과잉공기가 있는 상태에서의 건연소가스 조성으로부터 최대탄산가스율(CO₂max)을 구할 때는 $CO_{2,max} = \dfrac{21 \times CO_2}{21-O_2}$ 관계를 이용한다.

측정된 CO₂ 16%, O₂ 1%를 대입하면 $CO_{2,max} = \dfrac{21\times16}{21-1} = 16.8\%$로 계산된다.

전기식 집진장치(전기집진기)는 코로나 방전으로 입자를 대전시켜 전극에 포집하는 방식으로, 압력손실이 작아 대량의 가스를 처리할 수 있고 집진효율이 90~99.9%에 이를 정도로 높으며, 이를 위해 고전압장치와 정전설비가 필요하다.

전기집진기의 큰 장점은 $0.05\sim20\ \mu\mathrm{m}$ 수준의 매우 미세한 입자까지 포집할 수 있다는 점이므로, 포집입자의 직경이 30~50μm 정도라는 설명은 실제 성능과 맞지 않는다.

에틸렌의 연소반응은 $C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$이다.

C₂H₄ 10g은 $10/28\ \mathrm{mol}$이므로 이론산소량은 $\dfrac{10}{28}\times3\times32 \approx 34.3\ \mathrm{g}$이고, 공기 중 산소 중량비 23.2%를 적용하면 이론공기량은 $A_o = \dfrac{34.3}{0.232} \approx 147.8\ \mathrm{g}$이다.

실제 공급된 공기량이 160g이므로 과잉공기량은 $160-147.8 \approx 12.22\ \mathrm{g}$이다.

기류분무식 버너는 압축공기의 압력으로 연료유를 무화시키는 버너로, 200~700kPa의 공기를 사용하는 고압식과 5~200kPa을 사용하는 저압식으로 나뉜다.

또한 공기와 연료가 섞이는 위치에 따라 노즐 밖에서 혼합되는 외부혼합식과 노즐 안에서 혼합되는 내부혼합식으로도 구분된다.

유압분무식은 연료 자체의 압력으로, 회전식(로터리)은 회전컵의 원심력으로 무화시키는 방식이라는 점에서 기류분무식과 원리가 다르다.

증기운 폭발(UVCE)에서는 점화위치가 방출점에서 멀수록 가연성 증기가 공기와 충분히 혼합되어 폭발위력이 커진다. 방출점에 가까운 곳에서 점화되면 오히려 혼합이 덜 진행된 상태라 위력이 작아지므로, 점화위치가 방출점에서 가까울수록 위력이 크다는 설명은 옳지 않다.

실제로 증기운 폭발은 완전한 폭발보다 화재로 끝나는 경우가 많고, 연소에너지 중 폭풍파로 전환되는 비율은 약 20% 수준에 그치며, 증기운의 규모가 클수록 점화 가능성도 높아진다는 점은 모두 타당한 설명이다.

예혼합 연소방식은 버너에 도달하기 전 단계에서 연료와 공기를 미리 섞어 연소시키는 방식으로, 저압버너·고압버너·송풍(가압)버너가 대표적인 예혼합형 가스버너에 해당한다.

반면 포트형 버너는 연료와 공기를 각각 따로 공급하여 연소 중에 혼합이 이루어지는 확산연소방식의 대표적인 형태이므로, 예혼합 버너의 종류에서 제외된다.

프로판의 완전연소 반응은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$이므로 이론산소량은 5 Nm3, 이론공기량은 $A_o = \dfrac{5}{0.21} = 23.81\ \mathrm{Nm^3}$이다.

건연소가스량은 이론건연소가스량($CO_2 + 0.79A_o$)에 과잉공기량 $(m-1)A_o$를 더한 값으로, 이론건연소가스량은 $3 + 0.79\times23.81 = 21.81\ \mathrm{Nm^3}$, 과잉공기량은 $0.1\times23.81 = 2.38\ \mathrm{Nm^3}$이다.

따라서 건연소가스량은 $21.81+2.38 \approx 24.2\ \mathrm{Nm^3}$로 계산된다.

펜스키마텐스 밀폐식(Pensky-Martens closed cup)은 원유, 경유 등 인화점이 비교적 높고 점도가 있는 석유제품의 인화점 측정에 표준적으로 쓰이는 시험법이다.

반면 태그 밀폐식은 인화점이 낮은 경질 시료에, 아벨펜스키·클리브랜드 개방식은 각각 다른 인화점 범위나 개방식 측정이 필요한 시료에 적용되어 대상 성상이 서로 구분된다.

탄소는 산소와 1:1 몰비로 반응하여 이산화탄소를 생성하므로($\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}$) 반응 전후 기체의 몰수(부피)가 변하지 않아, 완전연소 시 생성되는 연소가스의 총 부피는 공급된 실제공기량과 같다.

탄소 12kg은 1kmol이므로 이론산소량은 22.4 Nm3, 이론공기량은 $A_o = \dfrac{22.4}{0.21} = 106.7\ \mathrm{Nm^3}$이다.

과잉공기계수 1.2를 적용하면 실제공기량은 $A = 1.2\times106.7 = 128.0\ \mathrm{Nm^3}$이고, 몰수 불변 관계에 따라 연소가스량도 약 128 Nm3로 계산된다.

표의 발열량은 각 가연성분 1kg당 발열량이므로, 연료의 질량분율(C 80.2%, H 12.3%, S 2.5%, W 1.2%, O 1.1%, 회분 2.7%)을 곱해 단위질량당 발열량을 구한 뒤 총 질량 2.8kg을 곱한다. 산소·수분·회분은 표에 반응식이 없어 발열에 기여하지 않는다.

고위발열량은 탄소 32.79, 수소 141.9, 황 9.265 MJ/kg을 적용한다.
$H_h = 2.8\times(0.802\times32.79 + 0.123\times141.9 + 0.025\times9.265)$
$= 2.8\times43.98 \fallingdotseq 123\ \mathrm{MJ}$

저위발열량은 수소만 120.0 MJ/kg으로 바뀌고 탄소·황은 동일하다.
$H_l = 2.8\times(0.802\times32.79 + 0.123\times120.0 + 0.025\times9.265)$
$= 2.8\times41.29 \fallingdotseq 115\ \mathrm{MJ}$

두 값의 차 약 7.5MJ은 수소가 연소해 생긴 수증기의 응축잠열에 해당한다. 표에서 수소만 고위(141.9)와 저위(120.0)가 다르고 탄소·황은 같은 값인 이유가 바로 이것이다.

메탄의 완전연소 반응은 $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$이므로 이론산소량은 2 Nm3, 이론공기량은 $A_o = \dfrac{2}{0.21} = 9.52\ \mathrm{Nm^3}$이다.

30% 과잉공기(공기비 1.3)를 적용하면 실제공기량은 $A = 1.3\times9.52 = 12.38\ \mathrm{Nm^3}$이고, 실제연소가스량은 생성된 $CO_2(1)+H_2O(2)$에 실제공기 중 질소($0.79A\approx9.78$)와 과잉산소($0.21(A-A_o)\approx0.60$)를 더한 값이다.

