[공조냉동기계기사 필기] 25년 2회차 시험지 PDF 다운로드

외기(1)와 환기(2)가 혼합(3)된 후 냉각코일을 지나(4) 다시 환기 일부와 재혼합되어(5) 급기된다. 선도에서 혼합점 d(외기 e와 환기 c의 내분점)가 코일을 지나 a로 냉각되고, '5'는 코일 출구 a와 환기 c를 잇는 선분 위의 내분점인 b가 된다.

축류형 취출구는 기류를 한 방향으로 곧게 불어내는 형식으로 노즐형, 펑커루버형 등이 이에 속한다. 아네모스탯형과 팬형은 기류를 방사상으로 퍼뜨리는 복류(확산)형이고, 다공판형은 면형 취출구이다.

환수주관을 보일러 수면보다 높은 위치에 배관하여 관 상부에 증기 공간을 두고 응축수를 흘려보내는 방식이 건식 환수방식이다. 반대로 환수주관이 보일러 수면보다 낮아 관 내가 항상 응축수로 차 있는 방식은 습식 환수방식이다.

습공기를 가열하면 건구온도는 상승하지만 절대습도가 일정한 채 포화수증기압이 커지므로 상대습도는 오히려 낮아진다. 따라서 상대습도가 상승한다는 설명이 틀렸다. 노점온도 이하로 냉각하면 수증기가 응축하여 절대습도가 내려간다는 것은 옳은 설명이다.

축열조는 열원장치와 부하를 분리해 주므로 부분부하 시에는 축열된 열량으로 유연하게 대응할 수 있다. 따라서 부분부하 운전에 대응하기 어렵다는 설명이 틀렸다. 피크 컷에 의한 열원용량 축소, 열원기기의 고부하 연속운전에 따른 효율 향상은 축열조의 대표적 장점이다.

개방식 팽창탱크는 대기에 개방되어 있어 온수온도가 높으면 증발 손실과 산소 용입이 심해지므로 보통 85~90℃ 이하의 저온수 난방에 사용한다. 온수온도를 85℃ 이상으로 해야 한다는 설명이 틀렸다. 밀폐식은 상부 공기층의 압축 여유가 필요하므로 개방식보다 탱크 용적을 크게 설계한다.

달턴의 분압법칙에 따라 습공기의 전압은 건공기 분압과 수증기 분압의 합이다. 수증기 분압은 $P_w=\phi P_s=0.5\times31.84=15.92\,\mathrm{mmHg}$이므로 건공기 분압은 $P_a=760-15.92=744.08\,\mathrm{mmHg}$, 약 744mmHg이다.

코일 전면적은 통과 체적풍량을 전면풍속으로 나누어 구한다. $A=\dfrac{G}{\rho v}=\dfrac{45000}{1.2\times2.4\times3600}\approx4.34\,\mathrm{m^2}$이므로 약 4.3m²이다.

밀폐식 온수난방은 계 내로 공기(산소)가 새로 침입하지 않으므로 배관 부식이 적고 수명이 길다. 부식이 많아 수명이 짧다는 설명이 틀렸다. 온수난방은 보유수량이 많아 보일러 정지 후에도 실온 강하가 완만하고, 온수 온도·유량 조절이 가능한 것이 특징이다.

필요 환기량은 오염물질 발생량을 단위 환기량당 처리 가능한 허용량으로 나누어 구한다. $Q=\dfrac{20\times0.54}{0.017}\approx635\,\mathrm{m^3/h}$이다.

실내부하는 송풍 공기가 실내에 공급하는 열량으로 $q=\rho Q(h_2-h_1)$로 구한다. 선도에서 취출공기와 실내공기의 엔탈피차는 $4\,\mathrm{kcal/kg}$이므로 $q=1.2\times600\times60\times4=172{,}800\,\mathrm{kcal/h}$이다.

