• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.338-346
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• 2019

During last years, hydrogen refueling infrastructure test and devices research for hydrogen station presented a significant growth consisting of the commercialization of fuel cell electric vehicles (FCEVs). However, we still have many challenges for making commercial hydrogen stations such as increased safety and cost reduction. This study demonstrates the low cost hydrogen storage tank (type 2) and effective winding method for high pressure hydrogen storage. We use numerical analysis to verify stress changes inside the wire according to the winding condition. Also liner size, winding wire size and wire tension were studied for the safety and cost down. Results show that the stress of winding wire decreased with increased winding angle and increased the liner diameter. On the other hand, the stress of winding wire increased according to the increased wire thickness and tension.

• 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.

• 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.

• Composites Research
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• 제35권3호
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• pp.121-126
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• 2022

Owing to advantages of polymeric materials for hydrogen tank liner like light-weight property and high specific strength, polymer based composites have gained much attention. Despite of many benefits, polymeric materials for fuel cell tank cause problems which is critical to applications as low gas barrier property, and poor processability when adding fillers. For these reasons, improving gas barrier property of polymer composites is required to study for expanding application fields. This work presents impermeable polymer nanocomposites by introducing thin barrier coating using layer by layer (LBL) deposition method. Also, bi-layered and quad-layered nanocomposites were fabricated and compared for identifying relationship between deposition step and gas barrier property. Reduction in gas permeability was observed without interrupting mechanical property and processability. It is discussed that proper coating conditions were suggested when different coating materials and deposition steps were applied. We investigated morphology, gas barrier property and mechanical properties of fabricated nanocomposites by FE-SEM, Oxygen permeation analyzer, UTM, respectively. In addition, we revealed the mechanism of barrier performance of LBL coating using materials which have high aspect ratio.

• 한국가스학회지
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• 제15권6호
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• pp.57-62
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• 2011

본 연구에서는 70MPa의 충전압력을 갖는 130L 수소연료 저장탱크에 대한 최적설계를 유한요소법과 다구찌 설계법으로 고찰하였다. 6061-T6의 알루미늄 라이너의 외벽면에 T800-24K의 탄소섬유로 감아서 제조한 복합소재 연료탱크의 강도안전성을 미국 DOT-CFFC와 KS의 설계안전 규격을 기준으로 해석하였다. 70MPa용 수소가스탱크의 응력강도에 대한 FEM 해석결과에 의하면, US DOT-CFFC와 KS 규격에서 제시한 응력비 2.4의 기준값과 비교할 때 안전한 것으로 나타났다. 따라서, 다구찌 설계법에 기반한 최적설계 데이터는 설계모델 5번으로 선정할 수 있고, 여기서 제시할 수 있는 알루미늄 라이너의 두께는 6.4mm, 탄소섬유 적층에서 후프방향의 두께는 31mm, 헤리컬방향의 두께는 10.2mm이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.158-163
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• 2022

The test method on the Type II high-pressure hydrogen storage tanks made of the metal wire hoop winding is a complex and high risk. Also closeup on the tank being test is difficult. In this study, we studied a mechanical test method for a high-pressure hydrogen tanks. This method must be simple, risk-free and possible to observe the change in microscopic behavior of a metal wire on a liner. As the results, it was possible to observe the microscopic behavior on the metal wire by the mechanical test method. Also, a simple and risk-free test was possible compared to the conventional test method for high pressure hydrogen tanks.

