DISEÑO DE INSERTO DE ORIFICIO LATERAL PARA CALENTADOR DE AGUA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente a un aparato de calentamiento de liquido y, en una modalidad representativamente ilustrada de la misma, se relaciona más particularmente a un inserto de orificio lateral detector de temperatura especialmente diseñado para un calentador de agua eléctrico . En los calentadores de agua eléctricos que tienen tanques no metálicos, tales como tanques de plástico reforzados mediante enrollamiento de filamento impregnado con resina, externo, se presenta un reto de diseño en la detección de la temperatura de agua calentada en la porción de tanque del calentador de agua para propósitos de control de temperatura del agua. La detección de la temperatura del agua al detectar simplemente la temperatura superficial lateral externa del tanque no es una opción práctica debido a las características de aislamiento térmico de la construcción de plástico/enrollamiento de filamento de las paredes del tanque . Propuestas alternativas previas han involucrado la inserción sellada a través de la pared del tanque de un miembro de orificio de metal tubular a través del cual un elemento de calentamiento eléctrico es extendido en el interior del tanque, el elemento de calentamiento que es
sellado apropiadamente dentro del miembro de orificio. El calor del agua del tanque almacenada se transfirió conductivamente hacia afuera a través del miembro de orificio a un termostato externamente dispuesto utilizado para activar y desenergizar apropiadamente el elemento de calentamiento en respuesta a la temperatura del agua del tanque detectada. Este procedimiento propuesto para la detección de la temperatura del agua del tanque interna presentó dos problemas primarios. Dependiendo de la configuración del miembro de orificio, este podría causar un grado indeseable de rezago de detección de temperatura, y una cantidad correspondiente de exceso de agua - temperatura de rocío, o podría causar alternativamente una acumulación de incrustación entre el elemento de calentamiento eléctrico y el miembro de orificio el cual acortó sustancialmente la vida operacional del elemento de calentamiento. Así existe una necesidad por un diseño de miembro de orificio mejorado que elimine o por lo menos reduzca sustancialmente estos problemas . BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Al llevar a cabo los principios de la presente invención, de acuerdo con una modalidad representativamente ilustrada de la misma, se proporciona un miembro de inserto de orificio lateral especialmente diseñado para el uso con un aparato de calentamiento de líquido que es ilustrativamente,
pero no a manera de limitación, un calentador de agua eléctrico que tiene un tanque de almacenamiento de líquidos calentados con una abertura en una pared lateral vertical del mismo. El miembro de inserto de orificio lateral está formado de un material altamente de manera térmica conductor, tal como un metal adecuado, y se incorpora en un sistema de detección de temperatura utilizado para detectar externamente la temperatura del agua calentada dentro del tanque el cual es representativamente de una construcción de plástico enrollada de filamento. El aparato de calentamiento de líquido también se proporciona con un sistema de calentamiento para calentar controlablemente el líquido dentro del tanque, el sistema de calentamiento que incluye ilustrativamente una estructura de calentamiento eléctrico alargada que tiene, secuencialmente a lo largo de su longitud, una porción de extremo externa, una sección de elemento de calentamiento inactiva y una sección de elemento de calentamiento activa. El miembro de inserto de orifico lateral, en una modalidad representativamente ilustrada del mismo, tiene una base tubular que circunscribe un eje, tiene una porción lateral superior y está configurada para ser instalada selladamente dentro de la abertura de la pared lateral del tanque para definir un orificio de pared lateral del tanque. El miembro de inserto además tiene una porción de campana que
