수소 신뢰성을 중심으로 설계된 부품

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수소가 클린 에너지  솔루션으로서 완벽한 잠재력을 달성할지 여부는 다양한 요소에 따라 결정되지만, 특히 중요한 한 가지는 생산부터 운송, 분배에 이르기까지 신뢰성 높은 밀폐입니다. 그 신뢰성은 다음 두 가지 문제의 해결 여부에 따라 결정됩니다.

• 크기. 수소는 자연에서 발견되는 가장 작은 분자 중 하나이며, 따라서 인프라 설계자에게 고유한 문제를 야기합니다. 수소 가스는 매우 작은 연결구 틈새로도 빠져나갈 수 있습니다. 이는 가스 누설과 안전 문제로 연결됩니다. 더구나, 수소 원자는 금속 내부로 확산되어 수소 취성  및 수소 유도 균열(HIC)이라는 현상을 초래할 수 있습니다.
• 고압 저장 조건: 높은 밀폐 압력(875 bar)을 사용하려면 기존 옵션으로는 달성할 수 없는 고성능 부품이 필요합니다. 유체 운송 중 압력 변화 또한 극한의 온도 변화로 이어질 수 있으므로, 밀폐 재질에 추가적인 무결성이 필요합니다.

클린 에너지 시스템용 수소 피팅 솔루션

특히 수소 애플리케이션에 최적화된 튜브 피팅은 신뢰성 높은 유로를 제공합니다. 씰 기밀성, 그립 강도, 진동 내성, 재질 무결성을 중심으로 설계된 이 피팅은 수소 고유의 밀폐 조건에 대응합니다. 효율적인 설치와 장기 내구성을 제공하는 이 제품을 사용하면 전문가들이 작업을 안전하고, 자신 있으며, 지속 가능하게 확장할 수 있습니다. Swagelok FK 시리즈 피팅은 클린 에너지 애플리케이션에서 신뢰성 높은 성능, 최소한의 유지보수, 탁월한 안전성을 제공하도록 특별히 설계되었습니다. 표준 Swagelok^® 튜브 피팅과 확연히 다른 FK 시리즈 피팅은 수소 환경의 요구를 충족합니다.

현재의 청정 교통 및 수소 모빌리티 환경

전기 자동차(EV)가 클린 에너지 교통 분야를 주도하려는 추세가 있지만, 전기 자동차에는 수소로 해결할 수 있는 심각한 한계가 있습니다. 온보드 수소 저장을 통해 승용차와 상용차를 포함한 모든 차량의 주행 거리를 연장할 수 있습니다. 또한, 충전은 기존 가솔린 또는 디젤 엔진 애플리케이션과 비슷하게 단 몇 분이면 해결됩니다. 더불어, 수소 인프라가 확대됨에 따라 규모의 경제가 경쟁력 높은 가격을 이끌 가능성이 높습니다.

이는 수소가 상당히 성장할 준비가 되어 있으며, 기회를 놓치지 않으려면 이 분야의 전문가들에게 적절한 기술이 필요함을 의미합니다.

수소 저장 및 밀폐에 적용되는 고유한 고려 사항

저분자 가스라는 수소 자체의 본질이 안전하고 신뢰성 높으며 누설 없는 수소 연료전지 차량을 개발하는 데 가장 곤란한 과제를 제기합니다. 그 구조로 인해, 수소는 가장 작은 틈새로도 쉽게 빠져나갈 수 있으며 수소를 격리하여 보관하도록 설계된 자재로 확산될 수도 있습니다. 이러한 상황을 고려하면, 수소 연료 시스템은 다음 두 가지 중요한 조건을 유지해야 합니다.

• 완벽한 기밀성. 전통적인 오일 및 가스 시스템 구조는 누설 없이 수소를 밀폐하는 데 필요한 요건에 대응할 역량이 없습니다. 더 큰 분자와 달리, 수소는 미세한 틈으로도 손쉽게 새어 나옵니다. 오일 및 가스 애플리케이션에 흔히 사용되는 표준 씰, 재질, 연결 방식은 수소 시스템에 필요한 무결성을 보장하는 데 충분하지 못합니다.

  이는 일반 소비자가 수소 연료 시스템과 접하게 되는 분배 시점에서 특히 중요합니다. 안전 문제를 완화하려면, 특정 사용 과제를 염두에 두고 수소 인프라를 설계해야 합니다.

