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[공조냉동기계기사 필기] 15년 1회차
공조냉동기계기사 필기 기출문제

15년 1회차

총 100문항 · 객관식 · A4 약 1장

1 / 1
A4정답 포함
공조냉동기계기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

15년 1회차

100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
온도 T1 고온열원으로부터 온도 T2의 저온열원으로 열량 Q가 전달될 때 두 열원의 총 엔트로피 변화량을 옳게 표현한 것은?
1QT1+QT2-\dfrac{Q}{T_1} + \dfrac{Q}{T_2}
2QT1QT2\dfrac{Q}{T_{1}} - \dfrac{Q}{T_{2}}
3Q(T1+T2)/T1ㆍT2
4T1-T2/Q(T1ㆍT2)
정답 및 해설

고온열원 T1T_1에서 열량 QQ가 빠져나가면 그 열원의 엔트로피는 QT1-\dfrac{Q}{T_1}만큼 감소하고, 저온열원 T2T_2가 같은 열량 QQ를 받으면 엔트로피는 +QT2+\dfrac{Q}{T_2}만큼 증가한다.

따라서 두 열원을 포함한 계 전체의 총 엔트로피 변화량은 ΔS=QT1+QT2\Delta S = -\dfrac{Q}{T_1} + \dfrac{Q}{T_2} 로 표현된다.

문제 2
어떤 이상기체 1kg이 압력 100 kPa, 온도 30℃의 상태에서 체적 0.8m3을 점유한다면 기체상수는 몇 kJ/kgㆍK인가?
10.251
20.264
30.275
40.293
정답 및 해설

이상기체 상태방정식 PV=mRTPV = mRT 에서 기체상수는 R=PVmTR = \dfrac{PV}{mT} 로 구한다.

절대온도는 T=30+273=303 KT = 30 + 273 = 303\ \text{K} 이므로, R=100 kPa×0.8 m31 kg×303 K=803030.264 kJ/kgKR = \dfrac{100\ \text{kPa} \times 0.8\ \text{m}^3}{1\ \text{kg} \times 303\ \text{K}} = \dfrac{80}{303} \approx 0.264\ \text{kJ/kg}\cdot\text{K} 가 된다.

문제 3
카르노 사이클에 대한 설명으로 옳은 것은?
1이상적인 2개의 등온과정과 이상적인 2개의 정압과정으로 이루어진다.
2이상적인 2개의 정압과정과 이상적인 2개의 단열과정으로 이루어진다.
3이상적인 2개의 정압과정과 이상적인 2개의 정적과정으로 이루어진다.
4이상적인 2개의 등온과정과 이상적인 2개의 단열과정으로 이루어진다.
정답 및 해설

카르노 사이클가역 등온과정 2개가역 단열과정 2개로 구성되는 이상적인 사이클로, 열기관이 낼 수 있는 최대 효율의 기준이 된다.

등온팽창-단열팽창-등온압축-단열압축의 4과정으로 이루어지며, 정압이나 정적과정은 포함되지 않는다.

문제 4
증기압축식 냉동기에는 다양한 냉매가 사용된다. 이러한 냉매의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?
1냉매는 냉동기의 성능에 영향을 미친다.
2냉매는 무독성, 안정성, 저가격 등의 조건을 갖추어야 한다.
3우수한 냉매로 알려져 널리 사용되던 염화불화 탄화수소(CFC) 냉매는 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀진 이후 사용이 제한되고 있다.
4현재 CFC냉매 대신에 R-12(CCI2F2)가 냉매로 사용되고 있다.
정답 및 해설

냉매는 냉동기 성능에 직접 영향을 미치며, 무독성·화학적 안정성·경제성 등을 갖추어야 한다는 설명은 옳다.

CFC(염화불화탄소) 냉매는 오존층 파괴 물질로 밝혀져 사용이 규제되고 있는데, R-12(CCl₂F₂)는 대표적인 CFC 냉매 그 자체이지 CFC를 대체하는 냉매가 아니다.

따라서 CFC냉매 대신 R-12가 사용되고 있다는 설명은 옳지 않다.

문제 5
대기압 하에서 물의 어는 점과 끓는 점 사이에서 작동하는 카르노사이클(Carnot cycle) 열기관의 열효율은 약 몇 %인가?
12.7
210.5
313.2
426.8
정답 및 해설

카르노 사이클의 열효율η=1TLTH\eta = 1 - \dfrac{T_L}{T_H} 로 구한다.

물의 어는점은 TL=0+273=273 KT_L = 0+273 = 273\ \text{K}, 끓는점은 TH=100+273=373 KT_H = 100+273 = 373\ \text{K} 이므로, η=12733730.268\eta = 1 - \dfrac{273}{373} \approx 0.268, 즉 약 26.8%가 된다.

문제 6
과열기가 있는 랭킨사이클에 이상적인 재열사이클을 적용할 경우에 대한 설명으로 틀린 것은?
1이상 재열사이클의 열효율이 더 높다.
2이상 재열사이클의 경우 터빈 출구 건도가 증가한다.
3이상 재열사이클의 기기비용이 더 많이 요구된다.
4이상 재열사이클의 경우 터빈 입구 온도를 더 높일 수 있다.
정답 및 해설

재열사이클은 터빈에서 팽창하는 도중 증기를 뽑아 재가열한 뒤 다시 팽창시키는 사이클로, 평균 열공급온도를 높여 열효율을 향상시키고 터빈 출구의 건도를 높여 터빈 날개의 침식(수분에 의한 마모)을 줄이는 효과가 있다.

다만 재열기 등 설비가 추가되어 기기비용이 증가하는 단점이 있다.

재열사이클을 적용해도 터빈 입구 온도는 재료의 내열한계에 의해 제한되므로 기본 랭킨사이클과 동일한 수준이며, 재열사이클이 터빈 입구 온도를 더 높일 수 있게 해준다는 설명은 옳지 않다.

문제 7
물질의 양을 1/2로 줄이면 강도성(강성적) 상태량의 값은?
11/2로 줄어든다.
21/4로 줄어든다.
3변화가 없다.
42배로 늘어난다.
정답 및 해설

강도성(강성적) 상태량은 물질의 양(질량)에 관계없이 일정한 값을 갖는 상태량으로, 온도·압력·비체적 등이 이에 해당한다.

따라서 물질의 양을 1/2로 줄여도 강도성 상태량의 값에는 변화가 없다. (양에 비례해 변하는 것은 부피, 질량, 전체 에너지 등 종량성(용량성) 상태량이다.)

문제 8
단열된 용기 안에 두 개의 구리블록이 있다. 브록 A는 10kg, 온도 300 K이고, 블록 B는 10kg, 900 K이다. 구리의 비열은 0.4kJ/kgㆍK일 때, 두 블록을 접촉시켜 열교환이 가능하게 하고 장시간 놓아두어 최종 상태에서 두 구리 블록의 온도가 같아졌다. 이 과정 동안 시스템의 엔트로피 증가량(kJ/K)은?
11.15
22.04
32.77
44.82
정답 및 해설

두 블록의 질량과 비열이 같으므로 최종 평형온도는 Tf=TA+TB2=300+9002=600 KT_f = \dfrac{T_A+T_B}{2} = \dfrac{300+900}{2} = 600\ \text{K} 이다.

각 블록의 엔트로피 변화는 ΔS=mclnTfTi\Delta S = mc\ln\dfrac{T_f}{T_i} 로 구하며, A블록은 10×0.4×ln6003002.77 kJ/K10 \times 0.4 \times \ln\dfrac{600}{300} \approx 2.77\ \text{kJ/K}, B블록은 10×0.4×ln6009001.62 kJ/K10 \times 0.4 \times \ln\dfrac{600}{900} \approx -1.62\ \text{kJ/K} 이다.

따라서 전체 계의 엔트로피 증가량은 2.77+(1.62)1.15 kJ/K2.77 + (-1.62) \approx 1.15\ \text{kJ/K} 가 된다.

문제 9
전동기에 브레이크를 설치하여 출력시험을 하는 경우, 축 출력 10 kW의 상태에서 1시간 운전을 하고, 이 때 마찰열을 20℃의 주위에 전할 때 주위의 엔트로피는 어느정도 증가하는가?
1123 kJ/K
2133 kJ/K
3143 kJ/K
4153 kJ/K
정답 및 해설

축 출력 10kW로 1시간(3600초) 운전했으므로, 발생한 마찰열은 Q=10 kW×3600 s=36000 kJQ = 10\ \text{kW} \times 3600\ \text{s} = 36000\ \text{kJ} 이다.

이 열이 20℃(293 K293\ \text{K})의 주위로 전달되므로 주위의 엔트로피 증가량은 ΔS=QT=36000293123 kJ/K\Delta S = \dfrac{Q}{T} = \dfrac{36000}{293} \approx 123\ \text{kJ/K} 가 된다.

문제 10
한 사이클 동안 열역학계로 전달되는 모든 에너지의 합은?
10 이다.
2내부에너지 변화량과 같다.
3내부에너지 및 일량의 합과 같다.
4내부에너지 및 전달열량의 합과 같다.
정답 및 해설

한 사이클을 거치면 시스템은 처음 상태로 되돌아오므로, 내부에너지 변화량은 ΔU=0\Delta U = 0 이다.

열역학 제1법칙에 따라 한 사이클 동안 계로 전달되는 모든 에너지(열과 일)의 합은 내부에너지 변화량과 같고, 그 값이 00이므로 전달되는 에너지의 총합도 0이 된다.

문제 11
20℃의 공기(기체상수 R = 0.287 kJ/kgㆍK, 정압비열 Cp = 1.004 kJ/kgㆍK) 3kg이 압력 0.1MPa에서 등압 팽창하여 부피가 두 배로 되었다. 이 과정에서 공급된 열량은 대략 얼마인가?
1약 252 kJ
2약 883 kJ
3약 441 kJ
4약 1765 kJ
정답 및 해설

정압과정에서 부피가 2배가 되면 이상기체 법칙에 따라 절대온도도 2배가 된다. 초기온도는 T1=20+273=293 KT_1 = 20+273 = 293\ \text{K} 이므로 T2=586 KT_2 = 586\ \text{K}, 온도변화는 ΔT=293 K\Delta T = 293\ \text{K} 이다.

정압과정의 공급 열량은 Q=mCpΔT=3×1.004×293883 kJQ = mC_p\Delta T = 3 \times 1.004 \times 293 \approx 883\ \text{kJ} 로 계산된다.

문제 12
대기압 하에서 물질의 질량이 같을 때 엔탈피의 변화가 가장 큰 경우는?
1100℃ 물이 100℃ 수증기로 변화
2100℃ 공기가 200℃ 공기로 변화
390℃의 물이 91℃ 물로 변화
480℃의 공기가 82℃ 공기로 변화
정답 및 해설

엔탈피 변화는 상변화가 동반될 때 잠열(숨은열)만큼 크게 나타난다. 100℃ 물이 100℃ 수증기로 변하는 증발(기화) 과정은 온도 변화 없이도 큰 증발잠열을 흡수하므로 엔탈피 변화가 매우 크다.

나머지 선택지들은 모두 온도차가 최대 100℃ 이내인 현열 변화이며, 특히 90℃→91℃, 80℃→82℃와 같이 온도차가 작은 경우는 엔탈피 변화가 매우 작다.

문제 13
성능계수(COP)가 0.8인 냉동기로서 7200 kJ/h로 냉동하려면, 이에 필요한 동력은?
1약 0.9 kW
2약 1.6 kW
3약 2.0 kW
4약 2.5 kW
정답 및 해설

성적계수(COP)는 냉동효과와 압축일의 비로 정의되므로 W=QeCOPW = \dfrac{Q_e}{COP} 로 소요동력을 구할 수 있다.

주어진 값을 대입하면 W=72000.8=9000 kJ/hW = \dfrac{7200}{0.8} = 9000\ \text{kJ/h} 이고, 이를 kW로 환산하면 9000÷36002.5 kW9000 \div 3600 \approx 2.5\ \text{kW} 가 된다.

문제 14
밀폐계에서 기체의 압력이 500 kPa로 일정하게 유지되면서 체적이 0.2m3에서 0.7m3으로 팽창하였다. 이 과정 동안에 내부에너지의 증가가 60 kJ이라면 계가 한 일은?
1450 kJ
2350 kJ
3250 kJ
4150 kJ
정답 및 해설

밀폐계의 정압과정에서 계가 외부에 하는 일은 W=PΔVW = P \Delta V 로 구한다.

체적 변화량은 ΔV=0.70.2=0.5 m3\Delta V = 0.7 - 0.2 = 0.5\ \text{m}^3 이므로, W=500×0.5=250 kJW = 500 \times 0.5 = 250\ \text{kJ} 이 계가 한 일이 된다. 내부에너지 증가량 60 kJ은 전달열량을 구하는 데 쓰이는 값으로, 일 자체는 압력과 체적변화만으로 계산된다.

문제 15
난방용 열펌프가 저온 물체에서 1500 kJ/h의 열을 흡수하여 고온 물체에 2100kJ/h로 방출한다. 이 열펌프의 성능계수는?
12.0
22.5
33.0
43.5
정답 및 해설

열펌프의 성능계수는 고온 방출열량을 압축일(=방출열량-흡수열량)로 나눈 값이다: COPH=QHQHQLCOP_H = \dfrac{Q_H}{Q_H - Q_L}.

대입하면 COPH=210021001500=2100600=3.5COP_H = \dfrac{2100}{2100-1500} = \dfrac{2100}{600} = 3.5 가 된다.

문제 16
오토사이클에 관한 설명 중 틀린 것은?
1압축비가 커지면 열효율이 증가한다.
2열효율이 디젤사이클 보다 좋다.
3불꽃점화 기관의 이상사이클이다.
4열의 공급(연소)이 일정한 체적하에 일어난다.
정답 및 해설

오토사이클은 불꽃점화 기관의 이상사이클이며 열의 공급이 일정한 체적에서 일어나는 정적사이클이고, 압축비가 커질수록 열효율이 증가한다는 것은 모두 맞는 설명이다.

그러나 오토사이클과 디젤사이클의 열효율 우열은 비교 조건에 따라 달라진다. 압축비가 같다면 오토사이클이 유리하지만, 최고압력이나 공급열량을 같게 놓고 비교하면 디젤사이클이 오히려 유리해질 수 있어 오토사이클의 열효율이 항상 디젤사이클보다 좋다고 단정할 수 없다.

문제 17
냉동효과가 70 kW인 카르노 냉동기의 방열기 온도가 20℃, 흡열기의 온도가 -10℃이다. 이 냉동기를 운전하는데 필요한 이론 동력(일률)은?
1약 6.02 kW
2약 6.98 kW
3약 7.98 kW
4약 8.99 kW
정답 및 해설

카르노 냉동기의 성적계수는 절대온도만으로 정해진다: COP=TLTHTLCOP = \dfrac{T_L}{T_H - T_L}.

흡열기 온도 TL=10+273=263 KT_L = -10+273=263\ \text{K}, 방열기 온도 TH=20+273=293 KT_H = 20+273=293\ \text{K} 이므로 COP=263293263=263308.77COP = \dfrac{263}{293-263} = \dfrac{263}{30} \approx 8.77 이다.

소요 동력은 W=QeCOP=708.777.98 kWW = \dfrac{Q_e}{COP} = \dfrac{70}{8.77} \approx 7.98\ \text{kW} 로 계산된다.

문제 18
밀폐 시스템의 가역 정압 변화에 관한 다음 사항 중 옳은 것은? (단, U : 내부에너지, Q : 전달열, H : 엔탈피, V : 체적, W : 일이다)
1dU = dQ
2dH = dQ
3dV = dQ
4dW = dQ
정답 및 해설

밀폐계의 가역 정압변화에서는 엔탈피의 정의 H=U+PVH = U + PV 로부터 dH=dU+PdVdH = dU + PdV 가 성립하고, 열역학 제1법칙 dU=dQPdVdU = dQ - PdV 를 대입하면 dH=dQdH = dQ 가 된다.

즉 정압과정에서는 전달된 열량이 그대로 엔탈피 변화량으로 나타나며, 이는 정적과정에서 dU=dQdU = dQ 가 성립하는 것과 대비되는 관계이다.

문제 19
저온 열원의 온도가 TL, 고온 열원의 온도가 TH 인 두 열원 사이에서 작동하는 이상적인 냉동 사이클의 성능계수를 향상시키는 방법으로 옳은 것은?
1TL을 올리고 (TH-TL)을 올린다.
2TL을 올리고 (TH-TL)을 줄인다.
3TL을 내리고 (TH-TL)을 올린다.
4TL을 내리고 (TH-TL)을 줄인다.
정답 및 해설

이상적인 냉동사이클의 성적계수는 COP=TLTHTLCOP = \dfrac{T_L}{T_H - T_L} 로 표현되므로, 저온 열원의 온도 TLT_L 이 높을수록, 그리고 고온·저온의 온도차 (THTL)(T_H-T_L) 이 작을수록 성적계수는 커진다.

따라서 TLT_L 을 올리면서 동시에 온도차를 줄이는 방향이 성적계수 향상에 유리하다.

문제 20
최고온도 1300 K와 최저온도 300 K 사이에서 작동하는 공기표준 Brayton 사이클의 열효율은 약 얼마인가? (단, 압력비는 9, 공기의 비열비는 1.4이다)
130%
236%
342%
447%
정답 및 해설

공기표준 Brayton 사이클의 열효율은 압력비와 비열비로만 정해진다: η=1(1rp)k1k\eta = 1 - \left(\dfrac{1}{r_p}\right)^{\frac{k-1}{k}}.

압력비 9, 비열비 1.4를 대입하면 지수는 k1k=0.41.40.286\frac{k-1}{k}=\frac{0.4}{1.4}\approx0.286 이고, 90.2861.879^{0.286}\approx1.87 이므로 η=111.870.466\eta = 1 - \dfrac{1}{1.87} \approx 0.466, 즉 약 47%가 된다.

이 효율은 최고·최저온도와 무관하게 압력비만으로 정해지는 것이 Brayton 사이클의 특징이다.

문제 21
냉동기의 증발압력이 낮아졌을 때 나타나는 현상으로 옳은 것은?
1냉동능력이 증가한다.
2압축기의 체적효율이 증가한다.
3압축기의 토출가스 온도가 상승한다.
4냉매 순환량이 증가한다.
정답 및 해설

증발압력이 낮아지면 증발온도도 함께 낮아져 압축기 흡입가스의 비체적이 커지고, 이에 따라 냉매 순환량과 냉동능력은 감소하며 압축기 체적효율도 낮아진다.

반면 압축비(응축압력/증발압력)는 커지므로 압축기의 토출가스 온도는 상승한다.

문제 22
팽창밸브가 냉동용량에 비하여 작을 때 일어나는 현상은?
1증발기내의 압력상승
2압축기 흡입가스 과열
3습압축
4소요 전류증대
정답 및 해설

팽창밸브의 개도가 냉동용량에 비해 작으면 냉매 공급량이 부족해져 증발기 내에 냉매가 충분히 채워지지 못한다.

그 결과 증발기 후반부에서 냉매가 조기에 다 증발해 버려 압축기 흡입가스가 과열되는 현상이 나타난다.

문제 23
25℃ 원수 1ton을 1일 동안에 -9℃의 얼음으로 만드는데 필요한 냉동능력은? (단, 동결잠열 80 kcal/kg, 원수 비열 1 kcal/kgㆍ℃, 얼음의 비열 0.5 kcal/kgㆍ℃로 한다.)
1약 1.37냉동톤(RT)
2약 2.38냉동톤(RT)
3약 1.88냉동톤(RT)
4약 2.88냉동톤(RT)
정답 및 해설

냉동능력은 현열과 잠열을 모두 합산해 구한다. 물을 25℃에서 0℃까지 냉각하는 현열, 0℃에서 얼음으로 응고시키는 동결잠열, 얼음을 0℃에서 -9℃까지 냉각하는 현열을 차례로 더한다.

Q=1000×1×25+1000×80+1000×0.5×9=25000+80000+4500=109500 kcalQ = 1000 \times 1 \times 25 + 1000 \times 80 + 1000 \times 0.5 \times 9 = 25000+80000+4500 = 109500\ \text{kcal} 이며, 1일(24시간)로 나누면 시간당 열량은 109500÷244562.5 kcal/h109500 \div 24 \approx 4562.5\ \text{kcal/h} 이다.

1냉동톤을 3320 kcal/h로 하면 4562.5÷33201.37 RT4562.5 \div 3320 \approx 1.37\ \text{RT} 로 계산된다.

문제 24
고속 다기통 압축기의 윤활에 대한 설명 중 틀린 것은?
1고온에서도 분해가 되지 않고 탄화하지 않는 윤활류를 선정하여 사용해야 한다.
2윤활은 마찰부의 열을 제거하여 기계적 효율을 높이기 위함이다.
3압축기가 고도의 진공운전을 계속하면 유압은 상승한다.
4유압이 과대하게 상승하면 실린더에 필요 이상의 유량이 공급되어 오일해머링의 우려가 있다.
정답 및 해설

압축기 윤활유는 고온에서 분해·탄화되지 않아야 하고, 마찰부의 열을 제거해 기계적 효율을 높이는 역할을 하며, 유압이 과대해지면 실린더에 과잉 급유되어 오일해머링이 발생할 수 있다는 설명은 모두 타당하다.

