완전연소를 위해서는 연료를 착화온도 이상으로 유지해야 연소 반응이 지속된다. 착화온도 이하로 유지한다는 설명은 오히려 연소가 중단되거나 불완전연소를 초래하므로 완전연소 조건과 반대된다.

공기와 연료의 충분한 접촉, 좋은 통풍력, 공기 예열은 모두 연소 반응을 촉진해 완전연소를 돕는 조건이다.

연소온도는 연료가 가진 발열량뿐 아니라 공급되는 공기의 양(공기비)에 크게 좌우된다. 공기비가 지나치게 크면 과잉공기가 연소가스와 함께 데워지며 열을 빼앗아 연소온도를 크게 떨어뜨리고, 반대로 공기비가 부족하면 불완전연소로 실제 발생열이 줄어든다.

외기온도나 연료의 현열, 열매체의 온도도 어느 정도 영향을 주지만 공기비만큼 연소온도를 크게 좌우하지는 않는다.

고체연료의 전황분(총 황 함량)을 측정하는 대표적인 방법은 에슈카법(Eschka method)이다. 시료를 산화마그네슘과 무수탄산나트륨을 섞은 에슈카 시약과 함께 회화시켜 황 성분을 황산염 형태로 고정한 뒤, 이를 황산바륨으로 침전시켜 정량한다.

리비히법은 시료를 연소시켜 생성된 물과 이산화탄소의 무게로 탄소·수소를 구하는 원소분석법이어서 황 정량과는 목적이 다르고, 중량법은 침전물의 무게로 성분을 구하는 일반적인 분석 원리를 가리키는 말이지 전황분 측정법의 이름이 아니다.

2차연소란 1차 연소 과정에서 산소 부족 등으로 불완전연소되어 남은 미연가스가 연도(굴뚝으로 가는 통로) 내부에서 공기와 다시 만나 뒤늦게 연소하는 현상을 말한다.

이는 정상적인 1차 반응이나 재점화와는 다른 개념으로, 연도 내 열손실이나 이상연소의 원인이 될 수 있어 관리가 필요하다.

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.

프로판(C₃H₈)의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8+5O_2 \rightarrow 3CO_2+4H_2O}$이며, 프로판 1kmol(44kg)당 이론산소량은 $5\times22.4=112\,\mathrm{Nm^3}$이다.

연료 1kg당 이론산소량은 $\dfrac{112}{44}\approx2.55\,\mathrm{Nm^3/kg}$이고, 이론공기량은 $A_o=\dfrac{O_o}{0.21}\approx12.1\,\mathrm{Nm^3/kg}$이다.

프로판 2kg에 대해서는 $12.1\times2\approx24\,\mathrm{Nm^3}$의 이론공기량이 필요하다.

기계분(스토커) 연소는 사람 손을 거치지 않고 기계적으로 연료를 고르게 공급하는 방식으로, 산포식(스프레더) 스토커는 호퍼·회전익차(로터)·슈크류피더 등을 주요 구성요소로 하여 연료를 노 안에 고르게 뿌려 넣는다.

이러한 기계식 급탄 방식은 저질탄과 같이 다루기 까다로운 연료도 비교적 균일하고 유효하게 연소시킬 수 있게 해 주는 대신, 설비 구성이 복잡해 설비비와 운전비가 높아지는 특징이 있다.

고정화격자를 사용하더라도 기계적으로 균일하게 급탄되므로 연소효율이 특별히 떨어진다고 보기는 어려워, 이 설명은 기계분 연소의 일반적 특징과 맞지 않는다.

백필터(여과집진장치)는 운전이 진행되면서 여포(필터백) 표면에 더스트가 얇게 쌓여 1차 부착층(더스트 케이크)을 형성하는데, 이 층이 오히려 미세먼지까지 걸러내는 보조 여과층 역할을 하여 집진율을 높이는 방향으로 작용한다.

따라서 1차 부착층이 형성되면 집진율이 낮아진다는 설명은 실제 원리와 반대된다.

미세한 더스트일수록 여과속도를 낮게 유지하는 점, 더스트 부하가 커질수록 집진율이 높아지는 경향, 백 하단에서 내부로 가스를 송입해 집진하는 구조는 모두 백필터의 일반적인 특성과 일치한다.

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.

미분탄연소는 석탄을 잘게 분쇄해 가스 상태에 가깝게 태우는 방식으로, 미분화 과정을 거치면 저질탄부터 고품위탄까지 다양한 종류의 석탄을 폭넓게 사용할 수 있다는 것이 장점이다. '사용연료의 범위가 좁다'는 설명은 이와 반대되므로 틀린 내용이다.

소량의 과잉공기로도 단시간에 완전연소가 이루어져 연소효율이 높은 점, 연료 공급량 조절이 쉬워 부하변동 대응이 좋은 점, 미세한 회분과 먼지가 다량 발생해 집진장치가 필요한 점은 모두 미분탄연소의 일반적 특징으로 옳다.

연소용 공기의 약 79%를 차지하는 질소(N₂)는 연소 반응에 거의 참여하지 않고 그대로 배기가스에 남기 때문에, 일반적인 연소 배기가스 중 가장 많은 비율을 차지하는 성분이 된다.

CO₂는 연료 중 탄소가 연소되어 생성되지만 공기 중 질소량에 비하면 적고, O₂는 과잉공기분만 남으며, SO₂는 연료 중 황 성분에서 미량 생성되므로 N₂에 비해 함유량이 훨씬 적다.

공기비는 $m=\dfrac{(CO_2)_{max}}{CO_2}=\dfrac{15.5}{12.5}=1.24$로 구한다.

벙커C유 사용량은 $500\,\mathrm{L/h}\times0.96\,\mathrm{kg/L}=480\,\mathrm{kg/h}$이므로, 시간당 실제공기량은 $A=m\,A_o\times(\text{연료량})=1.24\times10.5\times480\approx6250\,\mathrm{Nm^3/h}$이다.

이를 분당으로 환산하면 $\dfrac{6250}{60}\approx104\,\mathrm{Nm^3/min}$으로, 약 105Nm³/min에 해당한다.

메탄의 완전연소 반응식은 $\mathrm{CH_4+2O_2 \rightarrow CO_2+2H_2O}$이다. 이론산소량으로 연소시키면 공기 중 질소가 섞이지 않으므로, 생성되는 연소가스는 이산화탄소와 수증기뿐이다.

