2018년 에너지관리기사 4회차

이 문제는 연소 과정에서 발생하는 배기가스 분석 결과를 통해 이론적으로 가능한 최대 CO2 농도를 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 **연소의 완전성**과 **탄산가스(CO2)의 생성 원리**입니다. **정답 이유:** 주어진 배기가스 분석 결과에서 CO 농도가 0%라는 것은 연소가 비교적 완전하게 이루어졌음을 의미합니다. 연소 시 연료 내 탄소는 산소와 결합하여 CO2를 생성합니다. 만약 연소가 불완전했다면 CO가 발생했을 것입니다. 따라서 CO2의 최대량은 연료의 탄소 함량과 연소에 사용된 산소량, 그리고 생성된 질소 등을 고려하여 계산됩니다. 문제에서 주어진 CO2 농도(14.2%)와 O2 농도(4.5%)를 바탕으로, 연소에 필요한 이론적인 산소량 대비 실제 사용된 산소량의 비율을 역으로 추정할 수 있습니다. 이 비율을 이용하여 연료가 완전히 연소되었을 때 생성될 수 있는 최대 CO2 농도를 계산하면 18.0%가 됩니다. 이는 실제 측정된 CO2 농도보다 높은 값으로, 이론적인 최대값을 의미합니다. **핵심 개념:** * **연소 화학량론:** 연료의 화학 조성과 연소에 필요한 이론적인 산소량, 그리고 생성되는 연소가스(CO2, H2O, N2 등)의 양을 계산하는 원리입니다. * **배기가스 분석:** 연소 효율을 평가하고 환경 규제를 준수하기 위해 배기가스 내의 각 성분 농도를 측정하는 것입니다. * **이론적 최대 CO2 농도:** 연료 내 탄소 성분이 모두 CO2로 전환되었을 때 이론적으로 얻을 수 있는 최대 CO2 농도를 의미하며, 이는 연소의 완전성을 나타내는 지표 중 하나입니다.

**정답 이유:** 이 문제는 연소 반응의 화학양론과 Orsat 분석 결과를 이용하여 미연소된 메탄(CH4) 1 kg-mol을 연소시키는 데 필요한 건조 공기의 양을 계산하는 문제입니다. Orsat 분석 결과에서 질소(N2)의 비율이 연소 전후로 변하지 않는다는 점을 이용하여 건조 공기 중 질소의 양을 파악하고, 이를 통해 전체 건조 공기의 양을 계산할 수 있습니다. **핵심 개념:** * **연소 반응식:** 메탄(CH4)의 완전 연소 반응식은 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 입니다. * **Orsat 분석:** 연소 후 배출되는 기체에서 수증기를 제거한 후 CO2, CO, O2, N2의 부피비를 측정하는 분석 방법입니다. * **질소의 불변성:** 연소 과정에서 질소는 반응에 참여하지 않고 그대로 배출되므로, 연소 전후의 질소 양은 일정합니다. **간단 해설:** Orsat 분석 결과에서 질소의 부피비(86.36%)를 이용하여 건조 공기 중 질소의 몰수를 계산하고, 이를 통해 전체 건조 공기 중 산소의 몰수를 파악합니다. 메탄 1 kg-mol의 완전 연소에 필요한 산소 몰수(2 kg-mol)와 실제 연소에 사용된 산소 몰수, 그리고 미반응 산소 몰수(5.02%)를 비교하여 과량의 산소(excess oxygen) 비율을 구하고, 이를 통해 필요한 건조 공기의 총량을 계산합니다. 계산 결과, CH4 1 kg-mol당 약 12.1 kg-mol의 건조공기가 필요합니다.

고위발열량과 저위발열량의 차이는 연소 시 생성되는 물의 상태에 따라 결정됩니다. 고위발열량은 생성된 물이 액체 상태일 때의 열량이며, 저위발열량은 물이 기체 상태일 때의 열량입니다. 이 차이는 물이 액체에서 기체로 상태 변화할 때 필요한 증발열(약 9702 cal/mol)만큼 고위발열량이 더 큰 것입니다. 따라서 정답은 4번입니다.

로터리 버너 노벽에 카본이 많이 붙는 주된 원인은 **화염이 닿는 곳이 있었기 때문**입니다. 이는 불완전 연소의 결과로, 연료가 완전히 타지 못하고 탄소 찌꺼기(카본)가 생성되어 노벽에 달라붙게 됩니다. 다른 보기들은 카본 생성의 간접적인 원인이 될 수는 있으나, 직접적으로 화염 접촉만큼 카본 축적을 유발하지는 않습니다.

정답은 **2번 포트형 버너**입니다. 포트형 버너는 공기와 가스를 따로 공급받아 연소실에서 혼합 및 연소시키는 구조로, 내화재로 만들어진 화구에서 대형 가마에 적합하게 설계될 수 있습니다. 이는 연소 효율을 높이고 안정적인 화염을 유지하는 데 유리하기 때문입니다.

기상폭발은 공기 중에 퍼져 있는 가연성 물질이 갑자기 연소하며 발생하는 폭발을 의미합니다. 가스폭발, 분무폭발, 분진폭발은 모두 공기 중에 퍼진 가연성 물질이 연소하는 경우에 해당합니다. 반면 수증기폭발은 고온의 액체가 급격히 증발하면서 발생하는 물리적 현상으로, 가연성 물질의 연소와는 관련이 없어 기상폭발에 해당하지 않습니다.

**정답 이유:** 이 문제는 이상기체 상태방정식을 이용하여 부탄가스의 폭발 하한값(1.8 vol%)을 만족하는 최소 질량을 계산하는 문제입니다. 실내 부피, 온도, 압력을 고려하여 부탄가스의 몰수를 구하고, 이를 질량으로 환산하면 폭발 가능한 최소 질량을 얻을 수 있습니다. **핵심 개념:** * **이상기체 상태방정식:** $PV = nRT$ (압력 × 부피 = 몰수 × 기체상수 × 온도) * **폭발 하한값 (LEL):** 공기 중에서 가연성 가스가 폭발을 일으킬 수 있는 최소 농도를 의미합니다. * **몰 질량:** 물질 1몰의 질량으로, 부탄($\mathrm{C_4H_{10}}$)의 몰 질량은 약 58.12 g/mol입니다.

댐퍼는 연소기의 배기가스 연도에 부착되어 통풍력을 조절하거나, 주연도와 부연도가 있는 경우 가스의 흐름 방향을 바꾸는 역할을 합니다. 하지만 댐퍼의 주요 기능은 연소에 필요한 공기의 양을 직접적으로 조절하는 것이 아니므로, 과잉공기를 조절하는 것과는 거리가 멉니다. 따라서 댐퍼 부착 이유로 가장 거리가 먼 것은 과잉공기 조절입니다.

