[공조냉동기계기능사 필기] 01년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

보일러 과열은 전열면에 열이 제대로 전달되지 못해 국부적으로 온도가 비정상적으로 상승하는 현상으로, 수관 내부의 청소불량(스케일 등)으로 전열이 방해될 때 주로 발생한다.
동체 부식, 안전밸브 기능불량, 압력계 미확인은 각각 부식·이상압력·관리 소홀에 관련된 문제로 과열의 직접 원인과는 성격이 다르다.

포말(포)소화기는 수분을 많이 포함해 전기가 통하는 소화액을 사용하므로 감전 위험이 있어 전기화재에는 부적당하다.
분말 소화기, CO2 소화기, 유기성 소화액은 전기 전도성이 낮아 전기화재에 사용 가능한 소화약제로 분류된다.

산소가 결핍된 장소에서는 외부에서 신선한 공기를 공급받는 송풍(송기) 마스크를 사용해야 한다.
방진·방독 마스크는 공기 중 오염물질을 걸러내는 방식이라 산소 자체가 부족한 환경에서는 질식 위험을 막을 수 없다.

드라이버의 날끝은 나사 홈의 폭과 길이에 꼭 맞는 평평한 형태여야 미끄러지지 않으므로, "둥근 것을 사용한다"는 설명은 드라이버 선정 시 오히려 피해야 할 사항이다.
공작물을 바이스로 고정하는 것, 전기 작업 시 절연된 자루를 쓰는 것은 모두 타당한 주의사항이다.

줄질은 손목과 팔의 힘만으로 미는 것이 아니라 허리와 상체를 함께 움직여 줄 전체에 고르게 힘이 실리도록 해야 안전하고 정확하게 작업할 수 있다.
따라서 상체를 고정한 채 손목과 팔만으로 미는 방법은 적당한 설명이 아니다.

냉동장치를 능률적으로 운전하려면 액압축(습압축)이 아닌 건조압축이 이루어지도록 관리해야 하므로, "습압축이 되도록 한다"는 능률적 운전 대책으로 볼 수 없다.
이상고압 방지, 냉매 부족 방지, 가스 누설 방지는 모두 냉동장치의 능률적인 운전을 위한 관리 사항이다.

전기 기기에 위험표지를 하는 것은 접근을 경고하기 위함인데, "기기에 바짝 접근하여 작업한다"는 것은 오히려 감전 위험을 높이는 행동이므로 감전사고 방지대책으로 옳지 않다.
안전 절연 보호구 착용, 허가자 외 접근 금지, 작업자 안전교육은 모두 타당한 감전사고 방지대책이다.

안전모 내부의 착장체(머리고정대)와 모체 사이의 수직 간격은 최소 25mm 이상 확보되어야 충격 흡수 여유공간이 생기므로, "25mm 이하가 되도록 조정한다"는 설명은 안전모 취급관리 기준에 맞지 않는다.

안전표지를 부착하는 목적은 표지를 본 사람이 위험을 인식하고 안전하게 행동하도록 인간의 행동을 변화시켜 통제·유도하기 위함이다.
작업 능률 향상이나 환경정비는 부수적인 효과일 뿐이며, 안전표지의 본래 기능은 위험 정보를 전달해 불안전한 행동을 막는 데 있다.

용접 작업이 끝난 직후에도 모재와 용접부는 상당한 시간 뜨거운 상태로 남아 있으므로, 냉각될 때까지 위험 표식을 해 두어야 화상이나 접촉 사고를 막을 수 있다.
따라서 표식이 필요 없다고 보는 설명은 밀폐 공간 전기용접 작업의 안전수칙에 어긋난다.
밀폐 공간에서는 이 외에도 통풍장치 가동, 외부 공기공급식 마스크 착용, 보안경 착용이 함께 요구된다.

보일러 안전수위는 보일러 운전 중 항상 유지해야 할 최저 수면을 말한다.
수위가 이보다 낮아지면 노통이나 화실이 물 밖으로 드러나 과열·파손으로 이어질 수 있어, 안전저수위 이하로 내려가지 않도록 관리한다.

연소의 3요소는 가연물, 산소(공기), 점화원(점화물)이며, 상대습도는 연소 조건과 직접 관련이 없다.

독성가스 배관·설비의 식별표지판에서 가스 명칭은 적색 문자로 표시하도록 정해져 있다(표지판 바탕은 백색, 그 밖의 문구는 흑색).
출제 당시(2001년) 기준이며, 세부 규정은 이후 개정될 수 있으므로 최신 고압가스 관련 기준을 함께 확인해야 한다.

