[공조냉동기계산업기사 필기] 19년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

표면결로를 막으려면 내장재 실내측 표면온도가 노점 12℃ 이상이어야 하므로, 실내측 열전달면을 통과하는 열류는 $q=\alpha_i(t_i-t_s)=0.009\times(20-12)=0.072\ \mathrm{kW/m^2}$이다. 이 열류는 벽 전체를 통과하는 열류와 같으므로 $K=\dfrac{0.072}{20-(-5)}=0.00288\ \mathrm{kW/m^2 \cdot K}$, 즉 $\dfrac{1}{K}=347.2$이다. 열저항을 전개하면 $\dfrac{1}{0.023}+\dfrac{0.1}{0.0016}+\dfrac{L_2}{0.00017}+\dfrac{1}{0.009}=347.2$이고, 43.5+62.5+111.1=217.1을 빼면 $\dfrac{L_2}{0.00017}=130.1$이다. 따라서 $L_2=0.0221\ \mathrm{m}\approx22.1\ \mathrm{mm}$이다.

지하철 기계환기는 열차 주행으로 생기는 피스톤효과를 이용해 환기효과를 높이고, 터널 내 축적된 고온 공기와 잔류열을 외부로 배출하며, 화재 시에는 제연·배연 기능을 담당한다. 잔류열을 배출하고 신선외기를 도입하는 목적은 주변 토양과 구조체에 열이 축적되는 것을 억제하려는 것이므로, 토양의 발열효과를 상승시킨다는 설명은 목적과 정반대다.

90℃ 물을 100℃ 포화액까지 올리는 과정은 상변화 없이 온도만 올라가는 현열 가열이므로 잠열은 포함되지 않는다. $Q=m\,c\,\Delta t=25\times4.2\times(100-90)$이므로 $Q=1050\ \mathrm{kJ}$이다. 100℃ 건조포화액은 아직 증발하기 직전 상태이므로 증발잠열을 더하면 안 된다.

쉘 앤 튜브 열교환기의 유동유발진동은 소용돌이(와류) 방출, 병류에서 형성되는 와류, 유체탄성 불안정, 음향공명 등 유동이 불규칙하거나 주기적인 교란을 만들 때 발생한다. 층류는 유선이 규칙적이고 속도가 낮아 주기적 교란력을 거의 만들지 않으므로 진동 원인과 가장 거리가 멀다.

일반 열원방식은 전동 냉동기+보일러, 흡수식 냉동기+보일러, 흡수식 냉온수 발생기처럼 냉열·온열을 필요한 시점에 바로 만들어 공급하는 통상적인 조합을 말한다. 빙축열 방식은 심야전력으로 얼음에 열을 저장했다가 주간에 방냉하는 축열 이용 방식이므로 태양열·지열·폐열회수 등과 함께 특수 열원방식으로 분류된다.

공기조화 계획은 건축계획과 마찬가지로 개략에서 상세로 진행한다. 먼저 건물 용도와 요구조건을 파악해 방침을 세우는 기본구상, 이어 방식·열원을 선정하고 개략 용량을 정하는 기본계획, 그 다음 공사 범위와 일정·개략 사양을 정리하는 실시계획, 마지막으로 기기 사양과 배관·덕트를 확정해 도면과 시방서를 작성하는 실시설계 순서다.

흡습제를 도포한 엘리먼트를 적층해 원판(로터)으로 만들고, 이 로터를 저속으로 회전시키며 급기와 배기가 번갈아 통과하도록 한 것이 회전형 전열교환기다. 로터가 배기측에서 열과 수분을 흡수해 급기측으로 옮기므로 현열과 잠열을 함께 회수한다. 고정형(정지형)은 투습막 격벽을 사이에 두고 급배기가 교차하는 방식으로 구동장치가 없다.

지역난방은 열원 플랜트에서 고온수나 고압증기를 만들어 넓은 지역에 공급하므로 대규모 난방에 적합하고, 24시간 연속난방·연속급탕이 가능하며 폐열 이용과 고효율 운전으로 경제성이 높다. 다만 수송거리가 길어 순환펌프 용량이 크고 배관을 통한 열손실도 크므로, 열 수송배관의 열손실이 작다는 설명은 옳지 않다.

플로트 트랩은 응축수가 고이면 플로트가 부력으로 떠올라 밸브를 여는 기계식 트랩으로, 온도차가 아니라 액면(비중차)을 이용한다. 온도차를 이용하는 것은 바이메탈 트랩과 벨로즈 트랩이고, 버킷 트랩은 부력을 이용하며 상향식·하향식이 있다.

