エンジン。
【請求項４】
前記超臨界流体発生器が、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アーク放電発生室と、前記パルス電源に接続されていて前記アーク放電発生室でアーク放電を発生させる複数のアーク電極と、前記アーク電極の間で前記飽和蒸気発生ゾーン、前記過熱蒸気発生ゾーン及び前記超臨界流体発生ゾーンに介在していて広域にて前記アーク放電を発生させる前記広域アーク放電発生手段として機能する多数のアーク放電球体とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気流体圧エンジン。
【請求項５】
液相作動流体を貯蔵する低圧貯蔵容器と、
前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、
所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、
前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる超臨界流体発生器と、
前記超臨界流体を膨張させて動力用機械エネルギーに変換するとともに前記動力用機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、
前記動力用機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、
前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムとを備え、
前記蓄電システムが、
前記発電電力の一部を充電電力として供給する充電器と、
前記充電電力を充電する第１及び第２蓄電装置と、
前記充電器と前記第１及び第２蓄電装置との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電装置を交互に前記充電器に接続する切替制御器と、を含み、
前記切替制御器が、前記第１及び第２蓄電装置の一方から前記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蓄電装置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電気流体圧エンジン駆動動力発生装置。
【請求項６】
液相作動流体を貯蔵する低圧貯蔵容器と、
前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、
所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、
前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる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とともに前記機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、
前記機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、
前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムとを備え、
前記蓄電システムが、
前記発電電力の一部を充電電力として供給する充電器と、
前記充電電力を充電する第１及び第２蓄電装置と、
前記充電器と前記第１及び第２蓄電装置との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電装置を交互に前記充電器に接続する切替制御器と、を含み、
前記切替制御器が、前記第１及び第２蓄電装置の一方から前記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蓄電装置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電気流体圧エンジン駆動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【技術分野】
【０００１】  本発明は流体圧エンジン、流体圧エンジン駆動動力発生装置及び流体圧エンジン駆動発電装置に関し、特に、電気流体圧エンジン、電気流体圧エンジン駆動動力発生装置及び電気流体圧エンジン駆動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、地球温暖化防止の有効な対策としてアキュムレータの圧力エネルギーを利用したアキュムレータエンジンやアキュムレータを利用した高エネルギー変換効率の液圧動力伝達装置が提案されている。【０００３】  特許文献１には、２個の液圧容器にそれぞれガス圧容器を接続して内燃機関の排熱エネルギーを利用してガス圧力を高めて液圧容器の液圧エネルギーの急峻な低下を補償するようにしたアキュムレータエンジンが提案されている。【０００４】  特許文献２には、低圧アキュムレータと高圧アキュムレータを用意して、内燃機関でポンプモータを駆動して低圧アキュムレータから低圧液体を吸引・加圧して高圧液体を高圧アキュムレータに貯蔵し、液圧流体で駆動用ポンプモータを作動させることにより動力を発生させるようにした液圧動力伝達装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５５７９６４０号
【特許文献２】米国特許第６７１９０８０号（日本国特許第４６３３０８７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で開示されたアキュムレータエンジンでは、内燃機関に駆動連結された複数のポンプモータと、複数の三方切替弁を介してそれぞれ複数のポンプモータに接続された複数の液圧貯蔵容器と、複数の液圧貯蔵容器にそれぞれ接続された複数のガス容器とを備え、前記内燃機関の作動により複数のポンプモータを駆動して液体貯蔵容器から液圧流体を吸引・加圧して高圧液体を複数の液圧貯蔵容器に貯蔵する構成となっている。この構成では、多数の液圧関連部品を必要とするため、エンジン自体の構造が大型化すると共に複雑となり、生産コストも上昇する。しかも、複数の液圧貯蔵容器から液圧流体を取り出すと、液圧貯蔵容器内の圧力は急激に低下して圧力エネルギーが少なくなる。その結果、アキュムレータエンジンで長時間に亘って十分な出力トルクを得ることができなかった。そこで、この問題を克服すべく、内燃機関の排気系に複数の熱交換用コイルと複数のバルブ手段とを設けて排熱エネルギーにより複数のガス圧容器を加熱してガス圧を上昇させ、液圧貯蔵容器の急激な圧力低下を補償している。しかしながら、乗用車やトラック・バス等の自動車が市街地走行で運転される際には、頻繁に低速走行が行われてエンジン出力が低い運転状態となる。そのため、市街地走行では、排気温度が連続して高温に維持されることが少ない。したがって、上述の排熱エネルギーでガス圧の急峻な低下を補償してもアキュムレータの液圧低下をカバーするには不十分であり、車両の航続距離を向上させることができなかった。しかもこの種のアキュムレータエンジンでは内燃機関が採用されているため、必然的に有害排ガス成分の排出を抑制することは困難であった。【０００７】  特許文献２で開示された液圧動力伝達装置では、内燃機関によってポンプモータを駆動して液体を加圧しているが、液体で動力を発生させるためには内燃機関を連続的に作動させなければならず、有害な排ガスを連続的に放出することとなり、地球環境と大気汚染対策の観点から望ましいものとはいえなかった。しかも、多数の液圧切替部品を備えた複数のサブ回路と、多数の高圧ラインと低圧ラインとが配置された複雑な構造の液圧制御回路の採用が必須条件となっていた。その結果、複雑な構造の液圧制御回路における液圧流体の流路損失が大きくなって応答性も悪く、動力発生機構も必然的に大型となり、地球環境に優しい流体圧／機械エネルギー変換機構の実用化が困難であった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、構造が簡単で応答性が高く、しかも小型高性能で低コスト生産が可能な、地球環境に優しい電気流体圧エンジン及び電気流体圧エンジン駆動動力発生装置並びに電気流体圧エンジン駆動発電装置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】
