• 기계저널
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• 제51권11호
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• pp.45-50
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• 2011

연료전지 자동차의 700MPa 고압수소저장을 위한 기술 개발이 진행되고 있다. 고압수소저장에서 재료 문제는 고압수소가스에 재료가 노출되는 데 다른 수소취화가 중요하여 그에 관한 연구가 진행되고 있다. 이 글에서는 차량탑재 용기와 수소 스테이션의 안전성 확보를 위한 규제를 비롯한 수소취화에 대응하여 그 재료 규제에 관한 국제 동향을 소개한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.112.2-112.2
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• 2010

지구의 온난화로 인한 기상변화 등이 계속적으로 발생하는 가운데 전 세계는 지구 온난화의 가장 근본적인 원인인 이산화탄소의 방출을 줄이기 위한 방안을 찾기 위해 많은 노력을 하고 있다. 이에 대해 전 세계적으로 각종의 기후협약 체결, 리우선언, 도쿄의정서 등을 통해 온실가스 배출원인인 석유 등 화석에너지 배출을 억제하기 위한 활동이 행해지고 있으며, 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지를 발견하기 위한 연구개발에도 박차를 가하고 있다. 이러한 계속적인 연구개발에서, 세계의 국가들은 친환경 에너지인 태양열, 풍력, 지열 및 수소에너지와 같이 화석연료를 대체할 수 있는 다양한 에너지를 조사하고 개발해왔고 현재도 가장 적합한 에너지 자원을 찾기 위하여 노력 중에 있다. 최근에, 수많은 대체에너지 중 수소 에너지는 유해배출가스가 없기 때문에 가장 유망한 대안이라고 판단되어 전 세계가 수소에너지 연구개발에 주목하고 있다. 이러한 수소에너지를 교통수단에 적용하기 위하여 전 세계적으로 안전성 및 기술 확보를 위한 기술개발과 안전기준의 확립하기 위해 노력하고 있다. 현재 기술적으로 수소를 자동차용 연료로 사용하기 위해서는 수소를 액체 상태 및 압축 상태로 저장하는 것이다. 두 가지 저장방법 중 세계 대부분의 자동차 메이커들은 수소를 압축하는 방식을 채택하고 있으며, 자동차의 주행거리를 최대한 확보하기 위하여 수소가스를 고압으로 압축한 상태로 저장하는 방식을 사용하고 있다. 이에 따라 고압의 수소를 안전하게 저장할 수 있는 고압수소용기의 개발이 필요하다. 수소연료전지 자동차에 장착이 가능한 고압으로 압축된 수소를 저장할 수 있고, 자동차에 탑재할 수 있도록 적합한 크기의 가벼운 용기의 개발이 진행되어지고 있다. 자동차용 용기는 크게 4가지 타입으로 구분지어 진다. 현재는 4가지 타입의 압축용기 중 안전성과 중량을 만족시키기 위해 Type3와 Type4 형태의 용기가 수소자동차에 시범적으로 적용되어 운용되고 있다. 또한 고압수소용기의 신뢰성과 안전성을 확보하기 위한 기준 및 코드가 국 내외에서 연구 개발되고 있다. 본 연구에서는 수소연료전지자동차에 장착되는 고압수소용기의 국제기준 동향에 따른 국내의 차량용 고압수소용기를 위한 KGS 안전기준의 개발현황과 개발방향을 제시하고자 한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권11호
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• pp.1377-1382
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• 2011

최근, 화석연료의 고갈과 환경오염의 문제로 인해 차세대 신재생 에너지에 대한 관심이 증대되고 있다. 그 중 수소연료는 친환경, 저장의 용이, 손쉬운 제조 등과 같은 장점에 반해 가연범위가 넓고, 폭발의 위험성이 단점으로 대두되고 있다. 본 연구에서는 간편한 SP 시험법을 이용하여 고압수소가스 분위기 하에서 in-situ 수소취화거동을 평가할 수 있는 시험기법을 확립하고자 한다. 그 적용성을 평가하기 위해서 수소저장용기 재료로 사용되는 스테인리스강(SUS316L)을 사용하여 대기압, 고압 헬륨 및 수소가스 분위기에서 시험하였다. 실험결과, 고압 수소가스 분위기에서는 수소 침투로 인해, 대기압 및 헬륨가스 분위기하에서와 달리, 시험편 표면에 미세균열 발생과 하중-변위 선도상 소성불안정 변형 영역에서 연신율 감소를 가져왔고, 파면관찰 결과 수소취화 균열이 관찰되어 SP시험법의 유효성을 나타내었다.

