ES2407542B1 - Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas. - Google Patents

Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas. Download PDF

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Abstract

Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, que está formada por tuberías (1) dispuestas en el subsuelo, por cuyo interior circula un fluido caloportador, y a través de las cuales se realiza el intercambio calórico entre el fluido caloportador y el subsuelo. Las tuberías están unidas entre sí mediante medios de unión (2). En el interior de la sonda para intercambio de calor se disponen unos difusores (3) que alteran la circulación del fluido caloportador y crean un flujo turbulento de dicho fluido caloportador a lo largo del interior de las tuberías (1).

Description

Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al campo técnico de los sistemas de aprovechamiento de energías renovables, y concretamente al aprovechamiento de la energía geotérmica del subsuelo de un terreno, en forma de calor, y su posterior aplicación en sistemas de climatización y calefacción, o cualquier otro que implique intercambio de calor. Más específicamente, la presente invención pertenece al campo técnico de las instalaciones para el intercambio de calor entre un fluido que circula por el interior de unas tuberías y el subsuelo del terreno en el que están introducidas, para su posterior utilización en la climatización y calefacción de viviendas, edificios, o cualquier tipo de local cerrado.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Son conocidos del estado de la técnica diversos sistemas para el aprovechamiento de la energía geotérmica del subsuelo de un terreno, para su posterior aplicación en climatización y calefacción de locales cerrados. En todos estos sistemas, el elemento principal para la transferencia de calor es una tubería, la cual realiza el papel de intercambiador entre el subsuelo que le rodea y el flujo de un fluido que circula por el interior de dicha tubería. Específicamente, los sistemas geotérmicos utilizan un líquido, generalmente agua, como fluido caloportador que circula por el interior de las tuberías, mientras que los sistemas aerotérmicos utilizan aire como fluido caloportador.
Para conseguir una mayor transferencia de calor entre el terreno y el fluido que circula por el interior de las tuberías, es conveniente conseguir un flujo turbulento de dicho fluido, es decir, un flujo del fluido en diferentes direcciones en el interior de las tuberías. Esto hace que las partículas del fluido permanezcan más tiempo en el interior de la tubería, además de que se mezclarán unas con otras, y mayor número de partículas entrarán en contacto con la superficie de la tubería. Todo esto aumenta la transferencia de calor entre el terreno y el fluido que circula por el interior de las tuberías.
Una forma de conseguir el flujo turbulento consiste en dotar a la tubería de una superficie interior rugosa, lo que provoca un cambio de dirección en las partículas del fluido directamente en contacto con ella, y la mezcla de todas las partículas del fluido.
Sin embargo, en las aplicaciones aerotérmicas, es decir, aquellas que utilizan aire como fluido caloportador, debido a los condensados, la superficie interior rugosa termina originando en su mitad inferior pequeños charcos y acumulaciones de agua, que pueden traer suciedad y bacterias, lo que acaba deteriorando las tuberías. Una posible solución a este problema sería dotar de superficie interior rugosa únicamente a la mitad superior de la tubería, para que el condensado cayera por gravedad y no formara charcos. No obstante, esta solución no es eficiente, ya que el montaje rápido de las tuberías puede hacer que por error se dispongan éstas giradas, con la mitad superior donde debería ir la superior, con lo que el condensado volvería a formar las acumulaciones de agua.
Era por tanto deseable una sonda para el intercambio de calor en aplicaciones geotérmicas y aerotérmicas, que consiguiera una transmisión del calor elevada, evitando los inconvenientes existentes en las anteriores tuberías del estado de la técnica.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante una sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, en las que existe una transferencia de calor entre el subsuelo de un terreno y un fluido caloportador, utilizándose posteriormente el fluido caloportador en sistemas de calefacción o refrigeración. La sonda está formada por un conjunto de tuberías dispuestas en el subsuelo, por cuyo interior circula el fluido caloportador a utilizar, y a través de las cuales se realiza el intercambio calórico entre dicho fluido caloportador y el subsuelo. Las tuberías están unidas entre sí mediante medios de unión convencionales, que pueden ir desde copas de unión dispuestas en los extremos de las tuberías hasta soldaduras, o bien directamente a las tuberías,
o elementos de unión.