복사난방은 바닥·천장에 코일을 매설하므로 실내에 방열기가 노출되지 않고 상하 온도차가 작아 쾌감도가 높으며, 구조체 열용량이 커서 방열량 조절에 시간이 걸린다. 그러나 코일 매설과 구조체 시공이 함께 필요해 설비비가 다른 난방방식보다 많이 들고 고장 시 수리도 어려우므로 시설비가 적게 든다는 설명은 틀리다.

대형 덕트는 면적이 넓은 평판이라 압력 변동으로 철판이 떨리거나 찌그러지기 쉬우므로, 옆면 철판에 대각선 방향으로 주름을 눌러 강성을 높이는데 이를 다이아몬드 브레이크라 한다. 가이드 베인은 곡관부 저항을 줄이는 안내날개, 보강앵글은 외부에 덧대는 형강, 시임은 판재의 이음매를 말한다.

유리를 통한 취득열은 대부분 직접 투과하는 일사이므로, 일사를 실외로 되돌려 보내는 반사율이 큰 유리를 쓰는 것이 부하 저감에 가장 효과적이다. 흡수율이 큰 유리는 흡수한 열의 상당 부분이 다시 실내로 재방출되어 효과가 제한적이고, 얇고 투명한 유리는 일사 투과율이 높아 오히려 부하가 커진다.

수-공기 방식은 실내에 물(냉온수)과 공기를 함께 공급하는 방식으로 팬코일 유닛+덕트 병용, 인덕션 유닛, 복사 냉난방 방식이 여기에 해당한다. 2중 덕트와 정풍량 단일 덕트는 전공기 방식이고, 패키지 유닛 방식은 냉매를 실내기까지 보내는 냉매 방식이다.

정상 열전도량은 $Q=\dfrac{\lambda A \Delta t}{L}=\dfrac{1.5\times10\times(30-20)}{0.15}=1000\ \mathrm{W}$이다. 8시간은 $8\times3600=28800\ \mathrm{s}$이므로 전달열량은 $1000\ \mathrm{J/s}\times28800\ \mathrm{s}=2.88\times10^{7}\ \mathrm{J}=28800\ \mathrm{kJ}$이다. 열전도율 단위가 W/m·K이므로 시간을 초로 환산해야 한다.

습공기를 가열하면 수증기량은 그대로이고 온도만 올라가므로 절대습도는 변하지 않고 상대습도만 내려간다. 가습하면 상대습도가 올라가고, 냉각감습하면 엔탈피는 감소하며, 노점온도 이하로 냉각하면 응축으로 절대습도가 내려가면서 상대습도는 포화선을 따라 100% 부근을 유지한다.

사무실은 재실 인원과 OA 기기 발열로 부하패턴이 비교적 일정하고 근무시간대가 동일하며, 중간기 외기냉방으로 에너지를 줄이고 소음과 CO2 농도 등 실내환경을 관리해야 하는 대표적인 존이다. 로비나 체육관은 사용시간과 인원 변동이 크고, 식당·주방은 취기·유증기 배기가 지배적이라 별도 존으로 분리한다.

조명은 발열만 있고 수분 발생이 없으므로 냉방부하로는 현열만 계상한다. 인체는 대사열과 땀·호흡에 의한 수분을 함께 내므로 냉방부하에 현열과 잠열이 모두 포함된다. 한편 인체와 조명의 발열은 난방에는 여유로 작용하므로 난방부하로는 보통 계상하지 않는다.

가이드 베인은 곡률반지름이 덕트 장변의 1.5배 이내로 작아 곡관부 저항이 커질 때, 기류를 여러 갈래로 나누어 박리와 와류를 줄이려고 설치한다. 박리와 와류는 유속이 빠르고 압력이 낮아지는 곡관부 안쪽(내측)에서 주로 생기므로 베인도 내측에 설치하는 것이 효과적이며, 외측에 설치하는 것이 좋다는 설명은 옳지 않다.

복사난방은 바닥·벽면에서 나온 복사열이 인체와 실내 표면을 직접 데우므로 공기온도에 덜 의존한다. 따라서 틈새바람이나 자연환기로 실내 공기가 자주 바뀌어도 복사열은 그대로 남아 체감온도 저하가 작고 난방효율이 비교적 잘 유지된다. 온풍난방은 데운 공기 자체가 열매라 환기가 많으면 열손실이 가장 크다.

