액체수소 충전 비율에 따른 액체수소 연료탱크의 내부 압력 거동 비교

• Published in: 항공우주시스템공학회지 Vol. 18; no. 3; pp. 8 - 16
• Main Authors: 최동국(Dongkuk Choi), 이수용(Sooyong Lee)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 항공우주시스템공학회 2024
• Subjects: Cryogenic Tank(극저온 탱크); Thermodynamic Model(열역학적 모델); Internal Pressure(내부 압력); Liquid Hydrogen(액체수소); Hydrogen Energy(수소 에너지)
• ISSN: 1976-6300; 2508-7150

Because hydrogen has very low density, a different storage method is required to store the same amount of energy as fossil fuel. One way to increase the density of hydrogen is through liquefaction. However, since the liquefied temperature of hydrogen is extremely low at -252 ℃, it is easily vaporized by external heat input. When liquid hydrogen is vaporized, a self-pressurizing phenomenon occurs in which the pressure inside the hydrogen tank increases, so when designing the tank, this rising pressure must be carefully predicted. Therefore, in this paper, the internal pressure of a cryogenic liquid fuel tank was predicted according to the liquid hydrogen filling ratio. A one-dimensional thermodynamic model was applied to predict the pressure rise inside the tank. The thermodynamic model considered heat transfer, vaporization of liquid hydrogen, and fuel discharging. Finally, it was confirmed that there was a significant difference in pressure behavior and maximum rise pressure depending on the filling ratio of liquid hydrogen in the fuel tank. 수소는 매우 낮은 밀도를 갖기 때문에 화석연료와 동일한 수준의 에너지량을 저장하기 위해서는 기존과 다른 저장방식이 요구된다. 수소의 밀도를 높이는 방법으로는 수소를 액화하여 저장하는 방법이 있다. 하지만, 수소의 액화온도는 -252 ℃의 극저온이기 때문에 외부 열 유입에 의해 쉽게 기화된다. 액체수소가 기화되면 탱크 내부의 압력이 증가되는 자가증압 현상을 발생하므로, 탱크 설계 시 이 상승하는 압력을 잘 예측해야 한다. 따라서, 본 논문에서는 극저온 액체수소 연료탱크의 액체수소 충전 비율에 따른 내부 압력을 예측하였다. 탱크 내부의 압력 상승을 예측하기 위하여 1차원 열역학적 모델을 적용하였다. 열전달 모델은 열 유입, 액체수소의 기화, 연료 배출에 현상이 고려되었다. 최종적으로 연료탱크 내의 액체수소의 충전 비율에 따라 압력 상승 거동과 최대 상승 압력에 큰 차이가 있음을 확인하였다.