問題 12

次の各文章及び図の【1】～【12】の中に入れるべき最も適切な字句等をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、【1】、【3】、【5】、【6】及び【8】は複数箇所あるが、それぞれ同じ記号が入る。 また、【A a.b】に当てはまる数値を計算し、その結果を答えよ。ただし、解答は解答すべき数値の最小位の一つ下の位で四捨五入すること。(配点計50点) **図1 温水加熱器の温度制御** 1) 図1の温水温度制御では、温水温度調節計の出力信号によってガス燃料流量調節計の目標値を定めて、温水温度を一定に保つように制御している。温水温度調節計とガス燃料流量調節計によるこのような制御を【 1 】という。ここで、温水温度調節計を【 2 】、ガス燃料流量調節計を【 3 】と呼ぶ。ガス燃料流量調節計を設けることにより、燃料ガスの供給圧の変動などの【 4 】が温水温度に影響する前に処理し、温水温度を安定させることができる。 更にガス燃焼系では、省エネを図るため、ガス燃料流量信号を【 5 】を通して燃焼空気流量調節計の目標値として与え、過剰燃焼空気量を抑えている。このような制御を【 6 】と呼ぶ。 【 1 】や【 6 】のように、【 3 】の目標値が時々刻々と変化する制御を総称して追値制御と呼ぶ。その調節計の制御アルゴリズムでは、一般にPID制御が使用される。

2) PID制御において、Pは比例動作、Iは積分動作、Dは微分動作を指す。また、比例帯をPB、積分時間を$T_I$、微分時間を$T_d$とすると、PID制御アルゴリズムのラプラス変換表示は【 7 】となる。

3) 図1の温水温度調節計がP動作のみの調節計で、設定値を80℃、PBを25%、偏差がないときのバイアスを50%、測定値・目標値のスパンを100℃とする。ある運転条件のとき、温度調節計の出力が70%でバランスしたときを考える。 このように、制御がP動作のみだと制御量が目標値から定常的にずれる【 8 】が生じることがある。今回の条件における【 8 】は[℃]生じることになる。それを解消するために【 9 】動作が使用される。

(2) 流量制御の操作部として調節弁を用いて、渦巻ポンプによる送水系の流量制御を行うときの、ポンプの特性と配管の圧力損失特性を図2に示す。 **図2 調節弁による流量操作** 1) 流量制御の操作部としては、簡単で確実な操作性から、一般に調節弁が使用されている。図2において、運転点1の流量$Q_1$と運転点2の流量$Q_2$の間で流量を調節するには、調節弁の開度を変えることで行うことができ、例えば、調節弁の開度を小さくすれば【 10 】し、流量は減少する。ただし、この操作はエネルギー損失を伴うので、省エネルギー上は最善とはいえない。

2) 近年では省エネルギーの観点から、流量制御の手法としてポンプの回転速度制御が採用されるようになってきている。ポンプ特性からは、ポンプの軸動力は理論的にはポンプの回転速度の【 11 】乗に比例するので、回転速度制御の適用により大きな省エネルギーが得られる。ポンプの回転速度制御の方法としては、駆動する電動機の回転速度を【 12 】装置で制御するのが一般的である。ただし、図で示される実揚程が大きくなると、ポンプの回転速度低減への制約も大きくなり、回転速度制御のメリットは少なくなる。