[공조냉동기계산업기사 필기] 17년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

수직형 공조기(AHU)는 상하로 유닛을 배치해 설치면적을 작게 차지하므로 바닥 면적이 좁고 층고가 높은 공간에 적합하다.

고속덕트는 저속덕트에 비해 덕트 단면과 설치공간을 줄이고 재료를 절약할 수 있어 원격지 송풍에 유리하지만, 풍속이 빨라 마찰저항이 커지므로 동력비(송풍동력)는 오히려 저속덕트보다 많이 든다. 따라서 동력비가 적다는 것은 고속덕트의 장점이 아니다.

결로는 습공기의 온도가 노점온도 이하로 낮아져 공기 중 수증기가 응결하는 현상이며, 응결이 일어나면 공기 중 수증기량(분압)이 줄어들어 수증기 압력은 오히려 낮아진다. 따라서 응결이 발생되면 수증기의 압력이 상승한다는 설명이 틀렸다.

패널복사난방은 바닥이나 벽 등 넓은 면을 방열면으로 이용하므로 실내 온도분포가 균등하고 쾌감도가 높다. 대류난방에 비해 오히려 방열면적이 크고, 잠열이 아닌 방열면의 열(복사·전도)을 이용하는 방식이다.

실내 전체에서 오염가스가 골고루 발생할 때, 실 전체의 기류분포를 계획해 오염물질을 완전히 희석·확산시킨 뒤 배기하는 환기방식은 전반환기이다.

전열교환기는 배기되는 실내공기와 도입되는 외기 사이에서 현열·잠열을 회수해 외기부하를 경감시키는 열회수장치이다.

변풍량 유닛(VAV unit)방식 중 공조기에서 온 1차 공기의 분출력으로 실내공기(2차 공기)를 유인해 취출하는 방식은 유인형이다.

보일러 동체 내부 중앙 하부에 파형노통을 길이방향으로 두고, 그 하부 좌우에 다수의 연관을 배치한 구조의 보일러는 노통연관보일러이다.

물·공기 방식으로 중앙기계실에서 냉수 또는 온수를 만들어 각 실의 유닛(팬코일유닛)에 공급해 냉난방하는 방식은 팬코일 방식이다.

공조용 냉동기로는 원심식, 왕복동식, 흡수식 냉동기 등이 널리 쓰인다. 자흡식 냉동기는 일반적인 공조용 냉동기의 분류에 해당하지 않는다.

다익형(시로코) 송풍기의 크기(No)는 임펠러 직경(mm)을 150(mm)으로 나눈 값으로 나타낸다.

열관류율은 $\dfrac{1}{K}=\dfrac{1}{\alpha_o}+\sum\dfrac{d}{\lambda}+\dfrac{1}{\alpha_i}$로 구한다. $\dfrac{1}{K}=\dfrac{1}{20}+\dfrac{0.2}{0.7}+\dfrac{0.05}{0.03}+\dfrac{0.02}{0.15}+\dfrac{1}{8}\approx2.261$이므로 $K\approx0.44\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h\cdot°C}$이다.

보일러 효율은 $\eta=\dfrac{\text{증기량}\times(h_2-h_1)}{\text{연료량}\times\text{저위발열량}}=\dfrac{10550\times(3717-221)}{1925\times25271}\approx0.758$, 즉 약 75.8%이다.

재열부하는 냉각·감습된 공기를 다시 가열하는 데 드는 열량으로 수분 변화 없이 온도만 높이므로 현열만으로 구성된다. 인체, 외기, 틈새바람 부하는 모두 현열과 잠열을 함께 포함한다.

냉수코일 설계에서는 공기와 냉수의 흐름을 서로 반대로 하는 대향류로 배치해 대수평균온도차를 최대한 크게 하는 것이 원칙이다. 평행류로 하고 대수평균온도차를 작게 한다는 설명은 일반적인 냉수코일 설계 원칙과 반대되어 틀렸다.

