2022년 기출복원 모의고사 1회

열펌프의 성능계수는 얻고자 하는 방출열을 소요일로 나눈 $\dfrac{Q_1}{Q_1-Q_2}$이다.

열펌프는 저온 열원에서 흡수한 열 $Q_2$에 압축기 소요일 $W=Q_1-Q_2$를 더해 고온 열원으로 $Q_1$을 방출하는 장치이다.

흡수열을 소요일로 나눈 $\dfrac{Q_2}{Q_1-Q_2}$는 냉동기의 성능계수이고, $\dfrac{Q_1-Q_2}{Q_1}$은 열기관의 열효율이며, $\dfrac{Q_1}{Q_2}$는 성능계수의 정의와 무관하다.

열펌프 성능계수는 냉동기 성능계수보다 항상 1만큼 크다.

압력이 5분의 1로 낮아지는 동안 엔트로피는 약 92.4kJ/K 증가한다.

등온 과정에서 이상기체의 엔트로피 변화는 $\Delta S = mR\ln\dfrac{P_1}{P_2}$로 구할 수 있으며, 온도가 일정하므로 부피 변화(팽창)에 의한 엔트로피 증가만 계산하면 된다.

압력비의 자연로그에 기체상수와 질량을 곱하는 관계식에 문제의 값을 대입하면
$\Delta S = 200\,\mathrm{kg}\times0.287\,\mathrm{kJ/(kg{\cdot}K)}\times\ln\dfrac{200}{40} \approx 92.4\,\mathrm{kJ/K}$이다.

사이클의 일은 75 kJ이다.

카르노 사이클의 열효율은 $\eta = 1 - \dfrac{T_L}{T_H} = 1 - \dfrac{300}{800} = 0.625$이다.

사이클이 한 일은 $W = \eta \times Q_H = 0.625 \times 120 = 75\ \mathrm{kJ}$로 계산된다.

가역 열기관에서는 고온부와 저온부를 포함한 계 전체의 엔트로피 변화가 0이 되는 것이 가역과정의 특징이다.

고온 400℃(673K)에서 1000kJ을 흡수할 때 열원의 엔트로피 감소는 $\dfrac{1000}{673} \approx 1.486\ \mathrm{kJ/K}$이다.
가역기관이므로 저온 100℃(373K)로 방출되는 열량은 $1000 \times \dfrac{373}{673} \approx 554.2\ \mathrm{kJ}$이 되어 저열원의 엔트로피 증가도 같은 $1.486\ \mathrm{kJ/K}$가 된다.

두 값이 서로 상쇄되므로 전체 엔트로피 변화는 $0$이다.

연료 중 황(S) 성분이 연소하면서 생성된 아황산가스(SO₂)가 배기가스 중 과잉산소와 만나 SO₃로 산화되고, 이것이 배기가스 중 수분과 결합해 황산이 되어 절탄기 등 저온부 전열면에 응축되면서 저온부식을 일으킨다.

질소가스와 수소가스는 부식성이 없고, 바나듐은 주로 중유 연소 시 고온부식(회분 융착)의 원인이 되는 물질로 저온부식과는 구분된다.

열을 전부 활용하는 열기관의 동력은 150 kW이다.

연료가 시간당 발생시키는 열량은 $Q = 27{,}000\ \mathrm{kJ/kg} \times 20\ \mathrm{kg/h} = 540{,}000\ \mathrm{kJ/h}$이다.

1시간은 3600초이므로 이를 동력(kW) 단위로 환산하면 $\dfrac{540{,}000\ \mathrm{kJ}}{3600\ \mathrm{s}} = 150\ \mathrm{kW}$가 된다.

실제 공기량은 연료 1Nm³당 약 2.77Nm³이다.

가연성분 CO와 H₂에 필요한 산소에서 연료 중 산소를 빼면 이론산소량은 $O_o = 0.5\times0.38 + 0.5\times0.52 - 0.002 = 0.448$이다. 이론공기량은 $A_o = O_o/0.21 \approx 2.133$이다.

공기과잉률 1.30을 곱하면 실제 공기량은 $A = 1.30 \times 2.133 \approx 2.77$이 된다.

제3의 물체와 각각 열평형인 두 물체는 서로도 열평형이라는 것은 열역학 제0법칙이다.

이 법칙은 온도 측정(온도계)의 원리가 되는 열평형의 법칙이다.

• 제1법칙 — 에너지 보존 법칙으로, 열과 일은 서로 전환된다.
• 제2법칙 — 열의 이동 방향과 비가역성을 다루는 엔트로피 증가 법칙이다.
• 제3법칙 — 절대온도 0K에 도달할 수 없다는 법칙이다.

냉매의 구비조건 중 응축 압력은 가급적 낮아야 하므로 높을 것이라는 설명이 틀렸다.

응축 압력이 높으면 압축기의 부하가 증가하고 기계적 강도 요구가 커져 장치가 복잡하고 비경제적이 된다.

• 화학적 안정성 — 냉매의 분해를 방지하기 위해 필수이다.
• 높은 임계 온도 — 임계 온도가 상온보다 충분히 높아야 냉각 성능을 유지할 수 있다.
• 큰 증발 잠열 — 증발 잠열이 크면 같은 냉각 용량에서 순환량을 줄일 수 있다.

건도(x)는 습증기 중 증기가 차지하는 질량 비율로, 건도가 0이면 포화수이다.

건도가 0이면 증기가 전혀 없는 포화액 상태이고, 건도가 1이면 건포화증기이다.

