KR102520490B1 - Metal sealing system for improving airtightness of hydrogen transport pipe connections - Google Patents
Metal sealing system for improving airtightness of hydrogen transport pipe connections Download PDFInfo
- Publication number
- KR102520490B1 KR102520490B1 KR1020230004549A KR20230004549A KR102520490B1 KR 102520490 B1 KR102520490 B1 KR 102520490B1 KR 1020230004549 A KR1020230004549 A KR 1020230004549A KR 20230004549 A KR20230004549 A KR 20230004549A KR 102520490 B1 KR102520490 B1 KR 102520490B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pipe
- hydrogen
- sealing
- sealing system
- fitting member
- Prior art date
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 96
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 238000007789 sealing Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 title 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 93
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 18
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 17
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 claims description 8
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L33/00—Arrangements for connecting hoses to rigid members; Rigid hose connectors, i.e. single members engaging both hoses
- F16L33/22—Arrangements for connecting hoses to rigid members; Rigid hose connectors, i.e. single members engaging both hoses with means not mentioned in the preceding groups for gripping the hose between inner and outer parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
- B21C1/16—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes
- B21C1/22—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes specially adapted for making tubular articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
- C21D8/105—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L19/00—Joints in which sealing surfaces are pressed together by means of a member, e.g. a swivel nut, screwed on or into one of the joint parts
- F16L19/02—Pipe ends provided with collars or flanges, integral with the pipe or not, pressed together by a screwed member
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 수소모빌리티(수소차 또는 기타 운송수단을 포함함) 및 지상용 연료전지와 연결된 수소저장시스템에 사용되는 수소 연료배관 연결부의 실링 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a sealing technology for a hydrogen fuel pipe connection part used in a hydrogen storage system connected to hydrogen mobility (including hydrogen vehicles or other vehicles) and ground fuel cells.
수소 충전 기술의 방향은 안전성 확보, 충전량 배가, 경제성 확보로 향하고 있다. 고압수소 적용시 안전성의 확보를 위해 수소 저장탱크, 배관 및 연결부재로 이루어진 수소연료 시스템을 고강도화 할 필요가 있다. 또한 고압수소의 적용은 충전량을 증가 시키며(도 1 참조) 수소연료 시스템 전체의 고압화를 요구한다. 경제성을 높이기 위해서는 소재와 부품 국산화를 이루어야 한다. 그에 따라 수소 충전 기술에서 겪는 문제는 다음과 같다. 수소연료 시스템에 걸리는 고압을 감당하기 위해서는 두께를 증가 시키거나 재료의 강성을 높여야 하는데 탱크 또는 배관의 소재의 두께를 두껍게 할 경우, 경제성이 저하되고 배관의 경우 두께를 늘려 제작하는데 한계가 있다. The direction of hydrogen charging technology is toward securing safety, doubling the charging amount, and securing economic feasibility. In order to ensure safety when applying high-pressure hydrogen, it is necessary to strengthen the hydrogen fuel system consisting of a hydrogen storage tank, piping, and connecting members. In addition, application of high pressure hydrogen increases the charging amount (see FIG. 1) and requires high pressure of the entire hydrogen fuel system. In order to increase economic feasibility, localization of materials and parts must be achieved. Accordingly, the problems encountered in the hydrogen charging technology are as follows. In order to cope with the high pressure applied to the hydrogen fuel system, it is necessary to increase the thickness or increase the rigidity of the material. However, if the thickness of the material for the tank or pipe is thick, the economic feasibility is reduced, and in the case of the pipe, there is a limit to manufacturing by increasing the thickness.
또한 수소를 사용함에 있어 또 다른 문제점은 연료 시스템을 구성하는 금속 재료의 수소취성 발생이며, 이로 인해 배관의 강도 및 연신율이 저하되어 안전성에 위협을 받는다. In addition, another problem in using hydrogen is the occurrence of hydrogen embrittlement of the metal material constituting the fuel system, and as a result, the strength and elongation of the pipe are lowered, thereby threatening safety.
수소연료 시스템의 소재부품을 해외 기술에 의존할 경우, 납기 및 가격의 문제로 경제성 저하와 국내 신기술 개발이 중단될 수 있는 문제가 있다. If the materials and parts of the hydrogen fuel system are dependent on foreign technologies, there is a problem that economic feasibility may decrease and development of new domestic technologies may be stopped due to delivery and price problems.
고압 수소 배관의 피팅 시스템은 탱크, 탱크 밸브, 레귤레이터, 리셉터클, 매니폴드, 배관과 같은 유닛을 포함한다(도 2, 도 3 참조). 이러한 유닛들은 수소 누설 10cc/hr 이하 및 동작 내구성 진동피로 임펄스내구성등 다양하고 엄격한 시험을 통과해야 한다. The fitting system of the high-pressure hydrogen pipe includes units such as a tank, a tank valve, a regulator, a receptacle, a manifold, and a pipe (see FIGS. 2 and 3). These units are It must pass various and strict tests such as leakage less than 10cc/hr, operation durability, vibration fatigue, and impulse durability.
수소연료시스템을 구성하는 탱크 밸브는 수소저장 탱크에 장착되어 수소 사용 시 스택으로 수소를 공급하는 전자식 밸브이고, 레귤레이터는 압력 조절기, 감압밸브로서, 탱크 밸브에서 나오는 고압을 감압하여 스택으로 보내는 역할을 한다. 리셉터클은 수소 충전구로서, 수소 충전 후 역류 방지 기능을 갖는다. 매니폴드는 충전 시 수소를 각 탱크로 보내거나 운행시 레귤레이터로 보내는 유로 밸브이다. 고압용 배관은 상기 유닛(부품)들을 연결하는 부재로서 다수의 연결부를 갖는다.리셉터클은 수소탱크의 매니폴드에 연결되고, 매니폴드에는 탱크 고압 솔레노이드 밸브와 레귤레이터가 배관으로 연결되는 구조이다. The tank valve constituting the hydrogen fuel system is an electronic valve mounted on the hydrogen storage tank to supply hydrogen to the stack when hydrogen is used. do. The receptacle is a hydrogen charging port and has a backflow prevention function after hydrogen charging. The manifold is a flow valve that directs hydrogen to each tank during charging or to the regulator during operation. The high-pressure pipe is a member connecting the units (parts) and has a plurality of connection parts. The receptacle is connected to the manifold of the hydrogen tank, and the tank high-pressure solenoid valve and the regulator are connected to the manifold through pipes.