메탄 1Nm³당 CO₂ 1Nm³와 H₂O(수증기) 2Nm³가 생성되며, 수증기까지 포함한 습연소가스의 부피는 $1+2=3\,\mathrm{Nm^3}$가 된다.

착화열이란 연료를 최초 온도에서부터 스스로 불이 붙기 시작하는 착화온도까지 가열하는 데 소요되는 열량을 말하며, 연료가 실제로 연소하며 내는 열량과는 구분되는 개념이다.

연료가 착화 이후 연소하며 내는 전체 열량이나 단위 질량당 총 발생 열량은 발열량(연소열)에 해당하는 개념이고, 외부 점화 없이 스스로 발화하는 현상은 자연발화에 대한 설명으로 착화열의 정의와는 다르다.

건조한 석탄을 공기 중에 장기간 방치하면 공기 중 산소를 서서히 흡수하는 풍화(자연산화)가 진행되어 발열량은 점차 감소한다. 따라서 불순물이 증발하여 발열량이 증가한다는 설명은 실제 현상과 반대이므로 틀린 설명이다.

점결탄은 풍화가 진행될수록 점결성이 저하되며, 산화열이 축적된 상태에서 직사광선 등의 영향이 더해지면 자연발화로 이어질 수 있다는 나머지 설명은 실제 저탄 현상과 일치한다.

배기가스량 $G$는 이론 배기가스량 $G_o$에 과잉공기에 해당하는 만큼을 더해서 구하며, $G = G_o + (m-1)A_o$로 나타낸다. 여기서 $m$은 공기비, $A_o$는 이론공기량이다.

공기비 $m$이 1일 때(이론공기량으로 완전연소)는 과잉분 $(m-1)A_o$가 0이 되어 $G=G_o$로 일치하고, 공기비가 커질수록 실제 배기가스량은 이론값보다 비례해서 늘어나는 관계를 나타낸다.

액체연료는 고체연료와 달리 화학적 조성이 비교적 균일하여 품질이 일정하다는 것이 일반적 특징이다. 따라서 발열량은 높지만 품질이 일정하지 않다는 설명은 액체연료의 특징과 반대되므로 틀린 것이다.

액체연료는 연소온도가 높아 국부과열을 일으키기 쉽고, 인화점이 낮아 화재·역화의 위험이 크며, 연소 시 버너 소음이 발생하는 특징을 가지므로 나머지 보기는 옳은 설명이다.

고체연료의 실제 연소가스량 $G$는 이론연소가스량 $G_o$에 실제공기량 $A$와 이론공기량 $A_o$의 차, 즉 과잉공기량을 더하여 $G = G_o + A - A_o$로 구한다.

공기비 $m=A/A_o$를 이용하면 $A-A_o=(m-1)A_o$가 되어 앞서 배기가스량 산정식과 같은 형태가 되며, 실제공기량이 이론공기량보다 많이 공급될수록 연소가스량이 이론값보다 커짐을 보여준다.

자연통풍력은 연돌 내 고온 배기가스와 외기의 비중량 차이로 발생하며, 배기가스 온도가 높아 비중량이 작을수록 외기와의 밀도차가 커져 통풍력이 커진다. 따라서 배기가스의 비중량이 클수록 통풍력이 증가한다는 설명은 반대로 서술되어 틀린 것이다.

연돌의 높이가 높을수록, 배기가스 온도가 높을수록, 연도의 길이(마찰저항)가 짧을수록 통풍력은 커지므로 나머지 보기는 옳은 설명이다.

비가역 과정에서는 계와 주위를 모두 포함한 전체(고립계)의 엔트로피가 항상 증가한다는 것이 열역학 제2법칙의 엔트로피 증가 원리이다. 밀폐 탱크의 공기가 열을 방출하며 대기 온도로 냉각되는 과정은 비가역 과정이므로 탱크와 대기의 엔트로피 변화량의 합은 0보다 커야 한다.

가역 과정이라면 전체 엔트로피 변화가 0이 되지만, 온도차를 두고 열이 이동하는 실제 냉각 과정은 비가역이므로 등호가 아닌 부등호 형태로 나타내는 것이 옳다.

교축(스로틀링) 과정은 밸브나 오리피스와 같은 좁은 통로를 유체가 통과하며 압력이 급격히 강하하는 과정으로, 외부와 일·열의 출입이 없고 위치·운동에너지 변화도 무시할 수 있어 엔탈피가 일정하게 유지된다.

이 과정에서 압력은 감소하고 비체적은 증가하며, 실제기체의 경우 온도가 변화하는 줄-톰슨 효과가 나타나는 등 엔탈피 이외의 상태량은 변화한다.

포화액 상태에서 온도를 그대로 유지한 채 압력을 그 온도에서의 포화압력보다 높이면, 그 압력에서의 포화온도보다 실제 온도가 낮은 상태가 되어 압축액(과냉액) 상태가 된다.

반대로 압력을 낮추면 증발이 일어나 습증기 영역으로 들어가고, 온도를 높여 그 압력에서의 포화온도를 넘기면 과열증기가 되므로 상태 변화 방향을 구분해서 이해해야 한다.

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.

엔탈피를 $H=H(T,P)$ 로 놓으면 전미분은 $dH=\left(\dfrac{\partial H}{\partial P}\right)_{T}dP+\left(\dfrac{\partial H}{\partial T}\right)_{P}dT$ 이다. 여기서 두 편미분계수는 2변수 함수 H를 한 변수로 미분한 결과이므로, 미분을 마친 뒤에도 남는 독립변수는 여전히 T와 P 두 개다.

예를 들어 $\left(\dfrac{\partial H}{\partial T}\right)_{P}=C_p$ 인데, 실제 기체의 정압비열은 온도뿐 아니라 압력에 따라서도 값이 달라진다. $\left(\dfrac{\partial H}{\partial P}\right)_{T}$ 역시 상태에 따라 변하므로 일반적으로 T, P 모두의 함수다.

따라서 한쪽을 P만의 함수, 다른 쪽을 T만의 함수로 못박거나 둘 다 P만의 함수라고 보는 서술은 이상기체 같은 특수한 경우에나 부분적으로 성립할 뿐이다. 두 편미분계수를 모두 T와 P의 함수로 보는 것이 옳다.

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.

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.

건습구온도계로 건구온도와 습구온도를 측정한 뒤 습공기선도(psychrometric chart)에서 두 값이 교차하는 지점을 읽으면 별도의 계산 없이 상대습도를 즉시 구할 수 있어 가장 간편하고 빠른 방법이 된다.

