净水器的制作方法

实施方式涉及一种净水器，其配备有功率半导体元件以控制供应给加热热水箱的加热器的功率。

背景技术：

根据是否安装了水箱，净水器可分为储水箱型和直接水型。储水箱型净水器构造成将净化水储存在水箱中，在用户操纵排出单元时供应储存在储箱中的净化水。相反，直接水型净水器不具有储水箱，并且当用户操纵排出单元时，通过立即过滤原水向用户供应净化水。由于直接水型净化器是卫生的并且与储水箱型净水器相比能够节省水，近来用户对直接水型净化器的偏好增加了。

除了常温水之外，净水器还提供热水和冷水。提供冷热水的净水器内部配备有独立的加热和冷却系统。加热系统构造成通过加热净化水来产生热水，并且冷却系统构造成通过冷却净化水来产生冷水。

同时，感应加热器具有能量效率高并且能够快速稳定地控制加热目标的优点，因此积极开展将感应加热器应用于直接水型净水器作为即时加热装置。功率半导体元件(igbt，三端双向可控硅开关元件等)用于控制向感应加热器的功率供应，但具有开关损耗和传导损耗，从而产生热。由于当产生的热超过操作温度时功率半导体元件受损坏，功率半导体元件的加热是重要的。通常，热排出板已用于降低功率半导体元件的温度。

然而，当连续排出热水时，功率半导体元件的温度连续增加，并且热排出板的温度也增加。因此，当温度达到操作温度范围极限时，可能存在不排出热水的问题。

因此，功率半导体元件的热排出结构对于提高直接水型净水器中的热水的连续排出能力是重要的。

技术实现要素：

因此，详细描述的一个方面是提供一种新式热排出结构，其能够通过提高功率半导体元件的热排出性能来提高热水的连续排出能力。

详细描述的另一个方面是提供一种新式热排出结构，其能够减小逆变器印刷电路板的尺寸和重量。

详细描述的又一个方面是提供一种新式热排出结构，其能够确保漏水状态下的安全性。

详细描述的以上方面可以通过提供一种净水器来获得，其中水冷却型热排出结构通过将在入口管中流动的净化水经由散热器供应到热水箱并将功率半导体元件固定到散热器而替代传统的空气冷却型热排出结构。

根据与该方面有关的一个实施方式，一种净水器可以包括：热水箱；入口管，其连接到所述热水箱并构造成向所述热水箱供应净化水；加热器，其构造成加热所述热水箱；逆变器印刷电路板，其构造成控制所述加热器的操作；散热器，其由金属材料制成并设置成部分地包围所述入口管；以及功率半导体元件，其电连接至所述逆变器印刷电路板以控制所述加热器的功率，并且固定到所述散热器以与在所述入口管中流动的净化水进行热交换，其中所述散热器可以包括：第一热排出构件，其具有与所述入口管的一侧外周相对应的第一容纳部分；和第二热排出构件，其具有与所述入口管的另一侧外周相对应的第二容纳部分，并且其中，所述第一容纳部分和所述第二容纳部分设置成当所述第一热排出构件和所述第二热排出构件彼此连接时完全包围所述入口管的外周。

