연료(수소)공급시스템

수소공급시스템은 수소차 생산비의 약 20% 정도의 고가이다. 주요구성은
- 수소서장탱크
-고압/서압 레귤레이터
- 솔레노이드 밸브 입니다

연료공급장치의 구성

수소공급장치 모식도

- 스택에 공급된 수소 중 반응하고 남은 수소가 존재 ->재순환하여 사용
- 워터트랩에서 수분 제거
- 퍼지밸브를 통해 가스를 배출

수소저장탱크

수소를 저장하는 목적으로 쓰임
- 수소 저장 용기는 가볍고, 강도, 탄성도 동시에 충족시키는 소재가 필요함
- 탄소셤유 : 강도와 탄성이 철의 10배 이상으로 수소 저장에 용이한다.

수소 저장 탱크 구조

TPRD : 온도 감응식 압력안전 장치

용기의 종류

고압저장용기는 크게 4가지 타입으로 구분할 수 있는데,
수소연료전지 자동차에서는 수명과 안전성을 위해 Type4의 용기를 적용한다.
여기서 노란색으로 표시된 것은 탄소섬유 복합제이고, 라이너 주변에 감싼 정도에 따라
최대 수용 압력이 높아진다.

Type 1과 Type 2 금속재질의 라이너이므로 내부 부피 팽창에 의한 피로도가 쌓여 300 bar 이상의 압력을 견딜 수 없다.

Type3 알루미늄 라이너와 폴리머라이너 그리고 용기 입구까지 탄소섬유로 보강하였습니다.

Type4- 비금속 라이너 전체에 탄소섬유 복합체 보강
- 연료전지 자동차는 수명과 안전성을 위해 Type4를 적용
- Type 4는 복원력이 높고 자가 방출 시스템이 적용 ->화재에 견딜 수 있게 설계
외부충격과 화재 발생 수소 발산 (탄소 섬유의 탄성력 때문)
확산속도가 빠르며 희석 및 안전 보장
- 수소탱크의 탄소섬유 비용이 전체의 75%
(저가의 탄소섬유 생산이 필수적)
- 수소탱크는 하나로 설계하기 보다는 여러 개로 쪼개어 탑재
(차량 Layout 설계에 유리함)

솔레노이드 밸브

자동 변속기 유압 제어하는 연료차단밸브의 한 종류.
- EATON, Bosch, YUKEN 등 독과점. 중저가 중국 기업 확대.
국내 '유니크' 국산화 성공 (현대자 그룹 내 비중75%)

고압/저압 레귤레이터

고압/저압 레귤레이터 : 고압의 수소를 스택에 공급되기 적합한 압력으로 조절하는 부품,
대부분 수입(Ligao, Emerson 등)의존, 고압실링 기술력 및 고온용 초고분자량 폴리에틸렌
(UHMW-PE)등 소재 가격 때문
기계식 레귤레이터

- 압력 레귤레이터는 CNG차, 솔레노이드 밸브는 내연기관자 내에 사용되고 있다.
다만, 수소자 적용 시, 고압 수소를 제어해야하기 때문에 더 높은 기술력을 요하고 가격도 고가입니다

압력에 따른 분류

- 수소연료전지 자동차는 중압형이나 가변형 사용
- 가변형 : 필요에 따라 가압형과 상압형으로 자동으로 바뀌는 방식

참고 : 탄소소재 섬유

탄소소재 섬유 가격

탄소섬유($30/kg), 슈퍼 EP($15/kg), 알루미늄($8/kg), 철 ($4/kg)
고압수소저장탱크를 제작할 때, 탄소섬유가 탱크 생산비의 75% 이상 입니다
(Margin 20% 이상)하므로 탄소섬유가 매우 중요한다.

탄소섬유 복합재료 제작 방법

탄소섬유 기업 기술 경쟁력 판단 기준 : 물성의 다양화 (강도. 탄성의 세분화)
- 탄소셤유 기업의 2자 가공 기술에 따라 적용 산업군이 달라집니다.
- 탄소섬유 기술력 판단 : 탄소섬유 물성을 얼마나 다양(강도. 탄성의 세분화)하게
만들 수 있나에 따라 좌우된다.
왜냐하면 탄소섬유가 적용되는 제품에 따라 강도 및 탄성 물성이 다르기 때문입니다
- 현재는 탄소 섬유의 가격차이 때문에 안정성 높은 제품과 사치품 산업 위주로 수요가 확산되고 있다.

- 탄소섬유가 적용되는 수소차 부품. 고압수소행크. 연료전지 스택 안 GDL