Yoğunlaştırılmış vakum tüplü ısı borusu uygulaması
Concentrated heat pipe vacuum tube application
Yazar: SELİM ÇELİK
Danışman: PROF. DR. İLHAN CEYLAN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Vakum borulu kollektörler = Vacuum tubular collectors

Özet:
Ülkemizde güneş enerjisinin en yaygın kullanım alanlarından biri sıcak su üretimidir. Sıcak su üretiminde vakum tüplü güneş kolektörleri gerek kullanım avantajları gerek ülkemizde üretilebilir olmalarından dolayı geniş bir kullanıma sahiptir. Bu güneş kolektörlerinde ısı borulu sistemler geliştirilerek yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada güneş enerjisi sistemlerinin uygulama alanlarından biri olan ısı borulu vakum tüplü güneş kolektörlerindeki termal kayıp gibi eksiklikleri gidermek adına yeni bir ısı borusu tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Tasarlanan bu yeni ısı borusunda vakum tüpün içerisine bakır ısı borusu daldırmak yerine, vakum tüpün açık uç kısmına bakır boruyla ek yapılarak yeni ısı borusunun kondenser kısmı oluşturulmuştur. Böylece yeni ısı borusunun evaporatör ve adyabatik bölgesi vakum tüpün kendisinden oluşurken, kondenser bölgesi bakır borudan oluşmuştur. Bu tasarım sayesinde vakum tüpün soğurduğu güneş ışınları doğrudan çalışma akışkanına ulaşacağı için termal kayıpların önüne geçilmesi hedeflenmiştir.

İmalatı yapılan bu ısı borusunun kullanılabilirliğini incelemek üzere hava ısıtma amaçlı bir deney düzeneği hazırlanmıştır. Hazırlanan deney düzeneğinde vakum tüplü ısı borusunun yüksek sıcaklıklara ulaşması için bir yoğunlaştırıcı tasarlanıp imalatı yapılmıştır. Ayrıca yoğunlaştırıcının havalı güneş kolektörü vazifesi gördüğü deney düzeneğinde sistem performansına olan katkıları incelenmiştir. Aynı deney düzeneklerinde ısı borusunda çalışma akışkanı olarak metanol kullanılmasının yanı sıra nanoakışkan kullanılarak, nanoakışkanların ısı borusu performansına olan etkileri de incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda en iyi sistem performansı 3 m/s hava hızında nanoakışkan kullanılan deney düzeneğinde görülmüştür. 2 m/s hava hızında yapılan deney sonuçlarında metanol kullanılan deney düzeneği performansı nanoakışkan kullanılan deney düzeneğine yakın olsa da daha iyi performans görülmüştür. Bunun nedeni metanol kullanılan deney düzeneğinde yapılan ölçümler incelendiğinde güneş ışınım şiddetinin çok daha fazla olmasından kaynaklanmaktadır. Sistemde oluşan en yüksek sıcaklık farkı 1 m/s hava hızında, 0,00942 kg/h kütlesel debide nanoakışkan kullanılan deney düzeneğinde 15,7 ℃ olarak ölçülmüştür.

Abstract:
One of the most common use of solar energy in our country is the production of hot water. Vacuum tube solar collectors in hot water production have a wide use because they can be produced in our country with the advantages of usage. In these solar collectors heat pipe systems have been developed and become widespread. In this study, a new heat pipe design and manufacture was carried out to eliminate deficiencies such as thermal loss in vacuum tube collectors, one of the application fields of solar energy systems. Instead of dipping the copper heat pipe into the vacuum tube, the condenser part of the new heat pipe was formed by adding copper tube to the open end of the vacuum tube. Thus, while the evaporator and adiabatic region of the new heat pipe are formed by the vacuum tube itself, the condenser region is formed of copper. With this design, it is aimed to prevent thermal losses in order that the solar radiations absorbed by the vacuum tube will directly reach the working fluids.

In order to examine the availability of this heat pipe manufactured, an experimental design for air heating has been prepared. In the experimental procedure, an concentrator was designed and manufactured for the vacuum tube heat pipe to reach high temperatures. In addition, the contributions of the concentrator to the system performance were examined in the experimental setup in which the air solar collector was observed. In addition to the use of methanol as a working fluid in the heat pipe in the same experimental designs, the effects of the heat pipe performance using nanofluids have been investigated. As a result of the experiments performed, the best system performance was observed in the experimental setup using nanofluids at 3 m/s air velocity. In the experimental results performed at 2 m/s air velocity, the performance of the methanol experiment was better than the performance of the nanofluids experiment, although it was close to the performance of the experiment. The reason for this is that when the measurements made on the experimental apparatus using methanol are examined, the solar radiation intensity is much higher. The highest temperature difference observed in the system was measured as 15,7 °C at an air velocity of 1 m/s and 0,00942 kg/h mass flow nanofluids in the experimental setup.