(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単原子ガスを第１作動媒体とする外燃式ブレイトンサイクルエンジンであって、
前記第１作動媒体を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から供給された第１作動媒体を、太陽光を熱源として加熱するソーラー加熱器と、
水素ガスと酸素ガスとを燃焼させて、前記圧縮機から供給された第１作動媒体を加熱する水素燃焼器と、
前記ソーラー加熱器から供給された第１作動媒体、および／または前記水素燃焼器から供給された第１作動媒体と水蒸気との混合ガスから動力を取り出すタービンと、
水を電気分解することによって水素ガスおよび酸素ガスを生成する水素・酸素生成装置と、
水素ガスを貯蔵する水素タンクと、
酸素ガスを貯蔵する酸素タンクと、
前記水素タンク、前記水素・酸素生成装置の水素ガス導出口および前記水素燃焼器に接続され、これらの間で選択的に連通させる共通の水素流路切替装置と、
前記酸素タンク、前記水素・酸素生成装置の酸素ガス導出口および前記水素燃焼器に接続され、これらの間で選択的に連通させる共通の酸素流路切替装置と、
を備える外燃式ブレイトンサイクルエンジン。
【請求項２】
単原子ガスを第１作動媒体とする外燃式ブレイトンサイクルエンジンであって、
前記第１作動媒体を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から供給された第１作動媒体を、太陽光を熱源として加熱するソーラー加熱器と、
水素ガスと酸素ガスとを燃焼させて、前記圧縮機から供給された第１作動媒体を加熱する水素燃焼器と、
前記ソーラー加熱器から供給された第１作動媒体、および／または前記水素燃焼器から供給された第１作動媒体と水蒸気との混合ガスから動力を取り出すタービンと、
水を電気分解することによって水素ガスおよび酸素ガスを生成する水素・酸素生成装置と、
水素ガスを貯蔵する水素タンクと、
酸素ガスを貯蔵する酸素タンクと、
前記水素タンクを、前記水素・酸素生成装置の水素ガス導出口と前記水素燃焼器との間で選択的に連通させる水素流路切替装置と、
前記酸素タンクを、前記水素・酸素生成装置の酸素ガス導出口と前記水素燃焼器との間で選択的に連通させる酸素流路切替装置と、
前記タービンから排出された第１作動媒体と水蒸気との混合ガスを冷却して水を回収する凝縮器と、
前記凝縮器で回収した水を前記水素・酸素生成装置へ供給する水供給路と、
を備える外燃式ブレイトンサイクルエンジン。
【請求項３】
単原子ガスを第１作動媒体とする外燃式ブレイトンサイクルエンジンであって、
前記第１作動媒体を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から供給された第１作動媒体を、太陽光を熱源として加熱するソーラー加熱器と、
水素ガスと酸素ガスとを燃焼させて、前記圧縮機から供給された第１作動媒体を加熱する水素燃焼器と、
前記ソーラー加熱器から供給された第１作動媒体、および／または前記水素燃焼器から供給された第１作動媒体と水蒸気との混合ガスから動力を取り出すタービンと、
水を電気分解することによって水素ガスおよび酸素ガスを生成する水素・酸素生成装置と、
水素ガスを貯蔵する水素タンクと、
酸素ガスを貯蔵する酸素タンクと、
前記水素タンクを、前記水素・酸素生成装置の水素ガス導出口と前記水素燃焼器との間で選択的に連通させる水素流路切替装置と、
前記酸素タンクを、前記水素・酸素生成装置の酸素ガス導出口と前記水素燃焼器との間で選択的に連通させる酸素流路切替装置と、
前記水素タンクに導入される水素ガスを圧縮し、前記水素タンクから導出された水素ガスを膨張させる第１圧縮膨張装置と、
前記酸素タンクに導入される酸素ガスを圧縮し、前記酸素タンクから導出された酸素ガスを膨張させる第２圧縮膨張装置と、
前記第１圧縮膨張装置と前記水素タンクとの間に設けられて、前記水素タンクに導入される水素ガスの熱を吸収して蓄える第１蓄熱装置と、
