• 한국가스학회지
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• 제26권6호
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• pp.9-15
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• 2022

사용 압력 범위에서 고압 수소 탱크의 내구성을 검증하기 위해서는 수압 파열 시험이 수행되어야 한다. 그런데 물의 초기 주입 과정에서 물과 공기의 상호작용에 의해 생성된 기포가 탱크 내벽에 부착되어 잔류할 경우, 가압된 탱크가 파열되는 과정에서 기포의 급격한 압력 변화로 인해 큰 충격과 소음이 유발된다. 따라서 본 연구에서는 단순화된 수식을 통하여 탱크 내벽에 잔류하는 기포를 제거하기 위해 필요한 유속을 예측하였으며, 수소 버스용수소 용기 형상을 기준으로 해당 유속을 유지하기 위한 주입 노즐의 형상을 결정하였다. 또한 입구 압력에 따른 유속 변화를 예측하기 위하여 수치 해석 모델의 개발이 수행되었고, 예측 결과의 타당성을 입증하기 위하여 모형 제작을 통한 실험이 수행되었다. 실험 결과, 탱크 벽면 근처의 유속은 해석모델 예측 값과 유사하게 나타났으며, 입구 압력이 1.5 ~ 5.5 bar 일 경우 제거 가능한 기포의 최소 크기는 약 2.2 ~ 4.6 mm로 예측되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.188-193
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• 2009

Fuel cell vehicles are equipped with Pressure Relief Devices(PRDs) installed in pressure tank cylinder to prevent the explosion of the tank during a fire. PRDs are safety devices that perceive a fire and release gas in the pressure tank cylinder before it is exploded. But if the PRD does not actuate, because either the PRD fails or can't be surrounded by the flame of a fire, the tank will rupture and produce a blast wave and hydrogen fire ball. In this paper, we observed the fire behavior of actual fuel cell vehicle, comparing with that of gasoline vehicle.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권6호
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• pp.551-564
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• 2021

The use of clean energy based on the hydrogen economy is increasing rapidly due to the greenhouse gas reduction policies and the increase in the need for hydrogen. Currently, South Korea government have been considering a plan to construct hydrogen refueling stations at expressway service area for the purpose of supplying hydrogen vehicles. In the case of a hydrogen refueling stations, a quantitative risk assessment (QRA) must be performed because it includs and uses a high pressurized hydrogen storage tank. In this study, QRA was conducted using societal risk and F-N curve by the consequence assessment (CA) of jet fire and explosion according to the population density, capacity of the high pressurized hydrogen storage tank and frequency assessment (FA) data to the general hydrogen refueling stations systems in expressway service area. In the cases of jet with a leak diameter of 7.16 mm, regardless of expressway service area location, the societal risk was over 1E-04 that was acceptable for as Low As reasonably practicable (ALARP) region (workforce), but unacceptable for ALARP region (public). In the cases of gas explosion, all expressway service area satisfy ALARP region. In the case of the population density is over 0.0727, QRA for constructing the hydrogen refueling stations, must be conducted.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.47-60
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• 2021

수소는 차세대 에너지원으로서 수소경제 활성화 로드 맵에 따라 수소를 안정적으로 생산·저장·운송하기 위한 산업과 더불어 수소차의 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상된다. 이에 따라 터널과 같은 반밀폐공간에서의 수소차의 사고에 대비한 안전대책이 요구되고 있다. 본 연구에서는 도로터널에서 수소차량의 안전성을 확보하기 위한 연구의 일환으로 터널 내 수소차 사고에 따른 다양한 위험요인 중 가스 누출에 따른 화재와 폭발의 위험성에 대한 기초적인 조사·연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 수소차 사고 시 가스누출속도는 TPRD의 오리피스직경에 의존하며, 가스가 점화되는 경우에 최대화재강도는 오리피스직경에 따라 3.22~51.36 MW (오리피스직경: 1~4 mm)에 도달하나 지속시간이 짧기 때문에 화재로 인한 위험의 가중은 거의 없는 것으로 분석되었다. 등가 TNT방법에 의해서 폭발에 따른 과도압력을 계산하였으므로 폭발수율을 0.2적용하는 경우, 안전한계 거리는 대략 35 m 정도로 분석되고 등가사망자는 보수적인 관점에서 수십 명 정도에 달할 것으로 예측된다.

