IT201800011157A1 - Procedimento e dispositivo di installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente titolo:

PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO DI INSTALLAZIONE NEL

SOTTOSUOLO DI UNA SONDA GEOTERMICA COASSIALE

La presente invenzione si inquadra nel settore dello scambio (recupero in inverno ed immissione in estate) di calore a bassa temperatura da e per il sottosuolo o da e per il terreno e, più precisamente, concerne un dispositivo (o attrezzatura) di tipo perfezionato ed innovativo usata espressamente per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale (o verticale) da impiegarsi per esempio per lo scambio del calore, tipicamente, fra 100 e 120 metri di profondità ed in qualsiasi tipo di terreno, sebbene il suo rendimento sia maggiore in terreni saturi d’acqua (dunque, di tipo alluvionale) ed in presenza di falda acquifera, dove la conducibilità termica è migliore.

Inoltre, la presente invenzione riguarda anche il procedimento (o metodologia o metodo) attuato e seguito per l’installazione nel sottosuolo di tale sonda geotermica coassiale.

È ampiamente noto che per scambiare (recuperare o immettere) calore a bassa temperatura dal sottosuolo vengono tradizionalmente impiegate sonde geotermiche.

Tali sonde sono normalmente costituite da un fascio di elementi tubolari che vengono inseriti in profondità nel sottosuolo allo scopo di riscaldare/raffreddare un liquido (in genere acqua o una miscela di acqua e glicole la quale, in particolare, permette al fluido geotermico di operare a temperature sotto lo zero senza che si corra il rischio che congeli) circolante all’interno di tali elementi tubolari.

Esistono svariati tipi di sonde geotermiche(a tutti gli effetti, scambiatori di calore): le sonde a singola U e a doppia U, realizzate in materiale plastico, sono le più tipiche e costituiscono la maggioranza delle installazioni, seguite dalle sonde geotermiche coassiali che possono essere realizzate in altri materiali, di solito materiali plastici (HDPE per esempio), con diametri e profili interni diversi; esistono anche sonde del tipo a tubi spiralmente avvolti (estranee all’invenzione) che, in genere, operano a profondità molto basse, ad esempio 3÷ 5 metri.

Il liquido, una volta riscaldato/raffreddato, viene convogliato all’esterno della sonda in modo da asservire un’utenza, quale in genere ed abitualmente una pompa di calore o simile.

In altre parole, il funzionamento di una sonda geotermica si basa sullo scambio termico fra il sottosuolo circostante la sonda stessa ed il fluido, a temperatura minore o maggiore, che circola internamente al fascio tubiero.

Più precisamente, lo scambio termico di cui sopra viene permesso dal materiale in grado, in ogni caso, di permettere una per quanto minima conduzione termica (e talvolta anche almeno in parte metallico) che costituisce la tubazione esterna del fascio tubiero della sonda geotermica che comprende altresì una tubazione interna, inserita assialmente nella tubazione esterna con la quale individua un’intercapedine anulare che accoglie il fluido di scambio termico proveniente dall’utenza da asservire o destinato (a seconda delle scelte costruttive) ad essa. Il principale vantaggio associato all’impiego di una tubazione esterna realizzata in materiale metallico è , inevitabilmente, la maggiore conducibilità termica: ciò si traduce in una minore resistenza termica del foro della sonda (meglio nota con il termine inglese di “borehole resistance” e il simbolo R b) ed in un maggiore flusso di energia termica, almeno nelle fasi iniziali del funzionamento della pompa di calore.

Le sonde geotermiche disponibili sul mercato possono operare a profondità basse (3-5 metri), medio-basse (30-50 metri), medio-alte (100-200 metri) ed elevate (fino a 3.000 metri, le quali, peraltro, non sono interessate dalla presente invenzione). Nel caso di impiego a profondità medio-basse e medio-alte, le sonde geotermiche sfruttano la presenza di un livello termico del sottosuolo quasi costante che si riscontra durante tutto l’anno.

Infatti, dopo i primi 5-10 metri di profondità , la temperatura del sottosuolo non è influenzata da variazioni stagionali o giornaliere. Il valore di temperatura dipende comunque dal tipo di sottosuolo e cresce normalmente di 3°C ogni 100 metri.

Lo sfruttamento del calore presente a profondità da 500 a 3.000 metri richiede, invece, la predisposizione di impianti geotermici di grandi dimensioni in quanto, a tali profondità , il calore del sottosuolo può raggiungere temperature piuttosto elevate (80÷ 120°C).

Un primo esempio di sonde geotermiche di tipo noto tradizionalmente impiegate a profondità medio basse è costituito dalle sonde a singola U o a doppia U le quali comprendono una tubazione ripiegata ad U (con bocca di mandata e bocca di ritorno) esterna ed almeno una tubazione interna, in genere realizzata in materiale plastico.

Pur essendo efficaci dal punto di vista funzionale, le sonde geotermiche di questa tipologia presentano alcuni svantaggi legati alla loro messa in opera. Come intuibile, infatti, la loro installazione richiede una perforazione preventiva del terreno per ricavare una cavità (o foro) longitudinale di dimensioni rilevanti (anche sino a 150 mm) che accoglie la tubazione, con gli evidenti svantaggi operativi che questo comporta (quali ad esempio emersione incontrollata in superficie di fango misto ad acqua, necessità di recuperare tale acqua mediante apposito impianto predisposto in superficie, smaltimento dei rifiuti e dei materiali risulta emersi, elevato consumo energetico).

Inoltre, nella totalità dei casi è previsto il riempimento (cosiddetto “grouting”) delle parti libere di tale cavità longitudinale (tipicamente tramite cemento e bentonite), al fine di mantenerne inalterata l’integrità strutturale lungo l’intero suo sviluppo longitudinale, di rendere solidali le pareti della sonda al terreno circostante e di permettere un regolare flusso di calore tra il terreno e la sonda stessa.

Per superare questi svantaggi, durante sostanzialmente l’ultimo decennio sono state sviluppate delle sonde geotermiche, cosiddette di tipo coassiale, di più moderna concezione costruttiva, provviste di mezzi di penetrazione nel terreno o sottosuolo ed installate sempre mediante perforazione del terreno.

In tal caso, le sonde geotermiche comprendono una tubazione esterna ed almeno una tubazione interna, così che il fluido di scambio termico viene introdotto dall’esterno attraverso l’intercapedine anulare formata tra le due tubazioni e viene convogliato, una volta riscaldato, ad un’utenza esterna attraverso la tubazione interna. In alternativa, il fluido può anche essere introdotto nella sonda geotermica coassiale attraverso la tubazione interna per uscire, opportunamente riscaldato, in seguito da essa attraverso l’intercapedine anulare una struttura sostanzialmente simile a quella delle sonde più tradizionali sopra sommariamente descritte, con l’eccezione di essere, tuttavia, provviste di una punta conica, accoppiata all’estremità inferiore della tubazione esterna, adatta a facilitarne la penetrazione nel sottosuolo.

Più in dettaglio, in tali sonde geotermiche coassiali dell’arte nota, la tubazione interna sporge superiormente oltre l’estremità superiore della tubazione esterna ed è realizzata in un materiale isolante, solitamente un materiale plastico quale polietilene, e la cavità longitudinale che accoglie la tubazione esterna (avente in genere un diametro pari 63 cm) si sviluppa trasversalmente per un diametro pari a 80 cm contro il diametro di 150 cm previsto per le sonde geotermiche ripiegate rispetto alle quali, in tal modo, le sonde coassiali presentano una “borehole resistance” decisamente inferiore.

Il circuito idraulico di quest’ultima particolare tipologia di sonde geotermiche viene definito attraverso un elemento di chiusura disposto sull’estremità superiore della tubazione esterna: in particolare, queste sonde comprendono un primo elemento di raccordo idraulico per la tubazione esterna ed un secondo elemento di raccordo idraulico per la tubazione interna.

Nelle sonde geotermiche coassiali in metallo, invece, la tubazione esterna è costituita da una pluralità di elementi tubolari cilindrici metallici, resi solidali tra loro solitamente e preferibilmente mediante l’applicazione di un cordone di saldatura. Uno dei procedimenti attualmente impiegati per l’installazione di sonde geotermiche coassiali di più recente ideazione prevede di disporre verticalmente su un terreno un elemento tubolare metallico iniziale provvisto di punta conica. Successivamente, all’interno di tale elemento iniziale viene disposta un’asta di spinta che agisce con una sua estremità direttamente sulla punta conica, mentre la sua estremità opposta è collegata ad una testa di spinta di un penetrometro oppure di una macchina di perforazione provvista di testa di infissione.

