[공조냉동기계기능사 필기] 04년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

작업자의 안전태도를 형성하는 데 가장 유효한 방법은 안전에 관한 교육 실시이다. 지속적인 교육을 통해 위험 요인에 대한 이해와 판단력을 길러야 스스로 안전하게 행동하는 태도가 자리 잡는다.
훈시나 표지판 부착, 안전한 환경 조성만으로는 지식과 이해가 뒷받침되지 않아 일시적인 주의 환기에 그치기 쉽다.

정 작업은 작업을 시작할 때와 끝낼 때는 약하게, 작업이 궤도에 오른 중간 구간에서 강하게 타격하는 것이 원칙이다.
따라서 강하게 때려서는 안 되는 시점은 작업 처음과 끝이며, 이때 강하게 치면 정이 미끄러지거나 재료가 튀어 재해로 이어지기 쉽다.

해머작업은 손이 미끄러지거나 장갑이 걸려 들어갈 위험이 커서 맨손으로 해야 하는 대표적인 작업이다.
줄작업·용접작업·전기작업은 손 보호나 절연이 필요해 장갑 착용이 오히려 권장되거나 필수인 작업이다.

방폭구조는 내압방폭구조·유입방폭구조·압력방폭구조·안전증방폭구조·본질안전방폭구조 등으로 분류되며, "자체방폭구조"라는 명칭의 구조는 존재하지 않는다.

보일러 수위가 내려가 과열된 상태에서 급수밸브를 열어 다량의 물을 한꺼번에 공급하면 고온의 전열면에 물이 닿아 급격한 증기 발생과 열충격이 일어나 오히려 파손·폭발 위험을 키운다.
안전밸브를 열어 증기를 빼내는 것은 압력을 낮추는 정상적 응급조치다.
댐퍼·재받이 문을 닫고 연료 공급을 중지해 연소를 억제하는 것도 타당한 조치다.
과열 시에는 급수를 서서히 소량씩 보충해야 하므로 다량 급수는 옳지 않은 조치다.

염산은 물에 대한 용해도가 커서 세관 후 물로 씻어내기가 쉬운 것이지, 용해도가 작아서 세척이 쉬운 것이 아니다.
스케일 용해 능력이 우수한 점은 염산을 쓰는 실제 이유다.
가격이 저렴한 점, 부식 억제제 종류가 다양한 점도 실제 사용 이유다.

지름이 서로 다른 수액기를 2개 나란히(병렬) 설치할 때는 두 수액기의 상단(윗면)을 일치시키고 균압관으로 연결하는 것이 안전하다.
상단을 맞추면 두 용기의 상부 증기 공간이 같은 높이에서 통하게 되어 액이 한쪽으로 몰려 과충전·넘침이 생기는 것을 막을 수 있다. 하단이나 중단을 맞추면 용기마다 상부 여유 공간 높이가 달라져, 액이 한쪽 수액기로 치우쳐 차오를 수 있다.

토출가스 압력은 응축이 원활하지 않을 때 높아지는데, 냉매를 과소 충전하면 오히려 순환량과 응축부하가 줄어 토출압력이 낮아지는 방향으로 작용한다.
냉각수 부족은 응축열 방출을 방해해 고압을 높인다.
불응축가스 혼입은 응축기 내 유효 전열면적을 줄여 고압을 높인다.
응축기 물때 부착은 열교환을 방해해 고압을 높인다.

용접용 홀더는 용접봉을 물려 전류를 흘려보내는 용접 기구(공구)이며, 작업자의 신체를 보호하는 보호구가 아니다.
헬멧·앞치마·용접용 장갑은 아크·열·스패터로부터 신체를 보호하는 보호구에 해당한다.

액해머(리퀴드백)가 발생하면 냉매액이 압축기로 흡입되어 파손 위험이 크므로, 가장 먼저 압축기를 정지시켜 추가 흡입을 막아야 한다.
정지 후에 흡입·토출밸브 조작이나 안전밸브 개방 등 후속 조치를 진행하는 것이 순서다.

