No description available.

Detailed thermodynamic, kinetic, geometric, and cost models are developed, implemented, and validated for the synthesis/design and operational analysis of hybrid solid oxide fuel cell (SOFC) – gas turbine (GT) – steam turbine (ST) systems ranging in size from 1.5 MWe to 10 MWe. The fuel cell model used in this thesis is based on a tubular Siemens-Westinghouse-type SOFC, which is integrated with a gas turbine and a heat recovery steam generator (HRSG) integrated in turn with a steam turbine cycle. The SOFC/GT subsystem is based on previous work done by Francesco Calise during his doctoral research (Calise, 2005). In that work, a HRSG is not used. Instead, the gas turbine exhaust is used by a number of heat exchangers to preheat the air and fuel entering the fuel cell and to provide energy for district heating. The current work considers instead the possible benefits of using the exhaust gases in an HRSG in order to produce steam which drives a steam turbine for additional power output. Four different steam turbine cycles are considered in this M.S. thesis work: a single-pressure, a dual-pressure, a triple-pressure, and a triple-pressure with reheat. The models have been developed to function both at design (full load) and off-design (partial load) conditions. In addition, different solid oxide fuel cell sizes are examined to assure a proper selection of SOFC size based on efficiency or cost. The thermoeconomic analysis includes cost functions developed specifically for the different system and component sizes (capacities) analyzed. A parametric study is used to determine the most viable system/component syntheses/designs based on maximizing total system efficiency or minimizing total system life cycle cost. / Master of Science

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται το πρόβλημα του διαμοιρασμού των διαθέσιμων πόρων ενός ασύρματου συστήματος επικοινωνίας στους χρήστες μέσα στην περιοχή μιας κυψέλης. Γίνεται η υπόθεση ότι το ασύρματο σύστημα κάνει χρήση της τεχνικής πολλαπλής πρόσβασης (multiple–access technique) OFDMA, δηλαδή ότι χρησιμοποιεί έναν αριθμό ορθογώνιων υποφορέων τον οποίο αναθέτει στους χρήστες για τη μετάδοση της πληροφορίας. Η μελέτη εστιάζεται στην κάτω ζεύξη (downlink) του συστήματος OFDMA, δηλαδή στη μετάδοση δεδομένων από το σταθμός βάσης της κυψέλης στους χρήστες – δέκτες. Οι διαθέσιμοι πόροι του συστήματος είναι οι ορθογώνιοι υποφορείς και η συνολική διαθέσιμη ισχύς στο σταθμό βάσης. Θεωρούμε ότι ο σταθμός βάσης έχει στη διάθεσή του τέλεια γνώση του καναλιού που τον συνδέει με κάθε χρήστη (channel state information – CSI) μέσω καναλιών ανάδρασης. Η πληροφορία κατάστασης του καναλιού χρησιμοποιείται από τον σταθμό βάσης για την κατανομή των πόρων προς τους χρήστες με δυναμικό τρόπο με χρήση κατάλληλων αλγορίθμων. Εναλλακτικά, εάν ο πομπός δε διαθέτει αξιόπιστη πληροφορία σχετικά με την κατάσταση του καναλιού ή για απλοποίηση του σχεδιασμού η ανάθεση των πόρων μπορεί να πραγματοποιηθεί στατικά, δηλαδή γίνεται μόνιμη ανάθεση ενός συνόλου υποφορέων ανά χρήστη δίχως να λαμβάνεται υπόψη η CSI. Η ισχύς μπορεί να κατανεμηθεί στους υποφορείς είτε ισόποσα ή, βάσει της CSI, με χρήση του αλγορίθμου water–filling. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται διαφορετικά σενάρια κατανομής των πόρων που περιλαμβάνουν αλγορίθμους για την ανάθεση των υποφορέων και το διαμοιρασμό των κατάλληλων ποσοτήτων ισχύος στους υποφορείς. Ανάλογα με το στόχο και τις ανάγκες των χρηστών του συστήματος, καθώς και με το ποσό της διαθέσιμης πληροφορίας καναλιού στο σταθμό βάσης, χρησιμοποιούνται διαφορετικοί αλγόριθμοι. Συγκεκριμένα, ο αλγόριθμος Maximum Sum Rate (MSR) επιδιώκει τη μεγιστοποίηση του συνολικού ρυθμού μετάδοσης του συστήματος χωρίς, όμως, να ενδιαφέρεται για την πιθανότητα κάποιοι από τους χρήστες να υποεξηπηρετούνται. Αντιθέτως, ο αλγόριθμος μέγιστης δικαιοσύνης ή αλγόριθμος max–min (ΜΜ) έχει ως κύριο μέλημά του την όσο το δυνατόν καλύτερη εξυπηρέτηση όλων των πελατών στο σύστημα. Τέλος, οι στατικές στρατηγικές ανάθεσης, αν και υποδεέστερες όσον αφορά την επίδοση, είναι πιο απλές στην υλοποίησή τους και μπορούν να εφαρμοστούν σε περιπτώσεις όπου η CSI δεν είναι διαθέσιμη ή δεν είναι επαρκώς αξιόπιστη. / In this diploma thesis, the downlink of a single-cell system is considered in the downlink transmission. The multiple–access technique that is used in this system is OFDMA and the objective is the allocation of the resources among users that access the system. The available resources to be distributed among the users of the OFDMA system comprise the subcarriers over which the signals of the users are transmitted and the available power that is allocated among subcarriers. It is assumed that users estimate and feedback perfectly the channel state information (CSI) to the base station of the cell, where subcarrier and power allocation are determined according to the CSI of the users and the resource–allocation algorithm. Subcarrier assignment to each user can be implemented in a static or a dynamic fashion. When static subcarrier allocation is employed, the CSI is not taken into account, and a fixed set of subcarriers is assigned to each user. On the other hand, dynamic allocation uses CSI and results in improved achievable rates compared to static allocation. Regarding transmit power adaptation, it can be allocated to subcarriers either equally or, provided that the CSI is perfectly known to the transmitter (the base station), using the water–filling procedure. In this diploma thesis, different resource allocation strategies for the downlink of an OFDMA system are compared. Each algorithm has a different objective. For instance, the objective of the Maximum Sum Ratio (MSR) algorithm is to maximize the sum rate of all users on the system with no regard to underserved users. On the contrary, the Max–Min (MM) algorithm, also known as Maximum Fairness Algorithm, has a different philosophy. Specifically, the objective of MM is the better service of the underserved users allocating an amount of resources to them to provide the maximum possible fairness to all users. Despite the total sum rate penalty it experiences, the MM algorithm leads to improved fairness compared to MSR. Finally, although inferior to their dynamic counterparts, static resource allocation strategies are easier to implement and can be employed even in the absence of CSI.