가습방식 중 수분무식에는 원심식, 초음파식, 분무식(스프레이식) 등이 있다. 전열식은 물을 전기로 가열해 증기를 발생시켜 가습하는 증기가습 방식이므로 수분무식이 아니다.

난방부하는 외기부하와 실내 손실부하, 기기 손실부하 등으로 구성된다. 일사 부하는 실내에 열을 더해주는 냉방부하 요인이며 난방 설계 시에는 안전측 계산을 위해 반영하지 않으므로 난방부하 발생요인과 거리가 멀다.

관류 보일러는 가는 관 내부로 급수를 통과시키며 순간적으로 증기를 발생시키는 구조로, 보유수량이 적고 설치면적이 작은 것이 특징이다. 보유수량이 많고 설치면적이 크다는 설명은 관류 보일러의 실제 특징과 반대되어 틀렸다.

겨울철 극간풍에 의한 잠열부하는 실내외 절대습도차를 이용해 $q_L=717\times Q\times(x_o-x_r)$[kcal/h]로 구한다(Q는 극간풍량 m³/h). 이는 물의 증발잠열과 공기밀도를 반영한 상수 717을 사용하는 식이다.

송풍기 상사법칙에서 송풍량은 회전수에 비례, 전압은 회전수의 제곱에 비례, 소요동력은 회전수의 세제곱에 비례한다. 회전수비가 $\dfrac{632}{451}=1.401$이므로 $Q_2=199\times 1.401=278.9\ \mathrm{m^3/min}$, $P_2=320\times 1.401^2=628.4\ \mathrm{Pa}$, $L_2=1.5\times 1.401^3=4.1\ \mathrm{kW}$이다.

증발식 응축기는 냉각수를 분무해 그 증발잠열로 냉매를 응축시키므로 물의 소비량이 비교적 적고, 송풍기와 순환펌프의 동력이 필요한 구조이다. 냉각수의 사용량이 매우 크다는 설명이 증발식 응축기의 실제 특징과 반대되어 틀렸다.

대수평균온도차는 $LMTD=\dfrac{\Delta T_1-\Delta T_2}{\ln(\Delta T_1/\Delta T_2)}$로 구하며, $\Delta T_1=30-25=5{}^\circ\mathrm{C}$, $\Delta T_2=30-28=2{}^\circ\mathrm{C}$이므로 $LMTD=\dfrac{5-2}{\ln(5/2)}\approx3.27{}^\circ\mathrm{C}$이다.

대표적인 무기질 브라인인 CaCl2, MgCl2, NaCl 중 공정점(동결점)이 가장 낮은 것은 염화칼슘(CaCl2)이다.

카르노 사이클의 열효율은 $\eta=\dfrac{W}{Q_1}$로 구하며, 일량 80kg·m를 열의 일당량(1/427)으로 환산하면 $80\div427\approx0.187\ \mathrm{kcal}$이므로 $\eta=0.187\div0.5\approx0.374$이다. 저열원 온도는 $T_2=T_1(1-\eta)=573\times(1-0.374)\approx358\ \mathrm{K}(85{}^\circ\mathrm{C})$이다.

열의 일당량은 열량 1kcal에 해당하는 일의 크기를 나타내며 $427\ \mathrm{kg\cdot m/kcal}$이다(반대로 일 1kg·m에 해당하는 열량인 일의 열당량은 1/427kcal/kg·m이다).

모세관식 팽창밸브는 가는 관의 저항만으로 냉매를 교축시키는 구조로 개도 조절 기구가 없어 냉동부하 변동에 따른 유량조절이 어렵고, 부하가 크면 증발기 출구 과열도가 오히려 높아진다. 다만 구조가 간단해 압축기 기동 시 고저압이 쉽게 균형을 이루므로 기동동력이 적게 소요된다.

