JP7025284B2 - オイル付着量推定方法、酸化装置の設計方法、推定装置、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、オイル付着量推定方法、酸化装置の設計方法、推定装置、およびプログラムに関する。

特許文献１に示すように、内燃機関の排ガスとの熱交換により蒸気を発生させる排熱回収ボイラなどのコジェネレーションシステムが知られている。ところで、内燃機関において、金属部品間の潤滑、冷却、気密保持、防錆などのために、エンジンオイルが循環している。このようなエンジンオイルの一部は、内燃機関の稼働によって蒸発またはミスト化し、排ガスと共に熱交換器に供給される。

特開２００２－９８３０１号公報

ところで、コジェネレーションシステムの効率を向上させるために、熱交換器での回収熱量を増大させたいという要望がある。回収熱量の増大は熱交換器出口温度の低下を意味する。熱交換器の出口温度をエンジンオイルの液化温度より低くすると、排ガスと共に熱交換器に供給されたエンジンオイルが液化し、熱交換器に付着する。熱交換器へのエンジンオイルの付着量が大きいほど熱交換器の効率が低下するとともに熱交換器内排ガス流路の閉塞が生じる可能性が高くなる。
本発明の目的は、熱交換器の効率を向上させつつ、コジェネレーションシステムを所望の状態に保つためのオイル付着量推定方法、酸化装置の設計方法、推定装置、およびプログラムを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、オイル付着量推定方法は、内燃機関と、前記内燃機関の排ガスと熱交換を行う熱交換器とを備えるコジェネレーションシステムにおけるオイル付着量推定方法であって、前記内燃機関の出力及び回転数に基づいて、前記内燃機関で使用されるオイルの前記熱交換器への単位時間当たりの到達量である単位到達量を特定するステップと、前記単位到達量と前記熱交換器の温度によって定まる前記熱交換器への油分付着係数とに基づいて、前記熱交換器への単位時間当たりの付着量である単位付着量を推定するステップと、を含む。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係るオイル付着量推定方法において、前記内燃機関の出力及び回転数に基づいて、前記オイルの単位時間当たりの消費量である単位消費量を特定するステップと、前記内燃機関の出力に基づいて、前記オイルの前記排ガスへの飛散率を特定するステップと、をさらに含み、前記単位到達量を特定するステップにおいて、前記単位消費量及び前記飛散率に基づいて、前記単位到達量を特定するものであってよい。

本発明の第３の態様によれば、第１または第２の態様に係るオイル付着量推定方法が、前記コジェネレーションシステムは、前記内燃機関と前記熱交換器との間に、前記排ガスを通過させる酸化装置を備え、前記内燃機関の出力と前記酸化装置の種類とに基づいて、前記酸化装置における前記オイルの分解率を特定するステップをさらに含み、前記単位到着量を推定するステップにおいて、前記単位消費量と、前記飛散率と、前記分解率とに基づいて、前記単位到達量を推定するものであってよい。

前記酸化装置は酸化触媒や燃焼触媒などの触媒装置もしくは電気エネルギーを使用してオゾン等を発生させる装置でもよい。

本発明の第４の態様によれば、第１から第３の何れかの態様に係るオイル付着量推定方法において、前記単位付着量の積算により、前記熱交換器への前記オイルの付着量を推定するステップと、をさらに含むものであってよい。

本発明の第５の態様によれば、第４の態様に係るオイル付着量推定方法において、前記付着量が所定の閾値以上である場合にアラームを発するステップをさらに含むものであってよい。

本発明の第６の態様によれば、酸化装置の設計方法は、内燃機関と、前記内燃機関の排ガスを通過させる酸化装置と、前記酸化装置を通過した排ガスと熱交換を行う熱交換器とを備えるコジェネレーションシステムにおける前記酸化装置の設計方法であって、前記内燃機関の稼働計画に基づいて、前記コジェネレーションシステムが前記酸化装置を備えない場合における、前記内燃機関で使用されるオイルの前記熱交換器への単位時間当たりの付着量である単位付着量を特定するステップと、前記単位付着量に基づいて、前記装置に要求される前記オイルの分解率を特定するステップと、前記要求分解率と排ガス条件に基づいて、前記酸化装置の種類と仕様を決定するステップとを含む。

