Brevet FR2883588A1 — publié le 20060929

Dispositif de captation d'eaux pluviales et de calories provenant du rayonnement solaire. La présente invention a pour objet un dispositif de récupération des eaux pluviales et des calories provenant du rayonnement solaire. Ce dispositif de captation est destiné aux bâtiments et est capable d'être monté à la base d'un toit ou sur le bord d'un balcon. On connaît l'importance qu'il y a lieu d'attacher à la maîtrise de l'énergie, notamment dans le bâtiment, pour développer des dispositifs solaires capables de diminuer la facture énergétique. On sait récupérer l'énergie solaire en utilisant des capteurs solaires généralement disposés sur la toiture des bâtiments. A l'intérieur de ces capteurs est mis en mouvement un fluide caloporteur qui peut ensuite être utilisé pour transmettre les calories à l'intérieur des locaux d'habitation, par exemple au moyen de chauffe-eau solaires individuels (parfois appelés CESI) ou de planchers équipés de passages pour le fluide caloporteur (parfois appelés planchers solaire directs ) . On connaît des convertisseurs solaires à eau ou à fluide caloporteur, généralement réalisés en matériaux métallique ou composite, comportant une partie inférieure composée d'un coffre, d'un isolant, d'un absorbeur et d'un collecteur et d'une partie supérieure composée d'un panneau translucide ou transparent réalisant ainsi un effet de serre. On connaît également des convertisseurs solaires à fluide caloporteur réalisés en matériaux métalliques et en verre pouvant être utilisés en fonctionnement sous vide, ou encore des convertisseurs solaires hybrides générant à la fois de la chaleur à travers un fluide caloporteur et de l'électricité. Généralement, ces dispositifs convertisseurs ou capteurs solaires utilisés dans les bâtiments, présentent une géométrie plane (assemblages de modules ou de tubes sous vide pour une surface de 2m x lm par exemple) et ne présentent qu'une seule fonctionnalité, la captation de l'énergie solaire. La présente invention a pour objet d'augmenter l'efficacité de captation d'énergie solaire par rapport aux dispositifs utilisés habituellement, d'améliorer ainsi le rendement calorifique de ces dispositifs solaires, et de proposer un produit solaire totalement intégré dans le bâtiment, et disposant d'une double fonction de récupération des eaux de pluies et de captation de l'énergie du rayonnement solaire. A cet effet, la présente invention prévoit d'utiliser les phénomènes physiques liés à la conversion du rayonnement solaire comme l'absorption et l'effet de serre en utilisant comme structure un dispositif de captation monté sur la base d'un toit d'un bâtiment ou sur le rebord d'un balcon de bâtiment. La récupération des calories est réalisée à travers un échangeur de chaleur utilisant l'effet de serre, et qui équipe un dispositif de production d'eau chaude sanitaire ou de chauffage. Le dispositif de captation présente ainsi une double fonction, étant capable à la fois de récupérer les eaux de pluies, et de récupérer l'énergie solaire pour la transmettre à un fluide caloporteur qui peut être de l'eau ou un autre fluide. En outre, en fonction du revêtement de l'absorbeur de l'échangeur, il est également possible de générer de l'électricité. Dans un mode de réalisation, le dispositif de captation d'eau pluviales et de calories provenant du rayonnement solaire qui permet à la fois de drainer les eaux pluviales et de générer de l'eau chaude sanitaire ou de chauffage, ou encore de l'électricité, est capable d'être monté à la base d'un toit ou sur le bord d'un balcon et comprend un canal ouvert présentant des parois longitudinales et des parois latérales. Une plaque de couverture translucide ou transparente est montée à l'intérieur du canal ouvert en étant maintenue par les parois latérales et en définissant, avec une partie des parois longitudinales, une chambre fermée étanche située à la partie inférieure du canal. Un dispositif échangeur de chaleur à l'intérieur duquel peut circuler un fluide caloporteur, est monté à l'intérieur de ladite chambre fermée. La couverture translucide définit, avec la partie libre à l'air d'une paroi longitudinale du canal, une section d'écoulement pour les eaux pluviales. L'absorbeur, qui peut prendre différentes inclinaisons suivant la latitude du site d'installation et la géométrie du dispositif permettent d'assurer un effet optimum de concentration du rayonnement solaire avec un haut rendement. Le canal ouvert et les parois latérales peuvent être réalisés en matériaux de synthèse (type polymère ou composite), en verre, en métal ou en alliage. Le canal ouvert, sur sa partie concernant la récupération de calories solaires, présente une couverture translucide ou transparente assurant l'effet de serre et peut présenter, dans sa partie inférieure, une lame d'isolation. Le canal ouvert, sur sa partie concernant l'évacuation des eaux pluviales, peut être enduit sur l'intérieur, d'une couverture réfléchissante de manière à augmenter l'effet de concentration solaire. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif échangeur de chaleur est constitué d'une plaque métallique, de préférence ondulée, qui fait office d'absorbeur, et d'au moins un tube métallique permettant le passage du fluide caloporteur. De préférence, la plaque métallique ondulée est revêtue sur sa face supérieure d'une peinture noire sélective, d'un revêtement noir réalisé par anodisation, ou d'un revêtement minéral type silicium mono ou polycristallin, absorbant la chaleur de manière optimale et rayonnant dans les grandes longueurs d'onde, maximisant ainsi l'effet de serre. Le ou les tubes métalliques peuvent être soudés sur la face inférieure de la plaque métallique ondulée et fixés sur les parois latérales du canal ouvert. Le profil ondulé permet d'obtenir une plus grande efficacité calorifique par effet de concentration. Un écartement subsiste avantageusement entre la plaque métallique ondulée et la couverture translucide ou transparente, favorisant ainsi l'élévation de température à l'intérieur de la partie capteur solaire. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif échangeur de chaleur est constitué d'au moins une canalisation métallique ou en matière synthétique composite soudée, de section rectangulaire, fixée sur les parois latérales et permettant le passage du liquide caloporteur. De préférence, la ou les canalisations métalliques sont recouvertes d'une peinture noire sélective, d'un revêtement noir réalisé par anodisation, ou d'un revêtement minéral type silicium mono ou polycristallin, les canalisations en matière synthétique composite incorporent des polymères monochromatiques noir, absorbant ainsi la chaleur de manière optimale et rayonnant dans les grandes longueurs d'onde, maximisant ainsi l'effet de serre. Un écartement subsiste entre les canalisations métalliques ou en matière synthétique composite et la couverture translucide ou transparente, favorisant ainsi l'élévation de température à l'intérieur de la partie capteur solaire. Dans un mode de réalisation avantageux, les parois latérales peuvent être reliées entres elles par une simple jonction, emboîtée, collée ou soudée qui peut être munie, pour les phénomènes de dilatation, d'un joint d'étanchéité en polymère. Avantageusement, la partie inférieure du canal définit la chambre fermée étanche. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, au moins une paroi inférieure longitudinale disposée dans le canal ouvert à distance d'une paroi de fond du canal, ladite paroi inférieure longitudinale formant le fond de la chambre fermée étanche et délimitant en partie la section d'écoulement pour les eaux pluviales. La paroi inférieure longitudinale peut être réalisée en matériaux de synthèse (type polymère ou composite), en verre, en métal, ou en alliage. Avantageusement, la paroi inférieure longitudinale s'étend à partir d'une des parois longitudinales internes du canal ouvert jusqu'au voisinage de la paroi longitudinale interne opposée de manière à laisser subsister un espace entre ladite paroi interne opposée et la paroi inférieure longitudinale. La chambre fermée étanche peut former une enceinte sous atmosphère contrôlée. Avantageusement, la plaque métallique est revêtue d'au moins un minéral pour convertir le rayonnement en électricité. Le revêtement minéral peut par exemple être du silicium. L'invention sera mieux comprise à l'étude de modes de réalisation particuliers décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - les figures 2, 3 et 4 sont des vues de dessus de modules individuels destinés à être assemblés pour former un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 5 est une section selon V- V de la figure 1 montrant la structure interne du dispositif; - la figure 6 est une section selon VI-VI de la figure 1; - la figure 7 est une section selon VII-VII de la figure 2, montrant la structure interne de jonction d'un module avec un autre module ou avec un connecteur de descente d'eaux pluviales; - la figure 8 est une vue en coupe selon VIII- VIII de la figure 1; - la figure 9 est une section correspondant à la section de la figure montrant la structure interne d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 10 est une section correspondant à la section de la figure 6 montrant la structure interne du troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 11 est une section montrant la structure interne de jonction d'un module des figures 9 et 10 avec un autre module du même type ou avec un connecteur de descente d'eaux pluviales pour