2023년 3회 기출복원 모의고사

천연가스는 메탄(CH₄)이 주성분인 청정연료로 발열량이 비교적 높다. 다만 메탄은 분자량이 16으로 공기(약 29)보다도 가벼워, 분자량 44인 프로판보다 가볍다. 따라서 "프로판가스보다 무겁다"는 설명은 틀렸다.

LNG는 천연가스를 냉각·액화한 것으로, 대기압 하에서 비등점이 약 -162℃인 액체 상태로 저장·운송된다는 설명은 옳다.

고온건류로 얻은 타르계 중유는 방향족 화합물과 탄소분 함량이 높아 밀도가 크고, 이 때문에 단위 용적(부피)당 발열량이 크다는 특징을 가진다. '발열량이 적다'는 설명은 이러한 특성과 반대되므로 틀린 내용이다.

화염의 방사율이 큰 점, 슬러지를 발생시키는 점, 황의 영향이 상대적으로 적은 점은 타르계 중유의 일반적인 특징으로 옳다.

중유 성분(C 85%, H 15%)으로부터 이론산소량을 구하면 $O_o=1.867C+5.6H=1.867\times0.85+5.6\times0.15\approx2.43\,\mathrm{Nm^3/kg}$이고, 이론공기량은 $A_o=\dfrac{O_o}{0.21}\approx11.6\,\mathrm{Nm^3/kg}$이다.

오르자트 분석값으로 공기비를 구하면 $m=\dfrac{N_2}{N_2-3.76O_2}=\dfrac{84.3}{84.3-3.76\times3.2}\approx1.17$이므로, 실제공기량은 $A=m\,A_o\approx1.17\times11.6\approx13.5\,\mathrm{Nm^3/kg}$이다.

연료를 시간당 10kg 사용하므로 시간당 실제공기량은 $13.5\times10\approx135\,\mathrm{Nm^3/h}$가 된다.

주어진 반응식 $\mathrm{C} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 97600\ \mathrm{kcal/kmol}$에서 발열량 97600 kcal는 탄소 1 kmol이 완전연소할 때의 값이다.

탄소의 분자량은 12이므로 1 kmol = 12 kg이다. 따라서 질량 기준 발열량으로 환산하면

$H = \dfrac{97600\ \mathrm{kcal/kmol}}{12\ \mathrm{kg/kmol}} = 8133\ \mathrm{kcal/kg}$

연소계산에서 흔히 쓰는 탄소의 발열량 약 8100 kcal/kg과 일치한다. kmol 단위의 값을 그대로 쓰거나 12를 곱하면 자릿수가 어긋나므로, 분자량으로 나눈다는 점이 핵심이다.

평형통풍은 압입송풍기(강제통풍)와 유인송풍기(흡입통풍)를 함께 사용하는 방식으로, 노 내 압력을 임의로 조절할 수 있어 연소상태를 안정적으로 유지할 수 있고, 통풍력이 큰 만큼 소음도 비교적 큰 편이다.

이러한 장점 때문에 오히려 대용량 보일러를 포함한 중형 이상의 보일러에 널리 채택되는 방식이므로, '중형 이상의 보일러에는 사용할 수 없다'는 설명은 사실과 반대이다.

공기를 예열하거나 연료를 완전연소시키거나 노벽 등의 방산 열손실을 줄이는 것은 모두 연소실 내 열을 보존·집중시켜 화염온도를 높이는 방법이다.

반면 과잉공기를 많이 사용하면 불필요한 여분의 공기가 연소열을 흡수하며 함께 데워지므로, 오히려 화염온도를 낮추는 방향으로 작용하여 화염온도를 높이려는 조작으로는 적절하지 않다.

이산화탄소와 질소는 가연 성분이 아니어서 합성가스의 주성분이 될 수 없다.

IGCC는 석탄을 산소·수증기와 부분산화시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스를 만들고, 이를 정제한 뒤 가스터빈 연료로 쓰며 그 배열로 증기터빈까지 돌리는 복합발전이다.

연소 전에 가스 상태에서 황과 분진을 제거하므로 정제가 쉽다.

기체연료 각 성분의 완전연소 반응식에서 필요한 산소량은 H2가 0.5배, CO가 0.5배, CH4가 2배이므로, 연료 1m³당 이론산소량은 다음과 같다.

$O_o = 0.5(0.45) + 0.5(0.40) + 2(0.15) = 0.225+0.20+0.30 = 0.725\ \mathrm{m^3}$

공기 중 산소:질소 체적비가 1:3.77이므로 공기는 산소의 4.77배이며, 이론공기량은 $A_o = 0.725 \times 4.77 \approx 3.46\ \mathrm{m^3}$가 된다.

복사에너지는 스테판-볼츠만 법칙에 따라 절대온도의 4제곱에 비례한다. 100℃와 500℃를 절대온도로 환산하면 각각 373K, 773K이다.

$\dfrac{E_2}{E_1} = \left(\dfrac{T_2}{T_1}\right)^4 = \left(\dfrac{773}{373}\right)^4 \approx 18.5$

따라서 500℃에서의 복사에너지는 100℃일 때의 약 18.5배가 된다.

황의 연소반응식 $\mathrm{S+O_2 \rightarrow SO_2}$에서 황 1kmol(32kg)이 연소하는 데 산소 1kmol(22.4Nm³)이 필요하므로, 황 1kg당 필요한 이론산소량은 $\dfrac{22.4}{32} = 0.7\,\mathrm{Nm^3/kg}$이다.

공기 중 산소 비율이 21%이므로 이론공기량은 $A_o = \dfrac{O_o}{0.21} = \dfrac{0.7}{0.21} \approx 3.33\,\mathrm{Nm^3/kg}$이 된다.

흡입관에 걸리는 진공압력계 지시값은 대기압보다 낮은 정도를 나타내므로, 절대압력 = 대기압 − 진공압력으로 구한다.

$750\,\mathrm{mmHg} - 50\,\mathrm{mmHg} = 700\,\mathrm{mmHg}$이며, 표준대기압 $760\,\mathrm{mmHg} = 101.325\,\mathrm{kPa}$ 관계를 이용해 환산하면 $700 \times \dfrac{101.325}{760} \approx 93.3\,\mathrm{kPa} \approx 0.09\,\mathrm{MPa}$가 된다.

기체연료는 연소용 공기와의 혼합이 쉬워 적은 과잉공기로도 완전연소가 가능하고, 연소조절이 정밀하며, 회분이나 매연 발생이 없어 청결하다는 것이 장점이다.

반면 기체 상태의 특성상 부피가 크고 압축·저장을 위한 고압용기나 배관망 같은 별도 설비가 필요해, 액체·고체연료에 비해 운반과 저장은 오히려 불리하다. 따라서 기체연료의 장점이 아닌 것은 운반과 저장의 용이성이다.

최대탄산가스율과 실제 연소가스 성분 사이의 관계식 $CO_{2max} = \dfrac{21(CO_2+CO)}{21-O_2+0.395\,CO}$에 주어진 값을 대입하면 $24.0 = \dfrac{21\times(14.2+3.0)}{21-O_2+0.395\times3.0}$이 된다.