L’elemento tubolare metallico iniziale viene dunque spinto nel sottosuolo fino ad una certa profondità , tale per cui la sua estremità superiore rimane al di fuori del terreno. A quel punto, un secondo elemento tubolare metallico viene collegato assialmente a tale estremità superiore, in genere mediante saldatura: i due elementi tubolari così collegati vengono spinti in profondità dal penetrometro ancora attraverso l’asta di spinta che agisce sempre sulla punta conica collegata al primo elemento tubolare già conficcato nel sottosuolo.

In seguito, si procede al collegamento di ulteriori elementi tubolari aggiuntivi, ogni volta all’estremità superiore, rimasta al di sopra del terreno, dell’ultimo elemento tubolare che è stato spinto nel sottosuolo, e si ripete la sequenza di operazioni appena descritta sino al raggiungimento della profondità desiderata per la sonda geotermica.

Ultimato ciò, l’asta di spinta viene estratta dalla tubazione esterna per consentire l’inserimento in essa della tubazione interna che definisce peraltro la suddetta intercapedine anulare.

L’installazione di una sonda geotermica coassiale viene, quindi, completata attraverso il posizionamento dell’elemento di chiusura e attraverso il raccordo delle tubazioni con il circuito idraulico esterno alle stesse.

Il penetrometro impiegato per realizzare il procedimento appena descritto viene ad esempio montato su un autocarro provvisto di un pianale sul quale viene collocata una coppia di pistoni idraulici responsabili del movimento della testa di spinta, il cui posizionamento è centrale all’interasse dell’autocarro al fine di ottenere una spinta totale sulla testa sufficiente a garantire la penetrazione della testa conica e quindi della sonda nel terreno. In alternativa a ciò, si usa la macchina perforatrice dotata di testa di infissione, alimentatore e pompa idraulica, albero e ala di perforazione. Nel tempo, il procedimento appena descritto ha dimostrato evidenti lacune, la prime delle quali deriva dalla necessità di montare il penetrometro su un autocarro, o comunque su una macchina di trivellazione, di rilevante ingombro, tale da garantire una spinta sufficiente a vincere la reazione del terreno che inevitabilmente, per sua natura, tenderebbe a spostare i mezzi di spinta dalla corretta posizione operativa se non efficacemente contrastata.

In altre parole, l’autocarro deve presentare un peso sufficiente a vincolare il penetrometro al terreno affinché i pistoni idraulici riescano ad esercitare in modo efficace la loro azione sulla testa di spinta.

È evidente lo svantaggio rappresentato da questa circostanza, in quanto le dimensioni della macchina operatrice che alimenta la testa di spinta limitano la gamma di possibili installazioni della sonda geotermica.

Inoltre, l’impiego di autocarri o macchine di grandi dimensioni incide sensibilmente sugli stessi costi di installazione e di gestione delle sonde geotermiche.

Alcune attrezzature note, più di recente proposte sul mercato da una delle stesse richiedenti la presente invenzione e descritte nel Brevetto Italiano nr. 1398341, permette di superare in modo efficace anche le suddette limitazioni, ma non si sottrae a quegli inconvenienti tecnici di cui, peraltro, soffrono tutte le attrezzature e tutti i metodi con essi attuati impiegati nella tecnica nota per installare nel sottosuolo sonde geotermiche assiali o verticali.

Tali inconvenienti sono innanzitutto rappresentati dalla necessità di eseguire comunque l’onerosa (per quanto sempre più limitata) operazione di cosiddetto “inghisaggio” o sigillatura (più comunemente nota con il termine inglese di “grouting”), la quale, come già evidenziato in precedenza, prevede di ancorare strutture in acciaio (quali appunto la tubazione esterna della sonda geotermica) in strutture cementizie, bentonitiche o di calcestruzzo a ritiro compensato gettate in opera colando il materiale di collegamento (una miscela liquida in pressione) di consistenza fluida nell'interstizio longitudinale lasciato libero tra la tubazione esterna della sonda ed il sottosuolo nel quale è installata.

La miscela liquida così iniettata nel sottosuolo, col tempo, tende a solidificare, per effetto di reazioni chimiche o fisiche, determinando un riempimento degli interstizi nella cavità longitudinale ed un incremento del consolidamento del terreno (ma anche, di converso, un contemporaneo incremento delle resistenza termica del foro (cosiddetta “borehole resistance”)), con l’obiettivo di prevenire il passaggio/reflusso di acqua di falda durante lo scavo e di aumentare la resistenza dello stesso, scongiurando i dissesti durante le operazioni di scavo.

L’impatto negativo sui tempi e sui costi di installazione delle sonde geotermiche di una siffatta operazione “inghisaggio” o sigillatura (“grouting”), è facilmente ed immediatamente intuibile, stante anche la sua evidente invasività .

Inoltre, allo stato dell’arte l’installazione nel sottosuolo di sonde geotermiche, ad esempio verticali, tramite perforazione del terreno prevede di impiegare una rilevante portata di liquido di lubrificazione e spinta (in genere acqua) da applicare durante la perforazione del terreno per limitare al minimo l’attrito tra la superficie esterna della tubazione esterna della sonda geotermica, mentre viene spinta in profondità , ed il terreno stesso, con gli evidenti inconvenienti che ne derivano quali, ovviamente, un notevole consumo di tale liquido, da un lato, e il riflusso o il rigurgito verso la superficie di una sensibile quantità di terreno reso ormai fangoso, dall’altro lato, con i disagi operativi per gli addetti ai lavori che questo provoca. Inoltre, le macchine operatrici utilizzate per la perforazione del sottosuolo e l’installazione in esso delle sonde geotermiche, anche quelle più moderne di recente sviluppo ed impiego, presentano pur sempre dimensioni rilevanti, tali da limitare le possibili applicazioni delle sonde geotermiche che oggi sono installabili sostanzialmente soltanto in presenza di spazi vasti.

Partendo, dunque, dalla consapevolezza dei suddetti inconvenienti di cui soffre lo stato attuale della tecnica qui considerata, la presente invenzione si propone di porvi compiutamente ed efficacemente rimedio.

In particolare, scopo primario della presente invenzione è fornire un procedimento ed un dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale che consenta di evitare di eseguire l’operazione di sigillatura (o “grouting”) attorno alla tubazione esterna della sonda geotermica installata.

Altrimenti detto, scopo principale dell’attuale invenzione è rendere disponibile un procedimento ed un dispositivo che permetta una corretta ed efficace installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale senza la necessità di eseguire invasive, articolate e costose perforazioni.

Nella sfera cognitiva del suddetto scopo principale, è , altresì, compito della presente invenzione stessa indicare un procedimento per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale che sia implementabile in modo più agevole rispetto ai procedimenti equivalenti di tipo noto.

È un secondo scopo dell’invenzione fornire un procedimento per l’installazione di una sonda geotermica coassiale che sia efficacemente attuabile anche senza la necessità di prevedere l’operazione di sigillatura (o “grouting”), tipicamente eseguita nell’arte nota durante lo scavo longitudinale o appena esso è ultimato. Nella sfera cognitiva di tale scopo, è , perciò, compito dell’invenzione ideare un procedimento ed un dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale che consenta di ridurre rispetto alla tecnica nota i tempi ed i costi necessari per installare precisamente nel sottosuolo tale sonda geotermica. È un altro scopo della presente invenzione concretizzare un procedimento ed un dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale che, rispetto a procedimenti simili di topo noto, preveda un consumo più limitato di liquido di lubrificazione (in genere acqua) utilizzato per allentare il terreno e ridurne l’attrito sulla superficie esterna della tubazione esterna.

È un ulteriore scopo dell’invenzione mettere a punto un procedimento dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale che comporti pressioni per il liquido di lubrificazione utilizzato per allentare il terreno inferiori a quelle previste nei procedimenti simili noti.

È uno scopo aggiuntivo dell’attuale invenzione implementare un procedimento dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale che possa essere esteso o applicato ad un numero di terreni più ampio e più variegato rispetto a quello permesso dalle varie metodologie della tecnica nota. È un non ultimo scopo dell’invenzione realizzare un dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale che presenti un rapporto di scambio termico superiore rispetto a quello dei dispositivi di tipo noto ad esso equiparabili per impiego.

