Brevet FR2079369A1 — publié le 19711112

i. 2079369 La présente invention est relative à des dispositifs d'échange de chaleur et à des installations contenant ces dispositifs . Elle vise plus particulièrement les échangeurs de chaleur utilisables notamment dans les cas où il existe de grandes différences 5 de température entre la source de chaleur et l'êlément qui récupère la chaleur, comme dans les générateurs de vapeur ou les chauffe-eau . Il est bien connu que de nombreuses installations assurant le transfert de la chaleur d'un milieu fluide à un autre ont été 10 mis au point et possèdent un rendement relativement élevé, c'est-à-dire qu'une proportion relativement élevée de l'énergie thermique est transférée au prix d'une dépense en énergie relativement faible pour actionner des souffleries, des pompes et autres dispositifs analogues . Certaines installations comportent 15 des agencements compliqués à ailettes minces qui sont d'une fabrication difficile . Ces agencements à ailettes sont également sujets à fusion quand on les expose directement aux gaz chauds de combustion circulant aux vitesses que l'on rencontre dans les types usuels de chaudières . 20 Les types classiques de chaudières qui n'utilisent pas d'ailettes ou d'autres surfaces étendues de ce genre, sont relativement coûteux et encombrants et la longueur moyenne des passages des gaz chauds est de un mètre ou davantage . En raison de la grande étendue de surface nécessaire pour un transfert de 25 chaleur donné dans les chaudières classiques, il faut généralement employer un grand nombre de joints dans le circuit d'eau, du fait que la longueur d'un tube d'eau à des températures élevées est limitée par des considérations de structure . Conformément à l'invention, il est prévu un ëchangeur de 30 chaleur et une installation d'échange thermique présentant des caractéristiques de compacité et de robustesse et un grand rendement dans le transfert de l'énergie thermique d'un gaz ayant une température supérieure à 530°C, comme dans les chaudières où les produits de combustion du combustible dans 1'air viennent 35 frapper directement la surface d'échange thermique . Plus particulièrement,l'invention fournit une matrice comportant un certain nombre de passages interconnectés formés par les espaces compris entre un certain nombre de sphères pleines qui, avec des éléments tubulaires, sont liés en une matrice 40 d'une seule pièce . Les éléments tubulaires forment une conduite 71 04638 2. 207936.9 dans laquelle on envoie un fluide tel que l'eau . Dans les passages interconnectés entre les sphères, on envoie un milieu gazeux chaud - Etant donné que la longueur moyenne des passages est inférieure à vingt fois le rayon de courbure moyen des 5 surfaces formant les parois bordant les passages, on peut fabriquer un échangeur de chaleur dans lequel la longueur moyenne des passages est inférieure à 50 millimètres et jusqu'à 90 % de la chaleur produite par la combustion complète -du mélange air-combustible sont transférés par la matrice dans l'eau circulant dans 10 la conduite . Le transfert de presque toute la chaleur de combustion d'un gaz à une matrice dans des passages dont la longueur moyenne est inférieure à 50 mm permet d'avoir une installation dans laquelle le gaz chaud peut être envoyé dans ces passages à des vitesses 15 considérablement accrues avec des pertes de charge sur le parcours du gaz analogues à celles que l'on trouve dans les chaudières classiques, comme par exemple une perte de charge de 25 mm d'eau. Ces augmentations considérables de la vitesse par rapport à celles qu'il était possible d'avoir antérieurement dans le commerce, 20 permettent d'obtenir une installation dans laquelle le transfert de chaleur est très sensiblement supérieur à celui de n'importe quelle autre installation connue de transfert de chaleur, disponible dans le commerce . Par exefflple, dans les petits modèles classiques de chaudières, on obtient généralement des taux de 25 transfert de chaleur inférieurs à 27130 kcal/h/m^ de tube d'échange et on n'attdnt que rarement, voire même jamais, des 2 taux aussi élevés que 160 kW/m , soit approximativement 137 000 2 kcal/h/m . La présente invention permet au contraire des taux de transfert de chaleur qui dépassent, dans de petites unités de 9 30 chauffage domestique, 542 000 kcal/h/m et qui peuvent atteindre commercialement, dans de grandes installations fonctionnant sous haute pression et à température élevée selon l'invention, des valeurs de l'ordre de 2 713 000 kcal/h/m^ . En outre, l'invention permet de rendre plus efficace le 35 transfert de chaleur à la matrice et, par suite, de diminuer la longueur des passages en assurant une variation sensible de l'aire de section droite des passages sur toute leur longueur . La turbulence qui en résulte au sein du milieu gazeux chaud qui s'écoule à travers les passages réduit de façon sensible la couche 40 du milieu restant immobile au voisinage des surfaces de la matrice 71 04638 3. 