ES2347311A1 - Colector geotermico. - Google Patents
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Abstract
Colector geotérmico que comprende un conducto de entrada (10), un conducto de salida (11), y una pluralidad de tubos separados (12) de sección menor que la de los conductos de entrada y salida, estando cada uno de dichos tubos (12) conectado por sus dos extremos al conducto de entrada (10) y al conducto de salida (11), respectivamente. Dichos tubos están configurados en forma de U y están formados preferiblemente de una sola pieza. La conexión de un tubo con el conducto de entrada se realiza por medio de un orificio en el conducto de entrada, cuya área es menor que el área de la sección recta de dicho tubo, con el fin de obstaculizar el flujo y producir turbulencias en el interior del tubo, aunque se puede conseguir el mismo efecto insertando obstáculos a lo largo del tubo.
Description
Colector geotérmico.
La presente invención se refiere a un colector
geotérmico que comprende un conducto de entrada y un conducto de
salida, por los cuales circula un fluido para el intercambio y
transporte de calor. Dicho colector funcionará enterrado en una
zanja vertical y el fluido intercambiará calor con el terreno
circundante.
Es conocida la utilización de colectores de
energía geotérmica que funcionan en combinación con bombas de calor
semejantes a las empleadas en los aparatos de climatización
convencional. Las bombas de calor geotérmico se diferencian de las
bombas de calor atmosférico, empleadas en la climatización
convencional, en que intercambian calor con el terreno en lugar de
con el aire. El colector geotérmico proporciona el intercambio de
calor con el terreno.
En general, una bomba de calor es una máquina
que absorbe calor de una fuente térmica y lo entrega a un sumidero
térmico que está a una temperatura superior. Dependiendo de cuál sea
la fuente y cuál sea el sumidero, una bomba de calor puede
proporcionar tanto calefacción como refrigeración.
Las bombas de calor atmosférico convencionales
ofrecen un rendimiento (energía suministrada/energía absorbida)
relativamente bajo tanto en su aspecto de calefactores como en su
aspecto de refrigeradores. En efecto, en invierno la bomba ha de
absorber calor de un aire que está a una temperatura muy baja,
próxima a los 0ºC, y en verano ha de ceder calor a un aire que ya
está muy caliente, a más de 30ºC. En ambos casos el consumo de
energía necesario para el funcionamiento de la bomba de calor es
elevado.
Las bombas de calor geotérmico tienen un
rendimiento potencial mucho más alto porque disponen de una fuente
térmica o de un sumidero térmico, el terreno, que está a una
temperatura prácticamente constante, al menos a partir de una
cierta profundidad. En efecto, en la zona mediterránea a partir de 2
ó 3 metros de profundidad el terreno se mantiene a una temperatura
de unos 15ºC, con poca diferencia entre el verano y el invierno. En
verano, como la temperatura del terreno en realidad es más baja que
la del aire, el rendimiento como refrigerador de una bomba de calor
geotérmico puede llegar a ser extraordinariamente alto, ya que el
terreno actúa como sumidero
térmico.
térmico.
Un colector geotérmico comprende un
intercambiador de calor con el terreno que puede adoptar distintas
formas y puede ser instalado en diferentes disposiciones. El
intercambiador incluye un conducto por el que circula un fluido que
entra en el colector a una temperatura y sale de él a otra
temperatura. En invierno, la temperatura de salida del
intercambiador es más alta que la de entrada, y este aumento de
temperatura se aprovecha para proporcionar calefacción. En verano,
la temperatura de salida del intercambiador es más baja que la de
entrada, y esta disminución de temperatura se aprovecha para
proporcionar refrigeración.
Para mejorar el intercambio de calor,
normalmente el conducto del intercambiador tiene forma de serpentín.
Naturalmente una bomba de calor geotérmico será más eficiente
cuanto mayor sea el intercambio de calor entre el intercambiador y
el terreno circundante, y este intercambio de calor será más elevado
cuanto mayor sea la superficie del intercambiador y cuanto mayor
sea el flujo de calor entre el terreno y el intercambiador.
En WO 2005/015095 (IVT INDUSTRIER AB) se
describe un colector que incluye una serie de tubos que son
paralelos entre sí y se conectan 2 a 2 para formar un único
conducto de forma sinuosa, a modo de radiador. Cada par de tubos
está conectado por dos piezas de 90º, formando un giro de 180º. Cada
par de dichas piezas de 90º adyacentes (no seguidas) están
conectadas por unos canales de aireación. Como puede apreciarse,
esta forma de montaje es complicada y cara.
En la solicitud de patente P200502293, el propio
solicitante presenta un panel de intercambio de calor para
colectores geotérmicos que comprende un serpentín y un bloque
conductor térmico que aloja al menos una parte de dicho serpentín.
