(57)【要約】      （修正有）【課題】小型高性能で低コスト生産が可能であり、占有設置面積が小さく、しかも、安全で信頼性が高く、長期に亘って安定した電力を低コストで供給可能な次世代電力供給システム及び次世代電力供給方法を提供する。【解決手段】密閉動力サイクル回路１５に流体圧縮機２７と、瞬間超臨界流体発生器４２と、可動ピストン２００と、冷却器４３とを配置し、外部電源５０から充電した該蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源２８に供給することで生成したパルス電力により当該瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、該流体圧縮機により低温低圧作動流体を圧縮し、該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生成した超臨界流体により該可動ピストンを作動させて発生させた機械エネルギーを発電機１６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及び次世代電力供給方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉動力サイクル回路に流体圧縮機と、瞬間超臨界流体発生器と、可動ピストンと、冷却器とを配置し、外部電源から供給された蓄電用電力を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、該パルス電力により当該瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、該流体圧縮機により低温低圧作動流体を圧縮し、該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該可動ピストンを作動させて膨張ガスを生成しながら機械エネルギーを発生させ、該膨張ガスを該冷却器により冷却して該低温低圧作動流体を再生して当該密閉動力サイクル回路に循環させ、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】
さらに、該流体圧縮機から供給された高圧作動流体をバッファアキュムレータで一時的に蓄圧することにより該流体圧縮機と該瞬間超臨界流体発生器との間の第一圧力経路を第一所定圧に維持し、該可動ピストンの低圧側と該流体圧縮機のインレット側との間の第二圧力経路を第一所定圧よりも低い第二所定圧に維持し、該バッファアキュムレータから当該瞬間超臨界流体発生器に供給される高圧作動流体の供給タイミングを制御弁により制御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】
さらに、該動力サイクル回路と熱的に結合させてヒートポンプ回路を配置し、該機械エネルギーの一部により当該ヒートポンプ回路を作動させることで高圧冷媒を生成し、該高圧冷媒を膨張させることにより冷熱を生成する熱交換器を備え、当該冷却器が該熱交換器を備えていて該熱交換器で生成した冷熱により当該膨張ガスを冷却することを特徴とする請求項１又は２に記載の次世代電力供給システム。
【請求項４】
該作動流体及び該冷媒として該密閉動力サイクル回路と該ヒートポンプ回路とにそれぞれ該第一及び第二所定圧で二酸化炭素を封入し、該ヒートポンプ回路において当該機械エネルギーを冷媒圧縮機に供給して該高圧冷媒を生成し、該流体圧縮機と該冷媒圧縮機を超臨界状態で作動させることを特徴とする請求項３に記載の次世代電力供給システム。
【請求項５】
密閉動力サイクル回路に流体圧縮機と、瞬間超臨界流体発生器と、可動ピストンと、冷却器とを配置し、外部電源から供給された蓄電用電力を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、該パルス電力により当該瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、該流体圧縮機により低温低圧作動流体を圧縮し、該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該可動ピストンを作動させて膨張ガスを生成しながら機械エネルギーを発生させ、該膨張ガスを該冷却器により冷却して該低温低圧作動流体を再生して当該密閉動力サイクル回路に循環させ、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方法。
【請求項６】
該発電機の発電電力の一部或いは該機械エネルギーの一部をオルタネータに供給して作動させることにより得た発電電力を当該蓄電ユニットに充電することを特徴とする請求項５記載の次世代電力供給方法。
【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及び電力供給方法に関し、特に、次世代電力供給システム及び次世代電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、電力不足が深刻な問題となり、その有効な解決策として商用電源等の外部電源の夜間の余剰電力を圧力エネルギーに変換して、ピーク電力需要時に該圧力エネルギーを電気エネルギーに変換するようにした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。【０００３】  特許文献１には、地上に通常圧液体用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蓄電及び電気エネルギー回収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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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
【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で開示された蓄電及び電気エネルギー回収システムでは、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の工事が必要であり、必然的に大きな設置面積を必要とし、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ため、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激に低下し、長期に亘って安定した電力を供給することが困難であった。【０００７】  特許文献２で開示された揚水発電型電力供給システムでは、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広大な設置面積を必要とし、しかも、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。