Jet pumps are among the components of automotive FC systems (FCS) whose design need to be optimally tailored in order to improve the system efficiency. We had concluded that the ejector CFD model needed to optimize the design had to meet the requirements of being both complete enough, so that a realistic simulation of the FC system is attained, and computationally light, so that the CFD computations could be run embeded into real-time dynamic simulations of the FCS anode loop. Whereas we previously employed unstructured tetrahedral meshes, leading to excessive cell counts, our present work involves block-structured grids of purely hexahedral cells, resulting in a cell count an order of magnitude smaller. To ease our block-structure strategy, the previous geometry was slightly simplified. Our results agree with performance data already published. / Strahlpumpen gehören zu den Komponenten von Automotive FC-Systemen (FCS), deren Konstruktion optimal zugeschnitten werden muss, um die Systemeffizienz zu verbessern. Wir hatten zu dem Schluss gekommen, dass das Ejector CFD-Modell, das zur Optimierung des Designs benötigte, die Anforderungen des Seins vollständig genug erfüllen musste, so dass eine realistische Simulation des FC-Systems erreicht wird, und rechenlich leicht, so dass die CFD-Berechnungen eingebettet werden könnten Echtzeit-dynamische Simulationen der FCS-Anodenschleife. Während wir zuvor unstrukturierte Tetraedral-Meshes eingesetzt hatten, was zu übermäßigen Zellzählungen führte, beinhaltet unsere vorliegende Arbeit blockstrukturierte Gitter aus rein hexaedrischen Zellen, was zu einer Zelle führt, die eine größere Größenordnung darstellt. Um unsere Blockstrukturstrategie zu erleichtern, wurde die vorherige Geometrie leicht vereinfacht. Unsere Ergebnisse stimmen mit bereits veröffentlichten Leistungsdaten überein.