보일러를 운전하면 증발로 관수 속 광물질이 계속 농축되므로, 주기적으로 관수를 분출(blow down)해 일부를 배출하고 새 급수로 바꿔 넣어 농축을 막는다. 경도가 높은 물은 스케일 생성을 촉진하므로 연수장치로 경도를 낮춰 급수해야 하고, 증기보일러는 수위가 낮아지면 과열·파열 위험이 있으므로 수위를 일정하게 유지해야 한다.

1냉동톤 3.9 kW를 냉동효과로 나누면 냉매순환량은 $G=\dfrac{3.9}{1088}=3.585\times10^{-3}\ \mathrm{kg/s}=12.91\ \mathrm{kg/h}$이다. 여기에 압축기 입구 비체적을 곱하면 흡입증기 체적은 $V=12.91\times0.5087\approx6.57\ \mathrm{m^3/h}$로 약 6.5 m3/h이다. kW는 kJ/s이므로 시간당 값을 얻으려면 3600을 곱해야 한다.

R-134a는 염소를 포함하지 않는 HFC계 냉매라 오존파괴지수가 0이다. R-11(ODP 1.0)과 R-12(ODP 1.0)는 염소가 많은 CFC계로 파괴력이 가장 크고, R-22는 HCFC계로 ODP가 약 0.055다. ※ 현행 기준으로는 R-134a도 GWP가 1430으로 높아 온실가스 규제 대상이며 저GWP 냉매로 대체가 진행 중이다.

프레온 냉동기는 오일이 냉매에 잘 녹아 증발기 쪽으로 흘러가므로 흡입가스 유속으로 오일을 압축기까지 밀어 올려야 한다. 용량제어로 부하가 낮아지면 유속이 떨어져 입상관에서 오일이 되돌아오지 못하므로, 굵은 관과 가는 관을 병렬로 세운 이중 입상관을 설치해 저부하 시에는 가는 관으로만 흐르게 하여 유속을 확보하고 오일 회수를 돕는다.

장기 휴지 시에는 저압측 냉매를 수액기로 회수하고 밸브 패킹을 잘 잠가 누설을 막으며, 동파를 막기 위해 워터재킷과 응축기의 물은 완전히 빼둔다. 비워둔 저압측에 공기를 넣으면 공기 중 수분이 침입해 수분 혼입과 내부 부식·동결을 일으키므로, 공기 대신 냉매가스나 질소로 약간의 양압을 유지해야 한다.

일의 열당량은 $A=\dfrac{1}{427}\ \mathrm{kcal/(kgf \cdot m)}$로, 427 kgf·m의 일이 모두 열로 바뀌면 1 kcal가 된다는 뜻이므로 옳다. 증발온도가 내려가면 압축비 상승으로 토출가스온도는 높아지지만 냉동효과와 순환량이 줄어 열펌프 능력은 오히려 떨어진다. 또 비열 2.1 kJ/kg·℃, 비중량 1.2 kg/L인 액체 2 L를 1℃ 올리려면 $2.1\times1.2\times2\times1=5.04\ \mathrm{kJ}$가 필요하고, 열의 출입이 없는 과정은 등온압축이 아니라 단열압축이다.

R-21은 CHCl2F가 맞지만, CClF2-CClF2는 R-114이고 R-113은 CCl2F-CClF2(C2Cl3F3)이므로 이 설명이 틀리다. 냉매는 응고점이 낮고 증발잠열과 열전도율이 커야 좋으며, R-500은 R-12와 R-152를 혼합해 조성이 변하지 않는 공비 혼합냉매다.

압축기는 증발기에서 나온 저온·저압 증기를 빨아들여 압력을 높이는 기기이며, 압력을 올리면 포화온도가 상온보다 높아져 냉각수나 외기만으로도 응축·액화가 가능해진다. 압축하면 엔탈피는 증가하고 비체적은 감소하며, 임계온도는 냉매 고유의 물성이라 압축으로 바뀌지 않는다.

액봉은 양쪽이 밸브로 막혀 액냉매만 가득 찬 구간의 온도가 올라가 압력이 급상승하는 현상이므로, 액이 채워지는 배관에서 생긴다. 액펌프 토출-증발기 사이 배관, 중간냉각기에서 과냉각된 액관, 수액기-증발기 액관이 모두 그런 구간이다. 압축기에서 응축기로 가는 토출배관은 고온의 과열증기만 흐르므로 액봉과 가장 거리가 멀다.