2079369 qui forment les parois des passages et augmente le transfert de la chaleur des gaz chauds . En outre, conformément à l'invention, pour un volume donné rempli de nombreuses sphères, 11 aire totale des sphères varie 5 en fonction inverse de leur diamètre moyen . En conséquence, une matrice formée de sphères et de tubes fournit une aire de surface totale des passages en communication entre eux qui, pour un diamètre de tube donné, varie sensiblement en raison inverse du diamètre des sphères remplissant l'espace libre entre les 10 tubes . Par l'emploi de sphères ayant un diamètre moyen sensiblement inférieur au diamètre des tubes, on obtient un échangeur de chaleur dans lequel pratiquement toute la chaleur des gaz de combustion est transférée sur une longueur de parcours qui n'excède pas sensiblement l'espacement séparant des tubes 15 adjacents . Cet espacement, en général, ne dépasse pas sensiblement le diamètre des tubes et, en conséquence, la longueur du parcours moyen des gaz chauds traversant la matrice doit être inférieure à deux fois le diamètre d«s tubes ou deux fois 1'espacement moyen entre les tubes, selon que 1'un ou 1 *autre 20 est plus grand . Une augmentation de la longueur du parcours n'amène pratiquement aucun gain de transfert de chaleur entre les gaz chauds et la matrice, mais augmente la perte de charge dans le passage, en réduisant par là même le volume des gaz chauds traversant les passages pour des pertes de charge acceptables 25 dans des types de chaudières pouvant être mises sur le marché . Dans de telles chaudières, construites selon l'invention, la longueur depassage est inférieure à vingt fois le rayon moyen des sphères . Pour des corps ou des éléments ayant des surfaces courbes suivant deux directions, avec des formes s'écartant de 30 la sphère, comme une forme d'oeuf ou de galet, la longueur moyenne des passages est inférieure à vingt fois le rayon moyen de courbure des parties de la surface des parois de passage qui sont courbes suivant deux directions . La plus grande dimension transversale le la région du 35 passage ayant la plus petite aire de section droite est prévue relativement réduite, c'est-à-dire inférieure à la longueur des passages de telle sorte' que la stabilité dimensionnelle et la rigidité de construction se conservent même dans des conditions de grande différence de température entre le gaz chaud qui 40 s'écoule dans les passages et la matrice . Dans les grandes 71 04638 4. 2079369 chaudières à tubes d'eau fonctionnant sous haute pression, lorsque les tubes sont exposés directement aux produits chauds de la combustion, une grande vitesse de circulation des gaz peut entraîner des vibrations considérables des tubes et provoquer 5 un bruit dépassant les niveaux ambiants de plus de 100 décibels. Grâce à la rigidité de la construction des dispositifs selon l'invention, on peut admettre de telles grandes vitesses à des températures élevées et réaliser de ce fait des performances considérables sans apparition de bruit ou de vibrations indé-10 sirables .. Grâce à l'invention, on a pu constater en outre que cet échangeur est extrêmement stable quand on le soumet à des chocs thermiques importants, en d'autres termes des cycles rapides d1échauffement et de refroidissement sont possibles du fait que 15 les multiples connexions de conduction réparties dans toute la matrice égalisent rapidement les gradients de température dans la masse en réduisant ainsi les efforts de tension inégaux qui pourraient autrement provoquer des ruptures dans des chaudières fonctionnant sous haute pression et à haute température . 20 En outre, 1'échangeur de chaleur permet, grâce à la matrice constituée de sphères liées entre elles et entourant des tubes, d'obtenir un dispositif dans lequel, pour la construction de chaudières, le diamètre des tubes puisse être réduit pour une longueur donnée, les parois des tubes étant en conséquence plus minces, 25 tout en conservant une rigidité identique, ou même plus grande sur la longueur de l'agencement des tubes . Avec des tubes de moindre épaisseur, permettant pour une pression donnée d'utiliser des tubes de plus petit diamètre, on peut atteindre un taux de transfert de chaleur plus élevé pour une valeur donnée de la 3 0 température intérieure des parois, qui est essentiellement déterminée par le mélange d'eau et de vapeur circulant dans le tube, avant que la surface extérieure du tube atteigne une température à laquelle le tube perd pratiquement sa résistance mécanique . En conséquence, des taux.de transfert de chaleur dépassant 2 713 000 2 35 kcal/h/m de surface d'eau sont possibles avec des aciers de tubes de chaudières que.l'on trouve dans le commerce à des pressions dépassant 35 kg/cm et à des températures supérieures à 260°C, alors que les types de chaudières sous haute pression fournis dans le commerce sont couramment limités à des valeurs comprises entre 40 542 000 kcal/h/m^ et 813 000 kdal/h/m^ d'aire d'échange . COPY 71 04638 5. 