[공조냉동기계기능사 필기] 05년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

독성가스를 냉매로 사용하는 냉동설비에서는 수액기 내용적이 10,000ℓ 이상이면 방류둑을 설치해야 한다.
방류둑은 냉매가 누출되었을 때 액이 넓게 확산되는 것을 막아 피해를 국한시키기 위한 안전설비로, 일정 규모 이상의 독성가스 설비에 대해서만 설치 의무가 부과된다.
세부 수치와 적용 범위는 고압가스 관련 법령·KGS 기준의 개정에 따라 달라질 수 있으므로, 실무에서는 현행 기준을 확인한다.

재해의 직접 원인은 사람 쪽의 불안전한 행위(인적 요인)와 설비·환경 쪽의 불안전한 상태(물적 요인)로 나뉜다. 작업상태 불량은 작업방법·작업순서 등 사람이 일을 수행하는 방식의 결함이므로 불안전한 행위에 해당한다.
기계의 결함과 물적 위험상태는 설비·환경 측면의 불안전한 상태이고, 고용자의 능력부족은 교육·배치 등 관리적 요인에 가까워 직접 원인으로서의 불안전한 행위로 보기 어렵다.

보일러 압력계로 가장 널리 사용되는 것은 부르돈관 압력계이다.
탄성체인 부르돈관이 내부 압력에 따라 변형되는 정도를 지침으로 나타내는 구조로, 구조가 간단하고 내구성이 좋아 보일러 압력 측정에 널리 쓰인다.

안전밸브는 이상 압력 발생 시 신속하게 개폐되어야 하므로, 개폐동작이 완만해야 한다는 것은 안전밸브의 필요조건으로 적합하지 않다.
분출압력에 대한 작동의 정확성, 충분한 지름과 리프트로 인한 분출 증기량 확보, 분출 전후 증기 누설 방지는 안전밸브가 갖추어야 할 조건이다.

쿨링타워는 냉동기(응축기)와 냉각수 배관으로 연결되므로, 배관 손실과 펌프 동력을 줄이기 위해 냉동기와 가까운 장소에 설치하는 것이 바람직하다.
따라서 냉동기로부터 거리가 먼 장소를 선정한다는 것은 설치위치 선정 기준으로 타당하지 않다. 먼지가 적고, 설치·보수·점검이 쉬우며, 고온 배기의 영향을 받지 않는 장소를 고르는 것은 올바른 기준이다.

발화온도는 발열량이 높을수록, 압력이 높을수록, 산소농도가 높을수록, 그리고 분자구조가 복잡할수록 낮아지는 경향이 있다.
따라서 분자구조가 간단할수록 발화온도가 낮아진다는 설명은 실제 경향과 반대이므로 발화온도가 낮아지는 조건과 관계가 없다.

가연성 고압가스 저장실 주위에는 화기 또는 인화성 물질을 두어서는 안 되며, 화기와는 8m 이상의 우회거리를 유지하도록 하고 있다.
이는 저장가스의 인화·폭발 위험을 예방하기 위한 안전거리 기준으로, 부득이 거리를 확보하지 못할 경우 방화상 유효한 담 설치 등 별도 조치가 요구된다.

가스용접에서 아세틸렌 호스는 적색으로 구분하여 산소 호스와의 혼용을 방지한다.
호스 색상 구분은 작업자가 가스 종류를 한눈에 식별해 오접속으로 인한 사고를 막기 위한 것이다.

산소용 조정기는 산소와 접촉하는 부품에 기름이나 그리스를 사용해서는 안 된다. 오일이 고압 산소와 만나면 발화·폭발할 위험이 있기 때문이다.
따라서 조정기 각부에 기름을 쳐서 작동을 원활하게 한다는 설명은 취급 방법으로 틀렸다.
저압계 지시가 자연 증가할 때 조정기를 교체하고, 충격을 피하며, 수리는 전문가에게 맡긴다는 나머지 설명은 올바른 취급법이다.

보호구를 선정할 때는 작업 목적에 맞는 종류, 신체에 맞는 형상, 방호 성능 등을 기준으로 하며, 외관의 미(美)적인 요소는 선정 조건에 해당하지 않는다.