former un quatrième mode de réalisation de l'invention, et - la figure 12 est une section correspondant à la section de la figure 5 montrant la structure interne d'un cinquième mode de réalisation de l'invention. Un premier mode de réalisation du dispositif de captation d'eau de pluie et de calories provenant du rayonnement solaire est référencé 1 dans son ensemble sur les figures 1, 5, 6 et 8. Le dispositif 1 comprend un canal ouvert 2, et une plaque de couverture translucide ou transparente 3 de forme générale rectangulaire. Le dispositif 1 est ici représenté monté sur le bord d'un toit 19 de bâtiment, à la manière d'une gouttière classique. Le canal ouvert 2 comporte sur un de ses deux côtés les plus petits, une paroi latérale plane 7 de même section que la section du canal ouvert 2, comme illustré sur la figure 8. Le canal ouvert 2 comporte également sur son côté opposé, une paroi latérale plane 8 de section délimitée par une partie de la section du canal ouvert 2 et par une des baguettes de fixation 4 de la plaque de couverture 3, comme illustré sur la figure 7. Le canal ouvert 2 peut comporter en différentes sections une ou plusieurs plaques planes transversales 9 de section délimitée par une partie de la section du canal ouvert 2 et par l'arête inférieure de la couverture 3, comme illustré sur la figure 6 et ce, afin de renforcer la résistance mécanique du dispositif, et d'assurer ainsi une bonne rigidité. La plaque de couverture translucide ou transparente 3 est fixée sur ses bords 10 à la partie interne du canal ouvert 2 et aux parois latérales 7, 8. Des baguettes de fixation 4 assurent le maintien de la plaque de couverture 3. La paroi latérale 8 ainsi que les plaques 9, servent de support à l'échangeur de chaleur tandis que la plaque de couverture translucide ou transparente 3 est supportée par les parois latérales 7 et 8 ainsi que les plaques 9. La figure 5 illustre la structure interne du dispositif 1. La plaque 3 définit, avec la partie inférieure du canal 2, une chambre fermée étanche 2b. Une lame d'isolation 11 peut être fixée à l'intérieur du canal 2. La lame 11 présente le même profil que le canal ouvert 2 et tapisse ainsi tout le fond de la chambre 2b. Un échangeur de chaleur 12 est monté dans la chambre 2b et comprend une plaque métallique ondulée 12a sur la face inférieure de laquelle sont fixés, par exemple par soudage, deux tubes métalliques 5. En variante, il est également envisageable de prévoir un unique tube métallique. Les deux tubes métalliques 5 permettent l'écoulement d'un fluide caloporteur selon les flèches 14 depuis l'une des faces de la paroi 8 vers la paroi 7 avec retour vers la paroi 8, par exemple à travers un coude de retour à 180 non visible sur les figures. Les deux tubes 5 de l'échangeur de chaleur 12 se terminent par deux embouts 6 qui font saillie à l'extérieur du canal 2 et peuvent être raccordés respectivement à un tuyau d'alimentation et d'extraction non représentés sur les figures. Ces tuyaux d'alimentation et d'extraction peuvent être intégrés dans un tuyau de descente des eaux pluviales. Cette option permet une intégration totale du dispositif 1 dans la structure du bâtiment. En variante, on pourrait se contenter d'un seul tube avec des embouts situés des deux côtés du dispositif. Afin d'augmenter le rendement calorifique, un revêtement réfléchissant peut être apposé sur la partie libre à l'air 2a de la face interne du canal ouvert 2 (figure 5). Le dispositif de captation 1 illustré sur la figure 1 peut faire l'objet d'un fractionnement sur sa longueur en présentant alors plusieurs modules de captation assemblés les uns aux autres. Des exemples de tels modules référencés la, lb et lc, sont illustrés sur les figures 2, 3 et 4 sur lesquelles les éléments similaires portent les mêmes références. I1 est ainsi possible de réaliser d'importantes longueurs de captation. La partie du canal ouvert 2 destinée au cheminement des eaux pluviales selon les flèches 15, est délimitée ici par la partie libre à l'air 2a de la face interne du canal ouvert 2 (figure 5) et par la plaque de couverture translucide ou transparente 3. Le cheminement des eaux pluviales se fait depuis la paroi 7 vers la paroi 8 et la collecte des eaux pluviales est effectuée sur toute la longueur du dispositif référencé 1 ou des différents modules référencés la, lb et lc. Un dispositif de goutte d'eau 16 peut être collé, soudé ou moulé sur la partie inférieure du canal ouvert 2 (figure 5). Un orifice d'aération et d'évacuation (non représenté) peut être ménagé à travers les parois latérales 7 et 8. Le matériau constituant le canal 2 peut être métallique comme celui constituant l'échangeur 12. En variante, le matériau constituant le canal 2 peut être un polymère synthétique ou tout autre matériau