前記第２圧縮膨張装置と前記酸素タンクとの間に設けられて、前記酸素タンクに導入される酸素ガスの熱を吸収して蓄える第２蓄熱装置と、
を備える外燃式ブレイトンサイクルエンジン。
【請求項４】
請求項２に記載の外燃式ブレイトンサイクルエンジンと、
有機物からなる流体を第２作動媒体とするオーガニック・ランキンサイクルエンジンとを含む複合型エンジンシステムであって、
前記凝縮器に加熱媒体として流入した前記混合ガスによって前記第２作動媒体が加熱される、
複合型エンジンシステム。
【請求項５】
請求項４に記載の複合型エンジンシステムにおいて、前記凝縮器が、前記タービンから前記圧縮機へ前記第１作動媒体を返送する作動媒体返送路に設けられており、この作動媒体返送路に、この作動媒体返送路内の前記第１作動媒体の内圧を調整する内圧調整ユニットが接続されている複合型エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を熱源として利用する外燃式ブレイトンサイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題やエネルギー問題の一解決策として、太陽光を熱源として利用するタービン装置による発電技術、例えば、太陽熱を利用した蒸気タービンやガスタービンが提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２０１６３号公報
【特許文献２】特開２０１１−０３２９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、太陽熱を利用するこのような設備では、太陽熱の供給が不安定であるため、電力の需給バランスを保つことが難しい。すなわち、日照量が十分に得られる場合に、電力需要に対して発電量が過剰となる一方、夜間のように日照がない場合（夜間）や日照量が不十分な場合には、電力需要に対して発電量が不足することが起こり得る。したがって、太陽熱を利用する発電設備に、発電量が過剰である場合の余剰電力を利用したロードレベリングシステムが要求されている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、高効率に太陽光を熱源として利用しながら、日照量に影響されず安定的に電力を供給することができる外燃式ブレイトンサイクルエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る外燃式ブレイトンサイクルエンジンは、単原子ガスを第１作動媒体とする外燃式ブレイトンサイクルエンジンであって、前記第１作動媒体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給された第１作動媒体を、太陽光を熱源として加熱するソーラー加熱器と、水素ガスと酸素ガスとを燃焼させて、前記圧縮機から供給された第１作動媒体を加熱する水素燃焼器と、前記ソーラー加熱器から供給された第１作動媒体、および／または前記水素燃焼器から供給された第１作動媒体と水蒸気との混合ガスから動力を取り出すタービンと、水を電気分解することによって水素ガスおよび酸素ガスを生成する水素・酸素生成装置と、水素ガスを貯蔵する水素タンクと、酸素ガスを貯蔵する酸素タンクと、前記水素タンクを、前記水素・酸素生成装置の水素ガス導出口と前記水素燃焼器との間で選択的に連通させる水素流路切替装置と、前記酸素タンクを、前記水素・酸素生成装置の酸素ガス導出口と前記水素燃焼器との間で選択的に連通させる酸素流路切替装置とを備えている。
【０００７】
