JP5299656B1

JP5299656B1 - 熱エネルギー回収システム、熱エネルギー回収方法及びこれを利用した次世代太陽熱発電システム

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Publication number: JP5299656B1
Application number: JP2013070241A
Authority: JP
Inventors: 武史畑中
Original assignee: 武史畑中
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: JP2014173590A

Abstract

【課題】熱源から供給された熱エネルギーの回収量を増強するとともに熱エネルギーの変動が大きい場合であっても常に安定した発電出力を得ることが可能な熱エネルギー回収システム、熱エネルギー回収方法及びこれを利用した次世代太陽熱発電システムを提供するものである。
【解決手段】臨界圧未満の作動流体を加圧して高圧作動流体を生成する加圧ポンプ２７と、熱エネルギーを利用して前記高圧作動流体を加熱して高温高圧作動流体を生成する熱利用加熱器と、所定周期のパルス電力を供給するパルス電源２８と、前記パルス電力に応答して通電して発熱することにより前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つから高温超臨界流体を生成する電気式超臨界流体発生器４２と、前記高温超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換する回転式流体機械４０と、前記回転式流体機械により駆動されて発電電力を出力する発電機ＧＥと、前記発電電力の一部を蓄電する蓄電システム２０とを備え、前記パルス電源が前記蓄電電力を利用して前記パルス電力を生成し、前記パルス電力を前記回転式流体機械の運転中に継続的に前記電気式超臨界流体発生器に供給するようにした熱エネルギー回収システム、熱エネルギー回収方法及びこれを利用した次世代太陽熱発電システムを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は熱エネルギー回収システム、熱エネルギー回収方法及びこれを利用した太陽熱発電システムに関し、特に、熱エネルギー回収量の増強と安定した発電出力を供給可能な熱エネルギー回収システム、熱エネルギー回収方法及びこれを利用した次世代太陽熱発電システムに関する。

近年、大気汚染や地球温暖化問題が深刻化し、その有効な対策として、熱エネルギーの有効利用に注目が集まっている。熱エネルギーの代表的なものとしては温泉や地熱の中低温エネルギー、各種工場や各種設備の排熱エネルギー、風力から得た熱エネルギー、バイオマス熱エネルギー及び太陽熱エネルギー等が挙げられる。これら熱エネルギーの有効利用を図るためには、熱エネルギーを効率的に回収して発電量の増強と安定した発電出力を得ることが重要な課題となっている。また、これら熱エネルギーの中で、とくに、太陽熱エネルギーは天候不順や昼夜における熱エネルギーの変動が大きいため、これら外部要因に左右されない太陽熱発電システムの出現が望まれていた。

特許文献１には、太陽熱エネルギーと風力エネルギーを利用した太陽エネルギー及び風力エネルギー変換装置（発電装置）が提案されている。

特許文献２には、地熱等の中低温熱源の熱エネルギーを回収して作動流体から蒸気を発生させ、これをタービンで膨張させることにより動力に変換するようにした中低温熱エネルギー動力回収システムが提案されている。

特許文献３及び特許文献４には、太陽熱エネルギー回収システムにガスタービン発電装置を統合して夜間や天候不順時に安定した電力を供給できるようにした太陽熱複合発電システムが提案されている。

特許文献５には、ガスタービン発電装置の排熱エネルギーを回収して液相作動流体から高圧ガスを生成して、これをタービンにて膨張させることで交流発電機を駆動することにより電気エネルギーとして回収するようにしたエネルギー回収システムが提案されている。

米国特許第７９６４９８１号米国特許第６７６９２５６号米国特許第５８０６３１７号米国特許第８０８７２４６号米国特許公開公報第２００７／０００７７７１号

ところで、特許文献１の太陽エネルギー及び風力エネルギー変換装置では、集熱器を介して得られた太陽熱エネルギーで伝熱媒体を４００℃に加熱して複数のスターリングエンジンスタックを駆動し、こうして得られた機械エネルギーをメインドライブシャフトを介して風力タービンの回転軸に補助エネルギーとして伝達している。そして、風力タービンの回転軸によって発電機を駆動し、その発電出力をバッテリパックに蓄電している。この構造では、スターリングエンジンと風力タービンの回転軸との連結機構が複雑であるばかりでなく、その連結機構の部品点数が多いため、太陽エネルギー及び風力エネルギー変換装置の生産コスト並びに設置コストが著しく高いものとなり、広く普及させることが困難であった。また、天候不順や夜間において再生可能エネルギー密度が少ないときには、実用的な発電出力が得られなかった。

特許文献２で提案された中低温熱エネルギー動力回収システムでは、中低温の熱エネルギーを回収するために多数の熱交換器と配管類を必要としていた。熱交換器自体は構造的に大型であり、大きな設置スペースも必要としていたため、太陽熱利用システムの設置面積の削減と低価格化を実現することが困難であった。

