고품질 CNG 연료 시스템 구성 요소 소싱

고성능 압축 천연가스 연료 시스템 구성 요소 소싱의 중요성

Paul Hargrave, 스웨즈락 트랜스포테이션 마켓 매니저 및 Charles Hayes, 스웨즈락 신규 제품 개발 리드 엔지니어

글로벌 및 지역 청정 공기 정책이 엄격해짐에 따라, 유망하고 점점 더 많은 곳에서 채택되고 있는 대체 연료 중 하나가 압축 천연가스(CNG)입니다. 세계 각지의 강력한 인센티브 프로그램은 CNG 대형 장비 개발과 더불어 기술 생존을 위한 필수 연료 공급 인프라에 박차를 가하고 있습니다. 버스, 장거리 트럭 및 기타 차량의 디젤 연료 사용량을 줄이면 글로벌 배기 가스 배출에 큰 영향을 미칠 수 있습니다(규제 기관 및 OEM이 주목하고 있음). 

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한편, 지속 가능한 차량과 연료 사용량이 중형 및 대형 대체 연료 차량의 모든 범주에 걸쳐 증가함에 따라 플릿 소유주들 스스로도 그 가능성을 인식하고 있습니다. “The State of Sustainable Fleets, 2019-2020”¹ 보고서에 따르면, 플릿 소유자의 83%는 모든 플릿 유형에 걸쳐 청정 차량의 채택이 증가할 것으로 예상됩니다. 또한 이 보고서는 청정 차량이 제공할 수 있는 잠재적인 비용 이점과 함께 차량 지속 가능성이 혁신적인 얼리 차량 채택자에게 가장 큰 동기를 부여한다는 사실을 발견했습니다.

중요한 것은, 기술이 발전함에 따라 CNG 연료 시스템은 우월한 신뢰성과 안전성을 제공해야 한다는 점입니다. 위험 부담은 큽니다. 예를 들어, 전 세계 사람들은 대중 교통에 의존하고 있습니다. CNG 연료 버스는 다른 연료로 운행되는 차량에서 기대할 수 있는 수준의 가동 시간과 신뢰성을 매일 통근하는 사람들에게 제공해야 합니다.

이와 같은 이유로 CNG 구성 요소와 구성 연료 시스템은 고품질이어야 하며, 이러한 차량에 대한 새로운 수요를 활용하려는 OEM은 품질 구성 요소를 효과적으로 공급할 수 있어야 합니다. 이러한 요인을 염두에 두고, 고품질 CNG 차량의 구성 요소를 설계, 구축 및 지정하기 위한 몇 가지 고려 사항이 있습니다.

운영 문제 해결.

CNG 장비의 모든 부품은 다양한 피팅, 체크 밸브, 차단 밸브 및 기타 유체 시스템 구성 요소를 사용하여 저장 탱크에서 엔진으로 가스를 안정적으로 공급합니다. 마찬가지로 주유소는 이와 동일한 유형의 구성 요소를 사용하여 대형 저장 장치를 디스펜서 지점에 연결하고, 최종 사용자가 차량을 250 bar wp로 채우기 위한 압력을 증가시키는 컴프레서 스테이션을 포함하여 차량을 재충전할 수 있습니다.

이러한 모든 구성 요소는 다양한 실제 운영 문제를 해결할 수 있어야 합니다. 대표적인 실제 운영 문제:

높은 압력. CNG는 4000 psi를 초과할 수 있는 압력에서 압축 및 저장되므로, 모든 구성 요소가 누설 위험 없이 높은 압력의 수준을 처리할 수 있어야 합니다. CNG 누설은 위험할 수 있기 때문에, 안전이 가장 중요합니다. 특히 주유소는 매일 일반 사용자들이 차량에 연료를 주입하기 때문에 완전 무결한 상태여야 합니다. 그러므로 고품질 부품이 필수적입니다.

열역학 문제. 작동 중에 CNG 애플리케이션은 특정 열역학적 문제를 겪기도 합니다. CNG가 엔진에 공급될 때 고압 저장소에서 낮은 압력으로 확장됨에 따라 Joule-Thomson 효과로 인해서 가스 온도가 크게 떨어지게 됩니다. 따라서 고무 및 탄성체 Seals, 금속 밸브 및 피팅을 비롯한 시스템의 모든 부품은 이러한 온도 변화를 견딜 수 있어야 합니다. 저품질 재료는 온도 변화에 의해 팽창 및 수축할 수 있으며 누설 또는 기타 고장의 원인이 될 수 있습니다.