Gli scopi detti sono conseguiti tramite un procedimento per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale come alla rivendicazione 1 allegata, cui si rimanda per brevità espositiva.

Ulteriori caratteristiche applicative di dettaglio del procedimento dell’invenzione sono contenute nelle rispettive rivendicazioni dipendenti, numerate da 2 a 11.

Forma oggetto dell’attuale invenzione anche un dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale come alla rivendicazione 12 allegata, cui si rinvia sempre per semplicità di esposizione.

Ulteriori caratteristiche tecniche e costruttive di dettaglio del dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale sono riportate nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

Le suddette rivendicazioni, nel seguito specificatamente e concretamente definite, si intendono parte integrante della presente descrizione.

Vantaggiosamente, il procedimento per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale dell’invenzione consente di evitare di eseguire sia l’operazione preliminare di perforazione sia l’operazione di sigillatura (o “grouting”) della sonda geotermica medesima, in quanto il materiale di risulta delle perforazione – ossia il terreno spostato lateralmente e verso la superficie da un liquido di lubrificazione in pressione convogliato all’interno dei mezzi di spinta e dei mezzi di penetrazione in rotazione, e da qui all’esterno – occupa già l’interstizio minimo presente all’esterno della tubazione esterna della sonda geotermica.

Ugualmente vantaggiosamente, nel procedimento dell’invenzione, la sonda geotermica coassiale o, più propriamente, la sua tubazione esterna viene inserita per infissione nel terreno durante la perforazione stessa, mentre la cavità o lo scavo longitudinale è in formazione per effetto della rotazione, la compressione verso il basso e preferibilmente anche della vibrazione almeno dei mezzi di spinta e dei mezzi di penetrazione.

Quanto appena detto consente, altrettanto vantaggiosamente, di ridurre, rispetto alla metodologia operativa attualmente seguita, i tempi ed i costi necessari per una corretta e precisa installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale, a parità di competenza, esperienza e costo della manodopera impiegata per l’attività .

In maniera vantaggiosa, inoltre, il procedimento per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica dell’attuale invenzione facilita e velocizza la perforazione del sottosuolo rispetto a quanto avviene nella tecnica nota, grazie al fatto, in particolare, che il liquido di lubrificazione in pressione convogliato sino ai mezzi di penetrazione (quali ad esempio una punta conica di spinta provvista di una pluralità di denti o lame sporgenti) e da qui all’esterno, al contempo, sposta lateralmente il materiale di risulta causandone la parziale e controllata emersione in superficie e lubrifica la superficie esterna della tubazione esterna della sonda geotermica coassiale in maniera tale da limitare al minimo l’attrito superficiale. Anche questo aspetto concorre a rendere il procedimento per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale dell’invenzione più rapido e meno oneroso rispetto ai metodi di tipo noto.

Altrettanto vantaggiosamente, il procedimento della presente invenzione richiede un apporto o consumo di liquido di lubrificazione alquanto inferiore, sino anche a 10÷ 15 volte, rispetto a quello associato ai procedimenti equivalenti di tipo noto. Ancora vantaggiosamente, il dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale dell’invenzione presenta dimensioni ridotte rispetto ai dispositivi simili della tecnica anteriore, in quanto – in virtù del fatto che, come già evidenziato sopra, nell’innovativa modalità operativa adottata dalla richiedente e qui presentata, la prima tubazione esterna viene, in modo innovativo, inserita per infissione nel sottosuolo – lo scavo o cavità longitudinale da realizzare nel sottosuolo non deve essere particolarmente largo ma presenta praticamente le stesse dimensioni (in genere, il diametro esterno) della tubazione esterna della sonda geotermica da installare.

Ad esempio, rispetto all’attrezzatura per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale descritta nel Brevetto Italiano nr. 1398341, il dispositivo dell’invenzione presenta una concezione costruttiva meno articolata e complessa ed un ingombro più contenuto, a vantaggio dell’ampliamento del ventaglio delle possibilità di applicazione di una sonda geotermica coassiale.

Vantaggiosamente, altresì, il procedimento dell’invenzione non prevede l’applicazione di alcun elemento tubolare di rivestimento della prima tubazione esterna, normalmente utilizzato invece in molte tecniche di perforazione note per consolidare la parete perimetrale che delimita la cavità longitudinale e conservarne le dimensioni.

In modo vantaggioso, inoltre, grazie al fatto che, nel procedimento dell’invenzione, i mezzi di spinta agiscono direttamente sui mezzi di penetrazione, si evita di applicare forze dirette sulla prima tubazione esterna che, di rimando, non rischia di essere sovraccaricata come avviene tipicamente nell’arte nota più tradizionale. Gli scopi ed i vantaggi detti, così come altri che emergeranno più avanti, risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione che segue, relativa a preferite forme esecutive del dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale e a preferite forme applicative del relativo procedimento per l’installazione nel sottosuolo di tale sonda geotermica, date a titolo indicativo ed illustrativo, ma non limitativo, con l’ausilio delle allegate tavole di disegno in cui:

- la figura 1 è la vista assonometrica esplosa di una prima variante esecutiva del dispositivo dell’invenzione;

- la figura 2 è la vista in pianta da sotto del dispositivo di figura 1;

- la figura 3 è la vista di figura 2 secondo il piano di sezione III-III;

- la figura 4 è la vista assonometrica di un primo componente di figura 1;

- la figura 5 è una vista laterale di figura 4;

- la figura 6 è la vista di figura 5 secondo il piano di sezione VI-VI;

- la figura 7 è la vista assonometrica di un secondo componente di figura 1; - la figura 8 è una vista laterale di figura 7;

- la figura 9 è la vista di figura 8 secondo il piano di sezione VIII-VIII;

- la figura 10 è la vista assonometrica di un terzo componente di figura 1;

- la figura 11 è una vista in pianta da sotto di figura 10;

- la figura 12 è la vista di figura 11 secondo il piano di sezione XII-XII;

- la figura 13 è una vista laterale in spaccato (o troncata) di un quarto componente di figura 1;

- la figura 14 è la vista di figura 13 secondo il piano di sezione XIV-XIV;

- la figura 15 è la vista assonometrica esplosa di una seconda variante esecutiva del dispositivo dell’invenzione;

- la figura 16 è una vista laterale del dispositivo di figura 15;

- la figura 17 è la vista di figura 16 secondo il piano di sezione XVII-XVII;

- la figura 18 è un’altra vista laterale del dispositivo di figura 15;

- la figura 19 è la vista di figura 18 secondo il piano di sezione XIX-XIX .

Il dispositivo per l’installazione nel sottosuolo S di una sonda geotermica coassiale (ad esempio per profondità medio-basse, quali 30-120 metri) solo parzialmente rappresentata nelle figure allegate, indicata genericamente con G), oggetto dell’invenzione, è illustrato in una sua prima variante esecutiva in figura 1, dove viene globalmente numerato con 1.

Come si osserva, tale sonda geotermica G è del tipo comprendente:

- una prima tubazione esterna (non mostrata nella sua totalità ), formata da una pluralità di elementi tubolari modulari l’uno assialmente e progressivamente accoppiato all’altro mediante mezzi di interconnessione, non raffigurati, di tipo noto al tecnico esperto del ramo, quali ad esempio un cordone di saldatura; - una seconda tubazione interna (anch’essa non mostrata per semplicità espositiva), disposta internamente alla prima tubazione con la quale definisce un’intercapedine anulare intermedia.

S econdo l’invenzione, tale dispositivo (o attrezzatura) 1 comprende:

- mezzi di spinta, nel complesso indicati con 2 e del tipo almeno a rotazione, operativamente connessi a mezzi di attuazione (non raffigurati e costituiti ad esempio dall’olio idraulico di una macchina operatrice per la trivellazione del terreno) ed accoppiati ad un’intelaiatura di supporto (non riportata e costituita ad esempio da organi della stessa macchina operatrice) adatta ad insistere sul terreno R , i mezzi di spinta 2 essendo adatti ad essere:

- inseriti temporaneamente nella prima tubazione esterna;

- posti assialmente in rotazione, azionando i mezzi di attuazione, e spinti verso il terreno R in maniera tale da provocare l’infissione progressiva almeno per trascinamento, sino a una profondità prefissata del sottosuolo S , di ognuno degli elementi tubolari modulari della prima tubazione esterna; - mezzi di penetrazione del sottosuolo S , nell’insieme numerati con 3, del tipo a perdere (ossia tali da rimanere nel sottosuolo S assieme alla sonda geotermica G non appena ultimata la sua definitiva installazione) ed accoppiati ai mezzi di spinta 2, con cui sono staticamente e dinamicamente solidali, tramite mezzi amovibili di trascinamento, nell’insieme indicati con 4, e posti in corrispondenza di un’estremità inferiore T i dell’elemento modulare iniziale T1; - mezzi di convogliamento, complessivamente numerati con 5, ricavati almeno nei mezzi di spinta 2 e nei mezzi di penetrazione 3, adatti ad essere percorsi da un liquido di lubrificazione (quale acqua o anche una miscea di liquidi) in pressione che, fuoriuscendo dai mezzi di penetrazione 3 in rotazione, provoca lo spostamento del terreno R circostante agli elementi tubolari modulari e risale almeno parzialmente verso la superficie P lateralmente alla prima tubazione esterna.