recibe calor posicionable dentro del tanque y que se extiende axialmente lejos de únicamente la porción lateral de la base. De acuerdo con un aspecto de la invención el miembro de inserto de orifico lateral está desprovisto de la estructura que sobrepone su porción de campana lateral superior. Además del miembro de inserto de orificio lateral, el sistema de detección de temperatura representativamente ilustrado además incluye un miembro detector de temperatura térmicamente conductor, ilustrativamente una placa de metal, conectada a y que se proyecta hacia afuera de la base, el miembro detector de temperatura que es posicionable externamente del tanque y que tiene un termostato acoplado al mismo y operativo para detectar su temperatura. En el aparato de calentamiento de liquido montado la base del miembro de inserto tubular está selladamente colocada en la abertura de la pared lateral del tanque y forma un orificio que se extiende a través de la pared lateral del tanque. La porción de campana de recepción de calor se extiende horizontalmente desde la base hacia adentro en el interior del tanque. La estructura de calentamiento eléctrico alargada está soportada por y se extiende horizontalmente a través del interior de la base de inserto, con la sección inactiva de la sección del elemento de calentamiento que está circunscrito por la base y una porción lateral superior de la sección del elemento de calentamiento
activo que se extiende debajo de la porción de campana del inserto. El termostato está controladamente acoplado a la estructura de calentamiento eléctrico para regular su operación en respuesta a una temperatura detectada del termostato . Durante la operación del aparato de calentamiento de liquido, se calienta la porción de campana de inserto que se sobrepone a la porción lateral superior de la sección de elemento de calentamiento activo, con su calor recibido que se conduce hacia afuera del termostato secuencialmente a través de la base de inserto y el miembro detector de temperatura externamente expuesto. En respuesta a la temperatura detectada mediante la cual, el termostato controla la energización y desenergización de la estructura de calentamiento eléctrico. Como una alternativa representativa a la porción de control de la temperatura basada en termostato en el aparato de calentamiento de liquido, el termostato y el miembro detector de temperatura asociados se pueden reemplazar mediante un controlador electrónico adecuado (que se incorpora en la presente, por ejemplo, un termistor o termopar) termalmente acoplado a la base de inserto de orificio y controlar responsablemente la operación de la estructura de calentamiento eléctrico.
De acuerdo con un aspecto clave de la presente invención, el posicionamiento de la campana de inserto sobre una porción lateral superior de la sección de calentamiento activa de la estructura de calentamiento eléctrico proporciona la rápida detección de la temperatura de los líquidos calentados dentro del tanque, sin el "exceso" de temperatura controlada sustancial, durante la energización de la estructura de calentamiento eléctrico. Al mismo tiempo, el inserto de orificio evita el área dispuesta debajo de su porción de campana previene la falla prematura de la estructura de calentamiento causada por el atrapamiento de incrustación (cayendo la sección de elemento de calentamiento activo) entre la sección del elemento de calentamiento activo y una porción de la pared del inserto de orificio lateral. Tal incrustación que cae a la sección de calentamiento del elemento activo en lugar de simplificar cae inofensivamente el fondo del tanque. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIG. 1 es una vista de sección transversal un poco simplificada a través de un calentador de agua representativo que tiene instalado en el mismo un inserto de orificio lateral de detección de temperatura especialmente diseñado que incorpora los principios de la presente invención;
la FIG. 2 es una vista en perspectiva de una porción de extremo interior del inserto; la FIG. 3 es una vista de sección transversal esquemática a través del inserto, y un elemento de calentamiento eléctrico asociado tomada generalmente a lo largo de la linea 3-3 de la FIG. 1 ; la FIG. 4 es una vista de sección transversal esquemática a través del inserto y el elemento de calentamiento eléctrico asociado tomada generalmente a lo largo de la linea 4-4 de la FIG. 1; y la FIG. 5 es un diagrama esquemático de una modalidad alterna representativa de una porción de control de temperatura del calentador de agua. DESCRIPCIÓN DETALLADA Se representa de manera transversal en la FIG. 1 una porción lateral vertical de un aparato de calentamiento de liquido, representativamente un calentador de agua eléctrico 10, que incorpora los principios de la presente invención. Ilustrativamente, el calentador de agua 10 tiene una porción de tanque 12 que es de una construcción de plástico enrollada de filamento. El tanque 12 comprende una coraza de plástico interna moldeada por soplado 14 (una porción que se extiende verticalmente la cual se muestra en la FIG. 1) con una porción de pozo anular de inserto horizontalmente hacia adentro 16. Es recibido de manera