물 10℃를 얼음 -10℃로 만드는 데 필요한 열량은 물의 현열 $1000\times4.19\times10=41900\ \mathrm{kJ}$, 응고열 $1000\times335=335000\ \mathrm{kJ}$, 얼음의 현열 $1000\times2.09\times10=20900\ \mathrm{kJ}$을 더한 397800 kJ/h이다. 이는 $\dfrac{397800}{3600}=110.5\ \mathrm{kW}$이므로 성적계수는 $COP=\dfrac{110.5}{37}\approx3.0$이다.

응축온도가 일정한 상태에서 증발온도가 내려가면 압축비가 커져 토출가스 온도가 오르고, 냉동효과가 줄면서 성적계수도 떨어진다. 동시에 흡입증기의 비체적이 커져 압축기가 같은 행정체적으로 빨아들이는 질량이 줄기 때문에 냉매 순환량은 오히려 감소한다.

운전상태 점검은 윤활유의 양과 오염 상태, 이상 소음·진동, 각부 온도와 압력처럼 장치의 성능과 이상 징후를 직접 드러내는 항목을 확인한다. 전원 주파수는 계통에서 일정하게 유지되는 값이라 운전자가 상시 점검할 대상이 아니므로 가장 거리가 멀다.

줄-톰슨 효과는 고압기체를 좁은 구멍이나 밸브로 교축 팽창시킬 때 엔탈피가 일정한 채 온도가 내려가는 현상으로, 압축기체를 팽창시켜 저온을 얻는 냉동법의 원리다. 흡수식은 흡수·재생 사이클, 2원 냉동은 두 사이클의 캐스케이드 조합이며, 감열에 의한 냉동은 상변화 없이 온도차만 이용하는 것이라 줄-톰슨과 관계가 없다.

팽창밸브에서의 변화는 외부와 열·일의 교환이 없는 교축과정이므로 엔탈피가 일정하게 유지된다. 고압에서 저압으로 떨어지면서 일부가 플래시 가스로 증발하고, 그 증발잠열을 남은 액에서 빼앗기 때문에 온도는 응축온도에서 증발온도까지 내려간다. 즉 온도 감소, 압력 감소, 엔탈피 일정이다.

흡수식 냉동기는 압축기 대신 펌프만 사용하므로 회전부가 적어 소음과 진동이 압축식보다 작다. 용량제어 범위가 넓고 부분부하 대응성이 좋은 반면, 용액을 데우고 농도를 잡는 데 시간이 걸려 기동 후 정격 성능에 도달하는 속도는 느리다.

클리어런스(간극체적)가 크면 실린더에 남은 고압가스가 재팽창하는 구간이 길어져 흡입되는 신기의 양이 줄고, 그 결과 체적효율과 냉동능력이 떨어진다. 또 같은 능력을 내려면 운전시간이 길어지고 재팽창·재압축이 반복되므로 압축기가 과열되어 토출가스 온도는 오히려 상승한다.

브라인은 비열과 열전도율이 커야 같은 유량으로 많은 열을 나를 수 있고, 동결온도가 낮으며 불연성·불활성이고 금속을 부식시키지 않아야 한다. 점성이 크면 유동저항이 커져 펌프동력이 늘고 열전달계수도 나빠지므로 점성은 작아야 한다.

이상 냉동기의 성적계수는 역카르노 사이클로 구하며 절대온도를 써야 한다. $COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{273-15}{(273+30)-(273-15)}=\dfrac{258}{45}\approx5.73$이다. 분모는 응축온도와 증발온도의 차이므로 섭씨 그대로 45 K이다.

열전도는 물체 내부에서 고온부에서 저온부로 열이 옮겨가는 현상, 대류는 유체가 이동하면서 열을 함께 나르는 현상, 복사는 매질 없이 떨어진 두 물체 사이에서 전자기파로 열이 오가는 현상이다. 실제 전열에서는 벽면의 전도, 표면의 대류, 표면 간 복사가 동시에 겹쳐 일어나는 경우가 대부분이므로 각각 단독으로 일어나는 경우가 많다는 설명은 옳지 않다.

유분리기는 압축기에서 냉매가스와 함께 토출된 윤활유를 분리해 크랭크케이스로 되돌려 보내는 기기이므로, 토출가스가 지나는 압축기와 응축기 사이 배관에 설치한다. 암모니아는 오일과 잘 섞이지 않아 응축기·증발기로 오일이 넘어가면 전열을 크게 방해하므로 유분리기 설치가 특히 중요하다.