분모를 정리하면 $21-O_2+1.185 = \dfrac{21\times17.2}{24.0} \approx 15.05$이므로, $O_2 \approx 22.185-15.05 \approx 7.1\%$가 산출된다.

탄소는 $\mathrm{C+O_2 \to CO_2}$ 반응으로 완전연소하므로, 탄소 1 kmol(12 kg)당 산소 1 kmol(22.4 Nm³)이 필요하다.

탄소 20 kg에 대한 이론산소량은 $\dfrac{20}{12}\times22.4 \approx 37.3\ \mathrm{Nm^3}$이며, 공기 중 산소 비율 0.21로 나누면 이론공기량은 $A_o=\dfrac{37.3}{0.21}\approx178\ \mathrm{Nm^3}$이 된다.

중유는 KS 규격상 점도(동점도)를 기준으로 A급(경질), B급, C급(중질)으로 분류한다. 점도가 높을수록 예열온도와 버너 사양이 달라지므로 실무에서 가장 중요한 분류 기준으로 쓰인다.

발열량·인화점·착화점은 중유의 품질을 나타내는 보조 지표이지만, 등급 구분 자체는 점도 값을 기준으로 이루어진다.

완전연소를 가정할 때 공기비는 배기가스 중 산소 농도로부터 $m = \dfrac{21}{21-O_2}$로 구할 수 있다.

O2=3%를 대입하면 $m = \dfrac{21}{21-3} = \dfrac{21}{18} \approx 1.17$이 된다.

액체의 미립화(분무)는 액류 자체의 운동량(관성), 액류와 주위 기체 사이의 저항력(공기저항), 그리고 액체-기체 계면의 표면장력에 의해 지배된다.

액공(노즐 구멍)과 액류 사이의 마찰력은 노즐 내부 유동에 관계될 뿐, 분무 현상 자체를 지배하는 핵심 요소로 다루지는 않는다.

기체 연료의 저장방식은 크게 저압식(유수식·무수식)과 고압식으로 나뉜다. 유수식 홀더는 물탱크에 종 모양의 실린더를 띄워 압력을 유지하고, 무수식 홀더는 물 대신 피스톤과 씰로 밀폐하여 가스를 저장한다.

고압식은 가스를 원통형 압력용기에 고압으로 압축해 저장하는 방식으로, 부지가 좁아도 되는 대신 내압 설계가 중요하다.

반면 가열식은 가스를 저장하는 방식이 아니라 연료를 예열·기화시키는 조작에 해당하므로 기체 연료의 저장방식으로 분류되지 않는다.

SO₃가 있으면 황산 증기가 먼저 응축하므로 산노점(황산 노점)이 수증기 노점보다 크게 높아지고, SO₃가 많을수록 더 오른다.

수증기 노점은 연소가스 중 수증기 분압에 해당하는 포화온도이다.

• 공기비 — 공기비를 키우면 가스가 희석되어 수증기 분압이 낮아지므로 노점은 내려간다.
• 노점 이하 냉각 — 노점 이하로 냉각하면 응축수에 황산이 녹아 저온부식이 심해진다.

연료에 질소가 없는 경우 공기비는 배가스 중 산소 농도만으로 근사적으로 $m = \dfrac{21}{21-\mathrm{O_2}\%}$로 구할 수 있다.

O2 농도 8%를 대입하면 $m = \dfrac{21}{21-8} = \dfrac{21}{13} \approx 1.6$으로, 제시된 값 중 1.6에 해당한다.

이상기체가 등온과정에서 외부에 하는 일은 $W = \int_1^2 P\,dV = mRT \ln \dfrac{V_2}{V_1}$ 이다. 여기에 $P_1 V_1 = mRT$ 를 대입하면 $W = P_1 V_1 \ln \dfrac{V_2}{V_1}$ 로도 쓸 수 있다.

또 등온이므로 $P_1 V_1 = P_2 V_2$, 즉 $\dfrac{V_2}{V_1} = \dfrac{P_1}{P_2}$ 이다. 따라서 $mRT \ln \dfrac{P_1}{P_2}$ 도 같은 값을 주는 옳은 표현이다.

그러나 압력비를 거꾸로 뒤집어 $P_1 V_1 \ln \dfrac{P_2}{P_1}$ 로 쓴 식은 로그 안의 값이 역수가 되어 부호가 반대로 나온다. 팽창해서 계가 일을 하는 경우($P_1 > P_2$)에 음수가 되어 버리므로 관계식으로 옳지 않다.

열펌프의 성능계수(COP)는 응축기(고온부)에서 방출되는 열량을 압축기에 투입된 일로 나눈 값, 즉 고온부 방출열량 ÷ 압축일로 정의된다.

이는 냉동기의 성능계수(저온부 흡수열량 ÷ 압축일)와 대비되는 정의이며, 같은 사이클에서 열펌프의 COP는 냉동기의 COP보다 1만큼 크다는 관계로도 이어진다.

압력이 일정한 과정에서 계에 전달된 열량은 엔탈피 변화와 같고, 이상기체 1kg 기준이므로 $Q=C_p(T_2-T_1)$이 성립한다.

따라서 정압비열은 $C_p=\dfrac{Q}{T_2-T_1}$로 구해진다.

공기의 내부에너지 증가량은 약 250.2 kJ입니다.

정적과정에서 $mR\Delta T=V\Delta P$ 이므로
$\Delta U=mc_{v}\Delta T=\dfrac{c_{v}}{R}V\Delta P=\dfrac{0.718}{0.287}\times0.5\times200\approx 250.2\ \mathrm{kJ}$ 입니다.

정적비열 대신 정압비열을 쓰면 350.2 가 되고, 압력 변화량 대신 나중 압력 300 kPa 를 넣으면 375.3 이 됩니다.

이상기체의 내부에너지는 오직 온도만의 함수이며 압력이나 부피와는 무관하다(줄의 법칙). 문제의 설명은 이를 반대로 서술하고 있으므로 틀린 내용이다.

분자 사이의 거리가 매우 멀어 인력이 없다고 가정하는 것, 압축인자(압축성인자)가 1인 것은 모두 이상기체의 기본 가정에 해당한다.

정적과정에서 이상기체의 엔트로피 변화는 $\Delta S = mC_v\ln\dfrac{T_2}{T_1}$로 구한다.

m=5kg, Cv=0.653kJ/(kg·K), T1=250+273=523K, T2=120+273=393K를 대입하면 $\Delta S = 5\times0.653\times\ln\dfrac{393}{523}\approx-0.933\ \mathrm{kJ/K}$로, 절대값 기준 약 0.933kJ/K만큼 엔트로피가 감소한다.

교축과정(throttling)은 밸브나 오리피스처럼 유체가 좁은 통로를 지나며 압력이 급격히 떨어지는 과정으로, 외부와 일이나 열의 출입이 없고 속도·위치 에너지 변화도 무시할 수 있어 엔탈피가 일정하게 유지되는 등엔탈피 과정으로 이상화된다.

