ES2563780T3 - Turbulador de fluidos para sondas geotérmicas - Google Patents

Abstract

Turbulador de fluidos para una sonda geotérmica coaxial (20), encargado del intercambio de calor entre un fluido de transferencia de calor y la tierra que rodea la sonda geotérmica (1) que se pone en marcha cuando la sonda geotérmica (20) está en funcionamiento. Este turbulador consta de al menos dos discos anulares parciales (76, 76a, 76e), situados siguiendo el eje longitudinal (44) desplazado uno con respecto al otro y colocados en un plano que forma un ángulo con un plano ortogonal de un eje longitudinal (17) de la sonda geotérmica (20), donde cada uno consta de: - un punto medio mt, situado aproximadamente en el eje longitudinal (44), - un borde interior (41), que sirve para adjuntar el disco anular parcial (76, 76a-76e) a una superficie exterior (58) de la tubería interna (30) de la sonda geotérmica, caracterizado porque los discos anulares parciales (76, 76a-76e) adyacentes: - están situados por lo general diametralmente opuestos el uno del otro, - poseen valores de ángulos con diferentes signos con respecto al plano ortogonal y - presentan un diámetro exterior (d1) menor que el diámetro interior (da) de la tubería externa (32) de la sonda geotérmica (20).

Description

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DESCRIPCION

Turbulador de fluidos para sondas geotermicas

[0001] La invencion propone un turbulador de fluidos para sondas geotermicas coaxiales que cumplan con la definicion detallada en la reivindicacion 1 y cuya funcion sea la de intercambio de calor entre un fluido de transferencia de calor y la tierra que rodea la sonda geotermica, siempre y cuando la sonda geotermica se encuentre en funcionamiento.

[0002] Se pueden construir las sondas geotermicas en forma coaxial o en forma de U. Las sondas geotermicas en forma de U constan de una tubena de entrada que desciende hasta incrustarse en la tierra y que presenta un area de union en un extremo inferior donde se conecta con una tubena de escape permitiendo el paso de fluidos. Por lo tanto, el fluido de transferencia de calor desciende por la tubena de entrada hasta llegar al area de union, donde asciende por la tubena de escape y abandona la sonda a traves de esta. En las sondas geotermicas coaxiales la tubena de entrada es tambien una tubena externa y la tubena de escape una tubena interna situada en el interior de la tubena externa. En el exterior de la tubena interna y en el interior de la tubena externa se encuentra una camara anular que aloja un area de transferencia de calor. La posicion de la tubena externa con respecto a la tubena interna es por tanto coaxial. En las sondas geotermicas coaxiales, el area de union se construye a traves de una abertura en la tubena interna, de forma tal que en la camara anular situada en la tubena externa, el fluido de transferencia de calor existente pueda fluir hacia la tubena interna. Un sistema de estas caractensticas se describe en DE 20 2008 002 048.

[0003] El recorrido por la sonda geotermica propicia una transferencia de calor entre el fluido de transferencia de calor y la tierra. La transferencia de calor se efectua principalmente por conveccion. El calor se emitira o se absorbera dependiendo de si la sonda geotermica se utiliza en un proceso de enfriamiento o de calentamiento. Ademas, las sondas geotermicas correspondientes se colocaran a una profundidad de hasta 100 m, aunque en casos aislados se pueden colocar a mayor profundidad.

[0004] Por lo general se utilizan varias sondas geotermicas en un circuito cerrado para la transferencia de calor geotermico. Un circuito cerrado de estas caractensticas presenta una bomba y un intercambiador de calor. Mediante la bomba se propicia la circulacion del fluido de transferencia de calor por el interior del circuito cerrado de transferencia de calor geotermico. A este efecto se pueden conectar las sondas geotermicas de forma paralela, en serie o formando una combinacion de ambas. En el intercambiador de calor se transfiere la diferencia de temperatura obtenida entre el fluido de transformacion de calor recibido y el enviado a un segundo circuito cerrado de fluidos.

[0005] La diferencia de temperatura entre el fluido de transferencia de calor que entra en la sonda geotermica y el que sale se denominara a partir de ahora gradiente de temperatura. De la tierra se extrae una corriente termica o una potencia termica.

[0006] En las sondas geotermicas cuya longitud o profundidad es inferior a 100 m, la diferencia de temperatura entre el fluido de transferencia de calor que se introduce en la sonda y el que sale de ella asciende a pocos grados. Generalmente la temperatura de entrada oscila entre los -2 °C y 1 °C, mientras que la temperatura de salida vana entre los 2 °C y 5 °C. La diferencia de temperatura es relativamente pequena, por lo que el fluido de transferencia de calor que sale de la sonda geotermica no es apto para calentar una vivienda, por ejemplo. Sin embargo, la potencia termica puede ser aprovechable con la ayuda de una bomba de calor.

