공조냉동기계기능사 필기시험 6회 핵심요약노트 및 실전테스트

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📝 공조냉동기계기능사 필기시험 6회 핵심 요약노트







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1. 냉동 사이클 및 구성 요소의 이해


1.1 압축기 및 주변 기기

  • 압축기의 목적: 저온/저압 냉매 가스를 고온/고압으로 압축하여 상온에서 응축 및 액화가 용이하도록 압력을 상승시킨다.

  • 원심(Turbo)식 압축기 특징:

    • 소형으로 설치 면적이 작고, 한 대로 대용량 처리가 가능하다.

    • 진동이 작다.

    • 부하가 감소하면 서징(Surging) 현상이 발생할 수 있다.

    • 주요 부품은 임펠러, 흡입 가이드 베인 등이며, 왕복동식의 피스톤 링은 사용되지 않는다.

  • 부속 장치 위치:

    • 유분리기: 압축기에서 토출되는 냉매가스 속 오일을 분리하며, 압축기와 응축기 사이에 설치한다.

    • 스트레이너 (여과기): 이물질을 걸러내기 위해 압축기 흡입구 또는 팽창밸브 입구에 설치한다. (압축기 토출구에는 필요 없음)

    • 워터재킷: 실린더를 냉각하는 장치로, 주로 암모니아 냉동 장치에 필요하다. (프레온 냉동 장치에는 불필요)


1.2 팽창밸브 및 증발기

  • 팽창밸브의 기능:

    • 응축액을 감압하여 저압, 저온 상태로 만든다.

    • 증발기로 유입되는 냉매량을 조절한다.

    • 교축(단열) 팽창 과정: 엔탈피는 일정하고, 압력과 온도는 저하하며, 비체적은 상승한다.

  • 온도식 자동팽창밸브:

    • 냉매 유량은 증발기 출구의 냉매가스 과열도에 의해 제어된다.

    • 밸브가 지나치게 작으면 냉매 공급 부족으로 압축기 흡입가스의 과열도가 커진다.

  • 증발기 종류:

    • 만액식 증발기: 냉매액이 증발기 내부를 가득 채우는 방식으로, 주로 저압식 플로트밸브를 사용한다.

    • 공기 냉각용 증발기: 관 코일식, 캐스케이드 증발기, 핀 튜브식 등이 있다.


1.3 흡수식 냉동 장치 (물-LiBr)

  • 냉매 순환 과정: 재생기(발생기) → 응축기 → 냉각(증발)기 → 흡수기

  • 증발기 압력: 냉매인 물이 5도씨(5°C) 전후의 저온에서 증발하므로, 증발기 내부 압력은 약 7 mmHg (933 Pa) 정도로 매우 낮은 진공 상태를 유지한다.



2. 냉매 및 브라인 (2차 냉매)


2.1 냉매의 성질

  • 프레온 계열: 천연고무를 부식시키므로, 고무 재질 사용에 주의해야 한다.

  • 암모니아 (NH3): 구리 및 구리 합금을 부식시키므로 철강 재료를 사용하며, 인조고무를 부식시킨다.

  • 수분 관리: 프레온 냉매는 수분과 분리가 잘되지 않으므로, 반드시 드라이어를 설치하여 수분을 제거해야 한다.

  • 공비 혼합냉매 (Azeotrope): R-500, R-501, R-502 등이 있으며, 단일 냉매처럼 작동한다. (R-152a 등은 단일 냉매임)


2.2 브라인 (Brine)의 구비조건

  • 브라인은 2차 냉매라고도 불린다.

  • 구비조건:

    • 응고점(동결 온도)이 낮을 것.

    • 점성이 작아 펌프 동력이 작을 것.

    • 비열(열용량)이 크고, 열전도율이 클 것.

    • 부식성이 없을 것 (무기질 브라인이 유기질 브라인보다 부식성이 크다).

    • 불연성이며 불활성일 것.



3. 공기조화 시스템 및 부하 계산


3.1 공기조화의 4대 요소와 쾌적 조건

  • 공기조화의 4대 요소: 공기의 냉각/가열, 감습/가습, 기류 분포의 균일화, 공기의 청정도 (위생기구 설비는 해당 안 됨)

  • 쾌적 조건 4가지: 온도, 습도, 기류, 청정도 (음향은 해당 안 됨)


3.2 공조 방식의 특징

  • 개별 공조 방식: 국소적인 운전은 자유로우나, 외기 냉방이 어렵고 중앙 방식에 비해 소음과 진동이 크다.

  • 이중 덕트 변풍량 방식: 단일 덕트 방식에 비해 덕트가 2개이므로 덕트 스페이스가 크다.

  • 수-공기 공조 방식: 복사 냉난방 방식 등이 해당된다.

  • 온풍 난방: 예열 시간이 짧고 간헐 운전이 가능하지만, 실내 온도 분포가 불균일하다.

  • 가습 장치 (가습팬): 수증기를 분무하는 방식은 가습 효율이 높고 응답 속도가 빠르다.