特許文献３及び特許文献４で開示された太陽熱複合発電システムでは、ガスタービン発電装置で発電電力を得るだけでなく、ガスタービン発電装置の排熱エネルギーを回収して太陽熱エネルギーの変動を補正している。然しながら、これら発電システムでは再生可能エネルギーの有効利用による温暖化ガスの排出削減という本来の目的を維持することは困難であった。

特許文献５で開示されたエネルギー回収システムでは、タービンハウジングとタービンブレード間の空隙が大きい。そのため、未利用の高速作動流体がタービンブレード間の空隙から流出し、タービン流量当たりの出力及び熱効率を改善することができなかった。また、膨張ガスは排熱回収熱交換器で一時冷却された後、さらに、貯水器の冷却水で冷却するものであったが、この方式では、膨張ガスはほぼ大気温度程度までしか冷却できなかった。そのため、膨張ガスの圧力を十分に低下させることができなく、大きなエネルギー回収量を得ることができなかった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、再生可能エネルギーの回収量を増強するとともに再生可能エネルギーの変動が大きい場合であっても常に安定した発電出力を得ることが可能であり、地球環境対策に優れた熱エネルギー回収システム、熱エネルギー回収方法及びこれを利用した次世代太陽熱発電システムを提供することを目的とする。

第１発明によれば、熱エネルギー回収システムが、臨界圧未満の作動流体を加圧して高圧作動流体を生成する加圧ポンプと、熱源の熱エネルギーを利用して前記高圧作動流体を加熱して高温高圧作動流体を生成する熱利用加熱器と、所定周期のパルス電力を供給するパルス電源と、前記パルス電力に応答して通電して発熱することにより前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つから高温超臨界流体を生成する電気式超臨界流体発生器と、前記高温超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換するロータリピストン本体と前記ロータリピストン本体を回転可能に支持していて前記加圧ポンプに前記機械エネルギーの一部を伝達する出力軸とを備えた回転式流体機械と、前記回転式流体機械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する蓄電システムとを備え、前記パルス電源が前記蓄電電力を利用して前記パルス電力を生成し、前記パルス電力を前記回転式流体機械の運転中に継続的に前記電気式超臨界流体発生器に供給することを特徴とする。

この構成によれば、熱エネルギー回収システムにおいて、加圧ポンプが回転式流体機械の出力軸により直接、駆動されて、臨界圧未満の作動流体から高圧作動流体を生成する。この高圧作動流体は再生可能エネルギーとしての熱エネルギーを利用して熱利用加熱器で加熱されて高温高圧作動流体となる。この高温高圧作動流体及び高圧作動流体の少なくとも１つは電気式超臨界流体発生器において、パルス電力に応答して、例えば、１０００〜１，５００℃の高温領域に加熱されて高温超臨界流体となる。従って、再生可能エネルギーに大きな変動が生じて高温高圧作動流体の加熱温度が著しく低下した場合或いは低温熱源の熱エネルギーが期待値よりも低い場合であっても、電気式超臨界流体発生器によって高温高圧作動流体又は高圧作動流体から常に高温超臨界流体が生成される。従って、回転式流体機械には常に高温超臨界流体が供給されて膨張し、機械エネルギーとしてのトルクに変換されて発電機を駆動する。発電機の発電電力の一部は蓄電システムに蓄電され、パルス電源に蓄電電力が供給される。このため、パルス電源はパルス電力を回転式流体機械の運転中に継続的に電気式超臨界流体発生器に供給することが可能となる。このように、再生可能エネルギーの変動時に熱エネルギーが著しく低下した場合にも、蓄電システムを利用したパルス電源と電気式超臨界流体発生器の存在によって、再生可能エネルギーの回収量が増強されて回転式流体機械の運転が安定化し、発電機からは常に安定した発電出力が得られる。しかも、熱エネルギー回収システムは部品点数が少なく、構造もコンパクトであり、大幅なコストダウンと設置スペースの大幅な削減が可能となる。また、化石燃料は一切消費されず、排ガスも排出さないため、大気汚染防止と地球温暖化防止に優れた効果をもたらす。

好ましくは、前記熱エネルギーが太陽熱エネルギー、風力エネルギー、中低温地熱エネルギー、バイオマス熱エネルギーおよび排熱エネルギーの少なくとも１つを含み、さらに、前記加圧ポンプと、前記熱利用加熱器と、前記電気式超臨界流体発生器と、前記回転式流体機械とが配置されていて前記作動流体が循環する超臨界動力サイクルと、前記機械エネルギーの一部により駆動されて冷媒から冷熱を発生させる冷凍サイクルとを備え、前記超臨界動力サイクルが前記冷熱を利用して前記回転式流体機械の低温低圧膨張ガスを冷却して前記臨界圧未満の作動流体を再生して前記超臨界動力サイクルに循環させる膨張ガス冷却器を備えることを特徴とする熱エネルギー回収システムが、さらに、前記加圧ポンプと、前記熱利用加熱器と、前記電気式超臨界流体発生器と、前記回転式流体機械とが配置されていて前記作動流体が循環する超臨界動力サイクルと、前記機械エネルギーの一部により駆動されて冷媒から冷熱を発生させる冷凍サイクルとを備え、前記超臨界動力サイクルが前記冷熱を利用して前記回転式流体機械の低温低圧膨張ガスを冷却して前記臨界圧未満の作動流体を再生して前記超臨界動力サイクルに循環させる膨張ガス冷却器を備えることを特徴とする

