JPH021990B2

JPH021990B2 -

Info

Publication number: JPH021990B2
Application number: JP59075789A
Authority: JP
Inventors: Haruo Uehara; Masatoshi Nakamura; Shigeto Nishida; Tsutomu Nakaoka
Original assignee: SAGA DAIGAKUCHO
Current assignee: SAGA DAIGAKUCHO
Priority date: 1984-04-17
Filing date: 1984-04-17
Publication date: 1990-01-16
Also published as: JPS60219475A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、海洋温度差発電における制御装置に
関し、追従性、安定性を向上させ、最大出力に極
めて近い出力目標値の設定を可能とし、稼動効率
および正味出力を高めるようにしたものである。

（従来技術）一般に、海洋温度差発電装置は、温海水と海洋
表層部の冷海水とをそれぞれポンプにより同装置
内に導入して両海水間の温度差を熱交換器を介し
て作動流体に伝達し、その作動流体の気−液状態
変化に基づいて熱エネルギーを電気エネルギーに
変換することにより発電を行なうものである。こ
の発電装置の発電出力を目標値に一致させるため
の制御に、従来は、目標値からの偏差量に基づく
手動制御、もしくは、PID制御、すなわち、その
偏差量から比例、積分、微分等の演算処理によつ
て修正量を算出し、その修正量に基づいて絞り弁
を操作し、作動流体の装置内循環量を修正して発
電出力を制御するという制御方法が採られてい
た。しかしながら、この発電装置は、熱慣性およ
び運動部分の慣性が大きく、しかも、この装置の
発電出力は温・冷両海水の温度および外気温度等
の人為的には制御不可能な外的要因に依存してい
るために、上述の制御によつては目標値に対する
追従性、安定性が悪く、また、上述の制御を行な
うためにはこの発電装置が設置された外的要因の
もとで発揮し得る最大出力よりかなり低い目標値
を設定せざるを得ず、さらに、この制御は絞り弁
操作によつて行なわれるのであるから、ポンプ駆
動動力のロスが発生し、この発電装置の稼働効率
および正味出力の低下を来たすという欠点があつ
た。

（発明の目的）本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去
し、海洋温度差発電装置の発電出力と温・冷両海
水の温度、外気温度等の制御不可能な外的要因お
よび温・冷両海水の流量、作動流体の流量等制御
可能な内的要因とを定量的にそれぞれ検出するセ
ンサを配設し、各センサ出力をマイクロコンピユ
ータによつて演算処理することにより、その発電
出力と内外要因との函数関係を導出し、その函数
関係からさらに導出した制御アルゴリズムおよび
パラメータに基づいて算出した修正量により温・
冷両海水および作動流体のポンプ駆動電力を制御
して発電出力を目標値に一致させるように制御装
置を構成することにより、出力制御の追従性およ
び安定性を高めて制御精度を向上させ、しかも、
この発電装置が設置された外的要因のもとにおけ
る最大出力に極めて近い出力目標値の設定を可能
にして、この発電装置の稼動効率および正味出力
を高めるようにした海洋温度差発電における制御
装置を提供することにある。

（発明の要点）すなわち、本発明制御装置は、海洋表層から温
海水ポンプにより蒸発器内に汲入れた温海水によ
つて作動流体を蒸発気化させて形成した作動流体
蒸気によりタービンを介して発電機を駆動し発電
を行ない、前記タービンを通過した前記作動流体
蒸気を海洋深層から冷海水ポンプにより凝縮器に
汲入れた冷海水によつて凝縮液化させて液状に復
元した前記作動流体を給液ポンプにより再び蒸発
器に圧入するように構成した海洋温度差発電装置
Ａを制御する制御装置において、温海水、冷海水
および作動流体の温度および流量を定量的にそれ
ぞれ検出するセンサ、並びに、外気温および発電
機の出力をそれぞれ検出するセンサを配設し、そ
れらのセンサの出力をアナログ／デジタル変換器
を介してマイクロコンピユータに入力し、そのマ
イクロコンピユータに付設したROMにあらかじ
め記憶させたオペレーテイングシステムによるメ
モリー・リードライト、数値演算、論理演算、比
較判断および割込み処理を行なつた結果を出力し
得るように構成し、これをあらかじめRAMに記
憶させた制御プログラムに従い、前記アナログ／
デジタル変換器からの入力を処理した結果に応じ
て、デジタル／アナログ変換器および電力増幅器
を介し、各ポンプをそれぞれ駆動する各モータの
駆動電力を制御するように構成したことを特徴と
するものである。

