에너지관리기사 필기 2020년 1회 기출문제 정답 및 해설

1번

다음과 같은 질량조성을 가진 석탄의 완전연소에 필요한 이론공기량(kg/kg)은 얼마인가?
C : 64.0%, H : 5.3%, S : 0.1%, O : 8.8%
N : 0.8%, ash : 12.0%, water : 9.0%

1. 7.5

2. 8.8

3. 9.7

4. 10.4

정답 2번

해설. ② 약 8.8 kg/kg
풀이: 질량 기준 이론공기량 A₀ = 11.49C + 34.5(H − O/8) + 4.31S
= 11.49×0.64 + 34.5×(0.053 − 0.088/8) + 4.31×0.001
= 7.354 + 1.449 + 0.004 ≒ 8.81 kg/kg
(이론산소량 O₀ = 2.67C + 8(H − O/8) + S 를 공기 중 산소 질량비 0.232 로 나눈 식이다.)

2번

링겔만 농도표의 측정 대상은?

1. 배출가스 중 매연 농도

2. 배출가스 중 CO 농도

3. 배출가스 중 CO₂ 농도

4. 화염의 투명도

정답 1번

해설. ① 링겔만 농도표는 굴뚝에서 나오는 배출가스(매연)의 검은 정도를 0~5도 6단계 표준 흑색도와 비교해 매연 농도를 판정하는 도구이다.
②·③ CO·CO₂ 농도는 가스분석계(오르자트, 적외선식 등)로 측정한다.
④ 화염의 투명도는 측정 대상이 아니다.

3번

다음 중 연소 시 발생하는 질소산화물(NOx)의 감소 방안으로 틀린 것은?

1. 질소 성분이 적은 연료를 사용한다.

2. 화염의 온도를 높게 연소한다.

3. 화실을 크게 한다.

4. 배기가스 순환을 원활하게 한다.

정답 2번

해설. ② 화염 온도를 높이면 공기 중 질소가 산화되는 thermal NOx 가 급증하므로 NOx 감소 방안이 아니다.
① 질소분이 적은 연료는 fuel NOx 를 줄인다.
③ 화실을 크게 하면 열부하가 낮아져 국부 고온이 줄어든다.
④ 배기가스 재순환은 산소 농도와 화염 온도를 낮춰 NOx 를 줄인다. 그 밖에 2단 연소, 저과잉공기 연소 등이 있다.

4번

연료의 일반적인 연소 반응의 종류로 틀린 것은?

1. 유동층연소

2. 증발연소

3. 표면연소

4. 분해연소

정답 1번

해설. ① 유동층연소는 연소반응의 종류가 아니라 연소 방식(장치)의 명칭이다. 모래 등 유동매체를 공기로 띄워 고체연료를 태우는 방식이다.
② 증발연소(가솔린·등유 등 액체), ③ 표면연소(코크스·숯 등), ④ 분해연소(석탄·목재·중유 등) 는 연료의 연소 형태이며, 이 밖에 확산연소·예혼합연소(기체)·자기연소가 있다.

5번

공기와 혼합 시 가연범위(폭발범위)가 가장 넓은 것은?

1. 메탄

2. 프로판

3. 메틸알코올

4. 아세틸렌

정답 4번

해설. ④ 아세틸렌의 공기 중 폭발범위는 약 2.5~81 vol%로 가장 넓다.
① 메탄 약 5~15%
② 프로판 약 2.1~9.5%
③ 메틸알코올 약 6~36%
아세틸렌은 폭발범위가 넓고 분해폭발 위험도 있어 취급에 특히 주의해야 한다.

6번

11g의 프로판이 완전연소 시 생성되는 물의 질량(g)은?

1. 44

2. 34

3. 28

4. 18

정답 4번

해설. ④ 18 g
풀이: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
프로판 44 g 이 타면 물 4×18 = 72 g 이 생긴다.
11 g 은 11/44 = 0.25 mol 이므로 물 = 0.25 × 4 × 18 = 18 g

7번

다음 중 역화의 위험성이 가장 큰 연소방식으로서, 설비의 시동 및 정지 시에 폭발 및 화재에 대비한 안전 확보에 각별한 주의를 요하는 방식은?

1. 예혼합 연소

2. 미분탄 연소

3. 분무식 연소

4. 확산 연소

정답 1번

해설. ① 예혼합 연소는 연료와 공기를 미리 섞어 버너로 보내므로 화염이 짧고 고온이지만, 분출 속도보다 연소 속도가 빠르면 화염이 버너 안으로 들어가는 역화 위험이 가장 크다. 따라서 시동·정지 시 폭발·화재에 특히 주의해야 한다.
④ 확산 연소는 연료와 공기를 따로 공급해 역화 위험이 거의 없다.
②·③ 미분탄·분무식 연소는 고체·액체연료의 연소 방식이다.

8번

액체연료에 대한 가장 적합한 연소방법은?

1. 화격자 연소

2. 스토커 연소

3. 버너 연소

4. 확산 연소

정답 3번

해설. ③ 액체연료는 버너로 미세하게 분무(무화)해 공기와 잘 섞은 뒤 태우는 버너 연소가 가장 적합하다(유압분무식, 회전식, 증기·공기분무식 등).
①·② 화격자·스토커 연소는 석탄 등 고체연료의 연소 방식이다.
④ 확산 연소는 주로 기체연료의 연소 방식이다.

9번

연료의 발열량에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 기체 연료는 그 성분으로부터 발열량을 계산할 수 있다.

2. 발열량의 단위는 고체와 액체 연료의 경우 단위중량당(통상 연료 kg당) 발열량으로 표시한다.

3. 고위발열량은 연료의 측정열량에 수증기 증발잠열을 포함한 연소열량이다.

4. 일반적으로 액체 연료는 비중이 크면 체적당 발열량은 감소하고, 중량당 발열량은 증가한다.

정답 4번

해설. ④ 액체연료는 비중이 클수록 체적당 발열량은 증가하고, 중량당 발열량은 감소한다(탄소분이 많고 수소분이 적어지므로). 설명이 거꾸로 되어 틀렸다.
① 기체연료는 성분 가스별 발열량을 합해 계산할 수 있다.
② 고체·액체는 kJ/kg, 기체는 kJ/Nm³ 로 나타낸다.
③ 고위발열량 = 저위발열량 + 수증기 증발잠열이다.

10번

고체연료의 연료비(fuel ratio)를 옳게 나타낸 것은?

1. 고정탄소(%) / 휘발분(%)

2. 휘발분(%) / 고정탄소(%)

3. 고정탄소(%) / 수분(%)

4. 수분(%) / 고정탄소(%)

정답 1번

해설. ① 연료비 = 고정탄소(%) / 휘발분(%)
석탄의 탄화도가 높을수록 고정탄소가 늘고 휘발분이 줄어 연료비가 커진다(무연탄 약 12 이상, 역청탄 약 1~7, 갈탄 1 이하).
나머지 보기는 연료비의 정의가 아니다.

11번

고체연료의 연소방식으로 옳은 것은?

1. 포트식 연소

2. 화격자 연소

3. 심지식 연소

4. 증발식 연소

정답 2번

해설. ② 화격자(grate) 연소는 석탄 등 고체연료를 화격자 위에 놓고 아래에서 공기를 불어 넣어 태우는 방식이다(고정 화격자, 스토커 등). 고체연료는 이 밖에 미분탄 연소, 유동층 연소로 태운다.
①·③·④ 포트식·심지식·증발식 연소는 등유 등 액체연료의 기화 연소 방식이다.

12번

고체연료의 연소가스 관계식으로 옳은 것은? (단, G : 연소가스량, G₀ : 이론연소가스량, A : 실제공기량, A₀ : 이론공기량, a : 연소생성 수증기량)

1. G₀ = A₀ + 1 − a

2. G = G₀ − A + A₀

3. G = G₀ + A − A₀

4. G₀ = A₀ − 1 + a

정답 3번

해설. ③ G = G₀ + A − A₀
실제 연소가스량은 이론연소가스량에, 이론보다 더 넣은 과잉공기량(A − A₀ = (m − 1)A₀)이 그대로 더해진 값이다.
② 과잉공기를 빼는 식이므로 틀리다.
①·④ 이론연소가스량과 이론공기량의 관계로 성립하지 않는다.

13번

백 필터(bag-filter)에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 여과면의 가스 유속은 미세한 더스트 일수록 적게 한다.

2. 더스트 부하가 클수록 집진율은 커진다.

3. 여포재에 더스트 일차부착층이 형성되면 집진율은 낮아진다.

4. 백의 밑에서 가스백 내부로 송입하여 집진한다.

정답 3번

해설. ③ 여포에 먼지의 일차부착층(dust cake)이 생기면 이것이 여과층 역할을 해 미세입자까지 걸러지므로 집진율은 오히려 높아진다. 따라서 틀린 설명이다.
① 미세 먼지일수록 여과속도를 낮게 한다.
② 더스트 부하가 크면 부착층이 빨리 형성되어 집진율이 커진다(압력손실은 증가).
④ 가스를 백 아래쪽에서 백 안으로 보내 여과하는 방식이 있다.

14번

유압분무식 버너의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 유량 조절 범위가 좁다.

2. 연소의 제어범위가 넓다.

