Prototype Combined Heater/Thermoelectric Power Generator for Remote Applications

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Long-term assessment of the thermal stability of sodium nitrate-urea eutectic phase change material

The eutectic mixture formed by urea and sodium nitrate can be an interesting candidate for use as a phase change material for thermal energy storage in space heating and domestic hot water applications. It shows a melting point of 85 °C, a melting enthalpy of 172 J/g and a price around 0.9 €/kg. However, the thermal stability of the mixture is a great concern for this application. A preliminary evaluation of the thermal stability was performed and previously reported by the authors. It consisted of an accelerated thermal cycling test with 210 thermal cycles and the material showed a stable behavior. Nevertheless, the long-term stability of urea in the liquid state at temperatures below 100 °C is uncertain and requires a specific study. The main objective of the present work is to evaluate the long-term thermal stability of the mixture when it is exposed to long periods of use under conditions representative of actual applications, by means of analyzing the thermal and compositional behavior of samples remaining at 100 °C for several periods up to one year. A methodology is proposed, which intends to isolate the thermal degradation phenomenon from others, such as phase segregation, supercooling, and polymorphism, that can be introduced by thermal-cycling. It also aims to be more representative of the actual application than the accelerated thermal cycling approach.The authors would like to acknowledge the Ramon Areces Foundation for funding and the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities (MICINN) through the Sweet-TES research project (RTI2018-099557-B-C22). The author Laura Quant wants to thank the financial support of the University of the Basque Country UPV/EHU, through the Personnel Research Training Program to carry out PhD thesis in cotutelle between the University of the Basque country and the Universit ' e de Pau et des Pays de l'Adour (2016 call). Research efforts in this field are also coordinated through the IEA ES Annex 33/SHC Task 58. Finally, the authors greatly thank the technical and human support provided by SGiker of UPV/EHU; especially to Aitor Larranaga, Mamen Sampedro and Alfredo Sarmiento for their valued help

1,3 Dioxolane versus tetrahydrofuran as promoters for CO 2 -hydrate formation: Thermodynamics properties, and kinetics in presence of sodium dodecyl sulfate

This paper makes a comparison between tetrahydrofuran (THF) and 1,3 dioxolane (DIOX) in terms of their respective performances as promoters for the formation of clathrate hydrates with CO2. The aim is to find products that can be substituted for THF, which is known to be harmful and difficult to handle. Drawing on a review of the chemical and physical properties of these two organic compounds, experiments were performed using high-pressure differential scanning calorimetry (DSC) and a batch reactor. Details of the thermodynamic equilibria of mixed THF+CO2 and DIOX+CO2 hydrates obtained with various additive concentrations are provided, along with hydrate kinetics data relating to the hydrate formation. The effect of the presence of an anionic surfactant, SDS (sodium dodecyl sulfate), on hydrate formation kinetics was also evaluated, showing that a combination of THF or DIOX and SDS is a very advantageous solution for accelerating hydrate formation. THF has been found to outperform DIOX as a hydrate promoter from both a thermodynamic, and a kinetic standpoint in presence of SDS. However, DIOX remains an interesting practical solution, due to the benefits offered as the least toxic and aggressive of these two organic compounds

CATHY : une plateforme expérimentale multi-échelles pour l'étude et la CAracTérisation d'HYdrates de gaz