가스용접에서 호스의 색깔은 가스 종류를 구분하기 위해 정해져 있으며, 아세틸렌 호스는 적색, 산소 호스는 녹색(또는 흑색)을 사용한다.

프레온 냉동장치의 건조기(dryer)는 액관 중 수액기와 팽창밸브 사이에 설치하여, 팽창밸브에 들어가기 전 냉매액 속의 수분을 제거한다.
이 위치에 두어야 팽창밸브에서 수분이 얼어붙어 냉매 흐름을 막는 것을 방지할 수 있다.

초저온($-50\sim-70^\circ\mathrm{C}$) 저온용 배관에는 이음매 없는 동관을 사용하는 것이 옳은 설명이다.
냉매 누설 부위에 헬라이드 토치를 대면 불꽃은 청록색으로 변하며, 흑색으로 변한다는 설명은 틀렸다.
브라인 중 냉매 누설 검사에 쓰는 네슬러 시약은 프레온이 아니라 암모니아 검출용이다.
오일 포밍은 오일 필터가 아니라 크랭크케이스 히터로 예방한다.

발문에 나열된 성질은 아황산가스(SO₂, R-764)의 특성이다.
불연성이고 폭발 위험이 없다.
수분이 섞이면 산을 만들어 금속을 부식시키므로 건조 상태를 유지해야 한다.
윤활유와 거의 혼합되지 않는다.
건조한 상태에서는 동 및 동합금 배관을 쓸 수 있다.
소요 냉매 체적이 암모니아의 약 1.5배이고, 열역학적 성질이 암모니아와 비슷하다.
독성과 부식성 때문에 오늘날에는 쓰이지 않는 초기 냉매다.

냉동 능력(냉동효과)은 증발기 출구 냉매의 엔탈피에서 입구 냉매(습증기)의 엔탈피를 뺀 값이다.
습증기 엔탈피 = $h = h_f + x(h_g-h_f) = 100 + 0.25\times(150-100) = 112.5\ \mathrm{kcal/kg}$
냉동 능력 = $150 - 112.5 = 37.5\ \mathrm{kcal/kg}$로, 이 값이 이 사이클의 냉동 능력이다.

회전식(로터리) 압축기의 피스톤 압출량은 실린더 안지름 D의 단면적에서 회전 피스톤 바깥지름 d의 단면적을 뺀 초승달 모양 공간으로 구하므로 $V = 60 \times 0.785 (D^2 - d^2)\, t N$ 이다.
여기서 0.785는 $\dfrac{\pi}{4}$이고, 여기에 기통 두께 t를 곱하면 1회전당 밀어내는 체적이 된다. 회전수 N이 rpm이므로 60을 곱해 시간당 체적으로 환산한다.
D2에 행정 L과 기통수 n을 곱한 식은 피스톤이 실린더 안을 오가는 왕복동식의 압출량 공식이라 회전식에 쓸 수 없고, $\dfrac{\pi D L}{4}$ 꼴은 길이의 제곱 차원이어서 애초에 체적이 되지 못한다.

피스톤 압출량은 실린더 1개의 행정체적에 기통수와 분당 회전수를 곱해 구한다.
$V = \dfrac{\pi}{4}D^2 \times L \times N \times n \times 60$, 여기서 $D=0.2\ \mathrm{m}$, $L=0.2\ \mathrm{m}$, 기통수 $N=2$, $n=300\ \mathrm{rpm}$
$V = \dfrac{\pi}{4}\times0.2^2\times0.2\times2\times300\times60 \approx 226.1\ \mathrm{m^3/h}$

오일 안전밸브는 유압이 비정상적으로 높아졌을 때 작동하여 오일 압력을 흡입측 등으로 도피시켜 조절하는 장치다.

고압측 안전장치로는 스프링식 안전밸브, 고압차단 스위치, 가용전 등이 쓰이지만, 플로우트 스위치는 액면(냉매 액위)을 검출하는 장치로 고압측 압력 안전장치로는 부적당하다.

액-가스 열교환기는 흡입가스 과열로 액백을 방지하고, 고압 냉매액을 과냉각시켜 냉동효과를 늘리는 것이 목적이다.
냉매액 속 수분을 동결시키는 것은 열교환기의 목적이 아니며, 오히려 수분이 얼면 팽창밸브 등을 막는 문제가 생길 수 있다.

