CN1761845B - 瞬时加热器 - Google Patents

Abstract

带有一个用于一个加热模块(M)的电子控制部分(S)的瞬时加热器(D)具有至少一个固定在加热模块(M)上的印制电路板(P)和至少一个位于一个带冷水入口的冷却接口(K)处的电子功率元件(B)，其中在冷却接口(K)处设置一个陶瓷冷却元件(E)，该冷却元件使功率元件(B)与冷水隔开，且功率元件(B)不接地地接通。

Description

瞬时加热器

技术领域

本发明涉及一种瞬时加热器(Durchlauferhitzer)，该加热器具有一个用于一个加热模块的电子控制部分，其中在加热模块上将至少一个电子功率元件定位在一个带冷水入口的冷却接口处。

本发明还涉及另一种瞬时加热器，该加热器具有一个用于一个加热模块的电子控制部分，其中在加热模块上将至少一个电子功率元件定位在一个带冷水入口的冷却接口处，并固定一个印制电路板。

背景技术

在具有电子控制部分的实践中已知的瞬时加热器中，功率元件、例如三端双向可控硅开关通过进入的冷水在一个冷却接口处进行冷却，以免这种功率元件在运行中超过大约70℃的极限温度。该冷却接口位于冷水流入区中的一个只为冷却目的设置的铜管回路中，其中这种功率元件带有一个弹性夹并被压到铜管的一个压平的接触面上。因为铜管是导电的，所以该功率元件需要一个直接的接地线。这种结构原理需要许多零件、复杂的布线和每个功率元件的接地。从而导致高的制造费用和安装费用。在电子控制部分中，通常至少设置一块印制电路板，必要时在该印制电路板上还要设置其它控制元件，而且该印制电路板还要用自身的紧固件、例如螺钉固定到加热模块为此准备的固定位置上。在运行中，这些散热的功率元件一般定位在冷却接口处、进行接地并与控制部分连接。所以印制电路板独立的固定和定位同样增加了制造费用和安装费用。

发明内容

本发明的目的是提供一种前述类型的、可降低费用的瞬时加热器。这个目的也包括避免被冷却功率元件的接地费用，或避免用于印制电路板的分开的固定装置，或这两个方面兼而有之。

这个目的的第一方面通过上述第一种类型的瞬时加热器来实现。根据本发明，在冷却接口处设置一个陶瓷冷却元件，该冷却元件使功率元件电绝缘地并在物理学上与冷水隔离，其中所述陶瓷冷却元件不透水地安装在加热模块的外侧与加热模块中的冷水流入区之间，并且功率元件不接地地接通。

第二方面通过上述第二种类型的瞬时加热器来实现。根据本发明，功率元件利用至少一个夹持元件定位在冷却接口处，印制电路板也利用该夹持元件固定在加热模块上。

而这两个方面则是通过上述两种方案的结合来实现。

陶瓷冷却元件使该功率元件、例如一个三端双向可控硅开关与水实现电绝缘，所以所述冷却接口或功率元件不需接地，而安全性确仍符合规程。陶瓷冷却元件传递有效的热或冷，以便使功率元件得到冷却。所以最好使用高导热率的陶瓷材料；此外，陶瓷材料应具有良好的机械性能来保证元件接触区内的必要的平面度，以及耐受紧固力和运行中的热影响。冷却元件可以相当小，所以冷却接口无须更多的费事甚至就可很大程度上布置在一个给定的冷水流入区中。所述陶瓷冷却元件适宜用于对于一个功率元件进行冷却，该功率元件用一个夹持元件弹性地压到该冷却元件上。其中，该夹持元件还有必要时的一个承载该功率元件的电子控制部分印制电路板可固定在加热模块上。但当印制电路板按常规方式固定在加热模块上时，使用陶瓷冷却元件也是有利的。

如果所述将功率元件定位在冷却接口上的夹持元件也把印制电路板固定在加热模块上，则可明显地降低制造费用和安装费用，因为取消了单独的紧固件。如果该功率元件不用一个陶瓷冷却元件进行冷却，则印制电路板也可使用用于功率元件的夹持元件固定在加热模块上。