この構成によれば、太陽光を熱源として利用し、かつ作動媒体として、空気のような２原子分子からなるガスよりも大きい比熱比を有する単原子分子ガスを用いる高効率の外燃式ブレイトンサイクルエンジンにおいて、太陽光を利用する発電量が電力需要を上回る場合、過剰なエネルギーを水素ガスおよび酸素ガスとして貯蔵し、これらのガスを太陽光を利用する発電量が不足する場合に利用して発電することができる。したがって、クリーンで安価な自然エネルギーである太陽光ＳＬを利用しながら、日照量に左右されず安定的に電力を供給することが可能となる。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る外燃式ブレイトンサイクルエンジンにおいて、前記タービンから排出された第１作動媒体と水蒸気との混合ガスを冷却して水を回収する凝縮器と、前記凝縮器で回収した水を前記水素・酸素生成装置へ供給する水供給路とを備えることが好ましい。この構成によれば、作動媒体のみならず、水素燃焼器に使用する水もエンジン内で循環利用するので、エンジン全体の効率を大幅に高めることができる。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る外燃式ブレイトンサイクルエンジンにおいて、前記水素タンクに導入される水素ガスを圧縮し、前記水素タンクから導出された水素ガスを膨張させる第１圧縮膨張装置と、前記酸素タンクに導入される酸素ガスを圧縮し、前記酸素タンクから導出された酸素ガスを膨張させる第２圧縮膨張装置と、前記第１圧縮膨張装置と前記水素タンクとの間に設けられて、前記水素タンクに導入される水素ガスの熱を吸収して蓄える第１蓄熱装置と、前記第２圧縮膨張装置と前記酸素タンクとの間に設けられて、前記酸素タンクに導入される酸素ガスの熱を吸収して蓄える第２蓄熱装置とをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、水素ガスおよび酸素ガスを圧縮貯蔵する際に蓄熱装置に蓄熱しておき、貯蔵されたガスを再利用する際に蓄熱装置でガスを加熱することにより、圧縮貯蔵した際の動力を効率的に回収することができる。
【００１０】
本発明に係る複合型エンジンシステムは、前記凝縮器を備える前記外燃式ブレイトンサイクルエンジンと、有機物からなる流体を第２作動媒体とするオーガニック・ランキンサイクルエンジンとを含む複合型エンジンシステムであって、前記凝縮器を通過する前記混合ガスによって前記第２作動媒体が加熱される。この構成によれば、前記外燃式ブレイトンサイクルエンジンの作動に利用した水蒸気の潜熱を利用してオーガニック・ランキンサイクルエンジンを作動させるので、エンジンシステム全体の効率を高めることができる。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る複合型エンジンシステムにおいて、前記凝縮器が、前記タービンから前記圧縮機へ前記第１作動媒体を返送する作動媒体返送路に設けられており、この作動媒体返送路に、この作動媒体返送路内の前記第１作動媒体の内圧を調整する内圧調整ユニットが接続されている。この構成によれば、内圧調整ユニットによって凝縮器の内圧を、水蒸気の潜熱を最大限に利用できる圧力に調整することができる。したがって、エンジンシステム全体の効率を大幅に高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る外燃式ブレイトンサイクルエンジンによれば、以上のように、高効率に太陽光を熱源として利用しながら、日照量に影響されず安定的に電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る外燃式ブレイトンサイクルエンジンおよび複合型エンジンシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のブレイトンサイクルエンジンの動作の一例を示すブロック図である。
【図３】図１のブレイトンサイクルエンジンの動作の他の例を示すブロック図である。
【図４】図１のブレイトンサイクルエンジンに使用されるソーラー加熱器と水素燃焼器の配置例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る外燃式ブレイトンサイクルエンジン（以下、「第１エンジン」という。）Ｅ１を含む複合型エンジンシステム（以下、単に「エンジンシステム」という。）Ｓを示す概略構成図である。第１エンジンＥ１は、太陽光ＳＬを熱源として利用するとともに、単原子ガスを作動媒体（第１作動媒体）Ｍ１として利用する。本実施形態では、第１作動媒体Ｍ１としてヘリウムガスを使用している。また、複合型エンジンシステムＳは、有機物からなる流体を作動媒体（第２作動媒体）Ｍ２として利用するオーガニック・ランキンサイクルエンジン（以下、「第２エンジン」という。）Ｅ２を備えている。
