Parafinle gizli ısı depolamada depo geometrisi optimizasyonu üzerine deneysel bir çalışma

Abstract

Enerji arz ve talebi arasındaki uyumsuzluk uygun bir enerji depolama sisteminin kullanımıyla giderilebilir. Termal enerjinin depolanması için üç ana yöntem vardır: duyulur, gizli ve termokimyasal. Faz değiştiren maddeleri (FDM) kullanan gizli ısı depolama, yüksek enerji depolama yoğunluğu ve ergime ve katılaşma esnasındaki izotermal çalışma karakteristikleri nedeniyle en etkin termal enerji depolama şeklidir. Yükleme/boşaltma esnasında bir depo içerisindeki ısı geçişi daha iyi bir depolama performansı için iyileştirilmelidir. Bu iki şekilde gerçekleştirilebilir: aktif ve pasif. Aktifyöntem ekstra enerji kullanmayı gerektirirken pasif yöntem gerektirmez. Bu çalışmada, depo geometrisinin değiştirilmesine yönelik pasif bir yöntem kullanılmıştır. Bu yöntemle faz değiştiren madde içerisinde doğal taşınımı kuvvetlendirmek, doldurma/boşaltma zamanını azaltmak ve deponun verimini artırmak hedeflenmiştir. Bir kabuk içerisinde bulunan tüp depo geometrisinde yeni bir değişiklik önerilmiştir. Önerilen geometride, deponun dış yüzeyi (dışkabuk) daha önce gözlenen erime ve katılaşma davranışına cevap verecek şekildeeğimlendirilmiştir. Faz değiştiren madde olarak üç farklı saf parafin kullanılmıştır. Öncelikle, diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) kullanılarak parafinlerin termofiziksel özellikleri belirlenmiştir. Düşey konumda beş farklı depo kabuk açısında çalışılmıştır: 0o, 5o, 10o, 15o ve20o. Ayrıca, deponun farklı yerleştirme konumları da incelenmiştir: düşey, yatay ve yatayla30o ve 60o konumlandırılması. Farklı geometrik konfigürasyonlarda, her bir parafin tipi için,ısı transfer akışkanının giriş sıcaklığı ve debisinin erime/katılaşma davranışı üzerindeki etkisiincelenmiştir. Deneylerde ısı transfer akışkanı olarak su kullanılmıştır. Deneysel sonuçların doğruluğu için hata analizi yapılmıştır. Son olarak optimum depo geometrisi ve çalışma koşullarını belirlemek için bir termodinamik analiz yapılmıştır. Dış kabuk eğim açısı parafinin erime süresini etkilemektedir. 5o kabuk açılı düşey deponun en kısa erime zamanına sahip olduğu, yatay depolamada ise en kısa erime zamanı silindirik depolamada olduğu görülmüştür. Yerleştirme açısının parafinin katılaşma süresine etkisinin ihmal edilir düzeyde olduğu belirlenmiştir