Dans de nombreux réseaux, la régulation efficace du transfert d'énergie entre les sous-systèmes de production, de stockage et d'utilisation demeure un sujet difficile à traiter. Dans cette thèse on a proposent une nouvelle stratégie pour atteindre cet objectif, ainsi que sa mise en œuvre. Le dispositif est appelé routeur d'énergie dynamique (RED), parce que, contrairement à la pratique actuelle, l'asservissement de l'écoulement de puissance se fait sans s'appuyer sur des hypothèses stationnaire. Une hypothèse clé pour le bon fonctionnement du RED est que la dissipation du système est négligeable. Toutefois, en présence de pertes en ligne le RED initial n'est plus opérationnel, car il est base sur l'hypothèse clé de non dissipation des interconnections. Dans ce travail, un nouveau RED prenant en compte la présence de pertes est proposé. Des preuves de l'amélioration des performances sont présentées en simulation comme en expérimentation. Un complément de ce travail a été réalisée sur l'estimation des paramètres d'une pile à combustible du type Polymer Exchange Membrane (PEM) dans le but de concevoir un estimateur convergeant sur un grand domaine (convergence globale). Ce dernier utilise des principes d'immersion et d'invariance développés récemment dans la théorie des asservissements. / Efficient regulation of the energy transfer between generating, storage and load subsystems is a topic of current practical interest. A new strategy to achieve this objective, together with its corresponding power electronics implementation, was recently proposed in this thesis work. The device is called dynamic energy router (DER) because, in contrast with current practice, the regulation of the direction and rate of change of the power flow is done without relying on steady–state considerations. A key assumption for the correct operation of the DER is that dissipation in the system is negligible. Unfortunately, in the presence of dissipation the original DER ceases to be operational. In this thesis a new DER that takes into account the presence of losses is proposed. Simulation and experimental evidence of the performance improvement with the new DER are presented. As a complement of this work a global convergent estimator of parameters of Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) was designing by using the principles or “Immersion and Invariance” recently reported in control theory.

Flavonoids are a group of plant secondary metabolites that are vital to the cell systems of plants. The intake of these chemicals is advantageous to animals for their antioxidant properties that affect the function of immune and inflammatory cells. The bitter taste of grapefruit (Citrus paradise) and other citrus species is caused by the accumulation of glycosylated flavonoids. Glucosyltransferases (GTs) are enzymes that add glucose moieties to a carbon or hydroxyl group of natural products. The function of a putative secondary product GT clone was tested. In previous research, putative GT 4 was cloned into a pCD1 modified pET expression system, heterologously expressed in E.coli, and screened for activity with only a few substrates, and little GT activity was found. Issues of protein localized to inclusion bodies in bacteria are being addressed. PGT 4 is being heterologously expressed in yeast (Pichia pastoris) to allow for protein production and analysis. PGT 4 will be screened for GT activity with different flavonoid subclass representatives and simple phenolics. PGT 4’s significant impact on the biochemical regulation of Citrus paradise will be elucidated with its characterization and determination of PGT 4’s structure and function.

Flavonoids are a group of plant secondary metabolites that are vital to the cell systems of plants. The intake of these chemicals is advantageous to animals for their antioxidant properties that affect the function of immune and inflammatory cells. The bitter taste of grapefruit (Citrus paradisi) and other citrus species is caused by the accumulation of glycosylated flavonoids. Glucosyltransferases (GTs) are enzymes that add glucose moieties to a carbon or hydroxyl group of natural products. The function of a putative secondary product GT clone was tested. In previous research, putative GT 4 was cloned into a pCD1 modified pET expression system, heterologously expressed in E.coli, and screened for activity with a few substrates; little GT activity was found. Issues of protein localized to inclusion bodies in bacteria were addressed. PGT 4 is being heterologously expressed in yeast (Pichia pastoris) to allow for protein production and analysis. PGT 4 was screened for GT activity with different flavonoid subclass representatives and simple phenolics.

