[에너지관리기능사 필기] 07년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

액체나 고체 물체의 비중은 물을 기준 물질로 하여 정의한다.
비중은 어떤 물질의 밀도를 기준 물질의 밀도로 나눈 값으로, 액체·고체는 4℃ 물을, 기체는 표준상태의 공기를 기준으로 삼는 것이 일반적이다.

압력은 단위 면적당 작용하는 힘으로 정의된다.
즉 압력 $P = \dfrac{F}{A}$로 표현되며, 힘을 그 힘이 작용하는 면적으로 나눈 값이다.
나머지 보기는 압력의 정의가 아니다. 단위 부피당 작용하는 힘은 비중량에 해당하는 개념이고, 물체의 무게를 비중량으로 나눈 값은 부피가 되며, 무게에 비중량을 곱한 값은 물리적 의미를 갖지 않는다.

물이 흡수한 열량은 Q = m × c × Δt로 계산한다.
물의 비열은 $c = 1\ \mathrm{kcal/(kg\cdot^\circ C)}$이므로, $Q = 15\ \mathrm{kg} \times 1\ \mathrm{kcal/(kg\cdot^\circ C)} \times (100-10)^\circ C$
계산하면 $Q = 15 \times 90 = 1350\ \mathrm{kcal}$로, 물이 흡수한 열량은 1350kcal이다.

인젝터의 급수불량 원인이 아닌 것은 “인젝터 자체의 온도가 낮을 때”이다.
인젝터는 증기가 급수와 혼합·응축하면서 생기는 운동에너지로 물을 밀어 넣는 장치이므로, 인젝터 몸체 온도가 지나치게 높을 때 증기 응축이 제대로 되지 않아 급수불량이 생긴다. 온도가 낮은 것은 오히려 작동에 유리한 조건이다.
흡입급수관으로의 공기 누입, 증기가 너무 건조한 경우, 급수온도가 너무 높은 경우는 모두 인젝터의 급수불량 원인으로 꼽히는 사항이다.

보일러에 가장 많이 사용되는 안전밸브는 스프링식 안전밸브이다.
스프링의 탄성력으로 밸브를 눌러 설정압력 이상이 되면 자동으로 열리는 방식으로, 구조가 간단하고 설치가 용이해 대부분의 보일러에 채택된다.
중추식·지렛대식·중력식 안전밸브는 추나 지렛대의 무게를 이용하는 방식으로 현재는 널리 쓰이지 않는다.

터빈펌프의 특징이 아닌 것은 “저속회전에 적합하며 소형·경량”이라는 설명이다.
터빈펌프는 원심펌프의 일종으로 안내날개(디퓨저)를 통해 고속회전에서도 안정된 양정과 효율을 얻을 수 있도록 설계된 펌프이다.
효율이 높고 안정된 성능, 간단한 구조로 보수관리 용이, 고른 토출흐름과 조용한 운전이라는 나머지 특징은 모두 터빈펌프의 실제 장점에 해당한다.

보일러 부속장치 설명 중 잘못된 것은 “슈트 블로워는 보일러 동 저면의 스케일·침전물을 배출하는 장치”라는 설명이다.
슈트 블로워(수트 블로어)는 연소가스가 지나는 전열면(연관·과열기 등 표면)에 붙은 그을음(매연)을 제거하는 장치이며, 동 저면의 스케일이나 침전물을 배출하는 것은 분출(블로다운) 장치의 기능이다.
기수분리기, 오일스트레이너, 스팀트랩에 대한 설명은 모두 올바르다.

공기예열기(air preheater)는 연소 배기가스의 여열을 이용하여 연소에 필요한 공기를 미리 데우는 장치이므로, 급수를 예열하는 것은 아니다. 급수를 예열하는 장치는 이코노마이저(economizer)이다.
연소 배기가스의 여열을 이용한다는 설명은 정확하다.
배기가스의 열을 회수하여 공기 온도를 올리면 연소효율이 증가하고 보일러 전체 효율이 향상된다.
공기예열기에서 배기가스가 냉각되면서 저온부식(low temperature corrosion)이 발생할 수 있어 주의가 필요하다.

증기트랩이 갖추어야 할 조건이 아닌 것은 “마찰저항이 클 것”이다.
증기트랩은 응축수를 신속하게 배출해야 하므로 오히려 마찰저항이 작아야 원활한 배출이 가능하다.
동작이 확실하고 내구성이 있으며 공기를 뺄 수 있어야 한다는 나머지 조건은 증기트랩에 요구되는 정상적인 성능이다.