3. 무화매체인 증기나 공기가 필요하지 않다.

4. 보일러 가동 중 버너교환이 가능하다.

정답 2번

해설. ② 유압분무식 버너는 유압으로 기름을 분사해 무화하므로 유량(압력) 조절범위가 좁아 연소 제어범위도 좁다. 따라서 틀린 설명이다.
① 유량 조절 범위가 좁다(비환류식 약 1:2 정도).
③ 기름 자체 압력으로 무화하므로 증기·공기 같은 무화매체가 필요 없다.
④ 구조가 간단해 가동 중 버너 교환이 가능하다.

15번

다음 중 배기가스와 접촉되는 보일러 전열면으로 증기나 압축공기를 직접 분사시켜서 보일러에 회분, 그을음 등 열전달을 막는 퇴적물을 청소하고 쌓이지 않도록 유지하는 설비는?

1. 수트블로워

2. 압입통풍 시스템

3. 흡입통풍 시스템

4. 평형통풍 시스템

정답 1번

해설. ① 수트블로워(soot blower)는 증기나 압축공기를 전열면에 분사해 그을음·회분을 불어내어 전열 효율을 유지하는 장치이다.
②·③·④ 압입·흡입·평형통풍은 송풍기를 이용해 연소용 공기와 연소가스를 흐르게 하는 통풍 방식이다.

16번

관성력 집진장치의 집진율을 높이는 방법이 아닌 것은?

1. 방해판이 많을수록 집진효율이 우수하다.

2. 충돌 직전 처리가스 속도가 느릴수록 좋다.

3. 출구가스 속도가 느릴수록 미세한 입자가 제거된다.

4. 기류의 방향 전환각도가 작고, 전환회수가 많을수록 집진효율이 증가한다.

정답 2번

해설. ② 관성력 집진장치는 충돌 직전의 처리가스 속도가 빠를수록 입자의 관성력이 커져 집진율이 높아진다. 느릴수록 좋다는 설명은 틀렸다.
① 방해판(충돌판)이 많을수록 좋다.
③ 출구가스 속도가 느릴수록 미세입자가 다시 날리지 않는다.
④ 기류 방향 전환각이 작고(급하게 꺾이고) 전환 횟수가 많을수록 효율이 높다.

17번

보일러 연소장치에 과잉공기 10%가 필요한 연료를 완전연소할 경우 실제 건연소 가스량(Nm³/kg)은 얼마인가? (단, 연료의 이론공기량 및 이론 건연소 가스량은 각각 10.5, 9.9(Nm³/kg)이다.)

1. 12.03

2. 11.84

3. 10.95

4. 9.98

정답 3번

해설. ③ 10.95 Nm³/kg
풀이: 실제 건연소가스량 Gd = G₀d + (m − 1)A₀
공기비 m = 1.1
Gd = 9.9 + (1.1 − 1) × 10.5 = 9.9 + 1.05 = 10.95 Nm³/kg

18번

연소가스량 10Nm³/kg, 연소가스의 정압비열 1.34 kJ/Nm³·℃인 어떤 연료의 저위발열량이 27200 kJ/kg이었다면 이론 연소온도(℃)는? (단, 연소용 공기 및 연료 온도는 5℃이다.)

1. 1000

2. 1500

3. 2000

4. 2500

정답 3번

해설. ③ 약 2000℃
풀이: 저위발열량 = 연소가스량 × 비열 × (t − t₀)
t = Hₗ / (G × Cₚ) + t₀
= 27200 / (10 × 1.34) + 5
= 2029.9 + 5 ≒ 2035℃ → 약 2000℃

19번

표준 상태인 공기 중에서 완전 연소비로 아세틸렌이 함유되어 있을 때 이 혼합기체 1L당 발열량(kJ)은 얼마인가? (단, 아세틸렌의 발열량은 1308 kJ/mol이다.)

1. 4.1

2. 4.5

3. 5.1

4. 5.5

정답 2번

해설. ② 약 4.5 kJ
풀이: C₂H₂ + 2.5O₂ → 2CO₂ + H₂O
아세틸렌 1 mol 에 필요한 공기 = 2.5 / 0.21 = 11.90 mol
혼합기 = 1 + 11.90 = 12.90 mol → 아세틸렌 몰분율 = 1/12.90 = 0.0775
혼합기 1 L 중 아세틸렌 = 0.0775 L = 0.0775/22.4 = 0.00346 mol
발열량 = 0.00346 × 1308 ≒ 4.5 kJ

20번

연소장치의 연소효율(Ec)식이 아래와 같을 때 H₂는 무엇을 의미하는가? (단, Hc : 연료의 발열량, H₁ : 연재 중의 미연탄소에 의한 손실이다.)
Ec = (Hc − H₁ − H₂) / Hc

1. 전열손실

2. 현열손실

3. 연료의 저발열량

4. 불완전연소에 따른 손실

정답 4번

해설. ④ 불완전연소에 따른 손실
연소효율은 연료가 가진 열 가운데 실제로 연소에 의해 발생한 열의 비율이다. 연료 발열량에서 타지 않고 재에 남은 미연탄소 손실(H₁)과 CO 등이 생기는 불완전연소 손실(H₂)을 뺀 값을 발열량으로 나눈다.
①·② 전열손실·현열(배기가스)손실은 전열효율(열효율)에서 다루는 손실이다.

21번

이상기체를 가역단열 팽창시킨 후의 온도는?

1. 처음상태보다 낮게 된다.

2. 처음상태보다 높게 된다.

3. 변함이 없다.

4. 높을 때도 있고 낮을 때도 있다.

정답 1번

해설. ① 가역단열(등엔트로피) 팽창에서는 T₂/T₁ = (V₁/V₂)^(k−1) 이고 V₂ > V₁ 이므로 T₂ < T₁ 이 된다. 외부로 한 일만큼 내부에너지가 줄어 온도가 내려간다.
②·③·④ 이상기체의 단열팽창에서는 온도가 항상 낮아진다(온도가 변하지 않는 것은 등온 과정이다).

22번

공기 100kg을 400℃에서 120℃로 냉각할 때 엔탈피(kJ) 변화는? (단, 일정 정압비열은 1.0kJ/kg·K 이다.)

1. -24000

2. -26000

3. -28000

4. -30000

정답 3번

해설. ③ −28000 kJ
풀이: 정압과정 엔탈피 변화 ΔH = m × Cₚ × (T₂ − T₁)
= 100 × 1.0 × (120 − 400)
= −28000 kJ (냉각이므로 음수)

23번

성능계수가 2.5인 증기 압축 냉동 사이클에서 냉동용량이 4kW 일 때 소요일은 몇 kW 인가?

1. 1

2. 1.6

3. 4

4. 10

정답 2번

해설. ② 1.6 kW
풀이: 냉동기 성능계수 COP = 냉동용량 / 소요일
소요일 = 냉동용량 / COP = 4 / 2.5 = 1.6 kW
(성능계수가 클수록 같은 냉동용량을 내는 데 필요한 압축기 동력이 작아진다.)

24번

열역학 제2법칙을 설명한 것이 아닌 것은?

1. 사이클로 작동하면서 하나의 열원으로부터 열을 받아서 이 열을 전부 일로 바꾸는 것은 불가능하다.

2. 에너지는 한 형태에서 다른 형태로 바뀔뿐이다.

3. 제2종 영구기관을 만든다는 것은 불가능하다.

4. 주위에 아무런 변화를 남기지 않고 열을 저온의 열원으로부터 고온의 열원으로 전달하는 것은 불가능하다.

정답 2번

해설. ② '에너지는 한 형태에서 다른 형태로 바뀔 뿐이다'는 에너지 보존, 즉 열역학 제1법칙의 내용이다.
① 켈빈-플랑크 표현, ④ 클라우지우스 표현, ③ 제2종 영구기관(효율 100% 열기관)의 불가능 모두 열역학 제2법칙의 표현이다.

25번

다음 중 터빈에서 증기의 일부를 배출하여 급수를 가열하는 증기사이클은?

1. 사바테 사이클

2. 재생 사이클

3. 재열 사이클

4. 오토 사이클

정답 2번

해설. ② 재생 사이클은 터빈에서 팽창 도중의 증기 일부를 빼내(추기) 보일러 급수를 가열하는 사이클로, 급수 온도를 높여 열효율을 올린다.
③ 재열 사이클은 팽창 도중 증기를 보일러로 되돌려 다시 가열하는 사이클이다.
①·④ 사바테·오토 사이클은 내연기관 사이클이다.

26번

80℃의 물 50kg과 20℃의 물 100kg을 혼합하면 이 혼합된 물의 온도는 약 몇 ℃인가? (단, 물의 비열은 4.2kJ/kg·K이다.)

