• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.300-309
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• 2024

Hydrogen utilization in the transportation sector, which relies on fossil fuels, can significantly reduce greenhouse gas by using to hydrogen fuel cell vehicles, and its adoption depends performance of hydrogen refueling station. The present study developed a model to simulate the back-to-back filling process of heavy duty hydrogen fuel cell vehicles at hydrogen refueling stations using a cascade method. And its quantitatively evaluated hydrogen refueling station performance by simulating various mass flow rates and storage tank capacity combinations, analyzing vehicle state of charge (SOC) of vehicles. In the cascade refueling system, the capacity of the high-pressure storage tank was found to have the greatest impact on the reduction of filling time and improvement of efficiency.

• 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.

• 한국주조공학회지
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• 제23권5호
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• pp.268-275
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• 2003

The mechanism of the hydrogen gas pore formation was investigated in Lost Foam Casting of Al-alloy by reduced pressure test and real casting. The hydrogen gas pick-up was affected by the formed gas during the decomposition of polystyrene in addition to the liquid product. It depended on pouring temperature and a proper temperature of metal front gave the minimum hydrogen pick-up. At a low pouring temperature, the hydrogen went into the melt mainly from entrapped liquid product of polystyrene but pores were formed from the gas as well as the liquid product at a high pouring temperature. The mold flask evacuation down to 710torr decreased the gas porosity down by around 0.4% vol%. The entrapped decomposition product of polystyrene in the melt was observed through the visualization of filling behavior of Al alloy-melt with the high speed camera.

• 한국가스학회지
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• 제17권5호
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• pp.15-21
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• 2013

본 연구는 3차원 위험성평가 시뮬레이션 툴(FLACS)을 활용하여 연료의 종류에 따른 위험성을 비교 평가하였다. 일반적인 고압가스 충전소 레이아웃을 활용하여 연료를 CNG, 수소, 30%HCNG로 하였을 경우 충전소에서 가스누출에 의한 화재 폭발 상황을 모사하여 피해영향을 비교 분석하였다. 그리고 가스별 누출제트에 의한 피해영향을 평가하였다. 동일한 조건에서 수소, CNG, HCNG가 누출되어 화재폭발이 발생할 경우 수소는 최대과압이 30kPa, HCNG는 3.5kPa 그리고 CNG는 0.4kPa의 과압이 측정되었다. HCNG의 과압이 CNG에 비해 7.75배 높게 측정되었으나, 수소에 비해서는 11.7%에 불과했다. 화염 전파에 있어서 수소는 매우 빠른 화염전파 특성을 가지는 반면 HCNG와 CNG는 수소에 비해 전파속도 및 전파거리에서 비교적 안전한 경향을 보였다. 제트화염에 의한 화염경계거리는 수소가 5.5m, CNG가 3.4m이고 HCNG는 CNG보다 약간 확장된 3.9m로 예측되었다.

• 한국가스학회지
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• 제16권6호
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• pp.87-101
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• 2012

가스 산업은 고도화와 복잡성으로 인하여 잠재적인 대형사고의 발생위험이 날로 높아가고 있으며, 특히 가연성, 인화성, 폭발성 및 독성물질 등을 대량으로 취급 및 제조함으로써, 사고발생 가능성은 낮지만 일단 사고가 발생하게 되면 사업장 내부의 근로자뿐만 아니라 인근 주민과 환경에 까지 영향을 미치며, 가스제조 시설의 특성상 산업계에 끼치는 파급효과도 매우 크다. 수소가스는 화학 산업 및 산업계 전반에 걸쳐 중요하게 사용되는 기초 원료이며, 특히 2000년 이후 지구온난화가 대두됨에 따라 지구온난화를 방지할 수 있는 대체에너지로 각광 받고 있으나, 분자량이 낮아 다른 가스에 비하여 고압(150 bar.g 이상)으로 실린더 등의 저장용기에 충전하여 사용해야 한다. 수소는 가연성, 폭발성 물질로써 누출(Leakage)로 인하여 화재나 폭발로 이어지는 사고가 많이 발생하고 있다. 이러한 재해를 줄이기 위해서는 단순한 안전관리에서 벗어나 생산 공정중의 잠재위험(Hazard)을 확인하여 기술적으로 평가한 후, 이 결과를 반영하는 체계적인 안전관리 시스템이 필요하다. 본 연구는 산업계 전반에서 사용되고 있는 기초 원료인 가연성, 폭발성의 수소가스 충전시설에 대한 정량적 위험성평가를 실시하였으며, 평가 결과 수소 충전시설에 대한 중요안전요소(EIS, Elements Important for Safety)의 도출 및 이의 효과적 관리방안을 제안하였으며, 사고사례를 통하여 위험성평가 모델의 신뢰성을 검증하였다.

