Ulkoilmaan sijoitettavan taajuusmuuttajakaapin kosteusolosuhteiden hallinta huokoista materiaalia hyödyntämällä.

Lehtonen, Anssi

Ulkoilmaan sijoitettavan taajuusmuuttajakaapin kosteusolosuhteiden hallinta huokoista materiaalia hyödyntämällä.

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Lehtonen, Anssi

Date

2021-12-13

Major/Subject

Sustainable Energy in Buildings and Built Environment

Mcode

ENG3068

Degree programme

Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)

Language

fi

Pages

66 + 1

Abstract

Työssä tutkittiin ulkoilman sisältämän kosteuden aiheuttamia ongelmia elektroniikkaa sisältävässä laitekaapissa. Työn tavoitteena oli selvittää miten kosteuden aiheuttamat elektroniikkalaitteiden vikaantumiset ja rikkoutumiset olisivat estettävissä sekä kehittää toimiva ratkaisu kosteuden hallintaan. Tutkimuksen taustoittamista varten analysoitiin aiheeseen liittyviä tieteellisiä artikkeleita, julkaisuja ja internet -lähteitä. Tutkimuksen tausta-aineisto koostui pääsääntöisesti kuitenkin tekijän jo aiemmin tehdystä aihepiirin kehitystyöstä. Kehitetyn ratkaisun toimintaa simuloitiin käyttäen Ansys Fluent simulointiohjelma toiminnallisuuden ymmärtämiseksi. Tämän jälkeen valmistettiin ratkaisun prototyyppi ja sen toimintaa testattiin tätä työtä varten rakennetun testilaitteiston avulla. Täysin tiiviin laitekaapin tekeminen on käytännössä mahdotonta, koska laitetta on pystyttävä sen käytön aikana myös huoltamaan. Ajan kuluessa satava vesi ja ilman sisältämä kosteus läpäisevät tiivisteet. Tehoelektroniikkalaitteen käytön kannalta suurimmat ongelmatilanteet liittyvät jaksottaiseen käyttöön sekä ulkoilman kosteuteen. Haasteellisinta on ratkaista kosteudesta aiheutuvat ongelmat laitteen ollessa pois käytöstä, kuluttamatta energiaa. Työssä analysoittiin kosteuden hallintaan jo olemassa olevat ratkaisut kuten kuivaimet, lisälämmitin, silikageeli ja gore-tex venttiili. Näihin ratkaisuihin verrattiin työssä kehitettyä rakenteellista kotelorakenne -ratkaisua. Suunniteltu ratkaisu hyödyntää nanoteknologian ja -pinnoituksen tarjoamia uusia sarjatuotantoon soveltuvia mahdollisuuksia sekä ominaisuuksia. Ratkaisu perustuu ajatukseen käyttää kerrosmateriaalia tai – rakennetta olevaa koteloa. Materiaalin tai rakenteen sisäkerros on muodostettu huokoisesta metallista ja ulompi kerros on muodostettu hygroskooppisesta huokoisesta materiaalista. Kerrostettu rakenne mahdollistaa ilman ja sen sisältämän kosteuden pääsyn ulos kotelosta, kun elektroniikkalaite on käynnissä ja tuottaa lämpöhäviöitä.

The aim of the work was to find out how failures and breakdowns of electronic devices caused by moisture could be prevented and to develop a functional solution for better moisture management. To support the study, related scientific articles, publications and Internet sources were analyzed. However, the background material of the study mainly consisted of the author's previous development work related to the topic. The operation of the developed solution was simulated using the Ansys Fluent simulation program for better understanding of functionality. Operation of the solution was tested by protype with self-made test setup. It is practically impossible to manufacture completely tight equipment cabinet because the device must be serviceable during its lifetime. Over time, rainwater and moisture in the air will pass through the seals. The major problem situations in case of power electronics are related to cyclic use and outdoor humidity. The most challenging thing is to solve the problems caused by moisture when the device is out of use, without consuming any extra energy. The work reviews existing moisture management solutions such as dryers, auxiliary heater, silica gel and Gore-tex valve. These ready-made solutions are compared to the designed new kind of layer material solution. The designed solution utilizes the new possibilities and features by nano- and coating technology for massproduction. The solution is based on the idea of using a device case made of completely from layered material or just part of the structure. The inner layer of the material or structure is formed of porous metal and the outer layer is formed of hygroscopic porous material. The layered structure allows air and moisture to escape from the device case when the electronic device is running and generating heat loss. In addition, the same device case structure can be used for other vital needs in case of drive, such as heat transfer, arc protection and noise attenuation.

Supervisor

Virtanen, Markku

Thesis advisor

Palojoki, Vesa

Keywords

taajuusmuuttaja, kosteus, kosteudenhallinta, nanopinnoite, puolijohde

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2021121910852

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG

Show all metadata

Ulkoilmaan sijoitettavan taajuusmuuttajakaapin kosteusolosuhteiden hallinta huokoista materiaalia hyödyntämällä.

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Authors

Date

Department

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

Pages

Series

Abstract

Description

Supervisor

Thesis advisor

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

Collections