BE617705A - - Google Patents

Description

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  "Procédé et appareil pour la gazéification et la combustion con- sécutive éventuelle de combustibles liquides fonctionnant au choix à gazéification ou en générateurs de gaz". 



   Des procédés pour la gazéification et pour la combustion consécutive éventuelle de combustibles liquides sont bien con- nus. Ces procédés fonctionnent généralement avec des moyens spé- ciaux de gazéification comme de la vapeur et demandent des appa- reillages coûteux; ils doivent être chauffés et ils ne peuvent être mis en oeuvre pour assurer le servie 3 de brûleurs indus- triels, de brûleurs domestiques ou analogues et représentent du point de vue technique des installations de grande importance. 

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  A cette fin, on emploie plutôt des brûleurs à mazout connus dans différentes formes d'exécution. On connaît en particulier ceux qui se composent d'un injecteur pulvérisant l'huile lourde au moyen d'air sous pression et d'un tube de brûleur raccordé audit   in jecteur.   Le tube du brûleur qui entourera flamme à la manière d'une douille sert à stabiliser la flamme. Dans les brûleurs connus, la combustion n'est pas influencée, notablement, par ce tube brûleur. Les brûleur bien connus à huile lourde (mazout) de la construction décrite brûlent en général avec une flamme jaune et souvent fortement fuligineuse. On connaît des brûleurs à huile lourde dans lesquels des chambres particulières de retour ou des canaux de retour, ramenant dans la région des injecteurs une partie des produits de combustion, sont raccordés aux tubes brûleurs.

   De tels brûleurs ne peuvent être utilisés pour réali- ser tous genres de combustions. D'ailleurs la dépense à consen- tir pour leur construction est notablement plus élevée que celle à consentir pour les construire dans la forme simple d'exécution comportant un tube brûleur, surtout que les canaux de retour sont exposés à de hautes températures et qu'en conséquence, il faut utiliser des matériaux très résistants à la chaleur. Malgré cela, dans de tels brûleurs, la combustion des hydrocarbures et en par- ticulier celle de l'huile lourde (mazout) avec flamme bleue ne réussit pas souvent.

   Les brûleurs à huile lourde avec simple tube brûleur et à gazéification, brûleurs qui en conséquence brûlent l'huile combustible avec une flamme bleue et peuvent en- core au choix être utilisés comme générateurs de gaz destinés à être brûlés dans des moteurs à combustion ou des turbines ou à mettre ceux-ci en marche, ne sont pas connus. 



   L'invention se propose de gazéifier, de la manière la plus simple, l'huile lourde (mazout) et d'autres   combustibles   liquides ainsi que de construire un brûleur d'huile combustible, de con- struction également très simple, susceptible de fonctionner au 

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 choix à gazéification ou en générateur de gaz, brûleur qui brûlerait l'huile combustible avec une flamme bleue et duquel on pourrait extraire un gaz d'huile non fuligineux utilisable à des fins diverses. 



   L'invention a donc trait à un procédé de gazéification et de combustion éventuelle consécutive de combustibles liquides. 



   Elle consiste en ceci que le combustible finement divisé est in- jecté sous la forme d'un cône, qu'au moins une couronne de tour- billons entourant le cône d'injection au moins dans la région de son sommet est engendrée par le cône d'injection dans la chambre de réaction et que cette couronne est alors allumée dans une at- mosphère sous-oxygénée (production d'une avant-flamme), à la suite de quoi le mélange gazeux qui continue sa course peut-être retiré comme gaz combustible   ou brillé   avec une flamme bleue dans la direction du courant des gaz sortant du cône d'injection der- rière la ou les couronnes de courants tourbillonnaires de même que derrière les tourbillons.

   L'injection d'huile combustible par le cône d'injection peut se faire de différentes manières, par exemple par pulvérisation de l'huile lourde sous pression, par pulvérisation avec des moyens de pulvérisation ou de toute. autre manière. La production de la ou des couronnes de tourbil- lons n'est pas difficile à réaliser par réglage du cône d'injec- tion en ce qui concerne l'angle d'ouverture du cône et la vitesse de courant. A ce sujet, la paroi de la chambre de réaction peut jouer le rôle de paroi de réflexion et on peut également prévoir des moyens auxiliaires comme des dispositifs de guidage du courant. 



