개념 한 쪽
보일러는 물과 증기의 순환 방식에 따라 자연순환, 강제순환, 관류식 등으로 구분된다. 각 방식은 순환 유도 방법과 구조적 특징이 달라 출제에서는 대표 보일러 명칭과 순환 방식의 대응을 묻는 문제가 자주 등장한다
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출제기준 단원 「순환방식에 따른 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 자연순환 원리 적용 판단 | 1 | 상승관·강수관의 비중 차로 순환 원리를 설명할 수 있는지 |
| 보일러 명칭과 순환 방식 매칭 | 1 | 바브콕·라몬트·벵슨 등 보일러 이름을 순환 방식과 연결하는지 |
| 구조적 이유 설명 | 1 | 노통 편심 설치 목적 등 구조가 순환에 미치는 영향 판단 |
자연순환식은 물과 증기의 밀도 차이, 즉 뜨거운 혼합물이 가벼워져 상승하고 차가운 물이 하강하는 부력에 의해 순환이 일어나는 방식을 말한다. 상승관에서는 가열로 인해 기수혼합물이 형성되어 전체 비중이 작아지고 이로 인해 상부로 이동하며 하부로 차가운 물이 내려와 순환을 유지한다. 바브콕 보일러는 자연순환의 대표적 사례로 분류된다.
강제순환식은 펌프 등 기계적 장치를 이용해 물을 강제로 순환시키는 방식을 말한다. 라몬트 보일러는 펌프를 사용해 물을 유동시키는 강제순환의 전형으로, 관을 얇게 감아 열전달 효율을 높이면서도 외부 동력에 의해 순환을 제어한다. 강제순환은 고출력이나 특정 운전조건에서 안정적인 순환을 확보하는 데 유리하다.
관류식은 드럼 없이 긴 수관을 통해 물이 한 번 지나가며 즉시 증기로 변화하는 구조를 의미한다. 관류식 보일러는 긴 수관 구성으로 고압 또는 초임계압의 증기를 얻기 적합하다. 슐처(슐저/슐저로 표기된 문헌 포함) 보일러는 관류식의 대표로 초임계압 조건에서도 증기 생산이 가능하다는 점이 특징이다.
초임계 운전 조건에서는 물과 증기의 구분이 사라져 밀도차를 이용한 자연순환이 불가능하므로 벤슨 보일러처럼 초임계 운영 보일러는 강제순환이나 다른 방법을 채택한다. 따라서 보일러 이름과 그 순환 방식, 그리고 운전 압력 범위를 함께 기억해야 한다.
문제에서 '자연순환=밀도차=부력'의 연결을 묻는다면 상승관과 강수관의 기능을 기준으로 판단한다. 예컨대 상승관은 가열로 인해 기수혼합물이 되어 비중이 작아지고 상승하는 통로이고, 강수관은 냉각된 무거운 물이 내려가는 통로라는 원리를 적용해 정답을 고른다.
보일러 명칭 매칭 문제에서는 대표 연상을 이용한다. 바브콕은 수평 수관식이자 자연순환의 대표로, 라몬트는 펌프를 쓰는 강제순환, 슐처는 긴 수관의 관류식으로 초고압 증기 생산에 적합하다는 대응을 떠올리면 정답을 찾기 쉽다고 한다.
코르니쉬 보일러(cornish boiler)에서 노통을 편심으로 설치하는 이유는?
정답 ④ · 코르니쉬 보일러와 같은 연통관 보일러에서는 노통(furnace tube)이 동체 중심보다 한쪽으로 치우치게 편심으로 설치합니다. 이는 노통을 한쪽으로 배치함으로써 보일러 내부의 물이 노통의 한쪽 면과 동체 사이를 따라 위로 올라가고, 반대쪽에서 아래로 내려오는 자연 대류(물의 자연 순환)가 원활하게 일어나도록 유도하기 위함입니다.
코르니쉬 보일러의 편심 노통 설치는 자연 대류 순환을 유도하여 열효율을 높이고 과열을 방지한다.
노통 보일러와 비교한 노통 연관 보일러의 특징을 설명한 것으로 잘못된 것은?
정답 ④ · 노통 보일러와 비교한 노통 연관 보일러의 특징 중 잘못된 설명을 고르는 문제이다. 노통 연관 보일러는 다수의 연관을 통해 전열면적을 크게 확보하므로 증발량이 많고 효율이 좋으며, 비교적 짧은 시간에 증기를 얻을 수 있다.
노통 연관 보일러는 다수의 노통으로 전열면적을 확보하므로 구조가 복잡하고 설비비가 비싸다.
수관 보일러 중 수평 수관식 보일러인 것은?
정답 ② · 수관 보일러 중 수평 수관식에 해당하는 보일러을 고르는 문제이다. 수관 보일러는 수관의 배치 방향에 따라 수평 수관식과 수직 수관식으로 분류된다.
수평 수관식 보일러의 대표격은 바브콕 보일러이며, 나머지는 수직 수관식이다.
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