가용전은 저융점 합금으로 만들어 이상 고온에서 녹아 냉매를 방출시키는 안전장치이며, 통상 비스무트·주석·카드뮴·납 등으로 구성되고 구리는 포함되지 않는다.
따라서 구성 성분에 구리가 들어간다는 설명이 틀린 내용이다.

암모니아는 다른 냉매에 비해 토출가스 온도가 높아 공랭식으로는 충분히 냉각시키기 어려우므로, 압축기는 주로 수랭식(워터자켓)을 채택한다.

암모니아는 비열비(k) 값이 커서 압축 시 토출가스 온도가 이미 높은 편이므로, 액-가스 열교환기로 흡입가스를 추가로 과열시키면 토출온도가 과도하게 상승해 압축기에 무리가 간다.
이 때문에 NH3 냉동장치에서는 일반적으로 열교환기를 설치하지 않는다.

액펌프 냉각 방식(강제순환식)은 저압수액기에서 냉매의 기체와 액체를 분리한 뒤 가스만 압축기로 보내므로, 압축기로 액냉매가 흡입되는 리퀴드 백(액백)을 방지하는 데 유리하다.

암모니아는 비열비가 커서 압축 후 토출가스 온도가 프레온보다 높으며, 그만큼 압축기 실린더의 과열도 후레온보다 암모니아 쪽이 더 심하다.

흡수식 냉동기는 압축기 대신 흡수기와 발생기, 용액펌프를 이용해 냉매를 순환시키므로, 압축기는 흡수식 냉동기의 주요 구성 부품이 아니다.

고압측 액관에 설치하는 여과기(스트레이너)의 그물눈은 일반적으로 80~100 메시 정도를 사용한다.

로터리 벤더로 관을 구부릴 때 관이 타원형이 되는 것은 받침쇠(맨드릴)가 너무 깊이 들어가 있을 때, 받침쇠와 관 안지름 사이 간격이 클 때, 받침쇠 모양이 나쁠 때, 재질이 무르고 두께가 얇을 때 등이 원인이다.
반대로 받침쇠와 안지름의 간격이 작은 것은 타원형 변형의 원인이 아니다.

관 끝에 빈 직사각형 상자가 붙은 이 기호는 체크 포인트(체크 조인트)를 나타낸다.
관의 끝부분 표시방법은 끝을 어떻게 마감했는지에 따라 모양이 달라지는데, 관 끝을 완전히 막은 것이 아니라 점검용 이음을 둔 자리는 이렇게 네모난 상자로 그린다.
끝을 막는 마감은 형태가 확연히 다르다.
막힌 플랜지: 관 끝에 플랜지를 뜻하는 세로선을 긋고 그 바깥에 막음판을 덧댄 모양
용접식 캡: 관 끝을 둥글게 덮어씌운 모양으로 그린다
나사 박음식 캡: 관 끝에 씌운 ㄷ자 모양 캡으로 그린다

그림은 두 개의 삼각형이 한 꼭짓점에서 만나되 서로 직각 방향으로 놓인 기호로, 배관이 90°로 꺾이는 자리에 다는 앵글 밸브를 나타낸다.
한쪽 삼각형은 밑변이 수직이어서 수평 배관과 이어지고, 다른 쪽 삼각형은 밑변이 수평이어서 수직 배관과 이어진다. 즉 유체가 수평으로 들어와 직각으로 꺾여 나가는 구조이므로 기호 자체가 ㄱ자로 꺾인 모양이 된다.
글로브 밸브는 두 삼각형의 밑변이 모두 수직이어서 한 직선 위에 나비넥타이 모양으로 놓인다.
볼 밸브는 밸브 몸통 자리에 유로를 여닫는 볼을 뜻하는 원을 그려 나타낸다.
수동은 밸브의 종류가 아니라 조작 방식을 가리키는 말이어서 기호가 지시하는 밸브 이름이 될 수 없다.

배관용 탄소강관의 KS 기호는 SPP이며, SPPS는 압력배관용 탄소강관, SPPH는 고압배관용 탄소강관, SPHT는 고온배관용 탄소강관을 나타낸다.

SPPS는 압력 배관용 탄소강관을 뜻하는 기호이며, 뒤에 붙는 숫자는 관의 최저 인장강도(kg/mm²)를 나타낸다.
따라서 "SPPS 38"은 최저 인장강도가 $38\ \mathrm{kg/mm^2}$인 압력 배관용 탄소강관을 의미한다.

옴의 법칙에 따르면 전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다($I = \dfrac{V}{R}$).

