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膨張タンク給湯暖房密閉式ダイヤフラム安全弁

膨張タンク容量 計算ツール｜系統水量・温度差から密閉式/開放式の必要容量を即算出、圧力設定まで

給湯・暖房・空調系統の水量と温度差、タンク種別(開放式/密閉式)から膨張タンクの必要容量を瞬時に算出。水の熱膨張率、ダイヤフラム式の初期圧・最高使用圧の設定、安全弁との協調設計、窒素封入圧管理、腐食対策までを、HASS 108・SHASE-S規格・建築設備設計基準に基づき実務レベルで完全解説します。設備設計者・給湯設備施工者・ボイラ技士・ビル管理者・住宅設備業者の設計と保守にご活用ください。

最終更新：2026-07-29／監修：計算ツールズ編集部

膨張タンク容量ツール

計算式と熱膨張の基礎

基本式

水の膨張量 ΔV(L) = V(L) × (ε₂ − ε₁)

ε₁ = 最低温度の熱膨張率、ε₂ = 最高温度の熱膨張率

水は4℃で密度最大となり、それ以上でも以下でも膨張する性質を持ちます。10℃と60℃の熱膨張率差は約0.017で、系統水量500Lの場合、膨張量は500×0.017=約8.5Lとなります。膨張タンクはこの膨張量を吸収するための緩衝装置で、圧力上昇による配管・機器の破損を防ぎます。

開放式と密閉式の考え方

開放式は大気開放型で、膨張量+15%の余裕を持たせて容量選定します(500L系10→60℃なら約10L)。密閉式(ダイヤフラム型)は初期圧・最高使用圧の比から容量を計算し、膨張量の2〜2.5倍程度が目安。500L系10→60℃なら17〜21Lとなります。

ボイル・シャルルの法則

密閉式容量 Vtank = ΔV × Pmax ÷ (Pmax − Pinit)

ダイヤフラム式の初期圧Pinit(通常0.1〜0.15MPa)と最高使用圧Pmax(通常0.3〜0.5MPa)、および膨張量ΔVから、ボイル・シャルルの法則で容量を算出します。初期圧を高くしすぎるとタンク容量が大きく必要になる点に注意します。

水の熱膨張率表

圧力1気圧(標準状態)における水の体膨張率を、4℃を基準(=0)として示します。設計時はこの表から最低温度・最高温度の膨張率差を求めます。

温度(℃)体膨張率ε(×10-3)備考
00.134℃基準からの相対値
40.00密度最大点(1.0000 g/cm³)
100.27低温水配管の一般値
201.77常温冷水系統
304.35冷温水系統
407.82低温給湯系統
5012.10暖房系統下限
6017.09一般給湯系統
7022.75高温給湯系統
8028.97暖房温水系統
9035.90高温暖房系統
10043.43大気圧下の沸点
12060.60加圧系統(密閉式暖房)
15091.20高圧蒸気ボイラ系

暖房用温水系統の設計時は「送水温度80℃・還水温度60℃」で、温度差は20K程度が標準。給湯系統では冷水10℃・給湯60℃の温度差50Kが基準で、この場合の膨張率差は0.01709-0.00027=0.01682です。

開放式膨張タンクの設計

開放式膨張タンクは大気開放型で、系統内の水量変化を大気圧下で吸収する構造です。単純・安価で信頼性が高く、住宅の暖房系統や小規模ボイラ系で採用されます。

容量の決定式

開放式容量 Vtank(L) = ΔV × 1.15(15%余裕)

膨張量ΔVに15%の余裕を持たせるのが業界標準です。例えば500L系で温度差50Kの場合、ΔV≒8.5L、タンク容量は約10Lとなります。実務では20L・30L・50L等の規格品から選定します。

