2026年版・7-3

安全:圧力容器の強さと設計圧力の一問一答

第三種冷凍機械責任者試験「安全装置・材料の強さ・圧力容器」から、安全:圧力容器の強さと設計圧力に関する4択問題を10問。「答えと解説を見る」を開くと、正解とその理由がその場で読めます。会員登録は不要です。

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問題

上から順に解いてみてください。答えは各問の下で確認できます。本試験は正誤の組合せを選ぶ択一式が中心ですが、ここでは4択で出題しています。

問17-3

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、材料の強さおよび圧力容器について正しいものはどれか。
イ.同じ内径・同じ材料・同じ設計圧力であれば、皿形の鏡板は半球形の鏡板より薄い板厚でよい。
ロ.薄肉の円筒胴の必要な板厚は、設計圧力・内径・許容引張応力・溶接継手の効率から計算し、腐れしろを加えて決める。
ハ.内圧を受ける薄肉の円筒胴では、円周方向(接線方向)に生じる引張応力が、軸方向(長手方向)の引張応力の2倍の大きさになる。
ニ.内圧を受ける円筒胴は、長手方向の継手に沿って割れやすい。

  • ①イ
  • ②ロ、ニ
  • ③イ、ロ、ハ、ニ
  • ④ロ、ハ、ニ
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正解 ④ロ、ハ、ニ
解説
圧力容器の強さの基本を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(誤り):半球形が最も薄くてよく、皿形はそれより厚い板厚が必要です。
・ロ(正しい):これらの値から強さに必要な厚さを計算し、腐食で薄くなる分(腐れしろ)を加えます。
・ハ(正しい):σt=PD/2t、σl=PD/4tです。
・ニ(正しい):接線方向の応力が大きいため、縦に割れやすくなります。

覚え方のポイント
「円筒胴は接線方向の応力が2倍」「鏡板は丸いほど強い」。
問27-3

内圧1.5MPaを受ける内径500mm、板厚10mmの薄肉円筒胴に生じる接線方向の引張応力として、正しいものはどれか。

  • ①18.75N/mm²
  • ②75N/mm²
  • ③37.5N/mm²
  • ④7.5N/mm²
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正解 ③37.5N/mm²
解説
薄肉円筒胴の接線方向の引張応力は、σt=P×D÷(2×t)で求めます。

計算の手順
σt=1.5×500÷(2×10)
=750÷20=37.5N/mm²
(MPa=N/mm²なので、単位はそのまま使えます。)

他の選択肢が不適切な理由
・18.75N/mm²:長手方向の応力(P×D÷4t)です。
・75N/mm²:2で割り忘れた値です。
・7.5N/mm²:内径をcm(50cm)のまま使い、さらに2で割り忘れた値(1.5×50÷10)です。

覚え方のポイント
「接線方向はPD/2t、長手方向はPD/4t」。接線方向の方が2倍大きいことを確かめましょう。
問37-3

圧力容器の円筒胴の必要な板厚を計算するときに考慮する要素として、含まれないものはどれか。

  • ①設計圧力
  • ②冷媒の充塡量
  • ③材料の許容引張応力
  • ④腐れしろ
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正解 ②冷媒の充塡量
解説
円筒胴の必要な板厚は、設計圧力、容器の内径、材料の許容引張応力、溶接継手の効率をもとに計算した厚さに、腐食で薄くなる分を見込んだ腐れしろを加えて求めます。冷媒の充塡量は、板厚の計算には使いません。

他の選択肢が不適切な理由
(いずれも考慮する要素です)
・設計圧力:圧力が高いほど板厚は厚くなります。
・許容引張応力:許容引張応力が小さいほど板厚は厚くなります。
・腐れしろ:腐食で薄くなる分をあらかじめ加えておきます。

覚え方のポイント
板厚の計算要素は「設計圧力・内径・許容引張応力・溶接継手の効率・腐れしろ」の5つ。
問47-3

同じ内径・同じ材料・同じ設計圧力のとき、必要な板厚が最も薄くてよい鏡板の形状として、正しいものはどれか。

  • ①皿形
  • ②平板形
  • ③半球形
  • ④半だ円形
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正解 ③半球形
解説
圧力容器の鏡板(胴の両端のふた)は、形状によって強さが異なります。同じ条件では、半球形の鏡板が最も強く、必要な板厚が最も薄くて済みます。半だ円形、皿形の順に必要な板厚が厚くなり、平板は曲げの力を受けるため最も厚くする必要があります。

