2026년 3회 기출복원 모의고사

가연성 액체 표면에서 발생한 증기와 공기의 혼합기가 연소범위 내에 있을 때, 여기에 불꽃을 가까이 대면 순간적으로 불이 붙는 최저온도를 인화점(인화온도)이라 한다.

기화온도는 액체가 기체로 상변화하는 온도, 착화온도(발화점)는 외부 점화원 없이 스스로 불이 붙는 온도, 임계온도는 기체를 아무리 압축해도 액화되지 않는 온도로 각각 인화온도와는 구분되는 개념이다.

질소산화물(NOx)은 연소온도가 높을수록, 특히 국부적으로 고온 영역이 형성될수록 열적(Thermal) NOx 생성이 급격히 늘어난다. 따라서 고온연소는 오히려 NOx 생성을 촉진하는 조건이며 억제 방법이 될 수 없다.

2단연소, 농담연소(연료 농도를 부분적으로 조절하는 연소), 배기가스 재순환 연소는 모두 화염 온도를 낮추거나 산소 농도를 희석시켜 NOx 생성을 억제하는 대표적인 방법이다.

과잉공기량의 많고 적음은 배가스로 빠져나가는 열량과 직결되어 열효율에 영향을 주고, 산소 공급이 부족하면 CO 배출량이 늘어나며, 과잉공기가 많으면 불필요한 공기 가열에 열이 소모되어 노 내 온도가 낮아지는 등 세 항목 모두 과잉공기량과 직접적인 관계가 있다.

반면 연소 시 와류 형성은 버너 노즐의 형상이나 공기 취입 방식 등 연소장치의 구조적 설계에 좌우되는 요소로, 과잉공기량의 많고 적음과는 직접적인 관련이 가장 적다.

연도에 설치하는 댐퍼는 주로 통풍력(드래프트)을 조절하고, 필요시 배기가스의 흐름을 완전히 차단하거나, 주연도·부연도가 있는 설비에서 가스 흐름 경로를 바꾸는 데 사용된다.

반면 연소에 사용되는 과잉공기의 양은 버너나 통풍구(윈드박스)의 공기 댐퍼로 조절하는 것이 일반적이므로, 연도 댐퍼의 설치 목적으로는 과잉공기 조절이 가장 거리가 멀다.

증기운 폭발(UVCE)은 누출된 가연성 증기가 대기 중으로 확산되어 구름을 형성한 뒤 점화되는 현상으로, 점화가 지연되어 증기운이 크게 형성될수록 폭발 위력이 커지는 경향이 있다. 즉 점화 위치가 방출점에서 멀어질수록 그만큼 더 큰 증기운이 형성된 뒤 점화되어 폭발위력이 커질 수 있으므로, 방출점에 가까울수록 위력이 크다는 설명은 틀렸다.

실제로는 폭발보다 화재로 끝나는 경우가 많고, 연소에너지 중 폭풍파로 전환되는 비율은 통상 20% 내외로 낮으며, 증기운이 클수록 점화 가능성이 커진다는 설명은 옳다.

경유 1000L는 1kL이므로, 석유환산계수 0.92 TOE/kL를 적용하면 $1 \times 0.92 = 0.92\ \mathrm{TOE}$가 된다.

여기에 탄소배출계수 0.837 TC/TOE를 곱하면 $0.92 \times 0.837 \approx 0.77\ \mathrm{TC}$로 계산된다.

혼합가스의 연소하한계는 르 샤틀리에(Le Chatelier)의 법칙을 이용해 각 성분의 부피비를 해당 성분 연소하한계로 나눈 값의 합의 역수로 구한다.

$\dfrac{1}{L} = \dfrac{0.5}{5} + \dfrac{0.25}{3} + \dfrac{0.25}{2.1} = 0.100 + 0.083 + 0.119 = 0.302$

$L = \dfrac{1}{0.302} \approx 3.3\ \%$로, 혼합가스의 연소하한계는 약 3.3%이다.

포트형 버너는 가스와 공기를 함께 고온으로 예열해 쓸 수 있다.

노벽에 내화벽돌로 만든 화구를 통해 가스와 공기를 따로 노 안으로 보내는 확산연소식이어서 대형 가마·평로 등에 적합하다.

• 예혼합식 — 포트형 버너는 예혼합식이 아니다.
• 금속 노즐이라 고온 예열 공기 불가 — 화구가 내화물이라 고온 예열 공기를 쓰는 데 문제가 없다.
• 건타입 버너 — 건타입은 송풍기와 유압 노즐을 일체화한 소형 오일버너이다.

중유 점도가 높아 무화가 불량하면 오일 예열기로 가열해 점도를 낮춘다.

중유는 온도가 오르면 점도가 크게 낮아지므로, 버너에 맞는 점도가 되도록 가열해 공급하면 무화가 좋아진다.

• 연료 유압 낮춤 — 분무 에너지가 줄어 무화가 더 나빠진다.
• 분무 매체 압력 낮춤 — 역시 분무 에너지가 줄어 무화가 더 나빠진다.
• 공기량 줄임 — 무화 불량을 해결하지 못하고 불완전연소만 키운다.

고위발열량과 저위발열량의 차이는 연소로 생성된 물이 수증기 상태로 남을 때 방출하지 못하는 증발잠열에 해당한다. 물의 증발잠열은 1기압 기준으로 약 539 cal/g이며, 이를 물 1mol(18g) 당 열량으로 환산하면 $539 \times 18 = 9702$ cal/mol이 된다.

따라서 표준상태에서 고위·저위발열량의 차이를 몰 단위로 나타내면 9702 cal/mol에 해당한다.

메탄 1kg을 완전연소시키는 데 필요한 이론공기량은 $A_o = \dfrac{4}{0.232} \approx 17.2\ \mathrm{kg}$(공기 중 산소의 질량비 23.2% 적용)이며, 공기비 1.3을 적용한 실제공기량은 $1.3 \times 17.2 \approx 22.4\ \mathrm{kg}$이다.

연료 1kg과 합친 연소가스 총질량은 약 23.4kg이므로, 열수지식 $Q_l = m_g \times c_p \times \Delta T$에서 $\Delta T = \dfrac{49000}{23.4 \times 1.29} \approx 1620\ \mathrm{K}$가 되고, 연소 전 온도 298K를 더하면 단열연소온도는 약 1920~1930K로 계산되어 1932K에 가장 가깝다.

혼합기체의 전체 몰수는 이상기체 상태방정식으로 구할 수 있다. $n = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{300 \times 0.3}{8.314 \times 363} \approx 0.0298\ \mathrm{kmol} = 29.8\ \mathrm{mol}$.

메탄의 이론공기량은 $\dfrac{2}{0.21} \approx 9.52\ \mathrm{mol\ air/mol\ CH_4}$이고 20% 과잉이므로 실제공기는 메탄 1몰당 약 11.4몰이 필요하다. 즉 혼합물 1몰당 메탄의 비율은 $\dfrac{1}{1+11.4} \approx 0.0805$이므로 메탄 몰수는 $29.8 \times 0.0805 \approx 2.4\ \mathrm{mol}$이고, 분자량 16 g/mol을 곱하면 질량은 약 38.4g이 된다.