쇠톱을 처음 다루는 초보자는 톱날이 쉽게 부러지지 않도록 탄력성이 있는 톱날을 사용하는 것이 안전하며, 탄력성이 없는 톱날을 쓰는 것이 좋다는 설명은 안전관리에 적합하지 않다.
톱날 전체를 고루 사용하고, 틀에 끼운 뒤 시험·재조정 후 사용하며, 작업 마무리 시 힘을 알맞게 줄이는 것은 올바른 사용법이다.

냉동설비 사업소의 경계표지는 외부 사람이 명확하게 식별할 수 있는 크기로 설치하는 것이 적당하다.
이는 사업소 주변 사람들에게 냉동·고압가스 설비가 있음을 알려 부주의한 접근이나 화기 사용을 예방하기 위한 것이므로, 출입구를 제외하거나 대표적인 장소에만 게시하는 것, 이동식 설비의 표시를 생략하는 것은 적절하지 않다.

안전 작업모(안전모)는 물체의 낙하·비래나 추락, 감전 등으로부터 머리를 보호하기 위해 착용하는 것이며, 분진에 의한 재해방지는 방진마스크 등 호흡보호구의 목적에 해당하여 안전모 착용 목적과는 관계가 없다.

감전사고를 예방하려면 전기설비를 철저히 점검하고, 위험표시를 하며, 유자격자 외에는 전기기계 조작을 금지해야 한다.
특히 설비의 필요한 부분에는 보호접지를 반드시 설치해야 하며, 이를 생략하는 것은 감전사고 예방 조치로 적합하지 않다.

드릴로 뚫은 구멍이나 절단한 관의 내벽을 다듬어 구멍의 치수를 정확하게 하는 구멍 수정용 공구는 리머이다.
리머는 드릴 가공 후 남는 거친 면이나 치수 오차를 정밀하게 다듬는 데 사용된다.

원 안에 T를 적고 짧은 선으로 관에 연결한 기호가 온도계 표시다.
배관 도면에서 계측기는 원 안에 측정량의 머리글자를 넣어 나타내며, 온도(Temperature)는 T, 압력(Pressure)은 P를 쓴다. 원에서 내려온 선이 관에 닿는 모양으로 계기가 붙는 지점을 표시한다.
같이 제시된 원 안 P는 압력계이고, 원 안 S·W는 온도를 뜻하는 머리글자가 아니므로 온도계로 볼 수 없다.

수냉식 응축기는 냉각수의 유속이 빠를수록 열통과율이 커지는 반면, 유속이 지나치게 빠르면 냉각관 내면이 침식되어 부식될 우려가 있다.
냉각관 내벽에 물때(스케일)가 끼면 유로가 좁아지고 전열이 저해되므로 냉각 수량이 변하지 않는다는 설명은 옳지 않다.
응축기 안전밸브의 최소구경은 용기(응축기)의 지름과 길이 등 용기 크기를 기준으로 산출하며, 피스톤 압출량을 기준으로 하는 것은 압축기용 안전밸브이므로 이 설명도 옳지 않다.
해수를 냉각수로 쓰는 응축기에는 내식성이 좋은 동합금(큐프로니켈 등)을 주로 사용하므로, 동합금이 부식되어 일반적으로 스테인리스 강관을 쓴다는 설명은 옳지 않다.

압축기 과열의 주된 원인은 냉매 부족, 흡입·토출 밸브의 누설, 불응축가스(공기)의 혼입 등으로, 이들은 모두 압축비 상승이나 재압축을 유발해 토출가스 온도를 높인다.
반대로 부하 감소는 압축기가 처리하는 냉매순환량이 줄어드는 상황이어서 오히려 과열 위험을 낮추므로 과열 원인으로 보기 어렵다.

완전 진공상태(압력이 0인 상태)를 기준점으로 삼아 측정한 압력을 절대압력이라 한다.
이는 대기압을 기준(0)으로 삼는 계기압력과 구분되며, 절대압력은 계기압력에 대기압을 더한 값이다.

암모니아(NH₃)는 물과의 친화력이 매우 커서, 냉동장치에 수분이 침입하면 오일과 뒤섞여 에멀젼(유탁액) 현상을 일으키기 쉽다.
반면 R-12, R-22 등 프레온계 냉매는 물에 잘 녹지 않아 수분이 혼입되어도 에멀젼보다는 냉매와 수분이 분리되어 수분 동결(빙결) 등의 문제로 나타난다.