[0007] Por lo general, los circuitos cerrados de transferencia de calor geotermico disponen de varias sondas geotermicas, ya que la diferencia de temperatura aprovechable de una sonda no suele ser suficiente para evaporar un medio de calor en un segundo circuito cerrado de fluidos localizado en la bomba de calor. Especialmente en las sondas geotermicas cuya longitud no supera los 70 m, el gradiente de temperatura alcanzable suele ser insuficiente. Ademas, en algunas regiones la profundidad de perforacion permitida esta restringida, por ejemplo en caso de que haya que proteger aguas subterraneas.

[0008] Gracias a modelos como los detallados en DE 30 00 157 A1, DE 20 2008 002 048, EP 2 151 643 A2 o JP 2004/340/463 se sabe que se puede mejorar la transferencia de calor si se logra que el fluido de transferencia de calor se desplace realizando un movimiento rotatorio helicoidal. Para ello se pueden situar unos cuerpos de corriente en el interior de la sonda geotermica que desvfen el fluido de transferencia de calor, transformando el flujo laminar en uno helicoidal. En principio esta medida mejora la transferencia de calor. No obstante, en la actualidad solo se utiliza para alcanzar un rendimiento del calor suficiente en sondas geotermicas de una longitud inferior a 100 m o en regiones en las que el calor geotermico aprovechable es relativamente escaso.

[0009] En JP 2004/3401463 se describe un turbulador de fluidos de sondas geotermicas que coincide con la definicion de la reivindicacion 1.

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[0010] Por ello se ha desarrollado esta invencion. El objetivo de esta es mejorar el rendimiento de las sondas geotermicas coaxiales, as^ como aumentar la eficiencia de los circuitos cerrados de sondas geotermicas coaxiales. Ademas, la invencion posibilita un uso eficiente de las sondas geotermicas en aquellas regiones donde la profundidad de perforacion esta limitada por ley.

[0011] La invencion resuelve este problema gracias a un turbulador de fluidos para una sonda geotermica coaxial que cumpla con los rasgos detallados en la reivindicacion 1.

[0012] Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas instalado como propone la invencion se encontrara situado en una sonda geotermica coaxial, en un area interior de una tubena externa, y se caracterizara por poseer al menos un disco anular parcial situado en un plano que forma un angulo con un plano ortogonal de un eje longitudinal y que presenta un punto medio cerca del eje longitudinal, un borde interior para adjuntar el disco anular parcial a una tubena interna y un diametro exterior menor que el diametro interior de la tubena externa de la sonda geotermica. El punto medio y el diametro exterior del disco anular parcial se definen como punto medio y diametro exterior de un disco anular cerrado del que se extrae el disco anular parcial al cortar un sector.

[0013] Al prever un turbulador de fluidos para sondas geotermicas se puede reducir la longitud que necesita la sonda geotermica para lograr un rendimiento suficiente y se permite tambien instalar sondas geotermicas en regiones donde la profundidad de perforacion esta restringida por razones geologicas o legales. El rendimiento se alcanza mediante una turbulencia aplicada al fluido de transferencia de calor que fluye de forma laminar en los alrededores del turbulador de fluidos para sondas geotermicas.

[0014] Como fluido de transferencia de calor se suele utilizar el agua. Debido a que, especialmente en los meses fnos de invierno, las temperaturas pueden ser inferiores a cero grados centfgrados, es habitual anadir un anticongelante. Debido entre otros factores a la anomalfa del agua, sus propiedades vanan dependiendo de la temperatura. Por ejemplo, la densidad del agua alcanza su valor mas elevado a 4°C. En las sondas geotermicas que carecen de turbulador de fluidos, este cambio en las propiedades intnnsecas del agua se manifiesta en forma de flujo laminar con capas a distinta temperatura. Las capas a distinta temperatura transcurren de manera paralela hacia una superficie exterior de la tubena externa, siempre y cuando en los alrededores de su superficie interna se encuentren capas mas calidas que actuen como aisladores de las capas interiores. Por lo tanto, estas capas interiores practicamente no absorben calor. Mediante la generacion de turbulencia en el fluido de transferencia de calor se neutraliza esta estructura de capas y se logra asf un gradiente de temperatura mas elevado.

[0015] La resistencia al flujo elevada debido a una corriente turbulenta no supone un agravante. Por ejemplo, para lograr que tres sondas geotermicas instaladas una tras otra recibieran un flujo de entre 10 y 14 metros cubicos de agua a la hora, solo es necesaria una diferencia de presion de entre 0,1 y 0,3 bar, por lo que la bomba unicamente necesita de 100 a 300 W de corriente para lograr esta diferencia de presion.

