[논문]수소연료전지 차량 충전에서의 압력강하 분석

서효민; 박병흥

doi:10.7842/kigas.2023.27.1.38

수소연료전지 차량 충전에서의 압력강하 분석
Pressure Drop Analysis on Filling of Hydrogen Fuel Cell Vehicles 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.27 no.1, 2023년, pp.38 - 47

서효민 (한국교통대학교 화공생물공학과) , 박병흥 (한국교통대학교 화공생물공학과)

초록
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수소연료전지 차량 충전 과정에서, 충전소에서의 공급압력과 차량 내 저장 탱크의 압력 차이에 의해 수소가 흐르게 되고 유량은 압력 차에 의존한다. 따라서 충전 과정에서 발생하는 수소의 압력강하에 대한 고려는 필수적이며 이의 분석을 통해 수소 충전 과정의 효율성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 충전라인 중 호스, 노즐/리셉터클, 파이프, 밸브에 대하여 압력강하를 분석하였다. 호스와 파이프는 도관에서의 압력강하로, 노즐/리셉터클은 흐름 노즐 식으로, 밸브는 기체 유량 식으로 계산하였다. 또한 각 구성요소에서 발생하는 압력강하 효과를 종합 분석한 결과 전체 충전라인에서 압력강하에 가장 큰 영향을 주는 요소는 밸브에서의 압력강하임이 밝혀졌다. 이번 연구는 추후 수소 충전을 포함한 수소 유동 해석으로 수소 충전 과정의 모델 개발에 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the hydrogen filling process, hydrogen flows by the pressure difference between the supply pressure at a filling station and a storage tank in the vehicle, and the flow rate depends on the pressure difference. Therefore, it is essential to consider the pressure drop of hydrogen occurring during the filling process, and the efficiency of the hydrogen filling process can be improved through its analysis. In this study, the pressure drop was analyzed for a hose, a nozzle/receptacle coupling, a pipe, and a valve in a filling line. The pressure drops through hose and pipe, the nozzle,receptacle coupling, and the valve were calculated by using a equation for a straight conduit, a flow nozzle formula, and a gas flow respectively. In addition, as a result of comprehensive analysis of the pressure drop effect occurring in each component, it was found that the factor that has the greatest influence on the pressure drop in the entire filling line is the pressure drop through the valve. This study can be used to develop a model of the hydrogen filling process by analyzing hydrogen flow including hydrogen filling in the future.

주제어

표/그림 (14)

표 Table 1. Hydrogen refueling station (HRS) classification by fuel delivery temperature categories per pressure classes [3]
표 Table 2. Coefficients of Eq. (1) for hydrogen density and viscosity[13]
표 Table 3. Friction factor correlation equations for turbulent flow
그림 Fig. 1. Friction factor with H₂ pressure at -26℃, 60g/s, 6.83mm
그림 Fig. 2. Pressure drop per length with H₂ pressure at -26℃, 60g/s, 6.83mm
표 Table 4. Conditions for friction factor estimation
그림 Fig. 3. Pressure drop per length with H₂ pressure and mass flow rate at (a) -40℃ and (b) -17.5℃ by Chen eq..
그림 Fig. 4. Pressure drop per length with H₂ pressure at various pipe diameters by Chen eq.
그림 Fig. 5. internal nozzle diameter(d)[m] and inter-nal hose diameter(D)[m].
그림 Fig. 6. Pressure drop with H₂ pressure and mass flow rate at (a) 5.46 mm and (b) 15.80 mm.
그림 Fig. 7. Pressure drop with H₂ pressure at various Temperatures.
그림 Fig. 8. Pressure drop with H₂ pressure at 60 g/s, 120 g/s.
그림 Fig. 9. Pressure drop through valve at (a) 15MPa, (b) 10MPa
그림 Fig. 10. Pressure drop through refueling line at (a) 15MPa, (b) 10MPa

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