[논문자료] 유한요소법을 이용한 수소충전용 압력용기의 응력 거동특성에 관한 수치적 연구

출처: 픽사베이

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지구온난화와 같은 환경문제들과 화석연료가 고갈됨에 따라 전세계적으로 저탄소 친환경에너지에 대한 많은 정책이 진행되고 있으며, 그 정책 중 하나가 수소경제를 활성화 정책이다. 수소경제가 활성화됨에 따라 수소 공급을 위한 수소충전소의 보급이 가속화되고 사고발생의 위험도 커지고 있다. 수소의 폭발사고는 대부분 대형사고로 이어지기 때문에 수소에너지를 사용함에 있어 안전성을 확보하는 것은 매우 중요하다. 특히, 수소에너지를 활용하기 위해서는 고압의 액화수소의 생산, 저장, 운송 등에 사용될 수소저장 용기의 안전성 확보는 반드시 필요하다. 수소저장용기는 크게 Type1∼Type4 로 4종류로 분류하며, 일반적으로 가장 많이 사용되는 압력용기의 형태는 Type1이다. Type1 형태의 용기는 금속재료로 제작되었으며, 다른 형태의 압력용기에 비해 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 하지만, Type1 형태의 용기는 무게가 무겁고, 부식과 피로에 의한 파손의 위험이 큰 단점이 있다. 가스 압력 용기의 안전성에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

Park 등[1]은 압력용기의 잔류응력과 응력거동을 고려하여 수명예측에 대한 연구를 하였으며, Hu 등[2]은 용기내 크랙의 진전을 통한 수 명을 예측하는 연구를 하였다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO202220257603383

 

수소압력용기의 기초 구조 해석을 위해 범용 구조해석 SW인 ANSYS를 사용하여 유한요소해석을 수행하였다. 수소에너지를 활용하기 위해서는 액화 수소의 생산, 저장, 운송 등에 사용될 수소저장 용기의 안전성 확보를 위한 압력용기의 거동 특성을 관찰하였다.

 

본 연구의 가스 압력용기 작동압력인 50 MPa에서 비가 1.87로 안정적인 VMS분포를 나타었다. 가스 압력용기에 압력이 93.66 MPa로 작용할 때 항복응력이 발생하고 가스 압력용기의 측면으로부터 693.89 mm위치에서 최대 응력 발생하였다. 본 논문의 연구 결과는 실제 가스 저장용기가 제작과정 혹은 사용환경 요인에 의해 사용 수명에 영향을 받기 때문에, 향후 이러한 요인을 적용하여 고압 수소저장용기의 파괴해석 연구와 구조적 안전성 판단에 활용될 예정이다.

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BV시리즈

BV 시리즈

특수 소형 및 산업용, 대형 압력용기를 전문으로 설계·제작하는 일신오토클레이브에서는 다양한 시리즈의 압력용기를 취급하고 있습니다.

​다양한 시리즈 중 가장 많이 사용되는 압력용기인 BV시리즈는 볼트 결합 압력용기로 볼트를 이용한 체결방식이며 Cover와 Body가 직접 닿아 Sealing재에 의해 사이가 밀폐되는 구조를 띕니다.

 

BV시리즈의 특장점으로는 주로 연구목적으로 사용되는 BV 볼트 결합용 압력용기의 기본재질이 내화학성이 높은 스테인리스로 제작하며 화학반응시 발생할 수 있는 내부식성을 고려해 내부 용기를 삽입할 수 있도록 설계하였습니다. 별도 노즐은 추가 옵션사항으로 설치가능하며 내부 압력 확인을 위한 게이지가 부착되어있어 사용의 편의를 더하였습니다.

 

또 내부 유체의 주입과 배출을 위한 Port설치가 용이하며 내부 유체 흐름이 가능하도록 Inlet/Outlet으로 구성되어있습니다. 당사의 볼트 결합 압력용기의 경우 온도와 압력환경에 따라 각기 다른 소재의 선정이 가능하며 사용자의 사용 목적 등에 따라 교반장치와 온도 센서 Port의 크기, 수량 등을 추가적으로 선택할 수 있는 맞춤 제작 제품입니다.

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