Background: One part of manufacturing a Plate Heat Exchanger (PHE) is to leak test them before delivery. Today, helium is used extensively in leak testing. How-ever, it is unsustainable to use helium in leak testing, because of its non-renewability and therefore becoming more and more expensive. Also, this technology is relatively complex. At the same, PHEs are rising in demand due to lack of energy resources in Europe. Therefore, possibilities emerged for using air based leak testing technologies in upcoming test lines and that is why an evaluation needs to be done to find the most suitable technology. Objectives: The objective of this master’s thesis is to evaluate and identify the most suitable leak testing technology for validating the watertightness requirement of 10−3 mbar·l/s at 1 bar pressure difference. There is a scientific gap in comparing how different air based leak testing technologies perform with different volumes of the test vessels. This thesis will identify the most suitable air based leak testing technology by evaluating three technologies: Pressure Decay, Differential Pressure Decay and Vacuum Decay. With the main focus on how different volumes impacts the performance of each technology. Lastly, this study aims to determine an optimal test pressure that achieves the shortest cycle time for the selected test technology. Choosing the most suitable test technologies will result in fewer production break-downs and interruptions. Additional, being able to phase out helium in leak testing. Methods: The workflow for evaluating the different leak testing technologies began with the implementation and installation of each test setup and ensuring the reliability of the gathered data. After verifying the absence of leakage in the system, a simulated leak was calibrated to match the requirement’s leak rate. Four test vessels with original volumes of 0.10, 0.45, 1.66 and 2.50 l were utilized. Various tests were then performed to answer the research questions, including measurements of leak rate at different pressures, analysis of outgassing characteristics, and determination of cycle time. Finally, by utilizing concept scoring, the most suitable leak testing technology was identified with respect to the volume. Results: The exhibited results in this thesis manifest how the different leak testing technologies perform depending on the volume. The relationship between leak rates and overpressures was obtained, which was then utilized to derive the theoretical detection time. The cycle time and accuracy were determined across various volumes. According to concept scoring, Pressure Decay was deemed the most suitable leak testing technology in terms of six different criteria.   Conclusions: All three technologies were able to determine a leak rate corresponding to the watertightness requirement. From the evaluation, Pressure Decay was the most suitable technology to use across the majority of the volumes, with an accuracy below 15%. The test cycle times were optimizable by selecting an optimum testing pressure.  Therefore, being able to replace the helium leak testing in future test lines. / Bakgrund: En del i processen av att producera värmeväxlare är att de ska genomgå en täthetskontroll innan de levereras till kunden. I dagsläget används helium till största del för att göra täthetskontroller. Däremot är det inte hållbart att bruka helium för täthetskontroller, då det inte är förnyelsebart. Därför blir allt dyrare samtidigt som teknologin som används är komplex. Samtidigt har efterfrågan på värmeväxlare ökat markant till följd av brist på energiresurser i Europa. Som ett resultat av detta uppkom möjligheten att använda luftbaserade tätkontrolls teknologier i framtida testbanor och därför behövs en utvärdering göras av vilken metod som är lämpligast att använda. Syfte: Syftet med arbetet var att utvärdera och identifiera den mest lämpliga test-teknologin för att validera att vattentätskravet uppfylls. Det finns idag ett vetenskapligt gap på hur olika luftbaserade testteknologier presterar beroende på vilken volym som testas. Denna studie identifierade den mest lämpliga luftbaserade tätkontorllstekniken genom att utvärdera följande tre tekniker: Pressure Decay, Differential Pressure Decay och Vacuum Decay. Huvudfocus var på hur olika volymer påverkar tätkontrollens prestanda. Slutligen bestämms det optimala testtrycket som ger den lägsta cykeltiden för den valda testteknologin. Att välja den mest lämpliga test-tekniken kommer resultera i färre haverier och avbrott i produktionslinjen, samt ge möjligheten att byta ut helium som spårgas för täthetskontollerna. Metod: Arbetsflödet för att utvärdera de olika teknologierna för täthetskontroller började med att implementera och installera varje testuppställning och säkerställa att datan var trovärdig. Efter att ha verifierat att inga läckor fanns i systemen,kalibrerades en simulerad läcka för att matcha vattentätskravet läckhastighet. Fyra testobjekt användes med volymerna, 0.10, 0.45, 1.66 och 2.50 l. Olika tester ut-fördes sedan för att svara på forskningsfrågorna, samt gjordes en mätning av läck-hastigheten vid olika övertryck, analys av utgasningskarakteristiken och cykeltiden bestämdes. Slutligen, genom att använda concept scoring identifierades den mest lämpliga teknologin för täthetskontroller beroende på vilken volym som testas. Resultat: Resultatet i detta examensarbete visar hur olika testteknologier presterar beroende på volym. Relationen mellan läckhastighet och övertryck bestämdes och an-vändes för att härleda den teoretiska detektionstiden. Cykeltiden och noggrannheten bestämdes för olika volymer. Utifrån concept scoring var Pressure Decay den mest lämpliga testteknologin utifrån sex olika kriterier.   Slutsatser: Alla tre testteknologierna kunde hitta en läcka motsvarande vattentätskravet. Utifrån utvärderingen var Pressure Decay den mest lämpliga testteknologin för majoriteten av volymerna med en noggrannhet under 15%. Cykeltiden var optimerbar genom att välja det optimala testtrycket. Därför kan Pressure Decay användas som en ersättare för helium vid tätkontroller i framtida testbanor.

No description available.

L'Electrolyse de la Vapeur d'eau à Haute Température (EVHT) est l'un des procédésde production d'hydrogène les plus prometteurs. Dans l'optique d'une économie del'hydrogène produit par EVHT, de nombreux verrous restent à lever. L'un d'entre euxporte sur l'étanchéité. En effet, dans un EVHT, la gestion des gaz est primordiale. Ilfaut pouvoir gérer et prévoir dans le temps le comportement des joints afin d'éviter unedégradation des performances. Or, en EVHT, les températures de fonctionnement sontélevées (classiquement autour de 800 °C), des phénomènes de fluage ou de relaxationapparaissent, le différentiel de dilatation thermique entre les cellules électrochimiques encéramique et les interconnecteurs métalliques doit être pris en compte. Enfin, il convientde maintenir l'étanchéité de l'empilement à faible niveau d'effort pour ne pas risquerd'endommager la partie céramique.L'objet du travail de cette thèse démarre par un constat simple : nous ne disposons pasd'outils de prédimensionnement des joints à haute température permettant de prévoirun débit de fuite. Dès lors que l'on est amené à changer un paramètre de fonctionnement,comme la température, la pression, la stratégie de chargement, la géométrie ou la naturedu joint, une nouvelle expérience doit être menée.A partir d'essais d'étanchéité et de simulations numériques aux éléments finis, un modèleoriginal est proposé. Ce modèle qui a été validé en fonction de différents paramètresexpérimentaux permet d'estimer le débit de fuite associé à un joint en Fecralloy (Fe-CrAl) selon sa forme, ses conditions de serrage et du temps de maintien. Offrant ainsila possibilité de concevoir à moindre coût des joints spécifiques pour l'application visée. / High Temperature Steam Electrolysis (HTSE), is one of the most promising processfor hydrogen production. In a hydrogen economy produced via HTSE, many problemshave to be overcome. One of them is related to sealing. Actually, in a HTSE, gasmanagement is very important. The behavior of the seal has to be predicted in time toavoid a deterioration of the performances. But, in a HTSE, the fuctioning temperaturesare important (typically around 800 °C), creep or relaxation may occur, the differencebetween the thermal expansion of the ceramic cells and the metallic interconnectorsmust be taken into account. Finally, the sealing has to be maintain with low effortsprotect the ceramic.This thesis started from the noticing that we don't have any designing tool for hightemperature seals that may help to foresee a leak rate. Since we have to change anyexperimental parameter, such as the temperature, the pressure, the loading strategy, thegeometry or the material of the seal, another experiment has to be done.From sealing tests and finite element modelisation, an original model is presented.This model that has been validated for different experimental parameters allows toestimate the leak rate of a Fecralloy (FeCrAl) seal depending on its shape, the loadingconditions and tightening time. This may help to design specific low cost seals for thedesired applications.