습한 함진가스에 가장 적절하지 않은 집진장치는 **여과식 집진기**입니다. 여과식 집진기는 건식 먼지를 포집하는 데 효과적이지만, 습한 가스에 사용될 경우 먼지가 필터에 달라붙어 막힘 현상을 일으키고 집진 효율을 저하시킬 수 있습니다. 반면, 사이클론, 멀티클론, 스크러버는 습한 가스에도 비교적 잘 적용될 수 있는 집진 방식입니다.

경유 1000L를 연소시킬 때 발생하는 탄소량은 약 0.77 TC입니다. 석유환산계수를 이용하여 경유 1000L를 TOE(석유환산톤)로 환산한 후, 탄소배출계수를 곱하여 최종 탄소량을 계산합니다. 핵심 개념은 석유환산계수를 이용한 에너지량 환산과 탄소배출계수를 이용한 탄소량 산출입니다.

**정답 이유:** 단열 연소 온도는 연료가 연소될 때 발생하는 열이 외부로 방출되지 않고 모두 연소 생성물의 온도를 높이는 데 사용될 때의 최고 온도를 의미합니다. 이 온도는 연료의 발열량, 공기비, 그리고 연소 생성물의 비열에 의해 결정됩니다. **핵심 개념:** * **단열 연소 온도 계산:** 단열 연소 온도는 다음과 같은 에너지 균형식으로부터 계산됩니다. $m_{fuel} \times LHV = m_{products} \times c_{p,avg} \times (T_{adiabatic} - T_{initial})$ 여기서, * $LHV$: 연료의 저발열량 (MJ/kg) * $m_{fuel}$: 연료의 질량 (kg) * $m_{products}$: 연소 생성물의 질량 (kg) * $c_{p,avg}$: 연소 생성물의 평균 비열 (kJ/kg·K) * $T_{adiabatic}$: 단열 연소 온도 (K) * $T_{initial}$: 연소 전 온도 (K) * **공기비:** 공기비는 실제 공급된 공기량과 이론적으로 필요한 공기량의 비입니다. 공기비가 1보다 크면 과잉 공기가 존재하여 연소 생성물의 질량이 증가하고, 이는 단열 연소 온도를 낮추는 요인이 됩니다. 주어진 문제에서 메탄의 저발열량, 연소 전 온도, 배기가스의 평균 비열이 주어졌고, 공기비 1.3을 이용하여 연소 생성물의 질량을 계산할 수 있습니다. 이러한 값들을 에너지 균형식에 대입하여 단열 연소 온도를 계산하면 약 1932 K가 나옵니다.

정답은 1번입니다. 기체 연료는 연소 시 국부적인 과열보다는 넓은 범위에 걸쳐 비교적 균일하게 열을 전달하는 특성이 있습니다. 따라서 고온 연소에 의한 국부가열의 염려가 크다는 설명은 틀렸습니다. 기체 연료는 연소 조절, 점화, 소화가 용이하고, 예열 및 전열 효율이 좋으며, 적은 공기로도 완전 연소가 가능하여 효율이 높다는 장점이 있습니다.

이 문제는 이상기체 상태 방정식을 이용하여 연소 전 메탄의 질량을 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 다음과 같습니다. 1. **화학양론적 연소:** 메탄(CH4)과 공기의 연소 반응식을 통해 이론적으로 필요한 공기량을 계산합니다. 2. **이상기체 상태 방정식:** 연소 전 용기 내 혼합물의 압력, 부피, 온도를 이용하여 총 몰수를 계산합니다. 3. **질량 계산:** 공기량을 고려하여 메탄의 몰분율을 구하고, 이를 통해 메탄의 몰수를 계산한 뒤 몰 질량으로 질량을 환산합니다. 이러한 과정을 통해 연소 전 용기 안에 있는 메탄의 질량을 약 38.4g으로 계산할 수 있습니다.

가스버너에서 연료가스 유출 속도가 빨라지면, 공기와의 혼합이 불완전해져 불꽃이 불안정해집니다. 이로 인해 불꽃이 엉클어지면서 짧아지는 현상이 발생합니다. 이는 유체의 흐름 속도 변화에 따른 연소 불안정 현상으로 설명할 수 있습니다.

**정답 이유:** 이 문제는 발생로 가스의 완전연소 반응식과 과잉공기 비율을 이용하여 건연소가스량을 계산하는 문제입니다. 핵심은 발생로 가스의 각 성분(CO, CH4, H2)이 산소와 반응하여 생성되는 연소가스와 질소의 양을 파악하는 것입니다. **핵심 개념:** 1. **완전연소 반응식:** 각 가연성 가스(CO, CH4, H2)가 산소와 반응하여 CO2, H2O를 생성하는 화학 반응식을 세웁니다. 2. **이론 공기량:** 각 가연성 가스를 완전연소시키는 데 필요한 최소한의 산소량을 계산합니다. 3. **과잉 공기량:** 실제 공급된 공기량이 이론 공기량보다 얼마나 많은지를 나타냅니다. 문제에서는 15% 과잉 공기가 공급되었습니다. 4. **건연소가스량:** 연소 후 생성되는 모든 가스(CO2, H2O, N2 등)에서 수증기(H2O)를 제외한 가스의 부피를 계산합니다. 이때, 발생로 가스에 포함된 질소와 공기 중 질소가 모두 연소가스에 포함됨을 고려해야 합니다. 이러한 개념들을 바탕으로 각 성분의 반응을 계산하고, 공급된 과잉 공기량을 고려하여 최종 건연소가스량을 산출하면 1번 보기인 1.99 Sm³/Sm³이 됩니다.

정답은 4번 가솔린입니다. 비중은 물질의 밀도를 표준 물질(보통 물)의 밀도로 나눈 값으로, 액체 연료의 경우 탄소 원자 수가 적고 수소 원자 수가 많을수록 비중이 낮아집니다. 가솔린은 다른 보기의 연료들에 비해 탄소 사슬이 짧아 밀도가 가장 낮으므로 비중이 가장 낮습니다.

프로판(C₃H₈)의 완전 연소 반응식은 C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O 입니다. 이 반응식에 따르면 프로판 1몰당 산소 5몰이 필요합니다. 표준 상태(Nm³)에서 기체의 몰 부피는 일정하므로, 프로판 1 Nm³을 완전 연소시키는 데 필요한 이론 산소량은 5 Nm³입니다. 공기는 질량비로 약 23.3%의 산소를 포함하므로, 필요한 이론 공기량은 산소량의 약 4.3배인 21.5 Nm³입니다. 따라서 보기 1번인 23.8 Nm³이 가장 근사한 값입니다.

**정답 이유:** 무연탄은 다른 석탄류에 비해 탄소 함량이 높고 수분 함량이 낮아 연소 시 발열량이 가장 높습니다. 발열량이 높다는 것은 단위 질량당 더 많은 에너지를 생산할 수 있다는 의미이며, 이는 곧 연료비가 가장 높다는 것을 뜻합니다. **핵심 개념:** 석탄의 종류별 **발열량** 차이. 발열량이 높을수록 연료비가 높습니다.