【０００９】  この発明によれば、電気流体圧エンジンが、液相作動流体を貯蔵する低圧貯蔵容器と、前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる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とともに前記機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、前記機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムとを備える。蓄電システムは、前記発電電力の一部を充電電力として供給する充電器と、前記充電電力を充電する第１及び第２蓄電装置と、前記充電器と前記第１及び第２蓄電装置との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電装置を交互に前記充電器に接続する切替制御器とを含む。切替制御器は、第１及び第２蓄電装置の一方から前記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蓄電装置の他方を前記充電器により充電するように制御する。【００１０】  この構成によれば、電気流体圧エンジンにおいて、ロータリ加圧ポンプを介して超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が連続的に供給される。一方、蓄電システムからパルス電源に電力が継続的に供給される。蓄電システムは第１、第２蓄電装置を備えていて、第１、第２蓄電装置の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蓄電装置に充電する。そのため、第１、第２蓄電装置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蓄電装置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システムから電力が供給され、パルス電源からは超臨界流体発生器にパルス電流が継続的に供給される。そのため、超臨界流体発生器では、長期に亘って、このパルス電流に応答してアーク放電を発生させ、高圧液相作動流体から超臨界流体を継続的に発生することが可能となる。この超臨界流体を回転式流体機械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の一部で前記発電機を駆動して、発電電力の一部を充電電力として充電器に供給する。その結果、小容量の蓄電装置の利用を可能にし、小型高性能のクリーンな電気流体圧エンジンの実用化が可能となる。作動流体としては、１例として、純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使用する。導電性水溶液を超臨界流体発生器に導入して超臨界水を発生させる。超臨界水は、大気圧の状態から加熱して、６７３Ｋ（約４００℃）の超臨界温度に達した際に４００ｂａｒの超臨界圧となる。超臨界流体発生器において超臨界温度は１０７３Ｋ（約８００℃）以上となるため、超臨界圧は極めて高い圧力となる。さらに、ロータリ加圧ポンプによって超高圧導電性水溶液が超臨界流体発生器に連続的に導入されるため、１０７３Ｋ（約８００℃）以上の超臨界温度で超臨界水を発生させると、圧力はさらに高い超臨界圧となる。この時��超臨界水が回転式流体機械に供給されている期間中に、超臨界流体発生器には高圧導電性水溶液が連続的に供給され、一方、周期的なパルス電流によってアーク放電が発生して連続的に超臨界水が発生する。したがって、回転式流体機械の膨張行程の全期間中において超臨界水は極めて高い超臨界圧に維持されたまま回転式流体機械に連続的に供給される。その結果、膨張サイクル毎にロータリピストン本体に作用する正味平均有効圧力は極めて高い圧力に維持される。したがって、エネルギー変換効率の高い低コストで小型高性能の電気流体圧エンジンの実用化が可能となる。【００１１】  好ましくは、電気流体圧エンジンが、前記高圧液相作動流体を貯蔵するアキュムレータと、前記ロータリ加圧ポンプから吐出した前記高圧液相作動流体の流路を前記アキュムレータと前記超臨界流体発生器の少なくとも１つに切替える切替制御弁とを、さらに、含む。【００１２】  この構成によれば、ロータリ加圧ポンプから吐出した高圧液相作動流体がアキュムレータに貯蔵され、超臨界流体発生器にはアキュムレータとロータリ加圧ポンプとから高圧液相作動流体が供給可能となる。したがって、アキュムレータから超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が流入するにつれて、アキュムレータの圧力が所定値以下の圧力に低下した場合であっても、ロータリ加圧ポンプから超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が継続的に供給される。そのため、電気流体圧エンジンはアキュムレータの圧力が所定値以下の圧力に低下した場合であって運転を継続することができる。【００１３】  好ましくは、回転式流体機械が、前記超臨界流体を膨張させる第１回転機械部と、前記アキュムレータから供給された前記高圧液相作動流体に応答してモータモードで機能する一方、前記ロータリ加圧ポンプから前記アキュムレータに前記高圧液相作動流体が供給されている間に前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を前記超臨界流体発生器に供給するポンプモードで機能する第２回転機械部とを備える。さらに、前記第２回転機械部から排出された膨張流体を冷却液化して前記液相作動流体を前記低圧貯蔵容器に回収する冷却器を含む。【００１４】  この構成によれば、第１には、部品点数の大幅な削減と低コスト化、並びに電気流体圧エンジンの小型軽量化が可能となる。第２には、第２回転機械部が直接、低圧貯蔵容器から液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を生成して超臨界流体発生器に圧送することができる。したがって、ロータリ加圧ポンプから高圧液相作動流体がアキュムレータに供給されている期間中であっても、第２回転機械部によって高圧液相作動流体を超臨界流体発生器に継続的に供給することができる。