두 개 이상의 전선이 접촉되어 폭음과 함께 순간적으로 녹아버리는 현상은 단락(합선)이다.
혼촉은 서로 다른 전압선이 접촉하는 것, 누전과 지락은 전류가 절연 파괴로 대지로 흐르는 현상으로 단락과는 구분된다.

가스용접은 산소·아세틸렌 등 가연성 가스와 화염을 이용하는 작업으로 전기를 사용하지 않으므로 전격(감전) 재해와는 관계가 없다.
반면 화재·폭발·중독(가스·흄 흡입)은 가스용접에서 실제로 발생할 수 있는 재해다.

아세틸렌은 가연성 가스로 불꽃을 직접 접근시키면 위험하므로, 누설검지에는 비눗물을 발라 기포 발생 여부로 확인하는 방법이 가장 적당하다.

가연물은 산소·공기와의 접촉면이 넓을수록 연소가 쉬워지므로 표면적이 클 것이 구비조건이며, "표면적이 적을 것"은 가연물의 조건이 아니다.
연소열량이 크고 산소와 친화력이 크며 열전도도가 작을수록 착화·연소가 쉬워지는 것은 실제 가연물의 조건이다.

냉매증기를 단열 압축하면 외부와 열 출입이 없는 상태에서 압축 일이 그대로 내부에너지로 전환되어 온도가 상승하므로, "온도는 높아지지 않는다"는 설명은 틀린 내용이다.
냉동능력 2㎾를 냉동톤으로 환산하면 약 0.52RT이고, 냉동능력 10㎾에 압축기동력 4㎾를 더한 응축부하 14㎾, 진공계 10㎝Hg에서 절대압력 약 0.9㎏/cm²는 모두 옳은 설명이다.

0℃ 얼음을 0℃ 물로 융해시키는 데 필요한 열량은 질량×융해잠열로 계산한다.
$Q = 4.5\ \mathrm{kg} \times 80\ \mathrm{kcal/kg} = 360\ \mathrm{kcal}$

프레온 12(R-12)는 냉동장치의 저온측에서도 윤활유와 완전히 섞이는(전 범위 상호 용해) 특성을 가진 대표적인 냉매다.
암모니아는 오일과 거의 섞이지 않아 오일 분리가 쉬운 반면, R-12는 저온에서도 오일과 잘 용해되어 오일 회수에 별도 배려가 필요하다.

1RT당 냉매 순환량은 냉동효과(증발잠열)가 작을수록 커지는데, 제시된 냉매 중 후레온 11은 냉동효과가 가장 작아 같은 냉동능력을 내는 데 필요한 순환량이 가장 크다.
암모니아는 증발잠열이 매우 커서 반대로 순환량이 가장 작다.

암모니아(NH₃)는 염산과 반응하면 염화암모늄의 흰 연기(백연)를 발생시키므로, 이 반응은 암모니아 누설검지 시험에 실제로 이용된다.

R-22는 R-12보다 비등점이 더 낮아 저온에서도 충분한 증발압력을 유지할 수 있어 저온용 냉동에 더 적합하다.
R-12나 R-22 모두 냉동효과(kcal/kg)는 암모니아보다 작다.
암모니아는 오일과 섞이지 않아 오히려 R-12보다 유분리가 쉬운 냉매다.

소요동력은 순환량×압축일로 구한 열량을 kW로 환산해 계산한다.
$Q = 186\ \mathrm{kg/h} \times 56\ \mathrm{kcal/kg} = 10416\ \mathrm{kcal/h}$
$P = \dfrac{10416}{860} \approx 12.1\ \mathrm{kW}$

상부간극(top clearance)이 크면 재팽창가스가 늘어 압축 후 토출가스 온도가 높아지고, 고온에 노출된 윤활유가 열화(탄화)되기 쉬워진다.
동시에 체적효율과 냉동능력은 오히려 저하되는 방향으로 영향을 준다.