所述入口管可以包括第一延伸部分和第二延伸部分，所述第一延伸部分和所述第二延伸部分在所述散热器的一侧至少弯曲一次，以在彼此相反的方向上与所述散热器相交。

所述散热器和所述功率半导体元件之间可以设置有绝缘体，以防止所述散热器和所述功率半导体元件之间的导电。

所述绝缘体可以是三氧化二铝。

所述净水器还可以包括支架，所述支架联接到所述散热器以覆盖所述功率半导体元件，从而在朝向所述散热器的加压状态下将所述功率半导体元件固定到所述散热器。

所述支架可以由合成树脂材料形成，并通过钩联接或螺钉联接而联接到所述散热器。

所述功率半导体元件可以包括桥式二极管和绝缘栅双极晶体管(igbt)。

根据与所述方面相关的另一实施方式，一种净水器可以包括：热水箱；加热器，其构造成加热所述热水箱；逆变器印刷电路板，其构造成控制所述加热器的操作；散热器，其包括由金属单体形成并且彼此平行设置的第一内部流动路径和第二内部流动路径；入口管，其连接到所述散热器和所述热水箱，并构造成经由所述散热器将净化水供应到所述热水箱；和功率半导体元件，其电连接至所述逆变器印刷电路板以控制所述加热器的功率，并且固定到所述散热器以与在所述第一内部流动路径和所述第二内部流动路径中流动的净化水进行热交换，其中所述入口管可以包括：第一连接部分，其连接到所述第一内部流动路径的一端；第二连接部分，其通过弯曲形成，并构造成连接所述第一内部流动路径的另一端和所述第二内部流动路径的另一端；和第三连接部分，其构造成将所述第二内部流动路径的一端连接到所述热水箱。

所述第一内部流动路径和所述第二内部流动路径可以通过所述散热器的挤压成型沿着该散热器的延伸方向形成为长形。

所述入口管可以由与所述散热器相同类型的金属材料形成，并通过焊接联接到所述散热器。

所述净水器还可以包括：绝缘体，其设置在所述散热器和所述功率半导体元件之间，以防止所述散热器和所述功率半导体元件之间的导电；以及支架，其联接到所述散热器以覆盖所述功率半导体元件，从而在朝向所述散热器的加压状态下将所述功率半导体元件固定到所述散热器。

根据与所述方面相关的再一实施方式，一种净水器可以包括：热水箱；加热器，其构造成加热所述热水箱；逆变器印刷电路板，其构造成控制所述加热器的操作；散热器，其由金属材料形成并包括内部流动路径；入口管，其连接到所述内部流动路径和所述热水箱的各端并构造成经由所述散热器向所述热水箱供应净化水；功率半导体元件，其电连接至所述逆变器印刷电路板以控制所述加热器的功率，并且固定到所述散热器以与在所述内部流动路径中流动的净化水进行热交换，其中所述散热器可以包括：在两侧具有平坦表面的第一框架；和第二框架，其联接到所述第一框架的一个表面，并且具有向外突出的流动路径形成部分，以在所述第一框架的一个表面与所述第二框架之间形成所述内部流动路径。

所述第二框架可以包括入口和出口，所述入口和出口两者都与所述内部流动路径连通，并且所述入口管由与所述第一框架和所述第二框架相同类型的金属材料形成，并通过焊接分别联接到所述入口和所述出口。

所述功率半导体元件可以固定到所述第一框架的另一表面。

所述净水器还可以包括：绝缘体，其设置在所述散热器和所述功率半导体元件之间，以防止所述散热器和所述功率半导体元件之间的导电；以及支架，其由合成树脂材料形成，并且联接到所述散热器以覆盖所述功率半导体元件，从而将所述功率半导体元件在朝向所述散热器加压的状态下固定到所述散热器。

根据下文给出的详细描述，本公开的进一步适用范围将变得更加明显。然而，应该理解的是，详细描述和具体实施例虽然表明了本发明的优选实施方式，但仅以说明的方式给出，因为本发明范围内的各种变化和变型对于本领域技术人员而言根据详细描述将变得显而易见。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且并入并构成本说明书的一部分，附图示出了示例性实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1是示出根据本公开的实施方式的净水器中用于排出热水的主要元件的概念图；