그러나 압축기가 고진공 운전을 계속하면 흡입압력이 낮아지면서 오히려 유압이 저하하는 경향을 보이므로, 유압이 상승한다는 설명은 틀린 내용이다.

문제 25
비열이 0.92 kcal/kgㆍ℃인 액 920 kg을 1시간 동안 25℃에서 5℃로 냉각시키는데 소요되는 냉각열량은 몇 냉동톤인가?
1약 3.1
2약 5.1
3약 15.1
4약 21.1
정답 및 해설

냉각열량은 Q=m×c×ΔtQ = m \times c \times \Delta t 로 구한다.

Q=920×0.92×(255)=16928 kcal/hQ = 920 \times 0.92 \times (25-5) = 16928\ \text{kcal/h} 이며, 1냉동톤을 3320 kcal/h로 하면 16928÷33205.1 RT16928 \div 3320 \approx 5.1\ \text{RT} 가 된다.

문제 26
국소 대기압이 750mmHg이고 계기압력이 0.2 kgf/cm2 일 때, 절대압력은?
1약 0.46kgf/cm2
2약 0.96kgf/cm2
3약 1.22kgf/cm2
4약 1.36kgf/cm2
정답 및 해설

절대압력은 대기압과 계기압력의 합이다: Pabs=Patm+PgaugeP_{abs} = P_{atm} + P_{gauge}.

국소 대기압 750 mmHg를 kgf/cm² 단위로 환산하면 760 mmHg가 1.033 kgf/cm²이므로 750×1.0337601.02 kgf/cm2750 \times \dfrac{1.033}{760} \approx 1.02\ \text{kgf/cm}^2 이다.

따라서 절대압력은 1.02+0.21.22 kgf/cm21.02 + 0.2 \approx 1.22\ \text{kgf/cm}^2 로 계산된다.

문제 27
일반적으로 증발온도의 작동범위가 -70℃ 이하 일 때 사용되기 적절한 냉동 사이클은?
12원 냉동 사이클
2다효 압축 사이클
32단 압축 1단 팽창 사이클
41단 압축 2단 팽창 사이클
정답 및 해설

증발온도가 -70℃ 이하인 초저온 영역에서는 냉매 한 가지만으로는 압축비가 지나치게 커지고 토출가스 온도도 과도하게 상승해 압축기 운전이 어려워진다.

이 때문에 비등점이 서로 다른 두 종류의 냉매를 각각의 사이클에서 사용해 저온측 응축열을 고온측 증발기가 흡수하도록 연결한 2원(캐스케이드) 냉동사이클이 사용된다.

문제 28
흡수식 냉동기에 사용하는 냉매 흡수제가 아닌 것은?
1물-리튬브로마이드
2물-염화리튬
3물-에틸렌글리콜
4물-암모니아
정답 및 해설

흡수식 냉동기의 대표적인 냉매-흡수제 조합은 물-리튬브로마이드(LiBr)암모니아-물이며, 물-염화리튬 계열도 흡수제로 활용된다.

반면 에틸렌글리콜은 주로 부동액이나 브라인으로 쓰이는 물질로, 흡수식 냉동기의 냉매-흡수제 조합에는 해당하지 않는다.

문제 29
다음 안전장치에 대한 설명으로 틀린 것은?
1가용전은 응축기, 수액기 등의 압력용기에 안전장치로 설치된다.
2파열판은 얇은 금속판으로 용기의 구멍을 막고 있는 구조이며 안전밸브로 사용된다.
3안전밸브의 최소구경은 실린더 지름과 피스톤 행정에 관여한다.
4고압차단스위치는 조정설정압력보다 벨로즈에 가해진 압력이 낮아졌을 때 압축기를 정지시키는 안전장치이다.
정답 및 해설

가용전, 파열판, 안전밸브에 대한 설명은 모두 일반적으로 통용되는 안전장치의 특성과 일치한다.

다만 고압차단스위치는 응축압력 등 고압측 압력이 설정압력보다 높아졌을 때 압축기를 정지시켜 이상 고압을 방지하는 장치이므로, 압력이 낮아졌을 때 정지시킨다는 설명은 저압차단스위치와 작동 방향이 뒤바뀐 틀린 내용이다.

문제 30
증기압축 냉동사이클에 대한 설명 중 옳은 것은?
1응축압력과 증발압력의 차이가 작을수록 압축기의 소비동력은 작아진다.
2팽창과정을 통해 유체의 압력은 상승한다.
3압축과정에서는 과열도가 작을수록 압축일량은 커진다.
4증발압력이 낮을수록 비체적은 작아진다.
정답 및 해설

압축기의 소비동력은 응축압력과 증발압력의 차이, 즉 압축비가 커질수록 커진다. 따라서 두 압력의 차이가 작을수록 압축일이 줄어 소비동력도 작아진다.

반대로 팽창과정에서는 유체의 압력이 하강하며, 증발압력이 낮을수록 냉매 증기의 비체적은 오히려 커지므로 이 두 설명은 옳지 않다.

문제 31
피스톤 이론적 토출량 200m3/h의 압축기가 아래 표와 같은 조건에서 운전되어지고 있다. 흡입증기 엔탈피와 토출한 가스압력의 측정치로부터 압축기가 단열 압축동작을 하는 것으로 가정했을 경우의 토출가스 엔탈피 h2 = 158.6 kcal/kg이다. 이 압축기의 소요 동력은?
흡입증기의 엔탈피150.0kcal/kg
흡입증기의 비체적0.04m3/kg
체적효율0.72
기계효율0.9
압축효율0.8
1약 25.9kW
2약 40.0kW
3약 50.0kW
4약 68.8kW
정답 및 해설

표에서 흡입증기 엔탈피 h1=150.0kcal/kgh_1 = 150.0\,\text{kcal/kg}, 흡입증기 비체적 v=0.04m3/kgv = 0.04\,\text{m}^3/\text{kg}, 체적효율 0.72, 기계효율 0.9, 압축효율 0.8을 읽을 수 있다.

피스톤 이론적 토출량 200 m³/h에 체적효율을 곱하면 실제 흡입 체적이므로 냉매순환량은 G=Vηvv=200×0.720.04=3600kg/hG = \dfrac{V\eta_v}{v} = \dfrac{200 \times 0.72}{0.04} = 3600\,\text{kg/h}이다.

단열압축을 가정한 이론동력은 G(h2h1)=3600×(158.6150.0)=30960kcal/hG(h_2-h_1) = 3600 \times (158.6-150.0) = 30960\,\text{kcal/h}, 즉 30960860=36kW\dfrac{30960}{860} = 36\,\text{kW}이다.

실제 소요동력(축동력)은 이론동력을 압축효율과 기계효율로 나눈다. N=360.8×0.9=50.0kWN = \dfrac{36}{0.8 \times 0.9} = 50.0\,\text{kW}

문제 32
다음의 이상적인 1단 증기압축 냉동사이클에 대한 설명으로 틀린 것은?
1압축과정은 등엔트로피 과정이다.
2팽창과정은 등엔탈피 과정이다.
3응축과정은 등적 과정이다.
4증발과정은 등압 과정이다.
정답 및 해설

이상적인 1단 증기압축 냉동사이클에서 압축과정은 등엔트로피(단열) 과정, 팽창과정은 등엔탈피 과정, 증발과정은 등압 과정으로 진행된다는 설명은 모두 타당하다.

그러나 응축과정은 냉매증기가 일정한 압력 하에서 열을 방출하며 액화되는 등압 과정이지, 체적이 일정하게 유지되는 등적 과정이 아니다.

문제 33
흡수식 냉동기를 이용함에 따른 장점으로 가장 거리가 먼 것은?
1여름철 피크전력이 완화된다.
2대기압 이하로 작동하므로 취급에 위험성이 완화된다.
3가스수요의 평준화를 도모할 수 있다.
4야간에 열을 저장하였다가 주간의 부하에 대응할 수 있다.
정답 및 해설

흡수식 냉동기는 전기 대신 가스나 폐열을 주 에너지원으로 사용하므로 여름철 전력 피크를 완화하고 가스수요 평준화에 기여하며, 냉매가 대기압 이하에서 운전되어 취급 위험성이 낮다는 것은 흡수식 냉동기 자체의 특성이다.

반면 야간에 열을 저장했다가 주간 부하에 대응하는 것은 축열시스템의 기능이지 흡수식 냉동기 고유의 장점이라 보기 어렵다.

문제 34
증발온도 -30℃, 응축온도 45℃에서 작동되는 이상적인 냉동기의 성적계수은?
11.2
23.2
35.0
45.4
정답 및 해설

증발온도와 응축온도만 주어진 이상적인 냉동기의 성적계수는 절대온도를 이용한 COP=TLTHTLCOP = \dfrac{T_L}{T_H-T_L} 로 구한다.

TL=30+273=243 KT_L = -30+273=243\ \text{K}, TH=45+273=318 KT_H=45+273=318\ \text{K} 이므로 COP=243318243=243753.2COP = \dfrac{243}{318-243} = \dfrac{243}{75} \approx 3.2 이다.

문제 35
냉수나 브라인의 동결방지용으로 사용하는 것은?
1고압차단장치
2차압제어장치
3증발압력제어장치
4유압보호스위치
정답 및 해설

냉수나 브라인을 사용하는 냉동장치에서는 증발기 내 냉매의 증발압력(증발온도)이 지나치게 낮아지면 냉수·브라인이 동결되어 배관이나 열교환기가 손상될 위험이 있다.

이를 막기 위해 증발기 출구 압력이 일정 값 이하로 내려가지 않도록 제어하는 증발압력제어장치(EPR)가 동결방지용으로 사용된다.

문제 36
냉동능력이 15kW인 냉동기에서 수냉식 응축기의 냉각수 입ㆍ출구의 온도차가 8℃일 때, 냉각수 유량은? (단, 압축기의 소요동력은 5kW, 물의 비열은 1kcal/kgㆍ℃이다)
1약 1397kg/h
2약 2150kg/h
3약 1852kg/h
4약 2500kg/h
정답 및 해설

수냉식 응축기가 방출해야 할 열량은 냉동능력과 압축기 소요동력의 합이다: Qc=Qe+WQ_c = Q_e + W.

Qc=15+5=20 kWQ_c = 15+5=20\ \text{kW} 를 시간당 kcal로 환산하면 20×860=17200 kcal/h20 \times 860 = 17200\ \text{kcal/h} 이다.

냉각수 유량은 G=QccΔt=172001×82150 kg/hG = \dfrac{Q_c}{c\,\Delta t} = \dfrac{17200}{1 \times 8} \approx 2150\ \text{kg/h} 로 계산된다.

문제 37
다음 중 열전도도가 가장 큰 것은?
1수은
2석면
3동관
4질소
정답 및 해설

열전도도는 물질의 상(相)과 조밀도에 크게 좌우되며, 일반적으로 금속 고체가 액체나 기체, 단열재보다 훨씬 큰 값을 갖는다.

수은은 액체 금속이라 어느 정도 열전도도를 갖지만, 석면은 대표적인 단열재이고 질소는 기체로 열전도도가 매우 작다. 반면 동관(구리)은 금속 중에서도 열전도도가 매우 커서 보기 중 열전도도가 가장 크다.

문제 38
물을 냉매로 하고 LiBr를 흡수제로 하는 흡수식 냉동장치에서 장치의 성능을 향상시키기 위하여 열교환기를 설치하였다. 이 열교환기의 기능을 가장 잘 나타낸 것은?
1응축기 입구 수증기와 증발기 출구수증기의 열 교환
2발생기 출구 LiBr 수용액과 응축기 출구 물의 열 교환
3발생기 출구 LiBr 수용액과 흡수기 출구 LiBr수용액의 열 교환
4흡수기 출구 LiBr 수용액과 증발기 출구 수증기의 열 교환
정답 및 해설

흡수식 냉동기의 열교환기는 재생기(발생기)에서 나오는 고온·고농도의 LiBr 수용액과, 흡수기에서 나와 재생기로 향하는 저온·저농도의 LiBr 수용액 사이에서 열을 교환한다.

이를 통해 재생기로 들어가는 희용액을 예열하고 흡수기로 들어가는 농용액을 예냉시켜, 재생기의 가열량과 흡수기의 냉각부하를 동시에 줄여 장치의 성능을 향상시킨다.

문제 39
쇼케이스형 냉동장치의 종류가 아닌 것은?
1밀폐형 쇼케이스
2반밀폐형 쇼케이스
3개방형 쇼케이스
4리칭형(REACH) 쇼케이스
정답 및 해설

쇼케이스형 냉동장치는 냉기가 외부와 차단되는 정도에 따라 밀폐형개방형으로 나뉘며, 소비자가 직접 상품을 꺼낼 수 있도록 만든 리치인(REACH-IN)형도 일반적인 분류에 포함된다.

그러나 반밀폐형이라는 구분은 쇼케이스 냉동장치의 통상적인 종류로 쓰이지 않는다.

문제 40
암모니아를 사용하는 냉동기의 압축기에서 압축비(P2/P1)가 5, 폴리트로피 지수(n)는 1.3, 간극비(ε)가 0.05일 때, 체적효율은?
1약 0.88
2약 0.62
3약 0.38
4약 0.22
정답 및 해설

폴리트로픽 압축을 가정한 체적효율은 ηv=1ε[(P2P1)1n1]\eta_v = 1 - \varepsilon\left[\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{1}{n}} - 1\right] 로 구한다.

압축비 5, 폴리트로피 지수 1.3을 대입하면 511.33.455^{\frac{1}{1.3}} \approx 3.45 이므로 ηv=10.05×(3.451)10.12250.88\eta_v = 1 - 0.05\times(3.45-1) \approx 1-0.1225 \approx 0.88 로 계산된다.

문제 41
다음 중 에너지 절약에 가장 효과적인 공기조화방식은? (단, 설비비는 고려하지 않는다.)
1각층 유닛 방식
2이중 덕트 방식
3멀티존 유닛 방식
4가변 풍량 방식
정답 및 해설

가변풍량방식(VAV)은 실내 부하 변동에 따라 송풍량 자체를 줄여 운전하므로, 정풍량방식이나 각층유닛·멀티존·이중덕트 방식에 비해 반송동력을 크게 절감할 수 있다.

설비비를 고려하지 않는다면 에너지 절약 측면에서 가장 효과적인 공조방식으로 꼽힌다.

문제 42
덕트의 마찰저항을 증가시키는 요인은 여려 가지가 있다. 다음 중 값이 커지면 마찰저항이 감소되는 것은?
1덕트재료의 마찰 저항계수
2덕트 길이
3덕트 직경
4풍속
정답 및 해설

덕트의 마찰저항은 대체로 마찰계수·덕트길이·풍속이 커질수록 함께 커진다.

반면 덕트 직경이 커지면 같은 풍량에서 유속이 낮아지고 유동 단면적당 마찰 영향도 줄어들어 마찰저항은 오히려 감소한다.

문제 43
가변풍량 방식(VAV)의 특징에 관한 설명으로 틀린 것은?
1시운전시 토출구의 풍량 조정이 간단하다.
2동시사용률을 고려하여 기기용량을 결정하게 되므로 설비용량을 적게 할 수 있다.
3부하변동에 대하여 제어응답이 빠르므로 거주성이 향상된다.
4덕트의 설계시공이 복잡해진다.
정답 및 해설

VAV 방식은 동시사용률을 고려해 기기용량을 줄일 수 있고, 부하변동에 신속히 대응해 거주성을 높이며, 시운전 시 토출구 풍량 조정이 비교적 간단하다는 장점이 있다.

또한 존별로 별도의 덕트 계통을 두는 이중덕트·각층유닛 방식과 달리 단일 덕트 계통으로 구성할 수 있어 덕트의 설계·시공이 오히려 단순해지는 편이므로, 덕트의 설계시공이 복잡해진다는 설명은 옳지 않다.

문제 44
공기 중의 악취제거를 위한 공기정화용 에어필터로 가장 적합한 것은?
1유닛형 필터
2점착식 필터
3활성탄 필터
4전기식 필터
정답 및 해설

공기 중의 악취 성분은 입자가 아닌 가스상 오염물질이므로, 여과지로 입자를 걸러내는 유닛형·점착식·전기식 필터로는 제거하기 어렵다.

활성탄 필터는 다공성 탄소의 흡착력을 이용해 냄새 분자를 흡착 제거하므로 악취 제거용 공기정화 필터로 가장 적합하다.

문제 45
애어필터의 설치에 관한 설명으로 틀린 것은?
1필터는 스페이스가 크므로 공조기 내부에 설치한다.
2필터는 전풍량을 취급하도록 한다.
3로울형의 필터로 사용할 때는 필터 전면에 해체와 반출이 용이하도록 공간을 두어야 한다.
4병원용 필터를 설치할 때는 프리필터를 고성능 필터 뒤에 설치한다.
정답 및 해설

필터는 공조기 내부의 여유 공간에 설치되며 전풍량을 처리하도록 하고, 롤형 필터는 교체·반출이 용이하도록 전면에 작업공간을 확보해야 한다는 설명은 타당하다.

다만 병원용 필터를 구성할 때는 거친 입자를 먼저 걸러 고성능 필터의 수명을 늘리기 위해 프리필터를 고성능 필터의 앞(상류)에 설치해야 하므로, 프리필터를 고성능 필터 뒤에 설치한다는 설명은 옳지 않다.

문제 46
다음 선도에서 습공기를 상태1에서 상태2로 변화시킬 때 현열비(SHF)를 표현으로 옳은 것은?
1
2
3
4
정답 및 해설

선도의 가로축은 건구온도 t, 세로축은 절대습도 x이고, 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 내려가는 세 개의 평행한 등엔탈피선이 각각 h1h_1, h3h_3, h2h_2로 표시되어 있다. 상태 1은 왼쪽 아래, 상태 2는 오른쪽 위에 있고 두 점을 잇는 직각삼각형이 그려져 있으며, h1h_1은 상태 1을, h2h_2는 상태 2를 지난다.

삼각형의 수평 변은 절대습도가 일정한 채 건구온도만 올라가는 변화이므로 현열에 해당하고, 그 끝점(상태 1과 절대습도가 같고 상태 2와 건구온도가 같은 점)을 지나는 등엔탈피선이 바로 h3h_3이다. 이어지는 수직 변은 온도가 일정한 채 절대습도만 늘어나는 잠열 변화로, 그 끝이 상태 2다.

따라서 전열량은 h2h1h_2-h_1, 그중 현열량은 h3h1h_3-h_1, 잠열량은 h2h3h_2-h_3이다. 현열비는 전열량에 대한 현열량의 비이므로 SHF=h3h1h2h1SHF=\dfrac{h_3-h_1}{h_2-h_1}로 표현된다.

그림에서 세 선의 위치가 h1h_1

문제 47
습공기의 온도가 20℃, 절대습도가 0.0072 kg/kg'일 때 이 습공기의 엔탈피은? (단, 건조공기의 정압비열은 0.24kcal/kgㆍ℃, 0℃에서 포화수의 증발잠열은 598.3kcal/kg, 수증기의 정압비열은 0.44kcal/kgㆍ℃이다)
1약 2.17kcal/kg
2약 9.17kcal/kg
3약 15.17kcal/kg
4약 20.17kcal/kg
정답 및 해설

습공기의 엔탈피는 건공기 현열과 수증기의 잠열·현열을 합산한 h=cpat+x(r0+cpvt)h = c_{pa}\,t + x\,(r_0 + c_{pv}\,t) 로 구한다.

대입하면 h=0.24×20+0.0072×(598.3+0.44×20)=4.8+0.0072×607.14.8+4.379.17 kcal/kgh = 0.24\times20 + 0.0072\times(598.3+0.44\times20) = 4.8 + 0.0072\times607.1 \approx 4.8+4.37 \approx 9.17\ \text{kcal/kg} 이 된다.

문제 48
일반적으로 난방부하를 계산할 때 실내 손실열량으로 고려해야 하는 것은?
1인체에서 발생하는 잠열
2극간풍에 의한 잠열
3조명에서 발생하는 현열
4기기에서 발생하는 현열
정답 및 해설

난방부하는 실내에서 밖으로 빠져나가는 손실열량만을 계산 대상으로 하며, 인체·조명·기기에서 발생하는 열은 오히려 실내로 열을 더해주는 취득(발열)열량이므로 안전측 설계를 위해 일반적으로 난방부하 계산에서는 제외한다.

반면 극간풍(틈새바람)은 외기가 실내로 침입하면서 실온을 낮추는 손실 요인으로, 현열손실뿐 아니라 실내외 수증기 함유량 차이에 의한 잠열손실도 함께 발생하므로 실내 손실열량에 포함해 계산한다.

문제 49
다음은 공기의 성질에 관한 설명으로 틀린 것은?
1절대습도는 습공기를 구성하고 있는 수증기와 건공기와의 질량비이다.
2상대습도는 공기중에 포함되어 있는 수증기의 양과 동일온도에서 최대로 포함될 수 있는 수증기 양의 비이다.
3포화공기는 최대로 수분을 수용하고 있는 상태의 공기를 말한다.
4비교습도는 수증기 분압과 그 온도에 있어서의 포화 공기의 수증기 분압과의 비를 말한다.
정답 및 해설

비교습도(포화도)는 습공기의 절대습도와 그 온도에서의 포화공기의 절대습도의 비(질량비)로 정의된다. 수증기 분압의 비로 정의되는 것은 상대습도이므로, 분압비로 비교습도를 설명한 내용은 옳지 않다.

