• 에너지공학
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• 제28권4호
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• pp.1-7
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• 2019

최근 수소충전소 수요 증가에 따라, 산업통상자원부는 LPG, CNG, 주유소 등 기존의 자동차용 연료공급시설 내에 융합, 복합의 형태로 수소충전소 설치가 가능하도록 특례고시를 제정·공포하였다. 수소 융복합충전소는 특례기준 제정 이전까지 국내에서 운영된 사례가 없어, 4계절, 일교차와 같은 환경특성을 감안한 실증이 필요하다. 본 연구에서는, 국내 최초로 실증을 위해 설치된 울산 LPG-수소복합충전소의 충전데이터를 수집하여 분석하였다. 충전데이터는 압축기, 저장용기, 디스펜서에서 발생한 시간별 온도, 압력 데이터이며, 계절별 특성을 비교하기 위해 2018년 7월 중 울산 지역의 최고기온 일과 2018년 1월 중 최저기온 일을 포함하여 4계절 충전데이터를 수집하여 비교하였다. 비교결과, 외기온도의 변화가 수소차 차량용기의 초기온도에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이는 최종적으로 차량의 충전시간과 충전속도에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 국내 수소충전소 기준(KGS FP217)과 미국의 충전프로토콜(SAE J2601)에서 제시한 한계온도를 초과한 경우는 없어 차량용기에 대한 영향은 없는 것으로 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권4호
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• pp.345-350
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• 2020

Hydrogen is an green energy without pollution. Recently, fuel cell electric vehicle has been commercialized, and many studies have been conducted on hydrogen tanks for vehicles. The hydrogen tank for vehicles can be charged up to 70 MPa pressure. In this study, the change in filling time, pressure, and temperature for each hydrogen level in a 59 L hydrogen tank was predicted by numerical analysis. The injected hydrogen has the properties of real gas, the temperature is -40℃, and the mass flow rate is injected into the tank at 35 g/s. The initial tank internal temperature is 25℃. Realizable k-epsilon turbulence model was used for numerical analysis. As a result of numerical analysis, it was predicted that the temperature, charging time, and the mass of injected hydrogen increased as the residual capacity of hydrogen is smaller.

• 한국가스학회지
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• 제16권1호
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• pp.15-21
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• 2012

수소가스의 제트 누출에 의한 확산, 화재, 그리고 폭발에 의한 위험 범위를 분석하고, 안전거리 기준을 설정하기 위한 위험거리를 확산, 화재, 그리고 폭발에 대한 단순한 예측 식들을 제시하였다. 핀홀에 의한 누출과 같은 소량 수소가스 누출속도에 있어서 피해거리는 제트누출 확산에 의한 피해거리가 제트화재에 의한 피해거리보다 크며, 압력의 제곱근에 그리고 누출 홀의 직경에 비례하고 이는 수 십 미터에 이른다. 배관의 완전 파손 또는 저장 탱크의 큰 홀 발생과 같은 대량의 수소가스 누출속도에서는 제트화재의 피해거리가 개방공간의 가스운 폭발에 의한 피해거리보다 크며, 수 백 미터에 이른다. 수소충전소와 건물과의 최소이격거리 즉 안전거리 설정 기준을 대량 수소가스누출 사고시나리오를 기반으로 한다면, 도심지에 수소충전소는 안전거리 기준을 만족시키기 어려울 것이다. 따라서 대량의 수소가스 누출사고를 안전장치들을 통하여 예방하고, 안전거리 기준을 소량의 수소가스누출사고 기준으로 설정 할 수 있다. 그러나 대량누출 가능성이 있는 경우 학교와 병원 등 인구밀집 건물은 수 백 미터의 안전거리를 유지하여야 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.342-349
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• 2023

In this study, a numerical simulations were conducted to analyze the phase change behavior of a liquid hydrogen storage container. The effects of gravity direction and hydrogen filling rate on boil-off gas (BOG) in the storage container were investigated. The study employed the volume of fluid, which is the phase change analysis model provided by ANSYS Fluent (ANSYS, Canonsburg, PA, USA), to investigate the sloshing phenomenon inside the liquefied hydrogen fuel tank. Considering the transient analysis time, two-dimensional simulation were carried out to examine the characteristics of the flow and thermal fields. The results indicated that the thermal flow characteristics and BOG phenomena inside the two-dimensional liquefied hydrogen storage container were significantly influenced by changes in gravity direction and hydrogen filling rate.

• 한국가스학회지
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• 제25권2호
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• pp.13-21
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• 2021

최근 수소자동차 보급의 확대로 수소충전소의 설치가 점차 확대될 예정이다. 본 연구에서는 수소충전소의 최악의 상황을 가정한 시나리오를 기반으로 피해규모를 예측하고 보다 안전한 설계형태를 제안하고자 한다. 피해규모 예측 방법은 전산유체역학(CFD)을 이용한 Flacs solver를 사용하였으며 이전 연구자의 실험 결과와 비교하여 정확성을 검증하였다. 피해규모 예측은 수소누출과 폭발에 대해서 실시하였으며, 예측 대상은 실측치를 기반으로 한 KR model로 하였다. 그리고 비교검토 모델로는 천정이 없는 형태인 Roofless model을 선정하였다. 두 모델에 대하여 분석한 결과 KR model에서는 내부가 60 vol% 이상까지 수소가스가 누적·체류되는 현상을 확인 할 수 있었던 반면, Roofless model의 경우에는 누출 후 벽면을 타고 충전소 외부로 방출·확산되는 현상을 확인 할 수 있었다. 결론적으로 국내에 표준모델로 보급·확산되고 있는 수소충전소 모델보다는 천정이 없는 수소 충전소 형태가 안전상 유리한 것으로 검토되었다.