1. 33

2. 40

3. 45

4. 50

정답 2번

해설. ② 40℃
풀이: 열평형(고온 물이 잃은 열 = 저온 물이 얻은 열)
50 × 4.2 × (80 − t) = 100 × 4.2 × (t − 20)
t = (50×80 + 100×20) / (50 + 100) = 6000 / 150 = 40℃

27번

랭킨사이클에서 각 지점의 엔탈피가 다음과 같을 때 사이클의 효율은 약 몇 % 인가?
- 펌프 입구 : 190 kJ/kg
- 보일러 입구 : 200 kJ/kg
- 터빈 입구 : 2900 kJ/kg
- 응축기 입구 : 2000 kJ/kg

1. 25

2. 30

3. 33

4. 37

정답 3번

해설. ③ 약 33%
풀이: η = (터빈일 − 펌프일) / 보일러 공급열
터빈일 = 2900 − 2000 = 900 kJ/kg
펌프일 = 200 − 190 = 10 kJ/kg
공급열 = 2900 − 200 = 2700 kJ/kg
η = (900 − 10) / 2700 = 0.3296 ≒ 33%

28번

냉동 사이클의 작동 유체인 냉매의 구비조건으로 틀린 것은?

1. 화학적으로 안정될 것

2. 임계 온도가 상온보다 충분히 높을 것

3. 응축 압력이 가급적 높을 것

4. 증발 잠열이 클 것

정답 3번

해설. ③ 냉매는 응축 압력이 가급적 낮아야 한다. 응축 압력이 높으면 압축비와 압축기 동력이 커지고 장치를 튼튼하게 만들어야 한다.
① 화학적으로 안정할 것
② 임계온도가 상온보다 충분히 높아 상온에서 쉽게 액화될 것
④ 증발잠열이 커서 적은 냉매량으로 큰 냉동효과를 낼 것

29번

압력 500 kPa, 온도 240℃인 과열증기와 압력 500kPa의 포화수가 정상상태로 흘러들어와 섞인 후 같은 압력의 포화증기 상태로 흘러나간다. 1kg의 과열증기에 대하여 필요한 포화수의 양은 약 몇 kg인가? (단, 과열증기의 엔탈피는 3063 kJ/kg이고, 포화수의 엔탈피는 636kJ/kg, 증발열은 2109kJ/kg 이다.)

1. 0.15

2. 0.45

3. 1.12

4. 1.45

정답 1번

해설. ① 약 0.15 kg
풀이: 출구 포화증기 엔탈피 hg = 636 + 2109 = 2745 kJ/kg
에너지 보존: 1 × 3063 + m × 636 = (1 + m) × 2745
3063 − 2745 = m × (2745 − 636)
m = 318 / 2109 ≒ 0.151 kg

30번

30℃에서 150L의 이상기체를 20L로 가역 단열압축 시킬 때 온도가 230℃로 상승하였다. 이 기체의 정적 비열은 약 몇 kJ/kg·K인가? (단, 기체상수는 0.287kJ/kg·K이다.)

1. 0.17

2. 0.24

3. 1.14

4. 1.47

정답 3번

해설. ③ 약 1.14 kJ/kg·K
풀이: 가역단열 T₂/T₁ = (V₁/V₂)^(k−1)
503.15/303.15 = 1.660 = (150/20)^(k−1) = 7.5^(k−1)
k − 1 = ln 1.660 / ln 7.5 = 0.5066/2.0149 = 0.2514
Cᵥ = R/(k − 1) = 0.287/0.2514 ≒ 1.14 kJ/kg·K

31번

증기에 대한 설명 중 틀린 것은?

1. 포화액 1kg을 정압 하에서 가열하여 포화증기로 만드는데 필요한 열량을 증발잠열이라 한다.

2. 포화증기를 일정 체적 하에서 압력을 상승시키면 과열증기가 된다.

3. 온도가 높아지면 내부에너지가 커진다.

4. 압력이 높아지면 증발잠열이 커진다.

정답 4번

해설. ④ 포화압력이 높아질수록 포화액과 포화증기의 엔탈피 차가 줄어 증발잠열은 작아지고, 임계점에서 0이 된다. 따라서 틀린 설명이다.
① 증발잠열의 정의이다.
② 포화증기를 정적 상태에서 가열(압력 상승)하면 과열증기가 된다.
③ 온도가 높아지면 내부에너지가 증가한다.

32번

최고 온도 500℃와 최저 온도 30℃사이에서 작동되는 열기관의 이론적 효율(%)은?

1. 6

2. 39

3. 61

4. 94

정답 3번

해설. ③ 약 61%
풀이: 이론(카르노) 효율 η = 1 − Tₗ/Tₕ
Tₕ = 500 + 273 = 773 K, Tₗ = 30 + 273 = 303 K
η = 1 − 303/773 = 0.608 ≒ 61%

33번

비열이 α+βt+γt²로 주어질 때, 온도가 t₁으로부터 t₂까지 변화할 때의 평균 비열(Cₘ)의 식은? (단, α, β, γ는 상수이다.)

1. Cₘ = α + (1/2)β(t₂ + t₁) + (1/3)γ(t₂² + t₂t₁ + t₁²)

2. Cₘ = α + (1/2)β(t₂ − t₁) + (1/3)γ(t₂² + t₂t₁ + t₁²)

3. Cₘ = α − (1/2)β(t₂ + t₁) + (1/3)γ(t₂² − t₂t₁ − t₁²)

4. Cₘ = α − (1/2)β(t₂ + t₁) − (1/3)γ(t₂² + t₂t₁ − t₁²)

정답 1번

해설. ① 평균비열 Cₘ = [∫(α + βt + γt²)dt] / (t₂ − t₁) (적분 구간 t₁~t₂)
= [α(t₂ − t₁) + (β/2)(t₂² − t₁²) + (γ/3)(t₂³ − t₁³)] / (t₂ − t₁)
t₂² − t₁² = (t₂ − t₁)(t₂ + t₁), t₂³ − t₁³ = (t₂ − t₁)(t₂² + t₂t₁ + t₁²) 이므로
Cₘ = α + (1/2)β(t₂ + t₁) + (1/3)γ(t₂² + t₂t₁ + t₁²)

34번

다음은 열역학 기본법칙을 설명한 것이다. 0법칙, 1법칙, 2법칙, 3법칙 순으로 옳게 나열한 것은?
가. 에너지 보존에 관한 법칙이다.
나. 에너지의 전달 방향에 관한 법칙이다.
다. 절대온도 0 K에서 완전 결정질의 절대 엔트로피는 0 이다.
라. 시스템 A가 시스템 B와 열적 평형을 이루고 동시에 시스템 C와도 열적 평형을 이룰 때 시스템 B와 C의 온도는 동일하다.

1. 가 – 나 – 다 - 라

2. 라 – 가 – 나 - 다

3. 다 – 라 – 가 - 나

4. 나 – 가 – 라 – 다

정답 2번

해설. ② 라 – 가 – 나 – 다
0법칙(라): 열평형의 법칙, 온도 측정의 근거이다.
1법칙(가): 에너지 보존 법칙이다.
2법칙(나): 열 이동의 방향성, 엔트로피 증가의 법칙이다.
3법칙(다): 0 K에서 완전 결정의 엔트로피는 0 이다(네른스트).

35번

그림은 물의 압력-체적 선도(P-V)를 나타낸다. A′ACBB′ 곡선은 상들 사이의 경계를 나타내며, T₁, T₂, T₃는 물의 P-V 관계를 나타내는 등온곡선들이다. 이 그림에서 점 C는 무엇을 의미하는가?

1. 변곡점

2. 극대점

3. 삼중점

4. 임계점

정답 4번

해설. ④ 점 C는 포화액선(A′A)과 건포화증기선(BB′)이 만나는 꼭짓점으로 임계점이다. 임계점에서는 액체와 증기의 구별이 없어지고 증발잠열이 0 이 되며, 이 점을 지나는 등온선(T₂)이 임계등온선이다.
①·② 변곡점·극대점은 상태의 명칭이 아니다.
③ 삼중점은 고체·액체·기체가 공존하는 점으로 P-T 선도에서 나타낸다.

36번

어떤 상태에서 질량이 반으로 줄면 강도성질(intensive property) 상태량의 값은?

1. 반으로 줄어든다.

2. 2배로 증가한다.

3. 4배로 증가한다.

4. 변하지 않는다.

정답 4번

해설. ④ 강도성질(온도, 압력, 밀도, 비체적 등)은 계의 질량(크기)과 관계없는 상태량이므로 질량이 반으로 줄어도 변하지 않는다.
①·②·③ 질량에 비례해 변하는 것은 체적, 내부에너지, 엔탈피 같은 종량성질(extensive property)이다.

37번

카르노 냉동 사이클의 설명 중 틀린 것은?

1. 성능계수가 가장 좋다.

2. 실제적인 냉동 사이클이다.

3. 카르노 열기관 사이클의 역이다.

4. 냉동 사이클의 기준이 된다.

정답 2번

해설. ② 카르노 냉동 사이클은 두 개의 등온과정과 두 개의 가역단열과정으로 이루어진 이상적(가역) 사이클이므로 실제 냉동 사이클이 아니다. 실제로는 증기압축 냉동 사이클을 쓴다.
① 같은 온도 범위에서 성능계수가 가장 크다.
③ 카르노 열기관을 역으로 작동시킨 것이다.
④ 냉동 사이클 성능 비교의 기준이 된다.

38번

비열비는 1.3이고 정압비열이 0.845kJ/kg·K인 기체의 기체상수(kJ/kg·K)는 얼마인가?

