Bu çalışmada güneş enerjisiyle doğrudan veya dolaylı olarak bina ya da sera ısıtılması, elektronik cihazların soğutulması, güneş destekli ısı pompası ile yüzey ısıtma ve konutlarda sıcak su temini gibi bazı ısıl uygulamalarda kullanılabilecek enerjiyi faz değişimi yoluyla depolayan farklı sıcaklık aralıklarında çalışabilen yeni bazı FDM‟ler sentezlendi. Bu amaçla; galaktitol, palmitik asit, stearik asit ve miristik asit ile reaksiyona sokularak yeni ester bileşikleri olan galaktitol hekza palmitat (GHP), galaktitol hekza stearat (GHS) ve galaktitol hekza miristat (GHM) sentezlenmiştir.
Sentezlenen ester bileşikler FT-IR and 1
H NMR spektroskopi teknikleri ile kimyasal olarak karakterize edildi. Sentezlenen esterlerin ısı depolama özellikleri DSC analizi ile belirlendi. DSC analizi ile GHP, GHS ve GHM esterlerinin erime sıcaklıkları ve erime gizli ısıları
sırasıyla; 31,78, 47,79 ve 45,94 ºC ve 201,66, 251,05, 175,32 J/g olarak ölçüldü. Sentezlenen FDM‟lerin ısıl karalılıklarını belirlemek için 1000 kez tekrarlanan erime-katılaşma işlemlerine maruz bırakıldı. Sonuçlar, sentezlenen FDM‟lerin iyi bir ısıl güvenirliğe sahip olduklarını gösterdi. Ayrıca, FDM‟lerin ısıl karalılıkları TG analizi ile belirlendi. Bununla birlikte, GHP, GHS ve GHM‟nin ısıl iletkenliği %5 (kütlece) grafit ilave edilmek suretiyle yaklaşık olarak sırasıyla; 26,3, 53,3, 21,7% oranında arttırıldı. Elde edilen tüm sonuçlar dikkate alınarak, yeni katı-sıvı FDM‟ler olarak sentezlenen GHP, GHS ve GHM esterleri; bina ısıtma-soğutma, iklimlendirme akıllı tekstil ürünlerinin üretimi ve yalıtım gibi geniş alanlı ısıl enerji depolama uygulamaları için ümit verici malzeme oldukları sonucuna varılabilir.
Yukarıda özetlenen sonuçlardan ayrıca şu değerlendirmeleri yapmak mümkündür:
1. Söz konusu faz değişim maddelerinin erime noktası ve erime gizli ısısı gibi termal özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) tekniği kullanılarak belirlendi. Elde edilen bulgular sentezlenen yeni tip ester bileşiklerinin yüksek enerji depolama kapasitesine ve ısıl enerji uygulamaları için uygun faz değişim sıcaklığına sahip olduğunu göstermiştir.
2. Sentezlenen faz değişim maddelerinin termal özelliklerinde veya kimyasal yapılarında 1000 kez tekrarlanan erime–katılaşma işleminden sonra değişiklik olup olmadığı diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve FT-IR spektroskopi teknikleri ile incelenerek faz değişim maddelerinin ısıl güvenilirlikleri belirlendi.
3. Sentezlenen faz değişim maddelerinin ısıl kararlılıkları Termogravimetrik analiz teknikleriyle incelenerek bozunma sıcaklıklarının uzun vadeli pratik uygulamalar için yüksek olduğu belirlendi.
4. Elde edilen deneysel sonuçlar temelinde, FDM olarak sentezlenen esterlerin yağ asitlerine nispeten daha iyi bir koku özelliğine sahip olduğu, tatmin edici ısıl özellikleri, iyi ısıl güvenilirlik ve ısıl iletkenliğinden dolayı önemli bir enerji depolama potansiyeline sahip oldukları söylenebilir.
5. Enerji depolama amaçlı sentezlenen bu yeni katı-sıvı FDM‟lerin ısıl iletkenliği kütlece %5 oranında grafit katılarak arttırıldı.