In particolare, i mezzi di spinta 2 comprendono in questo caso:

- una testa di perforazione del tipo almeno a rotazione (non rappresentata), accoppiata all’intelaiatura di supporto ed operativamente connessa ai mezzi di attuazione;

- una torre di perforazione (anch’essa non rappresentata), accoppiata alla testa di perforazione dalla quale sporge verso il basso per una lunghezza predefinita, adeguata alla lunghezza della prima tubazione esterna che viene infissa per spinta rotativa nel sottosuolo S ;

- un’asta di perforazione 6, visibile a sé stante alle figure 13 e 14, accoppiata amovibilmente ai mezzi di penetrazione 3 tramite i mezzi di trascinamento 4. Preferibilmente ma non necessariamente, i mezzi di trascinamento 4 includono: - un primo corpo tubolare di connessione 7, visibile non solo alle figure 1 e 3 ma anche, a sé stante, alle figure 4-6, assialmente sottostante e stabilmente accoppiato all’asta di perforazione 6 in maniera tale che l’asta di perforazione 6 medesima sia parzialmente alloggiata nel primo corpo tubolare di connessione 7;

- un secondo corpo tubolare di connessione 8, visibile alle figure 1 e 3 e, a sé stante, alle figure 7-9, assialmente sottostante ed amovibilmente accoppiato al primo corpo tubolare di connessione 7 e supportante assialmente i mezzi di penetrazione 3.

In dettaglio, il secondo corpo tubolare di connessione 8 è accoppiato al primo corpo tubolare di connessione 7 tramite uno qualsiasi dei sistemi di accoppiamento meccanico consistenti in mezzi di innesto a baionetta, mezzi di innesto maschio/femmina (come nella variante specifica in fase di descrizione, dove essi sono nel complesso indicati con 9), mezzi di incastro, mezzi di aggancio, mezzi a chiavetta e/o similari.

A titolo preferito ma non vincolante, inoltre, i mezzi di penetrazione 3 circondano una porzione terminale 10 appartenente al secondo corpo tubolare di connessione 8 e sporgente assialmente dall’estremità inferiore T i, opposta ad un’estremità superiore T s, dell’elemento tubolare modulare iniziale T1.

I mezzi di penetrazione 3 sono stabilmente collegati tramite primi mezzi di fissaggio, nel complesso numerati con 13 e ad esempio del tipo a vite, alla pozione terminale 10 del secondo corpo tubolare di connessione 8 in modo tale da risultare già allo stato completamente indipendenti e separati dall’elemento tubolare modulare iniziale T1.

In ogni caso, l’indipendenza costruttiva e funzionale tra i mezzi di penetrazione 3 e l’elemento tubolare modulare iniziale T1 è ulteriormente assicurata da mezzi di guida e scorrimento, nell’insieme indicati con 11 e visibili alle figure 1 e 2, che si interpongono non solo tra i mezzi di penetrazione 3 e tale elemento modulare iniziale T1 ma anche tra quest’ultimo ed i mezzi di trascinamento 4.

Di preferenza, i mezzi di guida e scorrimento 11 comprendono:

- un anello esterno 12 assialmente interposto tra i mezzi di penetrazione 3 ed un’estremità inferiore T i dell’elemento modulare iniziale T1 a cui è stabilmente accoppiato tramite secondi mezzi di fissaggio, nell’insieme segnalati con 31; - una boccola interna 14, inserita assialmente nell’anello esterno 12 e realizzata in materiale a basso coefficiente di attrito (tipicamente un polimero quale il politetrafluoroetilene, noto anche con l’acronimo di PTFE o la denominazione commerciale di teflon® ) e alloggiante una porzione intermedia 15 del secondo corpo tubolare di connessione 8.

A loro volta, i secondi mezzi di fissaggio 13 includono, in modo preferito ma non esclusivo, una boccola filettata 16 interferente meccanicamente con il bordo superiore 12a dell’anello esterno 12 e provvista di una madrevite 17 che ingrana in una vite 18 ricavata nella superficie esterna Te dell’elemento tubolare modulare iniziale T1 in corrispondenza dell’estremità inferiore T i.

Di preferenza, come mostrano le figure 1 e 2, i mezzi di guida e scorrimento 11 comprendono anche una rondella di scorrimento 19 (realizzata anch’essa in PTFE ) interposta tra la parte inferiore dell’anello esterno 12 e la parte superiore dei mezzi di penetrazione 3 con funzione distanziatrice.

Peraltro, il bordo inferiore 16a della boccola filettata 16 si dispone opportunamente all’interno di una gola periferica anulare 20 a profilo aperto ricavata nel bordo superiore 12a dell’anello esterno 12, contribuendo così al bloccaggio in posizione dei mezzi di penetrazione 3.

Con riferimento ai mezzi di penetrazione 3, essi comprendono, di preferenza, una punta conica rotante 21 provvista di uno o più denti (o lobi) di presa 22 sporgenti dalla superficie laterale 21a della punta rotante 21 medesima ed adatti ad incrementare la capacità di trivellazione del sottosuolo S per creare la cavità longitudinale che accoglie la sonda geotermica verticale G; in particolare, nel caso specifico, la punta conica rotante 21 è fornita di un unico dente (o lobo) anulare di presa 22 che, pertanto, risulta uniformemente distribuito, per definizione, sulla superficie laterale 21a della punta rotante 21.

Più specificatamente, la punta conica rotante 21 (visibile a sé stante alle figure 10-12) è stabilmente accoppiata al secondo corpo tubolare di connessione 8 dei mezzi di trascinamento 4 con il quale rimane sempre solidale, anche quando i mezzi di spinta 2 sono estratti dalla tubazione esterna della sonda geotermica coassiale G ultimatene l’installazione.

Si osservi, altresì, che, in maniera puramente indicativa e preferita, la punta conica rotante 21, nel suo sviluppo trasversale, è leggermente più larga (1÷ 3 mm) dell’elemento tubolare modulare iniziale T1 della tubazione esterna.

Per quanto concerne i mezzi di convogliamento 5, essi sono in linea generale e preferenzialmente definiti anche nei mezzi amovibili di trascinamento 4.

Più in particolare, i mezzi di convogliamento 5 sono costituiti da:

- un primo foro passante assiale 32 ricavato nell’asta di perforazione;

- un secondo foro passante assiale 23, definito dalla struttura stessa del primo corpo tubolare di connessione 7;

- un terzo foro passante 24, definito dalla struttura stessa del secondo corpo tubolare di connessione 8;

- una o più fessure passanti 25, ognuna delle quali ricavata nei mezzi di penetrazione 3 e, da una parte, comunicante con il terzo foro passante 24 e, dalla parte opposta, affacciata al sottosuolo S .

In questo caso, le fessure passanti 25 sono in numero di tre e, in modo opportuno ma non limitante, sono uniformemente distribuite sulla superficie laterale 21a della punta conica rotante 21: esse presentano tipicamente la funzione di un foro di spillatura o trafilatura, la cui sezione è notoriamente contenuta in qualche decimo di millimetro.

In buona sostanza, ognuna di tali fessure passanti 25 presenta in sezione traversale una larghezza inferiore rispetto alla larghezza del primo foro passante, del secondo passante 23 e del terzo foro passante 24.

In aggiunta, ognuna delle fessure passanti 25 individua, in modo preferito ma non limitativo, una direzione lineare sostanzialmente radiale, inclinata rispetto all’asse longitudinale assiale Y definito dai mezzi di spinta 2 (coincidente con l’asse lineare di sviluppo della sonda geotermica coassiale G), e diverge in profondità nel sottosuolo S .

