ITAP20080018A1 - Macchina avvolgitrice per la realizzazione di sonde geotermiche a spirale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione avente per TITOLO:

“MACCHINA AVVOLGITRICE PER LA REALIZZAZIONE DI SONDE GEOTERMICHE A SPIRALE”

CAMPO DELLA TECNICA

La presente invenzione si riferisce ad un macchinario in grado di automatizzare la realizzazione di sonde geotermiche a spirale, grazie all’avvolgimento in continuo di un tubo lineare intorno ad un grosso rocchetto. La geotermia è uno dei settori strategici per quanto riguarda le alternative energetiche rinnovabili. Gli sviluppi in tal senso stanno subendo un’accelerazione ora che i limiti dei combustibili fossili risultano più evidenti sia in termini di inquinamento atmosferico che di esaurimento delle riserve nel tempo. Come in ogni altro settore, si apporta innovazione tecnologica non solo sul manufatto, che in questo caso dovrà realizzare lo scambio termico con il terreno, ma anche sui metodi di fabbricazione dello stesso. Una sonda a spirale è di per se un prodotto innovativo, che però si dovrà cercare di realizzare in maniera spedita, se oltre ad un senso tecnico si vuole che abbia anche un senso economico.

STATO DELLA TECNICA

La sonda geotermica a spirale è un’idea che, per i chiari vantaggi in termini di resa termica, ha stimolato la mente di numerosi inventori da diversi decenni. Non vi è mai stata però una soluzione che abbia permesso un utilizzo diffuso di tale tipologia di sonda. I limiti tecnici ed economici, sia in termini di fabbricazione che di installazione, hanno di fatto imposto un freno ad una loro applicazione pratica. Energy Resources ha inteso iniziare a superare tali limiti già con il deposito di due precedenti brevetti. Nel primo (AN2006A000063) gli aspetti tecnici trattati riguardavano un metodo di fabbricazione che permettesse un primo abbattimento di costi. La tipologia di sonda consisteva in una tubazione in PEAD (o altro materiale facilmente lavorabile) avvolta a spirale attorno ad una gabbia metallica, per una lunghezza complessiva di quest'ultima di circa 25m, e comunque non superiore alla profondità massima di scavo che può essere raggiunta con le comuni trivelle utilizzate per la realizzazione dei pali di fondazione. Altro aspetto importante è che in base a tale invenzione la sonda viene preassemblata in fabbrica prima della posa in opera. Il secondo (AN2007A000028) si riferisce invece ad un sistema studiato per realizzare la sonda in maniera compatta, ovvero con un passo tra le spire pari al solo diametro del tubo avvolto. L’invenzione è concepita per distanziare le spire solo dopo il trasporto, ovvero al momento della posa in opera. Il presente brevetto, agganciandosi ai precedenti, si riferisce invece ad un macchinario che consenta l’avvolgimento del tubo, e la conseguente realizzazione di una sonda a spirale, in maniera rapida ed economica. La sonda prodotta manterrà i vantaggi di compattezza prima della posa in opera.

PROBLEMA TECNICO DA RISOLVERE

Una sonda geotermica a spirale ha una resa di scambio termico con il terreno di gran lunga più elevata rispetto alla classica disposizione ad U. Naturalmente, a fronte di tali vantaggi, tubi a spirale per applicazioni di questo tipo non risultano reperibili in commercio, e quindi l’unico modo per ottenerli è quello di deformare un tubo lineare di materiale idoneo (PEAD o similare). Le dimensioni di una sonda geotermica a spirale sono rilevanti in termini di lunghezza, diametro e sezione del tubo. La deformazione non è quindi un’operazione semplice da effettuare. L’utilizzo che viene fatto di sonde a spirale nel campo geotermico è pressoché nullo, e non risultano utilizzi diversi in altri settori che abbiano imposto una produzione continua di tubo sagomato in tale forma.