반면 건구온도와 습구온도의 비를 계산하는 방식은 상대습도의 정의(같은 온도에서의 포화수증기압에 대한 실제 수증기압의 비)와 아무 관련이 없고, 대기압만 측정해서는 공기 중에 실제로 포함된 수증기량을 알 수 없다. 또한 Mollier 선도는 통상 증기의 엔탈피-엔트로피 선도를 가리키므로, 습구·건구온도로 상대습도를 바로 읽어내는 표준적인 도표로 보기는 어렵다.

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.

흡수식 냉동시스템은 기계적인 압축기 대신 흡수기와 재생기(발생기) 사이의 열에너지, 그리고 소용량 펌프를 이용해 냉매를 순환시키므로 증기압축식이 필요로 하는 큰 축일, 즉 압축에 소요되는 일이 크게 줄어든다는 것이 가장 주된 장점이다.

이 때문에 흡수식은 전력 소비는 작지만 폐열·증기 등 열원을 활용해야 하며, 전체 시스템 효율(COP)이나 장치 크기, 필요한 열교환기 수 면에서는 오히려 증기압축식보다 불리한 경우가 많다.

밀폐계 에너지식 $Q=\Delta U+W$ 를 적용한다. 받은 열 $Q=A$ kJ, 밖으로 한 일 $W=0.5A$ kJ 이므로 내부에너지 변화는 $\Delta U=A-0.5A=0.5A$ kJ 이다.

내부에너지 변화는 정적비열로 계산한다. $\Delta U=m\,C_v\,\Delta T$ 에 대입하면 $\Delta T=\dfrac{0.5A}{mC_v}=\dfrac{A}{2mC_v}$ K 가 된다.

정압비열 $C_p$ 는 엔탈피 변화 $\Delta H=mC_p\Delta T$ 에 쓰는 값이라 이 문제의 내부에너지 계산에는 쓰지 않는다. 또 일로 빠져나간 0.5A를 빼지 않고 A 전부를 온도 상승에 쓴 것으로 보면 온도변화가 두 배로 과대평가된다.

포화액에서 건포화증기로 상변화할 때 엔트로피 변화는 $\Delta S = \frac{Q}{T}$로 구한다. 물의 질량이 1kg이고 흡수한 열량이 2280kJ, 온도가 50℃ = 323.15K이므로, $\Delta S = \frac{2280\text{ kJ}}{323.15\text{ K}} = 7.06\text{ kJ/K}$이다. 포화상태에서의 상변화는 온도가 일정하게 유지되므로 비가역성이 없고, 흡수한 열을 절대온도로 나누면 엔트로피 증가값을 얻는다.

클라우지우스 적분은 사이클을 한 바퀴 도는 동안 $\dfrac{dQ}{T}$ 를 모두 합한 값으로, 엔트로피의 정의 $dS=\dfrac{dQ}{T}$ 와 직결된다.

엔트로피는 상태량이므로 사이클을 돌아 처음 상태로 되돌아오면 그 변화량이 0이다. 따라서 가역 사이클에서는 $\oint\dfrac{dQ}{T}=0$ 이 성립한다.

비가역 요소가 섞인 사이클에서는 같은 적분이 0보다 작아지며, 두 경우를 합쳐 $\oint\dfrac{dQ}{T}\le 0$ (클라우지우스 부등식)으로 쓴다. 반대로 이 적분이 0보다 크다는 관계는 열역학 제2법칙에 위배되어 어떤 사이클에서도 나타나지 않는다.

카르노 사이클은 두 개의 등온 과정과 두 개의 단열 과정으로 구성된 가역 사이클로, 그 열효율이 오직 고열원과 저열원의 절대온도만으로 결정된다.

$\eta = 1 - \dfrac{T_2}{T_1}$

랭킨 사이클, 재열 사이클, 재생 사이클은 실제 증기동력설비에 쓰이는 사이클로, 효율이 압력·온도 조건뿐 아니라 재열·재생 여부 등 사이클 구성에 따라 달라지므로 온도만으로 결정되지 않는다.

단순 랭킨사이클의 각 지점 비엔탈피는 펌프 입구(응축기 출구 포화액) $h_1$, 보일러 입구(펌프 출구) $h_2$, 터빈 입구 $h_3$, 응축기 입구(터빈 출구) $h_4$ 이다.

보일러 공급열은 $q_1=h_3-h_2$, 터빈 일은 $w_t=h_3-h_4$, 펌프 일은 $w_p=h_2-h_1$ 이므로 열효율은 $\eta=\dfrac{(h_3-h_4)-(h_2-h_1)}{h_3-h_2}=1-\dfrac{h_4-h_1}{h_3-h_2}$ 가 된다.

분자의 $h_4-h_1$ 은 응축기에서 버리는 열, 분모의 $h_3-h_2$ 는 보일러에서 받은 열이라는 점이 핵심이다. 분모를 $h_3-h_1$ 로 쓰면 펌프 일까지 보일러 입열로 잘못 넣는 셈이고, 분자를 $h_4-h_2$ 로 쓰면 응축기 방열량이 되지 않는다.

"열은 저온부로부터 고온부로 자연적으로(저절로) 전달되지 않는다"는 클라우지우스의 표현으로, 열역학 제2법칙을 직접 나타낸 것이다.

에너지 보존이나 일과 열량의 등가 관계는 열역학 제1법칙에 해당하는 내용이며, 일을 100% 열로 바꿀 수 있다는 것도 제1법칙 범위에서 가능한 표현이므로 제2법칙과는 관련이 없다.

정압과정에서 이상기체의 엔트로피 변화는 $\Delta S = nC_p \ln\left(\dfrac{T_2}{T_1}\right)$로 구한다.

$n=1\,\mathrm{kmol}$, $C_p=28\,\mathrm{kJ/(kmol\cdot K)}$, $T_1=400\,\mathrm{K}$, $T_2=700\,\mathrm{K}$를 대입하면 $\Delta S = 28\times \ln\left(\dfrac{700}{400}\right) \approx 15.7\,\mathrm{kJ/K}$가 된다.

정지된 상태의 물을 가열할 때 운동에너지나 위치에너지, 유동에너지의 변화는 무시할 수 있을 만큼 작다.

공급된 열의 대부분은 분자 운동을 활발하게 하여 온도를 높이는 데 쓰이므로, 이는 물의 내부에너지 증가로 나타난다.

