액체 수소용 단열 시스템의 성능 향상에 대한 연구

Abstract

최근 신에너지 개발과 관련하여 수소를 에너지원으로 사용하는 방법에 관한 관심이 증가하고 있다. 동일한 공간에 높은 에너지 밀도로 수소를 저장하기 위해서는 수소 액화가 필수적이나, 수소는 극저온인 약 20 K 부근에서 액화하므로 액화 과정에서 많은 에너지 소비를 필요로 한다. 수소 액화에 많은 에너지 소모가 있는 만큼 수소 액화 시스템에서의 적은 효율 개선만으로도 많은 양의 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 극저온 액체는 잠열 (latent heat)이 작으므로 미량의 열 침입에도 쉽게 증발하여 단열기술이 들어간 특별한 저장 장치에 보관하여야 한다. 따라서 수소를 에너지원으로 사용하기 위해선 액화 기술뿐만 아니라 저장기술도 같이 발전하여야 한다. 액체 수소 저장 장치에는 액체 수소의 증발을 방지하기 위해 열 침입을 최소로 줄이는 단열 장치와 침입한 열을 배출하는 냉각 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 액체 수소 보관을 위한 단열법인 진공 단열법 (Vacuum insulation)과 진공 파우더 단열법 (Evacuated powder insulation)의 열 침입 크기를 계산하여 단열 성능을 비교하였다. 또한 열차단 기술 (thermal anchoring technique) 사용 여부에 따라 극저온 단열 상황에서 냉각에 필요한 에너지의 양을 비교하였다. 그리고 이 둘을 연계하여 열차단에 사용할 2단 냉동 사이클의 중간 온도와 단열재의 조합에 따른 성능 변화를 고려하여 액체 수소의 BOR (Boil-off rate)을 효율적으로 줄이는 최적 조합을 제시하였다.