設置位置と揚程

開放式膨張タンクは系統の最上部に設置し、系統全体を大気圧+タンク水頭圧に加圧する構造です。設置高さは循環ポンプの吐出圧と系統内圧力(最下部で最大)を計算して決めます。系統最下部の圧力が0.5MPa以下となるようタンク位置を設計するのが実務の目安です。

凍結・蒸発対策

開放式は水面が大気に触れるため、蒸発による水量減少と屋外設置時の凍結が課題。定期補水と保温材による凍結防止が必要です。近年は密閉式への切替が進んでおり、新設案件では住宅暖房でも密閉式(ダイヤフラム型)が主流となっています。

密閉式(ダイヤフラム型)の設計

密閉式膨張タンクは、ゴム製ダイヤフラム(隔膜)で水側と気体側を分離し、気体側(通常は窒素または空気)の圧縮性で水の膨張を吸収する構造です。密閉系統のため蒸発損失なし、凍結リスク小、任意位置設置可の利点があります。

容量の決定式

密閉式容量 Vtank(L) = ΔV × (Pabs.max) ÷ (Pabs.max − Pabs.init)

絶対圧で計算します。ゲージ圧の初期圧0.15MPa・最高使用圧0.4MPaなら、絶対圧はそれぞれ0.25MPa・0.5MPa。膨張量ΔV=8.5Lの場合、Vtank=8.5×0.5÷(0.5-0.25)=17Lとなります。

ダイヤフラムの種類

ダイヤフラム材質特徴使用条件
EPDM(エチレン・プロピレンゴム)飲料水対応・耐オゾン性-30〜+120℃、給湯・暖房系標準
NBR(ニトリルゴム)耐油性・耐摩耗性油系循環系統
ブチルゴム気体透過性小ガス透過を嫌う系統
シリコンゴム耐熱性(200℃まで)高温系統

設置方向・接続

ダイヤフラム型は気室側を上、水室側を下にして垂直設置するのが原則。水平設置ではダイヤフラムに偏加重がかかり、耐久性が低下します。系統への接続は循環ポンプの吸込側(サクション側)が一般的で、系統内の圧力変動が最小になる位置を選びます。

圧力設定と安全弁協調

圧力設定の実務値

圧力項目設定値目安備考
初期圧(気室封入圧)0.1〜0.15MPa系統最低圧より若干高く設定
系統定常圧0.2〜0.3MPa循環ポンプ運転時の平均圧
系統最高圧0.4〜0.5MPa温度上昇時ピーク圧
安全弁作動圧0.5〜0.6MPa系統最高圧+0.1MPa余裕
系統設計圧0.7MPa配管・機器の最大許容圧

安全弁との協調設計

膨張タンクは「第1の安全装置」、逃し弁・安全弁は「第2の安全装置」という位置付けです。膨張タンクの容量が適正なら、系統温度上昇時も安全弁作動圧を超えず、無駄な水抜きが発生しません。逆に膨張タンク容量不足だと安全弁が頻繁に作動し、系統水の消耗・空気混入・スケール蓄積の原因になります。

窒素封入圧の管理

ダイヤフラム型の気室側は窒素を封入するのが原則(空気だとゴム劣化・腐食促進)。初期圧は工場出荷時に0.1〜0.15MPaに封入されますが、経年でわずかに漏出するため、2〜3年ごとに圧力チェックと補填が必要です。封入圧が下がると膨張吸収能力が低下し、系統圧力上昇のリスクが増します。

材質・腐食対策

タンク本体材質

密閉式タンクの本体は炭素鋼(SS400・SPCC)+防錆塗装が最も普及しています。飲料水対応(給湯系統)にはステンレス(SUS304/316)またはFRPライニング製が使用され、水質基準(給水装置構造材質基準)への適合が必須です。

腐食対策

電気防食(犠牲陽極)

タンク内にマグネシウム・アルミニウムの陽極棒を設置し、電気化学的にタンク本体の腐食を防ぎます。給湯用タンクでは2〜3年ごとの陽極棒交換が推奨。無交換だと陽極消耗後にタンク本体腐食が急速進行します。

