[에너지관리기능사 필기] 12년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

버너에서 연료를 분사한 후 정해진 시간이 지나도 착화가 확인되지 않으면 전자밸브를 닫아 연료 공급을 차단하는 안전장치는 불착화 인터록이다.
저수위 인터록은 보일러 수위가 안전 수위 이하로 내려갈 때 작동하는 장치이다.
저연소 인터록은 저연소 상태가 확인된 뒤에만 점화·운전이 진행되도록 하는 장치이다.
프리퍼지 인터록은 점화 전 노 내 잔류 가스를 배출하는 환기(프리퍼지)가 완료됐는지 확인하는 장치이다.

안전밸브의 수동시험은 최고사용압력의 75% 이상의 압력에 도달했을 때 실시한다.
출제 당시 기준의 검사 규정에 따른 수치이다.

보일러 부하율은 실제증발량을 최대연속증발량으로 나누어 백분율로 나타낸 값이다.
최대연속증발량 8t/h는 8000kg/h이므로
$\dfrac{7000}{8000}\times100 = 87.5\%$
따라서 이 보일러의 부하율은 87.5%이다.

과잉공기량은 실제공기량에서 이론공기량을 뺀 값으로 정의된다.
실제 연소에는 이론공기량보다 많은 공기가 공급되는데, 그 초과분이 과잉공기량이다.

온도가 다른 두 물을 섞을 때는 열량 보존에 따라 혼합 후 온도를 구한다.
$t = \dfrac{400\times10 + 100\times90}{400+100} = \dfrac{4000+9000}{500} = 26^\circ\mathrm{C}$
따라서 혼합 후 물의 온도는 26℃이다.

노통이 2개인 횡형 원통형 보일러는 랭커셔 보일러이며, 코르니시 보일러는 노통이 1개인 형식이다.
입형 보일러는 설치면적이 작고 설치가 간단하다는 설명은 맞다.
패키지형 노통연관 보일러는 내분식 구조라 방산 손실열량이 적다는 설명도 맞다.
기관 본체를 원통형으로 제작해 입형·횡형으로 설치한다는 정의도 원통형 보일러의 일반적 특징이다.

설명에 해당하는 것은 플레이트 송풍기다.
보스에서 방사상으로 뻗은 스포크에 6~12매의 철판제 직선 날개를 리벳으로 고정한 단순한 구조여서 내마모성이 크고 날개 교환이 쉽다. 그래서 분진이 섞인 가스를 다루는 흡출통풍기나 미분탄 장치의 배탄기처럼 마모가 심한 곳에 쓰인다.
터보 송풍기는 뒤로 굽은 후향 날개를 쓰는 고효율·고압형이라 철판제 직선 날개 설명과 맞지 않는다.
다익(시로코) 송풍기는 폭이 좁고 앞으로 굽은 날개를 수십 매 촘촘히 붙인 저압·대풍량형이다.
축류 송풍기는 프로펠러형 날개로 공기를 축 방향으로 보내는 형식이다.

연료유 탱크에 전열식(전기히터) 가열장치를 설치할 때는 전열체가 기름에 직접 노출되어 국부 과열·발화를 일으키지 않도록 저항밀봉피복식과 같이 열원이 기름과 직접 접촉하지 않는 구조로 해야 한다. 따라서 직접식 구조도 허용된다는 설명은 옳지 않다.
가열 열원으로 증기·온수·전기를 사용한다는 설명은 맞다.
열매체가 동절기에 얼 우려가 있으면 동결 방지 조치를 하도록 정하고 있다.
기름 취출구 등에 온도계를 설치해 유온을 확인하도록 하는 것도 옳은 내용이다.

플레임 아이는 화염이 내는 방사선(적외선·자외선 등)을 광전소자로 감지하여 화염의 유무를 검출하는 장치이다.
연도의 가스온도로 검출하는 방식은 플레임 아이의 원리가 아니다.
화염의 도전성을 이용하는 방식은 플레임 로드 방식에 해당한다.
화염의 이온화 현상을 이용하는 방식 역시 플레임 로드의 원리로, 플레임 아이와는 다르다.