2079369 Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la matrice reste sensiblement exempte de dépôt de produits de combustion dans les passages ou circulent les gaz chauds, même lorsque l'ouverture de ces passages est réduite à l'écart 5 compris entre des sphères de 4 mm de diamètre environ, tandis que Sans les types classiques de chaudière on doit prévoir des dimensions bien plus grandes pour les passages de gaz chauds . La nature essentiellement turbulente de l'écoulement dans la matrice qui provient des surfaces courbes des cloisons sphériques des passages de gaz réduit ou empêche la formation de ces dépôts même pour des faibles vitesses d'écoulement correspondant aux débits de marche en veilleuse du brûleur . Cette caractéristique est particulièrement avantageuse dans les applications aux chaudières du commerce où une charge variable oblige à 15 une grande gamme de vitesses de chauffe . D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 20 la Fig. 1 représente une vue en coupe verticale selon la ligne 1-1 de la Fig. 2 ,illustrant le mode préféré de réalisation de l'invention pour le chauffage d'un fluide à l'aide d'un gaz chaud ; la Fig. 2 est une vue en coupe transversale du mode de réalisa-25 tion illustré sur la Fig. 1, selon la ligne 2-2 de la Fig. 1 ; la Fig. 3 représente schématiquement une installation d'échange de chaleur en circuit fermé utilisant le dispositif de transfert de chaleur illustré sur l*s Fig. 1 et 2 ; la Fig. 4 est une représentation schématique d'une installation 30 de transfert de chaleur pour le chauffage de l'eau utilisatit le dispositif de transfert de chaleur illustré sur les Fig. 1 et 2 ; la Fig. 5 est une représentation schématique d'une installation de transfert de chaleur utilisant le dispositif de transfert de chaleur illustré sur les Fig. 1 et 2 pour le chauffage d'huile 35 ou d'autres milieux organiques ; la Fig. 6 représente une vue en coupe verticale, selon la ligne 6-6 de la Fig. 7, d'un dispositif de transfert de chaleur qui constitue un autre exemple de réalisation de l'invention ; la Fig. 7 représente une vue en coupe transversale, selon la 40 ligne 7-7 de la Fig. 6, de la variante de l'invention illustrée copy , j 71 04638 6. 2079369 sur la Fig. 6 ; la Fig. 8 représente une vue en coupe verticale, selon la ligne 8-8 de la Fig. 10, d'un dispositif de transfert de chaleur illustrant un mode différent de réalisation de l'invention ; 5 la Fig. 9 est une vue partielle agrandie d'une partie de la. matrice comprise dans la ligne 9-9 de la Fig. 8 et la Fig. 10 est une vue en coupe transversale de la matrice illustrée sur la Fig. 8, selon la ligne 10-10 de la Fig. 8 . Sur les Fig. 1, 2 et 3, est représenté un mode préféré de 10 réalisation de l'invention . Une matrice 10 est formée d'un certain nombre de tubes 11 constitués, par exemple, d'acier d'environ 13 mm de diamètre et 152 mm de longueur, entourant une chambre centrale de circulation des gaz 12 . Des sphères 13 sont montées entre les tubes 11 et, comme on le voit dans ce mode de réalisation, ces 15 sphères ont un diamètre de l'ordre de 4 mm . La matrice 10 s'étend dans le sens radial par rapport à l'axe de la chambre 12 sur une distance d'environ quatre rangs de sphères de façon telle que la rangée intérieure de sphères se trouve approximativement tangente à la partie des tubes 11 qui est tournée vers l'intérieur tandis 20 que la rangée extérieure de sphères est située au delà d'un cercle tangent à la partie extérieure des tubes 11 . . Les tubes 11 et les sphères 13, qui peuvent être constitués de n'importe quel matériau conducteur de la chaleur désiré sont, comme on le voit ici, en acier de qualité commerciale recouvert 25 d'un matériau de liaison comme du cuivre ou un alliage de cuivre. Les tubes et les sphères ont été préalablement soudés ensemble en chauffant ces éléments au-dessus de la température de fusion du cuivre ou de l'alliage de cuivre qui sert de revêtement, en opérant en atmosphère inerte pour former une matrice thermo-3 0 conductrice 10 d'une seule pièce . Les aires de contact des sphères entre elles et avec les tubes sont agrandies du fait de l'action capillaire du revêtement de soudage à l'état fondu . En pratique, un revêtement de cuivre d'environ 25,4 microns d'épaisseur permet d'obtenir entre deux sphères d'environ 4 mm de 35 diamètre, une surface de contact ayant un diamètre voisin de 1,78 mm de telle sorte que le passage ouvert à la conduction de 'chaleur entre les sphères et entre les sphères et les tubes est maintenu à une valeur d'impédance relativement au transfert de chaleur , d'une part en raison des surfaces de contact agrandies 40 et, d'autre part, parce que le cuivre qui sert à constituer les COPV 71 04638 7. 