• 한국가스학회지
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• 제15권1호
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• pp.35-39
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• 2011

본 논문에서는 FEV 차량용 복합소재 연료탱크의 탄소섬유 적층두께에 따라 달라지는 강도안전성에 미치는 기여율의 영향을 해석하고자 한다. 기여율에 의한 영향을 FEM 모델링으로 고찰하기 위해, 복합소재 연료탱크의 알루미늄 라이너와 탄소섬유 적층에 작용하는 von Mises 등가응력을 후프방향과 헤리컬방향에 대하여 각각 계산 하였다. FEM 해석결과에 따르면, 알루미늄 라이너에 작용하는 등가응력 기여율은 후프방향으로는 77.5%, $70^{\circ}C$ 경사진 헤리컬방향으로는 18.11%, $12^{\circ}C$ 경사진 헤리컬방향으로는 4.39%로 각각 작용하는 것으로 나타났다. $12^{\circ}C$ 경사진 탄소섬유의 적층 두께비가 후프방향 적층 두께비의 42% 정도로 높게 유지됨에도 불구하고 알루미늄 라이너 소재에서 보여준 기여율 경향은 탄소섬유 적층의 강도안전성에 대해서도 유사한 것으로 나타났다. 결과적으로, 탄소섬유 연료탱크의 강도안전성은 탄소섬유 적층의 두께보다 와인딩 각도에 의해 더 많은 영향을 받는다는 계산결과를 보여주고 있다.

• Composites Research
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• 제37권1호
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• pp.15-20
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• 2024

수소탱크의 잔류응력은 내구도와 직접적인 관련이 있기 때문에 안전을 위해 이를 줄이는 것이 매우 중요하다. Type II~IV 수소탱크는 섬유에 수지를 함침시켜 라이너에 감는 필라멘트 와인딩 공법으로 제작하게 된다. 필라멘트 와인딩에서 잔류응력은 경화조건, 섬유 인장 등에 영향을 받게 되는데, 본 연구에서는 탄소섬유 필라멘트 와인딩 공정을 이용한 Type III 수소탱크 제작 시 경화조건이 잔류응력에 미치는 영향을 분석하였다. 먼저 에폭시 수지의 경화거동을 시차주사열량계를 이용하여 분석하였다. 이를 통해 경화온도를 140℃로 설정하였다. 같은 경화시간 동안 140℃에 먼저 도달하는 2-stage 경화조건과, 보다 늦게 도달하는 4-stage 경화조건으로 각각 시편을 경화시켰다. 경화 후 복합재 부분의 잔류응력을 ring slitting 법으로 측정하였고, 이 실험값을 수치해석적인 값과 비교하였다. 그 결과, 경화조건 최적화에 따른 유의미한 잔류응력의 차이가 발생함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권7호
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• pp.813-819
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• 2011

본 연구에서는 연료전지자동차의 초경량 복합재료 수소 탱크에 대한 수소 충전 특성을 파악하고, 충전 조건에 따른 수소 탱크의 안전성을 확인하기 위해 플라스틱 라이너를 사용하는 Type 4 수소 탱크와 알루미늄 라이너를 사용하는 Type 3 수소 탱크에 대해 수소 충전 시, 수소 탱크 내부의 가스 온도 및 압력 변화, 라이너 및 복합재료 층의 온도 변화 등을 측정하여 그 특성을 고찰하였다. 그 결과 충전 속도가 증가함에 따라 탱크 내부 가스의 온도가 증가하였고, 탱크 내부 가스의 온도 분포가 다르게 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.194-201
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• 2020

Recently, Type 2 high-pressure hydrogen storage tank is studied due to fast defect detection, easy manufacturing, and cost efficiency. Moreover, the dry winding a high-strength metal wire will make increased economic efficiency compare with the wet winding method and the carbon/glass fiber winding method. In this study, a theoretical study on the dry winding of a Type 2 high pressure hydrogen tank using a metal wire was done, and the equations of the total stress on the aligned and the staggered winding for the hoop winding were derived, and the following results were obtained by using these equations. As the diameter of the metal wire, the number of winding layers, and the outer diameter of the liner increase, the maximum stress decreases, but the difference between the maximum stress occurring in the aligned winding and the staggered winding increases. As the pressure increases, the thickness of the winding layer increases, but as the strength of the metal wire increases, the thickness of the winding layer decreases. In addition, regardless of the strength of the metal wire, the thickness of the winding layer of the staggered winding was about 13.4% thinner than that of the aligned winding.