【００１５】
第１エンジンＥ１は、第１作動媒体Ｍ１を圧縮する圧縮機１、圧縮機１で圧縮された第１作動媒体Ｍ１を加熱するソーラー加熱器３および水素燃焼器５、およびこの加熱された第１作動媒体Ｍ１（つまり、ソーラー加熱器から供給された第１作動媒体Ｍ１および水素燃焼器５から供給された第１作動媒体Ｍ１と水蒸気との混合ガスＭＧの少なくとも一方）から動力を取り出すタービン７を備えている。本実施形態では、第１エンジンＥ１を、タービン７から排出された第１作動媒体Ｍ１を圧縮機１へ供給して再利用する閉サイクルエンジンとして構成している。第１エンジンＥ１の出力により、第１発電機Ｇ１のような負荷が駆動される。
【００１６】
圧縮機１は、低圧圧縮機部１ａと高圧圧縮機部１ｂとからなり、これら低圧圧縮機部１ａと高圧圧縮機部１ｂとの間に、冷却水を使用する中間冷却器１１が設けられている。この中間冷却器１１によって低圧圧縮機部１ａで圧縮された第１作動媒体Ｍ１を冷却することにより、高圧圧縮機部１ｂの圧縮仕事が小さくなり、効率が向上する。圧縮機１で圧縮された高圧の第１作動媒体Ｍ１は、圧縮機１からタービン７へ第１作動媒体Ｍ１を供給する作動媒体供給路１８上に設けられた復熱器１３を通過した後に、ソーラー加熱器３（または水素燃焼器５）へ送られる。復熱器１３は、タービン７から排出された高温の第１作動媒体Ｍ１の熱を利用して、圧縮機１からソーラー加熱器３（または水素燃焼器５）へ向かう第１作動媒体Ｍ１を予熱する。
【００１７】
圧縮機１とタービン７との間に配置されたソーラー加熱器３は、第１エンジンＥ１の外部に設置された集光装置１７から供給された太陽光ＳＬを受け、太陽光ＳＬを熱源として第１作動媒体Ｍ１を加熱する。本実施形態では、太陽光集光装置１７として、ソーラー加熱器３に向けて集光するように角度調整可能な多数のミラーＭＲを用いている。
【００１８】
作動媒体供給路１８における、ソーラー加熱器３の下流側、つまりソーラー加熱器３とタービン７との間に、水素燃焼器５が配設されている。水素燃焼器５は、水素ガスＨＧを酸素ガスＯＧと燃焼させて、圧縮機１で圧縮された第１作動媒体Ｍ１を加熱する。第１エンジンＥ１は、水を電気分解することによって水素ガスＨＧおよび酸素ガスＯＧを生成する水素・酸素生成装置１９を備えている。水素・酸素生成装置１９によって生成された当量比の水素ガスＨＧおよび酸素ガスＯＧが、水素燃焼器５に供給される。
【００１９】
水素・酸素生成装置１９の水素ガス導出口２１と、水素燃焼器５と、水素ガスＨＧを貯蔵する水素タンク２３とは、これらの間で選択的に連通させる水素流路切替装置２５を介して互いに接続されている。同様に、水素・酸素生成装置１９の酸素ガス導出口３１と、水素燃焼器５と、酸素ガスＯＧを貯蔵する酸素タンク３３とは、これらの間で選択的に連通させる酸素流路切替装置３５を介して互いに接続されている。より具体的には、水素・酸素生成装置１９の水素ガス導出口２１は水素流路切替装置２５に接続されており、水素流路切替装置２５は、水素流通路２７を介して水素タンク２３に接続されるとともに、水素供給路２９を介して水素燃焼器５の水素導入口５ａに接続されている。同様に、水素・酸素生成装置１９の酸素ガス導出口３１は酸素流路切替装置３５に接続されており、酸素流路切替装置３５は、酸素流通路３７を介して酸素タンク３３に接続されるとともに、酸素供給路３９を介して水素燃焼器５の酸素導入口５ｂに接続されている。
【００２０】
水素流路切替装置２５と水素タンク２３とを接続する水素流通路２７の中途には、水素圧縮膨張装置４１が設けられている。さらに、水素流通路２７における水素圧縮膨張装置４１と水素タンク２３との間に、水素蓄熱装置４３が設けられている。水素圧縮膨張装置４１は、水素流通路２７を水素流路切替装置２５側から水素タンク２３へ流れて水素タンク２３に導入される水素ガスＨＧを圧縮するとともに、水素タンク２３から導出された水素ガスＨＧを膨張させる。