3.3 열부하 및 현열비 계산

  • 취득열부하 감소 (유리창): 유리창을 통한 열 취득을 줄이려면 반사율이 큰 재질의 유리를 사용해야 한다.

  • 틈새바람 부하 계산법: 환기 횟수법, Crack법(극간 길이법), 면적법 등이 있으며 바닥 면적법은 해당되지 않는다.

  • 현열비 (Sensible Heat Factor, SHF):

    • 현열비 공식: 현열량 / (현열량 + 잠열량)

    • (예시) 현열 28,000 kcal/h, 잠열 12,000 kcal/h 일 때: SHF = 28,000 / (28,000 + 12,000) = 0.7



4. 안전 및 설비 관리


4.1 안전 수칙 및 보호구

  • 가스 용접 주의사항: 용기 밸브는 서서히 열고 닫고, 역화 방지를 위해 안전기를 사용한다. 전격방지기 설치는 전기 용접 시 주의사항이다.

  • 소화 효과: 목재화재(일반화재, A급)에 물을 사용할 때 주된 효과는 물의 큰 증발잠열을 이용한 냉각효과이다.

  • 안전화 구비조건: 가볍고 견고해야 하며, 앞발가락 끝부분에 선심이 있어 발가락을 보호할 수 있어야 한다.

  • 보호구 지급: 안전대는 추락의 위험이 있는 작업에 지급한다. (감전 위험 방지는 접지, 절연 보호구)

  • 감전 방지 조치: 전동 공구 작업 시 감전의 위험을 방지하기 위한 가장 적절한 조치는 접지이다.

  • 재해 원인:

    • 직접적 원인: 불안전한 조작, 안전장치 기능 제거, 보호구 잘못된 사용 등 (불안전한 행동 및 상태)

    • 간접적 원인: 안전 지식 부족 (관리적 원인)

  • 연천인율 공식:

    • 연천인율 = (연간 재해자수 / 연평균 근로자수) x 1,000


4.2 보일러 및 설비 운전

  • 보일러 수면계 파손 시 조치: **먼저 물 콕(수위계의 물 밸브)**을 닫는다.

  • 보일러 사고 원인 (취급자 부주의): 보일러수의 부족

  • 운전 중 점검 사항 (냉동 장치): 냉매 압력 및 온도, 윤활유 압력 및 온도, 냉각수 온도 등 (전동기의 회전 방향은 운전 전에 점검한다.)



5. 기초 열역학 및 유체 역학


5.1 압력 및 단위

  • 절대 압력: 완전 진공 상태를 0으로 기준하여 측정한 압력.

  • 계기 압력: 대기압을 0으로 기준하여 측정한 압력.

  • 표준 대기압 (1 atm) 환산:

    • 1 atm = 760 mmHg

    • 1 atm = 1.0332 kgf/cm²

    • 1 atm = 1.01325 bar

    • 1 atm = 101,325 Pa (0.101325 MPa)

  • 열량 단위:

    • 1 kcal: 물 1 kg을 1도씨(1°C) 높이는 데 필요한 열량.

    • 1 BTU: 물 1 lb를 1도F(1°F) 높이는 데 필요한 열량.

    • 1 kcal ≒ 3.968 BTU


5.2 유체 및 배관

  • 풍속 (유속) 계산:

    • 풍속(v) 공식: 유량(Q) / 단면적(A)

    • (예시) Q = 5,000 세제곱미터/시 (m³/h), D = 0.8 미터(m) 일 때: v = (5,000 m³/h / (π x 0.8² / 4 m²)) x (1 h / 3,600 s) ≒ 2.76 m/s

  • 속도 수두:

    • 속도 수두 (h) 공식: v² / (2 x g)

    • (예시) v = 20 m/s, g = 9.8 m/s² 일 때: h = 20² / (2 x 9.8) ≒ 20.4 m

  • 펌프 캐비테이션 방지책: 펌프의 회전수를 느리게 하고, 설치 위치를 낮추며, 흡입관 손실을 줄인다.

  • 관 이음쇠: 지름이 다를 때 사용하는 이음쇠는 리듀서, 부싱, 편심 이경 소켓 등이며, 리턴 밴드는 유체 흐름 방향을 180도(180°) 전환하는 데 사용한다.

  • 송풍기 분류:

    • 팬 (Fan): 0.1 kgf/cm² 미만

    • 블로어 (Blower): 0.1 ~ 1 kgf/cm² 미만

    • 공기압축기: 1 kgf/cm² 이상

  • 댐퍼: 풍량 조절용으로는 루버, 버터플라이, 스플릿 댐퍼 등이 있으며, 방화 댐퍼는 화재 시 덕트를 차단하는 데 사용된다.



6. 제어 동작

  • 비례-적분-미분 (PID) 동작:

    • 비례 (P): 오차에 비례하여 동작.

    • 적분 (I): 잔류 편차(Offset)를 제거한다.

    • 미분 (D): 오버슈트(Overshoot)를 감소시켜 응답 속도를 빠르게 한다.

    • PID 동작: 이 세 가지를 결합하여 잔류 편차를 제거하고 응답 속도와 정상 상태 특성을 모두 개선한다.







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