La sonda para el intercambio de calor objeto de la presente invención presenta en su interior unos difusores que alteran la circulación del fluido caloportador y crean un flujo turbulento de dicho fluido caloportador a lo largo del interior de las tuberías.
De forma preferente, la sonda objeto de la presente invención se utiliza en aplicaciones aerotérmicas, es decir, aplicaciones en las que el fluido caloportador es aire, aunque también puede utilizarse en aplicaciones geotérmicas, donde el fluido caloportador es un líquido, concretamente agua, o bien cualquier otro utilizado.
Aunque los difusores pueden adoptar diversas formas, la realización preferente de éstos consiste en una pluralidad de aletas radiales fijas. Es decir, estas aletas no tienen movimiento, como las aspas de una hélice, sino que están fijas, y su función es servir de obstáculo al fluido caloportador que circula por el interior de las tuberías. Así, el fluido, concretamente el aire, que circula por el interior de las tuberías, cuando llega a las aletas del difusor incide sobre ellas, variando la dirección de desplazamiento de sus partículas, originándose así el flujo turbulento.
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De acuerdo con una realización particular de la invención, los difusores se disponen directamente en el interior de las tuberías, de tal forma que los extremos fijos de las aletas se fijan a la superficie interior de las tuberías. El número de difusores introducidos en el interior de las tuberías dependerá de la longitud de la sonda, de las necesidades de turbulencia, y en general de las necesidades específicas de cada aplicación,
Alternativamente, en lugar de introducir los difusores directamente en las tuberías, se puede optar por fijar los extremos fijos de las aletas a la superficie interior de los medios de unión de las tuberías, ya sea en las copas de unión, o en los elementos de unión soldados, etc.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras.
La figura 1 muestra una realización particular de un difusor de la sonda para intercambio de calor objeto de la presente invención, que cuenta con tres aletas radiales.
La figura 2 es una vista en perspectiva de una realización alternativa de un difusor de la sonda para intercambio de calor objeto de la presente invención, en la que tres aletas radiales están en el interior de una carcasa tubular.
La figura 3 es una vista en perspectiva del difusor de la figura 1 dispuesta en el interior de los medios de unión de tuberías de la sonda de la presente invención.
En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:
1.
tuberías
2.
medios de unión de las tuberías
3.
difusores
4.
carcasa tubular de los difusores
5.
aletas de los difusores
DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención es una sonda para el intercambio de calor, utilizada en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, aunque de forma preferente se utiliza para aplicaciones aerotérmicas, es decir, aplicaciones en las que el fluido caloportador es aire.
La sonda para intercambio de calor está formada por una pluralidad de tuberías 1 dispuestas en el subsuelo de un terreno, por cuyo interior circula un fluido caloportador. A través de estas tuberías se realiza el intercambio calórico entre el fluido caloportador y el subsuelo, estando dichas tuberías 1 unidas entre sí mediante medios de unión 2. Según una realización particular de la invención, los medios de unión 2 pueden ser copas de unión dispuestas en los extremos de las tuberías, tal y como se puede observar en la figura 3. Alternativamente, estos medios de unión 2 pueden consistir en soldaduras, ya sea realizadas directamente en las tuberías 2, o en elementos de unión para éstas.
La sonda para intercambio de calor objeto de la presente invención incorpora unos difusores 3, los cuales alteran la circulación del fluido caloportador y crean un flujo turbulento de dicho fluido caloportador a lo largo del interior de las tuberías 1.
De acuerdo con una realización preferente de los difusores 3, éstos están formados por una pluralidad de aletas 5 radiales fijas, sobre las que incide el fluido caloportador que circula por el interior de dichas tuberías 1. La figura 1 muestra esta realización preferente de un difusor 3 de la presente invención formado por tres aletas 5 radiales, las cuales se fijarán en el interior de la tubería 1, aunque el número de aletas 5 puede variar según necesidades de diseño
o constructivas.