（実施例）以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。

まず、本発明による制御の対象とする海洋温度
差発電装置の構成例を第１図に示す。図示の構成
において、海洋温度差発電装置Ａは、温海水管１
を介して海洋表層から温海水ポンプ２により汲上
げた温海水を蒸発器３に供給し、その蒸発器３内
における熱交換によつて作動流体を蒸発気化さ
せ、その作動流体の蒸気により、タービン４を介
し、発電機５を駆動して電力を得るものである。
しかして、タービン４を通過した作動流体の蒸気
は、海洋深層から、冷海水管６を介し、冷海水ポ
ンプ７によつて凝縮器８内に汲入れた冷海水との
熱交換によつて凝縮液化し、さらに、受液器９に
より気液分離して得た液状の作動流体が給液ポン
プ１０により蒸発器３に圧送されて再び蒸気とな
る、という循環を繰返しており、蒸発器３の温海
水と凝縮器８の冷海水との温度差により、この発
電装置Ａ内に採取した熱エネルギーを作動流動体
の気−液状態変化に基づき電気エネルギーに変換
して取出すように構成してある。したがつて、発
電出力は内外要因の変化に対して連続かつ円滑に
変化する。なお、温海水、冷海水および作動流体
用の各ポンプ２，７および１０には温海水ポンプ
モータ１１、冷海水ポンプモータ１２および給液
ポンプモータ１３をそれぞれ連結して連動させて
あり、それらのモータ１１，１２，１３の駆動電
力が第２図に詳細構成を示す本発明制御装置Ｂの
制御対象となつている。

一方、第２図示の制御装置Ｂは、検出部１４、
演算部１５、操作部１６および前後インターフエ
ース１７，１８によつて構成してある。そのう
ち、検出部１４は、温海水管１に設けた温海水温
度センサ１９および温海水流量センサ２０、冷海
水管６に設けた冷海水温度センサ２１および冷海
水流量センサ２２、凝縮器３とタービン４との間
に設けた作動流体温度センサ２３および作動流体
流量センサ２４および外気温度センサ２５、並び
に、発電機５に設けた出力センサ２６によつて構
成してあり、各センサ１９〜２６の出力は、いず
れも伝送路２７を介して前インターフエース１７
に入力するように構成してある。なお、各センサ
には、伝送中の減衰およびノイズ侵入に対処する
ための増幅器をそれぞれ付設してある。

一方、前インターフエース１７は、各センサ１
９〜２６からの入力を、増幅器２８により増幅す
るとともにフイルタ２９により伝送中に侵入した
ノイズを除去したうえで、マルチプレクサ３０に
より時系列に多重化し、さらに、サンプルアンド
ホールドアンプ３１により所定の時間間隔で順次
にサンプルホールドし、アナログ／デジタル変換
器３２を介して演算部１５に出力するものであ
る。なお、マルチプレクサ３０およびアナログ／
デジタル変換器３２は、演算部１５からの同期信
号に応じ、演算部１５と同期して作動する。

