DE102011013972A1

DE102011013972A1 - Domestic electrical heater i.e. geyser, has cooling body including two sides attached with each other, where water partially flows against body at one of sides, and seal is arranged in region of body and inserted into hole of discharge body

Info

Publication number: DE102011013972A1
Application number: DE102011013972A
Authority: DE
Inventors: Günter Henke; Alexander Grässle; Norbert Wittstock
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-20

Abstract

The heater (1) has a semiconductor switch (20) for switching power of an electrical heating element and heat-conductively arranged outside a discharge body (10) of the heater. A cooling body (30) has two sides (31, 32) attached with each other, where water partially flows against the cooling body at one of the sides. The switch rests against a retaining plate (22). A seal (40) i.e. O-ring seal, is arranged in a region of the cooling body and inserted into a hole (11) of the discharge body. The seal outwardly seals the discharge body.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Haustechnik-Heizgerät zur Beheizung von Wasser, insbesondere Durchlauferhitzer, mit einem Halbleiterschalter zur Schaltung der Leistung wenigstens eines elektrischen Heizkörpers.The invention relates to an electrical domestic heating device for heating water, in particular water heater, with a semiconductor switch for switching the power of at least one electric radiator.

Die DE 102 09 905 A1 beschreibt ein elektrisches Heizgerät zur Beheizung eines Mediums, insbesondere Durchlauferhitzer, mit einem zu kühlenden Halbleiterschalter. Der Halbleiterschalter ist an einem wärmeleitenden Verschlussstück eines das Medium beinhaltenden Raumes an der dem Raum abgewandten Seite wärmeleitend befestigt. Das Verschlussstück ist mit einem Heizkörper elektrisch verbunden.The DE 102 09 905 A1 describes an electric heater for heating a medium, in particular water heater, with a semiconductor switch to be cooled. The semiconductor switch is attached to a heat-conducting closure piece of a medium-containing space at the side facing away from the space heat-conducting. The closure piece is electrically connected to a radiator.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Haustechnik-Heizgerät mit einer verbesserten Kühlung des Halbleiterschalters mit geringem Montageaufwand vorzusehen.Based on the prior art, the present invention seeks to provide an electrical home automation heater with improved cooling of the semiconductor switch with low installation costs.

Erfindungsgemäß ist die obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.According to the invention the above object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are given in the dependent claims.

Danach ist der Halbleiterschalter außen an einem Wasserführungskörper des Heizgerätes wärmeleitend angeordnet. Der Wasserführungskörper ist der Bereich des Heizgerätes, in dem Kaltwasser eingeleitet und erwärmt wird. Dabei ist ein Kühlkörper mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite vorgesehen, der an der ersten Seite wenigstens teilweise an dem Halbleiterschalter anliegt. Das Wasser strömt den Kühlkörper zur Kühlung des Halbleiterschalters an der zweiten Seite wenigstens teilweise an. Der Kühlkörper ist somit mit dem Halbleiterschalter thermisch verbunden und nimmt die beim Betrieb des Halbleiterschalters entstehende Wärme auf. Durch den Umstand, dass das Wasser den Kühlkörper anströmt, ist auch das Wasser mit dem Kühlkörper thermisch verbunden, so dass der Kühlkörper die Wärme, die von den Halbleiterschalter auf den Kühlkörper übertragen wird, an das Wasser abgibt. Hierdurch ist somit eine Kühlung des Halbleiterschalters erreicht.Thereafter, the semiconductor switch is arranged outside of a heat-conducting body of the heater heat-conducting. The water guide body is the area of the heater in which cold water is introduced and heated. In this case, a heat sink with a first side and a second side is provided, which bears against the semiconductor switch at least partially on the first side. The water at least partially flows to the cooling body for cooling the semiconductor switch on the second side. The heat sink is thus thermally connected to the semiconductor switch and absorbs the heat generated during operation of the semiconductor switch. Due to the fact that the water flows against the heat sink, the water is thermally connected to the heat sink, so that the heat sink releases the heat that is transferred from the semiconductor switch to the heat sink to the water. As a result, a cooling of the semiconductor switch is thus achieved.