图2是根据本公开的一个实施方式的图1的功率半导体元件的热排出结构的概念图；

图3是示出图2的部件的分解图；

图4是沿图2中的线“ⅵ-ⅵ”剖取的剖视图；

图5是示出用于图2的功率半导体元件的热排出结构的变型例的概念图；

图6是示出用于图2的功率半导体元件的热排出结构的第二实施例的概念图；

图7是示出图6的部件的分解图；

图8是根据本公开的第三实施方式的用于图1的功率半导体元件的热排出结构的概念图；

图9是示出图6的部件的分解图；以及

图10是沿图8的线“ⅹ-ⅹ”剖取的剖视图。

具体实施方式

下文中，将参考附图更详细地描述根据本发明的净水器。

为了参考附图的简要描述，相同或等同的部件将被提供相同的附图标记，并且将不重复其描述。

另外，应用于任何一个实施方式的结构可以应用于另一个实施方式，只要不同的实施方式在结构上和功能上一致即可。

单数表示可以包括复数表示，除非它表示与上下文明确不同的含义。

在描述本公开时，如果认为对相关已知功能或构成的详细解释不必要地转移了本公开的主旨，则省略了这种解释，但是本领域技术人员会理解这些解释。

附图用于帮助容易地理解本公开的技术构思，并且应当理解，本公开的构思不受附图的限制。本公开的构思应该被解释为除了附图之外还扩展到任何变更例、等同例和替代例。

图1是示出根据本公开的实施方式的净水器中用于排出热水的主要元件的概念图。

如图1中所示，净水器100包括过滤器单元110、流量控制阀120、入口管130、热水箱140、出口管150和加热单元160。

过滤器单元110构造成净化从水源提供的原水。经由过滤器单元110净化的水由维持在用户可饮用状态。

经过过滤器单元110的净化水被提供给热水箱140，然后在热水箱140处被加热后排出到外部。

从过滤器单元110供应到热水箱140的净化水的流量可以由流量控制阀120控制。

热水箱140中分别形成有入口和出口。入口和出口可以安置在热水箱140的每一侧。在图中，示出了入口和出口分别安置在热水箱140的左侧和右侧。然而，本发明不限于此。入口和出口的位置可以变更。例如，入口可以形成在热水箱140的上表面上，并且出口可以形成在热水箱140的下表面上。

入口管130连接到入口，并且出口管150连接到出口。经过过滤器单元110的净化水经由入口管130供应到热水箱140，并且从热水箱140排出的热水经由出口管150从外部排出。

热水箱140可以由导电材料形成。热水箱140可以形成为具有宽/长区域和低高度的矩形主体。

加热流动路径(未示出)可以形成在热水箱140内部。其构造成使得水在不拥塞的情况下流动经过加热单元160的同时通过接收来自加热单元160的热而被加热。加热的流动路径具有窄而长的宽度，并且密集地安置在水箱140内，多次弯曲。

加热单元160构造成瞬时加热热水箱140。

在图中，对于加热单元160，示出了感应加热系统，该感应加热系统使用电磁感应现象来加热热水箱140。

具体地，加热单元160可以包括逆变器印刷电路板161、加热器162和功率半导体元件163。

逆变器印刷电路板161用作控制加热器162的操作的控制单元。

加热器162电连接到逆变器印刷电路板161，并且构造成使用电磁感应现象来加热热水箱140。

在图中，加热器162示出为由感应线圈组成。作为参考，本发明不限于此。加热器162可以具有各种类型，例如表面加热器162。

感应线圈由诸如铜之类的导电材料形成。当电流施加到感应线圈时，在感应线圈内部和周围形成磁场。特别是，当ac电流施加到感应线圈时，磁场方向变化与ac电流的频率一样多。感应线圈电连接到逆变器印刷电路板161。

热水箱140构造成位于感应线圈的ac磁场内，并且根据法拉第定律将电压感应到热水箱140。由于感应电压，在水箱140中发生电子流动，并且热水箱140中的感应电流沿与流动经过感应线圈的电流相反的方向流动。因此，可以通过控制流入感应线圈的电流的频率来控制流入热水箱140的电流的频率。

当电流在热水箱140中流动时，产生阻碍电子流动的阻力，并且由于该阻力而产生热。

逆变器印刷电路板161构造成控制施加到感应线圈的电流。

逆变器印刷电路板161可以通过变更施加到感应线圈的电流的频率来控制感应加热速率。因此，通过调节感应加热速率，可以产生并消耗用户所需温度的水。

功率半导体元件163电连接到逆变器印刷电路板161，以控制供应给加热器162的功率。

功率半导体元件163附接到将在下文中描述的散热器170，用于排出热。功率半导体元件163包括桥式二极管163a和绝缘栅双极晶体管(igbt)163b。

桥式二极管163a连接到ac电源。桥式二极管163a包括彼此连接的四个二极管，并用于将ac电流整流成dc电流。

igbt163b连接到逆变器印刷电路板161并且用作开关装置，该开关装置通过控制逆变器印刷电路板161接通/断开来接通/断开施加到感应线圈的电力。可以设置多个igbt163b。