   Dans la présente invention, l'air nécessaire pour produire une atmosphère sous-oxygénée peut être amené ou admis de diffé- rentes façons. Une forme d'exécution de l'invention est carac- térisée par le fait que l'air nécessaire pour produire ladite atmosphère sous-oxygénée est admis sous la forme d'air injecté. 



  Mais il est également possible, le cas échéant, d'amener ou 

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 d'aspirer oomplémentairement de l'air par des ouvertures régla- bles de la chambre de réaction, pour produire cette atmosphère sous-oxygénée. L'air peut être soufflé ou aspiré (soufflerie) vers le   o8ne   d'injection en courants croisés, en courants paral- lèles ou en contre-courants. Le courant lui-même pourvoit à l'aspiration. Dans chaque cas on peut, par ces courants d'air, influencer la formation des tourbillons. 



   Une forme préférée de l'invention est caractérisée par le fait que le carburant est en principe pulvérisé dans la direc- tion de l'axe d'une chambre de réaction, en principe oylindrique, mais pouvant le cas échéant être légèrement conique (tuyau en tôle d'acier) avec un angle d'ouverture du cône de pulvérisation de 10 à 30  et avec une vitesse d'écoulement de 50 à 500 m par seconde. 



   Le procédé conforme à l'invention peut aussi être réalisé avec de l'oxygène pur. S'il est réalisé avec de l'oxygène pur et si l'on veille à empêcher l'aspiration de l'air en mélange avec l'azote par l'ouverture de sortie de la chambre de réac- tion, ce qui peut être réalisé en rétrécissant l'ouverture de sortie de la chambre de réaction, on obtient, si l'on ne retire pas le gaz mais si on le brûle, une flamme particulièrement chaude au point qu'on peut employer comme brûleur de soudure les-dispo- sitifs dans lesquels le procédé conforme à l'invention a été réalisé. 



   L'invention a également trait à un brûleur   à huile   lourde fonctionnant au choix comme brûleur à gazéification et comme gé- nérateur de gaz, en particulier pour l'huile lourde (mazout), brûleur se composant d'un injecteur de pulvérisation d'huile lourde à air sous pression et d'un tube brûleur raccordé à l'injecteur, tube brûleur qui fonctionne suivant le procédé conforme à l'invention. 



   L'invention   qui. a   trait à ce brûleur réside dans la combi- 

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 naison des caractéristiques suivantes : a) le tube brûleur se compose d'une chambre à réaction et d'un bec. Il est de longueur telle que le cône de pulvérisation alimente la paroi intérieure du bec du brûleur et est pourvu d'une aspiration d'air de combustion dans la partie comprise entre la zone d'alimentation et l'injecteur de pulvérisation d'huile lourde à air sous pression; b) l'injecteur de pulvérisation d'huile lourde   à air   sous pres- sion pulvérise l'huile lourde en forme de cône et est, comme on sait, conçu comme un injecteur à fente annulaire d'injec- tion avec ouverture centrale   -le   sortie d'huile ou alésages et fente annulaire de pulvérisation d'air entourant cette ouverture de sortie (5).

   Il est organisé pour qu'en service l'air de pulvérisation sorte de la fente annulaire d'injection à une vitesse d'au moins 5C m. par seconde pouvant aller jus- qu'à 500 m par seconde ou même davantage ; c) l'angle d'ouverture du cône de pulvérisation (Ó) ou du cône d'injection de l'huile   Iourte   se situe entre 10 et 30  mesurés à partir de l'axe de la chambre de réaction et du bec du brû- leur. 



   Les avantages obtenus par l'invention résident surtout dans le fait que la gazéification de combustibles liquides au choix, et en particulier de l'huile lourde, peut être obtenue d'une ma- nière très simple. Avec le brûleur à huile lourde, conforme à l'invention, utilisé au choix comme brûleur *à gazéification ou comme générateur de gaz, visiblement d'une construction très simple, on peut brûler l'huile lourde (mazout) et d'autres hydro- carbures semblables avec une flamme bleue ou on peut produire un gaz combustible. Le brûleur à gazéification conforme à   l'inven-   tion ou générateur de gaz se distingue donc finalement par son      haut degré de perfection de la combustion et par sa haute capa- cité à produire du gaz. 