[0016] Un disco anular parcial consigue gestionar distintas direcciones de corriente y la turbulencia del fluido de transferencia de calor que estas originan. En la parte superior del turbulador de fluidos para sondas geotermicas, el fluido de transferencia de calor fluye de forma casi laminar por la tubena externa. Al alcanzar un disco anular parcial, el fluido de transferencia de calor sufre un cambio de sentido, debido a la inclinacion del disco anular parcial con relacion al plano ortogonal, y fluye pues a lo largo del disco anular parcial con una rotacion oblicua a traves de la tubena externa. En caso de que el diametro exterior del disco anular parcial sea menor que el diametro interior de la tubena externa, la corriente del fluido se separara en dos corrientes parciales: la definida anteriormente con rotacion oblicua y una corriente axial entre la superficie interior de la tubena externa y el disco anular parcial. Esta separacion generara mas turbulencia sobre el fluido de transferencia de calor.

[0017] La invencion propone al menos dos discos anulares parciales adyacentes a lo largo del eje longitudinal situados uno por debajo del otro que presenten el mismo angulo con distinto signo, con respecto al plano ortogonal. Una instalacion de estas caractensticas se asemeja a una helice en la que los distintos angulos sean muy similares y donde los discos anulares parciales se situen uno enfrente del otro de forma considerablemente diametral, pero uno debajo del otro a lo largo del eje longitudinal. Gracias a esta geometna se fomenta una corriente rotacional.

[0018] Los discos anulares parciales pueden presentar tambien una o varias cavidades, a traves de las cuales se logra una corriente parcial adicional. Esta corriente se escinde de la corriente de rotacion oblicua y atraviesa la cavidad de forma paralela al eje longitudinal. La forma de la cavidad carece de restricciones fundamentales. Sin embargo, las mas optimas son las cavidades circulares, elfpticas, reniformes o sectoriales.

[0019] Preferentemente dos discos anulares parciales adyacentes deberan rodear la tubena interna formando un angulo menor de 360°, mientras que tres discos anulares parciales adyacentes lo haran formando un angulo

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superior a 360°. Mediante una instalacion geometrica de estas caractensticas se debe lograr un sentido de corriente adicional: el sentido de corriente rotacional debe dividirse adicionalmente manteniendo por una parte su rotacion, y por la otra transcurriendo de forma axial entre los discos anulares parciales. Con esto se logra una mezcla adicional.

[0020] Preferentemente en un turbulador de disco parcial se instalan al menos tres discos anulares parciales situados a lo largo del eje longitudinal. Una distribucion que resulta especialmente eficiente es aquella en la que se presentan al menos cinco discos anulares parciales. De ellos al menos tres contienen un angulo en el punto medio de aproximadamente 180°, y por tanto tienen forma de medio disco anular. El resto de discos anulares parciales deben poseer un angulo en su punto medio de entre 160° y 170°. Estos discos anulares parciales se pueden fabricar a partir de discos anulares parciales cuyo angulo en su punto medio sea de aproximadamente 180°, extrayendo de ellos un sector de disco anular de entre 10° y 30° en uno de sus extremos.

[0021] Un metodo para la produccion de un disco anular parcial es aquel en el que un disco, preferentemente de termoplasticos, que presente un agujero redondo en el medio, se separa en dos partes aproximadamente iguales y de cada parte se extrae un sector anular de su extremo.

[0022] Preferentemente se usan al menos dos turbuladores de disco parcial, para que los discos anulares parciales superiores esten situados en unos planos que presenten un angulo similar al del plano ortogonal pero con distinto signo. Con esto se logra que la corriente rotacional transcurra al menos una vez en el sentido de las agujas del reloj y al menos una vez en sentido contrario.

[0023] Preferentemente el turbulador para sondas geotermicas incluye al menos un disco anular adicional con una superficie que transcurra de forma paralela con el plano ortogonal y que presente al menos una abertura en su superficie. El disco anular se fija a la tubena interna y la rodea de forma tal que la superficie anular entre la tubena interna y la tubena externa hasta llegar a la abertura del disco anular estara sellada de la mejor manera posible. Por lo tanto, el disco anular presenta un punto medio situado aproximadamente en el eje longitudinal, un diametro interior igual al diametro exterior de la tubena interna y un diametro exterior algo menor que el diametro interior de la tubena externa. Una distribucion que resulta especialmente eficiente es aquella en la que el disco anular presenta un diametro exterior igual al diametro interior de la tubena externa, logrando apoyarla. El disco anular aumenta la estabilidad de la sonda geotermica y reduce la corriente axial a lo largo de la tubena externa. La forma y cantidad de las aberturas carecen de restricciones fundamentales. Sin embargo, lo recomendable es que haya tres o cuatro aberturas circulares o reniformes.