この構成によれば、再生可能エネルギーが太陽熱エネルギー、風力エネルギー、中低温熱エネルギー、バイオマス熱エネルギーの少なくとも１つにおいて、超臨界動力サイクルと冷凍サイクルとを組み合わせる。このことによって、回転式流体機械の低温低圧膨張ガスの圧力を極めて低圧にまで低下させることで回転式流体機械の性能を向上させ、回転式流体機械の運転効率、ひいては、発電機の発電出力を増強させることができ、熱エネルギー回収効率を飛躍的に向上させることができる。

好ましくは、熱エネルギー回収システムは、さらに、前記加圧ポンプと前記電気式超臨界流体発生器との間に配置されていて前記高圧作動流体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高圧作動流体を前記回転式流体機械の膨張行程のほぼ全期間中に前記電気式超臨界流体発生器に供給することにより前記回転式流体機械に前記高温超臨界流体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電気式超臨界流体発生器とが前記回転式流体機械のスタータとして機能することを特徴とする。

この構成によれば、バッファアキュムレータに高圧作動流体を蓄圧するため、熱利用加熱器に供給される高圧作動流体の脈動が抑制されて、結果的には、回転式流体機械の回転ムラが防止され、発電機の発電出力が安定する。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、電気式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高圧作動流体を熱利用加熱器を介して又は直接、電気式超臨界流体発生器に供給してやれば、瞬時にエンジン起動用の高温超臨界流体を発生させて回転式流体機械の始動を円滑に行うことができる。

好ましくは、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ことを特徴とする。

この構成によれば、発電機の発電電力の一部は、蓄電システムに充電し、蓄電システムからパルス電源に蓄電電力を継続的に供給する。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、パルス電源からは電気式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、電気式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高温超臨界流体を継続的に発生することが可能となり、再生可能エネルギーの熱エネルギーの変動時においても常に安定した発電出力が得られる。

好ましくは、熱エネルギー回収システムにおいて、前記冷凍サイクルがＣＯ２冷媒を前記冷媒として循環させる超臨界冷凍サイクルを備え、前記超臨界冷凍サイクルが前記機械エネルギーの一部を利用して駆動されて前記ＣＯ２冷媒を超臨界圧まで圧縮して超臨界冷媒を生成するＣＯ２冷媒圧縮機と、前記超臨界冷媒を冷却して低温冷媒を生成する放熱器と、前記低温冷媒を減圧する圧力制御弁と、前記減圧された低温低圧冷媒を蒸発させて前記冷熱を発生させるとともに前記低温低圧冷媒を前記冷媒圧縮機に循環させる蒸発器とを備え、前記加圧ポンプが前記ＣＯ２冷媒圧縮機を備えた複合型回転流体機械を備えることを特徴とする。

この構成によれば、前記冷凍サイクルがＣＯ２冷媒を前記冷媒として循環させる超臨界冷凍サイクル回路を備え、前記超臨界冷凍サイクル回路が前記機械エネルギーの一部を利用して駆動されて前記ＣＯ２冷媒を超臨界圧まで圧縮して超臨界冷媒を生成するＣＯ２冷媒圧縮機を備えるため、超臨界冷凍サイクル回路の部品点数の増大を抑制しながら小型高性能化と低コスト化の実現が可能となる。しかも、安全性の高いＣＯ２超臨界冷媒を介して冷熱を発生させているため、熱エネルギー回収システムの安全性と信頼性が一層、高くなる。また、放熱器は熱交換器と冷却ファンとの組み合わせにより構成することができるため、水資源の乏しい場所でも冷却水の使用を不要とし、砂漠やビルの屋上等、設置場所を選ばない。

好ましくは、熱エネルギー回収システムにおいて、前記電気式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前記加圧ポンプと前記熱利用加熱器に接続されるインレットと前記回転式流体機械に接続されたアウトレットとを有する加熱室と、前記パルス電源に接続されていて前記加熱室に露出する複数の対抗電極と、前記加熱室内において前記対抗電極の間に介在していて前記パルス電力に応答して通電することによりに発熱して前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つから前記高温超臨界流体を生成する複数の導電性高融点発熱体とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、電気式超臨界流体発生器が極めてコンパクトな構造で部品点数も少なく、低コスト化に貢献する。また、発熱体はパルス電力に応答して通電・発熱するため、瞬時に昇温するため、熱エネルギー回収システムの指導時の待機時間の大幅な削減が可能となり、運転の信頼性が高まる。

