Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Adsorpsiyon 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 en önemli dezavantajları ise performans parametrelerinin düşük olmasıdır. Bu nedenle mekanik tahrikli ve absorbsiyonlu ısı pompaları gibi gelişememiş ve yaygınlaşmamışlardır. Günümüzde atık ısılardan, yenilenebilir enerjiden ve düşük sıcaklıktaki ısı kaynaklarından yararlanma ve enerji depolama sistemlerinin geliştirilme ihtiyacı sonucu son yıllarda yeniden gündeme gelmişlerdir. Adsorbsiyonlu ısı pompalarının performanslarını arttırmaya ve kullanım alanlarını genişletmeye yönelik çalışmalar artarak devam etmektedir.
Zeolit, silika jel, aktif karbon ve aktif alümina, özgül yüzey alanlarını arttıran gözenekli yapıları ve sıvı veya gaz fazındaki akışkanları yüksek kapasitede adsorbe edebilme özelliklerinden dolayı kurutma, atık su ve gazların arıtılması uygulamalarında yaygın olarak kullanılanan adsorbent malzemelerdir. Zeolit ve silika jel’in su buharını adsorplama kapasitesi yüksek olduğundan ısı pompalarında adsorbat olarak su kullanılmaktadır. Suyun ısı pompalarında adsorbat olarak kullanılmasında, buharlaşma ısısının yüksek olması, yanıcı olmaması ve çevreci olması gibi avantajları mevcuttur. Fakat atmosfer basıncında buharlaşma sıcaklığı yüksek olduğundan soğutma uygulamalarında kullanılabilmesi için sistemin vakum altında tutulması gerekmektedir. Bu sistemlerde, sızdırmazlığın sağlanması önemli bir sorun olmaktadır. Aktif karbon ise tüm mekanik soğutma sistemlerinde tercih edilen florokarbon (HFC) tipi soğutucu akışkanları, amonyak gibi sanayide yüksek kapasiteli soğutma sistemlerde kullanılan inorganik soğutucu akışkanı, metanol veya etanol gibi gazları yüksek miktarda adsorplayabilmektedir. Amonyak ve HFC tipi atmosfer basıncında düşük sıcaklıklarda buharlaşabilen soğutucu akışkanların kullanılması sistemi vakum altında tutma gereksinimi ortadan kaldırmaktadır. Desorpsiyonun düşük kaynak sıcaklıklarında da gerçekleşebilmesi bir diğer avantajıdır. Bu sebeplerle, buharlaşma ısılarının düşük olmasına rağmen aktif karbon - HFC tipi soğutucu akışkanın adsorpsiyonlu ısı pompalarında kullanımına yönelik çalışmalar günümüzde hızla artmaktadır.
Son yıllarda adsorpsiyon özelliği olan polimerler de, hijyenik kurutma, hidrokarbonların arındırılması, ağır metal giderimi ve farklı arıtma uygulamalarında yoğun bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Adsorpsiyon amacıyla kullanılacak polimerlerde, yüksek bağlama kapasitesi ve hızlı bağlanma kinetiği özellikleri bulunması istenir. Proje kapsamında, laboratuar ortamında sentezlenecek doymamış vinil karbon bağlardan oluşan polimerlerde bu özellikler bulunmaktadır.
Adsorpsiyonlu ısı pompalarının tasarımı ve imalatı için, sistemde kullanılacak adsorban-adsorbat çiftine ait adsorpsiyon karakteristiklerin detaylı olarak bilinmesini gerektirmektedir. Özellikle polimer gibi yeni bir adsorbentin soğutucu akışkanları adsorplama karakteristikleri bilinenlerden çok farklı olabilmektedir. Bu çalışmada, farklı adsorban malzemelerin (aktif karbon, polimer ve aktif karbon katkılı polimer) farklı soğutucu gazları adsorplama performansları karşılaştırılacaktır. Bu amaçla, kısa sürede hazırlanabilen ve düşük maliyetli yeni sınıf polimerler mikroküre formunda sentezlenecek, karakterize edilecek ve bu polimer mikrokürelerin adsorbsiyon verimliliği araştırılacaktır. Bu projede kurulacak deney düzeneği ile test edilecek farklı adsorban-adsorbat çiftleri için sabit sıcaklıkta basınca bağlı adsorplama kapasitesindeki değişimi veren izoterm eğrileri elde edilecektir. Deneysel sonuçlar kullanılarak, Langmuir, Freundlich ve Dubinin adsorpsiyon teorilerinin, adsorbanın gözenek yapısından kaynaklanan heterojenlik katsayısı, adsorpsiyon çiftinin aktivasyon enerjisi ve adsorbanın maksimum adsorplayabileceği gaz miktarı gibi bilinmeyen katsayıları en küçük kareler yöntemi ile belirlenecek, sentezlenecek polimerler için hangi teorinin kullanılabilir olduğu tespit edilecektir. Farklı adsorpsiyon çiftleri için, izoterm eğrileri kullanılarak adsorpsiyonlu soğutma sisteminin teorik modellemesi yapılacak ve sistemin performansları (COP) karşılaştırılacaktır.
Adsorber tasarımında ve sistemde yapılacak iyileştirmeler ile adsorbsiyonlu ısı pompasının performansının değişimi araştırılacaktır. Proje, bu kapsamda ulusal ve uluslarası düzeyde adsorbsiyonlu ısı pompası uygulamalarında devam eden teorik ve deneysel araştırma çalışmaları içinde yer almamızı sağlayacaktır. Giderek uygulama alanları gelişen bir konuda bilgi, deneyim ve uygulama yeteniğimiz gelişecektir. Proje kapsamında yapılacak çalışmalar proje ekibinde yer alan yüksek lisans ve doktora öğrencilerinin yetişmesi ve bu konuda uzmanlaşmalarını sağlayacaktır.