УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ БЛОКОВ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВОДЯНОГО КОТЛА Российский патент 2025 года по МПК H01C1/08 H05K7/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для эффективного охлаждения электронных блоков аппаратуры при различных температурных режимах. Изобретение предназначено для эффективного охлаждения электронных блоков аппаратуры, в том числе радиоэлектронной, работающей при различных температурных режимах, в частности для охлаждения симисторов управления мощностью нагрева электрических котлов отопления или электрических проточных водонагревателей.

Управление мощностью электрического котла отопления производится подключением или отключением нагревательных теплоэлектрических элементов, которое в котлах с современной электронной системой управления производится с помощью симисторов. Симисторы - это электронные выключатели, где замыкание электрической цепи происходит не с помощью физического контакта, а электронно. В основе принципа действия симисторных устройств замыкания и размыкания электрической цепи лежит свойство полупроводниковых материалов пропускать электрический ток при подаче управляющего напряжения на один из элементов симистора. В этих устройствах отсутствует механическая часть и контакты, поэтому нет негативных последствий, присущих релейным устройствам.

Преимущества симисторных приборов:

- переключение происходит абсолютно бесшумно;

- отсутствуют контакты, соответственно не может быть подгорания;

- отсутствуют механические части и, как следствие, их износ;

- неограниченный срок службы.

Одним из важнейших требований к стабильной и надежной работе симисторов является необходимость их охлаждения, поскольку при их работе выделяется тепловая энергия.

Максимальная рабочая температура симисторов не должна превышать 150 градусов Цельсия.

При работе электрических котлов отопления или электрических проточных водонагревателей в качестве источника холода можно использовать теплоноситель, циркулирующий в системе отопления или холодную воду, поступающую для нагрева в водонагреватель.

В замкнутых системах отопления электрическими котлами с помощью радиаторов или конвекторов, использование которых в Российской Федерации в качестве отопительных приборов составляет более 98%, температура теплоносителя в обратной магистрали циркуляционного контура отопления не превышает 60 градусов Цельсия. В системах подготовки горячей воды температура поступающей для нагрева холодной воды не превышает 20 градусов Цельсия. Поскольку допустимая рабочая температура симисторов управления мощностью электрических котлов отопления составляет 150 градусов Цельсия, то применение устройств, способных охладить симисторные устройства управления с помощью теплоносителя обратной магистрали циркуляционного контура отопления или холодной воды, поступающей для нагрева в водонагреватель системы подготовки горячего водоснабжения, является эффективным и мало затратным. Охлаждение симисторов температурой обратной магистрали контура циркуляции системы отопления или температурой холодной воды системы ГВС повышает коэффициент энергетической эффективности устройства, поскольку, при охлаждении симисторов температура теплоносителя повышается. Техническая задача изобретения заключается в создании устройства, использующего низкую температуру теплоносителя обратной магистрали системы отопления или температуру холодной воды системы горячего водоснабжения для охлаждения симисторов блока управления мощностью электрического устройства, приводящее к повышению коэффициента энергетической эффективности процесса нагрева теплоносителя.

Уровень техники

Известен корпус охлаждения блока радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) (см. Патент РФ на полезную модель №165492, МПК H05K 7/20, опубл. 20.10.16, БИ №29), содержащий панель из высокотеплопроводного материала, с установленными на панели элементами РЭА, в которой выполнены распределительные и коллекторные каналы для охлаждающей жидкости, содержащие прямые и изогнутые участки, на входе и выходе коллекторных каналов установлены штуцеры, панель для охлаждения элементов РЭА содержит микроканалы и полости для охлаждающей жидкости, соединенные с распределительными каналами, полости и распределительные каналы содержат элементы в виде зубцов, канавок, выступов, создающие турбулентность.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции и невысокую эффективность охлаждения, дороговизну изготовления.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является патент RU 2727201 С1, МПК F26B 3/12, H05K 7/20, опубл. 21.07.2020, бюл. №21) - Комбинированная система охлаждения электронных блоков, содержащая панель из высокотеплопроводного материала, в которой выполнены распределительные каналы, микроканалы и каналы для охлаждающей жидкости, содержащие прямые и изогнутые участки, на входе и выходе каналов установлены штуцеры, каналы содержат элементы, создающие турбулентность, между прямыми участками каналов, внутри панели, в параллельной плоскости, установлены стержни системы воздушного охлаждения, имеющие на выступающих из панели концах оребрение, размещенное в цилиндрическом кожухе, контактирующем боковой поверхностью с панелью и имеющем в торцевой части воздушный вентилятор, а оребрение выполнено в виде наборов установленных перпендикулярно оси стержня чередующихся круглых и квадратных пластин с отверстиями, причем количество пластин и размер выполненных в них отверстий увеличивается от ближнего к воздушному вентилятору стержня к последующим стержням, а микроканалы выполнены параллельно прямолинейным участкам каналов, расположены с каналами водной плоскости и сообщаются одним концом с каналами в зоне изогнутых участков, а другим с распределительным каналом, отличающаяся тем, что под панелью, в центральной ее части, размещен змеевик дополнительной системы жидкостного охлаждения со штуцерами, при чем трубы змеевика дополнительной системы жидкостного охлаждения в верхних частях контактируют с поверхностью панели, а на нижней части панели, между прямыми участками труб змеевика дополнительной системы жидкостного охлаждения, выполнено оребрение в виде прикрепленных к панели параллельных пластин трапецеидальной формы с отверстиями посередине, а в боковой части панели, на против цилиндрического кожуха, размещен дополнительный вентилятор.

