No description available.

Lately, car manufacturers have been put to a big challenge to reduce the CO2 emission of their entire fleets. Norms of pollutant emissions limit the ways to achieve the desired CO2 emission goals, as some of the solutions that would lead to lower CO2 emission also lead to higher pollutant emission. Waste Heat Recovery (WHR) could be a good solution to lower the CO2 emission of the Internal Combustion Engine (ICE) without increasing the pollutant emission. In the present thesis different WHR strategies are analysed and the results suggested it would be interesting to further study the Brayton cycle machine. Air Brayton Cycle (ABC) represents a way to recover a part of the heat energy of the ICE exhaust gases and transform it into mechanical energy. Recovered mechanical energy would then be returned to the crankshaft of the ICE, thereby reducing the amount of energy that has to be liberated by combustion of fuel which lowers the fuel consumption and CO2 emission. The study of ABC started with an analysis of the ideal cycle in order to obtain the theoretical maximum of the system. The study continued with an analysis of the semi ideal cycle where all losses are taken into account only by two efficiency coefficients. This analysis showed that for the diesel engine efficiency of the ABC is very low because of the low exhaust gas temperature. For the gasoline engine the cycle could be viable when the ICE is working under steady condition and higher load. These conditions could be fulfilled when the vehicle is driven on the highway. Detailed analysis was aimed at determining the cycle main losses. They were determined to be: pumping losses, losses caused by heat transfer and mechanical losses. Taking into account these main losses along with other direct and indirect losses it was concluded that the cycle is not viable for the types of the WHR machines that were considered in this study. In order for the cycle to be viable some other either existing or new machine type should be tested, that would lower the main losses and offer good isentropic and mechanical efficiency for desired conditions. / Últimamente los fabricantes de automóviles se han puesto el gran reto de reducir la emisión de CO2 en la totalidad de sus flotas. Las nuevas normativas para la reducción de las emisiones contaminantes limitan los medios para lograr los objetivos deseados en la emisión de CO2 porque algunas de las soluciones que llevan a la reducción en la emisión de CO2 también dan lugar a un incremento en la emisión de otros contaminantes. La recuperación de calor residual (WHR) podría ser una buena solución para reducir las emisiones de CO2 del motor de combustión interna (ICE) sin poner en peligro la emisión de contaminantes. En la presente Tesis se analizaron diferentes estrategias de WHR y se concluyó que sería interesante estudiar más a fondo la máquina de ciclo Brayton. El Ciclo Brayton de Aire (ABC) permite recuperar una parte del calor de los gases de escape del ICE y transformar este calor en energía mecánica. La energía mecánica recuperada se devuelve al cigüeñal del ICE, reduciendo de ese modo la cantidad de energía que tiene que ser liberada por la combustión del combustible, lo cual permite reducir el consumo de combustible y las emisiones de CO2. En esta Tesis se estudia el ABC mediante un análisis del ciclo ideal con el fin de obtener el máximo teórico del sistema. El modelo se mejora con un análisis del ciclo semi-ideal donde se tienen en cuenta todas las pérdidas mediante el uso de dos coeficientes generales. Este análisis muestra que para el motor diesel la eficiencia del ciclo ABC es muy baja debido a la baja temperatura del gas de escape. Para el motor de gasolina el ciclo podría ser viable cuando el ICE está trabajando bajo condiciones estacionarias y una carga mayor. Estas condiciones se podrían cumplir cuando el vehículo está circulando en autopista. El análisis detallado de este ciclo tiene como objetivo determinar las pérdidas principales de ciclo. Las pérdidas principales se identificaron como: las pérdidas de bombeo, las pérdidas causadas por la transferencia de calor y las pérdidas mecánicas. Teniendo en cuenta estas pérdidas principales junto con otras pérdidas directas e indirectas, se concluyó que el ciclo no es viable para los tipos de máquinas WHR que fueron considerados en este estudio. Para que el ciclo sea viable se tiene que buscar alguna otra máquina existente o un nuevo tipo de máquina que reduzca las principales pérdidas y ofrezca un buen rendimiento isentrópico y mecánico para las condiciones deseadas. / Últimament els fabricants d'automòbils s'han posat el gran repte de reduir l'emissió de CO2 de la totalitat de les seues flotes. Les noves normatives de reducció de les emissions