安全装置の種類と作動する順番｜高圧遮断装置・安全弁・溶栓・破裂板【冷凍三種】
この記事でわかること
- 安全装置が「何から守っているか」がわかります
- 高圧遮断装置・安全弁・溶栓・破裂板の違いがわかります
- 作動する順番がわかります
- 設定圧力の関係が整理できます
安全装置は保安管理技術でも法令でも出るところです。「どれが先に働くか」という順番で覚えると、設定圧力の大小関係も一緒に頭に入ります。
何から守っているのか
用語守っているのは「異常な圧力上昇」
冷凍装置が壊れる大きな原因の一つは、高圧側の圧力が上がりすぎることです。冷却水が止まる・凝縮器（冷媒の熱を外へ捨てて液体に戻す機器）が汚れる・不凝縮ガス（空気など、冷やしても液体にならないガス）が入る・火災で外から加熱される——いろいろな理由で圧力は上がります。
例簡単な例え
圧力鍋にはおもりが付いていて、一定以上の圧力になるとシューッと蒸気を逃がします。さらに、それでも下がらないときのために安全弁も付いています。冷凍装置の安全装置も、これと同じ考え方で何段構えにもなっているのです。
作動する順番で覚える
覚える覚え方
「まず止める、次に逃がす、最後は壊れて逃がす」。①は元に戻せる／③は戻せない——この順で並べると、設定圧力の大小も自然に決まります。先に働くものほど、低い圧力に設定されているのです。
高圧遮断装置
用語高圧遮断装置とは？
高圧側の圧力が設定値まで上がったら、圧縮機のモーターを止める装置です。圧力スイッチとも呼ばれます。
覚える試験で問われやすいところ
- 設定圧力は、安全弁の吹始め圧力以下にします … 安全弁より先に働くためです。
- 原則として手動復帰 … なぜ止まったかを確認せずに再運転させないためです。
- 圧力を「逃がす」装置ではありません … 止めるだけです。ここが安全弁との決定的な違いです。
安全弁
用語安全弁とは？
圧力が設定値を超えたら自動で開いて冷媒を逃がし、下がったら自分で閉じる弁です。
- 圧縮機に付けるもの … 吐出し側（圧縮機からガスが出ていく側）の圧力が上がりすぎたときに働く
- 圧力容器（凝縮器・受液器（液になった冷媒をためておく容器）など）に付けるもの … 内容積500L以上の容器には安全弁が必要
- 止め弁（元弁）は、原則として常に開けておく … 閉じていたら安全弁の意味がありません
覚える試験で問われやすい決まり
- 安全弁の元弁は常時開。修理のときだけ閉じ、終わったら必ず開ける。
- 放出管は、安全な場所へ導く … アンモニアなら除害設備（漏れたガスを無害にする設備）へ。
- 安全弁の口径は、計算式で決まる … 容器が大きいほど、大きな口径が必要です。
用語吹始め圧力・吹出し圧力とは？
吹始め圧力＝弁が開き始める圧力。吹出し圧力＝勢いよく吹き出す圧力。高圧遮断装置は、この吹始め圧力以下に設定します。
安全弁の口径は「平方根」で決まる
安全弁の口径（冷媒の通り道の太さ）が小さすぎると、冷媒を逃がしきれません。そこで、必要な最小の口径が式で決められています。
圧縮機に付ける安全弁 … 標準の回転速度での1時間あたりのピストン押しのけ量（第8回）の平方根に、冷媒の種類ごとの定数を掛けたもの。
圧力容器に付ける安全弁 … 容器の外径と長さの積の平方根に、冷媒の種類ごとの定数を掛けたもの。
どちらも「平方根」がポイントです。押しのけ量が4倍になっても、口径は2倍にしかなりません（正比例ではありません）。容器の式は外径と長さの「積」で、「和」ではない点も、引っかけによく使われます。
作動圧力の基準は「許容圧力」。止め弁には「常時開」の表示
安全弁の吹始め圧力や吹出し圧力は、その設備の許容圧力（第16回。実際に使ってよい最高の圧力）を基準に決めます。耐圧試験圧力を基準にするのではありません。耐圧試験圧力は設計圧力の1.5倍以上と高いので、それを基準にしたら、安全弁が働く前に装置に無理がかかってしまいます。
安全弁の手前には、修理のときに閉めるための止め弁（元弁）を付けます。この止め弁は、修理のとき以外は常に開けておく決まりです。うっかり閉めたままにしないよう、「常時開」と表示しておきます。
安全弁のつくりの決まり──通り道の広さと封印
安全弁は、各部のガスの通り道の面積を、安全弁の口径の面積より小さくしてはいけません。途中にせまい所があると、そこで流れが詰まり、決められた量の冷媒を逃がしきれないからです。
また、作動する圧力を合わせたあと、設定を勝手に変えられないよう封印できる構造であることが求められます。
溶栓（可溶栓）
用語溶栓とは？
一定の温度になると溶ける金属でふさがれた栓です。火災などで温度が上がると溶けて、冷媒を放出します。溶ける温度はおおむね75℃以下。