실제증발량(kg/h)을 연료 소모량(kg/h)으로 나눈 값을 증발배수라고 한다.
증발배수는 연료 1kg당 실제로 발생시킨 증기량을 나타내는 지표로, 보일러의 연료 이용 효율을 가늠하는 데 사용된다.

상당증발량은 실제증발량에서 발생한 증기의 실제 흡수열량을 100℃ 포화수를 100℃ 건포화증기로 만드는 데 필요한 기준 잠열(약 539kcal/kg)로 환산한 값이다.
급수 엔탈피는 20℃ 물 기준으로 약 $h_w = 20\ \mathrm{kcal/kg}$이므로,
$G_e = \dfrac{G(h_2-h_1)}{539} = \dfrac{3500 \times (640-20)}{539}$
계산하면 $G_e = \dfrac{3500 \times 620}{539} \approx 4026\ \mathrm{kg/h}$로, 이 보일러의 상당증발량은 약 4026kg/h이다.

보일러 용량을 표시하는 방법에 해당하지 않는 것은 난방부하이다.
난방부하는 건물 등 대상 공간에서 필요한 열손실량(요구 열량)을 나타내는 개념으로, 보일러 자체의 용량과는 구분된다.
보일러 마력, 전열면적, 상당증발량은 모두 보일러 자체의 발생 능력을 나타내는 대표적인 용량 표시 방법이다.

환원염은 연소용 공기(산소)가 부족한 상태에서 일어나는 불완전연소 화염으로, 타지 못한 미연분(그을음·일산화탄소 등)이 포함된다.
산소가 남는 산화염과 반대 개념으로, 공기비가 1보다 작을 때 나타난다.

공기비(과잉공기계수)는 실제공기량과 이론공기량의 비로 정의되며, m=실제공기량/이론공기량으로 표현한다.
공기비가 1보다 크면 과잉공기가 존재하는 상태이고, 1보다 작으면 공기 부족(불완전연소) 상태이다.

매연 중 검댕(그을음)의 주성분은 연료가 불완전연소하면서 타지 못하고 남은 탄소 입자인 유리탄소이다.
무수황산·아황산가스는 황(S) 성분의 산화물이고, 일산화질소는 질소산화물 계열로 검댕과는 성분이 다르다.

LNG(액화천연가스)는 메탄(CH4)을 주성분으로 하는 천연가스를 냉각·액화한 것으로, 기체 상태일 때 공기보다 가볍다(비중 약 0.6).
프로판가스를 기화한 것이 아니라 천연가스 자체를 액화한 것이다.
주성분은 부탄·에탄이 아니라 메탄이다.
LNG는 무독성이며, 저장·수송을 위해 극저온으로 액화할 뿐 독성 물질은 아니다.

임계점은 포화수가 증발 과정 없이 그대로 증기로 변하는 지점으로, 이때 증발잠열이 0이 되는 압력·온도 상태를 말한다.
임계점을 넘으면 액체와 기체의 구분이 사라지며, 물의 임계압력은 약 22.06MPa, 임계온도는 약 374℃이다.

보일러 자동제어의 목적은 안전한 운전, 경제적인 연소, 인건비 절감 등이며, 궁극적으로 연료비를 절감하는 데 있다.
따라서 연료비를 증가시킨다는 설명은 자동제어의 취지와 반대되므로 목적과 관계가 없다.

연돌의 자연통풍력은 연돌 내 배기가스와 외기 사이의 밀도차(온도차)에서 비롯되므로, 배기가스 온도가 높을수록 통풍력이 커진다.
따라서 배기가스 온도가 낮을수록 통풍력이 증가한다는 설명은 틀렸으며, 연돌이 높거나 단면적이 크거나 공기 습도가 낮을수록 통풍력은 커진다.

랭커셔(Lancashire) 보일러는 동체 내부에 2개의 노통을 갖춘 대표적인 노통보일러이다.
노통이 1개인 코르니시 보일러와 함께 원통형 노통보일러로 분류되며, 수관보일러·관류보일러·연관보일러와는 구조가 다르다.

송기장치는 발생한 증기를 사용처로 보내는 계통으로 증기트랩, 기수분리기, 주증기 밸브 등이 여기에 속한다.
급수내관은 보일러 동체 내부로 급수를 공급하는 급수장치의 구성품이므로 송기장치로 분류되지 않는다.

완전연소를 위해서는 연료와 공기를 예열하고, 적정량의 공기를 충분히 혼합하며, 연소실 온도를 높게 유지해야 한다.
또한 연소가 충분히 이루어지도록 연소실 용적을 넉넉히 확보해야 하므로, 연소실 용적을 되도록 작게 하라는 설명은 완전연소 조건과 어긋난다.