합산하면 $1+2+9.78+0.60 \approx 13.4\ \mathrm{Nm^3}$로 계산된다.

가스 연소 중 화염전파속도가 음속을 넘어 초음속으로 가속되고 강한 충격파를 동반하는 현상을 폭굉(detonation)이라 한다.

이에 비해 폭연(deflagration)은 화염이 음속 이하의 속도로 전파되는 현상으로, 폭굉과는 전파 메커니즘과 파괴력이 근본적으로 다르다.

연소범위(폭발범위)는 가연성 증기와 공기의 혼합비가 일정 구간 안에 있을 때만 연소가 가능한 농도범위이다. 연소하한계보다 낮은 농도에서는 가연성 증기의 농도 자체가 너무 낮아 점화되어도 화염이 전파되지 못한다.

반대로 연소상한계를 넘는 농도는 산소(공기)가 상대적으로 부족해서 연소가 안 되는 것이지 산소농도가 높아서가 아니며, 온도와 압력이 상승하면 분자운동과 반응성이 높아져 연소범위는 일반적으로 넓어진다.

연돌(굴뚝)은 배기가스를 신속히 배출하고, 유해가스를 먼 곳까지 확산시켜 지상 농도를 낮추며, 연돌 내외의 온도차에 의한 상승력으로 유효 통풍력을 얻기 위해 설치한다.

반면 통풍력을 임의로 늘리거나 줄이는 조절 기능은 댐퍼(damper)의 역할이며, 연돌 자체의 설치 목적으로 보기는 어렵다.

액체연료는 회분이 거의 없고 발열량이 높아 연소효율·열효율이 우수하며, 유동성이 있어 저장·운반이나 공급량 조절이 고체연료보다 용이하다는 장점이 있다.

다만 액체연료는 기화하여 연소되는 특성상 화재나 역화의 위험이 고체연료보다 오히려 크다고 알려져 있으므로, 위험이 적다는 설명은 옳지 않다.

고온부식은 연료 중의 바나듐(V), 나트륨(Na), 황(S) 화합물이 고온의 전열면에 융착·부착되어 금속을 침식시키는 현상으로, 배기가스 온도를 550℃ 이하로 낮게 유지하고 전열면을 내식재료로 피복하며 연료를 전처리해 부식 유발 성분을 제거하는 것이 대표적인 대책이다.

첨가제를 사용하는 방법도 유효한 대책이지만, 그 목적은 바나듐 화합물의 융점을 낮추는 것이 아니라 오히려 높여 전열면에 용융·부착되지 않도록 하는 데 있으므로, 융점을 낮춘다는 설명은 방지 원리와 반대된다.

과잉공기량이 증가하면 연소가스량이 늘어 배기가스에 의한 열손실이 커지고, 노 내 온도가 희석되어 연소실 온도는 낮아지며, 질소산화물 발생도 늘어나는 것이 일반적인 경향이다.

반면 저온부식은 연소가스 중 SO2가 SO3로 전환되는 비율이 증가하면서 황산 노점이 올라가 촉진되는 것으로, 과잉공기 증가는 SO3 생성을 줄이는 것이 아니라 오히려 늘리는 방향으로 작용하므로 이 설명은 옳지 않다.

기체연료의 이론산소량은 각 가연성분의 연소반응에 필요한 산소 몰비를 조성비에 곱해 합한 뒤, 연료가 자체적으로 지닌 산소를 빼서 구한다. 주어진 조성에서 가연성분은 수소 40%, 일산화탄소 10%, 메탄 10%이고 질소 25%와 이산화탄소 10%는 불연성분, 산소 5%는 자체 보유 산소다.

각 연소반응식은 $\mathrm{H_2} + \dfrac{1}{2}\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{H_2O}$, $\mathrm{CO} + \dfrac{1}{2}\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2}$, $\mathrm{CH_4} + 2\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O}$ 이므로 산소 계수는 각각 0.5, 0.5, 2이다.

$O_0 = 0.5\times0.40 + 0.5\times0.10 + 2\times0.10 - 0.05 = 0.40$
따라서 이 가스 1Nm³를 완전연소시키는 데 필요한 이론산소량은 0.4Nm³이다. 연료 중 산소 5%를 빼지 않으면 0.45가 되어 틀린 값이 나오므로 반드시 차감해야 한다.

기체연료는 회분이나 유해물질 배출이 적고 공기와의 혼합이 균일하여 소량의 과잉공기로도 완전연소가 가능하며, 점화와 소화, 연소 조절이 쉬운 장점이 있다.

다만 기체연료는 공기와 넓은 범위에서 확산·혼합되기 쉬운 성질 때문에 인화·폭발의 위험성이 오히려 큰 편이며, 이 점에서 인화 위험성이 적다는 설명은 옳지 않다.

단열화염온도는 정상유동 과정에서 반응물의 엔탈피 총합과 생성물의 엔탈피 총합이 같다는 조건으로 구한다. 반응은 $\mathrm{CO} + \dfrac{1}{2}\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2}$ 이고, 반응물이 이미 기준온도 298.15K이므로 반응물 쪽 현열항은 0이다.

따라서 생성물 CO₂가 가져야 할 현열(엔탈피 차)은 두 생성엔탈피의 차와 같다.
$-110529 = -393522 + \Delta \bar{h}_{\mathrm{CO_2}}$
$\Delta \bar{h}_{\mathrm{CO_2}} = 282993\ \mathrm{kJ/kmol}$

표를 보면 5000K에서 279295 kJ/kmol, 5200K에서 292123 kJ/kmol이므로 282993은 이 두 값 사이에 있다. 직선보간하면
$T = 5000 + 200\times\dfrac{282993-279295}{292123-279295} = 5000 + 200\times0.288 \fallingdotseq 5058\ \mathrm{K}$

표의 4800K(266500)는 필요한 엔탈피보다 작아 해당 구간이 아니며, 5200K를 그대로 답으로 잡으면 실제보다 약 140K 높게 잡히므로 반드시 보간해야 한다.

이상기체의 가역단열(등엔트로피) 과정에서는 $PV^k = \text{일정}$ 이 성립한다. 여기에 상태식 $PV = mRT$ 를 대입해 부피를 소거하면 압력과 온도만의 관계식을 얻는다.

$\dfrac{T_2}{T_1} = \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}} = \left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1}$
따라서 압축 후 온도는 $T_2 = T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}$ 이다.

지수를 $\dfrac{k}{k-1}$ 로 쓰면 값이 1보다 커져 온도 상승 폭이 과장되고, $\dfrac{1-k}{k}$ 나 $\dfrac{k}{1-k}$ 처럼 음수 지수를 쓰면 압축(P₂>P₁)인데도 온도가 내려가는 결과가 되어 물리적으로 맞지 않는다. 지수는 양수이면서 1보다 작은 (k−1)/k 여야 한다.

등온과정에서 이상기체의 엔트로피 변화는 $\Delta S = \dfrac{P_1V_1}{T_1}\ln\dfrac{V_2}{V_1}$로 구할 수 있다.