本発明の第７の態様によれば、推定装置は、内燃機関と、前記内燃機関の排ガスと熱交換を行う熱交換器とを備えるコジェネレーションシステムにおけるオイル付着量を推定する推定装置であって、前記内燃機関の出力及び回転数に基づいて、前記内燃機関で使用されるオイルの前記熱交換器への単位時間当たりの到達量である単位到達量を特定する単位到達量特定部と、前記単位到達量と前記熱交換器の温度によって定まる前記熱交換器への油分付着係数とに基づいて、前記熱交換器への単位時間当たりの付着量である単位付着量を推定する単位付着量推定部と、を備える。

本発明の第８の態様によれば、プログラムは、内燃機関と、前記内燃機関の排ガスと熱交換を行う熱交換器とを備えるコジェネレーションシステムにおけるオイル付着量を推定する推定装置のコンピュータに、前記内燃機関の出力及び回転数に基づいて、前記内燃機関で使用されるオイルの前記熱交換器への単位時間当たりの到達量である単位到達量を特定するステップと、前記単位到達量と前記熱交換器の温度によって定まる前記熱交換器への油分付着係数とに基づいて、前記熱交換器への単位時間当たりの付着量である単位付着量を推定するステップと、を実行させる。

上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、熱交換器の効率を向上させつつ、コジェネレーションシステムを所望の状態に保つことができる。

コジェネレーションシステムの構成例を示す図である。 第１の実施形態に係る推定装置の構成を示す概略ブロック図である。 内燃機関の出力とエンジンオイルの消費量との関係を示す図である。 内燃機関の回転数とエンジンオイルの消費量との関係を示す図である。 排ガス温度と触媒の種類とエンジンオイルの分解率との関係を示す図である。 排ガス流量と酸化触媒の種類とエンジンオイルの分解率との関係を示す図である。 熱交換器の出口温度と油分付着係数との関係を示す図である。 第１の実施形態に係るコジェネレーションシステムにおけるメンテナンス要否判定方法を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る設計装置の構成を示す概略ブロック図である。 第２の実施形態に係る酸化触媒の設計方法を示すフローチャートである。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

〈コジェネレーションシステムの構成〉
図１は、コジェネレーションシステムの構成例を示す図である。
図１に例示するコジェネレーションシステム１００は、内燃機関１０１、酸化触媒１０２、熱交換器１０３、温水循環ポンプ１０４、消音器１０５、排気筒１０６を備える。以下の実施形態では、図１に示すコジェネレーションシステム１００の構成に基づく計算を行うが、コジェネレーションシステム１００の構成は図１に示すものに限られない。

内燃機関１０１の排気口は、高温排気流路１１を介して熱交換器１０３の一次側の入口に接続される。高温排気流路１１には、酸化触媒１０２が設けられる。
熱交換器１０３の一次側の出口は、低温排気流路１２を介して排気筒１０６に接続される。低温排気流路１２には、消音器１０５が設けられる。
熱交換器１０３の二次側の入口は、温水流路１３を介して温水循環ポンプ１０４に接続される。熱交換器１０３の二次側の出口は、蒸気流路１４を介して冷暖房、バイナリー発電などの図示しない排熱利用設備に接続される。

内燃機関１０１は、投入された燃料の燃焼により動力を得る装置である。内燃機関１０１には、金属部品間の潤滑、冷却、気密保持、防錆などのために、エンジンオイルが循環している。内燃機関１０１は、燃料の燃焼により発生した排ガスを生成し、高温排気流路１１を介して排出される。内燃機関１０１において、循環するエンジンオイルの一部は蒸気あるいはミストとして排ガスに混入することで消費される。内燃機関１０１のエンジンオイルの消費量は、例えば０．０５ｇ／ｋｗｈ以上０．５ｇ／ｋｗｈ以下である。

酸化触媒１０２は、内燃機関１０１から発生した排ガスを通すことで、排ガスの酸化反応を促進させる。これにより、酸化触媒１０２は、排ガスに含まれるアルデヒド、一酸化炭素を、酸化させることで除去する。なお、酸化触媒１０２において、蒸気もしくはミストとなったエンジンオイルも酸化（燃焼）する。酸化触媒１０２には、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどの貴金属、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｖなどの遷移金属の少なくとも１種類の金属が含まれる。なお、酸化触媒１０２は、酸化装置の一例である。他の実施形態に係るコジェネレーションシステム１００は、酸化触媒１０２に代えて燃焼触媒などの他の触媒装置、および電気エネルギーを使用してオゾン等を発生させる装置などの、他の酸化装置を備えてもよい。