부피 팽창계수는 압력을 일정하게 유지한 채 온도를 올릴 때 부피가 늘어나는 상대적 비율로 정의된다. 곧 $\beta=\dfrac{1}{V}\left(\dfrac{\partial V}{\partial T}\right)_{P}$ 이다.

온도가 오르면 부피는 대개 커져 이 편미분값이 양수이므로, β 가 양수가 되도록 음의 부호를 붙이지 않는다. 이상기체 $V=\dfrac{RT}{P}$ 로 확인하면 $\beta=\dfrac{1}{V}\cdot\dfrac{R}{P}=\dfrac{1}{T}$ 로 양수가 나온다.

압력으로 미분한 $-\dfrac{1}{V}\left(\dfrac{\partial V}{\partial P}\right)_{T}$ 는 등온 압축률이며, 압력이 오르면 부피가 줄어 편미분값이 음수이므로 이쪽에 음부호를 붙여 양수로 만든다. 두 계수를 혼동하지 않는 것이 요령이다.

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.

백금-백금로듐(R, S형) 열전대는 재현성과 안정성이 뛰어나 다른 열전대에 비해 표준온도계나 정밀 측정용으로 널리 사용된다.

측정 최고온도는 크로멜-알루멜(K형) 열전대보다 오히려 높고(약 1600℃까지), 열기전력(감도)은 다른 열전대에 비해 작은 편이며, 저온이 아닌 고온 영역 측정에 주로 사용되므로 나머지 설명은 옳지 않다.

층류로 흐를 수 있는 한계는 임계 레이놀즈수 $Re=2320$에서 결정되며, 이때의 평균유속은 $Re=\dfrac{vd}{\nu}$ 관계로부터 구한다.

$v = \dfrac{Re\cdot \nu}{d} = \dfrac{2320\times 1.0064\times10^{-6}}{0.05} \approx 0.047\,\mathrm{m/s}$

여기에 단면적 $A=\dfrac{\pi}{4}d^2 \approx 1.96\times10^{-3}\,\mathrm{m^2}$를 곱하면 최대유량은 $Q=vA \approx 0.047\times 1.96\times10^{-3} \approx 9.2\times10^{-5}\,\mathrm{m^3/s}$가 되어, 약 $9.22\times10^{-5}\,\mathrm{m^3/s}$에 해당한다.

온·오프 동작은 편차가 양(+)이면 조작신호가 최대(전개 또는 On)가 되고, 음(-)이면 최소(전폐 또는 Off)가 되는 2위치 제어동작이다.

다위치동작은 조작량이 세 단계 이상으로 나뉘어 단계적으로 변하고, 비례동작은 편차의 크기에 비례해 조작량이 연속적으로 변하며, 적분동작은 편차의 누적값에 따라 서서히 조작량이 바뀐다. 모두 편차의 부호만으로 조작신호가 즉시 최대·최소로 전환되는 방식과는 구분된다.

백금(Pt)은 물리적·화학적으로 안정하고 산화에 강해, 저온에서 고온까지 넓은 온도범위에서 저항값이 온도에 비례하여 정확하게 재현되므로 저항온도계의 저항체로 가장 우수한 재질로 평가된다.

니켈, 동(구리), 철은 백금보다 사용온도 범위가 좁고 산화·경년변화 등의 문제가 있어 정밀도와 범용성에서 백금에 미치지 못한다.

접촉식 온도계는 측온소자를 측정 대상에 직접 접촉시켜 열평형을 이룬 뒤 온도를 읽는 방식으로, 복사에너지를 이용하지 않으므로 방사율에 의한 보정이 필요 없다. 방사율 보정은 비접촉식(방사) 온도계에서 요구되는 사항이므로 이 설명은 틀렸다.

접촉식 온도계는 통상 1000℃ 이하의 비교적 낮은 온도 영역에서 측온소자를 직접 접촉시켜 사용하며, 비접촉식에 비해 측정오차가 작다는 특징을 갖는다.

서미스터 저항체 온도계는 반도체 소자를 이용해 응답속도가 빠르고 저항 변화율(감도)이 커서 미세한 온도차도 검출할 수 있으며, 저항값 자체가 커서 도선저항에 의한 오차의 영향이 작다는 장점이 있다.

반면 소자마다 특성 편차가 커서 특성을 고르게 얻기 어렵고, 습기를 흡수하면 특성이 변질되어 열화되기 쉬운 단점이 있으므로 제시된 설명과 일치한다.

오르자트식 가스분석계에서 이산화탄소($\mathrm{CO_2}$)는 수산화칼륨(KOH) 수용액에 흡수시켜 정량한다.

오르자트 분석은 흡수 순서가 정해져 있어, 이산화탄소를 흡수시킨 뒤 알칼리성 피로갈롤 용액으로 산소($\mathrm{O_2}$)를, 암모니아성 염화제1구리 용액으로 일산화탄소(CO)를 차례로 흡수시킨다. 발연 황산액은 중탄화수소 계열을 흡수시킬 때 쓰는 시약이므로 이산화탄소용 흡수제와는 구분해야 한다.

오벌(oval)미터는 타원형 기어 두 개가 유체의 흐름에 의해 서로 맞물려 회전하는 용적식(회전자형) 유량계로, 기어의 회전수를 세어 유량을 측정하는 계기이다.

루츠식, 로터리피스톤식 등과 함께 용적식 유량계로 분류되며, 회전자가 한 번에 밀어내는 부피에 회전수를 곱해 적산유량을 얻는 방식이므로 온도나 액면, 위치를 측정하는 계기와는 용도가 다르다.

공기압식 신호전송은 배관(관로) 저항 때문에 전송거리가 길어질수록 지연이 커지며, 실용상 지연 없이 사용 가능한 거리는 대략 100~150m 이내로 알려져 있어 2000m까지 지연이 없다는 설명은 사실과 다르다.

공기압식 조절계는 통상 0.2~1.0kg/cm² 범위의 공기압을 신호로 사용하며, 신호용 공기는 습기와 먼지를 충분히 제거한 것을 사용해야 하므로 나머지 보기는 옳은 설명이다.

탄성식 압력계는 부르돈관, 벨로우즈, 다이어프램처럼 탄성체가 압력을 받아 변형되는 정도를 이용해 압력을 지시하는 방식이다.

반면 단관식(액주식) 압력계는 액체 기둥의 높이차로 압력을 측정하는 방식으로 탄성변형과는 원리가 다르므로 탄성식 압력계에 해당하지 않는다.