Les hydrates de gaz sont des structures cristallines, composées d’un réseau tridimensionnel de molécules d’eau pouvant emprisonner sous certaines conditions de pression et température des molécules de gaz comme par exemple le méthane ou le dioxyde de carbone (CO2). Les recherches menées sur ces composés ont de nombreuses applications pratiques à fort impact économique dans les domaines du flow-assurance (prévention de la formation d'hydrates de gaz pour assurer la production de gaz ou de pétrole), du captage/stockage du CO2 (traitement et/ou stockage de gaz sous pression), de l’environnement (production d'énergie propre, transport et stockage de gaz), de l’énergie (exploitation des dépôts naturels d’hydrates représentant une source colossale de gaz naturel), et de l’industrie du froid (utilisation en tant que nouveaux Matériaux à Changement de Phase (MCP)). La plateforme CATHY met en synergie trois laboratoires (le LFC-R, le LaTEP et l’IPREM-ECP) de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour (UPPA) pour l’étude et la caractérisation expérimentale des hydrates de gaz par plusieurs techniques complémentaires, mises en œuvre à différentes échelles, dans les domaines suivants : - micro et macro spectroscopie RAMAN pour l’analyse cinétique et structurale in-situ; - synthèse d’hydrates à échelle pilote et à l’échelle de la goutte ; - micro et macro calorimétrie (un brevet déposé) sous pression pour la détermination de propriétés thermodynamiques (diagrammes d’équilibre de phases, enthalpies, etc). Les différents équipements de la plateforme ainsi que des résultats expérimentaux caractéristiques de chaque technique seront illustrés et présentés pour l’hydrate de CO2

Potential role and challenges of thermal energy storage

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Utilisation rationnelle de l'énergie par les techniques de stockage et de transport du froid par chaleur latente

The increasing number of environmental restrictions as well as the growing problems of the availability of energy resources urge the energetic sector not only to develop its technologies but to use them more rationally. This report presents the synthesis of my initiatives of research carried out on the storage and transport of energy by latent heat particularly in the field of the cold. Solid-liquid Phase Change Materials are used in order to store energy efficiently by taking advantage of the latent heat of phase change. After the thermophysical characterisation of the used materials and the study of supercooling control, a process using PCM encapsulation is analysed showing its interest. Additional fundamental studies made it possible to better understand the coupled phenomena of thermal energy and hydrodynamics met with the PCM. Phase change is also used to transport energy. Diphasic secondary refrigerants are used in indirect cooling systems. Studies on production, storage and transport were carried out on ice sluries composed of ice crystals dispersed in an aqueous solution. These secondary refrigerants offer interesting advantages for energy transport and the improvement of heat transfers in exchangers, particularly thanks to the latent heat of fusion of the ice. A better management of the use of these technologies is essential. Thermodynamic analyses based not only on energetic but also exergetic concepts allow an interesting optimisation of the operation of the processes.Les contraintes environnementales de plus en plus fortes ainsi que les problèmes grandissants de la disponibilité des ressources énergétiques obligent le secteur de l'énergie non seulement à une évolution importante de ses technologies mais aussi à leurs utilisations plus rationnelles. Ce mémoire présente la synthèse de mes initiatives de recherches menées sur le stockage et le transport de l'énergie par chaleur latente essentiellement dans le domaine du froid. Les Matériaux à Changement de Phase solide-liquide sont utilisés afin de stocker l'énergie de manière efficace en bénéficiant de la chaleur latente de changement d'état. Après la caractérisation thermophysique des matériaux utilisés et l'étude de la maîtrise de la surfusion, un procédé utilisant l'encapsulation du MCP est analysé montrant son intérêt. Quelques études complémentaires plus fondamentales ont permis de mieux comprendre les phénomènes couplés de thermique et d'hydrodynamique rencontrés avec les MCP. Le changement d'état est aussi utilisé pour transporter l'énergie. Les fluides frigoporteurs diphasiques sont utilisés dans les systèmes à refroidissement indirect. Des études sur les parties génération, stockage et transport ont été menées sur des coulis de glace constitués d'un mélange de cristaux de glace dans une solution aqueuse. Ces fluides frigoporteurs secondaires offrent des avantages intéressants pour le transport d'énergie et l'amélioration des transferts dans des échangeurs de chaleur, en particulier grâce à la chaleur latente de fusion de la glace. Une meilleure gestion de l'utilisation de ces technologies est indispensable. Des analyses thermodynamiques basées non seulement sur les notions énergétiques mais aussi exergétiques permettent une optimisation intéressante du fonctionnement des procédés

28th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS 2015)

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Production de fluides frigoporteurs diphasiques basée sur le phénomène de surfusion (Intérêt énergétique)

