EP4279835A1 - Elektrisches heizgerät, verfahren zur herstellung eines elektrischen heizgerätes und verwen-dung eines wärmetauschers - Google Patents

Elektrisches heizgerät, verfahren zur herstellung eines elektrischen heizgerätes und verwen-dung eines wärmetauschers Download PDF

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EP4279835A1
EP4279835A1 EP23172337.0A EP23172337A EP4279835A1 EP 4279835 A1 EP4279835 A1 EP 4279835A1 EP 23172337 A EP23172337 A EP 23172337A EP 4279835 A1 EP4279835 A1 EP 4279835A1
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EP
European Patent Office
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holding part
electronic component
heater
heat exchanger
electric heater
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Application number
EP23172337.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulf Schmerbeck
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
    • F24H15/37—Control of heat-generating means in heaters of electric heaters

Definitions

  • the invention relates to an electric heater, a method for producing an electric heater and a use of a heat exchanger.
  • Electrical heating devices for heating a media flow for example water for hot water supply, such as instantaneous water heaters, usually have a heating device comprising heating coils or heating rods that convert electrical current into thermal energy and release it to the water to be heated.
  • a high output of often more than 15 kW [kilowatt] can be achieved.
  • power electronics are used, comprising electronic components, for example semiconductor components such as TRIACs. Due to the high electrical power to be implemented, the electronic components can heat up significantly during operation.
  • the DE 102 09 905 A1 shows a solution in which TRIACs are not arranged on a circuit board, but on closure pieces that are in contact with the medium to be heated.
  • the DE 10 2018 008 511 A1 relates to an electric heating device with a housing and a stack of heating elements, with a heat-generating element that has a hollow profile or flat profile.
  • the heating elements are cohesively connected to the housing.
  • the electronic components are arranged below a jacket of a water-conducting area and can disadvantageously shift during assembly or installation work on the heating device.
  • the EP 2 098 802 A2 shows a control device for a hot water device, in which a cooling pipe is provided which has two opposite cooling surfaces on which electronic components to be cooled are to be arranged.
  • From the DE 10 2010 051 736 A1 shows an instantaneous water heater with a plurality of power electronic switching elements that are placed flat or lying on a circuit board. Furthermore, a cooling pipe is provided through which cold water flows during operation, whereby the switching elements are cooled. The cooling tube is placed on the flat or lying switching elements and fixed using a clamp.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of a heater and combine the advantages of simple assembly without essential additional components with very good cooling performance.
  • an electric heater contributes to heating a media flow, having at least one electronic component for controlling the power of the heater, the at least one electronic component being arranged on a holding part which projects into a channel of a heat exchanger of the heater or forms at least one wall of the channel and the holding part has heat-conducting contact on both sides with the at least one electronic component.
  • the heater is, for example, an electric instantaneous water heater that is set up to heat a media stream (water stream).
  • the heater can have a heat exchanger, also known as a heating block, with resistance-based heating elements that are brought into contact with the media flow and can supply thermal energy to it.
  • the heat exchanger can be connected to a cold water supply line in the heater.
  • the heat exchanger can include channels through which the medium to be heated flows and in which resistance-based heating elements can be arranged.
  • the channels can be arranged or shaped in a meandering manner in the heat exchanger.
  • the heater can in particular have an electrical heating output in a range between 10 kW and 30 kW [kilowatt].
  • the resistance-based heating element can in particular be a heating coil or a heating rod or a plurality of the same, designed to convert electrical current into thermal energy and to deliver it to the media stream.
  • the heating element can usually be brought into direct contact with the media stream to be heated, which means that short response times for the heating device can be achieved. Heating wires are known from the prior art for this purpose.
  • the electric heater can be set up to be connected to a three-phase alternating current source for energy supply.
  • the three-phase alternating current source can be, for example, a three-phase connection in a household, often also referred to as a three-phase connection.
  • TRIACs Semiconductor switches such as TRIACs, which can switch high heating currents, are often used.
  • TRIACs also known as bidirectional thyristor triode or symistor, are semiconductor components that are able to switch high alternating currents.
  • switches such as TRIACs or other semiconductors
  • a heater proposed here has at least one such electronic component; as a rule, one electronic component is provided for each heating element. Heaters often have 3 to 10 such electronic components. These can in particular be arranged on a circuit board.