脱気運転

系統水中の溶存酸素は腐食の主因。自動脱気弁(エアパージャー)を系統の最高点に設置し、溶存酸素を排出。冷温水系統・暖房系統では脱気による腐食速度低減効果が大きく、標準装備となっています。

薬剤注入

大規模系統では防錆剤(モリブデン酸ナトリウム・タンニン系等)を注入し、金属表面に保護皮膜を形成。水質検査を四半期ごとに実施し、pH8〜10、電気伝導度1,000μS/cm以下に管理します。

異種金属接触の回避

タンク接続部で鉄と銅・ステンレスが直接接触すると電食(ガルバニック腐食)が発生。絶縁継手(誘電体ユニオン)を挟むことで防止。設計時に材質統一または絶縁対策を明記します。

業界・現場での使い方

セントラル給湯設備

ホテル・病院・学校のセントラル給湯系統では500〜3,000Lの大容量密閉式タンクを設置。給湯温度60℃・冷水温度10℃の膨張吸収を担い、循環ポンプ・逃し弁と協調運転。定期点検で圧力・水質を管理。

温水暖房・床暖房

ボイラ+ファンコイル・ラジエータ・床暖房系の圧力管理に。密閉式タンクの標準装備化により、ボイラ内蔵タンクだけでは容量不足になる大規模住宅・小型オフィスで別置きタンクを追加設置。

冷温水配管(空調)

大型ビル空調の冷温水系統(通常5〜15℃の冷水と45〜60℃の温水)では、温度変動範囲の膨張吸収に密閉式タンクを設置。系統水量の1〜2%程度が標準容量です。

住宅用給湯・暖房

エコキュート・エコジョーズ・エコフィール等の家庭用給湯器では、機器内に膨張タンクが内蔵されていることが多い。ただし系統容量が大きい床暖房併設住宅では別置きタンク追加が必要な場合あり。

ボイラ室・機械室設計

密閉式タンクは点検スペース確保のため、ボイラ機器の周囲300mm以上の空間を確保。ダイヤフラム交換・圧力ゲージ点検・排水配管接続を想定して機械室レイアウト設計します。

ビル管理・保守業務

建築物衛生法対象施設(3,000㎡以上)では、給湯設備の年2回以上の点検義務。膨張タンクの初期圧チェック・ダイヤフラム状態・逃し弁作動確認・水質検査・陽極棒交換をルーチン化します。

よくある間違い・注意点

  • 膨張量のみで容量選定 — 密閉式は初期圧・最高使用圧の比を考慮して膨張量の2〜2.5倍が必要。膨張量そのままで選定すると容量不足で安全弁が頻繁に作動し、系統水消耗・空気混入・機器寿命短縮の原因になります。
  • ボイラ内蔵タンクの容量確認忘れ — 家庭用ボイラには膨張タンク(通常5〜10L)が内蔵されていますが、床暖房併設・大規模給湯系では容量不足。系統水量から必要容量を算定し、内蔵タンク容量と比較して追加設置の要否を判断します。
  • 窒素封入圧のチェック怠り — ダイヤフラム型は経年で気室圧が徐々に低下(年5〜10%程度)。2〜3年ごとの圧力チェックと窒素補填を怠ると、膨張吸収能力が失われ系統圧異常上昇の原因に。定期点検項目に必ず組み込みます。
  • ダイヤフラムの水平設置 — ダイヤフラム型は気室側を上にして垂直設置が原則。水平設置ではダイヤフラムに偏加重がかかり早期破損。仕様書・施工要領書での明記と施工検査での確認が必要です。
  • 逃し弁作動圧の設定ミス — 逃し弁作動圧を系統最高圧より低く設定すると、正常運転時に逃し弁が作動し系統水消耗。作動圧は系統最高圧+0.1MPa余裕を持たせ、系統設計圧の70〜80%以下に設定します。
  • ダイヤフラム材質の選定ミス — 給湯系にNBR(ニトリルゴム)を使うとオゾン劣化・耐熱不足で早期破損。給湯・暖房系はEPDM(エチレン・プロピレンゴム)が標準。高温120℃超はシリコンゴム選定を検討します。
  • 異種金属接触による電食 — 鋼製タンクと銅配管を直接接続するとガルバニック腐食が急速進行。絶縁継手(誘電体ユニオン)の使用または材質統一が必須です。
  • 陽極棒の交換忘れ — 電気防食用の陽極棒(マグネシウム・アルミニウム)は2〜3年で消耗。無交換だと陽極消耗後にタンク本体腐食が急速進行し、5〜10年でタンク寿命に。年次点検で残量チェックを実施します。
  • 設置位置の圧力計算不足 — 開放式は系統最上部設置が原則で、循環ポンプ吐出圧と系統高低差を計算した設置高さが必要。密閉式もポンプ吸込側設置で圧力変動を最小化する配置が推奨。