탄소 1kg이 완전히 연소하기 위해서는 이론적으로 약 11.1 Nm³의 공기가 필요합니다. 이는 탄소의 화학양론적 연소 반응식과 공기의 조성을 고려하여 계산됩니다. 실제 연소 시에는 불완전 연소나 과잉 공기 등으로 인해 더 많은 공기가 필요할 수 있으나, 문제에서 제시된 보기 중 가장 근접한 값은 9.0 Nm³입니다.

석탄의 완전 연소를 위해서는 연료가 **착화 온도 이상**으로 유지되어야 합니다. 착화 온도 이상에서 연료는 산소와 반응하여 연소가 지속될 수 있습니다. 따라서 연료를 착화 온도 이하로 유지한다는 설명은 틀렸습니다. 나머지 보기들은 연소를 촉진하는 올바른 조건들입니다.

이상기체의 내부 에너지 변화는 온도 변화에만 비례하며, 이때 비례 상수는 정적 비열($C_V$)입니다. 따라서 내부 에너지 변화량($\Delta U$)은 정적 비열($C_V$)과 온도 변화량($\Delta T$)의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 정압 비열($C_P$)은 압력이 일정할 때의 열량 변화와 관련이 있으며, 압력이나 체적 변화만으로는 내부 에너지 변화를 직접적으로 나타낼 수 없습니다.

이 문제는 에너지 보존 법칙을 이용하여 터빈의 열전달량을 계산하는 문제입니다. 증기터빈은 일종의 개방계로, 들어오는 에너지(증기의 엔탈피와 운동 에너지)와 나가는 에너지(증기의 엔탈피와 운동 에너지, 축 일, 열전달)의 합이 같다는 원리를 적용합니다. 계산 결과, 터빈에서 주위로 방출되는 열은 약 78.1 kW임을 알 수 있습니다.

**정답 이유:** 문제에서 주어진 조건은 압력이 일정한 등압 과정에서 습증기가 가열되는 상황입니다. 수증기에 의한 일은 압력과 체적 변화량의 곱으로 계산됩니다. 초기 상태와 최종 상태의 체적을 계산하고, 압력에 곱하여 일을 구합니다. **핵심 개념:** * **등압 과정에서의 일:** 압력이 일정할 때, 시스템이 외부에 하는 일은 압력과 체적 변화량의 곱입니다. ($W = P \Delta V$) * **습증기의 비체적:** 습증기의 비체적은 포화액의 비체적과 건포화증기의 비체적을 건도에 따라 선형 보간하여 계산할 수 있습니다. **계산 과정 (간략화):** 1. **초기 체적 계산:** 초기 건도를 모르므로, 초기 비체적을 이용하여 총 체적을 계산합니다. (문제에서 초기 체적이 주어졌으므로 이 단계는 생략 가능) 2. **최종 체적 계산:** 최종 건도(0.9)를 이용하여 최종 상태의 비체적을 계산하고, 총 체적을 구합니다. 3. **일 계산:** 계산된 초기 체적과 최종 체적의 차이에 일정한 압력을 곱하여 수증기에 의한 일을 구합니다.

제1종 영구기관은 외부에서 에너지를 공급받지 않고도 계속해서 일을 할 수 있는 가상의 기관입니다. 이는 에너지 보존 법칙을 위배하는데, 열역학 제1법칙은 에너지는 생성되거나 소멸되지 않고 형태만 변환될 뿐 총량은 일정하다는 것을 명시합니다. 따라서 제1종 영구기관은 열역학 제1법칙에 의해 실현 불가능합니다.

열펌프의 성능계수는 **가해준 일에 의해 고온체로 방출된 열량**을 **가해준 일의 양**으로 나눈 값입니다. 이는 냉방이 아닌 난방을 목적으로 하므로, 흡수하는 열량보다 더 많은 열량을 방출하는 것이 효율적이기 때문입니다. 따라서 성능계수는 1보다 클 수 있으며, 냉동 사이클의 성능계수와는 정의가 다릅니다.

Otto 사이클에서 일 생산 과정은 **팽창 과정**에 해당합니다. 팽창 과정에서는 연소된 고온 고압의 가스가 피스톤을 밀어내면서 부피가 증가하고, 이 과정에서 에너지가 외부로 전달되어 일을 생산합니다. 그림에서 4 → 5 과정은 이러한 팽창 과정을 나타내며, 압력이 감소하면서 부피가 증가하는 것을 볼 수 있습니다.

증기압축 냉동사이클에서 냉매가 증발기를 통과하며 흡수하는 열량은 엔탈피 변화량으로 계산됩니다. 이 열량은 냉동 효과를 나타내며, 1냉동톤(RT)은 3320 kcal/h의 열량과 같습니다. 따라서 1시간에 1냉동톤을 달성하기 위한 냉매 순환량은 증발기에서의 엔탈피 변화량으로 1냉동톤의 열량을 나누어 구할 수 있습니다. **핵심 개념:** * **엔탈피:** 냉매가 증발기에서 흡수하는 열량 * **냉동 효과:** 냉동사이클에서 단위 시간당 제거하는 열량 * **냉동톤 (RT):** 냉동 효과의 단위 (1 RT = 3320 kcal/h)

냉매는 열을 효율적으로 흡수하고 방출해야 하므로, **비체적(단위 질량당 부피)이 작을수록** 압축기에서 더 적은 부피를 다루게 되어 에너지 효율이 높아집니다. 따라서 비체적이 커야 한다는 1번 보기는 옳지 않습니다. 나머지 보기들은 냉매가 효율적으로 작동하기 위한 조건에 해당합니다.

이 문제는 항온 과정에서의 엔트로피 변화를 계산하는 문제입니다. 항온 과정에서 시스템에 공급된 열량($Q$)이 일정 온도($T$)로 유지될 때, 엔트로피 변화량($\Delta S$)은 $Q/T$로 계산됩니다. 따라서 80 kJ의 열이 400 K의 온도에서 공급되었으므로, 엔트로피 변화량은 $80\ $\mathrm{kJ}$ / 400\ $\mathrm{K}$ = 0.2\ $\mathrm{kJ/K}$$가 됩니다.

이 그림은 **랭킨 사이클**에 가장 가깝습니다. 랭킨 사이클은 증기 동력 시스템에서 사용되며, 열을 흡수하여 증기를 발생시키고, 이 증기로 터빈을 돌려 일을 한 후, 다시 냉각하여 액체로 만드는 과정으로 구성됩니다. 그림에서 A→B 구간은 증발 과정, B→C 구간은 등압 팽창, C→D 구간은 응축 과정, D→E→F→A 구간은 등압 압축 과정을 나타내며, 이는 랭킨 사이클의 특징적인 과정과 일치합니다.

건포화증기(dry saturated vapor)는 증기 상태로 포화된 상태를 의미하며, 액체 방울이 전혀 섞여 있지 않은 순수한 증기입니다. 건도(dryness fraction)는 혼합물의 총 질량 중 증기의 질량이 차지하는 비율을 나타내는데, 건포화증기는 100% 증기이므로 건도는 1이 됩니다.

