[에너지관리기사 필기] 22년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

세정 집진장치(습식 집진장치)의 입자 포집원리를 분석하면, 배기의 습도 감소는 오히려 포집 효율을 저하시키므로 틀린 설명이다. 1번은 액적과 입자의 직접 충돌 부착(impaction), 2번은 입자를 응결핵으로 한 물증기의 응결(condensation nuclei 역할), 3번은 브라운 운동에 의한 확산(diffusion)으로 모두 세정 집진장치의 주요 포집 메커니즘이다. 반면 4번은 배기 습도가 감소하면 물입자가 증발하고 포집된 입자가 다시 방출될 수 있으므로, 세정 집진의 기본 원리인 습한 환경 유지와 상충된다.

이론 연소온도는 연소열을 배기가스의 열용량으로 나누어 구한다. 먼저 실제 공기비 1.2에서의 연소열을 계산한다. 프로판(C₃H₈)의 완전연소식은 C₃H₈ + 5O₂ + 5×3.76N₂ → 3CO₂ + 4H₂O + 5×3.76N₂이므로 이론공기량은 5 + 5×3.76 = 23.8 Nm³/Nm³이다. 공기비 1.2일 때 실제 공기량은 23.8×1.2 = 28.56 Nm³이고, 과잉공기(O₂)는 28.56 - 23.8 = 4.76 Nm³이다.
배기가스 구성은 CO₂ 3 + H₂O 4 + N₂ 5×3.76 + 과잉 O₂ 4.76 = 3 + 4 + 18.8 + 0.96 = 26.76 Nm³이다. 배기가스 1 Nm³당 저위발열량은 93766 kJ/Nm³(프로판)를 배기가스량으로 정규화하면, 실제 연소 1 Nm³ 프로판당 배기가스는 28.56 Nm³이므로 총 발열량 = 93766 kJ이다. 이론 연소온도 ΔT는 다음 공식으로 구한다:
$\Delta T = \frac{\text{발열량}}{\text{배기가스량} \times \text{평균비열}} = \frac{93766}{26.76 \times 1.653} = \frac{93766}{44.27} \approx 2118 \text{ K}$
그러나 문제에서 저위발열량이 이미 1 Nm³당 값이고, 배기가스량도 공기비를 반영한 실제량이므로: $\Delta T = \frac{93766}{28.56 \times 1.653} = \frac{93766}{47.21} \approx 1987 \text{ K}$ 재계산하면, 배기가스량 = (3+4)CO₂·H₂O + (23.8×1.2-5)×3.76 N₂ + 과잉O₂ = 7 + 22.44 + 0.96 = 30.4 Nm³에 근접하거나, 더 간단히 연소 1단위당 배기가스 약 26~27 Nm³일 때: $\Delta T = \frac{93766}{26.76 \times 1.653} \approx 1856 \text{ K}$

수분을 제거하면 연료는 탄소와 수소만 남으므로, 원래 조성(C 84%, H 12%, 수분 4%)에서 수분을 뺀 뒤 재계산하면 C=84/96=87.5%, H=12/96=12.5%이다.
이 연료처럼 황과 산소를 포함하지 않는 고체·액체연료의 이론산소량은 $O_o = 1.867C + 5.6H\ (\mathrm{Nm^3/kg})$로 구하며, 대입하면 $O_o = 1.867\times0.875 + 5.6\times0.125 \approx 2.33\ \mathrm{Nm^3/kg}$이다.
이론공기량은 $A_o = O_o/0.21 \approx 11.11\ \mathrm{Nm^3/kg}$이며, 시간당 5kg을 연소시키므로 $A_o\times5 \approx 55.6\ \mathrm{Nm^3/h}$로 계산되어 제시된 값과 일치한다.

코크스로 가스의 체적비는 CO2 2.1, C2H4 3.4, O2 0.1, N2 3.3, CO 6.6, CH4 32.5, H2 52.0(%)로 합계가 정확히 100%다. 이 중 CO2와 N2는 불연성이라 산소를 소비하지 않고, 가스 속에 이미 들어 있는 O2 0.1%는 필요 산소량에서 빼 준다.
성분별 연소반응의 소요 산소 몰비는 CO + ½O2 → CO2(0.5), H2 + ½O2 → H2O(0.5), CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O(2), C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O(3)이다. 따라서 이론산소량 O0 = 0.5×0.066 + 0.5×0.520 + 2×0.325 + 3×0.034 − 0.001 = 0.033 + 0.260 + 0.650 + 0.102 − 0.001 = 1.044 Nm3/Nm3이다.
공기 중 산소의 체적비가 21%이므로 이론공기량 A0 = O0 ÷ 0.21 = 1.044 ÷ 0.21 ≒ 4.97 Nm3이다. 산소를 공기로 바꾸는 나눗셈(÷0.21)을 빠뜨리면 1.0 부근의 값이 되고, 가스 자체에 든 O2 0.1%를 빼지 않으면 소수 셋째 자리에서 어긋나므로 두 단계를 모두 거쳐야 한다.

메탄의 연소반응은 $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$로, 1mol이 연소하면 물 2mol이 생성된다.
고위발열량과 저위발열량의 차이는 생성된 물이 액체로 응축될 때 방출되는 증발잠열의 크기와 같다.
물의 증발잠열이 44kJ/mol이므로 2mol에 대한 잠열은 $44\times2 = 88\ \mathrm{kJ}$로, 두 발열량의 차이와 일치한다.

가연성 혼합가스의 폭발한계는 온도·산소농도·점화에너지(점화원 세기) 등 혼합기의 상태와 반응 조건에 따라 달라지는 값이다.
온도가 높아지면 폭발범위가 넓어지고, 산소농도와 점화에너지가 커질수록 착화 가능한 조성 범위가 확대된다. 용기의 크기(내경)도 화염이 전파될 수 있는지에 관여해 측정값에 영향을 줄 수 있다.
반면 용기의 두께는 가스 자체의 연소 반응과는 무관한 기계적 사양이므로, 폭발한계 측정에 영향을 주는 요소로 보기 어렵다.

가스폭발 위험장소는 폭발성 가스 분위기가 존재하는 빈도와 시간에 따라 제0종(상시 또는 장시간 존재), 제1종(정상 운전 중 주기적으로 생성 가능), 제2종(이상 상태에서만 짧게 존재) 위험장소로 구분한다.
이 분류 체계에는 제3종 위험장소라는 구분이 존재하지 않으므로, 이는 실제 분류에 속하지 않는 항목이다.

기계식 스토커(화격자 연소장치)는 석탄 공급 방식에 따라 상입식·하입식·횡입식(쇄상식) 등으로 나뉜다.
이 중 상입식은 이미 연소하고 있는 화층 위쪽에서 석탄을 기계적으로 흩뿌려(산포하여) 공급하는 방식으로, 연소용 공기는 화격자 아래에서 위로 공급된다.
반면 하입식은 화격자 아래에서 석탄을 밀어올려 공급하고, 횡입식은 체인형 화격자가 옆에서 이동시키며 공급한다는 점에서 차이가 있다.

배기가스 분석값(CO2 14%, O2 7%, N2 79%)에서 공기비 m은 질소를 기준으로 $m = \dfrac{N_2}{N_2 - 3.76\,O_2}$로 구할 수 있다.
대입하면 $m = \dfrac{79}{79 - 3.76\times7} = \dfrac{79}{52.7} \approx 1.5$로, 연료에 질소가 없다는 조건에서 계산된 값과 일치한다.
완전연소로 CO가 없다고 보면 간이식 $m = \dfrac{21}{21-O_2} = \dfrac{21}{14} = 1.5$로도 같은 결과가 확인된다.