[0024] Preferentemente se instalan dos discos anulares, que presentan una distancia (a) sobre el eje longitudinal y cuyas aberturas estan situadas con una rotacion relativa entre ellas por un angulo de disco anular U, forman una pareja de discos anulares. Este angulo de disco anular debe ser tal que a vista de planta las aberturas de los discos anulares inferiores esten al menos parcialmente tapadas por la superficie de los discos anulares superiores. Una distribucion de este tipo logra que el fluido de transferencia de calor no fluya unicamente entre los discos anulares, sino que tambien posea una corriente rotacional. Esto propicia aun mas el proceso de mezclado.

[0025] Preferentemente una sonda geotermica contiene al menos diez turbuladores de disco parciales y al menos dos parejas de discos anulares con secciones longitudinales de entre 20 y 25 m e instalados de forma tal que por encima, en el medio y por debajo de las parejas de discos anulares se colocan los turbuladores de disco parciales. Con ello se consigue un proceso conjunto de generacion de turbulencia y mezclado del fluido de transferencia de calor.

[0026] La turbulencia pasa en primer lugar a traves del turbulador de disco anular, de forma tal que el fluido de transferencia de calor se divida varias veces en las tres corrientes parciales descritas anteriormente para volverse a mezclar. Estos procesos logran principalmente una turbulencia del fluido de transferencia de calor que se ve reforzada mediante un cambio de sentido rotacional de los dos discos anulares parciales adyacentes situados sobre el eje longitudinal. Este proceso de generacion de turbulencia se acompana de un proceso de mezclado de varias parejas de discos anulares.

[0027] Una distribucion eficiente de la invencion esta detallada en las reivindicaciones adjuntas. Cabe mencionar que en las reivindicaciones de la patente se muestran caractensticas presentadas de forma individual que se pueden combinar entre sf de forma logica tecnologicamente, asf como otras configuraciones de la invencion. La descripcion detalla y especifica la invencion, especialmente en conjunto con las figuras.

[0028] En las siguientes descripciones de las figuras se describen otras ventajas y rasgos de la invencion. Son las siguientes:

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Fig. 1: una representacion esquematica de una sonda geotermica externa, en la que alrededor de la tubena interna se encuentra un transferencia de calor,

Fig. 2: una representacion esquematica de un circuito cerrado de sondas geotermicas en serie,

Fig. 3: la representacion de un circuito cerrado de transferencia de calor geotermico como el de la figura 2 en vista de perfil en el que las sondas geotermicas estan introducidas en la tierra y conectadas en el circuito a un intercambiador de calor y una bomba, donde las sondas geotermicas estan colocadas en serie,

Fig. 4: la representacion esquematica de un disco anular parcial a modo de ejemplo,

Fig. 5: la representacion esquematica de un turbulador de disco parcial situado en una sonda geotermica coaxial y los distintos sentidos de flujo que este genera en el fluido de transferencia de calor,

Fig. 6: la representacion esquematica de un disco anular con abertura y

Fig. 7: la representacion esquematica de una pareja de discos anulares.

[0029] En las descripciones siguientes, tanto del turbulador de disco anular como de todo el turbulador de fluidos para sondas geotermicas, se da por hecho que la sonda geotermica esta instalada en sentido vertical. Si la sonda geotermica esta montada de forma oblicua, la posicion de los distintos componentes puede variar.

[0030] La figura 1 muestra una representacion esquematica de una sonda geotermica 20. El fluido de transferencia de calor se conduce hacia el interior de una tubena externa 32 mediante un tubo alimentador 22. La tubena externa 32 es un componente cilmdrico cuyo diametro (da), medido en la superficie interna de la tubena de entrada 60. En su exterior, la tubena externa 32 presenta una superficie externa 62, que penetra en la tierra 54. De forma concentrica a la tubena externa 32 y dentro de la misma se situa la tubena interna 30. Esta es cilmdrica y presenta en la superficie que se dirige hacia el interior una superficie interna de la tubena interna 56, y en su superficie que se dirige hacia el exterior una superficie externa de la tubena interna 58. El fluido de transferencia de calor desciende por el interior de una camara anular 64 entre la tubena interna 30 y la tubena externa 32 en la sonda geotermica 1. La camara anular 64 esta limitada horizontalmente por la superficie interna de la tubena externa 60 y la superficie externa de la tubena interna 58; y verticalmente por un area de union 68 y el extremo superior 72 de la sonda geotermica 20. En el area del extremo superior 72, se inserta un tubo alimentador 22 en la camara anular 64 permitiendo el paso de fluidos, mientras que en el area de union 68, la camara anular 64 se inserta en la camara interna de la tubena interna 66 permitiendo el paso de fluidos. La camara interna de la tubena interna 66 esta limitada horizontalmente por la superficie interna de la tubena interna 56 y verticalmente por el area de union 68 y el tubo de desague 40, a los que la camara de la tubena interna 66 permite el paso de fluidos.