第２発明によれば、熱エネルギー回収方法において、加圧ポンプにより臨界圧未満の作動流体を加圧して高圧作動流体を生成し、熱源の熱エネルギーを利用して前記高圧作動流体を加熱して高温高圧作動流体を生成し、電気式超臨界流体発生器にパルス電源から所定周期のパルス電力を供給して通電することにより高温度領域に発熱させ、前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つを電気式超臨界流体発生器に供給して高温超臨界流体を生成し、前記高温超臨界流体を回転式流体機械で膨張させることにより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を前記加圧ポンプに伝達し、前記回転式流体機械により発電機を駆動して発電電力を出力させ、前記発電電力の一部を蓄電システムに蓄電し、前記蓄電電力を利用して前記パルス電源が前記パルス電力を生成し、前記パルス電力を前記回転式流体機械の運転中に継続的に前記電気式超臨界流体発生器に供給することを特徴とする。

この構成によれば、再生可能エネルギーとしての再生可能エネルギーとしての熱エネルギーを利用して高圧作動流体を加熱して高温高圧作動流体を生成しているが、熱エネルギーに大幅な低下があっても、高温高圧作動流体が電気式超臨界流体発生器で１０００〜１５００℃に加熱されて高温超臨界流体を生成する。従って、再生可能エネルギーに変動が生じても、常に高温超臨界流体が回転式流体機械に供給されて膨張することにより、熱エネルギーを効率よく機械エネルギーに変換して発電機を駆動することが可能となる。このため、発電機からは安定した発電電力を出力させることが可能となる。一方、発電電力の一部を蓄電システムに蓄電し、蓄電電力を利用してパルス電源がパルス電力を生成し、このパルス電力を回転式流体機械の運転中に継続的に電気式超臨界流体発生器に供給しているため、化石燃料の燃焼或いは外部電源からの電力の供給を受けることなく、再生可能エネルギーを効率よく回収して安定した発電電力を供給することができる。

第３発明によれば、次世代太陽熱発電システムが、臨界圧未満の作動流体を加圧して高圧作動流体を生成する加圧ポンプと、太陽エネルギーを集熱して前記高圧作動流体を加熱することにより高温高圧作動流体を生成する太陽熱集熱器と、所定周期のパルス電力を供給するパルス電源と、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範囲にまで昇温して前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つから高温超臨界流体を生成する電気式超臨界流体発生器と、前記高温超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換するロータリピストン本体と前記ロータリピストン本体を回転可能に支持していて前記加圧ポンプに前記機械エネルギーの一部を伝達する出力軸とを備えた回転式流体機械と、前記回転式流体機械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蓄電電力を前記パルス電源に継続的に供給する蓄電システムとを備え、前記パルス電源が前記蓄電電力を利用して生成した前記パルス電力を前記回転式流体機械の運転中に継続的に前記電気式超臨界流体発生器に供給することを特徴とする。

この構成によれば、次世代太陽熱発電システムにおいて、太陽熱エネルギーを利用して高圧作動流体を加熱して高温高圧作動流体を生成している。高圧作動流体及び高温高圧作動流体の少なくとも１つを電気式超臨界流体発生器に供給して１０００〜１５００℃に加熱して高温超臨界流体を生成する。従って、天候不順や夜間等の時間帯に太陽の日照条件が大幅に悪化しても、電気式超臨界流体発生器によって、常に、高温超臨界流体が生成されて回転式流体機械に供給されることになる。夜間等の時間帯のように全く太陽熱エネルギーが得られない場合であっても、発電電力の一部を蓄電システムに蓄電して得た蓄電電力を利用してパルス電源がパルス電力を継続的に電気式超臨界流体発生器に供給するため、回転式流体機械は高温超臨界流体を膨張させて発電機を連続的に駆動し、発電機から安定した発電出力を得ることができる。なお、化石燃料の燃焼或いは外部電源からの電力の供給を受けることなく、太陽熱エネルギーから安定した発電電力を供給することができる。従って、深刻な大気汚染対策と地球温暖化対策に多大の貢献が可能となる。

本発明の実施例による熱エネルギー回収システムを利用した次世代太陽熱発電システムのブロック図を示す。図１の次世代太陽熱発電システムの一部を構成する加圧ポンプの断面図を示す。図１の次世代太陽熱発電システムの一部を構成する電気式超臨界流体発生器の断面図を示す。

以下、本発明による熱エネルギー回収システムを利用した次世代太陽熱発電システム１０の実施態様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、次世代太陽熱発電システム１０は、再生可能エネルギーの熱源として超臨界動力サイクル１５に接続された太陽熱集熱器からなる熱利用加熱器ＨＥ１と、風力タービンＷＴの回転エネルギーを熱エネルギーとして回収する熱利用加熱器ＨＥ２と、温泉や地熱等から得た温水若しくは木質バイオマスガス化装置の燃焼ガス流を導入して加熱する熱利用加熱器ＨＥ３とを含むものとして図示するが、本発明は図示された実施態様に限定されない。これら熱利用加熱器は、熱エネルギー回収システム１０においてそれぞれ単独、或いは、組み合わせて用いても良い。熱利用加熱器ＨＥ２は風力タービンの出力軸を、例えば、米国特許第３７９１３４９号（発明の名称「スチームジェネレータ」）に開示された構造の駆動軸に連結して機械エネルギーを熱エネルギーに変換する構造のものでも良い。また、熱エネルギー回収システム１０は静止型・可動型発電プラントのみでなく、電気機関車、鉄道車両、船舶等の移動体の動力源として搭載してもよい。

