KR102341461B1 - Method of evaluating hydrogen permeation properties - Google Patents

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KR102341461B1
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정재갑
백운봉
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한국표준과학연구원
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Abstract

The present invention comprises the following steps of: placing a specimen to charge hydrogen in a chamber in which hydrogen is filled above atmospheric pressure; exposing the specimen and measuring residual hydrogen amount of the specimen over time; and calculating a charging amount of hydrogen for the specimen by using the measured residual hydrogen amount and a law of diffusion. The evaluation method calculates the charging amount of hydrogen for the specimen and hydrogen diffusivity by using a simple and cheap device.

Description

수소의 투과 특성 평가 방법{Method of evaluating hydrogen permeation properties}Method of evaluating hydrogen permeation properties

본 기술은 수소의 투과 특성 평가 방법과 관련된다.The present technology relates to a method for evaluating the permeation characteristics of hydrogen.

지구 온난화로 인한 환경 악화를 막기 위해 이산화탄소 배출량 감축이 필수적이고, 가까운 미래에 화석연료의 고갈이 예상되고 있으며, 원자력의 위험을 수차례 겪는 등 현 인류는 청정에너지와 신재생에너지 개발이 필요한 상황이다. In order to prevent environmental degradation due to global warming, it is essential to reduce carbon dioxide emissions, and the depletion of fossil fuels is expected in the near future. .

이러한 요청에 대하여 에너지원으로 수소가 큰 주목을 받고 있다. 수소는 화석연료, 공업 프로세스 부산물, 바이오매스 등으로부터도 얻어질 수 있지만, 궁극적으로는 신재생에너지를 이용한 물 전기분해로 얻을 수 있으며, 산소와 반응하여 전기를 생성함에 있어 이산화탄소를 배출하지 않는 이상적인 청정 에너지원이다. In response to these requests, hydrogen as an energy source is receiving great attention. Hydrogen can be obtained from fossil fuels, industrial process by-products, biomass, etc., but ultimately it can be obtained through water electrolysis using renewable energy, and it is an ideal that does not emit carbon dioxide when it reacts with oxygen to generate electricity. It is a clean energy source.

수소 가스는 분자 크기가 매우 작고, 가벼워 물질 속에 쉽게 침투할 수 있고, 침투한 수소는 재료의 취하 및 파단현상을 야기하며 막대한 피해를 유발할 수 있다. 플라스틱이나 고무와 같은 유기물 소재에서는 수소는 쉽게 재료에 침투하여 물성의 저하를 일으킬 수 있는데, 부풀어 올라 터지거나(블리스터 파괴), 탄성이 저하되는 등 물성이 열화되는 현상이 발생할 수 있다. Hydrogen gas has a very small molecular size and is light, so it can easily penetrate into a material, and the permeated hydrogen causes material withdrawal and fracture, and can cause enormous damage. In organic materials such as plastics and rubbers, hydrogen can easily penetrate into the material and cause deterioration of physical properties.

수소 가스를 연료로 사용하는 수소 전기차의 경우 700 bar의 고압 수소를 사용하기 때문에 폭발 및 가스 누출 위험을 없애야 한다. 가스 저장 탱크로부터 수소 가스의 배출 제어가 가능한 밸브 시스템과의 체결에 NBR(nitrile butadiene rubber), FKM(fluoroelastomer), EPDM(ethylene propylene diene monomer) 등의 고무 소재를 사용한 O-링 실링(O-ring sealing)을 이용하고 있다. 이들 고무 소재가 수소 가스의 이동 경로 상에서 안전을 위해 매우 중요한 역할을 담당하고 있기 때문에 이들 소재의 수소 확산 및 투과 특성과 수소 취화 특성을 평가하는 기술의 개발이 필요하다. In the case of a hydrogen electric vehicle that uses hydrogen gas as fuel, it is necessary to eliminate the risk of explosion and gas leakage because it uses high-pressure hydrogen at 700 bar. O-ring sealing (O-ring) using rubber materials such as NBR (nitrile butadiene rubber), FKM (fluoroelastomer), EPDM (ethylene propylene diene monomer), etc. for connection with the valve system that can control the emission of hydrogen gas from the gas storage tank sealing) is used. Since these rubber materials play a very important role for safety in the movement path of hydrogen gas, it is necessary to develop a technology to evaluate the hydrogen diffusion and permeation properties and hydrogen embrittlement properties of these materials.

본 기술은 상술한 요청을 해결하기 위한 것으로, 소재에 장입된 수소의 장입량을 연산하기 위한 것이다. 본 기술의 다른 측면은, 소재에 장입된 수소 및 소재에서의 수소 확산도를 연산하기 위한 것이다.The present technology is to solve the above request, and to calculate the amount of hydrogen charged to the material. Another aspect of the present technology is to calculate the hydrogen charged in the material and the hydrogen diffusivity in the material.

본 기술은 수소(hydrogen)가 상압 이상으로 충전된 챔버에 수소가 장입되도록 시료를 배치하는 단계와, 시료를 노출시키고 시간에 따른 시료 내의 잔류 수소량을 측정하는 단계와, 측정된 잔류 수소량과 확산 법칙을 이용하여 시료에 대한 수소의 장입량을 구하는 단계를 포함한다.The present technology comprises the steps of disposing a sample so that hydrogen is charged in a chamber filled with hydrogen above atmospheric pressure, exposing the sample and measuring the amount of residual hydrogen in the sample over time, and the measured residual hydrogen amount and and calculating the amount of hydrogen charged to the sample by using the diffusion law.

본 실시예에 의하면 수소의 장입량을 평가하는 장치가 단순하고 저렴하다는 장점이 있다.According to this embodiment, there is an advantage that the apparatus for evaluating the amount of hydrogen charged is simple and inexpensive.

