FR2883586A1

FR2883586A1 - Rainwater and solar energy collecting device for use in building, has translucent or transparent cover unit mounted inside open channel and maintained by lateral walls to define impervious closed chamber inside channel

Info

Publication number: FR2883586A1
Application number: FR0502997A
Authority: FR
Inventors: Christian Cristofari
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-09-29
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: FR2883586B1

Abstract

The device has a trough, and a translucent or transparent cover unit (3) mounted inside an open channel (2) and maintained by lateral walls to define an impervious closed chamber (2b) inside the open channel. A heat exchanger device (12), through which a heat-transfer fluid flows, is mounted inside the closed chamber. The translucent cover unit cooperates with a longitudinal wall of the channel to define a flow section for rainwater.

Description

Dispositif de captationCapture device

d'eau pluviales et de calories provenant du rayonnement solaire. rainwater and calories from solar radiation.

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. The present invention relates to a rainwater recovery device and calories from solar radiation. This capture device is intended for buildings and is able to be mounted at the base of a roof or on the edge of a balcony.

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. We know the importance that should be attached to the control of energy, especially in the building, to develop solar devices able to reduce the energy bill.

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 ) . We know how to recover solar energy by using solar collectors generally placed on the roof of buildings. Inside these sensors is put in motion a heat transfer fluid which can then be used to transmit the calories inside the living quarters, for example by means of individual solar water heaters (sometimes called CESI) or floors equipped with passages for the coolant (sometimes called direct solar floors).

On connaît des convertisseurs solaires à eau, 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. Généralement, ces dispositifs convertisseurs ou capteurs solaires utilisés dans les bâtiments, présentent une géométrie plane (assemblages de modules de 2m x lm par exemple) et ne présentent qu'une seule fonctionnalité, la captation de l'énergie solaire. Solar water converters, generally made of metallic or composite materials, are known having a lower part composed of a box, an insulator, an absorber and a collector and an upper part composed of a translucent or transparent panel thus achieving a greenhouse effect. Generally, these devices converters or solar collectors used in buildings, have a flat geometry (module assemblies of 2m x 1m for example) and have only one feature, the capture of solar energy.

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. The object of the present invention is to increase the solar energy uptake efficiency with respect to the devices usually used, thus to improve the heat output of these solar devices, and to propose a solar product totally integrated in the building, and having a dual function of rainwater harvesting and energy capture of solar radiation.

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. For this purpose, the present invention provides for the use of the physical phenomena related to the conversion of solar radiation such as absorption and the greenhouse effect by using as a structure a capture device mounted on the base of a roof of a roof. building or on the edge of a building balcony.

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. The recovery of calories is carried out through a heat exchanger using the greenhouse effect, which equips a device for producing domestic hot water or heating. The capturing device thus has a dual function, being able both to recover the rainwater, and to recover the solar energy to transmit it to a coolant which may be water or another fluid.

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 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. In one embodiment, the device for collecting rainwater and calories from solar radiation which allows both to drain the rainwater and generate domestic hot water or heating is able to be mounted to the base of a roof or on the edge of a balcony and includes an open channel having longitudinal walls and side walls.

Une couverture translucide 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. A translucent cover is mounted inside the open channel being held by the side walls and defining, with a portion of the longitudinal walls, a closed sealed chamber located at the bottom of the channel.

Un dispositif échangeur de chaleur à l'intérieur duquel peut circuler un fluide caloporteur, est monté à I'intérieur de ladite chambre fermée. A heat exchanger device inside which a heat transfer fluid can circulate, is mounted inside said closed chamber.

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. The translucent cover defines, with the free-air part of a longitudinal wall of the channel, a flow section for rainwater.

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. The absorber, which can take different inclinations depending on the latitude of the installation site and the geometry of the device can ensure an optimum effect of solar radiation concentration with high efficiency.

Le canal ouvert et les parois latérales peuvent être réalisés en matériaux de synthèse (type polymère) ou en métal. The open channel and the side walls can be made of synthetic materials (polymer type) or metal.

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. The open channel, on its part concerning the recovery of solar calories, has a translucent or transparent covering ensuring the greenhouse effect and may have, in its lower part, an insulation blade.

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. The open channel, on its part concerning the evacuation of rainwater, can be coated on the inside, with a reflective cover so as to increase the effect of solar concentration.

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 deux tubes métalliques permettant le passage du fluide caloporteur. De préférence, la plaque métallique ondulée est revêtue sur sa face supérieure d'une peinture noire sélective absorbant la chaleur de manière optimale et rayonnant dans les grandes longueurs d'onde, maximisant ainsi l'effet de serre. In a preferred embodiment, the heat exchanger device consists of a metal plate, preferably corrugated, which acts as an absorber, and at least two metal tubes for the passage of heat transfer fluid. Preferably, the corrugated metal plate is coated on its upper face with a selective black paint optimally absorbing heat and radiating at long wavelengths, thereby maximizing the greenhouse effect.