초기 상태에서 $P_1V_1 = 1000\ \mathrm{kPa}\times0.4\ \mathrm{m^3} = 400\ \mathrm{kJ}$, $T_1 = 50+273 = 323\ \mathrm{K}$이므로 $\dfrac{P_1V_1}{T_1} \approx 1.238\ \mathrm{kJ/K}$이다.

체적이 4배로 팽창했으므로 $\Delta S = 1.238\times\ln4 \approx 1.72\ \mathrm{kJ/K}$로 계산된다.

단열 노즐 유동에서 입구속도를 무시할 때 출구속도는 엔탈피 강하로부터 $V_2 = \sqrt{2\,\Delta h}$로 구할 수 있다($\Delta h$는 J/kg 단위).

엔탈피 강하가 15 kJ/kg이므로 $V_2 = \sqrt{2\times15000} = \sqrt{30000} \approx 173\ \mathrm{m/s}$가 된다.

디젤사이클의 열효율은 압축비뿐 아니라 정압가열 구간의 크기를 나타내는 차단비(cutoff ratio)에도 좌우되며, 차단비가 커질수록(정압가열 구간이 길어질수록) 열효율은 오히려 낮아진다. 따라서 압축비와 차단비가 클수록 열효율이 높아진다는 설명은 틀렸다.

오토사이클의 열효율이 압축비와 비열비만으로 결정된다는 점, 차단비가 1에 가까워질수록 디젤사이클이 오토사이클에 수렴한다는 점, 압축 초기의 압력·온도와 공급열량·최고온도가 같은 조건에서 비교하면 디젤사이클의 효율이 오토사이클보다 높게 평가된다는 점은 두 사이클을 비교할 때 통용되는 설명이다.

정상유동(개방계) 에너지방정식은 유체가 단위질량당 지니는 비엔탈피 h, 운동에너지 V²/2, 위치에너지 gz 세 항의 합으로 구성된다. 제시된 식에는 h와 V²/2 가 이미 들어 있으므로 빈칸은 남은 위치에너지 항이다.

완성하면 $\dot{Q} + \dot{m}\left[h_1 + \dfrac{V_1^2}{2} + gz_1\right] = \dot{W}_s + \dot{m}\left[h_2 + \dfrac{V_2^2}{2} + gz_2\right]$ 이며, 기호표의 g(중력가속도)와 z(높이)를 곱한 gz가 단위질량당 위치에너지(J/kg)가 된다.

함께 제시된 s(비엔트로피)는 에너지 단위가 아니고, u(비내부에너지)와 P(압력)는 개방계에서 유동일과 함께 이미 $h = u + Pv$ 형태로 엔탈피에 포함되어 있어 따로 더하면 중복 계산이 된다.

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.

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.

대기압을 SI 단위로 환산하면 $856\ \mathrm{mmHg}\times\dfrac{101.325\ \mathrm{kPa}}{760\ \mathrm{mmHg}} \approx 114\ \mathrm{kPa}$이다.

절대압력은 게이지압력에 대기압을 더한 값이므로 $800+114 = 914\ \mathrm{kPa}$로 계산된다.

정상상태(steady state)란 계 안의 각 지점에서 관찰되는 유체의 물성값(압력, 온도, 속도 등)이 시간에 따라 변하지 않는 상태를 말한다.

정상상태라도 위치가 다르면 물성값은 서로 다를 수 있으므로 모든 위치에서 열역학적 함수값이 같다는 뜻은 아니고, 특정 위치에서만 물성값을 알 수 있다는 의미도 아니다. 시간에 따라 값이 변한다면 그것은 비정상상태이다.

절대압력은 대기압에 계기압력을 더한 값이므로, 두 지점의 절대압력비는 $\dfrac{100+P_{g1}}{100+P_{g2}}$의 형태가 된다.

계기압력의 비율(5:2)만 주어지고 실제 계기압력의 크기가 주어지지 않으면, 대기압 100kPa이 더해지는 비중이 계기압력의 절대적인 크기에 따라 달라져 절대압력비를 하나의 값으로 확정할 수 없으므로, 주어진 정보만으로는 알 수 없다는 설명이 타당하다.

역카르노 냉동사이클의 성능계수는 $COP = \dfrac{T_L}{T_H-T_L}$이며, 여기서 $T_L = -30+273 = 243\ \mathrm{K}$, $T_H = 25+273 = 298\ \mathrm{K}$이다.

계산하면 $COP = \dfrac{243}{298-243} = \dfrac{243}{55} \approx 4.42$이고, 소요동력은 $W = \dfrac{Q_L}{COP} = \dfrac{100}{4.42} \approx 22.6\ \mathrm{kW}$로 구해진다.

클라우지우스 적분(부등식)은 열역학 제2법칙을 사이클에 대해 수식으로 나타낸 것으로, 가역이든 비가역이든 모든 사이클에서 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \le 0$ 이 성립한다.

등호는 사이클의 모든 과정이 가역일 때만 나타나고, 마찰이나 유한한 온도차를 통한 열전달 같은 비가역 요소가 있으면 반드시 0보다 작아진다. 따라서 항상 0이라고 못박은 식은 가역 사이클에만 해당하고, 0보다 크다거나 0 이상이라는 식은 제2법칙을 위배하는 사이클을 허용하게 되어 성립하지 않는다.

여기서 T는 열이 드나드는 경계의 절대온도이고 δQ는 계로 들어오면 (+), 나가면 (−)로 잡은 열량이다. 이 부등식이 엔트로피 정의와 증가 원리 $dS \ge \dfrac{\delta Q}{T}$ 의 출발점이 된다.

열역학 제2법칙은 열이 저온부에서 고온부로 자연적으로(외부 일의 공급 없이) 이동할 수 없다는 방향성을 규정하는 법칙으로, 클라우지우스(Clausius)의 표현으로 잘 알려져 있다.

에너지가 보존된다는 것, 사이클에서 시스템이 한 일이 받은 열량과 같다는 것, 일을 100% 열로 전환할 수 있다는 것은 모두 열역학 제1법칙이나 에너지 보존과 관련된 내용으로, 제2법칙이 다루는 방향성과는 구분된다.

정상유동 에너지수지에 따르면 유체가 터빈을 지나며 잃는 엔탈피는 터빈의 출력과 열손실로 나뉜다.

유량과 엔탈피 강하로부터 계산되는 동력은 $\dot{m}(h_1-h_2) = 2\times(3200-2500) = 1400\ \mathrm{kW}$이고, 실제 출력이 1200kW이므로 나머지인 $1400-1200 = 200\ \mathrm{kW}$가 열손실로 계산된다.

폴리트로픽 변화는 이상기체의 상태변화를 $PV^n = \text{일정}$ 이라는 하나의 식으로 묶어 나타낸 것이다. 따라서 과정 내내 값이 변하지 않는 조합은 PVⁿ 이다.