熱交換器１０３は、一次側を流れる排ガスと二次側を流れる温水とを熱交換させる。これにより、排ガスの熱が温水に奪われ、二次側に温水を発生させる。熱交換器１０３は、例えば排熱回収ボイラである。熱交換器１０３の熱交換方式の例としてはフィンチューブ方式が挙げられる。熱交換器１０３のフィンの間隔は例えば４．５ｍｍ以上である。

温水循環ポンプ１０４は、温水を熱交換器１０３の二次側へ供給するためのポンプである。

図１に示すコジェネレーションシステム１００において、熱交換器１０３の一次側の出口温度を低下させると、エンジンオイルの液化により、熱交換器１０３にエンジンオイルが付着する。熱交換器１０３に付着したエンジンオイルは、熱交換器１０３の効率を低下させる。エンジンオイルの液化は、摂氏１５０度以下の範囲で生じる。つまり、実施形態に係る熱交換器の出口温度は、生成する温水が後段の排熱利用設備で有効利用可能となる摂氏９０度以上、オイルの液化が生じる摂氏１５０度以下の範囲に含まれる。

内燃機関１０１には、出力を計測するパワーメータ１０７および回転数を計測する回転計１０８が設けられる。
熱交換器１０３の一次側の出口には、排気の熱交換器１０３の出口温度を計測する温度計１１０が設けられる。

〈第１の実施形態〉
第１の実施形態に係る推定装置２００は、コジェネレーションシステム１００におけるエンジンオイルの付着量を推定する。
図２は、第１の実施形態に係る推定装置の構成を示す概略ブロック図である。
推定装置２００は、計測値取得部２０１、相関情報記憶部２０２、単位消費量特定部２０３、飛散率特定部２０４、分解率特定部２０５、単位到達量推定部２０６、付着係数特定部２０７、単位付着量推定部２０８、付着量推定部２０９、付着量記憶部２１０、アラーム判定部２１１、出力部２１２を備える。

計測値取得部２０１は、パワーメータ１０７、回転計１０８、および温度計１１０から計測値を取得する。
相関情報記憶部２０２は、オイル消費量マップ、分解率マップ、飛散率マップ、および付着係数マップを記憶する。

オイル消費量マップは、内燃機関１０１の出力と、内燃機関１０１の回転数と、単位時間当たりのエンジンオイルの消費量との関係を示す情報である。例えば、オイル消費量マップは、内燃機関１０１の出力および内燃機関１０１の回転数を説明変数とし、単位時間当たりのエンジンオイルの消費量を目的変数とする関数であってよい。図３は、内燃機関の出力とエンジンオイルの消費量との関係を示す図である。図３に示す通り、エンジンオイルの消費量は、内燃機関１０１の出力が大きいほど大きくなる。つまり、エンジンオイルの消費量は、内燃機関１０１の出力に対し単調増加する。図４は、内燃機関の回転数とエンジンオイルの消費量との関係を示す図である。図４に示す通り、エンジンオイルの消費量は、内燃機関１０１の回転数が大きいほど大きくなる。つまり、エンジンオイルの消費量は、内燃機関１０１の回転数に対し単調増加する。

分解率マップは、排ガス流量と、排ガス温度と、酸化触媒１０２の種類（例えば製品名）と、酸化触媒１０２によるエンジンオイルの分解率との関係を示す情報である。例えば、分解率マップは、排ガス流量および排ガス温度を説明変数とし、エンジンオイルの分解率を目的変数とする関数を、酸化触媒１０２の種類ごとに持つ関数群であってよい。分解率とは、酸化触媒１０２の通過前のエンジンオイルの量と酸化触媒１０２の通過後のエンジンオイルの量との差分と酸化触媒１０２の通過前のエンジンオイルの量の比である。図５は、排ガス温度と触媒の種類とエンジンオイルの分解率との関係を示す図である。図５に示す通り、いずれの触媒においても、エンジンオイルの分解率は、排ガス温度が多いほど高くなる。つまり、エンジンオイルの分解率は、排ガス温度に対し単調増加する。図６は、排ガス流量と酸化触媒の種類とエンジンオイルの分解率との関係を示す図である。図６に示す通り、いずれの酸化触媒１０２においても、エンジンオイルの分解率は、排ガス流量が多いほど低くなる。つまり、エンジンオイルの分解率は、排ガス流量に対し単調減少する。