【００２１】
同様に、酸素流路切替装置３５と酸素タンク３３とを接続する酸素流通路３７の中途には、酸素圧縮膨張装置５１が設けられている。さらに、酸素流通路３７における酸素圧縮膨張装置５１と酸素タンク３３との間に、酸素蓄熱装置５３が設けられている。酸素圧縮膨張装置５１は、酸素流通路３７を酸素流路切替装置３５側から酸素タンク３３へ流れて酸素タンク３３に導入される酸素ガスＯＧを圧縮するとともに、酸素タンク３３から導出された酸素ガスＯＧを膨張させる。
【００２２】
水素圧縮膨張装置４１は、回転軸を介して第１モータジェネレータ４５に接続されている。第１モータジェネレータ４５は、水素圧縮膨張装置４１が水素ガスＨＧを圧縮する場合に、第１発電機Ｇ１から電力の供給を受けて、水素圧縮膨張装置４１を駆動するモータとして機能する。一方、水素圧縮膨張装置４１において水素ガスＨＧが膨張する場合には、第１モータジェネレータ４５は、水素圧縮膨張装置４１によって駆動され、ジェネレータとして発電する。
【００２３】
同様に、酸素圧縮膨張装置５１は、回転軸を介して第２モータジェネレータ５５に接続されている。第２モータジェネレータ５５は、酸素圧縮膨張装置５１が酸素ガスＯＧを圧縮する場合に、第１発電機Ｇ１から電力の供給を受けて、酸素圧縮装置を駆動するモータとして機能する。一方、酸素圧縮膨張装置５１において酸素ガスＯＧが膨張する場合には、第２モータジェネレータ５５は、酸素圧縮膨張装置５１によって駆動され、ジェネレータとして発電する。
【００２４】
タービン７から排出された第１作動媒体Ｍ１を圧縮機１へ循環させる作動媒体返送路６１の中途には、凝縮器６３が設けられている。本実施形態では、作動媒体返送路６１における復熱器１３の下流側に凝縮器６３が配設されている。凝縮器６３は、タービン７から排出された第１作動媒体Ｍ１と水蒸気との混合ガスＭＧを冷却して、水Ｗを回収する。凝縮器６３で回収された水Ｗは、水供給路６５を介して水素・酸素生成装置１９に送られる。また、凝縮器６３によって水分が除去された第１作動媒体Ｍ１は、作動媒体返送路６１を介して圧縮機１側へ送られる。
【００２５】
第１エンジンＥ１は、ソーラー加熱器３単独の作動によって発電可能な電力量（以下、「ベース発電量」と呼ぶ。）と、第１エンジンＥ１に要求される電力量（以下、「需要電力量」と呼ぶ。）のバランスに応じて第１エンジンＥ１の構成要素を制御する制御装置７１を備えている。制御装置７１は、第１エンジンＥ１の構成要素のうち、少なくとも水素流路切替装置２５および酸素流路切替装置３５を制御する。以下、制御装置７１による第１エンジンＥ１の制御および各制御状態における第１エンジンＥ１の動作について説明する。
【００２６】
まず、ベース発電量が需要電力量を超えている場合、例えば晴天時の昼間における第１エンジンＥ１の制御について、図２を参照しながら説明する。この場合、圧縮機１で圧縮された第１作動媒体Ｍ１は、復熱器１３で予熱された後、ソーラー加熱器３のみによって加熱され、水素燃焼器５を素通りしてタービン７へ送給され、タービン７を駆動する。一方、第１発電機Ｇ１の出力、つまりベース発電量のうち、需要電力量に対して過剰となる分が、同図に破線で示す送電路ＰＰを介して水素・酸素生成装置１９に供給される。この過剰分の電力を利用して、水素・酸素生成装置１９において、水の電気分解による水素ガスＨＧおよび酸素ガスＯＧの生成が行われる。
【００２７】
この場合、制御装置７１は、水素流路切替装置２５を、水素・酸素生成装置１９と水素タンク２３とが連通するように切り替えるとともに、酸素流路切替装置３５を、水素・酸素生成装置１９と酸素タンク３３とが連通するように切り替える。水素・酸素生成装置１９で生成された水素ガスＨＧは、水素導出口２１から水素流通路２７を通って水素タンク２３に導入され、水素タンク２３に貯蔵される。その過程で、水素ガスＨＧは、水素圧縮膨張装置４１によって圧縮され、その後、水素蓄熱装置４３において冷却され、高圧（例えば数百気圧）および常温（例えば、５０℃〜１００℃）の状態で水素タンク２３に貯蔵される。水素ガスＨＧが水素蓄熱装置４３において冷却される際、水素ガスＨＧから奪われた熱は、水素蓄熱装置４３に蓄えられる。同様に、水素・酸素生成装置１９で生成された酸素ガスＯＧは、酸素導出口３１から酸素流通路３７を通って酸素タンク３３に導入され、酸素タンク３３に貯蔵される。その過程で、酸素ガスＯＧは、酸素圧縮膨張装置５１によって圧縮され、その後、酸素蓄熱装置５３において冷却され、高圧（例えば数百気圧）および常温（例えば、５０℃〜１００℃）の状態で酸素タンク３３に貯蔵される。酸素ガスＯＧが酸素蓄熱装置５３において冷却される際、酸素ガスＯＧから奪われた熱は、酸素蓄熱装置５３に蓄えられる。