도 1은 본 실시예에 의한 수소의 장입량 평가 방법의 각 단계를 개요적으로 도시한 순서도이다.
도 2(a) 내지 도 2(e)는 본 실시예에 의한 수소 장입량 평가 방법의 각 단계를 개요적으로 도시한 도면이다.
도 3(a)은 수학식 2에서 구한 잔류 수소량을 플롯한 개요적 도면이고, 도 3(b)는 도 3(a)에서 파선으로 도시된 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 수소 장입량 연산 소프트웨어가 수행되는 PC 등의 장치(500)에 대한 예이다.
도 5는 본 실시예에 의한 컴퓨터 소프트웨어로 연산된 실험 결과를 예시한 도면이다.
도 6은 고무 시료에 대하여 70 ℃, 48 시간 열처리 전후의 질량변화를 측정한 도면이다.
도 7은 열처리 후에 방출하는 가스의 함량을 도시한 도면이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 40 MPa 의 압력에서 NBR 고무에 대한 분석결과를 도시한 도면이다.
도 9(a)는 NBR 고무에서 압력에 따른 수소 가스의 장입량을 도시한 도면이고, 도 9(b)는 동일 시료의 확산도를 도시한 도면이다.
도 10(a)는 EPDM 고무에서 압력에 따른 수소 가스의 장입량을 도시한 도면이고, 도 10(b)는 동일 시료의 확산도를 도시한 도면이다.
도 11(a)는 FKM 고무에서 압력에 따른 수소 가스의 장입량을 도시한 도면이고, 도 11(b)는 동일 시료의 확산도를 도시한 도면이다.
도 12은 동일한 시료에서 얻은 고무의 투과도 측정 결과의 비교 도면이다.
1 is a flowchart schematically illustrating each step of the method for evaluating the amount of hydrogen charged according to the present embodiment.
2(a) to 2(e) are diagrams schematically illustrating each step of the hydrogen loading amount evaluation method according to the present embodiment.
Figure 3 (a) is a schematic diagram plotting the amount of residual hydrogen obtained in Equation (2), Figure 3 (b) is an enlarged view of the portion shown by the broken line in Figure 3 (a).
4 is an example of a device 500 such as a PC in which hydrogen loading amount calculation software is performed.
5 is a diagram illustrating an experimental result calculated by computer software according to the present embodiment.
6 is a view of measuring the change in mass of a rubber sample before and after heat treatment at 70° C. for 48 hours.
7 is a view showing the content of gas emitted after heat treatment.
8(a) and 8(b) are diagrams showing analysis results for NBR rubber at a pressure of 40 MPa.
FIG. 9(a) is a diagram illustrating the amount of hydrogen gas charged according to pressure in NBR rubber, and FIG. 9(b) is a diagram illustrating the diffusivity of the same sample.
FIG. 10(a) is a diagram illustrating the amount of hydrogen gas charged according to pressure in the EPDM rubber, and FIG. 10(b) is a diagram illustrating the diffusivity of the same sample.
11 (a) is a diagram showing the amount of hydrogen gas charged according to pressure in the FKM rubber, and FIG. 11 (b) is a diagram showing the diffusivity of the same sample.
12 is a comparative view of the results of measuring the transmittance of rubber obtained from the same sample.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 의한 수소의 장입량 평가 방법을 설명한다. 도 1은 본 실시예에 의한 수소의 장입량 평가 방법의 각 단계를 개요적으로 도시한 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 수소의 장입량 평가 방법은 수소(hydrogen)가 상압 이상으로 충전된 챔버에 수소가 장입되도록 시료를 배치하는 단계(S100)와, 시료를 노출시키고 시간에 따른 시료 내의 잔류 수소량을 측정하는 단계(S200)와, 측정된 잔류 수소량과 확산 법칙을 이용하여 시료에 대한 수소의 장입량을 구하는 단계(S300)를 포함한다. Hereinafter, a method for evaluating the amount of hydrogen charged according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a flowchart schematically illustrating each step of the method for evaluating the amount of hydrogen charged according to the present embodiment. Referring to Figure 1, the hydrogen loading amount evaluation method according to the present embodiment comprises the steps of disposing a sample such that hydrogen is charged in a chamber filled with hydrogen above atmospheric pressure (S100), exposing the sample and time-dependent It includes the steps of measuring the amount of residual hydrogen in the sample (S200), and calculating the amount of hydrogen charged to the sample using the measured residual hydrogen amount and the diffusion law (S300).

도 2(a) 내지 도 2(e)는 본 실시예에 의한 수소 장입량 평가 방법의 각 단계를 개요적으로 도시한 도면이다. 도 2(a)는 시료를 열처리하는 단계를 개요적으로 도시한 도면이다. 도 2(a)를 참조하면, 일 실시예로, 시료(100)에 대한 열처리를 수행할 수 있다. 열처리는 전기로(electric furnace)에서 상온 이상, 시료(100)의 열 변성이 이루어지지 않는 온도에서 적어도 24시간 이상 수행될 수 있다. 시료(100)에는 여러 종류의 가스가 녹아 있을 수 있으며, 열처리 단계에서 녹아있는 가스가 방출(outgassing)된다. 후속 단계들에서 시료에 수소 충전후, 시료에서 방출되는 수소를 정확하게 측정하기 위해서는 시료에 녹아있는 가스의 영향을 제거하기 위한 열처리를 수행할 수 있다. 2(a) to 2(e) are diagrams schematically illustrating each step of the hydrogen loading amount evaluation method according to the present embodiment. Figure 2 (a) is a view schematically showing the step of heat-treating the sample. Referring to FIG. 2A , in an embodiment, heat treatment may be performed on the sample 100 . The heat treatment may be performed in an electric furnace at room temperature or higher and at a temperature at which thermal denaturation of the sample 100 is not performed for at least 24 hours or longer. Various types of gases may be dissolved in the sample 100 , and the dissolved gas is outgassed in the heat treatment step. After filling the sample with hydrogen in subsequent steps, in order to accurately measure the hydrogen emitted from the sample, heat treatment may be performed to remove the effect of the gas dissolved in the sample.

도 2(b)는 시료에 수소가 장입되도록 제1 챔버(C1) 내에 배치된 상태를 개요적으로 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2(b)를 참조하면, 열처리가 수행된 시료(100)를 수소(hydrogen)가 상압 이상으로 충전된 제1 챔버(C1)에 수소가 장입되도록 배치(S100)한다. 일 실시예로, 제1 챔버(C1)는 1MPa 내지 100MPa의 수소 압력, 20℃ 내지 50℃ 중 어느 한 온도로 유지될 수 있다. 시료(100)는 1 시간 내지 100 시간 동안 제1 챔버(C1) 내에 위치할 수 있다. 시료(100)가 제1 챔버(C1) 내에서 고압 수소 분위기에 노출됨에 따라 수소 가스는 시료에 용해된다. FIG. 2B is a diagram schematically illustrating a state in which hydrogen is disposed in the first chamber C1 to be charged into the sample. Referring to FIGS. 1 and 2 ( b ), the heat-treated sample 100 is disposed such that hydrogen is charged into the first chamber C1 filled with hydrogen above atmospheric pressure ( S100 ). In an embodiment, the first chamber C1 may be maintained at a hydrogen pressure of 1 MPa to 100 MPa and a temperature of 20° C. to 50° C. The sample 100 may be located in the first chamber C1 for 1 to 100 hours. As the sample 100 is exposed to a high-pressure hydrogen atmosphere in the first chamber C1, hydrogen gas is dissolved in the sample.

시료를 제1 챔버(C1)보다 낮은 압력의 제2 챔버(C2)에 노출시키고 시간에 따른 시료 내의 잔류 수소량 변화를 측정(S200)한다. 수소가 장입된 시료(100)는 제2 챔버(C2)로 이동하여 위치하며, 제2 챔버(C2)내에서 장입된 수소를 외부로 방출한다. 일 예로, 제2 챔버(C2)는 15℃ 내지 35℃, 20% 이하의 습도로 유지된다. The sample is exposed to the second chamber C2 at a pressure lower than that of the first chamber C1, and a change in the amount of residual hydrogen in the sample over time is measured (S200). The hydrogen-charged sample 100 is moved to and located in the second chamber C2, and the hydrogen charged in the second chamber C2 is discharged to the outside. For example, the second chamber C2 is maintained at 15° C. to 35° C., and a humidity of 20% or less.