여기에 상태식 $PV = mRT$ 를 대입하면 파생 관계로 $TV^{n-1} = \text{일정}$ 과 $\dfrac{T}{P^{\frac{n-1}{n}}} = \text{일정}$ 을 얻는다. 부피에 붙는 지수는 n−1 이므로 $TV^{1-n}$ 형태는 성립하지 않고, 부피 V에 온도의 거듭제곱을 곱한 $VT^{n-1}$ 이나 $\dfrac{PT}{V}$ 같은 조합도 어느 유도에서도 나오지 않는다.

지수 n을 바꾸면 n=0은 정압, n=1은 등온, n=k는 단열, n=∞는 정적 변화가 되어, 폴리트로픽식 하나로 기본 상태변화를 모두 포괄한다는 점이 이 식의 핵심이다.

압축비 8, 비열비 1.4인 오토사이클의 압축 후 온도는 $T_2 = T_1\times\varepsilon^{k-1} = 300\times8^{0.4} \approx 300\times2.297 = 689\ \mathrm{K}$이다.

정적가열 과정에서 공급되는 열량은 $q_{in} = C_v(T_3-T_2) = 0.7165\times(1200-689) \approx 366\ \mathrm{kJ/kg}$로 계산된다.

열평형에서는 금속이 잃은 열량과 물이 얻은 열량이 같으므로, 각각의 질량·비열·온도변화를 곱한 값을 등식으로 놓는다.

수치를 대입하면 $40\times0.9\times(45-T) = 100\times4\times(T-15)$, 즉 $36(45-T) = 400(T-15)$이 된다.

이를 정리하면 $436T = 7620$이므로 최종 온도는 $T \approx 17.5$, 약 17.5℃로 계산된다.

역카르노사이클 냉동기의 성능계수는 $COP = \dfrac{T_L}{T_H-T_L}$이므로, COP를 높이려면 분모인 두 열원의 온도차를 줄여야 한다.

즉 저열원(냉동공간)의 온도는 높이고, 고열원(방열측)의 온도는 낮추는 방향이 성능계수를 크게 하는 조건이다.

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.

냉매는 압축기 및 배관 등 장치를 소형화하기 위해 같은 냉동능력에서 증기의 비체적이 작아야 유리하다. 따라서 비체적이 커야 한다는 설명은 좋은 냉매의 요구조건과 반대된다.

불활성이고 화학적으로 안정할 것, 증발온도에서 잠열이 클 것, 액체의 표면장력이 작아 열전달이 원활할 것 등은 모두 냉매에 요구되는 바람직한 특성이다.

계측기의 특성은 정지된 상태에서 참값과의 관계를 다루는 정특성(감도, 직선성, 히스테리시스 오차 등)과, 입력 변화에 대해 출력이 얼마나 빨리 추종하는지를 다루는 동특성으로 구분된다.

이 중 시간에 따른 추종성, 즉 응답은 동특성에 해당하며, 나머지 항목들은 모두 정지상태에서의 오차 특성인 정특성에 속한다.

광고온계(광고식 고온계)는 피측정 물체가 방사하는 빛의 밝기를 표준전구의 필라멘트 밝기와 비교하여 온도를 측정하는 방식으로, 주로 700~2000℃ 범위의 고온 측정에 적합하게 사용된다.

수백 ℃ 이하의 저온에서는 물체가 내는 빛이 약해 밝기 비교가 어려워 열전대나 저항온도계가 쓰이며, 4000~5000℃ 같은 영역은 일반적인 공업 계측의 대상이 아니다.

오리피스와 같은 차압식 유량계는 베르누이 방정식에 근거하여 유량이 오리피스 전후의 압력차의 제곱근에 비례하는 관계를 갖는다.

따라서 압력차가 커질수록 유량도 증가하지만 그 증가폭은 제곱근 관계이므로 압력차에 정비례하거나 반비례하는 것은 아니다.

아스만 통풍습도계는 건구와 습구 온도계 주위에 일정한 속도의 통풍을 인위적으로 만들어주는 방식으로, 휴대가 가능하면서도 상온에서 비교적 정밀도가 높은 통풍형 건습구 습도계에 해당한다.

간이 건습구 습도계가 자연통풍에 의존하는 것과 달리, 아스만 습도계는 팬 등으로 강제통풍을 시켜 측정오차를 줄인 것이 특징이다.

서미스터(thermistor)는 니켈, 코발트, 망간 등 금속산화물을 소결하여 만든 전기저항체 온도계로, 크기가 작아 응답이 빠르고 흡습 등에 의해 열화되기 쉬운 특성을 가진다.

서미스터의 가장 큰 특징은 온도 변화에 따른 저항 변화율(저항온도계수)이 금속에 비해 매우 크다는 점이며, 이 덕분에 미세한 온도 변화도 민감하게 검출할 수 있다. 따라서 저항온도계수가 금속에 비하여 매우 작다는 설명은 옳지 않다.

전자식 유량계는 유로 내부에 관을 막는 조리개나 회전체 같은 장애물이 없이 전자기 유도 원리로 유속을 측정하므로, 다른 형식의 유량계에 비해 압력손실이 가장 적다.

반면 면적식(Float형) 유량계나 용적식(로터리 피스톤형) 유량계는 유체가 기계적 부품을 통과하거나 밀어내며 흐르므로 어느 정도의 압력손실이 불가피하게 발생한다.

가스 크로마토그래피는 시료 가스가 충전물(흡착제)을 통과할 때 성분별 흡착·분배 속도 차이를 이용해 분리·정량하는 분석법이다. 흡착형 컬럼의 충전제로는 표면적이 매우 넓고 다공질 구조를 가진 활성탄이 대표적으로 사용되며, 이 밖에도 실리카겔이나 몰레큘러시브 등이 쓰인다.

미분탄·유연탄·신탄은 모두 연료(고체연료)의 종류를 구분하는 용어로, 가스 성분을 흡착·분리하는 분석용 충전물과는 무관하다.

기체의 열전도율은 분자량이 작고 분자 운동이 활발할수록 커지는 경향이 있다. 수소(H2)는 분자량이 매우 작아 상온·상압 상태의 일반 기체 중에서 열전도율이 가장 크며, 이 때문에 냉각용 매체나 열전도도형 가스분석계의 기준가스로도 활용된다.

공기·메탄에 비해 수소는 분자량이 훨씬 작고, 이산화탄소는 분자량이 커서 분자운동이 상대적으로 둔해 열전도율이 낮은 편이다.

노 내압(연소실 압력) 제어는 연소실로 들어오고 나가는 가스의 양적 균형을 맞추는 문제이므로, 연소용 공기량·연료량·배기 댐퍼 개도가 직접적인 조작 대상이 된다. 이들은 각각 연소실로의 유입량과 배기가스의 유출량을 조절해 노 내압을 원하는 값으로 유지한다.

급수량은 보일러 동체 내부의 수위를 유지하기 위한 조작으로, 연소가스의 유출입과는 직접적인 관계가 없어 노 내압 제어에는 관여하지 않는다.

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.

계측방법 중 편위법(deflection method)은 측정하려는 양이 원인이 되어 계기의 지침 등에 직접적인 편위(변위)를 일으키고, 그 편위량으로부터 측정값을 읽어내는 방식이다. 스프링저울처럼 구조가 간단하여 조작이 쉽지만, 스프링의 특성 변화 등으로 정밀도는 상대적으로 낮다.