동력의 단위 환산에서 $1\ \mathrm{HP} = 746\ \mathrm{W}$이다.
참고로 미터마력(PS)은 $735.5\ \mathrm{W}$로 HP와는 값이 다르다.

오일 포밍이 급격히 일어나 피스톤 상부로 다량의 오일이 올라가고 이를 압축하는 과정에서 이상음이 발생하는 현상을 오일 해머 현상이라 한다.
이는 오일 속에 용해된 냉매가 갑작스러운 압력 저하로 기화하며 거품을 일으키는 오일 포밍이 심화된 결과로 나타난다.

프레온 냉매 중 R-22는 다른 프레온계 냉매(R-11, R-12, R-113)에 비해 증발압력이 높고 냉매 증기의 비체적이 작아, 같은 압축기 배기량에서 냉동능력이 가장 크다.
이 때문에 R-22는 상대적으로 소형 설비로도 큰 냉동능력을 얻을 수 있어 널리 사용되어 왔다.

그림에서 B→C는 $T_1$ 선을, D→A는 $T_2$ 선을 따라 진행하므로 두 구간 모두 등온변화다.
P-v 선도에 그려진 역카르노 사이클은 A→B 단열압축, B→C 등온압축(고온부로 $Q_1$ 방출), C→D 단열팽창, D→A 등온팽창(저온부에서 $Q_2$ 흡수) 순으로 돈다. 즉 단열 2개와 등온 2개로 구성된다.
나머지 설명이 어긋나는 이유는 다음과 같다.
C→D는 압력이 내려가고 비체적이 늘어나는 단열팽창이지 압축이 아니다.
저온에서 $Q_2$ 를 흡수하는 D→A 가 증발기에 해당하며, A→B는 압축기에 해당한다.
단열과정은 1개가 아니라 A→B와 C→D의 2개다.

동관용 익스팬더(확관기)는 관 끝부분을 넓혀 같은 지름의 다른 관을 끼워 접합할 수 있도록 확관하는 데 사용하는 공구로, 관 끝을 오므리는 용도가 아니다.
플레어링 툴 세트는 압축접합용 나팔관 성형에, 튜브벤더는 관 굽힘에, 사이징 툴은 관 끝을 원형으로 정형하는 데 사용된다는 나머지 설명은 옳다.

전자밸브(솔레노이드 밸브)는 코일에 전류를 흘릴 때 생기는 자기 작용으로 플런저를 움직여 밸브를 개폐하는 원리로 작동한다.
따라서 밸브의 개폐는 냉매의 압력이나 영구자석, 소형 전동기가 아니라 전류에 의한 자기력으로 이루어진다.

규산칼슘계를 비롯한 보온재는 내한성·내약품성·내흡습성이 있어야 하고 사용 중 변질되지 않아야 한다는 것이 올바른 구비조건이다.
이 외에도 보온재는 불연성이며 유해한 연기를 발생하지 않아야 하고, 경량이면서도 필요한 강도를 갖추어야 하며, 시공성·가공성이 좋아야 한다.
가연성이며 유해 연기를 낸다는 설명은 반대로, 불연성이어야 한다는 조건과 어긋난다.
중량이어야 한다는 설명도 반대로, 경량이면서 강도가 있어야 한다.
작업성·가공성이 나빠도 된다는 설명 역시 반대로, 시공이 쉬워야 한다는 조건에 맞지 않는다.

압축기의 토출구에는 스트레이너가 필요 없다.
스트레이너는 배관 내 이물질이 압축기, 팽창밸브 등 정밀 부품으로 흘러 들어가는 것을 막기 위해 설치하는데, 압축기를 이미 통과한 토출 냉매증기에는 그런 이물질 유입 우려가 크지 않다.
압축기 흡입구는 이물질이 실린더로 들어가는 것을 막기 위해 스트레이너가 필요하다.
팽창변 입구는 오리피스가 이물질로 막히지 않도록 스트레이너가 필요하다.
크랭크케이스 내 저유통도 오일 스트레이너를 두어 윤활유 속 이물질을 걸러낸다.