• 한국가스학회지
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• 제15권5호
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• pp.37-41
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• 2011

본 연구에서는 미국의 DOT-CFFC와 한국의 KS 기준에 근거하여 수소가스 복합소재 연료탱크에 대한 강도안전성을 FEM으로 해석하였다. 알루미늄 라이너 소재인 6061-T6와 탄소섬유 복합소재인 T800-24K로 적층이 형성되도록 감은 수소가스 복합소재 연료탱크는 130L의 저장용량을 갖으며, 70MPa의 충전압력으로 수소가스가 채워진다. FEM 해석결과에 의하면, 내부탱크를 형성하는 알루미늄 라이너에 작용하는 von Mises 응력 255.2MPa은 알루미늄 소재의 항복응력 대비 95%인 272MPa보다 낮기 때문에 안전하다. 또한, 복합소재 연료탱크에서 후프방향의 탄소섬유 응력비는 3.11이고, 헤리컬방향의 응력비는 3.04인 것으로 나타났다. 이들 응력비 데이터는 탄소섬유 복합소재 연료탱크에서 안전기준으로 권고한 2.4에 비해 높기 때문에 양방향 모두에서 안전하다. 따라서 70MPa의 충전압력을 갖는 130L 저장용량의 복합소재 연료탱크에 대한 강도안전성은 유용한 것으로 판단된다.

• 한국가스학회지
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• 제16권3호
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• pp.16-21
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• 2012

본 연구에서는 70MPa의 충전압력을 갖는 110L 수소연료 저장탱크에 대한 강도안전성을 FEM으로 해석하였다. 6061-T6 알루미늄 라이너의 외벽면에는 Toray의 T800-24K와 T700-12K, 그리고 Mitsubishi Ray의 MR60H-24P 탄소섬유를 사용하여 와인딩한 복합소재 연료탱크의 강도안전성을 미국의 DOT-CFFC와 KS의 안전규격으로 고찰하였다. 70MPa용 수소가스탱크의 응력강도에 대한 FEM 해석결과에 의하면, 거의 유사한 소재특성을 갖는 Toray의 T800-24K와 Mitsubishi Ray의 MR60H-24P는 70MPa의 수소연료 저장탱크를 제조하는데 사용해도 안전한 것으로 나타났다. 반면에, Toray의 T700-12K는 70MPa의 충전압력을 갖는 복합소재 저장탱크를 제조하기에는 강도안전성을 보장할 수 없으므로 60MPa 이하의 수소연료 복합소재탱크 제조를 권장한다.

• 한국생산제조학회지
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• 제21권1호
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• pp.1-6
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• 2012

This paper presents a stress safety of a composite pressure cylinder for a hydrogen gas vehicle. The composite pressure cylinder in which is composed of an aluminum liner and carbon fiber wound layers contains 104 liter hydrogen gas, and is compressed by a filling pressure of 70 MPa. The FEM computed results are analyzed based on the US DOT-CFFC basic requirement for a hydrogen gas cylinder and KS B ISO specification. The FEM results indicate that the stress, 255.2 MPa of an aluminum liner is sufficiently low compared with that of 272 MPa, which is 95% level of a yield stress for aluminum. Also, the composite layers in which are wound on the surface of an aluminum cylinder are safe because the stress ratios from 3.46 to 3.57 in hoop and helical directions are above 2.4 for a minimum safety level. The proposed composite pressure cylinder wound by carbon fibers is useful for 70 MPa hydrogen gas vehicles.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.299-308
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• 2022

본 논문은 슬로싱 상태에 놓인 포화 상태 액체수소탱크에서 열 유속 및 BOG(Boil-off gas)의 경향을 다루고 있다. 특히, 액체-기체간의 침투 및 혼합에 의한 열 교환에 관심을 두었다. 먼저, VOF(Volume of fluid)와 Eulerian 기반의 다상 유동모델로 모형 슬로싱 실험을 모사하여 압력을 예측하고 계측된 값과 비교하였다. 자유 수면 및 충격 압력 실험 결과와 해석 결과를 비교하였으며, 유체의 속도 예측에서 정확할 수 있음을 간접적으로 증명하였다. 그리고 2차원의 Type-C 원통형 수소탱크를 대상으로 다상열유동해석을 수행하였다. 이때 포화상태에 놓인 액체 및 기체수소를 가정하고, 해석을 통해 각 상간의 혼합에 의한 열 교환의 수준을 확인하고자 하였다. 단, 상간의 열 교환만을 관심으로 두고 있었으므로 질량전달 및 기화모델은 해석에서 제외하였다. 최종적으로 상의 혼합으로 인해 액체수소로 유입되는 열 유속의 기여도에 대하여 정리하였다. 또한 액체수소로 유입되는 열 유속과 집중 질량 기반의 간이식을 통해 BOG 발생량 및 경향을 예측하고 분석하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.162-168
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• 2023

The fast refueling process of compressed hydrogen has an important impact on the filling efficiency and safety. With the development and use of hydrogen energy, the demand for precision measurement of filling hydrogen thermodynamic parameters is also increasing. In this paper, the compressibility factor calculation model of high-pressure hydrogen gas was studied, and the basic equation of state and thermo-physical parameters were calculated. The hydrogen density data provided by the National Institute of Standards and Technology was compared with the calculation results of each model. Results show that at a pressure of 0.1-100 MPa and a temperature of 233-363 K, the calculation accuracy of the Zheng-Li equation of state was less than 0.5%. In the range of 0.1-70 MPa, the accuracy of Redich-Kwong equation is less than 3%. The hydrogen pressure more influences on the compressibility factor than the hydrogen temperature does. Using the Zheng-Li equation of state to calculate the compressibility factor of on-board high pressure hydrogen can obtain high accuracy.