• 기계저널
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• 제51권11호
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• pp.28-31
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• 2011

고압 수소 시스템의 설계나 건전성 평가를 하려면 그 재료에 대한 수고의 환경에서의 역학적 특성을 알고 있어야 한다. 이글에서는 고압 수소 환경에서 재료의 역학적 특성 방법에 대해 소개하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.225.2-225.2
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• 2010

전 세계는 온실 가스의 방출을 줄이기 위하여 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 에너지를 찾기 위해 연구개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 계속적인 연구에서, 전 세계의 국가들은 태양열, 풍력, 지열 및 수소에너지와 같이 화석연료를 대체할 다양한 가스를 조사해왔다. 대체에너지 중 수소 연료는 실제로 배출가스가 없기 때문에 가장 유망한 대안이라고 할 수 있다. 연료전지자동차용 연료로 수소를 사용하기 위해서는 저장합금, 액체 및 압축 상태로 저장할 수 있다. 이 중 세계 대부분의 자동차 메이커 들은 수소를 압축하는 방식을 채택하고 있으며, 주행거리를 확보하기 위하여 고압상태로 수소가스를 저장하는 방식을 사용한다. 수소연료전지 자동차용으로 고압의 수소를 저장할 수 있고, 자동차에 탑재할 수 있도록 가벼운 용기의 개발이 진행되고 있다. 이 중 Type3와 Type4 형태의 용기가 시범적으로 적용되고 있으며, 이러한 용기의 안전성을 확보하기 위한 기준들이 국 내외에서 개발되고 있다. 현재 국제기준 중 UN ECE의 WG.29에서 선진국들을 중심으로 수소연료전지 자동차용 용기의 안전성 평가를 위한 기준을 개발하고 있다. 본 연구에서는 ISO. 15869의 기술기준에 대한 안전성 분석과 미국의 SAE J2579의 기술 보고서에서 제시한 새로운 개념의 안전성 평가 기법을 기준으로 제정되고 있는 UN ECE WG.29의 draft초안을 비교하고, 향후 수소연료전지 자동차용 용기를 위한 국내기준의 방향을 제시하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권2호
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• pp.66-73
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• 2020

현재 개발되고 있는 수소 압축 사이클에서는 압축기를 통해 초고압으로 압축된 수소를 고압용기 내에 저장하여 사용한다. 이러한 충전과정 중 용기내의 수소의 압력 및 온도 상승으로 인하여 고압용기에서 열응력이 발생할 수 있다. 고압용기의 신뢰성을 확보하기 위해서는 용기내의 수소의 온도를 예측하고 제어하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 이러한 고압용기의 신뢰성 해석을 위하여 50 MPa급 수소압축시스템에서 고압용기를 충전하는 과정에서의 압력상승에 따른 용기 내의 수소온도 변화 및 외부와의 열평형까지 걸리는 시간, 감압밸브를 지날 때의 수소온도 변화, 고압용기 냉각을 위한 열교환기의 요구능력 등에 대하여 이론적인 방법과 수치적인 방법으로 해석을 수행하였다. 이론해석 결과, 고압용기의 내부 온도는 충전하기 전에 40 ℃에서 충전 후 1^st cycle, 2^nd cycle에서 평균적으로 126.675 ℃, 62.1 ℃가 증가하였다. 또한, 고압용기의 충전량은 1^st cycle, 2^nd cycle에서 각각 7.9 kg, 8.9 kg으로 계산되었다. 본 연구의 결과는 수소충전소와 같이 수소압축시스템이 필요한 현장의 인프라 설계 및 구축 등에 유용하게 활용 될 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.98.2-98.2
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• 2011

지구 온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 저감하며 유해한 배기가스를 배출하지 않는 수소연료전지자동차(FCV)에 대한 관심이 높아지고 있다. 한국가스안전공사에서 현재 구축하고 있는 평가장비는 이러한 수소연료전지자동차용으로 사용되는 고압용기의 수압반복시험 및 밸브류로 구성된 고압수소저장시스템의 단품 및 시스템 평가를 통한 안전신뢰성 검증을 목적으로 하고 있다. 현재 수소연료전지자동차는 차량이나 부품의 시험 방법에 대한 통일된 기준/표준/시험법이 아직 완전하게 정비되어 있지 않고, 시장에서의 도입 제도, 기준 등이 만들어지고 있는 현실이다. 또한 연료로 수소를 사용하는 도입단계에 있기 때문에, 수소용기가 반복압력변동에 따라 어떤 거동을 나타내는지에 대한 실험관련 연구가 미진한 상태이다. 따라서 수소연료전지자동차용 고압수소저장시스템에 대한 내구성, 안전성 확보를 위하여 수소연료전지자동차에서 중요한 부품인 용기에 대한 반복피로시험이 필요하다. 특히 복합재 용기 분야에서 Type3용기에 대한 높은 안전성과 내구성이 보고되고 있지만 실질적으로 얼마나 다른 용기에 비해 높은 성능을 가지고 있는지 국내에서는 체계적으로 검증된바 없다. 따라서 구축된 수압반복 장비를 이용하여 Type3 용기에 대한 수압반복시험을 실시하였으며, 이를 통해 수소용기의 거동을 확인하고자 한다.

