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Perfectionnements aux compresseurs de gaz.
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Cette invention se rapporte aux compresseurs de gaz destinés plus particulièrement à la compression de l'oxygène et elle a pour but de réaliser une installation de compression ainsi au'une forme de construction perfectionnée du compresseur destiné à y être employé, le compresseur étant du type dans le- quel de l'eau servant a lubrifier les pistons est admise conjoin- tement avec le gaz à comprimer.
Dans les appareils connus pour la compression de l'oxy- gène, où il est fait usage de compresseurs de ce type, l'eau fournie pour la lubrification des cylindres est séparée des gaz, après que la compression a été effectuée, dans un séparateur construit et disposé de telle manière que l'eau accumulée doit en être enlevée périodiquement et envoyée dans un réservoir d'eau distinct ou déversée au dehors. Cette façon de procéder est évitée dans l'installation perfectionnée suivant la présente in- vention qui se caractérise par une construction compacte et sim- ple et par un fonctionnement automatique continu du fait qu'il n'est pas nécessaire de procéder à une évacuation périodique de l'eau accumulée.
Dans le compresseur suivant cette invention, l'eau par- courant un circuit fermé pénètre dans les cylindres conjointe- ment avec le gaz à comprimer et quitte ces cylindres avec le gaz comprimé en passant ensuite à travers un réfrigérateur dans un réservoir de gaz et d'eau d'où l'eau s'écoule pour revenir dans les cylindres avec le gaz entrant. L'eau employée dans ce circuit/ arrive aux cylindres en passant par un dispositif mesureur et elle est admise en quantitételle qu'elle élimine à peu près toute la chaleur de compression et de friction en même temps qu'elle lubrifie les cylindres de telle sorte que la totalité du refroidissement nécessaire se fait intérieurement et lorsque l'eau passe avec le gaz à travers les cylindres.
Le dispositif mesureur est constitué par une résistance fixe placée dans le parcours de l'eau circulant en circuit fermé entre le réservoir de gaz et d'eau et les cylindres et est établi sous forme d'un tube capil- laire d'une certaine longueur à travers lequel l'eau est obligée de passer.
Le parcours du gaz dans l'appa.reil et le circuit suivi - par l'eau lorsqu'elle est employée dans le compresseur s'établis-
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sent dans les conditions suivantes, le compresseur comportant par exemple deux étages. Le gaz est aspiré dans le cylindre de .premier étage et l'eau y pénetre conjointement à sa sortie sous pression du dispositif mesureur à tube capillaire. De ce cylin- dre à base pression le gaz et l'eau passent dans le cylindre de second étage d'où ils sont refoulés ensemble à travers un réfri- gérateur dans le réservoir de gaz et d'eau. De ce réservoir le gaz est envoyé dans un dessiccateur d'où il est prélevé pour l'emma- gasinage ou l'usage.
L'eau à la pression qui règne dans le réser- voir peut se rendre continuellement par un filtre au dispositif mesureur d'où elle sort pour revenir de nouveau dans le cylindre de premier étage conjointement evec le gaz frais. Un dispositif est prévu pour euuper le débit de gaz au dessiccateur et ramener le gaz par un conduit de dérivation au tuyau d'alimentation; cette disposition est employée lorsqu'on désire remplacer une bonbonne complètement chargée par une bonbonne vide ou partiellement vide.
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple un compresseur construit suivant cette invention et le circuit dans lequel ce compresseur est destiné à être monté. Dans ces¯dessins,
Figure 1 est une vue en coupe verticale d'un compresseur à deux étages.
Figure 2 est une vue semblable montrant les cylindres des premier et second étages à une échelle quelque peu plus grande.
Figure 3 est une coupe à travers le cylindre de premier étage suivant la ligne 3-3 de la figure 2 en regardant dans le sens des flèches.
Figure 4 est une coupe transversale à travers les cylin- dres des premier et second étages, la coupe étant faite suivant la ligne 4-4 de la figure 3.
Figure 5 est une coupe verticale à travers le cylindre à haute pression ou cylindre de second étage, la coupe ^tant en majeure partie faite suivant la ligne 5-5 de la figure 4, mais en ce qui concerne la partie du cylindre de premier étage qui appa- rait sur la figure 5 la coupe est faite suivant la ligne 5a.-5a de la figure 4.