• 한국가스학회지
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• 제18권1호
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• pp.25-30
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• 2014

수소와 압축천연가스의 혼합연료 HCNG의 가스공급 및 충전을 위해 혼합장치 제작 및 충전실험을 수행하였다. 비율제어방식 개념으로 수소와 압축천연가스는 30 : 70의 비율로 혼합된다. HCNG 충전방법으로는 탱크의 압력을 이용하여 충전할 수 있는 FULL충전, 일정량을 충전할 수 있는 정량충전 방식이 있다. Full충전과 정량충전 결과 모두 혼합비율 30 : 70에 오차 제한범위인 수소$30{\pm}2%$ 조건을 만족시켰다. 탱크에 충전된 HCNG의 조성을 Gas Chromatography로 분석한 결과도 오차제한범위를 만족시켜 충전탱크에서도 30 : 70의 비율을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.155-161
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• 2023

Recently, a study on alternative and renewable energy is being conducted due to energy depletion and environmental problems. In particular, a hydrogen has the advantage of converting and storing the remaining energy into water-electrolyzed hydrogen through renewable energy generation. In general, due to reasons such as insulation problems, a study on high-pressure hydrogen storage tanks and related parts has recently been conducted. However, in the case of liquid hydrogen, the volume can be reduced by about 800 times or more compared to high-pressure hydrogen gas, so the study on this is needed as a technology that can increase energy density. In this study, the evaporation characteristics were analyzed under fixed heat flux conditions for liquid hydrogen storage tanks and the change in thermal stratification according to sloshing was analyzed. The heat flux condition was fixed at 250 W/m² and the horizontal resonance frequency of the primary mode was applied to the storage tank. As a result, it was confirmed that the thermal stratification phenomenon decreased compared to the case where the slashing was not present due to forced convection when the slashing was present.

• 한국가스학회지
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• 제28권2호
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• pp.47-55
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• 2024

한국에는 2030년까지 100여 기의 액화수소 탱크가 도입될 것으로 전망된다. 액화수소는 -253 ℃ 상태로 진공단열구조 탱크에 저장되기 때문에 단열에 문제가 생기면 탱크가 파열되는 대재해의 가능성이 상존한다. 그래서 법령에서는 최후의 보루로 PRV를 설치하도록 규정하고 있다. 주의할 것은 액화수소의 경우 배관의 압력강하를 무시하고 용량을 잘못 계산하면 무용지물이 된다는 것이다. CGA S-1.3에서는 PRV 입·출구 압력강하율을 각각 3% 미만 및 10% 미만으로 하도록 하고 있다. 그러나 배관의 압력강하량과 유량 사이에 상호 의존성이 있어 이들 값을 단번에 계산하는 것이 불가능하다. 그래서 본 연구에서는 매트랩/시뮬링크를 이용하여 PRV시스템의 압력강하율을 계산하는 시뮬레이터를 개발하고, 설계 요소에 대한 압력강하율의 민감도를 평가하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.184-187
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• 2007

Hydrogen could be produced from any substance containing hydrogen atoms, such as water, hydrocarbon (HC) fuels, acids or bases. Hydrocarbon fuels couold be converted to hydrogen-rich gas through reforming process for hydrogen production. Even though fuel cell have high efficiency with pure hydrogen from gas tank, it is more beneficial to generate hydrogen from city gas (mainly methane) in residential application such as domestic or office environments. Thus hydrogen is generated by reforming process using hydrocarbon. Unfortunately, the reforming process for hydrogen production is accompanied with unavoidable impurities. Impurities such as CO, $CO_2$, $H_2S$, $NH_3$, and $CH_4$ in hydrogen could cause negative effects on fuel cell performance. Those effects are kinetic losses due to poisoning of electrode catalysts, ohmic losses due to proton conductivity reduction including membrane and catalyst ionomer layers, and mass transport losses due to degrading catalyst layer structure and hydrophobic property. Hydrogen produced from reformer eventually contains around 73% of $H_2$, 20% or less of $CO_2$, 5.8% of less of $N_2$, or 2% less of $CH_4$, and 10ppm or less of CO. Most impurities are removed using pressure swing adsorption (PSA) process to get high purity hydrogen. However, high purity hydrogen production requires high operation cost of reforming process. The effect of carbon dioxide on fuel cell performance was investigated in this experiment. The performance of PEM fuel cell was investigated using current vs. potential experiment, long run (10 hr) test, and electrochemical impedance measurement when the concentrations of carbon dioxide were 10%, 20% and 30%. Also, the concentration of impurity supplied to the fuel cell was verified by gas chromatography (GC).

• 한국가스학회지
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• 제27권1호
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• pp.13-22
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• 2023

현재 통용되고 있는 화석연료로부터 발생되는 환경오염에 대한 대안으로써 대기오염이 발생하지 않는 수소를 사용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만, 최근까지도 수소 누출에 의한 화재 및 폭발사고가 발생함에 따라 특수한 환경인 선박에서 수소를 상용화하기 위해 안전에 관한 연구가 더욱 필요하다. 따라서 본 연구에서는 수소저장탱크가 설비된 수소연료전지 추진선박이 울산 장생포항을 운항하던 중 누출사고가 발생할 경우의 계절별 대안 시나리오와 최악의 시나리오를 가정하였다. 또한, 환경변수를 고려하기 위하여 기상청 2021년도 연평균 기상자료와 통계청 지리정보 자료를 토대로 ALOHA와 프로빗 분석을 통해 피해 영향 범위를 도출하였다. 복사열이 대안 시나리오와 최악의 시나리오 모두에서 과압과 화염의 피해 영향범위 보다 넓은 피해범위가 나타났고 프로빗 분석 결과 가정한 모든 구역에서 99%의 사망률을 확인하였다.