(57)【要約】      （修正有）【課題】天候不順や夜間等の再生可能エネルギーが不十分な場合であっても、年間一次エネルギー消費量を正味（ネット）でゼロにすることが可能なネットゼロエネルギー建築物を提供する。【解決手段】圧縮機２７と、電気式動力ガス発生器４２と、可動ピストン２００とを有する動力サイクル１５を備えたエネルギー変換装置１２を備え、該エネルギー変換装置において蓄電ユニット２０の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当該電気式動力ガス発生器を所定温度に加熱し、該圧縮機により作動流体を圧縮して高圧作動流体を生成し、該高圧作動流体を該電気式動力ガス発生器に接触させることにより高温高圧動力ガスを生成し、当該高温高圧動力ガスにより該可動ピストンを作動させて機械エネルギーを発生させ、当該機械エネルギーを発電機１６に供給して発電電力を発生させる。【選択図】図１
2015017793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構内電気設備を有する構造物と、該構内電気設備に電力を供給するエネルギー変換装置とを備えるネットゼロエネルギー建築物であって、所定圧で封入されていて低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒をそれぞれ循環させる密閉動力サイクル及びヒートポンプと、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、該ヒートポンプが該冷媒を圧縮して高温高圧冷媒を生成する冷媒圧縮機と、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放熱して低温高圧冷媒を生成する放熱器と、該低温高圧冷媒を減圧膨張させて第１機械エネルギーを回収しながら低温低圧冷媒を生成する第１膨張機と、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成する熱交換器とを備え、該密閉動力サイクルが該作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成する流体圧縮機と、該蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、該パルス電力により通電す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発熱して該高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、該第１膨張機と出力軸を介して連結されていて該高エンタルピー動力流体を膨張させることにより第２機械エネルギーを回収する第２膨張機と、該第２膨張機の膨張ガスを予冷しながら該膨張ガスの排熱を回収して該冷媒から冷媒蒸気を生成して該冷媒圧縮機に還流させる再生器と、該第１及び第２機械エネルギーにより駆動されて発電電力を発生して該構内電気設備に供給する発電機とを備え、該熱交換器が該冷熱により該第２膨張機の膨張ガスを冷却しながら該冷媒と該作動流体とを再生し、該出力軸を介して該第１及び第２機械エネルギーの一部で該冷媒圧縮機及び該流体圧縮機を駆動することを特徴とするネットゼロエネルギー建築物。
【請求項２】
該エネルギー変換装置が、さらに、該第１及び第２機械エネルギーの一部で駆動されて蓄電用電力を発生して該蓄電ユニットに供給するオルタネータと、該高温高圧作動流体をバッファアダンパーで一時的に貯蔵し、当該高エンタルピー変換器に供給される該高温高圧作動流体の供給タイミングを制御する制御弁とを備え、該バッファアダンパーと該制御弁とを該第２膨張機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記載のネットゼロエネルギー建築物。
【請求項３】
該高エンタルピー変換器が、該第１及び第２膨張機と同軸的に連結されたケーシングと、該ケーシングに形成されたエンタルピー増幅室と、該エンタルピー増幅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の数倍以上の該所定温度に発熱することを特徴とする請求項１又は２記載のネットゼロエネルギー建築物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【技術分野】
【０００１】  本発明はゼロエネルギー建築物に関し、特に、ネットゼロエネルギー建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、地球温暖化対策としてオフィスビル、病院・福祉施設、学校、デパート・スーパーマーケット等建築物の年間一次エネルギー消費量（暖房・冷房設備、換気設備、給湯設備、照明等に係わる一次エネルギー消費量）を正味（ネット）でゼロにするための研究開発が活発になっている。【０００３】  特許文献１には、建物の居住空間の下部領域に空気通路と蓄熱プレナムとを設けて居住空間の空気を蓄熱プレナムに循環させることで該空気中の熱エネルギーを回収し、外気を蓄熱プレナムと接触させることにより外気を温めるネットゼロエネルギーシステムが提案されている。【０００４】  特許文献２には、建物の屋上に配置した太陽熱集熱器により低沸点相転移材料を加熱してオーガニック・ランキンサイクルエンジンを駆動することにより発電して外部からのエネルギー供給をゼロにしたネットゼロエネルギービルシステムが提案されている。【０００５】  特許文献３には、太陽熱や地中熱を活用して住宅の室温調節を行うことによりエネルギーコストを低くなるようにしたアース・ソーラー・ゼロエネルギー住宅が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国公開特許公報第２０１０／０１０５３１０号
