[에너지관리기능사 필기] 07년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

분사관이 짧고 노즐 1개로 노벽에 부착된 이물질을 제거하는 매연분출장치는 쇼트 레트랙터블형이다.
롱 레트랙터블형은 분사관이 길어 노 내부 깊숙이 삽입되며 다수의 노즐로 넓은 범위를 청소하는 방식이어서 구조가 다르다.

습포화증기의 건조도 X는 증기 중 건포화증기의 질량비를 나타내므로, 물과 증기가 혼재하는 습증기 상태에서는 0보다 크고 1보다 작은 범위를 갖는다.
건조도가 1이면 완전한 건포화증기, 0이면 포화수 상태를 의미하므로 습증기 구간과는 구분된다.

보일러 급수제어의 2요소식은 수위와 증기량(증기 유출량)을 함께 검출하여 급수를 제어하는 방식이다.
1요소식은 수위만을, 3요소식은 수위·증기량에 급수량까지 더해 검출하므로 검출 요소의 수에 따라 방식이 구분된다.

탄소의 완전 연소 반응식은 $C + O_2 \rightarrow CO_2$이다. 탄소 12g과 산소 32g이 1:1 몰 비로 반응하므로, 탄소 10kg(10,000g)을 완전 연소시키는데 필요한 산소의 질량은 $\frac{32}{12} \times 10,000 = \frac{320,000}{12} = 26,666.7\text{g} \approx 26.7\text{kg}$이다.

자동제어 장치의 신호 전달방식에는 전기식·유압식·공기압식이 있으며, 증기식이라는 신호 전달방식은 존재하지 않는다.
증기는 보일러의 열매체일 뿐 제어 신호를 전달하는 매체로는 사용되지 않는다.

보일러 버너 선정 시에는 노의 구조·가열 조건과의 적합성, 버너 용량과 가열 용량의 일치, 자동제어 방식과 버너 형식의 관계 등을 고려해야 한다.
반면 급수의 수질은 급수처리·스케일 관리와 관련된 항목으로 버너 선정과는 직접적인 관계가 없다.

압력계의 브르동관에 증기가 직접 닿으면 열 변형으로 고장이 나기 쉬우므로, 사이폰관에는 물을 가득 채워 증기가 직접 접촉하지 않도록 해야 한다.
사이폰관에 물이 차지 않도록 한다는 서술은 이 원리와 반대되므로 틀린 설명이다.
압력계 온도를 80℃(353K) 이상 올라가지 않도록 하는 것은 표준적인 취급 기준이다.
압력계를 고장 여부와 무관하게 일정 주기로 정기 교체하는 것은 통상적인 안전관리 조치이다.
사이폰관 콕크는 핸들이 축방향과 일치할 때 열린 상태가 되도록 하는 것이 올바른 설치 기준이다.

자동제어에서 P동작(비례 동작)은 편차의 크기에 비례하여 조작량을 조절하는 방식으로, 구조상 잔류편차(오프셋)가 남는 특성을 가진다.
이 잔류편차를 없애기 위해 적분 동작을 함께 사용하는 PI 제어가 널리 쓰인다.

연료유 저장탱크의 통기관 개구부는 지상에서 일정 높이 이상 확보하도록 규정되어 있어, 높이를 3m 이하로 제한한다는 서술은 규정 취지와 맞지 않는다(출제 당시 규격 기준).
통기관 내경을 40mm 이상으로 하는 것, 개구부에 40° 이상의 굽힘과 인화방지용 금속망을 두는 것, 통기관에 밸브를 두지 않는 것은 모두 저장탱크 통기관의 기본 시공 기준에 해당한다.

보일러 마력(BHP)은 100℃의 물 15.65kg을 1시간에 증발시키는 능력을 기준으로 하며, 이는 약 8435kcal/h에 해당한다.
$2 \times 8435\ \mathrm{kcal/h} = 16870\ \mathrm{kcal/h}$
따라서 보일러 2마력을 열량으로 환산하면 16,870kcal이 된다.