냉동효과는 $344\ \mathrm{kcal/kg}$이다.
냉동효과는 증발잠열 중 아직 증발하지 않은 액체 비율만큼만 증발기에서 열을 흡수한다는 원리로 구한다.
$q = r(1-x) = 400\times(1-0.14) = 400\times0.86 = 344\ \mathrm{kcal/kg}$
팽창밸브 직후 냉매는 이미 건조도 $x=0.14$만큼 기화된 습증기 상태이므로, 그만큼은 증발기에서 다시 열을 흡수할 수 없어 냉동효과가 전체 증발잠열보다 작아진다.

건조포화증기를 압축기에서 압축하면 과열증기 상태로 토출된다.
압축 과정에서 냉매증기에 압축일이 가해지면 온도와 엔탈피가 상승하는데, 포화선 위에 있던 건조포화증기는 이 압축일로 인해 같은 압력의 포화온도보다 더 높은 온도를 갖게 되어 과열증기가 된다.

냉동이란 인공적으로 주위(대기) 온도보다 낮은 온도를 만들어 내는 것을 말한다.
열은 본래 고온에서 저온으로 자연히 흐르는데, 냉동은 이와 반대 방향으로 외부에서 일을 가하여 저온부의 열을 고온부로 옮김으로써 물체나 공간을 주위보다 낮은 온도로 유지시키는 것이다.

관 가운데에 속이 찬 작은 원(●)이 놓인 것이 용접 이음 기호다.
관 이음은 접합부에 그리는 표시로 구분한다. 검은 원은 용접, 짧은 수직선 하나는 나사(일반) 이음, 나란한 수직선 두 개는 플랜지 이음, 속이 빈 원(○)은 납땜 이음을 뜻한다.
따라서 함께 제시된 나머지는 각각 나사 이음(수직선 1개), 플랜지 이음(수직선 2개), 납땜 이음(빈 원)으로 용접과는 다르다.

1냉동톤(RT)은 0℃의 물 1톤을 24시간 동안 0℃의 얼음으로 만드는 데 필요한 열량으로 정의된다.
이는 물의 응고(융해)잠열을 기준으로 정한 값으로, 시간당으로 환산하면 약 3,320 kcal/h에 해당하는 능력이다.

도체의 저항은 항상 일정한 값이 아니라 도체의 종류·형상·온도에 따라 달라진다.
도체의 저항은 $R=\rho\dfrac{L}{A}$로 나타내며, 도체의 고유저항(재질)에 따라 다르고 길이 $L$에 비례하며 단면적 $A$에 반비례한다.
또한 고유저항 $\rho$ 자체가 온도에 따라 변하므로, 도체의 저항도 온도 변화에 따라 함께 달라진다.

무접점 릴레이는 온도 특성이 좋지 않다는 것이 특징이므로, 온도 특성이 양호하다는 설명은 틀렸다.
반도체 소자를 이용하는 무접점 릴레이는 동작 속도가 빠르고 장치를 소형화할 수 있으며 진동에 의한 오작동이 적다는 장점이 있으나, 주위 온도 변화에 성능이 민감하게 영향을 받는 단점을 가진다.

원심(터보) 압축기도 정지 중에는 윤활유 히터를 켜두어야 하므로, 켜둘 필요가 없다는 설명은 틀렸다.
정지 중 오일 온도가 낮으면 냉매가 오일에 녹아들어 기동 시 오일 포밍(oil foaming)이나 윤활 불량을 일으킬 수 있어, 오일 히터로 유온을 일정 수준 이상 유지해야 한다.
가스가 축방향으로 흡입되어 회전차에서 반경 방향으로 나가는 것은 원심압축기의 일반적인 유동 형태이다.
가이드 베인으로 냉매 유량(용량)을 제어하는 것도 원심압축기의 특징이다.
서징은 원심압축기에서 발생하는 대표적인 운전상 이상현상이다.

강관용 파이프 커터의 날은 일반적으로 1매날과 3매날 두 종류로 구분된다.
1매날 커터는 날 하나로 관을 물고 커터 본체를 관 둘레로 돌려가며 절단하는 형식이라 관 주위에 공구를 돌릴 공간이 있어야 하고, 3매날 커터는 세 개의 날이 관을 둘러싸고 물기 때문에 벽에 가깝거나 좁아 커터를 한 바퀴 돌리기 어려운 장소에서 사용한다.