飛散率マップは、内燃機関１０１の機種と、内燃機関１０１の出力と、エンジンオイルの排ガスへの飛散率との関係を示す情報である。例えば、飛散率マップは、内燃機関１０１の出力を説明変数とし、飛散率を目的変数とする関数を、内燃機関１０１の機種ごとに持つ関数群であってよい。飛散率とは、消費されたエンジンオイルが、内燃機関１０１において燃焼せずに排ガスと共に高温排気流路１１から排出される割合である。なお、飛散率は機種によって異なるが、一般的には１％以上１０％以下の値である。そのため、他の実施形態においては、飛散率マップを機種によらず、内燃機関１０１の出力と、エンジンオイルの排ガスへの飛散率との関係を示す情報としてもよいし、飛散率を定数としてもよい。

付着係数マップは、熱交換器１０３の出口温度と油分付着係数との関係を示す情報である。例えば、付着係数マップは、熱交換器１０３の出口温度を説明変数とし、油分付着係数を目的変数とする関数であってよい。油分付着係数は、熱交換器１０３に到達したエンジンオイルのうち、熱交換器１０３に付着するものの割合である。図７は、熱交換器の出口温度と油分付着係数との関係を示す図である。図７に示す通り、油分付着係数は、熱交換器１０３の出口温度が低いほど高くなる。つまり、油分付着係数は、熱交換器１０３の出口温度に対し単調減少する。これは、エンジンオイルのうち液相のものが熱交換器１０３に付着しやすく、エンジンオイルのうち気相のものは熱交換器１０３に付着しにくいためである。エンジンオイルの構成成分はそれぞれ液化温度が異なり、温度が高いほど液相率が低く、温度が低いほど液相率が高くなる。

オイル消費量マップ、分解率マップ、飛散率マップ、および付着係数マップは、予め実験等により作成される。なお、他の実施形態においては、オイル消費量マップ、分解率マップ、飛散率マップ、および付着係数マップの少なくとも一つが、シミュレーションや計算によって求められてもよい。

単位消費量特定部２０３は、計測値取得部２０１が取得した内燃機関１０１の出力の計測値および内燃機関１０１の回転数の計測値と、相関情報記憶部２０２が記憶するオイル消費量マップとに基づいて、単位時間当たりのエンジンオイルの消費量を特定する。以下、単位時間当たりの消費量を、単位消費量ともいう。
飛散率特定部２０４は、計測値取得部２０１が取得した内燃機関１０１の出力の計測値および既知の内燃機関の機種と、相関情報記憶部２０２が記憶する飛散率マップとに基づいて、エンジンオイルの飛散率を特定する。
分解率特定部２０５は、計測値取得部２０１が取得した内燃機関１０１の出力の計測値に基づいて、排ガス温度と排ガス流量を推定する。分解率特定部２０５は、推定した排ガス温度と排ガス流量、および既知の酸化触媒１０２の種類と、相関情報記憶部２０２が記憶する分解率マップとに基づいて、酸化触媒１０２におけるエンジンオイルの分解率を特定する。

単位到達量推定部２０６は、単位消費量に、飛散率および分解率の補数（エンジンオイルの残存率）を乗算することで、エンジンオイルの熱交換器１０３への単位時間あたりの到達量を推定する。以下、単位時間当たりの到達量を、単位到達量ともいう。
付着係数特定部２０７は、計測値取得部２０１が取得した熱交換器１０３の出口温度と、相関情報記憶部２０２が記憶する付着係数テーブルとに基づいて、油分付着係数を特定する。

単位付着量推定部２０８は、単位到達量に、油分付着係数を乗算することで、熱交換器１０３への単位時間当たりのエンジンオイルの付着量を推定する。以下、単位時間当たりの付着量を、単位付着量ともいう。
付着量推定部２０９は、単位付着量を積算することにより、熱交換器１０３のエンジンオイルの付着量を推定する。具体的には、付着量推定部２０９は、付着量記憶部２１０が記憶する付着量に単位付着量を加算することで単位付着量の積算を行い、付着量記憶部２１０が記憶する付着量を更新する。

アラーム判定部２１１は、エンジンオイルの付着量が所定の閾値以上であるか否かを判定する。アラーム判定部２１１は、エンジンオイルの付着量が閾値以上である場合に、メンテナンスを促すためのアラームを出力することを決定する。アラームの出力の判定に用いる閾値としては、例えば、熱交換器のチューブやフィンの間に閉塞が生じるエンジンオイルの付着量より小さい値、および熱交換器１０３の効率が許容下限値となるときのエンジンオイルの付着量などを用いることができる。
出力部２１２は、エンジンオイルの付着量が閾値以上であると判定した場合に、メンテナンスを促すためのアラームを出力する。