Figure 6 est une coupe verticale longitudinale de l'extrémité du cylindre de second étage ou cylindre à haute pression Montrant une autre disposition de la soupape de refou- lement à l'extrémité du cylindre.
Figure 7 est une coupe longitudinale à travers le tuyau d'alimentation d'eau montrant une disposition du tube capillaire qui fait office de dispositif mesureur.
Figure 8 est une vue schématique de l'appareil de com- pression.
Ainsi qu'il a été mentionna le compresseur décrit plus particulièrement ici à titre d'exemple, est un compresseur à deux étages, comportant le cylindre de premier étage, ou cylindre à basse pression A et le cylindre de second tage ou cylindre à haute pression B. Le piston C, qui est représenté comme tant du type à corps allongé, dans le cylindre à basse pression A et le piston D, du type à plongeur, dans le cylindre à haute pression B, sont respectivement raccordés à l'arbre coudé E qui est actionné par une source d'énergie appropriée quelconoue. Une tige Cl ac- douple le piston C à l'une des extrémités d'une pièce de guidage -
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C2 dont l'autre extraite est reliée par une bielle C3 àune ma- nivelle de l'arbre E,
la pièce de guidage C2 étant animée d'un mou- vement de va-et-vient dans ce qui est en réalité un guide de cros- sette C4. Le plongeur D est directement relié à l'une des extrémi- tés d'une pièce de guidage semblable Dl à l'autre extraite de laquelle se trouve une bielle D2 raccordée à l'arbre coudée la pièce de guidage Dl étant animée d'un mouvement de va-et-vient dans un guide D3. Dans le cylindre A se trouve un corps intérieur Al dans la paroi duquel sont ménagées des lumières d'admission A2 en communication avec un espace annulaire ou ceinture d'admission A3 à l'intérieur duquel pénètrent le gaz et l'eau venant de la chambre ou chapelle latérale F.
Le refoulement du gaz et de l'eau se fait par le fond du cylindre où se trouve une soupape de retenue consti- tuée par un disque G sur lequel agit un ressort Gl et qui s'appli- que sur son siègeformé par l'extrémité du corps intérieur Al. Le refoulement se fait au-delà, de la soupape G par le conduit A4, qu'on voit sur la figure 5, dans le cylindre à haute pression B.
Dans certains cas les lumières d'admission A2 peuvent conduire tangentiellement dans le cylindre A. Le piston C ne porte pasde dispositifs d'étanchéité et on se fie sous ce rapport à Injustement à frottement relativement dur du corps de piston allongé dans la chemise Al et à l'action obturatrice de l'eau.
Dans le cylindre à haute pression B se trouve une chemise Bl dont la paroi est pourvue de lumières d'admission B2 en commu- nication avec l'espace annulaire ou ceinture d'admission B3 dans lequel débouche le conduit B4 qui est relié, comme on le voit sur la figure 5, au conduit de refoulement A4 venant du cylindre à basse pression A. Le gaz et l'eau sont refoulés par le fond du cylindre B, à travers une soupape à disque de retenue H, dans le tuyau B5 sortant latéralement. La soupape H sur laquelle agit le ressort H1 repose sur un siège formé par une bague H2 qui s'appli- que à son tour sur l'extrémitéde la chemise Bl.
Lorsque la surface de la bague H2 sur laquelle s'applique la soupape H est usée,cette disposition permet de rempla.cer le siège par une nouvelle bague en évitant ainsi la nécessité d'enlever la chemise comme on devrait le fire si la soupape reposait directement sur l'extrémité de la chemise; elle permet aussi d'exécuter le siège en une matière dif- férente de celle dont est faite la chemise.
La soupape H peut être exécutée de diverses façons, deux modes de construction différents étant représentés sur les figures 5 et 6. Dans le mode d'exécution suivant la figure 5, qui est également représenté sur les Figures 1 et 2, le disque de soupape H est formé à l'extrémité d'un manchon H3 qui est guidé dans une pièce cylindrique H4 fixée à l'extrémité du cylindre B au-delà de l'extrémité de la chemise Bl. Le ressort Hl qui tend à maintenir le disque de soupape H sur son siège sur la bague H2 est guidé par une broche centrale H5, qui agit aussi comme arrêt pour limiter le levée de la soupape, et il s'applique à son extrémité sur un épaulèrent de cette broche.