Vorzugsweise besteht der Kühlkörper aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere aus Kupfer oder Messing.Preferably, the heat sink is made of a thermally conductive material, in particular copper or brass.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung überträgt der Druck des Wassers im Gerät eine Andruckkraft vom Kühlkörper auf den Halbleiterschalter. Das Wasser drückt somit gegen den Kühlkörper, der dadurch gegen den Halbleiterschalter gedrückt wird. Hierdurch ist erreicht, dass der Kühlkörper optimal am Halbleiterschalter anliegt. Zusätzliche Befestigungsmittel, die den Kühlkörper gegen den Halbleiterschalter drücken, sind dabei nicht erforderlich, da der Kühlkörper allein durch die durch das Wasser entstehende Andruckkraft gegen den Halbleiterschalter gedrückt wird. Hierdurch ist die thermische Verbindung zwischen Halbleiterschalter und Kühlkörper und damit die Wärmeübertragung vom Halbleiterschalter auf den Kühlkörper verbessert.In a preferred embodiment of the invention, the pressure of the water in the device transmits a pressure force from the heat sink to the semiconductor switch. The water thus presses against the heat sink, which is thereby pressed against the semiconductor switch. This ensures that the heat sink is applied optimally to the semiconductor switch. Additional fastening means which press the heat sink against the semiconductor switch are not required, since the heat sink is pressed against the semiconductor switch solely by the pressure force generated by the water. As a result, the thermal connection between the semiconductor switch and the heat sink and thus the heat transfer from the semiconductor switch is improved on the heat sink.

Vorzugsweise ist die Andruckkraft des Wassers durch den bei fließendem Wasser im Wasserführungskörper entstehenden Fließdruck erreicht. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Andruckkraft durch den statischen Druck des Wassers (z. B. Netzdruck) erreicht, wenn kein Wasser fließt und das Wasser im Wasserführungskörper steht.Preferably, the pressing force of the water is achieved by the resulting in running water in the water guide body flow pressure. In a further embodiment of the invention, the pressure force is achieved by the static pressure of the water (eg, network pressure) when no water flows and the water is in the water guide body.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Kühlkörper verschieblich geführt. Hierdurch ist erreicht, dass der Kühlkörper leicht beweglich ist und sich an die Lage des Halbleiterschalters anpasst. Toleranzen bei der Befestigung des Halbleiterschalters sowie des Kühlkörpers werden hierdurch ausgeglichen, so dass eine einfache Montage erreicht ist.According to one embodiment, the heat sink is guided displaceably. This ensures that the heat sink is easily movable and adapts to the position of the semiconductor switch. Tolerances in the attachment of the semiconductor switch and the heat sink are thereby compensated, so that a simple assembly is achieved.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel liegt der Halbleiterschalter an einer Halteplatte an und mit der Halteplatte ist eine Endstellung des Halbleiterschalters festgelegt. Hierdurch ist eine einfache Montage des Halbleiterschalters ermöglicht. Zudem erzeugt die Halteplatte einen Gegendruck, wenn der Kühlkörper gegen den Halbleiterschalter drückt, so dass der Kühlkörper optimal an dem Halbleiterschalter anliegt.According to a further embodiment, the semiconductor switch rests against a holding plate and with the holding plate an end position of the semiconductor switch is fixed. This allows a simple mounting of the semiconductor switch. In addition, the holding plate generates a back pressure when the heat sink presses against the semiconductor switch, so that the heat sink is applied optimally to the semiconductor switch.

Vorzugsweise ist im Bereich des Kühlkörpers eine Dichtung angeordnet, die dazu geeignet ist, den Wasserführungskörper nach außen abzudichten. Somit ist erreicht, dass kein Wasser aus dem Wasserführungskörper nach außen gelangt und insbesondere kein Wasser den Halbleiterschalter benetzt.Preferably, a seal is arranged in the region of the heat sink, which is suitable for sealing the water guide body to the outside. Thus, it is achieved that no water from the water guide body passes to the outside and in particular no water wets the semiconductor switch.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtung als O-Ring-Dichtung ausgeführt und in eine Bohrung des Wasserführungskörpers eingelegt, wodurch eine einfache Montage und eine gute Dichtigkeit erreicht ist, auch wenn sich der Kühlkörper durch die Andruckkraft leicht bewegt.In a preferred embodiment of the invention, the seal is designed as an O-ring seal and inserted into a bore of the water guide body, whereby a simple assembly and a good seal is achieved, even if the heat sink moves easily by the pressing force.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in dem Wasserführungskörper eine Heizwendel angeordnet.According to one embodiment, a heating coil is arranged in the water guide body.

