[공조냉동기계기사 필기] 22년 3회차 시험지 PDF 다운로드

송풍량은 잠열이 아니라 현열부하로만 산정한다. $Q=\dfrac{q_s}{\rho\,c_p\,\Delta t}=\dfrac{6000}{1.2\times0.24\times10}=2083\ \mathrm{m^3/h}$이다. 잠열 1000 kcal/h는 송풍량 계산식에 들어가지 않는 값이므로 제외한다.

습공기 엔탈피는 $h=C_{pa}t+x\,(r_0+C_{pv}t)$로 구한다. 대입하면 $h=1.01\times30+0.015\,(2500+1.85\times30)=30.3+38.33=68.63\ \mathrm{kJ/kg}$이다. 앞항이 건공기 현열, 뒷항이 수증기가 갖는 잠열과 현열의 합이다.

덕트는 주덕트 내 풍속 $15\ \mathrm{m/s}$를 경계로 그 이하를 저속덕트, 초과를 고속덕트로 구분한다. 고속덕트는 덕트 단면이 작아 공간 절약에 유리하지만 마찰저항과 소음이 커져 송풍동력이 증가한다.

온풍난방은 열용량이 작은 공기를 열매로 쓰기 때문에 예열부하가 작고 예열시간이 짧아 간헐운전에 유리하다. 따라서 예열시간이 길다는 설명이 틀리다. 반면 송풍기 동력이 크고 덕트를 통해 소음이 전달되기 쉬우며, 층고가 높으면 상하 온도차가 커지는 단점이 있다.

콜드 드래프트는 인체 표면에서의 방열량이 커질 때 느끼는 한기이므로, 주위 공기의 습도가 낮을수록 증발에 의한 방열이 늘어 심해진다. 즉 습도가 높을 때는 오히려 완화되므로 원인이 될 수 없다. 이 밖에 기류속도가 크거나 벽·유리면 온도가 낮을 때, 극간풍이 많을 때 발생한다.

온풍난방은 방열기와 배관, 보일러 계통이 필요 없이 온풍로와 덕트만으로 구성되므로 직접난방(증기·온수)에 비해 설비비가 낮다. 따라서 설비비가 높다는 설명이 틀리다. 다만 층고가 높으면 상하 온도차가 커지고 연도 과열에 의한 화재에 주의해야 한다.

복관식은 공급관과 환수관을 따로 두어 각 방열기에 거의 같은 온도의 온수를 공급하므로 온도변화(방열기별 온도차)가 적다. 따라서 온도변화가 많다는 설명이 틀리다. 대신 배관이 2계통이라 설비비가 많이 든다.

제2종 환기(압입식)는 급기팬 + 자연배기의 조합으로 실내를 정압(+)으로 유지해 외부 오염공기의 침입을 막는 방식이며, 클린룸·무균실 등에 쓰인다. 급기팬과 배기팬을 함께 쓰는 것은 제1종 환기이다.

저속덕트는 주덕트 풍속을 15 m/s 이하로 하며, 실제 설계 권장값은 일반 건물 6~9 m/s 정도이다. 공장의 저속덕트 주덕트도 이 범위인 $6\sim9\ \mathrm{m/s}$가 적당하다. 풍속을 더 높이면 마찰손실과 소음이 급격히 커진다.

상당방열면적은 $EDR=\dfrac{Q}{Q_0}$로, 실제 방열량 $Q\,[\mathrm{W}]$를 단위면적당 표준방열량 $Q_0\,[\mathrm{W/m^2}]$로 나눈 값이다. 표준방열량은 증기 $756\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h}\;(\approx 879\ \mathrm{W/m^2})$, 온수 $450\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h}\;(\approx 523\ \mathrm{W/m^2})$이다.

상당방열면적은 $EDR=\dfrac{Q}{Q_0}$이며, 분모 $Q_0$는 단위면적당 표준방열량$[\mathrm{W/m^2}]$이다. 표준방열량은 증기 $756\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h}\;(\approx 879\ \mathrm{W/m^2})$, 온수 $450\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h}\;(\approx 523\ \mathrm{W/m^2})$로 정해져 있다. 분자 $Q$가 방열기의 전방열량이다.