과잉공기가 지나치게 많아지면 연소에 관여하지 않는 여분의 공기(질소 등)가 배기가스량을 늘려 배기가스가 가지고 나가는 열량, 즉 배기가스 열손실이 커진다.

반대로 과잉공기가 과다하면 연소가스가 희석되어 이산화탄소 비율은 오히려 낮아지고, 연소온도도 낮아지며, 열손실 증가로 보일러 효율도 떨어진다.

산포식, 쇄상식, 계단식은 모두 저질탄·조분탄과 같은 고체연료를 화격자(스토커) 위에서 연소시키는 방식으로, 저품위 고체연료 연소에 널리 사용된다.

분무식은 액체연료를 미립화하여 분사·연소시키는 방식이므로 고체연료인 저질탄·조분탄의 연소방식에는 해당하지 않는다.

C₃H₈, C₄H₁₀의 완전연소 반응식은 각각 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$, $\mathrm{C_4H_{10} + 6.5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 5H_2O}$이므로, 이론산소량은 $O_o = 0.7 \times 5 + 0.3 \times 6.5 = 5.45\,\mathrm{Nm^3/Nm^3}$이다.

공기 중 산소 비율 21%를 적용하면 이론공기량은 $A_o = \dfrac{O_o}{0.21} = \dfrac{5.45}{0.21} \approx 26\,\mathrm{Nm^3/Nm^3}$이 된다.

링겔만 매연농도표는 0도(백색)부터 5도(흑색)까지 6단계로, 1도가 20% 에 해당한다. 매연농도율은 측정시간으로 가중평균한 농도를 최대 농도 5도 기준의 백분율로 나타낸 값이다.

측정 결과에서 (농도 × 시간)의 합은 4×10 + 3×15 + 2×15 + 1×20 = 40 + 45 + 30 + 20 = 135 이고, 총 측정시간은 10 + 15 + 15 + 20 = 60분(1시간)으로 문제 조건과 맞는다.

따라서 매연농도율 = 135 ÷ (5 × 60) × 100 = 45% 이다. 같은 계산은 각 농도를 20% 씩으로 환산해 135 × 20 ÷ 60 = 45% 로 구해도 된다.

액체연료는 고체연료 대비 회분 함유량이 매우 적고, 연소효율 및 열효율이 우수하며, 저장·운반·취급이 간편하다는 장점이 있다. 반면 1번은 오류인데, 액체연료는 고체연료보다 화재·폭발·역화 등의 위험이 더 크다. 액체연료는 휘발성이 높아 착화성이 우수한 반면, 이로 인해 누출·증발·착화 위험이 증가하고 특히 유증기 폭발 위험이 있으므로 고체연료보다 안전성 측면에서 열악하다.

연소가스 100mol을 기준으로 질소수지를 이용하면 공급 공기 중 산소량은 $N_2 \times \dfrac{21}{79} = 82 \times \dfrac{21}{79} \approx 21.80\ \mathrm{mol}$이다.

탄소가 CO2와 CO로 전환되며 소비한 산소는 $9\times1 + 1\times0.5 = 9.5\ \mathrm{mol}$이고, 배기가스 중 남은 산소(과잉산소)가 8mol이므로 수소가 물로 전환되며 소비한 산소는 $21.80 - 9.5 - 8 \approx 4.30\ \mathrm{mol}$이다.

이 산소로 생성된 수증기는 $4.30 \div 0.5 \approx 8.59\ \mathrm{mol}$이며 수소원자 수는 그 2배인 약 17.19mol, 탄소원자 수는 CO2와 CO의 합인 10mol이므로 $\dfrac{y}{x} = \dfrac{17.19}{10} \approx 1.72$가 된다.

아세틸렌, 히드라진, 에틸렌은 산소가 없는 상태에서도 자체의 분해 반응만으로 큰 발열과 압력 상승을 일으켜 폭발할 수 있는 분해폭발성 물질로 알려져 있다.

수소는 가연성가스로서 공기나 산소와 혼합되었을 때 연소·폭발할 수 있으나, 그 자체가 분해되면서 폭발을 일으키는 분해폭발성 물질에는 해당하지 않는다.

고체 연료는 매장량이 풍부하고 채굴·가공 비용이 상대적으로 낮아 연료비가 저렴하고 구하기 쉬운 것이 대표적인 장점이다.

반면 성분과 입도가 불균일하여 품질이 일정하지 않고, 착화·소화에 시간이 걸리며, 연소 시 미연분과 회분이 남아 완전연소가 어려워 연소효율이 액체·기체 연료보다 낮은 편이다.

그림은 가로축이 엔트로피, 세로축이 온도인 선도로, 왼쪽 아래에서 올라와 정점(임계점)을 지나 오른쪽 아래로 완만하게 내려가는 포화선이 그려져 있고, 그 위쪽 기체 영역의 한 점에서 세 방향으로 화살표가 뻗어 있다.

왼쪽으로 향한 Ⓐ는 엔트로피가 줄어드는 방향, 즉 열을 뽑아내면서 압축·냉각하는 과정으로 화살표 끝이 포화선에 닿는다. 곧게 아래로 내려간 Ⓑ는 엔트로피가 일정한 단열(등엔트로피) 팽창으로 온도가 크게 떨어져 역시 화살표 끝이 포화선에 닿는다. 두 경우 모두 증기가 포화 상태에 이르므로 액화가 이루어진다.

반면 오른쪽 아래로 비스듬히 나간 Ⓒ는 온도가 내려가면서 동시에 엔트로피가 늘어나는 비가역 팽창(교축)이다. 포화선 자체도 오른쪽으로 갈수록 내려가기 때문에, 엔트로피가 커지는 쪽으로 움직인 이 화살표는 포화선과의 간격을 좁히지 못하고 끝점이 여전히 포화선보다 위쪽인 과열증기 영역에 머문다. 포화 상태에 도달하지 못하므로 이 과정으로는 액화가 일어나지 않는다.

이 증기가 내놓는 열량은 약 1099.5 kW 입니다.

습증기 속 증기분만 응축하며 잠열을 내고, 이후 응축수 전체가 100 ℃ 에서 60 ℃ 로 식으며 현열을 내므로
$Q=0.5\times(0.9\times2257+4.19\times40)\approx1099.5\ \mathrm{kW}$ 입니다.

건도를 빼고 증기 전부에 잠열을 주면 1212.3, 응축수의 현열을 빠뜨리면 1015.7 이 나옵니다. 건도 대신 습도 0.1 을 쓰면 196.6 이 나옵니다.

이상기체 상태방정식은 압력이 낮고 온도가 높을수록, 즉 분자 간 인력과 분자 자체의 부피가 무시할 만한 조건일수록 실제기체 거동에 더 가깝게 맞아 오차가 작아진다.

제시된 조건 중 압력이 가장 낮고(0.1MPa) 온도가 가장 높은(100℃) 상태가 이상기체 거동에 가장 가까우므로 오차가 가장 작다. 반대로 압력이 높고 온도가 낮은 조건일수록 액화(응축)에 가까워져 오차가 커진다.