Dans la variante représentée sur la figure 6 la soupape à disque H n'est pas guidée mais peut se mou- voir librement a part la contrainte qu'elle subit du ressort Hl qui s'appuie sur la face postérieure du disque et dont l'autre ex- trémité s'applique sur un bouchon H6 fixé à l'extrémité du cylin- dre B.
La manière dont est aménagé le tube capillaire qui sert de dispositif mesureur d'eau est représentée sur la figure 7. Près de l'une de ses extrémitée ce tube J passe à travers un bouchon Jl et est maintenu par ce bouchon fixé à l'extrémité J2 du tuyau J3 qui amène l'eau sous pression à la chambre ou chapelle F dans la paroi de laquelle pénètre l'extrémité du tube J. Une longueur appro- priée du tube capillaire se trouve à l'intérieur du tube J3 où il est soumis extérieurement aussi bien qu'intérieurement à la haute - pression à lanuelle l'eau est arenée.
Un tube capillaire de cette longueur qui peut par exemple être fait en acier inoxydable résiste
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d'une manière satisfaisante à l'érosion et à la corrosion lorsqu'il est employé dans le refoulement en vue de mesura* la Quantité d'eau fortement oxygénée passant à grande vitesse à travers le tube pour être utilisée dans un compresseur d'oxygène.
A titre d'exemple et lorsqu'il s'agit de cet usage, on peut employer un tube capillaire en acier inoxydable d'une longueur de 20 pouces et présentant un conduit central de 0,0295 pouce de diamètre. Un tel tube utilisé pour de l'eau pure donne une courbe de circulation présentant les caractéristidues suivntes.
EMI4.1
<tb>
Différence <SEP> de <SEP> pression <SEP> Circulation <SEP> en <SEP> gallons
<tb> manométrique <SEP> en <SEP> livres <SEP> par <SEP> heure
<tb> par <SEP> pouce <SEP> carré <SEP> entre
<tb> les <SEP> extrémités <SEP> du <SEP> tuyau
<tb>
<tb> 0 <SEP> 0
<tb> 500 <SEP> 6
<tb> 1000 <SEP> 9,5
<tb> 1500 <SEP> 11,5
<tb> 2000 <SEP> 13,5
<tb> 2500 <SEP> 15,5
<tb> 3000 <SEP> 17,5
<tb> 3500 <SEP> 19,3
<tb>
Ce tube contrôle d'une manière satisfaisante la circula- tion de l'eau fortement oxygénée dans un compresseur d'oxygène 'le dimensions déterminées et'construit comme il est décrit ci-dessus.
Le tube peut être disposé de différentes manières comme on le juge bon, mais dans chaque cas l'eau doit y être rpfoulée à une vitesse sensiblement constante pour une différence de pression constante dans'la chambre F alors que le compresseur est actionné à une vitesse invariable. L'eau est aspirée de la par les lumières A2 dans le cylindre A conjointement avec le gaz de la source d'alimentation qui pénètre dans la chambre F par le tuyau L et,comme il a été décrit, l'eau et le gaz passent ^lors con- jointement dans les cylindres du compresseur.
Des boîtes à bourrage appropriées ou d'autres dispositifs convenables peuvent être utilisés pour empêcher l'huile de lubri- fication qui a servi dans les guides de crossettes C4 D3 d'arriver à la bague de presse étopedes cylindres compresseurs A et B. Les chemises des cylindres son-6 en bronze et de préférence, lorsqu'il s'agit de chemises pour haute pression, en bronze au chrome et le piston C de ême que le plongeur D sont en acier inoxydable chromé.
