[공조냉동기계기능사 필기] 04년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

토출압력이 비정상적으로 오를 때 안전장치의 작동 설정압력은 안전두(정상 고압+약 3kg/cm²), 고압차단 스위치(+약 4kg/cm²), 안전밸브(+약 5kg/cm²) 순입니다. 따라서 안전두 스프링이 가장 먼저 작동합니다. 저압차단 스위치와 유압차단 스위치는 각각 흡입압력 저하와 유압 저하에 반응하는 장치로, 토출압력 상승과는 관계가 없습니다.

냉동·냉장 업무를 하는 작업장은 그 업무 자체가 특정 유해인자에 노출되는 작업이 아니므로 작업환경측정 대상 작업장에 해당하지 않는다.
작업환경측정은 소음·분진·유기용제 등 유해인자에 노출되는 작업장을 대상으로 하며, 나머지 보기인 산소결핍 위험작업장, 유기용제 취급 작업장, 강렬한 소음·분진이 발생하는 옥내 작업장은 모두 유해인자에 대한 측정·관리가 요구되는 작업장으로 다뤄진다.

작업 전 점검은 재해와 직결되는 안전설비·장치를 대상으로 하므로, 공구함의 이상 유무는 필수 작업 전 점검 항목에 해당하지 않는다.
방호장치, 동력전달장치, 보호구는 모두 작업자의 안전과 직결되어 작업 시작 전 반드시 점검해야 하는 항목이다.

감전자에게 뜨거운 물을 먹이는 행위는 감전 응급조치와 무관하며, 의식이 온전하지 않은 상태에서는 오히려 위험할 수 있어 해서는 안 되는 행동이다.
감전 사고가 발생하면 즉시 전원을 차단하고, 필요할 경우 인공호흡을 실시하며, 신속히 의사에게 연락하여 후속 조치를 받는 것이 올바른 응급조치이다.

보일러실은 통상적으로 외기와 통하고 환기가 이루어지는 공간이어서 산소결핍 위험장소로 분류되지 않는다.
반면 우물 내부, 맨홀 내부, 밀폐된 공간은 공기 유통이 차단되어 산소가 소비되거나 다른 가스로 치환되기 쉬운 대표적인 밀폐공간이다.

화학약품을 다루는 작업에서는 약품이 스며들지 않도록 내성이 강한 재질의 작업복을 착용해야 한다.
내성이 약한 옷을 착용하면 약품이 침투해 피부 손상 등의 위험이 커지므로 부적당한 방법이다.
주머니 수를 줄이는 것은 걸림 사고를 줄이는 올바른 습관이다.
정전기가 발생하기 쉬운 섬유를 피하는 것은 화재·폭발 예방에 맞는 조치이다.
기계작업 시 끈이 있는 옷을 입지 않는 것은 말림 사고를 막는 올바른 조치이다.

전격방지기(감전방지기)는 용접기를 사용하지 않을 때 2차측(출력측) 무부하전압을 안전한 수준까지 낮추어 작업자의 감전을 예방하는 장치이다.
용접봉을 모재에 접촉시키는 순간에만 정상 용접전압으로 복귀시키므로, 제어 대상은 2차측 전압이다.

냉매가 적정량보다 부족하면 냉동능력 저하 등 여러 문제가 생기지만, 가장 먼저 해야 할 일은 원인이 되는 누설부위를 찾아 수리한 뒤 부족한 냉매를 보충하는 것이다.
누설을 방치한 채 냉매만 보충하면 다시 새어나가 문제가 반복되므로 원인 제거가 우선되어야 한다.

아세틸렌은 반응성이 크고 폭발 위험이 있는 가스이므로 용기는 발화성 물질이 없는 장소에 보관해야 한다.
습기가 있는 장소는 용기 부식을 촉진해 부적당하다.
전류가 흐르는 전선 근처는 스파크로 인한 점화 위험이 있어 부적당하다.
직사광선이 잘 드는 창고는 용기 내부 압력을 높여 위험을 키우므로 부적당하다.

안전모와 안전벨트는 고소작업 등에서 작업자가 떨어졌을 때 충격을 줄여주는 추락재해 방지용 보호구이다.