가스연료 연소에서 버너가 과열되면 혼합가스의 연소속도가 빨라지고 염공 내부에서 불꽃이 거슬러 타 들어가는 역화(백파이어)가 발생하기 쉽다.
가스압이 높은 경우는 역화보다는 리프팅(선화) 등 다른 이상연소를 유발하는 조건이다.
1차 공기의 흡인이 적은 경우는 역화보다는 불완전연소나 옐로팁의 원인이 된다.
염공이 작을 때는 가스 분출 속도가 빨라져 오히려 불꽃이 염공에서 떨어지는 선화 쪽 조건에 가까우며, 역화는 염공이 큰 경우에 생기기 쉽다.

원통형 보일러는 보유수량이 많아 부하 변동에 대한 압력 변화가 적은 대신, 구조상 저압·소용량에 적합하며 수관식처럼 고압·대용량에는 적합하지 않다.
구조가 간단해 취급이 용이하다는 점, 보유수량이 많아 파열 시 피해가 크다는 점은 원통형 보일러의 특징으로 옳은 설명이다.

급수펌프의 공동현상(캐비테이션)을 방지하려면 흡입관경을 크게 하여 흡입 측 유속과 저항을 낮춰야 한다.
펌프 회전수를 높이면 흡입 측 압력이 더 낮아져 공동현상이 오히려 촉진된다.
흡입 양정을 크게 하는 것도 흡입압을 낮춰 공동현상을 악화시키는 조건이다.
소음·진동 증가는 공동현상의 방지책이 아니라 공동현상이 발생했을 때 나타나는 결과이다.

압력계와 연결되는 관의 안지름 기준은 재질에 따라 다르게 규정되어 있는데, 강관을 사용할 때는 안지름 12.7mm 이상이어야 하며, 6.5mm 이상은 동관을 사용할 때의 기준이다.
따라서 강관 기준을 6.5mm 이상이라고 서술한 부분이 규정과 맞지 않는 틀린 설명이다.
압력계를 눈금이 잘 보이고 얼지 않는 위치에 부착하는 것은 올바른 설치 기준이다.
압력계에 사이폰관 등 냉각 장치를 부착하는 것은 표준적인 요구사항이다.
사이폰관 콕크는 핸들이 수직인 관과 동일 방향일 때 열린 상태가 되도록 하는 것이 올바른 기준이다.

맥동연소(진동연소)는 일반적으로 연소속도가 느릴 때 연소가 불안정해지며 발생하기 쉬우므로, 연료와 공기가 잘 혼합되어 연소속도가 빠른 경우는 오히려 안정적인 연소에 가까워 원인으로 보기 어렵다.
연료 중 수분이 많은 경우, 2차 연소가 발생한 경우, 연도에 굴곡부가 많아 가스 흐름이 불안정한 경우는 모두 맥동연소를 유발하는 대표적인 원인이다.

기체연료의 발열량은 부피 단위를 기준으로 표시하므로 $\mathrm{kcal/Nm^3}$(표준상태 부피당 열량)를 단위로 사용한다.
고체·액체연료는 질량 기준인 kcal/kg을 사용하므로, 연료의 상태에 따라 발열량 표시 단위가 달라진다.

수관식 보일러는 관경이 작고 전열면적당 보유수량이 적어 스케일 등에 취약하므로, 오히려 순도가 높은 급수(양질의 급수)가 반드시 필요하다.
따라서 순도 높은 급수가 필요하지 않다는 서술은 수관식 보일러의 특징과 반대되는 틀린 설명이다.
전열면적을 크게 할 수 있어 효율이 높고 고압·대용량에 적합하며, 보유수량이 적어 기동 후 증기 발생까지의 시간이 짧다는 점은 수관식 보일러의 옳은 특징이다.

열전달의 기본 방식은 전도·대류·복사 세 가지이며, 발산은 열전달 방식의 명칭으로 분류되지 않는다.
전도는 물체 내부를 통한 열의 이동, 대류는 유체의 흐름에 의한 열 이동, 복사는 매질 없이 전자기파로 전달되는 열 이동을 의미한다.

보일러효율향상기술규격(KEB)상 소용량보일러(최고사용압력 0.35MPa 이하, 전열면적 5㎡ 이하)의 열효율은 표시정격용량 이상의 부하에서 고위발열량 기준으로 75% 이상이어야 한다(출제 당시 규격 기준).
소용량 보일러는 대형 보일러보다 상대적으로 완화된 효율 기준이 적용된다는 점을 함께 기억해 둘 만하다.