【発明の開示】
【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、小型高性能で低コスト生産が可能であり、占有設置面積が小さく、しかも、安全で信頼性が高く、大容量蓄電ユニットを用いることなく、長期に亘って安定した電力を低コストで供給可能な次世代電力供給システム及び次世代電力供給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】
【０００９】  第１発明によれば、次世代電力供給システムにおいて、密閉動力サイクル回路に流体圧縮機と、瞬間超臨界流体発生器と、可動ピストンと、冷却器とを配置し、外部電源から供給された蓄電用電力を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、該パルス電力により当該瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、該流体圧縮機により低温低圧作動流体を圧縮し、該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該可動ピストンを作動させて膨張ガスを生成しながら機械エネルギーを発生させ、該膨張ガスを該冷却器により冷却して該低温低圧作動流体を再生して当該密閉動力サイクル回路に循環させ、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。【００１０】  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、該流体圧縮機から供給された高圧作動流体をバッファアキュムレータで一時的に蓄圧することにより該流体圧縮機と該瞬間超臨界流体発生器との間の第一圧力経路を第一所定圧に維持し、該可動ピストンの低圧側と該流体圧縮機のインレット側との間の第二圧力経路を第一所定圧よりも低い第二所定圧に維持し、該バッファアキュムレータから当該瞬間超臨界流体発生器に供給される高圧作動流体の供給タイミングを制御弁により制御す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記載の構成に加えて、次世代電力供給システムが、好ましくは、さらに、該動力サイクル回路と熱的に結合させてヒートポンプ回路を配置し、該機械エネルギーの一部により当該ヒートポンプ回路を作動させることで高圧冷媒を生成し、該高圧冷媒を膨張させることにより冷熱を生成する熱交換器を備え、当該冷却器が該熱交換器を備えていて該熱交換器で生成した冷熱により当該膨張ガスを冷却することを特徴とする。【００１２】  請求項４に記載された発明によれば、請求項３に記載の構成に加えて、次世代電力供給システムが、好ましくは、さらに、該作動流体及び該冷媒として該密閉動力サイクル回路と該ヒートポンプ回路とにそれぞれ該第一及び第二所定圧で二酸化炭素を封入し、該ヒートポンプ回路において当該機械エネルギーを冷媒圧縮機に供給して該高圧冷媒を生成し、該流体圧縮機と該冷媒圧縮機を超臨界状態で作動させることを特徴とする。【００１３】  請求項５に記載された第２発明によれば、次世代電力供給方法が、密閉動力サイクル回路に流体圧縮機と、瞬間超臨界流体発生器と、可動ピストンと、冷却器とを配置し、外部電源から供給された蓄電用電力を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、該パルス電力により当該瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、該流体圧縮機により低温低圧作動流体を圧縮し、該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該可動ピストンを作動させて膨張ガスを生成しながら機械エネルギーを発生させ、該膨張ガスを該冷却器により冷却して該低温低圧作動流体を再生して当該密閉動力サイクル回路に循環させ、��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。【００１４】  請求項６に記載された発明によれば、請求項５記載の構成に加えて、次世代電力供給方法において、好ましくは、さらに、該発電機の発電電力の一部或いは該機械エネルギーの一部をオルタネータに供給して作動させることにより得た発電電力を当該蓄電ユニットに充電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】  請求項１記載の第１発明では、外部電源等から供給された蓄電用電力を蓄電ユニットに蓄電しておき、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。該パルス電力により当該瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、該流体圧縮機により低温低圧作動流体を圧縮し、該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。当該超臨界流体により該可動ピストンを作動させて膨張ガスを生成しながら機械エネルギーを発生させる。該膨張ガスを該冷却器により冷却して該低温低圧作動流体を再生して当該密閉動力サイクル回路に循環させ、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。超臨界流体は高温高圧となるため、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。このようにして発生させた機械エネルギーによって発電機を駆動して発電電力を得る。瞬間超臨界流体発生器は５〜２４ボルトの電圧で、消費電流は５０〜２００アンペアで済むため、蓄電ユニットは小さな容量で済む。したがって、夜間電力若しくは再生可能エネルギー発電装置の発電電力を利用して、ピーク電力需要時間帯に安定した電力を長期に渡って供給することができる。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、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。【００１６】  請求項２記載の構成では、該流体圧縮機と該瞬間超臨界流体発生器との間の第一圧力経路を第一所定圧に維持し、該可動ピストンの低圧側と該流体圧縮機のインレット側との間の第二圧力経路を第一所定圧よりも低い第二所定圧に維持することで、高圧超臨界流体を容易に生成し、可動ピストンのエネルギー変換効率を向上させている。しかも、バッファアキュムレータにより当該瞬間超臨界流体発生器に供給される高圧作動流体の脈動を抑制しているため、発電機の回転ムラを少なくすることで発電機の出力電圧がより安定化して発電電力の品質を向上させることが可能となる。