1. 0.195

2. 0.5

3. 0.845

4. 1.345

정답 1번

해설. ① 약 0.195 kJ/kg·K
풀이: Cₚ − Cᵥ = R, k = Cₚ/Cᵥ
Cᵥ = Cₚ/k = 0.845/1.3 = 0.650 kJ/kg·K
R = 0.845 − 0.650 = 0.195 kJ/kg·K

39번

오토사이클에서 열효율이 56.5%가 되려면 압축비는 얼마인가? (단, 비열비는 1.4이다.)

1. 3

2. 4

3. 8

4. 10

정답 3번

해설. ③ 8
풀이: 오토사이클 효율 η = 1 − (1/ε)^(k−1)
0.565 = 1 − (1/ε)^0.4 → ε^0.4 = 1/0.435 = 2.299
ε = 2.299^(1/0.4) = 2.299^2.5 ≒ 8.0

40번

유체가 담겨 있는 밀폐계가 어떤 과정을 거칠 때 그 에너지식은 ΔU₁₂ = Q₁₂으로 표현된다. 이 밀폐계와 관련된 일은 팽창일 또는 압축일 뿐이라고 가정할 경우 이 계가 거쳐 간 과정에 해당하는 것은? (단, U는 내부에너지를, Q는 전달된 열량을 나타낸다.)

1. 등온과정

2. 정압과정

3. 단열과정

4. 정적과정

정답 4번

해설. ④ 정적과정
밀폐계 제1법칙 Q₁₂ = ΔU₁₂ + W₁₂ 에서 일이 팽창·압축일(∫P dV)뿐이라면, ΔU₁₂ = Q₁₂ 가 되려면 W₁₂ = 0, 즉 체적 변화가 없어야 한다.
① 등온과정(이상기체)은 ΔU = 0, Q = W 이다.
② 정압과정은 Q = ΔH 이다.
③ 단열과정은 Q = 0 이다.

41번

피드백 제어에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 고액의 설비비가 요구된다.

2. 운영하는데 비교적 고도의 기술이 요구된다.

3. 일부 고장이 있어도 전체 생산에 영향을 미치지 않는다.

4. 수리가 비교적 어렵다.

정답 3번

해설. ③ 피드백 제어는 출력을 검출해 목표값과 비교하는 폐회로로 이루어져 있어, 검출부·조절부 등 일부가 고장 나면 제어계 전체가 동작하지 못해 생산 전체에 영향을 준다. 따라서 틀린 설명이다.
①·②·④ 피드백 제어는 정확도가 높은 대신 설비비가 많이 들고, 운영에 비교적 고도의 기술이 필요하며, 수리가 비교적 어렵다.

42번

가스의 상자성을 이용하여 만든 세라믹식 가스분석계는?

1. O₂ 가스계

2. CO₂ 가스계

3. SO₂ 가스계

4. 가스크로마토그래피

정답 1번

해설. ① O₂ 가스계
세라믹식(지르코니아식) O₂계는 고온의 지르코니아 세라믹이 산소 이온을 통과시키는 성질을 이용해 양쪽 산소 농도차로 생기는 기전력을 측정한다. 산소의 상자성을 이용한 자기식 O₂계와 함께 대표적인 물리적 O₂ 분석계이다.
②·③ CO₂·SO₂ 는 적외선식·전기전도도식 등으로 측정한다.
④ 가스크로마토그래피는 흡착·분리를 이용한다.

43번

하겐-포아젤의 법칙을 이용한 점도계는?

1. 세이볼트 점도계

2. 낙구식 점도계

3. 스토머 점도계

4. 맥미첼 점도계

정답 1번

해설. ① 세이볼트 점도계는 일정량의 기름이 가는 관(오리피스)을 흘러나오는 시간을 재는 방식으로, 모세관 흐름의 하겐-포아젤 법칙을 이용한다(오스트발트 점도계도 같은 원리).
② 낙구식은 스토크스 법칙을 이용한다.
③·④ 스토머·맥미첼 점도계는 회전체의 회전 저항(뉴턴의 점성법칙)을 이용한다.

44번

적분동작(I동작)에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 조작량이 동작신호의 값을 경계로 완전 개폐되는 동작

2. 출력변화가 편차의 제곱근에 반비례하는 동작

3. 출력변화가 편차의 제곱근에 비례하는 동작

4. 출력변화의 속도가 편차에 비례하는 동작

정답 4번

해설. ④ 적분(I)동작은 조작량의 변화 속도가 편차에 비례하는, 즉 조작량이 편차의 시간적분에 비례하는 동작으로 잔류편차(오프셋)를 없앤다.
① 2위치(on-off) 동작이다.
②·③ 편차의 제곱근과 관련된 동작은 기본 제어동작이 아니다. 비례(P)동작은 출력이 편차에 비례하고, 미분(D)동작은 편차의 변화 속도에 비례한다.

45번

흡습염(염화리튬)을 이용하여 습도 측정을 위해 대기 중의 습도를 흡수하면 흡수체 표면에 포화용액층을 형성하게 되는데, 이 포화용액과 대기와의 증기 평형을 이루는 온도를 측정하는 방법은?

1. 흡습법

2. 이슬점법

3. 건구습도계법

4. 습구습도계법

정답 2번

해설. ② 이슬점법(듀셀 노점계)은 염화리튬 포화용액의 수증기압이 대기의 수증기 분압과 평형을 이루는 온도를 측정해 이슬점(노점)과 습도를 구한다.
① 흡습법은 흡습제의 질량 증가로 수분량을 구한다.
③·④ 건구·습구 습도계는 건구온도와 습구온도의 차로 습도를 구한다.

46번

실온 22℃, 45%, 기압 765 mmHg인 공기의 증기분압(Pw)은 약 몇 mmHg인가? (단, 공기의 가스상수는 29.27 kg·m/kg·K, 22℃에서 포화압력(Ps)은 18.66 mmHg 이다.)

1. 4.1

2. 8.4

3. 14.3

4. 20.7

정답 2번

해설. ② 약 8.4 mmHg
풀이: 상대습도 φ = Pw / Ps
Pw = φ × Ps = 0.45 × 18.66 = 8.40 mmHg
(기압·가스상수는 절대습도 등을 구할 때 쓰는 값으로 이 계산에는 필요 없다.)

47번

다음 계측기 중 열관리용에 사용되지 않는 것은?

1. 유량계

2. 온도계

3. 다이얼 게이지

4. 부르동관 압력계

정답 3번

해설. ③ 다이얼 게이지는 기계 부품의 길이·변위·평면도 등을 재는 기계 측정기로, 열관리용 계측기가 아니다.
①·②·④ 유량계, 온도계, 부르동관 압력계는 보일러·열설비의 운전과 열정산에 쓰이는 대표적인 열관리용 계측기이다.

48번

압력을 측정하는 계기가 그림과 같을 때 용기안에 들어있는 물질로 적절한 것은?

1. 알코올

2. 물

3. 공기

4. 수은

정답 4번

해설. ④ 수은
위쪽이 막힌 관 안을 진공으로 만들어 액체통에 세우면 대기압이 액주를 밀어 올린다(토리첼리 실험). 관 높이(100 cm)와 관계없이 액주 높이가 76 cm 에서 멈추었으므로 이 액체는 1기압 = 76 cmHg 인 수은이다.
① 알코올·② 물은 밀도가 작아 훨씬 높이 올라간다(물은 약 10.33 m).
③ 공기는 액주를 만들지 않는다.

49번

다음에서 열전온도계 종류가 아닌 것은?

1. 철과 콘스탄탄을 이용한 것

2. 백금과 백금·로듐을 이용한 것

3. 철과 알루미늄을 이용한 것

4. 동과 콘스탄탄을 이용한 것

정답 3번

해설. ③ 철과 알루미늄 조합은 표준 열전대로 쓰지 않는다.
① 철-콘스탄탄: J형(IC)
② 백금-백금·로듐: R형·S형(PR), 고온 측정용
④ 동-콘스탄탄: T형(CC), 저온 측정용
이 밖에 크로멜-알루멜(K형, CA)이 널리 쓰인다.

50번

다음 중 계통오차(Systematic error)가 아닌 것은?

1. 계측기오차

2. 환경오차

3. 개인오차

4. 우연오차

정답 4번

해설. ④ 우연오차는 원인을 알 수 없이 불규칙하게 생기는 오차로, 계통오차가 아니다. 여러 번 측정해 평균을 내면 줄일 수 있다.
①·②·③ 계측기오차(기기 오차), 환경오차(온도·습도 등 영향), 개인오차(측정자의 습관)는 원인을 알 수 있고 보정할 수 있는 계통오차이다.

51번

유량계에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 플로트형 면적유량계는 정밀측정이 어렵다.

2. 플로트형 면적유량계는 고점도 유체에 사용하기 어렵다.

3. 플로우 노즐식 교축유량계는 고압유체에 유량측정에 적합하다.

4. 플로우 노즐식 교축유량계는 노즐의 교축을 완만하게 하여 압력손실을 줄인 것이다.

정답 2번

해설. ② 플로트형 면적유량계(로터미터)는 고점도 유체나 작은 유량의 측정에도 사용할 수 있는 것이 특징이다. 따라서 틀린 설명이다.
① 눈금을 읽는 방식이라 정밀측정은 어렵다.
③ 플로우 노즐은 고압·고속 유체 유량 측정에 적합하다.
④ 노즐 입구를 완만하게 좁혀 오리피스보다 압력손실이 적다.

52번

다음 중 광고온계의 측정원리는?