등온과정은 온도가 일정한 경우, 등엔트로피 과정은 가역단열과정, 정압과정은 압력이 일정한 경우를 가리키므로 교축과정의 특성과는 다르다.

400℃(673K)~300℃(573K)에서 작동하는 카르노 기관이 버리는 열을 그대로 300℃~100℃(373K) 카르노 기관에 공급하는 구조는, 전체적으로 673K와 373K 사이에서 작동하는 하나의 카르노 기관과 동일한 전체 효율을 갖는다.

따라서 전체 효율은 $\eta = 1-\dfrac{T_3}{T_1}=1-\dfrac{373}{673}\approx0.4457$, 즉 약 44.57%가 된다.

공기표준 디젤 사이클의 열효율은 압축비 $r$, 단절비(차단비) $\sigma$, 비열비 $k$를 이용해 다음과 같이 구한다.

$\eta = 1 - \dfrac{1}{r^{\,k-1}} \cdot \dfrac{\sigma^{k}-1}{k(\sigma-1)}$

$r=17,\ \sigma=3,\ k=1.4$를 대입하면 $r^{k-1}\approx 3.106$, $\sigma^{k}\approx 4.656$이 되어 $\eta \approx 1-\dfrac{1}{3.106}\times\dfrac{3.656}{2.8}\approx 0.58$, 즉 약 58%의 열효율이 계산된다.

암모니아, 프레온(CFC계), 이산화탄소는 실제 냉동시스템에서 널리 사용되어 온 대표적인 냉매이다.

반면 오산화인($\mathrm{P_2O_5}$)은 강력한 흡습성을 지닌 건조제(제습제)로 사용되는 물질로, 냉매로는 사용되지 않는다.

이상기체의 엔트로피 변화는 정압과정에서 $\Delta S_p = mC_p\ln\dfrac{T_2}{T_1}$, 정적과정에서 $\Delta S_v = mC_v\ln\dfrac{T_2}{T_1}$로 주어진다.

동일한 온도 상승량(150℃)에 대해 두 식의 비를 취하면 $\dfrac{\Delta S_p}{\Delta S_v} = \dfrac{C_p}{C_v} = K$가 되어, 정압과정의 엔트로피 변화는 정적과정의 K배이다.

응축기(배기) 압력을 낮춰 배기온도를 낮추면 터빈 내에서의 팽창 폭이 커지면서 터빈 출구의 증기는 오히려 습분이 늘어나 건도가 낮아진다. 문제의 설명은 이를 반대로 서술하고 있으므로 틀린 내용이다.

응축기 압력이 낮아지면 방출열량이 줄어 열효율이 증가한다는 것, 보일러 압력이 높아지면 열효율이 증가한다는 것, 과열도가 높을수록 출력과 열효율이 함께 증가한다는 것은 모두 랭킨사이클의 압력·온도 영향에 대한 옳은 설명이다.

정압비열은 정적비열과 기체상수의 합이므로 $C_p = C_v + R = 3.1 + 2.1 = 5.2\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$이다.

정압과정의 가열량은 $Q = mC_p\Delta T = 2 \times 5.2 \times (150-50) = 1040\ \mathrm{kJ}$이다.

이 기체의 정압비열은 약 1.022 $\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$입니다.

정적가열이므로 $c_{v}=\dfrac{Q}{m\Delta T}=\dfrac{290}{2\times200}=0.725$ 이고,
$R=\dfrac{8.314}{28}\approx 0.297$ 이므로
$c_{p}=c_{v}+R\approx 1.022\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$ 입니다.

0.725 는 정적비열에서 멈춘 값, 0.428 은 기체상수를 뺀 값, 1.450 은 질량을 빠뜨리고 나눈 값입니다.

정압 비열은 $C_p=\dfrac{kR}{k-1}=\dfrac{1.289\times0.189}{1.289-1}\approx0.843\,\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$이다.

정압과정의 엔트로피 변화는 $\Delta S=mC_p\ln\dfrac{T_2}{T_1}=15\times0.843\times\ln\dfrac{500}{300}\approx6.46\,\mathrm{kJ/K}$로 계산된다.

표준대기압은 $101.3\ \mathrm{kPa}$이고, 공기 중 산소의 부피(몰) 분율은 약 21%이므로 돌턴의 분압 법칙에 따라 산소의 분압은 다음과 같다.

$P_{O_2} = 101.3 \times 0.21 \approx 21.3\ \mathrm{kPa}$

혼합기체의 기체상수는 각 성분의 질량비로 가중평균하여 구하며, $R_{mix} = \dfrac{m_{N_2}R_{N_2}+m_{O_2}R_{O_2}}{m_{N_2}+m_{O_2}} = \dfrac{0.7\times0.297+0.3\times0.260}{1.0}$이다.

계산하면 $R_{mix} \approx \dfrac{0.2079+0.078}{1.0} \approx 0.286\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$가 된다.

A→C→B 과정에서 계로 110J의 열이 들어오고 계가 외부에 50J의 일을 했으므로, 내부에너지 변화는 $\Delta U_{A \to B} = Q-W = 110-50 = 60\ \mathrm{J}$이다.

내부에너지는 상태함수이므로 되돌아오는 경로에서는 경로에 관계없이 $\Delta U_{B \to A} = -60\ \mathrm{J}$이 된다. 이 과정에서 계가 40J의 일을 받았다는 것은 계가 외부에 한 일이 -40J이라는 뜻이다.

따라서 $Q_{B \to A} = \Delta U_{B \to A} + W_{B \to A} = -60 + (-40) = -100\ \mathrm{J}$로, 계는 이 과정에서 100J의 열을 방출한다.

가역 단열과정은 열 출입이 없고(단열) 비가역 손실도 없는(가역) 과정이므로 등엔트로피 과정이라 부르며, 압축이든 팽창이든 엔트로피는 변하지 않는다.

엔트로피가 증가하거나 감소하는 경우는 열의 출입이 있거나 비가역성(마찰, 와류 등)이 개입될 때이며, 순수한 가역 단열 압축에서는 이러한 요인이 없으므로 엔트로피 값이 일정하게 유지된다.

등온과정에서 이상기체가 외부에 하는 일은 $W = P_1 V_1 \ln\left(\dfrac{P_1}{P_2}\right)$로 구한다.

$P_1V_1 = 1000\,\mathrm{kPa}\times 0.02\,\mathrm{m^3} = 20\,\mathrm{kJ}$이고 $\ln\left(\dfrac{1000}{200}\right)=\ln 5 \approx 1.609$이므로, $W \approx 20\times 1.609 \approx 32.2\,\mathrm{kJ}$로 계산된다.

탄성식 압력계 중 금속관을 C자 또는 나선형으로 구부린 관에 압력이 가해지면 관이 펴지려는 변위를 이용해 압력을 지시하는 방식이 부르동관식 압력계이며, 구조가 간단하고 견고하여 보일러의 증기압 측정 등 공업용으로 널리 사용된다.