과열증기는 주어진 압력에서 포화온도보다 높은 온도, 주어진 온도에서 포화증기 엔탈피보다 높은 엔탈피를 가지며, 주어진 비체적에서는 포화증기 압력보다 높은 압력을 갖는 상태이다.

다만 같은 온도에서 비교하면 과열증기는 포화증기보다 압력이 낮고 밀도가 작아 비체적이 오히려 크다. 따라서 주어진 온도에서 포화증기 비체적보다 낮은 비체적이라는 설명은 실제와 반대이므로 과열증기의 상태를 나타내지 않는다.

비열비는 $k=\dfrac{c_p}{c_v}=\dfrac{1000}{750}=\dfrac{4}{3}$이므로, 가역단열(등엔트로피) 압축 과정에서는 $\dfrac{T_2}{T_1}=\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}$ 관계가 성립한다.

지수는 $\dfrac{k-1}{k}=\dfrac{1/3}{4/3}=0.25$이고 압력비는 $\dfrac{P_2}{P_1}=\dfrac{300}{100}=3$이므로, $T_2=(30+273)\times 3^{0.25}\approx303\times1.316\approx399\ \mathrm{K}$이다.

따라서 최종온도는 $399-273\approx126\,^\circ\mathrm{C}$이며, 반드시 절대온도로 환산해 계산해야 함에 유의한다.

열역학 제0법칙은 열평형의 이행성(transitivity)을 말한다. A가 B와 열평형이고 동시에 C와도 열평형이면 B와 C의 온도가 같다는 것으로, 온도라는 물리량과 온도계 측정의 근거가 되는 법칙이다.

제1법칙은 에너지 보존 법칙으로 열과 일이 서로 변환될 뿐 총량은 보존된다는 것이며, 제1종 영구기관이 불가능함을 뜻한다. 제2법칙은 에너지 전달의 방향성을 규정해 열이 저온에서 고온으로 저절로 흐르지 않고 열을 100 % 일로 바꿀 수 없음을 말하며, 엔트로피 증가 원리로 표현된다.

제3법칙은 절대온도 0 K에서 완전한 결정질의 절대 엔트로피가 0이라는 네른스트의 열정리로, 엔트로피의 절대값 기준점을 제공하고 절대영도에 도달할 수 없음을 시사한다.

따라서 0·1·2·3법칙 순서로 배열하면 열평형 이행성 → 에너지 보존 → 에너지 전달 방향 → 0 K에서 엔트로피 0, 즉 라 – 가 – 나 – 다 순이 된다.

밀폐 용기(부피 일정)에서 이상기체 상태식 $PV=mRT$를 이용하면, 나중과 처음 질량의 비는 $\dfrac{m_2}{m_1}=\dfrac{P_2/T_2}{P_1/T_1}$로 구할 수 있다.

대입하면 $m_2=49\times\dfrac{415/300}{850/325}\approx25.9\,\mathrm{kg}$가 남은 기체 질량이며, 누출된 기체량은 $49-25.9\approx23.1\,\mathrm{kg}$이다.

상태량은 물질의 양에 비례하는지에 따라 종량성(용량성, extensive)과 강도성(intensive)으로 나뉜다. 엔탈피, 체적, 내부에너지, 질량 등은 물질량이 늘면 그 값도 함께 커지는 종량성 상태량이다.

비체적, 압력, 절대온도는 물질의 양과 무관하게 정해지는 강도성 상태량이므로 용량성 상태량에 해당하지 않는다.

공급열은 모두 계의 내부에너지 증가가 됩니다.

밸브가 모두 닫혀 경계로 드나드는 질량이 없으므로 밀폐계이고, 동체 체적도 변하지 않아 경계일이 0 이라
$Q=\Delta U$ 가 됩니다.

증발은 계 안에서 상이 바뀌는 것일 뿐 질량이 빠져나가는 것이 아니며, 체적이 고정되어 있으니 압력이 올라도 팽창일은 없습니다. 압력이 오르면 포화온도도 함께 오르므로 물과 증기가 공존해도 온도는 일정하지 않습니다.

동일한 압력에서 포화수와 포화증기(건포화증기)는 같은 포화온도를 갖는다. 따라서 포화증기가 포화수보다 온도가 더 높다는 설명은 옳지 않다.

건포화증기를 그 압력의 포화온도 이상으로 계속 가열한 것이 과열증기이므로 과열증기는 건포화증기보다 온도가 높으며, 습포화증기와 건포화증기는 증발이 끝나기 전후의 상태 차이일 뿐 같은 압력에서는 동일한 포화온도를 유지한다.

엔트로피가 상태함수라는 것, 분자들의 무질서도 척도가 된다는 것, 고립계(우주)의 모든 자연현상이 총 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행된다는 것은 모두 옳은 설명이다.

다만 자유팽창, 서로 다른 기체의 혼합, 액체 내 분자의 확산은 모두 대표적인 비가역과정으로, 이 과정에서 엔트로피는 변하지 않는 것이 아니라 오히려 증가한다.

열펌프(히트펌프)는 저온부에서 열을 흡수해 압축일을 더한 뒤 고온부로 방출하는 장치로, 그 목적은 고온부로 방출되는 열을 얻는 데 있다.

따라서 열펌프의 성능계수(COP)는 압축기에 투입한 일(work input)에 대한 고온부 방출열의 비, 즉 $COP_{HP} = \dfrac{Q_H}{W}$로 정의된다. 저온부 흡수열을 일로 나눈 값은 냉동기의 성능계수이므로 구분해야 한다.

디젤사이클의 열효율은 $\eta = 1 - \dfrac{1}{\varepsilon^{k-1}}\times\dfrac{\sigma^k - 1}{k(\sigma - 1)}$로 구한다. 여기서 $\varepsilon$은 압축비, $\sigma$는 단절비(체절비)이다.

압축비 17, 단절비 3, 비열비 1.4를 대입하면 $\varepsilon^{k-1} = 17^{0.4} \approx 3.11$, $\dfrac{\sigma^k-1}{k(\sigma-1)} = \dfrac{3^{1.4}-1}{1.4\times2} \approx 1.31$이 되어 $\eta \approx 1 - \dfrac{1.31}{3.11} \approx 0.58$, 즉 약 58%이다.

보일러 효율은 증기가 얻은 열량을 연료의 공급열량으로 나눈 값이며, 증기가 얻은 열량은 발생증기량 × (발생증기 엔탈피 − 급수 엔탈피)로 구한다.

시간당 증기가 얻은 열량은 $2000\times(2700-84) = 5{,}232{,}000\ \mathrm{kJ/h}$이고, 연료의 공급열량은 $150\times42000 = 6{,}300{,}000\ \mathrm{kJ/h}$이다.

따라서 효율은 $\dfrac{5{,}232{,}000}{6{,}300{,}000} \approx 0.83$, 약 83%로 계산된다.

연료가 공급하는 열량은 $40000\ \mathrm{kJ/kg} \times 20\ \mathrm{kg/h} = 800000\ \mathrm{kJ/h}$이며, 이 열이 전부 일로 바뀐다고 하였으므로 발생 동력도 같은 값이다.

이를 kW로 환산하면 $\dfrac{800000}{3600} \approx 222\ \mathrm{kW}$가 된다.