냉동능력은 $5\,\mathrm{RT}\times3.9\,\mathrm{kW/RT}=19.5\,\mathrm{kW}$, 시간당으로 고치면 $19.5\times3600=70200\,\mathrm{kJ/h}$이다. 증발기 출입구 엔탈피 차인 냉동효과는 $400-240=160\,\mathrm{kJ/kg}$이다. 따라서 냉매순환량은 $G=\dfrac{70200}{160}=438.8\,\mathrm{kg/h}$이다.

이중 입상관 아래쪽의 트랩(오일 트랩)은 저부하 시 오일이 잠시 고여 가는 관 쪽 흐름을 만들어 주는 부분인데, 크게 만들면 고이는 오일량이 많아져 압축기로 한꺼번에 넘어가 오일 해머와 유면 저하를 일으킨다. 따라서 트랩은 가능한 한 작게 해야 한다. 나머지는 냉매배관의 기본 원칙인 압력강하 억제, 액압축 방지, 오일 회수 확보에 해당한다.

고가 탱크식은 수도본관의 물을 일단 지하 저수조에 받은 뒤, 양수펌프와 양수관으로 옥상탱크까지 끌어올리고, 거기서 중력으로 급수관을 통해 각 기구에 공급한다. 따라서 수도본관 → 저수조 → 양수관 → 옥상탱크 → 급수관 순서다. 양수관은 저수조에서 옥상탱크로 올리는 관이므로 옥상탱크보다 앞에 온다.

급수량은 건물의 사용 인원수에 1인당 사용량을 곱하거나, 설치될 위생기구의 수량과 동시사용률로 산정하며, 인원 파악이 어려우면 유효면적당 인원을 환산해 구한다. 건물의 높이나 층수는 급수압력과 급수 조닝, 펌프 양정을 정하는 요소일 뿐 사용 수량 자체를 결정하지 않으므로 급수량 산정 기준과 가장 거리가 멀다.

통기관은 배수 시 관 내 압력변동으로 트랩 봉수가 파괴되는 것을 막는 관으로, 기구마다 세우는 각개 통기관, 여러 기구를 묶어 배수 수평지관에서 뽑는 루프(회로) 통기관, 배수 입상관을 그대로 연장해 대기로 개방하는 신정 통기관, 그 밖에 결합 통기관·습식 통기관 등이 있다. 분해 통기관이라는 종류는 없다.

제조소 및 공급소 밖의 도시가스 배관을 철도부지에 매설할 때는 지표면에서 배관 외면까지 깊이를 1.2 m 이상 유지해야 하므로 이 설명이 옳다. 궤도 중심까지는 4 m 이상, 하천을 횡단할 때는 계획하상높이와 4 m 이상, 수로 밑 횡단은 2.5 m 이상(기타 좁은 수로는 1.2 m 이상)이어야 하므로 나머지는 수치가 맞지 않는다.

캐비테이션은 펌프 흡입측 압력이 포화증기압 아래로 떨어질 때 생기므로, 흡입양정을 짧게 하고 배관 굽힘과 부속을 줄여 흡입 손실을 낮추며 회전수를 낮춰 필요흡입수두를 줄이는 것이 대책이다. 양흡입 펌프는 임펠러 한쪽당 유량이 절반이라 필요흡입수두가 작으므로, 단흡입으로 바꾸면 오히려 캐비테이션이 잘 생긴다.

간접배수는 배수관 끝과 물받이 수면 사이를 떼어 놓아 오수가 역류·역흡입되지 않게 하는데, 이 틈을 배수구 공간이라 한다. 관경 25 A 이하에서는 최소 50 mm, 30~50 A는 100 mm, 65 A 이상은 150 mm 이상을 확보해야 하므로 25 A에서는 50 mm가 적절하다.

증기관이나 환수관이 보·출입문 등 장애물과 만나면 장애물을 관통하지 않고 위나 아래로 우회하는 루프형 배관으로 피해 가야 한다. 관통은 구조체 손상과 신축 흡수 곤란, 응축수 정체를 일으킨다. 가지관은 응축수가 흘러들지 않도록 주관 상부에서 상향 분기하고 엘보 3개 이상의 스위블 이음으로 신축을 흡수하며, 주관 말단에는 관말트랩을 두어 응축수를 배출한다.