건도가 0과 1 사이이면 액과 증기가 섞인 습증기이다.

산소 계수를 9로 쓴 부탄 식은 좌변 산소 원자가 18개인데 우변은 8+5=13개로 원자수가 맞지 않아 성립할 수 없다.

탄화수소의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_mH_n} + \left(m + \dfrac{n}{4}\right)\mathrm{O_2} \rightarrow m\mathrm{CO_2} + \dfrac{n}{2}\mathrm{H_2O}$ 라는 일반식으로 정리된다. 탄소 수가 그대로 CO₂ 계수가 되고 수소 수의 절반이 H₂O 계수가 되며, 산소 계수는 그 둘을 만족하도록 결정된다.

부탄에 적용하면 산소 계수는 $4 + \dfrac{10}{4} = 6.5$ 이므로 $\mathrm{C_4H_{10}} + 6.5\mathrm{O_2} \rightarrow 4\mathrm{CO_2} + 5\mathrm{H_2O}$ 가 옳다.

나머지 식은 모두 일반식과 일치하여, 메탄은 $1 + \dfrac{4}{4} = 2$, 에탄은 $2 + \dfrac{6}{4} = 3.5$, 프로판은 $3 + \dfrac{8}{4} = 5$ 로 각각의 산소 계수와 같다.

내부에너지는 분자운동의 강도와 직접 관련이 있으므로 무관하다는 설명이 틀렸다.

내부에너지는 분자의 운동(병진·회전·진동)과 분자 간 상호작용에 의한 에너지의 총합이다.

• 내부에너지 변화량 — 열역학 제1법칙(공급열량-외부일=내부에너지 변화)을 올바르게 서술했다.
• 엔탈피 — 엔탈피의 정의(내부에너지+유동에너지)를 올바르게 서술했다.

n이 무한대이면 체적이 일정한 정적(등적)변화에 해당한다.

폴리트로픽 과정 $pV^n = \mathrm{const}$에서 n이 무한대로 커지면 식이 $V = \mathrm{const}$인 형태로 수렴한다.

지수 n의 값에 따라 상태변화의 종류가 달라지며, n=0이면 정압변화, n=1이면 등온변화, n이 비열비(k)이면 단열변화가 된다.

몰리에르 선도(h-s 선도)는 엔탈피와 엔트로피를 축으로 하여 포화수·포화증기의 엔탈피, 압력·온도선, 습증기 영역의 건도선까지 함께 나타내므로 포화수의 엔탈피, 포화증기의 엔탈피, 과열증기의 과열도는 선도에서 직접 읽어낼 수 있다.

과열증기가 단열팽창하여 습증기 영역으로 들어가면 선도에서 확인할 수 있는 값은 건도(건조도)이며, 증기의 '상대습도' 개념은 몰리에르 선도가 표현하는 물성이 아니어서 파악할 수 없다.

프로판 5Nm³의 건연소가스량은 15 Nm³이다.

프로판의 연소반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$이다. 공기가 아닌 이론 산소량으로 연소시키므로 연소가스에 질소는 포함되지 않는다.

건연소가스는 수증기(H₂O)를 제외한 가스이므로 생성물 중 CO₂만 해당하며, 프로판 1Nm³당 CO₂ 3Nm³이 발생하므로 $5 \times 3 = 15\ \mathrm{Nm^3}$이다.

임계점은 삼중점 4를 지나 올라간 증기압곡선의 끝점 5이다.

그림은 물의 압력-온도 선도(상평형도)다. 세 곡선이 한 점에서 만나는 점 4가 삼중점이고, 여기서 위로 뻗어 6에 이르는 선이 융해곡선, 오른쪽 위로 휘어 올라가 5에서 끝나는 선이 증기압곡선(증발곡선)이며, 영역 1은 고체, 2는 액체, 3은 기체 구역이다.

임계점은 증기압곡선이 더 이상 이어지지 않고 끊기는 끝점을 말하며, 점 0은 좌표 원점, 점 6은 융해곡선 방향의 표시일 뿐이다.

임계점에서는 포화액과 포화증기의 비체적·밀도가 같아져 증발잠열이 0이 되고 액체와 기체의 경계가 사라진다. 물의 임계압력은 약 22.1MPa(225.65kgf/㎠), 임계온도는 약 374℃다.

외부와 열교환 없이 계가 일을 하면 그 일만큼 내부에너지가 줄어든다는 진술이 열역학 제1법칙의 직접적인 결과이다.

제1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 계가 받은 열은 내부에너지 증가와 외부에 한 일의 합과 같다($\delta Q = dU + \delta W$). 단열($\delta Q=0$) 상태에서 일을 하면 $dU=-\delta W$, 즉 한 일만큼 내부에너지가 감소한다.

• 저온에서 고온으로 열이 스스로 이동하지 못함 — 방향성을 다루는 제2법칙이다.
• 마찰로 일이 열로 바뀌는 과정의 비가역성 — 역시 제2법칙의 내용이다.
• 0 K에서 완전 결정체의 엔트로피 0 — 제3법칙이다.

액체와 기체가 함께 존재하는 조건은 증발곡선 위, 즉 4에서 5로 이어지는 선이다.

그림은 물의 압력–온도 선도(상평형도)로, 세 경계선이 한 점에서 만나는 4가 삼중점이고 여기서 갈라진 세 곡선이 각각 두 상이 공존하는 조건을 나타낸다. 4에서 왼쪽 위로 가파르게 올라가 6으로 향하는 선이 융해곡선(고상·액상 공존), 원점 0 쪽으로 내려가는 선이 승화곡선(고상·기상 공존), 오른쪽 위로 5까지 이어지는 선이 증발곡선(액상·기상 공존)이다.