また、上述したノイズ除去には、混入したノイ
ズの性質に応じて、つぎのような除去方法が考え
られる。

(i) 増幅器２８を差動型にする。

(ii) フイルタ２９をバタワース型もしくはチエビ
シエフ型のローパスフイルタにしてそのカツト
アウト周波数をサンプリング周波数の1/2以上
に設定する。

(iii) マルチプレクサ３０を差動型にする。

(iv) アナログ／デジタル変換器３２を二重積分型
にしてそのサンプリング周期を電源周波数に同
期させる。

(v) アナログ／デジタル変換器３２の出力端にト
ラツキングアンドホールドアンプ３３を挿入す
る。

なお、上述の各項(i)〜(v)は、適宜、単独にもし
くは組合わせて用いることにより所要のノイズ除
去を行ない得るようにする。

さらに、演算部１５は、マイクロコンピユータ
（CPU）３４、クロツク発生器３５、ROM３６
およびRAM３７によつて構成してある。そのう
ち、ROM３６は、CPU３４自体を作動させるた
めのオペレーシヨンシステムおよび制御用言語を
あらかじめ記憶させてあり、また、RAM３７
は、後述する制御アルゴリズムから導出した制御
プログラムをあらかじめ記憶させてあり、クロツ
ク発生器３５からの同期信号に同期して作動する
ように構成してある。なお、その同期信号は後イ
ンターフエース１８にも出力してある。

つぎに、CPU３４においては、前インターフ
エース１７からの入力データをROM３６から読
出した制御プログラムに従つて演算処理したうえ
で、温・冷両海水および給水の各ポンプモータ１
１，１２および１３を制御すべき信号として後イ
ンターフエース１８に出力する。

一方、後インターフエース１８は、デジタル／
アナログ変換器３８、ローパスフイルタ３９、デ
イストリビユータ４０およびホールドアンプ４１
−１〜４１−３によつて構成してあり、CPU３
４からの信号をデジタル／アナログ変換器３８に
よりアナログ電圧値に変換したうえで、ローパス
フイルタ３９およびデイストリビユータ４０を介
し、制御を受ける各モータ１１，１２および１３
にそれぞれ連結したホールドアンプ４１−１〜４
１−３に入力させ、それらのアンプ４１−１〜４
１−３により、次回の入力があるまでそのアナロ
グ電圧値を保持するように構成してある。

また、操作部１６は、各モータ１１，１２，１
３をそれぞれ駆動すべき電力を、ホールドアンプ
４１−１〜４１−３においてそれぞれ保持した電
圧により、電力増幅器４２−１〜４２−３をそれ
ぞれ介して制御するものであり、各モータの特性
に応じ、電力制御器４２−１〜４２−３をリアク
トルもしくはSCRインバータ等の電力制御機器
によつて構成する。

しかして、上述した制御アルゴリズムは、海洋
温度差発電装置Ａを構成する各ポンプ２，７，１
０、蒸発器３、凝縮器８、タービン４、発電機５
等の特性値から発電装置Ａ全体の特性を示す数学
モデルを導出し、その数学モデルの各センサ１９
〜２６の出力に対する偏差に基づいて各ポンプ
２，７，１０の駆動電力を制御して最適条件のも
とに目標値に一致させるためのものである。

また、配管等現場作業によつて組立てた部分の
誤差の集積等が予想されるために数学モデル作成
が困難な場合には、試運転中に各センサ１９〜２
６によつて得た実測データを、最小２乗法、最尤
法等により統計的に処理して近似モデルを導出す
るプログラムを演算部１５にあらかじめ入力して
おくことにより、その近似モデルに基づいた制御
を行なうことができ、さらに、所定の期間毎に、
運転中に集積したデータに基づいてその近似モデ
ルを逐次更新することにより、発電装置Ａの性能
の変化、例えば、蒸発器３の伝熱面の汚損等に対
処することもできる。

さらに、各センサ１９〜２６から演算部１５の
CPU３４に入力したデータは、制御プログラム
に従つて演算処理したうえで、温・冷両海水およ
び給液のポンプモータ１１，１２，１３の駆動電
力を制御し、発電装置Ａが置かれた外的要因のも
とにおける最適状態にその発電装置Ａを制御する
ことができる。