공기조화 설비는 열원설비(냉동기·보일러), 열운반설비(펌프·배관·송풍기·덕트), 공조기설비, 자동제어설비로 구성된다. 위생기구 설비는 급수·급탕·배수 등 위생설비에 속하는 것으로 실내 공기의 온습도·청정도를 다루는 공기조화 설비와는 계통이 다르다.

암모니아는 수분이 있으면 구리 및 구리합금과 반응해 부식시키고 착이온을 만들어 동부착 현상을 일으키므로, 이음매 없는 동관은 암모니아 냉동설비 배관으로 쓸 수 없다. 따라서 배관용 탄소강 강관, 저온 배관용 강관, 스테인리스 강관 등 강계열 배관을 사용한다.

급탕에 필요한 열량은 $Q=m\,c\,\Delta t=2000\times1\times(60-20)=80000\ \mathrm{kcal/h}$이다. 가스 소비량은 이 열량을 발열량과 보일러 효율의 곱으로 나누므로 $G=\dfrac{80000}{15000\times0.95}=\dfrac{80000}{14250}\approx5.6\ \mathrm{kg/h}$이다. 효율은 분모에 곱해야 하며 나누면 값이 반대로 커진다.

호텔·레스토랑 같은 영업용 주방의 배수에는 지방분(그리스)이 섞여 있어 배관 안에서 굳으면 막힘을 일으키므로, 이를 붙잡아 제거하는 그리스 포집기를 설치한다. 오일 포집기는 주유소·차고의 인화성 기름을, 플라스터 포집기는 치과·외과의 석고 등 침전물을 대상으로 하므로 주방 지방분에는 해당하지 않는다.

플러그와 캡은 모두 관 끝을 막는 부속, 니플과 소켓은 같은 지름의 관을 직선으로 잇는 부속, 유니언과 플랜지는 나중에 분해·조립할 수 있게 잇는 부속으로 각각 목적이 같다. 반면 티는 관을 분기하는 부속이고 리듀서는 관경을 줄여 잇는 부속이므로 사용 목적이 서로 다르다.

자동 2방향 밸브는 부하가 줄면 코일 쪽 유로를 닫아 버리므로 전체 순환수량이 급변하는데, 바이패스관에 유량을 미세하게 조절할 수 있는 글로브밸브를 두어 통과 수량을 세팅해 두면 펌프 순환량과 압력 변동을 완화할 수 있다. 게이트밸브는 완전 개폐용이라 미세 조절에 부적합하고, 체크밸브와 감압밸브는 유량 조정 목적이 아니다.

도시가스 압력은 저압(0.1 MPa 미만), 중압(0.1 MPa 이상 1 MPa 미만), 고압(1 MPa 이상)으로 구분한다. 따라서 중압은 0.1 MPa 이상 1 MPa 미만이며, 중압은 다시 중압A와 중압B로 나누기도 한다.

액관을 길게 세워 올리면 액주의 정수두만큼 압력이 낮아져 포화압력 아래로 떨어지면 플래시 가스가 생기므로, 이를 막기 위해 충분한 과냉각이 필요하다. 즉 압력이 증가하는 것이 아니라 감소하는 것이 문제이므로 그 설명은 옳지 않다. 배관을 짧고 곧게 하며 곡률반경을 크게 하는 것도 압력강하를 줄여 증발을 막기 위한 조치다.

강관을 재질로 나누면 탄소 강관, 합금 강관, 스테인리스 강관 등이 된다. 전기 용접강관은 관을 만드는 방법(이음매 없는 관, 단접관, 전기저항 용접관, 아크 용접관)에 따른 분류이므로 재질 분류에 해당하지 않는다.

펠트는 양모·우모 등 짐승의 털을 압축해 만든 피복재로, 유연해서 곡면부에 감아 시공하기 좋고 표면에 아스팔트 방습 피복을 하면 약 -60℃까지 보냉에 사용할 수 있다. 실리카울과 섬유유리는 무기질 광물섬유 보온재, 아스베스토(석면)는 내열 광물섬유로 모(毛)를 사용한 것이 아니다.

기수 혼합식 급탕기는 증기를 물속에 직접 불어넣어 데우기 때문에 증기가 급격히 응축하면서 큰 소음이 발생한다. 이를 줄이기 위해 노즐 형태로 증기를 잘게 분산시켜 분사하는 스팀 사일렌서(소음기)를 설치한다.