BREVE DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

Il macchinario si compone di una struttura di sostegno del grosso rocchetto, le cui componenti principali sono rappresentate da due blocchi a colonna che culminano nella parte superiore con le flangie rispetto alle quali verranno fissate le flangie di attacco del rocchetto. Un blocco colonna è fisso mentre l’altro è mobile in maniera tale da poter ospitare rocchetti di dimensioni variabili, possibilità questa che garantisce, entro certi limiti, la produzione di sonde geotermiche di lunghezza diversa. Il grosso rocchetto viene posizionato prima del fissaggio grazie ad un apposito carrello sollevatore, che fa parte a tutti gli effetti dell’invenzione, pur essendo un corpo separato che non svolge alcuna funzione nella fase di avvolgimento. Una volta fissato il rocchetto lo stesso viene fatto girare grazie ad un gruppo motoriduttore di trasmissione che, oltre ad imprimere il moto rotatorio alla flangia del macchinario, produce la traslazione del carrello con guide, rispetto alle quali scorre il tubo durante la fase di avvolgimento. Tale carrello è attrezzato in maniera tale da poter svolgere anche la funzione di applicare al tubo dei clip, a distanze opportunamente prefissate. Dopo aver completato l’avvolgimento, ai clip verranno fissati appositi nastri che determineranno il passo delle spire una volta che la sonda si allungherà durante la posa in opera.

VANTAGGI DELL’INVENZIONE

I vantaggi dell’invenzione sono quelli di avere un macchinario che consenta di realizzare in maniera rapida sonde geotermiche a spirale, semplicemente deformando un tubo lineare normalmente reperibile in commercio. La veloce ed economica realizzazione di tali sonde non farebbe che giustificarne ulteriormente il loro utilizzo, in relazione alla già dimostrata maggior efficacia in termini di potenza termica scambiata con il terreno.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La Fig.1 mostra le tre parti fondamentali che caratterizzano l’invenzione ovvero il macchinario, il grosso rocchetto sul quale verrà avvolta la sonda, ed il carrello sollevatore con il quale il rocchetto viene inizialmente posizionato sul macchinario e rimosso dallo stesso dopo la realizzazione della sonda.

La Fig.2 mostra il solo macchinario con maggior dettaglio per le singole parti, evidenziando in particolare il blocco colonna scorrevole che permette di fissare rocchetti di lunghezza variabile.

La Fig.3 mostra in dettaglio il sistema a slitta che permette di adattare con precisione la flangia scorrevole del macchinario alla rispettiva flangia del rocchetto. Nella figura si notano anche bulloni e dadi rapidi con i quali verranno fissate le due flangie.

La Fig.4 è un dettaglio degli elementi che caratterizzano il grosso rocchetto.

La Fig.5 mostra in particolare il gruppo motoriduttore ed il sistema di trasmissione attraverso il quale vengono imposti contestualmente un moto rotatorio alla flangia rispetto alla quale è fissato il rocchetto, ed un moto lineare al carrello sul quale scorre il tubo. Tale traslazione determinerà il numero di spire della sonda.

La Fig.6 mostra con dovizia di particolari il carrello, la vite senza fine rispetto alla quale esso scorre, i sostegni della vite senza fine ad apertura e chiusura automatica, e la cartucciera posta al di sopra del carrello attraverso la quale verranno applicati con cadenza prefissata appositi clip sul tubo che scorre in basso.