열전대 보호관은 감온부(열전대 소자)에 열이 빠르게 전달되어야 정확하고 신속한 온도 측정이 가능하므로 열전도율이 높아야 한다. 따라서 열전도율이 낮을 것을 요구하는 설명은 보호관의 구비조건과 반대되어 틀렸다.

보호관은 이 외에도 기밀을 유지하고, 사용온도에 견디며, 화학적으로 안정(내식성)해야 하므로 나머지 보기들은 옳은 구비조건이다.

오리피스, 벤투리관, 플로우노즐은 유체가 좁아진 단면을 통과할 때 발생하는 압력차를 이용해 유량을 구하는 차압식 유량계이다.

반면 로터미터는 테이퍼관 내에서 플로트(부자)가 유량에 따라 상하로 이동하는 위치를 읽는 면적식(부자식) 유량계이므로 차압식에 해당하지 않는다.

열전대 온도계는 서로 다른 금속선을 접합한 감온접점, 이를 보호하는 보호관, 계기까지 신호를 전달하는 보상도선으로 구성된다.

저항코일과 저항선은 백금 측온저항체 등 저항온도계(RTD)의 구성요소로, 열전대 온도계의 구성부분과는 거리가 멀다.

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.

열전대는 응답속도를 빠르게 하고 도선저항에 의한 오차를 줄이기 위해 전기저항과 저항의 온도계수가 오히려 작아야 한다. 따라서 이 값들이 커야 한다는 설명은 반대로 서술되어 틀렸다.

열전대는 이 외에 온도상승에 따른 열기전력이 크고, 열전도율이 작으며, 기계적 강도와 내열·내식성이 커야 한다는 조건을 만족해야 하므로 나머지 보기는 옳다.

유리제 온도계는 유리관 속에 수은이나 알코올 등의 액체를 넣고, 온도에 따른 액체의 열팽창 정도를 눈금으로 읽어 온도를 나타내는 계기이다.

저항 온도계는 금속(백금 등)의 전기저항 변화를, 색(광) 온도계와 광학 온도계는 물체가 방출하는 빛(복사)의 파장이나 밝기 변화를 이용하는 방식이므로 액체의 열팽창을 이용하는 원리와는 다르다.

다이어프램(diaphragm)은 압력 측정 기기나 펌프 등에서 압력 변화를 감지하거나 전달하는 얇은 막 부품으로, 유연성과 탄성이 필수적이다. 가죽, 스테인리스강, 구리는 모두 얇게 가공할 수 있으며 적절한 탄성과 복원력을 갖춰 다이어프램 재질로 실제 사용되어 왔다. 반면 탄소강은 경도가 높고 취성이 커 반복적인 굽힘과 수축을 견디기 어렵고, 다이어프램 용도의 재질로는 부적합하여 산업 현장에서 다이어프램 재질로 거의 사용되지 않는다.

화씨온도를 섭씨온도로 바꾸는 관계식은 $t_{\mathrm{C}} = \dfrac{5}{9}(t_{\mathrm{F}} - 32)$ 이다.

이 식에 150°F를 대입하면 $t_{\mathrm{C}} = \dfrac{5}{9}(150-32) = \dfrac{5}{9}\times118 \approx 65.6\ \mathrm{℃}$가 되므로, 약 65.5℃로 제시된 값이 정답이다.

118.5℃는 32를 뺀 값(118)을 그대로 섭씨로 본 것이고, 나머지 값들도 32를 빼지 않거나 5/9 대신 다른 환산계수를 적용했을 때 나오는 오답이다.

적분동작(I동작)은 편차가 존재하는 한 그 편차의 크기에 비례하는 속도로 출력(조작량)이 계속 변화하는 제어동작이다. 즉 편차가 클수록 출력이 빠르게 변하고, 편차가 0이 되어야 출력 변화가 멈춘다.

이 때문에 적분동작은 잔류편차(offset)를 없애는 데 효과적이지만 응답이 늦어, 실제로는 비례동작과 결합한 PI동작으로 많이 사용된다.

편차의 제곱근에 비례·반비례한다는 설명은 실제 자동제어 동작식과 무관한 표현이며, 조작량이 완전 개폐되는 동작은 온오프(2위치)동작에 해당한다.

체적유량은 유로 단면적 × 평균 유속이다. 단면적 A(m²)를 평균 선속도 $\overline{U}$(m/s)로 통과하면 1초 동안 $A\times\overline{U}$ 만큼의 부피가 지나가므로 $\overline{V}=\overline{U}A$ 가 된다.

단위로 검산해도 $\mathrm{m^{2}}\times\mathrm{m/s}=\mathrm{m^{3}/s}$ 로 체적유량의 단위와 정확히 맞는다.

속도를 면적으로 나눈 형태는 $\mathrm{1/(m\cdot s)}$, 면적을 속도로 나눈 형태는 $\mathrm{m\cdot s}$, 역수 형태는 $\mathrm{s/m^{3}}$ 가 되어 모두 체적유량이 될 수 없다. 단위 차원 확인만으로도 걸러진다.

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.

검사대상기기 설치자가 검사대상기기 조종자를 선임하거나 해임한 경우, 설치자는 이를 관할 시·도지사에게 신고하여야 한다.

이는 별도의 승인이나 지정을 받아야 하는 사항이 아니라, 이미 발생한 선임·해임 사실을 행정청에 알리는 신고 의무에 해당한다.

승인·지정은 인허가 성격의 사전 절차에 쓰이는 용어이고, 보고는 행정청의 요구나 지휘·감독 관계에서 사무 처리 결과를 알리는 표현이어서, 법령이 정한 조종자 선임·해임 절차의 명칭과는 구분된다.

고압배관용 탄소강 강관(KS D 3564)과 같이 압력을 받는 배관용 강관은 사용압력에 따라 스케줄(두께)이 달라지더라도 이음쇠·플랜지 등과의 호환성을 유지해야 하므로, 호칭지름을 바깥지름을 기준으로 정한다.

같은 호칭지름이라도 두께가 두꺼워지면 안지름은 작아지지만 바깥지름은 일정하게 유지되는 방식이다.

안지름을 기준으로 하거나 안지름·바깥지름의 평균, 나사지름을 기준으로 한다는 설명은 이 규격의 호칭 방식과 맞지 않는다.

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.

보온재 내부의 기공에 들어 있는 기체의 열전도율은 분자량이 작을수록 커지는 경향이 있다. 분자량이 작은 기체일수록 분자의 운동속도가 빨라 열을 더 활발하게 전달하기 때문이다.