아담슨 조인트(Adamson joint)는 긴 노통을 여러 개의 짧은 통으로 나눈 뒤, 각 통의 끝을 바깥쪽으로 구부려 플랜지 모양으로 맞대고 리벳으로 접합하는 이음 방식이다.
이렇게 만든 이음부(아담슨 링)가 스프링처럼 변형되면서 열에 의한 노통의 신축을 흡수·조절하고 강도도 보강해 준다. 노통은 고온의 화염에 직접 노출되어 팽창·수축이 크므로, 이를 완화하지 않으면 균열이나 변형이 발생하기 쉽다.

원통형 보일러 중 동체를 수직으로 세운 형태인 입형보일러는 코크란(Cochran) 보일러가 대표적이다.
코르뉘시·랭카셔 보일러는 동체가 수평으로 놓인 노통보일러이며, 케와니 보일러도 횡형 구조를 갖는 보일러로 입형과는 다르다.

석탄을 건류하여 얻는 석탄가스는 수소(H2)가 약 50% 내외로 가장 많이 들어 있어 이것이 주성분이 되며, 그 밖에 메탄·일산화탄소 등이 함께 포함된다.
이산화탄소나 질소는 연소 후 발생하는 성분이거나 불활성 성분으로, 석탄가스의 주성분과는 거리가 있다.

출력신호의 일부를 입력측으로 되돌려 목표값과 비교·수정하는 폐회로(closed loop) 방식의 제어를 피드백 제어라 한다.
시퀀스 제어는 정해진 순서대로 진행하는 개회로 제어이고, 프로세스·서보 제어는 피드백 제어의 응용 분야에 해당한다.

국제단위계(SI)에서 온도의 기본단위 기호는 K(켈빈)이며, T는 단위 기호가 아니라 온도라는 물리량 자체를 나타내는 기호이다.
광도(cd), 질량(kg), 전류(A)는 각각 올바른 SI 기본단위 기호이다.

하트포드(Hartford) 접속법은 저압증기난방에서 보일러의 증기관과 환수관을 균형관으로 연결하고, 환수관을 보일러 표준수면과 안전저수면 사이(안전저수위보다 약간 아래)에 접속하는 배관법이다.
환수관이 파손되더라도 보일러수가 안전저수위 아래로 빠져나가지 않게 하여 저수위 사고를 막는 것이 목적이므로, 고압·저압 배관 사이나 방열기 주위 배관과는 관계가 없다.

안전밸브가 2개 이상 설치된 경우 그 중 1개는 최고사용압력 이하에서, 나머지는 최고사용압력의 1.03배 이하에서 분출하도록 규정되어 있다.
주 안전밸브가 먼저 열려 압력을 낮추고, 그래도 압력이 계속 오를 때 나머지가 뒤이어 작동하도록 분출압력에 단차를 두는 것이다.

폐열회수장치(절탄기·공기예열기 등)가 없는 보일러에서 배기가스 온도는 전열면의 최종 출구에서 측정하는 것이 원칙이다.
연돌 출구나 연돌 내부에서 측정하면 외기 유입 등으로 실제 배기가스 온도보다 값이 낮게 나올 수 있어 정확한 열손실 평가가 어렵다.

증기보일러는 원칙적으로 안전밸브를 2개 이상 설치해야 하지만, 전열면적 50㎡ 이하인 경우에는 1개 이상만 설치해도 된다.
전열면적이 작으면 증기 발생량도 적어 안전밸브 1개로도 초과압력을 충분히 분출시킬 수 있기 때문이다.

강철제 증기보일러의 수압시험압력은 최고사용압력이 0.43MPa 이하인 경우 최고사용압력의 2배로 정한다.
$0.4\ \mathrm{MPa} \times 2 = 0.8\ \mathrm{MPa}$이므로, 최고사용압력 0.4MPa인 보일러의 수압시험압력은 0.8MPa이 된다.

보일러를 옥내에 설치할 때 동체 최상부로부터 천장·배관 등 상부 구조물까지의 거리는 일반적으로 1.2m 이상 확보해야 한다.
안전밸브·수면계 등 상부 부속품의 점검과 정비 작업 공간을 확보하기 위한 이격거리이다.

강철제 보일러를 설치할 때 보일러 외벽온도는 주위온도보다 30℃를 초과해서는 안 되도록 규정되어 있다.
외벽온도가 지나치게 높다는 것은 보온·단열이 부실해 방열손실이 크다는 뜻이며, 작업자 화상 위험도 커지기 때문이다.