他の選択肢が不適切な理由
・皿形:半球形より厚い板厚が必要です。
・平板形:最も厚い板厚が必要です。
・半だ円形:皿形よりは強いものの、半球形よりは厚い板厚が必要です。

覚え方のポイント
「丸いほど強い(半球形が最強)、平らなほど弱い(平板が最弱)」。
問57-3

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、圧力容器の設計圧力と許容圧力について正しいものはどれか。
イ.冷凍装置の設計圧力は、高圧部と低圧部に区分して定める。
ロ.高圧部の設計圧力は、冷媒ごとの基準凝縮温度に対する飽和圧力などをもとに定める。
ハ.許容圧力は、冷媒設備において実際に許容できる最高の圧力である。
ニ.設計圧力は、冷媒の種類や凝縮温度に関係なく、すべての冷凍装置で同じ値とする。

  • ①イ、ロ、ハ
  • ②イ
  • ③イ、ハ
  • ④イ、ロ、ハ、ニ
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正解 ①イ、ロ、ハ
解説
圧力容器の設計圧力と許容圧力の考え方を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):二段圧縮の冷凍装置でも、中間の圧力の部分は低圧部として扱います。
・ロ(正しい):凝縮器の形式などに応じた基準凝縮温度を使います。
・ハ(正しい):気密試験・耐圧試験・安全装置の基準は許容圧力をもとに定められています。
・ニ(誤り):冷媒の種類によって飽和圧力が違うため、設計圧力も変わります。

覚え方のポイント
「設計圧力は高圧部と低圧部の2区分」「許容圧力は試験や安全装置の基準」。
問67-3

圧力容器の「腐れしろ」の説明として、正しいものはどれか。

  • ①材料の低温脆性に備えて上乗せしておく厚さ
  • ②溶接部の欠陥を補うために削り取る部分の厚さ
  • ③容器の外側に塗っておく防錆塗料の厚さ
  • ④腐食で薄くなる分を見込んで加えておく厚さ
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正解 ④腐食で薄くなる分を見込んで加えておく厚さ
解説
腐れしろは、容器を長く使ううちに腐食によって板が薄くなることを見込んで、計算で求めた必要な板厚にあらかじめ加えておく厚さです。材料の種類によって、見込む腐れしろの大きさが異なります。

他の選択肢が不適切な理由
・低温脆性に備える:低温脆性には材料の選び方で対処します。腐れしろは腐食で薄くなる分のための厚さです。
・溶接の欠陥を補う:腐れしろの意味ではありません。溶接部の強さは溶接継手の効率で考慮します。
・防錆塗料の厚さ:塗料は板厚の計算に入れません。

覚え方のポイント
「腐れしろ=腐食のための貯金」。強さの計算に使う厚さとは別に、上乗せする厚さです。
問77-3

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、圧力容器の板厚について正しいものはどれか。
イ.溶接継手の効率を小さくとるほど、必要な板厚は厚くなる。
ロ.腐れしろは、腐食で薄くなる分を見込んで、計算で求めた板厚にあらかじめ加えておく厚さである。
ハ.圧力容器の内径が大きいほど、必要な板厚は薄くなる。
ニ.設計圧力が高いほど、必要な板厚は厚くなる。

  • ①ハ
  • ②イ、ニ
  • ③イ、ロ、ニ
  • ④イ、ロ、ハ、ニ
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正解 ③イ、ロ、ニ
解説
圧力容器の板厚に影響する要素を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):溶接部を弱いとみなすことになるためです。
・ロ(正しい):材料の種類によって、見込む大きさが異なります。
・ハ(誤り):応力は内径に比例するので、内径が大きいほど必要な板厚は厚くなります。
・ニ(正しい):応力は圧力に比例するためです。

