Adsorption heat pumps utilizing zeolite coatings grown on metal surfaces
Metal yüzeyler üzerinde sentezlenen zeolit kaplamalarının kullanıldığı adsorpsiyon ısı pompaları
- Tez No: 100758
- Danışmanlar: PROF.DR. AYŞE ERDEM ŞENATALAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2000
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
METAL YÜZEYLER ÜZERİNDE SENTEZLENEN ZEOLİT KAPLAMALARININ KULLANILDIĞI ADSORPSİYON ISI POMPALARI ÖZET Adsorpsiyon ısı pompaları güneş enerjisi ve atık ısı gibi uygun enerji kaynaklan mevcut olduğunda ısıtma ve soğutma etkilerinin eldesinde kullanılabilirler. Adsorpsiyon ısı pompalarının ticarileşmesini engelleyen faktörlerin çoğu metal destekler üzerinde sentezlenmiş zeolit tabakalarını kullanan bir düzenleme yardımı ile önemini kaybedebilir. Sistemin performansında önemli miktarda düşüşe yol açan ısı ve kütle iletimi ile ilgili kısıtlamalar bu şekilde giderilebilir. Zeolitler adsorpsiyon izotermlerinin şeklinden dolayı adsorpsiyon ısı pompalarında kullanılmaya çok elverişlidirler. Zeolit 4A hidrofilik özellikte olup su için adsorpsiyon kapasitesi yüksektir. Bu sebepten dolayı ısı pompaları uygulamalarında metal destekler üzerinde sentezlenerek hazırlanan adsorban olarak kullanılması uygundur. Doğrudan tek adımlı sentez yöntemleri ile kalın zeolit tabakalarının hazırlanmasını engelleyen metastabilite çoğu zeolit türü için olduğu gibi zeolit A için de önemli bir sorun yaratmaktadır. Isı pompaları uygulamaları için geleneksel tek adımlı sentez yöntemleri ile hazırlanabilmesi mümkün olandan çok daha kalın tabakalara ihtiyaç duyulmaktadır. Adsorpsiyon ısı pompalan çevrimlerinde çok yüksek ısıtma hızları kullanılacağından kaplamaların stabilitesi de çok önemli bir faktördür. Yeterli stabilitenin mevcut olmadığı durumda zeolit-metal entegre sistemi verimli olarak kullanılamayabilir. Bu çalışmada, metal destekler üzerinde zeolit 4A kaplamalarının hazırlanması ile oluşturulan düzenlemelerin kullanıldığı adsorpsiyon ısı pompalarının atık ısı ve güneş enerjisi ile çalıştırıldığı iki farklı durum gözönüne alınmaktadır. İlk durum için, zeolit kaplamalarının kalınlığının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Buna göre, optimum zeolit tabakası kalınlığının bu çalışmada incelenen ısı değiştirici boru cidarı kalınlıkları gözönüne alındığında 25-150 um aralığında bulunduğu tespit edilmiştir. Isı değiştirici boruların cidar kalınlığı azaldıkça optimum zeolit tabakası kalınlığı azalmakta buna karşılık sistemin gücü ve termodinamik verimliliği artmaktadır. Optimum çevrim sürelerinin kullanılması da sistemin gücünü önemli ölçüde artırmaktadır. Metal elekler üzerinde sentezlenen zeolit kaplamalarının kullanılması güneş enerjisi ile çalıştırılan adsorpsiyon ısı pompalarında bulunması mümkün olan sıcaklık ve konsantrasyon gradyenlerini önleyebilecektir ve bu durumda kollektörde metal eleklerin ağırlığından dolayı doğabilecek olumsuz etkilerin giderilebilmesi için 50-100 um aralığında bir zeolit tabakası kalınlığının kullanılmasının yeterli olduğu saptanmıştır. Faz dönüşümlerini reaksiyon çözeltisinin hacim miktarına bağlı olarak çok uzun süreler geciktirebilen yeni bir kaplama hazırlama yöntemi geliştirilmiştir. Buna göre, destek malzemesi doğrudan ısıtılırken reaksiyon çözeltisi bir su banyosu yardımı ile daha düşük bir sıcaklıkta tutulmaktadır. Reaksiyon çözeltisi ve destek malzemesi arasında mevcut bulunan sıcaklık gradyeni sonucunda çözeltide reaksiyon olması engellenirken destek üzerindeki reaksiyon teşvik edilmektedir. Geliştirilmiş bulunan doğrudan ısıtma yöntemi kullanılarak ve uygun su banyosu ve metal plaka sıcaklıkları seçilerek kristalin zeolit 4A kaplamaları hazırianabilmiştir. Metal destekler üzerinde XVIsentezlenen zeolit miktarı geleneksel sentez yötemleri ile elde edilebilen miktarların çok üzerine çıkabilmekte ve nispeten kalın zeolit kaplamaları basit ve pratik bir şekilde hazırlanabilmektedir. Yeni yöntem kullanılarak hazırlanan kaplamaların stabilitesinin umut verici olduğu tespit edilmiştir. Su buharının metal destekler üzerinde sentezlenmiş zeolit tabakalarından geçişinde herhangi bir zorluk olmadığı gözlenmiştir. Kaplamaların stabilitesi sentez yönteminde kullanılan çalışma şartlarının bir fonkiyonu olduğundan stabilite değerlerinin daha da yükseltilebilmesi mümkündür. XVU
Özet (Çeviri)