수트 블로워로 그을음을 제거할 때는 분출 전에 연도 내 통풍(배풍기)을 오히려 가동해 분출된 검댕과 가스가 원활히 배출되도록 해야 한다.
따라서 분출하기 전 연도 내 배풍기를 사용하지 말라는 설명은 잘못된 내용이다.
분출기 내 응축수를 미리 배출한 뒤 사용하는 것은 올바른 주의사항이다.
부하가 적거나 소화 후에는 사용하지 않는 것도 맞는 주의사항이다.
한 곳에 집중 사용하지 않아 전열면을 보호하는 것도 옳은 설명이다.

보일러 열정산은 공급된 열이 어디로 소비·손실되는지를 분석해 보일러 효율과 성능 개선 자료를 얻기 위해 실시한다.
연소실의 구조 자체를 파악하는 것은 열정산의 목적에 해당하지 않는다.

미리 정해진 순서에 따라 각 단계를 차례로 진행시키고, 그 작동 명령을 타이머·릴레이 등으로 수행하는 제어는 시퀀스 제어이다. 보일러의 자동 점화 순서(프리퍼지 → 점화 → 주버너 운전)가 대표적인 예이다.
피드백 제어는 결과(제어량)를 되돌려 목표값과 비교·수정하는 폐회로 제어로, 순서에 따른 진행과는 원리가 다르다.
프로그램 제어는 목표값이 미리 정해진 시간 스케줄에 따라 변화하도록 하는 추치제어의 한 종류이다.
캐스케이드 제어는 1차·2차 조절계를 직렬로 두어 외란의 영향을 줄이는 피드백 응용 제어이다.

전극봉식(전극형) 수위조절기는 전극봉과 물 사이의 전기전도도로 수위를 검출하는 접점식 장치이다.
검출 구간(On-Off 스팬)이 길어지면 그만큼 전극봉을 여러 단으로 늘려야 하므로, 구조적으로 스팬이 긴 제어에는 적합하지 않다는 특징을 가진다.

주철제 보일러는 주철의 재질 특성상 인장강도가 약하고 충격에 약해 고압에는 사용할 수 없고 주로 저압 난방용으로 사용된다.
내식성이 우수하다는 설명은 맞다.
섹션을 증감시켜 용량을 조절하기 쉽다는 설명도 맞는 특징이다.
전열 효율과 연소 효율이 낮은 편이라는 설명도 맞다.

증기트랩 앞의 냉각레그는 응축수를 충분히 냉각시켜 트랩이 증기가 아닌 응축수만 배출하도록 하는 구간으로, 그 길이는 일반적으로 1.5m 이상으로 한다.
출제 당시 기준의 설계 수치이다.

보일러 효율은 상당증발량이 발생시키는 열량을 연료가 공급한 열량으로 나눈 값이므로 $\eta = \dfrac{539\,Ge}{B\,H_\iota}$로 나타낼 수 있다.
이를 $Ge$에 대해 정리하면 $Ge = \dfrac{\eta B H_\iota}{539}$가 된다.

경질유의 기화연소 방식은 연료를 액면에서 증발시키거나 심지로 빨아올려 기화시키는 방식으로, 포트식·심지식·증발식이 여기에 속한다.
무화식은 연료를 미립자로 분무해 연소시키는 방식으로, 기화연소가 아닌 별개의 연소 방식에 해당한다.

저위발열량은 고위발열량에서 연소 시 생성되는 수분(연소수분+함유수분)이 가진 증발잠열을 뺀 값으로 구한다.
$H_l = H_h - 600(9H + W)$
$H_l = 10000 - 600\times(9\times0.15 + 0.005) = 10000 - 600\times1.355 = 10000 - 813 = 9187\,\mathrm{kcal/kg}$
따라서 이 중유의 저위발열량은 9187kcal/kg이다.

슈미트 보일러는 보일러 본체 안의 물을 직접 가열하지 않고 열매체를 통해 간접적으로 증기를 발생시키는 간접가열식 보일러의 대표적인 예이다.