また、第２回転機械部から排出された膨張流体は冷却器により冷却液化して液相作動流体として回収されて循環利用されるため、液相作動流体の消費が抑制される。このように、電気流体圧エンジンでは、回転式流体機械に継続的に超臨界流体が供給されて機械エネルギーを連続的に出力することが可能となる。【００１５】  好ましくは、前記超臨界流体発生器が、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���ンと、超臨界流体発生ゾーンとを有するアーク放電発生室と、前記パルス電源に接続されていて前記アーク放電発生室でアーク放電を発生させる複数のアーク電極と、前記アーク電極の間で前記飽和蒸気発生ゾーン、前記過熱蒸気発生ゾーン及び前記超臨界流体発生ゾーンに介在していて広域にて前記アーク放電を発生させる前記広域アーク放電発生手段として機能する多数のアーク放電球体とを含む。【００１６】  この構成によれば、アーク放電球体は互いに点接触をしていて、その間には多数のアーク放電空間が存在しており、これら多数のアーク放電空間にて容易に高密度のアーク放電が発生し、超臨界流体の発生の信頼性が飛躍的に向上する。超臨界流体発生器に連続的に供給される高圧液相作動流体は飽和蒸気発生ゾーンにおいて通電によるジュール熱で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、信頼性も高い電気流体圧エンジンを提供することが可能となる。【００１７】  また、この発明によれば、電気流体圧エンジン駆動動力発生装置が、相作動流体を貯蔵する低圧貯蔵容器と、前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる超臨界流体発生器と、前記超臨界流体を膨張させて動力用機械エネルギーに変換するとともに前記動力用機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、前記動力用機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムとを備える。前記蓄電システムが、前記発電電力の一部を充電電力として供給する充電器と、前記充電電力を充電する第１及び第２蓄電装置と、前記充電器と前記第１及び第２蓄電装置との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電装置を交互に前記充電器に接続する切替制御器とを含む。前記切替制御器が、前記第１及び第２蓄電装置の一方から前記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蓄電装置の他方を前記充電器により充電するように制御する。【００１８】  この構成によれば、電気流体圧エンジン駆動動力発生装置において、蓄電システムの第１、第２蓄電装置はそれぞれの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蓄電装置に充電する。そのため、第１、第２蓄電装置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蓄電装置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システムから電力が供給されることで、パルス電源からは超臨界流体発生器にパルス電流を継続的に供給することが可能となる。したがって、超臨界流体発生器では、長期に亘って、このパルス電流に応答してアーク放電を発生させ、高圧液相作動流体から超臨界流体を継続的に発生���ることが可能となる。この超臨界流体を回転式流体機械で爆発的に膨張させて動力用機械エネルギーに変換し、クリーンな動力を発生させることができる。【００１９】  また、この発明によれば、電気流体圧エンジン駆動発電装置が、液相作動流体を貯蔵する低圧貯蔵容器と、前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる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とともに前記機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、前記機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムとを備え、前記蓄電システムが、前記発電電力の一部を充電電力として供給する充電器と、前記充電電力を充電する第１及び第２蓄電装置と、前記充電器と前記第１及び第２蓄電装置との間に配置されていて前記第１及び第２蓄電装置を交互に前記充電器に接続する切替制御器とを含む。前記切替制御器が、前記第１及び第２蓄電装置の一方から前記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蓄電装置の他方を前記充電器により充電するように制御する。【００２０】  この構成によれば、電気流体圧エンジン駆動発電装置において、蓄電システムの第１、第２蓄電装置はそれぞれの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蓄電装置に充電する。そのため、第１、第２蓄電装置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蓄電装置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システムから電力が供給され、パルス電源からは超臨界流体発生器にパルス電流が継続的に供給される。したがって、超臨界流体発生器では、長期に亘って、このパルス電流に応答してアーク放電を発生させ、高圧液相作動流体から超臨界流体を継続的に発生することが可能となる。この超臨界流体を回転式流体機械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で発電機を駆動して、発電電力を低コストで供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例による電気流体圧エンジンを組み込んだ電気流体圧エンジン駆動動力発生装置及び電気流体圧エンジン駆動発電装置のブロック図を示す。
【図２】図１に示した電気流体圧エンジンの本体部分の概略概観図を示す。
【図３】図２の超臨界流体発生器のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を示す。