[0031] En el extremo superior 72 se instala una tapa conectora 24 a la tubena externa 32. A traves de ella, el tubo alimentador 22 puede conectarse con la camara anular 64 y el tubo de desague 40 con la camara de la tubena interna 66, permitiendo el paso de fluidos. La tapa conectora 24 forma la interseccion entre el area de la sonda geotermica 20 que se encuentra bajo tierra 54 y el area accesible desde el exterior. Para un mayor rendimiento, tanto el tubo alimentador 22 como el tubo de desague 40 deben contar con un medio que fije la conduccion del fluido de transferencia de calor. Una configuracion sencilla es aquella en la que la tapa conectora 24 se inserta y se sella sobre la tubena externa 32. La tapa conectora 23 presenta un serpentm 34, construido a partir de un alambre electrico. Gracias a unos contactos de conexion 28, una corriente se puede desviar a traves de un serpentm 34, logrando aumentar su temperatura, con lo que se puede soldar la tapa conectora 24 con la tubena externa 32.

[0032] La sonda geotermica 20 presenta una longitud (L) que se corresponde con la profundidad deseada, por ejemplo entre 15 y 25 m. El fluido de transferencia de calor alcanza una potencia de calor proveniente de la tierra 54 al entrar en la camara anular 64. La tubena externa 32 esta fabricada para ello con un material que presenta un coeficiente de transferencia de calor proporcionalmente alto. Por ejemplo se puede utilizar polietileno de alta densidad, abreviado PEAD. El fluido de transferencia de calor aumenta por la tubena interna 30 con una mayor temperatura.

[0033] En un extremo inferior 74 de la sonda geotermica 20 se instala un pie de sonda 46 con forma conica y puntiaguda. Este pie de sonda 46 facilita la introduccion de la sonda geotermica 20 en un agujero perforado. El pie de sonda 46 puede conectarse a la tubena externa 32 mediante un proceso de soldadura termica, como por ejemplo una soldadura a tope.

con tapa conectora, tubena interna y tubena medio que genera turbulencia en el fluido de

transferencia de calor geotermico con varias

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[0034] La tubena externa 32 presenta habitualmente un espesor en sus paredes (wa) de entre 2,5 y 5 mm. preferentemente este espesor (wa) debena oscilar entre los 3,2 y los 3,8mm. El diametro interior de la tubena externa 32 debe oscilar preferentemente entre los 100 y los 180 mm. El diametro interior (di) de la tubena interna 30 debe oscilar preferentemente entre los 20 y los 50 mm. La relacion entre el diametro (di) de la tubena interna 30 con el diametro (da) de la tubena externa 32 debe por tanto oscilar entre 0,2 y 0,7, preferentemente con un valor entre 0,25 y 0,35. Esto propicia que la camara anular 64 presente una superficie relativamente amplia, con lo que el fluido de transferencia de calor entrante se puede mover a la menor velocidad posible. Al mismo tiempo se garantiza que el diametro (di) de la tubena interna 30 no sea demasiado pequeno y que no se genere una resistencia demasiado fuerte.

[0035] Para poder ventilar la sonda geotermica 20, la sonda geotermica 20 que propone la invencion presenta una ventilacion 70. Esta comprende una abertura de ventilacion 42, un conducto de ventilacion 36 y una valvula de ventilacion 38. Conviene que la abertura de ventilacion 42 este situada en el punto mas elevado posible de la tapa conectora 24. El conducto de ventilacion 36 esta unido a la abertura de ventilacion 42. En el otro extremo del conducto de ventilacion 36 se encuentra una valvula de ventilacion 38, por ejemplo una valvula de bola. Para ventilar la sonda geotermica 20, se aplica presion al fluido de transferencia de calor y se abre la valvula de ventilacion 38.