압축식 감습은 공기를 고압으로 압축해 수증기를 응축시키는 방식이라 압축동력이 매우 커서 경제성이 없고 소량의 압축공기 제습 등에 한정적으로 쓰인다. 소요동력이 적어 널리 쓰인다는 설명이 틀리다. 실무에서는 냉각(노점제어), 흡수식(염화리튬·트리에틸렌글리콜), 흡착식(실리카겔·활성알루미나)이 주로 쓰인다.

팽창탱크는 온수의 체적팽창을 흡수하기 위한 온수난방용 기기로, 증기난방에는 사용하지 않는다. 증기난방 계통에는 응축수 저장탱크, 공기 배출(에어벤트) 밸브, 증기트랩 등이 필요하다.

바이패스 팩터는 코일 열수에 대해 지수적으로 감소하여 $BF_n=(BF_1)^n$이 된다. 따라서 $BF_4=0.65^4=0.1785\approx0.18$이다. 열수가 늘수록 공기가 코일 표면과 더 많이 접촉해 바이패스되는 비율이 줄어든다.

냉각수량 $300\ \mathrm{L/min}=18{,}000\ \mathrm{kg/h}$이므로 흡수열량은 $q=18{,}000\times4.2\times5=378{,}000\ \mathrm{kJ/h}$이다. 이를 LNG 발열량으로 나누면 $\dfrac{378{,}000}{43{,}961.4}=8.6\ \mathrm{N\cdot m^3/h}$이다.

절대습도의 정의 $\omega=0.622\dfrac{P_w}{P_a}$와 상대습도의 정의 $\phi=\dfrac{P_w}{P_s}$에서 수증기 분압 $P_w=\dfrac{\omega P_a}{0.622}$를 대입하면 $\phi=\dfrac{\omega\,P_a}{0.622\,P_s}$가 된다. 즉 같은 절대습도라도 포화수증기압이 큰 고온일수록 상대습도는 낮아진다.

극간풍(틈새바람) 방지는 출입구에서 실내외 공기가 직접 통하지 않도록 하는 것이 핵심이므로 회전문, 이중문, 에어커튼이 유효하다. 자동문은 통행 때마다 개구부가 그대로 열려 공기가 통하므로 극간풍 방지 대책으로는 가장 부적절하다.

타원형(플랫 오벌) 덕트의 상당직경은 같은 마찰저항을 갖는 원형 덕트 지름으로, 단면적 $A$와 둘레 $P$로부터 $D_e=1.55\dfrac{A^{0.625}}{P^{0.25}}$로 구한다. 장방형 덕트의 $D_e=1.3\dfrac{(ab)^{0.625}}{(a+b)^{0.25}}$와 같은 형태의 실험식이다.

열역학 제2법칙은 고립계(계+주위) 전체의 엔트로피가 증가한다는 것이지, 계와 주위의 엔트로피가 각각 증가한다는 뜻은 아니다. 예를 들어 고온 물체가 열을 내주면 그 계의 엔트로피는 감소하고 주위의 엔트로피가 그보다 더 크게 증가한다. 나머지는 모두 제2법칙의 타당한 표현이다.

절대압력은 대기압과 계기압력의 합이다. $750\ \mathrm{mmHg}=\dfrac{750}{735.56}=1.02\ \mathrm{kgf/cm^2}$이므로 $P_{abs}=1.02+0.2=1.22\ \mathrm{kgf/cm^2}$이다.

냉동능력은 $15\times3.8=57\ \mathrm{kW}$이고, 응축부하는 $Q_c=Q_e+W_c$이므로 반드시 57 kW보다 커야 한다. 따라서 57 kW보다 작은 49.8·36.2는 성립할 수 없고, 58.7 kW는 압축일이 1.7 kW뿐이어서 $-10\,^{\circ}\mathrm{C}/45\,^{\circ}\mathrm{C}$ 조건과 맞지 않는다. 선도에서 읽은 엔탈피로 $Q_c=Q_e\times\dfrac{h_2-h_3}{h_1-h_4}\approx57\times1.3=74.1\ \mathrm{kW}$가 된다.