작업자의 안전 태도는 표지판이나 훈시만으로는 형성되기 어렵고, 지속적인 안전교육을 통해 위험성을 이해시키고 습관화할 때 가장 효과적으로 형성된다.

용접팁의 구멍이 막히거나 오염되었을 때는 전용 팁 크리너로 청소해야 한다.
철선이나 동선, 놋쇠선 등 금속선을 사용하면 팁 구멍이 손상되거나 확대되어 불꽃 형태가 나빠지므로 사용해서는 안 된다.

보일러 파열사고는 여러 원인이 있지만, 그중 실제 사고에서 가장 빈번하게 나타나는 원인은 압력 초과, 즉 안전장치 고장이나 취급 부주의로 설계압력을 넘어서는 경우이다.

줄 작업 전에는 줄의 균열 유무를 반드시 확인해야 한다. 균열이 있는 줄은 작업 중 파손되어 손을 다칠 위험이 크기 때문이다.
손잡이 고정 상태 확인, 미끄러짐 주의, 허리를 낮추고 전신을 이용하는 자세는 모두 올바른 줄 작업 요령이다.

보일러의 압력 측정에는 구조가 간단하고 내구성이 좋은 부르동관 압력계가 가장 널리 사용된다.

승화열은 고체가 바로 기체로 상태 변화할 때 필요한 열로, 상태 변화 없이 온도만 바꾸는 감열(현열)이 아니라 잠열에 해당한다.
감열은 건구온도계로 측정 가능하며 상태 변화 없이 온도 변화에 쓰이는 열이라는 설명, 잠열이 물체의 상태를 바꾸는 열이라는 설명은 모두 옳다.

열용량은 어떤 물질의 온도를 1℃ 높이는 데 필요한 열량으로, $Q = m \times c$와 같이 물질의 무게(질량)에 비열을 곱한 값으로 구한다.

2원 냉동장치의 저온측 냉매는 아주 낮은 온도에서 증발하면서도 대기압 이상의 증기압을 유지해야 하므로, R-13, 에탄, 에틸렌과 같이 비등점이 매우 낮은 냉매군이 적합하다.
암모니아·R-11·R-12·R-22 등은 상대적으로 비등점이 높아 고온측에 주로 사용된다.

R-22는 암모니아보다 분자량이 커서 가스 밀도가 높으므로, 같은 조건에서 가스의 유동저항이 크다.
R-12는 오일과 잘 섞여 암모니아보다 오히려 유분리가 어렵고, 냉동력(단위 질량당 냉동효과)도 잠열이 훨씬 큰 암모니아보다 작으며, R-22는 R-12보다 비등점이 낮아 저온용에 더 적합하다.

습포화 증기에서 액체가 차지하는 질량비를 습도라 하고, 증기가 차지하는 질량비를 건조도라 한다.
가열하면 습포화증기 → 건조포화증기 → 과열증기 순으로 변하고, 냉각하면 오히려 액체 비율(습도)이 늘어나며, 대기압 하에서 물의 포화온도는 100℃ 정도이다.

체적효율, 기계효율, 압축효율은 모두 압축기의 성능을 나타내는 효율이지만, 슬립효율은 압축기가 아니라 전동기(모터)의 특성과 관련된 개념이다.

고속다기통 압축기가 정상적으로 운전될 때 윤활을 위한 유압은 저압(흡입압력)보다 1.5~3.0 ㎏/cm² 정도 높게 유지되는 것이 일반적인 기준이다.
유압이 이 범위보다 낮으면 유압보호스위치(OPS)가 작동해 압축기를 정지시킨다.

불응축가스는 응축온도·응축압력에서 액화되지 않으므로, 냉매만 액화되어 빠져나간 뒤 응축기 상부에 남아 쌓인다.
이 때문에 불응축가스를 배출하는 가스 퍼저(purger)도 응축기(또는 수액기) 상부에 설치한다.

냉각관 내 냉각수 속도가 빨라지면 열전달이 촉진되어 횡형 쉘앤튜브식 응축기의 열통과율이 커지고, 이는 응축압력에도 영향을 준다.
수온이 일정해도 유막·물때가 두꺼워지면 열전달이 저하되어 응축압력이 상승하고, 냉각수량이 풍부해도 불응축가스가 섞이면 응축압력은 상승하며, 냉각수량이 일정해도 수온이 오르면 응축압력은 상승한다.