【図４】図４は第１、第２蓄電装置を交互充電サイクルで充電するための基本的な実行の仕方を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００２２】  以下、本発明の実施例による電気流体圧エンジンを組み込んだ電気流体圧エンジン駆動動力発生装置並びに電気流体圧エンジン駆動発電装置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、本発明の実施例による電気流体圧エンジンを組み込んだ電気流体圧エンジン駆動動力発生装置並びに電気流体圧エンジン駆動発電装置では、電気流体圧エンジンにより発電機を直接駆動する構造のものとして図示されているが、本発明は図示された実施態様に限定されない。本発明の実施例による電気流体圧エンジン駆動動力発生装置と電気流体圧エンジン駆動発電装置は静止型・可動型発電プラントのみでなく、広い応用例を有する。即ち、電気流体圧エンジンにより駆動される発電機の発電電力を周知のインバータ等で所定周波数と所定電圧に制御して電動機を駆動することで電気機関車、電気自動車、航空機及び船舶等の移動体の推進力を発生させるために利用しても良い。一方、電気流体圧エンジンの出力軸を直接プロペラシャフトに連結してトランスミッション等の出力装置を介して各種移動体の駆動輪又はプロペラ等の推進手段を駆動しても良い。本発明の実施例による電気流体圧エンジン駆動動力発生装置及び電気流体圧エンジン駆動発電装置は同一の構造を有するため、以下、電気流体圧エンジン駆動発電装置について代表的に説明する。【００２３】  図１に示した実施例の電気流体圧エンジン駆動発電装置１０は、アーク放電を利用して電気的に発生させた超臨界圧エネルギー（以下、「電気流体圧」と定義する）を動力用機械エネルギーに変換する電気流体圧エンジン１２と、電気流体圧エンジン１２の動力用機械エネルギーを選択的に遮断若しくは締結するクラッチ１４と、電気流体圧エンジン１２で得られた動力用機械エネルギーの一部により駆動される発電機１６と、発電機１６のパワーラインＰＬに接続されていて発電機１６の消費電力を測定する電力計測器１７とを備え、パワーラインＰＬに電気機器等の負荷１８が接続される。パワーラインＰＬには電圧及び電流をそれぞれ検出する電圧センサＴｒ１と電流センサＣＴ１が配設され、これらの電圧検出値及び電流検出値に基づいて電力計測器１７が発電機１６の消費電力を測定する。【００２４】  パワーラインＰＬにはリレー等から構成される遮断器１９を介して蓄電システム２０が接続される。蓄電システム２０は、遮断器１９を介してパワーラインＰＬに接続される充電器２１と、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。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Ｖｓ１，Ｖｓ２及び電流センサＣｓ１，Ｃｓ２が接続される。これら電圧センサＶｓ１，Ｖｓ２及び電流センサＣｓ１，Ｃｓ２の電圧検出値Ｖ１，Ｖ２及び電流検出値Ｉ１，Ｉ２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ＣＳ５，��Ｓ６，ＣＳ７を出力するために用いられる。【００２５】  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。【００２６】  第１、第２蓄電装置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、リチウムイオンバッテリやＮｉ−ＭＨ電池（ニッケルー水素電池）に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蓄電装置２２の出力ラインの間には平滑と充電用のウルトラキャパシタ２９が接続される。第１蓄電装置２２及び第２蓄電装置２３からは、後述のように、交互に出力電力がパルス電源２８に供給される。【００２７】  電気流体圧エンジン１２において、回転式流体機械４０は、超臨界流体を爆発的に膨張させて出力軸４０Ｃに動力用機械エネルギーを発生させる膨張機として機能する第１回転機械部４０Ａと、モータモード及びポンプモードで機能する第２回転機械部４０Ｂとを有する。電気流体圧エンジン１２は、さらに、出力軸４０Ｃに駆動連結されていて出力軸４０Ｃに発生した機械エネルギーの一部で駆動されることにより低圧貯蔵容器４８から低圧液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を生成するロータリ加圧ポンプ４４と、高圧液相作動流体を圧力エネルギーとして貯蔵するアキュムレータ４６と、リサーバとして機能して低圧液相作動流体を貯蔵する低圧貯蔵容器４８とを含む。アキュムレータ４６としては、本発明者と同一発明者の特許出願による特願平２０１２−２１８０５９号「次世代電力貯蔵システム及び次世代電力貯蔵方法）に開示されたアキュムレータと同一の構造のものを使用しても良い。このアキュムレータは機械式バネを利用するものでブラダ式アキュムレータに比べて長寿命である点で好ましく用いられる。【００２８】  ロータリ加圧ポンプ４４のインレットｄ１は低圧貯蔵容器４８に接続され、アウトレットｄ２は三方切替制御弁５０を介してアキュムレータ４６と、回転式流体機械４０の第２回転機械部のインレットａ２に接続されている。第２回転機械部のインレットａ２は逆止弁５２を介して直接、低圧貯蔵容器４８に接続されている。回転式流体機械４０の第２回転機械部のアウトレットｂ２が逆止弁５４を介して超臨界流体発生器４２のインレット１１０２に接続されている。超臨界流体発生器４２のアウトレット１１４０には超臨界流体発生器４２内の超臨界流体の圧力を制御するための電磁開閉制御弁５６が接続される。即ち、電磁開閉制御弁５６は周期的に開閉作動し、超臨界流体の生成時には閉状態と���れ、超臨界流体の放出時には解放状態とされる。電磁開閉制御弁５６は周期的に解放されて、超臨界流体が回転式流体機械４０の第１回転機械部のインレットａ１に供給され、爆発的に膨張して機械エネルギーを発生する。膨張後の低温低圧作動流体はアウトレットｂ１から排出されて冷却器／凝縮器５８で冷却液化されて低圧貯蔵容器４８に回収される。【００２９】  図２より明らかなように、超臨界流体発生器４２は、回転式流体機械４０に対してこれと同軸的に連結された円筒状リアクタケーシング１１００を含む。図２に示すように、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とを有するアーク放電発生室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の出力軸を通過可能にするための直径を有する内周壁部１１１４を含む。【００３０】  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、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。アーク放電発生室１１１８のコーナー部１１１８ａ、１１１８ｂには一対のアーク電極１１２４，１１２６がそれぞれ配置される。一対のアーク電極１１２４，１１２６はパルス電源２８に接続される。パルス電流の周期はアーク放電発生室１１１８の温度が、例えば、６５０℃〜８００℃の範囲になるような値に設定してもよい。その場合、ケーシング１１００には温度センサ（温度センサＳ２に対応）１１３２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、パルス電流の周期制御用に用いても良い。【００３１】  アーク放電発生室１１１８には、一対のアーク電極１１２４，１１２６の間に介在する多数のアーク放電球体１１３４が充填され、これらアーク放電球体１１３４の隙間はアーク放電空間１１３６として作用する。アーク放電球体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の広域にて高密度のアーク放電を発生させる。飽和蒸気発生ゾーンＺ１において、導電性水溶液等の作動流体が通電してジュール熱により飽和蒸気が瞬時に発生する。過熱蒸気発生ゾーンＺ２において、飽和蒸気が順次広域で発生するアーク放電と接触して瞬時に過熱蒸気となる。アーク放電発生室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水が生成される。