시료(100)는 제2 챔버(C2)에 위치한 전자 저울(200) 상에 배치된다. 제2 챔버(C2) 내에서 시료(100)는 장입된 수소 가스를 외부로 방출하므로 전자 저울(200)의 측정값은 감소하는 것으로 측정된다. 도 2(b)에 도시된 바와 같이 전자 저울(200)과 GPIR(General Purpose Interface Bus)로 연결된 연산 장치(500)는 매 단위 시간 마다 시료(100)의 질량을 측정한다. 일 예로, 연산 장치는 컴퓨터(PC)일 수 있으며, 전자 저울(200)로부터 GPIB 인터페이스를 통하여 매 초 마다 시료(100)의 측정 데이터를 제공받을 수 있다. The sample 100 is placed on the electronic scale 200 located in the second chamber C2. Since the sample 100 discharges the charged hydrogen gas to the outside in the second chamber C2, the measured value of the electronic scale 200 is measured to decrease. As shown in FIG. 2B , the electronic scale 200 and the arithmetic device 500 connected to the GPIR (General Purpose Interface Bus) measure the mass of the sample 100 at every unit time. For example, the computing device may be a computer (PC), and may receive measurement data of the sample 100 every second from the electronic scale 200 through the GPIB interface.

연산 장치(500)는 단위 시간 마다 제공된 측정 데이터로부터 아래의 수학식 1을 연산하여 시료(100)의 질량 대비 시료에 잔류하는 수소의 질량 비율을 연산한다. The calculating device 500 calculates the mass ratio of hydrogen remaining in the sample to the mass of the sample 100 by calculating Equation 1 below from the measurement data provided for each unit time.

Figure 112020066162423-pat00001
Figure 112020066162423-pat00001

(C(t): 잔류 수소량, M(t): 시료를 노출시키고 t 단위 시간 후의 시료의 질량이고, M0 : 수소 장입전의 시료 질량)(C(t): residual hydrogen amount, M(t): sample mass after t unit time after exposing the sample, M 0 : sample mass before hydrogen charging)

이어서, 시료(100) 내의 잔류 수소량 질량 변화 데이터와 확산 법칙을 이용하여 시료에 대한 수소의 장입량을 구한다. 도 2(c)는 시료에 대한 수소의 장입량을 연산하는 단계를 개요적으로 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2(c)를 참조하면, 매 단위 시간 마다 연산된 시료(100) 내의 잔류 수소량으로부터 시료의 수소 장입량을 연산한다. Next, the amount of hydrogen charged into the sample is calculated using the mass change data of the amount of residual hydrogen in the sample 100 and the diffusion law. FIG. 2( c ) is a diagram schematically illustrating a step of calculating the amount of hydrogen charged to a sample. Referring to FIGS. 1 and 2 ( c ), the hydrogen loading amount of the sample is calculated from the amount of residual hydrogen in the sample 100 calculated for every unit time.

시료(100)내 잔류 수소량의 변화는 아래의 수학식 2로 표시된 확산 법칙에 의하여 결정된다. 수학식 2의 C(t)는 시료에 수소가 균일하게 분포되어 있다가 진공으로 확산해 나갈때 시간 t에서 시료(100) 내의 잔류 수소량을 나타낸다. 따라서 수학식 1로 연산된 시료에 잔류하는 수소의 질량 비율 값으로부터 수학식 2를 연산하여 시료(100) 내 초기 수소 장입 질량 CH0와 시료내의 수소 확산도(D, diffusivity)를 구할 수 있다. The change in the amount of residual hydrogen in the sample 100 is determined by the diffusion law expressed by Equation 2 below. C(t) in Equation 2 represents the amount of residual hydrogen in the sample 100 at time t when hydrogen is uniformly distributed in the sample and then diffuses into the vacuum. Therefore, by calculating Equation 2 from the value of the mass ratio of hydrogen remaining in the sample calculated by Equation 1, it is possible to obtain the initial hydrogen charging mass C H0 in the sample 100 and the hydrogen diffusivity (D, diffusivity) in the sample.

Figure 112020066162423-pat00002
Figure 112020066162423-pat00002

(CH0: 시료의 수소 장입량, l: 시료의 두께, ρ: 시료의 반지름, βn: 영차 베셀함수의 근. D: 수소의 확산도, C(t): 잔류 수소량)(C H0 : the amount of hydrogen charged in the sample, l: the thickness of the sample, ρ: the radius of the sample, βn: the root of the zero-order Bessel function. D: the diffusivity of hydrogen, C(t): the amount of residual hydrogen)

도 3(a)은 수학식 2에서 구한 잔류 수소량 C(t)을 플롯한 개요적 도면이고, 도 3(b)는 도 3(a)에서 파선으로 도시된 부분을 확대한 도면이다. 도 3(a)에는 도시되지 않았으나, 제1 챔버(C1, 도 2 참조)에서 제2 챔버(C2, 도 2 참조)로 시료를 이동하는 과정에서 이동 시간(t0)이 소모된다. Figure 3 (a) is a schematic view plotting the residual hydrogen amount C (t) obtained in Equation 2, Figure 3 (b) is an enlarged view of the portion shown by the broken line in Figure 3 (a). Although not shown in FIG. 3A , the movement time t 0 is consumed in the process of moving the sample from the first chamber C1 (see FIG. 2 ) to the second chamber C2 (see FIG. 2 ).

수학식 2에서, t=0일 때의 함수의 미분값은 -∞ 이다. 즉 이는 처음에 수소가 빠져나가는 비율이 극단적으로 높다는 것을 의미한다. 이는 시료 내부에서는 압력이 높다가 외부에서 진공으로 압력의 불연속인 차이 때문에 발생하는 것으로 파악된다. In Equation 2, the derivative of the function when t=0 is -∞. This means that the rate at which hydrogen escapes in the first place is extremely high. It is understood that this occurs because of the discontinuous difference in pressure from high pressure inside the sample to vacuum outside.

따라서, 이동 시간(t0)를 고려하여 시료 내의 수소 장입량(CH0)을 파악하여야 한다. 도 3(b)를 참조하면, 수학식 1로부터 얻어진 측정 데이터로부터 점선으로 도시된 것과 같이 외삽(extrapolate)을 수행하여 제1 챔버(C1)에서 감압 직전의 수소 장입량 CH0를 연산할 수 있다. 또한, 수학식 1로부터 연산된 데이터와 외삽으로 얻어진 CH0를 수학식 2와 함께 연산하여 시료(100)내의 수소 확산도(D)를 연산할 수 있다. Therefore, the hydrogen loading amount (CH 0 ) in the sample must be determined in consideration of the movement time (t 0 ). Referring to FIG. 3(b) , the hydrogen loading amount C H0 just before depressurization in the first chamber C1 may be calculated by performing extrapolation from the measurement data obtained from Equation 1 as shown by a dotted line. In addition, by calculating the data calculated from Equation 1 and C H0 obtained by extrapolation together with Equation 2, the hydrogen diffusivity D in the sample 100 can be calculated.