따라서 보온재 내부의 공기를 공기보다 분자량이 작은 가스로 치환하면 그 보온재의 열전도율은 크게 된다.

이는 헬륨·수소처럼 가벼운 기체의 열전도율이 공기보다 높은 것과 같은 원리이다.

에너지이용합리화법령상 에너지저장의무를 부과할 수 있는 대상은 전기사업법에 따른 전기사업자, 도시가스사업법에 따른 도시가스사업자, 석탄산업법에 따른 석탄가공업자, 집단에너지사업법에 따른 집단에너지사업자와 연간 일정량(석유환산톤 기준) 이상의 에너지를 사용하는 자로 한정되어 있다.

액화석유가스(LPG)사업법에 따른 액화석유가스사업자는 이 부과대상 목록에 포함되어 있지 않으므로, 나머지 보기의 사업자들과 달리 해당되지 않는다.

크롬벽돌이나 크롬-마그벽돌과 같은 크롬질 내화물은 고온에서 노 내의 산화철을 흡수하면 벽돌 조직 내에서 부피가 팽창한다.

이로 인해 벽돌 표면이 부풀어 오르고 벗겨져 떨어져 나가는 특유의 손상 현상을 버스팅(bursting)이라 하며, 크롬질 내화물에서 특징적으로 나타난다.

스폴링은 급격한 온도변화나 열응력에 의한 박리·균열을 가리키는 보다 일반적인 용어이고, 슬래킹은 마그네시아질·돌로마이트질 내화물이 공기 중 수분을 흡수해 소화(消化)되면서 표면이 갈라지고 분화하는 현상이며, 큐어링은 시공한 재료를 굳히는 양생 과정을 뜻해 모두 산화철 흡수와는 무관하다.

효율관리기자재는 에너지이용합리화법에 따라 에너지소비효율 등급 표시나 최저소비효율기준 관리 대상이 되는 가전·산업용 기기로, 전기냉장고, 삼상유도전동기, 자동차(연비 관리 대상) 등이 대표적으로 포함된다.

전동차(철도차량)는 철도 관련 법령에 따라 별도로 관리되는 운송수단으로, 에너지이용합리화법상 효율관리기자재 지정 품목에는 해당하지 않는다.

에너지이용합리화법은 에너지의 수급을 안정시키고, 에너지의 합리적이고 효율적인 이용을 증진하며, 에너지 소비로 인한 환경피해를 줄임으로써 국민경제의 건전한 발전과 국민복지 증진, 지구온난화의 최소화에 이바지함을 목적으로 한다.

즉 합리적 이용 증진, 국민경제 발전 기여, 지구온난화 최소화 기여는 모두 이 법이 명시한 목적에 해당한다.

반면 '에너지자원의 보전 및 관리'라는 표현은 이 법의 목적 조항에 담긴 문구가 아니어서, 나머지 목적들과 달리 해당 법의 목적으로 보기 어렵다.

검사대상기기의 검사유효기간은 원칙적으로 검사에 합격한 날의 다음 날부터 계산한다. 다만 검사에 합격한 날이 종전 검사유효기간 만료일 이전 30일 이내인 경우에는, 남은 기간이 중복해서 계산되지 않도록 검사유효기간 만료일의 다음 날부터 기산한다.

따라서 이 기산 특례를 '만료일 이전 60일 이내'로 서술한 설명은 법령이 정한 기준일수와 맞지 않는다.

이 밖에 검사를 연기한 경우 검사유효기간 만료일의 다음 날부터 계산한다는 것, 안전관리나 에너지효율 향상을 위하여 부득이하다고 인정될 때 검사유효기간을 조정할 수 있다는 것은 모두 법령에 규정된 내용이다.

요로(窯爐)는 가마와 노를 아울러 이르는 말로, 원료나 재료를 고온으로 가열하여 소성(굽기)하거나 용융시키는 장치를 통틀어 가리키는 일반적인 용어이다.

도자기를 굽는 가마, 시멘트나 유리를 만드는 가마, 금속을 녹이는 용해로 등이 모두 요로에 포함되므로, 도자기나 금속 용해와 같은 특정 용도로 한정한 설명보다는 가열을 통한 소성·용융 전반을 가리키는 정의가 더 적절하다.

물을 가열해 수증기를 만드는 장치는 보일러에 대한 설명으로, 요로의 정의와는 다르다.

단가마는 하나의 가마실에서 재료를 넣고 소성한 뒤 다시 냉각·꺼내기를 반복하는 구조로, 소성 공정이 연속적으로 이어지지 않고 한 사이클씩 끊어져 진행되는 불연속식(회분식) 가마이다.

반면 터널가마와 같이 재료가 이동하며 가열대를 통과하는 형식은 연속식, 이 둘을 절충한 형식은 반연속식으로 분류되므로, 단가마는 이러한 연속식·반연속식과 구분되는 불연속식에 해당한다.

에너지이용합리화법은 에너지 수요관리 사업(에너지진단, 효율향상 지원 등)을 전문적으로 수행하는 수요관리 전문기관을 규정하고 있으며, 출제 당시 법령에서는 이를 에너지관리공단으로 정하고 있었다. 이 기관은 2015년 법 개정으로 명칭이 한국에너지공단으로 바뀌어 현재까지 같은 역할을 맡고 있다.

한국가스안전공사, 한국전력공사, 전기안전공사는 각각 가스안전관리, 전력공급, 전기설비 안전관리를 담당하는 기관으로 에너지이용합리화법상 수요관리 전문기관의 역할과는 구분된다.

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.

에너지이용합리화법령상 에너지사용계획 협의대상 사업은 사업유형별로 별도의 기준면적이 정해져 있는데, 그 중 도시개발사업은 면적 30만 m² 이상인 경우 협의 대상에 해당한다.

택지개발사업, 국가산업단지개발사업, 공항개발사업도 각각 별도의 기준면적이 정해져 있으나, 보기에 제시된 수치들은 해당 사업유형의 실제 협의대상 기준면적과 일치하지 않는다.

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

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

에너지법(및 에너지이용합리화법)에서 '열사용기자재'란 연료 및 열을 사용하는 기기, 축열식 전기기기와 단열성 자재로서 산업통상자원부령으로 정하는 것을 말한다.