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, créant ainsi une lame d'air favorisant I'élévation de température à l'intérieur de la partie capteur solaire. The metal tubes can be welded to the underside of the corrugated metal plate and attached to the side walls of the open channel. The corrugated profile makes it possible to obtain greater heat efficiency by concentration effect. A spacing advantageously remains between the corrugated metal plate and the translucent or transparent cover, thereby creating an air gap promoting temperature rise inside the solar collector portion.

Dans un autre mode de réalisation, le dispositif échangeur de chaleur est constitué de deux canalisations métalliques ou en matière synthétique composite soudées, de section rectangulaire, fixées sur les parois latérales et permettant le passage du liquide caloporteur. De préférence, les canalisations métalliques sont recouvertes d'une peinture noire sélective, 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. In another embodiment, the heat exchanger device consists of two welded metal or composite plastic pipes, of rectangular section, fixed on the side walls and allowing the passage of the heat transfer liquid. Preferably, the metal pipes are coated with a selective black paint, the pipes of composite synthetic material incorporate black monochromatic polymers, thus optimally absorbing heat and radiating in the long wavelengths, thus maximizing the effect of tight.

Un écartement subsiste entre les canalisations métalliques ou en matière synthétique composite et la couverture translucide ou transparente, créant ainsi une lame d'air favorisant l'élévation de température à l'intérieur de la partie capteur solaire. There is a gap between the metal or composite plastic pipes and the translucent or transparent cover, thus creating an air space that promotes the temperature rise inside the solar collector portion.

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. In an advantageous embodiment, the side walls can be connected together by a simple junction, nested, glued or welded which can be provided, for expansion phenomena, a polymer gasket.

L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue de dessus d'un premier mode de 15 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 20 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; et - la figure 8 est une vue en coupe selon VIII-VIII de la figure 1. The invention will be better understood from the study of a particular embodiment described by way of non-limiting example and illustrated by the accompanying drawings in which - Figure 1 is a top view of a first embodiment. of a device according to the invention - Figures 2, 3 and 4 are top views of individual modules to be assembled to form a second embodiment of a device according to the invention - Figure 5 is a section according to VV of FIG. 1 showing the internal structure of the device; - Figure 6 is a section along VI-VI of Figure 1; FIG. 7 is a section along VII - VII of FIG. 2, showing the internal structure of junction of a module with another module or with a rainwater downflow connector; and - Figure 8 is a sectional view along VIII-VIII of Figure 1.

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. A first embodiment of the device for collecting rain water and calories from solar radiation is referenced 1 as a whole in FIGS. 1, 5, 6 and 8. The device 1 comprises an open channel 2, and a plate translucent or transparent cover 3 of rectangular general shape. The device 1 is here shown mounted on the edge of a building roof 19, in the manner of a conventional gutter.

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. The open channel 2 has on one of its two smaller sides, a flat side wall 7 of the same section as the section of the open channel 2, as shown in Figure 8. The open channel 2 also has on its opposite side, a flat side wall 8 of section delimited by a portion of the section of the open channel 2 and one of the fixing rods 4 of the cover plate 3, as shown in Figure 7. The open channel 2 may comprise in different sections one or several transverse flat plates 9 of section delimited by a portion of the section of the open channel 2 and by the lower edge of the cover 3, as illustrated in FIG. 6, in order to reinforce the mechanical strength of the device, and thus ensure a good rigidity.

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. The translucent or transparent cover plate 3 is fixed on its edges 10 to the inner part of the open channel 2 and to the side walls 7, 8. Fixing rods 4 ensure the maintenance of the cover plate 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. The side wall 8 and the plates 9 serve as support for the heat exchanger while the translucent or transparent cover plate 3 is supported by the side walls 7 and 8 and the plates 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. 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. FIG. 5 illustrates the internal structure of the device 1. The plate 3 defines, with the lower part of the channel 2, a closed sealed chamber 2b. An isolation blade 11 can be fixed inside the channel 2. The blade 11 has the same profile as the open channel 2 and thus covers the entire bottom of the chamber 2b. A heat exchanger 12 is mounted in the chamber 2b and comprises a corrugated metal plate 12a on the underside of which are fixed, for example by welding, two metal tubes 5. The two metal tubes 5 allow the flow of a fluid coolant according to the arrows 14 from one of the faces of the wall 8 to the wall 7 with return to the wall 8, for example through a return bend 180 not visible in the 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. The two tubes 5 of the heat exchanger 12 terminate in two end pieces 6 which protrude outside the channel 2 and can be respectively connected to a supply and extraction pipe not shown in the figures. These supply and extraction pipes can be integrated into a downspout. This option allows total integration of the device 1 in the building structure. Alternatively, one could be satisfied with a single tube with tips located on both sides of the device.