したがつて、発電装置Ａの発電出力は、最大出
力に極めて近く設定した目標値に対して、高い精
度および安定性をもつて高速度で追従させること
ができ、また、流量制御に絞り弁等を用いていな
いので、ポンプ駆動動力のロスがなく、正味の出
力を高めることができる。さらに、制御方式およ
び制御プログラムは、すべて演算部１５のROM
３６およびRAM３７に記憶させてあるから、制
御方式および制御プログラムの変更は、発電装置
Ａおよび制御装置Ｂの構成を変更することなく、
簡単に行なうことができ、制御理論および制御技
術の進歩に歩調を合わせて、最新・最適の制御方
式を導入することができる。

（効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、海洋温度差発電装置の発電出力に影響する内
外要因を定量的に検出するセンサを各所に配設
し、各センサの出力をアナログ／デジタル変換器
を介してマイクロコンピユータに入力し、あらか
じめ記憶させておいた制御アルゴリズムおよび制
御プログラムに基づき演算処理して得た結果によ
りアナログ／デジタル変換器を介して温・冷両海
水および作動流体を駆動するポンプのモータの作
動を制御するように制御装置を構成することによ
り、出力制御の制御精度、追従性および安定性を
向上させ、海洋温度差発電装置が置かれた外的要
因のもとにおける最大出力に極めて近い出力目標
値の設定を可能にして、海洋温度差発電装置の効
率および正味出力を高めるという格別の効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明制御装置により制御する海洋温
度差発電装置の構成例を示すブロツク線図、第２
図は本発明制御装置の構成例を示すブロツク線図
である。Ａ……海洋温度差発電装置、Ｂ……同制御装
置、２……温海水ポンプ、３……蒸発器、４……
タービン、５……発電機、７……冷海水ポンプ、
８……凝縮器、１０……給液ポンプ、１１……温
海水ポンプ、１２……冷海水ポンプ、１３……給
液ポンプ、１９……温海水温度センサ、２０……
同流量センサ、２１……冷海水温度センサ、２２
……同流量センサ、２３……作動流体温度セン
サ、２４……同流量センサ、２５……外気温度セ
ンサ、２６……出力センサ、３２……アナログ／
デジタル変換器、３４……マイクロコンピユー
タ、３６……ROM、３７……RAM、３８……
デジタル／アナログ変換器、４２−１〜３……電
力増幅器。

Claims

【特許請求の範囲】

１海洋表層から温海水ポンプにより蒸発器内に
汲入れた温海水によつて作動流体を蒸発気化させ
て形成した作動流体蒸気によりタービンを介して
発電機を駆動し発電を行ない、前記タービンを通
過した前記作動流体蒸気を海洋深層から冷海水ポ
ンプにより凝縮器に汲入れた冷海水によつて凝縮
液化させて液状に復元した前記作動流体を給液ポ
ンプにより再び蒸発器に圧入するように構成した
海洋温度差発電装置Ａを制御する制御装置におい
て、温海水、冷海水および作動流体の温度および
流量を定量的にそれぞれ検出するセンサ１９〜２
４、並びに、外気温および発電機の出力をそれぞ
れ検出するセンサ２５，２６を配設し、それらの
センサ１９〜２６の出力をアナログ／デジタル変
換器３２を介してマイクロコンピユータ３４に入
力し、そのマイクロコンピユータ３４に付設した
ROM３６にあらかじめ記憶させたオペレーテイ
ングシステムによるメモリー・リードライト、数
値演算、論理演算、比較判断および割込み処理を
行なつた結果を出力し得るように構成し、これを
あらかじめRAM３７に記憶させた制御プログラ
ムに従い、前記アナログ／デジタル変換器３２か
らの入力を処理した結果に応じて、デジタル／ア
ナログ変換器３８および電力増幅器４２−１〜３
を介し、各ポンプ２，７，１０をそれぞれ駆動す
る各モータ１１，１２，１３の駆動電力を制御す
るように構成したことを特徴とする海洋温度差発
電における制御装置。