밀폐계 에너지식 $\Delta U=Q+W_{in}$에서 열은 흡수(+), 일은 외부에서 받았으므로(+) $\Delta U=167+19=186\ \mathrm{kJ}$ 증가한다. 일을 계가 외부로 했다면 빼야 하지만, 받은 경우이므로 더한다.

압축기 안전밸브의 최소 구경은 $d=C\sqrt{V}$로, 냉매상수 $C$에 표준회전속도에서의 1시간 피스톤 압출량 $V\,[\mathrm{m^3/h}]$의 제곱근을 곱해 구한다(고압가스안전관리 기준). 즉 지수는 1/2이다.

R-717은 암모니아($\mathrm{NH_3}$)로 공기 중 15~28% 범위에서 가연·폭발성을 가지며 독성도 있어 취급 조건이 나쁘면 인화·폭발 위험이 가장 크다. R-744($\mathrm{CO_2}$)와 R-718(물)은 불연성, R-502는 CFC계 혼합냉매로 불연성이다.

대향류이므로 양단 온도차는 $\Delta t_1=27-10=17\,^{\circ}\mathrm{C}$, $\Delta t_2=13-5=8\,^{\circ}\mathrm{C}$이고 $LMTD=\dfrac{17-8}{\ln(17/8)}=11.94\,^{\circ}\mathrm{C}$이다. 따라서 $Q=K\,A\,\Delta t_m=900\times5\times11.94\approx53{,}730\ \mathrm{kcal/h}$이다.

클라우지우스 적분은 가역 사이클에서 $\oint\dfrac{\delta Q}{T}=0$, 비가역 사이클에서 $\oint\dfrac{\delta Q}{T}<0$이다. 비가역성으로 생긴 엔트로피 생성만큼 적분값이 0보다 작아지며, 이를 통틀어 $\oint\dfrac{\delta Q}{T}\le 0$으로 쓴다.

2단 압축 2단 팽창은 중간압력까지 1차 팽창시켜 발생한 플래시 가스를 중간냉각기에서 분리하므로 팽창손실이 줄고, 같은 조건에서 1단 팽창식보다 성적계수가 약간 높다. 두 방식 모두 냉매는 한 가지를 쓰고 중간냉각기도 필요하다.

흡입압력은 증발압력을 따르는데, 냉각부하가 증가하면 증발이 활발해져 증발압력과 흡입압력이 오히려 상승한다. 따라서 저하 원인이 아니다. 냉매 부족, 흡입배관 마찰손실, 모세관·여과기 막힘은 모두 흡입압력을 떨어뜨린다.

액분리기(어큐뮬레이터)는 증발기 출구와 압축기 흡입관 사이에 설치하는 저압측 기기로, 증발하지 못한 액냉매를 분리해 압축기의 리퀴드 백(액압축)을 방지한다. 수액기와 건조기는 고압 액관에, 유분리기는 압축기 토출관에 설치한다.

비열이 온도의 함수이므로 적분해야 한다. $q=\int_{293}^{303}(3.594+0.0372T)\,dT=3.594\times10+\dfrac{0.0372}{2}(303^2-293^2)$이며, 계산하면 $q=35.94+0.0186\times5960=35.94+110.9\approx147\ \mathrm{kJ/kg}$이다. 온도를 켈빈으로 넣어야 하는 점에 주의한다.

냉동능력은 냉매가 증발기에서 흡수하는 열량이므로 $Q_e=\dot m\,(h_2-h_1)$이다. 대입하면 $Q_e=80\times(36-17)=1520\ \mathrm{kJ/h}$이다.

정압변화에서는 $\dfrac{v_1}{T_1}=\dfrac{v_2}{T_2}$가 성립한다. 따라서 $T_2=T_1\dfrac{v_2}{v_1}=473\times\dfrac{0.4}{0.6}=315.4\ \mathrm{K}$, 즉 약 $42\,^{\circ}\mathrm{C}$이다. 온도는 반드시 절대온도로 계산해야 한다.

R-1234yf는 HFO계 냉매로 GWP가 1 수준에 불과해, 키갈리 개정의정서의 HFC 단계적 감축에 대응하는 R-134a 대체냉매로 자동차 에어컨 등에 쓰인다. 참고로 400번대가 비공비, 500번대가 공비 혼합냉매이고 R-502는 R-22와 R-115의 공비혼합냉매이므로 나머지 보기는 틀리다.