contaminants limiten els mitjans per assolir els objectius desitjats d'emissió de CO2 perquè algunes de les solucions que porten a la reducció en l'emissió de CO2 també donen lloc a un increment a l'emissió de altres contaminants. La recuperació de calor residual (WHR) podria ser una bona solució per reduir les emissions de CO2 del motor de combustió interna (ICE) sense posar en perill l'emissió de contaminants. En la present Tesi s'han analitzat diferents estratègies WHR i es va concloure que seria interessant estudiar més a fons el cicle Brayton. El Cicle Brayton d'Aire (ABC) representa una manera de recuperar una part de la calor dels gasos d'escapament de l'ICE i transformar calor a l'energia mecànica. L'energia mecànica recuperada es retorna al cigonyal de l'ICE reduint d'aquesta manera la quantitat d'energia que ha de ser alliberada per la combustió del combustible permitint la reducció del consum de combustible i les emissions de CO2. En aquesta Tesi s'ha començat estudiant un ABC amb una anàlisi del cicle ideal per tal d'obtenir el màxim teòric del sistema. Este model es millora amb una anàlisi del cicle semiideal on es tenen en compte totes les pèrdues amb tan sols dos coeficients d'eficiència. Aquesta anàlisi va mostrar que per al motor dièsel l'eficiència del cicle ABC és molt baixa a causa de la baixa temperatura del gas d'escapament. Per al motor de gasolina el cicle podria ser viable quan l'ICE està treballant sota condicions estacionàries i una càrrega més gran. Aquestes condicions es podrien complir quan el vehicle està circulant en autopista. L'anàlisi detallada del cicle va tenir com a objectiu determinar les pèrdues principals de cicle. Les pèrdues principals es van identificar com: les pèrdues de bombament, les pèrdues causades per la transferència de calor i les pèrdues mecàniques. Tenint en compte aquestes pèrdues principals juntament amb altres pèrdues directes i indirectes, es va concloure que el cicle no és viable per als tipus de màquines WHR que van ser considerats en aquest estudi. Perquè el cicle puga ser viable s'ha de buscar alguna altra màquina existent o un nou tipus de màquina que puga reduir les principals pèrdues i puga oferir un bon rendiment isentròpic i mecànic per a les condicions desitjades. / Kleut, P. (2016). Recuperation of the exhaust gases energy using a Brayton cycle machine [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/76807

Regulations for ICE-based transportation in the EU seek carbon dioxide emissions lower than 95 g CO2/km by 2020. In order to fulfill these limits, improvements in vehicle fuel consumption have to be achieved. One of the main losses of ICEs happens in the exhaust line. Internal combustion engines transform chemical energy into mechanical energy through combustion; however, only about 15-32% of this energy is effectively used to produce work, while most of the fuel energy is wasted through exhaust gases and coolant. Therefore, these sources can be exploited to improve the overall efficiency of the engine. Between these sources, exhaust gases show the largest potential of Waste Heat Recovery (WHR) due to its high level of exergy. Regarding WHR technologies, Rankine cycles are considered as the most promising candidates for improving Internal Combustion Engines. However, the implementation of this technology in modern passenger cars requires additional features to achieve a compact integration and controllability in the engine. While industrial applications typically operates in steady state operating points, there is a huge challenge taking into account its impact in the engine during typical daily driving profiles. This thesis contributes to the knowledge and characterization of an Organic Rankine Cycle coupled with an Internal Combustion Engine using ethanol as working fluid and a swash-plate expander as expansion machine. The main objective of this research work is to obtain and quantify the potential of Organic Rankine Cycles for the use of residual energy in automotive engines. To do this, an experimental ORC test bench was designed and built at CMT (Polytechnic University of Valencia), which can be coupled to different types of automotive combustion engines. Using these results, an estimation of the main variables of the cycle was obtained both in stationary and transient operating points. A potential of increasing ICE mechanical efficiency up to 3.7% could be reached at points of high load installing an ORC in a conventional turbocharged gasoline engine. Regarding transient conditions, a slightly simple and robust control based on adaptive PIDs, allows the control of the ORC in realistic driving profiles. High loads and hot conditions should be the starting ideal conditions to test and validate the control of the ORC in order to achieve