一种特别有利的实施方案的特征在于，把功率元件冷却用的陶瓷冷却元件有利地如此集成到加热模块中，这样就可取消只为冷却用的管路。所述适合直接安装在印制电路板上的功率元件用一个夹持元件定位在冷却元件上，并由该夹持元件通过所述印制电路板压到冷却元件上。最后，该印制电路板通过把功率元件压到该冷却元件上的夹持元件而固定在加热模块上。为了使印制电路板在运行和运输过程中按规定地进行固定，辅助支撑尤其应完全满足可能装配有别的电子元件的印制电路板的最终定位。

在一种合适的实施方案中，陶瓷冷却元件不透水地安装在加热模块的外侧和加热模块中的冷水流入区之间。为了将冷却接口装入到加热模块中，只需在所述流入区中进行稍微的修改。对装入陶瓷冷却元件来说，在所述加热模块的成型过程中或成型以后都存在不同的方案，例如一种方案是在压力注塑过程中进行直接的外部压力注塑。从技术上讲，所述冷却元件也可在事后通过压入、焊接、粘接或锁紧容易地装入。这时应一起装入一个密封件例如一个0型密封圈。

所述功率元件最好通过一个弹性夹持元件与冷却元件保持冷却接触。该夹持元件也可用来把只是松动安装的冷却元件不透水地加以固定。一种优选解决方案是，冷却元件本身是不透水地固定的，而其用于放置功率元件的外露接触面则很方便地接近。

一种板形的、圆盘形的或盖形的陶瓷冷却元件的制造成本低，并以较高的保持原样性和尺寸精度进行制造。这些几何形状也具有足够的结构强度，所以，冷却元件承受机械的、热力的和液压的载荷是不成问题的。所述盖板形对功率元件的接触面可以很方便地接近。在盖板边缘区内具有足够的作用面积来进行固定和/或密封。

为了冷却效果的最佳化，最好使冷却元件大致垂直于到冷却接口的冷水的入流方向进行布置。这样可使热从冷却元件有效地传入到水中。冷却元件的入流面对于液流有利地可以设计成例如凹入面，以便减小不希望的湍流的危险。入流面也可这样进行结构化，例如通过设置筋条来加大其与水流接触的表面，这种筋条还有助于流体导向。

在一种优选的实施方案中，在加热模块上设置了一个带一个孔的水室，该水室有一个流入通道和一个流出通道，这些通道可汇集在冷却元件上。陶瓷冷却元件不透水地布置在该孔内。该水室只对加热模块的冷水流入区产生轻微的改变。所述水室可用加热模块和/或冷水流入区的材料毫无问题地成型，并可把装入的冷却元件暴露地安置于可方便安装功率元件的地方。所述水室最好位于电子控制部分的元件组中，或相反。

在水室中最好设置一个溢流界限，导流面被引导到该溢流界限，该溢流界限使要流入的冷水基本上垂直引到冷却元件的入流面上，并使要流出的水尽快流出，以便沿入流面强制产生一个对冷却效应有利的、强大的流体动力。

夹持元件最好是一个U形的弹簧夹，这种弹簧夹成本低地例如可作为板材落料弯曲件制成。但夹持元件也可以是带有两个以上夹持侧腿和一个弹簧结构的、用来压紧功率元件的弹簧夹。

在水室上，最好为夹持元件的夹持侧腿形成外部的支座、例如插件、例如一个U形弹簧夹。应当指出，印制电路板可能大于和重于功率元件，为了固定这种印制电路板，可以利用另一种形状的、较大的和/或较强的夹持元件。

