• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2010.04a
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• pp.43-43
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• 2010

국내에 천연가스버스가 보급된 이래 5차례의 용기파열 사고가 발생하였는데 그중 2005년 8월 전주 덕진충전소에서 발생한 용기파열사고는 CNG용기의 라이너를 감싸고 있는 복합재료가 손상되어 발생한 사고로 보고되었다. 복합재료용기의 외피손상이 원인이 되어 발생한 사고사례는 해외에서 약 13건이 보고되었다. CNG용기 외피손상은 용기룰 고정하는 스트랩과 밀접한 관련이 있다. 용기고정이 불완전하면 슬립이 발생하고 이는 복합재의 손상으로 이어진다. 본 연구에서는 ISO 19078, CGA C6.4 등 국제코드의 규정을 고려하여 국내에서 제조된 Type 2, 3, 4 용기와 외국에서 생산된 Type 3 용기를 대상으로 결함깊이, 길이, 넓이에 따른 복합재료 결함 내구성시험을 수행하여 CNG용기의 내구성능을 평가하였고, 시험과 동일한 조건으로 복합재료 손상결함 조건을 컴퓨터로 전산모사하여 시험결과의 타당성과 유효성을 비교 검증하였다. 실험결과, Type 2 용기의 경우, 11,250회의 최소반복가압 회수를 충족하였으나 외피손상부와 반복가압에 따른 실제누출부위가 일치하지 않아 실험조건을 달리한 추가실험이 요구되었다. Type 3 용기의 경우에는 복합재 결함부위와 누수부위가 일치된 시험용기의 수는 67%정도로, 복합재료 용기의 수명을 저하시키는 원인으로 라이너와 외피손상이 서로 밀접한 관련이 있음을 확인하였다. Type 4 용기는 국제기준에서 요구하는 반복횟수를 만족하였고, 손상깊이 0.75mm와 1.25mm에서 반복가압회수가 60,000회 이상이 되어도 누설이 발생되지 않았다. 이는 라이너의 재질이 폴리머로서 균일한데다 탄소섬유 복합재료층 위에 유리섬유 복합재료 층이 1.5mm 정도 추가로 적층되어 있어서 3등급의 손상결함(결함깊이 1.25mm)에서도 구조 층이 전혀 손상되지 않은 것으로 판단되며, 이는 Type 2 용기의 강재라이너나 Type 3의 알루미늄 라이너와 비교하여 Type 4 용기의 폴리에틸렌 라이너의 물성이 반복성능이 탁월함을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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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.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.16 no.1
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• pp.46-50
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• 2012

The performance of the Type3 hydrogen composite cylinder whose pressure is 70 MPa using hydrostatic cycling test equipment was evaluted in this study. It also includes the finite element method analysis on the performance of the cylinder when the pressure is applied. As a result, cylinder body parts of the Type3 hydrogen composite cylinder, which draws attention with its safe status and the lightness, was ruptured first and the same result has been found out through the finite element method. The dome knuckle and the cylinder body were proved as the weakest parts since the cylinder body parts was expanded under the pressure.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 2005.07a
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• pp.201-206
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• 2005

본 연구는 기 개발 완료된 천연가스차량용 200bar급 Type 3 복합재 압력용기를 개발로 축척된 핵심요소기술과 실질적인 경험을 바탕으로 수소연료전지 차량에 탑재할 350bar급 Type 3 복합재 압력용기에 대한 설계/해석과 시험평가의 핵심적인 사항을 고찰하였다. 설계/해석에는 350bar급 Type 3 복합재 압력용기에 대한 3차원 비선형 유한요소 모델링 및 해석기법이 제시되었고, 설계된 라이너형상과 와인딩 패턴을 이용하여 필라멘트 와인딩 공법으로 1차시제품을 제작하였다. 제작된 시제품에 대하여 파열시험 및 반복피로시험을 수행하여 설계/해석 기법의 타당성을 검증하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.14 no.2
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• pp.143-150
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• 2001

원자력발전소의 1차 계통에서 오염된 장비들을 취급이 용이하고 안전하게 운반하기 위한 운반용기는 내부의 방사성 물질에 대한 방사능 평가에 의하여 방사성물질 A형 운반용기로 분류된다. 방사성물질 A형 운반용기는 IAEA Safety Standard Series No. ST-1 및 국내 원자력법 등 관련규정의 기술기준을 만족하여야 하는데, 운반용기는 중량에 따라 0.3∼1.2m의 높이에서 소성이 일어나지 않는 단단한 바닥면으로 가장 심각한 손상을 주는 방향으로 낙하시키는 정상운반조건(normal transport conditions)에 대하여 구조적 건전성을 유지하여야 한다. 여기서는 ABAQUS/Explicit 코드를 이용하여 컨테이너형태의 A형 운반용기에 대하여 최대손상이 야기되는 0.9m 경사낙하조건에 대한 3차원 충격해석을 수행하고 구조적 건전성을 평가하였는데, 운반용기는 경사낙하시 코너피팅(corner fitting)의 분쇄(crush)에 의하여 대부분의 충격을 흡수하였으며 운반용기의 격납경계는 구조적 건전성을 유지하였다.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.13 no.2
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• pp.41-48
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• 2009