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   L'amélioration de la combustion et de la gazéification est le résultat d'une réaction en deux temps qui se passe dans le brûleur même à gazéification. Il se forme ainsi dans la chambre à réaction, entre la zone précitée d'alimentation dans laquelle le cône de pulvérisation vient buter sur la paroi intérieure du bec du brûleur et l'injeoteur de   pulvérisation *  !  J'huile lourde à air sous pression, une avant-flamme, siège de violents tour- billons, avant-flamme qui vraisemblablement entoure comme d'une couronne l'injecteur de pulvérisation de l'huile lourde à air sous pression. Dans cette avait-flamme règnent visiblement les conditions nécessaires pour gazéifier l'huile lourde à brûler, en particulier le mazout, de telle manière que les produits de la gazéification brûlent avec une flamme- bleue ou qu'il est en- gendré un gaz.

   Il est effectivement possible de réussir à allu- mer à froid le brûleur à gazéification et générateur de gaz con- forme à l'invention de telle manière que déjà à froid l'huile lourde brûle avec une flamme bleue au bec du brûleur ou que sui- vant le réglage l'avant-flamme continue à brûler seule et qu'il sort du bec du brûleur un gaz susceptible d'être utilisé à diffé- rentes fins de oombustion. C'est ainsi que ce gaz sortant du bec du brûleur peut être employé pour actionner des turbines ou des moteurs à combustion normaux. Il est seulement nécessaire de sa- turer convenablement d'air le gaz à son entrée dans le moteur ou la turbine.

   Dans ce brûleur à   gazéification   et générateur de gaz conforme à l'invention, le rendement et la température peuvent varier en modifiant le diamètre de la chambre à réaction et la longueur de ladite chambre, bec de brûleur compris. Parmi les avantages de ce brûleur à gazéification et de ce générateur de gaz   oonforme   à l'invention on peut citer son   fonctionnement'très   simple qui peut être expliqué et synthétisé comme suit: la fonction du générateur de gaz et brûleur à gazéification sur laquelle on reviendra encore succinctement par la suite, est donc 

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   la suivante :

   l'ouverture de/la valve de réglage de l'air,   le courant d'air de pulvérisation s'échappe de la fente annu- laire de l'injecteur avec une très grande vitesse qui, suivant le réglage de cette valve, peut atteindre 50 à 500 m/seconde. 



  Cette vitesse de l'air produit une succion si grande qu'une par- tie de l'air de combustion est aspirée par les ouvertures d'as- piration de l'air de combustion à une vitesse inférieure à celle   d'injection    l'air par l'injecteur. A cause de la vitesse rela- tive de l'air injecté par l'injecteur, par rapport à celle de l'air de combustion partiellement aspiré, il se forme dans la chambre de réaction un tourbillon aérodynamique tournant à très grande vitesse. Après l'ouverture de la valve de réglage pour le dosage de l'alimentation en huile combustible, l'huile/s'écoule vers l'injecteur et est pulvérisée par l'air d'injection sous la forme d'un fin aérosol.

   Les zones extérieures en bordure du mé- lange de fin aérosol sont alors transportées dans le tourbillon aérodynamique et tournent avec lui à la grande vitesse déjà men- tionnée plus haut. 



   Aussitôt après l'allumage, le nuage tourbillonnant se met à brûler avec ce résultat que dans la chambre à réaction, il brûle une avant-flamme tournante grâce à la chaleur de laquelle les hydrocarbures vaporisés qui traversent cette flamme sont gazéifiés immédiatement et complètement sur une très courte dis- tance. la gazéification dans un milieu où règne la haute tur- bulence prédédemment décrite est dans/une petite installation déjà terminée sur un parcours de 20 mm.