如果设计成U形弹簧夹的夹持元件在横板中是交替弯入和弯出的，则可达到对于功率元件和/或印制电路板的良好的弹性压紧效果。

在夹持侧腿内可构成纵向延伸的加固卷边，这种加固卷边有利于例如在安装弹簧夹时避免夹持侧腿产生一种不希望的纵向弯曲或扭曲。

所述待冷却的功率元件一般为一个三端双向可控硅开关构件，这种构件在瞬时加热器运行中产生热量，并借助陶瓷冷却元件被进入的冷水冷却。

下面结合附图来说明本发明的实施方案。附图表示：

图1一个瞬时加热器的一部分的示意剖面图；

图2图1的一部分透视图。

图1用剖面图示出一个带有电子调节或控制部分S的瞬时加热器D的一个加热模块M的一部分，该加热模块由两个相互连接的模块成型件1、2(例如压力注塑成型件)组成。加热模块M在瞬时加热器D的运行状态中用一个虚线所示的外罩F罩住。加热模块M连接到未示出的进水口和出水口上，并与电网进行电连接。

加热模块中的用于至少一个未示出的加热元件的电子控制部分S具有一块在其上装有元件的印制电路板P和至少一个电子功率元件B，在图1中，该功率元件安装在印制电路板P上。功率元件B例如是一个三端双向可控硅开关构件，在瞬时加热器D工作时，该开关构件产生热量并需要进行冷却。由于这个原因，功率元件B位于加热模块M的具有冷水入口的冷却接口K处。功率元件B借助至少一个夹持元件H保持紧贴在一个陶瓷冷却元件E上，该冷却元件在冷却接口K处使功率元件B与水进行电绝缘，并构成对于水的热传导体。

在所示实施方案中，夹持元件H对印制电路板P进行加载，使功率元件B间接地通过印制电路板P保持紧贴在冷却元件E上。这里夹持元件H同时用于把印制电路板P固定在加热模块M上。

在一个未示出的可供选择的方案中，夹持元件H直接地对于与印制电路板P分开布置的功率元件B进行加载，并使之紧贴在冷却元件E上。这时印制电路板P则用别的方式进行安装。

加热模块成型件1、2界定一个位于内部的冷水流入通道3，冷水在加热之前在该通道内沿箭头R的方向流动。冷水来自一个在成型件1中最好整体构成的水室4，该水室有一个孔5，陶瓷冷却元件E例如借助一个O型密封圈13不透水地嵌入到该孔中。孔5的边缘例如可塑性变形或卷边，以便密封地固定冷却元件E。另一种选择是，冷却元件E也可进行粘接，或在成型件1成型时例如通过压力外部注塑而一起成型。还有一种选择方案是，冷却元件E也可只通过夹持元件H的夹持力保持密封。

在水室4中，构成一个例如连接在未示出的冷水入口上的流入通道6，该流入通道通过一块分隔壁7与一个流出通道9隔开，该分隔壁与陶瓷冷却元件E间隔距离地终止在一个位于上方的溢流界限8处。分隔壁7至少构成基本上对冷却元件E垂直取向的导流面，这样，用圆弧箭头Z示出的冷水流就尽可能强烈地并且少涡流地作用到冷却元件E上(见图2)。

在所示实施方案中，在水室4的附近在成型件1上设置有用于夹持元件H的支座10、例如插套，在图1所示工作状态内，夹持元件H锚定在该插套中。为了印制电路板P的附加固定，可在成形件1上设置别的定位元件11、例如支承底座。在夹持元件H的夹持力的作用下，印制电路板P被安装在所述支承底座上，这种支承底座最好至少还从侧面包围住印制电路板P的两个角。所述定位元件11可以具有用于保护印制电路板P的深度止挡12。

在所示的安装方式中，功率元件B对水是电绝缘的，且在加热模块M内流动的冷水在接口K处不需要金属管路，所以功率元件B不需要单独接地。印制电路板P通常本来就不接地。

图2用放大比例示出做成盖14的陶瓷冷却元件E如何利用其下部加宽的盖缘搁置在O型密封圈13上，该密封圈嵌入到孔5的底座中。如前所述，冷却元件E可通过孔缘卷边或压力外部注塑、粘接和类似连接方式固定在其所示的密封位置内。但也可只用夹持元件H的夹持力来产生对于冷却元件E的密封。