계속해서 도 1과 도 2(e)를 참조하면, 수학식 2에서 구한 수소 장입량 CH0과 수소 확산도(D)로부터 수학식 3을 연산하여 투과도(permeability, P)와 수소의 용해도(solubility, S)를 연산할 수 있다. 1 and 2(e), by calculating Equation 3 from the hydrogen loading amount C H0 and the hydrogen diffusivity (D) obtained in Equation 2, the permeability (P) and the solubility of hydrogen (solubility, S) can be calculated.

Figure 112020066162423-pat00003
Figure 112020066162423-pat00003

(D: 수소 확산도, S: 수소 장입량, P: 투과도, S: 용해도)(D: hydrogen diffusivity, S: hydrogen loading, P: permeability, S: solubility)

도 4는 수소 장입량 연산 소프트웨어가 수행되는 PC 등의 장치(500)에 대한 예이다. 수소 장입량 연산 소프트웨어는 메모리 및 연산 소자로 구성되는 회로 내지 칩셋에 마련될 수도 있다. 도 4는 물리적인 구성을 제한하지 않고, 수소 장입량 연산 소프트웨어를 탑재한 장치(500)에 대한 구성을 도시한 예이다. 도 4는 PC, 서버 또는 칩 등의 구성일 수 있다.4 is an example of a device 500 such as a PC in which hydrogen loading amount calculation software is performed. The hydrogen loading amount calculation software may be provided in a circuit or a chipset composed of a memory and an operation element. 4 is an example showing the configuration of the device 500 equipped with the hydrogen loading amount calculation software without limiting the physical configuration. 4 may be a configuration of a PC, a server, or a chip.

수소 장입량 연산 소프트웨어를 탑재한 장치(500)는 입력장치(510), 연산장치(520) 및 저장장치(530)를 포함한다. 나아가 수소 장입량 연산 소프트웨어를 탑재한 장치(500)는 출력장치(540)를 더 포함할 수도 있다.The device 500 equipped with the hydrogen loading amount calculation software includes an input device 510 , a calculation device 520 , and a storage device 530 . Furthermore, the device 500 equipped with the hydrogen loading amount calculation software may further include an output device 540 .

입력 장치(510)는 GPIB(도 2 참조)로부터 측정 데이터를 입력받는다. 입력 장치(510)는 네트워크로부터 측정 데이터를 수신하는 통신 장치 내지 인터페이스 장치일 수 있다. 또 입력 장치(510)는 유선 네트워크로 측정 데이터를 수신하는 인터페이스 장치일 수도 있다. 한편 입력 장치(510)는 외부 제어 신호를 수신할 수도 있다. 일 예로, 측정 데이터는 사용자가 전압 측정기 및/또는 전류 측정기로 읽은 데이터를 입력 장치(510)를 통해 입력할 수도 있다. The input device 510 receives measurement data from the GPIB (refer to FIG. 2 ). The input device 510 may be a communication device or an interface device that receives measurement data from a network. Also, the input device 510 may be an interface device for receiving measurement data through a wired network. Meanwhile, the input device 510 may receive an external control signal. As an example, the measurement data may be input by the user through the input device 510 data read by the voltage meter and/or the current meter.

저장장치(530)는 수소 장입량 연산 소프트웨어 모델을 저장할 수 있다. 저장장치(530)는 데이터를 저장할 수 있는 반도체 저장 장치, 하드 디스크 등의 다양한 매체로 구현될 수 있다. 저장장치(530)는 수소 장입량 연산 소프트웨어를 저장하고, 연산 과정에 사용되는 다양한 정보 및 파라미터를 저장하며, 연산된 결과를 저장할 수 있다.The storage device 530 may store a hydrogen loading amount calculation software model. The storage device 530 may be implemented in various media such as a semiconductor storage device and a hard disk capable of storing data. The storage device 530 may store the hydrogen loading amount calculation software, store various information and parameters used in the calculation process, and store the calculated result.

연산장치(520)는 제공된 측정 데이터를 이용하여 수소 장입량 연산 소프트웨어를 구동하여 연산한다. 또한 연산장치(520)는 시료(100)의 질량 대비 시료에 잔류하는 수소의 질량 비율을 연산, 잔류 수소량 질량 변화 데이터와 확산 법칙을 이용하여 시료에 대한 수소의 장입량 연산, 외삽 연산 뿐만 아니라, 확산도, 투과도 및 용해도를 연산할 수 있다. 연산 장치(520)는 제공된 측정 데이터를 수소 장입량 연산 소프트웨어에 입력하여 결과값을 도출할 수 있다.The arithmetic unit 520 operates and calculates the hydrogen loading amount calculation software using the provided measurement data. In addition, the calculator 520 calculates the mass ratio of hydrogen remaining in the sample to the mass of the sample 100, and uses the residual hydrogen mass change data and the diffusion law to calculate the amount of hydrogen charged to the sample, extrapolation, The diffusivity, permeability and solubility can be calculated. The calculation device 520 may derive a result value by inputting the provided measurement data into the hydrogen loading amount calculation software.

연산장치(520)는 일정한 명령 내지 프로그램을 구동하여 데이터를 처리하는 장치에 해당한다. 연산장치(520)는 명령 내지 정보를 임시 저장하는 메모리(버퍼) 및 연산 처리를 수행하는 프로세서로 구현될 수 있다. 프로세서는 장치의 종류에 따라 CPU, AP, FPGA 등으로 구현될 수 있다.The arithmetic unit 520 corresponds to a device that processes data by driving a predetermined command or program. The arithmetic unit 520 may be implemented as a memory (buffer) for temporarily storing instructions or information and a processor for performing arithmetic processing. The processor may be implemented as a CPU, AP, FPGA, or the like, depending on the type of device.

출력장치(540)는 외부로 필요한 데이터를 송신하는 통신 장치일 수 있다. 출력장치(540)는 학습한 수소 장입량 연산 소프트웨어가 도출한 결과값을 외부로 전송할 수 있다. 경우에 따라서 출력장치(540)는 수소 장입량 연산 소프트웨어 학습과정이나, 학습한 수소 장입량 연산 소프트웨어가 도출할 결과값을 화면으로 출력하는 장치일 수도 있다.The output device 540 may be a communication device that transmits necessary data to the outside. The output device 540 may transmit a result value derived by the learned hydrogen loading amount calculation software to the outside. In some cases, the output device 540 may be a device for outputting a hydrogen loading amount calculation software learning process or a result value to be derived by the learned hydrogen loading amount calculation software on a screen.