図１に示した実施例において、次世代太陽熱発電システム１０は、高温超臨界流体の圧力エネルギーを機械エネルギーに変換するエンジン部１２と、エンジン部１２に駆動連結された出力装置１６とを備える。出力装置１６はエンジン部１２の出力軸１３２の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ＣＬと、クラッチＣＬを介して駆動されて発電出力を得る発電機ＧＥとを備える。発電機ＧＥは、パワーラインＰＬ及び系統連系装置（図示せず）を介して商用電源に接続され、或いは、直接、自家設備に電力を供給する。

エンジン部１２は、ＣＯ２作動流体Ｗｆを循環させる超臨界動力サイクル１５と、超臨界動力サイクル１５により駆動されて冷媒を循環させる冷媒回路１７を有する超臨界冷凍サイクルＣＳとを備える。作動流体としては、これに限定されるものではないが、二酸化炭素（以下、「ＣＯ２」と称する）が挙げられる。ＣＯ２作動流体には少量の希ガス、たとえば、アルゴンやネオン等のガスを添加しても良い。他の例としては、ＣＯ２作動流体と水との混合媒体を使用してもよい。ＣＯ２は温度が３１．１℃で圧力が７．４ＭＰａ以上になると超臨界状態となる。

超臨界動力サイクル１５は臨界圧以下のＣＯ２作動流体を加圧する加圧ポンプ２７と、加圧ポンプ２７から吐出された高圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｐ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と熱利用加熱器ＨＥ１〜ＨＥ３との間に配置された三方切替弁Ｖ１と、熱利用加熱器ＨＥ１〜ＨＥ３から供給される高圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｐの流通期間を制御する電磁弁３２と、バッファアキュムレータ３０から供給された高圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｐを瞬時に高温超臨界流体に変換する電気式高温超臨界流体発生器４２と、作動質１１６内に収納されていて高温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ロータリピストン本体２００を備えた回転式流体機械４０と、回転式流体機械４０の低温低圧膨張ガスを冷却する膨張ガス冷却器Ｃｄとを備える。三方切替弁Ｖ１は、熱利用加熱器ＨＥ１〜ＨＥ３への高圧作動流体の供給を正義尾するものである。図２より明らかなように、加圧ポンプ２７は、臨界圧以下のＣＯ２作動流体Ｗｆを吸引圧縮して液化して高圧ＣＯ２作動流体Ｗｆｐを生成する作動流体圧縮手段Ｐ１と、臨界圧以下のＣＯ２冷媒Ｃｍを吸引圧縮して液化してＣＯ２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。膨張ガス冷却器Ｃｄには、後述のごとく、超臨界冷凍サイクルＣＳから冷熱が供給される。電磁弁３２は、本願発明者と同一発明者による特願２０１２−２７５１１６号に開示された構造の野本同一構造を有するため、詳細な説明を省略する。

図１に示すように、加圧ポンプ２７と、電気式高温超臨界流体発生器４２と、回転式流体機械４０とは同軸的に配置された円筒型構造を呈する。バッファアキュムレータ３０は液化高圧作動流体Ｗｆｐ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。加圧ポンプ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から加圧ポンプ２７への高圧作動流体Ｗｆｐの逆流を防止する逆止弁２９が配置される。

超臨界冷凍サイクル回路ＣＳの冷媒回路１７は、複合型圧縮機２７に内蔵されていて冷媒Ｃｍを超臨界圧まで圧縮して超臨界冷媒を生成する冷媒圧縮手段Ｐ２と、超臨界冷媒Ｃｍｐを冷却して低温超臨界冷媒Ｃｍｈｐを生成する放熱器Ｒと、低温超臨界冷媒Ｃｍｈｐを減圧する圧力制御弁（減圧器）ＰＲと、減圧器ＰＲで減圧された低圧液化冷媒Ｃｍｌｐを蒸発させて冷熱を発生させるとともに低温低圧冷媒Ｃｍを複合型圧縮機２７の冷媒圧縮手段Ｐ２に循環させる蒸発器Ｅｖとを備える。超臨界冷凍サイクル回路ＣＳにおいて、蒸発器Ｅｖは冷熱供給手段Ｃｈｓを介して膨張ガス冷却器Ｃｄに接続されて冷熱が供給される。この冷熱により回転式流体機械４０の低温低圧膨張ガスを冷却して、動力サイクル回路１５に循環される低温低圧作動流体Ｗｆを生成する。冷熱供給手段Ｃｈｓから供給された冷熱は循環ポンプＰｃによって冷熱回路の冷却コイルＣｏとの間で循環され、膨張ガス冷却器Ｃｄにおいて回転式流体機械４０の低温低圧膨張ガスを効率的に冷却して液化炭酸ガスからなる低温低圧の作動流体Ｗｆを生成する。