2079369 aires de contact possède une conductivitë thermique.élevée . Les tubes 11 forment une conduite pour l'écoulement de l'eau ou d'un autre fluide à chauffer par l'intermédiaire de la matrice . A cet effet, le dispositif comporte un élément supérieur de distribution du fluide 14 ou distributeur comprenant un plateau percé de trous dans lesquels sont engagées les extrémités supérieures des tubes 11 qui y sont fixées par un moyen quelconque comme par brasage . Le plateau 14 sert également à fermer l'extrémité supérieure de la chambre 12 et un couvercle 15 est fixé de façon étanche au distributeur 14 dans une zone située à l'extérieur des tubes 11, par exemple par brasage . Le dispositif comprend en outre un élément inférieur 16 formé d'une plaque annulaire traversée par les extrémités inférieures des tubes 11 qui sont soudées à cet élément d'une façon analogue au mode de fixation des tubes sur le plateau 14 . Deux couvercles semi-annulaires 17 recouvrent chacun une moitié des parties de la plaque inférieure 16 traversée par les tubes, l'un des couvercles étant pourvu d'un tube d'admission 18 et l'autre d'un tube de sortie 19,ces tubes étant fixés d'une manière convenable . Au centre de l'appareil et dirigé de bas en haut, de la plaque inférieure 16 jusque dans la chambre de circulation des gaz 12 se trouve un brûleur 22 formé d'un écran cylindrique 23 fixé par exemple par soudure à une plaque de support annulaire inférieure 24 fixée de façon amovible à la plaque annulaire 16, par exemple par des boulons 25 . Pour accroître la puissance de combustion supportée par la partie 12 au delà de la limite normale imposée par ses dimensions, un écran 26 de matière réfractaire (le Kanthol par exemple) est placé autour de l'écran 23 du brûleur . Dans la variante particulière de l'invention décrite ici, le diamètre de l'écran 23 du brûleur est un peu inférieur âu tiers du diamètre de la chambre 12 et le diamètre de l'écran réfractaire 26 légèrement supérieur à la moitié du diamètre de cette chambre . L'écran 26 est fixé par des tiges 27 au plateau 14 et sa partie supérieure est coiffée par un bloc de matière réfractaire 28 tandis que son extrémité inférieure est appliquée contre un bloc inférieur 29 également de matière réfractaire . En cours de fonctionnement, l'écran réfractaire 26 devient incandescent et rayonne la chaleur extérieurement vers la matrice 10 et intérieurement vers la flamme qui brûle près de l'écran 23, COPY 71 04638 3. ,2079369 accélérant ainsi le processus de combustion et permettant la combustion complète du mélange de gaz combustible . Dans le mode particulier d'appareil illustré, comprenant une chambre centrale comprise entre l'écran 23 et les tubes 11 de ^85 à 655 cm , on 5 peut obtenir une combustion efficace et complète à des vitesses dépassant 45 000 kcal/h, ce qui représente un taux de combustion 6 3 d'environ 89,3.10 kcal/h/m de volume de combustion . Le mélange air-combustible est introduit par un ventilateur illustré sur la Fig. 3, relié de façon amovible par un raccord 10 conique 47 à la plaque annulaire 24 qui porte le brûleur, par exemple au moyen de boulons . Un dispositif d'allumage, tel qu'une bougie 40, est vissé dans la plaque 24 et fait saillie dans la chambre centrale 12 de la zone comprise entre l'écran 26 et la matrice 10 . La dimension des ouvertures de l'écran 26 est assez 15 large, par exemple de l'ordre de un trou pour 4 mm, pour que le mélange gazeux combustible traversant l'écran 23 et l'écran réfractaire 26 s'enflamme et que la flamme se propage en retour à travers l'écran 26 jusqu'à l'écran 23 du brûleur . Le diamètre des trous et leur espacement (par exemple 0,69 mm de diamètre, 20 avec un réseau orthogonal de trous distribués à raison de un trou par 1,2 mm environ] sont tels qu'ils empêchent la flamme de se propager à l'intérieur en retraversant l'écran 23 . Sur la Fig. 3, la variante illustrée sur les Fig. 1 et 2 est un dispositif de transfert de chaleur désigné par 50 . Un ventila-25 teur 51 est relié par le raccord 47 à ce dispositif pour l'alimenter en un mélange d'air et de gaz qui, lorsqu'il est allumé, brûle dans le dispositif en donnant un gaz de combustion ayant une