절대습도(건공기 대비 수증기의 질량비), 상대습도(수증기분압/포화수증기분압), 포화공기(더 이상 수분을 받아들일 수 없는 상태)에 대한 설명은 모두 타당하다.

문제 50
실온이 25℃, 상대습도 50%일 때, 냉방부하 중 실내 현열부하가 45000 kcal/h, 실내 잠열부하가 22000kcal/h, 외기부하가 5800 kcal/h이라면 현열비(SHF)은?
10.41
20.51
30.67
40.97
정답 및 해설

현열비(SHF)는 실내 취득열량 중 현열부하가 차지하는 비율로 SHF=qsqs+qLSHF = \dfrac{q_s}{q_s+q_L} 로 계산하며, 외기부하는 실내 현열비 산정에는 포함하지 않는다.

실내 현열부하 45000kcal/h, 실내 잠열부하 22000kcal/h를 대입하면 SHF=4500045000+220000.67SHF = \dfrac{45000}{45000+22000} \approx 0.67 이 된다.

문제 51
팬코일 유닛방식을 배관방식으로 분류할 때 각 방식의 특징에 관한 설명으로 틀린 것은?
14관식은 혼합손실은 없으나 배관의 양이 증가하므로 공사비 및 배관설치용 공간이 증가한다.
23관식은 환수관에서 냉수와 온수가 혼합되므로 열손실이 없다.
33관식은 온수 공급관, 냉수 공금관, 냉온수 겸용 환수관으로 구성 되어 있다.
44관식은 냉수배관, 온수배관을 설치하여 각 계통마다 동시에 냉난방을 자유롭게 할 수 있다.
정답 및 해설

3관식은 냉수관과 온수관을 각각 따로 두되 환수관을 하나로 공용하는 방식이다. 이 공용 환수관에서 냉수와 온수가 서로 섞이면서 혼합손실(열손실)이 발생하는 것이 3관식의 대표적인 단점이므로, 열손실이 없다고 한 설명은 옳지 않다.

반대로 4관식은 냉수배관과 온수배관, 그리고 각각의 환수관을 모두 별도로 두어 혼합손실 없이 동시에 냉난방이 가능하지만 배관량과 설치공간, 공사비가 늘어난다.

문제 52
다음 중 축류형 취출구의 종류가 아닌 것은?
1펑커루버
2그릴형 취출구
3라인형 취출구
4팬형 취출구
정답 및 해설

축류형 취출구는 취출기류가 취출구 축방향으로 그대로 뻗어나가는 형식으로 펑커루버, 그릴형, 라인형(슬롯형) 취출구가 이에 속한다.

팬형 취출구는 취출된 공기가 확산판(원판)에 부딪혀 사방으로 퍼져 나가는 복류(확산)형 취출구로 분류되므로 축류형에 해당하지 않는다.

문제 53
간이계산법에 의한 건평 150m2에 소요되는 보일러의 급탕부하은? (단, 건물의 열손실은 90kcal/m2ㆍh, 급탕량은 100kg/h, 급수 및 급탕 온도는 각각 30℃, 70℃이다.)
13500kcal/h
24000kcal/h
313500kcal/h
417500kcal/h
정답 및 해설

급탕부하는 급탕량과 급수·급탕 온도차를 이용해 Q=W×c×ΔtQ = W \times c \times \Delta t 로 구한다. 건물 열손실(90kcal/m²·h)은 난방부하 산정용 값이므로 급탕부하 계산에는 쓰지 않는다.

물의 비열을 1kcal/kg·℃로 하면 급탕량 100kg/h, 온도차 7030=40C70-30=40{}^\circ\mathrm{C} 를 대입하여 Q=100×1×40=4000Q = 100 \times 1 \times 40 = 4000 kcal/h 가 된다.

문제 54
에어와셔 내에 온수를 분무할 때 공기는 습공기 선도에서 어떠한 변화과정이 일어나는가?
1가습ㆍ냉각
2과냉각
3건조ㆍ냉각
4감습ㆍ과열
정답 및 해설

에어와셔 내부에서 물을 분무하여 공기와 접촉시키면 물이 증발하면서 수증기가 공기 중으로 옮겨가므로 절대습도가 올라간다(가습). 이때 증발에 필요한 잠열을 공기가 내주게 되므로 건구온도는 내려간다(냉각).

따라서 온수를 분무하더라도 분무수 온도가 공기의 건구온도보다 낮은 범위에서는 습공기선도 상에서 가습과 냉각이 함께 일어나는 변화를 나타낸다.

문제 55
다음의 냉방부하 중 실내 취득열량에 속하지 않는 것은?
1인체의 발생 열량
2조명 기기에 의한 열량
3송풍기에 의한 취득열량
4벽체로부터의 취득열량
정답 및 해설

냉방부하에서 실내 취득열량은 벽체·유리를 통한 전도·일사 취득열, 인체 발생열, 조명·기기 발열 등 실내 공간 자체에서 발생하거나 유입되는 열량을 말한다.

송풍기(팬)에 의한 취득열량은 공조기(장치) 내부에서 송풍동력이 열로 바뀌어 더해지는 것으로, 실내가 아닌 기기(장치) 취득열량으로 별도 분류되므로 실내 취득열량에는 속하지 않는다.

문제 56
다음은 증기난방에 사용되는 기기로 가장 거리가 먼 것은?
1팽창탱크
2응축수 저장탱크
3공기 배출밸브
4증기 트랩
정답 및 해설

팽창탱크는 온수가 가열되어 팽창할 때 그 부피 증가분을 흡수하기 위해 온수난방 배관계통에 설치하는 장치로, 증기가 순환하는 증기난방에서는 사용하지 않는다.

응축수 저장탱크, 공기 배출밸브, 증기트랩은 모두 증기난방 계통에서 응축수 처리와 공기빼기, 증기 누설 방지를 위해 실제로 사용되는 기기이다.

문제 57
비엔탈피가 12kcal/kg인 공기를 냉수코일을 이용하여 10kcal/kg까지 냉각제습하고자 한다. 이 때 코일 입출구의 온도차를 5℃로 할 때의 냉수 순환 펌프의 수량은? (단, 코일 통과 풍량 6000m3/h, 공기의 비체적은 0.835m3/kg이다.)
1약 0.80 ℓ/min
2약 47.9 ℓ/min
3약 63.4 ℓ/min
4약 73.8 ℓ/min
정답 및 해설

냉각열량은 q=G×Δhq = G \times \Delta h 로 구하며, 풍량 6000m³/h를 비체적 0.835m³/kg으로 나누면 공기 질량유량 G=6000/0.8357186G = 6000/0.835 \approx 7186 kg/h 이다. 엔탈피차 Δh=1210=2\Delta h = 12-10 = 2 kcal/kg 를 곱하면 냉각열량은 7186×2143717186 \times 2 \approx 14371 kcal/h 이다.

이 열량을 냉수가 입출구 온도차 5℃로 받아가므로, 냉수순환량은 L=143711×52874L = \dfrac{14371}{1 \times 5} \approx 2874 kg/h 이고, 이를 분당·리터 단위로 환산하면 2874÷6047.92874 \div 60 \approx 47.9 ℓ/min 이 된다.

문제 58
주어진 계통도와 같은 공기조화장치에서 공기의 상태변화를 습공기 선도상에 나타내었다. 계통도의 '5'점은 습공기선도에서 어느 점인가?
1a
2b
3c
4d
정답 및 해설

계통도를 보면 왼쪽에서 들어온 외기(1)가 위에서 내려오는 환기(2)와 합류해 혼합공기(3)가 되고, 이 공기가 냉각코일을 지나 (4)가 된다. 동시에 환기의 일부는 코일을 거치지 않고 상단 덕트로 바이패스되어 코일 출구 공기와 다시 합류하며, 그 합류 결과가 (5)다.

선도에서 건구온도와 절대습도가 가장 높은 점은 e, 가장 낮은 점은 a다. 냉각 과정이므로 외기(1)는 e, 실내 환기(2)는 c이고, e와 c를 잇는 직선 위에 놓인 d가 두 공기의 혼합공기(3)에 해당한다. d에서 a로 내려가는 선이 온도와 절대습도가 함께 떨어지는 냉각·감습 과정이므로 코일 출구(4)는 a다.

남은 변화는 코일 출구 공기 a와 바이패스된 환기 c의 혼합이다. 혼합점은 두 점을 잇는 직선 위에 있고 풍량이 많은 쪽에 더 가까이 놓이므로, a와 c를 잇는 선 위에서 a쪽에 치우쳐 있는 b가 5점이 된다.

문제 59
보일러에서 방열기까지 보내는 증기관과 환수관을 따로 배관하는 방식으로서 증기와 응축수가 유동하는데 서로 방해가 되지 않도록 증기트랩을 설치하는 증기난방방식은?
1트랩식
2상향급기관
3건식환수법
4복관식
정답 및 해설

보일러에서 방열기까지 증기관과 환수관을 별도의 배관으로 각각 설치하여 증기와 응축수가 한 관 안에서 서로 부딪히지 않도록 하는 증기난방 방식을 복관식(2관식)이라 한다.

이때 증기트랩을 방열기 출구 등에 설치해 증기는 통과시키지 않고 응축수만 환수관으로 배출되도록 하므로, 증기와 응축수의 흐름이 서로 간섭받지 않는다.

문제 60
축열조의 특징으로 틀린 것은?
1피크 컷에 의해 열원장치의 용량을 최소화할 수 있다.
2부분부하 운전에 쉽게 대응하기 어렵다.
3열원기기 운전시간을 연장하여 장래의 부하증가에 대응할 수 있다.
4열원기기를 고부하 운전함으로써 효율을 향상시킨다.
정답 및 해설

축열조는 야간 등 부하가 적은 시간대에 열을 저장해두었다가 부하가 큰 시간대에 꺼내 쓰는 설비로, 부분부하 시에도 저장된 열을 이용해 유연하게 대응할 수 있는 것이 대표적인 장점이다. 따라서 부분부하 대응이 어렵다는 설명은 옳지 않다.

피크 부하를 저장열로 분담(피크 컷)하여 열원기기 용량을 줄이고, 열원기기를 가급적 고부하로 연속 운전시켜 효율을 높이며, 운전시간 연장을 통해 장래 부하 증가에도 대응할 수 있다는 점은 모두 축열조의 실제 장점이다.

문제 61
단자전압 300V, 전기자저항 0.3Ω인 직류분권발전기가 있다. 전부하의 경우 전기자전류가 50A 흐른다고 할 때 이 전동기의 기동전류를 정격시의 1.7배로 하려면 기동저항은 약 몇 Ω인가?
12.8
23.2
33.5
43.8
정답 및 해설

전동기가 정지 상태에서 기동하는 순간에는 역기전력이 0이므로, 단자전압은 전기자저항과 기동저항에 의해서만 걸린다: V=Is(Ra+Rs)V = I_s (R_a + R_s).

기동전류를 정격전류(50A)의 1.7배인 Is=50×1.7=85I_s = 50 \times 1.7 = 85 A로 제한하려면, Rs=VIsRa=300850.33.530.33.2R_s = \dfrac{V}{I_s} - R_a = \dfrac{300}{85} - 0.3 \approx 3.53 - 0.3 \approx 3.2 Ω 의 기동저항이 필요하다.

문제 62
다음 그림과 같은 선도에서 전달함수 C(s)/R(s)를 나타낸 것은?
1-8/9
24/5
3-48/53
4-105/77
정답 및 해설

그림의 신호흐름선도는 RR에서 CC까지 이득 1, 2, 4, 6의 분기가 차례로 이어지고, 두 번째 절점에서 첫 번째 절점으로 되돌아가는 이득 11의 궤환과, 세 번째 절점에서 두 번째 절점으로 되돌아가는 이득 8의 궤환이 붙어 있다.

전향경로가 하나뿐이므로 그 이득은 P=1×2×4×6=48P=1\times 2\times 4\times 6=48이다. 폐루프는 L1=2×11=22L_1=2\times 11=22L2=4×8=32L_2=4\times 8=32 두 개인데, 두 루프는 가운데 절점을 함께 지나므로 서로 접촉한다. 따라서 비접촉 루프 조합 항은 없다.

메이슨 공식의 분모는 Δ=1(L1+L2)=1(22+32)=53\Delta=1-(L_1+L_2)=1-(22+32)=-53이 되고, 전향경로가 모든 루프와 접촉하므로 Δ1=1\Delta_1=1이다.

그러므로 전달함수는 C(s)R(s)=PΔ1Δ=4853=4853\dfrac{C(s)}{R(s)}=\dfrac{P\,\Delta_1}{\Delta}=\dfrac{48}{-53}=-\dfrac{48}{53}이다.

문제 63
제어장치의 구동장치에 따른 분류에서 타력제어와 비교한 자력제어의 특징 중 틀린 것은?
1저비용
2구조 간단
3확실한 동작
4빠른 조작 속도
정답 및 해설

자력제어는 검출부에서 얻은 신호(예: 감온부의 팽창압력 등) 자체의 힘으로 직접 조작부를 움직이는 방식으로, 별도의 증폭 동력원이 없어 구조가 간단하고 저비용이며 동작이 확실하다는 장점이 있다.

다만 조작에 쓸 수 있는 힘이 검출신호 자체의 미약한 힘에 한정되므로, 타력제어(전기·공기압 등 외부 동력으로 증폭하여 조작)에 비해 조작 속도가 느리다. 따라서 자력제어가 빠른 조작 속도를 가진다는 설명은 옳지 않다.

문제 64
기억과 판단기구 및 검출기를 가진 제어방식은?
1시한제어
2피드백제어
3순서프로그램제어
4조건제어
정답 및 해설

피드백제어는 제어량(출력)을 검출부에서 계속 검출하여 목표값과 비교하고, 그 오차(동작신호)를 바탕으로 판단하여 조작량을 결정하는 폐루프(closed loop) 제어 방식이다.

따라서 목표값을 기억하는 기구, 오차를 판단하는 기구, 제어량을 검출하는 검출기를 모두 갖추고 있는 제어방식은 피드백제어에 해당한다.

문제 65
철심을 가진 변압기 모양의 코일에 교류와 직류를 중첩하여 흘리면 교류임피던스는 중첩된 직류의 크기에 따라 변하는데 이 현상을 이용하여 전력을 증폭하는 장치는?
1회전증폭기
2자기증폭기
3사이리스터
4차동변압기
정답 및 해설

철심에 감긴 코일에 교류와 직류를 함께 흘리면, 직류 여자전류의 크기에 따라 철심의 자기포화 정도가 달라지면서 교류측 임피던스(인덕턴스)가 변화한다.

이 원리를 이용해 작은 직류 제어전류로 큰 교류 전력을 증폭하여 출력하는 장치를 자기증폭기라 한다.

문제 66
PLC의 구성에 해당되지 않는 것은?
1입력장치
2제어장치
3주변용장치
4출력장치
정답 및 해설

PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)는 외부 신호를 받아들이는 입력장치, 프로그램에 따라 연산·판단을 수행하는 제어(연산)장치, 그 결과를 내보내는 출력장치를 기본 구성으로 한다.

주변용장치는 프로그래밍 툴이나 통신모듈 등 PLC 운용을 보조하는 부속 설비로, PLC 본체의 필수 구성요소로 보지 않는다.

문제 67
변압기의 부하손(동손)에 대한 특성 중 맞는 것은?
1동손은 주파수에 의해 변화한다.
2동손은 온도 변화와 관계없다.
3동손은 부하 전류에 의해 변화한다.
4동손은 자속 밀도에 의해 변화한다.
정답 및 해설

동손(부하손)은 권선에 부하전류가 흐를 때 저항에 의해 발생하는 I2RI^2R 손실이므로, 부하전류의 크기에 따라 그 값이 변화한다. 또한 권선 저항이 온도에 따라 변하므로 온도와도 무관하지 않다.

반면 주파수나 자속밀도의 영향을 크게 받는 손실은 철심에서 발생하는 철손(히스테리시스손·와류손)이며, 이는 동손과는 구분되는 손실이다.

문제 68
전기력선의 기본 성질에 대한 설명으로 틀린 것은?
1전기력선의 방향은 그 점의 전계의 방향과 일치한다.
2전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.
3두 개의 전기력선은 전하가 없는 곳에서 교차한다.
4전기력선의 밀도는 전계의 세기와 같다.
정답 및 해설

전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향하고, 그 접선 방향은 그 점에서의 전계 방향과 일치하며, 전기력선의 밀도는 그 점의 전계 세기를 나타낸다는 성질을 갖는다.

다만 전기력선은 서로 교차하지 않는 것이 기본 성질이므로, 전하가 없는 곳에서 두 전기력선이 교차한다는 설명은 옳지 않다.

문제 69
그림과 같은 접점회로의 논리식으로 옳은 것은?
1XㆍYㆍZ
2(X + Y)ㆍZ
3XㆍZ + Y
4X + Y + Z
정답 및 해설

그림의 접점회로는 왼쪽 두 단자에서 위·아래 모선으로 나뉘고, 두 모선 사이를 잇는 경로가 두 개 있다. 가운데 경로에는 접점 XZ가 위아래로 직렬로 놓여 있고, 오른쪽 경로에는 접점 Y 하나만 놓여 있다.

직렬로 이어진 접점은 논리곱(AND), 나란히 놓인 경로는 논리합(OR)에 대응한다. 가운데 경로가 도통하려면 X와 Z가 모두 닫혀야 하므로 그 경로는 XZX\cdot Z이고, 오른쪽 경로는 Y만 닫히면 도통하므로 YY다.

두 경로 중 어느 하나만 도통해도 두 단자 사이가 통전되므로 전체 논리식은 XZ+YX\cdot Z+Y가 된다. Y가 X 하나가 아니라 X와 Z의 직렬 전체와 병렬이라는 점이 핵심이며, 만약 Y가 X에만 병렬로 붙어 있었다면 (X+Y)Z(X+Y)\cdot Z가 되었을 것이다.

문제 70
극수가 4인 유도전동기가 900rpm으로 회전하고 있다. 현재 슬립속도는 20rpm일 때 주파수는 약 몇 Hz인가?
17.5
228
331
437
정답 및 해설

동기속도는 회전속도에 슬립속도를 더한 값이므로 Ns=900+20=920N_s = 900+20=920 rpm이다.

동기속도와 주파수의 관계식 Ns=120fPN_s = \dfrac{120f}{P} 에 극수 P=4P=4 를 대입하면 f=Ns×P120=920×412031f = \dfrac{N_s \times P}{120} = \dfrac{920 \times 4}{120} \approx 31 Hz 가 된다.

문제 71
피드백제어에서 제어요소에 대한 설명 중 옳은 것은?
1조작부와 검출부로 구성되어 있다.
2동작신호를 조작량으로 변화시키는 요소이다.
3제어를 받는 출력량으로 제어대상에 속하는 요소이다.
4동작신호를 검출부로 변화시키는 요소이다.
정답 및 해설

피드백제어계에서 제어요소는 조절부와 조작부로 구성되며, 오차(동작신호)를 받아 이를 실제로 제어대상에 가해지는 조작량으로 변환시키는 요소이다.

검출부는 제어량을 검출해 신호로 바꾸는 부분이고, 제어대상은 제어량 그 자체가 속하는 부분이므로 제어요소의 정의와는 구분된다.

문제 72
전류계와 병렬로 연결되어 전류계의 측정범위를 확대해주는 것은?
1배율기
2분류기
3절연저항
4접지저항
정답 및 해설

분류기는 전류계와 병렬로 접속하여 전류계 본체에 흐르는 전류의 일부만 지나가게 함으로써 전류계의 측정범위를 확대하는 장치이다.

반면 배율기는 전압계와 직렬로 접속해 전압 측정범위를 확대하는 장치이므로, 접속 방법과 용도가 서로 다르다.

문제 73
R-L-C 직렬회로에서 전압(E)과 전류(I) 사이의 관계가 잘못 설명된 것은?
1XL > XC인 경우 I는 E보다 θ만큼 뒤진다.
2XL < XC인 경우 I는 E보다 θ만큼 앞선다.
3XL = XC인 경우 I는 E와 동상이다.
4XL < (XC - R)인 경우 I는 E보다 θ만큼 뒤진다.
정답 및 해설

R-L-C 직렬회로에서 XL>XCX_L \gt X_C 이면 유도성 회로가 되어 전류가 전압보다 위상이 뒤지고, XL<XCX_L \lt X_C 이면 용량성 회로가 되어 전류가 전압보다 앞서며, XL=XCX_L = X_C 이면 공진 상태로 전류와 전압이 동상이 된다.

XL<XCRX_L \lt X_C - R 이라는 조건은 결국 XL<XCX_L \lt X_C 인 경우이므로 회로는 용량성이 되어 전류가 전압보다 앞서야 한다. 그런데도 전류가 뒤진다고 서술했으므로 옳지 않다. 위상의 앞섬·뒤짐은 저항 R을 빼거나 더한 값이 아니라 XLX_LXCX_C 의 크기 비교만으로 결정된다.

문제 74
미소한 전류나 전압의 유무를 검출하는데 사용되는 계기는?
1검류계
2전위차계
3회로시험계
4오실로스코프
정답 및 해설

검류계(galvanometer)는 매우 작은 전류나 전압의 유무 및 방향을 검출하는 데 사용되는 고감도 계기로, 브리지 회로의 평형 검출 등에 널리 쓰인다.

전위차계는 미지의 전압을 표준전압과 비교해 정밀 측정하는 장치이고, 회로시험계와 오실로스코프는 각각 다목적 측정과 파형 관찰에 쓰이는 계기로 미소신호 검출이 주목적은 아니다.

