Couplage entre le stockage et distribution de froid par coulis d'hydrates

Coupling between storage and cold distribution by hydrate slurries

• Auteur / Autrice : Pascal Clain
• Direction : Laurence Fournaison
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 06/02/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Génie des procédés et technologies avancées (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (France ; 2012-2019)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anthony Delahaye, Hélène Rivière-Kaluc, Philippe Guibert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Mazet, Christophe Dicharry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique

Hydrates

Rhéologie

Fluides frigorigènes

Mots clés libres

Coulis d'hydrates

Hydrates mixtes

Stockage d'énergie

Conditions d'équilibres

Cinétique

Rhéologie

Analyse de tailles de particules

Modélisation thermique

Hydrate slurry

Mixed hydrates

Bimodal crystals distribution

Résumé

L'utilisation des coulis d'hydrates comme Fluides Frigoporteurs Diphasiques (FFD) permet de réduire l'impact environnemental des systèmes frigorifiques car ces fluides possèdent une densité énergétique élevée. Leur application pour le stockage d'énergie thermique serait une réponse à une problématique industrielle de distribution de froid (climatisation, procédés de refroidissement). Ce projet propose d'étudier le couplage entre un dispositif de stockage et un système de distribution par coulis d'hydrates. Un réacteur bi-étagé a été conçu pour simuler le procédé. L'étude des conditions d'équilibres d'hydrates simples et mixtes dans un milieu poreux montrent la possibilité de faire varier la température d'équilibre sans dégradation de l'enthalpie de changement de phase. La cinétique de formation/dissociation des hydrates a été étudiée selon des théories de cristallisation et un modèle empirique a été obtenu. L'étude rhéologique des coulis d'hydrates simples et mixtes a mis en évidence le comportement rhéofluidifiant des coulis avec une forte tendance à l'agglomération pour le coulis d'hydrates mixtes. L'analyse de la distribution de tailles de particules a montré que le coulis a une répartition bimodale des cristaux. La caractérisation du réacteur a pu montrer l'impact de paramètres opératoires sur le temps d'induction. Un outil numérique 2D, intégrant les différents résultats empiriques obtenus, a été développé pour simuler le profil de température dans le réacteur et a été validé en première approche.

The use of hydrate slurries as two-phase secondary refrigerants (FFD) reduces the environmental impact of refrigeration systems because these fluids have a high energy density. They can be used for cold storage will be a solution at an industrial problem of cold distribution at various temperature levels (air-conditioning, cooling process or preservation temperature). In this work, we study the coupling between a storage device and a cold distribution system by hydrate slurries. For achieve this objective, a two-stage reactor has been built for simulate the process. Equilibrium conditions studies for single and mixed hydrate showed an equilibrium temperature shift in porous media without deterioration of latent heat fusion. Hydrates formation/dissociation kinetics have been studied according to crystallization classical theories and an empirical model was obtained. Rheological studies of hydrate slurries emphasized a shear-thinning behavior for both, but a high propensity for agglomeration for mixed hydrate slurry. Particle size analysis showed the slurry has bimodal crystals distribution. Experimental set-up characterization showed process parameters effect in induction time. A 2D numerical tool integrating various empirical relations was developed for modelling temperature profile in the reactor and was validated in a first approach.