Dicho bloque comprende al menos dos perfiles provistos de medios de
acoplamiento mutuo, los cuales están dispuestos a modo de entrantes
y salientes que se encajan a presión. El acoplamiento entre dos
perfiles adyacentes define el alojamiento para al menos un tramo del
serpentín. Las caras del bloque conductor térmico están recubiertas
por un recubrimiento elástico capaz de compensar las contracciones
que podrían reducir el contacto del bloque con el terreno.
Un colector de este tipo tiene un elevado
rendimiento pero no es barato, y no siempre su mayor eficiencia
compensa su mayor coste.
Un objetivo de la presente invención es el de
proporcionar un colector geotérmico que sea de fácil montaje e
instalación, y que no requiera la ejecución de una obra
complicada.
De acuerdo con un aspecto de la invención, el
colector geotérmico comprende una pluralidad de tubos separados de
sección menor que la de los conductos de entrada y salida, estando
cada uno de dichos tubos conectado por sus dos extremos al conducto
de entrada y al conducto de salida, respectivamente.
Así, con una configuración muy sencilla se
obtiene un intercambiador de calor de un rendimiento aceptable. Los
tubos están separados para distribuir el caudal de forma homogénea,
y su sección es menor que la de los conductos de entrada y salida
para propiciar también un buen reparto del caudal entre todos los
tubos.
Preferiblemente, los tubos están configurados en
forma de U. De este modo, lo tubos pueden ser relativamente largos
y, al mismo tiempo, manejables. Además pueden enterrarse
verticalmente en una zanja estrecha.
Preferiblemente, al menos un tubo está formado
de una sola pieza, aunque también puede estar formado de dos o más
piezas.
En una realización, la conexión de al menos un
tubo con el conducto de entrada se realiza por medio de un orificio
en el conducto de entrada, cuya área es menor que el área de la
sección recta de dicho tubo. Preferiblemente, el área del orificio
es al menos 10 veces menor que el área de la sección recta del tubo.
De este modo se puede ajustar adecuadamente la pérdida de carga en
cada tubo y se pueden provocar turbulencias que mejoren el
intercambio de calor entre el fluido y las paredes del tubo.
En una realización, al menos un tubo contiene un
obstáculo para producir turbulencias y provocar una pérdida de
carga, aunque dicho al menos un tubo puede contener una pluralidad
de obstáculos.
En una realización, la longitud de al menos un
tubo es de al menos 6 metros, y en otra realización, la longitud de
al menos un tubo es de al menos 20 metros. De este modo se pueden
aprovechar bien zanjas relativamente profundas.
En una realización, la separación entre el
conducto de entrada y el conducto de salida, es, al menos en un
tramo, menor de 120 cm, aunque es preferible que sea menor de 60 cm
y, por consiguiente, adecuada para que el intercambiador de calor
se introduzca en una zanja vertical estrecha.
En una realización, el fluido entra al conducto
de entrada en la vecindad del primero de los tubos, y sale del
conducto de salida en la vecindad del último de los tubos, de cara a
conseguir una circulación más estable y uniforme.
En una realización, los tubos están hechos de
polietileno, que es un material resistente, elástico, barato y de
fácil manejo.
A continuación se describirán, a título de
ejemplo no limitativo, varias realizaciones de la invención,
haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es una vista parcial en perspectiva
de un intercambiador de calor;
la figura 2 es una vista parcial en planta del
intercambiador de la figura 1;
la figura 3 es un detalle de de la figura 2;
la figura 3A es una vista en sección tomada
sobre la línea A-A de la figura 3;
la figura 4 es una vista esquemática de unos
obstáculos que pueden insertarse en un tubo; y
la figura 5 es una vista esquemática en planta
de un colector geotérmico.
En la figura 1 se representa un tramo de un
intercambiador de calor de un colector geotérmico. El intercambiador
de calor comprende un conducto general de entrada 10, un conducto
general de salida 11, y una pluralidad de tubos (es decir, al menos
2) separados 12a, 12b, etc. (en adelante dicha pluralidad de tubos
se designará con la referencia 12) que están dispuestos entre el
conducto de entrada 10 y el conducto de salida 11. Por todos estos
conductos y tubos circula un fluido cuya temperatura varía al
recorrer el intercambiador.
Los conductos de entrada 10 y salida 11 se
extienden en paralelo, al menos en el sector representado que
corresponde al intercambiador de calor (más allá del intercambiador
los conductos de entrada y salida se conectan con la bomba de calor
y pueden adoptar otra configuración). Los conductos de entrada 10 y
salida 11 están conectados por los tubos 12 del intercambiador, los
cuales también son paralelos pero perpendiculares a los conductos
de entrada y salida. El diámetro de los tubos 12 es menor que el de
los conductos de entrada 10 y salida 11.