由于开关损耗和传导损耗，可能在这些功率半导体元件163中产生热。

本发明涉及一种结构，其中在入口管130中流动的净化水经由散热器170供应到热水箱140，并且功率半导体元件163固定到散热器170的外表面以与流动经过散热器170的净化水进行热交换。这种水冷却型热排出系统取代了现有的空气冷却型热排出系统，从而提供了冷却由功率半导体元件163产生的热的更有效的冷却系统。

具体地，因为在热水借助直接水型净水器100的性质排出的同时常温水经由入口管130提供，所以功率半导体元件163能够在操作温度范围内操作更长的时间。因此，能够提高净水器100的连续排水能力。

另外，因为在供应到热水箱140之前通过与功率半导体元件163的热交换来预加热在入口管130中流动的净化水，所以能够减少用于热水产生的加热时间，并且能够减少用于加热的加热器162的功率，从而获得节能。

此外，已经在现有的空气冷却热排出系统中使用的大而重的热排出板可以用小尺寸的散热器170代替，从而减小了逆变器印刷电路板的尺寸和重量。

下文中，将给出使用散热器170的水冷却型热排出结构的具体描述。

图2是根据本公开的一个实施方式的用于图1的功率半导体元件的热排出结构的概念图，图3是示出图2的部件的分解图，并且图4是沿图2中的线“ⅵ-ⅵ”剖取的剖视图。

参考图2至图4，散热器170由金属材料形成并设置成部分地包围入口管130。

散热器170包括第一热排出构件171和第二热排出构件172。

第一热排出构件171和第二热排出构件172彼此联接并构造成完全包围入口管130的一部分。即，第一热排出构件171和第二热排出构件172构造成与对应于入口管130的一部分的外周表面接触。

第一热排出构件171包括凹陷型的第一容纳部分171a，以对应于入口管130的一侧外周，并且第二热排出构件172包括凹陷型的第二容纳部分172a，以对应于入口管130的另一侧外周。

这里，当将入口管130的外周精确地分成两半时，一侧外周和另一侧外周可以是入口管130的两个半部分。因此，第一容纳部分171a和第二容纳部分172具有相同的形状和尺寸。

当联接第一热排出构件171和第二热排出构件172时，第一容纳部分171a和第二容纳部分172a布置成完全包围入口管130的外周。

为了提高散热性能，可以考虑加宽由散热器170围绕的入口管130的面积的结构。为此目的，入口管130可以包括第一延伸部171a'和172a'以及第二延伸部171a”和172a”，它们在散热器170的一侧至少弯曲一次并且彼此相对地定位以在相反的方向相交。第一延伸部171a'和172a'以及第二延伸部171a”和172a”可以平行布置。在第一延伸部171a'和172a'以及第二延伸部171a”和172a”中，净化水沿相反方向流动。

在以上构造中，当第一容纳部分171a的外周精确地分成两部分时，第一容纳部分171a可以分别是第一延伸部171a'和172a'与第二延伸部171a”和172a”的任何一半，并且当第二容纳部分172a的外周精确地分成两部分时，第二容纳部分172a可以分别是第一延伸部171a'和172a'与第二延伸部171a”和172a”的任何一半。

在以上构造中，散热器170可以由与入口管130相同的材料或异质材料形成。

期望入口管130由不锈钢(sus)材料形成，其在形成饮用水的流动路径的意义上抑制腐蚀和细菌滋生。散热器170可以由不锈钢材料形成，但考虑到重量和导热性，可以由铝制成。

同时，在散热器170和功率半导体元件163之间，可以设置防止散热器170和功率半导体元件163之间的导电的绝缘体180。

三氧化二铝(al2o3)可以用作绝缘体180。三氧化二铝将散热器170和功率半导体元件163彼此电隔离，使得来自功率半导体元件163的热可以以高导热率传递到散热器170。