[0036] La figura 2 muestra una representacion esquematica de tres sondas geotermicas 20a, 20b y 20c con los conductos 52 que permiten su union en un circuito cerrado de transferencia de calor geotermico 26, en vista de planta. Se representa un circuito cerrado de calor geotermico 26, en el que en primer lugar el fluido de transferencia de calor alcanza una bomba 48 que aumenta su nivel de presion. A continuacion el fluido de transferencia de calor se introduce en la primera sonda geotermica 20a. El fluido de transferencia de calor es conducido hasta la camara anular 64a. De allf el fluido de transferencia de calor discurre hasta alcanzar el area de union 68 y se introduce en la tubena interna 30a para subir y alcanzar la sonda geotermica 20b del centro. Una vez completado su recorrido por la sonda geotermica 20b del centro, el fluido de transferencia de calor se introduce en la camara anular 64c de la tercera sonda geotermica 20c. Cuando el fluido de transferencia de calor ha recorrido las 3 sondas geotermicas 20a, 20b y 20c, se introduce en un intercambiador de calor 50.

[0037] La figura 3 muestra una configuracion de tres sondas geotermicas 20a, 20b y 20c en un circuito en serie, en vista de perfil. La representacion es menos esquematica y los conductos 52 se pueden reconocer mas claramente.

[0038] La figura 4 muestra unos discos anulares parciales 76a-76e a modo de ejemplo. Estos rodean la tubena interna 30 una vez instalados, con un diametro exterior (d1), un punto medio (mt) y un borde interior 78. Los discos anulares parciales 73 se pueden fijar a la tubena interna de varias formas, por ejemplo mediante sellado o adhesion. Los componentes del turbulador de fluidos para sondas geotermicas pueden estar fabricados con el mismo material, preferentemente termoplasticos, que la tubena interna 30, gracias a lo cual se garantiza una facil union entre los discos anulares parciales 76 y/o los discos anulares 80 con la tubena interna 30.

[0039] El diametro exterior (d1) del disco anular parcial 76 debe ser ligeramente menor que el diametro interior

de la tubena externa 32. Por una parte asf se logra introducir la tubena interna 30 junto con los discos anulares parciales 76 fijados a ella en el interior de la tubena externa 32. Por otra parte, los discos anulares parciales 76 cumplen la funcion de mantener una distancia entre la tubena externa 32 y la tubena interna 30 cuando la sonda geotermica esta en funcionamiento. En otras palabras, sostiene una tubena contra la otra.

[0040] La figura 5 muestra una representacion esquematica de un turbulador de disco parcial 84, una vez

montado. En el documento mostrado este turbulador consta de cinco discos anulares parciales 76a-76e, cuyos diametros exteriores (d1) son menores que el diametro interior de la tubena externa 32. Los discos anulares parciales 76a, 76d y 76e tienen preferentemente un angulo en su punto medio de aproximadamente 180° por lo que son practicamente la mitad de un disco anular. Los discos anulares 76b y 76c tienen menos de 180°. Estos discos anulares se producen a partir de los discos anulares de semidrculo, a los que se le extrae un sector de disco anular en uno de sus extremos. Los discos anulares parciales 76a, 76c y 76e estan situados de tal forma que en funcionamiento y visto desde arriba, los discos anulares parciales 76c y 76e estan tapados por el disco anular parcial 76a. Ademas, los discos anulares parciales 76a, 76c y 76e se encuentran en planos que presentan el mismo angulo con respecto al que forma el plano ortogonal con el eje longitudinal 44. Los discos anulares parciales 76b y 76d estan instalados de forma similar y se encuentran enfrente de los discos anulares parciales 76a, 76c y 76e con respecto al eje longitudinal. Los planos en los que se situan los discos anulares parciales 76b y 76d presentan el mismo angulo con respecto al plano ortogonal que los discos anulares parciales 76a, 76c y 76e, aunque con distinto signo. Por lo tanto se encuentran en su sentido contrario, por asf decirlo. Se recomienda

que este angulo oscile entre los 5° y los 15°. La geometna de un turbulador de disco parcial 84 de estas

caractensticas se asemeja a una helice con cavidades 88 entre los discos anulares parciales 76b-76c y 76c-76d. Gracias a ello el fluido de transferencia de calor se divide en tres sentidos de corriente al pasar por este turbulador de disco parcial 84. Estos sentidos de corriente y estas corrientes parciales se muestran en la figura 5

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mediante flechas. Una parte del fluido de transferencia de calor atraviesa el turbulador de disco parcial 84 en sentido vertical entre la superficie interna de la tubena externa 60 y el turbulador de disco parcial 84. Una segunda parte se desvfa a traves del disco anular parcial 76a del turbulador de disco parcial 84 y crea un sentido rotacional oblicuo. Esta corriente se divide en otras dos subcorrientes entre los discos anulares parciales 76b-76c y 76c-76d. Una parte cruza las cavidades, resultantes como consecuencia de que los dos discos anulares parciales adyacentes 76b-76c y 76c-76d no forman un disco anular completo, sino que tienen un punto medio menor de 360°, lo que mantiene el movimiento rotacional. El resto fluye en sentido vertical a traves de las cavidades 88, donde se genera una turbulencia adicional.