该冷却元件也可以是一个由具有良导热率的陶瓷材料制成的小板或圆盘，而不用上述的盖形。在图2中，冷却元件E的外露表面为功率元件B构成一个平的接触面15，而盖14的内侧或下侧则为来自流入通道6的冷水构成一个在这里例如为盆状的入流面16。溢流界限8间隔距离地位于入流面16的对面，该距离这样选择，使沿着入流面16存在有效散热的最佳流动状况。

夹持元件H是一个带有一个横板17和例如两个夹持侧腿19的U形弹簧夹。横板17具有多个交替的折弯18，以便产生理想的弹簧作用。在夹持侧腿19上形成例如锯齿形的锁定突起20，它们自动锚定在支座10中，必要时，支座10内也制作齿。纵向延伸的加固卷边21提高夹持侧腿19的结构强度。图1和2的夹持元件H最好是一个用一种合适的金属制成的板材落料弯折件。该夹持元件也可选用一个塑料模制件或复合件。

Claims (38)

1.瞬时加热器(D)，该加热器具有一个用于一个加热模块(M)的电子控制部分(S)，其中在加热模块(M)上将至少一个电子功率元件(B)定位在一个带冷水入口(Z)的冷却接口(K)处，其特征在于，在冷却接口(K)处设置一个陶瓷冷却元件(E)，该冷却元件使功率元件(B)电绝缘地并在物理学上与冷水隔离，其中所述陶瓷冷却元件(E)不透水地安装在加热模块(M)的外侧与加热模块中的冷水流入区之间，并且功率元件(B)不接地地接通。

2.按权利要求1所述的瞬时加热器，其特征在于，该瞬时加热器是淋浴加热器。

3.按权利要求1所述的瞬时加热器，其特征在于，所述陶瓷冷却元件(E)不透水地装在加热模块(M)的外侧和冷水入口(Z)之间。

4.按权利要求1所述的瞬时加热器，其特征在于，所述陶瓷冷却元件(E)在加热模块(M)的成型过程中或成型之后装入。

5.按权利要求1所述的瞬时加热器，其特征在于，所述功率元件(B)通过一个夹持元件(H)与陶瓷冷却元件(E)保持冷却接触。

6.按权利要求3所述的瞬时加热器，其特征在于，所述陶瓷冷却元件(E)通过至少一个O型密封圈(13)进行密封。

7.按权利要求1所述的瞬时加热器，其特征在于，所述陶瓷冷却元件(E)是一种板、圆盘或盖(14)，它具有用于功率元件(B)的一个接触面(15)并具有一个用于冷水的入流面(16)。

8.按权利要求1所述的瞬时加热器，其特征在于，所述陶瓷冷却元件(E)垂直于到冷却接口(K)的冷水的入流方向布置。

9.按权利要求1所述的瞬时加热器，其特征在于，在冷水流入区(Z)中的加热模块(M)上设置一个具有一个孔(5)的水室(4)，该水室包括一个流入该孔(5)的流入通道(6)和一个流出该孔的流出通道(9)，并且陶瓷冷却元件(E)密封地布置在孔(5)中。

10.按权利要求9所述的瞬时加热器，其特征在于，在水室(4)内在流入通道(6)和流出通道(9)之间设置一个与冷却元件(E)的入流面(16)间隔距离的溢流界限(8)。

11.按权利要求5所述的瞬时加热器，其特征在于，所述夹持元件(H)是一个U形的弹簧夹，它具有至少两个带锯齿形突起(20)的夹持侧腿(19)和一个横板(17)，该横板可间接地或直接地放置到功率元件(B)上。