유체를 한 방향으로만 흐르게 하고 역류를 막는 밸브는 체크밸브이다. 도시기호는 관 위에 두 개의 짧은 수직선(시트)을 두고 그 사이를 비스듬한 디스크가 가로막는 모양으로, 역방향이 막히는 구조가 그대로 드러난다. 마주 본 두 삼각형만 그린 것은 슬루스(게이트)밸브, 가운데를 칠한 것은 글로브밸브로 모두 방향성이 없다.

서보전동기에는 직류 서보전동기와 교류(유도형·동기형) 서보전동기가 모두 있으므로 교류용만 있다는 설명은 틀리다. 서보전동기는 위치·속도 추종을 위해 정회전과 역회전이 자유롭고, 관성모멘트가 작아 급가속·급감속이 쉬우며 속응성이 매우 높은 것이 특징이다.

비율제어는 한쪽 유량(연료)을 기준으로 다른 쪽 유량(공기)을 일정한 비율로 따라가게 하는 제어로, 자동연소 제어에서 공기비를 유지해 완전연소를 얻는 데 쓰인다. 시퀀스제어는 정해진 순서대로 진행하는 제어, 프로그램제어는 목표값이 미리 정한 시간 계획에 따라 변하는 제어다.

소비전력은 $P=VI=100\times10=1000\ \mathrm{W}$이고 1분은 60초이므로 발생 열량은 $W=Pt=1000\times60=60000\ \mathrm{J}=60\ \mathrm{kJ}$이다. 1 kcal는 약 4.186 kJ이므로 $\dfrac{60}{4.186}\approx14.4\ \mathrm{kcal}$이며, $0.24\times10^{-3}PT$ 식으로 계산해도 같은 값이 나온다.

일순환 전달함수는 $G(s)H(s)=s\times\dfrac{2}{s+2}=\dfrac{2s}{s+2}$이고 부궤환이므로 특성방정식은 $1+G(s)H(s)=0$이다. 대입하면 $1+\dfrac{2s}{s+2}=\dfrac{s+2+2s}{s+2}=\dfrac{3s+2}{s+2}=0$이다. 분자를 0으로 놓아 $3s+2=0$을 얻는다.

직류기 브러시에 탄소를 쓰는 것은 접촉저항이 커서 정류 중 단락된 코일에 흐르는 순환전류를 억제해 불꽃 없는 정류를 얻을 수 있기 때문이다. 탄소의 고유저항이 구리보다 큰 것은 사실이지만 이는 접촉저항이 크다는 성질의 배경일 뿐이고, 브러시 재료로 선택하는 직접적인 이유는 접촉저항이 크다는 점이다.

목표값은 제어량이 그 값을 갖도록 외부에서 제어계에 주어지는 기준 입력이다. 동작신호는 목표값과 궤환량의 차인 편차로 조절부에 들어가는 신호, 조작량은 제어요소가 제어대상에 가하는 양, 궤환량은 검출부가 제어량을 측정해 되돌려 보내는 신호다.

2전력계법에서 3상 전력은 두 전력계 지시의 합 $P=W_1+W_2$이다. 역률이 100%이면 두 전력계의 지시가 서로 같으므로 $P=2\times100=200\ \mathrm{W}$가 된다. 참고로 역률이 1일 때는 $W_1=W_2$, 역률이 0.5일 때는 한쪽 지시가 0이 되는 것이 2전력계법의 특징이다.

신호흐름선도에서 같은 두 절점을 잇는 경로가 여러 개 병렬로 있으면 전체 전달이득은 각 경로 이득의 합이 된다. y1에서 y2로 이득 a인 가지와 이득 b인 가지가 나란히 있으므로 $y_2=(a+b)\,y_1$이다.

R-L 직렬회로에서는 저항 전압과 인덕턴스 전압의 위상이 90° 차이가 나므로 전체 전압은 두 전압의 벡터합이다. $V=\sqrt{V_R^2+V_L^2}$에서 $V_L=\sqrt{100^2-80^2}=\sqrt{3600}=60\ \mathrm{V}$이다. 단순히 100에서 80을 빼서 20 V로 계산하면 안 된다.

역률은 피상전력 중 실제로 일을 하는 유효전력의 비율이므로 $\cos\theta=\dfrac{P}{P_a}=\dfrac{\text{유효전력}}{\text{피상전력}}$이다. 무효전력을 피상전력으로 나눈 값은 무효율($\sin\theta$)이다.