6. Sentezlenen GHP, GHS ve GHM esterleri; katı yiyeceklerin, ilaç ürünlerinin taşınmasında, kan nakli ve biyomedikal ürünlerin korunması gibi FDM‟li soğutma uygulamaları, bina ısıtma veya soğutma, ev içi sıcaklığı kontrolü, iyi gizli ısı enerji depolama özellikleri sayesinde yalıtım giysileri ve akıllı tekstil ürünleri üretimi gibi geniş ölçekli enerji depolama uygulamaları için ümit vericidirler. Çünkü; uygun faz değişim sıcaklığı, yüksek ısı depolama kapasitesi, iyi termal güvenilirlik, termal kararlılık ve termal iletkenliklere sahiptirler.
KAYNAKLAR
Abhat, A., 1983. Low temperature latent heat thermal energy storage: heat storage materials. Solar Energy 30 (4), 313–331.
Alkan C. 2006. Entalpy of melting and solidification of sulfonated paraffıns as phase Change materials for thermal energy storage. Thermochimica acta, 451
126-130.
Alkan C., Kaya K. ve Sarı A. 2008. Preparation and thermal properties of ethylene glycole distearate as a novel phase change material for energy storage. Matearials Letters. 62 1122-1125.
Alkan C., Canik G., Dünya H., Sarı A. 2011. Synthesis and thermal energy storage properties of ethylene dilauroyl, dimiristoyl , and dipalmitoyl and amides as novel solid- liquid phase change materials,Solar energy materials ve solar cells, 95, 1203-1207.
Arslan, Ö., 1993. Enerjinin Faz Değişimiyle Tuz Hidratlarda Depolanması. F.Ü. Fen Bilimleri Enstitisüsü Yüksek Lisans Tezi, Elazığ.
Biçer A., 2009. Bazı Yağ Asidi Esterlerinin Sentezi, Karakterizasyonu ve Enerji Depolama Özelliklerinin Belirlenmesi, , Yüksek Lisans Tezi, GOP Üniversitesi Fen Bilimleri enstitüsü, Tokat.
Baran, G., Sarı, A., 2003. Phase change and heat transfer characteristics of a eutectic mixture of palmitic and stearic acids as PCM in a latent heat storage system.
Energy Conversion and Management, 44, 3227–3246.
Buddhi, D., Sawhney, R.L., 1994. Proceeding of thermal energy storage and energy conversion. School of energy and environmental studies. Devi Ahilya
University. Indore, India. February 24–25.
Canik G., Alkan C. 2010. Hexamethylene dilauroyl, dimyristoyl, and dipalmytoyl amides as phase change materials for thermal energy storage, Solar energy, 84, 666-672.
Canik G., 2009. Asit-amin kondenzasyonu ile sentezlenen yeni nesil faz değişim malzemeleri ve fizikokimyasal özellikleri, YL Tezi, GOP Üniv. Fen Bil. Enst. Chen C., Wang L., Huang Y.,2007. Electrospinning of thermoregulating ultrafine fibers based on polyethylene lycol/cellulose acetate composite, Polymer, 48, 5202–5207.
Chen C., Wang L., Huang Y., 2009. Crosslinking of the electrospun polyethylene glycol/cellulose acetate composite fibers as shape-stabilized phase change materials, Material Letters 3, 569-571.
Dinçer, İ., 2002. "Thermal energy storage and phase-change materials", Course on Porous Media, 17-21 June, Evora, Portugal..
Dincer I, Rosen MA. 2002. Thermal energy storage. Systems and applications. John Wiley& Sons.
Dimaano, R. M. N., Watanabe, T., 2002. Performance investigation of the capric and lauric acid mixture as latent heat energy storage for a cooling system. Solar Energy, 72, 205- 215.
Dimaano, R.M.N., Escato, A.D., 1998. Preliminary Assessment of a Mixture of
Capric and Lauric Acids for Low-Temperature Thermal Energy Storage. Energy, 23 (5): 421-427.
Farid M.M, Khudhair AM, Razzack SAK, Al-Hallaj S. 2004. A review on phase change energy storage: materials and applications. Energy Conversion and Management, 45, 1597–615.
Feldman D., Shapiro M.M.and Banu D. 1986. Organic phase change materialls for thermal energy storage. Solar Energy Materials, 13 1-10.
Feldman, D., Khan, M. A. Banu, D., 1989. Energy storage composite with an organic PCM, Solar Energy Materials, 18(6), pp.333-341.