  • One aspect therefore relates to the arrangement of the at least one electronic component with a heat-conducting contact towards a heat exchanger of the heater.
  • a heat exchanger of the heater for this purpose, in particular there can be heat-conducting contact with a medium (water to be heated) flowing through the heat exchanger.
  • forces acting on a connection of the heater cannot damage the at least one electronic component or change its position during installation.
  • the at least one electronic component can be arranged on a holding part, the holding part being in heat-conducting contact with at least one channel of the heat exchanger.
  • the area in which the holding part is brought into heat-conducting contact with the at least one channel, viewed in the flow direction of the medium flowing through, can be arranged in an initial area (area of an inlet) of the heat exchanger, in particular in front of the at least one heating element.
  • the phrase “arranged on a holding part” refers to a (direct) connection of the at least one electronic component to the holding part, in particular a reception of the at least one electronic component between two walls of the holding part and/or a clamping of the at least one electronic component by the holding part.
  • the holding part can in particular consist of or include a very good heat-conducting material.
  • the material can be, for example, a metal, for example steel, copper or aluminum, or alloys containing at least one of these metals, for example brass.
  • a holding part made of sheet metal, which also has good heat-conducting properties, can be produced particularly cost-effectively.
  • the holding part can have heat transfer ribs on the channel side. These can increase the surface area available for heat transfer and thus improve heat transfer performance.
  • the holding part can have a connection to an electrical ground of the heater and thus realize grounding of the electronic components or the circuit board.
  • this is particularly easy to implement structurally.
  • the holding part can each form a wall of two channels of the heat exchanger and the electronic components are arranged between the areas of the holding part that form the walls.
  • the holding part can form a first wall of a first channel and a second wall of a second channel.
  • the walls can in particular be aligned (largely) parallel and have a distance that corresponds to a width of the at least one electronic component to be accommodated.
  • cooling of the at least one electronic component can be achieved on both sides. It can also be advantageous the walls can be used to clamp the at least one electronic component, making complex means for fastening the at least one electronic component unnecessary.
  • the holding part can protrude into a channel.
  • the holding part can largely penetrate a flow cross section of the channel in order to provide a large area for heat transfer.
  • the holding part can in particular be aligned in an expansion direction in the flow direction of the channel in order not to hinder a flow in the channel and to offer a large area for heat transfer.
  • an area of the holding part that does not protrude into the channel can form a clamping area for the at least one electronic component.
  • the holding part can have a deflection, so that two opposite areas of the holding part are formed, between which the at least one electronic component can be accommodated on both sides in a cooling manner.
  • At least one seal can be arranged between the holding part and the heat exchanger, which prevents medium to be heated from escaping in the contact area between the channel and the holding part.
  • thermal paste can be introduced between the electronic component and the holding part, which further improves heat transfer and heat conduction.
  • the at least one electronic component can be arranged on a circuit board, with the circuit board being fixed in its position.
  • the circuit board can be attached to a suitable fastening point, for example a housing or a holding plate of the heater, using fastening means, for example a screw connection. be fixed.
  • the circuit board can be particularly advantageously inserted in a clamp connection. Clamping elements for this can, for example, be formed on the heat exchanger.
  • a clamp connection advantageously and cost-effectively enables simple and quick assembly or disassembly of the circuit board.
  • by fixing the circuit board there is no need to fasten the at least one electronic component on or in the holding part, since there is already a very good mechanical hold, particularly with an arrangement of the electronic component and holding part that makes contact on both sides.
  • a method for producing a heater proposed here is also proposed, wherein a heat exchanger is produced by injection molding and a holding part for at least one electronic component for power control of the heater is integrated into the heat exchanger during injection molding.
  • the holding part is integrated and fixed in the heat exchanger in a form-fitting and/or material-locking manner in the injection molding process and is thereby media-tight.
  • the use of a heat exchanger of an electric heater for cooling at least one electronic component of the heater is also proposed.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or order of these objects, sizes or prescribe processes to each other. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it will be obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. To the extent that a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • an electric heater is therefore specified here which can at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the heater at least contributes to ensuring excellent cooling of electronic components, with the risk of damage to the at least one electronic component or its attachment during installation of the heater being largely eliminated.
  • the invention allows simple assembly of the heater while at the same time providing very good cooling of the at least one electronic component due to heat-conducting contact on both sides in the holding part.