【００２８】
次に、ベース発電量が需要電力量以下の場合、例えば太陽光を利用できない夜間における第１エンジンＥ１の制御について、図３を参照しながら説明する。
【００２９】
この場合、制御装置７１は、水素流路切替装置２５を、水素タンク２３と水素燃焼器５とが連通するように切り替えるとともに、酸素流路切替装置３５を、酸素タンク３３と水素燃焼器５とが連通するように切り替える。水素タンク２３に貯蔵されていた水素ガスＨＧが、水素流通路２７および水素供給路２９を通って、水素燃焼器５の水素導入口５ａから水素燃焼器５内に導入される。その過程で、水素ガスＨＧは、水素蓄熱装置４３において、水素蓄熱装置４３に蓄えられた熱によって加熱され、その後、水素圧縮膨張装置４１において膨張し、水素圧縮膨張装置４１を駆動する。同様に、酸素タンク３３に貯蔵されていた酸素ガスＯＧが、酸素流通路３７および酸素供給路３９を通って、水素燃焼器５の酸素導入口５ｂから水素燃焼器５内に導入される。その過程で、酸素ガスＯＧは、酸素蓄熱装置５３において、酸素蓄熱装置５３に蓄えられた熱によって加熱され、その後、酸素圧縮膨張装置５１において膨張し、酸素圧縮膨張装置５１を駆動する。
【００３０】
圧縮機１で圧縮された第１作動媒体Ｍ１は、復熱器１３で予熱された後、水素燃焼器５によって加熱され、水素の燃焼により発生した水蒸気と第１作動媒体Ｍ１との混合ガスがタービン７へ送給されてタービン７を駆動する。また、第１モータジェネレータ４５および第２モータジェネレータ５５は、それぞれ、水素圧縮膨張装置４１および酸素圧縮膨張装置５１によって駆動されて、ジェネレータとして発電を行う。これらモータジェネレータによる出力も第１エンジンＥ１の出力となる。
【００３１】
なお、太陽光ＳＬを利用できる晴天時の昼間であっても、電力需要が大きく、需要電力量がベース発電量を超える場合には、水素燃焼器５に水素タンク２３から水素ガスＨＧを、酸素タンク３３から酸素ガスＯＧを、それぞれ供給して、ソーラー加熱器３および水素燃焼器５の両方を作動させてもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、圧縮機１とタービン７の間の作動媒体供給通路１８において、ソーラー加熱器３と水素燃焼器５を直列に配置したが、図４（ａ）に示すように、ソーラー加熱器３と水素燃焼器５とを並列に配置してもよく、図４（ｂ）に示すように、ソーラー加熱器３と水素燃焼器５を直列に配置したうえで、上流側に配置されたソーラー加熱器３をバイパスするバイパス通路７３を設けてもよい。
【００３３】
なお、タービン７を高圧タービン部と低圧タービン部とからなる２段に構成し、高圧タービン部と低圧タービン部の間に追加の加熱器を設けてもよい。また、図１の第１エンジンＥ１において、圧縮機１を１段で構成して中間冷却器１１を省略してもよい。
【００３４】
オーガニック・ランキンサイクルエンジンである第２エンジンＥ２は、第１エンジンＥ１の排熱を利用して第２作動媒体である有機物を加熱し、エキスパンダ（タービン）８１を介して第２発電機Ｇ２を駆動する。具体的には、第２エンジンＥ２の第２作動媒体Ｍ２が、第１エンジンＥ１の作動媒体返送路６１に設けられた凝縮器６３を冷却媒体として通過し、凝縮器６３において、作動媒体返送路６１から凝縮器６３に流入した混合ガスによって加熱される。なお、第２作動媒体として使用できる有機物としては、例えば、フロンやペンタンが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３５】