As the world transitions to intermittent renewable energy sources like solar and wind, the need for long-duration energy storage technologies is becoming more and more prominent. In this regard, flow batteries are seen as a promising solution, owing to their inherent advantages like decoupling of power and energy, extremely high cycle life and negligible self-discharge. However, there are multiple engineering challenges to overcome before the widespread application of flow batteries.   This study, carried out at a leading manufacturer of vanadium-based flow batteries, VoltStorage GmbH, addresses one of those challenges related to the hydraulic sealing of the endplate assembly of the battery. The endplate assembly is prone to losing its structural integrity over the continuous operation, thus failing to achieve its intended purpose of hydraulic sealing. Additionally, it is susceptible to enhanced contact resistance during operation, thus harming the battery performance. Therefore, the primary objective of this study was to develop a modular test rig that could evaluate the endplate assembly's performance in an accelerated manner but without using electrolytes to eliminate the complications of dealing with the sulfuric acid solution (i.e. electrolyte). So, air was chosen as the working fluid to offer clean and highly repeatable testing.   The study began with a literature review of the flow batteries. It was found that the literature concerning the engineering aspects of a flow battery was limited. Therefore, it was followed by an in-depth analysis of the stack design of VoltStorage and the engineering challenges linked to the endplate assembly. Importantly, the root cause of the problem of hydraulic sealing was identified, which was the pressure cycling of the monopole. After that, the test rig was designed and developed based on the understanding of the engineering challenge and to realize the objective of a modular design. The design modularity was desirable to test multiple assemblies simultaneously without increasing the floor footprint. Three parameters were chosen to characterize the assembly: monopole deflection, internal resistance and air leak rate. Due to the system's complexity, experiments to monitor these parameters were divided into two phases, i.e., rig qualification and full-scale testing. The first phase aimed to characterize their baseline behaviour and evaluate the rig's robustness; the next phase aimed at monitoring their behaviour evolution with continuous operation.   The monopole deflection measurements during the first phase indicated a maximum deflection of 0.3 mm. The air-electrolyte equivalence was also established by making the deflection behaviour similar during air and electrolyte operation. Much higher pressure had to be applied with air (~1.6 bar gauge) than water (~0.8 bar gauge) to achieve this equivalence. Moreover, the internal resistance and air leak rate measurements conducted during the first phase provided baseline values (6.341 ± 0.731 mΩ and 1.241 ± 0.091 Pa∙l/s, respectively, with a 95% confidence level) against which any change during continuous operation could be differentiated. However, the full-scale testing could not be performed due to the global supply chain disruptions and the limited time frame of the project. Nevertheless, a vital objective of the design, to modularize the rig so that it could be scaled up quickly and test multiple assemblies simultaneously to facilitate the rapid prototyping of different designs, was realized in the project.   Flow batteries are a promising technology for long-duration energy storage, although there are some challenges to overcome. In addition, to be defined as a truly sustainable solution, the problems linked with vanadium mining and the high capital costs of the system have to be eliminated. With the rapidly expanding development and deployment of these systems, it is expected that they will be an essential part of our future grids.   To conclude, in this project, a testing system was developed which could perform a dry mechanical and electrical integrity check of the endplate assembly of a flow battery in an accelerated manner. The system could prove to be vital in enhancing the reliability of stack-based systems and hence foster their widespread applicability. The future work that can benefit this system is assembling the set of 5 short stacks and performing a continuous operation to monitor the behaviour evolution of the stacks. This step would help assess the testing system's shortcomings and subsequently make the required modifications. / I takt med att världen övergår till intermittenta förnybara energikällor som sol- och vindkraft blir behovet av teknik för energilagring med lång varaktighet alltmer framträdande. Flödesbatterier ses i detta avseende som en lovande lösning på grund av deras inneboende fördelar, t.ex. frikoppling av kraft och energi, extremt lång livslängd och försumbar självurladdning. Det finns dock flera tekniska utmaningar som måste övervinnas innan flödesbatterier kan användas på bred front.  