괄호에 들어갈 숫자는 15.65이다.
1보일러마력은 표준상태에서 1시간에 15.65 kg의 상당증발량을 낼 수 있는 능력으로 정의한다. 여기서 상당증발량은 100℃의 포화수를 100℃의 건포화증기로 바꾸는 기준으로 환산한 증발량을 말한다.
열량으로 바꾸면 15.65 kg/h × 539 kcal/kg ≒ 8,435 kcal/h가 된다.
이 두 값을 함께 외워 두면 보일러마력과 정격출력을 오가는 계산 문제에 바로 쓸 수 있다.

보일러의 장기보존법에는 석회밀폐건조법, 질소가스봉입(봉압)법, 소다만수보존법 등이 있다.
가열건조법은 정지 기간이 짧을 때 사용하는 단기보존법에 해당한다.

난방부하 설계에서는 유리창·문 등 개구부의 열손실, 천장 높이, 건물의 위치(방위) 등 건물의 열적 특성을 고려한다.
교통 여건은 난방부하 산정과 관계가 없는 요소이다.

레스트레인트는 열팽창에 의한 배관의 이동을 구속하거나 제한하는 지지구로, 앵커, 스토퍼, 가이드가 이에 속한다.
행거는 배관의 자중을 위에서 매달아 지지하는 서포트류로, 신축을 구속하는 레스트레인트와는 기능이 다르다.

스위블식 신축이음은 지웰이음이라고도 불리며, 2개 이상의 엘보를 조합해 나사 이음부가 회전하면서 배관의 신축을 흡수하는 방식이다.
신축량이 큰 배관에서는 나사 이음부가 헐거워져 누설이 생길 우려가 있어, 주로 증기·온수 난방 배관에 사용된다.

보일러를 비상 정지시킬 때는 연료 공급과 연소용 공기 공급을 멈추고 압력이 자연히 낮아지도록 두는 것이 일반적인 조치이다.
이때 주증기 스톱밸브는 닫아야 하며, 열어 놓는 것은 잘못된 조치이다.

보일러를 승기(송기)시킬 때는 기수공발이나 수격작용이 일어나지 않도록 주의하는 것이 핵심 조치이다.
증기헤더·과열기 등에 고인 응축수는 송기 전에 충분히 배출시켜야 하므로, 배출되지 않도록 한다는 설명은 옳지 않다.
송기가 끝난 뒤에는 응축수(드레인) 밸브를 닫아 두어야 하며, 완전히 열어 두는 것은 적절하지 않다.
주증기관의 스톱밸브는 신속히 열지 않고 서서히 열어 수격작용을 방지해야 한다.

구상부식(그루빙)은 응력이 집중되는 굴곡·모서리 부위인 경판의 급수구멍, 노통의 플랜지 원형부, 접시형 경판의 구석 원통부에서 주로 발생한다.
보일러수의 유속이 늦은 부분은 구상부식보다는 슬러지 퇴적 등 다른 형태의 손상과 관련되므로, 대표적인 발생 장소로 보지 않는다.

그림의 동력 나사절삭기는 다이헤드형이다.
그림에는 관을 무는 해머 척, 관을 자르는 파이프 커터, 나사를 깎는 다이헤드, 절단면의 거스러미를 없애는 버링 리머가 한 몸체에 나란히 달려 있고 아래쪽에 조작레버와 절삭유탱크가 표시되어 있다. 관을 한 번 물린 채 절단·거스러미 제거·나사내기를 연속으로 할 수 있는 것이 이 형식의 특징이다.
오스터형은 손으로 쓰던 오스터 다이스를 동력화한 것이라 나사를 낸 뒤 다이스를 역회전시켜 빼내야 하고, 호브형은 호브를 저속 회전시켜 나사를 깎는 대량 생산용이다. 그림처럼 커터와 리머까지 갖춘 구조는 이들과 구별된다.

방열기의 소요 방열면적은 난방부하를 방열기 계수와 온도차의 곱으로 나누어 구한다.
온수의 평균온도는 $\dfrac{80+60}{2} = 70^\circ\mathrm{C}$이므로 실내온도와의 온도차는 $70-20=50^\circ\mathrm{C}$이다.
$A = \dfrac{5600}{7\times50} = \dfrac{5600}{350} = 16\,\mathrm{m^2}$
따라서 소요 방열면적은 16m²이다.

