Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.12
no.2
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pp.131-139
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2000
A direct hydrogen liquefaction equipment has been developed and tested, which consists of a GM refrigerator, a liquefaction vessel, a radiation shield, a cryostat, and an ortho-para converter with catalyst. The effect of ortho-para hydrogen conversion on the performance of hydrogen liquefaction has been investigated. The time needed for the hydrogen liquefaction process with hydrogen pressure charge of 4 atm was delayed to around 75 minutes, and the liquefied mass flow rate of the hydrogen was about 0.0150∼ 0.0205 g/s when the hydrogen was liquefied with the direct hydrogen liquefaction system considering ortho-para conversion. With ortho-para conversion, the liquefied mass flow rate decreased up to 20%. Considering ortho-para conversion, there were up to 30% increase in the work input per unit liquefied mass flow rate. When the ortho-para conversion was considered, FOM decreased to be about 0.031∼0.045.
Liquefied hydrogen have advantage which reduces the volume by about 800 times or more compared to hydrogen gas, so it is possible to increase the storage density. However, liquefied hydrogen produced by cryogenic cooling of 20 K or less at normal pressure has a problem of maximizing the insulation effect that blocks heat introduced from the outside. Representative insulation technologies include vacuum insulation and multi-layer insulation materials and in general, heat blocking is attempted by combining insulation technologies. Therefore, in this study, the pressure of the internal vacuum layer was changed to 10-1, 10-2, 10-3 and 10-4 Torr to confirm the thermal insulation performance of the vacuum jacket valve for transporting liquefied hydrogen. As a result, it was confirmed that the insulation performance improved as the degree of vacuum increased.
Kim, Hyun-Jin;Song, Boe-Hee;Tak, Song-Su;Joe, Hoe-Yeon;Kang, Seung-Kyu
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.25
no.6
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pp.98-105
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2021
Currently, the government's announcement of the Korean version of the New Deal Comprehensive Plan ('20.7.14), expanding the supply of hydrogen production and charging facilities, and major companies are rapidly building related facilities such as liquefied hydrogen plants and charging stations. However, safety standards for production, storage facilities, transportation, and utilization of liquefied hydrogen value chains in Korea are insufficient, and safety technologies and safety standards over the entire period of liquefied hydrogen are urgently needed. Accordingly, the Korea Gas Safety Corporation is trying to realize a safe hydrogen economy in Korea by enacting safety standards over the entire period, including liquefied hydrogen plants
HEUNG SEOK SEO;YEONGBUM LEE;DONGHYUK KIM;CHANGWON PARK
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.34
no.6
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pp.650-656
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2023
In order to efficiently control boil-off rate of a liquefied hydrogen tank, the important thing is to maintain an appropriate vacuum level. however, compared to small and medium-sized storage tank, it is very difficult to create and maintain vacuum in large-capacity storage tanks. In this study, we aim to determine the target level of future large-capacity storage tank technology development and secure basic data on performance test methods by analyzing the corelation between evaporation gas and thermal conductivity of liquefied hydrogen storage tanks.
Hydrogen is one of the most popular eco-friendly energy sources for reducing global warming. To use hydrogen as a conventional fuel, liquid hydrogen plants should introduce waste hydrogen treatment processes. A major safety issue of liquid hydrogen plants is choosing the most suitable purge gas to use in case of an accident. A purge gas prevents the formation of explosive mixed gases in the vent header. In general, nitrogen is the main purge gas used in chemical plants. Nitrogen has a freezing point of -210℃, which is higher than the boiling point of hydrogen. Helium, with a freezing point lower than hydrogen, is instead recommended as a purge gas of the vent header during hydrogen liquefaction. However, helium is roughly 100 times more expensive than nitrogen. To address this issue, this study uses simulations to investigate safe conditions for introducing nitrogen as the purge gas during hydrogen liquefaction. The temperature change from the safety valve to the vent header is evaluated when the external temperature of the safety valve discharge pipe is at 5℃, 10℃, and 20℃. Additionally, the most optimal length for a discharge pipe according to pipe diameter is investigated.
According to the government's roadmap for revitalizing the hydrogen economy, various industries carry out projects using liquefied hydrogen as an energy source. However, safety standards necessary for operational demonstration projects are not prepared in Korea, thus, it is necessary to prepare safety standards as soon as possible. Therefore, in order to secure the safety of liquefied hydrogen instrumentation and handling facilities, it is necessary to prepare safety standards that comprehensively consider the risk of liquefied hydrogen. This study aims to prioritize safety standard items using ETA, FMEA, and AHP, which are risk assessment techniques, to present the feasibility of selecting safety standard items.
Given the inadequate regulatory framework for liquefied hydrogen gas storage tanks on ships and the limitations of the IGC Code, designed for liquefied natural gas, this study introduces a critical assessment procedure to ensure the safety and suitability of such tank designs. This study performed a heat transfer analysis for boil-off gas (BOG) calculations and established separate design load cases to evaluate the yielding and buckling strength. In addition, the study assessed methodologies for both high-cycle and low-cycle fatigue assessments, complemented by comprehensive structural integrity evaluations using finite element analysis. A comprehensive approach was developed to assess the structural integrity of Type C tanks by conducting crack propagation analysis and comparing these results with the IGC Code criteria. The practicality and efficacy of these methods were validated through their application on a 23K-class liquefied hydrogen carrier at the concept design stage. These findings may have important implications for enhancing safety standards and regulatory policies.
YOUNG MIN SEO;HYUN WOO NOH;DONG WOO HA;TAE HYUNG KOO;ROCK KIL KO
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.34
no.4
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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.
Dong Hyuk Kang;Jeong-Hyeon Kim;Seul-Kee Kim;Tae-Wook Kim;Doo-Hwan Park;Ki-Beom Park;Jae-Myung Lee
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.2_2
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pp.333-340
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2023
Environmental regulations are being strengthened worldwide to solve global warming. For this reason, interest in eco-friendly gas fuels such as LNG and hydrogen is continuously increasing. However, when adopting eco-friendly gas fuel, liquefying at a cryogenic temperature is essential to ensure economic feasibility in storage and transportation. Although austenitic stainless steel is typically applied to store cryogenic liquefied gas, structural steel can experience sudden heat shrinkage in the case of leakage in the loading and unloading process of LNG. In severe cases, the phase of the steel may change, so care is required. This study conducted Charpy impact tests on steel material in nine different temperature ranges, from room to cryogenic temperatures, to analyze the effects of cryogenic liquefied gas leaks. As a result of the study, it was not easy to find variations in ductile to brittle transition temperature (DBTT) due to the leakage of cryogenic liquefied gas. Still, the overall impact toughness tended to decrease, and these results were verified through fracture surface analysis. In summary, brittle fracture of the steel plate may occur when a secondary load is applied to steel for hull structural use exposed to a cryogenic environment of -40 ℃ or lower. Therefore, it needs to be considered in the ship design and operating conditions.
In addition to analyzing the hydrogen economy trends of the international community (Korea, the United States, Europe, Japan, etc.), which is being promoted to realize a carbon-neutral society, this study compared and analyzed the differences between the gaseous hydrogen refueling station, which is a key hydrogen-using facility close to the people, and a liquefied hydrogen refueling station that is scheduled to be built in the future. In addition, SAFETI, a quantitative risk assessment program, was used to analyze the safety of liquefied hydrogen refueling stations and In consideration of the individual and societal risks and the ranking of risks by facility, which are conditional allowable areas, a plan to improve safety such as facility layout was proposed
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