図８は、第１の実施形態に係るコジェネレーションシステムにおけるメンテナンス要否判定方法を示すフローチャートである。推定装置２００は、以下に示す判定処理を、単位時間ごとに実行する。
計測値取得部２０１は、パワーメータ１０７から内燃機関１０１の出力の計測値を、回転計１０８から内燃機関１０１の回転数の計測値を、温度計１１０から熱交換器１０３の出口温度の計測値を取得する（ステップＳ１）。

単位消費量特定部２０３は、相関情報記憶部２０２からオイル消費量マップを読み出し、内燃機関１０１の出力の計測値および内燃機関１０１の回転数の計測値に基づいてエンジンオイルの単位消費量を特定する（ステップＳ２）。飛散率特定部２０４は、相関情報記憶部２０２が記憶する飛散率マップのうち内燃機関１０１の機種に関連付けられた関数を読み出し、内燃機関１０１の出力の計測値に基づいてエンジンオイルの飛散率を特定する（ステップＳ３）。分解率特定部２０５は、計測値取得部２０１が取得した内燃機関１０１の出力の計測値に基づいて、排ガス温度と排ガス流量を推定する（ステップＳ４）。分解率特定部２０５は、相関情報記憶部２０２が記憶する分解率マップのうち酸化触媒１０２の種類に関連付けられた関数を読み出し、推定した排ガス温度と排ガス流量とに基づいてエンジンオイルの分解率を特定する（ステップＳ５）。

単位到達量推定部２０６は、単位消費量に、分解率の補数および飛散率を乗算することで、エンジンオイルの熱交換器１０３への単位到達量を推定する（ステップＳ６）。付着係数特定部２０７は、相関情報記憶部２０２から付着係数マップを読み出し、熱交換器１０３の出口温度の計測値に基づいて、油分付着係数を特定する（ステップＳ７）。単位付着量推定部２０８は、単位到達量に油分付着係数を乗算することで、熱交換器１０３へのエンジンオイルの単位付着量を推定する（ステップＳ８）。

付着量推定部２０９は、付着量記憶部２１０が記憶する付着量に単位付着量を加算し、付着量記憶部２１０が記憶する付着量を更新する（ステップＳ９）。
アラーム判定部２１１は、更新した付着量が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。エンジンオイルの付着量が閾値以上である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、出力部２１２は、メンテナンスを促すためのアラームを出力する（ステップＳ１１）。他方、エンジンオイルの付着量が閾値未満である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、出力部２１２はアラームを出力しない。

このように、第１の実施形態によれば、推定装置２００は、内燃機関１０１の出力および回転数に基づいて、エンジンオイルの熱交換器１０３への単位到達量を特定し、単位到達量と熱交換器１０３の油分付着係数とに基づいて、熱交換器１０３へのエンジンオイルの単位付着量を推定する。これにより、管理者は、コジェネレーションシステム１００の熱交換器１０３の出口温度を下げて熱交換器１０３の効率を向上させつつ、推定装置２００が推定した単位付着量に基づいて熱交換器１０３のメンテナンスのタイミングを決定することで、コジェネレーションシステム１００を所望の状態に保つことができる。

また、第１の実施形態においては、推定装置２００は、内燃機関１０１の出力及び回転数に基づいて、エンジンオイルの単位消費量を特定し、排ガスの温度および流量に基づいて、エンジンオイルの排ガスへの飛散率を特定する。なお、排ガスの温度および流量に基づいて飛散率を特定することは、内燃機関１０１の出力に基づいて飛散率を特定することと等価である。これは、排ガスの温度および流量は、内燃機関１０１の出力の関数として求めることができるためである。すなわち、他の実施形態においては、飛散率マップは、内燃機関１０１の出力と飛散率との関係を示す情報であってもよい。

また、第１の実施形態においては、推定装置２００は、内燃機関１０１の出力と酸化触媒１０２の種類とに基づいて、酸化触媒１０２におけるエンジンオイルの分解率を特定し、これに基づいて、単位付着量を推定する。これにより、推定装置２００は、酸化触媒１０２によるエンジンオイルの燃焼を加味して単位付着量を推定することができる。なお、他の実施形態においては、コジェネレーションシステム１００が酸化触媒１０２を備えないものであってもよい。この場合、推定装置２００は、分解率を０として単位付着量を推定する。

また、第１の実施形態においては、推定装置２００は、単位付着量の積算により、熱交換器１０３へのエンジンオイルの付着量を推定する。これにより、管理者は、コジェネレーションシステム１００における閉塞の状態や熱交換器１０３の効率を推定することができ、熱交換器１０３のメンテナンスのタイミングを決定することができる。

