【二級ボイラー技士】自動制御｜水位制御・燃焼安全装置・火炎検出器｜知識ゼロから【第8回】

制御量と操作量とは？

制御量は、決まった値に保ちたいもの（蒸気圧力・水位など）。操作量は、制御量を保つために実際に増やしたり減らしたりするもの（燃料の量・給水の量など）です。

💡 なぜ？　「水位を保ちたい」なら、動かすべきは給水の量です。保ちたいものと、そのために動かすものをセットにすると、制御のしくみが一目で分かります。

⚠ 注意

「目標となっている量を操作量、そのために調節する量を制御量という」は誤り（令和4年4月公表）。保ちたいほうが制御量、動かすほうが操作量で、名前が逆なのです。

💡 覚え方

フィードバック＝「見ながら直す」、シーケンス＝「手順書どおりに進める」。運転中の圧力や水位を保つのが前者、点火や停止の段取りが後者です。

偏差とオフセットとは？

偏差は、目標の値と今の値とのずれ。オフセットは、制御を続けてもなくならずに残ってしまうずれのことです。

同じずれを、3つの動作はどう見るか

例：目標の蒸気圧力より、今の圧力が0.1MPa低い（偏差＝0.1MPa）とする

①比例動作：ずれが0.1MPaなら、0.05MPaのときの2倍だけ燃料を増やす（ずれの大きさに比例）

②積分動作：0.1MPaのずれが続いた時間が長いほど、積み上げた分だけ燃料を増やしていく

③微分動作：ずれが急に広がっているときほど、大きく燃料を増やす（ずれが変わる速さに比例）

⚠ 注意

「比例動作は、オフセットがなくなるように動作する」は誤りです。平成31年4月・令和3年4月・令和3年10月・令和4年4月公表と、4回出ています。オフセットをなくすのは積分動作。

⚠ 注意

「微分動作は、偏差が変化する速度に比例して操作量を増減する制御で、PI動作ともいう」は誤り（令和5年4月公表）。微分動作の呼び名はD動作です。PI動作は、名前のとおりP（比例）とI（積分）を組み合わせた動作の呼び名です。

💡 覚え方

比例は「今のずれの大きさ」、積分は「これまでのずれの積み重ね」、微分は「ずれが変わる速さ」を見る動作。今の大きさ・これまでの積み重ね・今の変わり方（先読み）、と並べると区別しやすくなります。

⚠ 注意

「ボイラー水位—蒸気量」は誤り（令和6年4月公表）。水位を保つために動かすのは給水量です。蒸気量は使う側が決めるもので、ボイラーが勝手に減らすわけにはいきません。

💡 覚え方

「水位は水で、圧力は火で、炉内の圧力は煙で」。水位が下がれば水を足す。圧力が下がれば火を強める（燃料と空気）。炉の中の圧力が上がればガスを多く出す。どれも日常の感覚どおりの組み合わせです。

⚠ 注意

「二要素式は、水位と蒸気圧力を検出する」は誤り（令和6年10月公表）。正しくは水位と蒸気流量です。

💡 覚え方

要素が1つ増えるごとに「量」が1つ増える。単要素＝水位、二要素＝＋蒸気流量（出ていく量）、三要素＝＋給水流量（入ってくる量）。出入りの量を順に足していくと考えれば、圧力が入る余地はありません。

🤔 なぜ単要素式は、負荷変動が激しいときに弱いのですか。

蒸気を急にたくさん使うと、ボイラーの中の圧力が下がります。すると水の中の気泡がふくらんで、一時的に水位が上がって見えることがあるのです。水位だけを見ていると、そこで給水を減らしてしまうので、あとで水位が大きく下がってしまいます。蒸気流量も見る二要素式なら、「たくさん出ていっているから給水を増やす」と正しく判断できるのです。

⚠ 注意

「熱膨張管式水位調整装置には、単要素式はあるが、二要素式はない」は誤り（令和3年10月公表）。単要素式も二要素式もある、と覚えましょう。

水位検出器の取付けの決まり（試験に出たもの）

①原則として2個以上取り付け、それぞれ違う検出方式にするのがよい

②水側連絡管は、ほかの水位検出器の連絡管と共用しない

③水側連絡管は呼び径20A以上の管を使う

④連絡管に設けるバルブやコックは直流形（まっすぐ流れる形）にする

⑤水側・蒸気側の連絡管には、バルブやコックを直列に2個以上設けてはならない

⑥水側連絡管の曲げ部分は、内部の掃除がしやすい構造にする

⑦水側連絡管・蒸気側連絡管・排水管に設けるバルブやコックは、開閉状態が外から見てはっきり分かるものにする

⚠ 注意

連絡管の太さは数字の入れ替えが出ます。「呼び径10A以下」（令和6年4月公表）も「15A以上」（令和7年4月公表）も誤り。細いとスケールで詰まりやすいので、20A以上の太さが求められます。

🤔 なぜ連絡管を共用してはいけないのですか。

1本の連絡管を2つの検出器で共用すると、その管が詰まったとき、両方の検出器が同時に正しく働かなくなるからです。2個付けて、方式も変えるのは、1つが故障しても、もう1つで気づけるようにするためです。