링 밸런스식은 봉입액을 이용해 통풍압 같은 미압·차압을 재는 계기이고, 벨로즈식은 주름통의 신축을 이용하는 저압·차압용, 피스톤식은 추와 피스톤의 균형을 이용하는 기준기(압력계 교정용) 성격이 강해 증기압 측정용 공업 계기로는 부르동관식이 대표적이다.

벤투리미터는 관 단면을 서서히 좁혀 목(throat) 부분에서 유속을 높이고 압력강하를 이용해 유량을 구하는 차압식 유량계이다. 유로 형상이 완만하게 변하기 때문에 오리피스에 비해 압력손실이 적고 측정 정도(정확도)가 높다는 것이 가장 큰 장점이다.

다만 완만한 형상 때문에 제작이 까다로워 오리피스보다 가격이 비싸고 설치에 필요한 공간(길이)도 더 크며, 목 부분의 지름은 제작 시 고정되므로 사용 중 파이프와 목의 지름비를 임의로 바꿀 수 없다.

스트레인게이지식 압력계는 압력에 의한 변형(스트레인)이 저항체에 가해질 때 저항이 변화하는 압전 저항효과를 이용하여 압력을 전기신호로 변환한다.

액주형과 아네로이드 압력계는 각각 액주의 높이차, 탄성 금속판의 변위를 기계적으로 이용하는 방식이며, 박막식 압력계도 다이어프램의 변형을 이용하는 별도 방식이다.

방사온도계(복사온도계)는 측정 대상에서 방사되는 에너지를 렌즈로 모아 검출하므로, 측정거리가 변하면 검출 시야(면적)가 달라져 오히려 오차가 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서 측정거리에 따라 오차발생이 적다는 설명은 방사온도계의 실제 특성과 어긋난다.

방사율에 대한 보정이 크게 필요하고, 발신부(검출부)의 온도 상승을 막기 위해 필요 시 냉각하며, 측정경로 중의 수증기·탄산가스 등이 방사를 흡수·산란시켜 오차를 유발하므로 주의해야 하는 것은 방사온도계의 실제 특징이다.

차압식 유량계에서 유량은 차압의 제곱근에 비례하므로 $Q_2 = Q_1\sqrt{\dfrac{\Delta P_2}{\Delta P_1}}$의 관계가 성립한다.

주어진 값을 대입하면 $Q_2 = 300\times\sqrt{\dfrac{900}{2500}} = 300\times 0.6 = 180\,\mathrm{m^3/h}$가 된다.

오버슈트(overshoot)는 계단입력이 가해진 뒤 응답이 정상상태(최종값)에 도달하는 과정에서 그 값을 얼마나 초과해서 벗어나는지를 나타내는 척도이다.

오프셋은 정상상태에서 목표값과의 잔류편차, 쇠퇴비는 진동이 감쇠하는 비율, 응답시간은 응답이 목표값 부근에 도달하기까지 걸리는 시간을 뜻하므로 초과량 자체를 나타내는 오버슈트와는 구분된다.

U자관에서 두 액체가 평형을 이루면 좌우 액주가 만드는 압력이 서로 같아야 하므로, 비중과 액주 높이의 곱이 같다는 관계가 성립한다.

이 액체의 비중을 $S$라 하면 $S \times 20 = 13.6 \times 4$이므로

$S = \dfrac{13.6 \times 4}{20} = 2.72$

즉 이 액체의 비중은 2.72이다. 수은보다 액주 높이가 5배 길다는 것은 비중이 그만큼 작다는 뜻이므로, 수은 비중의 $1/5$에 해당하는 값이 나오는 것이 타당하다.

자기법(자기식 가스분석계)은 산소(O2)가 상자성체로서 자기장에 끌리는 성질을 이용해 산소 농도를 측정하는 방식으로, 반자성체인 이산화탄소(CO2)의 농도 측정에는 적용할 수 없다.

반면 적외선법은 CO2가 특정 파장의 적외선을 흡수하는 성질을, 열전도율(열도전율)법은 CO2와 공기의 열전도도 차이를, 도전율법은 CO2를 흡수시킨 용액의 전기전도도 변화를 이용하므로 모두 CO2 농도 측정에 쓰인다.

피토관으로 측정한 유속은 동압을 수주 높이로 환산한 값으로부터 $v=\sqrt{2gh}$ 식으로 구할 수 있다.

수주 높이 30cm를 미터 단위로 고쳐 $h=0.3\ \mathrm{m}$를 대입하면 $v=\sqrt{2\times9.8\times0.3}\approx\sqrt{5.88}\approx2.42\ \mathrm{m/s}$가 된다.

루프트형 검출기는 측정 대상 성분을 봉입한 두 검출실이 얇은 금속 격막으로 나뉘어 있다.

시료 쪽과 비교 쪽을 지나온 적외선의 흡수량 차이가 열팽창(압력)차로 바뀌고, 이를 콘덴서 격막의 변위(정전용량 변화)로 검출한다.

• 자기풍 — 자기식 산소계의 원리이다.
• 백금선 저항 변화 — 열전도율식의 원리이다.
• 이온 전류 — 수소염 이온화 검출기(FID)의 원리이다.

편위식(디스플레이서식) 액면계는 액체 속에 잠긴 부표(디스플레이서)가 받는 부력의 변화를 이용해 액위를 측정하는 방식으로, 이는 물체가 유체 속에서 배제한 유체의 무게만큼 부력을 받는다는 아르키메데스의 원리에 기반한다.

액압측정식은 액주의 압력차를, 전극식은 전기 전도도를, 기포식은 액 중에 불어넣은 기포의 압력을 이용하는 방식으로 부력의 원리와는 직접 관련이 없다.

광고온도계(광온도계)는 고온체가 방출하는 빛의 밝기(휘도)를 표준전구와 비교하여 온도를 구하는 비접촉식 온도계로, 약 700℃ 이상에서 3000℃ 안팎의 초고온까지 측정할 수 있어 제시된 온도계 중 측정범위가 가장 높다.

저항온도계는 수백℃ 이하, 열전온도계는 1600℃ 정도, 압력온도계는 그보다 낮은 범위에서 사용되므로 광고온도계에 비해 상한 온도가 낮다.

그림에서 압력계 $P_x$가 달린 관에는 비중 0.9인 기름이 차 있고, 압력계가 붙은 관 중심선에서 U자관 왼쪽 수은면까지의 높이가 3 m, U자관 좌우 수은면의 높이차가 20 cm, 수은의 비중은 13.55이다.

왼쪽 수은면을 기준면으로 잡고 좌우 압력을 같다고 놓으면 $P_x + \gamma_{\text{기름}} \times 3 = \gamma_{\text{수은}} \times 0.2$ 이다. 비중량은 각각 $900\ \mathrm{kgf/m^3}$, $13550\ \mathrm{kgf/m^3}$ 이다.

$P_x = 13550 \times 0.2 - 900 \times 3 = 2710 - 2700 = 10\ \mathrm{kgf/m^2}$

$1\ \mathrm{kgf/cm^2} = 10^4\ \mathrm{kgf/m^2}$ 이므로 압력계 지시값은 0.001 kgf/cm²이다. 수은주가 만드는 2,710과 기름주가 만드는 2,700이 거의 상쇄되어 아주 작은 값만 남는 것이 이 문제의 핵심이다.

