The hydrogen embrittlement of two austenitic high-manganese steels was investigated using tensile testing under high-pressure gaseous hydrogen. The test results were compared with those of different kinds of austenitic alloys containing Ni, Mn, and N in terms of stress and ductility. It was found that the ultimate tensile stress and ductility were more remarkably decreased under high-pressure gaseous hydrogen than under high-pressure gaseous argon, unlike the yield stress. In the specimens tested under high-pressure gaseous hydrogen, transgranular fractures were usually observed together with intergranular cracking near the fracture surface, whereas in those samples tested under high-pressure gaseous argon, ductile fractures mostly occurred. The austenitic high-manganese steels showed a relatively lower resistance to hydrogen embrittlement than did those with larger amounts of Ni because the formation of deformation twins or microbands in austenitic high-manganese steels probably promoted planar slip, which is associated with localized deformation due to gaseous hydrogen.
Hydrogen, the lightest and the most abundant element in the universe becomes a mainstay of contemporary condensed matter physics, which is largely because its metallization is regarded as the holy grail of high-pressure physics and it is also due to recent observations of high Tc superconductivity in hydrogen-dense compounds at extremely high pressure. Contemporary static high-pressure technique is not enough to realize the metallization of solid hydrogen and hydrogen-dense compounds may significantly reduce the required transition pressure providing an excellent proxy study. In this brief review, I will introduce recent achievements of high-pressure study in solid hydrogen and hydrides.
Securing energy sources is a key element essential to economic and industrial development in modern society, and research on renewable energy and hydrogen energy is now actively carried out. This research was conducted through experiments and analytical methods on the hydrogen filling process in the hydrogen storage tank of the hydrogen charging station. When low-temperature, high-pressure hydrogen was injected into a high-pressure tanks where hydrogen is charged, the theoretical method was used to analyze the changes in temperature and pressure inside the high-pressure tanks, the amount of hydrogen charge, and the charging time. The analysis was conducted in the initial vacuum state, called the First Cycle, and when the residual pressure was present inside the tanks, called the Second Cycle. As a result of the analysis, the highest temperature inside the tanks in the First Cycle of the high-pressure tank increased to 442.11 K, the temperature measured through the experiment was 441.77 K, the Second Cycle increased to 397.12 K, and the temperature measured through the experiment was 398 K. The results obtained through experimentation and analysis differ within ±1%. The results of this study will be useful for future hydrogen energy research and hydrogen charging station.
High combustion efficiency of hydrogen could make it an ideal source of green energy in the future. At this time, high pressure vessel is the most reasonable method of storing hydrogen. However, such a high pressurized vessel could pose a critical threat if ruptured. For this reason, it is important to understand the mechanism of hydrogen's self-ignition when a high-pressure hydrogen released into air. This paper presents several visualization images as experimental results using high-speed camera. From the visualization images, the ignition is initiated near rupture disk immediately after failure of disk. And the initial ignition and flame is stronger as a rupture pressure increases. However, this ignition region do not affect the general self-ignition mechanism when a high-pressure hydrogen is released into air through tue after failure of disk.
The high-pressure hydrogen valve is intended to supply hydrogen charged at high pressure in the hydrogen tank to the fuel cell stack, which decompresses high-pressure hydrogen gas to low pressure and primarily limits the excessive flow. It consists of a pilot valve, a main valve, and a excessive flow valve to operate in a wide pressure range from 2 to 70 MPa of charging pressure. The opening characteristics of the valve were confirmed by computation fluid dynamics applying the moving grid technique. The behavior of the valve was predicted by predicting the force acting on the valve over time. In addition, the difference in behavior according to supply pressure was compared.