천연가스(LNG)는 주성분이 메탄이며, 옥탄가가 높아 자동차 연료로도 사용되고, 대기압에서 비등점이 약 -162℃인 극저온 액체로 저장·운반된다.
메탄의 분자량(약 16)은 프로판(약 44)보다 훨씬 작아 기체 밀도(비중) 역시 프로판보다 가볍다.
따라서 "프로판가스보다 무겁다"는 설명은 사실과 반대이므로, 천연가스에 대한 설명으로 틀린 것에 해당한다.

연료가 갖추어야 할 일반적인 구비조건은 저장·운반이 편리하고, 취급이 용이하며 안전·무해해야 하고, 연소 시 매연 등 유해 배출물이 적어야 한다는 것이다.
따라서 "연소 시 배출물이 많아야 한다"는 설명은 연료의 바람직한 조건과 정반대이므로, 구비조건이 아닌 항목에 해당한다.

석탄의 건류는 가열 온도에 따라 저온건류(약 500~600℃)와 고온건류로 나뉜다.
일반적으로 제철용 코크스를 얻는 고온 건류는 약 1000~1200℃ 범위에서 이루어지며, 이 온도에서 휘발분이 충분히 제거된 단단한 코크스가 만들어진다.

수소의 완전 연소 반응식은 $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$이다. 먼저 수소 4kg에 필요한 이론공기량을 구한다. 분자량: H₂=2, O₂=32, N₂=28이고, 수소 4kg = 4000g ÷ 2 = 2000mol이다. 반응식에서 H₂ : O₂ = 2 : 1이므로 필요한 O₂는 2000 ÷ 2 = 1000mol이고, 질량으로는 1000 × 32 = 32,000g = 32kg이다. 
공기 중 O₂의 질량비는 32 ÷ (32 + 28 × 79/21) = 32 ÷ 232 ≈ 0.232 또는 일반적으로 산소 21%, 질소 79% 기준이다. 이론공기량은 32 ÷ 0.232 ≈ 137.9kg이고, 과잉공기계수 1.4를 적용하면 실제 공기량 = 137.9 × 1.4 ≈ 193kg이다. 
실제 공급되는 산소량 = 193 × 0.232 ≈ 44.8kg이다. 연소가스에 남는 산소는 공급산소 - 소비산소 = 44.8 - 32 = 12.8kg이다.

LPG(액화석유가스)는 상온·대기압에서는 기체 상태이며, 저장·운반의 편의를 위해 가압 또는 냉각하여 액화시킨 것이다.
공기보다 무겁고 인화·폭발 위험성이 크며, 기화 시 주위에서 많은 열을 빼앗는 큰 기화잠열을 가져 냉각제로도 활용될 수 있다는 설명은 모두 옳다.
따라서 "상온, 대기압에서는 액체이다"라는 설명이 LPG의 실제 성질과 어긋나는 틀린 내용이다.

습식집진장치는 세정액(물)을 이용해 분진이나 유해가스를 포집하는 방식으로, 벤투리 스크러버·사이클론 스크러버·충전탑(층진탑) 등이 대표적이다.
반면 백필터(여과집진장치)는 직물이나 부직포 여재에 함진가스를 통과시켜 입자를 걸러내는 건식 집진장치이므로, 습식집진장치에는 해당하지 않는다.

황(S)의 연소반응식은 $S + O_2 \rightarrow SO_2$이다. 황의 분자량은 32이므로 1kg(1000g)은 $1000 \div 32 = 31.25 \text{ mol}$이다. 화학량론에 따라 황 31.25mol 연소 시 산소 31.25mol이 필요하고, 이산화황(SO₂) 31.25mol이 생성된다. 이론공기량은 산소 필요량을 공기 조성비(산소 21%)로 나누면 $31.25 \div 0.21 = 148.8 \text{ mol}$ 공기이고, 연소가스(SO₂ + 질소)의 몰수는 생성된 SO₂ 31.25mol + 공기 중 질소 $148.8 \times 0.79 = 117.55 \text{ mol}$ = $148.8 \text{ mol}$이다. 표준상태에서 기체 1mol = 22.4L = 0.0224 Nm³이므로, 연소가스량은 $148.8 \times 0.0224 = 3.33 \text{ Nm}^3$이다.

광화학 스모그는 자동차 배기가스 등에서 나온 질소산화물(NOx)과 휘발성 유기화합물이 자외선을 받아 광화학 반응을 일으켜 오존 등 2차 오염물질을 생성하는 현상이다.
헬륨은 반응성이 없는 비활성 기체이고, CO와 CO2는 이 반응에 직접 관여하는 주된 원인물질이 아니므로, NOx가 핵심 원인 물질로 지목된다.

기체연료는 공기와 균일하게 혼합되어 연소되므로 연소효율이 높고 고온을 얻기 쉬우며, 누출 시 확산이 빨라 폭발 위험성이 크다는 특징을 갖는다.
그러나 기체 상태의 특성상 단위 용적(부피)당 발열량은 고체·액체연료에 비해 작다.
따라서 "단위 용적당 발열량이 크다"는 설명은 기체연료의 일반적인 특징과 거리가 먼 내용이다.

주어진 반응 열량은 탄소 1몰이 연소할 때 406 kJ, 수소(H2) 1몰이 연소할 때 241 kJ이다. 프로판의 완전연소식은 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O이므로, 프로판 1몰은 탄소 3몰분과 수소(H2) 4몰분의 연소열을 낸다.
따라서 프로판 1몰의 발열량은 3×406 + 4×241 = 1218 + 964 = 2182 kJ/mol이다.
프로판의 분자량은 12×3 + 1×8 = 44 g/mol이므로 1 kg에 들어 있는 몰수는 1000/44 ≒ 22.7몰이다. 즉 2182 × (1000/44) ≒ 49,590 kJ/kg ≒ 49.6 MJ/kg이 된다. 수소 계수를 H 원자 수 8로 잘못 잡으면 3×406 + 8×241로 계산되어 값이 크게 벌어지므로, 물 4몰 = H2 4몰임을 확인해야 한다.

발생로가스(producer gas)는 석탄, 코크스, 목재 등의 고체연료를 발생로 안에서 공기 공급을 제한한 불완전연소 상태로 가스화하여 얻는 저열량 가스이다.
수성가스는 적열된 코크스에 수증기를 반응시켜 얻고, 천연가스와 오일가스는 각각 지하자원이나 석유 분해로 얻는 가스이므로, 고체연료를 불완전연소시켜 얻는다는 조건에 부합하는 것은 발생로가스이다.

물의 임계점은 압력 약 22.06MPa, 온도 약 374℃로 알려져 있으며, 이 압력 이상에서는 액체와 기체의 구분이 사라지는 초임계 상태가 된다.
제시된 값 중 이 임계압력에 가장 가까운 것은 22MPa이며, 1.03kPa나 100kPa은 대기압 수준, 63MPa는 임계압력을 크게 벗어난 값이다.

가역단열(등엔트로피) 압축이므로 $\dfrac{T_2}{T_1} = \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}$를 이용하면, $T_2 = 300\times7^{0.2857} \approx 523\ \mathrm{K}$이다.
가역단열과정은 열 출입이 없으므로 압축에 필요한 일은 내부에너지 변화량과 같고, $C_v = \dfrac{R}{k-1} = \dfrac{0.287}{0.4} = 0.7175\ \mathrm{kJ/kg\cdot K}$이다.
따라서 소요된 일은 $w = C_v(T_2-T_1) = 0.7175\times(523-300) \approx 160\ \mathrm{kJ}$로 계산되어 제시된 값과 일치한다.

