ITBO20140111U1 - Corpo cavo di sonda geotermica e sonda geotermica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di BREVETTO PER MODELLO DI UTILITÀ avente per titolo:

CORPO CAVO DI SONDA GEOTERMICA E SONDA GEOTERMICA

Il presente trovato concerne un corpo cavo di una sonda geotermica e la relativa sonda geotermica.

In particolare, il presente trovato ha per oggetto un corpo cavo di una sonda da utilizzarsi in impianti a pompa di calore geotermica.

Gli impianti a pompa di calore geotermica sono impianti destinati alla climatizzazione estiva ed invernale degli edifici, alla produzione di acqua calda sanitaria e alla produzione di caldo/freddo in processi industriali, quali ad esempio quelli inerenti il trattamento di prodotti alimentari.

Tali impianti comprendono essenzialmente una pompa di calore ed uno scambiatore, denominato sonda, in grado di attuare uno scambio termico con il terreno.

In sostanza questi impianti sfruttano il sottosuolo come serbatoio di calore e, mentre durante l’inverno il calore viene trasferito in superficie, viceversa nei mesi estivi il calore in eccesso, presente ad esempio negli edifici, è ceduto al terreno.

Il principio che sta alla base di questa tecnologia è la temperatura costante che il terreno ha lungo tutto il corso dell'anno, indipendentemente dalle fluttuazioni climatiche stagionali. Normalmente, infatti già da alcuni metri di profondità, si riescono ad avere temperature mediamente intorno ai 14°C.

Lo strumento che permette tale scambio termico è naturalmente costituito dalla pompa di calore la quale d’inverno sfrutta la differenza di calore fra il terreno e l'esterno per assorbire calore dal terreno e renderlo disponibile per il riscaldamento mentre d’estate, con funzionamento contrario, assorbe il calore dalla superficie e lo disperde nel sottosuolo. Il mercato degli impianti a pompa di calore geotermica ha registrato negli ultimi anni uno straordinario sviluppo in molti paesi europei, dove è iniziata una certa diffusione anche in ambito domestico, soprattutto degli impianti con sonde verticali.

In termini economici, l’installazione di impianti domestici, con ciò intendendo impianti destinati ad unità immobiliari singole o piccoli edifici, è molto influenzata dal costo delle perforazioni per l’ottenimento dei pozzi di alloggiamento delle sonde verticali.

A tal fine, cioè limitare in numero e profondità tali perforazioni si è posto il problema di realizzare sonde con capacità di scambio termico sempre migliore.

Ad oggi, è ormai universalmente diffusa la tecnica secondo la quale, praticata una perforazione cilindrica nel terreno, all’interno di essa vengono inseriti due tubi collegati inferiormente per assumere una conformazione ad U. All’interno di tali tubi scorre il fluido frigorigeno (ad esempio una miscela a base di glicole) il quale compie uno scambio termico con il circuito della pompa di calore.

Il volume libero, differenza tra quello reso disponibile dalla perforazione e l’ingombro dei tubi inseriti all’interno di essa, è normalmente riempito con una colata di malta a base cementizia additivata con componenti in grado di migliorarne la conduttività termica.

Le sonde geotermiche attualmente utilizzate, pur garantendo un funzionamento accettabile, non sono comunque esenti da perfezionamenti in grado di migliorare il rendimento complessivo dell’impianto.

Scopo del presente trovato è pertanto quello di fornire una sonda geotermica in grado di migliorare l’efficienza dell’impianto a pompa di calore geotermica nel quale è installata.

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di fornire una sonda geotermica che sia, al contempo, di semplice ed economica realizzazione e di pratico ed efficiente utilizzo.

Le caratteristiche tecniche del presente trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente deducibili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate.

I vantaggi del presente trovato risulteranno, inoltre, maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, la quale è fatta con riferimento ai disegni allegati che rappresentano forme di realizzazione puramente esemplificative e non limitative dello stesso trovato, in cui:

- la figura 1 illustra, in una vista prospettica schematica dall’alto, una preferita forma realizzativa di un componente di sonda geotermica realizzato secondo il presente trovato;

- la figura 2 illustra, in rispettive vista prospettica schematica dall’alto, un particolare del componente di figura 1;

- le figure da 3 a 5 illustrano, in rispettive viste prospettiche schematiche dall’alto, varianti realizzative del componente di cui alle precedenti figure 1 e 2;

- le figure da 2A a 5A illustrano, in relative viste in sezione, sonde geotermiche utilizzanti rispettivamente i componenti di cui alle figure da 2 a 5;

- le figure da 6 a 8 illustrano, in relative viste prospettiche, di cui alcune con parti sezionate, varianti realizzative del componente di figura 1.