high exhaust temperatures that justify the feasibility of the system. In order to deepen in the viability and characteristics of this particular application, some theoretical studies were done. A 1D model was developed using LMS Imagine.Lab Amesim platform. A potential improvement of 2.5% in fuel conversion efficiency was obtained at the high operating points as a direct consequence of the 23.5 g/kWh reduction in bsfc. To conclude, a thermo-economic study was developed taking into account the main elements of the installation costs and a minimum Specific Investment Cost value of 2030 €/kW was obtained. Moreover, an exergetic study showed that a total amount of 3.75 kW, 36.5% of exergy destruction rate, could be lowered in the forthcoming years, taking account the maximum efficiencies considering technical restrictions of the cycle components. / Las normativas anticontaminantes para el transporte propulsado por motores de combustión interna alternativos en la Unión Europea muestran límites de emisión menores a 95 g CO2/km para el año 2020. Con el fin de cumplir estos límites, deberán ser realizadas mejoras en el consumo de combustible en los vehículos. Una de las principales pérdidas en los Motores de Combustión Interna Alternativos (MCIA) ocurre en la línea de escape. Los MCIA transforman la energía química en energía mecánica a través de la combustión; sin embargo, únicamente el 15-32% de esta energía es eficazmente usada para producir trabajo, mientras que la mayor parte es desperdiciada a través de los gases de escape y el agua de refrigeración del motor. Por ello, estas fuentes de energía pueden ser utilizadas para mejorar la eficiencia global del vehículo. De estas fuentes, los gases de escape muestran un potencial mayor de recuperación de energía residual debido a su mayor contenido exergético. De todos los tipos de Sistemas de Recuperación de Energía Residual, los Ciclos Rankine son considerados como los candidatos más prometedores para mejorar la eficiencia de los MCIA. Sin embargo, la implementación de esta tecnología en los vehículos de pasajeros modernos requiere nuevas características para conseguir una integración compacta y una buena controlabilidad del motor. Mientras que las aplicaciones industriales normalmente operan en puntos de operación estacionarios, en el caso de los vehículos con MCIA existen importantes retos teniendo en cuenta su impacto en el modo de conducción cotidianos. Esta Tesis contribuye al conocimiento y caracterización de un Ciclo Rankine Orgánico acoplado con un Motor de Combustión Interna Alternativo utilizando etanol como fluido de trabajo y un expansor tipo Swash-plate como máquina expansora. El principal objetivo de este trabajo de investigación es obtener y cuantificar el potencial de los Ciclos Rankine Orgánicos (ORC) para la recuperación de la energía residual en motores de automoción. Para ello, una instalación experimental con un Ciclo Rankine Orgánico fue diseñada y construida en el Instituto Universitario "CMT - Motores Térmicos" (Universidad Politécnica de Valencia), que puede ser acoplada a diferentes tipos de motores de combustión interna alternativos. Usando esta instalación, una estimación de las principales variables del ciclo fue obtenida tanto en puntos estacionarios como en transitorios. Un potencial de mejora en torno a un 3.7 % puede ser alcanzada en puntos de alta carga instalando un ORC en un motor gasolina turboalimentado. Respecto a las condiciones transitorias, un control sencillo y robusto basado en PIDs adaptativos permite el control del ORC en perfiles de conducción reales. Las condiciones ideales para testear y validar el control del ORC son alta carga en el motor comenzando con el motor en caliente para conseguir altas temperaturas en el escape que justifiquen la viabilidad de estos ciclos. Para tratar de profundizar en la viabilidad y características de esta aplicación particular, diversos estudios teóricos fueron realizados. Un modelo 1D fue desarrollado usando el software LMS Imagine.Lab Amesim. Un potencial de mejora en torno a un 2.5% en el rendimiento efectivo del motor fue obtenido en condiciones transitorias en los puntos de alta carga como una consecuencia directa de la reducción de 23.5 g/kWh del consumo específico. Para concluir, un estudio termo-económico fue desarrollado teniendo en cuenta los costes de los principales elementos de la instalación y un valor mínimo de 2030 €/kW fue obtenido en el parámetro de Coste Específico de inversión. Además, el estudio exergético muestra que un total de 3.75 kW, 36.5 % de la tasa de destrucción total de exergía, podría ser reducida en los años futuros, teniendo en cuenta las máximas eficiencias considerando restricciones técnicas en los componentes del ciclo. / Les normatives anticontaminants per al