Metal hidrür esaslı hidrojen depolanmasında reaktör tasarımının sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the reactor designing in metal hydride-based hydrogen storage systems
Yazar: ÜMRAN ELMAS
Danışman: PROF. DR. FEVZİ BEDİR ; DOÇ. DR. MUHAMMET KAYFECİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Hidrojen'in günümüzde yaygın olarak kullanımı önündeki en büyük engel depolanmasında karşılaşılan problemlerdir. Mobil ve sabit Hidrojen depolama uygulamaları için en avantajlı yöntem metal hidrürler olarak görülmektedir, ancak metal hidrürlerde depolanan Hidrojen miktarları hala istenilen seviyelere gelememiştir. 
Bu tez çalışmasında metal hidrür reaktörlerde Hidrojen depolanması önündeki bazı problemlerin giderilebilmesi ve verimli depolama parametreleri belirlenerek, daha verimli depolama sağlayacak çözüm yollarının incelenmesi amaçlanmıştır. Metal hidrür reaktörlerde Hidrojen depolama parametreleri deneysel olarak araştırılmış ve COMSOL yazılımı sonlu elemanlar analizi ile incelenmiştir. Bu kapsamda deneysel olarak elde edilen sonuçlarla sonlu elemanlar analizi ile elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış, sonuçların birbirlerini doğruladığı anlaşıldıktan sonra, sonlu elemanlar analizi ile Hidrojen depolama prosesine etki eden bir çok parametre kombinasyonları oluşturularak detaylı olarak değerlendirilmiştir. Farklı kombinasyonların oluşturulduğu ve Hidrojen depolama kapasitesine ve verimine etki eden parametreler arasında metal hidrür malzemesi (MmNi4,6Al0,4, LaNi4.75Al0.25 ve LaNi5 alaşımları), metal hidrür depolama tankının kanatçıksız veya kanatçıklı olması, kanatçıklı ise düz veya açılı kanatçık tasarıma sahip olması, Hidrojen giriş basıncı, partikül boyutu, Hidrojen depolama tankının iç yarıçapı (dolayısıyla iç hacmi) ve et kalınlığı, depolama tankının dışarısında yer alan soğutma suyu sıcaklığı, genel ısı iletim katsayısındaki değişimler sayılabilir. Söz konusu parametrelerin farklı kombinasyonları ile elde edilen veriler bilgisayar ortamına aktarılmış, sonuçlar karşılaştırılarak optimum alaşım özellikleri ve hidrür reaktör tasarımları, şarj basıncı gibi parametreler arasındaki ilişkiler belirlenerek değerlendirilmiştir.

Abstract:
According to the recent statistical evaluations, the reserves of petroleum, natural gas and coal have a remaining life time of 41 years, 62 years and 230 years respectively. Due to the limited reserves of prime energy sources, increase in fuel prices and population, industrialization, necessity to assessment of the national sources, socio-economic structure of 21st century, negative effect of current fuel on the environment (greenhouse effect, global warming, climate changes, abnormality of rains, acid rains, health problems etc), the hydrogen energy has come to the forefront within the scope of new energy technologies as being a storable and transportable energy source with its high calorific value.   
The most significant feature of hydrogen is its ability to be stored.  There are numerous methods being used for the storage of hydrogen, like in the form of gas as being compressed or in form of liquid through cooling at low temperatures. Hydrogen can physically be stored within carbon nano tubes and it can chemically be stored within hydride in solid form. Among the storage methods, it has been indicated that the most effective storage method was the storage in the form of hydride due to high storage capacity, suitable operation condition and operation under low pressure.
In this study, hydrogen charge operation at metal hydride reactors has been investigated both experimentally and numerically. Parameters such as operation conditions, geometry of the reactor and material features have been searched. Data obtained through scientific studies could be used in the determination of optimum reactors design.