Because hydrogen has very low density, a different storage method is required to store the same amount of energy as fossil fuel. One way to increase the density of hydrogen is through liquefaction. However, since the liquefied temperature of hydrogen is extremely low at -252 ℃, it is easily vaporized by external heat input. When liquid hydrogen is vaporized, a self-pressurizing phenomenon occurs in which the pressure inside the hydrogen tank increases, so when designing the tank, this rising pressure must be carefully predicted. Therefore, in this paper, the internal pressure of a cryogenic liquid fuel tank was predicted according to the liquid hydrogen filling ratio. A one-dimensional thermodynamic model was applied to predict the pressure rise inside the tank. The thermodynamic model considered heat transfer, vaporization of liquid hydrogen, and fuel discharging. Finally, it was confirmed that there was a significant difference in pressure behavior and maximum rise pressure depending on the filling ratio of liquid hydrogen in the fuel tank.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.366-366
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2011
냉중성자원은 하나로 반사체탱크에 위치한 수직공에 설치되어 노심에서 발생하는 열중성자를 감속재인 액체수소층을 통과시켜 냉중성자를 생산하는 설비로 수소가를 충전하고 있는 수소계통이 있으며, 21K의 극저온 액체수소/기체수소 2상(ttwo-phase)을 유지하기 위해 외부에서 유입되는 열침입을 최소화하기 위해 진공계통이 설치되어 있다. 진공계통은 수조내기기 집합체(In-Pool Assembly : IPA)의 액체수소 열사이펀, 감속재 용기 등의 냉중성자원 극저온 부풀들의 단열을 위하여 진공용기 내부진공도를 공정진공도 이하로 유지하기 위한 계통으로 고진공펌프, 진공배기탱크 및 저진공펌프의 조합으로 두 개의 진공펌프시스템과 진공박스, 배기수집탱크 및 밸브박스를 포함한 연결배관으로 설계되었다. 저진공펌프를 이용하여 대기압에서 고진공펌프 작동압력까지 도달한 후 고진공펌프를 가동하여 공정진공도 이하의 진공도를 확보하고, 고진공펌프로부터 배기되는 배출가스는 고진공펌프 후단에 설치된 진공배기탱크에 포집되며, 필요 시 저진공펌프레 의하여 배기수집탱크로 배출된다. 진공펌프시스템은 진공용기 내부의 압력이 공정진동고 이하로 유지되도록 연속적으로 가동되어 진공단열이 가능하다. 본 논문은 감속재인 수소를 액화상태로 유지하며, 공정진공도 이하로 충분히 유지되어 운전되는 진공계통의 특성을 원자로 운전 주기별로 소개하고자 한다.
In this study, the strength safety for 110 liter hydrogen fuel storage tank with 70MPa filling pressure has been analyzed using a FEM technique. The strength safety of a composite fuel tank in which is fabricated by an aluminum liner of 6061-T6 and carbon fiber wound composite layers of T800-24K and T700-12K of Toray, and MR60H-24P of Mitsubishi Ray has been investigated based on the criterion of a strength safety of US DOT-CFFC and Korean Standard. The FEM computed results on the strength safety of 70MPa hydrogen gas tank showed that the hydrogen fuel storage tank in which is fabricated by T800-24K and T700-12K of Toray, and MR60H-24P of Mitsubishi Ray is safe because those two carbon fibers have very similar material properties. But, the composite storage tank with a filling pressure of 70MPa in which is fabricated by T700-12K of Toray may not guaranty the strength safety, and thus this study recommends a composite hydrogen fuel tank under 60MPa.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.517-534
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2021
Hydrogen fuel is emerging as an new energy source to replace fossil fuels in that it can solve environmental pollution problems and reduce energy imbalance and cost. Since hydrogen is eco-friendly but highly explosive, there is a high concern about fire and explosion accidents of hydrogen fueled vehicles. In particular, in semi-enclosed spaces such as tunnels, the risk is predicted to increase. Therefore, this study was conducted on the applicability of the equivalent TNT model and the numerical analysis method to evaluate the hydrogen explosion pressure in the tunnel. In comparison and review of the explosion pressure of 6 equivalent TNT models and Weyandt's experimental results, the Henrych equation was found to be the closest with a deviation of 13.6%. As a result of examining the effect of hydrogen tank capacity (52, 72, 156 L) and tunnel cross-section (40.5, 54, 72, 95 m2) on the explosion pressure using numerical analysis, the explosion pressure wave in the tunnel initially it propagates in a hemispherical shape as in open space. Furthermore, when it passes the certain distance it is transformed a plane wave and propagates at a very gradual decay rate. The Henrych equation agrees well with the numerical analysis results in the section where the explosion pressure is rapidly decreasing, but it is significantly underestimated after the explosion pressure wave is transformed into a plane wave. In case of same hydrogen tank capacity, an explosion pressure decreases as the tunnel cross-sectional area increases, and in case of the same cross-sectional area, the explosion pressure increases by about 2.5 times if the hydrogen tank capacity increases from 52 L to 156 L. As a result of the evaluation of the limiting distance affecting the human body, when a 52 L hydrogen tank explodes, the limiting distance to death was estimated to be about 3 m, and the limiting distance to serious injury was estimated to be 28.5~35.8 m.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.813-819
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2011
In this research, we investigated the hydrogen-gas filling characteristics of ultra-light composite tanks that have a plastic or aluminum liner inside the composite shell. The study was performed for different gas and tank temperatures. The temperature changes at various positions in the Type-4 tank during hydrogen-gas filling were monitored in order to understand the effects of the filling conditions. The results were compared with those obtained for a Type-3 tank. As the filling speed was increased, a quicker temperature rise was observed, and the temperature distribution over the entire region showed significant discrepancies.