Durant les últimes dècades, hi ha hagut gran interès en l'exploració de noves tècniques per modular l'absorció d’un fàrmac a través de la pell. Aquests estudis apunten a la necessitat d'obtenir vehicles de mida adequada, alta estabilitat i biocompatibilitat. Els sistemes bicel•lars són nanoagregats constituïts per fosfolípids de cadena alquílica llarga i fosfolípids de cadena curta. Depenent de la composició i de la temperatura aquests sistemes poden tenir diferents formes sent les més comunes les nanoestructures discoïdals anomenades bicel•les, on els fosfolípids de cadena llarga estan ordenats com una bicapa plana i els fosfolípids de cadena curta s’organitzen en les vores, tancant l’estructura. Tenint en compte l'estructura, composició i nanodimensions d'aquests sistemes, el seu ús com a sistemes tòpics d’ alliberació pot ser interessant. El diclofenac de dietilamina (DDEA) i l'àcid flufenàmic (FFA) són potents fàrmacs antiinflamatoris no esteroides (AINEs) amb efectes analgèsics. DDEA i FFA poden provocar efectes secundaris quan s'administren per via oral o per injecció intramuscular. Per tant, la identificació d'estratègies per reduir la toxicitat i augmentar l'efecte farmacològic dels AINEs pot ser de gran rellevància. A més, el FFA és insoluble en aigua i els dissolvents orgànics que són capaços de solubilitzar aquesta droga podrien afectar a la pell. A causa d'això, la inclusió del DDEA o del FFA en sistemes bicel•lars com a vehicle podria ser una bona alternativa. Normalment, els estudis d’absorció percutània de fàrmacs es realitzen en biòpsies de pell amb la funció barrera del estrat corni (SC) intacta. No obstant això, sota diferents condicions patològiques, la funció de barrera del SC es veu afectada. Es per això que s’ha cregut interessant el fer estudis d’absorció percutània tan en pell sana com en pell amb la funció barrera deteriorada. Anteriorment als estudis d’absorció percutània in vitro amb pell porcina s’ha fet una caracterització fisico-química exhaustiva dels sistemes bicel•lars estudiats amb i sense fàrmac. Aquesta caracterització s’ha dut a terme mitjançant diverses tècniques específiques com ara: DLS, DSC, Cryo-TEM, FFEM, SAXS i WAXS. Posteriorment als estudis de permeació cutània, s’ha estudiat els efectes produïts pels sistemes bicel•lars a la pell mitjançant les tècniques de FS-TEM, ATR-FTIR i SAXS-SR. Els resultats obtinguts en la caracterització fisico-química indiquen que els sistemes bicel•lars són capaços d’incorporar tant un principi actiu amfifílic (DDEA) com un lipofílic (FFA). La inclusió de DDEA en els sistemes bicel•lars ocasiona una disminució del seu tamany de partícula i de l’amplada de la bicapa, i un empaquetament lateral ortoròmbic. En canvi la inclusió de FFA indueix un augment del tamany de l’estructura bicel•lar. S’ha visualitzat la formació de nous agregats, com grans estructures multilaminars, estructures ondulades, discoïdals o tubulars, en funció de la temperatura. Els resultats de SAXS indiquen que a 25 °C aquests nanoagregats formen làmines apilades i a 32.5 i 37 °C no es detecta cap apilament ni reducció del tamany de la bicapa respecte als sistemes sense fàrmac. Dels resultats de WAXS es va deduir que la incorporació del FFA indueix un desordre en l’empaquetament lateral passant d’ortoròmbic a hexagonal. En ambdós casos els resultats d’absorció percutània indiquen un efecte retardant de l’absorció del fàrmac quan aquest és inclòs en els sistemes bicel•lars. En canvi quan es fa un pretractament de la pell amb sistemes bicel•lars sense fàrmac i després s’aplica una solució aquosa de DDEA, l’efecte és de potenciador de l’absorció percutània. S’ha dissenyat un protocol in vitro d’absorció percutània utilitzant com a compostos de referència l’àcid salicílic i la cafeïna, que permet simular el comportament d’una pell patològica amb la seva funció barrera deteriorada. Aquest mètode d’absorció percutània contempla unes condicions més realistes per obtenir un perfil d’absorció percutània més rigorós en el cas d’una pell patològica. Utilitzant aquest protocol específic d’absorció percutània, s’ha pogut constatar que els sistemes bicel•lars que contenen DDEA poden exercir un efecte protector sobre la funció barrera de la pell. A més, l’efecte retardant dels sistemes bicel•lars podria afavorir l’acció antiinflamatòria del DDEA a nivell de l’epidermis i la dermis i disminuiria el possible efecte toxicològic a nivell sistèmic. Considerant conjuntament els resultats es pot deduir que els sistemes bicel•lars poden ser bones estratègies de vehiculització de principis actius per a la seva aplicació tòpica.

