이동형 액체 수소 저장 탱크의 가스 누출 문제 해결을 위한 안전 결선을 적용한 체결부 설계 및 분석
본 연구는 이동형 액체 수소 저장 탱크의 체결부 설계에서 안전성과 신뢰성을 확보하기 위한 방안을 탐구하였다. 인류는 산업혁명을 거치며 화석연료를 주요 에너지원으로 활용해 왔으나, 이 과정에서 온실가스 배출과 지구온난화라는 심각한 환경 문제에 직면하였다. 이러한 배경 속에서 청정에너지원으로서 수소가 주목받았으나, 수소는 휘발성과 폭발성이 강해 안정성 확보가 핵심 과제로 부각되었다. 실제 사고 사례에서도 밸브나 접합부 누출이 주요 원인으로 지목되었으며, 이를 해결하기 위한 2차 안전 메커니즘의 필요성이 제기되었다. 이에 본 연구에서는 항공 및 군수 장비에서 사용되는 안전결선(safety wiring) 개념을 수소 저장 탱크 체결부에 적용하는 설계를 제안하였다. 설계 과정에서 기계적 간섭 최소화, 유지보수성 강화, 수소 취성 저항 및 내식성 확보, 공간 제약을 고려한 체결 방식 선택, 그리고 시공 정확도를 통한 신뢰성 검증 등 다섯 가지 요소를 중점적으로 고려하였다. 특히 재료는 수소 취성 저항성이 높은 316L 스테인리스강을 사용하였으며, 단선식 안전결선을 채택하여 제한된 공간에서도 효율적인 체결과 유지보수가 가능하도록 하였다. Fusion360을 활용한 가상 모델링과 MATLAB 기반 시뮬레이션을 통해 체결부의 구조적 안정성과 토크 요구량을 평가하였다. 분석 결과, 내부압력과 유효 직경의 제곱 항(pD_
)이 요구 토크에 지배적인 영향을 미치며, 너트 팩터(K)의 변화 또한 체결 신뢰성에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 볼트 개수와 지름의 조합에서는 다수의 소경 볼트가 토크 요구량을 줄일 수 있으나 구조적 강성 저하와 조립 복잡도가 동반되었고, 소수의 대경 볼트는 고토크 요구와 공구 접근성 문제가 발생함을 확인하였다. 또한, 안전결선 와이어의 추정 저항 토크를 비교한 결과, 이는 본질적으로 체결 토크를 지지하는 장치가 아닌 2차적인 풀림 방지 장치임을 다시 한 번 확인할 수 있었다. 결론적으로, 본 연구는 이동형 액체 수소 저장 탱크의 체결부 설계에서 안전결선 적용의 필요성과 효과를 정량적으로 검토하였으며, 향후 실험적 검증 및 표준화된 체결 절차 연구로 이어질 수 있는 기초 데이터를 제공한다. 이러한 접근은 수소 경제 확산 과정에서 안전성 확보와 대중 신뢰 회복에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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수소 에너지 시스템의 안전성 확보_FINDER.docx