압축비가 커지면 실린더 내에 남은 사이간극(clearance) 가스의 재팽창 영향이 커져 흡입되는 냉매 증기량이 줄어들고, 그 결과 체적효율이 저하한다.

냉동기의 동작 원리에 따라 분류하면, 흡수식 냉동기는 열원(가열원)을 이용하여 냉매를 증발·응축시키므로 압축기가 불필요하다.
흡수식 냉동기는 고온의 열원(주로 온수나 증기)을 흡수액에 가하여 냉매를 방출시키고, 이 냉매가 증발할 때의 잠열로 냉각을 일으키는 방식으로, 압축 과정을 열에너지로 대체하기 때문에 압축기가 필요 없다.
터보·회전식·왕복동식 냉동기는 모두 압축기를 구동하여 냉매를 압축하는 기계식 냉동기이며, 이들은 가열원 없이 전기 에너지로만 작동한다.

압축비가 작아지면(응축압력이 일정할 때 증발압력이 상대적으로 높아지면) 압축에 필요한 소요동력은 감소한다.
압축비는 고압과 저압을 각각 절대압력으로 바꾼 뒤 나눈 값이지, 게이지압력을 그대로 나누고 1을 더하는 값이 아니다.
흡입압력이 같을 때 압축비가 커지면 토출가스 온도는 오히려 상승한다.
압축비가 작아지면 소요동력은 증가가 아니라 감소한다.

응축부하는 냉각수의 현열 변화량으로 구하며, $Q = m \times c \times \Delta t$ 식을 사용한다.
냉각수량 $120\ \mathrm{L/min} \times 60 = 7{,}200\ \mathrm{kg/h}$, 비열 $1\ \mathrm{kcal/kg}\cdot^\circ\mathrm{C}$, 온도차 $6^\circ\mathrm{C}$를 대입하면
$Q = 7{,}200 \times 1 \times 6 = 43{,}200\ \mathrm{kcal/h}$
따라서 이 수냉 응축기의 응축부하는 43,200 kcal/h이다.

터보 냉동기는 원심력을 이용한 회전식 압축기로, 왕복동식에 비해 구조가 복잡하고 제조 난이도가 높아 생산가가 비싼 특징이 있다. 또한 압축 원리상 대용량 냉동에 적합하며, 소용량에서는 효율이 떨어지고 경제성이 낮아 실용적이지 않다. 1번은 오류(터보는 고속 회전이지만 왕복동식이 진동이 크다), 2번은 오류(터보가 구조는 단순하고 수명이 더 길다), 4번은 오류(저온에서는 압축단수가 증가해야 하고, 터보는 저온용으로 부적합하다)이다.

축봉장치는 압축기 축이 케이싱을 관통하는 부분에서 냉매와 오일이 새지 않고 외부 공기가 침입하지 않도록 밀봉하는 장치이다.
전동기의 슬립 방지는 축봉장치의 기능과 관계가 없다.

정압식 자동팽창밸브(AEV)는 증발기 내부 압력을 일정하게 유지하도록 냉매 유량을 조절하는 팽창밸브이다.
증발압력이 설정값보다 낮아지면 밸브가 열리고, 높아지면 닫히는 방식으로 작동한다.

배관을 분기할 때는 티, 크로스, 와이(Y)와 같이 관이 갈라지는 구조의 이음쇠를 사용한다.
플랜지는 배관과 배관, 또는 배관과 기기를 볼트로 결합하는 이음쇠로 분기용이 아니라 직선 접속·분해조립용으로 쓰인다.

플레어 가공은 동관 끝을 나팔 모양으로 넓혀 압축이음을 만드는 방법으로, 관지름이 비교적 작은 20㎜ 이하의 동관에 적용하는 것이 일반적인 기준이다.
그보다 굵은 관은 플레어 이음보다 용접이나 플랜지 이음이 주로 쓰인다.