température supérieure à 1000°C . Un gaz, provenant d'une source 53 reliée à un réseau public 30 de distribution de gaz sous une pression de plusieurs centimètres d'eau, ou constituée par une bouteille de gaz sous pression de 2 plusieurs kg/cm , est envoyé par l'intermédiaire d'une électrovanne 54 et d'un régulateur 55 à l'entrée 52 du ventilateur 51 . La puissance de ce dernier est telle qu'il assure une pression 35 dans la chambre de combustion de 1'échangeur 50 de l'ordre de 25 mm d'eau . Le gaz brûlé chaud traverse la matrice 10 et sort par la conduite d'évacuation 42 . La température du gaz sortant dépend principalement de la longueur des passages à travers la matrice 10 et de la quantité 40 et de la température du gaz chaud qui la traverse . En général. COPY 71 04638 9. 207.9369 on prévoit, une longueur de parcours assez courte pour avoir une température du gaz sortant supérieure à la température de condensation des produits évacués,par exemple 150-205°C . Une pompe 59 pompe de l'eau dans 1'échangeur de chaleur 5 50 et le fluide sortant (qui peut être de l'eau ou de la vapeur à une température et sous une pression voulues quelconques, selon le débit sous lequel la pompe 59 envoie l'eau dans 1'échangeur 50 et la vitesse de combustion du gaz combustible) traverse une charge 57 qui peut être un radiateur à eau chaude ou à vapeur 10 à des fins de chauffage commercial ou domestique . A titre de variante, la charge 57 peut être un dispositif de production d'énergie comme une turbine à vapeur couplée à un condenseur . L'échangeur de chaleur illustré sur les Fig. 1 et 2 peut fonctionner à des taux d'échange thermique par convection 15 dépassant 2 713 000 kcal/h/m^ de surface liquide . Bien qu'un supplément d'énergie pour la soufflerie soit nécessaire pour obtenir de tels taux de transfert de chaleur, il est comparable à celui qu'il faut fournir dans les modèles classiques de chaudières convectives dans lesquelles on a classiquement des taux 2 0 d'échange de l'ordre de 27 130 à 54 260 kcal/h/m^ de surface à liquide . Il est possible d'obtenir des taux de transfert de chaleur supérieurs à 2 713 000 kcal/h/m de surface à liquide dans des modèles pratiques de chaudière à haute pression pour des généra-25 teurs d'énergie du fait que les dimensions des tubes peuvent être prévues assez petites, de l'ordre par exemple de 25 mm de diamètre, ou moins, et de plusieurs dizaines de centimètres de longueur, la rigidité nécessaire étant assurée par les tubes adjacents qui sont en interconnexion avec les sphères pour former une 30 matrice d'une seule pièce, conformément à l'invention . Dans une telle matrice, des tubes en acier au carbone ou en alliages d'acier, peu coûteux, ayant une épaisseur de paroi de 2,54 à 5,08 mm, permettent d'obtenir des taux de transfert de 9 chaleur de l'ordre de 2 713 000 kcal/h/ m de surface à liquide, 35 le liquide étant sous une pression supérieure à 35 kg/cm^ et à une température supérieure à 250°C . En se référant maintenant à la Fig. 4, on voit représenté une installation d'échange de chaleur utilisant 1'échangeur 50 qui comprend les éléments de l'invention illustrés sur les Fig. 1 et 40 2, la chaleur étant fournie par un mélange d'air et de gaz propulsé COPY 71 04638 10. 2079369 par un ventilateur 51 et provenant d'une source 53 par l'intermédiaire d'une vanne de commande 54 et d'un régulateur 55 analogues aux organes correspondants décrits en relation avec la Fig. 3 . L'eau provenant d'une conduite de distribution 5 6 est introduite 5 par l'intermédiaire d'un compteur de débit, de vannes de commande et de régulation convenables, non représentés, et d'un tube d'admission 45 dans 1'échangeur 50 puis, après l'avoir traversé, passe par un tube d'eau chaude 46 pour arriver à un robinet de distribution d'eau chaude 58 pour usage instantané . On peut 10 disposer sur la conduite 46 un clapet de détente 59 sensible à la pression et à la température . En se référant maintenant à la Fig. 5, on voit représenté une installation d'échange de chaleur qui utilise un échangeur de chaleur 50 mettant en oeuvre les éléments de l'invention illustrés 15 sur les Fig. 1 et 2 ; dans cette installation, la chaleur est fournie par un mélange d'air et de gaz propulsé au moyen d'un ventilateur 51 à partir d'une source 53 par l'intermédiaire d'une vanne de commande 54 et d'un régulateur 55 comme dans le cas discuté en liaison avec la Fig. 3 . De l'huile prélevée dans un 20 réservoir 61 est envoyée dans 1'échangeur 50 au moyen d'une pompe de circulation 59 . L'échangeur chauffe l'huile, ou un autre liquide organique de façon relativement uniforme sans points chauds susceptibles de carboniser ou de décomposer l'huile . L'huile contenue dans le réservoir peut