[0041] La figura 6 muestra la representacion esquematica de un disco anular 80, con un diametro exterior (d5), un diametro interior (d3), un punto medio (mr) y tres aberturas 82, aunque tambien puede contar con una unica abertura. El diametro interior (d3) del disco anular 80 coincide con el diametro exterior de la tubena interna 30. Gracias a ello, el disco anular 80 se puede fijar a la tubena interna 30 de forma similar a los discos anulares parciales descritos anteriormente. Preferentemente, esta fijacion se da en el plano ortogonal del eje longitudinal 44. El diametro exterior (d5) del disco anular 80 debe coincidir con el diametro interior (da) de la tubena externa 32. Por una parte el disco anular 80 consigue mantener la distancia entre la tubena externa 32 y la tubena interna 30, y por otra parte se consigue romper con la corriente vertical del fluido de transferencia de calor, especialmente en los alrededores de la superficie interior de la tubena externa 60. El fluido de transferencia de calor fluye a traves de las tres aberturas 82, lo que consigue que se mezcle.

[0042] La figura 7 muestra una representacion esquematica de una combinacion propuesta por la invencion donde dos discos anulares 80a y 80b se situan en el eje longitudinal 44, uno debajo del otro con una distancia (a) en el sentido del eje longitudinal. Una instalacion de este tipo forma una pareja de discos anulares 86. Mediante las zonas separadas entre sf por un angulo U, con una diferencia (a), se logra un mezclado adicional del fluido de transferencia de calor.

[0043] Si la seccion longitudinal tiene entre 15 y 25 m, se recomienda una combinacion de entre 10 y 15 turbuladores de discos anulares 84 con al menos dos parejas de discos anulares 86. Esta combinacion presenta en su area superior varios turbuladores de discos anulares 84, a los que le sigue una pareja de discos anulares 86. Esta instalacion se repite y se sella en el area inferior mediante un turbuladores de discos anulares 84 o una pareja de discos anulares 86. Tambien se recomienda cambiar el sentido rotacional de la corriente del turbulador de discos anulares 84: cuando, visto desde arriba, el primer turbulador de discos anulares 84 presenta un movimiento rotacional del fluido de transferencia de calor en sentido de las agujas del reloj, debe haber al menos un segundo turbulador de discos anulares 84 que presente un movimiento rotacional en sentido contrario. Los turbuladores de discos anulares 84 y/o las parejas de discos anulares 86 pueden estar situados por tramos o sobre toda la longitud de la sonda geotermica 20.

[0044] Mediante el mezclado y la generacion de turbulencia del fluido de transferencia de calor y gracias a la combinacion de turbuladores de discos anulares 84 y parejas de discos anulares 86, se logra un intercambio de energfa optimo y armonico entre la tierra y el fluido de transferencia de calor. Con esto se logra que la bomba de calor tenga un rendimiento de alta eficiencia incluso cuando la profundidad no sea superior a los 15-30 m. Algunas ventajas de los modelos a poca profundidad son los bajos costes de instalacion y compra, asf como el aprovechamiento de las bombas de calor en areas donde la profundidad de perforacion esta restringida.

[0045] Por supuesto, la invencion no se reduce a los ejemplos ya descritos. La fijacion de los discos anulares 80 y/o los discos anulares parciales 76 tambien se puede situar, de forma alternativa o adicional, en la superficie interior 60 de la tubena externa 32. En caso de que haya una fijacion completa o parcial sobre la superficie interior 60 de la tubena externa 32, los discos anulares parciales 76 y/o los discos anulares 80 pueden presentar una distancia completa o parcial con respecto a la tubena interna 30, para que el fluido de transferencia de calor pueda fluir en sentido axial.

[0046] En lugar de un turbulador de disco parcial 84 se puede utilizar una helice, preferentemente con agujeros, para la generacion de un movimiento rotacional oblicuo del fluido de transferencia de calor. Los agujeros sirven para dividir la corriente rotacional en dos, una rotacional y otra vertical.

[0047] Ademas, se pueden situar topes en el turbulador de disco parcial 84. Estos generan una turbulencia adicional en la corriente rotacional oblicua.