따라서 수소 모빌리티 또는 수소연료전지에서 수소를 사용하는 시스템에는 곳곳에 부재들이 서로 연결되는 연결부가 있게 되며, 연결부마다 상술한 바와 같이 수소 누설이 10cc/hr 이하로 유지되는 밀폐성능이 확보되어야 한다. 수소 배관 연결부의 밀폐성(실링의 기밀성)은 일반적으로 알려진 바와 같은 오링, 실리콘 등의 고무 부재로는 달성되지 않는다. Therefore, in a system using hydrogen in hydrogen mobility or a hydrogen fuel cell, there are connection parts where members are connected to each other, and as described above, sealing performance in which hydrogen leakage is maintained at 10 cc / hr or less must be secured for each connection part. Airtightness (airtightness of sealing) of the hydrogen pipe connection cannot be achieved with rubber members such as O-rings and silicon, as is generally known.
등록특허 10-2155660호는 배관의 연결부에 대해 기재하나 수소 배관의 기밀성을 달성하기는 어려운 기술이다. Patent Registration No. 10-2155660 describes the connection of the pipe, but it is difficult to achieve airtightness of the hydrogen pipe.
본 발명의 목적은 수소 배관의 연결부의 밀폐성을 강화할 수 있는 방안을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method capable of strengthening the sealing property of the connection part of the hydrogen pipe.
또한, 본 발명은 수소 배관 연결부의 밀폐성을 확보하면서도 (고압) 배관의 두께를 증가시키지 않고자 하며, 이는 수소 배관 구성의 경제성을 갖출 수 있는 방안을 제공하고자 한다. In addition, the present invention is to secure the sealing of the hydrogen pipe connection while not increasing the thickness of the (high pressure) pipe, which is to provide a way to have the economics of the hydrogen pipe configuration.
상기 목적에 따라 본 발명은 수소 배관의 연결부를 메탈(금속) 소재로 이루어진 피팅 부재로 구성하며, 배관의 단부와 피팅 부재 모두 소성 후 저온 열처리를 실시하여 고강도화 함으로써 실링의 기밀성을 강화한다. 금속의 강화원리 적용하여 고강도화로 기존 배관보다 얇은 두께로 동일효과를 이룰 수 있어 재료비 절감 및 경제성 확보가 가능하다. In accordance with the above object, the present invention configures the connection part of the hydrogen pipe with a fitting member made of a metal (metal) material, and after firing both the end of the pipe and the fitting member, low-temperature heat treatment is performed to increase strength, thereby strengthening the airtightness of the sealing. By applying the principle of metal reinforcement, it is possible to achieve the same effect with a thinner thickness than existing piping due to high strength, reducing material costs and securing economic feasibility.
즉, 본 발명은,That is, the present invention,
수소 저장 탱크와 연결된 수소 배관 연결부의 실링 시스템으로서,As a sealing system for the hydrogen pipe connection connected to the hydrogen storage tank,
단면의 직경이 점차 줄어드는 테이퍼 구조의 배관 단부;A pipe end of a tapered structure in which the diameter of the cross section gradually decreases;
상기 배관 단부와 접하여 결합하며, 배관 단부의 테이퍼 구조에 맞도록 테이퍼 구조의 내경을 포함하는 피팅 부재; 및a fitting member coupled in contact with the pipe end and including an inner diameter of the tapered structure to fit the tapered structure of the pipe end; and
상기 배관 단부와 피팅 부재의 결합부의 외측 둘레를 에워싸 체결되는 너트;를 포함하고,Including; a nut that is fastened by surrounding the outer circumference of the coupling part of the pipe end and the fitting member,
수소 배관 단부와 피팅 부재와 너트는 모두 1/8 HARD의 고경도 금속으로 구성된 것을 특징으로 하는 수소 배관 연결부의 실링 시스템을 제공한다.The hydrogen pipe end, the fitting member and the nut are all made of 1/8 HARD high-hardness metal to provide a sealing system for the hydrogen pipe connection.
상기에 있어서, 배관, 배관 단부 및 피팅 부재는, 316계 스테인레스스틸을 기반으로 하되, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo의 조성을 제어하여 Ni 당량(Nieq)을 28.5% 이상으로 한 합금재로 구성되고, 상기 합금재를 이용하여 배관으로 가공되어, 항복강도가 75 ksi 이상, 인장강도가 105 ksi 이상 이면서 연신율 18% 이상인 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 수소 배관 연결부의 실링 시스템을 제공한다.In the above, the pipe, pipe end, and fitting member are based on 316 series stainless steel, but the Ni equivalent (Ni eq ) is 28.5% by controlling the composition of C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, and Mo. Sealing of the hydrogen pipe connection, characterized in that it is composed of the above alloy material, processed into a pipe using the alloy material, and has physical properties such as a yield strength of 75 ksi or more, a tensile strength of 105 ksi or more, and an elongation of 18% or more. provide the system.