覚える溶栓のポイント
- 圧力ではなく「温度」で働く … ここが安全弁とのいちばんの違いです。
- 可燃性ガス・毒性ガスには使えません … 全部出てしまうので、アンモニアの装置には使いません。不活性ガス（フロン類）に使います。
- いちど溶けたら交換です。
- 取り付ける場所に注意 … 圧縮機の吐出しガスの温度の影響を受ける場所（熱くなって誤って溶ける）や、冷却水で冷やされる場所（冷やされて溶けにくくなる）には付けません。
溶栓の溶ける温度は、原則75℃以下
溶栓は、原則として75℃以下で溶けるものを使います。「125℃」のように高い温度で溶けるものでは、溶ける前に容器の圧力が上がりすぎてしまいます。
フルオロカーボン（フロン）の装置では、内容積500L未満の凝縮器や受液器に、安全弁の代わりとして溶栓を使うことができます。「500L以上なら安全弁」とセットで覚えておきましょう。
溶栓の口径は、容器用安全弁の式の値の2分の1以上
溶栓にも、必要な太さの決まりがあります。圧力容器の安全弁と同じ「容器の外径と長さの積の平方根×冷媒ごとの定数」で求めた値の、2分の1以上の口径にします。「2分の1以下」ではありません。細すぎると、溶けても冷媒を十分に逃がせないからです。
破裂板
用語破裂板とは？
設定した圧力で破れる薄い金属板です。一気に大量の冷媒を放出できます。
- 構造が簡単で、大きな口径がとれる
- いちど破れたら交換
- 可燃性ガス・毒性ガスには使えない（全部放出してしまうため）
- ターボ冷凍機など、低圧で大容量の装置に使われる
覚える覚え方
「溶栓と破裂板は、フロンには使えるがアンモニアには使えない」。いちど働くと中身が全部出る——毒性・可燃性のガスでそれをやったら大惨事だからです。安全弁は閉じるので、アンモニアでも使えます。
破裂板は、比較的高い圧力の装置には使わない
破裂板はつくりが簡単で、大きな口径にしやすい板です。ただ、いちど破れると中の冷媒を全部出してしまいます。そのため、燃えやすい冷媒や毒のある冷媒（可燃性・毒性）の装置のほか、比較的高い圧力の装置にも使いません。圧力が低く、冷媒の量が多い大きな（大容量の）装置に向く安全装置です。
液封──閉じ込められた液が配管を壊す
液封とは
液封とは、液の冷媒で満たされた配管が、両端の弁を閉じられて、液だけで閉じ込められることです。閉じ込められた液が周りの熱で温まると膨らもうとしますが、液はほとんど縮まないので逃げ場がありません。その結果、圧力が急に、ものすごく高くなり、配管や弁が壊れることがあります。
原因の多くは弁の操作ミスです。停止や修理のときに、液配管の両側の弁を閉じてしまう——これで液封が起こります。
起きやすいのは「冷たい液」の配管
液封が起きやすいのは、運転中に周りより温度が低い液が流れている配管です。周りとの温度差が大きいほど、閉じ込められたあとに温まって膨らむ量も大きくなるからです。たとえば、
・二段圧縮の装置で、過冷却された（凝縮温度より低く冷やされた）液の配管
・冷媒液強制循環式の装置の、低圧受液器まわりの液配管（第14回）
などが挙げられます。
液封の対策に、溶栓は使えない
液封が起こるおそれのある部分には、安全弁・破裂板・圧力逃がし装置を付けます。どれも「圧力」で働く装置です（破裂板は、アンモニアのような毒性・可燃性の冷媒には使えません）。
溶栓は使えません。溶栓は温度で溶ける装置ですが、液封では温度がそれほど上がらないうちに、圧力だけが一気に上がります。溶栓が溶けるより先に、配管が壊れてしまうのです。これはフロンの装置でも同じです。
液封は、低圧の液配管と弁の操作ミスで起きることが多い
液封は、低圧受液器まわりのような低圧の液配管で起きることが多いとされます。冷たい液が流れていて、周りとの温度差が大きいからです。原因は弁の操作ミスが多いので、停止や点検のときに、液配管の両側の弁を閉じて液を閉じ込めないよう、特に注意します。
そのほかの保護
- 低圧圧力スイッチ … 吸込み圧力が下がりすぎたら停止させる
- 油圧保護圧力スイッチ … 潤滑油の圧力が上がらないときに停止させる
- 断水リレー … 冷却水が止まったら停止させる（第12回）
- ガス漏えい検知警報設備 … 可燃性・毒性ガスの漏れを検知して知らせる
ガス漏えい検知警報設備は「どんな装置にも必ず」ではない
ガス漏えい検知警報設備は、漏れたガスがたまって危険になるおそれのある場所に設けるものです。付けるかどうかは、冷媒の種類（毒性・可燃性があるか）や、換気の状況などで決まります。アンモニアのような毒性・可燃性の冷媒では欠かせませんが、「冷媒の種類や換気装置の有無にかかわらず、必ず設置する」は誤りです。