냉동기의 성능계수(COP)는 저온부에서 흡수한 열량을 압축기에 투입한 일로 나눈 값이다. 이 문제에서 투입 일은 고온부 방출열과 저온부 흡수열의 차이로 구할 수 있다.

$W = Q_H - Q_L = 40 - 30 = 10\ \mathrm{kW}$이므로, 성능계수는 $COP = \dfrac{Q_L}{W} = \dfrac{30}{10} = 3$이 된다.

비체적은 $v = \dfrac{V}{m} = \dfrac{0.4}{2} = 0.2\ \mathrm{m^3/kg}$이다.

건도는 $x = \dfrac{v-v_f}{v_g-v_f} = \dfrac{0.2-0.00104}{1.672-0.00104} \approx 0.119$로, 약 11.9%가 된다.

포화수와 건포화증기 비체적 사이 값이므로 습증기 상태이며, 계산된 건도가 곧 기체(증기) 질량 비율이다.

좋은 냉매는 증발열(잠열)이 크고 비체적이 작아 적은 냉매 순환량으로도 큰 냉동효과를 낼 수 있어야 하며, 임계온도가 높아 상온에서도 액화가 쉬워야 한다.

반면 비열비(Cp/Cv)는 작을수록 압축기에서 토출가스 온도 상승이 작아 압축일이 줄고 압축기 보호에 유리하므로, 비열비가 클 것을 요구하는 설명은 냉매의 바람직한 조건과 맞지 않는다.

클라시우스(Clausius) 적분은 사이클 한 바퀴를 돌면서 열량을 그때의 절대온도로 나눈 값을 모두 더한 것으로, $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \le 0$ 라는 부등식이 성립한다. 여기서 등호는 오직 가역 사이클일 때만 성립한다.

따라서 모든 과정이 가역이면 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} = 0$ 이고, 마찰·유한온도차 열전달 등 비가역성이 하나라도 있으면 그 값은 0보다 작아져 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} < 0$ 이 된다. 이는 비가역 과정에서 엔트로피가 추가로 생성되기 때문이며, 열역학 제2법칙을 정량적으로 표현한 것이다.

적분값이 0보다 크게 나오는 사이클은 제2법칙을 어기므로 실현될 수 없고, 0 이상(≥ 0)이라는 표현 역시 등호가 성립하지 않는 비가역 사이클에는 맞지 않는다.

정압과정에서 계가 외부에 하는 일은 $W = P\Delta V = 300\times(0.8-0.5) = 90\ \mathrm{kJ}$이다.

열역학 제1법칙 $Q = \Delta U + W$에 따라 내부에너지 증가량은 $\Delta U = Q-W = 160-90 = 70\ \mathrm{kJ}$로 계산된다.

미분동작(D동작)은 편차가 변화하는 속도(기울기)에 비례하여 조작량을 내보내는 동작으로, 편차가 급격히 변할 때 큰 수정 신호를 미리 가함으로써 응답 지연을 줄이고 진동을 억제하는 역할을 한다.

출력이 편차 크기에 비례하는 것은 비례동작(P), 출력 변화의 크기와 지속시간(적산값)에 비례하는 것은 적분동작(I), 신호값을 경계로 완전히 열리거나 닫히는 것은 온-오프(2위치) 동작이다.

그림에서 읽히는 값은 경사관의 경사각 15°, 경사관을 따라 이동한 액주 길이 L = 50 cm = 0.5 m이며, 액체의 비중이 1이므로 비중량 γ = 1000 kgf/m³이다. 큰 용기 쪽에 P₁이, 경사관 끝에 P₂ = 50 kg/m²이 작용한다.

경사관식 압력계에서 실제 압력차로 환산되는 것은 수직 높이이므로, 경사관을 따라 읽은 길이에 sinθ를 곱해야 한다.

$P_1 = P_2 + \gamma L \sin\theta = 50 + 1000 \times 0.5 \times \sin 15^\circ$
$= 50 + 1000 \times 0.5 \times 0.2588 = 50 + 129.4 = 179.4 \approx 180\ \mathrm{kg/m^2}$

경사관식은 같은 압력차에 대해 액주 이동거리가 $1/\sin\theta$배로 늘어나므로 미소압력 측정에 유리하다. 여기서 sin15° 를 곱하지 않고 0.5 m를 그대로 쓰면 550 kg/m²이 되어 크게 어긋난다.

피드백(feed back) 제어는 출력측의 신호 일부를 입력측으로 되돌려 목표값과 비교함으로써 편차를 검출하고 이를 줄이는 방향으로 동작하는 폐(閉)회로 제어방식이다.

인터록은 오조작 방지를 위한 연동장치, 시퀀스는 미리 정해진 순서에 따라 진행하는 개(開)회로 제어로 출력을 입력으로 되돌리지 않으며, 리셋은 적분동작에서 잔류편차를 없애는 조정 요소를 가리키는 용어로 되먹임 구조 자체를 뜻하지 않는다.

모발 습도계는 응답이 느려 급격한 습도 변화를 정밀하게 따라가지 못한다.

탈지한 모발이 습도에 따라 신축하는 성질을 이용한 것으로 구조가 간단하고 값이 싸서 실내 습도 측정·자기기록에 많이 쓰인다. 다만 히스테리시스가 있어 정기적으로 교정하고 모발을 교체해야 한다.

벨로우즈(bellows)는 얇은 금속판을 주름 형태로 성형한 탄성체로, 반복 사용 시 소성변형이 남아 압력을 올릴 때와 내릴 때의 지시값이 어긋나는 히스테리시스 오차가 발생하기 쉽다.

이를 보완하기 위해 별도의 코일스프링을 벨로우즈와 조합해 탄성 특성을 보조함으로써 히스테리시스 현상을 줄이고 지시의 재현성을 높이는 것이 코일스프링을 병용하는 주된 목적이다.

국제단위계(SI)의 기본단위에서 온도의 기본단위는 켈빈(K)이며, 섭씨(℃)는 실용상 널리 쓰이는 눈금일 뿐 SI 기본단위 기호는 아니다.

질량(kg), 물질량(mol), 광도(cd)는 모두 올바른 SI 기본단위 기호이므로, 물리량과 기호가 틀리게 짝지어진 것은 온도 표기이다.

부르동관 압력계는 구부러진 관 내부에 압력이 가해지면 단면 형상이 펴지려는 탄성변형을 이용하는 방식으로, 구조가 견고하여 고압 측정에도 널리 사용된다.

반면 다이어프램식과 벨로스식은 얇은 막이나 주름관의 변위를 이용하므로 낮은 압력이나 미소한 차압 측정에 적합하고, 링밸런스식(환상천평식)도 저압의 통풍력이나 차압 측정용으로 쓰여 고압 측정에는 적합하지 않다.

구리를 -200~500℃에서 사용한다는 설명이 틀렸다.

측온저항체 재료 중 -200~500℃ 정도의 넓은 범위에 쓰이는 것은 백금이며, 구리는 고온에서 산화되기 쉬워 대략 0~120℃ 부근의 좁은 범위에서만 사용한다.