In this study, a cryogenic vessel was constructed to maintain and control the safe pressure of liquid hydrogen boil-off gas (BOG), and the numerical analysis was conducted on the development of computational fluid dynamics model inside the high-pressure vessel. An evaluation system was constructed using cryogenic inner and outer containers, pre-cooler, upper flange, and internal high-pressure container. We attempted to analyze the performance of the safety valve by injecting relatively high temperature hydrogen gas to generate BOG gas and quickly control the pressure of the high-pressure vessel up to 10 bar. As a results, the liquid volume fraction decreased with a rapid evaporation, and the pressure distribution increased monotonically inside a high pressure vessel. Additionally, it was found that the time to reach 10 bar was greatly affected by the filling rate of liquid hydrogen.
Recently, study on hydrogen is being conducted due to environmental pollution and fossil fuel depletion. High-pressure gas hydrogen commonly used is applied to vehicle and tube trailers. In particular, high-pressure hydrogen storage tank for vehicles must comply with the guidelines stipulated in SAE J2601. There is a charging temperature limitation condition for the safety of the storage tank material. In this study, numerical analysis method were verified based on previous studies and the nozzle angle was changed for thermal management to analyze the increase in forced convection effect and energy uniformity due to the promotion of circulation flow. The previously applied high-pressure hydrogen storage tank has a length/diameter ratio of about 2.4 and was analyzed by comparing the length/diameter ratio with 8. As a result, the circulation flow of hydrogen flowing into the high-pressure hydrogen storage tank is promoted at a nozzle angle of 30° than the straight nozzle and accordingly, the effect of suppressing temperature rise by energy uniformity and forced convection was confirmed.
The long-term durability of an FKM O-ring used as parts of a hydrogen station was investigated by exposing it to high-pressure gaseous hydrogen for 1, 3, and 7 days at room temperature. Changes in its sealing force were subsequently measured at 150℃ using intermittent compression stress relaxation (CSR). No changes in the tensile properties of FKM O-ring were observed, but its initial and overall sealing forces at 150℃ significantly decreased with increasing exposure time to hydrogen gas. Microvoid formation in the FKM O-ring upon exposure to high-pressure hydrogen was minimized over time after the ring was exposed to atmospheric pressure at room temperature, which prevented changes in its tensile properties. However, applying heat accelerated FKM O-ring oxidation, which decreased its sealing force. These results indicated that identifying changes in the sealing force of rubber materials using intermittent CSR is not sufficient for monitoring changes in mechanical properties under high-pressure hydrogen atmospheres; however, it is suitable for evaluating the long-term durability of sealing materials for hydrogen station applications under similar conditions.
The characteristics of oxidation for the Zry-4 was measured in the $800^{\circ}C$ and high steam pressure (50 bar, 75 bar, 100 bar) conditions, using an apparatus for high pressure steam oxidation. The effect of accelerated oxidation by high-pressure steam was increased more than 60% in hydrogen-charged cladding than normal cladding. This difference between hydrogen charged claddings and normal claddings tends to be larger as the higher pressure. The accelerated oxidation effect of hydrogen charging cladding is regarded as the hydrogen on the metal layer affects the formation of the protective oxide layer. The creation of the sound monoclinic phase in Zry-4 oxidation influences reinforcement of corrosion-resistance of the oxide layer. The oxidation is estimated to be accelerated due to the creation of equiaxial type oxide film with lower corrosion resistance than that of columnar type oxide film. When tetragonal oxide film transformed into the monoclinic oxide film, surface energy of the new monoclinic phase reduced by hydrogen in the metal layer.
In recent years, it is very important that hydrogen storage system is safe for user in any circumstances in case of crash and fire. Because the hydrogen vehicle usually carry high pressurized cylinders, it is necessary to do safety design for fire. The Global Technical Regulation (GTR) has been enacted for localized and engulfing fire test. High pressure hydrogen storage system of fuel cell electrical vehicles are equipped with Thermal Pressure Relief Device (TPRD) installed in pressured tank cylinder to prevent the explosion of the tank during a fire. TPRDs are safety devices that perceive a fire and release gas in the pressure tank cylinder before it is exploded. In this paper, we observed the localized and engulfing behavior of tank safety, regarding the difference of size and types of the tanks in accordance with GTR.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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