这样，通过在散热器170和功率半导体元件163之间设置绝缘体180以防止它们之间的导电，能够消除使用散热器170的水冷却型热排出系统中的电击和火灾危险。

为了将功率半导体元件163以朝向散热器170加压的状态固定到散热器170，可以使用支架190。

支架190联接到散热器170以覆盖功率半导体元件163，使得功率半导体元件163以朝向散热器170加压的状态固定到散热器170。

支架190优选地由合成树脂材料形成，以防止与功率半导体元件163导电。

支架190可以通过螺钉联接或通过钩联接而联接到散热器170。在该实施方式中，固定构件191示出为通过穿过支架190的固定孔通过螺钉联接而联接到散热器170。

图5是示出用于图2中所示的功率半导体元件的热排出结构的变型实施方式的概念图。

在图5中，支架290被示出为钩挂到散热器270。为此目的，支架290中设置有至少一个卡钩291，并且卡钩291可以以钩联接方式联接到散热器270。散热器270可以包括钩挂凹口(未示出)，卡钩291钩挂在该钩挂凹口中，但它不是必需的元件。

图6是示出用于图2的功率半导体元件的热排出结构的第二实施例的概念图，并且图7是示出图6的部件的分解图。

参考图6和图7，散热器370可以形成为单个主体，并且包括彼此平行设置的第一内部流动路径370a和第二内部流动路径370b。第一内部流动路径370a和第二内部流动路径370b通过散热器370的挤压成型沿着散热器370的延伸方向形成为长形。即，第一内部流动路径370a和第二内部流动路径370b形成为在散热器370的两侧是打开的。

散热器370配备有功率半导体元件363，并且构造成与在第一内部流动路径370a和第二内部流动路径370b中流动的净化水进行热交换。

入口管330连接到散热器370和热水箱340，并且构造成经由散热器370将净化水供应到热水箱340。入口管330包括第一连接部分331、第二连接部分332和第三连接部分333。

第一连接部分331连接到第一内部流动路径370a的一端。也就是说，第一连接部分331与在散热器370的一侧是打开的第一内部流动路径370a的开口370a'连通。

第二连接部分332形成为弯曲形状，并且构造成连接第一内部流动路径370a的另一端和第二内部流动路径370b的另一端。也就是说，第二连接部分332形成为u形管，并且分别连接到在散热器370的另一侧表面上打开的第一内部流动路径370a的开口370a”和第二内部流动路径370b的开口370b”。

第三连接部分333连接到第二内部流动路径370b的一端。也就是说，第三连接部分333与在散热器370的一个侧表面上打开的第二内部流动路径370b的开口370b'连通。

通过焊接而进行第一连接部分至第三连接部分331、332、333与第一和第二内部流动路径之间的联接。也就是说，第一连接部分至第三连接部分331、332、333通过焊接固定到散热器370。

考虑到由于焊接和异质焊接而在联接上出现腐蚀的可能性，期望入口管330和散热器370由相同种类的金属材料形成。还希望第一连接部分至第三连接部分331、332、333以及第一内部流动路径370a和第二内部流动路径370b由不锈钢(sus)材料形成，在形成供饮用水流动的流动路径的意义上它们无腐蚀并且无细菌滋生。

同时，绝缘体380设置在散热器370和功率半导体元件363之间，以防止它们之间的导电。

三氧化二铝(al2o3)、氧化铝可以用作绝缘体380。三氧化二铝使散热器370和功率半导体元件363彼此电隔离，使得来自功率半导体元件363的热能够以高导热率传递到散热器370。

这样，通过在散热器370和功率半导体元件363之间设置绝缘体380以防止它们之间的导电，能够消除使用散热器370的水冷却型散热系统中的电击和火灾危险因素。

为了将功率半导体元件363以朝向散热器370加压的状态固定到散热器370，可以使用支架390。

支架390联接到散热器370，以便覆盖功率半导体元件363，使得功率半导体元件363面向散热器370并且在加压条件下固定。

支架390优选地由合成树脂材料形成，以防止与功率半导体元件363的导电。

支架390可以通过螺钉联接或通过钩联接而联接到散热器370。在该实施方式中，固定构件391示出为穿过支架390的联接孔通过螺钉联接而联接到散热器370。

图8是根据本公开的第三实施方式的用于图1的功率半导体元件的热排出结构的概念图，图9是示出图6的部件的分解图，以及图10是沿图8的线“ⅹ-ⅹ”剖取的剖视图。

参考图8至图10，散热器470由金属材料形成并包括内部流动路径470a。

散热器470包括彼此连接的第一框架471和第二框架472，并且内部流动路径470a由第一框架471和第二框架472限定。

第一框架471形成为在两侧具有平坦表面。第二框架472联接到第一框架471的一个表面，并包括形成内部流动路径470a的流动路径形成部分472a以在第一框架471的一个表面与第二框架472之间向外突出。在图中，示出了流动路径形成部分472a形成为u形。