transport propulsat per motors de combustió interna alternatius a la Unió Europea mostren límits d'emissió menors a 95 g·CO2/km per a l'any 2020. Per tal d'acomplir aquests límits, s'hauran de realitzar millores al consum de combustible dels vehicles. Una de les principals pèrdues als Motors de combustió interna alternatius (MCIA) ocorre a la línia d'escapament. Els MCIA transformen l'energia química en energia mecànica a través de la combustió; però, únicament el 15-32% d'aquesta energia és usada per produir treball, mentre que la major part és desaprofitada a través dels gasos d'escapament i l'aigua de refrigeració del motor. Per això, aquestes fonts d'energia poden ser utilitzades per millorar l'eficiència global del vehicle. Considerant aquestes dues fonts d'energia, els gasos d'escapament mostren un potencial major de recuperació d'energia residual debut al seu major contingut exergètic. De tots els tipus de Sistemes de Recuperació d'Energia Residual, els Cicles Rankine són considerats com els candidats més prometedors per millorar l'eficiència dels MCIA. No obstant, la implementació d'aquesta tecnologia en els vehicles de passatgers moderns requereix un desenvolupament addicional per aconseguir una integració compacta i una bona controlabilitat del motor. Mentre que les aplicacions industrials normalment operen en punts d'operació estacionaris, en el cas dels vehicles amb MCIA hi han importants reptes a solucionar tenint en compte el funcionament en condicions variables del motor i el seu impacte en la manera de conducció quotidiana del usuari. Aquesta Tesi contribueix al coneixement i caracterització d'un Cicle Rankine Orgànic (ORC) acoblat amb un motor de combustió interna alternatiu (MCIA) utilitzant etanol com a fluid de treball i un expansor tipus Swash-plate com a màquina expansora. El principal objectiu d'aquest treball de recerca és obtenir i quantificar el potencial dels ORCs per a la recuperació de l'energia residual en motors d'automoció. Per aconseguir-ho, una instal·lació experimental amb un ORC va ser dissenyada i construïda a l'Institut "CMT- Motores Térmicos" (Universitat Politècnica de València). Esta installació pot ser acoblada a diferents tipus de MCIAs. Mitjançant assajos experimentals en aquesta installació, una estimació de les principals variables del cicle va ser obtinguda tant en punts estacionaris com en punts transitoris. Un potencial de millora al voltant d'un 3.7% pot ser aconseguida en punts d'alta càrrega instal·lant un ORC acoblat a un motor gasolina turboalimentat. Pel que fa a les condicions transitòries, un control senzill i robust basat en PIDs adaptatius permet el control del ORC en perfils de conducció reals. Les condicions ideals per a testejar i validar el control de l'ORC són alta càrrega al motor començant amb el motor en calent per aconseguir altes temperatures d'escapament que justifiquen la viabilitat d'aquests cicles. Per tractar d'aprofundir en la viabilitat i característiques d'aquesta aplicació particular, diversos estudis teòrics van ser realitzats. Un model 1D va ser desenvolupat usant el programari LMS Imagine.Lab Amesim. Un potencial de millora al voltant d'un 2.5% en el rendiment efectiu del motor va ser obtingut en condicions transitòries en els punts d'alta càrrega com una conseqüència directa de la reducció de 23.5 g/kWh al consum específic. Per concloure, un estudi termo-econòmic va ser desenvolupat tenint en compte els costos dels principals elements de la installació i un valor mínim de 2030 €/kW va ser obtingut en el paràmetre del Cost Específic d'Inversió. A més, l'estudi exergètic mostra que un total de 3.75 kW, 36.5% de la taxa de destrucció total d'exergia, podria ser recuperat en un pròxim, considerant restriccions tècniques en els components del cicle i tenint en compte les màximes eficiències que es poden aconseguir. / Royo Pascual, L. (2017). Study of Organic Rankine Cycles for Waste Heat Recovery in Transportation Vehicles [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/84013

no / An economizer is normally employed to perform heat recovery from hot exhaust gases to cold fluid. In this work, a newly designed economizer is devised to achieve high heat recovery in a pasteurized milk plant. In the economizer, the hot exhaust gas is divided into two channels flowing up on the left and right sides. After that, it is moving down passing over aligned banks of tubes, which water is flowing inside, in a triple passes fashion. Moreover, three dimensional (3D) models with heat transfer including fluid dynamic have been developed, validated by actual plant data and used to evaluate the performance of the economizer. Simulation results indicate that the newly designed economizer can recover the heat loss of 38% and can achieve the cost saving of 13%.