응축온도만 높아지면 응축압력이 올라가 팽창 후 플래시 가스가 늘고 증발기 입구 엔탈피가 커지므로 냉동효과는 오히려 감소한다. 따라서 냉동효과가 C>B>A라는 설명이 틀리다. 압축비와 압축일량은 커지고 성적계수는 낮아진다.

액주에 의한 압력은 $P=\rho g h$이다. 대입하면 $P=13{,}534\times9.81\times0.730=96{,}900\ \mathrm{Pa}\approx96.9\ \mathrm{kPa}$이다. 수은주 높이는 반드시 m 단위로 환산해 넣는다.

어프로치는 냉각수 출구온도와 입구공기 습구온도의 차로, 값이 작을수록 냉각탑 성능이 좋다. 냉각수 입구온도를 기준으로 한다는 설명이 틀리다. 쿨링 레인지는 냉각수 입·출구 온도차이며, 냉각탑 성능은 입구공기 습구온도의 지배를 받는다.

벡터 오퍼레이터 $a=1\angle120^{\circ}$이므로 $aE=E\angle120^{\circ}=E_c$가 된다. 참고로 $a^2=1\angle240^{\circ}=1\angle-120^{\circ}$이므로 $E_b=a^2E$이고, 세 상의 합 $1+a+a^2=0$이다.

기계설비법령상 국토교통부장관은 기계설비 유지관리교육에 관한 업무를 대한기계설비건설협회에 위탁하도록 규정하고 있다. 기계설비유지관리자는 선임된 날부터 정해진 기간 내에 이 협회가 시행하는 교육을 받아야 한다.

역률 $\cos\theta=\dfrac{P}{P_a}$가 클수록 피상전력 중 유효전력의 비중이 커지고 무효전력 $P_r=P_a\sin\theta$는 작아진다. 따라서 역률이 클수록 무효전력이 커진다는 설명이 틀리다.

정류자 편수는 전기자 코일 수와 같고, 코일 수는 $\dfrac{\text{슬롯수}\times\text{슬롯당 코일변수}}{2}$이다. 따라서 $K=\dfrac{40\times6}{2}=120$이다. 코일 하나가 두 개의 코일변을 갖기 때문에 2로 나눈다.

출력이 입력의 시간 변화율에 비례하는 $y(t)=K\dfrac{dx(t)}{dt}$ 형태이므로 미분요소이다. 전달함수로는 $G(s)=Ks$가 된다. 적분요소라면 출력이 입력의 적분값, 즉 $G(s)=K/s$로 나타난다.

A와 B가 직렬로 연결되어 AND($A\cdot B$)를 이루고, 그 조합이 C와 병렬이므로 OR로 묶인다. 따라서 논리식은 $X=A\cdot B+C$이다.

자기장의 세기는 $H=\dfrac{B}{\mu}$로 자속밀도를 투자율로 나눈 값이므로, 곱한 것과 같다는 설명이 틀리다. 단위가 $\mathrm{A/m}$인 데서 알 수 있듯 단위 길이당 기자력이며, 단위 자극에 작용하는 힘과도 같다.

측온저항체(RTD)는 백금·니켈 등의 전기저항이 온도에 따라 변하는 성질을 이용하므로 온도를 임피던스(저항)로 변환하는 요소이다. 광전지·광전 다이오드는 빛을 전압·전류로 바꾸는 요소이다.

분류기 저항은 $R_s=\dfrac{r_a I_a}{I-I_a}$로 구한다. 대입하면 $R_s=\dfrac{90\times100}{1000-100}=10\ \Omega$이다. 배율이 10배이므로 $R_s=\dfrac{r_a}{n-1}=\dfrac{90}{9}=10\ \Omega$으로도 같은 결과를 얻는다.

전류계와 분류기가 병렬이므로 전압강하가 같아 $r I_a=R_s(nI_a-I_a)$이고, 정리하면 $R_s=\dfrac{r}{n-1}$이다. 배율 $n$이 클수록 분류기 저항은 작아진다.