Secondo quanto illustrato in figura con il numero 1 di riferimento è indicato nel suo complesso un tubo conformato ad U atto ad essere inserito all’interno di una perforazione cilindrica nel terreno.

Il tubo 1 conformato ad U è realizzato dall’unione di due tubi 2 sostanzialmente rettilinei, che ne definiscono i rami, nel seguito identificati come corpi cavi.

Il tubo 1 contribuisce a costituire, unitamente ad esempio ad una colata di malta cementizia, una sonda geotermica da collegarsi ad una relativa pompa di calore, non illustrata, nella definizione di un impianto a pompa di calore geotermica.

Come illustrato in figura 1, i due corpi 2 cavi assumono uno sviluppo sostanzialmente rettilineo secondo una prima direzione X determinata, all’interno di una perforazione cilindrica nel terreno o pozzo verticale, per attuare uno scambio termico con il terreno attraverso un fluido di scambio circolante al proprio interno.

I due corpi 2 cavi sono posti tra loro in collegamento fluido in corrispondenza di rispettive estremità 2a inferiori, mediante un elemento 3 curvo di raccordo terminale.

Vantaggiosamente, l’elemento 3 di raccordo terminale presenta rispettive pareti 3i interna e 3e esterna presentanti relativi profili corrispondenti a quelli delle pareti 4 e 5 del corpo cavo.

L’elemento 3 curvo di raccordo terminale è costituito da una porzione tubolare ruotata di 180° e definisce, per il fluido frigorigeno che circola all’interno dei corpi 2 cavi, un punto di inversione del moto.

In altre parole, il fluido frigorigeno proveniente dalla pompa di calore discende verticalmente lungo uno dei due corpi 2 cavi (identificabile anche come ramo di mandata) e, raggiunto l’elemento 3 curvo di raccordo posto in prossimità del fondo della perforazione, inizia a risalire lungo l’altro dei due corpi 2 cavi (identificabile anche come ramo di ritorno).

Secondo quanto illustrato in figura 2, il corpo 2 cavo presenta una prima parete 4 curva avente concavità rivolta verso l’esterno del corpo 2 cavo stesso ed una seconda parete 5 ondulata.

La seconda parete 5 presenta ondulazioni sviluppantisi secondo una seconda direzione Y ortogonale alla citata prima direzione X determinata.

Le figure da 3 a 5 illustrano varianti realizzative del corpo 2 cavo, rispetto alla preferita forma di figura 2, con differenti conformazioni della sezione trasversale.

Le figure da 2a a 5a illustrano, sotto forma di traccia su un piano perpendicolare alla citata prima direzione X determinata di sviluppo rettilineo del corpo 2 cavo, le varie conformazioni della sezione trasversale del corpo 2 cavo stesso.

Tutte le forme realizzative illustrate presentano rispettive tracce comprendenti un profilo PO ondulato definito da tratti curvi adiacenti aventi concavità alterne, il quale profilo PO ondulato corrisponde alla citata seconda parete 5 ondulata.

In altre parole, il profilo PO ondulato costituisce la traccia sul citato piano, della seconda parete 5 ondulata.

Sempre con riferimento alle figure da 2a a 5a, tutte le forme realizzative illustrate presentano rispettive tracce comprendenti un profilo PC curvo, corrispondente alla citata seconda parete 5 ondulata.

I profili PO ondulato e PC curvo sono tra loro affacciati e raccordati per definire la citata traccia del corpo 2 cavo.

La parete 5 ondulata consente vantaggiosamente, a parità di ingombro, di incrementare la superficie di scambio termico del corpo 2 cavo, con ciò migliorando l’efficienza dell’impianto a pompa di calore geotermica nel quale tale corpo 2 cavo è installato.

Con riferimento alle figure da 2 a 5 e da 2a a 5a, il corpo 2 cavo presenta un volume V interno delimitato dalle citate pareti 4 e 5, il quale volume V, in uso, è riempito dal fluido frigorigeno.

Nella propria forma realizzativa illustrata nelle figure 5, 5a, il corpo 2 cavo comprende un setto 6 atto a suddividere il suo volume V interno in due camere separate.

Il setto 6 collega le citate prima e seconda parete 4, 5 e si sviluppa longitudinalmente secondo la prima direzione X determinata.

Nella propria forma realizzativa illustrata nelle figure 4, 4a, il corpo 2 cavo comprende due setti 6 atti a suddividere il suo volume V interno in tre camere separate.

Anche in questo caso i setti 6 collegano le citate prima e seconda parete 4, 5 e si sviluppano longitudinalmente secondo la prima direzione X determinata.

Vantaggiosamente, i citati setti 6 consentono di evitare, o comunque di limitare, schiacciamenti delle pareti 4, 5 che porterebbero alla riduzione del volume V interno del corpo 2 cavo.