En la figura 1 se representa un tramo de los
conductos de entrada y salida con los correspondientes tubos 12
entre ellos, pero tanto los conductos como los tubos pueden
extenderse a ambos lados del tramo representado en la figura.
En su configuración definitiva, cada tubo 12,
que es de un material flexible, adopta la forma de una U vertical,
que cuelga de los conductos de entrada y salida, los cuales se
extienden de modo sustancialmente horizontal, aunque no
necesariamente al mismo nivel. Esta configuración es la de montaje
del intercambiador de calor, el cual se entierra normalmente en una
zanja vertical estrecha, profunda y larga.
En la figura 2 está representado un tramo de
dicha zanja, indicada con la referencia 101. Dicha zanja 101 está
vista desde arriba, y la tierra a ambos lados de la zanja está
indicada con la referencia 100. El intercambiador de calor se ve
colocado en el interior de la zanja, con los tubos 12 colgando hacia
el fondo de la misma. Se entiende que el intercambiador de calor se
extiende a ambos lados del tramo representado en la figura.
En la figura 3 se representa ampliada la
conexión del tubo 12a (por ejemplo) con el conducto de entrada 10,
y en la figura 3A se representa la misma conexión pero vista en
sección sobre el plano representado por la línea
A-A en la figura 3.
En la figura 3A se aprecia que la conexión de un
tubo 12 con el conducto de entrada 10 comprende un orificio 20
practicado en dicho conducto de entrada (y la situación puede ser
análoga con respecto al conducto de salida 11). El diámetro de
dicho orificio 20 ha de tener una dimensión bastante precisa y, en
general, es menor que el diámetro interior del tubo 12a, por la
razón que se expondrá a continuación.
Si el orificio 20 es demasiado grande, entonces
la mayor parte del caudal que circula por el conducto de entrada se
reparte entre los tubos 12 que hay al principio (en el sentido del
flujo) del intercambiador de calor, y casi no llega caudal a los
últimos tubos del intercambiador; pero si el orificio 20 es
demasiado pequeño, entonces la pérdida de carga en los tubos 12 es
muy grande, de manera que por todos los tubos circula poco caudal
y, por consiguiente, el calor que se intercambia en el
intercambiador es relativamente poco, con lo cual el rendimiento
del intercambiador de calor es bajo.
Así pues, para que el intercambiador de calor
tenga un funcionamiento óptimo, las dimensiones del orificio 20 han
de ajustarse según el tamaño del intercambiador y el caudal de
circulación.
Por otra parte, al pasar del conducto de entrada
10 al tubo 12 el fluido a traviesa un estrechamiento, lo cual
facilita un régimen de flujo turbulento en el tubo 12. De este modo
se incrementa el intercambio de calor entre el fluido y la pared
del tubo.
Hay otros modos de provocar dicha turbulencia y
de causar una pérdida de carga adecuada para conseguir un reparto
adecuado del caudal entre todos los tubos 12, como por ejemplo
disponiendo una estructura axial a modo de obstáculo, o provista de
diversos obstáculos, en el interior del tubo 12. Dicho obstáculo
podría tener forma de espiral o de hélice o adoptar cualquier otra
forma adecuada, tanto regular como irregular. Asimismo, dicho
obstáculo se puede extender a todo lo largo del tubo 12 o sólo a lo
largo de un tramo del mismo. Dicha estructura axial podría
consistir incluso en una pluralidad de obstáculos adosados a la
pared interior del tubo 12.
En la figura 4 se representa un tramo de un
ejemplo de estructura de obstáculos que se puede insertar en uno o
varios de los tubos 12. Comprende un hilo axial 30 sobre el que se
disponen transversalmente unos discos 32 provistos de un orificio
central 32, y también unos filamentos 33.
Un material adecuado para los conductos, tubos u
obstáculos es, por ejemplo, el polietileno, cuyo coeficiente de
dilatación es pequeño en el intervalo de temperaturas de trabajo.
Para los obstáculos en los tubos 12 también es adecuado, por
ejemplo, el Nylon.
En la figura 5 se representa de forma
esquemática un colector geotérmico según la invención, que comprende
los mencionados conductos de entrada 10, conducto de salida 11 y
tubos 12. En esta realización, la salida del conducto de salida en
el intercambiador se dispone a continuación del último tubo de los
tubos 12, es decir, en un extremo opuesto con respecto a la entrada
al conducto de entrada, con lo cual el sentido de circulación del
fluido en el conducto de entrada 10 y en el conducto de salida 11 es
el mismo, en lugar de haber un sentido de "regreso" por el
tubo de salida, como sucedería si la salida del intercambiador
estuviese junto al primero de los tubos 12. Con esta disposición se
facilita el correcto reparto de caudal por los tubos 12.