여과식 집진장치는 먼지가 포함된 가스를 여재에 통과시켜 걸러내는 방식으로 원통형, 평판형, 역기류 분사형 등으로 분류된다.
유수식은 물을 이용해 먼지를 포집하는 세정식(습식) 집진장치의 한 종류이므로 여과식 분류에는 속하지 않는다.

송풍기의 축동력은 풍량과 풍압의 곱을 효율로 나누는 형태로 구하며, 단위를 kW로 표시할 때는 상수 60×102(=6120)로 나누어 준다.
$N[\mathrm{kW}] = \dfrac{Z \times Q}{60 \times 102 \times \eta}$
여기서 $Q$는 풍량(㎥/min), $Z$는 풍압(mmAq), $\eta$는 효율을 의미한다.

물질의 상태 변화 없이 온도만 변화시키는 데 필요한 열량을 현열이라 한다.
증발열·융해열·응고열은 온도 변화 없이 상(고체·액체·기체) 사이의 상태 변화에 사용되는 잠열에 해당하므로 현열과는 구분된다.

슐처보일러는 드럼 없이 급수를 관을 통해 강제 순환시켜 증발시키는 관류식(수관식 계열) 보일러에 속한다.
스코치보일러·캐와니보일러·코크란보일러는 모두 원통형 보일러(각각 노통연관식·연관식·입형)로 분류되어 수관식과는 계통이 다르다.

수관보일러의 기수분리기는 증기 속에 섞인 수분을 걸러내는 장치로 스크러버형·사이클론형·배플형·건조스크린형 등이 대표적이다.
벨로즈형은 신축이음(팽창이음)에 쓰이는 방식으로 배관의 열팽창을 흡수하는 부품이며 기수분리기의 종류가 아니다.

증발계수는 실제 증발에 쓰인 열량을 기준증발잠열 539kcal/kg(100℃, 표준대기압에서 물의 증발잠열)로 나눈 값이다.
급수 30℃의 엔탈피는 약 30kcal/kg이므로 실제 증발열량은 $630 - 30 = 600\ \mathrm{kcal/kg}$이다.
따라서 증발계수는 $\dfrac{600}{539} \approx 1.11$이다.

온수보일러의 수위계는 실제로는 압력을 지시하는 계기이며, 보일러설치기술규격(KBI)에서 그 최고 눈금은 보일러 최고사용압력의 1배 이상 3배 이하가 되도록 규정한다.
지시 범위가 지나치게 넓으면 상용 압력 부근의 눈금 간격이 좁아져 판독이 어려워지므로 배율에 상한을 두는 것이다. 참고로 증기보일러의 압력계는 최고사용압력의 1.5배 이상 3배 이하를 최고 눈금으로 한다.

수저분출장치는 보일러 하부에 쌓인 슬러지·스케일을 배출하는 장치로, 안전장치가 아니라 수질관리용 부속장치다.
가용전, 저수위경보기, 플레임 아이(화염검출기)는 각각 과열·저수위·이상연소 상태에서 보일러를 보호하는 대표적인 안전장치다.

수관보일러의 연소가스 흐름상 과열기는 증발관에서 만들어진 포화증기를 다시 가열해 과열증기로 바꾸는 장치이므로 증발관 바로 뒤에 배치된다.
절탄기와 공기예열기는 과열기를 지난 뒤 배기가스의 여열을 회수하는 후방 부속장치이며, 재열기는 터빈 등을 거친 증기를 다시 가열하는 별도 계통에 속한다.

증기난방에서 응축수 환수법은 환수 구동방식에 따라 중력환수식, 기계환수식(펌프식), 진공환수식으로 분류한다.
단관식은 증기관과 환수관을 하나의 배관으로 겸용하는지에 따른 배관방식 분류(단관식·복관식)이며 응축수 환수법의 분류 기준이 아니다.

예열부하는 정지된 보일러를 운전온도까지 올리는 데 필요한 열량과 장치 내에 있는 물을 데우는 데 필요한 열량을 합한 것이다.
난방부하는 실내 손실열량을, 배관부하는 배관에서의 방열손실을, 급탕부하는 급탕에 필요한 열량을 각각 의미하므로 문제의 정의와는 구분된다.