La Fig.7 mostra la sonda completa caratterizzata dal tubo avvolto a spirale, dai clip applicati sullo stesso in maniera equidistante e dai nastri forati che una volta fissati ai clip determineranno in opera il passo tra le spire. La figura mostra anche uno dei tre cavetti che consentiranno un allungamento graduale della sonda quando la stessa verrà calata nel foro ricavato nel terreno.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Con riferimento alla Fig.1 il sistema di avvolgimento si compone del macchinario vero e proprio con tutte le sue componenti (1), di un grosso rocchetto (2) intorno al quale verrà avvolto il tubo una volta fissato al macchinario, ed infine dal carrello sollevatore (3) grazie al quale il rocchetto verrà posizionato prima del fissaggio oppure rimosso una volta completato l’avvolgimento. Il principio di funzionamento del macchinario evidenziato nella Fig.2, è come già detto quello di avvolgere un tubo in plastica attorno ad un grosso rocchetto che può essere di materiale vario. Il macchinario è adattabile alle diverse lunghezze delle sonde da produrre. L’adattabilità alle sonde da produrre si ottiene spostando l’intero blocco a colonna mobile (4) su cui è alloggiata una delle due flangie di fissaggio. È possibile poi compensare piccoli differenze di lunghezze grazie ad un sistema a slitta (5) comandato da un volantino (6) e bloccabile mediante dei blocchi manuali (7). Questo sistema a slitta serve anche ad agganciare e sganciare il rocchetto della sonda. Il corpo principale (8) del grosso rocchetto da fissare al macchinario può essere di diverse lunghezze a seconda della misura che la sonda dovrà avere, e presenta due flangie di attacco opportunamente dimensionate (9). Quella che durante la posa in opera sarà posizionata superiormente dovrà avere un diametro maggiore per ragioni di posa in opera. Sempre nella parte superiore del rocchetto viene praticato un foro e inserito un piccolo tubo trasversale (10) che funge da trascinatore e da elemento di tiro per lo sfilamento del rocchetto durante la posa in opera della sonda. Appena posizionato il rocchetto si provvede a vincolarlo con dei bulloni e dadi rapidi alle apposite flangie del macchinario. Subito dopo aver vincolato il rocchetto viene rimosso il carrello sollevatore. Il rocchetto ha un foro trasversale anche in prossimità dell’altra estremità. Su questo foro viene inserita la cima del tubo di materiale plastico, per una lunghezza di 30 cm circa, prima di dare inizio alla fase di avvolgimento. Nella parte inferiore del blocco a colonna fisso è presente un gruppo motoriduttore (11). Il motoriduttore provvede a trasmettere il movimento a una vite senza fine (12) tramite un apposita riduzione. A sua volta la vite trapezia provvede a trasmettere il moto alla flangia del macchinario anche in questo caso con un’apposita riduzione. La riduzione complessiva è fatta in modo tale che tra vite trapezia e rocchetto ci sia un rapporto tale che ad ogni giro del rocchetto si produca una traslazione del carrello (13) che comprende le apposite guide (14) per lo scorrimento del tubo (15). Il trascinamento da parte della vite trapezia è tale da garantire il passo della spira. Sopra al carrello è posizionata una cartucciera (16) con dei clip al suo interno ed un sistema di aggancio automatico che spinge tali clip incassandoli sul tubo. Lo spazio che intercorrerà tra una spira e l’altra verrà stabilito dalla frequenza fissa con la quale saranno applicati tali clip. I clip (17) sono fatti in modo che da un lato presentino l’aggangio al tubo e dall’altro un piede di fissaggio che consenta l’applicazione di un apposito nastro forato (18) dopo che l’avvolgimento sarà completato. L’interasse dei fori sarà tale da garantire il giusto passo tra le spire, una volta che la sonda avrà la possibilità di allungarsi. Il via alla fase di avvolgimento, accompagnato dal posizionamento dei clip, viene dato tramite un comando a pedale o a pulsante che azionerà il motoriduttore. Essendo la vite trapezia piuttosto lunga, per evitare che la stessa possa flettere sono posizionati sulla guida lineare del carrello dei sostegni