また、第１の実施形態において、推定装置２００は、付着量が所定の閾値以上である場合にアラームを発する。これにより、管理者は、アラームの出力によってメンテナンスが必要となるタイミングを認識することができる。

なお、第１の実施形態に係る推定装置２００は、各種計測器の計測値に基づいて、判定タイミングごとに、メンテナンスの要否を判定するものであるが、他の実施形態においては、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る推定装置２００は、内燃機関１０１の運転計画に基づいて、メンテナンスが必要となるタイミングを予測し、管理者がこれに基づいてメンテナンスインターバルを決定してもよい。つまり、他の実施形態に係る推定装置２００は、運転計画に基づいて将来の複数のタイミングについて、エンジンオイルの単位付着量を推定し、単位付着量の積算によって求められる付着量が閾値を超えるタイミングを、メンテナンスが必要となるタイミングとして特定してもよい。

〈第２の実施形態〉
第１の実施形態では、既設のコジェネレーションシステム１００に係るメンテナンスのタイミングを推定する推定装置２００について説明した。これに対し、第２の実施形態では、所定のメンテナンスタイミングまでに熱交換器１０３の熱交換効率の低下、または熱交換器内排ガス流路の閉塞が生じないようにエンジンオイルの付着量を制御する方法について説明する。具体的には、第２の実施形態においては、酸化触媒１０２を適切に設計することで、熱交換器１０３へのエンジンオイルの単位付着量を調整する。

図９は、第２の実施形態に係る設計装置の構成を示す概略ブロック図である。
設計装置３００は、稼働計画取得部３０１、シミュレータ３０２、相関情報記憶部２０２、単位消費量特定部２０３、飛散率特定部２０４、単位到達量推定部２０６、付着係数特定部２０７、単位付着量推定部２０８、付着量推定部２０９、必要量特定部３０３、出力部２１２を備える。設計装置３００が備える相関情報記憶部２０２、単位消費量特定部２０３、飛散率特定部２０４、単位到達量推定部２０６、付着係数特定部２０７、単位付着量推定部２０８、および付着量推定部２０９は、第１の実施形態に係る推定装置２００が備えるものと同様の構成である。なお、第２の実施形態に係る相関情報記憶部２０２が記憶する分解率マップは、酸化触媒１０２の種類ごとの単位表面積あたりの分解率に係る情報である。

稼働計画取得部３０１は、コジェネレーションシステム１００の稼働計画を取得する。稼働計画には、メンテナンスインターバル、内燃機関１０１の目標出力などを含む情報である。なお、本稼働計画は、熱交換器１０３の出口温度が、摂氏９０度以上摂氏１５０度以下になるように設計される。

シミュレータ３０２は、稼働計画の入力によりコジェネレーションシステム１００の挙動を模擬し、単位時間周期におけるコジェネレーションシステム１００の状態の時系列を生成する。具体的には、シミュレータ３０２は、熱交換器１０３の出力および回転数、排ガス流量、排ガス温度、および熱交換器１０３の出口温度の時系列を生成する。

必要量特定部３０３は、メンテナンスインターバル間におけるエンジンオイルの付着量を、熱交換器１０３の熱交換効率が閾値以下にならず、または低温排気流路１２の閉塞が生じない付着量に抑えるために必要な酸化触媒１０２の種類および量（表面積）を特定する。

図１０は、第２の実施形態に係る酸化触媒の設計方法を示すフローチャートである。
まず、設計装置３００の稼働計画取得部３０１は、内燃機関１０１の稼働計画を取得する（ステップＳ１０１）。シミュレータ３０２は、取得した稼働計画に基づいて、単位時間周期におけるコジェネレーションシステム１００の状態の時系列を生成する（ステップＳ１０２）。

次に、単位消費量特定部２０３は、相関情報記憶部２０２が記憶するオイル消費量マップと、シミュレータ３０２が生成した内燃機関１０１の出力および回転数の時系列に基づいて、エンジンオイルの単位消費量の時系列を特定する（ステップＳ１０３）。飛散率特定部２０４は、相関情報記憶部２０２が記憶する飛散率マップと、シミュレータ３０２が生成した内燃機関１０１の出力の時系列とに基づいてエンジンオイルの飛散率の時系列を特定する（ステップＳ１０４）。単位到達量推定部２０６は、単位消費量に飛散率を乗算することで、コジェネレーションシステム１００が酸化触媒１０２を備えない場合におけるエンジンオイルの熱交換器１０３への単位到達量の時系列を推定する（ステップＳ１０５）。

