초록 ▼

-액화율 1 L/hr, 150 L 급 수소액화시스템 설계 및 제작
-액체수소 저장용기 5 L, 100 L 설계 및 제작
-열손실 1.5 W/m, 액체수소 전용 전송라인 설계 및 제작
-재액화용 기계식 극저온냉동기를 부착한 액체수소 저장용기 설계 및 제작
-재액화용 자기식 및 기계식 혼합형 극저온냉동기를 부착한 액체수소 저장용기 설계
-ortho-para 수소 변환 촉매 개발
-액체수소 전용 펌프(10 bar) 설계, 제작 및 성능시험
-수소액화시스템(수소액화기, 액체수소 저장용기, 액체수소용 재

-액화율 1 L/hr, 150 L 급 수소액화시스템 설계 및 제작
-액체수소 저장용기 5 L, 100 L 설계 및 제작
-열손실 1.5 W/m, 액체수소 전용 전송라인 설계 및 제작
-재액화용 기계식 극저온냉동기를 부착한 액체수소 저장용기 설계 및 제작
-재액화용 자기식 및 기계식 혼합형 극저온냉동기를 부착한 액체수소 저장용기 설계
-ortho-para 수소 변환 촉매 개발
-액체수소 전용 펌프(10 bar) 설계, 제작 및 성능시험
-수소액화시스템(수소액화기, 액체수소 저장용기, 액체수소용 재액화기, 액체수소용 전송라인)의 열해석을 통한 설계
(출처:요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. The research results and discussions
The final goal of the current project is to achieve a new generation of liquid hydrogen storage tank with developing the technologies which can improve the safety, durability, and storing performance of liquid hydrogen storage tank.
A hydrogen liquefier

Ⅳ. The research results and discussions
The final goal of the current project is to achieve a new generation of liquid hydrogen storage tank with developing the technologies which can improve the safety, durability, and storing performance of liquid hydrogen storage tank.
A hydrogen liquefier composed of a commercial GM cryocooler, a ortho-para hydrogen catalyst converter with LN2 precooling, baffles to resist convective heat transfer, a hydrogen heat pipe has developed with 1 L/hr of liquefaction rate with 150 L storing capacity by using composite insulation technologies. 5 L and 100 L scale LH2 cryostat composed of low thermal conductivity G-10 inlet/outlet, a vapor-cooled radiation shield have also developed with BOG 6%/day@ 1/3 psi by using composite insulation technologies. To move LH2 from the hydrogen liquefier moved to a LH2 storage tank the LH2 transfer line with heat loss of 1.5 W/m has also developed.
For a convergence research a re-liquefier for 100 L scale LH2 cryostat with zero-lose BOG has developed by installing a commercial GM cryocooler and coating hydrogen penetration barrier to LH2 storage tank wall. And 5 J/cycle scale a LH2 re-liquefier by using commercial cryocoolers and an adiabatic demagnetization refrigerator (ADR) with a HTS magnet operating under 40K has been designed.
In sub-project researches FSEC conducted each thermal analysis on KIST’s re-liquefier for 100 L scale LH2 cryostat and on a large scale LH2 tank. A LH2 pump up to 30 bar has developed by SSKU. The liquefying process by GH2 going through a copper cooling has been modeling by modeling GWNU The all-around foundation technologies of hydrogen liquefying, LH2 storage, LH2 transfer, re-liquefying, LH2 pumping, and liquefying process modeling have been secured.

1. Development of cryogenic liquefier system
- liquefying rate 1.36 L/hr, Capacity 150 L
- single stage GM cryocooler (Cryomech, AL325)
- LN2 pre-cooler with ortho-para hydrogen converter
- G-10 baffle covered with MLI
- hydrogen heat-pipe
- vacuum insulated pipe line
- LH2 level sensor
- vacuum insulation (5X10-4 torr)
- G-10 supporter
- safety valve for evaporative hydrogen
- MLI super insulation

2. Development of cryogenic liquid hydrogen storage system
- BOG : 6.3 %/day, Capacity : 5 L
- vapor-cooled shield made by oxygen-free copper
- G-10 pipe line
- LH2 level senser
- vacuum insulation (5X10-4 torr)
- safety valve for evaporative hydrogen
- MLI super insulation

3. Development of re-liquefying storage system for LH2
- BOG : 0 %/day, Capacity : 100 L
- vapor-cooled shield made by oxygen-free copper
- heat exchange fin, heat loader and heat receiver for condensation
- vacuum insulated pipe line
- LH2 level senser
- vacuum insulation (5X10-4 torr)
- G-10 supporter
- safety valve for evaporative hydrogen
- MLI super insulation

4. Development of orho-para hydrogen catalyst
- In-situ FT-IR analysis system
- Fe-Zeolite catalyst to reduce pressure drop
- Cr2O3 catalyst to increase converting speed

5. Development of LH2 pump
- Piston type
- Operating Speed: 800 RPM
- Pumping pressure : 30 bar
- pumping flow rate : 100 L/min