Secondo la preferita forma esecutiva qui descritta dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende anche mezzi valvolari di ritegno, nel complesso numerati con 26, operativamente connessi ai mezzi di spinta 2 ed ai mezzi di penetrazione 3 ed inseriti nei mezzi di convogliamento 5, adatti ad assumere una posizione di apertura quando i mezzi di attuazione determinano la rotazione contestuale dei mezzi spinta 2 e dei mezzi di penetrazione 3, in cui in particolare lasciano fluire il liquido di lubrificazione in pressione dai mezzi di convogliamento 4 stessi al sottosuolo S , dunque all’esterno dei mezzi di penetrazione 3, ed una posizione di chiusura quando i mezzi di attuazione arrestano la suddetta rotazione dei mezzi spinta 2 e dei mezzi di penetrazione 3, in cui impediscono alle acque di falda, al liquido di lubrificazione in pressione e/o a detriti di qualsiasi natura eventualmente e svantaggiosamente di rientrare all’interno dei mezzi di convogliamento 5.

Più in dettaglio, i mezzi valvolari di ritegno 26 assumono in questo caso:

- la posizione di apertura a seguito di un’azione di spinta esercitata su di essi dal liquido di lubrificazione in pressione che percorre i mezzi di convogliamento 5;

- la posizione di chiusura a seguito di una reazione di spinta, contraria alla suddetta azione di spinta, esercitata su di essi dal ritorno elastico di mezzi elasticamente cedevoli, nell’insieme indicati con 27, precedentemente compressi dai mezzi valvolari 26 sotto l’azione di spinta stessa operata dal liquido in pressione.

Preferibilmente ma non necessariamente, i mezzi valvolari di ritegno 26 ed i mezzi elasticamente cedevoli 27 cooperano tra loro all’interno di un incavo interno 28 nel quale sono alloggiati e che è ricavato nei mezzi di penetrazione 3 (come avviene nella soluzione di variante esecutiva dell’invenzione in fase di descrizione) e/o nei mezzi di trascinamento.

A titolo prettamente indicativo, preferito ma non vincolate, i mezzi valvolari di ritegno 26 comprendono una sfera folle 29 mentre i mezzi elasticamente cedevoli comprendono una molla elicoidale 30 a contatto con tale sfera folle 29 che li comprime quando il liquido in pressione transita nei mezzi di convogliamento 5 per permetterne la fuoriuscita nel sottosuolo S passando attraverso le fessure passanti 25 della punta conica rotante 21 e che li rilascia quando il flusso di liquidi in pressione viene interrotto, per chiudere la comunicazione tra le fessure passanti 25 ed il terzo passante 24.

Il dispositivo 1 dell’invenzione comprende anche mezzi di vibrazione, non illustrati, operativamente connessi ai mezzi di spinta 2 ed adatti ad essere azionati durante la rotazione dei mezzi di spinta 2 dei mezzi di penetrazione 3 per incrementare la capacità di trivellazione nel sottosuolo S , dal momento che l’azione combinata dei mezzi di spinta 2, dei mezzi di penetrazione 3 in rotazione e dei mezzi di vibrazione contribuisce ad agevolare il trascinamento nel terreno R degli elementi tubolari modulari della prima tubazione esterna.

La figura 15 mostra una possibile variante esecutiva dell’invenzione nella quale il dispositivo per l’istallazione nel sottosuolo S di una sonda geotermica G, ora globalmente indicato con 100, si differenzia dal dispositivo 1 precedentemente descritto innanzitutto per il fatto che i mezzi di penetrazione, nel complesso numerati con 102, sono in questo caso almeno in parte innestati nel secondo corpo tubolare di connessione 107 dei mezzi di trascinamento 103 e sono accoppiati all’elemento tubolare modulare iniziale T1 tramite mezzi di fissaggio, nell’insieme segnalati con 109, che rendono tale elemento tubolare modulare iniziale T1 solidale ai mezzi di penetrazione 102 anche durante la loro rotazione attorno all’asse longitudinale Y .

La precedente variante esecutiva del dispositivo dell’invenzione, indicata con 1, è , in linea generale, da preferire rispetto a quella del dispositivo 100, sebbene quest’ultima possa essere adottata in talune circostanze e di fronte a particolari esigenze operative, comportando comunque una maggiore capacità di trivellazione del sottosuolo, con i vantaggi e gli svantaggi che ciò può significare. Nel caso specifico, altresì, il secondo corpo tubolare di connessione 107 è accoppiato al primo corpo tubolare di connessione 106 dei mezzi di trascinamento 103 tramite mezzi di innesto a baionetta, nel complesso numerati con 108 e ben visibili in figura 15, dunque diversi dai mezzi di innesto maschio/femmina 9 descritti in precedenza per il dispositivo 1.

Il dispositivo 100 dell’invenzione si differenzia, inoltre, dal dispositivo 1 dell’invenzione per la conformazione della punta conica rotante 110 dei mezzi di penetrazione 102: infatti, in questo caso la punta conica 110 è provvista di tre denti (o lame o lobi) di presa 111 che sporgono dalla superficie laterale 110a della punta rotante 110 sulla quale sono, di preferenza, uniformemente distribuiti, come mostrano le figure 16 e 18.

Ne consegue che ognuna delle fessure passanti 112 dei mezzi di convogliamento 104, ricavate nella punta rotante 110 nell’occasione secondo una direzione sostanzialmente assiale, è disposta tra una coppia di denti di presa 111 tra loro adiacenti, come si ricava facilmente osservando le figure 17 e 19, risultando in tal modo anch’esse uniformemente distribuite sulla superficie laterale 110a della punta rotante 110.

L’asta di perforazione 105 dei mezzi di spinta, nell’insieme indicati con 101, coopera in ogni caso ancora con il primo corpo tubolare di connessione 106 dei mezzi di trascinamento 103, nel quale è innestata.

Un’ulteriore differenzia sostanziale tra il dispositivo 1 ed il dispositivo 100 dell’invenzione deriva dal posizionamento e dalla composizione dei mezzi valvolari di ritegno che, per la variante esecutiva dell’invenzione mostrata alle figure 15-19, sono nel complesso indicati con 113.

Infatti, i mezzi valvolari di ritegno 113, così come i mezzi elasticamente cedevoli, nell’insieme indicati con 114, con i quali cooperano, sono innanzitutto alloggiati in un incavo interno 115 che è ricavato, in questo caso, nei mezzi di trascinamento 103 (e non nei mezzi di penetrazione, come avviene invece per i mezzi valvolari 26 ed i mezzi elasticamente cedevoli 27 prima descritti), in particolare nel loro organo fisso rappresentato dal secondo corpo tubolare di connessione 107.

Tuttavia, il dispositivo 100 dell’invenzione prevede mezzi valvolari di ritegno 113 e relativi mezzi elasticamente cedevoli 114 alloggiati anche in un incavo interno 116 ricavato nel primo corpo tubolare di connessione 106: in sostanza dunque, i mezzi valvolari di ritegno 113 – che, come visto, svolgono una funzione di sicurezza contro il reflusso di acque di falda, liquidi di raffreddamento in pressione e/o detriti di qualsiasi natura all’interno dei mezzi di convogliamento 104 – sono raddoppiati nel dispositivo 100 rispetto al dispositivo 1, entrambi oggetto dell’invenzione, al fine aumentare la loro capacità di schermatura nella posizione di chiusura.

Come già evidenziato, parte integrante della presente invenzione è anche un procedimento per l’installazione nel sottosuolo S di una sonda geotermica coassiale G, laddove la sonda geotermica G stessa comprende:

- la già citata prima tubazione esterna, realizzata in acciaio inossidabile o in materiale plastico quale ad esempio polietilene ad alta densità (spesso abbreviato anche come HDPE , acronimo inglese di “High-Density polyethylene”), polietilene (PE ) o polivinilcloruro (PVC) e formata dalla pluralità di elementi tubolari modulari, l’uno assialmente accoppiato all’altro, introdotti in precedenza;

- la già citata seconda tubazione interna, realizzata in materiale plastico e disposta internamente alla prima tubazione con la quale definisce la citata intercapedine anulare intermedia.

Il procedimento, attuato ad esempio dal dispositivo 1 dell’invenzione, comprende, in base ad una conosciuta metodica operativa seguita nell’arte nota, l’operazione di predisporre i mezzi di spinta 2, rendendoli operativamente connessi ai mezzi di attuazione precedentemente citati, e l’operazione di disporre verticalmente l’elemento tubolare modulare iniziale T1 della pluralità di elementi tubolari modulari in maniera tale che i mezzi di penetrazione 3 del sottosuolo S , accoppiati stabilmente all’elemento modulare iniziale T1, siano affacciati alla superficie P del terreno R .