servir par exemple pour 25 la cuisson, dans ce cas un filtre 60 est prévu qui coiffe le tube d'admission conduisant à la pompe 59 pour empêcher toute autre matière que l'huile d'entrer dans 1'échangeur 50 .A titre de variante, l'huile peut être de l'huile lourde qui nécessite un préchauffage avant sa combustion, ou en vue d'utilisations 30 dans des procédés industriels . En se référant maintenant aux Fig. 6 et 7, on voit représentée une autre variante d'un échangeur suivant 1'invention . Des tubes 11 d'environ 12,7 mm de diamètre et d'une longueur supérieure à 10 cm sont disposés en un cercle, autour d'une chambre de circu-35 lation de gaz 12 . Il y a, par exemple, 24 tubes de ce genre, espacés d'une distance voisine du rayon de ces tubes . Des sphères 13 d'environ 4 mm de diamètre remplissent les espaces libres entre les tubes . Tubes et sphères sont constitués, par exemple, d'acier revêtu de cuivre ou d'alliage de cuivre et forment une 40 seule pièce, comme indiqué en liaison avec les Fig. 1 et 2, pour 71 04638 11. 2079369 former une matrice 10 . Les extrémités des tubes traversent des plaques supérieure et inférieure 14 et 16 respectivement et les tubes sont reliés entre eux en deux séries par des couvercles supérieurs 15 et des couvercles inférieurs 17 respectivement . Les 5 extrémités non reliées des tubes 11 forment des raccords d'entrée et de sortie 18 et 19 respectivement pour le liquide . L'ensemble 22 du brûleur comprend un écran 23 qui pénètre à l'intérieur de l'espace défini par la matrice et est porté par une plaque 24 fixée à la plaque inférieure 14 au moyen d'écrous 10 25, l'écran 23 étant fixé par soudure, ou autre, à la plaque 24 . Le diamètre de l'écran cylindrique 23, tel qu'illustré dans cette variante, est légèrement supérieur au tiers du diamètre intérieur de l'espace délimité par la matrice ; le brûleur est alimenté avec un mélange air-combustible, par exemple par le ventilateur 15 51, illustré sur la Fig. 3 . Des blocs de matière réfractaire 28 et 29 sont fixés à la plaque supérieure 14 et à la plaque 24 respectivement . Il faut remarquer que dans la variante particulière qui est illustrée ici, trois couches de sphères 13 sont représentées, 20 bien que l'on puisse utiliser un nombre plus ou moins grand de ces sphères, suivant le transfert de chaleur total désiré . Les sphères 13 ne dépassent pas les cercles, intérieur ou extérieur, défini par les parois des tubes 11 et, en conséquence, cet agencement s'adapte particulièrement à la production en grande quan-25 tité de dispositifs de chauffage à usage domestique où on souhaite avoir des taux de transfert de chaleur de l'ordre de 271 300 o kcal/h/m de surface à liquide, la température des gaz de combustion après passage dans 1'échangeur de chaleur restant encore supérieure à la température de condensation des constituants 30 corrosifs du gaz effluent, par exemple dans 1'intervalle de 150-200°C . Sur les Fig. 8, 9 et 10, est illustrée une autre variante de l'invention . Un serpentin 11 est noyé et enfermé complètement dans une série de sphères métalliques pleines 13 liées entre elles 35 et au tube 11, par exemple par brasage, pour former une matrice fixe 10 conductrice de la chaleur . La conductivité thermique des matériaux utilisés, la perte de charge à la traversée de la matrice percée d'interstices et le flux thermique que l'on désire déterminent l'espace entre spi-40 res adjacentes du tube 11 qui constituent la conduite de fluide 71 04638- 12. 2079369 On obtient de bons résultats quand la distance entre spires adjacentes est approximativement égale au diamètre du tube 11, et pratiquement toute la chaleur est transférée à la matrice quand l'épaisseur radiale de la matrice 10 est inférieure à deux fois 5 l'espace compris entre spires adjacentes du tube 11 . Une entrée 13 et une sortie 19 sont respectivement prévues aux extrémités du tube 11 par lesquelles passe le fluide à chauffer . La matrice délimite une enceinte centrale 12 servant de chambre à combustion à la partie inférieure de laquelle une 10 plaque de brûleur 34 est aménagée, avec une série de trous 35 servant à l'admission d'un mélange air-gaz sous une pression pouvant être, par exemple, de l'ordre de 25 mm d'eau, et provenant d'une source reliée à une conduite d'admission 36 qui débouche par un raccord conique 37 dans la chambre de combustion 38 . 15 Dans l'un des côtés de la plaque 34 est monté un dispositif d'allumage 40 d'un type connu quelconque comme une bougie pour assurer l'allumage nécessaire du mélange combustible gazeux . Une enveloppe extérieure 41 entoure le dispositif de transfert de chaleur et une bouche d'évacuation 42 permet le 20 passage des gaz brûlés en dehors de 1'échangeur de chaleur . Une plaque supérieure 43 est fixée à 1'échangeur de chaleur par un goujon noyé dans la matrice et traversant la plaque 43, un écrou 44 étant vissé sur le goujon de façon à porter contre la face supérieure de la plaque 43 . 