저압차단 스위치(LPS)는 압축기 흡입(저압)측 압력이 설정치 이하로 낮아졌을 때 압축기를 정지시켜 장치를 보호하는 안전장치이다.

역카르노 사이클의 T-S 선도에서 등온과정 구간 아래의 면적은 그 과정에서 출입한 열량을 나타내며, 저온부의 등온팽창 과정(1-2-2'-1') 아래 면적은 저열원에서 흡수한 열량(냉동효과)을 의미한다.

압축냉동 사이클에서 냉매가 응축기를 지나며 열을 방출하고 액화되는 응축과정은 엔트로피가 감소하는 과정이다.

스크루 압축기는 크랭크축, 피스톤링 등 마모부가 없고 흡입·토출밸브가 없는 무밸브 구조로 소형이면서 큰 냉동능력을 낼 수 있다. 다만 슬라이드밸브 등으로 용량제어를 할 때 부분부하 효율이 낮아 경부하 운전 시 오히려 동력소모 비율이 커지므로 경부하 운전 시 비교적 동력 소모가 적다는 설명이 틀렸다.

흡수식 냉동기는 압축기 대신 발생기·흡수기를 이용해 열구동으로 냉동효과를 얻는 방식으로, 초저온용보다는 비교적 대용량의 공조용 냉동에 적합하다.

내부균압형 자동팽창밸브는 스프링 압력, 감온통 내부압력, 증발기에 유입되는 냉매의 증발(저압)압력의 균형으로 작동한다. 응축(고압)압력은 팽창밸브 작동에 직접 관여하지 않는다.

왕복동식, 스크루식, 회전식(로터리) 압축기는 실린더나 로터의 용적 변화를 이용하는 용적형 압축기이다. 원심식(터보) 압축기는 날개차의 원심력으로 가스를 압축하는 터보형(비용적형) 압축기이므로 용적형이 아니다.

헬라이드 토치로 냉매(할로겐) 누설 여부를 확인할 때, 누설이 있으면 불꽃 속으로 흡입된 냉매가 연소되어 불꽃 색이 녹색으로 변한다.

입형 셸 앤드 튜브식 응축기는 냉각관이 수직으로 배치되어 있어 운전 중에도 관 청소가 가능하고 전열 성능이 양호하다.

응축열량은 $Q=U\times A\times \Delta T_m=750\times100\times6=450000\ \mathrm{kcal/h}$이다. 냉각수량 $800\ \mathrm{L/min}\times60=48000\ \mathrm{kg/h}$로 온도상승을 구하면 $\Delta t=\dfrac{450000}{48000}\approx9.4{}^\circ\mathrm{C}$이므로 출구온도는 $33+9.4\approx42.4{}^\circ\mathrm{C}$이다.

열펌프의 성적계수는 $COP_H=\dfrac{T_H}{T_H-T_L}$이며, 절대온도로 환산하면 $T_H=308\ \mathrm{K}$, $T_L=268\ \mathrm{K}$이므로 $COP_H=\dfrac{308}{308-268}=\dfrac{308}{40}=7.7$이다.

펌프다운은 저압측 수리를 위해, 액해머 방지 및 경부하 기동을 위해, 프레온 장치의 오일포밍 방지를 위해 시행한다. 저장고 내 급격한 온도저하는 펌프다운의 목적과 관계가 없다.

R-502는 R-22(CHClF2)와 R-115(CClF2CF3)의 공비혼합냉매로 화학식이 CHClF2 + CClF2CF3로 표시되는 것이 옳다. R-500은 R-12와 R-152a의 혼합냉매, R-22는 CHClF2, R-717(암모니아)은 NH3이므로 나머지 짝은 틀렸다.

열역학 제2법칙은 열은 스스로 고온물체에서 저온물체로 이동하며 그 과정은 비가역적이라는 것을 나타내는 법칙으로, 열이 스스로 저온에서 고온으로 이동할 수 없음을 의미한다.