삼각형 두 개가 한 점에서 만나되 90°로 꺾여 하나는 옆으로, 하나는 아래로 향한 기호이므로 앵글 밸브다.
글로브 밸브는 같은 삼각형 두 개가 한 직선 위에서 마주 보는 나비 모양이라 입구와 출구가 일직선이다. 앵글 밸브는 이 나비 모양을 직각으로 꺾어 놓은 형태로, 유체가 들어온 방향과 나가는 방향이 직각임을 나타낸다.
볼 밸브는 밸브 몸통 자리에 볼을 뜻하는 원을 그려 넣고, 수동 조작 밸브는 밸브 기호 위에 조작 기호를 덧붙여 나타내므로 직각으로 꺾인 이 기호와는 모양이 다르다.

고압 배관용 탄소강 강관은 SPPH로 표기한다.
SPP와 SGP는 사용압력이 낮은 일반 배관용, SPLT는 저온 배관용 탄소강관을 나타내는 기호이다.

350℃ 이하에서 사용하는 압력배관에는 압력배관용 탄소강관(SPPS)을 사용한다.
SPP는 상용압력이 낮은 일반 배관용, SPHT는 고온배관용, SPLT는 저온배관용 강관의 기호이다.

교류 전압계·전류계는 일반적으로 실효값(RMS)을 지시하도록 눈금이 매겨져 있다.
실효값은 동일한 일(열량)을 발생시키는 직류값에 해당하는 값이기 때문에 교류 크기를 나타내는 대표값으로 사용된다.

순시값 $i = 50\sqrt{2}\,\sin\!\left(\omega t + \dfrac{\pi}{6}\right)\ \mathrm{A}$ 를 벡터로 옮기면 $\dot{I} = 50\,\angle\,\dfrac{\pi}{6}\ \mathrm{A}$ 다.
벡터(페이저) 표시의 크기는 최댓값이 아니라 실효값을 쓴다. 최댓값이 $50\sqrt{2}$ 이므로 실효값은 $\dfrac{50\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = 50\ \mathrm{A}$ 가 된다.
위상은 sin 함수 안의 $+\dfrac{\pi}{6}$ 를 그대로 앞선 각으로 붙인다. 크기를 $50\sqrt{2}$ 로 둔 것은 최댓값을 그대로 쓴 오류이고, 각을 $-\dfrac{\pi}{6}$ 로 둔 것은 위상 부호를 뒤집은 것이라 맞지 않는다.

2Ω 양단에 걸리는 전압강하는 4V다.
회로는 $R_1 = 2\ \Omega$, $R_2 = 3\ \Omega$, $R_3 = 5\ \Omega$ 이 20V 전원에 직렬로 연결된 형태이므로 합성저항은 $R = 2 + 3 + 5 = 10\ \Omega$ 이다.
회로 전류는 $I = \dfrac{V}{R} = \dfrac{20}{10} = 2\ \mathrm{A}$ 이고, 직렬회로에서는 모든 저항에 같은 전류가 흐른다.
따라서 2Ω의 전압강하는 $V_1 = I R_1 = 2 \times 2 = 4\ \mathrm{V}$ 다.

이상기체를 단열팽창시키면 외부와 열 출입 없이 기체가 스스로 일을 하며 부피가 늘어나므로 내부에너지가 줄어 온도가 내려간다.
1BTU는 물 1lb의 온도를 1℉ 높이는 데 필요한 열량이며 1℃ 기준이 아니다.
절대압력은 완전진공을 0으로 기준하여 측정한 압력이지, 대기압을 0으로 기준한 것이 아니다.
보일-샤를의 법칙에서 기체의 부피는 압력에는 반비례하지만 절대온도에는 비례한다.

좋은 냉매는 상온의 냉각수·공기로도 쉽게 액화되어야 하므로 임계온도가 높을 것이 바람직한 물리적 조건 중 하나이다.
이 밖에 응고온도는 낮을 것, 증발잠열은 클 것, 표면장력은 작을 것 등이 좋은 냉매의 조건으로 꼽힌다.

R-21은 디클로로플루오로메탄으로, 분자식은 $\mathrm{CHCl_2F}$이다.

냉동능력은 $Q_0 = m \times q$ (m: 냉매순환량, q: 단위질량당 냉동능력)이고, 성적계수(COP)는 $\text{COP} = \frac{Q_0}{W}$ (W: 압축일)로 정의된다.
주어진 조건에서 압축일 W = 60[㎉/㎏]이므로,
$15 = \frac{q}{60}$에서
$q = 15 \times 60 = 900\text{ [㎉/㎏]}$이다.
따라서 냉매순환량은
$m = \frac{Q_0}{q} = \frac{40000}{900} = 44.4\text{ [㎏/h]}$이다.