문제 75
다음 논리식 중 틀린 것은?
1AB=A+B\overline{A \cdot B} = \overline{A} + \overline{B}
2A+B=AB\overline{A+B}=\overline{A}\cdot\overline{B}
3A + A = A
4A+AB=A+BA + \overline{A} \cdot B = A + \overline{B}
정답 및 해설

드모르간의 정리에 따라 AB=A+B\overline{A \cdot B} = \overline{A}+\overline{B}, A+B=AB\overline{A+B} = \overline{A}\cdot\overline{B} 는 성립하고, 멱등법칙에 의해 A+A=AA+A=A 도 성립한다.

반면 A+ABA+\overline{A}\cdot B 를 전개하면 (A+A)(A+B)=A+B(A+\overline{A})(A+B) = A+B 가 되어야 하므로, 이를 A+BA+\overline{B} 로 나타낸 식은 옳지 않다.

문제 76
정격 600W 전열기에 정격전압의 80%를 인가하면 전력은 몇 W로 되는가?
1384
2486
3545
4614
정답 및 해설

저항 부하인 전열기의 소비전력은 전압의 제곱에 비례하므로 P=P×(VV)2P' = P \times \left(\dfrac{V'}{V}\right)^2 로 구할 수 있다.

정격전압의 80%를 인가하면 P=600×0.82=600×0.64=384P' = 600 \times 0.8^2 = 600 \times 0.64 = 384 W 가 된다.

문제 77
물체의 위치, 방위, 자세 등의 기계적 변위를 제어량으로 해서 목표값의 임의의 변화에 대응하도록 구성된 제어계는?
1프로그램 제어
2정치 제어
3공정 제어
4추종 제어
정답 및 해설

추종제어는 목표값이 시간에 따라 임의로 변화하는 값을 추종하도록 제어량을 맞춰가는 서보기구(servomechanism) 계통의 대표적인 제어방식이다.

물체의 위치, 방위, 자세와 같은 기계적 변위량을 제어량으로 하여 임의로 변하는 목표값을 따라가도록 구성된 제어계가 이에 해당한다.

문제 78
와류 브레이크(eddy current break)의 특징이나 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?
1전기적 제동으로 마모부분이 심하다.
2정지시에는 제동토크가 걸리지 않는다.
3제동토크는 코일의 여자전류에 반비례한다.
4제동시에는 회전에너지가 냉각작용을 일으키므로 별도의 냉각방식이 필요 없다.
정답 및 해설

와류(맴돌이전류) 브레이크는 회전체가 자기장 속에서 움직일 때 유도되는 맴돌이전류와 자기장의 상호작용으로 제동력을 얻는 방식이므로, 회전이 없는 정지 상태에서는 맴돌이전류가 유도되지 않아 제동토크가 걸리지 않는다.

접촉 없이 전자기력만으로 제동하므로 마모가 적고, 제동 중 회전에너지가 열로 바뀌어 발열하므로 별도의 냉각 방식이 필요한 경우가 많으며, 제동토크는 여자전류(자속)가 클수록 커지므로 반비례한다는 설명도 옳지 않다.

문제 79
3상 동기발전기를 병렬운전하는 경우 고려하지 않아도 되는 것은?
1기전력 파형의 일치 여부
2상회전방향의 동일 여부
3회전수의 동일 여부
4기전력 주파수의 동일 여부
정답 및 해설

3상 동기발전기를 병렬운전할 때는 각 발전기의 기전력의 크기·위상, 파형, 주파수, 상회전방향이 모두 일치해야 한다.

회전수 자체는 극수에 따라 달라질 수 있어도 주파수만 같으면 되므로, 회전수의 동일 여부는 병렬운전 조건으로 별도로 고려하지 않아도 된다.

문제 80
입력전압을 변화시켜서 전동기의 회전수를 900rpm으로 조정하였을 때 회전수는 제어의 구성요소 중 어느 것에 해당하는가?
1목표값
2조작량
3제어량
4제어대상
정답 및 해설

제어계에서 제어량은 제어대상에서 실제로 제어하고자 하는 출력값을 말한다.

여기서 입력전압(조작량)을 변화시켜 전동기(제어대상)의 회전수를 원하는 값으로 맞추고 있으므로, 이때의 회전수는 실제로 제어되고 있는 출력, 즉 제어량에 해당한다.

문제 81
냉동배관 시 플렉시블 조인트의 설치에 관한 설명으로 틀린 것은?
1가급적 압축기 가까이에 설치한다.
2압축기의 진동방향에 대하여 직각으로 설치한다.
3압축기가 가동할 때 무리한 힘이 가해지지 않도록 설치한다.
4기계ㆍ구조물 등에 접촉되도록 견고하게 설치한다.
정답 및 해설

플렉시블 조인트는 압축기의 진동이 배관을 통해 다른 계통으로 전달되지 않도록 압축기 가까이, 진동방향에 직각으로 설치하며 무리한 힘이 가해지지 않도록 하는 것이 원칙이다.

진동을 흡수하는 역할을 하므로 오히려 주변 기계나 구조물에 닿지 않도록 여유를 두고 설치해야 하며, 구조물에 접촉되도록 견고하게 고정하면 진동이 그대로 전달되어 플렉시블 조인트의 기능을 상실하므로 옳지 않다.

문제 82
압력탱크 급수방법에서 사용되는 탱크의 부속품이 아닌 것은?
1안전밸브
2수면계
3압력계
4트랩
정답 및 해설

압력탱크 급수방식은 밀폐된 탱크 내 압력을 이용해 급수하는 방식으로, 탱크 내부 압력·수위 확인을 위한 압력계와 수면계, 과압을 방지하는 안전밸브 등이 필수 부속품으로 설치된다.

트랩은 증기난방 등에서 증기와 응축수를 분리하는 장치로 압력탱크 급수설비의 구성 부속품은 아니다.

문제 83
배수배관의 관이 막혔을 때 이것을 점검, 수리하기 위해 청소구를 설치하는데, 설치 필요 장소로 적절하지 않은 곳은?
1배수 수평 주관과 배수수평 분기관의 분기점에 설치
2배수관이 45° 이상의 각도로 방향을 전환하는 곳에 설치
3길이가 긴 수평 배수관인 경우 관경이 100A 이하일 때 5m 마다 설치
4배수 수직관의 제일 밑부분에 설치
정답 및 해설

배수 수평관에 설치하는 청소구는 관 내부가 막혔을 때 점검·수리를 위한 것으로, 관경이 100A 이하인 경우 통상 15m 이내마다, 100A를 초과하는 경우 30m 이내마다 설치하는 것이 일반적인 기준이다. 5m마다 설치한다는 간격은 실제 시공 기준보다 지나치게 조밀하여 적절하지 않다.

반면 배수 수평 주관과 분기관의 분기점, 배수관이 45° 이상 급하게 방향을 전환하는 곳, 배수 수직관의 최하부는 오물이 정체되기 쉬운 지점이므로 모두 청소구를 두어야 하는 대표적인 위치이다.

문제 84
냉매의 유속이 낮아지게 되면 흡입관에서 오일회수가 어려워지므로 오일회수를 용이하게 하기 위하여 설치하는 것은?
1이중입상관
2루프 배관
3액 트랩
4리프팅 배관
정답 및 해설

냉매 흡입관에서 유속이 낮아지면 관 바닥을 따라 흐르는 오일이 압축기까지 원활히 회수되지 못하는 문제가 생긴다. 이를 해결하기 위해 흡입 입상관을 이중입상관(더블 라이저)으로 구성하여, 저부하 시에도 작은 관 쪽의 유속을 충분히 확보해 오일을 압축기로 끌어올리는 방식이 사용된다.

루프 배관이나 액 트랩은 정지 중이나 부하 변동 시 냉매액이 압축기로 흘러드는 액 압축(리퀴드 백)을 막기 위한 배관이고, 리프팅 배관은 액을 높은 위치로 끌어올려야 할 때 쓰는 배관이므로, 흡입관의 오일 회수를 목적으로 하는 이중입상관과는 적용 상황이 다르다.

문제 85
급탕배관에 대한 설명으로 틀린 것은?
1단관식의 경우급수관경보다 큰 관을 사용해야 한다.
2하향식 공급 방식에서는 급탕관 및 복귀관은 모두 선하향 구배로 한다.
3보통 급탕관은 수명이 짧으므로 장래에 수리, 교체가 용이하도록 노출 배관하는 것이 좋다.
4연관은 열에 강하고 부식도 잘되지 않으므로 급탕배관에 적합하다.
정답 및 해설

연관(납관)은 열에 약하고 고온의 물과 접촉하면 부식이 쉽게 진행되는 재료이므로, 급탕배관과 같이 지속적으로 고온수가 흐르는 용도에는 적합하지 않다. 따라서 연관이 열에 강하고 부식이 잘 되지 않아 급탕배관에 적합하다는 서술은 사실과 반대된다.

단관식에서 급수관보다 큰 관경을 쓰는 점, 하향 공급 방식에서 급탕관·복귀관을 모두 선하향 구배로 하는 점, 급탕관은 수명이 짧아 노출 배관으로 유지보수를 용이하게 하는 점은 모두 급탕배관 시공의 일반적인 원칙에 해당한다.

문제 86
펌프 주위배관의 시공에 관한 사항으로 틀린 것은?
1풋 밸브(foot valve) 등 모든 관의 이음은 수밀, 기밀을 유지할 수 있도록 한다.
2흡입관의 길이는 가능한 한 짧게 배관하여 저항이 적도록 한다.
3흡입관의 수평배관은 펌프를 향하여 하향 구배로 한다.
4양정이 높을 경우에는 펌프 토출구와 게이트 밸브와의 사이에 체크밸브를 설치한다.
정답 및 해설

펌프 흡입관의 수평 배관은 관 내에 공기가 고이는 것을 막기 위해 펌프를 향해 상향 구배로 시공하는 것이 원칙이다. 하향 구배로 시공하면 배관 중간이나 펌프 흡입구 부근에 공기가 모여 공동현상(캐비테이션)이나 흡입 불량을 일으킬 수 있다.

흡입관 길이를 짧게 하여 저항을 줄이는 것, 풋 밸브를 포함한 이음부의 수밀·기밀을 확보하는 것, 양정이 높을 때 펌프 토출구와 게이트 밸브 사이에 체크밸브를 두어 수격이나 역류를 막는 것은 모두 펌프 주위배관에서 지켜야 할 올바른 시공 방법이다.

문제 87
방열기 주위배관에 대한 설명으로 틀린 것은?
1방열기 주위는 스위블 이음으로 배관한다.
2공급관은 앞쪽올림의 역구배로 한다.
3환수관은 앞쪽내림의 순구배로 한다.
4구배를 취할 수 없거나 수평주관이 2.5m이상일 때는 한 치수 작은 지름으로 한다.
정답 및 해설

방열기 주위 배관에서 수평주관에 충분한 구배를 줄 수 없거나 관 길이가 긴 경우에는 관내 유동저항이 커지므로, 관경을 한 치수 크게 하여 저항을 보완하는 것이 원칙이다. 구배가 부족한 상황에서 오히려 한 치수 작은 지름으로 시공한다는 서술은 실제 원칙과 반대이다.

스위블 이음으로 신축을 흡수하는 것, 공급관을 앞올림 역구배로 응축수의 역류를 막는 것, 환수관을 앞내림 순구배로 자연스럽게 흐르도록 하는 것은 모두 방열기 주위배관의 올바른 시공 방식이다.

문제 88
급탕설비에 관한 설명으로 틀린 것은?
1개별식 급탕법은 욕실, 세면장, 주방 등에 소형의 가열기를 설치하여 급탕하는 방법이다.
2온수보일러에 의한 간접가열방식이 직접가열방식보다 저탕조내부에 스케일이 잘 생기지 않는다.
3급수관에서 공급된 물이 코일 모양으로 배관된 가열관을 통과하는 동안에 가스 불꽃에 의해 가열되어 급탕하는 장치를 순간온수기라 한다.
4열효율은 양호하지만 소음이 심하여 S형, Y형의 사이렌서를 부착하며, 사용증기압력은 약 10~40MPa인 급탕법을 기수혼합식이라 한다.
정답 및 해설

기수혼합식은 증기를 물에 직접 분사하여 혼합·가열하는 급탕법으로, 사용되는 증기 압력은 통상 0.1~0.4MPa 정도의 비교적 낮은 압력대이다. 지문에 제시된 10~40MPa은 실제 사용 압력보다 훨씬 높은 값으로, 소음이 심해 사이렌서를 부착한다는 점을 제외하면 압력 수치가 잘못되어 있다.

개별식 급탕법으로 소형 가열기를 쓰는 점, 간접가열방식이 직접가열방식보다 저탕조 내부 스케일 발생이 적은 점, 순간온수기가 가스 불꽃으로 코일을 통과하는 물을 즉시 가열하는 방식이라는 점은 모두 옳은 설명이다.

문제 89
배관 도면에서 각 장치와 관에 번호를 부여하는 라인 인덱스의 기재 순서 예로 ‘4-2B-N-15-39-CINS'로 기재하는데 이 중 ’39‘는 무엇을 나타내는 표시인가?
1관의 호칭지름
2배관재료의 종류
3유체별 배관번호
4장치번호
정답 및 해설

배관 도면의 라인 인덱스는 통상 장치번호-관경-유체기호-일련번호-배관재료-보온재 순으로 구성되며, 제시된 표기에서 39는 배관재료의 종류를 나타내는 코드에 해당한다.

관의 호칭지름은 2B, 유체별 배관번호(일련번호)는 15, 장치번호는 맨 앞의 4가 나타내므로 이들과 39가 가리키는 항목은 서로 구분된다.

문제 90
주철관 이음에 해당되는 것은?
1납땜 이음
2열간 이음
3타이튼 이음
4플라스탄 이음
정답 및 해설

주철관은 소켓 접합, 플랜지 접합 외에 고무링을 이용한 타이튼(Tyton) 이음이 널리 쓰이는데, 이는 삽입구와 수구 사이에 고무링을 넣고 압입하여 수밀성을 확보하는 주철관 전용 접합 방식이다.

납땜 이음은 동관, 플라스탄 이음은 연관(납관)에 주로 쓰이는 접합법이며, 열간 이음은 주철관 접합 방식으로 일반적이지 않으므로 해당하지 않는다.

문제 91
대ㆍ소변기 및 이와 유사한 용도를 갖는 기구로부터 배수 등 인간의 분뇨를 포함하는 배수의 종류는?
1우수
2오수
3잡배수
4특수배수
정답 및 해설

대·소변기 등에서 배출되는 인간의 분뇨를 포함한 배수는 오수로 분류된다.

우수는 빗물, 잡배수는 세면기·싱크 등 분뇨를 포함하지 않는 생활배수, 특수배수는 공장 등에서 나오는 유해물질 포함 배수를 가리키므로 대·소변기 배수와는 구분된다.

문제 92
저온수 난방장치에서 배기관의 설치 위치는?
1팽창관 하단
2순환펌프 출구
3드레인관 하단
4팽창탱크 상단
정답 및 해설

저온수 난방장치에서 배관 내에 발생하는 공기는 밀도가 낮아 계통의 가장 높은 지점으로 모이므로, 배기관은 팽창탱크 상단에 설치하여 공기를 계통 밖으로 배출한다.

팽창관 하단, 순환펌프 출구, 드레인관 하단은 공기가 모이는 최고점과는 관계가 없는 위치이므로 배기관 설치 위치로 적절하지 않다.

문제 93
다음 공조용 배관 중 배관 샤프트 내에서 일반적으로 단열시공을 하지 않는 배관은?
1온수관
2냉수관
3증기관
4냉각수관
정답 및 해설

냉각수관은 냉각탑 등을 순환하는 상온에 가까운 물이 흐르는 배관으로, 온수관·냉수관·증기관처럼 실내 공급 유체와 큰 온도차를 갖지 않기 때문에 열손실이나 결로를 방지할 필요성이 낮아 일반적으로 단열시공을 하지 않는다.

반면 온수관·냉수관·증기관은 각각 열손실 방지 또는 표면 결로 방지를 위해 배관 샤프트 내에서도 단열이 필요하다.

문제 94
배관의 하중을 위에서 걸어 당겨 지지하는 행거(hanger) 중 상하 방향의 변위가 없는 개소에 사용하는 것은?
1콘스타트 행거(constant hanger)
2리지드 행거(rigid hanger)
3베리어블 행거(variable hanger)
4스프링 행거(spring hanger)
정답 및 해설

리지드 행거는 형강 등으로 배관을 강체로 고정하는 행거로, 상하 방향의 변위가 거의 없는 개소에 사용한다.

콘스탄트 행거와 스프링 행거, 베리어블 행거는 온도 변화에 따른 배관의 신축(상하 이동)을 흡수하면서 일정하거나 가변적인 지지력을 유지하도록 설계된 것이므로, 변위가 없는 위치에 쓰는 리지드 행거와는 용도가 다르다.

문제 95
가스배관 외부에 표시하지 않는 것은? (단, 지하에 매설하는 경우는 제외)
1사용가스명
2최고사용압력
3유량
4가스흐름방향
정답 및 해설

지상에 매설되지 않고 노출된 가스배관에는 사용가스명, 최고사용압력, 가스의 흐름방향을 표시하도록 되어 있으나, 유량은 배관 외부 표시 대상에 포함되지 않는다.

이러한 표시는 배관을 육안으로 식별하여 안전하게 취급·점검할 수 있도록 하기 위한 것으로, 유동량 수치까지 표시하지는 않는다.

문제 96
증기와 응축수의 온도차를 이용하여 응축수를 배출하는 열동식 트랩이 아닌 것은?
1벨로즈 트랩
2디스크 트랩
3바이메탈식 트랩
4다이어프램식 트랩
정답 및 해설

디스크 트랩은 증기와 응축수의 온도차가 아니라 증기와 응축수가 오리피스를 통과할 때 발생하는 유속(운동에너지) 및 압력차를 이용해 작동하는 트랩으로, 열동식이 아니라 기계적(열역학적) 원리에 속한다.

반면 벨로즈 트랩, 바이메탈식 트랩, 다이어프램식 트랩은 모두 증기와 응축수의 온도차에 따른 금속이나 격막의 팽창·수축을 이용해 작동하는 열동식 트랩에 해당한다.

문제 97
복사난방 배관에서 코일의 구배로 옳은 것은?
1상향식 : 올림구배, 하향식 : 올림구배
2상향식 : 내림구배, 하향식 : 올림구배
3상향식 : 내림구배, 하향식 : 내림구배
4상향식 : 올림구배, 하향식 : 내림구배
정답 및 해설

복사난방 코일은 상향식(하부 공급, 상부 배출) 배관에서는 올림구배로, 하향식(상부 공급, 하부 배출) 배관에서는 내림구배로 설치하는 것이 원칙이다.

이는 코일 내부의 공기가 원활히 빠져나가고 응축수나 유체가 흐름 방향을 따라 자연스럽게 이동할 수 있도록 하기 위함이다.

문제 98
배수관에 트랩을 설치하는 가장 큰 목적은?
1유체의 역류방지를 위해
2통기를 원활하게 하기 위해
3배수속도를 일정하게 하기 위해
4유해, 유취 가스의 역류 방지를 위해
정답 및 해설

배수관에 트랩을 설치하는 가장 큰 목적은 트랩 내부에 봉수를 형성하여 하수관 등에서 발생하는 유해·유취 가스가 실내로 역류하는 것을 막기 위함이다.

물이나 배수 등 유체 자체의 역류를 막는 것은 체크밸브가 담당하는 기능이고, 통기를 원활하게 하거나 배수속도를 일정하게 하는 것은 통기관 및 배수관 구배 설계와 관련된 기능이므로, 트랩의 본질적인 설치 목적으로 볼 수 없다.

문제 99
개별식 급탕 방법의 특징이 아닌 것은?
1배관의 길이가 길어 열손실이 크다.
2사용이 쉽고 시설이 편리하다.
3필요한 즉시 따뜻한 온도의 물을 쓸 수 있다.
4소형 가열기를 급탕이 필요한 곳에 설치하는 방법이다.
정답 및 해설

개별식 급탕법은 필요한 곳마다 소형 가열기를 설치해 사용하는 방식이므로 배관 길이가 짧아 열손실이 적은 것이 특징이다. 배관이 길어 열손실이 크다는 서술은 오히려 중앙식 급탕법의 특징에 해당하므로 개별식의 특징으로는 옳지 않다.

필요한 즉시 원하는 온도의 물을 사용할 수 있고, 사용이 쉽고 시설이 간편한 점은 개별식 급탕법의 대표적인 장점이다.

문제 100
급탕설비에서 급탕온도가 70℃, 복귀탕 온도가 60℃일 때, 온수 순환 펌프의 수량은? (단, 배관계의 총 손실 열량은 3000kcal/h로 한다.)
150 L/min
25 L/min
345 L/min
44.5 L/min
정답 및 해설

온수 순환량은 배관계의 손실열량을 급탕온도와 복귀탕 온도의 차이로 나누어 구하며, 물의 비열과 밀도를 각각 1로 두면 다음과 같이 계산한다.

W=Q60×Δt=300060×(7060)=3000600=5 L/minW = \dfrac{Q}{60 \times \Delta t} = \dfrac{3000}{60 \times (70-60)} = \dfrac{3000}{600} = 5\ \text{L/min}

따라서 온수 순환 펌프의 수량은 약 5 L/min으로 계산된다.