증발곡선 위에서는 온도가 정해지면 그 온도의 포화압력이 하나로 결정되며, 물과 증기가 임의의 비율로 공존할 수 있다.

판단의 핵심은 영역과 경계선의 구분으로, 곡선으로 나뉜 영역(1은 고상, 2는 액상, 3은 기상)은 한 가지 상만 존재하는 구역이고 두 상이 섞여 있으려면 반드시 경계선 위여야 한다. 융해곡선이나 승화곡선을 고르면 액체·기체 조합이 아니라 고체가 낀 조합이 된다.

고정탄소분은 68.5%이다.

공업분석에서 석탄은 수분, 회분, 휘발분, 고정탄소분의 합이 100%가 되므로, 고정탄소분은 나머지 세 성분을 제외한 값으로 구한다.
$100-(3.35+2.65+25.5)=68.5\%$

이 보일러의 효율은 78.2%이다.

보일러 효율은 연소효율과 전열면 효율의 곱으로 구하므로, 보일러 효율 = 연소효율 × 전열면 효율 = 0.92 × 0.85 = 0.782 = 78.2%이다.

부르동관식 압력계는 타원형 단면의 굽은 관에 압력이 가해지면 펴지려는 변형을 기계적으로 확대하여 지침을 움직이는 구조로, 구조가 견고하여 탄성식 압력계 중 가장 높은 압력까지 측정할 수 있다.

다이어프램식과 벨로스식은 얇은 막이나 주름관의 변위를 이용하므로 상대적으로 저압이나 미세한 압력차 측정에 적합하고, 링밸런스식은 액주 평형을 이용한 저압용 계기이다.

전부하 운전에 비해 부분부하 운전을 하면 오히려 효율이 낮아지는 것이 일반적이므로 "부분부하 운전 시 효율이 좋다"는 설명이 틀렸다.

보일러는 설계된 정격(전부하) 부근에서 연소효율과 열효율이 최적화되도록 만들어진다.

• 과부하 운전 — 정격 용량을 초과하면 연소상태가 나빠져 효율이 낮아진다.
• 배기가스 온도 — 높아질수록 배기손실이 커져 효율이 떨어진다.
• 효율-부하 곡선 — 부하 변동이 있어도 효율 저하가 적도록 평탄한 것이 바람직하다는 설명도 옳다.

목표값이 미리 정해진 시간적 계획에 따라 변화하는 제어를 프로그램제어라 한다.

가열로의 온도를 시간대별로 미리 정한 패턴대로 승온·유지하는 경우가 대표적인 예이다.

• 추종제어 — 임의로 변하는 목표값을 따라가는 제어이다.
• 비율제어 — 목표값이 다른 양과 일정한 비율 관계를 갖는 제어이다.
• 캐스케이드제어 — 두 개의 제어루프를 직렬로 연결한 제어방식이다.

T형 열전대의 (−)극 재료는 콘스탄탄(Constantan)이다.

T형 열전대는 (+)극에 구리(Copper), (−)극에 콘스탄탄을 사용하는 조합으로, 비교적 낮은 온도 영역에서 안정적인 특성을 갖는다.

• 구리 — T형 열전대의 (+)극 재료이다.
• 크로멜·알루멜 — K형 열전대의 (+)극·(−)극 재료로 T형과는 다른 조합이다.

서미스터(Thermistor)는 온도 변화에 대해 저항값이 크게 변화하는 반도체 소자로, 감도가 높아 응답이 빠르고 소형으로 만들 수 있어 좁은 장소의 온도 측정에 적합한 전기저항체 온도계이다.

다만 소자가 습기에 민감하여 흡습이나 장기간 사용에 의해 특성이 열화되기 쉬운 단점이 있으므로, "흡습 등에 열화되지 않는다"는 설명은 옳지 않다.

연소실과 같은 고온 측정에는 열전대 온도계가 적합하다.

열전대 온도계는 두 금속의 접점에서 발생하는 열기전력을 이용해 고온을 측정할 수 있다.

• 알코올·수은 온도계 — 액체를 사용하는 온도계로, 수백~천℃ 이상의 고온이 형성되는 연소실에서는 사용범위를 초과하여 적용할 수 없다.
• 금속 온도계 — 일반 금속 온도계 역시 사용범위를 초과하여 적용할 수 없다.

용기의 절대압력은 약 0.12 MPa이다.

개방형 마노미터로 읽은 값은 게이지압력(계기압력)이므로 $2000\,\mathrm{mmH_2O}$가 게이지압력이며, 이를 SI 단위로 환산하면 $2000 \times 9.80665\,\mathrm{Pa} \approx 19.6\,\mathrm{kPa} \approx 0.0196\,\mathrm{MPa}$이다.

절대압력은 대기압에 게이지압력을 더한 값이므로 $0.101325\,\mathrm{MPa} + 0.0196\,\mathrm{MPa} \approx 0.12\,\mathrm{MPa}$가 된다.

전열면 열부하는 보일러의 전열면적 1m²당 1시간 동안 전달되는 열출력(kcal/m²·h)을 의미한다.

전열면의 열교환 성능을 나타내는 지표이다.

• 연소실 용적당 발생열량 — 노내(연소실) 열부하에 해당한다.
• 전열면적당 실제 증발량 — 전열면 증발률에 해당한다.
• 화격자 면적당 연료소비량 — 화격자 연소율에 해당한다.