Ainsi qu'll a été mentionné, ni le piston ni le plongeur ne por- tent de dispositifs de bourrage, mais on compte pour assurer l'é- tanchéité sur les propriétés obturatrices de l'eau et sur l'ajus- teillent étroit du piston dans le corps intérieur du cylindre. Le jeu qu'on peut admettre est de 0,001 pouce pour un piston à basse pression d'un diamètre de 21/4 pouces et de 0,005 pouce pour un plongeur à haute pression de 5/8 pouce de dianètre. A l'extrait'' externe de la chemise Al se trouve un bourrage A5 à travers le- quel passe le corps du piston C. Dans le cas du cylindre à haute pression B on fait usage d'un bourrage similaire B5, mais il est bon de prévoir un dispositif au noyen ducuel l'eau et le gaz Qui peuvent fuir par le plongeur D peuvent être recueillis et évacuas.
Dans ce but on peut a titre d'exemple intercaler une lanterne B6 entre l'extrémité externe de la chemise Bl et le bourrage B5 et, du collecteur ainsi formé, toute quantité de gaz et d'eau qui s'é- chappe le long du plongeur D peut être ramenée par le conduit B7 dans la ceinture d'admission A3 sur lapériphérie du corps inté- rieur Al du cylindre à basse pression et de là aux lumières d'admission A2. De cette manière ces bourrages ne peuvent être soumis qu'à la pression d'admission du premier étage.
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Comme dans chaque étage les lumières d'admission dans la paroi de la chemise du cylindre sont éloignées de l'extrémité inté- rieure ou à haute pression du cylindre d'une quantité représentant une partie notable de la course du piston au moment de la pres- sion maximum., on obtient un joint hermétique de grande longueur et toute Quantité de gaz ou d'eau qui arrive à s'échapper le long de la surface du plongeur est recueillie dans les lumières d'admis- sion. Il en-résulte que dans le second étage les parties en con- tact du plongeur D et de la chemise Bl au-delà des lumières d'ad- mission B2 vers le bourrage B5 ne peuvent être soumises qu'à la pression comprise entre la pression intermédiaire des étages et la pression d'admission au premier étage.
On remarquera qu'en construisant et en disposant les sou- papes de refoulement automatiques G et H de telle manière que chacune d'elles forme en réalité tout le fond du cylindre corres- pondant il ne peut se produire un bouchon d'eau dans les cylindres
A et B et l'extrémité de chaque piston peut être amenée à proximité intime de la face de la soupape dans le fond du cylindre à l'ex- trémité de la course vers l'intérieur. Cette disposition en combi- naison avec la présence de l'eau sur la face du plongeur réduit les pertes par suite de jeux à une quantité négligeable.
Il est désirable de placer une soupape de sûreté ou de décompression M dans les conduits A4, B4 entre les cylindres à haute et à basse pression. Ceci évite tout risque de provoquer un bouchon d'eau entre le refoulement A4 du cylindre à basse pression
A et l'admission au cylindre à haute pression B qui pourrait pro- venir d'une fuite à travers le dispositif mesureur d'eau lorsque le comprèsseur se trouve encore à l'arrêt avec le'réservoir sous pression.
En se référant maintenant à la figure 8, celle-ci montre schématiquement la disposition générale de l'installation de com- pression perfectionnée sous une forme qui est particulièrement /de l'oxygèmepropre au transvasement/d'une bonbonne ou'récipient d'emmagasinage partiellement vide et à la compression de l'oxygène dans une bon- bonne vide ou partiellement vide. Dans le tuyau d'alimentation de gaz L se trouvent une soupape de retenue Ll et une soupape de ré- duction L2 et le gaz et l'eau passent dans ce tuyau et le tuyau d'alimentation J3, dans lequel est établi le dispositif mesureur, pour arriver à la ceinture d'admission A3 du cylindre à basse pression A.
Le gaz.et l'eau sont refoulés au-delà de la'soupape G lorsque le piston ou plongeur C exécute sa course vers l'intérieur et arrivent par le conduit A4 B4 dahs la ceinture d'admission B3 et par les lumières dans le cylindre à haute pression B. Ainsiqu'il a été mentionné une soupape de sûreté M est disposée dans le con- duit A4 B4 et, en dehors de la fonction ci-dessus indiquée il existe encore une autre raison d'employer cette soupape. La quan- tité d'eau débitée par le dispositif mesureur capillaire J parunité de temps dépend de la pression existant dans le tuyau d'alimenta- tion J3, tandis que la capacité du compresseur à recevoir de l'eau est d'terminée par le déplacement volumétriaue du plongeur de se- cond étage D par unité de temps.