공조냉동기계기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

15년 1회차

100문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
온도 T1 고온열원으로부터 온도 T2의 저온열원으로 열량 Q가 전달될 때 두 열원의 총 엔트로피 변화량을 옳게 표현한 것은?
1QT1+QT2-\dfrac{Q}{T_1} + \dfrac{Q}{T_2}
2QT1QT2\dfrac{Q}{T_{1}} - \dfrac{Q}{T_{2}}
3Q(T1+T2)/T1ㆍT2
4T1-T2/Q(T1ㆍT2)
정답 및 해설

고온열원 T1T_1에서 열량 QQ가 빠져나가면 그 열원의 엔트로피는 QT1-\dfrac{Q}{T_1}만큼 감소하고, 저온열원 T2T_2가 같은 열량 QQ를 받으면 엔트로피는 +QT2+\dfrac{Q}{T_2}만큼 증가한다.

따라서 두 열원을 포함한 계 전체의 총 엔트로피 변화량은 ΔS=QT1+QT2\Delta S = -\dfrac{Q}{T_1} + \dfrac{Q}{T_2} 로 표현된다.

문제 2
어떤 이상기체 1kg이 압력 100 kPa, 온도 30℃의 상태에서 체적 0.8m3을 점유한다면 기체상수는 몇 kJ/kgㆍK인가?
10.251
20.264
30.275
40.293
정답 및 해설

이상기체 상태방정식 PV=mRTPV = mRT 에서 기체상수는 R=PVmTR = \dfrac{PV}{mT} 로 구한다.

절대온도는 T=30+273=303 KT = 30 + 273 = 303\ \text{K} 이므로, R=100 kPa×0.8 m31 kg×303 K=803030.264 kJ/kgKR = \dfrac{100\ \text{kPa} \times 0.8\ \text{m}^3}{1\ \text{kg} \times 303\ \text{K}} = \dfrac{80}{303} \approx 0.264\ \text{kJ/kg}\cdot\text{K} 가 된다.

문제 3
카르노 사이클에 대한 설명으로 옳은 것은?
1이상적인 2개의 등온과정과 이상적인 2개의 정압과정으로 이루어진다.
2이상적인 2개의 정압과정과 이상적인 2개의 단열과정으로 이루어진다.
3이상적인 2개의 정압과정과 이상적인 2개의 정적과정으로 이루어진다.
4이상적인 2개의 등온과정과 이상적인 2개의 단열과정으로 이루어진다.
정답 및 해설

카르노 사이클가역 등온과정 2개가역 단열과정 2개로 구성되는 이상적인 사이클로, 열기관이 낼 수 있는 최대 효율의 기준이 된다.

등온팽창-단열팽창-등온압축-단열압축의 4과정으로 이루어지며, 정압이나 정적과정은 포함되지 않는다.

문제 4
증기압축식 냉동기에는 다양한 냉매가 사용된다. 이러한 냉매의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?
1냉매는 냉동기의 성능에 영향을 미친다.
2냉매는 무독성, 안정성, 저가격 등의 조건을 갖추어야 한다.
3우수한 냉매로 알려져 널리 사용되던 염화불화 탄화수소(CFC) 냉매는 오존층을 파괴한다는 사실이 밝혀진 이후 사용이 제한되고 있다.
4현재 CFC냉매 대신에 R-12(CCI2F2)가 냉매로 사용되고 있다.
정답 및 해설

냉매는 냉동기 성능에 직접 영향을 미치며, 무독성·화학적 안정성·경제성 등을 갖추어야 한다는 설명은 옳다.

CFC(염화불화탄소) 냉매는 오존층 파괴 물질로 밝혀져 사용이 규제되고 있는데, R-12(CCl₂F₂)는 대표적인 CFC 냉매 그 자체이지 CFC를 대체하는 냉매가 아니다.

따라서 CFC냉매 대신 R-12가 사용되고 있다는 설명은 옳지 않다.

문제 5
대기압 하에서 물의 어는 점과 끓는 점 사이에서 작동하는 카르노사이클(Carnot cycle) 열기관의 열효율은 약 몇 %인가?
12.7
210.5
313.2
426.8
정답 및 해설

카르노 사이클의 열효율η=1TLTH\eta = 1 - \dfrac{T_L}{T_H} 로 구한다.

물의 어는점은 TL=0+273=273 KT_L = 0+273 = 273\ \text{K}, 끓는점은 TH=100+273=373 KT_H = 100+273 = 373\ \text{K} 이므로, η=12733730.268\eta = 1 - \dfrac{273}{373} \approx 0.268, 즉 약 26.8%가 된다.

문제 6
과열기가 있는 랭킨사이클에 이상적인 재열사이클을 적용할 경우에 대한 설명으로 틀린 것은?
1이상 재열사이클의 열효율이 더 높다.
2이상 재열사이클의 경우 터빈 출구 건도가 증가한다.
3이상 재열사이클의 기기비용이 더 많이 요구된다.
4이상 재열사이클의 경우 터빈 입구 온도를 더 높일 수 있다.
정답 및 해설

재열사이클은 터빈에서 팽창하는 도중 증기를 뽑아 재가열한 뒤 다시 팽창시키는 사이클로, 평균 열공급온도를 높여 열효율을 향상시키고 터빈 출구의 건도를 높여 터빈 날개의 침식(수분에 의한 마모)을 줄이는 효과가 있다.

다만 재열기 등 설비가 추가되어 기기비용이 증가하는 단점이 있다.

재열사이클을 적용해도 터빈 입구 온도는 재료의 내열한계에 의해 제한되므로 기본 랭킨사이클과 동일한 수준이며, 재열사이클이 터빈 입구 온도를 더 높일 수 있게 해준다는 설명은 옳지 않다.

문제 7
물질의 양을 1/2로 줄이면 강도성(강성적) 상태량의 값은?
11/2로 줄어든다.
21/4로 줄어든다.
3변화가 없다.
42배로 늘어난다.
정답 및 해설

강도성(강성적) 상태량은 물질의 양(질량)에 관계없이 일정한 값을 갖는 상태량으로, 온도·압력·비체적 등이 이에 해당한다.

따라서 물질의 양을 1/2로 줄여도 강도성 상태량의 값에는 변화가 없다. (양에 비례해 변하는 것은 부피, 질량, 전체 에너지 등 종량성(용량성) 상태량이다.)

문제 8
단열된 용기 안에 두 개의 구리블록이 있다. 브록 A는 10kg, 온도 300 K이고, 블록 B는 10kg, 900 K이다. 구리의 비열은 0.4kJ/kgㆍK일 때, 두 블록을 접촉시켜 열교환이 가능하게 하고 장시간 놓아두어 최종 상태에서 두 구리 블록의 온도가 같아졌다. 이 과정 동안 시스템의 엔트로피 증가량(kJ/K)은?
11.15
22.04
32.77
44.82
정답 및 해설

두 블록의 질량과 비열이 같으므로 최종 평형온도는 Tf=TA+TB2=300+9002=600 KT_f = \dfrac{T_A+T_B}{2} = \dfrac{300+900}{2} = 600\ \text{K} 이다.

각 블록의 엔트로피 변화는 ΔS=mclnTfTi\Delta S = mc\ln\dfrac{T_f}{T_i} 로 구하며, A블록은 10×0.4×ln6003002.77 kJ/K10 \times 0.4 \times \ln\dfrac{600}{300} \approx 2.77\ \text{kJ/K}, B블록은 10×0.4×ln6009001.62 kJ/K10 \times 0.4 \times \ln\dfrac{600}{900} \approx -1.62\ \text{kJ/K} 이다.

따라서 전체 계의 엔트로피 증가량은 2.77+(1.62)1.15 kJ/K2.77 + (-1.62) \approx 1.15\ \text{kJ/K} 가 된다.

문제 9
전동기에 브레이크를 설치하여 출력시험을 하는 경우, 축 출력 10 kW의 상태에서 1시간 운전을 하고, 이 때 마찰열을 20℃의 주위에 전할 때 주위의 엔트로피는 어느정도 증가하는가?
1123 kJ/K
2133 kJ/K
3143 kJ/K
4153 kJ/K
정답 및 해설

축 출력 10kW로 1시간(3600초) 운전했으므로, 발생한 마찰열은 Q=10 kW×3600 s=36000 kJQ = 10\ \text{kW} \times 3600\ \text{s} = 36000\ \text{kJ} 이다.

이 열이 20℃(293 K293\ \text{K})의 주위로 전달되므로 주위의 엔트로피 증가량은 ΔS=QT=36000293123 kJ/K\Delta S = \dfrac{Q}{T} = \dfrac{36000}{293} \approx 123\ \text{kJ/K} 가 된다.

문제 10
한 사이클 동안 열역학계로 전달되는 모든 에너지의 합은?
10 이다.
2내부에너지 변화량과 같다.
3내부에너지 및 일량의 합과 같다.
4내부에너지 및 전달열량의 합과 같다.
정답 및 해설

한 사이클을 거치면 시스템은 처음 상태로 되돌아오므로, 내부에너지 변화량은 ΔU=0\Delta U = 0 이다.

열역학 제1법칙에 따라 한 사이클 동안 계로 전달되는 모든 에너지(열과 일)의 합은 내부에너지 변화량과 같고, 그 값이 00이므로 전달되는 에너지의 총합도 0이 된다.

문제 11
20℃의 공기(기체상수 R = 0.287 kJ/kgㆍK, 정압비열 Cp = 1.004 kJ/kgㆍK) 3kg이 압력 0.1MPa에서 등압 팽창하여 부피가 두 배로 되었다. 이 과정에서 공급된 열량은 대략 얼마인가?
1약 252 kJ
2약 883 kJ
3약 441 kJ
4약 1765 kJ
정답 및 해설

정압과정에서 부피가 2배가 되면 이상기체 법칙에 따라 절대온도도 2배가 된다. 초기온도는 T1=20+273=293 KT_1 = 20+273 = 293\ \text{K} 이므로 T2=586 KT_2 = 586\ \text{K}, 온도변화는 ΔT=293 K\Delta T = 293\ \text{K} 이다.

정압과정의 공급 열량은 Q=mCpΔT=3×1.004×293883 kJQ = mC_p\Delta T = 3 \times 1.004 \times 293 \approx 883\ \text{kJ} 로 계산된다.

문제 12
대기압 하에서 물질의 질량이 같을 때 엔탈피의 변화가 가장 큰 경우는?
1100℃ 물이 100℃ 수증기로 변화
2100℃ 공기가 200℃ 공기로 변화
390℃의 물이 91℃ 물로 변화
480℃의 공기가 82℃ 공기로 변화
정답 및 해설

엔탈피 변화는 상변화가 동반될 때 잠열(숨은열)만큼 크게 나타난다. 100℃ 물이 100℃ 수증기로 변하는 증발(기화) 과정은 온도 변화 없이도 큰 증발잠열을 흡수하므로 엔탈피 변화가 매우 크다.

나머지 선택지들은 모두 온도차가 최대 100℃ 이내인 현열 변화이며, 특히 90℃→91℃, 80℃→82℃와 같이 온도차가 작은 경우는 엔탈피 변화가 매우 작다.

문제 13
성능계수(COP)가 0.8인 냉동기로서 7200 kJ/h로 냉동하려면, 이에 필요한 동력은?
1약 0.9 kW
2약 1.6 kW
3약 2.0 kW
4약 2.5 kW
정답 및 해설

성적계수(COP)는 냉동효과와 압축일의 비로 정의되므로 W=QeCOPW = \dfrac{Q_e}{COP} 로 소요동력을 구할 수 있다.

주어진 값을 대입하면 W=72000.8=9000 kJ/hW = \dfrac{7200}{0.8} = 9000\ \text{kJ/h} 이고, 이를 kW로 환산하면 9000÷36002.5 kW9000 \div 3600 \approx 2.5\ \text{kW} 가 된다.

문제 14
밀폐계에서 기체의 압력이 500 kPa로 일정하게 유지되면서 체적이 0.2m3에서 0.7m3으로 팽창하였다. 이 과정 동안에 내부에너지의 증가가 60 kJ이라면 계가 한 일은?
1450 kJ
2350 kJ
3250 kJ
4150 kJ
정답 및 해설

밀폐계의 정압과정에서 계가 외부에 하는 일은 W=PΔVW = P \Delta V 로 구한다.

체적 변화량은 ΔV=0.70.2=0.5 m3\Delta V = 0.7 - 0.2 = 0.5\ \text{m}^3 이므로, W=500×0.5=250 kJW = 500 \times 0.5 = 250\ \text{kJ} 이 계가 한 일이 된다. 내부에너지 증가량 60 kJ은 전달열량을 구하는 데 쓰이는 값으로, 일 자체는 압력과 체적변화만으로 계산된다.

문제 15
난방용 열펌프가 저온 물체에서 1500 kJ/h의 열을 흡수하여 고온 물체에 2100kJ/h로 방출한다. 이 열펌프의 성능계수는?
12.0
22.5
33.0
43.5
정답 및 해설

열펌프의 성능계수는 고온 방출열량을 압축일(=방출열량-흡수열량)로 나눈 값이다: COPH=QHQHQLCOP_H = \dfrac{Q_H}{Q_H - Q_L}.

대입하면 COPH=210021001500=2100600=3.5COP_H = \dfrac{2100}{2100-1500} = \dfrac{2100}{600} = 3.5 가 된다.

문제 16
오토사이클에 관한 설명 중 틀린 것은?
1압축비가 커지면 열효율이 증가한다.
2열효율이 디젤사이클 보다 좋다.
3불꽃점화 기관의 이상사이클이다.
4열의 공급(연소)이 일정한 체적하에 일어난다.
정답 및 해설

오토사이클은 불꽃점화 기관의 이상사이클이며 열의 공급이 일정한 체적에서 일어나는 정적사이클이고, 압축비가 커질수록 열효율이 증가한다는 것은 모두 맞는 설명이다.

그러나 오토사이클과 디젤사이클의 열효율 우열은 비교 조건에 따라 달라진다. 압축비가 같다면 오토사이클이 유리하지만, 최고압력이나 공급열량을 같게 놓고 비교하면 디젤사이클이 오히려 유리해질 수 있어 오토사이클의 열효율이 항상 디젤사이클보다 좋다고 단정할 수 없다.

문제 17
냉동효과가 70 kW인 카르노 냉동기의 방열기 온도가 20℃, 흡열기의 온도가 -10℃이다. 이 냉동기를 운전하는데 필요한 이론 동력(일률)은?
1약 6.02 kW
2약 6.98 kW
3약 7.98 kW
4약 8.99 kW
정답 및 해설

카르노 냉동기의 성적계수는 절대온도만으로 정해진다: COP=TLTHTLCOP = \dfrac{T_L}{T_H - T_L}.

흡열기 온도 TL=10+273=263 KT_L = -10+273=263\ \text{K}, 방열기 온도 TH=20+273=293 KT_H = 20+273=293\ \text{K} 이므로 COP=263293263=263308.77COP = \dfrac{263}{293-263} = \dfrac{263}{30} \approx 8.77 이다.

소요 동력은 W=QeCOP=708.777.98 kWW = \dfrac{Q_e}{COP} = \dfrac{70}{8.77} \approx 7.98\ \text{kW} 로 계산된다.

문제 18
밀폐 시스템의 가역 정압 변화에 관한 다음 사항 중 옳은 것은? (단, U : 내부에너지, Q : 전달열, H : 엔탈피, V : 체적, W : 일이다)
1dU = dQ
2dH = dQ
3dV = dQ
4dW = dQ
정답 및 해설

밀폐계의 가역 정압변화에서는 엔탈피의 정의 H=U+PVH = U + PV 로부터 dH=dU+PdVdH = dU + PdV 가 성립하고, 열역학 제1법칙 dU=dQPdVdU = dQ - PdV 를 대입하면 dH=dQdH = dQ 가 된다.

즉 정압과정에서는 전달된 열량이 그대로 엔탈피 변화량으로 나타나며, 이는 정적과정에서 dU=dQdU = dQ 가 성립하는 것과 대비되는 관계이다.

문제 19
저온 열원의 온도가 TL, 고온 열원의 온도가 TH 인 두 열원 사이에서 작동하는 이상적인 냉동 사이클의 성능계수를 향상시키는 방법으로 옳은 것은?
1TL을 올리고 (TH-TL)을 올린다.
2TL을 올리고 (TH-TL)을 줄인다.
3TL을 내리고 (TH-TL)을 올린다.
4TL을 내리고 (TH-TL)을 줄인다.
정답 및 해설

이상적인 냉동사이클의 성적계수는 COP=TLTHTLCOP = \dfrac{T_L}{T_H - T_L} 로 표현되므로, 저온 열원의 온도 TLT_L 이 높을수록, 그리고 고온·저온의 온도차 (THTL)(T_H-T_L) 이 작을수록 성적계수는 커진다.

따라서 TLT_L 을 올리면서 동시에 온도차를 줄이는 방향이 성적계수 향상에 유리하다.

문제 20
최고온도 1300 K와 최저온도 300 K 사이에서 작동하는 공기표준 Brayton 사이클의 열효율은 약 얼마인가? (단, 압력비는 9, 공기의 비열비는 1.4이다)
130%
236%
342%
447%
정답 및 해설

공기표준 Brayton 사이클의 열효율은 압력비와 비열비로만 정해진다: η=1(1rp)k1k\eta = 1 - \left(\dfrac{1}{r_p}\right)^{\frac{k-1}{k}}.

압력비 9, 비열비 1.4를 대입하면 지수는 k1k=0.41.40.286\frac{k-1}{k}=\frac{0.4}{1.4}\approx0.286 이고, 90.2861.879^{0.286}\approx1.87 이므로 η=111.870.466\eta = 1 - \dfrac{1}{1.87} \approx 0.466, 즉 약 47%가 된다.

이 효율은 최고·최저온도와 무관하게 압력비만으로 정해지는 것이 Brayton 사이클의 특징이다.

문제 21
냉동기의 증발압력이 낮아졌을 때 나타나는 현상으로 옳은 것은?
1냉동능력이 증가한다.
2압축기의 체적효율이 증가한다.
3압축기의 토출가스 온도가 상승한다.
4냉매 순환량이 증가한다.
정답 및 해설

증발압력이 낮아지면 증발온도도 함께 낮아져 압축기 흡입가스의 비체적이 커지고, 이에 따라 냉매 순환량과 냉동능력은 감소하며 압축기 체적효율도 낮아진다.

반면 압축비(응축압력/증발압력)는 커지므로 압축기의 토출가스 온도는 상승한다.

문제 22
팽창밸브가 냉동용량에 비하여 작을 때 일어나는 현상은?
1증발기내의 압력상승
2압축기 흡입가스 과열
3습압축
4소요 전류증대
정답 및 해설

팽창밸브의 개도가 냉동용량에 비해 작으면 냉매 공급량이 부족해져 증발기 내에 냉매가 충분히 채워지지 못한다.

그 결과 증발기 후반부에서 냉매가 조기에 다 증발해 버려 압축기 흡입가스가 과열되는 현상이 나타난다.

문제 23
25℃ 원수 1ton을 1일 동안에 -9℃의 얼음으로 만드는데 필요한 냉동능력은? (단, 동결잠열 80 kcal/kg, 원수 비열 1 kcal/kgㆍ℃, 얼음의 비열 0.5 kcal/kgㆍ℃로 한다.)
1약 1.37냉동톤(RT)
2약 2.38냉동톤(RT)
3약 1.88냉동톤(RT)
4약 2.88냉동톤(RT)
정답 및 해설

냉동능력은 현열과 잠열을 모두 합산해 구한다. 물을 25℃에서 0℃까지 냉각하는 현열, 0℃에서 얼음으로 응고시키는 동결잠열, 얼음을 0℃에서 -9℃까지 냉각하는 현열을 차례로 더한다.

Q=1000×1×25+1000×80+1000×0.5×9=25000+80000+4500=109500 kcalQ = 1000 \times 1 \times 25 + 1000 \times 80 + 1000 \times 0.5 \times 9 = 25000+80000+4500 = 109500\ \text{kcal} 이며, 1일(24시간)로 나누면 시간당 열량은 109500÷244562.5 kcal/h109500 \div 24 \approx 4562.5\ \text{kcal/h} 이다.

1냉동톤을 3320 kcal/h로 하면 4562.5÷33201.37 RT4562.5 \div 3320 \approx 1.37\ \text{RT} 로 계산된다.

문제 24
고속 다기통 압축기의 윤활에 대한 설명 중 틀린 것은?
1고온에서도 분해가 되지 않고 탄화하지 않는 윤활류를 선정하여 사용해야 한다.
2윤활은 마찰부의 열을 제거하여 기계적 효율을 높이기 위함이다.
3압축기가 고도의 진공운전을 계속하면 유압은 상승한다.
4유압이 과대하게 상승하면 실린더에 필요 이상의 유량이 공급되어 오일해머링의 우려가 있다.
정답 및 해설

압축기 윤활유는 고온에서 분해·탄화되지 않아야 하고, 마찰부의 열을 제거해 기계적 효율을 높이는 역할을 하며, 유압이 과대해지면 실린더에 과잉 급유되어 오일해머링이 발생할 수 있다는 설명은 모두 타당하다.

그러나 압축기가 고진공 운전을 계속하면 흡입압력이 낮아지면서 오히려 유압이 저하하는 경향을 보이므로, 유압이 상승한다는 설명은 틀린 내용이다.