In accordo con l’invenzione, il procedimento per l’installazione nel sottosuolo S della sonda geotermica coassiale G comprende le operazioni di:

a) inserire i mezzi di spinta 2 nell’elemento tubolare modulare iniziale T1 della prima tubazione esterna ed accoppiare stabilmente ed amovibilmente i mezzi di spinta 2 ai mezzi di penetrazione 3 tramite i mezzi di trascinamento 4;

b) ruotare assialmente i mezzi di spinta 2 ed i mezzi di penetrazione 3 tramite azionamento dei mezzi di attuazione e spingere verso il basso i mezzi di spinta 2 in modo tale che l’elemento tubolare modulare iniziale T1 sia infisso per trascinamento nel sottosuolo S sino a una profondità prefissata, durante la fase stessa in cui si sta praticando lo scavo, dunque;

c) convogliare un liquido di lubrificazione in pressione (in genere acqua) all’interno dei mezzi di spinta 2 sino a farlo fuoriuscire dai mezzi di penetrazione 3 in rotazione, provocando lo spostamento del terreno R circostante all’elemento tubolare modulare iniziale T1 e la risalita laterale almeno parziale del liquido di lubrificazione verso la superficie P;

d) collegare tramite mezzi di interconnessione (non illustrati per semplicità ) un elemento modulare aggiuntivo della prima tubazione esterna ad un’estremità superiore Ts dell’elemento modulare iniziale T1, al raggiungimento della suddetta profondità prefissata;

e) ripetere le operazioni di cui ai tre punti b), c) e d) precedenti sino al raggiungimento di una profondità di utilizzo della sonda geotermica G;

f) estrarre i mezzi di spinta 2 ed almeno una parte dei mezzi di trascinamento 4 dalla prima tubazione esterna, lasciando i mezzi di penetrazione 3 accoppiati all’elemento modulare iniziale T1;

g) inserire la seconda tubazione interna nella prima tubazione esterna.

In particolare, l’operazione di spingere verso il basso i mezzi di spinta 2 è contestuale all’operazione di rotazione dei mezzi di spinta 2 e dei mezzi di penetrazione 3 attorno all’asse longitudinale Y .

Inoltre, la pressione del liquido di lubrificazione presenta vantaggiosamente quantunque solo opzionalmente un valore compreso nell’intervallo di 13÷ 25 bar, ben inferiore a quello previsto dai metodi di tipo noto che si attesta attorno ad di 80÷ 100 bar, con i vantaggi energetici e di minor invasività nel terreno R del sottosuolo S che derivano da siffatta riduzione della pressione del liquido di lubrificazione.

A ciò si aggiunga il fatto che la quantità di liquido di lubrificazione introdotta nei mezzi di spinta 2 e nei mezzi di trascinamento 4 e fuoriuscente dai mezzi di penetrazione 3, che dipende dalla tipologia e dalle condizioni del sottosuolo S sottoposto ad infissione, presenta in ogni caso un valore compreso nell’intervallo di 20÷ 60 litri/minuto, contro il valore di anche migliaia di litri/minuto previsto dai metodi equivalenti impiegati allo stato attuale della tecnica.

Si conferma così uno dei vantaggi rilevanti dell’invenzione, consistente nella capacità di semplicemente spostare il terreno R attorno alla tubazione esterna della sonda geotermica G mentre viene installata, senza sollevarlo in modo improvviso ed incontrollato come avviene tipicamente con i metodi di tipo noto, rispetto ai quali il procedimento dell’invenzione si rivela meno invasivo e più rispettoso delle condizioni ambientali e lavorative degli operatori addetti allo scavo in quanto solleva in superficie P una quantità di fango nettamente inferiore.

Più specificatamente, il liquido di lubrificazione fuoriesce dai mezzi di penetrazione 3 secondo una o più direzioni lineari inclinate e divergenti in modo sostanzialmente radiale verso il basso del sottosuolo S , determinate dalle fessure passanti 25 descritte in precedenza.

Preferibilmente ma non esclusivamente, l’operazione di estrarre i mezzi di spinta 2 dalla prima tubazione esterna consiste, nell’ordine, nelle seguenti operazioni:

- svincolare i mezzi di trascinamento 4 dai mezzi di penetrazione 3 lasciando questi ultimi stabilmente accoppiati all’elemento tubolare modulare iniziale T1 della prima tubazione esterna;

- azionare i mezzi di attuazione in trazione in modo tale che i mezzi di spinta 2 ed almeno una parte dei mezzi di trascinamento 4 fuoriescano da un’estremità superiore di un ultimo elemento modulare della prima tubazione esterna.

Di preferenza, il procedimento dell’invenzione comprende, inoltre, l’operazione di guidare gli elementi tubolari modulari quando essi sono trascinati in profondità dai mezzi di spinta 2: l’operazione è permessa dai mezzi di guida e scorrimento 11. In aggiunta, il procedimento dell’invenzione comprende anche l’operazione opzionale di porre in vibrazione i mezzi di spinta 2 mentre ruotano attorno all’asse longitudinale assiale Y , con l’obiettivo di trasmettere vibrazioni e, come già sopra detto, di aumentare così la spinta sui mezzi di penetrazione 3 in rotazione.

In modo particolare, tale vantaggioso effetto si ottiene facendo vibrare i mezzi di spinta 2 ad una frequenza di valore compreso nell’intervallo di 60÷ 120 Hz.

In talune soluzioni applicative, il procedimento dell’invenzione potrà comprendere anche l’operazione di iniettare un liquido cementizio nel terreno R circostante alla prima tubazione esterna per sigillare la zona di sottosuolo S dalla quale il terreno R è stato spostato: tale operazione verrà convenientemente eseguita sfruttando i mezzi di convogliamento, introducendo in pratica il liquido cementizio nei mezzi di spinta e nei mezzi di trascinamento e facendolo fuoriuscire dai mezzi di penetrazione attraverso le fessure passanti.

In tale evenienza, il liquido cementizio, alquanto diluito, costituirà propriamente il liquido di lubrificazione in pressione, provocherà lo spostamento del terreno R che è circostante ai vari elementi tubolari modulari della prima tubazione esterna e risalirà lateralmente, almeno parzialmente, verso la superficie P.

In aggiunta, il procedimento della presente invenzione potrà includere, a titolo preferito ma non vincolante, l’operazione di iniettare del liquido sigillante, eseguita mediante i mezzi di spinta 2 prima dell’operazione di inserire la seconda tubazione interna nella prima tubazione esterna e dopo aver lasciato i mezzi di penetrazione 3 (e parte dei mezzi di trascinamento 4) accoppiati all’elemento modulare iniziale T1: tale liquido sigillante formerà così, quando indurito, una sorta di tappo di sicurezza, impedendo opportunamente (oppure contribuendo ad impedire, quando previsti unitamente ai suddetti mezzi valvolari di ritegno 26) alle acque di falda, al liquido di lubrificazione in pressione e/o a detriti di vario genere di svantaggiosamente rientrare nei mezzi di convogliamento 5.

Il procedimento della presente invenzione viene implementato dal dispositivo 100 dell’invenzione parimenti a quanto appena descritto per il procedimento associato al dispositivo 1 dell’invenzione, con l’unica eccezione che, in questo caso, anche la prima tubazione esterna (nei suoi elementi tubolari modulari che gradualmente e progressivamente la compongono) ruota assieme ai mezzi di penetrazione 102 durante l’infissione della prima tubazione esterna nel sottosuolo S , per effetto dello specifico sistema di accoppiamento tra la punta conica 110 ed i mezzi di trascinamento 103 e tra questi, tramite i mezzi di fissaggio 109, e l’elemento tubolare modulare iniziale T1.

In virtù della descrizione appena fornita, si comprende, pertanto, che il procedimento ed il dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale (o verticale), entrambi oggetto della presente invenzione, raggiungono gli scopi e realizzano i vantaggi menzionati in precedenza.

In fase esecutiva, potranno essere apportate modifiche al dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale, consistenti, per esempio, in mezzi di penetrazione di tipologia e concezione costruttiva diverse da quelle descritte, a titolo preferito, in precedenza e visibili nelle figure allegate.