2차 저항 기동법은 회전자에 저항을 넣을 수 있는 권선형 유도전동기의 기동법이므로 농형에는 적용할 수 없다. 농형의 기동법은 전전압(직입), Y-Δ, 기동보상기(단권변압기), 리액터 기동 등이다.

접점 X와 Y가 병렬로 연결되어 OR($X+Y$)를 이루고, 여기에 Z가 직렬이므로 AND로 곱해진다. 따라서 논리식은 $(X+Y)Z$이다.

신호흐름선도의 가지 이득은 그대로 등가 블록선도 블록의 전달함수가 된다. 해당 위치는 신호를 크기 변화 없이 그대로 전달하는 경로이므로 $G(s)=1$이다.

열전대는 서로 다른 두 금속의 접합점 온도차에 의해 열기전력이 발생하는 제벡 효과를 이용하므로 온도를 전압으로 변환한다. 광전관·포토다이오드는 빛을 전기량으로 바꾸는 소자이다.

피드백 제어는 출력을 되먹여 목표값과 비교하므로 외란의 영향을 줄이고 정확도·응답특성을 개선할 수 있다. 다만 제어기 부품 성능이 나쁘면 그 영향을 크게 받는다는 것은 장점이 아니라 단점에 해당한다.

논리식 $X=\bar{A}\bar{B}\bar{C}+\bar{A}\bar{B}C+\bar{A}BC+\bar{A}B\bar{C}$ 에서 공통인자 $\bar{A}$ 를 묶으면 $\bar{A}(\bar{B}(\bar{C}+C)+B(C+\bar{C}))=\bar{A}(\bar{B}+B)=\bar{A}$ 가 된다. 변수 B·C가 모든 조합으로 나타나므로 소거되고 $\bar{A}$ 만 남는다.

열전대는 두 종류 금속의 접합점에 온도차가 있을 때 제벡 효과로 열기전력이 발생하므로 온도를 전압으로 바꾸는 변환장치이다. 벨로우즈는 압력을 변위로, 전자석은 전류를 힘(변위)으로 변환한다.

그림의 브리지 회로에서 $\dfrac{4}{8}=\dfrac{4}{8}$ 로 브리지 평형 조건이 성립하므로 C-D 사이의 4Ω에는 전류가 흐르지 않아 제거할 수 있다. 따라서 위 경로 $4+4=8[\Omega]$ 과 아래 경로 $8+8=16[\Omega]$ 의 병렬 합성으로 $\dfrac{8\times16}{8+16}\approx5.33[\Omega]$ 이 된다.

관지름을 줄여 재료비·시공비를 아끼는 것은 유속을 높일 때 얻는 이점이지 유속을 제한하는 이유가 아니다. 유속을 1.5~2 m/s 이하로 제한하는 것은 마찰손실과 관 내면 침식, 캐비테이션, 수격작용에 따른 소음·진동을 막기 위해서이다.

우모펠트는 흡수성이 커서 방습재를 함께 시공해야 하며, 아스팔트로 방습 가공하면 $-60\,^{\circ}\mathrm{C}$까지 보냉용으로 쓸 수 있다. 탄화코르크도 보냉재이지만 아스팔트 가공·방습재 병용이라는 조건은 펠트의 특징이다.

수격현상은 밸브의 급폐쇄로 운동에너지가 압력파로 바뀌면서 생기므로, 급폐쇄형 밸브 가까이에 공기실(에어챔버)이나 수격방지기를 설치해 충격압을 흡수하는 것이 가장 효과적이다. 유속을 낮추고 관경을 크게 하는 것도 함께 쓰이는 대책이다.

냉각수관은 냉각탑과 응축기를 잇는 배관으로 관 내 수온이 상온보다 다소 높은 정도여서 결로나 열손실 우려가 작으므로 단열(보온)하지 않는다. 반면 온수관·증기관은 열손실 방지, 냉수관은 결로 방지를 위해 반드시 단열한다.

알루미늄 도료(은분)는 표면의 알루미늄 박편이 열과 빛을 잘 반사하고 확산시켜 방열기 표면 도장용으로 적합하다. 광명단은 녹 방지용 하도, 산화철은 방청·내후용 도료이다.