영위법은 기준량과 평형을 이루도록 조작하여 편위가 0이 되는 지점에서 값을 구하는 방식으로 정밀도는 높으나 조작이 복잡하고, 치환법과 보상법 역시 기준량과 비교·평형시키는 방식이어서 편위법보다 정밀하지만 절차가 더 까다롭다.

그림은 피드백 제어계의 기본 블록선도다. 왼쪽 입력이 기준입력요소를 지나 비교부로 들어가고, 비교부 출력이 조절부와 조작부를 거쳐 제어대상에 작용하며, 제어대상 출력이 검출부를 통해 다시 비교부로 되돌아오는 폐루프 구조다. 그림에는 계에 침입하는 외란도 함께 표시되어 있다.

흐름 순서대로 신호 이름을 붙이면, 사람이 계에 주는 값이 목표치이고 기준입력요소가 이를 비교 가능한 형태로 바꾼 것이 기준입력신호다. 비교부에서 기준입력신호와 피드백값의 차로 만들어지는 것이 동작신호이며, 조절부·조작부를 거쳐 제어대상에 실제로 가해지는 양이 조작량이다.

제어대상에서 제어 결과로 나오는 출력이 제어량이고, 검출부가 이 제어량을 측정해 비교부로 되돌리는 신호가 주피드백 신호다. 따라서 그림의 (1)~(6)은 차례로 목표치, 기준입력신호, 동작신호, 조작량, 제어량, 주피드백 신호가 된다.

혼동하기 쉬운 오프셋은 정상상태에서 남는 잔류편차를 뜻하는 별개 용어로, 블록선도의 신호 명칭 자리에는 들어가지 않는다.

사하중계의 게이지압력은 추·피스톤·팬 전체 무게에 의한 힘을 피스톤 단면적으로 나누어 구한다. 피스톤 지름이 1cm이므로 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}d^2=\dfrac{\pi}{4}(0.01\,\mathrm{m})^2 \approx 7.854\times10^{-5}\,\mathrm{m^2}$이다.

전체 무게 6.14kgf를 힘(N)으로 환산하면 $F=6.14\,\mathrm{kg}\times9.81\,\mathrm{m/s^2} \approx 60.23\,\mathrm{N}$이며, 게이지압력은 $P=\dfrac{F}{A}=\dfrac{60.23}{7.854\times10^{-5}} \approx 767{,}000\,\mathrm{Pa} \approx 767\,\mathrm{kPa}$로 계산된다.

정밀도(precision)는 같은 조건에서 반복 측정했을 때 측정값들이 서로 얼마나 가깝게 모이는지를 나타내는 척도이다. 따라서 측정값의 흩어짐(산포)이 작을수록 정밀하다고 하며, 흩어짐이 큰 측정은 오히려 정밀도가 낮은 것이므로 해당 설명은 틀린 내용이다.

계량기 자체의 오차가 작을수록 정확도가 높다고 하는 것, 계측기 고유의 오차를 기차라 부르는 것, 눈금을 비스듬히 읽을 때 생기는 오차를 시차라 하는 것은 모두 계측 오차론의 올바른 정의이다.

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.

열전대 보호관 재질은 사용 가능한 온도 한계가 서로 다르다. 세라믹 계열인 자기관(포셀린)이 가장 높은 온도까지 견디고, 유리질인 석영관이 그 다음이며, 금속인 동관은 열전도는 좋지만 내열성이 낮아 상용온도가 가장 낮다.

따라서 상용온도가 높은 순서는 자기관, 석영관, 동관 순이 되며, 이 순서를 뒤바꾼 다른 보기들은 실제 재질별 내열 특성과 맞지 않는다.

측온저항체는 내열성·내식성이 커야 하고, 배관 단면 중 온도를 대표할 수 있는 중앙부 부근에 설치하는 것이 원칙이며, 배관 길이가 짧아 직관부 확보가 어려운 경우에는 유체 흐름의 굴곡부 등에 설치하기도 한다.

다만 유속이 지나치게 빠른 곳은 진동이나 마모로 보호관 손상 위험이 크고 정확한 측정에도 불리하므로, 유속이 가장 빠른 곳에 설치하는 것이 좋다는 설명은 옳지 않다.

측온저항체는 온도에 따라 금속의 전기저항이 변하는 성질을 이용한 온도계로, 대표적인 저항소자로 백금(Pt)선, 니켈(Ni)선, 구리(Cu)선이 있다. 이 중 백금선은 안정성과 정밀도가 뛰어나 넓은 온도 범위(약 -200~500℃ 수준)에서 표준적으로 사용된다.

구리선과 Ni선은 백금선보다 사용 가능한 온도 범위가 좁고, 서미스터는 반도체 소자로서 측온저항체와는 별도의 온도 감지소자에 해당한다.

대기압 750mmHg를 kPa로 환산하면 $750\,\mathrm{mmHg} \times \dfrac{101.325\,\mathrm{kPa}}{760\,\mathrm{mmHg}} \approx 100.0\,\mathrm{kPa}$이다.

절대압력은 계기압력에 대기압을 더한 값이므로 $P_{abs}=325+100.0 \approx 425\,\mathrm{kPa}$로 계산된다.

광고온계는 온도계 내부의 필라멘트가 발하는 빛의 밝기(휘도)를 측정 대상물의 빛과 육안으로 비교하여, 두 밝기가 같아지는 지점의 필라멘트 전류값으로부터 온도를 구하는 비접촉식 온도계이다. 특정 파장을 이용해 비교하므로 정밀도가 높지만, 사람이 직접 밝기를 맞춰야 하므로 측정 인력이 필요하다.

방사온도계는 물체가 방출하는 전체 파장의 복사에너지를 이용하고, 열전대온도계·저항온도계는 접촉식 온도계이므로 문제에서 설명하는 방식과 다르다.

염기성 내화벽돌(마그네시아질 등)은 수증기와 접촉하면 성분이 수화 반응을 일으켜 비중이 작은 수산화물로 변하는데, 이 과정에서 체적이 팽창하면서 노벽에 균열이나 붕괴를 일으킨다. 이러한 현상을 슬래킹(slaking)이라 한다.

스폴링은 열충격 등에 의한 박리·균열 현상, 필링은 표면이 벗겨지는 현상, 스웰링은 단순 팽윤을 가리키는 용어로, 수증기 작용에 의한 비중변화·체적변화가 원인인 이 문제의 현상과는 구분된다.

SPP는 배관용 탄소 강관, SPPS는 압력 배관용 탄소 강관, SPPH는 고압 배관용 탄소 강관을 가리키는 표준 기호로 옳게 짝지어져 있다.

반면 STS는 스테인리스강(스테인리스 강관)을 나타내는 기호이며, 저온 배관용 탄소 강관은 별도의 기호(SPLT)로 표시하므로 이 설명은 틀렸다.

