개념 한 쪽
증기 사이클은 증기의 처리 방식에 따라 구분한다는 관점으로 이해한다. 터빈의 팽창 도중 일부 증기를 빼내 급수를 가열하면 재생사이클이라 하고, 팽창한 증기를 다시 보일러로 보내 데워 팽창시키면 재열사이클이라 구별한다. 랭킨 사이클은 추출·재가열 장치가 없는 기본 사이클로 본다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「증기사이클」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 사이클 유형 판별 | 1 | 문장 표현으로 재생인지 재열인지 가려내기 |
| 잠열·상태 변화 판별 | 1 | 온도 변화 유무로 잠열인지 현열인지 판단하기 |
| 증발 엔트로피 계산 | 1 | 증발잠열을 절대온도로 나누어 엔트로피를 구하기 |
증기사이클을 분류할 때 핵심은 '증기를 어디로 보내 다시 쓰는가'를 확인하는 것이다. 터빈 팽창 중간에 일부 증기를 추출하여 급수 가열기로 보내 열을 회수하면 재생사이클(Regenerative Cycle)이라 한다. 이런 방식은 버려질 열을 회수해 보일러로 들어가는 급수를 미리 데우므로 발전소 효율을 향상시킨다.
반대로 재열사이클은 터빈에서 한 번 팽창한 증기를 보일러로 되돌려 재가열한 뒤 저압 터빈에서 다시 팽창시키는 방식이다. 즉 '증기를 빼내어 물을 데운다'면 재생, '증기 자체를 다시 데운다'면 재열로 판정한다.
랭킨 사이클은 추출이나 재가열 장치가 없는 가장 기본적인 사이클로 이해한다. 추가사이클이라는 용어는 일반적이지 않으므로 보기에 나오면 정의와 맞지 않는 선택지로 본다.
증기 상태 관련 기초 개념도 함께 익혀야 한다. 건도(x)는 습증기 중 건증기 질량의 비율이며 포화액은 x=0, 건포화증기는 x=1, 습증기 영역은 0<x<1로 정리한다. 잠열과 현열의 구분도 중요하며, 상태 변화 시 흡수되거나 방출되는 열은 잠열로 분류한다.
1) 사이클 유형 판별 예시 문장에서 '터빈 팽창 도중 일부 증기를 추출하여 급수 가열에 사용'이라는 표현이 있으면 재생사이클로 정답을 도출한다. 반면 '팽창한 증기를 다시 보일러로 보내 데운다'는 표현이면 재열사이클로 정답을 도출한다.
2) 엔트로피 증가 계산 예시 대기압에서 물 1kg이 증발할 때의 엔트로피 증가량은 ΔS = Q/T 공식을 사용한다. 증발잠열 Q = 2260 kJ/kg, 끓는점 T = 100℃ = 373K이므로 ΔS ≈ 2260/373 ≈ 6.05 kJ/K가 된다. 이 계산에서 온도는 반드시 절대온도(K)를 사용해야 한다.
잠열변화 과정에 해당하는 것은?
정답 ② · 문제는 어떤 과정이 잠열변화(잠열 흡수 또는 방출로 상태만 변화하고 온도는 일정한 과정)에 해당하는지를 묻고 있다. 잠열변화는 온도가 고정된 상태에서 고체↔액체(융해·응고)나 액체↔기체(증발·응축)가 이루어지는 경우로, 0℃의 얼음이 0℃의 물로 변하는 융해 과정이 이에 해당한다.
잠열변화는 온도가 일정한 채 얼음·물·증기처럼 상태만 바뀌는 과정으로, 융해와 증발이 여기에 해당한다.
증기를 터빈 내부에서 팽창하는 도중에 몇 단으로 나누어 그중 일부를 빼내어 급수의 가열에 사용하는 증기 사이클은?
정답 ③ · 문항은 터빈 팽창 도중 일부 증기를 추출해 급수를 가열하는 사이클의 명칭을 묻고 있다. 터빈의 중간 단계에서 증기를 추출하여 급수 가열기로 보내는 방식은 재생사이클로, 추출증기를 이용해 열을 회수하여 급수를 예열함으로써 효율을 높이는 구조이다.
터빈 팽창 도중 증기 일부를 추출해 급수 가열에 쓰는 사이클은 재생사이클이다.
물 1kg이 대기압에서 증발할 때 엔트로피의 증가량은? (단, 대기압에서 물의 증발잠열은 2260kJ/kg 이다.)
정답 ② · 대기압에서의 등온 등압 변화에서 엔트로피 변화량 ΔS는 잠열 Q를 온도 T로 나눈 값입니다. 대기압에서 물의 끓는점은 약 100℃이며, 이를 절대 온도로 환산하면 373K입니다.
등온 증발의 엔트로피 증가는 ΔS=잠열/절대온도=2260/373≈6.05kJ/K이다.
에너지관리산업기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.