【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た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可動ピストンの膨張ガスを冷却する。その結果、可動ピストンの機械変換効率が飛躍的に向上する。そのため、次世代電力供給システムの運転効率を飛躍的に向上させて次世代電力供給システムの小型高性能化と低コスト化がさらに容易となる。【００１８】  請求項４記載の構成では、作動流体及び冷媒として共通の媒体を使用し、密閉動力サイクル回路とヒートポンプ回路とにそれぞれ���定圧で封入した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（ＣＯ２）を利用している。二酸化炭素（ＣＯ２）は経年変化による運転効率の低下がなく、保守点検の頻度数も大幅に低減できる。また、密閉動力サイクル回路とヒートポンプ回路において、作動流体と冷媒として共通の媒体を循環利用するため、これら成分を消費しない。したがって、ランニングコストを大幅に削減して、安定した電力を低コストで供給することができる。【００１９】  請求項５記載に記載された第２発明によれば、次世代電力供給方法において、密閉動力サイクル回路に流体圧縮機と、瞬間超臨界流体発生器と、可動ピストンと、冷却器とを配置し、外部電源から供給された蓄電用電力を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する。該パルス電力により当該瞬間超臨界流体発生器を加熱させ、該流体圧縮機により低温低圧作動流体を圧縮し、該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。当該超臨界流体により該可動ピストンを作動させて膨張ガスを生成しながら機械エネルギーを発生させる。該膨張ガスを該冷却器により冷却して該低温低圧作動流体を再生して当該密閉動力サイクル回路に循環させ、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。この発明によれば、夜間電力等の余剰電力を小容量の蓄電ユニットに充電しておいて、該蓄電ユニットの蓄電電力を利用して発電機を作動させて発電電力を生成しているため、昼間のピーク電力時間帯に低コストで安定した電力を供給することができる。【００２０】  請求項６記載の構成では、該発電機の発電電力の一部或いは該機械エネルギーの一部をオルタネータに供給して作動させることにより得た発電電力を当該蓄電ユニットに充電する。そのため、当該蓄電ユニットの蓄電電力をパルス電源に長期に亘って供給可能となり、当該蓄電ユニットの容量を増大させることなく、発電機を超臨界流体により長期に亘って作動させることができ、安定した電力を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次世代電力供給方法を実行するための次世代電力供給システムのブロック図を示す。
【図２】図１の次世代電力供給システムの圧縮機の断面図を示す。
【図３】図１の次世代電力供給システムの瞬間超臨界流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】
【００２２】  以下、図面に基づき、本発明による次世代電力供給システム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、次世代電力供給システム１０は定置型構造のものとして図示しているが、太陽光発電装置や風力発電装置等の外部電源と組み合わせることにより、車両、船舶、航空機、鉄道機関車、宇宙往還機、飛行船等の移動体の電気設備用或いは電気推進装置用電源として適用しても良い。【００２３】  次世代電力供給システム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１４を介して駆動される発電機１６とを備える。【００２４】  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、密閉動力サイクル回路１５に熱的に結合されていて、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を利用して冷媒から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を圧縮する流体圧縮機（複合型圧縮機）２７と、流体圧縮機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の供給タイミング（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を加熱して瞬時に超臨界流体からなる高温高圧動力媒体を発生させる瞬間超臨界流体発生器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可動ピストン（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流体圧縮機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冷却器４３とを備える。【００２５】  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との間の第一圧力経路における圧力は２０〜６０ＭＰａに維持され、回転式流体機械４０のアウトレット１２６と流体圧縮機２７のインレット３５６ｂとの間の第二圧力経路は第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。その目的は、第二圧力経路を予め第二所定圧に与圧することで、流体圧縮機２７が作動流体を圧縮する際に、容易に作動流体及び冷媒（後述する）が超臨界状態下で昇圧される。したがって、流体圧縮機２７の駆動に必要な動力を大幅に低減することが可能となり、エネルギー変換装置１２のエネルギー変換効率を向上させることができるからである。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���室３０ｂに高温高圧作動流体が蓄圧される。【００２６】  制御弁３２は、本願発明者と同一発明者による特願２０１２−２７０７５６号（日本特許第○○○○○○○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。【００２７】  ヒートポンプ回路ＨＰは、冷却器４３を介して密閉動力サイクル回路１５と熱的に結合するように配置される。すなわち、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ヒートポンプ回路ＨＰに導入して冷媒Ｃｍとして利用する。