CO와 H2 측정에 주로 쓰는 가스분석계는 미연소가스계이다.

미연소가스계는 불완전연소로 생기는 미연소 성분인 CO와 H2의 농도를 측정하여 연소상태를 판단한다.

• 탄산가스계 — CO2 농도로 연소상태를 파악하는 계기이다.
• 과잉공기계·질소가스계 — 각각 과잉공기량이나 질소 농도를 통해 연소상태를 파악하는 계기이다.

흡입관의 절대압력은 약 0.09 MPa이다.

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.

증기보일러의 정격용량은 상당증발량으로 표시하는 것이 일반적이다.

상당증발량은 실제 증발량을 100℃ 포화수를 100℃ 건포화증기로 만드는 기준으로 환산한 시간당 증발량이다. 증기 조건이 달라도 같은 기준으로 비교할 수 있어 가장 널리 쓰인다.

• 최고사용압력 — 압력 등급을 나타낼 뿐 용량 표시가 아니다.
• 상당방열면적·시간당 발열량 — 주로 온수보일러나 난방 용량 표시에 쓰는 보조 지표이다.

사용온도가 가장 높은 것은 백금-백금·로듐(R형)이다.

열전대는 재질에 따라 사용 가능한 최고온도가 다르며, 백금계인 R형은 내열성이 가장 우수하여 약 1600℃ 부근의 고온까지 측정이 가능하다.

• K형(크로멜-알루멜) — 약 1200℃가 사용 상한이다.
• J형(철-콘스탄탄) — 약 800℃가 사용 상한이다.
• T형(구리-콘스탄탄) — 약 350℃ 정도가 사용 상한이다.

보일러 자동제어에서 증기압력 : 연료량이 옳은 연결이다.

증기압력은 연료량과 공기량으로 제어한다.

• 증기온도 — 전열량으로 제어한다.
• 보일러수위 — 급수량으로 제어한다.
• 노내압력 — 연소가스량으로 제어한다.

자동제어를 도입하면 생산성 향상과 원가 절감, 제품 품질의 균일화, 사람이 하기 어려운 위험하거나 정밀한 작업의 수행이 가능해지는 등의 이점이 있다.

반대로 "안전성 저해와 인건비 증가를 수반한다"는 설명은 자동제어의 실제 효과와 어긋난다. 자동제어는 오히려 인력에 의한 오조작 위험을 줄여 안전성을 높이고, 인력 소요를 줄여 인건비 절감에 기여하는 것이 일반적이다.

탄소강은 경도가 높고 취성이 커 반복적인 굽힘과 수축을 견디기 어렵고, 다이어프램 용도의 재질로는 부적합하여 산업 현장에서 거의 사용되지 않는다.

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.

정해진 조건이 충족되지 않으면 다음 단계의 동작을 저지하는 제어는 인터록제어이다.

기기나 운전자의 안전을 확보하는 제어 방식으로, 보일러에서는 저수위·압력 초과 등 이상 상태 시 연소를 차단하는 안전장치로 활용된다.

• 피드백제어 — 결과값을 입력측으로 되돌려 오차를 수정하는 제어이다.
• 자동연소제어 — 증기압력 등을 목표값으로 유지하도록 연료량·공기량을 조절하는 제어이다.
• 시퀀스제어 — 미리 정한 순서대로 단계를 진행하는 제어로, 다음 동작을 강제로 막는 인터록과는 목적이 다르다.

비접촉식 온도계에 속하지 않는 것은 열전대 온도계이다.

열전대 온도계는 감온부를 측정 대상에 직접 접촉시켜 기전력을 측정하는 접촉식 온도계이다.

광전관식·방사(복사) 온도계·광고온계는 모두 물체가 방출하는 복사에너지를 원격으로 측정하는 비접촉식 온도계이다.

헴펠법은 연소가스 각 성분을 선택적 흡수제에 순차적으로 통과시켜 흡수되는 부피 감소량으로 정량하는 분석법이다.

먼저 수산화칼륨(KOH) 용액으로 이산화탄소(CO2)를 흡수하고, 이어서 발연황산으로 중탄화수소(CmHn)를 흡수한 뒤, 알칼리성 피로갈롤 용액으로 산소(O2), 암모니아성 염화제일구리 용액으로 일산화탄소(CO)를 차례로 흡수한다.

남은 가스 중 수소(H2)와 메탄(CH4)은 흡수제로 분리되지 않으므로 별도의 연소법(폭발피펫)으로 정량하며, 이 순서가 헴펠 분석법의 표준 흡수 순서이다.

3요소식 수위제어는 수위, 급수량, 증기량 세 가지 신호를 함께 검출하여 급수밸브의 개도를 제어하는 방식이다.

단일 수위 신호만으로는 발생하기 쉬운 급격한 부하 변동 시의 응답 지연이나 헌팅 문제를 보완하기 위한 것으로, 증기 발생량(부하) 변화를 미리 감지해 급수량을 선제적으로 조절함으로써 수위 신호만 쓰는 1요소식보다 정밀하고 안정적인 제어가 가능하다.

큐폴라 상부의 배기가스처럼 고온이면서 직접 접촉시켜 측정이 가능한 대상에는 열전대온도계가 널리 쓰인다.

열전대는 이종 금속의 열기전력을 이용해 넓은 온도 범위를 비교적 정확하게 측정할 수 있는 접촉식 온도계이다.

• 광고온계·색온도계 — 애초에 비접촉식(방사) 온도계이다.
• 수은온도계 — 측정 상한이 350℃ 안팎으로 낮아 고온의 배기가스 측정에는 적합하지 않다.