Infatti, poiché la profondità dei pozzi raggiunge svariate decine di metri, i corpi 2 cavi prima di essere posati sono stoccati arrotolati in grosse bobine.

Al momento dello svolgimento per la posa in opera all’interno del relativo pozzo, il corpo 2 cavo potrebbe pertanto risultare schiacciato e la successiva colata di malta cementizia, cristallizzare tale configurazione costituente uno strozzamento decisamente svantaggioso per la circolazione del fluido frigorigeno.

Il corpo 2 cavo è realizzato in materiale plastico.

Secondo quanto illustrato nelle figure da 6 a 8 che rappresentano una variante realizzativa del tubo 1, il tubo 1 conformato ad U è realizzato dall’unione di due corpi 2 cavi sostanzialmente rettilinei, tra loro connessi mediante una testa 7 terminale.

La testa 7 terminale, che costituisce un’alternativa all’elemento 3 di raccordo terminale sopra descritto, presenta un ingombro semisferico.

Secondo quanto illustrato in figura 7, che ne rappresenta una vista prospettica in sezione, la testa 7 comprende una parete 8 semisferica ed un tappo 9 sostanzialmente piano.

Sul tappo 9 sono inserite, in corrispondenza di rispettive cavità opportunamente controsagomate, le estremità dei due corpi 2 cavi.

In figura 8 è illustrata la presenza, su una faccia interna del tappo 9, di un elemento 10 curvo di rinvio del fluido circolante all’interno della testa 7.

In altre parole, l’elemento 10 curvo di rinvio definisce, all’interno della testa 7 e unitamente alla parete 8 semisferica, un punto di inversione del moto per il fluido frigorigeno che circola all’interno dei corpi 2 cavi.

La testa 7 terminale è realizzata in materiale plastico.

Vantaggiosamente, il materiale plastico con cui sono realizzati sia il corpo 2 cavo che la testa 7 terminale è additivato con cariche minerali atte a migliorarne la conducibilità termica e/o la resistenza meccanica e/o l'elasticità.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Corpo cavo di sonda geotermica, atto ad assumere uno sviluppo sostanzialmente rettilineo secondo una prima direzione (X) determinata all’interno di un pozzo verticale, per attuare uno scambio termico con il terreno attraverso un fluido di scambio circolante al proprio interno, caratterizzato dal fatto di presentare una prima parete (4) curva avente concavità rivolta verso l’esterno ed una seconda parete (5) ondulata con ondulazioni sviluppantisi secondo una seconda direzione (Y) ortogonale a detta prima direzione (X) determinata.
2. 2. Corpo cavo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la sua traccia su un piano perpendicolare a detta prima direzione (X) determinata di sviluppo rettilineo comprende un profilo (PO) ondulato definito da tratti adiacenti aventi concavità alterne, detto profilo (PO) corrispondendo a detta seconda parete (5) ondulata.
3. 3. Corpo cavo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta traccia su un piano perpendicolare a detta prima direzione (X) determinata di sviluppo rettilineo comprende un profilo (PC) curvo corrispondente a detta prima parete (4) curva, detti profilo (PO) ondulato e profilo (PC) curvo essendo tra loro affacciati e raccordati per definire detta traccia del corpo cavo.
4. 4. Corpo cavo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, presentante un volume (V) interno, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un setto (6) atto a suddividere detto volume (V) interno in due camere separate, detto setto (6) collegando dette prima (4) e seconda (5) parete e sviluppandosi longitudinalmente secondo detta prima direzione (X) determinata.
5. 5. Corpo cavo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, realizzato in materiale plastico, caratterizzato dal fatto che detto materiale plastico è additivato con cariche minerali atte a migliorarne la conducibilità termica e/o la resistenza meccanica e/o l'elasticità.
6. 6. Sonda geotermica comprendente due rami paralleli definiti da un corpo (2) cavo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto di comprendere un elemento (3) di raccordo terminale atto a collegare detti due rami paralleli di detto corpo (2) cavo, per definire con essi una conformazione ad U.
7. 7. Sonda geotermica secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto elemento (3) di raccordo terminale presenta pareti (3i) interna e (3e) esterna presentanti relativi profili rispettivamente corrispondenti a quelli della parete (4) curva e (5) ondulata di detto corpo (2) cavo.
8. 8. Sonda geotermica comprendente due rami paralleli definiti da un corpo (2) cavo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto di comprendere una testa (7) terminale atta a collegare detti due rami paralleli di detto corpo (2) cavo, per definire con essi una conformazione ad U.
9. 9. Impianto a pompa di calore geotermica, caratterizzato dal fatto di comprendente una sonda geotermica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 6 e 7.