Den här studien, som utfördes hos VoltStorage GmbH, en ledande tillverkare av vanadiumbaserade flödesbatterier, tar upp en av dessa utmaningar som rör den hydrauliska tätningen av batteriets ändplatta. Ändtplattan är benägen att förlora sin strukturella integritet under kontinuerlig drift, vilket innebär att den inte uppnår sitt avsedda syfte, nämligen hydraulisk tätning. Dessutom är den känslig för ökat kontaktmotstånd under drift, vilket skadar batteriets prestanda. Det primära målet med denna studie var därför att utveckla en modulär testrigg som kan utvärdera ändplattans prestanda på ett påskyndat sätt, men utan att använda elektrolyter för att eliminera komplikationerna med att hantera svavelsyralösningen (dvs. elektrolyten). Därför valdes luft som arbetsvätska för att erbjuda rena och mycket repeterbara tester.   Studien inleddes med en litteraturgenomgång av flödesbatterier. Det konstaterades att litteraturen om de tekniska aspekterna av ett flödesbatteri var begränsad. Därför följdes den av en djupgående analys av VoltStorages stapelkonstruktion och de tekniska utmaningarna i samband med ändplattans montering. Det var viktigt att identifiera grundorsaken till problemet med hydraulisk tätning, vilket var tryckcykling av monopolen. Därefter utformades och utvecklades testriggen utifrån förståelsen av den tekniska utmaningen och för att förverkliga målet med en modulär konstruktion. Modulariteten i konstruktionen var önskvärd för att testa flera enheter samtidigt utan att öka golvytan. Tre parametrar valdes ut för att karakterisera enheten: monopolens avböjning, inre motstånd och luftläckagehastighet. På grund av systemets komplexitet delades experimenten för att övervaka dessa parametrar upp i två faser, dvs. kvalificering av riggen och provning i full skala. Den första fasen syftade till att karakterisera deras grundbeteende och utvärdera riggens robusthet, medan nästa fas syftade till att övervaka deras funktionella respons utveckling vid kontinuerlig drift.   Mätningarna av monopolens nedböjning under den första fasen visade på en maximal nedböjning på 0,3 mm. Likvärdigheten mellan luft och elektrolyt fastställdes också genom att utböjningsbeteendet var likartat under drift med luft och elektrolyt. Ett mycket högre tryck måste tillämpas med luft (~1,6 bar gauge) än med vatten (~0,8 bar gauge) för att uppnå denna likvärdighet. Dessutom gav de mätningar av det inre motståndet och luftläckaget som utfördes under den första fasen basvärden (6,341 ± 0,731 mΩ respektive 1,241 ± 0,091 Pa∙l/s, med en konfidensnivå på 95 %) mot vilka eventuella förändringar under kontinuerlig drift kunde särskiljas. Den fullskaliga testningen kunde dock inte genomföras på grund av störningar i den globala leveranskedjan och projektets begränsade tidsram. Ett viktigt mål med konstruktionen, att modularisera riggen så att den snabbt kan skalas upp och testa flera enheter samtidigt för att underlätta snabb prototypframställning av olika konstruktioner, förverkligades dock i projektet.  Flödesbatterier är en lovande teknik för energilagring under lång tid, även om det finns vissa utmaningar att övervinna. För att kunna definieras som en verkligt hållbar lösning måste dessutom de problem som är kopplade till vanadinbrytning och systemets höga kapitalkostnader undanröjas. Med den snabbt ökande utvecklingen och spridningen av dessa system förväntas de bli en viktig del av våra framtida nät.   Sammanfattningsvis utvecklades i detta projekt ett testsystem som kan utföra en torr mekanisk och elektrisk integritetskontroll av ändplattan i ett flödesbatteri på ett påskyndat sätt. Systemet kan visa sig vara avgörande för att öka tillförlitligheten hos stapelbaserade system och därmed främja deras utbredda användbarhet. Det framtida arbete som kan gynna detta system är att montera en uppsättning av fem korta staplar och utföra en kontinuerlig operation för att övervaka staplarnas funktionella responsutveckling. Detta steg skulle hjälpa till att bedöma testsystemets brister och därefter göra de ändringar som krävs.