파이프 바이스의 크기는 고정할 수 있는 관 지름의 범위로 나타낸다.

파이프 바이스는 관을 끼워 물리는 공구이므로 규격은 물릴 수 있는 관의 지름 범위(예: 호칭 No.1 6~50 A, No.2 6~90 A 등)로 표시한다.

• 조를 최대로 벌린 때의 전체 길이 — 이것으로 크기를 나타내는 것은 파이프 렌치이다.
• 본체 질량·스탠드 높이 — 바이스의 호칭 규격이 아니다.

열전도율은 규석질 벽돌이 샤모트질(점토질) 벽돌보다 더 큰 편이므로, 작다는 설명은 규석질 벽돌의 특징으로 옳지 않다.

규석질 벽돌은 실리카(SiO2) 함량이 높아 내화도와 하중연화점이 높고, 용융점 부근까지도 하중에 잘 견디며 내마모성이 우수하다.

반면 온도 급변에 취약하여 저온에서 스폴링이 발생하기 쉬운 특징이 있다.

샤모트질, 반규석질, 납석질 내화물은 모두 주성분이 규산(SiO2)이나 산화알루미늄 계통으로, 산에는 강하지만 염기성 물질과는 반응하기 쉬운 산성내화물로 분류된다.

돌로마이트질 내화물은 산화칼슘(CaO)과 산화마그네슘(MgO)을 주성분으로 하는 내화물로, 산성내화물이 아니라 염기성 내화물에 속한다.

벽을 통한 열손실량은 4500 kcal/h이다.

정상 열전도를 나타내는 푸리에 법칙 $Q = \frac{kA\Delta T}{d}$를 적용하며, 주어진 값은 k = 0.25 kcal/m·h·℃, A = 15 m², ΔT = 200 - 20 = 180℃, d = 150 mm = 0.15 m이다.

대입하면 $Q = \frac{0.25 \times 15 \times 180}{0.15} = \frac{675}{0.15} = 4500 \text{ kcal/h}$이다.

규조토는 광물질을 원료로 하는 무기질 보온재이다.

보온재는 크게 무기질과 유기질로 나뉘는데, 펠트, 코르크, 기포성 수지는 동식물성·합성수지 원료를 사용하는 유기질 보온재로 분류된다.

에너지이용합리화법 시행규칙상 개조검사는 증기보일러를 온수보일러로 개조하는 경우, 연료 또는 연소방법을 변경하는 경우, 보일러 섹션의 증감으로 용량을 변경하는 경우 등 보일러 구조나 사용 방식 자체를 바꾸는 경우에 해당한다.

반면 보일러의 설치장소를 변경하는 경우는 구조 변경이 아니라 위치 이동에 관한 것이므로 별도의 설치장소변경검사 대상이며, 개조검사 대상에는 포함되지 않는다.

외벽의 표면온도는 약 124℃이다.

내벽에서 외기까지는 내화벽돌층, 단열벽돌층, 붉은벽돌층을 차례로 통과하는 전도와 외벽 표면에서 외기로 빠져나가는 대류로 이루어진 직렬 열저항 경로이므로, 각 층의 열저항(두께/열전도율)과 외벽 표면 열전달저항(1/열전달률)을 모두 더한 총 열저항으로 내벽 표면과 외기의 온도차를 나누면 단위면적당 통과 열량을 얻는다.

$R = \dfrac{0.22}{1.1} + \dfrac{0.09}{0.12} + \dfrac{0.2}{0.8} + \dfrac{1}{7} \approx 1.343\ \mathrm{m^2\cdot h \cdot ^\circ C/kcal}$
$q = \dfrac{1000-20}{1.343} \approx 730\ \mathrm{kcal/(m^2 h)}$

이 열량이 외벽 표면에서 외기로 대류 전달되는 열량과 같으므로 $T_s = 20 + \dfrac{q}{7} \approx 20 + 104 = 124\,^\circ\mathrm{C}$로 외벽 표면온도가 구해진다.

등록이 취소된 에너지절약전문기업은 원칙적으로 등록 취소일부터 2년이 지나지 아니하면 다시 등록할 수 없다.

에너지이용 합리화법상 에너지절약전문기업(ESCO)에 대한 이 규정은 등록취소 사유가 반복되는 것을 막기 위해 법이 정한 최소한의 유예기간이다.

검사대상기기관리자의 선임기준은 1구역마다 1명 이상으로 한다.

여기서 1구역은 기기 대수로 정하는 것이 아니라 관리자가 한 시야로 볼 수 있는 범위를 말하며, 중앙통제·관리설비를 갖춘 시설이라면 그 설비로 통제·관리할 수 있는 범위까지를 1구역으로 넓혀 본다. 즉 중앙통제설비는 구역의 범위를 넓혀 줄 뿐 관리자 선임 자체를 면제해 주는 것은 아니다.

따라서 1구역을 검사대상기기 1대로 못 박거나, 압력용기의 1구역을 관리자 2명이 관리할 수 있는 범위로 정한다는 서술은 선임기준과 맞지 않는다.

만수보존법은 보일러 내부를 물로 가득 채워 밀폐하는 2~3개월의 단기보존 방식으로, 물이 차 있으므로 겨울철에는 동결에 특히 주의해야 한다.

부식을 방지하기 위해 보존 중 보일러수에는 알칼리제를 넣어 알칼리성(pH 11 정도)으로 유지해야 하며, pH6과 같은 중성~산성 영역으로 유지하면 오히려 부식이 촉진되므로 틀린 설명이다.