저항 온도계는 금속 가는 선을 절연물에 감은 측온저항체의 저항값 변화로 온도를 재며, 저항온도계수가 크고 안정한 백금·니켈 등을 쓴다. 출력이 전기신호이므로 원격 측정과 자동 기록이 가능하다는 것도 대표적인 장점이다.

오르사트식 가스분석계는 시료 가스를 서로 다른 흡수액에 순차적으로 통과시켜 CO2, O2, CO를 차례로 흡수·정량하는 방식이다. 이 중 CO(일산화탄소)는 암모니아성 염화 제1동(제1구리) 용액에 선택적으로 흡수되는 성질을 이용해 정량한다.

수산화칼륨(KOH) 수용액은 CO2 흡수에, 알칼리성 피로갈롤 용액은 O2 흡수에 사용되는 흡수제이며, 발연 황산액은 오르사트법의 CO2·O2·CO 정량 흡수제로 쓰이지 않는다.

측정값들이 서로 가깝게 몰려 흩어짐(산포)이 작을수록 정밀(precision)하다고 하므로, 흩어짐이 큰 측정을 정밀하다고 한다는 설명은 정밀도의 정의와 반대되어 틀린 내용이다.

오차가 적어 참값에 가까운 것은 정확도(accuracy)가 높다고 하며, 계측기 고유의 오차는 기차, 눈금을 읽는 시선 방향 차이로 생기는 오차는 시차라고 하는데 이는 모두 옳은 설명이다.

액면 측정법 중 플로트(부자)식은 액면 위에 뜬 부자가 액위 변화를 그대로 따라 움직이는 원리로, 액위를 직접 확인·연동하는 직접식 측정법에 해당한다.

반면 방사선식·초음파식·저항전극식은 방사선 투과율, 초음파 반사시간, 전극 사이의 전기적 특성 변화 등 다른 물리량을 매개로 간접적으로 액위를 환산하는 간접식 측정법이다.

액주식 압력계는 액체 기둥의 높이차로 압력을 측정하는 방식으로, U자관형, 경사관식, 단관형(저수조식) 등이 이에 속한다.

벨로즈식은 주름진 금속관이 압력에 따라 신축하는 탄성식 압력계로, 액체 기둥을 이용하지 않으므로 액주식 압력계의 종류에 해당하지 않는다.

우연오차는 발생 원인을 특정하기 어려운 미세한 요인들이 복합적으로 작용하여 생기는 오차로, 동일한 조건에서 반복 측정해도 측정값이 일정하지 않고 분포 형태로 나타난다.

과오에 의한 오차는 측정자의 실수, 계통적 오차는 일정한 방향과 크기로 나타나는 오차, 계량기 오차는 계측기 자체의 결함에 의한 오차로 우연오차와는 성격이 다르다.

액주식 압력계용 액체는 온도 변화에 따른 부피 변화가 곧 측정오차로 이어지므로 열팽창계수가 작아야 정확한 측정이 가능하다. 열팽창계수가 크다는 것은 오히려 바람직하지 않은 성질이다.

모세관 현상이 작고, 점성이 작아 응답이 빠르며, 일정한 화학성분을 유지해 변질이 없어야 한다는 나머지 조건들은 모두 액주식 압력계용 액체가 갖추어야 할 요건에 해당한다.

캐리어가스로 쓰지 않는 것은 산소이다.

캐리어가스는 시료를 칼럼으로 운반만 해야 하므로 시료·충전제와 반응하지 않는 헬륨·질소·아르곤·수소 같은 불활성(또는 반응성이 낮은) 기체를 쓴다.

산소는 반응성이 커서 시료 성분과 고정상을 산화시키고 검출기에도 영향을 주므로 캐리어가스로 쓰지 않는다.

부자식(면적) 유량계는 수직 배관에 설치되어 부자의 위치로 유량을 지시하며, 압력손실이 적고 정밀측정에는 부적합하다는 특징을 가진다.

다만 측정 가능한 유량 범위가 넓지 않아 대유량보다는 비교적 소·중유량 측정에 주로 사용되므로, 대유량 측정에 적합하다는 설명은 옳지 않다.

베크만 온도계는 모세관 상부에 별도의 수은 봉입부를 두어, 측정하려는 온도범위에 맞게 남는 수은량을 가감함으로써 그 온도 구간에서의 미세한 온도차를 0.01℃까지 정밀하게 측정할 수 있는 차동식 정밀온도계이다.

빠른 응답성을 갖는다거나 -100℃까지의 저온용이라는 설명, -60~350℃의 넓은 측정범위를 갖는다는 설명은 베크만 온도계의 실제 용도(좁은 범위의 정밀 온도차 측정)와 맞지 않는다.

오르자트식 가스분석계는 시료가스를 순서대로 흡수액에 통과시켜 부피 감소량으로 성분을 정량하는 화학적 흡수법으로, KOH 수용액으로 CO2를, 알칼리성 피로갈롤 용액으로 O2를, 암모니아성 염화제1구리 용액으로 CO를 각각 흡수·측정한다.

그러나 CH4과 같은 가연성 탄화수소는 이러한 흡수액에 흡수되지 않아 오르자트법만으로는 직접 정량할 수 없고 별도의 연소법을 함께 써야 하므로, 오르자트식으로 측정하기 어려운 성분에 해당한다.

오르사트법, 적외선 흡수법, 가스크로마토그래피법은 모두 배기가스의 성분(CO2, O2, CO 등) 농도를 분석하는 가스분석 방법이다.

플로우 노즐법은 노즐 전후의 압력차를 이용해 유체의 유량을 측정하는 차압식 유량측정법으로, 가스 성분 분석과는 목적이 다르다.

면적식 유량계는 유체가 흐르는 통로의 단면적이 유량에 따라 변하도록 하고, 그 면적 변화(플로트의 위치 변화)로부터 유량을 읽는 방식이다. 로터미터가 대표적인 면적식 유량계로, 수직관 내에서 플로트가 유량에 비례하여 위아래로 이동하는 위치를 눈금으로 읽는다.

오리피스미터·벤투리미터·플로노즐은 모두 관 단면적은 고정된 채 교축부 전후의 차압을 이용해 유량을 구하는 차압식(교축식) 유량계로, 면적식과는 원리가 다르다.

에너지이용 합리화법령상 등록이 취소된 에너지절약전문기업은 원칙적으로 등록 취소일로부터 2년이 지나지 아니하면 다시 등록할 수 없다.

이는 등록취소 처분의 실효성을 확보하고 부실 관리가 반복되지 않도록 일정 기간 재진입을 제한하는 취지의 규정이다.

제강로는 용선(선철)이나 고철을 원료로 하여 불순물을 제거하고 강(鋼)을 만드는 노(爐)로, 전로·평로·전기로가 대표적인 제강로에 해당한다.

고로(용광로)는 철광석을 환원시켜 선철(용선)을 만드는 제선(製銑) 공정에 쓰이는 설비로, 제강 이전 단계의 노이므로 제강로로 분류되지 않는다.

에너지법에서 정의하는 '에너지'는 연료·열 및 전기를 말하며, 원자력은 이 정의에 포함되지 않는다.