포밍은 보일러수가 과도하게 농축되거나 유지분이 많이 섞여 있을 때, 또는 수위가 너무 높을 때 거품이 발생해 증기와 함께 넘어가는 현상이다.
증기 부하가 과대할 때 발생하기 쉬우므로, 증기 부하가 너무 적을 때는 포밍의 원인으로 보지 않는다.

LPG는 기체 상태에서 공기보다 무겁고, 주성분이 메탄인 도시가스보다도 비중이 커서 무겁다. 따라서 도시가스보다 가볍다는 설명은 틀렸다.
액체에서 기체로 바뀌면 체적이 크게 증가한다는 설명은 맞다.
액화시켜 부피를 줄이면 적은 용기에도 충전할 수 있다는 설명도 맞다.
압력·온도 변화에 따라 쉽게 액화·기화된다는 설명도 LPG의 일반적 성질이다.

보일러 본체의 수부(물이 차지하는 부피)가 크면 열용량이 커져 부하가 변동해도 압력 변화가 완만해진다.
따라서 부하 변동에 대한 압력 변화가 크다는 설명은 수부가 큰 보일러의 특징과 반대되는 내용이다.
대신 증기 발생까지 시간이 오래 걸리고 열효율이 낮아지며, 보유 수량이 많아 파열 시 피해가 크다는 점은 옳은 설명이다.

임계점은 포화수와 포화증기의 구별이 없어지는 지점으로, 이 지점에서는 증발이라는 상변화 자체가 사라져 증발잠열이 0이 된다.
539kcal/kg은 대기압(100℃) 상태에서의 증발잠열이며, 임계점에서의 값이 아니다.
참고로 물의 임계온도는 374.15℃, 임계압력은 225.65kgf/cm²이다.

확산연소방식은 연료와 공기를 각각 노즐에서 분출시켜 연소실 안에서 확산·혼합되면서 연소가 이루어지는 방식으로, 선회형 버너가 이에 해당한다.
저압 버너·고압 버너·송풍 버너는 연료와 공기를 미리 혼합한 뒤 분출시키는 예혼합연소 방식의 장치이다.

급유장치에서 소화나 압력초과 등 이상 상태가 발생했을 때 전자 밸브(솔레노이드 밸브)가 즉시 작동해 연료 공급을 긴급히 차단한다.
압력조절 스위치나 압력제한 스위치는 이상을 검출해 신호를 보내는 검출·제어 기기이고, 실제로 연료를 차단하는 조작부는 전자 밸브이다.

제어동작의 기본 종류는 비례(P), 적분(I), 미분(D)과 이들을 조합한 비례적분 동작, 그리고 On-Off(2위치) 동작 등이다.
반응 동작이라는 용어는 제어동작의 표준 분류에 해당하지 않는다.

절탄기(급수예열기)는 급수의 가열 정도에 따라 증발식과 비증발식으로 구분되는데, 실제 현장에서는 급수를 포화온도 이하로 예열하는 비증발식이 훨씬 많이 사용된다.
따라서 일반적으로 증발식을 많이 사용한다는 설명은 사실과 반대이므로 옳지 않다.
설치 방식에 따른 부속식·집중식 구분, 평관형이 넓은 설치공간을 필요로 하는 점, 핀튜브형이 먼지 부착에 취약해 배기가스 성상에 주의해야 하는 점은 모두 절탄기의 실제 특성과 일치한다.

전기식 집진장치는 정전기 원리를 이용하여 미세한 입자(1㎛ 이하)까지 집진할 수 있으며, 압력 손실이 매우 작고 집진효율이 99% 이상으로 높다는 특징이 있다. 중력식은 큰 입자만 제거 가능하고 미세먼지 집진 불가, 세정식은 습식으로 집진효율이 중간 정도, 사이클론식은 원심력 이용으로 미세입자(5~10㎛ 이하) 집진 불가하고 압력 손실이 크다는 한계가 있어 조건에 맞지 않는다.