평균유량은 유속 × 단면적이므로 $Q = V \cdot \dfrac{\pi}{4}\left(\dfrac{D}{100}\right)^2\ \mathrm{m^3/sec}$가 된다.

안지름 D가 cm 단위이므로 m 단위로 바꾸려면 $D/100$을 사용해야 하고, 관의 단면적은 $A = \dfrac{\pi}{4}\left(\dfrac{D}{100}\right)^2\ \mathrm{m^2}$이다.

단위 환산 없이 D(cm)를 그대로 사용하거나 단순히 지름을 곱하는 나머지 식들은 단위가 맞지 않아 옳은 관계식이 될 수 없다.

머플로는 가열실과 연소실 사이에 격벽(머플)을 두어 연소가스가 제품에 직접 닿지 않도록 하는 간접 가열로이며, 열원으로는 주로 가스가 사용되고 소형 부품의 담금질·뜨임 가열 등에 이용된다.

다만 이러한 격벽 구조는 연소가스의 직접 접촉을 막기 위한 것일 뿐, 로 내부를 진공 분위기로 만드는 것과는 무관하다. 머플로 내부는 통상 대기(또는 조절된 가스) 분위기이지 높은 진공 상태가 아니다.

보일러의 증기 공급·차단에는 스톱밸브(주증기밸브)를 설치한다.

스톱밸브는 보일러 동체에서 나가는 주증기관에 설치되어 증기의 공급을 개방하거나 차단하는 역할을 하는 밸브로, 보일러의 증기 출구에 필수적으로 설치된다.

• 게이트밸브 — 유로를 일직선으로 개폐하는 일반 밸브이다.
• 감압밸브 — 고압증기를 저압으로 낮추는 밸브이다.
• 체크밸브 — 유체의 역류를 막는 밸브이다.

노재는 온도 변화에 따른 팽창·수축이 오히려 작아야 균열이나 박리를 막을 수 있으므로, "팽창 및 수축이 잘 될 것"은 노재가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않다.

노재(내화물)는 고온에서 연화·변형되지 않고, 급격한 온도 변화에도 파손이 적어야 하며, 사용 목적에 맞는 열전도율을 가져야 한다.

코르니시 보일러, 코크란 보일러, 케와니 보일러는 모두 원통형 보일러로 분류된다.

원통 동체 안에 노통이나 연관을 갖춘 구조로 각각 노통식, 입형 연관식, 횡연관식에 해당하며, 아래 보일러가 섞인 조합은 답이 될 수 없다.

• 베록스·라몽트 보일러 — 강제순환 수관식이다.
• 벤슨·슐저 보일러 — 관류식이다.
• 슈미트 보일러 — 간접가열식 특수 보일러이다.
• 스코치 보일러 — 자체는 원통형이지만 관류식 보일러들과 함께 묶여 있어 역시 원통형만으로 구성된 조합이 되지 못한다.

관 구멍부의 효율은 한 피치 길이 중 남아 있는 판의 폭 비율인 $\eta = \dfrac{p-d}{p}$이다.

관 구멍이 뚫린 단면의 강도는 구멍이 없는 단면의 강도에 효율 $\eta$를 곱한 값으로 보며, 피치가 같은 경우 한 피치 길이 $p$ 중 실제로 남아 있는 판의 폭 $p-d$의 비율이 효율이다.

구멍이 없으면 1, 구멍이 커질수록 0에 가까워지며, 분모가 $d$이거나 분자·분모가 뒤바뀐 식은 1을 넘을 수 있어 효율이 될 수 없고, $\dfrac{d}{p}$는 구멍이 차지하는 비율이다.

증발량(t/h)을 기준으로 하는 대용량 보일러는 인정검사대상기기관리자의 관리 범위에 포함되지 않는다.

에너지이용 합리화법상 인정검사대상기기관리자는 단기 교육을 이수한 자로서, 관리할 수 있는 범위가 소용량 설비로 한정된다.

구체적으로 최고사용압력 1MPa 이하이면서 전열면적 10㎡ 이하인 증기보일러, 용량 581.5kW 이하인 온수발생·열매체가열 보일러, 그리고 압력용기가 그 범위에 해당하며, 대용량 설비는 에너지관리기능사 이상의 자격을 갖춘 검사대상기기관리자가 다루어야 한다.

관류보일러는 보유수량이 적어 부하변동에 따라 압력과 수위가 민감하게 변동하므로, 압력변화가 적다는 설명은 실제 특성과 맞지 않는다.

관류보일러는 드럼이 없고 관 자체에서 급수의 예열·증발·과열이 이어지는 구조로, 수관 배치가 자유롭고 보유수량이 적어 시동 시간이 짧으며 순환비가 1인 것이 특징이다.

그만큼 정밀한 급수·연소 제어가 필요하다.

폴리에틸렌관은 열가소성 수지관이라 관 끝을 녹여 붙이는 융착 슬리브 이음, 관 끝을 테이퍼지게 가공해 맞추는 테이퍼 조인트 이음, 이음관 속에 관을 끼워 넣는 인서트 이음 등의 방식으로 접합하며, 그 밖에 플랜지 이음도 사용된다.

반면 콤포 이음은 폴리에틸렌관의 접합법에는 포함되지 않는 다른 관종용 이음법이므로, 폴리에틸렌관 이음법에 해당하지 않는다.

대차(kiln car)를 쓸 수 있는 가마는 셔틀가마(shuttle kiln)이다.