실리카겔, 활성알루미나 같은 고체 흡착제의 표면에 수증기를 물리적으로 흡착시켜 제습하는 방식이 흡착식 감습이다. 염화리튬 수용액 등 액체 흡수제를 이용하는 것은 흡수식 감습으로 구별된다.

보일러 시운전 보고서에는 제어기 세팅값과 입·출수 조건, 연도 가스 분석 결과, 성능·효율 측정값과 설계값의 비교 등을 기록한다. 입·출구 공기의 습구온도는 냉각코일이나 공조기의 성능시험 항목으로 보일러 시운전과는 관련이 없다.

가변풍량(VAV)방식은 취출온도를 일정하게 유지하면서 부하 변동에 따라 송풍량을 변화시켜 실온을 제어하는 방식이다. 정풍량(CAV)방식은 반대로 풍량을 일정하게 두고 취출온도를 변화시켜 제어한다.

팬코일 유닛 방식은 중앙 열원에서 만든 냉·온수를 각 유닛에 공급하여 처리하는 전수(수)방식이다. 패키지 방식, 룸 쿨러 방식, 멀티유닛 방식은 냉매를 실내측 열교환기로 직접 보내는 냉매방식이다.

증기난방은 증기의 응축잠열을 이용하므로 예열시간이 짧은 대신 방열량(열량) 조절이 어렵다. 예열시간이 길고 열량 조절이 용이하다는 것은 온수난방의 특징이므로 틀린 설명이다. 환수방식·배관방식에 따른 분류와 증기해머 소음은 옳은 설명이다.

공기열원 열펌프는 4방밸브(사방전환밸브)로 압축기 토출 냉매의 흐름 방향을 전환하여 실내·실외 열교환기의 응축기와 증발기 역할을 서로 바꿈으로써 냉방과 난방 사이클을 절환한다.

습공기의 엔탈피는 $h=C_{pa}t+x(\gamma_0+C_{pv}t)$로 구한다. $h=1.01\times22+0.0135\times(2501+1.85\times22)=22.2+34.3\approx56.5\,\mathrm{kJ/kg}$이다.

피스톤 압출량 V에 체적효율 η를 곱하면 실제 흡입 증기량이 되고, 이를 비체적 v로 나누면 냉매 순환량(kg/min)이 된다. 여기에 냉동효과 q와 60을 곱해 시간당 열량으로 환산한 뒤 1RT=3,320kcal/h로 나누면 냉동능력 $R=\dfrac{60\,V\eta q}{3320\,v}\,\mathrm{RT}$가 된다.

프레온계 냉매는 전기 절연내력이 크고 절연물질을 침식시키지 않으므로 전동기와 압축기가 한 용기 안에 있는 밀폐형 압축기에 적합하다. 암모니아(NH₃)는 절연물을 침식하고 동을 부식시키므로 밀폐형에는 사용할 수 없다.

교축은 등엔탈피 과정이며 줄-톰슨 계수는 압력 변화에 대한 온도 변화의 비이다. $\mu=\dfrac{\Delta T}{\Delta P}=\dfrac{350-344}{800-200}=\dfrac{6}{600}=0.01\,\mathrm{K/kPa}$이다.

가역 단열(등엔트로피) 압축에서 온도는 $T_2=T_1\,\varepsilon^{\,k-1}$로 상승한다. $T_2=(120+273)\times18^{0.4}\approx393\times3.18\approx1249\,\mathrm{K}$이므로 약 976℃이다.

응축압력이 일정한 상태에서 증발온도가 낮아지면 압축비가 커져 토출가스 온도가 상승하고, 흡입증기의 비체적 증가로 단위 흡입 체적당 냉동효과와 성적계수가 감소한다. 과열도 감소는 증발온도 저하에 따라 나타나는 현상이 아니므로 가장 거리가 멀다.

이상기체 상태방정식 $PV=mRT$에서 기체상수를 구한다. $R=\dfrac{PV}{mT}=\dfrac{100\times0.8}{1\times(30+273)}\approx0.264\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}$이다.