Listado de numeros de referencia

[0048]

20. Sonda geotermica

22. Tubo alimentador

24. Tapa conectora

26. Circuito cerrado de transferencia de calor geotermico

28. Contacto de conexion

5

30. Tubena interna

32. Tubena externa

34. Serpentm

36. Conducto de ventilacion

38. Valvula de ventilacion

10

40. Tubo de desague

42. Abertura de ventilacion

44. Eje longitudinal

46. Pie de la sonda

48. Bomba

15

50. Intercambiador de calor

52. Conductos

54. Tierra

56. Superficie interior de la tubena interna

58. Superficie exterior de la tubena interna

20

60. Superficie interior de la tubena externa

62. Superficie exterior de la tubena externa

64. Camara anular

66. Camara de la tubena interna

68. Area de union

25

70. Ventilacion

72. Extremo inferior

74. Extremo inferior

76. Disco anular parcial

78. Borde interior

30

80. Disco anular

82. Abertura

84. Turbulador de disco parcial

86 Pareja de discos anulares

88. Cavidad

Claims (11)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Turbulador de fluidos para una sonda geotermica coaxial (20), encargado del intercambio de calor entre un fluido de transferencia de calor y la tierra que rodea la sonda geotermica (1) que se pone en marcha cuando la sonda geotermica (20) esta en funcionamiento. Este turbulador consta de al menos dos discos anulares parciales (76, 76a, 76e), situados siguiendo el eje longitudinal (44) desplazado uno con respecto al otro y colocados en un plano que forma un angulo con un plano ortogonal de un eje longitudinal (17) de la sonda geotermica (20), donde cada uno consta de:

   - un punto medio mt, situado aproximadamente en el eje longitudinal (44),

   - un borde interior (41), que sirve para adjuntar el disco anular parcial (76, 76a-76e) a una superficie

   exterior (58) de la tubena interna (30) de la sonda geotermica,

   caracterizado porque los discos anulares parciales (76, 76a-76e) adyacentes:

   - estan situados por lo general diametralmente opuestos el uno del otro,

   - poseen valores de angulos con diferentes signos con respecto al plano ortogonal y

   - presentan un diametro exterior (d1) menor que el diametro interior (da) de la tubena externa (32) de la

   sonda geotermica (20).
2. 2. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun la reivindicacion 2 o 3, caracterizado porque dos discos anulares parciales (76) adyacentes rodean la tubena interna de la sonda (30) formando un angulo menor de 360°.
3. 3. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tres discos anulares parciales (76, 76a-76e) adyacentes rodean la tubena interna de la sonda (8) formando un angulo mayor de 360°.
4. 4. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun una de las reivindicaciones precedentes,

   caracterizado porque al menos un disco anular parcial (76, 76a-76e) presenta al menos una cavidad.
5. 5. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun una de las reivindicaciones precedentes,

   caracterizado porque al menos 3 discos anulares parciales (76, 76a-76e) situados uno encima del otro forman un turbulador de disco parcial (84).
6. 6. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun la reivindicacion 5, caracterizado porque se utilizan al menos 2 turbuladores de disco parcial (84), cuyos discos anulares parciales superiores (76a) estan situados sobre unos planos que forman un angulo similar con distintos signos con respecto al plano ortogonal.
7. 7. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun una de las reivindicaciones precedentes,

   caracterizado porque sobre una superficie de al menos un disco anular parcial (76, 76a-76e) se instala al menos un tope.
8. 8. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun una de las reivindicaciones precedentes,

   caracterizado porque el turbulador de fluidos para sondas geotermicas incluye de forma adicional al menos un disco anular (80), que presenta:

   - una superficie de disco anular que preferentemente se extiende de forma paralela al plano ortogonal,

   - al menos una abertura (82) en la superficie de disco anular,

   - un punto medio (mr), situado aproximadamente en el eje longitudinal (44),

   - un diametro interior (d3), similar al diametro exterior (d4) de la tubena interna de la sonda (30), y

   - un diametro exterior (d5), menor que el diametro interior (da) de la tubena externa de la sonda (32).
9. 9. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun la reivindicacion 8, caracterizado porque el diametro exterior (d5) del disco anular es igual al diametro interior (da) de la tubena externa de la sonda (32).

   10

   5

   10
10. 10. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizado porque dos discos anulares (80), que presentan una distancia (a) sobre el eje longitudinal (44) y cuyas aberturas (82) estan situadas con una rotacion relativa entre ellas por un angulo de disco anular U, forman una pareja de discos anulares (86).
11. 11. Un turbulador de fluidos para sondas geotermicas segun la reivindicacion 10, caracterizado porque una sonda geotermica (1) contiene al menos 10 turbuladores de disco parciales (84) y al menos 2 parejas de discos anulares (86), con secciones longitudinales de entre 20 y 25 m e instalados de forma tal que por encima, en el medio y por debajo de las parejas de discos anulares (86) se colocan los turbuladores de disco parciales (84).