アーク放電球体１１３４としては、市販のタングステンボール、或いは、カーボンボールの表面にクロム、モリブデン、タングステン等の導電性金属をコーティングしたものが用いられる。アーク放電は、アーク放電球体１１３４の互いに隣接して対面する球面部分で発生しやすく、アーク放電球体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、パルス電流のベース電流がアーク放電球体１１３４の間に���時流れていて、パルス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。アーク放電発生室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を通過した超臨界水Ｗｇ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ａ１に供給される。【００３２】  図１及び図３において、パルス電源２８は蓄電システム２０からの供給電力から所定周期（例えば、５０〜２０００ヘルツ）のパルス電流を超臨界流体発生器４２に供給する。パルス電流は、アーク電極１１２４，１１２６とアーク放電球体１１３４との間でピーク電流通電期間内において流れるピーク電流と、アーク電極１１２４，１１２６とアーク放電球体１１３４との間で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からなる。アーク電圧は２０〜１２０ボルトの間で設定され、パルス電流は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するベース電流とを発生するように回路設計がなされる。このようにすることで、アーク電極１１２４，１１２６とアーク放電球体１１３４との間では、オフピーク電流通電期間内においてもベース電流が流れる。そのため、アーク電極１１２４，１１２６とアーク放電球体１１３４との間ではアーク放電電流が途切れることなく持続して流れる。この結果、超臨界流体発生器では安定したアーク放電が発生する。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。【００３３】  超臨界流体発生器４２には圧力センサＳ１と温度センサＳ２とが装着されていて、圧力センサＳ１から検出された超臨界流体の圧力を表示する圧力信号と温度センサＳ２から検出された超臨界流体の温度を表示する温度信号Ｔがコントローラ６０に送信される。アキュムレータ４６と低圧貯蔵容器４８にはそれぞれ圧力センサＳ３，Ｓ４が装着されていて、それぞれに貯蔵されている加圧作動流体と低圧作動流体の圧力をそれぞれ検出して、これらの圧力信号がコントローラ６０に送信される。また、出力軸４０Ｃに隣接して配設された回転数船さＲｓからはエンジン回転数の検出信号がコントローラ６０に出力される。入力装置６２はカレンダー信号や、エンジン回転数、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。これらの入力信号に応答して、コントローラ６０から指令信号ＣＳ１〜ＣＳ７が出力される。【００３４】  図４は、第１、第２蓄電装置２２，２３を交互充電サイクルにおいて交互充電するための基本的な考え方を説明するための図である。ここでは、第１蓄電装置２２のＳＯＣ下限値と第２蓄電装置２３のＳＯＣ下限値とは等しいものとする。また、図４では、充電器２１によって第１蓄電装置２２が満充電状態の最上限値ＨＬまで充���された状態から電気流体圧エンジン１２の運転が開始されるものとする。【００３５】  図４を参照して、線Ｓ１は、第１蓄電装置２２のＳＯＣの時間的変化を示す。また、線Ｓ２は、第２蓄電装置２３のＳＯＣの時間的変化を示す。【００３６】  図１の第２切替制御器２６によって第１蓄電装置２２が先にパルス電源２８に接続される。図１及び図４において、パルス電源２８から超臨界流体発生器４２にパルス電流の供給を時刻ｔ０から開始し、第１蓄電装置２２の電力が消費されることにより第１蓄電装置２２のＳＯＣが線Ｓ１のように低下する。第１蓄電装置２２から出力電力がパルス電源２８に供給されている間に、コントローラ６０からの指令信号ＣＳ７によって第１切替制御器２４が第２蓄電装置２３を充電器２１に接続しているため、第２蓄電装置２３が満充電状態の最上限値ＨＬまで充電される。このとき、コントローラ６０からの指令信号ＣＳ５が出力され、遮断器１９は解放され、充電器２１はパワーラインＰＬから電気的に解放される。時刻ｔ１において、第１蓄電装置２２のＳＯＣが下限値ＴＬに達すると、コントローラ６０からの指令信号ＣＳ６に応答して第２切替制御器２６が切り替わり、第１蓄電装置２２から第２蓄電装置２３に切替えられる。時刻ｔ１以降は、第２蓄電装置２３の電力がパルス電源２８によるパルス電流発生に用いられる。この電力供給サイクルにおいて、コントローラ６０からの指令信号ＣＳ５が出力され、遮断器１９が閉成されて充電器２１はパワーラインＰＬに接続される。そして、コントローラ６０からの指令信号ＣＳ７によって第１切替制御器２４が第１蓄電装置２２を充電器２１に接続するため、第１蓄電装置２２が充電器２１によって満充電状態の最上限値ＨＬまで充電される。時刻ｔ２において、第２蓄電装置２３のＳＯＣが下限値ＴＬに達すると、第２切替制御器２６によって第１蓄電装置２２がパルス電源２８に接続される。このように、電力供給サイクルと充電サイクルは、電圧信号Ｖ１，Ｖ２と電流信号Ｉ１，Ｉ２とに基づいてコントローラ６０の内部で演算して得られたＳＣＯ値に基づいて出力された指令信号ＣＳ５，ＣＳ６，ＣＳ７により制御される。【００３７】  図１に示した構成において、作動流体としては、例えば、純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された導電性水溶液が用いられる。なお、作動流体としては、導電性水溶液の他に、単純な水、炭酸ガス、水と炭酸ガスの混合流体、水とアセトン（５０％：５０％の比率）の混合流体、導電性水溶液とアセトン（５０％：５０％の比率）の混合流体やその他の作動流体を用いても良い。導電性水溶液とアセトン（５０％：５０％の比率）の混合流体は、寒冷地対策用として特に好ましく用いられ、導電性水溶液単体の利用に比べて導電性水溶液単体の超臨界温度よりも低い温度で導電性水溶液単体の超臨界圧よりも極めて高い圧力になる点において高いエネルギー変換効率が期待される。【００３８】  回転式流体機械４０とロータリ加圧ポンプ４４とは、例えば、同一発明者の発明による特許第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、或いは、同一発明者の特許出願による特願２０１２−１９５５１３��（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「過給器」の構造とそれぞれ同一の構造を有するため、これらの詳細な説明を省略する。三方切替制御弁５０は、例えば、日本国特許第３４１５８２４号（米国特許公開公報第２００４／００５０６２４号）に開示されたものと構造的に殆ど類似した構造の制御弁を採用することができるため、ここでは詳細な説明を省略する。【００３９】  次に、上述の導電性水溶液を作動流体として採用した電気流体圧エンジン１２の作用について説明する。アキュムレータ４６には加圧された導電性水溶液が貯蔵されており、低圧貯蔵容器４８には低圧の導電性水溶液が貯蔵されているものとする。