1. 열에 의한 금속팽창을 이용하여 측정

2. 이종금속 접합점의 온도차에 따른 열기전력을 측정

3. 피측정물의 전파장의 복사 에너지를 열전대로 측정

4. 피측정물의 휘도와 전구의 휘도를 비교하여 측정

정답 4번

해설. ④ 광고온계는 피측정물에서 나오는 특정 파장(보통 0.65 μm 적색광)의 휘도를 표준전구 필라멘트의 휘도와 비교해 온도를 구한다.
① 바이메탈 온도계 등의 원리이다.
② 열전대 온도계의 원리이다.
③ 전방사(복사) 에너지를 열전대(서모파일)로 받는 것은 방사고온계이다.

53번

전기저항 온도계의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 자동기록이 가능하다.

2. 원격측정이 용이하다.

3. 1000℃ 이상의 고온측정에서 특히 정확하다.

4. 온도가 상승함에 따라 금속의 전기 저항이 증가하는 현상을 이용한 것이다.

정답 3번

해설. ③ 전기저항 온도계는 백금 측온저항체라도 약 500~600℃ 정도까지 쓰며, 1000℃ 이상의 고온 측정에는 열전대나 방사·광고온계를 쓴다. 따라서 틀린 설명이다.
①·② 전기신호이므로 자동기록·원격측정이 쉽다.
④ 금속은 온도가 오르면 전기저항이 커지는 성질을 이용한다.

54번

다음 중 자동조작 장치로 쓰이지 않는 것은?

1. 전자개폐기

2. 안전밸브

3. 전동밸브

4. 댐퍼

정답 2번

해설. ② 안전밸브는 압력이 설정값을 넘으면 스스로 열려 증기를 내보내는 안전장치로, 제어신호를 받아 움직이는 자동조작 장치가 아니다.
①·③·④ 전자개폐기, 전동밸브, 댐퍼는 조절기의 신호에 따라 전원·유량·공기량 등을 조작하는 자동조작 장치(조작부)이다.

55번

액주식 압력계에서 액주에 사용되는 액체의 구비조건으로 틀린 것은?

1. 모세관 현상이 클 것

2. 점도나 팽창계수가 작을 것

3. 항상 액면을 수평으로 만들 것

4. 증기에 의한 밀도 변화가 되도록 적을 것

정답 1번

해설. ① 액주식 압력계의 액체는 모세관 현상이 작아야 한다. 모세관 현상이 크면 액면이 오르내려 읽음값에 오차가 생긴다.
② 점도와 열팽창계수가 작을 것
③ 액면이 항상 수평을 이룰 것
④ 온도·증기에 의한 밀도 변화가 적을 것
이 밖에 화학적으로 안정하고 휘발성·흡수성이 작아야 한다.

56번

다음 중 물리적 가스분석계와 거리가 먼 것은?

1. 가스 크로마토그래프법

2. 자동오르자트법

3. 세라믹식

4. 적외선흡수식

정답 2번

해설. ② 자동오르자트법은 CO₂·O₂·CO 를 흡수액에 차례로 흡수시켜 줄어든 부피로 농도를 구하는 화학적 가스분석법이다.
① 가스크로마토그래프법(흡착·분리), ③ 세라믹식(지르코니아 산소이온 전도), ④ 적외선흡수식(적외선 흡수 특성)은 물리적 성질을 이용하는 물리적 가스분석계이다.

57번

다음 중 탄성 압력계의 탄성체가 아닌 것은?

1. 벨로스

2. 다이어프램

3. 리퀴드 벌브

4. 부르동관

정답 3번

해설. ③ 리퀴드 벌브(액체 봉입 감온부)는 온도에 따른 액체 팽창을 이용하는 온도계·온도 조절기의 감온부로, 압력계의 탄성체가 아니다.
①·②·④ 벨로스, 다이어프램, 부르동관은 압력에 따른 탄성 변형을 이용하는 탄성식 압력계의 대표적 탄성체이다.

58번

초음파 유량계의 특징이 아닌 것은?

1. 압력손실이 없다.

2. 대 유량 측정용으로 적합하다.

3. 비전도성 액체의 유량측정이 가능하다.

4. 미소기전력을 증폭하는 증폭기가 필요하다.

정답 4번

해설. ④ 미소기전력을 증폭하는 증폭기가 필요한 것은 패러데이 전자유도 법칙을 이용하는 전자유량계의 특징이다.
초음파 유량계는 초음파의 전파 시간차나 도플러 효과를 이용하며, ① 관 안에 장애물이 없어 압력손실이 없고, ② 대구경·대유량 측정에 적합하며, ③ 비전도성 액체도 측정할 수 있다.

59번

차압식 유량계에서 압력차가 처음보다 4배 커지고 관의 지름이 1/2로 되었다면 나중 유량(Q₂)과 처음 유량(Q₁)의 관계를 옳게 나타낸 것은?

1. Q₂ = 0.71 × Q₁

2. Q₂ = 0.5 × Q₁

3. Q₂ = 0.35 × Q₁

4. Q₂ = 0.25 × Q₁

정답 2번

해설. ② Q₂ = 0.5 × Q₁
풀이: 차압식 유량 Q = C·A·√(2ΔP/ρ) ∝ d² × √ΔP
Q₂/Q₁ = (1/2)² × √4 = 0.25 × 2 = 0.5
(유량은 단면적, 즉 지름의 제곱과 차압의 제곱근에 비례한다.)

60번

방사고온계로 물체의 온도를 측정하니 1000℃였다. 전방사율이 0.7이면 진온도는 약 몇 ℃ 인가?

1. 1119

2. 1196

3. 1284

4. 1392

정답 1번

해설. ① 약 1119℃
풀이: 방사고온계 지시온도 S, 진온도 T, 전방사율 ε 일 때 σT⁴ε = σS⁴
T = S / ε^(1/4) = (1000 + 273.15) / 0.7^0.25
= 1273.15 / 0.9147 = 1391.9 K
→ 1391.9 − 273.15 ≒ 1119℃

61번

매끈한 원관 속을 흐르는 유체의 레이놀즈수가 1800일 때의 관마찰계수는?

1. 0.013

2. 0.015

3. 0.036

4. 0.053

정답 3번

해설. ③ 약 0.036
풀이: Re = 1800 < 2100 이므로 층류이다.
층류의 관마찰계수 f = 64 / Re = 64 / 1800 ≒ 0.0356 ≒ 0.036
(난류에서는 블라시우스 식 f = 0.3164 Re^(−1/4) 등을 쓴다.)

62번

사용압력이 비교적 낮은 증기, 물 등의 유체 수송관에 사용하며, 백관과 흑관으로 구분되는 강관은?

1. SPP

2. SPPH

3. SPPY

4. SPA

정답 1번

해설. ① SPP(배관용 탄소강관)는 사용압력이 비교적 낮은(약 1 MPa 이하) 증기·물·기름·가스 등의 배관에 쓰며, 아연도금한 백관과 도금하지 않은 흑관이 있다.
② SPPH 는 고압배관용, ③ SPPY 는 수도용 아연도금 강관, ④ SPA 는 배관용 합금강관으로 고온배관에 쓴다.

63번

축요(築窯)시 가장 중요한 것은 적합한 지반(地盤)을 고르는 것이다. 다음 중 지반의 적부시험으로 틀린 것은?

1. 지내력시험

2. 토질시험

3. 팽창시험

4. 지하탐사

정답 3번

해설. ③ 팽창시험은 내화물·재료의 열팽창을 알아보는 시험으로, 요로를 쌓을 지반의 적부시험이 아니다.
① 지내력시험(지반이 견디는 하중), ② 토질시험, ④ 지하탐사(지하수·지하 매설물 등 조사)는 축요 전 지반의 적부를 판정하는 시험이다.

64번

밸브의 몸통이 둥근 달걀형 밸브로서 유체의 압력 감소가 크므로 압력이 필요하지 않을 경우나 유량 조절용이나 차단용으로 적합한 밸브는?

1. 글로브 밸브

2. 체크 밸브

3. 버터플라이 밸브

4. 슬루스 밸브

정답 1번

해설. ① 글로브 밸브(옥형 밸브)는 몸통이 둥근 달걀형이고 유체가 S자로 흐르므로 압력손실이 크지만, 유량 조절과 개폐가 쉽다.
② 체크 밸브는 역류 방지용이다.
③ 버터플라이 밸브는 원판을 돌려 개폐하는 밸브이다.
④ 슬루스(게이트) 밸브는 압력손실이 적어 주로 차단용으로 쓰고 유량 조절에는 부적합하다.

65번

에너지이용 합리화법에 따라 기후에너지환경부장관 및 산업통상부장관은 에너지사정 등의 변동으로 에너지수급에 중대한 차질이 발생할 우려가 있다고 인정되면 필요한 범위에서 에너지 사용자, 공급자 등에게 조정·명령 그 밖에 필요한 조치를 할 수 있다. 이에 해당되지 않는 항목은?

