[논문자료] FCEV용 고압 밸브 실링부의 고무재질에 따른 기밀해석

출처: 픽사베이

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FCEV에 사용되는 수소저장시스템의 수소탱크 압력 제어를 위한 솔레노이드 밸브에서는 수소누설을 최소화하기 위하여 고무, 우레탄 재질의 오링과 TPU 재질의 백업링을 사용한다. 수소의 압력이 상승하면 오링이 백업링을 밀고 백업링을 통하여 누설을 막는 구조로 구성되어있다. 백업링의 형상, 오링의 형상 그리고 각각의 재질에 따라서 이러한 기밀구조의 적합성은 달라지며, 미리 예측을 하여야할 필요성이 있다.

 

Asano 등은 2009년 1차 제작에서 오링이 백업링의 간극에 끼어 손상되는 상황을 보고하였고, 2016년 2차 제작에서는 두 개의 백업링을 경사가 있도록 설계하여 백업링의 간극에 오링이 삽입되어 손상되는 것을 막도록 설계하였다. 따라서 내부 압력에 따른 백업링과 실린더의 간극을 예측하는 것이 오링의 파손을 막는데 중요하다는 것을 제시하였다. Park 등은 내부 수소압력에 따른 오링과 백업링의 간극 및 압력해석 을 통하여 내부압력에 따른 백업링의 간극에 대한 관계를 제시하였고, 선형 탄성 재질의 구성방정식을 통한 오링 모델링으로 해석을 수행하였다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201714442073604

본 연구에서는 수소연료전지차량의 수소충방전시스템용 솔레노이드 밸브 모듈의 수동밸브 기밀구조 설계를 위한 연구를 수행하였다. 내부압에 대한 백업링의 간극분석을 통하여 오링의 파손예측을 수행하였다. 현재는 쇼어 경도 90의 우레탄의 실험데이터를 이용하여 초탄성 물성을 모델링하고, 이를 통하여 오링 및 백업링의 간극과 변형을 예측하였다. 고무 재질의 오링에 대하여 선형탄성 모델과 초탄성 모델을 적용하여 해석한 결과 백업링의 접촉양상이 다르게 나타나 설계 시에 초탄성 물성을 이용하여 예측하여야 함을 알 수 있다.

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