Novel Automotive Waste Heat Recovery Techniques

The United States transportation industry is predicted to consume approximately 13 million barrels of liquid fuel per day by 2025. If one percent of the fuel energy were salvaged through waste heat recovery, there would be a reduction of 130 thousand barrels of liquid fuel per day. This dissertation focuses on automotive waste heat recovery techniques with an emphasis on two novel techniques. The first technique investigated was a combination coolant and exhaust-based Rankine cycle system, which utilized a patented piston-in-piston engine technology. The research scope included a simulation of the maximum mass flow rate of steam (700 K and 5.5 MPa) from two heat exchangers, the potential power generation from the secondary piston steam chambers, and the resulting steam quality within the steam chamber. The secondary piston chamber provided supplemental steam power strokes during the engine's compression and exhaust strokes to reduce the pumping work of the engine. A Class-8 diesel engine, operating at 1,500 RPM at full load, had a maximum increase in the brake fuel conversion efficiency of 3.1%. The second technique investigated the implementation of thermoelectric generators on the outer cylinder walls of a liquid-cooled internal combustion engine. The research scope focused on the energy generation, fuel energy distribution, and cylinder wall temperatures. The analysis was conducted over a range of engine speeds and loads in a two cylinder, 19.4 kW, liquid-cooled, spark-ignition engine. The cylinder wall temperatures increased by 17% to 44% which correlated well to the 4.3% to 9.5% decrease in coolant heat transfer. Only 23.3% to 28.2% of the heat transfer to the coolant was transferred through the TEG and TEG surrogate material. The gross indicated work decreased by 0.4% to 1.0%. The exhaust gas energy decreased by 0.8% to 5.9%. Due to coolant contamination, the TEG output was not able to be obtained. TEG output was predicted from cylinder wall temperatures and manufacturer documentation, which was less than 0.1% of the cumulative heat release. Higher TEG conversion efficiencies, combined with greater control of heat transfer paths, would be needed to improve energy output and make this a viable waste heat recovery technique.

Influence de l’hypoxie dans la régulation du pH et les conséquences dans la progression tumorale et la résistance à la chimiothérapie

Résumé : La formation de métastases s’inscrit comme la finalité d’un processus darwinien dans lequel les cellules tumorales subissent des altérations génétiques et épigénétiques dans l’unique but de préserver un avantage prolifératif. L’environnement hypoxique, caractéristique des tumeurs solides, se révèle comme une pression de sélection et un facteur déterminant dans la progression tumorale. Face à l’hypoxie, une des adaptations majeures des cellules tumorales est le déséquilibre du pH cellulaire qui mène à la formation de métastases et à la résistance à la chimiothérapie. Cette thèse met en lumière de nouveaux liens moléculaires entre l’hypoxie et la régulation du pH dans des contextes d’invasion cellulaire et de chimiorésistance. Les échangeurs d’ions NHE1 et NHE6 sont au cœur de ces études où de nouveaux rôles dans la progression du cancer leur ont été attribués. Premièrement, nous avons observé l’influence de l’hypoxie sur la régulation de NHE1 par p90RSK et les conséquences fonctionnelles de cette interaction dans l’invasion cellulaire par les invadopodes. En conditions hypoxiques, NHE1 est activé par p90RSK résultant en une acidification extracellulaire. En modifiant le pH, NHE1 stimule la formation des invadopodes et la dégradation de la matrice extracellulaire. Ainsi, la phosphorylation de NHE1 par p90RSK en hypoxie apparaît comme un biomarqueur potentiel des cancers métastatiques. Peu étudié, le pH endosomal peut intervenir dans la chimiorésistance mais les mécanismes sont inconnus. Nous avons développé une méthode pour mesurer précisément le pH endosomal par microscopie. Ceci a permis d’illuminer un nouveau mécanisme de résistance induit par l’hypoxie et mettant en vedette l’échangeur NHE6. L’hypoxie favorise l’interaction de NHE6 avec RACK1 à la membrane plasmique empêchant la localisation endosomale de l’échangeur. Cette interaction mène à la séquestration de la doxorubicine dans des endosomes sur-acidifiés. Ces travaux mettent en évidence pour la première fois le rôle du pH endosomal et l’échangeur NHE6 comme des éléments centraux de la chimiorésistance induite par l’hypoxie. Cette thèse renforce donc l’idée voulant que les interactions entre les cellules tumorales et le microenvironnement hypoxique sont le « talon d’Achille » du cancer et la régulation du pH cellulaire est primordiale dans l’adaptation des cellules à l’hypoxie et l’instauration du phénotype malin du cancer. La découverte de nouveaux rôles pro-tumoraux pour NHE1 et NHE6 les placent à l’avant-plan pour le développement de stratégies thérapeutiques orientées contre la formation de métastases et la chimiorésistance.

Abstraction and use of groundwater for heating buildings in a hard rock environment

In order to turn more efficient the heating of class rooms in the lower floor of the old building of the University of Évora (a XVI century building), five drillings were organised inside the area of the university (Figure 1). The purpose was to use the temperature differential of groundwater in relation to air, by means of a heat exchanger, and use this process to heat the rooms using less energy, turning the heating process less expensive. The wells were drilled in fractured rocks (gneisses), and the purpose was to locate them at least around 100 m one from each other, whilst trying to have a hydraulic connection in-between. From the five initial wells, four were successful in terms of productivity, but just two of them (RA1 and RA2) proved to be hydraulically connected. The wells were equipped with screens for all their drilled depth (100 m), except for the first six meters and some two or three pipes of six meters each, to allow space for the installation for submersible pumps. The length of the installed screens guarantees a good efficiency of the system. In the wells with no connection, the heating system can work using each single well for abstraction and injection, but the process is much less efficient than in the cases where interaction between wells is possible through the rock’s fracture network.