1. 에너지의 개발

2. 지역별·주요 수급자별 에너지 할당

3. 에너지의 비축

4. 에너지의 배급

정답 1번

해설. ① 에너지의 개발은 수급안정을 위한 조정·명령 사항이 아니다.
에너지이용 합리화법 제7조제2항의 조치 사항: 지역별·주요 수급자별 에너지 할당(②), 에너지공급설비의 가동 및 조업, 에너지의 비축과 저장(③), 에너지의 도입·수출입 및 위탁가공, 에너지공급자 간 교환·분배 사용, 유통시설·유통경로, 에너지의 배급(④), 양도·양수의 제한 또는 금지 등
※ 현행 에너지이용 합리화법 기준에 맞게 문제를 고쳤다.

66번

에너지이용 합리화법상 온수발생 용량이 0.5815 MW를 초과하며 10t/h 이하인 보일러에 대한 검사대상기기관리자의 자격으로 모두 고른 것은?
ㄱ. 에너지관리기능장
ㄴ. 에너지관리기사
ㄷ. 에너지관리산업기사
ㄹ. 에너지관리기능사
ㅁ. 인정검사대상기기관리자의 교육을 이수한 자

1. ㄱ, ㄴ

2. ㄱ, ㄴ, ㄷ

3. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ

정답 3번

해설. ③ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
시행규칙 별표 3의9: 용량 10t/h 이하 보일러는 에너지관리기능장·기사·산업기사·기능사가 관리할 수 있다. 인정검사대상기기관리자 교육 이수자(ㅁ)는 온수발생·열매체 보일러로서 용량 581.5 kW 이하인 것, 최고사용압력 1 MPa 이하·전열면적 10 m² 이하 증기보일러, 압력용기만 관리할 수 있다. 온수발생 보일러는 697.8 kW 를 1t/h 로 본다.

67번

다음 중 내화모르타르의 분류에 속하지 않는 것은?

1. 열경성

2. 화경성

3. 기경성

4. 수경성

정답 2번

해설. ② 내화모르타르는 굳는 방식에 따라 열경성(가열하면 굳음), 기경성(공기 중에서 건조·경화), 수경성(물과 반응해 경화)으로 나눈다. '화경성'이라는 분류는 없다.
①·③·④ 는 내화모르타르의 분류에 해당한다.

68번

염기성 슬래그나 용융금속에 대한 내침식성이 크므로 염기성 제강로의 노재로 주로 사용되는 내화벽돌은?

1. 마그네시아질

2. 규석질

3. 샤모트질

4. 알루미나질

정답 1번

해설. ① 마그네시아질 벽돌은 MgO 가 주성분인 염기성 내화물로, 염기성 슬래그와 용융금속에 대한 내침식성이 커서 염기성 제강로·전기로 노재로 쓴다. 다만 스폴링에 약하다.
② 규석질은 산성 내화물로 염기성 슬래그에 침식된다.
③ 샤모트질은 산성, ④ 알루미나질은 중성 내화물이다.

69번

에너지법에서 정한 용어의 정의에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 에너지란 연료·열 및 전기를 말한다.

2. 연료란 석유·가스·석탄, 그 밖에 열을 발생하는 열원을 말한다.

3. 에너지사용자란 에너지를 전환하여 사용하는 자를 말한다.

4. 에너지사용기자재란 열사용기자재나 그 밖에 에너지를 사용하는 기자재를 말한다.

정답 3번

해설. ③ 에너지법 제2조에서 '에너지사용자'란 에너지사용시설의 소유자 또는 관리자를 말한다. 에너지를 전환하여 사용하는 시설은 '에너지사용시설'의 정의에 들어가는 내용이다.
① 에너지: 연료·열 및 전기
② 연료: 석유·가스·석탄, 그 밖에 열을 발생하는 열원(제품 원료로 쓰는 것 제외)
④ 에너지사용기자재: 열사용기자재나 그 밖에 에너지를 사용하는 기자재

70번

에너지이용 합리화법에서 정한 열사용 기자재의 적용범위로 옳은 것은?

1. 전열면적이 20m² 이하인 소형 온수보일러

2. 정격소비전력이 50kW 이하인 축열식 전기보일러

3. 1종 압력용기로서 최고사용압력(MPa)과 부피(m³)를 곱한 수치가 0.01을 초과하는 것

4. 2종 압력용기로서 최고사용압력이 0.2MPa를 초과하는 기체를 그 안에 보유하는 용기로서 내부 부피가 0.04m³ 이상인 것

정답 4번

해설. ④ 시행규칙 별표 1에 따라 2종 압력용기는 최고사용압력 0.2 MPa 초과 기체를 보유하는 용기로서 내부 부피 0.04 m³ 이상 등인 것이다.
① 소형 온수보일러는 전열면적 14 m² 이하, 최고사용압력 0.35 MPa 이하이다.
② 축열식 전기보일러는 정격소비전력 30 kW 이하, 최고사용압력 0.35 MPa 이하이다.
③ 1종 압력용기는 최고사용압력(MPa)×내부 부피(m³)가 0.004 를 초과하는 것이다.

71번

에너지이용 합리화법에서 정한 에너지저장시설의 보유 또는 저장의무의 부과시 정당한 이유 없이 이를 거부하거나 이행하지 아니한 자에 대한 벌칙 기준은?

1. 500만원 이하의 벌금

2. 1천만원 이하의 벌금

3. 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금

4. 2년 이하의 징역 또는 2천만원 이하의 벌금

정답 4번

해설. ④ 에너지이용 합리화법 제72조: 제7조제1항에 따른 에너지저장시설의 보유 또는 저장의무 부과 시 정당한 이유 없이 거부하거나 이행하지 아니한 자는 2년 이하의 징역 또는 2천만원 이하의 벌금에 처한다.
③ 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금은 검사대상기기 검사를 받지 않은 경우 등(제73조)이다.
①·② 500만원·1천만원 이하 벌금은 다른 위반행위에 대한 벌칙이다.

72번

에너지이용 합리화법에 따라 검사대상기기 검사 중 개조검사의 적용 대상이 아닌 것은?

1. 온수보일러를 증기보일러로 개조하는 경우

2. 보일러 섹션의 증감에 의하여 용량을 변경하는 경우

3. 동체·경판·관판·관모음 또는 스테이의 변경으로서 기후에너지환경부장관이 정하여 고시하는 대수리의 경우

4. 연료 또는 연소방법을 변경하는 경우

정답 1번

해설. ① 개조검사 대상은 '증기보일러를 온수보일러로 개조하는 경우'이다. 온수보일러를 증기보일러로 바꾸는 것은 해당하지 않는다.
시행규칙 별표 3의4 개조검사: 증기→온수보일러 개조(①과 반대), 섹션 증감에 의한 용량 변경(②), 동체·돔·노통·연소실·경판·천정판·관판·관모음·스테이 변경으로서 고시하는 대수리(③), 연료 또는 연소방법 변경(④), 철금속가열로로서 고시하는 경우의 수리
※ 현행 시행규칙 기준에 맞게 보기를 고쳤다.

73번

에너지이용 합리화법상 특정열사용기자재 및 설치·시공범위에 해당하지 않는 품목은?

1. 압력용기

2. 태양열 집열기

3. 태양광 발전장치

4. 금속요로

정답 3번

해설. ③ 태양광 발전장치는 특정열사용기자재가 아니다.
시행규칙 별표 3의2 특정열사용기자재: 보일러(강철제·주철제·온수·구멍탄용 온수·축열식 전기·캐스케이드·가정용 화목보일러), 태양열 집열기(②), 1종·2종 압력용기(①), 요업요로, 금속요로(④: 용선로·비철금속용융로·금속소둔로·철금속가열로·금속균열로)

74번

에너지이용 합리화법상 검사대상기기설치자가 해당 기기의 검사를 받지 않고 사용하였을 경우 벌칙기준으로 옳은 것은?

1. 2년 이하의 징역 또는 2천만원 이하의 벌금

2. 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금

3. 2천만원 이하의 과태료

4. 1천만원 이하의 과태료

정답 2번

해설. ② 에너지이용 합리화법 제73조: 검사대상기기의 검사를 받지 아니한 자, 검사에 합격하지 않은 검사대상기기를 사용한 자, 검사대상기기를 위반하여 수입한 자는 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 처한다.
① 2년 이하 징역 또는 2천만원 이하 벌금은 에너지저장의무 위반 등(제72조)이다.
③·④ 과태료가 아니라 형벌(벌칙) 대상이다.

75번

에너지이용 합리화법상 공공사업주관자는 에너지사용계획을 수립하여 기후에너지환경부장관에게 제출하여야 한다. 공공사업주관자가 설치하려는 시설 기준으로 옳은 것은?

1. 연간 2500 TOE 이상의 연료 및 열을 사용, 또는 연간 2천만 kWh 이상의 전력을 사용

2. 연간 2500 TOE 이상의 연료 및 열을 사용, 또는 연간 1천만 kWh 이상의 전력을 사용

3. 연간 5000 TOE 이상의 연료 및 열을 사용, 또는 연간 2천만 kWh 이상의 전력을 사용

4. 연간 5000 TOE 이상의 연료 및 열을 사용, 또는 연간 1천만 kWh 이상의 전력을 사용

정답 2번

해설. ② 에너지이용 합리화법 시행령 제20조제2항: 공공사업주관자는 연간 2천5백 티오이(TOE) 이상의 연료 및 열을 사용하는 시설 또는 연간 1천만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 경우 에너지사용계획을 제출한다.
(민간사업주관자는 연간 5천 TOE 이상의 연료 및 열 또는 연간 2천만 kWh 이상의 전력을 사용하는 시설이다.)
※ 현행 에너지이용 합리화법 기준에 맞게 문제를 고쳤다.

