주택 내 수소연료전지 전용실의 폭발 위험성에 대한 실험적 연구

박병직,김양균,황인주,Park, Byoungjik,Kim, Yangkyun,Hwang, Inju 한국안전학회 2021 한국안전학회지 Vol.36 No.4

In this study, a real-scale fuel-cell room of volume 1.36 m³ is constructed to confirm the explosion characteristics of hydrogen-air mixture gas in a hydrogen-powered house. A volume concentration of 40% is applied in the fuel-cell room as the worst-case scenario to examine the most severe accident possible, and two types of doors (made of plastic sheet and wood) are fabricated to observe their effects on the overpressure and impulse. The peak overpressure and impulse based on distance from the ignition source are experimentally observed and assessed. The maximum and minimum overpressures with a plastic-sheet door are about 20 and 6.7 kPa and those with a wooden door are about 46 and 13 kPa at distances of 1 and 5 m from the ignition source, respectively. The ranges of impulses for distances of 1-5 m from the ignition source are about 82-28 Pa·s with a plastic-sheet door and 101-28 Pa·s with a wooden door. The amount of damage to people, buildings, and property due to the peak overpressure and impulse is presented to determine the safe distance; accordingly, the safe distance to prevent harm to humans is about 5 m based on the 'injuries' class, but the structural damage was not serious.

복합수소충전소의 수소가스 폭발사고에 대한 정량적 위험성 평가 연구

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim),김지웅(Ji Woong Kim),임옥근(Ohk Kun Lim) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.5

세계 자동차 시장은 LNG, LPG, 경유, 휘발유를 사용하는 자동차에서 전기와 수소가스를 사용하는 자동차로 변화하고 있다. 정부는 수소경제 활성화를 위해 수소충전소 설치와 수소자동차 보급을 지속적으로 지원하고 있으며, 기존 LNG·LPG·경유·휘발유 충전소에 수소충전소의 추가설치를 허가하고 있다. 본 연구에서는 수소, 휘발유, 경유를 충전할 수 있는 복합 수소충전소에서 수소가스 폭발 사고의 위험성을 평가하였다. 수소충전소 내부의 수소가스 누출사고로 인해 발생한 증기운폭발에서 발생하는 폭발파에 의한 수소충전소 내외부의 피해 정도를 수치해석을 통해 분석하였다. 수소가스의 누출이 증가할수록 증기운폭발이 발생했을 때 인근의 구조물 및 시설물에 심각한 수준의 피해가 발생함을 확인하였으며 이런 연구결과는 향후 수소충전소의 안전이격거리 및 수소설비 배치계획에 활용될 수 있을 것이다. The global automobile market is shifting from vehicles powered by LNG, LPG, diesel, and gasoline toward electric and hydrogen-driven vehicles. To boost the development of a hydrogen economy, the Korean government has been supporting the supply of hydrogen vehicles and permitting the installation of hydrogen refueling stations alongside the existing LNG, LPG, diesel, and gasoline refueling stations. This study entailed an evaluation of the risk of hydrogen gas explosion accidents at a combined hydrogen fueling station that supplies hydrogen, gasoline, and diesel. Numerical analysis was used to examine the extent of damage to the interior and exterior of the hydrogen station caused by the blast wave generated by the vapor cloud explosion resulting from a hydrogen gas leakage inside the station. The results indicate that the severity of the damage to nearby structures and facilities due to the vapor cloud explosion increased with increasing hydrogen gas leakage. The results have applicability in planning the safety separation distance of hydrogen stations and placement of hydrogen facilities.

해양생명공학기술개발 사업

박병직(Byoungjik Park) 한국식품영양과학회 2013 식품산업과 영양 Vol.18 No.1

수소충전소 소방시설 설치기준 분석

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim),임옥근(Ohk Kun Lim) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회논문지 Vol.35 No.5