방열기 주변과 같이 배관의 작은 굴곡부에서 신축을 흡수할 때는 엘보 조인트를 회전시켜 신축을 흡수하는 스위블 이음을 주로 사용한다.

동관의 이음에는 플레어 이음, 용접 이음, 납땜(솔더링) 이음 등이 사용된다. 빅토릭 이음은 주철관에 주로 사용하는 이음법이므로 동관 이음 방법에 해당하지 않는다.

하나의 장치에서 4방밸브로 냉매 흐름을 전환해 냉방과 난방 모두에 사용할 수 있는 냉동사이클 기반 장치를 열펌프(히트펌프)라 한다.

급수펌프 설치 시 풋 밸브는 흡입관경의 2배 이상 물속에 잠기게 하고 토출측 수평관은 상향구배로 배관해야 한다. 흡입양정은 캐비테이션 발생을 막기 위해 가능한 한 짧게 해야 하므로 흡입양정은 되도록 길게 한다는 설명이 틀렸다.

배수 배관의 청소구는 배수 수직관의 최하단부, 수평 주관과 분기관의 분기점, 배관이 45°이상 방향 전환하는 곳 등에 설치한다. 100A 이상의 길이가 긴 배수관의 끝 지점이라는 조건은 청소구 설치가 필요한 일반 기준과는 거리가 멀다.

미터계열에서 강관의 스케줄번호(Sch No)는 $10\times\dfrac{P}{S}$(P: 사용압력 kgf/cm², S: 허용응력 kgf/mm²)로 구하는 것이 옳다. 이 보기는 분자와 분모가 뒤바뀌어 10×허용응력/사용압력으로 표시되어 있으므로 틀린 설명이다.

압축기와 응축기가 같은 높이에 있을 때는 토출관을 응축기 상단보다 높게 세운 뒤 응축기 쪽으로 하향 구배를 주어야 한다. 그림에서 입상관 꼭대기까지 올라간 다음 응축기 입구로 내려오는 배관은 (가) 하나뿐이므로 이것이 적합하다. 응축기를 향해 올라가는 (나)·(다)나 같은 높이로 곧장 잇는 (라)는 정지 중 응축된 냉매와 오일이 압축기로 역류해 액압축의 원인이 된다.

체크밸브에는 스윙형, 리프트형, 풋형 등이 있다. 리프트형은 수평배관에 주로 사용하며, 역류방지가 목적이므로 유량조절용으로는 적합하지 않다.

보온재는 단위 체적당 가격이 저렴하고 시공성이 좋으며 불연성이어야 한다. 또한 진동이나 외력에 견딜 수 있도록 물리적, 화학적 강도가 커야 하므로 강도가 작아야 한다는 설명이 보온재의 구비조건과 반대되어 틀렸다.

배수배관은 배수를 신속히 옥외로 배출하고, 유해가스 역류를 막으며, 내구성 있게 접합해야 한다. 한랭지에서는 배수관뿐 아니라 통기관도 동결 방지를 위해 보온 피복을 해야 하므로 통기관은 그대로 둔다는 설명이 틀렸다.

배관 높이 표시에서 EL(Elevation Line)은 관의 중심선을 기준으로 한 높이 표시이다. 관 바깥지름의 아랫면을 기준으로 한 높이라는 설명은 EL이 아니라 BOP(관 바닥) 기준 표시에 해당하므로 이 보기는 틀렸다.

쇳덩어리를 가열하는 데 필요한 열량은 $Q=m\,c\,\Delta t=10\times0.61\times60=366\ \mathrm{kJ}$이며, 이를 kcal로 환산(1kcal≈4.186kJ)하면 $366\div4.186\approx87\ \mathrm{kcal}$이다.

증기 수평관에서 관경을 바꿀 때는 응축수가 고이는 웅덩이(포켓)가 생기지 않도록 편심 조인트(리듀서)를 사용해 관의 아랫면을 일치시켜 접합하는 것이 원칙이다.