  • Fig. 1 shows an example and schematic of an electric heater (1) for heating a media stream, such as a water stream, which can be supplied to the heater 1 through a cold water inlet 8 and removed through a hot water outlet 9, the media stream flowing through the heater 1 in a flow direction 21.
  • a media stream such as a water stream
  • the heater 1 can include a heat exchanger 3, having resistance-based heating elements that can be brought into direct contact with the media flow.
  • a holding part 2 with at least one electronic component 17 can be arranged, the at least one electronic component 17 being brought into heat-conducting contact with the heat exchanger 2 and a medium flowing through.
  • the heater 1 can also have a regulating and control device 6, which can be set up to regulate and control the heater 1, in particular the heating elements.
  • the control and control device 6 can be electrically connected to a temperature sensor 7 in the cold water inlet, a flow sensor 5, a motor valve 4 and a temperature sensor 10 in the hot water outlet 9.
  • Fig. 2 also shows, by way of example and schematically, two channels 11, 12 of the heat exchanger 3, between which a holding part 2 with at least one electronic component 17 can be arranged.
  • the first and second channels 11, 12 can be adjacent channels of a meandering line in the heat exchanger 3.
  • the holding part 2 can be shaped in such a way that it forms a first wall 18 of the first channel 11 and a second wall 19 of the second channel 12, the first and second walls 18, 19 being arranged largely parallel and being able to have a distance that is largely equal to the insertion width 20 of the at least one electronic component 17 corresponds, whereby good heat-conducting contacting of the at least one electronic component 17 between the first and second walls 18, 19 is ensured.
  • the at least one electronic component 17 can be arranged on a circuit board 14.
  • the circuit board 14 can be fixed in fasteners 15.
  • the fastening means 15 are advantageously designed here as a clamping device, which can be formed as part of the manufacturing process of the heat exchanger 3, for example as part of an injection molding process.
  • Fig. 3 shows, by way of example and schematically, a channel 11 of the heat exchanger with a holding part 2 projecting into the channel 11.
  • the holding part 2 can include a clamping area 16, in which the holding part 2 can be designed in the shape of a clamp and can be set up to hold the at least one electronic component 17.
  • the holding part 2 can include a cooling area 13 which projects into the channel 11 and implements heat exchange with a medium flowing through the channel 11.
  • the cooling area 13 can project into the channel 11 over as large an area as possible and be aligned in the flow direction 21 in order not to impede the flow in the channel and at the same time to enable a large heat flow from the holding part 2 to the medium flowing through the channel 11.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Elektrisches Heizgerät (1) zur Erwärmung eines Medienstromes, aufweisend mindestens ein elektronisches Bauteil (17) zur Leistungssteuerung des Heizgerätes (1), wobei das mindestens eine elektronische Bauteil (17) auf einem Halteteil (2) angeordnet ist, das in einen Kanal (11, 12) eines Wärmetauschers (3) des Heizgerätes (1) hineinragt oder mindestens eine Wandung (18, 19) des Kanals (11, 12) bildet, und das Halteteil (2) einen beidseitigen wärmeleitenden Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil (17) hat. Beispielsweise kann das Halteteil (2) hierzu jeweils eine Wandung (18, 19) von zwei Kanälen (11, 12) des Wärmetauschers (3) bilden und das mindestens eine elektronische Bauteil (17) zwischen den Wandungen (18, 19) des Halteteils (2) angeordnet sein. In vorteilhafter Weise kann so eine Anordnung des mindestens einen elektronischen Bauteils (17) erreicht werden, in der eine hervorragende Kühlung erreicht werden kann und zudem bei einer Installation des Heizgerätes (1) auftretende mechanische Kräfte die elektronischen Bauteile (17) bzw. deren Befestigung nicht beeinträchtigen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizgerätes und eine Verwendung eines Wärmetauschers.
  • Elektrische Heizgeräte zur Erwärmung eines Medienstromes, beispielsweise Wasser zur Warmwasserversorgung, wie Durchlauferhitzer, weisen in der Regel eine Heizeinrichtung umfassend Heizwendel oder Heizstäbe auf, die elektrischen Strom in Wärmeenergie umwandeln und an das zu erhitzende Wasser abgeben. Insbesondere bei Durchlauferhitzern kann dabei eine hohe Leistung von häufig mehr als 15 kW [Kilowatt] umgesetzt werden. Zur Steuerung und/oder Regelung des elektrischen Heizgerätes kommt hierzu eine Leistungselektronik zum Einsatz umfassend elektronische Bauteile, beispielweise Halbleiterbauelemente, wie TRIACs. Aufgrund der hohen umzusetzenden elektrischen Leistung können die elektronischen Bauteile sich im Betrieb stark erwärmen.
