Abstract
This paper presents a strength safety evaluation of composite pressure container for hydrogen fuel tanks with a storage capacity of 104 liter and 70MPa pressure. The carbon fiber composite container is manufactured by an aluminum liner of Al6061-T6 and composite multi-layers of hoop winding layer in circumferential direction, $12^{\circ}C$ inclined winding layer and $70^{\circ}C$winding layer in helical direction respectively. The FEM results on the strength safety of composite fuel tanks were evaluated with a criterion of design safety of US DOT-CFFC and KS B ISO 11119-2 codes. The FEM computed results indicate that the proposed design model of 104 liter composite container is safe based on two strength safety codes. But, the computed results of carbon fiber fuel tanks based on US DOT-CFFC code is safer compared with that of KS B ISO 11119-2. Thus the hydrogen gas pressure container of 70MPa may be evaluated and designed by US DOT-CFFC code for more strength safety.
본 논문은 104L의 저장용량과 70MPa의 사용압력을 갖는 수소연료탱크용 복합소재 압력용기에 관한 강도안전성을 해석한 평가연구이다. 탄소섬유 복합용기의 내측은 6061-T6의 알루미늄 라이너를 사용하고, 외경측은 원주방향을 따라서 탄소섬유 후프층을 형성하고, 또한 $12^{\circ}C$ 적층과 $70^{\circ}C$ 적층을 헤리컬방향으로 경사지게 감아서 제작하였다. 복합소재 연료탱크의 강도안전성에 대한 FEM 해석결과는 US DOT-CFFC와 KS B ISO 11119-2 규정에 따라 평가되었다. FEM 해석결과에 의하면, 104L의 복합용기로 제시된 설계모델을 US DOT-CFFC와 KS B ISO 11119-2 기준으로 평가할 때 모두 안전하다할 수 있다. 그렇지만, 탄소섬유 연료탱크에 대한 계산결과는 한국의 평가기준을 사용하기보다는 미국의 안전기준을 적용하는 것이 더 안전하다는 해석결과를 알 수 있다. 따라서 70MPa의 수소연료 압력용기의 강도안전성을 충분히 확보하기 위해서는 미국의 DOT-CFFC 안전기준에 의거 평가하고 설계하는 것이 바람직하다.