The effects of greenhouse gases have seen a significant rise in recent years due to the use of fossil fuels like gasoline and diesel. Conversion of the energy stored in these fossil fuels to mechanical work is an extremely inefficient process which results in a high amount of energy rejected in the form of waste heat. Thermoelectric materials are able to harness this waste heat energy and convert it to electrical power. Thermoelectric devices work on the principle of the Seebeck effect, which states that if two junctions of dissimilar materials are at different temperatures, an electrical potential is developed across them. Even though these devices have small efficiencies, they are still an extremely effective way of converting low grade waste heat to usable electrical power. These devices have the added advantage of having no moving parts (solid state) which contributes to a long life of the device without needing much maintenance. The performance of thermoelectric generators is dependent on a non-dimensional figure of merit, ZT. Extensive research, both past and ongoing, is focused on improving the thermoelectric generator's (TEG's) performance by improving this figure of merit, ZT, by way of controlling the material properties. This research is usually incremental and the high performance materials developed can be cost prohibitive. The focus of this study has been to improve the performance of thermoelectric generator by way of improving the heat transfer from the exhaust gases to the TEG and also the heat transfer from TEG to the coolant. Apart from the figure of merit ZT, the performance of the TEG is also a function of the temperature difference across it, By improving the heat transfer between the TEG and the working fluid, a higher temperature gradient can be achieved across it, resulting in higher heat flux and improved efficiency from the system. This area has been largely neglected as a source of improvement in past research and has immense potential to be a low cost performance enhancer in such systems. Improvements made through this avenue, also have the advantage of being applicable regardless of the material in the system. Thus these high performance heat exchangers can be coupled with high performance materials to supplement the gains made by improved figure of merits. The heat exchanger designs developed and studied in this work have taken into account several considerations, like pressure drop, varying engine speeds, location of the system along the fuel path, system stability etc. A comprehensive treatment is presented here which includes 3D conjugate heat transfer modeling with RANS based turbulence models on such a system. Various heat transfer enhancement features are implemented in the system and studied numerically as well as experimentally. The entire system is also studied experimentally in a scaled down setup which provided data for validation of numerical studies. With the help of measured and calculated data like temperature, ZT etc, predictions are also presented about key metrics of system performance. / Ph. D.

<p><p>This report describes the work of developing a specification of requirements for Waste Heat Recovery Units. The main part of the paper describes how the work with the specification of requirements has been performed. One specific question to be answered is:</p><p>What are the customer’s demands in case of properties for the Waste Heat Recovery Units and how is that information collected as an order documentation to suit the business area Oil & Gas?</p><p>The report begins with a description of the assignment and continues with the aim and background. A theoretical part describes the different areas and methods that have been important during the process. Work on the specification has been carried out on site at the company where interviews of staff and the study of internal documents has been a significant part of the implementation.</p><p>The result is delivered to the company in the form of a specification of requirements for the Waste Heat Recovery Unit. This specification fulfills the requirements set initially and is a good starting point for the company to proceed with in contact with subcontractors. The conclusion of the work is that the establishment of a good specification of requirements is really important and that has been obvious during the work and progress of this project. The difficulty lied in getting the right information and to keep it simple and at same time durable.</p></p>

The waste heat recovery technologies have become very relevant since many industrial plants continuously reject large amounts of thermal energy during normal operation which contributes to the increase of the production costs and also impacts the environment. The simulation programs used in industrial engineering enable development and optimization of the operational processes in a cost-effective way. The company Chematur Engineering AB, which supplies chemical plants in many different fields of use on a worldwide basis, was interested in the investigation of the possibilities for effective waste heat recovery from the hydrogenation of dinitrotoluene, which is a sub-process in the toluene diisocyanate manufacture plant. The project objective was to implement waste heat recovery by application of the Organic Rankine Cycle and the Absorption Refrigeration Cycle technologies. Modeling and design of the Organic Rankine Cycle and the Absorption Refrigeration Cycle systems was performed by using Aspen Plus® simulation software where the waste heat carrier was represented by hot water, coming from the internal cooling system in the hydrogenation process. Among the working fluids investigated were ammonia, butane, isobutane, propane, R-123, R-134a, R-227ea, R-245fa, and ammonia-water and LiBr-water working pairs. The simulations have been performed for different plant capacities with different temperatures of the hydrogenation process. The results show that the application of the Organic Rankine Cycle technology is the most feasible solution where the use of ammonia, R-123, R-245fa and butane as the working fluids is beneficial with regards to power production and pay-off time, while R-245fa and butane are the most sustainable choices considering the environment.