보기에서는 이를 '핵연료를 사용하는 기기'이자 '기획재정부령'이 정하는 것으로 설명하고 있는데, 열사용기자재는 핵연료가 아닌 연료·열을 사용하는 일반적인 기기를 가리키며 이를 정하는 부령도 산업통상자원부령이므로 이 설명은 옳지 않다.

에너지사용기자재, 에너지공급설비, 에너지사용시설에 대한 나머지 정의들은 실제 법령상의 정의와 부합한다.

보일러가 처음부터 검사대상기기에 해당하여 설치될 때는 설치검사를 받지만, 원래는 검사대상이 아니었던 보일러가 사용연료의 변경으로 인해 새로 검사대상기기 기준에 포함되는 경우에도 그 시점에서 사실상 처음 검사대상기기로 편입되는 것이므로 설치검사를 받아야 한다.

이는 이미 검사대상이던 보일러의 형식·용량·연소방식 등을 바꾸는 개조검사나, 사용을 중단했던 기기를 다시 쓸 때 받는 재사용검사와는 적용 대상 자체가 다르다.

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.

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.

두께가 다른 강판을 맞대기 용접으로 이음할 때 중심선을 일치시키는 경우에는, 두께 차이가 있는 부분을 완만하게 테이퍼 가공하여 응력이 급격히 집중되는 것을 막아야 한다.

이때 테이퍼의 기울기는 1/3 이하로 가공하는 것이 보일러 용접설계 기준이며, 이보다 급한 기울기로 가공하면 두께 변화 부위에 응력집중이 커져 파손 위험이 높아진다.

그림은 두 강판을 V형 맞대기 용접으로 이은 이음으로, 판 두께 h, 개선각 θ°, 비드 덧살(보강) 높이 a, 그리고 판을 양쪽으로 잡아당기는 인장하중 W가 표시되어 있다. 식에 나오는 ℓ 은 용접선(비드) 길이다.

맞대기 용접의 인장응력은 목두께 × 용접선 길이를 하중을 받는 단면으로 잡아 계산한다. V형 맞대기에서 목두께는 판 두께 h 로 보고 덧살 a 는 안전측으로 강도 계산에서 제외하므로 $\sigma=\dfrac{W}{h\ell}$ 이다.

분모에 덧살 높이 a 를 쓴 식은 하중을 받는 실제 단면이 아니다. 분모가 $2h\ell$ 인 식은 용접선이 두 줄일 때(양면 필릿 등)의 꼴이고, 분자에 2W 를 붙인 식은 실제 걸리는 하중의 두 배를 넣은 셈이라 이 한 줄짜리 맞대기 이음에는 맞지 않는다.

과열기는 보일러 본체에서 발생한 포화증기를 더 가열하여 과열증기로 만드는 장치로, 증기의 엔탈피를 높여 터빈 등에서 얻는 일량과 효율을 늘리고, 수분이 없는 건조한 증기를 공급함으로써 배관 내 마찰저항 감소와 부식 방지에도 기여한다.

다만 과열기는 증기의 온도를 높이는 장치이지 압력을 높이는 장치가 아니므로, '포화증기의 압력증가'는 과열기의 실제 역할과 맞지 않는다.

급수펌프 중 회전체의 원심력을 이용해 물을 밀어내는 원심펌프에는 대표적으로 볼류트 펌프가 있다. 볼류트 펌프는 임펠러가 회전하며 발생시키는 원심력으로 유체에 압력과 속도를 부여하는 구조이다.

워싱턴 펌프와 웨어 펌프, 플런저 펌프는 왕복운동을 이용해 유체를 밀어내는 왕복동식(용적형) 펌프로, 원심펌프와는 작동 원리가 다르다.

저온부식은 연료 중 황 성분이 연소 후 산화되어 배기가스 중 수분과 결합해 황산으로 응축되면서 전열면을 부식시키는 현상이다.

이를 막기 위해서는 연료 중 황 성분을 줄이고, 과잉공기를 적정 수준으로 낮춰 배기가스 중 산소·황산화물 생성을 억제하며, 전열면에 내식재료를 사용하는 방법이 쓰인다. 배기가스 온도는 노점온도보다 높게 유지해야 황산 응축을 막을 수 있다.

따라서 배기가스 온도를 노점온도 이하로 유지한다는 설명은 오히려 저온부식을 촉진하는 조건이므로, 방지 방법으로 볼 수 없다.

노통연관보일러에서 연소가스의 고온부인 노통과, 그 열의 영향을 받는 연관 사이에는 국부적인 과열이나 열팽창으로 인한 접촉·손상을 막기 위해 일정 거리 이상의 틈새를 두어야 한다.

노통 바깥 면과 가장 가까운 연관의 면 사이는 50mm 이상의 틈새를 두도록 하는 것이 보일러 구조 설계 기준이다.

보일러수에 녹아 있는 용존고형물은 대부분 이온 형태로 존재하며, 이 이온들이 전류를 운반하는 매개체 역할을 한다.

따라서 용존고형물의 농도가 증가할수록 물속의 이온 농도도 함께 늘어나 전기 전도도는 커진다. 이 원리를 이용해 전기전도율 측정으로 보일러수의 농축 정도를 간접적으로 판단하기도 한다.

내압 P를 받는 원통 동체에서 두께를 지배하는 것은 원주(후프) 방향 응력이다. 축을 따라 반으로 자른 반쪽을 보면 밀어내는 힘 $P\cdot D\cdot L$ 을 양쪽 벽 단면 $2tL$ 이 지탱하므로 $\sigma=\dfrac{PD}{2t}$ 가 된다.

이를 두께에 대해 풀면 $t=\dfrac{PD}{2\sigma}$ 이며, 이것이 보일러 동체·드럼 등 원통형 고압용기 두께 계산의 기본식이다(실제 설계에서는 여기에 이음효율과 부식여유가 추가된다).

축 방향 응력은 $\dfrac{PD}{4t}$ 로 원주 방향의 절반이라 두께를 결정하지 않는다. 분모에 2가 없는 식은 필요 두께를 두 배로 잡는 셈이고, √2 나 3이 들어간 식은 이 유도 어디에서도 나오지 않는다.

프라이밍은 보일러수 표면에서 물방울이 증기와 함께 튀어 올라가는 현상, 포밍은 보일러수 표면에 거품이 발생하는 현상으로, 두 현상 모두 증기와 함께 물이 넘어가는 캐리오버의 원인이 된다.

보일러수에 유지분·불순물이 많거나, 수면과 증기취출구 사이의 거리가 가까워 증기가 물을 함께 끌고 올라가기 쉬운 경우, 주증기 밸브를 급히 열어 증기실 압력이 급격히 낮아지는 경우에 이러한 현상이 발생하기 쉽다.