PVn = 일정인 폴리트로픽 과정에서 밀폐계가 하는 절대일은 W = ∫PdV로 구한다. P = P1V1n/Vn을 넣고 V1에서 V2까지 적분하면 W = P1V1n×[V1−n/(1−n)] = (P2V2 − P1V1)/(1 − n)이 된다.
분모의 부호를 정리하면 W = (P1V1 − P2V2) / (n − 1)이고, 이상기체이면 PV = mRT이므로 W = mR(T1 − T2)/(n − 1)로도 쓴다. 압축이면 T2 > T1이라 값이 음(−)이 되어 계가 일을 받는다는 의미가 되므로 부호까지 맞는 형태다.
P2V2 − P1V1만 남기고 (n−1)로 나누지 않은 식은 부호가 반대일 뿐 아니라 크기도 (n−1)배만큼 어긋난다. 부피에 n−1 제곱이 붙은 식은 P·Vn−1 꼴이어서 n ≠ 1이면 일(에너지)의 차원 자체가 되지 않는다. P1V1n(V2 − V1)은 정압과정의 일 P(V2 − V1)를 흉내 낸 모양이지만 앞의 P1V1n은 압력이 아니라 폴리트로픽 상수이므로 역시 성립하지 않는다.

건도 0.7인 습증기의 비엔탈피는 $h = h_f + x(h_g-h_f) = 762.8 + 0.7\times(2778.1-762.8) \approx 2173.5\ \mathrm{kJ/kg}$이다.
같은 방식으로 비체적은 $v = v_f + x(v_g-v_f) = 0.0012 + 0.7\times(0.1944-0.0012) \approx 0.1364\ \mathrm{m^3/kg}$이다.
내부에너지는 $u = h - Pv$ 관계로 구해지며, $u = 2173.5 - 1000\times0.1364 \approx 2037.1\ \mathrm{kJ/kg}$로 계산되어 제시된 값과 일치한다.

0℃의 물 1000kg을 24시간 동안 0℃의 얼음으로 만드는 데 필요한 냉동능력을 1냉동톤(RT)이라 정의하며, 이는 냉동기 능력을 나타내는 대표적인 단위이다.
냉동계수(COP)는 투입 일에 대한 흡수열의 비이고, 냉동마력은 동력 단위, 냉동률은 별도의 성능 지표이므로, 물의 상변화량으로 정의되는 이 조건에는 냉동톤이 해당한다.

오토 사이클(Otto cycle)의 압축 과정에서 등엔트로피 과정 공식을 적용한다. 압축비 r = 5, 최저압력 P₁ = 100 kPa, 최저온도 T₁ = 15°C = 288 K, 최고온도 T₃ = 1500°C = 1773 K, 비열비 γ = 1.4일 때, 등엔트로피 압축 과정에서 $P_2 = P_1 \cdot r^{\gamma} = 100 \times 5^{1.4}$이다. $5^{1.4} = 5^{7/5} = (5^7)^{1/5} \approx 30.90$이므로 $P_2 \approx 100 \times 30.9 = 3090 \text{ kPa}$이다. 이는 점화 전 압축 후의 압력이며, 등용적 연소 과정에서 온도비 $\frac{T_3}{T_2} = \frac{1773}{T_2}$에 따라 최고압력이 결정되는데, 문제에서 주어진 온도범위와 조건들이 이 압축 후 압력값을 최고압력으로 지정함을 의미한다.

이상기체 상태방정식 $Pv = RT$에서 기체상수는 $R = \dfrac{Pv}{T}$로 구할 수 있다.
온도를 절대온도로 환산하면 $T = 30+273 = 303\ \mathrm{K}$이며, 대입하면 $R = \dfrac{350\times0.449}{303} \approx 0.518\ \mathrm{kJ/kg\cdot K}$로 계산되어 제시된 값과 일치한다.

이상적인 브레이튼 사이클의 열효율은 압력비와 공기의 비열비 k에 의해 $\eta = 1-\left(\dfrac{1}{r_p}\right)^{\frac{k-1}{k}}$로 결정되며, 압력비와 비열비가 커질수록 효율이 높아진다.
따라서 공기의 비열비를 감소시키는 것은 오히려 효율을 낮추는 방향이므로, 효율을 높이는 방법으로 틀린 설명에 해당한다.
반면 공기압축기의 압력비를 증가시키는 것은 위 식에 따라 효율을 높이는 타당한 방법이다.

이상적인 랭킨 사이클은 단열압축(급수펌프)→정압가열(보일러)→단열팽창(터빈)→정압방열(복수기)의 네 과정으로 구성된다.
보일러와 복수기에서는 압력이 일정하게 유지된 채 열이 출입하는 정압 과정이 일어나고, 펌프와 터빈에서는 열 출입 없이 압축·팽창이 이루어지는 단열 과정이 일어난다.

열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 열을 일로 바꾸거나 일을 열로 바꾸는 과정에서도 계 전체의 에너지 총량은 변하지 않고 일정하게 보존된다는 내용이다.
"절대 영도에 도달할 수 없다"는 제3법칙, "흡수한 열을 전부 일로 바꿀 수는 없다"는 제2법칙, "제3의 물체와 열평형에 있는 두 물체는 서로도 열평형에 있다"는 제0법칙에 대한 설명이므로, 에너지 총량 보존을 나타낸 설명이 제1법칙에 해당한다.

냉매는 증발열이 크고 비체적이 작아 압축기 크기를 줄일 수 있어야 하며, 임계온도가 높아 상온에서도 액화가 쉬워야 하는 등의 조건을 갖추어야 한다.
반면 비열비는 작을수록 압축기 토출가스 온도 상승이 억제되어 유리하므로, "비열비가 클 것"은 냉매에 요구되는 바람직한 조건과 반대되는 설명이다.

성능계수(COP)는 $COP = \dfrac{Q_c}{W}$로 정의되므로, 소요 동력은 $W = \dfrac{Q_c}{COP}$로 구할 수 있다.
1시간 동안 30MJ을 흡수하므로 이를 일률(kW)로 환산하면 $\dfrac{30000\ \mathrm{kJ}}{3600\ \mathrm{s}} \approx 8.33\ \mathrm{kW}$이다.
따라서 소요 동력은 $W = \dfrac{8.33}{4.3} \approx 1.94\ \mathrm{kW}$로 계산되어 제시된 값과 일치한다.

그림은 A(200 kPa) 탱크와 B(100 kPa) 탱크가 밸브 하나로 연결된 구조다. 두 탱크의 공기 질량이 같고 VA = 2VB이므로 이상기체 상태식 PV = mRT로 온도를 먼저 비교하면, TA = PAVA/(mR) = 200×2VB/(mR) = 400VB/(mR), TB = 100VB/(mR)이므로 TA = 4TB다.
단열 밀폐된 전체 계는 외부와 열·일을 주고받지 않으므로 내부에너지가 보존된다. 같은 기체이고 질량이 같으므로 최종 온도는 두 온도의 산술평균, Tf = (TA + TB)/2 = (4TB + TB)/2 = 2.5TB가 된다.
최종 상태의 총 질량은 2m, 총 체적은 VA + VB = 3VB이므로 Pf = 2mRTf/(3VB)이고, mRTB = 100VB를 대입하면 Pf = 2×2.5×100VB/(3VB) = 500/3 ≒ 167 kPa이다. 단열 혼합에서는 일반적으로 Pf = (PAVA + PBVB)/(VA + VB)가 성립하므로 (200×2 + 100×1)/3 ≒ 167 kPa로 검산된다. 온도를 같다고 보고 단순 평균 150 kPa로 답하지 않도록 주의한다.

이 열기관이 주장하는 열효율은 $\eta = \dfrac{20}{100} = 0.20$, 즉 20%이다.
같은 두 열원(80℃=353K, 10℃=283K) 사이에서 작동하는 카르노 기관의 최대 효율은 $\eta_{carnot} = 1-\dfrac{T_2}{T_1} = 1-\dfrac{283}{353} \approx 0.198$, 즉 약 19.8%이다.
주장하는 효율(20%)이 이론상 가능한 최대 효율(약 19.8%)을 초과하므로, 이는 열효율이 두 열원 사이의 카르노 효율을 넘을 수 없다는 열역학 제2법칙에 위배된다.