유도혼합식 버너는 연료가 연소하면서 발생하는 열과 압력으로 공기를 자연스럽게 흡입하여 연료와 혼합되는 방식이다. 솔리트 버너는 버너 출구에서 연료 분사로 인한 흡입 효과(에젝터 효과)로 공기를 유도하여 자동으로 혼합되는 유도혼합식이다. 리본 버너, 라디언트 튜브 버너, 혼스 버너는 모두 외부 공기 공급 장치(송풍기)를 사용하여 공기를 강제로 공급하는 강제혼합식에 해당한다.

바이패스관은 트랩이나 스트레이너 등 배관 부속기기의 고장 시 배관을 차단하지 않고도 수리·교환할 수 있도록 우회 경로를 확보하기 위해 설치한다.
고압을 저압으로 낮추거나 온수를 신속히 공급하거나 고온 유체를 저온부로 직접 보내는 것은 바이패스관 본래의 설치 목적이 아니다.

글랜드 패킹은 밸브나 펌프의 축이 관통하는 부분에서 누설을 막기 위해 사용하는 것으로, 편조 패킹·플라스틱 패킹·메탈 패킹 등이 대표적인 종류이다.
액상 합성수지 패킹은 페인트·일산화연 등과 함께 나사 이음부에 발라 쓰는 나사용 패킹재로 분류되며, 축을 감싸는 글랜드 패킹의 범주에 속하지 않는다.

서비스탱크는 버너보다 1.5m 이상 높은 위치에 설치하여 별도의 동력 없이도 자연압(낙차)만으로 연료가 원활히 공급되도록 한다.

보일러에 처음 점화하여 증기압력을 올릴 때는 급격한 연소를 피하고 천천히 가열해야 한다는 것이 기본 원칙이다.
급열은 보일러 본체의 부동팽창을 일으켜 벽돌 조적부에 틈이 생기게 하고, 특히 주철제 보일러는 급냉·급열에 취약해 균열이 발생하기 쉽다.
따라서 찬물 상태에서 가열할 때는 20~30분처럼 짧은 시간이 아니라 충분히 긴 시간에 걸쳐 서서히 승온해야 하므로, 짧은 시간 내에 가열한다는 설명은 운전관리 원칙과 거리가 멀다.

점화 전 점검은 급수장치·급수계통, 연소장치·통풍장치, 수면계의 수위 확인처럼 그날그날의 가동 준비 상태를 확인하는 절차이다.
보일러 동체 내부의 물때(스케일) 점검은 정기적인 내부 검사·청소 시점에 이루어지는 점검이지, 매번 점화 전에 수행하는 일상 점검 항목이 아니다.

SPLT는 저온 배관용 탄소 강관(Steel Pipe Low Temperature)의 KS 규격 기호이다.
SPPS는 압력배관용, SPPH는 고압배관용, SPPG는 연료가스배관용 탄소강관을 나타내는 기호로 저온용과는 구분된다.

링겔만 농도표는 굴뚝에서 배출되는 매연(연기)의 농도를 진하기에 따라 몇 단계로 나눈 표와 비교하여 육안으로 판정하는 계측 도구이다.

온수난방 배관은 공기 정체나 유동 저해를 막기 위해 일반적으로 1/250 이상의 구배를 두어 시공한다.

슬리브형 신축이음은 슬리브 파이프를 이음쇠 본체와 슬라이드시켜 관의 축 방향 신축을 흡수하는 방식으로, 신축 흡수율이 크고 응력 발생이 적다는 장점이 있다.
다만 이 방식은 직선 구간의 축 방향 신축만 흡수할 뿐, 배관 곡선부의 비틀림까지 흡수하도록 설계된 것은 아니어서 곡관부에는 적용이 어렵다.
장기간 사용 시 패킹 마모로 인한 누설 우려가 있다는 점은 슬리브형의 실제 단점과 일치한다.

구조 불량은 설계·제작 단계의 결함이므로 제작상의 원인에 해당하며, 취급상의 원인으로 분류되지 않는다.
압력 초과, 저수위 사고, 가스 폭발은 운전자의 감시·조작 소홀 등 취급 과정에서 비롯되는 대표적인 사고 원인이다.