에너지이용 합리화법 시행규칙의 특정열사용기자재 및 그 설치·시공 범위 규정에서, 보일러류(강철제·주철제 보일러, 온수보일러, 축열식 전기보일러 등)와 태양열 집열기, 압력용기는 시공범위가 해당 기기의 설치·배관 및 세관까지로 정해져 있다. 따라서 강철제 보일러를 설치·배관 및 세관으로 연결한 설명이 옳다.

이에 비해 요업요로(터널가마·셔틀가마 등)와 금속요로(용선로·비철금속 용융로·금속가열로 등)는 해당 기기의 설치를 위한 시공까지가 범위다. 그러므로 태양열 집열기와 축열식 전기보일러를 설치 시공만으로 한정하거나, 비철금속 용융로에 배관 및 세관을 포함시킨 다른 설명은 실제 규정과 반대로 연결된 것이어서 옳지 않다.

에너지이용 합리화법령상 일정 규모 이상의 개발사업을 시행하려는 자는 에너지사용계획을 수립하여 사전에 협의해야 하며, 사업 종류별로 협의대상이 되는 면적 기준이 각각 다르게 정해져 있다.

이 중 도시개발사업은 사업면적이 30만 제곱미터 이상인 경우 협의대상에 해당한다. 택지개발사업·공항개발사업·산업단지 개발사업 등 다른 사업 유형은 각각 별도로 정해진 면적 기준을 적용받으므로, 이 보기들에 제시된 수치와는 다르다.

검사대상기기의 검사 종류 중 설치검사는 기기를 새로 설치할 때 받는 검사이며, 규정상 사용연료의 변경으로 검사대상이 아니던 보일러가 검사대상기기로 되는 경우도 설치검사의 적용대상에 포함된다. 검사 이력이 없는 상태에서 검사체계에 처음 편입되는 것이므로 신규 설치 기기와 같이 취급하는 것이다.

구조검사·개조검사·재사용검사는 각각 제작 시 구조 확인, 이미 검사대상이던 기기의 구조·연료·연소방식 등을 변경할 때, 사용 중단 후 재사용할 때 받는 검사로 이 상황과는 해당 요건이 다르다.

가마(요)를 구조·형상에 따라 분류하면 연속적으로 소성물이 이동하는 터널요, 대차에 실은 제품을 넣고 빼면서 소성하는 셔틀요, 가로로 긴 형태의 횡요와 같이 가마의 생김새와 짜임에 따른 구분이 이루어진다.

반면 승염식은 가마 안에서 불꽃(화염)이 위로 올라가며 진행한다는 화염 진행방향에 따른 분류이지, 가마 자체의 구조나 형상을 구분하는 기준이 아니므로 이 문제에서 요구하는 분류에 해당하지 않는다.

2종 압력용기는 최고사용압력이 0.2MPa를 초과하는 기체를 보유하는 용기 중, 내부 부피가 0.04m³ 이상이거나 동체의 안지름이 200mm 이상(증기헤더의 경우 급수헤더 포함)이고 그 길이가 1000mm 이상인 것을 말한다.

최고사용압력 0.3MPa(0.2MPa 초과), 안지름 350mm(200mm 이상), 길이 1050mm(1000mm 이상)인 증기헤더는 이 조건을 모두 만족하므로 2종 압력용기에 해당한다. 나머지 보기는 최고사용압력이 0.1MPa 또는 0.2MPa로 0.2MPa를 초과하지 못하거나(내부 부피도 0.04m³에 미달), 안지름이 150mm로 200mm 기준에 못 미쳐 조건을 만족하지 못한다.

규산칼슘 보온재는 규산질 원료에 석회·석면 섬유 등을 배합하여 성형한 뒤 수증기로 양생하여 만든 무기질 보온재로, 가볍고 단열성·내열성이 우수하여 배관류·가열로·탑조류 등 플랜트 설비의 보온공사에 널리 사용된다. 다공질 구조를 가지며 최고 안전사용온도는 약 650℃ 수준으로 알려져 있다.

다만 규산칼슘 보온재는 내산성이 크고 끓는 물에도 쉽게 붕괴되지 않는 재료로 평가되므로, 내산성이 적고 끓는 물에 쉽게 붕괴된다는 설명이 실제 특성과 가장 거리가 멀다.

배관의 열팽창에 의한 신축량은 $\Delta L=\alpha \cdot L \cdot \Delta t$로 나타낼 수 있으며, 여기서 $\alpha$는 관의 선팽창계수, $L$은 관의 길이, $\Delta t$는 온도차이다.

이 식에서 알 수 있듯이 신축량은 열팽창계수·길이·온도차 세 값이 모두 클수록 커지므로, 세 값 모두에 비례한다는 설명이 옳다. 세 값 중 어느 하나라도 반비례한다고 설명하는 다른 보기는 옳지 않다.

에너지이용 합리화법령상 용접검사 면제 대상에는 강철제 보일러 중 전열면적 5m² 이하이고 최고사용압력 0.35MPa 이하인 것, 주철제 보일러, 온수보일러 중 전열면적 18m² 이하이고 최고사용압력 0.35MPa 이하인 것, 압력용기 중 전열교환식으로서 최고사용압력 0.35MPa 이하이고 동체의 안지름이 600mm 이하인 것 등이 규정되어 있다.

일반 압력용기의 면제 기준은 동체의 두께가 6mm 미만인 것으로서 최고사용압력(MPa)과 내부 부피(m³)를 곱한 수치가 0.02 이하인 경우이므로, 동체 두께를 8mm 미만으로 제시한 설명은 실제 면제 기준과 맞지 않는다.

포스테라이트(폴스테라이트)질 내화물은 마그네시아(MgO)와 실리카(SiO2)가 결합된 Mg2SiO4(포스테라이트)를 주성분으로 하는 염기성 내화물이다.

내화도가 SK 33 이상으로 높고 기공률이 큰 편이며, 염기성 슬래그에 대한 내식성이 좋고 돌로마이트질 내화물에 비해 소화성(수증기에 의한 붕괴 경향)이 작다는 점에서 실용상 유리하다. 따라서 내식성이 나쁘다거나 소화성이 크다거나 내화도가 SK 28로 낮다고 한 설명은 실제 특성과 맞지 않는다.

전로(converter)는 용융된 선철에 고압의 공기나 산소를 직접 취입하여, 선철 중 탄소·규소·망간 등 불순물을 산화시키는 반응에서 발생하는 산화열만으로 노 내 온도를 유지하며 강철을 만드는 제강로이다.

평로와 반사로는 외부에서 연료를 연소시켜 가열하는 방식이고, 고로는 철광석을 환원하여 선철을 만드는 제선로이므로, 별도의 열원 없이 산화열만으로 선철을 강철로 정련하는 이 문제의 설명에는 전로가 해당한다.

에너지이용 합리화법령상 에너지사용량이 대통령령으로 정하는 기준량 이상인 자는 산업통상자원부령으로 정하는 바에 따라 전년도 에너지 사용량, 제품 생산량 등을 매년 1월 31일까지 시·도지사에게 신고하여야 한다.

이 신고는 에너지다소비사업자에 대한 관리 제도의 일환으로, 정해진 기한 내에 신고하지 않으면 관련 제재를 받을 수 있다.