76번

에너지법에서 정한 열사용기자재의 정의에 대한 내용이 아닌 것은?

1. 연료를 사용하는 기기

2. 열을 사용하는 기기

3. 단열성 자재 및 축열식 전기기기

4. 폐열 회수장치 및 전열장치

정답 4번

해설. ④ 에너지법 제2조제9호: '열사용기자재'란 연료 및 열을 사용하는 기기, 축열식 전기기기와 단열성 자재로서 기후에너지환경부령으로 정하는 것을 말한다. 폐열 회수장치 및 전열장치는 정의에 없다.
①·②·③ 연료를 사용하는 기기, 열을 사용하는 기기, 단열성 자재 및 축열식 전기기기는 정의에 들어 있다.

77번

공업용로에 있어서 폐열회수장치로 가장 적합한 것은?

1. 댐퍼

2. 백필터

3. 바이패스 연도

4. 레큐퍼레이터

정답 4번

해설. ④ 레큐퍼레이터(recuperator, 환열기)는 금속관 벽을 사이에 두고 배기가스의 열로 연소용 공기를 예열하는 공업용로의 대표적인 폐열회수장치이다(축열식은 리제너레이터).
① 댐퍼는 가스량 조절, ② 백필터는 집진, ③ 바이패스 연도는 가스 흐름 우회용이다.

78번

다음 중 산성 내화물에 속하는 벽돌은?

1. 고알루미나질

2. 크롬-마그네시아질

3. 마그네시아질

4. 샤모트질

정답 4번

해설. ④ 샤모트질 벽돌은 내화점토를 구운 샤모트가 주원료인 산성 내화물이다(규석질·납석질도 산성).
① 고알루미나질은 중성 내화물이다.
② 크롬-마그네시아질, ③ 마그네시아질은 염기성 내화물이다.

79번

보온재의 열전도율에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 배관 내 유체의 온도가 높을수록 열전도율은 감소한다.

2. 재질 내 수분이 많을 경우 열전도율은 감소한다.

3. 비중이 클수록 열전도율은 감소한다.

4. 밀도가 작을수록 열전도율은 감소한다.

정답 4번

해설. ④ 보온재는 밀도가 작을수록(기공이 많을수록) 열전도율이 감소한다. 다만 너무 작으면 대류가 생겨 오히려 커지기도 한다.
① 온도가 높을수록 열전도율은 증가한다.
② 수분을 흡수하면 열전도율은 크게 증가한다.
③ 비중이 클수록 열전도율은 증가한다.

80번

다음 중 불연속식 요에 해당하지 않는 것은?

1. 횡염식 요

2. 승염식 요

3. 터널 요

4. 도염식 요

정답 3번

해설. ③ 터널 요는 가마 안을 대차가 연속으로 이동하며 예열·소성·냉각이 이루어지는 연속식 요이다.
①·②·④ 횡염식, 승염식, 도염식 요는 불꽃의 진행 방향에 따라 나눈 불연속식(단가마) 요이다. 연속식에는 터널 요 외에 윤요(고리가마), 반연속식에는 셔틀 요 등이 있다.

81번

입형 횡관 보일러의 안전저수위로 가장 적당한 것은?

1. 하부에서 75mm 지점

2. 횡관 전길이의 1/3 높이

3. 화격자 하부에서 100mm 지점

4. 화실 천장판에서 상부 75mm 지점

정답 4번

해설. ④ 입형 횡관 보일러의 안전저수위는 화실 천장판에서 상부 75 mm 지점이다. 수위가 이보다 낮아지면 화실 천장판이 노출되어 과열·압궤될 수 있다.
①·②·③ 은 입형 횡관 보일러의 안전저수위 기준이 아니다. (입형 연관 보일러는 화실 천장판에서 연관 길이의 1/3 높이가 안전저수위이다.)

82번

보일러 급수 중에 함유되어 있는 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg)의 농도를 나타내는 척도는?

1. 탁도

2. 경도

3. BOD

4. pH

정답 2번

해설. ② 경도는 물속에 녹아 있는 칼슘·마그네슘 이온의 양을 CaCO₃ 로 환산해 나타낸 것으로, 스케일 생성의 주원인이다.
① 탁도는 물의 흐린 정도, ③ BOD 는 생물화학적 산소요구량(유기물 오염도), ④ pH 는 수소이온농도(산성·알칼리성)를 나타낸다.

83번

보일러 운전 중 경판의 적절한 탄성을 유지하기 위한 완충폭을 무엇이라고 하는가?

1. 아담슨 조인트

2. 브레이징 스페이스

3. 용접 간격

4. 그루빙

정답 2번

해설. ② 브레이징 스페이스(breathing space)는 노통 보일러에서 경판에 붙인 거싯스테이 하단과 노통 상부 사이에 두는 완충 폭으로, 노통의 신축에 따른 경판의 탄성을 유지한다(보통 230 mm 이상).
① 아담슨 조인트는 평형노통의 신축 이음이다.
④ 그루빙은 도랑 모양의 부식이다.

84번

보일러 장치에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 절탄기는 연료공급을 적당히 분배하여 완전연소를 위한 장치이다.

2. 공기예열기는 연소가스의 예열로 공급공기를 가열시키는 장치이다.

3. 과열기는 포화증기를 가열시키는 장치이다.

4. 재열기는 원동기에서 팽창한 포화증기를 재가열시키는 장치이다.

정답 1번

해설. ① 절탄기(이코노마이저)는 배기가스의 여열로 보일러 급수를 예열하는 장치이다. 연료공급을 분배해 완전연소시키는 장치라는 설명은 틀렸다.
② 공기예열기는 연소가스로 연소용 공기를 가열한다.
③ 과열기는 포화증기를 가열해 과열증기로 만든다.
④ 재열기는 고압 터빈에서 팽창한 증기를 다시 가열한다.

85번

보일러수의 처리방법 중 탈기장치가 아닌 것은?

1. 가압 탈기장치

2. 가열 탈기장치

3. 진공 탈기장치

4. 막식 탈기장치

정답 1번

해설. ① 가압 탈기장치는 없다. 급수 중의 용존산소·CO₂ 를 제거하는 탈기장치에는 가열식(증기로 가열해 기체의 용해도를 낮춤), 진공식(감압), 막식(기체투과막 이용) 등이 있다.
압력을 높이면 기체의 용해도가 커지므로 탈기 원리와 반대이다.

86번

보일러의 과열 방지 대책으로 가장 거리가 먼 것은?

1. 보일러 수위를 낮게 유지할 것

2. 고열부분에 스케일 슬러지 부착을 방지할 것

3. 보일러 수를 농축하지 말 것

4. 보일러 수의 순환을 좋게 할 것

정답 1번

해설. ① 보일러 수위를 낮게 유지하면 전열면이 노출되어 과열된다. 수위는 안전저수위 이상 상용수위로 유지해야 한다.
② 스케일·슬러지는 열전달을 막아 과열의 원인이 되므로 부착을 막는다.
③ 보일러수가 농축되면 스케일·캐리오버가 생기므로 적절히 분출한다.
④ 순환이 좋아야 전열면이 냉각된다.

87번

최고사용압력이 3.0MPa 초과 5.0MPa 이하인 수관보일러의 급수 수질기준에 해당하는 것은? (단, 25℃를 기준으로 한다.)

1. pH : 7~9, 경도 : 0 mg CaCO₃/L

2. pH : 7~9, 경도 : 1 mg CaCO₃/L 이하

3. pH : 8~9.5, 경도 : 0 mg CaCO₃/L

4. pH : 8~9.5, 경도 : 1 mg CaCO₃/L 이하

정답 3번

해설. ③ pH 8~9.5, 경도 0 mg CaCO₃/L
보일러 급수 및 보일러수의 수질(KS B 6209)에서 최고사용압력 3 MPa 초과 5 MPa 이하 수관보일러의 급수는 pH(25℃) 8~9.5, 경도 0 mg CaCO₃/L 이다. 압력이 높을수록 스케일 사고를 막기 위해 경도는 0, pH 는 약알칼리로 관리한다.
경도 1 mg CaCO₃/L 이하는 저압 보일러 급수 기준이다.

88번

다음 중 보일러 본체의 구조가 아닌 것은?

1. 노통

2. 노벽

3. 수관

4. 절탄기

정답 4번

해설. ④ 절탄기는 배기가스로 급수를 예열하는 폐열회수장치(부속장치)로 보일러 본체가 아니다.
①·②·③ 노통, 노벽(수랭벽 포함), 수관은 연소실과 동체·수관 등으로 이루어진 보일러 본체의 구성 요소이다. 부속장치에는 절탄기, 과열기, 공기예열기, 급수장치 등이 있다.

89번

보일러 수압시험에서 시험수압은 규정된 압력의 몇 % 이상 초과하지 않도록 하여야 하는가?

1. 3%

2. 6%

3. 9%

4. 12%

정답 2번

해설. ② 열사용기자재 검사기준: 수압시험 시 시험수압은 규정된 압력의 6% 이상을 초과하지 않도록 모든 경우에 대한 적절한 제어를 마련하여야 한다.
①·③·④ 는 기준 수치가 아니다.
(수압시험은 규정 압력에 도달한 후 30분이 지난 뒤 검사를 실시한다.)