보일러를 옥내에 설치할 때 동체 최상부에서 천장·배관 등 상부 구조물까지의 거리는 1.2m 이상 확보해야 한다.

국내 총소비에너지량 중 신·재생에너지 등 국내 생산에너지량과 국외에서 개발(지분 취득 포함)한 에너지량의 합이 차지하는 비율을 에너지자립도라 한다.

에너지사용계획의 검토기준·검토방법 등 세부 사항은 산업통상자원부령(출제 당시 지식경제부령)으로 정한다.

검사대상기기 조종자(현행 법령상 명칭은 검사대상기기관리자)를 선임해야 함에도 선임하지 않은 자에게는 1천만 원 이하의 벌금이 부과된다.
징역형이 함께 규정된 다른 보기들과 달리, 이 위반은 벌금형만 규정되어 있다는 점이 구분 포인트이다.

열사용기자재 관리규칙에서 용접검사 면제 대상을 살펴보면, 제2종 관류보일러는 용접검사 면제 대상에 포함되지 않습니다. 보기 1번 강철제 보일러(전열면적 5㎡ 이하, 최고사용 압력 0.35MPa 이하), 2번 주철제 보일러, 4번 온수보일러(전열면적 18㎡ 이하, 최고사용 압력 0.35MPa 이하)는 모두 용접검사 면제 대상이지만, 제2종 관류보일러는 높은 에너지 밀도와 운전 특성상 용접 안전성이 중요하므로 검사 대상에서 제외되지 않습니다.

출제 당시 저탄소 녹색성장 기본법은 관리업체가 사업장별 명세서를 거짓으로 작성하여 보고한 경우 1천만 원 이하의 과태료를 부과하도록 규정하였다.
해당 법은 이후 기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법으로 대체되었으므로, 실제 적용 시에는 현행 법령의 규정을 확인해야 한다.

글라스 폼은 유리질을 발포시켜 만든 무기질 보온재이다.
펠트, 코르크, 기포성 수지는 동물성·식물성·합성수지 등을 원료로 하는 유기질 보온재에 속한다.

직접귀환방식은 각 방열기에서 보일러로 돌아오는 귀환관의 배관 길이가 방열기 위치에 따라 서로 달라, 마찰저항 차이로 인해 방열기별 온수 순환율이 균등하지 않다는 특징이 있다.
모든 방열기의 순환율을 동일하게 맞추려는 배관 방식은 역귀환(리버스리턴)방식이며, 직접귀환방식과는 반대된다.

유류배관은 누설 위험이 큰 나사이음 대신 용접이음을 원칙으로 하며, 나사이음은 부득이한 소구경 부분 등에 제한적으로 사용한다.
최대 공급압력·사용온도에 견디는 성능, 부식 방지 조치, 점검·보수가 가능한 구조로 시공한다는 점은 유류배관의 일반적인 요건과 일치한다.

기포성 수지는 합성수지나 고무질 재료를 다공질로 발포시켜 만든 보온재로, 열전도율이 매우 낮고 가벼우며 굽힘성이 풍부한 것이 특징이다.

에너지법 제2조에서는 “에너지”를 연료·열 및 전기를 말하는 것으로 정의한다.
여기서 연료는 석유·가스·석탄 등 열을 발생시키는 열원을, 열은 연료의 연소나 산업공정에서 발생하는 열에너지를, 전기는 전력을 각각 포괄하는 개념이다. 즉 세 가지를 모두 아우르는 것이 법상 “에너지”의 정의다.
열을 발생하는 열원(석유·가스 등)만 지칭하는 설명은 세 요소 중 연료 하나에 해당하는 서술로, 법상 정의보다 범위가 좁다.
제품의 원료로 사용되는 것은 원료(原料)에 해당하며, 에너지법은 연료를 정의하면서 제품의 원료로 쓰이는 것은 제외하고 있다.
태양·조파·수력처럼 일을 만들어낼 수 있는 힘이나 능력이라는 설명은 물리적 의미의 에너지 또는 신재생 에너지원에 대한 서술로, 에너지법이 정의하는 “에너지” 자체와는 구분된다.