ヒートポンプ回路ＨＰは、流体圧縮機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を生成する冷媒圧縮機として機能する冷媒圧縮手段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冷却器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。【００２８】  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）を共通の媒体として利用する。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となるように圧力が調節されて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。【００２９】  図２より明らかなように、流体圧縮機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を生成する流体圧縮手段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を生成する冷媒圧縮手段Ｐ２とを備えた複合型圧縮機から構成される。【００３０】  図１及び図２に示すように、複合型流体圧縮機２７は、瞬間超臨界流体発生器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。【００３１】  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。【００３２】  複合型流体圧縮機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、複合型流体圧縮機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、流体圧縮機２７の加圧ロータ３６２は流体圧縮手段Ｐ１と、冷媒圧縮手段Ｐ２の共通部品として機能する。【００３３】  なお、複合型流体圧縮機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。【００３４】  図３に示すように、瞬間超臨界流体発生器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超臨界流体発生室１１１８が形成されている。円筒状リアクタケーシング１１���０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。【００３５】  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。超臨界流体発生室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。【００３６】  超臨界流体発生室１１１８には、対抗電極１１２４，１１２６の間に介在していて多数の管状通電加熱セグメント１１３４が充填される。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８００〜１２００℃の超臨界領域に昇温するため、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、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は超臨界流体発生室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。超臨界流体発生室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。【００３７】  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���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。超臨界流体発生室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。【００３８】  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。【００３９】  図１に戻って、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生成する。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）に接続される。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ユニット２０を備える。蓄電ユニット２０には、充電器２１を介して外部電源５０に接続される。外部電源５０は商用電源又は太陽光発電装置や風力発電装置等の再生可能エネルギー発電装置（図示せず）からなる。商用電源が外部電源５０として利用される場合は、夜間の余剰電力が蓄電用電力として蓄電ユニット２０に充電される。外部電源５０は開閉器５４を介して変圧器５２に接続され、変圧器５２は、外部電源５０の出力電圧を所定電圧（例えば、１２ボルト又は２４ボルト）にまで降圧して、充電器２１を介して蓄電ユニット２０の第１、第２蓄電装置２２、２３に交互に充電する。発電機１６の発電電力の一部を開閉器５６を介して変圧器５８で降圧した後、充電器２１を介して蓄電ユニット２０に供給しても良い。一方、発電機１６の発電電力の一部を蓄電用電力として利用する代わりに、図１に示すように、エネルギー変換装置１２の出力軸１３２に動力伝達手段４５を介して低電圧出力（例えば、１２ボルト又は２４ボルト）のオルタネータ２５を駆動連結し、オルタネータ２５の発電電力を蓄電用電力として利用しても良い。この場合、オルタネータ２５の出力側は遮断器１９を介して蓄電ユニット２０に接続される。【００４０】  蓄電ユニット２０は、充電器２１を介して蓄電電力が供給される蓄電装置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���出値Ｖ１及び電流検出値１１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。【００４１】  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。【００４２】  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。その他の蓄電ユニットとしては、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、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。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。