   Par le bec du brûleur il sort, immédiatement après l'allumage à froid une flamme de gaz pure et bleue sans trace de squelettes lumineux ou a près modification de la vitesse relative de l'air d'injection par rapport à l'air de combustion   partiellement   aspiré, un gaz qui peut être porté à différents degrés de saturation ou à différentes densités par réglage de la quantité d'huile passée par l'injecteur. Le gaz 

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 est utilisé pour les genres les plus différents de combustions et convient d'une manière excellente pour le service des moteurs à combustion parce qu'il n'est pas chaud. Il faut le saturer convenablement d'air avant de l'admettre   dansun   moteur ou une turbine . 



   Le texte qui suit explique en détail les caractéristiques de l'invention,celles déjà décrites et les autres, à l'aide d'un dessin représentant un exemple d'exécution: la figure 1 montre schématiquement une coupe axiale à travers le brûleur à huile conforme à l'invention ; la figure 2, une autre forme d'exécution de l'objet d'après la figure 1 ; la figure 3, dans une coupe axiale, une forme constructive d'exécution du brûleur à huile lourde conforme à l'invention ; la figure 4 une forme d'exécution comme brûleur de soudure. 



   Le brûleur à huile lourde représenté dans les figures fonc- tionne comme brûleur à gazéification et générateur de gaz. Il est l'huile   @@@@@@ en   particulier destiné à brûler/lourde usuelle et se compose      d'un tube brûleur dont la partie inférieure forme une chambre à réaction et dont la partie supérieure constitue le bec du brûleur ainsi que d'un   injeoteur   placé axialement dans la chambre de réaction (injecteur de pulvérisation de l'huile lourde à air sous pression). L'injecteur pulvérise l'huile lourde en forme de cône (cône 3) comme le montre la figure 1.

   Ainsi qu'on peut le reconnaître sur la figure 3 il est formé, comme on le sait, d'un injecteur à fente annulaire et présente une ouverture cen-   trale 1   de   sort    de l'huile lourde en forme d'alésage ou de tube et une fente annulaire 5 de pulvérisation d'air. L'injecteur est organisé pour un service dans lequel l'air de pulvérisation sort de la fente annulaire 2 susdite à une vitesse allant d'un minimum de 50 m par second à environ 500 m par seconde et même davantage. L'angle d'ouvertures du cône de pulvérisation 3. de 

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 l'huile lourde se situe à 10  dans l'exemple d'exécution et peut en principe osciller dans les limites de 10 à 30 . Cet angle est mesuré à partir de l'axe du bec du brûleur, axe dessiné en réaction traits mixtes.

   L'injecteur lui-même est raccordé à la chambre de/ et, à cette fin, il est, dans la forme d'exécution des figures 1 et 2, enfoncé dans la chambre de réaction à la partie infé- rieure de celle-ci. la chambre de réaction et le bec du brûleur ont une longueur telle que le cône de pulvérisation 2 alimente la paroi interne du bec du brûleur et est pourvu d'ouvertures d'aspi- ration de l'air de combustion dans la partie comprise entre cette zone   d'alimentation et   l'injecteur .1 de pulvérisation de l'huile lourde à air sous pression. L'injeoteur 1 de pulvérisation de l'huile lourde à air sous pression utilise, pour la pulvérisa- tion de l'huile lourde, environ 5% de la quantité stéchiométrique d'air indispensable à la gazéification ou à la combustion de l'huile lourde.

   Les ouvertures 1 d'aspiration de l'air de com- bustion sont cependant dimensionnées de telle manière que, dans la zone mentionnée à l'intérieur du brûleur 2. à gazéification, règne une dépression, situation qui équivaut en général à celle qui existerait dans le brûleur à gazéification si celui-ci conte- nait une quantité d'air inférieure à la quantité stéchiométrique. 



  L'anneau 16 sert à régler'la quantité d'air de combustion. D'ail- leurs dans les deux formes d'exécution, selon la figure 3, trois dispositifs de réglage de la quantitié d'huile sont représentés sous la forme d'un volant 8; de même l'air de pulvérisation ss règle par une valve réglable. Le   volant,µ   actionne une aiguille 10 qui, par avancement ou recul de la vis, modifie la grandeur de l'ouverture de sortie 4 de l'huile combustible. La   valve   pour le réglage de la quantité d'air de pulvérisation peut être une simple valve de réduotion de pression ou une simple valve de ré- duction de section. Il est aussi possible de régler l'air de combustion avec l'anneau 11 qui présente des ouvertures 12.