문제 25
비열이 0.92 kcal/kgㆍ℃인 액 920 kg을 1시간 동안 25℃에서 5℃로 냉각시키는데 소요되는 냉각열량은 몇 냉동톤인가?
1약 3.1
2약 5.1
3약 15.1
4약 21.1
정답 및 해설

냉각열량은 Q=m×c×ΔtQ = m \times c \times \Delta t 로 구한다.

Q=920×0.92×(255)=16928 kcal/hQ = 920 \times 0.92 \times (25-5) = 16928\ \text{kcal/h} 이며, 1냉동톤을 3320 kcal/h로 하면 16928÷33205.1 RT16928 \div 3320 \approx 5.1\ \text{RT} 가 된다.

문제 26
국소 대기압이 750mmHg이고 계기압력이 0.2 kgf/cm2 일 때, 절대압력은?
1약 0.46kgf/cm2
2약 0.96kgf/cm2
3약 1.22kgf/cm2
4약 1.36kgf/cm2
정답 및 해설

절대압력은 대기압과 계기압력의 합이다: Pabs=Patm+PgaugeP_{abs} = P_{atm} + P_{gauge}.

국소 대기압 750 mmHg를 kgf/cm² 단위로 환산하면 760 mmHg가 1.033 kgf/cm²이므로 750×1.0337601.02 kgf/cm2750 \times \dfrac{1.033}{760} \approx 1.02\ \text{kgf/cm}^2 이다.

따라서 절대압력은 1.02+0.21.22 kgf/cm21.02 + 0.2 \approx 1.22\ \text{kgf/cm}^2 로 계산된다.

문제 27
일반적으로 증발온도의 작동범위가 -70℃ 이하 일 때 사용되기 적절한 냉동 사이클은?
12원 냉동 사이클
2다효 압축 사이클
32단 압축 1단 팽창 사이클
41단 압축 2단 팽창 사이클
정답 및 해설

증발온도가 -70℃ 이하인 초저온 영역에서는 냉매 한 가지만으로는 압축비가 지나치게 커지고 토출가스 온도도 과도하게 상승해 압축기 운전이 어려워진다.

이 때문에 비등점이 서로 다른 두 종류의 냉매를 각각의 사이클에서 사용해 저온측 응축열을 고온측 증발기가 흡수하도록 연결한 2원(캐스케이드) 냉동사이클이 사용된다.

문제 28
흡수식 냉동기에 사용하는 냉매 흡수제가 아닌 것은?
1물-리튬브로마이드
2물-염화리튬
3물-에틸렌글리콜
4물-암모니아
정답 및 해설

흡수식 냉동기의 대표적인 냉매-흡수제 조합은 물-리튬브로마이드(LiBr)암모니아-물이며, 물-염화리튬 계열도 흡수제로 활용된다.

반면 에틸렌글리콜은 주로 부동액이나 브라인으로 쓰이는 물질로, 흡수식 냉동기의 냉매-흡수제 조합에는 해당하지 않는다.

문제 29
다음 안전장치에 대한 설명으로 틀린 것은?
1가용전은 응축기, 수액기 등의 압력용기에 안전장치로 설치된다.
2파열판은 얇은 금속판으로 용기의 구멍을 막고 있는 구조이며 안전밸브로 사용된다.
3안전밸브의 최소구경은 실린더 지름과 피스톤 행정에 관여한다.
4고압차단스위치는 조정설정압력보다 벨로즈에 가해진 압력이 낮아졌을 때 압축기를 정지시키는 안전장치이다.
정답 및 해설

가용전, 파열판, 안전밸브에 대한 설명은 모두 일반적으로 통용되는 안전장치의 특성과 일치한다.

다만 고압차단스위치는 응축압력 등 고압측 압력이 설정압력보다 높아졌을 때 압축기를 정지시켜 이상 고압을 방지하는 장치이므로, 압력이 낮아졌을 때 정지시킨다는 설명은 저압차단스위치와 작동 방향이 뒤바뀐 틀린 내용이다.

문제 30
증기압축 냉동사이클에 대한 설명 중 옳은 것은?
1응축압력과 증발압력의 차이가 작을수록 압축기의 소비동력은 작아진다.
2팽창과정을 통해 유체의 압력은 상승한다.
3압축과정에서는 과열도가 작을수록 압축일량은 커진다.
4증발압력이 낮을수록 비체적은 작아진다.
정답 및 해설

압축기의 소비동력은 응축압력과 증발압력의 차이, 즉 압축비가 커질수록 커진다. 따라서 두 압력의 차이가 작을수록 압축일이 줄어 소비동력도 작아진다.

반대로 팽창과정에서는 유체의 압력이 하강하며, 증발압력이 낮을수록 냉매 증기의 비체적은 오히려 커지므로 이 두 설명은 옳지 않다.

문제 31
피스톤 이론적 토출량 200m3/h의 압축기가 아래 표와 같은 조건에서 운전되어지고 있다. 흡입증기 엔탈피와 토출한 가스압력의 측정치로부터 압축기가 단열 압축동작을 하는 것으로 가정했을 경우의 토출가스 엔탈피 h2 = 158.6 kcal/kg이다. 이 압축기의 소요 동력은?
흡입증기의 엔탈피150.0kcal/kg
흡입증기의 비체적0.04m3/kg
체적효율0.72
기계효율0.9
압축효율0.8
1약 25.9kW
2약 40.0kW
3약 50.0kW
4약 68.8kW
정답 및 해설

표에서 흡입증기 엔탈피 h1=150.0kcal/kgh_1 = 150.0\,\text{kcal/kg}, 흡입증기 비체적 v=0.04m3/kgv = 0.04\,\text{m}^3/\text{kg}, 체적효율 0.72, 기계효율 0.9, 압축효율 0.8을 읽을 수 있다.

피스톤 이론적 토출량 200 m³/h에 체적효율을 곱하면 실제 흡입 체적이므로 냉매순환량은 G=Vηvv=200×0.720.04=3600kg/hG = \dfrac{V\eta_v}{v} = \dfrac{200 \times 0.72}{0.04} = 3600\,\text{kg/h}이다.

단열압축을 가정한 이론동력은 G(h2h1)=3600×(158.6150.0)=30960kcal/hG(h_2-h_1) = 3600 \times (158.6-150.0) = 30960\,\text{kcal/h}, 즉 30960860=36kW\dfrac{30960}{860} = 36\,\text{kW}이다.

실제 소요동력(축동력)은 이론동력을 압축효율과 기계효율로 나눈다. N=360.8×0.9=50.0kWN = \dfrac{36}{0.8 \times 0.9} = 50.0\,\text{kW}

문제 32
다음의 이상적인 1단 증기압축 냉동사이클에 대한 설명으로 틀린 것은?
1압축과정은 등엔트로피 과정이다.
2팽창과정은 등엔탈피 과정이다.
3응축과정은 등적 과정이다.
4증발과정은 등압 과정이다.
정답 및 해설

이상적인 1단 증기압축 냉동사이클에서 압축과정은 등엔트로피(단열) 과정, 팽창과정은 등엔탈피 과정, 증발과정은 등압 과정으로 진행된다는 설명은 모두 타당하다.

그러나 응축과정은 냉매증기가 일정한 압력 하에서 열을 방출하며 액화되는 등압 과정이지, 체적이 일정하게 유지되는 등적 과정이 아니다.

문제 33
흡수식 냉동기를 이용함에 따른 장점으로 가장 거리가 먼 것은?
1여름철 피크전력이 완화된다.
2대기압 이하로 작동하므로 취급에 위험성이 완화된다.
3가스수요의 평준화를 도모할 수 있다.
4야간에 열을 저장하였다가 주간의 부하에 대응할 수 있다.
정답 및 해설

흡수식 냉동기는 전기 대신 가스나 폐열을 주 에너지원으로 사용하므로 여름철 전력 피크를 완화하고 가스수요 평준화에 기여하며, 냉매가 대기압 이하에서 운전되어 취급 위험성이 낮다는 것은 흡수식 냉동기 자체의 특성이다.

반면 야간에 열을 저장했다가 주간 부하에 대응하는 것은 축열시스템의 기능이지 흡수식 냉동기 고유의 장점이라 보기 어렵다.

문제 34
증발온도 -30℃, 응축온도 45℃에서 작동되는 이상적인 냉동기의 성적계수은?
11.2
23.2
35.0
45.4
정답 및 해설

증발온도와 응축온도만 주어진 이상적인 냉동기의 성적계수는 절대온도를 이용한 COP=TLTHTLCOP = \dfrac{T_L}{T_H-T_L} 로 구한다.

TL=30+273=243 KT_L = -30+273=243\ \text{K}, TH=45+273=318 KT_H=45+273=318\ \text{K} 이므로 COP=243318243=243753.2COP = \dfrac{243}{318-243} = \dfrac{243}{75} \approx 3.2 이다.

문제 35
냉수나 브라인의 동결방지용으로 사용하는 것은?
1고압차단장치
2차압제어장치
3증발압력제어장치
4유압보호스위치
정답 및 해설

냉수나 브라인을 사용하는 냉동장치에서는 증발기 내 냉매의 증발압력(증발온도)이 지나치게 낮아지면 냉수·브라인이 동결되어 배관이나 열교환기가 손상될 위험이 있다.

이를 막기 위해 증발기 출구 압력이 일정 값 이하로 내려가지 않도록 제어하는 증발압력제어장치(EPR)가 동결방지용으로 사용된다.

문제 36
냉동능력이 15kW인 냉동기에서 수냉식 응축기의 냉각수 입ㆍ출구의 온도차가 8℃일 때, 냉각수 유량은? (단, 압축기의 소요동력은 5kW, 물의 비열은 1kcal/kgㆍ℃이다)
1약 1397kg/h
2약 2150kg/h
3약 1852kg/h
4약 2500kg/h
정답 및 해설

수냉식 응축기가 방출해야 할 열량은 냉동능력과 압축기 소요동력의 합이다: Qc=Qe+WQ_c = Q_e + W.

Qc=15+5=20 kWQ_c = 15+5=20\ \text{kW} 를 시간당 kcal로 환산하면 20×860=17200 kcal/h20 \times 860 = 17200\ \text{kcal/h} 이다.

냉각수 유량은 G=QccΔt=172001×82150 kg/hG = \dfrac{Q_c}{c\,\Delta t} = \dfrac{17200}{1 \times 8} \approx 2150\ \text{kg/h} 로 계산된다.

문제 37
다음 중 열전도도가 가장 큰 것은?
1수은
2석면
3동관
4질소
정답 및 해설

열전도도는 물질의 상(相)과 조밀도에 크게 좌우되며, 일반적으로 금속 고체가 액체나 기체, 단열재보다 훨씬 큰 값을 갖는다.

수은은 액체 금속이라 어느 정도 열전도도를 갖지만, 석면은 대표적인 단열재이고 질소는 기체로 열전도도가 매우 작다. 반면 동관(구리)은 금속 중에서도 열전도도가 매우 커서 보기 중 열전도도가 가장 크다.

문제 38
물을 냉매로 하고 LiBr를 흡수제로 하는 흡수식 냉동장치에서 장치의 성능을 향상시키기 위하여 열교환기를 설치하였다. 이 열교환기의 기능을 가장 잘 나타낸 것은?
1응축기 입구 수증기와 증발기 출구수증기의 열 교환
2발생기 출구 LiBr 수용액과 응축기 출구 물의 열 교환
3발생기 출구 LiBr 수용액과 흡수기 출구 LiBr수용액의 열 교환
4흡수기 출구 LiBr 수용액과 증발기 출구 수증기의 열 교환
정답 및 해설

흡수식 냉동기의 열교환기는 재생기(발생기)에서 나오는 고온·고농도의 LiBr 수용액과, 흡수기에서 나와 재생기로 향하는 저온·저농도의 LiBr 수용액 사이에서 열을 교환한다.

이를 통해 재생기로 들어가는 희용액을 예열하고 흡수기로 들어가는 농용액을 예냉시켜, 재생기의 가열량과 흡수기의 냉각부하를 동시에 줄여 장치의 성능을 향상시킨다.

문제 39
쇼케이스형 냉동장치의 종류가 아닌 것은?
1밀폐형 쇼케이스
2반밀폐형 쇼케이스
3개방형 쇼케이스
4리칭형(REACH) 쇼케이스
정답 및 해설

쇼케이스형 냉동장치는 냉기가 외부와 차단되는 정도에 따라 밀폐형개방형으로 나뉘며, 소비자가 직접 상품을 꺼낼 수 있도록 만든 리치인(REACH-IN)형도 일반적인 분류에 포함된다.

그러나 반밀폐형이라는 구분은 쇼케이스 냉동장치의 통상적인 종류로 쓰이지 않는다.

문제 40
암모니아를 사용하는 냉동기의 압축기에서 압축비(P2/P1)가 5, 폴리트로피 지수(n)는 1.3, 간극비(ε)가 0.05일 때, 체적효율은?
1약 0.88
2약 0.62
3약 0.38
4약 0.22
정답 및 해설

폴리트로픽 압축을 가정한 체적효율은 ηv=1ε[(P2P1)1n1]\eta_v = 1 - \varepsilon\left[\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{1}{n}} - 1\right] 로 구한다.

압축비 5, 폴리트로피 지수 1.3을 대입하면 511.33.455^{\frac{1}{1.3}} \approx 3.45 이므로 ηv=10.05×(3.451)10.12250.88\eta_v = 1 - 0.05\times(3.45-1) \approx 1-0.1225 \approx 0.88 로 계산된다.

문제 41
다음 중 에너지 절약에 가장 효과적인 공기조화방식은? (단, 설비비는 고려하지 않는다.)
1각층 유닛 방식
2이중 덕트 방식
3멀티존 유닛 방식
4가변 풍량 방식
정답 및 해설

가변풍량방식(VAV)은 실내 부하 변동에 따라 송풍량 자체를 줄여 운전하므로, 정풍량방식이나 각층유닛·멀티존·이중덕트 방식에 비해 반송동력을 크게 절감할 수 있다.

설비비를 고려하지 않는다면 에너지 절약 측면에서 가장 효과적인 공조방식으로 꼽힌다.

문제 42
덕트의 마찰저항을 증가시키는 요인은 여려 가지가 있다. 다음 중 값이 커지면 마찰저항이 감소되는 것은?
1덕트재료의 마찰 저항계수
2덕트 길이
3덕트 직경
4풍속
정답 및 해설

덕트의 마찰저항은 대체로 마찰계수·덕트길이·풍속이 커질수록 함께 커진다.

반면 덕트 직경이 커지면 같은 풍량에서 유속이 낮아지고 유동 단면적당 마찰 영향도 줄어들어 마찰저항은 오히려 감소한다.

문제 43
가변풍량 방식(VAV)의 특징에 관한 설명으로 틀린 것은?
1시운전시 토출구의 풍량 조정이 간단하다.
2동시사용률을 고려하여 기기용량을 결정하게 되므로 설비용량을 적게 할 수 있다.
3부하변동에 대하여 제어응답이 빠르므로 거주성이 향상된다.
4덕트의 설계시공이 복잡해진다.
정답 및 해설

VAV 방식은 동시사용률을 고려해 기기용량을 줄일 수 있고, 부하변동에 신속히 대응해 거주성을 높이며, 시운전 시 토출구 풍량 조정이 비교적 간단하다는 장점이 있다.

또한 존별로 별도의 덕트 계통을 두는 이중덕트·각층유닛 방식과 달리 단일 덕트 계통으로 구성할 수 있어 덕트의 설계·시공이 오히려 단순해지는 편이므로, 덕트의 설계시공이 복잡해진다는 설명은 옳지 않다.

문제 44
공기 중의 악취제거를 위한 공기정화용 에어필터로 가장 적합한 것은?
1유닛형 필터
2점착식 필터
3활성탄 필터
4전기식 필터
정답 및 해설

공기 중의 악취 성분은 입자가 아닌 가스상 오염물질이므로, 여과지로 입자를 걸러내는 유닛형·점착식·전기식 필터로는 제거하기 어렵다.

활성탄 필터는 다공성 탄소의 흡착력을 이용해 냄새 분자를 흡착 제거하므로 악취 제거용 공기정화 필터로 가장 적합하다.

문제 45
애어필터의 설치에 관한 설명으로 틀린 것은?
1필터는 스페이스가 크므로 공조기 내부에 설치한다.
2필터는 전풍량을 취급하도록 한다.
3로울형의 필터로 사용할 때는 필터 전면에 해체와 반출이 용이하도록 공간을 두어야 한다.
4병원용 필터를 설치할 때는 프리필터를 고성능 필터 뒤에 설치한다.
정답 및 해설

필터는 공조기 내부의 여유 공간에 설치되며 전풍량을 처리하도록 하고, 롤형 필터는 교체·반출이 용이하도록 전면에 작업공간을 확보해야 한다는 설명은 타당하다.

다만 병원용 필터를 구성할 때는 거친 입자를 먼저 걸러 고성능 필터의 수명을 늘리기 위해 프리필터를 고성능 필터의 앞(상류)에 설치해야 하므로, 프리필터를 고성능 필터 뒤에 설치한다는 설명은 옳지 않다.

문제 46
다음 선도에서 습공기를 상태1에서 상태2로 변화시킬 때 현열비(SHF)를 표현으로 옳은 것은?
1
2
3
4
정답 및 해설

선도의 가로축은 건구온도 t, 세로축은 절대습도 x이고, 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 내려가는 세 개의 평행한 등엔탈피선이 각각 h1h_1, h3h_3, h2h_2로 표시되어 있다. 상태 1은 왼쪽 아래, 상태 2는 오른쪽 위에 있고 두 점을 잇는 직각삼각형이 그려져 있으며, h1h_1은 상태 1을, h2h_2는 상태 2를 지난다.

삼각형의 수평 변은 절대습도가 일정한 채 건구온도만 올라가는 변화이므로 현열에 해당하고, 그 끝점(상태 1과 절대습도가 같고 상태 2와 건구온도가 같은 점)을 지나는 등엔탈피선이 바로 h3h_3이다. 이어지는 수직 변은 온도가 일정한 채 절대습도만 늘어나는 잠열 변화로, 그 끝이 상태 2다.

따라서 전열량은 h2h1h_2-h_1, 그중 현열량은 h3h1h_3-h_1, 잠열량은 h2h3h_2-h_3이다. 현열비는 전열량에 대한 현열량의 비이므로 SHF=h3h1h2h1SHF=\dfrac{h_3-h_1}{h_2-h_1}로 표현된다.

그림에서 세 선의 위치가 h1h_1

문제 47
습공기의 온도가 20℃, 절대습도가 0.0072 kg/kg'일 때 이 습공기의 엔탈피은? (단, 건조공기의 정압비열은 0.24kcal/kgㆍ℃, 0℃에서 포화수의 증발잠열은 598.3kcal/kg, 수증기의 정압비열은 0.44kcal/kgㆍ℃이다)
1약 2.17kcal/kg
2약 9.17kcal/kg
3약 15.17kcal/kg
4약 20.17kcal/kg
정답 및 해설

습공기의 엔탈피는 건공기 현열과 수증기의 잠열·현열을 합산한 h=cpat+x(r0+cpvt)h = c_{pa}\,t + x\,(r_0 + c_{pv}\,t) 로 구한다.

대입하면 h=0.24×20+0.0072×(598.3+0.44×20)=4.8+0.0072×607.14.8+4.379.17 kcal/kgh = 0.24\times20 + 0.0072\times(598.3+0.44\times20) = 4.8 + 0.0072\times607.1 \approx 4.8+4.37 \approx 9.17\ \text{kcal/kg} 이 된다.

문제 48
일반적으로 난방부하를 계산할 때 실내 손실열량으로 고려해야 하는 것은?
1인체에서 발생하는 잠열
2극간풍에 의한 잠열
3조명에서 발생하는 현열
4기기에서 발생하는 현열
정답 및 해설

난방부하는 실내에서 밖으로 빠져나가는 손실열량만을 계산 대상으로 하며, 인체·조명·기기에서 발생하는 열은 오히려 실내로 열을 더해주는 취득(발열)열량이므로 안전측 설계를 위해 일반적으로 난방부하 계산에서는 제외한다.

반면 극간풍(틈새바람)은 외기가 실내로 침입하면서 실온을 낮추는 손실 요인으로, 현열손실뿐 아니라 실내외 수증기 함유량 차이에 의한 잠열손실도 함께 발생하므로 실내 손실열량에 포함해 계산한다.

문제 49
다음은 공기의 성질에 관한 설명으로 틀린 것은?
1절대습도는 습공기를 구성하고 있는 수증기와 건공기와의 질량비이다.
2상대습도는 공기중에 포함되어 있는 수증기의 양과 동일온도에서 최대로 포함될 수 있는 수증기 양의 비이다.
3포화공기는 최대로 수분을 수용하고 있는 상태의 공기를 말한다.
4비교습도는 수증기 분압과 그 온도에 있어서의 포화 공기의 수증기 분압과의 비를 말한다.
정답 및 해설

비교습도(포화도)는 습공기의 절대습도와 그 온도에서의 포화공기의 절대습도의 비(질량비)로 정의된다. 수증기 분압의 비로 정의되는 것은 상대습도이므로, 분압비로 비교습도를 설명한 내용은 옳지 않다.

절대습도(건공기 대비 수증기의 질량비), 상대습도(수증기분압/포화수증기분압), 포화공기(더 이상 수분을 받아들일 수 없는 상태)에 대한 설명은 모두 타당하다.