복사난방은 실내 벽·바닥 등에서 고르게 열을 방사하므로 실내 온도 분포가 균일하여 쾌감도가 오히려 높다. 따라서 분포가 불균일해 쾌감도가 낮다는 설명이 틀렸다.
실내 평균온도가 낮게 유지되어 열손실이 적다는 설명은 복사난방의 실제 특징과 맞는다.
축열체를 데우는 데 시간이 걸려 예열시간이 길고 일시적 난방에는 부적당하다는 설명도 타당하다.
별도의 방열기를 두지 않아 공간 이용도가 높다는 설명도 옳다.

맥동연소는 연소실 내 압력이 주기적으로 변동하며 연소가 불안정해지는 현상으로, 무리한 연소를 피하고 연소량의 급격한 변동과 2차 연소를 막는 것이 예방대책이다.
연료 속 수분이나 공기는 일정하게 유지할 대상이 아니라 제거·배출해야 하는 대상이므로, 이 설명은 맥동연소 예방대책과 맞지 않는다.

"A"는 팽창탱크와 온수보일러 배관을 곧바로 잇는 팽창관이다.
그림에서 A는 탱크 아래쪽에서 나와 아래로 내려가 보일러 쪽으로 이어진다. 가열로 부피가 늘어난 물이 이 관을 타고 탱크로 올라오고, 식으면서 줄어든 만큼 다시 내려가기 때문에 도중에 밸브를 달아서는 안 되는 관이다.
그림 위쪽에서 구부러져 대기와 통하는 관은 배기관으로 탱크 안을 대기압으로 유지하고, 탱크 바닥의 밸브가 달린 관은 물을 빼내는 배수관이다.
급수관은 그림 오른쪽에서 위로 향한 화살표가 붙은 관으로, 수위가 내려가면 보충수를 넣는다.
일수관(오버플로관)은 수면 높이에 붙어 넘친 물을 밖으로 흘려보내는 관이다.
안전관(방출관)은 보일러의 이상압력을 탱크 수면 위로 뿜어 내보내는 관으로, 아래로 내려가 순환계통과 이어지는 팽창관과는 위치와 역할이 다르다.

강철제 보일러의 수압시험 압력은 최고사용압력 구간에 따라 배율이 달라지며, 최고사용압력이 4.3kgf/cm²를 넘고 15kgf/cm² 이하인 경우에는 최고사용압력의 1.3배에 3kgf/cm²를 더한 값을 적용한다.
최고사용압력 5kg/cm²를 대입하면 $1.3 \times 5 + 3 = 9.5\ \mathrm{kgf/cm^2}$이다.

산세관 시 세관액과 기기 본체의 온도차를 30℃ 이상으로 크게 두는 것은 급격한 반응·열충격과 부식을 유발할 수 있어 바람직하지 않으며, 오히려 두 온도를 비슷하게 맞춰야 한다.
각 부분 뚜껑을 블라인드 패치로 막아 새지 않도록 하는 것은 올바른 주의사항이다.
철 시험편을 넣어 두었다가 세관 후 꺼내 부식 유무를 확인하는 것도 표준적인 산세관 절차다.
세관 중 발생하는 가스를 유도관을 통해 안전한 실외로 배출하는 것도 맞는 조치다.

보일러를 냉각할 때는 연소 정지 후 댐퍼를 완전히 닫는 것이 아니라 적당히 열어 두어야 자연통풍으로 노 내 잔류가스가 배출되고 서서히 냉각된다. 댐퍼를 완전히 닫으면 자연통풍 자체가 이루어지지 않는다.
가급적 장시간에 걸쳐 서서히 냉각해 40℃ 이하로 낮추는 것은 올바른 요령이다.
내화벽돌이 쌓인 보일러는 적어도 1일 이상 냉각해야 한다는 설명도 맞다.
급히 냉각해야 할 경우 냉수를 보내며 분출하는 방법을 쓰는 것도 인정되는 조치다.

증기난방은 증기의 잠열을 이용한 대류(대류전열) 방식이 주가 되며, 열의 복사 원리를 주로 이용하는 것은 온수 복사난방(온돌 등)이다.
온수난방은 예열에 시간이 걸리지만 잘 식지 않고 난방부하 변동에 따라 온도조절이 쉬워 주택 등에 적합하며, 증기난방은 예열이 빨라 간헐난방이 필요한 학교·사무실 등에 적합하다.