12.按权利要求9或11所述的瞬时加热器，其特征在于，在水室(4)附近在加热模块(M)处为弹簧夹(14)的夹持侧腿(19)形成支座。

13.按权利要求1所述的瞬时加热器，其特征在于，固定一个印制电路板(P)。

14.按权利要求5所述的瞬时加热器，其特征在于，所述夹持元件是有弹性的。

15.按权利要求5所述的瞬时加热器，其特征在于，所述陶瓷冷却元件(E)也借助该夹持元件(H)进行不透水地固定。

16.按权利要求7所述的瞬时加热器，其特征在于，所述接触面是平面的和/或整平的。

17.按权利要求9所述的瞬时加热器，其特征在于，接触面从孔(5)凸出来。

18.按权利要求10所述的瞬时加热器，其特征在于，将垂直于入流面(16)取向的导流面引导到该溢流界限。

19.按权利要求11所述的瞬时加热器，其特征在于，该弹簧夹作为板材落料弯折件或带材料弯折件制成。

20.按权利要求11所述的瞬时加热器，其特征在于，所述横板是有弹性的。

21.按权利要求12所述的瞬时加热器，其特征在于，所述支座构成为插套(10)。

22.按权利要求1至11中任一项所述的瞬时加热器，其特征在于，功率元件(B)是一个三端双向可控硅开关构件。

23.瞬时加热器(D)，该加热器具有一个用于一个加热模块(M)的电子控制部分(S)，其中在加热模块(M)上将至少一个电子功率元件(B)定位在一个带冷水入口(Z)的冷却接口(K)处，并固定一个印制电路板(P)，其特征在于，功率元件(B)利用至少一个夹持元件(H)定位在冷却接口(K)处，印制电路板(P)也利用该夹持元件固定在加热模块(M)上。

24.按权利要求23所述的瞬时加热器，其特征在于，在冷却接口(K)的范围内、在加热模块(M)上设置用于夹持元件(H)的支座(10)。

25.按权利要求24所述的瞬时加热器，其特征在于，在冷却接口(K)上不透水地设置一个带有一个用于功率元件(B)的接触面(15)的冷却元件(E)；功率元件(B)安装在印制电路板(P)上，并通过印制电路板(P)和夹持元件(H)压紧到冷却元件(E)的接触面(15)上；接触面(15)构成用于印制电路板(P)的一个定位元件；并且在加热模块(M)上设置用于印制电路板(P)其它定位元件(11)。

26.按权利要求24所述的瞬时加热器，其特征在于，所述夹持元件(H)是一个U形的弹簧夹，它具有至少两个带锯齿形突起(20)的夹持侧腿(19)和一个横板(17)，该横板间接地或直接地放置在功率元件(B)上。

27.按权利要求26所述的瞬时加热器，其特征在于，横板(17)相对于一个直的走向是交替地弯入和弯出的。

28.按权利要求26所述的瞬时加热器，其特征在于，在夹持侧腿(19)内构成纵向延伸的加固卷边(21)。

29.按权利要求23所述的瞬时加热器，其特征在于，该瞬时加热器是淋浴加热器。

30.按权利要求24所述的瞬时加热器，其特征在于，在冷却接口(K)的范围内、在加热模块(M)上设置用于印制电路板(P)的定位元件(11)。

31.按权利要求25所述的瞬时加热器，其特征在于，所述冷却元件是陶瓷的。

32.按权利要求25所述的瞬时加热器，其特征在于，所述冷却元件设置在一个水室(4)的一个孔(5)内。

33.按权利要求25所述的瞬时加热器，其特征在于，所述其它定位元件是支承底座形式的。

34.按权利要求25所述的瞬时加热器，其特征在于，所述其它定位元件配有深度止挡(12)。

35.按权利要求25所述的瞬时加热器，其特征在于，所述其它定位元件用于印制电路板角。

36.按权利要求26所述的瞬时加热器，其特征在于，该弹簧夹作为一个板材落料弯折件或带材料弯折件制成。

37.按权利要求26所述的瞬时加热器，其特征在于，所述横板是有弹性的。

38.按权利要求23至37中任一项所述的瞬时加热器，其特征在于，功率元件(B)是一个三端双向可控硅开关构件。