De forma preferente, tal y como se puede comprobar en la figura 3, los extremos libres de las aletas 5 están fijados a la superficie interior de los medios de unión 2 de las tuberías 1, en este caso en la superficie interior de las copas de unión
2. Alternativamente a esta realización, los extremos libres de las aletas 5 están dispuestos directamente en el interior de las tuberías 1.
Según una realización alternativa de la invención, mostrada en la figura 2, los difusores 3 están formados por una carcasa tubular 4 concéntrica a las tuberías 1, en cuyo interior están dispuestas las aletas 5 radiales fijas, sobre las que incide el fluido caloportador que circula por el interior de dichas tuberías 1. De acuerdo con esta realización, la carcasa tubular 4 puede quedar fijada concéntricamente a la superficie interior de las tuberías 1, o alternativamente, la carcasa tubular 4 puede fijarse concéntricamente a la superficie interior de los medios de unión 2 de las tuberías.
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Para favorecer la transmisión de calor entre la sonda y el subsuelo, las tuberías 1 están realizadas en polipropileno dopado con cargas conductoras, lo que incrementa la conductividad de éstas. En el caso particular en que las tuberías 1 estén realizadas en varias capas, las cargas conductoras se dispondrán en la capa externa de la tubería.
Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre y cuando no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.
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Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, que comprende
    -
    una pluralidad de tuberías (1) dispuestas en el subsuelo, por cuyo interior circula un fluido caloportador, y a través de las cuales se realiza el intercambio calórico entre el fluido caloportador y el subsuelo, dichas tuberías (1) unidas entre sí mediante
    -
    medios de unión (2),
    dicha sonda para intercambio de calor caracterizada por que en su interior comprende una pluralidad de difusores (3) que alteran la circulación del fluido caloportador y crean un flujo turbulento de dicho fluido caloportador a lo largo del interior de las tuberías (1).
  2. 2.
    Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según la reivindicación anterior, caracterizada por que el fluido caloportador es aire.
  3. 3.
    Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según cualquiera de las reivindicaciones, caracterizada por que los difusores (3) comprenden una pluralidad de aletas (5) radiales fijas, sobre las que incide el fluido caloportador que circula por el interior de dichas tuberías (1).
  4. 4.
    Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según la reivindicación anterior, caracterizada por que los difusores (3) están dispuestos en el interior de las tuberías (1), quedando fijados los extremos libres de las aletas (5) directamente a la superficie interior de dichas tuberías (1).
  5. 5.
    Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según la reivindicación 3, caracterizada por que los extremos libres de las aletas (5) están fijados a la superficie interior de los medios de unión (2) de las tuberías (1).
  6. 6.
    Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según la reivindicación 3, caracterizada por que los difusores (3) comprenden una carcasa tubular (4) concéntrica a las tuberías (1), en cuyo interior están dispuestas una pluralidad de aletas (5) radiales fijas, sobre las que incide el fluido caloportador que circula por el interior de dichas tuberías (1).
  7. 7.
    Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según la reivindicación anterior, caracterizada por que los difusores (3) están dispuestos en el interior de las tuberías (1), quedando fijada la carcasa tubular (4) concéntricamente a la superficie interior de dichas tuberías (1).
    8 Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según la reivindicación 6, caracterizada por que la carcasa tubular (4) está fijada concéntricamente a la superficie interior de los medios de unión
    (2) de las tuberías (1).
  8. 9.
    Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las tuberías (1) están realizadas en polipropileno dopado con cargas conductoras.
  9. 10.
    Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las tuberías (1) comprenden más de una capa, estando las cargas conductoras dispuestas en la capa externa de la tubería (1).