상기에 있어서, 배관, 배관 단부 및 피팅 부재는, 316계 스테인레스스틸을 기반으로 하되, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo의 조성을 제어하여 Ni 당량(Nieq)을 28.5% 이상으로 한 합금재로 구성되고, 상기 합금재를 이용하여 배관으로 가공되어, 항복강도가 55 ksi 내지 75 ksi 미만, 인장강도가 100 ksi 이상 이면서 연신율 25% 이상인 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 수소 배관 연결부의 실링 시스템을 제공한다.In the above, the pipe, pipe end, and fitting member are based on 316 series stainless steel, but the Ni equivalent (Ni eq ) is 28.5% by controlling the composition of C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, and Mo. A hydrogen pipe characterized in that it is composed of the above alloy material, processed into a pipe using the alloy material, has a yield strength of 55 ksi to less than 75 ksi, a tensile strength of 100 ksi or more, and an elongation of 25% or more. It provides a sealing system for the connection part.
상기에 있어서, 배관은 압연과 인발 공정을 포함하는 배관의 강도를 강화하는 가공경화 과정을 거치고, 열처리를 실시한 것임을 특징으로 하는 수소 배관 연결부의 실링 시스템을 제공한다.In the above, the pipe is subjected to a work hardening process for strengthening the strength of the pipe including a rolling and drawing process, and provides a sealing system for the hydrogen pipe connection, characterized in that heat treatment is performed.
상기에 있어서, 배관과 피팅 바디의 접촉면은 원뿔대의 곡면을 이루고, 너트를 체결하면서 토크를 주어 너트를 돌리면 너트의 전진 축력이 발생하고 배관이 피팅 바디 쪽으로 전진하면서 배관 면과 피팅 바디 면이 접하는 단면 길이가 늘어나 기밀성이 증가하는 것을 특징으로 하는 수소 배관 연결부의 실링 시스템을 제공한다.In the above, the contact surface of the pipe and the fitting body forms a curved surface of a truncated cone, and when the nut is turned by applying torque while fastening the nut, the forward axial force of the nut is generated, and the pipe surface and the fitting body face are in contact as the pipe advances toward the fitting body. Provided is a sealing system for a hydrogen pipe connection, characterized in that the length increases and the airtightness increases.
상기에 있어서, 너트 체결 시 27 내지 33Nm의 전진 축력에 의한 에너지가 배관 연결부에 인가되어 배관의 실링 면이 피팅 바디의 실링 면을 누르고 반작용에 의한 축력이 발생 하며, 10 kN을 초과하는 힘이 접촉 면에 인가되어 배관 면과 피팅 바디 면이 맞닿아 기밀성이 생성되는 것을 특징으로 하는 수소 배관 연결부의 실링 시스템을 제공한다.In the above, when the nut is fastened, energy by forward axial force of 27 to 33 Nm is applied to the pipe connection portion, the sealing surface of the pipe presses the sealing surface of the fitting body, and axial force is generated by the reaction, and a force exceeding 10 kN is contacted. It is applied to the surface to provide a sealing system for the hydrogen pipe connection, characterized in that the pipe surface and the fitting body surface are in contact to create airtightness.
본 발명은 수소 배관 연결부를 메탈 소재로 구성하며, 연결부의 메탈 소재들을 고강도화하여 강한 밀폐성을 확보하면서도 배관의 두께를 얇게 할 수 있어 수소 배관의 비용을 절감하고 경량화하여 경제성을 높일 수 있다. In the present invention, the hydrogen pipe connection part is made of metal material, and the metal material of the connection part is made of high strength to secure strong sealing while reducing the thickness of the pipe, thereby reducing the cost of the hydrogen pipe and reducing the weight to increase economic feasibility.
본 발명에 따르면, 내압 배관 기술을 확보할 수 있으며, 수소 충전소용 핵심 부자재의 완전 국산화가 가능하고 세계 시장 진출의 전망을 밝힌다. According to the present invention, it is possible to secure pressure-resistant piping technology, complete localization of key subsidiary materials for hydrogen filling stations, and reveal the prospect of entering the global market.
도 1은 수소 저장 탱크의 고압화를 설명하는 도면이다.
도 2는 수소 저장 탱크와 배관 시스템의 예를 보여주는 구성도이다.
도 3은 수소 배관 시스템에 들어가는 부재들을 보여주는 사진이다.
도 4는 수소 배관의 예를 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 기밀성을 강화한 실링을 위한 수소 배관 연결부에 대한 연구를 설명하기 위한 연결부 구성도 이다.
도 6은 본 발명에 따라 수소 배관 연결부의 기밀성을 평가하는 시뮬레이션을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 수소 배관 연결부의 기밀성을 평가하는 시뮬레이션에서 피팅부 전체 형상을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 수소 배관 연결부의 기밀성을 평가하는 시뮬레이션에서 연결부의 소재를 FA 물성 소재로 적용한 경우와 1/8HARD 물성 소재로 적용한 경우를 대비한 것을 보여주는 도면이다.1 is a diagram explaining the high pressure of a hydrogen storage tank.
2 is a configuration diagram showing an example of a hydrogen storage tank and a piping system.
3 is a photograph showing members entering the hydrogen piping system.
4 is a photograph showing an example of a hydrogen pipe.
5 is a configuration diagram of a connection part for explaining a study on a hydrogen pipe connection part for sealing with enhanced airtightness according to the present invention.
6 is a view showing a simulation for evaluating the airtightness of a hydrogen pipe connection according to the present invention.
7 is a view showing the overall shape of a fitting part in a simulation for evaluating the airtightness of a hydrogen pipe connection part according to the present invention.
8 is a view showing a case in which the material of the connection part is applied as an FA material property material and a case where a 1/8HARD material property material is applied in a simulation for evaluating the airtightness of a hydrogen pipe connection part according to the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따라 기밀성을 강화한 실링을 위한 수소 배관(튜브) 연결부에 대한 연구를 설명하기 위한 연결부 구성도 이다. 5 is a connection block diagram for explaining a study on a hydrogen pipe (tube) connection for sealing with enhanced airtightness according to the present invention.