봄브(통열량계)식 열량계는 시료를 고압 산소 분위기의 밀폐 용기(봄브) 안에서 완전연소시키고 그 열을 주위 물의 온도 상승으로 환산하는 방식으로, 고체·액체 연료의 발열량 측정에 널리 쓰인다.

융커스식은 가스연료 전용 유수형 열량계이며, 클리브랜드식(개방식)과 태그식(밀폐식)은 발열량이 아니라 인화점을 측정하는 시험법이므로 목적이 다르다.

비례(P) 제어는 편차에 비례한 조작량만 내보내므로, 부하가 변하면 목표값과 실제값 사이에 잔류편차(off-set)가 남아 완전히 제거되지 않는다.

적분(I) 동작이 포함된 I 제어, PI 제어, PID 제어는 편차가 남아있는 동안 조작량을 계속 누적시켜 결국 잔류편차를 없앨 수 있다는 점에서 P 제어와 구분된다.

단열식 열량계에서 발열량은 (통내 물의 양과 열량계 물당량의 합)에 물의 비열과 온도상승을 곱한 값을 시료 질량으로 나누어 구한다.

$H = \dfrac{(2000+500)\ \mathrm{g} \times 4.19\ \mathrm{J/(g\cdot K)} \times 4\ \mathrm{K}}{1.5\ \mathrm{g}} = \dfrac{41900\ \mathrm{J}}{1.5\ \mathrm{g}} \approx 2.79\times10^{4}\ \mathrm{J/g}$

물당량 500g은 열량계 자체(용기 등)가 흡수하는 열량을 물의 질량으로 환산한 값이므로 실제 물의 양 2000g에 더해서 계산해야 한다.

두 유량계 모두 관로 안에 움직이는 부분이나 오리피스 같은 조임기구가 없다.

그래서 압력손실이 거의 없고 대구경 관에도 쓰기 좋다.

• 전기 전도성·패러데이 법칙 — 전도성 유체가 필요하고 패러데이 법칙을 이용하는 것은 전자 유량계만의 특징이며, 초음파식은 비전도성 유체도 측정할 수 있다.
• 기포 — 기포는 두 방식 모두에서 오차의 원인이 된다.

열전대(열전온도계)는 두 이종금속의 접합부에서 발생하는 열기전력(제벡효과)을 이용하는 접촉식 온도계로, 접촉식 가운데 비교적 높은 온도까지 측정할 수 있다는 것이 큰 특징이다(백금계 열전대는 1600℃ 안팎까지 사용). 따라서 비교적 낮은 온도 측정에 사용한다는 설명은 열전온도계의 특성과 맞지 않는다.

열기전력이 크고 온도 상승에 따라 연속적으로 증가해야 한다는 점, 기준접점 온도를 일정하게 유지해야 한다는 점, 소자를 보호관 속에 넣어 사용한다는 점은 모두 열전온도계의 실제 특성과 일치한다.

그림은 왼쪽 끝 A에서 서로 다른 두 소선이 한 점에 접합되고, A~B 구간은 열전대 소선, B~C 구간은 파선으로 그린 보상도선, C~D 구간은 실선의 일반 구리 도선, 그리고 D가 오른쪽 사각형(지시계) 단자에 물리는 결선을 나타낸다.

열전대는 두 접점의 온도차로 열기전력을 만든다. 측정 대상에 넣어 두 소선이 접합된 A가 측온접점(열접점)이고, 기준온도를 유지해야 하는 반대쪽 접점이 냉접점(기준접점)이다. 냉접점은 열전대(또는 이를 연장한 보상도선)와 구리 도선이 만나는 지점에 형성되므로, 파선이 실선으로 바뀌는 C가 냉접점이다.

B는 열전대 소선과 보상도선의 접속점으로, 보상도선은 열전대와 열기전력 특성이 거의 같아 냉접점을 계기 쪽까지 연장해 줄 뿐 그 자체가 기준접점이 되지는 않는다. D는 지시계 단자에 지나지 않는다. 냉접점 온도가 흔들리면 지시값이 그대로 틀어지므로 실제로는 이 지점을 0℃ 항온조에 넣거나 냉접점 보상회로로 온도를 잡아 준다.

차압식 유량계는 유량이 압력차의 제곱근에 비례하므로, 유량이 절반으로 줄면 압력차는 1/4로 급격히 작아진다. 그 결과 저유량 영역에서 오차가 커져 정도가 뛰어난 편이 못 되고 측정범위(레인지어빌리티)도 좁으므로, 정도가 좋다는 설명은 실제 특성과 어긋난다.

관로에 오리피스·플로우 노즐 등이 설치된다는 점, 유량이 압력차의 평방근에 비례한다는 점, 레이놀즈수가 $10^5$ 이상인 영역에서 유량계수가 거의 일정하게 유지된다는 점은 차압식 유량계의 일반적인 특성으로 옳다.

보온재를 두껍게 할수록 열손실에 따른 방산열량(Q) 비용은 줄어드는 대신 보온재 자체의 재료·시공비용(P)은 늘어난다.

따라서 연간 총비용을 방산열손실비용과 보온재비용의 합, 즉 $Q + P$ 로 놓고 이 합이 최소가 되는 두께를 구하는 것이 경제적 보온두께 결정의 기본 원리이며, 이 최소점이 최적(경제) 보온두께가 된다.

내압 p를 받는 원통에서 축 방향 응력은 관 단면에 작용하는 힘 $p\cdot\dfrac{\pi D^2}{4}$ 를 관 벽의 환상 단면적 $\pi D t$ 가 부담하는 것으로 보아 $\sigma=\dfrac{pD}{4t}$ 로 유도된다.

여기서 압력은 kg/cm², 응력은 kg/mm² 로 단위계가 다르다. $1\,\mathrm{kg/cm^2}=\dfrac{1}{100}\,\mathrm{kg/mm^2}$ 이므로 $\sigma=\dfrac{pD}{4t}\times\dfrac{1}{100}=\dfrac{pD}{400t}$ 가 된다.

같은 방법으로 원주(후프) 방향 응력은 $\sigma=\dfrac{pD}{2t}=\dfrac{pD}{200t}$ 로 축 방향의 2배다. 분자에 $\pi$ 가 남아 있는 식은 유도 과정에서 원의 $\pi$ 가 서로 약분되므로 성립하지 않는다.

에너지이용합리화법령은 에너지사용계획의 검토, 에너지관리지도, 효율관리기자재의 측정결과 신고 접수 등 실무적·기술적 성격의 업무를 한국에너지공단 이사장에게 위탁하고 있다.

반면 열사용기자재 제조업의 등록은 사업 인허가 성격의 행정처분으로, 한국에너지공단이 아닌 관할 행정청의 권한으로 유지되는 사항이다.

냉난방온도 제한건물(판매시설 및 공항은 제외)의 냉방제한온도는 26℃ 이상으로 정해져 있다. 실내를 지나치게 낮은 온도로 냉방하지 못하도록 하한선을 두는 방식이다.