complementaria dentro de la porción del pozo 16 un inserto moldeado por inyección anular 18. La capa de enrollamiento de filamento impregnado con resina 20 envuelve la coraza 14 y se extiende hacia afuera alrededor del inserto 18 como se muestra, y funciona para reforzar externamente el tanque contra las fuerzas del agua calentada presurizada 22 almacenada en el tanque 12 para el suministro a petición de la misma en la manera usual a uno de más accesorios de plomería comunicados con el interior del tanque por la vía de la tubería de suministro adecuada (no mostrada) operativamente acoplada al tanque 12. Una abertura de pared lateral circularmente de sección transversal 24 se extiende hori zontalmente desde la superficie externa de la capa de enrollamiento de filamento 20, a través del inserto 18 y el pozo de la coraza 16 en el interior del tanque. Como se describe subsecuentemente en la presente, una estructura de calentamiento eléctrico del tipo de resistencia convencional, alargada 26 está soportada sobre una porción de pared lateral del tanque 12 y se extiende longitudinalmente en el interior del tanque a través de la abertura 24. De derecha a izquierda como se observa en la FIG. 1, la estructura de calentamiento eléctrico 26 tiene una porción de extremo exterior cilindrica 28, una porción de conducción no circularmente de sección transversal 30, una porción de conexión cilindrica externamente enroscada, y un
elemento de calentamiento eléctrico sumergible generalmente en forma de U posicionado en el agua del tanque 22 y que tiene porciones de segmento superior e inferior que se extienden hori zontalmente 34, 36. Las porciones de segmentos superior e inferior 34, 36 respectivamente tienen porciones "de perno frió" es decir nada de calentamiento o inactivas) 34a, 36a (con estructuras de perno frió 37 en las mismas) que se extienden hacia adentro desde la porción de conexión enroscada 32, y las porciones de calentamiento activas, 34b, 36b que se extienden hacia la izquierda de las porciones de perno frió 34a, 36a. Las porciones de calentamiento activas 34b, 36b tienen alambres de resistencia eléctrica enrolados 38 que se extienden longitudinalmente a través de sus interiores. Como se ilustra en la FIG. 4, las porciones de calentamiento activas 34b, 36b están unidas en sus extremos izquierdo o interno mediante una sección de elemento de calentamiento curva 40. Con referencia ahora a las FIGS. 1-4, la presente invención se proporciona al calentador de agua 10 con un sistema de detección de temperatura de agua mejorado 42 que detecta con exactitud y rápidamente, desde el exterior del tanque 12, la temperatura del agua 22 a pesar de la conductividad térmicamente baja de la construcción de plástico/filamento de la pared del tanque.
De acuerdo a un aspecto clave de la presente invención el sistema de detección de temperatura 42 incluye un miembro de inserto de orificio especialmente diseñado 44 que se extiende a lo largo de un eje horizontal A y que tiene una base axialmente externa tubular o porción de extremo externa 46 que circunscribe el eje A y es proporcionada con una porción interior internamente enroscada 48 (ver FIG. 1) . El miembro de inserto de orificio 44 está representativamente formado a partir de un material conductor altamente caliente adecuado tal como un material de metal, ilustrativamente cobre. Una porción circunferencial superior de la base tubular 46 se extiende axialmente hacia adentro (es decir, a la izquierda como se observa en las FIGS. 1 y 2). desde la base 46 para formar una porción de campana superior alargada arqueadamente de sección transversal 50 del inserto 44 (ver FIGS. 1, 2 y 4) . Esta reducción circunferencial de la campana 50 relativa a la base generalmente tubular 46 forma en el inserto 44 un área de hueco de fondo grande 52 (ver FIG. 2) que se extiende horizontalmente desde el extremo izquierdo de la campana 50 a una superficie de inferíase inclinada hacia abajo y hacia afuera 54 entre la campana 50 y la base 46. Como se observa en la FIG. 1, la superficie de inferíase 54 define una superficie de extremo axialmente interna de la base tubular 46.