可以通过焊接形成第一框架471和第二框架472的联接。

例如，第一框架471和第二框架472可以通过沿着流动路径形成部分472a的外周线进行点焊而彼此联接。在这种情况下，在第二框架472的后表面上，形成与流动路径形成部分472a的外周线对应的点焊线。

第二框架472包括与内部流动路径470a连通的入口端口472a'和出口端口472a”。

入口端口472a'和出口端口472a”可分别形成在流动形成部分472a的两端。在该构造中，内部流动路径470a的两端分别包括入口端口472a'和出口端口472a”。

入口管430分别连接到内部流动路径470a的两端。入口管430包括连接到入口端口472a'的第一连接部分431和连接到出口端口472a”的第二连接部分432。第二连接部分432连接到热水箱440，以将净化水供应到热水箱440。

散热器470联接到功率半导体元件463，以便与在内部流动路径470a中流动的净化水进行热交换。在图中，示出了功率半导体元件463固定到第一框架471的形成为平坦的另一表面。

通过焊接形成入口端口472a'和第一连接部分431之间的联接以及出口端口472a”和第二连接部分432之间的联接。也就是说，第一连接部分431和第二连接部分432通过焊接固定到散热器470(具体地，第二框架472)。

考虑到由于焊接和异质焊接在联接上出现腐蚀的可能性，期望入口管430(第一连接部分431和第二连接部分432)和散热器470(第一框架471和第二框架472)是由相同种类的金属材料制成。还希望入口管430和散热器470由不锈钢(sus)材料形成，在它们形成饮用水流动经过的流动路径的意义上，该材料无腐蚀并且无细菌滋生。

同时，绝缘体480设置在散热器470和功率半导体元件463之间，以防止其间的导电。

三氧化二铝(al2o3)、氧化铝可以用作绝缘体480。三氧化二铝使散热器470和功率半导体元件463彼此电隔离，使得来自功率半导体元件463的热可以以高导热性传递到散热器470。

这样，通过在散热器470和功率半导体元件463之间设置绝缘体480以防止它们之间的导电，能够消除使用散热器470的水冷却型热排出系统中的电击和火灾危险因素。

为了将功率半导体元件463以朝向散热器470加压的状态固定到散热器470，可以使用支架490。

支架490联接到散热器470，以便覆盖功率半导体元件463，使得功率半导体元件463面向散热器470并且在加压条件下固定。

支架490优选地由合成树脂材料形成，以防止与功率半导体元件463的导电。

支架490可以通过螺钉联接或通过钩联接而联接到散热器470。在该实施方式中，固定构件491示出为穿过支架490的联接孔通过螺钉联接而联接到散热器470。

因此，根据本公开的实施方式，通过上述解决方案能够获得以下优点。

首先，通过将功率半导体元件固定到散热器并经由散热器将在入口管中流动的净化水供应到热水箱，现有的空气冷却热排出系统被水冷却热排出系统取代，所以能够有效地冷却从功率半导体元件产生的热。

具体地，因为在排出热水的同时经由入口管连续供应常温水，所以由于直接水型净化器的特性，功率半导体元件能够在操作温度范围内操作更长的时间段。因此，能够提高净水器的连续供水能力。

另外，在将在入口管中流动的净化水供应到热水箱之前，通过与功率半导体元件进行热交换来预热在入口管中流动的净化水，因此能够减少用于热水产生的加热时间，并且能够减少加热器的功率，从而减少能量。

其次，在现有的空气冷却散热系统中使用的大而重的热排出板由小型散热器代替，从而减小了逆变器印刷电路板的尺寸和重量。

第三，通过在散热器和功率半导体元件之间设置绝缘体以防止它们之间的导电，能够消除使用散热器的水冷却型散热系统中的电击和火灾危险。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月11日提交的申请号为10-2018-0121341的韩国申请的早期申请日和优先权的权益，其内容通过引用整体并入本文。