같은 기준에서 난방제한온도는 20℃ 이하로 상한선을 두므로, 18℃ 이하나 22℃ 이하, 20℃ 이상과 같은 값은 냉방제한온도로 정해진 기준과 맞지 않는다.

플라스틱 내화물은 소결력이 좋고 내식성이 크며, 성형 후 팽창·수축이 적어 균열 발생이 적은 부정형 내화물이다. 또한 캐스터블 내화물보다 고온 부위에 적합하게 사용된다.

다만 이러한 특성을 얻으려면 내화도가 높을 뿐 아니라 하중 연화점도 높아야 고온 하중 하에서 변형되지 않고 견딜 수 있으므로, 하중 연화점이 낮다는 설명은 플라스틱 내화물의 실제 특성과 맞지 않는다.

정상상태에서 두 벽돌의 경계면 온도는 약 1100℃이다.

단위면적당 열저항은 $R_1=\dfrac{0.24}{1.2}=0.2$, $R_2=\dfrac{0.15}{0.15}=1.0\ \mathrm{m^2K/W}$이므로
열유속은 $q=\dfrac{1300-100}{0.2+1.0}=1000\ \mathrm{W/m^2}$이고,
경계면 온도는 $T_i=1300-1000\times0.2=1100$℃이다.

온도강하의 대부분이 열저항이 큰 단열벽돌층에서 일어나므로, 단열벽돌은 고온면이 아닌 바깥쪽에 두되 경계면 온도를 견디는 등급을 골라야 한다.

200℃는 내화벽돌층의 온도강하만 구한 값이고, 562℃는 열전도율을 무시하고 두께 비로만 온도를 나눈 값이다.

배관의 호칭 두께를 나타내는 스케줄 번호(Sch. No.)는 $\mathrm{Sch.\ No.} = 1000 \times \dfrac{P}{S}$ (P: 사용압력, S: 허용응력)로 산출되며, 이 식에서 허용응력이 스케줄 번호를 직접 결정하는 핵심 변수이다.

관의 외경, 사용온도, 열팽창계수는 배관 설계에서 함께 고려되는 요소이지만 스케줄 번호 자체를 산출하는 식에는 직접 들어가지 않는다는 점에서 허용응력과 차이가 있다.

에너지이용 합리화법에 따라 민간사업주관자가 에너지사용계획을 수립하여 기후에너지환경부장관에게 제출해야 하는 전력사용시설 기준은 연간 2천만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 경우이다.

같은 제도에서 국가·지방자치단체 등 공공사업주관자는 이보다 낮은 기준(연간 1천만 킬로와트시 이상)이 적용되어 민간사업주관자의 기준과 구분된다.

버스팅은 크롬질·크롬-마그네시아질 벽돌이 고온에서 산화철을 흡수해 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상이다.

• 스폴링 — 급격한 온도 변화 등으로 균열·박리가 생기는 현상이다.
• 슬래킹 — 마그네시아·돌로마이트 같은 염기성 내화물이 수증기를 흡수해 붕괴하는 현상이다.

필링은 슬래그가 스며든 표층이 벗겨지는 현상으로, 하중에 의한 고온 변형과는 다르다.

보온재는 열손실을 최소화하기 위해 사용하는 재료이므로, 불연성이고 비중이 작으며 어느 정도의 강도를 갖추는 동시에 열전도율은 가능한 한 작아야 한다.

보기에 제시된 '열전도율이 클 것'은 보온재가 갖추어야 할 조건과 정반대되는 설명으로, 열전도율이 커지면 보온 성능이 오히려 떨어진다.

에너지사용자가 수립하는 자발적 협약의 이행계획에는 협약 체결 전년도의 에너지소비 현황, 단위당 에너지이용효율 향상목표(또는 온실가스 배출 감축목표)와 그 이행방법, 에너지관리체제 및 관리방법, 효율향상목표 등의 이행을 위한 투자계획 등이 포함된다.

반면 전년도의 에너지사용량과 제품생산량은 에너지다소비사업자가 매년 행정청에 제출하는 에너지사용량 신고의 기재사항으로, 자발적 협약의 이행계획에 담아야 할 항목과는 성격이 다르다.

내화 모르타르는 사용 중 반복되는 건조·가열 과정에서 수축·팽창이 작아야 균열이나 박리, 줄눈 벌어짐을 방지할 수 있다. 따라서 수축·팽창이 커야 한다는 설명은 반대로 서술되어 틀렸다.

시공성·접착성이 좋아야 하고, 화학성분·광물조성이 내화벽돌과 유사해야 하며, 필요한 내화도를 가져야 한다는 것은 모두 올바른 구비조건이다.

에너지이용합리화법에서는 특정 행정행위를 신청하는 자에게 정해진 바에 따라 수수료를 납부하도록 하고 있는데, 이에 해당하는 대표적인 경우가 검사대상기기의 검사를 받고자 하는 경우이다.

제조업 허가 신청, 에너지관리대상자 지정, 열사용기자재의 형식승인은 각각 별도의 절차로 규정되어 있을 뿐 수수료 납부 대상으로 규정된 항목이 아니다.

유체의 역류를 막기 위해 밸브 자체의 무게와 밸브 양면의 압력차만으로 자동으로 열리고 닫혀, 유체를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 밸브는 체크밸브(역지밸브)이다.

별도의 조작 없이 압력차에 의해 스스로 개폐되는 것이 체크밸브의 핵심 특징이다.

슬루스밸브(게이트밸브)와 버터플라이밸브는 유량 차단·조절용 밸브이고 회전밸브 역시 개폐 조작이 필요한 밸브로, 역류방지 전용 기능을 갖는 체크밸브와는 구분된다.

한국에너지공단은 에너지이용 합리화법에 근거하여 신에너지 및 재생에너지 개발사업의 촉진, 열사용기자재의 안전관리, 집단에너지 사업의 촉진을 위한 지원ㆍ관리 등 에너지 관련 실무사업을 수행하는 기관이다.

반면 에너지의 안정적 공급은 국가 전체의 에너지 수급 정책 목표에 해당하는 것으로, 공단이 수행하는 개별 사업으로 열거되는 항목은 아니다.

글로브밸브는 유체가 밸브 몸통 내부에서 방향을 바꾸며 흐르는 구조여서 유동저항이 크고 조작력이 많이 필요하다. 따라서 조작력이 적어 고압의 대구경 밸브에 적합하다는 설명은 사실과 반대이며, 이러한 용도에는 게이트밸브 등이 더 적합하다.

반면 글로브밸브는 유량조절이 용이해 자동조절밸브 등에 널리 응용되며, 디스크 형상에 따라 앵글밸브·Y형밸브·니들밸브 등으로 분류되는 것은 옳은 설명이다.

검사에 불합격한 검사대상기기를 사용한 자에게는 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 처하는 벌칙이 적용된다.

이는 안전성이 확인되지 않은 검사대상기기를 사용하는 행위를 규제하기 위한 벌칙 규정으로, 다른 금액·형량 기준은 이 위반행위에 해당하는 벌칙과 일치하지 않는다.