수소 배관 연결부는 배관(100)의 단부를 에워싸 결합하는 피팅 바디(200), 그리고 배관과 피팅 바디 둘레에 체결되어 배관과 피팅 바디를 가압 고정하는 너트(300)를 포함한다. 배관 단부는 직경이 점차 줄어드는 테이퍼 구조이고, 피팅 바디도 그에 맞추어 테이퍼 구조의 내경을 갖는다. 배관과 피팅 바디의 접촉면(400)은 원추형태(정확하게는 원뿔대의 곡면)의 곡면을 형성하며, 이 부분의 실링이 수소 기밀성을 좌우한다. The hydrogen pipe connection unit includes a fitting body 200 that surrounds and couples an end of the
수소 배관 연결부의 조립은 배관과 피팅 바디를 결합시킨 후, 너트를 체결하면서 토크(30Nm±10% 공차)를 주어 너트를 돌리면 너트의 전진 축력이 발생하고 배관이 피팅 바디 쪽으로 전진하면서 이루어진다. The assembly of the hydrogen pipe connection unit is performed by combining the pipe and the fitting body, and then tightening the nut while applying torque (30Nm ± 10% tolerance) to turn the nut, generating forward axial force of the nut and moving the pipe toward the fitting body.
너트 체결 시 배관의 실링 면이 피팅 바디의 실링 면을 누르고 반작용에 의한 축력이 발생 하며, 대략 10 kN(±10% 공차)을 초과하는 힘이 가해진다. 그에 따라 실링을 이루는 배관 면과 피팅 바디 면이 맞닿아 기밀성이 생성된다. 특히, 너트의 전진으로 배관 면과 피팅 바디 면이 접하는 단면 길이가 늘어나 기밀성이 배가된다(도 6 참조). When tightening the nut, the sealing surface of the pipe presses the sealing surface of the fitting body, and axial force is generated by the reaction, and a force exceeding approximately 10 kN (±10% tolerance) is applied. As a result, the surface of the pipe forming the seal and the surface of the fitting body come into contact to create airtightness. In particular, as the nut advances, the length of the cross section where the pipe surface and the fitting body surface contact each other increases, thereby doubling airtightness (see FIG. 6).
본 발명은 C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo의 조성을 제어하여 Ni 당량(Nieq)을 28.5 % 이상으로 한 합금재를 제공하고, 상기 합금재를 이용하여 배관으로 가공하되, 가공경화와 열처리를 통한 고강도화 기술을 적용하여 이른바 1/8 hard 수준의 고강도 배관을 제공한 바 있다(특허출원 제10-2022-0063532호). 특허출원 제10-2022-0063532호의 내용은 본 발명에 그대로 편입된다. The present invention controls the composition of C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo to provide an alloy material with Ni equivalent (Ni eq ) of 28.5% or more, and processing into a pipe using the alloy material , high-strength piping of the so-called 1/8 hard level has been provided by applying high-strength technology through work hardening and heat treatment (Patent Application No. 10-2022-0063532). The contents of Patent Application No. 10-2022-0063532 are incorporated into the present invention as it is.
즉, 수소 배관의 고강도 강재를 고 수소당량, 고강도, 저온 고강도 강재로 개발하고, 고 내압용 배관 및 실링 기술을 제공하며, 배관 고강도화 및 두께 최소화 기술을 제공한다. 상기에는 배관 및 실링면의 가공 기술이 포함된다. That is, high-strength steel for hydrogen piping is developed as high-hydrogen equivalent, high-strength, low-temperature high-strength steel, high-pressure piping and sealing technologies are provided, and piping high-strength and thickness minimization technologies are provided. The above includes processing technology for piping and sealing surfaces.
나아가 본 발명은 내압 1250 bar 이상인 수소 충전소용 배관 개발을 위해 좀 더 정확한 근거 데이터를 얻고자 수소 배관 연결부의 기밀성을 평가하는 시뮬레이션을 실시하였다. Furthermore, the present invention conducted a simulation to evaluate the airtightness of the hydrogen pipe connection in order to obtain more accurate ground data for the development of a pipe for a hydrogen filling station with an internal pressure of 1250 bar or more.
도 6은 본 발명에 따라 수소 배관 연결부의 기밀성을 평가하는 시뮬레이션 결과를 보여준다.6 shows simulation results for evaluating the airtightness of the hydrogen pipe connection according to the present invention.
시뮬레이션은 배관과 피팅 바디의 형상에 대해 기준점을 정하고 특이점이 될 수 있는 지점들을 좌표화하고(도 5), 다음과 같은 지표를 세팅하여 이루어졌다. The simulation was performed by setting reference points for the shape of the pipe and fitting body, coordinate points that could become singular points (FIG. 5), and setting the following indicators.
금속 실링의 성능 평가 지표에는 접촉 압력(Contact pressure)을 기본으로 고려하고, 때에 따라 접촉 폭(Contact width)을 추가로 고려하였다. In the performance evaluation index of metal sealing, contact pressure was considered as a basis, and contact width was additionally considered in some cases.
접촉 압력과 접촉 폭이 가장 보편적으로 사용되는 2가지의 실링 성능 지표이지만, 평균 압력(Mean pressure)과 최대 폰미세스/등가 응력(Maximum von Mises equivalent stress)도 함께 고려한 것이다.Contact pressure and contact width are the two most commonly used sealing performance indicators, but mean pressure and maximum von Mises equivalent stress are also considered.
평균 접촉 압력이 낮더라도 접폭 폭을 크게 하는 경우가 유리한지 접촉 폭이 작더라도 평균 접촉 압력을 높이는 경우가 유리한지에 대한 검토가 이루어졌다.A review was conducted on whether it is advantageous to increase the contact width even when the average contact pressure is low or whether it is advantageous to increase the average contact pressure even when the contact width is small.
