수소 충전소와 고압수소부품의 국제 표준은 안전 설계와 성능 확보를 위한 최소 요구조건이 아니라, 실제 산업계의 사고 사례와 시험 데이터를 바탕으로 정립된 기술적 기준이다.
ISO 19880-3, ISO 19882, ISO 19887-1은 각각 고압 수소 밸브·필터·정밀형 부품의 설계·시험·품질 요구사항을 다루며, 수소 인프라 설계에서 반드시 이해해야 하는 핵심 문서다.
1️⃣ ISO 19880-3 — Hydrogen Fueling Stations: Valves
ISO 19880-3은 수소 충전소에 설치되는 고압 밸브 설계 및 시험 요구사항을 규정한다.
주요 대상은 차단밸브, 안전밸브, 체크밸브, 수동밸브 등이며 70MPa 운전 조건을 기준으로 한다.
✔ 핵심 기술 요구사항
1) 구조적 건전성(Structural Integrity)
밸브는 최소 1.5 × MOP(최대 운전 압력) 수준의 수압 시험을 통과해야 하며, 파열 시험은 일반적으로 2.4 × MOP 이상의 조건에서 수행된다.
특히 금속 재질의 경우 압력 반복에서 미세 균열이 확대되지 않아야 하며, ISO 11114 기반의 수소 취성 저항성 평가가 필수적이다.
2) 내구 사이클(Durability Cycle)
밸브의 타입에 따라 10,000~50,000 cycle 개폐 시험을 요구하며, 압력·온도·유량이 결합된 조건에서 정상 기능을 유지해야 한다.
밸브 스템 마찰, 시트 밀봉력 유지, 오링 압축셋 변화는 지속적으로 감시 대상이다.
3) 누설 관리(Leak Tightness)
핼륨 기준 누설량은 10⁻⁶~10⁻⁷ Pa·m³/s 범위이며, 기능 누설과 구조 누설을 구분해 시험해야 한다.
또한 수소 특성상 헬륨 누설량과 실제 수소 누설량의 비선형 관계를 고려해 **보정 시험(H₂ validation)**을 함께 수행하는 것이 강하게 권장된다.
4) 작동 온도 범위
충전소 밸브는 –40℃~85℃ 환경에서 정상적으로 작동해야 한다.
극저온 저항성은 수소 충전시 급격한 압력 변화에 따른 Joule-Thomson Cooling 효과를 고려해야 하며, 시트 경도 변화와 금속의 취화 위험을 설계에 반영해야 한다.
2️⃣ ISO 19882 — Hydrogen System Components: Filters
ISO 19882는 수소 시스템 내 필터의 구조, 입자 제거 성능, 파손 내구성 기준을 제시한다.
70MPa 환경 하에서 필터는 압력요소와 유량 변화에 따라 매우 높은 반복 응력을 받기 때문에, 설계의 본질은 단순한 여과가 아니라 구조적 안정성 유지에 있다.
✔ 핵심 기술 요구사항
1) 여과 성능(Particle Retention Efficiency)
수소용 필터는 1~10 µm 급 미세 입자 제거 성능이 요구되며, 시스템 오염물이 밸브나 레귤레이터의 스틱션, 스프링 피로를 유발하지 않아야 한다.
2) 압력 내구성(Pressure Fatigue)
필터 하우징과 엘리먼트는 수천~수만 회의 압력 펄스 시험에서 구조 변형이 없어야 하며, 압력 방출 시 파편이 시스템 내부를 손상시키지 않도록 파단 양식도 제한된다.
3) 재질 적합성(Material Compatibility)
ISO 11114-4 기준을 참고해 수소 취성, 투과성, 온도 변화에 따른 금속 강도 변화를 평가해야 하고, 스테인리스 스틸(SUS316L), 니켈 기반 합금 등이 일반적으로 사용된다.
4) 오염 내성(Contaminant Robustness)
필터는 모래, 금속 절삭편, 슬러지 등 오염물의 장기 축적에 따른 압력강하 증가를 예측해야 하며, 압력강하 20% 증가 시 기능 유지 여부를 시험해야 한다.
3️⃣ ISO 19887-1 — Gaseous Hydrogen Fueling: Precision Components
ISO 19887-1은 고압 수소 시스템에서 **정밀도가 중요한 부품(Precision Components)**에 대한 요구사항을 다룬다.
대상은 정밀 체크밸브, 정밀 스트레이너, 정량 제어 밸브, 압력 제어용 피팅 등이다.
✔ 핵심 기술 요구사항
1) 기능 반복 정밀도(Functional Repeatability)
정량 제어 밸브나 체크밸브는 개도·압력 반응·유량 특성이 5000~10000 cycle 반복 후에도 ±5% 이내 편차를 유지해야 한다.
특히 수소의 낮은 점도와 고유한 확산성 때문에 비대칭 흐름이 발생하기 쉬워 설계적 최적화가 필수적이다.
2) 내부 마찰관리(Internal Friction Control)
정밀 부품은 스템 마찰·슬리브 편심·시트 접촉압력 변화로 인해 기능 편차가 쉽게 발생한다.
ISO 19887-1은 마찰계수의 장기 안정성을 중요하게 다루며, 스틱션 제어가 가장 큰 설계 변수 중 하나다.
3) 고유량 및 저유량 응답성(Response at High/Low Flow)
수소 충전 조건은 순간적인 고유량 스파이크와 매우 낮은 유지유량 구간을 모두 포함하기 때문에, 정밀 부품은 **유량 비선형성(Cv Drift)**을 최소화하도록 설계해야 한다.
4) 온도·압력 연동 적합성(Thermo-Pressure Coupled Behavior)
정밀 부품의 금속과 시트 재질은 극저온·고온 모두에서 복합 응력에 안정적이어야 한다.
열충격 발생 시 취성 증가나 시트 경도 상승이 기능편차로 이어지기 때문에 재질 열순환 시험이 필수다.
🔚 결론
ISO 19880-3, ISO 19882, ISO 19887-1은 단순 규정이 아니라 실제 수소 시스템 고장 모드, 재료 열화 데이터, 고압 반복 환경을 기반으로 만들어진 기술 표준이다.
특히 밸브·필터·정밀부품은 서로 연결된 구성품이기 때문에 이 세 표준을 독립적으로가 아니라 통합적으로 해석해야 안정적인 시스템 설계가 가능하다.
이 세 문서를 정확히 이해하는 것은 수소 충전소와 고압 수소 모듈의 신뢰성 설계에서 필수적인 기술적 기반이 된다.