증발온도가 일정할 때 응축온도가 상승하면 압축비 증가로 소요동력과 토출가스 온도가 커지고 냉동효과 감소로 성적계수는 낮아진다. 팽창밸브 전후의 압력차가 커져 플래시가스 발생량은 오히려 증가하므로, 감소한다는 설명이 틀렸다.

클리어런스(간극체적)가 작으면 압축 후 잔류가스의 재팽창이 줄어들어 체적효율은 오히려 증가한다. 흡입·토출밸브의 누설, 실린더·피스톤 과열에 의한 흡입가스 팽창, 회전속도 증가에 따른 밸브 저항 증대는 모두 체적효율을 감소시키는 요인이다.

정압과정에서 체적이 2배가 되면 절대온도도 2배가 된다. $T_2=2\times293=586\,\mathrm{K}$이므로 공급열량은 $Q=mC_p\Delta T=5\times1\times(586-293)\approx1465\,\mathrm{kJ}$이다.

터빈일은 $810.3-614.2=196.1[\mathrm{kJ/kg}]$, 펌프일은 $58-57.4=0.6[\mathrm{kJ/kg}]$ 이므로 순일은 195.5 kJ/kg이다. 보일러 입열은 $810.3-58=752.3[\mathrm{kJ/kg}]$ 이고, 이론 열효율은 $\dfrac{195.5}{752.3}\times100\approx26[\%]$ 가 된다.

카르노 기관의 열효율은 $\eta=1-\dfrac{T_L}{T_H}=1-\dfrac{373}{773}\approx0.517$이다. 따라서 공급열량은 $Q_H=\dfrac{W}{\eta}=\dfrac{200}{0.517}\approx387\,\mathrm{kW}$이다.

T-s 선도에서 열량은 과정선 아래의 면적으로 나타난다. 고온 등온급열 과정 1→2 아래의 면적인 1-2-3'-4'가 급열량 Q₁이고, 사이클로 둘러싸인 면적 1-2-3-4는 정미일 Q₁-Q₂에 해당한다. 따라서 면적 1-2-3'-4'가 급열 Q₁이라는 설명이 옳다.

밀도는 질량을 체적으로 나눈 값이다. 한 변이 2a가 되면 체적은 $(2a)^3=8a^3$으로 8배가 되므로 밀도는 $\dfrac{2m}{8a^3}=\dfrac{1}{4}\cdot\dfrac{m}{a^3}=\dfrac{1}{4}\rho$가 된다.

고체가 액체로 상변화할 때 필요한 열은 융해열이며, 온도 변화 없이 상변화에만 쓰이므로 잠열이다. 고체에서 기체로 될 때는 승화열이고, 온도계에 변화로 나타나는 열은 감열(현열)이며, 응축열은 감열이 아니라 잠열이므로 나머지 설명은 모두 틀렸다.

시스템의 정의(가), 고립계의 에너지 출입 불가(다), 경계는 두께·체적이 없다(라)는 모두 옳다. 밀폐계는 질량(물질의 양)이 일정한 계이지 체적이 일정한 계가 아니므로(피스톤-실린더처럼 체적은 변할 수 있다) '나'는 틀렸다.

공랭식 응축기의 응축압력은 순환공기 온도가 높을 때, 전열면이 불결할 때, 장치 내 불응축가스가 존재할 때 과다하게 상승한다. 공기 순환량이 충분하면 방열이 원활하여 응축압력이 정상으로 유지되므로 상승 원인이 아니다.

응축온도 상승은 압축비를 크게 하여 소요동력 증대, 토출가스 온도 상승, 성적계수 감소를 일으킨다. 또한 팽창밸브 전후 압력차 확대로 플래시가스 발생량은 오히려 증가하므로, 발생량이 감소한다는 설명이 틀렸다.