증기트랩은 작동원리에 따라 기계적 트랩(버킷·플로트), 온도조절 트랩(벨로우즈·바이메탈), 열역학적 트랩(디스크·오리피스)으로 대분류한다. 박스 트랩은 배수설비의 봉수 트랩(드럼·벨 트랩 등)이므로 증기트랩 분류와 거리가 멀다.

만곡부(굽힘부)의 곡률반경은 크게 해야 유동저항과 압력손실이 줄어들므로, 곡률반경을 작게 하라는 설명이 틀리다. 냉매배관은 절대 기밀을 유지하고, 고저 변화를 줄이며, 길이를 가능한 짧게 하는 것이 원칙이다.

브레이스는 자중이나 열팽창 이외의 기계 진동, 수격작용, 지진 등 외부 하중에 의한 변위·진동을 억제하는 장치로, 방진용 방진기와 충격완화용 완충기로 나뉜다. 앵커·가이드는 리스트레인트로 열팽창에 따른 이동을 구속·안내하는 장치이다.

급수배관은 차량하중과 동결을 고려해 매설하며, 중차량이 통과하는 도로에서는 1,200 mm 이상 깊이로 묻는다. 차량 통행이 없는 곳은 450 mm, 일반 보도·차도는 750~900 mm 정도가 기준이다.

물의 질량은 $20{,}000\times0.99823=19{,}965\ \mathrm{kg}$이고, 80°C에서의 체적은 $\dfrac{19{,}965}{0.97183}=20{,}544\ \mathrm{L}$이다. 따라서 팽창수량은 $20{,}544-20{,}000\approx544\ \mathrm{L}$이다.

콤보 이음은 연관용이 아니며, 연관의 접합법은 플라스탄 접합, 살올림 납땜(가스 용접) 등이다. 스테인리스 강관의 MR조인트, 동관의 플레어 접합, PVC관의 TS식(냉간 접착) 이음은 모두 올바른 연결이다.

도시가스사업법령의 시설기준상 용량 $30\ \mathrm{m^3/h}$ 미만인 가스계량기는 화기와 2 m 이상 우회거리를 두고 바닥에서 1.6 m 이상 2 m 이내에 수직·수평으로 설치한다. 다만 보호상자 안에 설치하는 등의 경우에는 높이 제한을 두지 않는다.

크로스 커넥션에 따른 오염수의 역류를 막기 위해 기구 급수관에 버큠 브레이커(진공방지기)를 설치해 부압이 생겨도 대기를 흡입시켜 역사이펀 작용을 차단한다. 체크밸브만으로는 역사이펀 방지가 확실하지 않다.

구배를 충분히 줄 수 없거나 수평주관이 길어 응축수·공기 배출이 어려울 때는 관경을 한 치수 크게 해야 하므로, 작은 지름으로 한다는 설명이 틀리다. 방열기 주위는 신축을 흡수하도록 스위블 이음으로 하고, 공급관은 앞올림 역구배, 환수관은 앞내림 순구배로 한다.

리버스 리턴(역환수) 방식은 각 방열기까지의 공급관과 환수관 길이의 합을 거의 같게 만들어 마찰저항을 균등화함으로써 유량이 고르게 분배되도록 하는 방식이다. 배관 길이는 오히려 길어지므로 설비비는 증가한다.

패킹재는 유체의 압력·온도·부식성 등 화학적 성질과 진동·충격 같은 기계적 조건을 고려해 선정한다. 시트면의 형상은 밸브 디스크와 시트의 구조에 관한 사항이어서 패킹재료 선정과는 거리가 멀다.

콘스탄트 행거는 캠·스프링 조합으로 배관의 상하 변위와 관계없이 항상 일정한 지지력을 유지하므로 변위가 큰 개소에 적합하다. 베리어블(스프링) 행거는 변위에 따라 지지력이 변해 변위가 작은 곳에 쓰고, 리지드 행거는 변위를 허용하지 않는다.

방열기 1쪽당 방열량은 $q=K\,A\,\Delta t=8\times0.28\times(110-20)=201.6\ \mathrm{W}$이다. 따라서 소요 쪽수는 $N=\dfrac{29{,}000}{201.6}=143.8\to144$쪽이 된다. 나머지가 생기면 올림한다.