차동계전기는 변압기 1차측과 2차측 전류를 변류기로 받아 그 차를 검출하는데, 내부에 층간단락이나 지락 같은 고장이 생기면 두 전류의 평형이 깨지면서 차전류가 흘러 동작한다. 과전류계전기나 부족전압계전기는 외부 사고에도 함께 동작해 내부 고장만 골라내지 못한다.

이 문항은 확정답안에서 복수정답으로 처리된 문항입니다. 「제어대상」와 「조작부」가 모두 정답으로 인정되었습니다. 여기서는 채점을 위해 한 선택지만 정답으로 두었으니, 다른 하나를 고르셨더라도 틀린 판단이 아닙니다.
제어시스템은 일반적으로 조작부(입력), 조절부(제어기), 제어대상(피제어 요소), 검출부(피드백)로 구성된다. 서보전동기(서보모터)는 제어 신호를 받아 실제 기계적 작업을 수행하는 실행기(actuator)로서 제어 대상이 되는 장치이므로 제어대상에 속한다. 조절부는 제어신호를 생성하는 제어기이고, 조작부는 사용자 입력장치, 검출부는 피드백을 위한 센서이므로 서보전동기와는 역할이 다르다.

전하량은 전류를 시간에 대해 적분한 값이므로 $Q=\int_0^3 (2t^2+8t)\,dt=\left[\dfrac{2}{3}t^3+4t^2\right]_0^3$이다. 계산하면 $\dfrac{2}{3}\times27+4\times9=18+36=54\ \mathrm{C}$이다.

PI 제어의 전달함수는 $G(s)=K_p\left(1+\dfrac{1}{T_i s}\right)$이다. 비례감도 5, 적분시간 3초를 대입하면 $G(s)=5\left(1+\dfrac{1}{3s}\right)=5+\dfrac{5}{3s}$이고, 통분하면 $G(s)=\dfrac{15s+5}{3s}$이다.

서보기구는 물체의 위치, 방위, 자세 등 기계적 변위를 제어량으로 하여 목표값의 변화를 추종하게 하는 제어계다. 유량·압력·밀도·온도처럼 공정의 상태량을 제어량으로 하는 것은 프로세스제어에 속한다.

회전 기계계와 전기계의 상사관계에서 토크는 전압, 각속도는 전류, 관성모멘트는 인덕턴스, 점성마찰은 저항, 비틀림 스프링의 컴플라이언스는 커패시턴스에 대응한다. 토크와 각속도의 곱이 기계적 동력이고 전압과 전류의 곱이 전력이라는 점에서 각속도가 전류에 대응함을 알 수 있다.

적분동작은 잔류편차(정상편차)를 없애고 미분동작은 편차의 변화율에 반응해 응답을 앞당기므로 속응성을 높인다. 이 둘을 비례동작과 함께 쓴 비례미분적분(PID) 동작이 정상편차 제거와 속응성 개선을 동시에 얻어 정상상태와 과도상태 특성을 모두 향상시킨다. 비례적분동작만으로는 편차는 없앨 수 있으나 응답이 느려지는 경향이 있다.

직류전동기의 속도는 $N=K\dfrac{V-I_a R_a}{\phi}$로 결정되므로, 계자전류를 조절해 자속을 바꾸는 계자제어법, 전기자에 저항을 직렬로 넣어 전압강하를 바꾸는 저항제어법(직렬저항법), 공급전압을 바꾸는 전압제어법이 속도제어에 쓰인다. 전기자에 저항을 병렬로 넣는 병렬저항법은 직류전동기의 속도제어법이 아니다.

위쪽 병렬 묶음은 x의 b접점과 y의 a접점이므로 $\overline{x}+y$, 아래쪽 병렬 묶음은 x의 a접점과 y의 b접점이므로 $x+\overline{y}$이고 두 묶음이 서로 직렬이다. 곱해서 전개하면 $(\overline{x}+y)(x+\overline{y})=\overline{x}x+\overline{x}\,\overline{y}+xy+y\overline{y}=xy+\overline{x}\,\overline{y}$가 된다. 즉 x와 y가 모두 동작하거나 모두 동작하지 않을 때 회로가 도통하는 일치(동치) 회로이다.

제어요소는 조절부와 조작부로 구성되어, 목표값과 검출값의 차인 동작신호를 받아 제어대상에 가할 조작량으로 바꾸어 내보내는 요소다. 검출부는 제어량을 측정해 되먹임하는 부분이고 비교부는 목표값과 궤환량의 차를 만드는 부분이므로 제어요소에 포함되지 않는다.