증기와 응축수의 밀도차를 이용해 뜨는 힘(부력)으로 작동하는 기계식 트랩은 플로트 트랩이다.

냉매배관에서 증발기가 응축기보다 아래에 있을 때는 냉매액의 역류를 막기 위해 역루프를 만들고, 액관에 전자밸브가 있으면 루프이음을 생략할 수 있다. 다만 증발기와 압축기가 같은 높이일 때 흡입관은 수직으로 세운 다음 압축기를 향해 끝내림(하향) 구배로 배관해야 하므로 선단 상향구배로 배관한다는 설명이 틀렸다.

증기난방에서 고압식은 증기압력이 1kgf/cm² 이상인 경우를 말한다.

온수난방은 증기난방보다 열용량이 커서 예열·냉각 시간이 길지만, 그만큼 부하 변동에 따른 온도조절이 세밀하게 가능하다. 난방부하 변동에 따른 온도조절이 어렵다는 설명은 온수난방의 실제 장점과 반대되어 틀렸다.

배수관에 트랩을 설치하는 주된 목적은 트랩 내 봉수로 배수관에서 발생하는 악취와 유해가스가 실내로 역류하는 것을 막기 위해서이다.

배관의 이동과 회전을 막기 위해 지지점 위치에 완전히 고정하는 장치는 앵커이다.

계통도는 냉각탑에서 냉각수 순환펌프를 거쳐 응축기로 가는 냉각수 계통과, 냉동기 증발기에서 냉수순환펌프를 거쳐 공조기(유닛) 코일로 가는 냉수 계통으로 이루어져 있다. 공조기 코일에 공급되는 열매가 냉수이고 그것으로 냉풍을 만들고 있으므로 냉수를 냉열매로 하는 열원방식이다.

서보기구용 검출기에는 싱크로, 전위차계, 차동변압기 등 위치·각도를 전기신호로 변환하는 기기가 쓰인다. 유량계는 유체의 흐름량을 측정하는 계측기로 서보기구의 위치검출기에 해당하지 않는다.

출력의 일부를 입력측으로 되돌려 출력과 기준입력의 오차를 줄여나가도록 하는 제어방식은 피드백(되먹임) 제어이다.

제어요소의 출력인 동시에 제어대상의 입력이 되어 제어대상에 인가되는 신호는 조작량이다.

렌츠의 법칙, 패러데이의 법칙, 플레밍의 오른손 법칙은 모두 전자유도(자속 변화에 의한 기전력 발생)에 관한 법칙이다. 자기의 쿨롱법칙은 두 자극 사이에 작용하는 힘의 크기를 나타내는 법칙으로 전자유도와는 관계가 없어 나머지 셋과 성격이 다르다.

위치, 각도 등 기계적 변위를 제어량으로 하여 목푯값의 임의 변화에 추종하도록 구성된 제어계는 서보기구이다.

사이리스터(SCR) 위상제어에서 점호각(제어각)이 0에 가까울수록 전원전압이 거의 그대로 도통되어 평균 출력전압(전동기 출력)이 최대가 된다. 따라서 전동기가 최대출력을 낼 때의 점호각은 0이다.

전달함수 $G(s)=\dfrac{10}{3+2s}$에 $s=j\omega=j2$를 대입하면 $G(j2)=\dfrac{10}{3+j4}$이고 크기는 $|G(j2)|=\dfrac{10}{\sqrt{3^2+4^2}}=\dfrac{10}{5}=2$이다. 이득을 dB로 나타내면 $20\log_{10}2\approx6\ \mathrm{dB}$이다.

주어진 논리식은 $L=\bar{x}y\bar{z}+\bar{x}yz+x\bar{y}z+xyz$이며, 앞의 두 항을 묶으면 $\bar{x}y(\bar{z}+z)=\bar{x}y$, 뒤의 두 항을 묶으면 $xz(\bar{y}+y)=xz$가 되어 $L=\bar{x}y+xz$로 간소화된다.