【００４０】  電気流体圧エンジン１２の運転に際して、蓄電システム２０から直流出力がパルス電源２８に供給される。パルス電源２８から周期的なパルス電流が超臨界流体発生器４２に供給されると同時に、コントローラ６０から三方切替制御弁５０に指令信号が出力される。すると、三方切替制御弁５０が作動して、アキュムレータ４６の高圧導電性水溶液は回転式流体機械４０のインレットａ２から第２回転機械部４０Ｂに流入してこれをモータモードで駆動して機械エネルギーに変換して出力軸４０Ｃに一次トルクを発生させる。第２回転機械部４０ＢのアウトレットＢ２から吐出した導電性水溶液は、逆止弁５４を介して超臨界流体発生器４２に供給される。その結果、超臨界流体発生器４２では周期的なパルス電流に応答して発生したアーク放電により導電性水溶液から超臨界水が発生する。この超臨界水は回転式流体機械４０のインレットａ１から第１回転機械部４０Ａに流入して爆発的に膨張して機械エネルギーに変換され、出力軸４０Ｃに二次トルクを発生させる。この時、回転式流体機械４０の第１回転機械部４０Ａに同期して第２回転機械部４０Ｂはポンプモードで作動するため、第２回転機械部４０Ｂは逆止弁５２を介して低圧貯蔵容器４８から直接、低圧導電性水溶液を吸引・加圧して高圧導電性水溶液を生成する。したがって、アキュムレータ４６の高圧導電性水溶液と第２回転機械部４０Ｂの高圧導電性水溶液とが合流し、この合流した高圧導電性水溶液は逆止弁５４を介して超臨界流体発生器４２に供給される。この工程において、アキュムレータ４６の高圧導電性水溶液と第２回転機械部４０Ｂの高圧導電性水溶液との流量比率は、コントローラ６０から三方切替制御弁５０に出力される指令信号によって所定値となるように設定することができる。この時、アキュムレータ４６の高圧導電性水溶液の供給量が制限されるように三方切替制御弁５０の開度を制御しても良い。この場合、第２回転機械部４０Ｂによって生成される高圧導電性水溶液の供給比率が増大するため、超臨界流体発生器４２には機械エネルギーを発生させるために必要なボリュームの超臨界水を発生させるための高圧導電性水溶液が供給される。この時、アキュムレータ４６の高圧導電性水溶液の供給量が制限されているため、アキュムレータ４６は比較的に長期に亘って高圧導電性水溶液を供給することが可能となる。【００４１】  超臨界流体発生器４２は、上述の如く、パルス電源２８からピーク電流及びベース電流からなるパルス電流が供給されている��め、導電性水溶液は通電によるジュール熱の発生により飽和蒸気発生ゾーンＺ１で瞬時に飽和蒸気となり、該飽和蒸気は過熱蒸気発生ゾーンＺ２でアークと接触して瞬時に過熱蒸気となり、過熱蒸気は超臨界流体発生ゾーンＺ３で広域のアークと接触して高温高圧となる。この時、超臨界流体発生器４２のインレット側には逆止弁５４によって過熱蒸気の逆流が阻止され、一方、超臨界流体発生器４２のアウトレット側は電磁開閉制御弁５６が閉状態となっているため、過熱蒸気の温度と圧力が急上昇して瞬時に超臨界水が発生する。【００４２】  この状態において、コントローラ６０から電磁開閉制御弁５６に対して指令信号ＣＳ３が出力される。すると、超臨界流体発生器４２から超臨界水が噴出して回転式流体機械４０のインレットａ１から第１回転機械部４０Ａに流入して爆発的に膨張して出力軸４０Ｃに機械エネルギーが発生する。この機械エネルギーの一部は発電機１６を駆動する。発電機１６の発電電力の一部は前述の蓄電プログラムに従って蓄電システム２０に蓄電される。【００４３】  電気流体圧エンジン１２の運転中に、アキュムレータ４６の内部圧力が所定値以下に低下すると、コントローラ６０から指令信号ＣＳ１が出力されて三方切替制御弁５０が切替わってロータリ加圧ポンプ４４がアキュムレータ４６と連通する。この時、ロータリ加圧ポンプ４４は低圧貯蔵容器４８から低圧導電性水溶液を吸引・加圧して得た高圧導電性水溶液をアキュムレータ４６に圧送して貯蔵する。高圧導電性水溶液の貯蔵の結果、アキュムレータ４６の圧力が上限圧力レベルに達すると、圧力センサＳ３からの圧力検出信号に応答して、コントローラ６０から圧力エネルギー貯蔵完了を表す指令信号が出力されて、三方切替制御弁５０によってアキュムレータ４６とロータリ加圧ポンプ４４との流路が遮断される。この時、三方切替制御弁５０によってロータリ加圧ポンプ４４のアウトレットｄ２は回転式流体機械４０の第２回転機械部４０Ｂのインレットａ２と連通する。したがって、ロータリ加圧ポンプ４４で生成した高圧導電性水溶液は第２回転機械部４０Ｂ及び逆止弁５４を介して超臨界流体発生器４２に継続的に供給される。【００４４】  上述したように、超臨界流体発生器４２では高密度アーク放電の発生により高圧導電性水溶液から超臨界水が発生する。超臨界水は、大気圧の状態から加熱して、６７３Ｋ（約４００℃）の超臨界温度に達した際に４００ｂａｒの超臨界圧となる。超臨界流体発生器４２では、超臨界温度は１０７３Ｋ（約８００℃）以上となるため、超臨界圧は極めて高いものとなる。しかも、ロータリ加圧ポンプ及び回転式流体機械４０の第２回転機械部４０Ｂのポンプモードによって超高圧の導電性水溶液が超臨界流体発生器４２に導入されるため、１０７３Ｋ（約８００℃）以上の温度で超臨界水を発生させた場合、極めて高い超臨界圧となる。しかも、超臨界水が回転式流体機械に供給されている期間中に、超臨界流体発生器４２には超高圧導電性水溶液が連続的に供給されて周期的に発生するパルス電流によって連続的に超臨界水が発生する。したがって、回転式流体機械４０の膨張行程の全期間中において超臨界水は高い超臨界圧のまま回転式流体機械に継続的に供給さ��る。したがって、従来のディーゼルエンジンの正味平均有効圧力１３〜１６Ｋｇｆ／ｃｍ２に対して、回転式流体機械４０の第２回転機械部４０Ｂの正味平均有効圧力は数十倍〜数百倍になるものと推測される。したがって、電気流体圧エンジン１２は極めて高い機械エネルギー変換効率を得ることができる。【００４５】  以上、本発明の実施例による電気流体圧エンジンが記載されたが、本発明はこれら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。たとえば、電気流体圧エンジンの出力軸に設けたクラッチによりトランスミッション及びプロペラシャフトを介して駆動輪又はプロペラなどの推進手段に動力用機械エネルギーを伝達し、一方、発電機はタイミングプーリ及びタイミングベルト等の動力伝達手段を介して電気流体圧エンジンの出力軸又はプロペラシャフト駆動連結しても良い。
【符号の説明】
【００４６】１０  電気流体圧エンジン；１２  エンジン部；１６  発電機；１８  負荷；１０  遮断器；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；２８  パルス電源；４６  アキュムレータ；４８  低圧貯蔵容器；４０  回転式流体機械；４０Ａ  第１回転機械部；  ４０Ｂ  第２回転機械部；４２  超臨界流体発生器；５０  三方切替制御弁；５６  電磁開閉制御弁；５８  冷却器；６０  コントローラ；６２  入力装置
【図１】
2014095374.tif 000003
【図２】
2014095374.tif 000004
【図３】
2014095374.tif 000005
【図４】
2014095374.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月5日(2013.4.5)