• 기계저널
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• 제44권1호
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• pp.27-27
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• 2004

미국 국방부 소속 육군차량사업부(National A Automotive Center)는 대체에너지를 이용한 군용 차량 개발을 위해 Michigan 주 Rochester Hills에 위치한 E Energy Conversion Devices(ECD) 사와 일부 기술 개발 에 대한 기술 제휴를 한다고 발표했다. 국방부는 태양전 지와 수소를 연료로 사용하는 대체에너지 차량을 개발하 기 위해 ECD에 1단계 연구에 필요한 연구비를 지원했다. 이번 연구에는 연료전지를사용한차량개발을위해 5 500,$\omega$0달러가 투자되는데, Texaco Ovollic Hydrogen S Systems(TOHC)의 고체 휴대용 수소 연료와 채충천 (refueling) 시스탬이 주요 개발 목표로 설정됐다. ECD의 역할은 최근 개발된 Toyota Prius에 시범 적으로 장착된 저압 고체형 수소 저장 시스템의 기술을 군용 차량에 알맞게 전환시키는 것이다. TOHC와 ECD가 개발한 고체형 수소 보관 시스댐은 고압을 요구하는 연료전지 차량의 수소 저 장 시스템이 갖고 있는 많은 문제점들을 해결할 수 있을 것으로 기대되는 연료전지를 이용한 엔진 개발 중 최신 기술이다. 특히 전투 상황에서 차량이 폭발하기 쉬운 수소 저장 탱크를 장착한 채 전 장으로간다는 것은적에게 노출 될 경우자살과마찬가지인 치명적인 피해를 입을수 있다. 이 프로젝트의 개요를 살펴보면, 수소 저장 시스템은 적어도 약 lOkg의 수소를 적은 용적 내에 낮은 압력에서 안전하게 고체 상태로 저장할 수 있다. 이 고체 저장 용기는 하루에 두 번 1.7kg의 수소를 10분 이내에 재급유할 수 있다. 수소는대부분고압가스형태나저온액체 형태로보관된다. 기체나액체 형태의 수소는 연료전 지에 사용되기에는 적합하지 않은 점이 많다. Ovonie 수소 저장 방법은 수소를 저압 고체 형태 ( (metal hydride)로 보관하는 방법으로, 고압 기체나 저온 액체가 갖고 있는 많은 문제점들을 해결 할수있다. 그림을 참조하면 고체 형태의 수소 보관 방법이 다른 보관 방법에 비교해 단위 체적당 최고 6배 많은수소질량을보관할수 있다. 이 고체 형태의 보관방법은수소가적절한합금과평형 압력 이 상의 환경에 놓일 경우 합금에 홉착되는 현상을 이용하고 있다. 수소를 흡수한 합금은 새로운 특성 을 가진 metal hydride로 변하게 된다. 이 과정 에서 열이 부산물로 발생한다. 반대로 수소를 metal hydride로부터 분리시키기 위해서는 합금을 가열해야 한다.

• 한국가스학회지
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• 제23권6호
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• pp.74-80
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• 2019

수소를 고압으로 압축하여 사용하는 수소충전소는 안전 확보를 위해 설비간의 안전거리를 규정하고 있다. 수소 충전소에서 발생하는 사고 중 대부분의 사고는 누출사고이며, 누출 시 점화로 인해 제트화염이 생성된다. 고압의 수소 누출로 인한 가스 확산 및 제트화염의 해석은 안전거리 설정에 가장 중요한 요소이다. 본 연구에서는 고압의 환경에서 운용되는 수소충전소에서 발생할 수 있는 누출사고를 대비한 안전관리 규정 도출을 위하여 누출원 크기별 누출조건을 모사하고 위험거리 등을 파악하여 향후 안전기준 제정 시 참고자료로 활용하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.98.1-98.1
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• 2011

전 세계적으로 대표적인 대중교통으로 천연가스버스가 운행 중에 있으며, 천연가스의 저장을 위하여 대부분의 차량이 복합용기를 사용하고 있다. 또한 친환경자동차로 개발되고 있는 수소연료전지자동차도 수소 저장용으로 복합용기를 적용하여 상용화를 추진 중에 있다. 복합용기의 상용화가 증가하면서 복합용기의 안전성 확보가 가장 중요한 이슈가 되고 있다. 기체상태의 고압가스를 교통수단에 적용하기 위하여, 저장매체인 고압복합용기의 안전성 및 기술 확보를 위한 기술개발과 안전기준의 확립을 위한 기준개발이 미국, 유럽, 일본 등 다수의 국가에서 진행되고 있다. 현재 복합용기의 안전성을 확인하는 기준은 각 나라의 기준에 따라 진행되고 있으며 천연가스자동차용 저장용기 국제표준으로는 ISO 11439가 적용되고 있다. 수소연료전지자동차용 수소용기의 안전기준은 아직 확립되지 않은 상태이며, 개발된 초안으로는 국제규정으로 UN ECE R No.79 및 국제기술표준으로 ISO/TS 15869가 있다. 개발 중인 국제기준 및 국내기준에서 가장 취약한 부분이 화염시험이다. 화염시험은 자동차에 화재가 발생했을 경우 용기의 폭발을 막기 위하여 안전밸브가 정상적으로 작동하는 지를 확인하는 시험이다. 하지만 현재의 시험방법으로는 자동차에서 발생하는 국부적인 화염에 대한 안전성을 확인하기가 어려운 실정이다. 본 연구에서는 국내의 화염시험기준을 개발하기 위해 수행된 화염시험에 대한 결과와 화염시험장치를 제안하고자 한다.