【特許文献２】米国公開特許公報第２０１１／０２５３１２６号
【特許文献３】日本公開特許公報第２０１２−１７２９６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  ところで、特許文献１〜３で開示された再生可能エネルギーを利用したネットゼロエネルギーシステムでは、雨天や曇天等の日射量が不十分な場合や夜間には、太陽熱エネルギーを有功に活用して住宅や建築物の年間一次エネルギー消費量をゼロとすることができなかった。【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、年間一次エネルギーを１００％削減可能なネットゼロエネルギー建築物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】  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建築物が、構内電気設備を有する構造物と、該構内電気設備に電力を供給するエネルギー変換装置とを備えるネットゼロエネルギー建築物であって、所定圧で封入されていて低沸点で蒸発可能な作動流体と冷媒をそれぞれ循環させる密閉動力サイクル及びヒートポンプと、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、該ヒートポンプが該冷媒を圧縮して高温高圧冷媒を生成する冷媒圧縮機と、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放熱して低温高圧冷媒を生成する放熱器と、該低温高圧冷媒を減圧膨張させて第１機械エネルギーを回収しながら低温低圧冷媒を生成する第１膨張機と、該低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成する熱交換器とを備え、該密閉動力サイクルが該作動流体を圧縮して高温高圧作動流体を生成する流体圧縮機と、該蓄電電力を利用してパルス電力を生成するパルス電源と、該パルス電力により通電す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発熱して該高温高圧作動流体から高エンタルピー動力流体を生成する高エンタルピー変換器と、該第１膨張機と出力軸を介して連結されていて該高エンタルピー動力流体を膨張させることにより第２機械エネルギーを回収する第２膨張機と、該第２膨張機の膨張ガスを予冷しながら該膨張ガスの排熱を回収して該冷媒から冷媒蒸気を生成して該冷媒圧縮機に還流させる再生器と、該第１及び第２機械エネルギーにより駆動されて発電電力を発生して該構内電気設備に供給する発電機とを備え、、該熱交換器が該冷熱により該第２膨張機の膨張ガスを冷却しながら該冷媒と該作動流体とを再生し、該出力軸を介して該第１及び第２機械エネルギーの一部で該冷媒圧縮機及び該流体圧縮機を駆動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、該エネルギー変換装置が、さらに、該第１及び第２機械エネルギーの一部で駆動されて蓄電用電力を発生して該蓄電ユニットに供給するオルタネータと、該高温高圧作動流体をバッファアダンパーで一時的に貯蔵し、当該高エンタルピー変換器に供給される該高温高圧作動流体の供給タイミングを制御する制御弁とを備え、該バッファアダンパーと該制御弁とを該第２膨張機のスタータとして機能させることを特徴と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、該高エンタルピー変換器が、該第１及び第２膨張機と同軸的に連結されたケーシングと、該ケーシングに形成されたエンタルピー増幅室と、該エンタルピー増幅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の数倍以上の該所定温度に発熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】  本発明では、構内電気設備を有する構造物と、該構内電気設備に電力を供給するエネルギー変換装置とを備えるネットゼロエネルギー建築物において、エネルギー変換装置が互いに熱的に結合した密閉動力サイクルとヒートポンプとを備え、該ヒートポンプにおいて、冷媒は密閉動力サイクルの排熱エネルギーを回収して冷媒蒸気となり、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する。高温高圧冷媒の熱を該密閉動力サイクルの作動流体に伝達して低温高圧冷媒を生成する。この低温高圧冷媒を第１膨張機で膨張させて第１機械エネルギーを回収するとともに低温低圧冷媒を生成する。この低温低圧冷媒を蒸発させて冷熱を生成する。一方、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する。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高エンタルピー変換器を所定温度に加熱する。一方、流体圧縮機で生成した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超臨界状態下で高エンタルピー動力流体を生成する。当該高エンタルピー動力流体を第２膨張機で爆発的に膨張させて第２機械エネルギーを発生させ、当該第１及び第２機械エネルギーを発電機に供給して発電電力を発生させて構造物の構内電気設備に発電電力を供給する。そのため、雷や地震由来の大停電並びに電力会社による計画停電等に左右されることなく、工場、ビル、住宅等の建築物の年間一次エネルギー消費量を正味（ネット）でゼロにすることができる。