【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】
液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、
所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、
前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる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とともに前記機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、
前記機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、
前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムと、
前記高圧液相作動流体を貯蔵するアキュムレータと、前記ロータリ加圧ポンプから吐出した前記高圧液相作動流体の流路を前記アキュムレータと前記超臨界流体発生器の少なくとも１つに切替える切替制御弁とを備えることを特徴とする電気流体圧エンジン。
【請求項２】
前記回転式流体機械が前記超臨界流体を膨張させる第１回転機械部と、前記アキュムレータから供給された前記高圧液相作動流体に応答してモータモードで機能する一方、前記ロータリ加圧ポンプから前記アキュムレータに前記高圧液相作動流体が供給されている間に前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を前記超臨界流体発生器に供給するポンプモードで機能する第２回転機械部とを備え、さらに、前記第２回転機械部から排出された膨張流体を冷却液化して前記液相作動流体を前記低圧貯蔵容器に回収する冷却器を含むことを特徴とする請求項１記載の電気流体圧エンジン。
【請求項３】
前記超臨界流体発生器が、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アーク放電発生室と、前記パルス電源に接続されていて前記アーク放電発生室でアーク放電を発生させる複数のアーク電極と、前記アーク電極の間で前記飽和蒸気発生ゾーン、前記過熱蒸気発生ゾーン及び前記超臨界流体発生ゾーンに介在していて広域にて前記アーク放電を発生させる前記広域アーク放電発生手段として機能する多数のアーク放電体とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気流体圧エンジン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】  この発明によれば、電気流体圧エンジンが、液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる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とともに前記機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、前記機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムと、前記高圧液相作動流体を貯蔵するアキュムレータと、前記ロータリ加圧ポンプから吐出した前記高圧液相作動流体の流路を前記アキュムレータと前記超臨界流体発生器の少なくとも１つに切替える切替制御弁とを備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】この構成によれば、電気流体圧エンジンにおいて、ロータリ加圧ポンプを介して超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が連続的に供給される。一方、蓄電システムからパルス電源に電力が継続的に供給される。この結果、パルス電源には長期に亘って蓄電システムから電力が供給され、パルス電源からは超臨界流体発生器にパルス電流が継続的に供給される。そのため、超臨界流体発生器では、長期に亘って、このパルス電流に応答してアーク放電を発生させ、高圧液相作動流体から超臨界流体を継続的に発生することが可能となる。この超臨界流体を回転式流体機械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の一部で前記発電機を駆動して、発電電力の一部を充電電力として充電器に供給する。その結果、小容量の蓄電装置の利用を可能にし、小型高性能のクリーンな電気流体圧エンジンの実用化が可能となる。作動流体としては、１例として、純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使用する。導電性水溶液を超臨界流体発生器に導入して超臨界水を発生させる。超臨界水は、大気圧の状態から加熱して、６７３Ｋ（約４００℃）の超臨界温度に達した際に４００ｂａｒの超臨界圧となる。超臨界流体発生器において超臨界温度は１０７３Ｋ（約８００℃）以上となるため、超臨界圧は極めて高い圧力となる。さらに、ロータリ加圧ポンプによって超高圧導電性水溶液が超臨界流体発生器に連続的に導入されるため、１０７３Ｋ（約８００℃）以上の超臨界温度で超臨界水を発生させると、圧力はさらに高い超臨界圧となる。この時、超臨界水が回転式流体機械に供給されている期間中に、超臨界流体発生器には高圧導電性水溶液が連続的に供給され、一方、周期的なパルス電流によってアーク放電が発生して連続的に超臨界水が発生する。したがって、回転式流体機械の膨張行程の全期間中において超臨界水は極めて高い超臨界圧に維持されたまま回転式流体機械に連続的に供給される。ロータリ加圧ポンプから吐出した高圧液相作動流体がアキュムレータに貯蔵され、超臨界流体発生器にはアキュムレータとロータリ加圧ポンプとから高圧液相作動流体が供給可能となる。したがって、アキュムレータから超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が流入するにつれて、アキュムレータの圧力が所定値以下の圧力に低下した場合であっても、ロータリ加圧ポンプから超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が継続的に供給される。そのため、電気流体圧エンジンはアキュムレータの圧力が所定値以下の圧力に低下した場合であって運転を継続することができる。その結果、膨張サイクル毎にロータリピストン本体に作用する正味平均有効圧力は極めて高い圧力に維持される。したがって、エネルギー変換効率の高い低コストで小型高性能の電気流体圧エンジンの実用化が可能となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月14日(2013.6.14)
【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】
液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、
所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、