응축기를 나와 팽창밸브로 들어가는 배관, 즉 그림에서 응축기 오른쪽과 팽창밸브(⊗) 사이 구간이 고압 액관이다.
냉매는 압축기 → 응축기 → 팽창밸브 → 증발기 → 압축기 순으로 순환한다. 응축기에서 응축을 마친 냉매는 고압의 액 상태로 나오므로, 응축기 출구부터 팽창밸브 입구까지가 고압 액관이 된다.
나머지 구간은 이렇게 구분한다.
증발기와 압축기를 잇는 구간: 증발기에서 나온 저압 가스가 흐르는 흡입관(저압 가스관)
압축기와 응축기를 잇는 구간: 압축을 마친 고온·고압 가스가 흐르는 토출관(고압 가스관)
팽창밸브와 증발기를 잇는 구간: 교축으로 저압이 된 액과 플래시가스가 함께 흐르는 저압 액관

냉매가 부족하면 증발압력이 낮아져 냉동능력이 감소하고, 흡입가스가 충분히 증발되지 못한 채 압축기로 흡입되어 흡입가스가 과열되며, 흡입관에 냉매가 충분히 흐르지 못해 서리가 붙지 않는다.
반대로 냉매 부족 시에는 순환되는 냉매량 자체가 줄어들어 고압(응축압력)은 오히려 낮아지는 경우가 일반적이므로, 고압이 상승한다는 설명은 냉매 부족의 현상으로 보기 어렵다.

습공기 선도에는 건구온도, 습구온도, 노점온도, 상대습도, 절대습도, 엔탈피, 비체적 등이 표시된다.
열용량은 물질의 질량과 비열의 곱으로 정해지는 값으로, 습공기 선도에서 직접 다루는 상태량이 아니다.

침입 외기에 의한 현열부하는 공기의 비열과 밀도를 곱한 상수를 풍량과 온도차에 곱하는 형태로 구한다.
일반적으로 $q = 0.28\,Q(t_o - t_r)$ [kcal/h] 형태의 식을 사용하며, 여기서 $Q$는 침입 외기량($\mathrm{m^3/h}$), $t_o, t_r$은 각각 외기 및 실내온도이다.
이 상수는 공기의 밀도와 비열의 곱에서 비롯된 값으로, 기준값 설정에 따라 문헌마다 소폭 달라질 수 있다. 한편 $0.24$는 공기의 질량기준 비열($\mathrm{kcal/kg\cdot^{\circ}C}$) 자체이므로, 풍량을 부피($\mathrm{m^3/h}$)로 주는 이 식에 그대로 쓸 수 없다.

팬 코일 유닛방식은 중앙의 냉난방원에서 냉수·온수를 공급받아 여러 실의 팬 코일 유닛을 통해 처리하는 중앙방식으로, 각 실이 독립적으로 냉난방기를 갖는 개별방식이 아니다.
공기조화 개별방식은 각 실마다 독립적으로 냉난방을 담당하는 실내기를 설치하는 방식이다.
룸 쿨러: 실내기 하나가 한 실을 담당하는 개별방식이다.
멀티 유닛형 룸 쿨러: 실외기 하나에 여러 실내기를 독립적으로 연결하는 개별방식이다.
패키지 방식: 실외기와 실내기가 통합된 개별 설치형이다.

증기난방은 물의 증발잠열을 이용하므로 소량의 증기로도 많은 열을 운반할 수 있어 열운반능력이 크고 설비비·유지비가 저렴한 것이 대표적 장점이다.
증기가 응축·팽창하며 배관을 타격하는 소음(스팀 해머링)은 온수난방보다 오히려 크게 나타난다.
증기 순환은 빠르지만 방열량 조절이 어려워 실내 쾌적성 확보가 까다롭다.
환수관은 응축수 속 산소·탄산가스의 작용으로 부식이 진행되기 쉬워 보일러 취급이 오히려 까다로워진다.

