PILOTAGE DE LA LIBÉRATION DE CHALEUR ET ÉTUDE DU VIEILLISSEMENT DE MATÉRIAUX À CHANGEMENT DE PHASE - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2019

MONITORING OF THE RELEASE OF HEAT AND AGING STUDY OF PHASE CHANGE MATERIALS

PILOTAGE DE LA LIBÉRATION DE CHALEUR ET ÉTUDE DU VIEILLISSEMENT DE MATÉRIAUX À CHANGEMENT DE PHASE

Résumé

Thermal energy storage with phase change materials (PCMs) is a well-known technique to store solar thermal energy (large scale storage applications). The development of thermal storage is also growing at intermediate scales. Some PCMs can exhibit a large supercooling degree, as the material remain liquid below its melting point. This supercooling degree can be seen as a limitation to the use of PCMs in applications, because a value below the required application temperature needs to be reached. However, it would be turned into a benefit if a reliable way of crystallization triggering was developed for heat on-demand applications. Sodium Acetate Trihydrate (SAT, CH3COONa.3H2O) was first selected from a large range of PCMs. This material melts at 58 °C and its initial latent heat, around 240 J.g-1, can change throughout cycles because of the dissociation between anhydrous sodium acetate and water. A decrease of 10 % of this latent heat was measured after 70 cycles, however it could not be limited by the used method of the extra-water addition. Its supercooling degree is volume-dependent and can reach approximately 100 °C at 20 mg. The main goal of this work was the supercooling reduction, thanks to the development of an original experimental bench with an external ultrasonic transducer as triggering technique. This bench allows for variation of several parameters that can affect the nucleation rate, such as sample mass (between 3 and 30 g), supercooling degree or energy provided by ultrasounds. Thanks to this variation, a reliable crystallization was observed from the beginning of ultrasonic irradiations, under specific conditions.
Le stockage par chaleur latente à l’aide de matériaux à changement de phase (MCP) est une technique largement connue pour conserver l’énergie solaire thermodynamique (stockage à grande échelle). Des systèmes de stockage sont aussi en cours de développement à des échelles intermédiaires. Certains MCP peuvent présenter un large degré de surfusion, où le matériau reste liquide en dessous de son point de fusion. Cette surfusion est généralement perçue comme un obstacle au développement d’applications car la température devra être diminuée bien au-delà du point de fonctionnement visé pour aboutir à la cristallisation. Cependant, elle pourrait devenir un avantage si un moyen efficace était développé pour déclencher une libération de chaleur à la demande par une cristallisation répétable. L’acétate de sodium trihydraté (AST, CH3COONa.3H2O) a tout d’abord été sélectionné parmi différents MCP. Celui-ci fond à 58 °C et possède une chaleur latente de 240 J.g-1. Celle-ci peut évoluer au cours des cycles à cause de la dissociation entre l’acétate de sodium anhydre et l’eau. Une diminution de sa valeur de 10 % après 70 cycles a été mesurée, sans que la méthode d’ajout d’eau n’ait permis de l’atténuer. Son degré de surfusion dépend du volume, et peut atteindre environ 100 °C pour une masse de 20 mg. Un banc expérimental original a ensuite été développé qui intègre une sonde à ultrasons externe pour déclencher la cristallisation à la demande. Il permet également d’étudier certains paramètres ayant un impact sur le taux de nucléation, comme la masse de l’échantillon (entre 3 et 30 g), le degré de surfusion ou l’énergie fournie par ultrasons. Une cristallisation répétable a ainsi été obtenue dès la génération des ultrasons selon des conditions spécifiques.
Fichier principal
Vignette du fichier
Manuscrit_these_Noe_Beaupere.pdf (15.89 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03160528 , version 1 (05-03-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03160528 , version 1

Citer

Noé Beaupere. PILOTAGE DE LA LIBÉRATION DE CHALEUR ET ÉTUDE DU VIEILLISSEMENT DE MATÉRIAUX À CHANGEMENT DE PHASE. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université d'Artois, 2019. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03160528⟩
725 Consultations
228 Téléchargements

Partager

More