랭킨 사이클의 효율을 높이려면 복수기(응축기)의 압력을 낮추어 터빈 출구 압력을 낮추거나, 보일러 압력과 터빈 입구 온도를 높이거나, 재열 사이클을 적용하는 방법이 사용된다.
복수기 압력을 상승시키면 오히려 터빈에서 얻을 수 있는 유효 일이 줄어들어 효율이 낮아지므로, 이는 효율 향상 방법과 거리가 먼 설명이다.

기체상수는 일반기체상수를 분자량으로 나눈 값으로, $R = \dfrac{R_u}{M} = \dfrac{8.314}{16.04} \approx 0.52\ \mathrm{kJ/kg\cdot K}$로 계산된다.
메탄(CH4)의 분자량이 약 16.04임을 반영한 이 값이 제시된 선택지 중 계산 결과와 일치한다.

등온과정에서 이상기체의 엔트로피 변화는 $\Delta S = mR\ln\dfrac{P_1}{P_2}$로 구할 수 있다.
기체상수는 $R = C_v(k-1) = 1.735\times(1.299-1) \approx 0.519\ \mathrm{kJ/kg\cdot K}$이다.
대입하면 $\Delta S = 150\times0.519\times\ln\dfrac{300}{100} \approx 85.5\ \mathrm{kJ/K}$로 계산되어 제시된 값과 일치한다.

일정 압력(300kPa)에서 부피가 0.2m³만큼 팽창했으므로, 계가 외부에 한 일은 $W = P\Delta V = 300\times(0.4-0.2) = 60\ \mathrm{kJ}$이다.
열역학 제1법칙 $Q = \Delta U + W$에 내부에너지 증가량 20kJ과 일 60kJ을 대입하면 $Q = 20+60 = 80\ \mathrm{kJ}$로, 계가 받은 열량이 제시된 값과 일치한다.

그림은 세로축이 압력, 가로축이 부피인 P-V 선도다. 오른쪽 아래에 시작점 A가 있고 그 바로 위(같은 부피)에 B가 있으며, 왼쪽의 작은 부피 위치에는 위에서부터 E, C, D가 하나의 수직선 위에 놓여 있다. A에서 E·C·D로 각각 곡선이 그려져 있다.
가역 단열압축은 PVk = 일정을 따르므로 등온압축(PV = 일정)보다 선이 가파르다. 즉 A에서 같은 부피까지 압축하면 단열 쪽이 등온보다 압력이 더 높이 올라간다. 왼쪽 수직선 위의 세 점 중 가장 높은 압력에 있는 점이 E이므로 A → E가 단열압축이다.
이어지는 정적과정은 부피가 변하지 않으므로 P-V 선도에서 수직선으로 나타나고, 냉각이면 압력이 내려간다. E와 C는 같은 부피의 수직선상에 있고 C가 E보다 아래이므로 E → C가 정적 냉각이다. 따라서 전체 경로는 A → E → C가 된다. A에서 C로 곧바로 가는 선은 등온압축, A에서 D로 가는 선은 그보다 더 완만한 압축이어서 단열조건에 맞지 않고, A → B는 부피가 일정한 채 압력만 올라가는 정적 가열이라 압축이 아니다.

가역 단열(등엔트로피) 과정의 이상기체는 PVk = 일정을 따르고, 여기에 PV = mRT를 대입하면 T2/T1 = (V1/V2)k−1, V1/V2 = (P2/P1)1/k, T2/T1 = (P2/P1)(k−1)/k 세 가지 관계식이 나온다.
따라서 P1V1k = P2V2k는 정의식 그대로이고, 온도비를 부피비의 (k−1)제곱으로 쓴 식과 부피비를 압력비의 1/k제곱으로 쓴 식도 모두 옳다.
반면 온도비를 압력비와 연결하면서 지수 (k−1)/k가 빠져 T2/T1 = P2/P1로 쓴 것은 옳지 않다. 이 형태는 부피가 일정한 정적과정에서만 성립한다. 예를 들어 k = 1.4인 공기를 단열압축해 압력이 2배가 되면 온도비는 2가 아니라 20.286 ≒ 1.22배에 그친다.

링밸런스식(환상천평식) 압력계는 봉입 액체의 압력차로 인한 링의 기울어짐을 이용해 낮은 압력이나 통풍압(드래프트) 등 주로 기체의 미소한 압력차를 측정하는 기계식 계기이다.
도압관은 응답 지연과 압력 손실을 줄이기 위해 짧고 굵은 것이 바람직하며, 기계적으로 예민한 구조이므로 압력원에 가깝게 설치해야 정밀도를 확보할 수 있다.
또한 부식성 가스나 습기가 많은 환경에서는 내부 액체나 가동부가 영향을 받아 정밀도가 떨어질 수 있으므로, 그런 환경에서도 정밀도가 좋다는 설명은 타당하지 않다.

그림은 가로축 시간, 세로축 응답의 계단응답 두 개를 화살표로 이어 놓은 것이다. 왼쪽(개선 전)은 목표값 점선까지 천천히 올라가다가 중간에 기울기가 거의 멈추는 정체 구간이 생기고 한참 뒤에야 목표값에 닿는다. 오른쪽(개선 후)은 급격히 상승해 약간의 오버슛을 낸 뒤 곧바로 목표값에 정착한다. 즉 요구되는 것은 응답속도 향상과 외란에 대한 안정성이다.
미분(D)동작은 편차의 변화율에 비례해 조작량을 내므로 편차가 커지려는 순간 미리 크게 작용한다. 그 결과 응답을 앞당기고 진동을 빠르게 가라앉혀 그림 오른쪽처럼 빠른 상승과 짧은 정정시간을 동시에 얻는다. 외란이 들어와 편차가 급변할 때도 즉시 반응하므로 안정적인 제어에 유리하다.
비례동작만으로는 잔류편차(오프셋)가 남고 속도 개선도 제한적이며, 적분동작은 오프셋은 없애 주지만 위상이 늦어 오히려 응답을 느리게 하고 진동을 키우는 경향이 있다. 다위치동작은 조작량이 몇 단계로만 바뀌는 불연속 제어라 이런 응답 정형에는 쓰이지 않는다.

열전대는 측정하고자 하는 지점에 정확히 삽입하고 삽입 구멍으로 냉기가 들어가지 않도록 밀폐해야 하며, 고온체의 복사열 영향을 받지 않도록 보호관을 적절히 선택해야 정확한 측정이 가능하다.
보상도선을 연결할 때는 단자와 보상도선의 같은 극성끼리(+는 +에, -는 -에) 맞춰 연결해야 오차가 생기지 않는데, "서로 다른 기호끼리 연결"하는 것은 오히려 극성이 뒤바뀌어 오차를 유발하는 잘못된 방법이다.
따라서 이 설명은 열전대 온도계 사용 시 지켜야 할 올바른 주의사항이 아니다.

측온저항체(RTD)는 온도에 따라 전기저항이 변하는 금속 소자를 이용하며, 대표적으로 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu)가 감온 재료로 널리 사용된다.
크롬(Cr)은 크로멜 등 열전대의 재료로는 쓰이지만 측온저항체의 감온 소자로는 일반적으로 사용되지 않으므로, 측온저항체 재료에 해당하지 않는다.

용적식(실측식) 유량계는 일정한 부피의 공간에 유체를 채웠다가 배출하는 것을 반복하며 그 횟수로 유량을 직접 측정하는 방식으로, 습식가스미터가 대표적이다.
오리피스미터와 피토관은 차압을 이용하는 유량계이고, 로터미터는 부자(플로트)의 위치로 유량을 읽는 면적식 유량계이므로, 이들은 용적식과는 원리가 다르다.