ADSORPTION HEAT PUMPS UTILIZING ZEOLITE COATINGS GROWN ON METAL SURFACES SUMMARY Adsorption heat pumps may provide the heating and cooling effects whenever an appropriate source of energy, such as, waste heat and solar energy is available. Most of the drawbacks which prevent the commercialization of the adsorption heat pumps may be eliminated by using an arrangement involving zeolite coatings synthesized on metal supports. The heat and mass transfer limitations which may lead to significant reductions in the performance of the system may thus be removed. Zeolites are very suitable to be used in the adsorption heat pumps due to the shapes of their adsorption isotherms. Zeolite 4A is hydrophylic and has a high adsorption capacity for water. The employment of this zeolite in the preparation of coatings on metal supports for heat pump applications is thus possible. However, a significant difficulty exists for zeolite A, as well as for most of the commonly employed zeolites, that is the metastable nature of this zeolite which prevents the preparation of relatively thick coatings by using practical one step direct synthesis methods. Thicker coatings than may be actually prepared by using conventional one step direct synthesis methods are required for heat pump applications. The stability of the coatings is also an important factor since very rapid heating rates are to be employed in the adsorption heat pump cycles. Lack of sufficient stability may hinder the effective use of the zeolite-metal integrated systems. In this study, two distinct cases, namely, adsorption heat pumps operating with waste heat and solar energy, both employing arrangements involving zeolite 4A coatings grown on metal supports are investigated. An optimization of the thickness of the zeolite coatings has been accomplished for the former case. It has been determined that an optimum layer thickness exists in the range 25-150 urn for the wall thicknesses of the heat exchanger tubes investigated. As the wall thickness of the heat exchanger tubes is decreased, the optimum zeolite layer thickness decreases while both the power and the thermodynamic efficiency of the system increase. The employment of the optimum cycle durations is also determined to enhance the power of the system in considerable amounts. The utilization of zeolite coatings grown on metal wire gauzes may also eliminate any temperature and concentration gradient within the solar collector and it has been determined that a zeolite coating thickness of 50-100 urn is sufficient to neglect the adverse effect of the mass of the metal wire gauzes on the efficiency of the solar adsorption heat pumps. A novel method is developed for the preparation of zeolite coatings which may delay the phase transformations for extremely long periods of time depending on the volume of the reaction mixture. Accordingly, the substrate is heated directly while the reaction mixture is kept at a lower temperature by means of a water bath. As a result of the temperature difference between the reaction mixture and the substrate, reaction in the bulk is suppressed while that on the substrate is promoted. By using the direct heating method developed, crystalline coatings of zeolite 4A could be prepared by the proper selection of the temperatures of the water bath and the substrate. The mass of the zeolite coated on the substrate increases significantly with respect to that obtained by conventional synthesis when the XIVproposed method is utilized and relatively thick zeolite coatings may be prepared in a simple and practical manner. The stability of the coatings prepared by the novel method developed has been determined to be promising. No difficulty has been observed for the desorption of water vapor out of the zeolite layer synthesized on metal supports. Further enhancement of the stability of the coatings seems possible since stability has been determined to be a function of the synthesis conditions of the novel method developed. XV
Benzer Tezler
- Geniş metal destekler üzerinde zeolit kaplamalarının hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation of zeolite coatings on large supports and their characterization
TAYLAN MARAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ERDEM
- Su adsorpsiyon kapasitesi nispeten yüksek zeolitler ve kaplamalarının hazırlanması
Preparation of zeolites and their coatings with relatively high water adsorption capacities
ZÜLFİYE DAĞLI
Doktora
Türkçe
2023
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELKON TATLIER
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇİĞDEM TAŞDELEN YÜCEDAĞ
- EMT zeolitinin sentezi ve farklı ıyon formlarının su tutma kapasıtesı üzerine etkisi
Synthesis of EMT zeolite and the effect of fifferent ion forms on water holding capacity
SEDAT DELEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİĞDEM ORAL
- Computational investigation of transport phenomena in adsorption bed
Adsorpsiyon yatağındaki taşınım olaylarının hesaplamalı incelenmesi
SILAY ÖNDER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ULUDAĞ
PROF. DR. GÜRKAN KARAKAŞ
- Mathematical and computational modelling of chemical heat pumps
Kimyasal ısı pompalarının bilgisayar ortamında matematiksel olarak modellenmesi
TALHA GÜNEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ULUDAĞ
PROF. DR. GÜRKAN KARAKAŞ