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). In order to increase the heat output, a reflective coating may be affixed to the free air portion 2a of the inner face of the open channel 2 (FIG. 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 référencées la, lb et Ic, sont illustrés sur les figures 2, 3 et 4 sur lesquelles les éléments similaires portent les mêmes références. Il est ainsi possible de réaliser d'importantes longueurs de captation. The capturing device 1 illustrated in FIG. 1 can be fractionated along its length, thereby presenting a plurality of capture modules assembled to one another. Examples of such modules referenced la, lb and Ic, are illustrated in Figures 2, 3 and 4 on which the similar elements have the same references. It is thus possible to achieve significant capture lengths.

Dans tous les cas, la partie du canal ouvert 2 destinée au cheminement des eaux pluviales selon les flèches 15, est délimitée 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 Ic. In all cases, the part of the open channel 2 intended for the flow of rainwater according to the arrows 15, is delimited by the free air portion 2a of the inner face of the open channel 2 (FIG. 5) and by the translucent or transparent cover 3. The flow of rainwater is made from the wall 7 to the wall 8 and the rainwater collection is performed over the entire length of the device referenced 1 or the various modules referenced la, lb and Ic.

Un dispositif de goutte d'eau 16 peut être collé, soudé ou moulé sur la partie inférieure du, canal ouvert 2 (figure 5). A droplet device 16 may be glued, welded or molded onto the lower portion of the open channel 2 (Fig. 5).

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. The material constituting the channel 2 may be metallic such as that constituting the exchanger 12. Alternatively, the material constituting the channel 2 may be a synthetic polymer or any other material suitable for rainwater collection.

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. Although the description has been made in connection with an embodiment where the heat exchanger comprises two round-trip passages for a coolant, one could consider a variant with a single passage of heat transfer fluid. An absorber consisting of a flat metal plate could also be envisaged. The geometry of the profile of the open channel 2 is not essential and other forms than those illustrated could be perfectly used.

Le dispositif à double captation, selon l'invention, présente de nombreux avantages en ce qui concerne son intégration dans les bâtiments, son encombrement, son poids puisqu'il peut être modulaire et ses performances améliorées par effet de concentration. The dual capture device, according to the invention, has many advantages as regards its integration in buildings, its size, its weight since it can be modular and its performance improved by the effect of concentration.

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. The dual capture device according to the invention can be associated, as a conventional gutter with downcomers via down connectors and, as a conventional solar collector with a control loop and a storage tank or balloon to store the hot water thus generated.

Claims

1. Device for capturing rainwater and calories from solar radiation to both drain rainwater and generate hot water or heat, able to be mounted at the base of a roof or on the edge of a balcony, comprising an open channel (2) having longitudinal walls and side walls (7, 8) characterized in that a translucent or transparent cover plate (3) is mounted inside the open channel (2) being maintained by the side walls (7, 8) and defining with a portion of the longitudinal walls, a sealed sealed chamber (2b) located at the bottom of the channel (2), a heat exchanger device heat exchanger (12) inside which a heat transfer fluid can circulate is mounted inside said closed chamber (2b) and that the translucent cover (3) defines, with the free air part (2a) of a longitudinal wall of the channel (2), a flow section t for rainwater.

2. Device according to claim 1, fractionated along its length and having several modules (la, lb and 1c) assembled to each other.

3. Device according to claim 1 or 2, wherein an insulating film (11) is applied on at least a part of the inner face of the longitudinal walls of the lower part of the open channel (2) inside the sealed chamber. closed (2b).

4. Device according to any one of the preceding claims, wherein a reflective coating is affixed to the inner face of said air-free portion (2a) of the longitudinal wall of the open channel (2).

5. Device according to any one of the preceding claims, wherein the heat exchanger device (12) comprises a corrugated metal plate (12a) on the underside of which is fixed by welding, at least one metal tube (5) to inside which circulates the coolant.

6. Device according to any one of the preceding claims, in which one or more transverse flat plates (9) on which the lower face of the cover plate (3) bears, are mounted in the lower part of the channel ( 2) to increase its rigidity.

7. Device according to any one of the preceding claims, wherein the material constituting the open channel (2) is different from that of the heat exchanger device (12).

8. Device according to any one of the preceding claims, wherein the end pieces (6) project outside the channel (2) for connecting the heat exchanger (12) to supply pipes and d extraction of the heat transfer fluid.

9. Device according to any one of the preceding claims, associated with a downcomer pipe via a down connector in which can be integrated pipes supply and extraction of the heat transfer fluid.