Makine Mühendisliği Bölümü Yayın Koleksiyonu
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/20.500.12416/263
Browse
Search Results
Article YÜKSEK SICAKLIK PROTON DEĞİŞİM MEMBRAN YAKIT HÜCRESİ MİKROKOJENERASYON UYGULAMASININ DENEYSEL VE TEORİK İNCELENMESİ(2018) Devrim, Yılser; Özgirgin Yapıcı, EkinBu çalışmada, yüksek verimlilikleri ve çevre dostu teknolojiler olmaları sebebiyle tercih edilen, güvenilir güç üretim tekniklerinden biri olan yüksek sıcaklık proton değişim membran (YSPEM) yakıt hücreleri kullanılarak bir evsel mikro-kojenerasyon (birlikte ısı-güç) sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem, YSPEM yakıt hücresi tarafından üretilen elektrik gücü ve faydalı ısının kombine bir şekilde, kullanılmasını içermektedir. Hücrenin çalışması sırasında, yüksek performans ve kararlı güç üretimi sağlanabilmesi için hücre içerisinde üretilen ısının uzaklaştırılması ve hücre içi sıcaklığın sabit kalması gerekmektedir. Bu sebeple tasarlanan yenilikçi soğutma sisteminin atık ısısı, sıcak su ısıtmasında kullanılacak olan ısıl enerjinin teminini sağlamaktadır. Böylelikle toplam verim basit çevrimlere göre yaklaşık iki katına çıkabilmektedir. Çalışma kapsamında tasarlanan 225 W gücünde YSPEM yığını 160°C çalışma sıcaklığında hidrojen ve hava gazları ile test edilmiştir. Çalışması sırasında sıcaklığın hücre içerisinde homojen olarak dağılımı, hücrenin kısa sürede gerekli çalışma sıcaklığına ulaşabilmesi, yakıt hücresinde oluşan ısının hücreden sürekli olarak uzaklaştırılabilmesi için yakıt hücresi yığını soğutucu akışkan (Isı Transfer Yağı 32-Petrol Ofisi) kullanılarak soğutulmuştur. Hücre izolasyon malzemesi seçimi ve kalınlığı, doğal taşınım ve radyasyon yolu ile ısı kaybı hesabıyla belirlenmiştir. Maksimum verim çalışma koşulları için mikro-kojenerasyon sisteminin su giriş çıkış sıcaklıkları, su ve soğutucu akışkan debileri, uygun boru çapı hesabı ve pompa güç hesabı yapılarak nihai sistem tasarlanmıştır. Çalışmada tasarlanan kojenerasyon sisteminde, YSPEM yığınının soğutulması ile açığa çıkan atık ısı, 15-20C’lik şebeke suyunun ısıtılması için kullanılmıştır. Şebeke suyu sıcaklığı yalıtımlı hücre kullanılması durumunda ortalama 50C’ye kadar ısıtılmıştır. Elde edilen veriler yakıt hücresi mikro-kojenerasyon uygulamasının kullanılabilirliğini göstermektedir. Anahtar Kelimler: YSPEM, Yakıt hücresi, Polibenzimidazol membran, Mikro-kojenerasyonArticle Investigation Of Working Temperature Effect On Micro-Cogeneration Application Of Proton Exchange Membrane Fuel Cells(2018) Budak, Yağmur; Özgirgin Yapıcı, Ekin; Devrim, YılserI n this study, micro-cogeneration application is used to increase the efficiency of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) systems and effect of different operation temperatures on system performance is observed. For this reason, two different PEMFC systems were comparatively studied operating at 70o C and 160o C, respectively. Micro-cogeneration system design has done considering experimentally determined current density, power and temperature values. Since the amount of heat extracted from each PEMFC system is different related to the operating temperatures, different heat transfer fluids have been used for the cooling systems. These systems are designed for utilization of electricity and hot water for Atılım University Hydrogen Energy Laboratory. Heat loss calculation is made for the laboratory and thermal energy needed for heating the laboratory is calculated. Parallel to the design calculations, simple payback times for PEMFCs with micro-cogeneration applications were determined. LT-PEMFC and HT-PEMFC systems have 402 W and 456 W thermal powers respectively and 87.4 % and 92.8 % total cogeneration efficiencies were calculated for each system respectively. For each system maximum water temperatures and flow rates are calculated as a result of micro-cogeneration application. HT-PEMFC system has found to be capable of higher amount of heating. Even LT-PEMFC system has a lower thermal power and efficiency; it is determined to be more economical and has a lower pay pack time then HT-PEMFC system. For both systems, necessary number of stacks to be used for laboratory heating is calculated as four.Article Investigation of Working Temperature Effect on Micro-Cogeneration Application of Proton Exchange Membrane Fuel Cells(2018) Budak, Yağmur; Özgirgin Yapıcı, Ekin; Devrim, YılserIn this study, micro-cogeneration application is used to increase the efficiency of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) systems and effect of different operation temperatures on system performance are observed. For his reason, two different PEMFC systems were comparatively studied operating at 70oC and 160oC respectively. Micro-cogeneration system design is done considering experimentally determined current density, power and temperature values. Since the amount of heat extracted from each PEMFC system is different related to the operating temperatures, different heat transfer fluids have been used for the cooling systems. These systems are designed for utilization of electricity and hot water for Atılım University Hydrogen Energy Laboratory. Heat loss calculation is made for the laboratory and thermal energy needed for heating the laboratory is calculated. Parallel to the design calculations, simple payback times for PEMFCs with micro-cogeneration applications were determined. LT-PEMFC and HT-PEMFC systems have 402 W and 456 W thermal powers respectively and 87.4 % and 92.8 % total cogeneration efficiencies are calculated for each system respectively. For each system maximum water temperatures and flow rates are calculated as a result of micro-cogeneration application. HT-PEMFC system is found to be capable of higher amount of heating. Even LT-PEMFC system has a lower thermal power and efficiency, it is determined to be more economical and has a lower pay pack time then HT-PEMFC system. For both systems, necessary number of stacks to be used for laboratory heating are calculated as four.