L'augmentation du prix du pétrole ainsi qu'une possible future réglementation des émissions de CO2 encourage les fabricants de véhicules industriels à trouver de nouvelles solutions pour améliorer encore la performance de la chaine cinématique. Dans ce cadre, deux solutions de récupérations d'énergie prometteuses sont très souvent rapportées dans la littérature: le système de récupération d'énergie par cycle de Rankine et le générateur thermoélectrique. Après un rappel des conditions limites du fonctionnement d'un camion long routier, cette thèse démontre tout d’abord la modélisation 0-D et 1-D (logiciels commerciaux utilisés) de ces deux systèmes de récupération d’énergie. Pour le générateur thermoélectrique, des études paramétriques (hauteur de jambe thermoélectrique, prix, puissance électrique produite) sont effectuées se basant principalement sur l'utilisation de deux matériaux prometteurs. Une conception du système Rankine est présentée et modélisée avec le solveur 1-D. Des validations partielles sont réalisées sur les composants (turbine). Ce modèle a ensuite permis d'étudier les transitoires du système ainsi que la charge en réfrigérant et un système de contrôle possible. Cette étude montre que le générateur thermoélectrique n’est pas encore mature pour son utilisation dans un camion long routier. Le système Rankine doit quant à lui être testé sur un camion prototype pour pouvoir véritablement estimer son potentiel final / Fuel price increase as well as future fuel consumption regulations lead truck manufacturers to further enhance the current powertrain. In such a context, two waste heat recovery technologies appear as promising: the Rankine system as well as the thermoelectric generator. After a reminding of truck boundary conditions, this thesis work defines 0-D and 1-D modeling (commercial tool used) for both systems.For the thermoelectric generator , parametric 1-D studies are done on the integration/design (number of thermoelements, price, electrical power) of a thermoelecric generator upstream the existing engine exhaust gas recirculation cooler. Main studies are done with thermoelectric materials but other materials are also considered. A Rankine system design is presented and modeled under a 1-D solver. Preliminary validations are presented. Transient aspects are evaluated to better understand the behavior of the system and its bottlenecks. The amount of refrigerant in the circuit and the control schematic are also addressed.From these studies, it appears that the thermoelectric generator technology is not yet mature for a long haul truck due to the low performance of thermoelectric materials. The Rankine system technology should handle a complete truck prototype testing to estimate its potential

Cette thèse vise à étudier la valorisation des rejets thermiques de basse température (inférieure à 100 °C) par les machines à absorption, dont principalement les transformateurs de chaleur à absorption (AHT) pour générer de la chaleur à une température plus élevée, et les cycles de réfrigération par absorption (ARC) pour la production de frigories. Les performances des machines à absorption sont exprimées suivant les températures et les COP qu’elles peuvent atteindre. Ces deux paramètres dépendent de l’architecture de la machine, des composants utilisés et de la paire de fluides réfrigérant-absorbant circulant dans la machine. L’objectif principal de ce travail est une nouvelle génération d’AHT qui puisse rendre utile la chaleur avec une différence de température par rapport à la source de chaleur disponible (rejet thermique) d’au moins 50°C. Pour l‘ARC, on cible une nouvelle génération de cycles capables de produire des frigories à une température inférieure à -20°C.Les résultats obtenus représentent une avancée majeure dans le domaine des cycles à absorption. En effet, les objectifs fixés de valorisation de chaleur basse température, jusqu’à 45°C, en rendant disponible de la chaleur haute température (supérieure à 120°C) et basse température (inférieure à -20°C) ont été atteints. Ceci représente une différence de température entre le rejet thermique et la chaleur utile de 75°C minimum. L’utilisation d’éjecteurs avec certains fluides de travail a permis le développement d'une nouvelle génération de cycles à absorption. / This thesis aims at studying the low temperature waste heat recovery (less than 100°C) by the use of absorption machines, mainly absorption heat transformers (AHT) to generate heat at a higher temperature, and absorption refrigeration cycles (ARC) to generate chilling power. The performances of absorption machines are expressed according to the temperatures and the COPs which they can reach. These two parameters depend on the cycle configuration, the components used and the refrigerant-absorbent pair of fluids circulating in the machine. The main objective of this work is a new generation of AHT which can produce heat with a difference in temperature compared to the available heat source (heat rejection) of at least 50°C. For the ARC, a new generation of cycles capable of producing chilling power at temperatures lower than -20°C is aimed.The results obtained represent a major progress in the absorption cycles field. The objectives set for this work of low temperature heat recovery, up to 45°C, by making available high temperature heat (above 120°C) and low temperature (below -20°C) have been achieved. This represents a minimal temperature difference between the waste heat and the useful heat of 75°C. The use of ejectors with specific working fluids allowed the development of a new generation of absorption cycles.