Die Zeichnung zeigt eine Ansicht des Kühlkörpers 30 in einem Ausführungsbeispiel. Die Figur zeigt einen Ausschnitt des Haustechnik-Heizgerätes 1 mit einem Wasserführungskörper 10, in dem zu erwärmendes Wasser führbar ist. In einer Bohrung 11 des Wasserführungskörpers 10 ist ein Kühlkörper 30 angeordnet. Ein zweites Ende 32 des Kühlkörpers 30 ragt teilweise in den Wasserführungskörper 10 hinein. Das Wasser strömt den Kühlkörper 30 zur Kühlung des Halbleiterschalters 20 in der zweiten Seite 32 wenigstens teilweise an. In einem Kanal 100 des Wasserführungskörpers 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Heizwendel 50 geführt, die über einen Heizkörperbolzen 51 und ein elektrisch leitendes Anschlussstück 52 mit einer Platine 60 verbunden ist. Der Kühlkörper 30 kann jedoch auch in einem Kanal 100' des Wasserführungskörpers 10 angeordnet sein, in dem keine Heizwendel positioniert ist. Im Bereich des Kühlkörpers 30 ist in eine Bohrung 11 in eine Nut 33 des Kühlkörpers 30 eine Dichtung 40 eingelegt, die als O-Ring-Dichtung ausgebildet ist und den Wasserführungskörper 10, insbesondere den Kanal 10, in dem der Kühlkörper 30 positioniert ist, nach außen abdichtet. Außen am Wasserführungskörper 10 ist ein Halbleiterschalter 20 angeordnet. Dieser ist über Anschlüsse 21 mit der Platine 60 verbunden. Der Halbleiterschalter 20 liegt an einem ersten Ende 31 des Kühlkörpers 30 an. Der Kühlkörper 30 ist somit mit dem Halbleiterschalter 20 thermisch verbunden und nimmt die beim Betrieb des Halbleiterschalters 20 entstehende Wärme auf. Dadurch, dass das Wasser im Wasserführungskörper 10 den Kühlkörper 30 anströmt, ist auch das Wasser mit dem Kühlkörper 30 thermisch verbunden, so dass der Kühlkörper 30 die Wärme, die von dem Halbleiterschalter 20 auf den Kühlkörper 30 übertragen wird, an das Wasser abgibt. Hierdurch ist somit eine Kühlung des Halbleiterschalters 20 erreicht.The drawing shows a view of the heat sink 30 in one embodiment. The figure shows a section of the domestic heating device 1 with a water guide body 10 , in which water to be heated is feasible. In a hole 11 of the water guide body 10 is a heat sink 30 arranged. A second end 32 of the heat sink 30 partially protrudes into the water guide body 10 into it. The water flows through the heat sink 30 for cooling the semiconductor switch 20 in the second page 32 at least partially. In a canal 100 of the water guide body 10 is a heating coil in this embodiment 50 led that over a radiator bolt 51 and an electrically conductive fitting 52 with a circuit board 60 connected is. The heat sink 30 but it can also be in one channel 100 ' of the water guide body 10 be arranged in which no heating coil is positioned. In the area of the heat sink 30 is in a hole 11 in a groove 33 of the heat sink 30 a seal 40 inserted, which is designed as an O-ring seal and the water guide body 10 , especially the channel 10 in which the heat sink 30 is positioned, seals to the outside. Outside on the water body 10 is a semiconductor switch 20 arranged. This is about connections 21 with the board 60 connected. The semiconductor switch 20 is at a first end 31 of the heat sink 30 at. The heat sink 30 is thus with the semiconductor switch 20 thermally connected and decreases during operation of the semiconductor switch 20 resulting heat. This causes the water in the water guide body 10 the heat sink 30 is also the water with the heat sink 30 thermally connected, leaving the heat sink 30 the heat coming from the semiconductor switch 20 on the heat sink 30 is transferred to the water. As a result, there is thus a cooling of the semiconductor switch 20 reached.