付着係数特定部２０７は、付着係数マップと熱交換器１０３の出口温度の時系列とに基づいて、油分付着係数の時系列を特定する（ステップＳ１０６）。単位付着量推定部２０８は、単位到達量に油分付着係数を乗算することで、熱交換器１０３のエンジンオイルの単位付着量の時系列を推定する（ステップＳ１０７）。付着量推定部２０９は、単位付着量の時系列のうち、メンテナンスインターバルの間に係る単位付着量を積算し、メンテナンスインターバルの間におけるエンジンオイルの付着量を推定する（ステップＳ１０８）。

必要量特定部３０３は、推定した付着量と、熱交換器１０３の熱交換効率が閾値以下にならず、または熱交換器内流路の閉塞が生じない付着量（許容付着量）との比を算出する（ステップＳ１０９）。ここで算出される付着量の比が、酸化触媒１０２に求められる分解率に相当する。必要量特定部３０３は、相関情報記憶部２０２が記憶する分解率マップに基づいて、酸化触媒１０２の種類別に、求められる分解率を満たすための表面積を特定する（ステップＳ１１０）。そして、出力部２１２は、酸化触媒１０２の種類と必要な表面積との関係を出力する（ステップＳ１１１）。

このように、第２の実施形態によれば、設計装置３００は、内燃機関１０１の稼働計画に基づいて、コジェネレーションシステム１００が酸化触媒を備えない場合における、エンジンオイルの単位付着量を特定し、単位付着量に基づいて、酸化触媒１０２に要求されるエンジンオイルの分解率を特定し、特定した分解率に基づいて酸化触媒１０２の種類ごとの必要表面積を特定する。これにより、管理者は、酸化触媒１０２の種類ごとの料金、およびコジェネレーションシステム１００に設置可能な酸化触媒１０２のサイズに基づいて、適切な酸化触媒１０２の種類および表面積を決定することができる。

また、第２の実施形態によれば、設計装置３００は、メンテナンスインターバルの間に熱交換効率が所定値以下にならず、または閉塞が生じない、ぎりぎりの付着量となるように、酸化触媒１０２の表面積を選定する。選定された表面積に係る酸化触媒１０２をコジェネレーションシステム１００に設けた場合、分解率がより高くなるように酸化触媒１０２が設置される場合と比較して、熱交換器１０３にエンジンオイルが付着する。エンジンオイルが熱交換器１０３に付着すると、熱交換器１０３に水滴が付着することを防ぐことができる。水滴の付着は発錆速度を加速させるため、第２の実施形態に係る設計装置３００によれば、エンジンオイルによる防錆の効果を得つつ、メンテナンスインターバルの間に熱交換効率が所定値以下にならず、または閉塞が生じないように酸化触媒１０２を設計することができる。

なお、他の実施形態においては、設計装置３００は、熱交換器１０３に流入するエンジンオイルができる限り小さくなるように酸化触媒１０２を選定してもよい。例えば、他の実施形態に係る設計装置３００は、熱交換器１０３に流入する排ガスにおけるエンジンオイル成分が、エンジンオイルの消費量の１％未満となるように酸化触媒１０２を選定してもよい。

また、第２の実施形態では、設計装置３００は、酸化触媒１０２の種類別に表面積を出力するが、これに限られない。例えば、予め酸化触媒１０２の設置可能スペースの体積、酸化触媒１０２の体積当たりの表面積が分かっている場合、設計装置３００は、所望の分解率を満たし、かつ設置可能スペースに設置可能な酸化触媒１０２の種類を出力してもよい。

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述の実施形態では、推定装置２００または設計装置３００が計算を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、コジェネレーションシステム１００の管理者が手動で計算を行ってもよい。

図１１は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９０は、少なくとも１つのプロセッサ９１、メインメモリ９２、ストレージ９３、インタフェース９４を備える。
上述の推定装置２００および設計装置３００は、コンピュータ９０に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９３に記憶されている。プロセッサ９１は、プログラムをストレージ９３から読み出してメインメモリ９２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９１は、プログラムに従って、付着量記憶部２１０に対応する記憶領域をメインメモリ９２に確保する。また、ストレージ９３には、相関情報記憶部２０２に対応する記憶領域が確保されている。