원자력은 원자력안전법 등 별도 법체계에서 다루어지는 에너지원으로, 에너지법상 에너지 정의(연료·열·전기)의 범주에는 속하지 않는다.

제강 평로(open hearth furnace)는 배기가스의 현열을 내화물로 된 격자형 축열체에 저장했다가, 유로를 주기적으로 전환하여 저장된 열로 유입되는 공기(또는 연료가스)를 예열하는 축열실(축열식 재생기) 방식을 전통적으로 채용해 왔다.

환열기(레큐퍼레이터)는 열을 저장하지 않고 격벽을 사이에 두고 배기가스와 예열 대상 유체가 동시에 흐르며 연속적으로 열을 주고받는 방식으로, 평로의 대표적인 배열회수 장치와는 구분된다.

에너지이용 합리화법령상 보일러 등 특정열사용기자재의 설치·시공이나 세관을 업으로 하려는 자는 필요한 인력과 설비 등의 기준을 갖추어 시·도지사에게 등록하여야 한다.

한국에너지공단은 검사대상기기 검사·관리 업무를 담당하는 기관이고, 한국열관리시공협회는 관련 업계 단체일 뿐 등록기관은 아니다.

에너지이용 합리화법에 따라 에너지관리지도 결과 에너지가 손실되는 요인을 줄일 필요가 있다고 인정되는 경우, 에너지다소비사업자에게 그 개선을 명할 수 있는 자는 기후에너지환경부장관이다.

시·도지사는 에너지다소비사업자의 신고를 접수하고, 한국에너지공단은 진단·지도 업무를 수행하지만 개선명령의 주체는 아니다.

에너지이용 합리화법에 따라 검사대상기기관리자(현행 법령의 검사대상기기관리자)의 선임·해임·퇴직 등 신고사유가 발생하면 사용자(관리자)는 그 사유가 발생한 날로부터 30일 이내에 신고해야 한다.

7일·15일·60일은 이 법령에서 정한 신고기한과 다르므로, 규정된 신고기한은 30일이 맞다.

하중연화점은 내화물에 일정한 압축하중을 가한 상태로 온도를 올릴 때 하중을 견디지 못하고 일정량 변형(수축)이 일어나는 온도이다.

실제 노에서 하중을 받는 벽돌의 사용 한계를 판단하는 지표이다.

• 하중 없이 녹아 쓰러지는 온도(SK) — 하중 없이 시편이 녹아 쓰러지는 온도를 SK로 나타내는 것은 내화도이다.
• 내화도보다 높은 값 — 하중이 걸리므로 하중연화점은 보통 내화도보다 낮다.
• 급열·급랭 시 균열 온도 — 급열·급랭에 의한 균열은 내스폴링성과 관련된다.

에너지이용 합리화법은 에너지수급의 안정을 위하여 국가가 발동하는 에너지사용의 제한 또는 금지에 관한 조정·명령, 그 밖에 필요한 조치를 위반한 자에게 300만원 이하의 과태료를 부과하도록 정하고 있다.

이러한 조정·명령은 국가 전체의 에너지 수급에 직접 영향을 미치는 조치이므로, 단순한 신고·보고 의무 위반보다 무거운 수준의 과태료가 설정되어 있다.

마그네시아 벽돌은 마그네사이트(MgCO₃)나 수산화마그네슘을 주원료로 하여 1,500℃ 이상의 고온에서 소성하여 만든 내화물로, 대표적인 염기성 내화물에 속한다. 따라서 산성벽돌이라고 한 설명이 마그네시아 벽돌의 성질과 어긋난다.

나머지 서술은 모두 옳다. 비중과 열전도율이 크고 열팽창률도 큰 것이 특징이며, 열팽창이 큰 만큼 급열·급랭에 따른 스폴링(박리)에 약한 단점이 있다. 원료와 소성온도에 관한 설명도 실제 제조 방식과 일치한다.

배관의 신축량은 $\Delta L = L \times \alpha \times \Delta t$로 구하며, 여기서 $L$은 관 길이, $\alpha$는 선팽창계수, $\Delta t$는 온도차이다.

$\Delta L = 7000\ \mathrm{mm} \times 0.000013\ \mathrm{mm/(mm\cdot^\circ C)} \times (360-20)\ ^\circ\mathrm{C} = 7000 \times 0.000013 \times 340 \approx 30.94\ \mathrm{mm}$가 된다.

이때 외경·내경(관 두께)은 신축량 계산에 관여하지 않고, 길이와 온도차, 선팽창계수만이 신축량을 결정하는 요소임에 유의해야 한다.

보온재는 열 손실을 최소화하기 위한 재료이므로 열전도율이 작고, 시공성과 경제성을 위해 비중이 작으며, 화재 위험을 줄이기 위해 불연성을 갖추어야 한다.

반면 흡수성이 크면 수분을 머금어 단열 성능이 크게 떨어지고 재료 열화·부식의 원인이 되므로, 보온재는 오히려 흡수성이 작아야 한다.

산업기사는 기술인력 '기사'의 대체 인력으로 규정되어 있지 않다.

에너지절약전문기업 등록기준의 기술인력 중 기사는 같은 분야의 기술사, 기능장, 박사학위 소지자 또는 한국에너지공단에서 인정한 에너지진단사로 대체할 수 있다.

또 한 사람이 두 종류 이상의 자격을 가져도 한 종류의 기술능력만 갖춘 것으로 본다.

진주암이나 흑요석(흑석) 등을 고온에서 소성·팽창시켜 다공질 구조로 만든 뒤, 접착제와 소량(3~15%)의 석면 등 무기질 섬유를 배합하여 성형한 고온용 무기질 보온재는 펄라이트(perlite) 보온재이다.

펄라이트는 원석을 급속 가열하면 내부 결정수가 기화하면서 입자가 크게 팽창해 가볍고 기공이 많은 경량 보온재가 된다.

규산칼슘 보온재는 석회질과 규산질을 주원료로 하는 별도의 성형 보온재이고, 세라믹화이버와 유리섬유 보온재는 섬유상 광물을 용융·방사하여 만드는 섬유질 보온재로 제조 원료와 공정이 다르다.

보온재의 최고안전사용온도는 재질의 내열 특성에 따라 다르며, 무기질 보온재인 펄라이트(팽창진주암)는 약 650℃ 수준까지 사용할 수 있어 제시된 보기 중 가장 높다.

석면은 대체로 350~550℃, 폼글라스(발포유리)는 300℃ 안팎, 탄산마그네슘 계열은 250℃ 정도에서 안전사용온도가 제한되어 펄라이트보다 낮다.

에너지이용 합리화법은 에너지 수급에 중대한 차질이 발생할 우려가 있을 때 기후에너지환경부장관 및 산업통상부장관이 취할 수 있는 조치로 에너지의 배급, 비축과 저장, 양도·양수의 제한 또는 금지 등을 구체적으로 열거하고, 그 밖의 사항은 대통령령으로 정하도록 위임하고 있다.

"기후에너지환경부령으로 정하는 사항"은 법이 실제로 위임한 하위법령의 형식과 다르므로, 나열된 조치 중 이 항목만 법에서 정한 수급안정 조치사항에 해당하지 않는다.