approprié à la collecte des eaux pluviales. Il est également envisageable de prévoir une mise sous vide de la chambre 2b. Bien que la description ait été faite en relation avec un exemple de réalisation où l'échangeur de chaleur comprend deux passages aller-retour pour un fluide caloporteur, on pourrait envisager une variante avec un seul passage de fluide caloporteur. On pourrait également envisager un absorbeur constitué d'une plaque métallique plane. La géométrie du profil du canal ouvert 2 n'est aucunement essentielle et d'autres formes que celles illustrées pourraient parfaitement être utilisées. Le troisième mode de réalisation du dispositif de captation d'eau illustré sur les figures 9 et 10, diffère des modes de réalisation des figures précédentes en ce que le canal ouvert 2 comprend, en outre, une paroi inférieure 17 longitudinale fixée aux parois latérales 7, 18 du canal ouvert 2, et une paroi 21 prolongeant vers le haut ladite paroi inférieure 17 en direction de la plaque de couverture transparente 3. Ladite plaque de couverture 3 est fixée sur ses bords 10 aux parois 7, 18, 21 et à la paroi longitudinale interne du canal 2 située du côté du toit 19 de bâtiment, les baguettes de fixation 4 assurant le maintien de la plaque de couverture 3. La paroi inférieure 17 s'étend à partir de la paroi longitudinale interne du canal 2 située du côté du toit 19 de bâtiment jusqu'au voisinage de la paroi longitudinale interne opposée. La paroi inférieure longitudinale 17 est disposée dans le canal ouvert 2 à distance de la paroi de fond du canal. Par exemple, la paroi 17 peut être montée à mi-hauteur du canal 2. Ladite paroi inférieure longitudinale forme le fond de la chambre fermée étanche 2b, la paroi 21 constituant un des côtés de ladite chambre. Ainsi la chambre est délimitée par les parois 7, 18, 17 et 21, par la paroi longitudinale interne du canal 2 située du côté du toit 19 de bâtiment, ainsi que par la plaque de couverture 3. La lame d'isolation 11 présente ici le même profil que celui de la chambre fermée 2b et tapisse les parois 17 et 21 ainsi qu'une portion de la paroi interne longitudinale du canal située du côté du toit 19 de bâtiment. La paroi inférieure longitudinale 17 laisse subsister un espace entre la paroi de fond du canal et ladite paroi 17. D'une manière analogue, la paroi 21 laisse subsister un espace entre elle et la paroi interne longitudinale du canal située du côté opposé au toit 19 de bâtiment. En d'autres termes, la chambre étanche 2b est située dans une partie supérieure du canal 2 en étant décalée par rapport au fond et par rapport à la paroi interne longitudinale du canal située du côté opposé au toit 19. Ainsi, le cheminement des eaux pluviales s'effectue sur la plaque de couverture translucide 3, mais également entre la paroi 21 et la partie à l'air 2a de la paroi interne du canal ouvert, ainsi qu'entre la paroi 17 et la paroi de fond du canal. Dans ce mode de réalisation, les eaux pluviales peuvent ainsi s'écouler sur la plaque de couverture translucide 3, sur le côté et sous la chambre 2b. La section d'écoulement pour les eaux pluviales est donc sensiblement accrue. Comme illustré sur la figure 10, afin de renforcer la résistance mécanique du dispositif et d'assurer une bonne rigidité, le canal ouvert 2 comporte en différentes sections une ou plusieurs plaques planes transversales 20 délimitées par les parois internes longitudinales opposées du canal ouvert 2. La couverture 3 et la paroi inférieure longitudinale 17 viennent s'appuyer sur l'une des faces frontales desdites plaques transversales 20. De manière à obtenir d'importantes longueurs de captation, le dispositif illustré sur les figures 9 et 10 peut faire l'objet d'un fractionnement sur sa longueur en présentant plusieurs modules de captation assemblés les uns aux autres. La structure interne de jonction d'un module avec un autre module est représentée à la figure 11, qui illustre en section une paroi latérale plane 18 du dispositif délimitée par une des baguettes de fixation 4 de la plaque de couverture 3, par les parois internes longitudinales opposées du canal ouvert 2. La paroi inférieure 17 vient s'appuyer sur la face frontale de la plaque 18. Le dispositif à double captation, selon l'invention, présente de nombreux avantages en ce qui concerne son intégration dans les bâtiments, son encombrement, son positionnement, son poids puisqu'il peut être modulaire et ses performances améliorées par effet de concentration. En variante, il est également envisageable d'intégrer le dispositif dans un chéneau existant et/ou de prévoir une mise sous vide de la chambre 2b. En variante, il est également envisageable de prévoir un agencement différent illustré sur la figure 12 sur laquelle les éléments analogue portent les