  • Um eine Kühlung der elektronischen Bauteile zu gewährleisten, wird in der DE 41 06 273 C1 vorgeschlagen die auf einer Platine angeordneten elektronischen Bauteile an einem Metallblock und mit diesem an einem wasserführenden Rohrstück wärmeleitend zu befestigen.
  • Die DE 102 09 905 A1 zeigt eine Lösung bei der TRIACs nicht auf einer Platine, sondern auf Verschlussstücken angeordnet werden, die mit dem zu erwärmenden Medium in Kontakt stehen.
  • In der DE 10 2011 0130972 A1 wird zur Verbesserung der Kühlung elektronischer Bauteile eines Heizgerätes gelehrt, einen Kühlkörper vorzusehen, der mit einem Wasserführungskörper und einem Halbleiterschalter als elektronischem Bauteil verbunden ist. Dabei kann der Kühlkörper durch den Druck des Wassers im Gerät eine Andruckkraft vom Kühlköper auf den Halbleiterschalter bewirken. Nachteilig ist der Halbleiterschalter durch den Kühlkörper nicht fixiert, so dass der Halbleiterschalter bei Montagearbeiten versehentlich seine Position ändern kann.
  • Die DE 10 2018 008 511 A1 betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse und einem Stapel von Heizelementen, mit einem Wärmeerzeugenden Element, das ein Hohlprofil oder Flachprofil aufweist. Die Heizelemente sind mit dem Gehäuse stoffschlüssig verbunden. Die elektronischen Bauelemente sind unterhalb eines Mantels eines wasserführenden Bereiches angeordnet und können sich im Rahmen der Montage bzw. Installationsarbeiten an der Heizvorrichtung nachteilig verschieben.
  • Die EP 2 098 802 A2 zeigt ein Steuergerät für ein Warmwassergerät, bei dem ein Kühlrohr vorgesehen ist, das zwei gegenüberliegende Kühlflächen aufweist, an dem zu kühlende elektronische Bauelemente anzuordnen sind.
  • Aus der DE 10 2010 051 736 A1 geht ein Durchlauferhitzer mit einer Mehrzahl von leistungselektronischen Schaltelementen hervor, die auf einer Leiterplatte flach oder liegend platziert sind. Weiterhin ist ein Kühlrohr vorgesehen, durch welches während des Betriebs Kaltwasser fließt, wobei die Schaltelemente gekühlt werden. Das Kühlrohr ist dabei auf den flachen oder liegenden Schaltelementen platziert und mittels einer Klammer fixiert.
  • Den genannten Lösungen ist ein hoher Aufwand für die Montage der elektronischen Bauteile zur Gewährleistung einer Kühlung gemeinsam. Zudem müssen teilweise aufwendig herzustellende Zusatzbauteile, wie Kühlkörper oder Metallblock eingesetzt werden. Nicht zuletzt müssen die elektronischen Bauteile aufwendig in einer Position zur Kühlung fixiert werden. Ein weiteres Problem besteht in der Anordnung an einer das zu erwärmende Medium führenden Leitung, wobei die Leitung in der Regel für eine Verbindung mit einem Hausanschluss vorgesehen ist. Bei der Installation kommt es im Rahmen der Verbindung und damit aufzubringender mechanischer Kräfte häufig zu Beschädigungen der elektronischen Bauteile.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Heizgerät vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll eine sehr gute Kühlung elektronischer Bauteile des Heizgerätes gewährleistet sein und zudem sollen die elektronischen Bauteile von äußeren mechanischen Einflüssen geschützt sein.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen und Vorteile einer einfachen Montage ohne wesentliche zusätzliche Bauteile mit einer sehr guten Kühlleistung miteinander vereinen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein elektrisches Heizgerät zur Erwärmung eines Medienstromes bei, aufweisend mindestens ein elektronisches Bauteil zur Leistungssteuerung des Heizgerätes, wobei das mindestens eine elektronische Bauteil auf einem Halteteil angeordnet ist, das in einen Kanal eines Wärmetauschers des Heizgerätes hineinragt oder mindestens eine Wandung des Kanals bildet und das Halteteil einen beidseitigen wärmeleitendem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil aufweist.