25 ■ Dans la variante illustrée sur les Fig. 8 à 10, on peut augmenter ou diminuer le nombre de sphères selon la quantité totale de chaleur à transférer du gaz chaud à la conduite . Par exemple, si le nombre total de sphères de 4 mm de diamètre est disposé en une matrice sur une épaisseur radiale d'environ 30 huit rangées, avec un diamètre sphérique d'environ 4 mm de telle sorte que l'épaisseur totale de la matrice soit d'environ 30 mm, on peut arriver à un taux de transfert de chaleur de 1 356 500 kcal/h/m2 de surface de tube . Si on le désire, la combustion peut se produire en dehors de l'enceinte 12 et être 35 dirigée vers l'intérieur de cette enceinte de manière à accroître le volume de combustion et atteindre des taux de transfert de 2 chaleur s'élevant à 2 713 000 kcal/h/m de surface de tube, en conservant une température de sortie des gaz d'environ 370°C . 2 Avec un taux de 1 356 500 kcal/h/m de surface d'échange, la 40 température des gaz serait voisine de 200°C . Ce dispositif est copy * À 71 04638 13. 2079369 pErticulièrement utile dans des chaudières mobiles fonctionnant sous haute pression, par exemple pour l'emploi dans des véhicules à moteur à vapeur . Bien que les variantes décrites en référence aux Fig. S à 10 ainsi que les autres variantes de l'invention décrites précédemment soient particulièrement utiles en employant l'eau comme fluide qui. s'écoule dans la conduite, il est souvent avantageux d'utiliser des fluides comme un mélange de vapeur d'eau et de composés organiques ayant un coefficient de transfert de chaleur inférieur à celui de l'eau . Dans ces conditions, quand on désire produire un gaz à partir d'un liquide se trouvant dans la conduite et transférer simultanément la chaleur de vaporisation au fluide dans ce qu'-Dn appelle un système à deux phases, l'invention prévoit une surface étendue en utilisant des sphères placées S l'intérieur de la conduite comme on le voit, par exemple, sur la Fig. 9 illustrant une variante du mode de réalisation de l'invention représenté sur la Fig. 8, lequel est dépourvu de sphères à l'intérieur de la conduite . Les sphères sont soudées à l'intérieur du tube 11 sur une partie de toute sa longueur d'une façon analogue à celle qui sert à lier la matrice 10 . Les sphères contenues dans la conduite se révèlent capables d'augmenter la turbulence de l'écoulement du fluide d'une manière particulièrement utile dans un transfert de chaleur avec des fluides à deux phases . Bien entendu, les modes de réalisation de l'invention qui ont été décrits ci-dessus n'ont été donnés qu'à titre d'exemples et maintes modifications peuvent être apportées sans sortir de l'esprit ou de la portée de l'invention ;par exemple, les sphères de la matrice peuvent avoir des dimensions et des formes s'écartant de la sphère, comme la forme ovoïde et l'agencement de la matrice peut être obtenu avec des sphères et des tubes coulés en une seule pièce et, pour certaines applications à haute température, on peut fabriquer les sphères et d'autres parties du dispositif d'échange de chaleur avec des matériaux non métalliques comme le graphite . copy" 71 04638 14. 2079369 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'échange de chaleur caractérisé en ce qu'il comprend une matrice conductrice de la chaleur dans laquelle sont aménagés une conduite pour un premier fluide et des passages destines à l'écoulement d'un seond fluide à travers la matrice, 5 la majeure partie de l'aire totale des parois de ces passages comprenant des aires superficielles qui sont courbes suivant deux directions et la longueur moyenne de ces passages étant inférieure à vingt fois le rayon de courbure moyen de ces aires . 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérise en ce 10 que ces aires sont sensiblement sphériques . 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice comprend plusieurs couches de métaux différents . 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite est formée d'une tubulure rendue rigide par 15 des corps pleins qui sont fixés à cette tubulure et forme.nt entre eux lesdits passages . 5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice.délimite une enceinte centrale intérieure dont le diamètre moyen est de préférence sensiblement plus grand que 20 la longueur moyenne desdits passages . 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volume total de la matrice est sensiblement inférieur au volume total de l'enceinte centrale . 