dotati di appositi sportellini (19), incernierati con molle a doppia azione. Tali sportellini vengono spinti dal carrello nel suo movimento di traslazione facendo si che essi si aprano e favoriscano il passaggio del carrello stesso. Dopo il passaggio del carrello la molla delle cerniere garantirà la loro chiusura, in modo che possano costituire di nuovo un appoggio per la vite trapezia. L’avvolgimento sarà completo quando il carrello avrà percorso il rocchetto per l’intera sua lunghezza. Su ognuna delle due flangie del rocchetto sono ricavati tre fori a 120° l’uno dall’altro. Un apposito cavo (20) verrà inserito in uno dei tre fori della flangia inferiore, rispetto al quale l’estremità opposta del cavo sarà bloccata da un apposito fermo. Poi verrà inserito nel rispettivo foro coassiale della flangia superiore dove verrà fissato grazie ad un morsetto. La lunghezza del cavo lasciato tra le due flangie sarà tale che lo stesso risulti teso solo dopo l’allungamento della sonda, risultante dalla posa in opera. Allo stesso modo si procede con l’installazione degli altri cavi per le altre due coppie di fori coassiali ricavati nelle due flangie. I tre cavi verranno avvolti attorno a dei rocchetti che consentiranno di far allungare la sonda gradatamente, quando la si calerà nel rispettivo foro ricavato nel terreno. Dopo il bloccaggio dei suddetti cavi si taglia il tubo in prossimità delle guide rispetto alle quali scorre, con la sonda realizzata che potrà essere finalmente rimossa. Dopo aver sganciato gli attacchi rapidi delle flangie, la procedura di rimozione avviene grazie allo stesso carrello sollevatore con il quale era stato posizionato inizialmente il grosso rocchetto. Tale carrello è dotato anche di un volantino per agevolarne la manovra.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina avvolgitrice rispetto alla quale possono essere fissati e rimossi grossi rocchetti, e caratterizzata da un sistema di trasmissione generato da un motore elettrico, che le permette di imprimere un moto rotatorio costante sia al rocchetto che ad una vite trapezia ad esso parallela. Sulla vite trapezia si muove linearmente un carrello rispetto al quale scorre trasversalmente il tubo in plastica, che verrà avvolto intorno al rocchetto dopo averne fissato il capo iniziale ad un’estremità del rocchetto stesso. Il movimento lineare del carrello, per tutta la lunghezza del rocchetto in rotazione, caratterizzerà alla fine il passo della sonda geotermica a spirale.
2. 2. Macchina avvolgitrice secondo la rivendicazione 1, per la quale è previsto come elemento separato un apposito carrello sollevatore in grado di garantire il corretto posizionamento del grosso rocchetto prima di fissarne le due flangie a quelle del macchinario. Lo stesso carrello verrà utilizzato per rimuovere il rocchetto dal macchinario dopo che la sonda sarà stata realizzata.
3. 3. Macchina avvolgitrice secondo la rivendicazione 1, nella quale una delle due flangie di fissaggio e il relativo blocco colonna sono in grado di traslare lateralmente per essere poi fissati in posizione. Tali movimenti permettono l’adattamento del macchinario a rocchetti di diversa lunghezza.
4. 4. Macchina avvolgitrice secondo la rivendicazione 1, nella quale è presente una cartucciera posta al di sopra del carrello guida, attraverso la quale verranno applicati con cadenza prefissata appositi clip sul tubo che scorre in basso. Tali clip serviranno successivamente per l’ancoraggio di nastri forati, che determineranno il passo delle spire dopo l’allungamento derivante dalla posa in opera della sonda.
5. 5. Macchina avvolgitrice secondo la rivendicazione 1, nella quale sono previsti appositi sostegni per la lunga vite trapezia, che altrimenti rischierebbe di flettere. Tali sostegni sono dotati di sportellini, incernierati con molle a doppia azione, che vengono spinti dal carrello nel suo movimento di traslazione facendo si che essi si aprano e favoriscano il passaggio del carrello stesso. Dopo il passaggio del carrello la molla delle cerniere garantirà la loro immediata chiusura, in modo che possano costituire di nuovo un sostegno per la vite.