図２に示すように、複合型圧縮機２７は電気式超臨界流体発生器４２に同心的に連結されたロータハウジング３５２と、超臨界動力サイクル閉回路１５に接続されて低温低圧の二酸化炭素ガスＷｆを吸引する第１インレット３５６Ａと、高温超臨界流体Ｗｆｐを吐出する第１アウトレット３５８Ａと、冷媒回路１７の蒸発器Ｅｖにより生成された低温低圧冷媒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。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第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。

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からそれぞれ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、それぞれ超臨界流体としてアウトレット３５８Ａ，３５８Ｂから吐出される。このように、複合型圧縮機２７の加圧ロータ３６２はＣＯ２冷媒圧縮機Ｐ１と、冷媒圧縮手段Ｐ２の共通部品として機能する。

図１に示すように、エンジン部１２は、さらに、エンジン部１２により駆動されるオルタネータ２５と、所定周期のパルス電力を供給するパルス電源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範囲まで昇温し、高圧高温超臨界流体Ｗｆｐと接触した際に広域で瞬時に高温超臨界流体ＳＣｗを発生させる電気式超臨界流体発生器４２と、バッファアキュムレータ３０からの高圧高温超臨界流体Ｗｆｐを電気式超臨界流体発生器４２に噴射する電磁弁３２と、電気式超臨界流体発生器４２から供給された高温超臨界流体ＳＣｗを膨張させて機械エネルギーに変換する回転式流体機械からなる回転式流体機械４０とを備え、バッファアキュムレータ３０と電気式超臨界流体発生器４２とはエンジンスタータとして機能する。電磁弁３２は、本願発明者と同一発明者による特願２０１２−２７０７５６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。

図３に示すように、電気式高温超臨界流体発生器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。

電気式高温超臨界流体発生器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。超高温加熱室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。

超高温加熱室１１１８には、対抗電極１１２４，１１２６の間に介在していて多数の導電性高融点パイプからなる発熱体１１３４が充填されていて互いに通電発熱して１０００〜１５００℃の超高温状態となる。パルス電力に応答して、これら導電性高融点発熱体１１３４の隙間はアーク放電領域１１３６としても作用する。導電性高融点発熱体１１３４としては、好ましくは、市販の外径６〜３０ｍｍの銅タングステンパイプを所定長さ（例えば、外形の１．５〜３倍の長さ）にカットしたものが挙げられる。高温作動流体は、導電性高融点発熱体１１３４の隙間及び発熱体１１３４の穴部を通過しながら、これら発熱体１１３４の各部と衝突して加熱されて高温超臨界流体となる。銅タングステンパイプの代用として、銅タングステンボールまたはカーボンボールを利用しても良い。アーク放電は、導電性高融点発熱体１１３４が互いに接触した箇所の隣接部分で発生しやすい。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。超高温加熱室１１１８に隣接してフィルター部１１０６が配置され、フィルター部１１０６には耐熱性の金属ワイヤー等から形成されたフィルター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、フィルター１１１０を通過した高温超臨界流体ＳＣｗはフィルター１１４２で濾過された後、アウトレット１１４０から回転式流体機械４０のインレット１２４に供給される。

図１に戻って、オルタネータ２５は動力伝達手段４５を介してエンジン部１２の出力軸１３２に駆動連結されて発電電力を供給する。オルタネータ２５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、オルタネータ２５の交流出力を直流出力に変換する整流器と直流出力を平滑する平滑回路を備えた充電器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。図示を省略しているが、充電器２１は公知の構造と同様に交流電力を充電電圧に変圧する変圧器と、低圧の交流電力を直流電力に変換する整流器とを有する。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：ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）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。

コントローラ６０は、例えば、所定の演算処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）と、例えばＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）を用いて構成される。

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”ＭａｘｗｅｌｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ“社製）が挙げられる。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）が接続される。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。

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電気式高温超臨界流体発生器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。電気式高温超臨界流体発生器４２において、多数の銅タングステン発熱体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、１０００〜１５００℃の温度に昇温する。このとき、超臨界流体は超高温の発熱体１１３４と接触して高温超臨界流体となる。この過程において、多数の銅タングステン発熱体１１３４の隙間には、上述のように、アーク放電が発生するので、高温超臨界流体はさらに広域で加熱されながらさらに高温の超臨界流体Ｓｃｗ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。

