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International audience; Because of major global warming concern (refrigerant leaks in large direct refrigeration systems), secondary refrigeration should develop in the next future, especially when using slurries with strong energetic density. With gas-hydrate slurries the fusion temperature can be modified via the gas pressure; this is a new feature. In order to thermodynamically revisit the question, a numerical model of secondary refrigeration loops in steady-state operation has been developed. It includes the cooling unit, the heat-exchangers, the pumps, heat-dissipations, and non-Newtonian effects on pressure drops and heat transfers. The whole system is sized while accounting for engineering constraints: prescribed cooling power, prescribed total heat-transfer areas, imposed degree of turbulence in the slurry flow so that crystal deposition and blockage are prevented while keeping acceptable pressure drops. CO2- and mixed CO2+TBPB hydrates, are compared to usual ones in terms of global electricity consumption and exergy losses. Global energetic performance mostly depends on fusion temperature of the slurry.

International audience; Two-phase fluids are considered as high-performance fluids for secondary refrigeration thanks to high energy density of phase change material (PCM). Nevertheless, one limitation in such system is thermal energy storage dynamic, in particular PCM charging/discharging rate, which depends generally on fluid temperature and flow rate. In the present work, the influence of pressure on the charging/discharging processes of gas hydrates has been studied experimentally using a stirred tank reactor. A model of stirred tank reactor was also developed and validated. The results showed that pressure can be used to adjust gas-hydrate phase-change temperature and consequently to improve charging/discharging time. For the same working conditions (temperature, flow rate, charging time…), the amount of stored energy using gas hydrates at 3 MPa is two times higher than that using water. The model was used to compare gas hydrates slurries to other slurries at ambient pressure.

Le modèle stationnaire de boucle de réfrigération secondaire fonctionnant avec des coulis soit de glace, soit d’hydrate (de TBPB, de CO2, ou mixte CO2+TBPB) inclut les dépendances de la rhéologie des fluides non-Newtoniens, et de la qualité des transferts de chaleur à la teneur en cristaux du coulis. La boucle et les échangeurs sont dimensionnés sur un même critère d’écoulement (Re=4000) afin de comparer les diverses solutions sur une même base. L’analyse, énergétique et exergétique, montre que la température de fusion est le paramètre principal de la performance.

International audience; Secondary refrigeration is an often used solution to reduce the amount of refrigerant leakage and the impact of refrigerants on global warming. The use of two-phase fluids in refrigeration systems is known to increase the quantity of stored energy. In this work, the impact of gas hydrates on the energy release of a heat exchanger is quantified thanks to the dynamic modelling of a secondary refrigeration system. The system is composed of a chiller, a stirred tank reactor (hydrate formation), a loop and a heat exchanger (hydrate dissociation). The model validated by experimental data can be used to simulate various operating conditions in transient and permanent regimes (various slurry mass flow rate, various thermodynamic conditions) and to compare their energy performances. The numerical and experimental results showed better heat exchanger efficiency with hydrate slurry than with water alone.

24ième Congrès International du Froid ICR 2015, Yokohama, JPN, 16-/08/2015 - 22/08/2015; International audience; The cold chain is defined as a set of refrigeration steps that maintain the quality and safety of food product. Refrigerant leakage and the use of fossil fuels to produce electrical power for refrigeration equipment contribute greatly to ozone depletion and global warming. Thus, new and emerging refrigeration technologies are developed to provide better energy efficient and environmentally friendly alternatives to current technologies. Superchilling is a concept where the temperature is reduced 1-2 °C below the initial freezing point of the product. The small amount of ice formed within the product (10-15%) serves as a heat sink, eliminating the need for ice during storage and transport. In this work, Life Cycle Assessment (LCA) is applied to the chilling and superchilling salmon cold chains. The superchilling cold chain presents an important improvement compared to the chilled one because of the augmentation of available volume for transportation.

International audience; The work performed at Irstea investigates the use of CO2 hydrates slurries as phase change materials. A tank with a pilot loop is used to form slurries by subcooling. Several studies (thermal, rheological) were carried out to evaluate slurries characteristics useful for a complete energy study of the system. The aim of this paper is to present the modelling of a device for hydrate slurries formation including a tank reactor and a loop. Finite volume method with implicit time discretization scheme is used. This model allows predicting the slurry temperature evolution; it is validated by experimental data on a hydrate formation during a cooling process. The energy balance is performed to evaluate the storage efficiency and the heat losses through the reactor wall.

International audience; Inside a food production plant, bacteria can grow particularly in zones of high humidity leading to deterioration of food quality and safety. Cleaning and disinfection are currently practiced to reduce this hazard. However it is not always efficient; stagnant water is susceptible to be a source of microbial growth. To prevent this problem, drying must be performed but water may still not entirely evaporate at some locations. In order to optimize the drying process, a simplified heat and mass transfer model was developed in this study. Validation was performed by comparing the predicted water weight evolutions with the ones measured in a food processing plant. It was found that by reducing the air inlet relative humidity from 85% to 50%, the time needed to evaporate 90% of the initial water weight could be reduced by a factor of about 1.5. This shows the interest to dry the inlet air.