  • Bei dem Heizgerät handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Durchlauferhitzer, der dazu eingerichtet ist, einen Medienstrom (Wasserstrom) zu erwärmen. Hierzu kann das Heizgerät einen Wärmetauscher, auch als Heizblock bezeichnet, mit widerstandsbasierten Heizelementen aufweisen, die in Kontakt mit dem Medienstrom gebracht werden und diesem Wärmeenergie zuführen können. Der Wärmtauscher kann dabei im Heizgerät mit einer Kaltwasserzuführleitung verbunden sein. Der Wärmetauscher kann dabei Kanäle umfassen, die von dem zu erwärmenden Medium durchströmt werden und in denen widerstandsbasierte Heizelemente angeordnet sein können. Die Kanäle können im Wärmetauscher mäanderförmig angeordnet oder geformt sein. Das Heizgerät kann dabei insbesondere eine elektrische Heizleistung in einem Bereich zwischen 10 kW und 30 kW [Kilowatt].
  • Das widerstandsbasierte Heizelement kann insbesondere ein Heizwendel oder ein Heizstab oder eine Vielzahl derselben sein, dazu eingerichtet, elektrischen Strom in Wärmeenergie umzuwandeln und an den Medienstrom abzugeben. Das Heizelement kann in der Regel in direkten Kontakt mit dem zu erwärmenden Medienstrom gebracht werden, womit kurze Reaktionszeiten der Heizeinrichtung realisierbar sind. Hierfür sind aus dem Stand der Technik Heizdrähte bekannt.
  • Das elektrische Heizgerät kann dazu eingerichtet sein, mit einer dreiphasigen Wechselstromquelle zur Energieversorgung verbunden zu werden. Die dreiphasige Wechselstromquelle kann beispielsweise ein dreiphasiger Anschluss eines Haushalts, häufig auch als Drehstromanschluss bezeichnet, sein.
  • Zur Regelung oder Steuerung des Heizgerätes kann dieses elektronische Bauteile umfassen. Häufig kommen hierbei Halbleiterschalter, wie TRIACs zum Einsatz, die hohe Heizströme schalten können. TRIACs, auch als Zweirichtungs-Thyristortriode oder Symistor bezeichnet, sind Halbleiterbauelemente die in der Lage sind hohe Wechselströme zu schalten. Beim Betrieb der elektronischen Bauteile, insbesondere von Schaltern wie TRIACs oder anderen Halbleitern, kann beim Betrieb hohe Abwärme entstehen. Ein hier vorgeschlagenes Heizgerät weist mindestens ein derartiges elektronisches Bauteil auf, in der Regel ist für jedes Heizelement ein elektronisches Bauteil vorgesehen. Häufig weisen Heizgeräte 3 bis 10 derartige elektronische Bauteile auf. Diese können insbesondere auf einer Platine angeordnet sein.
  • Ein Aspekt betrifft demnach die Anordnung des mindestens einen elektronischen Bauteils mit einem wärmeleitenden Kontakt hin zu einem Wärmetauscher des Heizgerätes. Hierzu kann insbesondere wärmeleitender Kontakt zu einem den Wärmtauscher durchströmenden Medium (zu erwärmendes Wasser) bestehen. Vorteilhaft können auf einen Anschluss des Heizgerätes wirkende Kräfte bei einer Installation das mindestens eine elektronische Bauteil nicht beschädigen oder dessen Position verändern.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das mindestens eine elektronische Bauteil auf einem Halteteil angeordnet sein, wobei das Halteteil in wärmeleitendem Kontakt mit mindestens einem Kanal des Wärmetauschers ist. Dabei kann der Bereich, in dem das Halteteil mit dem mindestens ein Kanal in wärmeleitenden Kontakt gebracht ist, in Strömungsrichtung des durchströmenden Mediums gesehen, in einem Anfangsbereich (Bereich eines Eingangs) des Wärmetauschers angeordnet sein, insbesondere vor dem mindestens einen Heizelement. Vorteilhaft kann so eine verbesserte Kühlwirkung erreicht werden. Die Formulierung "auf einem Halteteil angeordnet" bezeichnet eine (unmittelbare) Verbindung des mindestens einen elektronischen Bauteils mit dem Halteteil, insbesondere eine Aufnahme des mindestens einen elektronischen Bauteils zwischen zwei Wandungen des Halteteils und/ oder einer Klemmung des mindestens einen elektronischen Bauteils durch das Halteteil.