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、電気式超臨界流体発生器４２の温度センサＳ２からの温度信号（図４参照）と、エンジン部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と、次世代太陽熱発電システム１０の走行速度センサＳ４の移動体速度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（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）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からの入力信号に応答して複合型圧縮機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、回転式流体機械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、回転式流体機械４０の可動ピストン（ロータリピストン本体２００）には膨張行程の期間中に４００Ｋｇ／ｃｍ^２以上の高温超臨界流体が連続的に供されるため、極めて高性能のエンジンとして機能する。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。

回転式流体機械４０としては、好ましくは、例えば、同一発明者による日本特許第５１０３５７０３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）、特願２０１２−１４７７７３号（日本特許第○○○○○○○○号：発明の名称：ロータリ熱機関及びロータリ熱機関駆動発電装置）及び特願２０１２−２１８０５８号（（日本特許第○○○○○○○○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採用される。

次世代太陽熱発電装置１０の作動において、まず、エンジン部１２が始動される。このとき、コントローラ６０によって三方切替弁Ｖ１が切り替わって熱利用加熱器ＨＥ１〜ＨＥ３とバッファアキュムレータ３０のアウトレット３０ｃとが連通する。すると、蓄圧されていた高圧作動流体Ｗｆｐが熱利用加熱器ＨＥ１〜ＨＥ３に流通して再生可能エネルギーの熱エネルギーにより加熱されて高温高圧作動流体Ｗｆｔとなる。次いで、コントローラ６０によって電磁弁３２が通電されるとともに、パルス電源２８が起動され、周期的なパルス電流が電気式超臨界流体発生器４２に供給される。このとき、電気式超臨界流体発生器４２では周期的なパルス電力に応答して多数の導電性高融点発熱体１１３４（図３参照）が１０００〜１５００℃の超高温状態に昇温している。高温高圧作動流体Ｗｆｔはこれら多数の発熱体１１３４と接触して瞬時に昇温し、さらに、これら多数の発熱体１１３４の間で発生したアーク放電により、さらに、超高温に加熱されて高温超臨界流体ＳＣｆとなる。この高温超臨界流体ＳＣｆは回転式流体機械４０のインレット１２４から膨張室１１６に流入して爆発的に膨張してロータリピストン本体２００に作用する。このように、バッファアキュムレータ３０及び電気式超臨界流体発生器４２はエンジンスタータとして機能し、エンジン部１２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。エンジン部１２の始動が完了すると、出力軸１３２に連結した複合型圧縮機２７によりＣＯ２作動流体が超臨界圧まで圧縮される。複合型圧縮機２７はＣＯ２超臨界作動流体Ｗｆｐを生成してこれ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、電気式超臨界流体発生器４２には高温高圧作動流体Ｗｆｔが間歇的に供給されて、高温超臨界流体が発生する。高温超臨界流体は回転式流体機械４０の膨張行程の期間中に連続して膨張室１１６に供給されて機械エネルギーに変換される。一方、複合型圧縮機２７は超臨界冷凍サイクル回路ＣＳの冷媒Ｃｍを超臨界圧まで圧縮して得た超臨界冷媒Ｃｍｐを放熱器Ｒに吐出し、以後、上述の冷凍サイクル回路を実行して冷熱を発生し、その冷熱で膨張ガス冷却器ＣＤにおいて低温低圧膨張ガスを効果的に冷却する。こうして得られた低温低圧のＣＯ２作動流体を超臨界動力サイクル閉回路１５に循環され、以後、同一のサイクルが実行される。

以上、本発明の実施例による熱エネルギー回収システムが記載されたが、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、図示実施例において、熱利用加熱器には三方切替弁を介して高圧作動流体が圧送されているが、これら熱利用加熱器にそれぞれ並列回路を接続してこれら並列回路にコントローラにより開閉制御される開閉制御弁を配置しても良い。また、太陽熱集熱器からなる熱利用加熱器ＨＥ１では高圧作動流体を直接加熱するものとして図示したが、太陽熱集熱器で溶融塩等の熱媒体を加熱し、この溶融塩と高圧作動流体Ｗｆｐとを熱交換するように変更してもかまわない。

１２エンジン部；１５超臨界動力サイクル；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；２５オルタネータ；２７加圧ポンプ；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電気式高温超臨界流体発生器；６０コントローラ；ＣＳ超臨界冷凍サイクル；ＣＤ膨張ガス冷却器；ＧＥ発電機；ＥＶ蒸発器；ＰＲ圧力制御弁；Ｒ放熱器；ＨＥ１〜ＨＥ３熱利用加熱器

