[논문자료] 액체수소용 초저온 고압 피스톤 펌프의 기밀성 향상에 관한 기초연구

출처: 픽사베이

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액체수소 압송시스템은 저장탱크로부터 동력 및 각종 이용시스템까지 액체수소를 이송시키고 가스화하는 장치로서 액체수소 이용에 반드시 필요한 핵심 구성요소이다. 기존의 압송 시스템은 주로 저장 탱크 압송 등과 같이 비교적 저압에서 대량의 액체수소를 이송시키는 것을 주 목적으로 개발되고 있다.

 

그러나 액체수소 이용의 범용화를 위해서는 다양한 압력하에서 소량이송이 가능한 액체수소 압송시스템 개발이 필요하다1) . 소량 액체수소 압송 방식은 대표적으로 용기 가압 방식과 피스톤 펌프방식으로 구분할 수 있다2) . 용기 가압방식은 가압된 수소 또는 질소가스를 용기 내에 주입하여 액체수소를 이송하는 방식으로 다른 압송 방식에 비해 상대적으로 구조가 간단하다. 하지만 초저온의 저장탱크 가압에 의한 안전성 문제로 비교적 저압에 사용되고 있는 방식이다. 이에 반해 피스톤 펌프방식은 압력 및 유량 변화에 유연하게 대처가 가능하여 다양한 분야에 활용할 수 있다. 특히, 고압 및 소량의 연료를 사용하는 직접분사식 수소기관의 동력시스템에 활용이 가능하여 수송산업 전반에 수 소 이용률을 높일 수 있다. 이로 인해 자동차 기술 선진국에서는 대체에너지 및 저공해의 관점에서 수소 자동차를 개발되기 시작한 1970년대부터 이미 피스톤 펌프방식의 액체수소 압송시스템을 연구하기 시작하였으나 국내에서는 아직 명확히 진행되고 있지 않은 상황이다3-5).

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO202219957291241

 

액체수소용 초저온 고압 피스톤형 펌프의 피스톤실린더 틈새에서의 누출에 관여하는 인자를 파악하고 제시된 피스톤 형상을 검토하여 얻은 결론은 다음과 같다.

 

1) 초저온화하는 경우의 피스톤부의 누출량은 초저온화에 따른 틈새면적, 밀도와 점성 등의 복합적인 인자에 의존하지만 틈새의 단위면적당 누출량은 초저온화함에 따라 감소한다는 것을 알 수 있었다.

 

2) 액체수소용 고압 피스톤형 펌프의 기밀성을 향상시키기 위해서는 피스톤과 실린더사이의 접촉면 적을 최소화하여 마찰열과 구동력을 최소화하고 피스톤압축에 의해 실린더내의 압력이 증가함에 따라 실린더와 피스톤부의 틈새가 좁아지는 구조가 적절한 방안의 하나로 판단된다.

 

3) 제시된 피스톤 형상중에서 실린더와의 접촉면적이 적고 압력증가에 의한 틈새감소가 용이한 피스톤 형상이 높은 기밀성을 갖으며, 누출량은 기존 형상과 비교하면 약 7%에 지나지 않는다.

 

4) 그러나 다양한 인자에 대한 누출량의 상세한 해석과 두께가 얇은 선단에서의 마찰에 의한 vapor lock 발생 및 내구성 등에 관한 해석이 필요한 것으로 생각된다.

 

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펌스터 (  http://pumster.com/  )

㈜펌스터는 20년간 고온·고압 관련 기술과 경험으로 축적된 '일신오토클레이브'의 자회사로 리퀴드 펌프, 가스 부스터, 유압 및 압력 시스템 등을 자체 설계, 제작, 조립 및 AS를 일괄 수행하는 국내 최고 EPC(Engineering, Procurement & Construction) 고압 펌프 전문 업체입니다.

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리퀴드 펌프, 가스 부스터 및 다양한 시스템을 공급하는 ㈜펌스터는 관련 분야에 대한 많은 경험과 노하우를 축적하고 있으며, 꾸준한 연구 개발을 통하여 고압 펌프 시장에서 주도적인 역할을 담당하기 위해 힘쓰고 있습니다.

 

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