Oltre a ciò, varianti alternative, non raffigurate, del dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale che si rivendica in esclusiva in questa occasione potranno prevedere mezzi di spinta e/o mezzi di trascinamento differenti da quelli descritti in precedenza e visibili nelle tavole di disegno che seguono, il che non inficia il vantaggio apportato dalla presente invenzione.

I mezzi di interconnessione con i quali gli elementi tubolari modulari (che possono assumere vario diametro, a seconda delle esigenze) che formano la tubazione esterna sono assialmente accoppiati l’uno all’altro in modo stabile ed affidabile potranno includere mezzi di giunzione strutturale (quale un cordone di saldatura), mezzi di fissaggio di tipo tradizionale o quant’altro, secondo quanto disponibile alle comuni conoscenze del tecnico esperto del settore e secondo quanto suggerito dalle condizioni del terreno nel quale la sonda geotermica coassiale deve essere installata, condizioni che, peraltro, impattano anche sulla profondità massima di utilizzo della sonda geotermica stessa.

È chiaro, infine, che numerose altre varianti applicative ed esecutive possono essere apportate, rispettivamente, al procedimento ed al dispositivo per l’installazione nel sottosuolo di una sonda geotermica coassiale in esame, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze, e potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti.

Ove le caratteristiche costruttive e le tecniche menzionate nelle successive rivendicazioni siano seguite da segni o numeri di riferimento, tali segni di riferimento sono stati introdotti con il solo obiettivo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni stesse e, di conseguenza, essi non presentano alcun effetto limitante sull’interpretazione di ciascun elemento identificato, a titolo puramente di esempio, da tali segni di riferimento.