I collected the cases of CNG vehicle accidents which had happened for 30 years and analyzed the causes of the accidents according to each type of cylinders. There are about six accidents including three cylinder explosion accidents due to bad heat treatment, one composite damage, one CNG vehicle fire, and one fuel piping accident owing to the poor maintenance. When looking into the cylinder types involved in the accidents and the causes, 29% of the cylinder accidents are Type I and 24% Type IV, 16% Type II, and 14% Type III. 37% of the accidents are caused by the defects of the raw materials and the errors of a manufacturing process, 16% by the stress corrosion cracking as a result of the repetitive use, 15% by the cylinder's explosion on account of the malfunction of PRD(Pressure Relief Device) and the overpressure. The remainders of the causes are fire and unknown causes. Therefore, cylinder manufacturers have to strengthen quality management of raw materials and manufacturing process and painting regardless of each type of cylinder. Also bus operators need to make an effort to keep safety condition through every day check.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.17 no.3
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• pp.20-26
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• 2013

In this research, an empirical study on the designed burst pressure of Type3 composite cylinder was performed by hydrostatic burst test equipment. The designed burst pressure of Type3 composite cylinders, which are 6.8 liter and 31 MPa of service pressure, was estimated with the analysis using the finite element method. In order to confirm its accuracy, the burst test of small Type3 composite cylinders was perfomed through three times. The burst test equipment can pressurize to 400 MPa. As a result of comparison between the designed burst pressure and actual burst pressure, the difference was less than 4 percentage. With a test result, the analysis accuracy was verified. This technique will be applied to both qualification and inspection for the composite cylinder.

• Composites Research
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• v.23 no.6
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• pp.7-13
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• 2010

Type3 cylinder is a composite pressure vessel fully over-wrapped with carbon/epoxy composite layers over an aluminum liner, which is the most ideal and safe high pressure gas container for CNG vehicles due to the lightweight and the leakage-before-burst characteristics. During service in CNG vehicle, if a fiber cut damage occurs in outer composite layers, it can degrade structural performance, reducing cycling life from the original design life. In this study, finite element modeling and analysis technique for the composite cylinder with fiber-cut crack damage is presented. Because FE analysis of type3 cylinder is path dependant due to plastic deformation of aluminum liner in autofrettage process, method to introduce a crack into FE model affect analysis result. A crack should be introduced after autofrettage in analysis step considering real circumstances where crack occurs during usage in service. For realistic simulation of this situation, FE modeling and analysis technique introducing a crack in the middle of analysis step is presented and the results are compared with usual FE analysis which has initial crack in the model from the beginning of analysis. Proposed analysis technique can be used effectively in the evaluation of influence of damage on composite layers of type3 cylinder and establish inspection criteria of composite cylinder in service.

• Composites Research
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• v.21 no.1
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• pp.1-7
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• 2008

Composite vessels for high pressure gas storage are commonly used these days because of their competitive weight reduction ability maintaining strong mechanical properties. To supplement permeability of composite under high pressure, it is usually lined by metal, which is called a Type 3 vessel. However, it has many difficulties to design the Type 3 vessel because of its complex geometry, fabrication process variables, etc. In this study, therefore, GUI (graphic user interface) optimal design code for Type 3 vessels was developed based on semi-geodesic algorithm in which various factors of geometry and fabrication variables are considered and genetic algorithm for optimization. In addition, hydrogen vessels for 350/700 bar that can be applied to FCVs(fuel cell vehicles) were designed using this code for verification.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.15 no.4
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• pp.21-26
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• 2011

Type-3 cylinder liner has a limitation of machining the standard specimen for fracture toughness test because it has approximately 5 mm in thickness as well as a curvature. Hence, it needs to be employed a miniature specimen test technique to evaluate fracture toughness of the cylinder liner. In this study, small punch (SP) test method was employed to evaluate fracture toughness of the cylinder liner. Load-displacement curve result measured from the SP test showed that the liner material was failed during membrane stretching in the general SP load-displacement curve. Additionally, it was shown that liner material was isotropic although the amount of plastic deformation was different depending on the direction due to manufacturing process characteristics. Fracture toughness, $J_{Ic}$, was evaluated using the SP test data. The value of fracture toughness obtained was $13.0kJ/m^2$. This value was similar to that of the same kind of materials. Therefore, the fracture toughness evaluated using the SP test data was reasonable.