ストレージ９３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９３は、コンピュータ９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９４または通信回線を介してコンピュータ９０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムをメインメモリ９２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ９３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１００ コジェネレーションシステム
１０１ 内燃機関
１０２ 酸化触媒
１０３ 熱交換器
２００ 推定装置
２０１ 計測値取得部
２０２ 相関情報記憶部
２０３ 単位消費量特定部
２０４ 飛散率特定部
２０５ 分解率特定部
２０６ 単位到達量推定部
２０７ 付着係数特定部
２０８ 単位付着量推定部
２０９ 付着量推定部
２１０ 付着量記憶部
２１１ アラーム判定部
２１２ 出力部
３００ 設計装置
３０１ 稼働計画取得部
３０２ シミュレータ
３０３ 必要量特定部

Claims (8)

1. 内燃機関と、前記内燃機関の排ガスと熱交換を行う熱交換器とを備えるコジェネレーションシステムにおけるオイル付着量推定方法であって、
   前記内燃機関の出力及び回転数に基づいて、前記内燃機関で使用されるオイルの前記熱交換器への単位時間当たりの到達量である単位到達量を特定するステップと、
   前記単位到達量と前記熱交換器の温度によって定まる前記熱交換器への油分付着係数とに基づいて、前記熱交換器への単位時間当たりの付着量である単位付着量を推定するステップと、
   を含むオイル付着量推定方法。
2. 前記内燃機関の出力及び回転数に基づいて、前記オイルの単位時間当たりの消費量である単位消費量を特定するステップと、
   前記内燃機関の出力に基づいて、前記オイルの前記排ガスへの飛散率を特定するステップと、
   をさらに含み、
   前記単位到達量を特定するステップにおいて、前記単位消費量及び前記飛散率に基づいて、前記単位到達量を特定する
   請求項１に記載のオイル付着量推定方法。
3. 前記コジェネレーションシステムは、前記内燃機関と前記熱交換器との間に、前記排ガスを通過させる酸化装置を備え、
   前記内燃機関の出力と前記酸化装置の種類と仕様に基づいて、前記酸化装置における前記オイルの分解率を特定するステップをさらに含み、
   前記単位到達量を推定するステップにおいて、前記分解率に基づいて前記単位到達量を推定する
   請求項１または請求項２に記載のオイル付着量推定方法。
4. 前記単位付着量の積算により、前記熱交換器への前記オイルの付着量を推定するステップと、
   をさらに含む請求項１から請求項３の何れか１項に記載のオイル付着量推定方法。
5. 前記付着量が所定の閾値以上である場合にアラームを発するステップ
   をさらに含む請求項４に記載のオイル付着量推定方法。
6. 内燃機関と、前記内燃機関の排ガスを通過させる酸化装置と、前記酸化装置を通過した排ガスと熱交換を行う熱交換器とを備えるコジェネレーションシステムにおける前記酸化装置の設計方法であって、
   前記内燃機関の稼働計画に基づいて、前記コジェネレーションシステムが前記酸化装置を備えない場合における、前記内燃機関で使用されるオイルの前記熱交換器への単位時間当たりの付着量である単位付着量を特定するステップと、
   前記単位付着量に基づいて、前記酸化装置に要求される前記オイルの分解率を特定するステップと、
   前記分解率に基づいて、前記酸化装置の種類または表面積を決定するステップと
   を含む酸化装置の設計方法。
7. 内燃機関と、前記内燃機関の排ガスと熱交換を行う熱交換器とを備えるコジェネレーションシステムにおけるオイル付着量を推定する推定装置であって、
   前記内燃機関の出力及び回転数に基づいて、前記内燃機関で使用されるオイルの前記熱交換器への単位時間当たりの到達量である単位到達量を特定する単位到達量特定部と、
   前記単位到達量と前記熱交換器の温度によって定まる前記熱交換器への油分付着係数とに基づいて、前記熱交換器への単位時間当たりの付着量である単位付着量を推定する単位付着量推定部と、
   を備える推定装置。
8. 内燃機関と、前記内燃機関の排ガスと熱交換を行う熱交換器とを備えるコジェネレーションシステムにおけるオイル付着量を推定する推定装置のコンピュータに、
   前記内燃機関の出力及び回転数に基づいて、前記内燃機関で使用されるオイルの前記熱交換器への単位時間当たりの到達量である単位到達量を特定するステップと、
   前記単位到達量と前記熱交換器の温度によって定まる前記熱交換器への油分付着係数とに基づいて、前記熱交換器への単位時間当たりの付着量である単位付着量を推定するステップと、
   を実行させるためのプログラム。

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