mêmes références, dans lequel la paroi inférieure 17 s'étend à partir de la paroi longitudinale interne du canal 2 située du côté opposé au toit 19 de bâtiment. La paroi 21 laisse subsister un espace entre elle et la paroi interne longitudinale 22 du canal située du côté du toit 19 de bâtiment. Dans cette variante, la chambre 2b est délimitée par les parois 7, 18, 17 et 21, par la paroi longitudinale interne du canal 2 située du côté opposé au toit 19 de bâtiment, ainsi que par la plaque de couverture 3. Le dispositif à double captation selon l'invention peut être associé, comme une gouttière classique à des tuyaux de descente via des connecteurs de descente et, comme un capteur solaire classique à une boucle de régulation et à un ballon ou une cuve de stockage pour emmagasiner l'eau chaude ainsi générée, et/ou à du matériel utilisant de l'électricité pour son fonctionnement. REVENDICATIONS 1-Dispositif de captation d'eaux pluviales et de calories provenant du rayonnement solaire pour à la fois drainer les eaux pluviales et générer de l'eau chaude sanitaire ou de chauffage, capable d'être monté à la base d'un toit ou sur le bord d'un balcon, comprenant un canal ouvert (2) présentant des parois longitudinales et des parois latérales (7, 8), caractérisé par le fait qu'une plaque de couverture translucide ou transparente (3) est montée à l'intérieur du canal ouvert (2) en étant maintenue par les parois latérales (7, 8) et en définissant avec une partie des parois longitudinales, une chambre fermée étanche (2b) située à la partie inférieure du canal (2), qu'un dispositif échangeur de chaleur (12) à l'intérieur duquel peut circuler un fluide caloporteur est monté à l'intérieur de ladite chambre fermée (2b) et que la couverture translucide (3) définit, avec la partie libre à l'air (2a) d'une paroi longitudinale du canal (2), une section d'écoulement pour les eaux pluviales. 2-Dispositif selon la revendication 1, fractionné sur sa longueur et présentant plusieurs modules (la, lb et lc) assemblés les uns aux autres. 3-Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une lame isolante (Il) est disposée sur au moins une partie de la face interne des parois longitudinales de la partie inférieure du canal ouvert (2) à l'intérieur de la chambre étanche fermée (2b). 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un revêtement réfléchissant est apposé sur la face interne de ladite partie libre à l'air (2a) de la paroi longitudinale du canal ouvert (2). 5-Dispositif l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif échangeur de chaleur (12) comprend une plaque métallique ondulée (12a) sur la face inférieure de laquelle est fixé par soudage, au moins un tube métallique (5), à l'intérieur duquel circule le fluide caloporteur. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une ou plusieurs plaques planes (9) transversales sur lesquelles vient s'appuyer la face inférieure de la plaque de couverture (3), sont montées dans la partie inférieure du canal (2) pour augmenter sa rigidité. 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau constituant le canal ouvert (2) est différent de celui du dispositif échangeur de chaleur (12). 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des embouts (6) font saillie à l'extérieur du canal (2) pour le raccordement de l'échangeur de chaleur (12) à des tuyaux d'alimentation et d'extraction du fluide caloporteur. 9-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, associé à un tuyau de descente d'eaux pluviales via un connecteur de descente dans lequel peuvent être intégrés des tuyaux d'alimentation et d'extraction du fluide caloporteur. 10-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie inférieure du canal (2) définit la chambre fermée étanche (2b). 11-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant, en outre, au moins une paroi inférieure longitudinale (17) disposée dans le canal ouvert à distance d'une paroi de fond du canal, ladite paroi inférieure longitudinale formant le fond de la chambre fermée étanche (2b) et délimitant en partie la section d'écoulement pour les eaux pluviales. 12-Dispositif selon la revendication 11, dans lequel la paroi inférieure longitudinale (17) s'étend à partir d'une des parois longitudinales internes du canal ouvert jusqu'au voisinage de la paroi longitudinale interne opposée de manière à laisser subsister un espace entre ladite paroi interne opposée et la paroi inférieure longitudinale (17). 13-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, dans lequel la chambre fermée étanche (2b) forme une enceinte sous atmosphère contrôlée. 14- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, dans lequel la plaque métallique (12a) est revêtue d'au moins un minéral pour convertir le rayonnement en électricité.