Los tubos 12 pueden ser todo lo largos que
permita la profundidad de la zanja 101, dado que la fabricación del
conjunto conductos+tubos es prácticamente la misma para tubos cortos
que para tubos largos; en cualquier caso los tubos 12 se conectan
en posición extendida a los conductos de entrada 10 y de salida 12 y
después se doblan para adoptar la forma de U.
El intercambiador de calor puede fabricarse y
montarse por módulos, es decir, por tramos completos de conductos
10 y 11 y tubos 12. Dichos tramos dispondrán de sistemas de conexión
rápida en los extremos de los conductos de entrada 10 y salida 11,
para facilitar su unión a otros tramos adyacentes en la obra o en la
zanja 101.
Para facilitar la inserción del intercambiador
de calor en la zanja, es conveniente utilizar unas pinzas (no
representadas) que sujeten entre sí las dos partes rectas de la U de
algunos o todos los tubos 12. Después de introducir el
intercambiador en la zanja se pueden extraer dichas pinzas, con lo
que las Us tenderán a abrirse y toparán con las paredes verticales
de la zanja. De este modo el intercambiador quedará bastante bien
sujeto en el interior de la zanja, lo cual reduce el riesgo de
deformación o rotura al rellenar la zanja con tierra u otro
material.
Aunque en la presente memoria sólo se han
representado y descrito realizaciones particulares de la invención,
el experto en la materia sabrá introducir modificaciones y sustituir
unas características técnicas por otras equivalentes, dependiendo
de los requisitos de cada caso, sin separarse del ámbito de
protección definido por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (14)
1. Colector geotérmico que comprende un conducto
de entrada (10) y un conducto de salida (11), por los cuales
circula un fluido para el intercambio y transporte de calor,
caracterizado por el hecho de que también comprende una
pluralidad de tubos separados (12) de sección menor que la de los
conductos de entrada (10) y salida (11), estando cada uno de dichos
tubos (12) conectado por sus dos extremos al conducto de entrada
(10) y al conducto de salida (11), respectivamente.
2. Colector geotérmico según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que al menos un tubo (12)
está configurado en forma de U.
3. Colector geotérmico según la reivindicación 1
ó la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que al
menos un tubo (12) está formado de una sola pieza.
4. Colector geotérmico según la reivindicación 1
ó la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que al
menos un tubo (12) está formado de al menos dos piezas.
5. Colector geotérmico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la conexión de al menos un tubo (12) con el conducto de entrada
(10) se realiza por medio de un orificio (20) en el conducto de
entrada (10), cuya área es menor que el área de la sección recta de
dicho tubo (12).
6. Colector geotérmico según la reivindicación
5, caracterizado por el hecho de que el área del orificio
(20) es al menos 10 veces menor que el área de la sección recta del
tubo (12).
7. Colector geotérmico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que al menos un tubo (12) contiene un obstáculo para producir
turbulencias y provocar una pérdida de carga.
8. Colector geotérmico según la reivindicación
7, caracterizado por el hecho de que al menos un tubo (12)
contiene una pluralidad de obstáculos (31, 32; 33).
9. Colector geotérmico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la longitud de al menos un tubo (12) es de al menos 6
metros.
10. Colector geotérmico según la reivindicación
9, caracterizado por el hecho de que la longitud de al menos
un tubo (12) es de al menos 20 metros.
11. Colector geotérmico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la separación entre el conducto de entrada (10) y el conducto de
salida (11), es, al menos en un tramo, menor de 120 cm.
12. Colector geotérmico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la separación entre el conducto de entrada (10) y el conducto de
salida (11), es, al menos en un tramo, menor de 60 cm.
13. Colector geotérmico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el fluido entra al conducto de entrada (10) en la vecindad del
primero de los tubos (12), y sale del conducto de salida (11) en la
vecindad del último de los tubos (12).
14. Colector geotérmico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que los tubos (12) están hechos de polietileno.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200703126A ES2347311B1 (es) | 2007-11-16 | 2007-11-16 | Colector geotermico. |
| EP08168774A EP2060858A3 (en) | 2007-11-16 | 2008-11-10 | Geothermal collector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200703126A ES2347311B1 (es) | 2007-11-16 | 2007-11-16 | Colector geotermico. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2347311A1 true ES2347311A1 (es) | 2010-10-27 |
| ES2347311B1 ES2347311B1 (es) | 2011-08-18 |
Family
ID=40340685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200703126A Expired - Fee Related ES2347311B1 (es) | 2007-11-16 | 2007-11-16 | Colector geotermico. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2060858A3 (es) |
| ES (1) | ES2347311B1 (es) |
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2008
- 2008-11-10 EP EP08168774A patent/EP2060858A3/en not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2060858A2 (en) | 2009-05-20 |
| EP2060858A3 (en) | 2009-12-30 |
| ES2347311B1 (es) | 2011-08-18 |
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20101027 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2347311 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20110818 |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180924 |