수소경제 실현을 위해서는 관련 인프라를 구축하는 것이 중요하며, 정부에서는 2022년까지 수소충전소 310기를 구축한다는 계획을 제시한 바 있다. 국내 대부분의 수소충전소는 수소탱크용량으로 인해 소방법상 특정소방대상물에해당되지 않는다. 본 연구에서는 델파이기법을 사용하여 수소충전소의 안전성을 향상시키기 위해 필요한 소방시설과도출된 소방시설들을 설치하기 위한 법령개정 방안에 대해 조사했다. 소방시설로는 자동화재탐지설비, 스프링클러설비 등 6가지가 도출되었으며, 수소충전소가 특정소방대상물에 포함되도록 수소가스 저장용량을 변경하도록 소방시설법을 개정하는 것이 가장 적합하여 고압가스 관련법령에서도 소방시설법에 따라 설치할 수 있도록 서로 연계하는 것도 필요한 것으로 조사되었다. 이런 분석결과는 안전한 수소인프라 구축을 위한 법령개정에 활용될 수 있을 것이다. The Korean government has announced the construction of more than 310 hydrogen refueling stations by 2022 to establisha hydrogen infrastructure, which is crucial for realizing hydrogen economy. According to the fire act in Korea, most hydrogenrefueling stations are not included in the specific structure for fire protection. Therefore, in this study, the fire protectionfacilities in hydrogen refueling stations and the amendment methods for those facilities were investigated using the Delphimethod. A total of six fire protection facilities, including an automatic fire alarm system and sprinkler, were drawn. It isthe conclusion of the paper, however the current fire act does not classified the hydrogen refueling station as the specificstructure for fire protection. I think the following is better: Furthermore, hydrogen refueling stations needed to be includedin the specific structure for fire protection by modifying the hydrogen storage tank volume. High-pressure gas act andrelevant technical codes were further required to connect with fire regulations. Quantitative analysis of fire protection facilitiesand design codes for hydrogen refueling stations could provide information for the hydrogen infrastructure development.

안전이격거리 설정을 위한 저장식과 이동식 수소충전소 제트누출의 수치해석적 연구

박병직(Byoungjik Park),김진현(Jinhyun Kim),임옥근(Ohk Kun Lim),김양균(Yangkyun Kim) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회논문지 Vol.35 No.6

수소 고압 설비에서 제트누출(jet release)사고가 발생되어, 즉시 점화가 되면 제트화재(jet fire)가 발생하며, 지연점화가 이루어지면 폭발(explosion)사고로 이어질 수 있기 때문에 누출되지 않도록 관리하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 저장식 수소충전소와 이동식 수소충전소의 수소저장탱크에서 제트누출 사고가 발생한 경우에 수소 설비 주변의 수소 체적분율 변화와 가연영역을 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 기반의 모델을 활용하여 분석하였다. 저장식 수소충전소는 벽면 상단에 있는 개구부를 통해서 외부로 확산되었으며, 이동식 수소충전소는 구조적인 형태로 인해 윙바디(wing body) 아랫부분에 일부 누출된 수소가 정체되었다. 제트 누출이 발생한 10 s 후에 대부분의 수소설비는 수소 가연영역에 포함되었으며, 가연거리는 이동식 수소충전소가 저장식 수소충전소에 비해 30s 이후부터는 약 2배 정도 길게 계산되었다. High-pressure hydrogen facilities are prone to jet release accidents. In the cases of immediate ignition, jet fire occurs,and delayed ignition can lead to explosion accidents. Therefore, its management is crucial to avoid leakage. In this study,the change in volume fraction of hydrogen and the flammable area around the hydrogen facility were calculated using acomputational fluid dynamics model, for the cases of jet release accident in a hydrogen storage tank of off-site hydrogenrefueling station and a mobile hydrogen refueling station. The leakage at the off-site hydrogen refueling station was throughthe opening at the top of the wall. The mobile hydrogen refueling station had hydrogen stagnated in the lower part of thewing body due to the wing body. Most of the hydrogen facilities were included in the hydrogen flammable zone after 10s of the jet release. Further, after 30 s, the flammable distance was calculated to be approximately twice for of a mobilehydrogen refueling station as compared to a storage type hydrogen refueling station.

수소자동차 폭발 사고 실물 실험

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim) 한국화재소방학회 2021 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.추계