실링 부는 배관, 배관 쪽 접촉부, 피팅 바디(Fitting Body), 피팅 바디쪽 접촉부의 4개로 구분한다. The sealing part is divided into four parts: the pipe, the contact part on the pipe side, the fitting body, and the contact part on the fitting body side.
배관과 피팅 바디 접촉면에서 접촉 순서가 중요한 역할을 한다. 접촉에 따른 변형이 발생하므로 접촉 순서나 접촉부 변형을 고려한 접촉면의 세밀한 형상 설계가 필요하다. 본 발명은 너트의 체결 동작으로 인해, 배관 단부가 피팅 바디 쪽으로 적극 이동하는 것으로 구성하였다. The order of contact at the interface between the pipe and the fitting body plays an important role. Deformation occurs due to contact, so it is necessary to design the detailed shape of the contact surface considering the order of contact or deformation of the contact part. According to the present invention, due to the fastening operation of the nut, the pipe end is configured to actively move toward the fitting body.
특히, 본 시뮬레이션에서는 배관 접촉부의 연성을 향상시켜 실링을 위한 압착 시 접촉 부 변형이 원활하게 발생하고 이로 인해 실링 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있는지, 아니면 접촉부를 고강도 소재로 구성하는 것이 실링 성능이 더 우수한지를 연구하였다. 즉, 열처리 조건에 따라 FA 및 1/8 HARD의 2가지 다른 소재를 적용한 것으로 하여 시뮬레이션을 실시하였다. In particular, in this simulation, whether it is possible to improve the ductility of the pipe contact part so that the contact part deformation occurs smoothly during compression for sealing, thereby improving the sealing performance, or if the contact part is made of high-strength material, the sealing performance is poor. Researched whether it was better. That is, the simulation was conducted assuming that two different materials, FA and 1/8 HARD, were applied according to the heat treatment conditions.
시뮬레이션 결과, 현재의 실링 Design을 고정한 조건에서 배관 접촉 부의 물성을 연화시키는 FA 물성 적용의 경우에는 변형에 따라 얻을 수 있는 접촉 부 강도가 상대적으로 낮아짐을 볼 수 있었다.As a result of the simulation, it was found that the strength of the contact part that can be obtained according to deformation is relatively low in the case of applying the FA property that softens the property of the pipe contact part under the condition of fixing the current sealing design.
즉, 소재의 가공경화 정도가 낮을 경우에는 최종적인 접촉 부 강도가 떨어지는 결과를 얻었다. 따라서 열처리를 통한 접촉 부 소재의 연화 처리는 실링에 부정적이라 할 수 있다. That is, when the degree of work hardening of the material is low, the final contact strength is lowered. Therefore, the softening treatment of the contact part material through heat treatment can be negative for sealing.
다만, 접촉 부의 실링 성능을 향상시키기 위해 실링 부의 형상을 복잡하게 설계한다면, 실링 부를 압착하여 성형할 경우 접촉 부의 연성을 향상시키는 것이 성형성과 내부 결함(defect) 억제 측면에서 유리할 것으로 추정할 수 있다.However, if the shape of the sealing part is complicatedly designed to improve the sealing performance of the contact part, it can be assumed that improving the ductility of the contact part will be advantageous in terms of formability and suppression of internal defects when the sealing part is molded by compression.
실링 부 접촉 압력이 가장 중요한 지표로 사용되었으며, 실링 부 접촉 압력을 실링 성능 평가 지표로 사용한다면, 접촉 부 소재의 연화 처리가 실링 성능 향상에는 도움이 되지 않을 것으로 판단된다. 이는 접촉 부 강도를 향상시키는데 불리하기 때문이다. 즉, 실링 성능 향상을 위해서는 배관과 피팅바디 접촉 부 모두에 대해 1/8 HARD 물성을 갖도록 하는 것이 더 유리하다는 결과를 얻었다.The contact pressure of the sealing part was used as the most important index, and if the contact pressure of the sealing part is used as an index for evaluating the sealing performance, it is judged that the softening treatment of the contact part material will not help to improve the sealing performance. This is because it is disadvantageous in improving the strength of the contact portion. That is, it was found that it is more advantageous to have 1/8 HARD physical properties for both the pipe and the fitting body contact part in order to improve the sealing performance.
따라서 특허출원 제10-2022-0063532호에서 제안한 것과 같이 C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo의 조성을 제어하여 Ni 당량(Nieq)을 28.5 % 이상으로 한 합금재를 제공하고, 상기 합금재를 이용하여 배관으로 가공하되, 가공경화와 열처리를 통한 고강도화 기술을 적용하여 이른바 1/8 hard 수준의 고강도 배관을 제공한다. 배관 단부와 피팅 부재 단부를 결합 가능한 테이퍼 형태로 가공하고, 이에 맞는 너트를 가공한 후, 이들을 저온 열처리 하고 결합시켜 실링의 기밀성을 강화할 수 있다. Therefore, as proposed in Patent Application No. 10-2022-0063532, the composition of C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo is controlled to provide an alloy material with Ni equivalent (Ni eq ) of 28.5% or more, , Processed into a pipe using the alloy material, but applying a high-strength technology through work hardening and heat treatment to provide a so-called 1/8 hard level high-strength pipe. After processing the end of the pipe and the end of the fitting member into a connectable taper shape, processing a nut suitable for the shape, and then heat-treating them at a low temperature and combining them, the airtightness of the seal can be strengthened.