試験ではこう出る
- ①順番 … 「高圧遮断装置は、安全弁の吹始め圧力以下に設定する」→正しい。
- ②高圧遮断装置 … 「高圧遮断装置は、冷媒を放出して圧力を下げる」→誤り。圧縮機を止めるだけです。
- ③溶栓 … 「溶栓は、圧力が上がると作動する」→誤り。温度で作動します。
- ④可燃性ガス … 「アンモニア冷凍装置に溶栓を使用してよい」→誤り。
- ⑤安全弁の元弁 … 「安全弁に付けた止め弁は、通常は開けておく」→正しい。
- ⑥内容積500L … 「内容積500L以上の圧力容器には安全弁を取り付ける」→正しい。
よくある質問
Q．なぜ高圧遮断装置は「手動復帰」なのですか？
A．原因を確かめずに再運転させないためです。自動で復帰すると、止まる → 圧力が下がる → また動く → また止まるを繰り返します。そのあいだ本当の原因（冷却水が止まっているなど）は直っていません。手動にすることで、人が必ず一度は見に行くようになります。
Q．安全弁と溶栓の両方を付けることはありますか？
A．あります。圧力の上がりすぎには安全弁、火災には溶栓と、守る相手が違うからです。安全弁は圧力を感じますが、火災で外から加熱されたときは、温度で働く溶栓のほうが確実な場合があります。
Q．冷媒を放出してしまって、環境に問題はないのですか？
A．問題があります。フロンには大きな温室効果があるので（第3回）、放出は最後の手段です。だからこそその前に高圧遮断装置で止めるという順番になっているのです。「放出させないための装置が先に働く」——この設計思想を押さえておくと、順番を忘れにくくなります。
過去問で確かめる 3問
この回までの内容で解ける過去問を3つ選びました。問題文は、各年度の過去問ページで確認できます。冷凍三種は「正しい記述の組合せ」を選ぶ形なので、記述を1つずつ〇か×かで見ていきます。
令和7年度 保安管理技術 問11 安全装置
イ 〇 安全弁の止め弁には「常時開」と表示するなどして、操作ミスを防ぐ。
ロ × 溶栓は、原則75℃以下で溶けるものを使う。125℃ではない。
ハ × 液封の対策に溶栓は使えない。安全弁・破裂板・圧力逃がし装置を付ける。
ニ 〇 高圧遮断装置は原則として手動復帰式。安全弁が吹く前に圧縮機を止める。
正しいのはイ・ニで、正解（2）です。 → 令和7年度 保安管理技術の解説
令和6年度 保安管理技術 問11 安全装置
イ × 圧縮機の安全弁の最小口径は、押しのけ量の平方根に比例する。正比例ではない。
ロ 〇 止め弁は修理のとき以外は常に開けておき、「常時開」と表示する。
ハ 〇 溶栓は温度で溶けるので、吐出しガスで熱くなる所や、冷却水で冷やされる所には付けない。
ニ × 作動圧力の基準は許容圧力。耐圧試験圧力ではない。
正しいのはロ・ハで、正解（3）です。 → 令和6年度 保安管理技術の解説
令和5年度 保安管理技術 問11 安全装置
イ × 検知警報設備が必要かどうかは、冷媒の種類や換気の状況で決まる。「必ず」ではない。
ロ × 溶栓は温度で働く。可燃性・毒性の冷媒に使えない点は正しい。
ハ × 容器の安全弁は、外径と長さの積の平方根で決まる。「和」ではない。
ニ 〇 液封は、二段圧縮の過冷却された液配管や、低圧受液器まわりの液配管で起きやすい。
正しいのはニで、正解（2）です。 → 令和5年度 保安管理技術の解説
まとめこのページのまとめ
- ①高圧遮断装置（止める）→ ②安全弁（逃がす・閉じる）→ ③溶栓・破裂板（壊れて逃がす）
- 高圧遮断装置は安全弁の吹始め圧力以下に設定。手動復帰
- 安全弁の元弁は常時開。内容積500L以上の容器に必要
- 溶栓は「温度」で働く（約75℃以下）
- 溶栓・破裂板は、可燃性ガス・毒性ガス（アンモニア）には使えない
- ほかに低圧圧力スイッチ・油圧保護・断水リレー・ガス漏えい検知警報設備
- 安全弁の最小口径は平方根で決まる（圧縮機＝押しのけ量、容器＝外径×長さ）。作動圧力の基準は許容圧力
- 液封は冷たい液配管で起きやすい。対策は安全弁・破裂板・圧力逃がし装置で、溶栓は使えない
- 安全弁の止め弁は「常時開」と表示。ガス漏えい検知警報設備は冷媒の種類などで要否が決まる
- 安全弁のガス通路は口径面積以上、作動圧力は封印できる構造に
- 溶栓の口径は、容器用安全弁の式で求めた値の1/2以上
- 破裂板は比較的高い圧力の装置にも使わない。液封は低圧の液配管・弁の操作ミスで起きやすい
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