Pour cette raison si la vitesse de rotation du compresseur tombe notablement en-dessous de la vitesse admise comme basé dans la détermination des proportions du tube capillaire J pour une pression donnée du réservoir, on peut alors envoyer dans le compresseur une plus grande auantité d'eau que celle que peut admettre le déplacement du second étage.
Le gaz et l'eau refoulés du cylindre à haute pression B par la soupape H sont amenée par le tuyau B5 dans un réfrigérateur
N qui peut être un appareil échangeur de chaleur de type connu ou dans certains cas être constitué d'une chemise d'eau ou enveloppe de circulation d'eau entourant le tuyau B5. De là, le gaz et l'ea.u pénètrent dans le réservoir 0 à l'intérieur duquel ils se
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séparent, l'eau étant recueillie à la partie inférieure du ré- servoir dont la forme est de préférence telle que sa hauteur est notablement plus grande que son diamètre. Le réservoir peut être pourvu d'une soupape de sûreté 01.
Du fond du réservoir, l'eau, à la pression existant à l'intérieur de celui-ci, est prélevée par uri tuyau J4 pour être envoyée à un filtre J5 d'où elle est ramenée une fois encore à travers le tuyau J3 et le tube mesureur capil- laire J pour révenir dans le cylindre à basse pression A avec une nouvelle quantité de.gaz frais.
Dans les cas où il est désirable oue le gaz comprimé soit refoulé du réservoir 0 à un éta.t raisonnablement sec, legaz oui quitte le réservoir par le tuyau P est recueilli dans un appareil de séchage Q, tel qu'un dessiccateur au gel de cilice. Dans le tuyau
P se trouve une soupape Pl soumise à l'action d'un ressort de telle sorte oue pendant le fonctionnement, une pression de valeur mini- mum prédéterminée non inférieure par exemple à 200 livres par pouce carré est maintenue dans le réservoir pour que la quantité d'eau amenée au compresseur soit suffisante pour maintenir ce der- nier à une température de sécurité à la vitesse normale.
Une sou- pape P2 est montée dans un embranchement du tuyau P pour permettre de faire tomber la pression du gaz avant de mettre le compresseur à l'arrêt de sorte que l'alimentation d'eau au compresseur peut cesser lorsqu'on arrête ce dernier. Le gaz est évacué du dessic- cateur par un tuyau R dans lequel se trouve une soupape Rl. Entre cette soupape et le dessiccateur un tuyau, dans lequel est montée une soupape R3, est raccordé au tuyau d'alimentation de gaz L entre la soupape de.retenue Ll et la soupape de réduction L2. Une soupape P3 est montée dans le tuyau P entre la soupape à ressort
Pl et le dessiccateur Q. Si on ferme les soupapes P3 et R3 avant d'arrêter'le compresseur le gel de cilice dans le dessiccateur Q est bloqué à la pression maximum existant dans l'installation avant son arrêt.
L'installation de compression telle qu'elle a été décrite ci-dessus peut être utilisée de différentes manières Par exemple, on peut l'employer comme pompe de transva/sement pour prendre le contenu de bonbonnes partiellement remplies et transférer le gaz de celles-ci à haute pression dans une autre bonbonne ou réci- pient d'emmagasinage partiellenent rempli, ou bien on peut l'em- ployer pour recevoir les gaz à une basse pression où à la pres- sion atmosphérique et refouler le gaz dans une bonbonne ou réci- pient d'emmagasinage à une haute pression..
Dens ce dernier cas on peut avantageusement enlever la soupape de réduction L2 de la position dans laquelle elle est représentée dans le tuyau L et la placer dans le tuyau R2 parce que des soupapes de réduction pro- pres à recevoir des gaz à haute pression ne fonctionnent pas si elles sont alimentées de gaz à très basse pression ou à la pres- sion atmosphérique. Si l'on place la soupape réductrice en un point du tuyau R2 le gaz à basse pression peut arriver à l'orifice d'ad- mission du premier étage, tandis que toute quantitéde gaz au'on a dérivé par le tuyau R2 subit une réduction de pression avant de passer dans le premier étage pour être ramené en circuit,
Lorsqu'on utilise l'appareil comme pompe de transvasement la mise en marche se fait comme suit.