산성 내화물은 규석질, 납석질, 샤모트(점토)질 내화물과 같이 실리카(SiO2) 성분이 주가 되는 내화물로, 산성 슬래그·용융물에 강한 특징이 있다.

마그네시아질 내화물은 산화마그네슘(MgO)이 주성분인 염기성 내화물로 산성 슬래그와는 반응하기 쉬워 산성 내화물로 분류되지 않는다.

노재(내화물)는 화학적 성질에 따라 산성·중성·염기성으로 구분되는데, 크롬질 벽돌은 중성 내화물로 분류된다. 따라서 크롬질 벽돌을 염기성으로 짝지은 설명은 옳지 않다.

샤모트질·규석질 벽돌은 산성 내화물, 돌로마이트질 벽돌은 대표적인 염기성 내화물에 해당하므로 나머지 짝짓기는 타당하다.

인정검사대상기기관리자(교육이수자)가 관리할 수 있는 범위는 압력용기, 온수를 발생하거나 열매체를 가열하는 보일러로서 용량이 581.5kW 이하인 것, 그리고 최고사용압력이 1MPa 이하이면서 전열면적이 10㎡ 이하인 증기보일러로 한정되어 있다.

따라서 최고사용압력이 2MPa인 증기보일러는 전열면적이 5㎡로 작더라도 압력 기준을 넘어서므로 인정검사대상기기관리자의 관리 범위에 들어가지 않고, 해당 국가기술자격을 가진 검사대상기기관리자가 맡아야 한다.

과열기는 보일러에서 발생한 포화증기를 다시 가열하여 온도를 높이는 장치로, 증기원동소의 열효율 향상과 터빈 습분 감소 등을 목적으로 주로 고압·대용량 보일러에 사용된다. 따라서 저압 보일러의 효율 향상을 위해 주로 사용된다는 설명은 사실과 반대이다.

과열기는 증기 온도를 높여 효율을 올리는 반면, 고온부식의 우려와 연소가스 저항으로 인한 압력손실이 커진다는 단점도 함께 가진다.

구멍에서 멀리 떨어진 보강재는 응력 흐름을 분담하지 못해 효과가 거의 없다.

구멍 가장자리에는 응력이 집중되므로, 구멍으로 잃은 단면적을 보강판·관대 등으로 보충하되 구멍 가장자리 가까운 유효 보강 범위 안에 두어야 한다.

원통 동체는 원주방향 응력이 크므로 타원형 구멍은 짧은 지름을 길이방향으로 두어 원주방향 단면 손실을 줄인다.

시간당 증발량은 시험시간 동안 공급된 급수량을 시험시간으로 나누어 구합니다. 급수량이 30,000kg이고 시험시간이 5시간이므로 $\dfrac{30000\ \mathrm{kg}}{5\ \mathrm{h}} = 6000\ \mathrm{kg/h}$가 시간당 증발량이 됩니다.

시간당 연료사용량도 같은 방식으로 급유량을 시험시간으로 나누어 구합니다. 급유량이 1000kg이므로 $\dfrac{1000\ \mathrm{kg}}{5\ \mathrm{h}} = 200\ \mathrm{kg/h}$가 시간당 연료사용량이 됩니다.

따라서 시간당 증발량 6000kg/h, 시간당 연료사용량 200kg/h로 계산되는 조합이 정답입니다. 증기압력과 급수온도는 상당증발량이나 보일러 효율을 구할 때 필요한 값으로, 단순한 시간당 증발량·연료사용량 산정에는 직접 관여하지 않습니다.

그림의 벽체는 내측에서 외측 방향으로 콘크리트 200mm(λ=1.4) → 글라스울 75mm(λ=0.033) → 석고보드 20mm(λ=0.21 kcal/h·m·℃) 순으로 구성되고, 여기에 내측 표면열저항 0.05, 외측 표면열저항 0.13 m²·h·℃/kcal이 더해진다.

열관류율은 각 층의 열저항을 모두 더한 전열저항의 역수로 구한다. 각 재료층의 저항은 두께를 열전도율로 나눈 값이다.

$R = 0.05 + \dfrac{0.2}{1.4} + \dfrac{0.075}{0.033} + \dfrac{0.02}{0.21} + 0.13 = 0.05 + 0.143 + 2.273 + 0.095 + 0.13 \fallingdotseq 2.69\ \mathrm{m^2 \cdot h \cdot ℃/kcal}$

$K = \dfrac{1}{R} = \dfrac{1}{2.69} \fallingdotseq 0.37\ \mathrm{kcal/h \cdot m^2 \cdot ℃}$ 이다. 두께가 75mm에 불과한 글라스울의 저항 2.27이 전체 저항의 약 85%를 차지하고, 두께가 가장 두꺼운 콘크리트는 열전도율이 커서 저항이 0.14밖에 되지 않는다는 점이 단열재의 역할을 잘 보여 준다.

스팀트랩은 증기와 응축수를 분리하여 응축수만 배출하는 장치로, 응축수로 인한 설비 부식을 방지하고 응축수 정체에 의한 수격작용을 막으며, 관내 유체 흐름의 마찰저항을 감소시키는 효과가 있다.

반면 베이퍼록은 배관 내에서 응축수가 국부적으로 재증발해 흐름이 막히는 현상으로, 스팀트랩 운전 중 나타날 수 있는 장애에 가깝지 트랩 부착으로 얻는 효과가 아니다.

보일러는 정격용량의 일부만 사용하면서도 부하변동에 대응할 여유를 남겨두고 운전하는 것이 열효율과 안전성 면에서 유리하며, 일반적으로 정격용량의 60~80% 수준을 이상적인 부하율로 본다.

부하율이 지나치게 낮으면 효율이 떨어지고, 정격에 가깝게 운전하면 부하 급변에 대응할 여유가 부족해지므로 20~30%나 30~40%, 40~60%와 같은 낮은 부하율은 이상적인 운전 범위로 보기 어렵다.

프라이밍·포밍(캐리오버)을 방지하려면 주증기 밸브를 천천히 개방하고, 급수처리를 통해 부유물을 제거하며, 보일러수의 농축(불순물 농도 상승)을 방지해야 한다.

보일러 수위를 안전고수위 부근에서 지속적으로 높게 유지하면 증기가 모이는 증기실 공간이 좁아져 오히려 물방울이 증기에 섞여 튀어 오르기 쉬워지므로, 안전고수위 상태를 계속 유지하는 것은 방지대책이 아니라 프라이밍·포밍을 유발하기 쉬운 운전 방식이다.

노통연관식 보일러는 원통형 동체 안에 많은 양의 물을 보유하고 있어, 파열이 발생할 경우 수관식보다 피해가 비교적 크다(위험하다)는 특징이 있다.

반대로 같은 용량 기준 설치면적은 수관식보다 작은 편이고, 원통형 구조상 연소실 형상을 자유롭게 만들기 어려우며, 수관식보다 구조가 단순해 청소·점검은 상대적으로 용이한 편이다.