보일러 수면에서 증발이 격심해 기포가 심하게 비산하면서 수적이 증기부로 튀어오르는 현상을 프라이밍(비수)이라 한다.
포밍은 거품이 수면을 뒤덮는 현상이고, 캐리오버는 프라이밍·포밍 등으로 수분이나 불순물이 증기와 함께 계통 밖으로 빠져나가는 현상을 통칭하며, 수격작용은 응축수가 증기와 부딪혀 발생하는 배관 충격 현상이다.

수면계 기능시험은 보일러 가동 직전, 포밍이 발생했을 때, 2개의 수면계 수위가 서로 다르게 나타날 때 실시해야 한다.
수위의 움직임이 민감하게 나타날 때는 수면계가 정상적으로 응답하고 있다는 뜻이므로 기능시험 시기로 보기 어렵다. 반대로 수위의 움직임이 둔할 때가 기능시험이 필요한 시기다.

가스폭발을 막으려면 점화 전 충분한 프리퍼지, 중유 가열(예열), 수분·슬러지 배출과 함께 댐퍼는 굴뚝에 가까운 쪽부터 먼 쪽 순서로 열어 통풍 경로를 먼저 확보해야 한다.
굴뚝에서 먼 쪽부터 여는 순서는 배출 경로가 열리기 전에 노 내 쪽만 열리는 셈이어서 미연소가스가 정체될 수 있으므로 방지대책으로 적절하지 않다.

점화 시 착화가 지연되면 연소실에 미연소 연료와 가스가 쌓인 상태에서 뒤늦게 한꺼번에 점화되므로 역화가 발생할 위험이 커진다.
따라서 점화 조작 시에는 정해진 시간 안에 착화되지 않으면 즉시 연료 공급을 차단하고 충분한 프리퍼지 후 재점화 절차를 따르는 것이 원칙이다.

이상증발이 발생하면 즉시 연소를 억제해 연소량을 저연소율로 낮추고 증기밸브를 조여 수면계 수위가 안정되기를 기다려야 한다.
연소량을 고연소율로 낮춘다는 서술은 연소 억제 방향과 반대이고, 증기밸브를 여는 것도 증기 취출량을 늘려 이상증발을 키우므로 조치로 적절하지 않다.
수위가 높으면 동체 하부 분출밸브를 조용히 열어 표준수위까지 낮추고, 안정 후 블로우다운과 급수를 반복해 보일러수 농도를 낮추며, 정상화 후 원인을 확인·시정하고 수면계·압력계 기능을 점검한 뒤 재운전하는 것은 모두 올바른 절차다.

온수 온돌은 바닥 자체가 비교적 낮은 온도로 방을 데우는 방식으로, 열전달 형태상 저온 복사에 의한 난방으로 분류된다.
대류나 전도가 아닌 바닥면의 복사열로 실내를 데우기 때문에 온도 분포가 균일하고 쾌감도가 높은 것이 특징이다.

수압시험은 물을 채워 압력을 가해 내부검사가 어려운 부위의 상태 확인, 각종 덮개 장착 후의 기밀도 확인, 수리 부위의 강도·이상 유무 판단을 위해 실시한다.
분출증기압력 측정은 증기를 이용해 안전밸브 등을 조정·확인하는 별도의 시험 항목이지, 물로 압력을 가하는 수압시험의 목적이 아니다.

자연순환수두는 보일러 중심에서 최상층 방열기 중심까지의 높이에 환수온도와 송수온도에서의 비중량 차를 곱해 구한다.
$H = 15 \times (993 - 981) = 180\ \mathrm{mmAq}$
비중량 단위 kgf/m³에 높이 m를 곱하면 kgf/m²가 되고, 이는 수두로 환산하면 mmAq와 같은 값이 되므로 자연순환수두는 180mmAq이다.

가스용 보일러의 연료배관은 관경에 따라 고정장치 설치 간격이 달라지며, 관경 13mm 이상 33mm 미만인 경우에는 2m마다 고정장치를 설치하도록 되어 있다.
관경 25mm는 이 구간에 해당하므로 2m 간격이 적용된다. 참고로 13mm 미만은 1m마다, 33mm 이상은 3m마다 고정한다.