또한, 상술한 시료(100)의 질량 대비 시료에 잔류하는 수소의 질량 비율 연산, 잔류 수소량 질량 변화 데이터와 확산 법칙을 이용하여 시료에 대한 수소의 장입량 연산, 외삽 연산 뿐만 아니라, 확산도, 투과도 및 용해도 연산 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행 가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.In addition, calculation of the mass ratio of hydrogen remaining in the sample to the mass of the sample 100 described above, calculation of the amount of hydrogen charged to the sample using the residual hydrogen mass change data and diffusion law, extrapolation calculation, as well as diffusivity, permeability And the solubility calculation method may be implemented as a program (or application) including an executable algorithm that can be executed in a computer. The program may be provided by being stored in a non-transitory computer readable medium.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다. The non-transitory readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently, rather than a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, memory, and the like, and can be read by a device. Specifically, the various applications or programs described above may be provided by being stored in a non-transitory readable medium such as a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.

도 5는 본 실시예에 의한 컴퓨터 소프트웨어로 연산된 실험 결과를 예시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 적색 + 표시로 측정값이 표시되고, 이들로부터 커브 피팅을 수행한 수소 장입량 연산 결과를 짙은 녹색으로 표시하였다. 나아가, 도 5의 하단부에는 확산도, 수소 장입량 및 투과도 값이 연산되어 표시된 것을 확인할 수 있다. 5 is a diagram illustrating an experimental result calculated by computer software according to the present embodiment. Referring to FIG. 5 , measured values are indicated by a red + mark, and a result of calculating the hydrogen loading amount obtained by performing curve fitting therefrom is indicated in dark green. Furthermore, it can be seen that diffusivity, hydrogen loading amount, and transmittance values are calculated and displayed in the lower part of FIG. 5 .

실험예Experimental example

도 6은 고무 시료(100)에 대하여 70 ℃, 48 시간 열처리 전후의 질량변화를 측정한 도면이다. 열처리 전후에 질량이 대략 1200 ppm 정도 감소하였다. 열처리 전에는 시료에 녹아있던 가스가 배출되어 고무의 질량이 이틀 동안 140 ppm 정도 감소하였다. 그러나, 열처리 후에는 질량이 열처리 전과 비교하여 이틀 동안의 질량이 10 ppm 이내로 감소하였다. 10 ppm은 전자 저울의 옵셋이나 드리프트(drift)의 영향으로 파악된다. 열처리 후에는 다른 가스 들이 방출되지 않음이 후술할 바와 같이 확인되었다. 따라서, 열처리를 수행하여 시료(100)의 수소 가스의 투과 특성을 평가할 수 있다.6 is a view of measuring the change in mass of the rubber sample 100 before and after heat treatment at 70° C. for 48 hours. The mass decreased by about 1200 ppm before and after the heat treatment. Before the heat treatment, the gas dissolved in the sample was discharged, and the mass of the rubber decreased by about 140 ppm for two days. However, after the heat treatment, the mass decreased to less than 10 ppm for two days compared to before the heat treatment. 10 ppm is identified as the effect of offset or drift of the electronic balance. After the heat treatment, it was confirmed that other gases were not released as will be described later. Accordingly, the hydrogen gas permeation characteristic of the sample 100 may be evaluated by performing heat treatment.

도 7는 열처리 후에 방출하는 가스의 함량을 도시한 도면이다. 열처리 후에 다른 가스 들이 방출되지 않았고, 수소를 24시간 충전하고, 제2 챔버(C2)에서 감압후에 고무 시료에서 대해 방출되는 가스 성분을 TDS-GC를 이용하여 24시간 동안 측정하였다. 도 7로 도시된 것과 같이 열처리 이후에는 시료를 이동하는 튜브 내에 포함된 산소(O2)와 질소(N2)의 피크 및 시료에 용해된 수소(H2)의 피크만 존재하는 것을 확인할 수 있다. 7 is a view showing the content of gas emitted after heat treatment. After the heat treatment, other gases were not released, hydrogen was charged for 24 hours, and the gas component released from the rubber sample after depressurization in the second chamber (C2) was measured for 24 hours using TDS-GC. As shown in Figure 7, after the heat treatment, it can be confirmed that only the peaks of oxygen (O 2 ) and nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) dissolved in the sample exist in the tube for moving the sample. .

열처리 후에 3 종의 고무에 대해 제1 챔버 내에서 7 MPa ∼ 70 MPa 압력을 주고 수소를 장입하였다. 이어서 전자저울을 이용하여 감압후의 질량의 변화를 측정하였다. 각 시간에서의 잔류 수소량을 수학식 4에 대입하여 최소자승법으로 각 매개변수를 최적화하여 확산계수와 수소 장입량을 구하였다. After the heat treatment, hydrogen was charged by applying a pressure of 7 MPa to 70 MPa in the first chamber with respect to the three types of rubber. Then, the change in mass after decompression was measured using an electronic balance. By substituting the residual hydrogen amount at each time into Equation 4, each parameter was optimized by the least squares method to obtain the diffusion coefficient and the hydrogen loading amount.

도 8(a) 및 도 8(b)는 40 MPa 의 압력에서 NBR 고무에 대한 분석결과를 도시한 도면이다. 도 8(a)는 확산 계수와 수소 장입량을 연산한 분석 결과이며, 도 8(b)는 왼쪽의 분석결과를 오리진 프로그램에서 로그스케일에서 수소 잔류량의 분석 결과를 도시한 도면이다. 8(a) and 8(b) are diagrams showing analysis results for NBR rubber at a pressure of 40 MPa. FIG. 8(a) is an analysis result obtained by calculating the diffusion coefficient and the hydrogen loading amount, and FIG. 8(b) is a diagram showing the analysis result of the hydrogen residual amount in log scale in the origin program of the left analysis result.

도 9(a)는 NBR 고무에서 압력에 따른 수소 가스의 장입량을 도시하며, 도 9(b)는 동일 시료의 확산도를 도시한다. 도 9(a)에 도시된 NBR 고무에서의 수소 가스의 장입량은 40 MPa 까지는 압력에 비례하며 증가하는 헨리의 법칙을 따르다가(파란 실선), 그 이상의 압력에서는 증가율이 감소한다. FIG. 9(a) shows the amount of hydrogen gas charged according to pressure in the NBR rubber, and FIG. 9(b) shows the diffusivity of the same sample. The charging amount of hydrogen gas in the NBR rubber shown in FIG. 9(a) follows Henry's law, which increases in proportion to the pressure up to 40 MPa (solid blue line), and the increase rate decreases at the pressure above that.

수학식 3의 ①식으로 예시된 헨리의 법칙에 의해 수소의 용해도(S)는 장입량(CH0)을 압력(P)으로 나누어 얻어질 수 있으며, 이는 도 9(a)에서 직선으로 도시된 기울기에 해당한다. 도 9(a)에서 용해도 S = (22.45±0.49) mol/m3MPa 이다. 에러바는 분석프로그램에서 FOM 값을 취하였다. The solubility (S) of hydrogen can be obtained by dividing the charge (C H0 ) by the pressure (P) by Henry's law exemplified by Equation ① of Equation 3, which is a slope shown by a straight line in Fig. 9(a). corresponds to In Fig. 9(a), solubility S = (22.45±0.49) mol/m 3 MPa. The error bar was taken from the FOM value in the analysis program.