코르니시 보일러는 노통이 1개인 노통보일러로, 이 노통을 동체 중심에서 한쪽으로 치우치게(편심) 부착하면 노통 좌우의 물 공간 크기가 달라져 가열된 물이 넓은 쪽으로 활발히 돌아 흐르게 되므로 보일러수의 순환이 좋아진다.

노통을 동체 중앙에 두면 좌우 수공간이 대칭이 되어 순환력이 약해지므로, 편심 배치는 강도 보강이나 청소 편의보다 순환 촉진에 초점을 둔 설계이다.

갤로웨이관은 노통보일러의 노통 내부를 가로질러 설치하는 관으로, 전열면적을 늘리고 노통 내 물의 순환을 촉진하며 동시에 노통 자체의 구조적 강도를 보강하는 역할을 한다.

이 관은 노통 내부에 돌출된 형태로 설치되어 오히려 화염과 가스 흐름에 저항 요소로 작용할 수 있으므로, 유동저항을 줄이기 위한 목적으로 설치하는 것은 아니다.

수관보일러의 수냉노벽은 고온의 화염이 직접 내화벽돌에 닿아 연화·변형되는 것을 막고, 복사열을 물이 흡수하도록 하여 열손실을 줄이며, 동시에 전열면적을 늘려 보일러 효율을 높이는 역할을 한다.

반면 "물의 순환을 좋게 하고 수관의 변형을 방지"하는 것은 수냉노벽 고유의 설치 목적이라기보다 보일러 전체 순환계통 설계에서 다뤄지는 사항이므로, 수냉노벽의 설치 목적으로 보기에는 가장 거리가 멀다.

제시된 특징 — 가동 시 별도의 공기배출이 필요 없고, 작동이 빈번해 내구성이 낮으며, 소형이고 워터해머에 강하고, 과열증기 사용에 적합 — 은 디스크식(열역학적) 증기트랩의 것이다.

디스크식은 응축수와 재증발 증기의 유속 차이에 따른 압력 변화로 얇은 디스크 한 장이 스스로 열리고 닫히는 구조다. 가동부가 디스크 하나뿐이라 소형·경량이고 진동과 워터해머에 강하며 과열증기에도 쓸 수 있지만, 개폐 사이클이 잦아 디스크와 시트가 빨리 마모되는 것이 약점이다.

버킷형과 플로트식은 물통이나 플로트 같은 큰 가동부가 있어 형체가 크다. 특히 플로트식은 워터해머에 약하고 공기를 스스로 빼내지 못해 별도의 공기빼기 장치를 함께 달아야 하며, 버킷형도 공기 배출이 원활하지 않아 작은 벤트 구멍이 필요하다. 바이메탈식은 온도 변화에 따라 서서히 작동해 응답이 느린 편이므로 "작동이 빈번하다"는 설명과 맞지 않는다.

1줄 겹치기 리벳이음에서 강판(모재)의 효율은 리벳 구멍으로 줄어든 단면적의 비율로 나타내며 $\eta=\dfrac{p-d}{p}$로 계산한다. 여기서 $p$는 리벳 구멍의 피치, $d$는 리벳(구멍)의 지름이다.

값을 대입하면 $\eta=\dfrac{60.2-16.8}{60.2}\times100\approx72\%$가 된다.

파형 노통은 파형의 피치와 골 깊이에 따라 여러 형식으로 구분되는데, 피치가 200mm 이하로 촘촘하면서 골의 깊이가 38mm 이상으로 깊게 성형된 형식이 폭스형(Fox type)이다.

이에 비해 리즈포지형이나 브라운형은 피치가 200mm를 넘고 골도 더 깊게 성형되는 치수 구분에 속하므로 주어진 조건과는 맞지 않는다. 파형 노통은 이러한 파형 덕분에 평노통보다 전열면적이 넓고 열팽창 흡수와 압축에 대한 강도 면에서 유리하다.

한쪽 덮개판 맞대기 리벳이음은 전단면이 1개인 단전단(single shear) 이음이므로, 리벳 1개가 견딜 수 있는 하중은 리벳 단면적에 허용전단응력을 곱한 값이다.

필요한 리벳 개수는 전체 인장하중을 리벳 1개당 허용하중으로 나누어 구하며, 소수점 이하는 올림하여 정수 개로 산정한다.

상향 버킷식 증기트랩은 응축수가 유입되어 버킷 내부의 부력 변화로 밸브를 개폐하는 구조이므로, 정상적으로 배출되려면 유입구와 유출구 사이에 일정한 차압이 반드시 존재해야 작동한다. 차압이 없으면 버킷의 부력 변화가 일어나지 않아 배출이 이루어지지 않는다.

가동 시 공기빼기가 필요하고 겨울철 동결 우려가 있는 점, 배관계통에 설치되어 응축수 배출용으로 쓰이는 점, 수평 설치가 원칙이라는 점은 상향 버킷식 트랩의 일반적 특징으로 옳은 설명이다.

얇은 두께의 원통형 압력용기에서 내압에 의해 발생하는 응력은 원주방향(후프) 응력과 축방향 응력으로 나뉘며, 각각 $\sigma_{\theta}=\dfrac{pD}{2t}$, $\sigma_{z}=\dfrac{pD}{4t}$로 구해진다.

두 식을 비교하면 $\dfrac{\sigma_{\theta}}{\sigma_{z}}=2$로, 원주방향 응력이 축방향 응력의 2배가 된다. 이는 보일러 동체와 같은 얇은 원통형 압력용기 설계에서 원주방향 이음부의 강도를 더 크게 확보해야 하는 이유이기도 하다.

벤슨(Benson) 보일러는 급수펌프의 압력만으로 관 내부를 한 번 통과시키며 증기를 발생시키는 관류식(once-through) 보일러로, 보일러수를 순환시키지 않으므로 순환식이 아니다.

타쿠마, 야로우, 라몬트 보일러는 각각 자연순환식 또는 강제순환식에 속하는 수관식 보일러이다.

보일러 분출작업은 보일러수 중의 슬러지나 농축된 불순물을 배출하는 작업으로, 수위가 저수위 이하로 내려가지 않도록 주의하면서 실시해야 한다. 저수위 이하로 분출한다는 설명은 이 원칙과 반대되는 잘못된 내용이다.

분출작업을 2명 1개조로 하고, 작업 도중 다른 작업을 병행하지 않으며, 2대의 보일러를 동시에 분출하지 않는 것은 안전한 분출작업을 위한 올바른 주의사항이다.

두 조건을 모두 만족해야 하므로 큰 값인 10 mm가 필요하다.

원주방향 응력은 길이이음을 벌리므로 $t_1 = \dfrac{PD}{2\sigma_a\eta_1} = \dfrac{1.0\times 1600}{2\times 100\times 0.8} = 10\ \mathrm{mm}$,
축방향 응력은 원주이음에 걸리므로 $t_2 = \dfrac{PD}{4\sigma_a\eta_2} = \dfrac{1.0\times 1600}{4\times 100\times 0.5} = 8\ \mathrm{mm}$ 이다.

원주이음 효율이 더 낮아도 축방향 응력이 원주방향의 절반이어서 길이이음 쪽이 두께를 정한다.