리터언밴드는 같은 지름의 배관을 180° 되돌리는 데 사용하는 이음쇠로, 지름이 다른 관을 연결하는 용도가 아니다.
레듀서는 지름이 다른 두 관을 동심으로 연결하는 이경 이음쇠이다.
부싱은 지름이 다른 관을 연결할 때 쓰는 이경 이음쇠이다.
편심이경소켓도 지름이 다른 관을 편심으로 연결하는 이경 이음쇠이다.

고속다기통 압축기의 정상 유압은 정상저압 + 1.5~3 kg/cm² 정도이므로, 정상저압 + 6 kg/cm²라는 설명은 옳지 않다.
압축기의 유압은 크랭크케이스 압력(정상저압)보다 얼마나 더 높은지로 나타내며, 회전수가 높고 윤활해야 할 부위가 많을수록 더 큰 압력차가 필요하다.
입형저속: 정상저압 + 0.5~1.5 kg/cm²
고속다기통: 정상저압 + 1.5~3 kg/cm²
터보(원심): 정상저압 + 6 kg/cm²

냉동부하에 비해 증발기의 전열면적이 작으면 냉동능력당 전력소비가 증가한다.
전열면적이 부족하면 필요한 열교환을 이루기 위해 증발온도(압력)를 더 낮춰야 하고, 이는 압축비 상승과 압축일 증가로 이어져 같은 냉동능력을 얻는 데 드는 소비전력이 늘어난다.
증발기에 성애가 많이 끼면 전열저항이 커져 냉동능력에 나쁜 영향을 준다.
냉매순환량이 적으면 오히려 증발기 출구에서 냉매가스의 과열도가 커진다.
액순환식 증발기도 출구에서는 액과 증기가 섞인 상태로 흐르며, 증기가 전혀 없는 것은 아니다.

암모니아(NH3)는 R-22보다 열전도율이 우수하다.
암모니아는 냉동효과(단위 질량당 흡수하는 열량)가 R-22보다 커서 같은 능력을 내는 데 필요한 냉매순환량이 적다.
이 때문에 배관경이 작아도 되어 배관저항은 오히려 R-22보다 작은 편이다.
다만 암모니아는 동(구리) 및 그 합금을 부식시키는 성질이 있어, 재질 호환성 측면의 내구성은 R-22보다 유리하다고 보기 어렵다.

45 PS의 동력을 1시간 동안의 열량으로 환산하면 28,440 kcal이다.
동력과 열량의 환산 관계 $1\ \mathrm{PS} = 632\ \mathrm{kcal/h}$를 이용한다.
$45\ \mathrm{PS}\times632\ \mathrm{kcal/(PS\cdot h)} = 28{,}440\ \mathrm{kcal}$

2중효용 흡수식냉동기는 재생기(발생기)가 고온·저온 2개로 나뉘는 구조이며 증발기는 1개이므로, 증발기가 2개라는 설명은 옳지 않다.
고온재생기에서 발생한 고온 냉매증기의 열을 저온재생기의 가열원으로 다시 이용함으로써 단효용식보다 효율을 높인 방식이며, 이 열 재이용을 위해 열교환기가 추가로 필요하다.

안산암·현무암에 석회석을 섞어 용융시켜 만든 무기질 단열재는 암면이다.
암면은 400℃ 이하의 파이프, 덕트, 탱크 등의 보온재로 널리 사용된다.
탄산마그네슘·규조토·석면은 원료와 제조 방식이 다른 별도의 무기질 보온재이다.

전공기방식은 열매체가 공기뿐이라 반송동력이 커서, 공기-수 방식에 비해 에너지 절약 면에서는 오히려 불리하므로 유리하다는 설명은 틀렸다.
냉수·온수를 실내로 끌어들이지 않아 실내공기 오염이 적다는 설명은 옳다.
외기냉방이 가능하다는 설명도 전공기방식의 장점으로 옳다.
공조기와 덕트가 커져 대형 공조기실이 필요하다는 설명도 옳다.

팽창탱크는 온수의 체적팽창분을 흡수·저장하는 장치이지, 팽창된 물을 밖으로 배출하여 장치를 지키는 장치가 아니다.
운전 중 장치 내 압력을 소정 압력으로, 온수 온도를 소정 온도로 유지한다는 설명은 옳다.
온도 상승에 따른 물의 체적팽창과 압력을 흡수한다는 설명도 옳다.
개방식 팽창탱크가 장치 내 주된 공기배출구이자 온수보일러의 도피관 역할도 겸한다는 설명 역시 옳다.