Feldman, D., Shapiro, M.M., Banu D, Fuks, C., 1989. Fatty Acids and Their Mixtures as Phase Change Materials for Thermal Energy Storage. Solar
Energy Materials, 18, 201 – 216
Garg, H.P., Mullick, S.C., Bhargava, A.K., 1985. Solar Thermal Energy Storage. Dordrecht, Holland: D. Reidel Publishing Co.
Hale, D.V., Hoover, M.J., O‟neill, M.J., 1971. Phase Change Materials Hand Book, Report no. HREC- 5183-2LMSC-HREC D225138. NASA. Marshal Space Flight Center.Alabama.
Himran, S., Suwondo, A., Mansoori, G., 1994. Characterization of alkanes and paraffin waxes for application as phase change energy storage medium. Energy Sources 16, 117–128.
Hasnain, S., 1998. Review on sustainable thermal energy storage technologies, part I: heat storage materials and techniques. Energy Conservation and Management 39, 1127-1138.
Kauranen P, Peippo K, Lund Pd., 1991. An organic system with adjustable melting temperature. Solar Energy, 46 (5), 275–278.
Keleş, S., 2003. Laurik-miristik asit ötektik karışımlarının enerji depolama
özelliklerinin belirlenmesi. K.T.Ü Fen Bilimleri Enst. Yük. Lis. Tezi, Trabzon. Kenar A.. 2010. Latent heat characteristics of biobased oleochemical carbonates as potential phase change materials. Solar Energy Materials and Solar Cells, 10, 1697-1703.
Kenisarin M, Mahkamov K. 2007. Solar energy storage using phase change materials. Renewable and Sustainable Energy Reviews;11, 1913–65.. Kımura, H., Kai J., 1988. Mixtures of Calcium Chloride Hexahydrate with Some Salt Hydrates or Anhydrous Salts as Latent Heat Storage Materials. Energy Conversion and Management, 28 (3): 197-200.
Kılıç A., Öztürk A. 1983. Güneş Enerjisi Kipaş basımevi, İstanbul 207 Kılkış, B., Kakaç, S., 1989. "Importance of Energy Storage", Energy Storage Systems, NATOASI Series, Kluwer Academic Pub., The Netherlands. .Lane, G.A., 1989. Phase Change Thermal Storage Materials. In: Hand Book of Thermal Design. In: Guyer, C., ed. McGraw Hill Book Co.
Lane, G. A., 1983. Solar Heat Storage: Latent Heat Materials, Vol. I. Boca Raton, Florida: CRC Press.
Mehling H, Cabeza LF. 2007. Phase change materials and their basic properties. In: Paksoy HO, editor. Thermal energy storage for sustainable energy consumption: Fundamentals, case studies and design. Kluwer Academic
Publiss Group; p. 257–78.
Mehling H, Cabeza LF, Yamaha M. 2007. Phase change materials: application fundamentals. In: Paksoy HO, editor. Thermal energy storage for sustainable energy consumption: fundamentals, case studies and design. Kluwer
Academic Publishers Group; 279–314.
Mehling H, Cabeza LF. 2008. Heat and cold storage with PCM. An up to date introduction into basics and applications. Springer.
Mazman, M., 2000. Güneş enerjisinin faz değiştiren organik kimyasallarda gizli ısı şeklinde depolanması Çukurova Ün. Fen Bili. Enst. Yük. Lisans Tezi.
Nikolic M.R., Marinovic-Cincovic M., Gadzuric S., Zsigrai I.J., 2003. New materials for solar thermal storage: solid/ liquid transitions in fatty acid esters, Solar Energy. Material Solar Cells. 79, 285-292.
Pillai, K.K., Brinkwarth, B.J., 1976. The storage of low grade thermal energy using phase change materials. Applied Energy 2, 205–216.
Sarı A., Sarı H. , Onal A. 2004. Thermal properties and thermal reliability of eutectic mixtures of some fatty acids as latent heat storage materials, Energy
conversion and management, 45, 365-376
Sarı A., Biçer A., Karaipekli A., Alkan C., Karadağ A. 2010. Synthesis thermal energy storage properties and thermal reliability of some fatty acid esters with glycerol as novel solid-liquid phase change materialls. Solar Energy Materials and Solar Cells, 94 1711-1715
Sarı A., Karaipekli A., Alkan C., 2009. Preparation, characterization and thermal properties of lauric acid/expanded perlite as novel form-stable composite phase change material, Chem. Eng. J. 155, 899-904.