【００１３】  また、蓄電ユニットにはオルタネータで発生した蓄電用電力が供給されるため、蓄電ユニットのＳＯＣ値（残蓄電容量：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が、常時、所定値に維持されてパルス電源を介して高エンタルピー変換器を連続的に作動可能状態に維持する。このようにして、エネルギー変換装置は常に自立状態となり、外部電源の停電状態や天候不順及び夜間の時間帯にも関係なく電力を建築物に供給することができる。さらに、高圧作動流体をバッファアダンパーで一時的に蓄圧して制御弁により最適な供給タイミングで取り出すため、高圧作動流体の脈動が抑制され、第２膨張機の回転ムラが防止され、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、制御弁が第２膨張機の膨張行程のほぼ全期間に亘って高温高圧作動流体の高エンタルピー変換器への供給タイミングを制御するため、第２膨張機の正味有効平均圧力は２５０〜４５０Ｋｇｆ／ｃｍ２もの大きな値に達して、既存のレーシングカーの１３．５Ｋｇｆ／ｃｍ２の正味有効平均圧力に対して数十倍の大きさになるため、数十キロワットから数百メガワットの発電機を駆動させることが可能となる。したがって、建築物で消費される年間一次エネルギー消費量を正味（ネット）でゼロにすることが極めて容易となり、地球温暖化防止に多大の貢献が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例によるネットゼロエネルギー建築物のブロック図を示す。
【図２】図１のネットゼロエネルギー建築物に採用したエネルギー変換装置における複合型圧縮機の断面図を示す。
【図３】図１に示したエネルギー変換装置における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、図面に基づき、本発明によるネットゼロエネルギー建築物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、ネットゼロエネルギー建築物はオフィスビルに適用したものとして示したが、本発明はこの適用例に限定されず、一般住宅、集合住宅、ホテル、病院、医療福祉施設、レストラン、学校、百貨店、スーパー、コンビニ、業務用ビル、公共施設、スポーツ施設、レジャーランド、鉄道施設、港湾施設、各種プラント施設等の建物、或いは、工場、浄水場、下水処理場等の建築物に適用しても良い。【００１６】  図１において、ネットゼロエネルギー建築物１０は、構造物１０Ｓと、構造物１０Ｓに配置された暖房・冷房設備、換気設備、給湯設備、照明等に係わる一次エネルギーを消費する構内電気設備１０Ｅと、構内電気設備１０Ｅに電力を供給する電力供給システム１０Ａとを備える。電力供給システム１０Ａは、エネルギー変換装置１２を備え、エネルギー変換装置１２は所定圧で封入されていて低沸点で蒸発可能な作動流体を循環させる密閉動力サイクル１５と、密閉動力サイクル１５と熱的に結合していて所定圧で封入されていて低沸点で蒸発可能な冷媒を循環させるとともに密閉動力サイクル１５の排熱エネルギーを回収して冷媒から冷媒蒸気を生成する再生器（熱交換器）ＥＶｏを有するヒートポンプＨＰとを備える。エネルギー変換装置１２は、後述のごとく、ヒートポンプＨＰから伝達された熱を利用して機械エネルギーを発生させ、出力軸４０Ｃを介して該機械エネルギーを発電機１６に供給して発電電力を生成してネットゼロエネルギー建築物１０の構内電気設備１０Ｅに供給する。【００１７】  作動流体及び冷媒としては、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）が挙げられる。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。このように、作動流体と冷媒とは共通の成分である二酸化炭素を利用するが、それぞれ異なる媒体を利用しても良い。密閉動力サイクル１５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５．７ＭＰａとなるように設定されると、ＣＯ２冷媒は約２０℃で蒸発する。低圧側の圧力が３ＭＰａに設定されると、ＣＯ２冷媒は約−６℃で蒸発する。このようにシステム内の諸条件に合わせてＣＯ２冷媒の充填圧を自由に定めてよい。【００１８】  密閉動力サイクル１５は、低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆを超臨界点（３１．１℃、７．４ＭＰａ）以上の圧力で圧縮する圧縮機（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ＣＯ２作動流体（超臨界流体）Ｗｆｐを逆止弁２９を介して貯蔵する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ダンパー３０と、バッファアダンパー３０のアウトレット３０ｃから供給される超臨界流体Ｗｆｐの流れ（流通���間）を制御する電磁弁（制御弁）３２と、バッファアダンパー３０から供給された超臨界流体Ｗｆｐをその超臨界点（３１．１℃）以上の温度（例えば、６００〜１２００℃）に加熱して瞬時に超臨界流体からなる高エンタルピー動力流体を発生させる高エンタルピー変換器４２と、ヒートポンプＨＰの高圧冷媒Ｃｍｈと超臨界流体Ｓｃｆを作動室１１６内に導入して膨張させてそれぞれ第１及び第２機械エネルギーを生成する第１及び第２回転式流体機械部４０Ａ，４０Ｂ（第１、第２膨張機）からなる回転式流体機械４０と、該第１、第２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４０Ｃとを備える。