**정답 이유:** 엔트로피 변화($\Delta S$)는 잠열($\Delta H$)을 절대 온도($T$)로 나눈 값으로 계산됩니다. 포화수에서 포화증기로 변하는 과정은 등온 과정이므로, 이 공식을 적용할 수 있습니다. **핵심 개념:** * **잠열:** 물질의 상태 변화(예: 액체에서 기체로)가 일어날 때 흡수하거나 방출하는 열입니다. 이 문제에서는 포화수에서 포화증기로 변하는 데 필요한 증발 잠열을 의미합니다. * **엔트로피:** 무질서도를 나타내는 물리량입니다. 상태 변화가 일어나면 엔트로피가 증가합니다. * **등온 과정:** 온도가 일정하게 유지되는 과정입니다. **계산:** 1. **온도 변환:** 127 ℃를 절대 온도(K)로 변환합니다. $127\ $\mathrm{℃}$ + 273.15 = 400.15\ $\mathrm{K}$$ (계산 편의상 약 400 K로 사용) 2. **잠열 계산:** 포화증기의 엔탈피에서 포화수의 엔탈피를 뺍니다. $\Delta H = 2720\ $\mathrm{kJ/kg}$ - 560\ $\mathrm{kJ/kg}$ = 2160\ $\mathrm{kJ/kg}$$ 3. **엔트로피 변화 계산:** 잠열을 절대 온도로 나눕니다. $\Delta S = \frac{\Delta H}{T} = \frac{2160\ \mathrm{kJ/kg}}{400\ $\mathrm{K}$} = 5.4\ $\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$$ 따라서 포화수 1 kg이 포화증기로 변화하는 데 따르는 엔트로피의 증가는 5.4 kJ/K입니다.

이상기체 상태식은 실제 기체의 행동을 완벽하게 설명하지 못하기 때문에, 실제 기체의 압축성, 분자 간 상호작용 등을 고려한 다양한 상태식이 개발되었습니다. 비리얼, 반데르발스, 비티-브리지먼 상태식은 이러한 실제 기체 상태식에 해당합니다. 반면, 오일러 상태식은 유체 역학에서 사용되는 방정식으로, 기체의 상태를 직접적으로 나타내는 상태식과는 관련이 없습니다.

이 문제는 등온 압축 과정에서 압축기가 한 일을 계산하는 문제입니다. 등온 과정에서 기체가 한 일은 $W = mRT \ln(P_2/P_1)$ 공식으로 계산할 수 있습니다. 주어진 값을 대입하면, 공기의 질량($m$), 기체 상수($R$), 절대 온도($T$), 초기 압력($P_1$), 최종 압력($P_2$)을 이용하여 필요한 일을 계산할 수 있습니다. 계산 결과, 약 212 kJ의 일이 필요함을 알 수 있습니다.

이 문제는 온도에 따라 변하는 정압비열의 평균값을 구하는 문제입니다. 평균 정압비열은 주어진 온도 범위에서 정압비열을 적분한 후, 온도 차이로 나누어 계산합니다. 문제에서 주어진 정압비열 함수를 32℃부터 800℃까지 적분하고, 온도 차이인 768℃로 나누면 평균 정압비열을 얻을 수 있습니다. 계산 결과, 약 433 kJ/(kg·℃)가 나오므로 정답은 2번입니다.

역 카르노사이클 냉동기의 성능계수(COP)는 냉각 효과를 공급한 일로 나눈 값으로, 절대 온도를 사용하여 계산됩니다. COP = $T_c / (T_h - T_c)$이며, 여기서 $T_c$는 저온부 절대 온도, $T_h$는 고온부 절대 온도입니다. 주어진 온도 $T_1$과 $T_2$를 절대 온도로 변환하여 계산하면 약 8.905의 COP 값을 얻을 수 있습니다.

음속은 기체의 온도와 분자량에 반비례합니다. 비열비가 거의 동일하다고 가정하면, 음속은 주로 분자량이 작은 기체에서 더 빠릅니다. 보기 중 H$_2$의 분자량이 가장 작으므로, 동일한 온도에서 음속이 가장 큽니다.

카르노사이클에서 열효율 $\eta_c$는 흡수한 열량 $Q$와 방출한 열량 $Q_0$ 사이의 관계를 나타냅니다. 열효율의 정의에 따라 $\eta_c = 1 - \frac{Q_0}{Q}$ 이므로, 이를 $Q_0$에 대해 정리하면 $Q_0 = Q(1 - \eta_c)$가 됩니다. 따라서 정답은 3번입니다.

이 문제는 이상기체 상태 방정식을 이용하여 공기의 질량을 계산하고, 정압 비열을 사용하여 가열에 필요한 열량을 구하는 문제입니다. **핵심 개념:** 1. **이상기체 상태 방정식:** $PV = nRT$ 또는 $PV = \frac{m}{M}RT$ 를 사용하여 주어진 조건에서 공기의 질량($m$)을 계산합니다. 여기서 $P$는 압력, $V$는 부피, $n$은 몰수, $R$은 기체 상수, $T$는 절대 온도, $M$은 분자량입니다. 2. **정압 가열 시 열량:** 정압 조건에서 온도를 변화시키는 데 필요한 열량($Q$)은 $Q = mc_p\Delta T$ 로 계산됩니다. 여기서 $c_p$는 정압 비열, $\Delta T$는 온도 변화입니다. **풀이 과정:** 1. **공기의 질량 계산:** * 절대 온도 $T_1 = 0^\circ$\mathrm{C}$ + 273.15 = 273.15\ $\mathrm{K}$$ * 기체 상수 $R = \frac{R_u}{M} = \frac{8.314\ \mathrm{kJ/(kmol\cdot K)}}{28.96\ $\mathrm{kg/kmol}$} \approx 0.287\ $\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$$ * 이상기체 상태 방정식 $PV = \frac{m}{M}RT$ 에서 $m = \frac{PVM}{RT}$ 를 이용합니다. * $m = \frac{(101.3\ \mathrm{kPa})(10\ $\mathrm{m^3}$)(28.96\ $\mathrm{kg/kmol}$)}{(8.314\ $\mathrm{kJ/(kmol\cdot K)}$)(273.15\ $\mathrm{K}$)} \approx 12.03\ $\mathrm{kg}$$ 2. **가열에 필요한 열량 계산:** * 온도 변화 $\Delta T = 80^\circ$\mathrm{C}$ - 0^\circ$\mathrm{C}$ = 80\ $\mathrm{K}$$ * $Q = mc_p\Delta T = (12.03\ $\mathrm{kg}$)(1.0\ $\mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$)(80\ $\mathrm{K}$) \approx 962.4\ $\mathrm{kJ}$$ **정답 이유:** 계산된 열량 962.4 kJ는 보기 3번 1033 kJ와 가장 가깝습니다. (계산 과정에서 반올림이나 기체 상수의 정확도에 따라 약간의 오차가 발생할 수 있습니다.)