문제 50
실온이 25℃, 상대습도 50%일 때, 냉방부하 중 실내 현열부하가 45000 kcal/h, 실내 잠열부하가 22000kcal/h, 외기부하가 5800 kcal/h이라면 현열비(SHF)은?
10.41
20.51
30.67
40.97
정답 및 해설

현열비(SHF)는 실내 취득열량 중 현열부하가 차지하는 비율로 SHF=qsqs+qLSHF = \dfrac{q_s}{q_s+q_L} 로 계산하며, 외기부하는 실내 현열비 산정에는 포함하지 않는다.

실내 현열부하 45000kcal/h, 실내 잠열부하 22000kcal/h를 대입하면 SHF=4500045000+220000.67SHF = \dfrac{45000}{45000+22000} \approx 0.67 이 된다.

문제 51
팬코일 유닛방식을 배관방식으로 분류할 때 각 방식의 특징에 관한 설명으로 틀린 것은?
14관식은 혼합손실은 없으나 배관의 양이 증가하므로 공사비 및 배관설치용 공간이 증가한다.
23관식은 환수관에서 냉수와 온수가 혼합되므로 열손실이 없다.
33관식은 온수 공급관, 냉수 공금관, 냉온수 겸용 환수관으로 구성 되어 있다.
44관식은 냉수배관, 온수배관을 설치하여 각 계통마다 동시에 냉난방을 자유롭게 할 수 있다.
정답 및 해설

3관식은 냉수관과 온수관을 각각 따로 두되 환수관을 하나로 공용하는 방식이다. 이 공용 환수관에서 냉수와 온수가 서로 섞이면서 혼합손실(열손실)이 발생하는 것이 3관식의 대표적인 단점이므로, 열손실이 없다고 한 설명은 옳지 않다.

반대로 4관식은 냉수배관과 온수배관, 그리고 각각의 환수관을 모두 별도로 두어 혼합손실 없이 동시에 냉난방이 가능하지만 배관량과 설치공간, 공사비가 늘어난다.

문제 52
다음 중 축류형 취출구의 종류가 아닌 것은?
1펑커루버
2그릴형 취출구
3라인형 취출구
4팬형 취출구
정답 및 해설

축류형 취출구는 취출기류가 취출구 축방향으로 그대로 뻗어나가는 형식으로 펑커루버, 그릴형, 라인형(슬롯형) 취출구가 이에 속한다.

팬형 취출구는 취출된 공기가 확산판(원판)에 부딪혀 사방으로 퍼져 나가는 복류(확산)형 취출구로 분류되므로 축류형에 해당하지 않는다.

문제 53
간이계산법에 의한 건평 150m2에 소요되는 보일러의 급탕부하은? (단, 건물의 열손실은 90kcal/m2ㆍh, 급탕량은 100kg/h, 급수 및 급탕 온도는 각각 30℃, 70℃이다.)
13500kcal/h
24000kcal/h
313500kcal/h
417500kcal/h
정답 및 해설

급탕부하는 급탕량과 급수·급탕 온도차를 이용해 Q=W×c×ΔtQ = W \times c \times \Delta t 로 구한다. 건물 열손실(90kcal/m²·h)은 난방부하 산정용 값이므로 급탕부하 계산에는 쓰지 않는다.

물의 비열을 1kcal/kg·℃로 하면 급탕량 100kg/h, 온도차 7030=40C70-30=40{}^\circ\mathrm{C} 를 대입하여 Q=100×1×40=4000Q = 100 \times 1 \times 40 = 4000 kcal/h 가 된다.

문제 54
에어와셔 내에 온수를 분무할 때 공기는 습공기 선도에서 어떠한 변화과정이 일어나는가?
1가습ㆍ냉각
2과냉각
3건조ㆍ냉각
4감습ㆍ과열
정답 및 해설

에어와셔 내부에서 물을 분무하여 공기와 접촉시키면 물이 증발하면서 수증기가 공기 중으로 옮겨가므로 절대습도가 올라간다(가습). 이때 증발에 필요한 잠열을 공기가 내주게 되므로 건구온도는 내려간다(냉각).

따라서 온수를 분무하더라도 분무수 온도가 공기의 건구온도보다 낮은 범위에서는 습공기선도 상에서 가습과 냉각이 함께 일어나는 변화를 나타낸다.

문제 55
다음의 냉방부하 중 실내 취득열량에 속하지 않는 것은?
1인체의 발생 열량
2조명 기기에 의한 열량
3송풍기에 의한 취득열량
4벽체로부터의 취득열량
정답 및 해설

냉방부하에서 실내 취득열량은 벽체·유리를 통한 전도·일사 취득열, 인체 발생열, 조명·기기 발열 등 실내 공간 자체에서 발생하거나 유입되는 열량을 말한다.

송풍기(팬)에 의한 취득열량은 공조기(장치) 내부에서 송풍동력이 열로 바뀌어 더해지는 것으로, 실내가 아닌 기기(장치) 취득열량으로 별도 분류되므로 실내 취득열량에는 속하지 않는다.

문제 56
다음은 증기난방에 사용되는 기기로 가장 거리가 먼 것은?
1팽창탱크
2응축수 저장탱크
3공기 배출밸브
4증기 트랩
정답 및 해설

팽창탱크는 온수가 가열되어 팽창할 때 그 부피 증가분을 흡수하기 위해 온수난방 배관계통에 설치하는 장치로, 증기가 순환하는 증기난방에서는 사용하지 않는다.

응축수 저장탱크, 공기 배출밸브, 증기트랩은 모두 증기난방 계통에서 응축수 처리와 공기빼기, 증기 누설 방지를 위해 실제로 사용되는 기기이다.

문제 57
비엔탈피가 12kcal/kg인 공기를 냉수코일을 이용하여 10kcal/kg까지 냉각제습하고자 한다. 이 때 코일 입출구의 온도차를 5℃로 할 때의 냉수 순환 펌프의 수량은? (단, 코일 통과 풍량 6000m3/h, 공기의 비체적은 0.835m3/kg이다.)
1약 0.80 ℓ/min
2약 47.9 ℓ/min
3약 63.4 ℓ/min
4약 73.8 ℓ/min
정답 및 해설

냉각열량은 q=G×Δhq = G \times \Delta h 로 구하며, 풍량 6000m³/h를 비체적 0.835m³/kg으로 나누면 공기 질량유량 G=6000/0.8357186G = 6000/0.835 \approx 7186 kg/h 이다. 엔탈피차 Δh=1210=2\Delta h = 12-10 = 2 kcal/kg 를 곱하면 냉각열량은 7186×2143717186 \times 2 \approx 14371 kcal/h 이다.

이 열량을 냉수가 입출구 온도차 5℃로 받아가므로, 냉수순환량은 L=143711×52874L = \dfrac{14371}{1 \times 5} \approx 2874 kg/h 이고, 이를 분당·리터 단위로 환산하면 2874÷6047.92874 \div 60 \approx 47.9 ℓ/min 이 된다.

문제 58
주어진 계통도와 같은 공기조화장치에서 공기의 상태변화를 습공기 선도상에 나타내었다. 계통도의 '5'점은 습공기선도에서 어느 점인가?
1a
2b
3c
4d
정답 및 해설

계통도를 보면 왼쪽에서 들어온 외기(1)가 위에서 내려오는 환기(2)와 합류해 혼합공기(3)가 되고, 이 공기가 냉각코일을 지나 (4)가 된다. 동시에 환기의 일부는 코일을 거치지 않고 상단 덕트로 바이패스되어 코일 출구 공기와 다시 합류하며, 그 합류 결과가 (5)다.

선도에서 건구온도와 절대습도가 가장 높은 점은 e, 가장 낮은 점은 a다. 냉각 과정이므로 외기(1)는 e, 실내 환기(2)는 c이고, e와 c를 잇는 직선 위에 놓인 d가 두 공기의 혼합공기(3)에 해당한다. d에서 a로 내려가는 선이 온도와 절대습도가 함께 떨어지는 냉각·감습 과정이므로 코일 출구(4)는 a다.

남은 변화는 코일 출구 공기 a와 바이패스된 환기 c의 혼합이다. 혼합점은 두 점을 잇는 직선 위에 있고 풍량이 많은 쪽에 더 가까이 놓이므로, a와 c를 잇는 선 위에서 a쪽에 치우쳐 있는 b가 5점이 된다.

문제 59
보일러에서 방열기까지 보내는 증기관과 환수관을 따로 배관하는 방식으로서 증기와 응축수가 유동하는데 서로 방해가 되지 않도록 증기트랩을 설치하는 증기난방방식은?
1트랩식
2상향급기관
3건식환수법
4복관식
정답 및 해설

보일러에서 방열기까지 증기관과 환수관을 별도의 배관으로 각각 설치하여 증기와 응축수가 한 관 안에서 서로 부딪히지 않도록 하는 증기난방 방식을 복관식(2관식)이라 한다.

이때 증기트랩을 방열기 출구 등에 설치해 증기는 통과시키지 않고 응축수만 환수관으로 배출되도록 하므로, 증기와 응축수의 흐름이 서로 간섭받지 않는다.

문제 60
축열조의 특징으로 틀린 것은?
1피크 컷에 의해 열원장치의 용량을 최소화할 수 있다.
2부분부하 운전에 쉽게 대응하기 어렵다.
3열원기기 운전시간을 연장하여 장래의 부하증가에 대응할 수 있다.
4열원기기를 고부하 운전함으로써 효율을 향상시킨다.
정답 및 해설

축열조는 야간 등 부하가 적은 시간대에 열을 저장해두었다가 부하가 큰 시간대에 꺼내 쓰는 설비로, 부분부하 시에도 저장된 열을 이용해 유연하게 대응할 수 있는 것이 대표적인 장점이다. 따라서 부분부하 대응이 어렵다는 설명은 옳지 않다.

피크 부하를 저장열로 분담(피크 컷)하여 열원기기 용량을 줄이고, 열원기기를 가급적 고부하로 연속 운전시켜 효율을 높이며, 운전시간 연장을 통해 장래 부하 증가에도 대응할 수 있다는 점은 모두 축열조의 실제 장점이다.

문제 61
단자전압 300V, 전기자저항 0.3Ω인 직류분권발전기가 있다. 전부하의 경우 전기자전류가 50A 흐른다고 할 때 이 전동기의 기동전류를 정격시의 1.7배로 하려면 기동저항은 약 몇 Ω인가?
12.8
23.2
33.5
43.8
정답 및 해설

전동기가 정지 상태에서 기동하는 순간에는 역기전력이 0이므로, 단자전압은 전기자저항과 기동저항에 의해서만 걸린다: V=Is(Ra+Rs)V = I_s (R_a + R_s).

기동전류를 정격전류(50A)의 1.7배인 Is=50×1.7=85I_s = 50 \times 1.7 = 85 A로 제한하려면, Rs=VIsRa=300850.33.530.33.2R_s = \dfrac{V}{I_s} - R_a = \dfrac{300}{85} - 0.3 \approx 3.53 - 0.3 \approx 3.2 Ω 의 기동저항이 필요하다.

문제 62
다음 그림과 같은 선도에서 전달함수 C(s)/R(s)를 나타낸 것은?
1-8/9
24/5
3-48/53
4-105/77
정답 및 해설

그림의 신호흐름선도는 RR에서 CC까지 이득 1, 2, 4, 6의 분기가 차례로 이어지고, 두 번째 절점에서 첫 번째 절점으로 되돌아가는 이득 11의 궤환과, 세 번째 절점에서 두 번째 절점으로 되돌아가는 이득 8의 궤환이 붙어 있다.

전향경로가 하나뿐이므로 그 이득은 P=1×2×4×6=48P=1\times 2\times 4\times 6=48이다. 폐루프는 L1=2×11=22L_1=2\times 11=22L2=4×8=32L_2=4\times 8=32 두 개인데, 두 루프는 가운데 절점을 함께 지나므로 서로 접촉한다. 따라서 비접촉 루프 조합 항은 없다.

메이슨 공식의 분모는 Δ=1(L1+L2)=1(22+32)=53\Delta=1-(L_1+L_2)=1-(22+32)=-53이 되고, 전향경로가 모든 루프와 접촉하므로 Δ1=1\Delta_1=1이다.

그러므로 전달함수는 C(s)R(s)=PΔ1Δ=4853=4853\dfrac{C(s)}{R(s)}=\dfrac{P\,\Delta_1}{\Delta}=\dfrac{48}{-53}=-\dfrac{48}{53}이다.

문제 63
제어장치의 구동장치에 따른 분류에서 타력제어와 비교한 자력제어의 특징 중 틀린 것은?
1저비용
2구조 간단
3확실한 동작
4빠른 조작 속도
정답 및 해설

자력제어는 검출부에서 얻은 신호(예: 감온부의 팽창압력 등) 자체의 힘으로 직접 조작부를 움직이는 방식으로, 별도의 증폭 동력원이 없어 구조가 간단하고 저비용이며 동작이 확실하다는 장점이 있다.

다만 조작에 쓸 수 있는 힘이 검출신호 자체의 미약한 힘에 한정되므로, 타력제어(전기·공기압 등 외부 동력으로 증폭하여 조작)에 비해 조작 속도가 느리다. 따라서 자력제어가 빠른 조작 속도를 가진다는 설명은 옳지 않다.

문제 64
기억과 판단기구 및 검출기를 가진 제어방식은?
1시한제어
2피드백제어
3순서프로그램제어
4조건제어
정답 및 해설

피드백제어는 제어량(출력)을 검출부에서 계속 검출하여 목표값과 비교하고, 그 오차(동작신호)를 바탕으로 판단하여 조작량을 결정하는 폐루프(closed loop) 제어 방식이다.

따라서 목표값을 기억하는 기구, 오차를 판단하는 기구, 제어량을 검출하는 검출기를 모두 갖추고 있는 제어방식은 피드백제어에 해당한다.

문제 65
철심을 가진 변압기 모양의 코일에 교류와 직류를 중첩하여 흘리면 교류임피던스는 중첩된 직류의 크기에 따라 변하는데 이 현상을 이용하여 전력을 증폭하는 장치는?
1회전증폭기
2자기증폭기
3사이리스터
4차동변압기
정답 및 해설

철심에 감긴 코일에 교류와 직류를 함께 흘리면, 직류 여자전류의 크기에 따라 철심의 자기포화 정도가 달라지면서 교류측 임피던스(인덕턴스)가 변화한다.

이 원리를 이용해 작은 직류 제어전류로 큰 교류 전력을 증폭하여 출력하는 장치를 자기증폭기라 한다.

문제 66
PLC의 구성에 해당되지 않는 것은?
1입력장치
2제어장치
3주변용장치
4출력장치
정답 및 해설

PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)는 외부 신호를 받아들이는 입력장치, 프로그램에 따라 연산·판단을 수행하는 제어(연산)장치, 그 결과를 내보내는 출력장치를 기본 구성으로 한다.

주변용장치는 프로그래밍 툴이나 통신모듈 등 PLC 운용을 보조하는 부속 설비로, PLC 본체의 필수 구성요소로 보지 않는다.

문제 67
변압기의 부하손(동손)에 대한 특성 중 맞는 것은?
1동손은 주파수에 의해 변화한다.
2동손은 온도 변화와 관계없다.
3동손은 부하 전류에 의해 변화한다.
4동손은 자속 밀도에 의해 변화한다.
정답 및 해설

동손(부하손)은 권선에 부하전류가 흐를 때 저항에 의해 발생하는 I2RI^2R 손실이므로, 부하전류의 크기에 따라 그 값이 변화한다. 또한 권선 저항이 온도에 따라 변하므로 온도와도 무관하지 않다.

반면 주파수나 자속밀도의 영향을 크게 받는 손실은 철심에서 발생하는 철손(히스테리시스손·와류손)이며, 이는 동손과는 구분되는 손실이다.

문제 68
전기력선의 기본 성질에 대한 설명으로 틀린 것은?
1전기력선의 방향은 그 점의 전계의 방향과 일치한다.
2전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향한다.
3두 개의 전기력선은 전하가 없는 곳에서 교차한다.
4전기력선의 밀도는 전계의 세기와 같다.
정답 및 해설

전기력선은 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향하고, 그 접선 방향은 그 점에서의 전계 방향과 일치하며, 전기력선의 밀도는 그 점의 전계 세기를 나타낸다는 성질을 갖는다.

다만 전기력선은 서로 교차하지 않는 것이 기본 성질이므로, 전하가 없는 곳에서 두 전기력선이 교차한다는 설명은 옳지 않다.

문제 69
그림과 같은 접점회로의 논리식으로 옳은 것은?
1XㆍYㆍZ
2(X + Y)ㆍZ
3XㆍZ + Y
4X + Y + Z
정답 및 해설

그림의 접점회로는 왼쪽 두 단자에서 위·아래 모선으로 나뉘고, 두 모선 사이를 잇는 경로가 두 개 있다. 가운데 경로에는 접점 XZ가 위아래로 직렬로 놓여 있고, 오른쪽 경로에는 접점 Y 하나만 놓여 있다.

직렬로 이어진 접점은 논리곱(AND), 나란히 놓인 경로는 논리합(OR)에 대응한다. 가운데 경로가 도통하려면 X와 Z가 모두 닫혀야 하므로 그 경로는 XZX\cdot Z이고, 오른쪽 경로는 Y만 닫히면 도통하므로 YY다.

두 경로 중 어느 하나만 도통해도 두 단자 사이가 통전되므로 전체 논리식은 XZ+YX\cdot Z+Y가 된다. Y가 X 하나가 아니라 X와 Z의 직렬 전체와 병렬이라는 점이 핵심이며, 만약 Y가 X에만 병렬로 붙어 있었다면 (X+Y)Z(X+Y)\cdot Z가 되었을 것이다.

문제 70
극수가 4인 유도전동기가 900rpm으로 회전하고 있다. 현재 슬립속도는 20rpm일 때 주파수는 약 몇 Hz인가?
17.5
228
331
437
정답 및 해설

동기속도는 회전속도에 슬립속도를 더한 값이므로 Ns=900+20=920N_s = 900+20=920 rpm이다.

동기속도와 주파수의 관계식 Ns=120fPN_s = \dfrac{120f}{P} 에 극수 P=4P=4 를 대입하면 f=Ns×P120=920×412031f = \dfrac{N_s \times P}{120} = \dfrac{920 \times 4}{120} \approx 31 Hz 가 된다.

문제 71
피드백제어에서 제어요소에 대한 설명 중 옳은 것은?
1조작부와 검출부로 구성되어 있다.
2동작신호를 조작량으로 변화시키는 요소이다.
3제어를 받는 출력량으로 제어대상에 속하는 요소이다.
4동작신호를 검출부로 변화시키는 요소이다.
정답 및 해설

피드백제어계에서 제어요소는 조절부와 조작부로 구성되며, 오차(동작신호)를 받아 이를 실제로 제어대상에 가해지는 조작량으로 변환시키는 요소이다.

검출부는 제어량을 검출해 신호로 바꾸는 부분이고, 제어대상은 제어량 그 자체가 속하는 부분이므로 제어요소의 정의와는 구분된다.

문제 72
전류계와 병렬로 연결되어 전류계의 측정범위를 확대해주는 것은?
1배율기
2분류기
3절연저항
4접지저항
정답 및 해설

분류기는 전류계와 병렬로 접속하여 전류계 본체에 흐르는 전류의 일부만 지나가게 함으로써 전류계의 측정범위를 확대하는 장치이다.

반면 배율기는 전압계와 직렬로 접속해 전압 측정범위를 확대하는 장치이므로, 접속 방법과 용도가 서로 다르다.

문제 73
R-L-C 직렬회로에서 전압(E)과 전류(I) 사이의 관계가 잘못 설명된 것은?
1XL > XC인 경우 I는 E보다 θ만큼 뒤진다.
2XL < XC인 경우 I는 E보다 θ만큼 앞선다.
3XL = XC인 경우 I는 E와 동상이다.
4XL < (XC - R)인 경우 I는 E보다 θ만큼 뒤진다.
정답 및 해설

R-L-C 직렬회로에서 XL>XCX_L \gt X_C 이면 유도성 회로가 되어 전류가 전압보다 위상이 뒤지고, XL<XCX_L \lt X_C 이면 용량성 회로가 되어 전류가 전압보다 앞서며, XL=XCX_L = X_C 이면 공진 상태로 전류와 전압이 동상이 된다.

XL<XCRX_L \lt X_C - R 이라는 조건은 결국 XL<XCX_L \lt X_C 인 경우이므로 회로는 용량성이 되어 전류가 전압보다 앞서야 한다. 그런데도 전류가 뒤진다고 서술했으므로 옳지 않다. 위상의 앞섬·뒤짐은 저항 R을 빼거나 더한 값이 아니라 XLX_LXCX_C 의 크기 비교만으로 결정된다.

문제 74
미소한 전류나 전압의 유무를 검출하는데 사용되는 계기는?
1검류계
2전위차계
3회로시험계
4오실로스코프
정답 및 해설

검류계(galvanometer)는 매우 작은 전류나 전압의 유무 및 방향을 검출하는 데 사용되는 고감도 계기로, 브리지 회로의 평형 검출 등에 널리 쓰인다.

전위차계는 미지의 전압을 표준전압과 비교해 정밀 측정하는 장치이고, 회로시험계와 오실로스코프는 각각 다목적 측정과 파형 관찰에 쓰이는 계기로 미소신호 검출이 주목적은 아니다.