第１、第２膨張機４０Ａ，  ４０Ｂは出力軸４０Ｃに支持されていて作動室１１６に回転可能に収納された共通のロータリピストン本体）２００を備え、作動室１１６内に高圧冷媒Ｃｍｈと超臨界流体Ｓｃｆをそれぞれ供給するインレット１２６Ａ，１２６Ｂと、低温低圧冷媒Ｃｍｅと膨張ガスＥｇとをそれぞれ排出するアウトレット１２６Ａ，１２６Ｂとを有する。【００１９】  バッファアダンパー３０のバネ手段３０ａは、貯蔵室３０ｂの高圧ＣＯ２作動流体（超臨界流体）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１５において、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、３ＭＰａに維持されるようにＣＯ２作動流体が密閉動力サイクル１５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１５の作動中にはバッファアダンパー３０のバネ手段３０ａは常時、圧縮された状態に維持されて超臨界流体Ｗｆｐを高圧下で貯蔵する。【００２０】  電磁弁３２は、本願発明者と同一発明者による特許第５２７２２７８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機械装置」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。【００２１】  ヒートポンプＨＰは、第２膨張機４０Ｂの膨張ガスＥｇの排熱エネルギーを回収しながら膨張ガスＥｇを予冷するとともに低温低圧冷媒Ｃｍｏから冷媒蒸気（過熱蒸）Ｃｍを生成する再生器ＥＶｏと、予冷後の膨張ガスＥｇを冷却する熱交換器ＥＶ１（ガス冷却器４２）と、圧縮機２７に内蔵されていて冷媒蒸気Ｃｍを超臨界点以上で圧縮して超臨界ＣＯ２冷媒Ｃｍｐを生成する冷媒圧縮手段Ｐ２（図２参照）と、冷媒圧縮手段Ｐ２のアウトレット３５８Ｂから吐出した高温高圧ＣＯ２冷媒（超臨界冷媒）Ｃｍｐを密閉動力サイクル１５のＣＯ２作動流体Ｗｆｏに放熱して低温高圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｈを生成する放熱器ＥＶ２と、低温高圧ＣＯ２冷媒を減圧膨張させることにより第１機械エネルギーを発生させるとともに低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｅを生成する第１膨張機４０Ａと、該低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｅを蒸発させて冷熱（例えば、−１０℃；３ＭＰａ）を生成し、この冷熱により膨張ガスＥｇを冷却する熱交換器ＥＶ１（冷却器４３）とを備える。熱交換器ＥＶ１（冷却器４３）から出た低温低圧膨張ガスＷｆｏは放熱器ＥＶ２で高温高圧��Ｏ２冷媒Ｃｍｐから吸熱して過熱蒸気Ｗｆとなって密閉動力サイクル１５の圧縮機２７の流体圧縮手段Ｐ１のインレット３５６Ａに導入され、以後、同一のヒートポンプサイクル及び機械エネルギーサイクルが繰り返し実行される。【００２２】  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（過熱蒸気）Ｗｆを超臨界点以上の圧力で圧縮してＣＯ２超臨界作動流体Ｗｆｐを生成する流体圧縮手段Ｐ１と、ＣＯ２冷媒蒸気Ｃｍを超臨界点以上で圧縮して高温高圧超臨界ＣＯ２冷媒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でＣＯ２作動流体及びＣＯ２冷媒をいずれも過熱蒸気にして圧縮する理由は、これら流体の圧縮に必要な動力を大幅（通常のガス圧縮に比べて約５分の一）に低減して成績係数（ＣＯＰ）を飛躍的に向上させるためである。【００２３】  図１及び図２に示すように、複合型圧縮機２７は、回転式流体機械４０と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１５に接続されて低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆを導入する第１インレット３５６Ａと、超臨界ＣＯ２作動流体Ｗｆｐを吐出する第１アウトレット３５８Ａと、低温低圧冷媒蒸気Ｃｍを導入する第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。【００２４】  クランクロータ３６２は、出力軸４０Ｃ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。【００２５】  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媒体を超臨界点以上で圧縮しながらアウトレット３５８Ａ，３５８Ｂからそれぞれ吐出する複数のカムローブ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。【００２６】  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を介して回動するピストンエレメント３７６を備える。ピストンエレメント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���ング３５２に形成されたバネ収納部３７８には押圧バネ３８０がピストンエレメント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。【００２７】  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。複合型圧縮機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を利用してもよい。