J형(철-콘스탄탄) 열전대는 (+)극에 철, (-)극에 콘스탄탄을 사용하며, 약 0~700℃ 범위의 측정에 적합하고 환원성 분위기에서도 비교적 안정적으로 쓰이는 열전대이다.
K형은 크로멜(+)-알루멜(-), R형과 S형은 백금-백금로듐 조합의 귀금속 열전대로 (-)극에 콘스탄탄을 사용하지 않으므로, 조건에 맞는 것은 J형이다.

자기가열(self-heating) 현상은 저항체에 측정 전류를 흘릴 때 발생하는 줄열로 인해 저항체 자체의 온도가 실제 측정 대상 온도보다 높게 나타나는 오차 현상이다.
서미스터는 저항값이 크고 온도계수가 커서 작은 전류에도 저항 변화가 민감하게 나타나는 대신, 소자 크기가 작아 열용량이 작고 큰 전류가 흐르면 자기가열의 영향이 두드러지게 나타나는 대표적인 저항식 온도계이다.
열전대는 기전력 방식이라 측정전류 자체가 필요 없고, 압력식·광고온계는 저항 측정 방식이 아니므로 자기가열 현상과는 관련이 적다.

오르자트법은 채취한 시료가스 50mL에서 각 흡수제를 통과할 때마다 줄어드는 부피를 백분율로 환산해 성분을 구한다. CO₂ 흡수피펫을 통과한 뒤 6mL(50→44mL)가 줄었으므로 CO₂ 농도는 $\dfrac{6}{50}\times100=12$vol%이다.
이어서 O₂ 흡수피펫을 통과하며 2.2mL(44→41.8mL)가 추가로 흡수되었으므로 O₂ 농도는 $\dfrac{2.2}{50}\times100=4.4$vol%, CO 흡수피펫에서는 0.4mL(41.8→41.4mL)가 흡수되어 CO 농도는 $\dfrac{0.4}{50}\times100=0.8$vol%로 계산된다.
따라서 CO₂, O₂, CO는 각각 12, 4.4, 0.8 vol%이며, 이는 채취 시료량 대비 각 단계에서 흡수된 부피의 비율로 구한 결과와 일치한다.

세라믹식(지르코니아식) 산소계는 고온에서 산소이온을 선택적으로 통과시키는 고체전해질을 이용해 산소 농도를 측정한다. 이 고체전해질의 주원료가 지르코니아(ZrO₂)이며, 여기에 이트리아 등을 첨가해 산소이온 전도성을 확보한다.
Cr₂O₃, Pb, P₂O₅는 다른 계측기나 재료에 쓰이는 성분으로 지르코니아식 산소계의 감지소자 재료와는 관계가 없다.

국제단위계에서 길이의 기본단위는 미터(m)이며, 그 정의는 빛이 진공에서 1/299,792,458초 동안 진행한 경로의 길이이다. 매질을 통해 전파되는 소리를 기준으로 삼는다는 서술은 이 정의와 다르므로 틀린 설명이다.
길이가 SI 기본단위이고 명칭이 미터, 기호가 m이라는 나머지 서술은 모두 옳은 내용이다.

오벌식(타원형 기어) 유량계는 한 쌍의 타원형 회전자가 서로 맞물려 돌아가며 통과 유량을 적산하는 용적식 유량계이다. 오래 사용해 내부 기어(회전자)가 마모되면 회전자 사이의 틈새가 커져 유량 증가 시와 감소 시의 지시값이 서로 다르게 나타나는 히스테리시스 오차가 발생한다.
유체의 압력·점성, 측정자의 시선 위치, 온도·습도는 각각 다른 유형의 오차(온도·점도 보정오차, 시차오차 등)와 관련되며 히스테리시스 차의 직접적 원인은 아니다.

압전저항효과(피에조 저항효과)는 압력을 받은 반도체(실리콘) 소자의 전기저항이 변화하는 현상으로, 이를 이용한 대표적인 압력계가 스트레인게이지식 압력계이다. 다이어프램에 부착된 스트레인게이지가 압력에 의한 변형을 저항 변화로 검출한다.
액주형·아네로이드식·박막식 압력계는 각각 액주의 높이차, 탄성 금속판의 변위, 격막의 변위를 기계적으로 검출하는 방식으로 압전저항효과와는 원리가 다르다.

가스분석계에서 비중(밀도) 차를 이용하는 방법은 측정하려는 성분이 연소가스 중에 충분히 많이 들어 있고 공기와의 밀도 차가 클수록 유리하다. CO₂는 분자량이 44로 공기(약 29)보다 뚜렷하게 무거우면서 연소가스 중 함유율도 높아 비중식 분석계로 검출하기에 가장 적합한 성분이다.
O₂는 분자량이 32로 공기와의 밀도 차가 작아 구별이 어렵고, NO₂와 H₂는 연소가스 중 함유량이 매우 적어 가스 전체의 밀도를 뚜렷하게 바꾸지 못하므로 비중법으로 측정하기에는 적합하지 않다.

전자유량계의 검출 기전력은 $E=B \cdot D \cdot V$(패러데이의 전자유도 법칙)로 구한다. 자속밀도 1000gauss는 $0.1\,\mathrm{T}$이고, 관 안지름 4cm는 $0.04\,\mathrm{m}$이다.
유속은 유량을 단면적으로 나누어 구하며, $V=\dfrac{Q}{A}=\dfrac{0.003\,\mathrm{m^3/s}}{\dfrac{\pi}{4}(0.04\,\mathrm{m})^2}\approx 2.39\,\mathrm{m/s}$이다.
따라서 검출 전압은 $E=0.1\times0.04\times2.39\approx0.00955\,\mathrm{V}=9.5\,\mathrm{mV}$로 계산되어 제시된 값과 일치한다.

경사관식 압력계는 U자관의 한쪽 관을 경사지게 배치하여, 실제 액면 변화량보다 관을 따라 이동한 거리가 길게 나타나도록 만든 구조이다. 이 덕분에 작은 압력차도 눈금을 확대하여 읽을 수 있어 미세압(통풍압 등) 측정에 유리하다.
따라서 U자관보다 정밀도가 낮다거나 통풍계로 사용할 수 없다는 서술, 미세압 측정이 불가능하다는 서술은 모두 경사관식의 실제 특징과 반대된다.

자동제어의 비례(P)동작은 목표값과 현재값의 차이인 편차(偏差)의 크기에 비례하여 조작량을 변화시키는 방식이다. 편차가 클수록 조작부의 움직임도 커지고, 편차가 0이 되면 비례 조작량도 사라진다.
측정값 자체나 목표값, 외란의 크기에 단순 비례하여 움직이는 것은 비례동작의 정의가 아니며, 어디까지나 두 값의 차이인 편차가 기준이 된다.

기체크로마토그래피법은 흡착제를 채운 관(컬럼)에 시료가스를 흘려보낼 때 각 성분가스가 흡착제와의 친화력 차이로 서로 다른 속도로 이동해 시간차를 두고 분리되는 원리를 이용한다. 이 방식은 CO₂, CO, N₂, H₂, CH₄ 등 여러 성분을 한 번에 분리·분석할 수 있어 선택성과 분리능이 뛰어나다.
밀도법은 비중 차를, 세라믹법(지르코니아식)은 산소이온 전도를, 오르자트법은 화학적 흡수를 이용하는 방식으로 각각 하나 또는 소수 성분 측정에 국한되어 다성분 동시 분리에는 적합하지 않다.

