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초록·키워드
수소는 고밀도 에너지와 친환경성을 바탕으로 차세대 에너지 시스템의 핵심 매개체로 각광받고 있다. 고압 기체 수소저장 방식은 저장 및 운송 효율성 측면에서 활용되고 있으나, 급속충전 시 용기 내부에서 발생하는 급격한 온도 상승은 구조적 안정성을 저해하는 주요 원인이 된다. 이러한 충전 발열 특성 규명은 Type IV 복합재 압력용기의 건전성 및 충전 안전성 평가를 위한 핵심적 요소이다. 본 연구에서는 179L급 수소저장 탱크를 대상으로 초기 가스 온도 4개 수준(273, 283, 293, 303K)과 질량 유량 4개 수준(10, 15, 20, 25 g/s)을 조합한 총 16개 조건에 대하여 3차원 전산유체역학(3D CFD) 해석을 수행하였다. 실기체(real gas) 물성을 반영한 압축성 유동해석을 통해 충전 조건별 탱크 내부 온도 분포와 온도 상승 특성을 정량적으로 비교·분석하였다. 해석 결과, 16개 전 조건에서 완충 시점의 최대 내부 온도는 국제표준의 제한 온도인 85℃ 358.15K)를 초과하지 않는 것으로 확인되었으며, 초기 온도 조건의 범위인 30K(273~303K)의 온도차는 완충 시점에서 주입 유량이 클수록 좁혀져(10g/s 시 약 14K, 25g/s 시 약 5K) 유량 조건에 따라 초기 온도가 미치는 영향의 정도가 뚜렷하게 달라지는 것으로 나타났다. 이는 국내외 수소 충전 관련 표준(IEC 63341-2, SAE J2601 등)에서 규정하는 온도 제한 기준과의 정합성 검토에 활용될 수 있다. 본 연구의 결과는 향후 수소연료전지 철도차량 등 대용량 수소저장 탱크를 갖춘 차량의 저장시스템 충전 조건 수립을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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