• 재질 무결성. 튜브 피팅을 사용하는 모든 애플리케이션에서 부식을 관리하는 것이 중요하지만 수소 밀폐에는 특유의 독특한 과제가 있습니다. 수소 차량 구조를 포함하여 피팅, 밸브, 튜빙에 광범위하게 사용되는 합금 종류인 316 스테인리스강은 수소 취성(Hydrogen embrittlement)에 영향을 받을 수 있습니다.

  시간이 지나면서 수소가 316/316L 스테인리스강과 같이 내구성 높은 재질에도 품질 저하를 일으킬 수 있습니다. 높은 압력에서 지속적인 노출이 있다면, 수소 원자가 금속의 결정 구조 내로 확산되어 취성으로 이어질 수 있습니다. 해당 재질은 일반적으로 그 기계적 강도를 유지하지만, 수소의 존재가 기존 미세균열을 악화시켜 부품이 피로 파괴에 더 취약해지도록 만들 수 있습니다. 재질 무결성이 이미 위태로울 수 있는 저등급 합금에서는 이러한 위험이 더 커집니다. 수소 인프라 시스템, 특히 지속적인 응력을 받는 시스템에서 장기적인 신뢰성을 확보하려면 취성에 견디도록 설계된 재질을 선택하는 것이 필수입니다.

수소용으로 설계된 부품의 필요성

생산 인프라, 차량 애플리케이션, 분배 장치 또는 기타 모든 애플리케이션을 포함한 수소 연료 시스템에서 가장 중요한 부품 중 하나는 튜브 피팅입니다. 튜브 피팅은 수소 시스템 전반에서 중요한 연결구를 구성합니다

Swagelok FK 시리즈 튜브 피팅은 이러한 각각의 요구를 충족하며, 모든 애플리케이션에서 다음과 같이 중요한 성능 특성을 입증했습니다.

• 고도로 효과적인 밀폐 성능. 누설 방지가 매우 중요하므로, 최적의 안전성, 신뢰성, 효율성을 확보하려면 수소 피팅이 최고 수준의 가스 밀폐 기밀성을 유지해야 합니다.

  FK 시리즈 피팅에는 긴 밀폐면을 따라 접촉 구역 2개(하나는 튜브, 다른 하나는 피팅)가 있습니다. 이 접촉면은 탁월한 밀폐 성능을 유지할 수 있도록 약간 기울어져 최적화된 응력 수준을 제공합니다. 이 피팅은 두 페럴을 통해 이러한 밀폐 성능을 확보하며, 하나는 긴 접촉 면을 형성하고 다른 하나는 튜빙 자체를 효율적으로 그립함으로써 자체 표면 씰을 형성합니다. 전위 페럴의 정밀하게 가공된 긴 표면은 고도로 신뢰성 높은 가스 누설 차단 밀폐 성능에 한층 더 기여합니다.

인증 제품 탐색

• 탁월한 그립 강도. 튜브에 대한 피팅의 그립 강도는 또 하나의 핵심 성능 특성으로, 피팅이 수소 연료 충전에 필요한 고압은 물론 달리는 차량 내에서 발생하는 엄청난 진동까지 견딜 수 있음을 보장합니다.

  FK 시리즈 피팅에는 페럴 2개를 사용하는 힌지-콜릿 기계식 그립이 적용되었으며, 이는 견고한 그립을 형성하는 데 이상적인 구조입니다. 경화 전위 페럴은 피팅이 튜빙에 물리적으로 맞물리도록 함으로써 매우 높은 압력 등급을 지원합니다. 한편, 후위 페럴은 피팅을 약간 움직일 수 있으면서도("스프링 백"이라고 부름), 동시에 그립과 힘을 유지할 수 있는 특별한 구조입니다. 이러한 종류의 구조는 강력한 진동 내성을 만들어내므로, 차량 내 사용은 물론, 압축기와 동적 조건으로 인해 엄청난 진동이 발생할 수 있는 충전 인프라에 사용하기에도 이상적입니다.

  또한 스프링 백이 가능한 2-페럴 기계식 구조이므로 피팅이 재질의 팽창 또는 축소를 유발하는 급격한 온도 변화를 견딜 수 있습니다. 충전이 진행되는 동안 수소 가스 온도가 최저 -50°C에서 주변 온도까지 바뀔 수 있으며, 이로 인해 일반 콘 & 쓰레드 피팅 성능에 문제가 생길 수 있습니다.

