二級ボイラー技士試験【自動制御装置】圧力・水位・炎の各制御装置

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現代のボイラーは自動制御装置によって運転が自動化されています。二級ボイラー技士試験では「自動制御の基本概念（フィードバック制御）」「蒸気圧力制御」「水位制御」「燃焼制御」「インターロック」「フレームセーフガード」が出題されます。

自動制御の基本：フィードバック制御

ボイラーの自動制御はフィードバック制御を基本とします。フィードバック制御とは、制御対象の現在の状態（測定値）を目標値と比較し、その差（偏差）を小さくするように操作量を調整する制御方式です。

• 目標値（設定値）：例）蒸気圧力 0.3MPa
• 測定値：現在の蒸気圧力
• 偏差：目標値と測定値の差
• 操作量：燃焼量（バーナーの出力）・給水量など

蒸気圧力制御

蒸気圧力制御は、蒸気の使用量（負荷）の変動に応じてバーナーの燃焼量を調節し、蒸気圧力を設定値付近に維持する制御です。

水位制御（給水制御）

水位制御は、缶水の水位を安全な範囲に維持するために給水ポンプ・給水弁を自動的に操作する制御です。

1要素制御と3要素制御：

• 1要素制御（水位のみ）：水位が下がると給水し、上がると止める。シンプルだが、負荷変動時の「サウェル現象」（急激な負荷増加で水位が一時的に上昇する現象）に対して誤動作することがある。
• 3要素制御（水位＋蒸気流量＋給水流量）：3つの検出値で給水量を制御する。サウェル現象の影響を受けにくく、大型ボイラーで使用される。

燃焼制御：燃料と空気の比率管理

燃焼制御は燃料供給量と燃焼用空気量の比率（空気比）を適正に保つ制御です。空気比が適正でないと、不完全燃焼による熱損失や排ガス汚染が起きます。

• 負荷増加時：燃料を増やす前に空気（ダンパー）を先に増やす。→ 空気不足による不完全燃焼防止。
• 負荷減少時：空気（ダンパー）を減らす前に燃料を先に減らす。→ 爆発・逆火の防止。

インターロックとは

インターロック（interlock）とは、特定の条件が満たされない限り次の操作を行えないようにする安全回路です。ボイラーでは以下のような状況でインターロックが働きます。

• 低水位インターロック：水位が安全低水面以下になると燃料を自動遮断する。
• 高圧インターロック：蒸気圧力が設定値以上になると燃料を遮断する。
• 点火インターロック：プレパージが完了するまで燃料弁が開かないようにする。

フレームセーフガードの役割

フレームセーフガードは、バーナーの炎の有無を検出し、消炎した場合（または点火失敗の場合）に自動的に燃料を遮断する安全装置です。炎検出には紫外線センサー（UV式）または光電管（フォトセル）が使われます。

動作の流れ：

1. 点火操作を行う。
2. フレームセーフガードが炎を検出しない（点火失敗）→ 一定時間（安全タイム）後に燃料を遮断。
3. 運転中に消炎した → 直ちに燃料を遮断し、警報を発する。
4. ポストパージ後に原因を確認してから再起動する。

試験頻出ポイントと誤りやすい問題

• フィードバック制御の「フィードバック」は「測定値を制御にフィードバック（戻す）」こと。「予測して先回りする」のはフィードフォワード制御。
• ON/OFF制御は小型ボイラーで一般的。圧力が設定値の周りで上下する（ハンチング）のはON/OFF制御の特性。
• 負荷増加時は「空気を先に増やし、燃料を後に増やす」。順序を逆にすると不完全燃焼になる。
• フレームセーフガードは「消炎したら燃料を遮断する」安全装置。圧力や水位に反応するのではない。
• サウェル現象は「蒸気負荷が急増したときに水位が一時的に上昇する現象」。1要素制御では誤動作の原因になる。

この記事のまとめ

• ボイラーの自動制御はフィードバック制御が基本。測定値と設定値の差（偏差）をなくすように操作量を調整する。
• 蒸気圧力制御は小型ではON/OFF制御、大型ではPID制御を使う。
• 燃焼制御では「空気先・燃料後」の順序を守る（負荷増加時）。
• フレームセーフガードは消炎時に燃料を自動遮断する重要な安全装置。

出典：安全衛生技術試験協会 公表試験問題・ボイラー及び圧力容器安全規則（e-Gov法令検索）
作成：fufumumu_design｜更新：2026年11月

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