Le défi environnemental concerne l'ensemble des secteurs industriels. Dans ce contexte, l'industrie du froid en plein essor se doit de développer des technologies économes en énergie et de réduire la quantité de fluide frigorigène type HFC dans le cadre du protocole de Kyoto. Une voie prometteuse consiste à limiter la quantité de HFC en utilisant des réseaux de froid indirect. Cependant cette technologie comporte des inconvénients qui peuvent être en partie évités par l'utilisation de fluides frigoporteurs diphasiques liquide-solide à fort potentiel énergétique représenté par la chaleur latente. Nous présentons ici une étude comparative entre des frigoporteurs monophasiques et diphasiques et faisons ressortir l'intérêt énergétique de ces derniers ainsi que la réduction des infrastructures du réseau (pompes, canalisation). Toutefois le développement des fluides frigoporteus diphasiques se heurte à des problèmes techniques au niveau de la production. En effet, les procédés utilisés jusqu'alors fonctionnent sur le principe des échangeurs à surface raclée. Ces technologies utilisent un système de raclage et comportent alors tous les inconvénients d'un système mécanique (pièces tournantes, maintenance) et une consommation électrique importante. Les fluides stabilisés comportent d'autres problèmes notamment liés à la surfusion du fait de capsules de petits volumes. Nous avons développé au cours de cette thèse un procédé de production de fluides frigoporteurs diphasiques basé sur le phénomène de la surfusion. Le principe de notre procédé est de générer un flux continu d'eau surfondue, et de provoquer la cristallisation au sein d'une cuve de stockage. Les principaux avantages de ce procédé sont, de refroidir l'eau directement dans l'évaporateur de la machine frigorifique et de fonctionner avec des technologies simples et éprouvées. Nous présentons d'abord le phénomène de la surfusion et le procédé du laboratoire, et dans un deuxième temps nous détaillons les résultats expérimentaux permettant de déterminer les paramètres de fonctionnement du procédé. Ces paramètres étant le degré de surfusion, le régime d'écoulement (nombre de Reynolds) et la température de la source froide (température d'évaporation du fluide frigorigène). Enfin nous avons réalisé une modélisation de l'évaporateur afin d'appréhender les phénomènes physiques et les risques de cristallisation au sein de l'évaporateur.The environmental challenge relates to all industrial sectors. In this context, the refrigerant industry who knows a significant growth must, improve energy efficiency and reduce the quantity of refrigerant fluid such as HFC within the framework of the protocol of Kyoto. A promising way consists to limit the quantity of HFC by using cold distribution network. However this technology comprises disadvantages which can be partly avoided by using ice slurry. These two-phase fluids (liquid-solid) present the advantage of a high cooling capacity due to the latent heat of fusion of the ice. We present a comparative study between single-phase and two-phase secondary refrigerant fluid and emphasize the energetic benefits as well as the reduction of the infrastructures of the network (pumps, pipe). However the development of two-phase secondary refrigerant have to faces with technical problems for the production. Indeed the processes usually used work with scraped surface exchangers. These technologies use a system of scraping and then comprise all the disadvantages of a mechanical system (revolving parts, maintenance) and an important electric consumption. The stabilized fluids comprise other problems in particular due to supercooled phenomenon because of capsules of small volumes. We have developed during this thesis a process of production of two-phase secondary refrigerant fluid based on the supercooling phenomenon. The principle of our process is to generate a continuous supercooled water flow, and to cause crystallization within a storage tank. The principal advantages of this process are, to cool water directly in the evaporator of the refrigerating machine and to function with simple and tested technologies. At first we present the phenomenon of supercooled and the process developed in the laboratory, and in the second time we detail the experimental results allowing to determine the parameters of the process. These parameters are the supercooled degree, the flow (Reynolds number) and the temperature of the cold source (evaporating temperature). Finally we carried out a model of the evaporator in order to understand the physical phenomena and the risks of crystallization within the evaporator.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

Générateurs thermoélectriques : applications, conception et optimisation

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Projet STEEP: stockage thermique pour l’éco-efficacité des procédés

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