Tutkimus ja koulutus | 20.8.2018

Elektroniikan jäähdytystä voidaan parantaa

Elektroniikan komponenttien ylikuumentuminen rikkoo laitteita. Kaj Lampion väitöskirjassaan esittelemän menetelmän avulla voidaan saavuttaa huomattavia säästöjä, kun komponenttien jäähdytykseen käytettävien rivastojen koko pienenee ja rakenne kevenee.

Chip

Jäähdytystä tarvitsevia sähköisiä komponentteja on useimmissa laitteissa. Komponenttien lämmöntuotto on kasvanut suhteessa niiden kokoon, jolloin niiden lämpeneminen asettaa haasteita laitteiden suunnittelulle. Ylikuumentuvat komponentit rikkoutuvat, ellei lämpöä saada poistettua asianmukaisesti.

– Lämpötehon tiheyden kasvu on käytännössä pakottanut ottamaan käyttöön jäähdytyspinta-alaa kasvattavat rivastot. Rivastoissa, joiden pohjalevylle komponentit kiinnitetään, on useita levymäisiä tai puikkomaisia ripoja, jotka kasvattavat virtaukseen koskettavaa pinta-alaa huomattavasti verrattuna komponenttien omaan pinta-alaan. Pienet tehotiheydet voidaan jäähdyttää passiivisesti, jolloin virtaus kulkee rivastossa painovoimaisesti. Suuremmat tehotiheydet vaativat pakotetun virtauksen, jossa puhaltimella tai pumpulla tuotetaan jäähdytyksessä tarvittava virtaus. Kaikista suurimpien tehotiheyksien tapauksessa joudutaan turvautumaan nestejäähdytykseen, Tampereen teknillisessä yliopistossa energiatekniikan alalta väittelevä Kaj Lampiokertoo.

Jäähdytyksessä käytetyt rivastot pyritään tekemään mahdollisimman kevyiksi ja kooltaan pieniksi. Tällaisen rakenteen suunnittelu on haastavaa, koska siinä joudutaan määrittämään samanaikaisesti useita geometrisia mittoja, jotka yhteisvaikuttavat monimutkaisesti laitteen lämmönsiirtoon. Tämän lisäksi on vielä määritettävä sijainti jokaiselle komponentille rivaston pohjalevyllä. Kaj Lampio kehitti väitöstutkimuksessaan uuden tavan jäähdytysrivastojen rakenteiden optimoinnille. Siinä yhdistyvät monitavoitteinen optimointi ja rakenteen lämmönsiirron nopea laskentamalli. Laskentamallissa on yhdistetty analyyttisia ja numeerisia laskentamenetelmiä. Verrattuna perinteisiin ratkaisumenetelmiin (esimerkiksi CFD), tämä uusi laskentamalli vähentää rakenteen lämmönsiirron ja virtauksien laskentaan tarvittavaa aikaa tunneista sekunteihin.

– Tyypillisessä optimointitapauksessa lasketaan satoja erilaisia rakenteita, jolloin uudella laskentamallilla saadaan vähennettyä optimointiin tarvittavaa aikaa useista päivistä tai viikoista muutamaan tuntiin. Tämä mahdollistaa optimoinnin jokaiselle uudelle komponenttijoukolle erikseen. Optimoinnin avulla saadaan vähennettyä jäähdytyksessä käytetyn rivaston painoa ja kokoa jopa kymmeniä prosentteja, Lampio kertoo.

– Jäähdytysrivastoja valmistavan teollisuuden liikevaihto on suuruusluokassa kymmenen miljardia euroa. Uudella laskentamallilla pystyttäisiin siis saavuttamaan huomattavia säästöjä.

Väitöstilaisuus perjantaina 24.8.2018

Diplomi-insinööri Kaj Lampion väitöskirja Optimization of Fin Arrays Cooled by Forced or Natural Convection tarkastetaan julkisesti Tampereen teknillisen yliopiston teknis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa perjantaina 24.8.2018 klo 12 alkaen Festian Pieni Sali 1:ssä ( Korkeakoulunkatu 8, Tampere ).

Vastaväittäjinä toimivat professori Bengt Sundén Lundin yliopistosta Ruotsista ja dosentti Jussi Hakanen Jyväskylän yliopistosta. Tilaisuutta valvoo emeritusprofessori Reijo Karvinen TTY:ltä. Työn valvoja on professori Jukka Konttinen TTY:n kemian ja biotekniikan laboratoriosta.

Väitöskirjaan voi tutustua verkossa osoitteessa  http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-4175-9

Uusimmat artikkelit

25.6.2019 | Alan Uutiset

”Sellumarkkinoilla normaali korjausliike” – hinta edelleen hyvällä tasolla, sanoo Metsä Groupin Hämälä

Metsä Groupin pääjohtaja Ilkka Hämälä ei kanna suurta huolta sellun hinnan viimeaikaisesta laskusuunnasta, sillä historiallisesti tarkasteltuna hintataso on edelleen ”hyvä”. Nykyinen hintataso ei myöskään vaikuta yhtiön arvioihin uuden Kemiin suunnitellun biotuotetehtaan kannattavuudesta. Varsinainen investointipäätös laitoksesta tehdään kesällä 2020.

Ford hyödyntää tuotannossaan yli miljardi kertakäyttömuovipulloa vuodessa

Autonvalmistaja Ford on löytänyt nerokkaan tavan käyttää uudelleen miljoonia muovipulloja. Jokaisessa yhtiön valmistaman Ford EcoSportin mattojen valmistukseen on käytetty 470 kertakäyttöistä muovista juomapulloa.

19.6.2019 | Tutkimus ja koulutus

Kumppaniverkostoista aiheutuu ongelmia yli 80 % yrityksistä

Kumppaniverkostoista johtuvat toimitusketjujen häiriöt ja liiketoiminnan keskeytykset luovat yrityksille painetta investoida kumppaniverkoston riskienhallintaan. Suomalaista yritysjohtoa huolestuttavat erityisesti kumppaniverkoston vastuullisuus- ja kyberriskit.

Cobotit auttoivat metallisorvaamon kasvuun

Yhteistyörobotti eli cobotti nosti savonlinnalaisen alihankintakoneistamo Ket-Metin kustannuskilpailukykyä roimasti.

llmalämpöpumppumyynnin rajua kasvua ruokki helteinen viime kesä

Lämpöpumppujen myynti Suomessa kasvoi vuoden ensimmäisellä neljänneksellä 47 prosenttia. Eniten rynnivät ilmalämpöpumput lähes 70 prosentin kasvulla, mutta myös maalämpöpumppujen, ilma-vesilämpöpumppujen ja poistoilmalämpöpumppujen myyntiluvut nousivat 10-15 prosenttia. 

Digitalisaatiolla säästöjä asumiskuluihin

Energianhallinnan ja automaation asiantuntija Schneider Electric järjesti eilen Helsingin messukeskuksessa jokavuotisen Innovation Summit -tapahtumansa. Viesti oli selvä: tekoäly ja IoT-tekniikka ovat nyt tulossa teollisuuden lisäksi vauhdilla myös kiinteistöihin säästöjä tuomaan

23.4.2019 | Kumppaniartikkeli

Kolme pointtia kunnossapidon kehittämisestä

Olemme saaneet olla mukana useiden eri organisaatioiden kanssa kehittämässä kunnossapitotoimintaa ja panneet merkille joitakin tärkeitä asioita, jotka ovat edesauttaneet näissä hankkeissa onnistumista. Kerromme tässä kolme asiaa, jotka kannattaa huomioida kunnossapitotoiminnan kehittämiseen tähtäävissä hankkeissa.