Sarı, A., Kaygusuz, K., 2001a. Thermal performance of myristic acid as a phase change material for energy storage application. Renew.Energy, 24, 303-317. Sarı, A., Kaygusuz, K., 2001b. Thermal energy storage system using stearic acids as a phase change material. Solar Energy 71 (6): 365-376.
Sarı, A., Kaygusuz, K., 2002. Thermal performance of a eutectic mixture of lauric and stearic acids as PCM encapsulated in the annulus of two concentric pipes. Solar Energy 72(6), 493–504.
Sarı, A., 2003. Thermal Reliability Test of Some Fatty Acids as PCMs Used for Solar Thermal Energy Storage Applications. Energy Conversion and Management,
Sharma, S.D., Buddhi, D., Shawney, R.L., 1998. Accelerated thermal cycle tests of industrial grade phase change materials. Proc. National Solar Energy
Convention-97: Towards Commercialization of Clean Energy. Chennai. India. Anna University: 73-77.
Sharma, S.D., 1999. Study of thermal energy storage in phase change materials for Low temperature solar applications. Ph.D. Dissertation, Devi Ahilya University, Indore India.
Sharma, A., Sharma, S.D., Buddhi, D., 2002. Accelerated thermal cycle test of acetamide, stearic acid and paraffin wax for solar thermal latent heat storage applications. Energy Conversion and Management 43, 1923-1930.
Sharma, S. D., Sagara, K., 2005. Latent Heat Storage Materials and Systems: A Review. International Journal of Green Energy 2, 1-56
Sharma A, Tyagi VV, Chen CR, Buddhi D. 2009. Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 318–45.
Suppes G. J., Goff M.J., Lopes S., 2003. Latent heat characteristics of fatty acid derivatives pursuant phase change material applications. Chemical Engineering science, 58, 1751- 1763.
Tek Y. 2009. Üre ve Tiyoüre-Yağ Asidi Yoğunlaşma Bileşiklerinin Sentezi, karakterziasyonu ve Fizikokimyasal Özellikleri, Yüksek Lisans Tezi, GOP Üniversitesi Fen Bilimleri enstitüsü, Tokat
Tyagi VV, Buddhi D. 2007. PCM thermal storage in buildings: a state of art. Renewable and Sustainable Energy Reviews 11:1146–66.
Velraj, R., Seenıraj, B., Hafner, B., Faber, C., Schwarzer, K., 1998. Heat transfer enhancement in a latent heat storage system. Solar Energy 65: 171–180
Yang, W. J., 1989. "Thermal Energy Storage Systems and Their Dynamic Behavior", Energy Storage Systems, NATO ASI Series, Kluwer Academic Pub., The Netherlands.
Zalba B, Marín JM, Cabeza LF, Mehling H. 2003. Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications. Applied Thermal Engineering, 23, 251–83.
Zeng J. L., Cao Z., Yang D.W., Xu F., Sun L. X., Zhang L. Zhang X. F.
experiments. Journal of thermals analysis and colorimetry 95 501-505
Zhang, J. J., Zhang, J. L., He, S. M., Wu, K.Z., Liu, X. D., 2001. Thermal Studies on The Solid-Liquid Phase Transition Binary System of Fatty Acids,
Thermochim Acta, 369, 157-160.
Zhu N, Ma Z, Wang S. Dynamic characteristics and energy performance of buildings using phase change materials: a review. Energy Conversion and Management 2009;50; 3169–81.
Wang, X., Lu, E., Lin, W., Liu, T., Shı, Z., Tang, R., Wang, C., 2000. Heat storage performance of the binary systems neopentyl glycol/pentaerythritol and
neopenty glycol/trihydroxy menthylaminomethane as solid phase change materials. Energy Conservation and Management 41, 129-134.
Wang X, Zhang Y, Xiao W, Zeng R, Zhang Q, Di H. 2009. Review on thermal performance of phase change energy storage building envelope. Chinese Science Bulletin, 54:920–8.
Wanng L., Ding E.Y., 2007. Prepartion and characterization of a series of diol di- Stearates as phase change heat storage materials, Materials letters,