화학적 호환성. CNG 시스템의 탄성체 구성 요소는 안정적인 작동에 중요한 역할을 하며, 재료 선택 시 화학적 호환성을 고려해야 합니다. 예를 들어, 에틸렌 프로필렌 재질은 저온에서 성능이 좋지만, CNG에 존재하는 탄화수소와는 화학적으로 호환되지 않습니다.

지속적인 진동. CNG 애플리케이션의 피팅과 연결구는 움직이는 차량에서 발생하는 반복적이고 균일한 진동을 안정적으로 견뎌낼 수 있어야만 합니다. 이러한 이유로, 우월한 진동 저항을 보이는 피팅을 찾는 것은 중요한 사항입니다. 이 때 기계식 그립 피팅은 좋은 선택이 될 수 있습니다. 이중 페럴 설계는 시스템 튜브에 두 개의 기계적 그립을 형성하여 연속적으로 발생되는 진동에 노출되어도 피팅이 떨어질 가능성을 효과적으로 줄여주기 때문입니다.

도로 위 부식. CNG 자체는 일반적으로 금속의 부식 문제로 이어지지 않지만, 일반적으로 차량의 시스템 구성 요소는 다음과 같은 환경적 요인을 이겨내야 합니다. 겨울철 염분 처리된 도로에서 적절한 내식성이 부족한 시스템 구성 요소는 문제가 발생할 수 있다는 것을 예시로 들 수 있습니다. 니켈 및 크롬 함량이 낮은 저품질 스테인리스강 제형은 이러한 종류의 부식 문제에 더 취약합니다.

이러한 각 운영의 문제는 신뢰성 있는 성능, 내식성 및 누설 방지를 제공하기 위해 적합한 합금 제형으로 제작된 고품질 구성 요소를 필요로 합니다. 그러므로 제조업체는 반드시 애플리케이션 문제와 적용 가능한 재료 과학 및 제품 고려 사항을 잘 이해하고 이러한 구성 요소를 찾아야 합니다.

스웨즈락이 미래 지향적인 연료 시스템 개발을 돕는 방법

고품질 구성 요소를 소싱할 때 확인해야 할 사항입니다.

CNG 시장이 더욱 경쟁적이고 혁신적으로 변해가면서, 앞서가려는 OEM들은 고품질의 제품뿐만 아니라 적절한 공급업체로부터 제품을 공급받을 수 있는 능력을 필요로 하게 됩니다. 실현 가능한 이점은 다음과 같습니다.

안정적인 공급을 통한 제조 효율성. 생산 일정을 유지하려는 CNG OEM의 경우 정시 배송이 필수적입니다. 중요한 부품의 로컬 인벤토리를 제공할 수 있고 생산 요구 사항을 파악하기 위해 긴밀히 협력할 공급업체는 성공에 영향을 미칠 수 있습니다.

쉬운 대량 생산. 토크로 조립될 수 있는 고품질 피팅은 빠르고, 반복 가능하며, 누설이 없는 CNG 시스템을 연결할 수 있습니다. 특정 공급업체는 개별 구성 요소 외에도, CNG 연료 시스템에서 만들어져야 하는 수많은 개별 튜브 벤딩 및 연결과 관련된 생산 문제를 완화할 수 있는 완전한 사전 조립 시스템을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 사전 조립되고 철저히 테스트된 밸브 판넬의 소싱은 OEM의 생산 시간을 단축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

재료 과학의 경험적 기술. 신뢰할 수 있는 공급업체는 금속 및 합금 제형에 대한 지식과 Elastomer의 호환성을 뒷받침하는 고품질 재료 구성 요소를 공급할 수 있어야 하며, 이를 통해 성능 저하 문제를 해결할 수 있어야 합니다.

OEM 업체들은 CNG로 구동되는 장비의 잠재력을 계속 활용하고 있기 때문에, 디자이너와 제조업체들은 최고 품질의 부품 외에도 이러한 종류의 서비스와 지원을 제공할 수 있는 공급업체를 찾는 것이 중요합니다.

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Paul Hargrave는 스웨즈락의 트랜스포테이션 마켓 매니저입니다. 연료 및 산업용 유체 시스템 엔지니어링 분야에 폭넓은 경험을 가지고 있으며, 다양한 리더 위치에서 23년 이상 스웨즈락과 함께 일했습니다.

Chuck Hayes는 스웨즈락의 수석 엔지니어입니다. 스웨즈락에서 30년 가까이 근무해 왔으며, 다양한 산업에서 고객들을 돕기 위해 신제품 기술과 개발을 주도해온 오랜 경력을 가지고 있습니다.