에너지이용 합리화법령상 정부가 수립하는 에너지이용 합리화 기본계획에는 에너지절약형 경제구조로의 전환, 에너지이용효율의 증대, 열사용기자재의 안전관리, 에너지이용 합리화를 위한 기술개발 등 국가 차원의 정책·제도 사항이 포함된다.

이에 비해 한국에너지공단의 개별 운영 계획은 특정 기관의 자체 운영에 관한 사항으로, 국가 전체의 에너지이용 합리화 기본계획에 포함되는 항목으로 규정되어 있지 않다.

에너지이용 합리화법령상 효율관리기자재의 제조업자는 효율관리시험기관으로부터 측정결과를 통보받거나 자체측정을 완료한 날부터 90일 이내에 그 측정 결과를 한국에너지공단에 신고하여야 한다.

이는 효율관리기자재의 에너지소비효율 등급 표시제도가 정확하게 운영되도록 제조업자의 신고 의무와 기한을 정해 둔 규정이다.

제강 평로에서는 배기가스가 가진 현열을 그대로 버리지 않고 회수하기 위해, 내화벽돌을 격자 모양으로 쌓은 축열실(체커실)에 고온의 배기가스를 통과시켜 벽돌에 열을 저장한다. 이후 연소용 공기나 연료가스를 반대 방향으로 통과시켜 저장된 열로 예열하는 축열식(재생식) 방식을 사용한다.

환열기는 배기가스와 예열 대상 유체가 격벽을 사이에 두고 동시에 열을 주고받는 방식이고, 폐열보일러·판형 열교환기는 각각 증기 발생이나 별도 형태의 열교환에 쓰이는 장치로, 평로의 전통적인 배열회수 방식과는 구분된다.

다이어프램밸브는 내약품성·내열성이 있는 고무나 합성수지 재질의 격막(다이어프램)을 밸브시트에 밀착시켜 유로를 차단하는 구조로, 산 등 화학약품을 다루는 배관에서 금속 부분이 유체와 직접 접촉하지 않도록 하여 부식을 막고 기밀성을 확보하는 데 주로 사용된다.

슬루스밸브·버터플라이밸브·체크밸브는 각각 게이트·원판·역류방지 구조로 유체를 차단하거나 조절하는 밸브로, 화학약품에 대한 내식성을 목적으로 고무 격막을 사용하는 구조와는 다르다.

용광로(고로)에 장입되는 코크스는 연소하여 선철 제조에 필요한 열원을 공급하고, 연소 시 발생하는 일산화탄소 등 환원성 가스로 철광석의 환원 반응을 돕는다. 또한 일부는 가스 상태로 선철 중에 흡수되어 선철의 탄소 성분이 되기도 한다.

그러나 코크스가 철광석 중의 황(黃) 성분을 제거하는 역할을 하지는 않으며, 오히려 코크스에 포함된 황이 선철에 유입될 수 있어 별도의 탈황 공정이 필요하다. 따라서 황분 제거는 코크스의 역할에 해당하지 않는다.

고알루미나질 내화물은 알루미나(Al2O3) 함량이 높은 중성계 내화물로, 내화도가 높고 고온에서 부피변화(수축·팽창)가 작아 안정적이라는 특징이 있다.

또한 실제로는 내식성과 내마모성이 우수한 편이어서 용도상 유리한 재료로 평가받으므로, 내식성·내마모성이 적다는 설명은 고알루미나질 내화물의 실제 특성과 거리가 멀다.

에너지이용 합리화법령상 검사에 불합격한 검사대상기기를 사용한 자는 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 처하도록 규정되어 있다.

이는 검사대상기기의 안전한 사용을 담보하기 위한 벌칙 조항으로, 검사를 아예 받지 않거나 불합격한 상태로 기기를 계속 사용하는 행위를 제재하는 규정이다.

저온가스 부식은 배기가스 중 황(S) 성분이 산화되어 생긴 SOx가 수분과 결합해 황산(H2SO4)으로 응축되면서 저온부의 금속을 부식시키는 현상이다. 따라서 연료 중 유황 성분을 제거하거나 부식 억제용 첨가제를 사용하고, 공기예열기 등 저온부의 전열면 온도를 산노점(황산 이슬점) 이상으로 높여 응축을 막는 방법이 저온부식 억제에 효과적이다.

반면 바나듐(V) 성분은 고온에서 저융점 화합물을 만들어 고온부식을 일으키는 원인 물질로, 배기가스 중 바나듐 성분을 제거하는 것은 고온부식 대책이지 저온가스 부식을 억제하는 방법이 아니다.

과열기는 보일러 드럼에서 나온 포화증기를 추가로 가열하여 온도를 높여 과열증기로 만드는 장치이다. 압력은 거의 변화시키지 않고 온도만 높여, 터빈 등에서 열효율을 높이고 습분으로 인한 부식·침식을 줄이는 역할을 한다.

따라서 압력을 높이거나 압력과 온도를 동시에 높인다는 설명, 압력을 낮춘다는 설명은 모두 과열기의 실제 기능과 맞지 않는다.

맞대기 용접에서 그루브 형상은 모재 두께에 따라 달리 선택하는데, 두께가 두꺼워질수록 용착금속량과 변형을 줄이기 위해 양쪽에서 파는 형태를 사용한다.

판 두께가 50mm 이상인 경우(자동용접 제외)에는 양쪽 U형 형태인 H형 그루브를 적용하여 단면적을 최소화하고 잔류응력·변형을 줄인다.

V형은 비교적 얇은 판(약 6~19mm)에, U형은 중간 두께(약 16~50mm)에 적합한 형상으로 50mm 이상의 두꺼운 판에는 적용하지 않는다.

연료 1kg을 연소시켰을 때 발생하는 증기량[kg]의 비를 증발배수라 하며, 보일러의 연료 사용 효율을 나타내는 대표적 지표 중 하나이다.

증발배수는 상당증발량과 함께 서로 다른 연료·보일러의 성능을 비교하는 데 쓰이며, 값이 클수록 적은 연료로 많은 증기를 얻었음을 의미한다.

노통연관식 보일러는 노통의 고온 연소가스와 연관을 통과하는 배기가스가 함께 동체를 가열하는 구조이므로, 부재의 열팽창과 국부 접촉에 의한 손상을 막기 위해 최소 틈새를 규정하고 있다.

보일러 구조 기준상 노통의 바깥면과 가장 가까운 연관 표면 사이의 틈새는 50mm 이상 확보해야 하며, 이보다 좁으면 국부과열이나 부식이 발생하기 쉽다.

열매체보일러는 물 대신 다우섬, 모빌섬, 카네크롤과 같은 유기열매체를 순환시켜 비교적 낮은 압력으로도 고온을 얻을 수 있고, 열매체의 응고점이 낮아 동절기 동결 우려도 적다.

그러나 열매체는 종류마다 열분해 온도와 사용 가능한 온도범위가 서로 다르므로, "열매체 종류와 상관없이 사용온도한계가 일정하다"는 설명은 사실과 맞지 않는다.