第１エンジンＥ１に第２エンジンＥ２を上記のように組み合わせてエンジンシステムＳとして運転する場合、作動媒体返送路６１における凝縮器６３と圧縮機１との間の部分に、第１作動媒体Ｍ１を貯蔵する作動媒体タンク８３を、圧力調整ポンプ８５を介して接続する。これら作動媒体タンク８３および圧力調整ポンプ８５が、作動媒体返送路６１内の内圧を調整する内圧調整ユニット８７を形成する。
【００３６】
内圧調整ユニット８７を設けることにより、凝縮器６３において第２エンジンＥ２の第２作動媒体Ｍ２に与えられる熱量を調整することが可能となる。すなわち、内圧調整ユニット８７によって、凝縮器６３内の内圧も調整できることとなり、これにより、凝縮器６内に流入した水蒸気の凝縮温度を調整できる。例えば、凝縮器６３内の内圧を上げれば、水蒸気の凝縮温度は上昇するので、凝縮器６３において第２作動媒体Ｍ２に与えられる熱量は増加する。このように、内圧調整ユニットを設けることにより、オーガニック・ランキンサイクルエンジンである第２エンジンＥ２の加熱源としての水蒸気の潜熱を最大限に利用することができる。
【００３７】
次に、第１エンジンＥ１に第２エンジンＥ２を上記のように組み合わせてエンジンシステムＳとして運転する場合の、第１エンジンＥ１の第１作動媒体Ｍ１について説明する。
【００３８】
上述のように、第１作動媒体Ｍ１として、単原子分子からなるガスを用いる。単原子分子ガスは、空気のような２原子分子からなるガスよりも比熱比が大きいため、第１エンジンＥ１内の圧力比を低く設定しても、高い効率を得ることができる。したがって、ソーラー加熱器３の圧力も低く設定することが可能となるので、ソーラー加熱器３の信頼性が向上するとともに、コストを低減することができる。
【００３９】
第１作動媒体Ｍ１は、本実施形態のようにヘリウムのような軽量の単原子ガスの単体であってもよいが、水素燃焼器５を用いて第１作動媒体Ｍ１を水蒸気との混合気体として使用する場合は、単原子分子ガスの分子量は、水の分子量に比べて著しく小さいよりも、水の分子量に近い方が好ましいことも考えられる。その場合には、例えばヘリウムに、より分子量の大きい単原子ガス、例えばキセノンを混合して作動媒体Ｍ１として用いてもよい。
【００４０】
以上のように、本実施形態に係る第１エンジンＥ１では、太陽光ＳＬを熱源として利用し、かつ作動媒体Ｍ１として、空気のような２原子分子からなるガスよりも大きい比熱比を有する単原子分子ガスを用いる高効率の外燃式ブレイトンサイクルエンジンにおいて、太陽光ＳＬを利用する発電量が電力需要を上回る場合、過剰なエネルギーを水素ガスＨＧおよび酸素ガスＯＧとして貯蔵し、これらのガスを太陽光ＳＬを利用する発電量が不足する場合に利用して発電することが可能となる。したがって、クリーンで安価な自然エネルギーである太陽光ＳＬを利用しながら、日照量に左右されず安定的に電力を供給することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態に係る複合型エンジンシステムＳによれば、外燃式ブレイトンサイクルエンジンである第１エンジンＥ１の作動に利用した水蒸気の潜熱を利用してオーガニック・ランキンサイクルエンジンである第２エンジンＥ２を作動させるので、エンジンシステムＳ全体の効率を高めることができる。
【００４２】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１  圧縮機
３  ソーラー加熱器
５  水素燃焼器
７  タービン
１９  水素・酸素生成装置
２１  水素ガス導出口
２３  水素タンク
３１  酸素ガス導出口
３３  酸素タンク
Ｅ１  第１エンジン（外燃式ブレイトンサイクルエンジン）
Ｅ２  第２エンジン（オーガニック・ランキンサイクルエンジン）
Ｍ１  第１作動媒体
Ｍ２  第２作動媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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