関連する規格・法規

  • HASS 108 ― 空気調和・衛生工学会規格「膨張タンク及び補給水槽の設計・施工基準」。膨張タンク実務の中枢規格。
  • SHASE-S 010 ― 「空気調和設備の維持管理基準」。膨張タンクの点検・電池交換周期を規定。
  • SHASE-S 206 ― 「給排水衛生設備規準」。給水・給湯・暖房系配管の設計基準。
  • 建築設備設計基準(国土交通省) ― 官公庁建築物の設備設計標準。膨張タンク容量算定式の公式解説。
  • 公共建築工事標準仕様書(機械設備工事編) ― 国土交通省制定。膨張タンクの材質・接続・防錆規定。
  • 建築基準法・建築設備等に関する技術基準 ― 給排水設備・給湯設備の一般基準。
  • 水道法・給水装置構造材質基準 ― 給水用膨張タンクの水質適合基準(浸出試験)。
  • 労働安全衛生法・ボイラー及び圧力容器安全規則 ― 圧力容器扱いの膨張タンクの検査・届出義務。
  • JIS B 8203 ― 「圧力容器・熱交換器」の日本産業規格。密閉式膨張タンクの構造・強度基準。
  • JIS G 3452 ― 「配管用炭素鋼鋼管(SGP)」の規格。膨張タンク接続配管の標準。

参考文献・公的資料

膨張タンクの設計・施工・保守の詳細を確認する場合は、下記の公的機関・業界団体の資料を参照してください。

※本ページの計算結果および設計目安値は概算です。実際の膨張タンク設計・施工・点検にあたっては、機器メーカーの仕様書、HASS 108・SHASE-S規格の最新版、建築設備設計基準を確認し、建築設備士・管工事施工管理技士・第一種/第二種ボイラー技士等の有資格者による設計・施工監理を受けてください。特に建築物衛生法対象施設(3,000㎡以上)、飲食店・医療施設等では、追加の衛生基準・水質基準への適合確認が必須です。圧力容器扱いの大容量タンクは、労働安全衛生法・ボイラー及び圧力容器安全規則の届出・検査対応が必要な場合があります。

よくある質問（FAQ）

500L系10→60℃密閉式のタンク容量は?

膨張量ΔV=500×(0.01709-0.00027)≒8.4L。初期圧0.15MPa・最高0.4MPa(絶対圧で0.25/0.5MPa)の場合、密閉式容量=8.4×0.5÷(0.5-0.25)=約17L。実務では20L規格品を選定するのが標準です。

開放式と密閉式の違いは?

開放式は大気開放型で単純・安価だが蒸発・凍結リスクあり、系統最上部設置が必要。密閉式(ダイヤフラム型)はゴム隔膜で気体側と分離、設置位置自由・蒸発なし・凍結リスク小。近年は密閉式が主流で、住宅用でも密閉式が標準化しています。

ダイヤフラム材質の選び方は?