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 que la longueur moyenne des passages est inférieure à deux fois le diamètre moyen de la tubulure ou la distance moyenne entre des parties adjacentes de la tubulure . 8. Dispositif d'échange de chaleur caractérisé en ce qu'il comprend une matrice conductrice de la chaleur dans laquelle sont 30 aménagés des passages en intercommunication en vue de diriger' l'écoulement d'un fluide à travers cette matrice, la majeure partie de l'aire totale de ces passages ayant des surfaces courbes suivant deux directions et la longueur moyenne de ces passages étant inférieure à deux fois l'aire totale de ces passages 35 divisée par le double du rayon moyen de courbure desdites surfaces. 9. Installation d'échange de chaleur caractérisée en ce qu' elle comprend un dispositif produisant un milieu gazeux à une température supérieure à 500°C, un échangeur de chaleur comprenant bad original 71 04638 * 15. 2079369 une matrice comportant une conduite pour un fluide et des passages en intercommunication traversant la matrice, la majeure partie des parois de ces passages ayant des surfaces courbes suivant deux directions, et un dispositif pour envoyer le gaz dans 5 ces passages . 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la longueur moyenne de ces passages est inférieure à vingt fois le rayon moyen de courbure desdites surfaces . 11. Installation selon la revendication 9, caractérisées 10 en ce que le gaz est forme par les produits de combustion . 12. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la conduite et les passages forment une matrice conductrice de la chaleur d'une seule pièce . 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée 15 en ce que la conduite est formée de plusieurs tubes reliés entre eux par une série de sphères pleines liées aux tubes, délimitant entre elles ces passages et formant lesdites surfaces courbes, les tubes et les sphères étant de préférence métalliques . 14 . Installation selon l'une quelconque des revendications 20 9 ou 13, caractérisée en ce que le gaz est envoyé à travers 1'échangeur de chaleur à une vitesse suffisante pour assurer un transfert de chaleur entre le gaz et le fluide supérieur à 2 137 000 kcal/h/m de conduite au contact du fluide . 15. Installation d'échange de chaleur selon la revendication 25 9, caractérisé en ce que la dimension transversale maximale moyenne de 1'aire de section droite minimale moyenne desdits passages est sensiblement inférieure à la longueur moyenne de ces passages . 16. Instàllation d'échange de chaleur caractérisée en ce 30 qu'elle comprend une matrice d'échange de chaleur dans laquelle sont aménagés une conduite pour un fluide et des passages en intercommunication et traversant la matrice, la majeure partie de l'aire totale de ces passages ayant des surfaces courbes suivant deux directions et un dispositif pour envoyer un milieu 35 gazeux à travers ces passages à des vitesses assurant un transfert de chaleur entre le milieu gazeux et la matrice supérieur 2 à 160 kW/m de surface de la conduite . 17. Installation d'échange de chaleur selon la revendication 16, caractérisé en ce que le milieu gazeux est formé des produits 40 de combustion ou est échauffé par combustion . 71 04638 16. 2079369 18. Installation d'échange de chaleur selon la revendication 16, caractérisée en ce que la majeure partie de l'aire totale des passages est formée sensiblement de surfaces sphériques . 19 . Installation d'échange de chaleur selon la revendica-5 tion 16, caractérisée en ce que la conduite est formée d'une série d'éléments tubulaires espacés entre eux à l'intérieur de la matrice . 20. Installation d'échange de chaleur selon la revendication 19, caractérisée en ce que les éléments tubulaires forment un 15 serpentin continu . 21. Installation d'échange de chaleur selon la revendication 19, caractérisée en ce que la conduite entoure une enceinte centrale . 22. Installation d'échange de chaleur selon les revendica-20 tions 16, 19 et 21 prises ensemble, caractérisée en ce que le milieu gazeux est envoyé sensiblement radialement vers l'extérieur à travers la matrice . 23. Installation d'échange de chaleur selon la revendication 16, caractérisée en ce que la matrice comprend la conduite et 25 une série de sphères interposées entre les éléments de la conduite et formant avec eux une seule pièce, le rayon moyen de ces sphères étant sensiblement inférieur au rayon moyen des éléments de la conduite . 24. Installation selon la revendication 9, caractérisée en 30 ce que la matrice définit une enceinte centrale renfermant un dispositif de chauffage du milieu gazeux . 25. Installation selon la revendication 24, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage du milieu gazeux est un brûleur .