Les gaz contenus dans les lignes d’échappement des moteurs Diesel pour la propulsion maritime peuvent atteindre des températures de l’ordre de 400 – 450 °C à la sortie du turbocompresseur. Une des voies possibles pour récupérer une partie de l’énergie contenue dans les gaz d’échappement est la thermoélectricité (effet Seebeck)avec des matériaux thermoélectriques côté chaud entre200 et 300 °C. Ce niveau de température correspond à des matériaux ayant de bonnes performances de conversion chaleur / électricité. De plus, l’eau de mer présente en abondance est une excellente source froide pour un générateur thermoélectrique (TEG). Par ailleurs, la consommation en carburant du moteur thermique est un poste de dépense majeure pour l’opérateur du bateau, et une réduction de cette consommation, même minime, peut générer des économies financières importantes.L’objectif de la thèse est de comprendre et analyser le fonctionnement d’un échangeur thermoélectrique,notamment en présence d’écoulement pulsés afin d’optimiser le fonctionnement du générateur thermoélectrique. A ce titre, plusieurs campagnes d’essais sur des maquettes de TEG ont été mises en place sur trois bancs d’essais (conçus particulièrement pour les travaux de thèse) où des mesures thermiques et électriques ont été réalisées. Le but de ces essais a été de tester les performances des modules thermoélectriques et les différents types d’échangeurs sur les points de fonctionnement d’un moteur Diesel pour déterminer (dans un premier temps) lesquels étaient les plus adaptés au fonctionnement moteur. Dans un second temps, les effets de la composition des gaz d’échappement et des écoulements pulsés sur le fonctionnement du TEG ont été étudiés. Un modèle de simulation a également été développé afin de modéliser le fonctionnement d’un générateur thermoélectrique. Des essais ont été réalisés afin de calibrer le modèle de simulation. / Thermoelectric energy (TE) harvesting (Seebeck effect)is a promising solution for waste heat recovery onboard ocean-going ships. On one hand, the marine Diesel engines reach around 400-450°C temperature at the turbocharger exhaust, corresponding to around 200-300°C on the hot side thermoelectric module (TEM)temperature, which is interesting according to recent studies on intermediate temperatures TE materials. In addition, seawater is available in abundance at low temperature, and represents an excellent heat sink. On the other hand, engine fuel consumption accounts today almost 50 % of ship operational costs; hence, a slight reduction of fuel consumption generates significant financial savings over the year.The objective of the Thesis is to understand and analyze the operation of a thermoelectric heat exchanger, especially in the presence of pulsations and to optimize the thermoelectric generator (TEG). Several test campaigns leading to different thermal and electrical measurement have been conducted. The campaigns were set up on three different test benches designed and fabricated during the thesis. The aim of these tests was to optimize the type of TEM’s and heat exchangers for Diesel engine application by investigating it’s the performances on engine operating points. In a second step, the effects of exhaust gas composition and pulsation flow on the TEG performances were investigated. A simulation model was developed to model the operation of a TEG. Tests were conducted to calibrate the simulation model.