kadar, ısı depolama amacıyla da önemli bir seçenek olabileceğini gösterir. Mekanik ve sorpsiyon ısı pompaları yaygın olarak kullanılmasına rağmen, kimyasal ısı pompaları sanayi, ticaret ve konut sektörlerinde enerji tüketimini azaltabilecek yeni bir teknolojinin temelini oluşturması dolayısıyla, bu alanda yapılan araştırmalar son yıllarda hız kazanmıştır [1 ]. 2. Kimyasal lsı Pompası Sistemleri Bir kimyasal ısı pompasının genel çalışması iki kademeden oluşur: sentez (adsorpsiyon ya da üretim) ve rejenerasyon (desorpsiyon ya da bozunma). Kademeler, sistem tasarımına bağlı olarak, aynı ya da farklı reaktörlerde meydana gelebilir. Kimyasal reaksiyonlu ısı pompalarında ısı, düşük sıcaklıkta endotermik reaksiyon için kullanılırken, yüksek sıcaklıkta ekzotermik reaksiyondan elde edilir. Endotermik reaktörden çıkan buhar bir başka reaktörde ekzotermik reaksiyona girer ve bu şekilde sıcaklık artışı sağlanmış olur [1 ). Kullanılan kimyasal maddelerin değişen özelliklerine bağlı olarak geniş sıcaklık aralığında, farklı prosesler şeklinde gelişen ve tasarlanan kimyasal ısı pompaları için genel sınıflandırma Şekil l'de gösterilmektedir. Monovaryant sistemler kimyasal reaksiyon ile ilgili olan ve sadece bir hal değişkeninin (basınç gibi) tanımlanmasını gerektirirken, divaryant sistemler iki hal değişkeninin (sıcaklık ve basınç gibi) tanımlanmasını gerektirir. Kimyasal ısı pompalarında organik ya da inorganik ve gaz, sıvı ya da katı halde çeşitli kimyasal maddeler kullanılır. Katılar, kimyasal reaksiyona giren bileşikler (alkali ve toprak alkali tuzları, metalik halidler, mono ve dimetilamin, sülfatlar, nitratlar ve fosfatlar), metal hidritler (Ni ve kısmen Ni'in yerine geçen Al, Mn, Cu, Fe) ve adsorbanlar (zeolit, aktif karbon, silika jel) şeklinde sınıflandırılabilir. Kullanılan kimyasal maddelerin çalışma koşullarında ısıl kararlılık; yüksek ısı depolama kapasitesi, ısıl iletkenlik, ısı aktarım katsayısı ve özgül güç çıkışı; düşük viskozite, yüzey gerilimi ve özgül hacim; işlem kolaylığı, korozif ve toksik olmama (çevreyle dost) gibi özelliklere sahip olması istenir [2). Kimyasal reaksiyonlu ısı pompalarında (Şekil 1); amonyak sisteminde, amonyak/ alkali tuzları, toprak alkali tuzları, ikili veya karışık halidler ya da nitratlar veya fosfatlar; kükürt dioksit sisteminde, sülfit/oksit, pirosülfat/sülfat; su sisteminde, hidroksit/ oksit, tuz hidratı/tuz veya tuz hidratı, kalsiyum oksit/su/kalsiyum hidroksit, magnezyum oksit/su; karbon dioksit sisteminde, karbonat/oksit, baryum oksit/ baryum karbonat; hidrojen sisteminde, hidrit/hidrit veya metal, hidrojenasyon/ dehidrojenasyon; hidrokarbon sisteminde ise 2-propanol/aseton, izobüten/su/tertbütanol, siklohegzan/benzen, paraldehit/ asetaldehit kimyasal madde çiftleri kullanılabilir [1 J. Çalışılan maddelerin fazına bağlı olarak, kimyasal reaksiyonlu ısı pompaları iki gruba sınıflandırılır (1). Katı-gaz tipi sistemlerde (Şeki l 2(a)) temel olarak reaktör, yoğuşturucu ve buharlaştırıcı; sıvı-gaz tipi sistemlerde (Şekil 2(b)) ise, sürekliliği sağlayan ve herbiri farklı sıcaklıkta çalışan, tersinir reaksiyonların yer aldığı, biri endotermik diğeri ekzotermik olmak üzere iki reaktör, ayrıca yoğuşturucu ve buharlaştırıcı bulunur. Kimyasal lsı Pompaları Monovaryant -,- - - - - - - - - - -- ----, Kimyasal Reaksiyonlar Organik/inorganik Sıvı-gaz/ Katı-gaz KüAkümrat ndyioakkssitissteismteimi Su sistemi K a rHbiodnr odjieonk ss ii st tsei smt ei m i Hidrokarbon sistemi Metal Hidritler Divaryant Katı adsorpsiyonu Moleküer elek tipi zeolit A k tZi f ekoa Z l r it e b / l o m it n / e / s t m u a e n t o a l nol Aktif karbon/amonyak Silika jel/su Şekil 1. Kimyasal ısı pompası sınıflandırması [J]. a) Valf/Ayırıcı ısı J · Aktarım 1 Akışkanı . : ' L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _J b) Reaktör L-ı Şekil 2. Kimyasal reaksiyonlu ısı pompası a) Katı-gaz tipi b) Sıvı-gaz tipi {/]. Biri akışkan olan diğeri akışkan olmayan ardışık iki fazı içermesi nedeniyle, katı-gaz kimyasal ısı pompaları sürekli üretim için uygun değildir. Diğer yandan, sıvı-gaz sistemi sürekli proses için daha uygundur. Reaktanlar ve ürünler sürekli olarak beslenebilir ya da uzaklaştırılabilir. Reaksiyon da reaktanların katalizör yatağı boyunca geçmesiyle meydana gelebilir. Sürekli tip sıvı- gaz kimyasal ısı pompasında, endotermik reaksiyon ve buharlaşma düşük sıcaklıkta ısı tüketir, ekzotermik reaksiyon ise yüksek sıcaklıkta ısı açığa çıkartır. Ancak, talep dalgalanmalarını karşılamak amacıyla ısının depolanması, sürekli üretim ile karşılaştırıldığında, daha yararlı sayılabilir. Metal hidrit ısı pompalarında (Şekil 3), hidrojen metal hidrit tarafından absorplandığında ekzotermik reaksiyon meydana gelir ve reaksiyon ortamına ısı verilir; desorplandığında ise endotermik reaksiyonla ortamdan ısı alınır [3). Bu özellik temelinde, böyle bir sistem sırasıyla ısıtma ve soğutma amacıyla uygulanabilir. Metal hidritler, büyük miktarda hidrojen gazı absorpladığından, hidrojen depolama amacıyla da kullanılabilir. Adsorpsiyon ısı pompaları (Şeki l 4), sıkıştırmalı ısı pompalarından farklı olarak, çevre ile dosttur ve elektrik enerjisine gereksinim duymazlar [4). Ancak, termodinamik verimleri daha düşük olduğundan, atık ısı ve güneş enerjisi gibi ekonomik yönden önemli olmayan enerji kaynaklarının kullanımı için uygun sayılırlar. Adsorpsiyon sistemlerinde kullanılan kimyasal madde çiftleri, mekanik ya da kimyasal özellikleri değişmeksizin ısı tüketimini ya da üretimini sağlar. Amonyak/ 135 "' oo N iii aı � iii �
RkJQdWJsaXNoZXIy MTcyMTY=