셔틀가마는 제품을 실은 대차를 가마 안팎으로 밀어 넣고 빼내는 구조로 작동하는 요로로, 대차를 활용하는 대표적인 가마이다.

• 등요·선가마 — 대차 없이 고정된 위치에서 소성하는 방식이다.
• 회전요 — 원통형 노체 자체가 회전하며 원료를 이송하는 구조여서 대차와는 무관하다.

역화(back fire)를 막기 위해서는 실화(불이 꺼짐) 후 재점화할 때 노 내부에 남아 있을 수 있는 미연소가스를 완전히 배출시키기 위해 충분히 환기(프리퍼지)한 뒤에 점화해야 한다.

착화를 서서히 하거나 공기보다 연료를 먼저 공급하는 것, 댐퍼를 닫은 채로 점화하는 것은 오히려 미연소가스가 쌓여 역화를 유발하는 잘못된 조작이다.

점식(피팅)은 급수 중에 용해되어 있던 용존산소가 금속 표면을 국부적으로 산화시켜 작은 구멍 형태로 파고드는 부식으로, 보일러 동판 부식의 대표적인 원인이다.

탄산칼슘·인산마그네슘은 주로 스케일을, 수산화나트륨은 알칼리(가성) 부식을 일으키는 요인으로 점식의 주된 원인과는 다르다.

에너지법에서 "에너지사용자"는 에너지사용시설의 소유자 또는 관리자이므로, "에너지시설의 판매자 또는 공급자"라고 설명한 것은 틀렸다.

에너지사용자는 에너지를 쓰는 쪽(수요자)을 가리키는 용어이고, 에너지를 생산·수입·전환·수송·저장 또는 판매하는 사업자는 에너지공급자이다.

• 에너지 — 연료·열 및 전기를 말한다.
• 에너지사용기자재 — 열사용기자재나 그 밖에 에너지를 사용하는 기자재를 말한다.
• 에너지사용시설 — 에너지를 사용하는 공장·사업장 등의 시설이나 에너지를 전환하여 사용하는 시설을 말한다.

압력계와 수면계는 운전 중 수시로(계속) 확인해야 하는 대표적인 항목이다.

보일러 운전 중에는 압력과 수위가 순간적으로도 크게 변할 수 있어 사고와 직결되기 때문이다.

• 배기가스 성분·댐퍼 조작 — 일정 주기로 점검·검사하는 항목이다.
• 안전밸브·스톱밸브·맨홀 — 일정 주기로 점검·검사하는 항목이다.
• 연료 성상·급수 수질 — 일정 주기로 확인하는 항목으로, 운전 중 지속적으로 감시해야 하는 항목과는 성격이 다르다.

상용 보일러의 점화 전 점검사항은 수면계 수위 확인, 노내 환기·통풍 확인, 부속품 및 부속장치 확인과 같이 매 점화 시마다 반복적으로 실시하는 항목이다.

소다끓이기(알칼리 세관) 및 내부부식 확인은 신설 보일러의 초기 가동이나 정기적인 보수·정비 시에 실시하는 별도의 작업으로, 매번의 점화 전 준비사항과는 성격이 다르다.

포밍과 프라이밍이 발생하면 물방울과 기포가 증기와 함께 배출되는 캐리오버 현상이 나타나고, 이로 인해 배관 내 수격작용이 일어나거나 수면계에 거품이 섞여 실제 수위 판별이 곤란해진다.

이때 수면계에 보이는 수위는 기포 때문에 흔들릴 뿐 보유수량이 실제로 늘어난 것이 아니며, 오히려 보일러수가 증기와 함께 빠져나가므로 실제 수위는 내려간다. 따라서 경계해야 할 것은 고수위 사고가 아니라 저수위 사고이므로, 수위가 급히 올라가 고수위 사고 위험이 커진다는 설명은 포밍·프라이밍의 결과로 보기 어렵다.

"에너지 소비 최대화를 위한 경제구조로의 전환"은 에너지 절약이라는 법의 취지와 반대되는 내용이므로 기본계획에 포함될 수 없다.

에너지이용 합리화법령에 따른 에너지이용 합리화 기본계획에는 에너지 이용효율의 증대, 열사용기자재의 안전관리, 에너지원간 대체 등 에너지를 절약하고 효율적으로 이용하기 위한 사항들이 포함된다.

도시가스가 아닌 가스를 연료로 사용하는 소형온수보일러는 가스 사용량이 17 kg/h를 초과하면 검사대상기기에 해당한다.

근거는 에너지이용 합리화법 시행규칙 별표 3의3이며, 도시가스를 쓰는 경우에는 232.6 kW를 초과하는 것이 기준이다.

노내 부압(음압) 상태는 연소가 진행되기 위한 필수 조건으로, 부압이 형성되어야 신선한 공기가 유입되고 연소가 안정적으로 지속된다. 따라서 부압 자체는 연소 불안정의 직접 원인이 아니라 오히려 안정적 연소를 돕는 요소이므로 가장 거리가 멀다.

기름보일러의 연소 불안정(화염 점멸)은 주로 연료 공급 측면의 문제에서 발생한다.

• 기름의 점도가 높을 때: 분무 입자가 커져 착화 지연 및 불완전연소를 유발한다.
• 기름 속 수분 혼입: 연료의 휘발성을 떨어뜨려 점화 어려움을 초래한다.
• 연료 공급 불안정: 직접적으로 화염 진동을 야기한다.

급수 중의 용해 고형물(경도성분 등)을 제거하는 방법으로는 약품 처리법, 이온 교환법, 증류법이 있다.