문제 75
다음 논리식 중 틀린 것은?
1AB=A+B\overline{A \cdot B} = \overline{A} + \overline{B}
2A+B=AB\overline{A+B}=\overline{A}\cdot\overline{B}
3A + A = A
4A+AB=A+BA + \overline{A} \cdot B = A + \overline{B}
정답 및 해설

드모르간의 정리에 따라 AB=A+B\overline{A \cdot B} = \overline{A}+\overline{B}, A+B=AB\overline{A+B} = \overline{A}\cdot\overline{B} 는 성립하고, 멱등법칙에 의해 A+A=AA+A=A 도 성립한다.

반면 A+ABA+\overline{A}\cdot B 를 전개하면 (A+A)(A+B)=A+B(A+\overline{A})(A+B) = A+B 가 되어야 하므로, 이를 A+BA+\overline{B} 로 나타낸 식은 옳지 않다.

문제 76
정격 600W 전열기에 정격전압의 80%를 인가하면 전력은 몇 W로 되는가?
1384
2486
3545
4614
정답 및 해설

저항 부하인 전열기의 소비전력은 전압의 제곱에 비례하므로 P=P×(VV)2P' = P \times \left(\dfrac{V'}{V}\right)^2 로 구할 수 있다.

정격전압의 80%를 인가하면 P=600×0.82=600×0.64=384P' = 600 \times 0.8^2 = 600 \times 0.64 = 384 W 가 된다.

문제 77
물체의 위치, 방위, 자세 등의 기계적 변위를 제어량으로 해서 목표값의 임의의 변화에 대응하도록 구성된 제어계는?
1프로그램 제어
2정치 제어
3공정 제어
4추종 제어
정답 및 해설

추종제어는 목표값이 시간에 따라 임의로 변화하는 값을 추종하도록 제어량을 맞춰가는 서보기구(servomechanism) 계통의 대표적인 제어방식이다.

물체의 위치, 방위, 자세와 같은 기계적 변위량을 제어량으로 하여 임의로 변하는 목표값을 따라가도록 구성된 제어계가 이에 해당한다.

문제 78
와류 브레이크(eddy current break)의 특징이나 특성에 대한 설명으로 옳은 것은?
1전기적 제동으로 마모부분이 심하다.
2정지시에는 제동토크가 걸리지 않는다.
3제동토크는 코일의 여자전류에 반비례한다.
4제동시에는 회전에너지가 냉각작용을 일으키므로 별도의 냉각방식이 필요 없다.
정답 및 해설

와류(맴돌이전류) 브레이크는 회전체가 자기장 속에서 움직일 때 유도되는 맴돌이전류와 자기장의 상호작용으로 제동력을 얻는 방식이므로, 회전이 없는 정지 상태에서는 맴돌이전류가 유도되지 않아 제동토크가 걸리지 않는다.

접촉 없이 전자기력만으로 제동하므로 마모가 적고, 제동 중 회전에너지가 열로 바뀌어 발열하므로 별도의 냉각 방식이 필요한 경우가 많으며, 제동토크는 여자전류(자속)가 클수록 커지므로 반비례한다는 설명도 옳지 않다.

문제 79
3상 동기발전기를 병렬운전하는 경우 고려하지 않아도 되는 것은?
1기전력 파형의 일치 여부
2상회전방향의 동일 여부
3회전수의 동일 여부
4기전력 주파수의 동일 여부
정답 및 해설

3상 동기발전기를 병렬운전할 때는 각 발전기의 기전력의 크기·위상, 파형, 주파수, 상회전방향이 모두 일치해야 한다.

회전수 자체는 극수에 따라 달라질 수 있어도 주파수만 같으면 되므로, 회전수의 동일 여부는 병렬운전 조건으로 별도로 고려하지 않아도 된다.

문제 80
입력전압을 변화시켜서 전동기의 회전수를 900rpm으로 조정하였을 때 회전수는 제어의 구성요소 중 어느 것에 해당하는가?
1목표값
2조작량
3제어량
4제어대상
정답 및 해설

제어계에서 제어량은 제어대상에서 실제로 제어하고자 하는 출력값을 말한다.

여기서 입력전압(조작량)을 변화시켜 전동기(제어대상)의 회전수를 원하는 값으로 맞추고 있으므로, 이때의 회전수는 실제로 제어되고 있는 출력, 즉 제어량에 해당한다.

문제 81
냉동배관 시 플렉시블 조인트의 설치에 관한 설명으로 틀린 것은?
1가급적 압축기 가까이에 설치한다.
2압축기의 진동방향에 대하여 직각으로 설치한다.
3압축기가 가동할 때 무리한 힘이 가해지지 않도록 설치한다.
4기계ㆍ구조물 등에 접촉되도록 견고하게 설치한다.
정답 및 해설

플렉시블 조인트는 압축기의 진동이 배관을 통해 다른 계통으로 전달되지 않도록 압축기 가까이, 진동방향에 직각으로 설치하며 무리한 힘이 가해지지 않도록 하는 것이 원칙이다.

진동을 흡수하는 역할을 하므로 오히려 주변 기계나 구조물에 닿지 않도록 여유를 두고 설치해야 하며, 구조물에 접촉되도록 견고하게 고정하면 진동이 그대로 전달되어 플렉시블 조인트의 기능을 상실하므로 옳지 않다.

문제 82
압력탱크 급수방법에서 사용되는 탱크의 부속품이 아닌 것은?
1안전밸브
2수면계
3압력계
4트랩
정답 및 해설

압력탱크 급수방식은 밀폐된 탱크 내 압력을 이용해 급수하는 방식으로, 탱크 내부 압력·수위 확인을 위한 압력계와 수면계, 과압을 방지하는 안전밸브 등이 필수 부속품으로 설치된다.

트랩은 증기난방 등에서 증기와 응축수를 분리하는 장치로 압력탱크 급수설비의 구성 부속품은 아니다.

문제 83
배수배관의 관이 막혔을 때 이것을 점검, 수리하기 위해 청소구를 설치하는데, 설치 필요 장소로 적절하지 않은 곳은?
1배수 수평 주관과 배수수평 분기관의 분기점에 설치
2배수관이 45° 이상의 각도로 방향을 전환하는 곳에 설치
3길이가 긴 수평 배수관인 경우 관경이 100A 이하일 때 5m 마다 설치
4배수 수직관의 제일 밑부분에 설치
정답 및 해설

배수 수평관에 설치하는 청소구는 관 내부가 막혔을 때 점검·수리를 위한 것으로, 관경이 100A 이하인 경우 통상 15m 이내마다, 100A를 초과하는 경우 30m 이내마다 설치하는 것이 일반적인 기준이다. 5m마다 설치한다는 간격은 실제 시공 기준보다 지나치게 조밀하여 적절하지 않다.

반면 배수 수평 주관과 분기관의 분기점, 배수관이 45° 이상 급하게 방향을 전환하는 곳, 배수 수직관의 최하부는 오물이 정체되기 쉬운 지점이므로 모두 청소구를 두어야 하는 대표적인 위치이다.

문제 84
냉매의 유속이 낮아지게 되면 흡입관에서 오일회수가 어려워지므로 오일회수를 용이하게 하기 위하여 설치하는 것은?
1이중입상관
2루프 배관
3액 트랩
4리프팅 배관
정답 및 해설

냉매 흡입관에서 유속이 낮아지면 관 바닥을 따라 흐르는 오일이 압축기까지 원활히 회수되지 못하는 문제가 생긴다. 이를 해결하기 위해 흡입 입상관을 이중입상관(더블 라이저)으로 구성하여, 저부하 시에도 작은 관 쪽의 유속을 충분히 확보해 오일을 압축기로 끌어올리는 방식이 사용된다.

루프 배관이나 액 트랩은 정지 중이나 부하 변동 시 냉매액이 압축기로 흘러드는 액 압축(리퀴드 백)을 막기 위한 배관이고, 리프팅 배관은 액을 높은 위치로 끌어올려야 할 때 쓰는 배관이므로, 흡입관의 오일 회수를 목적으로 하는 이중입상관과는 적용 상황이 다르다.

문제 85
급탕배관에 대한 설명으로 틀린 것은?
1단관식의 경우급수관경보다 큰 관을 사용해야 한다.
2하향식 공급 방식에서는 급탕관 및 복귀관은 모두 선하향 구배로 한다.
3보통 급탕관은 수명이 짧으므로 장래에 수리, 교체가 용이하도록 노출 배관하는 것이 좋다.
4연관은 열에 강하고 부식도 잘되지 않으므로 급탕배관에 적합하다.
정답 및 해설

연관(납관)은 열에 약하고 고온의 물과 접촉하면 부식이 쉽게 진행되는 재료이므로, 급탕배관과 같이 지속적으로 고온수가 흐르는 용도에는 적합하지 않다. 따라서 연관이 열에 강하고 부식이 잘 되지 않아 급탕배관에 적합하다는 서술은 사실과 반대된다.

단관식에서 급수관보다 큰 관경을 쓰는 점, 하향 공급 방식에서 급탕관·복귀관을 모두 선하향 구배로 하는 점, 급탕관은 수명이 짧아 노출 배관으로 유지보수를 용이하게 하는 점은 모두 급탕배관 시공의 일반적인 원칙에 해당한다.

문제 86
펌프 주위배관의 시공에 관한 사항으로 틀린 것은?
1풋 밸브(foot valve) 등 모든 관의 이음은 수밀, 기밀을 유지할 수 있도록 한다.
2흡입관의 길이는 가능한 한 짧게 배관하여 저항이 적도록 한다.
3흡입관의 수평배관은 펌프를 향하여 하향 구배로 한다.
4양정이 높을 경우에는 펌프 토출구와 게이트 밸브와의 사이에 체크밸브를 설치한다.
정답 및 해설

펌프 흡입관의 수평 배관은 관 내에 공기가 고이는 것을 막기 위해 펌프를 향해 상향 구배로 시공하는 것이 원칙이다. 하향 구배로 시공하면 배관 중간이나 펌프 흡입구 부근에 공기가 모여 공동현상(캐비테이션)이나 흡입 불량을 일으킬 수 있다.

흡입관 길이를 짧게 하여 저항을 줄이는 것, 풋 밸브를 포함한 이음부의 수밀·기밀을 확보하는 것, 양정이 높을 때 펌프 토출구와 게이트 밸브 사이에 체크밸브를 두어 수격이나 역류를 막는 것은 모두 펌프 주위배관에서 지켜야 할 올바른 시공 방법이다.

문제 87
방열기 주위배관에 대한 설명으로 틀린 것은?
1방열기 주위는 스위블 이음으로 배관한다.
2공급관은 앞쪽올림의 역구배로 한다.
3환수관은 앞쪽내림의 순구배로 한다.
4구배를 취할 수 없거나 수평주관이 2.5m이상일 때는 한 치수 작은 지름으로 한다.
정답 및 해설

방열기 주위 배관에서 수평주관에 충분한 구배를 줄 수 없거나 관 길이가 긴 경우에는 관내 유동저항이 커지므로, 관경을 한 치수 크게 하여 저항을 보완하는 것이 원칙이다. 구배가 부족한 상황에서 오히려 한 치수 작은 지름으로 시공한다는 서술은 실제 원칙과 반대이다.

스위블 이음으로 신축을 흡수하는 것, 공급관을 앞올림 역구배로 응축수의 역류를 막는 것, 환수관을 앞내림 순구배로 자연스럽게 흐르도록 하는 것은 모두 방열기 주위배관의 올바른 시공 방식이다.

문제 88
급탕설비에 관한 설명으로 틀린 것은?
1개별식 급탕법은 욕실, 세면장, 주방 등에 소형의 가열기를 설치하여 급탕하는 방법이다.
2온수보일러에 의한 간접가열방식이 직접가열방식보다 저탕조내부에 스케일이 잘 생기지 않는다.
3급수관에서 공급된 물이 코일 모양으로 배관된 가열관을 통과하는 동안에 가스 불꽃에 의해 가열되어 급탕하는 장치를 순간온수기라 한다.
4열효율은 양호하지만 소음이 심하여 S형, Y형의 사이렌서를 부착하며, 사용증기압력은 약 10~40MPa인 급탕법을 기수혼합식이라 한다.
정답 및 해설

기수혼합식은 증기를 물에 직접 분사하여 혼합·가열하는 급탕법으로, 사용되는 증기 압력은 통상 0.1~0.4MPa 정도의 비교적 낮은 압력대이다. 지문에 제시된 10~40MPa은 실제 사용 압력보다 훨씬 높은 값으로, 소음이 심해 사이렌서를 부착한다는 점을 제외하면 압력 수치가 잘못되어 있다.

개별식 급탕법으로 소형 가열기를 쓰는 점, 간접가열방식이 직접가열방식보다 저탕조 내부 스케일 발생이 적은 점, 순간온수기가 가스 불꽃으로 코일을 통과하는 물을 즉시 가열하는 방식이라는 점은 모두 옳은 설명이다.

문제 89
배관 도면에서 각 장치와 관에 번호를 부여하는 라인 인덱스의 기재 순서 예로 ‘4-2B-N-15-39-CINS'로 기재하는데 이 중 ’39‘는 무엇을 나타내는 표시인가?
1관의 호칭지름
2배관재료의 종류
3유체별 배관번호
4장치번호
정답 및 해설

배관 도면의 라인 인덱스는 통상 장치번호-관경-유체기호-일련번호-배관재료-보온재 순으로 구성되며, 제시된 표기에서 39는 배관재료의 종류를 나타내는 코드에 해당한다.

관의 호칭지름은 2B, 유체별 배관번호(일련번호)는 15, 장치번호는 맨 앞의 4가 나타내므로 이들과 39가 가리키는 항목은 서로 구분된다.

문제 90
주철관 이음에 해당되는 것은?
1납땜 이음
2열간 이음
3타이튼 이음
4플라스탄 이음
정답 및 해설

주철관은 소켓 접합, 플랜지 접합 외에 고무링을 이용한 타이튼(Tyton) 이음이 널리 쓰이는데, 이는 삽입구와 수구 사이에 고무링을 넣고 압입하여 수밀성을 확보하는 주철관 전용 접합 방식이다.

납땜 이음은 동관, 플라스탄 이음은 연관(납관)에 주로 쓰이는 접합법이며, 열간 이음은 주철관 접합 방식으로 일반적이지 않으므로 해당하지 않는다.

문제 91
대ㆍ소변기 및 이와 유사한 용도를 갖는 기구로부터 배수 등 인간의 분뇨를 포함하는 배수의 종류는?
1우수
2오수
3잡배수
4특수배수
정답 및 해설

대·소변기 등에서 배출되는 인간의 분뇨를 포함한 배수는 오수로 분류된다.

우수는 빗물, 잡배수는 세면기·싱크 등 분뇨를 포함하지 않는 생활배수, 특수배수는 공장 등에서 나오는 유해물질 포함 배수를 가리키므로 대·소변기 배수와는 구분된다.

문제 92
저온수 난방장치에서 배기관의 설치 위치는?
1팽창관 하단
2순환펌프 출구
3드레인관 하단
4팽창탱크 상단
정답 및 해설

저온수 난방장치에서 배관 내에 발생하는 공기는 밀도가 낮아 계통의 가장 높은 지점으로 모이므로, 배기관은 팽창탱크 상단에 설치하여 공기를 계통 밖으로 배출한다.

팽창관 하단, 순환펌프 출구, 드레인관 하단은 공기가 모이는 최고점과는 관계가 없는 위치이므로 배기관 설치 위치로 적절하지 않다.

문제 93
다음 공조용 배관 중 배관 샤프트 내에서 일반적으로 단열시공을 하지 않는 배관은?
1온수관
2냉수관
3증기관
4냉각수관
정답 및 해설

냉각수관은 냉각탑 등을 순환하는 상온에 가까운 물이 흐르는 배관으로, 온수관·냉수관·증기관처럼 실내 공급 유체와 큰 온도차를 갖지 않기 때문에 열손실이나 결로를 방지할 필요성이 낮아 일반적으로 단열시공을 하지 않는다.

반면 온수관·냉수관·증기관은 각각 열손실 방지 또는 표면 결로 방지를 위해 배관 샤프트 내에서도 단열이 필요하다.

문제 94
배관의 하중을 위에서 걸어 당겨 지지하는 행거(hanger) 중 상하 방향의 변위가 없는 개소에 사용하는 것은?
1콘스타트 행거(constant hanger)
2리지드 행거(rigid hanger)
3베리어블 행거(variable hanger)
4스프링 행거(spring hanger)
정답 및 해설

리지드 행거는 형강 등으로 배관을 강체로 고정하는 행거로, 상하 방향의 변위가 거의 없는 개소에 사용한다.

콘스탄트 행거와 스프링 행거, 베리어블 행거는 온도 변화에 따른 배관의 신축(상하 이동)을 흡수하면서 일정하거나 가변적인 지지력을 유지하도록 설계된 것이므로, 변위가 없는 위치에 쓰는 리지드 행거와는 용도가 다르다.

문제 95
가스배관 외부에 표시하지 않는 것은? (단, 지하에 매설하는 경우는 제외)
1사용가스명
2최고사용압력
3유량
4가스흐름방향
정답 및 해설

지상에 매설되지 않고 노출된 가스배관에는 사용가스명, 최고사용압력, 가스의 흐름방향을 표시하도록 되어 있으나, 유량은 배관 외부 표시 대상에 포함되지 않는다.

이러한 표시는 배관을 육안으로 식별하여 안전하게 취급·점검할 수 있도록 하기 위한 것으로, 유동량 수치까지 표시하지는 않는다.

문제 96
증기와 응축수의 온도차를 이용하여 응축수를 배출하는 열동식 트랩이 아닌 것은?
1벨로즈 트랩
2디스크 트랩
3바이메탈식 트랩
4다이어프램식 트랩
정답 및 해설

디스크 트랩은 증기와 응축수의 온도차가 아니라 증기와 응축수가 오리피스를 통과할 때 발생하는 유속(운동에너지) 및 압력차를 이용해 작동하는 트랩으로, 열동식이 아니라 기계적(열역학적) 원리에 속한다.

반면 벨로즈 트랩, 바이메탈식 트랩, 다이어프램식 트랩은 모두 증기와 응축수의 온도차에 따른 금속이나 격막의 팽창·수축을 이용해 작동하는 열동식 트랩에 해당한다.

문제 97
복사난방 배관에서 코일의 구배로 옳은 것은?
1상향식 : 올림구배, 하향식 : 올림구배
2상향식 : 내림구배, 하향식 : 올림구배
3상향식 : 내림구배, 하향식 : 내림구배
4상향식 : 올림구배, 하향식 : 내림구배
정답 및 해설

복사난방 코일은 상향식(하부 공급, 상부 배출) 배관에서는 올림구배로, 하향식(상부 공급, 하부 배출) 배관에서는 내림구배로 설치하는 것이 원칙이다.

이는 코일 내부의 공기가 원활히 빠져나가고 응축수나 유체가 흐름 방향을 따라 자연스럽게 이동할 수 있도록 하기 위함이다.

문제 98
배수관에 트랩을 설치하는 가장 큰 목적은?
1유체의 역류방지를 위해
2통기를 원활하게 하기 위해
3배수속도를 일정하게 하기 위해
4유해, 유취 가스의 역류 방지를 위해
정답 및 해설

배수관에 트랩을 설치하는 가장 큰 목적은 트랩 내부에 봉수를 형성하여 하수관 등에서 발생하는 유해·유취 가스가 실내로 역류하는 것을 막기 위함이다.

물이나 배수 등 유체 자체의 역류를 막는 것은 체크밸브가 담당하는 기능이고, 통기를 원활하게 하거나 배수속도를 일정하게 하는 것은 통기관 및 배수관 구배 설계와 관련된 기능이므로, 트랩의 본질적인 설치 목적으로 볼 수 없다.

문제 99
개별식 급탕 방법의 특징이 아닌 것은?
1배관의 길이가 길어 열손실이 크다.
2사용이 쉽고 시설이 편리하다.
3필요한 즉시 따뜻한 온도의 물을 쓸 수 있다.
4소형 가열기를 급탕이 필요한 곳에 설치하는 방법이다.
정답 및 해설

개별식 급탕법은 필요한 곳마다 소형 가열기를 설치해 사용하는 방식이므로 배관 길이가 짧아 열손실이 적은 것이 특징이다. 배관이 길어 열손실이 크다는 서술은 오히려 중앙식 급탕법의 특징에 해당하므로 개별식의 특징으로는 옳지 않다.

필요한 즉시 원하는 온도의 물을 사용할 수 있고, 사용이 쉽고 시설이 간편한 점은 개별식 급탕법의 대표적인 장점이다.

문제 100
급탕설비에서 급탕온도가 70℃, 복귀탕 온도가 60℃일 때, 온수 순환 펌프의 수량은? (단, 배관계의 총 손실 열량은 3000kcal/h로 한다.)
150 L/min
25 L/min
345 L/min
44.5 L/min
정답 및 해설

온수 순환량은 배관계의 손실열량을 급탕온도와 복귀탕 온도의 차이로 나누어 구하며, 물의 비열과 밀도를 각각 1로 두면 다음과 같이 계산한다.

W=Q60×Δt=300060×(7060)=3000600=5 L/minW = \dfrac{Q}{60 \times \Delta t} = \dfrac{3000}{60 \times (70-60)} = \dfrac{3000}{600} = 5\ \text{L/min}

따라서 온수 순환 펌프의 수량은 약 5 L/min으로 계산된다.