  • Das Halteteil kann dabei insbesondere aus einem sehr gut wärmeleitenden Material bestehen bzw. dieses umfassen. Das Material kann beispielsweise ein Metall sein, beispielsweise Stahl, Kupfer oder Aluminium, bzw. Legierungen aufweisend zumindest eines dieser Metalle, beispielsweise Messing. Besonders kostengünstig kann ein Halteteil aus Blech hergestellt werden, welches gleichfalls gute wärmeleitende Eigenschaften aufweist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Halteteil kanalseitig Wärmeübertragungsrippen aufweisen. Diese können die für eine Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Oberfläche erhöhen und somit die Wärmeübertragungsleistung verbessern.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Halteteil eine Verbindung zu einer elektrischen Masse des Heizgerätes aufweisen und so eine Erdung der elektronischen Bauteile bzw. der Platine realisieren. Vorteilhaft ist dies baulich besonders einfach umsetzbar.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Halteteil jeweils eine Wandung von zwei Kanälen des Wärmetauschers bilden und die elektronischen Bauteile zwischen den die Wandungen bildenden Bereichen des Halteteils angeordnet sind. Mit anderen Worten kann das Halteteil eine erste Wandung eines ersten Kanals und eine zweite Wandung eines zweiten Kanals bilden. Die Wandungen können dabei insbesondere (weitestgehend) parallel ausgerichtet sein und einen Abstand aufweisen, der einer Breite des mindestens einen, aufzunehmenden, elektronischen Bauteils entsprechen. In vorteilhafter Weis kann so eine beidseitige Kühlung des mindestens einen elektronischen Bauteils verwirklicht werden. Zudem vorteilhaft kann durch die Wandungen eine Klemmung des mindestens einen elektronischen Bauteils realisiert werden, wodurch aufwendige Mittel zur Befestigung des mindestens einen elektronischen Bauteils unnötig werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Halteteil in einem Kanal hineinragen. Dabei kann das Halteteil einen Strömungsquerschnitt des Kanals weitestgehend durchdringen, um eine große Fläche zur Wärmeübertragung bereitzustellen. Das Halteteil kann dabei insbesondre in einer Ausdehnungsrichtung in Strömungsrichtung des Kanals ausgerichtet sein, um eine Strömung im Kanal nicht zu behindern und eine große Fläche zur Wärmeübertragung zu bieten.
  • Dabei kann insbesondere ein nicht in den Kanal hineinragender Bereich des Halteteils einen Klemmbereich für das mindestens eine elektronische Bauteil bilden. Hierzu kann das Halteteil eine Umlenkung aufweisen, so dass sich zwei gegenüberliegende Bereiche des Halteteils ausbilden, zwischen denen das mindestens eine elektronische Bauteil beidseitig kühlend aufgenommen werden kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann zwischen Halteteil und dem Wärmtauscher mindestens eine Dichtung angeordnet sein, die ein austreten von zu erwärmendem Medium im Kontaktbereich zwischen Kanal und Halteteil verhindert.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann zwischen elektronischem Bauteil und Halteteil Wärmeleitpaste eingebracht sein, die die Wärmeübertragung und Wärmeleitung weiter verbessert.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das mindestens eine elektronische Bauteil auf einer Platine angeordnet sein, wobei die Platine in ihrer Position fixiert ist. Die Platine kann dabei mittels Befestigungsmitteln, beispielsweise einer Schraubverbindung, an einem geeigneten Befestigungspunkt, beispielsweise einem Gehäuse oder einem Halteblech des Heizgerätes, fixiert sein. Besonders vorteilhaft kann die Platine in einer Klemmverbindung eingebracht werden. Klemmelemente hierfür können beispielsweise am Wärmetauscher angeformt sein. Eine Klemmverbindung ermöglicht vorteilhaft und kostengünstig eine einfache und schnelle Montage bzw. Demontage der Platine. In vorteilhafter Weise kann durch die Fixierung der Platine auf eine Befestigung des mindestens einen elektronischen Bauteils am oder im Halteteil verzichtet werden, da insbesondere bei einer beidseitig kontaktierenden Anordnung von elektronischem Bauteil und Halteteil bereits ein sehr guter mechanischer Halt besteht.