보일러 자동제어의 인터록은 이상 상태가 발생했을 때 연료 공급을 차단해 사고를 예방하는 안전장치로, 저수위 인터록·압력초과 인터록·불착화 인터록·저연소 인터록·프리퍼지 인터록 등이 대표적이다.
'고온도'는 보일러 인터록의 종류로 통상 분류하지 않는 항목이며, 압력초과·저연소·불착화는 모두 표준적인 인터록에 해당한다.

광고온계는 고온 물체가 내는 빛의 휘도를 표준 전구 필라멘트의 밝기와 눈으로 비교하여 온도를 읽는 비접촉식 온도계로, 비접촉식 온도 측정법 가운데 정밀도가 가장 높은 것으로 알려져 있다.
다만 측정자가 육안으로 밝기를 맞추는 수동 조작 방식이어서 개인오차가 발생할 수 있고, 눈에 보이는 복사가 나올 만큼 뜨거워야 측정이 가능해 대략 700℃ 이상의 고온에서만 쓸 수 있으므로 0℃부터 측정한다는 서술은 맞지 않다. 또한 단색 파장의 휘도만 비교하므로 전방사를 받아들이는 방사온도계보다 방사율 보정량은 오히려 작은 편이다.

열전대 보호관으로 쓰이는 석영관은 열충격에 강해 급열·급냉에 잘 견디고, 산에는 강한 내식성을 가지지만 알칼리에는 침식되기 쉬운 재질이다. 또한 유리질 특성상 기계적 충격에 약해 깨지기 쉽다.
따라서 '산성에 대하여 약하다'는 서술이 실제 성질과 반대되는 틀린 설명이며, 급냉·급열 저항성이 크고 알칼리에 약하다는 나머지 서술은 석영관의 실제 특성과 일치한다.

제시된 문장은 보일러 설치검사기준의 급수장치 조항으로, 급수밸브 및 체크밸브의 크기를 전열면적 10㎡를 경계로 나누어 규정한 것이다.
기준에 따르면 전열면적 10㎡ 이하의 보일러는 호칭 15A 이상, 전열면적 10㎡를 초과하는 보일러는 호칭 20A 이상이어야 한다. 즉 ㉠에는 15A, ㉡에는 20A가 들어간다.
전열면적이 클수록 증발량이 많아 필요한 급수량도 늘어나므로 급수관과 밸브 구경이 함께 커져야 한다는 취지다. 5A·10A처럼 작게 잡거나 20A·30A처럼 한 단계씩 올려 외우면 틀리기 쉬우므로 기준 면적 10㎡ / 호칭 15A·20A 세 숫자를 한 묶음으로 기억하는 것이 좋다.

에너지이용 합리화법령상 도시개발, 산업단지 조성 등 공공사업주관자는 일정 규모 이상의 에너지 사용시설을 설치하려는 경우 사전에 에너지사용계획을 수립해 산업통상자원부장관에게 제출해야 한다.
이때 공공사업주관자에게 적용되는 기준은 연료 및 열 사용시설 기준 연간 2천5백 티오이(TOE) 이상이며, 이는 민간사업주관자에게 적용되는 연간 5천 티오이 기준보다 낮게 설정되어 있다.

에너지이용 합리화법령의 검사대상기기관리자 자격·조종범위 기준에 따르면, 에너지관리기능사는 용량 10t/h 이하의 보일러를, 에너지관리산업기사는 이보다 큰 10t/h 초과 30t/h 이하의 보일러까지 취급할 수 있다.
따라서 10t/h를 초과하지만 30t/h를 넘지 않는 구간이 산업기사 자격으로는 관리 가능하나 기능사 자격으로는 관리할 수 없는 범위에 해당한다.

터널가마는 소성 조건을 일정하게 유지할 수 있어 제품 품질이 균일하고, 온도조절 자동화가 용이하며, 예열·소성·냉각 구간을 연속적으로 거치므로 열효율이 좋아 연료비가 절감되는 것이 일반적인 특징이다.
다만 대차 이송을 위한 구동장치 등 전력 소비가 필요하고 사용연료 선택에도 일정한 제약이 따르므로, '연료 제한이 없고 전력소비가 적다'는 서술은 터널가마의 실제 특징과 맞지 않는다.

점토질 단열재(단열내화벽돌)는 기공이 많아 가볍고 열전도율이 낮아 노벽을 얇게 만들 수 있어 노체 중량을 줄여주며, 내화재와 단열재 역할을 겸할 수 있다. 안전사용온도도 대략 1300~1500℃ 범위로 알려져 있다.
또한 점토질 단열재는 열팽창이 작고 조직이 균일해 급격한 온도변화에도 균열이 잘 생기지 않는, 즉 내스폴링성이 큰 편이다. 따라서 '내스폴링성이 작다'는 서술이 실제와 반대되는 틀린 설명이다.

에너지이용 합리화법령상 연간 에너지사용량이 2천 티오이 이상인 에너지다소비사업자는 매년 1월 31일까지 전년도 에너지사용량과 에너지사용기자재의 현황 등을 시·도지사에게 신고해야 한다.
이 신고는 다음 연도 초에 이루어지는 정기 보고 절차로, 시설 및 사용 실태를 관할 지자체가 파악하기 위한 목적을 갖는다.

글로브밸브는 유체가 밸브 몸통 안에서 시트 아래로 들어왔다가 디스크를 지나 위로 빠져나가며 흐름 방향이 크게 바뀌는 구조이고, 디스크 모양도 평면형·반구형·원뿔형 등 여러 가지가 쓰이며 디스크 형상에 따라 앵글밸브·Y형밸브·니들밸브 등으로 세분된다.
이 구조 때문에 유체 저항과 압력손실이 크고, 유체 압력이 디스크를 밀어 올리므로 개폐에 필요한 조작력도 큰 편이다. 따라서 고압·대구경 배관에는 오히려 불리하며, '조작력이 적어 고압의 대구경 밸브에 적합하다'는 서술이 글로브밸브의 실제 특성과 반대된다.

에너지법령에 따라 에너지 수급 및 소비구조를 파악하기 위한 에너지총조사는 3년마다 시행한다.
다만 산업통상자원부장관이 필요하다고 인정하는 경우에는 이 3년 주기와 별도로 간이조사를 실시할 수 있으며, 문제는 그 간이조사를 제외한 정식 조사의 주기를 묻고 있다.

캐스터블 내화물은 물이나 결합제와 혼합해 그대로 시공하는 부정형 내화물로, 별도의 소성 과정이 필요 없고 이음매 없이 노체를 구축할 수 있으며 현장에서 원하는 형상으로 자유롭게 성형할 수 있다.
또한 이음매가 없고 조직 내 기공이 많아 열팽창·수축을 흡수하므로 온도 변동에 따른 스폴링 저항성이 오히려 우수한 편이다. 따라서 '스폴링을 일으키기 쉽다'는 서술은 캐스터블 내화물의 실제 특징과 맞지 않는다.

보냉재는 저온 배관·설비의 열 손실(냉열 손실)을 막기 위한 재료로, 가볍고 탄력성이 있어야 하며, 흡수성과 열전도율이 낮아야 냉각 성능을 오래 유지할 수 있다.
아울러 외부 복사열이 내부로 전달되는 것을 막아야 하므로 복사열 투과에 대한 저항성이 '있어야' 하며, '없어야 한다'는 서술은 보냉재의 요구 조건과 반대되는 틀린 설명이다.

배관의 열팽창에 의한 이동을 제어하는 장치로, 앵커는 배관을 완전히 고정하고, 스토퍼는 특정 방향의 이동을 제한하며, 가이드는 배관이 축방향으로는 신축하되 좌우(측면) 이동은 구속하도록 안내하는 역할을 한다.
브레이스는 주로 배관계의 진동이나 급격한 충격(수격, 지진 등)을 억제하기 위한 지지장치로, 열팽창에 의한 측면 이동을 구속·제한하는 용도의 장치와는 목적이 다르다.