한편 수소 장입량이 40 MPa 이상에서 헨리 법칙을 벗어나므로 아래와 같이 표현되는 랑구미르 모델(Langmuir model)를 이용하여 분석하였으며 그 결과는 아래의 수학식 5와 같다. On the other hand, since the hydrogen charge deviates from Henry's law at 40 MPa or more, it was analyzed using the Langmuir model expressed as follows, and the result is shown in Equation 5 below.

Figure 112020066162423-pat00004
Figure 112020066162423-pat00004

(P: 압력, a: 랑구미르 흡착량(adsorption quantity), b: 랑구미르 흡착 압력(adsorption pressure)) (P: pressure, a: langumir adsorption quantity, b: langumir adsorption pressure)

수학식 5를 이용한 분석결과는 도 9(a) 왼쪽 검은 점선으로 도시하였으며, 이 때의 a = 5442 wt ppm, b = 140 MPa 이다. The analysis result using Equation 5 is shown by the black dotted line on the left side of FIG. 9(a), where a = 5442 wt ppm and b = 140 MPa.

도 9(b)에 도시된 NBR 고무의 수소 확산도의 측정결과는 장입량의 측정결과와 유사하게 40 MPa 까지는 압력에 비례하며 증가하다가, 그 이상의 압력에서 압력의존성 결과를 보이지 않는다. 따라서 전 압력 범위에서 확산도는 압력 의존성을 보이지 않고 (0.8 ∼ 5.9) × 10-10 m2/s 의 범위에 있기 때문에 평균값을 취하여 평균 확산도 Dave = (2.3 ± 0.8) ×10-10 m2/s 를 얻는다. 에러바는 각 측정의 불확도를 나타낸다. The measurement result of the hydrogen diffusivity of the NBR rubber shown in FIG. 9(b) increases in proportion to the pressure up to 40 MPa, similar to the measurement result of the charging amount, and does not show a pressure dependence result at a pressure higher than that. Therefore, since the diffusivity does not show pressure dependence over the entire pressure range and is in the range of (0.8 ∼ 5.9) × 10 -10 m 2 /s, the average value is taken and the average diffusivity D ave = (2.3 ± 0.8) × 10 -10 m 2 /s get Error bars represent the uncertainty of each measurement.

도 10(a)는 EPDM 고무에서 압력에 따른 수소 가스의 장입량을 도시하며, 도 10(b)는 동일 시료의 확산도를 도시한다. 도 10(a)로 도시된 EPDM 고무에서의 수소가스의 장입량은 앞의 NBR 과 유사하게 50 MPa 까지는 압력에 비례하며 증가하는 헨리의 법칙을 따른다(파란 실선). 헨리의 법칙에 의해 수소의 용해도는 도 10(a) 실선의 기울기에 해당되며, 그 값은 S = (16.13±1.11) mol/m3MPa 로 결정되었다. 여기서 에러바는 NBR 과 동일하게 시물레이션에서 FOM 값을 취하였다. 한편 50 MPa 이상에서는 수소 장입량이 헨리법칙을 벗어나게 되므로 수학식 5의 랑구미르 모델(Langmuir model)을 이용하여 분석 하였으며(검은 점선), 결과는 a = 3200wt ppm, b = 65 MPa 이다. 10(a) shows the amount of hydrogen gas charged according to pressure in the EPDM rubber, and FIG. 10(b) shows the diffusivity of the same sample. The charged amount of hydrogen gas in the EPDM rubber shown in FIG. 10(a) follows Henry's law, which increases in proportion to the pressure up to 50 MPa (solid blue line), similar to the previous NBR. According to Henry's law, the solubility of hydrogen corresponds to the slope of the solid line in FIG. 10(a), and the value was determined to be S = (16.13±1.11) mol/m 3 MPa. Here, the error bar takes the FOM value from the simulation in the same way as the NBR. On the other hand, above 50 MPa, the hydrogen charge deviates from Henry's law, so the analysis was performed using the Langmuir model of Equation 5 (black dotted line), and the results are a = 3200 wt ppm, b = 65 MPa.

도 10(b)로 도시된 EPDM 고무의 수소 확산도의 측정결과는 장입량의 측정결과와 유사하게 50 MPa 까지는 압력에 비례하며 증가하다가, 그 이상의 압력에서 압력 의존성 결과를 보이지 않는다. 이 경향은 앞서 NBR 과 유사한다. 따라서 전 압력 범위에서 확산도는 압력의존성 결과를 보이지 않고 (0.5 ∼ 6.7) × 10-10 m2/s 의 범위에 있기 때문에 평균값을 취하여 평균 확산도 Dave = (2.9 ± 0.8) × 10-10 m2/s 를 얻는다. The measurement result of the hydrogen diffusivity of the EPDM rubber shown in FIG. 10(b) increases in proportion to the pressure up to 50 MPa, similar to the measurement result of the charging amount, and does not show a pressure dependence result at a pressure higher than that. This trend is similar to the previous NBR. Therefore, since the diffusivity does not show any pressure dependence over the entire pressure range and is in the range of (0.5 ~ 6.7) × 10 -10 m 2 /s, the average value is taken and the average diffusion D ave = (2.9 ± 0.8) × 10 -10 m We get 2 /s.

도 11(a)는 FKM 고무에서 압력에 따른 수소 가스의 장입량을 도시하며, 도 11(a)는 동일 시료의 확산도를 도시한다. 도 11(a)로 도시된 FKM 고무에서의 수소가스의 장입량은 NBR 및 EPDM의 결과와 유사하게 50 MPa 까지는 압력에 비례하며 증가하는 헨리의 법칙을 따른다(파란 실선). 헨리의 법칙에 의해 수소의 용해도는 도 11(a) 실선의 기울기에 해당되며, 그 값은 S = (632±0.60) mol/m3MPa이다. 여기서 에러바는 앞과 동일하게 시물레이션에서 FOM 값을 취하였다. 한편 50 MPa 이상에서 수소 장입량은 헨리법칙을 벗어나므로 수학식 5의 랑구미르 모델(Langmuir model)을 이용하여 분석 하였으며(검은 점선), 결과는 a = 832 wt ppm, b = 85 MPa 이다. Fig. 11 (a) shows the amount of hydrogen gas charged according to pressure in the FKM rubber, and Fig. 11 (a) shows the diffusivity of the same sample. Similar to the results of NBR and EPDM, the charged amount of hydrogen gas in the FKM rubber shown in FIG. According to Henry's law, the solubility of hydrogen corresponds to the slope of the solid line in FIG. 11(a), and the value is S = (632±0.60) mol/m 3 MPa. Here, the error bar takes the FOM value from the simulation in the same way as before. On the other hand, since the amount of hydrogen charged above 50 MPa deviates from Henry's law, it was analyzed using the Langmuir model of Equation 5 (black dotted line), and the results are a = 832 wt ppm, b = 85 MPa.