보일러 산세정 후에는 잔류 산을 중화하고 금속 표면을 보호하기 위해 히드라진, 인산소다, 탄산소다 등의 중화방청제를 사용한다.
구연산은 중화방청 단계가 아니라 그 앞 단계에서 스케일을 녹여내는 데 쓰이는 산세정제이므로 중화방청제에 해당하지 않는다.

보일러 점화 시에는 노내 통풍압 조절, 충분한 프리퍼지 실시, 점화 후 정상 연소 여부 확인 등의 절차를 지켜야 한다.
버너가 2개 이상인 경우에는 동시에 점화하지 않고 순차적으로 점화해야 미연소 가스에 의한 역화·폭발 위험을 막을 수 있다.

보일러 용수처리는 관수(보일러수) 중 불순물로 인한 스케일 생성·고착 방지, 가성취화·포밍·프라이밍 방지 등을 목적으로 한다.
연소장치의 손상 방지는 연료·연소 관리 영역에 속하는 문제로, 관수 성질을 다루는 용수처리의 목적과는 직접 관계가 없다.

보일러를 부득이 급히 냉각시켜야 할 때는 수면계에 물이 보이는 범위 안에서 급수를 조금씩 간격을 두고 공급하며 서서히 냉각시키는 방법이 가장 안전하다.
안전밸브를 열어 증기를 급격히 빼거나 물을 다량으로 한꺼번에 급수하면 동체에 급격한 온도 변화(열응력)를 주어 균열 등 손상을 일으킬 수 있다.

보일러를 비상 정지시킬 때는 연료 공급을 중단하고 연소공기 공급을 멈추며, 압력이 자연히 떨어지도록 기다리는 것이 기본 조치이다.
이때 주증기 밸브는 닫아 두어야 하며, 밸브를 열어 놓으면 증기 계통 관리가 어려워지고 압력 강하가 불안정해질 수 있어 잘못된 조치이다.

포밍(foaming)은 관수의 과도한 농축, 증기부하 과대, 관수 중 유지분 혼입 등으로 수면에 거품이 발생하는 현상이다.
수위가 너무 낮은 경우는 포밍보다는 저수위 사고와 관련되며, 오히려 포밍·프라이밍은 수위가 높거나 관수 상태가 불량할 때 발생하기 쉽다.

산업재해는 작업 중 발생하는 화재·폭발, 기계장치, 원동기 관련 재해 등 작업환경·설비에서 비롯되는 사고를 말한다.
풍수해는 태풍·홍수 등 자연현상에 의한 재해로, 작업이나 설비 결함과 무관한 자연재해이므로 산업재해로 분류되지 않는다.

보일러 수압시험을 할 때 시험수압은 규정 압력을 크게 초과하지 않도록 관리해야 하며, 그 한계는 규정압력의 6%로 정해져 있다.
시험압력이 과도하면 시험 자체가 동체·경판에 영구변형이나 손상을 남길 수 있기 때문이다.

보일러의 상용수위는 일반적으로 수면계의 1/2 위치와 일치시켜 운전한다.
이는 수위가 너무 높아 프라이밍·캐리오버가 발생하거나, 너무 낮아 저수위 사고가 나는 것을 모두 방지하기 위한 기준 위치이다.

화염검출기가 검출한 신호는 프로텍터 릴레이를 거쳐 버너 및 연료차단밸브로 전달되어, 화염이 꺼지거나 이상이 생기면 연료 공급을 즉시 차단하도록 한다.
이는 실화(失火) 시 미연소 연료가 노내에 축적되어 폭발하는 것을 막기 위한 안전장치이다.

급수 중에 녹아 있는 탄산가스(CO2)는 물을 잘게 분산시켜 공기와 접촉시키는 기폭법(폭기법)으로 날려 보내는 것이 가장 적합하다. 철·망간 제거에도 함께 쓰인다.
침강법·응집법·여과법은 주로 부유물이나 콜로이드성 불순물을 제거하는 방법으로, 용존가스 제거에는 적합하지 않다.

지역난방은 열효율이 좋아 연료비가 절감되고, 개별 보일러실이 필요 없어 건물 내 유효면적이 증대되며, 집중 관리로 대기오염도 감소시킬 수 있다.
다만 열매체로는 저온수가 아니라 고온수(또는 증기)를 주로 사용하므로, 저온수를 사용한다는 설명은 지역난방의 특징과 맞지 않는다.

수면계 유리관은 충격을 받거나, 상하 패킹 고정너트를 과도하게 조였을 때, 유리 자체가 마모·노후화되었을 때 파손되기 쉽다.
유리관 내부에 스케일이 끼는 것은 파손이 아니라 수위를 잘못 지시하게 하는 오지시(誤指示)의 원인이 되므로, 파손 원인으로는 해당하지 않는다.