흡수식 냉동기는 기계식 압축기 없이 재생기의 가열원(증기·가스 등 열에너지)으로 구동되므로 '압축기의 소비동력을 절감한다'는 표현은 흡수식의 특징이 될 수 없다. 성능계수가 낮고, 정격성능 도달이 느리며, 방열량이 커서 냉각수 배관·펌프·냉각탑 등 보조설비가 커지는 것은 모두 흡수식의 특징이다.

Δ→Y 변환에서 $R_c=\dfrac{R_{ca}\times R_{bc}}{R_{ab}+R_{bc}+R_{ca}}$ 이다. c점에 연결된 두 변은 2Ω과 5Ω이므로 $R_c=\dfrac{2\times5}{2+3+5}=\dfrac{10}{10}=1[\Omega]$ 이 된다.

전동기에 일정 부하를 걸어 운전하면 손실에 의한 발열로 온도가 지수함수적으로 상승하다가, 발열량과 방열량이 평형을 이루는 최종 온도상승값에서 포화되어 일정하게 유지된다. 따라서 초기에 급격히 상승한 뒤 완만해져 일정값에 수렴하는 포화 곡선이 옳다.

정밀한 속도제어에는 충분한 분해능이 필수이므로, 분해능이 떨어지는데도 디지털 제어를 채택하는 것은 바람직하지 않다. 디지털 제어는 샘플링계가 연산속도를 결정하고, 조정 개수·부품 수가 줄며, 부품 편차와 경년변화의 영향을 덜 받는다는 나머지 설명은 옳다.

저항은 옴의 법칙으로 실제 인가전압과 전류에서 구한다. $R=\dfrac{V}{I}=\dfrac{100}{0.4}=250\,\Omega$이다. 이때 소비전력은 $100\times0.4=40\,\mathrm{W}$로 전구의 정격과 일치한다.

서보 전동기는 관성을 작게 하여 속응성을 높이기 위해 전기자 지름을 작게 하고 축 방향으로 길게 만든다. 따라서 축 방향 길이가 짧다는 설명이 틀렸다. 기동·정지·역전 동작을 빈번하게 반복할 수 있는 것도 서보 전동기의 특징이다.

역률 개선용 콘덴서 용량은 $Q_c=P(\tan\theta_1-\tan\theta_2)$로 구한다. $Q_c=1000\times\left(\dfrac{0.6}{0.8}-\dfrac{\sqrt{1-0.95^2}}{0.95}\right)=1000\times(0.75-0.329)\approx421.3\,\mathrm{kvar}$이다.

피상전력, 유효전력, 무효전력은 전력 삼각형에서 $P_a^2=P^2+P_r^2$의 관계를 가진다. 따라서 유효전력은 $P=\sqrt{P_a^2-P_r^2}\;\mathrm{kW}$로 나타낸다.

측온 저항(체)은 백금·니켈·구리 등 금속의 전기저항이 온도에 따라 변하는 성질을 이용하여 온도를 저항(임피던스) 변화로 변환하는 요소이다. 광전지·광전 다이오드는 빛을 전기신호로, 전자석은 전류를 자기력으로 변환한다.

유도전동기의 토크는 자속에 의해 결정되고 자속은 공급전압/주파수(V/f)에 비례한다. 일정 토크 제어를 위해서는 자속을 일정하게 유지해야 하므로 인버터로 주파수를 바꿀 때 공급전압도 주파수에 비례하도록 제어한다.

피드백 제어는 출력값을 검출하여 목표값과 비교하고 그 편차를 자동으로 수정해 나가는 폐루프 정량적 제어이다. 시퀀스 제어는 미리 정해진 순서에 따라 각 단계를 진행하는 제어로 출력과 목표값을 비교하는 동작이 없다.

피드백 제어계에서 제어요소는 동작신호를 조작량으로 변환하는 부분으로 조절부와 조작부로 구성된다. 검출부는 제어대상의 출력을 측정하여 궤환신호를 만드는 요소로 제어요소에 포함되지 않는다.