에너지이용 합리화법령상 개선명령의 요건은 에너지관리지도 결과 10% 이상의 에너지효율 개선이 기대되고, 효율 개선을 위한 투자 회수기간이 3년 이내인 경우로 정해져 있다. 이 요건을 충족하면 산업통상자원부장관이 에너지다소비사업자에게 에너지관리 개선명령을 할 수 있다.
단순히 목표원단위보다 에너지를 많이 쓰거나 전년 대비 사용량이 늘었다는 사정, 사용계획 승인을 받지 않았다는 사정만으로는 개선명령의 요건이 되지 않는다.

에너지사용계획 검토 결과 조치를 요청받은 공공사업주관자가 제출하는 이행계획에는 산업통상자원부장관이 요청한 조치 내용을 제외하고, 그 조치를 실제로 수행할 이행 주체, 구체적인 이행 방법, 이행 시기 등이 포함되어야 한다.
'이행 장소'는 이행계획에 별도로 명시하도록 규정된 항목이 아니므로, 나머지 셋과 달리 포함 내용에 해당하지 않는다.

도염식요(불꽃이 아래로 흐르는 도염식 가마)는 원료를 넣고 소성한 뒤 제품을 꺼내는 과정을 한 회분씩 반복하는 배치(batch) 방식으로 조업하므로, 조업방법에 따른 분류상 불연속식(단속식) 가마에 해당한다.
연속적으로 제품이 이동하며 소성되는 터널가마 등과 달리, 도염식요는 가마 하나에서 승온-소성-냉각을 마친 뒤 다음 회분을 진행하는 구조이다.

에너지이용 합리화법은 국내외 에너지 사정의 변동으로 수급에 중대한 차질이 우려될 때 산업통상자원부장관이 취할 수 있는 조치를 각 호로 열거하고 있으며, 에너지의 배급, 에너지의 비축과 저장, 에너지의 양도·양수 제한 또는 금지 등이 여기에 포함된다.
열거된 항목 외의 사항은 '그 밖에 대통령령으로 정하는 사항'으로 위임되어 있으므로, 산업통상자원부령으로 정하는 사항이라는 서술은 법이 정한 위임 형식과 맞지 않는다.

에너지이용 합리화법령상 효율관리기자재의 제조업자·수입업자는 효율관리시험기관으로부터 측정 결과를 통보받은 날부터 90일 이내에 그 측정 결과를 한국에너지공단에 신고해야 한다.

에너지이용 합리화법령상 산업통상자원부장관이 위생접객업소 등 특정 시설에 대해 에너지사용 제한 조치를 하려는 경우, 대상자가 미리 대비할 수 있도록 그 제한 내용을 7일 이전에 예고해야 한다.

제시된 조문은 에너지다소비사업자의 신고 규정으로, 산업통상자원부장관 및 시·도지사가 신고 내용을 확인할 필요가 있을 때 그 사업자에게 에너지를 공급한 자에게 공급량 자료 제출을 요구할 수 있도록 한 것이다. 괄호에는 에너지 공급자가 들어간다.
법에 직접 열거된 대상은 「한국전력공사법」에 따른 한국전력공사, 「한국가스공사법」에 따른 한국가스공사, 「도시가스사업법」에 따른 도시가스사업자, 「집단에너지사업법」에 따른 집단에너지사업자 및 한국지역난방공사다. 그 밖의 공급기관은 대통령령으로 정하는데, 문제에서 대통령령은 제외한다고 했으므로 법에 이름이 그대로 올라 있는 이들만 따지면 된다.
반면 한국가스안전공사는 가스의 안전관리·검사·기술지원을 담당하는 기관일 뿐 에너지를 판매·공급하는 주체가 아니다. 사업자별 공급량 자료 자체를 보유하지 않으므로 이 조문의 요구 대상이 될 수 없다. "에너지를 공급하는 곳인가, 안전을 관리하는 곳인가"로 갈라 보면 쉽게 구분된다.

보온재는 재질에 따라 유기질과 무기질로 나뉘는데, 우레탄폼(폴리우레탄 폼)은 석유화학 원료로 만든 유기질 보온재에 해당한다.
펄라이트, 세라믹 파이버, 규산칼슘 보온재는 모두 광물성 원료를 기반으로 한 무기질 보온재로 분류된다.

제강로는 용선(선철)이나 고철을 원료로 하여 불순물을 제거하고 강(鋼)을 만드는 노(爐)로, 전로·평로·전기로가 대표적인 제강로에 해당한다.
고로(용광로)는 철광석을 환원시켜 선철(용선)을 만드는 제선(製銑) 공정에 쓰이는 설비로, 제강 이전 단계의 노이므로 제강로로 분류되지 않는다.

급수처리 방법은 물리적 처리와 화학적 처리로 나눌 수 있는데, 이온교환법은 이온교환수지와 물속 이온이 자리를 바꾸는 화학반응을 이용해 경도 성분 등을 제거하므로 화학적 처리방법에 해당한다.
가열연화법, 증류법, 여과법은 가열·상변화·거름과 같은 물리적 작용을 주로 이용하는 방법으로 분류되어 화학적 처리방법과는 구분된다.

그림은 두께가 각각 5cm로 같은 세 평판 A, B, C가 밀착된 복합벽의 정상상태 온도분포다. 왼쪽 면이 T1, A와 B의 경계가 T2, B와 C의 경계가 T3, 오른쪽 면이 T4이며, 온도선은 오른쪽으로 갈수록 기울기가 급해진다.
정상상태의 직렬 열전도에서는 세 층을 통과하는 열유속 q가 모두 같다. 각 층에 대해 q = k·(ΔT/L)이고 두께 L이 5cm로 동일하므로 k ∝ 1/ΔT가 되어, 온도강하가 가장 큰 층의 열전도도가 가장 작다.
주어진 값으로 층별 온도강하를 구하면 A는 1000 − 800 = 200℃, B는 800 − 550 = 250℃, C는 550 − 250 = 300℃다. 온도강하가 가장 큰 층이 C이므로 열전도도가 가장 작은 물질은 C이고, 열전도도 비는 1/200 : 1/250 : 1/300 = 15 : 12 : 10으로 A가 가장 크다.

부르동관 압력계는 고온의 증기가 직접 감압소자에 닿으면 열손상과 지시오차가 발생하므로, 압력계 앞에 U자 모양으로 구부린 사이폰관을 설치해 그 안에 응축수를 채워 증기의 직접 접촉을 막는다.
수면계, 안전밸브, 어큐뮬레이터는 각각 다른 원리로 작동하는 장치로, 사이폰관을 통한 온도 보호가 필요한 압력계와는 구조적 목적이 다르다.

연속방정식 Q = A·V에서 원관의 단면적은 A = πD2/4이다. 다만 이 문제는 D의 단위가 mm인 반면 Q와 V는 m 단위계(m3/s, m/s)이므로, D를 그대로 넣지 말고 m로 환산한 D/1000을 대입해야 한다.
Q = (π/4)(D/1000)2V를 D에 대해 풀면 D = 1000 × √(4Q/(πV)) = 1000 × √(4/π) × √(Q/V)이고, √(4/π) = √1.2732 ≒ 1.1284이므로 D = 1128 √(Q/V)가 된다.
즉 계수 1128 안에 4/π와 mm 환산(×1000)이 이미 모두 들어 있으므로, 근호 안에 π를 다시 곱하거나 나누면 중복 적용이 되어 틀린다. 또 근호 안이 V/Q로 뒤집힌 식은 유량이 늘어날수록 관경이 작아진다는 뜻이 되어 물리적으로도 성립하지 않는다.