International audience; The thermodynamic modelling of the formation/dissociation cycles of two-phase refrigerants such as ice and hydrate slurries is developed. Ice slurries are already used for industrial applications but their generation requires mechanical processes (scraping or brushing surface exchangers) which increase exergy losses. Hydrates are ice-like crystalline structures composed of water molecules linked together by hydrogen bonds, forming cages in which are trapped guest molecules (CH4, CO2, salt…). Hydrate slurries composed of a suspension of hydrate crystals in aqueous solution can also be used as secondary refrigerants and have the advantage of being able to form without mechanical processes. The originality of this study is to characterize the heat and the gas transfer (in hydrate case) in these systems and to evaluate the impact of these transfers on cold storage and distribution efficiency. A higher performance is obtained by hydrate slurries because of their higher temperature level and energy density.

La réfrigération secondaire (distribution de froid dans de grandes installations via une boucle où circule un fluide neutre pour l’environnement) apporte une réponse durable aux contraintes toujours plus restrictives que les régulations imposent aux systèmes frigorifiques afin de réduire leur impact environnemental négatif (actuellement : 8% de toutes les émissions de gaz à effet de serre et 15 % de la consommation électrique globale). A priori, un fluide diphasique (typiquement un coulis : solution aqueuse transportant des cristaux de glace ou bien d’hydrates) mettant en jeu un changement d’état procure une densité énergétique importante sur un écart de température très réduit. Comparés aux coulis eau-glycolée+glace, connus depuis longtemps, les coulis d’hydrates sont des matériaux innovants, d’abord par leurs températures de fusion, supérieures à 0°C, ensuite par le degré de liberté supplémentaire. En effet, la température de fusion peut être modifiée, éventuellement en changeant la composition de la solution, surtout en changeant la pression du CO2 dans le cas d’hydrates (éventuellement mixtes) de CO2.Dans le but d’étudier l’intérêt des hydrates dans les boucles de réfrigération secondaire, un modèle de boucle a été construit. Si la boucle est réduite à l’essentiel (une production de froid, 50 m de canalisation et l’utilisation de 30 kW pour climatiser un local à 25°C alors que la température extérieure est de 40°C), elle est en revanche insérée dans un système thermodynamiquement cohérent qui inclut le groupe froid et les auxiliaires de pompage liés à la boucle secondaire. Un des critères de performance est donc la consommation électrique totale, groupe froid + auxiliaires.Pour chaque coulis étudié (eau glycolée + glace, hydrate de CO2, hydrate de bromure de tetra-n-butylphosphonium (TBPB), et hydrates mixtes CO2+TBPB) l’influence du taux maximal de cristallisation opératoire est étudiée, menant à des résultats partiellement contre-intuitifs pour l’usage de fluides diphasiques. Le cas échéant, les conséquences de l’utilisation du gaz CO2 sont explicitées. L’étude débouche alors sur l’influence de la nature du coulis sur le dimensionnement et sur la consommation totale. La température de fusion du coulis impose quasiment la température d’évaporation du groupe froid et donc son COP et la puissance électrique consommée, à condition que le dimensionnement de la boucle soit bien adapté.

International audience; Secondary refrigeration and thermal energy storage techniques could be interesting solutions to improve refrigerating system performances and to reduce power consumption and propagation of refrigerants in the atmosphere. In order to combine a more efficient secondary loop and fluids with higher energy storage capacity, a phase change material (PCM) slurry, also called phase change slurry (PCS), could be used as secondary refrigerant. In addition, hydrate-based processes could be an interesting option to separate the CO2 from various gas mixtures. In these two applications, the flow properties of the CO2 hydrate slurry are of paramount importance. In the present study, small amounts of Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) were added to the aqueous phase, and this system was tested under CO2 pressure both in a dynamic flow loop and in a stirred reactor. The results obtained with the flow loop demonstrate that SDS has anti-agglomerant properties for the CO2 hydrate: SDS significantly decreases agglomeration and thus improves flowing capacities of the slurry. The results obtained in the reactor shows that the presence of SDS increases the kinetics of the hydrate growth rate both in agitated and in quiescent hydrate forming conditions. Consequently, the addition of SDS could be very promising in industrial applications, such as secondary refrigeration or gas separation, where hydrate slurries must be easily handled and where the hydrate formation rate is of great importance.