냉방 시 공조기 송풍량은 실내 현열부하를 기준으로 산정하는데, 송풍기·덕트에서 취득되는 열량도 이 현열부하에 포함되어 송풍량 계산에 관계된다.
외기부하, 펌프 및 배관부하, 재열부하는 각각 외기처리, 배관계통, 온도 재조정과 관련된 부하로 송풍량(현열 기준 풍량) 산정과는 직접 관계가 없다.

개별난방법은 각 실(세대)마다 독립된 열원을 두는 방식으로, 중앙식 난방법에 속하지 않는다.
직접난방·간접난방·복사난방은 모두 하나의 중앙 열원(보일러 등)에서 만든 열매체를 배관으로 각 실에 분배하는 중앙식 난방을 열매체·전달방식에 따라 나눈 분류이다.

보일러의 3대 구성요소는 본체, 연소장치, 부속장치(부속품)이며, 분출장치는 이 부속장치에 포함되는 개별 장치일 뿐 별도의 구성요소로 꼽지 않는다.

취출 방향을 자유롭게 조정할 수 있고 댐퍼로 풍량조절이 가능하지만 공기저항이 커서, 주로 공장·주방 등의 국소 냉방에 쓰이는 취출구는 펑커루버형이다.

냉·난방(온열감)에 영향을 주는 요소는 실내 온도, 기류, 습도(수증기량)이며, 공기 중 탄산가스 농도는 실내 공기질·환기 지표일 뿐 온열감에 직접 관계되는 요소는 아니다.

벽체를 통한 손실열량은 $940\ \mathrm{kcal/h}$이다.
열통과율을 이용한 손실열량 공식은 다음과 같다.
$Q = k \times A \times \Delta t$
$Q = 2.35 \times 20 \times (20-0) = 940\ \mathrm{kcal/h}$

30℃ 습공기를 80℃ 온수로 분무 가습할 때, 건구온도가 증가한다는 설명은 부적합하다.
온수 분무 가습에서는 분무된 물이 증발하면서 공기로부터 증발잠열을 빼앗아가므로 건구온도는 오히려 낮아지거나 크게 변화하지 않으며, 절대습도·엔탈피·상대습도는 모두 증가한다.

여러 가습 방식 중 증기 분무 방식이 가습효율이 가장 높다.
증기는 이미 기체 상태이므로 별도의 증발 과정 없이 공기 중 수증기로 곧바로 흡수되어 가습효율이 100%에 가깝다. 반면 온수 분무, 가습팬, 초음파 분무는 액체 상태의 물이 증발하는 과정을 거쳐야 하므로 상대적으로 효율이 낮다.

수증기 분압은 $14.28\ \mathrm{mmHg}$이다.
상대습도는 실제 수증기 분압과 포화 수증기압의 비이므로 다음과 같이 구한다.
$P_w = \phi \times P_s = 0.6\times23.8 = 14.28\ \mathrm{mmHg}$

복사난방은 바닥이나 벽 자체를 방열면으로 이용하므로 별도의 방열기가 필요 없고 바닥 이용면적이 커진다는 것이 특징이다.
열용량이 큰 구조체를 가열하는 방식이라 외기온도 변화에 따른 방열량 조절이 쉽지 않다.
천장이 높은 공간에도 적용할 수 있지만 시공은 오히려 까다롭다.
상승기류가 적어 대류난방에 비해 바닥면의 먼지가 상승하기 어렵다.

온수보일러의 출력(용량)을 표시하는 단위로는 kcal/h가 가장 적합하다.
이는 단위 시간당 발생시킬 수 있는 열량을 나타내는 것으로, 보일러의 능력을 표시하는 데 쓰인다.

대규모 건축물에서 중앙공조방식은 설비를 한 곳에 집중시켜 유지관리가 편리하다는 점이 개별공조방식보다 우수하다.
반대로 개별제어, 국소운전, 조닝의 용이성은 각 구역마다 독립된 기기를 두는 개별공조방식이 더 유리한 부분이다.