제빙용 냉동장치는 브라인 탱크에 얼음틀을 담가 냉각하는 방식이 일반적이어서, 증발기로는 브라인 탱크 안에 설치하는 탱크형 냉각기가 가장 적합하다.

부스터(Booster) 압축기는 2단 압축냉동장치에서 저압측(저압단)을 담당하는 압축기를 가리킨다.
저압의 냉매가스를 중간압까지 1차로 압축한 뒤, 고압측 압축기가 이를 다시 압축하는 구조에서 저압측 압축기를 부스터라 부른다.

팽창밸브의 용량은 밸브 시트(오리피스)의 구경에 의해 결정되며, 이 구경을 통과하는 냉매 유량이 곧 밸브의 용량이 된다.

유압 압력조정밸브는 오일펌프 출구에 설치되어, 펌프에서 나온 오일 일부를 크랭크케이스 쪽으로 바이패스시켜 급유압력을 적정 수준으로 조절한다.

응축부하는 냉동능력과 압축기 소요동력의 합으로 구한다.
$5\ \mathrm{RT} \times 3320\ \mathrm{kcal/h/RT} = 16600\ \mathrm{kcal/h}$
$5\ \mathrm{PS} \times 632.3\ \mathrm{kcal/h/PS} \approx 3162\ \mathrm{kcal/h}$
$16600 + 3162 \approx 19760\ \mathrm{kcal/h}$

직접팽창식은 증발기에서 냉매의 증발잠열(감열이 아닌 잠열)로 피냉각물을 냉각시키는 방식이므로, "감열에 의해 냉각시키는 방법"이라는 설명은 옳지 않다.
간접팽창식(브라인식)에 비해 소요동력이 적고 RT당 냉매 순환량이 적으며, 냉매 증발온도를 높게 유지할 수 있다는 점은 직접팽창식의 실제 특징이다.

액순환식(강제순환식) 증발기에서 액펌프로 냉매액을 보내는 배관에는, 펌프 정지 시 냉매액이 역류해 펌프를 손상시키는 것을 막기 위해 역지밸브를 반드시 설치한다.

압축기가 1대일 때 고압 차단 스위치(HPS)는 압축기 토출측 압력을 직접 감지해야 하므로 토출 정지밸브 직전에서 압력을 인출한다.

암모니아는 비열비(k)가 커서 압축 후 토출가스 온도가 다른 냉매보다 크게 상승하는 특성이 있다.
여기에 열교환기로 흡입가스를 한 번 더 과열시키면 토출온도가 지나치게 높아져 윤활유 열화나 압축기 소손 위험이 커지므로, 암모니아 냉동장치에서는 일반적으로 열교환기를 설치하지 않는다.

액펌프 냉각 방식은 어큐뮬레이터를 거쳐 증발기로 냉매액을 강제 순환시키므로, 흡입가스에 섞인 액이 압축기로 직접 들어가는 리퀴드백(liquid back)을 방지할 수 있다는 것이 대표적 이점이다.
실제로는 자동제상이 용이하고 증발기의 열통과율도 양호한 편이며, 펌프 캐비테이션을 막기 위해 낙차를 고려해야 하므로 나머지 선택지는 모두 사실과 반대되는 설명이다.

관을 도중에서 옆으로 분기해야 할 때는 와이(Y)이음쇠를 사용해 본관에서 갈라져 나가는 분기관을 연결한다.
벤드·엘보우는 방향 전환용, 소켓은 직선 관 연결용이어서 분기에는 적합하지 않다.

용접강관을 벤딩할 때는 용접선(이음매)이 굽힘의 안쪽이나 바깥쪽이 아닌 옆면(중립축) 쪽에 오도록 바이스에 물려야, 굽힘 응력이 용접부에 직접 집중되지 않아 파손을 막을 수 있다.