도 11(b)로 예시된 FKM 고무의 수소 확산도의 측정결과는 압력의존성 결과를 보이지 않고 (0.7 ∼ 4.6) × 10-10 m2/s 의 범위에 있기 때문에 평균값을 취하여 평균 확산도 Dave = (2.41 ± 0.82) × 10-10 m2/s 를 얻는다. Since the measurement result of hydrogen diffusivity of FKM rubber illustrated in FIG. 11(b) does not show a pressure dependence result and is in the range of (0.7 to 4.6) × 10 -10 m 2 /s, the average value is taken and the average diffusivity D ave = (2.41 ± 0.82) × 10 -10 m 2 /s is obtained.

도 12은 동일한 시료에서 얻은 고무의 투과도 측정 결과의 비교 도면이다. 도 12에서 ■, ●,▲이 각각 본 실험에서 측정한 결과이다. 앞에서 구한 용해도와 평균 확산도로부터 수학식 3의 ②식의 관계를 이용하여 수소 가스의 투과도를 구하였으며 3종 고무의 대한 결과를 도 12으로 도시하였다. 전자저울로 측정한 수소 기체의 투과특성 평가 방법의 유효성 검증을 위하여 선행연구에서 수행된 동일한 종류의 시료에 대한 투과도 측정 결과를 상호 비교하였으며, 결과는 도 12에 도시된 바와 같다. 두 측정 결과는 불확도의 범위 내에서 NBR 경우를 제외하고 서로 일치한다. NBR 경우에도 shore 70 시료의 불확도를 포함한다면 불확도 범위 내에서 일치할 수 있다.12 is a comparative view of the results of measuring the transmittance of rubber obtained from the same sample. In FIG. 12, ■, ●, and ▲ are the results measured in this experiment, respectively. From the solubility and average diffusivity obtained above, the hydrogen gas permeability was obtained using the relationship of Equation ② in Equation 3, and the results for the three types of rubber are shown in FIG. 12 . In order to verify the effectiveness of the method for evaluating the permeation characteristics of hydrogen gas measured with an electronic scale, the transmittance measurement results for the same type of sample performed in the previous study were compared with each other, and the results are shown in FIG. 12 . The two measurement results agree with each other except for the case of NBR within the range of uncertainty. Even in the case of NBR, if the uncertainty of the shore 70 sample is included, the agreement can be achieved within the uncertainty range.

세 종류 고무 시료에 대해 40 ∼ 50 MPa 까지의 압력에서는 수소 장입량은 압력에 비례하는 Henry 법칙으로 설명 될 수 있으며, 전 범위의 압력에 대해서는 Langmuir 모형으로 보다 잘 설명될 수 있다. 3종 고무 시료 모두 수소의 확산은 폴리머 내의 단일 수소 확산으로 설명된다. For three types of rubber samples, at a pressure of 40 to 50 MPa, the hydrogen loading can be explained by Henry's law proportional to the pressure, and for the full range of pressures, it can be better explained by the Langmuir model. In all three rubber samples, the diffusion of hydrogen is explained by a single hydrogen diffusion within the polymer.

본 실시예는 장치가 단순하고 저렴하다는 장점이 있으며 또한 현장에서 측정이 가능하다. The present embodiment has the advantage that the apparatus is simple and inexpensive, and can also be measured in the field.

S100, S200, S300: 본 실시예에 의한 수소 장입량을 연산하는 방법의 각 단계
100: 시료 200: 전자 저울
500: 수소 장입량 연산 소프트웨어를 탑재한 장치
510: 입력 장치 520: 연산 장치
530: 저장장치 540: 출력 장치
S100, S200, S300: Each step of the method of calculating the hydrogen loading according to this embodiment
100: sample 200: electronic balance
500: Device equipped with hydrogen loading amount calculation software
510: input device 520: arithmetic device
530: storage device 540: output device

Claims (17)

수소(hydrogen)가 장입되도록 상기 수소가 상압 이상으로 충전된 챔버에 시료를 배치하는 단계와,
상기 시료를 감압시키고 시간에 따른 상기 시료 내의 잔류 수소량을 연산하는 단계와,
상기 잔류 수소량과 확산 법칙을 이용하여 상기 시료에 대한 상기 수소의 장입량을 구하는 단계를 포함하고,
상기 시료를 배치하는 단계 이전에
상기 시료를 열처리하는 단계를 수행하는 수소의 장입량 평가 방법.
Placing the sample in a chamber filled with hydrogen above atmospheric pressure so that hydrogen is charged;
Depressurizing the sample and calculating the amount of residual hydrogen in the sample over time;
Comprising the step of obtaining the amount of hydrogen charged to the sample by using the residual hydrogen amount and diffusion law,
prior to the step of placing the sample
A method for evaluating the amount of hydrogen charged by performing the step of heat-treating the sample.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 열처리는,
상온 이상, 상기 시료의 열 변성이 이루어지지 않는 온도에서 적어도 24시간 이상 수행되는 수소의 장입량 평가 방법.
According to claim 1,
The heat treatment is
A method for evaluating the amount of hydrogen charged at room temperature or higher, at a temperature at which thermal denaturation of the sample is not performed for at least 24 hours.
제1항에 있어서,
상기 시료를 배치하는 단계는,
1MPa 내지 100MPa의 압력 중의 어느 한 압력, 20℃ 내지 50℃ 중 어느 한 온도로 유지되는 챔버에서 1시간 내지 100시간 동안 수행하는 수소의 장입량 평가 방법.
According to claim 1,
Placing the sample comprises:
A method of evaluating a hydrogen loading amount performed for 1 hour to 100 hours in a chamber maintained at any one of a pressure of 1 MPa to 100 MPa and any one of a temperature of 20° C. to 50° C.
제1항에 있어서,
상기 잔류 수소량을 측정하는 단계는,
상기 시료를 15℃ 내지 35℃, 20% 이하의 습도의 챔버 내에 배치하고,
전자 저울로 상기 시료의 질량을 측정하여 수행하는 수소의 장입량 평가 방법.
According to claim 1,
Measuring the amount of residual hydrogen comprises:
Place the sample in a chamber of 15 ℃ to 35 ℃, humidity of 20% or less,
A method for evaluating the amount of hydrogen charged by measuring the mass of the sample with an electronic balance.
제1항에 있어서,
상기 잔류 수소량을 측정하는 단계는,
단위 시간 마다 상기 시료의 질량 대비 상기 시료에 잔류하는 수소의 질량 비율을 연산하는 단계와,
연산 결과로부터 확산 법칙을 이용하여 상기 시료에서의 수소 확산도 및 상기 시료의 수소 장입량을 연산하는 단계를 포함하는 수소의 장입량 평가 방법.
According to claim 1,
Measuring the amount of residual hydrogen comprises:
calculating a mass ratio of hydrogen remaining in the sample to the mass of the sample per unit time;
A method for evaluating a hydrogen loading amount, comprising calculating a hydrogen diffusivity in the sample and a hydrogen loading amount of the sample using a diffusion law from a calculation result.
제6항에 있어서,
상기 단위 시간 마다 상기 시료의 질량 대비 상기 시료에 잔류하는 수소의 질량 비율을 연산하는 단계는,
수학식
Figure 112020066162423-pat00005
을 연산하여 수행하는 수소의 장입량 평가 방법.(C(t): 잔류 수소량, M(t): 시료를 노출시키고 t 시간 후의 시료의 질량이고, M0 : 수소 장입전의 시료 질량)
7. The method of claim 6,
Calculating the mass ratio of hydrogen remaining in the sample to the mass of the sample for each unit time comprises:
formula
Figure 112020066162423-pat00005
(C(t): residual hydrogen amount, M(t): the mass of the sample after t time after exposing the sample, M 0 : the sample mass before hydrogen charging)
제6항에 있어서,
상기 수소 확산도 및 상기 시료의 수소 장입량은
수학식
Figure 112020066162423-pat00006