Avant le démarrage on bloque la quantité d'eau dans le système et si c'est nécessaire on ajoute une quantité d'eau supplémentaire dans le réservoir par un bou- chonde remplissage établi au sommet de ce dernier. On raccorde au tuyau R, le récipient dans lequel le gaz doit être emmagasiné et on ouvre sa soupape. On raccorde au tuyau L un ou plusieurs ré- cipients partiellement remplis dont on doit prélever le gaz. On ferme toutes les soupapes P2, Rl, P3 et R3 et on ouvre les soupa- pes des récipients partiellement vides. On met alors en marche le compresseur actionné convenablement par un moteur lectriue et on l'amène rapidement à sa vitesse de marche normale.
A mesure qu'il continue à tourner la pression dans le réservoir 0 s'élève
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et lorsque cette pression atteint une valeur égale ou légèrement supérieure à la pression du récipient raccordé au tuyau de refoule- ment R, on ouvre les soupapes P3 et R1. Lorsque la pression maximum désirée a été atteinte dans le récipient à l'intérieur duquel on fait le transvasement du gaz, ou lorsque la pression dans les ré- cipients d'où il est prélevé est tombée jusqu'au minimum admissible, on doit décharger l'installation de façon que les récipients aux- quels elle est raccordée puissent être enlevée et remplacés par d'autres. Pour décharger l'installation on commence par fermer la soupape Rl et on ouvre alors la soupape R3.
Ceci permet au gaz qui quitte le dessiccateur Q de revenir par le tuyau R2 au tuyau d'ad- missionL. Par suite de la présence de la soupape de retenue Ll, le gaz'ne peut pas se diriger dans le sens de l'arrivée et s'échapper par le tuyau d'alimentation L et d'autre part la soupape réductrice L2, quelle que soit sa position, dans le tuyau L ou dans le tuyau de retour R2, a pour effet de ramener la pression du gaz revenant par le tuyau R2 à une valeur convenable avant que le gaz ne pénètre dans la ceinture d'admission A3 du cylindre à basse pression dans son parcours pour être remis en circuit dans l'installation. Lors- qu'il s'agit d'arrêter l'installation, on ferme les soupapes Rl, PS et R3 de manière à couper le refoulement par les tuyaux P et R et R2 et maintenir ainsi la pression dans le dessiccateur Q, après ouoi on ouvre la soupape de purge P2.
Lorsque la pression dans le réservoir 0 est tombée à une faible valeur on peut arrêter le com- presseur.
Par suite du refroidissement interne de l'installation résultent du passage à travers les cylindres d'une Quantité d'eau suffisante pour assurer le refroidissement, et du refroidissement ultrieur de cette eau avant qu'elle ne soit à nouveau ramenée dans les cylindres, on évite la nécessité d'effectuer un refroidissement externe par exemple en établissant une enveloppe de circulation d'eau ou des ailettes de rayonnement ou leur équivalent à l'exté- rieur du bloc de cylindres.
On comprendre que bien qu'il soit pvantageux d'employer un compresseur comportant les caractéristiques indiquées ci-dessus et spécifiées ci-dessous plus en détail ,on peut faire fonctionner l'appareil compresseur de gaz perfectionné avec circulation d'eau en circuit fermé et refroidissement interne automatique en em- ployant tout utre type de construction de compresseur. Toutefois le présent type de construction constitue une installation efficace spécialement propre à la compression de l'oxygène.
REVENDICATIONS ---------------------------
1) Compresseur de gaz du type indiqué dans lequel l'eau, circulant en circuit fermé, est envoyée conjointement avec le gaz dans les cylindres u compresseur en telle quantité qu'en outre de la lubrificption des cylindres elle assure intérieurment à peu près la totalité du refroidissement nécessaire en éliminant la chaleur de compression et de friction, l'eau qui quitte les cylin- dres conjointement avec le gaz comprimé passant prr ur réfrigéra- teur et ensuite dans un réservoir de ga? et d'eu d'où l'eau est ramenée par un dispositif mesureur dans le cylindrede pre@ier étage en même temps que le gaz entrant.