燃焼装置・燃焼安全装置に求められること

①燃焼が止まったあと、燃料が燃焼室に流れ込まない構造であること

②燃料漏れの点検・保守がしやすい構造であること

③主安全制御器・火炎検出器・燃料遮断弁などで構成された、信頼性の高い燃焼安全装置があること

④ファンが異常停止したら、主バーナへの燃料をただちに遮断すること

⑤異常消火のときは燃料をただちに遮断し、修復後は手動で再起動すること

🤔 なぜファンが止まったら、燃料を止めるのですか。

ファンは燃焼に必要な空気を送り込む装置です。ファンが止まると空気が足りなくなり、不完全燃焼が起きます。燃え残った燃料のガスが炉にたまると、爆発（逆火やガス爆発）につながるおそれがあるので、ただちに燃料を止めるのです。

⚠ 注意

⑤で「修復後は手動又は自動で再起動する」は誤り（令和5年10月公表）。原因を確かめずに自動で再点火すると危険なので、人が確認して手動で再起動します。

⚠ 注意

「フォトダイオードセルはガス専焼バーナに多く用いられる」は誤り（令和7年4月公表）。ガスの炎は目に見える光が弱いので、光で見る検出器の多くは油の炎向きです。すべての燃料に使えるのは紫外線光電管と覚えましょう。

⚠ 注意

「メーク接点は、電流が流れると開になる」は誤り（令和5年10月公表）。メーク＝make＝つなぐ。電流が流れると回路をつなぐ（閉じる）のがメーク接点です。

💡 覚え方

メークは「つくる（make）」、ブレークは「こわす（break）」。電気が来たら回路をつくるのがa接点、こわすのがb接点です。

⚠ 注意

令和4年10月公表で適切でない組み合わせだったのは「点火装置—サーモスタット」です。サーモスタットは、温度によって電気を入れたり切ったりするスイッチのこと。点火装置の部品として組み合わせたこの選択肢は誤りでした。

⚠ 注意

「オンオフ式蒸気圧力調節器は、機器本体をボイラー本体に直接取り付ける」は誤り（令和5年4月公表）。一級ボイラー技士の公表問題では、サイホン管を用いて取り付けるのが正しい記述です。

オンオフ式温度調節器のしくみ

①温水の温度が上がると、感温体の中の液体が膨張する（下がると収縮する）

②その動きがベローズやダイヤフラム（伸び縮みする部品）の変位になる

③変位がマイクロスイッチを開閉させ、燃焼を入れたり切ったりする

オンオフ式温度調節器で出題されたこと

①感温体の液体には、一般にトルエン・エーテル・アルコールなどが使われる（正しい記述）

②保護管を使って取り付けるときは、保護管の中にシリコングリス（グリース）を入れると、感温体の応答がよくなる

③調節器で設定するのは調節温度（温度設定）と動作すき間。比例帯ではない

⚠ 注意

「保護管内にシリコングリスを挿入してはならない」は誤り（令和2年4月・令和7年10月・令和8年4月公表）。入れると応答がよくなるので、むしろ充てんします。「調節温度と比例帯の設定を行う」も同じ問題で誤りでした。比例帯は比例動作の調節器の言葉で、オンオフ式で設定するのは動作すき間です。

💡 覚え方

オンオフ式＝入れるか切るかだけ。だから決めるのは「何度で」（調節温度）と「どのくらいの幅で切り替えるか」（動作すき間）の2つです。細かく比例させる比例帯は出番がありません。

答えと考え方

①「蒸気圧力の操作量は、燃料量と燃焼用空気量」 → 正しい

②「三要素式は、水位・蒸気流量・給水流量を検出する」 → 正しい

③「整流式光電管は、ガス燃焼炎の検出に適している」 → 誤り（油向き。ガスには適さない）

④「ブレーク接点を使うと、入力に対して出力を反転させられる」 → 正しい

⑤「水位検出器の連絡管のバルブを、直列に2個設ける」 → 誤り（直列に2個以上は禁止）

まとめ

・保ちたいもの＝制御量、動かすもの＝操作量。蒸気圧力（温水温度）を燃料量と空気量で保つのが自動燃焼制御（ACC）

・水位—給水量、蒸気圧力—燃料量と空気量、炉内圧力—排出ガス量、蒸気温度—過熱低減器の注水量

・オンオフ＝燃焼・停止、ハイ・ロー・オフ＝高燃焼・低燃焼・停止

・比例（P）＝偏差の大きさ、積分（I）＝偏差の時間積分値、微分（D）＝偏差の変化の速さ。オフセットをなくすのは積分（比例ではない）

・単要素＝水位、二要素＝＋蒸気流量、三要素＝＋給水流量。熱膨張管式にも単要素式と二要素式がある

・水位検出器は2個以上・方式を変える・連絡管は共用しない・20A以上・直流形。バルブ・コックは開閉が外から分かるもの

・異常消火やファン停止では燃料をただちに遮断し、再起動は手動

・紫外線光電管＝全燃料、フォトダイオード・整流式光電管＝油、フレームロッド＝点火用ガス

・a接点（メーク）は通電で閉、b接点（ブレーク）は通電で開。比例帯設定ねじは圧力調節器の部品

・蒸気圧力調節器—ベローズ、燃料調節弁—コントロールモータ（点火装置—サーモスタットは誤り）

・比例式蒸気圧力調節器はコントロールモータと組み合わせ・比例帯を設定／オンオフ式はサイホン管を介して取り付け／制限器はただちに燃料遮断・一般にオンオフ式

・オンオフ式温度調節器は本体・感温体・導管。感温体は直接か保護管で取り付け。液体封入の感温体＋マイクロスイッチ。保護管にはシリコングリスを入れてよい。設定は調節温度と動作すき間

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