온수 방열기의 표준방열량은 $450\ \mathrm{kcal/m^2 \cdot h}$이므로 총방열면적은 난방부하를 표준방열량으로 나누어 구한다.
$A = \dfrac{5850}{450} = 13\ \mathrm{m^2}$

증기밸브를 급하게 열면 응축수가 증기와 함께 밀려가며 수격작용(워터해머)이나 캐리오버를 일으키는 원인이 되지, 동체의 팽출과는 직접 연결되지 않는다.
동체 팽출은 주로 수위 저하로 인한 과열이 원인이다. 급수처리 불량은 스케일 퇴적, 연도가스 온도가 지나치게 낮으면 저온부식, 보일러수 감소는 과열 폭발로 이어진다는 나머지 연결은 모두 타당하다.

고온수난방은 보일러와 방열기의 연결방법에 따라 고온수직결방식, 열교환방식, 블리드인(저압혼합)방식 등으로 나눈다.
증기가압방식은 고온수의 압력을 유지하기 위한 가압 방식의 하나일 뿐, 보일러와 방열기의 연결방법에 따른 분류에는 속하지 않는다.

보일러 가동 중에는 저수위로 인한 과열·폭발 위험이 가장 크기 때문에 일정한 수위 유지상태를 가장 수시로, 상시에 가깝게 점검해야 한다.
급수의 pH, 스케일 부착상태, 연료유 예열상태도 중요한 점검항목이지만 수위만큼 매 순간 확인이 필요한 항목은 아니다.

절탄기나 과열기에 바이패스가 설치된 경우, 점화 준비 단계에서는 바이패스댐퍼를 열어 두어 연소가스가 절탄기·과열기를 우회하도록 해야 물이나 증기가 흐르지 않는 상태에서의 과열·손상을 막을 수 있다. 따라서 닫는다는 설명이 틀렸다.
댐퍼를 굴뚝에서 가까운 것부터 차례로 열고, 통풍장치 댐퍼 개폐도를 확인하며, 흡입통풍기를 가볍게 운전해 보는 것은 모두 올바른 점화 준비 절차다.

에너지이용합리화법은 검사대상기기 조종자를 선임하지 않은 경우에 대해 1천만원 이하의 벌금을 규정한다.
참고로 이후 법 개정으로 "검사대상기기 조종자"라는 명칭은 "검사대상기기관리자"로 바뀌었으므로, 현행 법령을 볼 때는 바뀐 용어로 조문을 찾아야 한다.

출제 당시 에너지기본법에 따르면 국가에너지기본계획은 국가에너지위원회의 심의를 거쳐 확정된다.
국무회의나 국회, 경제장관회의는 에너지기본계획 확정 절차와는 직접 관련이 없는 기구다. 다만 이후 법령 개정으로 근거 법률과 위원회·계획의 명칭이 바뀌었으므로, 현행 기준을 확인할 때는 개정된 조문을 따라야 한다.

검사대상기기의 계속사용검사는 검사 유효기간이 끝난 뒤에도 계속 사용하려 할 때 받는 검사이므로, 신청서는 유효기간 만료 10일 전까지 제출하도록 규정되어 있다.
유효기간이 끝나기 전에 검사를 마칠 수 있도록 여유를 두게 한 것이며, 기한을 넘겨 검사 없이 사용하면 위법 사용이 된다.

에너지이용합리화법상 "에너지사용기자재"란 열사용기자재와 그 밖에 에너지를 사용하는 기자재로서 대통령령으로 정하는 것을 말한다.
연료·열만 사용하는 기자재로 한정하거나, 에너지를 생산하는 기자재 또는 수송·저장·전환하는 기자재로 정의하는 것은 법령상 정의와 다르다.

제품의 단위당 또는 건축물의 단위면적당 목표로 설정한 에너지사용량을 목표에너지원단위라 한다.
에너지원단위는 실제 사용량을 기준으로 한 단위당 사용량 개념이고, 목표에너지사용량은 목표가 되는 총사용량 개념이어서 "단위당 목표"를 뜻하는 문제의 정의와는 구분된다.

에너지이용합리화법상 에너지효율관리기자재의 에너지소비효율이나 사용량 등을 측정하는 기관은 시험기관이다.
진단기관은 에너지진단을, 절약전문기관은 에너지절약사업을, 평가기관은 별도의 평가업무를 수행하는 기관으로 측정업무와는 구분된다.