을 연산하여 수행하는 수소의 장입량 평가 방법.(CH0: 시료의 수소 장입량, l: 시료의 두께, ρ: 시료의 반지름, βn: 영차 베셀함수의 근. D: 수소의 확산도, C(t): 잔류 수소량)
7. The method of claim 6,
The hydrogen diffusivity and the hydrogen loading amount of the sample are
formula
Figure 112020066162423-pat00006

(CH 0 : hydrogen loading of the sample, l: thickness of sample, ρ: radius of sample, βn: root of zero-order Bessel function. D: diffusivity of hydrogen, C(t) ): Residual hydrogen amount)
제8항에 있어서,
상기 수소 장입량을 연산하는 단계는,
상기 시료를 노출시키는 단계와,
상기 시료내의 잔류 수소량을 측정하는 단계 사이의 시간을 보상하도록 상기 수학식으로부터 외삽(extrapolate) 연산하여 수행하는 수소의 장입량 평가 방법.
9. The method of claim 8,
The step of calculating the hydrogen loading amount,
exposing the sample;
A method for evaluating the amount of hydrogen charged by extrapolating from the equation to compensate for the time between the steps of measuring the amount of residual hydrogen in the sample.
제1항에 있어서,
상기 수소의 장입량 평가 방법은,
수학식
Figure 112020066162423-pat00007
를 연산하여 침투도(permeability)를 연산하는 단계 및
수학식
Figure 112020066162423-pat00008
를 연산하여 용해도(solubility)를 연산하는 단계 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하는 수소의 장입량 평가 방법.(P: 침투도, S: 용해도, CH0: 시료의 수소 장입량, D: 확산도)
According to claim 1,
The hydrogen loading amount evaluation method,
formula
Figure 112020066162423-pat00007
calculating permeability by calculating
formula
Figure 112020066162423-pat00008
A method for evaluating the loading amount of hydrogen further comprising at least one or more of the steps of calculating solubility by calculating . (P: penetration, S: solubility, CH 0 : hydrogen loading of the sample, D: diffusivity)
제1항에 있어서,
상기 수소의 장입량 평가 방법은,
랑구미르 모델을 이용하여 상기 수소 장입량을 연산하는 수소의 장입량 평가 방법.
According to claim 1,
The hydrogen loading amount evaluation method,
A method for evaluating a hydrogen loading amount by calculating the hydrogen loading amount using a Langumir model.
수소가 장입된 시료 내의 잔류 수소량을 연산하는 방법이 기계로 판독되어 상기 기계에서 수행 가능한 컴퓨터 소프트웨어가 기록된 기록 매체로, 상기 방법은:
단위 시간 마다 상기 시료의 질량 대비 상기 시료에 잔류하는 수소의 질량 비율을 연산하는 단계와,
연산 결과로부터 확산 법칙을 이용하여 상기 시료에서의 수소 확산도 및 상기 시료의 수소 장입량을 연산하는 단계를 포함하고,
상기 수소 확산도 및 상기 시료의 수소 장입량은
수학식
Figure 112021503076266-pat00026
을 연산하여 수행하며,
상기 수소 장입량을 측정하는 단계는,
상기 시료를 챔버에서 감압한 후 상기 시료내의 잔류 수소량을 측정하는 단계 사이의 시간을 보상하도록 상기 수학식으로부터 외삽(extrapolate) 연산하여 수행하는 기록 매체.(CH0: 시료의 수소 장입량, l: 시료의 두께, ρ: 시료의 반지름, βn: 영차 베셀함수의 근. D: 수소의 확산도, C(t): 잔류 수소량)
A method for calculating the amount of residual hydrogen in a sample loaded with hydrogen is a recording medium in which computer software that is read by a machine and can be executed by the machine is recorded, the method comprising:
calculating a mass ratio of hydrogen remaining in the sample to the mass of the sample per unit time;
Comprising the step of calculating the hydrogen diffusivity in the sample and the hydrogen loading amount of the sample by using the diffusion law from the calculation result,
The hydrogen diffusivity and the hydrogen loading amount of the sample are
formula
Figure 112021503076266-pat00026
is performed by calculating
Measuring the hydrogen loading is,
A recording medium performed by extrapolating from the above equation to compensate for the time between the steps of measuring the amount of residual hydrogen in the sample after depressurizing the sample in the chamber. (CH 0 : hydrogen loading amount of the sample, l: thickness of sample, ρ: radius of sample, βn: root of zero-order Bessel function, D: diffusivity of hydrogen, C(t): amount of residual hydrogen)
제12항에 있어서,
상기 단위 시간 마다 상기 시료의 질량 대비 상기 시료에 잔류하는 수소의 질량 비율을 연산하는 단계는,
수학식
Figure 112020066162423-pat00009
을 연산하여 수행하는 기록 매체.(C(t): 잔류 수소량, M(t): 시료를 노출시키고 t 시간 후의 시료의 질량, M0 : 수소 장입전의 시료 질량)
13. The method of claim 12,
Calculating the mass ratio of hydrogen remaining in the sample to the mass of the sample for each unit time comprises:
formula
Figure 112020066162423-pat00009
(C(t): residual hydrogen amount, M(t): sample mass after t time after exposing the sample, M 0 : sample mass before hydrogen charging)
삭제delete 삭제delete 제12항에 있어서,
상기 수소의 장입량 평가 방법은,
수학식
Figure 112021503076266-pat00011
를 연산하여 침투도(permeability)를 연산하는 단계 및
수학식
Figure 112021503076266-pat00012
를 연산하여 용해도(solubility)를 연산하는 단계 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함하는 기록 매체.(P: 침투도, S: 용해도, CH0: 시료의 수소 장입량, D: 확산도)
13. The method of claim 12,
The hydrogen loading amount evaluation method,
formula
Figure 112021503076266-pat00011
calculating permeability by calculating
formula
Figure 112021503076266-pat00012
The operation to a recording medium further includes at least any one or more of the step of computing the solubility (solubility). (P: penetration, S: solubility, CH 0: the sample jangipryang hydrogen, D: Wild)
제12항에 있어서,
상기 수소의 장입량 평가 방법은,
랑구미르 모델을 이용하여 상기 수소 장입량을 연산하는 기록 매체.
13. The method of claim 12,
The hydrogen loading amount evaluation method,
A recording medium for calculating the hydrogen loading amount using a langumir model.
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