천연가스는 공기보다 가벼워 위로 확산되므로 누출 시 체류하지 않도록 환기구는 높은 위치에 설치해야 한다.
낮게 설치하면 가벼운 가스가 상부에 정체되어 오히려 위험이 커지므로 이 설명은 틀린 내용이다.

일반적으로 물의 경도 10을 기준으로 그 이하이면 연수, 그 이상이면 경수로 구분한다.
경수는 스케일 생성이나 관 폐쇄 등 보일러 장해를 일으키기 쉬워 급수 처리 시 연화가 필요하다.

재료 및 설계 불량은 보일러를 제작하는 단계에서 비롯되는 제작상의 원인이며, 사용자의 취급 과정에서 발생하는 원인이 아니다.
사용압력을 초과해 운전하는 것은 취급자의 조작 실수에 해당한다.
저수위 상태로 운전하는 것도 취급상의 부주의에 해당한다.
미연소가스가 노 내에 쌓여 폭발하는 것도 점화·연소 조작 과정의 취급 실수로 본다.

강판제 캐비넷 안에 핀튜브형 가열관을 넣어 캐비넷 내부 공기의 자연대류로 난방하며 설치 높이가 낮은 방열기는 베이스보드히터이다.
바닥 걸레받이 부위에 낮게 설치되어 실내 온도 분포를 고르게 하는 것이 특징이다.

유니버셜 압력계라는 명칭은 실제 압력계의 분류에 쓰이지 않는다.
부르돈관 압력계는 곡관의 탄성 변형을 이용하는 대표적 압력계이다.
벨로즈 압력계는 주름진 금속 벨로즈의 신축을 이용한다.
다이아프램 압력계는 얇은 격막의 변형을 이용해 저압을 측정한다.

팽출(膨出)은 보일러 본체가 화염에 과열되어 외부로 불룩하게 튀어나오는 현상을 말한다.
주로 수관이나 동체 등 화염에 직접 노출되는 부위에서 국부 과열로 강도가 저하되어 압력을 견디지 못하고 바깥쪽으로 부풀어 오르는 것이다.
노통·화실이 외측 압력에 눌려 쭈그러지는 현상은 압궤이다.
강판 속 가스(개재물)가 화염에 닿아 양쪽으로 부풀어 오르는 현상은 블리스터이다.
고압보일러 드럼 이음부의 응력부식 균열은 가성취화와 관련된 별개의 손상이다.

스케일은 바닥 블로우만으로는 제거되지 않으며, 부착된 스케일을 계속 블로어로 제거한다는 설명은 옳지 않다.
단단히 고착된 스케일은 기계적 방법이나 약품을 이용한 산세척 등 별도의 처리가 필요하다.

에너지이용합리화법은 에너지의 수급 안정과 합리적·효율적 이용, 에너지 소비로 인한 환경피해 감소 등을 목적으로 하며, 에너지 소비를 촉진하는 것은 이 법의 목적이 아니다.
오히려 이 법은 에너지 절약과 온실가스 배출 감소를 통한 국민경제 발전과 국민복지 증진을 지향한다.

효율관리기자재의 제조업자·수입업자가 에너지 소비효율 또는 사용량을 측정받는 기관은 산업자원부장관이 지정하는 시험기관이다. (출제 당시 법령 기준)
측정 결과에 따라 소비효율등급 표시 등 효율관리기자재 신고 의무를 이행하게 된다.

열사용기자재 관리규칙에서 검사대상기기는 보일러와 압력용기를 중심으로 규정되며, 강철제 보일러(1번), 주철제 보일러(3번), 2종 압력용기(4번)는 모두 검사 대상에 포함된다. 반면 태양열 집열기(2번)는 열교환기에 해당하는 특정열사용기자재로 분류되어 검사대상기기에서 제외되는 기자재다.

특정열사용기자재 중 검사대상기기의 검사 종류에는 제조검사·설치검사·개조검사·계속사용검사(안전검사, 운전성능검사) 등이 있으며, 유효검사라는 명칭의 검사 종류는 없다. (출제 당시 법령 기준)

검사대상기기 조종자를 선임한 경우, 신고 사유가 발생한 날로부터 30일 이내에 선임신고를 해야 한다. (출제 당시 시행규칙 기준)

검사대상기기인 보일러의 계속사용검사 중 재사용검사의 유효기간은 1년이다. (출제 당시 규칙 기준)
재사용검사는 사용중지 중이던 검사대상기기를 다시 사용하려 할 때 받는 검사로, 계속사용검사와 마찬가지로 1년 단위로 유효기간이 정해진다.