This paper presents the strength safety of a hydrogen gas composite fuel tank, which is analyzed using a FEM based on the criterion of US DOT-CFFC and Korean Standard. A hydrogen gas composite tank in which is fabricated by an aluminum liner of 6061-T6 material and carbon fiber wound composite layers of T800-24K is charged with a filling pressure of 70MPa and a gas storage capacity of 130 liter. The FEM results indicated that von Mises stress, 255.2MPa of an aluminum liner inner tank is low compared with that of 95% yield strength, 272MPa. And a carbon fiber stress ratio of a composite fuel tank is 3.11 in hoop direction and 3.04 in helical direction. These data indicate that a carbon fiber gas tank is safe in comparison to that of a recommended criterion of 2.4 stress ratio. Thus, the proposed composite tank with 130 liter capacity and 70MPa filling pressure is usable in strength safety.
More than 100 liquefied hydrogen tanks are expected to be introduced in Korea by 2030. Since liquefied hydrogen is stored in a vacuum insulation structure tank at -253℃, there is a possibility of a major disaster in which the tank bursts if there is a problem with insulation. Therefore, the law stipulates that PRV should be installed as the last bastion. It is important to note that in the case of liquefied hydrogen, it becomes useless if the pressure drop of the pipe is ignored and the capacity is calculated incorrectly. In CGA S-1.3, the pressure drop rate of the PRV inlet and outlet pipes is set to less than 3% and less than 10%, respectively. However, there is an interdependence between the amount of pressure drop and the flow rate of the pipe, making it impossible to calculate these values at once. Therefore, we developed a simulator that calculates the pressure loss rate of PRV system using MATLAB/Simulink and evaluated the sensitivity of the pressure drop rate to design elements.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2022.06a
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pp.213-213
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2022
본 논문은 슬로싱(Sloshing) 거동에 놓인 극저온 액체수소 화물창의 BOG 예측을 위한 CFD 해석 절차를 다루고 있다. 특히, 적재율(Filling Ratio)에 따라 달라지는 열 유입과 그에 따른 액체수소의 기화 경향을 파악하기 위한 목적으로 수행되었다. 액체수소와 기체수소의 혼재에 의한 다상 열유동(Multiphase-Thermal flow) 특성을 반영하고 유동에 따른 강제 대류 현상을 열유속에 반영하기 위한 CFD 해석을 수행하였다. 다상 유동 모델의 정확성을 검증하기 위하여 슬로싱 실험의 압력 계측 값과 해석의 압력 값 및 자유수면(Free surface) 형상을 비교하였다. 소형 C-Type 독립형 액화수소 탱크를 대상으로 슬로싱 유동과 BOG 발생을 수치적으로 예측하였다. 해석 과정에서 VOF(Volume of fraction) 모델과 Eulerian 모델을 모두 적용하여, 액체수소에 유입되는 열 유속(Heat flux)의 예측 정확성을 비교하였다. 슬로싱 유무에 따라 액체수소에 유입되는 열 유속을 비교하여 슬로싱 유동의 포함 여부에 따른 BOG 발생량의 변화를 제시하였으며, 최종적으로 액체수소의 충전율(Filling ratio) 별로 BOG 발생량의 경향성을 제시하였다.
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.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.605-612
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2021
Amid growing global damage due to abnormal weather caused by global warming, the introduction of eco-friendly cars is accelerating to reduce greenhouse gas emissions from internal combustion engines. Accordingly, many studies are being conducted in each country to prepare for the explosion of hydrogen fuel in semi-closed spaces such as tunnels and underground parking lots to ensure the safety of hydrogen-electric vehicles. As a result of predicting the explosion pressure of the hydrogen tank using the equivalent TNT model, it was found to be about 1.12 times and 2.30 times higher at a height of 1.5 meters, respectively, based on the case of 52 liters of hydrogen capacity. A review of the impact on the human body and buildings by converting the predicted maximum explosive pressure into the amount of impact predicted that all predicted values would result in lung damage or severe partial destruction. The predicted degree of damage was applied only by converting the amount of impact caused by the explosion, and considering the additional damage caused by the explosion, it is believed that the actual damage will increase further and safety and disaster prevention measures should be taken.
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