Metal hidrür reaktör tasarım parametrelerinin hidrojen depolama özelliklerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental study for effect of design parameters of metal hydride reactor on hydrogen storage properties
Yazar: MUHAMMET KAYFECİ
Danışman: DOÇ. DR. FEVZİ BEDİR ; DOÇ. DR. HÜSEYİN KURT
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hidrojen depolanması = Hydrogen storage

Özet:
Bu çalışmada, metal hidrür reaktörlerde hidrojen şarj/deşarj işlemi deneysel olarak incelenmiş ve yapay sinir ağları (YSA) kullanılarak modellenmiştir. Deneysel çalışmalarda kanatçıksız ve kanatçıklı olmak üzere iki farklı geometride metal hidrür reaktör tasarlanmış ve imal edilmiştir. Hidrojen şarj/deşarj işlemi üzerine etkili olan çalışma şartları, reaktör geometrisi ve alaşım gibi parametreler araştırılmıştır. Bu amaçla yapılan deneysel çalışmalarda reaktöre beslenen hidrojen şarj basıncı 2, 4, 6 ve 8 bar değerlerine ayarlanarak reaktörlerin farklı noktalarındaki sıcaklıklarının zamanla değişimi incelenmiştir.Yapılan deneylerde maksimum sıcaklıklar z=60 mm noktasında, 2, 4, 6 ve 8 bar şarj basınçlarında Reaktör 1'de sırasıyla 88.77, 102.92, 116.24 ve 128.72 °C olurken, Reaktör 2'de 81.33, 98.1, 113.27 ve 121.52 °C olarak ölçülmüştür. Depolanan hidrojen kütlesini belirlemek için yapılan çalışmalarda ise 4, 6 ve 8 bar basınçlarda sırasıyla Reaktrör 1'de 0.88, 1.17, 1.32 g, Reaktör 2'de ise 1.13, 1.25, 1.55 g olarak ölçülmüştür. Oluşturulan YSA modelinde ise, Reaktör 1 ve Reaktör 2 için depolanan hidrojen kütlesinin yaklaşık % 99 doğrulukta tahmin edilebileceği hesaplanmıştır. YSA modelinde R2, RMSE ve MAPE değerleri Reaktör 1 için sırasıyla 0.9991, 0.000062 ve 0.02146 olarak bulunurken, Reaktör 2 için sırasıyla 0.9984, 0.01258 ve 0.00424 olarak bulunmuştur. Ayrıca LaNi5 alaşımlarına Al ilavesi reaksiyonu hızlandırmış ve hidrür reaktörlerde şarj süresini kısaltmıştır.Anahtar Kelimeler: Hidrojen depolama, metal hidrür reaktör, LaNi4.75Al0.25 alaşımları, reaktör tasarımı, YSA

Abstract:
In this study, hydrogen charge/discharge process in metal hydride reactors has been investigated experimentally and modeled by using Artificial Neural Network (ANN). Metal hydride reactors have two different geometry with finned and not finned were designed and manufactured at the experimentally study. Parameters affecting the hydrogen charge/discharge process, such as operation conditions, reactor geometry and alloys were investigated. For this purpose, hydrogen feeding pressure to the reactor was adjusted to 2, 4, 6 and 8 bar, and the variation of temperature on different points of the reactor and absorbed hydrogen mass by the time was investigated.The maximum temperature values on z=60 mm point of the Reactor 1 for 2, 4, 6 and 8 bar charging pressures were 88.77, 102.92, 116.24 and 128.72 °C respectively while the same values for the same point of Rector 2 were measured as 81.33, 98.1, 113.27 and 121.52 °C respectively. On the studies, to determine absorbed hydrogen mass was measured as 0.88, 1.17, 1.32 g in Reactor 1 and 1.13, 1.25, 1.55 g in Reactor 2 for the charging pressures of 4, 6 and 8 bar respectively. It was calculated that the amount of absorbed hydrogen mass in Reactor 1 and 2 can be estimated by the developed ANN model with an accuracy of about 99%. In ANN model R2, RMSE and MAPE values for Reactor 1 were found as 0.999, 0.00006 and 0.0214 respectively while for the Reactor 2 these values were found as 0.998, 0.01258 and 0.0042 respectively. Also, Al addition to the LaNi5 alloys have accelerated the reaction and decreased the charging time on hydride reactors.Key Words: Hydrogen storage, metal hydride reactor, LaNi4.75Al0.25 alloys, reactor design, ANN.