Con el tanque 12 construido y la abertura 24 formada en su porción lateral vertical mostrada en la FIG. 1, el inserto 4 se mueve, el primer extremo de la campana, hacia adentro a través del orificio definido por el inserto 24 a su posición de la FIG. 1 en la cual la campana 50 se dispone dentro del interior del tanque y se extiende hacia adentro desde una porción lateral superior de la base de inserto 46. La base de inserto 46 luego se sella apropiadamente al inserto anular 18, como el estampar, o mediante el uso de estructuras de sellamiento adecuadas (no mostradas), la base 46 que define en la porción lateral del tanque ilustrada una abertura de pared lateral. Con el inserto 44 instalado, la estructura de calentamiento eléctrico 26 es insertada, el primer extremo de elemento, a través de la base del inserto 46 y enroscada en su sección internamente enroscada 48. El inserto 44 es dimensionado longitudinalmente para que su base 46 circunscriba únicamente las porciones del perno frío inactivas 34a, 36a de los segmentos del elemento 34 y 36, la campana de inserto 50 se sobrepone a una porción lateral superior longitudinalmente interna del segmento del elemento superior 34, y ninguna porción del inserto 44 se extiende debajo de cualquiera parte de las porciones activas 34b, 36b de los segmentos del elemento 34, 36. Además del miembro de inserto de orificio 44, el sistema de detección de temperatura mencionado en lo anterior
42 incluye una placa detectora conductora de calor 56 (representativamente formada a partir del material adecuado tal como cobre) operativamente asegurada a una porción externa de la base de inserto 46, y un termostato 58 conectado a un lado de la placa 56 en relación conductora de calor con la misma. La energía de suministro eléctrica es encaminada al sustrato 58 por la vía de los conductores de energía eléctrica 60, 62 y la energía de control eléctrica se suministra a la estructura de calentamiento instalada 36 por la vía de los conductores de control eléctrico 64, 66 y operativamente interconectados entre el termostato 58 y la porción de extremo externo 28 de la estructura de calentamiento eléctrico 26 como se muestra en la FIG. 1. Durante la operación del calentador de agua 10 mientras las porciones de segmento del elemento activo 34b, 36b están siendo energizadas eléctricamente, el calor del agua adyacente y las porciones de segmento del elemento activo 34b, 36b es recibido mediante la campana de orificio 50 y de manera conductora transmitido a través de la base de inserto 46 a la placa detectora exterior 56. El calor de la placa detectora, indicativa de la temperatura del agua de tanque interna, es detectado por el termostato 58 el cual controla responsivamente la estructura de calentamiento eléctrico 26.
De acuerdo con un aspecto clave de la presente invención, el posicionamiento e la campana de inserto 50 sobre una porción lateral superior de las secciones de alentamiento activas 34b, 36b de los segmentos de elemento 34, 36 proporciona para la detección rápida de temperatura del agua calentada entro del tanque, sin el "exceso" de temperatura controlada sustancial, durante la energización de la estructura de calentamiento 26. Al mismo tiempo, el área de hueco de inserto de orifico 52 debajo de la campana 50 (ver FIG. 2) previene la falla prematura de la estructura de calentamiento 26 causada mediante el atrapamiento de incrustación (disminución de las secciones activas 34, 36) entre dos elementos de calentamiento y una porción de pared del inserto 44. Tal disminución de incrustación de las secciones de calentamiento del elemento activo 34, 36b simplemente cae inofensivamente al fondo del tanque 12. Mientras que el aparato detector de temperatura de la presente invención ha sido ilustrado representativamente y descrito como se incorpora en el tanque de un calentador de agua, será fácilmente apreciado por aquellos de habilidad por esta técnica particular que se puede emplear alternativamente para aventajar en una variedad de otros tipos de aparatos de calentamiento de liquido de tipo de tanque sin apartarse de los principios de la presente invención.
Adicionalmente , mientras que la porción de control de temperatura del aparato de calentamiento de liquido 10 ha sido representado de manera representativa como que comprende el termostato 58 acoplado térmicamente al miembro de inserto de orificio 44 por la vía de la placa detectora 56, una variedad de otros tipos de aparatos de control de temperatura podrían ser alternamente empleados, si se desea, sin apartarse de los principio de la presente invención. Pero como un ejemplo, como se representa esquemáticamente en la FIG. 5, el termostato 58 y la placa detectora 56 podrían ser reemplazados por un controlador electrónico adecuado 68, (que incorpora en la presente, por ejemplo, un termistor o termopar) térmicamente acoplado directamente a la porción 46 del inserto de orificio 44 y acoplado controladamente a la estructura de calentamiento eléctrico 26 mediante los conductores de control 64, 66. En respuesta, para detectar la temperatura del inserto de orificio 34 el controlador 68 regula la operación de la estructura de calentamiento eléctrico 26. La descripción detallada anterior va a ser entendida claramente como que es dada a manera de ilustración y ejemplo únicamente, el espíritu y alcance de la presente invención que son limitados solamente por las reivindicaciones adjuntas.