지름 20㎜ 이하의 동관을 벤더로 구부릴 때 관이 찌그러지거나 파손되지 않도록, 최소곡률반지름은 대체로 관지름의 4~5배 이상을 확보한다.

드레서는 나사이음이 아니라 연관(鉛管)을 펴거나 다듬는 공구이다.
파이프 바이스는 관을 고정할 때 사용한다.
파이프 커터는 관을 절단할 때 사용한다.
리이드형 나사절삭기는 관 끝에 나사산을 낼 때 사용한다.
따라서 나사이음 작업에 쓰이지 않는 장비는 드레서이다.

25A 티의 A부에 20A 관을 곧바로 물리려면 바깥쪽이 25A, 안쪽이 20A로 지름이 줄어드는 이경부싱이 필요하다.
그림의 티는 좌우 가지가 각각 25A, 아래로 뻗은 가지도 25A이고 그 끝이 A부로 표시되어 있다. 즉 A부는 25A 자리인데 여기에 20A 관을 붙이는 것이므로, 한 단계 지름이 다른 관을 잇는 이경(異徑) 이음쇠를 끼워야 한다.
유니언 — 같은 지름의 관을 분해·조립할 수 있게 잇는 이음쇠라 지름을 줄이지 못한다.
니플 — 양끝이 수나사인 짧은 관으로, 같은 지름의 이음쇠끼리 이을 때 쓴다.
플러그 — 관 끝을 막는 부품이라 관을 이어 붙일 수 없다.

옴의 법칙에 따르면 전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다.
$I = \dfrac{V}{R}$ 로 표현되며, 저항이 일정할 때 전압이 커지면 전류도 그만큼 커진다.
전류가 저항에 비례한다거나 전압·저항의 제곱에 비례한다는 설명은 옴의 법칙과 맞지 않는다.

고유저항을 이용한 저항값은 도체의 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다.
$R = \rho \dfrac{\ell}{A}$ 로 표현되며, 여기서 $\rho$는 고유저항(비저항)이다.
길이가 길수록 전자의 이동 경로가 길어져 저항이 커지고, 단면적이 넓을수록 전류가 흐를 통로가 넓어져 저항이 작아진다.

증발 압력 조정은 증발기 내 압력을 일정 이상으로 유지해 용량제어나 동결 방지에 쓰이는 방법이며, 제상(除霜) 방법으로 분류되지 않는다.
압축기 정지 제상, 핫가스(고온가스) 분무 제상, 살수식 제상은 모두 증발기 표면의 착상을 녹이기 위해 실제 현장에서 쓰이는 대표적인 제상 방식이다.

냉매는 응고온도(응고점)가 낮을수록 저온에서도 냉매가 얼지 않아 유리하다.
증발온도에서의 압력은 대기압보다 높은 편이 공기 침입 방지에 유리하고, 비열비는 작을수록 압축 후 토출가스 온도가 낮아져 유리하며, 임계온도는 높을수록 상온에서 응축이 쉬워 유리하다.
따라서 제시된 설명 중 옳은 것은 응고온도에 관한 것이다.

2단압축 냉동사이클의 중간냉각은 저단 압축기에서 나온 고온의 토출가스를 냉각시켜 고단 압축기의 과열을 막고 냉동효과를 높이는 것이 목적이다.
고단 압축기의 과열 방지는 중간냉각의 본래 목적이다.
고압 냉매액의 과냉각을 통한 냉동효과 증대도 중간냉각의 목적이다.
고압측 압축기 흡입가스 중의 액 분리도 중간냉각기(인터쿨러)의 역할이다.
반대로 저단측 압축기의 토출가스를 과열시킨다는 설명은 중간냉각의 목적이 아니며, 오히려 중간냉각은 이 가스를 냉각시켜 과열을 없애는 과정이다.

미리 정해 놓은 순서에 따라 각 단계를 차례로 진행시키는 제어를 시퀀스 제어라 한다.
피드백 제어는 출력값을 검출해 목표값과 비교·수정하는 방식으로 시퀀스 제어와는 동작 원리가 다르며, 무접점 제어나 변환 제어는 순서 제어 방식 자체를 가리키는 명칭이 아니다.