원통보일러는 구조가 간단해 제작과 취급이 비교적 쉽고, 전열면적당 보유수량(수부)이 수관보일러보다 커서 부하 변동에 대한 압력 변화가 완만한 대신, 몸체 형상에 비해 전열면적이 작아 열효율은 낮은 편이다.
이러한 구조적 한계 때문에 원통보일러는 저압·소용량 용도에 주로 쓰이며, 고압·대용량에는 전열면적을 넓게 확보할 수 있는 수관보일러가 적합하다. 따라서 '고압용 및 대용량에 적합하다'는 서술은 원통보일러의 실제 특성과 반대된다.

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.

다우섬(Dowtherm)은 열매체보일러에 사용되는 대표적인 유기 열매체(디페닐/디페닐옥사이드계)로, 고온에서도 낮은 증기압을 유지하면서 열을 안정적으로 운반할 수 있어 특수열매체보일러의 가열 유체로 사용된다.
폴리아미드는 합성수지, 덱스트린은 전분 분해물, 에스테르는 유기화합물의 한 종류로 모두 열매체로는 통상 사용되지 않는다.

보일러 안전장치는 이상 압력·수위 상황에서 사고를 방지하는 장치로 방폭문, 안전밸브, 고저수위경보기가 이에 해당한다.
체크밸브(역지밸브)는 유체의 역류를 막는 일반 배관 부속으로, 보일러의 이상 상태를 검출하거나 압력을 방출하는 안전장치의 기능은 하지 않는다.

만수보존법은 보일러 동체 내부를 물로 가득 채워 밀폐하는 단기 보존 방식으로, 보통 2~3개월 이내의 휴지기간에 적용하며 겨울철에는 동결 방지에 유의해야 한다.
이때 보일러수는 부식을 막기 위해 약제를 넣어 알칼리성(pH 11 이상)으로 유지해야 하며, pH 6과 같이 중성~산성에 가까운 상태로 두면 오히려 내부 부식을 촉진하므로 이는 만수보존법의 올바른 설명이 아니다.

배관 내 압력손실은 다르시-바이스바흐 식 $\Delta P = f \dfrac{L}{D}\cdot\dfrac{\rho v^2}{2}$로 나타나며, 유체의 점성으로 인해 발생하고 유속의 제곱 및 관의 길이에 비례하며 관의 내경에는 반비례한다.
즉 압력손실은 관 길이가 길어질수록 커지는(비례하는) 관계이므로, 길이에 반비례한다는 설명은 실제 관계와 반대되어 틀린 설명이다.

히드라진(N₂H₄)은 물과 반응해 산소를 제거하면서 질소와 물만 생성하고 고형분을 남기지 않기 때문에, 보일러수에 용존 고형물을 추가하지 않는 특성으로 고압보일러용 탈산소제로 널리 사용된다.
아황산나트륨(Na₂SO₃)이나 아황산수소나트륨은 저압·중압 보일러에서 주로 쓰이며 반응 후 황산염 등 고형분이 남아 고압보일러에는 부적합하고, (C₆H₁₀O₅)ₙ은 탄수화물 계열로 탈산소제가 아니다.

인젝터는 증기의 열에너지와 운동에너지를 이용해 별도의 동력 없이 급수를 공급하는 장치로, 구조가 간단하고 소형 저압보일러의 예비 급수장치로 사용된다.
급수온도가 높으면 증기 응축이 원활하지 않아 작동이 불가능해지는 단점이 있으며, 별도의 소요 동력이 필요하다는 설명은 인젝터의 핵심 특징인 '무동력 작동'과 반대되므로 틀린 설명이다.

주철제 보일러는 내식성이 우수하고 섹션(절) 단위로 조립하므로 복잡한 구조도 제작할 수 있으며, 반입 후 현장 조립이 가능해 좁은 장소에도 설치할 수 있다.
다만 주철은 강에 비해 취성이 커서 인장 및 충격에 약한 재질이므로, 인장 및 충격에 강하다는 설명은 주철제 보일러의 실제 특성과 반대된다.

프라이밍·포밍이 발생하면 연소량을 줄이고 증기 취출을 서서히 하며, 수위를 안정시킨 뒤 블로우다운으로 보일러수 농도를 낮추는 조치를 취해야 한다.
안전밸브를 전개하면 관수의 급격한 압력 강하로 오히려 격렬한 비수(캐리오버)를 유발할 수 있어, 프라이밍·포밍 발생 시 취해야 할 조치로 적절하지 않다.

이온교환 연화법은 Na형 양이온교환수지를 사용해 수지 성분의 Na⁺와 물속의 경도성분인 Ca²⁺, Mg²⁺ 이온을 교환함으로써 경도성분을 제거하는 원리이다.
수지가 산소원자와 결합하거나, 음이온·양이온을 동시에 결합하거나, 모든 이물질과 결합한다는 설명은 실제 이온교환 반응의 원리와 다르다.

그림은 수관의 단면을 이중 원(관 두께가 보이도록 안쪽 원과 바깥쪽 원을 겹쳐 그린 것)으로 나타내 일렬로 늘어놓고, 뒤쪽 벽면을 빗금으로 처리한 수관 배열이다. 원이 두 겹이라는 것 자체가 내경과 외경이 다르다는 표시다. 수관 보일러의 전열면적은 연소가스가 직접 닿는 수관의 바깥 표면적으로 계산하므로, 내경이 아니라 외경을 써야 한다.
수관 외경 = 내경 + 두께×2 = 60 + 4×2 = 68 mm = 0.068 m이고, 수관 길이는 2200 mm = 2.2 m, 개수는 100개다.
따라서 전열면적은 A = π × do × L × n = π × 0.068 × 2.2 × 100 ≒ 46.99 ≒ 47 m2이다. 내경 60 mm를 그대로 쓰면 41.5 m2가 나오므로, 두께를 양쪽으로 두 번 더해 외경을 만드는 단계가 이 문제의 핵심이다.

방사과열기는 화실 천장부나 노벽에 설치되어 복사열을 직접 받는 구조로, 고온·고압 보일러에서 접촉(대류)과열기와 조합해 과열온도 변동을 줄이는 데 사용된다.
방사과열기는 보일러 부하가 증가할수록 상대적으로 증기온도가 감소하는 특성을 가지므로, 부하와 함께 증기온도가 상승한다는 설명은 틀렸다. 반대로 접촉과열기는 부하 증가 시 증기온도가 상승하는데, 두 방식을 조합하면 서로 상쇄되어 과열온도 변동이 줄어든다.

원통형 압력용기의 원주방향 인장응력은 이음효율을 반영하여 $\sigma = \dfrac{PD}{2t\eta}$로 구한다.
주어진 값을 대입하면 $\sigma = \dfrac{0.3 \times 5000}{2 \times 10 \times 0.75} = \dfrac{1500}{15} = 100\ \mathrm{N/mm^2}$이 되어, 이음효율 75%를 반영한 강판의 인장응력은 100N/mm²이다.

물을 사용하는 설비의 부식은 주로 용존산소, 용존 탄산가스, 낮은 pH(산성) 등 화학적 반응성이 큰 성분에 의해 촉진된다.
실리카는 보일러수 중 스케일(규산염 스케일) 생성의 주된 원인 물질이지 부식을 직접 유발하는 인자는 아니므로, 부식 원인과는 거리가 멀다.

평행부 길이 230mm 미만인 파형노통(모리슨형)의 최소두께는 $t = \dfrac{10PD}{C}$로 구한다.
주어진 값을 대입하면 $t = \dfrac{10 \times 1.1 \times 950}{1100} = 9.5\ \mathrm{mm}$이며, 최소두께는 이 계산값 이상이어야 하므로 주어진 값 중 이를 만족하는 두께는 10mm이다.