교류 회로의 3정수는 저항, 인덕턴스, 정전용량(캐패시턴스)이며, 콘덕턴스는 저항의 역수 개념으로 3정수에 포함되지 않는다.

시간축 위에서 일정한 높이의 사각형 파형이 일정 간격으로 반복되는 그림이 펄스파다.
펄스파는 값이 0과 일정 값 사이를 순간적으로 오르내려 상승·하강이 수직이고 꼭대기가 평평한 구형파(사각파) 모양을 이룬다. 디지털 신호나 온·오프 제어 신호의 파형이 여기에 해당한다.
반원형 봉우리가 음의 부분 없이 연달아 이어진 파형은 전파 정류된 맥류 파형이다.
진폭이 점점 작아지면서 진동이 잦아드는 파형은 감쇠 진동 파형이다.
비스듬한 직선으로 서서히 올라갔다가 수직으로 뚝 떨어지기를 반복하는 파형은 톱니파다.

$1\ \mathrm{kgf/cm^2} \approx 14.22\ \mathrm{psi}$이므로, $1\ \mathrm{psi} = \dfrac{1}{14.22} \approx 0.0703\ \mathrm{kgf/cm^2} = 70.3\ \mathrm{g/cm^2}$이다.

열전도저항은 $R = \dfrac{L}{k\,A}$로 나타내며, 길이(L)에 비례하고 전도율(k)과 전도면적(A)에는 반비례한다.
온도차는 저항 값 자체와는 무관하므로, 전도면적에 반비례한다는 설명만 옳다.

냉동장치에서 응축압력이 상승하면 압축비가 커져 압축기의 소요동력이 증가한다.
흡입압력이 낮아지면 토출가스 온도는 오히려 상승한다.
냉각수온이 높아지면 응축압력은 상승한다.
냉매가 부족하면 증발압력은 오히려 낮아진다.

공정점이 $-55^\circ\mathrm{C}$인 저온용 브라인으로는 염화칼슘(CaCl₂) 브라인이 대표적으로 널리 사용된다.

선도에서 건포화증기선이 증발압력 선과 만나는 점이 A이므로, 압축기가 건조포화증기를 흡입하는 사이클은 A-B-C-D이다.
A에서 흡입한 건조포화증기를 응축압력까지 압축하면 B에 이르고, B→C에서 응축(그림의 C는 포화액선 위에 있어 과냉각도가 0), C→D에서 팽창, D→A에서 증발하며 사이클이 닫힌다.
A'은 포화증기선보다 왼쪽인 습증기 영역에 있으므로 A'-B'-C-D는 습압축 사이클이며 액압축(액백) 위험이 있다.
A"는 포화증기선 오른쪽 과열증기 영역이므로 A"-B"-C-D는 과열압축 사이클이고 토출가스 온도가 높아진다.
A'-B'-B"-A"는 응축·팽창 과정인 C와 D를 거치지 않아 냉동사이클을 이루지 못한다.

임계점은 그 이상의 온도에서는 아무리 압력을 높여도 액체와 증기가 서로 평형 상태로 함께 존재할 수 없게 되는 지점을 말한다.

입형 암모니아 압축기의 워터자켓은 실린더를 물로 냉각시켜 과열을 막기 위한 것이며, 가열시켜 준다는 설명이 틀린 내용이다.
탑 클리어런스가 작아 체적효율이 좋고, 피스톤이 길어지면 더블 트렁크 타입을 채용하며, 회전수는 대체로 250~400rpm이라는 설명은 옳다.

공기조화에서 ET(Effective Temperature, 유효온도)는 온도·습도·기류 등을 종합해 인체가 느끼는 쾌적감(체감온도)을 나타내는 지표다.

온수를 열매로 하는 방열기의 표준 방열량은 $450\ \mathrm{kcal/m^2\cdot h}$이다.
소요 방열면적 = $\dfrac{3600}{450} = 8.0\ \mathrm{m^2}$이다.

룸 쿨러, 멀티 유닛형 룸 쿨러, 패키지 방식은 실내(존)마다 개별 유닛으로 공조하는 개별방식에 속한다.
팬 코일 유닛(FCU) 방식은 중앙 열원에서 만든 냉온수를 배관으로 공급받아 실내에서 열교환하는 수배관(중앙) 방식이므로 개별방식이 아니다.

2중 덕트 방식은 냉풍과 온풍을 각 존에서 혼합해 취출하는 방식으로, 개별 실별 온도 조절과 동시 냉난방이 용이하지만 혼합 시 습도까지 완전하게 조절하기는 어렵다는 한계가 있다.
또한 냉풍·온풍 덕트를 각각 설치해야 하므로 설비비와 운전비가 많이 든다.