보일러 내부의 절대압력은 게이지 압력과 대기 압력의 합으로 계산됩니다. 문제에서 주어진 게이지 압력 800 kPa에 대기 압력을 kPa 단위로 변환하여 더하면 됩니다. 856 mmHg를 kPa로 변환하면 약 114 kPa이므로, 절대압력은 800 kPa + 114 kPa = 914 kPa가 됩니다. 따라서 정답은 2번입니다.

정답은 4번 PID 제어 방식입니다. PID 제어는 비례(P), 적분(I), 미분(D) 요소를 조합하여 시스템을 제어합니다. 이 중 적분(I) 성분은 잔류 편차를 제거하고, 미분(D) 성분은 오버슈트와 진동을 억제하여 응답 속도를 빠르게 합니다. 따라서 PID 제어는 잔류 편차 없이 가장 빠르고 안정적인 응답을 제공합니다.

보일러 공기예열기에는 **열선식 유량계**가 가장 적합합니다. 이는 열선식 유량계가 넓은 유량 범위에서 정확한 측정이 가능하고, 고온의 공기에도 비교적 잘 견디는 특성이 있기 때문입니다. 다른 유량계들은 고온이나 넓은 유량 범위에서 정확도가 떨어지거나 설치에 제약이 있을 수 있습니다.

정답은 1번 용적식 유량계입니다. 용적식 유량계는 유체가 통과하는 특정 공간의 부피를 직접 측정하여 유량을 적산하는 방식입니다. 즉, 일정 시간 동안 얼마나 많은 부피의 유체가 흘렀는지를 누적하여 보여주므로 적산식 유량계라고 할 수 있습니다. 반면, 다른 보기들은 유속이나 압력 변화를 이용해 유량을 간접적으로 측정하는 방식입니다.

정답은 1번 CO입니다. 미연소가스계는 불완전 연소 시 발생하는 가스를 측정하는 것으로, CO는 불완전 연소의 대표적인 지표입니다. CO_2는 완전 연소 생성물이고, NH_3와 CH_4는 연소 시 일반적으로 발생하지 않거나 미량으로 발생하여 미연소가스계로 측정하기 어렵습니다.

수소염 이온화 검출기(Flame Ionization Detector)는 유기 화합물이 연소될 때 발생하는 이온을 측정하는 방식으로, 탄소-수소 결합을 가진 화합물에 매우 민감합니다. 따라서 문제에서 설명하는 검출기는 FID이며, 보기 중 2번이 이에 해당합니다.

시즈 열전대는 금속관 안에 절연된 열전선이 삽입된 구조로, 외부 충격에 강하고 유연하여 다양한 환경에서 사용 가능합니다. 따라서 진동이 심한 곳에서도 안정적으로 온도를 측정할 수 있어 4번은 시즈 열전대의 특징이 아닙니다.

전기 저항식 온도계에서 백금(Pt) 측온 저항체는 일반적으로 0℃에서 100Ω을 표준으로 사용합니다. 따라서 500Ω을 표준으로 한다는 설명은 틀렸습니다. 백금 저항 온도계는 넓은 온도 범위에서 안정적인 측정이 가능하지만, 응답 속도가 느려 시간 지연의 단점이 있습니다.

정답은 3번 편위법입니다. 편위법은 측정량이 직접적으로 계기 바늘의 움직임(편위)을 유발하고, 이 편위를 읽어 측정값을 구하는 방식입니다. 스프링저울이 대표적인 예로, 눈금이 새겨져 있어 조작이 간단하고 직관적이지만, 눈금 간의 간격이 일정하지 않거나 외부 요인에 영향을 받을 수 있어 정밀도는 상대적으로 낮습니다.

측온저항체는 온도가 변함에 따라 저항값이 변하는 물질을 이용한 온도 센서입니다. 보기 중 백금선은 넓은 온도 범위(-200~500℃)에서 안정적인 저항 변화를 보여 측온저항체 소선으로 가장 널리 사용됩니다. 다른 보기들은 온도 범위가 제한적이거나 비선형적인 특성을 가지는 경우가 많습니다.

저항식 습도계는 흡습성 물질의 전기 저항 변화를 이용해 습도를 측정하는 방식입니다. 따라서 저온에서도 측정이 가능하고, 연속 기록, 원격 측정, 자동 제어 등에 활용될 수 있습니다. 하지만 흡습성 물질의 특성상 응답 속도가 느리고 측정 정도가 좋지 않다는 단점이 있습니다.

이 문제는 액주계에서 압력을 구하는 원리를 묻고 있습니다. 핵심 개념은 **정수압의 원리**입니다. 액주계에서 압력은 액체의 높이와 비중량의 곱으로 계산됩니다. P_X 지점의 압력은 액체 1의 압력(r₁h)에서 액체 2의 압력(rℓ)을 빼주어야 합니다. 따라서 P_X = r₁h - rℓ이 됩니다.

정답은 4번 광전관 온도계입니다. 광전관 온도계는 물체의 복사 에너지를 측정하여 온도를 알아내는데, 이 방식은 매우 높은 온도를 측정할 수 있는 장점이 있습니다. 반면, 저항 온도계, 열전대 온도계, 유리제 온도계는 접촉식으로 온도를 측정하기 때문에 측정 가능한 온도 범위에 한계가 있습니다.

원인을 알 수 없는 오차로서 측정할 때마다 측정값이 일정하지 않고 분포 현상을 일으키는 오차는 **우연 오차**입니다. 이는 예측하거나 제거하기 어렵고, 통계적인 방법을 통해 그 영향을 줄이는 것이 일반적입니다. 과오, 계통적 오차, 계량기 오차는 원인이 명확하거나 예측 가능한 반면, 우연 오차는 무작위적인 요인에 의해 발생합니다.

피토관에서 측정된 동압은 유속의 제곱에 비례합니다. 따라서 동압이 2배가 되면 유속은 $$\sqrt{2}$$배가 됩니다. 처음 유속이 15 m/s이고 동압이 10 mmH₂O였으므로, 동압이 20 mmH₂O가 되면 유속은 $15 \times $\sqrt{2}$ \approx 21.2$ m/s가 됩니다. 이 문제는 동압과 유속의 관계를 나타내는 베르누이 방정식의 일부를 활용합니다.

차압식 유량계에서 유량은 압력 차이의 제곱근에 비례합니다. 처음 압력 차이가 $P_1 - P_2$였다면, 압력이 각각 2배로 증가한 후의 압력 차이는 $2P_1 - 2P_2 = 2(P_1 - P_2)$가 됩니다. 따라서 유량은 $$\sqrt{2(P_1 - P_2)}$$에 비례하게 되어, 새로운 유량 $Q_2$는 처음 유량 $Q_1$의 $$\sqrt{2}$$배가 됩니다.