전향경로는 $1\times2\times3\times1=6$ 이고, 루프는 $3\times(-4)=-12$ 와 $2\times3\times(-5)=-30$ 이다. 메이슨 공식으로 $\dfrac{C}{R}=\dfrac{6}{1-(-12-30)}=\dfrac{6}{43}$ 이 된다.

배율기를 사용하면 측정전압은 $V=V_v\left(1+\dfrac{R_m}{R_v}\right)$로 확대된다. $V=100\times\left(1+\dfrac{50}{25}\right)=300\,\mathrm{V}$이다.

회로에서 위쪽은 X 접점과 $\bar{y}$ 접점이 병렬, 아래쪽은 Z 접점과 $\bar{x}$ 접점이 병렬이며 두 병렬 그룹이 직렬로 연결되어 있다. 따라서 논리식은 $(x+\bar{y})(z+\bar{x})$ 가 된다.

지시 전기계기의 3대 구성요소는 측정량에 비례한 토크를 발생시키는 구동장치, 지침을 평형 위치에 머물게 하는 제어장치, 지침의 진동을 억제하는 제동장치이다. 유도장치는 3대 요소에 해당하지 않는다.

미분(D) 제어는 오차가 변화하는 속도에 비례하여 조작량을 가감함으로써 급격한 변화를 미리 억제하고 응답을 빠르게 하는 제어 동작이다. 오차의 크기 자체에 비례하는 비례 제어와 구별된다.

검류계는 미소한 전류나 전압의 유무를 검출하는 고감도 계기로 브리지 평형 검출 등에 쓰인다. 전위차계는 영위법으로 전압을 정밀 측정하는 기기이고, 회로시험계와 오실로스코프는 미소량의 유무 검출 전용 계기가 아니다.

최종값 정리에 따라 $\lim_{t\to\infty}f(t)=\lim_{s\to0}sF(s)$ 를 적용하면 $\lim_{s\to0}s\cdot\dfrac{10}{s(s+1)(s+2)}=\dfrac{10}{1\times2}=5$ 가 된다.

하트포드 접속법은 저압 증기보일러 주변 배관에서 균형관을 세워 환수관을 접속함으로써 보일러 수면이 안전수위 이하로 내려가는 것과 보일러수의 역류를 방지하는 배관법이다. 리프트 피팅은 진공환수식에서 응축수를 흡상하기 위한 이음으로 하트포드 접속과는 관계가 없다.

동관용 공구에는 관 끝을 넓히는 익스팬더, 압축(플레어)이음용 나팔관을 만드는 플레어링 툴, 관 끝을 진원으로 정형하는 사이징 툴 등이 있다. 링크형 파이프커터는 주철관 절단에 사용하는 공구로 동관용이 아니다.

증기배관의 권장 유속은 저압 증기관에서 10~20m/s 정도, 고압 증기관에서 30~50m/s 정도로 한다. 고압 증기는 비체적이 작아 저압 증기보다 빠른 유속을 허용할 수 있다.

사이징 툴은 동관 끝의 찌그러짐을 잡아 원형(진원)으로 정형하는 공구이다. 관 끝을 소켓 모양으로 확관하여 이음쇠 없이 납땜이음을 준비하는 공구는 익스팬더(확관기)이므로 사이징 툴에 대한 설명이 틀렸다.

소켓이음은 주철관 소켓부에 얀(마)을 채우고 용융 납을 부어 코킹하는 접합법으로 고무링을 사용하지 않는다. 기계식이음, 타이톤이음, 빅토릭이음은 모두 고무링(개스킷)의 탄성으로 수밀을 유지하는 방식이다.

보일러에서 팽창탱크에 이르는 팽창관은 안전상 항상 열려 있어야 하므로 도중에 밸브를 설치해서는 안 된다. 밸브를 2개 이상 부착한다는 설명이 틀렸다. 공기가 고일 곳의 에어벤트, 배수용 드레인 밸브 설치는 올바른 시공사항이다.