【００２８】  図３に示すように、高エンタルピー変換器４２は、複合型圧縮機２７と回転式流体機械４０に同心的に連結された円筒状ケーシング１１００を備える。円筒状ケーシング１１００には、円筒状ケーシング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増幅室１１１８が形成されている。円筒状ケーシング１１００の中央内周部１１１４は回転式流体機械４０の出力軸４０Ｃ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。【００２９】  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。エンタルピー増幅室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。【００３０】  エンタルピー増幅室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発熱体１１３４が充填されている。パルス電力に応答して、多数の管状通電発熱体１１３４は通電発熱して６００〜１２００℃の超臨界領域に維持される。この温度領域は、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を所定値となるように可変制御することによって自由に定めることができる。ＣＯ２超臨界作動流体は、通電発熱パイプ１１３４の隙間及び通電発熱パイプ１１３４の穴部を通過しながら、これら通電発熱パイプ１１３４の各部位と衝突しながら加熱されて瞬時に高エンタルピー動力流体が発生する。一対の電極１１２４，１１２６は棒状形状を有するものとして示されているが、エンタルピー増幅室１１１８の軸方向端面に配置された円弧状電極で構成しても良い。【００３１】  上述の通電発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。エンタルピー増幅室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動力流体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。【００３２】  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が挙げられる。他の例としては本願発明者と同一発明者による特願２０１２−２５９０９０号（発明の名称：回転式流体機械）に記載された構造のものを利用してもよい。【００３３】  図１に戻って、オルターネータ２５はリレー等から構成される遮断器１９を介して蓄電ユニット（蓄電システム）２０の充電器２１に接続される。オルターネータ２５は、機械エネルギー伝達手段４５を介してエネルギー変換装置１２の出力軸４０Ｃに駆動連結されて低圧電圧（例えば、１２Ｖ又は２４Ｖ）の蓄電用電力を発生する。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。【００３４】  一方、出力軸４０ＣはクラッチＣＬを有する出力装置１６を介して発電機１６に接続され、前述の第１及び第２機械エネルギーにより駆動され、パワーラインＰＬを介して発電電力を構造物１０Ｓの構内電気設備１０Ｅに供給する。図示していないが、発電機１６の発電電力の一部を開閉器を介して蓄電用電力として蓄電ユニット２０に供給しても良い。このように、エネルギー変換装置１２の作動中に、蓄電ユニット２０に蓄電用電力を継続的に供給することによって、ネットゼロエネルギー建築物１０は、実質的に正味投入エネルギーゼロの状態で、電力供給システム１０Ａによって構内電気設備１０Ｅの全ての一次エネルギ��を賄うことができる。【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】  パルス電源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、例えば、１２〜２４ボルトの間で設定される。この時、高エネルギー変換装置４２の容量に応じて、パルス電流は、好ましくは、５０〜２００アンペアの間で変化するように構成しても良い。高エンタルピー変換器４２において、多数の通電発熱パイプ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、６００〜１２００℃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。超臨界流体が通電発熱パイプ１１３４の外表面に順次接触して通過する過程において、高エンタルピー動力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、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、目本国特許第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１において、バッファアダンパーの圧力センサＳ１からの圧力信号ＰＳ、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、エネルギー変換装置１２の出力軸４０Ｃ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��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（残蓄電容量）（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において第２回転式流体機械部４０Ｂの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、第２回転式流体機械部４０Ｂには膨張行程の全期間中に高エンタルピー動力流体が連続的に作用することになる。