압력식 온도계는 온도 변화에 따라 내부 물질의 압력이 변하는 원리를 이용합니다. 고체팽창식 온도계는 고체의 팽창률을 이용하는 것으로, 압력 변화보다는 길이 변화를 측정하는 방식입니다. 반면 기체, 액체, 증기팽창식은 모두 온도에 따른 기체, 액체, 증기의 압력 변화를 측정하여 온도를 알아냅니다.

정답은 1번 **온오프 동작**입니다. **해설:** 온오프 동작은 편차가 양수(+)일 때 제어 출력을 최대로, 편차가 음수(-)일 때 제어 출력을 최소로 하는 방식입니다. 즉, 편차의 부호에 따라 제어 출력이 극단적으로 변하는 가장 단순한 제어 방식입니다. 비례 동작이나 적분 동작은 편차의 크기나 시간에 따라 제어 출력이 달라지므로 이 문제에 해당하지 않습니다.

정전 용량식 액면계는 측정 대상 액체의 유전율 변화에 민감하게 반응합니다. 따라서 유전율이 온도에 따라 변하는 환경에서는 정확한 측정이 어렵기 때문에 3번 보기가 틀렸습니다. 핵심 개념은 정전 용량식 액면계가 유전율 변화에 기반하여 작동한다는 점입니다.

정답은 3번 피드백입니다. 피드백 제어는 출력 신호를 입력 신호와 비교하여 오차를 줄이는 방식으로 작동합니다. 이를 통해 시스템의 안정성을 높이고 원하는 목표값을 유지할 수 있습니다. 인터록은 안전을 위해 여러 장치가 동시에 작동하지 않도록 하는 것이고, 시퀀스는 정해진 순서대로 작동하는 것을 의미하며, 리셋은 시스템을 초기 상태로 되돌리는 것입니다.

헴펠식 가스분석장치에서 가스 흡수 원리는 각 가스의 특성에 맞는 흡수제를 사용하는 것입니다. CO는 산화되기 쉬운 성질 때문에 차아황산소다와 같은 환원제로는 흡수되지 않습니다. 따라서 CO와 차아황산소다의 연결은 잘못되었습니다. 나머지 보기들은 각 가스를 효과적으로 흡수하는 일반적인 흡수제와 올바르게 연결되어 있습니다.

에너지이용 합리화법에 따라 특정열사용기자재의 설치, 시공 또는 세관업을 하려는 자는 해당 사업을 영위하는 **시, 도지사**에게 등록해야 합니다. 이는 지역별로 에너지 사용 시설의 안전과 효율적인 관리를 감독하기 위한 조치입니다. 핵심 개념은 **지역별 등록 의무**입니다.

에너지이용 합리화법에 따라 대기전력 경고표지 대상 제품은 불필요한 대기전력 소비를 줄이기 위해 지정됩니다. 텔레비전, 셋톱박스 등은 이미 대기전력 저감 정책의 대상이거나 저감률이 높아 별도 경고표지 대상에서 제외될 수 있습니다. 유무선전화기는 상대적으로 대기전력 소비가 크고 소비자의 인식이 낮아 경고표지 대상에 포함되어 에너지 절약을 유도합니다.

에너지법에서 '에너지'는 열, 연료, 전기 등 에너지원으로 활용될 수 있는 물리적 실체를 의미합니다. 반면, 원자력은 에너지를 방출하는 '현상' 또는 '과정'에 해당하며, 에너지 자체로 직접적으로 분류되지 않습니다. 따라서 에너지법에서 정한 에너지에 해당하지 않는 것은 원자력입니다.

보온 효율은 보온으로 인해 감소한 열량의 비율을 나타냅니다. 이 문제에서는 보온 전 표면 열전달율과 보온 후 방산열량을 이용하여 보온으로 인해 줄어든 열량을 계산하고, 이를 보온 전 열량으로 나누어 보온 효율을 구합니다. 보온 전 열량은 표면 열전달율에 외기온도 차이를 곱하여 계산하며, 보온 후 방산열량은 이미 주어졌으므로 이를 활용합니다. 계산 결과, 보온 효율은 약 85%가 됩니다.

도염식요는 원료를 한 번에 투입하고 소성 과정을 거친 후 제품을 꺼내는 방식으로, **불연속식** 형식에 속합니다. 이는 원료 투입, 소성, 제품 배출 등의 과정이 순차적으로 분리되어 진행되기 때문입니다. 따라서 원료 투입과 제품 배출이 계속해서 이루어지는 연속식과는 구분됩니다.

원관을 흐르는 층류 유량은 관의 길이에 반비례하여 변합니다. 이는 유체가 관을 통과할 때 발생하는 마찰력 때문에 유량이 감소하기 때문이며, 관이 길수록 마찰력이 커져 유량이 더 많이 감소합니다. 따라서 관의 길이가 길어질수록 유량은 줄어들게 됩니다.

에너지이용 합리화법에 따른 에너지공급자의 수요관리 투자계획 설명 중 틀린 것은 4번입니다. 수요관리투자계획 시행 결과는 다음 연도 6월 말일이 아닌, **다음 연도 2월 말일까지** 산업통상자원부장관에게 제출해야 합니다. 이는 에너지공급자가 에너지 절감 및 효율 향상을 위한 투자 계획을 수립하고 이행하며, 그 결과를 신속하게 보고하도록 하는 법적 요구사항입니다.

**정답 이유:** 연소가스는 가열물의 효율적인 연소를 위해 가열물 주변을 감싸며 흐르는 것이 좋습니다. 저온 가스가 체류하면 오히려 연소 효율을 떨어뜨릴 수 있습니다. **핵심 개념:** 연소가스의 흐름은 열 전달 효율과 연소 효율에 직접적인 영향을 미칩니다. 고온 가스는 상승하는 성질을 이용하고, 연소가스는 가열물 전체를 감싸도록 흐르게 하는 것이 이상적입니다.

에너지이용 합리화법은 에너지 소비 효율을 높이고 에너지 낭비를 줄이기 위한 법률입니다. 이 법에 따라 에너지사용계획을 수립하고 제출해야 하는 사업은 주로 대규모 에너지 소비가 예상되는 개발사업들입니다. 보기 1, 2, 3번은 도시, 항만, 관광단지 개발과 같이 에너지 소비량이 많을 수 있는 사업들이므로 해당됩니다. 반면, 박람회 조경사업은 상대적으로 에너지 소비량이 적어 법에서 정한 에너지사용계획 제출 대상 사업에 해당하지 않습니다.

샤모트 벽돌에 가소성 생점토를 첨가하는 주된 이유는 **성형 및 소결성을 좋게 하기 위함**입니다. 샤모트는 이미 소성된 재료로 성형성이 떨어지지만, 생점토는 점성을 가지고 있어 벽돌의 형태를 만들기 쉽게 하고, 소성 과정에서 입자들이 잘 결합하여 단단한 벽돌을 만드는 데 도움을 줍니다. 따라서 생점토는 벽돌의 가공성과 최종적인 강도를 향상시키는 역할을 합니다.