탈기법은 물속에 녹아 있는 산소·이산화탄소 같은 용존 가스를 제거하는 방법으로, 고형물 제거와는 목적이 다르다.

환수관 고장 시 보일러 물의 유출을 막는 배관법은 하트포드 연결법이다.

증기보일러의 환수관을 보일러 표준 수위보다 조금 낮은 안전 저수위 부근에서 접속하고 균형관을 두는 배관법이다.

이 방법을 사용하면 환수관이 파손되거나 막히는 등의 고장이 발생하더라도 보일러 내의 물이 역류·유출되어 저수위 사고로 이어지는 것을 막을 수 있다.

압력계와 연결되는 증기관을 황동관 또는 동관으로 하는 경우 안지름이 최소 6.5mm 이상이어야 한다.

증기보일러의 압력계는 고온의 증기가 직접 부르동관에 닿아 손상되는 것을 막기 위해 사이펀관(응축수가 고이는 완충관)을 거쳐 연결한다.

• 3.5mm·5.5mm — 이 최소 기준에 미치지 못하는 값이다.
• 12.7mm — 같은 용도의 관을 강관으로 할 때 적용되는 최소 안지름이다.

송기밸브를 천천히 열어 송기하는 것은 발생 원인이 아니라 오히려 방지 대책에 해당한다.

증기 발생과 유속의 급변을 막아 프라이밍·포밍을 예방하는 방법이기 때문이다.

• 유지분 — 보일러수에 유지분이나 불순물이 많으면 잘 발생한다.
• 과도한 농축 — 관수가 과도하게 농축되었을 때 잘 발생한다.
• 고수위·부하 급변 — 고수위 상태에서 증기부하가 급변할 때 잘 발생한다.

이 보일러의 분출률은 5.0 %이다.

분출률은 급수량에 대한 분출량의 비율로, 급수로 들어온 고형물이 모두 분출수로 빠져나가 보일러수 농도가 일정하게 유지된다는 물질수지에서 구한다. 급수 고형물 농도를 $d$, 보일러수 허용 농도를 $r$이라 하면
$\text{분출률} = \dfrac{d}{r-d}\times 100 = \dfrac{40}{840-40}\times 100 = 5.0\,\%$

분모를 허용 농도 그대로(840) 두고 계산하면 약 4.8 %가 되어 틀리므로, 분모가 허용 농도에서 급수 농도를 뺀 값임에 주의한다.

보일러 과열은 전열면이 물에 잠기지 못하거나 열을 제때 흡수하지 못해 금속 온도가 비정상적으로 올라갈 때 발생한다. 따라서 수위가 지나치게 낮은 이상저수위가 대표적인 과열 원인이며, 수위가 이상고수위인 경우는 과열의 원인이 아니다.

다음과 같은 경우가 실제 과열 원인이 된다.

• 보일러 내면에 유지분이 부착하면 열전달이 저해되어 국부적으로 온도가 상승한다.
• 보일러수의 순환이 원활하지 않으면 열을 제때 흡수하지 못해 금속이 과열된다.
• 버너 화염 등 복사열을 국부적으로 심하게 받으면 그 부위가 과열된다.

점화 전에는 댐퍼를 열고 프리퍼지(사전 통풍)를 실시해 체류가스를 배출시키는 것이 가장 먼저 취해야 할 조치이다.

노 내부와 연도에 체류하고 있을 수 있는 미연가스나 잔류가스를 배출시켜야 역화나 폭발을 방지할 수 있다.

• 포스트 퍼지 — 연소 종료 후 실시하는 조치이다.
• 화력 상승속도 증가·점화 서두름 — 오히려 역화·폭발의 위험을 높이는 잘못된 방법이다.

주택 개발사업은 이 법에서 정한 에너지사용계획 제출대상 사업의 종류에 해당하지 않는다.

에너지이용 합리화법에 따라 기후에너지환경부장관에게 에너지사용계획을 제출해야 하는 사업에는 에너지개발사업, 관광단지개발사업, 철도건설사업 등 대규모 개발·건설사업이 포함된다.

시공업자단체의 설립, 정관의 기재 사항과 감독에 필요한 사항은 대통령령으로 정한다.

기후에너지환경부령은 법이나 대통령령이 위임한 세부 절차를 정하는 하위 규정이다.

배관의 관 끝을 막을 때 사용하는 부품은 캡(cap)이다.

캡은 배관의 개방된 끝단을 차단하여 유체 누출을 방지하거나 사용하지 않는 배관 라인을 폐쇄하는 데 사용되는 마개 형태의 부품이다.

• 엘보 — 배관 방향을 꺾을 때 사용한다.
• 소켓 — 같은 크기의 배관을 연결할 때 사용한다.
• 티 — 분기점에서 세 방향 연결을 위해 사용하므로 배관을 차단하는 목적과는 다르다.

수산화나트륨이 농축되어 응력이 집중된 리벳 이음부 등에 결정입계를 따라 균열을 일으키는 현상은 가성취화이다.

보일러수의 알칼리도가 지나치게 높을 때, 농축된 NaOH가 고응력부의 강재를 취약하게 만들어 생긴다.

• 알칼리 부식 — 수산화나트륨 농축으로 보호피막이 녹는 전면적 부식이다.
• 저온 부식 — 연소가스 쪽에서 황산이 응축해 생기는 부식이다.
• 점식(피팅) — 용존산소가 국부전지를 만들어 표면에 작은 홈을 파는 부식이다.