   Cet 

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 air s'écoule alors par l'alésage 13 dans la chambre de réparti- tion 14 et, de là, par les ouvertures d'aspiration de l'air de combustion 7. La figure 2 montre que le tube brûleur 2 formant cette chambre de réaction Et ce bec de brûleur peut être rétréci en forme de cône en direction du bec; il peut d'ailleurs toujours être fait en une ou plusieurs pièces. L'injecteur peut être dépla- cé axialement. 



   Les figures indiquent le mode de fonctionnement du brûleur à gazéification et du générateur de gaz (ou dispositif de gazéifi- cation) conforme à l'invention. Comme la figure 1 le montre, il se forme, dans la chambre à réaction entre la zone d'alimentation dans laquelle le cône de pulvérisation 2 frappe les parois du bec 2¯ dubrûleur et l'injecteur 1 de pulvérisation de l'huile combus- tible à air sous pression, une avant-flamme 15, siège de violents tourbillons, qui entoure l'injecteur 1 comme une couronne.

   Ici règnent des conditions de gazéification telles que sort du bec dubrûleur une flamme bleue 17 ou qu'un gaz combustible peut en être retiré. la. forme d'exécution selon la figure 4 montre un brûleur réalisé suivant l'invention de manière à réaliser un brûleur de soudure. la pulvérisation de l'huile combustible (mazout) se fait comme il a déjà été décrit, mais avec de l'oxygène. Grâce à la cloche 18, au rétrécissement 19 et à la grande vitesse d'écoulement indiquée en empêche que l'air contenant de l'azote ne se diffuse dans la partie inférieure de la flamme 17 de telle manière qu'on produit ainsi une vraie flamme à souder. 



   REVENDICATIONS. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. 1.- Procédé pour la gazéification, et le cas échéant pour la combustion consécutive éventuelle de combustibles liquides, caractérisé par le fait que le combustible finement divisé est injecté sous forme de cane, qu'au moins une couronne de tourbil- lons entourant le cône d'injection au moins vêts son sommet est <Desc/Clms Page number 11> engendrée par le cône d'injection dans la chambre de réaction, que cette couronne de tourbillons est enflammée dans une at- mosphère sous-oxygénée (production d'une avant-flamme) à la suite de quoi le mélange gazeux qui continue sa course est retiré comme gaz combustible ou peut être brûlé avec une flamme bleue dans la direction de l'écoulement du combustible passant parle cône d'in- jection, derrière la ou les couronnes de tourbillons.

   2. - Procédé selon la revendication 3,caractérisé par le fait que l'air nécessaire pour engendrer l'atmosphère sous-oxygénée est amené par l'injeoteur sous forme d'air injecté.

   3. - Procédé selon la revendication 1 et/ou 2, caractérisé par le fait que l'air nécessaire pour engendrer l'atmosphère sous- oxygénée est amené ou aspiré par des ouvertures de/la chambre de réaction.

   4. - Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'air nécessaire pour produire l'atmosphère sous- oxygénée est amené ou aspiré par l'ouverture de sortie de la cham- bre de réaction.

   5.- Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le combustible est pulvérisé en principe suivant l'axe d'une chambre à réaction, en principe cylindrique, et éventuellement légèrement conique (tube en tôle d'acier) avec un angle d'ouverture du cane de pulvérisation de 10 à 30 .

   6. - Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est réalisé au moyen d'oxygène pur.

   7. - Procédé selon les revendications 1, 2,5 et 6, carac- térisé par le fait qu'il est réalisé avec de l'oxygène pur et que chaque aspiration de l'air à travers l'ouverture de sortie de la chambre de réaction est empêchée par la. forme et le rétrécisse- ment de cette chambre (brûleur de soudure).