즉, 316계 스테인레스스틸을 기반으로 한 배관의 단부와 피팅 부재 모두 (소성 후 저온 열처리를 실시하여) 항복강도 75 ksi 이상, 인장강도 105 ksi 이상, 및 연신율 18% 이상인 것으로 고강도화 함으로써 실링의 기밀성을 강화한다.That is, both the end of the 316 series stainless steel pipe and the fitting member have a yield strength of 75 ksi or more, a tensile strength of 105 ksi or more, and an elongation of 18% or more (by performing low-temperature heat treatment after firing) to increase the airtightness of the seal. strengthen
소성 후 열처리 온도는 850 내지 950℃, 바람직하게는 900℃ 이며 연속 어닐링을 실시하고, 상기 온도에서 열처리 시간, 즉 연속 어닐링시, 어닐링 온도에서의 유지시간은 2~ 5분 정도이다. The heat treatment temperature after firing is 850 to 950 ° C, preferably 900 ° C, and continuous annealing is performed, and the heat treatment time at this temperature, that is, the holding time at the annealing temperature during continuous annealing is about 2 to 5 minutes.
상기에서, 배관의 단부와 피팅 부재 모두 소성 후 저온 열처리를 실시하여 고강도화 함으로써 실링의 기밀성을 강화한다. 즉, 열처리를 고온에서 실시할 경우, 소성 경화도가 낮아지므로 저온 열처리를 실시하여 고강도화 한다. In the above, the airtightness of the seal is enhanced by performing a low-temperature heat treatment after firing both the end of the pipe and the fitting member to increase strength. That is, when the heat treatment is performed at a high temperature, the plastic hardening degree is lowered, so the low temperature heat treatment is performed to increase the strength.
본 발명이 제공하는 수소 모빌리티용 수소 연료 배관 및 피팅 부재 및/또는 너트는, 316계 스테인레스스틸을 기반으로 하되, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo의 조성을 제어하여 Ni 당량(Nieq)을 28.5% 이상으로 한 합금재로 구성되고, 상기 합금재를 이용하여 배관으로 가공되어, 항복강도가 75 ksi 이상, 인장강도가 105 ksi 이상 이면서 연신율 18% 이상인 물성을 갖는다. The hydrogen fuel piping and fitting members and/or nuts for hydrogen mobility provided by the present invention are based on 316 series stainless steel, but by controlling the composition of C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, and Mo, Ni equivalent weight It is composed of an alloy material with (Ni eq ) of 28.5% or more, and is processed into a pipe using the alloy material, and has physical properties such as a yield strength of 75 ksi or more, a tensile strength of 105 ksi or more, and an elongation of 18% or more.
또한, 수소 모빌리티용 수소 연료 배관 및 피팅 부재 및/또는 너트는, 316계 스테인레스스틸을 기반으로 하되, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo의 조성을 제어하여 Ni 당량(Nieq)을 28.5% 이상으로 한 합금재로 구성되고, 상기 합금재를 이용하여 배관으로 가공되어, 항복강도가 55 ksi 내지 75 ksi 미만, 인장강도가 100 ksi 이상 이면서 연신율 25% 이상인 물성을 갖는다. In addition, hydrogen fuel piping and fitting members and/or nuts for hydrogen mobility are based on 316 series stainless steel, but by controlling the composition of C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo, Ni equivalent (Ni eq ) is composed of an alloy material with 28.5% or more, and is processed into a pipe using the alloy material, and has physical properties such as a yield strength of 55 ksi to less than 75 ksi, a tensile strength of 100 ksi or more, and an elongation of 25% or more.
상기 가공 공정은 고강도화를 위한 인발가공과 재결정화가 일어나기 전 단계인 회복열처리를 포함하여 배관재로 하여금 회복 조직을 형성하게 한다. The processing process includes drawing processing for high strength and recovery heat treatment, which is a step before recrystallization, to form a recovery structure in the piping material.
상기에 있어서, 배관의 두께는 하기 식에 의해 계산되고,In the above, the thickness of the pipe is calculated by the following formula,
허용 압력을 500bar 이상으로 하여 산출된 것임을 특징으로 하는 수소 모빌리티용 수소 연료 배관을 제공한다.It provides a hydrogen fuel piping for hydrogen mobility, characterized in that it is calculated with an allowable pressure of 500 bar or more.
여기서, here,
Tm = 두께 x 0.9 ( 10% 공차 적용 )Tm = thickness x 0.9 (with 10% tolerance)
D = 외경, P = 최대허용 압력 D = outer diameter, P = maximum allowable pressure
S = 허용 응력 ( 항복 강도×(2/3) )S = allowable stress ( yield strength × (2/3) )
상기에 있어서,In the above,
유로면적/배관면적의 비는 하기 식에 의해 계산되고, The flow path area/piping area ratio is calculated by the following formula,
유로면적(내경면적)/배관면적(외경면적) = π{(D-2 x Tm)/2}2/π(D/2)2 Flow path area (inner diameter area)/piping area (outer diameter area) = π{(D-2 x Tm)/2} 2 /π(D/2) 2
= (D - 2 x Tm)2/D2 = (D - 2 x Tm) 2 /D 2
= exp2(-1.155P/S), = exp 2 (-1.155P/S),
해당배관이 설치될 장비나, 설비가 요구하는 설계압력 또는 사용압력이 500~900bar인 경우, 배관의 유로단면적(내경단면적)/배관단면적(외경단면적) 비율이 35% 이상이고,If the design pressure or operating pressure required by the equipment or facilities to be installed is 500 to 900 bar, the pipe cross-sectional area (inner diameter area) / pipe cross-sectional area (outer diameter area) ratio is 35% or more,
설계압력 또는 사용압력이 900~1200bar인 경우 배관의 유로단면적(내경단면적)/배관단면적(외경단면적) 비율이 25% 이상인 수소 모빌리티용 수소 연료 배관을 제공한다.When the design pressure or working pressure is 900 to 1200 bar, a hydrogen fuel piping for hydrogen mobility is provided in which the ratio of the piping passage area (inner diameter section area) / pipe section area (outer diameter section area) is 25% or more.