    ES 2 407 542 Al
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201131789
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 08.11.2011
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F24J3/08 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    DE 102007033436 A1 (KESSELS WINFRIED) 22.01.2009, resumen; descripción; figuras. 1-10
    X
    US 2009025902 A1 (FAVIER GEORGES et al.) 29.01.2009, todo el documento. 1,2
    A
    3-10
    X
    DE 3033255 A1 (SCHMIDT PAUL) 18.03.1982, resumen; figuras. 1-10
    X
    JP 2001004232 A (KUBOTA KK) 12.01.2001, resumen; figuras. 1-5
    A
    6-10
    X
    EP 2034252 A2 (LEDWON ANTON) 11.03.2009, resumen; descripción; figuras. 1
    A
    DE 102007050080 A1 (WILHELM HERMANN JOSEF) 23.04.2009, resumen; figuras. 1-10
    A
    OVANDO-MEDINA V, CORONA-RIVERA MA,MARTÍNEZ-LÓPEZ FJ, ANTONIO-CARMONA ID, OROZCO-HERNÁNDEZ JEA. “Los polímeros conductores de la electricidad y sus aplicaciones en la nanotecnología”. Tlatemoani Revista Académica de Investigación, Nº 3, Septiembre 2010, páginas 1-3. [Recuperado el 16.07.2012] Recuperado de internet: <URL: www. eumed.net/rev/tlatemoani/03/mrlch.pdf> 9,10
    A
    2008, REHAU 827600 ES IG 07.2008. Sistema Raugeo para el aprovechamiento geotérmico. Información Técnica 827600 ES. Datasheet, páginas 1-15 [en línea]. [Recuperado el 16.07.2012]. Recuperado de internet: <URL:www.construnario.com/diccionario/swf/28216/@construcci%F3n/ingenier%EDa%20civil% 20e%20infraestructuras/energ%EDa%20geot%E9rmica/@raugeo/info%20t%E9cnica%20raugeo. pdf> 1
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 20.03.2013
    Examinador M. P. Prytz González Página 1/5
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F24J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    OPINIÓN ESCRITA
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 20.03.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones 4-10 Reivindicaciones 1-3 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-10 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    OPINIÓN ESCRITA
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    DE 102007033436 A1 (KESSELS WINFRIED) 22.01.2009
    D02
    US 2009025902 A1 (FAVIER GEORGES et al.) 29.01.2009
    D03
    DE 3033255 A1 (SCHMIDT PAUL) 18.03.1982
    D04
    JP 2001004232 A (KUBOTA KK) 12.01.2001
    D05
    EP 2034252 A2 (LEDWON ANTON) 11.03.2009
    D06
    DE 102007050080 A1 (WILHELM HERMANN JOSEF) 23.04.2009
    D07
    OVANDO-MEDINA V, CORONA-RIVERA MA,MARTÍNEZ-LÓPEZFJ, ANTONIO-CARMONA ID, OROZCO-HERNÁNDEZ JEA. “Los polímeros conductores de la electricidad y sus aplicaciones en la nanotecnología”. Tlatemoani Revista Académica de Investigación, Nº 3, Septiembre 2010, páginas 1-3. [Recuperado el 16.07.2012] Recuperado de internet: <URL: www. eumed.net/rev/tlatemoani/03/mrlch.pdf> 09/2010
  10. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La presente solicitud de patente hace referencia a una sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas.
    La solicitud consta de 10 reivindicaciones, siendo la primera de ellas independiente y el resto dependientes, directa o indirectamente de ella.
    La primera reivindicación describe una sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas que comprende una pluralidad de tuberías dispuestas en el subsuelo por cuyo interior circula un fluido caloportador y a través de las cuales se realiza el intercambio calórico entre el fluido caloportador y el subsuelo, estando dichas tuberías unidas entre sí mediante medios de unión, de manera que la sonda en su interior comprende una pluralidad de difusores que alteran la circulación del fluido caloportador y crean un flujo turbulento de dicho fluido caloportador a lo largo del interior de las tuberías. La segunda reivindicación añade como característica técnica que el fluido caloportador es aire. En la tercera reivindicación se añade como característica técnica que los difusores comprenden una pluralidad de aletas radiales fijas sobre las que incide el fluido caloportador que circula por el interior de las tuberías. La cuarta reivindicación, dependiente de la tercera, añade como característica técnica que los difusores están dispuestos en el interior de las tuberías quedando fijados los extremos libres de las aletas directamente a la superficie interior de dichas tuberías. La quinta reivindicación, dependiente de la tercera, añade como característica técnica que los extremos libres de las aletas están fijados a la superficie interior de los medios de unión de las tuberías. La sexta reivindicación, dependiente de la tercera, añade como característica técnica que los difusores comprenden una carcasa tubular concéntrica a las tuberías en cuyo interior están dispuestas una pluralidad de aletas radiales fijas sobre las que incide el fluido caloportador que circula por el interior de las tuberías. La séptima reivindicación, dependiente de la sexta, añade como característica técnica que los difusores están dispuestos en el interior de las tuberías quedando fijada la carcasa tubular concéntricamente a la superficie interior de dichas tuberías. La octava reivindicación, dependiente de la sexta, añade como característica técnica que la carcasa tubular está fijada concéntricamente a la superficie interior de los medios de unión de las tuberías. La novena reivindicación, añade como característica técnica que las tuberías son de polipropileno dopado con cargas conductoras. La décima reivindicación, añade como característica técnica que las tuberías comprenden más de una capa, estando las cargas conductoras dispuestas en la capa externa de la tubería.