에너지이용 합리화법은 에너지관리기준을 "에너지다소비사업자가 에너지를 효율적으로 관리하기 위하여 필요한 기준"으로 규정하고, 기후에너지환경부장관이 이를 정하여 고시하도록 하고 있다.

에너지관리 현황 조사 자체를 위한 기준이나, 생산량에 맞춰 에너지를 소비하도록 만든 기준, 진단 결과의 손실요인 저감 기준을 뜻하는 것이 아니라는 점에서 다른 선택지들과 구분된다.

제시된 조문은 에너지다소비사업자의 신고 규정으로, 기후에너지환경부장관 및 시·도지사가 신고 내용을 확인할 필요가 있을 때 그 사업자에게 에너지를 공급한 자에게 공급량 자료 제출을 요구할 수 있도록 한 것이다. 괄호에는 에너지 공급자가 들어간다.

법에 직접 열거된 대상은 「한국전력공사법」에 따른 한국전력공사, 「한국가스공사법」에 따른 한국가스공사, 「도시가스사업법」에 따른 도시가스사업자, 「집단에너지사업법」에 따른 집단에너지사업자 및 한국지역난방공사다. 그 밖의 공급기관은 대통령령으로 정하는데, 문제에서 대통령령은 제외한다고 했으므로 법에 이름이 그대로 올라 있는 이들만 따지면 된다.

반면 한국가스안전공사는 가스의 안전관리·검사·기술지원을 담당하는 기관일 뿐 에너지를 판매·공급하는 주체가 아니다. 사업자별 공급량 자료 자체를 보유하지 않으므로 이 조문의 요구 대상이 될 수 없다. "에너지를 공급하는 곳인가, 안전을 관리하는 곳인가"로 갈라 보면 쉽게 구분된다.

용선이 가진 보유열과 용선 속 불순물(탄소, 규소 등)이 산소와 반응하며 내는 산화열만으로 노 내 온도를 유지해 용강을 얻는 설비는 전로이다. 별도의 연료를 연소시키지 않는 것이 가장 큰 특징이다.

평로와 반사로는 연료를 연소시켜 노 내부를 가열하는 방식이고, 고로는 코크스를 연료 겸 환원제로 사용해 선철을 만드는 설비여서, 모두 전로와 원리가 다르다.

에너지이용 합리화법령상 연간 에너지사용량이 20만 티오이(TOE) 이상인 에너지다소비사업자의 사업장은 정기적으로 에너지진단을 받아야 한다.

이때 전체진단의 진단주기는 5년으로 정해져 있다.

보일러의 과열은 전열면이 물로 충분히 덮이지 않거나 스케일 등으로 열전달이 방해될 때 발생하므로, 관수의 농축을 막고 순환을 원활히 하며 스케일 부착을 방지해야 과열을 막을 수 있다.

반대로 보일러 수위를 낮게 유지하면 전열면이 노출되어 국부적인 건조가열(과열)이 일어나기 쉬우므로, 이는 과열 방지책이 아니라 오히려 과열을 유발하는 조건이다.

프라이밍·포밍은 보일러수 표면에서 기포가 과다하게 발생하거나 수분이 증기에 섞여 나가는 현상으로, 보일러수를 농축시키지 않고 불순물을 제거하며 과부하 운전을 피하는 것이 방지대책이 된다.

반대로 주증기 밸브를 급하게 열면 관내 압력이 급강하하면서 보일러수가 급격히 비등해 오히려 프라이밍을 유발하므로, 주증기 밸브는 서서히 여는 것이 올바른 대책이며 급히 개방하는 것은 방지책이 아니라 원인에 해당한다.

배관의 압력손실은 다르시-바이스바흐 식 $\Delta P = f \dfrac{L}{D}\dfrac{\rho v^2}{2}$로 나타낼 수 있다. 이 식에서 압력손실은 관마찰계수와 유속의 제곱에 비례하고, 관의 길이(L)에도 비례하며, 관의 내경(D)에는 반비례한다.

따라서 "관의 길이에 반비례한다"는 설명은 실제 관계(길이에 비례)와 반대이므로 틀린 설명이다.

보온이 잘 되어 방열이 적으면 응축수 발생이 줄어 오히려 수격 방지에 도움이 되므로 원인으로 보기 어렵다.

수격작용은 배관 안에 고인 응축수가 고속 증기에 밀려 관벽이나 밸브·엘보에 부딪칠 때 생긴다.

• 관말 트랩 막힘 — 응축수가 빠지지 않아 고인 물이 원인이 된다.
• 흐름 방향으로 올라가는 기울기 — 증기 흐름과 반대로 올라가는 기울기라 응축수가 거슬러 고인다.
• 처진 부분에 드레인 빼기 없음 — 처진 부분에 고인 물이 원인이 된다.

노통 보일러는 보유수량(동체 내 물의 양)이 많은 편이어서, 냉시동 시 증기가 발생하기까지 걸리는 소요시간이 오히려 길다는 특징을 가진다.

입형 보일러가 좁은 장소에 설치하기 유리한 점, 수관 보일러가 대용량·고압에 적합한 점, 관류 보일러가 드럼이 없어 초고압에 적합한 점은 모두 옳은 설명이다.

공기예열기는 배가스의 폐열로 연소용 공기를 예열하여 연소효율을 높이고 필요한 과잉공기량을 줄일 수 있으며, 착화가 어려운 저질탄 연소에도 효과적이다.

다만 공기예열기를 거치면 유로에 저항체가 추가되는 것이므로 배기가스 저항은 오히려 늘어나는 것이 일반적이며, "저항이 줄어든다"는 설명은 실제와 반대되어 틀린 내용이다.

보일러에 부착하는 압력계는 지시 오차를 줄이고 눈금을 읽기 쉽게 하기 위해 최고눈금이 보일러 최고사용압력의 1.5배 이상 3.0배 이하가 되는 것을 사용하도록 정하고 있다.

따라서 압력계 최고눈금은 최고사용압력의 최대 3.0배 이하여야 하며, 이보다 훨씬 큰 눈금판을 쓰면 실제 운전압력이 눈금 저구간에 몰려 정밀한 지시가 어려워진다.

그을음(매연)은 연료가 불완전연소될 때 미연소 탄소분이 남아 발생하며, 통풍력 부족·연소실 온도 저하·연소장치 불량은 모두 불완전연소를 유발하는 대표적인 원인이다.

반면 연소실 면적이 큰 경우는 연소가스가 충분히 체류하며 완전연소될 여유를 주므로, 오히려 그을음 발생을 줄이는 방향으로 작용해 발생 원인으로 보기 어렵다.

유속을 높이면 전열은 좋아지지만 통풍 손실과 재에 의한 마모가 커진다.

대류 열전달계수는 가스 유속이 클수록 커지므로 유속을 높이면 같은 열량에 필요한 전열면적이 줄어든다. 그러나 압력손실은 대략 유속의 제곱에 비례해 통풍 동력이 커지고, 재가 섞인 가스는 유속이 클수록 관을 심하게 깎는다.

그래서 재가 많은 연료는 유속을 낮게 잡아 열전달·통풍 손실·마모 사이에서 절충한다.