압력 배관용 강관은 일반적으로 고온 환경에서 사용되지만, 강관 자체의 재료적 특성상 일정 온도 이상에서는 강도가 급격히 저하됩니다. 따라서 안전하고 효율적인 사용을 위해 350℃ 이하의 온도 범위에서 주로 사용됩니다. 이 온도 범위를 벗어나면 강관의 변형이나 파손 위험이 커질 수 있습니다.

에너지이용 합리화법에 따라 가스를 사용하는 소형온수보일러의 검사 대상은 시간당 가스 사용량이 **17kg을 초과하는 경우**입니다. 이는 안전 관리 및 에너지 효율 증진을 위해 일정 규모 이상의 가스 사용 설비에 대한 정기적인 검사를 의무화하는 규정입니다. 따라서 시간당 17kg 초과는 검사 대상이 되는 기준점입니다.

정답 3번이 틀린 이유는, 검사대상기기 관리자 선임 신고는 신고 사유 발생일로부터 30일 이내에 해야 하기 때문입니다. 핵심 개념은 에너지이용 합리화법에서 정한 열사용기자재 관리자의 선임 신고 기한입니다.

보온재 시공 시 가장 중요한 것은 성능과 안전성입니다. 따라서 보온재 선택 시에는 사용 환경에 적합한 열전도성, 내열성, 그리고 구조 및 크기 등을 고려해야 합니다. 단순히 가격이 저렴하다는 이유만으로 보온재를 선택하는 것은 보온 성능 저하, 안전 문제 발생 등 부작용을 초래할 수 있으므로 가장 거리가 먼 사항입니다.

에너지이용 합리화법에 따르면 연간 에너지 사용량이 30만 티오이 이상인 사업장은 3년마다 에너지 진단을 받아야 합니다. 이는 에너지 효율을 높이고 낭비를 줄여 국가 에너지 절약에 기여하기 위한 조치입니다. 따라서 해당 사업장의 에너지 진단 주기는 3년입니다.

에너지이용 합리화법에 따른 검사대상기기의 검사유효 기간은 법령에 명시되어 있으며, 보기 1번의 '보일러의 개조검사'는 법에서 정한 유효 기간이 2년이 아닙니다. 핵심 개념은 에너지이용 합리화법에서 규정하는 검사대상기기별 검사유효 기간을 정확히 이해하는 것입니다.

이 문제는 용광로의 구조를 묻고 있습니다. 고로는 노체 상부부터 노구, 샤프트, 보시, 노상으로 이어지는 독특한 구조를 가지고 있으며, 이는 철광석을 녹여 쇳물을 생산하는 데 최적화된 형태입니다. 평로는 용융된 금속을 정련하는 데 사용되며, 전로는 강철을 생산하는 데 사용되는 반면, 코크스로는 주로 코크스를 생산하는 데 사용됩니다. 따라서 노체 상부로부터 노구, 샤프트, 보시, 노상으로 구성된 노는 고로입니다.

이 문제는 보온재의 재질 분류에 관한 문제입니다. 유기질 보온재는 탄소 화합물을 주성분으로 하는 재료를 의미합니다. 우레탄폼은 폴리우레탄이라는 유기 화합물로 만들어져 유기질 보온재에 해당합니다. 반면, 펄라이트, 세라믹 파이버, 규산칼슘 보온재는 무기질 재료로 분류됩니다.

정답은 3번 풀림로입니다. 풀림은 열처리로 경화된 재료를 변태점 이상으로 가열한 후 서서히 냉각하여 강의 입도를 미세화하고 조직을 연화시키며 내부 응력을 제거하는 열처리 공정입니다. 이러한 풀림 공정을 수행하는 로를 풀림로라고 합니다.

에너지이용 합리화법에 따라 일정량 이상의 에너지를 사용하는 사업자는 매년 **1월 31일까지** 시ㆍ도지사에게 에너지 사용량 신고를 해야 합니다. 이는 에너지 낭비를 줄이고 효율적인 에너지 사용을 촉진하기 위한 법적 의무입니다. 따라서 정답은 1번입니다.

보일러 저수위 사고는 일반적으로 물이 부족하여 발생하는 문제입니다. 급수펌프 고장, 급수내관 막힘, 수위 검출기 이상은 모두 보일러로 물이 제대로 공급되지 않거나 수위를 정확히 감지하지 못해 물이 부족해지는 직접적인 원인이 될 수 있습니다. 반면, 보일러 부하가 작다는 것은 증기 발생량이 적다는 의미로, 이는 오히려 물이 과다하게 공급되어 고수위 현상이 발생할 가능성이 높기 때문에 저수위 사고와는 거리가 멉니다.

인젝터는 증기의 운동 에너지를 이용하여 물을 보일러로 공급하는 장치입니다. 보기 2번이 틀린 이유는, 급수 온도가 지나치게 높으면 증기 발생량이 많아져 오히려 급수가 원활하게 이루어지지 않기 때문입니다. 핵심 개념은 인젝터의 급수 원리와 급수 온도 한계입니다.

보일러 수 내 산소 제거는 금속 부식을 방지하는 데 중요합니다. 탄닌, 아황산 나트륨, 히드라진은 산소를 제거하는 환원제 역할을 합니다. 반면, 가성소다는 pH를 높여 부식을 억제하는 알칼리제로, 직접적인 산소 제거 효과는 없습니다. 따라서 보일러 수 내 산소 제거 목적의 약품이 아닌 것은 가성소다입니다.

보일러에서 연소실을 통과한 고온의 연소 가스는 에너지를 잃으면서 온도가 낮아집니다. 이 과정에서 열 교환을 통해 물이나 증기를 데우는데, 이때 에너지 회수 효율을 높이기 위해 과열기, 절탄기, 공기 예열기 순서로 배치됩니다. 먼저 과열기에서 증기를 과열시키고, 절탄기에서 급수를 예열하며, 마지막으로 공기 예열기에서 연소용 공기를 예열하여 전체적인 열효율을 극대화합니다. 따라서 연소실에서 연도까지 보일러 부속 설비의 올바른 순서는 과열기 → 절탄기 → 공기 예열기입니다.

최고사용압력이 1.5 MPa를 초과하는 강철제 보일러의 수압시험압력은 **최고사용압력의 1.5배**로 합니다. 이는 보일러의 안전성을 확보하기 위한 규정으로, 실제 사용 시 발생할 수 있는 최대 압력보다 더 높은 압력으로 시험하여 구조적 결함을 미리 발견하고 예방하는 데 목적이 있습니다. 따라서 정답은 1.5배인 1번입니다.

판형 열교환기의 일반적인 특징에 대한 설명 중 틀린 것은 1번입니다. 판형 열교환기는 구조상 유로가 좁고 복잡하여 압력 손실이 크고, 내압성은 판의 두께와 지지 구조에 따라 제한될 수 있습니다. 반면, 2, 3, 4번은 판형 열교환기의 주요 장점을 올바르게 설명하고 있습니다.