6. Modeling of liquefier and cryostat
- Development of model for single and two phase fluids
- Modeling to liquefy hydrogen gas regarding input velocity

7. Thermal analysis on LH2 cryostat
- Thermal analysis on re-liquefying 33,000 gallon of LH2 cryostat
- Thermal analysis on re-liquefying 100 L scale LH2 cryostat
- Thermal analysis on re-liquefier with GM-ADR hybrid refrigerators
(출처:SUMMARY 11~14p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 요약서 ... 3요 약 문 ... 4CONTENTS ... 15목차 ... 18그림목차 ... 21표목차 ... 35제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 36제 2 장 연구배경 ... 38 제 1 절 액체수소 개발 역사 ... 38 제 2 절 수소액화 기술 ... 39 제 3 절 액체수소 저장 ... 46 제 4 절 액체수소 관련 해외단체 및 해외학회 ... 55제 3 장 국내외 액체수소 개발현황 ... 57 제 1 절 국내현황 ... 57 제 2 절 국외현황 ... 60제 4 장 수소액화 및 저장 시스템 개발 ... 77 제 1 절 수소액화기 ... 77 제 2 절 5 L 급 액체수소 저장용기 ... 97 제 3 절 이송관 ... 111 제 4 절 Zero-loss 시스템 ... 113 제 5 절 결론 ... 116제 5 장 100 L 급 재액화기 및 저장용기 개발 ... 117 제 1 절 재액화 복합단열 저장용기 설계 ... 117 제 2 절 상태 감시 및 제어시스템 ... 147 제 3 절 재액화 복합단열 저장용기 개선 ... 154 제 4 절 실험 ... 159 제 5 절 저장용기의 수소차단막 코팅과 결함평가 융합연구 ... 177 제 6 절 100 L 급 저장용기 설계 및 제작 ... 187 제 6 절 자기식 및 기계식 혼합형 재액화기 ... 194제 6 장 극저온 환경 단열성능 실험 ... 201 제 1 절 단열 실험장치 설계 ... 201 제 2 절 실험 단열재 ... 204 제 3 절 단열실험 방법 ... 207 제 4 절 유효 열전도율 결과 ... 209 제 5 절 실험결과 ... 210 제 6 절 결론 ... 213제 7 장 Ortho-Para 수소변환 분석 장치 개발 ... 214 제 1 절 서론 ... 214 제 2 절 Ortho-Para수소변환 분석장치 연구결과 ... 235 제 3 절 결 론 ... 243제 8 장 Ortho-Para 수소변환 촉매 개발 ... 244 제 1 절 LaFeO3/Al2O3촉매를 이용한 파라변환 ... 244 제 2 절 LaSrCuFeO3 perovskite 촉매를 이용한 파라변환 ... 254 제 3 절 Hard template를 이용한 mesoporous Cr2O3 촉매 개발 ... 261 제 4 절 분무열분해를 이용한 다공성 Fe2O3 촉매 개발 ... 269 제 5 절 압력강하 저감용 Fe-Zeolite 촉매 개발 ... 275 제 6 절 자기열량소재(HoN)를 이용한 촉매 적용 융합 연구 ... 283 제 7 절 결론 ... 286제 9 장 초저온용 액체수소 압송 시스템의 핵심 기술 개발 ... 287 제 1 절 LH2 pump의 기밀성 향상 ... 287 제 2 절 압송펌프의 vapor lock 억제 방안 강구 ... 300 제 3 절 초저온 고압 액체수소 펌프의 시스템 개발 ... 307 제 4 절 초저온 액체수소 압송시스템의 실증 ... 313 제 5 절 결론 ... 321제 10 장 액화기 및 저장용기 모델링 ... 322 제 1 절 단일상 모델링 ... 322 제 2 절 다상 모델링 ... 331제 11 장 액체수소 저장 시스템의 열-유체모델링 ... 342 제 1 절 대규모 액체수소 저장시스템 ... 343 제 2 절 대규모 액체수소 저장시스템의 열-물리적 성능 예측 ... 353 제 3 절 탈착형 극저온 냉동기가 탑재된 액체수소 저장 탱크 ... 360 제 4 절 단열 탈자화 냉동기(ADR) 를 적용한 KIST 수소 재액화기 ... 370제 12 장 결론 ... 377제 13 장 참고문헌 ... 384부록 ... 388 부록 제 A1 장 초전도자석설계 ... 389 제 1절 서론 ... 389 제 2절 전자기학 ... 389 제 3절 설계 조건 (Boundary conditions) ... 397 제 4절 자기장 설계 ... 402 제 5절 초전도체의 교류 손실 ... 412 제 6절 구조물의 와전류 손실 ... 433 제 7절 전체 자석 시스템의 교류 손실 ... 440 부록 제 A2 장 초전도 자석의 열전달 해석 ... 441 제 1절 서론 ... 441 제 2절 열전달 방법 ... 442 제 3절 열해석 ... 448끝페이지 ... 458