PL219136B1 - Grzejnik przepływowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest grzejnik przepływowy w szczególności Shower-Heater z elektronicznym sterowaniem dla modułu grzejnego, przy czym co najmniej jeden elektroniczny element mocy, który umieszczony jest na złączu chłodzącym z dopływem zimnej wody i płytka drukowana są zamocowane na module grzejnym.

W znanych dotychczas grzejnikach przepływowych z elektronicznym sterowaniem, elementy mocy, jak triaki są chłodzone zimną wodą dopływającą na złącze chłodzące, aby temperatura elementów mocy podczas pracy nie przekroczyła około 70°C.

Tego typu urządzenie ujawnione jest w opisie EP 0 686 815 A1, przy czym wprowadza ono elektryczny przepływowy element grzewczy zawierający rurę medium, w której może płynąć płynne medium. Element przyłączeniowy zawiera płytkę drukowaną dla przynależącego przełącznika temperatury, który zawiera ewentualnie wspiera czujnik temperaturowy na rurze. Połączenie mocy znajduje się nad półprzewodnikiem mocy, który przez korpus chłodzący jest termicznie przyłączony do rury medium.

Złącze chłodzące znajduje się na pętli wykonanej z rury miedzianej przewidzianej tylko do celów chłodzenia w obszarze doprowadzania zimnej wody, przy czym element mocy jest dociśnięty za pomocą sprężystej klamry do zgniecionej na płasko powierzchni styku rury miedzianej. Ponieważ rura miedziana przewodzi prąd elektryczny, element mocy wymaga bezpośredniego przyłącza uziemiającego. Ta zasada budowy wymaga wielu pojedynczych części, kłopotliwego okablowania i uziemienia każdego elementu mocy. Wynikają z tego wysokie koszty wytwarzania i montażu. W elektronicznym urządzeniu sterującym przewidziana jest co najmniej jedna konwencjonalna płytka drukowana, na której w danym wypadku są umieszczone inne elementy konstrukcji układu sterującego, i która za pomocą własnych elementów mocujących, na przykład śrub jest zamocowana w przygotowanych do tego celu miejscach zamocowania modułu grzejnego. Oddające ciepło podczas pracy elementy mocy zwykle są umieszczone na złączu chłodzącym, uziemione i połączone z urządzeniem sterującym. Dlatego niezależne zamocowanie i pozycjonowanie płytki drukowanej pociąga za sobą zwiększenie kosztu wytwarzania i montażu.

Celem wynalazku jest opracowanie grzejnika przepływowego wspomnianego na wstępie rodzaju, który można produkować przy niższych kosztach. Cel ten obejmuje również wyeliminowanie uziemienia chłodzonego elementu mocy lub specjalnych urządzeń mocujących dla płytki drukowanej lub te obydwa aspekty.

Zadanie to zostało rozwiązane za pomocą grzejnika przepływowego w szczególności ShowerHeater z elektronicznym sterowaniem dla modułu grzejnego, przy czym co najmniej jeden elektroniczny element mocy, który umieszczony jest na złączu chłodzącym z dopływem zimnej wody i płytka drukowana są zamocowane na module grzejnym charakteryzującego się tym, że elektroniczny element mocy jest osadzony na złączu chłodzącym za pomocą co najmniej jednego elementu mocującego, za pomocą którego zamocowana jest na module grzejnym także płytka drukowana.

Korzystnie na module grzejnym w obszarze złącza chłodzącego są przewidziane przypory dla elementu mocującego i elementy pozycjonujące dla płytki drukowanej.

Korzystnie w złączu chłodzącym zamocowany jest wodoszczelnie ceramiczny element chłodzący z powierzchnią stykową dla elementu mocy, zwłaszcza w otworze kopułki wodnej. Element mocy jest zamontowany na płytce drukowanej i przez płytkę drukowaną i element mocujący jest dociśnięty do powierzchni stykowej elementu chłodzącego, a powierzchnia stykowa stanowi element pozycjonujący dla płytki drukowanej, natomiast na module grzejnym są przewidziane kolejne elementy pozycjonujące, na przykład w kształcie nóżek podpierających, zwłaszcza z ogranicznikami głębokościowymi dla płytki drukowanej, a zwłaszcza dla naroży płytki drukowanej.

Korzystnie element mocujący jest klamrą sprężystą w przybliżeniu w kształcie litery U, zwłaszcza jako część wygięta z blachy tłocznej lub część wygięta z taśmy materiałowej z ramionami przytrzymującymi mającymi co najmniej dwa piłokształtne występy i ze zwłaszcza wykonanym sprężyście poprzecznym jarzmem, które bezpośrednio lub pośrednio jest nałożone na element mocy.

Korzystnie poprzeczne jarzmo jest wygięte na przemian do wewnątrz i na zewnątrz w stosunku do przebiegu prostoliniowego.

Korzystnie na ramionach przytrzymujących są uformowane przebiegające w kierunku podłużnym żłobki usztywniające.

Korzystnie element mocy jest elementem łączeniowym - triakiem.

PL 219 136 B1

Ceramiczny element chłodzący izoluje elektrycznie od wody element mocy, na przykład triak tak, że złącze chłodzące lub element mocy nie wymaga uziemienia, a mimo to zabezpieczenie urządzenia odpowiada przepisom. Ceramiczny element chłodzący przewodzi skutecznie ciepło lub zimno, żeby chłodzić element mocy. Dlatego zastosowany jest zwłaszcza materiał ceramiczny o wysokiej przewodności cieplnej, który poza tym ma dobre właściwości mechaniczne, które zapewniają potrzebną gładkość w obszarze styku elementu konstrukcyjnego, a także opierają się siłom mocującym i wpływom termicznym podczas pracy. Element chłodzący może być stosunkowo mały, tak że złącze chłodzące bez nadmiernych kosztów można umieścić także w dużym stopniu wewnątrz odpowiedniego obszaru doprowadzania zimnej wody. Ceramiczny element chłodzący zastosowany jest zwłaszcza do chłodzenia elementu mocy, który za pomocą elementu mocującego jest sprężyście dociśnięty do elementu chłodzącego, przy czym element mocujący może także służyć do zamocowania na module grzejnym płytki drukowanej elektronicznego układu sterowania podtrzymującej element mocy. Jednakże ceramiczny element chłodzący można także w szczególności zastosować wtedy, gdy płytka drukowana jest zamocowana na module grzejnym w sposób tradycyjny.

Jeśli element mocujący pozycjonujący element mocy na złączu chłodzącym przytrzymuje również płytkę drukowaną na module grzejnym, koszty wytwarzania i montażu znacznie maleją, gdyż nie występują oddzielne elementy mocujące. Płytka drukowana może być zamocowana na module grzejnym za pomocą elementu mocującego dla elementu mocy także wtedy, gdy element mocy jest chłodzony inaczej niż za pomocą ceramicznego elementu chłodzącego.

Szczególny wariant wykonania charakteryzuje się tym, że ceramiczny element chłodzący do chłodzenia elementu mocy jest zwłaszcza zintegrowany z modułem grzejnym w ten sposób, że można zrezygnować z orurowania wyłącznie do celów chłodzenia. Element mocy zwłaszcza zamontowany bezpośrednio na płytce obwodu drukowanego jest osadzony za pomocą elementu mocującego na elemencie chłodzącym i za pomocą elementu mocującego dociśnięty do płytki drukowanej wobec elementu chłodzącego. Wreszcie płytka drukowana jest zamocowana na module grzejnym za pomocą elementu mocującego, który dociska element mocy do elementu chłodzącego. Na ogół pomocnicze podparcia nie wystarczają do ostatecznego pozycjonowania płytki drukowanej, która może być zaopatrzona w kolejne elektroniczne elementy konstrukcji, aby należycie zamocować płytkę drukowaną przy pracy i podczas transportu.

W szczególnym wariancie wykonania ceramiczny element chłodzący jest osadzony wodoszczelnie między zewnętrzną stroną modułu grzejnego i obszarem doprowadzania zimnej wody do modułu grzejnego. W celu zintegrowania złącza chłodzącego z modułem grzejnym wymagane są tylko nieznaczne modyfikacje w obszarze doprowadzania zimnej wody. Dla celów integracji ceramicznego elementu chłodzącego przy formowaniu lub po formowaniu modułu grzejnego lub elementu konstrukcyjnego modułu grzejnego, istnieją różne możliwości przykładowe. Jedną z możliwości byłoby bezpośrednie obtryskiwanie podczas procesu formowania ciśnieniowego. Z technicznego punktu widzenia w prosty sposób element chłodzący mógłby być osadzony także później za pomocą wtłoczenia, spawania, klejenia lub zamknięcia na zatrzask. Przy tym razem mógłby być wbudowany element uszczelniający, na przykład pierścień uszczelniający typu O-ring.

Element mocy jest w szczególności zamocowany w styku chłodzącym z elementem chłodzącym za pomocą sprężystego elementu mocującego. Element mocujący mógłby być wykorzystany w celu wodoszczelnego zamocowania tylko luźno umieszczonego elementu chłodzącego. Należy dać pierwszeństwo rozwiązaniu, w którym element chłodzący sam w sobie jest zamocowany wodoszczelnie i prezentuje dobrze dostępną odkrytą powierzchnię stykową do przylegania elementu mocy.

Ceramiczny element chłodzący w kształcie płytki, tarczy lub kołpaka sprzyja oszczędnościom i wytwarzany jest z dużą wiernością kształtu oraz dokładnością wymiarów. Te kształty geometryczne zapewniają także wystarczającą wytrzymałość kształtową, aby element chłodzący mógł bez problemów sprostać obciążeniom mechanicznym, cieplnym i hydraulicznym. Forma kołpaka prezentuje dobrze dostępną powierzchnię stykową dla elementu mocy. W obszarze brzegu kołpaka istnieje wystarczająca powierzchnia przyłożenia do ustalenia i/lub do uszczelnienia.

Dla optymalizacji działania chłodzącego jest celowe, gdy element chłodzący jest umieszczony zasadniczo prostopadle do kierunku napływu zimnej wody do złącza chłodzącego. Dzięki temu można uzyskać skuteczny transfer ciepła z elementu chłodzącego do wody. Powierzchnia napływu zimnej wody do elementu chłodzącego mogłaby być ukształtowana w szczególności z punktu widzenia przepływu, na przykład jako wklęsła w celu zmniejszenia niebezpieczeństwa niepożądanych turbulencji. Możliwe byłoby także ukształtowanie powierzchni napływu w ten sposób, że powierzchnia wchodząca

PL 219 136 B1 w kontakt ze strumieniem wody byłaby zwiększona, na przykład dzięki zastosowaniu żeber, które mogłyby przyczynić się do prowadzenia strumienia.

W szczególnej postaci wykonania na module grzejnym umieszczona jest posiadająca otwór kopułka wodna, która ma kanał dopływowy i kanał odpływowy. Kanały te mogą się łączyć na elemencie chłodzącym. Ceramiczny element chłodzący jest umieszczony wodoszczelnie w otworze. Kopułka wodna oznacza tylko niewielką modyfikację obszaru doprowadzania zimnej wody modułu grzejnego. Kopułka wodna bez problemu może być uformowana z materiału na element grzejny i/lub na obszar doprowadzania zimnej wody i umożliwia umieszczenie zastosowanego elementu chłodzącego w sposób eksponowany tam, gdzie element mocy daje się łatwo zamontować. Kopułka wodna znajduje się w szczególności w podzespole elektronicznego układu sterowania lub ma odwrót.

Celowym jest przewidziany w kopułce wodnej próg przelewowy, do którego prowadzą powierzchnie kierujące przepływem, które dostarczają napływającą zimną wodę zasadniczo prostopadle do powierzchni napływu elektroenergetycznego elementu konstrukcyjnego i możliwie szybko odprowadzają odpływającą wodę, aby wymusić wzdłuż powierzchni napływu intensywną dynamikę przepływu korzystną dla efektu chłodzenia.

Element mocujący jest w szczególności klamrą sprężystą w kształcie litery U, którą można tanio wytwarzać, na przykład jako część wygiętą z blachy tłocznej. Jednak element mocujący mógłby być także klamrą sprężystą mającą więcej niż dwa ramiona przytrzymujące i strukturę sprężystą do dociskania elektroenergetycznego elementu konstrukcyjnego.

Na kopułce wodnej, na zewnątrz przypory są uformowane, na przykład szybiki do wtykania dla ramion przytrzymujących elementu mocującego. Tam też znajduje się wygodna głębokość do zamocowania klamry sprężystej.

Przypory dla elementu mocującego w pobliżu złącza chłodzącego są także celowe, gdy element mocujący nie jest używany tylko do dociskania elementu mocy do elementu chłodzącego, lecz również do co najmniej częściowego zamocowania płytki drukowanej elektronicznego urządzenia sterującego na module grzejnym. Dodatkowo na module grzejnym mogą być uformowane elementy pozycjonujące dla płytki drukowanej, które w wyniku działania siły mocującej elementu mocującego poprawiają pozycjonowanie i osadzenie płytki drukowanej. W tym wypadku element mocujący może dociskać pośrednio za pomocą płytki drukowanej element mocy, który zwłaszcza jest zamontowany bezpośrednio na płytce drukowanej do elementu chłodzącego.

Niezależnie od tego czy element mocujący jest używany tylko do dociskania elementu mocy do elementu chłodzącego lub także do co najmniej częściowego zamocowania płytki drukowanej na module grzejnym, można używać tego samego elementu mocującego, na przykład klamry sprężystej w kształcie litery U. Ze względu na to, że płytka drukowana może mieć większą powierzchnię i może być cięższa niż element mocy, możliwe byłoby użycie do zamocowania płytki drukowanej większego i/lub o mocniejszej budowie elementu mocującego o innym kształcie.

Dobre sprężynujące działanie dociskające dla elementu mocy i/lub płytki drukowanej można uzyskać wtedy, gdy element mocujący wykonany jako klamra sprężysta w kształcie litery U jest wygięty na przemian na zewnątrz i do wewnątrz w poprzeczne jarzmo.

W ramionach przytrzymujących mogą być uformowane przebiegające w kierunku podłużnym żłobki usztywniające, które na przykład podczas montażu klamry sprężystej wykluczają niepożądane wyginanie lub skręcanie ramienia przytrzymującego.

Standardowo elementem mocy przeznaczonym do chłodzenia jest element łączeniowy - triak, który podczas pracy grzejnika przepływowego generuje ciepło i jest chłodzony dopływającą zimną wodą za pomocą ceramicznego elementu chłodzącego.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój części grzejnika przepływowego i fig. 2 - perspektywicznie szczegół z fig. 1.

Na fig. 1 przedstawiona jest w przekroju część modułu grzejnego M grzejnika przepływowego D z elektroniczną regulacją lub elektronicznym sterowaniem S, który składa się z dwóch połączonych ze sobą kształtek modułu 1, 2 (na przykład kształtek formowanych wtryskowo). Moduł grzejny M w położeniu roboczym grzejnika przepływowego D jest zakryty za pomocą zaznaczonego linią kreskową kołpaka F. Moduł grzejny M jest przyłączony do nie pokazanych dopływów i odpływów wody i elektrycznie podłączony do sieci elektrycznej.

Elektroniczny układ sterowania S dla co najmniej jednego nie pokazanego elementu grzejnego w module grzejnym ma płytkę drukowaną P z zamontowanymi na niej elementami konstrukcyjnymi

PL 219 136 B1 i co najmniej jeden elektroniczny element mocy B, który na fig. 1 jest zamontowany na płytce drukowanej P. W wypadku elektronicznego elementu mocy B, na przykład chodzi o element łączeniowy triak, który podczas pracy grzejnika przepływowego D generuje ciepło i wymaga chłodzenia. Z tego powodu element mocy B jest umieszczony na złączu chłodzącym K wraz z dopływem zimnej wody modułu grzejnego M. Element mocy B za pomocą co najmniej jednego elementu mocującego H przylega do ceramicznego elementu chłodzącego E, który izoluje element mocy B od wody na złączu chłodzącym K i tworzy korpus przewodzący ciepło do wody.

W przedstawionej postaci wykonania element mocujący H dociska płytkę drukowaną P, aby element mocy B za pomocą płytki drukowanej P utrzymać pośrednio w przyleganiu na elemencie chłodzącym E. Element mocujący H służy w tym wypadku jednocześnie do zamocowania płytki drukowanej P na module grzejnym M.

W nie pokazanej alternatywnej postaci wykonania element mocujący H mógłby dociskać bezpośrednio element mocy B umieszczony nie na płytce drukowanej P, lecz oddzielnie i utrzymywać w przyleganiu na elemencie chłodzącym E. Płytka drukowana P byłaby wtedy umieszczona inaczej.

Kształtki modułu grzejnego 1, 2 ograniczają znajdujący się wewnątrz kanał doprowadzający zimną wodę 3, w którym zimna woda płynie przed ogrzaniem w kierunku strzałki R. Zimna woda dochodzi ze szczególnie uformowanej jednoczęściowo z kształtką 1 kopułki wodnej 4, która posiada otwór 5, w którym ceramiczny element chłodzący E jest osadzony wodoszczelnie, na przykład za pomocą pierścienia uszczelniającego typu O-ring 13. Obrzeże otworu 5, na przykład jest odkształcone plastycznie lub wywinięte w celu szczelnego zamocowania elementu chłodzącego E. Alternatywnie możliwe jest także wklejenie elementu chłodzącego E lub już w trakcie formowania kształtki 1 uformowanie ich razem, na przykład przez obtryskanie. Jako następne rozwiązanie alternatywne element chłodzący U mógłby być zamocowany na szczelnym zakończeniu przez docisk elementu mocującego H.

W kopułce wodnej 4 uformowany jest przykładowo, przyłączony do nie pokazanego doprowadzania zimnej wody kanał dopływowy 6, który jest oddzielony od kanału odpływowego 9 za pomocą ścianki rozdzielającej 7, która kończy się na znajdującym się na górze progu przelewowym 8 w pewnym odstępie od ceramicznego elementu chłodzącego E. Co najmniej ścianka rozdzielająca 7 tworzy zorientowane zasadniczo prostopadle do elementu chłodzącego E powierzchnie kierujące przepływem, aby przepływ zimnej wody zaznaczony za pomocą strzałki łukowej Z zasilał w sposób możliwie intensywny i bez zawirowań (patrz fig. 2) element chłodzący E.

W przedstawionej postaci wykonania w pobliżu kopułki wodnej 4 na kształtce 1 przewidziane są przypory 10, na przykład szybiki do wtykania dla elementu mocującego H, w których jest zakotwiony element mocujący H pokazany w położeniu roboczym na fig. 1. W celu dodatkowego zamocowania płytki drukowanej P mogą być przewidziane kolejne elementy pozycjonujące 11, na przykład nóżki podpierające na kształtce 1, na których w wyniku działania siły mocującej elementu mocującego H osiada płytka drukowana P i które zwłaszcza obejmują z boku co najmniej dwa naroża płytki drukowanej P. Elementy pozycjonujące 11 mogą posiadać ograniczniki głębokościowe 12 do zabezpieczenia płytki drukowanej P.

W przedstawionym sposobie montażu element mocy B jest izolowany elektrycznie od wody i dopływająca zimna woda w module grzejnym M nie wymaga na złączu K metalowego orurowania tak, że element mocy B nie musi być oddzielnie uziemiony. Zwykle płytka drukowana P i tak jest uziemiona.

Fig. 2 unaocznia w powiększeniu, jak wykonany jako pokrywa 14 ceramiczny element chłodzący E przylega swoim dolnym, rozszerzonym obrzeżem do pierścienia uszczelniającego typu O-ring 13, który jest włożony w gniazdo otworu 5. Element chłodzący E, jak wspomniano, może być przykładowo zamocowany w swoim pokazanym uszczelnionym położeniu, na przykład przez wywijanie obrzeża otworu lub obtryskiwanie, klejenie i podobne rodzaje połączeń. Jednak jest także możliwe użycie wyłącznie siły mocującej elementu mocującego H do wytworzenia szczelnego przepływu dla elementu chłodzącego E.

Odmiennie od kształtu pokrywy, element chłodzący mógłby być także płytką, tarczą z materiału ceramicznego o dobrej przewodności cieplnej. Otwarta górna strona elementu chłodzącego tworzy na fig. 2 płaską powierzchnię stykową 15 dla elementu mocy B, podczas gdy wewnętrzna i dolna strona pokrywy 14 tworzy powierzchnię napływu 16 w tym wypadku, na przykład w kształcie garnka dla zimnej wody z kanału dopływowego 6. Próg przelewowy 8 znajduje się naprzeciw powierzchni napływu 16 w pewnym odstępie, który jest dobrany w ten sposób, że wzdłuż powierzchni napływu 16 występują optymalne warunki przepływu dla skutecznego odprowadzenia ciepła.

PL 219 136 B1

Element mocujący H jest klamrą sprężystą w kształcie litery U z poprzecznym jarzmem 17 i na przykład dwoma ramionami przytrzymującymi 19. Ze względu na pożądane działanie, sprężyste poprzeczne jarzmo 17 ma kilka wykonanych na przemian przegięć 18. Na ramionach przytrzymujących 19 są uformowane, na przykład piłokształtne występy ryglujące 20, które samoczynnie zakotwiają się w przyporach 10; w danym wypadku także przypory 10 mają wewnętrzne uzębienie. Przebiegające w kierunku podłużnym żłobki usztywniające 21 zwiększają wytrzymałość kształtową ramienia przytrzymującego 19. Element mocujący H na fig. 1 i fig. 2 jest w szczególności częścią wygiętą z blachy tłoczonej z odpowiedniego metalu. Alternatywnie element mocujący mógłby być także kształtką z tworzywa sztucznego lub częścią zespoloną.

Claims (7)

1. Grzejnik przepływowy (D) w szczególności Shower-Heater z elektronicznym sterowaniem (S) dla modułu grzejnego (M), przy czym co najmniej jeden elektroniczny element mocy (B), który umieszczony jest na złączu chłodzącym (K) z dopływem zimnej wody (Z) i płytka drukowana (P) są zamocowane na module grzejnym (M), znamienny tym, że elektroniczny element mocy (B) jest osadzony na złączu chłodzącym (K) za pomocą co najmniej jednego elementu mocującego (H), za pomocą którego zamocowana jest na module grzejnym (M) także płytka drukowana (P).

2. Grzejnik przepływowy według zastrz. 1, znamienny tym, że na module grzejnym (M) w obszarze złącza chłodzącego (K) są przewidziane przypory (10) dla elementu mocującego (H) i elementy pozycjonujące (11) dla płytki drukowanej (P).

3. Grzejnik przepływowy według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że w złączu chłodzącym (K) jest zamocowany wodoszczelnie zwłaszcza ceramiczny element chłodzący (E) z powierzchnią stykową (15) dla elementu mocy (B), zwłaszcza w otworze (5) kopułki wodnej (4), że element mocy (B) jest zamontowany na płytce drukowanej (P) i przez płytkę drukowaną (P) i element mocujący (H) jest dociśnięty do powierzchni stykowej (15) elementu chłodzącego (E), że powierzchnia stykowa (15) stanowi element pozycjonujący dla płytki drukowanej (P), i że na module grzejnym (M) są przewidziane kolejne elementy pozycjonujące (11), na przykład w kształcie nóżek podpierających, zwłaszcza z ogranicznikami głębokościowymi (12) dla płytki drukowanej (P), a zwłaszcza dla naroży płytki drukowanej.

4. Grzejnik przepływowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że element mocujący (H) jest klamrą sprężystą w przybliżeniu w kształcie litery U, zwłaszcza jako część wygięta z blachy tłocznej lub część wygięta z taśmy materiałowej z ramionami przytrzymującymi (19) mającymi co najmniej dwa piłokształtne występy (20) i ze zwłaszcza wykonanym sprężyście poprzecznym jarzmem (17), które bezpośrednio lub pośrednio jest nałożone na element mocy (B).

5. Grzejnik przepływowy według zastrz. 4, znamienny tym, że poprzeczne jarzmo (17) jest wygięte na przemian do wewnątrz i na zewnątrz w stosunku do przebiegu prostoliniowego.

6. Grzejnik przepływowy według zastrz. 4, znamienny tym, że w ramionach przytrzymujących (19) są uformowane przebiegające w kierunku podłużnym żłobki usztywniające (21).

7. Grzejnik przepływowy według zastrz. 1, znamienny tym, że element mocy (B) jest elementem łączeniowym - triakiem.