Claims (28)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per l’installazione nel sottosuolo (S ) di una sonda geotermica coassiale (G), detta sonda geotermica (G) comprendendo una prima tubazione esterna, formata da una pluralità di elementi tubolari modulari l’uno accoppiato all’altro assialmente, ed una seconda tubazione interna disposta internamente a detta prima tubazione esterna con cui definisce un’intercapedine anulare intermedia, detto procedimento comprendendo l’operazione di predisporre mezzi di spinta (2) operativamente connessi a mezzi di attuazione e l’operazione di disporre verticalmente un elemento modulare iniziale (T1) di detta pluralità di elementi modulari in modo tale che mezzi di penetrazione (3) del sottosuolo (S ), accoppiati stabilmente a detto elemento modulare iniziale (T1), si affaccino al terreno (R ), ed essendo caratterizzato dal fatto di includere le operazioni di: a) inserire detti mezzi di spinta (2) in detto elemento modulare iniziale (T1) ed accoppiare stabilmente ed amovibilmente detti mezzi di spinta (2) a detti mezzi di penetrazione (3) tramite mezzi di trascinamento (4); b) ruotare assialmente detti mezzi di spinta (2) e detti mezzi di penetrazione (3) azionando detti mezzi di attuazione, e spingere verso il basso detti mezzi di spinta (2) in modo che detto elemento modulare iniziale (T1) sia infisso per trascinamento in detto sottosuolo (S ) sino a una profondità prefissata; c) convogliare un liquido di lubrificazione in pressione all’interno di detti mezzi di spinta (2) sino a farlo fuoriuscire da detti mezzi di penetrazione (3) in rotazione, provocando lo spostamento del terreno circostante a detto elemento modulare iniziale (T1) e la risalita laterale almeno parziale di detto liquido di lubrificazione verso la superficie (P); d) collegare tramite mezzi di interconnessione un elemento tubolare modulare aggiuntivo ad un’estremità superiore (T s) di detto elemento modulare iniziale (T1) di detta tubazione esterna al raggiungimento di detta profondità prefissata; e) ripetere le operazioni di cui punti b), c) e d) precedenti sino al raggiungimento di una profondità di utilizzo di detta sonda geotermica (G); f) estrarre detti mezzi di spinta (2) da detta prima tubazione, lasciando detti mezzi di penetrazione (3) accoppiati a detto elemento modulare iniziale (T1); g) inserire detta seconda tubazione interna in detta prima tubazione esterna.
2. 2. Procedimento come alla rivendicazione 1), caratterizzato dal fatto che detta operazione di spingere verso il basso detti mezzi di spinta (2; 101) è contestuale a detta operazione di rotazione di detti mezzi di spinta (2; 101) e di detti mezzi di penetrazione (3; 102).
3. 3. Procedimento come alla rivendicazione 1) o 2), caratterizzato dal fatto che detta pressione di detto liquido di lubrificazione presenta un valore compreso nell’intervallo di 13÷ 25 bar.
4. 4. Procedimento come una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la quantità di detto liquido di lubrificazione convogliata in detti mezzi di spinta (2; 101) e in detti mezzi di trascinamento (4; 103) e fuoriuscente da detti mezzi di penetrazione (3; 102) presenta un valore compreso nell’intervallo di 20÷ 60 litri/minuto e dipende dalla tipologia e dalle condizioni di detto sottosuolo (S ) sottoposto ad infissione.
5. 5. Procedimento come una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto liquido di lubrificazione fuoriesce da detti mezzi di penetrazione (3; 102) secondo una o più direzioni lineari inclinate e divergenti verso il basso di detto sottosuolo (S ).
6. 6. Procedimento come una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta operazione di estrarre detti mezzi di spinta (2; 101) da detta prima tubazione esterna consiste, nell’ordine, nelle seguenti operazioni: - svincolare detti mezzi di trascinamento (4; 103) da detti mezzi di penetrazione (3; 102) lasciando detti mezzi di penetrazione (3; 102) stabilmente accoppiati a detto elemento modulare iniziale (T1) di detta prima tubazione esterna; - azionare detti mezzi di attuazione in trazione in modo tale che detti mezzi di spinta (2; 101) ed almeno una parte di detti mezzi di trascinamento (4; 103) fuoriescano da un’estremità superiore di un ultimo elemento tubolare modulare di detta prima tubazione esterna.
7. 7. Procedimento come una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un’operazione di porre in vibrazione detti mezzi di spinta (2; 101) mentre ruotano attorno ad un asse longitudinale assiale (Y ), atta a trasmettere vibrazioni e ad aumentare l’energia di spinta su detti mezzi di penetrazione (3; 102) in rotazione.
8. 8. Procedimento come alla rivendicazione 7), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di spinta (2; 101) vengono fatti vibrare ad una frequenza di valore compreso nell’intervallo di 60÷ 120 Hz.
9. 9. Procedimento come una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere l’operazione di iniettare un liquido cementizio in detto terreno (R ) circostante a detta prima tubazione esterna per sigillare la zona di detto sottosuolo (S ) dalla quale detto terreno (R ) è stato spostato, eseguita introducendo detto liquido cementizio in detti mezzi di spinta (2; 101) ed in detti mezzi di trascinamento (4; 103) e facendo fuoriuscire detto liquido cementizio da detti mezzi di penetrazione (3; 102).
10. 10. Procedimento come alla rivendicazione 9), caratterizzato dal fatto che detto liquido cementizio costituisce detto liquido di lubrificazione in pressione e provoca lo spostamento di detto terreno (R ) circostante a detti elementi tubolari modulari.
11. 11. Procedimento come una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta prima tubazione esterna ruota assieme a detti mezzi di penetrazione (102) durante l’infissione di detta prima tubazione esterna in detto sottosuolo (S ).
12. 12. Dispositivo (1; 100) per l’installazione nel sottosuolo (S ) di una sonda geotermica coassiale (G), in cui detta sonda geotermica (G) comprende una prima tubazione esterna, formata da una pluralità di elementi tubolari modulari l’uno accoppiato all’altro assialmente, ed una seconda tubazione interna disposta internamente a detta prima tubazione con la quale definisce un’intercapedine anulare intermedia, caratterizzato dal fatto di comprendere: - mezzi di spinta (2; 101) del tipo almeno a rotazione, operativamente connessi a mezzi di attuazione ed accoppiati ad un’intelaiatura di supporto atta ad insistere sul terreno (R ), detti mezzi di spinta (2; 101) essendo atti ad essere: - inseriti temporaneamente in detta prima tubazione esterna; - posti assialmente in rotazione, azionando detti mezzi di attuazione, e spinti verso detto terreno (R ) in maniera tale da provocare l’infissione progressiva almeno per trascinamento, sino a una profondità prefissata di detto sottosuolo (S ), di ognuno di detti elementi tubolari modulari di detta prima tubazione esterna; - mezzi di penetrazione (3; 102) di detto sottosuolo (S ), del tipo a perdere, accoppiati a detti mezzi di spinta (2; 101), con i quali sono staticamente e dinamicamente solidali, tramite mezzi amovibili di trascinamento (4; 103), e posti in corrispondenza di un’estremità inferiore (T i) di un elemento tubolare modulare iniziale (T1); - mezzi di convogliamento (5; 104) ricavati almeno in detti mezzi di spinta (2; 101) e in detti mezzi di penetrazione (3; 102), atti ad essere percorsi da un liquido di lubrificazione in pressione che, fuoriuscendo da detti mezzi di penetrazione (3; 102) in rotazione, provoca lo spostamento del terreno (R ) circostante a detti elementi tubolari modulari e risale almeno parzialmente verso la superficie (P) lateralmente a detta prima tubazione esterna.
13. 13. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 12), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di spinta (2; 101) comprendono: - una testa di perforazione del tipo almeno a rotazione, accoppiata a detta intelaiatura di supporto ed operativamente connessa a detti mezzi di attuazione; - una torre di perforazione, accoppiata a detta testa di perforazione dalla quale sporge verso il basso per una lunghezza predefinita, adeguata alla lunghezza di detta prima tubazione esterna atta ad essere infissa in detto sottosuolo (S ); - almeno un’asta di perforazione (6; 105) accoppiata a detti mezzi di penetrazione (3; 102) tramite detti mezzi di trascinamento (4; 103).
14. 14. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 12) o 13), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trascinamento (4; 103) comprendono: - un primo corpo tubolare di connessione (7; 106), assialmente sottostante e stabilmente accoppiato a detta asta di perforazione (6; 105) in modo tale che detta asta di perforazione (6; 105) sia parzialmente alloggiata in detto primo corpo tubolare di connessione (7; 106); - un secondo corpo tubolare di connessione (8; 107), assialmente sottostante ed amovibilmente accoppiato a detto primo corpo tubolare di connessione (7; 106) e supportante assialmente detti mezzi di penetrazione (3; 102).
15. 15. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 14), caratterizzato dal fatto che detto secondo corpo tubolare di connessione (8; 107) è accoppiato a detto primo corpo tubolare di connessione (7; 106) tramite uno qualsiasi dei sistemi di accoppiamento meccanico consistenti in mezzi di innesto a baionetta (108), mezzi di innesto maschio/femmina (9), mezzi di incastro, mezzi di aggancio, mezzi a chiavetta e/o similari.
16. 16. Dispositivo (1) come alla rivendicazione 14) o 15), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di penetrazione (3) circondano una porzione terminale (10), appartenente a detto secondo corpo tubolare di connessione (8) e sporgente assialmente da detta estremità inferiore (T i), opposta ad un’estremità superiore (T s), di un elemento tubolare modulare iniziale (T1), alla quale detti mezzi di penetrazione (3) sono stabilmente collegati tramite primi mezzi di fissaggio (13).
17. 17. Dispositivo (100) come alla rivendicazione 14) o 15), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di penetrazione (102) sono almeno in parte innestati in detto secondo corpo tubolare di connessione (107) di detti mezzi di trascinamento (103) e sono accoppiati a detto elemento tubolare modulare iniziale (T1) tramite mezzi di fissaggio (109) che rendono detto elemento tubolare modulare iniziale (T1) solidale a detti mezzi di penetrazione (102) anche durante detta rotazione.
18. 18. Dispositivo (1) come alla rivendicazione 16), caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di guida e scorrimento (11) che separano detti mezzi di penetrazione (3) e detti mezzi di trascinamento (4) da detto elemento tubolare modulare iniziale (T1) e comprendono: - un anello esterno (12) assialmente interposto tra detti mezzi di penetrazione (3) e detta estremità inferiore (T i) di detto elemento modulare iniziale (T1) al quale è stabilmente accoppiato tramite secondi mezzi di fissaggio (31); - una boccola interna (14), inserita assialmente in detto anello esterno (12) e realizzata in materiale a basso coefficiente di attrito e alloggiante una porzione intermedia (15) di detto secondo corpo tubolare di connessione (8).
19. 19. Dispositivo (1; 100) come una qualsiasi delle rivendicazioni da 12) a 18), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di penetrazione (3; 102) comprendono una punta rotante (21; 110) provvista di uno o più denti di presa (22; 111) sporgenti dalla superficie laterale (21a; 110a) di detta punta rotante (21; 110) ed atti ad aumentare la capacità di trivellazione di detto sottosuolo (S ) per creare la cavità longitudinale che accoglie detta sonda geotermica (G).
20. 20. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 19) quando dipendente da una qualsiasi delle rivendicazioni da 14) a 18), caratterizzato dal fatto che detta punta rotante (21; 110) è accoppiata a detto secondo corpo tubolare di connessione (8; 107).
21. 21. Dispositivo (1; 100) come una qualsiasi delle rivendicazioni da 12) a 20), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di convogliamento (5; 104) sono definiti anche in detti mezzi di trascinamento (4; 103).
22. 22. Dispositivo (1; 100) come una qualsiasi delle rivendicazioni da 13) a 21), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di convogliamento (5; 104) sono costituiti da: - un primo foro passante assiale, ricavato in detta asta di perforazione; - un secondo foro passante assiale (23), definito da detto primo corpo tubolare di connessione (7); - un terzo foro passante (24), definito da detto secondo corpo tubolare di connessione (8); - una o più fessure passanti (25; 112), ognuna delle quali ricavata in detti mezzi di penetrazione (3; 102) e, da una parte, comunicante con detto terzo foro passante (24) e, dalla parte opposta, affacciata a detto sottosuolo (S ).
23. 23. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 22), caratterizzato dal fatto che ognuna di dette fessure passanti (25; 112) individua una direzione lineare inclinata rispetto all’asse longitudinale assiale (Y ) definito da detti mezzi di spinta (2; 101) e diverge verso il basso di detto sottosuolo (S ).
24. 24. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 22) o 23), caratterizzato dal fatto che ognuna di dette fessure passanti (25; 112) presenta in sezione traversale una larghezza inferiore alla larghezza di detti primo, secondo e terzo foro passante (23, 24).
25. 25. Dispositivo (1; 100) come una qualsiasi delle rivendicazioni da 12) a 24), caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi valvolari di ritegno (26; 113) operativamente connessi a detti mezzi di spinta (2; 101) e a detti mezzi di penetrazione (3; 102) ed inseriti in detti mezzi di convogliamento (5; 104), atti ad assumere una posizione di apertura quando detti mezzi di attuazione determinano detta rotazione di detti mezzi spinta (2; 101) e di detti mezzi di penetrazione (3; 102), nella quale lasciano fluire detto liquido in pressione da detti mezzi di convogliamento (5; 104) a detto sottosuolo (S ), all’esterno di detti mezzi di penetrazione (3; 102), ed una posizione di chiusura quando detti mezzi di attuazione arrestano detta rotazione di detti mezzi spinta (2; 101) e di detti mezzi di penetrazione (3; 102), nella quale impediscono alle acque di falda, a detto liquido in pressione e/o a detriti di qualsiasi natura di rientrare all’interno di detti mezzi di convogliamento (5; 104).
26. 26. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 25), caratterizzato dal fatto che detti mezzi valvolari di ritegno (26; 113) assumono: - detta posizione di apertura a seguito di un’azione di spinta esercitata su di essi da detto liquido in pressione che percorre detti mezzi di convogliamento (5; 104); - detta posizione di chiusura a seguito di una reazione di spinta, contraria a detta azione di spinta, esercitata su di essi dal ritorno elastico di mezzi elasticamente cedevoli (27; 114) precedentemente compressi da detti mezzi valvolari di ritegno (26; 113) sotto detta azione di spinta di detto liquido in pressione.
27. 27. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 26), caratterizzato dal fatto che detti mezzi valvolari di ritegno (26; 113) e detti mezzi elasticamente cedevoli (27; 114) cooperano tra loro all’interno di almeno un incavo interno (28; 115, 116) nel quale sono alloggiati e che è ricavato in detti mezzi di penetrazione (3; 102) e/o in detti mezzi di trascinamento (4; 103).
28. 28. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 26) o 27), caratterizzato dal fatto che detti mezzi valvolari di ritegno (26) comprendono almeno una sfera folle (29) e detti mezzi elasticamente cedevoli (28) comprendono almeno una molla elicoidale (30) a contatto con detta sfera folle (29).