Adsorpsiyonlu ısı pompa sistemlerinde alternatif malzemelerle gaz adsorpsiyonunun fizikokimyasal parametrelerinin belirlenmesi

Abstract

Günümüzde enerji ihtiyacının hızla artması ve buna bağlı olarak enerji üretim kaynaklarının sınırlı ve enerji üretim maliyetinin yüksek olması, mevcut enerjinin etkin ve verimli bir şekilde kullanılması zorunluluğunu beraberinde getirmiştir. Bu sebeple sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynaklarının, özellikle ısıtma ve soğutma alanlarında kullanımı büyük önem taşımaktadır. Adsorpsiyonlu ısı pompası, sürdürülebilir ve yenilenebilir enerji kaynaklarının ısıtma ve soğutma amaçlı kullanımını sağlaması açısından son yıllarda dikkatleri üzerine çekmiştir. Adsorpsiyonlu ısı pompaları her türlü ısı enerjisi ile rahatlıkla çalışabilen ve elektrik enerjisi ihtiyacı oldukça az olan cihazlardır. Pompa haricinde hareketli parçası olmayan bu sistemlerde gürültü, titreşim gibi sorunlar olmadığı gibi bakımları da kolaydır. Özellikle atık ısı kaynakları, güneş enerjisi, jeotermal enerjisi veya herhangi bir ısı kaynağı doğrudan kullanılarak soğutma işleminin sağlanabilmesi bu tip ısı pompalarını cazip hale getirmiştir. Bu tip sistemler, enerjiyi depolayabilme ve daha sonra kesikli olarak kullanabilme imkanı yaratmasından dolayı da uygulamada avantaj sağlamaktadır. Adsorpsiyonlu ısı pompalarının performanslarını arttırmaya ve kullanım alanlarını genişletmeye yönelik çalışmalar artarak devam etmektedir. Adsorpsiyonlu ısı pompalarının tasarımı ve imalatı için, sistemde kullanılacak adsorbent-adsorbat çiftine ait adsorpsiyon karakteristiklerin detaylı olarak bilinmesini gerektirmektedir. Bu çalışmada adsorpsiyonlu ısı pompalarının çalışma prensipleri, detaylı bir literatür taraması, adsorpsiyon üzerine genel bilgiler, tasarlanan deney düzeneği ve sistemin deneysel sonuçları anlatılmıştır. Çalışma kapsamında mekanik soğutma sistemlerinde tercih edilen ve kullanımı yaygın olan ve düşük sıcaklık aralıklarında çalışabilmesi ve sistemde sızdırmazlık problemlerinin daha az olduğu florokarbon (HFC) tipi soğutucu akışkanlardan ilk olarak R134a ve daha sonra R404A adsorbat olarak seçilmiştir. Adsorbent olarak aktif-karbon, silika-jel, zeolit ve proje kapsamında üretilen polimerler kullanılmıştır. Daha sonra, bu düzenek üzerinde deneysel çalışmalar yapılmıştır. Bu deneyler sonucunda, aktif karbonun en iyi adsorblama performansı gösterdiği görülmüştür. Ancak silikajellerinde aktif karbona yakın adsorplama potansiyeli olduğu sonucuna varılmıştı.

Nowadays, the rapidly increasing energy needs and accordingly limited to the high production costs of energy production and energy resources, it brought about the effective and efficient use of the available energy requirement. For this reason, sustainable and renewable energy sources, particularly for use in heating and cooling it is of utmost importance. Adsorption heat pumps, which have considerably sparked attentions in recent years, have the advantage of being environmentally friendly and operating with heat sources such as waste heat, solar and geothermal energies as well as storing the energy. These types of systems may store the energy and then creates the possibility is also advantageous due to use in a batch application. Improving the performance of heat pumps and usage continues to increase its efforts to expand. Adsorption heat pumps for the design and manufacture of the system to be used in the adsorbent-adsorbate requires to be known in detail the characteristics of the adsorption pair. In this study, the adsorption heat pump working principles, a detailed literature rewiew, general information on adsorption, designed experimental setup and experimental results of the system are described. In the present study, firstly R134a,then R404A absorbates which are commonly used in mechanical systems were used, as these flora carbon type cooling fluids can operate in lower temperatures and cause less imperviousness problems in the system. As adsorbent activated carbon, silica gel, zeolite and polymer produced under the project were used. Then, the experimental work was performed on this system. As a result of these experiments, it was observed that the activated carbon showed the best adsorption performance. However it was concluded that the silica gel has the potential adsorption in the near activated carbon.