前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる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とともに前記機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、
前記機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、
前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムと、
前記高圧液相作動流体を貯蔵するアキュムレータと、前記ロータリ加圧ポンプから吐出した前記高圧液相作動流体の流路を前記アキュムレータと前記超臨界流体発生器の少なくとも１つに切替える切替制御弁とを備え、
前記超臨界流体発生器が、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アーク放電発生室と、前記パルス電源に接続されていて前記アーク放電発生室でアーク放電を発生させる複数のアーク電極と、前記アーク電極の間で前記飽和蒸気発生ゾーン、前記過熱蒸気発生ゾーン及び前記超臨界流体発生ゾーンに介在していて広域にて前記アーク放電を発生させる前記広域アーク放電発生手段として機能する多数のアーク放電体とを含むことを特徴とする電気流体圧エンジン。
【請求項２】
前記回転式流体機械が前記超臨界流体を膨張させる第１回転機械部と、前記アキュムレータから供給された前記高圧液相作動流体に応答してモータモードで機能する一方、前記ロータリ加圧ポンプから前記アキュムレータに前記高圧液相作動流体が供給されている間に前記低圧貯蔵容器から前記液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を前記超臨界流体発生器に供給するポンプモードで機能する第２回転機械部とを備え、さらに、前記第２回転機械部から排出された膨張流体を冷却液化して前記液相作動流体を前記低圧貯蔵容器に回収する冷却器を含むことを特徴とする請求項１記載の電気流体圧エンジン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】  この発明によれば、電気流体圧エンジンが、液相作動流体を吸引・加圧して高圧液相作動流体を供給するロータリ加圧ポンプと、所定周期のパルス電流を供給するパルス電源と、前記パルス電流に応答して広域にてアーク放電を発生させる広域アーク放電発生手段を備えていて前記高圧液相作動流体から超臨界流体を発生させる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とともに前記機械エネルギーの一部で前記ロータリ加圧ポンプを駆動する回転式流体機械と、前記機械エネルギーの一部により駆動されて発電電力を出力する発電機と、前記発電電力の一部を蓄電して前記パルス電源に電力を供給する蓄電システムと、前記高圧液相作動流体を貯蔵するアキュムレータと、前記ロータリ加圧ポンプから吐出した前記高圧液相作動流体の流路を前記アキュムレータと前記超臨界流体発生器の少なくとも１つに切替える切替制御弁とを備え、前記超臨界流体発生器が、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アーク放電発生室と、前記パルス電源に接続されていて前記アーク放電発生室でアーク放電を発生させる複数のアーク電極と、前記アーク電極の間で前記飽和蒸気発生ゾーン、前記過熱蒸気発生ゾーン及び前記超臨界流体発生ゾーンに介在していて広域にて前記アーク放電を発生させる前記広域アーク放電発生手段として機能する多数のアーク放電体とを含むことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】  この構成によれば、電気流体圧エンジンにおいて、ロータリ加圧ポンプを介して超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が連続的に供給される。一方、蓄電システムからパルス電源に電力が継続的に供給される。この結果、パルス電源には長期に亘って蓄電システムから電力が供給され、パルス電源からは超臨界流体発生器にパルス電流が継続的に供給される。そのため、超臨界流体発生器では、長期に亘って、このパルス電流に応答してアーク放電を発生させ、高圧液相作動流体から超臨界流体を継続的に発生することが可能となる。この超臨界流体を回転式流体機械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の一部で前記発電機を駆動して、発電電力の一部を充電電力として充電器に供給する。その結果、小容量の蓄電装置の利用を可能にし、小型高性能のクリーンな電気流体圧エンジンの実用化が可能となる。作動流体としては、１例として、純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使用する。導電性水溶液を超臨界流体発生器に導入して超臨界水を発生させる。超臨界水は、大気圧の状態から加熱して、６７３Ｋ（約４００℃）の超臨界温度に達した際に４００ｂａｒの超臨界圧となる。超臨界流体発生器において超臨界温度は１０７３Ｋ（約８００℃）以上となるため、超臨界圧は極めて高い圧力となる。さらに、ロータリ加圧ポンプによって超高圧導電性水溶液が超臨界流体発生器に連続的に導入されるため、１０７３Ｋ（約８００℃）以上の超臨界温度で超臨界水を発生させると、圧力はさらに高い超臨界圧となる。この時、超臨界水が回転式流体機械に供給されている期間中に、超臨界流体発生器には高圧導電性水溶液が連続的に供給され、一方、周期的なパルス電流によってアーク放電が発生して連続的に超臨界水が発生する。したがって、回転式流体機械の膨張行程の全期間中において超臨界水は極めて高い超臨界圧に維持されたまま回転式流体機械に連続的に供給される。ロータリ加圧ポンプから吐出した高圧液相作動流体がアキュムレータに貯蔵され、超臨界流体発生器にはアキュムレータとロータリ加圧ポンプとから高圧液相作動流体が供給可能となる。したがって、アキュムレータから超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が流入するにつれて、アキュムレータの圧力が所定値以下の圧力に低下した場合であっても、ロータリ加圧ポンプから超臨界流体発生器に高圧液相作動流体が継続的に供給される。そのため、電気流体圧エンジンはアキュムレータの圧力が所定値以下の圧力に低下した場合であっても運転を継続することができる。その結果、膨張サイクル毎にロータリピストン本体に作用する正味平均有効圧力は極めて高い圧力に維持される。さらに、アーク放電体は互いに点接触をしていて、その間には多数のアーク放電空間が存在しており、これら多数のアーク放電空間にて容易に高密度のアーク放電が発生し、超臨界流体の発生の信頼性が飛躍的に向上する。超臨界流体発生器に連続的に供給される高圧液相作動流体は飽和蒸気発生ゾーンにおいて通電によるジュール熱で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���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、信頼性も高い電気流体圧エンジンを提供することが可能となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】