Journal of the Korean Institute of Gas (한국가스학회지)

The Korean Institute of GAS (한국가스학회)
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Finite Element Analysis of Rod and Inside of Chamber of High Pressure Pump for Liquid Hydrogen

액화수소 고압 펌프 Rod 및 챔버 내부 유한요소해석

  • Hyunse Kim (Research Institute of Carbon Neutral Energy Machinery, Korea Institute of Machinery and Materials) ;
  • Young-Bog Ham (Research Institute of Carbon Neutral Energy Machinery, Korea Institute of Machinery and Materials) ;
  • Jung-Ho Park (Research Institute of Carbon Neutral Energy Machinery, Korea Institute of Machinery and Materials)
  • 김현세 (한국기계연구원 탄소중립기계연구소) ;
  • 함영복 (한국기계연구원 탄소중립기계연구소) ;
  • 박중호 (한국기계연구원 탄소중립기계연구소)
  • Received : 2024.01.24
  • Accepted : 2024.05.31
  • Published : 2024.06.30
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Abstract

Recently, transportations using hydrogen energy is being researched for the alternative energy of fossil fuels. To use them, processes of producing, storing and transferring are required. When carrying them in liquid under 90 MPa pressure, it costs less than in a gas status. Thus, a hydrogen pump is necessary and in this research we predicted the flow in the chamber using finite element methods (FEM) program ANSYS. As a result, when the valve was opened by 3 mm, between the 1st chamber and the 2nd chamber, the maximum velocity was decreased to 8.111 m/s by 10.6% (without valve, 9.075 m/s). In addition, pressure was also increased to 0.63 MPa by 1.6% (without valve, 0.62 MPa). When using these results, more efficient processes would be possible in designing them in detail.

최근 화석연료를 대체할 수 있는 수소에너지를 이용한 이동 수단에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 한편 이를 이용하기 위해서는 수소를 생산 저장 이송하는 과정이 필수적이다. 특히 수소를 90 MPa에 이르는 고압으로 저장 이송할 경우 기체 상태가 아닌 액체 상태이므로 부피가 감소하여, 상대적으로 비용을 절감 할 수 있다. 본 연구에서는 수소 액화에 필수적인 액화수소 펌프 개발을 위해 챔버 내의 유동을 유한요소해석 (Finite Element Methods (FEM)) 프로그램인 ANSYS를 이용하여 해석하였다. 그 결과, 1차 챔버에서 2차 챔버 사이에 밸브가 없는 경우, 2차 챔버 내의 최대 속도는 9.075 m/s, 밸브가 3 mm 열린 경우의 최대 속도는 8.111 m/s 로 10.6% 감소하였다. 또한 밸브가 없는 경우의 최대 압력은 0.62 MPa, 밸브가 3 mm 열린 경우의 최대 압력은 0.63 MPa 로 1.6% 증가하였다. 이 결과를 바탕으로 액화수소 펌프의 상세 설계에 활용할 경우, 좀 더 효율적인 펌프의 설계가 가능할 것으로 판단된다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 산업통상부 한국에너지기술평가원 (KETEP) 에너지기술개발사업 (20203010040020, 액화수소 충전소용 100 kg/h, 90MPa급 극저온 왕복동 펌프 개발) 및 한국기계연구원의 기본사업 (NK249B)의 지원으로 수행되었음.

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