<p>Die Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Reaktor und wandelt chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie um. In der stationären Energieerzeugung ist der Brennstoffzellenstapel selbst nur ein kleiner Bestandteil des vollständigen Systems. Die Integration aller zusätzlichen Bestandteile, der Peripheriegeräte (Balance-of-Plant) (BoP), ist eine der Hauptaufgaben in der Studie der Brennstoffzellenkraftwerke.</p><p>Diese Untersuchung betrifft die Systemstudie des auf der Schmelz-Karbonat-Brennstoffzelle (MCFC) basierten Kraftwerks. Die Systemstudie ist mit dem Simulationprogramm Aspen PlusTM durchgeführt worden.</p><p>Artikel I beschreibt die Implementierung eines in Aspen PlusTM entwickelten MCFC Stapelmodells, um ein MCFC Kraftwerk zu studieren, das Erdgas als Brennstoff verwendet.</p><p>Artikel II beschreibt, wie unterschiedliche Prozeßparameter, wie Brenngasnutzung und dieWahl des Brennstoffes, die Leistung eines MCFC Kraftwerks </p> / <p>A fuel cell is an electrochemical reactor, directly converting chemically bound energy to electrical energy. In stationary power production the fuel cell stack itself is only a small component of the whole system. The integration of all the auxiliary components, the Balance-of-Plant (BoP), is one of the main issues in the study of fuel cell power plants.</p><p>This thesis concerns the systems studies of molten carbonate fuel cell (MCFC) based power plants. The system studies has been performed with the simulation software Aspen PlusTM.</p><p>Paper I describes on the implementation of a developed MCFC stack model into Aspen PlusTM in order to study an MCFC power plant fueled with natural gas.</p><p>Paper II describes how different process parameters, such as fuel cell fuel utilization, influence the performance of an MCFC power plant.</p> / <p>Bränslecellen är en elektrokemisk reaktor som kan direkt omvandla kemiskt bunden energi till elektrisk energi. I stationär kraftproduktion är själva bränslecellsstapeln endast en mindre komponent i systemet. Integrationen av kringutrustningen, den s.k. Balance-of-Plant (BoP), som tex. pumpar, kompressorer och värmeväxlare är en av huvudfrågeställningarna i studierna av bränslecellskraftverk. Denna avhandling avser systemstudier av mältkarbonatbränslecellsbaserade (MCFC) kraftverk. Systemstudierna har utförts med processimuleringprogramet Aspen PlusTM.</p><p>Artikel I beskriver en utvecklad MCFC-cellmodell, som implementeras som "user model" i Aspen Plus, för att studera ett naturgasbaserat bränslecellskraftverk.</p><p>Artikel II beskriver hur olika processparametrar, som tex bränsleutnyttjande och val av bränsle, påverkar ett MCFC-kraftverks prestanda.</p>

Die Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Reaktor und wandelt chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie um. In der stationären Energieerzeugung ist der Brennstoffzellenstapel selbst nur ein kleiner Bestandteil des vollständigen Systems. Die Integration aller zusätzlichen Bestandteile, der Peripheriegeräte (Balance-of-Plant) (BoP), ist eine der Hauptaufgaben in der Studie der Brennstoffzellenkraftwerke. Diese Untersuchung betrifft die Systemstudie des auf der Schmelz-Karbonat-Brennstoffzelle (MCFC) basierten Kraftwerks. Die Systemstudie ist mit dem Simulationprogramm Aspen PlusTM durchgeführt worden. Artikel I beschreibt die Implementierung eines in Aspen PlusTM entwickelten MCFC Stapelmodells, um ein MCFC Kraftwerk zu studieren, das Erdgas als Brennstoff verwendet. Artikel II beschreibt, wie unterschiedliche Prozeßparameter, wie Brenngasnutzung und dieWahl des Brennstoffes, die Leistung eines MCFC Kraftwerks / A fuel cell is an electrochemical reactor, directly converting chemically bound energy to electrical energy. In stationary power production the fuel cell stack itself is only a small component of the whole system. The integration of all the auxiliary components, the Balance-of-Plant (BoP), is one of the main issues in the study of fuel cell power plants. This thesis concerns the systems studies of molten carbonate fuel cell (MCFC) based power plants. The system studies has been performed with the simulation software Aspen PlusTM. Paper I describes on the implementation of a developed MCFC stack model into Aspen PlusTM in order to study an MCFC power plant fueled with natural gas. Paper II describes how different process parameters, such as fuel cell fuel utilization, influence the performance of an MCFC power plant. / Bränslecellen är en elektrokemisk reaktor som kan direkt omvandla kemiskt bunden energi till elektrisk energi. I stationär kraftproduktion är själva bränslecellsstapeln endast en mindre komponent i systemet. Integrationen av kringutrustningen, den s.k. Balance-of-Plant (BoP), som tex. pumpar, kompressorer och värmeväxlare är en av huvudfrågeställningarna i studierna av bränslecellskraftverk. Denna avhandling avser systemstudier av mältkarbonatbränslecellsbaserade (MCFC) kraftverk. Systemstudierna har utförts med processimuleringprogramet Aspen PlusTM. Artikel I beskriver en utvecklad MCFC-cellmodell, som implementeras som "user model" i Aspen Plus, för att studera ett naturgasbaserat bränslecellskraftverk. Artikel II beskriver hur olika processparametrar, som tex bränsleutnyttjande och val av bränsle, påverkar ett MCFC-kraftverks prestanda. / QC 20101129