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

Autor: BEAUPERE, Noé
Přispěvatelé: BEAUPERE, Noé, Département des Technologies des NanoMatériaux (DTNM), Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de L'Energie Solaire (INES), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Génie Civil et Géo-Environnement [Béthune] (LGCgE), Université d'Artois (UA), Financement CEA, Université d'Artois, Laurent Zalewski, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de L'Energie Solaire (INES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Sciences de l'ingénieur [physics]. Université d'Artois, 2019. Français. ⟨NNT : ⟩
Sciences de l'ingénieur [physics]. Université d'Artois, 2019. Français
Popis: 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.
Databáze: OpenAIRE
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