【００４３】  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パルス電源２８に供給することで、所定周期（例えば、５０〜２０００ヘルツ）のパルス電力を生成する。パルス電力において、パルス電圧は、好ましくは、１２〜２４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瞬間超臨界流体発生器４２に供給されるように回路設計しても良い。この時、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。瞬間超臨界流体発生器４２において、多数の通電加熱パイプ１１３４にパルス電力が供給されると、二酸化炭素の臨界温度３７４℃以上の温度、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パルス電力の電圧やデューティ比を制御することにより自由に選択することができる。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することで、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。【００４４】  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��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。【００４５】  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、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（図４参照）と、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１１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。一方、コントローラ６０は、次世代電力供給システム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。【００４６】  次に、本発明による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１０の作動について説明する。【００４７】  次世代電力供給システム１０の作動において、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瞬間超臨界流体発生器４２に供給される。このとき、瞬間超臨界流体発生器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。すると、瞬間超臨界流体発生器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に蓄圧されていた液化高圧（例えば、４０ＭＰａ）ＣＯ２Ｗｆｐが瞬間超臨界流体発生器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℃）近辺の超臨界流体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に流入して可動ピストン（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。【００４８】  エネルギー変換��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複合型圧縮機２７が起動し、複合型圧縮機２７内の流体圧縮手段Ｐ１と冷媒圧縮手段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、冷媒圧縮手段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、冷却器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。次いで、こうして得られた低温低圧液化ガスは、ヒートポンプ回路ＨＰの液化冷媒として複合型圧縮機２７の冷媒圧縮手段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として複合型圧縮機２７の流体圧縮手段Ｐ１のインレット３５６Ａから吸引されて流体圧縮手段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。【００４９】  エネルギー変換装置１２の運転中において、オルタネータ２５の発電電力は遮断器１９及び充電器２１を介して蓄電ユニット２０に蓄電される。上述したように、オルタネータ２５の発電電力の代わりに発電機１６の発電電力の一部を蓄電用電力として利用しても良い。この場合、開閉器５６を投入して、発電機１６の発電電力の一部を変圧器５８で降圧した後、充電器２１を介して蓄電ユニット２０に供給する。外部電源５０として商用電源を利用する場合には、開閉器５４を投入して、夜間の余剰電力を変圧器５２で降圧した後、充電器２１を介して蓄電ユニット２０に供給する。外部電源５０として再生可能エネルギー発電装置を利用してもよい。このように、エネルギー変換装置１２の運転中には、発電機１６の発電電力の一部若しくは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蓄電ユニット２０に供給するため、次世代電力供給システムは昼間の電力ピーク時間帯において比較的長期間に亘って安定した電力を供給することができる。【００５０】  以上、本発明の実施例による次世代電力供給システム及び次世代電力供給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の機能に合わせて分離独立させた複数の圧縮機からなるように構成しても良い。また、冷却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】
【００５１】１２  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  蓄電ユニット；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（複合型圧縮機）；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  瞬間超臨界流体発生器；４３  冷却器（熱交換器）；４７  膨張器；５０  外部電源；５２、５８  変圧器；６０  コントローラ；ＨＰ  ヒートポンプ回路；ＥＶ１  第１熱交換器；ＥＶ２  第２熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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