탄소섬유 수소 탱크의 극한 압력 견디는 수압 시험 공정

수소전기차의 심장이라 할 수 있는 수소 저장 탱크는 상온에서 700bar라는 초고압을 견뎌야 하는 극한의 환경에 놓여 있습니다. 이러한 초고압 환경에서 단 한 치의 오차도 허용하지 않는 안전성을 확보하기 위해, 제조 공정의 마지막 단계에서 수행하는 수압 시험(Hydrostatic Test)은 선택이 아닌 필수적인 품질 보증 절차입니다.

수압 시험의 핵심 정의

탱크 내부를 물로 가득 채운 뒤, 설계 압력보다 높은 압력을 가하여 구조적 결함, 누설 여부, 영구 변형률을 정밀하게 측정하는 검증 방식입니다.

수압 시험은 단순히 탱크가 터지지 않는지 확인하는 단계를 넘어, 실제 도로 위에서 발생할 수 있는 모든 위험 요소를 사전에 차단하는 역할을 합니다. 주요 목적은 내압 성능 검증, 미세 누설 탐지, 그리고 안전 계수 확보를 통해 반복적인 충전 과정에서 발생할 수 있는 피로 파괴를 예방하는 데 있습니다.

"수압 시험은 단순한 검사를 넘어, 수소 사회의 신뢰를 구축하는 가장 객관적인 데이터입니다."

수압 시험 주요 기준 지표

구분	시험 조건	합격 기준
시험 압력	사용 압력의 150%	파열 및 변형 없음
가압 시간	최소 30초 이상 유지	압력 강하 0%

안전한 검증을 위해 공기 대신 '물'을 선택하는 이유

많은 분이 실제 주행 환경과 유사한 기체를 시험 매체로 쓰지 않는 이유를 궁금해하시지만, 여기에는 결정적인 안전 메커니즘이 숨어 있습니다. 수압 시험은 작업자와 시설을 보호하는 최후의 보루입니다.

비압축성 성질을 통한 폭발 에너지 제어

핵심은 물의 비압축성(Incompressibility)에 있습니다. 기체는 압력을 가할수록 거대한 에너지를 내부에 축적하여 파손 시 폭발적인 에너지를 방출하지만, 물은 압축이 거의 되지 않아 미세한 파손만으로도 내부 압력이 즉각 소멸됩니다.

수압 시험의 핵심 안전 포인트

• 에너지 방출량 급감: 파손 시 비산물로 인한 2차 사고 위험 원천 차단
• 즉각적인 압력 소멸: 균열 발생 시 매체가 팽창하지 않아 폭발적 반응 없음
• 시각적 확인 용이: 미세 균열 발생 시 물이 새어 나오는 것을 육안으로 즉시 식별

700bar를 넘어 극한의 압력을 견뎌야 하는 합격 기준

수소차 탱크의 상용 압력은 700bar지만, 실제 안전 검증은 국제 규격(GTR No.13)에 따라 가혹한 마진율을 적용합니다.

수소 탱크 단계별 압력 시험 기준

시험 항목	시험 압력	목적
내압 시험	1,050bar (1.5배)	구조적 건전성 확인
최소 파열 시험	1,575bar (2.25배)	설계 한계치 검증

특히 설계 검증 단계의 '파열 시험'에서는 탱크가 반드시 1,575bar 이상에서 파열되어야 합니다. 이는 화재나 충돌 등 비상 상황에서도 탱크가 폭발하지 않고 견딜 수 있음을 과학적으로 증명하는 수치입니다.

탱크의 미세한 팽창과 영구 변형률의 상관관계

시험 중 탱크가 미세하게 부풀어 오르는 현상은 탄성 복합재를 사용하는 수소 탱크의 자연스러운 반응입니다. 중요한 것은 외형 변화가 아니라, 압력을 제거했을 때 원래 형태로 돌아오는 '복원력'입니다.

0.1mm 단위의 정밀 제어 시스템

디지털 정밀 센서는 압력 해제 후 잔류 팽창량이 전체 체적의 5%~10% 이내인지를 측정합니다. 이를 통해 재료가 탄성 한계를 넘어 구조적 손상을 입었는지 판단하며, 모든 제품에 대해 전수 검사를 실시합니다.

철저한 검증으로 완성되는 수소 모빌리티의 안전과 신뢰

수압 시험은 단순한 공정 이상의 의미를 갖습니다. 고압의 수소를 안전하게 가두는 기술력의 정점을 확인하는 과정이자, 미래 수소 사회를 지탱하는 핵심 안전 지표이기 때문입니다.

"철저한 기술 검증은 수소 에너지에 대한 사회적 신뢰를 구축하는 가장 확실한 방법입니다."

이러한 기술적 근간은 수소차 탱크의 안전성을 보장하며, 친환경 모빌리티 시대의 성공적인 안착을 든든하게 뒷받침하고 있습니다.

궁금증 해결: 수압 시험에 대한 FAQ

Q1. 시험 후 탱크 내부의 잔류 수분은 어떻게 처리하나요?

단순 건조가 아닌 진공 건조 공정을 거칩니다. 내부 기압을 낮춰 수분을 낮은 온도에서 증발시킨 후, 엄격한 이슬점(Dew Point) 관리를 통해 부식 가능성을 완벽히 차단합니다.

Q2. 중고 수소차도 정기적으로 수압 시험을 받아야 하나요?

평상시에는 비파괴 검사를 수행하지만, 15년의 교체/재검사 주기가 도래하거나 사고로 인한 구조적 손상이 의심될 때 관련 법령에 의거하여 개별 용기 단위의 시험을 진행하게 됩니다.

Q3. 탄소섬유 복합소재가 철제 탱크보다 정말 안전한가요?

Type 4 탱크는 철보다 10배 강한 탄소섬유를 사용하여, 파괴 시 파편이 튀는 대신 섬유가 찢어지며 압력을 방출하는 LBB(Leak Before Burst) 특성을 지녀 폭발 위험으로부터 훨씬 안전합니다.