초록 ▼

1단계 기간중 연구목표를 성공적으로 달성하였으며 그 결과를 년차별로 요약하면 다음과 같다.
? 1차년도 연구결과
- 초고압 복합재 압력용기의 설계/해석 기술 개발 및 검증 완료
- 복합용기 파열/반복 시험설비 구축 완료
- 스마트모니터링 개념 연구 및 FBG 센서의 삽입 적용성 예측기술 개발 완료
? 2차년도 연구결과
- 200bar급 Type 3 차량용 복합용기 개발 및 국내 최초 상용화 성공(국내인증 획득)
- 350bar급 Type 3 복합용기 초도품 개발 및 평가
- 광섬유 센서 모

1단계 기간중 연구목표를 성공적으로 달성하였으며 그 결과를 년차별로 요약하면 다음과 같다.
? 1차년도 연구결과
- 초고압 복합재 압력용기의 설계/해석 기술 개발 및 검증 완료
- 복합용기 파열/반복 시험설비 구축 완료
- 스마트모니터링 개념 연구 및 FBG 센서의 삽입 적용성 예측기술 개발 완료
? 2차년도 연구결과
- 200bar급 Type 3 차량용 복합용기 개발 및 국내 최초 상용화 성공(국내인증 획득)
- 350bar급 Type 3 복합용기 초도품 개발 및 평가
- 광섬유 센서 모니터링 시스템 구축 및 시스템 안정화
- 광섬유 삽입된 복합용기 시제품 제작 및 평가
? 3차년도 연구결과
- 310abr Type 3 소형 복합용기 국내 최초 상용화 성공(美 DOT 인증 획득)
- 350bar Type 3 복합용기 최종설계 및 제조공정 결정
- 350bar Type 3 복합용기 설계인증시험 및 실증
- 광섬유 삽입된 350bar 복합용기 제작 및 실증
본 과제를 통해 Type 3 복합재 압력용기의 국산화 개발 및 국내외 인증획득에 의한 실용화에 성공함으로써 국내 복합용기 산업의 태동과 발전에 기여하였으며, 차후 수소연료전지자동차의 실용화에 대비한 기술 기반이 구축되었다고 사료됨.

Abstract ▼

The objective of this project is to develop safe, efficient, and commercially viable, on-board fuel storage system for the hydrogen fuel cell vehicles or natural gas vehicles that use highly compressed gaseous fuel such as hydrogen or natural gas. In this project, the key technologies for high press