Claims

臨界圧未満の作動流体を加圧して高圧作動流体を生成する加圧ポンプと、
熱源の熱エネルギーを利用して前記高圧作動流体を加熱して高温高圧作動流体を生成する熱利用加熱器と、
所定周期のパルス電力を供給するパルス電源と、
前記パルス電力に応答して通電して発熱することにより前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つから高温超臨界流体を生成する電気式超臨界流体発生器と、
前記高温超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換するロータリピストン本体と前記ロータリピストン本体を回転可能に支持していて前記加圧ポンプに前記機械エネルギーの一部を伝達する出力軸とを備えた回転式流体機械と、
前記回転式流体機械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する蓄電システムとを備え、
前記パルス電源が前記蓄電電力を利用して前記パルス電力を生成し、前記パルス電力を前記回転式流体機械の運転中に継続的に前記電気式超臨界流体発生器に供給することを特徴とする熱エネルギー回収システム。
前記熱エネルギーが太陽熱エネルギー、風力エネルギー、中低温地熱エネルギー、バイオマス熱エネルギーおよび排熱エネルギーの少なくとも１つを含み、
さらに、前記加圧ポンプと、前記熱利用加熱器と、前記電気式超臨界流体発生器と、前記回転式流体機械とが配置されていて前記作動流体が循環する超臨界動力サイクルと、前記機械エネルギーの一部により駆動されて冷媒から冷熱を発生させる冷凍サイクルとを備え、
前記超臨界動力サイクルが前記冷熱を利用して前記回転式流体機械の低温低圧膨張ガスを冷却して前記臨界圧未満の作動流体を再生して前記超臨界動力サイクルに循環させる膨張ガス冷却器を備えることを特徴とする請求項１記載の熱エネルギー回収システム。
さらに、前記加圧ポンプと前記電気式超臨界流体発生器との間に配置されていて前記高圧作動流体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高圧作動流体を前記回転式流体機械の膨張行程のほぼ全期間中に前記電気式超臨界流体発生器に供給することにより前記回転式流体機械に前記高温超臨界流体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電気式超臨界流体発生器とが前記回転式流体機械のスタータとして機能することを特徴とする請求項１又は２記載の熱エネルギー回収システム。
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ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱エネルギー回収システム。
前記冷凍サイクルがＣＯ２冷媒を前記冷媒として循環させる超臨界冷凍サイクルを備え、前記超臨界冷凍サイクルが前記機械エネルギーの一部を利用して駆動されて前記ＣＯ２冷媒を超臨界圧まで圧縮して超臨界冷媒を生成するＣＯ２冷媒圧縮機と、前記超臨界冷媒を冷却して低温冷媒を生成する放熱器と、前記低温冷媒を減圧する圧力制御弁と、前記減圧された低温低圧冷媒を蒸発させて前記冷熱を発生させるとともに前記低温低圧冷媒を前記冷媒圧縮機に循環させる蒸発器とを備え、
前記加圧ポンプが前記ＣＯ２冷媒圧縮機を備えた複合型回転流体機械を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の熱エネルギー回収システム。
前記電気式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前記加圧ポンプと前記熱利用加熱器に接続されるインレットと前記回転式流体機械に接続されたアウトレットとを有する加熱室と、前記パルス電源に接続されていて前記加熱室に露出する複数の対抗電極と、前記加熱室内において前記対抗電極の間に介在していて前記パルス電力に応答して通電することによりに発熱して前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つから前記高温超臨界流体を生成する複数の導電性高融点発熱体とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱エネルギー回収システム。
加圧ポンプにより臨界圧未満の作動流体を加圧して高圧作動流体を生成し、熱源の熱エネルギーを利用して前記高圧作動流体を加熱して高温高圧作動流体を生成し、電気式超臨界流体発生器にパルス電源から所定周期のパルス電力を供給して通電することにより高温度領域に発熱させ、前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つを電気式超臨界流体発生器に供給して高温超臨界流体を生成し、前記高温超臨界流体を回転式流体機械で膨張させることにより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を前記加圧ポンプに伝達し、前記回転式流体機械により発電機を駆動して発電電力を出力させ、前記発電電力の一部を蓄電システムに蓄電し、前記蓄電電力を利用して前記パルス電源が前記パルス電力を生成し、前記パルス電力を前記回転式流体機械の運転中に継続的に前記電気式超臨界流体発生器に供給することを特徴とする熱エネルギー回収方法。
臨界圧未満の作動流体を加圧して高圧作動流体を生成する加圧ポンプと、
太陽エネルギーを集熱して前記高圧作動流体を加熱することにより高温高圧作動流体を生成する太陽熱集熱器と、
所定周期のパルス電力を供給するパルス電源と、
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範囲にまで昇温して前記高圧作動流体及び前記高温高圧作動流体の少なくとも１つから高温超臨界流体を生成する電気式超臨界流体発生器と、
前記高温超臨界流体を膨張させて機械エネルギーに変換するロータリピストン本体と前記ロータリピストン本体を回転可能に支持していて前記加圧ポンプに前記機械エネルギーの一部を伝達する出力軸とを備えた回転式流体機械と、
前記回転式流体機械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蓄電電力を前記パルス電源に継続的に供給する蓄電システムとを備え、
前記パルス電源が前記蓄電電力を利用して生成した前記パルス電力を前記回転式流体機械の運転中に継続的に前記電気式超臨界流体発生器に供給することを特徴とする次世代太陽熱発電システム。