• 한국가스학회지
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• 제26권3호
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• pp.38-44
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• 2022

전세계적으로 저탄소 친환경에너지로 다변화 정책이 진행되고 있으며, 그 정책 중 하나가 수소경제 활성화이다. 수소경제 활성화 정책으로 수소 공급을 위한 수소충전소의 보급이 가속화됨에 따라 사고발생의 위험도 커지고 있다. 수소의 폭발사고는 대부분 대형사고로 이어지기 때문에 수소에너지를 사용함에 있어 안전성을 확보하는 것은 매우 중요하다. 수소에너지를 활용하기 위해서는 액화수소의 생산, 저장, 운송 등에 사용될 수소저장 용기의 안전성 확보는 반드시 필요하다. 본 논문에서는 수소충전용 압력용기의 구조안전성을 평가하기 위해 가스 압력에 대한 거동특성을 유한요소해석으로 분석하였다. 압력용기의 재료는 SA-372 Grade J / Class 70을 사용하였고, 해석모델은 압력용기가 축대칭 형상이므로 1/4 형상만 고려하여 6면체 메쉬를 적용하였다. 수소가스 압력용기를 사용 최고 압력에서 유한요소해석을 하였으며, 해석 결과인 용기의 von Mises Stress와 변형량, 변형률 에너지 밀도를 관찰하였다.

• 한국표면공학회지
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• 제49권3호
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• pp.286-300
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• 2016

Pd-Ag alloy membranes have attracted a great deal of attention for their use in hydrogen purification and separation due to their high theoretical permeability, infinite selectivity and chemical compatibility with hydro-carbon containing gas streams. For commercial application, Pd-based membranes for hydrogen purification and separation need not only a high perm-selectivity but also a stable long-term durability. However, it has been difficult to fabricate thin, dense Pd-Ag alloy membranes on a porous stainless steel metal support with surface pores free and a stable diffusion barrier for preventing metallic diffusion from the porous stainless steel support. In this study, thin Pd-Ag alloy membranes were prepared by advanced Pd/Ag/Pd/Ag/Pd multi-layer sputter deposition on the modified porous stainless steel support using rough polishing/$ZrO_2$ powder filling and micro-polishing surface treatment, and following Ag up-filling heat treatment. Because the modified Pd-Ag alloy membranes using rough polishing/$ZrO_2$ powder filling method demonstrate high hydrogen permeability as well as diffusion barrier efficiency, it leads to the performance improvement in hydrogen perm-selectivity. Our membranes, therefore, are expected to be applicable to industrial fields for hydrogen purification and separation owing to enhanced functionality, durability and metal support/Pd alloy film integration.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.280-289
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• 2024

In this study, a cryogenic vessel was constructed to maintain and control the safe pressure of liquid hydrogen boil-off gas (BOG), and the numerical analysis was conducted on the development of computational fluid dynamics model inside the high-pressure vessel. An evaluation system was constructed using cryogenic inner and outer containers, pre-cooler, upper flange, and internal high-pressure container. We attempted to analyze the performance of the safety valve by injecting relatively high temperature hydrogen gas to generate BOG gas and quickly control the pressure of the high-pressure vessel up to 10 bar. As a results, the liquid volume fraction decreased with a rapid evaporation, and the pressure distribution increased monotonically inside a high pressure vessel. Additionally, it was found that the time to reach 10 bar was greatly affected by the filling rate of liquid hydrogen.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.116-122
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• 2023

저탄소 친환경에너지 정책이 진행으로 인해 수소 공급을 위한 수소충전소의 증가됨에 따라 사고발생 위험도 커지고 있다. 실제 압력용기는 제조과정에서 발생할 수 있는 노치와 기공, 개재물 등의 결함이 존재할 수 있다. 따라서 내압이 작용하고 있는 압력용기에 균열이 존재할 경우에 대한 압력용기의 건전성을 평가하는 것은 필요하다. 본 연구에서는 표면균열이 있는 수소충전용 압력용기의 구조안전성을 평가하기 위해 3차원 유한요소해석을 이용하였으며, 표면균열의 형상은 일반적으로 많이 사용되는 반타원 형상을 적용하여 균열의 형상 및 응력비에 대한 균열진전 특성을 비교하였다. 향후, 이러한 결과를 이용하여 파괴역학을 고려한 압력용기의 잔존수명 예측에 활용할 예정이다.

• 공업화학
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• 제34권3호
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• pp.307-312
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• 2023

본 연구는 수소 경제 사회의 안전 확보를 위해 수소 연료전지 후단 배출된 미반응 수소를 안정적으로 산화하는 방안에 대해 논의하였다. 안전 시스템은 미반응 수소를 에너지원 없이 제거할 수 있는 상온 산화촉매를 충진하였으며, 이때 반응으로 배출되는 산화열은 안정적으로 회수할 수 있는 열 회수 장치를 연계하고자 하였다. 그 결과, 수소 산화 시스템의 충진 조건에 따라 시스템 내 압력 및 유체 흐름이 변화함을 CFD 분석을 통해 확인하였다. 또한 배가스 온도, 열 회수기 내 유량 및 압력조건을 최적화하여 300 ℃ 이상의 배가스 산화 열원을 40 ℃ 이상의 온수를 확보하는 방식으로 폐열을 회수할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 수소 연료전지와 같은 중·소규모 사업장에 적용된 수소 활용 공정을 실증 규모로 평가하여 안전 시스템으로의 가능성을 확인하였다. 추후 실증화 연구를 통해 예측하지 못한 수소 안전사고에 대해 대응할 수 있는 안전 가이드로 활용될 수 있다고 판단된다.