냉수코일을 통과하는 공기의 풍속은 일반적으로 2~3 m/s 정도로 설계하며, 7~8 m/s는 지나치게 빠른 값이다.
풍속이 과도하게 빠르면 공기와 냉수 사이의 접촉시간이 짧아져 냉각 열교환 효율이 떨어지고 응축수 비산(캐리오버) 우려도 커진다.
반면 물의 유속 1 m/s 전후, 입출구 수온차 5℃ 전후, 코일을 수평으로 설치하는 것은 냉수코일의 일반적인 설계 기준에 부합한다.

에어필터의 여과효율을 검사하는 방법에는 중량법, 변색도법, 계수법(DOP법) 등이 있으며, 체적법이라는 검사방식은 사용되지 않는다.
중량법은 필터 통과 전후의 먼지 중량 차이로, 변색도법은 여과지의 변색 정도로, DOP법은 미세입자의 계수 비교로 효율을 판정한다.

덕트를 설계할 때는 소음, 열손실, 마찰저항 등을 고려해야 하지만, 덕트 내를 흐르는 공기의 엔탈피는 덕트 설계 인자가 아니다.
엔탈피는 공기의 열적 상태를 나타내는 값으로 냉난방 부하 계산에서 다루는 항목이며, 덕트 자체의 치수·재질·시공을 정하는 설계 요소와는 별개이다.

온수난방은 물의 비열이 커서 데우는 데 시간이 걸리므로, 예열부하는 증기난방보다 오히려 크다. 따라서 예열부하가 작다는 설명은 옳지 않다.
온수난방은 한랭지에서 동결 위험이 있고, 증기난방보다 방열면적과 설비비가 커지며, 온도조절이 용이하다는 특징은 모두 맞는 설명이다.

증기난방은 증기의 압력에 따라 고압식과 저압식으로 분류한다.
중력식은 응축수 환수방법에 따른 분류이고, 진공식은 환수관 내 압력 상태(진공펌프 사용 여부)에 따른 분류이며, 습식은 환수관에 응축수가 차 있는지 여부에 따른 분류이다. 증기압력에 따른 분류에 해당하는 것은 고압식뿐이다.

건조공기 1 kg에 포함된 수증기의 중량으로 습도를 나타내는 방식을 절대습도라고 한다.
이는 포화수증기압에 대한 비로 나타내는 상대습도와 달리 수증기량 자체를 질량비로 표시하는 값이다.

공기 중의 수증기가 응축을 시작하는 온도를 노점온도라고 한다.
공기를 냉각시켜 나가다가 포화상태(상대습도 100%)에 도달하는 온도이며, 건구온도·습구온도와는 구분되는 개념이다.

열 이동의 3가지 기본 형식은 전도, 대류, 복사이다.
관류는 벽이나 관을 사이에 두고 한쪽 유체에서 다른 쪽 유체로 열이 전달되는 현상으로, 전도와 대류가 복합적으로 작용한 결과이지 별도의 기본 열전달 형식은 아니다.

덕트용 아연도금 강판의 두께는 덕트 장변 길이에 따라 단계적으로 정해지며, 장변이 750~1,500 mm 범위일 때 0.8 mm 두께를 적용하는 것이 통상의 기준이다.
장변길이 120 cm(1,200 mm)는 이 구간에 해당하므로 0.8 mm가 적용된다.

공기조화 설비는 일반적으로 공기조화기, 열원장치, 열운반장치(덕트·배관·펌프·송풍기 등), 자동제어장치로 구성된다.
연료가열기는 이러한 공기조화 설비의 구성요소로 분류되지 않는다.

펌프의 축동력은 수량·양정·효율로 구한다.
$L = \dfrac{\gamma\,Q\,H}{102 \times \eta}\ \mathrm{[kW]}$
여기서 물의 비중량 $\gamma = 1{,}000\ \mathrm{kgf/m^3}$, 수량 $Q = 2{,}000\ \mathrm{\ell/min} = 2\ \mathrm{m^3/min} = 0.0333\ \mathrm{m^3/s}$, 양정 $H = 50\ \mathrm{m}$, 효율 $\eta = 0.65$이다.
$L = \dfrac{1{,}000 \times 0.0333 \times 50}{102 \times 0.65} \approx 25\ \mathrm{kW}$
따라서 소요 축동력은 약 25 kW이다.