압축과정에서는 냉매가 압축기에 의해 압력이 상승하면서 부피가 줄어들어 비체적이 감소한다.
응축과정은 압력이 거의 일정한 상태에서 냉매가 기체에서 액체로 변하며 엔탈피가 감소하고, 팽창과정은 압력이 급격히 강하하지만 엔탈피는 팽창밸브 전후에서 거의 변하지 않는다(등엔탈피 과정).
증발과정은 압력이 거의 일정하게 유지되면서 냉매가 열을 흡수해 증발하며, 이때 온도는 상승하지 않고 거의 일정하게 유지된다.

인체 발생열은 대사량에 의해 만들어지지만 실제 방출되는 열량 중 감열과 잠열의 비율, 그리고 총 발열량은 실내온도(작업환경)에 따라 달라진다.
실내온도가 높아지면 인체는 땀 배출 등을 통해 잠열 방출 비중을 늘리므로, 실내온도에 관계없이 발열량이 일정하다는 설명은 옳지 않다.
활동 상태에 따라 발열량이 달라진다는 점, 식당에서는 음식물의 발열량도 포함시킨다는 점, 인체 발생열에 감열과 잠열이 함께 있다는 점은 모두 맞는 설명이다.

단일덕트 정풍량 방식은 부하와 무관하게 송풍량이 일정하고 크기 때문에 연간 송풍동력 소비가 변풍량(VAV) 방식보다 오히려 크다. 따라서 송풍동력이 적어 성에너지가 된다는 설명은 이 방식의 특징이 아니다.
공조기가 기계실에 집중되어 운전·보수가 쉽고 소음·진동 전달이 적다는 점, 송풍량이 커서 환기량이 충분하다는 점, 존 수가 적을 때 설비비가 저렴하다는 점은 정풍량 방식의 실제 특징이다.
반면 변풍량 방식은 부하에 맞춰 풍량을 줄일 수 있어 에너지 절약 측면에서 정풍량 방식보다 유리하다.

증기 방열기의 표준 방열량은 $650 \ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$ 이다.
참고로 온수 방열기의 표준 방열량은 $450 \ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$ 로, 증기 방열기보다 낮다. 이는 증기의 포화온도가 온수보다 높아 방열기 표면온도와 실내온도의 차이가 더 크기 때문이다.

난방 시 사무실의 쾌적 조건으로는 상대습도 50% 내외, 실내 기류 0.25m/s 정도가 적당한 값으로 제시된다.
상대습도가 30% 수준으로 낮으면 공기가 지나치게 건조해 호흡기 자극·정전기 문제가 생긴다.
기류가 0.05m/s 수준으로 거의 없으면 공기가 정체되어 답답함을 느끼고, 반대로 기류가 너무 빠르면 찬 바람으로 느껴지는 드래프트가 생긴다.
따라서 습도와 기류 모두 중간 수준인 상대습도 50%, 기류 0.25m/s 조합이 가장 적합하다.

이중덕트 방식은 냉풍과 온풍을 각각 별도의 덕트로 보낸 뒤 실내 유닛에서 혼합하는 방식이므로, 혼합 시 발생하는 혼합손실 때문에 단일덕트 방식보다 에너지 소비량이 오히려 많다.
중앙식 공조방식으로 운전·보수관리가 쉽고, 각 실이나 존별로 개별 제어가 가능하며, 열매체가 공기이므로 실온 응답이 빠르다는 점은 이중덕트 방식의 실제 특징이다.

덕트 내부를 흐르는 풍량을 조절하거나 완전히 차단할 때 사용하는 기구는 댐퍼이다.
그릴은 취출구·흡입구에 설치되는 격자형 장치이고, 에어워셔는 공기를 물로 세정·가습하는 장치이며, 엘리미네이터는 공기 중의 물방울을 제거하는 장치로 풍량 조절과는 역할이 다르다.