레스트레인트는 열팽창에 의한 배관의 이동을 구속하거나 제한하는 지지장치로 앵커, 스톱, 가이드가 이에 속한다. 행거와 서포트는 배관의 하중을 위·아래에서 지지하는 장치이고, 브레이스는 진동과 충격을 완화하는 장치이다.

보온재는 열전도율이 낮아야 하며, 이를 위해 내부 기공이 많아 부피비중이 작아야 한다. 부피와 비중이 커야 한다는 설명이 틀렸다. 흡수성이 작을 것, 안전사용 온도 범위에 적합할 것은 옳은 구비조건이다.

벨로즈형 신축이음은 주름관(벨로즈)의 신축으로 열팽창을 흡수하며 패킹 없이도 유체가 누설되지 않는 구조이다. 패킹을 넣어 누설을 방지한다는 것은 슬리브형에 해당하는 설명이므로 틀렸다.

덕트 경로는 가능한 한 최단거리로 계획해야 정압손실과 설비비, 반송동력이 줄어든다. 최장거리로 한다는 설명이 틀렸다. 정압손실 최소화, 소음·진동 억제, 건물 구조와의 정합은 덕트 설계의 기본 주의사항이다.

규산칼슘 보온판은 안전사용온도가 약 650℃로 보기 중 가장 높아 고온 배관·기기의 보온에 쓰이는 무기질 보온재이다. 글라스 울은 약 300℃, 우모펠트는 약 100℃ 수준이며 석면 보온판(약 550℃)보다도 규산칼슘이 높다.

방열기 트랩(열동식 트랩)은 방열기에서 생긴 응축수와 공기를 함께 배출하고 증기는 통과시키지 않아 환수관으로의 증기 유출을 막는다. 공기만을 제거한다는 설명이 틀렸으며, 공기만 배출하는 것은 에어벤트의 역할이다.

고무나 가죽 패킹은 고온의 급탕수에 의해 경화·변질되기 쉬워 급탕밸브나 플랜지용으로 부적합하며 내열성 패킹을 사용해야 한다. 굽힘부의 스위블 이음, 벽 관통부의 슬리브, 직관부의 신축이음쇠 사용은 모두 올바른 신축 대책이다.

증기배관에 글로브 밸브를 설치할 때 밸브축을 옆(수평)으로 향하게 하면 밸브 몸통 하부에 응축수가 고이는 것을 막을 수 있으므로 옳은 설명이다. 환수주관이 보일러 수면보다 높으면 건식환수이고, 응축수 흡상은 진공환수식의 리프트 피팅에 의한 것이며, 침입공기에 의한 부식 우려는 온수난방이 증기난방보다 작다.

유속을 빠르게 하면 같은 유량에서 관경이 작아져 초기 설비비는 줄지만, 마찰손실이 유속의 제곱에 비례하여 커지므로 반송동력이 늘어 운전비는 오히려 증가한다. 운전비가 감소한다는 설명이 틀렸으며 소음 발생도 커진다.

자동 공기빼기 밸브는 관 내 압력이 대기압보다 높은 정압(+)이 걸리는 부분에 설치해야 공기가 밖으로 배출된다. 부압(-)이 걸리는 부분에 설치하면 오히려 외부 공기를 빨아들이므로 틀린 설명이다.

팽창관은 온수의 팽창량을 팽창탱크로 도피시키는 안전배관이므로 도중에 밸브를 설치해서는 안 된다. 반드시 밸브를 설치한다는 설명이 틀렸다. 물은 4℃에서 100℃로 가열되면 약 4.3% 체적 팽창하므로 이를 고려해 탱크 용량을 정하고, 배기관과 오버플로우관을 갖춘다.

배관이 벽이나 바닥을 관통하는 곳에 슬리브를 설치하면 신축이 자유롭고 후일 수리·교체가 쉬우므로 옳은 설명이다. 급수배관의 구배는 1/250 정도로 하고, 상향식은 수평주관을 올림(선상향) 구배로 하며, 급수관은 오염 방지를 위해 배수관보다 위쪽에 매설한다.