90번

평형노통과 비교한 파형노통의 장점이 아닌 것은?

1. 청소 및 검사가 용이하다.

2. 고열에 의한 신축과 팽창이 용이하다.

3. 전열면적이 크다.

4. 외압에 대한 강도가 크다.

정답 1번

해설. ① 파형노통은 주름진 형태라 그을음이 끼기 쉽고 청소·검사가 어렵다. 청소·검사가 쉬운 것은 평형노통의 장점이다.
② 주름이 신축을 흡수해 열팽창에 유연하다.
③ 표면적이 넓어 전열면적이 크다.
④ 외압에 대한 강도가 크다.

91번

내부로부터 155mm, 97mm, 224mm의 두께를 가지는 3층의 노벽이 있다. 이들의 열전도율(W/m·℃)은 각각 0.121, 0.069, 1.21이다. 내부의 온도 710℃, 외벽의 온도 23℃ 일 때, 1m² 당 열손실량(W/m²)은?

1. 58

2. 120

3. 239

4. 564

정답 3번

해설. ③ 약 239 W/m²
풀이: 다층 평면벽 q = ΔT / Σ(L/k)
Σ(L/k) = 0.155/0.121 + 0.097/0.069 + 0.224/1.21
= 1.281 + 1.406 + 0.185 = 2.872 m²·℃/W
q = (710 − 23) / 2.872 = 687 / 2.872 ≒ 239 W/m²

92번

다음 중 수관식 보일러의 장점이 아닌 것은?

1. 드럼이 작아 구조상 고온 고압의 대용량에 적합하다.

2. 연소실 설계가 자유롭고 연료의 선택범위가 넓다.

3. 보일러수의 순환이 좋고 전열면 증발율이 크다.

4. 보유수량이 많아 부하변동에 대하여 압력변동이 적다.

정답 4번

해설. ④ 수관식 보일러는 보유수량이 적어 부하변동에 따른 압력변동이 크다. 보유수량이 많아 압력변동이 적은 것은 원통형 보일러의 장점이다.
① 드럼이 작아 고온·고압·대용량에 적합하다.
② 연소실을 자유롭게 설계할 수 있다.
③ 순환이 좋고 전열면 증발률이 크다.

93번

다음 중 보일러의 탈산소제로 사용되지 않는 것은?

1. 탄닌

2. 하이드라진

3. 수산화나트륨

4. 아황산나트륨

정답 3번

해설. ③ 수산화나트륨(NaOH)은 보일러수의 pH·알칼리도를 조정하는 약품(경수연화·pH 조정제)이며, 탈산소제가 아니다.
①·②·④ 탄닌, 하이드라진(N₂H₄), 아황산나트륨(Na₂SO₃)은 급수 중 용존산소를 제거하는 탈산소제이다. 하이드라진은 고압 보일러, 아황산나트륨은 저압 보일러에 주로 쓴다.

94번

외경과 내경이 각각 6cm, 4cm이고 길이가 2m인 강관이 두께 2cm인 단열재로 둘러 쌓여있다. 이때 관으로부터 주위공기로의 열손실이 400W라 하면 관 내벽과 단열재 외면의 온도차는? (단, 주어진 강관과 단열재의 열전도율은 각각 15W/m·℃, 0.2 W/m·℃이다.)

1. 53.5℃

2. 82.2℃

3. 120.6℃

4. 155.6℃

정답 2번

해설. ② 약 82.2℃
풀이: 원통 열저항 R = ln(r₂/r₁)/(2πkL)
강관: ln(3/2)/(2π×15×2) = 0.4055/188.5 = 0.00215 ℃/W
단열재(외경 6+2×2 = 10 cm): ln(5/3)/(2π×0.2×2) = 0.5108/2.513 = 0.2033 ℃/W
ΔT = Q × ΣR = 400 × (0.00215 + 0.2033) ≒ 82.2℃

95번

보일러의 과열에 의한 압궤의 발생부분이 아닌 것은?

1. 노통 상부

2. 화실 천장

3. 연관

4. 가셋스테이

정답 4번

해설. ④ 가셋스테이는 경판과 동판을 연결하는 보강재로, 화염에 직접 닿지 않아 과열에 의한 압궤가 생기지 않는다.
①·②·③ 노통 상부, 화실 천장, 연관처럼 외압을 받으면서 화염에 닿는 부분은 저수위·스케일로 과열되면 안쪽으로 찌그러지는 압궤가 생긴다.

96번

보일러의 성능시험방법 및 기준에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 증기건도의 기준은 강철제 또는 주철제로 나누어 정해져 있다.

2. 측정은 매 1시간마다 실시한다.

3. 수위는 최초 측정치에 비해서 최종 측정치가 적어야 한다.

4. 측정기록 및 계산양식은 제조사에서 정해진 것을 사용한다.

정답 1번

해설. ① 검사기준의 성능시험에서 증기건도는 실측이 가능하면 실측치를 쓰고, 그렇지 않으면 강철제 보일러 0.98, 주철제 보일러 0.97 로 한다.
② 측정은 매 10분마다 실시한다.
③ 수위는 최초 측정 시와 최종 측정 시가 일치하여야 한다.
④ 측정기록 및 계산양식은 검사기관에서 따로 정할 수 있다.

97번

보일러 설치·시공기준상 보일러를 옥내에 설치하는 경우에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 불연성 물질의 격벽으로 구분된 장소에 설치한다.

2. 보일러 동체 최상부로부터 천장, 배관 등 보일러 상부에 있는 구조물까지의 거리는 0.3m 이상으로 한다.

3. 연도의 외측으로부터 0.3m 이내에 있는 가연성 물체에 대하여는 금속 이외의 불연성 재료로 피복한다.

4. 연료를 저장할 때에는 소형보일러의 경우 보일러 외측으로부터 1m 이상 거리를 두거나 반격벽으로 할 수 있다.

정답 2번

해설. ② 보일러 동체 최상부(작업대가 있으면 작업대)로부터 천장·배관 등 상부 구조물까지의 거리는 1.2 m 이상이어야 한다(소형보일러·주철제 보일러는 0.6 m 이상). 0.3 m 는 틀렸다.
① 불연성 물질의 격벽으로 구분된 장소에 설치한다(소형보일러는 반격벽 가능).
③ 연도 외측 0.3 m 이내의 가연성 물체는 불연성 재료로 피복한다.
④ 연료는 2 m 이상(소형 1 m 이상) 거리를 둔다.

98번

보일러에 설치된 기수분리기에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 발생된 증기 중에서 수분을 제거하고 건포화증기에 가까운 증기를 사용하기 위한 장치이다.

2. 증기부의 체적이나 높이가 작고 수면의 면적이 증발량에 비해 작은 때는 가수공발이 일어날 수 있다.

3. 압력이 비교적 낮은 보일러의 경우는 압력이 높은 보일러 보다 증기와 물이 비중량 차이가 극히 작아 기수분리가 어렵다.

4. 사용원리는 원심력을 이용한 것, 스크러버를 지나게 하는 것, 스크린을 사용하는 것 또는 이들의 조합을 이루는 것 등이 있다.

정답 3번

해설. ③ 압력이 높을수록 증기와 물의 비중량(밀도) 차이가 작아져 기수분리가 어렵다. 저압 보일러는 비중량 차가 커서 분리가 쉬우므로 설명이 거꾸로 되어 틀렸다.
① 기수분리기는 증기 속 수분을 제거해 건포화증기에 가깝게 한다.
② 증기부가 작고 수면이 좁으면 캐리오버(기수공발)가 생긴다.
④ 원심력·스크러버·스크린 방식 등이 있다.

99번

안지름이 30mm, 두께가 2.5mm인 절탄기용 주철관의 최소 분출압력(MPa)은? (단, 재료의 허용인장응력은 80 MPa 이고, 핀붙이를 하였다.)

1. 0.92

2. 1.14

3. 1.31

4. 2.61

정답 4번

해설. ④ 약 2.61 MPa
풀이: 검사기준의 절탄기용 주철관 최소두께 t = PD/(2σₐ − 1.2P) + α (핀을 붙인 것 α = 2 mm)
2.5 − 2 = 30P / (160 − 1.2P)
0.5 × (160 − 1.2P) = 30P → 80 = 30.6P
P = 80/30.6 ≒ 2.61 MPa

100번

외경 30mm의 철관에 두께 15mm의 보온재를 감은 증기관이 있다. 관 표면의 온도가 100℃, 보온재의 표면온도가 20℃인 경우 관의 길이 15m인 관의 표면으로부터의 열손실(W)은? (단, 보온재의 열전도율은 0.06 W/m·℃ 이다.)

1. 312

2. 464

3. 542

4. 653

정답 4번

해설. ④ 약 653 W
풀이: 원통 보온재 열손실 Q = 2πkL(t₁ − t₂) / ln(r₂/r₁)
r₁ = 15 mm, r₂ = 15 + 15 = 30 mm
Q = 2π × 0.06 × 15 × (100 − 20) / ln(30/15)
= 452.4 / 0.6931 ≒ 653 W

에너지관리기사 필기 2020년 1회 기출문제

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