개념 한 쪽
보일러는 구조와 물의 흐름 원리에 따라 여러 종류로 분류된다. 수관보일러와 노통형 보일러 등 형태별 구분과 더불어 자연순환과 강제순환, 관류식 등 순환 방식에 따른 분류가 핵심이다. 각 보일러는 순환 원리나 관 배치, 연소실 위치 같은 구조적 특성으로 식별할 수 있다.
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출제기준 단원 「사용매체에 따른 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 외부 연소실 식별 | 1 | 연소실 배치와 구조적 특징으로 보일러 명칭을 가림 |
| 순환방식의 옳고 그름 판단 | 1 | 자연순환·강제순환 등 순환 방식의 본질을 구분하게 함 |
| 수관 배치 유형 판별 | 1 | 수관의 수평/수직 배치로 보일러 종류를 맞춤 |
보일러의 기본 구성은 수부와 증기부로 나뉘며, 물을 가열해 증기를 만들어 배출하는 역할을 수행한다. 수관보일러는 물이 관을 따라 흐르며 증기를 생성하는 형태이고, 노통형 보일러는 큰 원통형 노통을 갖는 형식이다. 보일러의 분류 문제는 이름과 구조적 특징을 맞추는 것이 핵심이다.
순환 방식으로는 자연순환과 강제순환, 관류식으로 구분한다. 자연순환은 물과 증기의 밀도차에 의한 부력으로 물이 스스로 순환하는 방식으로, 바브콕과 같은 보일러가 대표적이다. 강제순환은 펌프 등으로 물을 강제로 순환시키는 방식으로 라몬트 보일러가 해당한다.
관류 보일러는 물이 관을 한 번 통과하면서 곧바로 증기가 되는 구조로 고압·고온 증기 생산에 적합하다. 관류식의 대표로 슐처 보일러가 언급되며, 관류식은 순환식과 구조적으로 구별된다. 또한 특정 보일러는 외부 연소실을 여러 노통이 공동으로 사용하는 등 연소실 배치에 따른 구별점이 존재한다.
노통연관 보일러의 변형 예로 외부 연소실을 공유하고 수관을 한 줄로 배치하는 형태가 있으며, 이 경우 구조가 비교적 단순해진다. 반대로 노통 연관 보일러 일반형은 다수의 노통으로 전열면적을 확보해 증발량은 크지만 구조가 복잡하고 설비비가 많다는 점을 유의해야 한다.
보일러의 식별 문제에서는 키워드 매칭 방식이 유효하다. 예컨대 '외부 연소실 공유'는 하우덴-존슨을, '자연순환'과 '바브콕'을, '펌프 이용 강제순환'은 라몬트를, '관류'는 슐처를 떠올려 매칭한다.
문제 예시는 보일러 이름과 구조적 특징을 연결하는 것이다. 예를 들어 '동체 바깥쪽에 연소실을 설치하고 수관을 일렬로 배치하며 여러 노통이 하나의 연소실을 공동으로 사용하는 보일러'는 외부 연소실 공유라는 특성으로 하우덴-존슨을 선택하는 방식이다.
또 다른 예로 '관이 수평으로 배치된 수평 수관식 보일러'를 묻는 문제는 바브콕을 정답으로 고르는 식으로 해결한다. 순환 방식에 관한 문제는 '자연순환=밀도차·부력'과 '강제순환=펌프 사용'이라는 원리를 적용해 오답을 소거한다.
관류식과 순환식의 구분 문제는 '물의 흐름 방식'을 기준으로 판단한다. 관류식은 물이 관을 한 번 통과하여 증발하는 구조이므로 초고압 증기 생성에 적합하다는 점을 근거로 슐처와 같은 관류식을 고르게 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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