    Según se desprende de la descripción, el objeto de la invención es conseguir una sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas que proporcione una transmisión de calor elevada entre el terreno y el fluido que circula por el interior de las tuberías. Este aumento en la transferencia de calor se consigue creando un flujo turbulento en la circulación de dicho fluido.
    Para la realización del Informe sobre el Estado de la Técnica, se ha considerado que los medios de unión que se reivindican, especialmente en la reivindicación 1, se refieren a medios de unión entre tramos de la misma tubería y no a medios de unión de tuberías independientes entre sí. Esta consideración se basa en la descripción, en las figuras presentadas y en el contexto que implica la redacción de las reivindicaciones 5 y 8.
    OPINIÓN ESCRITA
    Los documentos D01 a D07 constituyen una representación del estado de la técnica al que pertenece la invención. El documento D01 (ver resumen, descripción y figuras) divulga una sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas que comprende una pluralidad de tuberías dispuestas en el subsuelo por cuyo interior circula un fluido caloportador y a través de las cuales se realiza el intercambio calórico entre el fluido caloportador y el subsuelo, estando dichas tuberías unidas entre sí mediante medios de unión, de manera que la sonda en su interior comprende una pluralidad de difusores que alteran la circulación del fluido caloportador y crean un flujo turbulento de dicho fluido caloportador a lo largo del interior de las tuberías.
    Por tanto, a la vista del documento D01, la invención reivindicada en la reivindicación independiente 1 carece de los requisitos de novedad y actividad inventiva, en el sentido de los Artículos 6 y 8, respectivamente, de la Ley 11/1986 de Patentes.
    Las reivindicaciones 2 y 3 también quedan anticipadas por el documento D01.
    La reivindicación 4 carece de actividad inventiva, pues se considera una opción de diseño, al no mencionar la descripción ninguna ventaja fundamental de esta configuración (extremos libres de aletas fijos a la superficie interior de la tubería) frente a otra alternativa (la del documento D01). No obstante, los documentos D03 (figura 2) y D04 (figuras 7 y secciones) contemplan dicha posibilidad.
    Del mismo modo, las reivindicaciones 6 y 7 carecen de actividad inventiva pues cualquier tubería dotada de una segunda capa interior cumpliría con lo reivindicado y se considera que un experto en la materia podría desarrollar la invención reivindicada en la reivindicaciones 6 y 7 sin el ejercicio de actividad inventiva. Concretamente los documentos, D02 y D03 contemplan la posibilidad de utilizar tuberías con más de una capa o doble pared. El documento D06 lleva los “spacer” unidos al exterior de una tubería concéntrica a la de circulación del fluido.
    La reivindicación 9 se considera que no implica actividad inventiva pues el empleo de polipropileno en tuberías es ampliamente conocido, un ejemplo es el documento D02, y la posibilidad de aumentar la conductividad de los polímeros (polímeros conductores) mediante el dopado de los mismos también es una técnica conocida (documento D07).
    Finalmente, las reivindicaciones 5, 8 y 10 se consideran equivalentes, respectivamente, a las reivindicaciones 4, 7 y 9 por lo que carecen de actividad inventiva.
ES201131789A 2011-11-08 2011-11-08 Sonda para el intercambio de calor en aplicaciones aerotérmicas y geotérmicas. Active ES2407542B1 (es)

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