상기에 있어서, 상기 합금재를 이용한 배관은 압연과 인발 공정을 포함하는 배관의 강도를 강화하는 가공경화 과정을 거치고, 열처리를 실시한 것임을 특징으로 하는 수소 모빌리티용 수소 연료 배관을 제공한다.In the above, the pipe using the alloy material provides a hydrogen fuel pipe for hydrogen mobility, characterized in that it is subjected to a work hardening process to enhance the strength of the pipe including a rolling and drawing process, and heat treatment.
상기에 있어서, 상기 배관은 회복 조직으로 구성된 금속 조직 배관인 것을 특징으로 하는 수소 모빌리티용 수소 연료 배관을 제공한다.In the above, the pipe provides a hydrogen fuel pipe for hydrogen mobility, characterized in that the pipe is a metal tissue pipe composed of a recovery tissue.
상기의 수소 모빌리티용 수소 연료 배관을 적용한 수소 모빌리티용 부재를 제공한다.Provided is a member for hydrogen mobility to which the hydrogen fuel pipe for hydrogen mobility is applied.
도 7은 본 발명에 따라 수소 배관 연결부의 기밀성을 평가하는 시뮬레이션에서 피팅부 전체 형상을 보여주는 도면이다.7 is a view showing the overall shape of a fitting part in a simulation for evaluating the airtightness of a hydrogen pipe connection part according to the present invention.
접촉 부의 물성을 조절하는 것이 금속 실링 성능에 어떤 영향을 줄 수 있는지 파악하기 위해 배관(튜브) 접촉부의 소성 물성에 FA 물성(
위 경우와 비교하기 위해, 튜브 접촉부의 소성 물성에도 다른 부위와 마찬가지로 1/8 HARD 물성(
도 8(a)는 접촉 부 전체를 나타내고, 도8(b)는 배관과 피팅 바디 일부를 포함한 접촉 부를 나타내고, 도 8(c)는 배관을 보인다.8(a) shows the entire contact part, FIG. 8(b) shows the contact part including the pipe and a part of the fitting body, and FIG. 8(c) shows the pipe.
이에 대비하여 1/8HARD 물성 소재로 된 수소 배관 연결부들의 폰미세스 응력 해석 결과는 도 8a', 도 8b', 도 8c'에 보였다. In contrast, the results of the von Mises stress analysis of the hydrogen pipe connections made of 1/8HARD material are shown in FIGS. 8a', 8b', and 8c'.
튜브 접촉부의 소성 물성을 FA 물성(
상술된 사항에서 별도의 정의가 없는 경우, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 단수형은 문맥에 의해 복수형을 포함할 수 있다.Unless otherwise defined in the above, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless specifically defined explicitly. When it is said that a certain part "includes" a component throughout the specification, this means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated. Also, the singular form may include the plural form depending on the context.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The rights of the present invention are defined by what is described in the claims, not limited to the embodiments described above, and that those skilled in the art can make various modifications and adaptations within the scope of rights described in the claims. It is self-evident.
100: 배관
200: 피팅 바디
300: 너트
400: 접촉면100: piping
200: fitting body
300: nut
400: contact surface
Claims (6)
단면의 직경이 점차 줄어드는 테이퍼 구조의 배관 단부;및
상기 배관 단부와 접하여 결합하며, 배관 단부의 테이퍼 구조에 맞도록 테이퍼 구조의 내경을 포함하는 피팅 부재;를 포함하고,
상기 배관 단부와 피팅 부재의 결합부는 외측 둘레를 에워싸는 너트의 체결에 의해 실링되고,
수소 배관 단부와 피팅 부재는 모두 1/8 HARD의 고경도 금속으로 구성되고,
배관, 배관 단부 및 피팅 부재는, 316계 스테인레스스틸을 기반으로 하되, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo의 조성을 제어하여 Ni 당량(Nieq)을 28.5% 이상으로 한 합금재로 구성되고, 상기 합금재를 이용하여 배관으로 가공되어, 항복강도가 75 ksi 이상, 인장강도가 105 ksi 이상 이면서 연신율 18% 이상인 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 수소 배관 연결부의 실링 시스템.
As a sealing system for hydrogen pipe connections connected to hydrogen mobility or ground fuel cells,
A pipe end of a tapered structure in which the diameter of the cross section gradually decreases; and
A fitting member coupled to the end of the pipe and having an inner diameter of the tapered structure to fit the tapered structure of the end of the pipe;
The coupling portion of the pipe end and the fitting member is sealed by fastening a nut surrounding an outer circumference,
Both the end of the hydrogen pipe and the fitting member are made of high-hardness metal of 1/8 HARD,
Pipes, pipe ends, and fittings are based on 316 series stainless steel, but alloys with a Ni equivalent (Ni eq ) of 28.5% or more by controlling the composition of C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, and Mo. The sealing system of the hydrogen pipe connection, characterized in that it is composed of a material, processed into a pipe using the alloy material, and has a yield strength of 75 ksi or more, a tensile strength of 105 ksi or more, and an elongation of 18% or more.