National audience; Les hydrates sont de fines particules solides capables de transporter de grandes quantités d'énergie lorsqu'ils sont mis en circulation sous forme de coulis. L'objectif de ce papier est de présenter les premiers résultats de thermique issus d'un montage expérimental constitué d'une boucle pilote et d'un tube chauffant. La méthode de mesure utilisée a d'abord été validée pour de l'eau et a permis de montrer que ces coulis d'hydrates possèdent des coefficients d'échange thermique élevés de l'ordre de 3000 W.m-2.K-1 pour des fractions solides proches de 20 % en volume. Ces résultats montrent que leur utilisation dans les installations frigorifiques serait un atout majeur pour l'amélioration des performances énergétiques dans le domaine du froid.

National audience

This study presents the development of simplified thermal models based on a zonal approach for household refrigerator, refrigerated display cabinet and refrigerated vehicle. By combining thermal models with microbiological models, it allows the prediction of the product temperature and microbial load evolution in a supply chain. The developed models are coupled with statistical models to take into account the variability related to the equipment operating conditions, microorganisms and product properties. The developed methodology has been applied to packed sliced ham sold in self-service. A sensitivity analysis was performed; it allows ranking the impact of different factors on the evolution of the microbial load. It was found that the thermal history of the product is the most influential factor before the initial microbial load. The "acceptance/ rejection " analysis shows that about 4 % of the products may present health risks (contamination by listeria monocytogenes more than 100 CFu.g-1, colony-forming units per gram of product) at the consumption point.

National audience; Hydrates are fine solid particles capable of transporting large quantities of energy when they are circulating as slurry. The objective of this paper is to present the first results of thermal study on an experimental loop equipped with a heating tube. The measuring method was first validated on water and allowed to show that hydrates slurries have heat exchange coefficients of the order of 3000 W.m-2.K-1 for volume solid fractions close to 20 %. These results show that their use in refrigerating plants would be a main advantage for the improvement of the energy performances in the refrigeration field.; Les hydrates sont de fines particules solides capables de transporter de grandes quantités d'énergie lorsqu'ils sont mis en circulation sous forme de coulis. L'objectif de ce papier est de présenter les premiers résultats de thermique issus d'un montage expérimental constitué d'une boucle pilote et d'un tube chauffant. La méthode de mesure utilisée a d'abord été validée pour de l'eau et a permis de montrer que ces coulis d'hydrates possèdent des coefficients d'échange thermique élevés de l'ordre de 3000 W.m-2.K-1 pour des fractions solides proches de 20 % en volume. Ces résultats montrent que leur utilisation dans les installations frigorifiques serait un atout majeur pour l'amélioration des performances énergétiques dans le domaine du froid.

International audience; Conventional refrigerant fluids are harmful to the environment due to their GWP and thus it is necessary to reduce their use. One of the solutions could be to employ secondary refrigerant fluids, such as CO2 hydrate slurry. In this context, the aim of this work is to carry out a rheological and thermal study on CO2 hydrate slurry. The experimental device is composed of a pilot loop in which the hydrate slurry is studied. Gas hydrates are formed under positive temperatures and pressures up to 3 MPa. Furthermore, the local and global heat transfer coefficients are also evaluated. Rheology revealed that slurry has a pseudo-plastic behavior between 0 % and 22 % of hydrate volume fraction. Thermal study showed that the slurry has a local heat transfer coefficient of around 3000 W.m-2.K-1 for 15 % of hydrate volume fraction. That value is higher than that of single phase water and slightly higher than the one of ice slurry. These results point out the strong potential of hydrate slurry for energy storage and transfer.

L’objectif de cet exemple développé dans le projet FRISBEE est de démontrer la méthodologie de prédiction de l’évolution de la température d’une denrée alimentaire et de sa charge microbienne tout au long de la chaine du froid. Des modèles déterministes développés prennent en compte le transfert de chaleur par convection, conduction et rayonnement. Ils ont été combinés avec des modèles stochastiques (ou statistiques) pour tenir compte de différents paramètres aléatoires: la température ambiante extérieure, le réglage du thermostat,la position et le temps de séjour de la denrée dans les équipements de stockage etc. Des lois de distribution ont été développées pour ces paramètres aléatoires par ajustement sur des données d’enquête. Les valeurs échantillonnées à partir de ces lois ont été utilisées comme données d’entrée du modèle de transfert de chaleur permettant de prédire les évolutions de température et de la charge microbienne d’un grand nombre de produits le long de la chaîne du froid. La méthodologie a été appliquée aux trois derniers maillons de la chaîne du froid: meuble frigorifique de vente, transport parles consommateurs et réfrigérateur domestique. En effet, plusieurs enquêtes avaient montré que la température des produits dans ces maillons était problématique. Des analyses statistiques des résultats de simulations telles que la charge en Listeria monocytogenes ont permis d’évaluer la contamination finale des denrées en fonction de leur histoire.