흡수식 냉동기는 압축기 대신 발생기·흡수기 등을 이용해 냉동사이클을 구성하므로 회전 압축기가 없어 소음·진동이 작다는 것이 장점이며, 소음·진동이 크다는 설명은 옳지 않다.
전력 소비가 적고, 냉수 출구온도 조절 등으로 용량제어 범위가 넓으며, 열원으로 보일러의 증기·온수를 이용하므로 여름철에도 보일러 운전이 필요하다는 점은 흡수식 냉동기의 실제 특징이다.

배기가스에 선회력(회전운동)을 부여해 원심력으로 입자를 분리·포집하는 방식은 싸이클론(원심력) 집진기이다.
세정식 집진기는 물로 세정해 입자를 제거하고, 전기 집진기는 전기적 인력을 이용하며, 원통다관형 집진기는 여러 개의 소형 원통을 병렬로 배치한 구조로 각각 원리가 다르다.

단일덕트 방식은 덕트가 하나의 계통이므로 덕트 스페이스를 적게 차지하는 것이 장점이며, 덕트 스페이스를 크게 차지한다는 설명은 이 방식의 장점이 아니다.
덕트가 1계통이라 시설비와 공간이 절감되고, 냉·온풍 혼합상자가 필요 없어 소음·진동이 적으며, 혼합손실이 없어 에너지 절약적이라는 점은 단일덕트 방식의 실제 장점이다.

송풍기 취득열량은 소요동력을 열량 단위로 환산해 구하며, $1 \ \mathrm{kW} = 860 \ \mathrm{kcal/h}$ 의 환산관계를 사용한다.
$Q = 2 \times 860 = 1{,}720 \ \mathrm{kcal/h}$
따라서 소요동력 2kW인 송풍기의 취득열량은 1,720kcal/h이다.

온수난방은 관경과 방열기 면적을 증기난방보다 크게 설계해야 하므로 설비비가 증기난방보다 더 많이 든다. 설비비가 적게 든다는 설명은 온수난방의 장점이 아니다.
온수는 열용량이 커서 실내온도가 급변하지 않고 난방부하 변동에 따른 온도조절이 쉬우며, 방열기 표면온도가 낮아 증기난방보다 쾌감도가 좋다는 점은 온수난방의 실제 장점이다.

증기난방의 방열기는 표면온도가 높아 주변 공기를 데워 순환시키는 대류작용으로 실내를 난방하므로, 주로 복사작용을 이용한다는 설명은 옳지 않다.
온수난방은 표면온도가 낮고 쾌감도가 좋아 주택·병원·호텔의 거실 등에 적합하고, 증기난방은 예열이 빨라 학교·사무소처럼 간헐 운전이 많은 건물에 적합하며, 전기난방은 사용은 편리하지만 비용 면에서 경제적이지 못하다는 점은 모두 맞는 설명이다.

난방부하는 겨울철 실내에서 손실되는 열량을 기준으로 계산하므로, 외벽체를 통해 온도차로 빠져나가는 열(관류열손실)이 대표적인 난방부하 계산 항목이다.
유리창을 통한 일사열, 실내인원의 운동에 의한 발열, 송풍기 가동에 의한 열은 모두 실내로 열이 유입되는 취득열(냉방부하 성격)이므로, 안전측으로 설계하는 난방부하 계산에서는 일반적으로 제외한다.

계통도에서 1(외기)과 2(환기)가 3에서 혼합되어 a→b 과정을 거치고, 혼합공기(b)가 코일을 통과하며 냉각·감습되어 4 지점 상태가 되는데 이는 선도상 c에 해당한다. 이후 4→5는 송풍기를 거쳐 취출되는 과정으로 송풍동력에 의한 열취득으로 약간의 온도 상승만 있을 뿐 상태변화가 미미하므로, 5점은 혼합점인 b와 거의 동일한 위치로 나타난다.