A Study on the Design Safety of Metal Seals in High Pressure Vessels

초고압 압력용기에서 메탈시일의 설계 안전성에 관한 연구

This paper presents the design safety of metal seals in pressure vessels. For a high-pressure vessel, a metal seal is usually used as a primary sealing, and an elastomeric rubber O-ring is adopted as a secondary sealing unit. The FEM computed results show that an aluminium material for sealing a gas leakage is superior to a steel one because of the thermal expansion rate. The deformation and stress distributions on the metal seal and pressure vessel structures are mainly dominated by transferred temperature compared to those of the gas pressure in which is supplied by an external pump. Thus, the temperature of a metal seal material should be restricted to under $200^{\circ}C$.

본 논문에서는 고압용기의 밀봉을 위해 사용하는 메탈시일의 설계 안전성에 대한 연구결과를 제시하고 있다. 기본적으로 고압용기의 1차적 밀봉은 메탈시일에 의해 이루어지고, 2차적 밀봉은 탄성체 고무로 제작된 0-링에 의해 가스누출이 차단된다. 유한요소해석 결과에 의하면, 가스누출 차단을 위해 사용한 알루미늄 소재의 밀봉장치는 강재를 사용한 경우보다 우수한 밀봉성을 보여주고 있다. 이것은 알루미늄 소재의 열팽창 특성이 상대적으로 우수하기 때문이다. 메탈시일과 압력용기 구조물에 걸리는 변형과 응력분포는 외부에서 공급된 가스압보다는 용기 내부에서 전달된 온도차에 의해 크게 지배를 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 메탈시일의 소재는 통상적으로 $200^{\circ}C$이하로 유지되는 것이 소재의 강도와 밀봉성 측면에서 안전하다.