[논문]LNG차량용 연료탱크의 지지시스템 구조해석에 관한 연구

윤상국; 김동혁

doi:10.5916/jkosme.2008.32.6.841

LNG차량용 연료탱크의 지지시스템 구조해석에 관한 연구
A Study on the Structural Analysis of the Supporting System for LNG Vehicle Fuel Tank 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.32 no.6, 2008년, pp.841 - 846

윤상국 (한국해양대학교 기계정보공학부) , 김동혁 (한국해양대학교 기계정보공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently the LNG(liquified natural gas) public buses have been introduced to prevent the air pollution in metropolitan areas. As the LNG temperature in fuel tank is as low as $-162^{\circ}C$. the thermal and structural effects of tank components need to be studied for safe introduction in the market. Especially the support system of LNG fuel tank in vehicle, which has connected with inside and outside of tanks, should put attention to reduce the structural stress due to cryogenic temperature and to restrict the heat flux from ambient. There are two supporting systems in the tank, that one is connected between inside and outside tanks by welding, and the other is the inserted support system which is a cylindrical SUS bar inserted in a hole of the supporting plate. In this study the temperature distribution and thermal stress of the inserted support system were evaluated by using the utility program as ANSYS. The results showed that the rate of heat transfer to inner tank through this support system was quite small due to limited contact of support bar with plate. but the thermal stress of support plate was obtained beyond the limited tensile value of SUS304. The cautious design for the support plate part, therefore, should be given to make the safe support system of LNG vehicle fuel tank.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 차량용 LNG연료탱크 지지시스템을 통한 전열량을 최소화하기 위하여 지지시스템의 열전달 및 열응력을 해석하였고, 그 시스템의 적용성 판단을 위하여 열적 그리고 기계적 응력을 해석한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구에서는 현재 적용되고 있는 LNG차량용 연료저장탱크 지지시스템을 통한 전열 해석과 극저온의 온도차에 의한 열수축 응력을 분석하여 이 시스템의 안정성 및 안전성을 판단하고자 하였다14. 또한 이를 통하여 향후 새로운 지지시스템 개발의 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다

제안 방법

50%. 90%로 변화될 때 이 지지시스템의 열전달과 응력 해석을 수행하여 분석하였다. 해석대상의 형상 모델링은 UGS NX4를 이용하였으며, 구조해석과 열해석은 유한요소 해석 프로그램인 Ansys 11을 이용하여 수행하였다.
본 연구에서는 탱크 내부에 LNG 충전량이 20%, 50%. 90%로 변화될 때 이 지지시스템의 열전달과 응력 해석을 수행하여 분석하였다.

데이터처리

90%로 변화될 때 이 지지시스템의 열전달과 응력 해석을 수행하여 분석하였다. 해석대상의 형상 모델링은 UGS NX4를 이용하였으며, 구조해석과 열해석은 유한요소 해석 프로그램인 Ansys 11을 이용하여 수행하였다.

이론/모형

극저온에서 전도열전달 산정을 보다 정밀하게 수행하기 위하여는 열경계 전위방법을 적용한다. 이 방법은 온도에 따라 열전도도가 바뀌는 물질의 열 전달량을 보다 정확하게 산정할 수 있는 방법이다
열전달에 의한 온도구배 해석은 Ansys를 사용하였으며, 모델형상은 좌우가 대칭이므로 1/2 면만을 대상으로 하였다. 탱크 좌측부는 내부탱크와 외부탱크가 용접으로 연결되어 있으므로 해석의 좌측면을 고정면으로 설정하였다.

성능/효과

1) 지지시스템의 전열량은 전체 침입량의 30% 정도로 침입열량을 감소시킬 수 있어 LNG용 초저온 연료탱크의 지지시스템으로 적절함을 알 수 있다.
2) 내부탱크의 탱크 지지봉 부는 -162℃의 LNG 에 의하여 최대 변위 4.92mm가 수축되며이를 고려한 설계가 필요하다.
3) 온도에 따른 기계적 응력을 해석한 결과 최대열응력 값이 한계허용치보다 커, 본 지지시스템이 차량용 LNG 저장탱크 지지시스템으로 적용하기 위하여는 구조적 개선이 필요함을 알 수 있다.

후속연구

하였다14. 또한 이를 통하여 향후 새로운 지지시스템 개발의 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다
이 값은 비교적 낮은 것으로 이 지지 방법이 LNG 연료저장탱크의 지지시스템에 효과적으로 적용될 수 있음을 알 수 있다.

참고문헌 (6)

J. Wegrzyn, 'DOE/BNL Liquid Natural Gas Heavy Vehicle Program', Future Transportation Technology Conference CA, pp. 11-13, SAE Paper No. 981919, 1998
Hanshaw G., Pope G., 'Liquefied Natural Gas - Heavy Duty Truck Applications,' SAE Paper No. 952740, 1998
LNG Vehicle Markets and Infrastructure', GRI by Zeus Development Co., 1998
LNG Vehicle Fuel Tank Installation and Operation Manual, Taylor-Wharton Co., pp. 1-29, 2004
Barron R. F., Cryogenic Systems, Oxford University Press, pp. 372-377, 1985
윤상국, 박동훈, 액체수소 저장탱크용 고효율지지 시스템 개발 및 해석, 한국마린엔지니어링학회논문집, 제31권, 제4호, pp. 363-369, 2007

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