전력은 전압과 전류의 곱(P=VI)이며, 옴의 법칙을 대입하면 $P=I^2R$로도 표현되므로 전력은 전류의 제곱에 저항을 곱한 값이다.

정류기는 교류를 직류로 변환하는 장치일 뿐 전압이나 주파수를 가변시켜 유도전동기의 속도를 직접 제어하는 데는 사용할 수 없다. 인버터, 위상제어기, 사이클로컨버터는 모두 유도전동기의 속도제어에 활용된다.

압력을 전기적 신호(저항 변화)로 변환해 감지하는 데 가장 널리 사용되는 소자는 스트레인 게이지이다.

정류회로 중 리플(맥동) 전압이 가장 작은 것은 한 주기 동안 맥동 횟수가 가장 많은 3상 전파 정류회로이다.

조절부와 조작부로 구성되어 피드백 제어계를 이루는 요소는 제어요소이다.

3상 유도전동기의 회전방향을 바꾸려면 회전자계의 방향을 반대로 해야 하며, 이를 위해 전원 3선 중 임의의 2선의 접속을 서로 바꾸면 된다.

세 접지극을 두 개씩 짝지어 측정하면 $R_{12}=R_1+R_2$, $R_{23}=R_2+R_3$, $R_{31}=R_3+R_1$이 된다. 여기서 $R_{12}+R_{31}-R_{23}=(R_1+R_2)+(R_3+R_1)-(R_2+R_3)=2R_1$이므로 $R_1=\dfrac{1}{2}\left(R_{12}+R_{31}-R_{23}\right)$이다.

병렬회로의 전류분배로 $I_1=\dfrac{R_2}{R_1+R_2}I$이다. 한편 블록선도는 $I_1=A(I-I_1)$이므로 $\dfrac{I_1}{I}=\dfrac{A}{1+A}$이고, 두 식을 같게 놓으면 $A(R_1+R_2)=R_2(1+A)$에서 $A=\dfrac{R_2}{R_1}$이 된다.

이 문항은 실제 시험에서 전항정답으로 처리된 문항입니다. 출제 오류로 판단되어 어느 선택지를 골라도 정답으로 인정되었습니다. 여기서는 채점을 위해 한 선택지만 정답으로 두었으니, 다른 것을 고르셨더라도 틀린 판단이 아닙니다.
회로는 $R_1=3\,\Omega$과 $R_3=2\,\Omega$의 직렬가지, $R_2=6\,\Omega$과 $R_4$의 직렬가지가 전원에 병렬로 걸리고 두 가지의 중점 A, B가 연결된 브리지이다. $V_1=V_2$는 브리지 평형조건 $R_1R_4=R_2R_3$을 뜻하므로 $R_4=\dfrac{6\times 2}{3}=4\,\Omega$이고, 평형이면 A-B 사이에 전류가 흐르지 않는다. 따라서 합성저항은 $\dfrac{(3+2)\times(6+4)}{(3+2)+(6+4)}=\dfrac{50}{15}=3.33\,\Omega$이다.

정현파 전압 $v=141\sin(377t-\pi/6)$에서 각주파수는 $\omega=377\ \mathrm{rad/s}$이며, 주파수는 $f=\dfrac{\omega}{2\pi}=\dfrac{377}{2\pi}\approx60\ \mathrm{Hz}$이다.

블록의 전달함수가 $G(s)=\dfrac{K}{1+sT}$로 분모가 $s$에 대한 1차식이므로 1차 지연(1차 늦음) 요소이다. 비례 요소는 $K$, 미분 요소는 $Ks$, 2차 지연 요소는 분모가 $s$의 2차식인 경우이다.

자동제어계에서 기준입력과 궤환신호의 차(편차)를 계산해 제어에 필요한 신호를 만들어 내는 부분은 조절부이다.