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes vorgeschlagen, wobei ein Wärmtauscher durch Spritzgießen hergestellt wird und ein Halteteil für mindestens ein elektronisches Bauteil zur Leistungssteuerung des Heizgerätes beim Spritzgießen in den Wärmetauscher integriert wird. Mit anderen Worten wird das Halteteil im Spritzgießprozess in den Wärmetauscher formschlüssig und/ oder stoffschlüssig und dabei mediendicht integriert und fixiert.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Verwendung eines Wärmetauschers eines elektrischen Heizgerätes zur Kühlung mindestens eines elektronischen Bauteils des Heizgerätes vorgeschlagen.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Die im Zusammenhang mit dem Heizgerät erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren zur Herstellung und der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Hier wird somit ein elektrisches Heizgerät angegeben, das die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen kann. Insbesondere trägt das Heizgerät zumindest dazu bei, eine hervorragende Kühlung von elektronischen Bauteilen zu gewährleisten, wobei ein Risiko einer Beschädigung des mindestens einen elektronischen Bauteils bzw. dessen Befestigung im Rahmen einer Installation des Heizgerätes weitestgehend ausgeschlossen werden kann.
  • Zudem erlaubt die Erfindung eine einfache Montage des Heizgerätes bei gleichzeitig sehr guter Kühlung des mindestens einen elektronischen Bauteils aufgrund einer beidseitigen wärmeleitenden Kontaktierung im Halteteil.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    ein hier vorgeschlagenes elektrisches Heizgerät,
    Fig. 2:
    zwei Kanäle eines Wärmetauschers mit Halteteil und elektronischen Bauteilen, und
    Fig. 3:
    einen Kanal eines Wärmtauschers mit in den Kanal ragendem Halteteil.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein elektrisches Heizgerät (1) zur Erwärmung eines Medienstromes, wie einem Wasserstrom, der durch einen Kaltwasserzulauf 8 dem Heizgerät 1 zugeführt und durch einen Warmwasserauslauf 9 entnommen werden kann, wobei der Medienstrom das Heizgerät 1 in einer Strömungsrichtung 21 durchströmt.
  • Das Heizgerät 1 kann einen Wärmetauscher 3 umfassen, aufweisend widerstandsbasierte Heizelemente, die in direkten Kontakt mit dem Medienstrom gebracht sein können. In einem Eingangsbereich, also in einem in Strömungsrichtung 21 gesehenen Anfangsbereich des Wärmetauschers 3 kann ein Halteteil 2 mit mindestens einem elektronischen Bauteil 17 angeordnet sein, wobei das mindestens eine elektronische Bauteil 17 in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmetauscher 2 und einem durchströmenden Medium gebracht ist.
  • Das Heizgerät 1 kann zudem ein Regel- und Steuergerät 6 aufweisen, das zur Regelung und Steuerung des Heizgerätes 1, insbesondere der Heizelemente, eingerichtet sein kann. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät 6 mit einem Temperatursensor 7 im Kaltwasserzulauf, einem Durchflusssensor 5, einem Motorventil 4 und einem Temperatursensor 10 im Warmwasserauslauf 9 elektrisch verbunden sein.
  • Fig. 2 zeigt gleichfalls beispielhaft und schematisch zwei Kanäle 11, 12 des Wärmetauschers 3, zwischen denen ein Halteteil 2 mit mindestens einem elektronischen Bauteil 17 angeordnet sein kann. Erster und zweiter Kanal 11, 12 können dabei benachbarte Kanäle einer mäanderförmig geführten Leitung im Wärmetauscher 3 sein. Das Halteteil 2 kann derart geformt sein, dass diese eine erste Wandung 18 des ersten Kanals 11 und eine zweite Wandung 19 des zweiten Kanals 12 ausbildet, wobei erste und zweite Wandung 18, 19 weitestgehend parallel angeordnet sind und einen Abstand aufweisen können der weitestgehend der Einschubbreite 20 des mindestens einen elektronischen Bauteils 17 entspricht, wodurch eine gute wärmeleitende Kontaktierung des mindestens einen elektronischen Bauteils 17 zwischen erster und zweiter Wandung 18, 19 gegeben ist.
  • Dabei kann das mindestens eine elektronische Bauteil 17 auf einer Platine 14 angeordnet sein. Die Platine 14 kann in Befestigungsmitteln 15 fixiert sein. Die Befestigungsmittel 15 sind hier vorteilhaft als Klemmeinrichtung ausgebildet, die im Rahmen des Herstellungsprozesses des Wärmetauschers 3, beispielsweise im Rahmen eines Spritzgießprozesses, angeformt werden können.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch einen Kanal 11 des Wärmetauschers mit in den Kanal 11 ragendem Halteteil 2. Das Halteteil 2 kann einen Klemmbereich 16 umfassen, in dem das Halteteil 2 klammerförmig ausgebildet und zur Aufnahme des mindestens einen elektronischen Bauteils 17 eingerichtet sein kann. Zudem kann das Halteteil 2 einen Kühlbereich 13 umfassen, der in den Kanal 11 ragt und einen Wärmeaustausch mit einem, den Kanal 11 durchfließenden Medium, verwirklicht. Der Kühlbereich 13 kann dabei möglichst großflächig in den Kanal 11 ragen und in Strömungsrichtung 21 ausgerichtet sein, um die Strömung im Kanal nicht zu behindern und gleichzeitig einen großen Wärmestrom vom Halteteil 2 auf das den Kanal 11 durchströmende Medium zu ermöglichen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Halteteil
    3
    Wärmetauscher
    4
    Motorventil
    5
    Durchflusssensor
    6
    Regel- und Steuergerät
    7
    Temperatursensor
    8
    Kaltwasserzulauf
    9
    Warmwasserauslauf
    10
    Temperatursensor
    11
    erster Kanal
    12
    zweiter Kanal
    13
    Kühlbereich
    14
    Platine
    15
    Befestigungsmittel
    16
    Klemmbereich
    17
    elektronisches Bauteil
    18
    erste Wandung
    19
    zweite Wandung
    20
    Einschubbreite
    21
    Strömungsrichtung

Claims (10)

  1. Elektrisches Heizgerät (1) zur Erwärmung eines Medienstromes, aufweisend mindestens ein elektronisches Bauteil (17) zur Leistungssteuerung des Heizgerätes (1), wobei das mindestens eine elektronische Bauteil (17) auf einem Halteteil (2) angeordnet ist, das in einen Kanal (11, 12) eines Wärmetauschers (3) des Heizgerätes (1) hineinragt oder mindestens eine Wandung (18, 19) des Kanals (11, 12) bildet, und das Halteteil (2) einen beidseitigen wärmeleitenden Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil (17) hat.
  2. Elektrisches Heizgerät (1) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine elektronische Bauteil (17) zur Leistungssteuerung des Heizgerätes (1) ein Halbleiterbauelement und/ oder ein TRIAC ist und auf einer Platine (14) angeordnet ist.
  3. Elektrisches Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halteteil (2) kanalseitig Wärmeübertragungsrippen aufweist.
  4. Elektrisches Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halteteil (2) eine elektrische Verbindung zu einer elektrischen Masse des elektrischen Heizgerätes (1) umfasst.
  5. Elektrisches Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halteteil (2) jeweils eine Wandung (18, 19) von zwei Kanälen (11, 12) des Wärmetauschers (3) bildet und das mindestens eine elektronische Bauteil (17) zwischen den Wandungen (18, 19) des Halteteils (2) angeordnet ist.
  6. Elektrisches Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halteteil (2) einen Klemmbereich (16) für das mindestens eine elektronische Bauteil (17) umfasst.
  7. Elektrisches Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen Halteteil (2) und Kanal (11, 12) eine Dichtung angeordnet ist.
  8. Elektrisches Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen elektronischem Bauteil (17) und Halteteil (2) Wärmeleitpaste eingebracht ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizgerätes (1), wobei ein Wärmtauscher (3) durch Spritzgießen hergestellt wird und ein Halteteil (2) für mindestens ein elektronisches Bauteil (17) zur Leistungssteuerung des Heizgerätes (1) beim Spritzgießen in den Wärmetauscher (3) integriert wird.
  10. Verwendung eines Wärmetauschers (3) eines elektrischen Heizgerätes (1) zur Kühlung mindestens eines elektronischen Bauteils (17) des Heizgerätes (1).
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