단면의 직경이 점차 줄어드는 테이퍼 구조의 배관 단부;및
상기 배관 단부와 접하여 결합하며, 배관 단부의 테이퍼 구조에 맞도록 테이퍼 구조의 내경을 포함하는 피팅 부재;를 포함하고,
상기 배관 단부와 피팅 부재의 결합부는 외측 둘레를 에워싸는 너트의 체결에 의해 실링되고,
수소 배관 단부와 피팅 부재는 모두 1/8 HARD의 고경도 금속으로 구성되고,
배관, 배관 단부 및 피팅 부재는, 316계 스테인레스스틸을 기반으로 하되, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, Mo의 조성을 제어하여 Ni 당량(Nieq)을 28.5% 이상으로 한 합금재로 구성되고, 상기 합금재를 이용하여 배관으로 가공되어, 항복강도가 55 ksi 내지 75 ksi 미만, 인장강도가 100 ksi 이상 이면서 연신율 25% 이상인 물성을 갖는 것을 특징으로 하는 수소 배관 연결부의 실링 시스템.As a sealing system for hydrogen pipe connections connected to hydrogen mobility or ground fuel cells,
A pipe end of a tapered structure in which the diameter of the cross section gradually decreases; and
A fitting member coupled to the end of the pipe and having an inner diameter of the tapered structure to fit the tapered structure of the end of the pipe;
The coupling portion of the pipe end and the fitting member is sealed by fastening a nut surrounding an outer circumference,
Both the end of the hydrogen pipe and the fitting member are made of high-hardness metal of 1/8 HARD,
Pipes, pipe ends, and fittings are based on 316 series stainless steel, but alloys with a Ni equivalent (Ni eq ) of 28.5% or more by controlling the composition of C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr, and Mo. The sealing system of the hydrogen pipe connection, characterized in that it is composed of a material, processed into a pipe using the alloy material, and has a yield strength of 55 ksi to less than 75 ksi, a tensile strength of 100 ksi or more, and an elongation of 25% or more. .
The method of claim 5, when the nut is fastened, energy by forward axial force of 27 to 33 Nm is applied to the pipe connection portion, so that the sealing surface of the pipe presses the sealing surface of the fitting body and axial force is generated by the reaction, and a force exceeding 10 kN The sealing system of the hydrogen pipe connection, characterized in that the airtightness is created by applying the contact surface to the surface of the pipe and the surface of the fitting body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230004549A KR102520490B1 (en) | 2023-01-12 | 2023-01-12 | Metal sealing system for improving airtightness of hydrogen transport pipe connections |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230004549A KR102520490B1 (en) | 2023-01-12 | 2023-01-12 | Metal sealing system for improving airtightness of hydrogen transport pipe connections |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102520490B1 true KR102520490B1 (en) | 2023-04-13 |
Family
ID=85978885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230004549A KR102520490B1 (en) | 2023-01-12 | 2023-01-12 | Metal sealing system for improving airtightness of hydrogen transport pipe connections |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102520490B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011026650A (en) * | 2009-07-23 | 2011-02-10 | Nippon Seisen Co Ltd | High-strength stainless-steel wire superior in hydrogen embrittlement resistance and formed product of stainless steel using the same |
| JP2012184794A (en) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Toyota Motor Corp | Assembly method |
| WO2015098981A1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 国立大学法人九州大学 | Substrate for hydrogen equipment and method for manufacturing same |
-
2023
- 2023-01-12 KR KR1020230004549A patent/KR102520490B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011026650A (en) * | 2009-07-23 | 2011-02-10 | Nippon Seisen Co Ltd | High-strength stainless-steel wire superior in hydrogen embrittlement resistance and formed product of stainless steel using the same |
| JP2012184794A (en) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Toyota Motor Corp | Assembly method |
| WO2015098981A1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 国立大学法人九州大学 | Substrate for hydrogen equipment and method for manufacturing same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100611092B1 (en) | High-pressure fuel pipe for diesel engines | |
| Chapetti et al. | Full scale experimental analysis of stress states in sleeve repairs of gas pipelines | |
| CN110000517B (en) | Marine high-strain welded steel pipe based on dual-phase structure and preparation method thereof | |
| Otegui et al. | Weld failures in sleeve reinforcements of pipelines | |
| KR102520490B1 (en) | Metal sealing system for improving airtightness of hydrogen transport pipe connections | |
| JP4405102B2 (en) | Common rail for diesel engines | |
| CN105921589A (en) | Manufacturing method of bimetal composite pipe with uniformly deformed whole pipe body | |
| Asahi et al. | Pipe production technology and properties of X120 linepipe | |
| Kim et al. | The effect of load-controlled bending load on the failure pressure of wall-thinned pipe elbows | |
| CN105909892A (en) | Flange joint pretightening force design method based on compression springback characteristic of gasket | |
| CN106971033A (en) | Flange bolt prefastening load design method based on nonlinear gasket | |
| JP2024506257A (en) | Lightweight hydrogen distribution systems and components | |
| CN103674521A (en) | Compensator verification method based on working condition separating design | |
| CN116438323A (en) | Steel pipe for high-pressure hydrogen pipe and high-pressure hydrogen pipe using same | |
| JP4191460B2 (en) | Piping reinforcement method | |
| Andrews et al. | Estimation of residual stress levels in fitness for service evaluations of linepipe | |
| JP2009068661A (en) | Repair method of steel pipe | |
| Otegui et al. | Two competing crack growth mechanisms in very high pressures tubes | |
| Cerjak et al. | Development, experience and qualification of steel grades for hydropower conduits | |
| JP4551463B2 (en) | Loose flange type flare pipe joint sealability improvement method, flare end face angle control method, loose flange type flare pipe fitting, loose flange type flare pipe fitting steel pipe, loose flange type flare pipe fitting manufacturing method, and steel pipe joining Method | |
| Asahi et al. | X120 UOE Linepipe With Improved Properties and Varied Sizes | |
| Phong | Stress on the Nozzle of a Steel Vertical Storage Tank | |
| JP5384417B2 (en) | Loose flange type flare pipe joint, steel pipe for loose flange type flare pipe joint, method for manufacturing steel pipe for loose flange type flare pipe joint, and method for joining steel pipes | |
| Li et al. | Comparison of shape memory effect between casting and forged alloys of Fe14Mn6Si9Cr5Ni | |
| Kim et al. | Experimental investigation of the failure behavior of notched wall-thinned pipes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |