专利名称：散热装置和包括该装置的热水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于安装和冷却能产生热量的电子装置的方法和设备。特别是，本发明涉及例如三端双向可控硅开关元件的开关装置的安装和冷却。
背景技术：
储存型热水器一般包括永久密封的水箱；与水箱同轴并且径向分开的圆柱形外壳，以便在水箱外壁与外壳内壁之间形成环形空间；和绝热材料，至少位于一部分环形空间内，用于向水箱提供热绝缘。水箱具有多种附件，如入口管、出口管和排水管件。另外，热水器设有水加热和温度控制系统。在电子热水器中，水加热和温度控制系统包括电阻加热部件。
现代的电子水加热和温度控制系统还包括电子自动调温器。当感应到水箱中的水低于选定的设定点温度时，该电子自动调温器关闭开关以使电力通过电阻加热部件，当感应到水箱中的水达到或高于选定的设定点温度时，该电子自动调温器接通开关以阻止电力通过电阻加热部件。该开关为在使用时产生热量的电子部件。产生的热量能影响开关的可靠性和功能。有利的是提供一种散热方法，以确保开关和开关周围的其他电子部件的正确工作。
发明内容
因此，在本发明的一个实施例中，本发明提供一种可以与电源连接的热水器。该热水器包括具有外表面的容器，导热安装装置与该外表面相连。该安装装置包括具有第一表面和第二表面的底部，第一表面构造成基本遵循容器外表面的形状；和与底部相连的散热部件。热水器还包括控制器，其构造成根据容器内的水温有选择地产生信号。开关可以与电源相连，与控制器连接并且接合到底部的第二表面。该开关响应信号从电源传导电力。热水器还包括与开关连接以便接收电力的加热部件。
在另一个实施例中，本发明提供了一种散热装置，适于接收热量产生部件并与热沉的外表面接合。散热装置包括具有第一表面和第二表面的底部，第一表面构造成基本遵循热沉外表面的形状。热量产生部件与底部的第二表面相连。散热装置包括导热的电绝缘材料，以便从热量产生装置向热沉传导热量。
在又一个实施例中，本发明提供了一种热水器，其水箱具有弓形的外表面，导热安装装置与该水箱外表面相连。该安装装置包括具有弓形第一表面和第二表面的底部。散热部件与底部相连。热水器还包括与底部第二表面相连的第二开关，并且第二表面包括位于第一开关与第二开关之间的通道。
从下面的详细说明、附图和权利要求中，本领域技术人员会认识到本发明的其他特点和优点。
图1为热水器的剖面图；图2为能够用于图1中热水器的安装装置的主视图；图3为另一种热水器的剖面图；图4为能够用于图3中热水器的另一种安装装置的主视图；图5为能够用于图3中热水器的安装装置的俯视图。
具体实施例方式
在详细说明本发明的各个方面之前，应当理解本发明不局限于在前述说明或下列附图所示的部件结构和布置的详细说明中。本发明可以具有其他实施例并且以不同方式实施。并且，应当理解，这里使用的措辞和术语仅出于说明目的，而非用于限定。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其不同说法意味着涵括下面的项目及其等同和另外项。术语“连接”、“接合”和“安装”及其不同说法在这里具有广泛含义，并且除非特别说明，其包括直接和间接的连接、接合和安装。另外，术语“连接”、“接合”及其不同说法不仅局限于物理和机械连接或接合。
图1示出包括容器的电子热水器10的剖面图。该容器形成密封水箱11或包围水箱11的外壳12中的一个。泡沫隔热材料13填充水箱11与外壳12之间的环形空间。进水管线或汲取管14与出水管线15进入水箱11的顶部。进水管线14具有位于水箱11底部附近用于添加冷水的入口22。出水管线15具有位于水箱11顶部附近用于中断热水的出口24。
加热部件16延伸穿过水箱11的壁。在所示实施例中，加热部件16为电阻加热部件。但是，也可使用其他类型的加热部件。温度控制电路控制水的加热。温度控制电路包括控制器(在控制箱17内)、温度传感器组件18和加热部件16。在一个结构中，温度控制电路包括用于以脉冲方式向电阻加热部件提供电力的脉冲控制电路。在美国专利申请No.09/752,477中描述了这种脉冲控制电路，其发明名称为“PROPORTIONAL BAND TEMPERATURE CONTROL FOR ONEOR MOR HEATING ELEMENTS”，申请日为2001年1月2日，其全文结合在此作为参考。但是，也可以使用其他温度控制电路和其他方法对水进行加热。
在一些结构中，控制箱17内的温度控制电路包括可编程的实时钟。将峰值或非峰值能量需求周期或休止操作循环编程到加热部件的控制循环中。另外，可添加压力传感器、温度传感器、水垢沉积传感器和/或有水检测传感器。在热水器10的一个操作方法中，将控制电路编程，当检测到预定的状态或限制时，断开加热部件的电源。
参照图1，温度传感器组件18与水箱11的外壁相连，以便检测水箱11中的水温。该温度传感器组件包括一个或多个用于感测水箱11中水温的热敏电阻，其遍布水箱放置，以便测量多个位置的水温。在使用多个热敏电阻时，可以平均化热敏电阻的输出值。然而，温度传感器组件可以使用其他类型的温度传感器，并且可以仅使用一个传感器。
例如通过电线19，温度传感器组件18与控制器连接。控制器是本领域已知的控制系统，其与加热部件16和温度传感器组件18相通，并且响应传感器组件18感测的温度，产生激活加热部件的信号。控制器可包括集成电路、可编程装置、离散电路元件、处理器和存储器及类似部件。
温度控制电路还包括开关装置(或者简单是个开关)，其可以是控制器的一部分。开关装置与容器的外壁相连，即，与水箱11或外壳12的外壁相连，以便向加热部件有选择地供应电力。下面详细说明开关装置的细节。
图2示出散热安装装置26，具有底部28。底部28包括第一表面30(见图5)和第二表面32。第一表面30的结构在下面参照图5进行更详细的说明。安装装置26包括导热的电绝缘材料，例如苯乙烯、聚碳酸酯、ABS塑料或其他适合的导热材料。在所示结构中，安装装置26与水箱11的外表面连接，提供从安装装置26到水箱11的传递热量的热通道。应当理解，示出的安装装置26与热水器内的水箱相连，安装装置还可以与马达、烘干机、输送机、制冷机单元或在任何其他需要或适于提供电绝缘的散热装置的环境下连接使用。
安装装置的第二表面32包括安装台36，用于接收热量产生装置。安装台36可以与第二表面32齐平，或从该表面向上突出。安装台36可被认为是个平面，优选其形状与热量产生装置的形状类似，并且在某些结构中可以与热量产生装置的形状相同。在其他结构中，第二表面32可以包括平的接收部分38，使得热量产生装置可以与第二表面32直接连接。平的接收部分38可以被当作一个平面，可以与第二表面32整体形成或凹入其中(见图5中虚线)。
在图示结构中，热量产生装置为开关装置，例如半导体闸流管或三端双向可控硅开关元件40。图5示出包括三端双向可控硅开关元件40的安装装置26。一个示例性的三端双向可控硅开关元件40为BAT-26，可以从ST Microelectronics获得。三端双向可控硅开关元件40响应控制器的控制信号，控制提供到加热部件的电力。三端双向可控硅开关元件40通过连接元件，如螺钉或螺栓安装到底部28上，通过三端双向可控硅开关元件40固定，并穿过安装台30的孔44，从而将三端双向可控硅开关元件40机械连接到安装装置26(见图2)。将三端双向可控硅开关元件40与底部28相连的其他方法也是可行的。
底部28还包括至少一个散热部件，例如散热片48。在所示实施例中，多个散热片48与底部28相连。应当理解，散热片也可以与底部整体形成，例如模制而成。底部28还包括接线盒52。接线盒52包括模制在其上的电子终端接线56。导线也可模制在底板内以便将三端双向可控硅开关元件40与接线56相连，以提供三端双向可控硅开关元件40与导电线60之间的电通道。导电线60(见图1)使三端双向可控硅开关元件40与控制箱17内的控制器电力接合。底部28的电绝缘材料将终端接线56电绝缘，从而将三端双向可控硅开关元件40电绝缘，使得三端双向可控硅开关元件40可以安装在其他的导电表面上(即，容器的金属壁上)。
图3中示出体现本发明的另一热水器160。热水器160与热水器10共享许多部件，并且相同的部件用图1中相同的标号来表示。
如图3所示，热水器160包括两个加热部件16，16’，伸入水箱11中。加热部件16，16’有存储在控制箱17内的控制电路控制，该控制电路接收来自温度传感器18，18’的输入信号。或者，热水器160可包括不止一个控制箱，可包括两个以上的加热部件，并且可包括两个以上的温度传感器。加热部件16，16’被顺序启动或以一定的预定频率或方式被启动，因此热量以平衡或均匀的方式被传递到水箱11。
当在热水器中使用两个加热部件时，需要控制器包括两个三端双向可控硅开关元件40，40’。参照图4和图5，安装装置26的第二表面32适于接收两个热量产生部件。三端双向可控硅开关元件40，40’通过连接杆64与安装装置26相连，该安装杆通过螺钉或螺栓机械连接到第二表面32。连接杆64将三端双向可控硅开关元件40，40’固定到安装装置26上。
如图4进一步所示，底部28还包括在底部28的第二表面32上的安装台36，36’之间延伸的中央通道68，68’。中央通道68，68’包括空间，以提供从底部28一侧到另一侧的热传导屏障。在仅一个三端双向可控硅开关元件40工作的情况下(因此仅在安装装置26的一侧上产生热量)，最好防止散发的热量传递到不工作的三端双向可控硅开关元件40’上。通过提供中央通道68，68’，由于热量不能穿过中央通道68，68’，则防止单个工作的三端双向可控硅开关元件40产生的绝大多数热量传递到不工作的三端双向可控硅开关元件40’上。相反，热量由散热片48和通向水箱11的热通道散发。通道的数量和位置可以变化。
参照图5，安装装置26的第一表面30的结构遵循将安装于其上的装置的形状。在所示结构中，第一表面30为弓形，以便遵循大致为圆柱形的水箱11的表面形状。但是，应当理解，在其他结构中，第一表面30可遵循任一表面形状，为平的、弓形或其他形状。安装装置26通过导热环氧树脂与水箱11沿第一表面30相连。适当的环氧树脂为705 TC，由MASTERBONC，INC.制造。安装装置26的第一表面30或水箱11的表面可以是粗糙的，以便提高安装装置26与水箱11之间的连接强度。
当信号通过三端双向可控硅开关元件40，40’时，三端双向可控硅开关元件40，40’消耗能量并产生热量。如果热量没有散发，可引起三端双向可控硅开关元件40，40’内的失控，引起三端双向可控硅开关元件40，40’连续过热和/或最终的烧坏。安装装置26以两种方式散热。首先，通过与安装装置26的第二表面32相连的散热片48散热。经过散热片48的空气会将一部分产生热量散发到周围环境中。其次，由于安装装置26与水箱11热连通，通过安装装置26可以把产生的大多数热量传到水箱11，以便由热水器10再次利用。在某些结构中，大于50％的产生热量可以被热水器10利用。这提高了热水器10的热效率。
在权利要求书中提出了本发明的其他特点和优点。
权利要求
1.一种可以与电源连接的热水器。该热水器包括具有外表面的容器；与该外表面相连的导热安装装置；该安装装置包括具有第一表面和第二表面的底部，第一表面构造成基本遵循容器外表面的形状，和与底部相连的散热部件；控制器，其构造成根据容器内的水温有选择地产生信号；可以与电源相连的开关，与控制器连接并且接合到底部的第二表面，该开关构造成响应所述信号从电源传导电力；和与开关连接以便接收电力的加热部件。
2.如权利要求1所述的热水器，其中，容器的外表面是弓形的，并且底部的第一表面为弓形以便遵循容器的形状。
3.如权利要求1所述的热水器，其中，容器基本为圆柱形。
4.如权利要求1所述的热水器，其中，散热部件与第二表面相连。
5.如权利要求1所述的热水器，其中，散热部件与底部整体形成。
6.如权利要求5所述的热水器，其中，底部与散热部件形成散热表面。
7.如权利要求6所述的热水器，其中，散热表面包括第二表面。
8.如权利要求1所述的热水器，其中，导热安装装置还包括与底部连接的安装台，并且第二表面包括安装台。
9.如权利要求1所述的热水器，其中，开关包括电子开关。
10.如权利要求9所述的热水器，其中，电子开关包括三端双向可控硅开关元件。
11.如权利要求1所述的热水器，其中，安装装置包括导热的电绝缘材料。
12.如权利要求11所述的热水器，其中，安装装置还包括模制在接线盒内的终端接线，该开关与终端接线电连接，并且导热的电绝缘材料将终端接线与容器电隔离。
13.如权利要求1所述的热水器，其中，安装装置与容器通过导热的环氧树脂相连。
14.如权利要求1所述的热水器，其中，安装装置的第二表面包括平的部分，用于接受开关的直接安装。
15.如权利要求1所述的热水器，其中，安装装置包括多个散热部件。
16.如权利要求15所述的热水器，其中，多个散热部件为多个散热片。
17.如权利要求1所述的热水器，其中，控制器包括开关。
18.如权利要求1所述的热水器，其中，安装装置还包括第二安装台，并且，控制器构造成根据水温有选择地产生第二信号，并且热水器还包括可以与电源相连的第二开关，其与控制器连接并与第二安装台相连，第二开关构造成响应第二信号从电源传导电力，并且热水器还包括与第二开关相连的第二加热部件，以便接收电力。
19.如权利要求1所述的热水器，其中，控制器构造成根据水温有选择地产生第二信号，并且热水器还包括可以与电源相连的第二开关，其与控制器连接并与第二表面相连，第二开关构造成响应第二信号从电源传导电力，并且热水器还包括与第二开关相连的第二加热部件，以便接收电力。
20.如权利要求1所述的热水器，其中，热水器还包括可以与电源相连的第二开关，其与控制器连接并与第二表面相连，并且底部包括位于第一与第二开关之间的通道。
21.一种散热装置，适于接收热量产生部件并与热沉的外表面接合，该散热装置包括底部，其具有第一表面，其构造成基本遵循热沉外表面的形状，和第二表面，其构造成接收热量产生部件；和至少一个与底部相连的散热部件；其中，散热装置包括导热的电绝缘材料，以便将热量从热量产生部件传导到热沉。
22.如权利要求21所述的散热装置，其中，热沉的外表面为弓形，并且底部的第一表面为弓形，以便遵循容器的形状，以提供底部与容器之间的增大接触。
23.如权利要求21所述的散热装置，其中，热量产生装置为开关。
24.如权利要求23所述的散热装置，其中，开关包括电子开关，如三端双向可控硅开关元件。
25.如权利要求21所述的散热装置，其中，热沉包括热水器内的容器。
26.如权利要求21所述的散热装置，其中，散热装置与热沉的表面通过导热的环氧树脂相连。
27.如权利要求21所述的散热装置，其中，散热部件与第二表面相连。
28.如权利要求21所述的散热装置，其中，散热部件与底部整体形成。
29.如权利要求21所述的散热装置，其中，散热装置包括多个散热部件。
30.如权利要求21所述的散热装置，其中，第二表面包括平的部分，以接受直接安装热量产生部件。
31.如权利要求21所述的散热装置，其中，散热装置包括与底部相连的安装台，并且第二表面包括安装台。
32.如权利要求21所述的散热装置，其中，第二表面适于接收至少两个热量产生部件，并且第二表面包括位于第一和第二热量产生部件之间的通道。
33.如权利要求21所述的散热装置，其中，散热装置包括第二安装台，以接收第二热量产生部件，并且底部包括位于第一和第二热量产生部件之间的通道。
34.如权利要求21所述的散热装置，其中，散热装置还包括模制在接线盒内的终端接线，热量产生部件与终端接线电连接，并且导热的电绝缘材料将终端接线与热沉电隔离。
35.一种可以与电源相连的热水器，所述热水器包括水箱，具有弓形的外表面；与该水箱外表面相连的导热安装装置，该安装装置包括具有弓形第一表面和第二表面的底部，所述第一表面基本遵循水箱外表面的形状，和与底部相连的散热部件；控制器，其构造成根据水箱内的水温有选择地产生信号；开关，可以与电源相连，与控制器连接并与底部的第二表面相连，该开关构造成响应所述信号传导来自电源的电力；和加热部件，与开关相连以接收电力。
36.如权利要求35所述的热水器，其中，散热部件与第二表面相连。
37.如权利要求35所述的热水器，其中，散热部件与底部整体形成。
38.如权利要求35所述的热水器，其中，安装装置包括多个散热部件。
39.如权利要求35所述的热水器，其中，导热安装装置还包括与底部相连的安装台，并且第二表面包括安装台。
40.如权利要求35所述的热水器，其中，安装装置的第二表面包括平的部分，以接受直接安装开关。
41.如权利要求35所述的热水器，其中，开关包括电子开关。
42.如权利要求41所述的热水器，其中，电子开关包括三端双向可控硅开关元件。
43.如权利要求35所述的热水器，其中，安装装置包括导热的电绝缘材料。
44.如权利要求35所述的热水器，其中，利用导热的环氧树脂将安装装置与水箱相连。
45.如权利要求35所述的热水器，其中，控制器包括开关。
46.如权利要求35所述的热水器，其中，控制器构造成根据水温有选择地产生第二信号，并且热水器还包括可以与电源相连的第二开关，其与控制器连接并与第二表面相连，第二开关构造成响应第二信号从电源传导电力，并且热水器还包括与第二开关相连的第二加热部件，以便接收电力。
47.如权利要求46所述的热水器，其中，第二表面包括位于第一和第二开关之间的通道。
全文摘要
一种散热装置，用于将热量产生部件安装到热沉上，例如热水器。散热装置包括具有第一表面和第二表面的底部，第一表面构造成基本遵循热沉的形状。至少一个散热部件与底部相连。热量产生部件包括电子开关装置，例如三端双向可控硅开关元件，并且与底部的第二表面相连。
文档编号F24H9/20GK1576749SQ20041007164
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月15日 优先权日2003年7月15日
发明者肯·A·布拉登鲍 申请人:Aos控股公司