Der Druck p des Wassers, sowohl der statische Druck als auch der Fließdruck, im Gerät 1 überträgt eine Andruckkraft F vom Kühlkörper 30 auf den Halbleiterschalter 20. Das Wasser drückt somit gegen den Kühlkörper 30, der dadurch gegen den Halbleiterschalter 20 gedrückt wird. Hierdurch ist erreicht, dass der Kühlkörper 30 optimal am Halbleiterschalter 20 anliegt. Zusätzliche Befestigungsmittel, die den Kühlkörper 30 gegen den Halbleiterschalter 20 drücken, sind dabei nicht erforderlich, da der Kühlkörper 30 allein durch die durch das Wasser entstehende Andruckkraft F gegen den Halbleiterschalter 20 gedrückt wird. Hierdurch ist die thermische Verbindung zwischen Halbleiterschalter 20 und Kühlkörper 30 und damit die Wärmeübertragung vom Halbleiterschalter 20 auf den Kühlkörper 30 verbessert. Der Kühlkörper 30 ist verschieblich ausgeführt. Hierdurch ist der Kühlkörper 30 in der Lage, sich der Position des Halbleiterschalters 20 anzupassen, wobei Toleranzen ausgeglichen werden. Der Halbleiterschalter 20 liegt an einer Halteplatte 22 an. Mit der Halteplatte 22 ist eine Endstellung des Halbleiterschalters 20 festgelegt. Der Halbleiterschalter 20 wird durch die Halteplatte 22 formschlüssig positioniert. Hierdurch ist eine einfache Montage des Halbleiterschalters 20 ermöglicht. Zudem erzeugt die Halteplatte 22 einen Gegendruck, wenn der Kühlkörper 30 gegen den Halbleiterschalter 20 gedrückt wird, so dass der Kühlkörper 30 optimal an dem Halbleiterschalter 20 anliegt, so dass eine gute Wärmeübertragung ermöglicht ist.The pressure p of the water, both the static pressure and the flow pressure, in the device 1 transmits a pressing force F from the heat sink 30 on the semiconductor switch 20 , The water thus presses against the heat sink 30 which thereby against the semiconductor switch 20 is pressed. This ensures that the heat sink 30 optimal on the semiconductor switch 20 is applied. Additional fasteners to the heat sink 30 against the semiconductor switch 20 Press, are not required because the heat sink 30 solely by the pressure force F produced by the water against the semiconductor switch 20 is pressed. As a result, the thermal connection between the semiconductor switch 20 and heat sink 30 and thus the heat transfer from the semiconductor switch 20 on the heat sink 30 improved. The heat sink 30 is slidable. This is the heat sink 30 able to adapt to the position of the semiconductor switch 20 adapt, compensating for tolerances. The semiconductor switch 20 lies on a holding plate 22 at. With the retaining plate 22 is an end position of the semiconductor switch 20 established. The semiconductor switch 20 gets through the retaining plate 22 positively positioned. As a result, a simple mounting of the semiconductor switch 20 allows. In addition, the holding plate generates 22 a back pressure when the heat sink 30 against the semiconductor switch 20 is pressed, leaving the heat sink 30 optimal to the semiconductor switch 20 is applied so that a good heat transfer is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10209905 A1 [0002]

Claims

Electric Domestic Heating Heater ( 1 ) for heating water, in particular instantaneous water heater, with a semiconductor switch ( 20 ) for switching the power of at least one electric radiator, wherein the semiconductor switch ( 20 ) on the outside of a water guide body ( 10 ) of the heater ( 1 ) is arranged heat-conducting, wherein a heat sink ( 30 ) with a first page ( 31 ) and a second page ( 32 ) provided on the first page ( 31 ) at least partially on the semiconductor switch ( 20 ) is applied, and the water for cooling the semiconductor switch ( 20 ) the heat sink ( 30 ) on the second page ( 32 ) at least partially flows.

Domestic heating device ( 1 ) according to claim 1, wherein the pressure (p) of the water in the device ( 1 ) a pressing force (F) from the heat sink ( 30 ) to the semiconductor switch ( 20 ) transmits.

Domestic heating device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the heat sink ( 30 ) is guided displaceably.

Domestic heating device ( 1 ) according to one or more of the preceding claims 1 to 3, wherein the semiconductor switch ( 20 ) on a holding plate ( 22 ) and with the retaining plate ( 22 ) an end position of the semiconductor switch ( 20 ).

Domestic heating device ( 1 ) according to one or more of the preceding claims 1 to 4, wherein in the region of the heat sink ( 30 ) a seal ( 40 ), which is adapted to the water guide body ( 10 ) to the outside.

Domestic heating device ( 1 ) according to claim 5, wherein the seal ( 40 ) is designed as an O-ring seal and into a bore ( 11 ) of the water guide body ( 10 ) is inserted.