전 세계적으로 탄소저감의 중요성을 인식하고 관련 정책을 제시하고 있다. 이에 따라 우리나라도 수소법(수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한법률, 산업통상자원부, 2021)을 근거로 하여 수소사회로 급속하게 전환하려 하고 있다. 세계 자동차 업계에서는 전기차를 넘어 자율주행 및 수소자동차(FCEV, Fuel Cell Vehicle)로 변화하고 있다. 우리나라는 세계적인 수준의 자동차관련 기술을 갖고 있으며, 친환경 자동차 연구 기술개발을 통하여 수소자동차를 국내외 보급하고자 한다. 우리나라의 수소차 보급대수는 약 15,000대(2021년 7월 기준)이며, 친환경자동차(하이브리드차 및 전기차 포함) 중에 1.57%를 차지하고 있으며, 2040년까지 수소차 620만대, 수소충전소 1200개소의 수소모빌리티 보급 계획(수소경제 활성화 로드맵, 산업통상자원부, 2019)을 갖고 있다. 수소가스는 넓은 가연범위(4~75%)를 갖고 있으며, 정전기로 인하여 폭발(Explosion)이 가능하고 제트화염(Jet Fire) 발생시 화염온도가 4800℃까지 상승이 가능하다. 수소자동차는 이러한 위험요소가 있는 수소가스를 고압(700 bar)으로 사용하기 때문에 안전밸브(Relief Valve), 온도감응식 압력안전장치(TPRD, Thermally-Activated Pressure Relief Device) 등의 안전장치가 수소자동차에 설계되어 있다. 대부분의 운전자, 관리자, 소방관 들은 수소폭탄의 재료로 사용되었던 수소가스를 연료로 하는 수소자동차의 안전성에 대해서 부정적인 의견을 갖고 있으며, 수소자동차의 안전성을 높이기 위하여 현재 사용화 수소자동차의 안전도를 확인하고, 제트화염 및 폭발 사고 발생시 복사열 (Heat flux) 및 과압(Peak overpressure)에 대한 안전거리를 확인하여 안심하고 수소자동차를 사용하는 방안 제시가 필요하다. 본 실험은 국내 상용 수소자동차인 넥쏘(NEXO)를 대상으로 햅탄 버너를 사용하여, TPRD가 제거된 차량 하부의 탱크(700 bar) 내부의 압력을 상승시켜 폭발사고를 발생시켰으며, 열전대(Thermo couple) 및 압력계를 사용하여 온도 및 압력을 계측하였다. 실험결과를 통하여 수소자동차 사고발생시 안전이격거리를 제시하여 보다 안전하게 수소자동차를 사용할 수 있도록 제안하였다.

수소 화재 · 폭발 위험도 평가

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim),황인주(In Ju Hwang) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.5

수소전기차 탱크 압력별(700, 350, 10 bar) 실물폭발 비교 실험

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim),윤웅기(Ung-Gi Yoon),김준식(Joon-Sik Kim) 대한기계학회 2022 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2022 No.11

수소전기차 탱크 압력별(700, 350, 10 bar) 실물폭발 비교 실험

박병직(Byoungjik Park),김양균(Yangkyun Kim),윤웅기(Ung-Gi Yoon),김준식(Joon-Sik Kim) 대한기계학회 2022 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2022 No.11

수소충전소 사고대응을 위한 훈련프로그램 개발 및 분석

박병직(Park,Byoungjik),김양균(Kim,Yangkyun),임옥근(Lim,Ohk Kun) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.6

최근 정부의 친환경정책으로 인해 수소충전소의 구축이 빠르게 증가하고 있지만 새롭게 생긴 시설로 사고대응절차에 대한 연구가 많지 않다. 수소충전소 사고발생 시 효과적으로 대응하기 위해 초기대응자가 훈련하거나 알고 있어야 할 내용에 대해 델파이기법으로 조사하고;도출된 항목의 중요성에 대해 계층적 의사결정분석을 이용해 분석하였다. 수소충전소 구조와 긴급차단장치의 위치 및 조작방법;위험반경과 안전거리;수소충전소와 수소자동차의 사고시나리오에 따른 대응방안에 대한 내용이 가장 필요한 것으로 조사되었다. 긴급차단장치의 위치 및 조작방법에 대한 중요성이 가장 높게 분석되었으며;다음으로는 수소충전소의 안전거리에 대한 것이었다. 이런 분석결과는 수소충전소나 수소자동차 사고를 수습하는 초기대응자의 대응능력을 향상시키고 안전한 수소충전 인프라를 구축하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. As the number of hydrogen refueling stations has increased rapidly in recent times;evaluating their incident training programs for first responders;has gained importance. In this study;the Delphi method was used for investigating the training programs;and the importance of the consensus programs was analyzed using the analytical hierarchy process (AHP). Location and operating methods of the emergency shutdown devices;safety distance;and response procedures depending on the hydrogen refueling station and hydrogen vehicle;were deduced. The results reveal that the training regarding emergency shutdown devices is the most important;followed by the one regarding safety distance. Quantitative analysis with regard to the training programs for hydrogen refueling stations can improve the response capability of first responders.