Väitös konetekniikan ja koneensuunnittelun alalta, DI Pauli Salminen

Korkealaatuinen suunnittelu tuottaa edullista ja puhdasta energiaa.

DI Pauli Salminen väittelee 15.12.2017 klo 12 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulussa, konetekniikan laitoksella, aiheesta Uusien energiantuotantojärjestelmien mekaniikan ja lämmönhallinnan kehittäminen. Väitöskirjan nimi on englanniksi Improving mechanical and thermal design of new energy production systems. Väitöksen ala on konetekniikka, koneensuunnittelu.

Uusien energiantuotantojärjestelmien avulla voidaan saavuttaa korkeampi hyötysuhde ja enemmän energiaa aiempaa vähäisemmällä luonnonvarojen käytöllä. Kiinteäoksidipolttokennot ja tuulivoimalat ovat esimerkkejä energiantuotantomenetelmistä, joiden kilpailukykyä markkinoilla voidaan yhä parantaa mekaniikan ja lämpötekniikan suunnittelun avulla.

Väitöstyössä tutkittiin korkeassa lämpötilassa toimivien kiinteäoksidipolttokennojärjestelmien (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) rakenteen suunnittelua, lämmöneristysmenetelmiä sekä vauriotapauksia pääosin 200−800 °C lämpötiloissa. Näissä laitteistoissa lämmönhallinnan menetelmät ovat kriittisiä laitteiston toiminnan ja suorituskyvyn kannalta. Kuitenkin, samoja menetelmiä voidaan soveltaa myös matalammissa lämpötiloissa toimiviin tuulivoimaloiden vaihteisiin. Suurilla työkappaleilla jo pienet sisäiset lämpötilaerot aiheuttavat muodonmuutoksia, mutta numeerisen laskennan avulla virhelähteet voidaan selvittää. Uutena valmistusmenetelmänä työssä tutkittiin kitkatyöstettyjen kanavien (Friction Stir Channeling, FSC) lämmönsiirto-ominaisuuksia. Tutkimuksessa on käytetty koneensuunnittelun, materiaalitekniikan ja teknillisen termodynamiikan menetelmiä.

Työn tulokset jakautuvat monialaisesti: Raemaisen lämmöneristeen käytön avulla yksinkertaistetaan SOFC-järjestelmien suunnittelua, sekä pienennetään laitteiston kokoa ja lämpöhäviöitä. Numeerisen laskennan avulla laitteiston rakenne voidaan suunnitella yksinkertaisemmaksi sallimalla vapaa lämpölaajeneminen mahdollisimman suuressa osassa laitteistoa, jolla vähennetään osien määrää sekä kustannuksia. Lisäksi, kitkatyöstetyn kanavan lämmönsiirto-ominaisuudet voidaan nyt laskea aiempaa tarkemmin ja tuulivoimavaihteiden valmistustarkkuutta voidaan nostaa.

Vastaväittäjät: Professori Francesco Braghin, Politecnico di Milano, Italia ja professori Erno Keskinen, Tampereen teknillinen yliopisto

Valvoja: Professori Petri Kuosmanen, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, konetekniikan laitos

Väitöskirjan verkko-osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-7750-5

Väittelijän yhteystiedot: Pauli Salminen, pauli.salminen@aalto.fi