각 열매체는 고유한 최고 사용온도를 가지며 이를 초과하면 열화·탄화될 위험이 있어, 종류별 특성에 맞춰 운전온도를 관리해야 한다.

파형노통의 최고사용압력은 최소두께와 평균지름, 형상에 따른 상수를 이용해 $P = \dfrac{C \cdot t}{10D}$ [MPa] (t, D: mm)로 산정한다.

주어진 값 t=10mm, D=1200mm, C=985를 대입하면 $P = \dfrac{985 \times 10}{10 \times 1200} = \dfrac{9850}{12000} \approx 0.82\ \mathrm{MPa}$가 된다.

탈기기(deaerator)는 급수 중에 녹아있는 가스를 제거하기 위한 장치로, 특히 배관·보일러의 점식(pitting corrosion)을 일으키는 용존 산소(O2) 제거가 주된 목적이다.

산소가 급수에 남아 고온·고압 환경에서 금속면과 반응하면 국부 부식이 발생하므로, 탈기기는 급수를 포화온도 부근까지 가열하고 증기로 스트리핑하여 물속의 O2(및 CO2)를 물리적으로 제거한다.

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 관수의 농축, 불순물, 과부하 운전 등으로 수면에서 기포·물방울이 증기와 함께 비산하는 현상으로, 이를 막으려면 관수를 농축시키지 않고 불순물을 제거하며 과부하를 피해야 한다.

주증기 밸브를 급격히 개방하면 관내 압력이 급변하며 수면이 요동쳐 오히려 프라이밍·포밍을 유발하므로, 밸브는 서서히 개방하는 것이 올바른 방지책이다.

물의 탁도는 부유물질에 의한 흐림 정도를 나타내는 지표로, 표준물질인 카올린을 이용해 정량적으로 정의한다.

증류수 1L 속에 카올린 1mg이 들어 있을 때 나타나는 색과 같은 흐림을 탁도 1도의 물로 정의한다.

정상상태의 1차원 열전도 문제이므로 푸리에 법칙을 열유속 형태로 그대로 적용한다. $q'' = k\dfrac{\Delta T}{L}$ 에서 열이 지나는 경로 길이 L은 그림에서 열유속 q″가 아래 면에서 위로 통과하는 방향의 치수, 즉 판 두께 0.03m다. 가로 3m·세로 1.5m는 전열면적으로서 열량과 면적 양쪽에 똑같이 들어가 상쇄되므로 온도차 계산에는 쓰이지 않는다.

$\Delta T = \dfrac{q'' L}{k} = \dfrac{700 \times 0.03}{43} = \dfrac{21}{43} \fallingdotseq 0.488\ ^\circ\mathrm{C}$

즉 열이 들어오는 아랫면이 윗면보다 약 0.488℃ 높다. 강판의 열전도율이 43W/m·K로 크고 두께가 3cm로 얇아 온도차가 1℃에도 못 미친다. 두께 대신 가로·세로 치수를 대입하거나 면적을 곱해 열량으로 바꾸려 하면 값이 크게 어긋난다.

연관보일러의 관판은 관 구멍이 뚫려 강도가 떨어지므로 구멍 사이에 남는 살을 일정 이상 확보하도록 연관의 최소 피치를 규정한다. 사용하는 식은 $p = \left(1 + \dfrac{4.5}{t}\right)d$ 이다.

여기서 p는 최소 피치(mm), t는 관판의 두께(mm), d는 관 구멍의 지름(mm)이다. 식의 형태에서 관판이 두꺼울수록 괄호 안 값이 1에 가까워져 피치를 좁게 잡을 수 있고, 얇을수록 피치를 크게 벌려야 함을 읽을 수 있다.

결과가 길이 단위(mm)가 되려면 괄호 안이 무차원이어야 하므로 4.5를 두께 t로 나눈 항이 괄호에 들어가고 지름 d를 곱하는 형태여야 한다. 두께 t를 4.5로 나눈 형태, 지름 d를 괄호 안에 넣은 형태, 두께 t를 밖에 곱한 형태는 모두 이 구조에 맞지 않는다.

증기보일러는 스케일 부착과 부식을 방지하기 위해 급수처리(연화 등) 또는 스케일 부착 방지·제거 시설을 갖추어야 하며, 이 의무는 일정 용량 이상의 보일러에 적용된다.

관련 기준상 증기보일러의 용량이 시간당 1t 이상인 경우 이러한 수질관리 시설을 설치하도록 정하고 있다.

보일러 열정산의 출열 항목은 유효하게 이용된 열과 손실된 열로 구성되며, 대표적으로 발생증기 보유열, 배기가스 손실열, 불완전연소 손실열, 방산손실 등이 있다.

반면 공기의 현열은 연소용 공기가 가지고 들어오는 열량으로 입열 항목에 해당하므로, 출열 항목으로는 분류되지 않는다.

보일러 안전밸브는 작동 방식에 따라 추의 무게로 압력을 지지하는 중추식, 지렛대 원리를 이용한 지렛대식, 스프링의 탄성력을 이용한 스프링식으로 구분하는 것이 일반적인 분류이다.

"탄성식"은 보일러 안전밸브의 표준 분류 명칭으로 사용되지 않으므로, 제시된 방식 중 실제 안전밸브 방식과 가장 거리가 멀다.

원통형 관벽을 통한 정상상태 전도 열량은 $Q = \dfrac{2\pi k L (t_1-t_2)}{\ln(r_2/r_1)}$ 로 계산한다.

내경 200mm(안쪽 반지름 100mm), 외경 210mm(바깥 반지름 105mm), 열전도율 50W/m·℃, 길이 5m, 온도차 240-25=215℃를 대입하면 $Q = \dfrac{2\pi \times 50 \times 5 \times 215}{\ln(105/100)} \approx \dfrac{337724}{0.0488} \approx 6.92\times10^{6}\ \mathrm{W}$로, 약 6.9×10³ kW가 된다.

설계압력(강도계산에 사용되는 압력으로 가장 가혹한 조건에서 정해지는 압력), 최고사용온도(설계압력에 대응하는 사용조건상의 온도), 전열면적(연소가스 쪽에서 측정한 면적)에 대한 정의는 보일러 구조 기준에서 규정하는 내용과 일치한다.

반면 1종 관류보일러의 정의로 제시된 "전열면적 5m² 이하, 최고사용압력 0.35MPa 이하"는 실제로는 소용량 강철제보일러에 해당하는 기준이다.

관류보일러는 헤더 안지름 150mm 이하를 전제로 최고사용압력 1MPa 이하인 것을 전열면적 크기에 따라 1종과 2종으로 나누므로, 제시된 수치는 1종 관류보일러의 정의와 맞지 않는 잘못된 설명이다.

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.

길이 스테이나 경사 스테이를 핀 이음으로 부착하는 경우, 핀이 삽입되는 휠(고리) 부분은 응력이 집중되기 쉬우므로 소요 단면적보다 여유 있게 확보해야 한다.

보일러 구조 기준상 이러한 스테이 휠 부분의 단면적은 스테이 소요 단면적의 1.25배 이상으로 하도록 규정하고 있다.