• 고성능 재질. 수소 연료 시스템 부품의 재질 무결성과 관련하여 수소 취성이 주요한 문제이긴 하지만, 다른 요소도 유해한 부식 을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 차량 부품이 염화칼슘을 뿌린 도로와 같은 악천후 조건에 직면할 수 있으며, 그럴 경우 재질 무결성이 위태로울 수 있습니다.

  따라서, 수소 피팅은 고성능 재질로 제조되어야 합니다. 이러한 이유로, Swagelok FK 시리즈 피팅(및 기타 사용 가능한 다양한 부품)에는 더 뛰어난 연성과 내식성을 통해 수소 취성 및 기타 형태의 부식을 방지할 수 있도록 높은 농도의 크롬과 니켈이 함유되어 있습니다. 미국 재료시험협회(ASTM: American Society for Testing and Materials) 표준은 316 스테인리스강 조성에 최소 10%의 니켈 함량을 요구하지만, 수소와 같은 특수한 환경에는 최소 12%의 니켈이 함유된 Swagelok 316 스테인리스강이 더 적합합니다.

• 설치 용이성. 효율적인 확장이 가능하려면, 더 효율적으로 핵심 수소 시스템을 구축할 수 있도록 수소 피팅이 간소화된 설치 기능도 제공해야 최적입니다.

  콘 & 쓰레드 피팅 어셈블리는 인력 집약적이고 시간이 많이 소요됩니다. 또한, 설치를 완료하고 절단 공정 중 마찰을 줄이려면 코닝 및 쓰레딩 장비와 절삭유 등의 전용 공구와 재질이 필요합니다.

반면, FK 시리즈 피팅은 사전 조립 카트리지 형태로 설계되었습니다. 따라서, 설치업체가 일반 공구를 사용할 수 있으며 최소한의 교육만으로 신속하고 오류 없이 조립이 가능합니다. 기존 콘 & 쓰레드 피팅과 비교할 때, FK 시리즈 피팅은 이 애플리케이션에서 더 적은 오류 발생 가능성, 높은 일관성, 전반적인 사용 수명 향상 등과 같이 설치 및 조립 측면에서 막대한 이점을 제공할 수 있습니다.

Swagelok FK 시리즈 피팅의 장점

Swagelok FK 피팅은 수소 애플리케이션에 필요한 다음과 같은 특성을 제공합니다.

• 강력한 밀폐 기밀성
• 뛰어난 그립 강도
• 탁월한 진동 내성
• 우수한 재질 무결성
• 손쉽고 효율적인 설치

특허 기술인 FK 피팅의 2-페럴 구조와 힌지-콜릿 동작은 다양한 튜빙 종류 및 재질과 호환되므로, 가장 까다로운 수소 애플리케이션에 필요한 성능을 제공합니다. 수소 생산에서 운송 인프라, 차량 및 분배 애플리케이션에 이르기까지, 설계자는 FK 피팅이 요구를 충족할 것임을 확신할 수 있습니다.

FK 피팅은 또한 추가로 관련 수소 업계 표준도 충족하며, 유럽 통합 수소 프로젝트(EIHP)의 인증을 받았습니다. 더불어, FK 피팅은 일반적인 부식과 수소 취성에 견딜 수 있도록 니켈 최소 함량 12%, 크롬 최소 함량 17%의 고성능 316/316L 스테인리스강으로 제조됩니다.

전체 수소 유체 시스템 솔루션의 일부인 FK 피팅은 다음과 같은 주요 부품과 함께 공급됩니다.

• 볼 밸브
• 니들 밸브
• 체크 밸브
• 릴리프 밸브
• 더블 블록 & 블리드 밸브

이 솔루션은 전문 교육, 현장 평가, 사전 제작 설계 및 어셈블리 서비스를 포함한 전체 Swagelok 엔지니어링 서비스  스위트로 지원됩니다.

Swagelok 유체 시스템 전문가와 연락하여 탁월한 피팅 기술을 통해 수소 시스템에서 더 뛰어난 애플리케이션 신뢰성, 더 효율적인 설치, 강화된 안전을 달성하는 방법에 대한 상담을 시작해 보십시오.

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