습공기의 절대습도를 같은 온도의 포화습공기 절대습도로 나눈 비를 포화도(비교습도)라 한다.
상대습도는 수증기분압의 비로 정의되는 별개의 지표이며, 노점온도는 습공기가 포화상태에 이르는 온도를 가리키므로 이 정의와는 구분된다.

점검구는 화재댐퍼 퓨즈 교체, 풍량조절댐퍼의 조정, 덕트 내 코일·송풍기 점검처럼 유지관리가 필요한 지점에 설치한다.
단순한 주덕트의 중간 구간 자체는 별도의 기기나 조작부가 없다면 점검구가 반드시 필요한 위치는 아니다.

다익댐퍼는 여러 개의 날개(루버)가 나란히 배열되어 큰 단면을 균등하게 제어할 수 있어 대형 덕트에 주로 사용된다.
스플리터댐퍼는 분기부의 풍량 배분용, 볼륨댐퍼는 소형 덕트의 풍량조절용으로 쓰이는 등 용도가 다르다.

덕트설계에서는 소음, 열손실, 마찰저항 등 덕트 자체의 성능과 관련된 요소를 고려한다.
반면 덕트 내를 흐르는 공기의 엔탈피는 공조부하 계산의 대상이지, 덕트 자체의 치수·재질을 정하는 설계 고려사항은 아니다.

공조 덕트는 주덕트 풍속을 기준으로 구분하며, 주덕트 풍속이 15 m/s를 초과하면 고속덕트, 그 이하이면 저속덕트로 분류한다.

환산증발량은 실제 발생증기가 얻은 열량을 100℃ 포화수를 100℃ 건포화증기로 바꾸는 기준 증발잠열(539 kcal/kg)로 나누어 환산한 값이다.
$G_e = \dfrac{G(h_2 - h_1)}{539}$
환수온도 60℃ 물의 엔탈피는 약 60 kcal/kg이므로
$G_e = \dfrac{1000 \times (656 - 60)}{539} = \dfrac{596000}{539} \approx 1106\ \mathrm{kg/h}$

중앙공기조화방식은 기계실에서 열원을 생산해 덕트나 배관으로 각 실에 공급하는 방식으로, 전공기방식·공기·수방식·전수방식이 이에 속한다.
냉매방식은 각 실에 설치된 개별 기기에서 직접 냉매를 증발·응축시키는 개별(국소) 공조방식이므로 중앙방식으로 분류하지 않는다.

공업공정 공조는 제품 품질 향상, 공정속도 증가, 불량률 감소 등 생산 공정 자체의 최적화를 목적으로 한다.
사무환경의 쾌적성 유지는 보건공조(쾌적공조)의 목적에 해당하므로 공업공정 공조의 목적으로는 적당하지 않다.

정압효율은 팬이 소비하는 축동력 대비 실제로 공기에 전달된 정압동력의 비율로 정의한다.
즉 $\eta_s = \dfrac{\text{정압동력}}{\text{축동력}}$이며, 이 값이 클수록 팬이 축동력을 정압 형성에 효율적으로 사용함을 의미한다.

감압밸브는 건조한 증기가 유입되어야 정상 작동하므로, 응축수를 미리 제거한 증기가 들어오도록 설치하는 것이 올바른 시공 원칙이다.
사용개소에 가깝게 설치하는 것은 압력손실을 줄이기 위한 정상적인 주의사항이다.
밸브 앞에 스트레이너를 두어 이물질을 걸러내는 것도 올바른 주의사항이다.
바이패스 배관을 수평 또는 위쪽으로, 밸브와 동일 구경으로 설치하는 것도 정상적인 시공 기준이다.
따라서 응축수가 제거된 증기의 유입을 막는다는 서술은 실제 취지와 반대되는 내용이다.

열관류율(K)은 고체벽을 사이에 둔 유체 간 열이동 비율을 전도·대류·복사를 종합해 하나의 값으로 나타낸 것으로, 값이 클수록 열부하도 커진다.
다만 열관류율의 단위는 $\mathrm{kcal/kg\cdot^{\circ}C}$가 아니라 $\mathrm{kcal/m^2\cdot h\cdot^{\circ}C}$이므로, 질량 단위를 기준으로 한 서술은 옳지 않다.