반대로 증기부하가 클 때(많을 때) 증기 발생 속도가 빨라지면서 프라이밍·포밍이 촉진되므로, '증기부하가 적을 때'는 이러한 현상의 발생 원인으로 보기 어렵다.

습포화증기의 엔탈피는 포화수 엔탈피와 건포화증기 엔탈피, 건도를 이용해 $h_2 = h' + x(h''-h') = 215.82 + 0.95\times(668.5-215.82) \approx 645.9\ \mathrm{kcal/kg}$로 구할 수 있다.

급수온도가 50℃이므로 급수 엔탈피는 약 $h_1 \approx 50\ \mathrm{kcal/kg}$이며, 상당증발량은 $G_e = \dfrac{G_a(h_2-h_1)}{539} = \dfrac{5000\times(645.9-50)}{539} \approx 5528\ \mathrm{kg/h}$로 계산된다.

따라서 계산 결과는 약 5528이며(상당증발량의 단위는 kg/h이다), 나머지 보기들은 건도를 반영하지 않거나 급수 엔탈피를 잘못 적용했을 때 나올 수 있는 값들이다.

자연순환식 수관보일러는 상승관과 하강관 사이 물의 비중차(밀도차)에 의해 순환하므로, 수관을 경사지게 하거나 관 직경을 크게 하고, 비중차를 크게 할수록 순환력이 커진다.

그러나 보일러 압력이 높아질수록 포화수와 포화증기의 밀도 차이가 오히려 줄어들기 때문에, 발생증기의 압력이 높을수록 순환력이 커진다는 설명은 실제 순환 원리와 반대된다.

ppm은 전체에 대한 비율(100만분율)을 나타내는 무차원 단위로, 질량비 기준으로는 $1\ \mathrm{ppm} = 1\ \mathrm{mg/kg} = 1\ \mathrm{g/ton}$이며, 수용액에서는 밀도가 1에 가까우므로 $1\ \mathrm{ppm}\approx 1\ \mathrm{mg/L}$로도 환산된다.

kg/s는 질량이 시간에 따라 흐르는 유량(질량유량)을 나타내는 단위로, 무차원 비율인 ppm과는 차원 자체가 달라 서로 환산되는 관계가 아니다.

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.

보일러의 이상 압력이나 수위를 감지해 사고를 예방하는 장치로 방폭문, 안전밸브, 고저수위경보기 등이 있으며, 이들은 모두 보일러 안전장치로 분류된다.

체크밸브(역지밸브)는 유체의 역류를 막는 배관 부속으로, 급수배관 등에서 널리 쓰이기는 하지만 보일러 자체의 이상상태를 감지·경보하거나 압력을 방출하는 안전장치의 범주에는 포함되지 않는다.

열매체보일러는 다우삼, 모빌섬, 카네크롤 등 특수 열매체를 사용해 낮은 압력으로도 물보다 훨씬 높은 온도를 얻을 수 있고, 어는점이 낮아 겨울철 동결 우려도 적다는 장점이 있다.

그러나 열매체는 일반적으로 물이나 스팀에 비해 전열특성(열전달 성능)이 떨어지는 편이며, 사용 가능한 온도 한계도 사용하는 열매체의 종류에 따라 서로 다르게 정해져 있어 일정하지 않다.

따라서 전열특성이 좋고 사용온도한계가 일정하다는 설명은 열매체보일러의 실제 특성과 부합하지 않는다.

보일러 동체와 같은 원통형 압력용기의 최소 두께는 $t = \dfrac{P \cdot D}{200\,\sigma_a\,\eta} + C$ (단, $P$: 사용압력[kgf/cm²], $D$: 내경[mm], $\sigma_a$: 허용응력[kgf/mm²], $\eta$: 이음효율, $C$: 부식여유[mm])로 구한다.

허용응력은 인장강도를 안전율로 나누어 $\sigma_a = \dfrac{40}{4.5} \approx 8.89\ \mathrm{kgf/mm^2}$이 되고, 이를 대입하면 $t = \dfrac{10\times2000}{200\times8.89\times0.7} + 2 \approx 16.1 + 2 \approx 18\ \mathrm{mm}$로 계산된다.

따라서 부식여유를 포함한 필요 강판 두께는 약 18mm이며, 이는 제시된 조건을 그대로 반영한 결과이다.

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.

보일러 드럼을 맞대기 리벳 이음으로 잇고 이음부 양쪽에 이음매판(덮개판)을 대는 경우, 두 장의 이음매판이 하중을 나누어 받으므로 각 판은 드럼판보다 얇아도 되지만 지나치게 얇으면 이음부 강도를 확보할 수 없습니다. 그래서 드럼판 두께 t에 일정 비율을 곱한 값에 여유분을 더한 형태로 최소 두께가 규정됩니다.

양쪽 이음매판의 최소 두께를 구하는 식은 $t_0 = 0.6t + 2$ 이며, 단위는 mm입니다. 즉 드럼판 두께의 0.6배에 2mm를 더한 값 이상이어야 합니다.

계수를 0.1로 잡은 식은 이음매판이 드럼판에 비해 지나치게 얇아져 필요한 강도를 낼 수 없고, 더해주는 여유값을 5mm로 잡은 식은 규정된 값과 맞지 않습니다.

코르니쉬 보일러는 원통형 동체 안에 노통을 1개만 설치한 횡형 노통 보일러로, 이 노통을 동체 중심선에 맞추지 않고 한쪽으로 치우치게, 즉 편심으로 부착하는 것이 특징입니다.

노통을 편심으로 두면 노통 주위의 수실 단면이 좌우 비대칭이 되어 가열된 물이 올라가는 쪽과 내려오는 쪽이 뚜렷하게 갈리므로 관수의 자연 순환이 활발해집니다. 여기에 더해 스케일이나 슬러지가 한쪽으로 모여 배출하기 쉬워지고, 노통의 열팽창도 비교적 잘 흡수할 수 있습니다.

라몬트 보일러는 순환펌프로 관수를 강제로 돌리는 강제순환식 수관 보일러, 케와니 보일러는 노통과 연관을 함께 갖춘 횡형 노통연관 보일러, 기관차 보일러는 이동용으로 만들어진 노통연관식 보일러여서, 모두 노통을 편심으로 부착해 순환을 촉진하는 구조와는 거리가 있습니다.

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.