給湯・暖房系はEPDM(エチレン・プロピレンゴム)が標準(飲料水対応・耐オゾン・-30〜120℃)。油系はNBR、高温120℃超はシリコン、ガス透過を嫌う系はブチルゴム。用途と使用温度で選定します。

窒素封入圧のチェック頻度は?

2〜3年ごとの圧力チェックと必要時の窒素補填が推奨。経年で年5〜10%程度の圧力低下があり、放置すると膨張吸収能力が失われ系統圧異常上昇の原因に。定期点検項目に必ず組み込みます。

初期圧の設定値は?

系統最低圧より若干高く0.1〜0.15MPaに設定するのが実務標準。初期圧を高くしすぎるとタンク容量が過大に、低すぎると系統充水時にダイヤフラムが破損するリスク。工場出荷時の初期封入圧を採用するのが基本です。

安全弁作動圧の設定は?

系統最高圧+0.1MPa余裕を持たせ、系統設計圧の70〜80%以下に設定。通常0.5〜0.6MPaが実務相場。低すぎると正常時に頻繁作動、高すぎると保護機能が働かず配管・機器破損リスク。

陽極棒の交換周期は?

マグネシウム・アルミニウム陽極棒は2〜3年ごとの交換が推奨。無交換だと陽極消耗後にタンク本体腐食が急速進行し、5〜10年でタンク寿命短縮。年次点検で残量チェックを実施します。

タンクの点検頻度は?

建築物衛生法対象施設では年2回以上の点検義務。項目は(1)初期圧チェック、(2)ダイヤフラム状態、(3)逃し弁作動確認、(4)水質検査、(5)陽極棒残量、(6)配管接続部の漏水確認。ビル管理者の日常業務です。

タンクから水漏れがある場合は?

主な原因は(1)ダイヤフラム破損、(2)エア抜き弁の閉鎖不良、(3)接続部シール劣化、(4)タンク本体腐食貫通。ダイヤフラム破損時は全体交換(修理不可)、他は該当部品交換で対応。緊急時は系統水抜き→隔離弁閉止で応急処置します。

床暖房併設住宅の必要容量は?

床暖房は循環水量が多い(30L/㎡目安)。100㎡床暖房で3,000Lの系統水量になり、10→50℃温度差での膨張量は約36L。ボイラ内蔵タンク(通常5〜10L)では不足で、50〜80Lの別置き密閉式タンク追加が必要です。

圧力容器としての届出義務は?

労働安全衛生法・ボイラー及び圧力容器安全規則により、内容積0.04㎡以下は届出不要(簡易圧力容器)、それ以上は「第一種圧力容器」または「第二種圧力容器」として届出・検査が必要。家庭用は通常届出不要、大規模ビル用は届出対象になる場合あり。

設置位置の最適解は?

密閉式は循環ポンプの吸込側(サクション側)設置が最適。系統内圧力変動が最小になり、ダイヤフラムの負担を軽減。ボイラ・チラーへの直接接続は避け、循環ポンプ吸込側の直近設置が実務標準です。

寿命はどのくらい?

密閉式タンク本体は15〜20年が目安。ダイヤフラムは8〜12年で劣化交換、電池は4〜8年、陽極棒は2〜3年、Oリング等シール類は5〜8年で消耗品交換。長期修繕計画に組み込み計画的に更新します。

選定時の重要ポイントは?

(1)適正容量(膨張量×2〜2.5倍)、(2)ダイヤフラム材質(用途温度に応じたEPDM等)、(3)最高使用圧(0.4〜0.5MPa)、(4)接続口径・接続位置、(5)設置スペースと点検性、(6)水質適合(給湯用は浸出試験合格品)。カタログスペックだけでなく施工性・保守性も比較検討します。