Several surveys have shown température abuses in the last three links of the cold chain: display cabinet, transport by consumer and domestic retrigerator. This work was carried out to predict the product température and microbial load évolutions in thèse steps. Deterministic models were used to take into account the heat transfer by convection, conduction and radiation inside the equipments. They were combined with stochastic models to take into account différent sources of randomness: external ambient température, thermostat serting, product position and résidence time in the equipments etc. Distribution laws were developed to fit the survey data of thèse random parameters. The sampling values of thèse parameters were used as input data of the heat transfer model to predict the température évolutions of a large number of products along the cold chain. Ihen, thèse température évolutions were applied to a growth model of Listeria tnonocytogenesto predict the bacterial contamination. Statistical analysis of the simulation results was carried out enabling to predict the distribution of contamination levels according to the product cold chain course., L'objectif de cet exemple développé dans le projet FRISBEE est de montrer la méthodologie de prédiction de l'évolution de la température d'une denrée alimentaire et de sa charge microbienne tout au long de la chaîne du froid. Des modèles déterministes développés prennent en compte le transfert de chaleur par convection, conduction et rayonnement. Ils ont été combinés avec des modèles stochastiques (ou statistiques) pour tenir compte de différents paramètres aléatoires: la température ambiante extérieure, le réglage du thermostat, la position et le temps de séjour de la denrée dans les équipements de stockage etc. Des lois de distribution ont été développées pour ces paramètres aléatoires par ajustement sur des données d'enquête. Les valeurs échantillonnées à partir de ces lois ont été utilisées comme données d'entrée du modèle de transfert de chaleur permettant de prédire les évolutions de température et de la charge microbienne d'un grand nombre de produits le long de la chaîne du froid. La méthodologie a été appliquée aux trois derniers maillons de la chaîne du froid: meuble trigorifique de vente, transport par les consommateurs et réfrigérateur domestique. En effet plusieurs enquêtes avaient montré que la température des produits dans ces maillons était problématique. Des analyses statistiques des résultats de simulations telles que la charge en Listeria monocytogenes ont permis d'évaluer la contamination finale des denrées en fonction de leur histoire.

National audience; Cet article présente les résultats d’une étude dont l’objectif est de proposer une méthodologie de prédiction de l'évolution de la température d’une denrée alimentaire et de sa charge microbienne tout au long de la chaine du froid. Des modèles déterministes développés prennent en compte le transfert de chaleur par convection, conduction et rayonnement. Ils ont été combinés avec des modèles stochastiques (ou statistiques) pour tenir compte de différents paramètres aléatoires: la température ambiante extérieure, le réglage du thermostat, la position et le temps de séjour de la denrée dans les équipements de stockage etc. Des lois de distribution ont été développées pour ces paramètres aléatoires par ajustement sur des données d'enquête. Les valeurs échantillonnées à partir de ces lois ont été utilisées comme données d'entrée du modèle de transfert de chaleur permettant de prédire les évolutions de température et de la charge microbienne d'un grand nombre de produits le long de la chaîne du froid. La méthodologie a été appliquée aux trois derniers maillons de la chaîne du froid: meuble frigorifique de vente, transport par les consommateurs et réfrigérateur domestique. En effet, plusieurs enquêtes avaient montré que la température des produits dans ces maillons était problématique. Des analyses statistiques des résultats de simulations telles que la charge en Listeria monocytogenes ont permis d’évaluer la contamination finale des denrées en fonction de leur histoire.

International audience; Several surveys have shown temperature abuses in the last 3 steps of the cold chain: display cabinet, transport by consumer and domestic refrigerator. To evaluate the food safety, this work was carried out to predict the product temperature and microbial load evolutions in these steps. Deterministic models were used to take into account the heat transfer by convection, conduction and radiation inside the equipments. They were combined with stochastic models to take into account different sources of randomness: ambient temperature, thermos tat setting, product position and residence time in the equipments etc. Distribution laws were developed to fit the survey data of these random parameters. The sampling values were used as input parameters of the heat transfer model to predict the temperature evolutions of a large number of products along the cold chain. Then, these temperature evolutions were applied to a growth model of Listeria monocytogenes to predict the bacterial contamination.

National audience; Un modèle simplifié de transfert de chaleur d'un véhicule frigorifique a été développé dans lequel deux chargements (avant et arrière) sont considérés. Le chargement avant situé à proximité du soufflage est plus froid que celui en arrière, ce qui conduit à une hétérogénéité de température. Le modèle prend en compte les transferts de chaleur par convection entre l'air et le chargement, entre l'air extérieur et les parois du véhicule et par conduction dans ces parois. L'infiltration d'air lors des ouvertures de porte est également prise en compte. La validation du modèle a été réalisée en comparant les températures des produits calculées avec celles mesurées dans un semi-remorque transportant des produits surgelés. Un bon accord entre les résultats expérimentaux et numériques a été obtenu.

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