향류 접속이므로 한쪽 끝에서는 더운 유체 65℃와 찬 유체(출구) 53℃가 만나 $\Delta T_1 = 65-53 = 12\,^\circ\mathrm{C}$, 다른 쪽 끝에서는 더운 유체(출구) 25℃와 찬 유체(입구) 20℃가 만나 $\Delta T_2 = 25-20 = 5\,^\circ\mathrm{C}$가 된다.

대수평균온도차는 $\mathrm{LMTD} = \dfrac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\Delta T_1/\Delta T_2)} = \dfrac{12-5}{\ln(12/5)} \approx 8.0\,^\circ\mathrm{C}$이다.

단위면적당 열교환량은 $q = K \times \mathrm{LMTD} = 69 \times 8.0 \approx 552\,\mathrm{kcal/m^2\cdot h}$로 계산된다.

보일러수를 알칼리성으로 유지하여 스케일 생성과 부식을 억제하기 위해 NaOH, Na2CO3, Na3PO4와 같은 알칼리성 약품을 pH 조절제로 사용한다.

반면 황산알루미늄(Al2(SO4)3)은 산성염으로서 수처리에서 주로 응집(침전)제로 쓰이는 물질이며, 보일러수에 투입하면 오히려 산성화와 부식을 유발할 수 있어 pH 조절용 약품으로는 적합하지 않다.

보일러수는 스케일·부식을 모두 억제할 수 있는 약알칼리성으로 관리하는 것이 일반적이며, 대략 pH 11 전후가 적정 범위로 제시된다.

산성(pH 5 전후)에 가까우면 금속 부식이 촉진되고, pH 14에 가까운 강알칼리성은 가성취화 등 다른 손상을 유발할 수 있어 적절하지 않다.

제시된 특징은 다량의 드레인을 연속 배출, 증기 누출이 거의 없음, 가동 시 공기빼기가 불필요, 수격작용에 다소 약함이다. 이는 기계식 트랩 중 플로트식(부자식) 트랩의 특징을 그대로 나열한 것이다.

플로트식은 응축수 수위가 올라가면 부자(float)가 떠오르며 밸브를 열어 응축수만 연속적으로 배출한다. 배출구가 항상 물에 잠겨 수봉(水封) 상태를 유지하므로 증기가 새지 않고, 부하 변동에도 즉시 대응해 대용량 처리에 적합하다. 또한 몸체에 자동 에어벤트가 함께 내장되어 기동 시 공기가 저절로 빠지므로 별도의 공기빼기 조작이 필요 없다.

다만 부자가 얇은 금속 구(球)여서 수격작용(워터해머)이나 동결에 약해 한 번 찌그러지면 부력을 잃고 기능이 정지한다는 약점이 있다.

같은 기계식이라도 버킷형은 응축수를 모았다가 간헐적으로 내보내고 기동 시 공기빼기가 필요하며, 바이메탈식은 온도차로, 디스크식은 재증발 증기의 열역학적 작용으로 작동해 응축수를 어느 정도 냉각시킨 뒤 배출한다는 점에서 구분된다.

인젝터는 증기의 분사력으로 물을 밀어 넣는 급수장치이므로, 물이 빠져나갈 길을 먼저 확보한 뒤 → 물을 채우고 → 증기를 넣고 → 핸들로 유량을 조절하는 순서로 시동한다.

따라서 급수 출구관의 정지 밸브가 열려 있는지 확인 → 급수(흡수) 밸브를 연다 → 증기 밸브를 연다 → 핸들을 연다 순, 즉 ㉱ → ㉰ → ㉯ → ㉮ 가 옳다.

출구 정지밸브를 확인하지 않은 채 증기를 먼저 넣으면 물이 나갈 곳이 없어 인젝터가 작동하지 않거나 급수가 역류·비등한다. 정지할 때는 이와 반대로 핸들 → 증기 밸브 → 급수 밸브 순으로 닫는다.

보일러 열정산에서 출열 항목은 발생증기가 가지고 나가는 보유열, 배기가스에 의한 손실열, 불완전연소에 의한 손실열, 미연분에 의한 손실열, 방열손실 등으로 구성된다.

공기의 현열은 연소용 공기가 가지고 들어오는 열로서 입열 항목에 해당하므로 출열 항목이 아니다.

보일러의 일상점검은 급수배관 상태, 압력계 등 계기류 상태, 자동제어장치의 작동 여부 등 설비의 이상 유무를 매일 확인하는 활동이다.

연료의 수요량(사용예정량) 점검은 운전계획이나 구매관리에 관한 사항으로, 설비 자체의 일상점검 항목과는 성격이 다르다.

인젝터는 보일러에서 나온 증기의 분사 에너지만으로 급수를 밀어 넣는 급수장치입니다. 회전체나 별도의 구동 동력이 전혀 필요 없다는 점이 가장 큰 특징이므로, 별도의 소요 동력이 필요하다고 서술한 설명이 틀린 내용입니다. 열효율이 좋다는 앞부분 자체는 맞는 서술이지만, 뒤에 붙은 동력 조건 때문에 전체가 옳지 않은 설명이 됩니다.

움직이는 기계 부품이 없어 구조가 간단하고, 증기가 급수와 직접 섞이면서 급수를 예열하는 효과까지 얻을 수 있어 소형·저압 보일러의 예비 급수장치로 사용됩니다.

다만 급수온도가 높으면 분사된 증기가 충분히 응축되지 못해 필요한 흡입력이 만들어지지 않으므로, 급수온도가 일정 수준 이상으로 올라가면 작동이 불가능해지는 한계도 함께 갖고 있습니다.

프라이밍·포밍이 발생하면 연소량을 줄이고 증기 취출을 서서히 하며, 수위를 안정시킨 뒤 블로우다운으로 보일러수 농도를 낮추는 조치를 취해야 한다.

안전밸브를 전개하면 관수의 급격한 압력 강하로 오히려 격렬한 비수(캐리오버)를 유발할 수 있어, 프라이밍·포밍 발생 시 취해야 할 조치로 적절하지 않다.

저온부식은 연료 중 황(S) 성분이 연소 시 SO3로 산화되고, 이것이 배기가스 중 수분과 결합해 황산(H2SO4) 이슬을 형성하면서 전열면을 부식시키는 현상이다.

따라서 황분이 많은 연료를 사용하는 것은 오히려 SO3 생성량을 늘려 저온부식을 촉진하므로 방지책이 될 수 없다.

과잉공기를 줄여 SO2→SO3 전환을 억제하거나, 첨가제로 노점온도를 낮추거나, 배기가스 온도를 노점 이상으로 유지하는 것은 모두 실제로 저온부식을 막는 방법이다.

평면벽의 정상상태 전열식 $q = \dfrac{k\Delta t}{L}$을 벽 두께에 대해 풀면 $L=\dfrac{k\Delta t}{q}$가 된다. 열전도율 k=0.9 kcal/m·h·℃, 온도차 Δt=800−100=700℃, 단위면적당 열전달량 q=1400 kcal/m²·h를 대입하면 다음과 같다.

$L = \dfrac{0.9 \times 700}{1400} = 0.45\ \mathrm{m} = 45\ \mathrm{cm}$