The objective of this project is to develop safe, efficient, and commercially viable, on-board fuel storage system for the hydrogen fuel cell vehicles or natural gas vehicles that use highly compressed gaseous fuel such as hydrogen or natural gas. In this project, the key technologies for high pressure composite vessels are established and verified, and test facilities for validation testing have been constructed. Based on these foundations, 207 bar composite pressure vessel for automobile has been developed
successfully and deployed for commercial use. This report presents the entire procedure of development and certification of a type 3 composite cylinder of 207bar service pressure and 70 liter water capacity, which includes design/analysis, processing of filament winding, and validation through various testing and evaluation. Design methods of liner configuration and winding patterns are presented. Three dimensional, nonlinear finite element analysis techniques are used to predict burst pressure and failure mode. Design and analysis techniques are verified through burst and cycling tests. The full qualification test methods and results for the validation and certification are presented. In development of the 350bar composite cylinders for hydrogen fuel cell vehicle, the key technologies on design, analysis and processing of high-pressure composite cylinders were developed, and the methods were verified through manufacturing and burst testing of prototype cylinders. Using developed technologies, a composite cylinder of 350bar for FCV was developed and selected qualification testing is conducted to validate the cylinders according to international standards. The smart health monitoring system for composite high pressure hydrogen storage pressure vessels was developed and verified. Analytic approaches of thermal stress of the vessel, gauge length selection and proper locations of the sensors were carried out. FBG sensor system using wavelength swept fiber laser(WSFL) has developed and
verified for a long term on-line monitoring. For the environment test of the vessel, strain measurement using FBG sensors was verified at the extreme temperatures. FBG sensors showed their capability in the various temperature environments. For the reliability of sensor embedding, reinforcement tubes for ingress/egress parts of FBG sensor lines were designed and demonstrated. As a feasibility test of FBG sensors in type III composite tanks, the small sized tank with embedd FBG sensors were made and tested. Then, the 350 bar hydrogen storage vessel with 22 embedded FBG sensorswas fabricated and tested. Some of the sensors failed during the cure and more sensors failed during the auto-frettage pressure test up to 760 bar and 0.8% strain. The remaining FBG sensors showed good agreement with attached strain gauges and measured internal strains in the cyclic pressure test. For the damage evaluation using embedded FBG sensors, the high frequency multipoint demodulation system using
tunable Fabry-Perot filters was developed. With this system, high frequency vibration signals by external impacts were measured by the embedded FBG sensor in the composite pressure vessel.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 보고서초록 ... 2
• 요약문 ... 3
• 목차 ... 11
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 13
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 23
• 3-1-1.절 연료전지자동차용 350bar급 복합용기 설계/해석 기술 ... 23
• 1. 라이너 형상설계 기법과 와인딩 패턴 설계기법 및 전용코드 개발 ... 23
• 2. 복합재 압력용기 Preliminary Design & Analysis Tool 개발 ... 23
• 3. 3차원 비선형 유한요소해석 기법 개발 ... 23
• 4. 350bar급 복합용기 설계/해석 및 제작사양 결정 ... 24
• 3-1-2.절 200bar 급 복합재 압력용기 실용화 개발 ... 38
• 1. 3차원 비선형 유한요소해석 기법 개발 ... 38
• 2. 200bar 복합용기 설계인증 시험 수행 및 인증 획득 ... 38
• 3-1-3.절 350bar 급 복합재 압력용기 성형제작 기술 개발 ... 52
• 1. 필라멘트 와인딩 수지 경화도 분석 ... 52
• 2. 경화제 함유량에 따른 수지 물성시험 ... 53
• 3-1-4.절 350bar 급 복합재 압력용기 시제품 개발 및 시험 평가 ... 66
• 1. 350bar 복합재 압력용기 시제품 제작 ... 66
• 2. 350bar 복합재 압력용기 시제품 시험평가 ... 67
• 3-1-5.절 350bar 급 복합재 압력용기 최종 설계 및 성형공정 최적화 ... 73
• 1. 350bar 복합재 압력용기 최종 설계 ... 73
• 2. 350bar 복합재 압력용기 성형공정 최적화 ... 73
• 3-1-6.절 350bar 급 복합재 압력용기 성능평가 및 실증 ... 84
• 1. 350bar 복합재 압력용기 설계인증시험 ... 84
• 3-2-1.절 스마트모니터링 개념연구 및 FBG 센서의 삽입 적용성 예측 연구 ... 87
• 1. 기술조사 및 분석 ... 87
• 2. 선행 해석을 통한 FBG센서의 삽입 적용성 예측 연구 ... 88
• 3-2-2.절 광섬유 센서의 실시간 모니터링 시스템구축 및 시스템 안정화 ... 95
• 1. WSFL을 사용한 FBG 광섬유 센서의 구조 건전성 모니터링 시스템 구축 ... 95
• 2. 극한 온도에서의 시스템 유효성 검증 ... 95
• 3. FBG 센서의 생존성 향상을 위한 ingress/egress 보강기법 개발 ... 97
• 3-2-3.절 광섬유 삽입된 소형복합용기 시제품 개발 및 평가 ... 124
• 1. 광섬유 센서가 삽입된 복합재 용기의 제작 ... 124
• 2. 제작된 복합재 용기의 압력 시험 ... 126
• 3-2-4.절 광섬유 삽입된 수소용 복합용기 제작 및 시험평가 ... 143
• 1. 광섬유 센서가 삽입된 복합재 용기의 제작 ... 143
• 2. 제작된 수소저장 용기의 압력 시험 및 변형률 모니터링 ... 144
• 3. 고주파 동시다점 복조화 장치 개발 ... 146
• 4. 복합재 용기에 삽입된 FBG 센서를 이용한 고주파 진동신호 측정 ... 149
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 176
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 179
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 180
• 제7장 참고문헌 ... 182