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  수소 탱크 용량 확인
  글쓴이 : 초보왕   고유ID : wcwcwc1006     날짜 : 20-03-30 15:50     조회 : 131    
기초적인 사항이나 혼돈이 되어 문의 드립니다.

1. 수소 저장탱크 Volume : 200m3 / 100bar / 1℃
2, 수소 사용 : 20kg/h / 50bar / 1℃

위 경우, 수소 저장탱크의 Back up 능력(Holding Time) 산출에 대해서

수소사용 : 20kg/h x 1 kgmol / 2 kg x 22.414 m3/1kgmol x 50bar = 11,200m3/h
수소탱크 : 200m3 x 100bar = 20,000m3

이에 수소탱크는 약 1.7h (20,000m3 x 1/11,200m3/h) back up 한다 라고 간주할수 있는지 문의 드립니다.

스테파노 Stefano   20-03-31 01:21
(1) 고압수소 탱크에 들어있는 수소의 양은 사용처 공급압력을 초과하는 양에 해당하는 양을 현장에서 사용할 수 있습니다.    질문에서 사용처 압력이 50 bar 라고 한다면 (동일 온도에서 사용한다고 할 때)100 bar에서 50 bar까지 떨어질 때 까지만 사용가능하고 잔량은 사용할 수가 없습니다.

*수소저장탱크에서 꺼내 쓸 수 있는 (최대치)양, kg-mole-H2= 100 bar에서 50 bar까지 떨어질때 까지만 꺼내 사용할 수 있는 양
  =  (차압 ΔP,  100-50 bar) * (용기부피, 200 m3-H2) /(기체상수 R,  0.08314 bar-m3/kg-mole/K)/(274.15 K) = 438.73 kg-mole  ...(1)    <==  PV=nRT 에서 P대신 ΔP를 사용하여 n을 계산하는 방법
*사용가능량을 질량으로 환산:  438.73 kg-mole H2 * 2.016 kg/kg-mole = 884.49 kg-H2 ....(2)
*사용가능량을 표준상태 부피로 환산: 438.73 kg-mole-H2 * 22.414 Nm3/kg-mole = 9833.7 Nm3-H2

수소탱크에서 대기압까지 떨어질 때까지 수소 잔량을 모두 꺼내 쓰고자 하려면 압력이 사용가능 압력 이하로 떨어질 때 압축기를 사용해서 사용압력으로 승압해서 사용하면 됩니다.

그러나 그럴 필요없는 것이 거래하고 있는 수소공급업체에게 수소 잔량을 알려주고 초기 충전압력이 될 때까지 다시 채워 달라고 하면 됩니다. 

(2) 질문에서 수소 사용량을 11,200 m3/h 로 계산하고 있는데 좌 우의 단위가 일치하지 않아 무의미한 계산에 해당합니다. 

만일 수소사용량을 (굳이) 표준상태 부피로 환산하고자 하면 다음 (5)식으로 계산하면 되는데 이 계산은 질량유량이 알려져 있기때문에 사실 무의미한 계산에 해당합니다.  대신 (4)식으로 계산하면

*수소 사용량 질량유량: 20 kg-H2/h
*수소사용량을 몰 유량으로 계산:  (20 kg-H2/h)/(2.016 kg-H2/kg-mole-H2) = 9.92 kg-mole-H2/h  ....(4)
*수소사용량을 표준상태부피유량으로 계산 :  20 kg-H2/h /(2.016 kg-H2/kg-mole-H2) * (22.214 Nm3-H2/kg-mole H2) = 222.36 Nm3-H2/h  ----(5)

(3) 수소저장탱크 공급 지탱 가능 시간
공급가능시간 = 사용가능량 /사용유량  ......(6)

위의 (6)식으로 계산한 결과를 3가지 방법으로  답글로....
초보왕 wcwcwc1006   20-03-31 08:13
답변해주신 내용을 어느정도 이해하였습니다.

'탱크 압력이 높더라도 내부기체를 사용하면서 탱크압력이 줄어들 것이고, 그로인해 사용압력까지 내려가면 그 이후에는 추가적인 설비없이는 사용 할 수 없다'  -> 이점을 알게되었습니다.

(1) 탱크(200m3, 100bar) 저장된 H2 中 사용 가능한 양
    - 884.49 kg H2  or 9833.7 Nm3 H2

(2) 사용하는 H2 양
    - 20 kg/h H2  or 222.36 Nm3/h H2

(3) 탱크로 Back Up 가능 시간
  = 884.49 kg H2  / 20kg/h H2 (44.2 Hr)
    = 9833.7 Nm3/h H2 / 222.36 Nm3/h H2 (44.2 Hr)
Stefano    20-03-31 16:30
884.49 kg/(20 kg/h)= 9833.7 Nm3/(222.36 Nm3/h) = 438.73 kg-mole/(9.92 kg-mole/h)
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