覚え方のポイント
応力の式PD/2tから「圧力↑・内径↑→板厚↑」と判断できます。
問87-3

冷凍保安規則などで用いられる「許容圧力」の説明として、正しいものはどれか。

  • ①通常の運転中に冷媒設備にかかる最高の圧力
  • ②冷媒設備で、実際に許容できる最高の圧力
  • ③耐圧試験で用いる、設計圧力の1.5倍の圧力
  • ④安全弁が吹き終わったときに残る圧力
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正解 ②冷媒設備で、実際に許容できる最高の圧力
解説
許容圧力は、冷媒設備で実際に許容できる最高の圧力で、設計圧力か、腐れしろを除いた実際の板厚から計算した圧力のうち、低い方の値とされます。気密試験(許容圧力以上)、耐圧試験(液体で許容圧力の1.5倍以上)、安全装置の作動(許容圧力を超えたら直ちに許容圧力以下に戻す)など、多くの基準がこの許容圧力をもとに定められています。

他の選択肢が不適切な理由
・運転中の最高の圧力:許容圧力は運転中の圧力ではなく、その設備が許容できる最高の圧力(設計圧力か、腐れしろを除いた板厚に対応する圧力のうち低い方)です。
・設計圧力の1.5倍:耐圧試験は許容圧力の1.5倍以上の圧力で行う試験で、その試験の圧力が許容圧力そのものではありません。
・吹き終わった圧力:安全弁の吹止まり圧力のことで、許容圧力ではありません。

覚え方のポイント
「許容圧力は、試験・安全装置の基準になる最高の圧力」。法令の技術上の基準とつなげて覚えましょう。
問97-3

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、圧力容器について正しいものはどれか。
イ.同じ条件であれば、皿形の鏡板は半球形の鏡板より薄い板厚でよい。
ロ.圧力容器の内径が大きいほど、必要な板厚は薄くなる。
ハ.薄肉円筒胴に生じる接線方向の引張応力は、長手方向の引張応力の2倍になる。
ニ.円筒胴の必要な板厚の計算では、腐れしろを考慮する。

  • ①イ、ハ
  • ②ロ、ニ
  • ③イ、ロ
  • ④ハ、ニ
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正解 ④ハ、ニ
解説
圧力容器の強さの基本を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(誤り):半球形が最も薄くてよく、皿形はそれより厚くする必要があります。
・ロ(誤り):応力は内径に比例するので、内径が大きいほど必要な板厚は厚くなります。
・ハ(正しい):σt=PD/2t、σl=PD/4tなので、接線方向は長手方向の2倍です。
・ニ(正しい):計算した板厚に腐れしろを加えます。

覚え方のポイント
応力の式PD/2tを覚えておけば、「圧力が高いほど・内径が大きいほど、応力が大きく(板厚が厚く)なる」と判断できます。
問107-3

次のイ、ロ、ハ、ニの記述のうち、圧力容器の設計について正しいものはどれか。
イ.高圧部の設計圧力は、冷媒ごとの基準凝縮温度に対する飽和圧力などをもとに定める。
ロ.冷凍装置の設計圧力は、高圧部と低圧部に区分して定める。
ハ.溶接継手の効率を小さくとるほど、必要な板厚は薄くなる。
ニ.内圧を受ける円筒胴は、長手方向の継手に沿って割れやすい。

  • ①イ、ロ、ニ
  • ②イ、ハ
  • ③ロ、ハ
  • ④ロ、ハ、ニ
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正解 ①イ、ロ、ニ
解説
設計圧力の決め方と、圧力容器の壊れ方を確認する問題です。

各記述の正誤
・イ(正しい):高圧部は基準凝縮温度の飽和圧力などをもとに定めます。
・ロ(正しい):設計圧力は高圧部と低圧部の2つに区分します(二段圧縮の中間部は低圧部として扱います)。
・ハ(誤り):効率を小さくとる(溶接部を弱いとみなす)ほど、板厚は厚くなります。
・ニ(正しい):接線方向の応力が長手方向の2倍なので、長手方向の継手に沿って(縦に)割れやすくなります。

覚え方のポイント
「円筒胴は縦に割れやすい」。だから長手方向の溶接継手は、特に品質の管理が大切です。

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※本ページの問題・解説は、生成AI(人工知能)を活用して作成しています。

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