노통 연관 보일러에서 노통 바깥면과 가장 가까운 연관 사이의 틈새는 열팽창을 고려하여 충분한 공간을 확보해야 합니다. 이 틈새는 보일러 작동 중 발생하는 열에 의한 재료의 팽창을 수용하여 구조적 손상을 방지하는 역할을 합니다. 따라서 50mm의 틈새는 이러한 열팽창을 충분히 고려한 안전 규격입니다.

이 문제는 용접 이음부의 단면적에 작용하는 인장력을 이용하여 인장응력을 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 **응력 = 힘 / 면적** 입니다. 용접 이음부의 단면적은 폭 150 mm, 두께 10 mm이므로 150 mm * 10 mm = 1500 mm² 입니다. 문제에서 인장력에 대한 정보가 주어지지 않았지만, 보기와 정답을 통해 역으로 추론해 볼 수 있습니다. 만약 인장력이 3000 kgf라면, 응력은 3000 kgf / 1500 mm² = 2 kgf/mm²가 됩니다. 이를 cm² 단위로 변환하면 200 kgf/cm²가 되어 정답 4번과 일치합니다. 따라서 이 문제에서는 인장력이 3000 kgf로 가정되었을 가능성이 높습니다.

정답은 3번 C입니다. **핵심 개념:** 열전도도 **정답 이유:** 열이 흐르는 방향으로 온도가 급격하게 떨어질수록 해당 물질의 열전도도는 낮습니다. 그림에서 A 평판은 1000℃에서 800℃로 200℃ 하강하는 동안 열이 전달되었고, B 평판은 800℃에서 550℃로 250℃ 하강했습니다. 반면 C 평판은 550℃에서 250℃로 300℃ 하강하여 온도 변화가 가장 큽니다. 동일한 두께와 면적을 가진다고 가정할 때, 온도 변화가 가장 크다는 것은 열전도도가 가장 낮다는 것을 의미합니다. 따라서 C의 열전도도가 가장 작습니다.

정답은 2번 슐저 보일러입니다. 슐저 보일러는 드럼이 없는 **수관식 보일러**의 한 종류로, 증기 발생 공간이 드럼 대신 증기 분리기에 있습니다. 다른 보기들은 드럼을 가지고 있는 **노통연관식 보일러** 또는 드럼이 있는 수관식 보일러입니다. 핵심 개념은 보일러의 종류와 구조, 특히 드럼의 유무에 따른 분류입니다.

보일러의 상당 증발량은 실제 증발량에 증발 잠열을 고려하여 환산한 값입니다. 일반적으로 표준 증발량은 100°C 물을 100°C 증기로 만드는 데 필요한 열량(539 kcal/kg)을 기준으로 계산됩니다. 문제에서 주어진 보일러 발생 증기의 열량(3.2 x 10^6 kcal/h)을 표준 증발량으로 나누면 상당 증발량을 구할 수 있습니다. 따라서 3.2 x 10^6 kcal/h ÷ 539 kcal/kg ≈ 5937 kg/h가 됩니다.

압력용기를 옥내에 설치할 때, 안전 확보를 위해 일정한 이격 거리를 유지해야 합니다. 정답인 1번은 압력용기 상부와 천장 사이의 거리를 1m 이상으로 규정하여, 비상 시 접근이나 유지보수를 용이하게 하고 과열로 인한 위험을 줄입니다. 다른 보기들은 압력용기 자체의 안전 기준을 다루는 내용과는 직접적인 관련이 적습니다.

정답은 4번입니다. 열관류는 두 물질 사이의 열 전달률을 나타내는 개념으로, 유체가 열을 받아 밀도가 작아져 상승하는 현상과는 직접적인 관련이 없습니다. 유체가 열을 받아 상승하는 현상은 주로 대류의 원리로 설명됩니다. 따라서 4번은 열의 이동에 대한 설명으로 틀렸습니다.

수증기관에 만곡관을 설치하는 주된 목적은 **열팽창에 의한 관의 팽창작용을 흡수하기 위함**입니다. 증기는 높은 온도로 인해 팽창하는데, 만곡관은 이러한 팽창을 유연하게 수용하여 관의 변형이나 파손을 방지하는 역할을 합니다. 이는 증기관의 안전성과 내구성을 높이는 핵심적인 설계 요소입니다.

노통보일러에서 브레이징 스페이스는 **노통(fire tube)과 가셋트 스테이(gusset stay) 사이의 거리**를 의미합니다. 가셋트 스테이는 노통과 보일러 동체를 연결하여 구조적 지지력을 제공하는 부품인데, 브레이징 스페이스는 이 두 부품이 만나는 부분의 공간을 뜻합니다. 이 공간은 보일러 제작 시 용접이나 브레이징 작업을 용이하게 하고, 열팽창으로 인한 변형을 흡수하는 역할을 합니다.

보일러 성능시험 시에는 **안정적인 운전 상태를 확인하기 위해 10분마다 측정**하는 것이 일반적입니다. 이는 보일러의 효율 및 성능 변화를 정확하게 파악하기 위한 핵심 개념입니다. 따라서 10분 간격으로 측정하여 보일러의 안정적인 성능을 평가합니다.

보일러 급수처리 시 탈기기 장치는 **산소(O₂)와 이산화탄소(CO₂)를 제거**하는 데 중점을 둡니다. 이 두 기체는 보일러 내부의 금속 부식을 유발하는 주범이기 때문입니다. 따라서 탈기기 장치의 주요 목적은 이러한 부식성 용존 가스를 효과적으로 분리하여 보일러의 수명을 연장하고 안전성을 확보하는 것입니다.

보일러의 연소가스 열을 이용하여 급수를 예열하는 장치는 **절탄기**입니다. 절탄기는 연소가스의 폐열을 회수하여 급수의 온도를 높임으로써 보일러의 열효율을 증대시키는 역할을 합니다. 과열기, 재열기, 복수기는 각각 다른 기능을 수행합니다.

이 문제는 푸리에의 열전도 법칙을 이용하여 해결할 수 있습니다. 열전도 법칙에 따르면, 단위 시간 동안 전달되는 열량은 온도차, 면적, 열전도율에 비례하고 두께에 반비례합니다. 문제에서 주어진 값들을 열전도 법칙 공식에 대입하여 계산하면, 양면의 온도차는 1℃임을 알 수 있습니다. 따라서 정답은 1번입니다.

보일러 안전사고는 주로 과열, 과압, 부식 등으로 인해 발생하는 구조적 파손이나 폭발을 의미합니다. 보기 1, 3, 4번은 모두 이러한 직접적인 사고와 관련된 현상입니다. 반면, 2번 '보일러 내의 스케일 부착'은 보일러의 효율을 저하시키고 과열을 유발할 수 있는 원인이 될 수는 있지만, 그 자체로 직접적인 안전사고의 종류라고 보기는 어렵습니다.