   8. - Comme brûleur à gazéification ou comme générateur de gaz (dispositif de gazéification) en particulier pour huile com- <Desc/Clms Page number 12> bustible (mazout), se composant d'un injecteur de pulvérisation d'huile combustible à air sous pression et d'un tube brûleur rac- cordé à l'injecteur, tube brûleur qui fonctionne suivant le pro- cédé conforme aux revendications 1 à 7, caractérisé parla combi- naison des caractéristiques suivantes: a) le tube brûleur se compose d'une chambre à réaction ainsi que d'un bec de brûleur et a une longueur telle que le cane de pulvérisation alimente la paroi intérieure du bec du brûleur, tube brûleur pourvu d'ouvertures d'aspiration de l'air de combustion dans la partie entre cette zone d'alimentation et l'injecteur de pulvérisation de l'huile combustible à air sous pression;

   b) l'injecteur de pulvérisation de l'huile combustible à air sous pression pulvérise l'huile en forme de cône et a la forme d'un injecteur à fente annulaire d'injection avec ouverture cen- trale de sortie d'huile ou alésages et fente annulaire de pul- vérisation d'air entourant cette ouverture ; il est organisé pour un service dans lequel l'air de pulvérisation sort de la fente annulaire à une vitesse minimum de 50 m par seconde pou- vant aller jusqu'à 500 m par seconde et même davantage ; c) l'angle d'ouvertures du cône de pulvérisation de l'huile com- bustible se situe dans la zone de 10 à 30 mesurés à partir de l'axe de la chambre de réaction et du bec du brûleur.

   9. - Brûleur à huile combustible selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'injeoteur de pulvérisation de l'huile combustible à air sous pression est organisé pour un service dans lequel l'air de pulvérisation représente environ 5% de la quantité stéchiométrique d'air nécessaire pour la combus- tion ou la gazéification de l'huile, air qui est amené à une (atü) pression d'environ 0,5 à 5 atm/à la fente annulaire de l'injec- teur de pulvérisation d'huile à air sous pression.

   10.- Brûleur à huile combustible selon les revendications <Desc/Clms Page number 13> 8 e t 9, caracctérisé par le fait que les ouvertures d'aspira- tion d'air de combustion du tube brûleur sont dimensionnées de telle manière qu'il règne une dépression dans la chambre inté- rieure de comobustion.

   11.- Brrûleur à huile combustible selon les revendications 8 à 10, caracttérisé par le fait que l'injecteur de pulvérisation d'huile combus3tible à'air sous pression présente des dispositifs de réglage de :la quantité d'huile et de la quantité d'air de pulvérisation et/ou est réglable axialement.

   12. - Brrûleur selon les revendications 8 à 11, caractérisé par le fait qua'aux ouvertures d'aspiration d'air de combustion sont adjoints des dispositifs de réglage 11 à 14.

   13.- Brrûleur selon des revendications 8 à 12, caradrérisé par le fait quae le tube brûleur est fabriqué en matériau cérami- que et est armmé à l'extérieur au moyen d'une tale résistant à la chaleur.

   14. - Brrûleur à huile lourde selon une ou plusieurs des revendicationss 8 à 13, caractérisé en ce que le t@@@e du brûleur présente une fforme cylindrique.

   15.- Brrûleur selon la revendication 14, caractérisé en ce que le brûleurr est exécuté conformément à la figure 1.

   16. - Brrûleur à huile combustible selon les revendications 8 à 13, caractté-risé par le fait que le tube du brûleur est exé- cuté en forme de cône et qu'il se rétrécit de la chambre de réac- tion vers le boec du brûleur.

   17. - Brrûleur selon la revendication 16, caractérisé en ce que le bruiteur est exécuté conformément à la figure 2.

   18.- Dlispositif pour la réalisation du procédé selon les revendicationss 1 à 7, caractérisé par le fait que le brûleur est un b rûleuxr de soudure.

   19.- Brrûleur selon la revendication 18, caractérisé en ce que le brûleurr est exécuté conformément à la figure 4. <Desc/Clms Page number 14>

   20.- Procédé et appareil pour la gazéification et la combustion consécutive éventuelle de combustibles liquida fonc- tionnant au choix à gazéification ou en générateurs de gaz, sub- stantiellement tels que décrits précédemment et illustrés aux dessins annexés.