一方、コントローラ６０は、必要に応じてクラッチ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、本発明によるネットゼロエネルギー建築物１０におけるエネルギー変換装置１２の作動を説明する。【００４１】  エネルギー変換装置１２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変換器４２に供給される。このとき、通電発熱パイプ１１３４が通電して所望の設定温度（例えば、８００℃）に発熱する。高エンタルピー変換器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、バッファアダンパー３０に貯蔵されていたＣＯ２作動流体Ｗｆｐが高エンタルピー変換器４２に供給される。高エンタルピー変換器４２では超臨界流体Ｗｆｐが管状通電発熱体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、これら管状通電発熱体１１３４の隙間や穴部を通過しながらさらに加温されて超臨界流体ＳＣｆからなる高エンタルピー動力流体が発生する。この高エンタルピー動力流体ＳＣｆは第２回転式流体機械部（第２膨張機）４０Ｂのインレット１２４Ｂ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を発生して出力軸４０Ｃにトルクを伝達する。【００４２】  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４０Ｃ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１５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（高温高圧ＣＯ２冷媒）Ｃｍｐは、放熱器ＥＶ２で低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｏと熱交換して放熱することにより低温高圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｈを生成する。低温高圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｈは第１膨張機４０Ａで減圧膨張して第１機械エネルギーを回収するとともに低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍ���を生成する。この低温低圧ＣＯ２冷媒Ｃｍｅは冷却器４３（熱交換器ＥＶ１）で蒸発して冷熱（例えば、−１０℃：３ＭＰａ）を発生して膨張ガスＥｇを冷却する。冷却器４３から吐出した低温低圧冷媒Ｃｍｏは再生器（蒸発用熱交換器）ＥＶｏで膨張ガスＥｇを予冷しながら廃熱エネルギーを回収してＣＯ２冷媒蒸気（過熱蒸気）Ｃｍを生成する。この冷媒蒸気Ｃｍは圧縮機２７の冷媒圧縮機手段Ｐ２に循環され、そこで圧縮されて超臨界冷媒Ｃｍｐとして再度、放熱器ＥＶ２に供給される。一方、蒸発器ＥＶｏで一次冷却された膨張ガスＥｇはさらに冷却器４３（熱交換機ＥＶ１）で冷却されて、低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｏを生成する。この低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｏは放熱器ＥＶ２で超臨界冷媒Ｃｍｐから受熱して過熱蒸気からなる低温低圧ＣＯ２作動流体Ｗｆとして圧縮機２７のインレット３５６Ａに流入して流体圧縮手段Ｐ１により圧縮され、以後、密閉動力サイクル１５が繰り返し、実行される。【００４３】  上述のように、密閉動力サイクル１５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、高温高圧ＣＯ２冷媒の熱が密閉動力サイクル１５の低温低圧ＣＯ２作動流体に放熱され、次いで、高圧ＣＯ２冷媒が第１膨張機で膨張することにより第１機械エネルギーを発生させ、一方、高エンタルピー動力流体（超臨界流体）が第２膨張機で膨張して第２機械エネルギーを回収する。このように第１機械エネルギーと第２機械エネルギーとにより発電機１６が駆動されて電力が発生し、パワーラインＰＬを介して構造物１０Ｓの構内電気設備１０Ｅに供給される。【００４４】  以上、本発明の実施例によるネットゼロエネルギー建築物１０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。なお。圧縮機は単段式のものとして記載したが、複段式構造にして作動流体と冷媒とをそれぞれ複数段で圧縮するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００４５】１０  ネットゼロエネルギー建築物、１０Ｓ  構造物；１０Ｅ  構内電気設備；１２  エネルギー変換装置；１５  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  バッファアダンパー；３２  電磁弁；４０  回転式流体機械；４０Ａ  第１膨張機（第１回転式流体機械部）；４０Ｂ  第２膨張機（第２回転式流体機械部）；４２  高エンタルピー変換器；４３  冷却器；６０  コントローラ；ＨＰ  ヒートポンプ；ＥＶｏ  再生器；ＥＶ１  冷却器（熱交換器）；ＥＶ２  放熱器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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