Недостатком данной конструкции является ее сложность, дороговизна и избыточность для охлаждения симисторов управления мощностью нагрева электрического котла.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для охлаждения симисторной системы управления мощностью электрического котла отопления или электрического проточного водонагревателя с использованием для обеспечения устойчивой и надежной работы блоков электронного управления, а именно симисторов переключения электрических нагревательных элементов, за счет обеспечения постоянного рабочего диапазона температуры во всех режимах работы электронагревательных устройств.

Технический результат достигается за счет размещения симисторов на радиаторах охлаждения, закрепленных на низкотемпературных трубопроводах обратной магистрали теплоносителя электрического котла отопления, как элементов с наименьшей температурой контура циркуляции теплоносителя, или на трубопроводе подачи холодной воды электрических проточных водонагревателей. Данная возможность обеспечивается тем, что температура теплоносителя обратной магистрали электрического котла отопления или температура подачи холодной воды электрического проточного водонагревателя значительно ниже рекомендованной максимальной температуры работы симисторов, равной 150 градусов Цельсия.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлено устройство для охлаждения блоков управления мощностью электрического котла.

Изобретение состоит из охлаждающего элемента 1 с проходным сечением трубчатой формы, присоединенного к обратной магистрали теплоносителя контура отопления электрического котла или к магистрали подачи холодной воды системы подготовки горячей воды системы подготовки горячей воды, радиатора охлаждения 2 изогнутой формы с линейными участками для крепления к ним симисторов 3. Радиатор охлаждения 2 плотно прикреплен своим основанием к поверхности охлаждающего элемента 1 с помощью припоя (на фигуре не показан). Движение теплоносителя в охлаждающем элементе 1 происходит по стрелкам вход-выход.

Осуществление изобретения

Теплоноситель обратной магистрали контура отопления электрического котла, обладая температурой не выше 60 градусов Цельсия, поступает в котел через охлаждающий элемент 1 с проходным сечением трубчатой формы. Охлаждающий элемент 1 выполнен из материала с высокой теплопроводностью. Радиатор охлаждения 2, выполненный из медного или алюминиевого листового материала с высокой теплопроводностью толщиной 0,5-3,0 миллиметра, изогнутой формы с линейными участками для крепления к ним симисторов 3, плотно прикреплен по всей поверхности соприкосновения с охлаждающим элементом 1 с помощью припоя с температурой плавления более 150 градусов Цельсия. Движение теплоносителя в охлаждающем элементе 1 происходит по стрелкам вход-выход. При нагреве симисторов в процессе их работы избыточное тепло снимается радиаторами охлаждения 2 и передается через охлаждающий элемент 1 теплоносителю, поскольку его температура ниже температуры симисторов. Нагревая теплоноситель, устройство дополнительно повышает энергетическую эффективность котла, поскольку тепло, получаемое при работе симисторов совершает полезную работу.

Техническая задача изобретения, заключающаяся в создании устройства, использующего низкую температуру теплоносителя обратной магистрали системы отопления или температуру холодной воды системы горячего водоснабжения для охлаждения симисторных блоков управления мощностью, достигнута.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- простота конструкции;

- высокая эффективность охлаждения; -дешевизна изготовления;

- энергетическую эффективность процесса нагрева теплоносителя.

Поскольку заявленное изобретение отличается от наиболее близкого аналога рядом существенных признаков, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

В основу заявленного изобретения положены известные законы материального мира, что позволяет утверждать о соответствии изобретения условию «промышленная применимость».

Поскольку из уровня техники неизвестны устройства охлаждения блоков управления мощностью электрического водяного котла отопления, обеспечивающие их устойчивую и надежную работу за счет поддержания постоянного рабочего диапазона температуры во всех режимах работы электронагревательного устройства, можно сделать вывод о соответствии заявленного устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для эффективного охлаждения электронных блоков аппаратуры при различных температурных режимах. Управление мощностью электрического котла отопления производится подключением или отключением нагревательных теплоэлектрических элементов, которое в котлах с современной электронной системой управления производится с помощью симисторов. Симисторы размещают на радиаторах охлаждения, закрепленных на низкотемпературных трубопроводах обратной магистрали теплоносителя электрического котла отопления, как элементы с наименьшей температурой контура циркуляции теплоносителя или на трубопроводе подачи холодной воды электрических проточных водонагревателей. Данная возможность обеспечивается тем, что температура теплоносителя обратной магистрали электрического котла отопления или температура подачи холодной воды электрического проточного водонагревателя значительно ниже рекомендованной максимальной температуры работы симисторов, равной 150 градусов Цельсия. Техническим результатом является обеспечение устойчивой и надежной работы блоков электронного управления, а именно симисторов переключения электрических нагревательных элементов, за счет обеспечения постоянного рабочего диапазона температуры во всех режимах работы электронагревательных устройств. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для охлаждения блоков управления мощностью электрического водяного котла, состоящее из охлаждающего элемента, выполненного из материала с высокой теплопроводностью, с внутренним проходным каналом трубчатой формы для движения теплоносителя, радиатора охлаждения с местами для крепления симисторов управления мощностью нагревательных электрических элементов, установленного на обратной магистрали теплоносителя контура отопления или на магистрали подачи холодной воды системы подготовки горячей воды, отличающееся тем, что радиатор охлаждения выполнен из листового материала с высокой теплопроводностью толщиной 0,5-3,0 миллиметра, форма радиатора охлаждения имеет участок прилегания к поверхности охлаждающего элемента и линейные участки, разделенные между собой для плотного прикрепления к ним симисторов, пространство между охлаждающим элементом и радиатором охлаждения полностью заполнено припоем с температурой плавления более 150 градусов Цельсия для обеспечения теплопередачи между ними.

2. Устройство для охлаждения блоков управления мощностью электрического водяного котла по п. 1, отличающееся тем, что радиатор охлаждения выполнен из медного или алюминиевого листового материала.